(57)【要約】【課題】低速回転時のトルクを容易に高くできるモータを提供する。【解決手段】本発明の一態様は、回転子３５１と固定子３５２を有するモータである。回転子３５１は、リング状のロータ３０１と、ロータ３０１の内側の円周上に配置された第１のＮ極永久磁石３０３、第１のＳ極永久磁石３０４、第２のＮ極永久磁石３０５及び第２のＳ極永久磁石３０６と、を有する。固定子３５２は、リング状のステータ３０２と、ステータ３０２上に沿って配置された複数の圧電素子３５４及び複数の電磁石３５５と、を有する。複数の圧電素子３５４それぞれは、第１の電極と第２の電極とに挟まれた圧電体を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と固定子を有するモータであり、
前記回転子は、リング状のロータと、前記ロータの内側の円周上に配置された第１のＮ極永久磁石、第１のＳ極永久磁石、第２のＮ極永久磁石及び第２のＳ極永久磁石と、を有し、
前記固定子は、リング状のステータと、前記ステータ上に沿って配置された複数の圧電素子及び複数の電磁石と、を有し、
前記複数の圧電素子それぞれは、第１の電極と第２の電極とに挟まれた圧電体を有する、モータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
前記圧電体は、バルク状圧電体または膜状圧電体である、モータ。
【請求項３】
請求項２に記載のモータにおいて、
前記第１の電極は、第１の導電膜または第１の強磁性膜であり、
前記第２の電極は、第２の導電膜または第２の強磁性膜である、モータ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のモータにおいて、
前記複数の圧電素子それぞれは、単結晶基板と、前記単結晶基板上に配向して形成された前記第１の電極と、前記第１の電極上に配置された前記膜状圧電体と、前記膜状圧電体上に配置された前記第２の電極と、を有する、モータ。
【請求項５】
請求項４に記載のモータにおいて、
前記単結晶基板と前記第１の電極との間に配置され、前記単結晶基板上に配向して形成された第１の膜を有する、モータ。
【請求項６】
請求項５に記載のモータにおいて、
前記単結晶基板は、シリコン基板であり、
前記第１の膜は、シリコンより酸化しやすい金属酸化膜である、モータ。
【請求項７】
請求項３に記載のモータにおいて、
前記第１及び第２の強磁性膜それぞれは、金属膜である、モータ。
【請求項８】
請求項６に記載のモータにおいて、
前記シリコン基板は、（１００）面よりなる主面を有し、
前記第１の膜は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向した酸化ジルコニウムを含む、モータ。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれか一項に記載のモータにおいて、
前記膜状圧電体は、正方晶の結晶構造を有し、かつ、（００１）配向したチタン酸ジルコン酸鉛を含む、モータ。
【請求項１０】
請求項２乃至８のいずれか一項に記載のモータにおいて、
前記膜状圧電体は、菱面体晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向したチタン酸ジルコン酸鉛を含む、モータ。
【請求項１１】
請求項２乃至８のいずれか一項に記載のモータにおいて、
前記膜状圧電体は、膜厚が５μｍ以上の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜であり、
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは下記の式１〜式７を満たし、
前記（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜は、１００以上６００以下の比誘電率を有し、
前記（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜は、３Ｖ以上１５Ｖ以下の膜厚１μｍ当たりの抗電圧及び２０μＣ／ｃｍ２以上５０μＣ／ｃｍ２以下の残留分極値の少なくとも一方を有する、モータ。
０≦δ≦１  ・・・式１
１．００≦ａ＋ｂ≦１．３５  ・・・式２
０≦ｂ≦０．０８  ・・・式３
１．００≦ｃ＋ｄ＋ｅ≦１．１  ・・・式４
０．４≦ｃ≦０．７  ・・・式５
０．３≦ｄ≦０．６  ・・・式６
０≦ｅ≦０．１  ・・・式７
【請求項１２】
請求項１１に記載のモータにおいて、
前記（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜のＸＲＤの（００２）のピーク値は、前記第１の電極のＸＲＤの（２００）のピーク値より高い、モータ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のモータにおいて、
前記第１の電極は、Ｐｔ膜よりなる、モータ。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のモータにおいて、
前記（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜のキュリー温度は、２５０℃以上４２０℃以下である、モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の永久磁石モータはロータ（回転子）鉄心内部に永久磁石を埋め込んだ構成のモータである。この構成のモータは永久磁石の吸引、反発により生じるマグネットトルクと、コイルがロータ鉄心を吸引することにより生じるリラクタンストルクとを併用することができ、高効率化を図ることが可能である（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記従来の永久磁石モータでは、ロータの高速回転時のトルクを高くすることは容易であるが、ロータの低速回転時のトルクを高くすることは容易ではない。そのため、ロータの低速回転時のトルクを容易に高くできるモータが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１３６５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一態様は、低速回転時のトルクを容易に高くできるモータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、本発明の種々の態様について説明する。
［１］回転子と固定子を有するモータであり、
前記回転子は、リング状のロータと、前記ロータの内側の円周上に配置された第１のＮ極永久磁石、第１のＳ極永久磁石、第２のＮ極永久磁石及び第２のＳ極永久磁石と、を有し、
前記固定子は、リング状のステータと、前記ステータ上に沿って配置された複数の圧電素子及び複数の電磁石と、を有し、
前記複数の圧電素子それぞれは、第１の電極と第２の電極とに挟まれた圧電体を有する、モータ。
【０００７】
［２］上記［１］に記載のモータにおいて、
前記圧電体は、バルク状圧電体または膜状圧電体である、モータ。
【０００８】
［３］上記［２］に記載のモータにおいて、
前記第１の電極は、第１の導電膜または第１の強磁性膜であり、
前記第２の電極は、第２の導電膜または第２の強磁性膜である、モータ。
【０００９】
［４］上記［２］または［３］に記載のモータにおいて、
前記複数の圧電素子それぞれは、単結晶基板と、前記単結晶基板上に配向して形成された前記第１の電極と、前記第１の電極上に配置された前記膜状圧電体と、前記膜状圧電体上に配置された前記第２の電極と、を有する、モータ。
【００１０】
［５］上記［４］に記載のモータにおいて、
前記単結晶基板と前記第１の電極との間に配置され、前記単結晶基板上に配向して形成された第１の膜を有する、モータ。
【００１１】
［６］上記［５］に記載のモータにおいて、
前記単結晶基板は、シリコン基板であり、
前記第１の膜は、シリコンより酸化しやすい金属酸化膜である、モータ。
【００１２】
［７］上記［３］に記載のモータにおいて、
前記第１及び第２の強磁性膜それぞれは、金属膜である、モータ。
【００１３】
［８］上記［６］に記載のモータにおいて、
前記シリコン基板は、（１００）面よりなる主面を有し、
前記第１の膜は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向した酸化ジルコニウムを含む、モータ。
【００１４】
［９］上記［２］乃至［８］のいずれかに記載のモータにおいて、
前記膜状圧電体は、正方晶の結晶構造を有し、かつ、（００１）配向したチタン酸ジルコン酸鉛を含む、モータ。
【００１５】
［１０］上記［２］乃至［８］のいずれかに記載のモータにおいて、
前記膜状圧電体は、菱面体晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向したチタン酸ジルコン酸鉛を含む、モータ。
【００１６】
［１１］上記［２］乃至［８］のいずれかに記載のモータにおいて、
前記膜状圧電体は、膜厚が５μｍ以上の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜であり、
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは下記の式１〜式７を満たし、
前記（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜は、１００以上６００以下の比誘電率を有し、
前記（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜は、３Ｖ以上１５Ｖ以下の膜厚１μｍ当たりの抗電圧及び２０μＣ／ｃｍ２以上５０μＣ／ｃｍ２以下の残留分極値の少なくとも一方を有する、モータ。
０≦δ≦１  ・・・式１
１．００≦ａ＋ｂ≦１．３５  ・・・式２
０≦ｂ≦０．０８  ・・・式３
１．００≦ｃ＋ｄ＋ｅ≦１．１  ・・・式４
０．４≦ｃ≦０．７  ・・・式５
０．３≦ｄ≦０．６  ・・・式６
０≦ｅ≦０．１  ・・・式７
【００１７】
［１２］上記［１１］に記載のモータにおいて、
前記（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜のＸＲＤの（００２）のピーク値は、前記第１の電極のＸＲＤの（２００）のピーク値より高い、モータ。
【００１８】
［１３］上記［１２］に記載のモータにおいて、
前記第１の電極は、Ｐｔ膜よりなる、モータ。
【００１９】
［１４］上記［１１］乃至［１３］のいずれかに記載のモータにおいて、
前記（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜のキュリー温度は、２５０℃以上４２０℃以下である、モータ。
【００２０】
なお、本明細書における圧電磁石モータとしてのモータは、ハイブリッド自動車、電気自動車、家電製品、電子機器等の種々の製品に用いることができる。
【００２１】
また、上記の本発明の種々の態様において、特定のＢ（以下「Ｂ」という）の上（または下）に特定のＣ（以下「Ｃ」という）を形成する（Ｃが形成される）というとき、Ｂの上（または下）に直接Ｃを形成する（Ｃが形成される）場合に限定されず、Ｂの上（または下）に本発明の一態様の作用効果を阻害しない範囲で、他のものを介してＣを形成する（Ｃが形成される）場合も含むものとする。
【００２２】
また、上記の本発明の種々の態様において、上下の方向が逆の態様も含むものとする。別言すれば、圧電素子の向きを上下逆転させた態様を排除する意味ではない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一態様を適用することで、低速回転時のトルクを容易に高くできるモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】圧電ステッピングモータと永久磁石モータを備えた圧電磁石モータを説明する平面図である。
【図２】図１（Ｂ），（Ｃ）に示す電磁石の一例を示す右ねじコイルである。
【図３】第１の実施形態の圧電素子の断面図である。
【図４】図１（Ｃ）に示す圧電磁石モータの一部を示す模式図である。
【図５】図１（Ｃ）に示す圧電磁石モータにおける圧電ステッピングモータを動作させる方法を示す模式図である。
【図６】圧電素子に含まれる各層の膜がエピタキシャル成長した状態を説明する図である。
【図７】第１の実施形態の圧電素子に含まれる膜状圧電体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
【図８】第１の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。
【図９】第１の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。
【図１０】第１の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。
【図１１】第１の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。
【図１２】第１の実施形態の変形例の圧電素子の断面図である。
【図１３】第１の実施形態の変形例の圧電素子の製造工程中の断面図である。
【図１４】第１の実施形態の変形例の圧電素子の製造工程中の断面図である。
【図１５】第２の実施形態の圧電素子の断面図である。
【図１６】第２の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。
【図１７】第２の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。
【図１８】本発明の一態様に係るスパッタリング装置を模式的に示す断面図である。
【図１９】１００Ｓ／Ｔ％のＤＵＴＹ比の場合を説明する図である。
【図２０】δ＝０．１２５、或はｎ＝８．０の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。
【図２１】δ＝０．２５、或はｎ＝４．０の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。
【図２２】δ＝０．５、或はｎ＝２．０の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。
【図２３】δ＝１．０、或はｎ＝１．０の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。
【図２４】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２５】（Ａ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明する平面図、（Ｂ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明する断面図である。
【図２６】（Ａ），（Ｂ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２７】（Ａ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明する平面図、（Ｂ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明する断面図である。
【図２８】（Ａ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明する平面図、（Ｂ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明する断面図である。
【図２９】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３０】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３１】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３２】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３３】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３４】（Ａ），（Ｂ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３５】（Ａ），（Ｂ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３６】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３７】実施例１のサンプルのＸＲＤパターンである。
【図３８】実施例２のサンプルのＸＲＤパターンである。
【図３９】実施例２のサンプルのＸＲＤパターンである。
【図４０】（Ａ）は実施例３のサンプルをＦＩＢ(Focused Ion Beam)で断面観察した像、（Ｂ）は実施例４のサンプルをＦＩＢで断面観察した像である。
【図４１】実施例３のＰＺＴ膜及び実施例４のＰＺＴ膜のＸＲＤチャートである。
【図４２】逆格子マップのイメージ図である。
【図４３】結晶格子面（ｈｋｌ）の逆格子ベクトルと逆格子点を説明する図である。
【図４４】Ｘ線回折条件のベクトル表記を説明する図である。
【図４５】（Ａ）〜（Ｃ）は逆格子マッピング（方法）を説明する図である。
【図４６】逆格子マッピング（方法）を説明する図である。
【図４７】ＰＺＴ単結晶の逆格子シミュレーション結果である。
【図４８】（Ａ），（Ｂ）は、実施例３（本発明５μｍ）及び実施例４（本発明１０μｍ）それぞれのサンプルを逆格子マップ測定した結果である。
【図４９】（Ａ）は実施例３（本発明５μｍ）、実施例４（本発明１０μｍ）及び実施例５（本発明２０μｍ）それぞれの強誘電性ヒステリシス曲線を示す図、（Ｂ）は実施例３〜実施例５それぞれの圧電バタフライ曲線を示す図である。
【図５０】（Ａ）は比較例２（Ｋ１４８）の強誘電性ヒステリシス曲線を示す図、（Ｂ）は比較例２（Ｋ１４８）の圧電バタフライ曲線を示す図である。
【図５１】（Ａ）は比較例３（Ｋ１２９）の強誘電性ヒステリシス曲線を示す図、（Ｂ）は比較例３（Ｋ１２９）の圧電バタフライ曲線を示す図である。
【図５２】実施例５（本発明２０μｍ）のＰＺＴ膜のｄ３３評価を行った結果を示す図である。
【図５３】（Ａ）は実施例５のサンプル（２０μｍ−ＰＺＴ膜）のＦＩＢ−ＳＥＭ像、（Ｂ）は（Ａ）の拡大像である。
