(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐｂ（ＨｆxＴｉ1-x）Ｏ3で示されるペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜であって、
ハフニウムとチタンとの総和に対するハフニウムの比率が、原子濃度の比で２０％以上であり、
ハフニウムとチタンとの総和に対する鉛の比率が、原子濃度の比で７０％以上１００％未満であることを特徴とする圧電薄膜。
【請求項２】
Ｐｂ（ＨｆxＴｉ1-x）Ｏ3で示されるペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜であって、
ハフニウムとチタンとの総和に対するハフニウムの比率が、原子濃度の比で２０％以上であり、
ハフニウムとチタンとの総和に対する鉛の比率が、原子濃度の比で１００％よりも大きく１１０％以下であることを特徴とする圧電薄膜。
【請求項３】
前記ハフニウムの比率が、原子濃度の比で４０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電薄膜。
【請求項４】
前記ハフニウムの比率が、原子濃度の比で４８％以上６２％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧電薄膜。
【請求項５】
前記ハフニウムの比率が、原子濃度の比で４８％以上５５％以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の圧電薄膜。
【請求項６】
（００１）／（１００）のＸ線回折強度が、他の配向の回折強度よりも大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の圧電薄膜。
【請求項７】
膜厚が０．２μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の圧電薄膜。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の圧電薄膜を、スパッタ法、レーザアブレーション法、ゾルゲル法のいずれかによって成膜することを特徴とする圧電薄膜の製造方法。
【請求項９】
基板と、
請求項１から７のいずれかに記載の圧電薄膜と、
前記基板と前記圧電薄膜との間に形成される下部電極とを有していることを特徴とする圧電薄膜付き基板。
【請求項１０】
前記下部電極は、白金、イリジウム、酸化イリジウム、ルテニウム、酸化ルテニウムのいずれかの材料からなる層を含んでいることを特徴とする請求項９に記載の圧電薄膜付き基板。
【請求項１１】
前記下部電極と前記圧電薄膜との間に、前記圧電薄膜の結晶配向性を制御するためのシード層を有しており、
前記シード層は、ハフニウム以外の金属を含むペロブスカイト型構造を有していることを特徴とする請求項９または１０に記載の圧電薄膜付き基板。
【請求項１２】
前記シード層は、チタン酸ランタン鉛、チタン酸鉛、ニッケル酸ランタン、ルテニウム酸ストロンチウムのいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の圧電薄膜付き基板。
【請求項１３】
請求項９から１２のいずれかに記載の圧電薄膜付き基板と、
前記圧電薄膜付き基板の前記圧電薄膜に対して、前記下部電極とは反対側に形成される上部電極と、
前記上部電極と前記下部電極との間に電圧を印加する電圧印加部とを備え、前記電圧に応じて前記圧電薄膜を伸縮させることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１４】
請求項９から１２のいずれかに記載の圧電薄膜付き基板と、
前記圧電薄膜付き基板の前記圧電薄膜に対して、前記下部電極とは反対側に形成される上部電極と、
前記圧電薄膜の振動によって前記上部電極と前記下部電極との間に発生する電圧を検知する電圧検知部とを備えていることを特徴とする圧電センサ。
【請求項１５】
請求項１３に記載の圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの前記基板に形成される開口部に収容されるインクを外部に吐出するためのノズル孔を有するノズル基板とを備えていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１６】
請求項１５に記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般式ＡＢＯ3で示されるペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜およびその製造方法と、圧電薄膜付き基板と、圧電アクチュエータと、圧電センサと、インクジェットヘッドと、インクジェットプリンタとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、駆動素子やセンサなどの電気機械変換素子として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電体が用いられている。また、近年、装置の小型化、高密度化、低コスト化などの要求に応えて、シリコン（Ｓｉ）基板を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子が増加している。ＭＥＭＳ素子に圧電体を応用するには、圧電体を薄膜化することが望ましい。圧電体を薄膜化することで、成膜、フォトリソグラフィーなど半導体プロセス技術を用いた高精度な加工が可能となり、小型化、高密度化を実現できる。また、大面積のウェハに素子を一括加工できるため、コストを低減できる。さらに、機械電気の変換効率が向上し、駆動素子の特性や、センサの感度が向上する等の利点がある。
【０００３】
このようなＭＥＭＳ素子を用いたデバイスの応用例として、インクジェットプリンタが知られている。インクジェットプリンタでは、液体インクを吐出する複数のチャネルを有するインクジェットヘッドを、用紙や布などの記録メディアに対して相対的に移動させながらインクの吐出を制御することで、二次元の画像が記録メディアに形成される。
【０００４】
インクの吐出は、圧力式のアクチュエータ（圧電式、静電式、熱変形など）を利用したり、熱によって管内のインクに気泡を発生させることで行うことができる。中でも、圧電式のアクチュエータは、出力が大きい、変調が可能、応答性が高い、インクを選ばない、などの利点を有しており、近年よく利用されている。特に、高解像度（小液滴で良い）で小型、低コストのプリンタを実現するには、薄膜の圧電体（圧電薄膜）を用いたインクジェットヘッドの利用が適している。
【０００５】
