CN104576915A - 压电元件、压电致动器和压电传感器、以及硬盘驱动器和喷墨打印机装置 - Google Patents

压电元件、压电致动器和压电传感器、以及硬盘驱动器和喷墨打印机装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种压电元件，其通过具备由通式ABO3表示的钙钛矿型化合物即铌酸钾钠的结晶组织的结晶取向是以其厚度方向为第1旋转对称轴而作为压电体层整体为面内四重对称的铌酸钾钠薄膜作为压电体层，从而增大压电元件的致动器的位移量或者作为传感器的灵敏度，并且能够降低耗电。

Description

压电元件、压电致动器和压电传感器、以及硬盘驱动器和喷墨打印机装置
技术领域
本发明涉及使用了薄膜压电材料的压电元件、使用了该压电元件的压电致动器和压电传感器、以及具备了该压电致动器的硬盘驱动器、以及喷墨打印机装置。
背景技术
近年来，压电材料的无铅化的期望日益增加，尤其铌酸钾钠(K、Na)NbO3(以下称KNN)的研究颇为活跃。KNN即使在无铅压电材料之中也能够得到比较高的居里温度、良好的压电特性，因而受人瞩目。
此外，替代体压电材料(bulk piezoelectric materials)而使用了薄膜压电材料的压电元件的实用化有所进展。作为一个例子，可以列举作为利用了将施加于压电体层的力变换成电压的压电效应的压电传感器的陀螺传感器、压力传感器、脉搏传感器、震动传感器和麦克风等，或者作为利用对压电体层施加电压时压电体层发生变形的逆电压效应的压电致动器，硬盘驱动器磁头滑块、喷墨打印机喷头，或者同样利用了逆电压效应的扬声器、蜂鸣器、谐振器等。
如果将压电材料进行薄膜化，则元件的小型化变得可能，能够应用的领域也拓宽，并且能够在基板上统一制作多个元件，因而量产性增强。另外，做成传感器的情况下的灵敏度的提高等性能方面上的益处也较多。
专利文献1：日本特开2009-295786号公报
专利文献2：日本特开2008-192868号公报
专利文献3：国际公开2003-070641号公报
发明内容
然而，由KNN构成的压电体层与使用了含铅材料的压电体层相比存在压电常数较低，应用在压电元件时难以得到大的位移的问题。
如果压电常数低，则为了得到大的位移而需要高的电压，也会产生绝缘破坏或者连续驱动时的可靠性下降这样的技术问题。
在专利文献1所记载的技术中，通过令KNN薄膜的面外方向晶格常数c与面内方向晶格常数a之比为规定的范围，能够改善压电常数。然而，由于该技术通过控制薄膜的应力来控制晶格常数，因而其值根据成膜条件或者膜厚的不同容易受到影响，再现性低。
在专利文献2所记载的技术中，在包含KNN的由ABO3表示的钙钛矿型氧化物中，作为A位点的元素，使用选自Pb、Ba、La、Sr、Bi、Li、Na、Ca、Cd、Mg和K中的至少1种元素，作为B位点的元素，使用选自Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe、Ni和镧中的至少1种元素，由此得到良好的电特性(漏电特性、压电特性)。然而，将使用K、Na作为A位点的主成分和使用Nb作为B位点的主成分的KNN薄膜作为压电元件来使用的情况下，即使将前述其他元素添加物配置在前述位点也得不到充分的电特性。
在专利文献3所记载的技术中，在具有由ABO3表示的钙钛矿型结晶构造的压电体中，使用Pb作为A位点的主成分，使用Zr、Ti和Pb作为B位点的主成分，而且通过令B位点中Pb原子相对于全部原子所占据的比例为3％以上且30％以下，从而得到良好的压电特性和漏电流特性。然而，用于将主成分即Pb配置在A、B两个位点的成膜条件受到限制大，在再现性、量产性上不足。另外，由于Pb是有害的，因此能够使用的环境有限制因而不优选。
本发明是有鉴于上述现有技术所具有的技术问题而完成的，其目的在于提供一种使用了KNN薄膜的进一步提高压电常数的压电元件。
