Search International and National Patent Collections
Some content of this application is unavailable at the moment.
If this situation persists, please contact us atFeedback&Contact
1. (WO2017111090) PIEZOELECTRIC THIN FILM, PIEZOELECTRIC THIN FILM ELEMENT, PIEZOELECTRIC ACTUATOR, PIEZOELECTRIC SENSOR, HEAD ASSEMBLY, HEAD STACK ASSEMBLY, HARD DISK DRIVE, PRINTER HEAD, AND INKJET PRINTER DEVICE
Document

明 細 書

発明の名称 圧電薄膜、圧電薄膜素子、圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

非特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016  

発明の効果

0017  

図面の簡単な説明

0018  

発明を実施するための形態

0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071  

実施例

0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104  

産業上の利用可能性

0105  

符号の説明

0106  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

明 細 書

発明の名称 : 圧電薄膜、圧電薄膜素子、圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置

技術分野

[0001]
 本発明は、圧電薄膜、圧電薄膜素子、圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置に関する。

背景技術

[0002]
 圧電材料は、種々の目的に応じて様々な圧電薄膜素子に加工される。例えば、圧電アクチュエータは、圧電薄膜に電圧を加えて圧電薄膜を変形させる逆圧電効果により、電圧を力に変換する。また圧電センサは、圧電薄膜に圧力を加えて圧電薄膜を変形させる圧電効果により、力を電圧に変換する。これらの圧電薄膜素子は、様々な電子機器に搭載される。
[0003]
 従来、圧電材料として、ペロブスカイト型強誘電体であるジルコン酸チタン酸鉛(いわゆるPZT)が多用されてきた。しかしながら、PZTは、人体や環境を害する鉛を含むため、PZTの代替として、無鉛(Lead-free)の圧電材料の開発が期待されている。例えば、非特許文献1には、無鉛の圧電材料の一例として、BaTiO 系材料が記載されている。BaTiO 系材料は、無鉛の圧電材料の中でも比較例良好な圧電特性を有し、圧電薄膜素子への応用が特に期待されている。

先行技術文献

非特許文献

[0004]
非特許文献1 : High-Performance Lead-Free Barium Titanate Piezoelectric Ceramics, Advances in Science and Technology, Vol. 54, pp. 7-12, Sep. 2008

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 しかしながら、BaTiO 系材料の比誘電率εrは高い。したがって、BaTiO 系材料の圧電定数d 31がPZTに匹敵していたとしても、d 31をεrで除することで得られるBaTiO 系材料の圧電定数g 31は小さくなってしまう。大きいd 31は、例えば、圧電アクチュエータに必要とされ、大きいg 31は、例えば、圧電センサに必要とされるが、圧電薄膜素子の多様な用途のためには、g 31及びd 31の両方が大きい圧電薄膜が求められる。
[0006]
 本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、d 31及びg 31が大きい圧電薄膜、圧電薄膜素子、並びに、圧電薄膜素子を用いた圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007]
 本発明の一側面に係る圧電薄膜は、単結晶基板に重なる圧電薄膜であって、圧電薄膜が、下記化学式1で表される結晶質の酸化物を含み、(100)、(001)、(110)、(101)及び(111)からなる群より選ばれる酸化物の面方位の一つが、単結晶基板の法線方向において優先的に配向している。酸化物の面方位とは、下記化学式1で表される酸化物の結晶面の方位と言い換えてよい。
(Bi )TiO    (1)
[上記化学式1中、0.30≦x≦0.60, 0.30≦y≦0.60, 0.60≦x+y≦1.10。]
[0008]
 本発明の一側面に係る圧電薄膜素子は、単結晶基板と、単結晶基板に重なる圧電薄膜と、を備え、圧電薄膜が、下記化学式1で表される結晶質の酸化物を含み、(100)、(001)、(110)、(101)及び(111)からなる群より選ばれる酸化物の面方位の一つが、単結晶基板の法線方向において優先的に配向している。
(Bi )TiO    (1)
[上記化学式1中、0.30≦x≦0.60, 0.30≦y≦0.60, 0.60≦x+y≦1.10。]
[0009]
 法線方向において優先的に配向している面方位は、(001)であってよい。
[0010]
 本発明の一側面に係る圧電アクチュエータは、上記圧電薄膜素子を備える。
[0011]
 本発明の一側面に係る圧電センサは、上記圧電薄膜素子を備える。
[0012]
 本発明の一側面に係るヘッドアセンブリは、上記圧電アクチュエータを備える。
[0013]
 本発明の一側面に係るヘッドスタックアセンブリは、上記ヘッドアセンブリを備える。
[0014]
 本発明の一側面に係るハードディスクドライブは、上記ヘッドスタックアセンブリを備える。
[0015]
 本発明の一側面に係るプリンタヘッドは、上記圧電アクチュエータを備える。
[0016]
 本発明の一側面に係るインクジェットプリンタ装置は、上記プリンタヘッドを備える。

発明の効果

[0017]
 本発明によれば、d 31及びg 31が大きい圧電薄膜、圧電薄膜素子、並びに、圧電薄膜素子を用いた圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置が提供される。

図面の簡単な説明

[0018]
[図1] 図1中の(a)は、本発明の一実施形態に係る圧電薄膜素子の模式図であり、図1中の(b)は、図1中の(a)に示す圧電薄膜素子の斜視分解図である(図1中の(b)では、第一電極層及び第二電極層を省略する。)。
[図2] 本発明の一実施形態に係るヘッドアセンブリの模式図である。
[図3] 本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータの模式図である。
[図4] 本発明の一実施形態に係るジャイロセンサの模式図(平面図)である。
[図5] 図4に示すジャイロセンサのA-A線に沿った矢視断面図である。
[図6] 本発明の一実施形態に係る圧力センサの模式図である。
[図7] 本発明の一実施形態に係る脈波センサの模式図である。
[図8] 本発明の一実施形態に係るハードディスクドライブの模式図である。
[図9] 本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタ装置の模式図である。
[図10] 本発明の実施例6の圧電薄膜のX線回折パターンである。
[図11] 本発明の実施例及び比較例其々の圧電薄膜におけるBiのモル比x及びKのモル比yのプロットである。

