(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、
該圧電体を挟んで対向する電極対と、
前記電極対に挟まれた前記圧電体が接合された振動板と、
前記圧電体及び前記振動板を含んだ可動部に対向して配置されるベース基板と、
を備え、
前記電極対に駆動電圧が印加されることにより前記可動部が前記ベース基板に近づく方向に変位し、
前記圧電体の分極（Ｐｒ）−電界（Ｅ）ヒステリシス特性が電界に対して偏っており、
前記電極対に前記駆動電圧とは逆方向の電圧が印加されることにより、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位し、
前記Ｐｒ−Ｅヒステリシス特性における正電界側の抗電界と負電界側の抗電界のうち、前記駆動電圧の印加による駆動時の電界方向の抗電界をＥc_a、前記逆方向の電圧の印加によって前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際の電界方向の抗電界をＥc_bとするとき、
｜Ｅc_b｜＞｜Ｅc_a｜であるアクチュエータ素子を駆動する駆動方法であって、
前記可動部を前記ベース基板に近づける方向に駆動する際に、前記圧電体の抗電界｜Ｅc_a｜以上の電界を発生させる駆動電圧を印加し、
前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際には、前記圧電体の抗電界｜Ｅc_b｜以下の電界を発生させる電圧を印加することを特徴とするアクチュエータ素子の駆動方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際には、前記駆動電圧の極性を入れ替えた電圧を印加し、前記圧電体のｄ３１方向の伸びを利用して前記可動部を変位させることを特徴とするアクチュエータ素子の駆動方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記電極対のうち前記ベース基板側の電極を下部電極、その反対側を上部電極とするとき、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際に前記電極対に印加する前記電圧の向きは、前記下部電極から前記上部電極に向かう方向の電界を発生させるものであることを特徴とするアクチュエータ素子の駆動方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項において、
前記圧電体に印加される電圧と変位の関係を表す電圧−変位ヒステリシス特性は、負電圧側と正電圧側とにまたがる連続した範囲で略比例の関係となるリニア領域を有し、当該連続するリニア領域内で変位の方向が反転することを特徴とするアクチュエータ素子の駆動方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項において、
前記圧電体が、下記一般式（Ｐ−１）で表される１種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい。）ことを特徴とするアクチュエータ素子の駆動方法。
Ｐｂａ（Ｚｒｂ１Ｔｉｂ２Ｘｂ３）Ｏ３・・・（Ｐ−１）
（式（Ｐ−１）中、ＸはＶ族及びＶＩ族の元素群より選ばれた少なくとも１種の金属元素である。ａ＞０、ｂ１＞０、ｂ２＞０、ｂ３≧０。ａ≧１．０であり、かつｂ１＋ｂ２＋ｂ３＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項において、
前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際には、前記圧電体の抗電界｜Ｅc_b｜の３０％以上、８０％以下の電界を発生させる電圧を印加することを特徴とするアクチュエータ素子の駆動方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項において、
｜Ｅc_b｜＞５｜Ｅc_a｜であることを特徴とするアクチュエータ素子の駆動方法。
【請求項８】
圧電体と、
該圧電体を挟んで対向する電極対と、
前記電極対に挟まれた前記圧電体が接合された振動板と、
前記圧電体及び前記振動板を含んだ可動部に対向して配置されるベース基板と、
を備え、
前記電極対に駆動電圧が印加されることにより前記可動部が前記ベース基板に近づく方向に変位し、
前記圧電体の分極（Ｐｒ）−電界（Ｅ）ヒステリシス特性が電界に対して偏っており、
前記電極対に前記駆動電圧とは逆方向の電圧が印加されることにより、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位し、
前記Ｐｒ−Ｅヒステリシス特性における正電界側の抗電界と負電界側の抗電界のうち、前記駆動電圧の印加による駆動時の電界方向の抗電界をＥc_a、前記逆方向の電圧の印加によって前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際の電界方向の抗電界をＥc_bとするとき、
｜Ｅc_b｜＞｜Ｅc_a｜であるアクチュエータ素子のデバイス検査時に、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位するように、前記駆動電圧とは逆方向の電圧であって、前記圧電体の抗電界｜Ｅc_b｜以下の電界を発生させる電圧を印加することを特徴とするデバイス検査方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際には、前記駆動電圧の極性を入れ替えた電圧を印加し、前記圧電体のｄ３１方向の伸びを利用して前記可動部を変位させることを特徴とするデバイス検査方法。
【請求項１０】
請求項８又は９において、
前記電極対のうち前記ベース基板側の電極を下部電極、その反対側を上部電極とするとき、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際に前記電極対に印加する前記電圧の向きは、前記下部電極から前記上部電極に向かう方向の電界を発生させるものであることを特徴とするデバイス検査方法。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか１項において、
前記圧電体に印加される電圧と変位の関係を表す電圧−変位ヒステリシス特性は、負電圧側と正電圧側とにまたがる連続した範囲で略比例の関係となるリニア領域を有し、当該連続するリニア領域内で変位の方向が反転することを特徴とするデバイス検査方法。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれか１項において、
前記圧電体が、下記一般式（Ｐ−１）で表される１種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい。）ことを特徴とするデバイス検査方法。
