(57)【要約】【課題】高湿度環境下における信頼性に優れた圧電体素子、インクジェットヘッド、およびインクジェット式記録装置を提供する。【解決手段】第１の電極層１３と、第２の電極層１６と、前記第１の電極層１３と第２の電極層１６との間に設けられ鉛を含有してなる圧電体層１４と、前記圧電体層１４の層間、前記第１の電極層１３と前記圧電体層１４との層間、前記第２の電極層１６と前記圧電体層１４との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を遮断するバリア層１５と、を備える。これにより、圧電体層１４中の鉛と水分との電気化学的な反応を止め、高湿度環境においても圧電体層１４の高い絶縁特性を維持することができるため、高湿度環境下における信頼性に優れた圧電体素子が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極層と、
第２電極層と、
前記第１電極層と第２電極層との間に設けられ鉛を含有してなる圧電体層と、
前記圧電体層の層間、前記第１電極層と前記圧電体層との層間、前記第２電極層と前記圧電体層との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を遮断するバリア層と、
を備えることを特徴とする圧電体素子。
【請求項２】
前記バリア層の面積が、前記第１電極層または第２電極層の少なくとも一方の面積よりも大とされていることを特徴とする請求項１に記載の圧電体素子。
【請求項３】
前記バリア層が、白金族金属およびその化合物の薄膜からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電体素子。
【請求項４】
前記バリア層が前記圧電体層の層間に設けられている場合に、該バリア層により分割された各圧電体層の優先配向面が同一であることを特徴とする請求項１に記載の圧電体素子。
【請求項５】
前記バリア層が無機材料からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電体素子。
【請求項６】
前記無機材料が鉛を含有しないことを特徴とする請求項５に記載の圧電体素子。
【請求項７】
前記バリア層が、吸水率が０％〜０．１％の防湿性物質からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電体素子。
【請求項８】
第１電極層と、
第２電極層と、
前記第１電極層と第２電極層との間に設けられ鉛を含有してなる圧電体層と、
前記第１電極層と前記圧電体層との層間、前記第２電極層と前記圧電体層との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を吸湿する吸湿層と、
を備えることを特徴とする圧電体素子。
【請求項９】
前記吸湿層の面積が、前記第１電極層または第２電極層の少なくとも一方の面積よりも大とされていることを特徴とする請求項８に記載の圧電体素子。
【請求項１０】
前記吸湿層が、吸水率が少なくとも１％以上１００％未満の有機材料からなることを特徴とする請求項８に記載の圧電体素子。
【請求項１１】
第１電極層と、
第２電極層と、
前記第１電極層と第２電極層との間に設けられ鉛を含有してなる圧電体層と、
前記圧電体層の層間、前記第１電極層と前記圧電体層との層間、前記第２電極層と前記圧電体層との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を遮断するバリア層と、
前記第１電極層と前記圧電体層との層間、前記第２電極層と前記圧電体層との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を吸湿する吸湿層と、
を備えることを特徴とする圧電体素子。
【請求項１２】
前記バリア層の面積が、前記第１電極層または第２電極層の少なくとも一方の面積よりも大とされていることを特徴とする請求項１１に記載の圧電体素子。
【請求項１３】
前記バリア層が、白金族金属およびその化合物の薄膜からなることを特徴とする請求項１１に記載の圧電体素子。
【請求項１４】
前記バリア層が前記圧電体層の層間に設けられている場合に、該バリア層により分割された各圧電体層の優先配向面が同一であることを特徴とする請求項１１に記載の圧電体素子。
【請求項１５】
前記吸湿層の面積が、前記第１電極層または第２電極層の少なくとも一方の面積よりも大とされていることを特徴とする請求項１１に記載の圧電体素子。
【請求項１６】
前記吸湿層が吸水率１％以上の有機材料からなることを特徴とする請求項１１に記載の圧電体素子。
【請求項１７】
前記バリア層または前記吸湿層が気相成膜法により形成された層であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１つに記載の圧電体素子。
【請求項１８】
供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、前記ヘッド本体部における前記圧力室の一面側に設けられて前記圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備え、
前記圧電振動子が、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の圧電体素子と、
前記圧電体素子のいずれかの電極側の面に設けられた振動板と、
を備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１９】
請求項１８記載のインクジェットヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子、液体噴射装置等の圧電アクチュエータ、半導体記録装置、焦電型赤外線検出装置などに用いられる圧電体素子、この圧電体素子を用いたインクジェットヘッド、および上記インクジェットヘッドを印字手段として備えたインクジェット式記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に圧電体素子は二つの電極間に圧電体層を備えている。ここで、圧電体の材料は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、あるいは電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する材料である。このような圧電体の材料には、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電性セラミックが用いられる。ＰＺＴに代表される鉛系の圧電性セラミックは高い圧電定数を示す等の種々の優れた特性を有し、圧電アクチュエータや焦電型赤外線検出素子、不揮発性メモリ素子などの様々な電子部品に応用ができる。
【０００３】
また素子の小型化、高密度化のために、圧電体層はスパッタリング法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法を用いて薄膜化が行われ、フォトリソグラフィーやドライエッチングによる微細加工が適用されるようになってきている。ところが上記圧電体素子に、湿度の高い雰囲気に長時間さらされた状態で高電圧を印加すると、圧電体の電気絶縁性が低下して絶縁破壊が起こる。このような現象は、圧電体素子の信頼性において大きな問題の１つとされてきた。
【０００４】
そこで、このような現象の発生を防止する目的で、従来、色々な工夫がなされてきた。なかでも、絶縁破壊に最も関係深いとされている電極材のマイグレーションの発生を防止するため、マイグレーションの起こりにくい金や白金を電極材料に選択することが考えられてきた。
【０００５】
しかし、電極材料に金や白金を用いて電極材のマイグレーションを防止しても、圧電体の絶縁抵抗は低下することが明らかになった。すなわち、この絶縁抵抗の低下の原因は、水分が直接的に圧電体材料を攻撃することによるものであり、この低下を防止する方法として、例えば、内部に乾燥剤を入れた金属密閉容器に圧電体素子全体を収納して、該容器を完全に密閉するようにすれば、圧電体が絶縁劣化しないことが実証されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
ところで、近年の電子機器の小型化に伴って、このような圧電体素子に対しても小型化が強く要求されるようになってきた。そして、その要求を満たすために、圧電体素子は、従来から多く使用されてきた焼結体に比べて著しく体積の小さい薄膜の形態で使用されるようになりつつある。そして、小型化のために、圧電体素子は、上記のように金属製の密閉容器に入れずに剥き出しの状態で使われることが要望され、このため、密閉容器に入れずに高湿度環境下で使用しても劣化しないようにする工夫もなされている。例えば、圧電体素子を構成する圧電体層の傍に発熱膜を設けて、この発熱膜により圧電体層を積極的に加熱することで、圧電体層への湿気の吸収を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
ＰＺＴに代表される鉛系の圧電セラミックは、Ｐｂ（鉛）が焼成、焼結、またはスパッタリング法等の成膜時にＰｂＯの形でＰｂが抜けやすく、化学量論的組成に制御する事が困難である。Ｐｂの含有量が化学量論的組成より少ない場合、結晶配向特性や圧電特性、強誘電体特性、焦電特性の低下を招く。したがって、化学量論的組成よりＰｂの量が少し過剰に添加される場合が多い。
【０００８】
例えば、ＰＺＴ等の鉛化合物を含む圧電体は、高温で合成される。これは薄膜形態であっても同様であり、高温時の鉛の蒸気圧が高いため、作製時の安定性などから、化学量論組成のＰＺＴ［化学量論組成がＰｂ（Ｚｒ1-XＴｉX）Ｏ3（０＜ｘ＜１）であり、化学量論組成比のＰｂ：Ｚｒ＋Ｔｉ：Ｏ＝１：１：３である］よりも幾分、鉛過剰の組成にすることが通常になっている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
上記鉛過剰の圧電薄膜を用いた圧電薄膜素子において、湿気の高い環境下で高電圧を印加したときに絶縁破壊が起こる原因は、以下のメカニズムだと考えられる。すなわち、圧電薄膜は、例えばスパッタリング法で作製された圧電薄膜の厚み方向の一方向から他方向に向いている複数の柱状結晶粒子によって構成された集合体から成る場合が多く、それらの柱状粒子同士の境界部分が結晶粒界として存在する。
【００１０】
また、柱状結晶の集合体の形態を示さない場合であっても、多くの結晶粒界を有している。さらに、薄膜形成時に存在する異物などの影響により、厚み方向に小さな空孔などが存在する。そして、この圧電体の結晶粒界や空孔表面には、過剰の鉛が酸化物の形態で存在し、この結晶粒界に存在する鉛化合物が、湿気と反応して吸収された水分と電気化学的な反応を起こして変質する。
【００１１】