発明を実施するための形態

[0019]
 以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素については同一の符号を付す。図1に示すX,Y及びZは、互いに直交する3つの座標軸を意味する。また、説明が重複する場合にはその説明を省略する。本発明は下記実施形態に限定されない。
[0020]
(圧電薄膜、及び圧電薄膜素子)
 図1に示すように、本実施形態に係る圧電薄膜素子100は、単結晶基板1と、単結晶基板1に重なる第一電極層2(下部電極層)と、第一電極層2を介して単結晶基板1に重なる圧電薄膜3と、圧電薄膜3に重なる第二電極層4(上部電極層)と、を備える。すなわち、圧電薄膜素子100では、一対の電極層の間に圧電薄膜3が挟まれている。圧電薄膜素子100の変形例は、第二電極層4を備えなくてよい。例えば、第二電極層を備えない圧電薄膜素子が、製品として、電子機器の製造業者に供給された後、電子機器の組立て・製造の過程において、第二電極層が圧電薄膜素子に付加されてよい。
[0021]
 単結晶基板1は、例えば、Siの単結晶からなる基板、又はGaAs等の化合物半導体の単結晶からなる基板であってよい。単結晶基板1は、MgO又はペロブスカイト型酸化物(例えばSrTiO )等の酸化物の単結晶からなる基板であってもよい。単結晶基板1の厚さは、例えば、10~1000μmであってよい。単結晶基板1が導電性を有する場合、単結晶基板1が電極として機能するので、第一電極層2はなくてもよい。つまり、単結晶基板1が導電性を有する場合、圧電薄膜3が単結晶基板1に直接重なっていてもよい。導電性を有する単結晶基板1は、例えば、Nb(ニオブ)がドープされたSrTiO の単結晶であってよい。単結晶基板1がSiの単結晶である場合、第一電極層2の密着性を向上させるために、単結晶基板1の表面にTi又はCr等からなる密着層を形成してもよい。
[0022]
 単結晶基板1の結晶構造のいずれかの面方位は、単結晶基板1の法線方向D と等しくてよい。つまり、単結晶基板1の結晶構造のいずれかの結晶面が、単結晶基板1の法線方向D を向いていてよい。単結晶基板1は一軸配向基板であってよい。例えば、(100)、(001)、(110)、(101)、及び(111)からなる群より選ばれる単結晶基板1の結晶構造の面方位の一つが、単結晶基板の法線方向D と等しくてよい。
[0023]
 第一電極層2は、例えば、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、Rh(ロジウム)、Au(金)、Ru(ルテニウム)、Ir(イリジウム)、Mo(モリブデン)、Ti(チタン)、Ta(タンタル)、及びNi(ニッケル)からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属からなっていてよい。第一電極層2は、例えば、SrRuO 又はLaNiO 等の導電性金属酸化物からなっていてよい。第一電極層2は、結晶質であってよい。第一電極層2の結晶構造の面方位のいずれか一つが、単結晶基板1の法線方向D において配向していてよい。単結晶基板1の面方位と、第一電極層2の結晶構造の面方位と、の両方が、単結晶基板1の法線方向D において配向してよい。法線方向D において配向する第一電極層2の結晶構造の面方位が、法線方向D において配向する単結晶基板1の面方位と同じであってよい。第一電極層2の厚さは、例えば、1nm~1.0μmであってよい。第一電極層2の形成方法は、スパッタリング法、真空蒸着法、印刷法、スピンコート法、又はゾルゲル法であってよい。印刷法、スピンコート法、又はゾルゲル法では、第一電極層2の結晶性を高めるために、第一電極層2の加熱を行ってもよい。
[0024]
 圧電薄膜3は、主成分として、下記化学式1で表される結晶質の酸化物を含む。なお、主成分とは、圧電薄膜3を構成する全成分に対する割合が99%モル以上である成分を意味する。以下では、下記化学式1で表される酸化物を、「酸化物BKT」と記す。圧電薄膜3は、結晶質の酸化物BKTのみからなっていてもよい。結晶質の酸化物BKTは、ペロブスカイト構造を有する。結晶質の酸化物BKTは、常温において正方晶であってよい。
(Bi )TiO    (1)
[上記化学式1中、0.30≦x≦0.60, 0.30≦y≦0.60, 0.60≦x+y≦1.10。]
[0025]
 (100)、(001)、(110)、(101)及び(111)からなる群より選ばれる結晶質の酸化物BKTの面方位の一つが、単結晶基板1の法線方向D において優先的に配向している。結晶質の酸化物BKTの面方位の優先配向により、圧電薄膜3のd 31及びg 31が大きくなる。酸化物BKT又は圧電薄膜3全体は、単結晶であってよい。酸化物BKT又は圧電薄膜3全体は、多結晶であってもよい。
[0026]
 酸化物BKTの面方位の優先配向の有無は、酸化物BKTの面方位の配向度によって決定される。配向度は、F(HKL)と表記される。配向度F(HKL)とは、酸化物BKTの面方位(HKL)の配向度と言い換えてよい。配向度F(HKL)とは、酸化物BKTの(HKL)面の配向度と言い換えてもよい。面方位(HKL)は、(100)、(001)、(110)、(101)及び(111)からなる群より選ばれるいずれかの面方位を意味する。配向度F(HKL)は、ロットゲーリング法によって規定される値である。配向度F(HKL)の単位は[%]である。配向度F(HKL)は、下記式Aによって定義される。
F(HKL)={(ρ-ρ )/(1-ρ )}×100   (A)
ρ=ΣI (HKL)/ΣI (hkl)
ρ =ΣI 0(HKL)/ΣI 0(hkl)
 ΣI(hkl)は、結晶質の酸化物BKTの全ての結晶面(hkl)のX線回折強度(測定値)の総和である。
 ΣI(HKL)は、結晶質の酸化物BKTにおいて結晶学的に等価である特定の結晶面(HKL)のX線回折強度(測定値)の総和である。例えば、等価である結晶面は、各(M00)面である。ここで、Mは1以上の整数である。
 ΣI (hkl)は、配向性が無い(Bi 0.50.5)TiO の全ての結晶面(hkl)のX線回折強度(測定値)の総和である。
 ΣI (HKL)は、配向性が無い(Bi 0.50.5)TiO において結晶学的に等価である特定の結晶面(HKL)のX線回折強度の総和である。結晶質の酸化物BKTの各面方位の配向度のうち、単結晶基板1の法線方向D に一致する面方位の配向度が80%以上100%以下である場合、その面方位(HKL)は、単結晶基板1の法線方向D において優先的に配向している。特に、配向度F(HKL)が100%である場合、面方位(HKL)は、単結晶基板1の法線方向D において完全に配向している。配向度F(HKL)が0.0%である場合、単結晶基板1の法線方向D における酸化物BKTの面方位(HKL)の配向性は無い。単結晶基板1の法線方向D において、酸化物BKTの面方位(HKL)の配向度F(HKL)は、80~98%であってよい。
