(57)【要約】  圧電素子（２７）は、下地層（例えば下部電極（２４））の上に、圧電体層（例えば圧電薄膜（２５））を有している。圧電体層は、上記下地層と同じ配向特性と、上記下地層とは異なる配向特性とを有している。上記圧電体層の厚さ方向において、上記下地層と同じ配向特性が上記下地層側に偏在している。
2015163070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層の上に圧電体層を形成した圧電素子であって、
前記圧電体層は、前記下地層と同じ配向特性と、前記下地層とは異なる配向特性とを有しており、
前記圧電体層の厚さ方向において、前記下地層と同じ配向特性が前記下地層側に偏在している、圧電素子。
【請求項２】
前記下地層は、（１１１）配向であり、
前記圧電体層は、ペロブスカイト相の（１００）配向を主配向として、（１１１）配向を有している、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛で構成されており、
前記圧電体層において、Ｘ線回折の２θ／θ測定によって得られる、ペロブスカイト相の（１００）配向、（１１０）配向、（１１１）配向の各ピーク強度の総和に対する、パイロクロア相のピーク強度の比が、２００×１０-6以下であり、
前記総和に対する、ペロブスカイト相の（１１０）配向のピーク強度の比が、１０００×１０-6以下であり、
前記総和に対する、ペロブスカイト相の（１１１）配向のピーク強度の比が、５００×１０-6以上である、請求項２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記圧電体層において、前記総和に対する、ペロブスカイト相の（１１０）配向のピーク強度の比が、２００×１０-6以下である、請求項３に記載の圧電素子。
【請求項５】
前記圧電体層において、前記総和に対する、ペロブスカイト相の（１１１）配向のピーク強度の比が、１０００×１０-6以上である、請求項３または４に記載の圧電素子。
【請求項６】
前記圧電体層を構成するチタン酸ジルコン酸鉛を、Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3で表したとき、ｘ＝０．５０〜０．５５である、請求項３から５のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項７】
前記圧電体層において、前記下地層と同じ配向特性は、前記下地層側から５０ｎｍ以下の厚み部分に存在している、請求項１から６のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項８】
前記圧電体層は、ＡＢＯ3型のペロブスカイト誘電体薄膜で構成されており、
Ａサイトの元素は、鉛を含み、さらに、バリウム、ランタン、ストロンチウム、ビスマス、リチウム、ナトリウム、カルシウム、カドミウム、マグネシウム、カリウムの少なくとも１つを含み、
Ｂサイトの元素は、ジルコニウムおよびチタンを含み、さらに、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、スカンジウム、コバルト、銅、インジウム、スズ、ガリウム、カドミウム、鉄、ニッケルの少なくとも１つを含んでいる、請求項１から７のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項９】
前記圧電体層の厚さは、１〜５μｍである、請求項１から８のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項１０】
前記圧電体層は、該圧電体層の配向を制御するためのシード層を介して、前記下地層の上に形成されており、
前記シード層は、ペロブスカイト相の（１００）配向を主配向として、（１１１）配向を有している、請求項２から５のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項１１】
前記シード層は、チタン酸ランタン鉛、酸化ストロンチウムルテニウム、酸化ストロンチウムチタン、または酸化マグネシウムで構成されている、請求項１０に記載の圧電素子。
【請求項１２】
前記下地層は、下部電極である、請求項１から１１のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項１３】
前記下部電極は、白金またはイリジウムからなる層を含む、請求項１２に記載の圧電素子。
【請求項１４】
前記圧電体層上に、上部電極が形成されている、請求項１２または１３に記載の圧電素子。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の圧電素子の製造方法であって、
前記下地層および前記圧電体層をスパッタ法で成膜する、圧電素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０または１１に記載の圧電素子の製造方法であって、
前記シード層をスパッタ法で成膜する、圧電素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の圧電素子と、
前記圧電素子を支持する支持基板とを有しており、
前記支持基板には、開口部と、前記開口部を覆うように形成されて、前記圧電素子の駆動によって振動する振動板とが形成されている、圧電アクチュエータ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の圧電アクチュエータと、
ノズル孔を有し、前記圧電アクチュエータの前記支持基板における前記圧電素子とは反対側に貼り合わされるノズル基板とを有しており、
前記支持基板の前記開口部に収容されたインクを、前記ノズル孔を介して外部に吐出させる、インクジェットヘッド。
【請求項１９】
請求項１８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、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、下地層の上に圧電体層を形成した圧電素子、圧電素子の製造方法、その圧電素子を備えた圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、駆動素子やセンサーなどに応用するための機械電気変換素子として、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）などの鉛系の圧電体や、鉛を含まない非鉛系の圧電体が用いられている。このような圧電体は、シリコン（Ｓｉ）等の基板上に薄膜として形成することで、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子へ応用が期待されている。【０００３】