ＰＺＴなどの圧電体は、例えばスパッタ法により、Ｓｉなどの基板上に薄膜として成膜される。成膜されたＰＺＴは、結晶がペロブスカイト型構造となるときに良好な圧電効果を発現する。図１６は、ＰＺＴの結晶構造を模式的に示している。ペロブスカイト型構造とは、理想的には立方晶系の単位格子を有し、立方晶の各頂点（Ａサイト）に配置される金属（例えば鉛（Ｐｂ））、体心（Ｂサイト）に配置される金属（例えばジルコニウム（Ｚｒ）またはチタン（Ｔｉ））、立方晶の各面心に配置される酸素Ｏとから構成されるＡＢＯ3型の結晶構造を指す。なお、ペロブスカイト型構造の結晶には、立方晶が歪んだ正方晶、斜方晶、菱面体晶等も含まれるものとする。
【０００６】
ＰＺＴは、ともにペロブスカイト型構造を採るＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ3；チタン酸鉛）とＰＺＯ（ＰｂＺｒＯ3；ジルコン酸鉛）との固溶体であるが、ＰＴＯの比率が高いときにはＰＺＴ全体が正方晶となり、ＰＺＯの比率が高いときにはＰＺＴ全体が菱面体晶となる。
【０００７】
図１７は、ＰＴＯおよびＰＺＯの組成比と結晶系との関係を示している。ＰＴＯとＰＺＯとの組成比が、４８／５２〜４７／５３のあたりで、結晶系が正方晶から菱面体晶、または菱面体晶から正方晶に変化する。このように結晶系が変化する境界を組成相境界（ＭＰＢ；Morphotropic phase boundary ）と呼び、以下では単に相境界とも記載する。この相境界では、比誘電率および圧電定数の両者が特異的に高くなることが知られている。例えば非特許文献１では、図１８および図１９に示すような実験結果が報告されている。この実験結果から、ＰＺＴ薄膜において、Ｚｒの含有量に応じて比誘電率および圧電定数（｜ｅ31,f｜）が変化し、相境界付近（Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3において、ｘ＝０．５０〜０．５５付近）でこれらの値が極大となっていることがわかる。
【０００８】
一方、近年では、圧電特性のさらなる向上を目指して、ＰＺＴに添加物を加えたり、ＰＺＴのいずれかの元素を他の元素で置換する試みがなされている。例えば特許文献１では、ＰＺＴのＢサイトの元素（ＺｒまたはＴｉ）を、ハフニウム（Ｈｆ）で置換してもよいことが開示されている。Ｈｆは、元素の周期表でＺｒおよびＴｉと同じ４族（チタン族）の金属である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−５６８９号公報（請求項７、段落〔００２１〕、〔００９８〕等参照）
【００１０】
【非特許文献１】K. Tomioka, et.al, "Composition Dependence of Piezoelectric Properties of Pb(Zr,Ti)O3 films prepared by combinatorial sputtering," JJAP, vol. 51, 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、特許文献１では、ＰＺＴのＢサイトへの添加物の一例として、Ｈｆを挙げているに過ぎず、Ｐｂ、Ｈｆ、Ｔｉを主成分とするＰＨＴ（Ｐｂ（Ｈｆ，Ｔｉ）Ｏ3）で圧電薄膜を構成したときに、良好な特性（例えば誘電特性や圧電特性）を得るにあたって、Ｈｆの含有量をどのように設定すべきかについては、全く検討がなされていない。そのため、特許文献１の記載を参考にしても、圧電薄膜をＰＨＴで構成して良好な特性を実現することはできない。
【００１２】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、Ｈｆの含有量を適切に規定することにより、ＰＨＴで良好な特性を実現することができる圧電薄膜およびその製造方法と、圧電薄膜付き基板と、圧電アクチュエータと、圧電センサと、インクジェットヘッドと、インクジェットプリンタとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一側面に係る圧電薄膜は、一般式ＡＢＯ3で示されるペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜であって、Ａサイトに、主成分として鉛を含み、Ｂサイトに、主成分としてハフニウムおよびチタンを含み、ハフニウムとチタンとの総和に対するハフニウムの比率が、原子濃度の比で２０％以上である。
【００１４】
Ｐｂ、Ｈｆ、Ｔｉを主成分とするＰＨＴにおいて、ＢサイトのＨｆの含有量が２０％以上であるので、圧電薄膜をＰＨＴで構成して良好な特性（誘電特性および圧電特性）を実現することができる。
【００１５】
特に、前記ハフニウムの比率が、原子濃度の比で４０％以上７０％以下であることが、比誘電率および圧電定数が確実に高くなり、良好な特性が確実に得られる点で望ましい。
【００１６】
さらに、前記ハフニウムの比率が、原子濃度の比で４８％以上６２％以下であることが望ましい。この場合、誘電特性が高いだけでなく、Ｈｆの組成変動（Ｈｆの含有量の変動）に対する誘電特性の変化が、ＰＺＴにおけるＺｒの組成変動に対する誘電特性の変化に比べて小さく、誘電特性の安定した圧電薄膜を実現できると推定される。
【００１７】
また、前記ハフニウムの比率が、原子濃度の比で４８％以上５５％以下であることがより望ましい。この場合、誘電特性および圧電特性が高いだけでなく、Ｈｆの組成変動（Ｈｆの含有量の変動）に対する誘電特性および圧電特性の変化が、ＰＺＴにおけるＺｒの組成変動に対する特性の変化に比べて小さく、誘電特性および圧電特性の両方が安定した圧電薄膜を実現できると推定される。
【００１８】
Ｂサイトのハフニウムとチタンとの総和に対するＡサイトの鉛の比率が、原子濃度の比で７０％以上であってもよい。ＰＺＴでは、Ｐｂ欠損が生じると、特性が大きく劣化するが、ＰＨＴにおいては、Ｐｂ欠損あるいはＰｂ過剰の状態であっても、良好な特性を安定して得ることができる（Ｐｂ組成変動に対して特性変動が小さい）。
【００１９】
Ｂサイトに、鉛をさらに含み、Ｂサイトにおいて、全元素の総和に対する鉛の比率が、原子濃度の比で３％以上であってもよい。Ｐｂ原子は通常、Ａサイトに入るが、このＰｂ原子が通常とは異なるＢサイトに入り込むことにより、過剰のＰｂ原子が結晶粒界等にＰｂＯｘとして析出するのを抑制することができる。これにより、高湿度下でもリーク電流が生じ難くなって、信頼性を向上させることができる。
【００２０】
（００１）／（１００）のＸ線回折強度が、他の配向の回折強度よりも大きいことが望ましい。ＰＨＴの結晶が（１００）面に優先配向していることにより、特性の向上が期待できる。
【００２１】
上記の圧電薄膜において、膜厚が０．２μｍ以上５μｍ以下であってもよい。この場合、圧電薄膜をＭＥＭＳ素子やアクチュエータに適用して、その小型化、高密度化を図ることが可能となる。
