DE112017003091B4

DE112017003091B4 - Piezoelektrischer Film, Piezoelektrisches Element und Verfahren zur Herstellung eines Piezoelektrischen Films

Info

Publication number: DE112017003091B4
Application number: DE112017003091.9T
Authority: DE
Inventors: Daigo SAWAKI; Naoki Murakami
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2037-07-22
Also published as: JP6661771B2; DE112017003091T5; US20190097121A1; US11195983B2; JPWO2018021197A1; WO2018021197A1

Abstract

Piezoelektrischer Film (14), der ein Verbundoxid mit Perowskitstruktur aufweist, die vorzugsweise in einer (100)-Ebene orientiert ist und das durch die folgende Zusammensetzungsformel repräsentiert wird:

Pb_a[ (Zr_xTi_1-x)_1-yNb_y ]_bO₃

wobei 0 < x < 1 und
0,10≤ y < 0,13 und
wobei r = I(₂₀₀)/I(₁₀₀) das Verhältnis der mit einem Röntgenbeugungsverfahren
gemessenen Beugungsspitzenintensität I₍₂₀₀₎ der (200)-Ebene des Perowskits in Bezug auf die Beugungsspitzenintensität I₍₁₀₀₎ der (100)-Ebene des Perowskits die folgenden Beziehungen erfüllt sind:

\begin{array}{l} 0,28 r + 0,9 \leq q \leq 0,32 r + 0,95, \\ 1,10 \leq q und \\ r \leq 1,00. \end{array}

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Film auf Basis von Bleizirkonattitanat (PZT) und ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie auf ein piezoelektrisches Element.
Beschreibung des Stands der Technik
Als ein Aktuator bzw. Stellantrieb ist ein piezoelektrisches Element bekannt, in dem ein piezoelektrischer Film mit einem piezoelektrischen Effekt, der durch Anlegen einer Spannung verschoben wird, und eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung an den piezoelektrischen Film kombiniert sind. Da der piezoelektrische Film ein dünner Film ist und für die Miniaturisierung von Vorteil ist, ist der piezoelektrische Film äußerst nützlich. Es besteht jedoch das Problem, dass eine ausreichende Leistung der Vorrichtung nicht bereitgestellt bzw. nachgewiesen werden kann, da die piezoelektrische Leistung schlecht ist.
Als piezoelektrische Materialien für einen piezoelektrischen Film sind PZT und ein Substitutionssystem von PZT bekannt, bei dem ein Teil einer A-Stelle und/oder B-Stelle von PZT durch ein anderes Element substituiert ist. Es ist bekannt, dass in PZT, zu dem ein Donor-Ion mit einer höheren Valenz als die Valenz eines substituierbaren Ions hinzugefügt wird, die piezoelektrische Leistung weiter verbessert wird als die des intrinsischen PZT. In der vorliegenden Beschreibung werden PZT und ein Substitutionssystem davon gemeinsam als „PZT-System“ bezeichnet.
Zum Beispiel offenbart JP2012-009677A einen piezoelektrischen Film, der in der Lage ist, eine ausreichende piezoelektrische Leistung zu erzielen, indem 13% oder mehr Nb eingebaut werden und ein Beugungsspitzenintensitätsverhältnis von einer (100)-Ebene und einer (200)-Ebene auf einen vorbestimmten Wert oder höher eingestellt wird.
Zusätzlich schlägt JP2010-182717A einen piezoelektrischen Film vor, der sowohl eine gute piezoelektrische Leistung als auch eine gute Haltbarkeit erreicht, der aus einem Oxid vom Perowskittyp gebildet wird, dargestellt durch Pb_a(Zr_x,Ti_y,M_b-x-y)_bO_c ...... (P), der eine Perowskit-Einphasenstruktur ohne Pyrochlorphase aufweist und a/b ≤ 1,06 erfüllt.
Aus der US 2011/0316393 A1 ist ein piezoelektrischer Film bekannt, der eine Perowskitstruktur aufweist mit der Zusammensetzungsformel Pba [(Zr_xTi_1-x)_1-yNb_y]_bO, wobei 0 < x < 1 und 0,10 < y < 0,13 ist, und wobei ein Verhältnis r = 1₍₂₀₀₎ /1₍₁₀₀₎ ≤ 1,00 und q = a/b > 1,10 ist. Weitere piezoelektrische Körper bzw. Elemente dieser Art sind aus der US 2009/0230346 A1 und der DE 11 2017 000 678 T5 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Obwohl davon ausgegangen wird, dass der Leckstrom bzw. Kriechstrom des in JP2012 - 009677A oder JP2010-182717A offenbarten piezoelektrischen Films bei Raumtemperatur klein ist und die Haltbarkeit ebenfalls ausreichend ist, wurde bei der Untersuchung durch die vorliegenden Erfinder festgestellt, dass es ein Problem gibt, dass der Leckstrom bei einer hohen Temperatur von 100°C oder höher und in einem Bereich mit hohem elektrischen Feld von 20 V oder höher ansteigt.
Die vorliegende Erfindung wird unter Berücksichtigung der vorgenannten Umstände gemacht, und ein Ziel ist es, einen piezoelektrischen Film, der in der Lage ist, einen Anstieg des Leckstroms zu unterdrücken, der zum Zeitpunkt des Antreibens bzw. des Fahrens bei hoher Temperatur und in einem Bereich mit hohem elektrischen Feld auftritt, sowie ein piezoelektrisches Element bereitzustellen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Films bereitzustellen, der in der Lage ist, einen Anstieg des Leckstroms zu unterdrücken, der zum Zeitpunkt des Antreibens bei hoher Temperatur und in einem Bereich mit hohem elektrischen Feld auftritt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein piezoelektrischer Film mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
Im piezoelektrischen Film der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass r die folgende Beziehung erfüllt: 0,6 ≤ r ≤ 0,9.
Im piezoelektrischen Film der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass q die folgende Beziehung erfüllt: 1,12 ≤ q ≤ 1,21.
Ein piezoelektrisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein piezoelektrisches Element, das umfasst: den piezoelektrischen Film der vorliegenden Erfindung; und eine Elektrode, die ein elektrisches Feld an den piezoelektrischen Film anlegt.
Ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Films gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst als Schritte zum Bilden eines piezoelektrischen Films auf einem Substrat unter Verwendung eines Sputterverfahrens: einen Initial- bzw. ersten Schritt zum Bilden eines Films von bzw. auf eine Filmdicke von 5% oder weniger einer Gesamtschichtdicke; und einen anschließenden bzw. zweiten Schritt zum Bilden des gesamten bzw. vollständigen piezoelektrischen Films, nach dem ersten Schritt,
wobei die Beziehungen zwischen einer Filmbildungstemperatur T1 und einer Filmbildungsrate R1 im ersten Schritt und einer Filmbildungstemperatur T2 und einer Filmbildungsrate R2 im zweiten Schritt die folgenden Beziehungen erfüllen:

