(57)【要約】【課題】  良好な圧電特性を有する圧電体膜を提供する。【解決手段】  本発明に係る圧電体膜５は，  Ａ１−ｂＢ１−ａＸａＯ３の一般式で示され、  Ａは、Ｐｂを含み、  Ｂは、ＺｒおよびＴｉのうちの少なくとも一つからなり、  Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、  ａは、０．０５≦ａ≦０．３の範囲であり、  ｂは，０．０２５≦ｂ≦０．１５の範囲である。【選択図】      図１
2005150694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ１−ｂＢ１−ａＸａＯ３の一般式で示され、
Ａは、Ｐｂを含み、
Ｂは、ＺｒおよびＴｉのうちの少なくとも一つからなり、
Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
ａは、０．０５≦ａ≦０．３の範囲であり、
ｂは、０．０２５≦ｂ≦０．１５の範囲である、圧電体膜。
【請求項２】
請求項１において、
前記Ｐｂは、一部がＰｂより価数の高い元素のうちの少なくとも一つによって置換されている、圧電体膜。
【請求項３】
請求項２において、
前記Ｐｂより価数の高い元素は、ランタノイド系元素からなる、圧電体膜。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
ロンボヘドラル構造であり、かつ擬立方晶（１００）に優先配向している、圧電体膜。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ａの欠損量ｂは、前記Ｘの添加量ａのほぼ半分である、圧電体膜。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記Ｘは、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ａの欠損量ｂは、前記Ｘの添加量ａとほぼ同じである、圧電体膜。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記Ｘは、Ｘ１およびＸ２を含み、
前記Ｘ１と前記Ｘ２との組成比は、（ａ−ｅ）：ｅで示され、
前記Ｘ１は、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ｘ２は、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ａの欠損量ｂは、前記Ｘ１の添加量の半分の量（ａ−ｅ）／２と、前記Ｘ２の添加量ｅと、を合計した量とほぼ同じである、圧電体膜。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記Ｘは、ペロブスカイト型構造のＢサイトに存在する、圧電体膜。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含み、
ＺｒとＴｉとの組成比は、（１−ｐ）：ｐで示され、
ｐは、０．２≦ｐ≦０．６の範囲である、圧電体膜。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の圧電体膜を有する、圧電素子。
【請求項１１】
請求項１０において、
基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された前記圧電体膜と、
前記圧電体膜の上方に形成された上部電極と、を含み、
前記下部電極および前記上部電極のうちの少なくとも一つは、Ｐｔを主とする材料からなる、圧電素子。
【請求項１２】
請求項１０において、
基板の上方にイオンビームアシスト法で形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された、ペロブスカイト型構造の下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された前記圧電体膜と、
前記圧電体膜の上方に形成された上部電極と、を含む、圧電素子。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記下部電極は、擬立方晶（１００）に優先配向してエピタキシャル成長したものである、圧電素子。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の圧電素子を有する、圧電アクチュエーター。
【請求項１５】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の圧電素子を有する、圧電ポンプ。
【請求項１６】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の圧電素子を有する、インクジェット式記録ヘッド。
【請求項１７】
請求項１６に記載のインクジェット式記録ヘッドを有する、インクジェットプリンター。
【請求項１８】
請求項１０に記載の圧電素子を有する、表面弾性波素子。
【請求項１９】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の圧電素子を有する、薄膜圧電共振子。
【請求項２０】
請求項１８に記載の表面弾性波素子および請求項１９に記載の薄膜圧電共振子のうちの少なくとも一方を有する、周波数フィルタ。
【請求項２１】
請求項１８に記載の表面弾性波素子および請求項１９に記載の薄膜圧電共振子のうちの少なくとも一方を有する、発振器。
【請求項２２】
請求項２０に記載の周波数フィルタおよび請求項２１に記載の発振器のうちの少なくとも一方を有する、電子回路。
【請求項２３】
請求項１５に記載の圧電ポンプおよび請求項２２に記載の電子回路のうちの少なくとも一方を有する、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体膜、圧電素子、圧電アクチュエーター、圧電ポンプ、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、薄膜圧電共振子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、およ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（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）に代表される圧電体膜を用いた圧電素子が用いられている（例えば、特開２００１−２２３４０４号公報参照）。
【０００３】
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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、良好な圧電特性を有する圧電体膜を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記圧電体膜を用いた圧電素子、該圧電素子を用いた圧電アクチュエーター、圧電ポンプ、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、薄膜圧電共振子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、およ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】
【０００５】
本発明に係る圧電体膜は、
Ａ１−ｂＢ１−ａＸａＯ３の一般式で示され、
Ａは、Ｐｂを含み、
Ｂは、ＺｒおよびＴｉのうちの少なくとも一つからなり、
Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
ａは、０．０５≦ａ≦０．３の範囲であり、
ｂは、０.０２５≦ｂ≦０．１５の範囲である。
【０００６】
この圧電体膜によれば、前記Ｂより価数の高い前記Ｘを、ペロブスカイト型構造のＢサイトの前記Ｂ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ることができる。
【０００７】
本発明に係る圧電体膜において、代表的には、ＡはＰｂ、ＢはＺｒおよびＴｉからなる。この場合、上述の一般式Ａ１−ｂＢ１−ａＸａＯ３は、Ｐｂ１−ｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）１−ａＸａＯ３となる。なお、以下に述べるＡおよびＢについても同様である。
【０００８】
本発明において、前記一般式における各元素の組成比の範囲は必ずしも厳密なものではなく、所望の特性が得られる程度のずれや測定誤差によるずれを有することができる。このことは、以下に述べる一般式においても同様である。
【０００９】
この圧電体膜によれば、前記Ｂより価数の高い前記Ｘを、ペロブスカイト型構造のＢサイトの前記Ｂ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ることができる。
【００１０】
本発明に係る圧電体膜において、
前記Ｐｂは、一部がＰｂより価数の高い元素のうちの少なくとも一つによって置換されていることができる。
【００１１】
本発明に係る圧電体膜において、
前記Ｐｂより価数の高い元素は、ランタノイド系元素からなることができる。
【００１２】
本発明に係る圧電体膜において、
ロンボヘドラル構造であり、かつ擬立方晶（１００）に優先配向していることができる。
【００１３】
本発明において、「優先配向」とは、１００％の結晶が所望の（００１）配向になっている場合と、所望の（００１）配向にほとんどの結晶（例えば９０％以上）が配向し、残りの結晶が他の配向（例えば（１１１）配向）となっている場合と、を含む。
【００１４】
本発明に係る圧電体膜において、
前記Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ａの欠損量ｂは、前記Ｘの添加量ａのほぼ半分であることができる。
【００１５】
本発明に係る圧電体膜において、
前記Ｘは、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ａの欠損量ｂは、前記Ｘの添加量ａとほぼ同じであることができる。
【００１６】
本発明に係る圧電体膜において、
前記Ｘは、Ｘ１およびＸ２を含み、
前記Ｘ１と前記Ｘ２との組成比は、（ａ−ｅ）：ｅで示され、
前記Ｘ１は、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ｘ２は、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ａの欠損量ｂは、前記Ｘ１の添加量の半分の量（ａ−ｅ）／２と、前記Ｘ２の添加量ｅと、を合計した量とほぼ同じであることができる。
【００１７】
本発明に係る圧電体膜において、
前記Ｘは、ペロブスカイト型構造のＢサイトに存在することができる。
【００１８】
本発明に係る圧電体膜において、
前記Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含み、
ＺｒとＴｉとの組成比は、（１−ｐ）：ｐで示され、
ｐは、０．２≦ｐ≦０．６の範囲であることができる。
【００１９】
本発明の圧電素子は、上述の圧電体膜を有することができる。
【００２０】
本発明に係る圧電素子において、
基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された前記圧電体膜と、
前記圧電体膜の上方に形成された上部電極と、を含み、
前記下部電極および前記上部電極のうちの少なくとも一つは、Ｐｔを主とする材料からなることができる。
【００２１】
本発明において、特定のもの（以下、「Ａ」という）の上方に形成された他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）とは、Ａ上に直接形成されたＢと、Ａ上に、Ａ上の他のものを介して形成されたＢと、を含む。また、本発明において、Ａの上方にＢを形成するとは、Ａ上に直接Ｂを形成する場合と、Ａ上に、Ａ上の他のものを介してＢを形成する場合と、を含む。
【００２２】
本発明に係る圧電素子において、
基板の上方にイオンビームアシスト法で形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成されたペロブスカイト型構造の下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された前記圧電体膜と、
前記圧電体膜の上方に形成された上部電極と、を含むことができる。
【００２３】
本発明に係る圧電素子において、
前記下部電極は、擬立方晶（１００）に優先配向してエピタキシャル成長したものであることができる。
【００２４】
本発明に係る圧電アクチュエーターは、上述の圧電素子を有することができる。
【００２５】
本発明に係る圧電ポンプは、上述の圧電素子を有することができる。
【００２６】
本発明に係るインクジェット式記録ヘッドは、上述の圧電素子を有することができる。
【００２７】
本発明に係るインクジェットプリンターは、上述のインクジェット式記録ヘッドを有することができる。
【００２８】
本発明に係る表面弾性波素子は、上述の圧電素子を有することができる。