【図５４】実施例４（本発明１０μｍ）のサンプルの比誘電率と誘電損失（ｔａｎδ）の温度変化を、周波数を１００ｋ，５００ｋ，１ＭＨｚと変化させて測定した結果を示す図である。
【図５５】実施例６のサンプルを示す断面図である。
【図５６】実施例６のサンプルのＸＲＤパターンである。
【図５７】実施例６のサンプルのＸＲＤパターンである。
【図５８】実施例７のサンプルをＦＩＢで断面観察した像である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２６】
［第１の実施形態］
＜圧電磁石モータ＞
図１は、圧電ステッピングモータと永久磁石モータを備えた圧電磁石モータを説明する平面図である。図１（Ａ）はロータ及び永久磁石を含む回転子を示す平面図であり、図１（Ｂ）は圧電素子及び電磁石を含む固定子を示す平面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）に示す回転子と図１（Ｂ）に示す固定子を重ね合わせた圧電磁石モータを示す平面図である。図２は、図１（Ｂ），（Ｃ）に示す電磁石の一例を示す右ねじコイルである。
【００２７】
図１（Ａ）に示すように、回転子３５１は平面形状が円形状を有し、その回転子３５１の外周にはリング状のロータ３０１が配置されている。ロータ３０１は所定のピッチで規則的に並んだ凹凸部構造の櫛歯部分を有する（図４参照）。ロータ３０１の内側にはＮ極の永久磁石３０３、Ｓ極の永久磁石３０４、Ｎ極の永久磁石３０５、Ｓ極の永久磁石３０６が交互に円周上に配置されている。なお、本第１の実施形態では、４つの永久磁石をロータ３０１の内側に配置しているが、５つ以上の永久磁石をロータの内側に配置してもよい。
【００２８】
図１（Ｂ）に示すように、固定子３５２は平面形状がリング状のステータ３０２を有し、ステータ３０２上には複数の圧電素子３５４及び複数の電磁石３５５がリング形状に沿って配置されている。圧電素子３５４と電磁石３５５は交互に配置されている。電磁石３５５は互いに間隔を空けて円周上に配置されている。ステータ３０２は所定のピッチで規則的に並んだ凹凸部構造の櫛歯部分を有する（図４参照）。
【００２９】
複数の電磁石３５５それぞれは、図２に示すように、芯３５５ａと、芯３５５ａに絶縁電線３５５ｂを巻き付けたものを有する。芯３５５ａは例えば鉄芯であり、絶縁電線３５５ｂは例えば銅線等を絶縁物で被覆した線である。絶縁電線３５５ｂに第１の矢印の方向に電流ｉを流すことで、芯３５５ａの一方をＳ極とした電磁石とすることができ、また第２の矢印の方向（第１の矢印と逆方向）に電流ｉを流すことで、芯３５５ａの一方をＮ極とした電磁石とすることができる。
【００３０】
複数の圧電素子３５４それぞれは、第１の電極と第２の電極に挟まれた圧電体を有する（図示せず）。圧電体は、バルク状圧電体であってもよいし、膜状圧電体であってもよく、詳細は後述する。
【００３１】
＜バルク状圧電体＞
Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（以下、「ＰＺＴ」という。）のバルク状圧電体の製造方法について説明する。
【００３２】
多結晶ＰＺＴ粉末を焼成し、この多結晶ＰＺＴ粉末を樹脂と混合し、その混合物をシート状にしたＰＺＴシートを形成する。このＰＺＴシートを積層し、焼き固めることで、バルク状圧電体を作製することができる。焼き固めた後の１層のＰＺＴシートの厚さは２０μｍ以上である。このバルク状圧電体の詳細な製造方法は、例えば特表２０１３−５１８４２０号公報に開示されている。
【００３３】
なお、本第１の実施形態では、圧電体にＰＺＴのバルク状圧電体を用いているが、圧電体にＰＺＴ以外のバルク状圧電体を用いることも可能である。
【００３４】
図１（Ｃ）に示す圧電磁石モータは、図１（Ａ）に示す回転子３５１上に図１（Ｂ）に示す固定子３５２を重ね合わせて配置されている。回転子３５１は軸３５３を回転中心として回転可能に設けられている。圧電磁石モータの外周は、図４に示すように、圧電素子３５４上にステータ３０２が配置され、ステータ３０２上にロータ３０１が配置された状態となっている。
【００３５】
図１（Ｃ）に示す圧電磁石モータは、回転子３５１の永久磁石３０３〜３０６と固定子３５２の電磁石３５５を含む永久磁石モータを有する。例えば時計方向に沿って、全ての電磁石３５５により発生する磁界の分布であって、固定子３５２の内周面に沿って一定の間隔で極性が逆転する磁界の分布が、さらに軸３５３を回転中心として回転するように、電磁石３５５に流す電流を周期的に変化させる。そして、軸３５３を回転中心として回転する磁界の分布に追随して、回転子３５１が回転する。このように永久磁石モータが動作する。なお、電磁石３５５に流す電流は電源（図示せず）によって供給され、その電源は制御部（図示せず）によって制御される。
【００３６】
これに加えて、図１（Ｃ）に示す圧電磁石モータでは、圧電素子３５４に含まれるバルク状圧電体または膜状圧電体を圧電ステッピングモータとして用いることによって、回転子３５１を回転させることができる。詳細には、圧電素子３５４の第１の電極と第２の電極との間にプラス電圧とマイナス電圧を交互に印加することで、図５に示すように、圧電素子３５４を膨張または収縮させる。それにより、ステータ３０２が膨張または収縮することで、ロータ３０１の凹凸部構造の櫛歯部分にステータ３０２の凹凸部構造の櫛歯部分が噛み合いながらロータ３０１を移動させ、その結果、回転子３５１を図１（Ｃ）に示す軸３５３を回転中心として回転させることができる（図４参照）。なお、図４及び図５は、図１（Ｃ）の一部を詳細に示しているため、ロータ３０１及びステータ３０２を直線的に形成した図となっているが、図１（Ｃ）に示すようにロータ３０１及びステータ３０２は円周上に配置された形状となる。このようにして圧電ステッピングモータが動作する。
【００３７】
上記の圧電磁石モータによれば、圧電ステッピングモータと永久磁石モータを有するため、ロータ３０１の低速回転時に圧電ステッピングモータを用いることで低速回転時のトルクを容易に高くすることができる。
【００３８】
また、圧電ステッピングモータと永久磁石モータを同時にまたは別々に使うことにより、回転力及び回転速度を自在に制御することができる。例えば圧電ステッピングモータは素早く力強く回転させる場合に適しており、永久磁石モータは高速回転に適している。そのため、圧電ステッピングモータと永久磁石モータを組み合わせることで、種々の用途に使用できるモータを実現することができる。
【００３９】
さらに詳細に説明する。
【００４０】
圧電ステッピングモータ（超音波モータ）は、人間の耳には聞こえない超音波（周波数20ｋHz以上）を使ってロータを移動させるモータである。超音波モータは超音波の発生に圧電素子を使用し、圧電素子は２つの端子に±電位差を与えると、電位の向きによって膨張、または収縮する。この膨張・収縮により超音波が発生する。
【００４１】
超音波モータがどのように動作するのかを説明する。
【００４２】
まず図１（Ｂ）のように円形のステータ３０２と呼ばれる金属板の平面上に、等間隔に圧電素子３５４を貼り付け、図５の上図のように圧電素子３５４を１個おきにそれぞれつなぎ、電極を付与する。この電極に＋、及び、−の電位を交互に与える（正弦波）と、図５の下図のように圧電素子３５４が上下に震動し、その震動がステータ反対面の規則正しく並んだ凹凸部構造の櫛歯部分に伝わる。つまり電極間に印加した±電圧の正弦波が右に進むにつれて、櫛歯部分の突起が次々に上下に動き、その突起の頂点を追いかけると、反時計回りの楕円運動になっている。
【００４３】
このステータ３０２上の櫛歯に接するように、図４及び図１（Ｃ）のようにロータ３０１を設置する。ロータ３０１の中心部には回転軸としての軸３５３が設置されている。ロータ３０１は進行方向と反対方向に回転する。これが超音波モータの動作原理の概要である。
【００４４】
＜膜状圧電体＞
以下に膜状圧電体について詳細に説明する。
【００４５】
図３は、第１の実施形態の圧電素子の断面図である。この圧電素子１０は図１に示す圧電素子３５４に相当する。
【００４６】
図３に示すように、本第１の実施形態の圧電素子１０は、第１の電極１３と第２の電極１５に挟まれた圧電膜としての膜状圧電体１４を有する。詳細には、基板１１上には、所定の面に配向した配向膜（第１の膜ともいう）１２が形成されており、配向膜１２上には第１の電極１３が形成されている。第１の電極１３は第１の導電膜または強磁性膜（第１の強磁性膜ともいう）であるとよい。第２の電極１５は第２の導電膜または強磁性膜（第２の強磁性膜ともいう）であるとよい。また、第１の電極１３は基板１１上に配向して形成されているとよい。第１及び第２の強磁性膜それぞれは金属膜であるとよい。
【００４７】
基板１１は、単結晶基板を用いるとよく、単結晶基板にはシリコン（Ｓｉ）基板を含む。配向膜１２は、基板１１上にエピタキシャル成長し、基板１１上に配向して形成されている。配向膜１２は、基板１１より酸化しやすい金属酸化膜、すなわち基板１１より酸化しやすい金属の酸化膜であるとよく、基板１１がシリコン基板である場合はシリコンより酸化しやすい金属の酸化膜（例えばジルコニウム及び酸素を含有する膜、ＺｒＯ２膜、ＣｅＯ２膜、ＨｆＯ２膜等）であるとよい。強磁性膜は永久磁石膜であってもよい。強磁性膜は、配向膜１２上にエピタキシャル成長している。また、強磁性膜は配向膜１２上に配向して形成されている。強磁性膜は金属膜であるとよい。
【００４８】
上記の強磁性膜は配向して形成されているため、強磁性膜の特性を、配向していない強磁性膜に比べて向上させることができる。また、強磁性膜が配向すると分極しやすくなるという利点がある。
【００４９】
ここで、基板１１の主面としての上面１１ａ内で互いに直交する２つの方向を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とし、上面１１ａに垂直な方向をＺ軸方向としたとき、ある膜がエピタキシャル成長しているとは、その膜が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のいずれの方向にも配向していることが好ましい。
【００５０】
好適には、基板１１は、シリコン単結晶よりなり、（１００）面よりなる主面としての上面１１ａを有する。配向膜１２は、基板１１の（１００）面よりなる上面１１ａ上に、エピタキシャル成長しているとよい。配向膜１２は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を含むとよい。例えば、シリコン単結晶よりなる基板１１の、（１００）面よりなる上面１１ａ上に、（１００）配向したＺｒＯ２膜よりなる配向膜１２が、形成されている。
【００５１】
ここで、配向膜１２が（１００）配向している、とは、立方晶の結晶構造を有する配向膜１２の（１００）面が、シリコン単結晶よりなる基板１１の、（１００）面よりなる主面としての上面１１ａに沿っていることが好ましく、好適には、シリコン単結晶よりなる基板１１の、（１００）面よりなる上面１１ａに平行であるとよい。また、配向膜１２の（１００）面が基板１１の（１００）面よりなる上面１１ａに平行であるとは、配向膜１２の（１００）面が基板１１の上面１１ａに完全に平行な場合のみならず、基板１１の上面１１ａに完全に平行な面と配向膜１２の（１００）面とのなす角度が２０°以下であるような場合を含む。
【００５２】
あるいは、配向膜１２として、単層膜よりなる配向膜１２に代え、積層膜よりなる配向膜１２が、基板１１上に形成されていてもよい。
【００５３】
強磁性膜として永久磁石膜を用いる場合、希土類元素を含有する永久磁石膜、すなわち希土類磁石よりなる永久磁石膜を用いることができる。あるいは、永久磁石膜として、希土類磁石以外の永久磁石膜を用いることができる。
【００５４】
第１の電極１３上にはエピタキシャル成長した膜状圧電体１４が形成されている。
【００５５】
膜状圧電体１４として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、すなわちＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）を含む膜状圧電体１４を用いることができる。これにより、膜状圧電体１４の圧電定数を、膜状圧電体１４がチタン酸ジルコン酸鉛を含まない場合に比べ、大きくすることができる。
【００５６】
膜状圧電体１４がＰＺＴを含む場合、好適には、膜状圧電体１４は、正方晶の結晶構造を有し、かつ、（００１）配向している。正方晶の結晶構造を有するＰＺＴでは、［００１］方向に沿った電界が印加される場合に、大きな圧電定数ｄ３３及びｄ３１が得られる。そのため、膜状圧電体１４の圧電定数を、さらに大きくすることができる。
【００５７】
膜状圧電体１４がＰＺＴを含む場合、好適には、膜状圧電体１４は、菱面体晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向している。菱面体晶の結晶構造を有するＰＺＴでは、［１００］方向に沿った電界が印加される場合に、大きな圧電定数ｄ３３及びｄ３１が得られる。そのため、膜状圧電体１４の圧電特性を、さらに大きくすることができる。
【００５８】
本第１の実施形態によれば、第１の電極１３、及び第２の電極１５の一方あるいは両方を強磁性膜で形成することで、磁性電極がフェライトコアとして働くことで、その整流作用により電流が流れるときに発生する高周波ノイズが減少し、結果として圧電性を効果的に取り出すことができる。
【００５９】
図６は、圧電素子に含まれる各層の膜がエピタキシャル成長した状態を説明する図である。図６では、一例として、強磁性膜としての永久磁石膜としての第１の電極１３がＮｉを含む場合について、説明する。しかし、第１の電極１３がＮｉを含む場合以外の場合についても、同様に、説明することができる。
【００６０】
第１の電極１３がＮｉを含む場合、基板１１に含まれるＳｉの格子定数、配向膜１２に含まれるＺｒＯ２の格子定数、第１の電極１３に含まれるＮｉの格子定数、膜状圧電体（圧電膜）１４に含まれるＰＺＴの格子定数は、図６の表に示すとおりである。
【００６１】
ＺｒＯ２の格子定数とＳｉの格子定数との間の整合性がよい。そのため、ＺｒＯ２を含む配向膜１２を、シリコン単結晶を含む基板１１の（１００）面よりなる主面上にエピタキシャル成長させることができ、ＺｒＯ２を含む配向膜１２を、シリコン単結晶を含む基板１１の（１００）面上に、（１００）配向させることができ、配向膜１２の結晶性を向上させることができる。
【００６２】
また、Ｎｉの格子定数とＺｒＯ２の格子定数との間の整合性がよい。これは、Ｎｉの格子定数はＺｒＯ２の格子定数よりも小さいが、Ｎｉが平面内で４５°回転すると、対角線の長さが、ＺｒＯ２のａ軸と整合するためである。そのため、Ｎｉを含む第１の電極１３を、ＺｒＯ２を含む配向膜１２上にエピタキシャル成長させることができ、Ｎｉを含む第１の電極１３を、ＺｒＯ２を含む配向膜１２の（１００）面上に、（１００）配向させることができ、第１の電極１３の結晶性を向上させることができる。
【００６３】
また、ＰＺＴの格子定数とＮｉの格子定数との間の整合性がよい。そのため、ＰＺＴを含む膜状圧電体１４を、Ｎｉを含む第１の電極１３上にエピタキシャル成長させることができ、ＰＺＴを含む膜状圧電体１４を、Ｎｉを含む第１の電極１３の（１００）面上に、（１００）配向させることができ、膜状圧電体１４の結晶性を向上させることができる。
【００６４】
このように、本第１の実施形態では、第１の電極１３及び膜状圧電体１４がエピタキシャル成長している。これにより、第１の電極１３がエピタキシャル成長していない場合に比べ、第１の電極１３の残留磁化を増加させることができ、膜状圧電体１４がエピタキシャル成長していない場合に比べ、膜状圧電体１４の圧電定数を増加させることができる。
【００６５】
図７は、第１の実施形態の圧電素子に含まれる膜状圧電体の分極の電圧依存性を示すグラフである。言い換えれば、図７は、Ｐ−Ｖヒステリシス曲線を示すグラフである。また、図７では、本第１の実施形態の圧電素子に含まれる膜状圧電体１４の分極の電圧依存性を、比較例の圧電素子に含まれる膜状圧電体１４の分極の電圧依存性と合わせて示す。比較例の圧電素子に含まれる膜状圧電体１４は、配向膜１２を省略するか、または、成膜条件を変更することにより、エピタキシャル成長していない、すなわち、比較例の圧電素子に含まれる膜状圧電体１４は、基板１１の主面としての上面１１ａに垂直な方向、及び、基板１１の主面としての上面１１ａに平行で、かつ、互いに直交する２つの方向のいずれの方向にも、配向していない。
【００６６】
図７に示すように、本第１の実施形態の圧電素子に含まれる膜状圧電体１４では、分極反転に必要な電圧、すなわち抗電圧が大きく、例えば正の電圧から負の電圧に反転させた場合の抗電圧の絶対値は、１００Ｖ程度である。一方、比較例の圧電素子に含まれる膜状圧電体１４の抗電圧の絶対値は、２０Ｖ程度である。抗電圧が大きいことは、膜状圧電体１４の分極軸が基板１１の主面としての上面１１ａに垂直な方向に配向することにより、膜状圧電体１４の分極が安定化していることを意味する。そして、膜状圧電体１４に周期的に変化する電圧を印加して歪みを周期的に発生させた場合でも、発生する歪み量が劣化せず安定していることを意味する。あるいは、膜状圧電体１４に周期的に変化する歪みを印加して電圧を周期的に発生させた場合でも、発生する電圧が劣化せず安定していることを意味する。
【００６７】
図示は省略するが、同様に、本第１の実施形態の圧電素子１０に含まれる第１の電極１３が永久磁石膜である場合では、磁化の磁界依存性、すなわち磁化ヒステリシス曲線において、磁化反転に必要な電圧、すなわち保持力が大きい。保持力が大きいことは、永久磁石膜の容易に磁化しやすい方向が基板１１の主面としての上面１１ａに垂直または平行な方向に配向することにより、永久磁石膜の残留磁化が安定化していることを意味する。そして、永久磁石膜に周期的に変化する磁界を印加した場合でも、永久磁石膜の残留磁化が劣化せず安定していることを意味する。
【００６８】
＜膜状圧電体を有する圧電素子の製造方法＞
次に、図８〜図１１を参照し、本第１の実施形態の圧電素子の製造方法を説明する。図８〜図１１は、第１の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。
【００６９】
