(57)【要約】  鉛を含有しない強誘電材料を含む圧電体薄膜であって、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）と同レベルの高い圧電性能を示す圧電体薄膜とその製造方法とを提供する。本発明の圧電体薄膜は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜と、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層と、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜とを具備し、前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、および前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜はこの順に積層されている。
2010084711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜と、
（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層と、
（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜と、
を具備し、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、および前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜がこの順に積層されている圧電体薄膜。
【請求項２】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項１に記載の圧電体薄膜。
【請求項３】
金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項１に記載の圧電体薄膜。
【請求項４】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項３に記載の圧電体薄膜。
【請求項５】
基板をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記基板上に形成されている請求項１に記載の圧電体薄膜。
【請求項６】
前記基板がＳｉからなる請求項５に記載の圧電体薄膜。
【請求項７】
スパッタリング法により、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を形成する工程、
前記ＬａＮｉＯ3膜上に、スパッタリング法により、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層を形成する工程、および
前記界面層上に、スパッタリング法により、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成して、前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層および前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜がこの順に積層された圧電体薄膜を得る工程、
を包含する、圧電体薄膜を製造する方法。
【請求項８】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＬａＮｉＯ3膜が、金属電極膜上に形成されている請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＬａＮｉＯ3膜が基板上に形成されている請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板がＳｉからなる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜に接合された振動層と、
インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体薄膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、を備え、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体薄膜に接合され、
前記振動層と前記圧力室部材とは、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されており、
前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されており、
前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれており、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極がこの順に積層されている、
インクジェットヘッド。
【請求項１４】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項１３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１５】
前記圧電体薄膜が、金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項１３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１６】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項１５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１７】
インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法であって、
前記インクジェットヘッドを準備する工程、
ここで、前記インクジェットヘッドは、
第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜に接合された振動層と、
インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体薄膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、を備え、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体薄膜に接合され、
前記振動層と前記圧力室部材とは、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されており、
前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されており、
前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれており、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極がこの順に積層されており、
前記第１の電極および第２の電極を介して前記圧電体層に電圧を印加することにより、圧電効果に基づき、前記圧力室の容積が変化するように前記振動層を当該層の膜厚方向に変位させ、当該変位により前記圧力室からインクを吐出させる工程
を包含する、方法。
【請求項１８】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記圧電体薄膜が、金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されており、
前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれており、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極がこの順に積層されており、
前記第１の電極および第２の電極から選ばれる一方の電極が、前記振動部を発振させる駆動電圧を前記圧電体層に印加する駆動電極と、発振中の前記振動部に加わった角速度によって前記振動部に生じた変形を測定するためのセンス電極とを含む電極群により構成されている角速度センサ。
【請求項２２】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項２１に記載の角速度センサ。
【請求項２３】
前記圧電体薄膜が、金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項２１に記載の角速度センサ。
【請求項２４】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項２３に記載の角速度センサ。
【請求項２５】
角速度センサを用いて角速度を測定する方法であって、
前記角速度センサを準備する工程、
ここで、前記角速度センサは、
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されており、
前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれており、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極がこの順に積層されており、
前記第１および第２の電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成されており、
駆動電圧を、前記第１および第２の電極から選ばれる他方の電極と前記駆動電極とを介して前記圧電体層に印加することにより、前記振動部を発振させる工程、および
発振中の前記振動部に加わった角速度によって前記振動部に生じた変形を、前記他方の電極と前記センス電極とを介して測定することで前記加わった角速度の値を得る工程、
を包含する、方法。
【請求項２６】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記圧電体薄膜が、金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されており、
前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれており、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極がこの順に積層されている、
圧電発電素子。
【請求項３０】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項２９に記載の圧電発電素子。
【請求項３１】
前記圧電体薄膜が、金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項２９に記載の圧電発電素子。
【請求項３２】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項３１に記載の圧電発電素子。
【請求項３３】
圧電発電素子を用いた発電方法であって、
前記圧電発電素子を準備する工程、
ここで、前記圧電発電素子は、
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されており、
前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれており、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極がこの順に積層されており、
前記振動部に振動を与えることにより、前記第１および第２の電極を介して電力を得る工程を包含する、方法。
【請求項３４】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記圧電体薄膜が、金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体層を備える圧電体薄膜とその製造方法に関する。さらに、本発明は、当該圧電体薄膜を備えるインクジェットヘッドと当該ヘッドを用いて画像を形成する方法、当該圧電体薄膜を備える角速度センサと当該センサを用いて角速度を測定する方法ならびに当該圧電体薄膜を備える圧電発電素子と当該素子を用いた発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（ＺｒyＴｉ1-y）Ｏ3、０＜ｙ＜１）は大きな電荷を蓄えることができる代表的な強誘電材料であり、コンデンサおよび薄膜メモリに使用されている。ＰＺＴは、強誘電性に基づく焦電性および圧電性を有する。ＰＺＴは高い圧電性能を有し、かつ組成の調整または元素の添加によってその機械的品質係数Ｑｍを容易に制御できる。これが、ＰＺＴを、センサ、アクチュエータ、超音波モータ、フィルタ回路および発振子に応用されることを可能にしている。【０００３】
しかし、ＰＺＴは、多量の鉛を含む。近年、廃棄物からの鉛の溶出が生態系および環境に深刻な被害をもたらすことが懸念されている。そのため、国際的にも鉛の使用の制限が進められている。従って、ＰＺＴとは異なり、鉛を含有しない強誘電材料が求められている。【０００４】
現在開発が進められている、鉛を含有しない強誘電材料の一つとして、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）およびチタン（Ｔｉ）からなるペロブスカイト型複合酸化物［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）1-zＢａz］ＴｉＯ3が例示される。特許文献１および非特許文献１は、バリウム量ｚ（＝［Ｂａ／（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）］）が５〜１０％である場合に、当該強誘電材料が、１２５ｐＣ／Ｎ程度の圧電定数ｄ33を有し、高い圧電性能を有することを開示している。ただし、当該強誘電体材料はＰＺＴの圧電性能より低い圧電性能を有する。【０００５】
特許文献２および非特許文献２は、特定の方向に配向した（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を作製することを開示している。配向により（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の分極軸を揃えることによって、当該膜が有する残留分極、圧電性能のような強誘電特性の向上が期待される。【０００６】
ところで、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜とは関係ないが、特許文献３は、バッファー層を表面に形成した基板を用いることによって、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12強誘電体膜の配向が制御され得ることを開示している（特に段落0020）。当該公報は、好ましくは当該バッファー層が、その上に形成される強誘電体膜を構成する元素の全てまたは一部を含むことも開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平4-60073号公報
【特許文献２】特開2007-266346号公報
【特許文献３】特開平10-182291号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】T. Takenaka et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol.30, No. 9B, (1991), pp. 2236-2239
【非特許文献２】H. W. Cheng et al., Applied Physics Letters, Vol.85, (2004), pp. 2319-2321
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、鉛を含有しない（即ち、非鉛の）強誘電材料を含み、ＰＺＴと同一の高い圧電性能を有する圧電体薄膜とその製造方法を提供することである。【００１０】
本発明の他の目的は、当該非鉛圧電体薄膜を備えるインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子を提供することである。本発明のさらに他の目的は、当該インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法、当該角速度センサを用いて角速度を測定する方法および当該圧電発電素子を用いた発電方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、
・下地層の結晶状態に拘わらず、当該下地層の上に形成したＬａＮｉＯ3膜が（００１）配向を有すること、および
・当該ＬａＮｉＯ3膜上に特定の化合物により構成される界面層を形成し、さらに当該界面層上に圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成することによって、高い結晶性、高い（００１）配向性、高い圧電性能を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が得られること、を見出した。本発明者らは、この知見に基づいて本発明を完成させた。【００１２】
本発明の圧電体薄膜は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜と、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層と、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜と、を具備し、前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、および前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜がこの順に積層されている。【００１３】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法は、スパッタリング法により、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を形成する工程、前記ＬａＮｉＯ3膜上に、スパッタリング法により、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層を形成する工程、および、前記界面層上に、スパッタリング法により、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成して、前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層および前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜がこの順に積層された圧電体薄膜を得る工程、を包含する。【００１４】
本発明のインクジェットヘッドは、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜に接合された振動層と、インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体薄膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、を備える。前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体薄膜に接合されている。前記振動層と前記圧力室部材とは、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されている。前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する。前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されている。前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれている。前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極は、この順に積層されている。【００１５】
本発明の、インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法は、前記インクジェットヘッドを準備する工程、および下記の工程Ａを包含する。ここで、前記インクジェットヘッドは、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜に接合された振動層と、インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体薄膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、を備える。前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体薄膜に接合される。前記振動層と前記圧力室部材とは、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されている。前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する。前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されている。前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれている。前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極は、この順に積層されている。前記工程Ａは、前記第１の電極および第２の電極を介して前記圧電体層に電圧を印加することにより、圧電効果に基づき、前記圧力室の容積が変化するように前記振動層を当該層の膜厚方向に変位させ、当該変位により前記圧力室からインクを吐出させる工程である。【００１６】
本発明の角速度センサは、振動部を有する基板と、前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する。前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されている。前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれている。前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極は、この順に積層されている。前記第１の電極および第２の電極から選ばれる一方の電極が、前記振動部を発振させる駆動電圧を前記圧電体層に印加する駆動電極と、発振中の前記振動部に加わった角速度によって前記振動部に生じた変形を測定するためのセンス電極とを含む電極群により構成されている。【００１７】
本発明の、角速度センサを用いて角速度を測定する方法は、前記角速度センサを準備する工程、ならびに下記の工程Ｂおよび工程Ｃを包含する。ここで、前記角速度センサは、振動部を有する基板と、前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する。前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されている。前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれている。前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極は、この順に積層されている。前記第１および第２の電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成されている。前記工程Ｂは、駆動電圧を、前記第１および第２の電極から選ばれる他方の電極と前記駆動電極とを介して前記圧電体層に印加することにより、前記振動部を発振させる工程である。前記工程Ｃは、発振中の前記振動部に加わった角速度によって前記振動部に生じた変形を、前記他方の電極と前記センス電極とを介して測定することで前記加わった角速度の値を得る工程である。【００１８】
本発明の圧電発電素子は、振動部を有する基板と、前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する。前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されている。前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれている。前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極は、この順に積層されている。【００１９】
本発明の、圧電発電素子を用いた発電方法は、前記圧電発電素子を準備する工程、および下記の工程Ｄを包含する。ここで、前記圧電発電素子は、振動部を有する基板と、前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する。前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されている。前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれている。前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極は、この順に積層されている。前記工程Ｄは、前記振動部に振動を与えることにより、前記第１および第２の電極を介して電力を得る工程である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、ＰＺＴと同一の高い圧電性能を示す非鉛圧電体薄膜を実現する。【００２１】
本発明は、当該非鉛圧電体薄膜を備えるインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子と、これらを用いて画像を形成する方法、角速度を測定する方法および発電方法とを実現する。本発明のインクジェットヘッドは優れたインク吐出特性を有する。当該インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法は、優れた画像の精度および表現性を有する。本発明の角速度センサは優れたセンサ感度を有する。当該角速度センサを用いて角速度を測定する方法は、優れた角速度の測定感度を有する。本発明の圧電発電素子は優れた発電特性を有している。当該圧電発電素子を用いた発電方法は、優れた発電効率を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の圧電体薄膜の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の圧電体薄膜の別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の圧電体薄膜のまた別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の圧電体薄膜のさらに別の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明のインクジェットヘッドの一例を模式的に示す、部分的に当該インクジェットヘッドの断面が示された斜視図である。
【図３】図３は、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部を模式的に示す、部分的に当該要部の断面が示された分解斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部の一例を模式的に示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部の別の一例を模式的に示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、圧電体層を含む積層体の形成工程を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、後に圧力室部材となる部材の形成工程を模式的に示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、接着層を形成する工程を模式的に示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、図５Ａに示す工程で形成した積層体と図５Ｂに示す工程で形成した部材とを接合する工程を模式的に示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図６Ａに示す工程に続く工程（中間層のエッチング工程）を模式的に示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図６Ｂに示す工程に続く工程（下地基板の除去工程）を模式的に示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図７Ａに示す工程に続く工程（個別電極層の形成工程）を模式的に示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図７Ｂに示す工程に続く工程（圧電体層の微細加工工程）を模式的に示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図８Ａに示す工程に続く工程（基板の切断工程）を模式的に示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、インク流路部材およびノズル板の準備工程を模式的に示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、インク流路部材とノズル板との接合工程を模式的に示す断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、アクチュエータ部と圧力室部材との接合体と、インク流路部材とノズル板との接合体との接合工程を模式的に示す断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図５Ａ〜図９Ｃに示す工程によって得たインクジェットヘッドを模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、圧力室部材とする基板上に、アクチュエータ部とする積層体を配置した一例を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明のインクジェットヘッドの別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１１に示すインクジェットの製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１１に示すインクジェットの製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の角速度センサの一例を模式的に示す斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の角速度センサの別の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３Ａに示す角速度センサにおける断面Ｅ１を示す断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１３Ｂに示す角速度センサにおける断面Ｅ２を示す断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の圧電発電素子の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の圧電発電素子の別の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、図１５Ａに示す圧電発電素子における断面Ｆ１を示す断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１５Ｂに示す圧電発電素子における断面Ｆ２を示す断面図である。