1,02 ≤ T1/T2 ≤ 1,06,
1,00 ≤ R1/R2 ≤ 1,54,
500°C ≤ T1 ≤ 600°C, und
1,8 nm/sec ≤ R1 ≤ 3,0 nm/sec.

Der piezoelektrische Film der vorliegenden Erfindung weist eine Perowskitstruktur auf, die vorzugsweise auf eine bzw. in einer (100)-Ebene ausgerichtet bzw. orientiert ist, die die oben genannten Bedingungen erfüllt, und die in der Lage ist, die Erzeugung eines Leckstroms zum Zeitpunkt des Antreibens bei hoher Temperatur und in einem hohen elektrischen Feld zu unterdrücken, und weist eine sehr hohe Haltbarkeit auf.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Elements der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Herstellungsvorrichtung zur Herstellung eines piezoelektrischen Films der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Diagramm, die ein XRD-Spektrum eines piezoelektrischen Elements eines Beispiels zeigt.
ist ein Diagramm, in dem r- und q-Werte von Beispielen und Vergleichsbeispielen dargestellt bzw. geplottet sind.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen eines piezoelektrischen Films, eines piezoelektrischen Elements und eines Verfahrens zur Herstellung eines piezoelektrischen Films gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
[Piezoelektrischer Film]
Ein piezoelektrischer Film gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Perowskitstruktur auf, die vorzugsweise auf eine (100)-Ebene ausgerichtet ist, und ein Verbundoxid ist, das durch die Zusammensetzungsformel Pb_a[(Zr_xTi_1-x)_1-yNb_y]_bO_c, mit 0 < x < 1 und 0,10 ≤ y < 0,13, dargestellt ist.
In dem piezoelektrischen Film gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in einem Fall, in dem ein Verhältnis I(₂₀₀)/I(₁₀₀) einer Beugungsspitzenintensität I₍₂₀₀₎ von einer (200)-Ebene des Perowskits in Bezug auf eine Beugungsspitzenintensität I₍₁₀₀₎ von einer (100)-Ebene des Perowskits, das durch ein Röntgenbeugungsverfahren gemessen wird, r, und ein Verhältnis von Pb, das ein Element der A-Stelle ist, zu den Elementen der B-Stelle Pb/(Zr + Ti + Nb) = a/b ist q, werden die folgenden Beziehungen erfüllt.
0,28r + 0,9 ≤ q ≤ 0,32r + 0,95
1,10 ≤ q und r ≤ 1,00
Hier ist das ideale Zusammensetzungsverhältnis der Perowskitstruktur a:b:c = 1:1:3, aber in der vorliegenden Erfindung wird a:b:c durch q: 1:c dargestellt, und c kann von 3 abweichen, solange q den obigen Bereich erfüllt und eine Perowskitstruktur gebildet werden kann.
Die (r,q) Werte, die die obigen Bedingungen erfüllen, liegen in einem Bereich, der durch diagonale Linien in 4 gekennzeichnet ist, was später beschrieben wird.
Es ist wünschenswert, dass r in einem Bereich von 0,6 ≤ r ≤ 0,9 liegt.
Zusätzlich ist es wünschenswert, dass q in einem Bereich von 1,12 ≤ q ≤ 1,21 liegt.
Der piezoelektrische Film 14 weist eine Perowskitstruktur auf, die vorzugsweise auf eine (100)-Ebene ausgerichtet ist. Dabei bezieht sich die bevorzugte Orientierung auf einen Zustand, in dem eine bestimmte Kristalloberfläche in einer im Wesentlichen konstanten Richtung und nicht in der Orientierungsrichtung von ungeordneten Kristallen angeordnet ist. Insbesondere bedeutet der Ausdruck „bevorzugt auf eine (100)-Ebene ausgerichtet“, dass ein Beugungsintensitätsverhältnis von einer (100)-Ebene, einer (110)-Ebene und einer (111)-Ebene (100)/((100) + (110) + (111)), das in einem Fall erhalten wird, in dem der piezoelektrische Film durch ein Röntgenbeugungsweitwinkelverfahren gemessen wird, mehr als 0,5 beträgt.
Durch Einstellen des Inhalts bzw. Gehalts (y) von Nb auf 0,10 (10 % in Prozent) oder mehr können piezoelektrische Eigenschaften verbessert werden. Darüber hinaus wird durch das Einstellen des Gehalts an Nb auf weniger als 0,13 (13% in Prozent) der Gehalt an Pb erhöht und somit kann eine Erhöhung eines Leckstroms unterdrückt werden.
Darüber hinaus kann durch Einstellen des Spitzenintensitätsverhältnisses innerhalb des obigen Bereichs ein Sauerstoffdefekt im piezoelektrischen Film und ein Leckstrom unterdrückt werden.
Obwohl der detaillierte Mechanismus, mit dem der Leckstrom aufgrund des Antreibens bei hoher Temperatur und in einem hohen elektrischen Feld zunimmt, nicht geklärt ist, gehen die vorliegenden Erfinder davon aus, dass Sauerstoffdefekte aufgrund von Pb-Mangel an der A-Stelle in der Kristallstruktur erzeugt werden und zweiwertiges Pb an der B-Stelle substituiert wird, um die Ladungsneutralität auszugleichen, so dass ein Defektniveau in der Bandlücke entsteht. Es wurde angenommen, dass, da dieses Defektniveau einem tiefen Niveau nahe dem Valenzband entspricht, der Leckstrom bei hoher Temperatur und in einem Bereich mit hohem elektrischem Feld erzeugt wird.
Die Untersuchung durch die vorliegenden Erfinder hat ergeben, dass in einem Fall, in dem der piezoelektrische Film die oben genannten Bedingungen erfüllt, der Leckstrom nach dem Antreiben bei einer hohen Temperatur von 100°C oder höher und in einem hohen elektrischen Feld von 20 V oder höher nicht wesentlich erhöht wird und das Antreiben mit dem Leckstrom erfolgen kann, der sich gegenüber dem Leckstrom vor dem Antreiben bei hoher Temperatur und in einem hohen elektrischen Feld nicht wesentlich verändert (siehe Beispiele unten). Es wird davon ausgegangen, dass der piezoelektrische Film, der die oben genannten Bedingungen erfüllt, einen hohen Widerstand gegen das Antreiben bei hoher Temperatur und in einem hohen elektrischen Feld aufweist, da Pb vollständig in das Kristallgitter in einem stabilen Zustand integriert ist. In einem Fall, in dem der Gehalt an Nb 13% oder mehr beträgt, wird davon ausgegangen, dass die Menge an Pb, die in das Gitter eingebracht werden soll, reduziert und die Instabilität von Pb bei hohen Temperaturen erzeugt wird.
Die Filmdicke des piezoelektrischen Films beträgt vorzugsweise 1,5 µm oder mehr. Der piezoelektrische Film, der die dicke Filmdicke aufweist, kann durch ein Gasphasenwachstumsverfahren gebildet werden, das später beschrieben wird.
[Piezoelektrisches Element]
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Elements der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ein piezoelektrisches Element 10 ist ein Element, in dem eine Haftschicht 12, eine untere Elektrodenschicht 13, ein piezoelektrischer Film 14 und eine obere Elektrodenschicht 15 nacheinander auf eine Oberfläche eines Substrats 11 laminiert bzw. beschichtet sind, und in dem piezoelektrischen Film 14 wird ein elektrisches Feld in Richtung der Filmdicke durch die untere Elektrodenschicht 13 und die obere Elektrodenschicht 15 angelegt.
