日立電線株式会社は、このたび、世界で初めて*1 、圧電定数*2 が100pm/V以上の鉛フリー圧電薄膜を開発し、スパッタリング法により直径4インチの製膜に成功いたしましたので、お知らせします。

　圧電薄膜とは、加えられた圧力を電圧に、また加えられた電圧を圧力に変換する圧電効果を持つ圧電体を薄く形成したもので、一般的にチタン酸ジルコン酸鉛(以下、「PZT」といいます)という鉛を含んだ材料が使われております。主に、デジタルカメラの手ぶれ検知や、自動車のロール検知などに用いられる各種センサや、ピエゾ式インクジェットプリンタ*3 のプリントヘッドなどの材料として使用されております。
　近年、圧電薄膜を使用したデバイスを搭載した機器が急速に増えるとともに、プロジェクター用MEMSミラー*4 *5 や、小型振動発電機など新たな用途への展開が期待されております。また、地球環境保全への意識の高まりから鉛フリー対応が求められております。しかしながら、鉛フリーの材料を用いた圧電薄膜では、充分な圧電定数を満たすことは難しく、実用化のためには特性の改善が課題となっておりました。

　こうした中、このたび日立電線では、圧電定数100 pm/V以上の鉛フリー圧電薄膜を開発し、スパッタリング法による直径4インチの製膜に成功いたしました。
　今回、鉛フリーの圧電材料として、ニオブ酸カリウムナトリウム(以下、「KNN」といいます)を選定しております。KNNは、鉛フリーの圧電材料の中では、バルクセラミックス*6 において高いキュリー温度*7 と優れた圧電特性を有することが確認されていますが、薄膜化の報告は非常に少ない状況でした。これは、優れた圧電特性が期待できるc軸配向性*8 を有する緻密なKNN薄膜の形成が困難であるためです。
　このような課題に対して、製膜条件の最適化により、緻密で高いc軸配向性を有するKNN薄膜を実現する技術を開発しました。さらに、製膜後の熱処理により、配向と共に圧電特性を大きく左右する残留応力の低減に成功しました。これらにより、既存のPZT 圧電薄膜と同等の100pm/V以上の圧電定数を達成し、世界で初めて実用レベルの鉛フリー圧電薄膜を実現いたしました。
　また、製膜方法としては、大面積で再現性の良く製膜でき、量産性に優れたスパッタリング法を採用しております。今回、導入した開発用スパッタリング装置では、直径4インチの製膜に成功しております。

　今後、当社では、直径4インチサイズの量産技術の確立を目指すとともに、さらなる圧電特性の向上に向けた研究・開発に努めてまいります。

　なお、9月14日(火)から9月17日(金)まで長崎大学文教キャンパスにて開催されます「2010年秋季　第71回　応用物理学会学術講演会」において、本開発に関して報告(当社講演番号：16p-NJ-10、16p-NJ-14、16p-NJ-15)を予定しております。

以上