JP2017063108A - 圧電素子及び圧電素子応用デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】クラックの発生を防止し、耐電圧特性の向上を図りつつ、リーク電流を低減し、優れた変位特性を有することが可能な圧電素子及び圧電素子応用デバイスを提供する。【解決手段】圧電素子３００は、第１電極６０と、第１電極６０上に設けられた圧電体層７０と、圧電体層７０上に設けられた第２電極８０とを備える。圧電体層７０は、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ３とＢｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ３とを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、（１００）面に優先配向している。【選択図】図４

Description

本発明は、圧電素子及び圧電素子応用デバイスに関する。

圧電素子は、一般に、電気機械変換特性を有する圧電体層と、圧電体層を挟持する２つの電極とを有している。近年、このような圧電素子を駆動源として用いたデバイス（圧電素子応用デバイス）の開発が盛んに行われている。圧電素子応用デバイスとしては、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッド、圧電ＭＥＭＳ素子に代表されるＭＥＭＳ要素、超音波センサー等に代表される超音波測定装置、更には、圧電アクチュエーター装置等がある。

圧電素子を構成する圧電体層に用いられる圧電材料には高い圧電特性が求められており、そのような圧電材料の代表例として、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、ＰＺＴ）が挙げられる。しかしながら、環境問題の観点から、非鉛（鉛フリー）又は鉛の含有量を抑えた圧電材料が求められている。

鉛フリー圧電材料の有力な候補として、マンガン酸鉄酸ビスマス（Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３、ＢＦＭ）−チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３、ＢＴ）（ＢＦＭ−ＢＴ）が知られている。ＢＦＭ−ＢＴは、ＰＺＴと比較して、クラックが発生しやすい上にリーク電流が大きく、更に圧電変位が不十分となるため、例えば、液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子の圧電体層として用いられた場合には、大液滴の吐出が難しいという問題がある。

ＢＦＭ−ＢＴの圧電特性を改善するための方策の一つに、結晶を（１００）面に高配向させる方法がある。例えば、マンガン酸ビスマス（ＢｉＭｎＯ_３、ＢＭ）又はチタン酸鉄酸ビスマス（Ｂｉ（Ｆｅ，Ｔｉ）Ｏ_３、ＢＦＴ）からなるバッファー層上に圧電体層を形成することにより、（１００）面に高配向したＢＦＭ−ＢＴが得られる（特許文献１，２参照）。

特開２０１４−１９２２６８号公報 特開２０１４−２０８４７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたバッファー層としてＢＭを形成する方法では、クラックの発生を抑制し、耐電圧特性を改善する効果が得られるが、リーク電流が大きくなり、圧電変位が小さくなる傾向にある。一方、特許文献２に記載されたバッファー層としてＢＦＴを形成する方法では、リーク電流を低減する効果が得られるが、圧電変位に悪影響を及ぼす。

本発明は、上記実情に鑑みて提案されたものであり、クラックの発生を防止し、耐電圧特性の向上を図りつつ、リーク電流を低減し、優れた変位特性を有することが可能な圧電素子及び圧電素子応用デバイスを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係る態様は、第１電極と、前記第１電極上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極とを備え、前記圧電体層は、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３とＢｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３とを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、（１００）面に優先配向していることを特徴とすることを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、前記圧電体層が、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３とＢｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３とを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、（１００）面に優先配向していることにより、クラックの発生を防止し、耐電圧特性の向上を図りつつ、リーク電流を低減し、優れた変位特性を有することが可能な圧電素子とすることができる。

ここで、前記圧電体層は、下記式（１）で表されるペロブスカイト型複合酸化物からなることが好ましい。
（１００−ｘ−ｙ）Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３−ｘＢａＴｉＯ_３−ｙＢｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３ ・・・ （１）
（式中、０≦ｘ≦１０を満たす。）
これによれば、前記圧電体層を構成するペロブスカイト型複合酸化物の結晶を（１００）面に優先的に配向させることができる。

また、前記圧電体層は、前記式（１）において５≦ｙ≦１０を満たすペロブスカイト型複合酸化物からなることが好ましい。
これによれば、前記圧電体層を構成するペロブスカイト型複合酸化物の結晶を（１００）面に優先的に配向させることができる。

また、上記課題を解決する本発明に係る他の態様は、第１電極と、前記第１電極上に設けられたバッファー層と、前記バッファー層上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極とを備え、前記バッファー層は、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３とＢｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３とを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、前記圧電体層は、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３を含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、（１００）面に優先配向していることを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、前記バッファー層が、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３とＢｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３とを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、前記圧電体層が、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３を含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、（１００）面に優先配向していることにより、クラックの発生を防止し、耐電圧特性の向上を図りつつ、リーク電流を低減し、優れた変位特性を有することが可能な圧電素子とすることができる。

ここで、前記バッファー層は、下記式（２）で表される前記ペロブスカイト型複合酸化物からなることが好ましい。
（１００−ｘ−ｙ）Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３−ｘＢａＴｉＯ_３−ｙＢｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３ ・・・ （２）
（式中、０≦ｘ≦１０を満たす。）
これによれば、前記バッファー層上に前記圧電体層上を設けたことにより、前記圧電体層を構成するペロブスカイト型複合酸化物の結晶を（１００）面に優先的に配向させることができる。

また、前記バッファー層は、前記式（２）において５≦ｙ≦１０を満たすペロブスカイト型複合酸化物からなることが好ましい。
これによれば、前記バッファー層上に前記圧電体層上を設けたことにより、前記圧電体層を構成するペロブスカイト型複合酸化物の結晶を（１００）面に優先的に配向させることができる。

ここで、前記圧電体層は、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３とＢａＴｉＯ_３とを含むペロブスカイト型複合酸化物からなることが好ましい。
これによれば、前記バッファー層とその上に設けられた前記圧電体層上との組成にＢｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３とＢａＴｉＯ_３とを含むことにより、前記圧電体層を構成するペロブスカイト型複合酸化物の結晶を（１００）面に優先的に配向させることができる。

また、上記課題を解決する本発明に係る他の態様は、前記何れか一つの態様に記載の圧電素子を備えることを特徴とする圧電素子応用デバイスにある。
かかる態様では、クラックの発生を防止し、耐電圧特性の向上を図りつつ、リーク電流を低減し、優れた変位特性を有することが可能な圧電素子応用デバイスとすることができる。