まず、図８に示すように、基板１１を用意する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、シリコン単結晶よりなる基板１１を用意する。また、好適には、シリコン単結晶よりなる基板１１は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）面よりなる主面としての上面１１ａを有する。なお、基板１１の上面１１ａ上には、ＳｉＯ２膜などの酸化膜が形成されていてもよい。
【００７０】
次に、図９に示すように、基板１１上に、配向膜１２を形成する（ステップＳ２）。以下では、電子ビーム蒸着法を用いて配向膜１２を形成する場合を例示して説明するが、例えばスパッタリング法など各種の方法を用いて形成することができる。
【００７１】
ステップＳ２では、まず、基板１１を一定の真空雰囲気中に配置した状態で、基板１１を７００℃以上（好ましくは８００℃以上）に加熱する。
【００７２】
ステップＳ２では、次に、Ｚｒ単結晶の蒸着材料を用いた電子ビーム蒸着法によりＺｒを蒸発させる。このとき、蒸発したＺｒが７００℃以上に加熱された基板１１上で酸素と反応することにより、ＺｒＯ２膜となって成膜される。そして、単層膜としてのＺｒＯ２膜よりなる配向膜１２が形成される。
【００７３】
図３を用いて前述したように、配向膜１２は、シリコン単結晶よりなる基板１１の（１００）面よりなる主面としての上面１１ａ上に、エピタキシャル成長する。配向膜１２は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を含む。すなわち、シリコン単結晶よりなる基板１１の、（１００）面よりなる上面１１ａ上に、（１００）配向したＺｒＯ２膜を含む単層膜よりなる配向膜１２が、形成される。
【００７４】
前述したように、シリコン単結晶よりなる基板１１の（１００）面よりなる上面１１ａ内で互いに直交する２つの方向を、Ｘ軸方向（図３参照）及びＹ軸方向（図３参照）とし、上面１１ａに垂直な方向をＺ軸方向（図３参照）とする。このとき、ある膜がエピタキシャル成長するとは、その膜が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のいずれの方向にも配向することが好ましい。
【００７５】
配向膜１２の膜厚は、２ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましく、１０ｎｍ〜５０ｎｍであることがより好ましい。このような膜厚を有することにより、エピタキシャル成長し、単結晶に極めて近い配向膜１２を形成することができる。
【００７６】
あるいは、配向膜１２として、単層膜よりなる配向膜１２に代え、積層膜としての配向膜１２を、基板１１上に形成してもよい。このような場合、ステップＳ２では、基板１１を一定の真空雰囲気中に配置した状態で、基板１１を７００℃以上（好ましくは８００℃以上）に加熱し、Ｚｒ単結晶の蒸着材料を用いた電子ビーム蒸着法により、Ｚｒを蒸発させる。このとき、蒸発したＺｒが、７００℃以上に加熱された基板１１の（１００）面よりなる主面としての上面１１ａ上に、Ｚｒ膜として成膜される。このＺｒ膜の膜厚は、例えば０．２ｎｍ〜３０ｎｍであることが好ましく、０．２ｎｍ〜５ｎｍであることがより好ましい。
【００７７】
積層膜としての配向膜１２を形成する場合、次に、Ｚｒ単結晶の蒸着材料を用いた電子ビームによる蒸着法によりＺｒを蒸発させ、蒸発したＺｒが７００℃以上に加熱された基板１１のＺｒ膜上で酸素と反応することにより、ＺｒＯ２膜となって成膜される。
【００７８】
積層膜としての配向膜１２を形成する場合、次に、Ｙの蒸着材料を用いた電子ビームによる蒸着法によりＹを蒸発させ、蒸発したＹが７００℃以上に加熱された基板１１のＺｒＯ２膜上で酸素と反応することにより、Ｙ２Ｏ３膜となって成膜される。
【００７９】
このようにして、ＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜との成膜をＮ回（Ｎは１以上の整数）繰り返した後、Ｙ２Ｏ３膜上に上記と同様の方法でＺｒＯ２膜を成膜する。これにより、ＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ２膜とが交互に積層され、かつＹ２Ｏ３膜をＺｒＯ２膜が上下から挟み込む上下対称のサンドイッチ構造とした配向膜１２が形成される。ＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜との接合部にヤング率が５２２ＧＰａと非常に硬く脆い材料であるイットリア安定化ジルコニウム（Yttria Stabilized Zirconia：ＹＳＺ）膜が熱拡散によって形成されたとしても、上下対称のサンドイッチ構造とすることで、ＹＳＺ膜の応力による反りを回避することができる。
【００８０】
次に、図１０に示すように、配向膜１２上に、第１の電極１３としての永久磁石膜を形成する（ステップＳ３）。以下では、スパッタリング法を用いて永久磁石膜を形成する方法を例示して説明するが、例えば電子ビーム蒸着法など、各種の方法を用いて形成することができる。
【００８１】
ステップＳ３では、配向膜１２上に、例えばスパッタリング法により永久磁石膜を成膜する。このとき、成膜時の基板１１の温度を、成膜された永久磁石膜が結晶化する温度範囲の下限値以上とし、結晶化した永久磁石膜を直接形成してもよい。あるいは、成膜時の基板１１の温度を、成膜された永久磁石膜が結晶化する温度範囲の下限値未満とし、永久磁石膜を成膜した後、成膜された永久磁石膜が結晶化する温度範囲の下限値以上の温度で基板１１を熱処理して永久磁石膜を結晶化させてもよい。
【００８２】
また、成膜時の基板１１の温度を、永久磁石膜が結晶化する温度範囲の下限値以上とする場合は、永久磁石膜が酸化されないように、基板１１は、真空中または不活性ガス雰囲気中に配置されることが望ましい。また、成膜された永久磁石膜を結晶化させるための熱処理の時間は、熱処理の際の基板１１の温度、すなわち熱処理温度によっても異なるが、例えば、熱処理温度が６５０℃のとき、０．２〜２時間程度の加熱処理を行うことが好ましい。
【００８３】
永久磁石膜として、希土類元素を含有する永久磁石膜、すなわち希土類磁石よりなる永久磁石膜を用いることができる。あるいは、永久磁石膜として、希土類磁石以外の永久磁石膜を用いることができる。
【００８４】
好適には、希土類磁石よりなる永久磁石膜として、Ｒを希土類元素とするとき、Ｒ２Ｆｅ１４ＢなどのＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石、ＲＣｏ５及びＲ２（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ）１７などのＲ−Ｃｏ系希土類磁石、ならびに、Ｒ２Ｆｅ１７Ｎ３及びＲＦｅ７ＮｘなどのＲ−Ｆｅ−Ｎ系希土類磁石、からなる群から選択された一種以上の希土類磁石を含む永久磁石膜を用いることができる。これにより、永久磁石膜の表面に垂直な残留磁化を、希土類磁石以外の永久磁石膜を用いる場合に比べ、大きくすることができる。
【００８５】
なお、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石は非晶質化しやすいので、成膜時の基板温度を３００℃以上８００℃以下の範囲に制御するか、または、成膜後に４００℃以上８００℃以下の加熱処理によって、結晶化することが望ましい。
【００８６】
永久磁石膜がＲ２Ｆｅ１４Ｂを含むとき、永久磁石膜は、好適には、正方晶の結晶構造を有し、かつ、（００１）配向する。（００１）配向したＲ２Ｆｅ１４Ｂは、第１の電極１３の表面に垂直な磁化を有する垂直磁化膜になりやすいため、第１の電極１３の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
【００８７】
永久磁石膜がＲＣｏ５を含むとき、永久磁石膜は、好適には、六方晶の結晶構造を有し、かつ、（１１−２０）配向する。（１１−２０）配向したＲＣｏ５は、永久磁石膜の表面に平行な磁化を有する磁化膜になりやすいが、永久磁石膜の表面に垂直な磁化もある程度大きくなるため、永久磁石膜の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
【００８８】
永久磁石膜がＲ２（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ）１７を含むとき、永久磁石膜は、好適には、六方晶の結晶構造を有し、かつ、（１１−２０）配向する。（１１−２０）配向したＲ２（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ）１７は、永久磁石膜の表面に平行な磁化を有する磁化膜になりやすいが、永久磁石膜の表面に垂直な磁化もある程度大きくなるため、永久磁石膜の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
【００８９】
一方、希土類磁石以外の永久磁石膜として、Ｎｉ磁石、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などのＡｌ−Ｎｉ−Ｃｏ系磁石、Ｆｅ３Ｐｔ、ＦｅＰｔ及びＦｅＰｔ３などのＦｅ−Ｐｔ系磁石、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石、Ｓｒフェライト磁石、ならびに、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、からなる群から選択された一種以上よりなる永久磁石膜を用いることができる。
【００９０】
永久磁石膜がＮｉを含むとき、前述したように、永久磁石膜は、好適には、立方晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向する。立方晶の結晶構造を有するＮｉでは、［１００］方向に沿った残留磁化が得られるため、永久磁石膜の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
【００９１】
永久磁石膜を形成する際に基板１１を熱処理する方法は任意であり、例えばシースヒータや赤外線ランプヒータによって、直接的または間接的に基板１１を熱処理してもよい。また、永久磁石膜を形成した後に基板１１を熱処理する場合、永久磁石膜を酸化しないように、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で基板１１を熱処理することが望ましい。この熱処理を行う熱処理時間は、熱処理の際の熱処理温度によっても異なるが、例えば、熱処理温度が６５０℃のとき、０．２〜２時間程度の熱処理を行うことが好ましい。
【００９２】
なお、永久磁石膜を成膜する際のターゲットが同じ組成であっても、配向膜１２の面内方向の格子定数及び永久磁石膜の成膜条件によって、永久磁石膜の組成を変更することができ、この組成の変更に伴って、永久磁石膜の結晶の対称性や配向方向を変更することができる。
【００９３】
そのため、永久磁石膜がＲ２Ｆｅ１４Ｂを含む場合、永久磁石膜は、正方晶（００１）配向したＲ２Ｆｅ１４Ｂに代えて、正方晶（１００）配向したＲ２Ｆｅ１４Ｂを含むこともできる。あるいは、永久磁石膜がＲＣｏ５またはＲ２（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ）１７を含む場合、永久磁石膜は、六方晶（１１−２０）配向したＲＣｏ５またはＲ２（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ）１７に代えて、六方晶（０００１）配向したＲＣｏ５またはＲ２（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ）１７を含むこともできる。
【００９４】
そして、永久磁石膜が容易に磁化しやすい方向が永久磁石膜の表面に垂直な場合には、容易に垂直磁化膜が得られ、永久磁石膜が容易に磁化しやすい方向が永久磁石膜の表面に平行な場合には、容易に面内磁化膜が得られる。そのため、永久磁石膜の磁化の方向を揃えることができ、永久磁石膜の磁化の大きさを容易に大きくすることができる。
【００９５】
次に、図１１に示すように、第１の電極１３上に、圧電膜としての膜状圧電体１４を形成する（ステップＳ４）。以下では、塗布法を用いて膜状圧電体１４を形成する方法を例示して説明する。
【００９６】
このステップＳ４では、第１の電極１３上に、化学量論組成を有する非晶質ＰＺＴ膜、または、化学量論組成を有する非晶質ＰＺＴ膜における鉛の含有量よりも少ない含有量の鉛を含有する非晶質ＰＺＴ膜を形成する。次に、この非晶質ＰＺＴ膜を加圧酸素雰囲気で熱処理し、非晶質ＰＺＴ膜を結晶化することにより、ＰＺＴを含む膜状圧電体１４を、第１の電極１３上に形成する。なお、化学量論組成を有する非晶質ＰＺＴ膜における鉛の含有量を１００原子％としたとき、化学量論組成を有する非晶質ＰＺＴ膜における鉛の含有量よりも少ない鉛の含有量は、好適には、８０〜９５原子％である。
【００９７】
以下では、非晶質ＰＺＴ膜の形成方法について説明する。
【００９８】
まず、非晶質ＰＺＴ膜形成用ゾルゲル溶液を用意する。非晶質ＰＺＴ膜形成用ゾルゲル溶液として、ブタノールを溶媒とし、鉛が７０〜９０％不足した量添加された、濃度が１０重量％であるＥ１溶液を、用意することができる。
【００９９】
このＥ１溶液に、ジメチルアミノエタノールなどのアミノ基を有するアルカリ性アルコールを、体積比で、Ｅ１溶液：ジメチルアミノエタノール＝７：３の割合で添加する。これにより、ｐＨ＝１２となり、強アルカリ性を示すＥ１溶液を得ることができる。
【０１００】
次に、Ｅ１溶液を用いたスピンコート法により、非晶質ＰＺＴ膜を形成する。スピンコーターに含まれ、かつ、回転可能に設けられた基板保持部に、基板１１を保持し、一定量のＥ１溶液を第１の電極１３の表面に塗布した後、先ず８００ｒｐｍで５秒間回転させ、１５００ｒｐｍで１０秒間回転させた後、１０秒間で徐々に３０００ｒｐｍまで回転数を上昇させてＥ１溶液を塗布する。次に、Ｅ１溶液が塗布された基板１１を、１５０℃に温度調節されたホットプレート上で５分間放置し、３００℃に温度調節されたホットプレート上で１０分間放置した後、室温まで冷却する。これを５回繰り返すことにより、例えば２００ｎｍの膜厚を有する非晶質ＰＺＴ膜を、第１の電極１３上に形成することができる。
【０１０１】
次に、加圧酸素雰囲気で非晶質ＰＺＴ膜を熱処理する。これにより、非晶質ＰＺＴ膜が結晶化された膜状圧電体１４を、第１の電極１３上に形成する。
【０１０２】
なお、Ｅ１溶液が同じ組成を有する場合でも、永久磁石膜（第１の電極１３）の面内方向の格子定数及び永久磁石膜の成膜条件によって、膜状圧電体１４の組成を変更することができ、この組成の変更に伴って、膜状圧電体１４の結晶の対称性や配向方向を変更することができる。例えば、非晶質ＰＺＴ膜が、組成式ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）で表されるＺｒ／Ｔｉとして、５８／４２（ｘ＝０．５８）、５２／４８（ｘ＝０．５２）及び４２／５８（ｘ＝０．４２）のいずれの組成を有する場合でも、形成された膜状圧電体１４が、Ｚｒ／Ｔｉとして、本来菱面体晶を有する組成である５５／４５を有するが、正方晶の結晶構造を有し、かつ、（００１）配向することが可能である。
【０１０３】
また、上記した例では、塗布法を用いて膜状圧電体１４を形成する方法を例示して説明したが、膜状圧電体１４を形成する方法は、塗布法に限られない。したがって、スパッタリング法を用いて膜状圧電体１４を形成してもよい。
【０１０４】
スパッタリング法を用いて膜状圧電体１４を形成する場合、スパッタリングターゲットが同じ組成を有する場合でも、永久磁石膜の面内方向の格子定数及び永久磁石膜の成膜条件によって、膜状圧電体１４の組成を変更することができ、この組成の変更に伴って、膜状圧電体１４の結晶の対称性や配向方向を変更することができる。例えば、スパッタリングターゲットが、組成式ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）で表されるＺｒ／Ｔｉとして、５８／４２（ｘ＝０．５８）、５２／４８（ｘ＝０．５２）及び４２／５８（ｘ＝０．４２）のいずれの組成を有する場合でも、形成された膜状圧電体１４が、Ｚｒ／Ｔｉとして、本来菱面体晶を有する組成である５５／４５を有するが、正方晶の結晶構造を有し、かつ、（００１）配向することが可能である。
【０１０５】
このようにして、図３に示す圧電素子１０が形成される。なお、膜状圧電体１４を形成した後、膜状圧電体１４上に、第２の電極１５を形成してもよい。
【０１０６】
前述した図６を用いて説明したように、ＺｒＯ２の格子定数とＳｉの格子定数との間の整合性がよい。そのため、ＺｒＯ２を含む配向膜１２を、シリコン単結晶を含む基板１１の、（１００）面よりなる主面上にエピタキシャル成長させることができ、ＺｒＯ２を含む配向膜１２を、シリコン単結晶を含む基板１１の（１００）面上に、（１００）配向させることができ、配向膜１２の結晶性を向上させることができる。
【０１０７】
また、前述した図６を用いて説明したように、Ｎｉの格子定数とＺｒＯ２の格子定数との間の整合性がよい。そのため、Ｎｉを含む永久磁石膜を、ＺｒＯ２を含む配向膜１２上にエピタキシャル成長させることができ、Ｎｉを含む永久磁石膜を、ＺｒＯ２を含む配向膜１２の（１００）面上に、（１００）配向させることができ、永久磁石膜の結晶性を向上させることができる。
【０１０８】
また、前述した図６を用いて説明したように、ＰＺＴの格子定数とＮｉの格子定数との間の整合性がよい。そのため、ＰＺＴを含む膜状圧電体１４を、Ｎｉを含む永久磁石膜上にエピタキシャル成長させることができ、ＰＺＴを含む膜状圧電体１４を、Ｎｉを含む永久磁石膜の（１００）面上に、（１００）配向させることができ、膜状圧電体１４の結晶性を向上させることができる。
【０１０９】
＜第１の実施形態の変形例＞
第１の実施形態では、第１の電極としての永久磁石膜上に、膜状圧電体１４が直接形成されていた。しかし、永久磁石膜上に、導電膜１３ａを介して膜状圧電体１４が形成されていてもよい。このような例を、第１の実施形態の変形例として説明する。
【０１１０】
図１２は、第１の実施形態の変形例の圧電素子の断面図である。図１２に示すように、本変形例の圧電素子１０ａは、基板１１と、配向膜１２と、第１の電極１３と、導電膜１３ａと、膜状圧電体（圧電膜）１４と、を有する。
【０１１１】
基板１１は、シリコン基板よりなる。配向膜１２は、基板１１上にエピタキシャル成長し、かつ、ジルコニウム及び酸素を含有する。基板１１及び配向膜１２の配向方向などの詳細については、第１の実施形態と同様にすることができる。
【０１１２】