【００２９】
本発明に係る薄膜圧電共振子は、上述の圧電素子を有することができる。
【００３０】
本発明に係る周波数フィルタは、上述の表面弾性波素子および上述の薄膜圧電共振子のうちの少なくとも一方を有することができる。
【００３１】
本発明に係る発振器は、上述の表面弾性波素子および上述の薄膜圧電共振子のうちの少なくとも一方を有することができる。
【００３２】
本発明に係る電子回路は、上述の周波数フィルタおよび上述の発振器のうちの少なくとも一方を有することができる。
【００３３】
本発明に係る電子機器は、上述の圧電ポンプおよび上述の電子回路のうちの少なくとも一方を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
１．第１の実施形態
１−１．圧電体膜および圧電素子
図１は、本発明の圧電素子１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１に適用した場合の一実施形態を示す図である。
【００３６】
この圧電素子１は、基板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、を備えて構成されている。
【００３７】
基板２は、例えばシリコン基板を用いることができる。本実施形態において、基板２には、シリコンの（１１０）基板を用いている。基板２は加工されることにより、後述するように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において弾性膜として機能するものとなる。
【００３８】
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シリコン基板からなる基板２と後述する下部電極４との間で、優れた接合性（密着性）を得ることができる。また、このようなバッファ層３の結晶性および配向性によって、その上に形成される下部電極４および圧電体膜５の結晶性および配向性をコントロールすることができる。その結果、圧電素子１として優れたデバイス特性を実現することができる。
【００３９】
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が好ましい。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ことができる。
【００４０】
本実施形態におけるバッファ層３は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物または蛍石型構造の金属酸化物からなる第１バッファ層７および第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。
【００４１】
第１バッファ層７は、例えばイオンビームアシスト法で形成することができる。第１バッファ層７は、例えば立方晶（１００）配向のイットリア安定化ジルコニア（以下、「ＹＳＺ」という）を用いることができる。ＹＳＺとしては、以下の式で表されるものを任意に用いることができる。
Ｚｒ１−ｘＬｎｘＯｙ      ０≦ｘ≦１．０
（Ｌｎ；Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）
第１バッファ層７の厚さは、例えば１μｍ程度に厚く形成される。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板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において弾性膜として機能させた際、実質的にはこの第１バッファ層７が弾性膜として機能することができる。
【００４２】
第１バッファ層７は、基板２上に直接形成されるが、シリコン基板からなる基板２表面には通常、自然酸化膜（二酸化シリコン）が形成されている。従って、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、基板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。
【００４３】
第２バッファ層８は、例えば立方晶（１００）配向のＣｅＯ２を用いることができる。第２バッファ層８は、第１バッファ層７上にエピタキシャル成長させられるものを用いることができる。第２バッファ層８の厚さは、例えば１００ｎｍ程度である。
【００４４】
なお、これら第１バッファ層７および第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などが挙げられるが、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。
【００４５】
蛍石型構造の金属酸化物としては、例えば、ＹＳＺ、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。
【００４６】
第３バッファ層９としては、例えば層状ペロブスカイト型酸化物であるＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ｘは、例えば７）を用いることができる。第３バッファ層９は、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るものを用いることができる。第３バッファ層９の厚さは、例えば３０ｎｍ程度である。第３バッファ層９にペロブスカイト構造を有する金属酸化物を用いることにより、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る。従って、欠陥等がない良好な結晶構造を有するとともに、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。
【００４７】
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などを用いることもできる。
【００４８】
下部電極４は、例えば擬立方晶（１００）に優先配向してエピタキシャル成長したＳｒＲｕＯ３を用いることができる。下部電極４に擬立方晶（１００）に優先配向してエピタキシャル成長したものを用いることによって、下部電極４上にロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）に優先配向した圧電体膜５を、より良好に形成することができる。下部電極４の厚さは、例えば５０〜１５０ｎｍ程度である。
【００４９】
下部電極４としては、例えば（１００）配向したＰｔを用いることもできる。この場合、下部電極４の厚さは、例えば３０ｎｍ程度である。下部電極４としては、例えば（１１１）配向したＰｔを用いることもできる。この場合、後述する圧電体膜５の厚さを１００ｎｍ以上とすることで、圧電体膜５は成膜途中で擬立方晶（１００）に優先配向し、擬立方晶（１００）に優先配向した圧電体膜５を得ることができる。
【００５０】
圧電体膜５は、ペロブスカイト型の結晶構造を有し、Ａ１−ｂＢ１−ａＸａＯ３の一般式で示されることができる。Ａは、Ｐｂを含む。Ｂは、ＺｒおよびＴｉのうちの少なくとも一つからなる。Ｘは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなる。例えば、圧電体膜５は、ペロブスカイト型の結晶構造を有するＰｂ1−ｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）１−ａＸａＯ３（以下、「ＰＺＴＸ」ともいう。）からなることができる。ＰＺＴＸとは、ペロブスカイト型の結晶構造を有するＰｂ（Ｚｒ１−ｐＴｉｐ）Ｏ３（以下、「ＰＺＴ」ともいう。）において、Ｘを添加したものである。Ｘの添加量は、上述の式のａで示される。ペロブスカイト型とは、図２および図３に示すような結晶構造を有するもので、図２および図３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。ＰＺＴＸでは、ＰｂがＡサイトに位置し、Ｚｒ、Ｔｉ、ＸがＢサイトに位置する。また、Ｏ（酸素）は図２および図３においてＯで示したところに位置する。
【００５１】
母体となるＰＺＴの組成式Ｐｂ（Ｚｒ１−ｐＴｉｐ）Ｏ３におけるｐは、ある範囲を有する。ｐの上限値としては、圧電体膜５の結晶構造の相境界（ＭＰＢ）におけるｐの値（以下、「ｐＭＰＢ」ともいう。）となる。相境界におけるｐの値（ｐＭＰＢ）とは、ロンボヘドラル構造とテトラゴナル構造とが相転移するときのＴｉの組成比を示す値である。そして、ｐの範囲としては、相転移するときの組成比より小さく、これによりロンボヘドラル構造となる範囲とされる。ここで、圧電定数（ｄ３１）は、相境界付近で極大値をとる。従って、ｐの下限値としては、相境界におけるｐの値（ｐＭＰＢ）に近い値が選択される。よって、ｐの範囲としては、本発明を構成するうえでは比較的小さい値まで許容できるものの、より高い圧電定数（ｄ３１）を得るためには、好ましいｐの値、すなわち相境界におけるｐの値（ｐＭＰＢ）により近い値が選択される。従って、ｐの範囲の下限値は、圧電素子１を動作させる際に、許容される圧電定数（ｄ３１）の下限値のときのｐの値となる。上述の内容を式で示すと、例えば、ｐは、
（ｐＭＰＢ−０．０５）≦ｐ≦ｐＭＰＢ
の範囲であることができる。
【００５２】
ＰＺＴにＸが添加されない場合、すなわちＰＺＴの場合には、ｐＭＰＢは、０．５０程度である。一方、ＰＺＴのＢサイトにＸを２０ａｔ％添加したときのｐＭＰＢは、例えば、０．４５〜０．６程度である。なお、ｐＭＰＢは、Ｘの添加量、成膜条件、および膜応力などによって変り得るため、特に限定されず、
０．２５≦ｐＭＰＢ≦０．６
の範囲であることができる。従って、ｐは、
０．２≦ｐ≦０．６
の範囲であることができる。
【００５３】
ｐが上述の範囲内であれば、容易にＰＺＴＸからなる圧電体膜５を、相境界付近のロンボヘドラル構造にコントロールすることができ、デバイスとして高い圧電特性を発現できる。圧電体膜５は、圧電体膜５の結晶構造の相境界におけるｐ（ｐＭＰＢ）を有することもできる。これにより、圧電定数（ｄ３１）を、極大値とすることができる。
【００５４】
Ｘは、Ｚｒ，Ｔｉより価数の高い金属元素を用いることができる。Ｚｒ，Ｔｉ（＋４価）より価数の高い金属元素としては、例えばＶ（＋５価）、Ｎｂ（＋５価）、Ｔａ（＋５価）、Ｃｒ（＋６価）、Ｍｏ（＋６価）、およびＷ（＋６価）などである。すなわち、Ｘは、例えばＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちから選択された少なくとも一種であることができる。
【００５５】
Ｐｂ系のペロブスカイト型構造を有するもの、例えばＰＺＴなどは、Ｐｂの蒸気圧が高いために、ペロブスカイト型構造のＡサイトに位置するＰｂが蒸発しやすい。上述のＰＺＴＸでは、組成式Ｐｂ1−ｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）１−ａＸａＯ３において、ｂがＰｂの欠損量を表している。ＰｂがＡサイトから抜けると、電荷中性の原理によって同時に酸素が欠損する。この現象は、Ｓｃｈｏｔｔｏｋｙ欠陥と呼ばれる。例えば、ＰＺＴにおいて酸素が欠損すると、ＰＺＴのバンドギャップが低下する。このバンドギャップの低下によって、電極界面でのバンドオフセットが減少し、ＰＺＴからなる圧電体膜の絶縁性が低下する。
【００５６】
また、酸素欠陥は、その欠陥のネットワークを通して、酸素イオンの拡散を引き起こすことを、分子動力学シミュレーションから示すことができる。酸素イオンは、ＰＺＴ系の原子の中で、最も拡散しやすいイオンである。酸素欠陥があると、ペロブスカイト型構造中のオクタヘドロンに沿って、酸素イオンが移動していくことが分かる。この酸素イオンの移動は、電極界面付近での欠陥の蓄積を引き起こし、繰り返し耐久性の低下を招くと予想される。
【００５７】
しかし、本発明によれば、ＺｒおよびＴｉの価数（＋４価）より価数の高いＸを、Ｂサイトの元素（Ｚｒ，Ｔｉ）と置換させることで、Ｐｂ欠損が生じても酸素を欠損させることなく、結晶構造全体としての中性を保持することができる。これにより圧電体膜５の絶縁性は良好なものとなり、電流リークを防止することができる。
【００５８】
例えば、ＸがＮｂからなる場合に、ＮｂはＴｉとサイズ（イオン半径が近い。）がほぼ同じで、重さが２倍であるため、格子振動による原子間の衝突によっても格子から原子が抜けにくい。更に、Ｎｂは酸素との共有結合性が非常に強く、キュリー温度および分極モーメントなどで示される強誘電特性、並びに、圧電定数などで示される圧電特性を高めることが期待されている（Ｈ．Ｍｉｙａｚａｗａ，Ｅ．Ｎａｔｏｒｉ，Ｓ．Ｍｉｙａｓｈｉｔａ；Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３９（２０００）５６７９）。なお、ここではＸがＮｂからなる例について述べたが、Ｘとして、Ｖ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つを含む場合も同等あるいはそれに近い効果を有する。
【００５９】
Ｘが＋５価の元素の場合に、Ｘの添加量ａは、
０．０５≦ａ≦０．３０
の範囲であることが好ましい。このとき、Ｐｂの欠損量ｂは、Ｘの添加量ａのほぼ半分であることが好ましい。すなわち、イオンモデルの観点から、圧電体膜５が高い絶縁性を示すためには、Ｐｂの欠損量ｂは、