従来の圧電体素子において、絶縁破壊が発生した原因は、水分が電極膜のピンホールを通って圧電薄膜の結晶粒界に侵入して、その結晶粒界に存在している酸化鉛が、その水分により水酸化鉛を経て、導電性を有する二酸化鉛に変質することによる。
【００１２】
このような考え方から、空気中の水蒸気や結露した水成分等の浸入を防ぐために窒化珪素（ＳｉＮ）膜などの無機材料あるいはガスバリア性の高いといわれるポリパラキシリレンあるいはその誘導体からなる樹脂被膜をコートするような対策が施されている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平４−３４９６７５号公報
【特許文献２】特開２０００−４３２５９号公報
【特許文献３】特開２００５−２４４１７４号公報
【特許文献４】特開平１０−２４２５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、空気中の水蒸気や結露した水成分等の浸入をふせぐためにガスバリア性の高い保護膜等を形成する方法では、圧電体素子の機械的変位を阻害しないような薄膜で圧電体素子表面の欠陥を完全に覆う事は難しい。
【００１４】
またインクジェットヘッドのように圧電体素子が複数個並列で形成される素子においては各素子が独立に制御される必要があるため、各素子の電極上に形成される保護膜は絶縁性の高い膜が必要になる。一般的には樹脂や無機材料が選択される事になるが、これらはガスバリア性を保つためにはある程度の膜厚が必要になる。
【００１５】
また、高湿度環境では圧電体素子と保護膜との界面から水分の浸入が起こり、経時的に劣化、剥離が進行する。圧電体素子と保護膜の密着性を保つ課題も発生する。
【００１６】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、高湿度環境下における信頼性に優れた圧電体素子、インクジェットヘッド、およびインクジェット式記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために本発明にかかる圧電体素子は、第１電極層と、第２電極層と、第１電極層と第２電極層との間に設けられ鉛を含有してなる圧電体層と、圧電体層の層間、第１電極層と圧電体層との層間、第２電極層と圧電体層との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を遮断するバリア層と、を備えるものである。
【００１８】
また、本発明にかかる圧電体素子は、第１電極層と、第２電極層と、第１電極層と第２電極層との間に設けられ鉛を含有してなる圧電体層と、第１電極層と圧電体層との層間、第２電極層と圧電体層との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を吸湿する吸湿層と、を備えるものである。
【００１９】
また、本発明にかかる圧電体素子は、第１電極層と、第２電極層と、第１電極層と第２電極層との間に設けられ鉛を含有してなる圧電体層と、圧電体層の層間、第１電極層と圧電体層との層間、第２電極層と圧電体層との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を遮断するバリア層と、第１電極層と圧電体層との層間、第２電極層と圧電体層との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を吸湿する吸湿層と、を備えるものである。
【００２０】
また、本発明にかかるインクジェットヘッドは、供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、ヘッド本体部における圧力室の一面側に設けられて圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備え、圧電振動子が、上記のいずれか１つに記載の圧電体素子と、圧電体素子のいずれかの電極側の面に設けられた振動板と、を備えるものである。
【００２１】
また、本発明にかかるインクジェット式記録装置は、上記のインクジェットヘッドを搭載するものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、水分を遮断するバリア層を備えることにより圧電体層中の鉛と水分との電気化学的な反応を止め、高湿度環境においても高い絶縁特性を維持することができるため、高湿度環境下における信頼性に優れた圧電体素子が得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、水分を吸湿する吸湿層を備えることにより圧電体層中の鉛と水分との電気化学的な反応を止め、高湿度環境においても高い絶縁特性を維持することができるため、高湿度環境下における信頼性に優れた圧電体素子が得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、水分を遮断するバリア層と水分を吸湿する吸湿層とを備えることにより圧電体層中の鉛と水分との電気化学的な反応を止め、高湿度環境においても高い絶縁特性を維持することができるため、高湿度環境下における信頼性に優れた圧電体素子が得られる。
【００２５】
また、本発明によれば、上記の圧電体素子を備えることにより、高湿度環境下における信頼性に優れたインクジェットヘッドが得られる。
【００２６】
また、本発明によれば、上記のインクジェットヘッドを備えることにより、高湿度環境下における信頼性に優れたインクジェット式記録装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の第１の発明の圧電体素子は、第１電極層と、第２電極層と、第１電極層と第２電極層との間に設けられ鉛を含有してなる圧電体層と、圧電体層の層間、第１電極層と圧電体層との層間、第２電極層と圧電体層との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を遮断するバリア層と、を備えることを特徴としたものであり、バリア層により鉛と水分との電気化学的な反応が止められ、圧電体層の電気絶縁性が良好に維持される、という作用を有する。
【００２８】
第２の発明の圧電体素子は、第１の発明において、バリア層の面積が、第１電極層または第２電極層の少なくとも一方の面積よりも大とされていることを特徴としたものであり、バリア層の面積が第１電極層または第２電極層の少なくとも一方の面積よりも大とされることにより、第１電極層および第２電極層間をつなぐリークパスの発生がなくなる、という作用を有する。
【００２９】
第３の発明の圧電体素子は、第１の発明において、バリア層が、白金族金属およびその化合物の薄膜からなることを特徴としたものであり、バリア層の厚みを薄くすることが可能とされるとともに、圧電体層を構成する薄膜の結晶成長が容易になり、鉛と水分との電気化学的な反応に起因した鉛の減少による特性の低下が最小限に抑えられる、という作用を有する。
【００３０】
第４の発明の圧電体素子は、第１の発明において、バリア層が圧電体層の層間に設けられている場合に、該バリア層により分割された各圧電体層の優先配向面が同一であることを特徴としたものであり、各圧電体層の特性劣化がなく、より特性の高い圧電体素子が構成される、という作用を有する。
【００３１】
第５の発明の圧電体素子は、第１の発明において、バリア層が無機材料からなることを特徴としたものであり、水分のバリア性を維持しつつ圧電体層との物理特性やプロセス整合性が良好に調整される、という作用を有する。
【００３２】
第６の発明の圧電体素子は、第５の発明において、無機材料が鉛を含有しないことを特徴としたものであり、バリア層が水分と電気化学的に反応する鉛化合物を含まないため、導電性を有する二酸化鉛の形成がなされず、圧電体層の絶縁特性が良好に維持される、という作用を有する。
【００３３】
第７の発明の圧電体素子は、第１の発明において、バリア層が、吸水率が０％〜０．１％の防湿性物質からなることを特徴としたものであり、バリア層により水分の透過が良好に防止され、水分の遮断性が高くなる、という作用を有する。
【００３４】
第８の発明の圧電体素子は、第１電極層と、第２電極層と、第１電極層と第２電極層との間に設けられ鉛を含有してなる圧電体層と、第１電極層と圧電体層との層間、第２電極層と圧電体層との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を吸湿する吸湿層と、を備えることを特徴としたものであり、水分が電極層中のピンホールを通って圧電体層の結晶粒界に侵入しても吸湿層により水分を保持し、膜厚方向にそれ以上水分の浸入が進まないため、絶縁体層の絶縁性が維持される、という作用を有する。
【００３５】
第９の発明の圧電体素子は、第８の発明において、吸湿層の面積が、第１電極層または第２電極層の少なくとも一方の面積よりも大とされていることを特徴としたものであり、第１電極層および第２電極層間をつなぐリークパスの発生がなくなる、という作用を有する。
【００３６】
第１０の発明の圧電体素子は、第８の発明において、吸湿層が、吸水率が少なくとも１％以上１００％未満の有機材料からなることを特徴としたものであり、吸湿層がより効率的に水分の吸湿、保持性を維持しつつ膜厚方向にそれ以上水分の浸入が進まないため、圧電体層の絶縁性が良好に維持される、という作用を有する。
【００３７】
第１１の発明の圧電体素子は、第１電極層と、第２電極層と、第１電極層と第２電極層との間に設けられ鉛を含有してなる圧電体層と、圧電体層の層間、第１電極層と圧電体層との層間、第２電極層と圧電体層との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を遮断するバリア層と、第１電極層と圧電体層との層間、第２電極層と圧電体層との層間、のうち少なくとも一部に設けられた、水分を吸湿する吸湿層と、を備えることを特徴としたものであり、水分を遮断するバリア層と、水分を吸湿する吸湿層と、を備えることにより、圧電体層の絶縁性がより長期間維持される、という作用を有する。
【００３８】
第１２の発明の圧電体素子は、第１１の発明において、バリア層の面積が、第１電極層または第２電極層の少なくとも一方の面積よりも大とされていることを特徴としたものであり、バリア層の面積が第１電極層または第２電極層の少なくとも一方の面積よりも大とされることにより、第１電極層および第２電極層間をつなぐリークパスの発生がなくなる、という作用を有する。
【００３９】
第１３の発明の圧電体素子は、第１１の発明において、バリア層が、白金族金属およびその化合物の薄膜からなることを特徴としたものであり、バリア層の厚みを薄くすることが可能とされるとともに、圧電体層を構成する薄膜の結晶成長が容易になり、鉛と水分との電気化学的な反応に起因した鉛の減少による特性の低下が最小限に抑えられる、という作用を有する。
【００４０】
第１４の発明の圧電体素子は、第１１の発明において、バリア層が圧電体層の層間に設けられている場合に、該バリア層により分割された各圧電体層の優先配向面が同一であることを特徴としたものであり、各圧電体層の特性劣化がなく、より特性の高い圧電体素子が構成される、という作用を有する。