得到大的位移是指保持高的压电常数，因而在使用了压电效应的元件的情况下，能够应用于灵敏度高的传感器等的用途，使用了逆压电效应的元件的情况下，能够应用于由小电压得到大的振动的高效的致动器等的用途。
为了达到上述目的，本发明所涉及的压电元件是具备由通式ABO3表示的钙钛矿型化合物即铌酸钾钠薄膜作为压电体层的压电元件，在所述压电体层中，铌酸钾钠的结晶组织的结晶取向以所述压电体层的厚度方向为第1旋转对称轴而压电体层整体上为面内四重对称。
通过在压电体层的结晶组织的结晶取向中具有面内四重对称，从而压电体层的压电常数提高，特别是向面方向(d 31方向)的位移变大。
在压电体层的厚度方向上施加电压的情况下的面方向的伸缩移动由于施加电场的方向和极化方向不平行，因此除了由压电效应所引起的晶格畸变以外，还有助于的畴壁的移动。通过使压电体层的结晶组织的结晶取向为面内四重对称，从而能够使畴壁的方向一致，与具备具有面内非对称的结晶构造的压电体层的压电元件相比，能够有效地增加位移量。
在本发明所涉及的压电元件的压电体层中，优选除了所述第1旋转对称轴以外，铌酸钾钠的结晶组织的结晶取向具有四重对称性的第2旋转对称轴相对于所述厚度方向倾斜地存在。由此，能够进一步提高压电特性。
通过除了以压电体层的厚度方向为第1旋转对称轴的结晶组织的结晶取向以外，还存在与所述厚度方向倾斜而存在的第2旋转对称轴的结晶组织的结晶取向，从而进一步提高高电压区域的电压特性。其被认为原因在于，通过存在倾斜的180°磁畴，从而即使施加高的电压时也会残留可旋转的畴壁，该区域有助于位移。
在本发明所涉及的电压元件的压电体层中，优选至少包含四方晶。由此能够减少压电特性的温度依赖性。
在压电体层有斜方晶的情况下，如果进行加热，则在居里点(立方晶相转移温度)之前转移到正方晶，因而具有大的温度依赖性，但是一开始就是正方晶的部分可以认为没有该影响。
本发明所涉及的致动器具有由上述结构表示的压电元件。作为压电致动器，具体而言，可以列举硬盘驱动器的磁头组件、喷墨打印机喷头的压电致动器等。
另外，本发明所涉及的压电传感器具有由上述结构表示的压电元件。作为压电传感器，具体而言，可以列举陀螺传感器、压力传感器、脉搏传感器等。
再者，在本发明所涉及的硬盘驱动器、以及喷墨打印机装置中使用了上述的压电致动器。
根据本发明所涉及的压电元件，相比于使用了现有的KNN薄膜的压电元件，能够提高压电特性。另外，在本发明所涉及的压电致动器、以及压电传感器中也能够提供能够谋求压电特性的提高并且高性能的硬盘驱动器、以及喷墨打印机装置。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的压电元件的结构图。
图2A、图2B是本发明所涉及的压电致动器的构造图。
图3A～图3D是本发明所涉及的压电传感器的构造图。
图4是本发明所涉及的硬盘驱动器的构造图。
图5是本发明所涉及的喷墨打印头装置的构造图。
图6是表示通过对现有的压电元件中的压电体层的XRD测定所得到的面内取向性的衍射图案的图。
图7表示通过对本发明所涉及的压电元件中的压电体层的XRD测定所得到的面内取向性的衍射图案的图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边就本发明的优选的一个实施方式进行详细说明。还有，在附图中，对于相同或者同等的要素赋予相同的符号。另外，上下左右的位置关系是如附图所示那样。另外，在说明重复的情况下，省略该说明。
(压电元件)
图1中表示本实施方式所涉及的压电元件100。压电元件100具备基板4、设置在基板4上的绝缘层6和第一电极层8、形成在第一电极层8上的压电体层10、以及形成在压电体层10上的第二电极层12。
对于基板4，可以使用具有(100)面取向的硅基板。基板4作为一个例子具有50μm以上、1000μm以下的厚度。另外，作为基板4，也可以使用具有与(100)面不同的面取向的硅基板、绝缘层上硅(SOI)基板、石英玻璃基板、由GaAs等构成的化合物半导体基板、蓝宝石基板、由不锈钢等构成的金属基板、MgO基板、SrTiO3基板等。
