(57)【要約】【課題】正方晶系の結晶構造を有する膜厚２００ｎｍ以上の、（１００）単一配向の強誘電体膜を備えた強誘電性酸化物構造体を提供する。【解決手段】強誘電性酸化物構造体１は、基板１０上に、膜厚が２００ｎｍ以上の正方晶系の結晶系を有する強誘電体膜３０が成膜されたものであって、強誘電体膜３０が、（１００）単一配向の結晶配向性を有することを特徴とするものである。【選択図】図１
2009289982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、膜厚が２００ｎｍ以上の正方晶系の結晶系を有する強誘電体膜が成膜された強誘電性酸化物構造体において、
前記強誘電体膜が、（１００）単一配向の結晶配向性を有することを特徴とする強誘電性酸化物構造体。
【請求項２】
下記式（１）及び（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の強誘電性酸化物構造体。
１．０＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０１５  ・・・（１）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧３．０×１０−６  ・・・（２）
（式（１）及び（２）中、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数である。）
【請求項３】
下記式（３）及び（４）を満足することを特徴とする請求項１に記載の強誘電性酸化物構造体。
１．０１５＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０４５  ・・・（３）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧９．０×１０−６  ・・・（４）
（式（３）及び（４）中、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数である。）
【請求項４】
下記式（５）及び（６）を満足することを特徴とする請求項１に記載の強誘電性酸化物構造体。
１．０４５＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０６５  ・・・（５）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧１２．０×１０−６  ・・・（６）
（式（５）及び（６）中、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数である。）
【請求項５】
下記式（７）を満足することを特徴とする請求項１に記載の強誘電性酸化物構造体。
（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ＞２５×１０−４  ・・・（７）  
（式（７）中、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数、Ｔｇは前記強誘電体膜の成膜温度、Ｔｃは相転移温度、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比である。）
【請求項６】
下記式（８）を満足することを特徴とする請求項５に記載の強誘電性酸化物構造体。
（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ＞３０×１０−４  ・・・（８）  
（式（８）中、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数、Ｔｇは前記強誘電体膜の成膜温度、Ｔｃは相転移温度、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸比である。）
【請求項７】
前記強誘電体膜が、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸ビスマスカリウム、及びビスマスフェライトからなる群より選ばれる少なくとも１種のペロブスカイト型酸化物を含むことを特徴とする請求項２，５，６のいずれかに記載の強誘電性酸化物構造体。
【請求項８】
前記強誘電体膜が、チタン酸ジルコン酸鉛を含むことを特徴とする請求項３，５，６のいずれかに記載の強誘電性酸化物構造体。
【請求項９】
前記強誘電体膜が、チタン酸鉛を含むことを特徴とする請求項４，５，６のいずれかに記載の強誘電性酸化物構造体。
【請求項１０】
前記基板が、Ｓｉを主成分とするものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の強誘電性酸化物構造体。
【請求項１１】
前記基板が単結晶基板であり、前記強誘電体膜がエピタキシャル膜であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の強誘電性酸化物構造体。
【請求項１２】
前記基板の基板表面の結晶面が低指数面からオフカットされた面であり、前記強電体膜が、前記面と平行な面内において略一様な結晶配向性を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の強誘電性酸化物構造体。
【請求項１３】
前記強誘電体膜に対して膜厚方向に電界を印加する電極とを備えた強誘電体素子であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の強誘電性酸化物構造体。
【請求項１４】
請求項１３に記載の強誘電性酸化物構造体からなる圧電素子と、
該圧電素子に隣接して設けられた液体吐出部材とを備え、
該液体吐出部材は、液体が貯留される液体貯留室と、前記圧電体に対する前記電界の印加に応じて該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口とを有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１５】
基板上に、
所定の温度にて結晶構造が相転移する強誘電体膜であって、前記所定の温度以下の温度において正方晶系の結晶構造を有する膜厚２００ｎｍ以上の強誘電体膜を備えた強誘電性酸化物構造体の製造方法において、
前記強誘電体膜が下記式（１）を満足するものである場合は、
前記強誘電体膜の熱膨張係数に応じて下記式（２）を満足する前記基板を用意し、
前記強誘電体膜が下記式（３）を満足するものである場合は、
前記強誘電体膜の熱膨張係数に応じて下記式（４）を満足する前記基板を用意し、
前記強誘電体膜が下記式（５）を満足するものである場合は、
前記強誘電体膜の熱膨張係数に応じて下記式（６）を満足する前記基板を用意し、
該基板上に前記強誘電体膜を前記所定の温度以上の温度で成膜することを特徴とする強誘電性酸化物構造体の製造方法。
１．０＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０１５  ・・・（１）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧３．０×１０−６  ・・・（２）、
１．０１５＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０４５  ・・・（３）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧９．０×１０−６  ・・・（４）、
１．０４５＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０６５  ・・・（５）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧１２．０×１０−６  ・・・（６）
