(57)【要約】【課題】アルカリニオブ酸化物で形成された圧電膜であって、より高い圧電定数を有する圧電膜を備える圧電積層体およびその関連技術を提供する。【解決手段】基板と、基板上に製膜された圧電膜と、を備え、圧電膜は、組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる単結晶のエピタキシャル膜である。【選択図】図１
2019114732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に製膜された圧電膜と、を備え、
前記圧電膜は、組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる単結晶のエピタキシャル膜である圧電積層体。
【請求項２】
前記基板と前記圧電膜との間には、ランタノイドの酸化物で安定化されたジルコニアからなるバッファ層、γ−アルミナからなるバッファ層、前記ランタノイドの酸化物で安定化されたジルコニアからなる層と酸化セリウムからなる層とランタンストロンチウムコバルタイトからなる層とが前記基板の側からこの順に積層されてなるバッファ層、または、酸化セリウムからなる層と白金からなる層とニッケル酸ランタンからなる層とが前記基板の側からこの順に積層されてなるバッファ層のいずれかが設けられている請求項１に記載の圧電積層体。
【請求項３】
基板上に、組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物をエピタキシャル成長させることで単結晶の圧電膜を製膜する工程を有する圧電積層体の製造方法。
【請求項４】
前記基板上に、ランタノイドの酸化物で安定化されたジルコニアからなるバッファ層、γ−アルミナからなるバッファ層、前記ランタノイドの酸化物で安定化されたジルコニアからなる層と酸化セリウムからなる層とランタンストロンチウムコバルタイトからなる層とが前記基板の側からこの順に積層されてなるバッファ層、または、酸化セリウムからなる層と白金からなる層とニッケル酸ランタンからなる層とが前記基板の側からこの順に積層されてなるバッファ層のいずれかを形成する工程をさらに有し、
前記圧電膜を製膜する工程では、前記バッファ層上に前記圧電膜を製膜する請求項３に記載の圧電積層体の製造方法。
【請求項５】
基板と、前記基板上に製膜された第１電極膜と、前記第１電極膜上に製膜され、組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる単結晶のエピタキシャル膜である圧電膜と、前記圧電膜上に製膜された第２電極膜と、を備える圧電積層体と、
前記第１電極膜と前記第２電極膜との間に接続される電圧検出部および電圧印加部のうち少なくともいずれかと、を備える圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電積層体、圧電積層体の製造方法および圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体は、センサやアクチュエータ等の機能性電子部品に広く利用されている。圧電体の材料としては、鉛系材料、特に、組成式Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３で表されるＰＺＴ系の強誘電体が広く用いられている。ＰＺＴ系の圧電体は、鉛を６０〜７０ｗｔ％程度含有しており、公害防止の面等から好ましくない。現在、様々な鉛非含有の圧電材料が研究されているが、その中に、組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物（ニオブ酸カリウムナトリウム、以下、ＫＮＮともいう）がある（例えば特許文献１，２参照）。ＫＮＮは、比較的良好な圧電特性を示し、鉛非含有の圧電材料の有力候補として期待されている。また、近年、より高い圧電定数を有する圧電体が強く求められるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８４５１３号公報
【特許文献２】特開２００８−１５９８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、アルカリニオブ酸化物で形成された圧電膜であって、より高い圧電定数を有する圧電膜を備える圧電積層体およびその関連技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、