【図１７】図１７は、実施例および比較例１〜７として作製した圧電体薄膜のＸ線回折プロファイルを示す図である。
【図１８】図１８は、実施例および比較例１として作製した圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す図である。
【図１９】図１９は、比較例１として作製した圧電体薄膜の構造を模式的に示す断面図である。
【図２０】図２０は、比較例２〜７として作製した圧電体薄膜の構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明においては、同一の部材に同一の符号を対応させることによって、重複する説明が省略され得る。
【００２４】
［圧電体薄膜、圧電体薄膜の製造方法］
図１Ａは、本発明による圧電体薄膜の一形態を示す。図１Ａに示す圧電体薄膜１ａは、積層構造１６ａを有する。積層構造１６ａは、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜１３と、（００１）配向を有する界面層１４と、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５とをこの順に有する。積層されたこれらの層および膜１３〜１５は互いに接する。界面層１４は、化学式ＡＢＯ3により表される化合物により構成される。Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣxである。ＢはＴｉまたはＴｉＺｒである。ＣはＮａ以外のアルカリ金属である。すなわち、ＣはＬｉ、Ｋ、ＲｂおよびＣｓから選ばれる少なくとも１種である。Ｏは酸素である。ｘは、式０≦ｘ＜１を満たす数値である。圧電体層である当該（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、高い結晶性および高い（００１）配向性を有する。このため、圧電体薄膜１ａは、鉛を含有しないにも拘わらず、ＰＺＴの圧電性能と同一の高い圧電性能を有する。
【００２５】
ＬａＮｉＯ3膜１３は、（００１）の面方位を表面に有する。ＬａＮｉＯ3膜１３は典型的にはスパッタリング法により形成され得る。ＬａＮｉＯ3膜１３は（００１）配向を有する限り、他の薄膜形成手法、例えば、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、およびエアロゾル堆積法（ＡＤ法）により形成され得る。
【００２６】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法では、スパッタリング法により、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜１３が形成される。
【００２７】
界面層１４は、化学式ＡＢＯ3により表される化合物により構成される（００１）配向を有する層である。すなわち、界面層１４は、（００１）の面方位を表面に有する。界面層１４は、ＬａＮｉＯ3膜１３と（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５との間に挟まれる。界面層１４は、高い結晶性および高い（００１）配向性を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５を形成するために必要である。
【００２８】
高い結晶性および高い配向性を有する圧電体層を形成するための界面層の組成を、圧電体層および界面層がそれぞれ有する格子定数または組成の類似性に基づいて予測することは困難である。即ち、圧電体層の格子定数または組成に類似する格子定数または組成を有する界面層を単に設けることによって、高い結晶性および高い配向性を有する圧電体層が常に得られるわけではない。この理由は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3のような多元系複合酸化物を構成する各元素（酸素を除く）が異なる蒸気圧を有するため、高い結晶性および高い配向性を有する多元系複合酸化物の形成が一般的に困難であるからである。本発明者らは、界面層１４の上に設けられた（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５が高い結晶性および高い配向性を有することを見出した。
【００２９】
界面層１４の厚みは限定されない。厚みが数格子単位（約２ｎｍ）以上であれば、高い結晶性および（００１）配向性を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５が得られる。
【００３０】
界面層１４は、化学式ＡＢＯ3により表される化合物により構成される。Ａは、（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣxである。Ｂは、ＴｉまたはＴｉＺｒである。ＣはＮａ以外のアルカリ金属である。ｘは、式０≦ｘ＜１を満たす数値である。
【００３１】
化学式ＡＢＯ3により表される当該化合物はペロブスカイト型の結晶構造を有する。ペロブスカイト構造におけるサイトＡおよびサイトＢは、単独または複数の元素の配置に応じて、それぞれ２価および４価の平均価数を有する。サイトＡは、その平均価数が２価となるように、３価の元素としてＢｉを含み、そして１価の元素としてＮａを含む。Ｎａの一部は、Ｎａ以外のアルカリ金属元素Ｃ（ＣはＬｉ、Ｋ、ＲｂおよびＣｓから選ばれる少なくとも１種であり、典型的には、ＬｉおよびＫから選ばれる少なくとも１種である）により置換され得る。サイトＢは、４価の元素としてＴｉを含む。Ｔｉの一部がＺｒにより置換され得る。ｘは０であることが好ましく、ＢはＴｉであることが好ましい。ｘ＝０であり、かつＢはＴｉであることがより好ましい。即ち、化学式ＡＢＯ3により表される化合物は（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3であることが好ましく、界面層１４は（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3により構成されることが好ましい。
【００３２】
界面層１４は、微量の不純物を含み得る。不純物としては、例えば、Ｍｎ、Ｆｅ、ＮｂおよびＴａが挙げられる。いくつかの不純物は、界面層１４の結晶性を向上し得る。
【００３３】
ＬａＮｉＯ3膜１３と界面層１４との間には、必要に応じて、（００１）配向層がさらに挟まれ得る。（００１）配向層は、例えば、Ｐｔ膜、ＳｒＲｕＯ3膜である。
【００３４】
界面層１４は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。界面層１４は（００１）配向を有する限り、例えば、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＡＤ法のような他の薄膜形成手法により形成され得る。
【００３５】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法では、ＬａＮｉＯ3膜１３の上にスパッタリング法によりＡＢＯ3界面層１４が形成される。
【００３６】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3により構成される膜である。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、（００１）面方位を表面に有する。
【００３７】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５の厚みは限定されない。当該厚みは、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５から構成される圧電体層が薄くても、当該膜が高い圧電性能を有するため、本発明の圧電体薄膜は十分に実用的である。
【００３８】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、化学式ＡＢＯ3により表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する。ペロブスカイト構造におけるサイトＡおよびサイトＢは、単独または複数の元素の配置に応じて、それぞれ２価および４価の平均価数を有する。サイトＡはＢｉ、ＮａおよびＢａである。サイトＢはＴｉである。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、微量の不純物を含み得る。当該不純物は、典型的には、サイトＡにおけるＮａを置換するＬｉおよびＫならびにＢａを置換するＳｒおよびＣａである。当該不純物は、典型的には、サイトＢにおけるＴｉを置換するＺｒである。その他の当該不純物としては、例えば、Ｍｎ、Ｆｅ、ＮｂおよびＴａが挙げられる。いくかの不純物は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５の結晶性および圧電性能を向上し得る。
【００３９】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５を形成する方法は限定されない。例えば、スパッタリング法、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＡＤ法のような公知の薄膜形成手法が適用され得る。
【００４０】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法では、界面層１４の上にスパッタリング法により（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５が形成される。
【００４１】
図１Ｂは、本発明による圧電体薄膜の別の一形態を示す。図１Ｂに示す圧電体薄膜１ｂは、積層構造１６ｂを有する。積層構造１６ｂは、図１Ａに示す積層構造１６ａが金属電極膜１２をさらに備えた構造である。積層構造１６ｂでは、ＬａＮｉＯ3膜１３が当該金属電極膜１２上に形成されている。具体的には、積層構造１６ｂは、金属電極膜１２と、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜１３と、（００１）配向を有する界面層１４と、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５とをこの順に有する。積層されたこれらの層および膜１３〜１５は互いに接する。圧電体層である当該（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、高い結晶性および高い（００１）配向性を有する。このため、圧電体薄膜１ｂは、鉛を含有しないにも拘わらず、ＰＺＴの圧電性能と同一の高い圧電性能を有する。
【００４２】
金属電極膜１２の材料は限定されない。より具体的には、金属電極膜１２の材料としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）のような金属；酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、酸化イリジウム（ＩｒＯ2）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3）のような酸化物半導体を挙げることができる。金属電極膜１２は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。金属電極膜１２は低い電気抵抗および耐熱性を有することが好ましいので、金属電極膜１２はＰｔからなることが好ましい。金属電極膜１２は、例えば（１１１）配向を有し得る。
【００４３】
図１Ｂに示す圧電体薄膜１ｂは、金属電極膜１２上にＬａＮｉＯ3膜１３を形成し、形成した当該ＬａＮｉＯ3膜１３上に界面層１４を形成し、形成した界面層１４上に（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５を形成して製造できる。
【００４４】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法では、ＬａＮｉＯ3膜１３が金属電極膜１２上に形成されていてもよい。このとき、金属電極膜１２はＰｔからなることが好ましい。
【００４５】
本発明の圧電体薄膜は、基板をさらに備え、ＬａＮｉＯ3膜が当該基板上に形成されていてもよい。このような形態を、図１Ｃ、図１Ｄに示す。
【００４６】
図１Ｃに示す圧電体薄膜１ｃは、図１Ａに示す積層構造１６ａが基板１１上に形成された構造を有する。図１Ｄに示す圧電体薄膜１ｄは、図１Ｂに示す積層構造１６ｂが基板１１上に形成された構造を有する。圧電体薄膜１ｃ、１ｄにおいて、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、上述したように高い結晶性および高い（００１）配向性を有する。このため、圧電体薄膜１ｃ、１ｄは、ともに鉛を含有しないにも拘わらず、ＰＺＴの圧電性能と同一の高い圧電性能を有する。
【００４７】
基板１１は、シリコン（Ｓｉ）基板であり得る。基板１１は、Ｓｉ単結晶基板が好ましい。
【００４８】
圧電体薄膜１ｃ、１ｄでは、基板１１と積層構造１６ａ、１６ｂとの間（より具体的には、圧電体薄膜１ｃについて基板１１とＬａＮｉＯ3膜１３との間、圧電体薄膜１ｄについて基板１１と金属電極膜１２との間）に、必要に応じて、両者の密着性を向上させる密着層が配置され得る。密着層の材料としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）およびクロム（Ｃｒ）から選ばれる少なくとも１種またはその化合物が挙げられる。
【００４９】
図１Ｃに示す圧電体薄膜１ｃは、基板１１上にＬａＮｉＯ3膜１３を形成し、形成した当該ＬａＮｉＯ3膜１３上に界面層１４を形成し、形成した界面層１４上に（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５を形成して製造し得る。
【００５０】
図１Ｄに示す圧電体薄膜１ｄは、基板１１上に金属電極膜１２を形成し、形成した金属電極膜１２上にＬａＮｉＯ3膜１３を形成し、形成した当該ＬａＮｉＯ3膜１３上に界面層１４を形成し、形成した界面層１４上に（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５を形成して製造し得る。
【００５１】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法では、ＬａＮｉＯ3膜１３が基板１１上に形成されていてもよい。このとき、基板１１はＳｉからなることが好ましい。
【００５２】
図１Ａ〜図１Ｄに示す圧電体薄膜１ａ〜１ｄは、下地基板を用いて製造し得る。具体的には、下地基板上に積層構造１６ａまたは１６ｂを形成した後、当該下地基板を基板１１として用い得る。当該下地基板はエッチングのような公知の手法により除去され得る。
【００５３】
下地基板は、ＭｇＯのようなＮａＣｌ型構造を有する酸化物基板；ＳｒＴｉＯ3、ＬａＡｌＯ3、ＮｄＧａＯ3のようなペロブスカイト型構造を有する酸化物基板；Ａｌ2Ｏ3のようなコランダム型構造を有する酸化物基板；ＭｇＡｌ2Ｏ4のようなスピネル型構造を有する酸化物基板；ＴｉＯ2のようなルチル型構造を有する酸化物基板、および；（Ｌａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｔａ）Ｏ3、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）のような立方晶系結晶構造を有する酸化物基板；であり得る。下地基板は、ガラス基板；アルミナのようなセラミクス基板、および；ステンレスのような金属基板；の表面に、ＮａＣｌ型の結晶構造を有する酸化物薄膜を積層することにより形成され得る。この場合、酸化物薄膜の表面に、金属電極膜１２またはＬａＮｉＯ3膜１３が形成され得る。酸化物薄膜としては、例えば、ＭｇＯ薄膜、ＮｉＯ薄膜、酸化コバルト（ＣｏＯ）薄膜が挙げられる。
【００５４】
本発明の圧電体薄膜は、必要に応じて、基板１１、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４および（Ｂｉ，Ｎａ、Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５以外の任意の層を有し得る。このような圧電体薄膜は、例えば、当該任意の層を形成する工程を本発明の製造方法にさらに加えることにより形成され得る。任意の層は、例えば、界面層１４および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５を、ＬａＮｉＯ3膜１３とともに挟持する、あるいはＬａＮｉＯ3膜１３および金属電極膜１２とともに挟持する、電極である。当該電極は、例えば、金属、導電性酸化物などの導電性材料により構成され得る。
【００５５】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法では、上述したように、下地基板上にＬａＮｉＯ3膜１３が、あるいは下地基板上に形成されている金属電極膜１２上にＬａＮｉＯ3膜１３が、形成され得る。これらの場合、下地基板をそのまま基板１１として用いることによって、積層構造１６ａまたは１６ｂが基板１１上に形成された圧電体薄膜１ｃまたは１ｄが得られ得る。下地基板を除去した後、他の基板を配置することによっても、積層構造１６ａまたは１６ｂが基板１１上に形成された圧電体薄膜１ｃまたは１ｄが得られ得る。このとき、他の基板は、ＬａＮｉＯ3膜１３または金属電極膜１２に接するように配置され得る。あるいは、他の基板は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５に接するように配置され得る。
【００５６】
［インクジェットヘッド］
図２〜図１２Ｂを参照しながら、本発明のインクジェットヘッドを説明する。
【００５７】
図２は、本発明のインクジェットヘッドの一例を示す。図３は、図２に示されるインクジェットヘッド１００における、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部を示す分解図である。
【００５８】
図２および図３における符号Ａは圧力室部材を指し示す。圧力室部材Ａは、その厚み方向（図の上下方向）に貫通する貫通孔１０１を具備する。図３に示される貫通孔１０１は、圧力室部材Ａの厚み方向に切断された当該貫通孔１０１の一部である。符号Ｂは、圧電体薄膜および振動層を備えるアクチュエータ部を指し示す。符号Ｃは、共通液室１０５およびインク流路１０７を具備するインク流路部材Ｃを指し示す。圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃは、圧力室部材Ａがアクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃに挟持されるように、互いに接合している。圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃが互いに接合された状態で、貫通孔１０１は、共通液室１０５から供給されたインクを収容する圧力室１０２を形成する。
【００５９】
アクチュエータ部Ｂは、平面視において圧力室１０２と重複する圧電体薄膜および振動層を有する。図２および図３における符号１０３は、圧電体薄膜の一部である個別電極層を指し示す。図２に示されるように、インクジェットヘッド１００では、平面視において複数の個別電極層１０３がジグザグ状に配置されている。
【００６０】
インク流路部材Ｃは、平面視においてストライプ状に配置された共通液室１０５を有する。図２および図３では、共通液室１０５は、平面視において複数の圧力室１０２と重複する。共通液室１０５は、インクジェットヘッド１００におけるインク供給方向（図２における矢印方向）に伸びている。インク流路部材Ｃは、共通液室１０５内のインクを圧力室１０２に供給する供給口１０６と、圧力室１０２内のインクをノズル孔１０８から吐出するインク流路１０７とを有する。通常、１つの供給孔１０６および１つのノズル孔１０８が、一つの圧力室１０２に対応付けられている。ノズル孔１０８は、ノズル板Ｄに形成されている。ノズル板Ｄは、圧力室部材Ａとともにインク流路部材Ｃを挟むようにインク流路部材Ｃに接合されている。
【００６１】
図２における符号ＥはＩＣチップを指し示す。ＩＣチップＥは、アクチュエータ部Ｂの表面に露出する個別電極層１０３に、ボンディングワイヤＢＷを介して電気的に接続されている。図２を明瞭にするために、一部のボンディングワイヤＢＷのみが図２に示される。
【００６２】
図４Ａおよび図４Ｂは、圧力室部材Ａおよびアクチュエータ部Ｂを含む要部の構成を示す。図４Ａおよび図４Ｂは、圧力室部材Ａおよびアクチュエータ部Ｂにおける、インク供給方向（図２の矢印の方向）に直交する断面を示す。アクチュエータ部Ｂは、第１の電極（個別電極層１０３）と第２の電極（共通電極層１１２）との間に挟持された圧電体層１５を有する圧電体薄膜１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）を備える。１つの個別電極層１０３は、１つの圧電体薄膜１０４ａ〜１０４ｄに対応付けられている。共通電極層１１２は、圧電体薄膜１０４ａ〜１０４ｄに共通する１層の電極である。
【００６３】
図４Ａに示される圧電体薄膜１０４は、図１Ａに示される積層構造１６ａがさらに共通電極層１１２を備える構造を有する。当該構造において、共通電極層１１２は、個別電極層１０３であるＬａＮｉＯ3膜１３とともに界面層１４および圧電体層１５を挟むように、圧電体層１５と接して配置されている。当該構造は、個別電極層１０３であるＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および共通電極層１１２を、ＬａＮｉＯ3膜１３側からこの順に有する。
【００６４】
図４Ｂに示される圧電体薄膜１０４は、図１Ｂに示される積層構造１６ｂがさらに共通電極層１１２を備える構造を有する。当該構造において、共通電極層１１２は、個別電極層１０３である金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３とともに界面層１４および圧電体層１５を挟むように、圧電体層１５と接して配置されている。当該構造は、個別電極層１０３である金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３、ならびに界面層１４、圧電体層１５および共通電極層１１２を、金属電極膜１２側からこの順に有する。ＬａＮｉＯ3膜１３は、金属電極膜１２上に形成されている。
【００６５】
図４Ａおよび図４Ｂに示される圧電体薄膜１０４において、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４および圧電体層１５は、その好ましい形態を含め、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【００６６】
共通電極層１１２は、導電性を有する限り限定されず、例えば、銅（Ｃｕ）電極（電極膜）から構成される。共通電極層１１２は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極（電極膜）であってもよい。当該導電性材料はチタン（Ｔｉ）であることが好ましい。なぜなら、チタンは圧電体層１５に対して高い密着性を有するからである。
【００６７】
第１の電極および第２の電極の間に印加される電圧が圧電体層１５の変形を誘起し得る限り、第１の電極および第２の電極のいずれもが個別電極層であり得る。すなわち、本発明のインクジェットにおける圧電体薄膜は、共通電極層１１２、界面層１４、圧電体層１５および個別電極層１０３を、この順に具備し得る。この場合、第１の電極である共通電極層１１２はＬａＮｉＯ3膜１３からなる。あるいは、共通電極層１１２は、ＬａＮｉＯ3膜１３と金属電極膜１２との積層体からなり、当該積層体においてＬａＮｉＯ3膜１３が界面層１４と接するように配置される。第２の電極である個別電極層１０３は、導電性を有する材料から構成され得る。
【００６８】
個別電極層１０３は０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。個別電極層１０３が金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３の積層体である場合、ＬａＮｉＯ3膜１３は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。界面層１４は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。圧電体層１５は０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。共通電極層１１２は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００６９】
アクチュエータ部Ｂは、圧電体薄膜１０４の共通電極層１１２に接合された振動層１１１をさらに備える。振動層１１１は圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形に応じて振動層１１１の膜厚方向に変位する。個別電極層１０３および共通電極層１１２を介する圧電体層１５への電圧の印加が、圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形をもたらす。
【００７０】
圧力室部材Ａは、中間層１１３および接着層１１４を介して振動層１１１に接合されている。圧力室部材Ａおよび圧電体薄膜１０４が、振動層１１１を間に挟んでいる。
【００７１】
圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形に応じて振動層１１１が変位でき、振動層１１１の変位に応じて圧力室１０２の容積が変化し、かつ圧力室１０２の容積の変化に応じて圧力室１０２内のインクが吐出される限り、振動層１１１の構成、圧電体薄膜１０４と振動層１１１との間の接合の状態、ならびに振動層１１１と圧力室部材Ａとの間の接合の状態は限定されない。図４Ａおよび図４Ｂでは、振動層１１１は圧力室１０２の壁面を構成している。
【００７２】
振動層１１１は、例えば、Ｃｒ膜からなる。振動層１１１は、Ｎｉ、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、シリコンからなる膜、あるいはこれらの元素の酸化物、窒化物（例えば、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン）からなり得る。振動層１１１は、２μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００７３】
接着層１１４は、接着剤または粘着剤からなる。当業者は接着剤および粘着剤の種類を適切に選択し得る。
【００７４】
中間層（縦壁）１１３は、圧力室部材Ａが接着層１１４を介して振動層１１１に接合する際に、圧力室１０２に露出する振動層１１１の一部分に接着層１１４が付着することを防ぐ。当該一部分に付着した接着剤は、振動層１１１の変位を妨げる。中間層１１３の材料は、インクジェットヘッド１００の機能が維持される限り限定されない。中間層１１３の材料としては、例えば、Ｔｉが挙げられる。中間層１１３は省略され得る。
【００７５】
圧力室部材Ａは、隣り合う圧力室１０２間に区画壁１０２ａを有する。
【００７６】
図２に示されるインクジェットヘッド１００を製造する方法の一例を、図５Ａ〜図１０を参照しながら説明する。
【００７７】
最初に、図５Ａに示すように、下地基板１２０の上に、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５、共通電極層１１２、振動層１１１および中間層１１３をこの順に形成して、積層体１３２を得る。各層（膜）を形成する薄膜形成手法は特に限定されない。例えば、薄膜形成手法としては、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＡＤ法が挙げられる。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【００７８】
