JP2018164039A - 圧電素子、圧電デバイス、超音波探触子、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高い性能を有する圧電素子、圧電デバイス、超音波探触子、及び電子機器を提供する。【解決手段】圧電素子は、第一電極層、圧電体層、及び第二電極層が順に積層された圧電素子であって、前記第二電極層の一部に積層され、第三金属を含む第三電極層と、前記圧電体層の前記第二電極層が設けられていない部分を少なくとも覆い、前記第二電極層の一部を露出させる開口部を有する絶縁層と、を備え、前記第二電極層は、第一金属を含む第一層と、第二金属を含む第二層とが順に積層され、前記開口部において前記第二層が露出し、前記第二金属と前記第三金属との標準酸化還元電位の差は、前記第一金属と前記第三金属との標準酸化還元電位の差よりも小さい。【選択図】図６

Description

本発明は、圧電素子、圧電デバイス、超音波探触子、及び電子機器に関する。

従来、第一電極と、第一電極上に設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた第二電極と、第一電極、圧電体層、及び第二電極の少なくとも一部を覆う保護膜と、を備える圧電素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の圧電素子では、保護膜は、第一電極から圧電体層の側面を覆い第二電極までに亘って形成されている。このような構成では、第一電極と第二電極との間の通電により、第一電極及び圧電体層の境界部や、第二電極及び圧電体層の境界部において、圧電体層が焼損することを抑制できる。また、第二電極を覆う保護膜の一部には貫通部が設けられ、当該貫通部を介して、第二電極に駆動信号を入力するリード電極が接続されている。

特開２０１４−１７５５７７号公報

ところで、特許文献１では、圧電素子の変位が保護膜により妨げられないようにするために、保護膜のうち、第一電極、圧電体層、及び第二電極が重なりある能動部に対応する一部に開口部を形成している。
しかしながら、このような構成では、開口部から第二電極が露出するため、リード電極として、第二電極を構成する金属よりもイオン化傾向が大きい金属を用いると、リード電極の形成時に電蝕が生じ、圧電素子の性能が低下するおそれがある。

例えば、リード電極を形成する場合、基板の一面側（第一電極、圧電体層、第二電極、及び保護膜が形成された面）にＮｉＣｒ層を下地としたＡｕ層を成膜して、ウェットエッチングによりパターニングを行う。上記特許文献１の構成では、第二電極の一部に開口が設けられるので、第二電極として、ＮｉやＣｒよりもイオン化傾向が小さい金属（例えばＩｒ）を用いていると、当該第二電極がパターニングの際に開口部からエッチング液に接触することになる。この場合、パターニングの際に、ＮｉＣｒ層に電蝕が発生して、Ａｕ層が剥離してしまうおそれがあり、リード電極の断線やリード電極の電気抵抗の増大によって、圧電素子の性能が低下するとの課題があった。

本発明は、高い性能を有する圧電素子、圧電デバイス、超音波探触子、及び電子機器を提供することを１つの目的とする。

本発明の一適用例に係る圧電素子は、第一電極層、圧電体層、及び第二電極層が順に積層された圧電素子であって、前記第二電極層の一部に積層され、第三金属を含む第三電極層と、前記圧電体層の前記第二電極層が設けられていない部分を少なくとも覆い、前記第二電極層の一部を露出させる開口部を有する絶縁層と、を備え、前記第二電極層は、第一金属を含む第一層と、第二金属を含む第二層とが順に積層され、前記開口部において前記第二層が露出し、前記第二金属と前記第三金属との標準酸化還元電位の差は、前記第一金属と前記第三金属との標準酸化還元電位の差よりも小さいことを特徴とする。

本適用例では、少なくとも、圧電体層の第二電極層が積層されていない部分に絶縁層が設けられているので、圧電体層の焼損等による劣化を抑制できる。また、絶縁層は、第二電極層の第三電極層が設けられる部分（導通部）と開口部とを除いて第二電極を覆っている。また、この第二電極層は、第一層と第二層とが積層された構成となるので、開口部や導通部では第二層が露出する。すなわち、第二電極層における第一層は、絶縁層又は第二層により覆われる構成となり、外部に露出されない。
そして、第三電極層は、第二電極層の導通部において第二層に接触して設けられており、第二金属と第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）が、第一金属と第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）よりも小さい。
このような構成では、例えば第三電極層を形成する際等において、第三電極層と第二電極層との双方が液相に接触した場合でも、第一層が第二層又は絶縁層で覆われていることで液相に接触せず、第三電極層の第三金属の電蝕を抑制できる。よって、例えば第三電極層を、第二電極層に接続するリード電極として用いる場合に、当該第三電極の剥離による電気抵抗の増大や断線を抑制できる。これにより、圧電素子に対して所望の駆動電圧の駆動信号を入力することができ、高い性能の圧電素子を提供できる。

本適用例の圧電素子において、前記第二金属と前記第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）は、第一値以下であることが好ましい。
ここで、第一値とは、第二層及び第三電極層に電蝕が起こったとしても、当該電蝕による影響を許容可能な第二金属及び第三金属の標準酸化還元電位の差（絶対値）の上限値である。例えば、ウェットエッチングを用いて第三電極層をパターニングする場合等において、第三金属層が剥離した場合でも、圧電素子としての十分な機能が維持できる程度に抑えられる値であり、エッチング時間等により設定することができる。例えばエッチング時間が長い場合には、電蝕の影響が大きくなるため、第一値はより小さくなる。
本適用例は、第二金属と第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）を第一値以下とすることで、第二層及び第三層における電蝕の影響を抑制した、高性能な圧電素子を提供できる。

本適用例の圧電素子において、前記第二金属は、前記第三金属よりも標準酸化還元電位が低いことが好ましい。
ところで、圧電素子の駆動特性を向上させるためには、圧電素子の駆動を阻害する部材はできるだけ積層しない方が好ましい。本適用例では、第一電極層、圧電素子、及び第二電極層の積層方向から見た平面視において、第一電極層、圧電素子、及び第二電極層が重なり合う素子本体に開口部を設けることで、圧電素子の駆動特性の低下が抑制される。
ここで、当該開口部の開口サイズが大きく（第二層の露出面積が大きく）、第三金属のイオン化傾向が、第二金属のイオン化傾向よりも大きい場合、第三層の電蝕が促進されるおそれがある。これに対して、本適用例では、第二金属のイオン化傾向は、第三金属のイオン化傾向よりも大きい。すなわち、第二金属の標準酸化還元電位は、第三金属の標準酸化還元電位よりも低い。このため、第二層の露出面積が大きい場合でも、第三金属の電蝕を抑制でき、第三電極層の剥離による圧電素子の性能低下を抑制できる。

本適用例の圧電素子において、前記第一金属は、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の合金であり、前記第二金属は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マンガン（Ｍｎ）、タンタル（Ｔａ）、亜鉛（Ｚｎ）よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の合金であり、前記第三金属は、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、カドミウム（Ｃｄ）、コバルト（Ｃｏ）よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の合金であることが好ましい。これらの金属材料においては、第二金属と第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）が、第一金属と第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）よりも小さい。そして、第二金属の標準酸化還元電位が、第三金属の標準酸化還元電位よりも低い。これにより、第二層及び第三層における電蝕の影響を抑制した、高性能な圧電素子を提供できる。

本適用例の圧電素子において、前記第一金属は、イリジウム（Ｉｒ）であり、前記第二金属は、チタン（Ｔｉ）であり、前記第三金属は、ニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）の合金であることが好ましい。
本適用例では、第一金属としてＩｒ、第二金属としてＴｉ、第三金属としてＮｉ及びＣｒの合金が用いられる。Ｉｒは、幅広いｐＨ範囲及び温度範囲において科学的安定性が高く、特に薄膜状の圧電素子を形成する際にエッチング等を行う場合に好適となる。一方、第三電極層によりリード電極を形成する場合、電気抵抗が低いＡｕを用いることが好ましく、第二電極に対するＡｕの密着性を高めるために、下地層としてＮｉ及びＣｒの合金を用いる。ここで、Ｔｉの標準酸化還元電位と、Ｎｉ及びＣｒの標準酸化還元電位との差（絶対値）が、Ｉｒの標準酸化還元電位と、Ｎｉ及びＣｒの標準酸化還元電位との差（絶対値）よりも小さい。そして、Ｔｉの標準酸化還元電位が、Ｎｉ及びＣｒの標準酸化還元電位よりも低い。これにより、ＮｉやＣｒの電蝕を抑制できる。