Ｐｂａ（Ｚｒｂ１Ｔｉｂ２Ｘｂ３）Ｏ３・・・（Ｐ−１）
（式（Ｐ−１）中、ＸはＶ族及びＶＩ族の元素群より選ばれた少なくとも１種の金属元素である。ａ＞０、ｂ１＞０、ｂ２＞０、ｂ３≧０。ａ≧１．０であり、かつｂ１＋ｂ２＋ｂ３＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
【請求項１３】
請求項８乃至１２のいずれか１項において、
前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際には、前記圧電体の抗電界｜Ｅc_b｜の３０％以上、８０％以下の電界を発生させる電圧を印加することを特徴とするデバイス検査方法。
【請求項１４】
請求項８乃至１３のいずれか１項において、
｜Ｅc_b｜＞５｜Ｅc_a｜であることを特徴とするデバイス検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電体薄膜を用いたアクチュエータ素子に係り、特に、圧電駆動によって振動板を変位させる構造のアクチュエータ素子とその駆動方法、製造方法、及びデバイス検査方法、並びに、そのアクチュエータ素子を利用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スイッチの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳデバイスの分野において、様々な構造のスイッチ素子やその製造技術が提案されている（例えば、特許文献１〜５）。特許文献１では、静電力方式で駆動するｒｆ（Radio Frequency）−ＭＥＭＳスイッチが提案されている。特許文献１は、電極間に半導体層を設けることによって電荷蓄積現象とこれによるスティッキング現象（素子の貼り付き）を防止する技術を開示している。特許文献２では、製造時におけるエッチング溶液の残留によるスティッキングを防止する観点から、王水を用いた電食反応を利用して犠牲層を除去する工程を含んだＭＥＭＳデバイスの製造方法が提案されている。
【０００３】
特許文献３では、静電力方式で駆動するＭＥＭＳスイッチの製造工程中に発生するスティッキングの問題を解消するために、可動電極と吸引電極との間に設けられる擬制層を、互いに異種材料から成る第１犠牲層と第２犠牲層に分割形成する製造方法が提案されている。特許文献４では、固定電極を形成したベース基板の表面に、スティッキング防止用の絶縁膜を形成する構成が開示されている。
【０００４】
特許文献５では、圧電膜に鉛系の材料を用いずに、窒化アルミ（ＡｌＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）のｃ軸配向膜を用いてスティッキングの問題を解消する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２３３９号公報
【特許文献２】特開２００９−１３６９３４号公報
【特許文献３】特開２００９−９８８４号公報
【特許文献４】特開２００９−２４５８７７号公報
【特許文献５】特開２００８−９１１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献５の記載を基に従来の鉛系材料（ＰＺＴ系）で構成された圧電膜を用いたアクチュエータについて説明すると、従来は図６、図７のような特性を持つ圧電体を用いて駆動されていた。図６は強誘電体膜に印加した電界Ｅと分極Ｐｒの関係を示した図であり、Ｐｒ−Ｅヒステリシス曲線と呼ばれるものである。図７は、強誘電体に生じる電歪εと印加電界Ｅの関係を示した図である。なお、これらの図面は特許文献５の図４，図５から引用した。
【０００７】
これらの図面に示された特性を持つ圧電体を用いたスイッチ素子（例えば、カンチレバー構造の素子）の場合、圧電体に逆方向の電圧を印加しても逆方向の変位が得られず、スティッキングを解消するような引き剥がし方向の駆動力が得られない。
【０００８】
すなわち、図６のヒステリシス特性は正負の電界に対して左右で対称である。また、図７では、印加電圧の符号（電界の向き）を変えると、歪（変位）は僅かに逆方向に動くものの、実質的には、印加電圧の符号（電界の向き）を変えても歪（変位）が同じ方向にしか動かないことを示している。したがって、逆電圧の印加による駆動ではスティッキングの防止（解消）にならない。
【０００９】
この点について、特許文献５では、鉛系（ＰＺＴ系）の圧電体に代えて、ＡｌＮやＺｎＯからなる圧電体を用いることを述べているが、ＡｌＮやＺｎＯの圧電定数はＰＺＴ系の圧電定数の１／１０以下であり、アクチュエータの駆動によって発生する力も著しく弱い。このため、特許文献５に記載の方法では、スティッキングを防止するのに不十分である。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、スティッキング（素子の貼り付き、固着）を効果的に防止することができるアクチュエータ素子の構成とその駆動方法、及びデバイス検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために本発明に係るアクチュエータ素子の駆動方法は、圧電体と、該圧電体を挟んで対向する電極対と、前記電極対に挟まれた前記圧電体が接合された振動板と、前記圧電体及び前記振動板を含んだ可動部に対向して配置されるベース基板と、を備え、前記電極対に駆動電圧が印加されることにより前記可動部が前記ベース基板に近づく方向に変位し、前記圧電体の分極（Ｐｒ）−電界（Ｅ）ヒステリシス特性が電界に対して偏っており、前記電極対に前記駆動電圧とは逆方向の電圧が印加されることにより、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位し、前記Ｐｒ−Ｅヒステリシス特性における正電界側の抗電界と負電界側の抗電界のうち、前記駆動電圧の印加による駆動時の電界方向の抗電界をＥc_a、前記逆方向の電圧の印加によって前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際の電界方向の抗電界をＥc_bとするとき、｜Ｅc_b｜＞｜Ｅc_a｜であるアクチュエータ素子を駆動する駆動方法であって、前記可動部を前記ベース基板に近づける方向に駆動する際に、前記圧電体の抗電界｜Ｅc_a｜以上の電界を発生させる駆動電圧を印加し、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際には、前記圧電体の抗電界｜Ｅc_b｜以下の電界を発生させる電圧を印加することを特徴とする。