【００２２】
本発明の他の側面に係る圧電薄膜の製造方法は、上述した圧電薄膜を、スパッタ法、レーザアブレーション法、ゾルゲル法のいずれかによって成膜する。上記いずれの成膜方法を用いても、Ｈｆの含有量が２０％以上となる圧電薄膜（ＰＨＴ）を成膜することができる。
【００２３】
本発明のさらに他の側面に係る圧電薄膜付き基板は、基板と、上述した圧電薄膜と、前記基板と前記圧電薄膜との間に形成される下部電極とを有している。これにより、圧電アクチュエータに好適な圧電薄膜付き基板を実現できる。
【００２４】
前記下部電極は、白金、イリジウム、酸化イリジウム、ルテニウム、酸化ルテニウムのいずれかの材料からなる層を含んでいてもよい。この場合、圧電薄膜がＰＺＴで構成される場合に使用される下部電極の電極材料を使用して（下部電極として特殊な材料を使用することなく）、圧電薄膜付き基板を構成することができる。
【００２５】
上記の圧電薄膜付き基板は、前記下部電極と前記圧電薄膜との間に、前記圧電薄膜の結晶配向性を制御するためのシード層を有しており、前記シード層は、ハフニウム以外の金属を含むペロブスカイト型構造を有していてもよい。例えば、前記シード層は、チタン酸ランタン鉛、チタン酸鉛、ニッケル酸ランタン、ルテニウム酸ストロンチウムのいずれかで形成されていてもよい。この場合、圧電薄膜がＰＺＴで構成される場合に使用されるシード層の材料を使用して（シード層として特殊な材料を使用することなく）、圧電薄膜の結晶配向性を容易に制御することができる。
【００２６】
本発明のさらに他の側面に係る圧電アクチュエータは、上述した圧電薄膜付き基板と、前記圧電薄膜付き基板の前記圧電薄膜に対して、前記下部電極とは反対側に形成される上部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に電圧を印加する電圧印加部とを備え、前記電圧に応じて前記圧電薄膜を伸縮させる。これにより、上部電極および下部電極に電圧を印加して圧電薄膜を伸縮させる圧電アクチュエータを実現することができる。
【００２７】
本発明のさらに他の側面に係る圧電センサは、上述した圧電薄膜付き基板と、前記圧電薄膜付き基板の前記圧電薄膜に対して、前記下部電極とは反対側に形成される上部電極と、前記圧電薄膜の振動によって前記上部電極と前記下部電極との間に発生する電圧を検知する電圧検知部とを備えている。電圧検知部によって上下電極間の電圧を検知することにより、圧電薄膜の振動を検知することができる。
【００２８】
本発明のさらに他の側面に係るインクジェットヘッドは、上述した圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの前記基板に形成される開口部に収容されるインクを外部に吐出するためのノズル孔を有するノズル基板とを備えている。圧電特性の高いＰＨＴからなる圧電薄膜を伸縮させて、基板の開口部内のインクをノズル孔より外部に吐出させることができるため、高速で高精細な描画に有利な、高粘度のインクを用いたインク吐出が可能となる。
【００２９】
本発明のさらに他の側面に係るインクジェットプリンタは、上述したインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させる。上記のインクジェットヘッドを備えていることにより、高速で高精細な描画を実現できる。
【発明の効果】
【００３０】
上記の構成によれば、圧電薄膜をＰＨＴで構成しても、良好な誘電特性および圧電特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。
【図２】上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドの圧電アクチュエータの概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図とを併せて示した図である。
【図３】上記インクジェットヘッドの断面図である。
【図４】上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】上記圧電アクチュエータの圧電薄膜を成膜するスパッタ装置の概略の構成を示す断面図である。
【図６】上記インクジェットヘッドの他の構成を示す断面図である。
【図７】上記圧電薄膜の特性を評価するために作製した素子の層構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図８】ＰＨＴからなる上記圧電薄膜の面内方向の位置と、ＰＨＴのＢサイトにおけるＨｆ比率との関係を示すグラフである。
【図９】ＰＨＴからなる上記圧電薄膜の面内方向におけるＰＨＯの増減を示す説明図である。
【図１０】ＰＨＴからなる上記圧電薄膜に対してＸ線回折の２θ／θ測定を行った結果を示すグラフである。
【図１１】Ｈｆ比率とｃ軸の格子定数との関係を示すグラフである。
【図１２】Ｈｆ比率と比誘電率との関係を示すグラフである。
【図１３】圧電変位測定計の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１４】Ｈｆ比率と圧電定数との関係を示すグラフである。
【図１５】ＰＨＴからなる複数の圧電薄膜のＰｂ比率を示すグラフである。
【図１６】従来の圧電薄膜としてのＰＺＴの結晶構造を模式的に示す説明図である。
【図１７】ＰＴＯおよびＰＺＯの組成比と結晶系との関係を示す説明図である。
【図１８】Ｚｒ比率と比誘電率との関係を示すグラフである。
【図１９】Ｚｒ比率と圧電定数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をＡ〜Ｂと表記した場合、その数値範囲に下限Ａおよび上限Ｂの値は含まれるものとする。
【００３３】
〔インクジェットプリンタの構成〕
図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド部２において、インクジェットヘッド２１が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
【００３４】
インクジェットプリンタ１は、上記のインクジェットヘッド部２と、繰り出しロール３と、巻き取りロール４と、２つのバックロール５・５と、中間タンク６と、送液ポンプ７と、貯留タンク８と、定着機構９とを備えている。
【００３５】
インクジェットヘッド部２は、インクジェットヘッド２１から記録媒体Ｐに向けてインクを吐出させ、画像データに基づく画像形成（描画）を行うものであり、一方のバックロール５の近傍に配置されている。なお、インクジェットヘッド２１の構成については後述する。
【００３６】