 配向度F(HKL)の計算のために圧電薄膜素子100のX線回折パターンを測定するとき、圧電薄膜素子100の温度は、酸化物BKTのキュリー点未満(例えば室温)であればよい。
[0027]
 図1の(b)に記載のD(HKL)は、単結晶基板1の法線方向D において優先的に配向している酸化物BKTの(HKL)面の方位である。図1の(b)に示すように、面方位D(HKL)は、単結晶基板1の法線方向D と平行であってよい 面方位D(HKL)は、法線方向D と同じであってよい。法線方向D において優先的に配向している面方位D(HKL)は、(001)であることが好ましい。酸化物BKTは室温で正方晶構造を有し、酸化物BKTの自発分極方向の面方位は(001)である。この自発分極方向の面方位が単結晶基板1の法線方向D において優先的に配向している場合、圧電d定数(d 31)が大きくなり易く、かつ比誘電率εrも小さくなり易く、d 31をεrで除した圧電g定数(g 31)も大きくなり易い。法線方向D において優先的に配向している面方位D(HKL)が(001)であるとき、単結晶基板1の法線方向D において配向する単結晶基板1の結晶面の方位は(001)であってよい。
[0028]
 単結晶基板1の法線方向D が単結晶基板1の面方位(001)と同じであるとき、酸化物BKTの面方位D(HKL)は、(100)又は(001)であってよい。単結晶基板1の法線方向D が単結晶基板1の面方位(110)と同じであるとき、酸化物BKTの面方位D(HKL)は(110)又は(101)であってよい。単結晶基板1の法線方向D が単結晶基板1の面方位(111)と同じであるとき、酸化物BKTの面方位D(HKL)は(111)であってよい。
[0029]
 上記化学式1に記載の通り、酸化物BKTにおけるBi(ビスマス)のモル比xは0.30~0.60であり、酸化物BKTにおけるK(カリウム)のモル比yは0.30~0.60であり、(x+y)は0.60~1.10である。x、y及び(x+y)の少なくともいずれかが上記範囲を外れる場合、圧電薄膜3の形成過程において、酸化物BKT以外の異相(例えば、Bi層状化合物、又はTi系化合物)が生成してしまう。その結果、酸化物BKTの面方位の配向度が低下して、圧電薄膜の圧電特性が急激に劣化する。xは0.50~0.60であってよく、且つyは0.50~0.60であってよい。xが0.50~0.60であり、且つyが0.50~0.60である場合、酸化物BKTの面方位の配向度が高くなり易く、d 31が大きくなり易く、εrが小さくなり易く、g 31が大きくなり易い。xは0.45~0.55であってもよく、且つyは0.45~0.55であってもよい。
[0030]
 圧電薄膜3の厚みは、例えば、10nm~10μm程度であってよい。圧電薄膜3の面積は、例えば、1μm ~500mm であってよい。単結晶基板1、第一電極層2、第二電極層4其々の面積は、圧電薄膜3の面積と同じであってよい。
[0031]
 従来のBaTiO 系材料のキュリー点は低い。したがって、圧電薄膜素子を用いた電子機器の製造過程(例えば、はんだリフロー工程)において圧電薄膜が加熱されると、圧電薄膜を構成するBaTiO 系材料の相転移が起き易く、機械的強度や圧電特性が損なわれ易い。一方、酸化物BKTのキュリー点は、従来のBaTiO 系材料に比べて高い。したがって、本実施形態に係る圧電薄膜素子100を用いた電子機器の製造過程では、圧電薄膜3が加熱されたとしても、酸化物BKTの相転移が起き難く、機械的強度や圧電特性が損なわれ難い。酸化物BKTのキュリー点は、例えば、250~400℃程度であってよい。
[0032]
 圧電薄膜3は、例えば、以下の方法により形成されてよい。
[0033]
 圧電薄膜3の形成には、BKTターゲットを用いる。BKTターゲットとは、上記酸化物BKTからなるターゲットである。BKTターゲットの作製方法は、次の通りである。
[0034]
 出発原料として、例えば、酸化ビスマス、炭酸カリウム、酸化チタンの原料粉末を用意する。これらの出発原料を100℃以上で十分に乾燥した後、Biのモル数、Kのモル数及びTiのモル数が、成膜後の組成分析において上記化学式1で規定された範囲内になるように、各出発原料を秤量する。出発原料として、上記の酸化物に代えて、炭酸塩又はシュウ酸塩等のように、焼成により酸化物となる物質を用いてもよい。
[0035]
 秤量した出発原料を、例えば、ボールミル等を用いて、有機溶媒又は水の中で、5~20時間十分に混合する。混合後の出発原料を、十分乾燥した後、プレス機で成形する。成形された出発原料を、750~900℃で1~3時間程度仮焼する。続いて、この仮焼物を、ボールミル等を用いて、有機溶媒又は水の中で、5~30時間粉砕する。粉砕された仮焼物を、再び乾燥し、バインダー溶液を加えて造粒して、仮焼物の粉を得る。この粉をプレス成形して、ブロック状の成形体を得る。
[0036]
 ブロック状の成形体を、400~800℃で、2~4時間程度加熱して、バインダーを揮発させる。続いて、成形体を、800~1100℃で、2時間~4時間程度焼成する。この本焼成時の成形体の昇温速度及び降温速度は、例えば50~300℃/時間程度に調整すればよい。
[0037]
 以上の工程により、BKTターゲットが得られる。BKTターゲットに含まれる酸化物BKTの結晶粒の平均粒径は、例えば、1~20μm程度であってよい。
[0038]
 上記BKTターゲットを用いた気相成長法によって、圧電薄膜3を形成すればよい。気相成長法では、真空雰囲気下において、BKTターゲットを構成する元素を蒸発させる。蒸発した元素を、平滑な第一電極層2の表面又は単結晶基板1の表面に付着・堆積させることにより、圧電薄膜3を成長させる。気相成長法は、例えば、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、化学蒸着法(Chemical Vapor Deposition)法、又はパルスレーザー堆積(Pulsed-laser deposition)法であればよい。以下では、パルスレーザー堆積法を、PLD法と記す。これらの気相成長法を用いることによって、原子レベルでの緻密な膜形成が可能となり、偏析などが生じ難くなる。気相成長法の種類に依って、励起源が異なる。スパッタリング法の励起源は、Arプラズマである。電子ビーム蒸着法の励起源は、電子ビームである。PLD法の励起源は、レーザー光(例えば、エキシマレーザー)である。これらの励起源がBKTターゲットに照射されると、BKTターゲットを構成する元素が蒸発する。
[0039]
 上記の気相成長法の中でも、以下の点において、PLD法が比較的に優れている。PLD法では、パルスレーザーにより、BKTターゲットを構成する各元素を、一瞬で斑なくプラズマ化させることができる。したがって、BKTターゲットとほぼ同じ組成を有する圧電薄膜3を形成し易い。またPLD法では、レーザーのパルス数(繰り返し周波数)を変えることで、圧電薄膜3の厚さを制御し易い。
