(57)【要約】 【課題】  高性能でＰｂを含有せず、しかもＳｉ基板上への直接的な実装を可能にして薄膜プロセスでの形成を可能にした圧電素子と、これを用いたインクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、及び電子機器を提供する。【解決手段】  ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜５を備えた圧電素子１。この圧電素子１は、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電体膜５の変形によってキャビティーの内容積を変化させるものであってもよい。【選択図】    図１ 
2005039166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜を備えたことを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記圧電素子は、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電体膜の変形によって前記キャビティーの内容積を変化させるものである請求項１記載の圧電素子。
【請求項３】
前記圧電体膜は、ロンボヘドラル構造でありかつ擬立方晶（１００）に配向していることを特徴とする請求項２記載の圧電素子。
【請求項４】
前記圧電素子は、基体上にイオンビームアシスト法で形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成されたペロブスカイト型の下部電極と、前記下部電極上に形成されたロンボヘドラル構造でありかつ擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３からなる前記圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを有してなることを特徴とする請求項２記載の圧電素子。
【請求項５】
前記ペロブスカイト型の下部電極は、（１００）配向でエピタキシャル成長したものであることを特徴とする請求項４記載の圧電素子。
【請求項６】
前記ペロブスカイト型の下部電極は、ＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３のうちから選択された少なくとも一種からなることを特徴とする請求項４又は５記載の圧電素子。
【請求項７】
前記圧電体膜は、テトラゴナル構造でありかつ擬立方晶（１１１）に配向していることを特徴とする請求項２記載の圧電素子。
【請求項８】
前記圧電素子は、基体上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成されたテトラゴナル構造でありかつ擬立方晶（１１１）配向のＢｉＦｅＯ３からなる前記圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを有してなることを特徴とする請求項２記載の圧電素子。
【請求項９】
前記下部電極が、（１１１）配向のＰｔからなることを特徴とする請求項８記載の圧電素子。
【請求項１０】
前記下部電極が、ペロブスカイト型で擬立方晶（１１１）配向したものであることを特徴とする請求項８記載の圧電素子。
【請求項１１】
前記下部電極は、ＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３のうちから選択された少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１０記載の圧電素子。
【請求項１２】
前記ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜の結晶構造がペロブスカイト型になっており、この結晶構造中のＢサイトに位置する金属として、Ｆｅに置換して磁性金属元素が添加されてなることを特徴とする請求項３〜１１のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項１３】
前記磁性金属元素が、Ｍｎ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項１２記載の圧電素子。
【請求項１４】
前記磁性金属元素が、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜を構成する結晶構造中の全Ｂサイトに対して、１〜１０％の割合を占めて置換されるよう添加されていることを特徴とする請求項１２又は１３記載の圧電素子。
【請求項１５】
前記ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜の結晶構造がペロブスカイト型になっており、この結晶構造中のＢサイトに位置する金属として、Ｆｅに置換してＦｅより価数の高い金属元素が添加されてなることを特徴とする請求項３〜１１のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項１６】
前記Ｆｅより価数の高い金属元素が、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうちから選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項１５記載の圧電素子。
【請求項１７】
前記Ｆｅより価数の高い金属元素が、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜を構成する結晶構造中の全Ｂサイトに対して、１〜３０％の割合を占めて置換されるよう添加されていることを特徴とする請求項１５又は１６記載の圧電素子。
【請求項１８】
内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
圧電体膜の変形によって前記キャビティーの内容積を変化させる圧電素子として、請求項２〜１７のいずれか一項に記載の圧電素子を備えたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１９】
請求項１８記載のインクジェット式記録ヘッドを備えたことを特徴とするインクジェットプリンター。
【請求項２０】
基板上にバッファ層を介して請求項１記載の圧電素子が形成されてなり、該圧電素子の圧電体膜がロンボヘドラル構造でありかつ擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３からなることを特徴とする表面弾性波素子。
【請求項２１】
前記バッファ層と圧電体膜との間に、導電膜が設けられたことを特徴とする請求項２０記載の表面弾性波素子。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載の表面弾性波素子が備える前記圧電体膜の上に形成された第１の電極と、
前記圧電体膜の上に形成され、前記第１の電極に印加される電気信号によって前記圧電体膜に生ずる表面弾性波の特定の周波数又は特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第２の電極と、を備えることを特徴とする周波数フィルタ。
【請求項２３】
請求項２０又は２１に記載の表面弾性波素子が備える前記圧電体膜の上に形成され、印加される電気信号によって前記圧電体膜に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、
前記圧電体膜の上に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極とトランジスタとを含む発振回路と、を備えることを特徴とする発振器。
【請求項２４】
請求項２３記載の発振器と、
前記発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子とを備えてなり、
前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し、若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行う機能を有することを特徴とする電子回路。
【請求項２５】
基体上に請求項１記載の圧電素子からなる共振子が形成されてなり、該圧電素子の圧電体膜がロンボヘドラル構造でありかつ擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３からなることを特徴とする薄膜圧電共振器。
【請求項２６】
前記基体には、前記共振子が形成された側と反対の側にビアホールが形成されていることを特徴とする請求項２５記載の薄膜圧電共振器。
【請求項２７】
前記基体と共振子との間にエアギャップが形成されていることを特徴とする請求項２５記載の薄膜圧電共振器。
【請求項２８】
請求項２２記載の周波数フィルタ、請求項２３記載の発振器、請求項２４記載の電子回路、請求項２５〜２７のうちのいずれか一項に記載の薄膜圧電共振器のうちの、少なくとも１つを有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜を有した圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高画質、高速印刷を可能にするプリンターとして、インクジェットプリンターが知られている。インクジェットプリンターは、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドを備え、このヘッドを走査させつつそのノズルからインク滴を吐出することにより、印刷を行うものである。このようなインクジェットプリンター用のインクジェット式記録ヘッドにおけるヘッドアクチュエーターとしては、従来、ＰＺＴ（Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３）に代表されるセラミックス圧電素子が用いられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一方、近年の報告により、強誘電体材料としてのＢｉＦｅＯ３は、例えば分極モーメントＰｒが６０〜７０μＣ／ｃｍ２と高い強誘電体特性を有していることが確認されている（例えば、非特許文献１参照）。したがって、このＢｉＦｅＯ３は圧電材料としても良好であると考えられ、その応用が期待されている。なお、この報告においては、強誘電体層を挟持する上下の電極はＳｒＲｕＯ３によって形成されており、また、ＢｉＦｅＯ３からなる強誘電体層はテトラゴナル構造でペロブスカイト型のものとなっている。
また、表面弾性波素子や周波数フィルタ、発振器、電子回路などにおいても、その特性向上が望まれていることから、新たな圧電材料による良好な製品の提供が望まれている。
【特許文献１】特開２００１−２２３４０４号公報
【非特許文献１】ＳＣＩＥＮＣＥ  Ｖｏｌ  ２９９  １４ＭＡＲＣＨ  ２００３  ｐ．１７１９−ｐ．１７２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、インクジェットプリンターにあっては、さらなる高画質化や高速化が要求されるようになってきている。このような要求に応えるためには、インクジェット式記録ヘッドにおけるノズルの高密度化が欠かせない技術となってきており、そのためには、キャビティー上に積層される圧電素子（ヘッドアクチュエーター）についてもその改良を行う必要に迫られている。また、特にＰＺＴからなる圧電素子については、その組成中に有害物質であるＰｂを含むことから、これが環境汚染の一因となってしまうことが考えられ、したがって、この材料を用いた圧電素子の生産は今後見直す必要に迫られている。
【０００５】
なお、圧電素子の改良については、特にこれを薄膜プロセスで形成できるようにすることが効果的であると考えられている。薄膜プロセスであれば、次世代のより微細化されたインクキャビティーへの対応が可能になると考えられるからである。
【０００６】
一方、前記のＢｉＦｅＯ３は良好な圧電特性を有し、またＰｂを含有していないことで環境汚染に対しても有利なものとなっていることから、極めて有望な圧電材料と考えられるが、その用途については前記の報告（例えば、非特許文献１参照）においても特に示されていない。
また、仮にこのＢｉＦｅＯ３を圧電体膜として用い、インクジェットプリンター用の記録ヘッドにおける圧電素子を形成しようとした場合、ＢｉＦｅＯ３をＳｉ基板上に直接形成することが極めて困難であることから、薄膜プロセスでの形成が行えないといった問題がある。すなわち、通常Ｓｉ基板上には自然酸化膜が形成されていることから、この自然酸化膜上にＢｉＦｅＯ３をエピタキシャル成長させるのが困難であり、したがって、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜をＳｉ基板上に形成することができないのである。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高性能でＰｂを含有せず、しかもＳｉ基板上への直接的な実装を可能にして薄膜プロセスでの形成を可能にした圧電素子と、これを用いたインクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器、及び電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため本発明の圧電素子は、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜を備えたことを特徴としている。
この圧電素子によれば、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜が良好な圧電特性を有し、またＰｂを含有していないことで環境汚染に対しても有利なものとなっていることから、これを備えたことによって高性能で環境上有利なものとなる。
【０００９】
また、前記圧電素子は、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電体膜の変形によって前記キャビティーの内容積を変化させるものであるのが好ましい。
このようにインクジェット式記録ヘッド用の圧電素子（ヘッドアクチュエーター）とすれば、良好な圧電特性によってインクの吐出を良好になさせるものとなり、また、前述したように環境上有利なものとなる。
【００１０】
なお、この圧電素子は、前記圧電体膜が、ロンボヘドラル構造でありかつ擬立方晶（１００）に配向しているのが好ましい。また、その場合にこの圧電素子は、基体上にイオンビームアシスト法で形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成されたペロブスカイト型の下部電極と、前記下部電極上に形成されたロンボヘドラル構造でありかつ擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３からなる前記圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを有してなるのが好ましい。
