(57)【要約】【課題】機能性膜と基板間の応力を緩和しつつ、機能性膜の特性低下を防止することができる機能性膜含有構造体及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明による機能性膜含有構造体１０は、基板１２と機能性膜１４の間に軟金属、又は潤滑性微粒子共析めっきからなる応力緩和層１６を有する。軟金属は、硬度３００kg/mm２以下の金属又は金属を主成分とする複合材であることが好ましく、例えば、Ｓｎ，Ｉｎ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｕのうち何れか一種の金属、又は、これらのうち少なくとも一種の金属組成を含む合金を用いることができる。また、機能性膜１４は、エアロゾルデポジション法など、基板２２に直接成膜接合し得る方法にて成膜し、かつ膜厚を１００μｍ以下とする態様が好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に機能性膜を有する機能性膜含有構造体であって、
前記基板と前記機能性膜の間に軟金属、又は潤滑性微粒子共析めっきからなる応力緩和層を有することを特徴とする機能性膜含有構造体。
【請求項２】
前記軟金属は、硬度３００kg/mm２以下の金属又は金属を主成分とする複合材であることを特徴とする請求項１記載の機能性膜含有構造体。
【請求項３】
前記軟金属は、錫（Ｓｎ），インジウム（Ｉｎ），銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），金（Ａｕ）のうち何れか一種の金属、又は、これらのうち少なくとも一種の金属組成を含む合金であることを特徴とする請求項１又は２記載の機能性膜含有構造体。
【請求項４】
前記潤滑性微粒子共析めっきは、二硫化モリブデン、グラファイト、フッ化黒鉛、ポリテトラフルオロエチレンのうち少なくとも一種の材料を複合させたニッケル（Ｎｉ）又は銅（Ｃｕ）の無電解めっき皮膜であることを特徴とする請求項１記載の機能性膜含有構造体。
【請求項５】
前記基板は、酸化物単結晶基板であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の機能性膜含有構造体。
【請求項６】
前記基板は、半導体単結晶基板であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の機能性膜含有構造体。
【請求項７】
前記基板は、ガラス基板であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の機能性膜含有構造体。
【請求項８】
前記基板は、金属基板であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の機能性膜含有構造体。
【請求項９】
前記機能性膜は、前記基板に直接成膜接合されてなり、かつ膜厚が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の機能性膜含有構造体。
【請求項１０】
前記機能性膜は、エアロゾルデポジション法により形成されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の機能性膜含有構造体。
【請求項１１】
前記機能性膜と前記応力緩和層の間に電極が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の機能性膜含有構造体。
【請求項１２】
基板の上に軟金属、又は潤滑性微粒子共析めっきを用いて応力緩和層を形成する工程と、
前記応力緩和層の上に機能性材料を用いて機能性膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする機能性膜含有構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記機能性膜の形成前に、前記応力緩和層の上に電極を形成する工程を備え、
前記電極を形成した後に、当該電極の上に前記機能性膜を形成することを特徴とする請求項１２に記載の機能性膜含有構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は機能性膜含有構造体及びその製造方法に係り、特に圧電体や焦電体、誘電体等に代表される機能性材料の膜（機能性膜）を有する積層構造体の構成及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子デバイスの小型化、高速化、集積化、多機能化等のニーズに伴い、圧電体や焦電体、誘電体のように、電界や磁界を印加することにより所定の機能を発現する機能性膜を含むデバイス素子の製造技術に関する研究が進められている。
【０００３】
