JP2018170503A - 圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】屈曲性を有するプラスチック層を有し、かつ、良好な圧電特性を備え、クラックまたは割れが抑制された、圧電デバイスとその製造方法を提供する
【解決手段】少なくとも、第１電極、プラスチック層、配向制御層、圧電体層、及び第２電極が積層された圧電デバイスにおいて、前記配向制御層は非晶質であり、前記配向制御層の上に、ウルツ鉱型の結晶構造を有する厚さ２０ｎｍ〜２５０ｎｍの圧電体層が形成されており、前記配向制御層と前記圧電体層が、前記第１電極と前記第２電極の間に配置されている。
【選択図】図１
【解決手段】少なくとも、第１電極、プラスチック層、配向制御層、圧電体層、及び第２電極が積層された圧電デバイスにおいて、前記配向制御層は非晶質であり、前記配向制御層の上に、ウルツ鉱型の結晶構造を有する厚さ２０ｎｍ〜２５０ｎｍの圧電体層が形成されており、前記配向制御層と前記圧電体層が、前記第１電極と前記第２電極の間に配置されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、圧電デバイスとその製造方法に関する。
従来から、物質の圧電効果を利用した圧電素子が用いられている。圧電効果は、物質に圧力が加えられることにより、圧力に応じた分極が生じる現象をいう。圧電効果を利用して、圧力センサ、加速度センサ、弾性波を検出するＡＥ（アコースティック・エミッション）センサ等の様々なセンサが作製されている。
圧電材料として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のウルツ鉱型の配向結晶の薄膜が用いられている。ウルツ鉱型の結晶は六方晶の単位格子を持ち、ｃ軸と平行な方向に分極ベクトルを有する。ウルツ鉱型材料の圧電体層を用いて圧電特性を出すためには、圧電体層の結晶性を良くする必要があり、ある程度の厚さが必要である。圧電素子に可撓性を与える観点から、圧電センサの積層中にポリイミド層を配置する構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
ウルツ鉱型の圧電材料を用いて形成された圧電体層は、結晶が基板に対して垂直に配向することにより圧電特性を示す。結晶性を良くするために圧電体層に厚みを持たせると、クラック、割れ等の問題が生じ得る。特に屈曲性を有するプラスチック層を基板として用いた場合には、この傾向が表れ易い。また、ウルツ鉱型の結晶膜の厚さを薄くすることでクラックや割れを低減することができるが、厚みのある圧電体層と比較して結晶の配向性が不十分となり圧電特性が劣ってしまう問題がある。上記の公知文献でも、良好な圧電体膜が成膜される範囲として数μｍ以上の厚さの圧電体膜が用いられている。
しかし、スマートフォン等の電子機器やウェアラブルデバイス等の小型化に伴い、要求される素子サイズは小さくなる一方である。より薄く、かつ圧電特性に優れた圧電素子が望まれている。また、圧電センサが適用される機器の使用環境や使用態様は多種多様であり、圧電素子が十分な屈曲性を備えていることが望ましい。
本発明は、上記の問題点に鑑みて、屈曲性を有するプラスチック層を有し、かつ、良好な圧電特性を備え、クラック・割れが抑制された、圧電デバイスとその製造方法を提供することを目的とする。
本発明では、ウルツ鉱型の圧電材料で形成される圧電体層の下層に、非晶質の配向制御層を配置する。
より具体的には、第１の側面では、少なくとも、第１電極、プラスチック層、配向制御層、圧電体層、及び第２電極が積層された圧電デバイスにおいて、
前記配向制御層は非晶質であり、
前記配向制御層の上に、ウルツ鉱型の結晶構造を有する厚さ２０ｎｍ〜２５０ｎｍの圧電体層が形成されており、
前記配向制御層と前記圧電体層が、前記第１電極と前記第２電極の間に配置されている