ＭＥＭＳ素子の製造においては、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を適用できるため、素子の小型化や高密度化が可能となる。特に、直径６インチや直径８インチといった比較的大きなＳｉウェハ上に素子を高密度に一括で作製することにより、素子を個別に製造する枚葉製造に比べて、コストを大幅に低減することができる。【０００４】
また、圧電体の薄膜化やデバイスのＭＥＭＳ化により、機械電気の変換効率が向上することで、デバイスの感度や特性が向上するといった新たな付加価値も生み出されている。例えば、熱センサーでは、ＭＥＭＳ化による熱コンダクタンス低減により、測定感度を上げることが可能となり、プリンター用のインクジェットヘッドでは、ノズルの高密度化による高精細パターニングが可能となる。また、このようなデバイスで必要とされる圧電体層（圧電薄膜）には、高い圧電定数ｄ31が求められている。【０００５】
圧電体層をＭＥＭＳ駆動素子として用いる際には、設計するデバイスにもよるが、必要な変位発生力を満たすために、例えば３〜５μｍの厚みで圧電体層を成膜しなければならない。圧電体層をＳｉなどの基板上に成膜するには、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法など化学的成膜法、スパッタ法やイオンプレーティング法といった物理的な方法、ゾルゲル法など液相での成長法が知られており、これらの成膜方法に応じて、必要な性能の膜を得るための成膜条件を見い出すことが重要である。【０００６】
圧電体層の材料としては、ＰＺＴ、すなわち、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、酸素（Ｏ）からなる結晶を用いることが多い。ＰＺＴは、図８に示すＡＢＯ3型のペロブスカイト構造となるときに良好な圧電効果を発現するため、ペロブスカイト単相にする必要がある。逆に、圧電体層の結晶性が悪く、パイロクロア構造の結晶や非晶質な領域が増えてしまうと、圧電特性は低くなる。ＰＺＴの成膜時は、Ｐｂ蒸発が起きやすいため、注意深く成膜条件を設定してペロブスカイト結晶を得ることが求められる。【０００７】
ＡＢＯ3型のペロブスカイト構造を採るＰＺＴの結晶の単位格子の形は、Ｂサイトに入る原子であるＴｉとＺｒとの比率によって変化する。つまり、Ｔｉが多い場合には、ＰＺＴの結晶格子は正方晶となり、Ｚｒが多い場合には、ＰＺＴの結晶格子は菱面体晶となる。ＺｒとＴｉとのモル比が５２：４８付近では、これらの結晶構造が両方とも存在し、このような組成比を採る相境界のことを、ＭＰＢ（Morphotropic Phase Boundary ）と呼ぶ。このＭＰＢ組成では、圧電定数、分極値、誘電率といった圧電特性の極大が得られることから、ＭＰＢ組成の圧電体が積極的に利用されている。【０００８】
また、ペロブスカイト結晶性やＭＰＢ組成を利用する以外に、圧電体の結晶配向を適切に制御することも、圧電定数の増大を図る上では重要である。例えば、Ｐｂ系ペロブスカイト型結晶の配向方向には、（１００）、（１１０）、（１１１）等の方向が存在するが、圧電定数ｄ31を高くするためには、図９に示すように、電界印加方向に揃った分極を利用する（００１）配向や、ドメイン回転の効果を利用する（１００）配向が有効である。なお、図９において、黒塗りの太い矢印は、分極方向を示している。このとき、正方晶の（００１）方向の分極を持つドメインに対して、（００１）方向に電界を印加した場合の通常の圧電歪みΔＸ１と、正方晶の（１００）方向の分極を持つドメインに対して、（００１）方向に同じ電界を印加した場合の圧電歪みΔＸ２とを比べると、（１００）方向から（００１）方向への９０°ドメイン回転による圧電歪みΔＸ２は、通常の圧電歪みΔＸ１に比べて大きい。【０００９】
さらに、Ｐｂ系ペロブスカイト相の準安定層であるパイロクロア相は、成膜条件の変動によってできやすく、圧電定数の低下をもたらす。したがって、パイロクロア相は極力少なくすることが望ましい。【００１０】
例えば特許文献１では、圧電体層のペロブスカイト相が（１００）に主配向した構成で、パイロクロア相の割合を低く抑えることにより、圧電特性の低下を抑えるようにしている。なお、圧電体層の下地層となる下部電極は、（１１１）配向の白金（Ｐｔ）を含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−５０３８８号公報（請求項１、２、段落〔００１０〕〜〔００１２〕、〔００３０〕、図１４、図１５等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
下地層の上に、下地層の配向特性とは異なる配向特性を有する圧電体層を成膜する場合、これらの配向特性が互いに異なっているため、圧電体層に歪みが生じやすくなる。その結果、圧電体層と下地層との密着性を確保することが困難となり、圧電体層の膜剥がれが生じやすくなる。この点、特許文献１では、圧電体層と下地層との密着性を高めるための条件については何ら規定されていない。【００１３】
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、下地層の上に、下地層とは異なる配向特性を有する圧電体層を成膜する場合でも、圧電体層と下地層との密着性を向上させて、膜剥がれを抑えることができる圧電素子、圧電素子の製造方法、その圧電素子を備えた圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一側面に係る圧電素子は、下地層の上に圧電体層を形成した圧電素子であって、前記圧電体層は、前記下地層と同じ配向特性と、前記下地層とは異なる配向特性とを有しており、前記圧電体層の厚さ方向において、前記下地層と同じ配向特性が前記下地層側に偏在している。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成によれば、下地層とは異なる配向特性を有する圧電体層を下地層の上に成膜する場合でも、圧電体層と下地層との密着性を向上させて、圧電体層の膜剥がれを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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断面図である。