また、本発明に係るデバイス検査方法は、圧電体と、該圧電体を挟んで対向する電極対と、前記電極対に挟まれた前記圧電体が接合された振動板と、前記圧電体及び前記振動板を含んだ可動部に対向して配置されるベース基板と、を備え、前記電極対に駆動電圧が印加されることにより前記可動部が前記ベース基板に近づく方向に変位し、前記圧電体の分極（Ｐｒ）−電界（Ｅ）ヒステリシス特性が電界に対して偏っており、前記電極対に前記駆動電圧とは逆方向の電圧が印加されることにより、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位し、前記Ｐｒ−Ｅヒステリシス特性における正電界側の抗電界と負電界側の抗電界のうち、前記駆動電圧の印加による駆動時の電界方向の抗電界をＥc_a、前記逆方向の電圧の印加によって前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際の電界方向の抗電界をＥc_bとするとき、｜Ｅc_b｜＞｜Ｅc_a｜であるアクチュエータ素子のデバイス検査時に、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位するように、前記駆動電圧とは逆方向の電圧であって、前記圧電体の抗電界｜Ｅc_b｜以下の電界を発生させる電圧を印加することを特徴とする。
また、前記目的を達成するために以下の発明態様を提供する。
【００１２】
（発明１）：発明１に係るアクチュエータ素子は、圧電体と、該圧電体を挟んで対向する電極対と、前記電極対に挟まれた前記圧電体が接合された振動板と、前記圧電体及び前記振動板を含んだ可動部に対向して配置されるベース基板と、を備え、前記電極対に駆動電圧が印加されることにより前記可動部が前記ベース基板に近づく方向に変位するアクチュエータ素子であって、前記圧電体の分極（Ｐｒ）−電界（Ｅ）ヒステリシス特性が電界に対して偏っており、前記電極対に前記駆動電圧とは逆方向の電圧が印加されることにより、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、ベース基板に対して可動部を近づける方向に駆動するときの駆動電圧とは逆向きの電圧を印加することにより、可動部をベース基板から引き離す方向に駆動することができる。この引き離し方向の駆動力によって、素子の貼り付きを解消することができる。なお、可動部がベース基板側に変位している状態から上記逆向きの電圧印加によって圧電駆動を行うと、振動板が元の位置（基準の位置）に戻ろうとする力（バネ力）に加えて、圧電駆動による引き剥がし方向の駆動力が付与されるため、大きな引き剥がし力を得ることができる。
【００１４】
（発明２）：発明２に係るアクチュエータ素子は、発明１において、前記Ｐｒ−Ｅヒステリシス特性における正電界側の抗電界と負電界側の抗電界のうち、前記駆動電圧の印加による駆動時の電界方向の抗電界をＥc_a、前記逆方向の電圧の印加によって前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際の電界方向の抗電界をＥc_bとするとき、
｜Ｅc_ｂ｜＞｜Ｅc_a｜であることを特徴とする。
【００１５】
好ましくは｜Ｅc_ｂ｜＞２｜Ｅc_a｜、より好ましくは｜Ｅc_ｂ｜＞５｜Ｅc_a｜である。｜Ｅc_ｂ｜と｜Ｅc_a｜の差が大きいほど（偏りが大きいほど）、貼り付き防止の駆動時に印加できる電圧が大きくなる点で好ましい。
【００１６】
（発明３）：発明３に係るアクチュエータ素子は、発明２において、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際には、前記駆動電圧の極性を入れ替えた電圧を印加し、前記圧電体のｄ３１方向の伸びを利用して前記可動部を変位させることを特徴とする。
【００１７】
この態様は、振動板に接合された圧電体がｄ３１方向に伸びたときに、当該振動板を含む可動部はベース基板から離間する方向に変位する。
【００１８】
（発明４）：発明４に係るアクチュエータ素子は、発明２又は３において、前記可動部を前記ベース基板に近づける方向に駆動する際に印加される前記駆動電圧は前記圧電体の抗電界｜Ｅc_a｜以上の電界を発生させるものであり、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際に印加される前記電圧は、前記圧電体の抗電界｜Ｅc_b｜以下の電界を発生させるものであることを特徴とする。
【００１９】
実用上な観点から、貼り付き防止駆動の際に印加する電圧による印加電界は、抗電界｜Ｅc_b｜の１０％以上であることが好ましく、また、抗電界｜Ｅc_b｜の８０％以下であることが好ましい。さらに好ましくは、抗電界｜Ｅc_b｜の３０％以上、８０％以下とする。
【００２０】
（発明５）：発明５に係るアクチュエータ素子は、発明１乃至４のいずれか１項において、前記電極対のうち前記ベース基板側の電極を下部電極、その反対側を上部電極とするとき、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際に前記電極対に印加する前記電圧の向きは、前記下部電極から前記上部電極に向かう方向の電界を発生させるものであることを特徴とする。
【００２１】
かかる態様によれば、通常のアクチュエータ駆動（可動部をベース基板に近づける方向の駆動）のときには、上部電極から下部電極に向かう方向の電界を印加し、貼り付き防止駆動のときには、これと逆方向の電界を印加する。
【００２２】
これにより、通常の駆動時には上部電極に正電圧を印加することが可能であり、通常駆動に関して一般的な正電圧駆動用の駆動回路（ドライバ）を用いることができる。
【００２３】
（発明６）：発明６に係るアクチュエータ素子は、発明１乃至５のいずれか１項において、前記圧電体に印加される電圧と変位の関係を表す電圧−変位ヒステリシス特性は、負電圧側と正電圧側とにまたがる連続した範囲で略比例関係となるリニア領域を有し、当該連続するリニア領域内で変位の方向が反転することを特徴とする。
【００２４】
かかる特性を持つ圧電体は、印加電界の方向が反転しても、変位がリニアに変化する領域があり、逆方向の駆動に好適である。
【００２５】
（発明７）：発明７に係るアクチュエータ素子は、発明１乃至６のいずれか１項において、前記圧電体が、下記一般式（Ｐ−１）で表される１種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい。）ことを特徴とする。
【００２６】
Ｐｂａ（Ｚｒｂ１Ｔｉｂ２Ｘｂ３）Ｏ３・・・（Ｐ−１）
式（Ｐ−１）中、ＸはＶ族及びＶＩ族の元素群より選ばれた少なくとも１種の金属元素である。ａ＞０、ｂ１＞０、ｂ２＞０、ｂ３≧０。ａ≧１．０であり、かつｂ１＋ｂ２＋ｂ３＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。
【００２７】
かかる圧電体膜は、絶対値の小さい抗電界の極性が負であり、Ｐｒ−Ｅヒステリシスが正電界側に偏った圧電特性を有している。
