(57)【要約】【課題】電気抵抗率が高く、連続して駆動しても圧電定数が低下し難い圧電薄膜積層体を提供する。【解決手段】圧電薄膜積層体１００は、第一電極層３と、第一電極層３に積層された第一酸化物層４と、第一酸化物層４に積層された第二酸化物層５と、第二酸化物層５に積層された圧電薄膜６と、を備え、第一酸化物層４の電気抵抗率が、第二酸化物層５の電気抵抗率よりも高く、第一酸化物層４が、Ｋ、Ｎａ及びＮｂを含み、圧電薄膜６が、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極層と、
前記第一電極層に積層された第一酸化物層と、
前記第一酸化物層に積層された第二酸化物層と、
前記第二酸化物層に積層された圧電薄膜と、
を備え、
前記第一酸化物層の電気抵抗率が、前記第二酸化物層の電気抵抗率よりも高く、
前記第一酸化物層が、Ｋ、Ｎａ及びＮｂを含み、
前記圧電薄膜が、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３を含む、
圧電薄膜積層体。
【請求項２】
前記圧電薄膜積層体の電気抵抗率が、１．０×１０１１〜１．０×１０１４Ωｃｍである、
請求項１に記載の圧電薄膜積層体。
【請求項３】
前記圧電薄膜の厚さＴＰに対する前記第一酸化物層の厚さＴ１の割合Ｔ１／ＴＰが、０．００１０〜０．０１５０である、
請求項１又は２に記載の圧電薄膜積層体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電薄膜積層体と、
基板と、
を含み、
前記第一電極層が、前記基板と前記第一酸化物層との間に位置している、
圧電薄膜基板。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電薄膜積層体と、
第二電極層と、
を含み、
前記第一酸化物層、前記第二酸化物層及び前記圧電薄膜が、前記第一電極層と前記第二電極層との間に位置している、
圧電薄膜素子。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電薄膜素子を備える、
圧電アクチュエータ。
【請求項７】
請求項５に記載の圧電薄膜素子を備える、
圧電センサ。
【請求項８】
請求項６に記載の圧電アクチュエータを備える、
ヘッドアセンブリ。
【請求項９】
請求項８に記載のヘッドアセンブリを備える、
ヘッドスタックアセンブリ。
【請求項１０】
請求項９に記載のヘッドスタックアセンブリを備える、
ハードディスクドライブ。
【請求項１１】
請求項６に記載の圧電アクチュエータを備える、
プリンタヘッド。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプリンタヘッドを備える、
インクジェットプリンタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜積層体、圧電薄膜基板、圧電薄膜素子、圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バルク圧電材料に代わって、圧電薄膜を用いた圧電薄膜素子の実用化が進んでいる。正圧電効果を利用した圧電センサでは、圧電薄膜に加えられた力が電圧に変換される。圧電センサは、例えば、ジャイロセンサ、圧力センサ、脈波センサ、ショックセンサ、マイクロフォン等である。一方、逆圧電効果を利用した圧電アクチュエータでは、圧電薄膜に電圧を印加すると、圧電薄膜が変形する。圧電アクチュエータは、例えば、ハードディスクドライブヘッドアセンブリ、インクジェットプリントヘッド、スピーカー、ブザー、レゾネータ等である。
【０００３】
圧電材料の薄膜化により、圧電薄膜素子の小型化が可能になり、圧電薄膜素子を応用できる分野が広がる。また、圧電材料の薄膜化により、基板上に多数の圧電薄膜素子を一括して作製することができるため、量産性が増す。更に、圧電材料の薄膜化により、圧電センサの感度等の性能が向上する。
【０００４】
圧電薄膜の形成方法は、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法等である。しかしながら、圧電薄膜の成膜過程において圧電薄膜に欠陥が生じることがある。また、圧電薄膜と異種材料との接合界面における様々な要因により、圧電薄膜に欠陥が生じることもある。これらの欠陥により、圧電薄膜の結晶状態が損なわれ、圧電薄膜に電気抵抗の低い部分が生じる場合がある。
【０００５】
従来、圧電薄膜としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）が用いられてきた。しかしながら、近年、環境への配慮から、鉛を含まない材料が求められている。特許文献１には、鉛を含まない圧電材料として、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ：（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）を主成分とした材料が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３０１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、圧電薄膜素子が、圧電薄膜と上部電極層との間に電流ブロック層を備えることにより、電極間の電気抵抗値が確保され、圧電薄膜素子におけるリーク電流を低減できることが開示されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の圧電薄膜素子では、電気抵抗値は確保されるが、圧電薄膜に印加される実効電圧が低下して、十分な圧電特性を得ることができない場合がある。また、従来の圧電薄膜素子を長時間にわたって連続して駆動した場合、圧電薄膜素子の圧電定数が低下し易い。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電気抵抗率が高く、連続して駆動しても圧電定数が低下し難い圧電薄膜積層体、圧電薄膜基板、圧電薄膜素子、並びに、圧電薄膜素子を用いた圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面に係る圧電薄膜積層体は、第一電極層と、第一電極層に積層された第一酸化物層と、第一酸化物層に積層された第二酸化物層と、第二酸化物層に積層された圧電薄膜と、を備え、第一酸化物層の電気抵抗率が、第二酸化物層の電気抵抗率よりも高く、第一酸化物層が、Ｋ、Ｎａ及びＮｂを含み、圧電薄膜が、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３を含む。
【００１１】
本発明の一側面に係る上記圧電薄膜積層体の電気抵抗率は、１．０×１０１１〜１．０×１０１４Ωｃｍであってよい。
【００１２】
本発明の一側面に係る上記圧電薄膜積層体では、圧電薄膜の厚さＴＰに対する第一酸化物層の厚さＴ１の割合Ｔ１／ＴＰが、０．００１０〜０．０１５０であってよい。
【００１３】
本発明の一側面に係る圧電薄膜基板は、上記圧電薄膜積層体と、基板と、を含み、第一電極層が、基板と第一酸化物層との間に位置している。
【００１４】
本発明の一側面に係る圧電薄膜素子は、上記圧電薄膜積層体と、第二電極層と、を含み、第一酸化物層、第二酸化物層及び圧電薄膜が、第一電極層と第二電極層との間に位置している。
【００１５】
本発明の一側面に係る圧電アクチュエータは、上記圧電薄膜素子を備える。
【００１６】
本発明の一側面に係る圧電センサは、上記圧電薄膜素子を備える。
【００１７】
本発明の一側面に係るヘッドアセンブリは、上記圧電アクチュエータを備える。
【００１８】
本発明の一側面に係るヘッドスタックアセンブリは、上記ヘッドアセンブリを備える。
【００１９】
本発明の一側面に係るハードディスクドライブは、上記ヘッドスタックアセンブリを備える。
【００２０】
本発明の一側面に係るプリンタヘッドは、上記圧電アクチュエータを備える。
【００２１】