基板と、前記基板上に製膜された圧電膜と、を備え、
前記圧電膜は、組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる単結晶のエピタキシャル膜である圧電積層体およびその関連技術が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、アルカリニオブ酸化物で形成された圧電膜であって、より高い圧電定数を有する圧電膜を備える圧電積層体およびその関連技術を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる圧電積層体の断面構造の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる圧電デバイスの概略構成を示す図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる圧電積層体が有するバッファ層の断面構造の変形例を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかる圧電積層体が有するバッファ層の断面構造の他の変形例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる圧電デバイスの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０００９】
（１）圧電積層体の構成
図１に示すように、本実施形態にかかる圧電膜を有する積層体（積層基板）１０（以下、圧電積層体１０とも称する）は、基板１と、基板１上に形成されたバッファ層７と、バッファ層７上に製膜された下部電極膜（第１電極膜）２と、下部電極膜２上に製膜された圧電膜（圧電薄膜）３と、圧電膜３上に製膜された上部電極膜（第２電極膜）４と、を備えている。
【００１０】
基板１としては、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる基板を好適に用いることができる。また、基板１としては、単結晶チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、単結晶酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、単結晶蛍石（フッ化カルシウム、ＣａＦ２）からなる基板を用いることもできる。また、基板１としては、単結晶Ｓｉからなるシリコン層を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いることもできる。また、基板１としては、熱酸化膜やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）酸化膜等の表面酸化膜（ＳｉＯ２膜）が形成された単結晶Ｓｉ基板、すなわち、表面酸化膜を有するＳｉ基板を用いることもできる。基板１は、例えば３００〜１０００μｍの厚さを有する。
【００１１】
バッファ層７は、例えばイットリウム（Ｙ）の酸化物（Ｙ２Ｏ３）で安定化されたジルコニア（組成式（ＺｒＯ２）１−ｘ（Ｙ２Ｏ３）ｘ、略称：ＹＳＺ）を用いることにより形成することができる。バッファ層７の組成は、バッファ層７の結晶構造が立方晶（キュービック構造、キュービック相）となるような組成とすることが好ましい。例えば、上記組成式中の係数ｘが０．０６５≦ｘ≦０．１５５の範囲内の大きさであることが好ましい。バッファ層７は例えば５〜３００ｎｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの厚さを有する。
【００１２】
基板１上にバッファ層７を直接製膜することで、バッファ層７はエピタキシャル成長し、単結晶のエピタキシャル膜となる。基板１上にバッファ層７を設けることで、基板１（単結晶Ｓｉ）とＫＮＮ膜３との間の格子定数の差を緩和できる。その結果、後述のように、下部電極膜２およびＫＮＮ膜３を単結晶のエピタキシャル膜とすることができる。
【００１３】
バッファ層７は、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法やスパッタリング法等の手法を用いることにより形成することができる。これらの手法の中でも、ＰＬＤ法によりバッファ層７を形成することが好ましく、これにより、基板１とバッファ層７との間の界面にアモルファスの酸化シリコン層（ＳｉＯ２層）が形成されることを抑制することができる。その結果、バッファ層７の結晶性の乱れを抑制でき、基板１上にバッファ層７を容易にエピタキシャル成長させることができる。