Der piezoelektrische Film 14 ist der piezoelektrische Film der obigen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im piezoelektrischen Element 10 der Ausführungsform ist das Substrat 11 nicht besonders begrenzt und es können Substrate aus Silizium, Glas, Edelstahl, yttriumstabilisiertem Zirkonoxid (YSZ), SrTiO₃, Aluminiumoxid, Saphir, Siliziumcarbid und dergleichen verwendet werden. Als Substrat 11 kann ein laminiertes Substrat, wie beispielsweise ein SOI-Substrat, in dem ein SiO₂-Film und eine Si-aktive Schicht nacheinander auf ein Siliziumsubstrat oder dergleichen laminiert sind, verwendet werden. In der Ausführungsform ist die Haftschicht 12 zur Verbesserung der Haftung zwischen dem Substrat und der unteren Elektrodenschicht zwischen dem Substrat 11 und der unteren Elektrodenschicht 13 angeordnet. Jedoch kann anstelle oder zusätzlich zur Haftschicht eine Pufferschicht zur Verbesserung der Gitteranpassungseigenschaften vorgesehen werden.
Für die Haftschicht 12 ist eine Konfiguration mit Ti, TiW oder dergleichen vorzuziehen und ein Aspekt, bei dem ein Platingruppenmetall auf die Haftschicht laminiert wird, um eine Schicht zu bilden, wird bevorzugt.
Die untere Elektrodenschicht 13 ist eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung an den piezoelektrischen Film. Die Hauptkomponente der unteren Elektrodenschicht 13 ist nicht besonders begrenzt und Metalle wie Au, Pt, Ir, IrO₂, RuO₂, LaNiO₃, SrRuO₃, Indiumzinnoxid (ITO) und Titannitrid (TiN), Metalloxide, transparente leitfähige Materialien und eine Kombination daraus können verwendet werden. Für die untere Elektrodenschicht 13 ist es besonders vorteilhaft, Ir zu verwenden.
Die obere Elektrodenschicht 15 bildet ein Paar mit der unteren Elektrodenschicht 13 und ist eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung an den piezoelektrischen Film. Die Hauptkomponente der oberen Elektrodenschicht 15 ist nicht besonders begrenzt und Materialien, die als Materialien für die untere Elektrodenschicht 13 veranschaulicht werden, Elektrodenmaterialien, die im Allgemeinen in einem Halbleiterprozess verwendet werden, wie Al, Ta, Cr, Cu, Ir und Pt, und eine Kombination derselben können verwendet werden.
Die Dicke der unteren Elektrodenschicht 13 und der oberen Elektrodenschicht 15 ist nicht besonders begrenzt und beträgt vorzugsweise 50 bis 500 nm.
[Verfahren zur Bildung eines piezoelektrischen Films]
Ein Verfahren zum Bilden des piezoelektrischen Films 14 ist nicht besonders begrenzt und ein Gasphasenwachstumsverfahren wie ein Sputterverfahren, ein plasmachemisches Dampfabscheideverfahren (CVD), ein metallorganisches chemisches Dampfabscheideverfahren (MOCVD) oder ein Pulslaserabscheideverfahren (PLD), ein Flüssigphasenverfahren wie ein Sol-Gel-Verfahren oder ein organisches Metallabscheideverfahren und ein Aerosolabscheidungsverfahren können verwendet werden. Da sich die Filmbildungsbedingungen während der Filmbildung leicht ändern lassen, ist ein Gasphasenwachstumsverfahren vorzuziehen. Darüber hinaus kann durch die Bildung eines Films durch ein Gasphasenwachstumsverfahren die horizontale Streifenbildung während der Filmbildung unterdrückt und ein piezoelektrischer Film mit hoher Haltbarkeit gebildet werden.
Die Herstellung des piezoelektrischen Films durch ein Gasphasenwachstumsverfahren kann auf eine Filmbildungsvorrichtung angewendet werden, in der ein Substrat und ein Ziel einander gegenüberliegend angeordnet sind und ein Film, der ein konstitutionelles Zielelement aufweist, wird auf dem Substrat unter Verwendung eines Plasmas gebildet. Beispiele für anwendbare Filmbildungsverfahren sind Sputterverfahren wie ein bipolares Sputterverfahren, ein tripolares Sputterverfahren, ein Gleichstrom-Sputterverfahren, ein Hochfrequenz-Sputterverfahren (RF-Sputterverfahren), ein ECR-Sputterverfahren, ein Magnetron-Sputterverfahren, ein entgegengesetztes-Ziel-Sputterverfahren, ein gepulstes Sputterverfahren und ein Ionenstrahlsputterverfahren. Darüber hinaus beinhalten Beispiele für Gasphasenwachstumsverfahren, auf die die vorliegende Erfindung neben den Sputterverfahren angewendet werden kann, ein Ionenbeschichtungsverfahren und ein Plasma-CVD-Verfahren.
Bei der Herstellung des piezoelektrischen Films gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird insbesondere ein Hochfrequenz-Sputterverfahren (RF-Sputterverfahren) bevorzugt eingesetzt.
Eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines piezoelektrischen Films unter Verwendung eines Sputterverfahrens wird beschrieben.
Im Herstellungsschritt des piezoelektrischen Films werden die Filmbildungsbedingungen durch einen Initialschritt der Bildung eines Films bis zu einer Filmdicke von 5% oder weniger einer Soll- bzw. einer Ziel-Gesamtfilmdicke und einen anschließenden Schritt der Bildung des Films bis zur Gesamtfilmdicke nach dem Initialschritt geändert.
In diesem Fall erfüllen die Beziehungen zwischen einer Filmbildungstemperatur T1 und einer Filmbildungsrate R1 im Initialschritt und einer Filmbildungstemperatur T2 und einer Filmbildungsrate R2 im anschließenden Schritt folgende Bedingungen
1,02 ≤ T1/T2 ≤ 1,06 und
1,00 ≤ R1/R2 ≤ 1,54.
Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass es durch die Bildung des Films unter den oben genannten Bedingungen möglich ist, einen piezoelektrischen Film zu erhalten, der eine Perowskitstruktur aufweist, die vorzugsweise auf eine (100)-Ebene ausgerichtet ist und ein Verbundoxid ist, das durch die Zusammensetzungsformel Pb_a[(Zr_xTi_1-x)_1-xNb_y]_bO₃, mit 0 < x < 1, 0,10 ≤ y < 0.13, dargestellt wird, wobei in einem Fall, in dem ein Verhältnis I(₂₀₀)/I(₁₀₀) einer Beugungsspitzenintensität I₍₂₀₀₎ von einer (200)-Ebene des Perowskits in Bezug auf eine Beugungsspitzenintensität I₍₁₀₀₎ von einer (100)-Ebene des Perowskits, gemessen mit einem Röntgenbeugungsverfahren, r ist und a/b q ist, 0,28r + 0,9 ≤ q ≤ 0,32r + 0,95 und 1,10 ≤ q, und r ≤ 1,00 erfüllt sind. Hier bedeutet die Filmbildungstemperatur die Substrattemperatur.
Es wird bevorzugt, dass die Anfangsfilmbildungstemperatur T1 im Initialschritt auf 500°C bis 600°C eingestellt ist und die Anfangsfilmbildungsrate R1 in einem Bereich von 1,8 nm/sec bis 3,0 nm/sec liegt.