（式中、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数である。）
【請求項１６】
基板上に、
所定の温度にて結晶構造が相転移する強誘電体膜であって、前記所定の温度以下の温度において正方晶系の結晶構造を有する膜厚２００ｎｍ以上の強誘電体膜を備えた強誘電性酸化物構造体の製造方法において、
前記強誘電体膜の熱膨張係数及び結晶軸の格子定数比に応じて下記式（７）を満足する前記基板を用意し、
該基板上に前記強誘電体膜を前記所定の温度以上の温度で成膜することを特徴とする強誘電性酸化物構造体の製造方法。
（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ＞２５×１０−４  ・・・（７）
（式（７）中、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数、Ｔｇは前記強誘電体膜の成膜温度、Ｔｃは相転移温度、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比である。）
【請求項１７】
前記強誘電体膜の熱膨張係数及び結晶軸の格子定数比に応じて下記式（８）を満足する前記基板を用意し、
該基板上に前記強誘電体膜を前記所定の温度以上の温度で成膜することを特徴とする請求項１６に記載の強誘電性酸化物構造体の製造方法。
（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≧３０×１０−４  ・・・（８）
（式（８）中、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数、Ｔｇは前記強誘電体膜の成膜温度、Ｔｃは相転移温度、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体素子等の強誘電性酸化物構造体とそれを用いて得られた液体吐出装置、及び強誘電性酸化物構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界印加強度の増減に伴って伸縮する圧電性を有する圧電体と、圧電体に対して電界を印加する電極とを備えた圧電素子が、インクジェット式記録ヘッド，原子間力顕微鏡（AFM）、携帯電話のカメラモジュール、超音波素子等に搭載される圧電アクチュエータ等の用途に使用されている。近年、各種電子デバイスの小型化や高密度集積化のニーズに伴って、電子デバイスを薄膜の積層構造とすることにより薄型化を図る試みがなされており、圧電素子においても圧電体膜を備えた構造体が用いられている。かかる構造体において、好適な圧電特性を得るためには、圧電体膜の膜厚は２００ｎｍ以上であることが好ましく、５００ｎｍ以上であることがより好ましいとされている。
【０００３】
圧電材料としては、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）等のペロブスカイト型酸化物が広く用いられている。かかる圧電材料は電界無印加時において自発分極性を有する強誘電体である。
【０００４】
ＰＺＴを始めとする鉛系ペロブスカイト型酸化物は、圧電材料の中で最も利用されている材料であり、電界印加強度の増減によって電界印加方向に伸縮する通常の電界誘起圧電歪が大きいことが知られている。
【０００５】
一方、昨今、環境負荷に関する関心が高まっており、欧州のＲｏＨＳ規制等に代表される鉛規制が材料分野においても進められている。しかしながら、圧電材料に関しては、非鉛系圧電材料において鉛系圧電材料に匹敵する圧電特性が得られないため、規制対象から除外されている状態である。そのため、鉛系圧電材料に匹敵する高い圧電特性を有する非鉛系圧電材料の開発が求められている。
【０００６】
非鉛系圧電材料において上記通常の電界誘起圧電歪を利用するだけでは歪変位量に限界がある。そのため、９０°ドメイン回転等の可逆的非１８０°ドメイン回転を利用した圧電素子が提案されている。かかる圧電素子では、正方晶系の圧電材料の場合、ａ軸が電界印加方向に配向したａドメインが、電界印加によって、ｃ軸が電界印加方向に配向したｃドメインに９０°ドメイン回転することにより得られる圧電歪と、ドメイン回転後に得られる通常の電界誘起圧電歪の両方を得ることができる。
【０００７】
非特許文献１には、ｃ軸配向（（００１）配向）のチタン酸バリウムの単結晶に、移動性の点欠陥が、その短範囲秩序の対称性が強誘電体相の結晶対称性に一致するように配置された圧電材料が記載されている。この材料では、自発分極軸と電界印加方向とが９０°ずれたａドメイン構造（（１００）配向）の正方晶相が形成され、このドメインの可逆的９０°ドメイン回転が起こることが報告されている。しかしながら、非特許文献１の圧電材料は、ｃドメインの中にａドメインが混在した状態であるため、ａドメインの割合が少なく、得られるドメイン回転による効果は充分ではない。正方晶系の圧電材料において、ドメイン回転による効果は、ａ軸単一配向（（１００）単一配向）である場合に最大限に発揮される。
【０００８】
特許文献１には、基板の室温から強誘電体薄膜の成膜温度までの平均熱膨張係数が５０×１０−７℃−１以下である基板上に、＜１００＞方向に強く配向した強誘電体薄膜を備えた強誘電体薄膜素子が開示されている。
【特許文献１】特開平７−３００３９７号公報
【非特許文献１】X.Ren et al, Physical Review B 71, 174108, 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では、実施例１等において、実施例１では異なる平均熱膨張係数を有する基板上に、チタン酸鉛ランタン膜を高周波マグネトロン法により成膜し、基板の平均熱膨張係数の違いによる成膜される膜（膜厚１μｍ）の配向性への影響が記載されており（図１）、基板の平均熱膨張係数が５０×１０−７℃−１以下になると、＜１００＞方向に強く配向することが記載されている。しかしながら、図１に示されるＸＲＤにおいて、＜１００＞方向に強く配向しているとされている（Ａ）〜（Ｃ）のいずれにおいても、＜００１＞方向の配向ピークが観察されており、単一配向膜は得られていない（ＸＲＤスペクトルから見積もった配向率は８０％程度である。）。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、正方晶系の結晶構造を有する膜厚２００ｎｍ以上の、（１００）単一配向の強誘電体膜を備えた強誘電性酸化物構造体を提供することを目的とするものである。
【００１１】
また、本発明は、正方晶系の結晶構造を有する膜厚２００ｎｍ以上の、（１００）単一配向の強誘電体膜を備えた強誘電性酸化物構造体を製造することが可能な、強誘電性酸化物構造体の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の強誘電性酸化物構造体は、基板上に、膜厚が２００ｎｍ以上の正方晶系の結晶系を有する強誘電体膜が成膜された強誘電性酸化物構造体において、前記強誘電体膜が、（１００）単一配向の結晶配向性を有することを特徴とするものである。  
本明細書において、「強誘電体膜が、（００１）単一配向の結晶配向性を有する」とは、強誘電体膜のθ／２θＸ線回折測定（ＸＲＤ）において、下記式（ｉ）で表される（００ｌ）面のＬｏｔｇｅｒｌｉｎｇ配向度Ｆが９０％以上である事を意味する。ここで（００ｌ）面とは、（００１）や（００２）等の等価な面の総称とする。  
Ｆ（％）＝（Ｐ−Ｐ０）／（１−Ｐ０）×１００・・・（ｉ）
式（ｉ）中、Ｐは、配向面からの反射強度の合計と全反射強度の合計の比である。（００１）配向の場合、Ｐは、（００ｌ）面からの反射強度Ｉ（００ｌ）の合計ΣＩ（００ｌ）と、各結晶面（ｈｋｌ）からの反射強度Ｉ（ｈｋｌ）の合計ΣＩ（ｈｋｌ）との比（｛ΣＩ（００ｌ）／ΣＩ（ｈｋｌ）｝）である。例えば、ペロブスカイト結晶において（００１）配向の場合、Ｐ＝Ｉ（００１）／［Ｉ（００１）＋Ｉ（１００）＋Ｉ（１０１）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）］である。  