実施形態１に係るインクジェット式記録装置の概略構成を示す図。 実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解図。 実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す平面図。 実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す断面図。 実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造例を説明する図。 実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造例を説明する図。 実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造例を説明する図。 実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造例を説明する図。 実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造例を説明する図。 実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造例を説明する図。 実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造例を説明する図。 実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す断面図。 サンプル１〜４のＸ線回折パターンを示す図。 サンプル５〜８のＸ線回折パターンを示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明は、本発明の一態様を示すものであって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更可能である。なお、各図において同じ符号を付したものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。また、図２〜図１２において、Ｘ，Ｙ及びＺは、互いに直交する３つの空間軸を表している。本明細書では、これらの軸に沿った方向をそれぞれ第１の方向Ｘ（Ｘ方向）、第２の方向Ｙ（Ｙ方向）及び第３の方向Ｚ（Ｚ方向）として説明する。Ｘ方向及びＹ方向は、板、層及び膜の面内方向を表し、Ｚ方向は、板、層及び膜の厚み方向又は積層方向を表す。

（第１の実施形態）
まず、液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置について、図１を参照して説明する。

図１は、インクジェット式記録装置の概略構成を示している。図示するように、インクジェット式記録装置（記録装置Ｉ）において、インクジェット式記録ヘッドユニット（ヘッドユニットＩＩ）が、カートリッジ２Ａ，２Ｂに着脱可能に設けられている。カートリッジ２Ａ，２Ｂは、インク供給手段を構成している。ヘッドユニットＩＩは、後述する複数のインクジェット式記録ヘッド（記録ヘッド）を有しており、キャリッジ３に搭載されている。キャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に、軸方向移動自在に設けられている。これらのヘッドユニットＩＩやキャリッジ３は、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出可能に構成されている。

そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車及びタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達され、ヘッドユニットＩＩを搭載したキャリッジ３が、キャリッジ軸５に沿って移動されるようになっている。一方、装置本体４には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。

記録ヘッドには、圧電アクチュエーター装置として、詳細は後述するが、本発明の第１の実施形態に係る圧電素子３００が用いられている。圧電素子３００を用いることによって、記録装置Ｉにおける各種特性（耐久性やインク噴射特性等）の低下を回避することができる。

次に、液体噴射装置に搭載される液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドについて、図２〜図４を参照して説明する。

図２は、インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。図３は、流路形成基板の圧電素子側の平面図（圧電素子側から流路形成基板をみた平面図）であり、図４は、図３のＡ−Ａ′線に準ずる断面図である。

流路形成基板１０（以下、「基板１０」と称する）は例えばシリコン単結晶基板からなり、圧力発生室１２が形成されている。そして、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が、同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口２１がＸ方向に沿って並設されている。基板１０の材料はシリコンに限らず、ＳＯＩやガラス等であってもよい。

基板１０のうち、圧力発生室１２のＹ方向の一端部側には、インク供給路１３と連通路１４とが形成されている。連通路１４の外側（＋Ｙ方向側）には、連通部１５が形成されている。連通部１５は、マニホールド１００の一部を構成する。マニホールド１００は、各圧力発生室１２の共通のインク室となる。このように、基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５からなる液体流路が形成されている。

基板１０の一方の面（−Ｚ方向側の面）上には、例えばＳＵＳ製のノズルプレート２０が接合されている。ノズルプレート２０には、Ｘ方向に沿ってノズル開口２１が並設されている。ノズル開口２１は、各圧力発生室１２に連通している。ノズルプレート２０は、接着剤や熱溶着フィルム等によって基板１０に接合することができる。

基板１０の他方の面（＋Ｚ方向側の面）上には、振動板５０が形成されている。振動板５０は、例えば、基板１０上に形成された弾性膜５１と、弾性膜５１上に形成された絶縁体膜５２と、により構成されている。弾性膜５１は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなり、絶縁体膜５２は、例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる。

絶縁体膜５２上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０と、を含む圧電素子３００が形成されている。また、図２〜図４では図示を省略しているが、絶縁体膜５２と第１電極６０との間の密着性を向上させるために、絶縁体膜５２と第１電極６０との間には、密着層５６（図５〜図１１参照）が設けられる。密着層５６は省略しても構わない。

第１電極６０は、圧力発生室１２毎に設けられている。つまり、第１電極６０は、圧力発生室１２毎に独立する個別電極として構成されている。
圧電体層７０も、圧力発生室１２毎に設けられている。

第２電極８０は、Ｘ方向に亘って、第１電極６０、圧電体層７０、及び振動板５０上に連続して設けられている。つまり、第２電極８０は共通電極として構成されている。第２電極８０ではなく、第１電極６０を共通電極としても良い。

第１電極６０のノズル開口２１側の端部（−Ｙ方向側の端部）は、圧電体層７０の−Ｙ方向側の端部から露出している。第１電極６０の−Ｙ方向側の端部は、リード電極９０ａに接続されている。

また、第２電極８０には、リード電極９０ｂが接続されている。リード電極９０ａ及びリード電極９０ｂは、基板１０上に、リード電極９０ａ及びリード電極９０ｂを構成する材料の層を全面に亘って形成した後、この層を所定の形状にパターニングすることによって、同時に形成することができる。

圧電素子３００が形成された基板１０上には、保護基板３０が接着剤３５により接合されている。保護基板３０は、マニホールド部３２を有している。マニホールド部３２により、マニホールド１００の少なくとも一部が構成されている。本実施形態に係るマニホールド部３２は、保護基板３０を厚さ方向（Ｚ方向）に貫通しており、更に圧力発生室１２の幅方向（Ｘ方向）に亘って形成されている。そして、マニホールド部３２は、上記のように、基板１０の連通部１５と連通している。これらの構成により、各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００が構成されている。

保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２からなるコンプライアンス基板４０が接合されている。固定板４２のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向（Ｚ方向）に完全に除去された開口部４３となっている。マニホールド１００の一方の面（＋Ｚ方向側の面）は、可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

このようなインクジェット式記録ヘッドは、次のような動作で、インク滴を吐出する。まず、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たす。その後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、圧電素子３００をたわみ変形させる。すると、各圧力発生室１２内の圧力が高まり、ノズル開口２１からインク滴が吐出される。

次に、圧電素子３００について、さらに詳細に説明する。圧電素子３００は、第１電極６０と、第２電極８０と、第１電極６０と第２電極８０との間に設けられた圧電体層７０と、を含む。第１電極６０の厚さは約５０ｎｍである。圧電体層７０は、３μｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の、いわゆる薄膜の圧電体である。第２電極８０の厚さは約５０ｎｍである。ここに挙げた各要素の厚さはいずれも一例であり、本発明の要旨を変更しない範囲内で変更可能である。

第１電極６０及び第２電極８０の材料は、導電性を維持できる材料であれば特に限定されない。このような材料としては、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の貴金属、又はランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）等に代表される導電性酸化物が挙げられる。