[0040]
 PLD法では、真空チャンバー内における単結晶基板1及び第一電極層2を加熱しながら、圧電薄膜3を形成する。単結晶基板1及び第一電極層2の温度(成膜温度)は、例えば、300~800℃、500~700℃、又は500~600℃であればよい。成膜温度が高いほど、単結晶基板1又は第一電極層2の表面の清浄度が改善され、圧電薄膜3の結晶性が高まり、圧電薄膜3(酸化物BKT)の面方位の配向度が高まり易い。成膜温度が高過ぎる場合、Bi又はKが圧電薄膜3から脱離し易く、圧電薄膜3の組成を制御し難くなる。
[0041]
 PLD法では、真空チャンバー内の酸素分圧は、例えば、10mTorrより大きく400mTorr未満、15~300mTorr、又は20~200mTorrであってよい。換言すると、真空チャンバー内の酸素分圧は、例えば、1Paより大きく53Pa未満、2~40Pa、又は3~30Paであってよい。酸素分圧が上記範囲内に維持されることにより、単結晶基板1又は第一電極層2の表面に堆積したBi,K及びTiを十分に酸化し易い。酸素分圧が高過ぎる場合、圧電薄膜3の成長速度及び配向度が低下し易い。
[0042]
 PLD法で制御される上記以外のパラメータは、例えば、レーザー発振周波数、及び基板・ターゲット間の距離などである。これらのパラメータの制御によって、圧電薄膜3の所望の圧電特性を得易い。例えば、レーザー発振周波数が10Hz以下である場合、圧電薄膜3の面方位の配向度が高まり易い。
[0043]
 第二電極層4は、例えば、例えば、Pt、Pd、Rh、Au、Ru、Ir、Mo、Ti、Ta、及びNiからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属からなっていてよい。第二電極層4は、例えば、SrRuO 又はLaNiO 等の導電性金属酸化物からなっていてよい。第二電極層4は、結晶質であってよい。第二電極層4の結晶構造の面方位の配向性は、単結晶基板1の結晶構造の面方位の配向性と同じであってよい。第二電極層4の結晶構造の面方位の配向性は、酸化物BKTの結晶構造の面方位の配向性と同じであってもよい。第二電極層4の厚さは、例えば、1nm~1.0μmであってよい。第二電極層4の形成方法は、スパッタリング法、真空蒸着法、印刷法、スピンコート法、又はゾルゲル法であってよい。印刷法、スピンコート法、又はゾルゲル法では、第一電極層2の結晶性を高めるために、第一電極層2の加熱を行ってもよい。
[0044]
 第一電極層2と圧電薄膜3との間に第一中間層が介在していてよい。第一中間層を構成する物質は、例えば、SrRuO 及びLaNiO からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。第一中間層は、結晶質であってよい。第一中間層の結晶構造の面方位のいずれか一つが、単結晶基板1の法線方向D において配向していてよい。単結晶基板1の面方位と、第一中間層の結晶構造の面方位と、の両方が、単結晶基板1の法線方向D において配向してよい。法線方向D において配向する第一中間層の結晶構造の面方位が、法線方向D において配向する単結晶基板1の面方位と同じであってよい。
[0045]
 圧電薄膜3と第二電極層4との間に第二中間層が介在していてよい。第二中間層を構成する物質は、第一中間層を構成する物質と同じであってよい。第二中間層は、結晶質であってよい。第二中間層の結晶構造の面方位のいずれか一つが、単結晶基板1の法線方向D において配向していてよい。単結晶基板1の面方位と、第二中間層の結晶構造の面方位と、の両方が、単結晶基板1の法線方向D において配向してよい。法線方向D において配向する第二中間層の結晶構造の面方位が、法線方向D において配向する単結晶基板1の面方位と同じであってよい。
[0046]
 圧電薄膜素子100の表面の少なくとも一部又は全体が、保護膜によって被覆されていてよい。保護膜による被覆により、例えば圧電薄膜素子100の耐湿性が向上する。
[0047]
 上述した本実施形態によれば、d 31及びg 31が大きいに圧電薄膜3及び圧電薄膜素子100が提供される。d 31及びg 31が大きい圧電薄膜素子100の用途は、多岐にわたる。圧電薄膜素子100は、例えば、圧電アクチュエータに用いられてよい。圧電アクチュエータは、例えば、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、又はハードディスクドライブに用いられてもよい。圧電アクチュエータは、例えば、プリンタヘッド、又はインクジェットプリンタ装置に用いられてもよい。圧電薄膜素子100は、例えば、圧電センサに用いられてもよい。圧電センサは、例えば、ジャイロセンサ、圧力センサ、脈波センサ、又はショックセンサであってよい。特にジャイロセンサでは、d 31及びg 31の両方が大きいに圧電薄膜3及び圧電薄膜素子100が要求される。圧電薄膜3及び圧電薄膜素子100は、例えば、マイクロフォンへ適用されてもよい。
[0048]
 以下では、圧電薄膜3及び圧電薄膜素子100の用途の具体例を詳しく説明する。
[0049]
(圧電アクチュエータ)
 図2は、ハードディスクドライブ(HDD)に搭載されるヘッドアセンブリ200を示す。ヘッドアセンブリ200は、ベースプレート9、ロードビーム11、フレクシャ17、第1及び第2の圧電薄膜素子100、及びヘッドスライダ19を備えている。第1及び第2の圧電薄膜素子100は、ヘッドスライダ19用の駆動素子である。ヘッドスライダ19は、ヘッド素子19aを有する。
[0050]
 ロードビーム11は、ベースプレート9に固着された基端部11bと、この基端部11bから延在する第1の板バネ部11c及び第2の板バネ部11dと、板バネ部11c及び11dの間に形成された開口部11eと、板バネ部11c及び11dに連続して直線的に延在するビーム主部11fと、を備えている。第1の板バネ部11c及び第2の板バネ部11dは、先細りになっている。ビーム主部11fも、先細りになっている。
[0051]
 第1及び第2の圧電薄膜素子100は、所定の間隔をもって、フレクシャ17の一部である配線用フレキシブル基板15上に配置されている。ヘッドスライダ19は、フレクシャ17の先端部に固定されており、第1及び第2の圧電薄膜素子100の伸縮に伴って回転運動する。
[0052]
 図3は、プリンタヘッド用の圧電アクチュエータ300を示す。圧電アクチュエータ300は、基体20と、基体20に重なる絶縁膜23と、絶縁膜23に重なる単結晶基板24と、単結晶基板24に重なる圧電薄膜25と、圧電薄膜25に重なる上部電極層26(第二電極層)と、を備える。単結晶基板24は導電性を有し、下部電極層としての機能も有する。下部電極層とは、上記の第一電極層と言い換えてよい。上部電極層とは、上記の第二電極層と言い換えてよい。