【００２８】
（発明８）：発明８に係るアクチュエータ素子の駆動方法は、発明１乃至７のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子を駆動する駆動方法であって、前記Ｐｒ−Ｅヒステリシス特性における正電界側の抗電界と負電界側の抗電界のうち、前記駆動電圧の印加による駆動時の電界方向の抗電界をＥc_a、前記逆方向の電圧の印加によって前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際の電界方向の抗電界をＥc_bとするとき、前記可動部を前記ベース基板に近づける方向に駆動する際に、前記圧電体の抗電界｜Ｅc_a｜以上の電界を発生させる駆動電圧を印加し、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位する際には、前記圧電体の抗電界｜Ｅc_b｜以下の電界を発生させる電圧を印加することを特徴とする。
【００２９】
発明４で説明したとおり、貼り付き防止駆動時の印加電界は、抗電界｜Ｅc_b｜の８０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは、抗電界｜Ｅc_b｜の３０％以上、８０％以下とする。
【００３０】
（発明９）：発明９は、発明１乃至７のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子のデバイス検査時に、前記可動部が前記ベース基板から離れる方向に変位するように、前記駆動電圧とは逆方向の電圧を印加することを特徴とするデバイス検査方法を提供する。
【００３１】
例えば、エージングテスト（出荷前の検査）にてスティッキングが発生している問題のある素子について、上述の貼り付き防止用の駆動によりスティッキングを解除（解消）することができ、出荷可能な素子とすることができる。これにより、歩留まりが向上する。
【００３２】
（発明１０）：発明１０は、発明１乃至７のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子を用いたＭＥＭＳスイッチであって、前記ベース基板上に固定電極が設けられ、前記可動部の一部に、前記固定電極に対して接離する可動電極が設けられ、これら固定電極及び可動電極間の距離が２０μｍ以下であることを特徴とするＭＥＭＳスイッチを提供する。
【００３３】
発明１乃至７に係るアクチュエータ素子における貼り付き防止の機能は、ベース基板と可動部との離間距離が小さいときに、特に、効果的である。発明１０に示した態様のように、スイッチ用接点電極間の距離が２０μｍ以下のＭＥＭＳスイッチに好適である。好ましくは、電極間の距離が１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下のスイッチ素子に有効である。
【００３４】
発明１０は、高周波領域の低損失スイッチング素子であるｒｆ−ＭＥＭＳスイッチに適用できる。ｒｆ−ＭＥＭＳスイッチは、ＭＥＭＳ技術でスイッチ構造体が作製され、アクチュエータ部の機械的な変位によって接点の導通（ＯＮ）と開放（ＯＦＦ）を行う素子である。
【００３５】
（発明１１）：発明１１は、発明１乃至７のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子の製造方法であって、前記可動部と前記ベース基板との間に液体が浸入し得るウエットエッチング工程又は洗浄工程があることを特徴とするアクチュエータ素子の製造方法を提供する。
【００３６】
発明１乃至７に係るアクチュエータ素子の用途は、上記のｒｆ−ＭＥＭＳスイッチに代表されるスイッチ素子に限らず、光変調素子など、様々な応用例がある。発明１１は、これら各種デバイスの製造方法に適用できる。
【００３７】
ウエットエッチング工程や洗浄工程によってデバイス内に残存する液はスティッキングの原因となりやすい。この点、本発明による貼り付き防止用の駆動によってスティッキングを解除でき、歩留まりが向上する。
【００３８】
（発明１２）：発明１２は、発明１乃至７のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子の製造方法であって、前記ベース基板となる第１のシリコン（Ｓｉ）ウエハと、前記圧電体の膜を形成した第２のシリコン（Ｓｉ）ウエハの少なくとも２枚のＳｉウエハを貼り合せる接合工程を含み、前記接合工程の前に、前記第２のＳｉウエハ上に前記圧電体を成膜し、当該成膜後の前記第２のＳｉウエハと前記第１のＳｉウエハとを貼り合せることを特徴とするアクチュエータ素子の製造方法を提供する。
【００３９】
かかる製造方法によれば、目的のデバイスを容易に作製することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、アクチュエータ素子の貼り付き（スティッキング）を効果的に防止することができる。また、素子の歩留まりの向上を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態に用いた圧電体膜（膜厚４μｍ）のＰｒ−Ｅヒステリシス特性を示す図
【図２】図１の特性を有する圧電体膜を備えた圧電アクチュエータを駆動した場合の駆動電圧と変位の関係（電界―変位ヒステリシス特性）を示す図
【図３】図２の圧電特性を調べた圧電アクチュエータの構成図
【図４】本発明の実施形態に係るｒｆ−ＭＥＭＳスイッチの作製プロセスを示す工程図
【図５】図４の作製プロセスで製造したｒｆ−ＭＥＭＳスイッチを上から見た平面図
【図６】従来の圧電体（ＰＺＴ系）のＰｒ−Ｅヒステリシス特性を示す図（特許文献５の図４から引用）
【図７】従来の圧電体（ＰＺＴ系）の電歪と印加電界の関係を示す図（特許文献５の図５から引用）
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００４３】
＜圧電体の材料＞
まず、本発明の実施形態に用いる圧電材料について説明する。本例で用いる圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、俗称「ＰＺＴ」と呼ばれるもの）をベースとしている。ＰＺＴでは、Ｚｒ、Ｔｉはいずれも４価のイオンであり、ＰｂＴｉＯ３からＰｂＺｒＯ３まで、Ｔｉ：Ｚｒは全ての濃度比率を取り得る。このうち、ＰｂＴｉＯ３の結晶系である正方晶、ＰｂＺｒＯ３の結晶系である菱面体のちょうど間の組成であるＺｒ：Ｔｉが５２：４８、または５３：４７である組成が特に圧電特性が良好であり、この特性がアクチュエータ用圧電体として使われている。この組成はＭＰＢ組成と呼ばれる。
【００４４】
ドーパントを何も添加しない真性ＰＺＴに対し、Ｎｂ５＋などの４価よりも価数の大きいイオンを微量添加して圧電特性を向上させたものを変性ＰＺＴと言う。本実施例で用いるＰＺＴでは、１０％程度以上のＮｂ添加が可能であり、高特性なＰＺＴ（変性ＰＺＴ）が得られる。例えば、ｄ３１＝２００〜３００ｐｍ／Ｖという高い圧電性が得られる。