ｂ≒ａ／２
で示され、
０．０２５≦ｂ≦０．１５
の範囲であることが好ましい。なお、これらａおよびｂの範囲は、実際には測定誤差等が関係してくる。このことは、以下に述べるすべての数値範囲についても同様である。
【００６０】
上述した数値範囲は次の意義を有する。Ｘの添加量ａが０．１０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、Ｘの添加量ａが０．３０を越えると、圧電体膜５の結晶性が低下し、その結果、圧電性が低下するからである。Ｘが＋５価の元素の場合とは、例えばＶ、Ｎｂ、Ｔａなどの場合であるが、好ましい元素は、Ｎｂ、Ｔａであり、より好ましい元素は、酸素との共有結合性が高く、イオン半径がＴｉに近い、Ｎｂである。
【００６１】
Ｘが＋６価の元素の場合に、Ｘの添加量ａは、
０．０５≦ａ≦０．１５
の範囲であることが好ましい。このとき、Ｐｂの欠損量ｂは、Ｘの添加量ａとほぼ同じであることが好ましい。すなわち、イオンモデルの観点から、圧電体膜５が高い絶縁性を示すためには、Ｐｂの欠損量ｂは、
ｂ≒ａ
で示され、
０．０５≦ｂ≦０．１５
の範囲であることが好ましい。
【００６２】
Ｘの添加量ａが０．０５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、Ｘの添加量ａが０．１５を越えると、圧電体膜５の結晶性が低下し、その結果、圧電性が低下するからである。Ｘが＋６価の元素の場合とは、例えばＣｒ、Ｍｏ、Ｗなどの場合である。
【００６３】
ＸがＸ１（＋５価）およびＸ２（＋６価）の元素を含む場合には、圧電体膜５の一般式は、Ａ1−ｂＢ１−ａＸ１ａ−ｅＸ２ｅＯ３で示される。（ａ−ｅ）は、Ｘ１の添加量を示し、ｅは、Ｘ２の添加量を示す。この場合に、Ｘ１の添加量（ａ−ｅ）、およびＸ２の添加量ｅは、
０．０５≦（ａ−ｅ）／２＋ｅ≦０．１５
の範囲であることが好ましい。このとき、Ｐｂの欠損量ｂは、Ｘ１の添加量の半分の量（ａ−ｅ）／２と、Ｘ２の添加量ｅと、を合計した量とほぼ同じであることが好ましい。すなわち、イオンモデルの観点から、圧電体膜５が高い絶縁性を示すためには、Ｐｂの欠損量ｂは、
ｂ≒（ａ−ｅ）／２＋ｅ
で示され、
０．０５≦ｂ≦０．１５
の範囲であることが好ましい。
【００６４】
Ｘ１の添加量の半分の量（ａ−ｅ）／２と、Ｘ２の添加量ｅと、を合計した量（ａ−ｅ）／２＋ｅ（以下、単に「合計量ｆ」という）が０．０５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、合計量ｆが０．１５を越えると、圧電体膜５の結晶性が低下し、その結果、圧電性が低下するからである。Ｘ１として好ましい元素は、Ｎｂであり、Ｘ２として好ましい元素は、Ｍｏ、Ｗである。
【００６５】
圧電体膜５は、ロンボヘドラル構造であり、かつ擬立方晶（１００）に優先配向している。ロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）に優先配向した圧電体膜５は、温度等の成膜条件を調整することで得られる。
【００６６】
また、擬立方晶（１００）に優先配向している圧電体膜５は、上述したようにバッファ層３を用いることで得られる。そして、圧電体膜５に含まれるＴｉの量をコントロールすること、または、バッファ層３を形成する際に用いられるイオンビームアシスト法において、照射されるイオン量をコントロールすること、あるいは、双方を組み合わせることによって、上述したｐＭＰＢ値をコントロールすることができる。これにより、ロンボヘドラル構造を有する圧電体膜５を得ることができる。なお、イオン量をコントロールすることにより、ｐＭＰＢ値をコントロールすることができる理由は、以下のとおりである。
【００６７】
まず、照射されるイオン量をコントロールすることにより、膜中に取り込まれるイオンの量をコントロールすることができる。これにより、バッファ層３自体、さらには、その上の下部電極４の格子定数を、例えば±１％程度にコントロールすることができる。従って、下部電極４の上に形成される圧電体膜５に加わるエピタキシャル応力をコントロールできることになる。このエピタキシャル応力をコントロールできることによって、圧電体膜５のｐＭＰＢ値を容易にコントロールすることができる。その結果、所定の組成領域において、ロンボヘドラル構造の圧電体膜５を得ることが可能となる。
【００６８】
圧電体膜５の厚さは、例えば５００〜１５００ｎｍ程度である。ここで圧電体膜５の構造を特定する方法としては、Ｘ線回折とラマン散乱を用いる方法を併用することができる。本実施形態において組成の決定には、ＩＣＰ法、ＸＰＳ法、およびＳＩＭＳ法のうちの少なくとも一つを用いることができる。
【００６９】
なお、上述の圧電体膜５は、一般式がＡ１−ｂＢ１−ａＸａＯ３で示され、Ｏ（酸素）は欠損していないが、Ｏを欠損させることもできる。すなわち、その場合の一般式は、Ａ１−ｂ−ｃＢ１−ａＸａＯ３−ｃで示される。この場合、酸素の欠損量ｃは、
０＜ｃ≦０．０３
の範囲であることが好ましい。酸素の欠損量ｃは、圧電特性を高める観点から、できるだけゼロに近い値が好ましい。
【００７０】
また、圧電体膜５におけるペロブスカイト型構造のＡサイトのＰｂを、Ｐｂ（＋２価）よりも価数の高いＺで一部置換することもできる。すなわち、その場合の圧電体膜５の一般式は、（Ａ１−ｄＺｄ）１−ｂ−ｃＢ１−ａＸａＯ３−ｃとなる。この場合、酸素の欠損量ｃは、
０≦ｃ≦０．０３
の範囲であることが好ましい。また、Ｚの添加量ｄは、
０＜ｄ≦０．０５
の範囲であることが好ましい。Ｚは、例えばＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、およびＬｕなどのランタノイド系などであるが、好ましい元素は＋３価であり、かつイオン半径がＰｂに近い、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍである。このようにＰｂより価数の大きい元素でＰｂの一部を置換することで、Ｐｂ抜けの価数を補うことができる。
【００７１】
上部電極６は、下部電極４と同様、例えば擬立方晶（１００）に優先配向してエピタキシャル成長したＳｒＲｕＯ３を用いることができる。あるいは上部電極６は、Ｐｔを用いることもできる。上部電極６の厚さは、例えば５０〜１５０ｎｍ程度である。
【００７２】
１−２．圧電体膜および圧電素子の製造方法
次に、本実施形態における圧電体膜および圧電素子の製造方法について説明する。
【００７３】
（１）まず、表面が（１１０）面であるシリコン基板からなる基板２を用意する。基板２として用いられるシリコン基板としては、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。
【００７４】
続いて、この基板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、基板２に対向して、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、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。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、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。
【００７５】
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ることができる。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ることができる。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ことができる。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、あるいはＰｔを主成分としたものを用いることができる。
【００７６】
（２）次いで、図４に示すように、前述したようにイオンビームアシスト法を用いて、基板２上に第１バッファ層７を直接形成する。具体的には以下の通りである。
【００７７】
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。このプルームは基板２上に向けて出射し、基板２上に接触するようになる。これとほぼ同時に、基板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。その結果、基板２表面に自然酸化膜が形成されているにもかかわらず、基板２上に、立方晶（１００）配向のＹＳＺからなる第1バッファ層７がエピタキシャル成長によって形成される。
【００７８】
なお、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ほか、例えば、アルゴンガス（不活性ガス）プラズマや電子線など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。これらの方法の中では、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。
【００７９】
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エキシマレーザーなど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に用いられる。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。
【００８０】
基板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など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イオン源など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。
【００８１】
基板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、基板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、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、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、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板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。
【００８２】
ターゲットに対してはアルゴンなどのイオンを（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などの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、アルゴンなどのイオンを（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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。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。
【００８６】
基板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。基板２とターゲットとの距離としては、１００ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
また、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。
【００９０】
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、基板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。
【００９１】
（３）次に、図５に示すように、第１バッファ層７上に第２バッファ層８を形成する。第２バッファ層８の形成は、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、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る。そして、第２バッファ層８用ターゲット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、このプルームを基板２上の第１バッファ層７に向けて出射させ接触させる。その結果、第２バッファ層８が第１バッファ層上にエピタキシャル成長して形成される。
【００９２】
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、第１バッファ層７を形成する際の、レーザーアブレーション法等の条件と同様とすることができる。
【００９３】