【００１４】
基板１とバッファ層７との間には、これらの密着性を高めるため、例えば、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、ニッケル（Ｎｉ）等を主成分とする密着層６が設けられていてもよい。密着層６は、スパッタリング法、蒸着法等の手法を用いることにより形成することができる。密着層６は例えば１〜２００ｎｍの厚さを有する。密着層６を設ける場合、基板１に対してバッファードフッ酸（ＢＨＦ）溶液を用いた清浄化処理を行うことが好ましい。
【００１５】
下部電極膜２は、例えば、白金（Ｐｔ）を用いることにより製膜することができる。バッファ層７上に下部電極膜２を直接製膜することで、下部電極膜２はエピタキシャル成長し、単結晶のエピタキシャル膜（以下、これをＰｔ膜とも称する）となる。Ｐｔ膜を構成する結晶は、基板１の表面に対して（１１１）面方位に配向していることが好ましい。すなわち、Ｐｔ膜の表面（圧電膜３の下地となる面）は、Ｐｔ（１１１）面により構成されていることが好ましい。Ｐｔ膜は、スパッタリング法、蒸着法等の手法を用いて製膜することができる。下部電極膜２は、Ｐｔ以外に、金（Ａｕ）やルテニウム（Ｒｕ）やイリジウム（Ｉｒ）等の各種金属、これらを主成分とする合金、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）やニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）等の金属酸化物等を用いて製膜することもできる。例えばＳｒＲｕＯ３を用いて下部電極膜２を製膜する場合、ＳｒＲｕＯ３膜は基板１の表面に対して（１００）面方位に配向していることが好ましい。すなわち、ＳｒＲｕＯ３膜の表面は、ＳｒＲｕＯ３（１００）面により構成されていることが好ましい。下部電極膜２は例えば１００〜４００ｎｍの厚さを有する。
【００１６】
圧電膜３は、例えば、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、ニオブ（Ｎｂ）を含み、組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３で表されるアルカリニオブ酸化物、すなわち、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）を用いることにより製膜することができる。上述の組成式中の係数ｘ［＝Ｎａ／（Ｋ＋Ｎａ）］は、０＜ｘ＜１、好ましくは０.４≦ｘ≦０.７の範囲内の大きさとする。下部電極膜２上に圧電膜３を直接製膜することで、圧電膜３は下部電極膜２上にエピタキシャル成長し、ＫＮＮの単結晶のエピタキシャル膜（以下、これをＫＮＮ膜３や単結晶のＫＮＮ膜３とも称する）となる。なお、従来の圧電積層体のように上述のバッファ層７を設けない場合、下部電極膜２上に成長するＫＮＮ膜は多結晶膜となる。ＫＮＮの結晶構造は、ペロブスカイト構造となる。ＫＮＮ膜３は例えば０．５〜５μｍの厚さを有する。
【００１７】
ＫＮＮ膜３を構成する結晶は、基板１の表面に対して（００１）面方位に配向していることが好ましい。すなわち、ＫＮＮ膜３の表面（上部電極膜４の下地となる面）は、ＫＮＮ（００１）面により構成されていることが好ましい。基板１の表面に対して（１１１）面方位に配向させたＰｔ膜（下部電極膜２）上にＫＮＮ膜３を直接製膜することで、ＫＮＮ膜３を構成する結晶を、基板１の表面に対して（００１）面方位に配向させることが容易となる。
【００１８】
ＫＮＮ膜３は、スパッタリング法、ＰＬＤ法、ゾルゲル法等の手法を用いることにより製膜することができる。ＫＮＮ膜３の組成比は、例えば、スパッタリング製膜時に用いるターゲット材の組成を制御することで調整可能である。ターゲット材は、例えば、Ｋ２ＣＯ３粉末、Ｎａ２ＣＯ３粉末、Ｎｂ２Ｏ５粉末等を混合させて焼成すること等により作製することができる。この場合、ターゲット材の組成は、Ｋ２ＣＯ３粉末、Ｎａ２ＣＯ３粉末、Ｎｂ２Ｏ５粉末等の混合比率を調整することで制御することができる。ＫＮＮ膜３のスパッタリング製膜時の雰囲気ガスには、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガス（Ａｒ＋Ｏ２混合ガス）を用いる。