Der Initialschritt ist eine Periode, in der ein Film gebildet wird, um eine vorbestimmte Filmdicke von 5% oder weniger der gesamten Filmdicke aufzuweisen. In dem Initialschritt wird ein Film gebildet, so dass er eine Filmdicke aufweist, die 5% oder weniger der gesamten Filmdicke beträgt und mindestens 100 nm oder mehr beträgt. Dementsprechend kann die Periode des Initialschrittes angemessen in einem Bereich eingestellt werden, in dem der piezoelektrische Film gebildet werden kann, um eine vorbestimmte Filmdicke zu haben, die 100 nm oder mehr und 5% oder weniger der gesamten Filmdicke beträgt.
Durch die Bildung des Films unter den oben genannten Bedingungen ist es möglich, den piezoelektrischen Film gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung herzustellen, der in der Lage ist, einen Anstieg des Leckstroms auch nach dem Antreiben bzw. Betrieb bei hoher Temperatur und in einem hohen elektrischen Feld zu unterdrücken.
2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Herstellungsvorrichtung zur Herstellung des piezoelektrischen Films gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In einer in 2 dargestellten Filmbildungsvorrichtung (Hochfrequenz-Sputtervorrichtung) 200 kann ein Substrat B montiert werden. Die Filmbildungsvorrichtung ist schematisch eingerichtet, ein Vakuumgefäß bzw. einen Vakuumbehälter 210 zu haben, das einen Substrathalter 211, der in der Lage ist, das montierte Substrat B auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, und einen Zielhalter 212 umfasst, auf dem ein Ziel T montiert werden kann. In der in 2 dargestellten Vorrichtung fungiert der Vakuumbehälter 210 als Filmbildungskammer.
Im Vakuumbehälter 210 sind der Substrathalter 211 und der Zielhalter 212 getrennt voneinander gegenüberliegend angeordnet. Der Zielhalter 212 ist mit einer Radiofrequenz-Stromversorgung (RF-Stromversorgung) 213 verbunden, die an der Außenseite des Vakuumbehälters 210 angeordnet ist, und der Zielhalter 212 fungiert als Plasmastromversorgung (Kathodenelektrode) zur Erzeugung von Plasma. In 2 sind als Plasmaerzeugungsmittel 214 zum Erzeugen von Plasma in dem Vakuumgefäß 210 die Radiofrequenzstromversorgung 213 und der als Kathodenelektrode fungierende Zielhalter 212 enthalten.
Das Substrat B ist nicht besonders begrenzt und kann je nach Anwendung aus einem Si-Substrat, einem Oxidsubstrat, einem Glassubstrat, einem Quarzsubstrat und dergleichen ausgewählt werden. Die Zusammensetzung eines Ziels T wird entsprechend der Zusammensetzung eines zu bildenden Films ausgewählt.
Die Filmbildungsvorrichtung 200 umfasst Gaseinleitungsmittel 217 zum Einleiten eines Gases G, das in Plasma im Vakuumbehälter 210 umgewandelt wird, und ein Gasentladungsrohr bzw. Gasableitungsrohr 218, das die Belüftung V von Gas im Vakuumbehälter 210 durchführt. Als Gas G kann Ar, ein Ar/O₂-Mischgas oder dergleichen verwendet werden.
In 2 ist die Wandoberfläche des Vakuumbehälters 210 als schwimmende bzw. potentialfreie Wand 220 vorgesehen und das Potential der Wandoberfläche auf ein schwimmendes bzw. potentialfreies Potential eingestellt. Da die Wandoberfläche das gleiche Potenzial wie ein Plasmapotenzial hat, indem das Potenzial der Wandoberfläche auf ein potentialfreies Potential eingestellt wird, erreicht die Plasmakomponente nur schwer die Wandoberfläche des Vakuumbehälters 210 und somit kann die Ionenkollisionsenergie auf das Substrat B erhöht werden. Dementsprechend können Pb-Ionen an der A-Stelle der Perowskitstruktur (ABO₃) angeordnet und die Menge der instabilen Pb-Ionen im Kristall reduziert werden. Somit kann eine hohe piezoelektrische Leistung im gebildeten piezoelektrischen Film erreicht werden.
In 2 wird die Ionenkollisionsenergie auf das Substrat B erhöht, indem das Potential der Wandoberfläche des Vakuumbehälters 210 auf ein potentialfreies Potential eingestellt wird. Als weiteres Verfahren kann die Ionenkollisionsenergie jedoch durch Reduzieren einer Anodenfläche im Vakuumbehälter 210 oder durch Ändern der Impedanz des mit einem Isolator zu bedeckenden Substrats B gesteuert werden. Die Filmbildungsrate kann durch Einstellen der zum Zeitpunkt der Filmbildung angelegten Leistung verändert werden.
Beispiele
Als nächstes wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
[Beispiel 1]
Mit einer Sputtervorrichtung, auf der ein 300 mmφ Ziel montiert war, wie in 2 dargestellt, wurde das Potential einer Filmbildungskammerseitenwandoberfläche auf ein potentialfreies Potential eingestellt. Eine LCR (L (Induktivität), C (Kapazität), R (Widerstand)) Schaltung mit variabler Impedanz wurde mit einem Substrat verbunden und die Impedanz des Substrats wurde geändert. Somit konnte V_sub (das Potential des Substrats während der Filmbildung) während der Filmbildung verändert werden.
Als Ziel wurde Pb_1,3(Zr_0,47Ti_0,43Nb_0,10)O_x verwendet, um einen dünnen PZT-Film mit einer Dicke von 2,0 µm (piezoelektrischer Film) herzustellen. Das Filmbildungsgas war ein Mischgas bzw. Gasgemisch aus 99,5% Ar und 0,5% O₂. Unter den Filmbildungsbedingungen, bei denen das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,04 und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,43 eingestellt wurde, wurde ein piezoelektrischer Film des Beispiels 1 gebildet. Die Anfangsfilmbildungstemperatur T1 wurde auf 570°C und die Anfangsfilmbildungsrate R1 auf 2,0 mm/sec eingestellt. Die Einzelheiten der Filmbildungsbedingungen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
[Beispiel 2]
Ein piezoelektrischer Film des Beispiels 2 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gebildet, mit der Ausnahme, dass die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,06 eingestellt wurde, und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,33 eingestellt wurden.
[Beispiel 3]
Ein piezoelektrischer Film des Beispiels 3 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gebildet, mit der Ausnahme, dass die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,06 eingestellt wurde, und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,00 eingestellt wurden.
[Beispiel 4]
Ein piezoelektrischer Film des Beispiels 4 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gebildet, mit der Ausnahme, dass die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,02 eingestellt wurde, und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,43 eingestellt wurden.
[Beispiel 5]
