JP2016103628A - 圧電体層、圧電素子、圧電アクチュエータ、及び圧電センサ、並びにハードディスクドライブ、及びインクジェットプリンタ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】より圧電定数の向上したニオブ酸カリウムナトリウム圧電体層を提供する。【解決手段】一般式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型化合物であるニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層において、前記圧電体層を面内方向に回転しながら行われる、前記圧電体層のラマン測定において、ラマン散乱光を入射光と直交する向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｘ）を前記圧電体層を面内方向に回転しながら得られたラマンスペクトルにおける前記ペロブスカイト型化合物の格子振動領域の測定強度が、略９０°ごとに周期性を持つことを特徴とする圧電体層。【選択図】図７
Description
本発明は、圧電体層、圧電素子、その圧電素子を用いた圧電アクチュエータ、及び圧電センサ、並びにその圧電アクチュエータを備えたハードディスクドライブ、及びインクジェットプリンタ装置に関するものである。
近年、圧電材料の鉛フリー化の要望が高まっている中で、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ、Ｎａ）ＮｂＯ３（以下、ＫＮＮともいう））の研究が盛んになってきている。ＫＮＮは鉛フリー圧電材料の中でも比較的高いキュリー温度、良好な圧電特性が得られるとされ、注目されている。
圧電材料の利用について、バルク圧電材料に代わって、薄膜圧電材料を用いた圧電素子の実用化が進んでいる。一例としては圧電体層に加えられた力を電圧に変換する圧電効果を利用したジャイロセンサ、ショックセンサなど、あるいは圧電体層に電圧を印加した際に圧電体層が変形する逆圧電効果を利用したアクチュエータ、インクジェットヘッド、スピーカー、ブザー、レゾネータなどが挙げられる。
圧電材料を薄膜化すると、素子の小型化が可能になり、応用できる分野が広がるとともに、基板上に多数の素子を一括して作製することができるため量産性が増す。またセンサにした場合の感度の向上など性能面での利点も多い。
圧電材料を使用するうえでの指標として、圧電定数であるｄ３１や、ｅ３１が挙げられる。これらの値の絶対値が大きいほど、良好な圧電効果、逆圧電効果を示すといわれている。
また、既存の圧電材料にはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に代表されるように、鉛を含んでいる場合が多い。環境問題の観点より、鉛を使用しない圧電材料の開発が求められている。
Ｍ．Ａ．Ｒａｆｉｇ ｅｔ ａｌ．： Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｉｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ １０４（２０１４）０１１９０２
しかしながら、ＫＮＮからなる圧電体層は鉛を含む材料を用いた圧電体層と比べて圧電定数が低く、圧電素子に用いた際に大きな変位が得られにくいという問題がある。
圧電定数が低いと、大きな変位を得るためには高い電圧が必要となり、絶縁破壊や、連続駆動時の信頼性が低下してしまう、という課題も生じる。
特許文献１に記載の技術では、ＫＮＮ薄膜の面外方向格子定数ｃと面内方向格子定数ａの比を０．０９８０≦ｃ／ａ≦１．０１００の範囲にすることにより圧電定数を改善できるとしている。しかしこの技術は、薄膜の応力の制御によって格子定数を制御するため、その値は成膜条件や膜厚によって影響を受けやすく、再現性が低い。
特許文献２に記載の技術では、鉛を主成分とするペロブスカイト型結晶構造を有する酸化膜について顕微ラマン分光分析を行って、電界を印加した場合と電界を印加しない場合とのラマンスペクトルを測定し、ラマンスペクトルのピークシフト量が２．２ｃｍ−１以下にすることによって応力を緩和することができるとしている。しかし、鉛を含まないＫＮＮの場合、ラマンスペクトルのピークシフト量に着目しても十分な特性が得られない。
非特許文献１に記載の技術では、単斜晶系のＫＮＮ単結晶を回転させながら偏光ラマン測定を行い、偏光ラマン測定（ｙｘ）および偏光ラマン測定（ｙｙ）が試料の回転角度に応じて周期性を持つことが示されている。しかし、薄膜で得られるＫＮＮ膜は通常、多結晶体であり、単結晶に近いＫＮＮ膜の製造は困難である。また、単結晶から素子を作成する場合、多数の素子を一括して作ることが困難なため、量産性が低い。
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、より圧電定数の向上した圧電体層を提供することを目的とするものである。
大きな変位量を得られるということは高い圧電定数を持つということなので、圧電効果を用いた素子の場合、感度の高いセンサ等の用途に応用でき、逆圧電効果を用いた素子の場合小さい電圧で大きな振動が得られる効率的なアクチュエータ等の用途に応用することができる。
上記目的を達成するために本発明に係る圧電体層は、一般式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型化合物であるニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層において、前記圧電体層を面内方向に回転しながら、前記圧電体層のラマン測定において、ラマン散乱光を入射光と直交する向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｘ）を試料を面内方向に回転しながら得られたラマンスペクトルにおける前記ペロブスカイト型化合物の格子振動領域の測定強度が、略９０°ごとに周期性を持つことを特徴とする。
圧電体層のラマン測定における格子振動領域の測定強度が、略９０°ごとに周期性を持つことは、結晶格子が面方向に整合することを意味し、これにより、圧電体層の圧電定数が向上し、とくに面内方向への変位が大きくなる。
圧電体層の膜厚方向に電圧を印加した場合の面方向の伸縮挙動は、印加電界の向きと分極方向が平行ではないため、圧電効果による格子歪みに加えて、ドメイン壁の動きも寄与する。圧電体層の結晶構造を面方向に整合することで、ドメイン壁の向きを揃えることができ、面内非対称の結晶構造を持つ圧電体層に比べて、効果的に変位量を増やすことができる。