積層体１３２の形成とは別に、後に圧力室部材Ａとなる部材を形成する。この部材は、例えば、Ｓｉ基板（好ましくはＳｉ単結晶基板）を微細加工することによって形成される。Ｓｉ基板は、下地基板１２０よりも大きいサイズを有することが好ましい（図１０参照）。より具体的には、図５Ｂに示されるように、複数の貫通孔１０１が基板１３０に形成される。貫通孔１０１は、この部材が、別途形成したアクチュエータ部およびインク流路部材に接合された後、圧力室１０２として機能する。図５Ｂでは、１つの貫通孔群が４つの貫通孔１０１から構成され、基板１３０は複数の貫通孔群を具備する。第１区画壁１０２ａは、１つの貫通孔群に属する隣接する２つの貫通孔１０１を区分する。隣接する２つの貫通孔群を、第２区画壁１０２ｂが区分する。第２区画壁１０２ｂは、第１区画壁１０２ａが有する幅の２倍以上の幅を有することが好ましい。貫通孔１０１は公知の微細加工手法、例えば、パターニングとエッチングとの組み合わせにより、基板１３０に設けられ得る。貫通孔１０１の形状は、望まれる圧力室１０２の形状に対応付けられ得る。以下、第１区画壁１０２ａおよび第２区画壁１０２ｂをまとめて区画壁１０２と言う。
【００７９】
次に、図５Ｃに示すように、区画壁１０２の上に接着層１１４を形成する。接着層１１４の形成方法は限定されない。一例として電着法が挙げられる。
【００８０】
その後、図６Ａに示されるように、基板１３０は、積層体１３２に接合される。中間層１１３が基板１３０および積層体１３２の間に挟まれる。基板１３０が下地基板１２０よりも大きいサイズを有する場合、図１０に示されるように、複数の積層体１３２（図１０に示す例では１４の積層体）が基板１３０に接合し得る。図６Ａでは、基板１３０に２つの積層体１３２が接合している。図６Ａでは、２つの積層体１３２の中心は、第２区画壁１０２ｂの延長線上に位置する。
【００８１】
接着層１１４として熱硬化性の接着剤が用いられる場合、基板１３０が積層体１３２に接合された後、熱を加えて接着層１１４が完全に硬化されることが好ましい。接合時に貫通孔１０１にはみ出した接着層１１４は、プラズマ処理によって除去され得る。
【００８２】
次に、図６Ｂに示すように、区画壁１０２をマスクとして用いて貫通孔１０１の断面の形状に合致させて中間層１１３をエッチングすることによって、振動層１１１が貫通孔１０１に露出される。当該エッチングによって、中間層１１３は、平面視において、区画壁１０２と同一の形状に変化する。中間層１１３は、区画壁１０２および接着層１１４とともに縦壁を構成する。このようにして、基板１３０、中間層１１３および接着層１１４を具備する圧力室部材Ａが形成される。
【００８３】
図５Ｂ〜図６Ｂに示す例では、貫通孔１０１を形成した基板１３０が、圧電体層１５を含む積層体１３２に接合される。この手順に代えて、貫通孔１０１を有さない基板１３０が積層体１３２に接合され、そして基板１３０に貫通孔１０１を形成して振動層１１１を露出させることによっても、圧力室部材Ａは形成され得る。
【００８４】
その後、図７Ａに示されるように、下地基板１２０が、例えば、エッチングにより除去される。
【００８５】
次に、図７Ｂに示されるように、フォトリソグラフィとエッチングとの組み合わせによる微細加工によって、金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3層１３は、複数の個別電極層１０３に変化する。各個別電極層１０３は、平面視において、個々の貫通孔１０１に対応する。
【００８６】
その後、図８Ａに示されるように、界面層１４および圧電体層１５が微細加工される。界面層１４および圧電体層１５は、いずれも、平面視において個別電極層１０３の形状と同一の形状を有する。当該微細加工では、平面視における各層（膜）の中心が貫通孔１０１の中心に高い精度で一致することが好ましい。このようにして、個別電極層１０３（金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３）、界面層１４、圧電体層１５、および共通電極層１１２から構成される圧電体薄膜１０４と、振動層１１１とを備えるアクチュエータ部Ｂが形成される。
【００８７】
次に、図８Ｂに示されるように、共通電極層１１２、振動層１１１および基板１３０を、第２区画壁１０２ｂごとに切断して、複数の部材１３３を得る。１つの部材１３３は、アクチュエータ部Ｂと、複数の貫通孔１０１を有する圧力室部材Ａとを具備している。アクチュエータ部Ｂは圧力室部材Ａに接合している。
【００８８】
上記各手順とは別に、図９Ａに示されるように、共通液室１０５、供給口１０６およびインク流路１０７を具備するインク流路部材Ｃと、ノズル孔１０８を具備するノズル板Ｄとが準備される。
【００８９】
次に、図９Ｂに示されるように、インク流路部材Ｃの主面に垂直な方向から見てインク流路１０７がノズル孔１０８に重複するように、インク流路部材Ｃをノズル板Ｄに接合して接合体を得る。インク流路１０７からノズル孔１０８の全体が露出することが好ましい。接合する方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。
【００９０】
その後、図９Ｃに示されるように、部材１３３は、図９Ｂに示す工程で準備した接合体に接合する。より具体的には、圧力室部材Ａにおけるアクチュエータ部Ｂ側とは反対側の面が、インク流路部材Ｃにおけるノズル板Ｄ側とは反対側の面に接合する。接合時には、アライメント調整が行われ、これらの接合によって貫通孔１０１を圧力室１０２として機能させる。接合する方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。このようにして、図９Ｄ（図２）に示されるインクジェットヘッド１００が得られる。
【００９１】
当業者は、金属電極膜１２を具備しない圧電体薄膜１０４を備えるインクジェットヘッドを、図５Ａ〜図１０に示す方法を適用して製造し得る。
【００９２】
図１１は、本発明の他のインクジェットヘッドを示す。図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、図２〜図４に示されるインクジェットヘッド１００と比較して、簡易な構造を有する。具体的には、インクジェットヘッド１００からインク流路部材Ｃが除去されている。
【００９３】
図１１に示すインクジェットヘッド１４１は、以下の（１）〜（６）を除き、図２〜図４に示されるインクジェットヘッド１００と同一である：（１）インク流路部材Ｃがなく、そしてノズル孔１０８を有するノズル板Ｄが、直接、圧力室部材Ａに接合されている  （２）中間層１１３がなく、そして振動層１１１が、直接、圧力室部材Ａに接合されている  （３）振動層１１１と共通電極層１１２との間に密着層１４２が配置されており、これらの間の密着性を向上している  （４）共通電極層１１２が、金属電極膜１２とＬａＮｉＯ3膜１３との積層体である  （５）個別電極層１０３が導電性材料により構成される  （６）共通電極層１１２側から、共通電極層１１２（金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３）、界面層１４、圧電体層１５および個別電極層１０３が順に積層されている。
【００９４】
共通電極層１１２は、第１の電極として機能する。個別電極層１０３は、第２の電極として機能する。密着層１４２の材料は、例えば、Ｔｉである。
【００９５】
図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに示される方法によって製造され得る。最初に、図１２Ａに示すように、基板１３０の一方の主面に、振動層１１１、密着層１４２、共通電極層１１２（金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３）、界面層１４、圧電体層１５および電極層１３１を、この順に形成する。
【００９６】
次に、図１２Ｂに示すように、基板１３０において圧力室１０２が形成される位置に貫通孔１０１が形成される。基板１３０の主面に垂直な方向から見て、貫通孔１０１の中心が、電極層１３１、圧電体層１５および界面層１４の各層の中心に一致するように、これらの層に微細加工が施される。当該微細加工によって、電極層１３１から個別電極層１０３が形成される。貫通孔１０１の形成および各層の微細加工には、パターニングとエッチングとの組み合わせのような公知の微細加工手法が用いられ得る。エッチングはドライエッチングが好ましい。貫通孔１０１の形成には異方性ドライエッチングが好ましい。ドライエッチングでは、フッ素原子を含む有機ガスとアルゴンとの混合ガスが使用され得る。
【００９７】
最後に、基板１３０は、別途形成しておいたノズル孔１０８を有するノズル板と接合し、図１１に示されるインクジェットヘッド１４１を得る。接合時には、アライメント調整が行われ、これらの接合によって貫通孔１０１を圧力室１０２として機能させる。接合する方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。
【００９８】
［インクジェットヘッドを用いた画像形成方法］
本発明の画像を形成する方法は、上述した本発明のインクジェットヘッドにおいて、第１および第２の電極（すなわち、個別電極層および共通電極層）を介して圧電体層に電圧を印加し、圧電効果により振動層を当該層の膜厚方向に変位させて圧力室の容積を変化させる工程、ならびに当該変位により圧力室からインクを吐出させる工程を有する。
【００９９】
紙のような画像形成対象物とインクジェットヘッドとの間の相対位置を変化させながら、圧電体層に印加する電圧を変化させてインクジェットヘッドからのインクの吐出タイミングおよび吐出量を制御することによって、対象物の表面に画像が形成される。本明細書において用いられる用語「画像」は、文字を含む。
【０１００】
［角速度センサ］
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａおよび図１４Ｂは、本発明の角速度センサの一例を示す。図１４Ａは、図１３Ａに示される角速度センサ２１ａの断面Ｅ１を示す。図１４Ｂは、図１３Ｂに示される角速度センサ２１ｂの断面Ｅ２を示す。図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂは、いわゆる音叉型角速度センサである。これは車両用ナビゲーション装置およびデジタルスチルカメラの手ぶれ補正センサに使用され得る。
【０１０１】
図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂは、振動部２００ｂを有する基板２００と、振動部２００ｂに接合された圧電体薄膜２０８とを備える。
【０１０２】
基板２００は、固定部２００ａと、固定部２００ａから所定の方向に伸びた一対のアーム（振動部２００ｂ）とを有する。振動部２００ｂが延びる方向は、角速度センサ２１が検出する角速度の回転中心軸Ｌが延びる方向と同一である。具体的には、当該方向は、図１３Ａ、１３ＢではＹ方向である。基板２００の厚み方向（図１３Ａ、１３ＢのＺ方向）から見て、基板２００は２本のアーム（振動部２００ｂ）を有する音叉の形状を有している。
【０１０３】
基板２００の材料は限定されない。当該材料として、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミクス、金属が挙げられる。基板２００としてＳｉ単結晶基板を用い得る。基板２００の厚みは、角速度センサ２１ａ、２１ｂとしての機能が発現できる限り限定されない。より具体的には、基板２００は０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の厚みを有する。固定部２００ａの厚みは、振動部２００ｂの厚みと異なり得る。
【０１０４】
圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂに接合している。圧電体薄膜２０８は、圧電体層１５と、界面層１４と、第１の電極２０２および第２の電極２０５とを備える。圧電体層１５は、第１の電極２０２および第２の電極２０５の間に挟まれている。圧電体薄膜２０８は、第１の電極２０２、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。
【０１０５】
図１３Ａおよび図１４Ａに示される圧電体薄膜２０８では、第１の電極２０２は、金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３の積層体である。ＬａＮｉＯ3膜１３が界面層１４に接する。当該圧電体薄膜２０８は、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１３Ａおよび図１４Ａに示される圧電体薄膜２０８は、図１Ｂに示される積層構造１６ｂがさらに第２の電極２０５を備える構造を有する。
【０１０６】
図１３Ｂおよび図１４Ｂに示される圧電体薄膜２０８では、第１の電極２０２は、ＬａＮｉＯ3膜１３である。当該圧電体薄膜２０８は、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１３Ｂおよび図１４Ｂに示される圧電体薄膜２０８は、図１Ａに示される積層構造１６ａがさらに第２の電極２０５を備える構造を有する。
【０１０７】
図１３Ａ〜図１４Ｂに示される圧電体薄膜２０８において、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４および圧電体層１５は、その好ましい形態を含め、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【０１０８】
第２の電極２０５は、例えば、Ｃｕ電極膜からなり得る。Ｃｕ電極は、圧電体層１５に対する高い密着性を有するから好ましい。第２の電極２０５は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極膜またはＡｕ電極であり得る。Ｔｉは圧電体層１５に対する高い密着性を有するため、密着層の材料として用いられ得る。
【０１０９】
第２の電極２０５は、駆動電極２０６およびセンス電極２０７を含む電極群を具備している。駆動電極２０６は、振動部２００ｂを発振させる駆動電圧を圧電体層１５に印加する。センス電極２０７は、振動部２００ｂに加わった角速度によって振動部２００ｂに生じた変形を測定する。すなわち振動部２００ｂの発振方向は、通常、その幅方向（図１３Ａ、１３ＢのＸ方向）である。より具体的には、図１３Ａ〜図１４Ｂでは、一対の駆動電極２０６が、振動部２００ｂの幅方向に対する両端部に、振動部２００ｂの長さ方向（図１３Ａ、１３ＢのＹ方向）に沿って設けられている。１本の駆動電極２０６が、振動部２００ｂの幅方向に対する一方の端部に設けられ得る。図１３Ａ〜図１４Ｂでは、センス電極２０７は、振動部２００ｂの長さ方向に沿って設けられており、かつ一対の駆動電極２０６の間に挟まれている。複数のセンス電極２０７が、振動部２００ｂ上に設けられ得る。センス電極２０７によって測定される振動部２００ｂの変形は、通常、その厚み方向（図１３Ａ、１３ＢのＺ方向）の撓みである。
【０１１０】
本発明の角速度センサでは、第１の電極および第２の電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成され得る。図１３Ａ〜図１４Ｂに示す角速度センサ２１ａ、２１ｂでは、第２の電極２０５が当該電極群により構成される。当該角速度センサとは異なり、第１の電極２０２が当該電極群により構成され得る。一例として、基板２００から見て、第２の電極２０５、圧電体層１５、界面層１４および第１の電極２０２（第１の電極は、界面層１４に接するＬａＮｉＯ3膜１３を含む）がこの順に積層され得る。
【０１１１】
接続端子２０２ａ、２０６ａおよび２０７ａが、第１の電極２０２の端部、駆動電極２０６の端部およびセンス電極２０７の端部に、それぞれ形成されている。各接続端子の形状および位置は限定されない。図１３Ａ、１３Ｂでは接続端子は固定部２００ａ上に設けられている。
【０１１２】
第１の電極２０２は０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。第１の電極２０２が金属電極膜１２とＬａＮｉＯ3膜１３との積層体である場合、ＬａＮｉＯ3膜１３は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。界面層１４は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。圧電体層１５は０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。第２の電極２０５は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１１３】
図１３Ａ〜図１４Ｂでは、圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂおよび固定部２００ａの双方に接合している。しかし、圧電体薄膜２０８が振動部２００ｂを発振させることができ、かつ振動部２００ｂに生じた変形が圧電体薄膜２０８によって測定され得る限り、圧電体薄膜２０８の接合状態は限定されない。例えば、圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂのみに接合され得る。
【０１１４】
本発明の角速度センサは、一対の振動部２００ｂからなる振動部群を２以上有し得る。そのような角速度センサは、複数の回転中心軸に対する角速度を測定し得、２軸あるいは３軸の角速度センサとして機能する。図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサは、一対の振動部２００ｂからなる１つの振動部群を有する。
【０１１５】
上述した圧電体薄膜の製造方法を利用した本発明の角速度センサを製造する方法は、例えば以下のとおりである。以下の方法は、第１の電極２０２が金属電極膜１２を含む場合である。当業者は、第１の電極２０２が金属電極膜１２を含まない場合についても、以下の方法を応用し得る。
【０１１６】
最初に、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および電極層を、基板（例えばＳｉ基板）の表面にこの順に形成する。各層（膜）の形成には、上述した薄膜形成手法を適用し得る。
【０１１７】
次に、電極層をパターニングにより微細加工して、駆動電極２０６およびセンス電極２０７により構成される第２の電極２０５を形成する。さらに、微細加工により、圧電体層１５、界面層１４、ＬａＮｉＯ3膜１３および金属電極膜１２をパターニングする。そして、微細加工により、基板をパターニングして振動部２００ｂが形成される。このようにして、本発明の角速度センサを製造し得る。
【０１１８】
微細加工の方法は、例えばドライエッチングである。
【０１１９】
本発明の角速度センサは、下地基板を用いた転写を応用して製造し得る。具体的には、例えば、以下の方法を適用し得る。最初に、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および電極層を、下地基板の表面にこの順に形成する。次に、形成された積層体を他の新たな基板に、当該基板と当該電極層とが接するように接合する。次に、下地基板を公知の方法により除去する。次に、各層（膜）を微細加工によりパターニングして、本発明の角速度センサを製造し得る。当該積層体および当該新たな基板は、例えば接着層を介して接合し得る。当該接着層の材料は、当該積層体が当該新たな基板に安定して接着する限り限定されない。より具体的には、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、およびポリイミド系接着剤が用いられ得る。このとき、接着層は０．２μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１２０】
［角速度センサによる角速度の測定方法］
本発明の角速度を測定する方法は、本発明の角速度センサを用いて、駆動電圧を圧電体層に印加して、基板の振動部を発振させる工程、および発振中の振動部に加わった角速度によって振動部に生じた変形を測定することによって当該角速度の値を得る工程、を有する。第１の電極および第２の電極のうち、駆動電極およびセンス電極として機能しない電極（他方の電極）と、駆動電極との間に駆動電圧が印加され、圧電体層に駆動電圧が印加される。他方の電極とセンス電極が、角速度によって発振中の振動部に生じた変形を測定する。
【０１２１】
以下、図１３Ａ、１３Ｂに示す角速度センサ２１ａ、２１ｂを用いた角速度の測定方法を説明する。振動部２００ｂの固有振動と共振する周波数の駆動電圧が、第１の電極２０２および駆動電極２０６を介して圧電体層１５に印加され、振動部２００ｂを発振させる。印加された駆動電圧の波形に応じて圧電体層１５が変形し、当該層と接合されている振動部２００ｂが発振する。駆動電圧は、例えば、第１の電極２０２を接地し、かつ駆動電極２０６の電位を変化させることで印加され得る。角速度センサ２１ａ、２１ｂは、音叉の形状に配列された一対の振動部２００ｂを有する。通常、一対の振動部２００ｂのそれぞれが有する各駆動電極２０６に、正負が互いに逆である電圧をそれぞれ印加する。これにより、各振動部２００ｂを、互いに逆方向に振動するモード（図１３Ａ、１３Ｂに示す回転中心軸Ｌに対して対称的に振動するモード）で発振させることが可能となる。図１３Ａ、１３Ｂに示される、角速度センサ２１ａ、２１ｂでは、振動部２００ｂはその幅方向（Ｘ方向）に発振する。一対の振動部２００ｂの一方のみを発振させることによっても角速度の測定は可能である。しかし、高精度の測定のためには、両方の振動部２００ｂを互いに逆方向に振動するモードで発振させることが好ましい。
【０１２２】
振動部２００ｂが発振した角速度センサ２１ａ、２１ｂに対して、その回転中心軸Ｌに対する角速度ωが加わるときに、各振動部２００ｂは、コリオリ力によって厚み方向（Ｚ方向）に撓む。一対の振動部２００ｂが互いに逆方向に振動するモードで発振している場合、各振動部２００ｂは、互いに逆向きに、同じ変化量だけ撓むことになる。この撓みに応じて、振動部２００ｂに接合した圧電体層１５も撓み、第１の電極２０２とセンス電極２０７との間に、圧電体層１５の撓みに応じた、即ち、生じたコリオリ力に対応した電位差が生じる。この電位差の大きさを測定することで、角速度センサ２１ａ、２１ｂに加わった角速度ωを測定することができる。
【０１２３】
コリオリ力Ｆｃと角速度ωとの間には以下の関係が成立する：
Ｆｃ＝２ｍｖω
ここで、ｖは、発振中の振動部２００ｂにおける発振方向の速度であり、ｍは、振動部２００ｂの質量である。この式に示されているように、コリオリ力Ｆｃから角速度ωを算出できる。
【０１２４】
［圧電発電素子］
図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａおよび図１６Ｂは、本発明の圧電発電素子の一例を示す。図１６Ａは、図１５Ａに示される圧電発電素子２２ａの断面Ｆ１を示す。図１６Ｂは、図１５Ｂに示される圧電発電素子２２ｂの断面Ｆ２を示す。圧電発電素子２２ａ、２２ｂは、外部から与えられた機械的振動を電気エネルギーに変換する素子である。圧電発電素子２２ａ、２２ｂは、車両および機械の動力振動および走行振動ならびに歩行時に生じる振動に包含される種々の振動から発電する自立的な電源装置に好適に適用される。
【０１２５】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電発電素子２２ａ、２２ｂは、振動部３００ｂを有する基板３００と、振動部３００ｂに接合された圧電体薄膜３０８とを備える。
【０１２６】
基板３００は、固定部３００ａと、固定部３００ａから所定の方向に伸びた梁からなる振動部３００ｂとを有する。固定部３００ａの材料は振動部３００ｂの材料と同一であり得る。しかし、これらの材料は互いに異なり得る。互いに異なる材料により構成された固定部３００ａが３００ｂに接合され得る。
【０１２７】
基板３００の材料は限定されない。当該材料として、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミクス、金属が挙げられる。基板３００としてＳｉ単結晶基板を用い得る。基板３００は、例えば、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の厚みを有する。固定部３００ａは振動部３００ｂの厚みと異なる厚みを有し得る。振動部３００ｂの厚みは、振動部３００ｂの共振周波数を変化させて効率的な発電が行えるように調整され得る。
【０１２８】
錘荷重３０６が振動部３００ｂに接合している。錘荷重３０６は、振動部３００ｂの共振周波数を調整する。錘荷重３０６は、例えば、Ｎｉの蒸着薄膜である。錘荷重３０６の材料、形状および質量ならびに錘荷重３０６が接合される位置は、求められる振動部３００ｂの共振周波数に応じて調整され得る。錘荷重は省略され得る。振動部３００ｂの共振周波数が調整されない場合には、錘荷重は不要である。
【０１２９】
圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂに接合している。圧電体薄膜３０８は、圧電体層１５と、界面層１４と、第１の電極３０２および第２の電極３０５とを備える。圧電体層１５は、第１の電極３０２および第２の電極３０５の間に挟まれている。圧電体薄膜３０８は、第１の電極３０２、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。
【０１３０】
図１５Ａおよび図１６Ａに示される圧電体薄膜３０８では、第１の電極３０２は、金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３の積層体である。ＬａＮｉＯ3膜１３が界面層１４に接する。当該圧電体薄膜３０８は、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１５Ａおよび図１６Ａに示される圧電体薄膜３０８は、図１Ｂに示される積層構造１６ｂがさらに第２の電極３０５を備える構造を有する。
【０１３１】
図１５Ｂおよび図１６Ｂに示される圧電体薄膜３０８では、第１の電極３０２は、ＬａＮｉＯ3膜１３である。当該圧電体薄膜３０８は、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１５Ｂおよび図１６Ｂに示される圧電体薄膜３０８は、図１Ａに示される積層構造１６ａがさらに第２の電極３０５を備える構造を有する。
【０１３２】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電体薄膜３０８において、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４および圧電体層１５は、その好ましい形態を含め、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【０１３３】
第２の電極３０５は、例えば、Ｃｕ電極膜からなり得る。Ｃｕ電極は、圧電体層１５に対する高い密着性を有するから好ましい。第２の電極３０５は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極膜またはＡｕ電極であり得る。Ｔｉは圧電体層１５に対する高い密着性を有するため、密着層の材料として用いられ得る。
【０１３４】
図１５Ａ〜図１６Ｂでは、第１の電極３０２の一部分が露出している。当該一部分は接続端子３０２ａとして機能する。
【０１３５】
第１の電極３０２は０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。第１の電極３０２が金属電極膜１２とＬａＮｉＯ3膜１３との積層体である場合、ＬａＮｉＯ3膜１３は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。界面層１４は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。圧電体層１５は０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。第２の電極３０５は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１３６】
図１５Ａ〜図１６Ｂでは、振動部３００ｂを有する基板３００から見て、第１の電極３０２、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極３０５がこの順に積層されている。これらの層の積層順序は逆であり得る。即ち、振動部を有する基板から見て、第２の電極、圧電体層、界面層および第１の電極（第１の電極は、界面層１４に接するＬａＮｉＯ3膜１３を含む）がこの順に積層され得る。
【０１３７】
図１５Ａ〜図１６Ｂでは、圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂおよび固定部３００ａの双方に接合し得る。圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂのみに接合し得る。
【０１３８】
本発明の圧電発電素子では、複数の振動部３００ｂを有することで、発生する電力量を増大し得る。各振動部３００ｂが有する共振周波数を変化させることにより、広い周波数成分からなる機械的振動への適用が可能となる。
【０１３９】
上述した圧電体薄膜の製造方法を利用した本発明の圧電発電素子を製造する方法は、例えば、以下のとおりである。以下の方法は、第１の電極３０２が金属電極膜１２を含む場合である。当業者は、第１の電極３０２が金属電極膜１２を含まない場合についても、以下の方法を応用し得る。
【０１４０】
最初に、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および電極層を、基板（例えばＳｉ基板）の表面にこの順に形成する。各層（膜）の形成には、上述した薄膜形成手法を適用し得る。
【０１４１】
次に、電極層をパターニングにより微細加工して、第２の電極３０５を形成する。さらに微細加工により、圧電体層１５、界面層１４、ＬａＮｉＯ3膜１３および金属電極膜１２をパターニングする。ＬａＮｉＯ3膜１３および金属電極膜１２のパターニングにより、接続端子３０２ａが併せて形成する。そして、微細加工により、基板をパターニングして固定部３００ａおよび振動部３００ｂが形成される。このようにして、本発明の圧電発電素子を製造し得る。振動部３００ｂの共振周波数の調整が必要とされる場合は、公知の方法により錘荷重３０６が振動部３００ｂに接合する。