【００４５】
図１は、本実施形態に用いた圧電体膜（膜厚４μｍ）のＰｒ−Ｅヒステリシス特性を示したものである。ここでは、Ｎｂをドープした変性ＰＺＴ膜を用いた。なお、図１の横軸は「駆動電圧」（単位：ボルト［Ｖ］）となっているが、電圧を膜厚で除算すると電界になる。抗電界はＰ−Ｅヒステリシス特性のグラフにて、残留分極がゼロとなる点であり、本例における圧電体膜の抗電界は正電界側（Ｅc＋）が約３５ｋＶ／ｃｍ、負電界側（Ｅc−）が約７．５ｋＶ／ｃｍである。図１中のＶc＋は正電界側の抗電界（Ｅc＋）に対応した電圧（抗電界Ｅc＋と膜厚の積）、Ｖc−は負電界側の抗電界（Ｅc−）に対応した電圧（抗電界Ｅc−と膜厚の積）である。
【００４６】
図６で説明したとおり、従来の一般的な圧電体のＰｒ−Ｅヒステリシスは、分極値を示すｙ軸に対して略対称であり、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とは略一致する（｜Ｅｃ１｜≒Ｅｃ２）。
【００４７】
これに対し、本実施形態で用いるＰＺＴＮ膜は、スパッタリング法等の気相成長により成膜されたものであり、当該ＰＺＴＮ膜のＰｒ−Ｅヒステリシスは図１のように、正電界側に偏った、すなわちｙ軸に対して非対称なものである。負電界側の抗電界Ｅc−（「Ｅc_a」に相当）の絶対値と正電界側の抗電界Ｅc＋（「Ｅc_b」に相当）の絶対値が異なり、｜Ｅc＋｜＞｜Ｅc−｜の関係がある。このように正電界側に偏った非対称Ｐ−Ｅヒステリシスを有する圧電体膜では、正電界を印加した場合は抗電界Ｅc＋が大きいため分極されにくく、負電界を印加した場合は抗電界Ｅc−の絶対値が小さいため分極されやすい。
【００４８】
つまり、抗電界値の絶対値が小さい側の極性の電界印加（この場合、マイナス駆動）により駆動させることにより、大きな圧電性能を得ることができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、正電界側に偏ったＰｒ−Ｅヒステリシスを有する圧電体を例に説明するが、負電界側に偏ったＰｒ−Ｅヒステリシスを有する圧電体においてもその符号が異なるだけで同様の作用効果を得ることができる。
【００５０】
図２は、図１のＰｒ−Ｅヒステリシス特性を有する圧電体膜を備えた圧電アクチュエータを駆動した場合の駆動電圧と変位の関係を示す図である。図２では、後述する作製例において作製した圧電アクチュエータ（図３参照）を駆動して得られた「電界―変位ヒステリシス特性」を示してある。ここでは、下部電極（図３におけるＴｉ／Ｉｒの電極層）を基準電位（グランド）として、駆動電圧の正負符号を定義した。なお、非駆動時における当該圧電アクチュエータにおける圧電体膜の分極状態は、上部電極側が＋、下部電極側が−である（分極ベクトルが上向き）。また、変位量については、振動板（図３における５未μｍ厚のＳｉ層と０．３μｍ厚のＳｉＯ２層）が下に凸の方向に変位する量を「＋方向」の変位、上に凸の方向に変位する量を「−方向」の変位と定義した。
【００５１】
駆動電圧としてマイナスの電圧を印加する場合に注目すると、０Ｖからマイナス電圧の絶対値を大きくしていく（図の左側の負電界側）と、印加電圧の絶対値の増加に応じて、略リニアな関係（比例関係）で変位量が増加していく。ここでは、振動板が下に凸の方向に変位する量を「＋方向」の変位量とした。また、逆に、印加するマイナス電圧の絶対値を次第に小さくしていくと、印加電圧の絶対値の減少に応じて、上記同様の比例関係で変位量が減少していく。図示のとおり、負電界側において殆ど履歴がなく、かつ、リニアリティの高いものとなっている（図中の符号Ａで示す領域）。なお、図１において、履歴によるリニアリティの誤差は１％以下である。
【００５２】
さらに、マイナス電圧から０Ｖを超えてプラス電圧に転じても、しばらくはリニアな領域がある（図中の符号Ｂで示す領域）。すなわち、正電界側において、駆動電圧が０〜約１０Ｖの範囲は、印加電圧（電界）の強さに略比例して、逆方向の変位量が得られる。このように、プラス電圧を印加したとき、逆方向（上に凸の方向）に変位するリニア領域がある。
【００５３】
先に述べた負電界側のリニア領域（図中の符号Ａ）と、この正電界側のリニア領域（図中の符号Ｂ）が連続しており、負電圧側と正電圧側とにまたがる連続した範囲で略比例の関係となるリニア領域（領域Ａ＋Ｂの区間）が形成される。このように負電界側のリニア領域（符号Ａ）から連続する正電界側のリニア領域（符号Ｂの領域）が存在することにより、本例の圧電アクチュエータは、逆符号の電圧の印加によって逆方向（＋方向）に変位させる駆動が可能となっている。
【００５４】
＜図３の圧電アクチュエータの作製例＞
ここで、図１、図２の圧電特性を調べた圧電アクチュエータ（図３）の作製方法を説明する。まず、ダイアフラム構造が形成されているＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板上に、スパッタ法にて、Ｔｉ密着層を介して１５０ｎｍ厚のＩｒ下部電極が順次積層された電極付き基板を用意した。次いでターゲットとしてＰｂ１．３Ｚｒ0.43Ｔｉ0.44Ｎｂ0.13Ｏ３焼結体のターゲットを用いて、真空度０．５Ｐａ、Ａｒ／Ｏ２混合雰囲気（Ｏ２体積分率１．０％）、成膜温度５２５℃、投入電力５００Ｗ、基板ターゲット間距離６０ｍｍの条件下で、ＮｂドープＰＺＴ膜（Ｎｂ−ＰＺＴ膜）４ミクロンの厚みで成膜を実施した。
【００５５】
このとき、基板を浮遊状態にして、ターゲットと基板との間ではない基板から離れたところにアースを配して成膜した。得られた膜の組成をＸＲＦにより分析したところ、Ｐｂ１．０３Ｚｒ0.43Ｔｉ0.44Ｎｂ0.13Ｏ３であった。
【００５６】
次いで、上記Ｎｂ−ＰＺＴ膜上にＰｔ上部電極を、Ｔｉ密着層を介してスパッタリング法にて形成し、リフトオフによりパターニングして圧電アクチュエータを作製した（図３参照、各層の厚みは図中に記載した。）。
【００５７】
得られた圧電アクチュエータのバイポーラ分極―電界特性（Ｐｒ−Ｅヒステリシス特性）を測定した結果が図１である。図示されるように、得られたＰｒ−Ｅヒステリシス特性は、正電界側に偏った、分極を示すｙ軸に対して非対称なものであり、その偏り率は７６％であった。なお、このときの抗電界はプラス方向は４１．６ｋＶ／ｃｍ 、マイナス方向で５．８ｋＶ／ｃｍ であった。
【００５８】
次いで、得られた圧電アクチュエータのバイポーラ電界―変位特性を測定したところ、図２に示されるヒステリシスが得られた。図２に示されるように、上記Ｎｂ−ＰＺＴ膜は、負電界側に高いリニアリティを有することが確認され、更に、正側の抗電界よりも低い電圧においても高いリニアリティを有することも確認された。
【００５９】