本発明の一側面に係るインクジェットプリンタ装置は、上記プリンタヘッドを備える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電気抵抗率が高く、連続して駆動しても圧電定数が低下し難い圧電薄膜積層体、圧電薄膜基板、圧電薄膜素子、並びに、圧電薄膜素子を用いた圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１中の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る圧電薄膜積層体の模式図（積層方向における圧電薄膜積層体の断面図）である。図１中の（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る圧電薄膜基板の模式図（積層方向における圧電薄膜基板の断面図）である。図１中の（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る圧電薄膜素子の模式図（積層方向における圧電薄膜素子の断面図）である。図１中の（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る圧電薄膜素子の模式図（積層方向における圧電薄膜素子の断面図）である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係るヘッドアセンブリの模式図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータの模式図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係るジャイロセンサの模式図（平面図）である。
【図５】図５は、図４に示すジャイロセンサのＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る圧力センサの模式図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係る脈波センサの模式図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に係るハードディスクドライブの模式図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタ装置の模式図である。
【図１０】図１０は、圧電薄膜素子の変位量の測定方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素については同一の符号を付す。図１及び１０に示すＸ、Ｙ及びＺは、互いに直交する３つの座標軸を意味する。説明が重複する場合にはその説明を省略する。本発明は、下記実施形態に限定されない。
【００２５】
（圧電薄膜積層体、圧電薄膜基板、圧電薄膜素子）
図１の（ａ）に示すように、本実施形態に係る圧電薄膜積層体１００は、第一電極層３と、第一電極層３の表面に積層された第一酸化物層４と、第一酸化物層４の表面に積層された第二酸化物層５と、第二酸化物層５の表面に積層された圧電薄膜６と、を備える。つまり、第一酸化物層４の一部又は全体は、第一電極層３の表面に重なり、第二酸化物層５の一部又は全体は、第一酸化物層４の表面に重なり、圧電薄膜６の一部又は全体は、第二酸化物層５の表面に重なっている。第一酸化物層４の電気抵抗率は、第二酸化物層５の電気抵抗率よりも高い。第一酸化物層４は、Ｋ、Ｎａ及びＮｂを含む。圧電薄膜６は、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３を含む。
【００２６】
図１の（ｂ）に示すように、本実施形態に係る圧電薄膜基板１０１は、基板１と、絶縁層２と、上記圧電薄膜積層体１００と、を含む。第一電極層３は、基板１と第一酸化物層４との間に位置している。絶縁層２は、基板１の表面に積層されている。第一電極層３は、絶縁層２の表面に積層されている。絶縁層２の一部又は全体は、基板１の表面に重なっていてよい。第一電極層３の一部又は全体は、絶縁層２の表面に重なっていてよい。圧電薄膜基板１０１は、絶縁層２を備えなくてもよい。絶縁層２がない場合、基板１は、第一電極層３の表面に接していてよい。圧電薄膜基板１０１は、個片化される前の状態（例えば、ウェーハー）であってよい。また、圧電薄膜基板１０１は、個片化された後の状態（例えば、チップ）であってもよい。
【００２７】
図１の（ｃ）に示すように、本実施形態に係る圧電薄膜素子１０２は、基板１と、絶縁層２と、上記圧電薄膜積層体１００と、第二電極層７と、を含む。言い換えると、圧電薄膜素子１０２は、上記圧電薄膜基板１０１と、第二電極層７と、を含む。第一酸化物層４、第二酸化物層５及び圧電薄膜６は、第一電極層３と第二電極層７との間に位置している。第二電極層７は、圧電薄膜６の表面に積層されている。第二電極層７の一部又は全体は、圧電薄膜６の表面に重なっていてよい。圧電薄膜素子１０２は、基板１を備えなくてもよい。圧電薄膜素子１０２は、絶縁層２を備えなくてもよい。
【００２８】
図１の（ｄ）に示すように、圧電薄膜素子１０２の変形例である圧電薄膜素子１０３は、基板１と、上記圧電薄膜積層体１００と、圧電薄膜積層体１００が備える第二酸化物層５ａとは別の第二酸化物層５ｂと、圧電薄膜積層体１００が備える第一酸化物層４ａとは別の第一酸化物層４ｂと、第二電極層７と、を含む。別の第二酸化物層５ｂは、圧電薄膜６の表面に積層されている。別の第一酸化物層４ｂは、別の第二酸化物層５ｂの表面に積層されている。第二電極層７は、別の第一酸化物層４ｂの表面に積層されている。別の第二酸化物層５ｂの一部又は全体は、圧電薄膜６の表面に重なっていてよい。別の第一酸化物層４ｂの一部又は全体は、別の第二酸化物層５ｂの表面に重なっていてよい。第二電極層７の一部又は全体は、別の第一酸化物層４ｂの表面に重なっていてよい。圧電薄膜素子１０３は、基板１を備えなくてもよい。圧電薄膜素子１０３は、絶縁層２を備えてもよい。
【００２９】
圧電薄膜積層体１００の電気抵抗率は、圧電薄膜積層体１００の積層方向における第一酸化物層４、第二酸化物層５、及び圧電薄膜６の電気抵抗率の合計であってよい。圧電薄膜積層体１００の電気抵抗率は、ＫＮＮを用いた従来の圧電薄膜積層体の電気抵抗率よりも高い。圧電薄膜積層体１００を連続して駆動しても、ＫＮＮを用いた従来の圧電薄膜積層体に比べて、圧電薄膜積層体１００の圧電定数は低下し難い。圧電薄膜基板１０１の電気抵抗率は、圧電薄膜基板１０１の積層方向における第一酸化物層４、第二酸化物層５、及び圧電薄膜６の電気抵抗率の合計であってよい。圧電薄膜基板１０１の電気抵抗率は、ＫＮＮを用いた従来の圧電薄膜基板の電気抵抗率よりも高い。圧電薄膜基板１０１を連続して駆動しても、ＫＮＮを用いた従来の圧電薄膜基板に比べて、圧電薄膜基板１０１の圧電定数は低下し難い。圧電薄膜素子１０２の電気抵抗率は、圧電薄膜素子１０２，１０３の積層方向における第一電極層３と第二電極層７との間の電気抵抗率であってよい。つまり、圧電薄膜素子１０２の電気抵抗率は、圧電薄膜素子１０２の積層方向における第一酸化物層４、第二酸化物層５、及び圧電薄膜６の電気抵抗率の合計であってよい。圧電薄膜素子１０３の電気抵抗率は、圧電薄膜素子１０３の積層方向における第一酸化物層４ａ、第二酸化物層５ａ、圧電薄膜６、第二酸化物層５ｂ、及び第一酸化物層４ｂの電気抵抗率の合計であってよい。圧電薄膜素子１０２，１０３の電気抵抗率は、ＫＮＮを用いた従来の圧電薄膜素子の電気抵抗率よりも高い。圧電薄膜素子１０２，１０３を連続して駆動しても、ＫＮＮを用いた従来の圧電薄膜素子に比べて、圧電薄膜素子１０２，１０３の圧電定数は低下し難い。
【００３０】
圧電薄膜積層体１００の電気抵抗率が高く、圧電薄膜積層体１００の圧電定数が低下し難い理由は以下のとおりである、と本発明者らは考える。圧電薄膜積層体１００は、第一酸化物層４及び第二酸化物層５を備える。そのため、圧電薄膜積層体１００の電気抵抗率は、第一酸化物層４及び第二酸化物層５を備えない従来の圧電薄膜積層体に比べて、高くなる。また、圧電薄膜６（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）と共通するＫ、Ｎａ及びＮｂを含む第一酸化物層４が設けられていることにより、第二酸化物層５と圧電薄膜６との間の物理的な性質のずれが軽減する。物理的な性質とは、例えば、線膨張係数等である。物理的な性質のずれが軽減される結果、圧電薄膜積層体１００を連続して駆動しても圧電定数が低下し難くなる。ただし、第一酸化物層４のみでは、圧電薄膜６に印加される実効電圧が低下し易い。しかし、第一酸化物層４の電気抵抗率よりも低い電気抵抗率を有する第二酸化物層５が設けられていることにより、圧電薄膜６に印加される実効電圧の低下が抑制される。なお、圧電薄膜積層体１００の電気抵抗率が高く、圧電薄膜積層体１００の圧電定数が低下し難い理由は、上記の理由に限定されない。