Als Ziel wurde Pb_1,3(Zr_0,46Ti_0,42Nb_0,12)O_x verwendet, um einen piezoelektrischen Film des Beispiels 5 unter den Filmbildungsbedingungen zu bilden, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,06 und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,54 eingestellt wurde.
[Beispiel 6]
Ein piezoelektrischer Film des Beispiels 6 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 gebildet, mit der Ausnahme, dass die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,04 eingestellt wurde, und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,33 eingestellt wurden.
[Beispiel 7]
Ein piezoelektrischer Film des Beispiels 7 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 gebildet, mit der Ausnahme, dass die Filmbildungsbedingung, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,00 eingestellt wurde, eingestellt wurde.
[Beispiel 8]
Ein piezoelektrischer Film des Beispiels 8 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 gebildet, mit der Ausnahme, dass die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,02 und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,00 eingestellt wurden, und die Anfangsfilmbildungstemperatur auf 500°C eingestellt wurde.
[Beispiel 9]
Ein piezoelektrischer Film des Beispiels 9 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 gebildet, mit der Ausnahme, dass die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,02 und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,00 eingestellt wurde, und die Anfangsfilmbildungstemperatur auf 600°C eingestellt wurde.
[Beispiel 10]
Ein piezoelektrischer Film des Beispiel 10 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 gebildet, mit der Ausnahme, dass die Anfangsfilmbildungsrate auf 1,5 nm/sec eingestellt wurde, und die Filmbildungsbedingung, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,20 eingestellt wurde.
[Beispiel 11]
Ein piezoelektrischer Film des Beispiels 11 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 gebildet, mit der Ausnahme, dass die Anfangsfilmbildungsrate auf 3,0 nm/sec und die Filmbildungsbedingung, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,07 eingestellt wurde.
[Vergleichsbeispiel 1]
Ein piezoelektrischer Film des Vergleichsbeispiels 1 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gebildet, mit der Ausnahme, dass als Ziel Pb_1,3(Zr_0,47Ti_0,43Nb_0,10)O_x verwendet wurde, und die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,06 eingestellt wurde, und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 0,80 eingestellt wurde.
[Vergleichsbeispiel 2]
Ein piezoelektrischer Film des Vergleichsbeispiels 2 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 1 gebildet, mit der Ausnahme, dass die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,06 eingestellt wurde, und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 2,00 eingestellt wurde.
[Vergleichsbeispiel 3]
Ein piezoelektrischer Film des Vergleichsbeispiels 3 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 1 gebildet, mit der Ausnahme, dass als Ziel Pb_1,3(Zr_0,46Ti_0,42Nb_0,12)O_x verwendet wurde und die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,04 und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 0,80 eingestellt wurde.
[Vergleichsbeispiel 4]
Ein piezoelektrischer Film des Vergleichsbeispiels 4 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 3 gebildet, mit der Ausnahme, dass die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,06 eingestellt wurde, und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 2,00 eingestellt wurde.
[Vergleichsbeispiel 5]
Ein piezoelektrischer Film des Vergleichsbeispiels 5 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 1 gebildet, mit der Ausnahme, dass als Ziel Pb_1,3(Zr_0,47Ti_0,44Nb_0,09)O_x verwendet wurde und die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,04 eingestellt wurde, und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,00 eingestellt wurde.
[Vergleichsbeispiel 6]
Ein piezoelektrischer Film des Vergleichsbeispiels 6 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 1 gebildet, mit der Ausnahme, dass als Ziel Pb_1,3(Zr_0,45Ti_0,42Nb_0,13)O_x verwendet wurde und die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,06 eingestellt wurde, und das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,00 eingestellt wurde.
[Vergleichsbeispiel 7]
Ein piezoelektrischer Film des Vergleichsbeispiels 7 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 6 gebildet, mit der Ausnahme, dass die Filmbildungsbedingungen, dass das Verhältnis zwischen der Anfangsfilmbildungstemperatur und der anschließenden Filmbildungstemperatur auf 1,00 eingestellt wurde, und das Verhältnis zwischen der anfangsfilmbildungsrate und der anschließenden Filmbildungsrate auf 1,00 eingestellt wurden.
[Messverfahren]
< Intensitätsverhältnis I_(200)/I₍₁₀₀₎ >
In jedem der obigen Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde ein XRD-Beugungsmuster erhalten und ein Spitzenintensitätsverhältnis I(₂₀₀)/I(₁₀₀) (= q) zwischen der(100)-Ebene des Perowskits und der (200)-Ebene des Perowskits erhalten.
Alle Beispiele und Vergleichsbeispiele hatten eine (100)-Einzel-Ausrichtung. 3 zeigt als Beispiel ein XRD-Beugungsmuster des piezoelektrischen Films von Beispiel 2.
< Pb/(Zr + Ti + Nb)>
Unter Verwendung einer energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) mit einem Typ der Röntgenfluoreszenzvorrichtung (XRF) wurde die Zusammensetzungsanalyse durchgeführt und das Zusammensetzungsverhältnis von Pb, Zr, Ti und Nb zur Berechnung von Pb/(Zr + Ti + Nb) = a/b(= q) erhalten. Nb/(Zr + Ti + Nb) wurde durch die Zusammensetzungsanalyse erhalten, um den Gehalt an Nb zu berechnen.
[Leckstrommessverfahren]
Das Substrat, auf dem der piezoelektrische Film gebildet wurde, wurde auf eine Heizplatte gesetzt und ein Prober bzw. Untersucher auf die obere Elektrode und die untere Elektrode gesetzt. Die Heizplatte wurde auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt und der Leckstrom zum Zeitpunkt des Anlegens einer vorbestimmten Spannung gemessen.
Der Leckstrom vor dem Antreiben bei hoher Temperatur war die Menge des Leckstroms, der zum Zeitpunkt des Anlegens einer Spannung unter der folgenden Antreibebedingung bei Raumtemperatur gemessen wurde. Andererseits wurde der Leckstrom während des Antreibens bei hoher Temperatur durch Messen der Menge des Leckstroms zum Zeitpunkt des Anlegens einer Spannung bei 250°C unter der folgenden Antreibebedingung ermittelt.
Antreibebedingung: 1,0 × 10⁵ V/cm

