JP2006190720A

JP2006190720A - 圧電素子

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Publication number: JP2006190720A
Application number: JP2004382102A
Authority: JP
Inventors: Morihito Akiyama; 守人秋山; Tatsuo Tawara; 竜夫田原; Hiroaki Noma; 弘昭野間; Kazuhisa Shobu; 一久菖蒲; Naohiro Ueno; 直広上野; Kazuji Kishi; 和司岸
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: JP4736021B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、高い信頼性を持った酸化絶縁膜を適用して圧電素子の短絡の防止性能を向上させ、５００℃以上の温度でも安心して使用することができる圧電素子を提供すること。
【解決手段】導電性基板１上に圧電体層３及び電極層４を形成する圧電素子において、導電性基板１の上面に基板材料を構成する少なくとも一つの成分元素と雰囲気ガスとの化学反応により、絶縁層２を形成し、導電性基板１との間に絶縁層２及び圧電体層３を挟み込むように電極層４を形成した。
また絶縁層２には、厚さ０．１μｍ〜１μｍの酸化膜を適用することができる他、窒化膜を用いることもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜状の圧電素子に関し、更に詳しくは、電極として用いられる導電性を有する基板上に、圧電体層と、電極基板と一対となって電圧を印加するための電極層とが形成された薄膜状の圧電素子に関する。

近年、電子機器の小型化に伴い、その電子機器部品として用いられるセンサやアクチュエータも小型化し、そこに用いられる圧電素子も小型化してきている。
これに応えるものとして、フィルム状の基板に薄膜化した圧電体層を形成した圧電素子の開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。
このような圧電素子は、現在、３００℃を超える高温で使用できる圧電素子が取引者から要望されてきており、特に工業用に安全に用いる場合は、５００℃以上での使用に耐え得る圧電素子が要求されている。

この要望に応えるものとして、高温でも圧電特性を維持することができる材料、すなわちＡｌＮ、ＧａＮ、ＺｎＯ及びＬｉＮｂＯ_３等の材料による薄膜圧電体層の形成技術が開発されていている。

ところで薄膜圧電素子には、圧電体層を挟み込むように２層の電極層が形成されているが、その絶縁性に問題点が生じている。
というのは、近年、電子機器が小型化するに伴い圧電体層も薄膜化が進んでいるが、両電極間の絶縁抵抗が低下し、短絡の可能性が増してきているからである。
短絡の原因は、ピンホール等の欠陥が発生しない均一な一定厚さの薄い圧電体層を形成することが困難なためである。
特に膜厚が１μｍ程度以下になると、電極間の短絡がない圧電素子を歩留まり良く製造することは、極めて困難である。

このような圧電素子の短絡の問題を解決する方法として、ピンホールを埋めて覆うようにポリイミド等の有機絶縁性フィルムを電極と圧電素子との間に導入する方法が挙げられる。
しかし、絶縁性は良いがフィルムが有機物であるので、３００℃程度までしか耐熱性がなく、それ以上、例えば、工業用に必要とされる例えば５００℃の雰囲気中での利用には、供し得ない。

もう一つの短絡の問題を解決する方法として、フィルムを使わないで絶縁層を形成する方法が開発されている。
ゾル−ゲル法や気相成長法等を用いて薄い酸化絶縁膜をコーティング層として電極と圧電素子との間に導入する方法（例えば特許文献２参照）が挙げられる。

この方法では、絶縁膜であるので耐熱性の点では、何ら問題がないが、絶縁膜自体がある程度の変形許容性を有する必要があることから、極力、薄い膜にすることとなる。

特公昭５４−７９６０号公報特開平１１−３３４０６２号公報（段落００５１〜００５９）

そのために、特に高温を含む幅広い温度領域（例えば、常温乃至５００℃程度）に使用される圧電素子を提供する場合に問題が生じる。
すなわち、絶縁膜がコーティングによる薄い膜なので、圧電素子の微細な凹凸を覆うことはできても、絶縁膜の表面には微細な凹凸が残ることとなり、必ずしも均一な膜厚の絶縁性のある酸化絶縁膜とはならない。
そのため高温度での使用は、熱膨張率による界面応力の発生が歪を生み熱疲労を起こすことから、絶縁層にクラックが発生したり、破断したり、或いは基板から剥離したりするのである。
そのため絶縁性の低下が起こって、十分な信頼性が得られなかった。