圧電体層７０は、マンガン酸鉄酸ビスマス（Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３、以下、「ＢＦＭ」と称する）とチタン酸マグネシウム酸ビスマス（Ｂｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３、以下、「ＢＭＴ」と称する）とを含み、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物（ペロブスカイト型複合酸化物）からなり、当該複合酸化物の結晶が（１００）面に優先配向している圧電材料を用いて構成されている。

圧電体層７０を構成する圧電材料（以下、圧電材料ａという）は、ＢＦＭとＢＭＴとの混晶であるもの、又はＢＦＭとＢＭＴとが均一に固溶した固溶体としても表されるが、Ｘ線回折パターンにおいて、ＢＦＭやＢＭＴは、単独では検出されない。従って、圧電材料ａの組成は、下記式（３）で表されることもある。

Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３ ・・・ （３）

式（３）で表される圧電材料ａは、Ａサイトにビスマス（Ｂｉ）が位置し、Ｂサイトに鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）及びチタン（Ｔｉ）が位置している。

また、圧電材料ａには、さらに、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３、以下、「ＢＴ」と称する）が含まれていてもよい。この場合、圧電材料ａは、ＢＦＭとＢＴとＢＭＴとを含み、ペロブスカイト型複合酸化物からなるが、ＢＴを含まない圧電材料ａと同様にして、ＢＦＭとＢＴとＢＭＴとの混晶であるもの、又はＢＦＭとＢＴとＢＭＴとが均一に固溶した固溶体としても表される。従って、ＢＴを含む圧電材料ａの組成は、下記式（４）で表されることもある。

（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３ ・・・ （４）

式（４）で表されるＢＴを含む圧電材料ａは、ＡサイトにＢｉ及びＢａが位置し、ＢサイトにＦｅ，Ｍｎ，Ｍｇ及びＴｉが位置している。

また、式（３）及び式（４）で表される圧電材料ａは、ＢＦＭとＢＭＴとの混晶、または、ＢＦＭ、ＢＴ及びＢＭＴの混晶としても表すことができる。そして、その組成は、例えば、下記式（５）で表される。

（１００−ｘ−ｙ）Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３−ｘＢａＴｉＯ_３−ｙＢｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３ ・・・ （５）

ＢＦＭ、ＢＴ、及びＢＭＴは、それぞれペロブスカイト構造を有する公知の圧電材料であり、それぞれ種々の組成のものが存在しており、例えば、ＢＦＭ、ＢＴ、及びＢＭＴに含まれる各元素（Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｔｉ，酸素（Ｏ））の一部が欠損したもの又は過剰であるものや、各元素の一部が他の元素に置換されたものもある。従って、本実施形態でＢＦＭ、ＢＴ、あるいはＢＭＴと表記した場合には、基本的な特性が変わらない限り、欠損や過剰により化学量論の組成からずれたものや、元素の一部が他の元素に置換されたものも含まれるものとする。また、詳細は後述するが、圧電材料ａにおけるＢＦＭ、ＢＴ、及びＢＭＴの割合は、種々変更することができる。

圧電体層７０は、ＢＦＭとＢＭＴ、または、ＢＦＭ、ＢＴ及びＢＭＴを含んだペロブスカイト型複合酸化物からなる圧電材料ａで構成されることにより、当該複合酸化物の結晶を（１００）面に優先的に配向させることができる。また、この圧電材料ａは、配向制御層を用いることなく、（１００）面に自然配向させることができる。なお、本実施形態において、「（１００）面に優先配向している」とは、（１００）面に配向している結晶の割合が、（１１０）面や（１１１）面に配向している結晶の割合よりも大きいことを意味する。その割合は、例えば６０％以上、好ましくは７５％以上、より好ましくは８０％以上である。

圧電体層７０の配向性の指標としては、下記式（６）で定義される結晶配向度Ｉを用いることができる。結晶配向度Ｉとは、下記式（６）に示されている通り、Ｘ線回折法を用いて測定した圧電体層７０における（１００）面の回折強度（Ｉ_１００）と（１１０）面の回折強度（Ｉ_１１０）との和に対するＩ_１００の比で定義され、通常は百分率（％）で表される。

Ｉ＝Ｉ_１００／（Ｉ_１００＋Ｉ_１１０） ・・・ （６）

ここで、ペロブスカイト型複合酸化物の結晶を（１００）面に優先的に配向させるために、圧電材料ａ中のＢＴの割合は、０ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下とすることが好ましい。すなわち、式（５）において、０≦ｘ≦１０とすることが好ましい。ＢＴをこのような割合とすることで、メカニズムは明らかにされていないが、圧電体層７０を（１００）面に優先的に配向させることができる。

また、ペロブスカイト型複合酸化物の結晶を（１００）面に優先的に配向させるために、圧電材料ａ中のＢＭＴの割合は、５ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下とすることが好ましい。すなわち、式（５）において、５≦ｙ≦１０とすることが好ましい。ＢＭＴをこのような割合とすることで、メカニズムは明らかにされていないが、圧電体層７０を（１００）面に優先的に配向させることができる。

なお、一般式の記述は化学量論に基づく組成表記であり、上述したように、本実施形態では、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成のずれは勿論、例えば、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ランタン（Ｌａ）、サマリウム（Ｓｍ）、セリウム（Ｃｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）等の元素の一部置換等も許容される。例えば、化学量論比を１とすると、０．８５以上１．２０以下の範囲内のものは許容される。また、一般式で表した場合は異なるものであっても、Ａサイトの元素とＢサイトの元素との比が同じものは、同一の複合酸化物とみなせる場合がある。

圧電体層７０は、上述した通りのペロブスカイト型複合酸化物からなるＰｂの含有量を抑えた材料又はＰｂを使用しない材料（いわゆる非鉛系圧電材料）である。このため、主としてＰｂを含む圧電体層に比べ、環境負荷を低減することができる。

次に、圧電素子３００の製造方法の一例について、インクジェット式記録ヘッドの製造方法とあわせて、図５〜図１１を参照して説明する。

まず、図５に示すように、シリコン基板１１０（流路形成基板１０）を準備する。次に、シリコン基板１１０を熱酸化することによって、その表面に二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜５１を形成する。更に、弾性膜５１上にスパッタリング法でジルコニウム膜を形成し、これを熱酸化することによって、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５２を得る。このようにして、弾性膜５１と絶縁体膜５２とからなる振動板５０を形成する。

