JP2015204414A - 圧電素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電素子における圧電膜の耐電圧を向上させることを目的とする。
【解決手段】圧電薄膜４９は、基板４９ｆ上に形成されたＴｉ／ＳｉＯ2層４９ｅの上に形成された膜状の下部電極４９ｄと、下部電極４９ｄの上に配されたＰＺＴ膜４９ｃと、ＰＺＴ膜４９ｃの上面の一部を覆う膜状の上部電極４９ｂと、を有する。また、圧電薄膜４９は、上部電極４９ｂの外縁の少なくとも一部を跨いで、上部電極４９ｂとＰＺＴ膜４９ｃの上面とを覆った状態で配された絶縁膜４９ａと、を有する。
【選択図】図３
【解決手段】圧電薄膜４９は、基板４９ｆ上に形成されたＴｉ／ＳｉＯ2層４９ｅの上に形成された膜状の下部電極４９ｄと、下部電極４９ｄの上に配されたＰＺＴ膜４９ｃと、ＰＺＴ膜４９ｃの上面の一部を覆う膜状の上部電極４９ｂと、を有する。また、圧電薄膜４９は、上部電極４９ｂの外縁の少なくとも一部を跨いで、上部電極４９ｂとＰＺＴ膜４９ｃの上面とを覆った状態で配された絶縁膜４９ａと、を有する。
【選択図】図３
Description
本発明は、圧電素子に関する。
圧電アクチュエータ等に用いられる圧電膜の材料としてＰＺＴが知られているが、ＰＺＴは、圧電定数（印可電圧あたりの変位量）は大きいが、耐電圧が１０〜２０Ｖ／μｍ程度と低く、絶縁破壊が生じ易いという問題があった。
これに対し、特許文献１には、絶縁体層に配された下電極及び上電極と、これらの間に配された圧電体層とを有する圧電素子において、下電極の側面を覆った状態で圧電体層を配することで、圧電体層の絶縁耐圧を向上させることが記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載の圧電素子でも、圧電体層に電圧の印可により変位が生じる箇所と生じない箇所が生じる。そして、これらの箇所の境界では応力が大きくなるため、亀裂が生じる恐れがあり、その結果、リーク電流が増大し、絶縁破壊に至る可能性がある。
本願発明は、圧電素子における圧電膜の耐電圧を向上させることを目的とする。
上記課題に鑑みてなされた請求項１に係る圧電素子（４９）は、支持部（４９ｅ，４９ｆ）の上部に形成された膜状の下部電極（４９ｄ）と、下部電極の上に配された圧電膜（４９ｃ）と、圧電膜の上面の一部を覆う膜状の上部電極（４９ｂ）と、上部電極の外縁の少なくとも一部を跨いで、上部電極と圧電膜の上面とを覆った状態で配された絶縁膜（４９ａ）と、を有する。
このような構成によれば、上部電極の外縁付近における圧電膜の変位が抑制され、圧電膜が変位する際に内部に生じる応力を全体に分散させることができる。このため、圧電膜に高い電圧を印可して大きな変位を生じさせても、圧電膜に亀裂等が生じ難くなり、圧電素子における圧電膜の耐電圧が向上する。
また、請求項２に記載されているように、絶縁膜は、上部電極の外縁を全て覆った状態で配されていると共に、上部電極には、絶縁膜に覆われていない開口領域が形成されていても良い。
このような構成によれば、上部電極における開口領域の下方では圧電膜の変位が妨げられないため、圧電素子全体を適度に変位させることができる。
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものでは無い。
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものでは無い。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
［構成の説明］
１．光走査装置の構成について
本実施形態の光走査装置１は、反射部３と、支持部５と、一対の梁部材７と、一対の第１の駆動部９とを備えている（図１参照）。
１．光走査装置の構成について
本実施形態の光走査装置１は、反射部３と、支持部５と、一対の梁部材７と、一対の第１の駆動部９とを備えている（図１参照）。