Die Filmbildungsbedingungen und Messergebnisse der einzelnen Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in Tabelle 1 zusammengefasst. [Tabelle 1]

	Gehalt an Nb [%]	Anfangsfilmbildungstemperatur T1 [°C]	Anschließende Filmbildungstemperatur T2 [°C]	Temperatur Verhältnis T1/T2	Anfangsfilmbildungsrate Rl[nm/sec]	Anschließende Filmbildungsrate R2[nm/sec]	Ratenverhältnis R1/R2	Leckstrom vor dem Antreiben bei hohen Temperaturen [A/cm2].	Leckstrom zum Zeitpunkt des Antreibens bei hoher Temperatur [A/cm2].	I₍₂₀₀₎/I₍₁₀₀₎ (= r)	Pb/(Zr + Ti + Nb) (= q)
Beispiel 1	10	570	550	1,04	2,0	1,4	1,43	8,7 × 10^-8	8,7 × 10^-8	0,70	1,15
Beispiel 2	10	570	540	1,06	2,0	1,5	1,33	6,7 × 10^-8	7,7 × 10^-8	0,80	1,16
Beispiel 3	10	570	540	1,06	2,0	2,0	1,00	6,9 × 10^-8	7,2 × 10^-8	0,80	1,12
Beispiel 4	10	570	560	1,02	2,0	1,4	1,43	8,8 × 10^-8	9,0 × 10^-8	0,60	1,14
Beispiel 5	12	570	540	1,06	2,0	1,3	1,54	9,1 × 10^-8	9,4 × 10^-8	0,80	1,21
Beispiel 6	12	570	550	1,04	2,0	1,5	1,33	7,3 × 10^-8	7,6 × 10^-8	0,70	1,12
Beispiel 7	12	570	540	1,06	2,0	2,0	1,00	8,3 × 10^-8	8,6 × 10^-8	0,90	1,19
Beispiel 8	12	500	490	1,02	2,0	2,0	1,00	8,5 × 10^-8	8,6 × 10^-8	0,95	1,20
Beispiel 9	12	600	590	1,02	2,0	2,0	1,00	8,7 × 10^-8	8,8 × 10^-8	0,80	1,12
Beispiel 10	12	570	540	1,06	1,8	1,5	1,20	8,7 × 10^-8	8,8 × 10^-8	0,90	1,19
Beispiel 11	12	570	540	1,06	3,0	2,8	1,07	8,3 × 10^-8	8,5 × 10^-8	0,90	1,15
Vergleichsbeispiel 1	10	570	540	1,06	2,0	2,5	0,80	6,3 × 10^-8	6,3 × 10^-5	0,80	1,07
Vergleichsbeispiel 2	10	570	540	1,06	2,0	1,0	2,00	8,7 × 10^-8	3,6 × 10^-5	1,10	1,36
Vergleichsbeispiel 3	12	570	550	1,04	2,0	2,5	0,80	8,6 × 10^-8	4,7 × 10^-4	0,70	1,05
Vergleichsbeispiel 4	12	570	540	1,06	2,0	1,0	2,00	7,7 × 10^-8	6,3 × 10^-4	1,20	1,40
Vergleichsbeispiel 5	9	570	550	1,04	2,0	2,0	1,00	6,7 × 10^-8	6,2 × 10^-5	0,65	1,02
Vergleichsbeispiel 6	13	570	540	1,06	2,0	2,0	1,00	7,6 × 10^-8	5,4 × 10^-4	0,85	1,08
Vergleichsbeispiel 7	13	570	570	1,00	2,0	2,0	1,00	6,6 × 10^-8	4,4 × 10^-4	0,75	1,06