繰り出しロール３、巻き取りロール４および各バックロール５は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール３は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Ｐを、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール３は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Ｐを図１のＸ方向へ繰り出して搬送する。
【００３７】
巻き取りロール４は、繰り出しロール３より繰り出されて、インクジェットヘッド部２によってインクが吐出された記録媒体Ｐを周面に巻き取る。
【００３８】
各バックロール５は、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に配設されている。記録媒体Ｐの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール５は、繰り出しロール３によって繰り出された記録媒体Ｐを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール５は、インクジェットヘッド部２との対向位置から巻き取りロール４に向けて、記録媒体Ｐを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。
【００３９】
中間タンク６は、貯留タンク８より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク６は、インクチューブ１０と接続され、各インクジェットヘッド２１におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド２１にインクを供給する。
【００４０】
送液ポンプ７は、貯留タンク８に貯留されたインクを中間タンク６に供給するものであり、供給管１１の途中に配設されている。貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７によって汲み上げられ、供給管１１を介して中間タンク６に供給される。
【００４１】
定着機構９は、インクジェットヘッド部２によって記録媒体Ｐに吐出されたインクを当該記録媒体Ｐに定着させる。この定着機構９は、吐出されたインクを記録媒体Ｐに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにＵＶ（紫外線）を照射することによりインクを硬化させるためのＵＶランプ等で構成されている。
【００４２】
上記の構成において、繰り出しロール３から繰り出される記録媒体Ｐは、バックロール５により、インクジェットヘッド部２との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部２から記録媒体Ｐに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Ｐに吐出されたインクは定着機構９によって定着され、インク定着後の記録媒体Ｐが巻き取りロール４によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ１では、インクジェットヘッド部２を静止させた状態で、記録媒体Ｐを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Ｐに画像が形成される。
【００４３】
なお、インクジェットプリンタ１は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向（幅方向）にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。この場合、インクジェットヘッドは、キャリッジ等の構造体に支持された状態で、記録媒体の幅方向に移動する。また、記録媒体Ｐとしては、長尺状のもの以外にも、予め所定の大きさ（形状）に裁断されたシート状のものを用いてもよい。
【００４４】
〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、上記したインクジェットヘッド２１の構成について説明する。図２は、インクジェットヘッド２１の圧電アクチュエータ２１ａの概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図とを併せて示したものである。また、図３は、図２の圧電アクチュエータ２１ａにノズル基板３１を接合してなるインクジェットヘッド２１の断面図である。
【００４５】
インクジェットヘッド２１は、複数の圧力室２２ａ（開口部）を有する基板２２上に、熱酸化膜２３、下部電極２４、圧電薄膜２５、上部電極２６をこの順で有している。
【００４６】
基板２２は、厚さが例えば６２５μｍ程度の単結晶Ｓｉ（シリコン）単体からなる半導体基板またはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板で構成されている。この基板２２は、厚さ７５０μｍ程度の基板を研磨処理によって厚さ６２５μｍ程度に調整したものである。上記の研磨処理により、基板２２の厚さを１００〜３００μｍ程度にさらに薄型化することもできる。基板２２の厚さは、適用するデバイスに応じて適宜調整されればよい。
【００４７】
図２では、基板２２をＳＯＩ基板で構成した場合を示している。ＳＯＩ基板は、酸化膜を介して２枚のＳｉ基板を接合したものである。基板２２における圧力室２２ａの上壁（圧力室２２ａよりも圧電薄膜形成側に位置する壁）は、従動膜となる振動板２２ｂを構成しており、圧電薄膜２５の駆動（伸縮）に伴って変位（振動）し、圧力室２２ａ内のインクに圧力を付与する。
【００４８】
熱酸化膜２３は、例えば厚さが０．１μｍ程度のＳｉＯ2（酸化シリコン）からなり、基板２２の保護および絶縁の目的で形成されている。
【００４９】
下部電極２４は、複数の圧力室２２ａに共通して設けられるコモン電極であり、Ｔｉ（チタン）層とＰｔ（白金）層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、熱酸化膜２３とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば２ｎｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば２００ｎｍ程度である。なお、下部電極２４のＰｔ層の代わりに、イリジウム（Ｉｒ）、酸化イリジウム（ＩｒＯ2）、ルテニウム（Ｒｕ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）のような金属または金属酸化物からなる層を形成してもよい。