【００３１】
圧電薄膜積層体１００の電気抵抗率は、１．０×１０１１〜１．０×１０１４Ωｃｍ、又は９．８０×１０１１〜６．３０×１０１３Ωｃｍであってよい。圧電薄膜積層体１００の電気抵抗率が１．０×１０１１Ωｃｍ以上である場合、圧電薄膜積層体１００に印加される電圧が圧電特性に変換され易く、十分な圧電特性が得られ易い。つまり、圧電薄膜積層体１００の電気抵抗率が、１．０×１０１１Ωｃｍ以上である場合、印加電圧による逆圧電効果が生じ易い。圧電薄膜積層体１００の電気抵抗率が１．０×１０１４Ωｃｍ以下である場合、圧電薄膜積層体１００からの発熱が少なく、熱の影響による圧電薄膜６の劣化に起因する圧電定数の低下が発生し難い。
【００３２】
圧電薄膜６の厚さＴＰに対する第一酸化物層４の厚さＴ１の割合Ｔ１／ＴＰは、０．００１０〜０．０１５０であってよい。Ｔ１／ＴＰが上記範囲内である場合、圧電薄膜積層体１００の電気抵抗率が高くなり易い。また、圧電薄膜６に印加される実効電圧の低下がより抑制され易いため、圧電薄膜積層体１００を連続して駆動しても圧電薄膜積層体１００の圧電定数が低下し難い。Ｔ１／ＴＰが０．００１０未満である場合、第二酸化物層５を形成した影響により第一酸化物層４の状態が変化し易い。その結果、圧電薄膜６の状態が変化し易く、圧電特性が向上し難い場合がある。Ｔ１／ＴＰが０．０１５０より大きい場合、第一酸化物層４の電気抵抗率が高くなり易く、圧電薄膜６に印加される実効電圧が低下し易いため、圧電薄膜積層体１００の圧電定数が低下し易い場合がある。
【００３３】
基板１は、例えば、シリコン基板（例えば、単結晶シリコン基板）、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、石英ガラス基板、ＧａＡｓ等からなる化合物半導体基板、サファイア基板、ステンレス等からなる金属基板、ＭｇＯ基板、ＳｒＴｉＯ３基板等であってよい。基板１としては、コストが低く、取扱いが容易である観点から、シリコン基板が好ましい。基板１がシリコン基板である場合、絶縁層２又は第一電極層３が重なる基板１の表面の面方位は、（１００）であってよく、（１００）とは異なる面方位であってもよい。基板１の厚さは、例えば、１０〜１０００μｍであってよい。
【００３４】
絶縁層２は、基板１と第一電極層３とを電気的に絶縁する。基板１が導電性を有さない場合、圧電薄膜基板１０１又は圧電薄膜素子１０２は、絶縁層２を備えなくてもよい。基板１が導電性を有する場合、圧電薄膜素子１０３は、絶縁層２を備えてもよい。絶縁層２は、例えば、シリコンの熱酸化膜（ＳｉＯ２）、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３等であってよい。絶縁層２の形成方法は、スパッタリング法、真空蒸着法、熱酸化法、印刷法、スピンコート法、ゾルゲル法等であってよい。絶縁層２の厚さは、例えば、１０〜１０００ｎｍであってよい。
【００３５】
第一電極層３は、例えば、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ａｕ（金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、及びＮｉ（ニッケル）からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属からなっていてよい。第一電極層３は、例えば、ＳｒＲｕＯ３（ルテニウム酸ストロンチウム）又はＬａＮｉＯ３（ニッケル酸ランタン）等の導電性金属酸化物からなっていてもよい。第一電極層３は、基板として機能してもよい。第一電極層３が基板として機能する場合、圧電薄膜素子１０２，１０３は、基板１を備えなくてもよい。第一電極層３の厚さは、例えば、２０〜１０００ｎｍであってよい。第一電極層３の厚さが２０ｎｍ以上である場合、第一電極層３の機能が十分となり易い。第一電極層３の厚さが１０００ｎｍ以下である場合、圧電薄膜６の変位特性が向上し易い。
【００３６】
第一電極層３の形成方法は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、印刷法、スピンコート法、ゾルゲル法等であってよい。スパッタリング法により第一電極層３を形成する場合、Ａｒ（アルゴン）ガス中で第一電極層３を形成してよい。ガス圧は、０．１〜１．０Ｐａであってよい。印加電源は、高周波電源又は直流電源であってよい。印加電源の出力は、０．５〜１．０Ｗ／ｃｍ２であってよい。基板１がシリコン基板であり、第一電極層３がＰｔ膜である場合、４００〜５００℃程度に加熱されたシリコン基板の表面（（１００）面）にスパッタリング法によりＰｔ膜を形成する。
【００３７】
第一酸化物層４の電気抵抗率は、第二酸化物層５の電気抵抗率よりも高い。第一酸化物層４の電気抵抗率は、圧電薄膜６の電気抵抗率以上であってよい。第一酸化物層４の電気抵抗率は、例えば、１．０×１０１２〜１．０×１０１５Ωｃｍであってよい。第一酸化物層４の電気抵抗率が１．０×１０１２Ωｃｍ以上である場合、圧電薄膜積層体１００の電気抵抗率がより高くなり易く、圧電薄膜積層体１００を連続して駆動しても圧電定数がより低下し難い。第一酸化物層４の電気抵抗率が１．０×１０１５Ωｃｍ以下である場合、圧電薄膜６の発熱が抑制され、圧電薄膜６の劣化による圧電定数の低下が発生し難い。
【００３８】
第一酸化物層４は、Ｋ、Ｎａ、及びＮｂを含む。第一酸化物層４は、Ｋ、Ｎａ、及びＮｂを含む酸化物からなっていてよい。第一酸化物層４は、Ｋ、Ｎａ、及びＮｂに加えて、他の元素を更に含んでもよい。他の元素は、例えば、Ｌｉ（リチウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｃａ（カルシウム）、及びＣｕ（銅）等であってよい。第一酸化物層４が他の元素を含む場合、第一酸化物層４におけるＫ、Ｎａ、及びＮｂの含有量の合計は、８０モル％以上であってよい。圧電薄膜素子１０３において、第一酸化物層４ａの組成は、別の第一酸化物層４ｂの組成と同じであってもよく、異なっていてもよい。第一酸化物層４の厚さＴ１は、例えば、３〜１００ｎｍであってよい。第一酸化物層４ａの厚さは、別の第一酸化物層４ｂの厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００３９】
第一酸化物層４の形成方法は、例えば、スパッタリング法であってよい。スパッタリング法により第一酸化物層４を形成する場合、Ａｒ及びＯ２（酸素）の混合ガス中で第一酸化物層４を形成してよい。スパッタリングターゲットは、Ｋ、Ｎａ、及びＮｂを含む。スパッタリングターゲットは、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３を含んでよい。スパッタリングターゲットとしては、圧電薄膜６の形成に用いられるスパッタリングターゲットと同じものを用いてよい。第一酸化物層４用のスパッタリングターゲットにおけるＫ及びＮａのモル比は、圧電薄膜６用のスパッタリングターゲットにおけるＫ及びＮａのモル比と同じであってよい。第一酸化物層４用のスパッタリングターゲットにおけるＫ及びＮａのモル比は、圧電薄膜６用のスパッタリングターゲットにおけるＫ及びＮａのモル比と異なってもよい。印加電源は、高周波電源であってよい。
【００４０】
第二酸化物層５の電気抵抗率は、第一酸化物層４の電気抵抗率よりも低い。第二酸化物層５の電気抵抗率は、圧電薄膜６の電気抵抗率よりも低くてよい。第二酸化物層５の電気抵抗率は、例えば、１．０×１０−５〜１．０×１０−３Ωｃｍであってよい。第二酸化物層５の電気抵抗率が１．０×１０−３Ωｃｍ以下である場合、第一酸化物層４の導入による圧電薄膜６の実効的な印加電圧の低下が抑制され易い。第二酸化物層５の電気抵抗率が１．０×１０−５Ωｃｍ以上である場合、圧電薄膜積層体１００の電気抵抗率がより高くなり易い。