绝缘层6使用在基板4是导电性的情况下。对于绝缘层6，可以使用硅的热氧化膜(SiO2)、Si3N4、ZrO2、Y2O3、ZnO、Al2O3等。在基板4不具有导电性的情况下，可以不具备绝缘层6。绝缘层6可以由溅射法、真空蒸镀法、热氧化法、印刷法、旋涂法、溶胶凝胶法等形成。
第一电极层8作为一个例子由Pt(白金)形成。第一电极层8作为一个例子具有0.02μm以上、1.0μm以下的厚度。通过将第一电极层8由Pt形成，从而能够形成具有高的取向性的压电体层10。另外，作为第一电极层8，也可以使用Pd(钯)、Rh(铑)、Au(金)、Ru(钌)、Ir(铱)、Mo(钼)、Ti(钛)、Ta(钽)等金属材料，或者SrRuO3、LaNiO3等导电性金属氧化物。第一电极层8可以由溅射法、真空蒸镀法、印刷法、旋涂法、溶胶凝胶法等形成。
第一电极层8优选(100)面或者与其平行的取向面例如(200)面、(400)面等相对于厚度方向为面内四重对称。相对于厚度方向为面内四重对称的第一电极层8可以由真空蒸镀法形成。
此时的基板的温度优选为800°以上、1000°以下。由此，能够形成具有更高取向性的第一电极层8。
作为压电体层10所使用的材料，使用例如(001)面以厚度方向为旋转对称轴而结晶组织的结晶取向为面内四重对称的钙钛矿型化合物即铌酸钾钠薄膜。
压电体层10由溅射法、真空蒸镀法、印刷法、旋涂法、溶胶凝胶法等通过进行成膜而形成。
通过在压电体层10的结晶组织的结晶取向中具有面内四重对称性，从而压电体层10的压电常数提高，特别是能够提高向面方向(d 31方向)的位移量。
在压电体层10中，除了上述的厚度方向的第1旋转对称轴以外，铌酸钾钠的结晶组织的结晶取向优选具有四重对称性的第2旋转对称轴与所述厚度方向倾斜而存在。由此，有能够进一步提高压电特性的倾向。
压电体层10优选至少包含四方晶。由此有能够减少压电特性的温度依赖性的倾向。
在压电层10的成膜前，优选对第一电极层8进行反溅射。由此，有能够促进例如(001)面相对于厚度方向而结晶组织的结晶取向为面内四重对称的钙钛矿型化合物即铌酸钾钠薄膜的形成的倾向，有能够进一步提高压电元件的压电特性的倾向。
压电体层10优选由两个阶段形成。通过将第一阶段与第二阶段相比更低温来形成，从而在压电体层10中，除了厚度方向的第1旋转对称轴以外，有能够使具有铌酸钾钠的结晶组织的结晶取向优选具有四重对称性的第2旋转对称轴与所述厚度方向倾斜而存在的倾向，有能够进一步提高压电特性的倾向。压电体层10也可以进一步由多个阶段形成。
在利用前述两个阶段的压电体层10的形成方法中，第一阶段优选在200℃至500℃的范围形成。另外，第一阶段的膜厚优选在10nm至100nm的范围形成。通过在该温度范围、膜厚范围下进行第一阶段的工序，从而有能够进一步提高压电元件的压电特性的倾向。
本发明所涉及的压电元件100中，压电体层10中可以包含选自Li(锂)、Ba(钡)、Sr(锶)、Ta(钽)、Zr(锆)、Mn(锰)中的至少1种以上的元素。由此，有能够进一步提高元件的压电特性。
第二电极层12作为一个例子由Pt形成。第二电极层12作为一个例子具有0.02μm以上、1.0μm以下的厚度。另外，作为第二电极层12，也可以使用Pd、Rh、Au、Ru、Ir、Mo、Ti、Ta等金属材料，或者SrRuO3、LaNiO3等导电性金属氧化物。第二电极层12可以由溅射法、真空蒸镀法、印刷法、旋涂法、溶胶凝胶法等形成。
还有，可以从压电元件100除去基板4。由此，能够提高压电元件的位移量或者灵敏度。
另外，可以用保护膜覆盖压电元件100。由此，能够提高可靠性。
另外，在压电元件100中，可以在第一电极层8与压电体层10之间或者压电体层10与第二电极层12之间中的任一方或者两者具备中间层。
作为该中间层可以使用导电性氧化物。特别是SrRuO3、SrTiO3、LaNiO3、CaRuO3、BaRuO3、(LaxSr1-x)CoO3、YBa2Cu3O7、La4BaCu5O13、等的导电性高且有耐热性因而优选。