【００１９】
ＫＮＮ膜３は、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、リチウム（Ｌｉ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）等のＫ、Ｎａ、Ｎｂ以外の元素を、５ａｔ％以下の範囲内で含んでいてもよい。
【００２０】
上部電極膜４は、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、アルミニウム（Ａｌ）、Ｃｕ等の各種金属やこれらの合金を用いることにより製膜することができる。上部電極膜４は、スパッタリング法、蒸着法、メッキ法、金属ペースト法等の手法を用いることにより製膜することができる。上部電極膜４は、下部電極膜２のようにＫＮＮ膜３の結晶構造に大きな影響を与えるものではない。そのため、上部電極膜４の材料、結晶構造、製膜手法は特に限定されない。なお、ＫＮＮ膜３と上部電極膜４との間には、これらの密着性を高めるため、例えば、Ｔｉ、Ｔａ、ＴｉＯ２、Ｎｉ等を主成分とする密着層が設けられていてもよい。上部電極膜４は、例えば１００〜５０００ｎｍの厚さを有する。密着層を設ける場合には、密着層は例えば１〜２００ｎｍの厚さを有する。
【００２１】
（２）圧電デバイスの構成
図２に、本実施形態における圧電膜を有するデバイス３０（以下、圧電デバイス３０とも称する）の概略構成図を示す。圧電デバイス３０は、上述の圧電積層体１０を所定の形状に成形して得られる素子２０（圧電膜を有する素子２０、以下、圧電素子２０とも称する）と、圧電素子２０に接続される電圧印加部１１ａまたは電圧検出部１１ｂと、を少なくとも備えている。電圧印加部１１ａとは、下部電極膜２と上部電極膜４との間に電圧を印加するための手段であり、電圧検出部１１ｂとは、下部電極膜２と上部電極膜４との間に発生した電圧を検出するための手段である。電圧印加部１１ａ、電圧検出部１１ｂとしては、公知の手段を用いることができる。
【００２２】
電圧印加部１１ａを、圧電素子２０の下部電極膜２と上部電極膜４との間に接続することで、圧電デバイス３０をアクチュエータとして機能させることができる。電圧印加部１１ａにより下部電極膜２と上部電極膜４との間に電圧を印加することで、ＫＮＮ膜３を変形させることができる。この変形動作により、圧電デバイス３０に接続された各種部材を作動させることができる。この場合、圧電デバイス３０の用途としては、例えば、インクジェットプリンタ用のヘッド、スキャナ用のＭＥＭＳミラー、超音波発生装置用の振動子等が挙げられる。
【００２３】
電圧検出部１１ｂを、圧電素子２０の下部電極膜２と上部電極膜４との間に接続することで、圧電デバイス３０をセンサとして機能させることができる。ＫＮＮ膜３が何らかの物理量の変化に伴って変形すると、その変形によって下部電極膜２と上部電極膜４との間に電圧が発生する。この電圧を電圧検出部１１ｂによって検出することで、ＫＮＮ膜３に印加された物理量の大きさを測定することができる。この場合、圧電デバイス３０の用途としては、例えば、角速度センサ、超音波センサ、圧カセンサ、加速度センサ等が挙げられる。
【００２４】
（３）圧電積層体、圧電素子、圧電デバイスの製造方法
続いて、上述の圧電積層体１０の製造方法について説明する。まず、基板１のいずれかの主面上に、例えばＰＬＤ法を用いてバッファ層７を形成する。バッファ層７を形成する際の処理条件としては、下記の条件が例示される。その後、バッファ層７上に、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて下部電極膜２を製膜する。なお、いずれかの主面上にバッファ層７および下部電極膜２が予め設けられた基板１を用意してもよい。続いて、下部電極膜２上に、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いてＫＮＮ膜３を製膜する。ＫＮＮ膜３を製膜する際の処理条件としては、下記の条件が例示される。その後、ＫＮＮ膜３上に、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて上部電極膜４を製膜する。これにより、圧電積層体１０が得られる。そして、圧電積層体１０をエッチング等により所定の形状に成形することで、圧電素子２０が得られ、圧電素子２０に電圧印加部１１ａまたは電圧検出部１１ｂを接続することで、圧電デバイス３０が得られる。