このようなことから、高温を含む幅広い温度領域でも問題なく使用できる絶縁膜を有する圧電素子が求められている。

本発明は、かかる背景技術をもとになされたもので、上記の背景技術の問題点を克服するためになされたものである。
すなわち、本発明は、高い信頼性を持った酸化絶縁膜を適用して圧電素子の短絡の防止性能を向上させ、従来に比べて、より高温を含む幅広い温度領域でも問題なく使用できる圧電素子を提供することを目的とする。

かくして、本発明者は、このような課題背景に対して鋭意研究を重ねた結果、導電性基板の酸化により導入された酸化被膜が、熱応力による熱疲労に強く、且つ十分な絶縁性を有することを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。

すなわち、本発明は、（１）、導電性基板上に圧電体層及び電極層を形成する圧電素子において、導電性基板の少なくとも一方の面に該導電性基板の基板材料を構成する少なくとも一つの成分元素と雰囲気ガスとの化学反応により、絶縁層を形成し、該絶縁層の上に圧電体層を形成した圧電素子に存する。

そして、本発明は、（２）、導電性基板上に圧電体層及び電極層を形成する圧電素子において、導電性基板の一方の面に該導電性基板の基板材料を構成する少なくとも一つの成分元素と雰囲気ガスとの化学反応により、絶縁層を形成し、導電性基板の一方の面に形成された絶縁層の上に圧電体層を形成した圧電素子に存する。

そして、本発明は、（３）、導電性基板上に圧電体層及び電極層を形成する圧電素子において、導電性基板の両方の面に該導電性基板の基板材料を構成する少なくとも一つの成分元素と雰囲気ガスとの化学反応により、絶縁層を形成し、電性基板の両方の面に形成された絶縁層の上に圧電体層を形成した圧電素子に存する。

そして、本発明は、（４）、前記導電性基板が可撓性を有する材料からなり、導電性基板の幅方向に沿って１回以上折り返して重ね、導電性基板又は電極層を外周面とした上記（１）ない（３）のいずれか１項に記載の圧電素子に存する。

そして、本発明は、（５）、前記導電性基板は、導電性金属、導電性高分子又は導電性セラミックスである上記（１）ない（３）のいずれか１項に記載の圧電素子に存する。

そして、本発明は、（６）、前記金属は、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｒを主成分とする合金である上記（５）に記載の圧電素子存する。

そして、本発明は、（７）、前金属は、１２％以上のアルミニウム、１０％以上のクロム、１％以上のシリコンのうち少なくとも１種を含む合金層である上記（５）に記載の圧電素子に存する。

そして、本発明は、（８）、前記導電性基板上に形成された絶縁層は、導電性基板の酸化によって形成された酸化膜である上記（１）ない（３）のいずれか１項に記載の圧電素子に存する。

そして、本発明は、（９）、前記酸化膜は、酸化アルミニウム、酸化クロム及び酸化シリコンのうちのいずれかの１種を主成分に含む上記（８）に記載の圧電素子に存する。

そして、本発明は、（１０）、前記導電性基板上に形成された絶縁層は、窒化によって形成された窒化膜である上記（１）ない（３）のいずれか１項に記載の圧電素子に存する。

そして、本発明は、（１１）、前記絶縁層は、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化タンタル、窒化バナジウム、窒化硼素、窒化炭素、窒化ガリウム及び窒化インジウムのいずれか１種を主成分に含む上記（１０）に記載の圧電素子に存する。

そして、本発明は、（１２）、前記圧電体層が、複合酸化物を主成分とする上記（１）ない（３）のいずれか１項に記載の圧電素子に存する。

そして、本発明は、（１３）、前記複合酸化物は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸タンタル酸カリウム、チタン酸バリウム、鉄酸ビスマス、鉄酸バリウム、タンタル酸リチウム、ニッケル酸ランタン、チタン酸鉛又はチタン酸ストロンチウムのいずれか１種である上記（１２）に記載の圧電素子に存する。