【０１４２】
微細加工の方法は、例えばドライエッチングである。
【０１４３】
本発明の圧電発電素子は、下地基板を用いた転写を応用して製造し得る。具体的には、例えば、以下の方法を適用し得る。最初に、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および電極層を、下地基板の表面にこの順に形成する。次に、形成された積層体を他の新たな基板に、当該基板と当該電極層とが接するように接合する。次に、下地基板を公知の方法により除去する。次に、各層（膜）を微細加工によりパターニングして、本発明の圧電発電素子を製造し得る。当該積層体および当該新たな基板は、例えば接着層を介して接合し得る。当該接着層の材料は、当該積層体が当該新たな基板に安定して接着する限り限定されない。より具体的には、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、およびポリイミド系接着剤が用いられ得る。このとき、接着層は０．２μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１４４】
［圧電発電素子を用いた発電方法］
上述した本発明の圧電発電素子に振動を与えることにより、第１の電極および第２の電極を介して電力が得られる。
【０１４５】
外部から圧電発電素子２２ａ、２２ｂに機械的振動が与えられると、振動部３００ｂが、固定部３００ａに対して上下に撓む振動を始める。当該振動が、圧電効果による起電力を圧電体層１５に生じる。このようにして、圧電体層１５を挟持する第１の電極３０２と第２の電極３０５との間に電位差が発生する。圧電体層１５が有する圧電性能が高いほど、第１および第２の電極間に発生する電位差は大きくなる。特に、振動部３００ｂの共振周波数が、外部から素子に与えられる機械的振動の周波数に近い場合、振動部３００ｂの振幅が大きくなることで発電特性が向上する。そのため、錘荷重３０６によって、振動部３００ｂの共振周波数が外部から素子に与えられる機械的振動の周波数に近くなるように調整されることが好ましい。
【実施例】
【０１４６】
以下、実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。【０１４７】
（実施例）
実施例では、図１Ｄに示す構造を有する圧電体薄膜を作製した。作製手順を以下に示す。【０１４８】
表面の面方位が（１００）であるＳｉ単結晶基板の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、（１１１）配向を有するＰｔ電極膜（膜厚１００ｎｍ）を形成した。Ｐｔ電極膜の形成は、ターゲットに金属Ｐｔを用い、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気下にて、ＲＦ出力１５Ｗ、基板温度３００℃の成膜条件で行った。Ｓｉ単結晶基板とＰｔ電極膜との密着性を向上させるために、Ｐｔ電極膜を形成する前に、Ｓｉ単結晶基板の表面に予めＴｉ膜（膜厚２．５ｎｍ）を形成した。Ｔｉ膜の形成は、ターゲットに金属Ｐｔの代わりに金属Ｔｉを用いたこと以外は、Ｐｔ電極膜の形成方法によって行った。【０１４９】
次に、Ｐｔ電極膜の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜（膜厚２００ｎｍ）を形成した。ＬａＮｉＯ3膜の形成は、ターゲットとしてストイキオメトリ組成のＬａＮｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝８０：２０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１００Ｗ、基板温度３００℃の成膜条件で行った。【０１５０】
さらに、ＬａＮｉＯ3膜の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、界面層として（００１）配向を有する（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3膜（膜厚２００ｎｍ）を形成した。界面層の形成は、ターゲットとしてストイキオメトリ組成の（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。【０１５１】
次に、（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3膜の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、圧電体層として膜厚２．７μｍの［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07膜を形成した。当該膜の形成は、ターゲットとしてストイキオメトリー組成の［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。【０１５２】
このようにして、Ｓｉ単結晶基板、（１１１）配向を有するＰｔ電極膜、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3膜および（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜がこの順に積層された圧電体薄膜を得た。【０１５３】
［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07膜（（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜）の結晶構造を、Ｘ線回折によって評価した。Ｘ線回折測定は、当該（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が界面層の上に配置された状態で、当該（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の上からＸ線を入射して行った。図１７はその結果を示す。以降の比較例においても同一のＸ線回折の測定方法を用いた。【０１５４】
図１７はＸ線回折プロファイルの結果を示す。Ｓｉ基板およびＰｔ電極膜に由来する反射ピークを除き、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。（００１）ピークの強度は４，２９７ｃｐｓと非常に強かった。これは（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は高い（００１）配向性を有することを意味する。【０１５５】
続いて、当該Ｘ線回折プロファイルにおける（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークの半値幅を、ロッキングカーブ測定により求めた。当該ロッキングカーブ測定とは、回折角２θを対象とする反射ピークの回折角に固定し、Ｘ線の入射角をスキャンさせる測定である。半値幅は２．５７°と非常に小さかった。これは（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3が極めて高い結晶性を有することを意味する。同一の反射ピークの半値幅の測定方法は、以降の比較例においても用いられた。【０１５６】
次に、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の表面に、蒸着により、膜厚１００μｍのＡｕ電極膜を形成し、圧電体薄膜を形成した。圧電体薄膜に含まれるＰｔ電極膜と当該Ａｕ電極膜とを用いて、当該圧電体薄膜の強誘電特性および圧電性能を評価した。【０１５７】
インピーダンスアナライザを用いて、１ｋＨｚにおける誘電損失を測定したところ、当該圧電体薄膜のｔａｎδは６．５％であった。【０１５８】
図１８は、圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。図１８に示すように、Ｐｔ電極膜およびＡｕ電極膜を介して圧電体層へ印加する電圧を増加させると、圧電体薄膜は良好な強誘電特性を示すことが確認された。【０１５９】
圧電体薄膜の圧電性能は以下のように評価した。圧電体薄膜を幅２ｍｍ（Ａｕ電極膜の幅を含む）に切り出し、カンチレバー状に加工した。Ｐｔ電極膜およびＡｕ電極膜間に電位差を印加してカンチレバーの変位量をレーザー変位計により測定した。当該変位量を圧電定数ｄ31に変換して、圧電体薄膜を評価した。圧電体薄膜のｄ31は−７８ｐＣ／Ｎであった。同一の圧電定数ｄ31の評価方法が、以降の比較例においても用いられた。【０１６０】
（比較例１）
界面層として機能する（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3膜を形成しなかったこと以外は実施例と同様の手法により、図１９に示されるＳｉ基板１１、Ｐｔ電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３および圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜３１がこの順に積層された圧電体薄膜３２を作製した。【０１６１】
Ｘ線回折による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。【０１６２】
図１７に示されるように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークが観察された。しかし、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶配向（１１０）に起因する反射ピークも観察された。上記（００１）方向の反射ピーク強度は２，６６１ｃｐｓであり、実施例におけるピーク強度（４，２９７ｃｐｓ）に比べて低かった。これは、比較例１における（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が、実施例における（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜よりも劣る配向性を有することを意味する。【０１６３】
上記（００１）方向の反射ピークの半値幅は２．８９°であり、実施例のそれ（２．５７°）よりも大きかった。これは、比較例１における（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が、実施例における（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜よりも劣る結晶性を有することを意味する。【０１６４】
次に、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の表面に、蒸着により、膜厚１００μｍのＡｕ電極膜を形成して圧電体薄膜を得た。圧電体薄膜に含まれるＰｔ電極膜と当該Ａｕ電極膜とを用いて、圧電体薄膜の強誘電特性および圧電性能の評価を試みた。しかし、圧電体薄膜におけるリーク電流が非常に大きかったため、Ｐ−Ｅヒステリシス曲線の測定が困難であった（図１８参照）。インピーダンスアナライザを用いて、１ｋＨｚにおける誘電損失を測定したところ、当該圧電体薄膜のｔａｎδは４０％であった。リーク電流によって正確な圧電定数ｄ31の値を求めることは困難であった。推定される圧電定数ｄ31は、およそ−４０ｐＣ／Ｎであった。【０１６５】
（比較例２〜７）
比較例２〜７では、界面層の組成を変化させたこと以外は実施例と同様の手法により、図２０に示されるようなＳｉ基板１１、Ｐｔ電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層４１および圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜４２がこの順に積層された圧電体薄膜４３を作製した。【０１６６】
＜比較例２＞
界面層として酸化チタン（ＴｉＯ2）膜をＬａＮｉＯ3膜の表面に形成するとともに、当該ＴｉＯ2膜の表面に、圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成したこと以外は、実施例と同様の手法により、圧電体薄膜を作製した。ＴｉＯ2膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ターゲットとしてＴｉＯ2を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。ＴｉＯ2膜は２００ｎｍの膜厚を有した。【０１６７】
Ｘ線回折による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。【０１６８】
図１７に示されるように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピーク強度は８０ｃｐｓと非常に弱かった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶相に起因する反射ピークも観察されなかった。比較例２の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、特定方向への結晶配向がほとんどない、ランダム配向の結晶状態を有していたと考えられた。【０１６９】
比較例２の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、比較例１のそれよりも低い配向性を有するため、ロッキングカーブ測定による結晶性評価、ならびに圧電体薄膜強誘電特性および圧電性能の評価を行わなかった。【０１７０】
＜比較例３＞
界面層としてチタン酸ビスマス（Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）膜をＬａＮｉＯ3膜の表面に形成するとともに、圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を当該Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12膜の表面に形成したこと以外は、実施例と同様の手順により圧電体薄膜を作製した。Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ターゲットとしてＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12膜は２００ｎｍの膜厚を有した。【０１７１】
Ｘ線解析による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。【０１７２】
図１７に示されるように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピーク強度は４１ｃｐｓと非常に弱かった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶相に起因する反射ピークも観察されなかった。比較例３の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、特定方向への結晶配向がほとんどない、ランダム配向の結晶状態を有していたと考えられた。【０１７３】
比較例３の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、比較例１のそれよりも低い配向性を有するため、ロッキングカーブ測定による結晶性評価、ならびに圧電体薄膜強誘電特性および圧電性能の評価を行わなかった。【０１７４】
＜比較例４＞
界面層としてチタン酸ナトリウム（Ｎａ2ＴｉＯ3）膜をＬａＮｉＯ3膜の表面に形成するとともに、当該Ｎａ2ＴｉＯ3膜の表面に、圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成したこと以外は、実施例と同様の手順により圧電体薄膜を作製した。Ｎａ2ＴｉＯ3膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ターゲットとしてＮａ2ＴｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。Ｎａ2ＴｉＯ3膜は２００ｎｍの膜厚を有した。【０１７５】
Ｘ線解析による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。【０１７６】
図１７に示されるように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピーク強度は１９１ｃｐｓと非常に弱かった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶相に起因する反射ピークも観察されなかった。比較例４の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、特定方向への結晶配向がほとんどない、ランダム配向の結晶状態を有していたと考えられた。【０１７７】
比較例４の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、比較例１のそれよりも低い配向性を有するため、ロッキングカーブ測定による結晶性評価、ならびに圧電体薄膜強誘電特性および圧電性能の評価を行わなかった。【０１７８】
＜比較例５＞
界面層としてチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）膜をＬａＮｉＯ3膜の表面に形成するとともに、当該ＢａＴｉＯ3膜の表面に圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成したこと以外は、実施例と同様の手順により圧電体薄膜を作製した。ＢａＴｉＯ3膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ターゲットとしてＢａＴｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。ＢａＴｉＯ3膜は２００ｎｍの膜厚を有した。【０１７９】
Ｘ線回折による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。【０１８０】
図１７に示されように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピーク強度は８１ｃｐｓと非常に弱かった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶相に起因する反射ピークも観察されなかった。比較例５の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、特定方向への結晶配向がほとんどない、ランダム配向の結晶状態を有していたと考えられた。【０１８１】
比較例５の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、比較例１のそれよりも低い配向性を有するため、ロッキングカーブ測定による結晶性評価、ならびに圧電体薄膜強誘電特性および圧電性能の評価を行わなかった。【０１８２】
＜比較例６＞
界面層としてチタン酸ビスマスバリウム（Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12−ＢａＴｉＯ3）膜をＬａＮｉＯ3膜の表面に形成するとともに、当該Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12−ＢａＴｉＯ3膜の表面に、圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成したこと以外は、実施例と同様の手順により圧電体薄膜を作製した。Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12−ＢａＴｉＯ3膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ターゲットとして、チタン酸ビスマス（Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）とチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）とから合成したＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12−ＢａＴｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12−ＢａＴｉＯ3膜は２００ｎｍの膜厚を有した。【０１８３】
Ｘ線回折による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。【０１８４】
図１７に示されるように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピーク強度は１，４７０ｃｐｓと非常に弱かった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶相に起因する反射ピークも観察されなかった。比較例６の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、特定方向への結晶配向がほとんどない、ランダム配向の結晶状態を有していたと考えられた。【０１８５】
比較例６の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、比較例１のそれよりも低い配向性を有するため、ロッキングカーブ測定による結晶性評価、ならびに圧電体薄膜強誘電特性および圧電性能の評価を行わなかった。【０１８６】
＜比較例７＞
界面層としてチタン酸バリウムナトリウム（Ｎａ2ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3）膜をＬａＮｉＯ3膜の表面に形成するとともに、当該Ｎａ2ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3膜の表面に、圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成したこと以外は、実施例と同様の手順により圧電体薄膜を作製した。Ｎａ2ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ターゲットとして、チタン酸ナトリウム（Ｎａ2ＴｉＯ3）とチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）とから合成したＮａ2ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。Ｎａ2ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3膜は２００ｎｍの膜厚を有した。【０１８７】
Ｘ線回折による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。【０１８８】
図１７に示されるように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピーク強度は１３３ｃｐｓと非常に弱かった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶相に起因する反射ピークも観察されなかった。比較例７の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、特定方向への結晶配向がほとんどない、ランダム配向の結晶状態を有していたと考えられた。【０１８９】
比較例７の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、比較例１のそれよりも低い配向性を有するため、ロッキングカーブ測定による結晶性評価、ならびに圧電体薄膜強誘電特性および圧電性能の評価を行わなかった。【０１９０】
以下の表１は、実施例および比較例１〜７の評価結果を要約している。【０１９１】
【表１】
2010084711.tif 000003
【０１９２】
表１に示されるように、界面層として（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3膜を形成した場合のみ、高い（００１）配向性および高い結晶性を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜により構成される圧電体層が形成された。比較例２〜７のように（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3膜以外の界面層を形成した場合には、比較例１のように界面層を有さない場合よりも、却って（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の配向性および結晶性が低下した。即ち、圧電体層を構成する金属元素の一部を含む界面層を設けることが、圧電体層の結晶性および配向性を必ずしも向上させ得ないことが確認された。【０１９３】
界面層を有さない場合（比較例１）、リーク電流が非常に大きいため、圧電体薄膜の強誘電特性を正確に評価することは困難であった。推定される圧電定数ｄ31はおよそ−４０ｐＣ／Ｎ程度であった。比較例２〜７の圧電体層の配向性および結晶性は比較例１と比較してさらに低いために、強誘電特性の評価を行っていない。しかし、比較例２〜７の圧電体層の強誘電特性は比較例１と比較してさらに低下していると考えられる。一方、実施例では、リーク電流が非常に小さく、強誘電ヒステリシス曲線は良好であった。【０１９４】
ところで、特許文献２は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜からなる圧電体層を開示している。特許文献３の段落0020は、「強誘電体薄膜と基板との間に、酸化物からなるバッファー層を形成することがより好ましい。バッファー層に使用できる酸化物は、その上に形成される強誘電体薄膜を構成する元素の全て又は一部を含むことが好ましい」と開示している。これらの記載からは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成するためのバッファー層として、Ｂｉ、Ｎａ、ＢａおよびＴｉから選ばれる１種または２種以上の金属の酸化物を用いることが好ましいと考えられる。【０１９５】
しかし、実施例に示されるように、１種の金属の酸化物（比較例２：ＴｉＯ2）をバッファー層として用いた場合、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は非常に低い結晶配向性を有する。２種の金属の酸化物（比較例３〜５）をバッファー層として用いた場合であっても、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は非常に低い結晶配向性を有する。３種の金属の酸化物をバッファー層として用いた場合であっても、当該金属がＢｉ、ＢａおよびＴｉの組み合わせ（比較例６）ならびにＮａ、ＢａおよびＴｉの組み合わせ（比較例７）である場合には、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は低い（または非常に低い）結晶配向性を有する。それどころか、界面層を有さない比較例１の圧電体層と比較して、これらの比較例２〜７が有する圧電体層は、より低い結晶配向性を有する。【０１９６】
そして、唯一、Ｂｉ、ＮａおよびＴｉの組み合わせ（実施例）をバッファー層として用いた場合に限り、極めて高い結晶性および配向性を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を実現できる。【０１９７】
本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
本発明の圧電体薄膜は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層が高い結晶性および高い（００１）配向性を有するので、高い強誘電特性および高い圧電性能を有する。本発明の圧電体薄膜は、従来の鉛系酸化物強誘電体に代わる圧電体薄膜として有用である。焦電センサ、圧電デバイスのような圧電体薄膜が使用されている分野に好適に使用され得る。その一例として、本発明のインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子が挙げられる。【０１９９】
本発明のインクジェットヘッドは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、インクの吐出特性に優れる。当該インクジェットヘッドを用いた画像を形成する方法は、優れた画像の精度および表現性を有する。本発明の角速度センサは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、高いセンサ感度を有する。当該角速度センサを用いた角速度を測定する方法は、優れた測定感度を有する。本発明の圧電発電素子は、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、優れた発電特性を有する。当該圧電発電素子を用いた本発明の発電方法は、優れた発電効率を有する。本発明に係るインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子ならびに画像形成方法、角速度の測定方法および発電方法は、様々な分野および用途に幅広く適用できる。
【図１Ａ】
2010084711.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2010084711.tif 000006
【図１Ｄ】
2010084711.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
2010084711.tif 000010
【図４Ｂ】
2010084711.tif 000011
【図５Ａ】
2010084711.tif 000012
【図５Ｂ】
2010084711.tif 000013
【図５Ｃ】
2010084711.tif 000014
【図６Ａ】
2010084711.tif 000015
【図６Ｂ】
2010084711.tif 000016
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2010084711.tif 000020
