(57)【要約】【課題】  良好な圧電特性を有する圧電素子を提供する。【解決手段】  本発明に係る圧電素子は，基体と、基体の上方に形成されたバッファ層５と、バッファ層５の上方に形成された圧電体膜６と、を含み、バッファ層５は、ペロブスカイト型のＰｂ（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３からなり、Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも二種からなり、ａは、０．１５≦ａ≦０．８の範囲であり、ｂは、０．０５≦ｂ≦０．４の範囲であり、圧電体膜６は、ペロブスカイト型のリラクサー材料からなる。【選択図】      図１
2006032627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された圧電体膜と、を含み、
前記バッファ層は、ペロブスカイト型のＰｂ（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３からなり、
Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも二種からなり、
ａは、０．１５≦ａ≦０．８の範囲であり、
ｂは、０．０５≦ｂ≦０．４の範囲であり、
前記圧電体膜は、ペロブスカイト型のリラクサー材料からなる、圧電素子。
【請求項２】
基体と、
前記基体の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された圧電体膜と、を含み、
前記バッファ層は、ペロブスカイト型のＰｂ（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３からなり、
Ｘは、ＶおよびＴａのうちの少なくとも一種からなり、
ａは、０．１５≦ａ≦０．８の範囲であり、
ｂは、０．０５≦ｂ≦０．４の範囲であり、
前記圧電体膜は、ペロブスカイト型のリラクサー材料からなる、圧電素子。
【請求項３】
基体と、
前記基体の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された圧電体膜と、を含み、
前記バッファ層は、ペロブスカイト型のＰｂ１−（ｂ／２）（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３からなり、
Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも一種からなり、
ａは、０．１５≦ａ≦０．８の範囲であり、
ｂは、０．０５≦ｂ≦０．４の範囲であり、
前記圧電体膜は、ペロブスカイト型のリラクサー材料からなる、圧電素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
ａは、（ａＭＰＢ−０．０５）≦ａ≦ａＭＰＢの範囲であり、
ａＭＰＢは、前記バッファ層の結晶構造の相境界におけるａの値を示す、圧電素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記バッファ層は、該バッファ層の結晶構造の相境界におけるａを有する、圧電素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記バッファ層は、ロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向している、圧電素子。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記バッファ層は、擬立方晶構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向している、圧電素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記圧電体膜は、ロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向している、圧電素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記リラクサー材料は、以下の式（１）〜（９）で示される材料のうちの少なくとも一種からなる、圧電素子。
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（１）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（２）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３７、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｇａ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（３）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．５０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（４）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４５、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（５）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３５、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（６）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（７）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（８）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３８、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｃｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３        ・・・式（９）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、ｙは、０≦ｙ≦１）
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
前記バッファ層は、５モル％以下のＳｉ、あるいは、ＳｉおよびＧｅを含む、圧電素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかにおいて、
前記基体の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された前記バッファ層と、
前記圧電体膜の上方に形成された上部電極と、を含む、圧電素子。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記下部電極および前記上部電極のうちの少なくとも一つは、Ｐｔを主とする材料からなる、圧電素子。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の圧電素子を有する、圧電アクチュエーター。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれかに記載の圧電素子を有する、圧電ポンプ。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれかに記載の圧電素子を有する、インクジェット式記録ヘッド。
【請求項１６】
請求項１５に記載のインクジェット式記録ヘッドを有する、インクジェットプリンター。
【請求項１７】
請求項１〜１２のいずれかに記載の圧電素子が、基板の上方に形成されてなる、表面弾性波素子。
【請求項１８】
請求項１７に記載の表面弾性波素子が有する前記圧電体膜の上方に形成された第１の電極と、
前記圧電体膜の上方に形成された第２の電極と、を含む、周波数フィルタ。
【請求項１９】
請求項１７に記載の表面弾性波素子が有する前記圧電体膜の上方に形成された第１の電極と、
前記圧電体膜の上方に形成された第２の電極と、
トランジスタを有する発振回路と、を含む、発振器。
【請求項２０】
請求項１９に記載の発振器を含む、電子回路。
【請求項２１】
請求項１〜１２のいずれかに記載の圧電素子を有する共振子が、基板の上方に形成されてなる、薄膜圧電共振器。
【請求項２２】
請求項１４記載の圧電ポンプ、請求項１８に記載の周波数フィルタ、請求項１９に記載の発振器、請求項２０に記載の電子回路、請求項２１に記載の薄膜圧電共振器のうちの少なくとも１つを有する、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体膜を有する圧電素子、圧電アクチュエーター、圧電ポンプ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高画質、高速印刷を可能にするプリンターとして、インクジェットプリンターが知られている。インクジェットプリンターは、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドを備える。インクジェットプリンターは、インクジェット式記録ヘッドを走査させつつ、そのノズルからインク滴を吐出することにより、印刷を行うものである。このようなインクジェットプリンター用のインクジェット式記録ヘッドにおけるヘッドアクチュエーターとしては、従来、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）に代表される圧電体膜を用いた圧電素子が用いられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、表面弾性波素子や周波数フィルタ、発振器、電子回路などにおいても、その特性向上が望まれていることから、新たな圧電材料による良好な製品の提供が望まれている。
【特許文献１】特開２００１−２２３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、インクジェットプリンターにあっては、さらなる高画質化や高速化が要求されるようになってきている。このような要求に応えるためには、インクジェット式記録ヘッドにおけるノズルの高密度化が欠かせない技術となってきている。そのためには、キャビティー上に積層される圧電素子（ヘッドアクチュエーター）についても、特に圧電体膜の特性、すなわちその圧電定数を向上する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、良好な圧電特性を有する圧電素子を提供することにある。また本発明の他の目的は、上記圧電素子を用いた圧電アクチュエーター、圧電ポンプ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器、および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る圧電素子は、
基体と、
前記基体の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された圧電体膜と、を含み、
前記バッファ層は、ペロブスカイト型のＰｂ（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３からなり、
Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも二種からなり、
ａは、０．１５≦ａ≦０．８の範囲であり、
ｂは、０．０５≦ｂ≦０．４の範囲であり、
前記圧電体膜は、ペロブスカイト型のリラクサー材料からなる。
【０００７】
本発明において、基体とは、１つの層と、複数の層と、を含む。
【０００８】
本発明において、特定のもの（以下、「Ａ」という）の上方の他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）とは、Ａ上に直接形成されたＢと、Ａ上に、Ａ上の他のものを介して形成されたＢと、を含む。
【０００９】
この圧電素子によれば、前記基体の上方に形成されたＰｂ（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３（以下、「ＰＺＴＸ」ともいう）からなる前記バッファ層と、前記バッファ層の上方に形成されたリラクサー材料からなる圧電体膜とを含む。ＰＺＴＸに関しては前記基体の上方に緻密な薄膜を、配向性をコントロールした上で形成することができる。さらに一旦形成された緻密なＰＺＴＸの上方には、リラクサー材料を緻密な薄膜として容易に積層することが可能になる。したがって、この圧電素子は、圧電特性の良好な圧電体膜を有することができる。言い換えるならば、この圧電素子は、圧電定数が高く、印加された電圧に対してより大きな変形をなすものとなる。
【００１０】
本発明に係る圧電素子は、
基体と、
前記基体の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された圧電体膜と、を含み、
前記バッファ層は、ペロブスカイト型のＰｂ（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３からなり、
Ｘは、ＶおよびＴａのうちの少なくとも一種からなり、
ａは、０．１５≦ａ≦０．８の範囲であり、
ｂは、０．０５≦ｂ≦０．４の範囲であり、
前記圧電体膜は、ペロブスカイト型のリラクサー材料からなる。
【００１１】
この圧電素子によれば、前記基体の上方に形成されたＰＺＴＸからなる前記バッファ層と、前記バッファ層の上方に形成されたリラクサー材料からなる圧電体膜とを含む。ＰＺＴＸに関しては前記基体の上方に緻密な薄膜を、配向性をコントロールした上で形成することができる。さらに一旦形成された緻密なＰＺＴＸの上方には、リラクサー材料を緻密な薄膜として容易に積層することが可能になる。したがって、この圧電素子は、圧電特性の良好な圧電体膜を有することができる。言い換えるならば、この圧電素子は、圧電定数が高く、印加された電圧に対してより大きな変形をなすものとなる。
【００１２】
本発明に係る圧電素子は、
基体と、
前記基体の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された圧電体膜と、を含み、
前記バッファ層は、ペロブスカイト型のＰｂ１−（ｂ／２）（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３からなり、
Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも一種からなり、
ａは、０．１５≦ａ≦０．８の範囲であり、
ｂは、０．０５≦ｂ≦０．４の範囲であり、
前記圧電体膜は、ペロブスカイト型のリラクサー材料からなる。
【００１３】