本適用例の圧電素子において、前記絶縁層は、酸化アルミニウムであり、前記圧電体層は、強誘電性を有する金属酸化物であり、前記第二層の厚み寸法は、８ｎｍ以下であることが好ましい。
本適用例では、絶縁層として酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いる。このようなＡｌ_２Ｏ_３を用いた絶縁層は、絶縁性、耐熱性、機械的強度等に優れ、圧電素子に用いられる絶縁層として好適である。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の絶縁層を形成する場合、形成時に水素が発生する場合がある。この発生した水素は、第二層のチタンに吸蔵され、吸蔵された水素が圧電体層に含浸すると、圧電素子の性能が低下するおそれがある。これに対して、本適用例では、第二層の厚みが８ｎｍ以下であり、この場合、第二層に吸蔵された水素による圧電素子の性能低下を抑制できる。

本発明の一適用例に係る圧電デバイスは、上述したような圧電素子と、前記圧電素子により駆動される駆動部と、を備えたことを特徴とする。
本適用例の圧電デバイスは、圧電素子により駆動部を駆動させる。ここで、圧電素子は、上述したように、第二電極層の第一層が絶縁層及び第二層の少なくともいずれかにより覆われていて外部に露出していない。また、第二層に含まれる第二金属と第三電極層に含まれる第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）が、第一金属と第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）よりも小さい。よって、第三金属の電蝕による第三電極層の剥離が抑制され、圧電素子の性能を高めることができ、ひいては圧電デバイスの性能も高めることができる。

本適用例の圧電デバイスにおいて、前記駆動部は、振動膜であることが好ましい。
本適用例では、圧電素子により振動部が駆動（振動）されることで、超音波を送信することができる。また、超音波が振動部にて受信され、振動部が振動された際に圧電素子の第一電極層及び第二電極層の間の電位差を検出することで、超音波の受信を検出することができる。

本発明に係る一適用例の超音波探触子は、上述したような圧電デバイスと、前記圧電デバイスを収納する筐体と、を備えたことを特徴とする。
本適用例の超音波探触子では、筐体内に上述したような超音波デバイスが収納されており、当該超音波探触子を被検体に接触させることで、被検体に対する超音波測定を実施することができる。そして、上述したように、圧電デバイスは、高性能の圧電素子により構成されており、当該圧電デバイスを備えた超音波探触子では、高精度な超音波測定を実施することができる。

本発明の一適用例に係る電子機器は、上述のような圧電デバイスと、前記圧電デバイスを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
本適用例の電子機器では、圧電デバイスを用いた各種超音波処理を実施できる。例えば、圧電デバイスを超音波の送受信を行う超音波デバイスとして用いる場合、圧電デバイスから被検体に対して超音波の送受信を実施し、被検体の内部断層画像を形成したり、被検体の一部の状態（例えば生体の血圧や血流）を測定したりすることができる。また、被検体の患部に対して超音波を送信することで、患部を治療（超音波治療）したり、対象物に付着した除去対象を超音波により除去したりすることができる。また、電子機器として、超音波の送信や受信に限られず、圧電デバイスにより駆動部（振動膜）を駆動させることで、インク等の液体を吐出させる液体吐出装置として適用することも可能である。
そして、本適用例の電子機器は、上述のように高い性能を有する圧電素子により構成されているので、当該圧電素子により構成された圧電デバイスを含む電子機器においても、前記各種超音波処理を高精度に実施することができる。

本発明の第一実施形態に係る超音波測定装置の概略構成を示す斜視図。 第一実施形態の超音波プローブの概略構成を示す断面図。 第一実施形態の超音波デバイスにおける素子基板の概略構成を示す平面図。 第一実施形態の素子基板の一部を拡大した平面図。 第一実施形態の超音波デバイスを図４のＡ−Ａ線で切断した概略断面図。 第一実施形態の超音波デバイスを図４のＢ−Ｂ線で切断した概略断面図。 第一実施形態の超音波デバイスを図４のＣ−Ｃ線で切断した概略断面図。 図４において絶縁層を除いた素子基板の一部を拡大した平面図。 第一実施形態の圧電素子の製造方法を示すフローチャート。 図９の素子部形成工程を示す断面図。 図９の絶縁層形成工程を示す断面図。 図９のリード電極形成工程を示す断面図。 第一施形態の圧電素子における印加電圧と圧電膜の分極量との関係の一例を示す図。 第一実施形態の超音波トランスデューサーにおける第二層の厚み寸法と反射受信電圧との関係の一例を示す図。 第一実施形態の圧電素子における第二層の厚み寸法と圧電体層の変位量との関係の一例を示す図。 第二実施形態のプリンターの外観の構成例を示す図。 第二実施形態の記録ヘッドを模式的に示す分解斜視図。

［第一実施形態］
以下、一実施形態に係る超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
図１は、超音波測定装置１の概略構成を示す斜視図である。
超音波測定装置１（電子機器）は、図１に示すように、超音波プローブ２（超音波探触子）と、超音波プローブ２にケーブル３を介して電気的に接続された制御装置１０（制御部）と、を備えている。
この超音波測定装置１は、超音波プローブ２を被検体（例えば人体等の生体）の表面に接触させ、超音波プローブ２から生体内に超音波を送出する。また、生体内の器官にて反射された超音波を超音波プローブ２にて受信し、その受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態（例えば血流等）を測定したりする。

［制御装置１０の構成］
制御装置１０は、制御部に相当し、図１に示すように、ボタンやタッチパネル等を含む操作部１１と、表示部１２と、を備える。また、制御装置１０は、図示は省略するが、メモリー等により構成された記憶部と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された演算部と、を備える。制御装置１０は、記憶部に記憶された各種プログラムを、演算部に実行させることにより、超音波測定装置１を制御する。例えば、制御装置１０は、超音波プローブ２の駆動を制御するための指令を出力したり、超音波プローブ２から入力された受信信号に基づいて、生体の内部構造の画像を形成して表示部１２に表示させたり、血流等の生体情報を測定して表示部１２に表示させたりする。このような制御装置１０としては、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いることができ、超音波プローブ２を操作するための専用端末装置を用いてもよい。

［超音波プローブ２の構成］
図２は、超音波プローブ２の概略構成を示す断面図である。
超音波プローブ２は、超音波探触子に相当し、図２に示すように、筐体２１と、筐体２１内部に収納する超音波デバイス２２（圧電デバイス）と、超音波デバイス２２を制御するためのドライバー回路等が設けられた回路基板２３と、を備えている。なお、超音波デバイス２２と、回路基板２３とにより超音波センサー２４が構成される。

［筐体２１の構成］
筐体２１は、図１に示すように、例えば平面視矩形状の箱状に形成され、厚み方向に直交する一面（センサー面２１Ａ）には、センサー窓２１Ｂが設けられており、超音波デバイス２２の一部が露出している。また、筐体２１の一部（図１に示す例では側面）には、ケーブル３の通過孔２１Ｃが設けられ、ケーブル３は、通過孔２１Ｃから筐体２１の内部の回路基板２３に接続されている。また、ケーブル３と通過孔２１Ｃとの隙間は、例えば樹脂材等が充填されることで、防水性が確保されている。
なお、本実施形態では、ケーブル３を用いて、超音波プローブ２と制御装置１０とが接続される構成例を示すが、これに限定されず、例えば超音波プローブ２と制御装置１０とが無線通信により接続されていてもよく、超音波プローブ２内に制御装置１０の各種構成が設けられていてもよい。

［回路基板２３の構成］
回路基板２３は、後述する超音波デバイス２２の信号端子４１３及び共通端子４１４（図４、図８参照）と電気的に接続され、制御装置１０の制御に基づいて超音波デバイス２２を制御する。
具体的には、回路基板２３は、送信回路や受信回路等を備えている。送信回路は、超音波デバイス２２に超音波送信させる駆動信号を出力する。受信回路は、超音波を受信した超音波デバイス２２から出力された受信信号を取得し、当該受信信号の増幅処理、Ａ−Ｄ変換処理、整相加算処理等を実施して制御装置１０に出力する。

［超音波デバイス２２の構成］
超音波デバイス２２は、図２に示すように、素子基板４１と、封止板４２と、音響層４３（図５及び図６参照）と、音響レンズ４４と、を含み構成される。