ことを特徴とする。
前記配向制御層は非晶質であり、
前記配向制御層の上に、ウルツ鉱型の結晶構造を有する厚さ２０ｎｍ〜２５０ｎｍの圧電体層が形成されており、
前記配向制御層と前記圧電体層が、前記第１電極と前記第２電極の間に配置されている
ことを特徴とする。
第２の側面では、少なくとも、第１電極、プラスチック層、配向制御層、圧電体層、及び第２電極が積層された圧電デバイスの製造方法において、
前記プラスチック層の上、または前記プラスチック層を含む積層体の上に、非晶質の前記配向制御層を形成し、
非晶質の前記配向制御層の上に、ウルツ鉱型の結晶構造を有する前記圧電体層を厚さ２０ｎｍ〜２５０ｎｍに形成する、
ことを特徴とする。
前記プラスチック層の上、または前記プラスチック層を含む積層体の上に、非晶質の前記配向制御層を形成し、
非晶質の前記配向制御層の上に、ウルツ鉱型の結晶構造を有する前記圧電体層を厚さ２０ｎｍ〜２５０ｎｍに形成する、
ことを特徴とする。
上記の構成と手法により、屈曲性を有するプラスチック層を有し、かつ、良好な圧電特性を備え、クラック・割れが抑制された圧電デバイスを実現することができる。
一般に、ウルツ鉱型の材料を配向させるためには、その下の層に結晶性の膜を配置するのが良いと考えられている。下層の結晶構造に沿ってウルツ鉱型の結晶を成長させることができるからである。また、ウルツ鉱型の材料を配向させるためには、前述の通り、結晶性を良くするために圧電体層に厚みを持たせることが想定されるが、厚みを持たせることによりクラックや割れが生じ易くなり、特に屈曲性を有するプラスチック層を基板として用いた場合には、この傾向が表れ易い。これに対し、本発明では、ウルツ鉱型の結晶構造を有する圧電体層の下に非晶質（アモルファス）の配向制御層を配置することで、圧電体層の厚さが薄く、それによりクラックや割れが抑制され、かつ、圧電体層の厚さが薄くても圧電特性にすぐれた圧電デバイスを実現する。
図１は、圧電デバイスの一例としての圧電センサ１０Ａの概略構成図である。圧電センサ１０Ａは、一対の電極１１、１９とプラスチック層１２を含む積層体として形成され、電極１１と電極１９の間に、配向制御層１３と圧電体層１４の積層体１５が配置されている。図１の例では、電極１１は下部電極として機能する透明電極であり、電極１９は上部電極として機能する透明電極である。電極１１と電極１９の透明性は必須ではないが、圧電センサ１０Ａをタッチパネル等のディスプレイに適用する場合は、ＩＴＯ、ＩＺＯ等で形成された透明電極を用いるのが望ましい。
圧電体層１４は、ウルツ鉱型の結晶構造を有する圧電材料で形成されており、その厚さは２０ｎｍ〜２５０ｎｍである。圧電体層１４の厚さをこの範囲にすることで、クラックや割れの発生を抑制することができる。圧電体層１４の厚さが２５０ｎｍを超えると、クラック・割れが発生する蓋然性が高くなり、ヘイズに影響する。圧電体層１４の厚さが２０ｎｍ未満になると、下層に配向制御層１３を用いた場合でも十分な圧電特性（圧力に応じた分極特性）を実現することが困難になる。ここで、圧電体層１４の厚さは、好ましくは３０ｎｍ〜２００ｎｍであり、より好ましくは５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
ウルツ鉱型の結晶構造は、一般式ＡＢで表される。ここで、Ａは陽性元素（Ａn+）、Ｂは陰性元素（Ｂn-）である。ウルツ鉱型の圧電材料として、一定レベル以上の圧電特性を示す物質であり、かつ２００℃以下の低温プロセスで結晶化させることができる材料を用いるのが望ましい。一例として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いることができ、これらの成分またはこれらの中の２以上の組み合わせのみを用いてもよい。２成分以上の組み合わせの場合は、それぞれの成分を積層させることができる。