【図３】上記インクジェットヘッドの構成を示す断面図である。
【図４】上記圧電アクチュエータの圧電素子を拡大して示す断面図である。
【図５】上記圧電アクチュエータの製造工程を示す断面図である。
【図６】上記圧電アクチュエータの圧電薄膜に対して、ＸＲＤの２θ／θ測定を行ったときに得られるスペクトルを示すグラフである。
【図７】上記圧電素子の他の構成を示す断面図である。
【図８】ＰＺＴの結晶構造を模式的に示す説明図である。
【図９】圧電体の結晶配向の違いによる圧電歪みの違いを模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
〔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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
〔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断面図である。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。
【００３０】
インクジェットヘッド２１は、複数の圧力室２２ａ（開口部）を有する支持基板２２上に、熱酸化膜２３、下部電極２４、圧電薄膜２５（圧電体層）、上部電極２６をこの順で有している。
【００３１】
支持基板２２は、厚さが例えば３００〜７５０μｍ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）基板で構成されており、後述する圧電素子２７を支持する。なお、図２では、支持基板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。支持基板２２における圧力室２２ａの上壁、すなわち、圧力室２２ａにおける圧電薄膜２５側の壁は、従動膜となる振動板２２ｂを構成している。つまり、振動板２２ｂは、支持基板２２において圧力室２２ａを覆うように形成されている。振動板２２ｂは、圧電素子２７の駆動によって振動し、圧力室２２ａ内のインクに圧力を付与する。
【００３２】
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、支持基板２２の保護および絶縁の目的で形成されている。
【００３３】
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０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１μｍ程度である。
【００３４】
圧電薄膜２５は、ＡＢＯ3型のペロブスカイト誘電体薄膜で構成されており、本実施形態では、ＰＺＴで構成されている。圧電薄膜２５は、各圧力室２２ａに対応して設けられている。圧電薄膜２５の膜厚は、例えば１μｍ以上５μｍ以下である。
【００３５】
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。上部電極２６は、下部電極２４との間で圧電薄膜２５を膜厚方向から挟むように設けられている。なお、Ｐｔ層の代わりに、金（Ａｕ）からなる層を形成してもよい。
【００３６】
下部電極２４、圧電薄膜２５および上部電極２６は、圧力室２２ａ内のインクを外部に吐出させるための圧電素子２７を構成している。この圧電素子２７は、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に印加される電圧（駆動信号）に基づいて駆動される。インクジェットヘッド２１は、圧電素子２７および圧力室２２ａを縦横に並べることにより形成される。
【００３７】
支持基板２２における圧電素子２７とは反対側には、ノズル基板３１が貼り合わされている。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吐出孔（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。
【００３８】
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（支持基板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。
【００３９】
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内のインクが吐出孔３１ａからインク滴として外部に吐出される。
【００４０】
上記のように、圧電薄膜２５上に上部電極２６が形成されており、圧電薄膜２５が下部電極２４と上部電極２６とで挟まれているため、これらの電極に電圧を印加して圧電薄膜２５を伸縮させることができる。また、本実施形態の圧電素子２７においては、後述するように、下部電極２４とは異なる配向特性を有する圧電薄膜２５を下部電極２４上に形成する場合でも、圧電薄膜２５の膜剥がれを抑えることができる。したがって、この圧電素子２７を備えた圧電アクチュエータ２１ａにおいては、圧電薄膜２５の膜剥がれによる駆動不良を低減することができる。
【００４１】
また、本実施形態のインクジェットヘッド２１は、上記の圧電アクチュエータ２１ａを備えているので、圧電薄膜２５の膜剥がれに起因してインクの吐出不良が生じるのを低減することができる。そして、上記インクジェットヘッド２１を備えたインクジェットプリンタ１においては、圧電薄膜２５の膜剥がれに起因するインクの吐出不良により、記録媒体に形成される画像の品位が低下するのを回避することができる。
【００４２】
〔圧電素子の詳細〕
次に、下部電極２４および圧電薄膜２５の配向特性について説明する。図４は、圧電アクチュエータ２１ａの圧電素子２７を拡大して示す断面図である。なお、同図では、便宜上、ハッチングを付さずに各層を示しており、また、熱酸化膜２３の図示を省略している。圧電素子２７は、上述したように、下地層としての下部電極２４上に、圧電薄膜２５を有している。下部電極２４は、密着層（図示せず）の上に（１１１）配向の白金（Ｐｔ）の層を有している。