（素子基板４１の構成）
図３は、超音波デバイス２２を構成する素子基板４１を封止板４２側から見た際の概略構成を示す平面図である。図４は、図３の一部（＋Ｘ側−Ｙ側の端部）を拡大した拡大平面図である。図５は、図４に示すＡ−Ａ線で切断した超音波デバイス２２の概略断面図、図６は、図４のＢ−Ｂ線で切断した超音波デバイス２２の概略断面図、図７は、図４のＣ−Ｃ線で切断した超音波デバイス２２の概略断面図である。図８は、図４において絶縁層５４を取り除いた素子基板４１の概略構成を示す平面図である。

図３に示すように、素子基板４１を基板厚み方向（Ｚ方向）から見た平面視（以下、単に平面視とも称す）において、素子基板４１は、アレイ領域Ａｒ１と、第一端子領域Ａｒ２と、第二端子領域Ａｒ３と、を備えている。
アレイ領域Ａｒ１には、図４及び図８に示すように、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサー４５が複数設けられている。これらの複数の超音波トランスデューサー４５は、アレイ領域Ａｒ１内においてマトリクス状に配置され、１次元アレイとして構成される。
本実施形態では、図４及び図８に示すように、Ｙ方向（スライス方向）に沿って配置される超音波トランスデューサー４５の列が、Ｘ方向に沿って複数並んで配置されている。そして、Ｘ方向に並ぶ４列の超音波トランスデューサー４５の列が、１ＣＨの送受信チャンネルとして機能する送受信部４５０を構成する。すなわち、本実施形態では、素子基板４１には、複数の送受信部４５０がＸ方向に並ぶ１次元アレイ構造の超音波アレイが設けられている。
第一端子領域Ａｒ２及び第二端子領域Ａｒ３は、各送受信部４５０に接続される電極配線の端子が配置される領域であり、アレイ領域Ａｒ１の外周部に設けられている。

より具体的には、素子基板４１は、図５及び図６に示すように、基板本体部４１１と、基板本体部４１１の封止板４２側（−Ｚ側）に設けられる振動膜４１２（駆動部）と、を備える。また、振動膜４１２には、圧電素子５が設けられている。

基板本体部４１１は、振動膜４１２を支持する基板であり、例えばＳｉ等の半導体基板で構成される。基板本体部４１１には、各々の超音波トランスデューサー４５に対応した基板開口部４１１Ａが設けられる。
振動膜４１２は、例えばＳｉＯ_２や、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２の積層体等より構成され、例えば、基板本体部４１１の封止板４２側の面（背面）に設けられる。振動膜４１２の厚み寸法は、基板本体部４１１に対して十分小さい厚み寸法となる。この振動膜４１２は、基板開口部４１１Ａを構成する隔壁４１１Ｂにより支持され、基板開口部４１１Ａの背面側を閉塞する。ここで、振動膜４１２のうち、平面視において基板開口部４１１Ａと重なる部分（隔壁４１１Ｂにより囲われる部分）は、可撓部４１２Ａを構成する。言い換えると、基板開口部４１１Ａは、振動膜４１２の振動領域である可撓部４１２Ａの外縁を規定する。
そして、振動膜４１２の例えば封止板４２側の面には、圧電素子５が設けられている。

（圧電素子５の構成）
圧電素子５は、図５及び図６に示すように、下部電極５１（第一電極層）と、圧電膜５２（圧電体層）と、上部電極５３（第二電極層）と、絶縁層５４と、リード電極５５（第三電極層）と、を備える。
ここで、圧電素子５のうち、下部電極５１の一部、圧電膜５２の一部、及び上部電極５３の一部は、可撓部４１２Ａ上で、下部電極５１、圧電膜５２、及び上部電極５３の順で積層されて能動部５０（素子本体）を構成する。当該能動部５０は、下部電極５１と上部電極５３との間の電圧が印加されることで変形する。本実施形態では、１つの可撓部４１２Ａと、当該可撓部４１２Ａに設けられる能動部５０により、１つの超音波トランスデューサー４５が構成される。つまり、超音波トランスデューサー４５において、下部電極５１及び上部電極５３の間に所定周波数のパルス波電圧が印加されることにより能動部５０によって可撓部４１２Ａが振動され、超音波が送信される。また、生体からの反射超音波を受信すると可撓部４１２Ａが振動され、能動部５０の上下で電位差が発生する。そして、下部電極５１及び上部電極５３により、当該電位差を検出することにより、超音波の受信が検出される。

（下部電極５１の構成）
下部電極５１は、図４から図８に示すように、振動膜４１２上に設けられている。この下部電極５１は、図４及び図８に示すように、下部電極本体部５１１と、下部電極接続部５１２と、を備える。
下部電極本体部５１１は、平面視において、例えばＹ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサーに亘って、直線状に形成されている。本実施形態では、下部電極本体部５１１は、Ｘ方向の幅が基板開口部４１１Ａ（可撓部４１２Ａ）以上となるように形成される。すなわち、本実施形態では、可撓部４１２Ａは、下部電極本体部５１１により覆われている。

下部電極接続部５１２は、各送受信部４５０のＹ方向における例えば両端部（図４では、−Ｙ側端部のみ示す）において、複数（本実施形態では４列）の下部電極本体部５１１を、互いに接続する。また、下部電極接続部５１２は、アレイ領域Ａｒ１から第一端子領域Ａｒ２に延設され、当該第一端子領域Ａｒ２において、信号端子４１３に接続される。

このような下部電極５１は、導電性素材により形成されている。導電性素材としては、金属材料、導電性酸化物又はこれらの積層材料であれば特に限定されない。例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属、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、これらの材料の１種のみ、又はこれらの２種以上を混合又は積層したものを下部電極５１としてもよい。

また、下部電極接続部５１２に接続される信号端子４１３は、下部電極接続部５１２の一部に積層される被覆電極４１３Ａ、下地電極層４１３Ｂ、及び端子電極層４１３Ｃにより構成されている。
本実施形態では、図７に示すように、被覆電極４１３Ａは、アレイ領域Ａｒ１から第一端子領域Ａｒ２に延設された下部電極接続部５１２の先端部を覆って形成されている。また、下地電極層４１３Ｂは、被覆電極４１３Ａを覆って形成されている。そして、端子電極層４１３Ｃは、下地電極層４１３Ｂ上に積層されて構成されている。
ここで、被覆電極４１３Ａは、例えば後述する第二層５３２と同一の素材（Ｔｉ）により構成されている。
また、下地電極層４１３Ｂは、端子電極層４１３Ｃの下地層として機能し、例えば後述する第一リード電極層５５１と同一の素材（ＮｉＣｒ）により構成されている。
端子電極層４１３Ｃは、下地電極層４１３Ｂを下地として形成され、例えば後述する第二リード電極層５５２と同一の素材（Ａｕ）により構成されている。

（圧電膜５２の構成）
圧電膜５２は、平面視において、略矩形状の外形を有し、可撓部４１２Ａと重なる位置に設けられている。この圧電膜５２のＸ方向の幅寸法は、基板開口部４１１Ａ（可撓部４１２Ａ）のＸ方向の幅寸法よりも大きく、下部電極本体部５１１のＸ方向の幅寸法よりも大きい。つまり、Ｘ方向に対して下部電極本体部５１１を覆って設けられている。また、圧電膜５２のＹ方向の幅寸法は、基板開口部４１１Ａ（可撓部４１２Ａ）のＹ方向の幅寸法よりも大きく、後述する上部電極５３のＹ方向の幅寸法よりも大きい。

圧電膜５２は、例えば、強誘電性セラミックス材料からなるペロブスカイト構造の酸化物の結晶膜（ペロブスカイト型結晶）である。本実施形態では、圧電膜５２として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の結晶膜を用いる。
なお、圧電膜５２の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３）等を用いることができる。本実施形態では、圧電膜５２として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いている。