（４）次に、図６に示すように、第２バッファ層８上に第３バッファ層９を形成する。これにより第１バッファ層７、第２バッファ層８、および第３バッファ層９からなるバッファ層３を得ることができる。第３バッファ層９の形成では、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、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、第３バッファ層９用ターゲット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、このプルームを基板２上の第２バッファ層８に向けて出射させ接触させる。その結果、第３バッファ層９が第２バッファ層８上にエピタキシャル成長して形成される。
【００９４】
なお、この第３バッファ層９の形成では、必要に応じて、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こともできる。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を形成することができる。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。
【００９５】
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はない。例えば次のような条件を採用することができる。
【００９６】
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。
【００９７】
基板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。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。基板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。
【００９８】
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、３９９×１０−２Ｐａ（３×１０−２Ｔｏｒｒ）程度とするのが好ましい。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。
【００９９】
第３バッファ層９の形成条件をそれぞれ上述の範囲とすれば、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。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、上述の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。
【０１００】
（５）次に、図７に示すように、第３バッファ層７（バッファ層３）上に下部電極４を形成する。下部電極４は、例えばスパッタ法あるいは真空蒸着法などによって形成することができる。下部電極４としては、Ｐｔを主とする材料からなるものを用いることができる。なお、この下部電極４については、Ｐｔに限定されることなく、例えばＩｒ、ＩｒＯｘ、ＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、あるいはＮｂ−（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３などの公知の電極材料を用いることもできる。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り、Ｎｂ−（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３は（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３にＮｂをドープしたものである。
【０１０１】
例えば、下部電極４に（１１１）配向したＰｔを用い、下部電極４上に圧電体膜５を１００ｎｍ以上、厚く形成した場合、圧電体膜５は成膜途中で擬立方晶（１００）に優先配向して、その結果、擬立方晶（１００）に優先配向した圧電体膜５を得ることができる。
【０１０２】
（６）次に、図８に示すように、下部電極４上に圧電体膜５を形成する。本実施形態では、圧電体膜５がＰｂ1−ｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）１−ａＸａＯ３（すなわち、「ＰＺＴＸ」）からなる場合について説明するが、圧電体膜５が上述したその他の組成式で示される場合についても同様の方法により形成することができる。
【０１０３】
まず、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、およびＸの少なくともいずれかを含む第１〜第３の原料溶液を用いて、圧電体膜５が所望の組成比となるように、第１〜第３の原料溶液を所望の比で混合する。この混合溶液（前駆体溶液）をスピンコート法や液滴吐出法等の塗布法で下部電極４上に配する。次に、焼成等の熱処理を行うことにより、前駆体溶液に含まれる酸化物を結晶化させて、圧電体膜５を得る。
【０１０４】
より具体的には、まず、前駆体溶液の塗布工程、乾燥熱処理工程、および脱脂熱処理工程の一連の工程を所望の回数行う。次に、結晶化アニールを行うことで圧電体膜５を形成する。
【０１０５】
前駆体溶液の形成材料である原料溶液については、ＰＺＴＸの構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属を各金属が所望のモル比となるように混合し、さらにアルコールなどの有機溶媒を用いてこれらを溶解、または分散させることにより作製する。ＰＺＴＸの構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属としては、金属アルコキシドや有機酸塩といった有機金属を用いることができる。具体的には、ＰＺＴＸの構成金属を含むカルボン酸塩またはアセチルアセトナート錯体として、例えば、以下のものが挙げられる。
【０１０６】
鉛（Ｐｂ）を含む有機金属としては、例えば酢酸鉛などが挙げられる。ジルコニウム（Ｚｒ）を含む有機金属としては、例えばジルコニウムブトキシドなどが挙げられる。チタン（Ｔｉ）を含む有機金属としては、例えばチタンイソプロポキシドなどが挙げられる。バナジウム（Ｖ）を含む有機金属としては、例えば酸化バナジウムアセチルアセトナートなどが挙げられる。ニオブ（Ｎｂ）を含む有機金属としては、例えばニオブエトキシドなどが挙げられる。タンタル（Ｔａ）を含む有機金属としては、例えばタンタルエトキシドなどが挙げられる。クロム（Ｃｒ）を含む有機金属としては、例えばクロム（III）アセチルアセトナートなどが挙げられる。モリブデン（Ｍｏ）を含む有機金属としては、例えば酢酸モリブデン（II）などが挙げられる。タングステン（Ｗ）を含む有機金属としては、例えばタングステンヘキサカルボニルなどが挙げられる。なお、ＰＺＴＸの構成金属を含んでなる有機金属としては、これらに限定されるわけではない。
【０１０７】
第１の原料溶液としては、ＰＺＴＸの構成金属元素のうち、ＰｂおよびＺｒによるＰｂＺｒＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。
【０１０８】
第２の原料溶液としては、ＰＺＴＸの構成金属元素のうち、ＰｂおよびＴｉによるＰｂＴｉＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。
【０１０９】
第３の原料溶液としては、ＰＺＴＸの構成金属元素のうち、ＰｂおよびＸによるＰｂＸＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。なお、Ｘが二種以上の元素からなる場合は、第３の原料溶液は、複数の原料溶液からなることができる。例えば、Ｘが、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａの三種からなる場合、第３の原料溶液は、三種の原料溶液からなることができる。具体的には、例えば、第３の原料溶液は、ＰｂおよびＶによるＰｂＶＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液と、ＰｂおよびＮｂによるＰｂＮｂＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液と、ＰｂおよびＴａによるＰｂＴａＯ３ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体を、ｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液と、からなることができる。
【０１１０】
原料溶液には、必要に応じて安定化剤等の各種添加剤を添加することができる。さらに、原料溶液に加水分解・重縮合を起こさせる場合には、原料溶液に適当な量の水とともに、触媒として酸あるいは塩基を添加することができる。
【０１１１】
前駆体溶液の塗布工程では、混合液の塗布をスピンコートなどの塗布法で行う。まず、下部電極４上に混合溶液を滴下する。滴下された溶液を下部電極４全面に行き渡らせる目的でスピンを行う。スピンの回転数は、例えば初期では５００ｒｐｍ程度とし、続いて塗布ムラが起こらないように回転数を２０００ｒｐｍ程度に上げることができる。このようにして、塗布を完了させることができる。
【０１１２】
乾燥熱処理工程では、大気雰囲気下でホットプレート等を用い、前駆体溶液に用いた溶媒の沸点より例えば１０℃程度高い温度で熱処理（乾燥処理）を行う。乾燥熱処理工程は、例えば１２５℃〜１８０℃で行う。
【０１１３】
脱脂熱処理工程では、前駆体溶液に用いた有機金属の配位子を分解／除去するべく、大気雰囲気下でホットプレートを用い、３５０℃〜４００℃程度で熱処理を行う。
【０１１４】
結晶化アニール、すなわち結晶化のための焼成工程では、酸素雰囲気中で、例えば６００℃程度で熱処理を行う。この熱処理は、例えばラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）などにより行うことができる。
【０１１５】
圧電体膜５を形成する際には、さらにＰｂＳｉＯ３シリケートを、例えば１モル％以上、５モル％以下の割合で添加することが好ましい。これにより圧電体膜５の結晶化エネルギーを軽減させることができる。すなわち、圧電体膜５として例えばＰＺＴＸを用いる場合、Ｘ添加とともに、ＰｂＳｉＯ３シリケートとを添加することでＰＺＴＸの結晶化温度の低減を図ることができる。具体的には、上述した第１〜第３の原料溶液に加え、第４の原料溶液を用いることができる。第４の原料溶液としては、ＰｂＳｉＯ３結晶を形成するため縮重合体をｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。結晶化を促進する添加剤としては、ゲルマネートを用いることもできる。圧電体膜５を形成する際に、ＰｂＳｉＯ３シリケートまたはゲルマネートを用いることにより、圧電体膜５は、ＳｉまたはＳｉおよびＧｅを含む場合がある。具体的には、圧電体膜５は、０．５モル％以上であって、５モル％未満のＳｉ、またはＳｉおよびＧｅを含むことができる。
【０１１６】
焼結後の圧電体膜５の膜厚は５００〜１５００ｎｍ程度とすることができる。なお、上述した例では、圧電体膜５を液相法で形成する例について述べたが、スパッタ法、分子線エピタキシー法、またはレーザーアブレーション法等の気相法を用いて、圧電体膜５を形成することもできる。また、圧電体膜５におけるペロブスカイト型構造のＡサイトのＰｂを、例えばランタノイド系元素で一部置換する場合には、上述した例と同様に、ランタノイド系元素を含む有機金属を用いて原料溶液を作製し、該原料溶液を用いて圧電体膜５を形成することができる。具体的には、ランタノイド系元素を含む有機金属として、例えば、以下のものが挙げられる。
【０１１７】
ランタン（Ｌａ）を含む有機金属としては、例えばランタンアセチルアセトナート二水和物などが挙げられる。ネオジム（Ｎｄ）を含む有機金属としては、例えば酢酸ネオジウム（III）１水和物などが挙げられる。セリウム（Ｃｅ）を含む有機金属としては、例えば酢酸セリウム（III）１水和物などが挙げられる。サマリウム（Ｓｍ）を含む有機金属としては、例えば酢酸サマリウム（III）４水和物などが挙げられる。プラセオジム（Ｐｒ）を含む有機金属としては、例えば酢酸プラセオジム（III）水和物などが挙げられる。なお、ランタノイド系元素を含む有機金属としては、これらに限定されるわけではない。
【０１１８】
（７）次に、図１に示すように、圧電体膜５上に上部電極６を形成する。上部電極６は、例えばスパッタ法あるいは真空蒸着法などによって形成することができる。上部電極としては、Ｐｔを主とする材料からなるものを用いることが好ましい。上部電極６として、Ｐｔを主とする材料からなるものを用いることにより、上述の圧電体膜５におけるＰｂを積極的に欠損させることができる。これは、Ｐｔ内におけるＰｂの拡散係数が大きいためであると考えられる。Ｐｂを積極的に欠損させることによって、圧電体膜５におけるＸを添加することが容易となる。すなわち、Ｘを所望の添加量にすることができる。その結果、圧電体膜５は、良好な絶縁性を有することができる。上述したように、下部電極４として、Ｐｔを主とする材料からなるものを用いる場合についても同様である。なお、この上部電極６については、Ｐｔに限定されることなく、Ｉｒ、ＩｒＯｘ、ＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、Ｎｂ−（ＬａＳｒ）ＣｏＯ３などの公知の電極材料を用いることもできる。
