DE102020100242A1 - Piezoelektrische dünnschicht, piezoelektrische dünnschichtvorrichtung, piezoelektrischer aktor, piezoelektrischer sensor, piezoelektrischer wandler, festplatte, druckkopf und tintenstrahldrucker - Google Patents

Piezoelektrische dünnschicht, piezoelektrische dünnschichtvorrichtung, piezoelektrischer aktor, piezoelektrischer sensor, piezoelektrischer wandler, festplatte, druckkopf und tintenstrahldrucker Download PDF

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Abstract

Eine piezoelektrische Dünnschicht 3 enthält ein Metalloxid, das Metalloxid enthält Bismut, Kalium, Titan, Eisen und das Element M, das Element M ist mindestens eines von Magnesium und Nickel, mindestens ein Teil des Metalloxids ist ein Kristall mit einer Perowskitstruktur, und eine (001) Ebene, eine (110) Ebene oder eine (111) Ebene des Kristalls ist Richtung dn der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Dünnschicht, eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung, einen piezoelektrischen Aktor, einen piezoelektrischen Sensor, einen piezoelektrischen Wandler, ein Festplattenlaufwerk, einen Druckkopf und eine Tintenstrahldruckervorrichtung.
  • HINTERGRUND
  • Ein piezoelektrisches Material wird je nach Verwendungszweck zu verschiedenen piezoelektrischen Bauelementen verarbeitet. Zum Beispiel wandelt ein piezoelektrischer Aktor Spannung in Kraft um, und zwar durch den inversen piezoelektrischen Effekt, der ein piezoelektrisches Material bei Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Material verformt.. Außerdem wandelt ein piezoelektrischer Sensor durch den piezoelektrischen Effekt, der ein piezoelektrisches Material unter Druckanwendung auf das piezoelektrische Material verformt, Kraft in Spannung um. Diese piezoelektrischen Bauelemente sind in verschiedenen elektronischen Geräten eingebaut. Auf dem aktuellen Markt sind eine Verkleinerung und Leistungsverbesserung der elektronischen Geräte erforderlich, so dass piezoelektrische Geräte (piezoelektrische Dünnschichtgeräte), die eine piezoelektrische Dünnschicht verwenden, aktiv untersucht wurden. Je dünner jedoch die Dicke eines piezoelektrischen Materials ist, desto schwieriger ist es, den piezoelektrischen Effekt und den inversen piezoelektrischen Effekt zu erhalten, so dass die Entwicklung eines piezoelektrischen Materials mit ausgezeichneter Piezoelektrizität im Dünnschichtzustand erwartet wird.
  • Als piezoelektrisches Material wird üblicherweise Bleizirkonat-Titanat (sog. PZT), also ein ferroelektrisches Perowskit-Material, verwendet. Da PZT jedoch Blei enthält, das für den menschlichen Körper und die Umwelt schädlich ist, wird erwartet, dass durch die Entwicklung eines bleifreien piezoelektrischen Materials PZT ersetzt wird. Zum Beispiel werden in der unten beschriebenen Nichtpatentliteratur 1 Materialien vom Typ BaTiO3 als Beispiel für bleifreie piezoelektrische Materialien beschrieben. Materialien vom Typ BaTiO3 haben eine im Vergleich ausgezeichnete Piezoelektrizität unter den bleifreien piezoelektrischen Materialien, und die Anwendung auf piezoelektrische Dünnschichtbauelemente wird besonders erwartet.
  • [Nichtpatentliteratur 1]
  • Yiping Guo et al., Thickness Dependence of Electrical Properties of Highly (100)-Oriented BaTiO3 Thin Films Prepared by One-Step Chemical Solution Deposition, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 45, Nr. 2A, 2006, S. 855-859
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine piezoelektrische Dünnschicht mit ausgezeichneter Piezoelektrizität, eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung und einen piezoelektrischen Aktor, einen piezoelektrischen Wandler, ein Festplattenlaufwerk, einen Druckkopf und eine Tintenstrahldruckervorrichtung unter Verwendung der piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung bereitzustellen.
  • Die piezoelektrische Dünnschicht nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine piezoelektrische Dünnschicht, welche ein Metalloxid enthält, wobei das Metalloxid Bismut, Kalium, Titan, Eisen und das Element M enthält, das Element M mindestens eines von Magnesium und Nickel ist, mindestens ein Teil des Metalloxids ein Kristall mit Perowskitstruktur ist, und eine (001)-Ebene, eine (110)-Ebene oder eine (111)-Ebene des Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht orientiert ist.
  • Das Metalloxid kann durch die folgende chemische Formel 1 dargestellt werden: x(BiαK1-α)TiO3-yBi(MβTil-β)O3-zBiFeO3 (1) wobei jedes von x, y und z in der chemischen Formel 1 eine positive reelle Zahl sein kann; x+y+z kann 1 sein; α in der chemischen Formel 1 kann größer als 0 und kleiner als 1 sein; β in der chemischen Formel 1 kann größer als 0 und kleiner als 1 sein; M in der chemischen Formel 1 kann durch MgγNi1-γ dargestellt werden; und y kann 0 oder größer und 1 oder kleiner sein.
  • Ein dreidimensionales Koordinatensystem kann aus einer x-Achse, einer y-Achse und einer z-Achse zusammengesetzt sein; beliebige Koordinaten in dem Koordinatensystem können durch (X, Y, Z) dargestellt werden; die Koordinaten (x, y, z) in dem Koordinatensystem können x, y und z in der chemischen Formel 1 entsprechen; die Koordinaten A in dem Koordinatensystem können (0,300, 0,100, 0,600), können die Koordinaten B im Koordinatensystem (0,450, 0,250, 0,300), eine Koordinate C im Koordinatensystem (0,200, 0,500, 0,300), eine Koordinate D im Koordinatensystem (0,100, 0,300, 0,600) und (x, y, z) innerhalb eines Vierecks mit Eckpunkten an den Koordinaten A, Koordinaten B, Koordinaten C und Koordinaten D sein.
  • Die Koordinaten E im Koordinatensystem können (0,400, 0,200, 0,400) sein, die Koordinaten F im Koordinatensystem können (0,200, 0,400, 0,400) sein und die Koordinaten (x, y, z) können innerhalb eines Vierecks mit Eckpunkten an den Koordinaten A, E, F und D positioniert werden.
  • Die piezoelektrische Dünnschicht kann ein epitaktischer Film sein.
  • Zumindest ein Teil des Kristalls kann ein tetragonaler Kristall sein.
  • Die piezoelektrische Dünnschicht kann eine ferroelektrische Dünnschicht sein.
  • Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die oben beschriebene piezoelektrische Dünnschicht.
  • Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung kann ein Einkristallsubstrat und die auf dem Einkristallsubstrat gestapelte piezoelektrische Dünnschicht umfassen.
  • Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung kann ein Einkristallsubstrat, eine auf dem Einkristallsubstrat gestapelte Elektrodenschicht und die auf der Elektrodenschicht gestapelte piezoelektrischen Dünnschicht umfassen.
  • Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung kann eine Elektrodenschicht und die auf der Elektrodenschicht gestapelte piezoelektrischen Dünnschicht umfassen.
  • Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung kann ferner mindestens eine Zwischenschicht umfassen, wobei die Zwischenschicht zwischen dem Einkristallsubstrat und der Elektrodenschicht angeordnet sein kann.
  • Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung kann ferner mindestens eine Zwischenschicht umfassen, wobei die Zwischenschicht zwischen der Elektrodenschicht und der piezoelektrischen Dünnschicht angeordnet sein kann.
  • Die Elektrodenschicht kann einen Platinkristall enthalten, wobei die (002)-Ebene des Platinkristalls senkrecht zu der Oberfläche der Elektrodenschicht und die (200)-Ebene des Platinkristalls parallel zur Oberfläche der Elektrodenschicht orientiert sein kann.
  • Der piezoelektrische Aktor nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die oben beschriebene piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung.
  • Der piezoelektrische Sensor nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die oben beschriebene piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung.
  • Der piezoelektrische Wandler nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die oben beschriebene piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung.
  • Das Festplattenlaufwerk gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kopfstapelanordnung, wobei die Kopfstapelanordnung eine Kopfanordnung umfasst und die Kopfanordnung den oben beschriebenen piezoelektrischen Aktor umfasst.
  • Der Druckkopf nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst den oben beschriebenen piezoelektrischen Aktor.
  • Die Tintenstrahldruckvorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst den oben beschriebenen Druckkopf.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine piezoelektrische Dünnschicht mit ausgezeichneter Piezoelektrizität, eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung und ein piezoelektrischer Aktor, ein piezoelektrischer Sensor, ein piezoelektrischer Wandler, ein Festplattenlaufwerk, ein Druckkopf und eine Tintenstrahldruckervorrichtung, welche die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung verwenden, bereitgestellt.
  • Figurenliste
    • 1A ist eine schematische Darstellung eines piezoelektrischen Dünnschichtgerätes nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 1B ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des in 1A gezeigten piezoelektrischen Dünnschichtgerätes, wobei in 1B eine erste Elektrodenschicht, eine erste Zwischenschicht, eine zweite Zwischenschicht und eine zweite Elektrodenschicht weggelassen wurde.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Einheitszelle der Perowskitstruktur.
    • 3A ist eine perspektivische Ansicht einer Einheitszelle der Perowskitstruktur, die eine (001) Ebene der Perowskitstruktur zeigt; 3B ist eine perspektivische Ansicht einer Einheitszelle der Perowskitstruktur, die eine (110) Ebene der Perowskitstruktur zeigt; und
    • 3C ist eine perspektivische Ansicht einer Einheitszelle der Perowskitstruktur, die eine (111) Ebene der Perowskitstruktur zeigt.
    • 4 ist ein dreidimensionales Koordinatensystem zur Darstellung der Zusammensetzung einer piezoelektrischen Dünnschicht.
    • 5 ist ein Dreieckskoordinatensystem, das dem in 4 dargestellten Dreieck entspricht.
    • 6 ist eine schematische Darstellung einer Kopfanordnung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 7 ist eine schematische Darstellung eines piezoelektrischen Aktors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 8 ist eine schematische Darstellung (Draufsicht) eines Gyrosensors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 9 ist eine Querschnittsansicht des in 8 dargestellten Gyrosensors, gesehen entlang der Pfeile A-A.
    • 10 ist eine schematische Darstellung eines Drucksensors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 11 ist eine schematische Darstellung eines Pulswellensensors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 12 ist eine schematische Darstellung eines Festplattenlaufwerks nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 13 ist eine schematische Darstellung eines Tintenstrahldruckers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE DARSTELLUNG
  • Die Einzelheiten einer geeigneten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden anhand von Zeichnungen wie folgt beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. In den Zeichnungen werden den gleichen oder entsprechenden Elementen die gleichen Symbole zugeordnet. Die in 1A und 1B dargestellte X-, Y- und Z-Achse sind drei zueinander orthogonale Koordinatenachsen. Die in 1A und 1B dargestellten Koordinatensysteme haben nichts mit den in 4 und 5 dargestellten Koordinatensystemen zu tun.
  • (Piezoelektrische Dünnschicht und piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung)
  • Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine piezoelektrische Dünnschicht. Zum Beispiel kann, wie in 1A gezeigt, eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform ein Einkristallsubstrat 1, eine erste Elektrodenschicht 2 (untere Elektrodenschicht), die auf dem Einkristallsubstrat 1 gestapelt ist, eine piezoelektrische Dünnschicht 3, die auf der ersten Elektrodenschicht 2 gestapelt ist, und eine zweite Elektrodenschicht 4 (obere Elektrodenschicht), die auf die piezoelektrische Dünnschicht 3 gestapelt ist, umfassen. Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 10 kann eine erste Zwischenschicht 5 umfassen, wobei die erste Zwischenschicht 5 zwischen dem Einkristallsubstrat 1 und der ersten Elektrodenschicht 2 angeordnet sein kann, und die erste Elektrodenschicht 2 direkt auf der Oberfläche der ersten Zwischenschicht 5 gestapelt sein kann. Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 10 kann eine zweite Zwischenschicht 6 umfassen, wobei die zweite Zwischenschicht 6 zwischen der ersten Elektrodenschicht 2 und der piezoelektrischen Dünnschicht 3 angeordnet sein kann, und die piezoelektrische Dünnschicht 3 direkt auf der Oberfläche der zweiten Zwischenschicht 6 gestapelt sein kann. Die Dicke des Einkristallsubstrats 1, der ersten Zwischenschicht 5, der ersten Elektrodenschicht 2, der zweiten Zwischenschicht 6, der piezoelektrischen Dünnschicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 4 kann jeweils gleichförmig sein. Wie in 1B gezeigt, kann die Richtung dn der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht 3 näherungsweise parallel zur Oberflächennormalen DN des Einkristallsubstrats 1 sein.
  • Ein modifiziertes Beispiel des piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung 10 kann kein Einkristallsubstrat 1 enthalten. Beispielsweise kann das Einkristallsubstrat 1 nach Bildung der ersten Elektrodenschicht 2 und der piezoelektrischen Dünnschicht 3 entfernt werden. Ein modifiziertes Beispiel der piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung 10 kann keine zweite Elektrodenschicht 4 enthalten. Nach der Lieferung einer piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung ohne zweite Elektrodenschicht als Produkt an einen Hersteller von elektronischen Geräten kann in einem Herstellungsprozess des elektronischen Gerätes eine zweite Elektrodenschicht an die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung angebracht werden. In dem Fall, dass das Einkristallsubstrat 1 als Elektrode fungiert, muss ein modifiziertes Beispiel der piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung 10 keine erste Elektrodenschicht 2 enthalten. Mit anderen Worten, ein modifiziertes Beispiel für die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 10 kann ein Einkristallsubstrat 1 und eine piezoelektrische Dünnschicht 3 umfassen, die auf dem Einkristallsubstrat 1 gestapelt sind. Die piezoelektrische Dünnschicht 3 kann direkt auf das Einkristallsubstrat 1 gestapelt werden. Die piezoelektrische Dünnschicht 3 kann mindestens über die erste Zwischenschicht 5 oder die zweite Zwischenschicht 6 auf das Einkristallsubstrat 1 gestapelt werden.