このようにすれば、基体としてＳｉ基板を用いた場合にも、イオンビームアシスト法で形成されたバッファ層を介して前記下部電極、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜が積層されるので、このＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜がＳｉ基板の自然酸化膜上に直接的に作り込まれるようになり、したがってその加工等において薄膜プロセスが採用可能となり、ノズルの高密度化など微細化への対応が可能になる。
【００１１】
また、この圧電素子においては、前記ペロブスカイト型の下部電極は、（１００）配向でエピタキシャル成長したものであるのが好ましい。
このようにすれば、この下部電極上にロンボヘドラル構造でありかつ擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜が、エピタキシャル成長で良好に形成されるようになる。
【００１２】
また、この圧電素子においては、前記ペロブスカイト型の下部電極は、ＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３のうちから選択された少なくとも一種からなるのが好ましい。
このようにすれば、この下部電極上にロンボヘドラル構造でありかつ擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３をより良好に形成することが可能になる。
【００１３】
また、前記圧電素子は、テトラゴナル構造でありかつ擬立方晶（１１１）に配向していてもよい。また、その場合にこの圧電素子は、基体上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成されたテトラゴナル構造でありかつ擬立方晶（１１１）配向のＢｉＦｅＯ３からなる前記圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを有してなるのが好ましい。
このようにすれば、基体としてＳｉ基板を用いた場合にも、バッファ層を介して前記下部電極、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜が積層されるので、このＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜がＳｉ基板の自然酸化膜上に直接的に作り込まれるようになり、したがってその加工等において薄膜プロセスが採用可能となり、ノズルの高密度化など微細化への対応が可能になる。
【００１４】
また、この圧電素子においては、前記下部電極が、（１１１）配向のＰｔからなっていてもよい。
このようにすれば、Ｐｔは成膜法に関係なく（１１１）配向となるので、例えばスパッタ法等の比較的簡易な方法により、この下部電極を容易に形成することが可能になる。
【００１５】
また、この圧電素子においては、前記下部電極が、ペロブスカイト型で擬立方晶（１１１）配向したものであってもよい。
このようにすれば、この下部電極上にテトラゴナル構造でありかつ擬立方晶（１１１）配向のＢｉＦｅＯ３を良好に形成することが可能になる。
【００１６】
また、この圧電素子においては、前記下部電極は、ＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３のうちから選択された少なくとも一種からなるのが好ましい。
このようにすれば、この下部電極上にテトラゴナル構造でありかつ擬立方晶（１１１）配向のＢｉＦｅＯ３をより良好に形成することが可能になる。
【００１７】
また、前記圧電素子においては、前記ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜の結晶構造がペロブスカイト型になっており、この結晶構造中のＢサイトに位置する金属として、Ｆｅに置換して磁性金属元素が添加されてなるのが好ましい。ここで、磁性金属元素としては、Ｍｎ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択された少なくとも一種であるのが好ましい。
このようにすれば、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜の磁性が高められてその圧電特性が向上し、これにより圧電素子の高性能化が図られたものとなる。
【００１８】
なお、この圧電素子においては、前記磁性金属元素が、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜を構成する結晶構造中の全Ｂサイトに対して、１〜１０％の割合を占めて置換されるよう添加されているのが好ましい。
１％未満では、添加による磁性の向上効果が良好とならず、１０％を越えても、それ以上は磁性の向上効果が期待できないからである。
【００１９】
また、前記圧電素子においては、前記ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜の結晶構造がペロブスカイト型になっており、この結晶構造中のＢサイトに位置する金属として、Ｆｅに置換してＦｅより価数の高い金属元素が添加されてなるのが好ましい。ここで、Ｆｅより価数の高い金属元素が、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうちから選択された少なくとも一種であるのが好ましい。
ペロブスカイト型結晶構造のＢｉＦｅＯ３では、そのＡサイトに位置するＢｉが蒸発して結晶構造中から抜け、結晶欠陥が生じやすくなっている。Ｂｉが結晶構造中から抜けて結晶欠陥が生じると、この結晶は電気的に中性でなくなり、絶縁性が損なわれて電流リークが生じ易くなってしまう。そこで、Ｆｅより価数の高い金属元素をＢサイトのＦｅと置換させることで、結晶構造全体としての中性を保持することができ、これにより絶縁性を高めて電流リークを防止することができる。
【００２０】
なお、この圧電素子においては、Ｆｅより価数の高い金属元素が、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜を構成する結晶構造中の全Ｂサイトに対して、１〜３０％の割合を占めて置換されるよう添加されているのが好ましい。
１％未満では、添加による電流リーク防止効果が良好とならず、３０％を越えても、それ以上は電流リーク防止効果の向上があまり期待できないからである。
【００２１】
本発明のインクジェット式記録ヘッドは、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電体膜の変形によって前記キャビティーの内容積を変化させる圧電素子として、前記の圧電素子を備えたことを特徴としている。
このインクジェット式記録ヘッドによれば、前述したように良好な圧電特性によってインクの吐出を良好になさせるものとなり、また、Ｐｂを含有しないことによって環境上有利な圧電素子を備えていることにより、このヘッド自体も高性能で環境上有利なものとなる。
【００２２】
本発明のインクジェットプリンターは、前記のインクジェット式記録ヘッドを備えたことを特徴としている。
このインクジェットプリンターによれば、高性能で環境上有利なインクジェット式記録ヘッドを備えているので、このインクジェットプリンター自体も高性能で環境上有利なものとなる。
【００２３】
本発明の表面弾性波素子は、基板上にバッファ層を介して前記の圧電素子が形成されてなり、該圧電素子の圧電体膜がロンボヘドラル構造でありかつ擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３からなることを特徴としている。
この表面弾性波素子によれば、バッファ層上に前記の圧電素子を形成するので、この圧電素子の圧電体膜がロンボヘドラル構造でありかつ擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３からなることによって良好な圧電特性を有していることにより、この表面弾性波素子自体も高性能なものとなる。また、単結晶基板に半導体素子を形成できることから半導体素子との集積化が可能となり、その場合に、バッファ層が単結晶基板中への表面弾性波の漏洩を防止する機能を有することから、表面弾性波素子の特性が損なわれることなく良好に保持される。
【００２４】
また、前記表面弾性波素子においては、前記バッファ層と圧電体膜との間に、導電膜が設けられているのが好ましい。
このようにすれば、バッファ層の材質によって圧電体膜がこのバッファ層上に直接配向しにくい場合にも、導電膜を介在させることで良好に配向しつつ成膜されるようになる。したがって、圧電体膜として電気機械結合係数を高くすることができる材質を選択することができ、これにより表面弾性波素子自体が高性能なものとなる。
【００２５】
本発明の周波数フィルタは、前記の表面弾性波素子が備える前記圧電体膜の上に形成された第１の電極と、前記圧電体膜の上に形成され、前記第１の電極に印加される電気信号によって前記圧電体膜に生ずる表面弾性波の特定の周波数又は特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第２の電極と、を備えることを特徴としている。
この周波数フィルタによれば、圧電体膜の圧電特性が良好であり、したがってこの圧電体膜の電気機械結合係数が高いため、比帯域幅が広い良好なものとなる。
【００２６】
本発明の発振器は、前記の表面弾性波素子が備える前記圧電体膜の上に形成され、印加される電気信号によって前記圧電体膜に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、前記圧電体膜の上に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極とトランジスタとを含む発振回路と、を備えることを特徴としている。
この発振器によれば、圧電体膜の圧電特性が良好であり、したがってこの圧電体膜の電気機械結合係数が高いため、伸長コイルを省略することができ、回路構成が簡単な発振器を提供することができる。また、トランジスタ等から構成される発振回路を備えているので、トランジスタとの集積化によって小型化されたものとなる。
【００２７】
本発明の電子回路は、前記の発振器と、前記発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子とを備えてなり、前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し、若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行う機能を有することを特徴としている。
この電子回路によれば、発振器に備えられた表面弾性波素子を構成する圧電体膜の圧電特性が良好であり、したがってこの圧電体膜の電気機械結合係数が高く、発振回路との集積化が可能なため、小型で高性能なものとなる。
【００２８】
本発明の薄膜圧電共振器は、基体上に請求項１記載の圧電素子からなる共振子が形成されてなり、該圧電素子の圧電体膜がロンボヘドラル構造でありかつ擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３からなることを特徴としている。
この薄膜圧電共振器によれば、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜が高い電気機械結合係数を有することから、例えばＧＨｚ帯などの高周波数領域で使用可能なものとなる。またＰｂを含有していないことで環境汚染に対しても有利なものとなっていることから、これを備えたことによって高性能で環境上有利なものとなる。
なお、このような薄膜圧電共振器において、前記基体の前記共振子が形成された側と反対の側にビアホールを形成すれば、ダイアフラム型の薄膜圧電共振器となる。
また、前記基体と共振子との間にエアギャップを形成すれば、エアギャップ型の薄膜圧電共振器となる。
【００２９】
本発明の電子機器は、前記の周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器のうち少なくとも１つを有することを特徴としている。
この電子機器によれば、圧電体膜の圧電特性が良好であり、したがってこの圧電体膜の電気機械結合係数が高いため、小型で、高性能なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の圧電素子を、特にインクジェット式記録ヘッド用のヘッドアクチュエーターとなる圧電素子に適用した場合の一実施形態を示す図であり、図１において符号１は圧電素子である。
【００３１】
この圧電素子１は、シリコン基板（Ｓｉ基板）からなる基体２の（１１０）面上に形成されたもので、この基体２上に形成されたバッファ層３と、バッファ層３の上に形成された下部電極４と、下部電極４の上に形成された圧電体膜５と、圧電体膜５の上に形成された上部電極６とを備えて構成されたものである。
ここで、基体２は、後述するようにＳｉ基板が加工されることにより、インクジェット式記録ヘッド５０においてインクキャビティーを形成するものとなる。また、バッファ層３は、インクジェット式記録ヘッド５０において弾性板として機能するものとなる。
【００３２】
このバッファ層３としては、単一配向している（厚さ方向にのみ配向方位が揃っている）ものであればよいが、さらに面内配向している（三次元方向の全てに配向方位が揃っている）ものであるのが好ましい。このようなバッファ層３を設けることにより、自然酸化膜を形成したＳｉ基板からなる基体２と後述する下部電極４との間で、優れた接合性（密着性）を得ることもできるからである。
【００３３】
また、このバッファ層３は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物、蛍石型構造の金属酸化物、ペロブスカイト構造の金属酸化物等のうちの少なくとも１種を含むものが好ましく、特に、ＮａＣｌ構造の金属酸化物又は蛍石型構造の金属酸化物と、ペロブスカイト構造の金属酸化物とが積層された構造となっているの好ましい。ＮａＣｌ構造の金属酸化物や蛍石型構造の金属酸化物は、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物との格子不整合が小さいので、後述するように下部電極４として特にペロブスカイト構造のものを形成する場合に、その下地となるペロブスカイト構造の層を形成するうえで有利となるからである。
【００３４】
以上の理由により、本実施形態のバッファ層３は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物又は蛍石型構造の金属酸化物からなる第１バッファ層７及び第２バッファ層８と、この第２バッファ層８の上に形成されたペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる第３バッファ層９とによって構成されている。