[0053]
 所定の吐出信号が供給されず、単結晶基板24(下部電極層)と上部電極層26との間に電界が印加されていない場合、圧電薄膜25は変形しない。吐出信号が供給されていない圧電薄膜25に隣り合う圧力室21内では、圧力変化が生じず、そのノズル27からインク滴は吐出されない。
[0054]
 一方、所定の吐出信号が供給され、単結晶基板24(下部電極層)と上部電極層26との間に一定電界が印加された場合、圧電薄膜25が変形する。圧電薄膜25の変形によって絶縁膜23が大きくたわむので、圧力室21内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル27からインク滴が吐出される。
[0055]
(圧電センサ)
 図4及び図5は、圧電センサの一種であるジャイロセンサ400を示す。ジャイロセンサ400は、基部110と、基部110の一面に接続する一対のアーム120及び130と、を備える。一対のアーム120及び130は、音叉振動子である。つまり、ジャイロセンサ400は、音叉振動子型の角速度検出素である。このジャイロセンサ400は、上述の圧電薄膜素子を構成する圧電薄膜30、上部電極層31、及び単結晶基板32を、音叉型振動子の形状に加工して得られたものである。基部110とアーム120及び130は、圧電薄膜素子と一体化されている。単結晶基板32は、導電性を有し、下部電極層としての機能も有する。
[0056]
 一方のアーム120の第一の主面には、駆動電極層31a及び31bと、検出電極層31dとが、形成されている。同様に、他方のアーム130の第一の主面には、駆動電極層31a及び31bと、検出電極層31cとが形成されている。各電極層31a、31b、31c、31dは、上部電極層31をエッチングにより所定の電極の形状に加工することにより得られる。
[0057]
 単結晶基板32(下部電極層)は、基部110、並びにアーム120及び130のそれぞれの第二の主面(第一の主面の裏面)の全体に形成されている。単結晶基板32(下部電極層)は、ジャイロセンサ400のグランド電極として機能する。
[0058]
 アーム120及び130其々の長手方向をZ方向と規定し、アーム120及び130の主面を含む平面をXZ平面と規定することにより、XYZ直交座標系を定義する。
[0059]
 駆動電極層31a、31bに駆動信号を供給すると、二つのアーム120、130は、面内振動モードで励振する。面内振動モードとは、二つのアーム120、130の主面に平行な向きに二つのアーム120、130が励振するモードである。例えば、一方のアーム120が-X方向に速度V1で励振しているとき、他方のアーム130は+X方向に速度V2で励振する。
[0060]
この状態で、ジャイロセンサ400にZ軸を回転軸とする角速度ωの回転が加わると、アーム120、130のそれぞれに対して、速度方向に直交する向きにコリオリ力が作用する。その結果、アーム120、130が、面外振動モードで励振し始める。面外振動モードとは、二つのアーム120、130の主面に直交する向きに二つのアーム120、130が励振するモードである。例えば、一方のアーム120に作用するコリオリ力F1が-Y方向であるとき、他方のアーム130に作用するコリオリ力F2は+Y方向である。
[0061]
 コリオリ力F1、F2の大きさは、角速度ωに比例するため、コリオリ力F1、F2によるアーム120、130の機械的な歪みを圧電薄膜30によって電気信号(検出信号)に変換し、これを検出電極層31c、31dから取り出すことにより、角速度ωが求められる。
[0062]
 図6は、圧電センサの一種である圧力センサ500を示す。圧力センサ500は、圧電薄膜素子40と、圧電薄膜素子40を支える支持体44と、電流増幅器46と、電圧測定器47とから構成されている。圧電薄膜素子40は、共通電極層41と、共通電極層41に重なる圧電薄膜42と、圧電薄膜42に重なる個別電極層43とからなる。共通電極層41は、導電性の単結晶基板である。共通電極層41と支持体44とに囲まれた空洞45は、圧力に対応する。圧力センサ500に外力がかかると圧電薄膜素子40がたわみ、電圧測定器47で電圧が検出される。
[0063]
 図7は、圧電センサの一種である脈波センサ600を示す。脈波センサ600は、圧電薄膜素子50と、圧電薄膜素子50を支える支持体54と、電圧測定器55とから構成されている。圧電薄膜素子50は、共通電極層51と、共通電極層51に重なる圧電薄膜52と、圧電薄膜52に重なる個別電極層53とからなる。共通電極層51は、導電性の単結晶基板である。脈波センサ600の支持体54の裏面(圧電薄膜素子50が搭載されていない面)を生体の動脈上に当接させると、生体の脈による圧力で支持体54と圧電薄膜素子50がたわみ、電圧測定器55で電圧が検出される。
[0064]
(ハードディスクドライブ)
 図8は、図2に示すヘッドアセンブリが搭載されたハードディスクドライブ700を示す。図8のヘッドアセンブリ65は、図2のヘッドアセンブリ200と同じである。
[0065]
 ハードディスクドライブ700は、筐体60と、筐体60内に設置されたハードディスク61(記録媒体)と、ヘッドスタックアセンブリ62と、を備えている。ハードディスク61は、モータによって回転させられる。ヘッドスタックアセンブリ62は、ハードディスク61へ磁気情報を記録したり、ハードディスク61に記録された磁気情報を再生したりする。
[0066]
 ヘッドスタックアセンブリ62は、ボイスコイルモータ63と、支軸に支持されたアクチュエータアーム64と、アクチュエータアーム64に接続されたヘッドアセンブリ65と、を有する。アクチュエータアーム64は、ボイスコイルモータ63により、支軸周りに回転自在である。アクチュエータアーム64は、複数のアームに分かれており、各アームそれぞれにヘッドアセンブリ65が接続されている。つまり、複数のアーム及びヘッドアセンブリ65が支軸に沿って積層されている。ヘッドアセンブリ65の先端部には、ハードディスク61に対向するようにヘッドスライダ19が取り付けられている。
[0067]
 ヘッドアセンブリ65(200)は、ヘッド素子19aを2段階で変動させる。ヘッド素子19aの比較的大きな移動は、ボイスコイルモータ63によるヘッドアセンブリ65及びアクチュエータアーム64の全体の駆動によって、制御される。ヘッド素子19aの微小な移動は、ヘッドアセンブリ65の先端部に位置するヘッドスライダ19の駆動により制御する。
[0068]
(インクジェットプリンタ装置)
 図9は、インクジェットプリンタ装置800を示す。インクジェットプリンタ装置800は、プリンタヘッド70と、本体71と、トレイ72と、ヘッド駆動機構73と、を備えている。図9のプリンタヘッド70は、図3の圧電アクチュエータ300を有している。