この圧電素子によれば、前記基体の上方に形成されたＰｂ１−（ｂ／２）（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３（以下、「ＰＺＴＸ」ともいう）からなる前記バッファ層と、前記バッファ層の上方に形成されたリラクサー材料からなる圧電体膜とを含む。ＰＺＴＸに関しては前記基体の上方に緻密な薄膜を、配向性をコントロールした上で形成することができる。さらに一旦形成された緻密なＰＺＴＸの上方には、リラクサー材料を緻密な薄膜として容易に積層することが可能になる。したがって、この圧電素子は、圧電特性の良好な圧電体膜を有することができる。言い換えるならば、この圧電素子は、圧電定数が高く、印加された電圧に対してより大きな変形をなすものとなる。
【００１４】
本発明に係る圧電素子において、
ａは、（ａＭＰＢ−０．０５）≦ａ≦ａＭＰＢの範囲であり、
ａＭＰＢは、前記バッファ層の結晶構造の相境界におけるａの値を示すことができる。
【００１５】
本発明に係る圧電素子において、
前記バッファ層は、該バッファ層の結晶構造の相境界におけるａを有することができる。
【００１６】
本発明に係る圧電素子において、
前記バッファ層は、ロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向していることができる。
【００１７】
本発明において、「優先配向」とは、１００％の結晶が所望の配向である擬立方晶（１００）になっている場合と、所望の配向である擬立方晶（１００）にほとんどの結晶（例えば９０％以上）が配向し、残りの結晶が他の配向（例えば（１１１）配向）となっている場合と、を含む。
【００１８】
本発明に係る圧電素子において、
前記バッファ層は、擬立方晶構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向していることができる。
【００１９】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体膜は、ロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向していることができる。
【００２０】
本発明に係る圧電素子において、
前記リラクサー材料は、以下の式（１）〜（９）で示される材料のうちの少なくとも一種からなることができる。
【００２１】
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（１）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（２）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３７、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｇａ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（３）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．５０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（４）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４５、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（５）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３５、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（６）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（７）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（８）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３８、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｃｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３        ・・・式（９）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、ｙは、０≦ｙ≦１）
【００２２】
本発明に係る圧電素子において、
前記バッファ層は、５モル％以下のＳｉ、あるいは、ＳｉおよびＧｅを含むことができる。
【００２３】
本発明に係る圧電素子において、
前記基体の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された前記バッファ層と、
前記圧電体膜の上方に形成された上部電極と、を含むことができる。
【００２４】
本発明に係る圧電素子において、
前記下部電極および前記上部電極のうちの少なくとも一つは、Ｐｔを主とする材料からなることができる。
【００２５】
本発明に係る圧電アクチュエーターは、上述の圧電素子を有することができる。
【００２６】
本発明に係る圧電ポンプは、上述の圧電素子を有することができる。
【００２７】
本発明に係るインクジェット式記録ヘッドは、上述の圧電素子を有することができる。
【００２８】
本発明に係るインクジェットプリンターは、上述のインクジェット式記録ヘッドを有することができる。
【００２９】
本発明に係る表面弾性波素子は、上述の圧電素子が、基板の上方に形成されてなることができる。
【００３０】
本発明に係る周波数フィルタは、上述の表面弾性波素子が有する前記圧電体膜の上方に形成された第１の電極と、
前記圧電体膜の上方に形成された第２の電極と、を含むことができる。
【００３１】
本発明に係る発振器は、上述の表面弾性波素子が有する前記圧電体膜の上方に形成された第１の電極と、
前記圧電体膜の上方に形成された第２の電極と、
トランジスタを有する発振回路と、を含むことができる。
【００３２】
本発明に係る電子回路は、上述の発振器を含むことができる。
【００３３】
本発明に係る薄膜圧電共振器は、上述の圧電素子を有する共振子が、基板の上方に形成されてなることができる。
【００３４】
本発明に係る電子機器は、上述の圧電ポンプ、上述の周波数フィルタ、上述の発振器、上述の電子回路、上述の薄膜圧電共振器のうちの少なくとも１つを有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明に好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
１−１．圧電素子
図１は、本発明にかかる圧電素子を、特にインクジェット式記録ヘッド用のヘッドアクチュエーターとなる圧電素子１に適用した場合の一実施形態を示す図である。
【００３７】
圧電素子１は、シリコン（Ｓｉ）からなる基板２と、基板２上に形成された弾性膜３と、弾性膜３上に形成された下部電極４と、下部電極４上に形成されたバッファ層５と、バッファ層５上に形成された圧電体膜６と、圧電体膜６上に形成された上部電極７と、を含む。本実施の形態においては、基板２から下部電極４までを基体と称する。
【００３８】
基板２としては、例えば、（１００）配向の単結晶シリコン基板、（１１１）配向の単結晶シリコン基板、（１１０）配向のシリコン基板などを用いることができる。また、シリコン基板の表面に熱酸化膜や自然酸化膜などのアモルファスの酸化シリコン膜を形成したものを用いることもできる。
【００３９】
弾性膜３は、インクジェット式記録ヘッド用のヘッドアクチュエーターとなる圧電素子において弾性板として機能する膜である。弾性膜３の厚さは、例えば１μｍ程度である。弾性膜３については、後述するように、基板２をエッチング処理してキャビティーを形成する際に、弾性膜３がエッチングストッパ層として機能するべく、基板２との間で十分な選択比がとれる材料で形成することができる。すなわち、例えば基板２がシリコンからなる場合に、弾性膜３は、例えば、ＳｉＯ２やＺｒＯ２などからなることができる。弾性膜３については、後述するインクジェット式記録ヘッドにおけるインク室基板となる基板２上に複数の圧電素子１が形成される場合、複数の圧電素子１に共通な弾性板として形成することができる。
【００４０】
下部電極４は、圧電体膜６に電圧を印加するための一方の電極となるものである。下部電極４は、例えば圧電体膜６および上部電極７と同じ平面形状に形成することができる。下部電極４については、後述するインクジェット式記録ヘッドにおけるインク室基板となる基板２上に複数の圧電素子１が形成される場合、複数の圧電素子１に共通な電極として機能するよう、共通な弾性板としての弾性膜３と同じ平面形状に形成することができる。下部電極４は、例えば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）、またはチタン（Ｔｉ）などからなることができる。下部電極４の厚さは、例えば１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度に形成されている。
【００４１】
バッファ層５は、ペロブスカイト型のＰｂ（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３（以下、「ＰＺＴＸ」ともいう）からなることができる。Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも二種からなることができる。あるいは、Ｘは、ＶおよびＴａのうちの少なくとも一種からなることができる。バッファ層５は、ロンボヘドラル構造または擬立方晶構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向していることができる。
【００４２】
ここで、「擬立方晶構造」とは、例えば、ロンボヘドラル構造、テトラゴナル構造、およびモノクリニック構造などを含む。バッファ層５は、下部電極４上に液相法や気相法によって成膜される。バッファ層５は、特に成膜時の温度条件（加熱条件）等を適宜に制御することにより、擬立方晶（１００）に優先配向させることができる。ここで、「優先配向」とは、所望配向の擬立方晶（１００）にすべての結晶が配向している場合と、所望配向の擬立方晶（１００）にほとんどの結晶が配向しており、擬立方晶（１００）に配向していない残りの結晶が他の配向となっている場合とを含むことができる。このように、ほとんどの結晶が所望配向の擬立方晶（１００）に配向していれば、後述するようにバッファ層５の上に圧電体膜６を形成した際、圧電体膜６がバッファ層５の結晶構造を引き継いで同じ結晶構造、すなわち擬立方晶（１００）に優先配向するようになる。
【００４３】
Ｐｂ（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３におけるａは、ある範囲を有する。ａの上限値としては、バッファ層５の結晶構造の相境界（ＭＰＢ：Morphotropic Phase Boundary）におけるａの値（以下、「ａＭＰＢ」ともいう。）となる。相境界におけるａの値（ａＭＰＢ）とは、ロンボヘドラル構造とテトラゴナル構造とが相転移するときのＴｉの組成比を示す値である。そして、ａの範囲としては、相転移するときの組成比より小さく、これによりロンボヘドラル構造となる範囲とされる。ここで、圧電定数（ｄ３１）は、相境界付近で極大値をとる。したがって、ａの下限値としては、相境界におけるａの値（ａＭＰＢ）に近い値が選択される。よって、ａの範囲としては、本発明を構成するうえでは比較的小さい値まで許容できるものの、より高い圧電定数（ｄ３１）を得るためには、好ましいａの値、すなわち相境界におけるａの値（ａＭＰＢ）により近い値が選択される。したがって、ａの範囲の下限値は、圧電素子１を動作させる際に、許容される圧電定数（ｄ３１）の下限値のときのａの値となる。上述の内容を式で示すと、例えば、ａは、
（ａＭＰＢ−０．０５）≦ａ≦ａＭＰＢ
の範囲であることができる。ａＭＰＢは、例えば、０．５程度である。なお、ａＭＰＢは、膜応力などによって変り得るため、特に限定されず、
０．２≦ａＭＰＢ≦０．８
の範囲であることができる。したがって、ａは、
０．１５≦ａ≦０．８
の範囲であることができる。
【００４４】
ａが上述の範囲内であれば、容易にバッファ層５をロンボヘドラル構造にコントロールすることができ、高い圧電特性を発現できる。バッファ層５は、バッファ層５の結晶構造の相境界におけるａ（ａＭＰＢ）を有することもできる。これにより、圧電定数（ｄ３１）を、極大値とすることができる。
【００４５】
なお、ａの範囲は、実際には測定誤差等が関係してくる。すなわち、例えばａは、測定誤差、例えば約２パーセントの測定誤差を考慮すると、
（ａＭＰＢ−０．０５）−０．０２≦ａ≦ａＭＰＢ＋０．０２
の範囲であることが好ましい。このことは、以下に述べるすべての数値範囲についても同様である。
【００４６】
Ｐｂ系のペロブスカイト型構造を有するもの、例えばＰＺＴなどは、Ｐｂの蒸気圧が高いために、ペロブスカイト型構造のＡサイトに位置するＰｂが蒸発しやすい。上述のＰＺＴＸでは、組成式がＰｂ（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３で示される場合について説明したが、ＰＺＴＸの組成式がＰｂ１−（ｂ／２）（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３で示されることもできる。この場合、Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも一種からなることができる。ＰＺＴＸの組成式において、（ｂ／２）がＰｂの欠損量を表している。
【００４７】
ＰｂがＡサイトから抜けると、電荷中性の原理によって同時に酸素が欠損する。この現象は、Ｓｃｈｏｔｔｏｋｙ欠陥と呼ばれる。例えば、ＰＺＴにおいて酸素が欠損すると、ＰＺＴのバンドギャップが低下する。このバンドギャップの低下によって、電極界面でのバンドオフセットが減少し、ＰＺＴからなる圧電体膜の絶縁性が低下する。
【００４８】
しかし、本実施の形態によれば、ＺｒおよびＴｉの価数（＋４価）より価数の高いＸ（＋５価）を、Ｂサイトの元素（Ｚｒ，Ｔｉ）と置換させることで、結晶構造全体としての中性を保持することができ、酸素の欠損を防止することができる。これによりバッファ層５の絶縁性は良好なものとなり、電流リークを防止することができる。
【００４９】
例えば、ＸがＮｂからなる場合に、ＮｂはＴｉとサイズ（イオン半径が近く、原子半径は同一である。）がほぼ同じで、重さが２倍であるため、格子振動による原子間の衝突によっても格子から原子が抜けにくい。また、結晶化時に、Ｐｂ抜けが発生したとしても、サイズの大きなＯ（酸素）が抜けるより、サイズの小さなＮｂが入る方が容易である。したがって、Ｏ（酸素）抜けを効果的に防止することができる。更に、Ｎｂは酸素との共有結合性が非常に強く系から抜け難くなっていると考えられる（Ｈ．Ｍｉｙａｚａｗａ，Ｅ．Ｎａｔｏｒｉ，Ｓ．Ｍｉｙａｓｈｉｔａ；Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３９（２０００）５６７９）。なお、ここではＸがＮｂからなる例について述べたが、Ｘとして、ＶおよびＴａのうち少なくとも一方を含む場合も同等あるいはそれに近い効果を有する。