次いで、絶縁体膜５２上に、酸化チタン（ＴｉＯ_ｘ）からなる密着層５６を形成する。密着層５６は、スパッタリング法や熱酸化等により形成することができる。ただし、密着層５６は省略が可能である。次に、密着層５６上に、第１電極６０を形成する。第１電極６０は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法（ＰＶＤ法）、レーザーアブレーション法等の気相成膜、スピンコート法等の液相成膜等により形成することができる。

次いで、図６に示すように、密着層５６及び第１電極６０を、同時にパターニングする。密着層５６及び第１電極６０のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）、イオンミリング等のドライエッチングや、エッチング液を用いたウェットエッチングにより行うことができる。なお、密着層５６及び第１電極６０のパターニングにおける形状は、特に限定されない。

次に、図７に示すように、圧電体層７０を形成する。圧電体層７０の形成方法は限定されない。例えば、金属錯体を含む溶液（前駆体溶液）を塗布乾燥し、更に高温で焼成することで金属酸化物を得るＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やゾル−ゲル法等の化学溶液法を用いることができる。その他、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、エアロゾル・デポジション法等、液相法でも固相法でも、圧電体層７０を製造することができる。

湿式法によって形成された圧電体層７０は、前駆体溶液を塗布する工程（塗布工程）から前駆体膜を焼成する工程（焼成工程）までの一連の工程によって形成された圧電体膜７４を複数有する。即ち、圧電体層７０は、塗布工程から焼成工程までの一連の工程を複数回繰り返すことによって形成される。なお、塗布工程から焼成工程までの一連の工程において、塗布工程から脱脂工程までを複数回繰り返した後に、焼成工程を実施してもよい。

湿式法によって形成された層や膜は、界面を有する。湿式法によって形成された層や膜には、塗布または焼成の形跡が残り、このような形跡は、その断面を観察したり、層内（あるいは膜内）における元素の濃度分布を解析したりすることによって確認可能な「界面」となる。「界面」とは、厳密には層間あるいは膜間の境界を意味するが、ここでは、層あるいは膜の境界付近を意味するものとする。湿式法によって形成された層や膜の断面を観察した場合、このような界面は、隣の層や膜との境界付近に、他よりも色が濃い部分、あるいは他よりも色が薄い部分として確認される。また、元素の濃度分布を解析した場合、このような界面は、隣の層や膜との境界付近に、他よりも元素の濃度が高い部分、あるいは他よりも元素の濃度が低い部分として確認される。圧電体層７０は、塗布工程や焼成工程を複数繰り返して形成される（複数の圧電体膜７４によって構成される）ため、各圧電体膜７４に対応して、複数の界面を有することとなる。

圧電体層７０を湿式法（化学溶液法）で形成する場合の具体的な形成手順の例は、次の通りである。まず、金属錯体を含むＭＯＤ溶液やゾルからなり、圧電体層７０を形成するための前駆体溶液を作成する。そして、この前駆体溶液を、第１電極６０上に、スピンコート法等を用いて塗布して前駆体膜を形成する（塗布工程）。次に、この前駆体膜を所定温度、例えば１３０℃〜２５０℃程度に加熱して一定時間乾燥させ（乾燥工程）、更に乾燥した前駆体膜を所定温度、例えば３００℃〜４５０℃に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。更に、脱脂した前駆体膜をより高い温度、例えば６５０℃〜８００℃程度に加熱し、この温度で一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜７４を形成する（焼成工程）。そして、上記の塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を複数回繰り返すことにより、図７に示す複数層の圧電体膜７４からなる圧電体層７０を形成する。

なお、上述の前駆体溶液は、焼成により、上述したＢＦＭ及びＢＭＴを含むペロブスカイト型複合酸化物、又はＢＦＭ、ＢＭＴ及びＢＴを含むペロブスカイト型複合酸化物を形成し得る金属錯体を、それぞれ有機溶媒に溶解又は分散させたものである。つまり、前駆体溶液は、金属錯体の中心金属として、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ及びＴｉ、又はＢｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＢａの各元素を含むものである。このとき、前駆体溶液中に、上記元素以外の元素を含む金属錯体、例えば、Ｋ、Ｎａ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ａｌ、Ｃｏ等の添加物を含む金属錯体を更に混合してもよい。

上記各元素を含む金属錯体としては、例えば、アルコキシド、有機酸塩、β−ジケトン錯体等を用いることができる。前駆体溶液において、これらの金属錯体の混合割合は、ペロブスカイト型複合酸化物に含まれるＢｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ及びＴｉ、又はＢｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＢａが所望のモル比となるように混合すればよい。

前駆体溶液の作製に用いられるＢｉを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸ビスマス、酢酸ビスマス等が挙げられる。Ｆｅを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸鉄、酢酸鉄、トリス（アセチルアセトナート）鉄等が挙げられる。Ｍｎを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸マンガン、酢酸マンガン等が挙げられる。Ｍｇを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸マグネシウムなどが挙げられる。Ｔｉを含む金属錯体としては、例えば、チタニウムイソプロポキシド等のチタニウムアルコキシド等が挙げられる。このとき、２種以上の金属錯体を併用してもよい。Ｂａを含む金属錯体としては、例えばバリウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸バリウム、バリウムアセチルアセトナート等が挙げられる。

前駆体溶液の作製に用いられる有機溶媒としては、例えば、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、オクタン、デカン、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、テトラヒドロフラン、酢酸、オクチル酸、２−ｎブトキシエタノール、ｎ−オクタン等又はこれらの混合溶媒等が挙げられる。前駆体溶液は、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＢａを含む金属錯体の分散を安定化する添加剤を含んでもよい。このような添加剤としては、２−エチルヘキサン酸等が挙げられる。

また、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置やホットプレート等が挙げられる。

次いで、図８に示すように、複数の圧電体膜７４からなる圧電体層７０をパターニングする。パターニングは、いわゆる、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングや、エッチング液を用いたウェットエッチングによって行うことができる。なお、圧電体層７０のパターニングにおける形状は、特に限定されない。その後、圧電体層７０上に第２電極８０を形成する。第２電極８０は、第１電極６０と同様の方法により形成することができる。以上の工程によって、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とを備えた圧電素子３００が完成する。言い換えると、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とが重なり合う部分が圧電素子３００となる。

次に、図９に示すように、シリコン基板１１０の圧電素子３００側の面に、図示しない接着剤を介して保護基板用ウェハー１３０（保護基板３０）を接合する。その後、保護基板用ウェハー１３０の表面を削って薄くする。また、保護基板用ウェハー１３０に、マニホールド部３２や図示しない貫通孔３３（図２参照）を形成する。次いで、図１０に示すように、シリコン基板１１０の圧電素子３００とは反対側の面に、マスク膜５３を形成し、これを所定形状にパターニングする。そして、図１１に示すように、マスク膜５３を介して、シリコン基板１１０に対してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）を実施する。これにより、個々の圧電素子３００に対応する圧力発生室１２の他、図示しないインク供給路１３、連通路１４及び連通部１５（図２参照）を形成する。