さらに、前記圧電体層のラマン測定において、ラマン散乱光を入射光と平行な向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｙ）、および前記ラマン散乱光を前記入射光と直交な向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｘ）を試料を面内方向に回転しながら得られたラマンスペクトルにおける前記ペロブスカイト型化合物の格子振動領域の測定強度が、前記偏光ラマン測定（ｙｙ）と前記偏光ラマン測定（ｙｘ）のいずれについても略９０°ごとに周期性を持ち、前記偏光ラマン測定（ｙｙ）と前記偏光ラマン測定（ｙｘ）との前記測定強度の周期が略４５°ずれているようにすることもできる。これにより、ラマン散乱光を入射光と直交する向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｘ）に加えてラマン散乱光を入射光と並行な向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｙ）のいずれについても周期性をもつことで、さらに結晶格子の整合性を向上させ、圧電特性をさらに高めることができる。
ラマン測定では、複数の粒子の結晶格子の近距離秩序の情報が得られ、結晶格子の長周期性の情報が得られるＸ線回折測定とは違いがある。圧電体の分極軸と圧電特性には密接な関係があり、ラマンスペクトルの周期性は圧電体層の圧電特性と密接な関係がある。
本発明に係る圧電体層は、前記圧電体層の前記偏光ラマン測定（ｙｘ）によって得られたラマンスペクトルは５５０ｃｍ−１付近および６１０ｃｍ−１付近にそれぞれ（１つ以上の）ピークを持ち、
（５５０ｃｍ−１付近のピークの測定強度） ／（６１０ｃｍ−１付近のピークの測定強度）
で示される強度比が略９０°の周期性を持ち、前記強度比の最大値と最小値との差を０．３以上３．０以下とすることもできる。５５０ｃｍ−１付近のピークと６１０ｃｍ−１付近のピークとはともにペロブスカイト型化合物の伸縮振動に相当し、特に６１０ｃｍ−１付近のピークは全対称伸縮振動に相当する。これらの伸縮振動のピーク強度比が角度依存性を持ち、かつ強度比に差があることで、結晶格子の整合性を高め、かつ分極軸を揃えることによりさらに圧電特性を高めることができる。なお、ここで「５５０ｃｍ−１付近」等における「付近」とは、±２０ｃｍ−１の範囲を示すものである。
（５５０ｃｍ−１付近のピークの測定強度） ／（６１０ｃｍ−１付近のピークの測定強度）
で示される強度比が略９０°の周期性を持ち、前記強度比の最大値と最小値との差を０．３以上３．０以下とすることもできる。５５０ｃｍ−１付近のピークと６１０ｃｍ−１付近のピークとはともにペロブスカイト型化合物の伸縮振動に相当し、特に６１０ｃｍ−１付近のピークは全対称伸縮振動に相当する。これらの伸縮振動のピーク強度比が角度依存性を持ち、かつ強度比に差があることで、結晶格子の整合性を高め、かつ分極軸を揃えることによりさらに圧電特性を高めることができる。なお、ここで「５５０ｃｍ−１付近」等における「付近」とは、±２０ｃｍ−１の範囲を示すものである。
本発明に係わる圧電体層を用いることで、従来のＫＮＮ薄膜を用いた圧電素子よりも、圧電特性を向上させることができる。また、本発明に係る圧電アクチュエータ、及び圧電センサにおいても圧電特性の向上を図ることができ、高性能なハードディスクドライブ、及びインクジェットプリンタ装置を提供することができる。
本発明に係る圧電アクチュエータは、上記の構成で表される圧電素子を有している。圧電アクチュエータとして具体的には、ハードディスクドライブのヘッドアセンブリ、インクジェットプリンタヘッドの圧電アクチュエータなどが挙げられる。
また、本発明に係る圧電センサは、上記の構成で表される圧電素子を有している。圧電センサとして具体的には、ジャイロセンサ、圧力センサ、脈波センサなどが挙げられる。
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素については同一の符号を付す。また、上下左右の位置関係は図面に示す通りである。また、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
（圧電素子）
図１に本実施形態に係る圧電素子１００を示す。圧電素子１００は、基板４と、基板４上に設けられた絶縁層６および下部電極８と、下部電極８上に形成された圧電体層１０と、圧電体層１０上に形成された上部電極１２とを備える。
図１に本実施形態に係る圧電素子１００を示す。圧電素子１００は、基板４と、基板４上に設けられた絶縁層６および下部電極８と、下部電極８上に形成された圧電体層１０と、圧電体層１０上に形成された上部電極１２とを備える。
基板４には、（１００）面方位を有するシリコン基板を用いることができる。基板４は、一例として、５０μｍ以上、１０００μｍ以下の厚さを有する。また、基板４として、（１００）面とは異なる面方位を有するシリコン基板、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）基板、石英ガラス基板、ＧａＡｓ等からなる化合物半導体基板、サファイア基板、ステンレス等からなる金属基板、ＭｇＯ基板、ＳｒＴｉＯ３基板等を用いることもできる。
絶縁層６は、基板４が導電性である場合に用いられる。絶縁層６にはシリコンの熱酸化膜（ＳｉＯ２）、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３等を用いることができる。基板４が導電性を持たない場合、絶縁層６は備えなくてもよい。絶縁層６は、スパッタリング法、真空蒸着法、熱酸化法、印刷法、スピンコート法、ゾルゲル法などにより形成することができる。
下部電極８は、一例として、Ｐｔ（白金）から形成される。下部電極８は、一例として、０．０２μｍ以上、１．０μｍ以下の厚さを有する。下部電極８をＰｔから形成することにより、高い配向性を有する圧電体層１０を形成できる。また、下部電極８として、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ａｕ（金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）等の金属材料、又はＳｒＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３等の導電性金属酸化物を用いることもできる。下部電極８は、スパッタリング法、真空蒸着法、印刷法、スピンコート法、ゾルゲル法などにより形成することができる。
下部電極８は、（００１）面が成膜方向軸に対して面内４回対称になっていてもよい。成膜方向軸に対して面内４回対称になっている下部電極８は、真空蒸着法により形成することができる。
このときの基板温度は６００℃以上、１０００℃以下とすることができる。これにより、さらに高い配向性を有する下部電極８を形成することができる。