【００５０】
Ｐｂの欠損量は、Ｘの添加量ｂのほぼ半分であることが好ましい。すなわち、Ｐｂの欠損量は、ｂ／２で示される。これにより、ＰＺＴＸは、電気的に中性を保つことができる。そして、Ｘの添加量ｂは、
０．０５≦ｂ≦０．４
の範囲であることが好ましい。Ｘの添加量ｂが０．０５未満では、Ｘの添加による電流リーク防止効果が良好とならず、一方、Ｘの添加量ｂが０．４を越えても、それ以上は電流リーク防止効果の向上があまり期待できない。
【００５１】
バッファ層５は、５モル％以下のケイ素（Ｓｉ）、あるいは、ケイ素およびゲルマニウム（Ｇｅ）を含むことができる。詳細については、圧電素子の製造方法の項にて述べる。
【００５２】
バッファ層５は、圧電体材料であることから、後述する圧電体膜６の圧電特性に影響する（圧電特性を助ける）。バッファ層５は、後述するバッファ層としての作用・効果を奏することができる膜厚であれば特に限定されない。具体的には、バッファ層５の膜厚としては、例えば１０ｎｍ〜１．０μｍ程度とすることができる。
【００５３】
なお、バッファ層５は複数の層から構成されていることもできる。例えば、バッファ層５が２層から構成されている場合、バッファ層５は、第１のＰＺＴＸと、第２のＰＺＴＸと、からなることができる。ここで、第１のＰＺＴＸと、第２のＰＺＴＸとは、Ｘ、組成比ａ、および組成比ｂのうちの少なくとも一つが異なる。
【００５４】
圧電体膜６は、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向したリラクサー材料からなるもので、厚さが５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度に形成されたものである。なお、圧電体膜６の代表的な膜厚は３００ｎｍから３．０μｍである。この厚みの上限値に関しては、薄膜としての緻密さ、結晶配向性を維持する範囲で厚くすることができ、１０μｍ程度まで許容できる。
【００５５】
リラクサー材料としては、例えば以下の式（１）〜（９）で示される材料が挙げられる。これらのうちから選択された一種あるいは複数種が後述するように液相法または気相法で成膜されることにより、圧電体膜６が得られる。
【００５６】
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（１）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．４２、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（２）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３７、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．３７、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｇａ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（３）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．５０、好ましくは０．３０＜ｘ＜０．５０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（４）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４５、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．４５、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（５）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３５、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．３５、さらに好ましくは、Ｘ＝０.３、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（６）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、好ましくは０．０３＜ｘ＜０．１０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（７）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、好ましくは０．０３＜ｘ＜０．０９、さらに好ましくは、Ｘ＝０.０９、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（８）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３８、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．３８、さらに好ましくは、Ｘ＝０.３、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｃｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３        ・・・式（９）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．４２、ｙは、０≦ｙ≦１）
【００５７】
リラクサー材料とは、バルクの固体において図２に示すように誘電率の温度依存がブロードな（幅が広い）ピークを示す材料であって、誘電率が極大となる温度が周波数測定によりシフトする材料をいう。また、リラクサー材料は、圧電定数の温度依存がブロードな（幅が広い）ピークを示す材料である。これに対し、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（以下、「ＰＺＴ」ともいう）等の非リラクサー材料である圧電体材料は、図２に示すように誘電率、および圧電定数の温度依存が非常に鋭いピークを示すものである。したがって、圧電体膜６としてリラクサー材料を用いることにより、得られた圧電素子１は広い温度範囲で良好な圧電特性を発揮し、これにより信頼性が高く特性が安定したものとなる。ただしリラクサー材料の膜厚が１００ｎｍ〜１μｍ程度においては、必ずしも図２に示す明瞭なピークを示すとは限らない。１００ｎｍ〜１μｍ程度の膜厚を有するリラクサー材料は、室温から１００℃の間で、よりなだらかな誘電率の変化を示すものもある。
【００５８】
また、圧電体膜６は、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向したもので、エンジニアードドメイン配置と呼ばれるものである。したがって、圧電体膜６は、高い圧電定数（ｄ３１）を有する。ここで、「優先配向」とは、前述したように、所望配向の擬立方晶（１００）にすべての結晶が配向している場合と、所望配向の擬立方晶（１００）にほとんどの結晶が配向しており、擬立方晶（１００）に配向していない残りの結晶が他の配向となっている場合とを含むことができる。圧電体膜６は、同様に優先配向したバッファ層５上に形成され、バッファ層５の結晶構造を引き継いだ結晶構造となる。したがって、圧電体膜６もバッファ層５と同様に、擬立方晶（１００）に優先配向したものとなっている。
【００５９】
圧電体膜６の形成材料（リラクサー材料）において、前述したように材料間におけるＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３（以下、「ＰＺＴ」ともいう）側の組成比を表すｘの範囲については、特にその上限値としては、圧電体膜６の結晶構造の相境界（ＭＰＢ）におけるｘの値（以下、「ｘＭＰＢ」ともいう。）となる。相境界におけるｘの値（ｘＭＰＢ）とは、ロンボヘドラル構造とテトラゴナル構造とが相転移するときのＰＺＴ側の組成比を示す値である。そして、このｘの範囲としては、相転移するときの組成比より小さく、これによりロンボヘドラル構造となる範囲とされる。ここで、圧電定数（ｄ３１）は、相境界付近で極大値をとる。したがって、ｘの下限値としては、相境界におけるｘの値（ｘＭＰＢ）に近い値が選択される。よって、ｘの範囲としては、本発明を構成するうえでは比較的小さい値まで許容できるものの、より高い圧電定数（ｄ３１）を得るためには、好ましいｘの値、すなわち相境界におけるｘの値（ｘＭＰＢ）により近い値が選択される。したがって、ｘの範囲の下限値は、圧電素子１を動作させる際に、許容される圧電定数（ｄ３１）の下限値のときのｘの値となる。上述の内容を式で示すと、例えば、ｘは、
（ｘＭＰＢ−０．０５）≦ｘ≦ｘＭＰＢ
の範囲であることができる。ｘが上述の範囲内であれば、容易に圧電体膜６をロンボヘドラル構造にコントロールすることができ、高い圧電特性を発現できる。圧電体膜６は、圧電体膜６の結晶構造の相境界におけるｘ（ｘＭＰＢ）を有することもできる。これにより、圧電定数（ｄ３１）を、極大値とすることができる。
【００６０】
上部電極７は、圧電体膜６に電圧を印加するための他方の電極となるものである。上部電極７は、例えば白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）、チタン（Ｔｉ）、ＳｒＲｕＯ３等からなることができる。上部電極７の厚さは、１００ｎｍ程度とすることができる。
【００６１】
なお、上述した例では、圧電素子１をインクジェット式記録ヘッド用のヘッドアクチュエーターとして用いる場合について説明したが、圧電素子１は、インクジェット式記録ヘッド用のヘッドアクチュエーター以外の圧電アクチュエーターとして用いることができる。
【００６２】
また、下部電極４に関しては、ＳｒＲｕＯ３のようなペロブスカイト電極を用いても本発明の趣旨を逸脱するものではない。ＳｒＲｕＯ３からなる下部電極４と、リラクサー材料からなる圧電体膜６との間に、ＰＺＴＸのバッファ層５を挟むことによって、製造工程において圧電体膜６の擬立方晶（１００）配向性がより容易に制御可能となる。
【００６３】
１−２．圧電素子の製造方法
次に、本実施の形態における圧電素子１の製造方法について説明する。
【００６４】
（１）まず、基板２として、（１１０）または（１００）配向の単結晶シリコン基板、（１１１）配向の単結晶シリコン基板、あるいは自然酸化膜であるアモルファスの酸化シリコン膜を形成した（１００）または（１１０）配向のシリコン基板を用意する。
【００６５】
（２）次に、図４に示すように、基板２上に弾性膜３を形成する。弾性膜３については、ＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などの気相法が、形成する材質に応じて適宜決定され、採用される。
【００６６】
（３）次に、図５に示すように、弾性板３上に例えば白金（Ｐｔ）からなる下部電極４を形成する。白金は、比較的容易に（１１１）優先配向となるものである。したがって、例えばスパッタ法等の比較的簡易な方法を採用することで、弾性膜３上に容易に配向成長させることができる。
【００６７】
（４）次に、図６に示すように、下部電極４上にバッファ層５を形成する。具体的には、Ｐｂ（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３、または、Ｐｂ１−（ｂ／２）（（Ｚｒ１−ａＴｉａ）１−ｂＸｂ）Ｏ３（以下、「ＰＺＴＸ」ともいう）の前駆体溶液をスピンコート法や液滴吐出法等の塗布法で下部電極４上に配する。次に、焼成等の熱処理を行うことにより、バッファ層５を得る。より具体的には、例えば以下の通りである。
【００６８】
バッファ層５は、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、およびＸの少なくともいずれかを含む第１〜第３の原料溶液からなる混合溶液（前駆体溶液）を用意し、この混合溶液に含まれる酸化物を熱処理等により結晶化させて得ることができる。
【００６９】
バッファ層５の形成材料である原料溶液については、ＰＺＴＸの構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属を各金属が所望のモル比となるように混合し、さらにアルコールなどの有機溶媒を用いてこれらを溶解、または分散させることにより作製する。ＰＺＴＸの構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属としては、金属アルコキシドや有機酸塩といった有機金属を用いることができる。具体的には、ＰＺＴＸの構成金属を含むカルボン酸塩またはアセチルアセトナート錯体として、例えば、以下のものが挙げられる。
【００７０】
鉛（Ｐｂ）を含む有機金属としては、例えば酢酸鉛などが挙げられる。ジルコニウム（Ｚｒ）を含む有機金属としては、例えばジルコニウムブトキシドなどが挙げられる。チタン（Ｔｉ）を含む有機金属としては、例えばチタンイソプロポキシドなどが挙げられる。バナジウム（Ｖ）を含む有機金属としては、例えば酸化バナジウムアセチルアセトナートなどが挙げられる。ニオブ（Ｎｂ）を含む有機金属としては、例えばニオブエトキシドなどが挙げられる。タンタル（Ｔａ）を含む有機金属としては、例えばタンタルエトキシドなどが挙げられる。なお、ＰＺＴＸの構成金属を含んでなる有機金属としては、これらに限定されるわけではない。
【００７１】
原料溶液には、必要に応じて安定化剤等の各種添加剤を添加することができる。さらに、原料溶液に加水分解・重縮合を起こさせる場合には、原料溶液に適当な量の水とともに、触媒として酸あるいは塩基を添加することができる。
【００７２】
例えば、第１の原料溶液としては、ＰＺＴＸの構成金属元素のうち、ＰｂおよびＺｒによるＰｂＺｒＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。
【００７３】
例えば、第２の原料溶液としては、ＰＺＴＸの構成金属元素のうち、ＰｂおよびＴｉによるＰｂＴｉＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。
【００７４】
例えば、第３の原料溶液としては、ＰＺＴＸの構成金属元素のうち、ＰｂおよびＸによるＰｂＸＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。なお、Ｘが二種以上の元素からなる場合は、第３の原料溶液は、複数の原料溶液からなることができる。例えば、Ｘが、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａの三種からなる場合、第３の原料溶液は、三種の原料溶液からなることができる。具体的には、例えば、第３の原料溶液は、ＰｂおよびＶによるＰｂＶＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液と、ＰｂおよびＮｂによるＰｂＮｂＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液と、ＰｂおよびＴａによるＰｂＴａＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液と、からなることができる。