＜ｒｆ−ＭＥＭＳスイッチの作成プロセスの実施例＞
図１〜２で説明した特性を持つ圧電体膜を用いて、以下のプロセスにてｒｆ−ＭＥＭＳスイッチを作成した。図４に作成プロセスの工程図を示す。
【００６０】
（工程１）シリコン（Ｓｉ）ウエハ１０上に高周波（ｒｆ）の信号線用の電極１２をパターニングした（図４（a））。このシリコンウエハ１０が「ベース基板」、「第１のシリコンウエハ」に相当し、電極１２が「固定電極」に相当する。
【００６１】
（工程２）次に、上記シリコンウエハ１０上にブリッジとしてフォトレジスト（例えば、商品名：ＳＵ−８）１４を５μｍ厚で形成し、その上にＡｕ−Ｓｎ１５を形成し、これをパターニングして柱１６を形成した（図４（ｂ））。上記工程２で得られたウエハ（構造体）を「下部ウエハ」１８とした。
【００６２】
（工程３）その一方で、上記工程１，２とは別に、図４（ｃ）に示したように、ＳＯＩウエハ２０を基板として用意する。ＳＯＩウエハ２０は、シリコン層２１の上に熱酸化膜（ＳｉＯ２）２２を介して活性層（Ｓｉ層）２３が積層された構造を有する。本例の場合、活性層２３の厚みは５μｍである。活性層２３の厚み５μmの熱酸化膜２２付きのＳＯＩウエハ２０を基板として用意した。このＳＯＩウエハ２０が「第２のシリコンウエハ」に相当する部材である。
【００６３】
（工程４）このＳＯＩウエハ２０の活性層２３上に圧電体（ＰＺＴ）の下側電極２６としてＴｉＷ(膜厚５０ｎｍ)及びＩｒ(膜厚１５０ｎｍ)を積層構造で形成した（図４（ｄ））。
【００６４】
（工程５）次に、下側電極２６上に、図１〜２で説明した圧電性能を有する圧電体（ＰＺＴ）膜３０を４μｍ厚で形成した（図４（ｅ））。圧電体膜３０は、スパッタリング法で形成した。この圧電体膜３０の分極状態は、図４（ｅ）における上側（ＴｉＷ／Ａｕ電極側）がプラス、下側（ＴｉＷ／Ｉｒ電極側）がマイナスに分極したものとなっている。分極電荷のプラスからマイナスに向かう方向を「分極向き」と定義すると、ここでの分極向きは「下向き」である。
【００６５】
（工程６）次に、圧電体膜３０の上に電極３２としてＴｉＷ（膜厚５０ｎｍ）及びＡｕ（膜厚１５０ｎｍ）を積層形成し、パターニングによって、その一部はＰＺＴ駆動用の電極３３とし、一部はｒｆ信号線用の電極３４とした（図４（ｆ））。この工程６で得られたウエハ構造体を「上部ウエハ」３８とした。なお、上部ウエハ３８の作成手順（工程３〜６）と、下部ウエハ１８の作成手順（工程１〜２）は、独立して実施することができるため、上部ウエハ３８、下部ウエハ１８の作製順序は問わない。
【００６６】
（工程７）次に、図４（ｇ）に示すように、下部ウエハ１８と上部ウエハ３８を重ねて両者を張り合わせ、一つの（一枚の）ウエハ４０を形成した。
【００６７】
このとき、上部ウエハ３８は図４（ｆ）の状態から上下を反転させ、電極３２（３３，３４）を下に（下部ウエハ１８側に）向けて、下部ウエハ１８上に接合した。つまり、図４（ｇ）の接合状態では、圧電体膜３０の下面に配置される符号３３の電極が下部電極となり、圧電体膜３０の上面に配置される符号２６の電極が上部電極となる。このとき圧電体膜３０の分極向きは「上向き」となる。
【００６８】
（工程８）次に、上部ウエハ３８のＳｉ層２１（犠牲層に相当する）をウエットエッチングにて取り除き、熱酸化膜２２と活性層２３のみを残した（図４（ｈ））。この残った熱酸化膜２２と活性層２３とによって振動板２４が構成される。
【００６９】
（工程９）さらに、ドライエッチングにて、活性層２３の一部を取り除き、圧電体膜３０と振動板２４が片持ち梁構造（カンチレバー構造）で支持されるように構成した（図４（ｉ））。レジスト１４で構成された柱１６は、圧電体膜３０と振動板２４からなる可動部を片持ち支持する支持台として機能するとともに、電極（１２，３４）間のギャップＧを確保する空隙（空洞）４４を形成する壁部材（スペーサ部材）として機能する。なお、スイッチ接点用の電極（１２，３４）の距離（ギャップＧ）は、２０μｍ以下、好ましくは、１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下である。
【００７０】
こうして、符号１２で示した固定電極に対し、符号３４で示した可動電極が空隙（ギャップ）４４を介して対向するｒｆ−ＭＥＭＳスイッチ５０を作製した。
【００７１】
（工程１０）最後に、工程９で活性層２３上に付与したレジスト（不図示）をリムーバーにて取り除き、水洗した。なお、洗浄等の工程は、この工程１０に限らず、他の工程でも必要に応じて実施されるが、説明を省略している。
【００７２】
上記の手順で作製されたｒｆ−ＭＥＭＳスイッチ５０は、圧電駆動により可動電極３４が固定電極１２に対して接離し、スイッチングのオンオフ動作が行われる。
【００７３】
なお、本発明の実施に際して、スイッチの作製工程（製造方法）やスイッチの構造は上記実施形態に限定されない。
【００７４】
スイッチ作製工程やスイッチの構造は上記以外のものでもかまわない。
【００７５】
＜ｒｆ−ＭＥＭＳスイッチの動作について＞
図５はｒｆ−ＭＥＭＳスイッチ５０を上から見た平面図である。図５中の破線で示した符号５２の部分が圧電駆動によって変位するカンチレバー部分（「可動部」に相当）である。このカンチレバー５２の下に電極（図４中図示を省略、図で説明した符号３４、以下「可動電極」という。）が設けられている。
【００７６】
また、当該カンチレバー５２に対向する下部ウエハ１８上には、信号用の電極１２Ａ、１２Ｂが所定の絶縁ギャップ５５を介して配置されている。この電極１２Ａ、１２Ｂは高周波（ＲＦ）の信号を流す信号ライン（以下「ｒｆ信号ライン」という。）であり、カンチレバー５２を駆動させることで、信号線（電極１２Ａ，１２Ｂ）同士の連結（オン）／分離（オフ）の切替が可能である。
【００７７】
すなわち、カンチレバー５２が上に上がっているときは、可動電極３４は電極１２Ａ，１２Ｂから離れており、電極１２Ａ，１２Ｂ間が開放（接点間が開放）され、「オフ」（非導通）の状態となる。その一方、カンチレバー５２が下に下がり、可動電極３４が電極１２Ａ、１２Ｂに接触すると、電極間が繋がって「オン」（導通）状態になる。
【００７８】
このｒｆ−ＭＥＭＳスイッチ５０について、表１に示す印加電圧の組合せで駆動した。なお、ここでは圧電体（ＰＺＴ）を駆動する電極として、図４（ｉ）における振動板２４側（上面のＳｉウエハ側）のＩｒ電極（符号２６）を「上部電極」と呼び、ｒｆ信号ライン（１２Ａ，１２Ｂ）に面する側のＡｕ電極（符号３３）を「下部電極」と呼ぶ。
図４（ｉ）に示したスイッチ構造の場合、圧電体膜３０がｄ３１方向に縮んだときにスイッチはＯＮになり、圧電体膜３０がｄ３１方向に伸びたときにスイッチが電極１２から離れる方向に動く。
【００７９】
【表１】
0005506031.tif 000002
【００８０】