[0069]
 インクジェットプリンタ装置800は、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの計4色のインクカートリッジを備えている。インクジェットプリンタ装置800によるフルカラー印刷が可能である。インクジェットプリンタ装置800の内部には、専用のコントローラボード等が搭載されている。コントローラボード等は、プリンタヘッド70によるインクの吐出のタイミング、及びヘッド駆動機構73の走査を制御する。本体71の背面にはトレイ72が設けられ、トレイ72の一端側にはオートシートフィーダ(自動連続給紙機構)76が設けられている。オートシートフィーダ76が、記録用紙75を自動的に送り出し、正面の排出口74から記録用紙75を排紙する。
[0070]
 以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、本発明の種々の変更が可能であり、これ等の変更例も本発明に含まれる。
[0071]
 例えば、圧電薄膜3を、気相成長法の代わりに、溶液法によって形成してもよい。
実施例
[0072]
 以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[0073]
(実施例1)
SrTiO からなる単結晶基板を準備した。SrTiO の結晶面の方位である(001)は、単結晶基板の法線方向と同じであった。単結晶基板は、20mm×20mmの正方形であった。単結晶基板の厚さは、500μmであった。
[0074]
 真空チャンバー内で、SrRuO からなる第一電極層を単結晶基板の表面全体に形成した。第一電極層は、PLD法により形成した。第一電極層の形成過程における単結晶基板の温度は、400℃に維持した。第一電極層の形成過程における真空チャンバー内の酸素分圧は、50mTorrに維持した。SrRuO からなるターゲットとして、(株)高純度化学研究所製のターゲットを用いた。ターゲットに照射したレーザーのパワーは250mJであった。第一電極層の厚さは、0.1μmに調整した。
[0075]
 真空チャンバー内で、圧電薄膜を第一電極層の表面全体に形成した。圧電薄膜は、PLD法により形成した。圧電薄膜の形成過程における単結晶基板の温度(成膜温度)は、500℃に維持した。圧電薄膜の形成過程における真空チャンバー内の酸素分圧は、50mTorrに維持した。圧電薄膜の形成には、BKTターゲットを用いた。BKTターゲットの作製の際には、目的とする圧電薄膜の組成に応じて、BKTターゲットの原料粉末(酸化ビスマス、炭酸カリウム及び酸化チタン)の配合比を決定し、BKTターゲットの組成を調整した。目的とする圧電薄膜の組成は、下記化学式1で表されるものであった。下記式1中のx、y及びx+y其々の値は、下記表1に示す値であった。BKTターゲットに照射したレーザーのパワーは250mJであった。圧電薄膜の厚さは、200nmに調整した。
(Bi )TiO    (1)
[0076]
 以上の方法で、単結晶基板と、単結晶基板に重なる第一電極層と、第一電極層に重なる圧電薄膜と、を備える積層体を作製した。積層体の表面に位置する圧電薄膜の組成を、蛍光X線分析法(XRF法)により分析した。分析には、Phillips社製の装置PW2404を用いた。分析の結果、実施例1の圧電薄膜の組成は、上記化学式1で表され、上記化学式1におけるx、y及びx+y其々の値は、下記表1に示す値であることが確認された。
[0077]
 上記の方法で作製した積層体を用いて更に以下の工程を実施した。
[0078]
 真空チャンバー内で、Ptからなる第二電極層を、圧電薄膜の表面全体に形成した。第二電極層は、スパッタリング法により形成した。第二電極層の形成過程における単結晶基板の温度は500℃に維持した。第二電極層の厚さは、0.1μmに調整した。
[0079]
 以上の工程により、単結晶基板と、単結晶基板に重なる第一電極層と、第一電極層に重なる圧電薄膜と、圧電薄膜に重なる第二電極層と、を備える積層体を作製した。続いて、フォトリソグラフィにより、単結晶基板上の積層構造のパターニングを行った。続いて、積層体全体を、ダイシングにより切断した。
[0080]
 以上の工程により、短冊状の実施例1の圧電薄膜素子を得た。圧電薄膜素子は、単結晶基板と、単結晶基板に重なる第一電極層と、第一電極層に重なる圧電薄膜と、圧電薄膜に重なる第二電極層と、を備えていた。圧電薄膜の可動部分の寸法は、20mm×1.0mmであった。
[0081]
 実施例1の圧電薄膜素子のX線回折(XRD)パターンを測定した。測定には、リガク社製のX線回折装置(SmartLab)を用いた。回折角2θ=10~70°の範囲で2θ‐θ測定を行った。XRDパターン中の各ピーク強度がバックグラウンド強度に対して少なくとも3桁以上高くなるように、測定条件を設定した。圧電薄膜を構成する酸化物BKTに由来する(100)、(001)、(110)、(101)、及び(111)の各面方位のピークのみをXRDパターンから抽出した。
 In Plane測定により、酸化物BKTの結晶面間隔a(単結晶基板に平行な方向における酸化物BKTの格子定数)を求めた。Out of plane測定により、酸化物BKTの結晶面間隔c(単結晶基板に垂直な方向における酸化物BKTの格子定数)を求めた。結晶面間隔aと結晶面間隔cとの比較により、(100)の面方位と(001)の面方位とを区別した。また、結晶面間隔aと結晶面間隔cとの比較により、(110)の面方位と(101)の面方位とを区別した。すなわち、酸化物BKTは室温において正方晶であり、酸化物BKTでは(001)の面間隔は(100)の面間隔よりも大きく、(101)の面間隔は(110)の面間隔よりも大きい。したがって、面間隔が大きい方向を基準として、(001)の面方位及び(101)の面方位を規定した。
 酸化物BKTに由来する(100)、(001)、(110)、(101)、及び(111)の各面方位のピーク強度と、これらの合計値ΣI (hkl)に基づき、以下の通り、各面方位のρを計算した。
 (Bi 0.50.5)TiO の粉末(標準試料)を調製した。この標準試料のX線回折パターンを測定した。標準試料のX線回折パターンに基づき、各面方位のρ を計算した。
 酸化物BKTの各面方位のρ及びρ に基づき、酸化物BKTの各面方位の配向度Fを計算した。各面方位の配向度Fのうち、単結晶基板の法線方向に一致する面方位と、その配向度とを、下記表1に示す。単結晶基板の法線方向に一致する面方位の配向度が80%以上である場合、その酸化物BKTの面方位は単結晶基板の法線方向において優先的に配向している。結晶基板の法線方向において優先的に配向している面方位を、以下では「優先配向方位」と記す。
ρ=I (100)/ΣI (hkl)
ρ =I 0(100)/ΣI 0(hkl)
F(100)={(ρ-ρ )/(1-ρ )}×100