反射部３は、さらに、外周部１１と、内周部１３と、一対の反射部内梁部材１５と、第２の駆動部１７とを備えている。
外周部１１は矩形の枠であり、その枠内に、円板状の内周部１３が配置されている。また、外周部１１の上側と下側に、第２の駆動部１７が配置されている。
外周部１１は矩形の枠であり、その枠内に、円板状の内周部１３が配置されている。また、外周部１１の上側と下側に、第２の駆動部１７が配置されている。
なお、本説明における上下左右は、図１における上下左右を意味し、光走査装置１を使用する状態での上下左右とは必ずしも一致しない。
外周部１１は、その外側の両端において、一対の梁部材７に接続している。梁部材７は棒状の部材である。一対の梁部材７は、内周部１３の中心を通る一直線（以下、第１の軸１８とする）上に配置されている。
外周部１１は、その外側の両端において、一対の梁部材７に接続している。梁部材７は棒状の部材である。一対の梁部材７は、内周部１３の中心を通る一直線（以下、第１の軸１８とする）上に配置されている。
内周部１３は、その一方の面全体にわたって、光ビームを反射させる反射面１９を有している。反射面１９は、厚さ１．０μｍのアルミニウム薄膜である。内周部１３は、縁に沿ってリブが設けられており、リブの内側は外周部１１と比べて板厚が小さい。
一対の反射部内梁部材１５は、内周部１３の両端において、内周部１３と外周部１１とを捩れ振動可能に接続する。反射部内梁部材１５は棒状の部材である。反射部内梁部材１５は、内周部１３の中心を通り、上述した第１の軸１８と直交する直線（以下、第２の軸２１とする）上に配置されている。
第２の駆動部１７は、屈曲変形が可能な４つの駆動部材２３，２５，２７，２９から構成される。駆動部材２３，２５，２７，２９は同様の構造を有する。駆動部材２３は、外周部１１における左上部分と、上側の反射部内梁部材１５における左側とを接続する。駆動部材２５は、外周部１１における右上部分と、上側の反射部内梁部材１５における右側とを接続する。駆動部材２７は、外周部１１における右下部分と、下側の反射部内梁部材１５における右側とを接続する。駆動部材２９は、外周部１１における左下部分と、下側の反射部内梁部材１５における左側とを接続する。
駆動部材２３，２５，２７，２９は、それぞれ、板状の基板上に形成された圧電薄膜から構成される。圧電薄膜は、絶縁膜、上部電極、ＰＺＴ膜、及び下部電極を積層した構造を有する（詳細は後述する）。なお、ＰＺＴとは、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒXＴｉ1-X）Ｏ3であり、一例としてＸ＝０．５２とすることが考えられる。
駆動部材２３，２５，２７，２９は、配線４１により端子４３に電気的に接続されている。端子４３は支持部５上に形成されており、配線４１は、後述する接続部９Ａ、及び、後述する第１の駆動部９の内側の縁部を通り、端子４３に至る。
支持部５は、矩形の枠であり、その枠内に、反射部３、及び一対の第１の駆動部９が配置されている。支持部５は、その内側において、一対の突出部５Ａ，５Ｂを有している。突出部５Ａ，５Ｂは、反射部３を両側から挟むように配置されている。一対の梁部材７は、それぞれ、上述したとおり、一端において外周部１１に接続しているが、その反対側の端部において、突出部５Ａ，５Ｂに接続している。よって、突出部５Ａ，５Ｂは、一対の梁部材７を介して反射部３を支持する。
一対の第１の駆動部９は、反射部３の左右にそれぞれ１つずつ設けられている。２つの第１の駆動部９は同様の構造を有する。第１の駆動部９は、その下端９Ｃにおいて支持部５に接続するとともに、その上端９Ｄの側において、反射部３に接続している。さらに詳しくは、第１の駆動部９は、その上端９Ｄの側において、反射部３の方向に張り出す接続部９Ａを備えており、その接続部９Ａの先端を、反射部３における上端３Ａに接続させている。