【０１１９】
（８）次に、必要に応じて、ポストアニールを酸素雰囲気中でＲＴＡ等により行うことができる。これにより、上部電極６と圧電体膜５との良好な界面を形成することができ、かつ圧電体膜５の結晶性を改善することができる。
【０１２０】
以上の工程によって、本実施形態に係る圧電体膜および圧電素子を製造することができる。
【０１２１】
１−３．作用・効果
本実施形態における圧電素子１によれば、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。特に、圧電体膜５の絶縁性が良好であることから、圧電素子１の繰り返し耐久性が飛躍的に向上する。
【０１２２】
本実施形態に係る圧電体膜５の圧電定数（ｄ３１）は、例えば絶対値で２００ｐＣ／Ｎ程度であることができる。本実施形態に係る圧電素子１のリーク電流は、例えば印加電圧が１００ｋＶ／ｃｍのときに、１０−５Ａ／ｃｍ２未満であることができる。本実施形態に係る圧電素子１の繰り返し耐久性は、印加電圧が３００ｋＶ／ｃｍのときに、１×１０９回を保証することができる。
【０１２３】
１−４．実験例１
上述の圧電素子の製造方法に基づき、圧電素子１を以下のようにして作製した。
【０１２４】
まず、表面が（１１０）面であるシリコン基板からなる基板２を用意した。次に、この基板２を基板ホルダーに装填し、真空装置（図示せず）内に設置した。この真空装置内には、基板２に対向して、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、上部電極６の構成元素を含む各ターゲットを所定距離、離間して配置した。第１バッファ層７用のターゲットとしては、所望のＹＳＺ組成を用いた。第２バッファ層８用のターゲットとしては、所望のＣｅＯ２組成を用いた。第３バッファ層９用のターゲットとしては、所望のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ組成を用いた。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組成を用いた。
【０１２５】
次に、イオンビームアシスト法を用いて、基板２上に、立方晶（１００）配向のＹＳＺからなる第1バッファ層７をエピタキシャル成長によって形成した。ターゲットに照射するレーザー光は、波長が２４８ｎｍ、パルス長が２０ｎｓのＫｒＦレーザーを用いた。
【０１２６】
基板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は、アルゴンイオンを用いた。イオンビームのイオン源としては、Ｋａｕｆｆｍａｎイオン源を用いた。
【０１２７】
基板２表面に対するイオンビームの照射（入射）角度は、基板２の表面に対して５５°傾斜した角度とした。
【０１２８】
レーザー光の周波数は、１０Ｈｚとした。レーザー光のエネルギー密度は、２．０Ｊ／ｃｍ２とした。イオンビームの加速電圧は、２００Ｖとした。イオンビームの照射量は、８ｍＡとした。基板２の温度は、３０℃とした。基板２とターゲットとの距離は、７０ｍｍとした。真空装置内の圧力としては、１×１０−３Ｔｏｒｒとした。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１０：１とした。第１バッファ層７の平均厚さは、１μｍとした。
【０１２９】
次に、第１バッファ層７上に第２バッファ層８を形成した。第２バッファ層８の形成には、レーザーアブレーション法を用いた。第２バッファ層８用のターゲットは、所望のＣｅＯ２組成を用いた。
【０１３０】
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、第１バッファ層７を形成する際の、レーザーアブレーション法等の条件と同様とした。
【０１３１】
次に、第２バッファ層８上に第３バッファ層９を形成した。第３バッファ層９の形成には、レーザーアブレーション法を用いた。第３バッファ層９用のターゲットは、所望のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ組成を用いた。
【０１３２】
レーザー光の周波数は、１０Ｈｚとした。レーザー光のエネルギー密度は、２．０Ｊ／ｃｍ２とした。基板２の温度は、７００℃とした。基板２とターゲットとの距離は、７０ｍｍとした。真空装置内の圧力は、１×１０−２Ｔｏｒｒとした。第３バッファ層９の平均厚さは、１０ｎｍとした。
【０１３３】
次に、第３バッファ層７（バッファ層３）上に下部電極４を形成した。下部電極４は、スパッタ法によって形成した。下部電極４としては、Ｐｔを用いた。
【０１３４】
次に、下部電極４上に圧電体膜５を形成した。まず、後述する第１〜第４の原料溶液を用いて、圧電体膜５が所望の組成比となるように、第１〜第４の原料溶液を所望の比で混合した。この混合溶液（前駆体溶液）をスピンコート法で下部電極４上に配した。次に、焼成等の熱処理を行うことにより、圧電体膜５を得た。
【０１３５】
より具体的には、まず、前駆体溶液の塗布工程、乾燥熱処理工程、および脱脂熱処理工程の一連の工程を所望の回数行った。次に、結晶化アニールを行うことで圧電体膜５を形成した。
【０１３６】
第１の原料溶液としては、酢酸鉛とジルコニウムブトキシドとを１１０：１００の割合で混合し、該混合物をｎ−ブタノールに無水状態で溶解した溶液を用いた。第２の原料溶液としては、酢酸鉛とチタンイソプロポキシドとを１１０：１００の割合で混合し、該混合物をｎ−ブタノールに無水状態で溶解した溶液を用いた。第３の原料溶液としては、酢酸鉛とニオブエトキシドとを１１０：１００の割合で混合し、該混合物をｎ−ブタノールに無水状態で溶解した溶液を用いた。第４の原料溶液としては、酢酸鉛とテトラ−ｎ−ブトキシシランとを１１０：１００の割合で混合し、該混合物をｎ−ブタノールに無水状態で溶解した溶液を用いた。これらの第１の原料溶液と、第２の原料溶液と、第３の原料溶液と、第４の原料溶液とを、４５：３５：２０：１の割合で混合し、前駆体溶液を得た。
【０１３７】
前駆体溶液の塗布工程では、混合液の塗布をスピンコートで行った。まず、下部電極４上に混合溶液を滴下した。滴下された溶液を下部電極４全面に行き渡らせる目的でスピンを行った。スピンの回転数は、初期では５００ｒｐｍ程度とし、続いて塗布ムラが起こらないように回転数を２０００ｒｐｍ程度に上げた。このようにして、塗布を完了した。
【０１３８】
乾燥熱処理工程では、大気雰囲気下でホットプレートを用い、１２５℃で１０分間の熱処理（乾燥処理）を行った。脱脂熱処理工程では、大気雰囲気下でホットプレートを用い、４００℃で１０分間の熱処理を行った。結晶化のための焼成工程では、酸素雰囲気中で、６００℃で５分間の熱処理を行った。この熱処理は、ラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）により行った。焼結後の圧電体膜５の膜厚は、１０００ｎｍとした。
【０１３９】
次に、圧電体膜５上に上部電極６を形成した。上部電極６は、スパッタ法によって形成した。上部電極としては、Ｐｔを用いた。次に、ポストアニールを酸素雰囲気中でＲＴＡにより行った。ポストアニールは、６００℃で、１０分間行った。
【０１４０】
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（ＸＲＤ）法によって解析した。その結果を図９に示す。この結果から、圧電体膜５は、室温にて擬立方晶（１００）に優先配向していることが確認された。また、圧電体膜５をラマン散乱法によって解析したところ、圧電体膜５はロンボヘドラル構造であることが確認できた。
【０１４１】
また、この圧電体膜５は、Ｐｂ1−ｂ（Ｚｒ１−ｐＴｉｐ）１−ａＮｂａＯ３で示され、各組成をＸＰＳ法によって調べたところ、ａは、０．２０、ｂは、０．１０、ｐは、０．４４であった。これらの数値は、上述したａ、ｂ、およびｐの好ましい範囲内である。
【０１４２】
また、この圧電体膜５の圧電定数（ｄ３１）を測定したところ、絶対値で２００ｐＣ／Ｎであった。この値は、インクジェット式記録ヘッドを駆動する上で、十分高い値である。圧電定数に比例して、インクジェット式記録ヘッドの高密度化および印刷速度の高速化が可能になる。また、リーク電流は、１００ｋＶ／ｃｍのとき、１０−５Ａ／ｃｍ２未満であった。この値は、圧電素子１に効率良くエネルギーを伝えられることを示している。さらに、圧電素子１の３００ｋＶ／ｃｍ印加時における繰り返し耐久性を調べたところ、１×１０９回を保証できる耐久性を備えていた。すなわち、本実験例で、１×１０９回後の圧電定数（ｄ３１）は、絶対値で２００ｐＣ／Ｎであり、初期と変わりない高い圧電性を示していた。
【０１４３】
一方、比較例として、圧電体膜５にＰＺＴ（Ｚｒ：Ｔｉ＝１：１）を用いたサンプルを用意し、同様の測定を行った。初期の圧電定数（ｄ３１）は、絶対値で１５０ｐＣ／Ｎ、１×１０９回後の圧電定数（ｄ３１）は、５０ｐＣ／Ｎであった。特に、繰り返し耐久試験後の値は、インクジェット式記録ヘッドを駆動する上で大変低い値である。また、リーク電流は、２×１０−４Ａ／ｃｍ２であった。この値は、高すぎて、エネルギー効率上、好ましくない。
【０１４４】
本実験例に比べて、比較例の初期特性が低い理由は、以下の通りである。比較例のＰＺＴでは、酸素との共有結合性が高いＮｂを含んでいないため、そして、Ｐｂと酸素のショットキー欠陥が多数あるために、強誘電性および圧電性が低くなっていると予想される。また、本実験例に比べて、比較例の繰り返し耐久試験後の特性が極端に低い理由は、以下の通りである。比較例のＰＺＴでは、Ｐｂと酸素のショットキー欠陥が多数あるために、その欠陥を通って酸素イオン伝導が起こり、電極界面でのドメインのピニング等が引き起こされ、圧電体膜５の圧電特性が劣化していくものと予想される。
【０１４５】
なお、圧電定数（ｄ３１）の測定方法は以下のように行った。まず、実際のインクジェット式記録ヘッド５０（図１０参照）における電圧印加時の圧電体膜５の変位量Ｓ１を、レーザー変位計を用いて実測する。この値Ｓ１と、有限要素法による圧電変位のシミュレーションで得られた変位量Ｓ２とを比較することで、圧電体膜５の実際の圧電定数（ｄ３１）と、有限要素法で仮定した圧電体膜５の圧電定数（ｄ'３１）との差分を求めることができる。その結果、圧電体膜５の圧電定数（ｄ３１）を測定することができる。なお、有限要素法による圧電変位のシミュレーションで必要になる物理量は、各膜のヤング率、膜応力、および仮定した圧電体膜５の圧電定数（ｄ'３１）である。本実験例では、３０Ｖ印加時のＳ１は、およそ４００ｎｍ前後であった。また、シミュレーションは、圧電体膜５のヤング率を７０ＧＰａとし、膜応力を引っ張り応力で１１０ＭＰａとして行った。なお、以下の記載では、圧電定数（ｄ３１）の値は、絶対値で表記する。
【０１４６】
１−５．実験例２
上述した実験例１と同様の方法によって、圧電素子１を形成した。但し、第１の原料溶液と第２の原料溶液とを混合した混合溶液と、第３の原料溶液と、第４の原料溶液とを、（１００−Ａ）：Ａ：１の割合で混合し、Ａを変化させて、複数の前駆体溶液を得た。また、第１の原料溶液と、第２の原料溶液との割合は、６０：４０に固定した。
【０１４７】
本実験例で得られた圧電体膜５における、Ｂサイト遷移金属組成の和１．０に対するＮｂの比は、値ａで示される。また、Ｐｂの欠損量は、値ｂで示される。各組成は、ＸＰＳ法によって調べた。それぞれのＡおよびａに対して、得られたｂおよび圧電定数（ｄ３１）の結果を表１に示す。なお、圧電定数は、繰り返し耐久試験後に測定した。繰り返し耐久試験は、３００ｋＶ／ｃｍ印加時において、１×１０９回振動させて行った。
【０１４８】
圧電素子として機能するためには、少なくとも１００ｐＣ／Ｎ以上の圧電定数（ｄ３１）が求められる。従って、表１から、ａは、
０．０５≦ａ≦０．３
の範囲であり、ｂは、
０．０２５≦ｂ≦０．１５
の範囲であると好ましいことが確認された。
【０１４９】
また、ラマン散乱法によれば、Ａが０、５、１０、１５、２０、２５、３０のサンプルは、ロンボヘドラル構造を有していることが確認された。なお、Ａが３５、４０のサンプルは、その結晶構造を判定することができなかった。
【０１５０】
【表１】
2005150694.tif 000003
【０１５１】
１−６．実験例３
上述した実験例１と同様の方法によって、圧電素子１を形成した。但し、第１の原料溶液と第２の原料溶液とを混合した混合溶液と、第３の原料溶液と、第４の原料溶液とを、８０：２０：１の割合で混合し、前駆体溶液を得た。また、第１の原料溶液と、第２の原料溶液との割合を、（１００−Ｐ）：Ｐとし、Ｐを表２のように変化させて実験を行った。本実験例で得られた圧電体膜５における、Ｚｒ：Ｔｉの比は、（１−ｐ）：ｐで示される。各組成は、ＸＰＳ法によって調べた。それぞれのＰおよびｐに対して、得られた圧電定数（ｄ３１）の結果を表２に示す。なお、圧電定数は、繰り返し耐久試験後に測定した。繰り返し耐久試験は、３００ｋＶ／ｃｍ印加時において、１×１０９回振動させて行った。