【００７５】
上記第１、第２、および第３の原料溶液を用いて、バッファ層５が所望の組成比となるように、第１、第２、および第３の原料溶液を所望の比で混合する。この混合溶液に熱処理等を加えて結晶化させることにより、バッファ層５を形成することができる。
【００７６】
具体的には、混合溶液塗布工程、アルコール除去工程〜乾燥熱処理工程〜脱脂熱処理工程の一連の工程を所望の回数行い、その後に結晶化アニールにより焼成してバッファ層５を形成する。各工程における条件は、例えば以下のとおりである。
【００７７】
混合溶液塗布工程は、混合液の塗布をスピンコートなどの塗布法で行う。まず、下部電極４上に混合溶液を滴下する。滴下された溶液を基板全面に行き渡らせる目的でスピンを行う。スピンの回転数は、例えば初期では５００ｒｐｍ程度とし、続いて塗布ムラが起こらないように回転数を２０００ｒｐｍ程度に上げて、塗布を完了させる。乾燥熱処理工程については、大気雰囲気下でホットプレート等を用い、前駆体溶液に用いた溶媒の沸点より例えば１０℃程度高い温度で熱処理（乾燥）することで行う。脱脂熱処理工程については、前駆体溶液に用いた有機金属の配位子を分解／除去するべく、大気雰囲気下でホットプレートを用い、３５０℃〜４００℃程度に加熱することで行う。結晶化アニール、すなわち結晶化のための焼成工程については、酸素雰囲気中でラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）等を用いて、例えば６００℃程度に加熱することで行う。
【００７８】
焼結後のバッファ層５の膜厚は、例えば、１０ｎｍ〜１．０μｍ程度とすることができる。バッファ層５は、例えばスパッタ法、分子線エピタキシー法、あるいはレーザーアブレーション法などを用いて形成することもできる。
【００７９】
バッファ層５を形成する際には、さらにＰｂＳｉＯ３シリケートを、例えば１〜５モル％の割合で添加することが好ましい。これによりＰＺＴＸの結晶化エネルギーを軽減させることができる。すなわち、バッファ層５としてＰＺＴＸを用いる場合、Ｘ添加とともに、ＰｂＳｉＯ３シリケートとを添加することでＰＺＴＸの結晶化温度の低減を図ることができる。具体的には、上述した第１〜第３の原料溶液に加え、第４の原料溶液を用いることができる。第４の原料溶液としては、ＰｂＳｉＯ３結晶を形成するため縮重合体をｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。結晶化を促進する添加剤としては、ゲルマネートを用いることもできる。バッファ層５を形成する際に、ＰｂＳｉＯ３シリケート、またはゲルマネートを添加することにより、バッファ層５は、５モル％以下のＳｉ、あるいは、ＳｉおよびＧｅを含むことができる。
【００８０】
このようにして、（１１１）配向の白金（Ｐｔ）からなる下部電極４上にバッファ層５を形成することにより、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造または擬立方晶構造のＰＺＴＸが、擬立方晶（１００）に優先配向した状態で形成される。
【００８１】
（５）次に、図７に示すように、バッファ層５上に圧電体膜６を形成する。具体的には、まず、リラクサー材料の前駆体溶液をスピンコート法や液滴吐出法等の公知の塗布法でバッファ層５上に配する。次に、焼成等の熱処理を行うことにより、圧電体膜６を得る。
【００８２】
より具体的には、まず、バッファ層５の形成と同様にして、前駆体溶液の塗布工程、溶媒除去工程〜乾燥熱処理工程〜脱脂熱処理工程の一連の工程を所望する膜厚に応じて適宜回数繰り返す。次に、結晶化アニールを行うことで圧電体膜６を形成する。各工程における条件は、バッファ層５の形成とほぼ同様である。
【００８３】
圧電体膜６は、（１００）に優先配向したバッファ層５上に形成されることにより、バッファ層５の結晶構造、すなわちその配向を引き継ぎ、同じ結晶構造、すなわち擬立方晶（１００）に優先配向して形成される。
【００８４】
圧電体膜６の形成材料である前駆体溶液については、圧電体膜６となるリラクサー材料の構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属を各金属が所望のモル比となるように混合し、さらにアルコールなどの有機溶媒を用いてこれらを溶解、または分散させることにより作製する。リラクサー材料の構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属としては、金属アルコキシドや有機酸塩といった有機金属を用いることができる。具体的には、リラクサー材料の構成金属を含むカルボン酸塩またはアセチルアセトナート錯体として、例えば、以下のものが挙げられる。
【００８５】
鉛（Ｐｂ）を含む有機金属としては、例えば酢酸鉛などが挙げられる。ジルコニウム（Ｚｒ）を含む有機金属としては、例えばジルコニウムブトキシドなどが挙げられる。チタン（Ｔｉ）を含む有機金属としては、例えばチタンイソプロポキシドなどが挙げられる。マグネシウム（Ｍｇ）を含む有機金属としては、例えば酢酸マグネシウムなどが挙げられる。ニオブ（Ｎｂ）を含む有機金属としては、例えばニオブエトキシドなどが挙げられる。ニッケル（Ｎｉ）を含む有機金属としては、例えばニッケルアセチルアセトナートなどが挙げられる。スカンジウム（Ｓｃ）を含む有機金属としては、例えば酢酸スカンジウムなどが挙げられる。インジウム（Ｉｎ）を含む有機金属としては、例えばインジウムアセチルアセトナートなどが挙げられる。亜鉛（Ｚｎ）を含む有機金属としては、例えば酢酸亜鉛などが挙げられる。鉄（Ｆｅ）を含む有機金属としては、例えば酢酸鉄などが挙げられる。ガリウム（Ｇａ）を含む有機金属としては、例えばガリウムイソプロポキシドなどが挙げられる。タンタル（Ｔａ）を含む有機金属としては、例えばタンタルエトキシドなどが挙げられる。タングステン（Ｗ）を含む有機金属としては、例えばタングステンヘキサカルボニルなどが挙げられる。なお、リラクサー材料の構成金属を含んでなる有機金属としては、これらに限定されるわけではない。
【００８６】
前駆体溶液には、必要に応じて安定化剤等の各種添加剤を添加することができる。さらに、前駆体溶液に加水分解・重縮合を起こさせる場合には、前駆体溶液に適当な量の水とともに、触媒として酸あるいは塩基を添加することができる。
【００８７】
なお、本実施の形態ではバッファ層５、および圧電体膜６をともに液相法で形成する例について述べたが、レーザーアブレーション法やスパッタ法等の気相法を用いて、バッファ層５、および圧電体膜６を形成することもできる。
【００８８】
（６）次に、図８に示すように、圧電体膜６上に、例えば白金（Ｐｔ）からなる上部電極７を形成する。上部電極７の形成については、下部電極４と同様に、スパッタ法等によって行うことができる。
【００８９】
以上の工程によって、本実施の形態にかかる圧電素子１を製造することができる。
【００９０】
１−３．作用・効果
従来、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向したリラクサー材料からなる圧電体膜を形成するには、複雑な手法が必要となっていた。具体的には、例えば、以下の通りである。
【００９１】
まず、レーザーアブレーション法を用い、かつイオンビームアシスト法などの複雑な手法を併用することでバッファ層を形成する。次に、バッファ層の上にペロブスカイト型の下部電極を形成することで下地を形成する。次に、下地の上に圧電体膜を形成する。このような複雑な手法をとる理由は、以下の通りである。
【００９２】
白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）などの従来の電極材料上にリラクサー材料の緻密な薄膜を形成するための製造マージンは小さい。一方、ＳｒＲｕＯ３などのペロブスカイト型電極上では比較的容易に緻密な薄膜が得られる。ＳｒＲｕＯ３などのペロブスカイト型電極の配向性をコントロールするためには、レーザーアブレーション法やイオンビームアシスト法が必要とされる。その結果、複雑な手法となる。しかしながら、このような従来の方法では工程が複雑であり、したがってコストが高く、また、得られる圧電体膜の圧電特性も十分に安定しないといった課題があった。
【００９３】
本実施の形態に係る圧電素子１によれば、基体の上に形成されたＰＺＴＸからなるバッファ層５と、バッファ層５の上に形成されたリラクサー材料からなる圧電体膜６とを含む。ＰＺＴＸに関してはＰｔやＩｒ電極上に緻密な薄膜を、配向性をコントロールした上で形成することができる。さらに一旦形成された緻密なＰＺＴＸ上には、（１−ｘ）Ｐｂ(Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３)Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３（以下、「ＰＭＮ−ＰＴ」ともいう）などのリラクサー材料を緻密な薄膜として容易に積層することが可能になる。すなわち、本実施の形態に係る圧電素子１によれば、リラクサー材料からなる圧電体膜６が、擬立方晶（１００）に優先配向したバッファ層５上に形成されているため、圧電体膜６も擬立方晶（１００）に良好に優先配向したものとなる。したがって、本実施の形態に係る圧電素子１は、圧電特性の良好な圧電体膜６を有することができる。言い換えるならば、本実施の形態に係る圧電素子１は、圧電定数が高く、印加された電圧に対してより大きな変形をなすものとなる。
【００９４】
また、本実施の形態に係る圧電素子１によれば、圧電体膜６として上述の各式で示されるリラクサー材料を用いることができる。その結果、本実施の形態に係る圧電素子１は、圧電定数が十分に高いものとなる。したがって、本実施の形態に係る圧電素子１、より具体的には圧電体膜６は、より良好な変形をなすものとなる。
【００９５】
また、本実施の形態に係る圧電素子１によれば、ＰＺＴＸからなるバッファ層５を有する。仮に、バッファ層５を有しない場合、すなわち、下部電極と圧電体膜が接しているような場合には、圧電体膜における鉛（Ｐｂ）および酸素の抜けなどにより、圧電体膜と下部電極との界面部において材料劣化が生じる場合がある。そして、下部電極と圧電体膜との界面部に組成ずれが生じて、誘電率の低い領域が該界面部に形成される場合がある。その結果、圧電体膜自体に十分な電圧を印加することができない場合がある。
【００９６】
これに対し、本実施の形態に係る圧電素子１によれば、ＰＺＴＸからなるバッファ層５を有する。ＰＺＴＸにおけるＰｂ原子は、高温条件下でも、下部電極４中に数十ｎｍ以下の深さで拡散するに止まる。このように、下部電極４へのＰｂ原子の拡散が極めて少ない。言い換えるならば、バッファ層５を有しない場合に比べ、下部電極４へのＰｂ原子の拡散はほとんどないといえる。また、ＰＺＴＸは、Ｐｂ原子のほとんどすべてが本来あるべき格子位置にあり、かつＰｂ原子の欠陥に起因する結晶格子の壊れがほとんど見られない。つまり、ＰＺＴＸに含まれるＰｂ原子は、ほとんどすべてがペロブスカイト構造のＰｂ原子位置に存在するといえる。このことは、最も移動しやすいＰｂ原子のみならず、他の元素、例えば酸素、Ｚｒ、Ｔｉの拡散がしにくいことを意味し、ＰＺＴＸの膜自体がバリア性、例えばＰｂバリア性、あるいは酸素バリア性を有する。
【００９７】
したがって、本実施の形態に係る圧電素子１によれば、下部電極４とＰＺＴＸからなるバッファ層５との界面部に組成ずれが生じて、誘電率の低い領域が該界面部に形成されることがほとんどない。その結果、圧電体膜６自体に十分な電圧を印加することができる。
【００９８】
また、本実施の形態に係る圧電素子１の製造方法によれば、気相法に比べ工程が簡易となる液相法によって容易に圧電体膜６を形成できる。
【００９９】
１−４．実験例
上述の圧電素子の製造方法に基づき、圧電素子１を以下のようにして作製した。
【０１００】
まず、基板２上に弾性膜３を介して（１１１）配向の白金（Ｐｔ）からなる下部電極４をスパッタ法で形成した。下部電極４の膜厚は、２００ｎｍとした。スパッタリング時の電力は、２００Ｗとした。
【０１０１】
次に、Ｐｂ（Ｚｒ０．３Ｔｉ０．５（Ｎｂ０．９Ｔａ０．１）０．２）Ｏ３（以下、「ＰＺＴＸ」ともいう）の前駆体溶液を以下のようにして調製した。
【０１０２】
Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、およびＴａの少なくともいずれかを含む第１〜第４の原料溶液からなる混合溶液を用意した。第１の原料溶液としては、ＰＺＴＸの構成金属元素のうち、ＰｂおよびＺｒによるＰｂＺｒＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。第２の原料溶液としは、ＰＺＴＸの構成金属元素のうち、ＰｂおよびＴｉによるＰｂＴｉＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。第３の原料溶液としては、ＰＺＴＸの構成金属元素のうち、ＰｂおよびＮｂによるＰｂＮｂＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。第４の原料溶液としては、ＰＺＴＸの構成金属元素のうち、ＰｂおよびＴａによるＰｂＴａＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。
【０１０３】
バッファ層５を形成する際には、さらにＰｂＳｉＯ３シリケートを２モル％の割合で添加した。具体的には、上述した第１〜第４の原料溶液に加え、第５の原料溶液を用いた。第５の原料溶液としては、ＰｂＳｉＯ３結晶を形成するため縮重合体をｎ−ブタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。
【０１０４】
上記第１〜第５の原料溶液を用いて、バッファ層５が所望の組成比となるように、第１〜第５の原料溶液を所望の比で混合した。次に、混合溶液塗布工程、アルコール除去工程〜乾燥熱処理工程〜脱脂熱処理工程の一連の工程を所望の回数行い、その後に結晶化アニールにより焼成してバッファ層５を形成した。
【０１０５】
混合溶液塗布工程は、混合液の塗布をスピンコートで行った。まず、下部電極４上に混合溶液を滴下した。滴下された溶液を基板全面に行き渡らせる目的でスピンを行った。スピンの回転数は、初期では５００ｒｐｍ程度とし、続いて塗布ムラが起こらないように回転数を２０００ｒｐｍ程度に上げて、塗布を完了させた。乾燥熱処理工程については、大気雰囲気下でホットプレート等を用い、前駆体溶液に用いた溶媒の沸点より１０℃程度高い温度で熱処理（乾燥）することで行った。脱脂熱処理工程については、前駆体溶液に用いた有機金属の配位子を分解／除去するべく、大気雰囲気下でホットプレートを用い、４００℃程度に加熱することで行った。結晶化アニール、すなわち結晶化のための焼成工程については、酸素雰囲気中でラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）等を用いて、６００℃程度に加熱することで行った。焼結後のバッファ層５の膜厚は、３００ｎｍとした。
【０１０６】
このようにして、（１１１）配向の白金（Ｐｔ）からなる下部電極４上にバッファ層５を形成することにより、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造または擬立方晶構造のＰＺＴＸが、擬立方晶（１００）に優先配向した状態で形成された。