第１の駆動部９は、板状の基板上に形成された２枚の圧電薄膜４７，４９から構成される。圧電薄膜４７，４９は、それぞれ、第１の駆動部９の下端９Ｃ側から上端９Ｄ側まで達している。圧電薄膜４７，４９の構造は、駆動部材２３，２５，２７，２９を構成する圧電薄膜と同様である。圧電薄膜４７，４９の間には、それらの長手方向に沿ったスリット（基板が切り欠かれた部分）５１が形成されている。
第１の駆動部９は、圧電薄膜４７，４９の屈曲動作により、屈曲変形可能である。その屈曲の方向は、第１の駆動部９における上端９Ｄ側の部分が、図１の紙面の正面に向かって移動する方向である。
また、圧電薄膜４７，４９は、それぞれ、配線５３により端子５５に電気的に接続されている。配線５３、及び端子５５はともに支持部５上に形成されている。
２．圧電薄膜の構成について
第１の駆動部９の外側に位置する圧電薄膜４９は、基板４９ｆと、Ｔｉ／ＳｉＯ2層４９ｅと、下部電極４９ｄと、ＰＺＴ膜４９ｃと、上部電極４９ｂと、絶縁膜４９ａとが積層された構造を有している（図２，３参照）。
２．圧電薄膜の構成について
第１の駆動部９の外側に位置する圧電薄膜４９は、基板４９ｆと、Ｔｉ／ＳｉＯ2層４９ｅと、下部電極４９ｄと、ＰＺＴ膜４９ｃと、上部電極４９ｂと、絶縁膜４９ａとが積層された構造を有している（図２，３参照）。
基板４９ｆは、厚さ５００μｍのＳｉ支持層４９ｆ−３と、厚さ１．５μｍの埋め込みＳｉＯ2４９ｆ−２と、厚さ１００μｍのＳｉ活性層４９ｆ−１とを有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板として構成されている。
そして、基板４９ｆにおけるＳｉ活性層４９ｆ−１の上には、Ｔｉ／ＳｉＯ2層４９ｅが形成されていると共に、Ｔｉ／ＳｉＯ2層４９ｅの上には、厚さ０．１μｍのＰｔ層として構成された下部電極４９ｄが積層されている。
また、ＰＺＴ膜４９ｃは、下部電極４９ｄ上に積層されており、厚さ１．０μｍとなっている。ＰＺＴ膜４９ｃは、平面視すると略長方形となっており、長手方向が圧電薄膜４９の長手方向に沿うように配されている。より詳しくは、ＰＺＴ膜４９ｃは、下部電極４９ｄにおける長手方向の縁部、及び、上端９Ｄ側の短手方向の縁部から所定の距離を隔てた状態で、下部電極４９ｄ上に配されている。このため、下部電極４９ｄの上面とＰＺＴ膜４９ｃの上面には、段差が形成された状態となっている。
また、ＰＺＴ膜４９ｃの上には、Ａｕ／Ｔｉ（厚さ０．１μｍ／０．０３μｍ）の積層膜として構成された上部電極４９ｂが配されている。上部電極４９ｂもまた、平面視すると略長方形となっており、ＰＺＴ膜４９ｃの長手方向の縁部、及び、上端９Ｄ側の短手方向の縁部から所定の距離を隔てた状態で、ＰＺＴ膜４９ｃ上に配されている。このため、上部電極４９ｂの上面とＰＺＴ膜４９ｃの上面には、段差が形成された状態となっている。
また、下部電極４９ｄ、ＰＺＴ膜４９ｃ、及び、上部電極４９ｂは、下端９Ｃ側で配線５３に接続されている。配線５３もまた、圧電薄膜４９と同様の構造を有している。すなわち、配線５３は、基板上にＴｉ／ＳｉＯ2層、下部電極、ＰＺＴ膜、上部電極が積層された構造を有しており、配線５３の下部電極は圧電薄膜４９の下部電極４９ｄに、上部電極は圧電薄膜４９の上部電極４９ｂに繋がっている。
そして、絶縁膜４９ａは、ＳｉＯ2により構成されており、上部電極４９ｂと、ＰＺＴ膜４９ｃと、下部電極４９ｄとを覆った状態で配されている。
より詳しくは、絶縁膜４９ａは、上部電極４９ｂの外縁（換言すれば、上部電極４９ｂとＰＺＴ膜４９ｃとの境界）、及び、上部電極４９ｂの上面における外縁に沿った領域を覆った状態で配されている。また、上部電極４９ｂの上面の中央部分（外縁から所定距離を隔てた領域）は、絶縁膜４９ａに覆われていない開口領域として構成されている。