Ｐ０は、完全にランダムな配向をしている試料のＰである。  
完全にランダムな配向をしている場合（Ｐ＝Ｐ０）にはＦ＝０％であり、完全に配向をしている場合（Ｐ＝１）にはＦ＝１００％である。
【００１３】
本発明の強誘電性酸化物構造体は、強誘電体膜が下記式（１）を満足する場合は下記式（２）を、
１．０＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０１５  ・・・（１）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧３．０×１０−６  ・・・（２）、
強誘電体膜が下記式（３）を満足する場合は下記式（４）を、
１．０１５＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０４５  ・・・（３）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧９．０×１０−６  ・・・（４）、
強誘電体膜が下記式（５）を満足する場合は下記式（６）を満足することが好ましい。  
１．０４５＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０６５  ・・・（５）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧１２．０×１０−６  ・・・（６）
（式中、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数である。）
本明細書において、熱膨張係数は、室温から成膜温度までの平均熱膨張係数である。
【００１４】
また、本発明の強誘電性酸化物構造体は、下記式（７）を満足することが好ましく、下記式（８）を満足することがより好ましい。  
（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ＞２５×１０−４  ・・・（７）
（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≧３０×１０−４  ・・・（８）
（式（７）、（８）中、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数、Ｔｇは前記強誘電体膜の成膜温度、Ｔｃは相転移温度、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の格子定数比である。
【００１５】
本発明の強誘電性酸化物構造体において、前記強誘電体膜としては、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸ビスマスカリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛からなる群より選ばれる少なくとも１種のペロブスカイト型酸化物を含むものが挙げられる。
【００１６】
本発明の強誘電性酸化物構造体において、前記基板は、Ｓｉを主成分とするものであることが好ましい。「主成分」は、含量８０モル％以上の成分と定義する。
【００１７】
また、前記基板は単結晶基板であることが好ましく、前記強誘電体膜はエピタキシャル膜であることが好ましい。
【００１８】
また、前記基板として、基板表面の結晶面が低指数面から低指数面からオフカットされた面であるものを用いれば、前記強電体膜が、前記面と平行な面内において略一様な結晶配向性を有するものとすることができる。  
本明細書において、低指数面とは（ａｂｃ）面（但し、ａ〜ｃはいずれも０又は１、ａ＋ｂ＋ｃ≧１）で表される面と定義する。
【００１９】
本発明の強誘電性酸化物構造体は、前記強誘電体膜に対して膜厚方向に電界を印加する電極を備えた強誘電体素子であることが好ましい。
【００２０】
本発明の液体吐出装置は、上記本発明の強誘電性酸化物構造体からなる圧電素子と、該圧電素子に隣接して設けられた液体吐出部材とを備え、該液体吐出部材は、液体が貯留される液体貯留室と、前記圧電体に対する前記電界の印加に応じて該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口とを有することを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第１の強誘電性酸化物構造体の製造方法は、基板上に、所定の温度にて結晶構造が相転移する強誘電体膜であって、前記所定の温度以下の温度において正方晶系の結晶構造を有する膜厚２００ｎｍ以上の強誘電体膜を備えた強誘電性酸化物構造体の製造方法において、
前記強誘電体膜が下記式（１）を満足するものである場合は、前記強誘電体膜の熱膨張係数に応じて下記式（２）を満足する前記基板を用意し、
前記強誘電体膜が下記式（３）を満足するものである場合は、前記強誘電体膜の熱膨張係数に応じて下記式（４）を満足する前記基板を用意し、
前記強誘電体膜が下記式（５）を満足するものである場合は、前記強誘電体膜の熱膨張係数に応じて下記式（６）を満足する前記基板を用意し、
該基板上に前記強誘電体膜を前記所定の温度以上の温度で成膜することを特徴とするものである。  
１．０＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０１５  ・・・（１）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧３．０×１０−６  ・・・（２）、
１．０１５＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０４５  ・・・（３）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧９．０×１０−６  ・・・（４）、
１．０４５＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０６５  ・・・（５）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧１２．０×１０−６  ・・・（６）
（式中、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数である。）
【００２２】
本発明の第２の強誘電性酸化物構造体の製造方法は、基板上に、所定の温度にて結晶構造が相転移する強誘電体膜であって、前記所定の温度以下の温度において正方晶系の結晶構造を有する膜厚２００ｎｍ以上の強誘電体膜を備えた強誘電性酸化物構造体の製造方法において、
前記強誘電体膜の熱膨張係数及び結晶軸の格子定数比に応じて下記式（７）、好ましくは下記式（８）を満足する前記基板を用意し、該基板上に前記強誘電体膜を前記所定の温度以上の温度で成膜することを特徴とするものである。  
（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ＞２５×１０−４  ・・・（７）、
（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≧３０×１０−４  ・・・（８）
（式（７）、（８）中、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数、Ｔｇは前記強誘電体膜の成膜温度、Ｔｃは相転移温度、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比である。）
【００２３】