(压电致动器)
图2A是搭载于作为使用了这些压电元件的压电致动器的一个例子的硬盘驱动器(以下也称为HDD)的磁头组件的结构图。如该图所示，磁头组件200，作为其主要的构成要素，具备基座板9、载荷梁11、挠曲部17、驱动元件即第1和第2压电元件13、以及具备磁头元件19a的滑块19。
再者，载荷梁11具备例如通过光束熔接等固定于基座板9的基端部11b、从该基端部11b尖细状延伸的第1和第2板弹簧部11c和11d、形成在第1和第2板弹簧部11c和11d之间的开口部11e、以及在第1和第2板弹簧部11c和11d连续并且直线且尖细状延伸的梁主部11f。
第1和第2压电元件13具有规定的间隔地分别配置在挠曲部17的一部分即配线用柔性基板15上。滑块19固定在挠曲部17的前端部，伴随着第1和第2压电元件13的伸缩而作旋转运动。
第1和第2压电元件13由第一电极层、第二电极层、被该第一和第二电极层夹着的压电体层构成，通过使用具有大的位移量的压电元件作为使用在本发明的压电致动器的压电元件，从而能够降低耗电，因而可靠性提高，而且也能够得到大的位移量。
图2B是作为使用了上述压电元件的压电致动器的其他例子的喷墨打印机喷头的压电致动器的结构图。
压电致动器300通过在基材20上层叠绝缘膜23、下部电极层24、压电体层25和上部电极层26而构成。
不提供规定的吐出信号并且在下部电极层24与上部电极层26之间不施加电压的情况下，在压电体层25中不产生变形。在不提供吐出信号的、设置有压电元件的压力室21中，不产生压力变化，从其喷嘴27不吐出墨滴。
另一方面，提供规定的吐出信号，在下部电极层24与上部电极层26之间施加有一定电压的情况下，在压电体层25产生变形。在提供吐出信号的、设置有压电元件的压力室21中，其绝缘膜23弯曲大。因此压力室21内的压力瞬间提高，墨滴从喷嘴27吐出。
这里，通过使用具有大的位移量的压电元件作为本发明的压电致动器所使用的压电元件，从而能够降低耗电，因而可靠性提高，而且也能够得到大的位移量。
(压电传感器)
图3A是作为使用了上述的压电元件的压电传感器的一个例子的陀螺传感器的结构图(平面图)，图3B是图3A的A-A线箭视截面图。
陀螺传感器400是具备基部110、连接于基部110的一面的两个臂120、130的音叉振动子型的角速度检测元件。该陀螺传感器400通过将构成上述的压电体元件的压电体层30、上部电极层31和下部电极层32按照音叉型振动子的形状进行微细加工而得到，各部分(基部110和臂120、130)由压电元件一体形成。
在一个臂120的第一主面，分别形成有驱动电极层31a、31b和检测电极层31d。同样地，在另一个臂130的第一主面，分别形成有驱动电极层31a、31b和检测电极层31c。这些各电极层31a、31b、31c、31d通过将上述电极层31刻蚀成规定的电极形状而得到。
还有，整个形成在基部110和臂120、130各自的第二主面(第一主面的背侧的主面)的下部电极层32作为陀螺传感器400的接地电极发挥功能。
这里，在以各个臂120、130的长边方向为Z方向，以包含两个臂120、130的主面的平面为XZ平面的基础上，定义XYZ正交坐标系。
如果向驱动电极层31a、31b提供驱动信号，则两个臂120、130以面内振动模式激励。面内振动模式是指在平行于两个臂120、130的主面的方向上两个臂120、130激励(excited)的振动模式。例如，当一个臂120在-X方向上以速度V1激励时，另一个臂130在+X方向上以速度V2激励。
如果在该状态下在陀螺传感器400中以Z轴为旋转轴施加角速度ω的旋转，则关于两个臂120、130的各个，科里奥利力作用于正交于振动方向的方向，开始以面外振动模式激励。面外振动模式是指在正交于两个臂120、130的主面的方向上两个臂120、130激励的振动模式。例如，作用于一个臂120的科里奥利力F1为-Y方向时，作用于另一个臂130的科里奥利力F2为+Y方向。