【００４３】
圧電薄膜２５は、上述のようにＰＺＴで構成されている。ここで、ＰＺＴをＰｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3で表したとき、本実施形態では、ｘ＝０．５０〜０．５５であり、ＭＰＢ組成またはそれに近い組成となっている。これにより、ＭＰＢ以外の組成に比べて高い圧電特性（例えば高い圧電定数ｄ31）を得ることができる。特に、ＺｒとＴｉとのモル比は、ＭＰＢ組成となる５２：４８付近であることが望ましい。
【００４４】
また、圧電薄膜２５は、ペロブスカイト相の（１００）配向を主配向として、（１１１）配向を有している。つまり、圧電薄膜２５は、下部電極２４と同じ配向特性（（１００）配向）と、下部電極２４とは異なる配向特性（（１００）配向）とを有している。
【００４５】
ここで、「（１００）配向を主配向とする」とは、圧電薄膜２５において、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-ray diffraction）の２θ／θ測定によって得られる、ペロブスカイト相の（１００）配向、（１１０）配向、（１１１）配向の各ピーク強度の総和に対する、（１００）配向のピーク強度の比が、９５％以上であることを意味する。なお、ペロブスカイト相の（１００）配向は、厳密には（００１）配向と区別する必要があるが、ＭＰＢ組成付近ではＸＲＤ測定によるピーク強度の発生位置が近接しており、これらの分離が困難であるため、特に区別せずにまとめて（１００）配向とする。
【００４６】
本実施形態では、圧電薄膜２５の厚さ方向において、下地層（下部電極２４）と同じ配向特性が下地層側に偏在している。より詳しくは、圧電薄膜２５において下部電極２４と同じ配向特性を示す（１１１）配向が、圧電薄膜２５の厚さ方向において下部電極２４側に偏在しており（圧電薄膜２５の下部電極２４とは反対側よりも下部電極２４側により多く存在しており）、特に下部電極２４側から５０ｎｍ以下の厚み部分に多く存在している。
【００４７】
このように、圧電薄膜２５の厚さ方向において、下地層と同じ配向特性が下地層側に偏在しているので、圧電薄膜２５と下地層との界面付近では、配向特性がほぼ一つに揃い、これによって圧電薄膜２５の歪みが緩和される。したがって、下地層の上に、下地層とは異なる配向特性を有する圧電薄膜２５を成膜する場合でも、圧電薄膜２５と下地層との密着性を向上させて、圧電薄膜２５の膜剥がれを抑えることができる。
【００４８】
特に、下地層は、（１１１）配向の下部電極２４であり、圧電薄膜２５は、ペロブスカイト相の（１００）配向を主配向として、（１１１）配向を有している。このように、圧電薄膜２５は、（１００）主配向でありながらも、（１１１）配向を有しており、この（１１１）配向が下部電極２４側に偏在しているので、圧電薄膜２５と下部電極２４との界面付近で、配向特性を下部電極２４と同じ（１１１）配向に揃えることができる。したがって、（１００）主配向の圧電薄膜２５を（１１１）配向の下部電極２４上に成膜する場合でも、圧電薄膜２５の歪みを緩和して、圧電薄膜２５と下部電極２４との密着性を向上させ、圧電薄膜２５の膜剥がれを抑えることができる。
【００４９】
また、圧電薄膜２５において、下地層と同じ配向特性（（１１１）配向）が、下地層側から５０ｎｍ以下の厚み部分に存在しているため、圧電薄膜２５と下地層との界面付近において、配向特性を確実に一方向に揃えることができる。これにより、圧電薄膜２５の歪みを確実に緩和して、圧電薄膜２５と下地層との密着性を確実に向上させることができる。
【００５０】
このような（１００）主配向の圧電薄膜２５における（１１１）配向の分布は、下部電極２４の表面粗さ（ラフネス）の調整によって制御できる。下部電極２４の表面状態は、後に成膜する圧電薄膜２５の結晶性に強く影響し、単に（１１１）配向性の高い下部電極２４を形成するだけでは、本実施形態の圧電薄膜２５を得ることは困難である。圧電薄膜２５の結晶性に影響する因子の一つが、下部電極２４を構成するＰｔのラフネスであり、下部電極２４と同様の配向特性（（１１１）配向）を有する圧電薄膜２５は、Ｐｔのラフネスを調整することで得られる。なお、下部電極２４として、Ｐｔの代わりにイリジウム（Ｉｒ）を用いることもできるが、この場合でも、Ｉｒ表面のラフネスを制御することにより、本実施形態と同様の圧電薄膜２５を得ることができる。
【００５１】
〔圧電アクチュエータの製造方法〕
次に、上記の圧電素子２７を有する圧電アクチュエータ２１ａの製造方法について、図５は、圧電アクチュエータ２１ａの製造工程を示す断面図である。なお、以下で示す各層の厚さは一例であり、この数値に限定されるわけではない。
【００５２】
まず、支持基板２２としてのＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用意する。ＳＯＩ基板は、シリコンからなる支持層２２ｃ（厚さ６００μｍ）、酸化シリコンからなる中間酸化膜層２２ｄ（厚さ０．５μｍ）、シリコンからなるデバイス層２２ｅ（厚さ５μｍ）がこの順で積層された構造の基板である。支持層２２ｃの厚みは、圧電アクチュエータ２１ａまたはインクジェットヘッド２１の設計により変更することが可能である。なお、支持基板２２は、単体のシリコン基板であってもよい。そして、この支持基板２２を熱酸化して、表面に熱酸化膜２３（厚さ０．１μｍ）を形成する。
【００５３】
次に、熱酸化膜２３の表面に、Ｔｉ（厚さ２０ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ１００ｎｍ）をスパッタ法によって成膜し、下部電極２４を形成する。なお、Ｔｉの代わりに酸化チタン（ＴｉＯｘ）を形成してもよい。Ｐｔは、自己配向性を有しており、支持基板２２に対して（１１１）方向に配向している。なお、上述したように、Ｐｔの代わりにＩｒを用いてもよい。
【００５４】
次に、下部電極２４上に、圧電薄膜２５を構成するＰＺＴの層２５ａをスパッタ法によって成膜する。続いて、層２５ａの上に、スパッタ法によって、Ｔｉ（厚さ０．１μｍ）およびＡｕ（厚さ０．２μｍ）をこの順で成膜し、上部電極２６を構成する層２６ａを形成する。その後、層２６ａの上にレジストを塗布して、露光、現像を行い、上部電極２６のマスクパターンを形成する。そして、上記レジストをマスクとして層２６ａのウェットエッチングを行い、上部電極２６をパターニング形成する。