  • Die piezoelektrische Dünnschicht 3 enthält ein Metalloxid. Das Metalloxid enthält Bismut (Bi), Kalium (K), Titan (Ti), Eisen (Fe) und ein Element M. Das Element M ist mindestens eines der Elemente Magnesium (Mg) und Nickel (Ni). Das Metalloxid ist der Hauptbestandteil der piezoelektrischen Dünnschicht 3. Der Anteil des Metalloxids an der gesamten piezoelektrischen Dünnschicht 3 kann 99 mol% oder mehr und 100 mol% oder weniger betragen. Die piezoelektrische Dünnschicht 3 darf nur aus dem Metalloxid bestehen.
  • Zumindest ein Teil des Metalloxids ist ein Kristall mit Perowskitstruktur. Das gesamte Metalloxid kann ein Kristall mit Perowskitstruktur sein. Im Folgenden werden Kristalle mit Perowskitstruktur als perowskitartige Kristalle beschrieben. Die Einheitszelle von perowskitartigen Kristallen ist in 2 dargestellt. Ein Element, das eine A-Stelle einer Einheitszelle uc besetzt, ist Bi oder K. Ein Element, das eine B-Stelle einer Einheitszelle uc besetzt, ist Ti, Mg, Ni oder Fe. Die in 2 dargestellte Einheitszelle uc ist die gleiche wie die in 3A, 3B und 3C dargestellte Einheitszelle uc. In 3A, 3B und 3C werden jedoch die B-Stelle und der Sauerstoff (O) in der Einheitszelle uc weggelassen, um eine Kristallebene darzustellen. Das Symbol a ist eine Gitterkonstante, die dem Abstand zwischen den (100) Ebenen eines perowskitartigen Kristalls entspricht. Das Symbol b ist eine Gitterkonstante, die dem Abstand zwischen den (010)-Ebenen eines perowskitartigen Kristalls entspricht. Das Symbol c ist eine Gitterkonstante, die dem Abstand zwischen den (001)-Ebenen eines perowskitartigen Kristalls entspricht.
  • Die (001)-Ebene, die (110)-Ebene oder die (111)-Ebene des perowskitartigen Kristalls ist in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert. Zum Beispiel kann, wie in 3A gezeigt, die (001)-Ebene eines perowskitartigen Kristalls Oberflächennormalen dn einer piezoelektrischen Dünnschicht 3 zugewandt sein. Mit anderen Worten, die [001]-Richtung (Orientierung der Kristallebene) eines perowskitartigen Kristalls kann etwa parallel zur Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 liegen. Wie in 3B gezeigt, kann die (110)-Ebene eines perowskitartigen Kristalls der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 zugewandt sein. Mit anderen Worten, die [110]-Richtung (Orientierung der Kristallebene) eines perowskitartigen Kristalls kann etwa parallel zur Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 liegen. Wie in 3C gezeigt, kann die (111)-Ebene eines perowskitartigen Kristalls der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 zugewandt sein. Mit anderen Worten, die [111]-Richtung (Orientierung der Kristallebene) eines perowskitartigen Kristalls kann etwa parallel zur Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 liegen. Der perowskitartige Kristall kann in [001]-, [110]- oder [111]-Richtung polarisiert werden. Da die (001)-Ebene, die (110)-Ebene oder die (111)-Ebene in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert ist, kann folglich die piezoelektrische Dünnschicht 3 Piezoelektrizität aufweisen. Die unten beschriebene Kristallorientierung bedeutet, dass die (001)-Ebene, die (110)-Ebene oder die (111)-Ebene eines perowskitartigen Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert ist.
  • Die piezoelektrische Dünnschicht 3 kann eine Vielzahl von perowskitartigen Kristallen enthalten, und die (001)-Ebenen aller perowskitartigen Kristalle können in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein. Die (110)-Ebenen aller perowskitartigen Kristalle können in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein. Die (111)-Ebenen aller perowskitartigen Kristalle können in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein. Die (001)-Ebenen eines Teils der perowskitartigen Kristalle können in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein, die (110)-Ebenen eines anderen Teils der perowskitartigen Kristalle können in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein, und die (111)-Ebenen eines anderen Teils der perowskitartigen Kristalle können in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein. Die (001)-Ebenen eines Teils der perowskitartigen Kristalle können in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein und die (110)-Ebenen eines restlichen Teils der perowskitartigen Kristalle können in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein. Die (110)-Ebenen eines Teils der perowskitartigen Kristalle können in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein, und die (111)-Ebenen eines restlichen Teils der perowskitartigen Kristalle können in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein. Die (001)-Ebenen eines Teils der perowskitartigen Kristalle können in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein, und die (111)-Ebenen eines restlichen Teils der perowskitartigen Kristalle können in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein.
  • Der Orientierungsgrad der jeweiligen Kristallebenen kann durch den Orientierungsgrad quantifiziert werden. Der Orientierungsgrad der jeweiligen Kristallebenen kann auf der Grundlage Röntgenbeugungsreflexes der jeweiligen Kristallebene berechnet werden. Die Röntgenbeugungsreflexe der jeweiligen Kristallebenen können in Out of Plane Messung der Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 3 gemessen werden. Der Orientierungsgrad der (001)-Ebene kann durch 100×I(001)/IΣ(hkl) dargestellt werden. Der Orientierungsgrad der (110)-Ebene kann durch 100×I(110)/IΣ(hkl) dargestellt werden. Der Orientierungsgrad der (111)-Ebene kann durch 100×I(111)/IΣ(hkl) dargestellt werden. I(001) ist das Maximum des Röntgenbeugungsreflexes der (001)-Ebene. I(110) ist das Maximum des Röntgenbeugungsreflexes der (110)-Ebene. I(111) ist das Maximum des Röntgenbeugungsreflexes der (111)-Ebene. ΣI(hkl) ist I(001)+I(110)+I(111). Der Orientierungsgrad der (001)-Ebene kann durch 100×S(001)/ΣS(hkl) dargestellt werden. Der Orientierungsgrad der (110)-Ebene kann durch 100×S(100)/ΣS(hkl) dargestellt werden. Der Orientierungsgrad der (111)-Ebene kann durch 100×S(111)/ES(hkl) dargestellt werden. S(001) ist die Fläche des Röntgenbeugungsreflexes der (001)-Ebene (Integration des Peaks). S(110) ist Fläche des Röntgenbeugungsreflexes der (110)-Ebene (Integration des Peaks). S(111) ist die Fläche des Röntgenbeugungsreflexes der (111)-Ebene (Integration des Peaks). ΣS(hkl) ist S(001)+S(110)+S(111). Der Orientierungsgrad jeder der Kristallebenen kann durch den Orientierungsgrad F nach der Lotgering-Methode quantifiziert werden. Je höher der Orientierungsgrad der Kristallebene ist, desto größer ist die piezoelektrische Konstante einer piezoelektrischen Dünnschicht. Daher kann der Orientierungsgrad einer Kristallebene 70% oder mehr und 100% oder weniger betragen, vorzugsweise 80% oder mehr und 100% oder weniger, oder noch bevorzugter 90% oder mehr und 100% oder weniger.
  • Da die piezoelektrische Dünnschicht 3 dazu neigt, eine große piezoelektrische Konstante (d33) zu haben, ist es besonders bevorzugt, wenn die (001)-Ebene eines perowskitartigen Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert ist. Mit anderen Worten, es ist vorzuziehen, dass der Orientierungsgrad der (001)-Ebene höher ist als der Orientierungsgrad der (110)-Ebene und der (111)-Ebene.
  • Der perowskitartige Kristall kann mindestens einer sein ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus tetragonalen Kristallen, kubischen Kristallen und rhomboedrischen Kristallen bei Raumtemperatur, bei Curie-Temperatur oder Temperaturen darunter. Es ist vorzuziehen, dass zumindest ein Teil der perowskitartigen Kristalle tetragonale Kristalle sind. Mit anderen Worten, es ist vorzuziehen, dass a gleich b ist und c/a größer als 1,0 ist. Es ist noch mehr vorzuziehen, wenn alle perowskitartigen Kristalle tetragonale Kristalle sind. Da auf die Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 3 eine Spannung in der Ebene ausgeübt wird, neigt die piezoelektrische Dünnschicht 3 dazu, sich in Richtung der Ebene zusammenzuziehen. Als Folge davon sind die Gitterkonstanten a und b in Richtung der Ebene der piezoelektrischen Dünnschicht 3 tendenziell kleiner als die Gitterkonstante c in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3, so dass der perowskitartige dazu neigt ein tetragonaler Kristall zu sein. Wenn der perowskitartige Kristall ein tetragonaler Kristall mit der oben beschriebenen Kristallorientierung ist, hat die piezoelektrische Dünnschicht 3 tendenziell eine große piezoelektrische Konstante d33.
  • Die (001)-Ebene des tetragonalen Kristalls sollte vorzugsweise in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert sein. Aufgrund der oben beschriebenen Spannung in der Ebene ist die Gitterkonstante c in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 tendenziell größer als die Gitterkonstanten a und b in der Ebene. Als Folge davon ist die piezoelektrische Dünnschicht 3 tendenziell in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 polarisiert, und die (001)-Ebene des tetragonalen Kristalls ist tendenziell in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert. Da die (001)-Ebene des tetragonalen Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert ist, hat die piezoelektrische Dünnschicht 3 tendenziell eine noch größere piezoelektrische Konstante d33. Im Gegensatz zur piezoelektrischen Dünnschicht 3 treten in einem piezoelektrischen Bulkmaterial kaum Verzerrungen in der Kristallstruktur durch Spannung in der Ebene auf. Deshalb sind die meisten perowskitartigen Kristalle in einem piezoelektrischen Bulkmaterial kubische Kristalle, und es ist deshalb schwierig dass ein piezoelektrisches Bulkmaterial die Piezoelektrizität aufweist, welche durch die tetragonalen perowskitartigen Kristalle verursacht wird.
  • Da die piezoelektrische Dünnschicht 3 die oben beschriebene Zusammensetzung und Kristallorientierung hat, kann die piezoelektrische Dünnschicht 3 eine große piezoelektrische Konstante (d33) aufweisen. Die oben beschriebene Kristallorientierung ist eine Eigenschaft, die einem dünnen Film eigen ist. Der dünne Film ist ein kristalliner Film, der durch einen Gasphasen-Wachstumsprozess oder einen Prozess in Lösung gebildet wird. Andererseits ist es schwierig, dass ein piezoelektrisches Bulkmaterial mit der gleichen Zusammensetzung wie die piezoelektrische Dünnschicht 3 die oben beschriebene Kristallorientierung aufweist. Der Grund dafür ist, dass das piezoelektrische Bulkmaterial ein Sintermaterialpulver (Keramik) ist, das die für das piezoelektrische Material erforderlichen Elemente enthält, so dass es schwierig ist, die Struktur und die Orientierung vieler Kristalle, aus denen das gesinterte Material besteht, zu kontrollieren. Da das piezoelektrische Bulkmaterials Fe enthält, ist der spezifische Widerstand des piezoelektrischen Bulkmaterials im Vergleich zur piezoelektrischen Dünnschicht 3 geringer. Als Folge davon tritt in dem piezoelektrischen Bulkmaterials tendenziell ein Leckstrom auf. Dementsprechend ist es schwierig das piezoelektrische Bulkmaterial durch Anlegen eines hohen elektrischen Feldes zu polarisieren, und es ist schwierig, eine große piezoelektrische Konstante (d33) zu erhalten.
  • Das in der piezoelektrischen Dünnschicht 3 enthaltene Metalloxid kann durch die unten beschriebene chemische Formel 1 dargestellt werden. Die chemische Formel 1 ist im Wesentlichen die gleiche wie die unten beschriebene chemische Formel 1a. x(BiαK1-α)TiO3-yBi(MβTi1-β)O3-zBiFeO3 (1) (BiαK1-α)xBiy+zTix(MβTi1-β)yFezO3±δ (1a)
  • In der chemischen Formel 1 sind x, y und z jeweils positive reelle Zahlen. Hier ist x+y+z gleich 1. x in der chemischen Formel 1 ist größer als 0 und kleiner als 1. y in der chemischen Formel 1 ist größer als 0 und kleiner als 1. z in der chemischen Formel 1 ist größer als 0 und kleiner als 1. α in der chemischen Formel 1 ist größer als 0 und kleiner als 1. β in der chemischen Formel 1 ist größer als 0 und kleiner als 1. Da die piezoelektrische Dünnschicht 3 dazu neigt, ein großes d33 zu haben, kann α 0,5 sein und β kann 0,5 sein. M wird in der chemischen Formel 1 durch MgγNi1-γ dargestellt. γ ist hier 0 oder mehr und 1 oder weniger. Die molare Summe von Bi und K im Metalloxid kann durch [A] dargestellt werden, und die molare Summe von Ti, Fe und Element M im Metalloxid kann durch [B] und [A]/[B] kann 1,0 sein. Solange das Metalloxid eine Perowskitstruktur aufweisen kann, kann [A]/[B] einen anderen Wert als 1,0 einnehmen. Mit anderen Worten, [A]/[B] kann kleiner als 1,0 oder größer als 1,0 betragen. δ ist in der chemischen Formel 1a 0 oder größer. Solange das Metalloxid eine Perowskitstruktur aufweisen kann, kann δ einen Wert ungleich 0 annehmen, zum Beispiel kann δ mehr als 0 und 1,0 oder weniger sein. Zum Beispiel kann δ aus den Valenzen der jeweilige Ionen auf der A-Stelle und der B-Stelle der Perowskitstruktur berechnet werden. Die Valenzen der jeweiligen Ionen können durch Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) gemessen werden. Solange die Piezoelektrizität der piezoelektrischen Dünnschicht 3 nicht beeinträchtigt wird, kann die piezoelektrische Dünnschicht 3 neben Bi, K, Ti, Fe, einem Element M und O noch ein weiteres Element enthalten.