特許文献１の段落[００１０]には、キュリー温度以上の温度にて成膜され、その後キュリー温度を経て冷却されて得られるチタン酸鉛等のペロブスカイト型酸化物膜は、基板の熱膨張係数が成膜される薄膜の熱膨張係数よりも大きい場合に、冷却過程において薄膜に熱圧縮応力がかかるため、キュリー温度にて正方晶に相転移する際に歪みエネルギーが小さくなる方向、すなわち＜００１＞軸が基板面と垂直となる方向に配向するように、ｃドメインが急激に増大することが記載されている。特許文献１では、かかる知見を＜１００＞配向へ応用し、＜１００＞方向に強く配向した強誘電体薄膜を備えた強誘電体薄膜素子を得ている。
【００２４】
従って、基板とその上に成膜される薄膜との熱膨張係数差により発生する応力によりａドメインを増加させる点では本発明と同様である。しかしながら、「背景技術」の項において記載したように、特許文献１では単一配向膜は得られていない（配向率約８０％）。
【００２５】
本発明は、基板上に、膜厚が２００ｎｍ以上の正方晶系の結晶系を有する強誘電体膜が成膜された強誘電性酸化物構造体において、強誘電体膜を（１００）単一配向膜とするための強誘電体膜及び基板に要求される条件を初めて見いだし、それを適用したものである。特許文献１には、強誘電体薄膜を単一配向膜とするための条件、及び指針については記載も示唆もされていない。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の強誘電性酸化物構造体は、基板上に、膜厚が２００ｎｍ以上の、正方晶系の結晶系を有する（１００）単一配向の強誘電体膜を備えたものである。かかる構成では、膜厚が５００ｎｍ以上の正方晶系の強誘電体膜が（１００）単一配向であるため、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転による効果等、（１００）配向に基づく強誘電体膜の機能を最大限に発揮させることができる。従って、デバイス特性上、２００ｎｍ以上の膜厚を有する正方晶系の強誘電体膜を有することが好ましい圧電素子や焦電素子等の強誘電体素子等の強誘電性酸化物構造体において、（１００）配向に基づく素子特性を最適化することができる。
【００２７】
また、本発明の強誘電性酸化物構造体の製造方法は、膜厚２００ｎｍ以上の正方晶系の強誘電体膜を成膜する際に、基板と強誘電体膜との熱圧縮応力及び熱膨張係数差を最適化することにより、（１００）単一配向の強誘電体膜を成膜可能であることを初めて見出したものである。本発明の強誘電性酸化物構造体の製造方法によれば、デバイス特性上、２００ｎｍ以上の膜厚を有する正方晶系の強誘電体膜を備えていることが好ましい圧電素子や焦電素子等の強誘電体素子において、強誘電体膜を（１００）単一配向とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
「圧電素子（強誘電体素子，強誘電性酸化物構造体）及びインクジェット式記録ヘッド」
図１を参照して、本発明に係る実施形態の圧電素子（強誘電体素子，強誘電性酸化物構造体）の構造について説明する。及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造について説明する。図２はインクジェット式記録ヘッドの要部断面図（圧電素子の厚み方向の断面図）である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２９】
図１に示されるように、圧電素子（強誘電体素子，強誘電性酸化物構造体）１は、基板１０上に、下部電極２０と、膜厚２００ｎｍ以上の正方晶構造を有する圧電体膜（強誘電体膜）３０と、上部電極４０とが順次積層された素子であり、圧電体膜３０に対して、下部電極２０と上部電極４０とにより厚み方向に電界が印加されるようになっている。圧電体膜３０と各電極との間には、バッファ層５０等の各種機能層を備えていてもよい。
【００３０】
下部電極２０は基板１０の略全面に形成されており、この上に図示手前側から奥側に延びるライン状の凸部３１がストライプ状に配列したパターンの圧電体膜３０が形成され、各凸部３１の上に上部電極４０が形成されている。
【００３１】
圧電体膜３０のパターンは図示するものに限定されず、適宜設計される。また、圧電体膜３０は連続膜でも構わない。但し、圧電体膜３０は、連続膜ではなく、互いに分離した複数の凸部３１からなるパターンで形成することで、個々の凸部３１の伸縮がスムーズに起こるので、より大きな変位量が得られ、好ましい。
【００３２】
インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）３は、概略、上記構成の圧電素子１の基板１０の下面に、振動板５０を介して、インクが貯留されるインク室（液体貯留室）６１及びインク室６１から外部にインクが吐出されるインク吐出口（液体吐出口）６２を有するインクノズル（液体貯留吐出部材）６０が取り付けられたものである。インク室６１は、圧電体膜３０の凸部３１の数及びパターンに対応して、複数設けられている。
【００３３】
インクジェット式記録ヘッド２では、圧電素子１の凸部３１に印加する電界強度を凸部３１ごとに増減させてこれを伸縮させ、これによってインク室６１からのインクの吐出や吐出量の制御が行われる。
【００３４】
圧電素子１において、下部電極２０の主成分としては特に制限なく、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＬａＮｉＯ３，及びＳｒＲｕＯ３等の金属又は金属酸化物、及びこれらの組合せが挙げられる。  
上部電極４０の主成分としては特に制限なく、下部電極２０で例示した材料、Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，及びＣｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、及びこれらの組合せが挙げられる。
【００３５】
下部電極２０と上部電極４０の厚みは特に制限なく、例えば２００ｎｍ程度である。圧電体膜３０の膜厚は２００ｎｍ以上であり、５００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３６】
圧電素子１において、圧電体膜３０は（１００）単一配向（ａ軸単一配向）の結晶配向性を有している。（１００）単一配向である圧電体膜３０では、９０°分極回転等の非１８０°分極回転による圧電性能が最大限に発揮される。
【００３７】
圧電素子１において、圧電体膜３０としては、膜厚２００ｎｍ以上の正方晶構造を有するものであれば特に制限されない。圧電体膜３０としては、鉛系及び非鉛系を問わず各種ペロブスカイト型酸化物を含むものが挙げられる。ペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜は、電圧無印加時において自発分極性を有する強誘電体膜である。
【００３８】
「背景技術」の項において、現在、鉛系圧電材料に匹敵する高い圧電特性を有する非鉛系圧電材料の開発が求められており、非鉛系の圧電材料は、通常の電界誘起圧電歪を利用するだけでは歪変位量に限界があることを述べた。上記したように、圧電素子１によれば、９０°ドメイン回転等の可逆的非１８０°ドメイン回転による圧電性能を最大限に発揮されるため、通常の電界誘起圧電歪の小さい非鉛系の圧電体膜３０においても、高い圧電性能を実現することができる。非鉛系の圧電体膜３０としては、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ビスマスフェライトからなる群より選ばれる少なくとも１種のペロブスカイト型酸化物を含むものが挙げられる。
【００３９】
また、鉛系の圧電体膜３０としては、下記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物を含むもの等が挙げられる。  
一般式ＡａＢｂＯ３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素、