圧電体層１０に用いる材料としては、一般式ＡＢＯ３で表され、ペロブスカイト型化合物であるニオブ酸カリウムナトリウム薄膜が用いられる。添加元素としてはＬｉ（リチウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂａ（バリウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｂｉ（ビスマス）から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含むことできる。これらの各元素の含有量は０．１ａｔ％以上、５．０ａｔ％以下とすることができる。
圧電体層１０は、スパッタリング法、真空蒸着法、印刷法、スピンコート法、ゾルゲル法などにより成膜することにより形成することができる。圧電体層１０は好ましくは薄膜であり、具体的には０．５μｍ以上、１０μｍ以下の厚さを有する。
上部電極１２は、一例として、Ｐｔから形成される。上部電極１２は、一例として、０．０２μｍ以上、１．０μｍ以下の厚さを有する。また、上部電極１２として、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ等の金属材料、又はＳｒＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３等の導電性金属酸化物を用いることもできる。上部電極１２は、スパッタリング法、真空蒸着法、印刷法、スピンコート法、ゾルゲル法などにより形成することができる。
上部電極１２を成膜後に、圧電素子１００の下部電極８と上部電極１２の電極間の電場をかけることもできる。圧電素子１００の下部電極８と上部電極１２の電極間にかける電場は直流電場、交流電場のいずれでもよいが、直流電場であることが望ましい。また、電極間の電場のかけかたとしては、最初に１ｋＶ／ｍｍとなるように直流電圧を１分間印加後、電極間の電場が３ｋＶ／ｍｍとなるように直流電圧を１分間印加し、さらに電極間の電場が１ｋＶ／ｍｍとなるように直流電圧を１分間印加するなど、印加する電場を段階的に変化させることが望ましい。
圧電体層１０のラマン測定は、上部電極１２の一部をエッチングにより除去することにより圧電体層１０を露出させた後に、図６に示すようなラマン測定装置において測定試料８２を回転ステージ８３上に設置した後に、レーザ光をビームスプリッタ８０、対物レンズ８１を通して測定試料８２に集光し、発生したラマン散乱光を対物レンズ８１、ビームスプリッタ８０を介して偏光子８４で０°もしくは９０°に偏光した後に検出することにより行われる。この際にラマン散乱光の０°で偏光する偏光ラマン測定を偏光ラマン測定（ｙｙ）と表記し、９０°で偏光する偏光ラマン測定を偏光ラマン測定（ｙｘ）とする。これらの偏光ラマン測定を回転ステージ８３を用いて試料を０°〜１８０°まで５°おきに回転させて行うことにより試料の格子振動領域の測定強度の面方向の依存性を調べることができる。
圧電体層１０のラマン測定における格子振動領域の測定強度が、略９０°ごとに周期性を持つことは、結晶格子が面方向に整合することを意味し、これにより、圧電体層の圧電定数が向上し、とくに面内方向への変位が大きくなる。
圧電体層１０は、そのラマン測定において、ラマン散乱光を入射光と直交する向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｘ）によって得られたラマンスペクトルにおける前記ペロブスカイト型化合物の格子振動領域の測定強度が、略９０°ごとに周期性を持つことができる。これにより、圧電特性をさらに高めることができる。
また、圧電体層１０のラマン測定において、ラマン散乱光を入射光と直交する向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｘ）に加えてラマン散乱光を入射光と平行な向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｙ）のいずれについても略９０°ごとに周期性をもち、偏光ラマン測定（ｙｙ）と偏光ラマン測定（ｙｘ）との測定強度の周期が略４５°ずれていることで、さらに結晶格子の整合性を向上させ、圧電特性をさらに高めることができる。
さらに、圧電体層１０のラマン測定において、ラマン散乱光を入射光と直交する向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｘ）によって得られたラマンスペクトルが５５０ｃｍ−１付近および６１０ｃｍ−１付近にそれぞれピークを持ち、
（５５０ｃｍ−１付近のピークの測定強度） ／（６１０ｃｍ−１付近のピークの測定強度）
で示される強度比が略９０°の周期性を持ち、前記強度比の最大値と最小値との差が０．３以上３．０以下となることで、結晶格子の整合性を向上させ、分極軸方位を揃えることができ、圧電特性をさらに高めることができる。
（５５０ｃｍ−１付近のピークの測定強度） ／（６１０ｃｍ−１付近のピークの測定強度）
で示される強度比が略９０°の周期性を持ち、前記強度比の最大値と最小値との差が０．３以上３．０以下となることで、結晶格子の整合性を向上させ、分極軸方位を揃えることができ、圧電特性をさらに高めることができる。
上部電極１２は、一例として、Ｐｔから形成される。上部電極１２は、一例として、０．０２μｍ以上、１．０μｍ以下の厚さを有する。また、上部電極１２として、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ等の金属材料、又はＳｒＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３等の導電性金属酸化物を用いることもできる。上部電極１２は、スパッタリング法、真空蒸着法、印刷法、スピンコート法、ゾルゲル法などにより形成することができる。
なお、圧電素子１００から基板４を除去してもよい。これにより、圧電素子の変位量や感度を高めることができる。
また、圧電素子１００を保護膜によりコーティングしてもよい。これにより、信頼性を高めることができる。
圧電素子１００では下部電極８と圧電体層１０との間、または圧電体層１０と上部電極１２との間のどちらか一方、もしくは両方に中間層を備えてもよい。
この中間層としては導電性酸化物が用いられる。とくにＳｒＲｕＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＢａＲｕＯ３、（ＬａｘＳｒ１−ｘ）ＣｏＯ３、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７、Ｌａ４ＢａＣｕ５Ｏ１３ などは導電性が高く耐熱性もあり好ましい。
（圧電アクチュエータ）
図２Ａは、これらの圧電素子を用いた圧電アクチュエータの一例としてのハードディスクドライブ（以下ＨＤＤとも呼ぶ）に搭載されたヘッドアセンブリの構成図である。この図に示すように、ヘッドアセンブリ２００は、その主なる構成要素として、ベースプレート９、ロードビーム１１、フレクシャ１７、駆動素子である第１及び第２の圧電素子１３、及びヘッド素子１９ａを備えたスライダ１９を備えている。