  • Im Folgenden wird (BiαK1-α,)TiO3 als BKT bezeichnet. Bi(MβTi1-β)O3 wird als BMT bezeichnet. BiFeO3 wird als BFO bezeichnet. Ein Metalloxid mit einer Zusammensetzung, die durch die Summe von BKT und BMT dargestellt wird, wird als BKT-BMT bezeichnet. Ein Metalloxid mit einer durch die chemische Formel 1 dargestellten Zusammensetzung wird als xBKT-yBMT-zBFO bezeichnet. Die Kristalle von BKT, BMT, BFO, BKT-BMT und xBKT-yBMT-zBFO haben jeweils eine Perowskitstruktur.
  • Ein Kristall von BKT ist bei Raumtemperatur ein tetragonaler Kristall, und BKT ist ein ferroelektrisches Material. Ein Kristall von BMT ist bei Raumtemperatur ein rhomboedrischer Kristall, und BMT ist ein ferroelektrisches Material. Ein Kristall von BFO ist bei Raumtemperatur ein rhomboedrischer Kristall, und BFO ist ein ferroelektrisches Material. Ein dünner Film bestehend aus BKT-BMT ist bei Raumtemperatur ein tetragonaler Kristall. Das c/a des tetragonalen Kristalls von BKT-BMT ist tendenziell größer als jeweilige c/a von BKT und BMT. Eine Dünnschicht aus BKT-BMT weist im Vergleich zu einer Dünnschicht aus BKT und einer Dünnschicht aus BMT hervorragende ferroelektrische Eigenschaften auf. Eine Dünnschicht, die aus xBKT-yBMT-zBFO besteht, neigt bei Raumtemperatur dazu ein tetragonaler Kristall zu sein. Die c/a des tetragonalen Kristalls von xBKT-yBMT-zBFO ist tendenziell größer als die c/a von BKT-BMT. Eine Dünnschicht aus xBKT-yBMT-zBFO hat im Vergleich zu einer Dünnschicht aus BKT-BMT hervorragende ferroelektrische Eigenschaften. Mit anderen Worten, die piezoelektrische Dünnschicht 3, die xBKT-yBMT-zBFO enthält, kann eine ferroelektrische Dünnschicht sein. Es wird vermutet, dass die ferroelektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Dünnschicht 3 durch die Zusammensetzung von xBKT-yBMT-zBFO, welche eine morphotrope Phasengrenze (MPB) aufweisen, verursacht werden. Durch die ferroelektrischen Eigenschaften weist die piezoelektrische Dünnschicht 3 leicht eine große piezoelektrische Konstante (d33) auf. Im Gegensatz zur piezoelektrischen Dünnschicht 3 sind die in einem Bulkmaterial von xBKT-yBMT-zBFO enthaltenen Kristalle quasikubische Kristalle, so dass es für eine Bulkmaterial von xBKT-yBMT-zBFO schwierig ist, die oben beschriebene Kristallorientierung und ferroelektrischen Eigenschaften zu erreichen.
  • Eine Zusammensetzung von xBKT-yBMT-zBFO kann auf der Basis eines dreidimensionalen Koordinatensystems dargestellt werden. Das dreidimensionale Koordinatensystem setzt sich, wie in 4 dargestellt, aus einer X-, einer Y- und einer Z-Achse zusammen. Jede Koordinate im Koordinatensystem wird durch (X, Y, Z) dargestellt. Die Koordinaten (x, y, z) im Koordinatensystem entsprechen x, y und z in der chemischen Formel 1. Die Summe von x, y und z in der chemischen Formel 1 ist 1, und jedes x, y und z ist eine positive reelle Zahl. Dementsprechend befinden sich die Koordinaten (x, y, z) innerhalb eines durch gestrichelte Linien gezeichneten Dreiecks in einer durch X+Y+Z=1 dargestellten Ebene. Mit anderen Worten, die Koordinaten (x, y, z) liegen innerhalb eines Dreiecks mit Eckpunkten an den Koordinaten (1, 0, 0), den Koordinaten (1, 1, 0) und den Koordinaten (0, 0, 1). Das Dreieck ist in 5 als Dreieckskoordinaten dargestellt. Die Koordinaten A in 5 sind (0,300, 0,100, 0,600). Die Koordinaten B sind (0,450, 0,250, 0,300). Die Koordinaten C sind (0,200, 0,500, 0,300). Die Koordinaten D sind (0,100, 0,300, 0,600). Die Koordinaten E sind (0,400, 0,200, 0,400). Die Koordinaten F sind (0,200, 0,400, 0,400). Jede der Koordinaten A, B, C, D, E und F befindet sich innerhalb der durch X+Y+Z=1 dargestellten Ebene. Die Koordinaten (x, y, z), die sich in der chemischen Formel 1 auf x, y und z beziehen, können innerhalb eines Vierecks mit den Eckpunkten an den Koordinaten A, den Koordinaten B, den Koordinaten C und den Koordinaten D positioniert werden. Im Falle, dass die Koordinaten (x, y, z) innerhalb des Vierecks ABCD liegen, weist die Zusammensetzung von xBKT-yBMT-zBFO leicht MPB auf, so dass leicht die Piezoelektrizität und die ferroelektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Dünnschicht 3 verbessert werden. Aus dem gleichen Grund können die Koordinaten (x, y, z) innerhalb des Vierecks mit Eckpunkten an den Koordinaten A, den Koordinaten E, den Koordinaten F und den Koordinaten D positioniert werden. x kann gleich y sein. Im Fall, dass x gleich y ist, werden die Koordinaten (x, y, z) auf einer Geraden positioniert, die durch die Koordinaten (0,500, 0,500, 0) und die Koordinaten (0, 0, 1) verläuft. Im Fall, dass x gleich y ist, weist die Zusammensetzung von xBKT-yBMT-zBFO leicht MPB auf, so dass leicht die Piezoelektrizität und die ferroelektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Dünnschicht 3 verbessert werden.
  • x kann 0,100 oder größer und 0,450 oder kleiner sein; y kann 0,100 oder größer und 0,500 oder kleiner sein und z kann 0,300 oder größer und 0,600 oder kleiner sein. x kann 0,100 oder größer und 0,400 oder kleiner sein; y kann 0,100 oder größer und 0,400 oder kleiner sein und z kann 0,400 oder größer und 0,600 oder kleiner sein. x kann 0,150 oder größer und 0,350 oder kleiner sein; y kann 0,150 oder größer und 0,350 oder kleiner sein; und z kann 0,300 oder größer und 0,600 oder kleiner sein. x kann 0,250 oder größer und 0,300 oder kleiner sein; y kann 0,250 oder größer und 0,300 oder kleiner sein; und z kann 0,400 oder größer und 0,600 oder kleiner sein. Im Fall, dass x, y und z im oben beschriebenen Bereich liegen und x+y+z 1 ist, weist die Zusammensetzung von xBKT-yBMT-zBFO leicht MPB auf, so dass leicht die Piezoelektrizität und die ferroelektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Dünnschicht 3 verbessert werden können.
  • Die Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht 3 kann z.B. 10 nm oder mehr und 10 µm oder weniger betragen. Die Fläche der piezoelektrischen Dünnschicht 3 kann z.B. 1 µm2 oder mehr und 500 mm2 oder weniger betragen. Die Fläche des Einkristallsubstrats 1, der ersten Zwischenschicht 5, der ersten Elektrodenschicht 2, der zweiten Zwischenschicht 6 und der zweiten Elektrodenschicht 4 kann jeweils mit der Fläche der piezoelektrischen Dünnschicht 3 übereinstimmen.
  • Die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht kann z.B. durch Röntgenfluoreszenz-Spektroskopie (XRF-Methode) oder Emissionsspektroskopie mit Induktiv-gekoppelter Plasmaemissionsspektroskopie (ICP) analysiert werden. Die Kristallstruktur und die Kristallorientierung der piezoelektrischen Dünnschicht kann durch die Röntgenbeugung (XRD) identifiziert werden.
  • Die piezoelektrische Dünnschicht 3 kann z.B. durch folgende Methode gebildet werden.
  • Als Rohmaterial für die piezoelektrische Dünnschicht 3 kann ein Target mit der gleichen Zusammensetzung wie die piezoelektrische Dünnschicht 3 verwendet werden. Die Methode zur Herstellung des Targets ist wie folgt.
  • Als Ausgangsstoffe können z.B. jeweils Pulver aus Bismutoxid, Kaliumkarbonat, Titanoxid, einem Oxid des Elements M und Eisenoxid verwendet werden. Das Oxid des Elements M kann mindestens eines von Magnesiumoxid und Nickeloxid sein. Als Ausgangsstoffe können Materialien, welche durch Sintern zu Oxiden werden wie Karbonate oder Oxalate anstelle der oben beschriebenen Oxide verwendet werden. Diese Ausgangsstoffe werden bei 100°C oder mehr ausreichend getrocknet und dann wird jeder der Ausgangsstoffe so eingewogen, dass die Molzahl von Bi, K, Ti, einem Element M und Fe innerhalb des durch die chemische Formel 1 vorgeschriebenen Bereichs liegt. In dem unten beschriebenen Gasphasen-Wachstumsprozess sind Bi und K in einem Target im Vergleich zu anderen Elementen flüchtiger. Dementsprechend kann das Molverhältnis von Bi im Target auf einen Wert eingestellt werden, der höher ist als das Molverhältnis von Bi in der piezoelektrischen Dünnschicht 3. Das molare Verhältnis von K im Target kann auf einen Wert eingestellt werden, der höher ist als das molare Verhältnis von K in der piezoelektrischen Dünnschicht 3.
  • Die eingewogenen Ausgangsstoffe werden in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser ausreichend gemischt. Die Mischzeit kann 5 Stunden oder mehr und 20 Stunden oder weniger betragen. Das Mischmittel kann eine Kugelmühle sein. Die Ausgangsmaterialien werden nach dem Mischen ausreichend getrocknet und anschließend mit einer Pressmaschine geformt. Die geformten Ausgangsstoffe werden kalziniert, um ein kalziniertes Material zu erhalten. Die Kalzinierungstemperatur kann 750°C oder mehr und 900°C oder weniger betragen. Die Kalzinierzeit kann 1 Stunde oder mehr und 3 Stunden oder weniger betragen. Das kalzinierte Material wird in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser pulverisiert. Die Pulverisierungszeit kann 5 Stunden oder mehr und 30 Stunden oder weniger betragen. Das Mahlwerk kann eine Kugelmühle sein. Nach dem Trocknen des kalzinierten und pulverisierten Materials wird dem kalzinierten und zu granulierenden Material eine Bindemittellösung zugegeben, so dass man ein Pulver des kalzinierten Materials erhält. Das Pulver des kalzinierten Materials wird durch Pressformung zu einem geformten Produkt in Blockform geformt.
  • Das geformte Produkt in Blockform wird erhitzt, um das Bindemittel im geformten Produkt zu verflüchtigen. Die Heiztemperatur kann 400°C oder mehr und 800°C oder weniger betragen. Die Heizzeit kann 2 Stunden oder mehr und 4 Stunden oder weniger betragen. Anschließend wird das geformte Produkt gesintert. Die Sintertemperatur kann 800°C oder mehr und 1100°C oder weniger betragen. Die Sinterzeit kann 2 Stunden oder mehr und 4 Stunden oder weniger betragen. Die Temperaturanstiegs- und Temperaturabsenkungsrate des Formproduktes im Sinterprozess kann z.B. 50°C/Stunde oder mehr und 300°C/Stunde oder weniger betragen.
  • Ein Target wird durch die oben beschriebenen Schritte erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Kristallkörner des im Target enthaltenen Metalloxids kann z.B. 1 µm oder mehr und 20 µm oder weniger betragen.
  • Durch eine Gasphasenwachstumsmethode mit dem oben beschriebenen Target kann die piezoelektrische Dünnschicht 3 gebildet werden. Bei der Gasphasenwachstumsmethode werden die Elemente, aus denen das Target besteht, unter Vakuumatmosphäre verdampft. Die verdampften Elemente haften auf einer beliebigen Oberfläche der zweiten Zwischenschicht 6, der ersten Elektrodenschicht 2 oder dem Einkristallsubstrat 1 ab lagern sich auf dieser an, so dass die piezoelektrische Dünnschicht 3 wächst. Die Gasphasenwachstumsmethode kann z.B. ein Sputterverfahren, ein Elektronenstrahl-Gasphasenabscheidungsverfahren, ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren oder ein Puls-Laser-Abscheidungsverfahren sein. Im Folgenden wird ein Puls-Laser Abscheidungsverfahren (pulsed-laser deposition method) als PLD-Verfahren bezeichnet. Die Verwendung dieser Gasphasenwachstumsmethoden ermöglicht, dass die piezoelektrische Dünnschicht 3 auf atomarer Ebene dicht ausgebildet wird, wobei die Entmischung der Elemente in der piezoelektrischen Dünnschicht 3 unterdrückt wird. Je nach Art der Gasphasenwachstumsmethode ist die Anregungsquelle unterschiedlich. Die Anregungsquelle eines Sputterverfahrens ist ein Ar-Plasma. Die Anregungsquelle eines Elektronenstrahl-Gasphasenabscheidungsverfahrens ist ein Elektronenstrahl. Die Anregungsquelle eines PLD-Verfahrens ist Laserlicht (z.B. Excimer-Laser). Wenn ein Target diesen Anregungsquellen ausgesetzt wird, verdampfen die Elemente, aus denen das Target besteht.