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｏ：酸素原子。  
ａ＝１．０かつｂ＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
式（Ｐ）中、ＡサイトのＰｂ以外の元素としては、Ｌａ等のランタニド元素やＢａ等が挙げられる。
【００４０】
圧電体膜３０は、相転位温度（キュリー温度）Ｔｃにおいて相転移するものであり、Ｔｃ以上の温度では自発分極が消失した常誘電体となっている。圧電素子１では、成膜後の降温過程において圧電体膜３０にかかる熱引っ張り応力εthermalにより、圧電体膜３０が（１００）単一配向となる。熱引っ張り応力εthermalは、基板１０の熱膨張係数αｓｕｂと、その上に成膜される圧電体膜３０の熱膨張係数αｆｉｌｍが、（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ）＞０である場合に生じるものである。
【００４１】
従って、基板１０としては、成膜後の降温過程において圧電体膜３０に、（１００）単一配向となりうる熱引っ張り応力εthermalを与えられる熱膨張係数αｓｕｂを有するものであれば特に制限されない。基板１０に要求される熱膨張係数αｓｕｂは、成膜される圧電体膜３０の熱膨張係数αｆｉｌｍ、及び、成膜温度Ｔｇに応じて適宜選択される。
【００４２】
例えば、圧電体膜３０が上記のようなペロブスカイト型酸化物膜である場合、良好な結晶性を有し、圧電特性の良好な膜を得るためには、圧電体膜３０は、圧電体膜３０のキュリー温度（相転移温度）Ｔｃ以上の温度Ｔｇで成膜されることが好ましい。Ｔｃ以上の温度Ｔｇで圧電体膜３０を成膜する場合、成膜後の降温過程においてキュリー温度Ｔｃを通過することになるが、相転位時に熱引っ張り応力εthermalが存在していると、熱引っ張り応力εthermalを吸収する向き、すなわち、結晶軸が、基板１０の表面と垂直方向に短く、平行方向に長くなる（１００）面配向となりやすくなる。
【００４３】
相転移温度Ｔｃまでに圧電体膜３０にかかる熱引っ張り応力εthermalは、（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））で表すことができる。本発明者らは、圧電体膜３０の一般的な成膜温度Ｔｇを考慮し、圧電体膜３０が（１００）単一配向となりうる熱引っ張り応力εthermalを与える（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ）の値について検討を行った。その結果、圧電体膜３０を（１００）単一配向とするために必要な熱引っ張り応力εthermal及び（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ）は、圧電体膜３０の結晶軸の格子定数比（ａ軸とｃ軸の格子定数の比）（ｃ／ａ）ｆｉｌｍにより影響を受けることがわかった（後記実施例を参照）。表１に、主なペロブスカイト型酸化物のａ軸長とｃ軸長、及びその比（結晶軸の格子定数比）を示す。表１において、ＰＺＴは、組成によって異なるため、２つの組成について示してある。
【００４４】
【表１】
2009289982.tif 000003
【００４５】
例えば、圧電体膜３０が下記式（１）を満足する場合、下記式（２）を満足する基板１０を用いることにより、（１００）単一配向とすることができる。かかる基板１０としては、ＬａＡｌＯ３（ＬＡＯ）（αｓｕｂ（℃−１）＝１２．５×１０−６）、ＳｒＴｉＯ３（ＳＴＯ）（αｓｕｂ（℃−１）＝１１．１×１０−６）、ＮｄＧａＯ3（ＮＧＯ）（αｓｕｂ（℃−１）＝１０．０×１０−６）、ＫＴａＯ３（ＫＴＯ）（αｓｕｂ（℃−１）＝６．０×１０−６）、Ｓｉ（αｓｕｂ（℃−１）＝３．０×１０−６）等が挙げられる。下記式（１）を満足する圧電体膜３０としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３），チタン酸バリウムストロンチウム（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸バリウム（Ｂａ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３），チタン酸ビスマスカリウム（（Ｂｉ，Ｋ）ＴｉＯ３），ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３）等を含むものが挙げられる。  
１．０＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０１５  ・・・（１）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧３．０×１０−６  ・・・（２）
（式中、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数である。）
【００４６】
また、圧電体膜３０が下記式（３）を満足する場合は、下記式（４）を満足する基板１０を用いることにより、（１００）単一配向とすることができる。かかる基板１０としては、ＫＴａＯ３（αｓｕｂ（℃−１）＝６．０×１０−６）、Ｓｉ（αｓｕｂ（℃−１）＝３．０×１０−６）等が挙げられる。下記式（３）を満足する圧電体膜３０としては、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）等、上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物の一部を含むものが挙げられる。  
１．０１５＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０４５  ・・・（３）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧９．０×１０−６  ・・・（４）
（式中、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数である。）
【００４７】
また、圧電体膜３０が下記式（５）を満足する場合は、下記式（６）を満足する基板１０を用いることにより、（１００）単一配向とすることができる。かかる基板１０としては、Ｓｉ（αｓｕｂ（℃−１）＝３．０×１０−６）等が挙げられる。下記式（５）を満足する圧電体膜３０としては、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）等、上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物の一部を含むものが挙げられる。  
１．０４５＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０６５  ・・・（５）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧１２．０×１０−６  ・・・（６）
（式中、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数である。）
【００４８】
上記した基板１０の条件は、それぞれ式（１）、（３）、（５）を満足する圧電体膜３０の一般的な成膜温度Ｔｇの範囲において、圧電体膜３０を熱膨張係数αｓｕｂの異なる基板１０上に成膜して、得られた圧電体膜３０の結晶配向性を調べた結果（実施例１、図６）により導出したものである。図６からもわかるように、基板１０がＳｉ基板である場合は、成膜温度によらず、（１００）単一配向の圧電体膜３０が得られている。しかしながら、基板１０がＳｉ以外のものについては成膜温度Ｔｇが低い条件、すなわち、成膜温度のＴｇとキュリー温度Ｔｃとの差が充分でない条件では、（１００）単一配向が得られない場合がある。
【００４９】