例えば、インクジェットプリンタにおいて高精細かつ高画質の印字を可能とするためには、インクジェットヘッドのノズルを微細化すると共に高集積化する必要がある。そのため各ノズルを駆動するための圧電アクチュエータについても、同様に微細化及び高集積化が求められている。
【０００４】
このような圧電アクチュエータの構造並びにその製造方法の技術に関連して、特許文献１，２では、圧電体素子製造時の熱応力によってクラックが発生するのを防止すべく、圧電体内部に応力緩和層を形成する構成を開示している。
【特許文献１】特開平１１−８７７９１号公報
【特許文献２】特開２００４−１２８４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２に開示された技術では、応力緩和層を圧電体層と圧電体層の間に挟み込むように配置しているため、この応力緩和層が圧電体にとっては不純物層となり、積層構造体全体としての圧電アクチュエータの圧電特性が低下するという欠点がある。
【０００６】
また、特許文献１，２は、圧電体内部の応力を緩和することを目的とする技術であり、圧電体と基板の境界面での応力について言及していない。圧電体（機能性膜）と基板との関係に注目した場合、下記の観点で技術的課題がある。
【０００７】
（１）圧電体と基板間の熱応力
基板上に薄膜圧電体を直接形成するバイモルフ型アクチュエータをはじめ、一般的に機能性膜の機能を十分に発揮させるためには、比較的高温での熱処理が必要である。その際、基板と機能性膜の熱膨張係数が大きく異なる場合などには、膜がひび割れたり、基板から剥離してしまうという問題がある。
【０００８】
（２）圧電体自体の保持応力
圧電膜の場合は特に、圧電駆動時の変位量が大きくなると膜自身の応力によりひび割れたり、基板から剥離したりする。例えば、セラミックス膜を焼成して高緻密な膜にする場合、緻密化に伴い膜自体が圧縮応力を有することになる。特に粉体を直接基板に噴射するいわゆるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）の場合、室温で成膜された段階ですでに高緻密な膜質を有するため、圧縮応力も室温の時点から有することになる。この圧縮応力により基板の反り等が発生する場合がある。
【０００９】
（３）基板拘束による応力
圧電体薄膜の場合、基板に拘束されているため、本来の圧電変位特性が拘束により制限されて圧電変位が低下する現象が生じる。なお、ここでいう薄膜とは膜厚１００μｍ以下を指し、特に数十μｍ以下の場合は顕著に低下することが確認されている。
【００１０】
上記（１）〜（３）の課題は、主として圧電膜について説明したが、圧電体以外の他の機能性膜についても同様の課題がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、機能性膜と基板との間の応力に起因する上記の課題を解決しつつ、機能性膜の特性低下を防止することができる機能性膜含有構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、基板上に機能性膜を有する機能性膜含有構造体であって、前記基板と前記機能性膜の間に軟金属、又は潤滑性微粒子共析めっきからなる応力緩和層を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、基板と機能性膜の間に介在させた軟金属、又は潤滑性微粒子共析めっきの応力緩和層によって、機能性膜と基板間の熱応力や機能性膜自体の圧縮応力、或いは基板拘束による応力などが緩和されるため、これら応力による機能性膜の破壊等を防止することができるとともに、応力に起因する機能性膜の特性低下を防止することができる。また、軟金属は、有機系樹脂に対して耐熱性に優れるため、熱処理も可能である。
【００１４】
本発明の一態様として、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の機能性膜含有構造体において、前記軟金属は、硬度３００kg/mm２以下の金属又は金属を主成分とする複合材であることを特徴とする。
【００１５】
良好な応力緩和効果を得るという観点で、特に、硬度３００kg/mm２以下の金属又は金属を主成分とする複合材について顕著な応力緩和機能が確認されているため、かかる条件を満たす材料を用いて応力緩和層を形成することが好ましい。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の機能性膜含有構造体の一態様であり、前記軟金属は、錫（Ｓｎ），インジウム（Ｉｎ），銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），金（Ａｕ）のうち何れか一種の金属、又は、これらのうち少なくとも一種の金属組成を含む合金であることを特徴とする。
【００１７】