Wie in Tabelle 1 dargestellt, wurde in den Beispielen 1 bis 11 der Leckstrom nach dem Antreiben bei hoher Temperatur gegenüber dem Leckstrom vor dem Antreiben bei hoher Temperatur nicht wesentlich verändert. Das heißt, eine Änderung des Leckstroms vor und nach dem Antreiben bei hoher Temperatur betrug weniger als eine Ziffer. Andererseits wurde in den Vergleichsbeispielen 1 bis 7 der Leckstrom nach dem Antreiben bei hoher Temperatur um drei Ziffern oder mehr aus dem Leckstrom vor dem Antreiben bei hoher Temperatur erhöht.
In den Beispielen 1 bis 11, die die Bedingungen der vorliegenden Erfindung erfüllen, wurde bestätigt, dass eine Änderung des Leckstroms vor und nach dem Antreiben bei hohen Temperaturen gering und die Haltbarkeit sehr gut war.
4 ist ein Diagramm, in dem (r,q) Werte von jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele in einem Diagramm einer horizontalen Achse r und einer vertikalen Achse q dargestellt bzw. geplottet werden. Beispiele werden durch weiße Kreise (O) und Vergleichsbeispiele durch schwarze Dreiecke dargestellt (A). Die jeweils angegebene Zahl gibt die Anzahl der Beispiele und Vergleichsbeispiele an.
Wie in 4 dargestellt, wurde festgestellt, dass die Beispiele 1 bis 11 in den schrägen Bereich einbezogen wurden, der von q = 0,32r + 0,95, q = 0,28r + 0,9, q = 1,10 und r = 1 umgeben war.
Das heißt, es wurde festgestellt, dass in dem Verbundoxid, dargestellt durch die Zusammensetzungsformel Pb_a[(Zr_xTi_1-x)_1-yNb_y]_bO₃, mit 0 < x < 1 und 0,10 ≤ y < 0.13, in einem Fall, in dem das Verhältnis I(₂₀₀)/I(₁₀₀) einer Beugungsspitzenintensität I₍₂₀₀₎ von einer (200)-Ebene des Perowskits in Bezug auf eine Beugungsspitzenintensität I₍₁₀₀₎ von einer (100)-Ebenedes Perowskits, gemessen mit einem Röntgenbeugungsverfahren, r war, und a/b q war, solange r und q in einem Bereich lagen, der die Anforderungen erfüllt $0,28 r + 0,9 \leq q \leq 0,32 r + 0,95, 1,10 \leq q und r \leq 1,0,$
ein piezoelektrischer Film, der in der Lage ist, eine Erhöhung des Leckstrom vor und nach dem Antreiben bei hoher Temperatur zu unterdrücken, erhalten wurde.
Der piezoelektrische Film gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, einen magnetischen Aufzeichnungs-und Wiedergabekopf, eine MEMS-Vorrichtung, eine Mikropumpe, einen piezoelektrischen Aktuator, der in einem Ultraschallkopf oder dergleichen montiert ist, und ein ferroelektrisches Element, wie beispielsweise einen ferroelektrischen Speicher, verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: piezoelektrisches Element
11: Substrat
12: Haftschicht
13: untere Elektrodenschicht
14: piezoelektrischer Film
15: obere Elektrodenschicht
200: Filmbildungsvorrichtung (Hochfrequenz-Sputtervorrichtung)
210: Vakuumbehälter
211: Substrathalter
212: Zielhalter
213: Radiofrequenz-Stromversorgung (RF-Stromversorgung)
217: Gaseinleitungsmittel
218: Gasableitungsrohr
220: potentialfreie Wand
B: Substrat
G: Gas
T: Ziel
V: Belüftung