  • Unter den oben beschriebenen Gasphasenwachstumsmethoden ist die PLD-Methode in den folgenden Punkten im Vergleich überlegen. Bei der PLD-Methode kann jedes der Elemente, aus denen das Target besteht, im gleichen Moment ohne Ungleichmäßigkeiten in Plasma umgewandelt werden. Dementsprechend lässt sich leicht die piezoelektrische Dünnschicht 3 mit annähernd der gleichen Zusammensetzung wie das Target bilden. Außerdem lässt sich bei der PLD-Methode die Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht 3 durch Änderungen der Laserimpulszahl (Wiederholungsfrequenz) leicht steuern.
  • Die piezoelektrische Dünnschicht 3 kann eine epitaktische Schickt sein. Mit anderen Worten, die piezoelektrische Dünnschicht 3 kann durch epitaktisches Wachstum gebildet werden. Eine piezoelektrische Dünnschicht 3 mit ausgezeichneter Kristallorientierung lässt sich durch epitaktisches Wachstum leicht ausbilden. Im Falle der Bildung der piezoelektrischen Dünnschicht 3 durch die PLD-Methode wird die piezoelektrische Dünnschicht 3 leicht durch epitaktisches Wachstum gebildet.
  • Bei der PLD-Methode kann die piezoelektrische Dünnschicht 3 unter Erwärmung des Einkristallsubstrats 1 und der ersten Elektrodenschicht 2 in einer Vakuumkammer gebildet werden. Die Temperatur des Einkristallsubstrats 1 und der ersten Elektrodenschicht 2 (Abscheidetemperatur) kann z.B. 300°C oder mehr und 800°C oder weniger, 500°C oder mehr und 700°C oder weniger oder 500°C oder mehr und 600°C oder weniger betragen. Je höher die Abscheidetemperatur ist, desto höher ist Sauberkeit der Oberfläche des Einkristallsubstrats 1 oder der ersten Elektrodenschicht 2, und die Kristallinität der piezoelektrischen Dünnschicht 3 wird verbessert, und der Orientierungsgrad der Kristallebene wird leicht erhöht. Im Falle einer zu hohen Abscheidetemperatur löst sich Bi oder K leicht aus der piezoelektrischen Dünnschicht 3, so dass die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht 3 schwer zu kontrollieren ist.
  • Bei der PLD-Methode kann der Sauerstoffpartialdruck in einer Vakuumkammer z.B. mehr als 10 mTorr und weniger als 400 mTorr, 15 mTorr oder mehr und 300 mTorr oder weniger oder 20 mTorr oder mehr und 200 mTorr oder weniger betragen. Mit anderen Worten, der Sauerstoffpartialdruck in einer Vakuumkammer kann z.B. mehr als 1 Pa und weniger als 53 Pa, 2 Pa oder mehr und 40 Pa oder weniger oder 3 Pa oder mehr und 30 Pa oder weniger betragen. Wenn der Sauerstoffpartialdruck im oben beschriebenen Bereich gehalten wird, neigen Bi, K, Ti, ein Element M und Fe, welche auf dem Einkristallsubstrat 1 abgeschieden wurden, dazu, ausreichend oxidiert zu werden. Bei zu hohem Sauerstoffpartialdruck nimmt die Wachstumsrate der piezoelektrischen Dünnschicht 3 tendenziell ab, so dass der Orientierungsgrad der Kristallebene der piezoelektrischen Dünnschicht 3 tendenziell abnimmt.
  • Beispiele für andere als die oben genannten Parameter, die bei der PLD-Methode kontrolliert werden, sind die Laser-Oszillationsfrequenz und der Abstand zwischen dem Substrat und dem Target. Durch die Steuerung dieser Parameter lassen sich die Kristallstruktur und die Kristallorientierung der piezoelektrischen Dünnschicht 3 leicht steuern. Zum Beispiel, wenn die Laserschwingungsfrequenz 10 Hz oder weniger beträgt, wird der Orientierungsgrad der Kristallebene der piezoelektrischen Dünnschicht 3 tendenziell erhöht.
  • Nach dem Aufwachsen der piezoelektrischen Dünnschicht 3 kann eine Ausglühbehandlung (annealing treatment, Wärmebehandlung) der piezoelektrischen Dünnschicht 3 durchgeführt werden. Die Temperatur der piezoelektrischen Dünnschicht 3 bei der Ausglühbehandlung (Ausglühtemperatur) kann z.B. 300°C oder mehr und 1000°C oder weniger, 600°C oder mehr und 1000°C oder weniger oder 850°C oder mehr und 1000°C oder weniger betragen. Durch die Ausglühbehandlung der piezoelektrischen Dünnschicht 3 wird die Piezoelektrizität der piezoelektrischen Dünnschicht 3 tendenziell weiter verbessert. Insbesondere durch eine Ausglühbehandlung bei 850°C oder mehr und 1000°C oder weniger lässt sich die Piezoelektrizität der piezoelektrischen Dünnschicht 3 leicht verbessern. Die Ausglühbehandlung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
  • Das Einkristallsubstrat 1 kann z.B. ein Substrat aus einem Si-Einkristall sein, oder ein Substrat aus einem Einkristall eines Verbindungshalbleiters wie GaAs. Das Einkristallsubstrat 1 kann ein Substrat sein, das aus Oxid-Einkristall wie MgO oder einem perowskitartigen Oxid (z.B. SrTiO3) besteht. Die Dicke des Einkristallsubstrats 1 kann z.B. 10 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger betragen. Für den Fall, dass das Einkristallsubstrat 1 leitfähig ist, fungiert das Einkristallsubstrat 1 als Elektrode, so dass die erste Elektrodenschicht 2 nicht vorhanden sein muss. Das leitfähige Einkristallsubstrat 1 kann z.B. ein mit Niob (Nb) dotierter SrTiO3-Einkristall sein.
  • Die Kristallorientierung des Einkristallsubstrats 1 kann mit der Orientierung der Oberflächennormalen DN des Einkristallsubstrats 1 übereinstimmen. Mit anderen Worten, die Oberfläche des Einkristallsubstrats 1 kann parallel zur Kristallebene des Einkristallsubstrats 1 sein. Das Einkristallsubstrat 1 kann ein einheitlich orientiertes Substrat sein. Zum Beispiel kann eine Kristallebene, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der (100)-Ebene, der (001)-Ebene, der (110)-Ebene, der (101)-Ebene und der (111)-Ebene, parallel zur Oberfläche des Einkristallsubstrats 1 liegen. Mit anderen Worten, eine Orientierung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus [100], [001], [110], [101] und [111], kann parallel zur Oberflächennormalen DN des Einkristallsubstrats 1 sein.
  • In dem Fall, dass die (100)-Ebene des Einkristallsubstrats 1 (z.B. Si) parallel zur Oberfläche des Einkristallsubstrats 1 liegt, ist die (001)-Ebene des perowskitartigen Kristalls in der piezoelektrischen Dünnschicht 3 leicht in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert. In dem Fall, dass die (110)-Ebene des Einkristallsubstrats 1 parallel zur Oberfläche des Einkristallsubstrats 1 liegt, ist die (110)-Ebene des perowskitischen Kristalls in der piezoelektrischen Dünnschicht 3 leicht in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert. In dem Fall, dass die (111)-Ebene des Einkristallsubstrats 1 parallel zur Oberfläche des Einkristallsubstrats 1 liegt, ist die (111)-Ebene des perowskitischen Kristalls in der piezoelektrischen Dünnschicht 3 leicht in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert.
  • Wie oben beschrieben, kann die erste Zwischenschicht 5 zwischen dem Einkristallsubstrat 1 und der ersten Elektrodenschicht 2 angeordnet sein. Die erste Zwischenschicht 5 kann mindestens einen Bestandteil enthalten, der z.B. aus der Gruppe Titan (Ti), Chrom (Cr), Titanoxid (TiO2), Siliziumoxid (SiO2) und Zirkoniumoxid (ZrO2) ausgewählt ist. Durch die dazwischenliegende Anordnung der ersten Zwischenschicht 5 kann die erste Elektrodenschicht 2 leicht auf dem Einkristallsubstrat 1 angehaftet werden. Die erste Zwischenschicht 5 kann kristallin sein. Die Kristallebene der ersten Zwischenschicht 5 kann in Richtung der Oberflächennormalen DN des Einkristallsubstrats 1 orientiert werden. Sowohl die Kristallebene des Einkristallsubstrats 1 als auch die Kristallebene der ersten Zwischenschicht 5 können in Richtung der Oberflächennormalen DN des Einkristallsubstrats 1 orientiert sein. Das Verfahren zur Bildung der ersten Zwischenschicht 5 kann ein Sputterverfahren, ein Vakuumbeschichtungsverfahren, ein Druckverfahren, ein Spin-Coating-Verfahren oder ein Sol-Gel-Verfahren sein.
  • Die erste Zwischenschicht 5 kann ZrO2 und ein Oxid eines Seltene-Erden-Elements enthalten. Da die erste Zwischenschicht 5 ZrO2 und das Oxid des Seltene-Erden-Elements enthält, wird die erste Elektrodenschicht 2, die aus Platinkristall besteht, leicht auf der Oberfläche der ersten Zwischenschicht 5 gebildet, wird die (002)-Ebene des Platinkristalls ist leicht in Richtung der Oberflächennormalen der ersten Elektrodenschicht 2 orientiert, und die (200)-Ebene des Platinkristalls wird leicht in Richtung der Ebene der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 2 orientiert. Das Seltene-Erden-Element kann mindestens ein Element aus der Gruppe Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lanthan (La), Cer (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und Lutetium (Lu) sein. Die erste Zwischenschicht 5 kann aus yttriumoxidstabilisiertem Zirkoniumdioxid (ZrO2 mit Y2O3-Zusatz) bestehen. Aufgrund der ersten Zwischenschicht 5 aus yttriumoxidstabilisiertem Zirkoniumdioxid wird die erste Elektrodenschicht 2 aus Platinkristall leicht auf der Oberfläche der ersten Zwischenschicht 5 gebildet, die (002)-Ebene des Platinkristalls wird leicht in Richtung der Oberflächennormalen der ersten Elektrodenschicht 2 orientiert und die (200)-Ebene des Platinkristalls wird leicht in Richtung der Ebene der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 2 orientiert. Aus dem gleichen Grund kann die erste Zwischenschicht 5 eine erste Schicht aus ZrO2 und eine zweite Schicht aus Y2O3 aufweisen. Die erste Schicht kann direkt auf die Oberfläche des Einkristallsubstrats 1 laminiert werden, die zweite Schicht kann direkt auf die Oberfläche der ersten Schicht laminiert werden und die erste Elektrodenschicht 2 kann direkt auf die Oberfläche der zweiten Schicht laminiert werden.
  • Die erste Elektrodenschicht 2 kann aus mindestens einem Metall bestehen, das z.B. aus der Gruppe umfassend Pt (Platin), Pd (Palladium), Rh (Rhodium), Au (Gold), Ru (Ruthenium), Ir (Iridium), Mo (Molybdän), Ti (Titan), Ta (Tantal) und Ni (Nickel) ausgewählt ist. Die erste Elektrodenschicht 2 kann z.B. aus einem leitfähigen Metalloxid wie Strontiumruthenat (SrRuO3), Lanthannickelat (LaNiO3) oder Lanthanstrontiumkobaltat ((La, Sr)CoO3) bestehen. Die erste Elektrodenschicht 2 kann kristallin sein. Die Kristallebene der ersten Elektrodenschicht 2 kann in Richtung der Oberflächennormalen DN des Einkristallsubstrats 1 orientiert sein. Die Kristallebene der ersten Elektrodenschicht 2 kann näherungsweise parallel zur Oberfläche des Einkristallsubstrats 1 verlaufen. Sowohl die Kristallebene des Einkristallsubstrats 1 als auch die Kristallebene der ersten Elektrodenschicht 2 können in Richtung der Oberflächennormalen DN des Einkristallsubstrats 1 orientiert sein. Die Kristallebene der ersten Elektrodenschicht 2 kann näherungsweise parallel zur Kristallebene des in der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientierten perowskitarigen Kristalls verlaufen. Die Dicke der ersten Elektrodenschicht 2 kann z.B. 1 nm oder mehr und 1,0 µm oder weniger betragen. Das Verfahren zur Bildung der ersten Elektrodenschicht 2 kann ein Sputterverfahren, ein Vakuumbeschichtungsverfahren, ein Druckverfahren, ein Spin-Coating-Verfahren oder ein Sol-Gel-Verfahren sein. Bei der Druckmethode, dem Spin-Coating-Verfahren oder dem Sol-Gel-Verfahren kann eine Wärmebehandlung (Ausglühen) der ersten Elektrodenschicht 2 durchgeführt werden, um die Kristallinität der ersten Elektrodenschicht 2 zu erhöhen.
  • Die erste Elektrodenschicht 2 kann einen Platinkristall enthalten. Die erste Elektrodenschicht 2 kann auch nur aus Platinkristall bestehen. Der Platinkristall ist ein kubischer Kristall mit einer kubischflächenzentrierten Gitterstruktur. Die (002)-Ebene des Platinkristalls kann in Richtung der Oberflächennormalen der ersten Elektrodenschicht 2 und die (200)-Ebene des Platinkristalls kann in Richtung der Ebene der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 2 orientiert sein. Das heißt, die (002)-Ebene des Platinkristalls kann näherungsweise parallel zur Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 2 liegen, und die (200)-Ebene des Platinkristalls kann näherungsweise senkrecht zur Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 2 stehen. Da die (002)-Ebene und die (200)-Ebene des Platinkristalls, aus dem die erste Elektrodenschicht 2 besteht, die oben beschriebene Orientierung aufweisen, wächst die piezoelektrische Dünnschicht 3 leicht epitaktisch auf der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 2, die piezoelektrische Dünnschicht 3 enthält leicht den tetragonalen Kristall eines perowskitartigen Kristalls, und die (001)-Ebene des tetragonalen Kristalls neigt dazu bevorzugt in Richtung der Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientiert zu sein. Die Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 2 kann etwa parallel zur Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 3 verlaufen. Mit anderen Worten, die Richtung der Oberflächennormalen der ersten Elektrodenschicht 2 kann näherungsweise parallel zur Oberflächennormalen dn der piezoelektrischen Dünnschicht 3 ausgerichtet sein.