好ましい軟金属の具体例として、Ｓｎ，Ｉｎ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｕ及び左記元素を含む合金を挙げることができる。
【００１８】
また、本発明でいう「潤滑性微粒子共析めっき」とは、次のようなものである。すなわち、軟らかい微粒子をめっき浴中に分散させることで、微粒子が共析され、軟らかいめっき皮膜を形成することができる。このめっき皮膜を「潤滑性微粒子共析めっき」という。
【００１９】
「潤滑性微粒子共析めっき」の具体的な態様として、請求項４に示したように、二硫化モリブデン、グラファイト、フッ化黒鉛、ポリテトラフルオロエチレンのうち少なくとも一種の材料を複合させたニッケル（Ｎｉ）又は銅（Ｃｕ）の無電解めっき皮膜などがある。潤滑性微粒子共析めっきは、摩擦が少ない柔らかい金属であり、本発明における応力緩和層として適用可能である。
【００２０】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の機能性膜含有構造体における前記基板として、請求項５〜８に示したように、例えば、酸化物単結晶基板、半導体単結晶基板、ガラス基板、金属基板などを用いることが可能である。
【００２１】
請求項９に係る発明は、請求項１乃至８の何れか１項に記載の機能性膜含有構造体の一態様であり、前記機能性膜は、前記基板に直接成膜接合されてなり、かつ膜厚が１００μｍ以下であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１０に係る発明は、請求項１乃至９の何れか１項に記載の機能性膜含有構造体の一態様であり、前記機能性膜は、エアロゾルデポジション法により形成されていることを特徴とする。
【００２３】
基板に直接機能性膜を成膜接合する手法の一例として、例えば、エアロゾルデポジション法がある。エアロゾルデポジション法は、スパッタリング法では成膜できない膜厚を形成することができるが、成膜される機能性膜は、緻密構造を有しており、強い圧縮応力が働く。しかしながら、本発明における応力緩和層は、この圧縮応力を効果的に低減させる機能があるため、エアロゾルデポジション法での機能性膜の形成において有益な効果が得られる。また、機能性膜の基板拘束低減による特性アップの観点からは、機能性膜の膜厚を１００μｍ以下とすることが好ましく、特に、数十μｍ以下の場合に極めて効果が高い。
【００２４】
請求項１１に係る発明は、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の機能性膜含有構造体の一態様であり、前記機能性膜と前記応力緩和層の間に電極が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
機能性膜を電子デバイス（機能性素子）として利用するための電極を前記機能性膜と前記応力緩和層の間に形成する態様により、電極材料の選択範囲が広がり、機能性素子の特性向上を一層向上させることができる。
【００２６】
請求項１２に係る発明は、前記目的を達成する製造方法発明を提供する。すなわち、請求項１２に係る機能性膜含有構造体の製造方法は、基板の上に軟金属、又は潤滑性微粒子共析めっきを用いて応力緩和層を形成する工程と、前記応力緩和層の上に機能性材料を用いて機能性膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１３に係る発明は、請求項１２に記載の機能性膜含有構造体の製造方法において、前記機能性膜の形成前に、前記応力緩和層の上に電極を形成する工程を備え、前記電極を形成した後に、当該電極の上に前記機能性膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、基板と機能性膜の間に軟金属、又は潤滑性微粒子共析めっきの応力緩和層を導入したことにより、応力による機能性膜の破壊や基板の反り等を防止することができるとともに、応力に起因する機能性膜の特性低下を防止することができる。また、基板の材料選択範囲が広がり、各種高機能性膜素子への適用が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
【００３０】
〔機能性膜含有構造体の構成例〕
図１は本発明の実施形態に係る機能性膜含有構造体の基本構成を示す断面図である。同図に示したように、本実施形態の機能性膜含有構造体１０は、基板１２と機能性膜１４の間に軟金属からなる応力緩和層１６を備えた積層構造体である。
【００３１】
基板１２の材料は、特に限定されないが、例えば、基板１２として、酸化物単結晶基板、半導体単結晶基板、セラミックス基板、ガラス基板、金属基板などが用いられる。
【００３２】