第１の電極１３は、配向膜１２上にエピタキシャル成長している。第１の電極１３として、第１の実施形態と同様に、希土類元素を含有する永久磁石膜、すなわち希土類磁石よりなる永久磁石膜を用いることができる。あるいは、永久磁石膜として、希土類磁石以外の永久磁石膜を用いることができる。
【０１１３】
図１２では、第１の電極１３がＡｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を含む場合を例示して説明する。このときも、第１の実施形態と同様に、第１の電極１３は、好適には、立方晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向している。立方晶の結晶構造を有するＡｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金では、［１００］方向に沿った残留磁化が得られるため、第１の電極１３の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
【０１１４】
ここで、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金中のＡｌの拡散係数が高い。そのため、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を含む第１の電極１３を成膜する際の成膜条件によっては、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金中のＡｌが、ＺｒＯ２を含む配向膜１２中に拡散することにより、配向膜１２の上層部に、アルミナ安定化ジルコニア（Almina Stabilized Zirconia：ＡＳＺ）を含む拡散層１２ａが形成される。ＡＳＺは、ＹＳＺと同様に、ＺｒＯ２に比べ、立方晶（１００）配向しやすい。そのため、拡散層１２ａが形成される場合、拡散層１２ａが形成されない場合に比べ、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を含む第１の電極１３が、さらに立方晶（１００）配向しやすくなる。
【０１１５】
なお、第１の電極１３がＡｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を含む場合以外の場合については、配向方向なども含めて、第１の実施形態と同様にすることができる。
【０１１６】
導電膜１３ａは、第１の電極１３上にエピタキシャル成長している。導電膜１３ａとして、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）などのペロブスカイト構造を有する導電性酸化物、及び、Ｐｔなどの金属、からなる群から選択された一種以上の導電体を含む導電膜１３ａを用いることができる。
【０１１７】
導電膜１３ａがＳｒＲｕＯ３を含む場合、好適には、導電膜１３ａは、立方晶または疑立方晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向している。また、導電膜１３ａがＰｔを含む場合、好適には、導電膜１３ａは、立方晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向している。立方晶の結晶構造を有する導電膜１３ａ上には、例えばＰＺＴを含む膜状圧電体１４が容易にエピタキシャル成長することができる。そのため、膜状圧電体１４の圧電定数を、さらに大きくすることができる。
【０１１８】
膜状圧電体１４は、導電膜１３ａ上にエピタキシャル成長している。すなわち膜状圧電体１４は、第１の電極１３上に、導電膜１３ａを介して形成されている。膜状圧電体１４については、第１の実施形態と同様にすることができる。なお、第１の実施形態と同様に、膜状圧電体１４上に第２の電極１５が形成されていてもよい。
【０１１９】
このような本変形例によれば、膜状圧電体１４の下部電極（第１の電極）の電気抵抗を低減することができ、膜状圧電体１４に印加される電圧が所望の電圧から降下することを防止または抑制することができる。また、導電膜１３ａとしてＳｒＲｕＯ３を含む導電膜を用いる場合には、膜状圧電体１４と、膜状圧電体１４の下部電極と、の間の界面に異相が析出して圧電特性が劣化することを、防止または抑制することができる。
【０１２０】
図１３及び図１４は、第１の実施形態の変形例の圧電素子の製造工程中の断面図である。
【０１２１】
本変形例の圧電素子の製造工程では、第１の実施形態で図８及び図９を用いて説明した工程（ステップＳ１及びステップＳ２）を行って、配向膜１２を形成した後、図１３に示すように、配向膜１２上に、例えばスパッタリング法により第１の電極１３を形成する。ここで、第１の電極１３として、例えばＡｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を含む第１の電極１３を形成する場合、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金中のＡｌが、ＺｒＯ２を含む配向膜１２中に拡散することにより、配向膜１２の上層部に、ＡＳＺを含む拡散層１２ａが形成される。
【０１２２】
次に、図１４に示すように、第１の電極１３上に、例えばスパッタリング法により導電膜１３ａを形成する。導電膜１３ａとして、例えばＳｒＲｕＯ３などのペロブスカイト構造を有する導電性酸化物、及び、Ｐｔなどの金属、からなる群から選択された一種以上の導電体を含む導電膜１３ａを形成することができる。
【０１２３】
次に、第１の実施形態で図１１を用いて説明した工程（ステップＳ４）と同様の工程を行って、図１２に示すように、導電膜１３ａ上に、膜状圧電体１４を形成する。このようにして、圧電素子１０ａが形成される。なお、第１の実施形態と同様に、膜状圧電体１４上に、第２の電極１５を形成してもよい。
【０１２４】
［第２の実施形態］
第１の実施形態の圧電素子では、配向膜と圧電膜との間に永久磁石膜が形成されていた。しかし、配向膜と圧電膜との間に導電膜が形成され、永久磁石膜が圧電膜上に形成されていてもよい。このような例を、第２の実施形態として説明する。なお、本第２の実施形態において第１の実施形態と同一部分の説明は省略する。
【０１２５】
＜膜状圧電体を有する圧電素子＞
図１５は、第２の実施形態の圧電素子の断面図である。
【０１２６】
図１５に示すように、本第２の実施形態の圧電素子１０ｂは、基板１１と、配向膜１２と、導電膜１３ｂ（第１の導電膜ともいう）と、膜状圧電体（圧電膜）１４と、永久磁石膜１５ａと、を有する。
【０１２７】
基板１１は、シリコン基板よりなる。配向膜１２は、基板１１上にエピタキシャル成長し、かつ、ジルコニウム及び酸素を含有する。基板１１及び配向膜１２の配向方向などの詳細については、第１の実施形態と同様にすることができる。
【０１２８】
導電膜１３ｂは、配向膜１２上にエピタキシャル成長している。導電膜１３ｂとして、ＳｒＲｕＯ３などのペロブスカイト構造を有する導電性酸化物、及び、Ｐｔなどの金属、からなる群から選択された一種以上の導電体を含む導電膜１３ｂを用いることができる。
【０１２９】
導電膜１３ｂがＳｒＲｕＯ３を含む場合、好適には、導電膜１３ｂは、立方晶または疑立方晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向している。また、導電膜１３ｂがＰｔを含む場合、好適には、導電膜１３ｂは、立方晶の結晶構造を有し、かつ、（１００）配向している。立方晶の結晶構造を有する導電膜１３ｂ上には、例えばＰＺＴを含む膜状圧電体１４が容易にエピタキシャル成長することができる。そのため、膜状圧電体１４の圧電定数を、さらに大きくすることができる。
【０１３０】
膜状圧電体１４は、導電膜１３ｂ上にエピタキシャル成長している。膜状圧電体１４の配向方向などの詳細については、第１の実施形態と同様にすることができる。
【０１３１】
永久磁石膜１５ａは、膜状圧電体１４上にエピタキシャル成長している。永久磁石膜１５ａとして、第１の実施形態の第１の電極１３と同様に、希土類元素を含有する永久磁石膜、すなわち希土類磁石よりなる永久磁石膜を用いることができる。あるいは、永久磁石膜として、希土類磁石以外の永久磁石膜を用いることができる。また、永久磁石膜１５ａの配向方向などの詳細については、第１の実施形態の第１の電極１３と同様にすることができる。
【０１３２】
本第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様に、膜状圧電体１４及び永久磁石膜１５ａがエピタキシャル成長している。これにより、膜状圧電体１４がエピタキシャル成長していない場合に比べ、膜状圧電体１４の圧電定数を増加させることができ、永久磁石膜１５ａがエピタキシャル成長していない場合に比べ、永久磁石膜１５ａの残留磁化を増加させることができる。そして、膜状圧電体１４の圧電定数を増加させることができる。
【０１３３】
一方、本第２の実施形態では、第１の実施形態と異なり、配向膜１２と膜状圧電体１４との間に導電膜１３ｂが形成されている。第１の実施形態において、配向膜１２、第１の電極１３、膜状圧電体１４及び第２の電極１５の材料によっては、積層の順序を変更した方がエピタキシャル成長しやすくなる場合がある。あるいは、第１の実施形態において、第１の電極１３の材料によっては、第１の電極１３の劣化を防止するために、例えばＰＺＴを含む膜状圧電体１４を熱処理した後に、永久磁石膜を形成した方がよい場合がある。
【０１３４】
このような場合には、本第２の実施形態のように、配向膜１２、導電膜１３ｂ、膜状圧電体１４及び永久磁石膜１５ａを順次積層することにより、各層が容易にエピタキシャル成長しやすくなる。あるいは、本第２の実施形態のように、膜状圧電体１４を熱処理した後、永久磁石膜１５ａを形成することにより、永久磁石膜１５ａの劣化を防止することができる。
【０１３５】
＜膜状圧電体を有する圧電素子の製造方法＞
図１６及び図１７は、第２の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。
【０１３６】
本第２の実施形態の圧電素子の製造工程では、第１の実施形態で図８及び図９を用いて説明した工程（ステップＳ１及びステップＳ２）を行って、配向膜１２を形成した後、図１６に示すように、配向膜１２上に、例えばスパッタリング法により導電膜１３ｂを形成する。導電膜１３ｂとして、例えばＳｒＲｕＯ３などのペロブスカイト構造を有する導電性酸化物、及び、Ｐｔなどの金属、からなる群から選択された一種以上の導電体を含む導電膜１３ｂを形成することができる。
【０１３７】
次に、第１の実施形態で図１１を用いて説明した工程（ステップＳ４）と同様の工程を行って、図１７に示すように、導電膜１３ｂ上に、膜状圧電体（圧電膜）１４を形成する。
【０１３８】
次に、第１の実施形態で図１０を用いて説明した工程（ステップＳ３）と同様の工程を行って、図１５に示すように、膜状圧電体１４上に、例えばスパッタリング法により第１の電極１３を形成する。このようにして、圧電素子１０ｂが形成される。
【０１３９】
なお、上記第１の実施形態及びその変形例、並びに、第２の実施形態では、圧電膜としてＰＺＴ膜を用いているが、ＰＺＴ膜以外の圧電膜を用いてもよい。
【０１４０】
［第３の実施形態］
第１の実施形態及び第２の実施形態それぞれの圧電素子では、膜状圧電体の膜厚を厚く形成しようとすると、成膜に長時間を要する。つまり、膜状圧電体の成膜方法は、ゾルゲル法またはスパッタリング法を用いるため、バルク状圧電体に比べて成膜に長時間を要する。そこで、本第３の実施形態では、短い成膜時間で、膜厚の厚い膜状圧電体を形成できる方法及び装置について詳細に説明する。
【０１４１】
図１８は、本発明の一態様に係るスパッタリング装置を模式的に示す断面図である。このスパッタリング装置はチャンバー５１を有し、このチャンバー５１内には、基板５２を保持する保持部５３が配置されている。保持部５３には基板５２を所定の温度に加熱するヒーター（図示せず）が配置されているとよい。
【０１４２】
チャンバー５１、基板５２及び保持部５３は接地されている。チャンバー５１内にはスパッタリングターゲット５４を保持するターゲット保持部５５が配置されている。ターゲット保持部５５に保持されたスパッタリングターゲット５４は、保持部５３に保持された基板５２に対向するように位置する。
【０１４３】
スパッタリングターゲット５４は比抵抗が１×１０７Ω・ｃｍ以上の絶縁物を含むスパッタリングターゲットであり、絶縁物は酸化物であるとよい。詳細には、絶縁物は、一般式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト構造を有する物質を含む物である。ここで、Ａは、Ａｌ、Ｙ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｐｂ、Ｃｓ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｆ及び周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなる。また、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ及びＷからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなる。または、絶縁物は、酸化ビスマスと、ペロブスカイト構造ブロックとが交互に積層された構造すなわちビスマス層状構造を有する強誘電体結晶を含む物である。前記ペロブスカイト構造ブロックは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｂｉ、Ｐｂ及び希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素Ｌと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉ及びＧｅから選ばれる少なくとも１つの元素Ｒと、酸素とによって構成されるとよい。
【０１４４】
但し、本第３の実施形態ではスパッタリングターゲット５４を（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δとし、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは下記の式１〜式７を満たす。なお、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δをＰＺＴとも称する。
０≦δ≦１  ・・・式１
１．００≦ａ＋ｂ≦１．３５  ・・・式２
０≦ｂ≦０．０８  ・・・式３
１．００≦ｃ＋ｄ＋ｅ≦１．１  ・・・式４
０．４≦ｃ≦０．７  ・・・式５
０．３≦ｄ≦０．６  ・・・式６
０≦ｅ≦０．１  ・・・式７
【０１４５】
上記式１においてδが０より大きい値を含むのは酸素欠損型ペロブスカイト構造を含むからである。但し、スパッタリングターゲット５４の成分がすべて酸素欠損型ペロブスカイト構造であってもよいが、スパッタリングターゲット５４が部分的に酸素欠損型ペロブスカイト構造を含んでいてもよい。なお、酸素欠損型ペロブスカイト構造の詳細は後述する。
【０１４６】
また、スパッタリング装置は出力供給機構５６を有し、この出力供給機構５６はパルス機能付高周波電源である。出力供給機構５６は整合器６２に電気的に接続されており、整合器６２はターゲット保持部５５に電気的に接続されている。つまり、出力供給機構５６は、整合器６２及びターゲット保持部５５を介して、スパッタリングターゲット５４に、周波数が１０ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下の高周波出力（ＲＦ出力）を、１／２０ｍｓ以上１／３ｍｓ以下の周期（３ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下の周波数）で２５％以上９０％以下のＤＵＴＹ比のパルス状に、供給するものである。なお、本第３の実施形態では、出力供給機構５６により、高周波出力を、ターゲット保持部５５を介してスパッタリングターゲット５４に供給するが、出力供給機構５６により、高周波出力を、スパッタリングターゲット５４に直接供給してもよい。
【０１４７】
ＤＵＴＹ比は、１周期の間でターゲット保持部５５に高周波出力が印加される期間の比率である。例えば、２５％のＤＵＴＹ比の場合は、１周期の２５％の期間がターゲット保持部５５に高周波出力が印加される期間（高周波出力オンの期間）となり、１周期の７５％の期間がターゲット保持部５５に高周波出力が印加されない期間（高周波出力オフの期間）となる。詳細には、例えば１／２０ｍｓの周期（２０ｋＨｚの周波数）で２５％のＤＵＴＹ比の場合は、１／２０ｍｓ（１周期）の２５％の１／８０ｍｓの期間が高周波出力オンの期間となり、１／２０ｍｓ（１周期）の７５％の３／８０ｍｓの期間が高周波出力オフの期間となる。
【０１４８】
また、例えば図１９は、１００Ｓ／Ｔ％のＤＵＴＹ比の場合を示しており、１周期の１００Ｓ／Ｔ％の期間が高周波出力オンの期間となり、１周期の残りの１００Ｎ／Ｔ％の期間が高周波出力オフの期間となる。
【０１４９】
また、本第３の実施形態では、出力供給機構５６によってターゲット保持部５５に高周波出力をパルス状に供給する際の当該パルス状を、１／２０ｍｓ以上１／３ｍｓ以下の周期（３ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下の周波数）で２５％以上９０％以下のＤＵＴＹ比としているが、当該パルス状を１／１５ｍｓ以上１／５ｍｓ以下の周期で２５％以上９０％以下のＤＵＴＹ比とすることが好ましい。
【０１５０】
上記の範囲でパルススパッタリングすることにより、次々に生ずる新たなＲＦプラズマの発生の数だけ新たなスパッタリング現象が生じ、成膜速度が飛躍的に向上し、かつ、ＲＦプラズマ照射を完全に止めるプラズマＯＦＦの時間が生じるが、その際もマイグレーション現象を中心に結晶は成長し続ける。
【０１５１】
ＤＵＴＹ比を２５％以上とする理由は、２５％未満とすると結晶成長が完全に途切れてしまい、次の結晶成長が上手く繋がらないからである。ＤＵＴＹ比を９０％以下とする理由は、９０％超とすると殆ど連続波と同等の成膜速度に落ち込んでしまうからである。
【０１５２】
また、スパッタリング装置は、出力供給機構５６により高周波出力を供給している際にスパッタリングターゲット５４に発生する直流成分である電圧ＶＤＣを−２００Ｖ以上−８０Ｖ以下に制御するＶＤＣ制御部６３を有する。このＶＤＣ制御部６３は、ＶＤＣセンサを有し、出力供給機構５６に電気的に接続されている。