【０１５２】
圧電素子として機能するためには、少なくとも１００ｐＣ／Ｎ以上の圧電定数（ｄ３１）が求められる。従って、表２から、ｐは、
０．２≦ｐ≦０．６
の範囲であると好ましいことが確認された。特に、２００ｐＣ／Ｎ以上の高い値が得られるのは、
０．４≦ｐ≦０．５
の範囲であることが確認できた。
【０１５３】
また、ラマン散乱法によれば、Ｐが６０、５０、４０、３０、２０、１０、０のサンプルは、ロンボヘドラル構造を有していることが確認された。なお、Ｐが１００、９０、８０、７０のサンプルは、テトラゴナル構造を有していた。
【０１５４】
【表２】
2005150694.tif 000004
【０１５５】
２．第２の実施形態
２−１．インクジェット式記録ヘッド
次に、第１の実施形態に係る圧電素子１を有するインクジェット式記録ヘッドの一実施形態について説明する。図１０は、本実施形態に係る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１１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１１は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。
【０１５６】
インクジェット式記録ヘッド（以下、「ヘッド」ともいう）５０は、図１０に示すように、ヘッド本体５７と、ヘッド本体５７の上に設けられた圧電部５４と、を含む。なお、図１０に示す圧電部５４は、図１に示す圧電素子１におけるバッファ層３、下部電極４、圧電体膜５、および上部電極６に相当する。本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドおいて、圧電素子１は、圧電アクチュエーターとして機能することができる。圧電アクチュエーターとは、ある物質を動かす機能を有する素子である。
【０１５７】
また、図１に示す圧電素子１におけるバッファ層３は、図１０において弾性膜５５に相当する。基板２（図１参照）は、ヘッド本体５７の要部を構成するものとなっている。
【０１５８】
すなわち、ヘッド５０は、図１１に示すようにノズル板５１と、インク室基板５２と、弾性膜５５と、弾性膜５５に接合された圧電部（振動源）５４と、を含み、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している。
【０１５９】
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。
【０１６０】
ノズル板５１には、インク室基板５２が固着（固定）されている。インク室基板５２は、基板２（図１参照）によって形成されたものである。インク室基板５２は、ノズル板５１、側壁（隔壁）５２２、および弾性膜５５によって、複数のキャビティー（インクキャビティー）５２１と、リザーバ５２３と、供給口５２４と、を区画形成したものである。リザーバ５２３は、インクカートリッジ６３１（図１４参照）から供給されるインクを一時的に貯留する。供給口５２４によって、リザーバ５２３から各キャビティー５２１にインクが供給される。
【０１６１】
キャビティー５２１は、図１０および図１１に示すように、各ノズル５１１に対応して配設されている。キャビティー５２１は、弾性膜５５の振動によってそれぞれ容積可変になっている。キャビティー５２１は、この容積変化によってインクを吐出するよう構成されている。
【０１６２】
インク室基板５２を得るための母材、すなわち基板２（図１参照）としては、（１１０）配向のシリコン単結晶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に示すバッファ層３の形成面、すなわち弾性膜５５の形成面が（１１０）面となるようにして用いられている。
【０１６３】
インク室基板５２のノズル板５１と反対の側には弾性膜５５が配設されている。さらに弾性膜５５のインク室基板５２と反対の側には複数の圧電部５４が設けられている。弾性膜５５は、前述したように図１に示す圧電素子１におけるバッファ層３によって形成されたものである。弾性膜５５の所定位置には、図１１に示すように、弾性膜５５の厚さ方向に貫通して連通孔５３１が形成されている。連通孔５３１により、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。
【０１６４】
各圧電部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、各圧電部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。弾性膜５５は、圧電部５４の振動（たわみ）によって振動し（たわみ）、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。
【０１６５】
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ている。図１１に示すように、この基体５６にインク室基板５２が固定、支持されている。
【０１６６】
２−２．インクジェット式記録ヘッドの動作
次に、本実施形態におけるインクジェット式記録ヘッド５０の動作について説明する。本実施形態におけるヘッド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、圧電部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１２に示すように圧電体膜５に変形が生じない。このため、弾性膜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。従って、ノズル５１１からインク滴は吐出されない。
【０１６７】
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、圧電部５４の下部電極４と上部電極６との間に電圧が印加された状態では、図１３に示すように、圧電体膜５においてその短軸方向（図１３に示す矢印ｓの方向）にたわみ変形が生じる。これにより、弾性膜５５がたわみ、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５８が吐出される。
【０１６８】
すなわち、電圧を印加すると、圧電体膜５の結晶格子は面方向に対して垂直な方向（図１３に示す矢印ｄの方向）に引き伸ばされるが、同時に面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ｆが働いていることになる。従って、この引っ張り応力ｆによって弾性膜５５をそらせ、たわませることになる。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、弾性膜５５のたわみ量が大きくなり、より効率的にインク滴を吐出することが可能になる。
【０１６９】
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、圧電部５４は図１２に示す元の形状に戻り、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、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からキャビティー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。
【０１７０】
このように、インク滴の吐出を行わせたい位置の圧電部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。
【０１７１】
２−３．インクジェット式記録ヘッドの製造方法
次に、本実施形態におけるインクジェット式記録ヘッド５０の製造方法の一例について説明する。
【０１７２】
まず、インク室基板５２となる母材、すなわち（１１０）配向のシリコン単結晶基板からなる基板２を用意する。次に、図１、図４〜図８に示すように、基板２上にバッファ層３、下部電極４、圧電体膜５、および上部電極６を順次形成する。なお、ここで形成したバッファ層３が、弾性膜５５となるのは前述した通りである。
【０１７３】
次に、上部電極６、圧電体膜５、および下部電極４を、図１２および図１３に示すように、個々のキャビティー５２１に対応させてパターニングし、図１０に示すように、キャビティー５２１の数に対応した数の圧電部５４を形成する。
【０１７４】
次に、インク室基板５２となる母材（基板２）をパターニングし、圧電部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。
【０１７５】
本実施形態では、母材（基板２）として（１１０）配向のシリコン基板を用いているので、高濃度アルカリ水溶液を用いたウェットエッチング（異方性エッチング）が好適に採用される。高濃度アルカリ水溶液によるウェットエッチングの際には、前述したようにバッファ層３をエッチングストッパとして機能させることができる。従って、インク室基板５２の形成をより容易に行うことができる。
【０１７６】
このようにして母材（基板２）を、その厚さ方向に弾性膜５５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。このときエッチングされずに残った部分が側壁５２２となる。露出した弾性膜５５は、弾性膜としての機能を発揮し得る状態となる。
【０１７７】
次に、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。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、融着法などを用いることができる。次に、インク室基板５２を基体５６に取り付ける。
【０１７８】
以上の工程によって、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド５０を製造することができる。
【０１７９】
２−４．作用・効果
本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド５０によれば、前述したように、圧電部５４の圧電体膜５の圧電定数（ｄ３１）が高く、印加された電圧に対してより大きな変形をなすものとなっている。すなわち、圧電部５４が良好な圧電特性を有する。これにより、弾性膜５５のたわみ量が大きくなり、インク滴をより効率的に吐出できる。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などができる。従って、高密度印刷や高速印刷が可能となる。さらには、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。
【０１８０】
３．第３の実施形態
３−１．インクジェットプリンター
次に、第２の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド５０を有するインクジェットプリンターの一実施形態について説明する。図１４は、本実施形態に係るインクジェットプリンター６００を示す概略構成図である。インクジェットプリンター６００は、紙などに印刷可能なプリンターとして機能することができる。なお、以下の説明では、図１４中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
【０１８１】
インクジェットプリンター６００は、装置本体６２０を有し、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を有する。
【０１８２】
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を有する印刷装置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。
【０１８３】
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６３０を往復動させる往復動機構６４２と、を含む。
【０１８４】
ヘッドユニット６３０は、その下部に、上述の多数のノズル５１１を有する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とを有する。
【０１８５】
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とを有する。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の一部に固定されている。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６３０が往復動する。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。
【０１８６】
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とを有する。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とで構成されており、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されている。