酸化物単結晶基板材料としては、具体的に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、スピネル（アルミン酸マグネシウム、ＭｇＡｌ２Ｏ４、チタン酸ストロンチウム(ＳｒＴｉＯ３)、ランタンアルミネート（アルミン酸ランタン、ＬａＡｌＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等が挙げられる。これらの材料は酸化雰囲気において安定しているので、大気中において高温（例えば、酸化マグネシウムの場合には、１０００℃程度）で熱処理することができる。
【００３３】
半導体単結晶基板の材料としては、具体的に、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ガリウム燐（ＧａＰ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等が挙げられる。これらの材料は還元雰囲気において安定しているので、還元雰囲気中において高温（例えば、シリコンの場合には、１０００℃程度）で熱処理することができる。
【００３４】
セラミック基板の材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等が挙げられる。これらの材料は大気中において安定していると共に高い耐熱性を有しているので、大気中において高温（例えば、アルミナの場合には、１１００℃程度）で熱処理することができる。また、安価なので、製造コストの低減を図ることができる。
【００３５】
ガラス基板の材料としては、具体的に、ケイ酸ガラス、ケイ酸アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス等が挙げられる。これらの材料は酸化雰囲気において安定しているので、大気中において高温（例えば、ケイ酸ガラスの場合には、９００℃程度）で熱処理することができる。また、単結晶基板よりも安価なので、製造コストの低減を図ることができる。
【００３６】
金属基板の材料としては、具体的に、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）等の金属、及び、ステンレス等の合金が挙げられる。これらの材料は還元雰囲気において安定しているので、還元雰囲気中において高温（例えば、白金の場合には、１０００℃程度）で熱処理することができる。また、単結晶基板よりも安価なので、製造コストの低減を図ることができる。
【００３７】
基板材料は、製造目的とする機能性膜の成膜温度、熱処理（ポストアニール）温度、及び、熱処理雰囲気に応じて選択される。
【００３８】
機能性膜１４を構成する機能性材料として例えば、次のような材料が用いられる。
【００３９】
メモリー素子に用いられる機能性膜の材料として、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＳｒＢｉ２（Ｔａ，Ｎｂ）２Ｏ９、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２等が挙げられる。
【００４０】
アクチュエータ等の圧電素子に用いられる機能性膜の材料として、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３等、及び、これらの固溶体が挙げられる。
【００４１】
赤外線センサ等の焦電素子に用いられる機能性膜の材料として、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３等が挙げられる。
【００４２】
コンデンサ等の受動部品に用いられる機能性膜の材料として、ＢａＳｒＴｉＯ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３等が挙げられる。
【００４３】
光スイッチ等の光学素子に用いられる機能性膜の材料として、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＬｉＮｂＯ３等が挙げられる。
【００４４】
超伝導磁束量子干渉計（superconducting quantum interference device：ＳＱＵＩＤ）等の超伝導素子に用いられる機能性膜の材料として、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０等が挙げられる。ここで、ＳＱＵＩＤとは、超伝導を利用した高感度の磁気センサ素子のことである。
【００４５】
太陽電池等の光電変換素子に用いられる機能性膜の材料として、アモルファスシリコンや化合物半導体が挙げられる。
【００４６】
磁気ヘッド等のマイクロ磁気素子に用いられる機能性膜の材料として、ＰｄＰｔＭｎ、ＣｏＰｔＣｒ等が挙げられる。
【００４７】
ＴＦＴ等の半導体素子に用いられる機能性膜の材料として、アモルファスシリコン等が挙げられる。
【００４８】