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
2010084711.tif 000037
【図１８】
2010084711.tif 000038
【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月5日(2010.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体層を備える圧電体薄膜とその製造方法に関する。さらに、本発明は、当該圧電体薄膜を備えるインクジェットヘッドと当該ヘッドを用いて画像を形成する方法、当該圧電体薄膜を備える角速度センサと当該センサを用いて角速度を測定する方法ならびに当該圧電体薄膜を備える圧電発電素子と当該素子を用いた発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（ＺｒyＴｉ1-y）Ｏ3、０＜ｙ＜１）は大きな電荷を蓄えることができる代表的な強誘電材料であり、コンデンサおよび薄膜メモリに使用されている。ＰＺＴは、強誘電性に基づく焦電性および圧電性を有する。ＰＺＴは高い圧電性能を有し、かつ組成の調整または元素の添加によってその機械的品質係数Ｑｍを容易に制御できる。これが、ＰＺＴを、センサ、アクチュエータ、超音波モータ、フィルタ回路および発振子に応用されることを可能にしている。
【０００３】
しかし、ＰＺＴは、多量の鉛を含む。近年、廃棄物からの鉛の溶出が生態系および環境に深刻な被害をもたらすことが懸念されている。そのため、国際的にも鉛の使用の制限が進められている。従って、ＰＺＴとは異なり、鉛を含有しない強誘電材料が求められている。
【０００４】
現在開発が進められている、鉛を含有しない強誘電材料の一つとして、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）およびチタン（Ｔｉ）からなるペロブスカイト型複合酸化物［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）1-zＢａz］ＴｉＯ3が例示される。特許文献１および非特許文献１は、バリウム量ｚ（＝［Ｂａ／（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）］）が５〜１０％である場合に、当該強誘電材料が、１２５ｐＣ／Ｎ程度の圧電定数ｄ33を有し、高い圧電性能を有することを開示している。ただし、当該強誘電体材料はＰＺＴの圧電性能より低い圧電性能を有する。
【０００５】
特許文献２および非特許文献２は、特定の方向に配向した（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を作製することを開示している。配向により（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の分極軸を揃えることによって、当該膜が有する残留分極、圧電性能のような強誘電特性の向上が期待される。
【０００６】
ところで、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜とは関係ないが、特許文献３は、バッファー層を表面に形成した基板を用いることによって、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12強誘電体膜の配向が制御され得ることを開示している（特に段落0020）。当該公報は、好ましくは当該バッファー層が、その上に形成される強誘電体膜を構成する元素の全てまたは一部を含むことも開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平4-60073号公報
【特許文献２】特開2007-266346号公報
【特許文献３】特開平10-182291号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】T. Takenaka et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol.30, No. 9B, (1991), pp. 2236-2239
【非特許文献２】H. W. Cheng et al., Applied Physics Letters, Vol.85, (2004), pp. 2319-2321
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、鉛を含有しない（即ち、非鉛の）強誘電材料を含み、ＰＺＴと同一の高い圧電性能を有する圧電体薄膜とその製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、当該非鉛圧電体薄膜を備えるインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子を提供することである。本発明のさらに他の目的は、当該インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法、当該角速度センサを用いて角速度を測定する方法および当該圧電発電素子を用いた発電方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、
・下地層の結晶状態に拘わらず、当該下地層の上に形成したＬａＮｉＯ3膜が（００１）配向を有すること、および
・当該ＬａＮｉＯ3膜上に特定の化合物により構成される界面層を形成し、さらに当該界面層上に圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成することによって、高い結晶性、高い（００１）配向性、高い圧電性能を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が得られること、を見出した。本発明者らは、この知見に基づいて本発明を完成させた。
【００１２】
本発明の圧電体薄膜は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜と、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層と、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜と、を具備し、前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、および前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜がこの順に積層されている。
【００１３】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法は、スパッタリング法により、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を形成する工程、前記ＬａＮｉＯ3膜上に、スパッタリング法により、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層を形成する工程、および、前記界面層上に、スパッタリング法により、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成して、前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層および前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜がこの順に積層された圧電体薄膜を得る工程、を包含する。
【００１４】
本発明のインクジェットヘッドは、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜に接合された振動層と、インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体薄膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、を備える。前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体薄膜に接合されている。前記振動層と前記圧力室部材とは、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されている。前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する。前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されている。前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれている。前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極は、この順に積層されている。
【００１５】
本発明の、インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法は、前記インクジェットヘッドを準備する工程、および下記の工程Ａを包含する。ここで、前記インクジェットヘッドは、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜に接合された振動層と、インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体薄膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、を備える。前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体薄膜に接合される。前記振動層と前記圧力室部材とは、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されている。前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する。前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されている。前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれている。前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極は、この順に積層されている。前記工程Ａは、前記第１の電極および第２の電極を介して前記圧電体層に電圧を印加することにより、圧電効果に基づき、前記圧力室の容積が変化するように前記振動層を当該層の膜厚方向に変位させ、当該変位により前記圧力室からインクを吐出させる工程である。
【００１６】
本発明の角速度センサは、振動部を有する基板と、前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する。前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されている。前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれている。前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極は、この順に積層されている。前記第１の電極および第２の電極から選ばれる一方の電極が、前記振動部を発振させる駆動電圧を前記圧電体層に印加する駆動電極と、発振中の前記振動部に加わった角速度によって前記振動部に生じた変形を測定するためのセンス電極とを含む電極群により構成されている。
【００１７】
本発明の、角速度センサを用いて角速度を測定する方法は、前記角速度センサを準備する工程、ならびに下記の工程Ｂおよび工程Ｃを包含する。ここで、前記角速度センサは、振動部を有する基板と、前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する。前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されている。前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれている。前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極は、この順に積層されている。前記第１および第２の電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成されている。前記工程Ｂは、駆動電圧を、前記第１および第２の電極から選ばれる他方の電極と前記駆動電極とを介して前記圧電体層に印加することにより、前記振動部を発振させる工程である。前記工程Ｃは、発振中の前記振動部に加わった角速度によって前記振動部に生じた変形を、前記他方の電極と前記センス電極とを介して測定することで前記加わった角速度の値を得る工程である。
【００１８】
本発明の圧電発電素子は、振動部を有する基板と、前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する。前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されている。前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれている。前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極は、この順に積層されている。
【００１９】
本発明の、圧電発電素子を用いた発電方法は、前記圧電発電素子を準備する工程、および下記の工程Ｄを包含する。ここで、前記圧電発電素子は、振動部を有する基板と、前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する。前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されている。前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれている。前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極は、この順に積層されている。前記工程Ｄは、前記振動部に振動を与えることにより、前記第１および第２の電極を介して電力を得る工程である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、ＰＺＴと同一の高い圧電性能を示す非鉛圧電体薄膜を実現する。
【００２１】
本発明は、当該非鉛圧電体薄膜を備えるインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子と、これらを用いて画像を形成する方法、角速度を測定する方法および発電方法とを実現する。本発明のインクジェットヘッドは優れたインク吐出特性を有する。当該インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法は、優れた画像の精度および表現性を有する。本発明の角速度センサは優れたセンサ感度を有する。当該角速度センサを用いて角速度を測定する方法は、優れた角速度の測定感度を有する。本発明の圧電発電素子は優れた発電特性を有している。当該圧電発電素子を用いた発電方法は、優れた発電効率を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の圧電体薄膜の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の圧電体薄膜の別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の圧電体薄膜のまた別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の圧電体薄膜のさらに別の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明のインクジェットヘッドの一例を模式的に示す、部分的に当該インクジェットヘッドの断面が示された斜視図である。
【図３】図３は、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部を模式的に示す、部分的に当該要部の断面が示された分解斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部の一例を模式的に示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部の別の一例を模式的に示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、圧電体層を含む積層体の形成工程を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、後に圧力室部材となる部材の形成工程を模式的に示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、接着層を形成する工程を模式的に示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、図５Ａに示す工程で形成した積層体と図５Ｂに示す工程で形成した部材とを接合する工程を模式的に示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図６Ａに示す工程に続く工程（中間層のエッチング工程）を模式的に示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図６Ｂに示す工程に続く工程（下地基板の除去工程）を模式的に示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図７Ａに示す工程に続く工程（個別電極層の形成工程）を模式的に示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図７Ｂに示す工程に続く工程（圧電体層の微細加工工程）を模式的に示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図８Ａに示す工程に続く工程（基板の切断工程）を模式的に示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、インク流路部材およびノズル板の準備工程を模式的に示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、インク流路部材とノズル板との接合工程を模式的に示す断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、アクチュエータ部と圧力室部材との接合体と、インク流路部材とノズル板との接合体との接合工程を模式的に示す断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図５Ａ〜図９Ｃに示す工程によって得たインクジェットヘッドを模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、圧力室部材とする基板上に、アクチュエータ部とする積層体を配置した一例を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明のインクジェットヘッドの別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１１に示すインクジェットの製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１１に示すインクジェットの製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の角速度センサの一例を模式的に示す斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の角速度センサの別の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３Ａに示す角速度センサにおける断面Ｅ１を示す断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１３Ｂに示す角速度センサにおける断面Ｅ２を示す断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の圧電発電素子の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の圧電発電素子の別の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、図１５Ａに示す圧電発電素子における断面Ｆ１を示す断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１５Ｂに示す圧電発電素子における断面Ｆ２を示す断面図である。
【図１７】図１７は、実施例および比較例１〜７として作製した圧電体薄膜のＸ線回折プロファイルを示す図である。
【図１８】図１８は、実施例および比較例１として作製した圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す図である。
【図１９】図１９は、比較例１として作製した圧電体薄膜の構造を模式的に示す断面図である。
【図２０】図２０は、比較例２〜７として作製した圧電体薄膜の構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明においては、同一の部材に同一の符号を対応させることによって、重複する説明が省略され得る。
【００２４】
［圧電体薄膜、圧電体薄膜の製造方法］
図１Ａは、本発明による圧電体薄膜の一形態を示す。図１Ａに示す圧電体薄膜１ａは、積層構造１６ａを有する。積層構造１６ａは、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜１３と、（００１）配向を有する界面層１４と、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５とをこの順に有する。積層されたこれらの層および膜１３〜１５は互いに接する。界面層１４は、化学式ＡＢＯ3により表される化合物により構成される。Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣxである。ＢはＴｉまたはＴｉＺｒである。ＣはＮａ以外のアルカリ金属である。すなわち、ＣはＬｉ、Ｋ、ＲｂおよびＣｓから選ばれる少なくとも１種である。Ｏは酸素である。ｘは、式０≦ｘ＜１を満たす数値である。圧電体層である当該（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、高い結晶性および高い（００１）配向性を有する。このため、圧電体薄膜１ａは、鉛を含有しないにも拘わらず、ＰＺＴの圧電性能と同一の高い圧電性能を有する。
【００２５】
ＬａＮｉＯ3膜１３は、（００１）の面方位を表面に有する。ＬａＮｉＯ3膜１３は典型的にはスパッタリング法により形成され得る。ＬａＮｉＯ3膜１３は（００１）配向を有する限り、他の薄膜形成手法、例えば、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、およびエアロゾル堆積法（ＡＤ法）により形成され得る。
【００２６】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法では、スパッタリング法により、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜１３が形成される。
【００２７】
界面層１４は、化学式ＡＢＯ3により表される化合物により構成される（００１）配向を有する層である。すなわち、界面層１４は、（００１）の面方位を表面に有する。界面層１４は、ＬａＮｉＯ3膜１３と（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５との間に挟まれる。界面層１４は、高い結晶性および高い（００１）配向性を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５を形成するために必要である。
【００２８】
高い結晶性および高い配向性を有する圧電体層を形成するための界面層の組成を、圧電体層および界面層がそれぞれ有する格子定数または組成の類似性に基づいて予測することは困難である。即ち、圧電体層の格子定数または組成に類似する格子定数または組成を有する界面層を単に設けることによって、高い結晶性および高い配向性を有する圧電体層が常に得られるわけではない。この理由は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3のような多元系複合酸化物を構成する各元素（酸素を除く）が異なる蒸気圧を有するため、高い結晶性および高い配向性を有する多元系複合酸化物の形成が一般的に困難であるからである。本発明者らは、界面層１４の上に設けられた（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５が高い結晶性および高い配向性を有することを見出した。
【００２９】
界面層１４の厚みは限定されない。厚みが数格子単位（約２ｎｍ）以上であれば、高い結晶性および（００１）配向性を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５が得られる。
【００３０】
界面層１４は、化学式ＡＢＯ3により表される化合物により構成される。Ａは、（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣxである。Ｂは、ＴｉまたはＴｉＺｒである。ＣはＮａ以外のアルカリ金属である。ｘは、式０≦ｘ＜１を満たす数値である。
【００３１】
化学式ＡＢＯ3により表される当該化合物はペロブスカイト型の結晶構造を有する。ペロブスカイト構造におけるサイトＡおよびサイトＢは、単独または複数の元素の配置に応じて、それぞれ２価および４価の平均価数を有する。サイトＡは、その平均価数が２価となるように、３価の元素としてＢｉを含み、そして１価の元素としてＮａを含む。Ｎａの一部は、Ｎａ以外のアルカリ金属元素Ｃ（ＣはＬｉ、Ｋ、ＲｂおよびＣｓから選ばれる少なくとも１種であり、典型的には、ＬｉおよびＫから選ばれる少なくとも１種である）により置換され得る。サイトＢは、４価の元素としてＴｉを含む。Ｔｉの一部がＺｒにより置換され得る。ｘは０であることが好ましく、ＢはＴｉであることが好ましい。ｘ＝０であり、かつＢはＴｉであることがより好ましい。即ち、化学式ＡＢＯ3により表される化合物は（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3であることが好ましく、界面層１４は（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3により構成されることが好ましい。
【００３２】
界面層１４は、微量の不純物を含み得る。不純物としては、例えば、Ｍｎ、Ｆｅ、ＮｂおよびＴａが挙げられる。いくつかの不純物は、界面層１４の結晶性を向上し得る。
【００３３】
ＬａＮｉＯ3膜１３と界面層１４との間には、必要に応じて、（００１）配向層がさらに挟まれ得る。（００１）配向層は、例えば、Ｐｔ膜、ＳｒＲｕＯ3膜である。
【００３４】
界面層１４は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。界面層１４は（００１）配向を有する限り、例えば、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＡＤ法のような他の薄膜形成手法により形成され得る。
【００３５】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法では、ＬａＮｉＯ3膜１３の上にスパッタリング法によりＡＢＯ3界面層１４が形成される。
【００３６】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3により構成される膜である。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、（００１）面方位を表面に有する。
【００３７】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５の厚みは限定されない。当該厚みは、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５から構成される圧電体層が薄くても、当該膜が高い圧電性能を有するため、本発明の圧電体薄膜は十分に実用的である。
【００３８】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、化学式ＡＢＯ3により表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する。ペロブスカイト構造におけるサイトＡおよびサイトＢは、単独または複数の元素の配置に応じて、それぞれ２価および４価の平均価数を有する。サイトＡはＢｉ、ＮａおよびＢａである。サイトＢはＴｉである。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、微量の不純物を含み得る。当該不純物は、典型的には、サイトＡにおけるＮａを置換するＬｉおよびＫならびにＢａを置換するＳｒおよびＣａである。当該不純物は、典型的には、サイトＢにおけるＴｉを置換するＺｒである。その他の当該不純物としては、例えば、Ｍｎ、Ｆｅ、ＮｂおよびＴａが挙げられる。いくかの不純物は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５の結晶性および圧電性能を向上し得る。
【００３９】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５を形成する方法は限定されない。例えば、スパッタリング法、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＡＤ法のような公知の薄膜形成手法が適用され得る。