また、圧電膜５２の材料としては、鉛を含む鉛系の圧電材料に限定されず、鉛を含まない非鉛系の圧電材料を用いることもできる。非鉛系の圧電材料としては、例えば、鉄酸ビスマス（（ＢｉＦｅＯ_３）、略「ＢＦＯ」）、チタン酸バリウム（（ＢａＴｉＯ_３）、略「ＢＴ」）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）（ＮｂＯ₃）、略「ＫＮＮ」）、ニオブ酸カリウムナトリウムリチウム（（Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ）（ＮｂＯ₃））、ニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムリチウム（（Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ）（Ｎｂ，Ｔａ)Ｏ_３）、チタン酸ビスマスカリウム（（Ｂｉ_1/2Ｋ_1/2）ＴｉＯ₃、略「ＢＫＴ」）、チタン酸ビスマスナトリウム（（Ｂｉ_1/2Ｎａ_1/2）ＴｉＯ_３、略「ＢＮＴ」）、マンガン酸ビスマス（ＢｉＭｎＯ_３、略「ＢＭ」）、ビスマス、カリウム、チタン及び鉄を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物（ｘ［（ＢｉｘＫ_１−ｘ）ＴｉＯ_３］−（１−ｘ）［ＢｉＦｅＯ_３］、略「ＢＫＴ−ＢＦ」）、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物（（１−ｘ）[ＢｉＦｅＯ_３]−ｘ[ＢａＴｉＯ_３]、略「ＢＦＯ−ＢＴ」）や、これにマンガン、コバルト、クロムなどの金属を添加したもの（（１−ｘ）[Ｂｉ（Ｆｅ_１−ｙＭ_ｙ）Ｏ_３]−ｘ[ＢａＴｉＯ_３]（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ又はＣｒ））等が挙げられる。

（上部電極５３の構成）
上部電極５３は、図４及び図８に示すように、平面視において、Ｘ方向に沿った直線状を有し、アレイ領域Ａｒ１から第二端子領域Ａｒ３に亘って形成されている。また、上部電極５３は、Ｘ方向に沿って配列する超音波トランスデューサー４５のそれぞれを接続し、超音波トランスデューサー４５における共通電極として機能する。
本実施形態では、上部電極５３は、平面視において、Ｙ方向の幅寸法が、基板開口部４１１Ａ（可撓部４１２Ａ）のＹ方向の幅寸法以上であり、圧電膜５２のＹ方向の幅寸法以下となるように形成されている。

そして、この上部電極５３は、第一層５３１と、第二層５３２と、を備え、第一層５３１及び第二層５３２の順で素子基板４１側から積層されて構成されている。
第一層５３１は、第一金属であるイリジウム（Ｉｒ）により構成された、又はＩｒを含む金属層である。第二層５３２は、第二金属であるチタン（Ｔｉ）により構成された、又はＴｉを含む金属層である。

（絶縁層５４の構成）
絶縁層５４は、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１から第一端子領域Ａｒ２の略全面に形成され、一部に開口が設けられている。
具体的には、絶縁層５４は、平面視において、各基板開口部４１１Ａ（各可撓部４１２Ａ）の中央部と重なる位置に、開口部５４１を有し、当該開口部５４１から第二層５３２が露出している。この開口部５４１の開口サイズは、基板開口部４１１Ａ（可撓部４１２Ａ）のサイズよりも小さい。つまり、開口部５４１の開口縁は、基板開口部４１１Ａの開口縁よりも内側に位置する。
また、絶縁層５４は、第一端子領域Ａｒ２において、信号端子４１３の形成位置に、端子開口部５４２を有し、当該端子開口部５４２から信号端子４１３が露出している。
なお、絶縁層５４は、図４に示すように、第二端子領域Ａｒ３には形成されていない。したがって、上部電極５３のうち、第二端子領域Ａｒ３に設けられた部分は、絶縁層５４により被覆されていない。

この絶縁層５４は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）や、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond Like Carbon）等の耐水性を有する絶縁性材料を用いて形成される。これにより、水分による圧電膜５２の劣化を抑制できる。特に、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）は、絶縁性、耐熱性、機械的強度に優れ、かつ安価で製造も容易であり、好適に用いることができ、本実施形態では、絶縁層５４として、Ａｌ_２Ｏ_３が用いられている。

（リード電極５５の構成）
リード電極５５は、第二端子領域Ａｒ３において、Ｙ方向に沿って例えば直線状に形成され、Ｙ方向に並ぶ複数の上部電極５３のＸ方向の端部を互いに接続する。また、リード電極５５は、第二端子領域Ａｒ３において共通端子４１４に接続される。なお、図４及び図８では＋Ｘ側端部のリード電極５５のみを示すが、Ｘ方向におけるアレイ領域Ａｒ１の両端部に設けられる構成としてもよい。

このリード電極５５は、図６に示すように、第一リード電極層５５１と、第二リード電極層５５２と、を備える。
第一リード電極層５５１は、第三金属である、ニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）の合金（ＮｉＣｒ）を含む層、又はＮｉＣｒにより構成される層である。
第二リード電極層５５２は、第一リード電極層５５１を下地層として、当該第一リード電極層５５１上に形成される金属層であり、例えば電気抵抗が小さいＡｕ等を用いて形成される。

ここで、上述したように、本実施形態では、上部電極５３がアレイ領域Ａｒ１から第二端子領域Ａｒ３に亘って形成されており、リード電極５５は、上部電極５３のうち、第二端子領域Ａｒ３に位置する部分を覆って形成されている。したがって、上部電極５３は、アレイ領域Ａｒ１内では、開口部５４１以外の領域が絶縁層５４により覆われ、第二端子領域Ａｒ３内では、リード電極５５により覆われる。すなわち、上部電極５３のうち、平面視における開口部５４１と重なる部分は、第二層５３２のみが露出し、その他の部分は、絶縁層５４又はリード電極５５により覆われる構成となる。よって、上部電極５３の第一層５３１は、外部に露出していない。

（封止板４２の構成）
次に、図２に戻り、封止板４２について説明する。
封止板４２は、上述したように、素子基板４１の振動膜４１２側に接合されている。厚み方向から見た際の平面形状が例えば素子基板４１と同形状に形成され、Ｓｉ等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板４２の材質や厚みは、超音波トランスデューサー４５の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー４５にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
この封止板４２は、平面視において、アレイ領域Ａｒ１における隔壁４１１Ｂと重なる位置や、素子基板４１の第一端子領域Ａｒ２や第二端子領域Ａｒ３において、図示略の接合部材により、素子基板４１の振動膜４１２に接合されている。

また、封止板４２は、素子基板４１の第一端子領域Ａｒ２及び第二端子領域Ａｒ３に対向する位置に、信号端子４１３や共通端子４１４を回路基板２３に接続する接続部が設けられる。接続部としては、例えば、封止板４２を厚み方向に貫通する貫通孔等を例示できる。この場合、当該貫通孔を介して各端子４１３，４１４と回路基板２３とを、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）やケーブル線、ワイヤー等の配線部材により接続することができる。また、封止板４２に貫通電極を設け、貫通電極により、各端子４１３，４１４と回路基板２３とを接続してもよい。

（音響層４３及び音響レンズ４４の構成）
音響層４３は、図５や図６に示すように、素子基板４１の基板開口部４１１Ａ内に充填されている。
音響レンズ４４は、素子基板４１の振動膜４１２とは反対側（＋Ｚ側）に設けられ、音響層４３に密着固定されている。音響レンズ４４は、超音波プローブ２を用いた超音波測定を実施する際に、被検体である生体表面に密着され、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を生体内で収束させる。また、音響レンズ４４は、生体内で反射した超音波を、音響層４３を介して超音波トランスデューサー４５に伝搬させる。

これら音響層４３及び音響レンズ４４の音響インピーダンスは、生体の音響インピーダンスに近い値に設定されている。これにより、音響層４３及び音響レンズ４４は、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を生体に効率良く伝搬させることができ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波トランスデューサー４５に伝搬させることができる。

［圧電素子５の製造方法］
以下、圧電素子５の製造方法について説明する。
図９は、圧電素子５の製造方法を示すフローチャートである。
図１０は、図９における素子部形成工程Ｓ１１を模式的に示す図である。図１１は、図９における絶縁層形成工程Ｓ１２を模式的に示す図である。図１２は、図９におけるリード電極形成工程Ｓ１３を模式的に示す図である。
圧電素子５を製造するためには、図９に示すように、素子部形成工程Ｓ１１、絶縁層形成工程Ｓ１２、及びリード電極形成工程Ｓ１３を実施する。

（素子部形成工程）
素子部形成工程Ｓ１１では、先ず、図１０の上段の図に示すように、例えばＳｉにより構成された基板本体部４１１に振動膜４１２を形成する。素子部形成工程Ｓ１１では、基板本体部４１１を熱酸化処理して形成したＳｉＯ_２膜上にＺｒを成膜し、さらに熱酸化処理してＺｒＯ_２層を形成して振動膜４１２を形成する。