第１バッファ層７は、特に本発明においてイオンビームアシスト法で形成されたバッファ層となるものであって、本実施形態では立方晶（１００）配向のイットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺ）からなり、厚さが例えば１μｍ程度に厚く形成されたものである。ただし、ＹＳＺとしては、以下の式で表されるものが任意に用いられる。
Ｚｒ１−ｘＬｎｘＯｙ    ０≦ｘ≦１．０
（Ｌｎ；Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）
【００３５】
ここで、この第１バッファ層７を厚く形成するのは、後述するようにエッチングによって基体２にインクキャビティーを形成する際、この第１バッファ層７をエッチングストッパ層として機能させているためである。また、このように第１バッファ層７を厚く形成しているので、前述したようにバッファ層３をインクジェット式記録ヘッド５０において弾性板として機能させた際、実質的にはこの第１バッファ層７が弾性板として機能するようになっている。
【００３６】
この第１バッファ層７は、前記基体２上に直接形成されるものであるが、Ｓｉ基板からなる基体２表面には通常自然酸化膜（ＳｉＯ２）が形成されている。したがって、この自然酸化膜上にＹＳＺをエピタキシャル成長させることは一般的な成膜法では難しいことから、本実施形態では、後述するように特にイオンビームアシスト法を用いてエピタキシャル成長させることにより、この第１バッファ層７を形成するものとする。なお、基体２表面に形成されている自然酸化膜は、アモルファス膜であってもよい。
第２バッファ層８は、立方晶（１００）配向のＣｅＯ２からなるもので、第１バッファ層７上にエピタキシャル成長させられて厚さが例えば１００ｎｍ程度に形成されたものである。
【００３７】
なお、これら第１バッファ層７及び第２バッファ層８としては、ＹＳＺやＣｅＯ２に限定されることなく、任意のＮａＣｌ構造の金属酸化物や蛍石型構造の金属酸化物を用いることができる。ＮａＣｌ構造の金属酸化物としては、例えばＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｎＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、またはこれらを含む固溶体等が挙げられるが、これらの中でも、特に、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、または、これらを含む固溶体のうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。このようなＮａＣｌ構造の金属酸化物は、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物との格子不整合が特に小さいものとなる。
【００３８】
一方、蛍石型構造の金属酸化物としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＴｈＯ２、ＵＯ２、またはこれらを含む固溶体等が挙げられるが、これらの中でも、ＹＳＺ、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、またはこれらを含む固溶体のうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。このような蛍石型構造の金属酸化物も、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物との格子不整合が特に小さいものとなる。
【００３９】
第３バッファ層９は、層状ペロブスカイト型酸化物であるＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ｘは例えば７）からなるもので、第２バッファ層８上に斜方晶（００１）配向でエピタキシャル成長させられて、厚さが例えば３０ｎｍ程度に形成されたものである。このようにペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなっていることにより、この第３バッファ層９は、前述したように第２バッファ層８との間で格子不整合が特に小さいものとなっている。したがって、欠陥等がない良好な結晶構造を有するものとなるとともに、この第３バッファ層９上に、ペロブスカイト型の下部電極４を良好にエピタキシャル成長させることができるものとなっている。
【００４０】
なお、第３バッファ層９としては、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘに限定されることなく、他のペロブスカイト型金属酸化物を用いることもできる。例えば、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＢａＲｕＯ３、ＳｒＶＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３、または、これらを含む固溶体等を用いることもできる。
【００４１】
下部電極４は、第３バッファ層９と同様にペロブスカイト型の金属酸化物からなるものであり、擬立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させられて、厚さが例えば５０ｎｍ程度に形成されたものである。この下部電極４を形成するペロブスカイト型の金属酸化物としては、前記第３バッファ層９として使用可能なものがそのまま使用可能であるが、特にＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３のうちから選択された少なくとも一種が好適に用いられる。ここで、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３はＳｒＴｉＯ３にＮｂをドープしたものであり、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３はＳｒＴｉＯ３にＬａをドープしたものである。これらの金属酸化物は、導電性や化学的安定性に優れているため、これらから形成される下部電極４も導電性や化学的安定性に優れたものとなる。また、その上にロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３をより良好に形成することができるようになる。なお、本実施形態では擬立方晶（１００）配向のＳｒＲｕＯ３が用いられている。
【００４２】
圧電体膜５は、ペロブスカイト型の結晶構造を有するＢｉＦｅＯ３からなるものであって、本実施形態では特にロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向となるようにエピタキシャル成長させられたものであり、厚さが例えば１μｍ程度に形成されたものである。ここで、このようなロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３は、特に温度等の成膜条件を調整することで得られる。なお、ペロブスカイト型とは、図２（ａ）、（ｂ）に示すような結晶構造を有するもので、図２（ａ）、（ｂ）においてＡで示す位置をＡサイト、Ｂに示す位置をＢサイトという。なお、ＢｉＦｅＯ３では、ＢｉがＡサイトに位置し、ＦｅがＢサイトに位置するようになっている。また、Ｏ（酸素）は図２（ａ）、（ｂ）中においてＯで示したところに位置するようになる。
【００４３】
ここで、このようなペロブスカイト型の結晶構造のＢｉＦｅＯ３においては、そのＢサイトに位置する金属として、Ｆｅに置換して磁性金属元素を添加してもよい。磁性金属元素としては、Ｍｎ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択された少なくとも一種であるのが好ましい。このような磁性金属元素を添加すれば、ＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜５の磁性を高めてその誘電特性を向上し、これにより圧電素子１の圧電特性向上を図ることができる。また、特にＦｅよりイオン半径の大きいＭｎ、Ｒｕを添加するのが好ましく、これら金属元素を添加すれば、ＢｉＦｅＯ３をエピタキシャル成長で形成する際、ロンボヘドラル構造をより良好に形成しやすくなる。
【００４４】
なお、前記磁性金属元素の添加量としては、圧電体膜５を構成する結晶構造中の全Ｂサイトに対して、１〜１０％の割合を占めてＦｅと置換するよう添加するのが好ましい。１％未満では添加による磁性の向上効果が良好とならず、１０％を越えても、それ以上は磁性の向上効果が期待できないからである。また、特にＭｎについては、圧電体膜５を構成する結晶構造中の全Ｂサイトに対して、１〜３０％の割合を占めてＦｅと置換するよう添加することができる。すなわち、１０％を越えても、３０％までは磁性の向上効果が得られるからである。
【００４５】
また、前記ＢｉＦｅＯ３においては、そのＢサイトに位置する金属として、Ｆｅに置換してＦｅより価数の高い金属元素を添加してもよい。Ｆｅ（＋３価）より価数の高い金属元素としては、Ｖ（＋５価）、Ｎｂ（＋５価）、Ｔａ（＋５価）、Ｗ（＋５価）、Ｔｉ（＋４価）、Ｚｒ（＋４価）、Ｈｆ（＋４価）のうちから選択された少なくとも一種であるのが好ましい。
ペロブスカイト型結晶構造のＢｉＦｅＯ３では、そのＡサイトに位置するＢｉが蒸発して結晶構造中から抜け、結晶欠陥が生じやすくなっている。Ｂｉが結晶構造中から抜けて結晶欠陥が生じると、この結晶は電気的に中性でなくなり、絶縁性が損なわれて電流リークが生じ易くなってしまう。そこで、Ｆｅより価数の高い金属元素をＢサイトのＦｅと置換させることで、結晶構造全体としての中性を保持することができ、これにより絶縁性を高めて電流リークを防止することができる。
【００４６】
なお、Ｆｅより価数の高い金属元素の添加量としては、圧電体膜５を構成する結晶構造中の全Ｂサイトに対して、１〜３０％の割合を占めてＦｅと置換するよう添加するのが好ましい。１％未満では、添加による電流リーク防止効果が良好とならず、３０％を越えても、それ以上は電流リーク防止効果の向上があまり期待できないからである。
【００４７】
上部電極６は、本実施形態では前記下部電極４と同様、擬立方晶（１００）配向にエピタキシャル成長された、厚さ５０ｎｍ程度のＳｒＲｕＯ３からなるものである。なお、この上部電極６については、ＳｒＲｕＯ３に限定されることなく、ＰｔやＩｒ、ＩｒＯｘなど公知の電極材料を用いることができる。
【００４８】
このような構成の圧電素子１を作製するには、まず、表面が（１１０）面であるＳｉ基板からなる基体２を用意する。基体２として用いられるＳｉ基板としては、後述するようにこれにキャビティー（インクキャビティー）を形成することから、これに必要な厚さを有したものが用いられる。
続いて、この基体２を基板ホルダーに装填し、真空装置（図示せず）内に設置する。この真空装置内には、基体２に対向して、前記バッファ層７、８、９の構成元素を含む各ターゲット（バッファ層用ターゲット）、および下部電極４、圧電体膜５、上部電極６の構成元素を含む各ターゲット、を所定距離、離間して配置しておく。ここで、各ターゲットとしては、目的とする第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９、下部電極４、圧電体膜５、上部電極６の各組成と同一または近似した組成のものがそれぞれ好適に用いられる。
【００４９】
すなわち、第１バッファ層７用のターゲットとしては、所望のＹＳＺ組成またはこれに近似した組成のものを用い、第２バッファ層８用のターゲットとしては、所望のＣｅＯ２組成またはこれに近似した組成のものを用い、第３バッファ層９用のターゲットとしては、所望のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ組成またはこれに近似した組成のものを用いる。また、下部電極４および上部電極６のターゲットとしては、それぞれＳｒＲｕＯ３組成またはこれに近似した組成のものを用い、圧電体膜５用のターゲットとしては、所望のＢｉＦｅＯ３組成またはこれに近似した組成のものを用いる。
【００５０】
次いで、前述したようにイオンビームアシスト法を用いて、図３（ａ）に示すように基体２上に第１バッファ層７を直接形成する。すなわち、レーザー光を第１バッファ層７用のターゲットに照射し、このターゲットから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出すレーザーアブレーション法により、プルームを発生させる。すると、このプルームは基体２上に向けて出射し、基体２上に接触するようになる。
また、これとほぼ同時に、基体２の表面に対して、イオンビームを後述する所定角度で照射（入射）し、イオンビームアシストを行う。すると、基体２表面に自然酸化膜が形成されているにもかかわらず、該基体２上に、立方晶（１００）配向のＹＳＺがエピタキシャル成長によって形成される。
【００５１】
なお、前記ＹＳＺの構成原子をターゲットから叩き出す方法としては、前述したようにレーザー光をターゲット表面に照射する方法の他、例えば、アルゴンガス（不活性ガス）プラズマや電子線等をターゲット表面に照射（入射）する方法を用いることもできる。ただし、これらの中では、レーザー光をターゲット表面に照射する方法が最も好ましい。このような方法によれば、レーザー光の入射窓を備えた簡易な構成の真空装置を用いることにより、原子をターゲットから容易にかつ確実に叩き出すことができる。
【００５２】
このターゲットに照射するレーザー光としては、波長が１５０〜３００ｎｍ程度、パルス長が１〜１００ｎｓ程度のパルス光が好適に用いられる。具体的には、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、ＸｅＣｌエキシマレーザー等のエキシマレーザー、さらにＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＣＯ２レーザーなどが挙げられる。これらの中でも、特にＡｒＦエキシマレーザーまたはＫｒＦエキシマレーザーが好適とされる。ＡｒＦエキシマレーザーおよびＫｒＦエキシマレーザーは、いずれも取り扱いが容易であり、また、より効率よく原子をターゲットから叩き出すことができる。
【００５３】
一方、基体２の表面にイオンビームアシストとして照射するイオンビームについては、特に限定されないものの、例えばアルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトンのような不活性ガスのうちの少なくとも１種のイオン、または、これらのイオンと酸素イオンとの混合イオン等が好適に用いられる。このイオンビームのイオン源としては、例えば、Kauffmanイオン源等を用いるのが好ましい。このイオン源を用いることにより、イオンビームを比較的容易に生成することができる。
【００５４】