図２Ａは、これらの圧電素子を用いた圧電アクチュエータの一例としてのハードディスクドライブ（以下ＨＤＤとも呼ぶ）に搭載されたヘッドアセンブリの構成図である。この図に示すように、ヘッドアセンブリ２００は、その主なる構成要素として、ベースプレート９、ロードビーム１１、フレクシャ１７、駆動素子である第１及び第２の圧電素子１３、及びヘッド素子１９ａを備えたスライダ１９を備えている。
そして、ロードビーム１１は、ベースプレート９に例えばビーム溶接などにより固着されている基端部１１ｂと、この基端部１１ｂから先細り状に延在された第１及び第２の板バネ部１１ｃ及び１１ｄと、第１及び第２の板バネ部１１ｃ及び１１ｄの間に形成された開口部１１ｅと、第１及び第２の板バネ部１１ｃ及び１１ｄに連続して直線的かつ先細り状に延在するビーム主部１１ｆと、を備えている。
第１及び第２の圧電素子１３は、所定の間隔をもってフレクシャ１７の一部である配線用フレキシブル基板１５上にそれぞれ配置されている。スライダ１９はフレクシャ１７の先端部に固定されており、第１及び第２の圧電素子１３の伸縮に伴って回転運動する。
第１及び第２の圧電素子１３は、下部電極と、上部電極と、この上部および下部電極に挟まれた圧電体層から構成されており、本発明の圧電アクチュエータに用いる圧電体層として、リーク電流が小さく、大きな変位量の圧電体層を用いることで、高い耐電圧性と十分な変位量を得ることができる。
図２Ｂは、上記の圧電素子を用いた圧電アクチュエータの他の例としてのインクジェットプリンタヘッドの圧電アクチュエータの構成図である。
圧電アクチュエータ３００は、基板２０上に、絶縁膜２３、下部電極層２４、圧電体層２５および上部電極層２６を積層して構成されている。
所定の吐出信号が供給されず下部電極層２４と上部電極層２６との間に電圧が印加されていない場合、圧電体層２５には変形を生じない。吐出信号が供給されていない圧電素子が設けられている圧力室２１には、圧力変化が生じず、そのノズル２７からインク滴は吐出されない。
一方、所定の吐出信号が供給され、下部電極層２４と上部電極層２６との間に一定電圧が印加された場合、圧電体層２５に変形を生じる。吐出信号が供給された圧電素子が設けられている圧力室２１ではその絶縁膜２３が大きくたわむ。このため圧力室２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル２７からインク滴が吐出される。
ここで、本発明の圧電アクチュエータに用いる圧電体層として、リーク電流が小さく、大きな変位量の圧電体層を用いることで、高い耐電圧性と十分な変位量を得ることができる。
（圧電センサ）
図３Ａは、上記の圧電素子を用いた圧電センサの一例としてのジャイロセンサの構成図（平面図）であり、図３Ｂは図３ＡのＡ−Ａ線矢視断面図である。
図３Ａは、上記の圧電素子を用いた圧電センサの一例としてのジャイロセンサの構成図（平面図）であり、図３Ｂは図３ＡのＡ−Ａ線矢視断面図である。
ジャイロセンサ４００は、基部１１０と、基部１１０の一面に接続する二つのアーム１２０、１３０を備える音叉振動子型の角速度検出素子である。このジャイロセンサ４００は、上述の圧電体素子を構成する圧電体層３０、上部電極層３１、及び下部電極層３２を音叉型振動子の形状に則して微細加工して得られたものであり、各部（基部１１０、及びアーム１２０、１３０）は、圧電素子によって一体的に形成されている。
一方のアーム１２０の第一の主面には、駆動電極層３１ａ、３１ｂ、及び検出電極層３１ｄがそれぞれ形成されている。同様に、他方のアーム１３０の第一の主面には、駆動電極層３１ａ、３１ｂ、及び検出電極層３１ｃがそれぞれ形成されている。これらの各電極層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、上部電極層３１を所定の電極形状にエッチングすることにより得られる。
なお、基部１１０、及びアーム１２０、１３０のそれぞれの第二の主面（第一の主面の裏側の主面）にべた状に形成されている下部電極層３２は、ジャイロセンサ４００のグランド電極として機能する。
ここで、それぞれのアーム１２０、１３０の長手方向をＺ方向とし、二つのアーム１２０、１３０の主面を含む平面をＸＺ平面とした上で、ＸＹＺ直交座標系を定義する。
駆動電極層３１ａ、３１ｂに駆動信号を供給すると、二つのアーム１２０、１３０は、面内振動モードで励振する。面内振動モードとは、二つのアーム１２０、１３０の主面に平行な向きに二つのアーム１２０、１３０が励振する振動モードのことを称する。例えば、一方のアーム１２０が−Ｘ方向に速度Ｖ１で励振しているとき、他方のアーム１３０は＋Ｘ方向に速度Ｖ２で励振する。
この状態でジャイロセンサ４００にＺ軸を回転軸として角速度ωの回転が加わると、二つのアーム１２０、１３０のそれぞれについて速度方向に直交する向きにコリオリ力が作用し、面外振動モードで励振し始める。面外振動モードとは、二つのアーム１２０、１３０の主面に直交する向きに二つのアーム１２０、１３０が励振する振動モードのことを称する。例えば、一方のアーム１２０に作用するコリオリ力Ｆ１が−Ｙ方向であるとき、他方のアーム１３０に作用するコリオリ力Ｆ２は＋Ｙ方向である。
コリオリ力Ｆ１、Ｆ２の大きさは、角速度ωに比例するため、コリオリ力Ｆ１、Ｆ２によるアーム１２０、１３０の機械的な歪みを圧電体層３０によって電気信号（検出信号）に変換し、これを検出電極層３１ｃ、３１ｄから取り出すことにより角速度ωを求めることができる。
本発明の圧電センサに用いる圧電体層として、リーク電流が小さく、大きな変位量の圧電体層を用いることで、高い耐電圧性と十分な検出感度を得ることができる。
図３Ｃは、上記の圧電素子を用いた圧電センサの第二の例としての圧力センサの構成図である。
圧力センサ５００は、圧力を受けたときに対応するための空洞４５を有するとともに、圧電素子４０を支える支持体４４と、電流増幅器４６と、電圧測定器４７とから構成されている。圧電素子４０は共通電極層４１と圧電体層４２と個別電極層４３とからなり、この順に支持体４４に積層されている。ここで、外力がかかると圧電素子４０がたわみ、電圧測定器４７で電圧が検出される。
本発明の圧電センサに用いる圧電体層として、リーク電流が小さく、大きな変位量の圧電体層を用いることで、高い耐電圧性と十分な検出感度を得ることができる。
図３Ｄは、上記の圧電素子を用いた圧電センサの第三の例としての脈波センサの構成図である。
脈波センサ６００は、基板５１上に送信用圧電素子、及び受信用圧電素子を搭載した構成となっており、ここで、送信用圧電素子では送信用圧電体層５２の厚み方向の両面には電極層５４ａ、５５ａが形成されており、受信用圧電素子では受信用圧電体層５３の厚み方向の両面にも電極層５４ｂ、５５ｂが形成されている。また、基板５１には、電極５６、上面用電極５７が形成されており、電極層５４ａ、５４ｂと上面用電極５７とはそれぞれ配線５８で電気的に接続されている。