この後、図１０の下段に示すように、振動膜４１２上に、下部電極５１、圧電膜５２、及び上部電極５３を形成する。
具体的には、下部電極５１の形成素材であるＩｒを、例えばスパッタリングや蒸着法等によって成膜し、エッチング等によりＩｒ金属層をパターニングして下部電極５１を形成する。
次に、例えば溶液法によりＰＺＴを形成する。溶液法を用いたＰＺＴの形成では、振動膜４１２及び下部電極５１上にＰＺＴ溶液を塗布する（塗布工程）。この後、塗布されたＰＺＴ溶液を焼成する（焼成工程）。焼成工程では、例えばプレベーク４００℃、ＲＴＡ焼成７００℃の条件にて実施する。上記塗布工程及び焼成工程を複数回繰り返し実施することで、所望厚み寸法の圧電膜を形成する。この後、形成されたＰＺＴを、エッチング処理（イオンミリング）によりパターニングし、圧電膜５２を形成する。
この後、振動膜４１２、下部電極５１、圧電膜５２上に、上部電極５３の第一層５３１を構成するＩｒを例えばスパッタリングや蒸着法等により成膜し、さらに第二層５３２を構成するＴｉを例えばスパッタリングや蒸着法等により積層させる。この際、Ｔｉの厚み寸法を、４ｎｍ以下とすることが好ましい。この後、エッチング等によりＩｒ金属層及びＴｉ金属層の積層膜をパターニングして第一層５３１上に第二層５３２が積層された上部電極５３を形成する。

（絶縁層形成工程）
次に、絶縁層形成工程Ｓ１２では、例えば、素子基板４１上に、開口部５４１、端子開口部５４２、及び第二端子領域Ａｒ３の形成位置にリフトオフパターンを形成し、例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition；原子層堆積）によりＡｌ_２Ｏ_３の層を形成する。この後、リフトオフにより、Ａｌ_２Ｏ_３の層をパターニングすることで図１１に示すように、開口部５４１、端子開口部５４２（図１１では不図示）、及び第二端子領域Ａｒ３と重なる領域が開口する絶縁層５４が形成される。
ところで、ＡＬＤによりＡｌ_２Ｏ_３の層を形成する際、原子層堆積装置に、ＴＭＡ（Ａｌ（ＣＨ_３）_３）及びＨ_２Ｏを供給し、下記式（１）や式（２）に示す反応により、Ａｌ_２Ｏ_３の層が形成される。

２Ａｌ（ＣＨ_３）_３＋６Ｏ_３→Ａｌ_２Ｏ_３＋３ＣＯ_２↑＋９Ｈ_２Ｏ↑ ・・・（１）
２Ａｌ（ＣＨ_３）_３＋３Ｈ_２Ｏ→Ａｌ_２Ｏ_３＋６ＣＨ_４↑ ・・・（２）

ここで、上記式（１）（２）に示す反応において、水素を含む化合物（すなわちＨ_２Ｏ、ＣＨ_４）が発生するが、本実施形態では、第二層５３２として、高い水素吸蔵性を有するＴｉが用いられている。このため、上記式（１）（２）にて発生した水素や水素を含む化合物が第二層５３２に吸蔵されることになる。そして、第二層５３２に吸蔵された水素や水素を含む化合物が圧電膜５２に浸透すると、圧電膜５２の圧電特性が低下し、圧電素子５の性能が低下するおそれがある。

図１３は、本実施形態の圧電素子５における、印加電圧と圧電膜５２の分極量との関係の一例を示す図である。図１４は、本実施形態の超音波トランスデューサー４５において、第二層５３２の厚み寸法と超音波を受信した際の受信電圧（反射受信電圧）との関係の一例を示す図である。図１５は、圧電素子５における、第二層５３２の厚み寸法と所定電圧を印加した際の圧電素子５（圧電膜５２）の変位量との関係の一例を示す図ある。

図１３において、第二層５３２の厚み寸法が４ｎｍの場合、第二層５３２がない場合と比べて、印加電圧に対する分極量やヒステリシス特性が略変化していない。
一方、図１３に示すように、第二層５３２の厚み寸法が１５ｎｍ及び４０ｎｍの場合、第二層５３２がない場合や第二層５３２の厚み寸法が４ｎｍの場合と比べて、印加電圧に対する圧電膜５２の分極量が低下し、印加電圧に対するヒステリシス特性も劣化している。すなわち、第二層５３２の厚み寸法が増大する程、圧電素子５の性能が低下する。超音波の送受信において適正な分極量やヒステリシス特定を得るためには、第二層５３２の厚み寸法は、８ｎｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは、分極量やヒステリシス特定の劣化がほぼ生じない４ｎｍ以下である。

また、図１４及び図１５に示すように、第二層５３２の厚み寸法が８ｎｍ以下の場合に、圧電素子５の性能の低下を好適に抑制できる。
具体的には、図１４に示すように、第二層５３２の厚み寸法が８ｎｍ以下の場合、当該厚み寸法が増大しても、反射受信電圧の値が略変化しない。一方、第二層５３２の厚み寸法が８ｎｍを超えると、反射受信電圧の値が急激に低下し、第二層５３２の厚み寸法が１０ｎｍ以上となる場合では、厚み寸法が８ｎｍの場合と比べて、反射受信電圧の値が１／３程度に低下する。
図１５においても同様であり、第二層５３２の厚み寸法が８ｎｍ以下の場合、所定の駆動電圧を印加した際の圧電素子５の変位量は略変化しない。これに対して、第二層５３２の厚み寸法が８ｎｍを超えると、圧電素子５の変位量が急激に低下し、厚み寸法が１０ｎｍ以上となる場合では、厚み寸法が８ｎｍの場合と比べて、変位量が１／３程度に低下する。

本実施形態では、上記のような第二層５３２（Ｔｉ）の厚み寸法による影響を抑制するために、素子部形成工程Ｓ１１において、第二層５３２の厚み寸法が４ｎｍ以下に形成されている。これにより、超音波を受信した際の受信感度の低下や、駆動電圧を印加した際の変位量の減少、印加電圧に対する分極量やヒステリシス特性の低下が抑制され、高い性能の圧電素子５が形成される。ただし、第二層５３２の厚み寸法は８ｎｍ以下でもよい。

（リード電極形成工程）
リード電極形成工程Ｓ１３では、例えば図１２の上段に示すように、下部電極５１、圧電膜５２、上部電極５３、及び絶縁層５４が順次形成された素子基板４１上に、ＮｉＣｒ層及びＡｕ層を順次形成する。そして、ウェットエッチングによりパターニングすることにより、図１２の下段に示すように、リード電極５５が形成される。

ここで、ウェットエッチングを行う際に、例えば図１２の下段までエッチングが進行すると、開口部５４１から露出する上部電極５３と、第一リード電極層５５１との間のイオン化傾向（すなわち標準酸化還元電位）の差により、第一リード電極層５５１に電蝕が生じるおそれがある。例えば、開口部５４１から第一層５３１が露出する構成とした場合や、第一層５３１上に第二層５３２が積層されるが、絶縁層５４が設けられず、上部電極５３の側面において、第一層５３１が露出する構成とした場合、第一層５３１と第一リード電極層５５１とがエッチング液の液相に接触する。この場合、第一層５３１を形成するＩｒと、第一リード電極層５５１を形成するＮｉＣｒとの間の標準酸化還元電位の差（絶対値）が大きいため、イオン化傾向が大きい第一リード電極層５５１に電蝕が生じ、第二リード電極層５５２が剥離するおそれがある。

これに対して、本実施形態では、上部電極５３は、開口部５４１において、第二層５３２のみが露出し、第一層５３１は液相に接触しない。
また、第二層５３２を形成する金属材料（本実施形態ではＴｉ）と、第一リード電極層５５１を形成する金属材料（本実施形態ではＮｉＣｒ）との標準酸化還元電位の差（絶対値）である第一差分値は、第一リード電極層５５１の電蝕を抑制可能な所定の第一値以下としている。さらに、この上記第一差分値は、第一層５３１を形成する金属材料（本実施形態ではＩｒ）と第一リード電極層５５１を形成する金属材料（本実施形態ではＮｉＣｒ）との標準酸化還元電位の差（絶対値）である第二差分値よりも小さい。
このような構成により、第一リード電極層５５１の電蝕を好適に抑制できる。
なお、第一値とは、第一リード電極層５５１に電蝕が起こったとしても、リード電極５５の劣化を許容可能な値であり、例えば、本実施形態では、標準酸化還元電位の差（絶対値）が１．４Ｖ以下となる。第一値は、例えばエッチング時間等により、適宜設定することが可能であり、例えばエッチング時間が長い場合では、より近い標準酸化還元電位となる金属を第二金属及び第三金属として用いてもよい。