【０１８７】
３−２．作用・効果
本実施形態に係るインクジェットプリンター６００によれば、前述したように、高性能でノズルの高密度化が可能なインクジェット式記録ヘッド５０を有するので、高密度印刷や高速印刷が可能となる。
【０１８８】
なお、本発明のインクジェットプリンター６００は、工業的に用いられる液滴吐出装置として用いることもできる。その場合に、吐出するインク（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整して使用することができる。
【０１８９】
４．第４の実施形態
４−１．圧電ポンプ
次に、第１の実施形態に係る圧電素子１を有する圧電ポンプの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１５および図１６は、本実施形態に係る圧電ポンプ２０の概略断面図である。本実施形態に係る圧電ポンプ２０において、圧電素子は、圧電アクチュエーターとして機能することができる。図１５および図１６に示す圧電部２２は、図１に示す圧電素子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１に示す圧電素子１におけるバッファ層３は、図１５および図１６において振動板２４となっている。また、基板２（図１参照）は、圧電ポンプ２０の要部を構成する基体２１となっている。圧電ポンプ２０は、基体２１と、圧電部２２と、ポンプ室２３と、振動板２４と、吸入側逆止弁２６ａと、吐出側逆止弁２６ｂと、吸入口２８ａと、吐出口２８ｂとを含む。
【０１９０】
４−２．圧電ポンプの動作
次に、上述の圧電ポンプの動作について説明する。まず、圧電部２２に電圧が供給されると、圧電体膜５（図１参照）の膜厚方向に電圧が印加される。そして、図１５に示すように、圧電部２２は、ポンプ室２３が広がる方向（図１５に示す矢印ａの方向）にたわむ。また、圧電部２２と共に振動板２４もポンプ室２３が広がる方向にたわむ。このため、ポンプ室２３内の圧力が変化し、逆止弁２６ａ、２６ｂの働きによって流体が吸入口２８ａからポンプ室２３内に流れる（図１５に示す矢印ｂの方向）。
【０１９１】
次に、圧電部２２への電圧の供給を停止すると、圧電体膜５（図１参照）の膜厚方向への電圧の印加が停止される。そして、図１６に示すように、圧電部２２は、ポンプ室２３が狭まる方向（図１６に示す矢印ａの方向）にたわむ。また、圧電部２２と共に振動板２４もポンプ室２３が狭まる方向にたわむ。このため、ポンプ室２３内の圧力が変化し、逆止弁２６ａ、２６ｂの働きによって流体が吐出口２８ｂから外部に吐出される（図１６に示す矢印ｂの方向）。
【０１９２】
圧電ポンプ２０は、電子機器、例えばパソコン用、好ましくはノートパソコン用の水冷モジュールとして用いることができる。水冷モジュールは、冷却液の駆動に上述の圧電ポンプ２０を用い、圧電ポンプ２０と循環水路等とを含む構造を有する。
【０１９３】
４−３．作用・効果
本実施形態に係る圧電ポンプ２０によれば、前述したように、圧電部２２の圧電体膜５が良好な圧電特性を有することによって、流体の吸入・吐出を効率的に行うことができる。従って、本実施形態に係る圧電ポンプ２０によれば、大きな吐出圧および吐出量を有することができる。また、圧電ポンプ２０の高速動作が可能となる。さらには、圧電ポンプ２０の全体の小型化を図ることができる。
【０１９４】
５．第５の実施形態
５−１．表面弾性波素子
次に、本発明を適用した第５の実施形態に係る表面弾性波素子の一例について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の一例である表面弾性波素子３０は、図１７に示すように、基板１１と、バッファ層１２と、導電層１３と、圧電体膜１４と、保護層１５と、電極１６と、を含む。基板１１、バッファ層１２、導電層１３、圧電体膜１４、および保護層１５は、基体１８を構成する。
【０１９５】
基板１１としては、例えば、（１００）単結晶シリコン基板を用いることができる。バッファ層１２は、図１に示す圧電素子１におけるバッファ層３からなることができる。導電層１３としては、図１に示す圧電素子１における下部電極４からなることができる。圧電体膜１４は、図１に示す圧電素子１における圧電体膜５からなることができる。保護層１５は、例えば、酸化物または窒化物などからなることができる。電極１６としては、例えば、アルミニウムなどの薄膜を用いることができる。電極１６は、インターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：以下、「ＩＤＴ電極」という）である。電極１６は、上部から観察すると、例えば図１８および図１９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。
【０１９６】
５−２．作用・効果
本実施形態に係る表面弾性波素子３０によれば、図１に示す圧電素子１における圧電体膜５からなる圧電体膜１４が良好な圧電特性を有していることにより、表面弾性波素子３０自体も高性能なものとなる。
【０１９７】
６．第６の実施形態
６−１．周波数フィルタ
次に、本発明を適用した第６の実施形態に係る周波数フィルタの一例について、図面を参照しながら説明する。図１８は、本実施形態の一例である周波数フィルタを模式的に示す図である。
【０１９８】
図１８に示すように、周波数フィルタは基体１４０を有する。この基体１４０としては、図１７に示す表面弾性波素子３０の基体１８を用いることができる。
【０１９９】
基体１４０の上面には、ＩＤＴ電極１４１、１４２が形成されている。また、ＩＤＴ電極１４１、１４２を挟むように、基体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、基体１４０の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基体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。
【０２００】
６−２．周波数フィルタの動作
次に、上述の周波数フィルタの動作について説明する。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、これによって基体１４０の上面に表面弾性波が発生する。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また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、前記特定の周波数また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有するＩＤＴ電極１４１に供給した電気信号のうち、特定の周波数また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。
【０２０１】
７．第７の実施形態
７−１.発振器
次に、本発明を適用した第７の実施形態に係る発振器の一例について、図面を参照しながら説明する。図１９は、本実施形態の一例である発振器を模式的に示す図である。
【０２０２】
図１９に示すように、発振器は基体１５０を有する。この基体１５０としては、上述した周波数フィルタと同様に、図１７に示す表面弾性波素子３０の基体１８を用いることができる。
【０２０３】
基体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また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。
【０２０４】
７−２．発振器の動作
次に、上述の発振器の動作について説明する。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、これによって基体１５０の上面にＩＤＴ電極１５２側に伝播する表面弾性波およびＩＤＴ電極１５３側に伝播する表面弾性波が発生する。これらの表面弾性波のうちの特定の周波数成分の表面弾性波は、ＩＤＴ電極１５２および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、特定の周波数成分また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また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（または、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。
【０２０５】
７−３．電圧制御ＳＡＷ発振器
図２０および図２１は、上述した発振器をＶＣＳＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ＳＡＷ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用した場合の一例を模式的に示す図であり、図２０は側面透視図であり、図２１は上面透視図である。
【０２０６】
ＶＣＳＯは、金属製（Ａｌまた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および発振器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。
【０２０７】
発振器６３は、基体６４上に、ＩＤＴ電極６５ａ〜６５ｃが形成されており、その構成は、図１９に示す発振器とほぼ同様である。基体６４としては、上述した図１９に示す発振器と同様に、図１７に示す表面弾性波素子３０の基体１８を用いることができる。
【０２０８】
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および配線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および配線６６が金線等のワイヤー線６８によって接続されている。これにより、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。
【０２０９】
なお、ＶＣＳＯは、ＩＣ６２と発振器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２２に、ＩＣ６２と発振器６３とを同一基板６１上に集積させたＶＣＳＯの概略図を示す。なお、図２２中において発振器６３は、図１７に示す表面弾性波素子３０において導電層１３の形成を省略した構造を有している。
【０２１０】
図２２に示すように、ＶＣＳＯは、ＩＣ６２と発振器６３とにおいて、基板６１を共有させて形成されている。基板６１としては、例えば図１７に示す表面弾性波素子３０の基板１１を用いることができる。ＩＣ６２と、発振器６３の有する電極６５ａとは、図示しないものの電気的に接続されている。電極６５ａとしては、例えば図１７に示す表面弾性波素子３０の電極１６を用いることができる。ＩＣ６２を構成するトランジスタとしては、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を採用することができる。
【０２１１】
図２０〜図２２に示すＶＣＳＯは、例えば、図２３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。
【０２１２】
図２３は、ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。ＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低域フィルタ７２、増幅器７３、および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（または周波数）と、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（または周波数）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る。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。
【０２１３】
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（または周波数）と、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（または周波数）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。
【０２１４】
８．第８の実施形態
次に、本発明を適用した第８の実施形態に係る電子回路および電子機器の一例について、図面を参照しながら説明する。図２４は、本実施形態の一例である電子機器３００の電気的構成を示すブロック図である。電子機器３００とは、例えば携帯電話機である。
【０２１５】
電子機器３００は、電子回路３１０、送話部８０、受話部９１、入力部９４、表示部９５、およびアンテナ部８６を有する。電子回路３１０は、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、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、周波数シンセサイザ９２、および制御回路９３を有する。