【００４１】
第１５の発明の圧電体素子は、第１１の発明において、吸湿層の面積が、第１電極層または第２電極層の少なくとも一方の面積よりも大とされていることを特徴としたものであり、第１電極層および第２電極層間をつなぐリークパスの発生がなくなる、という作用を有する。
【００４２】
第１６の発明の圧電体素子は、第１１の発明において、吸湿層が吸水率１％以上の有機材料からなることを特徴としたものであり、吸湿層がより効率的に水分の吸湿、保持性を維持しつつ膜厚方向にそれ以上水分の浸入が進まないため、圧電体層の絶縁性が良好に維持される、という作用を有する。
【００４３】
第１７の発明の圧電体素子は、第１〜第１６の発明において、バリア層または吸湿層が気相成膜法により形成された層であることを特徴としたものであり、バリア層または吸湿層形成時の水分の吸着がなくなり、膜厚精度や均一性が上がり、より信頼性が高くなる、という作用を有する。
【００４４】
第１８の発明のインクジェットヘッドは、供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、ヘッド本体部における圧力室の一面側に設けられて圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備え、圧電振動子が、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の圧電体素子と、圧電体素子のいずれかの電極側の面に設けられた振動板と、を備えることを特徴としたものであり、上記圧電体素子を備えることにより、高湿度環境下における信頼性に優れる、という作用を有する。
【００４５】
第１９の発明のインクジェット式記録装置は、上記のインクジェットヘッドを搭載したことを特徴としたものであり、上記インクジェットヘッドを備えることにより、高湿度環境下における信頼性に優れる、という作用を有する。
【００４６】
以下、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。なお、以下の図面においては同一の部材には同一の符号を付しており、重複した説明は省略している。また、以下の実施の形態において示されている数値は種々選択し得る中の一例であり、これに限定されるものではない。
【００４７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる圧電体素子である圧電薄膜素子の構成を示す断面図である。図１において１１は、厚みが０．３ｍｍ、直径が４インチのシリコン（Ｓｉ）ウエハからなる基板であり、この基板１１上には、厚みが０．０２μｍであってチタン（Ｔｉ）からなる密着層１２が形成されている。なお、上記基板１１は、シリコン（Ｓｉ）に限るものではなく、ガラス基板や、金属基板、セラミックス基板等であってもよい。
【００４８】
図１において１２は、上記基板１１と第１の電極層１３との密着性を高めるための密着層であって例えばチタン（Ｔｉ）膜を用いることができるが、これに限らずタンタル、鉄、コバルト、ニッケル又はクロムもしくはこれらの化合物で構成してもよい。また、密着層１２の膜厚は、０．００５μｍ〜１μｍの範囲であればよい。ただし、この密着層１２は、基板１１と第１の電極層１３との密着性に問題が無ければ、必ずしも必要なものではない。
【００４９】
図１において、１３は、上記密着層１２上に形成された、厚みが０．２２μｍの白金（Ｐｔ）からなる第１の電極層である。なお、第１の電極層１３の材料は白金（Ｐｔ）に限らず、導電性材料であればよく、例えば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）及びルテニウム（Ｒｕ）からなる群より選択された少なくとも１種の貴金属又はそれらの化合物であればよく、膜厚は０．０５μｍ〜２μｍの範囲であればよい。
【００５０】
図１において、１４は、第１の電極層１３上に形成された、厚みが３．０μｍであって菱面体晶系又は正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴからなる圧電体層である。この圧電体層１４は、（１１１）面に優先配向している。上記ＰＺＴの組成は、正方晶と菱面体晶との境界（モルフォトロピック相境界）付近の組成（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）である。なお、圧電体層１４におけるＺｒ／Ｔｉ組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７に限らず、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜７０／３０であればよい。また、圧電体層１４の構成材料は、ＰＺＴにランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）等の添加物を含有したもの等のように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料であればよく、ＰＭＮやＰＺＮであってもよい。また、（００１）面への優先配向であっても良い。さらに、膜厚は、０．５〜５．０μｍの範囲であればよい。
【００５１】
この圧電体層１４は、バリア層１５を介して形成された化学量論組成よりＰｂ量の多い圧電体層１４ａ、圧電体層１４ｂの２層から構成されている。また、上記圧電体層１４は、化学量論組成よりＰｂ量が１０モル％過剰の組成で柱状構造を有しており、その柱状粒子径は、０．２μｍ〜０．４μｍである。
【００５２】
なお、上記圧電体層１４は、第１の電極層１３上に圧電体層１４ａが作製され、その上にバリア層１５が形成され、さらに圧電体層１４ｂが形成された２層構造であるが、積層するバリア層１５の層数により積層数はこれに限らない。また、化学量論組成よりＰｂ量の多い層での過剰Ｐｂ量は、２５モル％以下、より好ましくは１５モル％以下である。また、圧電体層１４は化学量論組成よりＰｂ量の少ない層でもよく、その場合Ｐｂの欠損量は１０モル％以下、より好ましくは５モル％以下である。同様に柱状構造を有しており、その柱状粒子径は、Ｐｂ過剰膜より大きくなる。
【００５３】
また、化学量論組成よりＰｂ量の多い層は（１１１）配向率が９９％で、化学量論組成よりＰｂ量の少ない層の７０％より高い配向性を有している。ここで、（１１１）配向率（α（１１１））は、
α（１１１）＝Ｉ（１１１）／ΣＩ（ｈｋｌ）
で定義している。ΣＩ（ｈｋｌ）は、Ｘ線回折法において、Ｃｕ−Ｋα線を用いたときの２θが１０°〜７０°でのペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴにおける各結晶面からの回折ピーク強度の総和である。結晶配向率は、化学量論組成よりＰｂ量の多い層は７０％以上、化学量論組成よりＰｂ量の少ない層は５０％以上であることが好ましい。
【００５４】
上記圧電体層１４には、バリア層１５が挿入、積層されている。バリア層１５は、厚み０．０２μｍのチタン（Ｔｉ）と、厚み０．１μｍの白金（Ｐｔ）と、が積層されている。バリア層１５の材料は、チタン（Ｔｉ）や白金（Ｐｔ）に限らず水分を遮断する厚みを有する金属膜であれば良く、タンタル（Ｔａ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）もしくはクロム（Ｃｒ）又はそれらの化合物、好ましくはイリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐａ）及びルテニウム（Ｒｕ）からなる群より選択された少なくとも１種の貴金属又はこれらの化合物を用いることができる。
【００５５】
また、バリア層１５の膜厚は、０．０５μｍ〜３μｍの範囲であればよい。そして、バリア層１５は、単層膜や積層膜、もしくは２種以上の金属からなる合金により形成することができる。
【００５６】
なお、バリア層１５の形成方法として種々の方法を用いることが可能であるが、気相成膜法により形成することが好ましい。ここで、本発明でいう「気相成膜法」とは、物理蒸着法（ＰＶＤ法）と化学気相成膜法（ＣＶＤ法）とを総称したものである。気相成膜法は溶媒等を用いない乾式の成膜法であるので、成膜時における水分等の吸着を防ぐことができる。
【００５７】
また、分子レベルの堆積法なので密着性に優れた膜を形成することができ、界面からの水分の浸入を防止することが可能である。また、素子作成の一連のプロセスを真空環境下で行う事が可能となり、素子を１度も大気にさらすことなく形成できるので、大気中の水分に接触することに起因する素子の劣化を防止できる。また共蒸着等の手法を使えば異種材料の混合層を形成する事も可能である。
【００５８】
気相成膜法の１つである物理蒸着法の具体例としては、抵抗加熱真空蒸着法、電子ビーム加熱真空蒸着法、高周波誘導加熱真空蒸着、蒸着重合法、プラズマ蒸着法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、スパッタリング法、反応性スパッタリング法等が挙げられる。また、気相成膜法の他の１つである化学気相成長法の具体例としては、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法等が挙げられる。
【００５９】
図１において１６は、圧電体層１４上に形成された、厚みが０．２μｍであって白金（Ｐｔ）からなる第２の電極層である。なお、第２の電極層１６の材料は白金（Ｐｔ）に限らず、導電性材料であればよく、膜厚は０．１μｍ〜０．４μｍの範囲であればよい。
【００６０】
以上のような圧電薄膜素子を形成するための成膜法は、スパッタリング法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、ＭＢＥ法、ＰＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＭＯＤ法などであってもよい。
【００６１】
以上のように構成された本実施の形態にかかる圧電薄膜素子は、第１の電極層１３と第２の電極層１６との間に圧電体層１４が設けられてなる圧電体素子において、上記圧電体層１４はＰｂを含有する圧電体薄膜よりなり、水分を遮断するバリア層１５である金属薄膜が圧電体層間に設けられている。
【００６２】
圧電体薄膜は構成する柱状粒子結晶同士の境界部分や結晶粒界や薄膜形成時に存在する異物などの影響により、厚み方向に小さな空孔などが形成される。この結晶粒界や空孔表面には、過剰の鉛が酸化物の形態で存在し、この結晶粒界に存在する鉛化合物が、湿気と反応して吸収された水分と電気化学的な反応を起こして変質する。従来の圧電薄膜素子においては、水分が電極膜のピンホールを通って圧電体薄膜の結晶粒界に侵入すると、その結晶粒界に存在している酸化鉛がその水分により水酸化鉛を経て、導電性を有する二酸化鉛に変質する。
【００６３】