【００４０】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法では、界面層１４の上にスパッタリング法により（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５が形成される。
【００４１】
図１Ｂは、本発明による圧電体薄膜の別の一形態を示す。図１Ｂに示す圧電体薄膜１ｂは、積層構造１６ｂを有する。積層構造１６ｂは、図１Ａに示す積層構造１６ａが金属電極膜１２をさらに備えた構造である。積層構造１６ｂでは、ＬａＮｉＯ3膜１３が当該金属電極膜１２上に形成されている。具体的には、積層構造１６ｂは、金属電極膜１２と、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜１３と、（００１）配向を有する界面層１４と、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５とをこの順に有する。積層されたこれらの層および膜１３〜１５は互いに接する。圧電体層である当該（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、高い結晶性および高い（００１）配向性を有する。このため、圧電体薄膜１ｂは、鉛を含有しないにも拘わらず、ＰＺＴの圧電性能と同一の高い圧電性能を有する。
【００４２】
金属電極膜１２の材料は限定されない。より具体的には、金属電極膜１２の材料としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）のような金属；酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、酸化イリジウム（ＩｒＯ2）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3）のような酸化物半導体を挙げることができる。金属電極膜１２は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。金属電極膜１２は低い電気抵抗および耐熱性を有することが好ましいので、金属電極膜１２はＰｔからなることが好ましい。金属電極膜１２は、例えば（１１１）配向を有し得る。
【００４３】
図１Ｂに示す圧電体薄膜１ｂは、金属電極膜１２上にＬａＮｉＯ3膜１３を形成し、形成した当該ＬａＮｉＯ3膜１３上に界面層１４を形成し、形成した界面層１４上に（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５を形成して製造できる。
【００４４】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法では、ＬａＮｉＯ3膜１３が金属電極膜１２上に形成されていてもよい。このとき、金属電極膜１２はＰｔからなることが好ましい。
【００４５】
本発明の圧電体薄膜は、基板をさらに備え、ＬａＮｉＯ3膜が当該基板上に形成されていてもよい。このような形態を、図１Ｃ、図１Ｄに示す。
【００４６】
図１Ｃに示す圧電体薄膜１ｃは、図１Ａに示す積層構造１６ａが基板１１上に形成された構造を有する。図１Ｄに示す圧電体薄膜１ｄは、図１Ｂに示す積層構造１６ｂが基板１１上に形成された構造を有する。圧電体薄膜１ｃ、１ｄにおいて、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、上述したように高い結晶性および高い（００１）配向性を有する。このため、圧電体薄膜１ｃ、１ｄは、ともに鉛を含有しないにも拘わらず、ＰＺＴの圧電性能と同一の高い圧電性能を有する。
【００４７】
基板１１は、シリコン（Ｓｉ）基板であり得る。基板１１は、Ｓｉ単結晶基板が好ましい。
【００４８】
圧電体薄膜１ｃ、１ｄでは、基板１１と積層構造１６ａ、１６ｂとの間（より具体的には、圧電体薄膜１ｃについて基板１１とＬａＮｉＯ3膜１３との間、圧電体薄膜１ｄについて基板１１と金属電極膜１２との間）に、必要に応じて、両者の密着性を向上させる密着層が配置され得る。密着層の材料としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）およびクロム（Ｃｒ）から選ばれる少なくとも１種またはその化合物が挙げられる。
【００４９】
図１Ｃに示す圧電体薄膜１ｃは、基板１１上にＬａＮｉＯ3膜１３を形成し、形成した当該ＬａＮｉＯ3膜１３上に界面層１４を形成し、形成した界面層１４上に（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５を形成して製造し得る。
【００５０】
図１Ｄに示す圧電体薄膜１ｄは、基板１１上に金属電極膜１２を形成し、形成した金属電極膜１２上にＬａＮｉＯ3膜１３を形成し、形成した当該ＬａＮｉＯ3膜１３上に界面層１４を形成し、形成した界面層１４上に（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５を形成して製造し得る。
【００５１】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法では、ＬａＮｉＯ3膜１３が基板１１上に形成されていてもよい。このとき、基板１１はＳｉからなることが好ましい。
【００５２】
図１Ａ〜図１Ｄに示す圧電体薄膜１ａ〜１ｄは、下地基板を用いて製造し得る。具体的には、下地基板上に積層構造１６ａまたは１６ｂを形成した後、当該下地基板を基板１１として用い得る。当該下地基板はエッチングのような公知の手法により除去され得る。
【００５３】
下地基板は、ＭｇＯのようなＮａＣｌ型構造を有する酸化物基板；ＳｒＴｉＯ3、ＬａＡｌＯ3、ＮｄＧａＯ3のようなペロブスカイト型構造を有する酸化物基板；Ａｌ2Ｏ3のようなコランダム型構造を有する酸化物基板；ＭｇＡｌ2Ｏ4のようなスピネル型構造を有する酸化物基板；ＴｉＯ2のようなルチル型構造を有する酸化物基板、および；（Ｌａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｔａ）Ｏ3、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）のような立方晶系結晶構造を有する酸化物基板；であり得る。下地基板は、ガラス基板；アルミナのようなセラミクス基板、および；ステンレスのような金属基板；の表面に、ＮａＣｌ型の結晶構造を有する酸化物薄膜を積層することにより形成され得る。この場合、酸化物薄膜の表面に、金属電極膜１２またはＬａＮｉＯ3膜１３が形成され得る。酸化物薄膜としては、例えば、ＭｇＯ薄膜、ＮｉＯ薄膜、酸化コバルト（ＣｏＯ）薄膜が挙げられる。
【００５４】
本発明の圧電体薄膜は、必要に応じて、基板１１、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４および（Ｂｉ，Ｎａ、Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５以外の任意の層を有し得る。このような圧電体薄膜は、例えば、当該任意の層を形成する工程を本発明の製造方法にさらに加えることにより形成され得る。任意の層は、例えば、界面層１４および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５を、ＬａＮｉＯ3膜１３とともに挟持する、あるいはＬａＮｉＯ3膜１３および金属電極膜１２とともに挟持する、電極である。当該電極は、例えば、金属、導電性酸化物などの導電性材料により構成され得る。
【００５５】
本発明の、圧電体薄膜を製造する方法では、上述したように、下地基板上にＬａＮｉＯ3膜１３が、あるいは下地基板上に形成されている金属電極膜１２上にＬａＮｉＯ3膜１３が、形成され得る。これらの場合、下地基板をそのまま基板１１として用いることによって、積層構造１６ａまたは１６ｂが基板１１上に形成された圧電体薄膜１ｃまたは１ｄが得られ得る。下地基板を除去した後、他の基板を配置することによっても、積層構造１６ａまたは１６ｂが基板１１上に形成された圧電体薄膜１ｃまたは１ｄが得られ得る。このとき、他の基板は、ＬａＮｉＯ3膜１３または金属電極膜１２に接するように配置され得る。あるいは、他の基板は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５に接するように配置され得る。
【００５６】
［インクジェットヘッド］
図２〜図１２Ｂを参照しながら、本発明のインクジェットヘッドを説明する。
【００５７】
図２は、本発明のインクジェットヘッドの一例を示す。図３は、図２に示されるインクジェットヘッド１００における、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部を示す分解図である。
【００５８】
図２および図３における符号Ａは圧力室部材を指し示す。圧力室部材Ａは、その厚み方向（図の上下方向）に貫通する貫通孔１０１を具備する。図３に示される貫通孔１０１は、圧力室部材Ａの厚み方向に切断された当該貫通孔１０１の一部である。符号Ｂは、圧電体薄膜および振動層を備えるアクチュエータ部を指し示す。符号Ｃは、共通液室１０５およびインク流路１０７を具備するインク流路部材Ｃを指し示す。圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃは、圧力室部材Ａがアクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃに挟持されるように、互いに接合している。圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃが互いに接合された状態で、貫通孔１０１は、共通液室１０５から供給されたインクを収容する圧力室１０２を形成する。
【００５９】
アクチュエータ部Ｂは、平面視において圧力室１０２と重複する圧電体薄膜および振動層を有する。図２および図３における符号１０３は、圧電体薄膜の一部である個別電極層を指し示す。図２に示されるように、インクジェットヘッド１００では、平面視において複数の個別電極層１０３がジグザグ状に配置されている。
【００６０】
インク流路部材Ｃは、平面視においてストライプ状に配置された共通液室１０５を有する。図２および図３では、共通液室１０５は、平面視において複数の圧力室１０２と重複する。共通液室１０５は、インクジェットヘッド１００におけるインク供給方向（図２における矢印方向）に伸びている。インク流路部材Ｃは、共通液室１０５内のインクを圧力室１０２に供給する供給口１０６と、圧力室１０２内のインクをノズル孔１０８から吐出するインク流路１０７とを有する。通常、１つの供給孔１０６および１つのノズル孔１０８が、一つの圧力室１０２に対応付けられている。ノズル孔１０８は、ノズル板Ｄに形成されている。ノズル板Ｄは、圧力室部材Ａとともにインク流路部材Ｃを挟むようにインク流路部材Ｃに接合されている。
【００６１】
図２における符号ＥはＩＣチップを指し示す。ＩＣチップＥは、アクチュエータ部Ｂの表面に露出する個別電極層１０３に、ボンディングワイヤＢＷを介して電気的に接続されている。図２を明瞭にするために、一部のボンディングワイヤＢＷのみが図２に示される。
【００６２】
図４Ａおよび図４Ｂは、圧力室部材Ａおよびアクチュエータ部Ｂを含む要部の構成を示す。図４Ａおよび図４Ｂは、圧力室部材Ａおよびアクチュエータ部Ｂにおける、インク供給方向（図２の矢印の方向）に直交する断面を示す。アクチュエータ部Ｂは、第１の電極（個別電極層１０３）と第２の電極（共通電極層１１２）との間に挟持された圧電体層１５を有する圧電体薄膜１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）を備える。１つの個別電極層１０３は、１つの圧電体薄膜１０４ａ〜１０４ｄに対応付けられている。共通電極層１１２は、圧電体薄膜１０４ａ〜１０４ｄに共通する１層の電極である。
【００６３】
図４Ａに示される圧電体薄膜１０４は、図１Ａに示される積層構造１６ａがさらに共通電極層１１２を備える構造を有する。当該構造において、共通電極層１１２は、個別電極層１０３であるＬａＮｉＯ3膜１３とともに界面層１４および圧電体層１５を挟むように、圧電体層１５と接して配置されている。当該構造は、個別電極層１０３であるＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および共通電極層１１２を、ＬａＮｉＯ3膜１３側からこの順に有する。
【００６４】
図４Ｂに示される圧電体薄膜１０４は、図１Ｂに示される積層構造１６ｂがさらに共通電極層１１２を備える構造を有する。当該構造において、共通電極層１１２は、個別電極層１０３である金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３とともに界面層１４および圧電体層１５を挟むように、圧電体層１５と接して配置されている。当該構造は、個別電極層１０３である金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３、ならびに界面層１４、圧電体層１５および共通電極層１１２を、金属電極膜１２側からこの順に有する。ＬａＮｉＯ3膜１３は、金属電極膜１２上に形成されている。
【００６５】
図４Ａおよび図４Ｂに示される圧電体薄膜１０４において、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４および圧電体層１５は、その好ましい形態を含め、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【００６６】
共通電極層１１２は、導電性を有する限り限定されず、例えば、銅（Ｃｕ）電極（電極膜）から構成される。共通電極層１１２は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極（電極膜）であってもよい。当該導電性材料はチタン（Ｔｉ）であることが好ましい。なぜなら、チタンは圧電体層１５に対して高い密着性を有するからである。
【００６７】
第１の電極および第２の電極の間に印加される電圧が圧電体層１５の変形を誘起し得る限り、第１の電極および第２の電極のいずれもが個別電極層であり得る。すなわち、本発明のインクジェットにおける圧電体薄膜は、共通電極層１１２、界面層１４、圧電体層１５および個別電極層１０３を、この順に具備し得る。この場合、第１の電極である共通電極層１１２はＬａＮｉＯ3膜１３からなる。あるいは、共通電極層１１２は、ＬａＮｉＯ3膜１３と金属電極膜１２との積層体からなり、当該積層体においてＬａＮｉＯ3膜１３が界面層１４と接するように配置される。第２の電極である個別電極層１０３は、導電性を有する材料から構成され得る。
【００６８】
個別電極層１０３は０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。個別電極層１０３が金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３の積層体である場合、ＬａＮｉＯ3膜１３は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。界面層１４は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。圧電体層１５は０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。共通電極層１１２は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００６９】
アクチュエータ部Ｂは、圧電体薄膜１０４の共通電極層１１２に接合された振動層１１１をさらに備える。振動層１１１は圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形に応じて振動層１１１の膜厚方向に変位する。個別電極層１０３および共通電極層１１２を介する圧電体層１５への電圧の印加が、圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形をもたらす。
【００７０】
圧力室部材Ａは、中間層１１３および接着層１１４を介して振動層１１１に接合されている。圧力室部材Ａおよび圧電体薄膜１０４が、振動層１１１を間に挟んでいる。
【００７１】
圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形に応じて振動層１１１が変位でき、振動層１１１の変位に応じて圧力室１０２の容積が変化し、かつ圧力室１０２の容積の変化に応じて圧力室１０２内のインクが吐出される限り、振動層１１１の構成、圧電体薄膜１０４と振動層１１１との間の接合の状態、ならびに振動層１１１と圧力室部材Ａとの間の接合の状態は限定されない。図４Ａおよび図４Ｂでは、振動層１１１は圧力室１０２の壁面を構成している。
【００７２】
振動層１１１は、例えば、Ｃｒ膜からなる。振動層１１１は、Ｎｉ、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、シリコンからなる膜、あるいはこれらの元素の酸化物、窒化物（例えば、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン）からなり得る。振動層１１１は、２μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００７３】
接着層１１４は、接着剤または粘着剤からなる。当業者は接着剤および粘着剤の種類を適切に選択し得る。
【００７４】
中間層（縦壁）１１３は、圧力室部材Ａが接着層１１４を介して振動層１１１に接合する際に、圧力室１０２に露出する振動層１１１の一部分に接着層１１４が付着することを防ぐ。当該一部分に付着した接着剤は、振動層１１１の変位を妨げる。中間層１１３の材料は、インクジェットヘッド１００の機能が維持される限り限定されない。中間層１１３の材料としては、例えば、Ｔｉが挙げられる。中間層１１３は省略され得る。
【００７５】
圧力室部材Ａは、隣り合う圧力室１０２間に区画壁１０２ａを有する。
【００７６】
図２に示されるインクジェットヘッド１００を製造する方法の一例を、図５Ａ〜図１０を参照しながら説明する。
【００７７】
最初に、図５Ａに示すように、下地基板１２０の上に、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５、共通電極層１１２、振動層１１１および中間層１１３をこの順に形成して、積層体１３２を得る。各層（膜）を形成する薄膜形成手法は特に限定されない。例えば、薄膜形成手法としては、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＡＤ法が挙げられる。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【００７８】
積層体１３２の形成とは別に、後に圧力室部材Ａとなる部材を形成する。この部材は、例えば、Ｓｉ基板（好ましくはＳｉ単結晶基板）を微細加工することによって形成される。Ｓｉ基板は、下地基板１２０よりも大きいサイズを有することが好ましい（図１０参照）。より具体的には、図５Ｂに示されるように、複数の貫通孔１０１が基板１３０に形成される。貫通孔１０１は、この部材が、別途形成したアクチュエータ部およびインク流路部材に接合された後、圧力室１０２として機能する。図５Ｂでは、１つの貫通孔群が４つの貫通孔１０１から構成され、基板１３０は複数の貫通孔群を具備する。第１区画壁１０２ａは、１つの貫通孔群に属する隣接する２つの貫通孔１０１を区分する。隣接する２つの貫通孔群を、第２区画壁１０２ｂが区分する。第２区画壁１０２ｂは、第１区画壁１０２ａが有する幅の２倍以上の幅を有することが好ましい。貫通孔１０１は公知の微細加工手法、例えば、パターニングとエッチングとの組み合わせにより、基板１３０に設けられ得る。貫通孔１０１の形状は、望まれる圧力室１０２の形状に対応付けられ得る。以下、第１区画壁１０２ａおよび第２区画壁１０２ｂをまとめて区画壁１０２と言う。
【００７９】
次に、図５Ｃに示すように、区画壁１０２の上に接着層１１４を形成する。接着層１１４の形成方法は限定されない。一例として電着法が挙げられる。
【００８０】
その後、図６Ａに示されるように、基板１３０は、積層体１３２に接合される。中間層１１３が基板１３０および積層体１３２の間に挟まれる。基板１３０が下地基板１２０よりも大きいサイズを有する場合、図１０に示されるように、複数の積層体１３２（図１０に示す例では１４の積層体）が基板１３０に接合し得る。図６Ａでは、基板１３０に２つの積層体１３２が接合している。図６Ａでは、２つの積層体１３２の中心は、第２区画壁１０２ｂの延長線上に位置する。
【００８１】
接着層１１４として熱硬化性の接着剤が用いられる場合、基板１３０が積層体１３２に接合された後、熱を加えて接着層１１４が完全に硬化されることが好ましい。接合時に貫通孔１０１にはみ出した接着層１１４は、プラズマ処理によって除去され得る。
【００８２】
次に、図６Ｂに示すように、区画壁１０２をマスクとして用いて貫通孔１０１の断面の形状に合致させて中間層１１３をエッチングすることによって、振動層１１１が貫通孔１０１に露出される。当該エッチングによって、中間層１１３は、平面視において、区画壁１０２と同一の形状に変化する。中間層１１３は、区画壁１０２および接着層１１４とともに縦壁を構成する。このようにして、基板１３０、中間層１１３および接着層１１４を具備する圧力室部材Ａが形成される。
【００８３】
図５Ｂ〜図６Ｂに示す例では、貫通孔１０１を形成した基板１３０が、圧電体層１５を含む積層体１３２に接合される。この手順に代えて、貫通孔１０１を有さない基板１３０が積層体１３２に接合され、そして基板１３０に貫通孔１０１を形成して振動層１１１を露出させることによっても、圧力室部材Ａは形成され得る。
【００８４】
その後、図７Ａに示されるように、下地基板１２０が、例えば、エッチングにより除去される。
【００８５】
次に、図７Ｂに示されるように、フォトリソグラフィとエッチングとの組み合わせによる微細加工によって、金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3層１３は、複数の個別電極層１０３に変化する。各個別電極層１０３は、平面視において、個々の貫通孔１０１に対応する。
【００８６】
その後、図８Ａに示されるように、界面層１４および圧電体層１５が微細加工される。界面層１４および圧電体層１５は、いずれも、平面視において個別電極層１０３の形状と同一の形状を有する。当該微細加工では、平面視における各層（膜）の中心が貫通孔１０１の中心に高い精度で一致することが好ましい。このようにして、個別電極層１０３（金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３）、界面層１４、圧電体層１５、および共通電極層１１２から構成される圧電体薄膜１０４と、振動層１１１とを備えるアクチュエータ部Ｂが形成される。
【００８７】
次に、図８Ｂに示されるように、共通電極層１１２、振動層１１１および基板１３０を、第２区画壁１０２ｂごとに切断して、複数の部材１３３を得る。１つの部材１３３は、アクチュエータ部Ｂと、複数の貫通孔１０１を有する圧力室部材Ａとを具備している。アクチュエータ部Ｂは圧力室部材Ａに接合している。
【００８８】
上記各手順とは別に、図９Ａに示されるように、共通液室１０５、供給口１０６およびインク流路１０７を具備するインク流路部材Ｃと、ノズル孔１０８を具備するノズル板Ｄとが準備される。
【００８９】
次に、図９Ｂに示されるように、インク流路部材Ｃの主面に垂直な方向から見てインク流路１０７がノズル孔１０８に重複するように、インク流路部材Ｃをノズル板Ｄに接合して接合体を得る。インク流路１０７からノズル孔１０８の全体が露出することが好ましい。接合する方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。
【００９０】
その後、図９Ｃに示されるように、部材１３３は、図９Ｂに示す工程で準備した接合体に接合する。より具体的には、圧力室部材Ａにおけるアクチュエータ部Ｂ側とは反対側の面が、インク流路部材Ｃにおけるノズル板Ｄ側とは反対側の面に接合する。接合時には、アライメント調整が行われ、これらの接合によって貫通孔１０１を圧力室１０２として機能させる。接合する方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。このようにして、図９Ｄ（図２）に示されるインクジェットヘッド１００が得られる。
【００９１】
当業者は、金属電極膜１２を具備しない圧電体薄膜１０４を備えるインクジェットヘッドを、図５Ａ〜図１０に示す方法を適用して製造し得る。
【００９２】
図１１は、本発明の他のインクジェットヘッドを示す。図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、図２〜図４に示されるインクジェットヘッド１００と比較して、簡易な構造を有する。具体的には、インクジェットヘッド１００からインク流路部材Ｃが除去されている。
【００９３】
図１１に示すインクジェットヘッド１４１は、以下の（１）〜（６）を除き、図２〜図４に示されるインクジェットヘッド１００と同一である：（１）インク流路部材Ｃがなく、そしてノズル孔１０８を有するノズル板Ｄが、直接、圧力室部材Ａに接合されている  （２）中間層１１３がなく、そして振動層１１１が、直接、圧力室部材Ａに接合されている  （３）振動層１１１と共通電極層１１２との間に密着層１４２が配置されており、これらの間の密着性を向上している  （４）共通電極層１１２が、金属電極膜１２とＬａＮｉＯ3膜１３との積層体である  （５）個別電極層１０３が導電性材料により構成される  （６）共通電極層１１２側から、共通電極層１１２（金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３）、界面層１４、圧電体層１５および個別電極層１０３が順に積層されている。
【００９４】
共通電極層１１２は、第１の電極として機能する。個別電極層１０３は、第２の電極として機能する。密着層１４２の材料は、例えば、Ｔｉである。
【００９５】
図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに示される方法によって製造され得る。最初に、図１２Ａに示すように、基板１３０の一方の主面に、振動層１１１、密着層１４２、共通電極層１１２（金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３）、界面層１４、圧電体層１５および電極層１３１を、この順に形成する。
【００９６】
次に、図１２Ｂに示すように、基板１３０において圧力室１０２が形成される位置に貫通孔１０１が形成される。基板１３０の主面に垂直な方向から見て、貫通孔１０１の中心が、電極層１３１、圧電体層１５および界面層１４の各層の中心に一致するように、これらの層に微細加工が施される。当該微細加工によって、電極層１３１から個別電極層１０３が形成される。貫通孔１０１の形成および各層の微細加工には、パターニングとエッチングとの組み合わせのような公知の微細加工手法が用いられ得る。エッチングはドライエッチングが好ましい。貫通孔１０１の形成には異方性ドライエッチングが好ましい。ドライエッチングでは、フッ素原子を含む有機ガスとアルゴンとの混合ガスが使用され得る。
【００９７】
最後に、基板１３０は、別途形成しておいたノズル孔１０８を有するノズル板と接合し、図１１に示されるインクジェットヘッド１４１を得る。接合時には、アライメント調整が行われ、これらの接合によって貫通孔１０１を圧力室１０２として機能させる。接合する方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。
【００９８】
［インクジェットヘッドを用いた画像形成方法］
本発明の画像を形成する方法は、上述した本発明のインクジェットヘッドにおいて、第１および第２の電極（すなわち、個別電極層および共通電極層）を介して圧電体層に電圧を印加し、圧電効果により振動層を当該層の膜厚方向に変位させて圧力室の容積を変化させる工程、ならびに当該変位により圧力室からインクを吐出させる工程を有する。
【００９９】
紙のような画像形成対象物とインクジェットヘッドとの間の相対位置を変化させながら、圧電体層に印加する電圧を変化させてインクジェットヘッドからのインクの吐出タイミングおよび吐出量を制御することによって、対象物の表面に画像が形成される。本明細書において用いられる用語「画像」は、文字を含む。
【０１００】
［角速度センサ］
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａおよび図１４Ｂは、本発明の角速度センサの一例を示す。図１４Ａは、図１３Ａに示される角速度センサ２１ａの断面Ｅ１を示す。図１４Ｂは、図１３Ｂに示される角速度センサ２１ｂの断面Ｅ２を示す。図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂは、いわゆる音叉型角速度センサである。これは車両用ナビゲーション装置およびデジタルスチルカメラの手ぶれ補正センサに使用され得る。
【０１０１】
図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂは、振動部２００ｂを有する基板２００と、振動部２００ｂに接合された圧電体薄膜２０８とを備える。
【０１０２】
基板２００は、固定部２００ａと、固定部２００ａから所定の方向に伸びた一対のアーム（振動部２００ｂ）とを有する。振動部２００ｂが延びる方向は、角速度センサ２１が検出する角速度の回転中心軸Ｌが延びる方向と同一である。具体的には、当該方向は、図１３Ａ、１３ＢではＹ方向である。基板２００の厚み方向（図１３Ａ、１３ＢのＺ方向）から見て、基板２００は２本のアーム（振動部２００ｂ）を有する音叉の形状を有している。
【０１０３】
基板２００の材料は限定されない。当該材料として、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミクス、金属が挙げられる。基板２００としてＳｉ単結晶基板を用い得る。基板２００の厚みは、角速度センサ２１ａ、２１ｂとしての機能が発現できる限り限定されない。より具体的には、基板２００は０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の厚みを有する。固定部２００ａの厚みは、振動部２００ｂの厚みと異なり得る。
【０１０４】
圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂに接合している。圧電体薄膜２０８は、圧電体層１５と、界面層１４と、第１の電極２０２および第２の電極２０５とを備える。圧電体層１５は、第１の電極２０２および第２の電極２０５の間に挟まれている。圧電体薄膜２０８は、第１の電極２０２、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。
【０１０５】
図１３Ａおよび図１４Ａに示される圧電体薄膜２０８では、第１の電極２０２は、金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３の積層体である。ＬａＮｉＯ3膜１３が界面層１４に接する。当該圧電体薄膜２０８は、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１３Ａおよび図１４Ａに示される圧電体薄膜２０８は、図１Ｂに示される積層構造１６ｂがさらに第２の電極２０５を備える構造を有する。
【０１０６】
図１３Ｂおよび図１４Ｂに示される圧電体薄膜２０８では、第１の電極２０２は、ＬａＮｉＯ3膜１３である。当該圧電体薄膜２０８は、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１３Ｂおよび図１４Ｂに示される圧電体薄膜２０８は、図１Ａに示される積層構造１６ａがさらに第２の電極２０５を備える構造を有する。
【０１０７】
図１３Ａ〜図１４Ｂに示される圧電体薄膜２０８において、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４および圧電体層１５は、その好ましい形態を含め、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【０１０８】
第２の電極２０５は、例えば、Ｃｕ電極膜からなり得る。Ｃｕ電極は、圧電体層１５に対する高い密着性を有するから好ましい。第２の電極２０５は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極膜またはＡｕ電極であり得る。Ｔｉは圧電体層１５に対する高い密着性を有するため、密着層の材料として用いられ得る。
【０１０９】
第２の電極２０５は、駆動電極２０６およびセンス電極２０７を含む電極群を具備している。駆動電極２０６は、振動部２００ｂを発振させる駆動電圧を圧電体層１５に印加する。センス電極２０７は、振動部２００ｂに加わった角速度によって振動部２００ｂに生じた変形を測定する。すなわち振動部２００ｂの発振方向は、通常、その幅方向（図１３Ａ、１３ＢのＸ方向）である。より具体的には、図１３Ａ〜図１４Ｂでは、一対の駆動電極２０６が、振動部２００ｂの幅方向に対する両端部に、振動部２００ｂの長さ方向（図１３Ａ、１３ＢのＹ方向）に沿って設けられている。１本の駆動電極２０６が、振動部２００ｂの幅方向に対する一方の端部に設けられ得る。図１３Ａ〜図１４Ｂでは、センス電極２０７は、振動部２００ｂの長さ方向に沿って設けられており、かつ一対の駆動電極２０６の間に挟まれている。複数のセンス電極２０７が、振動部２００ｂ上に設けられ得る。センス電極２０７によって測定される振動部２００ｂの変形は、通常、その厚み方向（図１３Ａ、１３ＢのＺ方向）の撓みである。
【０１１０】
本発明の角速度センサでは、第１の電極および第２の電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成され得る。図１３Ａ〜図１４Ｂに示す角速度センサ２１ａ、２１ｂでは、第２の電極２０５が当該電極群により構成される。当該角速度センサとは異なり、第１の電極２０２が当該電極群により構成され得る。一例として、基板２００から見て、第２の電極２０５、圧電体層１５、界面層１４および第１の電極２０２（第１の電極は、界面層１４に接するＬａＮｉＯ3膜１３を含む）がこの順に積層され得る。
【０１１１】
接続端子２０２ａ、２０６ａおよび２０７ａが、第１の電極２０２の端部、駆動電極２０６の端部およびセンス電極２０７の端部に、それぞれ形成されている。各接続端子の形状および位置は限定されない。図１３Ａ、１３Ｂでは接続端子は固定部２００ａ上に設けられている。
【０１１２】
第１の電極２０２は０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。第１の電極２０２が金属電極膜１２とＬａＮｉＯ3膜１３との積層体である場合、ＬａＮｉＯ3膜１３は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。界面層１４は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。圧電体層１５は０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。第２の電極２０５は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１１３】
図１３Ａ〜図１４Ｂでは、圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂおよび固定部２００ａの双方に接合している。しかし、圧電体薄膜２０８が振動部２００ｂを発振させることができ、かつ振動部２００ｂに生じた変形が圧電体薄膜２０８によって測定され得る限り、圧電体薄膜２０８の接合状態は限定されない。例えば、圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂのみに接合され得る。
【０１１４】
本発明の角速度センサは、一対の振動部２００ｂからなる振動部群を２以上有し得る。そのような角速度センサは、複数の回転中心軸に対する角速度を測定し得、２軸あるいは３軸の角速度センサとして機能する。図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサは、一対の振動部２００ｂからなる１つの振動部群を有する。
【０１１５】
上述した圧電体薄膜の製造方法を利用した本発明の角速度センサを製造する方法は、例えば以下のとおりである。以下の方法は、第１の電極２０２が金属電極膜１２を含む場合である。当業者は、第１の電極２０２が金属電極膜１２を含まない場合についても、以下の方法を応用し得る。
【０１１６】
最初に、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および電極層を、基板（例えばＳｉ基板）の表面にこの順に形成する。各層（膜）の形成には、上述した薄膜形成手法を適用し得る。
【０１１７】
次に、電極層をパターニングにより微細加工して、駆動電極２０６およびセンス電極２０７により構成される第２の電極２０５を形成する。さらに、微細加工により、圧電体層１５、界面層１４、ＬａＮｉＯ3膜１３および金属電極膜１２をパターニングする。そして、微細加工により、基板をパターニングして振動部２００ｂが形成される。このようにして、本発明の角速度センサを製造し得る。
【０１１８】
微細加工の方法は、例えばドライエッチングである。
【０１１９】
本発明の角速度センサは、下地基板を用いた転写を応用して製造し得る。具体的には、例えば、以下の方法を適用し得る。最初に、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および電極層を、下地基板の表面にこの順に形成する。次に、形成された積層体を他の新たな基板に、当該基板と当該電極層とが接するように接合する。次に、下地基板を公知の方法により除去する。次に、各層（膜）を微細加工によりパターニングして、本発明の角速度センサを製造し得る。当該積層体および当該新たな基板は、例えば接着層を介して接合し得る。当該接着層の材料は、当該積層体が当該新たな基板に安定して接着する限り限定されない。より具体的には、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、およびポリイミド系接着剤が用いられ得る。このとき、接着層は０．２μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１２０】
［角速度センサによる角速度の測定方法］
本発明の角速度を測定する方法は、本発明の角速度センサを用いて、駆動電圧を圧電体層に印加して、基板の振動部を発振させる工程、および発振中の振動部に加わった角速度によって振動部に生じた変形を測定することによって当該角速度の値を得る工程、を有する。第１の電極および第２の電極のうち、駆動電極およびセンス電極として機能しない電極（他方の電極）と、駆動電極との間に駆動電圧が印加され、圧電体層に駆動電圧が印加される。他方の電極とセンス電極が、角速度によって発振中の振動部に生じた変形を測定する。
【０１２１】
以下、図１３Ａ、１３Ｂに示す角速度センサ２１ａ、２１ｂを用いた角速度の測定方法を説明する。振動部２００ｂの固有振動と共振する周波数の駆動電圧が、第１の電極２０２および駆動電極２０６を介して圧電体層１５に印加され、振動部２００ｂを発振させる。印加された駆動電圧の波形に応じて圧電体層１５が変形し、当該層と接合されている振動部２００ｂが発振する。駆動電圧は、例えば、第１の電極２０２を接地し、かつ駆動電極２０６の電位を変化させることで印加され得る。角速度センサ２１ａ、２１ｂは、音叉の形状に配列された一対の振動部２００ｂを有する。通常、一対の振動部２００ｂのそれぞれが有する各駆動電極２０６に、正負が互いに逆である電圧をそれぞれ印加する。これにより、各振動部２００ｂを、互いに逆方向に振動するモード（図１３Ａ、１３Ｂに示す回転中心軸Ｌに対して対称的に振動するモード）で発振させることが可能となる。図１３Ａ、１３Ｂに示される、角速度センサ２１ａ、２１ｂでは、振動部２００ｂはその幅方向（Ｘ方向）に発振する。一対の振動部２００ｂの一方のみを発振させることによっても角速度の測定は可能である。しかし、高精度の測定のためには、両方の振動部２００ｂを互いに逆方向に振動するモードで発振させることが好ましい。
【０１２２】
振動部２００ｂが発振した角速度センサ２１ａ、２１ｂに対して、その回転中心軸Ｌに対する角速度ωが加わるときに、各振動部２００ｂは、コリオリ力によって厚み方向（Ｚ方向）に撓む。一対の振動部２００ｂが互いに逆方向に振動するモードで発振している場合、各振動部２００ｂは、互いに逆向きに、同じ変化量だけ撓むことになる。この撓みに応じて、振動部２００ｂに接合した圧電体層１５も撓み、第１の電極２０２とセンス電極２０７との間に、圧電体層１５の撓みに応じた、即ち、生じたコリオリ力に対応した電位差が生じる。この電位差の大きさを測定することで、角速度センサ２１ａ、２１ｂに加わった角速度ωを測定することができる。
【０１２３】
コリオリ力Ｆｃと角速度ωとの間には以下の関係が成立する：
Ｆｃ＝２ｍｖω
ここで、ｖは、発振中の振動部２００ｂにおける発振方向の速度であり、ｍは、振動部２００ｂの質量である。この式に示されているように、コリオリ力Ｆｃから角速度ωを算出できる。
【０１２４】
［圧電発電素子］
図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａおよび図１６Ｂは、本発明の圧電発電素子の一例を示す。図１６Ａは、図１５Ａに示される圧電発電素子２２ａの断面Ｆ１を示す。図１６Ｂは、図１５Ｂに示される圧電発電素子２２ｂの断面Ｆ２を示す。圧電発電素子２２ａ、２２ｂは、外部から与えられた機械的振動を電気エネルギーに変換する素子である。圧電発電素子２２ａ、２２ｂは、車両および機械の動力振動および走行振動ならびに歩行時に生じる振動に包含される種々の振動から発電する自立的な電源装置に好適に適用される。
【０１２５】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電発電素子２２ａ、２２ｂは、振動部３００ｂを有する基板３００と、振動部３００ｂに接合された圧電体薄膜３０８とを備える。
【０１２６】
基板３００は、固定部３００ａと、固定部３００ａから所定の方向に伸びた梁からなる振動部３００ｂとを有する。固定部３００ａの材料は振動部３００ｂの材料と同一であり得る。しかし、これらの材料は互いに異なり得る。互いに異なる材料により構成された固定部３００ａが３００ｂに接合され得る。
【０１２７】
基板３００の材料は限定されない。当該材料として、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミクス、金属が挙げられる。基板３００としてＳｉ単結晶基板を用い得る。基板３００は、例えば、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の厚みを有する。固定部３００ａは振動部３００ｂの厚みと異なる厚みを有し得る。振動部３００ｂの厚みは、振動部３００ｂの共振周波数を変化させて効率的な発電が行えるように調整され得る。
【０１２８】
錘荷重３０６が振動部３００ｂに接合している。錘荷重３０６は、振動部３００ｂの共振周波数を調整する。錘荷重３０６は、例えば、Ｎｉの蒸着薄膜である。錘荷重３０６の材料、形状および質量ならびに錘荷重３０６が接合される位置は、求められる振動部３００ｂの共振周波数に応じて調整され得る。錘荷重は省略され得る。振動部３００ｂの共振周波数が調整されない場合には、錘荷重は不要である。
【０１２９】
圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂに接合している。圧電体薄膜３０８は、圧電体層１５と、界面層１４と、第１の電極３０２および第２の電極３０５とを備える。圧電体層１５は、第１の電極３０２および第２の電極３０５の間に挟まれている。圧電体薄膜３０８は、第１の電極３０２、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。
【０１３０】
図１５Ａおよび図１６Ａに示される圧電体薄膜３０８では、第１の電極３０２は、金属電極膜１２およびＬａＮｉＯ3膜１３の積層体である。ＬａＮｉＯ3膜１３が界面層１４に接する。当該圧電体薄膜３０８は、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１５Ａおよび図１６Ａに示される圧電体薄膜３０８は、図１Ｂに示される積層構造１６ｂがさらに第２の電極３０５を備える構造を有する。
【０１３１】
図１５Ｂおよび図１６Ｂに示される圧電体薄膜３０８では、第１の電極３０２は、ＬａＮｉＯ3膜１３である。当該圧電体薄膜３０８は、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１５Ｂおよび図１６Ｂに示される圧電体薄膜３０８は、図１Ａに示される積層構造１６ａがさらに第２の電極３０５を備える構造を有する。
【０１３２】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電体薄膜３０８において、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４および圧電体層１５は、その好ましい形態を含め、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【０１３３】
第２の電極３０５は、例えば、Ｃｕ電極膜からなり得る。Ｃｕ電極は、圧電体層１５に対する高い密着性を有するから好ましい。第２の電極３０５は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極膜またはＡｕ電極であり得る。Ｔｉは圧電体層１５に対する高い密着性を有するため、密着層の材料として用いられ得る。
【０１３４】
図１５Ａ〜図１６Ｂでは、第１の電極３０２の一部分が露出している。当該一部分は接続端子３０２ａとして機能する。
【０１３５】
第１の電極３０２は０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。第１の電極３０２が金属電極膜１２とＬａＮｉＯ3膜１３との積層体である場合、ＬａＮｉＯ3膜１３は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。界面層１４は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。圧電体層１５は０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。第２の電極３０５は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１３６】
図１５Ａ〜図１６Ｂでは、振動部３００ｂを有する基板３００から見て、第１の電極３０２、界面層１４、圧電体層１５および第２の電極３０５がこの順に積層されている。これらの層の積層順序は逆であり得る。即ち、振動部を有する基板から見て、第２の電極、圧電体層、界面層および第１の電極（第１の電極は、界面層１４に接するＬａＮｉＯ3膜１３を含む）がこの順に積層され得る。
【０１３７】
図１５Ａ〜図１６Ｂでは、圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂおよび固定部３００ａの双方に接合し得る。圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂのみに接合し得る。
【０１３８】
本発明の圧電発電素子では、複数の振動部３００ｂを有することで、発生する電力量を増大し得る。各振動部３００ｂが有する共振周波数を変化させることにより、広い周波数成分からなる機械的振動への適用が可能となる。
【０１３９】
上述した圧電体薄膜の製造方法を利用した本発明の圧電発電素子を製造する方法は、例えば、以下のとおりである。以下の方法は、第１の電極３０２が金属電極膜１２を含む場合である。当業者は、第１の電極３０２が金属電極膜１２を含まない場合についても、以下の方法を応用し得る。
【０１４０】
最初に、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および電極層を、基板（例えばＳｉ基板）の表面にこの順に形成する。各層（膜）の形成には、上述した薄膜形成手法を適用し得る。
【０１４１】
次に、電極層をパターニングにより微細加工して、第２の電極３０５を形成する。さらに微細加工により、圧電体層１５、界面層１４、ＬａＮｉＯ3膜１３および金属電極膜１２をパターニングする。ＬａＮｉＯ3膜１３および金属電極膜１２のパターニングにより、接続端子３０２ａが併せて形成する。そして、微細加工により、基板をパターニングして固定部３００ａおよび振動部３００ｂが形成される。このようにして、本発明の圧電発電素子を製造し得る。振動部３００ｂの共振周波数の調整が必要とされる場合は、公知の方法により錘荷重３０６が振動部３００ｂに接合する。
【０１４２】
微細加工の方法は、例えばドライエッチングである。
【０１４３】
本発明の圧電発電素子は、下地基板を用いた転写を応用して製造し得る。具体的には、例えば、以下の方法を適用し得る。最初に、金属電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層１４、圧電体層１５および電極層を、下地基板の表面にこの順に形成する。次に、形成された積層体を他の新たな基板に、当該基板と当該電極層とが接するように接合する。次に、下地基板を公知の方法により除去する。次に、各層（膜）を微細加工によりパターニングして、本発明の圧電発電素子を製造し得る。当該積層体および当該新たな基板は、例えば接着層を介して接合し得る。当該接着層の材料は、当該積層体が当該新たな基板に安定して接着する限り限定されない。より具体的には、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、およびポリイミド系接着剤が用いられ得る。このとき、接着層は０．２μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１４４】
［圧電発電素子を用いた発電方法］
上述した本発明の圧電発電素子に振動を与えることにより、第１の電極および第２の電極を介して電力が得られる。
【０１４５】
外部から圧電発電素子２２ａ、２２ｂに機械的振動が与えられると、振動部３００ｂが、固定部３００ａに対して上下に撓む振動を始める。当該振動が、圧電効果による起電力を圧電体層１５に生じる。このようにして、圧電体層１５を挟持する第１の電極３０２と第２の電極３０５との間に電位差が発生する。圧電体層１５が有する圧電性能が高いほど、第１および第２の電極間に発生する電位差は大きくなる。特に、振動部３００ｂの共振周波数が、外部から素子に与えられる機械的振動の周波数に近い場合、振動部３００ｂの振幅が大きくなることで発電特性が向上する。そのため、錘荷重３０６によって、振動部３００ｂの共振周波数が外部から素子に与えられる機械的振動の周波数に近くなるように調整されることが好ましい。
【実施例】
【０１４６】
以下、実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。
【０１４７】
（実施例）
実施例では、図１Ｄに示す構造を有する圧電体薄膜を作製した。作製手順を以下に示す。
【０１４８】
表面の面方位が（１００）であるＳｉ単結晶基板の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、（１１１）配向を有するＰｔ電極膜（膜厚１００ｎｍ）を形成した。Ｐｔ電極膜の形成は、ターゲットに金属Ｐｔを用い、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気下にて、ＲＦ出力１５Ｗ、基板温度３００℃の成膜条件で行った。Ｓｉ単結晶基板とＰｔ電極膜との密着性を向上させるために、Ｐｔ電極膜を形成する前に、Ｓｉ単結晶基板の表面に予めＴｉ膜（膜厚２．５ｎｍ）を形成した。Ｔｉ膜の形成は、ターゲットに金属Ｐｔの代わりに金属Ｔｉを用いたこと以外は、Ｐｔ電極膜の形成方法によって行った。
【０１４９】
次に、Ｐｔ電極膜の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜（膜厚２００ｎｍ）を形成した。ＬａＮｉＯ3膜の形成は、ターゲットとしてストイキオメトリ組成のＬａＮｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝８０：２０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１００Ｗ、基板温度３００℃の成膜条件で行った。
【０１５０】
さらに、ＬａＮｉＯ3膜の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、界面層として（００１）配向を有する（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3膜（膜厚２００ｎｍ）を形成した。界面層の形成は、ターゲットとしてストイキオメトリ組成の（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。
【０１５１】
次に、（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3膜の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、圧電体層として膜厚２．７μｍの［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07膜を形成した。当該膜の形成は、ターゲットとしてストイキオメトリー組成の［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。
【０１５２】
このようにして、Ｓｉ単結晶基板、（１１１）配向を有するＰｔ電極膜、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3膜および（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜がこの順に積層された圧電体薄膜を得た。
【０１５３】
［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07膜（（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜）の結晶構造を、Ｘ線回折によって評価した。Ｘ線回折測定は、当該（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が界面層の上に配置された状態で、当該（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の上からＸ線を入射して行った。図１７はその結果を示す。以降の比較例においても同一のＸ線回折の測定方法を用いた。
【０１５４】
図１７はＸ線回折プロファイルの結果を示す。Ｓｉ基板およびＰｔ電極膜に由来する反射ピークを除き、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。（００１）ピークの強度は４，２９７ｃｐｓと非常に強かった。これは（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は高い（００１）配向性を有することを意味する。
【０１５５】
続いて、当該Ｘ線回折プロファイルにおける（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークの半値幅を、ロッキングカーブ測定により求めた。当該ロッキングカーブ測定とは、回折角２θを対象とする反射ピークの回折角に固定し、Ｘ線の入射角をスキャンさせる測定である。半値幅は２．５７°と非常に小さかった。これは（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3が極めて高い結晶性を有することを意味する。同一の反射ピークの半値幅の測定方法は、以降の比較例においても用いられた。
【０１５６】
次に、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の表面に、蒸着により、膜厚１００μｍのＡｕ電極膜を形成し、圧電体薄膜を形成した。圧電体薄膜に含まれるＰｔ電極膜と当該Ａｕ電極膜とを用いて、当該圧電体薄膜の強誘電特性および圧電性能を評価した。
【０１５７】
インピーダンスアナライザを用いて、１ｋＨｚにおける誘電損失を測定したところ、当該圧電体薄膜のｔａｎδは６．５％であった。
【０１５８】
図１８は、圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。図１８に示すように、Ｐｔ電極膜およびＡｕ電極膜を介して圧電体層へ印加する電圧を増加させると、圧電体薄膜は良好な強誘電特性を示すことが確認された。
【０１５９】
圧電体薄膜の圧電性能は以下のように評価した。圧電体薄膜を幅２ｍｍ（Ａｕ電極膜の幅を含む）に切り出し、カンチレバー状に加工した。Ｐｔ電極膜およびＡｕ電極膜間に電位差を印加してカンチレバーの変位量をレーザー変位計により測定した。当該変位量を圧電定数ｄ31に変換して、圧電体薄膜を評価した。圧電体薄膜のｄ31は−７８ｐＣ／Ｎであった。同一の圧電定数ｄ31の評価方法が、以降の比較例においても用いられた。
【０１６０】
（比較例１）
界面層として機能する（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3膜を形成しなかったこと以外は実施例と同様の手法により、図１９に示されるＳｉ基板１１、Ｐｔ電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３および圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜３１がこの順に積層された圧電体薄膜３２を作製した。
【０１６１】
Ｘ線回折による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。
【０１６２】
図１７に示されるように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークが観察された。しかし、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶配向（１１０）に起因する反射ピークも観察された。上記（００１）方向の反射ピーク強度は２，６６１ｃｐｓであり、実施例におけるピーク強度（４，２９７ｃｐｓ）に比べて低かった。これは、比較例１における（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が、実施例における（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜よりも劣る配向性を有することを意味する。
【０１６３】
上記（００１）方向の反射ピークの半値幅は２．８９°であり、実施例のそれ（２．５７°）よりも大きかった。これは、比較例１における（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が、実施例における（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜よりも劣る結晶性を有することを意味する。
【０１６４】
次に、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の表面に、蒸着により、膜厚１００μｍのＡｕ電極膜を形成して圧電体薄膜を得た。圧電体薄膜に含まれるＰｔ電極膜と当該Ａｕ電極膜とを用いて、圧電体薄膜の強誘電特性および圧電性能の評価を試みた。しかし、圧電体薄膜におけるリーク電流が非常に大きかったため、Ｐ−Ｅヒステリシス曲線の測定が困難であった（図１８参照）。インピーダンスアナライザを用いて、１ｋＨｚにおける誘電損失を測定したところ、当該圧電体薄膜のｔａｎδは４０％であった。リーク電流によって正確な圧電定数ｄ31の値を求めることは困難であった。推定される圧電定数ｄ31は、およそ−４０ｐＣ／Ｎであった。
【０１６５】
（比較例２〜７）
比較例２〜７では、界面層の組成を変化させたこと以外は実施例と同様の手法により、図２０に示されるようなＳｉ基板１１、Ｐｔ電極膜１２、ＬａＮｉＯ3膜１３、界面層４１および圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜４２がこの順に積層された圧電体薄膜４３を作製した。