  • Wie oben beschrieben, kann die zweite Zwischenschicht 6 zwischen der ersten Elektrodenschicht 2 und der piezoelektrischen Dünnschicht 3 angeordnet sein. Die zweite Zwischenschicht 6 kann beispielsweise mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus SrRuO3, LaNiO3 und (La, Sr)CoO3 enthalten. Durch die dazwischenliegende Anordnung der zweiten Zwischenschicht 6 kann die piezoelektrische Dünnschicht 3 leicht an der ersten Elektrodenschicht 2 angehaftet werden. Die zweite Zwischenschicht 6 kann kristallin sein. Die Kristallebene der zweiten Zwischenschicht 6 kann in Richtung der Oberflächennormalen DN des Einkristallsubstrats 1 orientiert sein. Sowohl die Kristallebene des Einkristallsubstrats 1 als auch die Kristallebene der zweiten Zwischenschicht 6 können in Richtung der Oberflächennormalen DN des Einkristallsubstrats 1 orientiert sein. Das Verfahren zur Bildung der zweiten Zwischenschicht 6 kann ein Sputterverfahren, ein Vakuumbeschichtungsverfahren, ein Druckverfahren, ein Spin-Coating-Verfahren oder ein Sol-Gel-Verfahren sein.
  • Die zweite Elektrodenschicht 4 kann aus mindestens einem Metall bestehen, das z.B. aus der Gruppe Pt, Pd, Rh, Au, Ru, Ir, Mo, Ti, Ta und Ni ausgewählt ist. Die zweite Elektrodenschicht 4 kann aus mindestens einem leitfähigen Metalloxid bestehen, das z.B. aus der Gruppe LaNiO3, SrRuO3 und (La, Sr)CoO3 ausgewählt ist. Die zweite Elektrodenschicht 4 kann kristallin sein. Die Kristallebene der zweiten Elektrodenschicht 4 kann in Richtung der Oberflächennormalen DN des Einkristallsubstrats 1 orientiert sein. Die Kristallebene der zweiten Elektrodenschicht 4 kann etwa parallel zur Oberfläche des Einkristallsubstrats 1 verlaufen. Die Kristallebene der zweiten Elektrodenschicht 4 kann etwa parallel zur Kristallebene des in der piezoelektrischen Dünnschicht 3 orientierten perowskitartigen Kristalls verlaufen. Die Dicke der zweiten Elektrodenschicht 4 kann z.B. 1 nm oder mehr und 1,0 µm oder weniger betragen. Das Verfahren zur Bildung der zweiten Elektrodenschicht 4 kann ein Sputterverfahren, ein Vakuumbeschichtungsverfahren, ein Druckverfahren, ein Spin-Coating-Verfahren oder ein Sol-Gel-Verfahren sein. Bei der Druckmethode, dem Spin-Coating-Verfahren oder dem Sol-Gel-Verfahren kann eine Wärmebehandlung (Ausglühen) der zweiten Elektrodenschicht 4 durchgeführt werden, um die Kristallinität der zweiten Elektrodenschicht 4 zu erhöhen.
  • Zwischen der piezoelektrischen Dünnschicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 4 kann eine dritte Zwischenschicht angeordnet werden. Durch die dazwischenliegende Anordnung der dritten Zwischenschicht kann die zweite Elektrodenschicht 4 leicht an der piezoelektrischen Dünnschicht 3 haften. Die Zusammensetzung, die Kristallstruktur und das Herstellungsverfahren der dritten Zwischenschicht können die gleichen sein wie die der zweiten Zwischenschicht.
  • Die Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung 10 kann zumindest teilweise oder ganz mit einer Schutzschicht bedeckt sein. Die Abdeckung mit einer Schutzschicht verbessert z.B. die Feuchtigkeitsbeständigkeit des piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung 10.
  • Die Anwendungen der piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform sind vielfältig. Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung kann z.B. für einen piezoelektrischen Aktor verwendet werden. Der piezoelektrische Aktor kann z.B. für eine Kopfanordnung, eine Kopfstapelanordnung oder ein Festplattenlaufwerk verwendet werden. Der piezoelektrische Aktor kann z.B. für einen Druckkopf oder ein Tintenstrahldruckergerät verwendet werden. Das piezoelektrische Gerät kann z.B. ein piezoelektrischer Wandler sein. Das piezoelektrische Dünnschichtgerät kann z.B. für einen piezoelektrischen Sensor verwendet werden. Der piezoelektrische Sensor kann z.B. ein Gyrosensor, ein Drucksensor, ein Pulswellensensor, ein Ultraschallsensor oder ein Schocksensor sein. Das piezoelektrische Dünnschichtgerät kann z.B. auf ein Mikrofon aufgebracht werden. Das piezoelektrische Dünnschichtbauteil kann auf ein Teil von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) aufgebracht werden.
  • (Piezoelektrischer Aktor)
  • 6 zeigt eine Kopfanordnung 200 zur Installation auf einer Festplatte (HDD). Die Kopfanordnung 200 besteht aus einer Grundplatte 9, einem Lastbalken 11, einem Biegeelement 17, einer ersten und einer zweiten piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung 100 und einem Kopfschieber 19. Die erste und zweite piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 100 sind Antriebsvorrichtungen für den Kopfschieber 19. Der Kopfschieber 19 hat eine Kopfvorrichtung 19a.
  • Der Lastbalken 11 umfasst einen an der Grundplatte 9 befestigten Basisendteil 11b, einen ersten Blattfederteil 11c und einen zweiten Blattfederteil 11d, die sich von dem Basisendteil 11b aus erstrecken, und eine zwischen den Blattfedern 11c und 11d gebildeten Öffnung 11e, sowie einem Balkenhauptteil 11f, der sich linear bis zu den Blattfederteilen 11c und 11d erstreckt. Das erste Blattfederteil 11c und das zweite Blattfederteil 11d sind verjüngt. Auch der Träger-Hauptteil 11f ist verjüngt.
  • Die ersten und zweiten piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtungen 100 sind in einem bestimmten Abstand auf einem flexiblen Verdrahtungssubstrat 15 als Teil des Biegeelements 17 angeordnet. Der Kopfschieber 19 wird an einem Ende des Biegeelements 17 befestigt und mit der Ausdehnung und Kontraktion der ersten und zweiten piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung 100 gedreht.
  • 7 zeigt einen piezoelektrischen Aktor 300 für den Druckkopf. Der piezoelektrische Aktor 300 umfasst eine Basis 20, eine auf die Basis 20 gestapelte Isolierschicht 23, ein auf die Isolierschicht 23 gestapeltes Einkristallsubstrat 14, eine auf das Einkristallsubstrat 14 gestapelte piezoelektrische Dünnschicht 25 und eine auf der piezoelektrischen Dünnschicht 25 gestapelte obere Elektrodenschicht 26 (zweite Elektrodenschicht). Das Einkristallsubstrat 14 ist leitfähig und hat auch die Funktion einer unteren Elektrodenschicht. Die untere Elektrodenschicht kann als die oben beschriebene erste Elektrodenschicht umschrieben werden. Die obere Elektrodenschicht kann als die oben beschriebene zweite Elektrodenschicht umschrieben werden.
  • Wird kein spezifiziertes Entladungssignal zugeführt und kein elektrisches Feld zwischen dem Einkristallsubstrat 14 (untere Elektrodenschicht) und der oberen Elektrodenschicht 26 angelegt, wird die piezoelektrische Dünnschicht 25 nicht verformt. In einer Druckkammer 21, die an die piezoelektrische Dünnschicht 25 angrenzt, an welche kein Entladungssignal angelegt wird, findet keine Druckänderung statt, so dass aus einer Düse 27 kein Tintentropfen abgegeben wird.
  • Liegt dagegen ein spezifiziertes Entladungssignal an und wird ein elektrisches Feld zwischen dem Einkristallsubstrat 14 (untere Elektrodenschicht) und der oberen Elektrodenschicht 26 angelegt, so wird die piezoelektrische Dünnschicht 25 verformt. Da die Isolierschicht 23 durch die Verformung der piezoelektrischen Dünnschicht 25 eine große Auslenkung erfährt, steigt der Druck in der Druckkammer 21 sofort an, so dass ein Tintentropfen aus der Düse 27 abgegeben.
  • (Drucksensor)
  • 8 und 9 zeigen einen Gyrosensor 400, der eine Art piezoelektrischer Sensoren ist. Der Gyrosensor 400 besteht aus einer Basis 110, einem Paar von Armen 120 und 130, die mit einer Fläche der Basis 110 verbunden sind. Das Paar von Armen 120 und 130 ist ein Stimmgabel-Oszillator. Mit anderen Worten, der Gyrosensor 400 ist eine stimmgabel-oszillator-artige Vorrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit. Der Gyro-Sensor 400 wird durch die Verarbeitung einer piezoelektrischen Dünnschicht 30, einer oberen Elektrodenschicht 31 und eines Einkristallsubstrats 32, welche in der oben beschriebenen piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung umfasst sind in die Form eines stimmgabel-artigen Oszillators gebracht. Die Basis 110 und die Arme 120 und 130 sind in die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung integriert. Das Einkristallsubstrat 32 ist leitfähig und fungiert gleichzeitig als untere Elektrodenschicht.
  • Auf einer ersten Hauptoberfläche eines Arms 120 werden die Antriebselektrodenschichten 31a und 31b sowie eine Detektionselektrodenschicht 31d gebildet. In gleicher Weise werden auf einer ersten Hauptoberfläche eines weiteren Arms 130 die Antriebselektrodenschichten 31a und 31b sowie eine Detektionselektrodenschicht 31c gebildet. Jede der Elektrodenschichten 31a, 31b, 31c und 31d wird durch Ätzen der oberen Elektrodenschicht 31 in eine bestimmte Elektrodenform erhalten.
  • Das Einkristallsubstrat 32 (untere Elektrodenschicht) ist auf der gesamten zweiten Hauptfläche (Rückseite der ersten Hauptfläche) der Basis 110 und der Arme 120 und 130 ausgebildet. Das Einkristallsubstrat 32 (untere Elektrodenschicht) dient als Masseelektrode des Gyrosensors 400.
  • Die Längsrichtung jedes der Arme 120 und 130 ist als Z-Richtung definiert, und die Ebene mit den Hauptflächen der Arme 120 und 130 ist als XZ-Ebene definiert, wobei ein rechtwinkliges XYZ-Koordinatensystem definiert ist.
  • Wenn ein Antriebssignal an die Antriebselektrodenschichten 31a und 31b angelegt wird, werden die beiden Arme 120 und 130 in einen Schwingungszustand innerhalb der Ebene angeregt. Der Schwingungszustand innerhalb der Ebene ist ein Zustand, in dem die beiden Arme 120 und 130 in der Richtung parallel zu den Hauptflächen der beiden Arme 120 und 130 angeregt werden. Wenn z.B. ein Arm 120 mit einer Geschwindigkeit V1 in Minus-X-Richtung angeregt wird, wird ein anderer Arm 130 mit einer Geschwindigkeit V2 in Plus-X-Richtung angeregt.
  • Wenn in einem solchen Zustand der Gyrosensor 400 in eine Rotation mit einer Winkelgeschwindigkeit ω um die Z-Achse als Rotationsachse gebracht wird, wirkt auf jeden der Arme 120 und 130 eine Corioliskraft in der Richtung senkrecht zur Geschwindigkeitsrichtung. Als Folge beginnen die Arme 120 und 130 in einem Schwingungszustand aus der Ebene heraus angeregt zu werden. Der Schwingungszustand aus der Ebene heraus ist ein Zustand, in dem die beiden Arme 120 und 130 in der Richtung orthogonal zu den Hauptflächen der beiden Arme 120 und 130 angeregt werden. Wenn z.B. eine Corioliskraft F1, die auf einen Arm 120 wirkt, in der Minus-Y-Richtung auftritt, tritt eine Corioliskraft F2, die auf einen anderen Arm 130 wirkt, in der Plus-Y-Richtung auf.
  • Da die Größe der Corioliskräfte F1 und F2 proportional zur Winkelgeschwindigkeit ω ist, wird die durch die Corioliskräfte F1 und F2 verursachte mechanische Verzerrung der Arme 120 und 130 durch die piezoelektrische Dünnschicht 30 in elektrische Signale (Detektionssignale) umgewandelt, die zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit ω über die Detektionselektrodenschichten 31c und 31d bezogen werden.
  • 10 zeigt einen Drucksensor 500, der eine Art von piezoelektrischen Sensoren ist. Der Drucksensor 500 umfasst eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 40, einen Träger 44, der die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 40 trägt, einen Stromverstärker 46 und ein Voltmeter 47. Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 40 besteht aus einer gemeinsamen Elektrodenschicht 41, einer piezoelektrischen Dünnschicht 42, die auf die gemeinsame Elektrodenschicht 41 gestapelt ist, und einer einzelnen Elektrodenschicht 43, die auf die piezoelektrische Dünnschicht 42 gestapelt ist. Die gemeinsame Elektrodenschicht 41 ist ein leitfähiges Einkristallsubstrat. Ein Hohlraum 45, der von der gemeinsamen Elektrodenschicht 41 und dem Träger 44 umgeben ist, reagiert auf Druck. Wenn eine externe Kraft auf den Drucksensor 500 ausgeübt wird, erfährt die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 40 eine Auslenkung und eine Spannung wird vom Voltmeter 47 erfasst.