【０１０７】
次に、０．７０Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−０．３０ＰｂＴｉＯ３（以下、「ＰＭＮ−ＰＴ」ともいう）の前駆体溶液を以下のようにして調製した。
【０１０８】
まず、酢酸鉛、チタンイソプロポキシド、酢酸マグネシウム、ニオブエトキシドの各金属試薬の金属試薬をそれぞれ用意した。次に、形成するＰＭＮ−ＰＴに対応したモル比となるようにこれらを混合するとともに、これらをブチルセロソルブに溶解（分散）させた。さらに、この溶液の安定化剤としてジエタノールアミンを添加した。このようにして前駆体溶液を調整した。なお、ジエタノールアミンの代わりに酢酸を用いることもできる。
【０１０９】
そして、この前駆体溶液をスピンコート法によってバッファ層５上に塗布した（前駆体溶液の塗布工程）。次に、溶媒の沸点（ブチルセロソルブの場合、１７０℃程度）より約１０℃高い温度で熱処理（乾燥）して溶媒を除去しゲル化させた（乾燥熱処理工程）。次に、さらに３５０℃程度に加熱することで膜中に残存している溶媒以外の有機成分を分解／除去し（脱脂熱処理工程）、アモルファス膜を形成した。次に、酸素雰囲気中でラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）を用いて６００℃程度に加熱し、結晶化を行うことで圧電体膜６を形成した。圧電体膜６の膜厚は、３００ｎｍとした。
【０１１０】
次に、スパッタ法によって圧電体膜６上に白金（Ｐｔ）からなる上部電極７を形成し、圧電素子１を得た。
【０１１１】
このようにして得られた圧電素子１における、前記圧電体膜６をＸ線回折法（ＸＲＤ）で調べたところ、擬立方晶（１００）に優先配向していることが確認され、さらにロンボヘドラル構造であることも確認された。
【０１１２】
また、この圧電体膜６の圧電定数（ｄ３１）を測定したところ、絶対値で４００ｐＣ／Ｎであった。また、リーク電流は、１００ｋＶ／ｃｍのとき、１０−５Ａ／ｃｍ２未満であった。さらに、圧電素子１の３００ｋＶ／ｃｍ印加時における繰り返し耐久性を調べたところ、１×１０９回を保証できる耐久性を備えていた。
【０１１３】
なお、以下の表１に示す材料を用いてバッファ層５および圧電体膜６を作製し、圧電定数（ｄ３１）を調べたところ、いずれもｄ３１は絶対値で４００ｐＣ／Ｎ以上という高い圧電特性を示した。なお、表１にはｄ３１の絶対値を示している。圧電定数の測定方法は以下のように行った。
【０１１４】
まず実際のキャビティーにおける電圧印加時の圧電体の変位量Ｓを、レーザー変位計を用いて実測する。この値Ｓと、有限要素法による圧電変位のシミュレーションで得られた変位量Ｓ’とを比較することで、有限要素法で仮定した圧電膜の圧電定数（ｄ３１）をあわせ込むことができる。ちなみに有限要素法による圧電変位シミュレーションで必要になる物理量は、各膜のヤング率、膜応力、および圧電膜の圧電定数（ｄ３１）である。
【０１１５】
また、リラクサー材料の組成において、ＰｂＴｉＯ３に代えて、Ｐｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３であってもよい。また、ｙの値は、０.７≦ｙ≦１が好ましい。
【０１１６】
【表１】
2006032627.tif 000003
【０１１７】
２−１．インクジェット式記録ヘッド
次に、図１に示した圧電素子１を用いたインクジェット式記録ヘッドについて説明する。図９は、図１に示した圧電素子１を用いたインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図１０は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。なお、図１０は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。
【０１１８】
インクジェット式記録ヘッド（以下、「ヘッド」ともいう）５０は、図９に示すように、ヘッド本体５７と、ヘッド本体５７の上に設けられた圧電素子５４と、を備えて構成されたものである。なお、図９に示した圧電素子５４は、図１に示した圧電素子１における下部電極４と、バッファ層５と、圧電体膜６と、上部電極７とからなるものである（図１０参照）。また、図１に示した圧電素子１における弾性膜３は、図９において弾性板５５となっている。また、基板２（図１参照）は後述するようにヘッド本体５７の要部を構成するものとなっている。
【０１１９】
すなわち、ヘッド５０は、図１０に示すようにノズル板５１と、インク室基板５２と、弾性板５５と、弾性板５５に接合された圧電素子（振動源）５４とを備え、これらが基体５６に収納されて構成されている。なお、このヘッド５０は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成している。
【０１２０】
ノズル板５１は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されたもので、インク滴を吐出するための多数のノズル５１１を一列に形成したものである。これらノズル５１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。
【０１２１】
ノズル板５１には、インク室基板５２が固着（固定）されている。インク室基板５２は、上述の基板２によって形成されたものである。インク室基板５２は、ノズル板５１、側壁（隔壁）５２２、および後述する弾性板５５によって、複数のキャビティー（インクキャビティー）５２１と、リザーバ５２３と、供給口５２４と、を区画形成したものである。リザーバ５２３は、インクカートリッジ６３１（図１５参照）から供給されるインクを一時的に貯留する。供給口５２４によって、リザーバ５２３から各キャビティー５２１にインクが供給される。
【０１２２】
キャビティー５２１は、それぞれ短冊状に形成されている。キャビティー５２１の平面形状は、図１１および図１２に示すように、長軸と短軸とを有した矩形状（平行四辺形状）である。キャビティー５２１の長軸、短軸の代表的なスケールは、それぞれ２ｍｍ、６０μｍである。キャビティー５２１は、図９および図１０に示すように、各ノズル５１１に対応して配設されている。キャビティー５２１は、後述する弾性板５５の振動によってそれぞれ容積可変になっている。キャビティー５２１は、この容積変化によってインクを吐出するよう構成されている。
【０１２３】
インク室基板５２を得るための母材、すなわち上述の基板２としては、（１１０）配向のシリコン単結晶基板（Ｓｉ基板）が用いられている。この（１１０）配向のシリコン単結晶基板は、異方性エッチングに適しているのでインク室基板５２を、容易にかつ確実に形成することができる。なお、このようなシリコン単結晶基板は、図１に示した弾性膜３の形成面、すなわち弾性板５５の形成面が（１１０）面となるようにして用いられている。
【０１２４】
インク室基板５２の平均厚さ、すなわちキャビティー５２１を含む厚さとしては、特に限定されないが、１０〜１０００μｍ程度とするのが好ましく、１００〜５００μｍ程度とするのがより好ましい。また、キャビティー５２１の容積としては、特に限定されないが、０．１〜１００ｎＬ程度とするのが好ましく、０．１〜１０ｎＬ程度とするのがより好ましい。
【０１２５】
インク室基板５２のノズル板５１と反対の側には弾性板５５が配設されている。さらに弾性板５５のインク室基板５２と反対の側には複数の圧電素子５４が設けられている。弾性板５５は、前述したように図１に示した圧電素子１における弾性膜３によって形成されたものである。弾性板５５の所定位置には、図１０に示すように、弾性板５５の厚さ方向に貫通して連通孔５３１が形成されている。連通孔５３１により、後述するインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３へのインクの供給がなされる。
【０１２６】
各圧電素子５４は、前述したように下部電極４と上部電極７との間に圧電体膜６が介挿されて構成されている。各圧電素子５４は、図１２に示すように、各々が各キャビティー５２１のほぼ中央部に対応して配設された、平面視長方形状のものである。これら各圧電素子５４は、後述する圧電素子駆動回路に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）するよう構成されている。すなわち、各圧電素子５４はそれぞれ振動源（ヘッドアクチュエーター）として機能する。弾性板５５は、圧電素子５４の振動（たわみ）によって振動し（たわみ）、キャビティー５２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
【０１２７】
基体５６は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で形成されている。図１０に示すように、この基体５６にインク室基板５２が固定、支持されている。
【０１２８】
２−２．インクジェット式記録ヘッドの動作
次に、本実施の形態におけるインクジェット式記録ヘッド５０の動作について説明する。本実施の形態におけるヘッド５０は、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すなわち、圧電素子５４の下部電極４と上部電極７との間に電圧が印加されていない状態では、図１３に示すように圧電体膜６に変形が生じない。このため、弾性板５５にも変形が生じず、キャビティー５２１には容積変化が生じない。したがって、ノズル５１１からインク滴は吐出されない。
【０１２９】
一方、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力された状態、すなわち、圧電素子５４の下部電極４と上部電極７との間に一定電圧（例えば３０Ｖ程度）が印加された状態では、図１４に示すように圧電体膜６においてその短軸方向にたわみ変形が生じる。これにより、弾性板５５が例えば５００ｎｍ程度たわみ、キャビティー５２１の容積変化が生じる。このとき、キャビティー５２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル５１１からインク滴が吐出される。
【０１３０】
すなわち、電圧を印加すると、圧電体膜６の結晶格子は面に対して垂直な方向に引き伸ばされるが、同時に面に平行な方向には圧縮される。この状態では、圧電体膜６にとっては面内に引っ張り応力が働いていることになる。したがって、この応力によって弾性板５５をそらせ、たわませることになる。キャビティー５２１の短軸方向での圧電体膜６の変位量（絶対値）が大きければ大きいほど、弾性板５５のたわみ量が大きくなり、より効率的にインク滴を吐出することが可能になる。本実施の形態では、前述したように、圧電素子５４（圧電素子１）の圧電体膜６の圧電定数（ｄ３１）が高く、印加された電圧に対してより大きな変形をなすものとなっている。これにより、弾性板５５のたわみ量が大きくなり、インク滴をより効率的に吐出できる。
【０１３１】
ここで、効率的とは、より少ない電圧で同じ量のインク滴を飛ばすことができることを意味する。すなわち、駆動回路を簡略化することができ、同時に消費電力を低減することができるため、ノズル５１１のピッチをより高密度に形成することができる。または、キャビティー５２１の長軸の長さを短くすることができるため、ヘッド全体を小型化することができる。
【０１３２】
１回のインクの吐出が終了すると、圧電素子駆動回路は、下部電極４と上部電極７との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子５４は図１３に示した元の形状に戻り、キャビティー５２１の容積が増大する。なお、このとき、インクには、後述するインクカートリッジ６３１からノズル５１１へ向かう圧力（正方向への圧力）が作用している。このため、空気がノズル５１１からキャビティー５２１へと入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３を経てキャビティー５２１へ供給される。
【０１３３】
このように、インク滴の吐出を行わせたい位置の圧電素子５４に対して、圧電素子駆動回路を介して吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望の）文字や図形等を印刷することができる。
【０１３４】
２−３．インクジェット式記録ヘッドの製造方法
次に、本実施の形態におけるインクジェット式記録ヘッド５０の製造方法の一例について説明する。
【０１３５】
まず、インク室基板５２となる母材、すなわち（１１０）配向のシリコン単結晶基板（Ｓｉ基板）からなる基板２を用意する。次に、図４〜図８に示すように、基板２上に弾性膜３を形成する。次に弾性膜３上に下部電極４、バッファ層５、圧電体膜６、上部電極７を順次形成する。なお、ここで形成した弾性膜３が、弾性板５５となるのは前述した通りである。
【０１３６】
次いで、上部電極７、圧電体膜６、バッファ層５、および下部電極４を、図１３および図１４に示すように、個々のキャビティー５２１に対応させてパターニングし、図９に示すように、キャビティー５２１の数に対応した数の圧電素子５４を形成する。
【０１３７】
次いで、インク室基板５２となる母材（基板２）を加工（パターニング）し、圧電素子５４に対応する位置にそれぞれキャビティー５２１となる凹部を、また、所定位置にリザーバ５２３および供給口５２４となる凹部を形成する。
【０１３８】
具体的には、キャビティー５２１、リザーバ５２３および供給口５２４を形成すべき位置に合せてマスク層を形成する。次に、例えば平行平板型反応性イオンエッチング、誘導結合型方式、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式、ヘリコン波励起方式、マグネトロン方式、プラズマエッチング方式、イオンビームエッチング方式などのドライエッチング、あるいは５重量％〜４０重量％程度の水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなどの高濃度アルカリ水溶液によるウェットエッチングを行う。
【０１３９】
本実施の形態では、母材（基板２）として（１１０）配向のシリコン基板を用いているので、高濃度アルカリ水溶液を用いたウェットエッチング（異方性エッチング）が好適に採用される。高濃度アルカリ水溶液によるウェットエッチングの際には、前述したように弾性膜３をエッチングストッパとして機能させることができる。したがって、インク室基板５２の形成をより容易に行うことができる。
【０１４０】
このようにして母材（基板２）を、その厚さ方向に弾性板５５（弾性膜３）が露出するまでエッチング除去することにより、インク室基板５２を形成する。このときエッチングされずに残った部分が側壁５２２となる。露出した弾性膜３（弾性板５５）は、弾性板５５としての機能を発揮し得る状態となる。
【０１４１】
次に、複数のノズル５１１が形成されたノズル板５１を、各ノズル５１１が各キャビティー５２１となる凹部に対応するように位置合わせし、その状態で接合する。これにより、複数のキャビティー５２１、リザーバ５２３および複数の供給口５２４が形成される。ノズル板５１の接合については、例えば接着剤による接着法や、融着法などを用いることができる。次に、インク室基板５２を基体５６に取り付ける。