より詳しくは、絶縁膜４９ａは、上部電極４９ｂの外縁（換言すれば、上部電極４９ｂとＰＺＴ膜４９ｃとの境界）、及び、上部電極４９ｂの上面における外縁に沿った領域を覆った状態で配されている。また、上部電極４９ｂの上面の中央部分（外縁から所定距離を隔てた領域）は、絶縁膜４９ａに覆われていない開口領域として構成されている。
また、絶縁膜４９ａは、ＰＺＴ膜４９ｃの上面における上部電極４９ｂに覆われていない部分と、ＰＺＴ膜４９ｃの側面と、ＰＺＴ膜４９ｃの外縁（換言すれば、下部電極４９ｄとＰＺＴ膜４９ｃとの境界）とを覆った状態となっている。
また、絶縁膜４９ａは、配線５３における圧電薄膜４９との接続部分の上面（上部電極）を覆った状態で配されている。
また、圧電薄膜４７もまた、上述した圧電薄膜４９と同様の構成を有している。また、駆動部材２３，２５，２７，２９を構成する圧電薄膜及び配線４１もまた、上述した圧電薄膜４９及び配線５３と同様の構成を有している。
また、圧電薄膜４７もまた、上述した圧電薄膜４９と同様の構成を有している。また、駆動部材２３，２５，２７，２９を構成する圧電薄膜及び配線４１もまた、上述した圧電薄膜４９及び配線５３と同様の構成を有している。
［製造方法について］
光走査装置１は、以下の方法で製造することができる。まず、厚さ５００μｍのＳｉ支持層と、厚さ１．５μｍの埋め込みＳｉＯ2と、厚さ１００μｍのＳｉ活性層が積層された構造を有するＳＯＩ基板を用意する。
光走査装置１は、以下の方法で製造することができる。まず、厚さ５００μｍのＳｉ支持層と、厚さ１．５μｍの埋め込みＳｉＯ2と、厚さ１００μｍのＳｉ活性層が積層された構造を有するＳＯＩ基板を用意する。
反射面１９と、駆動部材２３，２５，２７，２９を構成する圧電薄膜と、第１の駆動部９を構成する圧電薄膜４７，４９と、配線４１，５３と、端子４３，５５とを、基板の片面に成膜する。
具体的には、圧電薄膜は、以下のようにして成膜される。基板の自然酸化膜除去を行った後、熱酸化法により、基板に厚さ１．０μｍのＳｉＯ2の層を成膜する。その後、スパッタ法により該層の上に厚さ０．０２μｍのＴｉの密着層を成膜する。これにより、Ｔｉ／ＳｉＯ2層が形成される。
次に、スパッタ法により、５００℃で下部電極となる厚さ０．１μｍのＰｔ層を成膜すると共に、６００℃で、下部電極の上に厚さ１．０μｍのＰＺＴ膜を成膜する。なお、下地層４９ｅの膜種を変更することで、単結晶のＰＺＴの層をエピタキシャル成長しても良い。
なお、ＰＺＴ膜は、ＰＺＴにより構成されているが、ＰＺＴを含む材料や、ＰＺＴから生成された材料等により構成されていても良い。また、このような場合であっても、エピタキシャル成長により得られた単結晶のＰＺＴを用いても良い。また、他の圧電素子によりＰＺＴ膜に相当する部位を構成しても良い。
そして、蒸着法により、ＰＺＴ膜の上にＡｕ／Ｔｉ（厚さ０．１μｍ／０．０３μｍ）からなる上部電極を成膜する。
次に、リソグラフィにより上部電極（Ａｕ／Ｔｉ）のパターニングを行う。この時、ヨウ素とヨウ化アンモニウム混合液によるウェットエッチングによりＡｕを加工すると共に、アンモニア過水によるウェットエッチングによりＴｉを加工する。その後、フッ硝酸のウェットエッチングによりＰＺＴ膜を加工する。
次に、リソグラフィにより上部電極（Ａｕ／Ｔｉ）のパターニングを行う。この時、ヨウ素とヨウ化アンモニウム混合液によるウェットエッチングによりＡｕを加工すると共に、アンモニア過水によるウェットエッチングによりＴｉを加工する。その後、フッ硝酸のウェットエッチングによりＰＺＴ膜を加工する。
次に、プラズマＣＶＤにより、上部電極及びＰＺＴ膜を全て覆うと共に、下部電極を覆う０．９μｍの絶縁層（ＳｉＯ2）を形成する。その後、フッ酸によるウェットエッチングにより、絶縁層に開口領域を形成する。
なお、ＳｉＯ2以外にも、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、又は、ポリイミドにより絶縁層を構成しても良い。また、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、又は、ポリイミドを含む材料により、絶縁層を構成しても良い。