  • 11 zeigt einen Pulswellensensor 600, der eine Art von piezoelektrischen Sensoren ist. Der Pulswellensensor 600 umfasst eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 50, einen Träger 54, der die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 50 trägt, und ein Voltmeter 55. Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 50 besteht aus einer gemeinsamen Elektrodenschicht 51, einer piezoelektrischen Dünnschicht 52, die auf die gemeinsame Elektrodenschicht 51 gestapelt ist, und einer einzelnen Elektrodenschicht 53, die auf die piezoelektrische Dünnschicht 52 gestapelt ist. Die gemeinsame Elektrodenschicht 51 ist ein leitfähiges Einkristallsubstrat. Wenn die Rückseite des Trägers 54 des Pulswellensensors 600 (Oberfläche, auf der keine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung 50 installiert ist) mit einer Arterie eines lebenden Körpers in Kontakt gebracht wird, erfährt der Träger 54 und das piezoelektrische Dünnschichtgerät 50 durch den Druck des Pulses des lebenden Körpers eine Auslenkung und eine Spannung wird vom Voltmeter 55 erfasst.
  • (Festplattenlaufwerk)
  • 12 zeigt ein Festplattenlaufwerk 700 in dem die in 6 dargestellte Kopfanordnung installiert ist. Eine Kopfanordnung 65 in 12 ist die gleiche wie die Kopfanordnung 200 in 6.
  • Das Festplattenlaufwerk 700 besteht aus einem Gehäuse 60, einer im Gehäuse 60 angeordneten Festplatte 61 (Aufzeichnungsmedium) und einer Kopfstapelanordnung 62. Die Festplatte 61 wird durch einen Motor in Rotation versetzt. Die Kopfstapelanordnung 62 zeichnet magnetische Daten auf die Festplatte 61 auf oder gibt die auf der Festplatte 61 aufgezeichneten magnetischen Daten wieder.
  • Die Kopfstapelanordnung 62 hat einen Schwingspulenmotor 63, einen auf einer Spindel gelagerten Aktorarm 64 und eine mit dem Aktorarm 64 verbundene Kopfanordnung 65. Der Aktorarm 64 wird durch den Schwingspulenmotor 63 frei um die Spindel gedreht. Der Aktorarm 64 ist in mehrere Arme verzweigt, und die Kopfanordnung 65 ist mit jedem der Arme verbunden. Mit anderen Worten, eine Vielzahl von Armen und Kopfanordnungen 65 sind entlang der Spindel gestapelt. Am Ende der Kopfanordnung 65 ist ein Kopfschieber 19 gegenüber der Festplatte 61 befestigt.
  • Die Kopfanordnung 65 (200) ermöglicht es, eine Kopfvorrichtung 19a in zwei Schritten zu bewegen. Eine relativ große Bewegung der Kopfvorrichtung 19a wird durch den gesamten Antrieb der Kopfanordnung 65 und des Aktorarms 64 durch den Schwingspulenmotor 63 gesteuert. Eine Mikrobewegung der Kopfvorrichtung 19a wird durch den Antrieb des am Ende der Kopfanordnung 65 positionierten Kopfschlittens 19 gesteuert.
  • (Tintenstrahldrucker)
  • 13 zeigt einen Tintenstrahldrucker 800. Der Tintenstrahldrucker 800 besteht aus einem Druckkopf 70, einem Hauptkörper 71, einem Fach 72 und einem Kopfantriebsmechanismus 73. Der Druckkopf 70 in 13 hat den piezoelektrischen Aktor 300 aus 7.
  • Der Tintenstrahldrucker 800 besteht aus Tintenpatronen mit insgesamt vier Farben Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz. Ein Vollfarbdruck kann mit dem Tintenstrahldrucker 800 durchgeführt werden. Im Innenteil des Tintenstrahldruckers 800 ist eine eigene Steuerungs-Platine o.ä. eingebaut. Die eigene Steuerungs-Platine o.ä. steuert den Zeitpunkt des Tintenausstoßes aus dem Druckkopf 70 und die Abtastung des Kopfantriebmechanismus 73. Auf der Rückseite des Hauptkörpers 71 befindet sich ein Fach 72 und an einem Ende des Fachs 72 eine automatische Einzelblattzuführung (automatischer kontinuierlicher Papierzufuhrmechanismus) 76. Die automatische Blattzuführung 76 zieht automatisch ein zu bedruckendes Blatt 75 ein und wirft es aus einem vorderen Auslass 74 aus.
  • [Beispiele]
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher beschrieben, wobei sich die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt.
  • (Beispiel 1)
  • Für die Herstellung einer piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung in Beispiel 1 wurde ein Si-Einkristallsubstrat verwendet. Die (100)-Ebene von Si war parallel zur Oberfläche des Einkristallsubstrats. Das Einkristallsubstrat hatte eine quadratische Form mit den Abmessungen 20 mm × 20 mm. Die Dicke des Einkristallsubstrats betrug 500 µm.
  • In einer Vakuumkammer wurde auf der gesamten Oberfläche des Einkristallsubstrats eine kristalline erste Zwischenschicht aus ZrO2 und Y2O3 gebildet. Die erste Zwischenschicht wurde durch ein Sputterverfahren gebildet. Die Dicke der ersten Zwischenschicht betrug 30 nm.
  • In einer Vakuumkammer wurde auf der gesamten Oberfläche der ersten Zwischenschicht eine erste Elektrodenschicht aus Pt-Kristall gebildet. Die erste Elektrodenschicht wurde durch ein Sputterverfahren gebildet. Die Dicke der ersten Elektrodenschicht betrug 200 nm. Die Temperatur des Einkristallsubstrats (Abscheidetemperatur) wurde im während der Bildung der ersten Elektrodenschicht auf 500°C gehalten.
  • Ein Röntgenbeugungsbild (XRD) der ersten Elektrodenschicht wurde durch die Messung der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht außerhalb der Ebene gemessen. Ein weiteres XRD-Muster der ersten Elektrodenschicht wurde durch die Messung der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht in der Ebene gemessen. Für die Messung dieser XRD-Bilder wurde ein Röntgendiffraktometer (SmartLab) der Firma Rigaku Corporation eingesetzt. Die Messbedingungen wurden so eingestellt, dass die Beugungsreflexintensitäten im XRD-Bild jeweils mindestens drei Größenordnungen größer waren als die Hintergrundintensität. Ein Röntgenbeugungsreflex der (002)-Ebene des Pt-Kristalls wurde durch die Messung außerhalb der Ebene detektiert. Mit anderen Worten, die (002)-Ebene des Pt-Kristalls war in Richtung der Oberflächennormalen der ersten Elektrodenschicht orientiert. Ein Röntgenbeugungsreflex der (200)-Ebene des Pt-Kristalls wurde durch die Messung in der Ebene detektiert. Das heißt, die (200)-Ebene des Pt-Kristalls war in Richtung der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht orientiert.
  • In einer Vakuumkammer wurde auf der gesamten Oberfläche der ersten Elektrodenschicht eine piezoelektrischer Dünnschicht gebildet. Die piezoelektrische Dünnschicht wurde mit einem PLD-Verfahren hergestellt. Die Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht betrug 2000 nm. Die Temperatur des Einkristallsubstrats (Abscheidungstemperatur) wurde im während der Bildung der piezoelektrischen Dünnschicht bei 500°C gehalten. Der Sauerstoffpartialdruck in der Vakuumkammer während der Bildung der piezoelektrischen Dünnschicht wurde auf 10 Pa gehalten. Als Ausgangsmaterial der piezoelektrischen Dünnschicht wurde ein Target (Sintermaterial aus Rohstoffpulver) verwendet. Bei der Herstellung des Targets wurde das Mischungsverhältnis des Rohstoffpulvers (Bismutoxid, Kaliumcarbonat, Titanoxid, Magnesiumoxid und Eisenoxid) auf die vorgesehene Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht abgestimmt. Die beabsichtigte Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht wurde durch die unten beschriebene chemische Formel 1A dargestellt. In der chemischen Die Werte von x, y und z aus der folgenden chemischen Formel 1A, sind unten in Tabelle 1 dargestellt. xBi0,5K0,.5TiO3-yBiMg0,5Ti0,5O3-zBiFeO3 (1A)
  • Die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht wurde mittels Röntgenfluoreszenzspektroskopie (XRF-Methode) analysiert. Für die Analyse wurde ein von Philips Japan, Ltd. hergestelltes Gerät PW2404 verwendet. Als Ergebnis der Analyse wurde die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht in Beispiel 1 durch die chemische Formel 1A dargestellt, und die Werte von x, y und z in der chemischen Formel 1A waren die, welche unten in Tabelle 1 gezeigt werden. Mit anderen Worten, die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht stimmte näherungsweise mit der Zusammensetzung des Targets überein.
  • Ein XRD-Muster der piezoelektrischen Dünnschicht wurde durch die Messung der Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht außerhalb der Ebene gemessen. Ein weiteres XRD-Muster der piezoelektrischen Dünnschicht wurde durch die Messung der Oberfläche innerhalb der Ebene der piezoelektrischen Dünnschicht gemessen. Die Messapparatur und die Messbedingungen der XRD-Muster waren die gleichen wie die oben beschriebenen.
  • Das XRD-Muster der piezoelektrischen Dünnschicht zeigte, dass die piezoelektrische Dünnschicht aus einem perowskitartigen Kristall besteht. Die Röntgenbeugungsreflexe der (001)-Ebene des perowskitartigen Kristalls wurden durch die Messung außerhalb der Ebene erfasst. Mit anderen Worten, die (001)-Ebene des perowskitartigen Kristalls war in Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht orientiert. Der Orientierungsgrad der (001)-Ebene des perowskitartigen Kristalls wurde auf der Grundlage des XRD-Musters berechnet. Der Orientierungsgrad der (001)-Ebene wird durch 100×I(001)/IΣ(hkl) dargestellt. Die Einzelheiten der Definition des Orientierungsgrades sind wie oben beschrieben. Der Orientierungsgrad der (001) Ebene in Beispiel 1 ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.
  • Die Gitterkonstante c des perowskitartigen Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht wurde durch die Messung außerhalb der Ebene ermittelt. Die Gitterkonstante c wird umschrieben als der Abstand zwischen den Kristallebenen parallel zur Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht. Die Gitterkonstanten a und b des perowskitartigen Kristalls in der Richtung parallel zur Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht wurden durch die Messung in der Ebene ermittelt. Die Gitterkonstanten a und b werden umschrieben als der Abstand zwischen den Kristallebenen senkrecht zur Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht. Die Gitterkonstanten a und b waren näherungsweise gleich groß. Jedes von a und b war kleiner als c. Mit anderen Worten, der in der piezoelektrischen Dünnschicht enthaltene perowskitartige Kristall war ein tetragonaler Kristall.
  • Durch das oben beschriebene Verfahren wurde ein Laminat hergestellt, das ein Einkristallsubstrat, eine erste Zwischenschicht, die auf das Einkristallsubstrat gestapelt ist, eine erste Elektrodenschicht, die auf die erste Zwischenschicht gestapelt ist, und eine piezoelektrische Dünnschicht, die auf die erste Elektrodenschicht gestapelt ist, umfasst. Der folgende Schritt mit dem Laminat wurde weiter durchgeführt.
  • Auf der gesamten Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht wurde in einer Vakuumkammer eine zweite Elektrodenschicht aus Pt gebildet. Die zweite Elektrodenschicht wurde durch ein Sputterverfahren gebildet. Die Temperatur des Einkristallsubstrates während der Bildung der zweiten Elektrodenschicht wurde bei 500°C gehalten. Die Dicke der zweiten Elektrodenschicht betrug 200 nm.
  • Durch die oben beschriebenen Schritte wurde ein Laminat hergestellt, das ein Einkristallsubstrat, eine erste Zwischenschicht, die auf das Einkristallsubstrat gestapelt ist, eine erste Elektrodenschicht, die auf die erste Zwischenschicht gestapelt ist, eine piezoelektrische Dünnschicht, der auf die erste Elektrodenschicht gestapelt ist, und eine zweite Elektrodenschicht, die auf die piezoelektrischen Dünnschicht gestapelt ist, umfasst. In der anschließenden Photolithographie wurde eine Strukturierung der Laminatstruktur auf dem Einkristallsubstrat durchgeführt. Nach der Strukturierung wurde das Laminat durch Zerteilen geschnitten.
  • Durch die oben beschriebenen Schritte wurde eine piezoelektrisches Dünnschichtvorichtung in Streifenform in Beispiel 1 erhalten. Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung bestand aus einem Einkristallsubstrat, einer ersten Zwischenschicht, die auf dem Einkristallsubstrat gestapelt war, einer ersten Elektrodenschicht, die auf der ersten Zwischenschicht gestapelt war, einer piezoelektrischen Dünnschicht, die auf der ersten Elektrodenschicht gestapelt war, und einer zweiten Elektrodenschicht, die auf der piezoelektrischen Dünnschicht gestapelt war. Die Fläche eines beweglichen Teils der piezoelektrischen Dünnschicht betrug 20 mm × 1,0 mm.
  • [Messung der piezoelektrischen Konstante d33,f]
  • Die piezoelektrische Konstante d33,f der piezoelektrischen Dünnschicht wurde an der piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung aus Beispiel 1 gemessen. Für die Messung wurde eine Apparatur mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) und einem ferroelektrischen Materialauswertungssystem in Kombination verwendet. Das Rasterkraftmikroskop war ein SPA-400 von Seiko Instruments Inc. und das ferroelektrische Materialauswertungssystem war das FCE der TOYO Corporation. Die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes (Wechselspannung) bei der Messung der piezoelektrischen Konstante d33,f betrug 5 Hz. Der Maximalwert der an die piezoelektrische Dünnschicht angelegten Spannung betrug 20 V. Die Einheit von d33,f ist pm/V. Die piezoelektrische Konstante d33,f aus Beispiel 1 ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.
  • (Beispiele 2 bis 18 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3)
  • Eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung der jeweiligen Beispiele 2 bis 18 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Zusammensetzung des für die Bildung der piezoelektrischen Dünnschicht verwendeten Targets unterschiedlich war.