【００５０】
圧電薄膜２５は、一般式ＡＢＯ3で示されるペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜であって、Ａサイトに、主成分として鉛（Ｐｂ）を含み、Ｂサイトに、主成分としてハフニウム（Ｈｆ）およびチタン（Ｔｉ）を含む、Ｐｂ（ＨｆxＴｉ1-x）Ｏ3（以下、ＰＨＴとも称する）で構成されている。なお、「Ａサイトに、主成分としてＰｂを含む」とは、Ａサイトの全元素に対するＰｂの比率が、原子濃度の比で８０％以上（８０at.％以上）であることを示す。また、「Ｂサイトに、主成分としてＨｆおよびＴｉを含む」とは、Ｂサイトの全元素に対するＨｆおよびＴｉの総和の比率が、原子濃度の比で８０％以上（８０at.％以上）であることを示す。なお、原子濃度の比（at.％）は、モル比（モル％）に置き換えて考えてもよい。圧電薄膜２５は、各圧力室２２ａに対応して設けられている。
【００５１】
本実施形態では、ＨｆとＴｉとの総和に対するＨｆの比率が、原子濃度の比で２０％以上（２０at.％以上）であり、Ｈｆの含有量を示す上記のｘの値は、０．２０以上である。Ｈｆの上記比率の好ましい範囲は、原子濃度の比で４０％以上７０％以下（４０〜７０at.％、０．４０≦ｘ≦０．７０）であり、より好ましい範囲は、原子濃度の比で４８％以上６２％以下（４８〜６２at.％、０．４８≦ｘ≦０．６２）であり、さらに好ましい範囲は、原子濃度の比で４８％以上５５％以下（４８〜５５at.％、０．４８≦ｘ≦０．５５）である。Ｈｆの上記比率は、ＰＨＴの特性についての後述の評価に基づいて得られたものである。
【００５２】
上記した基板２２上に、少なくとも下部電極２４および圧電薄膜２５が形成されることにより、圧電薄膜付き基板２７が構成されている。圧電薄膜２５の膜厚は、例えば１．５μｍ以上１．８μｍ以下に設定されている。これによって、圧電薄膜付き基板２７ひいては圧電アクチュエータ２１ａの小型化、高密度化が図られている。このような小型化、高密度化の効果は、圧電薄膜２５の膜厚が０．２μｍ以上５μｍ以下であれば得ることができる。
【００５３】
上部電極２６は、各圧力室２２ａに対応して設けられる個別電極であり、Ｔｉ層とＰｔ層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、圧電薄膜２５とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１〜０．２μｍ程度である。なお、Ｐｔ層の代わりに、金（Ａｕ）からなる層を形成してもよい。
【００５４】
基板２２と圧電薄膜２５との間に形成される下部電極２４、および圧電薄膜２５に対して、下部電極２４とは反対側に形成される上部電極２６は、圧電薄膜２５を駆動するための駆動回路２８（電圧印加部）と接続されている。
【００５５】
基板２２に対して圧電薄膜２５とは反対側には、ノズル基板３１が接合されている。ノズル基板３１には、圧力室２２ａに収容されるインクをインク滴として外部に吐出するためのノズル孔３１ａが形成されている。圧力室２２ａには、中間タンク６より供給されるインクが収容される。
【００５６】
上記の構成において、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に電圧を印加すると、圧電薄膜２５が、下部電極２４と上部電極２６との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向（基板２２の面に平行な方向）に伸縮する。そして、圧電薄膜２５と振動板２２ｂとの長さの違いにより、振動板２２ｂに曲率が生じ、振動板２２ｂが厚さ方向に変位（湾曲、振動）する。
【００５７】
したがって、圧力室２２ａ内にインクを収容しておけば、上述した振動板２２ｂの振動により、圧力室２２ａ内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室２２ａ内のインクがノズル孔３１ａからインク滴として外部に吐出される。
【００５８】
本実施形態では、後述するように、圧電特性（例えば｜ｅ31,f｜））の高い圧電薄膜２５が得られるため、高粘度のインクを用いたインク吐出が可能となり、高速で高精細な描画に有利なインクジェットヘッド２１およびインクジェットプリンタ１を実現することが可能となる。
【００５９】
また、上記した圧電アクチュエータ２１ａにおいて、圧電薄膜２５に対して下部電極２４とは反対側に上部電極２６が形成されているため、駆動回路２８によって上部電極２６および下部電極２４に電圧を印加し、上記電圧に応じて圧電薄膜２５を伸縮させる、いわゆる圧電式の圧電アクチュエータ２１ａを実現することができる。
【００６０】
また、駆動回路２８を、圧電薄膜２５の振動によって上部電極２６と下部電極２４との間に発生する電圧を検知する電圧検知部として用いてもよい。この場合、駆動回路２８（電圧検知部）での上記電圧の検知によって圧電薄膜２５の振動を検知できるため、圧電アクチュエータ２１ａを、振動センサやジャイロセンサ（角速度センサ）などの圧電センサとして用いることができる。
【００６１】
〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、本実施形態のインクジェットヘッド２１の製造方法について以下に説明する。図４は、インクジェットヘッド２１の製造工程を示す断面図である。
【００６２】
まず、基板２２を用意する。基板２２としては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に多く利用されている結晶シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、ここでは、酸化膜２２ｅを介して２枚のＳｉ基板２２ｃ・２２ｄが接合されたＳＯＩ構造のものを用いている。
【００６３】
基板２２を加熱炉に入れ、１５００℃程度に所定時間保持して、Ｓｉ基板２２ｃ・２２ｄの表面にＳｉＯ2からなる熱酸化膜２３ａ・２３ｂをそれぞれ形成する。次に、一方の熱酸化膜２３ａ上に、ＴｉおよびＰｔの各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極２４を形成する。続いて、基板２２を再加熱し、ＰＨＴからなる圧電薄膜の層２５ａをスパッタ法で成膜する。なお、ＰＨＴの成膜方法の詳細については後述する。
【００６４】
次に、層２５ａ上に感光性樹脂３５をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂３５の不要な部分を除去し、形成する圧電薄膜２５の形状を転写する。その後、感光性樹脂３５をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層２５ａの形状を加工し、圧電薄膜２５とする。