最後に、ＳＯＩ基板をエッチングすることで、支持部５（突出部５Ａ，５Ｂを含む），梁部材７，第１の駆動部９の配置領域，接続部９Ａ，外周部１１，反射部内梁部材１５，内周部１３（反射面１９を除く）等を含む一体の部材を形成する。
なお、上述した製造方法は、あくまでも一例であり、これ以外にも、様々な方法により光走査装置１を製造することができる。
［動作の説明］
図１に基づき、光走査装置１の動作について説明する。一対の端子５５に、それぞれ第１駆動信号源１０１を接続し、６０Ｈｚの駆動信号Ｓ１を印加する。駆動信号Ｓ１により、第１の駆動部９における圧電薄膜４７，４９が屈曲し、接続部９Ａが、図１の紙面の正面に向かって移動する。反射部３の上端３Ａは第１の駆動部９の接続部９Ａに接続しているので、第１の駆動部９の上述した屈曲により、反射部３の上端３Ａは、図１における紙面における正面に向かって変位する。
［動作の説明］
図１に基づき、光走査装置１の動作について説明する。一対の端子５５に、それぞれ第１駆動信号源１０１を接続し、６０Ｈｚの駆動信号Ｓ１を印加する。駆動信号Ｓ１により、第１の駆動部９における圧電薄膜４７，４９が屈曲し、接続部９Ａが、図１の紙面の正面に向かって移動する。反射部３の上端３Ａは第１の駆動部９の接続部９Ａに接続しているので、第１の駆動部９の上述した屈曲により、反射部３の上端３Ａは、図１における紙面における正面に向かって変位する。
その結果、反射部３が、梁部材７（第１の軸１８）を中心軸とする捩れ振動を行う。この振動は非共振振動である。
また、一対の端子４３のうちの一方に、第２駆動信号源１０３を直接接続すると共に、他方の端子４３に、位相反転回路１０５を介して第２駆動信号源１０３を接続する。この結果、一対の端子４３のうちの一方には、３０ｋＨｚの駆動信号Ｓ２が印加され、他方の端子４３には、駆動信号Ｓ２とは逆位相の駆動信号Ｓ３が印加される。
また、一対の端子４３のうちの一方に、第２駆動信号源１０３を直接接続すると共に、他方の端子４３に、位相反転回路１０５を介して第２駆動信号源１０３を接続する。この結果、一対の端子４３のうちの一方には、３０ｋＨｚの駆動信号Ｓ２が印加され、他方の端子４３には、駆動信号Ｓ２とは逆位相の駆動信号Ｓ３が印加される。
駆動信号Ｓ２、Ｓ３により、第２の駆動部１７は、駆動部材２３，２９の左右方向の中央が上方に移動し、且つ、駆動部材２５，２７の左右方向の中央が下方に移動した状態と、駆動部材２３，２９の左右方向の中央が下方に移動し、且つ、駆動部材２５，２７の左右方向の中央が上方に移動した状態とに、交互に変位する。これにより、内周部１３に、反射部内梁部材１５（第２の軸２１）を中心軸とする捩れ振動を行わせる。この振動は共振振動である。
よって、反射部３の内周部１３に設けられた反射面１９は、第１の軸１８、及び第２の軸２１のそれぞれについて揺動可能であり、反射面１９で反射した反射光を２次元に走査できる。
［実験結果について］
絶縁膜４９ａにおける上部電極４９ｂの上部に位置する縁部（開口領域との境界をなす縁部）を内側縁部とすると共に、下部電極４９ｄの上部に位置する縁部（換言すれば、下部電極４９ｄの外周をなす縁部）を外側縁部とする（図２参照）。
絶縁膜４９ａにおける上部電極４９ｂの上部に位置する縁部（開口領域との境界をなす縁部）を内側縁部とすると共に、下部電極４９ｄの上部に位置する縁部（換言すれば、下部電極４９ｄの外周をなす縁部）を外側縁部とする（図２参照）。
そして、圧電薄膜４９における上部電極４９ｂの外縁から内側縁部までの水平方向（換言すれば、ＰＺＴ膜４９ｃの上面に沿った方向）の距離をＡとすると共に、上部電極４９ｂの外縁から外側縁部までの水平方向の距離をＢとする（図３参照）。
距離Ａ，Ｂや絶縁膜４９ａの厚さに応じて、絶縁膜４９ａの耐電圧がどのように変化するか、実験により測定した。