  • Ein XRD-Bild der ersten Elektrodenschicht der Beispiele 2 bis 18 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. In jedem Fall der Beispiele 2 bis 18 war die (002)-Ebene des Pt-Kristalls, aus dem die erste Elektrodenschicht besteht, in Richtung der Oberflächennormalen der ersten Elektrodenschicht orientiert, und die (200)-Ebene des Pt-Kristalls war in Richtung innerhalb der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht orientiert.
  • Die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht der jeweiligen Beispiele 2 bis 18 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 analysiert. In allen Fällen der Beispiele 2 bis 18 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 stimmte die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht annähernd mit der Zusammensetzung des Targets überein. Die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht (jeweils x-, y- und z-Werte) der Beispiele 2 bis 18 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt. x, y und z der Beispiele 2 bis 16 und 18 sind als Koordinaten (x, y, z) in 5 (Dreieckskoordinaten) dargestellt. Die Koordinaten A in 5 entsprechen dem Beispiel 1. Die Koordinaten B in 5 entsprechen dem Beispiel 2. Die Koordinaten C in 5 entsprechen dem Beispiel 3. Die Koordinaten D in 5 entsprechen dem Beispiel 4. Die Koordinaten E in 5 entsprechen dem Beispiel 5. Die Koordinaten F in 5 entsprechen dem Beispiel 6.
  • XRD-Muster der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 2 bis 18 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Jedes der XRD-Bilder der Beispiele 2 bis 18 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 zeigte, dass die piezoelektrische Dünnschicht aus einem perowskitartigen Kristall besteht. In allen Fällen der Beispiele 2 bis 18 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 war die (001)-Ebene des perowskitartigen Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht orientiert. In allen Fällen der Beispiele 2 bis 18 war der in der piezoelektrischen Dünnschicht enthaltene perowskitartige Kristall ein tetragonaler Kristall. Der Orientierungsgrad der (001)-Ebene der Beispiele 2 bis 18 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.
  • Die piezoelektrische Konstante d33,f der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 2 bis 18 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 gemessen. Die piezoelektrische Konstante d33,f der Beispiele 2 bis 18 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.
    [Tabelle 1]
    Tabelle 1 Piezoelektrische Dünnschicht d33,f
    x y z Orientierungsebene Orientierungsgrad [%]
    Beispiel 1 0,300 0,100 0,600 (001) Ebene 99 92
    Beispiel 2 0,450 0,250 0,300 (001) Ebene 99 81
    Beispiel 3 0,200 0,500 0,300 (001) Ebene 99 84
    Beispiel 4 0,100 0,300 0,600 (001) Ebene 99 91
    Beispiel 5 0,400 0,200 0,400 (001) Ebene 99 95
    Beispiel 6 0,200 0,400 0,400 (001) Ebene 99 94
    Beispiel 7 0,350 0,150 0,500 (001) Ebene 99 88
    Beispiel 8 0,150 0,350 0,500 (001) Ebene 99 93
    Beispiel 9 0,250 0,250 0,500 (001) Ebene 99 110
    Beispiel 10 0,200 0,200 0,600 (001) Ebene 99 104
    Beispiel 11 0,300 0,300 0,400 (001) Ebene 99 98
    Beispiel 12 0,350 0,350 0,300 (001) Ebene 99 87
    Beispiel 13 0,450 0,150 0,400 (001) Ebene 99 76
    Beispiel 14 0,150 0,450 0,400 (001) Ebene 99 73
    Beispiel 15 0,350 0,050 0,600 (001) Ebene 99 78
    Beispiel 16 0,050 0,350 0,600 (001) Ebene 99 75
    Beispiel 17 0,325 0,325 0,350 (001) Ebene 99 72
    Beispiel 18 0,375 0,375 0,250 (001) Ebene 99 74
    Vergleichsbeispiel 1 0,500 0,000 0,500 (001) Ebene 99 48
    Vergleichsbeispiel 2 0,800 0,200 0,000 (001) Ebene 99 32
    Vergleichsbeispiel 3 0,000 0,500 0,500 (001) Ebene 99 20
  • (Beispiele 20 und 21 und Vergleichsbeispiel 4)
  • Der Sauerstoffpartialdruck in einer Vakuumkammer während der Bildung der piezoelektrischen Dünnschicht von Beispiel 20 wurde bei 1 Pa gehalten.
  • Der Sauerstoffpartialdruck in einer Vakuumkammer während der Bildung der piezoelektrischen Dünnschicht von Beispiel 21 wurde bei 20 Pa gehalten.
  • Der Sauerstoffpartialdruck in einer Vakuumkammer während der Bildung der piezoelektrischen Dünnschicht des Vergleichsbeispiels 4 wurde auf 0,1 Pa gehalten.
  • Eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung der Beispiele 20 und 21 und des Vergleichsbeispiel 4 wurde auf die gleiche Weise wie Beispiel 9 hergestellt, mit Ausnahme des Sauerstoffpartialdrucks während der Bildung der piezoelektrischen Dünnschicht.
  • Ein XRD-Bild der ersten Elektrodenschicht der Beispiele 20 und 21 und des Vergleichsbeispiels 4 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. In jedem Fall der Beispiele 20 und 21 und des Vergleichsbeispiels 4 war die (002)-Ebene des Pt-Kristalls, aus dem die erste Elektrodenschicht besteht, in Richtung der Oberflächennormalen der ersten Elektrodenschicht orientiert, und die (200)-Ebene des Pt-Kristalls war in Richtung innerhalb der Ebene der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht orientiert.
  • Die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 20 und 21 und des Vergleichsbeispiels 4 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 analysiert. In allen Fällen der Beispiele 20 und 21 und des Vergleichsbeispiels 4 stimmte die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht annähernd mit der Zusammensetzung des Targets überein. Die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht (jeweils x-, y- und z-Werte) der Beispiele 20 und 21 und des Vergleichsbeispiels 4 ist in der folgenden Tabelle 2 dargestellt.
  • Die XRD-Bild der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 20 und 21 und des Vergleichsbeispiels 4 wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Jedes der XRD- Bild der Beispiele 20 und 21 und des Vergleichsbeispiels 4 zeigte, dass die piezoelektrische Dünnschicht aus einem perowskitartigen Kristall besteht.
  • Im Fall von Beispiel 20 war die (110)-Ebene des perowskitartigen Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht orientiert.
  • Im Fall von Beispiel 21 war die (111)-Ebene des perowskitartigen Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht orientiert.
  • Im Fall des Vergleichsbeispiels 4 war die spezifische Kristallebene des perowskitartigen Kristalls nicht in Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht orientiert. Mit anderen Worten, im Fall des Vergleichsbeispiels 4 war der Orientierungsgrad einer der Kristallebenen weniger als 50%.
  • Basierend auf dem XRD-Bild wurde der Orientierungsgrad der (110)-Ebene des perowskitartigen Kristalls aus Beispiel 20 berechnet. Der Orientierungsgrad der (110)-Ebene wird durch 100×I(110)/IΣ(hkl) dargestellt. Die Definition des Orientierungsgrades im Detail erfolgt wie oben beschrieben. Der Orientierungsgrad der (110)- Ebene aus Beispiel 20 ist in der folgenden Tabelle 2 dargestellt.
  • Basierend auf dem XRD-Bild wurde der Orientierungsgrad der (111)-Ebene des perowskitartigen Kristalls aus Beispiel 21 berechnet. Der Orientierungsgrad der (111)-Ebene wird durch 100×I(111)/I∑(hkl) dargestellt. Die Definition des Orientierungsgrades im Detail erfolgt wie oben beschrieben. Der Orientierungsgrad der (111)-Ebene von Beispiel 21 ist in der folgenden Tabelle 2 dargestellt.
  • Eine piezoelektrische Konstante d33,f der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 20 und 21 und des Vergleichsbeispiels 4 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die piezoelektrische Konstante d33,f der Beispiele 20 und 21 und des Vergleichsbeispiels 4 ist in der folgenden Tabelle 2 dargestellt.
    [Tabelle 2]
    Tabelle 2 Piezoelektrische Dünnschicht d33,f
    x y z Orientierte Ebene Orientierungsgrad [%]
    Beispiel 9 0,250 0,250 0,500 (001) Ebene 99 110
    Beispiel 20 0,250 0,250 0,500 (110) Ebene 83 76
    Beispiel 21 0,250 0,250 0,500 (111) Ebene 95 85
    Vergleichsbeispiel 4 0,250 0,250 0,500 Keine - 37
  • (Beispiele 22 und 23)
  • In den Beispielen 22 und 23 wurde jeweils eine zweite Zwischenschicht auf der gesamten Oberfläche der ersten Elektrodenschicht gebildet und eine piezoelektrische Dünnschicht wurde auf der gesamten Oberfläche der zweiten Zwischenschicht gebildet. Die zweite Zwischenschicht von Beispiel 22 bestand aus kristallinem SrRuO3. Die Dicke der zweiten Zwischenschicht von Beispiel 22 betrug 50 nm. Die zweite Zwischenschicht von Beispiel 23 bestand aus kristallinem LaNiO3. Die Dicke der zweiten Zwischenschicht von Beispiel 23 betrug 50 nm.
  • Eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung der Beispiele 22 und 23 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 9 hergestellt, mit Ausnahme der Bildung der zweiten Zwischenschicht.
  • Ein XRD-Bild der jeweils ersten Elektrodenschicht der Beispiele 22 und 23 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. In jedem Fall der Beispiele 22 und 23 war die (002)-Ebene des Pt-Kristalls, aus dem die erste Elektrodenschicht besteht, in Richtung der Oberflächennormalen der ersten Elektrodenschicht orientiert, und die (200)-Ebene des Pt-Kristalls war in Richtung der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht orientiert.
  • Die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 22 und 23 wurde jeweils auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 analysiert. In beiden Fällen der Beispiele 22 und 23 stimmte die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht annähernd mit der Zusammensetzung des Targets überein. Die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht (jeweils x-, y- und z-Werte) der Beispiele 22 und 23 ist in der folgenden Tabelle 3 dargestellt.
  • XRD-Bilder der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 22 und 23 wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Jedes der XRD-Bilder der Beispiele 22 und 23 zeigte an, dass der piezoelektrische Dünnschicht aus einem perowskitartigen Kristall besteht. In allen Fällen der Beispiele 22 und 23 war die (001)-Ebene des perowskitartigen Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht orientiert. In allen Fällen der Beispiele 22 und 23 war der in der piezoelektrischen Dünnschicht enthaltene perowskitartige Kristall ein tetragonaler Kristall.
  • Eine piezoelektrische Konstante d33,f der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 22 und 23 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die piezoelektrische Konstante d33,f der Beispiele 22 und 23 ist in der folgenden Tabelle 3 dargestellt.
    [Tabelle 3]
    Tabelle 3 Piezoelektrische Dünnschicht Zweite Zwischenschicht d33,f
    x y z Orientierte Ebene Orientierungsgrad [%]
    Beispiel 9 0,250 0,250 0,500 (001) Ebene 99 abwesend 110
    Beispiel 22 0,250 0,250 0,500 (001) Ebene 99 SrRu03 106
    Beispiel 23 0,250 0,250 0,500 (001) Ebene 99 LaNi03 108
  • (Beispiele 24 bis 26)
  • Bei der Herstellung einer piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung des Beispiels 24 wurde keine erste Zwischenschicht gebildet. Eine erste Elektrodenschicht, die aus kristallinem SrRuO3 besteht, wurde direkt auf der gesamten Oberfläche eines Einkristallsubstrats im Schritt der Herstellung der piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung von Beispiel 24 gebildet. Die Dicke der ersten Elektrodenschicht von Beispiel 24 betrug 200 nm. Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung von Beispiel 24 wurde bis auf diese Punkte auf die gleiche Weise wie Beispiel 9 hergestellt.
  • Bei der Herstellung einer piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung aus Beispiel 25 wurde keine erste Zwischenschicht gebildet. Eine erste Elektrodenschicht, die aus kristallinem SrRuO3 besteht, wurde direkt auf der gesamten Oberfläche eines Einkristallsubstrats während der Herstellung einer piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung aus Beispiel 25 gebildet. Die Dicke der ersten Elektrodenschicht von Beispiel 25 betrug 200 nm. Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung von Beispiel 25 wurde bis auf diese Punkte auf die gleiche Weise wie Beispiel 20 hergestellt.
  • Bei der Herstellung einer piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung aus Beispiel 26 wurde keine erste Zwischenschicht gebildet. Eine erste Elektrodenschicht, die aus kristallinem SrRuO3 besteht, wurde direkt auf der gesamten Oberfläche eines Einkristallsubstrats während der Herstellung einer piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung aus Beispiel 26 gebildet. Die Dicke der ersten Elektrodenschicht von Beispiel 26 betrug 200 nm. Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung von Beispiel 26 wurde bis auf diese Punkte auf die gleiche Weise wie Beispiel 21 hergestellt.
  • Ein XRD-Bild der ersten Elektrodenschicht der Beispiele 24 bis 26 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. In allen Fällen der Beispiele 24 bis 26 war die Kristallebene der ersten Elektrodenschicht nicht in Richtung der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht orientiert. Mit anderen Worten, in allen Fällen der Beispiele 24 bis 26 fehlte die Orientierung des Kristalls der ersten Elektrodenschicht in der Ebene.
  • Die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 24 bis 26 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 analysiert. In allen Fällen der Beispiele 24 bis 26 stimmte die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht annähernd mit der Zusammensetzung des Targets überein. Die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht (jeweils x-, y- und z-Werte) der Beispiele 24 bis 26 ist in der folgenden Tabelle 4 dargestellt.
  • XRD-Bilder der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 24 bis 26 wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Jedes der XRD- Bilder der Beispiele 24 bis 26 zeigte, dass die piezoelektrische Dünnschicht aus einem perowskitartigen Kristall besteht.
  • Im Fall von Beispiel 24 war die (001)-Ebene des perowskitartigen Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht orientiert. Der Orientierungsgrad der (001)-Ebene aus Beispiel 24 ist in der folgenden Tabelle 4 dargestellt.