しかしながら、本実施の形態にかかる圧電薄膜素子においては、２つの圧電体層１４ａ、１４ｂがＰｂを含有する圧電体薄膜よりなり、水分を遮断するバリア層１５である金属薄膜が該圧電体層１４ａ、１４ｂ間に設けられている。これにより、金属薄膜によりなるバリア層１５により水分との電気化学的な反応が止まり絶縁性が維持される。
【００６４】
したがって、本実施の形態にかかる圧電薄膜素子においては、高湿度環境下においても信頼性に優れた圧電体素子が実現されている。
【００６５】
なお、圧電体層１４ａ、１４ｂ間において少なくとも一部にバリア層１５があれば本発明の効果が得られる。
【００６６】
（実施例１）
実施例１では、上述した構成を有する圧電薄膜素子を、シリコンからなる基板１１上に、密着層１２、第１の電極層１３、圧電体層１４ａ、バリア層１５、圧電体層１４ｂ、および第２の電極層１６の薄膜をスパッタリング法により順次成膜することにより作製した。以下、順を追って説明する。
【００６７】
まず、基板１１上に密着層１２を形成した。密着層１２は、チタン（Ｔｉ）ターゲットを用いて、基板１１を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴン（Ａｒ）ガス中で、１分間成膜することにより得た。
【００６８】
つぎに、第１の電極層１３は、白金（Ｐｔ）ターゲットを用いて、基板１１を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において２００Ｗの高周波電力で１２分間成膜することにより得た。この第１の電極層１３の膜厚は０．２μｍとなり、（１１１）面に配向する。
【００６９】
つぎに、圧電体層１４を、多元スパッタリング装置を用いて作製した。ターゲットには、化学量論組成よりＰｂ量の多いＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７、Ｐｂが２０モル％過剰）の焼結体ターゲットを用いた。まず初めに、基板１１を５８０℃に加熱しながら、真空度０．３Ｐａ、アルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ2）との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１５：５）において、高周波電力２５０Ｗの条件で９０分間、圧電体層１４ａの成膜を行った。
【００７０】
そして、Ｔｉターゲットを用いて、基板１１を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で１分間、該圧電体層１４ａ上にバリア層１５の形成を行った。続けて、Ｐｔターゲットを用い、基板１１を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において２００Ｗの高周波電力で５分間、バリア層１５を形成した。このバリア層１５の膜厚は０．１μｍとなり、水分や水分とＰｂとの電気化学的な反応を遮断するのに十分なバリア層として機能する。
【００７１】
さらに続けて、バリア層１５を成膜したターゲットを用いて、基板１１を６２０℃に加熱しながら、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１８：２）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２００Ｗの条件で圧電体層１４ｂを９５分間、形成した。
【００７２】
続いて、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で１０分間、成膜することにより第２の電極層１６を得た。ＳＥＭ観察により、圧電体層１４は柱状構造を有しており、その柱状粒子径は、０．２μｍ〜０．４μｍであることが確認された。圧電体層１４ａの１層の厚みは１．５μｍ、圧電体層１４ｂの１層の厚みは１．４μｍであった。
【００７３】
上述したスパッタ条件で作製した圧電体層１４の結晶構造、結晶配向性、内部応力をＸ線回折およびｓｉｎ2ψ法により調べた。その結果、得られた圧電体層１４は菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を有しており、（１１１）配向をしていた。また、圧電体層１４ａを形成した状態で測定すると、（１１１）結晶配向性は、（１１１）配向率が９９％であり、バリア層１５を形成後、成膜した圧電体層１４ｂが（１１１）配向率が７０％であった。
【００７４】
また、第２の電極層１６を形成する前の状態の中間材を用いて、ダイシングにより１０ｍｍ×２ｍｍの短冊状に切り出したカンチレバーを３０個作製した。そして、このカンチレバーに、０．２μｍ厚の第２の電極層１６をスパッタリング法により形成して実施例１にかかる圧電体素子サンプルを作製した。ここで、第１の電極層１３の面積は第２の電極層１６の面積より大きく、バリア層１５の面積は第２の電極層１６の面積より大きくなっている。
【００７５】
そして、この圧電体素子サンプルの第１の電極層１３と第２の電極層１６との間に、大気圧乾燥窒素ガス（２５℃、露点−４０℃以下）環境においてＤＣ３５Ｖの電圧を印加した。その結果、本実施例にかかる圧電体素子は、３０個全てのサンプルにおいてリーク電流が５×１０-7（Ａ／ｃｍ2）以下であった。
【００７６】
次に、リーク電流の測定系を高温高湿層内に入れ、４０℃・８０％雰囲気内で、ＤＣ３５Ｖの電圧を連続１５０時間印加して、リーク電流の変化を調べた。その結果、３０個全てのサンプルにおいてリーク電流が５×１０-7（Ａ／ｃｍ2）以下であり、測定開始前と同じ値であった。
【００７７】
この結果より、圧電体素子の第１の電極層１３と第２の電極層１６との間の膜厚方向に、化学量論組成と比較してＰｂが多い層が存在しても、水分を遮断するバリア層があるために第１の電極層１３と第２の電極層１６との間でのリーク電流が増加しなかったと考えられる。
【００７８】
（比較例１）
比較例１では、従来の構成である、第１の電極層１３と第２の電極層１６との間に化学量論組成よりＰｂ量の多い圧電体層１４ａのみを有する構成を有する圧電薄膜素子を実施例１と同様の条件で作製した。圧電体層１４ａの膜厚は３．０μｍであり、（１１１）に優先配向していた。また、Ｘ線マイクロアナライザーにより調べた圧電体層１４ａのＰｂ組成は、化学量論組成よりＰｂ量が１０モル％過剰であった。
【００７９】
また、第２の電極層１６を形成する前の状態の中間材を用いて、ダイシングにより１０ｍｍ×２ｍｍの短冊状に切り出したカンチレバーを１００個作製した。そして、このカンチレバーに、０．２μｍ厚の第２の電極層１６をスパッタリング法により形成して比較例１にかかる圧電体素子サンプルを作製した。ここで、第１の電極層１３の面積は第２の電極層１６の面積より大きく、バリア層１５の面積は第２の電極層１６の面積より大きくなっている。
【００８０】
そして、この圧電体素子サンプルの第１の電極層１３と第２の電極層１６との間に、実施例１の場合と同様に大気圧乾燥窒素ガス（２５℃、露点−４０℃以下）環境においてＤＣ３５Ｖの電圧を印加した。その結果、本実施例にかかる圧電体素子は、１００個全てのサンプルにおいてリーク電流が５×１０-7（Ａ／ｃｍ2）以下であった。
【００８１】
次に、実施例１の場合と同様にリーク電流の測定系を高温高湿層内に入れ、４０℃・８０％雰囲気内で、ＤＣ３５Ｖの電圧を連続１５０時間印加して、リーク電流の変化を調べた。その結果、１００個全てのサンプルにおいてリーク電流が１×１０-3（Ａ／ｃｍ2）以上であり、明らかにリークが発生していた。
【００８２】
この結果より、実施例１に示した（１１１）面に優先配向した圧電体層１４が、従来の化学量論組成よりＰｂが多い圧電体の単層膜と比較して、リーク電流のない、長期間に渡り優れた信頼性を有していることがわかった。
【００８３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２にかかる圧電体素子である圧電薄膜素子の構成を示す断面図であり、同図において１１は厚みが０．３ｍｍ、直径が４インチのシリコン（Ｓｉ）ウエハからなる基板であり、この基板１１上には、厚みが０．０２μｍであってチタン（Ｔｉ）からなる密着層１２が形成されている。なお、上記基板１１は、シリコン（Ｓｉ）に限るものではなく、ガラス基板や、金属基板、セラミックス基板等であってもよい。
【００８４】
図２において１２は、上記基板１１と第１の電極層１３との密着性を高めるための密着層であって例えばチタン（Ｔｉ）膜を用いることができるが、これに限らずタンタル、鉄、コバルト、ニッケル又はクロムもしくはこれらの化合物で構成してもよい。また、密着層１２の膜厚は、０．００５μｍ〜１μｍの範囲であればよい。ただし、この密着層１２は、基板と第１の電極層との密着性に問題が無ければ、必ずしも必要なものではない。
【００８５】
図２において、１３は、上記密着層１２上に形成された、厚みが０．２２μｍの白金（Ｐｔ）からなる第１の電極層である。なお、第１の電極層１３の材料は白金に限らず、導電性材料であればよく、例えば白金、イリジウム、パラジウム及びルテニウムからなる群より選択された少なくとも１種の貴金属又はそれらの化合物であればよく、膜厚は０．０５μｍ〜２μｍの範囲であればよい。
【００８６】
図２において、１４は、第１の電極層１３上に形成された、厚みが３．２μｍであって菱面体晶系又は正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴからなる圧電体層である。この圧電体層１４は、（１１１）面に優先配向している。上記ＰＺＴの組成は、正方晶と菱面体晶との境界（モルフォトロピック相境界）付近の組成（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）である。なお、圧電体層１４におけるＺｒ／Ｔｉ組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７に限らず、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜７０／３０であればよい。また、圧電体層１４の構成材料は、ＰＺＴにＬａ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ａｌ等の添加物を含有したもの等のように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料であればよく、ＰＭＮやＰＺＮであってもよい。また（００１）面への優先配向であっても良い。さらに、膜厚は、０．５〜５．０μｍの範囲であればよい。
【００８７】
この圧電体層１４は、化学量論組成よりＰｂ量の多い層から構成されている。また、上記圧電体層１４は化学量論組成よりＰｂ量が１０モル％過剰の組成で柱状構造を有しており、その柱状粒子径は、０．２μｍ〜０．４μｍである。
【００８８】