【０１４２】
以上の工程によって、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド５０を製造することができる。
【０１４３】
２−４．作用・効果
本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド５０によれば、前述したように、圧電素子５４（圧電素子１）が良好な圧電特性を有することで効率的なインクの吐出が可能となっていることから、ノズル５１１の高密度化などが可能となる。したがって、高密度印刷や高速印刷が可能となる。さらには、ヘッド全体の小型化を図ることができる。
【０１４４】
３−１．インクジェットプリンター
次に、上述のインクジェット式記録ヘッド５０を備えたインクジェットプリンターについて説明する。図１５は、本発明のインクジェットプリンター６００を、紙等に印刷する一般的なプリンターに適用した場合の一実施形態を示す概略構成図である。なお、以下の説明では、図１５中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
【０１４５】
インクジェットプリンター６００は、装置本体６２０を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１を有し、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排出口６２２を有し、上部面に操作パネル６７０を有する。
【０１４６】
操作パネル６７０は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプなどで構成されたもので、エラーメッセージなどを表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチなどで構成される操作部（図示せず）とを備えている。
【０１４７】
装置本体６２０の内部には、主に、往復動するヘッドユニット６３０を備えた印刷装置６４０と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置６４０に送り込む給紙装置６５０と、印刷装置６４０および給紙装置６５０を制御する制御部６６０とが設けられている。
【０１４８】
制御部６６０の制御により、給紙装置６５０は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りするようになっている。間欠送りされる記録用紙Ｐは、ヘッドユニット６３０の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット６３０が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動し、記録用紙Ｐへの印刷を行うようになっている。すなわち、ヘッドユニット６３０の往復動と、記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となり、インクジェット方式の印刷が行なわれるようになっている。
【０１４９】
印刷装置６４０は、ヘッドユニット６３０と、ヘッドユニット６３０の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３０を往復動させる往復動機構６４２とを備えている。
【０１５０】
ヘッドユニット６３０は、その下部に、上述の多数のノズル５１１を備えるインクジェット式記録ヘッド５０と、このインクジェット式記録ヘッド５０にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、インクジェット式記録ヘッド５０およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有する。
【０１５１】
インクカートリッジ６３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。この場合、ヘッドユニット６３０には、各色にそれぞれ対応したインクジェット式記録ヘッド５０が設けられることになる。
【０１５２】
往復動機構６４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有する。キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されている。キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット６３０が往復動する。この往復動の際に、インクジェット式記録ヘッド５０から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【０１５３】
給紙装置６５０は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有する。給紙ローラ６５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ６５２ａと、駆動ローラ６５２ｂとで構成されており、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されている。このような構成によって給紙ローラ６５２は、トレイ６２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置６４００に向かって１枚ずつ送り込むことができる。なお、トレイ６２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成とすることもできる。
【０１５４】
制御部６６０は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラなどのホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置６４０や給紙装置６５０などを制御することにより印刷を行うものである。
【０１５５】
制御部６６０には、いずれも図示しないものの、主に各部を制御する制御プログラムなどを記憶するメモリ、圧電素子（振動源）５４を駆動してインクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置６４０（キャリッジモータ６４１）を駆動する駆動回路、給紙装置６５０（給紙モータ６５１）を駆動する駆動回路、およびホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵとが備えられている。
【０１５６】
ＣＰＵには、例えば、インクカートリッジ６３１のインク残量、ヘッドユニット６３０の位置、温度、湿度などの印刷環境などを検出可能な各種センサが、それぞれ電気的に接続されている。制御部６６０は、通信回路を介して印刷データを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは、この印刷データを処理し、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づき、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子５４、印刷装置６４０および給紙装置６５０は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに所望の印刷がなされる。
【０１５７】
３−２．作用・効果
本実施の形態にかかるインクジェットプリンター６００によれば、前述したように、高性能でノズルの高密度化が可能なインクジェット式記録ヘッド５０を備えているので、高密度印刷や高速印刷が可能となる。
【０１５８】
なお、本発明のインクジェットプリンター６００は、工業的に用いられる液滴吐出装置として用いることもできる。その場合に、吐出するインク（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整して使用することができる。
【０１５９】
４−１．圧電ポンプ
次に、本実施の形態に係る圧電ポンプについて図面を参照しながら説明する。図１６および図１７は、図１に示す圧電素子１を用いた圧電ポンプ２０の概略断面図である。図１６および図１７に示す圧電素子２２は、図１に示した圧電素子１における下部電極４と、バッファ層５と、圧電体膜６と、上部電極７とからなるものであり、図１に示した圧電素子１における弾性膜３は、図１６および図１７において振動板２４となっている。また、基板２（図１参照）は、圧電ポンプ２０の要部を構成する基体２１となっている。圧電ポンプ２０は、基体２１と、圧電素子２２と、ポンプ室２３と、振動板２４と、吸入側逆止弁２６ａと、吐出側逆止弁２６ｂと、吸入口２８ａと、吐出口２８ｂとを含む。
【０１６０】
４−２．圧電ポンプの動作
次に、上述の圧電ポンプの動作について説明する。まず、圧電素子２２に電圧が供給されると、圧電体膜６（図１参照）の膜厚方向に電圧が印加される。そして、図１６に示すように、圧電素子２２は、ポンプ室２３が広がる方向（図１６に示す矢印ａの方向）にたわむ。また、圧電素子２２と共に振動板２４もポンプ室２３が広がる方向にたわむ。このため、ポンプ室２３内の圧力が変化し、逆止弁２６ａ、２６ｂの働きによって流体が吸入口２８ａからポンプ室２３内に流れる（図１６に示す矢印ｂの方向）。
【０１６１】
次に、圧電素子２２への電圧の供給を停止すると、圧電体膜６（図１参照）の膜厚方向への電圧の印加が停止される。そして、図１７に示すように、圧電素子２２は、ポンプ室２３が狭まる方向（図１７に示す矢印ａの方向）にたわむ。また、圧電素子２２と共に振動板２４もポンプ室２３が狭まる方向にたわむ。このため、ポンプ室２３内の圧力が変化し、逆止弁２６ａ、２６ｂの働きによって流体が吐出口２８ｂから外部に吐出される（図１７に示す矢印ｂの方向）。
【０１６２】
圧電ポンプ２０の駆動電圧は、例えば１００Ｖ（ＡＣ）程度とすることができる。また、圧電ポンプ２０の駆動周波数は、例えば、数十Ｈｚ〜数十ｋＨｚ程度とすることができる。
【０１６３】
圧電ポンプ２０は、電子機器、例えばパソコン用、好ましくはノートパソコン用の水冷モジュールとして用いることができる。水冷モジュールは、冷却液の駆動に上述の圧電ポンプ２０を用い、圧電ポンプ２０と循環水路等とを含む構造を有する。
【０１６４】
４−３．作用・効果
本実施の形態に係る圧電ポンプ２０によれば、前述したように、圧電素子２２（圧電素子１）が良好な圧電特性を有することによって、流体の吸入・吐出を効率的に行うことができる。したがって、本実施の形態に係る圧電ポンプ２０によれば、大きな吐出圧および吐出量を有することができる。また、圧電ポンプ２０の高速動作が可能となる。さらには、圧電ポンプ２０の全体の小型化を図ることができる。
【０１６５】
５−１．表面弾性波素子
次に、本実施の形態に係る表面弾性波素子について、図面を参照しながら説明する。表面弾性波素子は、図１８に示すように、単結晶シリコン基板１１と、酸化物薄膜層１２と、バッファ層１３と、圧電体膜１４と、保護膜としての酸化物または窒化物からなる保護層１５と、電極１６とから構成されている。電極１６は、インターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：以下、「ＩＤＴ電極」という）であり、上部から観察すると、例えば後述する図１９および図２０に示すインターディジタル型電極１４１、１４２、１５１、１５２、１５３のような形状を有する。
【０１６６】
５−２．表面弾性波素子の製造方法
次に、本発明を適用した表面弾性波素子の製造方法の一例について説明する。
【０１６７】
まず、単結晶シリコン基板１１として、（１００）単結晶シリコン基板を用意する。ここで用意する単結晶シリコン基板１１としては、予め薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の半導体素子を作製しておいたものとしてもよく、その場合には、得られる表面弾性波素子はこの半導体素子との集積化がなされたものとなる。
【０１６８】
次に、この単結晶シリコン基板１１上に、酸化物薄膜層１２を形成する。酸化物薄膜層１２は、例えば、レーザーアブレーション法等を用いて形成することができる。酸化物薄膜層１２としては、例えばＩｒＯ２やＴｉＯ２の薄膜を用いることができる。
【０１６９】
次に、酸化物薄膜層１２上に、図１に示す圧電素子１のバッファ層５の形成の場合と同様にして、液相法でバッファ層１３を形成する。次に、バッファ層１３上に、図１に示す圧電体膜６の形成の場合と同様にして、液相法で圧電体膜１４を形成する。
【０１７０】
次に、圧電体膜１４上に、保護層１５として酸化シリコン膜を例えばレーザーアブレーション法によって形成する。この保護層１５は、圧電体膜１４を雰囲気から保護して、例えば雰囲気中の水分や不純物による影響を防ぐと同時に、圧電体膜１４の温度特性をコントロールする役割も果たす。なお、このような目的を満たす限り、保護膜の材質としては酸化シリコンに限定されるものではない。
【０１７１】
次に、保護層１５上に、例えばアルミニウム薄膜を成膜し、続いてこれをパターニングすることにより、ＩＤＴと呼ばれる所望の形状の電極１６を形成し、図１８に示した表面弾性波素子を得る。
【０１７２】
５−３．作用・効果
本実施の形態にかかる表面弾性波素子によれば、圧電体膜１４が良好な圧電特性を有していることにより、表面弾性波素子自体も高性能なものとなる。
【０１７３】
６−１．周波数フィルタ
次に、本実施の形態に係る周波数フィルタについて、図面を参照しながら説明する。図１９に、本発明の周波数フィルタの一実施形態を示す。
【０１７４】
図１９に示すように、周波数フィルタは基板１４０を有する。この基板１４０としては、例えば図１８に示した表面弾性波素子を形成した基板が用いられる。すなわち、（１００）単結晶シリコン基板１１上に酸化物薄膜層１２、バッファ層１３、圧電体膜１４、保護層１５をこの順に積層して形成された基板である。保護層１５は、保護膜としての酸化物または窒化物からなる。
【０１７５】
基板１４０の上面には、ＩＤＴ電極１４１、１４２が形成されている。ＩＤＴ電極１４１、１４２は、例えばＡｌまたはＡｌ合金によって形成されており、その厚みはＩＤＴ電極１４１、１４２のピッチの１００分の１程度に設定されている。また、ＩＤＴ電極１４１、１４２を挟むように、基板１４０の上面には吸音部１４３、１４４が形成されている。吸音部１４３、１４４は、基板１４０の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基板１４０上に形成されたＩＤＴ電極１４１には高周波信号源１４５が接続されており、ＩＤＴ電極１４２には信号線が接続されている。
【０１７６】
６−２．周波数フィルタの動作