そして、本発明は、（１４）、前記圧電体層が、ウルツ鉱型構造の化合物を主成分とする上記（１）ない（３）のいずれか１項に記載の圧電素子に存する。

そして、本発明は、（１５）、前記ウルツ鉱型構造の化合物は、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛及びヨウ化銀のいずれか１種である上記（１４）に記載の圧電素子に存する。

そして、本発明は、（１６）、前記絶縁層の厚さは、０．０１μｍ〜１００μｍである上記（１）ない（３）のいずれか１項に記載の圧電素子に存する。

本発明はこの目的に沿ったものであれば、上記（１）から（１６）の中から選ばれた２つ以上を組み合わせた構成も当然採用可能である。

本発明によれば、導電性基板の少なくとも一方の面に該導電性基板の基板材料を構成する少なくとも一つの成分元素と雰囲気ガスとの化学反応により、絶縁層を形成し、該絶縁層を導電性基板との間に挟み込むように電極層を形成したので、圧電素子の短絡の防止性能が向上し、従来より高温を含む幅広い温度領域でも問題なく使用することができる。

また、本発明によれば、金属性基板が可撓性を有する材料からなり、金属性基板の幅方向に沿って１回以上折り返して重ね、グランドに設置された金属性基板又は電極層を外周面としたるようにしたので、圧電素子へのノイズの影響を減らし、圧電素子の感度を増加させることができる。
また、導電性基板が半導体素子の外周面側にくるように折り返せば、導電性基板は絶縁層で覆われているので、電極材料の酸化の問題と、圧電材料に非酸化物を適用した場合の酸化の問題とを解消することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電素子を示している。
この実施形態の圧電素子は、薄膜状の屈曲性があるもので、導電性基板１上に各種の層が形成されたものである。
このような構成にする場合には、導電性基板１の材料や厚さを適宜選択して可撓性を有する材料とすることが必要である。
当然、導電性基板１だけでなく、後述する絶縁層２、圧電体層３及び電極層４にも可撓性を持たせなければならない。

導電性基板１は薄膜状であって、該導電性基板１の基板材料を構成する少なくとも一つの成分元素と雰囲気ガスとの化学反応により、緻密な酸化膜からなる絶縁層２が形成されている。
雰囲気ガスとしては、酸素を含むガス、例えば空気が採用されるが、この点については後述する。
この導電性基板１の材質としては、導電性金属が用いられている。
導電性金属を用いる場合は、軽量化、小型化、可撓性の観点から金属箔とすることが好ましい。

ところで導電性金属の材質としては、酸化により緻密な酸化膜を形成することができる材質であれば良い。
例えば、ＣｒやＮｉを適量含有したＦｅ系合金、具体的には、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｒを主成分とする合金を用いることができる。

この合金と一部重複するが１２％以上のアルミニウム（Ａｌ）、１０％以上のクロム（Ｃｒ）、１％以上のシリコン（Ｓｉ）のうちの少なくとも１種を含むＦｅ、Ｎｉ又はＣｏ系合金であっても良い。
このような金属を用いると、酸化により導電性基板１の表層部に耐酸化性を有する酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ_３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ_３）又は酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を主成分とする酸化膜が形成される。
酸化膜は、導電性基板１との界面応力の発生を防ぐために熱膨張係数が導電性基板１と近いものとなることが好ましい。
また酸化膜は、その上に形成される圧電体層とのより近い熱膨張係数を有するものが好ましい。

酸化膜は、高温の大気雰囲気又は酸素雰囲気下で熱酸化させて形成されるもので、本発明の大きな特徴でもある。
これらの雰囲気の環境条件を考慮して適宜、酸化膜の膜厚を決定することとなる。
なお、酸化膜の膜厚は、容器内の雰囲気中の酸化条件、すなわち温度や酸素分圧の調整で容易に制御できる。

また、酸化膜の厚みは、圧電素子の短絡を防止することができれば特に限定されないが、圧電体層３の駆動による変形に支障のない程度の厚さ、例えば０．０１μｍ〜１００μｍの厚さであることが好ましい。
このように酸化膜の厚みは非常に薄いので、外部から電気的に導通する場合は機械的な研磨等により除去でき、具体的に圧力センサー等の導通に適用できる。