  • Im Fall von Beispiel 25 wurde die (110)-Ebene des perowskitartigen Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht orientiert. Der Orientierungsgrad der (110)-Ebene aus Beispiel 25 ist in der folgenden Tabelle 4 dargestellt.
  • Im Fall von Beispiel 26 wurde die (111)-Ebene des perowskitartigen Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht orientiert. Der Orientierungsgrad der (111)-Ebene aus Beispiel 26 ist in der folgenden Tabelle 4 dargestellt.
  • Eine piezoelektrische Konstante d33,f der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 24 bis 26 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die piezoelektrische Konstante d33,f der Beispiele 24 bis 26 ist in der folgenden Tabelle 4 dargestellt.
    [Tabelle 4]
    Tabelle 4 Piezoelektrische Dünnschicht Erste Elektrodenschicht d33,f
    x y z Orientierte Ebene Orientierungsgrad [%] Orientierung in der Ebene
    Beispiel 9 0,250 0,250 0,500 (001) Ebene 99 vorhanden 110
    Beispiel 20 0,250 0,250 0,500 (110) Ebene 85 vorhanden 76
    Beispiel 21 0,250 0,250 0,500 (111) Ebene 95 vorhanden 85
    Beispiel 24 0,250 0,250 0,500 (001) Ebene 91 abwesend 98
    Beispiel 25 0,250 0,250 0,500 (110) Ebene 81 abwesend 72
    Beispiel 26 0,250 0,250 0,500 (111) Ebene 89 abwesend 81
  • (Beispiele 27 bis 29)
  • Bei der Herstellung des Targets aus Beispiel 27 wurde das Mischungsverhältnis des Rohstoffpulvers (Bismutoxid, Kaliumcarbonat, Titanoxid, Magnesiumoxid, Nickeloxid und Eisenoxid) auf die vorgesehene Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht abgestimmt. Die beabsichtigte Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht wird durch die unten beschriebene chemische Formel 1B dargestellt. Die Werte von x, y, z und y in der folgenden Formel entsprach den Werten, wie sie unten in Tabelle 5 angegeben sind. xBi0,5K0,5TiO3-yBi(MgγNi1-γ)0,5Ti0,5O3-zBiFeO3 (1B) (1B)
  • Eine piezoelektrisches Dünnschichtvorrichtung aus Beispiel 27 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Zusammensetzung des für die Bildung der piezoelektrischen Dünnschicht verwendeten Targets anders war.
  • Im Fall von Beispiel 28 war y in der chemischen Formel 1B 1/3. Im Fall von Beispiel 29 war y in der chemischen Formel 1B 0. Mit anderen Worten, im Fall von Beispiel 29 wurde kein Magnesiumoxid im Rohstoffpulver des Targets verwendet. Die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung der Beispiele 28 und 29 wurde in der gleichen Weise wie die Beispiele 27 hergestellt, mit Ausnahme von y.
  • In den Beispielen 27 bis 29 wurde jeweils ein XRD-Bild der ersten Elektrodenschicht auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. In jedem Fall der Beispiele 27 bis 29 war die (002)-Ebene des Pt-Kristalls, aus dem die erste Elektrodenschicht besteht, in Richtung der Oberflächennormalen der ersten Elektrodenschicht orientiert, und die (200)-Ebene des Pt-Kristalls war in Richtung der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht orientiert.
  • Die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 27 bis 29 wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 analysiert. In allen Fällen der Beispiele 27 bis 29 stimmte die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht annähernd mit der Zusammensetzung des Targets überein. Die Zusammensetzung der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 27 bis 29 (Werte von x, y, z und γjeweils) sind in der folgenden Tabelle 5 dargestellt.
  • XRD-Bilder der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 27 bis 29 wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Jedes der XRD-Bilder der Beispiele 27 bis 29 zeigte an, dass die piezoelektrische Dünnschicht aus einem perowskitartigen Kristall besteht. In allen Fällen der Beispiele 27 bis 29 war die (001)-Ebene des perowskitartigen Kristalls in Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht orientiert. In allen Fällen der Beispiele 27 bis 29 war der in der piezoelektrischen Dünnschicht enthaltene perowskitartige Kristall ein tetragonaler Kristall. Der Orientierungsgrad der (001)-Ebene jedes der Beispiele 27 bis 29 ist in der folgenden Tabelle 5 dargestellt.
  • Eine piezoelektrische Konstante d33,f der piezoelektrischen Dünnschicht der Beispiele 27 bis 29 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die piezoelektrische Konstante d33,f der Beispiele 27 bis 29 ist in der folgenden Tabelle 5 dargestellt.
    [Tabelle 5]
    Tabelle 5 x y z y Orientierte Ebene Orientierungsgrad [%] d33,f
    Beispiel 27 0,250 0,250 0,500 0,500 (001) Ebene 99 100
    Beispiel 28 0,250 0,250 0,500 1/3 (001) Ebene 99 96
    Beispiel 29 0,250 0,250 0,500 0,000 (001) Ebene 99 89
  • [Industrielle Anwendbarkeit]
  • Die piezoelektrische Dünnschicht nach der vorliegenden Erfindung wird z.B. in einem piezoelektrischen Aktor und einen piezoelektrischen Sensor angewendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 10, 40, 50 und 100
    PIEZOELEKTRISCHE DÜNNSCHICHTVORRICHTUNG,
    1
    EINKRISTALLSUBSTRAT,
    2
    ERSTE ELEKTRODENSCHICHT,
    3, 25, 30, 42 und 52
    PIEZOELEKTRISCHE DÜNNSCHICHT,
    4
    ZWEITE ELEKTRODENSCHICHT,
    5
    ERSTE ZWISCHENSCHICHT,
    6
    ZWEITE ZWISCHENSCHICHT,
    DN
    RICHTUNG DER OBERFLÄCHENNORMALEN DES EINKRISTALLSUBSTRATS ,
    dn
    RICHTUNG DER OBERFLÄCHENNORMALEN DER PIEZOELEKTRISCHEN DÜNNSCHICHT,
    uc
    EINHEITSZELLE DER PEROWSKIT-STRUKTUR,
    a
    ABSTAND ZWISCHEN (100)-EBENEN DER EINHEITSZELLE,
    b
    ABSTAND ZWISCHEN (010)-EBENEN DER EINHEITSZELLE,
    c
    ABSTAND ZWISCHEN (001)-EBENEN DER EINHEITSZELLE,
    200
    KOPFBEFANORDNUNG,
    9
    GRUNDPLATTE,
    11
    LASTBALKEN,
    11b
    BASISENDTEIL,
    11c
    ERSTES BLATTFEDERTEIL,
    11d
    ZWEITER BLATTFEDERTEIL,
    11e
    ÖFFNUNG,
    11f
    BALKENHAUPTTEIL,
    15
    FLEXIBLES VERDRAHTUNGSSUBSTRAT,
    17
    BIEGEELEMENT,
    19
    KOPFSCHIEBER,
    19a
    KOPF VORRICHTUNG,
    300
    PIEZOELEKTRISCHER AKTOR,
    20
    BASIS,
    21
    DRUCKKAMMER,
    23
    ISOLIERSCHICHT,
    24
    EINKRISTALLSUBSTRAT,
    26
    OBERE ELEKTRODENSCHICHT (ERSTE ELEKTRODENSCHICHT),
    27
    DÜSE,
    400
    GYROSENSOR,
    110
    BASIS,
    120 und 130
    ARME,
    31
    OBERE ELEKTRODENSCHICHT (ERSTE ELEKTRODENSCHICHT),
    31a und 31b
    ANTRIEBSELEKTRODENSCHICHTEN,
    31c und 31d
    DETEKTIONSELEKTRODENSCHICHTEN,
    32
    EINKRISTALLSUBSTRAT,
    500
    DRUCKSENSOR,
    41
    GEMEINSAME ELEKTRODENSCHICHT,
    43
    EINZELNE ELEKTRODENSCHICHT,
    44
    TRÄGER,
    45
    HOHLRAUM,
    46
    STROMVERSTÄRKER,
    47
    VOLTMETER,
    600
    PULSWELLENSENSOR,
    51
    GEMEINSAME ELEKTRODENSCHICHT,
    53
    EINZELNE ELEKTRODENSCHICHT,
    54
    TRÄGER,
    55
    VOLTMETER,
    700
    FESTPLATTENLAUFWERK,
    60
    GEHÄUSE,
    61
    FESTPLATTE,
    62
    KOPFSTAPELANORDNUNG,
    63
    SCHWINGSPULENMOTOR,
    64
    BETÄTIGUNGSARM,
    65
    KOPF ANORDNUNG,
    800
    TINTENSTRAHLDRUCKER,
    70
    DRUCKKOPF,
    71
    HAUPTKÖRPER,
    72
    FACH,
    73
    KOPFANTRIEBSMECHANISMUS,
    74
    AUSLASS,
    75
    ZU BEDRUCKENDES BLATT,
    76
    AUTOMATISCHE EINZELBLATTZUFÜHRUNG (AUTOMATISCHER KONTINUIERLICHER PAPIER- ZUFUHRMECHANISMUS).

Claims (20)

  1. Piezoelektrische Dünnschicht, die ein Metalloxid enthält, wobei das Metalloxid Bismut, Kalium, Titan, Eisen und das Element M enthält, das Element M mindestens eines der Elemente Magnesium und Nickel ist; mindestens ein Teil des Metalloxids ein Kristall mit Perowskitstruktur ist; und eine (001)-Ebene, eine (110)-Ebene oder eine (111)-Ebene des Kristalls Richtung der Oberflächennormalen der piezoelektrischen Dünnschicht orientiert ist.
  2. Piezoelektrische Dünnschicht nach Anspruch 1, wobei das Metalloxid durch die folgende chemische Formel 1 dargestellt wird: x(BiαK1-α)TiO3-yBi(MβTi1-β)O3-zBiFeO3 (1) wobei jedes von x, y und z in der chemischen Formel 1 eine positive reelle Zahl ist; x+y+z ist 1; α in der chemischen Formel 1 größer als 0 und kleiner als 1 ist; β in der chemischen Formel 1 größer als 0 und kleiner als 1 ist; M in der chemischen Formel 1 wird durch MgγNi1-γ dargestellt; und y ist 0 oder größer und 1 oder kleiner.
  3. Piezoelektrische Dünnschicht nach Anspruch 2, wobei ein dreidimensionales Koordinatensystem aus einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse zusammengesetzt ist; beliebige Koordinaten im Koordinatensystem werden durch (X, Y, Z) dargestellt; die Koordinaten (x, y, z) im Koordinatensystem entsprechen x, y und z in der chemischen Formel 1; Die Koordinaten A im Koordinatensystem sind (0,300, 0,100, 0,600), Die Koordinaten B im Koordinatensystem sind (0,450, 0,250, 0,300), Die Koordinaten C im Koordinatensystem sind (0,200, 0,500, 0,300), die Koordinaten D im Koordinatensystem sind (0,100, 0,300, 0,600), und (x, y, z) sind innerhalb eines Vierecks mit Eckpunkten an den Koordinaten A, den Koordinaten B, den Koordinaten C und den Koordinaten D positioniert.
  4. Piezoelektrische Dünnschicht nach Anspruch 3, wobei die Koordinaten E im Koordinatensystem (0,400, 0,200, 0,400) sind, die Koordinaten F im Koordinatensystem sind (0,200, 0,400, 0,400), und die Koordinaten (x, y, z) innerhalb eines Vierecks mit den Eckpunkten an den Koordinaten A, den Koordinaten E, den Koordinaten F und den Koordinaten D positioniert sind.
  5. Piezoelektrische Dünnschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die piezoelektrische Dünnschicht eine epitaktische Schicht ist.
  6. Piezoelektrische Dünnschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens ein Teil des Kristalls ein tetragonaler Kristall ist.
  7. Piezoelektrische Dünnschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die piezoelektrische Dünnschicht eine ferroelektrische Dünnschicht ist.
  8. Eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung, umfassend: die piezoelektrische Dünnschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach Anspruch 8 umfassend: ein Einkristallsubstrat und die piezoelektrische Dünnschicht, die auf dem Einkristallsubstrat gestapelt ist.
  10. Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach Anspruch 8, umfassend: ein Einkristallsubstrat; eine auf dem Einkristallsubstrat gestapelte Elektrodenschicht; und die piezoelektrische Dünnschicht, die auf der Elektrodenschicht gestapelt ist.
  11. Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach Anspruch 8 umfassend: eine Elektrodenschicht und die piezoelektrische Dünnschicht, die auf die Elektrodenschicht gestapelt ist.
  12. Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach Anspruch 10, die ferner umfasst: mindestens eine Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht zwischen dem Einkristallsubstrat und der Elektrodenschicht angeordnet ist.
  13. Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, die ferner umfasst: mindestens eine Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht zwischen der Elektrodenschicht und der piezoelektrischen Dünnschicht angeordnet ist.
  14. Piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Elektrodenschicht einen Platinkristall enthält, eine (002)-Ebene des Platinkristalls in Richtung der Oberflächennormalen der Elektrodenschicht orientiert ist und eine (200)-Ebene des Platinkristalls ist in Richtung der Oberfläche der Elektrodenschicht in der Ebene orientiert.
  15. Piezoelektrischer Aktor, umfassend: die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14.
  16. Piezoelektrischer Sensor, umfassend: die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14.
  17. Piezoelektrischer Wandler, umfassend: die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14.
  18. Festplattenlaufwerk, das eine Kopfstapelanordnung umfasst, wobei die Kopfstapelanordnung eine Kopfanordnung umfasst, und die Kopfanordnung den piezoelektrischen Aktor nach Anspruch 15 umfasst.
  19. Druckkopf umfassend: den piezoelektrischen Aktor nach Anspruch 15.
  20. Tintenstrahldrucker, umfassend: den Druckkopf nach Anspruch 19.
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