【０２１６】
電子回路３１０において、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８として、図１８に示す周波数フィルタを用いることができる。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うちの必要となる周波数、および、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および受信フィルタ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（図２３参照）のＶＣＯ７４として、図１９に示す発振器、または図２０〜図２２に示すＶＣＳＯを用いることができる。
【０２１７】
送話部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ある。送信信号処理回路８１は、送話部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。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。送信フィルタ８３から出力される信号は、変換回路（図示せず）によってＲＦ信号に変換される。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。
【０２１８】
送受分波器８５は、送信電力増幅器８４から出力されるＲＦ信号をアンテナ部８６へ出力し、アンテナ部８６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、アンテナ部８６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。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。低雑音増幅器８７から出力される信号は、変換回路（図示せず）によってＩＦに変換される。
【０２１９】
受信フィルタ８８は、変換回路（図示せず）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、受信フィルタ８８から出力される信号をミキシングするものである。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。受話部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ある。
【０２２０】
周波数シンセサイザ９２は、送信ミキサ８２へ供給する信号、および、受信ミキサ８９へ供給する信号を生成する回路である。周波数シンセサイザ９２は、ＰＬＬ回路を有し、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して新たな信号を生成することができる。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、入力部９４、および表示部９５を制御する。表示部９５は、例えば携帯電話機の使用者に対して機器の状態を表示する。入力部９４は、例えば携帯電話機の使用者の指示を入力する。
【０２２１】
なお、上述した例では、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およ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。
【０２２２】
さらに、移動体通信機器のみならずＢＳおよびＣＳ放送を受信するチューナなどの据置状態で使用される通信機器、およ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または光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢなどの電子機器およ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。
【０２２３】
９．第９の実施形態
次に、本発明を適用した第９の実施形態に係る薄膜圧電共振子の一例について、図面を参照しながら説明する。
【０２２４】
９−１．第１の薄膜圧電共振子
図２５は、本実施形態の一例である第１の薄膜圧電共振子７００を模式的に示す図である。第１の薄膜圧電共振子７００は、ダイアフラム型の薄膜圧電共振子である。
【０２２５】
第１の薄膜圧電共振子７００は、基板７０１と、弾性膜７０３と、下部電極７０４と、圧電体膜７０５と、上部電極７０６と、を含む。薄膜圧電共振子７００における基板７０１と、弾性膜７０３、下部電極７０４、圧電体膜７０５、および上部電極７０６は、それぞれ図１に示す圧電素子１における基板２、バッファ層３、下部電極４、圧電体膜５、および上部電極６に相当する。すなわち、第１の薄膜圧電共振子７００は、図１に示す圧電素子１を有する。
【０２２６】
基板７０１には、基板７０１を貫通するビアホール７０２が形成されている。上部電極７０６上には、配線７０８が設けられている。配線７０８は、弾性膜７０３上に形成された電極７０９と、パッド７１０を介して電気的に接続されている。
【０２２７】
９−２．作用・効果
本実施形態に係る第１の薄膜圧電共振子７００によれば、圧電体膜７０５の圧電特性が良好であり、従って高い電気機械結合係数を有する。これにより、薄膜圧電共振子７００を、高周波数領域で使用することができる。また、薄膜圧電共振子７００を、小型（薄型）化し、かつ、良好に動作させることができる。
【０２２８】
９−３．第２の薄膜圧電共振子
図２６は、本実施形態の一例である第２の薄膜圧電共振子８００を模式的に示す図である。第２の薄膜圧電共振子８００が図２５に示す第１の薄膜圧電共振子７００と主に異なるところは、ビアホールを形成せず、基板８０１と弾性膜８０３との間にエアギャップ８０２を形成した点にある。
【０２２９】
第２の薄膜圧電共振子８００は、基板８０１と、弾性膜８０３と、下部電極８０４と、圧電体膜８０５と、上部電極８０６と、を含む。薄膜圧電共振子８００における基板８０１、弾性膜８０３、下部電極８０４、圧電体膜８０５、および上部電極８０６は、それぞれ図１に示す圧電素子１における基板２、バッファ層３、下部電極４、圧電体膜５、および上部電極６に相当する。すなわち、第２の薄膜圧電共振子８００は、図１に示す圧電素子１を有する。エアギャップ８０２は、基板８０１と、弾性膜８０３との間に形成された空間である。
【０２３０】
９−４．作用・効果
本実施形態に係る第２の薄膜圧電共振子８００によれば、圧電体膜８０５の圧電特性が良好であり、従って高い電気機械結合係数を有する。これにより、薄膜圧電共振子８００を、高周波数領域で使用することができる。また、薄膜圧電共振子８００を、小型（薄型）化し、かつ、良好に動作させることができる。
【０２３１】
９−５．応用例
本実施形態に係る圧電薄膜共振子（例えば、第１の薄膜圧電共振子７００および第２の薄膜圧電共振子８００）は、共振子、周波数フィルタ、または、発振器として機能することができる。そして、例えば、図２４に示す電子回路３１０において、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８として、周波数フィルタとして機能する本実施形態に係る圧電薄膜共振子を用いることができる。また、周波数シンセサイザ９２が有する発振器として、発振器として機能する本実施形態に係る圧電薄膜共振子を用いることができる。
【０２３２】
上記のように、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、本発明に係る圧電素子は、前述したデバイスに適用されるだけでなく、種々のデバイスに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２３３】
【図１】第１の実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】ペロブスカイト型結晶構造の説明図。
【図３】ペロブスカイト型結晶構造の説明図。
【図４】第１の実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】第１の実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】第１の実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】第１の実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】第１の実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】Ｘ線回折の結果を示す図。
【図１０】第２の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成図。
【図１１】第２の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図。
【図１２】インクジェット式記録ヘッドの動作を説明するための図。
【図１３】インクジェット式記録ヘッドの動作を説明するための図。
【図１４】第３の実施形態に係るインクジェットプリンターの概略構成図。
【図１５】第４の実施形態に係る圧電ポンプの概略断面図。
【図１６】第４の実施形態に係る圧電ポンプの概略断面図。
【図１７】第５の実施形態に係る表面弾性波素子を示す側断面図。
【図１８】第６の実施形態に係る周波数フィルタを示す斜視図。
【図１９】第７の実施形態に係る発振器を示す斜視図。
【図２０】第７の実施形態に係る発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略図。
【図２１】第７の実施形態に係る発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略図。
【図２２】第７の実施形態に係る発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略図。
【図２３】ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図。
【図２４】第８の実施形態に係る電子回路の構成を示すブロック図。
【図２５】第９の実施形態に係る薄膜圧電共振子を示す側断面図。
【図２６】第９の実施形態に係る薄膜圧電共振子を示す側断面図。
【符号の説明】
【０２３４】
１  圧電素子、２  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、１１  基板、１２  バッファ層、１３  導電膜、１４  圧電体膜、１５  保護層、１６  電極、１８  基体、２０  圧電ポンプ、２１  基体、２２  圧電部、２３  ポンプ室、２４  振動板、３０  表面弾性波素子、５０  インクジェット式記録ヘッド、５１  ノズル板、５２  インク室基板、５４  圧電部、５５  弾性膜、５６  基体、５７  ヘッド本体、５８  インク滴、６０  筐体、６１  基板、６３  発振器、６４  基体、６６  配線、６７  ワイヤー線、７０  入力端子、７１  位相比較器、７２  低域フィルタ、７３  増幅器、８０  送話部、８１  送信信号処理回路、８２  送信ミキサ、８３  送信フィルタ、８４  送信電力増幅器、８５  送受分波器、８６  アンテナ部、８７  低雑音増幅器、８８  受信フィルタ、８９  受信ミキサ、９０  受信信号処理回路、９１  受話部、９２  周波数シンセサイザ、９３  制御回路、９４  入力部、９５  表示部、１４０  基体、１４１  電極、１４２  電極、１４３  吸音部、１４４  吸音部、１４５  高周波信号源、１５０  基体、１５１  電極、１５２  電極、１５３  電極、１５４  高周波信号源、３００  電子機器、３１０  電子回路、５１１  ノズル、５２１  キャビティー、５２２  側壁、５２３  リザーバ、５２４  供給口、５３１  連通孔、６００  インクジェットプリンター、６２０  装置本体、６２１  トレイ、６２２  排出口、６３０  ヘッドユニット、６３１  インクカートリッジ、６３２  キャリッジ、６４０  印刷装置、６４１  キャリッジモータ、６４２  往復動機構、６４３  キャリッジガイド軸、６４４  タイミングベルト、６５０  給紙装置、６５１  給紙モータ、６５２  給紙ローラ、６６０  制御部、６７０  操作パネル、７００  第１の薄膜圧電共振子、７０１  基板、７０２  ビアホール、７０３  弾性膜、７０４  下部電極、７０５  圧電体膜、７０６  上部電極、７０８  配線、７０９  電極、７１０  パッド、８００  第２の薄膜圧電共振子、８０１  基板、８０２  エアギャップ、８０３  弾性膜、８０４  下部電極、８０５  圧電体膜、８０６  上部電極
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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