【００５５】
さらに、上部電極２６上に、層２５ａをウェットエッチングでパターニングするためのレジストパターン（直径１８０μｍ）を形成する。その後、フッ硝酸、過酸化水素水、フッ酸等の混合エッチング液で層２５ａをウェットエッチングして、直径１８０μｍのＰＺＴからなる圧電薄膜２５をパターニング形成する。
【００５６】
次に、支持基板２２の支持層２２ｃ側に、レジストを塗布して露光、現像を行い、レジストパターンを形成する。そして、中間酸化膜層２２ｄをエッチングストッパー層として、支持層２２ｃを深堀り装置（ＤＲＩＥ：Deep Reactive Ion Etching）のボッシュプロセス（エッチングガスとしてＳＦ6、Ｃ4Ｆ8を使用）で深堀加工する。露出した中間酸化膜層２２ｄをＨＦによるウェットエッチング、もしくはＣＨＦ3等のガスを用いたドライエッチングで除去し、直径２００μｍの圧力室２２ａ、つまりダイヤフラムの可動部を形成する。また、中間酸化膜層２２ｄのエッチングにより露出したデバイス層２２ｅは、振動板２２ｂとなる。これにより、圧電アクチュエータ２１ａが完成する。
【００５７】
圧電アクチュエータ２１ａをインクジェットヘッド２１に適用する場合は、支持基板２２における圧電薄膜２５とは反対側に、ノズル孔を有するノズル基板を接着剤等で貼り合わせればよい。なお、圧電アクチュエータ２１ａは、例えば超音波センサ、赤外線センサ、周波数フィルタなど、インクジェットヘッド２１以外のデバイスにも適用することができる。
【００５８】
上述した各工程において、必要に応じて超純水リンスによる洗浄を行う。特に、インク流路内の異物は、ノズル孔が詰まる原因となるため、注意深く洗浄する必要がある。超純水リンスだけで不足な場合は、超純水リンスに超音波を加えても良いし、イソプロピルアルコールやアセトンを用いてもよい。また、強固な汚れがある場合は、ＰＺＴ層面側を保護したうえで、アンモニア過水や硫酸加水を用いたＲＣＡ洗浄を行うことも有効である。
【００５９】
〔ＰｔおよびＰＺＴの成膜条件について〕
上記した圧電アクチュエータ２１ａの製造方法における、下部電極２４のＰｔおよび圧電薄膜２５のＰＺＴの各成膜条件について、実施例および比較例として説明する。
【００６０】
（比較例１）
Ｐｔをスパッタ法で成膜するときの成膜温度を４００〜５００℃、スパッタ圧を０．４Ｐａ、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを１５０Ｗとした。このとき、Ｐｔの表面粗さ（ラフネス）を測定すると、ＲＭＳ（二乗平均粗さ）で３〜４ｎｍであった。
【００６１】
また、ＰＺＴ（層２５ａ）をスパッタ法で成膜するときの成膜温度を５００℃以上５５０℃未満、カソードのＲＦパワーを３１Ｗ／ｃｍ2、酸素流量／アルゴン流量の比を１％以上２％未満とした。なお、ＰＺＴは、高温で成膜するとＰｂの蒸発によりＰｂが不足するため、予めＰＺＴターゲットのＰｂ量をストイキオメトリー（化学量論的組成）よりも所定量（例えば２０ａｔｍ％以上４０ａｔｍ％未満）だけ過剰に添加してＰＺＴを成膜した。
【００６２】
（比較例２）
比較例１と同様の成膜条件でＰｔを成膜した。また、カソードのＲＦパワーを３４Ｗ／ｃｍ2に変更した以外は、比較例１と同様の成膜条件でＰＺＴを成膜した。
【００６３】
（比較例３、４）
比較例１と同様の成膜条件でＰｔを成膜した。また、ＰＺＴについては、成膜時の基板温度のみ、５５０℃以上６００℃未満に変更した以外は、比較例２と同様の成膜条件でＰＺＴを成膜した。
【００６４】
（実施例１、２）
下部電極２４の表面粗さをＲＭＳで３〜４ｎｍとし、ＰＺＴ成膜時のカソードのＲＦパワーを３４Ｗ／ｃｍ2、成膜温度を５５０℃以上６００℃以下、酸素流量／アルゴン流量の比を２％以上３％以下とした。また、ＰＺＴの成膜速度は、１．５μｍ／ｈｒ以上３μｍ／ｈｒ以下であった。
【００６５】
（実施例３、４）
下部電極２４の表面粗さをＲＭＳで２〜３ｎｍとした。ＰＺＴの成膜条件については、実施例１、２と同様とした。
【００６６】
比較例１〜４、実施例１〜４の各成膜条件で作製されたＰＺＴ（圧電薄膜２５）について、ＸＲＤによる評価を行った。図６は、例えば実施例４で作製された圧電薄膜２５に対して、ＸＲＤの２θ／θ測定を行ったときに得られるスペクトルを示している。なお、図６の縦軸の強度（回折強度、反射強度）は、１秒間あたりのＸ線の計数率（ｃｐｓ；count per second）に対応する任意単位（Arbitary Unit）で示している。このようなスペクトルから得られる各ピーク強度から、ペロブスカイト相の（１００）配向のピーク強度の比Ｐ1、（１１０）配向のピーク強度の比Ｐ2、（１１１）配向のピーク強度の比Ｐ3、パイロクロア層のピーク強度の比Ｐ4を求めた。なお、各ピーク強度比は、具体的には以下の式で表される。
【００６７】
ペロブスカイト相の（１００）配向のピーク強度の比Ｐ1＝Ａ1／（Ａ1＋Ａ2＋Ａ3）
ペロブスカイト相の（１１０）配向のピーク強度の比Ｐ2＝Ａ2／（Ａ1＋Ａ2＋Ａ3）
ペロブスカイト相の（１１１）配向のピーク強度の比Ｐ3＝Ａ3／（Ａ1＋Ａ2＋Ａ3）
パイロクロア層のピーク強度の比Ｐ4＝Ｐｙ／（Ａ1＋Ａ2＋Ａ3）
ただし、
Ａ1：ペロブスカイト相の（１００）配向を示すピーク強度
Ａ2：ペロブスカイト相の（１１０）配向を示すピーク強度
Ａ3：ペロブスカイト相の（１１１）配向を示すピーク強度
Ｐｙ：パイロクロア相を示すピーク強度
である。
【００６８】
また、比較例１〜４、実施例１〜４の各成膜条件で作製された圧電薄膜２５の下部電極２４に対する密着性を調べた。具体的には、作製されたアクチュエータの下部電極２４および上部電極２６に電圧を印加して振動板を連続駆動させた。このとき、数ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波電圧を印加するとともに、２０Ｖ付近を開始電圧とし、開始電圧から電圧を徐々に増加させ、それぞれの電圧の印加状態で１時間程度保持した。そして、その都度、圧電薄膜２５の剥離を確認し、以下の基準に基づいて密着性を評価した。
（評価基準）