【００４１】
第二酸化物層５は、無機酸化物を含んでよい。第二酸化物層５は、無機酸化物のみからなっていてよい。第二酸化物層５が無機酸化物を含む場合、第二酸化物層５の線膨張率が、圧電薄膜６の線膨張率よりも高くなり易い。また、高温で第二酸化物層５を形成した後で冷却することにより、圧電薄膜６に圧縮方向の応力を与え易い。第二酸化物層５に含まれる無機酸化物は、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｒ、Ｒｕ、Ｌａ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕ、及びＡｌからなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。第二酸化物層５は、ペロブスカイト型の無機酸化物を含んでよい。第二酸化物層５は、ペロブスカイト型の無機酸化物のみからなっていてよい。第二酸化物層５がペロブスカイト型の無機酸化物を含む場合、圧電薄膜６もペロブスカイト型の無機酸化物（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）を含むため、第二酸化物層５と圧電薄膜６との間の物理的な性質又は結晶構造における違いが軽減する。その結果、圧電薄膜積層体１００を連続して駆動しても圧電定数が低下し難くなる。第二酸化物層５に含まれるペロブスカイト型の無機酸化物は、例えば、ＳｒＲｕＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＢａＲｕＯ３、Ｌａ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３、ＳｒＲｕ０．９５Ｍｎ０．０５Ｏ３、ＬａＡｌＯ３、ＹＡｌＯ３等であってよい。第二酸化物層５は、ＳｒＲｕＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＢａＲｕＯ３及びＬａＮｉＯ３からなる群より選ばれる少なくとも一種のペロブスカイト型の無機酸化物を含んでよい。この場合、変位量がより大きくなり易い。第二酸化物層５は、ペロブスカイト型でない無機酸化物を含んでもよい。第二酸化物層５は、ペロブスカイト型でない無機酸化物として、例えば、Ｌａ４ＢａＣｕ５Ｏ１３、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７等を含んでよい。圧電薄膜素子１０３において、第二酸化物層５ａの組成は、別の第二酸化物層５ｂの組成と同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００４２】
第二酸化物層５の厚さＴ２は、例えば、５〜１００ｎｍであってよい。Ｔ２が５ｎｍ以上である場合、第二酸化物層５の一部が途切れ難く、第二酸化物層５が圧電薄膜６に十分に圧縮応力を与え易く、圧電薄膜６が変位し易い。Ｔ２が１００ｎｍ以下である場合、第二酸化物層５の格子定数が変化し難く、圧電薄膜６の結晶性が向上し易い。第二酸化物層５ａの厚さは、別の第二酸化物層５ｂの厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００４３】
第二酸化物層５の形成方法は、例えば、スパッタリング法であってよい。スパッタリング法により第二酸化物層５を形成する場合、Ａｒ及びＯ２の混合ガス中で第二酸化物層５を形成してよい。スパッタリングターゲットは、上記の無機酸化物を含んでよい。スパッタリングターゲットは、上記のペロブスカイト型の無機酸化物を含んでよい。印加電源は、高周波電源であってよい。
【００４４】
圧電薄膜６は、ペロブスカイト型の（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３を含む。（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３は、下記化学式１で表される酸化物と言い換えてよい。圧電薄膜６は、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３のみからなっていてよい。
（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３      （１）
［上記化学式１中、０＜ｘ＜１である。］
【００４５】
圧電薄膜６の面方位は、圧電薄膜６の厚み方向に優先的に配向していてよい。優先的に配向している面方位は、（００１）、（１１０）及び（１１１）からなる群より選ばれるいずれかの面方位であってよい。
【００４６】
圧電薄膜６は、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３に加えて、他の元素を更に含んでもよい。他の元素は、例えば、Ｌｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｃａ、及びＣｕ等であってよい。圧電薄膜６の少なくとも一部は、ペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）を有する結晶相、非晶質相、又は、当該結晶相と非晶質相とが混合した混合相のいずれかであってよい。ここで、ペロブスカイト構造のＡサイトは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｎｄ、及びＢｉからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。ペロブスカイト構造のＢサイトは、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔａ、及びＩｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。圧電薄膜６が他の元素を含む場合、圧電薄膜６における（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３の含有量は、８０モル％以上であってよい。
【００４７】
圧電薄膜６の厚さＴＰは、例えば、０．２〜５μｍであってよい。
【００４８】
圧電薄膜６の形成方法は、例えば、スパッタリング法であってよい。スパッタリング法により圧電薄膜６を形成する場合、Ａｒ及びＯ２の混合ガス中で圧電薄膜６を形成してよい。ガス圧は、０．１〜１．０Ｐａであってよい。スパッタリングターゲットは、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３を含む。印加電源は、高周波電源であってよい。印加電源の出力は、２．５〜５．５Ｗ／ｃｍ２であってよい。
【００４９】
第二電極層７の組成は、第一電極層３の組成と同じであってよい。第二電極層７の厚さは、例えば、２０〜１０００ｎｍであってよい。第二電極層７の厚さが２０ｎｍ以上である場合、第二電極層７の機能が十分となり易い。第二電極層７の厚さが１０００ｎｍ以下である場合、圧電薄膜６の変位特性が向上し易い。第二電極層７は、上記の第一電極層３として用いられる複数の金属及び導電性金属酸化物の積層体であってもよい。
【００５０】
第二電極層７の形成方法は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、印刷法、スピンコート法、ゾルゲル法であってよい。スパッタリング法により第二電極層７を形成する場合、Ａｒガス中で第二電極層７を形成してよい。ガス圧は、０．１〜１．０Ｐａであってよい。印加電源は、高周波電源又は直流電源であってよい。印加電源の出力は、０．５〜１．０Ｗ／ｃｍ２であってよい。
【００５１】
圧電薄膜素子１０２，１０３は、以下の手順により作製してよい。まず、圧電薄膜積層体１００と同じ積層構造及び組成を有する積層体をウェーハー（切断加工前の基板１）上に形成する。続いて、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、及びウェットエッチングなどの方法によりウェーハー上の積層体を加工して、所定のサイズを有するパターンを形成する。パターンのサイズは、例えば、２５ｍｍ×５ｍｍであってよい。更に、ウェーハーを切断することにより、個片化された複数の圧電薄膜素子１０２，１０３が得られる。基板１は、圧電薄膜素子１０２，１０３から除去してもよい。この場合、圧電薄膜素子１０２，１０３の変位量がより大きくなり易い。