また、第二層５３２を形成する金属材料（本実施形態ではＴｉ）は、第一リード電極層５５１を形成する金属材料（本実施形態ではＮｉＣｒ）よりもイオン化傾向が大きい（標準酸化還元電位が低い）。これにより、電蝕が生じた場合でも、第一リード電極層５５１ではなく、第二層５３２が液相中に溶け出すことになる。ここで、上述したように、第二層５３２は、厚み寸法が小さい程、圧電素子５の性能低下が抑制可能となる。また、開口部５４１が設けられる位置は、平面視において、能動部５０と重なる位置であり、第二層５３２の厚み寸法が小さくなることで、能動部５０の変位量も大きくなる。したがって、電蝕による第二層５３２の厚み寸法の減少量が、第一層５３１が露出しない程度であれば、結果として、圧電素子５の性能向上に貢献することが可能となる。

さらに、第二リード電極層５５２を形成する金属材料（本実施形態ではＡｕ）は、第一層５３１、第二層５３２、及び第一リード電極層５５１のそれぞれを形成する金属材料よりもイオン化傾向が小さい（標準酸化還元電位が高い）。これにより、第二リード電極層５５２に電蝕が生じることも抑制される。

以上の後、基板本体部４１１の振動膜４１２とは反対側の面に、振動膜４１２（ＳｉＯ_２）をエッチングストッパーとして、ウェットエッチングにより基板開口部４１１Ａを形成する。これにより、図６に示すように、リード電極５５の剥離がない圧電素子５が形成される。

［実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波測定装置１は、超音波プローブ２と制御装置１０とを備え、超音波プローブ２は、圧電素子５が設けられた超音波デバイス２２（圧電デバイス）と、当該超音波デバイス２２を収納する筐体２１とを備える。そして、圧電素子５は、下部電極５１、圧電膜５２、及び上部電極５３が順に積層された素子本体と、上部電極５３の第二端子領域Ａｒ３に位置する部分に積層されたリード電極５５と、絶縁層５４とを備える。また、絶縁層５４は、平面視において素子基板４１の基板開口部４１１Ａ上で、下部電極５１、圧電膜５２、及び上部電極５３が積層される能動部５０の領域内で開口する開口部５４１を有する。また、絶縁層５４は、圧電膜５２の上部電極５３が積層されていない部分を少なくとも覆っている。さらに、上部電極５３は、振動膜４１２側に位置する第一金属（本実施形態では、Ｉｒ）により構成される第一層５３１と、第一層５３１上に積層される第二金属（本実施形態では、Ｔｉ）により構成される第二層５３２とを備えている。そして、第二金属とリード電極５５の第一リード電極層５５１を構成する第三金属（本実施形態では、ＮｉＣｒ）との標準酸化還元電位の差（絶対値）が、第一金属と第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）よりも小さい。
このような構成では、圧電膜５２の全体が、上部電極５３又は絶縁層５４のいずれかにより覆われる構成となっており、焼損等による圧電膜５２の劣化を抑制できる。
また、絶縁層５４の開口部５４１から上部電極５３の第二層５３２が露出し、上部電極５３の第二端子領域Ａｒ３に位置する部分にはリード電極５５が設けられる。よって、上部電極５３の第一層５３１が外部に露出しない。
よって、例えばリード電極形成工程Ｓ１３において、リード電極５５と上部電極５３とがエッチング液等の液相に接触した場合でも、第一層５３１が第二層５３２又は絶縁層５４で覆われていることで液相に接触せず、リード電極５５の第一リード電極層５５１（ＮｉＣｒ）の電蝕を抑制できる。すなわち、Ａｕにより構成される第二リード電極層５５２の剥離による電気抵抗の増大や断線を抑制でき、圧電素子５に対して所定の駆動電圧を印加した際に、圧電素子５を適正に駆動させることができ、高性能で、信頼性が高い圧電素子５を提供できる。
したがって、このような圧電素子５を有する超音波デバイス２２では、高精度な超音波の送受信処理を実施することができ、このような超音波デバイス２２を有する超音波プローブ２及び超音波測定装置１では、高精度な超音波測定処理や、生体の内部断層画像の生成等の各所処理を実施することができる。

そして、圧電素子５における、上部電極５３の第二層５３２を構成する第二金属と、第一リード電極層５５１の第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）は、第一リード電極層５５１に電蝕が起こったとしても、リード電極５５の劣化を許容可能な第一値以下となる。
これにより、例えばエッチングにより第一リード電極層５５１に多少の電蝕が発生したとしても、第二リード電極層５５２の剥離による抵抗増大や断線が抑制された高性能な圧電素子を提供できる。

本実施形態では、第二層５３２の第二金属（Ｔｉ）が、第一リード電極層５５１の第三金属（ＮｉＣｒ）よりもイオン化傾向が大きい（標準酸化還元電位が低い）。
このため、電蝕が発生した場合でも、第一リード電極層５５１ではなく、第二層５３２がイオン化することになるので、第一リード電極層５５１の電蝕による第二リード電極層５５２の剥離や断線を抑制できる。
これに加え、第二層５３２の厚み寸法は、図１３に示すように薄い方が能動部５０の駆動に有利であり、かつ、図１４及び図１５に示すように、水素吸蔵金属であるＴｉの厚み寸法を小さくすることで、水素による圧電膜５２の特性劣化も抑制される。これらの点からも、電蝕が発生した場合に、第二層５３２の厚み寸法が小さくなる本実施形態では、高性能な圧電素子５を提供する上でより有利となる。

本実施形態では、第一金属としてＩｒ、第二金属としてＴｉ、第三金属としてＮｉＣｒが用いられている。
Ｉｒは、幅広いｐＨ範囲及び温度範囲において科学的安定性が高く、特に薄膜状の圧電素子５の上部電極５３（第一層５３１）を形成する際、エッチング等を行う場合に好適となる。
また、リード電極５５において、電気抵抗が低いＡｕを第二リード電極層５５２として用いることが好ましい。第一リード電極層５５１としてＮｉＣｒを用いることで、当該第一リード電極層５５１を下地層として、第二リード電極層５５２の密着性を高めることができる。
そして、第二層５３２としてＴｉを用いることで、ＩｒとＮｉＣｒとの標準酸化還元電位の差（絶対値）が大きい場合でも、ＮｉＣｒの電蝕を好適に抑制することが可能となる。

本実施形態では、絶縁層５４としてＡｌ_２Ｏ_３が用いられており、圧電膜５２としてＰＺＴが用いられており、第二層の厚み寸法が４ｎｍ以下である。
このようなＡｌ_２Ｏ_３を用いた絶縁層は、絶縁性、耐熱性、機械的強度等に優れ、圧電素子に用いられる絶縁層として好適である。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の絶縁層を形成する場合、形成時に水素が発生する場合がある。この発生した水素は、第二層５３２に吸蔵され、吸蔵された水素がＰＺＴにより構成された圧電膜５２に含浸されると、圧電素子５の性能が低下する。これに対して、本実施形態では、第二層５３２の厚み寸法を４ｎｍ以下に形成している。この場合、図１４及び図１５に示すように、第二層５３２に吸蔵された水素による圧電素子５の性能低下を抑制できる。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。
上述した第一実施形態では、圧電素子５を有する超音波デバイス２２を筐体２１内に収納した超音波プローブ２、及び当該超音波プローブ２を備えて超音波測定を実施する超音波測定装置１の構成を例示した。これに対し、圧電素子５としては、その他の電子機器に対しても適用可能であり、第二実施形態では、当該他の電子機器の一例である液体吐出装置について説明する。

図１６は、第二実施形態のプリンター１００の外観の構成例を示す図である。
プリンター１００は、液体噴射装置に相当し、図１６に示すように、メディアを供給する供給ユニット１１０と、メディアを搬送する搬送ユニット１２０と、記録ヘッド６０が取り付けられるキャリッジ１３０と、キャリッジ１３０を移動させるキャリッジ移動ユニット１４０と、プリンター１００を制御する制御ユニット（図示略）とを備える。このプリンター１００は、例えばパーソナルコンピューター等の外部機器から入力された印刷データに基づいて、各ユニット１１０，１２０，１４０及びキャリッジ１３０を制御し、メディアＭに画像を印刷する。