×：アクチュエータを複数個駆動し、開始電圧の２０％増加までで剥離不良が起きたり、駆動前の組み立て工程中に剥離による不良が起きた。
○：開始電圧の２０％〜６０％の増加で剥離による不良が起きた。
◎：開始電圧の６０％の増加以上で剥離による不良が起きた。
【００６９】
表１は、比較例１〜４、実施例１〜４のＰＺＴにおける各ピーク強度比と、密着性の評価結果とを併せて示したものである。
【００７０】
【表１】
2015163070.tif 000003
【００７１】
表１より、比較例１〜４、実施例１〜４の圧電薄膜２５は、いずれも、ペロブスカイト相の（１００）配向のピーク強度の比Ｐ1が９５％以上と高く、ペロブスカイト（１００）主配向であると言える。このうち、比較例１〜４では、圧電薄膜２５の密着性が低下している。これは、以下のことが原因と考えられる。
【００７２】
比較例３および４では、圧電薄膜２５におけるパイロクロア相のピーク強度の比Ｐ4が高い。パイロクロア相は、圧電薄膜２５を構成するＰＺＴの準安定層であるが、パイロクロア相が圧電薄膜２５における下部電極２４との界面付近に形成されることで、その高応力により剥離が生じたものと考えられる。なお、パイロクロア相のピーク強度の比Ｐ4が比較例１および２に比べて高くなったのは、ＰＺＴの成膜温度を比較例１および２よりも高くしたことによって、Ｐｂが基板から再蒸発したことによるものと考えられる。
【００７３】
比較例１では、圧電薄膜２５におけるパイロクロア相のピーク強度の比Ｐ4は低いが、ペロブスカイト相の（１１０）配向のピーク強度の比Ｐ2が高い。（１００）主配向の圧電薄膜２５と下部電極２４との間での格子定数の違いから、ペロブスカイト相の（１１０）配向が僅かな量であっても、圧電薄膜２５の歪みを生じさせることから、剥離が生じたものと考えられる。
【００７４】
比較例２では、圧電薄膜２５におけるパイロクロア相のピーク強度の比Ｐ4およびペロブスカイト相の（１１０）配向のピーク強度の比Ｐ2は低いが、ペロブスカイト相の（１１１）配向のピーク強度の比Ｐ3も低い。（１００）主配向の圧電薄膜２５において、下部電極２４と同じ配向特性（（１１１）配向）が少ないことで、（１１１）配向の下部電極２４上における、（１００）主配向の圧電薄膜２５の歪みを緩和する作用が小さく、このため、剥離が生じたものと考えられる。
【００７５】
なお、比較例２において、比Ｐ2が比較例１よりも低くなったのは、ＰＺＴ製膜時のカソードのＲＦパワーを上げることで、基板へ衝突する成膜粒子のエネルギーが高まり、（１１０）配向ではなく（１００）配向の成長が促されたことによるものと考えられる。このような条件は、成膜粒子のエネルギーを調整することで得られ、成膜チャンバーや基板周りの治具のアノード面積を増やすことでも、同様の条件が得られると考えられる。
【００７６】
これに対して、実施例１〜４では、圧電薄膜２５におけるパイロクロア相のピーク強度の比Ｐ4およびペロブスカイト相の（１１０）配向のピーク強度の比Ｐ2は低く、ペロブスカイト相の（１１１）配向のピーク強度の比Ｐ3は高い。（１００）主配向の圧電薄膜２５において、下部電極２４と同じ配向特性（（１１１）配向）が多いことで、（１１１）配向の下部電極２４上における、（１００）主配向の圧電薄膜２５の歪みを緩和する作用が大きく、このため、下部電極２４に対する圧電薄膜２５の密着性が向上し、剥離不良が改善されたものと考えられる。なお、（１００）主配向の圧電薄膜２５において、（１１１）配向は、歪み緩和の効果を発生するために、（１１１）配向の下部電極２４の上の厚さ５０ｎｍ以下の範囲に存在していることを確認している。
【００７７】
また、（１００）主配向の圧電薄膜２５において、パイロクロア相のピーク強度の比Ｐ4が２０５×１０-6の比較例３では、圧電薄膜２５の密着性が悪く、１９０×１０-6の実施例１では、圧電薄膜２５の密着性が良好であることから、良好な密着性を得るためのパイロクロア相のピーク強度の比Ｐ4は、これらの間の２００×１０-6以下であることが望ましいと言える。
【００７８】
また、比Ｐ4が２００×１０-6以下である比較例１および２、実施例１〜４のうち、実施例１〜４では、（１００）主配向の圧電薄膜２５において、ペロブスカイト相の（１１０）配向のピーク強度の比Ｐ2が１０００×１０-6以下であり、かつ、ペロブスカイト相の（１１１）配向のピーク強度の比Ｐ3が５００×１０-6以上となっているが、比較例１および２は、比Ｐ2および比Ｐ3のどちらかについて上記の条件を満足していない。したがって、良好な密着性を得るためには、（１００）主配向の圧電薄膜２５において、比Ｐ2が１０００×１０-6以下であり、かつ、比Ｐ3が５００×１０-6以上であることが必要であると言える。特に、比Ｐ2が実施例１の１１７×１０-6と比較例２の２８７×１０-6との間の２００×１０-6以下であり、かつ、比Ｐ3が実施例３の１３６４×１０-6と比較例３の６８０×１０-6との間の１０００×１０-6以上であることがより望ましいと言える。
【００７９】
なお、実施例１〜４において、公知のカンチレバー法によって圧電薄膜２５の圧電定数ｄ31を測定したところ、いずれも−１８０ｐｍ／Ｖと非常に高い値が得られることが確認された。
【００８０】
〔圧電素子の他の構成〕
図７は、本実施形態の圧電素子２７の他の構成を示す断面図である。なお、同図では、便宜上、ハッチングを付さずに各層を示しており、また、熱酸化膜２３の図示を省略している。圧電素子２７は、圧電薄膜２５の結晶配向性を制御するためのシード層２９（バッファ層、配向制御層）を有していてもよい。そして、圧電薄膜２５は、シード層２９を介して、下地層としての下部電極２４上に形成されていてもよい。
【００８１】
シード層２９は、例えばペロブスカイト型のチタン酸ランタン鉛（ＰＬＴ）で構成されており、ペロブスカイト相の（１００）配向を主配向として、（１１１）配向を有している。シード層２９の膜厚は、例えば０．０１μｍであり、圧電薄膜２５の膜厚５μｍに対して、その１／２０の厚さとなっている。
【００８２】
このように、（１００）主配向のシード層２９を介して、下部電極２４上に圧電薄膜２５を成膜することにより、圧電薄膜２５はシード層２９の結晶配向性を引き継いで成膜されるため、（１００）主配向の圧電薄膜２５をより安定して、かつ、容易に成膜することができる。なお、ここでは、基板面（積層面）に対して平行な方向を（１００）方向とする。
【００８３】