【００５２】
圧電薄膜素子１０２，１０３の表面の少なくとも一部又は全体は、保護膜によって被覆されていてよい。保護膜による被覆により、例えば、圧電薄膜素子１０２，１０３の信頼性又は耐久性（例えば、耐湿性）が向上する。保護膜の材料は、例えば、ポリイミド等であってよい。
【００５３】
圧電薄膜素子１０２，１０３は、電気信号の入力部及び出力部のうち少なくともいずれか一方を更に備えてよい。この場合、電気信号の入力又は出力ができるようになり、正圧電効果及び逆圧電効果のうち少なくともいずれか一方を利用できる。
【００５４】
圧電薄膜積層体１００、圧電薄膜基板１０１、及び圧電薄膜素子１０２，１０３の用途は、多岐にわたる。圧電薄膜素子１０２，１０３は、例えば、圧電アクチュエータに用いられてよい。本実施形態に係る圧電アクチュエータの圧電特性は、圧電アクチュエータを長時間にわたって連続して使用した後でも、劣化し難い。圧電アクチュエータは、例えば、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、又はハードディスクドライブに用いられてもよい。圧電アクチュエータは、例えば、プリンタヘッド、又はインクジェットプリンタ装置に用いられてもよい。圧電薄膜素子１０２，１０３は、例えば、圧電センサに用いられてもよい。本実施形態に係る圧電センサの圧電特性は、圧電センサを長時間にわたって連続して使用した後でも、劣化し難い。圧電センサは、例えば、ジャイロセンサ、圧力センサ、脈波センサ、又はショックセンサであってよい。圧電薄膜素子１０２，１０３は、例えば、マイクロフォンへ適用されてもよい。
【００５５】
以下では、圧電薄膜積層体１００、圧電薄膜基板１０１、及び圧電薄膜素子１０２，１０３の用途の具体例を詳しく説明する。
【００５６】
（圧電アクチュエータ）
図２は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に搭載されるヘッドアセンブリ２００を示す。ヘッドアセンブリ２００は、ベースプレート９、ロードビーム１１、フレクシャ１７、第１及び第２の圧電薄膜素子１３、及びスライダ１９を備えている。第１及び第２の圧電薄膜素子１３は、スライダ１９用の駆動素子である。スライダ１９は、ヘッド素子１９ａを有する。
【００５７】
ロードビーム１１は、ベースプレート９に固着された基端部１１ｂと、この基端部１１ｂから延在する第１の板バネ部１１ｃ及び第２の板バネ部１１ｄと、板バネ部１１ｃ及び１１ｄの間に形成された開口部１１ｅと、板バネ部１１ｃ及び１１ｄに連続して直線的に延在するビーム主部１１ｆと、を備えている。第１の板バネ部１１ｃ及び第２の板バネ部１１ｄは、先細りになっている。ビーム主部１１ｆも、先細りになっている。
【００５８】
第１及び第２の圧電薄膜素子１３は、所定の間隔をもって、フレクシャ１７の一部である配線用フレキシブル基板１５上に配置されている。スライダ１９は、フレクシャ１７の先端部に固定されており、第１及び第２の圧電薄膜素子１３の伸縮に伴って回転運動する。
【００５９】
図３は、プリンタヘッド用の圧電アクチュエータ３００を示す。圧電アクチュエータ３００は、基材２０と、絶縁膜２３と、下部電極層２４（第一電極層）と、第一酸化物層２８と、第二酸化物層２９と、圧電薄膜２５と、上部電極層２６（第二電極層）と、を積層して構成されている。下部電極層とは、上記の第一電極層と言い換えてよい。上部電極層とは、上記の第二電極層と言い換えてよい。
【００６０】
所定の吐出信号が供給されず、下部電極層２４と上部電極層２６との間に電圧が印加されていない場合、圧電薄膜２５は変形しない。吐出信号が供給されていない圧電薄膜２５に隣り合う圧力室２１内では、圧力変化が生じず、そのノズル２７からインク滴は吐出されない。
【００６１】
一方、所定の吐出信号が供給され、下部電極層２４と上部電極層２６との間に一定電圧が印加された場合、圧電薄膜２５が変形する。圧電薄膜２５の変形によって絶縁膜２３が大きくたわむので、圧力室２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル２７からインク滴が吐出される。
【００６２】
（圧電センサ）
図４及び図５は、圧電センサの一種であるジャイロセンサ４００を示す。ジャイロセンサ４００は、基部１１０と、基部１１０の一面に接続する一対のアーム１２０及び１３０と、を備える。一対のアーム１２０及び１３０は、音叉振動子である。つまり、ジャイロセンサ４００は、音叉振動子型の角速度検出素子である。このジャイロセンサ４００は、上述の圧電薄膜素子を構成する圧電薄膜３０、上部電極層３１（第二電極層）、下部電極層３２（第一電極層）、第一酸化物層３３、及び第二酸化物層３４を、音叉型振動子の形状に加工して得られたものである。基部１１０とアーム１２０及び１３０は、圧電薄膜素子と一体化されている。下部電極層とは、上記の第一電極層と言い換えてよい。上部電極層とは、上記の第二電極層と言い換えてよい。
【００６３】
一方のアーム１２０の第一の主面には、駆動電極層３１ａ及び３１ｂと、検出電極層３１ｄとが、形成されている。同様に、他方のアーム１３０の第一の主面には、駆動電極層３１ａ及び３１ｂと、検出電極層３１ｃとが形成されている。各電極層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、上部電極層３１をエッチングにより所定の電極の形状に加工することにより得られる。
【００６４】
下部電極層３２は、基部１１０、並びにアーム１２０及び１３０のそれぞれの第二の主面（第一の主面の裏面）の全体に形成されている。下部電極層３２は、ジャイロセンサ４００のグランド電極として機能する。
【００６５】
アーム１２０及び１３０其々の長手方向をＺ方向と規定し、アーム１２０及び１３０の主面を含む平面をＸＺ平面と規定することにより、ＸＹＺ直交座標系を定義する。
【００６６】
駆動電極層３１ａ、３１ｂに駆動信号を供給すると、二つのアーム１２０、１３０は、面内振動モードで励振する。面内振動モードとは、二つのアーム１２０、１３０の主面に平行な向きに二つのアーム１２０、１３０が励振するモードである。例えば、一方のアーム１２０が−Ｘ方向に速度Ｖ１で励振しているとき、他方のアーム１３０は＋Ｘ方向に速度Ｖ２で励振する。
【００６７】
この状態で、ジャイロセンサ４００にＺ軸を回転軸とする角速度ωの回転が加わると、アーム１２０、１３０のそれぞれに対して、速度方向に直交する向きにコリオリ力が作用する。その結果、アーム１２０、１３０が、面外振動モードで励振し始める。面外振動モードとは、二つのアーム１２０、１３０の主面に直交する向きに二つのアーム１２０、１３０が励振するモードである。例えば、一方のアーム１２０に作用するコリオリ力Ｆ１が−Ｙ方向であるとき、他方のアーム１３０に作用するコリオリ力Ｆ２は＋Ｙ方向である。
【００６８】
コリオリ力Ｆ１、Ｆ２の大きさは、角速度ωに比例するため、コリオリ力Ｆ１、Ｆ２によるアーム１２０、１３０の機械的な歪みを圧電薄膜３０によって電気信号（検出信号）に変換し、これを検出電極層３１ｃ、３１ｄから取り出すことにより、角速度ωが求められる。
【００６９】
図６は、圧電センサの一種である圧力センサ５００を示す。圧力センサ５００は、圧電薄膜素子４０と、圧電薄膜素子４０を支える支持体４１と、電流増幅器４８と、電圧測定器４９とから構成されている。圧電薄膜素子４０は、共通電極層４３（第一電極層）と、第一酸化物層４４と、第二酸化物層４５と、圧電薄膜４６と、個別電極層４７（第二電極層）と、を積層して構成されている。共通電極層とは、上記の第一電極層と言い換えてよい。個別電極層とは、上記の第二電極層と言い換えてよい。共通電極層４３と支持体４１とに囲まれた空洞４２は、圧力に対応する。圧力センサ５００に外力がかかると圧電薄膜素子４０がたわみ、電圧測定器４９で電圧が検出される。
【００７０】