科里奥利力F1、F2的大小与角速度ω成比例，因而通过压电体层30将由科里奥利力F1、F2所引起的臂120、130的机械应变变换成电信号(检测信号)，通过从检测电极层31c、31d将其取出从而能够求出角速度ω。
通过使用具有大的位移量的压电元件作为本发明的压电传感器所使用的压电元件，从而能够抑制耗电，并且能够得到高的可靠性和足够的检测灵敏度。
图3C是作为使用了上述的压电元件的压电传感器的第二例子的压电传感器的结构图。
压电传感器500具有用于受到压力时应对的空洞45，并且由支撑压电元件40的支撑体44、电流放大器46、电压测定其47构成。压电元件40由共同电极层41、压电体层42和个别电极层43构成，依次层叠在支撑体44。这里，如果施加外力则压电元件40弯曲，由电压测定器47检测电压。
作为本发明的压电传感器所使用的压电元件，通过使用具有大的位移量的压电元件，从而能够得到高的耐电压性和足够的检测灵敏度。
图3D是作为使用了上述的压电元件的压电传感器的第三个例子的脉搏传感器的结构图。
脉搏传感器600为在基材51上搭载发送用压电元件、以及接收用压电元件的结构，这里，在发送用压电元件中，在发送用压电体层52的厚度方向的两面形成有电极层54a、55a，在接收用压电元件中，在接收用压电元件53的厚度方向的两面形成有电极层54b、55b。另外，在基材51，形成由电极56、上面用电极57，电极层54a、54b与上面用电极57分别由配线58电连接。
为了检测活体的脉搏，首先使脉搏传感器600的基材背面(不搭载压电元件的面)抵接于活体。然后，在脉搏检测时，使特定的驱动用电压信号输出到发送用压电元件的两个电极层54a、55a。发送用压电元件响应于输入到两个电极层54a、55a的驱动用电压信号而激励并产生超声波，将该超声波发送到活体内。发送到活体内的超声波被血流反射，并且被接收用压电元件接收。发送用压电元件将所接收的超声波变换成电压信号，并且从两个电极层54b、55b输出。
作为本发明的压电传感器所使用的压电元件，通过使用具有大的位移量的压电元件，从而能够抑制耗电，并且能够得到高的可靠性和足够的检测灵敏度。
(硬盘驱动器)
图4是搭载了图2A所示的磁头组件的硬盘驱动器的结构图。
硬盘驱动器700在筐体60内具备作为存储媒介的硬盘61、以及在此存储和再生磁信息的磁头层叠体组件62。硬盘61被省略了图示的电机旋转。
磁头层叠体组件62是将由被音圈电机63绕支撑轴旋转自由地支撑的致动器臂64、以及连接于该致动器臂64的磁头组件65构成的组合体层在图的进深方向层叠多个而成的结构。在磁头组件65的前端部，安装有与硬盘61相对的磁头滑块19。
磁头组件65(200)采用以2个阶段移动磁头元件19a(参照图2A)的形式。磁头元件19a的比较大的移动由利用音圈电机63的磁头组件65、以及致动器臂64的全体驱动来控制，微小的移动由利用磁头组件65的前端部的磁头滑块19的驱动来控制。
在该磁头组件65所使用的压电元件中，通过使用具有大的位移量的压电元件，从而能够抑制耗电，并且能够得到高的可靠性和足够的存取(access)性。
(喷墨打印机装置)
图5是搭载了图2B所示的喷墨打印机喷头的喷墨打印机装置的结构图。
喷墨打印机装置800主要具备喷墨打印机喷头70、主体71、托盘72、喷头驱动机构73而构成。压电致动器300配备于喷墨打印机喷头70。
喷墨打印机装置800具备黄色、品红色、青色、黑色共4种颜色的墨盒，以可以全彩印刷的方式构成。另外，该喷墨打印机装置800在内部具备专用的控制器端口等，控制喷墨打印机喷头70的喷墨吐出时刻和喷头驱动机构73的扫描。另外，主体71在背面具备托盘72，并且在其内部具备自动供纸器(自动连续给纸装置)76，自动地送出记录用纸75，并从正面的排出口74排出记录用纸75。
在喷墨打印机喷头70的压电致动器所使用的电压元件中，通过使用具有大的位移量的压电元件，从而能够抑制耗电，并且能够提供具有高的可靠性和高的安全性的喷墨打印机装置。