また、シード層２９は、下地層と同じ配向特性である（１１１）配向と、下地層とは異なる配向特性である（１００）配向とを有しているが、シード層２９の膜厚が０．０１μｍと薄いため、（１１１）配向はシード層２９の膜厚方向のほぼ全体にわたって存在する（図７参照）。このため、圧電薄膜２５は、成膜初期において、シード層２９の（１００）配向で成膜される部分の上には、（１００）配向で成膜され、シード層２９の（１１１）配向で成膜される部分の上には、（１１１）配向で成膜される。したがって、圧電薄膜２５およびシード層２９は、これらの界面付近において、配向特性が（１００）配向または（１１１）配向に揃う。これにより、圧電薄膜２５とシード層２９との密着性を確保することができる。
【００８４】
また、シード層２９は、下部電極２４の配向特性と同じ（１１１）配向を有しているため、シード層２９と下部電極２４との密着性も確保することができる。よって、圧電薄膜２５と下部電極２４との間にシード層２９を設ける場合でも、圧電薄膜２５の膜剥がれを抑えることができる。
【００８５】
なお、圧電薄膜２５が上述した配向分布（厚さ方向において（１１１）配向が下地層側に偏在する分布）を有するためには、シード層２９は、ペロブスカイト（１００）主配向でありながら、（１１０）配向は低く、（１１１）配向を有することが望ましい。このようなシード層２９は、スパッタ法で成膜することができる。スパッタ装置の設計にもよるが、ＰＬＴターゲットと基板の距離であるＴ−Ｓ距離を最適化し、下部電極のＰｔの結晶粒径（表面粗さ）を最適化することで、上記シード層２９を成膜することが可能である。なお、ＰＬＴの高温成膜時においても、Ｐｂの蒸発によりＰｂが不足するため、予めＰＬＴターゲットのＰｂ量をストイキオメトリーよりも２０〜４０ａｔｍ％過剰に添加することが必要である。
【００８６】
シード層２９は、上記のＰＬＴ以外にも、酸化ストロンチウムルテニウム（ＳＲＯ）、酸化ストロンチウムチタン（ＳＴＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で構成されてもよい。この場合でも、上述した本実施形態の効果を得ることができる。
【００８７】
〔圧電薄膜の他の構成〕
圧電薄膜２５は、ＡＢＯ3型のペロブスカイト誘電体薄膜で構成されていればよく、上述したＰＺＴに添加物を添加したもので構成されていてもよい。例えば、圧電薄膜２５を構成するＡＢＯ3型のペロブスカイト誘電体薄膜において、Ａサイトの元素は、鉛（Ｐｂ）を含み、さらに、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、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を含み、さらに、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。
【００８８】
このように、圧電薄膜２５がＰＺＴに上記の添加物を付加したペロブスカイト誘電体薄膜で構成されている場合でも、上述した本実施形態の効果を得ることができる。
【００８９】
以上で説明した本実施形態の圧電素子、圧電素子の製造方法、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタは、以下のように表現することができ、これによって以下の作用効果を奏する。
【００９０】
本実施形態の圧電素子は、下地層の上に圧電体層を形成した圧電素子であって、前記圧電体層は、前記下地層と同じ配向特性と、前記下地層とは異なる配向特性とを有しており、前記圧電体層の厚さ方向において、前記下地層と同じ配向特性が前記下地層側に偏在している。
【００９１】
上記の構成によれば、圧電体層は、下地層と同じ配向特性と、下地層とは異なる配向特性とを有しているが、圧電体層の厚さ方向において、下地層と同じ配向特性が下地層側に偏在している。このため、圧電体層と下地層との界面付近では、圧電体層と下地層とで配向特性がほぼ揃い、これによって圧電体層の歪みが緩和される。したがって、下地層の上に、下地層とは異なる配向特性を有する圧電体層を成膜する場合でも、圧電体層と下地層との密着性を向上させて、圧電体層の膜剥がれを抑えることができる。
【００９２】
前記下地層は、（１１１）配向であり、前記圧電体層は、ペロブスカイト相の（１００）配向を主配向として、（１１１）配向を有していてもよい。この場合、圧電体層における下地層との界面付近で、配向特性を下地層と同じ（１１１）配向に揃えることができる。したがって、（１００）主配向の圧電体層を（１１１）配向の下地層上に成膜する構成において、圧電体層の歪みを緩和して、圧電体層と下地層との密着性を向上させ、圧電体層の膜剥がれを抑えることができる。
【００９３】
前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛で構成されており、前記圧電体層において、Ｘ線回折の２θ／θ測定によって得られる、ペロブスカイト相の（１００）配向、（１１０）配向、（１１１）配向の各ピーク強度の総和に対する、パイロクロア相のピーク強度の比が、２００×１０-6以下であり、前記総和に対する、ペロブスカイト相の（１１０）配向のピーク強度の比が、１０００×１０-6以下であり、前記総和に対する、ペロブスカイト相の（１１１）配向のピーク強度の比が、５００×１０-6以上であってもよい。
【００９４】
パイロクロア相は、ＰＺＴ組成の準安定層であり、下地層とＰＺＴとの界面上で形成されることで、その高応力により膜剥がれの原因となる。また、（１１１）配向の下地層と（１００）配向のＰＺＴとの格子定数の違いから、（１１０）配向のＰＺＴは、僅かな量であっても、歪みが生じる原因となる。一方、（１１１）配向のＰＺＴは、（１１１）配向の下地層と配向特性が同じであり、（１００）配向のＰＺＴの歪みを緩和する作用がある。したがって、パイロクロア相のピーク強度の比が２００×１０-6以下であり、ペロブスカイト相の（１１０）配向のピーク強度の比が、１０００×１０-6以下であり、ペロブスカイト相の（１１１）配向のピーク強度の比が、５００×１０-6以上であることにより、圧電体層と下地層との密着性を確実に向上させて、圧電体層の膜剥がれを確実に抑えることができる。
【００９５】
前記圧電体層において、前記総和に対する、ペロブスカイト相の（１１０）配向のピーク強度の比が、２００×１０-6以下であってもよい。この場合、圧電体層の膜剥がれを抑える効果がより高まる。