製造目的とする機能性膜は、スバッタリング法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法等の公知の方法を用いることにより形成される。ゾルゲル法とは、加水分解による溶液成膜法であるが、ゾルゲル法の代わりに、熱分解による溶液成膜法である有機金属分解法（ＭＯＤ法）などの他の化学溶液法によって化学溶液膜を形成するようにしてもよい。
【００４９】
エアロゾルデポジション（ＡＤ）法とは、原料の粉体（原料粉）を含むエアロゾルを生成し、それをノズルから基板に向けて噴射して原料粉を下層に衝突させることにより、原料を基板上に堆積させる成膜方法であり、噴射堆積法又はガスデポジション法とも呼ばれている。
【００５０】
応力緩和層１６を構成する「軟金属」としては、硬度３００ｋｇ／ｍｍ２以下の金属及び金属主成分複合材を用いることが好ましい。特に硬度３００ｋｇ／ｍｍ２以下の金属において顕著な応力緩和機能が確認されており、軟金属の具体例としては、錫（Ｓｎ），インジウム（Ｉｎ），銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），金（Ａｕ）及び左記元素を含む合金などを挙げることができる。
【００５１】
或いはまた、応力緩和層１６を構成する他の材料として、潤滑性微粒子共析めっき（二硫化モリブデン、グラファイト、フッ化黒鉛、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）などを複合させたＮｉ又はＣｕの無電解めっき皮膜など）を挙げることができる。
【００５２】
［圧電アクチュエータの構造例］
図２は本発明の一実施形態としての圧電アクチュエータの構造例を示す断面図である。なお、図２に示した層構造における各層の膜厚の比率は、図示の便宜上適宜修正してあり、実際の膜厚比率は同図の開示に限定されない。
【００５３】
図２に示す圧電アクチュエータ２０は、エアロゾルデポジション法を用いて基板２２上に圧電膜２４を形成して作製されたd31モード圧電駆動アクチュエータであり、応力緩和層２６として銅（Ｃｕ）を用いたものである。
【００５４】
図２において、基板２２はシリコン（Ｓｉ）の単結晶基板(以下「Ｓｉ基板」という)であり、当該Ｓｉ基板２２の上面に接してＣｕの応力緩和層２６が形成される。この応力緩和層２６の上にＳｉ拡散抑止層２８としてのジルコニア（ＺｒＯ２）、下部電極３０としての白金（Ｐｔ）、機能性膜としての圧電膜（ＰＺＴ）２４、上部電極３２としての白金（Ｐｔ）の各層が順に積層された層構造により、本例の圧電アクチュエータ２０が構成されている。
【００５５】
Ｓｉ拡散抑止層２８は、アニール処理時に、Ｓｉ基板２２中のシリコン（Ｓｉ）が圧電体層（圧電膜２４）に拡散するのを抑止したり、圧電体中の鉛（Ｐｂ）がＳｉ基板２２に拡散するのを抑止したりする中間層としての機能を果たす。Ｓｉ拡散抑止層２８の形成方法としては、電子ビーム蒸着法、レーザ蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＡＤ法など、各種の成膜手法を用いることができる。
【００５６】
なお、本例では、応力緩和層２６と下部電極３０の中間にＳｉ拡散抑止層２８を設けているが、Ｓｉ拡散抑止層２８は、Ｓｉ基板２２と圧電膜２４の間に介在させればよく、Ｓｉ拡散抑止層２８の形成位置（積層順）は図示の例に限定されない。例えば、図３に示した圧電アクチュエータ２０’のように、Ｓｉ基板２２と応力緩和層２６の間にＳｉ拡散抑止層２８を形成する層構造も可能である。
【００５７】
下部電極３０と上部電極３２は、圧電膜２４（圧電体層）に駆動用の電圧を印加するための電極対である。本例では、白金（Ｐｔ）を用いているが、電極の材料は、特に限定されず、Ａｌ,Ｔｉ，Ａｕなど、周知の金属材料を用いることができる。また、電極の形成方法としては、スパッタリング法、蒸着法、リフトオフ法、ＡＤ法、イオンプレーティング法、ゾルゲル法、スクリーン印刷法など、各種の成膜手法を用いることができる。
【００５８】
［圧電アクチュエータの製造方法（第１実施例）］
図２に例示した圧電アクチュエータ２０の製造方法の第１実施例を説明する。製造の手順と条件は下記のとおりである。
【００５９】
（ステップ１）：基板を用意する。
【００６０】
本実施例では、基板材質をシリコン（Ｓi）（熱膨張係数：約３×１０−６／℃）とした。このＳi基板２２は振動板として機能させるため、基板の厚みは、最終的には１５μｍ程度のものとする。
【００６１】
基板の厚みは、最初から薄く（１５μｍ程度に）加工してあってもよいし、当初は厚いものを用意し圧電膜成膜後にエッチング等で所望の厚さに（１５μｍ程度に）薄く加工してもよく、使用する材料（材質）や応用により任意に選択可能である。
【００６２】
（ステップ２）：基板上に応力緩和層を形成する。
【００６３】