また、基体２表面に対するイオンビームの照射（入射）角度、すなわち前記の所定角度としては、特に限定されないものの、基体２の表面に対して３５〜６５°程度傾斜した角度とするのが好ましい。特に、ＮａＣｌ構造の金属酸化物を主材料として第１バッファ層７を形成する場合には、前記照射角度を４２〜４７°程度、また、蛍石型構造の金属酸化物を主材料として第１バッファ層７を形成する場合には、前記照射角度を５２〜５７°程度とするのがより好ましい。なお、本実施形態では、蛍石型構造の金属酸化物であるＹＳＺによって第１バッファ層７を形成するので、前記照射角度を５２〜５７°程度、特に５５°程度としている。このような照射角度でイオンビームを基体２表面に照射することにより、立方晶（１００）配向の第１バッファ層７を良好に形成することができる。
【００５５】
また、ターゲットに対してはアルゴン等のイオンを（１１１）方向から入射させつつ、レーザーアブレーションを行うようにする。ただし、ＭｇＯ等のＮａＣｌ構造の金属酸化物によって第１バッファ層７を形成する場合には、そのターゲットに対し、アルゴン等のイオンを（１１０）方向で入射させつつ、レーザーアブレーションを行うようにする。
【００５６】
また、このような第１バッファ層７の形成における各条件については、第１バッファ層７がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることなく、例えば次のような条件を採用することができる。
レーザー光の周波数としては、３０Ｈｚ以下とするのが好ましく、１５Ｈｚ以下とするのがより好ましい。
レーザー光のエネルギー密度としては、０．５Ｊ／ｃｍ２以上とするのが好ましく、２Ｊ／ｃｍ２以上とするのがより好ましい。
【００５７】
イオンビームの加速電圧としては、１００〜３００Ｖ程度とするのが好ましく、１５０〜２５０Ｖ程度とするのがより好ましい。
また、イオンビームの照射量としては、１〜３０ｍＡ程度とするのが好ましく、５〜１５ｍＡ程度とするのがより好ましい。
【００５８】
基体２の温度としては、０〜５０℃程度とするのが好ましく、室温（５〜３０℃）程度とするのがより好ましい。
また、基体２とターゲットとの距離としては、６０ｍｍ以下とするのが好ましく、４５ｍｍ以下とするのがより好ましい。
【００５９】
真空装置内の圧力としては、１３３×１０−１Ｐａ（１×１０−１Ｔｏｒｒ）以下とするのが好ましく、１３３×１０−３Ｐａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）以下とするのがより好ましい。
真空装置内の雰囲気としては、不活性ガスと酸素との混合比を、体積比で３００：１〜１０：１程度とするのが好ましく、１５０：１〜５０：１程度とするのがより好ましい。
第１バッファ層７の形成条件をそれぞれ前記範囲とすれば、第１バッファ層７をエピタキシャル成長によってより効率よく形成することができる。
【００６０】
また、このとき、レーザー光およびイオンビームの照射時間を適宜設定することにより、第１バッファ層７の平均厚さを前記厚さ、すなわち１μｍ程度に調整することができる。このレーザー光およびイオンビームの照射時間は、前記各条件によっても異なるものの、通常、２００秒以下とするのが好ましく、１００秒以下とするのがより好ましい。
【００６１】
このような第１バッファ層７の形成方法によれば、イオンビームの照射角度を調整するイオンビームアシスト法を採用することにより、基体２表面に自然酸化膜が形成されているにもかかわらず、前述したように立方晶（１００）配向の第１バッファ層７を良好に形成することができる。なお、このように第１バッファ層７の配向方位を精度よく揃えることができるので、必要に応じて、この第１バッファ層７の平均厚さをより小さくすることもできる。
【００６２】
このようにして第１バッファ層７を形成したら、図３（ｂ）に示すようにこの第１バッファ層７上に第２バッファ層８を形成する。この第２バッファ層８の形成では、自然酸化膜上に形成する第１バッファ層７の場合とは異なり、良好な結晶構造を有する第１バッファ層７の上に形成することから、イオンビームアシスト法を用いることなく、単にレーザーアブレーション法を用いることで行う。すなわち、前記の第１バッファ層７用のターゲットに代えて、所望のＣｅＯ２組成またはこれに近似した組成の第２バッファ層８用ターゲットを用い、これにレーザー光を照射してこれから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基体２上の第１バッファ層７に向けて出射させ接触させることにより、第２バッファ層８をエピタキシャル成長で形成する。
なお、この第２バッファ層８を形成するための、レーザーアブレーション法等の条件については、前記の第１バッファ層７形成の際の、レーザーアブレーション法等の条件と同様とする。
【００６３】
次いで、この第２バッファ層８上に、図３（ｃ）に示すように第３バッファ層９を形成し、これにより第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９からなるバッファ層３を得る。第３バッファ層９の形成では、前記第２バッファ層９の場合と同様にレーザーアブレーション法を単独で用いる。すなわち、まず、前記の第２バッファ層８用のターゲットに代えて、所望のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ組成またはこれに近似した組成の第３バッファ層９用ターゲットを用意する。そして、これにレーザー光を照射し、これから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基体２上の第２バッファ層８に向けて出射させ接触させることにより、第３バッファ層９をエピタキシャル成長で形成する。
【００６４】
なお、この第３バッファ層９の形成では、必要に応じて、前記第１バッファ層７の形成工程と同様に、イオンビームアシストを用いるようにしてもよい。すなわち、第２バッファ層８の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に第３バッファ層９を形成するようにしてもよい。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく第３バッファ層９を形成することができる。
【００６５】
また、第３バッファ層９の形成における各条件については、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、第２バッファ層８上に到達し、かつ、第３バッファ層９がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることなく、例えば次のような条件を採用することができる。
【００６６】
レーザー光の周波数としては、３０Ｈｚ以下程度とするのが好ましく、１５Ｈｚ以下程度とするのがより好ましい。
レーザー光のエネルギー密度としては、０．５Ｊ／ｃｍ２以上とするのが好ましく、２Ｊ／ｃｍ２以上とするのがより好ましい。
【００６７】
第２バッファ層８が形成された基体２の温度としては、３００〜８００℃程度とするのが好ましく、７００℃程度とするのがより好ましい。
なお、イオンビームの照射を併用する場合には、この温度を、０〜５０℃程度とするのが好ましく、室温（５〜３０℃）程度とするのが好ましい。
第２バッファ層８が形成された基体２とターゲットとの距離としては、６０ｍｍ以下とするのが好ましく、４５ｍｍ以下とするのがより好ましい。
【００６８】
また、真空装置内の圧力としては、１気圧以下が好ましく、そのうち、酸素分圧については、３９９×１０−３Ｐａ（３×１０−３Ｔｏｒｒ）程度とするのが好ましい。
なお、イオンビームの照射を併用する場合には、真空装置内の圧力を、１３３×１０−１Ｐａ（１×１０−１Ｔｏｒｒ）以下とするのが好ましく、１３３×１０−３Ｐａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）以下とするのがより好ましい。また、この場合、真空装置内の雰囲気としては、不活性ガスと酸素との混合比を、体積比で３００：１〜１０：１程度とするのが好ましく、１５０：１〜５０：１程度とするのがより好ましい。
【００６９】
第３バッファ層９の形成条件をそれぞれ前記範囲とすれば、第３バッファ層９をエピタキシャル成長によってより効率よく形成することができる。
また、このとき、レーザー光およびイオンビームの照射時間を適宜設定することにより、第３バッファ層９の平均厚さを前記厚さ、すなわち３０ｎｍ程度に調整することができる。このレーザー光の照射時間は、前記各条件によっても異なるものの、通常、３〜９０分程度とするのが好ましく、１５〜４５分程度とするのがより好ましい。
【００７０】
このようにして第３バッファ層９を形成し、バッファ層３を形成したら、図４（ａ）に示すようにこの第３バッファ層７（バッファ層３）上にペロブスカイト型の下部電極４を形成する。この下部電極４の形成では、良好なペロブスカイト型の結晶構造を有する第３バッファ層９の上に形成することから、イオンビームアシスト法を用いることなく、単にレーザーアブレーション法を用いることで行う。すなわち、前記の第３バッファ層９用のターゲットに代えて、所望のＳｒＲｕＯ３組成またはこれに近似した組成の下部電極４用ターゲットを用い、これにレーザー光を照射してこれから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基体２上の第３バッファ層９に向けて出射させ接触させることにより、下部電極４をエピタキシャル成長で形成する。
【００７１】
下部電極４を形成するための各条件については、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、第３バッファ層９上に到達し、かつ、下部電極４がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることはなく、例えば、前記の第３バッファ層９形成の際の、レーザーアブレーション法等の条件と同様の条件が採用される。
なお、この下部電極４の形成においても、前記第３バッファ層９の形成工程と同様に、必要に応じてイオンビームアシストを用いるようにしてもよい。すなわち、第３バッファ層９の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に下部電極４を形成するようにしてもよい。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく下部電極４を形成することができる。
【００７２】
次いで、図４（ｂ）に示すように下部電極層４上に圧電体膜５を形成する。この圧電体膜５の形成でも、良好なペロブスカイト型結晶構造を有する下部電極４の上に形成することから、イオンビームアシスト法を用いることなく、単にレーザーアブレーション法を用いることで、ロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜５を形成することができる。すなわち、前記の下部電極４用のターゲットに代えて、所望のＢｉＦｅＯ３組成またはこれに近似した組成の圧電体膜５用ターゲットを用い、これにレーザー光を照射してこれから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基体２上の下部電極４に向けて出射させ接触させることにより、ロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向の圧電体膜５をエピタキシャル成長で形成する。
【００７３】
ここで、圧電体膜５用のターゲットとしては、ＢｉＦｅＯ３からなる組成のものを用いてもよいが、前述したようにＦｅに置換する成分として、Ｍｎ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉの等の磁性金属元素、またはＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等のＦｅより価数の高い金属元素を添加したものを用いてもよい。このようなターゲートを用いることにより、それぞれ特性が向上した圧電体膜５を形成することができる。
【００７４】
圧電体膜５を形成するための各条件については、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、下部電極４上に到達し、かつ、圧電体膜５がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることはなく、例えば、前記の第３バッファ層９や下部電強４形成の際の、レーザーアブレーション法等の条件と同様の条件が採用される。
なお、この圧電体膜５の形成においても、前記第３バッファ層９の形成工程と同様に、必要に応じてイオンビームアシストを用いるようにしてもよい。すなわち、下部電極４の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に圧電体膜５を形成するようにしてもよい。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく圧電体膜５を形成することができる。
【００７５】
次いで、図４（ｃ）に示すように圧電体膜５上に上部電極６を形成し、本発明の一実施形態となる圧電素子１を得る。この上部電極６の形成でも、先の下部電極４や圧電体膜５の形成のときと同様、良好なペロブスカイト型結晶構造を有する圧電体膜５の上に形成することから、イオンビームアシスト法を用いることなく、単にレーザーアブレーション法を用いることで、擬立方晶（１００）配向の良好な上部電極６を形成することができる。すなわち、前記の圧電体膜５用のターゲットに代えて、所望のＳｒＲｕＯ３組成またはこれに近似した組成の上部電極６用ターゲットを用い、これにレーザー光を照射してこれから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基体２上の圧電体膜５に向けて出射させ接触させることにより、擬立方晶（１００）配向の上部電極６をエピタキシャル成長で形成する。
【００７６】
上部電極６を形成するための各条件については、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、下部電極４上に到達し、かつ、圧電体膜５がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることはなく、例えば、前記の第３バッファ層９や下部電強４形成の際の、レーザーアブレーション法等の条件と同様の条件が採用される。
なお、この上部電極６の形成においても、前記第３バッファ層９の形成工程と同様に、必要に応じてイオンビームアシストを用いるようにしてもよい。すなわち、圧電体膜５の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に上部電極６を形成するようにしてもよい。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく上部電極６を形成することができる。
【００７７】
このようにして得られた圧電素子１について、特にその圧電体膜５をＸ線回折によって解析したところ、圧電体膜５は室温にてロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向となっていた。