表１は、距離Ａが変化した場合における絶縁膜４９ａの耐電圧比（距離Ａが０μｍである場合（換言すれば、絶縁膜４９ａが存在しない場合）の耐電圧の測定値を１とした場合の耐電圧の測定値の比率）の測定結果を示している。なお、表１の測定では、距離Ｂは３．０μｍ、絶縁膜４９ａの厚さは３．０μｍとなっている。
表１は、距離Ａが変化した場合における絶縁膜４９ａの耐電圧比（距離Ａが０μｍである場合（換言すれば、絶縁膜４９ａが存在しない場合）の耐電圧の測定値を１とした場合の耐電圧の測定値の比率）の測定結果を示している。なお、表１の測定では、距離Ｂは３．０μｍ、絶縁膜４９ａの厚さは３．０μｍとなっている。
また、距離Ｂが０．５μｍ以上になると耐電圧が向上し、距離Ａが３．０μｍ以上になると耐電圧がさらに向上することがわかる。
また、絶縁膜４９ａの厚さが０．１μｍ以上になると耐電圧が向上し、厚さが０．５μｍ以上３．０μｍ以下である場合には、耐電圧がさらに向上することがわかる。
また、絶縁膜４９ａの厚さが０．１μｍ以上になると耐電圧が向上し、厚さが０．５μｍ以上３．０μｍ以下である場合には、耐電圧がさらに向上することがわかる。
このため、距離Ａを、０．５μｍ以上、さらに好適には、３．０μｍ以上としても良い。また、距離Ｂを、０．５μｍ以上、さらに好適には、３．０μｍ以上としても良い。また、厚さを、０．１μｍ以上、さらに好適には、０．５μｍ以上３．０μｍ以下としても良い。
［効果］
上部電極４９ｂと下部電極４９ｄに電圧を印可すると、ＰＺＴ膜４９ｃにおける上部電極４９ｂの下側の部分は、上方に膨らむように（上部電極４９ｂを上方に持ち上げるように）屈曲する。
上部電極４９ｂと下部電極４９ｄに電圧を印可すると、ＰＺＴ膜４９ｃにおける上部電極４９ｂの下側の部分は、上方に膨らむように（上部電極４９ｂを上方に持ち上げるように）屈曲する。
しかし、本実施形態の圧電薄膜４９によれば、上部電極４９ｂの外縁（換言すれば、上部電極４９ｂとＰＺＴ膜４９ｃ上面との境界）の周辺が絶縁膜４９ａにより覆われているため、ＰＺＴ膜４９ｃにおける上部電極４９ｂの外縁付近の部分の変位が抑制される。このため、ＰＺＴ膜４９ｃに電圧を印可すると、ＰＺＴ膜４９ｃは、上部電極４９ｂの中央部分を上方に持ち上げるように屈曲するようになり、ＰＺＴ膜４９ｃが変位する際に内部に生じる応力が全体に分散される（図４参照）。
したがって、ＰＺＴ膜４９ｃに高い電圧を印可して大きな変位を生じさせても、ＰＺＴ膜４９ｃに亀裂等が生じ難くなり、ＰＺＴ膜４９ｃの耐電圧が向上する。
また、本実施形態の圧電薄膜４９によれば、上部電極４９ｂの上面の中央部分は、絶縁膜４９ａに覆われていない。これにより、上部電極４９ｂの中央部分の下方ではＰＺＴ膜４９ｃの変位が妨げられず、圧電薄膜４９全体を適度に変位させることができる。
また、本実施形態の圧電薄膜４９によれば、上部電極４９ｂの上面の中央部分は、絶縁膜４９ａに覆われていない。これにより、上部電極４９ｂの中央部分の下方ではＰＺＴ膜４９ｃの変位が妨げられず、圧電薄膜４９全体を適度に変位させることができる。
また、エピタキシャル成長により生成された単結晶のＰＺＴ膜４９ｃは、多結晶ＰＺＴ膜に比べ耐電圧が高いため、変位時の上部電極４９ｂの外縁付近の応力が高くなる。そのため、外縁部分が起点となって絶縁破壊が生じ易くなる。このため、本実施形態のような絶縁膜４９ａを設け、ＰＺＴ膜４９ｃの耐電圧を向上させるのが好適である。
［他の実施形態］
（１）本実施形態では、圧電薄膜４９の絶縁膜４９ａは、上部電極４９ｂの外縁を全て覆った状態で配されているが、絶縁膜４９ａは、外縁の一部を覆った状態で配されていても良い。
（１）本実施形態では、圧電薄膜４９の絶縁膜４９ａは、上部電極４９ｂの外縁を全て覆った状態で配されているが、絶縁膜４９ａは、外縁の一部を覆った状態で配されていても良い。