【００２５】
（バッファ層形成時の処理条件の一例）
導入ガス：Ｏ２ガス
Ｏ２ガス雰囲気の圧力：７．３×１０−２Ｐａ
レーザ周波数：７Ｈｚ
ＬＳＣＯ層以外の上述の層を形成する際の基板温度：８００℃
ＬＳＣＯ層を形成する際の基板温度：５５０℃
【００２６】
（下部電極膜および上部電極膜製膜時の処理条件の一例）
基板温度：３００℃
放電パワー：１２００Ｗ
導入ガス：Ａｒガス
Ａｒガス雰囲気の圧力：０．３Ｐａ
製膜時間：５分
【００２７】
（ＫＮＮ膜製膜時の処理条件の一例）
基板温度：６００℃
放電パワー：２２００Ｗ
導入ガス：Ａｒ＋Ｏ２混合ガス
Ａｒ＋Ｏ２混合ガス雰囲気の圧力：０．３Ｐａ
Ｏ２ガスに対するＡｒガスの分圧（Ａｒ／Ｏ２分圧比）：２５／１
製膜速度：１μｍ／ｈｒ
【００２８】
基板１とバッファ層７との間の密着層６やＫＮＮ膜３と上部電極膜４との間の密着層を設ける場合、密着層を形成する際の処理条件は、上述の下部電極膜や上部電極膜製膜時の処理条件と同一の条件とすることができる。
【００２９】
（４）本実施形態により得られる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。
【００３０】
（ａ）ＫＮＮ膜３を単結晶のエピタキシャル膜とすることで、多結晶のＫＮＮ膜よりも圧電特性を向上させることができる。例えば、ＫＮＮ膜３の圧電定数の絶対値（例えば｜ｄ３１｜）を、多結晶のＫＮＮ膜よりも遥かに高くすることができる。これにより、圧電デバイス３０をアクチュエータとして機能させる場合において、単結晶のＫＮＮ膜３を有する圧電デバイス３０（本実施形態にかかる圧電デバイス３０）と、多結晶のＫＮＮ膜を有する圧電デバイスと、にそれぞれ同一の電圧を印加した際、単結晶のＫＮＮ膜３の変形量の方が多結晶のＫＮＮ膜の変形量よりも大きくなる。すなわち、単結晶のＫＮＮ膜３と多結晶のＫＮＮ膜とを同じ量変形させる場合、単結晶のＫＮＮ膜３に印加する電圧は多結晶のＫＮＮ膜に印加する電圧よりも小さくてすむ。その結果、多結晶のＫＮＮ膜を有する圧電デバイスよりも、消費電力を低減することができる。
【００３１】
（ｂ）単結晶のＫＮＮ膜３は、多結晶のＫＮＮ膜のように複数の結晶粒子および結晶粒界を有さない。このため、本実施形態にかかる圧電デバイス３０をセンサとして機能させた場合、ＫＮＮ膜３中を伝搬する音波や弾性波等の波の減衰が多結晶のＫＮＮ膜を有する圧電デバイスよりも少なくなる。その結果、本実施形態にかかる圧電デバイス３０は、従来の多結晶のＫＮＮ膜を有する圧電デバイスよりも高いセンサ特性（例えば測定応答性）を有することとなる。
【００３２】
（ｃ）単結晶のＫＮＮ膜３は、多結晶のＫＮＮ膜のように複数の結晶粒子および結晶粒界を有さないことから、単結晶のＫＮＮ膜３を有する圧電積層体１０を所定の形状に成形する際、結晶粒界の影響を受けることがない。このため、ＫＮＮ膜３の加工を多結晶のＫＮＮ膜よりも高精度で行うことが容易となる。
【００３３】
（ｄ）圧電膜がＫＮＮ膜３、すなわちアルカリニオブ酸化物で形成された鉛非含有の膜であることから、公害防止の観点からも好ましい。
【００３４】
（５）変形例
本実施形態は上述の態様に限定されず、例えば以下のように変更することもできる。
【００３５】
（変形例１）
例えば、バッファ層７は、上述のＹＳＺの他、Ｓｃの酸化物（Ｓｃ２Ｏ３）で安定化されたジルコニア（組成式（ＺｒＯ２）１−ｘ（Ｓｃ２Ｏ３）ｘ、略称：ＳｃＳＺ）を用いることにより形成してもよい。本変形例では、上記組成式中の係数ｘを例えば０．０８５≦ｘ≦０．０９５の範囲内の大きさとすることで、バッファ層７の結晶構造をキュービック相とすることができる。ＳｃＳＺは、結晶構造がキュービック相となる組成範囲（上記組成式中の係数ｘの範囲）がＹＳＺよりも狭いものの、ＹＳＺよりも良好な酸素イオン導電性を有する。このため、ＳｃＳＺを用いてバッファ層７を基板１上に直接形成すると、基板１（Ｓｉ）とバッファ層７（ＳｃＳＺ）との間の界面から酸素（Ｏ）を脱離させることができ、基板１とバッファ層７との間の界面にアモルファスのＳｉＯ２層が形成されることを抑制できる。その結果、バッファ層７の結晶性の乱れを抑制でき、バッファ層７を基板１の面内で安定してエピタキシャル成長させることができる。また、ＳｃＳＺを用いてバッファ層７を形成することにより、バッファ層７をＰＬＤ法ではなくスパッタリング法で形成した場合であっても、上述のＳｉＯ２層の形成を抑制することが可能となる。スパッタリング法は大口径化や量産性の点でＰＬＤ法よりも好ましい。本変形例によっても、下部電極膜２およびＫＮＮ膜３をエピタキシャル成長させることができ、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