よって、本実施形態の圧電素子１にあっては、圧電体膜５が良好な圧電特性を有することから、圧電素子１としても高性能なものとなる。また、基体２への直接的な作り込みが可能であることから、後述するようにこの圧電素子１を薄膜プロセスでインクジェット式記録ヘッドに直接作り込むことができるようになり、したがってノズルの高密度化など微細化への対応が可能になる。また、圧電体膜５がＰｂを含有しないことから環境上有利なものとなる。
【００７８】
なお、前記実施形態では、圧電体膜５としてロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向となるようにエピタキシャル成長させたものを用いたが、本発明はこれに限定されることなく、例えばこの圧電体膜５をテトラゴナル構造で擬立方晶（１１１）配向となるようにエピタキシャル成長させたものを用いてもよい。
このようにテトラゴナル構造で擬立方晶（１１１）配向の圧電体膜５を有する圧電素子１を形成するには、先の実施形態と同様にして基体２上にバッファ層３を形成し、このバッファ層３上に下部電極４を形成する。
【００７９】
バッファ層３の形成については、（１１１）方向へ自己配向したＹＳＺを用いる。すなわち、ＹＳＺは蛍石型構造であり、金属原子が面心立方に配置するため、（１１１）方向に自己配向し易い。先の実施形態と同様に、第１バッファ層７としてＹＳＺの（１１１）配向膜をレーザーアブレーション法により積層する。このときには、第２バッファ層８、第３バッファ層９を、（１１１）面を有する遷移金属酸化物によって形成する。
もう一つのバッファ層３の形成方法として、六方晶構造のＺｎＯの（０００１）自己配向性を用いる。先の実施形態と同様に、第１バッファ層７としてＺｎＯの（０００１）配向膜をレーザーアブレーション法により積層する。このときには、第２バッファ層８、第３バッファ層９を、（１１１）面を有する遷移金属酸化物によって形成する。
【００８０】
また、このようにしてバッファ層３を形成したら、その第３バッファ層９の上に、（１１１）配向の下部電極４をペロブスカイト型に配向成長させて厚さ５０ｎｍ程度に形成する。このようにペロブスカイト型に配向成長した下部電極４としては、その形成材料として先の実施形態における第３バッファ層９として使用可能なものがそのまま使用可能であるが、特にＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３のうちから選択された少なくとも一種が好適に用いられる。これらの金属酸化物は、導電性や化学的安定性に優れているため、これらから形成される下部電極４も導電性や化学的安定性に優れたものとなる。また、その上にテトラゴナル構造で擬立方晶（１１１）配向のＢｉＦｅＯ３をより良好に形成することができるようになる。なお、本例では（１１１）配向のＳｒＲｕＯ３を用いている。
【００８１】
また、この下部電極４の形成については、レーザーアブレーション法を用いて行うが、必要に応じて前記のイオンビームアシストを用いるようにしてもよい。すなわち、第３バッファ層９の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に下部電極４を形成するようにしてもよい。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく下部電極４を形成することができる。
【００８２】
次いで、この下部電極層１１上に圧電体膜５を形成する。この圧電体膜５の形成では、（１１１）配向した下部電極４の上に形成することから、レーザーアブレーション法を用いることで、テトラゴナル構造で擬立方晶（１１１）配向の良好な圧電体膜５を形成することができる。すなわち、所望のＢｉＦｅＯ３組成またはこれに近似した組成の圧電体膜５用ターゲットを用い、これにレーザー光を照射してこれから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基体２上の下部電極４に向けて出射させ接触させることにより、テトラゴナル構造で擬立方晶（１１１）配向の圧電体膜５を配向成長で形成する。
【００８３】
ここで、圧電体膜５用のターゲットとしては、先の実施形態において、圧電体膜５を形成した場合と同様のものを用いることができる。
また、圧電体膜５を形成するための各条件についても、やはり前記圧電体膜５を形成した場合と同様の条件を採用することができる。
なお、この圧電体膜５の形成においても、必要に応じて前記のイオンビームアシストを用いるようにしてもよい。すなわち、下部電極４の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に圧電体膜５を形成するようにしてもよい。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく圧電体膜５を形成することができる。
【００８４】
次いで、圧電体膜５上に上部電極６を形成し、本発明の圧電素子１を得る。この上部電極６としては、例えば下部電極４と同様に（１１１）配向でペロブスカイト型のＳｒＲｕＯ３を用いることができる。
このようにして形成した圧電素子１についても、特にその圧電体膜５をＸ線回折によって解析したところ、圧電体膜５は室温にてテトラゴナル構造で擬立方晶（１１１）配向となっていた。
よって、本実施形態の圧電素子１にあっても、圧電体膜５が良好な圧電特性を有することから、圧電素子１としても高性能なものとなる。また、基体２への直接的な作り込みが可能であることから、後述するようにこの圧電素子１を薄膜プロセスでインクジェット式記録ヘッドに直接作り込むことができるようになり、したがってノズルの高密度化など微細化への対応が可能になる。また、圧電体膜がＰｂを含有しないことから環境上有利なものとなる。
【００８５】
なお、この例では下部電極４を（１１１）配向のペロブスカイト型の電極としたが、このペロブスカイト型の電極に代えてＰｔ（白金）を用いることもできる。このＰｔは、その成膜法に関係なく（１１１）配向となるものであるから、例えばスパッタ法等の比較的簡易な方法を採用することで、バッファ層３上に容易に配向成長させることができる。
【００８６】
次に、図１に示した圧電素子を用いたインクジェット式記録ヘッドについて説明する。図５は、図１に示した圧電素子を用いたインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図６は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。なお、図６は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。これらの図において符号５０はインクジェット式記録ヘッド（以下、ヘッドと記す）である。このヘッド５０は、図５に示すようにヘッド本体５７とこれの上に設けられた圧電素子５４とを備えて構成されたものである。なお、図５に示した圧電素子５４は、図１に示した圧電素子１における下部電極４と圧電体膜５と上部電極６とからなるものであり（図６参照）、これらを形成したバッファ層３は、図５において弾性板５５となっている。また、基体２は後述するようにヘッド本体５７の要部を構成するものとなっている。
【００８７】
すなわち、このヘッド５０は、図６に示すようにノズル板５１と、インク室基板５２と、弾性板５５と、弾性板５５に接合された圧電素子（振動源）５４とを備え、これらが基体５６に収納されて構成されている。なお、このヘッド５０は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成するものとなっている。
ノズル板５１は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されたもので、インク滴を吐出するための多数のノズル５１１を一列に形成したものである。これらノズル５１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。
【００８８】
このノズル板５１には、インク室基板５２が固着（固定）されている。このインク室基板５２は、前記のＳｉ基板からなる基体２によって形成されたもので、ノズル板５１、側壁（隔壁）５２２および後述する弾性板５５により、複数のキャビティー（インクキャビティー）５２１と、インクカートリッジ６３１から供給されるインクを一時的に貯留するリザーバ５２３と、リザーバ５２３から各キャビティー５２１に、それぞれインクを供給する供給口５２４とを区画形成したものである。
【００８９】
これらキャビティー５２１は、それぞれ短冊状に形成されたもので、その平面形状が図７（ａ）に示すように長軸と短軸とを有した矩形状（平行四辺形状）となっている。なお、このキャビテー５２１の長軸、短軸の代表的なスケールは、それぞれ２ｍｍ、６０μｍである。また、これらキャビティー５２１は、図５、図６に示したように各ノズル５１１に対応して配設されたもので、後述する弾性板５５の振動によってそれぞれ容積可変になっており、この容積変化によってインクを吐出するよう構成されたものである。
【００９０】
このインク室基板５２を得るための母材、すなわち前記の基体２としては、前述したように（１１０）配向のシリコン単結晶基板（Ｓｉ基板）が用いられている。この（１１０）配向のシリコン単結晶基板は、異方性エッチングに適しているのでインク室基板５２を、容易にかつ確実に形成することができる。なお、このようなシリコン単結晶基板は、図１に示したバッファ層３の形成面、すなわち弾性板５５の形成面が（１１０）面となるようにして用いられている。
【００９１】
このインク室基板５２の平均厚さ、すなわちキャビティー５２１を含む厚さとしては、特に限定されないものの、１０〜１０００μｍ程度とするのが好ましく、１００〜５００μｍ程度とするのがより好ましい。また、キャビティー５２１の容積としては、特に限定されないものの、０．１〜１００ｎＬ程度とするのが好ましく、０．１〜１０ｎＬ程度とするのがより好ましい。
【００９２】
一方、インク室基板５２のノズル板５１と反対の側には弾性板５５が配設されており、さらに弾性板５５のインク室基板５２と反対の側には複数の圧電素子５４が設けられている。弾性板５５は、前述したように図１に示した圧電素子１におけるバッファ層３、すなわち第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９によって構成されたものである。ただし、このバッファ層３においては、前述したように特に第１バッファ層７が他のバッファ層８、９に比べその厚さが格段に厚くなっていることから、実質的にはこの第１バッファ層７が、弾性板５５として機能するようになっている。
また、この弾性板５５の所定位置には、図６に示したように弾性板５５の厚さ方向に貫通して連通孔５３１が形成されている。そして、このような連通孔５３１により、後述するインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３へのインクの供給がなされるようになっている。
【００９３】
各圧電素子５４は、前述したように下部電極４と上部電極６との間に圧電体膜５が介挿されて構成されたもので、図７（ｂ）に示すように各々が各キャビティー５２１のほぼ中央部に対応して配設された、平面視長方形状のものである。これら各圧電素子５４は、後述する圧電素子駆動回路に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）するよう構成されている。すなわち、各圧電素子５４はそれぞれ振動源（ヘッドアクチュエーター）として機能するものとなっており、弾性板５５は、圧電素子５４の振動（撓み）によって振動し（撓み）、キャビティー５２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能するものとなっている。
基体５６は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で形成されたもので、図６に示したようにこの基体５６にインク室基板５２が固定、支持されている。
【００９４】
このような構成からなるヘッド５０は、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すなわち、圧電素子５４の下部電極４と上部電極６との間に電圧が印加されていない状態では、図８（ａ）に示すように圧電体膜５に変形が生じない。このため、弾性板５５にも変形が生じず、キャビティー５２１には容積変化が生じない。したがって、ノズル５１１からインク滴は吐出されない。
【００９５】
一方、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力された状態、すなわち、圧電素子５４の下部電極４と上部電極６との間に一定電圧（例えば３０Ｖ程度）が印加された状態では、図８（ｂ）に示すように圧電体膜５においてその短軸方向に撓み変形が生じる。これにより、弾性板５５が例えば５００ｎｍ程度撓み、キャビティー５２１の容積変化が生じる。このとき、キャビティー５２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル５１１からインク滴が吐出される。
【００９６】
すなわち、電圧を印加すると、圧電体膜５の結晶格子は面に対して垂直な方向に引き伸ばされるが、同時に面に平行な方向には圧縮される。この状態では、圧電体膜５にとっては面内に引っ張り応力が働いていることになる。したがって、この応力によって弾性板５５をそらせ、撓ませることになる。キャビティー５２１の短軸方向での圧電体膜５の変位量（絶対値）が大きければ大きいほど、弾性板５５の撓み量が大きくなり、より効率的にインク滴を吐出することが可能になる。ここで、効率的とは、より少ない電圧で同じ量のインク滴を飛ばすことができることを意味する。すなわち、駆動回路を簡略化することができ、同時に消費電力を低減することができるため、ノズル５１１のピッチをより高密度に形成することができる。または、キャビティー５２１の長軸の長さを短くすることができるため、ヘッド全体を小型化することができる。
【００９７】
このようにして１回のインクの吐出が終了すると、圧電素子駆動回路は、下部電極４と上部電極６との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子５４は図８（ａ）に示した元の形状に戻り、キャビティー５２１の容積が増大する。なお、このとき、インクには、後述するインクカートリッジ６３１からノズル５１１へ向かう圧力（正方向への圧力）が作用している。このため、空気がノズル５１１からインク室５２１へと入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３を経てキャビティー５２１へ供給される。
このように、インク滴の吐出を行わせたい位置の圧電素子５４に対して、圧電素子駆動回路を介して吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望の）文字や図形等を印刷することができる。
【００９８】