以上のような酸化膜である絶縁層２の上には圧電体層３が形成される。
圧電体層３の材質は、圧電性を有する物質であれば特に限定されるものではないが、例えばペロブスカイト構造（ＡＢＯ_３）の複合酸化物を主成分とする材料が挙げられる。
ここでペロブスカイト系複合酸化物の上記Ａサイトとしては、通常、Ｐｂ，Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｂｉの中から選択される少なくとも１種の元素が採用される。

また、上記Ｂサイトとしては、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｔａ，Ｆｅの中から選択される少なくとも１種の元素が採用される。
また、このような複合酸化物の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛［Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３］（ＰＺＴともいう）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム［Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ_３］、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、鉄酸ビスマス（ＢｉＦｅＯ_３）、鉄酸バリウム（ＢａＦｅＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）等が挙げられ、これらの中から選択すれば良い。

また、圧電体層３は上述した材料とは異なり、ウルツ鉱型構造の化合物を主成分とする材料としても良い。
ウルツ鉱型構造としては、具体的には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化カドミウム（ＺｎＣｄ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）及びヨウ化銀（ＡｇＩ）等があり、これらの中から選択すれば良い。

圧電体層３の形成方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、及びＭＯＣＶＤ法等があり、その中から好ましいものを適宜選択する。
圧電体層３の膜厚は、通常、０．１μｍ〜１００μｍが好ましく、特に０．５μｍ〜３０μｍが好ましい。
すなわち、厚みが０．１μｍ未満では、例えばセンサーやアクチュエータ等に用いた場合に十分な出力が得られにくく、逆に１００μｍを超えると可撓性が乏しくなりクラックや剥離を引き起こす恐れがあるからである。

圧電体層３上には、導電性基板１と対になる電極として電極層４が形成されている。
電極層４の材質としては、Ａｌ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｍｏ，Ｗ等の金属やこれらの合金を用いることができる他、金属酸化物や金属窒化物を用いることもできる。
電極層４の形成方法は特に限定されるものではなく、例えば塗布処理、メッキ法、スパッタリング法、又は真空蒸着法等の物理蒸着法、等があり、この中から選択することができる。

本発明の圧電素子は、導電性基板１と電極層４との間に電圧計Ｖにより電圧を加えることで、電圧に応じて圧電体層３が変形する。
一方、導電性基板１と電極層４とを相互に近接される方向に荷重を加えると、導電性基板１と電極層４との間で荷重に応じた電圧が生じる。

上述した実施形態の圧電素子では、導電性基板材料を構成する少なくとも一つの成分元素と雰囲気ガスとの化学反応により絶縁層が形成されるので、絶縁性の低下や短絡の可能性を極めて小さくすることができる。

更に、絶縁層２は、雰囲気ガス中に導電性基板１を晒すことにより形成されるが、酸化膜に膜厚の不均一な部分があったら、その部分で優先的に酸化が進行する特徴があるため、酸化膜は膜厚が均一で欠陥のない信頼性の高いものとなる。
以上は、酸化膜による絶縁層２について述べたが、窒化膜による絶縁層２を形成することも可能である。
窒化膜は、高温の大気雰囲気又は窒素雰囲気下で熱酸化させて形成され、窒化膜の膜厚は、容器内の雰囲気中の窒化条件、すなわち温度や窒素分圧の調整で容易に制御できる。窒化膜の厚みは、圧電素子の短絡を防止することができれば特に限定されないが、酸化膜と同じように、圧電体層３の駆動による変形に支障のない程度の厚さ、例えば０．０１μｍ〜１００μｍの厚さであることが好ましい。

窒化膜を形成する場合には、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化バナジウム（ＶＮ）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化炭素（Ｃ_３Ｎ_４）、窒化ガリウム（ＧａＮ）及び窒化インジウム（ＩｎＮ）のいずれか１種を主成分に含むものを適用することができる。

以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形が可能であることはいうまでもない。
上述した実施形態では、導電性基板１の片面に圧電体層３を形成した例について説明したが、図２に示すように両面に形成しても良い。