次に、シリコン基板１１０及び保護基板用ウェハー１３０の外周縁部の不要部分をダイシング等により切断・除去する。更に、シリコン基板１１０の圧電素子３００とは反対側の面に、ノズルプレート２０を接合する（図２参照）。また、保護基板用ウェハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合する（図２参照）。ここまでの工程によって、記録ヘッド１のチップの集合体が完成する。この集合体を個々のチップに分割することによって、記録ヘッド１が得られる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る圧電素子３０１を用いたインクジェット式記録ヘッドについて、図１２を参照して説明する。なお、本実施形態は、実施形態１に対して、圧電素子の構成がわずかに異なる。具体的には、実施形態１にかかる圧電素子３００に対して、本実施形態にかかる圧電素子３０１は、バッファー層７２が設けられている点、圧電体層７１の材料が異なる点、において異なる。よって、これらの相違点に関する事項についてのみ説明し、それ以外の点に関する詳細な説明は省略する。また、第１の実施形態と同一の部材については、図２〜１１で用いたものと同一の符号を付し、これらについての説明は省略する。

図示するように、圧電素子３０１は、絶縁体膜５２上には、第１電極６０と、バッファー層７２と、圧電体層７１と、第２電極８０とが順次積層されて構成されている。なお、圧電素子３０１では、実施形態１と同様にして、絶縁体膜５２と第１電極６０との間に密着層が形成されてもよい。

バッファー層７２は、実施形態１の圧電体層７０を構成する圧電材料ａと同様の材料を用いて構成されている。よって、バッファー層７２は、実施形態１の圧電体層７０と同様、（１００）面に優先配向、かつ自然配向させることができる。

バッファー層７２を、実施形態１の圧電体層７０を構成する圧電材料ａと同様の材料を用いて構成することにより、後述するバッファー層７２上に形成される圧電体層７１の結晶成長が特定の方向に促進され、結晶性に優れた膜となる。これにより、バッファー層７２を設けなかった場合、又はバッファー層７２を他の材料で構成した場合と比較して、圧電体層７１のクラックの発生は顕著に抑制される。

また、圧電体層７１は、結晶の方位によって、変位量、誘電率、ヤング率等の様々な物理的性質が異なる。そのため、圧電体層７１を任意の方向（本実施形態においては（１００）面）に強配向させた場合や圧電体層７１が主配向(ほぼ単一な配向、本実施形態においては（１００）面)となっている場合の方が、圧電体層７１がランダムな配向の場合や複数の配向が混在している場合よりも、圧電体層７１の特性をより良く発揮させることが可能となる。その結果、特定の方向に強配向した圧電体層７１は、残留分極値（Ｐｒ）や飽和分極値（Ｐｍ）が高くなる等、圧電特性に優れたものとなる。

なお、バッファー層７２の厚さは、薄いほど好ましく、例えば１０ｎｍ以下であることが好ましい。バッファー層７２の厚さを１０ｎｍ以下とすることにより、バッファー層７２上の圧電体層７１の結晶を単一の方向（本実施形態においては（１００）面）により強く配向させることができる。これにより、クラックの発生をより一層抑制することができる。更に、バッファー層７２を薄くすることにより、電圧が誘電率の低いバッファー層７２に集中することが防止され、圧電体層７１に印加される電圧降下を防止することができる。

また、バッファー層７２は、圧電体層７１を焼成する際に圧電体層７１との間で成分元素の拡散等が生じる可能性があり、完全に分離された層としては検出されない可能性がある。しかしながら、圧電素子３０１では、圧電体層７１の第１電極６０側に、上述したバッファー層７２を構成する材料に含まれる金属成分の濃度が高い領域が存在することが確認でき、これによりバッファー層７２の存在を確認することができる。

圧電体層７１は、ＢＦＭを含んだペロブスカイト型複合酸化物からなり、当該複合酸化物の結晶が（１００）面に優先配向している圧電材料（以下、圧電材料ｂという）を用いて構成されている。圧電材料ｂに含まれるＢＦＭは、下記式（７）で表される。

Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３ ・・・ （７）

式（７）で表されるＢＦＭは、ＡサイトにＢｉが位置し、ＢサイトにＦｅ及びＭｎが位置している。

圧電体層７１は、ＢＦＭを含んだペロブスカイト型複合酸化物からなる圧電材料ｂで構成され、上述したバッファー層７２上に形成されることにより、当該複合酸化物の結晶を（１００）面に優先的に配向、かつ自然配向させることができる。

また、圧電材料ｂには、ＢＴが含まれていてもよい。この場合、圧電材料ｂは、ＢＦＭとＢＴとを含み、ペロブスカイト型複合酸化物からなるが、ＢＴを含まない圧電材料ｂと同様にして、ＢＦＭとＢＴとの混晶であるもの、又はＢＦＭとＢＴとが均一に固溶した固溶体としても表される。従って、ＢＴを含む圧電材料ｂの組成は、下記式（８）で表されることもある。

（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｆｅ，Ｍｎ，Ｔｉ）Ｏ_３ ・・・ （８）

式（８）で表されるＢＴを含む圧電材料ｂは、ＡサイトにＢｉ及びＢａが位置し、ＢサイトにＦｅ，Ｍｎ及びＴｉが位置している。

圧電体層７１は、ＢＦＭとＢＴを含んだペロブスカイト型複合酸化物からなる圧電材料（ＢＴを含む圧電材料ｂ）で構成され、上述したバッファー層７２上に形成されることにより、圧電材料ｂを用いた場合と同様にして、当該複合酸化物の結晶を（１００）面に優先的に配向、かつ自然配向させることができる。

なお、ＢＦＭ及びＢＴは、ペロブスカイト構造を有する公知の圧電材料であるが、一般式の記述は化学量論に基づく組成表記であり、種々の組成のものが存在している。例えば、ＢＦＭやＢＴに含まれる各元素（Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｏ）の一部が欠損したもの又は過剰であるものや、各元素の一部が他の元素に置換されたものもある。従って、本実施形態でＢＦＭやＢＴと表記した場合には、基本的な特性が変わらず、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成のずれや他の元素の一部置換等も許容され、ＢＦＭやＢＴの範囲に含まれるものとする。例えば、化学量論比を１とすると、０．８５以上１．２０以下の範囲内のものは許容される。また、一般式で表した場合は異なるものであっても、Ａサイトの元素とＢサイトの元素との比が同じものは、同一の複合酸化物とみなせる場合がある。