【０１６６】
＜比較例２＞
界面層として酸化チタン（ＴｉＯ2）膜をＬａＮｉＯ3膜の表面に形成するとともに、当該ＴｉＯ2膜の表面に、圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成したこと以外は、実施例と同様の手法により、圧電体薄膜を作製した。ＴｉＯ2膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ターゲットとしてＴｉＯ2を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。ＴｉＯ2膜は２００ｎｍの膜厚を有した。
【０１６７】
Ｘ線回折による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。
【０１６８】
図１７に示されるように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピーク強度は８０ｃｐｓと非常に弱かった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶相に起因する反射ピークも観察されなかった。比較例２の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、特定方向への結晶配向がほとんどない、ランダム配向の結晶状態を有していたと考えられた。
【０１６９】
比較例２の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、比較例１のそれよりも低い配向性を有するため、ロッキングカーブ測定による結晶性評価、ならびに圧電体薄膜強誘電特性および圧電性能の評価を行わなかった。
【０１７０】
＜比較例３＞
界面層としてチタン酸ビスマス（Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）膜をＬａＮｉＯ3膜の表面に形成するとともに、圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を当該Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12膜の表面に形成したこと以外は、実施例と同様の手順により圧電体薄膜を作製した。Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ターゲットとしてＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12膜は２００ｎｍの膜厚を有した。
【０１７１】
Ｘ線解析による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。
【０１７２】
図１７に示されるように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピーク強度は４１ｃｐｓと非常に弱かった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶相に起因する反射ピークも観察されなかった。比較例３の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、特定方向への結晶配向がほとんどない、ランダム配向の結晶状態を有していたと考えられた。
【０１７３】
比較例３の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、比較例１のそれよりも低い配向性を有するため、ロッキングカーブ測定による結晶性評価、ならびに圧電体薄膜強誘電特性および圧電性能の評価を行わなかった。
【０１７４】
＜比較例４＞
界面層としてチタン酸ナトリウム（Ｎａ2ＴｉＯ3）膜をＬａＮｉＯ3膜の表面に形成するとともに、当該Ｎａ2ＴｉＯ3膜の表面に、圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成したこと以外は、実施例と同様の手順により圧電体薄膜を作製した。Ｎａ2ＴｉＯ3膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ターゲットとしてＮａ2ＴｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。Ｎａ2ＴｉＯ3膜は２００ｎｍの膜厚を有した。
【０１７５】
Ｘ線解析による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。
【０１７６】
図１７に示されるように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピーク強度は１９１ｃｐｓと非常に弱かった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶相に起因する反射ピークも観察されなかった。比較例４の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、特定方向への結晶配向がほとんどない、ランダム配向の結晶状態を有していたと考えられた。
【０１７７】
比較例４の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、比較例１のそれよりも低い配向性を有するため、ロッキングカーブ測定による結晶性評価、ならびに圧電体薄膜強誘電特性および圧電性能の評価を行わなかった。
【０１７８】
＜比較例５＞
界面層としてチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）膜をＬａＮｉＯ3膜の表面に形成するとともに、当該ＢａＴｉＯ3膜の表面に圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成したこと以外は、実施例と同様の手順により圧電体薄膜を作製した。ＢａＴｉＯ3膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ターゲットとしてＢａＴｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。ＢａＴｉＯ3膜は２００ｎｍの膜厚を有した。
【０１７９】
Ｘ線回折による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。
【０１８０】
図１７に示されように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピーク強度は８１ｃｐｓと非常に弱かった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶相に起因する反射ピークも観察されなかった。比較例５の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、特定方向への結晶配向がほとんどない、ランダム配向の結晶状態を有していたと考えられた。
【０１８１】
比較例５の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、比較例１のそれよりも低い配向性を有するため、ロッキングカーブ測定による結晶性評価、ならびに圧電体薄膜強誘電特性および圧電性能の評価を行わなかった。
【０１８２】
＜比較例６＞
界面層としてチタン酸ビスマスバリウム（Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12−ＢａＴｉＯ3）膜をＬａＮｉＯ3膜の表面に形成するとともに、当該Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12−ＢａＴｉＯ3膜の表面に、圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成したこと以外は、実施例と同様の手順により圧電体薄膜を作製した。Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12−ＢａＴｉＯ3膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ターゲットとして、チタン酸ビスマス（Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）とチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）とから合成したＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12−ＢａＴｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12−ＢａＴｉＯ3膜は２００ｎｍの膜厚を有した。
【０１８３】
Ｘ線回折による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。
【０１８４】
図１７に示されるように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピーク強度は１，４７０ｃｐｓと非常に弱かった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶相に起因する反射ピークも観察されなかった。比較例６の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、特定方向への結晶配向がほとんどない、ランダム配向の結晶状態を有していたと考えられた。
【０１８５】
比較例６の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、比較例１のそれよりも低い配向性を有するため、ロッキングカーブ測定による結晶性評価、ならびに圧電体薄膜強誘電特性および圧電性能の評価を行わなかった。
【０１８６】
＜比較例７＞
界面層としてチタン酸バリウムナトリウム（Ｎａ2ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3）膜をＬａＮｉＯ3膜の表面に形成するとともに、当該Ｎａ2ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3膜の表面に、圧電体層として（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成したこと以外は、実施例と同様の手順により圧電体薄膜を作製した。Ｎａ2ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3膜の形成は、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ターゲットとして、チタン酸ナトリウム（Ｎａ2ＴｉＯ3）とチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）とから合成したＮａ2ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比にしてＡｒ：Ｏ2＝５０：５０）雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗ、基板温度６５０℃の成膜条件で行った。Ｎａ2ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3膜は２００ｎｍの膜厚を有した。
【０１８７】
Ｘ線回折による（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造の評価結果を図１７に示す。
【０１８８】
図１７に示されるように、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピーク強度は１３３ｃｐｓと非常に弱かった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜における他の結晶相に起因する反射ピークも観察されなかった。比較例７の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、特定方向への結晶配向がほとんどない、ランダム配向の結晶状態を有していたと考えられた。
【０１８９】
比較例７の（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、比較例１のそれよりも低い配向性を有するため、ロッキングカーブ測定による結晶性評価、ならびに圧電体薄膜強誘電特性および圧電性能の評価を行わなかった。
【０１９０】
以下の表１は、実施例および比較例１〜７の評価結果を要約している。
【０１９１】
【表１】
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【０１９２】
表１に示されるように、界面層として（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3膜を形成した場合のみ、高い（００１）配向性および高い結晶性を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜により構成される圧電体層が形成された。比較例２〜７のように（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3膜以外の界面層を形成した場合には、比較例１のように界面層を有さない場合よりも、却って（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の配向性および結晶性が低下した。即ち、圧電体層を構成する金属元素の一部を含む界面層を設けることが、圧電体層の結晶性および配向性を必ずしも向上させ得ないことが確認された。
【０１９３】
界面層を有さない場合（比較例１）、リーク電流が非常に大きいため、圧電体薄膜の強誘電特性を正確に評価することは困難であった。推定される圧電定数ｄ31はおよそ−４０ｐＣ／Ｎ程度であった。比較例２〜７の圧電体層の配向性および結晶性は比較例１と比較してさらに低いために、強誘電特性の評価を行っていない。しかし、比較例２〜７の圧電体層の強誘電特性は比較例１と比較してさらに低下していると考えられる。一方、実施例では、リーク電流が非常に小さく、強誘電ヒステリシス曲線は良好であった。
【０１９４】
ところで、特許文献２は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜からなる圧電体層を開示している。特許文献３の段落0020は、「強誘電体薄膜と基板との間に、酸化物からなるバッファー層を形成することがより好ましい。バッファー層に使用できる酸化物は、その上に形成される強誘電体薄膜を構成する元素の全て又は一部を含むことが好ましい」と開示している。これらの記載からは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成するためのバッファー層として、Ｂｉ、Ｎａ、ＢａおよびＴｉから選ばれる１種または２種以上の金属の酸化物を用いることが好ましいと考えられる。
【０１９５】
しかし、実施例に示されるように、１種の金属の酸化物（比較例２：ＴｉＯ2）をバッファー層として用いた場合、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は非常に低い結晶配向性を有する。２種の金属の酸化物（比較例３〜５）をバッファー層として用いた場合であっても、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は非常に低い結晶配向性を有する。３種の金属の酸化物をバッファー層として用いた場合であっても、当該金属がＢｉ、ＢａおよびＴｉの組み合わせ（比較例６）ならびにＮａ、ＢａおよびＴｉの組み合わせ（比較例７）である場合には、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は低い（または非常に低い）結晶配向性を有する。それどころか、界面層を有さない比較例１の圧電体層と比較して、これらの比較例２〜７が有する圧電体層は、より低い結晶配向性を有する。
【０１９６】
そして、唯一、Ｂｉ、ＮａおよびＴｉの組み合わせ（実施例）をバッファー層として用いた場合に限り、極めて高い結晶性および配向性を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を実現できる。
【０１９７】
本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
本発明の圧電体薄膜は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層が高い結晶性および高い（００１）配向性を有するので、高い強誘電特性および高い圧電性能を有する。本発明の圧電体薄膜は、従来の鉛系酸化物強誘電体に代わる圧電体薄膜として有用である。焦電センサ、圧電デバイスのような圧電体薄膜が使用されている分野に好適に使用され得る。その一例として、本発明のインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子が挙げられる。
【０１９９】
本発明のインクジェットヘッドは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、インクの吐出特性に優れる。当該インクジェットヘッドを用いた画像を形成する方法は、優れた画像の精度および表現性を有する。本発明の角速度センサは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、高いセンサ感度を有する。当該角速度センサを用いた角速度を測定する方法は、優れた測定感度を有する。本発明の圧電発電素子は、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、優れた発電特性を有する。当該圧電発電素子を用いた本発明の発電方法は、優れた発電効率を有する。本発明に係るインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子ならびに画像形成方法、角速度の測定方法および発電方法は、様々な分野および用途に幅広く適用できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜と、
（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層と、
（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜と、
を具備し、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、および前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜がこの順に積層されている圧電体薄膜。
【請求項２】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項１に記載の圧電体薄膜。
【請求項３】
金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項１に記載の圧電体薄膜。
【請求項４】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項３に記載の圧電体薄膜。
【請求項５】
基板をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記基板上に形成されている請求項１に記載の圧電体薄膜。
【請求項６】
前記基板がＳｉからなる請求項５に記載の圧電体薄膜。
【請求項７】
スパッタリング法により、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を形成する工程、
前記ＬａＮｉＯ3膜上に、スパッタリング法により、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層を形成する工程、および
前記界面層上に、スパッタリング法により、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成して、前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層および前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜がこの順に積層された圧電体薄膜を得る工程、
を包含する、圧電体薄膜を製造する方法。
【請求項８】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＬａＮｉＯ3膜が、金属電極膜上に形成されている請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＬａＮｉＯ3膜が基板上に形成されている請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板がＳｉからなる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜に接合された振動層と、
インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体薄膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、を備え、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体薄膜に接合され、
前記振動層と前記圧力室部材とは、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されており、
前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されており、
前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれており、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極がこの順に積層されている、
インクジェットヘッド。
【請求項１４】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項１３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１５】
前記圧電体薄膜が、金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項１３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１６】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項１５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１７】
インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法であって、
前記インクジェットヘッドを準備する工程、
ここで、前記インクジェットヘッドは、
第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜に接合された振動層と、
インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体薄膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、を備え、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体薄膜に接合され、
前記振動層と前記圧力室部材とは、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されており、
前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されており、
前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれており、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極がこの順に積層されており、
前記第１の電極および第２の電極を介して前記圧電体層に電圧を印加することにより、圧電効果に基づき、前記圧力室の容積が変化するように前記振動層を当該層の膜厚方向に変位させ、当該変位により前記圧力室からインクを吐出させる工程
を包含する、方法。
【請求項１８】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記圧電体薄膜が、金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されており、
前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれており、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極がこの順に積層されており、
前記第１の電極および第２の電極から選ばれる一方の電極が、前記振動部を発振させる駆動電圧を前記圧電体層に印加する駆動電極と、発振中の前記振動部に加わった角速度によって前記振動部に生じた変形を測定するためのセンス電極とを含む電極群により構成されている角速度センサ。
【請求項２２】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項２１に記載の角速度センサ。
【請求項２３】
前記圧電体薄膜が、金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項２１に記載の角速度センサ。
【請求項２４】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項２３に記載の角速度センサ。
【請求項２５】
角速度センサを用いて角速度を測定する方法であって、
前記角速度センサを準備する工程、
ここで、前記角速度センサは、
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されており、
前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれており、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極がこの順に積層されており、
前記第１および第２の電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成されており、
駆動電圧を、前記第１および第２の電極から選ばれる他方の電極と前記駆動電極とを介して前記圧電体層に印加することにより、前記振動部を発振させる工程、および
発振中の前記振動部に加わった角速度によって前記振動部に生じた変形を、前記他方の電極と前記センス電極とを介して測定することで前記加わった角速度の値を得る工程、
を包含する、方法。
【請求項２６】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記圧電体薄膜が、金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されており、
前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれており、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極がこの順に積層されている、
圧電発電素子。
【請求項３０】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項２９に記載の圧電発電素子。
【請求項３１】
前記圧電体薄膜が、金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項２９に記載の圧電発電素子。
【請求項３２】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項３１に記載の圧電発電素子。
【請求項３３】
圧電発電素子を用いた発電方法であって、
前記圧電発電素子を準備する工程、
ここで、前記圧電発電素子は、
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第１の電極および第２の電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記第１の電極は、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜から構成されており、
前記第１の電極および前記圧電体層の間に、（００１）配向を有し、化学式ＡＢＯ3（Ａは（Ｂｉ，Ｎａ）1-xＣx（０≦ｘ＜１）により表され、ＢはＴｉまたはＴｉＺｒであり、ＣはＮａ以外のアルカリ金属である）により表される化合物により構成されている界面層が挟まれており、
前記ＬａＮｉＯ3膜、前記界面層、前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および前記第２の電極がこの順に積層されており、
前記振動部に振動を与えることにより、前記第１および第２の電極を介して電力を得る工程を包含する、方法。
【請求項３４】
ｘ＝０であり、かつＢはＴｉである請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記圧電体薄膜が、金属電極膜をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記金属電極膜上に形成されている請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記金属電極膜がＰｔからなる請求項３５に記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
2010084711.tif 000053
【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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