【００６５】
次に、圧電薄膜２５を覆うように下部電極２４上に、ＴｉおよびＰｔの各層をスパッタ法で順に成膜し、層２６ａを形成する。続いて、層２６ａ上に感光性樹脂３６をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂３６の不要な部分を除去し、形成する上部電極２６の形状を転写する。その後、感光性樹脂３６をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層２６ａの形状を加工し、上部電極２６を形成する。
【００６６】
次に、基板２２の裏面（熱酸化膜２３ｂ側）に感光性樹脂３７をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂３７の不要な部分を除去し、形成しようとする圧力室２２ａの形状を転写する。そして、感光性樹脂３７をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて基板２２の除去加工を行い、圧力室２２ａを形成して圧電アクチュエータ２１ａとする。
【００６７】
その後、圧電アクチュエータ２１ａの基板２２と、ノズル孔３１ａを有するノズル基板３１とを、接着剤等を用いて接合する。これにより、インクジェットヘッド２１が完成する。なお、ノズル孔３１ａに対応する位置に貫通孔を有する中間ガラスを用い、熱酸化膜２３ｂを除去して、基板２２と中間ガラス、および中間ガラスとノズル基板３１とをそれぞれ陽極接合するようにしてもよい。この場合は、接着剤を用いずに３者（基板２２、中間ガラス、ノズル基板３１）を接合することができる。
【００６８】
〔ＰＨＴの成膜方法〕
次に、圧電薄膜２５を構成するＰＨＴの成膜方法の詳細について説明する。図５は、ＰＨＴを成膜するスパッタ装置の概略の構成を示す断面図である。図５においてターゲット４１、マグネット４２および高周波電源４３は、ＰＨＯ（ＰｂＨｆＯ3）のスパッタ用と、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ3）のスパッタ用とで２系統設けられており、ターゲット４１が基板４５（上記の基板２２に相当する）の方向に向くように所定の角度を付けて真空チャンバ４４内に配置されている。
【００６９】
ＰＨＯおよびＰＴＯのターゲット４１をそれぞれ載せた板をマグネット４２上に設置し、その上にカバー（不図示）を設置する。マグネット４２と高周波電源４３は、絶縁体（不図示）によって真空チャンバ４４から絶縁されている。
【００７０】
次に、基板４５をヒータ４６上に設置する。そして、真空チャンバ４４内を排気し、ヒータ４６によって基板４５を７００℃に加熱する。加熱後、バルブ４７を開け、酸素（Ｏ2）とスパッタガスのアルゴン（Ａｒ）とを所定の割合で真空チャンバ４４内に導入し、真空度を所定値に保つ。そして、高周波電源４３により、各ターゲット４１に電力を投入してプラズマを発生させ、ＰＨＯとＰＴＯとを同時にスパッタすることにより、基板４５上に、ＰＨＴの層４８（上記の圧電薄膜２５の層２５ａに対応する）を成膜する。
【００７１】
ここでは、スパッタに用いるターゲットとして、ＰＨＯとＰＴＯとの２種類のターゲットを用いたが、ＰＨＴ単独のターゲットを用いてもよい。つまり、例えばＰＨＯとＰＴＯとを所定の組成比で調合したＰＨＴ材料の粉末を焼成、粉砕し、ターゲット皿に充填してプレス機で加圧することにより、ＰＨＴのターゲットを作製し、これを用いてスパッタを行ってもよい。
【００７２】
なお、以上では、ＰＨＴをスパッタ法で成膜する場合について説明したが、その他、レーザアブレーション法やゾルゲル法など、ＰＺＴの成膜の際に使用される成膜方法を使用して、ＰＨＴを成膜することも可能である。
【００７３】
〔インクジェットヘッドの他の構成〕
図６は、インクジェットヘッド２１の他の構成を示す断面図である。同図のように、下部電極２４と圧電薄膜２５との間に、シード層２９を設けるようにしてもよい。シード層２９は、圧電薄膜２５の結晶配向性を制御するための配向制御層である。このようなシード層２９は、（圧電薄膜２５が含有する）Ｈｆ以外の金属を含むペロブスカイト型構造を有する材料で形成されている。このような材料としては、例えばＰＬＴ（チタン酸ランタン鉛）、ＰＴＯ（チタン酸鉛）、ＬａＮｉＯ3（ニッケル酸ランタン）、ＳｒＲｕＯ3（ルテニウム酸ストロンチウム）等を用いることができる。
【００７４】
下部電極２４上に、ペロブスカイト型構造を有するシード層２９を形成することにより、そのシード層２９を下地として、圧電薄膜２５をペロブスカイト型構造で安定して成膜することが容易となり、高い圧電特性を実現することが容易となる。また、シード層２９は、Ｈｆ以外の金属を含むペロブスカイト型構造を有する材料で形成されるため、圧電薄膜としてＰＺＴを成膜する場合に用いていたシード層の材料と同じ材料（例えば上記のＰＬＴなど）を用いることができる。したがって、圧電薄膜２５をＰＨＴで形成する場合でも、シード層２９として特殊な材料を使用することなく、圧電薄膜２５の結晶配向性を容易に制御することができる。
【００７５】
〔ＰＨＴの特性の評価について〕
次に、ＰＨＴの各種の特性について評価を行った。その結果を以下に示す。ここでは、ＰＨＯおよびＰＴＯの各ターゲットの同時スパッタにより、面内方向（膜の厚さ方向に垂直な方向）に組成傾斜を有するＰＨＴ（面内方向にＨｆ／Ｔｉ比の異なるＰＨＴ）の薄膜を基板上に作製し、ＰＨＴの各種特性について評価を行った。
【００７６】
図７は、ＰＨＴの特性を評価するために作製した素子５０の層構成を模式的に示している。素子５０は、基板５１（厚さ６２５μｍ）、下部電極５２、ＰＴＯからなるシード層５３（厚さ４５ｎｍ）、ＰＨＴからなる圧電薄膜５４（厚さ１．５〜１．８μｍ）を順に積層して構成されている。基板５１は、面方位（１００）のＳｉで構成されている。下部電極５２は、基板５１側から、Ｔｉからなる密着層５２ａ（厚さ２ｎｍ）と、Ｐｔからなる電極層５２ｂ（厚さ２００ｎｍ）とをこの順で積層して構成されている。
【００７７】
ＰＨＴからなる圧電薄膜５４は、ＰＨＯとＰＴＯの各ターゲットを用い、上述したスパッタ法によって作製した。このときのスパッタ条件は、基板温度：７００℃、Ａｒ流量：１９．５ｓｃｃｍ、Ｏ2流量：０．５ｓｃｃｍ、ターゲット（ＰＨＯ）に印加するＲＦパワー：８０Ｗ、ターゲット（ＰＴＯ）に印加するＲＦパワー：１５０Ｗ、であった。
【００７８】
（Ｈｆ／Ｔｉ比率と厚み方向の組成変化について）