生体の脈を検出するには、先ず脈波センサ６００の基板裏面（圧電素子が搭載されていない面）を生体に当接させる。そして、脈の検出時に、送信用圧電素子の両電極層５４ａ、５５ａに特定の駆動用電圧信号を出力させる。送信用圧電素子は両電極層５４ａ、５５ａに入力された駆動用電圧信号に応じて励振して超音波を発生し、該超音波を生体内に送信する。生体内に送信された超音波は血流により反射され、受信用圧電素子により受信される。受信用圧電素子は、受信した超音波を電圧信号に変換して、両電極層５４ｂ、５５ｂから出力する。
本発明の圧電センサに用いる圧電体層として、リーク電流が小さく、を用いることで、高い耐電圧性と十分な検出感度を得ることができる。
（ハードディスクドライブ）
図４は、図２Ａに示したヘッドアセンブリを搭載したハードディスクドライブの構成図である。
図４は、図２Ａに示したヘッドアセンブリを搭載したハードディスクドライブの構成図である。
ハードディスクドライブ７００は、筐体６０内に、記録媒体としてのハードディスク６１と、これに磁気情報を記録及び再生するヘッドスタックアセンブリ６２とを備えている。ハードディスク６１は、図示を省略したモータによって回転させられる。
ヘッドスタックアセンブリ６２は、ボイスコイルモータ６３により支軸周りに回転自在に支持されたアクチュエータアーム６４と、このアクチュエータアーム６４に接続されたヘッドアセンブリ６５とから構成される組立て体を、図の奥行き方向に複数個積層したものである。ヘッドアセンブリ６５の先端部には、ハードディスク６１に対向するようにスライダ１９が取り付けられている（図２Ａ参照）。
ヘッドアセンブリ６５（２００）は、ヘッド素子１９ａ（図２Ａ参照）を２段階で変動させる形式を採用している。ヘッド素子１９ａの比較的大きな移動はボイスコイルモータ６３によるヘッドアセンブリ６５、及びアクチュエータアーム６４の全体の駆動で制御し、微小な移動はヘッドアセンブリ６５の先端部によるスライダ１９の駆動により制御する。
このヘッドアセンブリ６５に用いられる圧電素子において、圧電体層としてリーク電流が小さく、大きな変位量の圧電体層を用いることで、高い耐電圧性と十分なアクセス性を得ることができる。
（インクジェットプリンタ装置）
図５は、図２Ｂに示したインクジェットプリンタヘッドを搭載したインクジェットプリンタ装置の構成図である。
図５は、図２Ｂに示したインクジェットプリンタヘッドを搭載したインクジェットプリンタ装置の構成図である。
インクジェットプリンタ装置８００は、主にインクジェットプリンタヘッド７０、本体７１、トレイ７２、ヘッド駆動機構７３を備えて構成されている。圧電アクチュエータ３００はインクジェットプリンタヘッド７０内に備えられている。
インクジェットプリンタ装置８００は、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの計４色のインクカートリッジを備えており、フルカラー印刷が可能なように構成されている。また、このインクジェットプリンタ装置８００は、内部に専用のコントローラボード等を備えており、インクジェットプリンタヘッド７０のインク吐出タイミング及びヘッド駆動機構７３の走査を制御する。また、本体７１は背面にトレイ７２を備えるとともに、その内部にオートシートフィーダ（自動連続給紙機構）７６を備え、記録用紙７５を自動的に送り出し、正面の排出口７４から記録用紙７５を排紙する。
このインクジェットプリンタヘッド７０の圧電アクチュエータに用いられる圧電素子において、圧電体層としてリーク電流が小さく、大きな変位量の圧電体層を用いることで、高い耐電圧性と高い安全性を有するインクジェットプリンタ装置を提供することができる。
例えば、本発明の圧電体層を備えた圧電素子は、ジャイロセンサ、ショックセンサ、マイクロフォンなどの圧電効果を利用したもの、あるいはアクチュエータ、インクジェットヘッド、スピーカー、ブザー、レゾネータなどの逆圧電効果を利用したものに用いることができるが、逆圧電効果を利用した圧電素子に特に好適である。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（圧電体層を備えた圧電素子の作製とラマン測定）
（実施例１）
本実施例において、「基体」とは、各工程における被成膜体を意味する。
（実施例１）
本実施例において、「基体」とは、各工程における被成膜体を意味する。
（１００）面方位を有する直径３インチのシリコンウエハ（基板４）を真空蒸着装置の真空チャンバ内に設置し、真空排気を行ったのちに、絶縁層６として、ＹＳＺ（７ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２）、下部電極８としてＰｔを成膜した。成膜時の基体温度はＹＳＺ（７ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２）のときは９００℃、Ｐｔのときは７００℃とした。絶縁層６の厚さは１０ｎｍ、下部電極８の厚さは２００ｎｍとした。
下部電極８を成膜後、下部電極８の面直方向の配向性を確認するためにｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：Ｘ線回折）測定を行った。ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定は、試料表面に対して平行な格子面を測定する対称反射測定（２θ／θ測定）と、表面に斜交する格子面を測定する非対称反射測定に分けられる。本実施例においては、２θ／θ測定を行った。２θ／θ測定の結果より、Ｐｔが（００２）面方位に配向していることを確認した。
続いて、基体を複数のスパッタリングターゲットを装着したＲＦスパッタリング装置のチャンバに移し、真空排気を行ったのちに、圧電体層１０として、ニオブ酸カリウムナトリウム薄膜を成膜した。スパッタリングターゲットとして、Ｌｉを０．２５ｍｏｌ％、Ｍｎを０．２５ｍｏｌ％、Ｔａを０．５ｍｏｌ％含む：ニオブ酸カリウムナトリウム焼結体を用いた。成膜時の基体温度は８００℃、圧電体層１０の厚さは２７００ｎｍとした。
その後、基体を再びＲＦスパッタリング装置の別チャンバに移し、真空排気を行った後に、上部電極１２としてＰｔを成膜した。成膜時の基体温度は２００℃、上部電極１２の厚さは２００ｎｍとした。
上部電極１２を形成後、フォトリソグラフィおよびドライエッチング、ウエットエッチングにより圧電体層１０を含む積層体をパターニングし、ウエハを切断加工することで、可動部分寸法が５ｍｍ×１５ｍｍである圧電素子１００を得た。
次に、圧電素子１００の下部電極８と上部電極１２の電極間の電場が１ｋＶ／ｍｍとなるように直流電圧を１分間印加後、電極間の電場が３ｋＶ／ｍｍとなるように直流電圧を１分間印加し、さらに電極間の電場が１ｋＶ／ｍｍとなるように直流電圧を１分間印加した。