次に、上述の周波数フィルタの動作について説明する。前記構成において、高周波信号源１４５から高周波信号が出力されると、この高周波信号はＩＤＴ電極１４１に印加され、これによって基板１４０の上面に表面弾性波が発生する。この表面弾性波は、約５０００ｍ／ｓ程度の速度で基板１４０上面を伝播する。ＩＤＴ電極１４１から吸音部１４３側へ伝播した表面弾性波は、吸音部１４３で吸収されるが、ＩＤＴ電極１４２側へ伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ電極１４２のピッチ等に応じて定まる特定の周波数または特定の帯域の周波数の表面弾性波は電気信号に変換されて、信号線を介して端子１４６ａ、１４６ｂに取り出される。なお、前記特定の周波数または特定の帯域の周波数以外の周波数成分は、大部分がＩＤＴ電極１４２を通過して吸音部１４４に吸収される。このようにして、本実施形態の周波数フィルタが備えるＩＤＴ電極１４１に供給した電気信号のうち、特定の周波数または特定の帯域の周波数の表面弾性波のみを得る（フィルタリングする）ことができる。
【０１７７】
７−１.発振器
次に、本実施の形態に係る発振器ついて、図面を参照しながら説明する。図２０に、本発明の発振器の一実施形態を示す。
【０１７８】
図２０に示すように、発振器は基板１５０を有する。この基板１５０としては、先の周波数フィルタと同様に、例えば図１８に示した表面弾性波素子を形成した基板が用いられている。すなわち、（１００）単結晶シリコン基板１１上に酸化物薄膜層１２、バッファ層１３、圧電体膜１４、保護層１５をこの順に積層して形成された基板である。保護層１５は、保護膜としての酸化物または窒化物からなる。
【０１７９】
基板１５０の上面には、ＩＤＴ電極１５１が形成されており、さらに、ＩＤＴ電極１５１を挟むように、ＩＤＴ電極１５２、１５３が形成されている。ＩＤＴ電極１５１〜１５３は、例えばＡｌまたはＡｌ合金によって形成されたもので、それぞれの厚みはＩＤＴ電極１５１〜１５３各々のピッチの１００分の１程度に設定されている。ＩＤＴ電極１５１を構成する一方の櫛歯状電極１５１ａには、高周波信号源１５４が接続されており、他方の櫛歯状電極１５１ｂには、信号線が接続されている。なお、ＩＤＴ電極１５１は、電気信号印加用電極に相当し、ＩＤＴ電極１５２、１５３は、ＩＤＴ電極１５１によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極に相当する。
【０１８０】
７−２．発振器の動作
次に、上述の発振器の動作について説明する。前記構成において、高周波信号源１５４から高周波信号が出力されると、この高周波信号は、ＩＤＴ電極１５１の一方の櫛歯状電極１５１ａに印加され、これによって基板１５０の上面にＩＤＴ電極１５２側に伝播する表面弾性波およびＩＤＴ電極１５３側に伝播する表面弾性波が発生する。なお、この表面弾性波の速度は５０００ｍ／ｓ程度である。これらの表面弾性波のうちの特定の周波数成分の表面弾性波は、ＩＤＴ電極１５２およびＩＤＴ電極１５３で反射され、ＩＤＴ電極１５２とＩＤＴ電極１５３との間には定在波が発生する。この特定の周波数成分の表面弾性波がＩＤＴ電極１５２、１５３で反射を繰り返すことにより、特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分が共振して、振幅が増大する。この特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分の表面弾性波の一部は、ＩＤＴ電極１５１の他方の櫛歯状電極１５１ｂから取り出され、ＩＤＴ電極１５２とＩＤＴ電極１５３との共振周波数に応じた周波数（または、ある程度の帯域を有する周波数）の電気信号が端子１５５ａと端子１５５ｂに取り出すことができる。
【０１８１】
７−３．電圧制御ＳＡＷ発振器
図２１および図２２は、本発明の発振器（表面弾性波素子）をＶＣＳＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ＳＡＷ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用した場合の一例を示す図であり、図２１は側面透視図であり、図２２は上面透視図である。
【０１８２】
ＶＣＳＯは、金属製（Ａｌまたはステンレススチール製）の筐体６０内部に実装されて構成されている。基板６１上には、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）６２および発振器６３が実装されている。この場合、ＩＣ６２は、外部の回路（不図示）から入力される電圧値に応じて、発振器６３に印加する周波数を制御する発振回路である。
【０１８３】
発振器６３は、基板６４上に、ＩＤＴ電極６５ａ〜６５ｃが形成されており、その構成は、図２０に示した発振器とほぼ同様である。なお、基板６４は、先の例と同様で図１８に示したように、（１００）単結晶シリコン基板１１上に酸化物薄膜層１２、バッファ層１３、圧電体膜１４、保護層１５をこの順に積層して形成されている。保護層１５は、保護膜としての酸化物または窒化物からなる。
【０１８４】
基板６１上には、ＩＣ６２と発振器６３とを電気的に接続するための配線６６がパターニングされている。ＩＣ６２および配線６６が、例えば金線等のワイヤー線６７によって接続され、発振器６３および配線６６が金線等のワイヤー線６８によって接続されることにより、ＩＣ６２と発振器６３とが配線６６を介して電気的に接続されている。
【０１８５】
また、ＶＣＳＯは、ＩＣ６２と発振器（表面弾性波素子）６３を同一基板上に集積させて形成することも可能である。
【０１８６】
図２３に、ＩＣ６２と発振器６３とを集積させたＶＣＳＯの概略図を示す。なお、図２３中において発振器６３は、図１８に示した表面弾性波素子において酸化物薄膜層１２の形成を省略した構造を有している。
【０１８７】
図２３に示すように、ＶＣＳＯは、ＩＣ６２と発振器６３とにおいて、単結晶シリコン基板６１（単結晶シリコン基板１１）を共有させて形成されている。ＩＣ６２と、発振器６３に備えられた電極６５ａ（電極１６）とは、図示しないものの電気的に接続されている。本実施の形態では、ＩＣ６２を構成するトランジスタとして、特に、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を採用している。
【０１８８】
ＩＣ６２を構成するトランジスタとしてＴＦＴを採用することにより、本実施の形態では、まず、単結晶シリコン基板６１上に発振器（表面弾性波素子）６３を形成し、その後、単結晶シリコン基板６１とは別の第２の基板上で形成したＴＦＴを、単結晶シリコン基板６１上に転写させて、ＴＦＴと発振器６３を集積させることができる。したがって、基板上にＴＦＴを直接形成させることが困難か、あるいは形成させることが適さない材料であっても、転写により好適に形成させることが可能となる。転写方法については、種々の方法が採用可能であるが、特に、特開平１１−２６７３３号公報に記載の転写方法が好適に採用できる。
【０１８９】
図２１〜図２３に示すＶＣＳＯは、例えば、図２４に示すＰＬＬ回路のＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）として用いられる。ここで、ＰＬＬ回路について簡単に説明する。
【０１９０】
図２４はＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図であり、この図２４に示すようにＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低域フィルタ７２、増幅器７３、およびＶＣＯ７４から構成されている。位相比較器７１は、入力端子７０から入力される信号の位相（または周波数）と、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（または周波数）とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力するものである。低域フィルタ７２は、位相比較器７１から出力される誤差電圧信号の位置の低周波成分のみを通過させるものであり、増幅器７３は、低域フィルタ７２から出力される信号を増幅するものである。ＶＣＯ７４は、入力された電圧値に応じて発振する周波数が、ある範囲で連続的に変化する発振回路である。
【０１９１】
このような構成のもとにＰＬＬ回路は、入力端子７０から入力される位相（または周波数）と、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（または周波数）との差が減少するように動作し、ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数を入力端子７０から入力される信号の周波数に同期させる。ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数が入力端子７０から入力される信号の周波数に同期すると、その後は一定の位相差を除いて入力端子７０から入力される信号に一致し、また、入力信号の変化に追従するような信号を出力するようになる。
【０１９２】
８．電子回路および電子機器
次に、本実施の形態に係る電子回路および電子機器について、図面を参照しながら説明する。図２５に、本発明の電子回路の一実施形態として、その電気的構成をブロック図で示す。なお、図２５に示す電子回路は、例えば、図２６に示す携帯電話機１００の内部に設けられる回路である。ここで、図２６に示した携帯電話機１００は、本発明の電子機器の一例としてのもので、アンテナ１０１、受話器１０２、送話器１０３、液晶表示部１０４、及び操作釦部１０５などを備えて構成されている。
【０１９３】
図２５に示す電子回路は、携帯電話機１００内に設けられる電子回路の基本構成を有したもので、送話器８０、送信信号処理回路８１、送信ミキサ８２、送信フィルタ８３、送信電力増幅器８４、送受分波器８５、アンテナ８６ａ，８６ｂ、低雑音増幅器８７、受信フィルタ８８、受信ミキサ８９、受信信号処理回路９０、受話器９１、周波数シンセサイザ９２、制御回路９３、および入力／表示回路９４を備えて構成されたものである。なお、現在実用化されている携帯電話機は、周波数変換処理を複数回行っているため、その回路構成はより複雑となっている。
【０１９４】
送話器８０は、例えば音波信号を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現されるもので、図２６に示す携帯電話機１００中の送話器１０３に相当するものである。送信信号処理回路８１は、送話器８０から出力される電気信号に対して、例えばＤ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ８２は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングするものである。なお、送信ミキサ８２に供給される信号の周波数は、例えば３８０ＭＨｚ程度である。送信フィルタ８３は、中間周波数（以下、「ＩＦ」と表記する）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。なお、送信フィルタ８３から出力される信号は、図示しない変換回路によってＲＦ信号に変換されるようになっている。このＲＦ信号の周波数は、例えば１．９ＧＨｚ程度である。送信電力増幅器８４は、送信フィルタ８３から出力されるＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器８５へ出力するものである。
【０１９５】
送受分波器８５は、送信電力増幅器８４から出力されるＲＦ信号をアンテナ８６ａ，８６ｂへ出力し、アンテナ８６ａ，８６ｂから電波の形で送信するものである。また、送受分波器８５は、アンテナ８６ａ，８６ｂで受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器８７へ出力するものである。なお、送受分波器８５から出力される受信信号の周波数は、例えば２．１ＧＨｚ程度である。低雑音増幅器８７は、送受分波器８５からの受信信号を増幅するものである。なお、低雑音増幅器８７から出力される信号は、図示しない変換回路によってＩＦに変換されるようになっている。
【０１９６】
受信フィルタ８８は、図示しない変換回路によって変換されたＩＦの必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。受信ミキサ８９は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて、送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングするものである。なお、受信ミキサ８９に供給される中間周波数は、例えば１９０ＭＨｚ程度である。受信信号処理回路９０は、受信ミキサ８９から出力される信号に対して、例えばＡ／Ｄ変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話器９１は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現されるもので、図２６に示した携帯電話機１００中の受話器１０２に相当するものである。
【０１９７】
周波数シンセサイザ９２は、送信ミキサ８２へ供給する信号（例えば、周波数３８０ＭＨｚ程度）および受信ミキサ８９へ供給する信号（例えば、周波数１９０ＭＨｚ）を生成する回路である。なお、周波数シンセサイザ９２は、例えば７６０ＭＨｚの発振周波数で発信するＰＬＬ回路を備え、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して周波数が３８０ＭＨｚの信号を生成し、さらに分周して周波数が１９０ＭＨｚの信号を生成するようになっている。制御回路９３は、送信信号処理回路８１、受信信号処理回路９０、周波数シンセサイザ９２、および入力／表示回路９４を制御することにより、携帯電話機の全体動作を制御するものである。入力／表示回路９４は、図２６に示す携帯電話機１００の使用者に対して機器の状態を表示したり、操作者の指示を入力したりするためのものであり、例えばこの携帯電話機１００の液晶表示部１０４および操作釦部１０５に相当するものである。
【０１９８】
以上の構成の電子回路において、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８として、図１９に示した周波数フィルタが用いられている。フィルタリングする周波数（通過させる周波数）は、送信ミキサ８２から出力される信号のうちの必要となる周波数、および、受信ミキサ８９で必要となる周波数に応じて送信フィルタ８３および受信フィルタ８８で個別に設定されている。また、周波数シンセサイザ９２内に設けられるＰＬＬ回路は、図２４に示すＰＬＬ回路のＶＣＯ７４として、図２０に示す発振器、または図２１〜図２３に示す発振器（ＶＣＳＯ）を設けている。
【０１９９】
９−１．第１の薄膜圧電共振器
次に、本実施の形態に係る薄膜圧電共振器について、図面を参照しながら説明する。図２７に、本実施の形態に係る第１の薄膜圧電共振器を示す。図２７に示す薄膜圧電共振器３０は、特に通信用素子や通信用フィルタとして用いられるダイアフラム型の薄膜圧電共振器３０である。薄膜圧電共振器３０は、単結晶シリコン基板からなる基体３１上に、弾性板３２を介して共振子３３を形成したものである。
【０２００】
基体３１は、（１１０）配向した厚さ２００μｍ程度の単結晶シリコン基板からなる。基体３１の底面側（弾性板３２と反対の側）には、基体３１の底面側から上面側にまで貫通するビアホール３４が形成されている。
【０２０１】