図８は、ＰＨＴからなる圧電薄膜５４の面内方向（Ｘ方向）の位置と、ＰＨＴのＢサイトにおけるＨｆ／（Ｈｆ＋Ｔｉ）の比率との関係を示している。ここで、図９に示すように、圧電薄膜５４の厚さ方向（Ｙ方向）において、圧電薄膜５４の基板５１側を「下側」とし、基板５１とは反対側を「上側」とする。また、圧電薄膜５４のＹ方向に垂直なＸ方向において、一端部（Ｘ方向中央部よりも負側の位置とする）から、他端部（Ｘ方向中央部よりも正側の位置とする）に向かうにつれて、Ｈｆ／Ｔｉの比率が連続的に増大しているものとする。なお、以下での説明および図面において、比率は「％」で示すが、特に断らない限り、原子濃度の比（at.％）を指すものとする。また、Ｈｆ／（Ｈｆ＋Ｔｉ）の比率のことを、便宜的に「Ｈｆ比率」と称する。
【００７９】
エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）により、圧電薄膜５４のＸ方向の各位置で、圧電薄膜５４のＹ方向の組成を分析した結果、Ｈｆ比率は、Ｙ方向でほとんど変化がないことがわかった。つまり、Ｘ方向においてＨｆの原子濃度が連続的に変化しても、Ｙ方向では、組成変化が小さいことがわかった。また、圧電薄膜５４のＸ方向およびＹ方向のどの位置でも、Ｈｆ比率は、２０％以上の値であった。
【００８０】
（結晶構造について）
図１０は、ＰＨＴからなる圧電薄膜５４に対するＸ線回折（ＸＲＤ：X-ray diffraction）の２θ／θ測定によって得られた結果を示している。同図より、Ｈｆ比率が４０〜６０％の範囲では、（００１）／（１００）ピーク強度が高く、（１１０）ピーク強度が非常に低く、パイロクロア構造に対応するピークもほとんど見られない。なお、同図のグラフより、Ｈｆ比率が２０〜４０％の範囲および６０〜７０％の場合でも、（００１）／（１００）ピーク強度が他の配向のピーク強度よりも高いことが推測される。
【００８１】
このように、（００１）／（１００）のＸ線回折強度が、他の配向の回折強度よりも大きい、つまり、ＰＨＴの結晶配向性が（１００）面優先配向であることにより、特性（誘電特性や圧電特性）の向上が期待できる。特に、Ｈｆ比率が４０〜６０％の範囲では、特性向上の効果が高いと考えられる。
【００８２】
また、図１１は、Ｈｆ比率とｃ軸の格子定数（（００１）面の面間隔に対応）との関係を示している。Ｈｆ比率が５０％（Ｈｆ／Ｔｉ＝５０／５０）の付近で、ｃ軸の格子定数の不連続性が見られるため、このあたりに結晶系が変化する相境界があることが推測される。
【００８３】
（誘電特性について）
図１２は、Ｈｆ比率と比誘電率との関係を示している。なお、比誘電率の測定は、誘電率測定装置（株式会社エヌエフ回路ブロック社製ZM2371）を用いて行った。同図に示すように、Ｈｆ比率が４０〜７０％において、比誘電率が比較的高く、Ｈｆ比率が４８〜６２％付近では、比誘電率が最大となることがわかる。
【００８４】
また、図１８で示した非特許文献１の実験結果と比較すると、ＰＺＴにおけるＺｒ比率（Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ））が４８〜６２％（ｘ＝０．４８〜０．６２）の範囲では、比誘電率が高いものの、Ｚｒの組成変動に対する比誘電率の変動が大きい。これに対して、本実施形態のＰＨＴでは、Ｈｆ比率が４８〜６２％の範囲では、比誘電率が高いことに加えて、Ｈｆの組成変動に対する比誘電率の変動が小さく、Ｈｆの組成変動に対して誘電特性の安定性が高いと言える。
【００８５】
（圧電特性について）
次に、ＰＨＴの圧電特性の評価について説明する。上記で作製した素子５０の圧電薄膜５４に対して、下部電極５２とは反対側に例えばＴｉ／Ｐｔからなる上部電極５５を形成し、素子５０を完成させた後、素子５０をＸ方向に１．５ｍｍの間隔で短冊状に切り出し、図１３に示す圧電変位測定計を用いたカンチレバー法により、圧電定数｜ｅ31,f｜を求めた。
【００８６】
上記の圧電変位測定計では、素子５０の一端部を固定部６１でクランプして片持ち梁構造とし、関数発生器６２により、上部電極５５と下部電極５２との間に電圧を印加し、素子５０の反対側の端部の変位をレーザードップラー振動計６３によって観察した。そして、得られた圧電変位から、以下の数式に基づいて、圧電定数ｅ31,fを求めた。なお、以下の数式において、Ｅsはヤング率、ｈsは基板厚さ、δはカンチレバーの変位、νsはポワソン比、Ｌはカンチレバーの長さ、Ｖは印加電圧である。
【００８７】
【数１】
0006468881.tif 000002
【００８８】
図１４は、Ｈｆ比率と圧電定数｜ｅ31,f｜との関係を示している。なお、同図では、印加電圧Ｖを８０ｋＶ／ｃｍから１２０ｋＶ／ｃｍまで変化させたときに圧電定数｜ｅ31,f｜が変化する範囲を縦長のバーで示し、その平均値を黒丸で示している。同図に示すように、Ｈｆ比率が４０〜７０％において、圧電定数｜ｅ31,f｜が比較的高く、Ｈｆ比率が４８〜５５％付近で、圧電定数｜ｅ31,f｜が非常に高く、Ｈｆ比率が５１％付近で、圧電定数｜ｅ31,f｜が最大となる（印加電圧に応じて７．５〜９．５Ｃ／ｍ2の間で変動する）ことがわかる。
【００８９】
また、図１９で示した非特許文献１の実験結果と比較すると、ＰＺＴにおけるＺｒ比率（Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ））が４８〜５５％（ｘ＝０．４８〜０．５５）の範囲では、圧電定数｜ｅ31,f｜が高いものの、Ｚｒの組成変動に対する圧電定数｜ｅ31,f｜の変動が大きい。これに対して、本実施形態のＰＨＴでは、Ｈｆ比率が４８〜５５％の範囲では、圧電定数｜ｅ31,f｜が高いことに加えて、Ｈｆの組成変動に対する圧電定数｜ｅ31,f｜の変動が小さく、Ｈｆの組成変動に対して圧電特性の安定性が高いと言える。
【００９０】
なお、Ｈｆ比率の上記範囲（４８〜５５％）は、Ｈｆの組成変動に対する比誘電率の変動が小さい範囲（４８〜６２％）に含まれる。このため、Ｈｆ比率が４８〜５５％の範囲では、Ｈｆの組成変動に対して誘電特性および圧電特性の両者の安定性が高いと言える。
【００９１】
（Ｐｂ組成変動に対する圧電特性の安定性について）
図１５は、９種類のサンプル（ＰＨＴからなる圧電薄膜５４）のそれぞれのＰｂ比率を示している。なお、横軸は、各サンプルの設置位置を示す。また、縦軸のＰｂ比率は、ＢサイトのＨｆとＴｉとの総和に対するＡサイトのＰｂの比率（Ｐｂ／（Ｈｆ＋Ｔｉ））を原子濃度の比で示したものを指し、上記したＥＤＸによる組成分析によって求められる。
【００９２】
Ｐｂ比率は、通常、１００％が理想的であるが、Ｐｂ比率が７０〜１１０％の範囲で変動しても、つまり、Ｐｂ欠損またはＰｂ過剰の状態となる圧電薄膜５４においても、図１４で示した圧電特性を安定して示していることがわかった。
【００９３】
ＰＺＴの圧電薄膜では、Ｐｂ欠損が生じた場合、圧電特性が極端に低下する。しかし、ＰＨＴからなる圧電薄膜５４では、Ｐｂの組成変動に対して圧電特性の変動が小さく、圧電特性の安定性が高いため、この点でＰＺＴの圧電薄膜よりも有利であると言える。