このような構成にすれば、圧力センサとして使用した場合、容量が大きくなる上、感度も向上する。
また、絶縁層２は雰囲気ガスとの反応により導電性基板全面に形成されるので、１回の絶縁層の形成で両面に圧電素子を形成することができ、絶縁性のある圧電素子の製造を効率的に行うことができる。

また、上述した実施形態では、導電性基板１の片面に圧電体層３を形成した例について説明したが、これを更に応用して図３に示すように、導電性基板１の幅方向に沿って一回以上折り返して重ね導電性基板又は電極層を外周面とすることも良い。
この場合は導電性基板１の材料として積極的に屈曲性のある材料を用いることが好ましい。
もっとも１回だけ折り返すのではなく、多数回折り返すことも可能である。
このような構成にすれば、圧力センサとしての容量が更に大きくなる上、感度も更に向上する。

例えば、酸化によりＣｒ_２Ｏ_３膜が生成するＦｅ−Ｃｒ系合金（ステンレスなど）では、４００℃程度以下の大気中で形成する酸化膜は０．１μｍ以下でアモルファスであり、非常に強固に導電性基板１に結合している。
通常、導電性基板１を変形させても圧電素子に影響を与えない。

絶縁層２については、そもそも、その上に製造する圧電体層３の絶縁性を保証するためのものであるので、０．０１μｍ以上であることが好ましい。
しかし屈曲性の点を考慮すると０．０１μｍ〜１００μｍが好ましく、更に好ましくは０．０１μｍ〜１μｍである。
圧電体層３や電極層４も、その厚さを調節することで可撓性を確保することができる。

ところで、本発明では導電性基板１の少なくとも一方の面に該導電性基板の基板材料を構成する少なくとも一つの成分元素と雰囲気ガスとの化学反応により、絶縁層である酸化膜又は窒化膜を形成するのであるが、この原理を踏まえる限り、導電性高分子や導電性セラミックスにも適用可能である。
すなわち、導電性基板１の基板材料として導電性高分子や導電性セラミックスを使って、その導電性高分子に含まれる成分元素、或いは導電性セラミックスに含まれる少なくとも一つの成分元素と雰囲気ガスとの化学反応により絶縁層を形成するのである。

次に実施例を挙げて短絡防止効果が得られたことを説明するが、本発明は、当然、これらの実施例に限定されるものではない。

本願の出願人は、本発明の圧電素子が作動することを確認するために、次の実験を行った。
実験装置の作成は、以下のように行った。

〔実施例１〕
先ず、導電性基板１として厚さ１００μｍの１８−８ステンレス箔を準備した。
次いで、この導電性基板１を５００℃の大気中に１時間保持し、表面にクロム酸化膜（ＣｒＯ_３）からなる緻密な絶縁層２を形成した。
この絶縁層２の膜厚は０．２μｍであった。

次いで、その上面に圧電体層３として、スパッタリング法によって１μｍの窒化アルミニウムを形成し、更に電極層４として、１２００ｎｍの白金を順次ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて形成した。
そして、導電性基板１の一部をサンドペーパーで軽く擦ることにより酸化膜を剥がして外部から導通可能な状態にした（図４参照）。

このようにして作製した２０個の圧電素子（試料）の電極間の導電性を確認したところ、２０個全てが非常に高い電気抵抗値を示し、十分に絶縁されていることを確認した。

〔比較例１〕
比較例として、酸化処理を行っていない導電性基板１（厚さ１００μｍの１８−８ステンレス箔導電性基板）を用いた他は、上記実施例と同じ窒化アルミニウムの圧電層３及び白金の電極層４を形成して圧電素子を作成し、同様な実験を行った。
その結果、２０個中、１３個において短絡が見られ、歩留まりが非常に低かった。

〔比較例２〕
比較例として、厚さ１００μｍの１８−８ステンレス箔の上にゾルーゲル法によって酸化膜（クロム酸化膜）を形成した以外は同様な実験を行った。
その結果、２０個中、１０個において短絡が見られ、歩留まりが低かった。