【０１５３】
また、出力供給機構５６により高周波出力を供給した後のスパッタリングターゲット５４の表面の比抵抗は、新品のスパッタリングターゲットの表面の比抵抗に対して変化することがあるが、１×１０９Ω・ｃｍ以上１×１０１２Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【０１５４】
また、スパッタリング装置は、チャンバー５１内に希ガスを導入する第１のガス導入源５７と、チャンバー５１内を真空排気する真空ポンプ等の真空排気機構５９を有する。また、スパッタリング装置は、チャンバー内にＯ２ガスを導入する第２のガス導入源５８を有する。
【０１５５】
第１のガス導入源５７によってチャンバー５１内に導入する希ガスはＡｒガスであるとよく、成膜時における第２のガス導入源５８により導入されるＯ２ガスと第１のガス導入源５７により導入されるＡｒガスとの比が下記式８を満たすように制御する流量制御部（図示せず）をスパッタリング装置が有するとよい。
０．１≦Ｏ２ガス／Ａｒガス≦０．３  ・・・式８
【０１５６】
また、スパッタリング装置は、成膜時におけるチャンバー内の圧力が０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下となるように制御する圧力制御部を有するとよい。
【０１５７】
また、スパッタリング装置は、スパッタリングターゲット５４に磁場を加える磁石６０と、この磁石６０を２０ｒｐｍ以上１２０ｒｐｍ以下の速度で回転させる回転機構６１を有する。
【０１５８】
次に、図１８のスパッタリング装置を用いて基板上に絶縁膜を成膜する方法について説明する。ここでいう基板は、種々の基板を用いることができ、基板上に薄膜が成膜されたものも含むが、本第３の実施形態では一例として以下の基板を使用する。
【０１５９】
（１００）に配向したＳｉ基板上にＺｒＯ２膜を５５０℃以下の温度（好ましくは５００℃の温度）で蒸着法により形成する。このＺｒＯ２膜は（１００）に配向する。なお、本明細書において（１００）に配向することと（２００）に配向することは実質的に同一である。この後、ＺｒＯ２膜上に下部電極を形成する。下部電極は、金属または酸化物よりなる電極膜によって形成される。金属よりなる電極膜としては例えばＰｔ膜またはＩｒ膜が用いられる。酸化物よりなる電極膜としては例えばＳｒ（Ｔｉ１−ｘＲｕｘ）Ｏ３膜が用いられ、ｘは下記式９を満たす。
０．０１≦ｘ≦０．４  ・・・式９
【０１６０】
本第３の実施形態では、ＺｒＯ２膜上に５５０℃以下の温度（好ましくは４００℃の温度）でスパッタリングによってエピタキシャル成長によるＰｔ膜を下部電極として形成する。このＰｔ膜は（２００）に配向する。
【０１６１】
本第３の実施形態では、上記のような基板を用いるが、Ｓｉ基板に代えてＳｉ単結晶やサファイア単結晶などの単結晶基板、表面に金属酸化物膜が形成された単結晶基板、表面にポリシリコン膜またはシリサイド膜が形成された基板等を用いてもよい。
【０１６２】
次に、上記の基板を保持部５３に保持する。次いで、第１のガス導入源５７によってチャンバー５１内にＡｒガスを導入し、第２のガス導入源５８によってＯ２ガスを導入する。この際、Ｏ２ガスとＡｒガスとの比が下記式１０を満たすように流量制御部によって制御するとよい。
０．１≦Ｏ２ガス／Ａｒガス≦０．３  ・・・式１０
【０１６３】
また、真空排気機構５９によってチャンバー５１内を真空排気することで、チャンバー５１内を所定の圧力（例えば０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下の圧力）まで減圧する。
【０１６４】
この後、基板５２上に、出力供給機構５６によって、整合器６２及びターゲット保持部５５を介して、比抵抗が１×１０７Ω・ｃｍ以上の絶縁物を含むスパッタリングターゲット５４に、高周波出力を供給する。この高周波出力は、１０ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下の周波数、１／２０ｍｓ以上１／３ｍｓ以下の周期で２５％以上９０％以下のＤＵＴＹ比のパルス状である。これにより、基板５２上に絶縁膜を成膜する。
【０１６５】
スパッタリングターゲット５４に高周波出力を供給して絶縁膜を成膜する際に、２０ｒｐｍ以上１２０ｒｐｍ以下の速度で磁石６０を回転機構６１により回転させることでスパッタリングターゲット５４に磁場を加えることが好ましい。
【０１６６】
また、スパッタリングターゲット５４に高周波出力を供給している際にスパッタリングターゲット５４に発生する直流成分である電圧ＶＤＣをＶＤＣ制御部６３によって−２００Ｖ以上−８０Ｖ以下に制御することが好ましい。
【０１６７】
また、スパッタリングターゲット５４に高周波出力を供給した後のスパッタリングターゲット５４の表面の比抵抗を１×１０９Ω・ｃｍ以上１×１０１２Ω・ｃｍ以下に制御することが好ましい。
【０１６８】
本第３の実施形態によれば、比抵抗が１×１０７Ω・ｃｍ以上の絶縁物を含むスパッタリングターゲットに、１０ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下の高周波出力を、１／２０ｍｓ以上１／３ｍｓ以下の周期で２５％以上９０％以下のＤＵＴＹ比のパルス状に、供給する。このようにパルス状に高周波出力を供給するため、絶縁物を含むスパッタリングターゲットに電荷が溜まっても、高周波出力を供給していない時（高周波出力がオフ状態の時）にその溜まった電荷を逃がすことができ、その結果、スパッタリングターゲットが破損することを抑制できる。そのため、スパッタリングターゲットに印加する電力量を多くすることができ、成膜レートを高くすることが可能となる。
【０１６９】
特に、スパッタリングターゲット５４が一般式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト構造を有する物質を含む物、または、ビスマス層状構造を有する強誘電体結晶を含む物である場合、成膜時にスパッタリングターゲット５４の表面抵抗が大きく変動することが考えられる。このため、上記のようにパルス状に高周波出力を供給してスパッタリングターゲット５４に電荷が溜まりにくくすることで、スパッタリングターゲット５４の表面抵抗の変動を抑制することが可能となる。
【０１７０】
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδが下記の式１〜式７を満たす（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δよりなるスパッタリングターゲット５４を用い、上記の成膜方法により基板上に成膜された圧電体膜は、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜である。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは下記の式１〜式７を満たすとよい。
０≦δ≦１  ・・・式１
１．００≦ａ＋ｂ≦１．３５  ・・・式２
０≦ｂ≦０．０８  ・・・式３
１．００≦ｃ＋ｄ＋ｅ≦１．１  ・・・式４
０．４≦ｃ≦０．７  ・・・式５
０．３≦ｄ≦０．６  ・・・式６
０≦ｅ≦０．１  ・・・式７
【０１７１】
上記（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜は、１００以上６００以下（好ましくは１００以上４００以下）の比誘電率εｒを有し、３Ｖ以上１５Ｖ以下の膜厚１μｍ当たりの抗電圧及び２０μＣ／ｃｍ２以上５０μＣ／ｃｍ２以下の残留分極値の少なくとも一方を有するとよい。また、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜は、５μｍ以上の膜厚を有し、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上の膜厚を有するとよい。また、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜のキュリー温度は、２５０℃以上４２０℃以下（好ましくは３００℃以上４００℃以下）であるとよい。
【０１７２】
上記（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜は例えばＰｔ膜等の電極上に形成されていてもよく、この（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜をＸＲＤ（X-Ray Diffraction）で結晶性を評価すると、そのＸＲＤの（００２）のピーク値は、電極のＸＲＤの（２００）のピーク値より高くなる。これは、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜の膜厚が５μｍ以上であるためである。
【０１７３】
また、本第３の実施形態によれば、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δよりなるスパッタリングターゲットに上記の高周波出力を、上記の周期で上記のＤＵＴＹ比のパルス状に供給することで、基板上に（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜を成膜する際の成膜速度を１ｎｍ／ｓｅｃ以上２．５ｎｍ／ｓｅｃ以下に向上させることができる。
【０１７４】
次に、酸素欠損型ペロブスカイト構造について図２０〜図２３を参照しつつ詳細に説明する。
【０１７５】
酸素欠損型ペロブスカイト構造を一般式で表すと以下のように分類される。以下の分類は実際に存在している結晶構造を基にしている。なお、ペロブスカイト構造はＡＢＯ３−δ、或はＡｎＢｎＯ３ｎ−１で表される。
【０１７６】
図２０〜図２３それぞれの左図はＡＢＯ３−δの酸素欠損を含有した各種結晶構造を示す模式図である。図２０〜図２３それぞれの右図は、ａ−ｂ面の酸素欠損構造の模式図であり、Ｃ'層、Ｄ'層はそれぞれ、Ｃ層、Ｄ層をａ−ｂ面で鏡映した状態、或は位相がずれた状態を示す模式図である。
【０１７７】
図２０は、δ＝０．１２５、或はｎ＝８．０の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。図２１は、δ＝０．２５、或はｎ＝４．０の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。図２２は、δ＝０．５、或はｎ＝２．０の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。図２３は、δ＝１．０、或はｎ＝１．０の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。
【０１７８】
ペロブスカイトの派生構造の一つに酸素欠損秩序型（酸素欠損型）ペロブスカイト構造というものがある。Ｂサイト遷移金属が高価数で不安定な場合や、試料作製雰囲気の制御により、酸素が欠損する。酸素が欠損すると、ＢＯ６八面体は、ＢＯ５正方ピラミッドやＢＯ４四面体などに変化する。酸素がわずかに欠損したＡＢＯ３−δでは基本構造を保ったまま、ランダムなサイトの酸素が欠損するが、酸素欠損量δが大きくなると、多くの場合酸素欠損が規則的に配列する。
【０１７９】
酸素欠損状態の違いにより、配位構造は大きく異なる。ＢＯ６（Ｂ：Ｂサイトイオン、Ｏ：酸素イオン）八面体は、酸素欠損の無い八面体構造である。Ｂサイトイオンが５配位の場合は、ＢＯ５正方ピラミッド構造となり、４配位の場合は、ＢＯ４四面体構造、ＢＯ４平面（酸素が完全に欠損）の２つの構造を有する。
【０１８０】
なお、上記の酸素欠損型ペロブスカイト構造の説明は、本明細書に記載したペロブスカイト構造に関するすべての物質に適用される。
【０１８１】
［第４の実施形態］
第１及び第２の実施形態それぞれの圧電素子では、膜状圧電体の膜厚を厚く形成しようとすると、成膜に長時間を要する。そこで、本第３の実施形態では、短い成膜時間で、膜厚の厚い膜状圧電体を形成する方法及びその方法で形成した膜状圧電体について詳細に説明する。
【０１８２】
図２４〜図２６は、本発明の一態様に係る膜状圧電体を有する圧電素子の製造方法を説明するための図である。
【０１８３】
図２４（Ａ）の断面図に示すように、第３の実施形態と同様の方法で、Ｓｉ基板１０１上にＺｒＯ２膜１０２を形成し、ＺｒＯ２膜１０２上にＰｔ膜よりなる第１の電極１０３を形成する。
【０１８４】
次いで、第３の実施形態と同様の方法で、第１の電極１０３上にスパッタリング法により膜状圧電体となる膜厚５μｍ以上（好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上）の第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４を形成する。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは下記の式１〜式７を満たすとよい。
０≦δ≦１  ・・・式１
１．００≦ａ＋ｂ≦１．３５  ・・・式２
０≦ｂ≦０．０８  ・・・式３
１．００≦ｃ＋ｄ＋ｅ≦１．１  ・・・式４
０．４≦ｃ≦０．７  ・・・式５
０．３≦ｄ≦０．６  ・・・式６
０≦ｅ≦０．１  ・・・式７
【０１８５】
次に、図２４（Ｂ）の断面図に示すように、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４上に接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５をゾルゲル法により形成し、仮焼成する。このときの接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５はアモルファスである。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは上記の式１〜式７を満たすとよい。
【０１８６】
この後、図２４（Ｃ）の断面図に示すように、Ｓｉ基板１０１を上下逆にする。次いで、図２４（Ｄ）の断面図に示すように、Ｓｉ基板１０１をＺｒＯ２膜１０２から除去する。Ｓｉ基板１０１を完全に除去しても、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４の膜厚が５μｍ以上（好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上）あれば、膜として自立することが可能である。
【０１８７】
次に、図２５（Ａ）の平面図及び図２５（Ｂ）の断面図に示すように、第１の電極１０３及びＺｒＯ２膜１０２をフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により加工することで、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４上に、第１の電極１０３ａ、第２の電極１０３ｂ及び第３の電極１０３ｃを形成する。第１の電極１０３ａ〜第３の電極１０３ｃは上部電極となる。
【０１８８】
この後、図２５（Ａ）に示すように、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４及び接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５を切断する。これにより、第１の電極１０３ａ、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４及び接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５を積層した第１の積層部を形成する。また、第２の電極１０３ｂ、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４及び接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５を積層した第２の積層部を形成する。また、第３の電極１０３ｃ、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４及び接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５を積層した第３の積層部を形成する。なお、図２５（Ｂ）には示していないが、第４の積層部、第５の積層部も形成される。後述する図２６に示すように、第４の積層部は、第４の電極１０３ｄ、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４及び接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５を積層したものである。また、第５の積層部は、第５の電極１０３ｅ、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４及び接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５を積層したものである。
【０１８９】
次に、図２６（Ａ）の断面図に示すように、第１の積層部の第１の電極１０３ａと第２の積層部の接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５とを重ね、第２の積層部の第２の電極１０３ｂと第３の積層部の接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５とを重ね、かつ第３の積層部の第３の電極１０３ｃと第４の積層部の接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５とを重ねる。
【０１９０】