あるいは、これらの成分またはこれらの中の２以上の組み合わせを主成分として用い、その他の成分を任意に含めることもできる。主成分以外の成分の含有量は、本発明の効果を発揮する範囲であれば特に制限されるものではない。主成分以外の成分を含む場合は、主成分以外の成分の含有量は、好ましくは０．１ ａｔ.％以上２０ ａｔ.％以下、より好ましくは０．１ ａｔ.％以上１０ ａｔ.％以下、更に好ましくは０．２ ａｔ.％以上５ ａｔ.％以下である。一例として、ＺｎＯまたはＡｌＮを主成分とするウルツ鉱型の材料を用いる。ＺｎＯ、ＡｌＮ等にドーパントとしてケイ素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等、添加した際に導電性のでない金属を添加してもよい。上記のドーパントは１種類でもよいし、２種類以上のドーパントを組み合わせて添加してもよい。これらの金属を添加することで、後述するようにクラックの発生頻度を低減することができる。圧電体層１４の材料として透明なウルツ鉱型結晶材料を用いる場合は、ディスプレイへの適用に適している。
圧電体層１４の下に配置される配向制御層１３は非晶質の層であり、その厚さは３ｎｍ〜１００ｎｍである。この範囲の膜厚の配向制御層１３を用いることで、上層の圧電体層１４の結晶の配向性（ｃ軸配向性）を良好にすることができる。非晶質の配向制御層１３の膜厚を３ｎｍ〜１００ｎｍとすることで、後述するように、圧電体層１４のＸ線ロッキングカーブの半値全幅（ＦＷＨＭ；Full Width at Half Maximum）を低く抑えることができる。
配向制御層１３は、無機物、有機物、あるいは無機物と有機物の混合物により形成される。無機物としては、酸化ケイ素（ＳｉＯx）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）等を用いることができる。あるいは、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯxが添加されたＺｎＯ（以下、「ＳＡＺＯ」と称する）、もしくは、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、ＳｉＯx、ＳｉＮの少なくとも１種が添加されたＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＯ等を用いてもよい。有機物としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、シロキサン系ポリマーなどの有機物が挙げられる。特に、有機物として、メラミン樹脂とアルキド樹脂と有機シラン縮合物の混合物からなる熱硬化型樹脂を使用することが好ましい。上記材料を用いて、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、塗工法などにより非晶質の膜を形成することができる。配向制御層は１層でもよいし、２層あるいはそれ以上の積層としてもよい。積層にする場合は、無機物の薄膜と有機物の薄膜の積層にしてもよい。
これらの材料を用いた非晶質の配向制御層１３は、表面平滑性に優れ、上層のウルツ鉱型材料のｃ軸を垂直方向（積層方向）に配向させることができる。また、ガスバリア性が高く、成膜中のプラスチック層由来のガスの影響を低減することができる。特に、熱硬化型樹脂は非晶質で平滑性が高い。メラミン樹脂は３次元架橋構造により密度が高く、バリア性が高い。本発明にかかる配向制御層は、非晶質で形成されるが、必ずしも配向制御層全体が非晶質である必要はなく、本発明の効果を奏する範囲で、非晶質でない領域を有してもよい。配向制御層の領域のうち、非晶質（アモルファス）成分から形成されている領域の割合が、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上、更に好ましくは１００％である。