供給ユニット１１０は、メディアＭを画像形成位置に供給する。例えば、供給ユニット１１０は、メディアＭが巻装されたロール体１１１、ロール駆動モーター（図示略）、及びロール駆動輪列（図示略）等を備える。そして、制御ユニットからの指令に基づいて、ロール駆動モーターが回転駆動され、ロール駆動モーターの回転力がロール駆動輪列を介してロール体１１１に伝達される。これにより、ロール体１１１が回転し、ロール体１１１に巻装された紙面がβ方向（副走査方向）における下流側（＋β側）に供給される。

搬送ユニット１２０は、供給ユニット１１０から供給されたメディアＭを、β方向に沿って搬送する。例えば、搬送ユニット１２０は、搬送ローラー１２１と、搬送ローラー１２１とメディアＭを挟んで配置され、搬送ローラー１２１に従動する従動ローラー（図示略）と、搬送ローラー１２１のβ方向の下流側に設けられたプラテン１２２と、を備える。搬送ローラー１２１は、図示略の搬送モーターからの駆動力が伝達され、制御ユニット（図示略）の制御により搬送モーターが駆動されると、その回転力により回転駆動されて、従動ローラーとの間にメディアＭを挟み込んだ状態でβ方向に沿って搬送する。

キャリッジ１３０は、メディアＭに対して画像を印刷する記録ヘッド６０等が取り付けられる。記録ヘッド６０等は、ケーブル１３１を介して制御ユニットに接続される。記録ヘッド６０については後述する。キャリッジ１３０は、キャリッジ移動ユニット１４０によって、β方向に交差するα方向（主走査方向）に沿って移動可能に設けられている。

キャリッジ移動ユニット１４０は、キャリッジ１３０をα方向に沿って往復移動させる。例えば、キャリッジ移動ユニット１４０は、キャリッジガイド軸１４１と、キャリッジモーター１４２と、タイミングベルト１４３と、等を備える。キャリッジガイド軸１４１は、α方向に沿って配置され、両端部がプリンター１００の筐体に固定される。キャリッジモーター１４２は、タイミングベルト１４３を駆動させる。タイミングベルト１４３は、キャリッジガイド軸１４１と略平行に支持され、キャリッジ１３０の一部が固定される。制御ユニットの指令に基づいてキャリッジモーター１４２が駆動されると、タイミングベルト１４３が正逆走行され、タイミングベルト１４３に固定されたキャリッジ１３０がキャリッジガイド軸１４１にガイドされて往復移動する。

図１７は、記録ヘッド６０を模式的に示す分解斜視図である。
記録ヘッド６０は、液体噴射ヘッドに相当し、インクタンク（図示略）から供給されたインクを、α方向及びβ方向に交差するγ方向に噴射してメディアＭに画像を形成する。記録ヘッド６０は、図１７に示すように、圧力室形成基板６１と、ノズルプレート６２と、アクチュエーターユニット６３と、封止板６４とを備える。

圧力室形成基板６１は、例えば、シリコン単結晶基板等からなる板材である。この圧力室形成基板６１には、複数の圧力室６１１と、これら圧力室６１１にインクを供給するインク供給路６１２と、インク供給路６１２を介して各圧力室６１１に連通する連通部６１３と、が形成されている。
複数の圧力室６１１は、後述するようにノズルプレート６２に形成されたノズル列を構成する各ノズル６２１に、一対一に対応して設けられている。すなわち、各圧力室６１１は、ノズル列方向に沿って、ノズル６２１の形成ピッチと同じピッチで形成されている。
連通部６１３は、複数の圧力室６１１に沿って形成されている。この連通部６１３は、後述する振動板６３１の連通開口部６３４及び封止板６４の液室空部６４２と連通し、インクタンク（図示略）から供給されたインクが充填される。連通部６１３に充填されたインクは、インク供給路６１２を介して圧力室６１１に供給される。すなわち、連通部６１３は、各圧力室６１１に共通なインク室であるリザーバー（共通液室）を構成する。
なお、インク供給路６１２は、圧力室６１１よりも狭い幅で形成されており、連通部６１３から圧力室６１１に流入するインクに対して流路抵抗となる部分である。

ノズルプレート６２は、複数のノズル６２１からなるノズル列が形成され、圧力室形成基板６１の一方の面（アクチュエーターユニット６３とは反対側の面）に接合される。複数のノズル６２１は、ドット形成密度（例えば、３００ｄｐｉ）に相当するピッチで形成されている。なお、ノズルプレート６２は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、又はステンレス鋼等からなる。

アクチュエーターユニット６３は、圧力室形成基板６１のノズルプレート６２とは反対側に設けられた振動板６３１と、振動板６３１に積層された圧電素子５と等を含み構成される。
振動板６３１は、圧力室形成基板６１の上に形成された弾性膜６３２と、この弾性膜６３２上に形成された絶縁体膜６３３と、を含む。なお、弾性膜６３２としては、例えば、厚さが３００〜２０００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）が好適に用いられる。また、絶縁体膜６３３としては、例えば、厚さが３０〜６００ｎｍの酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）が好適に用いられる。この振動板６３１の圧力室６１１を閉塞する領域は、圧電素子５の駆動によってノズル６２１に対して接離する方向に撓み変形が許容される領域（可撓部）である。なお、振動板６３１における圧力室形成基板６１の連通部６１３に対応する部分には、当該連通部６１３と連通する連通開口部６３４が設けられている。

圧電素子５は、図示は省略するが、上記第一実施形態と同様の構成を有し、下部電極５１、圧電膜５２、上部電極５３が順に積層された素子本体部と、絶縁層５４、リード電極５５を備える。圧電素子５は、圧力室６１１に対応する位置に設けられ、振動板６３１（駆動部）の圧力室６１１を閉塞する領域である可撓部とともに圧電アクチュエーターを構成する。また、図１７に示すように、振動板６３１上の第一端子領域Ａｒ２には、下部電極５１に導通する信号端子４１３が設けられ、第二端子領域Ａｒ３には、上部電極５３と導通する共通端子４１４が設けられている。

ここで、図１７では、圧電素子５の構成を簡略化して図示しているが、本実施形態においても、絶縁層５４の振動板６３１の厚み方向から見た平面視にて能動部５０と重なる位置に開口部５４１が形成されて上部電極５３の第二層５３２が露出する。また、上部電極５３は、第二端子領域Ａｒ３に延設され、当該第二端子領域Ａｒ３において、リード電極５５に接続されている。

封止板６４は、アクチュエーターユニット６３の圧力室形成基板６１とは反対側の面に接合されている。この封止板６４のアクチュエーターユニット６３側の面には、圧電素子５を収容可能な収容空部６４１が形成されている。また、封止板６４の連通開口部６３４及び連通部６１３に対応する領域には、液室空部６４２が設けられている。液室空部６４２は、連通開口部６３４及び連通部６１３と連通し、各圧力室６１１に共通のインク室となるリザーバーを構成する。なお、図示しないが、封止板６４には、アクチュエーターユニット６３の端子領域に対応する位置に、厚さ方向に貫通する配線開口部が設けられている。この配線開口部内に、上記端子領域の電極端子が露出される。これら電極端子は、プリンター本体に接続された図示しない配線部材に接続される。

このような構成の記録ヘッド６０では、インクカートリッジからインクを取り込み、リザーバー、インク供給路６１２、圧力室６１１、及びノズル６２１に至るまでの流路内がインクで満たされる。そして、プリンター本体側からの駆動信号の供給により、圧力室６１１に対応するそれぞれの圧電素子５が駆動されると、振動板６３１の圧力室６１１に対応する領域（可撓部）が変位し、圧力室６１１内に圧力変動が生じる。この圧力変動を制御することで、ノズル６２１からインクが噴射される。

［第二実施形態の作用効果］
上述のように構成される第二実施形態では、第一実施形態と同様に、圧電素子５において絶縁層５４の開口部５４１から上部電極５３の第二層５３２が露出し、上部電極５３の第二端子領域Ａｒ３に位置する部分にはリード電極５５が設けられる。よって、圧電素子５の形成時等において、リード電極５５と上部電極５３とが液相に接触した場合でも、リード電極５５の剥離による電気抵抗の増大や断線を抑制できる。これにより、当該圧電素子５を備える記録ヘッド６０やプリンター１００の性能低下も抑制でき、高精度な液体吐出処理を実施することができる。