図７は、圧電センサの一種である脈波センサ６００を示す。脈波センサ６００は、支持体５１と、支持体５１に重なる絶縁層５２と、絶縁層５２に重なる圧電薄膜素子５０と、電圧測定器５８とから構成されている。支持体５１が導電性を有していない場合、絶縁層５２はなくてもよい。圧電薄膜素子５０は、共通電極層５３（第一電極層）と、第一酸化物層５４と、第二酸化物層５５と、圧電薄膜５６と、個別電極層５７（第二電極層）と、を積層して構成されている。共通電極層とは、上記の第一電極層と言い換えてよい。個別電極層とは、上記の第二電極層と言い換えてよい。脈波センサ６００の支持体５１の裏面（圧電薄膜素子５０が搭載されていない面）を生体の動脈上に当接させると、生体の脈による圧力で支持体５１と圧電薄膜素子５０がたわみ、電圧測定器５８で電圧が検出される。
【００７１】
（ハードディスクドライブ）
図８は、図２に示すヘッドアセンブリが搭載されたハードディスクドライブ７００を示す。図８のヘッドアセンブリ６５は、図２のヘッドアセンブリ２００と同じである。
【００７２】
ハードディスクドライブ７００は、筐体６０と、筐体６０内に設置されたハードディスク６１（記録媒体）と、ヘッドスタックアセンブリ６２と、を備えている。ハードディスク６１は、モータによって回転させられる。ヘッドスタックアセンブリ６２は、ハードディスク６１へ磁気情報を記録したり、ハードディスク６１に記録された磁気情報を再生したりする。
【００７３】
ヘッドスタックアセンブリ６２は、ボイスコイルモータ６３と、支軸に支持されたアクチュエータアーム６４と、アクチュエータアーム６４に接続されたヘッドアセンブリ６５と、を有する。アクチュエータアーム６４は、ボイスコイルモータ６３により、支軸周りに回転自在である。アクチュエータアーム６４は、複数のアームに分かれており、各アームそれぞれにヘッドアセンブリ６５が接続されている。つまり、複数のアーム及びヘッドアセンブリ６５が支軸に沿って積層されている。ヘッドアセンブリ６５の先端部には、ハードディスク６１に対向するようにスライダ１９が取り付けられている。
【００７４】
ヘッドアセンブリ６５（２００）は、ヘッド素子１９ａを２段階で変動させる。ヘッド素子１９ａの比較的大きな移動は、ボイスコイルモータ６３によるヘッドアセンブリ６５及びアクチュエータアーム６４の全体の駆動によって、制御される。ヘッド素子１９ａの微小な移動は、ヘッドアセンブリ６５の先端部に位置するスライダ１９の駆動により制御する。
【００７５】
（インクジェットプリンタ装置）
図９は、インクジェットプリンタ装置８００を示す。インクジェットプリンタ装置８００は、プリンタヘッド７０と、本体７１と、トレイ７２と、ヘッド駆動機構７３と、を備えている。図９のプリンタヘッド７０は、図３の圧電アクチュエータ３００を有している。
【００７６】
インクジェットプリンタ装置８００は、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの計４色のインクカートリッジを備えている。インクジェットプリンタ装置８００によるフルカラー印刷が可能である。インクジェットプリンタ装置８００の内部には、専用のコントローラボード等が搭載されている。コントローラボード等は、プリンタヘッド７０によるインクの吐出のタイミング、及びヘッド駆動機構７３の走査を制御する。本体７１の背面にはトレイ７２が設けられ、トレイ７２の一端側にはオートシートフィーダ（自動連続給紙機構）７６が設けられている。オートシートフィーダ７６が、記録用紙７５を自動的に送り出し、正面の排出口７４から記録用紙７５を排紙する。
【００７７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、本発明の種々の変更が可能であり、これ等の変更例も本発明に含まれる。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７９】
（実施例１）
真空チャンバー内で、シリコン基板（切断加工前の基板１）の表面に、Ｐｔからなる第一電極層３を形成した。第一電極層３が形成されたシリコン基板の表面の面方位は、（１００）であった。シリコン基板の厚さは、４００μｍであった。第一電極層３は、スパッタリング法により形成した。第一電極層３の形成過程におけるシリコン基板の温度は、４００℃に維持した。第一電極層３の厚さは、２００ｎｍに調整した。
【００８０】
真空チャンバー内で、第一電極層３の表面に、Ｋ、Ｎａ、Ｎｂ及びＯを含む第一酸化物層４を形成した。第一酸化物層４は、スパッタリング法により形成した。第一酸化物層４の形成過程におけるシリコン基板の温度は、５５０℃に維持した。真空チャンバー内の雰囲気としては、Ａｒ及びＯ２の混合ガスを用いた。混合ガスにおけるＯ２の濃度は、混合ガスの全体積を基準として、５体積％であった。混合ガスのガス圧は、０．２Ｐａに維持した。スパッタリングターゲットとしては、（Ｋ０．５Ｎａ０．５）ＮｂＯ３を用いた。スパッタリングターゲットのサイズは、φ１５０ｍｍであった。スパッタリングの印加電源としては、高周波電源を用いた。印加出力は、８００Ｗに調整した。第一酸化物層４の厚さは、１５ｎｍに調整した。
【００８１】
真空チャンバー内で、第一酸化物層４の表面に、ＳｒＲｕＯ３からなる第二酸化物層５を形成した。第二酸化物層５は、スパッタリング法により形成した。第二酸化物層５の形成過程におけるシリコン基板の温度は、６００℃に維持した。真空チャンバー内の雰囲気としては、Ａｒ及びＯ２の混合ガスを用いた。混合ガスにおけるＯ２の濃度は、混合ガスの全体積を基準として、２．５体積％であった。混合ガスのガス圧は、０．２Ｐａに維持した。スパッタリングターゲットのサイズは、φ１５０ｍｍであった。スパッタリングの印加電源としては、高周波電源を用いた。印加出力は、１５０Ｗに調整した。第二酸化物層５の厚さは、１５ｎｍに調整した。
【００８２】
真空チャンバー内で、第二酸化物層５の表面に、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３からなる圧電薄膜６を形成した。圧電薄膜６は、スパッタリング法により形成した。圧電薄膜６の形成過程におけるシリコン基板の温度は、５５０℃に維持した。真空チャンバー内の雰囲気としては、Ａｒ及びＯ２の混合ガスを用いた。混合ガスにおけるＯ２の濃度は、混合ガスの全体積を基準として、５体積％であった。スパッタリングターゲットとしては、（Ｋ０．５Ｎａ０．５）ＮｂＯ３を用いた。スパッタリングターゲットのサイズは、φ１５０ｍｍであった。スパッタリングの印加電源としては、高周波電源を用いた。印加出力は、８００Ｗに調整した。圧電薄膜６の厚さは、２μｍに調整した。以上の方法により、実施例１の圧電薄膜基板１１１を得た。
【００８３】
真空チャンバー内で、圧電薄膜基板１１１に含まれる圧電薄膜６の表面に、Ｐｔからなる第二電極層７を形成した。第二電極層７は、スパッタリング法により形成した。真空チャンバー内の温度は、室温に維持した。第二電極層７の厚さは、２００ｎｍに調整した。
【００８４】
フォトリソグラフィ、ドライエッチング及びウェットエッチングにより、第二電極層７、圧電薄膜６、第二酸化物層５、第一酸化物層４、及び第一電極層３のパターニングを行った。続いて、シリコン基板を切断した。以上の方法により、実施例１の圧電薄膜素子１１２を得た。図１０に示すように、実施例１の圧電薄膜素子１１２は、基板１と、基板１に重なる第一電極層３と、第一電極層３に重なる第一酸化物層４と、第一酸化物層４に重なる第二酸化物層５と、第二酸化物層５に重なる圧電薄膜６と、圧電薄膜６に重なる第二電極層７とから構成されていた。実施例１の圧電薄膜素子１１２の可動部分の寸法は、２５ｍｍ×５ｍｍであった。
【００８５】
［電気抵抗率の測定］
実施例１の圧電薄膜素子１１２における第一電極層３と第二電極層７との間に直流電圧を印加して、第一電極層３と第二電極層７との間の電気抵抗率を測定した。直流電圧は、４０ｋＶ／ｃｍであった。直流電圧を印加した時間は、３０秒であった。実施例１の圧電薄膜素子１１２の電気抵抗率を表１に示す。
【００８６】
以下の方法により、電気抵抗率測定用の各試料を作製し、実施例１の第一酸化物層４、第二酸化物層５それぞれの電気抵抗率を個別に測定した。
【００８７】