プラスチック層１２は、圧電センサ１０Ａに屈曲性を与えることのできる可撓性の材料で形成され、その厚さは好ましくは５〜１５０μｍであり、より好ましくは２０〜１２５μｍである。プラスチック層１２の材料として、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル系樹脂、シクロオレフィン系ポリマー、ポリイミド（ＰＩ）等を用いることができる。これらの材料の中で、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル系樹脂、シクロオレフィン系ポリマーは無色透明な材料であり、電極１１及び電極１９を透明電極とする場合に適している。圧電センサ１０Ａに光透過性を要求されない場合、たとえば、脈拍計、心拍計などのヘルスケア用品や、車載圧力検知シートなど透明性が要求されない場合には、半透明または不透明のプラスチック材料を用いてもよい。
図１の例では、プラスチック層１２は電極１１と積層体１５の間に配置されているが、プラスチック層１２の配置位置に限定はなく、圧電センサ１０Ａに屈曲性を与えることができれば、どの位置に配置されてもよい。
圧電センサ１０Ａは、以下の工程で作製することができる。プラスチック層１２としてのプラスチック基板の裏面に電極１１を形成する。電極１１は、たとえば、ＤＣ（直流）またはＲＦ（高周波）のマグネトロンスパッタリングにより成膜されたＩＴＯ膜を用いることができる。デバイスの態様によって、ＩＴＯ膜をベタ電極として使用してもよいし、ＩＴＯ膜をエッチング処理等により所定の形状パターンに加工したものを用いてもよい。圧電センサ１０Ａがタッチパネル等の圧力センサとして用いられる場合は、電極１１のパターンは、第１の方向に沿って平行に配置される複数のストライプ状のパターンであってもよい。
プラスチック層１２の電極１１と反対側の表面に、非晶質の配向制御層１３を、たとえば室温でのスパッタリング法により３〜１００ｎｍの厚さに成膜する。３ｎｍ未満になると上層の圧電体層１４の配向性を十分に良くすることが困難になる。１００ｎｍを超えても上層の圧電体層１４の結晶性を向上することが困難である。配向制御層１３の成膜温度は、非晶質構造を維持できる限り、必ずしも室温でなくてもよく、たとえば１５０℃以下の基板温度で成膜してもよい。
続いて、配向制御層１３の上に、圧電体層１４を形成する。一例として、ＺｎＯターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と微量の酸素（Ｏ2）の混合ガス雰囲気中で、ＲＦマグネトロンスパッタにより成膜する。ＺｎＯの圧電体層１４の膜厚は２０〜２５０ｎｍである。配向制御層１３と圧電体層１４で、積層体１５が形成される。ＺｎＯの成膜温度は、下層の配向制御層１３の非晶質構造が維持されるかぎり、必ずしも室温でなくてもよい。たとえば、１５０℃以下の基板温度で成膜してもよい。
配向制御層１３と圧電体層１４の成膜にスパッタリング法を用いることで、化合物のターゲットの組成比をほぼ保った状態で付着力の強い均一な膜を形成することができる。また、時間の制御だけで、所望の厚さの膜を精度良く形成することができる。
次に、圧電体層１４上に、所定の形状の電極１９を形成する。電極１９として、たとえばＤＣまたはＲＦのマグネトロンスパッタリングにより、厚さ２０〜１００ｎｍのＩＴＯ膜を室温で形成する。電極１９は、電極１９は、基板全面に形成されていてもいいし、たとえば下部の電極１１がストライプ状にパターニングされている場合は、ストライプが延設される方向と直交する方向に平行に延びる複数のストライプであってもよい。これにより圧電センサ１０Ａが完成する。