（変形例２）
例えば、バッファ層７は、上述のＹＳＺ、ＳｃＳＺの他、イットリウム（Ｙ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）およびユウロピウム（Ｅｕ）からなる群より選択される１種または２種以上の希土類元素の酸化物で安定化されたジルコニアを用いて形成してもよい。すなわち、バッファ層７は、例えば、組成式（ＺｒＯ２）１−ｘ（Ｌｎ２Ｏ３）ｘ（例えば０．０７≦ｘ≦０．１１）で表されるランタノイド（Ｌｎ）の酸化物（Ｌｎ２Ｏ３）で安定化されたジルコニアを用いることにより形成することができる。ランタノイドとは、Ｙ、Ｓｃ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｄｙ、ＧｄおよびＥｕの総称である。また例えば、バッファ層７は、γ−アルミナ（γ−Ａｌ２Ｏ３）を用いることにより形成してもよい。本変形例によっても、下部電極膜２およびＫＮＮ膜３をエピタキシャル成長させることができ、上述の実施形態等と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
（変形例３）
また、図３（ａ）に例示するように、基板１として、表面の結晶が（１００）面方位に配向したＳｉ基板を用いる場合、バッファ層７は、上述のＬｎの酸化物（Ｌｎ２Ｏ３）で安定化されたジルコニアからなる層（以下、ＬｎＳＺ層とも称する）７ａ、酸化セリウム（ＣｅＯ２）からなる層７ｂ、およびランタンストロンチウムコバルタイト（ＬａＳｒＣｏＯ３、略称：ＬＳＣＯ）からなる層７ｃを基板１の側からこの順に積層することにより形成してもよい。ＬｎＳＺ層７ａ、ＣｅＯ２層７ｂ、ＬＳＣＯ層７ｃを構成する結晶はそれぞれ、基板１の表面に対して（１００）面方位に配向していることが好ましい。このように複数の層を積層することによりバッファ層７を形成する場合、複数層の合計厚さが上述の実施形態に記載の範囲内の厚さとなることが好ましい。本変形例においてＬｎＳＺ層７ａがＹＳＺ層である場合、ＬＳＣＯ層７ｃの組成は、Ｌａ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３であることが好ましい。また、この場合の各層の厚さの一例として、ＹＳＺ層：２０〜２５ｎｍ、ＣｅＯ２層：３０ｎｍ、ＬＳＣＯ層：５０ｎｍがあげられる。本変形例によっても、下部電極膜２およびＫＮＮ膜３をエピタキシャル成長させることができ、上述の実施形態や変形例と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
（変形例４）
また、図３（ｂ）に例示するように、基板１として、表面の結晶が（１１１）面方位に配向したＳｉ基板を用いる場合、バッファ層７は、ＣｅＯ２からなる層７ｄ、Ｐｔからなる層７ｅおよびＬａＮｉＯ３からなる層７ｆを基板１の側からこの順に積層することにより形成してもよい。ＣｅＯ２層７ｄ、Ｐｔ層７ｅを構成する結晶はそれぞれ、基板１の表面に対して（１１１）面方位に配向していることが好ましく、ＬａＮｉＯ３層７ｆを構成する結晶は、基板１の表面に対して（１００）面方位に配向していることが好ましい。すなわち、本変形例では、ＬａＮｉＯ３層７ｆを配向性変換層としても機能させることが好ましい。本変形例におけるバッファ層７の厚さは、変形例３と同様にバッファ層７の合計厚さが上述の実施形態に記載の範囲内の厚さとなることが好ましい。本変形例によっても、下部電極膜２およびＫＮＮ膜３をエピタキシャル成長させることができ、上述の実施形態や変形例と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
（変形例５）