このような構成のヘッド５０を製造するには、まず、インク室基板５２となる母材、すなわち前述した（１１０）配向のシリコン単結晶基板（Ｓｉ基板）からなる基体２を用意する。そして、図３、図４に示したようにこの基体２上にバッファ層３（第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９）を形成し、さらにその上に下部電極４、圧電体膜５、上部電極６を順次形成する。なお、ここで形成したバッファ層３が、弾性板５５となるのは前述した通りである。
【００９９】
次いで、上部電極６、圧電体膜５、下部電極４を、図７（ｂ）に示したように形成する個々のキャビティー５２１に対応させてパターニングし、図５に示したようにキャビティー５２１の数に対応した数の圧電素子５４を形成する。
次いで、インク室基板５２となる母材（基体２）を加工（パターニング）し、前記圧電素子５４に対応する位置にそれぞれキャビティー５２１となる凹部を、また、所定位置にリザーバ５２３および供給口５２４となる凹部を形成する。
【０１００】
具体的には、キャビティー５２１、リザーバ５２３および供給口５２４を形成すべき位置に合せてマスク層を形成し、その後、例えば平行平板型反応性イオンエッチング、誘導結合型方式、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式、ヘリコン波励起方式、マグネトロン方式、プラズマエッチング方式、イオンビームエッチング方式等のドライエッチング、または５重量％〜４０重量％程度の水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等の高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチングを行う。
【０１０１】
ここで、本例では母材（基体２）として（１１０）配向のシリコン基板を用いているので、前述の高濃度アルカリ水溶液を用いたウエットエッチング（異方性エッチング）が好適に採用される。なお、この高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチングの際には、前述したようにバッファ層３における第１バッファ層７をエッチングストッパとして機能させることができることから、インク室基板５２の形成をより容易に行うことができる。
【０１０２】
このようにして母材（基体２）を、その厚さ方向に弾性板５５（バッファ層３）が露出するまでエッチング除去することにより、インク室基板５２を形成する。なお、このときエッチングされずに残った部分が側壁５２２となり、また、露出したバッファ層３（弾性板５５）は、弾性板５５としての機能を発揮し得る状態となる。
【０１０３】
次いで、複数のノズル５１１が形成されたノズル板５１を、各ノズル５１１が各キャビティー５２１となる凹部に対応するように位置合わせし、その状態で接合する。これにより、複数のキャビティー５２１、リザーバ５２３および複数の供給口５２４が形成される。なお、ノズル板５１の接合については、例えば接着剤による接着法や、融着法等を用いることができる。
その後、インク室基板５２を基体５６に取り付け、これによりインクジェット式記録ヘッド５０を得る。
【０１０４】
このようにして得られたインクジェット式記録ヘッド５０にあっては、前述したように良好な圧電特性を有する圧電素子５４を備えているので、インクの吐出性が良好となり、また、Ｐｂを含有しないことによって環境上有利なものとなる。また、インク室基板５２となるシリコン基板（基体２）に圧電素子５４や弾性板５５（バッファ層３）を直接作り込むことができ、したがってこれらの加工等を薄膜プロセスで行うことができることから、ノズル５１１の高密度化などを可能にして高性能化やヘッド全体の小型化を図ることができる。
【０１０５】
次に、前記インクジェット式記録ヘッド５０を備えたインクジェットプリンターについて説明する。なお、本発明においてインクジェットプリンターとは、紙等に印刷するものはもちろん、工業的に用いられる液滴吐出装置も含めたものとする。
【０１０６】
図９は、本発明のインクジェットプリンターを、紙等に印刷する一般的なプリンターに適用した場合の一実施形態を示す概略構成図であり、図９中符号６００はインクジェットプリンターである。なお、以下の説明では、図９中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
インクジェットプリンター６００は、装置本体６２０を備えたもので、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１を有し、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排出口６２２を有し、上部面に操作パネル６７０を有したものである。
【０１０７】
操作パネル６７０は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプ等で構成されたもので、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）とを備えたものである。
装置本体６２０の内部には、主に、往復動するヘッドユニット６３０を備えた印刷装置６４０と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置６４０に送り込む給紙装置６５０と、印刷装置６４０および給紙装置６５０を制御する制御部６６０とが設けられている。
【０１０８】
制御部６６０の制御により、給紙装置６５０は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りするようになっている。間欠送りされる記録用紙Ｐは、ヘッドユニット６３０の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット６３０が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動し、記録用紙Ｐへの印刷を行うようになっている。すなわち、ヘッドユニット６３０の往復動と、記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となり、インクジェット方式の印刷が行なわれるようになっている。
【０１０９】
印刷装置６４０は、ヘッドユニット６３０と、ヘッドユニット６３０の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３を往復動させる往復動機構６４２とを備えたものである。
ヘッドユニット６３０は、その下部に、多数のノズル５１１を備える前記インクジェット式記録ヘッド５０と、このインクジェット式記録ヘッド５０にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、インクジェット式記録ヘッド５０およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有したものである。
【０１１０】
なお、インクカートリッジ６３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。この場合、ヘッドユニット６３０には、各色にそれぞれ対応したインクジェット式記録ヘッド５０が設けられることになる。
【０１１１】
往復動機構６４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有したものである。
キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されたものである。
キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット６３が往復動する。そして、この往復動の際に、インクジェット式記録ヘッド５０から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われるようになっている。
【０１１２】
給紙装置６５０は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有したものである。
給紙ローラ６５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ６５２ａと、駆動ローラ６５２ｂとで構成されたものであり、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されたものである。このような構成によって給紙ローラ６５２は、トレイ６２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置６４０に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ６２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成としてもよい。
【０１１３】
制御部６６０は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置６４０や給紙装置６５０等を制御することにより印刷を行うものである。
この制御部６６０には、いずれも図示しないものの、主に各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、圧電素子（振動源）５４を駆動してインクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置６４０（キャリッジモータ６４１）を駆動する駆動回路、給紙装置６５０（給紙モータ６５１）を駆動する駆動回路、およびホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵとが備えられている。
【０１１４】
また、ＣＰＵには、例えば、インクカートリッジ６３１のインク残量、ヘッドユニット６３の位置、温度、湿度等の印刷環境等を検出可能な各種センサが、それぞれ電気的に接続されている。
制御部６６０は、通信回路を介して印刷データを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは、この印刷データを処理し、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づき、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子５４、印刷装置６４０および給紙装置６５０は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに所望の印刷がなされる。
【０１１５】
このようなインクジェットプリンター６００にあっては、前述したようにインクの吐出性が良好であり、環境上も有利なインクジェット式記録ヘッド５０を備えているので、このインクジェットプリンター６００自体もインクの吐出性が良好であり、環境上も有利なものとなる。
【０１１６】
なお、本発明の圧電素子は、前述したインクジェット式記録ヘッド５０やインクジェットプリンター６００に適用されるだけでなく、種々のデバイスにも適用可能である。
以下、このようなデバイスとして、本発明に係る表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器、並びに電子機器の実施形態を、図面を参照して説明する。
【０１１７】
図１０に、本発明の圧電素子、すなわちＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜を備えた圧電素子を備えた表面弾性波素子の一実施形態を示す。
この表面弾性波素子は、単結晶シリコン基板１１と、バッファ層１２と、導電膜１３と、圧電体膜１４と、保護膜としての酸化物又は窒化物からなる保護層１５と、電極１６とから構成されている。電極１６はインターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：以下、「ＩＤＴ電極」と表記する）であり、上部から観察すると、例えば後述する図４及び図５に示すインターディジタル型電極１４１、１４２、１５１、１５２、１５３のような形状を有するものである。
【０１１８】
このような構成からなる表面弾性波素子を製造するには、まず、単結晶シリコン基板１１として自然酸化膜が表面に形成されたＳｉ（１１１）基板を用意する。ここで用意する単結晶シリコン基板１１としては、予め薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の半導体素子を作製しておいたものとしてもよく、その場合には、得られる表面弾性波素子はこの半導体素子との集積化がなされたものとなる。
【０１１９】
次に、この単結晶シリコン基板１１上に、図１に示した圧電素子１におけるバッファ層３を形成し、これをバッファ層１２とする。なお、このバッファ層１２（バッファ層３）の形成は、前述したように第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９をこの順に積層することで行う。このようにして形成するバッファ層１２の厚さ、すなわち第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９の合計の厚さとしては、例えば１μｍ程度とされる。ただし、これに限るものでないのはもちろんである。
【０１２０】
次いで、前記バッファ層１２上に、図１に示した下部電極４を形成し、これを導電膜１３とする。
次いで、この導電膜１３上に、図１に示した圧電体膜５、すなわちロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜５を厚さ１μｍ程度に形成し、これを圧電体膜１４とする。
【０１２１】
次いで、この圧電体膜１４上に、保護膜１５としてＳｉＯ２膜を例えばレーザーアブレーション法によって形成する。この保護膜１５は、圧電体膜３を雰囲気から保護して例えば雰囲気中の水分や不純物による影響を防ぐと同時に、圧電体膜１４の温度特性をコントロールする役割も果たす。なお、このような目的を満たす限り、保護膜の材質としてはＳｉＯ２に限定されるものではない。
その後、保護層４上に例えばアルミニウム薄膜を成膜し、続いてこれをパターニングすることにより、ＩＤＴと呼ばれる所望の形状の電極５を形成し、図１０に示した表面弾性波素子を得る。
【０１２２】
このような表面弾性波素子にあっては、擬立方晶（１００）配向した結晶膜からなるバッファ層１２上に導電膜１３を介して圧電体膜１４を形成するので、圧電体膜１４がロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向にエピタキシャル成長するようになり、したがってこの圧電体膜１４が良好な膜質となり、これにより表面弾性波素子自体も高性能なものとなる。
また、バッファ層１２上に導電膜１３を介在させて圧電体膜１４を形成しているので、圧電体膜１４がバッファ層１２上に直接配向しにくい場合にも、圧電体膜１４を良好に配向させつつ成膜することができる。したがって、圧電体膜１４として電気機械結合係数を高くすることができる材質を選択することができ、これにより表面弾性波素子自体が高性能なものとなる。