バッファー層７２及び圧電体層７１の形成方法は限定されないが、実施形態１の圧電体層７０と同様にして、例えば、金属錯体を含む溶液（前駆体溶液）を塗布乾燥し、更に高温で焼成することで金属酸化物を得るＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やゾル−ゲル法等の化学溶液法（湿式法）を用いることができる。その他、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、エアロゾル・デポジション法等、液相法でも固相法でも、バッファー層７２及び圧電体層７１を製造することができる。

湿式法によって形成された圧電体層７１は、前駆体溶液を塗布する工程（塗布工程）から前駆体膜を焼成する工程（焼成工程）までの一連の工程によって形成された圧電体膜を複数有する。即ち、圧電体層７０は、塗布工程から焼成工程までの一連の工程を複数回繰り返すことによって形成される。なお、塗布工程から焼成工程までの一連の工程において、塗布工程から脱脂工程までを複数回繰り返した後に、焼成工程を実施してもよい。なお、上述した通り、バッファー層７２は圧電体層７１と比較して非常に薄いので、バッファー層７２を湿式法により形成する場合には、上述の一連の工程を繰り返さずに（上述の一連の工程を１回実施することによって）形成する。上述したように、湿式法によって形成された層や膜は、界面を有する。すなわち、バッファー層７２及び圧電体層７１は、いずれも界面を有する。また、圧電体層７１は、塗布工程や焼成工程を複数繰り返して形成される（複数の圧電体膜によって構成される）ため、各圧電体膜に対応して、複数の界面を有する。

バッファー層７２及び圧電体層７１を湿式法で形成する場合の具体的な形成手順の例は、次の通りである。まず、金属錯体を含むＭＯＤ溶液やゾルからなり、バッファー層７２及び圧電体層７１を形成するための前駆体溶液を作成する。そして、バッファー層７２用の前駆体溶液を、第１電極６０上に、スピンコート法等を用いて塗布して前駆体膜を形成する（第１塗布工程）。次に、この前駆体膜を所定温度、例えば１３０℃〜２５０℃程度に加熱して一定時間乾燥させ（第１乾燥工程）、更に乾燥した前駆体膜を所定温度、例えば３００℃〜４５０℃程度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（第１脱脂工程）。更に、脱脂した前駆体膜をより高い温度、例えば６５０℃〜８００℃程度に加熱し、この温度で一定時間保持することによって結晶化させ、バッファー層７２を形成する（第１焼成工程）。

次に、圧電体層７１用の前駆体溶液を、バッファー層７２上に、スピンコート法等を用いて塗布して前駆体膜を形成する（第２塗布工程）。次に、この前駆体膜を所定温度、例えば１３０℃〜２５０℃程度に加熱して一定時間乾燥させ（第２乾燥工程）、更に乾燥した前駆体膜を所定温度、例えば３００℃〜４５０℃程度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（第２脱脂工程）。更に、脱脂した前駆体膜をより高い温度、例えば６５０℃〜８００℃程度に加熱し、この温度で一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜（図示せず）を形成する（第２焼成工程）。そして、上記の塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を複数回繰り返すことにより、複数層の圧電体膜からなる圧電体層７１を形成する。

なお、バッファー層７２用の前駆体溶液は、焼成により、上述したＢＦＭ及びＢＭＴを含むペロブスカイト型複合酸化物、又はＢＦＭ、ＢＭＴ及びＢＴを含むペロブスカイト型複合酸化物を形成し得る金属錯体を、それぞれ有機溶媒に溶解又は分散させたものである。つまり、前駆体溶液は、金属錯体の中心金属として、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ及びＴｉ、又はＢｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＢａの各元素を含むものである。このとき、前駆体溶液中に、上記元素以外の元素を含む金属錯体、例えば、Ｋ、Ｎａ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ａｌ、Ｃｏ等の添加物を含む金属錯体を更に混合してもよい。

また、圧電体層７１用の前駆体溶液は、焼成により、上述したＢＦＭを含むペロブスカイト型複合酸化物、又はＢＦＭ及びＢＴを含むペロブスカイト型複合酸化物を形成し得る金属錯体を、それぞれ有機溶媒に溶解又は分散させたものである。つまり、前駆体溶液は、金属錯体の中心金属として、Ｂｉ、Ｆｅ及びＭｎ、又はＢｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｂａ及びＴｉの各元素を含むものである。このとき、前駆体溶液中に、上記元素以外の元素の添加物を含む金属錯体を更に混合してもよい。

その後、実施形態１と同様にして、複数の圧電体膜（図示せず）からなるバッファー層７２及び圧電体層７１を、上述のドライエッチングやウェットエッチングによってパターニングする。なお、バッファー層７２及び圧電体層７１のパターニングにおける形状は、特に限定されない。次いで、圧電体層７０上に第２電極８０を形成する。第２電極８０は、第１電極６０と同様の方法により形成することができる。以上の工程によって、第１電極６０とバッファー層７２と圧電体層７１と第２電極８０とを備えた圧電素子３０１が完成する。言い換えると、第１電極６０とバッファー層７２と圧電体層７１と第２電極８０とが重なり合う部分が圧電素子３０１となる。

そして、実施形態１と同様にして、圧電素子３０１を用いて記録ヘッド１のチップの集合体を作製すると、この集合体を個々のチップに分割することによって、記録ヘッド１が得られる。

以下、実施例を示して本発明を更に具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。

（サンプル１の作製）
まず、（１００）単結晶シリコン（Ｓｉ）基板（シリコン基板１１０）を熱酸化することで、当該Ｓｉ基板の表面に、膜厚１２００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜（弾性膜５１）を形成した。次いで、ＳｉＯ_２膜上に、ＲＦマグネトロンスパッター法により、膜厚４０ｎｍのチタン膜を作製し、当該チタン膜を熱酸化することで、酸化チタン（ＴｉＯ_ｘ）膜（密着層５６）を作製した。次いで、ＴｉＯ_ｘ膜上に、ＲＦマグネトロンスパッター法により、（１１１）面に配向し、膜厚１００ｎｍの白金（Ｐｔ）膜（第１電極６０）を形成した。