また例えば、上述の変形例３，４において、ＣｅＯ２層７ｂ，７ｄを、サマリウム（Ｓｍ）をドープしたセリア系酸化物、すなわちサマリウムドープトセリア（化学式：ＳｍＣｅＯｘ、略称ＳＤＣ）を用いて形成した層、または、Ｇｄをドープしたセリア系酸化物、すなわちガドリニウムドープトセリア（化学式：ＧｄＣｅＯｘ、略称：ＧＤＣ）を用いて形成した層としてもよい。本変形例では、ＳｍまたはＧｄのドープ量は例えば１０ｍｏｌ％の濃度とすることができる。ＳＤＣの組成の一例としてＳｍ０．１Ｃｅ０．９Ｏ１．９５があげられ、ＧＤＣの組成の一例としてＧｄ０．１Ｃｅ０．９Ｏ１．９５があげられる。ＳＤＣ、ＧＤＣは、ＳｃＳＺと同様に良好な酸素イオン導電性を有している。このため、バッファ層７がＳＤＣ層またはＧＤＣ層を有することで、変形例１と同様に、ＳＤＣ層またはＧＤＣ層と、この層に隣接する層と、の間の界面にアモルファスのＳｉＯ２層が形成されることを抑制することができる。本変形例によっても、上述の下部電極膜２およびＫＮＮ膜３をエピタキシャル成長させることができ、上述の実施形態や変形例と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００４１】
例えば、上述の圧電デバイス３０を、表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）フィルタ等のフィルタデバイスとして機能させてもよい。図４に、ＳＡＷデバイスとして機能させることが可能な圧電デバイス３０Ａの概略構成図を示す。図４に示すように、圧電デバイス３０Ａは、圧電積層体１０Ａを所定の形状に成形して得られる圧電素子２０Ａと、圧電素子２０Ａに接続される電圧印加部１１ａおよび電圧検出部１１ｂと、を少なくとも備えている。
【００４２】
圧電積層体１０Ａは、基板１と、基板１上に形成されたバッファ層７と、バッファ層７上に製膜された単結晶のＫＮＮ膜（圧電膜）３と、ＫＮＮ膜３上に製膜された電極膜４と、を備えている。基板１とバッファ層７との間には、これらの密着性を高めるため、密着層６が設けられている。
【００４３】
圧電素子２０Ａは、上部電極膜４を所定のパターンに成形したパターン電極を有している。圧電素子２０Ａは、入力側（電圧印加用）の正負一対のパターン電極４ｐ１と、出力側（電圧検出用）の正負一対のパターン電極４ｐ２と、を有している。パターン電極４ｐ１，４ｐ２は、それぞれ、例えば基部と、基部から延びて等間隔に配置された複数の電極指と、を有する櫛歯（くし型）電極（ＩＤＴ：Inter Digital Transducer）として形成されている。
【００４４】
圧電デバイス３０Ａでは、電圧印加部１１ａをパターン電極４ｐ１間に接続し、電圧検出部１１ｂをパターン電極４ｐ２間に接続している。電圧印加部１１ａによりパターン電極４ｐ１間に電圧を印加することで、ＫＮＮ膜３の表面にＳＡＷが励起する。例えばパターン電極４ｐ１の隣接する電極指間のピッチを調整することで、励起させるＳＡＷの周波数を調整することができる。例えば、パターン電極４ｐ１の上述のピッチが短くなるほどＳＡＷの周波数は高くなり、上述のピッチが長くなるほどＳＡＷの周波数は低くなる。電圧印加部１１ａにより励起され、ＫＮＮ膜３を伝搬してパターン電極４ｐ２に到達したＳＡＷのうち、パターン電極４ｐ２の隣接する電極指間のピッチ等に応じて定まる所定の周波数（周波数成分）を有するＳＡＷにより、パターン電極４ｐ２間に電圧が発生する。この電圧を電圧検出部１１ｂによって検出することで、励起させたＳＡＷのうち所定の周波数を有するＳＡＷを抽出することができる。なお、ここでいう「所定の周波数」という用語は、所定の周波数だけでなく、中心周波数が所定の周波数である所定の周波数帯域を含み得る。本変形例によっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また例えば、上述の実施形態において、圧電積層体を圧電素子に成形する際、圧電積層体（圧電素子）を用いて作製した圧電デバイスをアクチュエータやセンサ等の所望の用途に適用することができる限り、圧電積層体から基板を除去してもよい。
【００４６】
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【００４７】
（付記１）
本発明の一態様によれば、
基板と、前記基板上に製膜された圧電膜と、を備え、
前記圧電膜は、組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる単結晶のエピタキシャル膜である圧電積層体が提供される。
【００４８】
（付記２）
付記１の積層体であって、好ましくは、