【００９６】
前記圧電体層において、前記総和に対する、ペロブスカイト相の（１１１）配向のピーク強度の比が、１０００×１０-6以上であってもよい。この場合、圧電体層の歪みをさらに抑えることができ、圧電体層の膜剥がれを抑える効果がより高くなる。
【００９７】
前記圧電体層を構成するチタン酸ジルコン酸鉛を、Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3で表したとき、ｘ＝０．５０〜０．５５であってもよい。この場合、圧電体層は、いわゆるＭＰＢ組成またはそれに近い組成となるため、高い圧電特性を得ることができる。
【００９８】
前記圧電体層において、前記下地層と同じ配向特性は、前記下地層側から５０ｎｍ以下の厚み部分に存在していてもよい。圧電体層において、下地層と同じ配向特性が下地層側に確実に偏在するため、圧電体層と下地層との界面付近で配向特性をほぼ揃えて、圧電体層と下地層との密着性を確実に向上させることができる。
【００９９】
前記圧電体層は、ＡＢＯ3型のペロブスカイト誘電体薄膜で構成されており、Ａサイトの元素は、鉛を含み、さらに、バリウム、ランタン、ストロンチウム、ビスマス、リチウム、ナトリウム、カルシウム、カドミウム、マグネシウム、カリウムの少なくとも１つを含み、Ｂサイトの元素は、ジルコニウムおよびチタンを含み、さらに、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、スカンジウム、コバルト、銅、インジウム、スズ、ガリウム、カドミウム、鉄、ニッケルの少なくとも１つを含んでいてもよい。圧電体層がＰＺＴに上記の添加物を付加したペロブスカイト誘電体薄膜で構成されている場合でも、上述の効果を得ることができる。
【０１００】
前記圧電体層の厚さは、１〜５μｍであってもよい。このように圧電体層が薄膜（圧電薄膜）である構成において、上述の効果を得ることができる。
【０１０１】
前記圧電体層は、該圧電体層の配向を制御するためのシード層を介して、前記下地層の上に形成されており、前記シード層は、ペロブスカイト相の（１００）配向を主配向として、（１１１）配向を有していてもよい。
【０１０２】
シード層が、下地層と同じ配向特性（（１１１）配向）と、下地層とは異なる配向特性（（１００）配向）とを有しているため、圧電体層とシード層との界面付近では、配向特性が（１１１）配向または（１００）配向に揃う部分を生じさせ、シード層と下地層との界面付近では、配向特性が（１１１）配向に揃う部分を生じさせることができる。これにより、下地層上にシード層を介して圧電体層を形成する場合でも、圧電体層の密着性を向上させて、圧電体層の膜剥がれを抑えることができる。また、（１００）主配向のシード層の上に圧電体層を形成するため、圧電体層を（１００）主配向で形成することが容易となる。
【０１０３】
前記シード層は、チタン酸ランタン鉛、酸化ストロンチウムルテニウム、酸化ストロンチウムチタン、または酸化マグネシウムで構成されていてもよい。このような材料からなるシード層を有する構成において、上述の効果を得ることができる。
【０１０４】
前記下地層は、下部電極であってもよい。下部電極上に圧電体層を設ける構成において、上述の効果を得ることができる。
【０１０５】
前記下部電極は、白金またはイリジウムからなる層を含んでいてもよい。下部電極の材料として一般的なＰｔまたはＩｒを用いる構成において、上述の効果を得ることができる。
【０１０６】
前記圧電体層上に、上部電極が形成されていてもよい。圧電体層を下部電極および上部電極で挟んだ構造となるので、これらの電極に電圧を印加して圧電体層を伸縮させる構成を実現できる。
【０１０７】
本実施形態の圧電アクチュエータの製造方法では、前記下地層および前記圧電体層をスパッタ法で成膜してもよい。また、前記シード層をスパッタ法で成膜してもよい。スパッタ法により、所望の配向特性の層を確実に成膜できる。
【０１０８】
本実施形態の圧電アクチュエータは、上述した圧電素子と、前記圧電素子を支持する支持基板とを有しており、前記支持基板には、開口部と、前記開口部を覆うように形成されて、前記圧電素子の駆動によって振動する振動板とが形成されていてもよい。上述した圧電素子によれば、下地層とは異なる配向特性を有する圧電体層を下地層上に形成する場合でも、圧電体層の膜剥がれを抑えることができるので、膜剥がれによる駆動不良が生じるのを低減することができる。
【０１０９】
本実施形態のインクジェットヘッドは、上記の圧電アクチュエータと、ノズル孔を有し、前記圧電アクチュエータの前記支持基板における前記圧電素子とは反対側に貼り合わされるノズル基板とを有しており、前記支持基板の前記開口部に収容されたインクを、前記ノズル孔を介して外部に吐出させる。この場合、インクジェットヘッドにおいて、圧電体層の膜剥がれに起因してインクの吐出不良が生じるのを低減することができる。
【０１１０】
本実施形態のインクジェットプリンタは、上記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。この場合、圧電体層の膜剥がれに起因するインクの吐出不良により、記録媒体に形成される画像の品位が低下するのを回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の圧電素子は、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタに利用可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
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
２２      支持基板
２２ａ    圧力室（開口部）
２２ｂ    振動板
２４      下部電極（下地層）
２５      圧電薄膜（圧電体層）
２６      上部電極
２７      圧電素子
２９      シード層
３１      ノズル基板
３１ａ    吐出孔（ノズル孔）
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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