Claims

Piezoelektrischer Film (14), der ein Verbundoxid mit Perowskitstruktur aufweist, die vorzugsweise in einer (100)-Ebene orientiert ist und das durch die folgende Zusammensetzungsformel repräsentiert wird: Pb_a[ (Zr_xTi_1-x)_1-yNb_y ]_bO₃ wobei 0 < x < 1 und 0,10≤ y < 0,13 und wobei r = I(₂₀₀)/I(₁₀₀) das Verhältnis der mit einem Röntgenbeugungsverfahren gemessenen Beugungsspitzenintensität I₍₂₀₀₎ der (200)-Ebene des Perowskits in Bezug auf die Beugungsspitzenintensität I₍₁₀₀₎ der (100)-Ebene des Perowskits die folgenden Beziehungen erfüllt sind: $\begin{array}{l} 0,28 r + 0,9 \leq q \leq 0,32 r + 0,95, \\ 1,10 \leq q und \\ r \leq 1,00. \end{array}$
Piezoelektrischer Film (14) nach Anspruch 1, wobei r die folgende Beziehung erfüllt: $0,6 \leq r \leq 0,9.$
Piezoelektrischer Film (14) nach Anspruch 1 oder 2, wobei q die folgende Beziehung erfüllt: $1,12 \leq q \leq 1,21.$
Piezoelektrisches Element (10), umfassend: den piezoelektrischen Film (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3; und eine Elektrode (13, 15), die eingerichtet ist, ein elektrisches Feld an den piezoelektrischen Film (14) anzulegen.
Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Films nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend als Schritte zum Bilden eines piezoelektrischen Films (14) auf einem Substrat (11) unter Verwendung eines Sputterverfahrens: einen Initialschritt des Bildens eines Films auf eine Filmdicke von 5% oder weniger der gesamten Filmdicke; und einen anschließenden Schritt zum Bilden des gesamten piezoelektrischen Films, nach dem Initialschritt, wobei Beziehungen zwischen einer Filmbildungstemperatur T1 und einer Filmbildungsrate R1 im Initialschritt und einer Filmbildungstemperatur T2 und einer Filmbildungsrate R2 im anschließenden Schritt die folgenden Beziehungen erfüllen: 1,02 ≤ T1/T2 ≤ 1,06, 1,00 ≤ R1/R2 ≤ 1,54, 500°C ≤ T1 ≤ 600°C, und 1,8 nm/sec ≤ R1 ≤ 3,0 nm/sec.