前記基板と前記圧電膜との間（前記基板上）には、ランタノイド（イットリウム、スカンジウム、イッテルビウム、エルビウム、ジスプロシウム、ガドリニウムおよびユウロピウムからなる群より選択される１種または２種以上の希土類元素）の酸化物で安定化されたジルコニアからなるバッファ層、γ−アルミナからなるバッファ層、前記ランタノイドの酸化物で安定化されたジルコニアからなる層と酸化セリウムからなる層とランタンストロンチウムコバルタイトからなる層とが前記基板の側からこの順に積層されてなるバッファ層、または、酸化セリウムからなる層と白金からなる層とニッケル酸ランタンからなる層とが前記基板の側からこの順に積層されてなるバッファ層のいずれかが設けられている。
【００４９】
（付記３）
付記２の積層体であって、好ましくは、
前記バッファ層と前記圧電膜との間には、電極膜が設けられている。
【００５０】
（付記４）
付記２または３の積層体であって、好ましくは、
前記圧電膜上には、電極膜が設けられている。
【００５１】
（付記５）
付記１〜４のいずれかの積層体であって、好ましくは、
前記基板は、単結晶シリコン、単結晶チタン酸ストロンチウム、単結晶酸化マグネシウム、または単結晶蛍石のいずれかからなる基板、または単結晶シリコンからなるシリコン層を有するＳＯＩ基板である。
【００５２】
（付記６）
付記３〜５のいずれかの積層体であって、好ましくは、
前記電極膜は単結晶膜である。
【００５３】
（付記７）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板上に、組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物をエピタキシャル成長させることで単結晶の圧電膜を製膜する工程を有する圧電積層体の製造方法が提供される。
【００５４】
（付記８）
付記７の方法であって、好ましくは、
前記基板上に、ランタノイドの酸化物で安定化されたジルコニアからなるバッファ層、γ−アルミナからなるバッファ層、前記ランタノイドの酸化物で安定化されたジルコニアからなる層と酸化セリウムからなる層とランタンストロンチウムコバルタイトからなる層とが前記基板の側からこの順に積層されてなるバッファ層、または、酸化セリウムからなる層と白金からなる層とニッケル酸ランタンからなる層とが前記基板の側からこの順に積層されてなるバッファ層のいずれかを形成する工程をさらに有し、
前記圧電膜を製膜する工程では、前記バッファ層上に前記圧電膜を製膜する。
【００５５】
（付記９）
付記８の方法であって、好ましくは、
前記バッファ層上に電極膜を製膜する工程をさらに有し、
前記圧電膜を製膜する工程では、前記電極膜上に前記圧電膜を製膜する。
【００５６】
（付記１０）
付記８または９の方法であって、好ましくは、
前記圧電膜上に電極膜を製膜する工程をさらに有する。
【００５７】
（付記１１）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板と、前記基板上に製膜された第１電極膜と、前記第１電極膜上に製膜され、組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる単結晶のエピタキシャル膜である圧電膜と、前記圧電膜上に製膜された第２電極膜と、を備える圧電積層体と、
前記第１電極膜と前記第２電極膜との間に接続される電圧検出部および電圧印加部のうち少なくともいずれかと、を備える圧電素子または圧電デバイスが提供される。
【００５８】
（付記１２）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板と、前記基板上に製膜され、組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる単結晶のエピタキシャル膜である圧電膜と、前記圧電膜上に製膜された電極膜（パターン電極膜）と、を備える圧電積層体と、
前記パターン電極間に接続される電圧検出部および電圧印加部のうち少なくともいずれかと、を備える圧電素子または圧電デバイスが提供される。
【符号の説明】
【００５９】
１    基板
３    圧電膜
１０    圧電積層体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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