【００９４】
（まとめ）
以上のように、本実施形態の圧電薄膜５４は、一般式ＡＢＯ3で示されるペロブスカイト型構造を有し、Ａサイトに、主成分としてＰｂを含み、Ｂサイトに、主成分としてＨｆおよびＴｉを含み、ＨｆとＴｉとの総和に対するＨｆの比率が、原子濃度の比で２０％以上である。これにより、ＰＨＴからなる圧電薄膜５４において、良好な特性（誘電特性および圧電特性）を実現することができる。特に、Ｈｆの上記比率が原子濃度の比で４０％以上７０％以下であれば、良好な特性を確実に得ることができる。
【００９５】
さらに、図１２の結果より、Ｈｆの上記比率が、原子濃度の比で４８％以上６２％以下であれば、Ｈｆの組成変動に対する誘電特性の変化が小さく、誘電特性の安定した圧電薄膜５４を実現できると考えられる。
【００９６】
また、図１２および図１４の結果より、Ｈｆの上記比率が、原子濃度の比で４８％以上５５％以下であれば、Ｈｆの組成変動に対する誘電特性および圧電特性の変化が小さく、誘電特性および圧電特性の両方が安定した圧電薄膜５４を実現できると考えられる。
【００９７】
また、ＢサイトのＨｆとＴｉとの総和に対するＡサイトのＰｂの比率が、原子濃度の比で７０％以上であることで、Ｐｂ欠損の状態（Ｐｂ比率が７０％以上１００％未満）でも、Ｐｂ過剰の状態（Ｐｂ比率が１００％よりも大きい）でも、良好な特性を安定して得ることができる。なお、Ｐｂの上記比率は、原子濃度の比で１１０％以下であることが、Ｐｂ過剰による特性の変動を確実に抑える点で望ましい。
【００９８】
また、ＰＨＯは、Ｚｒの鉛酸化物（ＰＺＯ）よりも結晶化しやすいため、ＰＨＯとＰＴＯとの固溶体であるＰＨＴでは、ＰＺＴよりも特性の向上や成膜条件の緩和が期待できる。例えば、ＰＨＴ成膜時の基板温度の低温化（結晶化を阻害するＺｒを含有しないため）、シード層不要による成膜工程の簡略化、耐電圧向上（ＰＨＴを用いることで緻密な薄膜結晶が得られるため）、圧電特性向上、などが期待できる。特に、圧電特性については、ＰＨＴの配向制御により、ＰＺＴを超える圧電特性の実現が期待できる。
【００９９】
（ＢサイトのＰｂ比率について）
ＰＨＴからなる圧電薄膜５４では、通常Ａサイトに入るＰｂが、Ｂサイトにも入っていてもよい。この場合、Ｂサイトにおいて、全元素の総和（例えばＰｂ＋Ｈｆ＋Ｔｉ）に対するＰｂの比率が、原子濃度の比で３％以上であってもよい。このようにＢサイトにＰｂを含有する構成は、ＰＨＴを上述したスパッタ法やレーザアブレーション法で成膜することによって実現することができる。
【０１００】
Ｐｂの上記比率は、例えば結晶構造の解析手法の１つであるリートベルト法によって求めることができる。このリートベルト法は、放射光の強力Ｘ線を照射して行う粉末Ｘ線回折法により得られる回折パターンを、結晶構造やピーク形状などに関するパラメーターから計算される回折パターンで最小二乗法を用いてフィッティングすることにより、結晶構造やピーク形状などに関するパラメーターを精密化し、決定する手法である。
【０１０１】
Ｐｂの上記比率が原子濃度の比で３％以上である場合、過剰のＰｂ原子がＢサイトに導入されて結晶格子内に安定的に保持されるため、結晶粒界等に入るＰｂ量を減少させて、結晶粒界等に存在するＰｂＯｘの量を減少させることができる。その結果、高温、高湿度の雰囲気に晒されても変質しない、信頼性の高い圧電薄膜を得ることができる。
【０１０２】
（その他）
ペロブスカイト型構造を有するＰＨＴのＡサイトおよびＢサイトには、Ｐｂ、Ｈｆ、Ｔｉ以外の添加物が添加されていてもよい。例えば、Ａサイトの元素は、Ｐｂに加えて、バリウム（Ｂａ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ビスマス（Ｂｉ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）の少なくとも１つを含んでいてもよい。また、Ｂサイトの元素は、ＨｆおよびＴｉに加えて、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、カドミウム（Ｃｄ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）の少なくとも１つを含んでいてもよい。
【０１０３】
本実施形態では、圧電薄膜を、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタのアクチュエータ（圧電アクチュエータ）に適用した例について説明したが、圧電センサ（振動センサ、ジャイロセンサ、超音波センサ）、赤外線センサ、周波数フィルタ、不揮発性メモリなど、種々のデバイスに適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の圧電薄膜は、例えばインクジェットヘッドのアクチュエータや各種センサなどに利用可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１      インクジェットプリンタ
２１      インクジェットヘッド
２１ａ    圧電アクチュエータ（圧電センサ）
２２      基板
２２ａ    圧力室（開口部）
２４      下部電極
２５      圧電薄膜
２６      上部電極
２７      圧電薄膜付き基板
２８      駆動回路（電圧印加部、電圧検知部）
２９      シード層
３１      ノズル基板
３１ａ    ノズル孔
５１      基板
５２      下部電極
５３      シード層
５４      圧電薄膜
５５      上部電極
【図１】
0006468881.tif 000003
【図２】
0006468881.tif 000004
【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】
0006468881.tif 000010
【図９】
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【図１０】
0006468881.tif 000012
【図１１】
0006468881.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
0006468881.tif 000015
【図１４】
0006468881.tif 000016
【図１５】
0006468881.tif 000017
【図１６】
0006468881.tif 000018
【図１７】
0006468881.tif 000019
【図１８】
0006468881.tif 000020
【図１９】
0006468881.tif 000021