次に、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガン、２−エチルヘキサン酸バリウム、２−エチルヘキサン酸マグネシウム及び２−エチルヘキサン酸チタンの各ｎ−オクタン溶液を混合し、Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｍｇ及びＴｉのモル比が、Ｂｉ：Ｆｅ：Ｍｎ：Ｂａ：Ｍｇ：Ｔｉ＝９５．００：８５．５０：４．５０：７．５０：５．００：２．５０となるように混合して、前駆体溶液を調整した（調整工程）。次いで、当該前駆体溶液を第１電極６０上に滴下し、基板を５００ｒｐｍで６秒間回転後、３０００ｒｐｍで２０秒間回転して、スピンコート法により、第１電極６０上に前駆体膜を成膜した（塗布工程）。次いで、ホットプレート上に基板を載せ、前駆体膜を１８０℃で２分間乾燥した（乾燥工程）。次いで、ホットプレート上に基板を載せ、前駆体膜について３８０℃で２分間脱脂を行った（脱脂工程）。次いで、上述した塗布工程から脱脂工程を２回繰り返した後に、酸素雰囲気中でＲＴＡ装置により、前駆体膜について７００℃で５分間焼成を行い、ペロブスカイト型複合酸化物膜（圧電体膜７４）を得た（焼成工程）。

こうして、上述した塗布工程から脱脂工程を２回繰り返した後に焼成を行い、それらの工程を６回繰り返して、前駆体膜の成膜を合計１２回行うことで、ペロブスカイト型複合酸化物層（圧電体層７０）を形成した。

次に、圧電体層７０上に、ＲＦマグネトロンスパッター法により、膜厚１００ｎｍの白金（Ｐｔ）膜（第２電極８０）を形成し、サンプル１とした。

サンプル１における圧電体層７０の組成及び後述する圧電体層７０の結晶配向度を測定した結果を下記表１に示した。また、後述するサンプル２〜サンプル８における圧電体層７０の組成及び結晶配向度の測定結果についても、サンプル１と同様にして表１に示した。なお、表１において、ｘ及びｙの値は、それぞれ、圧電体層７０を構成する圧電材料におけるＢＴ及びＢＭＴの割合［ｍｏｌ％］を示しており、上記式（５）におけるｘ及びｙの値に対応する。

（サンプル２〜サンプル８の作製）
下記表１に示した圧電体層７０の組成となるように前駆体溶液を調整した以外はサンプル１と同様にして、サンプル２〜サンプル８をそれぞれ作製した。

（各サンプルの配向性評価）
サンプル１〜サンプル８について、Ｘ線回折法を用いてＸ線回折ピークの測定を行った。サンプル１〜サンプル４のＸ線回折ピークを測定した結果を図１３に、サンプル５〜８の測定結果を図１４に、それぞれ示した。

図１３と図１４において、２θ＝２２°付近のピークは、ペロブスカイトの（１００）面に由来するピーク、２θ＝３２°付近のピークは、ペロブスカイトの（１１０）面に由来するピークである。測定原理上、これらのピークに対応するピークが、それぞれ、２θ＝４６°付近及び２θ＝５２°付近に、（２００）面及び（２１０）面に由来するピークとして出現する。

また、２θ＝４０°付近の強いピークは、電極を構成するプラチナに由来するピークである。

一部のサンプルにおいて、２θ＝４０°付近のプラチナのピークの僅かに左側（２θ＝３９°付近）に小さなピークが出現しているが、これは、ペロブスカイトの（１１１）面に由来するピークである。なお、ペロブスカイトの（１１１）面に由来するピークは、（１００）面及び（１１０）面に由来するピークと比較して極めて小さい。よって、式（９）の結晶配向度Ｉの計算では、（１１１）面の回折強度を無視している。なお、測定原理上、このピークに対応するピークが、２θ＝５８°付近に、（２１１）面に由来するピークとして出現する。

さらに、２θ＝４７°付近のピークは、基板を構成するシリコンに由来するピークである。

また、各サンプルの測定結果に基づき、（１００）面の結晶配向度Ｉを算出して表１に示した。なお、結晶配向度Ｉは、下記式（９）に示されている通り、Ｘ線回折法を用いて測定した（１００）面の回折強度（Ｉ_１００）と（１１０）面の回折強度（Ｉ_１１０）との和に対するＩ_１００の比を算出し、その百分率（％）として求めた。

Ｉ＝Ｉ_１００／（Ｉ_１００＋Ｉ_１１０） ・・・ （９）

表１に示した通り、圧電体層７０の組成中にＢＦＭのみが含まれるサンプル５と比較して、圧電体層７０の組成中にＢＦＭ及びＢＭＴが含まれるサンプル１及び２、ならびに、ＢＦＭ、ＢＴ及びＢＭＴが含まれるサンプル３及び４は、結晶配向度Ｉが高くなっていた。つまり、圧電体層７０の組成中にＢＦＭに加えてＢＭＴ、あるいは、ＢＴ及びＢＭＴが含まれることで、結晶配向度Ｉが高くなることが明らかとなった。

この点について、もう少し詳しく解析する。まず、ＢＴの割合に関して、ＢＴを１０ｍｏｌ％にしたサンプル６と、２０ｍｏｌ％にしたサンプル７とを比較すると、サンプル６の結晶配向度Ｉの方が高いことから、結晶配向度ＩはＢＴの割合に依存することが明らかとなった。また、サンプル６とサンプル７とでは、結晶配向度Ｉが２倍以上異なり、サンプル６の方が結晶配向度Ｉが高いことから、圧電体層７０の組成中に含まれるＢＴの割合は１０ｍｏｌ％以下が好ましいことが示唆される。

現に、ＢＭＴの割合が等しいサンプル４（ＢＴが０ｍｏｌ％、ＢＭＴが１０ｍｏｌ％）、サンプル２（ＢＴが１０ｍｏｌ％、ＢＭＴが１０ｍｏｌ％）、サンプル８（ＢＴが２０ｍｏｌ％、ＢＭＴが１０ｍｏｌ％）を比較したとき、結晶配向度Ｉが最も高いのはサンプル４であり、次に高いのがサンプル２であり、サンプル８の結晶配向度Ｉは最も低い。つまり、圧電体層７０の組成中に含まれるＢＴの割合は、０ｍｏｌ％以上、１０ｍｏｌ％以下が好ましい。

次に、ＢＭＴの割合に関して、ＢＴの割合が等しい場合において、ＢＭＴが含まれないサンプルと、ＢＭＴが含まれるサンプルとを比較すると、ＢＭＴが含まれるサンプルの方が結晶配向度Ｉが高い。例えば、サンプル２とサンプル６との比較では、ＢＭＴが含まれるサンプル２の方が結晶配向度Ｉが高い。サンプル５とサンプル３または４、サンプル７とサンプル８との比較においても同様である。このことから、結晶配向度ＩはＢＭＴの割合に依存すること、及び、圧電体層７０の組成中にＢＭＴが含まれていた方が結晶配向度Ｉが高くなることが示唆される。