その後、圧電素子１００の上部電極１２の一部をエッチングにより除去することにより圧電体層１０を露出させた後に、圧電体層１０の結晶格子の短周期規則性を確認するためにラマン測定を行った。ラマン測定は前記圧電体層を面内方向に回転しながら行い、ラマン散乱光を入射光と平行な向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｙ）およびラマン散乱光を入射光と直交する向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｘ）の２通り行った。圧電体層１０の回転角度は０°〜１８０°まで５°刻みに測定した。
（実施例２）
（１００）面方位を有する、サイズ１５ｍｍ×１５ｍｍ×０．５ｍｍのＭｇＯ基板（基板４）をＲＦスパッタリング装置の真空チャンバ内に設置し、下部電極８としてＰｔを成膜した。成膜時の基体温度は７００℃で成膜をした。下部電極８の厚さは２００ｎｍとした。
（１００）面方位を有する、サイズ１５ｍｍ×１５ｍｍ×０．５ｍｍのＭｇＯ基板（基板４）をＲＦスパッタリング装置の真空チャンバ内に設置し、下部電極８としてＰｔを成膜した。成膜時の基体温度は７００℃で成膜をした。下部電極８の厚さは２００ｎｍとした。
下部電極８を成膜後、下部電極８の面直方向の配向性を確認するためにｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：Ｘ線回折）測定を行った。ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定とは、試料表面に対して平行な格子面を測定する対称反射測定（２θ／θ測定）と、表面に斜交する格子面を測定する非対称反射測定に分けられる。本実施例においては、２θ／θ測定を行った。２θ／θ測定の結果より、Ｐｔが（００２）面方位に配向していることを確認した。
続いて、基体を複数のスパッタリングターゲットを装着したＲＦスパッタリング装置のチャンバに移し、真空排気を行ったのちに、圧電体層１０として、ニオブ酸カリウムナトリウム薄膜を成膜した。スパッタリングターゲットとしてはＬｉを０．２５ｍｏｌ％、Ｍｎを０．２５ｍｏｌ％、Ｔａを０．５ｍｏｌ％含むニオブ酸カリウムナトリウム焼結体を用いた。成膜時の基体温度は７５０℃、圧電体層１０の厚さは２７００ｎｍとした。圧電体層１０のラマン測定、圧電素子１００の作製は、電界処理も含めて実施例１と同様に行った。
（実施例３）
実施例１において、下部電極８の面直配向性を確認後に、基体をＲＦスパッタリング装置の別チャンバに移し、真空排気を行ったのちに、中間層としてＳｒＲｕＯ３を成膜後に圧電体層１０としてニオブ酸カリウムナトリウム薄膜を成膜した。スパッタリングターゲットとしてはＬｉを０．２５ｍｏｌ％、Ｍｎを０．２５ｍｏｌ％、Ｔａを０．５ｍｏｌ％含むニオブ酸カリウムナトリウム焼結体を用いた。成膜時の基体温度は７００℃、圧電体層１０の厚さは２７００ｎｍとした。圧電体層１０のラマン測定、圧電素子１００の作製は、電界処理も含めて実施例１と同様に行った。
実施例１において、下部電極８の面直配向性を確認後に、基体をＲＦスパッタリング装置の別チャンバに移し、真空排気を行ったのちに、中間層としてＳｒＲｕＯ３を成膜後に圧電体層１０としてニオブ酸カリウムナトリウム薄膜を成膜した。スパッタリングターゲットとしてはＬｉを０．２５ｍｏｌ％、Ｍｎを０．２５ｍｏｌ％、Ｔａを０．５ｍｏｌ％含むニオブ酸カリウムナトリウム焼結体を用いた。成膜時の基体温度は７００℃、圧電体層１０の厚さは２７００ｎｍとした。圧電体層１０のラマン測定、圧電素子１００の作製は、電界処理も含めて実施例１と同様に行った。
（実施例４）
実施例１において、下部電極８の面直配向性を確認後に、基体をＲＦスパッタリング装置の別チャンバに移し、真空排気を行ったのちに、圧電体層１０としてニオブ酸カリウムナトリウム薄膜を成膜した。スパッタリングターゲットとしてはＬｉを０．２５ｍｏｌ％、Ｍｎを０．２５ｍｏｌ％、Ｔａを０．５ｍｏｌ％含むニオブ酸カリウムナトリウム焼結体を用いた。成膜時の基体温度は６２０℃、圧電体層１０の厚さは２７００ｎｍとした。
実施例１において、下部電極８の面直配向性を確認後に、基体をＲＦスパッタリング装置の別チャンバに移し、真空排気を行ったのちに、圧電体層１０としてニオブ酸カリウムナトリウム薄膜を成膜した。スパッタリングターゲットとしてはＬｉを０．２５ｍｏｌ％、Ｍｎを０．２５ｍｏｌ％、Ｔａを０．５ｍｏｌ％含むニオブ酸カリウムナトリウム焼結体を用いた。成膜時の基体温度は６２０℃、圧電体層１０の厚さは２７００ｎｍとした。
その後、基体を再びＲＦスパッタリング装置の別チャンバに移し、真空排気を行った後に、上部電極１２としてＰｔを成膜した。成膜時の基体温度は２００℃、上部電極１２の厚さは２００ｎｍとした。
上部電極１２を形成後、フォトリソグラフィおよびドライエッチング、ウエットエッチングにより圧電体層１０を含む積層体をパターニングし、ウエハを切断加工することで、可動部分寸法が５ｍｍ×１５ｍｍである圧電素子１００を得た。圧電体層１０のラマン測定は実施例１と同様に行った。
（実施例５）
熱酸化膜（ＳｉＯ２：酸化物層６）付きの直径３インチのシリコンウエハ（基板４）を真空スパッタ装置の真空チャンバ内に設置し、真空排気を行ったのちに、下部電極８としてＰｔを成膜した。Ｐｔ成膜時の基体温度は３００℃、下部電極８の厚さは２００ｎｍとした。
熱酸化膜（ＳｉＯ２：酸化物層６）付きの直径３インチのシリコンウエハ（基板４）を真空スパッタ装置の真空チャンバ内に設置し、真空排気を行ったのちに、下部電極８としてＰｔを成膜した。Ｐｔ成膜時の基体温度は３００℃、下部電極８の厚さは２００ｎｍとした。
下部電極８を成膜後、下部電極８の面直方向の配向性を確認するためにｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：Ｘ線回折）測定を行った。ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定は、試料表面に対して平行な格子面を測定する対称反射測定（２θ／θ測定）と、表面に斜交する格子面を測定する非対称反射測定に分けられる。本実施例においては、２θ／θ測定を行った。２θ／θ測定の結果より、Ｐｔは（１１１）面に優先配向性していることを確認した。
圧電体層１０として、ニオブ酸カリウムナトリウム薄膜を成膜した。スパッタリングターゲットとして、Ｌｉを０．２５ｍｏｌ％、Ｍｎを０．２５ｍｏｌ％、Ｔａを０．５ｍｏｌ％含むニオブ酸カリウムナトリウム焼結体を用いた。成膜時の基体温度は７００℃、圧電体層１０の厚さは２７００ｎｍとした。圧電体層１０のラマン測定、圧電素子１００の作製は、電界処理も含めて実施例１と同様に行った。
（比較例１）
熱酸化膜（ＳｉＯ２：酸化物層）付きの直径３インチのシリコンウエハ（基板４）を真空スパッタ装置の真空チャンバ内に設置し、真空排気を行ったのちに、下部電極としてＰｔを成膜した。Ｐｔ成膜時の基体温度は３００℃、下部電極の厚さは２００ｎｍとした。