ρ=I (001)/ΣI (hkl)
ρ=I 0(001)/ΣI 0(hkl)
F(001)={(ρ-ρ )/(1-ρ )}×100

ρ=I (110)/ΣI (hkl)
ρ=I 0(110)/ΣI 0(hkl)
F(110)={(ρ-ρ )/(1-ρ )}×100

ρ=I (101)/ΣI (hkl)
ρ=I 0(101)/ΣI 0(hkl)
F(101)={(ρ-ρ )/(1-ρ )}×100

ρ=I (111)/ΣI (hkl)
ρ=I 0(111)/ΣI 0(hkl)
F(111)={(ρ-ρ )/(1-ρ )}×100
[0082]
 実施例1の圧電薄膜素子を用いた連続駆動試験を、以下の手順で実施した。試験では、圧電薄膜素子の第一電極層及び第二電極層の間に最大値5Vの正弦波の電圧を印加した。この電圧は、実際の製品としての圧電薄膜素子に印加されることが想定される値である。電圧の印加に伴う圧電薄膜の変位を、レーザードップラー変位計を用いて測定した。変位の測定値、圧電薄膜の厚さなどの数値に基づき、圧電定数d 31を計算した。また圧電薄膜の静電容量を測定した。静電容量の測定には、Keysight Technologies社製のLCRメータ(4980A)を用いた。静電容量の測定値、各電極層の面積、及び圧電薄膜の厚さから、圧電薄膜の比誘電率εrを計算した。圧電定数d 31及び比誘電率εrを用いて、圧電薄膜の圧電定数g 31を計算した。実施例1のd 31[pm/V],εr[‐]及びg 31[×10 -3Vm/N]を、下記表1に示す。
[0083]
 (実施例2~18、比較例1~6、比較例9、比較例21~29)
 圧電薄膜の形成に用いたBKTターゲットの組成が異なることを除いて実施例1と同様の方法で、実施例2~18及び比較例1~6,9,21~29其々の圧電薄膜素子を作製した。
[0084]
 実施例1と同様のXRF法により、実施例2~18及び比較例1~6,9,21~29其々の圧電薄膜の組成を分析した。実施例2~18及び比較例1~6,9,21~29其々の圧電薄膜の組成(x,y及びx+y其々の値)を、下記の表1又は表2に示す。
[0085]
 実施例1と同様の方法で、実施例2~18及び比較例1~6,9,21~29其々の圧電薄膜を構成する酸化物BKTの優先配向方位を求めた。実施例2~18及び比較例1~6,9,21~29其々の優先配向方位を、下記の表1又は表2に示す。実施例2~18及び比較例1~6,9,21~29其々の優先配向方位の配向度を、下記の表1又は表2に示す。下記の表では、単結晶基板の法線方向における酸化物BKTの面方位の配向度が80%未満である場合、優先配向方位の欄に「無」と記載した。ただし、優先配向方位がない場合であっても、単結晶基板の法線方向における酸化物BKTの面方位の配向度を、下記の表の配向度の欄に記載した。また、実施例1の同様の測定及び計算によって得た実施例2~18及び比較例1~6,9,21~29其々のd 31,εr及びg 31を、下記の表1又は表2に示す。下記の表において、d 31,εr及びg 31が記載されていない比較例は、圧電薄膜の電気抵抗が低過ぎて、d 31,εr及びg 31を測定することができなかったことを示している。つまり、下記の表においてd 31,εr及びg 31が記載されていない比較例では、所望の圧電特性が得られたかった。
[0086]
(実施例19,20、比較例15,16)
 実施例19,20及び比較例15,16其々の圧電薄膜の形成過程では、真空チャンバー内の酸素分圧を、下記表3に示す値に調整した。この酸素分圧の違いを除いて、実施例13と同様の方法で、実施例19,20及び比較例15,16其々の圧電薄膜素子を作製した。
[0087]
 実施例1と同様のXRF法により、実施例19,20及び比較例15,16其々の圧電薄膜の組成を分析した。実施例19,20及び比較例15,16其々の圧電薄膜の組成(x,y及びx+y其々の値)を、下記表3に示す。
[0088]
 実施例1と同様の方法で実施例19,20及び比較例15,16其々の圧電薄膜を構成する酸化物BKTの優先配向方位を求めた。実施例19,20及び比較例15,16其々の優先配向方位を、下記表3に示す。実施例19,20及び比較例15,16其々の優先配向方位の配向度を、下記表3に示す。また、実施例1の同様の測定及び計算によって得た実施例19,20及び比較例15,16其々のd 31,εr及びg 31を、下記表3に示す。
[0089]
(実施例21~24)
 実施例21では、圧電薄膜の形成過程における単結晶基板の温度(成膜温度)を、600℃に維持した。この成膜温度は、上記実施例1及び13の場合の成膜温度(500℃)よりも高かった。実施例21の圧電薄膜の形成過程では、真空チャンバー内の酸素分圧を、下記表4に示す値に調整した。
[0090]
 実施例22及び23で用いた単結晶基板では、SrTiO の(110)の面方位が、単結晶基板の法線方向と同じであった。実施例23では、圧電薄膜の形成過程における単結晶基板の温度(成膜温度)を、600℃に維持した。この成膜温度は、実施例22の場合の成膜温度(500℃)よりも高かった。実施例22及び23其々の圧電薄膜の形成過程では、真空チャンバー内の酸素分圧を、下記表4に示す値に調整した。
[0091]
 実施例24で用いた単結晶基板では、SrTiO の(111)の面方位が、単結晶基板の法線方向と同じであった。実施例24の圧電薄膜の形成過程では、真空チャンバー内の酸素分圧を、下記表4に示す値に調整した。
[0092]
 以上の相違点を除いて、実施例13と同様の方法で、実施例21~24其々の圧電薄膜素子を作製した。
[0093]
 実施例1と同様のXRF法により、実施例21~24其々の圧電薄膜の組成を分析した。実施例21~24其々の圧電薄膜の組成(x,y及びx+y其々の値)を、下記の表4に示す。
[0094]
 実施例1と同様の方法で実施例21~24其々の圧電薄膜を構成する酸化物BKTの優先配向方位を求めた。実施例21~24其々の優先配向方位を、下記の表4に示す。実施例21~24其々の優先配向方位の配向度を、下記の表4に示す。また、実施例1の同様の測定及び計算によって得た実施例21~24其々のd 31,εr及びg 31を、下記表4に示す。
[0095]
 実施例6のX線回折パターンを、図10に示す。SrTiO (単結晶基板)に由来するピーク、及びSrRuO (第一電極層)に由来する由来のピークを除くと、配向した酸化物BKT(圧電薄膜)の(100)面に由来する急峻なピークがあった。(100)及び(200)以外の面方位の酸化物BKTのピーク強度はわずかであった。また、異相(酸化物BKTの形成過程で生じ得る副成分)に由来するピークは確認されなかった。このパターンのプロファイルは、高い配向度を有し、且つ異相の無い酸化物BKT(圧電薄膜)が得られたことを示唆している。他の実施例及び比較例其々のXRDパターンを分析して、他の実施例及び比較例其々の圧電薄膜における異相の有無を評価した。評価結果を下記の表1~4に示す。
[0096]
 図11に示すように、全ての実施例及び比較例其々のx及びyをプロットした。図11中の菱形の印は実施例に対応し、三角形の印は比較例に対応する。
[0097]
[表1]