例如，本发明的压电元件可以使用在利用了陀螺传感器、振动传感器、麦克风等的压电效应的应用、或者利用了致动器、喷墨打印机喷头、扬声器、蜂鸣器、谐振器等的逆压电效应的应用，特别适合于利用了逆电压效应的应用。
实施例
以下，基于实施例和比较例来更具体地说明本发明，但是本发明不限定于以下的实施例。
(压电元件的制作)
(实施例1)
在实施例中，“基体”是指各工序中的被形膜体。
将带有热氧化膜(SiO2：绝缘层6)的直径3英寸、厚度400μm的硅晶片(基板4)作为基体设置在RF溅射装置的真空腔体内，进行真空抽气后，形成作为第一电极层8的Pt膜。成膜时的基体温度为400℃、第一电极层8的厚度为200nm。
对第一电极层8成膜后，为了确认与平面垂直方向的取向性进行面外XRD(X-RAY Diffraction：X射线衍射)测定，为了确认面内方向的取向性进行面内XRD测定。作为确认面内方向的取向性的其他方法，可以列举用TEM(透过电子显微镜)对沿着平面(面内)方向切出的样品进行电子射线衍射的方法等。
面外XRD测定分为测定相对于试样表面平行的晶格面的对称反射测定(2θ/θ测定)、以及测定与表面斜交的晶格面的非对称反射测定。在本实施例中，进行2θ/θ测定。
面内XRD测定是指X射线入射到几乎接触薄膜试样的表面，测定来自于与薄膜内的表面正交的晶格面的衍射的方法。在本实施例中，将面内轴固定在由事先进行的面外XRD测定所得到的面来进行被称为扭曲测定(twist measurement)的测定。
将面内轴固定在由面外XRD测定得到的Pt(111)面，进行扭曲测定后的结果确认，得不到清楚的峰，Pt(111)面为面内非对称。
接着，将基体移到装着溅射靶的RF溅射装置的腔体，进行真空抽气后，对基体进行反溅射。将Ar(氩)以50sccm供应到腔体内作为反溅射时的氛围气体，在1Pa的压力下投入500W的电力进行30秒钟处理。
在反溅射之后，在基体上形成(K0.5Na0.5)NbO3薄膜作为压电体层10。作为溅射靶，使用(K0.5Na0.5)NbO3烧结体。成膜时的基体温度为600℃，压电体层10的厚度为2000nm。
在对压电体层10进行成膜后，为了确认与平面垂直方向的取向性进行面外XRD测定，为了确认面内方向的取向性进行面内XRD测定。
在本实施例中，再对压电体层10进行极点测定。从极点测定得到的极点图是指表示某个结晶面在试样之中具有何种取向的图，是在极点立体投影图(polar stereographic projection)中描绘出所要关注的方位(也将其称为极点)以何种强度分布的图。即如果看极点图，则能够得到对于样品表面关注的结晶面如何取向的信息。
将面内轴固定在由面外XRD测定得到的KNN(001)面，进行扭曲测定后的结果确认KNN(001)面其清楚的峰大致每隔90°出现，为面内四重对称。
从由对KNN(001)面的极点测定得到的极点图确认旋转对称轴相对于压电体膜的厚度方向不倾斜。
从由前述面外XRD测定和面内XRD测定得到的压电体层10的晶格常数确认压电体层10是斜方晶。
从前述面内XRD测定的结果可以认为，在本实施例中的压电体层10中，存在平行于面内的c轴偏移90°的2种结晶组织。
其后，再将基体移到RF溅射装置的其他腔体，进行真空抽气后，形成Pt膜作为第二电极层12。成膜时的基本温度为200℃，第二电极层12的厚度为200nm。
形成第二电极层12后，由光刻和干法刻蚀、湿法刻蚀对包含压电体层10的层叠体进行图案化，将晶片切断加工，由此得到可动部分尺寸为5mm×20mm的压电元件100。
(比较例1)
在实施例1的压电元件的制作工序中，不进行压电体层10成膜前的反溅射。除此以外的元件结构、制作工序与实施例1同样地制作比较例1的压电元件。
形成压电体层10后，为了确认与平面垂直方向的取向性进行面外XRD测定，为了确认面内方向的取向性进行面内XRD测定。
将面内轴固定在由面外XRD测定得到的KNN(001)面，进行扭曲测定后的结果确认得不到清楚的峰，KNN(001)面为面内非对称。在图6中表示扭曲测定的结果。