上記と同様の方法により、第一電極層３をシリコン基板の表面に直接形成した。上記と同様の方法により、第一酸化物層４を第一電極層３の表面に直接形成した。上記と同様の方法により、第二電極層７を第一酸化物層４の表面に直接形成した。上記と同様の方法により、第二電極層７、第一酸化物層４及び第一電極層３のパターニングを行った。シリコン基板を切断して、試料を得た。試料のサイズは２５ｍｍ×５ｍｍであった。この試料を用いて、上記と同様の方法により、第一酸化物層４の電気抵抗率を測定した。実施例１の第一酸化物層４の電気抵抗率は、１．０×１０１２Ωｃｍ以上であった。
【００８８】
上記と同様の方法により、第一電極層３をシリコン基板の表面に直接形成した。上記と同様の方法により、第二酸化物層５を第一電極層３の表面に直接形成した。上記と同様の方法により、第二電極層７を第二酸化物層５の表面に直接形成した。上記と同様の方法により、第二電極層７、第二酸化物層５及び第一電極層３のパターニングを行った。シリコン基板を切断して、試料を得た。試料のサイズは２５ｍｍ×５ｍｍであった。この試料を用いて、上記と同様の方法により、第二酸化物層５の電気抵抗率を測定した。実施例１の第二酸化物層５の電気抵抗率は、１．０×１０−３Ωｃｍ以下であった。
【００８９】
［圧電定数の変化率の測定］
（１）圧電定数の初期値の算出
以下の方法により、実施例１の圧電薄膜素子１１２の２５℃における変位量Ｄｉｓ２５℃（単位：ｎｍ）を測定した。図１０に示すように、変位量とは、圧電薄膜素子１１２の一端をクランプ８０により固定し、第一電極層３と第二電極層７との間に電圧を印加したとき、圧電薄膜素子１１２の固定されていない側の先端部が、圧電薄膜素子１１２の変形に伴って、圧電薄膜素子１１２の厚さ方向（積層方向、Ｚ方向）に移動した距離（変位量Ｄｉｓ）を意味する。第一電極層３と第二電極層７との間に印加した交流電圧の周波数は、１００Ｈｚであった。交流電圧は、０〜４０ｋＶ/ｃｍのサイン波形であった。レーザードップラー振動計とオシロスコープとを用いて、実施例１のＤｉｓ２５℃を測定した。続いて、実施例１の圧電薄膜素子１１２の圧電定数（−ｄ３１）の初期値（−ｄ３１Ａ）を算出した。ｄ３１は、下記の数式Ａに基づいて求められる。数式Ａにおいて、ｈｓは、基板１の厚さである。Ｌは、圧電薄膜６の可動部分の長さである。Ｓ１１，ｐは、圧電薄膜６の弾性率である。Ｓ１１，ｓは、基板１の弾性率である。Ｖは、印加電圧である。
【数１】
2018093144.tif 000003
【００９０】
（２）連続駆動試験
以下の方法により、実施例１の圧電薄膜素子１１２を用いた連続駆動試験を実施した。図１０に示すように、圧電薄膜素子１１２の一端をクランプ８０により固定した。第一電極層３と第二電極層７との間に交流電圧を１２億回印加した。交流電圧の周波数は、１００Ｈｚであった。交流電圧は、０〜４０ｋＶ/ｃｍのサイン波形であった。上記と同様の方法により、交流電圧を１２億回印加した後の圧電薄膜素子１１２の圧電定数（−ｄ３１Ｂ）を算出した。下記の数式Ｂに基づいて、実施例１の圧電定数の変化率Δ（−ｄ３１）（単位：％）を算出した。実施例１のΔ（−ｄ３１）を表１に示す。
Δ（−ｄ３１）＝｛（−ｄ３１Ｂ）−（−ｄ３１Ａ）｝／（−ｄ３１Ａ）×１００      （Ｂ）
【００９１】
（実施例２）
実施例１と同様の方法により、実施例２の圧電薄膜基板１１１を作製した。真空チャンバー内で、圧電薄膜基板１１１に含まれる圧電薄膜６の表面に、ＳｒＲｕＯ３からなる別の第二酸化物層５ｂを形成した。別の第二酸化物層５ｂは、スパッタリング法により形成した。別の第二酸化物層５ｂの形成過程におけるシリコン基板の温度は、６００℃に維持した。真空チャンバー内の雰囲気としては、Ａｒ及びＯ２の混合ガスを用いた。混合ガスにおけるＯ２の濃度は、混合ガスの全体積を基準として、２．５体積％であった。混合ガスのガス圧は、０．２Ｐａに維持した。スパッタリングターゲットのサイズは、φ１５０ｍｍであった。スパッタリングの印加電源としては、高周波電源を用いた。印加出力は、１５０Ｗに調整した。別の第二酸化物層５ｂの厚さは、１５ｎｍに調整した。
【００９２】
真空チャンバー内で、別の第二酸化物層５ｂの表面に、Ｋ、Ｎａ、Ｎｂ及びＯを含む別の第一酸化物層４ｂを形成した。別の第一酸化物層４ｂは、スパッタリング法により形成した。別の第一酸化物層４ｂの形成過程におけるシリコン基板の温度は、５５０℃に維持した。真空チャンバー内の雰囲気としては、Ａｒ及びＯ２の混合ガスを用いた。混合ガスにおけるＯ２の濃度は、混合ガスの全体積を基準として、５体積％であった。混合ガスのガス圧は、０．２Ｐａに維持した。スパッタリングターゲットとしては、（Ｋ０．５Ｎａ０．５）ＮｂＯ３を用いた。スパッタリングターゲットのサイズは、φ１５０ｍｍであった。スパッタリングの印加電源としては、高周波電源を用いた。印加出力は、８００Ｗに調整した。別の第一酸化物層４ｂの厚さは、１５ｎｍに調整した。
【００９３】
真空チャンバー内で、別の第一酸化物層４ｂの表面に、Ｐｔからなる第二電極層７を形成した。第二電極層７は、スパッタリング法により形成した。真空チャンバー内の温度は、室温に維持した。第二電極層７の厚さは、２００ｎｍに調整した。
【００９４】
フォトリソグラフィ、ドライエッチング及びウェットエッチングにより、第二電極層７、別の第一酸化物層４ｂ、別の第二酸化物層５ｂ、圧電薄膜６、第二酸化物層５（５ａ）、第一酸化物層４（４ａ）、及び第一電極層３のパターニングを行った。続いて、シリコン基板を切断した。以上の方法により、実施例２の圧電薄膜素子１０３を得た。図１の（ｄ）に示すように、実施例２の圧電薄膜素子１０３は、基板１と、基板１に重なる第一電極層３と、第一電極層３に重なる第一酸化物層４ａと、第一酸化物層４ａに重なる第二酸化物層５ａと、第二酸化物層５ａに重なる圧電薄膜６と、圧電薄膜６に重なる別の第二酸化物層５ｂと、別の第二酸化物層５ｂに重なる別の第一酸化物層４ｂと、別の第一酸化物層４ｂに重なる第二電極層７とから構成されていた。実施例２の圧電薄膜素子１０３の可動部分の寸法は、２５ｍｍ×５ｍｍであった。
【００９５】
実施例１と同様の方法により、実施例２の圧電薄膜素子１０３の電気抵抗率を測定した。実施例２の圧電薄膜素子１０３の電気抵抗率を表１に示す。なお、実施例２の第一酸化物層４は、実施例１の第一酸化物層４と同様であるため、実施例２の第一酸化物層４の電気抵抗率は、実施例１の第一酸化物層４の電気抵抗率と等しい。実施例２の第二酸化物層５は、実施例１の第二酸化物層５と同様であるため、実施例２の第二酸化物層５の電気抵抗率は、実施例１の第二酸化物層５の電気抵抗率と等しい。
【００９６】
実施例１と同様の方法により、実施例２のΔ（−ｄ３１）を算出した。実施例２のΔ（−ｄ３１）を表１に示す。
【００９７】
（実施例３）
実施例３の第二酸化物層５の形成過程では、実施例１の第二酸化物層５の形成過程で用いたスパッタリングターゲットの代わりに、ＺｎＯからなるスパッタリングターゲットを用いた。その結果、実施例３では、ＺｎＯからなる第二酸化物層５が形成された。以上の点を除いては、実施例１と同様の方法により、実施例３の圧電薄膜素子１１２を作製した。図１０に示すように、実施例３の圧電薄膜素子１１２は、基板１と、基板１に重なる第一電極層３と、第一電極層３に重なる第一酸化物層４と、第一酸化物層４に重なる第二酸化物層５と、第二酸化物層５に重なる圧電薄膜６と、圧電薄膜６に重なる第二電極層７とから構成されていた。
【００９８】
実施例１と同様の方法により、実施例３の圧電薄膜素子１１２の電気抵抗率を測定した。実施例３の圧電薄膜素子１１２の電気抵抗率を表１に示す。実施例１と同様の方法により、実施例３の第二酸化物層５の電気抵抗率を測定した。実施例３の第二酸化物層５の電気抵抗率は、１．０×１０−３Ωｃｍ以下であった。なお、実施例３の第一酸化物層４は、実施例１の第一酸化物層４と同様であるため、実施例３の第一酸化物層４の電気抵抗率は、実施例１の第一酸化物層４の電気抵抗率と等しい。
【００９９】
実施例１と同様の方法により、実施例３のΔ（−ｄ３１）を算出した。実施例３のΔ（−ｄ３１）を表１に示す。
【０１００】
（実施例４）