また、化学量論組成よりＰｂ量の多い層の過剰Ｐｂ量は、２５モル％以下、より好ましくは１５モル％以下である。また、圧電体層１４は化学量論組成よりＰｂ量の少ない層でもよく、その場合Ｐｂの欠損量は１０モル％以下、より好ましくは５モル％以下である。化学量論組成よりＰｂ量の多い層は、（１１１）面の優先配向が７０％以上、化学量論組成よりＰｂ量の少ない層は５０％以上であることが好ましい。
【００８９】
図２において、１７は、圧電体層１４上に形成されたバリア層である。バリア層１７は、金属膜のような導電体膜である場合は電極として機能するため、無機材料膜、有機膜が選択される。水分を透過しない無機材料や一部の有機材料はバリア層として適用が可能であり、好ましくは吸水率が０．１％以下の防湿性物質がよい。また、無機材料はＰｂを含まない絶縁材料で薄膜形成が可能なものが好ましい。
【００９０】
無機材料の例としては、ソーダガラス、白板ガラス、青板ガラス、石英ガラス、アモルファスカーボン、アモルファスシリコン等の無機非晶質材料、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ゲルマニウム等の無機酸化物、窒化ホウ素、窒化シリコン、窒化アルミニウム等の窒化物等が挙げられる。また吸水率が０．１％以下の有機材料もバリア層１７として適用可能である。
【００９１】
ここで、本発明でいう「吸水率」はＡＳＴＭＤ５７０−８１（２４ｈ試験）に基づいて決定される。具体例としてはポリエチレン（吸水率０．０１５％以下）、ポリプロピレン（吸水率０．０１％以下）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ吸水率０．００％）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ吸水率０．００％）、ポリパラキシレン等の高分子有機材料が挙げられる。
【００９２】
また、バリア層１７の膜厚は、０．１μｍ〜５μｍの範囲であればよい。なお、バリア層１７の形成方法として種々の方法を用いることが可能であるが、気相成膜法により形成することが好ましい。例えば、バリア層１７としてチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）やチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）等、Ｐｂを含まない無機材料を０．３μｍの厚みでスパッタリング法で形成することができる。
【００９３】
図２において１６は、バリア層１７上に形成された、厚みが０．２μｍであって白金（Ｐｔ）からなる第２の電極層である。なお、第２の電極層１６の材料は白金（Ｐｔ）に限らず、導電性材料であればよく、膜厚は０．１μｍ〜０．４μｍの範囲であればよい。
【００９４】
なお、以上の余蘊圧電薄膜素子の成膜法は、スパッタリング法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、ＭＢＥ法、ＰＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＭＯＤ法などであってもよい。
【００９５】
以上のように構成された本実施の形態にかかる圧電薄膜素子は、第１の電極層１３と第２の電極層１６との間に、化学量論組成と比較してＰｂが多い圧電体薄膜よりなる圧電体層１４が設けられてなる圧電体素子であり、水分を遮断するバリア層１７である金属薄膜が第１の電極層１３と第２の電極層１６との間に設けられている。これにより、上下電極層間の膜厚方向に、化学量論組成と比較してＰｂが多い層が存在しても、水分を遮断するとともに、Ｐｂ成分を有しないバリア層１７が存在するために酸化鉛への反応の進行を防止することができる。
【００９６】
したがって、本実施の形態にかかる圧電薄膜素子においては、高湿度環境下においても信頼性に優れた圧電体素子が実現されている。
【００９７】
なお、上記においては圧電体層１４と第２の電極層１６との間にバリア層１７である金属薄膜が設けられた場合を例に説明したが、バリア層１７は圧電体層１４と第１の電極層１３との間に設けられても良い。また、圧電体層１４と第２の電極層１６との間、または圧電体層１４と第１の電極層１３との間において少なくとも一部にバリア層１７があれば本発明の効果が得られる。
【００９８】
（実施例２）
実施例２では、上述した構成を有する圧電薄膜素子を、シリコンからなる基板１１上に、密着層１２、第１の電極層１３、圧電体層１４、バリア層１７、および第２の電極層１６の薄膜を実施例１の場合と同様にしてスパッタリング法により順次成膜することにより作製した。
【００９９】
まず、基板１１上に密着層１２を形成した。密着層１２は、チタン（Ｔｉ）ターゲットを用いて、基板１１を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴン（Ａｒ）ガス中で、１分間成膜することにより得た。
【０１００】
つぎに、第１の電極層１３は、白金（Ｐｔ）ターゲットを用いて、基板１１を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において２００Ｗの高周波電力で１２分間成膜することにより得た。この第１の電極層１３の膜厚は０．２μｍとなり、（１１１）面に配向する。
【０１０１】
つぎに、上記圧電体層１４を、実施例１の場合と同じく多元スパッタリング装置を用いて作製した。ターゲットには、化学量論組成よりＰｂ量の多いＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７、Ｐｂが２５モル％過剰）の焼結体ターゲットを用いた。化学量論組成よりＰｂが多い圧電体層１４を、基板１１の温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で１９０分間形成した。
【０１０２】
そして、その上に、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）とチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）を同時に、基板１１を６００℃に加熱しながら、それぞれ２５０Ｗの高周波電力を印加し、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、回転成膜によりバリア層１７を１５分間形成した。
【０１０３】
ＳＥＭ観察により、圧電体層１４は柱状構造を有しており、その柱状粒子径は、０．２μｍ〜０．４μｍであることが確認された。圧電体層１４の厚みは３．０μｍであった。バリア層１７の厚みは０．３μｍであり、水分や水分とＰｂの電気化学的な反応を遮断するのに十分なバリア層として機能する。
【０１０４】
上述したスパッタ条件で作製した圧電体層１４の結晶構造、結晶配向性をＸ線回折およびｓｉｎ2ψ法により調べた。その結果、得られた圧電体層１４は菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を有しており、（１１１）配向をしていた。また、圧電体層１４を形成した状態で測定すると、（１１１）結晶配向性は、（１１１）配向率が９９％であった。
【０１０５】
また、第２の電極層１６を形成する前の状態の中間材を用いて、ダイシングにより１０ｍｍ×２ｍｍの短冊状に切り出したカンチレバーを３０個作製した。そして、このカンチレバーに、０．２μｍ厚の第２の電極層１６をスパッタリング法により形成して実施例２にかかる圧電体素子サンプルを作製した。ここで、第１の電極層１３の面積は第２の電極層１６の面積より大きく、バリア層１７の面積は第２の電極層１６の面積より大きくなっている。
【０１０６】
そして、この圧電体素子サンプルの第１の電極層１３と第２の電極層１６との間に、大気圧乾燥窒素ガス（２５℃、露点−４０℃以下）環境においてＤＣ３５Ｖの電圧を印加した。その結果、本実施例にかかる圧電体素子は、３０個全てのサンプルにおいてリーク電流が５×１０-7（Ａ／ｃｍ2）以下であった。
【０１０７】
次に、実施例１の場合と同様にリーク電流の測定系を高温高湿層内に入れ、４０℃・８０％雰囲気内で、ＤＣ３５Ｖの電圧を連続１５０時間印加して、リーク電流の変化を調べた。その結果、３０個全てのサンプルにおいてリーク電流が５×１０-7（Ａ／ｃｍ2）以下であり、測定開始前と同じ値であった。
【０１０８】
この結果より、圧電体素子の第１の電極層１３と第２の電極層１６との間の膜厚方向に、化学量論組成と比較してＰｂが多い層が存在しても、水分を遮断するとともにＰｂ成分を含まないバリア層１７があるために酸化鉛への反応が進行せず、第１の電極層１３と第２の電極層１６との間でのリーク電流が増加しなかったと考えられる。
【０１０９】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３にかかる圧電体素子である圧電薄膜素子の構成を示す断面図であり、実施の形態２におけるバリア層１７の代わりに、水分を吸湿する吸湿層１８を備えて構成されたものである。本発明の実施の形態３にかかる圧電薄膜素子は、図３に示すように、基板１１上に、密着層１２、第１の電極層１３、圧電体層１４、吸湿層１８および第２の電極層１６がこの順で形成されてなる。そして、実施の形態３にかかる圧電薄膜素子の構成は、バリア層１７の代わりに吸湿層１８を備えること以外は、実施の形態２の場合と同一である。なお、実施の形態２の場合と同じ部材においては、同じ符号を付すことでここでは詳細な説明は省略する。
【０１１０】
吸湿層１８は、一般的に有機材料膜、または一部の無機材料膜が選択される。吸湿層１８としては、例えばポリビニルアルコール（吸水率８０％）やナイロン６（吸水率９．５％）等の有機材料を０．３μｍ程度の膜厚で真空蒸着法で形成することができる。なお、膜厚はこれに限定されるものではなく、０．１μｍ〜５μｍの範囲であればよい。
【０１１１】
また、吸水率が１％以上、好ましくは１００％以上の有機材料も吸湿層として適用可能である。他に吸湿層として適用可能なものとしてナイロン６６（吸水率８．５％）、アセチルセルロース（吸水率５〜９％）、ポリアミド（吸水率９．５％）、塩化ゴム（吸水率５％）、ユリア樹脂、ブチルアセチルセルロース等が挙げられる。高吸水性高分子としてはアラソープ（商品名：荒川化学社製）、ワンダーゲル（商品名：花王社製）、アクアキープ（商品名：製鉄化学社製）、アクアリック（商品名：日本触媒化学社製）ドライテック（商品名：ダウケミカル社製）、フェイバー（商品名：ストックハウゼン社製）が挙げられる。
【０１１２】
また、無機材料の例としては、ゼオライト（吸水率２０％）、シリカゲル（吸水率２０％）、活性アルミナ（吸水率１５％）、活性炭、モレキュラーシーブス等の表面積の大きな無機物、ＮｂＳ3、ＮｂＳｅ2、ＴａＳｅ2等の遷移金属ダイカルコゲナイトやグラファイトのような層状物質、ＧｅＯ、ＣａＯ等の不飽和酸化物、ＣｕＳＯ4、ＮｉＳＯ4、ＬｉＣｌＯ4、パラトルエンスルホン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム等結晶水を持つ化合物が挙げられる。