表１に示したとおり、下部電極を接地し、上部電極にプラスの電圧を印加すると、カンチレバー５２は下に変位し、スイッチオン（ＯＮ）となる。また、この下部電極を接地した状態で、上部電極にマイナスの電圧を印加すると、カンチレバー５２は上方向に変位する。なお、このとき上部電極に印加するマイナス電圧の値は、圧電体膜内の電界が抗電界（Ｅｃ＋）の値以下となる値とし、好ましくは、抗電界（Ｅｃ＋）の８０％以内の電界となる電圧値とする。このマイナス電圧の印加による駆動動作は、カンチレバー５２をｒｆ信号ライン（電極１２Ａ，１２Ｂ）から引き離す方向の動きであり、スティッキング防止の作用をもたらす。表１において「スティッキング防止」と記載している駆動形態は、カンチレバー（片持ち梁）が上方向に移動するのをレーザードップラー変位計にて確認した。また、それぞれの動作が良好であることを確認した。
【００８１】
駆動電圧を印加する形態は、上記に限らない。上記と同様の印加電界を実現できる電位の組合せにより、同様の駆動が可能である。例えば、次のような形態でもよい。すなわち、上部電極を接地し、下部電極にマイナスの電圧を印加すると、カンチレバー５２は下に変位し、スイッチオン（ＯＮ）となる。また、この上部電極を接地した状態で、下部電極にプラスの電圧を印加すると、カンチレバー５２は上方向に変位する。このとき下部電極に印加するプラス電圧の値は、圧電体膜内の電界が抗電界（Ｅｃ＋）の値以下となる値とし、好ましくは、抗電界（Ｅｃ＋）の８０％以内の電界となる電圧値とする。このプラス電圧の印加による動作はカンチレバー５２をｒｆ信号ラインから引き離す方向の動きであり、スティッキング防止の作用をもたらす。
【００８２】
その他、下部電極にマイナス電圧、上部電極にプラス電圧を印加することにより、カンチレバー５２は下に変位し、スイッチオン（ＯＮ）となる。逆に、下部電極にプラス電圧、上部電極にマイナス電圧を印加すると、カンチレバー５２は上方向に変位し、スティッキングを防止できる。なお、このときの電極間の電位差は、圧電体膜内の電界が抗電界（Ｅｃ＋）の値以下となる値とし、好ましくは、抗電界（Ｅｃ＋）の８０％以内の電界となる電位差とする。
【００８３】
以上説明したとおり、圧電体膜の駆動の方法は、表１に示した様々な組合せが可能である。適当な駆動回路を選択することにより、どのような組合せでも可能である。
【００８４】
図４の作製プロセスで製造した複数のｒｆ−ＭＥＭＳスイッチにおいて、これら複数のデバイスのうち一部のものは初期状態からｒｆ信号ラインがオンになっており、ＰＺＴの部分の片持ち梁（カンチレバー）が下部ウエハに貼り付いているものが存在した。
【００８５】
その貼り付いたデバイスに関して、表１の「スティッキング防止」の効果がある電圧の組合せで圧電体を駆動したところ、貼り付き（スティッキング）が解消された。なお、本例の圧電膜の場合、約７Ｖ（抗電界の７０％）の電圧を印加した。こうして、貼り付きを解除した後は、良好にデバイスを駆動することができた。
【００８６】
本デバイスのスティッキング防止用の駆動は、デバイス検査時に行うことで、以後はスティッキングを起こすことはなかった。このように、出荷前の検査でスティッキングを解除し、正常な（出荷可能な）素子にすることできる、これにより、歩留まりの向上を達成できる。
【００８７】
なお、デバイス検査の工程を経て、貼り付きのないデバイスが得られた場合も、その後の実際のデバイス駆動中に、何らかの理由でｒｆ信号線が常時ＯＮとなり、貼り付いてしまうことも想定される。その際には、当該貼り付いたデバイスに対して、上記のスティッキング防止効果のある電圧（この例では約７Vの電圧）を印加することで、貼り付きを剥がすことが可能である。
【００８８】
上述した実施形態では、圧電体のｄ３１方向の歪みを利用して振動板を撓ませるユニモルフ型のアクチュエータとなっているが、圧電体の圧電定数ｄ３１（ｐｍ／Ｖ）は高い方が好ましい。好ましくは１００ｐｍ／Ｖ以上、さらに好ましくは２００ｐｍ／Ｖ以上である。１００ｐｍ／Ｖ以下であれば本発明のスティッキング防止のための力の発生が十分でない可能性があるためである。
【００８９】
＜貼り付き（スティッキング）防止動作時の印加電圧と抗電界の関係について＞
デバイスの貼り付き（スティッキング）を解消するための駆動時に印加する電圧の抗電界に対する割合とスティッキング防止効果の関係を調べた。評価実験では、図１で説明した特性を持つ圧電体膜を用い、ヒステリシスのプラス方向側に駆動するように電圧を印加して、カンチレバーがスイッチ電極から離れる方向に駆動して、スティッキング防止効果を調べた。表２にその結果を示す。
【００９０】
【表２】
0005506031.tif 000003
【００９１】
抗電界よりも大きな印加電界となる電圧をかけたもの（抗電界に対する割合が１５０％、ここでは５２．５ｋＶ／ｃｍの電界に相当する電圧）は、スティッキング防止効果がなく、評価を「×」とした。
【００９２】
抗電界と同じ電界（抗電界に対する割合が１００％）ではスティッキング効果が確認されたものの、当該駆動を繰り返し、カンチレバーが電極と離れる方向に駆動を進めると徐々に変位量が落ちていったため、スティッキング防止効果はあるものの、信頼性が若干劣るとして「△」とした。
【００９３】
抗電界に対する割合が８０％（本実施例では約２８ｋＶ／ｃｍ）ではスティッキング防止効果は現れ、繰り返しの状況も良好であり、「○」の評価とした。抗電界の１０％（約３．５ｋＶ／ｃｍ）で駆動したものは、サンプルによってはスティッキングできるものとできないものがあり、十分効果がないとして「△」とした。０％ではカンチレバーが全く動かず、スティッキング防止とならなかったため「×」であった。
【００９４】
以上の結果から、スティッキング防止のための駆動時には、抗電界の１０％〜１００％の範囲で駆動することが好ましく、さらに好ましくは抗電界の３０％〜８０％の範囲で駆動することが好ましい。
【００９５】
＜Ｐｒ−Ｅヒステリシス特性の「偏り」について＞
図１で説明したＰｒ−Ｅヒステリシス特性の電界に対する「偏り」は、例えば、正電界側の抗電界と負電界側の抗電界の絶対値の違いに注目して定義できる。偏りが大きい程、正電界側に偏ったＰｒ−Ｅヒステリシス特性の場合、負電界側の抗電界Ｅｃ１と正電界側の抗電界Ｅｃ２から次式で「偏り率」を定めることができる。
【００９６】
（Ｅｃ２＋Ｅｃ１）／（Ｅｃ２―Ｅｃ１）×１００  （％）
なお、負電界側に偏ったＰｒ−Ｅヒステリシス特性を有している圧電体においては、上式で得られる値の絶対値となる。 
【００９７】
本発明によるアクチュエータ素子の駆動方法は、２０％以上の偏り率を有するＰｒ−Ｅヒステリシスを有する圧電体を備えたアクチュエータについて特に好ましく適用することができ、その偏り率が大きいほど効果的である。図１に示されるＰｒ−Ｅヒステリシスの偏り率は７６％である。
【００９８】
＜変形例＞