そこで、比較的広範囲の熱膨張係数αｆｉｌｍにおいて、（１００）単一配向膜が得られるための熱引っ張り応力εthermalの値を見積もった。その結果、下記式（７）を満足する場合に、好ましくは下記式（８）を満足する場合に、圧電体膜３０を（１００）単一配向とすることができることがわかった（後記実施例を参照）。  
（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ＞２５×１０−４  ・・・（７）、
（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≧３０×１０−４  ・・・（８）
（式（７）、（８）中、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数、Ｔｇは前記強誘電体膜の成膜温度、Ｔｃは相転移温度、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比である。）
【００５０】
基板１０の配向性は特に制限されないが、圧電体膜３０は、より単結晶に近い結晶構造となるエピタキシャル膜であることが好ましいため、圧電体膜３０がエピタキシャル成長可能な結晶配向性を有していることが好ましく、単結晶基板であることが好ましい。  
以下に、Ｔｃ以上の温度Ｔｇで圧電体膜３０を成膜する場合の、圧電素子１の製造方法の一例及び、製造過程における圧電体膜３０のドメインの結晶系及び配向状態等について、図２を参照して説明する。図２は圧電素子１の製造工程図（基板の厚み方向の断面図）である。わかりやすいように、図２においては、パターニングされていない圧電素子を例にその製造工程について説明する。図２ではバッファ層５０は省略してある。
【００５１】
まず、圧電体膜３０の熱膨張係数αｆｉｌｍに応じて、上記式（１）及び／又は（２）を満足する基板１０を用意し（図２（ａ））、その上に、下部電極２０を成膜する。
【００５２】
次いで、相転移温度Ｔｃ以上の温度Ｔｇで圧電体膜３０を成膜する（図２（ｂ））。成膜直後の圧電体膜３０は、成膜時は相転移温度Ｔｃ以上であるので、正方晶以外の結晶系となっている。例えば、ペロブスカイト型酸化物等の強誘電体や、強磁性体等である場合は、Ｔｃはキュリー温度であり、Ｔｃ以上では主に立方晶系の結晶系となり、自発分極や自発磁化が消失して常誘電体や常磁性体となっている。図２（ｂ）〜（ｄ）には、各段階における圧電体膜３０のドメイン３０Ｄ及び圧電体膜３０にかかる熱引っ張り応力εthermalを、Ｔｃ以上の温度における結晶系が立方晶系である場合を例に模式的に示してある。上述した鉛含有ペロブスカイト型酸化物は強誘電性を有するものであり、「背景技術」の項目で述べたように、良好な結晶性を有するペロブスカイト型酸化物膜とするためには、成膜温度Ｔｇは、Ｔｃ以上の温度であることが好ましく、成膜する圧電体膜３０の種類及び組成に応じて、好適な温度とすればよい。
【００５３】
上記したように、圧電体膜３０は、成膜後の降温過程に生じる、基板１０と圧電体膜３０との熱膨張係数差に起因する応力を利用して配向を制御されるものであるので、かかる配向制御が可能であれば、圧電体膜３０の成膜方法は特に制限されない。圧電体膜３０の成膜方法としては、スパッタ法やパルスレーザデポジション法（ＰＬＤ法）、ＭＯＣＶＤ法等の気相法や、ゾルゲル法等の液相法等が挙げられる。
【００５４】
成膜後、圧電体膜３０は、相転移温度Ｔｃ（キュリー温度）を経て常温まで自然冷却されて得られるため、成膜時には、例えば立方晶系の結晶構造であるが、冷却過程においてキュリー点で相転移して正方晶系の結晶構造となる。この冷却過程において、本発明では、基板１０と圧電体膜３０の熱膨張係数の差（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ）が大きければ、圧電体膜３０の収縮率の方が基板１０の収縮率より格段に大きくなり、圧電体膜３０の温度ＴがＴｃ＜Ｔ＜Ｔｇの範囲においては圧電体膜３０には、膜厚と垂直な方向に大きな熱引っ張り応力εthermalによる熱歪みが生じる（図２（ｃ））。
【００５５】
圧電体膜３０は、相転移温度Ｔｃ以下の常温では正方晶系の結晶系であるので、相転移温度Ｔｃにおいて結晶系が正方晶系に相転移する。Ｔｃ近傍において熱引っ張り応力εthermalが圧電体膜３０にかかっていない場合は、基板１０と圧電体膜３０との格子ミスフィットによる格子歪みにより影響を受けるものの、膜厚が５００ｎｍ以上である場合にはその影響力は小さく、配向を制御するほどの影響力は得られない。
【００５６】
一方、圧電体膜３０の温度ＴがＴｃとなる相転移時に、熱引っ張り応力εthermalが存在していると、熱引っ張り応力εthermalを吸収する向き、すなわち、結晶軸が、基板１０の表面と平行方向に長く、垂直方向に短くなる（１００）面配向となりやすくなる。このとき、圧電体膜３０が（１００）単一配向となるに充分な熱引っ張り応力εthermalを生じることができない場合は、（００１）配向のドメインが混在したものとなるが、充分な熱引っ張り応力εthermalを生じることができる場合、すなわち、上記した条件を満足する場合には、（１００）単一配向の圧電体膜３０を得ることができる（図２（ｄ））。
更に、得られた圧電体膜３０の上に、上部電極４０を成膜して圧電素子１を製造することができる（図２（ｅ））。
【００５７】
また、圧電素子１において、基板１０として、基板表面の結晶面が低指数面から、傾斜した面であるものを用いれば、圧電体膜３０が、基板表面と平行な面内において略一様な結晶配向性を有するものとすることができる。
【００５８】
図３Ａ，Ｂは、基板１０の表面の原子配列、及びその上に成膜された圧電体膜３０のドメインについて模式的に示したものである。基板１０上に成膜される圧電体膜３０は、基板表面の結晶格子により配向方向に影響をうける。
【００５９】
正方晶系である圧電体膜がエピタキシャル成長によりa軸配向する際には、下地基板に対して２種類の整合方向がある。図３のａ１とａ２である。通常よく用いられる、下地基板が立方晶系及び正方晶系の結晶構造を持つ材料の（００１）面である基板１０の場合は、ａ１とａ２のどちらをとっても格子ミスマッチは同じである為、圧電体膜３０にはａ１ドメインとａ２ドメインが混在する。（図３Ａ）
一方で、下地基板が基板表面の結晶面が低指数面からオフカットしたような基板１０は、基板の表面の原子配列が長方形になる。この場合には、ａ１とａ２とで格子ミスマッチが異なる為、圧電体膜３０は、選択的に一方の格子ミスマッチが小さいドメイン（図３ではａ１ドメイン）のみとなり、面内方向においても一様に揃った配向性を有するものとなる（図３Ｂ）。
【００６０】
図３Ｂに示されるように、面内方向においても一様な配向性を有している場合は、得られる圧電特性の面内均一性が高く、良好な特性の圧電素子１とすることができる。
【００６１】
圧電素子（強誘電体素子、強誘電性酸化物構造体）１は、基板１０上に、膜厚が２００ｎｍ以上の、正方晶系の結晶系を有する（１００）単一配向の圧電体膜（強誘電体膜）３０を備えたものである。かかる構成では、膜厚が２００ｎｍ以上の正方晶系の圧電体膜３０が（１００）単一配向であるため、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転による効果等、（１００）配向に基づく強誘電体膜の機能を最大限に発揮させることができる。従って、デバイス特性上、２００ｎｍ以上の膜厚を有する正方晶系の強誘電体膜を有することが好ましい圧電素子や焦電素子等の強誘電体素子等の強誘電性酸化物構造体において、（１００）配向に基づく素子特性を最適化することができる。
【００６２】