【０１１３】
さらに好ましい材料としては、吸水率４００％以上の高吸水性高分子が挙げられる。なお、吸湿層１８の形成方法としては種々の方法を採用することが可能であるが、気相成膜法により形成されることが好ましい。
【０１１４】
以上のように構成された本実施の形態にかかる圧電薄膜素子は、第１の電極層１３と第２の電極層１６との間に、化学量論組成と比較してＰｂが多い圧電体薄膜よりなる圧電体層１４が設けられてなる圧電体素子であり、水分を吸湿する吸湿層１８が第１の電極層１３と第２の電極層１６との間に設けられている。これにより、上下電極層間の膜厚方向に、化学量論組成と比較してＰｂが多い層が存在しても、水分を除去して酸化鉛への反応の進行を防止することができる。
【０１１５】
したがって、本実施の形態にかかる圧電薄膜素子においては、高湿度環境下においても信頼性に優れた圧電体素子が実現されている。
【０１１６】
なお、上記においては水分を吸湿する吸湿層１８が圧電体層１４と第２の電極層１６との間に設けられている場合を例に説明したが、吸湿層１８は圧電体層１４と第１の電極層１３との間に設けられても良い。また、圧電体層１４と第２の電極層１６との間、圧電体層１４と第１の電極層１３との間において少なくとも一部に吸湿層１８があれば本発明の効果が得られる。
【０１１７】
（実施例３）
実施例３では、上述した構成を有する圧電薄膜素子を、シリコンからなる基板１１上に、密着層１２、第１の電極層１３、圧電体層１４、吸湿層１８、および第２の電極層１６の薄膜を実施例２の場合と同様にしてスパッタリング法により順次成膜することにより作製した。
【０１１８】
まず、基板１１上に密着層１２を形成した。密着層１２は、チタン（Ｔｉ）ターゲットを用いて、基板１１を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴン（Ａｒ）ガス中で、１分間成膜することにより得た。
【０１１９】
つぎに、第１の電極層１３は、白金（Ｐｔ）ターゲットを用いて、基板１１を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において２００Ｗの高周波電力で１２分間成膜することにより得た。この第１の電極層１３の膜厚は０．２μｍとなり、（１１１）面に配向する。
【０１２０】
つぎに、上記圧電体層１４を、実施例１の場合と同じく多元スパッタリング装置を用いて作製した。ターゲットには、化学量論組成よりＰｂ量の多いＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７、Ｐｂが２５モル％過剰）の焼結体ターゲットを用いた。化学量論組成よりＰｂが多い圧電体層１４を、基板１１の温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で１９０分間形成した。
【０１２１】
そして、その上に吸湿層１８として、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を真空蒸着法により形成した。吸湿層１８の形成は、まずアルミナ製るつぼにＰＶＡを２ｇ入れ、このるつぼの周囲にタングステンヒータを巻きつけることで吸水性物質の蒸発源を作製した。つぎに、この蒸発源を用いてＰＶＡを０．２ｎｍ／秒の蒸着速度で蒸発させ、２５分間成膜した。
【０１２２】
ＳＥＭ観察により、圧電体層１４は柱状構造を有しており、その柱状粒子径は、０．２μｍ〜０．４μｍであることが確認された。圧電体層１４の厚みは３．０μｍであった。吸湿層１８の厚みは０．３μｍであり、膜厚方向に浸入してきた水分を吸湿、保持し、水分とＰｂの電気化学的な反応を遮断するのに十分な吸湿層として機能する。
【０１２３】
上述したスパッタ条件で作製した圧電体層１４の結晶構造、結晶配向性をＸ線回折およびｓｉｎ2ψ法により調べた。その結果、得られた圧電体層１４は菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を有しており、（１１１）配向をしていた。また、圧電体層１４を形成した状態で測定すると、（１１１）結晶配向性は、（１１１）配向率が９９％であった。
【０１２４】
また、第２の電極層１６を形成する前の状態の中間材を用いて、ダイシングにより１０ｍｍ×２ｍｍの短冊状に切り出したカンチレバーを３０個作製した。そして、このカンチレバーに、０．２μｍ厚の第２の電極層１６をスパッタリング法により形成して実施例３にかかる圧電体素子サンプルを作製した。ここで、第１の電極層１３の面積は第２の電極層１６の面積より大きく、吸湿層１８の面積は第２の電極層１６の面積より大きくなっている。
【０１２５】
そして、この圧電体素子サンプルの第１の電極層１３と第２の電極層１６との間に、大気圧乾燥窒素ガス（２５℃、露点−４０℃以下）環境においてＤＣ３５Ｖの電圧を印加した。その結果、本実施例にかかる圧電体素子は、３０個全てのサンプルにおいてリーク電流が５×１０-7（Ａ／ｃｍ2）以下であった。
【０１２６】
次に、実施例１の場合と同様にリーク電流の測定系を高温高湿層内に入れ、４０℃・８０％雰囲気内で、ＤＣ３５Ｖの電圧を連続１５０時間印加して、リーク電流の変化を調べた。その結果、３０個全てのサンプルにおいてリーク電流が５×１０-7（Ａ／ｃｍ2）以下であり、測定開始前と同じ値であった。
【０１２７】
この結果より、圧電体素子の第１の電極層１３と第２の電極層１６との間の膜厚方向に、化学量論組成と比較してＰｂが多い層が存在しても、水分を吸湿する吸湿層１８の存在により、酸化鉛への反応が進行せず、第１の電極層１３と第２の電極層１６との間でのリーク電流が増加しなかったと考えられる。
【０１２８】
（実施の形態４）
図４は、本実施の形態にかかるインクジェットヘッド基板の全体構成を示す斜視図であり、図５は該インクジェットヘッド基板の圧電アクチュエータ部及び圧力室部材の要部を示す斜視図である。この本実施の形態にかかるインクジェットヘッド基板は、上述した実施の形態１にかかる圧電体素子を備えて構成されている。以下、各構成部材について簡単に説明する。図４及び図５において、Ａは、圧力室部材であって、この圧力室部材Ａには、その厚み方向（上下方向）に貫通する圧力室開口部１０１が形成されている。
【０１２９】
Ｂは、上記圧力室開口部１０１の一端（図５においては上端）開口を覆うように配置された圧電アクチュエータ部であり、Ｃは、圧力室開口部１０１の他端（図５においては下端）開口を覆うように配置されたインク流路部材である。上記圧力室部材Ａの圧力室開口部１０１は、その上下にそれぞれ位置する上記圧電アクチュエータ部Ｂ及びインク流路部材Ｃにより閉塞されることで圧力室１０２とされている。
【０１３０】
上記圧電アクチュエータ部Ｂは、上記各圧力室１０２の略真上に位置する第１の電極層１０３（個別電極）を有し、これら圧力室１０２及び第１の電極層１０３は、図４から判るように、千鳥状に多数配列されている。
【０１３１】
この圧電アクチュエータ部Ｂの構成について、図６に基づいて説明する。この図６は、図４に示したインク供給方向（矢印Ｘ）と直交する方向のインクジェットヘッド基板の要部断面図である。図６では、上記直交方向に並ぶ４個の圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａおよび圧電アクチュエータ部Ｂが参照的に描かれている。
【０１３２】
図６において１０３は、上記の如く各圧力室１０２の略真上にそれぞれ位置する第１の電極層である。１０４は、この各第１の電極層１０３上（同図では下側）に設けられた配向制御層である。１１０は、この配向制御層１０４の一面上（図６中では下側）に設けられた圧電体層である。１４０は、圧電体層１１０中に挿入、積層されてなるバリア層である。１１２は、この圧電体層１１０の一面上（図６中では下側）に設けられ、全圧電体層１１０に共通となる第２の電極層（共通電極）である。
【０１３３】
１１１は、この第２の電極層１１２の一面上（図６中では下側）に設けられ、上記圧電体層１１０の圧電効果により層厚方向に変位し振動する振動層である。１１３は、この振動層１１１の一面上（図６中では下側）に設けられ、各圧力室１０２の相互を区画する区画壁１０２ａの上方に位置する中間層（縦壁）である。
【０１３４】
そして、第１の電極層１０３、配向制御層１０４、圧電体層１１０、圧電体層１１０中に挿入、積層されてなるバリア層１４０及び第２の電極層１１２は、これらが順に積層されてなる圧電体素子を構成することになる。また、振動層１１１は、第２の電極層１１２側の面に設けられている。そして、これら構成素子の全体を覆うように保護膜１０が形成されている。
【０１３５】
なお、図６中、１１４は圧力室部材Ａと圧電アクチュエータ部Ｂとを接着する接着剤であり、上記各中間層１１３は、この接着剤１１４を用いた接着時に、その一部の接着剤１１４が区画壁１０２ａの外方にはみ出した場合でも、この接着剤１１４が振動層１１１に付着しないで振動層１１１が初期通りの変位及び振動を起こすように、圧力室１０２の上面と振動層１１１の下面との距離を拡げる役割を有している。
【０１３６】
このように圧電アクチュエータ部Ｂの振動層１１１における第２の電極層１１２とは反対側面に中間層１１３を介して圧力室部材Ａを接合するのが好ましいが、振動層１１１における第２の電極層１１２とは反対側面に直接圧力室部材Ａを接合するようにしてもよい。
【０１３７】
上記第１の電極層１０３、圧電体層１１０、バリア層１４０及び第２の電極層１１２の各構成材料は、上記実施の形態１で説明した第１の電極層１３、圧電体層１４、バリア層１５及び第２の電極層１６とそれぞれ同様である（構成元素の含有量が異なるものもある）。また、圧電体層１１０、バリア層１４０の構造も、圧電体層１４、バリア層１５とそれぞれ同様である。
【０１３８】
上記インク流路部材Ｃは、インク供給方向に並ぶ圧力室１０２間で共用する共通液室１０５と、この共通液室１０５のインクを上記圧力室１０２に供給するための供給口１０６と、圧力室１０２内のインクを吐出させるためのインク流路１０７と、を有している。
【０１３９】
Ｄは、ノズル板であって、このノズル板Ｄには、上記インク流路１０７に連通するノズル孔１０８が形成されている。また、ＥはＩＣチップであって、このＩＣチップＥから上記各第１の電極層（個別電極）１０３に対してボンディングワイヤＢＷを介して電圧をそれぞれ供給するようになっている。
【０１４０】
次に、図４のＩＣチップＥを除くインクジェットヘッド基板、すなわち図５に示す上記圧力室部材Ａ、圧電アクチュエータ部Ｂ、インク流路部材Ｃ及びノズル板Ｄよりなるインクジェットヘッド基板の製造方法を図７〜図１９に基いて説明する。
【０１４１】