実施例４の第二酸化物層５の形成過程では、実施例１の第二酸化物層５の形成過程で用いたスパッタリングターゲットの代わりに、ＬａＮｉＯ３からなるスパッタリングターゲットを用いた。その結果、実施例４では、ＬａＮｉＯ３からなる第二酸化物層５が形成された。以上の点を除いては、実施例１と同様の方法により、実施例４の圧電薄膜素子１１２を作製した。図１０に示すように、実施例４の圧電薄膜素子１１２は、基板１と、基板１に重なる第一電極層３と、第一電極層３に重なる第一酸化物層４と、第一酸化物層４に重なる第二酸化物層５と、第二酸化物層５に重なる圧電薄膜６と、圧電薄膜６に重なる第二電極層７とから構成されていた。
【０１０１】
実施例１と同様の方法により、実施例４の圧電薄膜素子１１２の電気抵抗率を測定した。実施例４の圧電薄膜素子１１２の電気抵抗率を表１に示す。実施例１と同様の方法により、実施例４の第二酸化物層５の電気抵抗率を測定した。実施例４の第二酸化物層５の電気抵抗率は、１．０×１０−３Ωｃｍ以下であった。なお、実施例４の第一酸化物層４は、実施例１の第一酸化物層４と同様であるため、実施例４の第一酸化物層４の電気抵抗率は、実施例１の第一酸化物層４の電気抵抗率と等しい。
【０１０２】
実施例１と同様の方法により、実施例４のΔ（−ｄ３１）を算出した。実施例４のΔ（−ｄ３１）を表１に示す。
【０１０３】
（比較例１）
比較例１では、第一酸化物層４及び第二酸化物層５を形成しなかった。つまり、比較例１では、第一電極層３の表面に圧電薄膜６を直接形成した。以上の点を除いては、実施例１と同様の方法により、比較例１の圧電薄膜素子を作製した。比較例１の圧電薄膜素子は、基板１と、基板１に重なる第一電極層３と、第一電極層３に重なる圧電薄膜６と、圧電薄膜６に重なる第二電極層７とから構成されていた。
【０１０４】
実施例１と同様の方法により、比較例１の圧電薄膜素子の電気抵抗率を測定した。比較例１の圧電薄膜素子の電気抵抗率を表１に示す。
【０１０５】
実施例１と同様の方法により、比較例１のΔ（−ｄ３１）を算出した。比較例１のΔ（−ｄ３１）を表１に示す。
【０１０６】
（比較例２）
比較例２では、第一酸化物層４を形成しなかった。つまり、比較例２では、第一電極層３の表面に第二酸化物層５を直接形成した。以上の点を除いては、実施例１と同様の方法により、比較例２の圧電薄膜素子を作製した。比較例２の圧電薄膜素子は、基板１と、基板１に重なる第一電極層３と、第一電極層３に重なる第二酸化物層５と、第二酸化物層５に重なる圧電薄膜６と、圧電薄膜６に重なる第二電極層７とから構成されていた。
【０１０７】
実施例１と同様の方法により、比較例２の圧電薄膜素子の電気抵抗率を測定した。比較例２の圧電薄膜素子の電気抵抗率を表１に示す。なお、比較例２の第二酸化物層５は、実施例１の第二酸化物層５と同様であるため、比較例２の第二酸化物層５の電気抵抗率は、実施例１の第二酸化物層５の電気抵抗率と等しい。
【０１０８】
実施例１と同様の方法により、比較例２のΔ（−ｄ３１）を算出した。比較例２のΔ（−ｄ３１）を表１に示す。
【０１０９】
【表１】
2018093144.tif 000004
【０１１０】
比較例１と比較例２とを対比する。比較例１は、第一酸化物層４及び第二酸化物層５を備えない。一方、比較例２は、第二酸化物層５を備える。このような積層構造の違いに起因して、比較例２の電気抵抗率は、比較例１の電気抵抗率に比べて低く、比較例２のΔ（−ｄ３１）の絶対値は、比較例１のΔ（−ｄ３１）の絶対値に比べて大きかった。第一酸化物層４及び第二酸化物層５を備える実施例１の電気抵抗率は、第一酸化物層４及び第二酸化物層５のいずれかを欠く比較例１及び２それぞれの電気抵抗率に比べて高かった。実施例１のΔ（−ｄ３１）の絶対値は、比較例１及び２それぞれのΔ（−ｄ３１）の絶対値に比べて小さかった。
【０１１１】
実施例１の場合、適度な抵抗効果がありながらも、圧電薄膜６に十分な電界を印加することができる。その結果、実施例１のΔ（−ｄ３１）の絶対値は、比較例１及び２それぞれのΔ（−ｄ３１）の絶対値に比べて小さかった、と考えられる。
【０１１２】
比較例１は、第一酸化物層４及び第二酸化物層５を備えない。そのため、比較例１では、圧電薄膜６に電気的及び機械的な負荷が直接かかる。その結果、比較例１のΔ（−ｄ３１）の絶対値は、実施例１のΔ（−ｄ３１）の絶対値に比べて大きかった、と考えられる。
【０１１３】
比較例２は、第一酸化物層４を備えない。そのため、比較例２では、高い電気抵抗率を確保することができず、更に、第二酸化物層５と圧電薄膜６との界面での密着性が上がった。その結果、比較例２では、比較例１に比べて、圧電薄膜６にかかる電気的及び機械的な負荷がより大きくなり、比較例２のΔ（−ｄ３１）の絶対値は、比較例１のΔ（−ｄ３１）の絶対値に比べて大きかった、と考えられる。
【０１１４】
実施例２の場合、実施例１と同様に、適度な抵抗効果がありながらも、圧電薄膜６に十分な電界を印加することができる。その結果、実施例２のΔ（−ｄ３１）の絶対値は、比較例１及び２それぞれのΔ（−ｄ３１）の絶対値に比べて小さかった、と考えられる。
【０１１５】
実施例３及び４の場合、実施例１と同様に、適度な抵抗効果がありながらも、圧電薄膜６に十分な電界を印加することができる。その結果、実施例３及び４のΔ（−ｄ３１）の絶対値は、比較例１及び２それぞれのΔ（−ｄ３１）の絶対値に比べて、小さかった、と考えられる。
【０１１６】
実施例１、３及び４が示すとおり、第二酸化物層５の組成の違いに依らず、実施例１、３及び４それぞれのΔ（−ｄ３１）の絶対値は、比較例１及び２それぞれのΔ（−ｄ３１）の絶対値に比べて小さかった。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明によれば、電気抵抗率が高く、連続して駆動しても圧電定数が低下し難い圧電薄膜積層体、圧電薄膜基板、圧電薄膜素子、並びに、圧電薄膜素子を用いた圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置が提供される。
【符号の説明】
【０１１８】
１００…圧電薄膜積層体、１０１…圧電薄膜基板、１０２，１０３…圧電薄膜素子、１…基板、２…絶縁層、３…第一電極層、４，４ａ，４ｂ…第一酸化物層、５，５ａ，５ｂ…第二酸化物層、６…圧電薄膜、７…第二電極層、２００…ヘッドアセンブリ、９…ベースプレート、１１…ロードビーム、１１ｂ…基端部、１１ｃ…第１の板バネ部、１１ｄ…第２の板バネ部、１１ｅ…開口部、１１ｆ…ビーム主部、１３…圧電薄膜素子、１５…フレキシブル基板、１７…フレクシャ、１９…スライダ、１９ａ…ヘッド素子、３００…圧電アクチュエータ、２０…基材、２１…圧力室、２３…絶縁膜、２４…下部電極層（第一電極層）、２５…圧電薄膜、２６…上部電極層（第二電極層）、２７…ノズル、２８…第一酸化物層、２９…第二酸化物層、４００…ジャイロセンサ、１１０…基部、１２０、１３０…アーム、３０…圧電薄膜、３１…上部電極層（第二電極層）、３１ａ、３１ｂ…駆動電極層、３１ｃ、３１ｄ…検出電極層、３２…下部電極層（第一電極層）、３３…第一酸化物層、３４…第二酸化物層、５００…圧力センサ、４０…圧電薄膜素子、４１…支持体、４２…空洞、４３…共通電極層（第一電極層）、４４…第一酸化物層、４５…第二酸化物層、４６…圧電薄膜、４７…個別電極層（第二電極層）、４８…電流増幅器、４９…電圧測定器、６００…脈波センサ、５０…圧電薄膜素子、５１…支持体、５２…絶縁層、５３…共通電極層（第一電極層）、５４…第一酸化物層、５５…第二酸化物層、５６…圧電薄膜、５７…個別電極層（第二電極層）、５８…電圧測定器、７００…ハードディスクドライブ、６０…筐体、６１…ハードディスク、６２…ヘッドスタックアセンブリ、６３…ボイスコイルモータ、６４…アクチュエータアーム、６５…ヘッドアセンブリ、８００…インクジェットプリンタ装置、７０…プリンタヘッド、７１…本体、７２…トレイ、７３…ヘッド駆動機構、７４…排出口、７５…記録用紙、７６…オートシートフィーダ（自動連続給紙機構）、１１１…圧電薄膜基板、１１２…圧電薄膜素子、８０…クランプ。
【図１】
2018093144.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2018093144.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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