次いで、第１の積層部の接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５と第４の積層部の第４の電極１０３ｄとの間に荷重をかけつつ熱処理を施す。これにより、第１の積層部の第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４及び第１の電極１０３ａそれぞれと第２の積層部の接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５を貼り付けるとともに、第２の積層部の第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４及び第２の電極１０３ｂそれぞれと第３の積層部の接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５を貼り付けるとともに、第３の積層部の第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４及び第３の電極１０３ｃそれぞれと第４の積層部の接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５を貼り付けるとともに、第１〜第４の積層部それぞれの接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５を結晶化する（図２６（Ａ）参照）。この際の熱処理の温度は接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５が結晶化する温度であるとよい。
【０１９１】
次に、図２６（Ｂ）の断面図に示すように、第２の電極１０３ｂ及び第４の電極１０３ｄの側面に電極１０６を形成し、第１の電極１０３ａ、第３の電極１０３ｃ及び第５の電極１０３ｅの側面に電極１０７を形成する。電極１０６は第２の電極１０３ｂ及び第４の電極１０３ｄに電気的に接続され、電極１０７は第１の電極１０３ａ、第３の電極１０３ｃ及び第５の電極１０３ｅに電気的に接続される。このようにして圧電素子を作製することができる。なお、図２６（Ｂ）では、接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０５が結晶化した（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜を、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４と一体化して示している。また、この圧電素子は図１に示す圧電素子３５４に相当する。
【０１９２】
本第４の実施形態においても第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１９３】
［第５の実施形態］
本第５の実施形態では、短い成膜時間で、膜厚の厚い膜状圧電体を形成する方法及びその方法で形成した膜状圧電体について詳細に説明する。
【０１９４】
図２７〜図２９は、本発明の一態様に係る膜状圧電体を有する圧電素子の製造方法を説明するための図である。
【０１９５】
図２７（Ａ）の平面図及び図２７（Ｂ）の断面図に示すように、第３の実施形態と同様の方法で、Ｓｉ基板１０１上にＺｒＯ２膜１０２を形成し、ＺｒＯ２膜１０２上にＰｔ膜よりなる第１の電極１０３を形成する。
【０１９６】
次いで、第３の実施形態と同様の方法で、Ｐｔ膜よりなる第１の電極１０３上にスパッタリング法により膜状圧電体として膜厚５μｍ以上（好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上）の第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４を形成する。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは下記の式１〜式７を満たすとよい。
０≦δ≦１  ・・・式１
１．００≦ａ＋ｂ≦１．３５  ・・・式２
０≦ｂ≦０．０８  ・・・式３
１．００≦ｃ＋ｄ＋ｅ≦１．１  ・・・式４
０．４≦ｃ≦０．７  ・・・式５
０．３≦ｄ≦０．６  ・・・式６
０≦ｅ≦０．１  ・・・式７
【０１９７】
次いで、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４上に電極膜としてのＰｔ膜を形成し、このＰｔ膜をエッチング加工することで、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４上に第１の電極１１１ａ、第２の電極１１１ｂ及び第３の電極１１１ｃを形成する（図２７（Ａ），（Ｂ）参照）。
【０１９８】
次に、図２８（Ａ）の平面図及び図２８（Ｂ）の断面図に示すように、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４、第１の電極１１１ａ〜第３の電極１１１ｃの上に接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１１２をゾルゲル法により形成し、仮焼成する。このときの接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１１２はアモルファスである。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは上記の式１〜式７を満たすとよい。
【０１９９】
この後、図２９（Ａ）の断面図に示すように、第３の実施形態と同様の方法で、Ｓｉ基板１２１上にＺｒＯ２膜１２２を形成し、ＺｒＯ２膜１２２上に電極膜としてのＰｔ膜１２３を形成する。次いで、第３の実施形態と同様の方法で、Ｐｔ膜１２３上にスパッタリング法により膜厚５μｍ以上（好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上）の第２の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１２４を形成する。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは上記の式１〜式７を満たすとよい。
【０２００】
次いで、接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１１２と第２の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１２４を重ね合わせる。そして、Ｓｉ基板１０１とＳｉ基板１２１との間に荷重をかけつつ熱処理を施す。これにより、接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１１２と第２の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１２４を貼り付ける。この際の熱処理の温度は接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１１２が結晶化する温度であるとよい。
【０２０１】
次に、図２９（Ｂ）の断面図に示すように、Ｓｉ基板１０１及びＳｉ基板１２１を除去する。次いで、図２９（Ｃ）の断面図に示すように、Ｐｔ膜１２３及びＺｒＯ２膜１２２をフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により加工することで、第２の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１２４上に第１の電極１２３ａ、第２の電極１２３ｂ及び第３の電極１２３ｃを形成する。また、第１の電極１０３及びＺｒＯ２膜１０２をフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により加工することで、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４下に第１の電極１０３ａ、第２の電極１０３ｂ及び第３の電極１０３ｃを形成する。
【０２０２】
この後、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４、接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１１２及び第２の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１２４を切断する。次いで、図２６（Ｂ）に示す工程を施すことで、圧電素子を作製することができる。この圧電素子は図１に示す圧電素子３５４に相当する。
【０２０３】
本第５の実施形態においても第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０２０４】
［第６の実施形態］
本第６の実施形態では、短い成膜時間で、膜厚の厚い膜状圧電体を形成する方法及びその方法で形成した膜状圧電体について詳細に説明する。
【０２０５】
図３０〜図３２は、本発明の一態様に係る膜状圧電体を有する圧電素子の製造方法を説明するための図である。なお、図３０〜図３２は、断面図である。
【０２０６】
図３０（Ａ）に示すように、第５の実施形態における図２７に示す工程までを行った後に、第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１０４、第１の電極１１１ａ、第２の電極１１１ｂ及び第３の電極１１１ｃの上に、第３の実施形態と同様の方法で、スパッタリング法により膜厚５μｍ以上（好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上）の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１３２を形成する。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは下記の式１〜式７を満たすとよい。
０≦δ≦１  ・・・式１
１．００≦ａ＋ｂ≦１．３５  ・・・式２
０≦ｂ≦０．０８  ・・・式３
１．００≦ｃ＋ｄ＋ｅ≦１．１  ・・・式４
０．４≦ｃ≦０．７  ・・・式５
０．３≦ｄ≦０．６  ・・・式６
０≦ｅ≦０．１  ・・・式７
【０２０７】
次いで、第３の実施形態と同様の方法で、Ｓｉ基板１２１上にＺｒＯ２膜１２２を形成し、ＺｒＯ２膜１２２上に第１の電極としてのＰｔ膜１２３を形成する。次いで、第３の実施形態と同様の方法で、Ｐｔ膜１２３上にスパッタリング法により膜状圧電体として膜厚５μｍ以上（好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上）の第２の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１２４を形成する。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは上記の式１〜式７を満たすとよい。
【０２０８】
次いで、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１３２と第２の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１２４を重ね合わせる。そして、Ｓｉ基板１０１とＳｉ基板１２１との間に荷重をかけつつ熱処理を施す。これにより、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１３２と第２の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１２４を貼り付ける。
【０２０９】
次に、図３０（Ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１２１を除去する。
【０２１０】
次いで、図３０（Ｃ）に示すように、Ｐｔ膜１２３及びＺｒＯ２膜１２２をフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により加工することで、第２の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１２４上に第１の電極１２３ａ、第２の電極１２３ｂ及び第３の電極１２３ｃを形成する。
【０２１１】
次いで、第２の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１２４、第１の電極１２３ａ〜第３の電極１２３ｃの上に接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１３３をゾルゲル法により形成し、仮焼成する。このときの接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１３３はアモルファスである。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは上記の式１〜式７を満たすとよい。
【０２１２】
この後、図３１（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１４１上にＺｒＯ２膜１４２、Ｐｔ膜１４３、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１４４を順に形成し、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１４４上に第１の電極１４５ａ、第２の電極１４５ｂ及び第３の電極１４５ｃを形成する。次いで、第１の電極１４５ａ〜第３の電極１４５ｃの上に、スパッタリング法により（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１４６を形成する。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは上記の式１〜式７を満たすとよい。
【０２１３】
次いで、Ｓｉ基板１５１上にＺｒＯ２膜１５２を形成し、ＺｒＯ２膜１５２上に電極膜としてのＰｔ膜１５３を形成する。次いで、Ｐｔ膜１５３上にスパッタリング法により（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１５４を形成する。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは上記の式１〜式７を満たすとよい。
【０２１４】
次いで、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１４６と（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１５４を重ね合わせる。そして、Ｓｉ基板１４１とＳｉ基板１５１との間に荷重をかけつつ熱処理を施す。これにより、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１４６と（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１５４を貼り付ける。
【０２１５】
次に、図３１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１５１、ＺｒＯ２膜１５２及びＰｔ膜１５３を除去する。
【０２１６】
この後、図３２（Ａ）に示すように、図３０（Ｃ）に示す接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１３３と図３１（Ｃ）に示す（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１５４を重ね合わせる。そして、図３２（Ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１０１とＳｉ基板１４１との間に荷重をかけつつ熱処理を施す。これにより、接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１３３と（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１５４を貼り付ける。この際の熱処理の温度は接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１３３が結晶化する温度であるとよい。また、図３２（Ｂ）では、接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１３３が結晶化した（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜を、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１３３ａとして示している。
【０２１７】
次に、図３２（Ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１４１及びＺｒＯ２膜１４２を除去する。次いで、Ｐｔ膜１４３をフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により加工することで、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１４４上に第１の電極１４３ａ、第２の電極１４３ｂ及び第３の電極１４３ｃを形成する。
【０２１８】
この後、図３２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の工程を繰り返すことで、（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜の積層数を増やすことができる。
【０２１９】
本第６の実施形態においても第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本第６の実施形態の圧電素子は図１に示す圧電素子３５４に相当する。
【０２２０】
［第７の実施形態］
本第７の実施形態では、短い成膜時間で、膜厚の厚い膜状圧電体を形成する方法及びその方法で形成した膜状圧電体について詳細に説明する。
【０２２１】
図３３〜図３６は、本発明の一態様に係る膜状圧電体を有する圧電素子の製造方法を説明するための図である。なお、図３３〜図３６は、断面図である。
【０２２２】
図３３（Ａ）に示すように、第３の実施形態と同様の方法で、Ｓｉ基板１６１上にＺｒＯ２膜１６２を形成し、ＺｒＯ２膜１６２上にＰｔ膜１６３を形成する。このＰｔ膜１６３は１層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜用の第１の電極となる。
【０２２３】
次いで、第３の実施形態と同様の方法で、Ｐｔ膜１６３上にスパッタリング法により膜状圧電体として膜厚５μｍ以上（好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上）の１層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６４を形成する。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは下記の式１〜式７を満たすとよい。