［変形例］
上記実施形態では、第一層５３１を形成する第一金属としてＩｒを、第二層５３２を形成する第二金属としてＴｉを、第一リード電極層５５１を形成する第三金属としてＮｉＣｒを用いる構成を例示した。しかしながら、第一金属、第二金属、及び第三金属のそれぞれは、上記実施形態に例示される金属に限定されない。例えば、第一金属は、イリジウム、白金、金よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の合金でもよい。また、第二金属は、チタン、ジルコニウム、マンガン、タンタル、亜鉛よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の合金でもよい。さらに第三金属は、ニッケル、クロム、鉄、カドミウム、コバルトよりなる群から選ばれた１種又は２種以上の合金でもよい。
すなわち、第二金属として、第二金属と第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）が、第一金属と第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）よりも小さくなる金属材料を適宜用いることができる。これにより、第三金属で形成された第一リード電極層５５１を、第一金属で形成された第一層５３１に接触させる構成と比べて、第三金属で形成された第一リード電極層５５１の電蝕を抑制することができる。

また、標準酸化還元電位の差（絶対値）が第一値以下となる第二金属と第三金属とを適宜用いることができる。これにより、第一リード電極層５５１の電蝕を抑制できる。なお、第三金属は、第二リード電極層５５２の形成材料と良好な密着性を有する金属材料を用いることが好ましい。これにより、第二リード電極層５５２の剥離を好適に抑制できる。

上記実施形態では、第三金属よりもイオン化傾向が大きい（標準酸化還元電位が低い）第二金属を用いて形成された第二層５３２を例示したが、これに限定されない。例えば、イオン化傾向が第三金属よりも小さい（標準酸化還元電位が第三金属よりも高い）第二金属を用いてもよい。この場合でも、第二金属と第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）が第一値以下とすることにより、第一リード電極層５５１の電蝕を抑制できる。例えば、第二金属としてＴｉ、第三金属として、Ａｌを用いてもよい。

第二金属としてＴｉを用いる例を示したが、これに限定されず、第三金属との標準酸化還元電位の差（絶対値）が第一値以下となる他の金属を用いてもよい。この際、水素吸蔵性が乏しい金属を第二金属として用いることが好ましい。水素吸蔵性を有する金属である場合は、吸蔵された水素の圧電膜５２への影響を抑制可能な膜厚寸法に形成する。

上記実施形態では、第一金属としてＩｒを用いる場合について例示したが、これに限定されず、標準酸化還元電位の差（絶対値）が第二金属及び第三金属との間で上述の関係を満たす金属材料や導電性酸化物を適宜用いることができる。

上記実施形態において、リード電極形成工程Ｓ１３において、第一リード電極層５５１及び第二リード電極層５５２を成膜した後、エッチングによりリード電極５５をパターニングした。これに対して、第一リード電極層５５１を形成した後エッチングによって第一リード電極層５５１をパターニングし、その後、第二リード電極層５５２を形成してもよい。
また、素子部形成工程Ｓ１１、絶縁層形成工程Ｓ１２、及びリード電極形成工程Ｓ１３の後に基板開口部４１１Ａを形成したが、例えば素子部形成工程Ｓ１１において、基板開口部４１１Ａを形成してもよい。

上記実施形態では、図６に示すように、絶縁層５４がアレイ領域Ａｒ１と第二端子領域Ａｒ３との境界からアレイ領域Ａｒ１側に形成され、リード電極５５がアレイ領域Ａｒ１と第二端子領域Ａｒ３の境界から第二端子領域Ａｒ３側に形成される例を示した。これに対して、リード電極５５の一部がアレイ領域Ａｒ１側に重畳するように形成されていてもよい。この場合、アレイ領域Ａｒ１と第二端子領域Ａｒ３との境界において、上部電極５３の第一層５３１の側面（振動膜４１２側の面に対して交差する端面）が露出せず、より確実に第一層５３１の露出、及びこれによる第三金属の電蝕を抑制できる。

上記第一実施形態において、リード電極５５が第一リード電極層５５１及び第二リード電極層５５２により構成される例を示したが、第三金属を含む１層のみで構成されていてもよい。また、３層以上の金属層により構成されていてもよい。

絶縁層５４として、Ａｌ_２Ｏ_３を例示したが、これに限定されず、例えば、ＴａＯｘ、及びＢａＯｘ等の絶縁性を有する金属酸化物を用いてもよい。

上記実施形態において、超音波トランスデューサー４５として、素子基板４１の振動膜４１２側に封止板４２が設けられ、素子基板４１の基板開口部４１１Ａから超音波を送信し、基板開口部４１１Ａから入射する超音波を受信する例を示したが、これに限定されない。例えば、封止板４２が素子基板４１の振動膜４１２とは反対側に設けられ、基板開口部４１１Ａとは反対側に超音波を送信し、基板開口部４１１Ａとは反対側から入射する超音波を受信する構成としてもよい。

上記実施形態において、基板本体部４１１に形成された基板開口部４１１Ａにより、振動膜４１２における可撓部４１２Ａの形状及び面積を規定したが、これに限定されない。例えば、基板本体部４１１にＹ方向に沿った直線状の素子開口部を形成する。そして、封止板４２と振動膜４１２とを接合する梁部をＸ方向に複数配置し、当該梁部により素子開口部を複数の領域に分割する構成としてもよい。この場合、分割された各領域（素子開口部と梁部とに囲われる領域）が可撓部を構成し、各可撓部に能動部が位置するように圧電素子５を配置すればよい。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。

１…超音波測定装置（電子機器）、２…超音波プローブ（超音波探触子）、５…圧電素子、１０…制御装置（制御部）、２１…筐体、２２…超音波デバイス（圧電デバイス）、２４…超音波センサー、４１…素子基板、４２…封止板、４３…音響層、４５…超音波トランスデューサー、５０…能動部（素子本体）、５１…下部電極（第一電極層）、５２…圧電膜（圧電体層）、５３…上部電極（第二電極層）、５４…絶縁層、５５…リード電極（第三電極層）、６０…記録ヘッド、１００…プリンター（電子機器）、４１１…基板本体部、４１１Ａ…基板開口部、４１１Ｂ…隔壁、４１２…振動膜、４１２Ａ…可撓部、５３１…第一層、５３２…第二層、５４１…開口部、５５１…第一リード電極層、５５２…第二リード電極層、Ａｒ１…アレイ領域、Ａｒ２…第一端子領域、Ａｒ３…第二端子領域。

Claims (10)

1. 第一電極層、圧電体層、及び第二電極層が順に積層された圧電素子であって、
   前記第二電極層の一部に積層され、第三金属を含む第三電極層と、
   前記圧電体層の前記第二電極層が設けられていない部分を少なくとも覆い、前記第二電極層の一部を露出させる開口部を有する絶縁層と、を備え、
   前記第二電極層は、第一金属を含む第一層と、第二金属を含む第二層とが順に積層され、前記開口部において前記第二層が露出し、
   前記第二金属と前記第三金属との標準酸化還元電位の差は、前記第一金属と前記第三金属との標準酸化還元電位の差よりも小さい
   ことを特徴とする圧電素子。
2. 請求項１に記載の圧電素子において、
   前記第二金属と前記第三金属との標準酸化還元電位の差は、第一値以下である
   ことを特徴とする圧電素子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の圧電素子において、
   前記第二金属は、前記第三金属よりも標準酸化還元電位が低い
   ことを特徴とする圧電素子。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子において、
   前記第一金属は、イリジウム、白金、金よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の合金であり、
   前記第二金属は、チタン、ジルコニウム、マンガン、タンタル、亜鉛よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の合金であり、
   前記第三金属は、ニッケル、クロム、鉄、カドミウム、コバルトよりなる群から選ばれた１種又は２種以上の合金である
   ことを特徴とする圧電素子。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子において、
   前記第一金属は、イリジウムであり、
   前記第二金属は、チタンであり、
   前記第三金属は、ニッケル及びクロムの合金である
   ことを特徴とする圧電素子。
6. 請求項５に記載の圧電素子において、
   前記絶縁層は、酸化アルミニウムであり、
   前記圧電体層は、強誘電性を有する金属酸化物であり、
   前記第二層の厚み寸法は、８ｎｍ以下である
   ことを特徴とする圧電素子。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の圧電素子と、
   前記圧電素子により駆動される駆動部と、
   を備えたことを特徴とする圧電デバイス。
8. 請求項７に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記駆動部は、振動膜である
   ことを特徴とする圧電デバイス。
9. 請求項８に記載の圧電デバイスと、
   前記圧電デバイスを収納する筐体と、
   を備えたことを特徴とする超音波探触子。
10. 請求項７又は請求項８に記載の圧電デバイスと、
    前記圧電デバイスを制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする電子機器。

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