熱酸化膜（ＳｉＯ２：酸化物層）付きの直径３インチのシリコンウエハ（基板４）を真空スパッタ装置の真空チャンバ内に設置し、真空排気を行ったのちに、下部電極としてＰｔを成膜した。Ｐｔ成膜時の基体温度は３００℃、下部電極の厚さは２００ｎｍとした。
下部電極を成膜後、下部電極の面直方向の配向性を確認するためにｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：Ｘ線回折）測定を行った。ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定は、試料表面に対して平行な格子面を測定する対称反射測定（２θ／θ測定）と、表面に斜交する格子面を測定する非対称反射測定に分けられる。本比較例においては、２θ／θ測定を行った。２θ／θ測定の結果より、Ｐｔは（１１１）面に優先配向性していることを確認した。
圧電体層として、ニオブ酸カリウムナトリウム薄膜を成膜した。スパッタリングターゲットとして、Ｌｉを０．２５ｍｏｌ％、Ｍｎを０．２５ｍｏｌ％、Ｔａを０．５ｍｏｌ％含むニオブ酸カリウムナトリウム焼結体を用いた。成膜時の基体温度は７００℃、圧電体層の厚さは２７００ｎｍとした。
その後、基体を再びＲＦスパッタリング装置の別チャンバに移し、真空排気を行った後に、上部電極としてＰｔを成膜した。成膜時の基体温度は２００℃、上部電極１２の厚さは２００ｎｍとした。
上部電極を形成後、フォトリソグラフィおよびドライエッチング、ウエットエッチングにより圧電体層を含む積層体をパターニングし、ウエハを切断加工することで、可動部分寸法が５ｍｍ×１５ｍｍである圧電素子を得た。
その後、圧電素子の上部電極の一部をエッチングにより除去することにより圧電体層を露出後に、圧電体層の結晶格子の短周期規則性を確認するためにラマン測定を行った。ラマン測定は前記圧電体層を面内方向に回転しながら行い、ラマン散乱光を入射光と平行な向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｙ）およびラマン散乱光を入射光と直交する向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｘ）の２通り行った。圧電体層の回転角度は０°〜１８０°まで１０°刻みに測定した。
（比較例２）
熱酸化膜（ＳｉＯ２：酸化物層）付きの直径３インチのシリコンウエハ（基板４）を真空スパッタ装置の真空チャンバ内に設置し、真空排気を行ったのちに、下部電極としてＰｔを成膜した。Ｐｔ成膜時の基体温度は３００℃、下部電極の厚さは２００ｎｍとした。
熱酸化膜（ＳｉＯ２：酸化物層）付きの直径３インチのシリコンウエハ（基板４）を真空スパッタ装置の真空チャンバ内に設置し、真空排気を行ったのちに、下部電極としてＰｔを成膜した。Ｐｔ成膜時の基体温度は３００℃、下部電極の厚さは２００ｎｍとした。
下部電極を成膜後、下部電極の面直方向の配向性を確認するためにｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：Ｘ線回折）測定を行った。ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定は、試料表面に対して平行な格子面を測定する対称反射測定（２θ／θ測定）と、表面に斜交する格子面を測定する非対称反射測定に分けられる。本比較例においては、２θ／θ測定を行った。２θ／θ測定の結果より、Ｐｔは（１１１）面に優先配向性していることを確認した。
圧電体層として、ニオブ酸カリウムナトリウム薄膜を成膜した。スパッタリングターゲットとして、添加物を含まないニオブ酸カリウムナトリウム焼結体を用いた。成膜時の基体温度は７００℃、圧電体層の厚さは２７００ｎｍとした。圧電体層の配向性の確認、圧電素子の作製は、比較例１と同様に行った。
実施例１および比較例１の偏光ラマン測定（ｙｙ）および偏光ラマン測定（ｙｘ）のＫＮＮのＦ２ｇ変角振動に相当する２２０ｃｍ−１の規格化ピーク強度を測定角度ごとにプロットした図をそれぞれ図７および図８に示した。
実施例２〜５および比較例２についても同様にプロットし、それぞれの図より偏光ラマン測定（ｙｘ）の第一極大値をもつ角度、第一極小値をもつ角度、第二極大値を持つ角度、（第二極大値をもつ角度 − 第一極大値をもつ角度）、偏光ラマン測定（ｙｙ）の極大値の角度、（偏光ラマン測定（ｙｙ）の極大値を持つ角度 − 偏光ラマン測定（ｙｘ）の極大値をもつ角度）を求め、表１に示した。
表１において、実施例１〜５では偏光ラマン測定（ｙｘ）の（第二極大値をもつ角度 − 第一極大値をもつ角度）が９０°±５°であり、略９０°ごとの周期性を持つが、比較例１〜２では極大値や極小値を持たないことから周期性を持っていない。
また、表１において、実施例１〜４では（偏光ラマン測定（ｙｙ）の極大値を持つ角度 − 偏光ラマン測定（ｙｘ）の極大値をもつ角度）が４５°±５°であり、偏光ラマン測定（ｙｘ）と偏光ラマン測定（ｙｙ）との周期が略４５°ずれていることを示すが、実施例５、比較例１〜２では極大値や極小値を持たないことから周期性を持っていない。
実施例１および比較例１の偏光ラマン測定（ｙｘ）の（（５５０ｃｍ−１付近のピークの測定強度）／（６１０ｃｍ−１付近のピークの測定強度））を測定角度ごとにプロットした図をそれぞれ図９および図１０に示した。
実施例２〜５および比較例２についても同様にプロットし、それぞれの図より偏光ラマン測定（ｙｘ）の（（５５０ｃｍ−１付近のピークの測定強度） ／（６１０ｃｍ−１付近のピークの測定強度））の最大値、最小値、（最大値−最小値）および周期性の有無を表２に示した。
表２において、実施例１〜５では偏光ラマン測定（ｙｘ）の（（５５０ｃｍ−１付近のピークの測定強度） ／（６１０ｃｍ−１付近のピークの測定強度））が９０°ごとの周期性を持つが、比較例１〜２では周期性は持っていない。
また表２において、実施例１〜４では偏光ラマン測定（ｙｘ）の（（５５０ｃｍ−１付近のピークの測定強度） ／（６１０ｃｍ−１付近のピークの測定強度）の最大値−最小値）が０．３以上１．０以下であるが実施例５および比較例１〜２は０．３未満である。
（圧電素子の評価）
圧電定数−ｄ３１の測定は、短冊サンプルの上下部電極間に７００Ｈｚ ３Ｖｐ−ｐを印加し、レーザードップラー測定器とオシロスコープを用いて短冊サンプルの先端部における変位を測定した。測定電圧は、リーク電流の影響を受けないことを考慮して選択したが、圧電素子ではより大きな変位量が必要なため、さらに高い電圧が必要である。そして以下の式（１）から計算することで得る。
ｈｓ：基板の厚さ，Ｓ１１，ｐ： ＫＮＮ薄膜の弾性率，Ｓ１１，ｓ： 基板の弾性率，Ｌ：駆動部の長さ，δ：変位量，Ｖ：印加電圧。
測定で得られた−ｄ３１の値を、各実施例、比較例の構成などと共に表３に示す。
圧電定数−ｄ３１の測定は、短冊サンプルの上下部電極間に７００Ｈｚ ３Ｖｐ−ｐを印加し、レーザードップラー測定器とオシロスコープを用いて短冊サンプルの先端部における変位を測定した。測定電圧は、リーク電流の影響を受けないことを考慮して選択したが、圧電素子ではより大きな変位量が必要なため、さらに高い電圧が必要である。そして以下の式（１）から計算することで得る。