まず、図７に示すように、基板１２０上に、順次、密着層１２１、第１の電極層１０３、圧電体層１１０、圧電体層１１０中に挿入、積層されてなるバリア層１４０、第２の電極層１１２、振動層１１１、上記中間層１１３をスパッタリング法により成膜して、積層する。なお、上記密着層１２１は、実施の形態１で説明した密着層１２と同様であって、基板１２０と第１の電極層１０３との密着性を高めるために基板１２０と第１の電極層１０３との間に形成する。したがって、必ずしも密着層１２１を形成する必要はない。この密着層１２１は、後述の如く、基板１２０と同様に除去する。
【０１４２】
基板１２０には、１８ｍｍ角に切断したシリコン（Ｓｉ）の基板を用いる。この基板１２０は、Ｓｉ基板に限るものではなく、ガラス基板や金属基板、セラミックス基板であってもよい。また、基板サイズも１８ｍｍ角に限るものではなく、Ｓｉ基板であれば、直径２〜１０インチのウエハであってもよい。
【０１４３】
密着層１２１は、チタン（Ｔｉ）ターゲットを用いて、基板１２０を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で１分間成膜することにより得られる。この密着層１２１の膜厚は、例えば０．０２μｍとする。なお、密着層１２１の構成材料は、チタンに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケルもしくはクロム又はそれら（Ｔｉを含む）の化合物であってもよい。また、膜厚は０．００５μｍ〜０．２μｍの範囲であればよい。
【０１４４】
第１の電極層１０３は、Ｐｔターゲットを用いて、基板１２０を６００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において２００Ｗの高周波電力で１２分間成膜することにより得られる。この第１の電極層１０３の膜厚は例えば０．２μｍとされ、（１１１）面に配向する。第１の電極層１０３の構成材料は、実施の形態１における第１の電極層１３と同様に、白金、イリジウム、パラジウム及びルテニウムからなる群より選択された少なくとも１種の貴金属又はそれらの化合物であればよい。また、第１の電極層１０３の膜厚は、０．０５μｍ〜２μｍの範囲であればよい。
【０１４５】
配向制御層１０４は、例えばジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）やＰＺＴの一部（ＰｂのＡサイトをＬａで置換した）ＰＬＺＴ（（Ｐｂ0.9Ｌａ0.1）（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3）により形成される。また、ＰＺＴの一部を他の元素で置換した材料を用いることもできる。このような配向制御層１０４は、例えば焼結体ターゲットを用いてスパッタリング法により形成する。例えば、基板温度６００℃、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）、真空度０．３Ｐａ、高周波電力１５０Ｗの条件で１０分間成膜することにより形成する。
【０１４６】
圧電体層１１０は、多元スパッタリング装置を用いて作製する。作製方法やスパッタ条件は実施例１の場合と同様である。なお、この圧電体層１１０のＺｒ／Ｔｉ組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜７０／３０であればよい。また、圧電体層１１０の膜厚は、１〜５μｍの範囲であればよい。また、圧電体層１１０の構成材料は、ＰＺＴにＬａ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ａｌ等の添加物を含有したもの等のように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料であればよく、ＰＭＮやＰＺＮであってもよい。
【０１４７】
バリア層１４０は、チタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）とをスパッタリング装置において成膜して形成する。バリア層１４０は、ＴｉやＰｔに限らず水分を遮断する厚みを有する金属膜であれば良く、単層膜や積層膜、もしくは２種以上の金属からなる合金により形成することができる。バリア層１４０の構成材料は、チタンに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケルもしくはクロム又はそれらの化合物、好ましくはイリジウム、パラジウム及びルテニウムからなる群より選択された少なくとも１種の貴金属又はこれらの化合物を選ぶことができる。また、バリア層１４０の膜厚は、０．０５μｍ〜３μｍの範囲であればよい。
【０１４８】
第２の電極層１１２は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で１０分間成膜することにより得られる。この第２の電極層１１２の膜厚は例えば０．２μｍとされる。なお、第２の電極層１１２の材料はＰｔに限らず、導電性材料であればよい。また、第２の電極層１１２は、０．１μｍ〜０．４μｍの範囲であればよい。
【０１４９】
振動層１１１は、クロム（Ｃｒ）ターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で６時間成膜することにより得られる。この振動層１１１の膜厚は例えば３μｍとされる。この振動層１１１の材料は、クロムに限らず、ニッケル、アルミニウム、タンタル、タングステン、シリコン又はこれらの酸化物もしくは窒化物（例えば二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン）等であってもよい。また、振動層１１１の膜厚は、２μｍ〜５μｍであればよい。
【０１５０】
中間層１１３は、チタン（Ｔｉ）ターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で５時間成膜することにより得られる。この中間層１１３の膜厚は例えば５μｍとされる。この中間層１１３の構成材料は、チタンに限らず、クロム（Ｃｒ）等の導電性金属であればよい。また、中間層１１３の膜厚は３μｍ〜１０μｍであればよい。
【０１５１】
一方、図８に示すように、圧力室部材Ａを形成する。この圧力室部材Ａは、基板１２０よりも大きいサイズ、例えば４インチウエハーのシリコン基板１３０（図２０参照）を使用して形成される。具体的には、先ず、シリコン基板１３０（圧力室部材用）に対して複数の圧力室開口部１０１をパターンニングする。このパターンニングは、図８から判るように、４つの圧力室開口部１０１を１組として、各組を区画する区画壁１０２ｂは、各組内の圧力室開口部１０１を区画する区画壁１０２ａの幅の約２倍の幅の厚幅に設定される。その後、上記パターンニングされたシリコン基板１３０をケミカルエッチング又はドライエッチング等で加工して、各組で４個の圧力室開口部１０１を形成し、圧力室部材Ａを得る。
【０１５２】
その後は、上記の成膜後の基板１２０（成膜用）と圧力室部材Ａとを接着剤を用いて接着する。この接着剤の形成は電着による。すなわち、先ず、図９に示すように、圧力室部材Ａ側の接着面として、圧力室の区画壁１０２ａ、１０２ｂの上面に接着剤１１４を電着により付着させる。
【０１５３】
具体的には、図示しないが、上記区画壁１０２ａ、１０２ｂの上面に、下地電極膜として、光が透過する程度に薄い数十ｎｍのニッケル（Ｎｉ）薄膜をスパッタリング法により形成し、その後、上記ニッケル（Ｎｉ）薄膜上に、パターニングされた接着剤１１４を形成する。この際、電着液としては、アクリル樹脂系水分散液に０〜５０重量部の純水を加え、良く攪拌混合した溶液を使用する。
【０１５４】
ニッケル（Ｎｉ）薄膜の膜厚を光が透過するほど薄く設定するのは、シリコン基板１３０（圧力室部材用）に接着樹脂が完全に付着したことを容易に視認できるようにするためである。電着条件は、実験によると、液温約２５℃、直流電圧３０Ｖ、通電時間６０秒が好適であり、この条件下で約３μｍ〜１０μｍのアクリル樹脂を、シリコン基板１３０（圧力室部材用）のニッケル（Ｎｉ）薄膜上に電着樹脂形成する。
【０１５５】
そして、図１０に示すように、各層が積層された基板１２０（成膜用）と圧力室部材Ａとを、上記の電着された接着剤１１４を用いて接着する。この接着は、基板１２０（成膜用）に成膜された中間層１１３を基板側接着面として行う。また、基板１２０（成膜用）は１８ｍｍのサイズであり、圧力室部材Ａを形成するシリコン基板１３０は４インチサイズと大きいため、図２０に示すように、複数（同図では１４個）の基板１２０（成膜用）を１個の圧力室部材Ａ（シリコン基板１３０）に貼り付ける。この貼り付けは、図１０に示すように、各基板１２０（成膜用）の中心が圧力室部材Ａの厚幅の区画壁１０２ｂの中心に位置するように位置付けられた状態で行われる。この貼り付け後、圧力室部材Ａを基板１２０（成膜用）側に押圧、密着させて、両者の接着を液密性高くする。
【０１５６】
さらに、接着した基板１２０（成膜用）及び圧力室部材Ａを加熱炉において徐々に昇温して、接着剤１１４を完全に硬化させる。続いて、プラズマ処理を行って、接着剤１１４のうち、はみ出した断片を除去する。
【０１５７】
なお、図１０では、各層を成膜後の基板１２０（成膜用）と圧力室部材Ａとを接着したが、圧力室開口部１０１を形成しない段階のシリコン基板１３０（圧力室部材用）を上記成膜後の基板１２０（成膜用）と接着してもよい。
【０１５８】
その後、図１１に示すように、圧力室部材Ａの各区画壁１０２ａ、１０２ｂをマスクとして中間層１１３をエッチングして所定形状に仕上げる（上記各区画壁１０２ａ、１０２ｂに連続する形状（縦壁）とする）。次いで、図１２に示すように、基板１２０（成膜用）及び密着層１２１をエッチングにより除去する。
【０１５９】
続いて、図１３に示すように、上記圧力室部材Ａ上に位置する第１の電極層１０３について、フォトリソグラフィー技術を用いてエッチングして、圧力室１０２毎に個別化する。そして、図１４に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて配向制御層１０４と圧電体層１１０、バリア層１４０とをエッチングして第１の電極層１０３と同様の形状に個別化する。
【０１６０】
これらのエッチング後の第１の電極層１０３、配向制御層１０４、圧電体層１１０、バリア層１４０は、圧力室１０２の各々の上方に位置し、かつ第１の電極層１０３及び圧電体層１１０の幅方向の中心が、対応する圧力室１０２の幅方向の中心に対し高精度に一致するように形成される。なおエッチング形状は順テーパー状（図示せず）になっており、第１の電極層１０３よりバリア層１４０の方が幅広な状態になっている。また、この後、第１の電極層１０３をさらにフォトリソグラフィー技術を用いて所定の寸法に形成しても良い。
【０１６１】
このように、第１の電極層１０３、配向制御層１０４、圧電体層１１０およびバリア層１４０を各圧力室１０２毎に個別化した後、図１５に示すように、シリコン基板１３０（圧力室部材用）を各厚幅の区画壁１０２ｂの部分で切断して、４つの圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａとその上面に固着された圧電アクチュエータ部Ｂとが４組完成する。