【０１２３】
なお、前記実施形態では圧電体膜１４としてロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３を形成したが、例えば導電膜１３の配向を擬立方晶（１１１）とすることにより、テトラゴナル構造で擬立方晶（１１１）配向のＢｉＦｅＯ３を形成するようにしてもよい。
このような構成としても、このテトラゴナル構造で擬立方晶（１１１）配向のＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜１４が良好な膜質となることにより、表面弾性波素子自体が高性能なものとなる。
【０１２４】
また、特にバッファ層１２上に前記ロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３をエピタキシャル成長させる場合、あるいはテトラゴナル構造で擬立方晶（１１１）配向のＢｉＦｅＯ３を配向成長させることができる場合には、導電膜１３の形成を省略してバッファ層１２上に直接圧電体膜１４を形成するようにしてもよい。その場合にも、圧電体膜１４が良好な膜質となることにより、表面弾性波素子自体が高性能なものとなる。
【０１２５】
図１１に、本発明の周波数フィルタの一実施形態を示す。
図１１に示すように、周波数フィルタは基板１４０を有するものである。この基板１４０としては、例えば図１０に示した表面弾性波素子を形成した基板が用いられている。すなわち、単結晶シリコン基板１１上にバッファ層１２、導電膜１３、圧電体膜１４、保護層１５をこの順に積層して形成された基板である。
【０１２６】
基板１４０の上面には、ＩＤＴ電極１４１及び１４２が形成されている。ＩＤＴ電極１４１、１４２は、例えばＡｌ又はＡｌ合金によって形成されたもので、その厚みはＩＤＴ電極１４１、１４２のピッチの１００分の１程度に設定されている。また、ＩＤＴ電極１４１、１４２を挟むように、基板１４０の上面には吸音部１４３、１４４が形成されている。吸音部１４３、１４４は、基板１４０の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基板１４０上に形成されたＩＤＴ電極１４１には高周波信号源１４５が接続されており、ＩＤＴ電極１４２には信号線が接続されている。
【０１２７】
前記構成において、高周波信号源１４５から高周波信号が出力されると、この高周波信号はＩＤＴ電極１４１に印加され、これによって基板１４０の上面に表面弾性波が発生する。この表面弾性波は、約５０００ｍ／ｓ程度の速度で基板１４０上面を伝播する。ＩＤＴ電極１４１から吸音部１４３側へ伝播した表面弾性波は、吸音部１４３で吸収されるが、ＩＤＴ電極１４２側へ伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ電極１４２のピッチ等に応じて定まる特定の周波数又は特定の帯域の周波数の表面弾性波は電気信号に変換されて、信号線を介して端子１４６ａ、１４６ｂに取り出される。なお、前記特定の周波数又は特定の帯域の周波数以外の周波数成分は、大部分がＩＤＴ電極１４２を通過して吸音部１４４に吸収される。このようにして、本実施形態の周波数フィルタが備えるＩＤＴ電極１４１に供給した電気信号の内、特定の周波数又は特定の帯域の周波数の表面弾性波のみを得る（フィルタリングする）ことができる。
【０１２８】
図１２に、本発明の発振器の一実施形態を示す。
図１２に示すように、発振器は基板１５０を有するものである。この基板１５０としては、先の周波数フィルタと同様に、例えば図１０に示した表面弾性波素子を形成した基板が用いられている。すなわち、単結晶シリコン基板１１上にバッファ層１２、導電膜１３、圧電体膜１４、保護層１５をこの順に積層して形成された基板である。
【０１２９】
基板１５０の上面には、ＩＤＴ電極１５１が形成されており、さらに、ＩＤＴ電極１５１を挟むように、ＩＤＴ電極１５２、１５３が形成されている。ＩＤＴ電極１５１〜１５３は、例えばＡｌ又はＡｌ合金によって形成されたもので、それぞれの厚みはＩＤＴ電極１５１〜１５３各々のピッチの１００分の１程度に設定されている。ＩＤＴ電極１５１を構成する一方の櫛歯状電極１５１ａには、高周波信号源１５４が接続されており、他方の櫛歯状電極１５１ｂには、信号線が接続されている。なお、ＩＤＴ電極１５１は、電気信号印加用電極に相当し、ＩＤＴ電極１５２、１５３は、ＩＤＴ電極１５１によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極に相当する。
【０１３０】
前記構成において、高周波信号源１５４から高周波信号が出力されると、この高周波信号は、ＩＤＴ電極１５１の一方の櫛歯状電極１５１ａに印加され、これによって基板１５０の上面にＩＤＴ電極１５２側に伝播する表面弾性波及びＩＤＴ電極１５３側に伝播する表面弾性波が発生する。なお、この表面弾性波の速度は５０００ｍ／ｓ程度である。これらの表面弾性波の内の特定の周波数成分の表面弾性波は、ＩＤＴ電極１５２及びＩＤＴ電極１５３で反射され、ＩＤＴ電極１５２とＩＤＴ電極１５３との間には定在波が発生する。この特定の周波数成分の表面弾性波がＩＤＴ電極１５２、１５３で反射を繰り返すことにより、特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分が共振して、振幅が増大する。この特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分の表面弾性波の一部は、ＩＤＴ電極１５１の他方の櫛歯状電極１５１ｂから取り出され、ＩＤＴ電極１５２とＩＤＴ電極１５３との共振周波数に応じた周波数（又はある程度の帯域を有する周波数）の電気信号が端子１５５ａと端子１５５ｂに取り出すことができる。
【０１３１】
図１３は、本発明の発振器（表面弾性波素子）をＶＣＳＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ＳＡＷ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用した場合の一例を示す図であり、（ａ）は側面透視図であり、（ｂ）は上面透視図である。
ＶＣＳＯは、金属製（Ａｌ又はステンレススチール製）の筐体６０内部に実装されて構成されている。基板６１上には、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）６２及び発振器６３が実装されている。この場合、ＩＣ６２は、外部の回路（不図示）から入力される電圧値に応じて、発振器６３に印加する周波数を制御する発振回路である。
【０１３２】
発振器６３は、基板６４上に、ＩＤＴ電極６５ａ〜６５ｃが形成されており、その構成は、図１２に示した発振器とほぼ同様である。なお、基板６４には、先の実施形態と同様に、例えば図１０に示した表面弾性波素子を形成した基板が用いられている。
【０１３３】
基板６１上には、ＩＣ６２と発振器６３とを電気的に接続するための配線６６がパターニングされている。ＩＣ６２及び配線６６が例えば金線等のワイヤー線６７によって接続され、発振器６３及び配線６６が金線等のワイヤー線６８によって接続されることにより、ＩＣ６２と発振器６３とが配線６６を介して電気的に接続されている。
【０１３４】
また、前記のＶＣＳＯは、ＩＣ６２と発振器（表面弾性波素子）６３を同一基板上に集積させて形成することも可能である。
図１４に、ＩＣ６２と発振器６３とを集積させたＶＣＳＯの概略図を示す。なお、図１４中において発振器６３は、図１０に示した表面弾性波素子において導電膜１３の形成を省略した構造を有するものとしている。
図１４に示すように、ＶＣＳＯは、ＩＣ６２と発振器６３とにおいて、単結晶シリコン基板６１（１１）を共有させて形成されている。ＩＣ６２と、発振器６３に備えられた電極６５ａ（１５）とは、図示しないものの電気的に接続されている。本実施形態では、ＩＣ６２を構成するトランジスタとして、特に、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を採用している。
【０１３５】
ＩＣ６２を構成するトランジスタとしてＴＦＴを採用することにより、本実施形態では、まず、単結晶シリコン基板６１上に発振器（表面弾性波素子）６３を形成し、その後、単結晶シリコン基板６１とは別の第２の基板上で形成したＴＦＴを、単結晶シリコン基板６１上に転写させて、ＴＦＴと発振器６３を集積させることができる。したがって、基板上にＴＦＴを直接形成させることが困難か、形成させることが適さない材料であっても、転写により好適に形成させることが可能となる。転写方法については、種々の方法が採用可能であるが、特に、特開平１１−２６７３３号公報に記載の転写方法が好適に採用できる。
【０１３６】
図１３及び図１４に示したＶＣＳＯは、例えば、図１５に示すＰＬＬ回路のＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）として用いられる。ここで、ＰＬＬ回路について簡単に説明する。
図１５はＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図であり、この図１５に示すようにＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低域フィルタ７２、増幅器７３、及びＶＣＯ７４から構成されている。位相比較器７１は、入力端子７０から入力される信号の位相（又は周波数）とＶＣＯ７４から出力される信号の位相（又は周波数）とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力するものである。低域フィルタ７２は、位相比較器７１から出力される誤差電圧信号の位置の低周波成分のみを通過させるものであり、増幅器７３は、低域フィルタ７２から出力される信号を増幅するものである。ＶＣＯ７４は、入力された電圧値に応じて発振する周波数がある範囲で連続的に変化する発振回路である。
【０１３７】
このような構成のもとにＰＬＬ回路は、入力端子７０から入力される位相（又は周波数）とＶＣＯ７４から出力される信号の位相（又は周波数）との差が減少するように動作し、ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数を入力端子７０から入力される信号の周波数に同期させる。ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数が入力端子７０から入力される信号の周波数に同期すると、その後は一定の位相差を除いて入力端子７０から入力される信号に一致し、また、入力信号の変化に追従するような信号を出力するようになる。
【０１３８】
図１６に、本発明の電子回路の一実施形態として、その電気的構成をブロック図で示す。なお、図１６に示す電子回路は、例えば、図１７に示す携帯電話機１００の内部に設けられる回路である。ここで、図１７に示した携帯電話機１００は、本発明の電子機器の一例としてのもので、アンテナ１０１、受話器１０２、送話器１０３、液晶表示部１０４、及び操作釦部１０５等を備えて構成されたものである。
【０１３９】
図１６に示した電子回路は、前記携帯電話機１００内に設けられる電子回路の基本構成を有したもので、送話器８０、送信信号処理回路８１、送信ミキサ８２、送信フィルタ８３、送信電力増幅器８４、送受分波器８５、アンテナ８６ａ，８６ｂ、低雑音増幅器８７、受信フィルタ８８、受信ミキサ８９、受信信号処理回路９０、受話器９１、周波数シンセサイザ９２、制御回路９３、及び入力／表示回路９４を備えて構成されたものである。なお、現在実用化されている携帯電話機は、周波数変換処理を複数回行っているため、その回路構成はより複雑となっている。
【０１４０】
送話器８０は、例えば音波信号を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現されるもので、図１７に示す携帯電話機１００中の送話器１０３に相当するものである。送信信号処理回路８１は、送話器８０から出力される電気信号に対して、例えばＤ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ８２は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングするものである。なお、送信ミキサ８２に供給される信号の周波数は、例えば３８０ＭＨｚ程度である。送信フィルタ８３は、中間周波数（以下、「ＩＦ」と表記する）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。なお、送信フィルタ８３から出力される信号は、図示しない変換回路によってＲＦ信号に変換されるようになっている。このＲＦ信号の周波数は、例えば１．９ＧＨｚ程度である。送信電力増幅器８４は、送信フィルタ８３から出力されるＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器８５へ出力するものである。
【０１４１】
送受分波器８５は、送信電力増幅器８４から出力されるＲＦ信号をアンテナ８６ａ，８６ｂへ出力し、アンテナ８６ａ，８６ｂから電波の形で送信するものである。また、送受分波器８５は、アンテナ８６ａ，８６ｂで受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器８７へ出力するものである。なお、送受信分波器８５から出力される受信信号の周波数は、例えば２．１ＧＨｚ程度である。低雑音増幅器８７は、送受分波器８５からの受信信号を増幅するものである。なお、低雑音増幅器８７から出力される信号は、図示しない変換回路によってＩＦに変換されるようになっている。
【０１４２】
受信フィルタ８８は、図示しない変換回路によって変換されたＩＦの必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。受信ミキサ８９は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて、送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングするものである。なお、受信ミキサ８９に供給される中間周波数は、例えば１９０ＭＨｚ程度である。受信信号処理回路９０は、受信ミキサ８９から出力される信号に対して、例えばＡ／Ｄ変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話器９１は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現されるもので、図１７に示した携帯電話機１００中の受話器１０２に相当するものである。
【０１４３】