また、本実施形態では、上部電極４９ｂに１つの開口領域が形成されるように絶縁膜４９ａが配されているが、上部電極４９ｂに複数の開口領域が形成されるように絶縁膜４９ａが配されていても良い。
なお、このような場合においても、上部電極４９ｂの外縁から、各開口領域に形成される内側縁部までの水平方向の距離を、３．０μｍ以上（或いは０．５μｍ以上）とすることが考えられる。
また、絶縁膜４９ａは、上部電極４９ｂを全て覆った状態で配されていても良い。また、絶縁膜４９ａは、上部電極４９ｂを全て覆うと共に、上部電極４９ｂの中央部分（その外縁から所定距離を隔てた領域）の上方に位置する部分の厚さを、他の部分よりも薄くしても良い。
このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。
（２）また、本実施形態では、圧電薄膜４９の絶縁膜４９ａは、外側縁部が全て下部電極４９ｄに達した状態で配されている。
（２）また、本実施形態では、圧電薄膜４９の絶縁膜４９ａは、外側縁部が全て下部電極４９ｄに達した状態で配されている。
しかしながら、絶縁膜４９ａは、外側縁部の全てがＰＺＴ膜４９ｃの上面に位置する状態で配されていても良い（図５参照）。さらに、このような場合においても、本実施形態と同様、上部電極４９ｂの外縁から外側縁部までの水平方向の距離Ｂを、３．０μｍ以上（或いは０．５μｍ以上）としても良い。
また、絶縁膜４９ａは、外側縁部が、下部電極４９ｄとＰＺＴ膜４９ｃの側面及び上面に位置する状態で配されていても良いし、外側縁部が、ＰＺＴ膜４９ｃの側面及び上面に位置する状態で配されていても良い。
このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。
（３）また、本実施形態では、上部電極４９ｂは、ＰＺＴ膜４９ｃの上面の中央部分に配されていると共に、ＰＺＴ膜４９ｃは、下部電極４９ｄの中央部分に配されている。
（３）また、本実施形態では、上部電極４９ｂは、ＰＺＴ膜４９ｃの上面の中央部分に配されていると共に、ＰＺＴ膜４９ｃは、下部電極４９ｄの中央部分に配されている。
しかしながら、これに限らず、上部電極４９ｂを、その外縁の一部がＰＺＴ膜４９ｃの上面の縁部に接した状態で配置しても良い。また、ＰＺＴ膜４９ｃを、その外縁の全部又は一部が下部電極４９ｄの縁部に接した状態で配置しても良い。
このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。
（４）また、本実施形態の圧電薄膜４９は、光走査装置１の圧電アクチュエータとして構成されているが、これに限らず、例えば、インクジェット式記録ヘッド等に用いられる圧電アクチュエータとして構成されていても良い。このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。
（４）また、本実施形態の圧電薄膜４９は、光走査装置１の圧電アクチュエータとして構成されているが、これに限らず、例えば、インクジェット式記録ヘッド等に用いられる圧電アクチュエータとして構成されていても良い。このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。
［特許請求の範囲との対応］
上記実施形態の説明で用いた用語と、特許請求の範囲の記載に用いた用語との対応を示す。
上記実施形態の説明で用いた用語と、特許請求の範囲の記載に用いた用語との対応を示す。
圧電薄膜４９が圧電素子の一例に、Ｔｉ／ＳｉＯ2層４９ｅ及び基板４９ｆが支持部の一例に、ＰＺＴ膜４９ｃが圧電膜の一例に相当する。
１…光走査装置、３…反射部、５…支持部、７…梁部材、９…第１の駆動部、１５…反射部内梁部材、１７…第２の駆動部、１８…第１の軸、１９…反射面、２１…第２の軸、２３…駆動部材、２５…駆動部材、２７…駆動部材、２９…駆動部材、４７…圧電薄膜、４９…圧電薄膜、４９ａ…絶縁膜、４９ｂ…上部電極、４９ｃ…ＰＺＴ膜、４９ｄ…下部電極、４９ｅ…Ｔｉ／ＳｉＯ2層、４９ｆ…基板、５１…スリット。