[0098]
[表2]


[0099]
[表3]


[0100]
[表4]


[0101]
 上記表1~4に示す通り、全ての実施例の圧電薄膜の組成が、下記化学式1を満たしていた。全ての実施例の圧電薄膜において、酸化物BKTの面方位の一つが、単結晶基板の法線方向において優先的に配向していた。全ての実施例の圧電薄膜において、異相は検出されなかった。全ての実施例のd 31が30pm/V以上であった。全ての実施例のg 31が10×10 -3Vm/N以上であった。
(Bi )TiO    (1)
[上記化学式1中、0.30≦x≦0.60, 0.30≦y≦0.60, 0.60≦x+y≦1.10。]
[0102]
 一方、圧電薄膜の組成が上記化学式1を満たし、且つ酸化物BKTの優先配向方位が存在する比較例はなかった。また、d 31が30pm/V以上であり、且つg 31が10×10 -3Vm/N以上である比較例もなかった。
[0103]
 表3に示す通り、圧電薄膜の形成過程における真空チャンバー内の酸素分圧により、酸化物BKTの面方位の配向度が変化することが分かった。
[0104]
 実施例13及び21~24(表4中のデータ)が示す通り、圧電薄膜の成膜温度、成膜時の酸素分圧及び単結晶基板の面方位に応じて、圧電薄膜の優先配向方位が変わった。優先配向方位の違いに関わらず、実施例13及び21~24のd 31は30pm/V以上であり、実施例13及び21~24のg 31は10×10 -3Vm/N以上であった。

産業上の利用可能性

[0105]
 本発明によれば、d 31及びg 31が大きい圧電薄膜、圧電薄膜素子、並びに、圧電薄膜素子を用いた圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置が提供される。

符号の説明

[0106]
 100…圧電薄膜素子、1…単結晶基板、2…第一電極層、3…圧電薄膜、4…第二電極層、D …単結晶基板1の法線方向、D(HKL)…単結晶基板1の法線方向D において優先的に配向している酸化物BKTの面方位、200…ヘッドアセンブリ、9…ベースプレート、11…ロードビーム、11b…基端部、11c…第1板バネ部分、11d…第2板バネ部分、11e…開口部、11f…ビーム主部、15…フレキシブル基板、17…フレクシャ、19…ヘッドスライダ、19a…ヘッド素子、300…圧電アクチュエータ、20…基体、21…圧力室、23…絶縁膜、24…単結晶基板、25…圧電薄膜、26…上部電極層(第一電極層)、27…ノズル、400…ジャイロセンサ、110…基部、120,130…アーム、30…圧電薄膜、31…上部電極層(第一電極層)、31a,31b…駆動電極層、31c,31d…検出電極層、32…単結晶基板、500…圧力センサ、40…圧電薄膜素子、41…共通電極層、42…圧電薄膜、43…個別電極層、44…支持体、45…空洞、46…電流増幅器、47…電圧測定器、600…脈波センサ、50…圧電薄膜素子、51…共通電極層、52…圧電薄膜、53…個別電極層、54…支持体、55…電圧測定器、700…ハードディスクドライブ、60…筐体、61…ハードディスク、62…ヘッドスタックアセンブリ、63…ボイスコイルモータ、64…アクチュエータアーム、65…ヘッドアセンブリ、800…インクジェットプリンタ装置、70…プリンタヘッド、71…本体、72…トレイ、73…ヘッド駆動機構、74…排出口、75…記録用紙、76…オートシートフィーダ(自動連続給紙機構)。

請求の範囲

[請求項1]
 単結晶基板に重なる圧電薄膜であって、
 前記圧電薄膜が、下記化学式1で表される結晶質の酸化物を含み、
 (100)、(001)、(110)、(101)及び(111)からなる群より選ばれる前記酸化物の面方位の一つが、前記単結晶基板の法線方向において優先的に配向している、
圧電薄膜。
(Bi )TiO    (1)
[上記化学式1中、0.30≦x≦0.60, 0.30≦y≦0.60, 0.60≦x+y≦1.10。]
[請求項2]
 前記法線方向において優先的に配向している前記面方位は、(001)である、
請求項1に記載の圧電薄膜。
[請求項3]
 単結晶基板と、前記単結晶基板に重なる圧電薄膜と、を備え、
 前記圧電薄膜が、下記化学式1で表される結晶質の酸化物を含み、
 (100)、(001)、(110)、(101)及び(111)からなる群より選ばれる前記酸化物の面方位の一つが、前記単結晶基板の法線方向において優先的に配向している、
圧電薄膜素子。
(Bi )TiO    (1)
[上記化学式1中、0.30≦x≦0.60, 0.30≦y≦0.60, 0.60≦x+y≦1.10。]
[請求項4]
 前記法線方向において優先的に配向している前記面方位は、(001)である、
請求項3に記載の圧電薄膜素子。
[請求項5]
 請求項3又は4に記載の圧電薄膜素子を備える、
圧電アクチュエータ。
[請求項6]
 請求項3又は4に記載の圧電薄膜素子を備える、
圧電センサ。
[請求項7]
 請求項5に記載の圧電アクチュエータを備える、
ヘッドアセンブリ。
[請求項8]
 請求項7に記載のヘッドアセンブリを備える、
ヘッドスタックアセンブリ。
[請求項9]
 請求項8に記載のヘッドスタックアセンブリを備える、
ハードディスクドライブ。
[請求項10]
 請求項5に記載の圧電アクチュエータを備える、
プリンタヘッド。
[請求項11]
 請求項10に記載のプリンタヘッドを備える、
インクジェットプリンタ装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]