弾性板３２は、本実施の形態では図１に示した圧電素子１における弾性膜３によって形成されたもので、基体３１の（１１０）面上に形成されたものである。また、共振子３３は、図１に示した圧電素子１における下部電極４、バッファ層５、圧電体膜６、上部電極７によって形成されている。このような構成のもとに薄膜圧電共振器３０は、基体３１上に図１に示した圧電素子１の主部（基板２を除く部分）をそのまま形成した構成のものとなっている。
【０２０２】
弾性板３２については、例えば基体３１上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を厚さ２００ｎｍ程度に形成し、さらにその上に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を厚さ４００ｎｍ〜３μｍ程度に形成しておき、これらの上に弾性膜３を形成して、これら窒化シリコンと二酸化シリコンと弾性膜３との積層膜を弾性板３２とすることもできる。また、このように基体３１上に窒化シリコンと二酸化シリコンとを形成する場合、弾性膜３を形成せず、これら積層膜のみから弾性板３２を形成することもできる。
【０２０３】
下部電極４は、例えば（１１１）配向したＰｔからなる。下部電極４の厚さは、例えば２００ｎｍ程度である。
【０２０４】
バッファ層５は、ペロブスカイト型のロンボヘドラル構造または擬立方晶構造の圧電体材料からなり、かつ擬立方晶（１００）に優先配向したＰＺＴＸからなる。バッファ層５の厚さは、例えば０．１μｍ以下である。
【０２０５】
圧電体膜６は、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向したリラクサー材料からなる。圧電体膜６の厚さは、例えば０．９μｍ程度である。
【０２０６】
上部電極７は、下部電極４と同様に、Ｐｔからなる。上部電極７は、本実施の形態では厚さ７００ｎｍ程度に厚く形成されている。なお、この上部電極７には、弾性板３２上に形成された電極３５に電気的に接続するための、金などからなる配線３７がパッド３６を介して設けられている。
【０２０７】
９−２．第１の薄膜圧電共振器の製造方法
次に、上述の薄膜圧電共振器３０の製造方法について説明する。まず、基体３１となる母材、すなわち前述した（１１０）配向の単結晶シリコン基板（Ｓｉ基板）を用意する。そして、このＳｉ基板上に弾性膜３を形成し、さらにその上に下部電極４、バッファ層５、圧電体膜６、上部電極７を順次形成する。なお、弾性板３２として窒化シリコンと二酸化シリコンと弾性膜３との積層膜を採用する場合には、弾性膜３の形成に先立ってシリコン基板上に窒化シリコンと二酸化シリコンとをこの順に形成しておく。
【０２０８】
次いで、上部電極７、圧電体膜６、バッファ層５、下部電極４を、ビアホール３４に対応させてそれぞれパターニングし、共振子３３を形成する。なお、特に下部電極４のパターニングに際しては、図２７に示したように下部電極４とは別に、電極３５も同時に形成しておく。
【０２０９】
次いで、単結晶シリコン基板をその底面側からエッチング等によって加工（パターニング）し、これを貫通するビアホール３４を形成する。次に、上部電極７と電極３５との間を接続するパッド３６及び配線３７を形成する。
【０２１０】
以上の工程によって、本実施の形態にかかる第１の薄膜圧電共振器３０を製造することができる。
【０２１１】
９−３．作用・効果
本実施の形態に係る第１の薄膜圧電共振器３０によれば、共振子３３の圧電体膜６の圧電特性が良好であり、したがって高い電気機械結合係数を有する。これにより、例えばＧＨｚ帯などの高周波数領域で使用可能なものとなる。また、小型（薄型）であるにもかかわらず良好に機能するものとなる。
【０２１２】
９−４．第２の薄膜圧電共振器
図２８は、本実施の形態に係る第２の薄膜圧電共振器を示す図である。薄膜圧電共振器４０が図２７に示した薄膜圧電共振器３０と主に異なるところは、ビアホールを形成せず、基体４１と共振子４２との間にエアギャップ４３を形成した点にある。
【０２１３】
すなわち、この薄膜圧電共振器４０は、（１１０）配向した単結晶シリコン基板からなる基体４１上に、共振子４２を形成している。この共振子４２は、下部電極４４と、圧電材料層４５と、上部電極４６とによって形成されている。なお、下部電極４４は、前述した下部電極４と同じ材質からなる。圧電材料層４５は、前述したバッファ層５と同じ材質からなるバッファ層と、前述した圧電体膜６と同じ材質からなる圧電体膜とからなる。上部電極４６は、前述した上部電極７と同じ材質からなる。共振子４２は、特にエアギャップ４３上にて、下部電極４４、圧電材料層４５、上部電極４６が積層されて形成されている。
【０２１４】
ここで、本実施の形態では、下部電極４４の下側に前記エアギャップ４３を覆った状態で弾性膜３（図１参照）が形成されており、この弾性膜３が先の例と同様に弾性板４７となっている。なお、この弾性板４７についても、先の例と同様に基体４１上に窒化シリコンと二酸化シリコンとを形成しておき、あるいは二酸化シリコンのみを形成しておき、これの上に弾性膜３を形成してこれらの積層膜を弾性板４７とすることができる。また、弾性膜３を形成せず、窒化シリコンと二酸化シリコンとの積層膜、あるいは二酸化シリコンのみから弾性板４７を形成することができる。
【０２１５】
９−５．第２の薄膜圧電共振器４０の製造方法
第２の薄膜圧電共振器４０を形成するには、まず、基体４１上に例えばゲルマニウム（Ｇｅ）を蒸着等によって成膜し、さらにこれを形成するエアギャップの形状と同じ形状にパターニングすることにより、犠牲層を形成する。
【０２１６】
次に、この犠牲層を覆って弾性板４７を形成する。なお、これに先だって窒化シリコンと二酸化シリコンとを形成しておき、あるいは二酸化シリコンのみを形成しておくことができる。続いて、これらバッファ層を所望形状にパターニングする。
【０２１７】
次いで、弾性板４７を覆って下部電極４４となる層を形成し、さらにこれをドライエッチング等でパターニングすることにより、下部電極４４を形成する。次いで、下部電極４４を覆ってバッファ層および圧電体膜をこの順に形成する。すなわち、これら積層膜から圧電材料層４５となる層を形成する。さらにこれをドライエッチング等でパターニングすることにより、圧電材料層４５を形成する。
【０２１８】
次いで、圧電材料層４５を覆って上部電極４６となる層を形成し、さらにこれをドライエッチング等でパターニングすることにより、上部電極４６を形成する。なお、このようにして犠牲層の上に、弾性板４７、下部電極４４、圧電材料層４５、上部電極４６をそれぞれパターニングして形成することにより、犠牲層はその一部が外側露出したものとなる。次に、前記犠牲層を例えば過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）でエッチングすることで基体４１上から除去し、これによってエアギャップ４３を形成する。
【０２１９】
以上の工程によって、本実施の形態にかかる薄膜圧電共振器４０を製造することができる。
【０２２０】
９−６．作用・効果
本実施の形態にかかる第２の薄膜圧電共振器４０によれば、共振子４２の圧電体膜の圧電特性が良好であり、したがって高い電気機械結合係数を有する。これにより、例えばＧＨｚ帯などの高周波数領域で使用可能なものとなる。また、小型（薄型）であるにもかかわらず良好に機能するものとなる。
【０２２１】
また、前述した薄膜圧電共振器３０、４０にあっては、インダクタンスやコンデンサなどの回路構成要素と適宜に組み合わされることにより、良好な誘導フィルタを構成するものとなる。
【０２２２】
以上、本実施の形態に係る圧電素子、圧電アクチュエーター、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、圧電ポンプ、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器及び電子機器（携帯電話機１００）について説明したが、本発明は、前記実施の形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。本発明に係る圧電素子は、前述したデバイスに適用されるだけでなく、種々のデバイスに適用可能である。
【０２２３】
例えば、前記実施の形態においては電子機器として携帯電話機を、電子回路として携帯電話機内に設けられる電子回路をその一例として挙げ、説明したが、本発明は携帯電話機に限定されることなく、種々の移動体通信機器およびその内部に設けられる電子回路に適用することができる。
【０２２４】
さらに、移動体通信機器のみならずＢＳおよびＣＳ放送を受信するチューナなどの据置状態で使用される通信機器、およびその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。さらには、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号または光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢなどの電子機器およびその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２２５】
【図１】実施の形態にかかる圧電素子を示す断面図。
【図２】リラクサー材料を説明するためのグラフ。
【図３】リラクサー材料を説明するためのグラフ。
【図４】圧電素子の製造工程図。
【図５】圧電素子の製造工程図。
【図６】圧電素子の製造工程図。
【図７】圧電素子の製造工程図。
【図８】圧電素子の製造工程図。
【図９】インクジェット式記録ヘッドの概略構成図。
【図１０】インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図。
【図１１】キャビティーの平面図。
【図１２】圧電素子の平面図。
【図１３】ヘッドの動作を説明するための図。
【図１４】ヘッドの動作を説明するための図。
【図１５】実施の形態にかかるインクジェットプリンターの概略構成図。
【図１６】図１に示す圧電素子を用いた圧電ポンプの概略断面図。
【図１７】図１に示す圧電素子を用いた圧電ポンプの概略断面図。
【図１８】実施の形態にかかる表面弾性波素子を示す側断面図。
【図１９】実施の形態にかかる周波数フィルタを示す斜視図。
【図２０】実施の形態にかかる発振器を示す斜視図。
【図２１】前記発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略側面透視図。
【図２２】前記発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略上面透視図。
【図２３】前記発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略図。
【図２４】ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図。
【図２５】実施の形態にかかる電子回路の構成を示すブロック図。
【図２６】電子機器の実施形態としての携帯電話機を示す斜視図。
【図２７】実施の形態にかかる薄膜圧電共振器を示す側断面図。
【図２８】実施の形態にかかる薄膜圧電共振器を示す側断面図。
【符号の説明】
【０２２６】
１  圧電素子、２  基板、３  弾性膜、４  下部電極、５  バッファ層、６  圧電体膜、７  上部電極、１１  単結晶シリコン基板、１２  酸化物薄膜層、１３  バッファ層、１４  圧電体膜、１５  保護層、１６  電極、２０  圧電ポンプ、２１  基体、２２  圧電素子、２３  ポンプ室、２４  振動板、３０  第１の薄膜圧電共振器、３１  基体、３２  弾性板、３３  共振子、３４  ビアホール、３５  電極、３６  パッド、３７  配線、４０  第２の薄膜圧電共振器、４１  基体、４２  共振子、４３  エアギャップ、４４  下部電極、４５  圧電材料層、４６  上部電極、４７  弾性板、５０  インクジェット式記録ヘッド、５１  ノズル板、５２  インク室基板、５４  圧電素子、５５  弾性板、５６  基体、５７  ヘッド本体、６１  単結晶シリコン基板、６３  発振器、６４  基板、６６  配線、６７  ワイヤー線、６８  ワイヤー線、７０  入力端子、７１  位相比較器、７２  低域フィルタ、７３  増幅器、８０  送話器、８１  送信信号処理回路、８２  送信ミキサ、８３  送信フィルタ、８４  送信電力増幅器、８５  送受分波器、８７  低雑音増幅器、８８  受信フィルタ、８９  受信ミキサ、９０  受信信号処理回路、９１  受話器、９２  周波数シンセサイザ、９３  制御回路、９４  表示回路、１００  携帯電話機、１０２  受話器、１０３  送話器、１０４  液晶表示部、１０５  操作釦部、１４０  基板、１４１  電極、１４２  電極、１４３  吸音部、１４４  吸音部、１４５  高周波信号源、１５０  基板、１５１  電極、１５２  電極、１５３  電極、１５４  高周波信号源、５１１  ノズル、５２１  キャビティー、５２２  側壁、５２３  リザーバ、５２４  供給口、５３１  連通孔、６００  インクジェットプリンター、６２０  装置本体、６２１  トレイ、６２２  排出口、６３０  ヘッドユニット、６３１  インクカートリッジ、６３２  キャリッジ、６４０  印刷装置、６４１  キャリッジモータ、６４２  往復動機構、６４３  キャリッジガイド軸、６４４  タイミングベルト、６５０  給紙装置、６５１  給紙モータ、６５２  給紙ローラ、６６０  制御部、６７０  操作パネル
【図１】
2006032627.tif 000004
【図２】
2006032627.tif 000005
【図３】
2006032627.tif 000006
【図４】
2006032627.tif 000007
【図５】
2006032627.tif 000008
【図６】
2006032627.tif 000009
【図７】
2006032627.tif 000010
【図８】
2006032627.tif 000011
【図９】
2006032627.tif 000012
【図１０】
2006032627.tif 000013
【図１１】
2006032627.tif 000014
【図１２】
2006032627.tif 000015
【図１３】
2006032627.tif 000016
【図１４】
2006032627.tif 000017
【図１５】
2006032627.tif 000018
【図１６】
2006032627.tif 000019
【図１７】
2006032627.tif 000020
【図１８】
2006032627.tif 000021
【図１９】
2006032627.tif 000022
【図２０】
2006032627.tif 000023
【図２１】
2006032627.tif 000024
【図２２】
2006032627.tif 000025
【図２３】
2006032627.tif 000026
【図２４】
2006032627.tif 000027
【図２５】
2006032627.tif 000028
【図２６】
2006032627.tif 000029
【図２７】
2006032627.tif 000030
【図２８】
2006032627.tif 000031