Claims (12)
- 支持部（４９ｅ，４９ｆ）の上部に形成された膜状の下部電極（４９ｄ）と、
前記下部電極の上に配された圧電膜（４９ｃ）と、
前記圧電膜の上面の一部を覆う膜状の上部電極（４９ｂ）と、
前記上部電極の外縁の少なくとも一部を跨いで、前記上部電極と前記圧電膜の前記上面とを覆った状態で配された絶縁膜（４９ａ）と、
を有することを特徴とする圧電素子（４９）。 - 請求項１に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜は、前記上部電極の外縁を全て覆った状態で配されていると共に、前記上部電極には、前記絶縁膜に覆われていない開口領域が形成されていること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項２に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜における前記開口領域との境界をなす縁部を内側縁部とし、
前記上部電極の外縁から前記内側縁部までの距離は、０．５μｍ以上であること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項３に記載の圧電素子において、
前記上部電極の外縁から前記内側縁部までの距離は、３．０μｍ以上であること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項２から請求項４のうちのいずれか１項に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜の外周をなす縁部を外側縁部とし、
前記上部電極の外縁から前記外側縁部までの距離は、０．５μｍ以上であること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項５に記載の圧電素子において、
前記上部電極の外縁から前記外側縁部までの距離は、３．０μｍ以上であること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜は、前記圧電膜の側面の一部、又は、該側面の一部及び前記支持部の一部を少なくとも覆った状態で配されていること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜の厚さが、０．１μｍ以上であること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項８に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜の厚さが、０．５μｍ以上３．０μｍ以下であること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項１から請求項９のうちのいずれか１項に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、或いは、ポリイミドのうちのいずれか、又は、これらのうちのいずれかを含む材料により構成されていること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の圧電素子において、
前記圧電膜は、Ｐｂ（ＺｒXＴｉ1-X）Ｏ3、又は、Ｐｂ（ＺｒXＴｉ1-X）Ｏ3を含む材料により構成されていること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項１１に記載の圧電素子において、
前記圧電膜を構成するＰｂ（ＺｒXＴｉ1-X）Ｏ3、又は、前記圧電膜を構成する材料を構成するＰｂ（ＺｒXＴｉ1-X）Ｏ3は、単結晶であること、
を特徴とする圧電素子。
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