从由对KNN(001)面的极点测定得到的极点图确认旋转对称轴相对于压电体膜的厚度方向不倾斜。
从由前述面外XRD测定和面内XRD测定得到的压电体层10的晶格常数确认压电体层10是斜方晶。
(实施例2)
实施例1中的反溅射之后，将压电体层10成膜工序分成2个阶段来进行。第1阶段成膜时的基体温度为450℃、厚度为50nm。接着利用相同的腔体，作为第2阶段，以基体温度为600℃，厚度为1950nm。通过前述第2阶段的成膜，形成厚度总计2000nm的(K0.5Na0.5)NbO3薄膜作为压电体层10。前述以外的元件结构、制作工序与实施例1同样地制作实施例2的压电元件。
对压电体层10成膜后，为了确认与平面垂直方向的取向性进行面外XRD测定，为了确认面内方向的取向性进行面内XRD测定。
将面内轴固定在由面外XRD测定得到的KNN(001)面，进行扭曲测定后的结果确认，KNN(001)面其清楚的峰大致每隔90°出现，为面内四重对称。
从由对KNN(001)面的极点测定得到的极点图确认，除了压电体膜的厚度方向的旋转对称轴以外，还存在与压电体膜的厚度方向倾斜的旋转对称轴。
从由前述面外XRD测定和面内XRD测定得到的压电体层10的晶格常数确认压电体层10混合有斜方晶和四方晶。
从前述面内XRD测定的结果可以认为，在本实施例中的压电体层10中，也存在平行于面内的c轴偏移90°的2种结晶组织。
(实施例3)
实施例1中的反溅射之后，将压电体层10成膜工序分成2个阶段来进行。第1阶段的成膜时的基体温度为450℃、厚度为50nm。接着利用相同腔体，对基体进行反溅射。将作为反溅射时的氛围气体Ar(氩)以50sccm供应到腔体内，在1Pa的压力下投入1000W的电力进行15秒钟处理。其后进行第2阶段的成膜。令第2阶段的成膜时的基体温度为600℃，厚度为1950nm。通过夹着前述反溅射工序的第2阶段的成膜，作为压电体层10形成厚度总计2000nm的(K0.5Na0.5)NbO3薄膜。前述以外的元件结构、制作工序与实施例1同样地制作实施例3的压电元件。
对压电体层10进行成膜后，为了确认与平面垂直方向的取向性进行面外XRD测定，为了确认面内方向的取向性进行面内XRD测定。
将面内轴固定在由面外XRD测定得到的KNN(001)面，进行扭曲测定后的结果确认，KNN(001)面其清楚的峰每隔90°出现，为面内四重对称。
从由对KNN(001)面的极点测定得到的极点图确认，除了压电体膜的厚度方向的旋转对称轴以外，还存在相对于压电体膜的厚度方向倾斜的旋转对称轴。
从由前述面外XRD测定和面内XRD测定得到的压电体层10的晶格常数确认压电体层10是四方晶。
本实施例中的压电体层10从面内XRD测定的结果可以认为，四方晶的a轴或者b轴平行于压电体膜的膜厚方向，并且存在平行于面内的c轴偏移90°的2种结晶组织。
(实施例4)
将带有热氧化膜(SiO2：绝缘层6)的直径3英寸、厚度400μm的硅晶片(基板4)设置在电子束蒸镀装置的真空腔体内作为基体，进行真空抽气后，通过电子束蒸镀法形成Pt膜作为第一电极层8。成膜时的基体温度为800℃、第一电极层8的厚度为200nm。前述以外的元件结构、制作工序与实施例34同样地，制作实施例4的压电元件。
对第一电极层8成膜后，为了确认与平面垂直方向的取向性进行面外XRD(X-RAY Diffraction：X射线衍射)测定，为了确认面内方向的取向性进行面内XRD测定。
将面内轴固定在由面外XRD测定得到的Pt(200)面，进行扭曲测定后的结果确认，清楚的峰每隔90°出现，Pt(200)面为面内四重对称。
对压电体层10成膜后，为了确认与平面垂直方向的取向性进行面外XRD测定，为了确认面内方向的取向性进行面内XRD测定。
将面内轴固定在由面外XRD测定得到的KNN(001)面，进行扭曲测定后的结果确认，清楚的峰每隔90°出现，KNN(001)面为面内四重对称。在图7中表示扭曲测定的结果。