また、圧電素子１の製造方法は、膜厚２００ｎｍ以上の正方晶系の圧電体膜３０を成膜する際に、基板１０と圧電体膜３０との熱圧縮応力及び熱膨張係数差を最適化することにより、（１００）単一配向の圧電体膜を成膜可能であることを初めて見出したものである。圧電素子１の製造方法によれば、デバイス特性上、２００ｎｍ以上の膜厚を有する正方晶系の圧電体膜３０を備えていることが好ましい圧電素子や焦電素子等の強誘電体素子において、圧電体膜３０を（１００）単一配向とすることができる。
【００６３】
これまでに、膜厚２００ｎｍ以上の膜厚を有する正方晶系の強誘電体膜において、（１００）単一配向膜が得られた報告はなく、基板１０上に、膜厚が２００ｎｍ以上の正方晶系の結晶系を有する、（１００）単一配向の強誘電体膜３０を備えた強誘電性酸化物構造体１自体が新規である。
【００６４】
「インクジェット式記録装置」
図４及び図５を参照して、上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド２を備えたインクジェット式記録装置の構成例について説明する。図４は装置全体図であり、図５は部分上面図である。
【００６５】
図示するインクジェット式記録装置１００は、インクの色ごとに設けられた複数のインクジェット式記録ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙを有する印字部１０２と、各ヘッド２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、印字部１０２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送する吸着ベルト搬送部１２２と、印字部１０２による印字結果を読み取る印字検出部１２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６とから概略構成されている。
【００６６】
印字部１０２をなすヘッド２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙが、各々上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド２である。
【００６７】
デカール処理部１２０では、巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム１３０により記録紙１１６に熱が与えられて、デカール処理が実施される。
【００６８】
ロール紙を使用する装置では、図５のように、デカール処理部１２０の後段に裁断用のカッター１２８が設けられ、このカッターによってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター１２８は、記録紙１１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃１２８Ａと、該固定刃１２８Ａに沿って移動する丸刃１２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃１２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃１２８Ｂが配置される。カット紙を使用する装置では、カッター１２８は不要である。
【００６９】
デカール処理され、カットされた記録紙１１６は、吸着ベルト搬送部１２２へと送られる。吸着ベルト搬送部１２２は、ローラ１３１、１３２間に無端状のベルト１３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）となるよう構成されている。
【００７０】
ベルト１３３は、記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示略）が形成されている。ローラ１３１、１３２間に掛け渡されたベルト１３３の内側において印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ１３４が設けられており、この吸着チャンバ１３４をファン１３５で吸引して負圧にすることによってベルト１３３上の記録紙１１６が吸着保持される。
【００７１】
ベルト１３３が巻かれているローラ１３１、１３２の少なくとも一方にモータ（図示略）の動力が伝達されることにより、ベルト１３３は図５上の時計回り方向に駆動され、ベルト１３３上に保持された記録紙１１６は図５の左から右へと搬送される。
【００７２】
縁無しプリント等を印字するとベルト１３３上にもインクが付着するので、ベルト１３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部１３６が設けられている。
【００７３】
吸着ベルト搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において印字部１０２の上流側に、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後に乾きやすくなる。
【００７４】
印字部１０２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図５を参照）。各印字ヘッド２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙは、インクジェット式記録装置１００が対象とする最大サイズの記録紙１１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。
【００７５】
記録紙１１６の送り方向に沿って上流側から、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応したヘッド２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙが配置されている。記録紙１１６を搬送しつつ各ヘッド２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより、記録紙１１６上にカラー画像が記録される。
【００７６】
印字検出部１２４は、印字部１０２の打滴結果を撮像するラインセンサ等からなり、ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。
【００７７】
印字検出部１２４の後段には、印字された画像面を乾燥させる加熱ファン等からなる後乾燥部１４２が設けられている。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けた方が好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
【００７８】
後乾燥部１４２の後段には、画像表面の光沢度を制御するために、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４では、画像面を加熱しながら、所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で画像面を加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００７９】
こうして得られたプリント物は、排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット式記録装置１００では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える選別手段（図示略）が設けられている。  
大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列にプリントする場合には、カッター１４８を設けて、テスト印字の部分を切り離す構成とすればよい。  
インクジェット式記録装置１００は、以上のように構成されている。
【００８０】
（設計変更）