本発明の実施に際しては、上述した実施例における圧電体の材料、電極の材料、成膜条件、膜厚寸法、駆動電圧等の条件に限定されず、様々な条件で実施することが可能である。
【００９９】
また、上述の実施形態では、ベース基板上に複数の固定電極（１２Ａ，１２Ｂ）を配置し、可動電極３４がこれら複数の固定電極に接触することによって複数の固定電極間を導通させるスイッチ構造を例示したが、本発明の実施に際しては、１つの固定電極に対して、可動電極を接触／離間させるスイッチ構造を採用してもよい。
【０１００】
さらに、上述の実施形態では、片持ち梁（カンチレバー）構造を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限らず、両持ち構造、ダイアフラム構造にも適用できる。
【０１０１】
＜圧電体膜の組成について＞
本発明の実施に用いることができる圧電体膜として、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜（不可避不純物を含んでいてもよい。）が挙げられる。かかる圧電体膜は、プラズマを用いるスパッタリング法により基板上に成膜することができる。この圧電体膜（一般式（Ｐ））は、絶対値の小さい抗電界の極性が負であり、正電界側にＰｒ−Ｅヒステリシスが偏った圧電特性を有している。 
【０１０２】
一般式ＡａＢｂＯ３・・・（Ｐ）
式中、ＡはＰｂを主成分とするＡサイト元素、ＢはＢサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、Ｏは酸素であるａ≧１．０かつｂ＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。
【０１０３】
上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物としては、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコニウム酸鉛、ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等が挙げられる。圧電体膜は、これら上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物の混晶系であってもよい。
【０１０４】
また、本発明の実施に際しては、特に、下記一般式（Ｐ−１）で表される１種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい。）圧電体膜がより好ましい。 
【０１０５】
Ｐｂａ（Ｚｒｂ１Ｔｉｂ２Ｘｂ３）Ｏ３・・・（Ｐ−１）
式（Ｐ−１）中、ＸはＶ族及びＶＩ族の元素群より選ばれた少なくとも１種の金属元素である。ａ＞０、ｂ１＞０、ｂ２＞０、ｂ３≧０。ａ≧１．０であり、かつｂ１＋ｂ２＋ｂ３＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。
【０１０６】
上記一般式（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物は、ｂ３＝０のときチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）であり、ｂ３＞０のとき、ＰＺＴのＢサイトの一部をＶ族及びＶＩ族の元素群より選ばれた少なくとも１種の金属元素であるＸで置換した酸化物である。
【０１０７】
Ｘは、ＶＡ族、ＶＢ族、ＶＩＡ族、及びＶＩＢ族のいずれの金属元素でもよく、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，及びＷからなる群より選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。
【０１０８】
一般式（Ｐ−１）で表される、ドーパントを含むＰＺＴ系酸化物からなる圧電体膜は、Ｐｒ−Ｅヒステリシス特性の正電界側への偏り率が大きいものとなるため、上記本発明の圧電アクチュエータの駆動方法を用いることにより得られる効果を良好に得ることができる。
【０１０９】
また、上記一般式（Ｐ）及び（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜３０の偏り率は、Ｐｂが多いほど大きくなる。一般式（Ｐ）及び（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物において、Ｐｂの組成ａが１．０２＜ａ≦１．３の範囲内である場合に、偏り率を２０％以上となることから、上記本発明の圧電アクチュエータの駆動方法を用いることにより得られる効果を良好に得ることができる。
【０１１０】
従って、一般式（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜３０において、Ｐｂ組成の大きいものほど、上記本発明の圧電アクチュエータの駆動方法を用いることにより得られる効果が大きいものとなる。
【０１１１】
既述のとおり、上記一般式（Ｐ）及び（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜は、高い圧電歪定数（ｄ３１定数）を有するため、かかる圧電体膜を備えた圧電アクチュエータ（アクチュエータ素子）は、変位特性の優れたものとなる。
【０１１２】
また、一般式（Ｐ）及び（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜を備えた圧電アクチュエータは、図２で説明したように、駆動電圧範囲において、リニアリティの優れた電圧―変位特性を有している。
【０１１３】
なお、上記説明では、ＰＺＴについて説明したが、圧電体の性質としてヒステリシスが偏っている材料であれば、同様の作用効果が得られる。本発明の実施に際しては、上記説明した組成の物以外の材料組成や、非鉛圧電体なども用いることができる。
【０１１４】
＜他の応用例＞
上述した圧電特性を持つ圧電体膜を利用したアクチュエータ素子は、従来のアクチュエータと比較して、より大きな変位量が得られるので、スイッチ素子に限らず、光変調素子その他の様々な用途に広く利用可能であり、各種の圧電薄膜素子、ＭＥＭＳデバイスに適用できる。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…シリコン（Ｓｉ）ウエハ、１２，１２Ａ，１２Ｂ…電極（固定電極）、１８…下部ウエハ、２０…ＳＯＩウエハ、２４…振動板、２６…電極（上部電極）、３０…圧電体膜、３３…電極（下部電極）、３４…電極（可動電極）、３８…上部ウエハ、５０…ｒｆ−ＭＥＭＳスイッチ、５２…カンチレバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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