０≦δ≦１  ・・・式１
１．００≦ａ＋ｂ≦１．３５  ・・・式２
０≦ｂ≦０．０８  ・・・式３
１．００≦ｃ＋ｄ＋ｅ≦１．１  ・・・式４
０．４≦ｃ≦０．７  ・・・式５
０．３≦ｄ≦０．６  ・・・式６
０≦ｅ≦０．１  ・・・式７
【０２２４】
次に、図３３（Ｂ）に示すように、１層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６４上に５５０℃以下の温度（好ましくは４００℃の温度）でスパッタリングによってエピタキシャル成長によるＰｔ膜１６５を形成する。このＰｔ膜１６５は２層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜用の第２の電極となる。
【０２２５】
この後、図３３（Ｃ）に示すように、第３の実施形態と同様の方法で、Ｐｔ膜１６５上にスパッタリング法により膜厚５μｍ以上（好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上）の２層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６６を形成する。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは前記の式１〜式７を満たすとよい。
【０２２６】
次に、図３３（Ｄ）に示すように、２層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６６上にＰｔ膜１６７を上記のＰｔ膜１６５と同様の方法で形成する。このＰｔ膜１６７は３層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜用の第３の電極となる。
【０２２７】
この後、図３３（Ｃ）に示す工程と図３３（Ｄ）に示す工程を繰り返すことで、図３４（Ａ）に示すように、Ｐｔ膜１６７上に３層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６８、Ｐｔ膜１６９、４層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１７０、Ｐｔ膜１７１を形成する。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びδは前記の式１〜式７を満たすとよい。Ｐｔ膜１６９は４層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜用の第４の電極となり、Ｐｔ膜１７１は第５の電極となる。次いで、Ｓｉ基板１６１をＺｒＯ２膜１６２から除去する。
【０２２８】
次に、ＺｒＯ２膜１６２、Ｐｔ膜１６３、１層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６４、Ｐｔ膜１６５、２層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６６、Ｐｔ膜１６７、３層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６８、Ｐｔ膜１６９、４層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１７０及びＰｔ膜１７１を有する積層膜を必要な大きさに切断する（図示せず）。これにより、図３４（Ａ）に示す積層部が複数得られる。
【０２２９】
なお、本第７の実施形態では、Ｓｉ基板１６１を除去した後に上記積層膜を切断しているが、Ｓｉ基板１６１を除去する前に上記積層膜を切断し、その後にＳｉ基板を除去してもよい。
【０２３０】
次に、図３４（Ｂ）に示すように、上記の積層部の第１の側面に感光性永久レジスト膜１７２を塗布する。次いで、図３５（Ａ）に示すように、感光性永久レジスト膜１７２を露光、現像することで、永久レジスト膜１７２ａ，１７２ｂを積層部の第１の側面に形成する。これにより、積層部のＰｔ膜（第４の電極）１６９の第１の側面は永久レジスト膜１７２ａによって覆われ、積層部のＰｔ膜（第２の電極）１６５の第１の側面は永久レジスト膜１７２ｂによって覆われ、積層部のＰｔ膜（第１の電極）１６３、Ｐｔ膜（第３の電極）１６７及びＰｔ膜（第５の電極）１７１それぞれの第１の側面は露出される。
【０２３１】
この後、図３５（Ｂ）に示すように、積層部のＰｔ膜（第１の電極）１６３、Ｐｔ膜（第３の電極）１６７、Ｐｔ膜（第５の電極）１７１の第１の側面及び永久レジスト膜１７２ａ，１７２ｂの上にＰｔ膜（第６の電極）１７３を形成する。これにより、Ｐｔ膜（第６の電極）１７３はＰｔ膜（第１の電極）１６３、Ｐｔ膜（第３の電極）１６７及びＰｔ膜（第５の電極）１７１それぞれに電気的に接続される。
【０２３２】
次に、図３６（Ａ）に示すように、図３５（Ｂ）の積層部を上下逆に配置し、この積層部の第２の側面に感光性永久レジスト膜１７４を塗布する。次いで、図３６（Ｂ）に示すように、感光性永久レジスト膜１７４を露光、現像することで、永久レジスト膜１７４ａ，１７４ｂ，１７４ｃを積層部の第２の側面に形成する。これにより、積層部のＰｔ膜（第１の電極）１６３の第２の側面は永久レジスト膜１７４ａによって覆われ、積層部のＰｔ膜（第３の電極）１６７の第２の側面は永久レジスト膜１７４ｂによって覆われ、積層部のＰｔ膜（第５の電極）１７１の第２の側面は永久レジスト膜１７４ｃによって覆われる。また、積層部のＰｔ膜（第２の電極）１６５及びＰｔ膜（第４の電極）１６９それぞれの第２の側面は露出される。
【０２３３】
この後、図３６（Ｃ）に示すように、積層部のＰｔ膜（第２の電極）１６５及びＰｔ膜（第４の電極）１６９それぞれの第２の側面及び永久レジスト膜１７４ａ，１７４ｂ，１７４ｃの上にＰｔ膜（第７の電極）１７５を形成する。これにより、Ｐｔ膜（第７の電極）１７５はＰｔ膜（第２の電極）１６５及びＰｔ膜（第４の電極）１６９それぞれに電気的に接続される。このようにして圧電素子を作製することができる。
【０２３４】
本第７の実施形態においても第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本第７の実施形態の圧電素子は図１に示す圧電素子３５４に相当する。
【０２３５】
なお、本第７の実施形態では、ＺｒＯ２膜１６２、第１の電極としてのＰｔ膜１６３、１層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６４、第２の電極としてのＰｔ膜１６５、２層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６６、第３の電極としてのＰｔ膜１６７、３層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６８、第４の電極としてのＰｔ膜１６９、４層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１７０、第５の電極としてのＰｔ膜１７１を有する積層部を用いているが、これに限定されるものではなく、以下のように変更して実施することも可能である。
【０２３６】
少なくとも第１の電極としてのＰｔ膜１６３、１層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６４、第２の電極としてのＰｔ膜１６５、２層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６６、第３の電極としてのＰｔ膜１６７を有する積層部を用いることも可能である。その場合、第１の電極としてのＰｔ膜１６３の第１の側面と第３の電極としてのＰｔ膜１６７の第１の側面が第６の電極としてのＰｔ膜１７３によって電気的に接続されるとよい。
【０２３７】
また、第１の電極としてのＰｔ膜１６３、１層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６４、第２の電極としてのＰｔ膜１６５、２層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６６、第３の電極としてのＰｔ膜１６７、３層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６８、第４の電極としてのＰｔ膜１６９を有する積層部を用いることも可能である。その場合、第１の電極としてのＰｔ膜１６３の第１の側面と第３の電極としてのＰｔ膜１６７の第１の側面が第６の電極としてのＰｔ膜１７３によって電気的に接続され、第２の電極としてのＰｔ膜１６５の第２の側面と第４の電極としてのＰｔ膜１６９の第２の側面が第７の電極としてのＰｔ膜１７５によって電気的に接続されるとよい。
【０２３８】
また、図３４（Ａ）に示す第５の電極としてのＰｔ膜１７１上にさらにｎ層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜及び第（ｎ＋３）の電極を繰り返し形成してもよい。この場合、ｎは５以上の整数である。例えばｎが５，６，７の場合、第１の電極としてのＰｔ膜１６３、１層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６４、第２の電極としてのＰｔ膜１６５、２層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６６、第３の電極としてのＰｔ膜１６７、３層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１６８、第４の電極としてのＰｔ膜１６９、４層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜１７０、第５の電極としてのＰｔ膜１７１、５層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜、第８の電極、６層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜及び第９の電極、７層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜及び第１０の電極を有する積層部を用いることになる。その場合、第１の電極としてのＰｔ膜１６３の第１の側面と第３の電極としてのＰｔ膜１６７の第１の側面と第５の電極としてのＰｔ膜１７１の第１の側面と第９の電極の第１の側面とが第６の電極としてのＰｔ膜１７３によって電気的に接続されるとよい。また、第２の電極としてのＰｔ膜１６５の第２の側面と第４の電極としてのＰｔ膜１６９の第２の側面と第８の電極の第２の側面と第１０の電極の第２の側面とが第７の電極としてのＰｔ膜１７５によって電気的に接続されるとよい。
【０２３９】
なお、上述した第１の実施形態〜第７の実施形態を適宜組合せて実施してもよい。
【実施例】
【０２４０】
（実施例１）
実施例１のサンプルの作製方法は以下のとおりである。
【０２４１】
表面に自然酸化膜が付いている、（１００）に配向したＳｉ単結晶基板上に、最初に表１の（１）の左側の条件（１０ｓｅｃの成膜時間、Ｚｒの蒸着源）でＺｒのみを蒸着し、そのまま続けて表１の（１）の右側の条件により、Ｚｒ蒸着と同時に、基板に向けてＯ２（酸素）を供給しながら１７０ｓｅｃの成膜時間で蒸着を行った。このようにして真空蒸着法で総膜厚１５ｎｍのＺｒＯ２（１００）／Ｓｉ（１００）基板を形成した。
【０２４２】
続けて、表１の（２）の条件でＦｅのみを蒸着し、さらに続けて表１の（３）の条件でＰｔのみを蒸着した。これにより、Ｆｅ０．５−Ｐｔ０．５／ＺｒＯ２構造を作製した。
【０２４３】
図３７は、実施例１のサンプルのＸＲＤ（X-Ray Diffraction）パターンである。図３７から分かるように、（１００）及び（００１）に配向した厚さ１５０ｎｍの磁性金属として知られるＦｅ０．５−Ｐｔ０．５合金が形成できた。
【０２４４】
【表１】
2018026980.tif 000003
【０２４５】
（実施例２）
実施例２のサンプルの作製方法は以下のとおりである。
【０２４６】
表面に自然酸化膜が付いている、（１００）に配向したＳｉ単結晶基板上に、最初に表２の（１）の左側の条件（１０ｓｅｃの成膜時間、Ｚｒの蒸着源）でＺｒのみを蒸着し、そのまま続けて表２の（１）の右側の条件により、Ｚｒ蒸着と同時に、基板に向けてＯ２（酸素）を供給しながら１７０ｓｅｃの成膜時間で蒸着を行った。このようにして真空蒸着法で総膜厚１５ｎｍのＺｒＯ２（１００）／Ｓｉ（１００）基板を形成した。
【０２４７】
続けて、重量比１：１（２５ｇ：２５ｇ）で混合したＦｅ−Ｐｔ浴を用い、表２の（２）の条件でＦｅ−Ｐｔを蒸着した。これにより、Ｆｅ０．９６−Ｐｔ０．０４／ＺｒＯ２構造を作製した。
【０２４８】
図３８及び図３９は、実施例２のサンプルのＸＲＤパターンである。図３８及び図３９に示すように、Ｆｅ０．９６−Ｐｔ０．０４の強い単一ピークが得られ、そのピークはＦｅ（２００）とごく近い位置に現れていた。Ｆｅ０．９６−Ｐｔ０．０４の格子定数は、２．８オングストロームであり、Ｆｅ原子の格子定数２．８８オングストロームと非常に近いものであった。
【０２４９】
次に、ＸＲＦ（X-Ray-Fluorescence）（リガク社AZX400）により、実施例２のサンプルの膜厚及び組成分析を行ったところ、表３のような結果が得られた。これにより、実施例２で得られたサンプルは、Ｆｅ０．９６Ｐｔ０．０４合金（２００）であることが分かった。
【０２５０】
【表２】
2018026980.tif 000004
【０２５１】
【表３】
2018026980.tif 000005
【０２５２】
（実施例３〜実施例５）
図１８に示すスパッタリング装置を用い、表４に示すスパッタ条件で基板上にＰＺＴ膜を成膜することで、実施例３（本発明５μｍ）のサンプル、実施例４（本発明１０μｍ）のサンプル、実施例５（本発明２０μｍ）のサンプル及び比較例１（従来例）のサンプルを作製した。ここでの基板は、Ｓｉ基板上にＺｒＯ２膜を蒸着法により形成し、このＺｒＯ２膜上にスパッタリングによってエピタキシャル成長によるＰｔ膜を下部電極として形成したものを用いた。
【０２５３】
【表４】
2018026980.tif 000006
【０２５４】
実施例３〜実施例５及び比較例１それぞれのサンプルを作製する際のスパッタリングターゲットの組成とサンプルの組成は以下のとおりである。
【０２５５】
＜スパッタリングターゲットの組成＞
実施例３（本発明５μｍ）：Ｐｂ／Ｚｒ／Ｔｉ＝１３０／５８／４２
実施例４（本発明１０μｍ）：Ｐｂ／Ｚｒ／Ｔｉ＝１３０／５８／４２
実施例５（本発明２０μｍ）：Ｐｂ／Ｚｒ／Ｔｉ＝１３０／５８／４２
比較例１（従来例）：Ｐｂ／Ｚｒ／Ｔｉ＝１３０／５８／４２
【０２５６】
＜サンプルの組成＞
実施例３（本発明５μｍ）：Ｐｂ／Ｚｒ／Ｔｉ＝１０９／５５／４５
実施例４（本発明１０μｍ）：Ｐｂ／Ｚｒ／Ｔｉ＝１０５／５５／４５
実施例５（本発明２０μｍ）：Ｐｂ／Ｚｒ／Ｔｉ＝１０２／５５／４５
比較例１（従来例）：Ｐｂ／Ｚｒ／Ｔｉ＝９８／５５／４５
【０２５７】
成膜前のスパッタリングターゲットの表面抵抗値と、成膜後のスパッタリングターゲットの表面抵抗値を、強誘電体測定システムにあたる絶縁抵抗測定器（MODEL:ADC5450 (Ultra High Resistance Meter)）を使用し、プローブ間距離を５ｍｍとし、測定電圧を１０Ｖとして測定した。測定結果は以下のとおりである。
【０２５８】
＜成膜前のスパッタリングターゲットの表面抵抗値＞
スパッタリングターゲットの中央部：２．０３×１０１１Ω・ｃｍ
スパッタリングターゲットの中央部と外周部との間：２．１０×１０１１Ω・ｃｍ
スパッタリングターゲットの外周部：５．３９×１０１０Ω・ｃｍ
【０２５９】
＜成膜後のスパッタリングターゲットの表面抵抗値＞
スパッタリングターゲットの中央部：４．９５×１０１１Ω・ｃｍ
スパッタリングターゲットの中央部と外周部との間：１．４５×１０１２Ω・ｃｍ
スパッタリングターゲットの外周部：３．４９×１０１１Ω・ｃｍ
【０２６０】
図４０（Ａ）は、実施例３のサンプルをＦＩＢ（Focused Ion Beam）で断面観察した像であり、図４０（Ｂ）は、実施例４のサンプルをＦＩＢで断面観察した像である。実施例３のＰＺＴ膜の膜厚は５．１８μｍであり、実施例４のＰＺＴ膜の膜厚は９．９９μｍであった。これらの膜厚はＴｉｌｔ補正値である。このＴｉｌｔ補正が必要な理由は以下のようである。(１)ＦＩＢで切削を繰り返すと観察像に視野ズレが生じる。ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像の中心から切削領域がずれていくため補正が必要となる。(２)ＦＩＢ切削面は観察の光軸に対して垂直にはならない。傾斜した面を見ているために、画像中で縦横スケールが異なり補正が必要である。以上の理由より、Ｔｉｌｔ角度を補正してそれを実測長さと補正が必要となる。
【０２６１】
図４１は、実施例３のＰＺＴ膜及び実施例４のＰＺＴ膜のＸＲＤチャートであり、実施例３のＰＺＴ膜及び実施例４のＰＺＴ膜の結晶性をＸＲＤ（X-Ray Diffraction）で評価した結果を示す図である。ＰＺＴ膜のＸＲＤの（００２）のピーク値は、Ｐｔ膜のＸＲＤの（２００）のピーク値より高くなる。これは、ＰＺＴ膜の膜厚が５μｍ以上であるためである。
【０２６２】
実施例３〜実施例５及び比較例１それぞれのサンプルに対して広域逆格子マッピングを行った。逆格子マップのイメージは図４２に示す。
【０２６３】
本実施例のＸＲＤデータは、リガク社製全自動水平型多目的Ｘ線回折装置SmartLabを用いており、かつ、広域逆格子マッピングはSmartLabにハイブリッド型多次元ピクセル検出器HyPix-3000を取り付けて測定を行った。
【０２６４】
図４３は、結晶格子面（ｈｋｌ）の逆格子ベクトルと逆格子点を説明する図である。図４４は、Ｘ線回折条件のベクトル表記を説明する図である。
・逆格子ベクトル（ｇｈｋｌ）
大きさ：（ｈｋｌ）面のd値の逆数
方向：（ｈｋｌ）面の法線方向
・逆格子マッピング
逆格子点の逆空間上での広がりを測定する。
逆格子点：逆格子ベクトルの先端
・回折を起こす条件
散乱ベクトル：Ｋ＝ｋ−ｋ０
（散乱ベクトルＫ）＝（逆格子ベクトルｇｈｋｌ）
・逆格子マップ測定
散乱ベクトルＫを走査し、逆格子点の二次元分布を測定する。
予め結晶構造情報を元に逆格子シミュレーションをしておき、実測値と比較する。逆格子マップは下記のｑｘとｑｚ式でプロットしたものである。
【０２６５】
【数１】
2018026980.tif 000007
【０２６６】