本実施例では、ステップ１で用意した上記Ｓｉ基板２２上にスパッタもしくは蒸着法により軟金属の一種であるＣｕを５００ｎｍ形成した。このＣｕ層が応力緩和層２６となる。Ｃｕ層の膜厚は厚くなるほど応力緩和傾向が強くなるが、一方で圧電変位による変位低下に繋がるため最適な膜厚が存在する。
【００６４】
（ステップ３）：Ｓｉ拡散抑止層を形成する。
【００６５】
本実施例では、Ｃｕ層（応力緩和層２６）上にＳｉ拡散抑止層２８としてＺｒＯ２を１００ｎｍ形成した。
【００６６】
（ステップ４）：下部電極を形成する。
【００６７】
本実施例では、ステップ３でＳｉ拡散抑止層２８を形成した後、当該Ｓｉ拡散抑止層２８の上に下部電極３０として白金（Ｐｔ）を５００ｎｍ形成した。
【００６８】
（ステップ５）：圧電膜を形成する。
【００６９】
本実施例では、下部電極３０の上にエアロゾルデポジション法により圧電膜（ＰＺＴ；チタン酸ジルコン酸鉛）２４を１０μｍ厚形成した。このときの成膜温度は室温とした。
【００７０】
（ステップ６）：圧電膜のアニール処理を行う。
【００７１】
本実施例では、圧電特性を向上させるために８００℃にてアニール処理を行った。この際、応力緩和層２６を構成しているＣｕの酸化を防止するため酸素分圧を制御した。
【００７２】
（ステップ７）：上部電極を形成する。
【００７３】
本実施例では、ステップ６のアニール処理後、圧電膜２４上に上部電極３２として白金（Ｐｔ）を５００ｎｍ形成した。
【００７４】
（ステップ８）：圧電膜の分極処理を行う。
【００７５】
本実施例では、圧電膜２４を挟む下部電極３０と上部電極３２の間に、３０ｋＶ／ｍｍの電界を印加することにより、圧電膜２４のポーリングを行った。
【００７６】
（ステップ９）：圧電アクチュエータの完成後にアクチュエータ駆動試験を行う。
【００７７】
本実施例では、上述の製造工程（ステップ１〜８）を経て製造された圧電アクチュエータ２０について、下部電極３０と上部電極３２の間に所定のパルス電界（例えば、１ｋＶ／ｍｍ程度の直流パルス電界）を印加することで、圧電アクチュエータ２０を駆動させ、Ｓi基板（すなわち振動板）２２の下面にレーザを当てて当該圧電アクチュエータ２０の変位特性を評価した。
【００７８】
その結果、Ｃｕによる応力緩和層２６を導入した本例の圧電アクチュエータ２０は、当該応力緩和層２６を具備しない構成（比較例）の圧電アクチュエータと比べて、１５％程度の変位特性向上が確認された。
【００７９】
なお、上記の例ではアクチュエータ振動板基板としてＳｉ基板２２を用いたが、Ｓｉ基板２２に代えて、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ガラス等の他の材料からなる基板を用いることも当然可能である。
【００８０】
また、本実施形態における応力緩和層２６は下部電極３０も兼ねることが可能であるが、図２に例示したように、必要に応じて最適材料の電極を圧電体直下に別途形成する構成が好ましい。
【００８１】
［圧電アクチュエータの製造方法（第２実施例）］
次に、圧電アクチュエータの製造方法の第２実施例を説明する。この第２実施例は、応力緩和層を潤滑性微粒子共析めっきプロセスで形成するものである。図４に、当該第２実施例に係る製造方法によって得られる圧電アクチュエータ４０の構造を示す。なお、図４に示した層構造における各層の膜厚の比率は、図示の便宜上適宜修正してあり、実際の膜厚比率は同図の開示に限定されない。図４中図２に示した構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付してある。この第２実施例における製造の手順と条件は下記のとおりである。
【００８２】
（ステップ１）：基板を用意する。
【００８３】
第１実施例と同様に、基板材質をシリコン（Ｓｉ）（熱膨張係数：約３×１０−６／℃）とし、基板２２の厚みは、最終的には１５μｍ程度のものとした。
【００８４】
（ステップ２）：基板上にニッケル（Ｎｉ）膜を形成する。
【００８５】
本実施例では、ステップ１で用意した上記Ｓｉ基板２２上にスパッタ法によりＮi膜３４を５０ｎｍ形成した。
【００８６】
（ステップ３）：ニッケル（Ｎｉ）めっき処理を実施する。
【００８７】
本実施例では、ステップ２のスパッタ法によって形成したＮｉ膜３４の表面をアルカリ脱脂した後、中和処理（１０％塩酸に１０秒間浸漬）を行ってから、塩化ニッケル２５０ｇ／リットル、塩酸１２５cc/リットル、電流密度６Ａ／ｄｍ２、めっき時間２分の条件でニッケルめっきを実施した。これにより、図４のようにＮｉ膜３６を得た。
【００８８】
（ステップ４）：分散めっき処理を実施する。
【００８９】