測定で得られた−ｄ３１の値を、各実施例、比較例の構成などと共に表３に示す。
比較例１〜２に比べ、実施例１〜５の圧電定数−ｄ３１が大きくなることが確認できた。
実施例１と実施例２との比較より、ＭｇＯ基板上にＰｔを成膜後に圧電体層を成膜した圧電素子よりシリコンウェハ上にＹＳＺとＰｔを成膜後に圧電体層を成膜した圧電素子のほうが、圧電定数−ｄ３１が大きくなることが確認できた。
実施例１と実施例３との比較より、中間層を成膜せずに圧電体層を成膜した圧電素子のほうが圧電定数−ｄ３１が大きくなることが確認できた。
実施例１と実施例４との比較により、圧電素子を作製後に電界を印加した圧電素子のほうが電界を印加しない圧電素子と比べて圧電定数−ｄ３１が大きくなることが確認できた。
実施例１と実施例５との比較により、偏光ラマン測定（ｙｙ）と偏光ラマン測定（ｙｘ）の測定強度の周期が略４５°ずれている圧電素子のほうが、偏光ラマン測定（ｙｙ）と偏光ラマン測定（ｙｘ）の測定強度の周期性の相関がない圧電素子と比べて圧電定数−ｄ３１が大きくなることが確認できた。
実施例１〜４と実施例５および比較例１〜２との比較により、偏光ラマン測定（ｙｘ）の（（５５０ｃｍ−１付近のピークの測定強度） ／（６１０ｃｍ−１付近のピークの測定強度））の最大値−最小値）が０．３以上の圧電素子のほうが０．３未満の圧電素子と比べて圧電定数−ｄ３１が大きくなることが確認できた。
本発明に係わる圧電体層を備えた圧電素子によれば、従来のＫＮＮ薄膜を用いた圧電素子よりも、圧電特性を向上させることができる。また、本発明に係る圧電アクチュエータ、及び圧電センサにおいても圧電特性の向上を図ることができ、高性能なハードディスクドライブ、及びインクジェットプリンタ装置を提供することができる。
４ 基板
６ 酸化物層
８ 下部電極
１０ 圧電体層
１２ 上部電極
１００ 圧電素子
２００ ヘッドアッセンブリ
９ ベースプレート
１１ ロードビーム
１１ｂ 基端部
１１ｃ、１１ｄ 板バネ部
１１ｅ 開口部
１１ｆ ビーム主部
１７ フレクチャ
１３ 圧電素子
１９ａ ヘッド素子
１９ ヘッドスライダ
１５ フレキシブル基板
３００ 圧電アクチュエータ
２０ 基材
２３ 絶縁膜
２４ 下部電極
２５ 圧電体層
２６ 上部電極
２１ 圧力室
２７ ノズル
４００ ジャイロセンサ
１１０ 基部
１２０、１３０ アーム
３０ 圧電素子
３１ａ、３１ｂ 駆動電極層
３１ｃ、３１ｄ 検出電極層
３１ 上部電極
３２ 下部電極
５００ 圧力センサ
４５ 空洞
４４ 支持体
４６ 電流増幅器
４７ 電流測定器
４１ 共通電極層
４２ 圧電体層
４３ 個別電極層
４０ 圧電素子
６００ 脈波センサ
５１ 基板
５２ 送信用圧電体層
５４ａ、５４ｂ、５５ａ、５５ｂ 電極層
５３ 受信用圧電体層
５６ 電極
５７ 上面用電極
５８ 配線
７００ ハードディスクドライブ
６０ 筐体
６１ ハードディスク
６２ ヘッドアッセンブリ
６３ ボイスコイルモータ
６４ アクチュエータアーム
６５ ヘッドアッセンブリ
６ 酸化物層
８ 下部電極
１０ 圧電体層
１２ 上部電極
１００ 圧電素子
２００ ヘッドアッセンブリ
９ ベースプレート
１１ ロードビーム
１１ｂ 基端部
１１ｃ、１１ｄ 板バネ部
１１ｅ 開口部
１１ｆ ビーム主部
１７ フレクチャ
１３ 圧電素子
１９ａ ヘッド素子
１９ ヘッドスライダ
１５ フレキシブル基板
３００ 圧電アクチュエータ
２０ 基材
２３ 絶縁膜
２４ 下部電極
２５ 圧電体層
２６ 上部電極
２１ 圧力室
２７ ノズル
４００ ジャイロセンサ
１１０ 基部
１２０、１３０ アーム
３０ 圧電素子
３１ａ、３１ｂ 駆動電極層
３１ｃ、３１ｄ 検出電極層
３１ 上部電極
３２ 下部電極
５００ 圧力センサ
４５ 空洞
４４ 支持体
４６ 電流増幅器
４７ 電流測定器
４１ 共通電極層
４２ 圧電体層
４３ 個別電極層
４０ 圧電素子
６００ 脈波センサ
５１ 基板
５２ 送信用圧電体層
５４ａ、５４ｂ、５５ａ、５５ｂ 電極層
５３ 受信用圧電体層
５６ 電極
５７ 上面用電極
５８ 配線
７００ ハードディスクドライブ
６０ 筐体
６１ ハードディスク
６２ ヘッドアッセンブリ
６３ ボイスコイルモータ
６４ アクチュエータアーム
６５ ヘッドアッセンブリ
Claims (8)
- 一般式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型化合物であるニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層において、前記圧電体層を面内方向に回転しながら行われる、前記圧電体層のラマン測定において、ラマン散乱光を入射光と直交する向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｘ）を前記圧電体層を面内方向に回転しながら得られたラマンスペクトルにおける前記ペロブスカイト型化合物の格子振動領域の測定強度が、略９０°ごとに周期性を持つことを特徴とする圧電体層。
- 前記圧電体層のラマン測定において、ラマン散乱光を入射光と平行な向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｙ）、および前記ラマン散乱光を前記入射光と直交する向きに偏光して測定する偏光ラマン測定（ｙｘ）を前記圧電体層を面内方向に回転しながら得られたラマンスペクトルにおける前記ペロブスカイト型化合物の格子振動領域の測定強度が、前記偏光ラマン測定（ｙｙ）と前記偏光ラマン測定（ｙｘ）のいずれについても略９０°ごとに周期性を持ち、前記偏光ラマン測定（ｙｙ）と前記偏光ラマン測定（ｙｘ）との前記測定強度の周期が略４５°ずれていることを特徴とする請求項１に記載の圧電体層。
- 前記圧電体層の前記偏光ラマン測定（ｙｘ）によって得られたラマンスペクトルは５５０ｃｍ−１付近および６１０ｃｍ−１付近にそれぞれ１つ以上のピークを持ち、（５５０ｃｍ−１付近のピークの測定強度） ／（６１０ｃｍ−１付近のピークの測定強度）で示される強度比が略９０°の周期性を持ち、前記強度比の最大値と最小値との差が０．３以上１．０以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧電体層。
- 請求項1〜３いずれか1項に記載の圧電体層に上部及び下部電極を備えた圧電素子。
- 請求項４に記載の圧電素子を用いた圧電アクチュエータ。
- 請求項４に記載の圧電素子を用いた圧電センサ。
- 請求項５に記載の圧電アクチュエータを備えたハードディスクドライブ。
- 請求項５に記載の圧電アクチュエータを備えたインクジェットプリンタ装置。
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