本発明は、素子特性上、強誘電体膜が、膜厚が２００ｎｍ以上であることが好ましい、圧電素子、焦電素子等の強誘電体素子に好ましく適用することができる。上記実施形態では、強誘電体膜が圧電体膜である場合について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、正方晶系の結晶構造を有する、膜厚２００ｎｍ以上の強誘電体膜である場合に適用可能である。
【実施例】
【００８１】
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。  
（実施例１）
基板として、大きさ１０ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍのＳｉ基板（熱膨張係数αｓｕｂ＝３．０×１０−６）、ＫＴＯ基板（熱膨張係数αｓｕｂ＝６．０×１０−６）、ＮＧＯ基板（熱膨張係数αｓｕｂ＝１０．０×１０−６）、ＳＴＯ基板（熱膨張係数αｓｕｂ＝１１．１×１０−６）、ＬＡＯ基板（熱膨張係数αｓｕｂ＝１２．５×１０−６）、ＭｇＯ基板（熱膨張係数αｓｕｂ＝１３．５×１０−６）、を準備した。尚、前記の各熱膨張係数は、全て室温から強誘電体薄膜の成膜時までの平均熱膨張係数である。
【００８２】
次に、これらの各種の基板上に、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ０．４,Ｔｉ０．６)Ｏ３）膜、及びＢＴＯ（ＢａＴｉＯ３）膜をＰＬＤ法により成膜した。成膜条件は、基板温度を、ＢＴＯに関しては６８５℃、５８５℃、４８５℃、ＰＺＴに関しては６５０℃、５００℃、４００℃とし、酸素ガス圧１３．４Ｐａ（１００ｍｍＴｏｒｒ）、レーザー発振強度２００ｍＪとした。また、強誘電体薄膜の膜厚は約０．８μｍであった。Si基板については適切なバッファ層を導入し強誘電体薄膜が配向成長するようにした。また各種基板とも下部電極としてＳｒＲｕＯ３膜をエピタキシャル成長させ、その上に強誘電体膜（ＰＺＴ膜及びＢＴＯ膜）を成膜している。
【００８３】
各種基板上に形成した強誘電体膜について、膜厚方向及び膜厚方向と直交する面内（基板面と平行な面内）方向の格子定数を調べるために、Out-of-Plane（膜厚方向）及びIn-Plane（面内方向）でのＸ線回折測定を実施した。その結果、各基板上に形成した強誘電体膜は、（１００）もしくは（００１）優先配向していることが確認された。
【００８４】
次に、ＸＲＤスペクトルより、得られた強誘電体膜の配向度を求めた。配向度はOut-of-PlaneとIn-PlaneのＸＲＤスペクトルより配向方向を決定し、混在する場合はＸＲＤピークの強度比により算出した(算出に用いた式は「課題を解決するための手段」に記載。)。
【００８５】
その結果、成膜する材料、及び成膜温度が同じ場合、基板の熱膨張係数αｓｕｂが小さいほど、また、成膜温度Ｔｇ（基板温度）が高いほど、a軸（１００）配向しやすいことが確認された。これは、基板の熱膨張係数αｓｕｂが小さいほど、また、成膜温度Ｔｇ（基板温度）が高いほど、成膜後にキュリー温度まで冷却される間に強誘電体膜にかかる応力εｔｈｅｒｍａｌが大きいためと考えられる（εｔｈｅｒｍａｌ＝（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））。
【００８６】
一方、成膜基板、及び成膜温度Ｔｇが同じ場合は、成膜する材料のa軸とc軸の格子定数比ｃ／ａ(バルク値)が小さい方がa軸（１００）)配向しやすいことが確認された。これは（ｃ／ａ）ｆｉｌｍが大きいほどその反転に必要な基板応力が大きくなるためであると考えられる。
【００８７】
上記の結果より、成膜される膜の配向度は、成膜後にキュリー温度まで冷却される間に強誘電体膜にかかる応力εｔｈｅｒｍａｌと格子定数比ｃ／ａとに相関があることが確認された。図６に、各種基板上に形成した強誘電体膜について、εｔｈｅｒｍａｌを格子定数比（ｃ／ａ）ｆｉｌｍにより規格化した値（（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ）と配向度との関係を示す。図６より、（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ＝２５×１０−４付近に配向方向が反転する領域があることが確認され、更に、（αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１））×（Ｔｇ−Ｔｃ（℃））／（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ＝３０×１０−４以上では充分にa軸（１００）単一配向となることが確認された。
【００８８】
また、図６より、強誘電体膜が下記式（１）を満足するものである場合は、強誘電体膜の熱膨張係数に応じて下記式（２）を満足する基板に、強誘電体膜が下記式（３）を満足するものである場合は、強誘電体膜の熱膨張係数に応じて下記式（４）を満足する基板に、強誘電体膜が下記式（５）を満足するものである場合は、強誘電体膜の熱膨張係数に応じて下記式（６）を満足する基板に成膜することでa軸（１００）単一配向膜を得ることができることが確認された。
【００８９】
１．０＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０１５  ・・・（１）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧３．０×１０−６  ・・・（２）、
１．０１５＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０４５  ・・・（３）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧９．０×１０−６  ・・・（４）、
１．０４５＜（ｃ／ａ）ｆｉｌｍ≦１．０６５  ・・・（５）、
αｆｉｌｍ―αｓｕｂ（℃−１）≧１２．０×１０−６  ・・・（６）
（式中、（ｃ／ａ）ｆｉｌｍは前記強誘電体膜の結晶軸の格子定数比、αｓｕｂは前記基板の熱膨張係数、αｆｉｌｍは前記強誘電体膜の熱膨張係数である。）
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の強誘電性酸化物構造体は、アクチュエータ，超音波発信子，各種センサ（圧力，加速度，ジャイロ，超音波）等の圧電素子や赤外線センサ等の焦電素子、及び強誘電体メモリ等の強誘電体素子、そして、非線形光学素子や電気光学素子等の光学素子等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係る実施形態の圧電素子及びインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造を示す断面図
【図２】（ａ）〜（ｅ）は本発明の強誘電性酸化物構造体の製造工程を示す概略図
【図３Ａ】通常の基板の表面原子配列及び、基板上に成膜された圧電体膜における、ドメインの配向状態を示す図。
【図３Ｂ】表面をオフカットした基板の表面原子配列及び、基板上に成膜された圧電体膜における、ドメインの配向状態を示す図。
【図４】図４のインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）を備えたインクジェット式記録装置の構成例を示す図
【図５】図４のインクジェット式記録装置の部分上面図
【図６】実施例１得られた結果を、キュリー温度までにそれぞれの膜にかかる熱応力（格子定数比により規格化された値）に対して（１００）配向率をプロットした図
【符号の説明】
【００９２】
１  強誘電性酸化物構造体、強誘電体素子（圧電素子）
１０  基板
３０  強誘電体膜（圧電体膜）
２０、４０  電極
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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