〔実施例２〕
実施例１の２０個の圧電素子（試料）を用いて温度サイクルによる特性劣化を調べた。実験は、５００℃に保持した電気炉へ各圧電素子を出し入れし、温度サイクルによる特性劣化を調べた。
実験では、各圧電素子を５００℃まで３分で昇温し、１０分間保持後に、その後３分の周期で炉外（室温）と炉内（５００℃）とに交互に出し入れし、熱サイクルを負荷した。その結果、１００サイクルの後も短絡は発生しなかった。

〔比較例３〕
比較例１の２０個の圧電素子（試料）において短絡が生じなかった７個の圧電素子を使って温度サイクルによる特性劣化を調べた。
実験は、上記実施例２と同じようにして温度サイクルによる特性劣化を調べた。
その結果、平均して２０サイクル程度で短絡した。

〔比較例４〕
比較例２の２０個の圧電素子（試料）において短絡が生じなかった１０個の圧電素子を使って温度サイクルによる特性劣化を調べた。
実験は、上記実施例２と同じようにして温度サイクルによる特性劣化を調べた。
その結果、平均して１０サイクル程度で短絡した。

図１は、本発明の一実施形態に係る圧電素子を示す説明図である。図２は、図１の圧電素子の変形例を示す説明図である。図３は、図１の圧電素子の変形例を示す説明図である。図４は、短絡実験に用いた圧電素子を示す説明図である。

符号の説明

１導電性基板
２絶縁層
３圧電体層
４電極層

Claims

導電性基板上に圧電体層及び電極層を形成する圧電素子において、
導電性基板の少なくとも一方の面に該導電性基板の基板材料を構成する少なくとも一つの成分元素と雰囲気ガスとの化学反応により、絶縁層を形成し、
該絶縁層の上に圧電体層を形成したことを特徴とする圧電素子。
導電性基板上に圧電体層及び電極層を形成する圧電素子において、
導電性基板の一方の面に該導電性基板の基板材料を構成する少なくとも一つの成分元素と雰囲気ガスとの化学反応により、絶縁層を形成し、
導電性基板の一方の面に形成された絶縁層の上に圧電体層を形成したことを特徴とする圧電素子。
導電性基板上に圧電体層及び電極層を形成する圧電素子において、
導電性基板の両方の面に該導電性基板の基板材料を構成する少なくとも一つの成分元素と雰囲気ガスとの化学反応により、絶縁層を形成し、
電性基板の両方の面に形成された絶縁層の上に圧電体層を形成したことを特徴とする圧電素子。
前記導電性基板が可撓性を有する材料からなり、導電性基板の幅方向に沿って１回以上折り返して重ね、導電性基板又は電極層を外周面としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子。
前記導電性基板は、導電性金属、導電性高分子又は導電性セラミックスであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子。
前記金属は、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｒを主成分とする合金であることを特徴とする請求項５に記載の圧電素子。
前金属は、１２％以上のアルミニウム、１０％以上のクロム、１％以上のシリコンのうち少なくとも１種を含む合金層であることを特徴とする請求項５に記載の圧電素子。
前記導電性基板上に形成された絶縁層は、導電性基板の酸化によって形成された酸化膜であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子。
前記酸化膜は、酸化アルミニウム、酸化クロム及び酸化シリコンのうちのいずれかの１種を主成分に含むことを特徴とする請求項８に記載の圧電素子。
前記導電性基板上に形成された絶縁層は、窒化によって形成された窒化膜であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子。
前記絶縁層は、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化タンタル、窒化バナジウム、窒化硼素、窒化炭素、窒化ガリウム及び窒化インジウムのいずれか１種を主成分に含むことを特徴とする請求項１０に記載の圧電素子。
前記圧電体層が、複合酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子。
前記複合酸化物は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸タンタル酸カリウム、チタン酸バリウム、鉄酸ビスマス、鉄酸バリウム、タンタル酸リチウム、ニッケル酸ランタン、チタン酸鉛又はチタン酸ストロンチウムのいずれか１種であることを特徴とする請求項１２に記載の圧電素子。
前記圧電体層が、ウルツ鉱型構造の化合物を主成分とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子。
前記ウルツ鉱型構造の化合物は、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛及びヨウ化銀のいずれか１種であることを特徴とする請求項１４に記載の圧電素子。
前記絶縁層の厚さは、０．０１μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子。