また、ＢＭＴの割合に関して、ＢＴが含まれないサンプル３〜サンプル５を比較した場合、ＢＭＴが０ｍｏｌ％のサンプル５は結晶配向度Ｉが６０％に達しておらず、（１００）面へ優先配向していない。一方、ＢＭＴが５ｍｏｌ％のサンプル３、ＢＭＴが１０ｍｏｌ％のサンプル４は、結晶配向度Ｉが６０％を超えており、（１００）面へ優先配向していることがわかる。同様に、ＢＴが１０ｍｏｌ％のサンプル２とサンプル６とを比較した場合、ＢＭＴが０ｍｏｌ％のサンプル６は結晶配向度Ｉが６０％に達しておらず、（１００）面へ優先配向していない。一方、ＢＭＴが１０ｍｏｌ％のサンプル２は、結晶配向度Ｉが６０％を超えており、（１００）面へ優先配向していることがわかる。これらの結果より、圧電体層７０の組成中に含まれるＢＭＴの割合が、５ｍｏｌ％以上、１０ｍｏｌ％以下の範囲で、圧電体層７０が（１００）面へ優先配向することがわかる。

以上をまとめると、圧電体層７０の組成には、少なくともＢＭＴを含むことが好ましい。また、圧電体層７０の組成には、さらにＢＴを含んでいても良い。ＢＴの割合は、０ｍｏｌ％以上、１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。ＢＭＴを含む場合、その割合は、５ｍｏｌ％以上、１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。これらの条件を満たすサンプルは、サンプル１〜サンプル４である。

なお、ここでは圧電体層７０の実施例のみを示したが、圧電体層７０と同様の組成をバッファー層７２に適用し、当該バッファー層７２上に圧電体層７１（ＢＦＭ）を形成した場合も、結晶配向度Ｉはサンプル１〜サンプル８と同様の傾向となる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドとしては、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップの製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

また、上記実施形態では、圧電素子応用デバイスの一例として、液体噴射装置に搭載される液体噴射ヘッドを挙げて説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。

例えば、本発明の圧電素子と、本発明の圧電素子により発信される超音波及び本発明の圧電素子により受信される超音波の少なくとも一方に基づく信号を利用して検出対象を測定する制御手段とを具備することで超音波測定装置を構成することもできる。

このような超音波測定装置は、超音波を発信した時点から、その発信した超音波が測定対象物に反射されて戻ってくるエコー信号を受信する時点までの時間に基づいて、測定対象物の位置、形状及び速度等に関する情報を得るものであり、超音波を発生するための素子や、エコー信号を検知するための素子として圧電素子が用いられることがある。このような超音波発生素子やエコー信号検知素子として、優れた変位特性を有する超音波測定装置を提供することができる。

また、本発明の圧電素子応用デバイスは、超音波モーター、温度−電気変換器、圧力−電気変換器、圧電トランス、赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、薄膜の光干渉を利用した光学フィルター等のフィルター等であっても良い。また、超音波測定装置（超音波センサー）以外のセンサー、例えば、赤外線センサー、感熱センサー、圧力センサー、ジャイロセンサー（角速度センサー）であっても良い。

その他、本発明は、強誘電体素子として好適に用いることもできる。好適に用いることができる強誘電体素子としては、強誘電体メモリー、強誘電体トランジスター（ＦｅＦＥＴ）、強誘電体演算回路（ＦｅＬｏｇｉｃ）、強誘電体キャパシター等が挙げられる。また、本発明の圧電素子は、良好な焦電特性を示すことから、焦電素子に好適に用いることができる。更に、本発明は、上述したモーターを駆動源として利用したロボット等にも適用することができる。

Ｉ…記録装置、 ＩＩ…ヘッドユニット、 Ｓ…記録シート、 １…記録ヘッド、 ２Ａ，２Ｂ…カートリッジ、 ３…キャリッジ、 ４…装置本体、 ５…キャリッジ軸、 ６…駆動モーター、 ７…タイミングベルト、 ８…搬送ローラー、 １０…流路形成基板、 １１…隔壁、 １２…圧力発生室、 １３…インク供給路、 １４…連通路、 １５…連通部、 ２０…ノズルプレート、 ２１…ノズル開口、 ３０…保護基板、 ３２…マニホールド部、 ３３…貫通孔、 ３５…接着剤、 ４０…コンプライアンス基板、 ４１…封止膜、 ４２…固定板、 ４３…開口部、 ５０…振動板、 ５１…弾性膜、 ５２…絶縁体膜、 ５３…マスク膜、 ５６…密着層、 ６０…第１電極、 ７０…圧電体層、 ７１…圧電体層、 ７２…バッファー層、 ７４…圧電体膜、 ８０…第２電極、 ９０ａ，９０ｂ…リード電極、 １００…マニホールド、 １１０…シリコン基板、 １３０…保護基板用ウェハー、 ３００，３０１…圧電素子

Claims (8)

1. 第１電極と、前記第１電極上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極とを備え、
   前記圧電体層は、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３とＢｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３とを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、（１００）面に優先配向していることを特徴とする圧電素子。
2. 前記圧電体層は、下記式（１）で表されるペロブスカイト型複合酸化物からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
   （１００−ｘ−ｙ）Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３−ｘＢａＴｉＯ_３−ｙＢｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３ ・・・ （１）
   （式中、０≦ｘ≦１０を満たす。）
3. 前記圧電体層は、前記式（１）において５≦ｙ≦１０を満たすペロブスカイト型複合酸化物からなることを特徴とする請求項２に記載の圧電素子。
4. 第１電極と、前記第１電極上に設けられたバッファー層と、前記バッファー層上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極とを備え、
   前記バッファー層は、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３とＢｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３とを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、
   前記圧電体層は、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３を含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、（１００）面に優先配向していることを特徴とする圧電素子。
5. 前記バッファー層は、下記式（２）で表されるペロブスカイト型複合酸化物からなることを特徴とする請求項４に記載の圧電素子。
   （１００−ｘ−ｙ）Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３−ｘＢａＴｉＯ_３−ｙＢｉ（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ_３ ・・・ （２）
   （式中、０≦ｘ≦１０を満たす。）
6. 前記バッファー層は、前記式（２）において５≦ｙ≦１０を満たすペロブスカイト型複合酸化物からなることを特徴とする請求項５に記載の圧電素子。
7. 前記圧電体層は、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３とＢａＴｉＯ_３とを含むペロブスカイト型複合酸化物からなることを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載の圧電素子。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の圧電素子を備えることを特徴とする圧電素子応用デバイス。
   

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