周波数シンセサイザ９２は、送信ミキサ８２へ供給する信号（例えば、周波数３８０ＭＨｚ程度）及び受信ミキサ８９へ供給する信号（例えば、周波数１９０ＭＨｚ）を生成する回路である。なお、周波数シンセサイザ９２は、例えば７６０ＭＨｚの発振周波数で発信するＰＬＬ回路を備え、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して周波数が３８０ＭＨｚの信号を生成し、さらに分周して周波数が１９０ＭＨｚの信号を生成するようになっている。制御回路９３は、送信信号処理回路８１、受信信号処理回路９０、周波数シンセサイザ９２、及び入力／表示回路９４を制御することにより、携帯電話機の全体動作を制御するものである。入力／表示回路９４は、図１７に示した携帯電話機１００の使用者に対して機器の状態を表示したり、操作者の指示を入力するためのものであり、例えばこの携帯電話機１００の液晶表示部１０４及び操作釦部１０５に相当するものである。
【０１４４】
以上の構成の電子回路において、送信フィルタ８３及び受信フィルタ８８として、図１１に示した周波数フィルタが用いられている。フィルタリングする周波数（通過させる周波数）は、送信ミキサ８２から出力される信号の内の必要となる周波数、及び、受信ミキサ８９で必要となる周波数に応じて送信フィルタ８３及び受信フィルタ８８で個別に設定されている。また、周波数シンセサイザ９２内に設けられるＰＬＬ回路は、図８に示したＰＬＬ回路のＶＣＯ７４として、図１２に示した発振器又は図１３及び図１４に示した発振器（ＶＣＳＯ）を設けたものである。
【０１４５】
図１８に、本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す。図１８中符号３０は特に通信用素子や通信用フィルタとして用いられるダイアフラム型の薄膜圧電共振器であり、この薄膜圧電共振器３０は、単結晶シリコン基板からなる基体３１上に、弾性板３２を介して共振子３３を形成したものである。
基体３１は、（１１０）配向した厚さ２００μｍ程度の単結晶シリコン基板からなるもので、その底面側（共振子３２と反対の側）には、該基体３１の底面側から上面側にまで貫通するビアホール３４が形成されている。
【０１４６】
弾性板３２は、本実施形態では図１に示した圧電素子１におけるバッファ層３によって形成されたもので、前記基体３１の（１１０）面上に形成されたものである。また、共振子３３は、図１に示した圧電素子１における下部電極４、圧電体膜５、上部電極６によって形成されている。このような構成のもとに薄膜圧電共振器３０は、基体３１上に図１に示した圧電素子１の主部（基体２を除く部分）をそのまま形成した構成のものとなっている。
【０１４７】
すなわち、弾性板３２を構成するバッファ層３は、前述したように第１のバッファ層７と第２のバッファ層８と第３のバッファ層９とからなっている。特に第１バッファ層７は、イオンビームアシスト法によってエピタキシャル成長させられており、これによって基体３１上に直接形成されたものとなっている。
なお、この弾性板３２については、例えば基体３１上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を厚さ２００ｎｍ程度に形成し、さらにその上に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を厚さ４００ｎｍ〜３μｍ程度に形成しておき、これらの上に前記バッファ層３を形成して、これら窒化シリコンと二酸化シリコンとバッファ層３との積層膜を弾性板３２としてもよい。
【０１４８】
下部電極４は、前述したように擬立方晶（１００）配向にエピタキシャル成長されたペロブスカイト型の金属酸化物となっており、本実施形態ではＳｒＲｕＯ３からなっている。ただし、本実施形態では、その厚さが２００ｎｍ程度に厚く形成されている。
圧電体膜５は、前述したように擬立方晶（１００）配向のペロブスカイト型金属酸化物（ＳｒＲｕＯ３）の、（１００）面に成長したことによって形成されたもので、ロンボヘドラル構造でありかつ擬立方晶（１００）配向のＢｉＦｅＯ３からなっている。なお、本実施形態では厚さが０．９μｍ程度に形成されている。
【０１４９】
上部電極６は、前記下部電極４と同様、擬立方晶（１００）配向にエピタキシャル成長されたＳｒＲｕＯ３からなっている。ただし、この上部電極６、本実施形態では厚さ７００ｎｍ程度に厚く形成されている。なお、この上部電極６についても、ＳｒＲｕＯ３に限定されることなく、ＰｔやＩｒ、ＩｒＯｘなど公知の電極材料を用いることができる。
なお、この上部電極６には、弾性板３２上に形成された電極３５に電気的に接続するための、金等からなる配線３７がパッド３６を介して設けられている。
【０１５０】
このような構成の薄膜圧電共振器３０を製造するには、まず、基体３１となる母材、すなわち前述した（１１０）配向の単結晶シリコン基板（Ｓｉ基板）を用意する。そして、このＳｉ基板上にバッファ層３（第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９）を形成し、さらにその上に下部電極４、圧電体膜５、上部電極６を順次形成する。なお、弾性板３２として窒化シリコンと二酸化シリコンとバッファ層３との積層膜を採用する場合には、バッファ層３の形成に先立ってＳｉ基板上に窒化シリコンと二酸化シリコンとをこの順に形成しておく。この場合に、バッファ層３の第１バッファ層７は二酸化シリコン上に形成されることになるが、前述したようにイオンビームアシスト法を用いてエピタキシャル成長させることにより、この第１バッファ層７は二酸化シリコン上にも良好に形成されるようになる。
【０１５１】
次いで、上部電極６、圧電体膜５、下部電極４を、形成するビアホール３４に対応させてそれぞれパターニングし、共振子３３を形成する。なお、特に下部電極４のパターニングに際しては、図１８に示したように下部電極４とは別に電極３５も同時に形成しておく。
次いで、単結晶シリコン基板をその底面側からエッチング等によって加工（パターニング）し、これを貫通するビアホール３４を形成する。
その後、上部電極６と電極３５との間を接続するパッド３６及び配線３７を形成し、薄膜圧電共振器３０を得る。
【０１５２】
このようにして得られた薄膜圧電共振器３０は、例えば１．４ＧＨｚ、１．８ＧＨｚといったＧＨｚ帯の波長にて吸収ピークを有するものとなり、したがってこのようなＧＨｚ帯などの高周波数領域で共振する共振器となる。また、この薄膜圧電共振器３０にあっては、特にＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜が高い電気機械結合係数（例えばｋ２＝５〜１０％）を有することから、小型（薄型）であるにもかかわらず良好に機能するものとなる。さらに、圧電体膜にＰｂが含有されていないため、環境汚染に対しても有利なものとなる。
また、シリコン基板からなる基体３１に弾性板３２（バッファ層３）や共振子３３を直接作り込むことができ、したがってこれらの加工等を薄膜プロセスで行うことができることから、高密度化など微細化への対応が可能になる。
【０１５３】
なお、前記実施形態では下部電極４をペロブスカイト型の金属酸化物からなる電極としたが、このペロブスカイト型の電極に代えてＰｔ（白金）を用いることもできる。このＰｔは、その成膜法に関係なく（１１１）配向となり、例えばスパッタ法等の比較的簡易な方法を採用することで、バッファ層３上に容易に配向成長するものとなる。ここで、このように下部電極４をＰｔによって形成する場合、特にこれの下地としてバッファ層３を形成する必要はなくなる。したがって、この場合には、前述したように基体２上に窒化シリコンと二酸化シリコンとを形成しておき、これらの積層膜を弾性板３２とするのが好ましい。
【０１５４】
図１９は、本発明の薄膜圧電共振器の他の実施形態を示す図であり、図１９中符号４０は薄膜圧電共振器である。この薄膜圧電共振器４０が図１８に示した薄膜圧電共振器３０と主に異なるところは、ビアホールを形成せず、基体４１と共振子４２との間にエアギャップ４３を形成した点にある。
すなわち、この薄膜圧電共振器４０は、（１１０）配向した単結晶シリコン基板からなる基体４１上に、共振子４２を形成したものである。この共振子４２は、前述した下部電極４、圧電体膜５、上部電極６と同じ材質からなる下部電極４４、圧電体膜４５、上部電極４６によって形成されたもので、特にエアギャップ４３上にてこれら下部電極４４、圧電体膜４５、上部電極４６が積層されたことにより、形成されたものである。
【０１５５】
ここで、本実施形態では、下部電極４４の下側に前記エアギャップ４３を覆った状態でバッファ層３が形成されており、このバッファ層３が先の例と同様に弾性板４７となっている。なお、この弾性板４７についても、先の例と同様に基体４１上に窒化シリコンと二酸化シリコンとを形成しておき、あるいは二酸化シリコンのみを形成しておき、これの上にバッファ層３を形成してこれらの積層膜を弾性板４７としてもよい。
【０１５６】
このような構成の薄膜圧電共振器４０を形成するには、まず、基体４１上に例えばゲルマニウム（Ｇｅ）を蒸着等によって成膜し、さらにこれを形成するエアギャップの形状と同じ形状にパターニングすることにより、犠牲層を形成する。
次に、この犠牲層を覆ってバッファ層３、すなわち前述した第１のバッファ層と第２のバッファ層と第３のバッファ層とをこの順に形成する。なお、これに先だって窒化シリコンと二酸化シリコンとを形成しておき、あるいは二酸化シリコンのみを形成しておいてもよい。続いて、これらバッファ層を所望形状にパターニングする。
【０１５７】
次いで、バッファ層３を覆って下部電極４４となる層を形成し、さらにこれをドライエッチング等でパターニングすることにより、下部電極４４を形成する。
次いで、下部電極４４を覆って圧電体膜４５となる層を形成し、さらにこれをドライエッチング等でパターニングすることにより、圧電体膜４５を形成する。
次いで、圧電体膜４５を覆って上部電極４６となる層を形成し、さらにこれをドライエッチング等でパターニングすることにより、上部電極４６を形成する。なお、このようにして犠牲層の上に、バッファ層３、下部電極４４、圧電体膜４５、上部電極４６をそれぞれパターニングして形成することにより、犠牲層はその一部が外側露出したものとなる。
その後、前記犠牲層を例えば過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）でエッチングするで基体４１上から除去し、これによってエアギャップ４３を形成することにより、薄膜圧電共振器４０を得る。
なお、本実施形態においても、下部電極４４としてペロブスカイト型の電極に代えてＰｔ（白金）を用いることもでき、その場合に、下部電極４の下地としてバッファ層３に代えて窒化シリコンと二酸化シリコンとを用いてもよい。
【０１５８】
このようにして得られた薄膜圧電共振器４０は、例えば２ＧＨｚの波長にて吸収ピークを有するものとなり、したがってこのようなＧＨｚ帯などの高周波数領域で共振する共振器となる。また、この薄膜圧電共振器４０にあっても、特にＢｉＦｅＯ３からなる圧電体膜が高い電気機械結合係数（例えばｋ２＝５〜１０％）を有することから、小型（薄型）であるにもかかわらず良好に機能するものとなる。さらに、圧電体膜にＰｂが含有されていないため、環境汚染に対しても有利なものとなる。
また、シリコン基板からなる基体４１に弾性板４７（バッファ層３）や共振子４２を直接作り込むことができ、したがってこれらの加工等を薄膜プロセスで行うことができることから、高密度化など微細化への対応が可能になる。
【０１５９】
また、前述した薄膜圧電共振器３０、４０にあっては、インダクタンスやコンデンサ等の回路構成要素と適宜に組み合わされることにより、良好な誘導フィルタを構成するものとなる。
【０１６０】
以上、本発明の実施形態による表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器及び電子機器（携帯電話機１００）について説明したが、本発明は、前記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。
例えば、前記実施形態においては電子機器として携帯電話機を、電子回路として携帯電話機内に設けられる電子回路をその一例として挙げ、説明したが、本発明は携帯電話機に限定されることなく、種々の移動体通信機器及びその内部に設けられる電子回路に適用することができる。
【０１６１】
さらに、移動体通信機器のみならずＢＳ及びＣＳ放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。さらには、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢ等の電子機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】本発明の圧電素子の一実施形態を示す断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はペロブスカイト型結晶構造の説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は圧電素子の製造工程図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は圧電素子の製造工程図である。
【図５】インクジェット式記録ヘッドの概略構成図である。
【図６】インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図７】（ａ）はキャビティーの、（ｂ）は圧電素子の平面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）はヘッドの動作を説明するための図である。
【図９】本発明のインクジェットプリンターの概略構成図である。
【図１０】本発明に係る表面弾性波素子を示す側断面図である。
【図１１】本発明に係る周波数フィルタを示す斜視図である。
【図１２】本発明に係る発振器を示す斜視図である。
【図１３】前記発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略図である。
【図１４】前記発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略図である。
【図１５】ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明に係る電子回路の構成を示すブロック図である。
【図１７】電子機器の実施形態としての携帯電話機を示す斜視図である。
【図１８】本発明に係る薄膜圧電共振器を示す側断面図である。
【図１９】本発明に係る薄膜圧電共振器を示す側断面図である。
【符号の説明】
【０１６３】
１…圧電素子、２…シリコン基板（Ｓｉ基板）、３…バッファ層、
４…下部電極、５…圧電体膜、６…上部電極、７…第１バッファ層、
８…第２バッファ層、９…第３バッファ層、
５０…インクジェット式記録ヘッド（ヘッド）、５４…圧電素子、
６０…インクジェットプリンター、
１１…単結晶シリコン基板（単結晶基板）、１２…バッファ層、
１３…導電膜、１４…圧電体膜、１５…保護膜、１６…電極、
５２１…キャビティー
【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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