２θを１０−１２０°、Ωを１０−９０°、Χを０°，３０°，６０°，９０°の４段階、Φを０°と４５°で２面測定した。Φ＝０°（／／Ｓｉ１１０）、Φ＝４５°（／／Ｓｉ１００）、各サンプルΦ＝０°，４５°の２通りを測定した。
【０２６７】
従来のθ−２θ測定の場合、基板を水平に固定して、Ｘ線を照射し測定を行う（図４５（Ａ）参照）。
【０２６８】
θ−２θ測定をω軸（試料の回転軸）、χ軸（煽り操作軸）を走査しながら測定する。またφ軸（面内回転軸）を０°と４５°２点で測定した。θ−２θ／ω軸走査測定後、ｑｚ  ｖｓ．ｑｘプロットしたものが逆格子マッピングであり、同時に何段階かχ軸走査しながら、逆格子マッピングし全てを一面に重ねることで、ドメインの異なる成分を測定し、真の配向度の優劣を知る（図４５（Ｂ），（Ｃ）参照）。
【０２６９】
リガク社製ソフトSmartLab Guidanceを用い、図４６のように、既知のＰＺＴ結晶構造情報を元に逆格子点の配置を予め、シミュレートしておき、実測値と重ね合わせることで、膜状態の解析を行った。
【０２７０】
図４７は、ＰＺＴ単結晶の逆格子シミュレーション結果である。
【０２７１】
図４８（Ａ），（Ｂ）は、実施例３（本発明５μｍ）及び実施例４（本発明１０μｍ）それぞれのサンプルを逆格子マップ測定した結果である。これらの図に示すとおり、ＰＺＴ単結晶の逆格子点計算値（×点）と完全に一致し、実施例３及び実施例４のＰＺＴ膜は良好な単結晶膜であることが分かる。
【０２７２】
表４に示すように、従来例では、パルスを用いずに高周波の連続波を用いたため、１８００Ｗ以上（１０Ｗ／ｃｍ２以上）に出力を上げると、アークが発生して、プラズマが異常放電してスパッタリング装置が止まってしまうため、１８００Ｗ以上に出力を上げることができなかった。これに対し、実施例３（本発明５μｍ）、実施例４（本発明１０μｍ）及び実施例５（本発明２０μｍ）では、スパッタリングターゲットに１３．５６ＭＨｚの高周波出力を、５ｋＨｚのパルス周波数（１／５ｍｓの周期）で９０％のＤＵＴＹ比のパルス状に供給したため、高周波出力がオフ状態の時にスパッタリングターゲット上にプラズマが立っていない時間ができ、その結果、短時間の成膜で膜厚が厚いＰＺＴ膜を容易に成膜することができた。
【０２７３】
図４９（Ａ）は、実施例３（本発明５μｍ）、実施例４（本発明１０μｍ）及び実施例５（本発明２０μｍ）それぞれの強誘電性ヒステリシス曲線を示す図であり、図４９（Ｂ）は、実施例３〜実施例５それぞれの圧電バタフライ曲線を示す図である。
【０２７４】
図４９（Ａ），（Ｂ）に示すように、ＰＺＴ膜の膜厚に比例した強誘電性と圧電性が得られることが確認できた。また、膜厚が２０μｍの実施例５のサンプルでは、８７Ｖという非常に大きな抗電圧Ｖｃが得られた。また、実施例５のＰＺＴ膜のキュリー温度Ｔｃを測定したところ、Ｔｃ＝３９０℃であった。
【０２７５】
図５０（Ａ）は、比較例２（Ｋ１４８）の強誘電性ヒステリシス曲線を示す図であり、図５０（Ｂ）は比較例２（Ｋ１４８）の圧電バタフライ曲線を示す図である。図５１（Ａ）は、比較例３（Ｋ１２９）の強誘電性ヒステリシス曲線を示す図であり、図５１（Ｂ）は比較例３（Ｋ１２９）の圧電バタフライ曲線を示す図である。
【０２７６】
比較例２（Ｋ１４８）及び比較例３（Ｋ１２９）は、リードテクノ株式会社製のバルクの圧電素子である。この圧電素子の形状は、直径φ８ｍｍ×厚さ約０．５ｍｍ（５００μｍ）の円盤状である。比較例２（Ｋ１４８）及び比較例３（Ｋ１２９）の圧電素子として、一般的に用いられるハード系ＰＺＴ（Ｋ１４８）と変位量に拘ったソフト系ＰＺＴ（Ｋ１２９）を比較した。
【０２７７】
先ずカタログ値の転移温度としてのキュリー温度（Ｔｃ）、圧電定数ｄ３３（ｐＣ／Ｎ）及び比誘電率εｒは、以下のようであった。
Ｋ１２９のＴｃ：  １４５℃
Ｋ１２９のｄ３３：  ７２０
Ｋ１２９のεｒ：  ８１００
Ｋ１４８のＴｃ：  ２８０℃
Ｋ１４８のｄ３３：  ５３０
Ｋ１４８のεｒ：  ２４００
【０２７８】
一般的なＫ１４８と異なり、圧電変位に拘ったＫ１２９はＮｉやＮｂ等の元素が添加してあり、比誘電率が８０００以上と大きく、これに伴って圧電変位が大きく取れ、アクチュエータ用途に用いられるが、同時にＴｃ＝１４５℃と非常に低く、温度特性が悪いため、所要箇所が限られる。
【０２７９】
一般的バルクＫ１４８の場合、センサ用途に最適なバタフライ形状をしているが（図５０（Ｂ）参照）、バルクＫ１４８の抗電界Ｅｃ＝１１．４２ｋＶ／ｃｍを、本発明の実施例と比較するため、２０μｍ当たりに変換すると、抗電界Ｅｃ＝１１．４２ｋＶ／ｃｍは２２．８４Ｖ／２０μｍとなり、抗電圧Ｖｃ＝２２．８４Ｖと非常に低い。アクチュエータ用Ｋ１２９の場合は、抗電界Ｅｃ＝５．７ｋＶ／ｃｍは１１．４Ｖ／２０μｍとなり、抗電圧Ｖｃが１１．４Ｖとさらに低く、かつＴｃ＝１４５℃とこちらも低いため、デバイス加工時のリフロー等の熱処理（一般に２８０℃前後）時に、簡単に減分極を起こし、圧電性を失ってしまうというバルク共通の課題があった。
【０２８０】
これに対し、前述した実施例５（本発明２０μｍ）のＰＺＴ単結晶膜のサンプルは、抗電圧Ｖｃが８７Ｖ／２０μｍである。また、Ｔｃが３００℃以上と高いため、加工時のリフロー温度や静電気等の電位印加が起こっても、全く減分極する心配がない。
【０２８１】
ＰＺＴバルクによる積層体は、一層当たり２０μｍ程度の厚さの比較例２，３のバルクを積層して形成するが、一層当たりの抗電圧Ｖｃは高くても２５Ｖ程度である。また、大きな圧電性を引き出そうと、添加剤を多く含み、転移温度としてのキュリー温度Ｔｃが２００℃以下となっていることが多い。その結果、積層体が出来上がった時には、脱分極していて、全く圧電動作できないことも多い。これに対し、実施例５（本発明２０μｍ）のサンプルは、抗電圧Ｖｃが８７Ｖ／２０μｍ、かつ、Ｔｃ＝３９０℃（実測値）であり、全く脱分極は生じない。
【０２８２】
次に、実施例５（本発明２０μｍ）のＰＺＴ膜のｄ３３評価を行った。詳細には、２ｍｍφの上部Ｐｔ上に３００ｇの荷重を数秒掛けて特性評価を行った。ｄ３３＝１２００ｐＣ／Ｎと非常に大きな値であった（図５２参照）。バルクの約２倍程度の大きさが容易に得られた。実施例５は純粋なＰＺＴであるため、添加元素等を検討すれば、５〜１０倍の値が得られる可能性は非常に高い。
【０２８３】
実施例５のサンプル（２０μｍ−ＰＺＴ膜）のＦＩＢ−ＳＥＭの断面像は、図５３（Ａ），（Ｂ）に示すとおりである。図５３（Ｂ）は図５３（Ａ）の拡大像である。
【０２８４】
図５３によれば、通常の多結晶ＰＺＴ膜の柱状構造は全く存在せず、非常に良好な単一結晶であることが分かる。しかしながら、ごく一部、他配向領域と思われる領域が見受けられたが、通常のＰＺＴ積層バルク体の一層として考えると、圧倒的な圧電性を保持していることは明確であり、ほぼ２０μｍ厚さにおいても、単結晶膜と言って良い圧倒的な圧電厚膜が得られた。
【０２８５】
図４９（Ａ）に示す実施例４（本発明１０μｍ）の強誘電性ヒステリシス曲線によれば、比誘電率（εｒ）、残留分極値（Ｐｒ）、抗電圧（Ｖｃ）及び抗電界（Ｅｃ）は以下のとおりである。また、実施例４のＰＺＴ膜のキュリー温度（Ｔｃ）を測定したところ、以下のとおりであった。
比誘電率（εｒ）＝約２００＠１ｋＨｚ
キュリー温度（Ｔｃ）＝４０８℃
残留分極値（Ｐｒ）＝約４０μＣ／ｃｍ２
抗電圧（Ｖｃ）＝４４Ｖ
抗電界（Ｅｃ）＝４４ｋＶ／ｃｍ
【０２８６】
図５０（Ａ）に示す比較例２（Ｋ１４８）の強誘電性ヒステリシス曲線によれば、比誘電率（εｒ）、残留分極値（Ｐｒ）、抗電圧（Ｖｃ）及び抗電界（Ｅｃ）は以下のとおりである。また、比較例２のＰＺＴバルクのキュリー温度（Ｔｃ）を測定したところ、以下のとおりであった。
εｒ＝２４００
Ｔｃ＝２８０℃
Ｐｒ＝３７．９２μＣ／ｃｍ２
Ｅｃ＝１１．４２ｋＶ／ｃｍ
Ｖｃ＝５７１Ｖ＠０．５ｍｍ（１１．４２Ｖ＠１０μｍ）
【０２８７】
図５１（Ａ）に示す比較例３（Ｋ１２９）の強誘電性ヒステリシス曲線によれば、比誘電率（εｒ）、残留分極値（Ｐｒ）、抗電圧（Ｖｃ）及び抗電界（Ｅｃ）は以下のとおりである。また、比較例３のＰＺＴバルクのキュリー温度（Ｔｃ）を測定したところ、以下のとおりであった。
εｒ＝８１００
Ｔｃ＝１４５℃
Ｐｒ＝２９．７６μＣ／ｃｍ２
Ｖｃ＝２７５Ｖ＠０．５ｍｍ（Ｖｃ＝５．５Ｖ＠１０μｍ）
Ｅｃ＝５．７ｋＶ／ｃｍ
【０２８８】
図５４は、実施例４（本発明１０μｍ）のサンプルの比誘電率と誘電損失（ｔａｎδ）の温度変化を、周波数を１００ｋ，５００ｋ，１ＭＨｚと変化させて測定した結果を示す図である。
【０２８９】
詳細には、インピーダンスアナライザー（アジレントテクノロジーズ社製，HP4192A）を用いて、測定する１０μｍ−ＰＺＴサンプルキャパシタをホットプレート（株式会社 ＭＳＡファクトリー社製，PH-210-600型（５０〜６００℃））上で加熱しながら、比誘電率と誘電損失（ｔａｎδ）の温度変化を、周波数を１００ｋ，５００ｋ，１ＭＨｚと変化させて測定した。キュリー温度（転移温度）：Ｔｃ＝３９０℃、誘電損失：ｔａｎδ＝約２〜３％であった。
【０２９０】
（実施例６）
図５５は、実施例６のサンプルを示す断面図である。この実施例６のサンプルの作製方法は以下のとおりである。
【０２９１】
Ｓｉ基板２０１上にＺｒＯ２膜２０２を蒸着法により形成し、ＺｒＯ２膜２０２上にスパッタリングによってエピタキシャル成長によるＰｔ膜２０３を形成する。次いで、Ｐｔ膜２０３上にＳｒＲｕＯ３膜すなわちＳＲＯ膜２０４を、図１８に示すスパッタリング装置を用いて表５に示すスパッタ条件で成膜する。この際のスパッタリングターゲットの組成はＳｒ：Ｒｕ＝１：１．１５である。
【０２９２】
次いで、図１８に示すスパッタリング装置を用い、表４に示す実施例３（本発明５μｍ）のスパッタ条件でＳＲＯ膜２０４上に膜厚１μｍのＰＺＴ膜２０５を成膜する。但し、ここでのＰＺＴ膜２０５の膜厚は１μｍであるため、表４に示す実施例３（本発明５μｍ）の成膜時間を７２０ｓにする。
【０２９３】
次いで、ＰＺＴ膜２０５上にＳｒＲｕＯ３膜すなわちＳＲＯ膜２０６を成膜する。この際の成膜条件は上記のＳＲＯ膜２０４の成膜条件と同様である。次いで、ＳＲＯ膜２０６上にＰｔ膜２０７、ＳＲＯ膜２０８、膜厚１μｍのＰＺＴ膜２０９を順に成膜する。この際、Ｐｔ膜２０７の成膜条件は上記のＰｔ膜２０３の成膜条件と同様であり、ＳＲＯ膜２０８の成膜条件は上記のＳＲＯ膜２０４の成膜条件と同様であり、ＰＺＴ膜２０９の成膜条件は上記のＰＺＴ膜２０５の成膜条件と同様である。このようにして図５５に示す実施例６のサンプルを作製することができる。
【０２９４】
【表５】
2018026980.tif 000008
【０２９５】
上記の実施例６のサンプルの結晶性をＸＲＤで評価した結果は図５６及び図５７に示す。図５６及び図５７は、実施例６のサンプルのＸＲＤパターンである。図５６及び図５７は、それぞれ異なる角度範囲を示す。また、図５６及び図５７のそれぞれで、（１）は、１層目ＰＺＴ（ＰＺＴ膜２０５）よりも上の層が形成される前のＸＲＤパターンを示し、（２）は、１層目ＰＺＴ（ＰＺＴ膜２０５）よりも上の層が形成された後のＸＲＤパターンを示す。
【０２９６】
図５６及び図５７のＸＲＤパターンによれば次のことが分かる。
【０２９７】
１層目Ｐｔ電極（Ｐｔ膜２０３）と中間Ｐｔ電極（Ｐｔ膜２０７）の結晶性を比較すると、１層目Ｐｔ電極と比較して、中間Ｐｔ電極の場合、Ｐｔ（４００）ピークの半価幅が若干広く、若干ブロードになってはいるが、中間Ｐｔ電極も、エピタキシャル成長していることが分かった。
【０２９８】
次に、１層目ＰＺＴ（ＰＺＴ膜２０５）と２層目ＰＺＴ（ＰＺＴ膜２０９）の結晶性を比較すると、１層目ＰＺＴと比較して２層目ＰＺＴの場合、ＰＺＴ（００４）ピークの半価幅が若干広く、若干ブロードになってはいるが、中間Ｐｔ電極を含め、エピタキシャル成長していることが同様に分かった。
【０２９９】
（実施例７）
図５８は、実施例７のサンプルをＦＩＢで断面観察した像である。この実施例７のサンプルは、図３３（Ｃ）に示す断面構造と同様である。また、実施例７の作製方法は以下のとおりである。
【０３００】
Ｓｉ基板上にＺｒＯ２膜を蒸着法により形成し、ＺｒＯ２膜上にスパッタリングによってエピタキシャル成長によるＰｔ膜を形成する。次いで、図１８に示すスパッタリング装置を用い、表４に示す実施例３（本発明５μｍ）のスパッタ条件でＰｔ膜上に膜厚１μｍのＰＺＴ膜を成膜する。但し、ここでのＰＺＴ膜の膜厚は１μｍであるため、表４に示す実施例３（本発明５μｍ）の成膜時間を７２０ｓにする。
【０３０１】
次いで、ＰＺＴ膜上にＰｔ膜、膜厚１μｍのＰＺＴ膜を順に成膜する。この際、Ｐｔ膜の成膜条件は前記のＰｔ膜の成膜条件と同様であり、ＰＺＴ膜の成膜条件は前記のＰＺＴ膜の成膜条件と同様である。このようにして図３３（Ｃ）に示す断面構造と同様の実施例７のサンプルを作製することができる。
【０３０２】
なお、上記の第１の実施形態〜第７の実施形態、実施例１〜実施例７を、当業者の通常の創作能力の範囲内で互いに組み合わせて実施することも可能である。
【０３０３】
また、上記の実施形態には、基板を含む圧電素子を説明している実施形態があるが、圧電素子を作製した後に基板を除去することで基板を含まない圧電素子を実施することも可能である。
【符号の説明】
【０３０４】
１０、１０ａ、１０ｂ  圧電素子
１１  基板
１１ａ  上面
１２  配向膜
１２ａ  拡散層
１３  第１の電極
１３ａ、１３ｂ  導電膜
１４  膜状圧電体
１５  第２の電極
１５ａ  永久磁石膜
５１  チャンバー
５２  基板
５３  保持部
５４  スパッタリングターゲット
５５  ターゲット保持部
５６  出力供給機構
５７  第１のガス導入源
５８  第２のガス導入源
５９  真空排気機構
６０  磁石
６１  回転機構
６２  整合器
６３  ＶＤＣ制御部
１０１、１２１、１４１、１５１、１６１  Ｓｉ基板
１０２、１２２、１４２、１５２、１６２  ＺｒＯ２膜
１０３、１０３ａ、１１１ａ、１２３ａ、１４３ａ、１４５ａ  第１の電極
１０３ｂ、１１１ｂ、１２３ｂ、１４３ｂ、１４５ｂ  第２の電極
１０３ｃ、１１１ｃ、１２３ｃ、１４３ｃ、１４５ｃ  第３の電極
１０３ｄ  第４の電極
１０３ｅ  第５の電極
１０４  第１の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜
１０５、１１２、１３３  接着用（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜
１０６、１０７  電極
１２３、１４３、１５３、１６３、１６５、１６７、１６９  Ｐｔ膜
１２４  第２の（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜
１３２、１３３ａ  （ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜
１４４、１４６、１５４  （ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜
１６４  １層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜
１６６  ２層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜
１６８  ３層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜
１７０  ４層目（ＰｂａＬａｂ）（ＺｒｃＴｉｄＮｂｅ）Ｏ３−δ膜
１７１、１７３、１７５  Ｐｔ膜
１７２、１７４  感光性永久レジスト膜
１７２ａ、１７２ｂ、１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃ  永久レジスト膜
２０１  Ｓｉ基板
２０２  ＺｒＯ２膜
２０３、２０７  Ｐｔ膜
２０４、２０６、２０８  ＳＲＯ膜
２０５、２０９  ＰＺＴ膜
３０１  ロータ
３０２  ステータ
３０３、３０４、３０５、３０６  永久磁石
３５１  回転子
３５２  固定子
３５３  軸
３５４  圧電素子
３５５  電磁石
３５５ａ  芯
３５５ｂ  絶縁電線
【図１】
2018026980.tif 000009
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2018026980.tif 000027
【図２０】
2018026980.tif 000028
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2018026980.tif 000035
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
2018026980.tif 000038
【図３１】
2018026980.tif 000039
【図３２】
2018026980.tif 000040
【図３３】
2018026980.tif 000041
【図３４】
2018026980.tif 000042
【図３５】
2018026980.tif 000043
【図３６】
2018026980.tif 000044
【図３７】
2018026980.tif 000045
【図３８】
2018026980.tif 000046
【図３９】
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【図４０】
2018026980.tif 000048
【図４１】
2018026980.tif 000049
【図４２】
2018026980.tif 000050
【図４３】
2018026980.tif 000051
【図４４】
2018026980.tif 000052
【図４５】
2018026980.tif 000053
【図４６】
2018026980.tif 000054
【図４７】
2018026980.tif 000055
【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
2018026980.tif 000058
【図５１】
2018026980.tif 000059
【図５２】
2018026980.tif 000060
【図５３】
2018026980.tif 000061
【図５４】
2018026980.tif 000062
【図５５】
2018026980.tif 000063
【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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