从由对KNN(001)面的极点测定得到的极点图确认，除了压电体膜的厚度方向的旋转对称轴以外，还存在相对于压电体膜的厚度方向倾斜的旋转对称轴。
从由前述面外XRD测定和面内XRD测定得到的压电体层10的晶格常数确认压电体层10是四方晶。
本实施例中的压电体层10从面内XRD测定的结果可以认为是由四方晶的c轴平行于压电体膜的厚度方向的结晶组织构成的压电体层。
将各实施例、比较例中的元件结构、制作工序和压电体层的结晶系表示在表1中。
(压电元件的评价)
使用激光多普勒振动计(GRAPHTEC社制)来测定对实施例1～4、以及比较例1的各压电元件施加电压时的位移量。将第一电极层连接于正极，将第二电极层连接于负极，并且将频率1KHz的正弦波(±20V)的电压而测定的位移量的值表示在表1中。
确认了具备由通式ABO3表示的钙钛矿型化合物即铌酸钾钠薄膜作为压电体层的压电元件，在前述压电体层中，铌酸钾钠的结晶组织的结晶取向，以前述压电体层的厚度方向为第1旋转对称轴而压电体层整体上为面内四重对称的实施例1～4的压电元件与不具备该要件的比较例1的压电元件相比位移量更大。
确认了除了前述第1旋转对称轴以外，铌酸钾钠的结晶组织的结晶取向是具有四重对称性的第2旋转对称轴相对于前述厚度方向倾斜而存在的，并且具备至少包含四方晶的铌酸钾钠薄膜作为压电体层的实施例2～4的压电元件与不具备该要件的比较例1和实施例1的压电元件相比位移量更大。
此外，确认了具备四方晶的铌酸钾钠薄膜作为压电体层的实施例3～4的压电元件与不具备该要件的比较例1和实施例1～2的压电元件相比位移量更大。
确认了第一电极层8的Pt(200)面相对于厚度方向轴为面内四重对称的实施例4的压电元件与不具备该要件的比较例1和实施例1～3的压电元件相比位移量更大。
在以上的实施例中，A位点的主成分即K与Na的比率为1，即，K1-xNax中的x为0.5，但是在作为x为0.5以外的组成中，也不改变本发明的效果。另外，在以上的实施例中，不添加添加物，但是即使添加了Sr、Mn、Zr、Li、Ba、Ta也不改变本发明的效果。
本发明所涉及的压电元件具备具有规定的结晶构造的压电体层，通过使用具有大的位移量的压电元件作为压电致动器的压电体层，从而能够降低耗电因而可靠性高，而且能够得到大的位移量。
另外，通过使用具有大的位移量的压电元件作为压电传感器的压电体层，从而能够抑制耗电，能够得到高的可靠性和足够的检测灵敏度。
在硬盘驱动器的磁头组件所使用的压电元件中，通过使用具有大的位移量的压电元件，从而能够抑制耗电，能够得到高的可靠性和足够的存取性。
再者，在喷墨打印机喷头的压电致动器所使用的压电元件中，通过使用具有大的位移量的压电元件，从而能够抑制耗电，能够提供具有高的可靠性和高的安全性的喷墨打印机装置。

Claims (7)

1.一种压电元件，其特征在于，
是具备铌酸钾钠薄膜作为压电体层的压电元件，所述铌酸钾钠是由通式ABO3表示的钙钛矿型化合物，
在所述压电体层中，铌酸钾钠的结晶组织的结晶取向是以所述压电体层的厚度方向为第1旋转对称轴而作为压电体层整体为面内四重对称。
2.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，
在所述压电体层中，除了所述第1旋转对称轴以外，铌酸钾钠的结晶组织的结晶取向是具有四重对称性的第2旋转对称轴相对于所述厚度方向倾斜地存在。
3.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，
在所述压电体层中，所述铌酸钾钠薄膜至少包含四方晶。
4.一种压电致动器，其特征在于，
使用了权利要求1所述的压电元件。
5.一种压电传感器，其特征在于，
使用了权利要求1所述的压电元件。
6.一种硬盘驱动器，其特征在于，
使用了权利要求4所述的压电致动器。
7.一种喷墨打印机装置，其特征在于，
使用了权利要求4所述的压电致动器。
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