本実施例では、ステップ３のニッケルめっき実施後、Ｎｉ膜３６の上に分散めっき処理を実施した。このとき電界めっき条件として、硫酸ニッケル２５０ｇ／リットル、塩化ニッケル４５ｇ／リットル、ホウ酸４０ｇ／リットル、潤滑性微粒子としてグラファイト粒子（平均粒径５μｍ）１００ｇ／リットル；ｐＨ＝４、陰極電流密度３Ａ／ｄｍ２、温度５０℃、めっき時間４分とし、膜厚約２μmの微粒子共析めっきを得た。
【００９０】
（ステップ５）：Ｓｉ拡散防止膜（Ｓｉ拡散抑止層２８に相当）を形成する。
【００９１】
本実施例では、ステップ４で形成した微粒子共析めっき膜（応力緩和層２６）の上にＳｉ拡散防止層２８としてＺｒＯ２を１００ｎｍ形成した。
【００９２】
以後の工程は、実施例１のステップ４以降と同様であり、下部電極の形成→圧電膜形成→アニール処理→上部電極形成→分極処理の各工程を経て圧電アクチュエータ４０が製造される。
【００９３】
［液体吐出ヘッドへの適用例］
次に、本発明の実施形態に係る圧電アクチュエータを用いた液体吐出ヘッドの構成例について説明する。
【００９４】
図５は液体吐出ヘッドの一例を示す要部断面図である。図５に示した液体吐出ヘッド５０は、図２で説明した構造を有する圧電アクチュエータ２０を吐出駆動用の圧力発生手段として用いたものであり、図５中の図２と共通する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。図５において、符号５２はノズル、５４は圧力室であり、５６は圧力室５４の隔壁（側面壁部）を構成する圧力室隔壁部材、５８はノズル５２の孔が形成されたノズルプレートである。
【００９５】
なお、図５では、吐出素子単位としての１チャンネル分の液滴吐出素子（１つのノズルに対応した圧力室ユニット）の断面図を示したが、インクジェットプリントヘッド（「印字ヘッド」或いは「記録ヘッド」ともいう）などにおいては、複数のチャンネルが１次元（列状）又は２次元（面状）に配列された構造となる。
【００９６】
図５に示すように、本例の液体吐出ヘッド５０は、振動板として機能する基板２２の下面に圧力室隔壁部材５６が接着剤によって接合され、この圧力室隔壁５６の下面にノズルプレート５８が接着剤によって接合されることによって構成されている。すなわち、本例では、基板２２が圧力室５４の一部の面（図５において天面）を構成し、ノズルプレート５８も圧力室５４の一部の面（図５において床面）を構成している。
【００９７】
圧力室隔壁部材５６及び基板２２とノズルプレート５８によって画成された圧力室５４には、図示しない液体流路（供給流路）を介して液体（例えば、インク）が供給されるようになっている。圧電膜２４の下部電極３０は共通電極として機能し、上部電極３２は個別電極として機能する。これら電極（３０，３２）間に駆動用の電圧が印加されると、圧電膜２４が歪み、当該圧電膜２４のｄ31方向の歪みによって振動板（基板２２）が撓む。この振動板（基板２２）の撓み変位により、圧力室５４の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル５２から液滴が吐出される。吐出後、振動板（基板２２）の変位が元に戻る際に、不図示の液体流路を通って新しい液が圧力室５４に充填される。
【００９８】
なお、電極（３０，３２）間に印加する電圧信号（駆動パルス）の波形や印加タイミング等を制御することにより、吐出液量や吐出タイミングを調整することができる。
【００９９】
上述の説明では、主として圧電アクチュエータ及びこれを用いた液体吐出ヘッドを例示したが、本発明による圧電アクチュエータの適用範囲はこれに限定されず、他の機器のアクチュエータとしても使用できる。また、本発明の適用範囲は、圧電アクチュエータに限定されず、既述のとおり、メモリー素子、焦電素子、コンデンサ、インダクタ、光学素子、光電変換素子、マイクロ磁気素子、半導体素子など、様々な素子（機能性膜素子）について適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施形態に係る機能性膜含有構造体の基本構成を示す断面図
【図２】本発明の一実施形態としての圧電アクチュエータの構造例を示す断面図
【図３】本発明の他の実施形態に係る圧電アクチュエータの構造例を示す断面図
【図４】本発明の他の実施形態に係る圧電アクチュエータの構造例を示す断面図
【図５】本発明の実施形態に係る圧電アクチュエータを用いた液体吐出ヘッドの構成例を示す要部断面図
【符号の説明】
【０１０１】
１０…機能性膜含有構造体、１２…基板、１４…機能性膜、１６…応力緩和層、２０…圧電アクチュエータ、２２…基板、２４…圧電膜、２８…Ｓｉ拡散抑止層、３０…下部電極、３２…上部電極、５０…液体吐出ヘッド、５２…ノズル、５４…圧力室、５６…圧力室隔壁部材、５８…ノズルプレート
【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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