【０１６２】
続いて、図１６に示すように、インク流路部材Ｃに共通液室１０５、供給口１０６及びインク流路１０７を形成するとともに、ノズル板Ｄにノズル孔１０８を形成する。次いで、図１７に示すように、上記インク流路部材Ｃとノズル板Ｄとを接着剤１０９を用いて接着する。
【０１６３】
その後、図１８に示すように、圧力室部材Ａの下端面又はインク流路部材Ｃの上端面に接着剤（図示せず）を転写し、圧力室部材Ａとインク流路部材Ｃとのアライメント調整を行って、この両者を上記接着剤により接着する。以上により、図１９に示すように、圧力室部材Ａ、圧電アクチュエータ部Ｂ、インク流路部材Ｃ及びノズル板Ｄを備えるインクジェットヘッド基板が完成する。
【０１６４】
上記のようにして得られたインクジェットヘッド基板の第１の電極層１０３及び第２の電極層１１２間に、４０℃・８０％の環境下で、周波数が２０ｋＨｚの２０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けた。その結果、このインクジェットヘッド基板におけるインクの吐出不良は全くなく、吐出性能の低下は見られなかった。
【０１６５】
一方、上記本発明にかかるインクジェットヘッドに対して、圧電薄膜を化学量論組成よりＰｂが多い圧電体層１４ａのみとした点が異なるインクジェットヘッド基板を作製し、このインクジェットヘッド基板の第１の電極層１０３及び第２の電極層１１２間に、４０℃・８０％の環境下で、周波数が２０ｋＨｚの２０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けた。その結果、全圧力室１０２のうちの約４０％の圧力室１０２に対応する部分でインク吐出不良が発生した。これは、インクの詰まり等ではないことから、圧電アクチュエータ部Ｂ（圧電体素子）に電流リークが発生したと考えられる。
【０１６６】
したがって、本発明にかかる圧電体素子を備えて構成した本実施の形態にかかるインクジェットヘッド基板によれば、高湿度環境下においても信頼性に優れたインクジェットヘッド基板が実現されている。
【０１６７】
（実施の形態５）
図２１は、本実施の形態にかかるインクジェット式記録装置２７の要部斜視図である。このインクジェット式記録装置２７は、実施の形態４で説明したインクジェットヘッドと同様のインクジェットヘッド基板２８を備えている。このインクジェットヘッド基板２８において圧力室（実施の形態４における圧力室１０２）に連通するように設けたノズル孔（実施の形態４におけるノズル孔１０８）から該圧力室内のインクを記録媒体２９（記録紙等）に吐出させて記録を行うように構成されている。
【０１６８】
図２１において、３０は主走査方向Ｘに延びるキャリッジ軸であり、３１はキャリッジ軸３０に設けられたキャリッジである。上記インクジェットヘッド基板２８はこのキャリッジ３１に搭載されており、キャリッジ３１がキャリッジ軸３０に沿って往復動するのに応じて主走査方向Ｘに往復動するように構成されている。これにより、キャリッジ３１は、インクジェットヘッド基板２８と記録媒体２９とを主走査方向Ｘに相対移動させる相対移動手段を構成することになる。
【０１６９】
また、図２１において、３２は上記記録媒体２９をインクジェットヘッド基板２８の主走査方向Ｘ（幅方向）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させるローラである。インクジェット式記録装置２７は、この複数のローラ３２を備えることにより、インクジェットヘッド基板２８と記録媒体２９とを副走査方向Ｙに相対移動させる相対移動手段を構成している。なお、図２１中、方向Ｚは上下方向である。
【０１７０】
そして、インクジェット式記録装置２７は、インクジェットヘッド基板２８がキャリッジ３１により主走査方向Ｘに移動しているときに、インクジェットヘッド基板２８のノズル孔からインクを記録媒体２９に吐出させ、この一走査の記録が終了すると、上記ローラ３２により記録媒体２９を所定量移動させて次の一走査の記録を行う。
【０１７１】
以上のような本実施の形態にかかるインクジェット式記録装置２７は、上記実施の形態４と同様の本発明にかかる圧電体素子を備えて構成したインクジェットヘッド基板２８を備えているので、高湿度環境下での信頼性に優れ、高湿度環境下においても良好な印字性能及び耐久性を有したインクジェット式記録装置が実現されている。
【産業上の利用可能性】
【０１７２】
以上のように、本発明にかかる圧電体素子は、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置に最適である。また、これ以外にも、薄膜コンデンサー、不揮発性メモリ素子の電荷蓄積キャパシタ、各種アクチュエータ、赤外センサー、超音波センサー、圧力センサー、角速度サンセー、加速度センサー、流量センサー、ショックセンサー、圧電トランス、圧電点火素子、圧電スピーカー、圧電マイクロフォン、圧電フィルタ、圧電ピックアップ、音叉発振子、遅延線等にも適用可能である。特に、ディスク装置（コンピュータの記憶装置等として用いられるもの）における回転駆動されるディスクに対して情報の記録又は再生を行うヘッドが基板上に設けられたヘッド支持機構において、該基板上に設けた薄膜圧電体素子によって、基板を変形させて該ヘッドを変位させるディスク装置用薄膜圧電体アクチュエータ（例えば、特開２００１−３３２０４１号公報参照）に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる圧電体素子の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態２にかかる圧電体素子の構成を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態３にかかる圧電体素子の構成を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の全体構成を示す斜視図
【図５】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板における圧電アクチュエータ部及び圧力室部材の要部を示す斜視図
【図６】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の要部断面図
【図７】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の積層工程を示す断面図
【図８】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の圧力室用開口部の形成工程を示す断面図
【図９】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の接着剤の付着工程を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の成膜後の基板と圧力室部材との接着工程を示す断面図
【図１１】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の縦壁の形成工程を示す断面図
【図１２】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の基板（成膜用）及び密着層の除去工程を示す断面図
【図１３】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の第１の電極層の個別化工程を示す断面図
【図１４】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の圧電体層の個別化工程を示す断面図
【図１５】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の基板（圧力室部材用）の切断工程を示す断面図
【図１６】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板のインク流路部材及びノズル板の生成工程を示す断面図
【図１７】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板のインク流路部材とノズル板との接着工程を示す断面図
【図１８】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の圧力室部材とインク流路部材との接着工程を示す断面図
【図１９】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の完成したインクジェットヘッドを示す断面図
【図２０】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッド基板の各層が成膜された基板と圧力室部材用のシリコン基板との接着状態を示す平面図
【図２１】本発明の実施の形態５にかかるインクジェット式記録装置の概略構成を示す概略斜視図
【符号の説明】
【０１７４】
１１    基板
１２    密着層
１３    第１の電極層
１４    圧電体層
１４ａ    圧電体層
１４ｂ    圧電体層
１５    バリア層
１６    第２の電極層
１７    バリア層
１８    吸湿層
２７    インクジェット式記録装置
２８    インクジェットヘッド基板
２９    記録媒体
３０    キャリッジ軸
３１    キャリッジ（相対移動手段）
３２    ローラ
１０１    圧力室開口部
１０２    圧力室
１０２ａ    区画壁
１０２ｂ    区画壁
１０３    第１の電極層（個別電極）
１０４    配向制御層
１０５    共通液室
１０６    供給口
１０７    インク流路
１０８    ノズル孔
１０９    接着剤
１１０    圧電体層
１１１    振動層
１１２    第２の電極層（共通電極）
１１３    中間層
１１４    接着剤
１２０    基板
１２１    密着層
１２０    基板
１３０    シリコン基板
１４０    バリア層
Ａ    圧力室部材
Ｂ    圧電アクチュエータ部
Ｃ    インク流路部材
Ｄ    ノズル板
Ｅ    ＩＣチップ
【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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【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】
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【図２０】
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【図２１】
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