電極１９の形成後に、プラスチック層１２の融点またはガラス転移点よりも低い温度（たとえば１３０℃）で、圧電センサ１０Ａの全体を加熱処理してもよい。後加熱により、ＩＴＯ電極を結晶化させて、低抵抗化することができる。もっとも、加熱処理は必須ではなく、必ずしも素子形成後の加熱処理を行わなくてもよい。圧電体層１４は、下層に非晶質の配向制御層１３が配置されていることから、後加熱がなくても圧電応答性発現に十分なレベルの結晶配向性を有するからである。また、プラスチック層１２の材料によっては耐熱性のない材料もあり、後加熱を行わないことが望ましい場合もある。非晶質の配向制御層１３と、その上に形成された圧電体層１４を含む積層体１５は、耐熱性の低いプラスチック層１２を用いて屈曲性を担保する場合に、特に有利である。
図２は、実際にプラスチック（ＰＥＴ）の基材２０の上に形成した配向制御層１３と、圧電体層１４の積層体の断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscopy：透過型電子顕微）画像である。図２（Ａ）は５０万倍の拡大画像、図２（Ｂ）は２００万倍の拡大画像である。配向制御層１３として非晶質のＳＡＺＯを用い、圧電体層１４としてＺｎＯを用いている。一般的にＺｎＯにＡｌ2Ｏ3を添加したＡＺＯは結晶性の高い導電膜であるが、ＳｉＯ２添加により非晶質かつ絶縁性の高いＳＡＺＯ膜が得られる。配向制御層１３の厚さは１０ｎｍ、圧電体層１４の厚さは５０ｎｍである。図２（Ａ）からわかるように、表面が滑らかで均一な非晶質の配向制御層１３上に圧電体層１４が形成されている。図２（Ｂ）で、圧電体層１４の縦方向に走る無数の筋は結晶の成長方向を示している。圧電体層１４の結晶のｃ軸が基板と垂直方向に配向していることがわかる。
図３は、図２のサンプルのＸ線測定結果である。図３（Ａ）は、２θ／θ法によるＸ線回折（ＸＲＤ：X Ray Diffraction）パターン、図３（Ｂ）は、ロッキングカーブ法によるＺｎＯ ００２反射の測定結果である。図３（Ａ）の縦軸は強度（任意単位）、図３（Ｂ）の縦軸の強度は１秒当たりのカウント数[cps] で表されている。図３（Ａ）において、２θ（回折角）が３４°の位置に、ＺｎＯの（００２）面由来の強いピークが現れている。２θの値で５４°の近傍及び７２°の近傍に現れている小さな山はＰＥＴ基材由来のものである。図２（Ｂ）の断面ＴＥＭからもわかるように、ＳＡＺＯの配向制御層１３はＺｎＯの圧電体層１４と異なり、結晶の成長が観察されない非晶質膜である。
ロッキングカーブ法は、Ｘ線源と検出器を固定し、基板（すなわち結晶面）を回動させて結晶軸の傾き分布をとることで、薄膜内の結晶の配向方向の揺らぎをみるものである。図３（Ｂ）のロッキングカーブのＦＷＨＭ値（半値全幅）は、圧電体層１４のｃ軸配向性の指標となる。ＦＷＨＭ値が小さいほど結晶の配向性が良い。このサンプルで、ＦＷＨＭ（ｃ軸配向性）は１４°という良好な値が得られている。ｃ軸配向性の指標としてのＦＷＨＭ値の良好な範囲は３°〜１５°である。
図４Ａと図４Ｂは、積層体１５と基材のパラメータを種々に変えて作製した実施例１〜１９のサンプルについての評価結果を示す図、図４Ｃは、比較例１〜１０のサンプルについての評価結果を示す。サンプルのパラメータは、圧電体層１４の材質、厚さ、及び副成分（添加物）、配向制御層１３の材質、膜質（非晶質または結晶質）及び厚さ、基材の種類と厚さを含む。評価項目は、圧電特性としてｃ軸配向性と圧電応答性、クラック発生程度として目視評価とヘイズ（濁り度または曇り度）を含む。クラック発生程度は、初期状態と屈曲試験後の状態の双方を観測する。
ｃ軸配向性は、ロッキングカーブ法でサンプルのＸ線測定を行い、ＦＷＨＭ値を求めることで判断される。圧電応答性は、サンプルに圧力を印加して発生する電圧値の測定結果から判断される。圧電応答性の良いものを二重丸（◎）、許容可能なものを丸印（○）、圧電応答性の低いものをクロスマーク（×）で示す。
クラック発生程度はクラックの有無とその発生程度を判断する指標として用いられる。クラック発生程度の評価として目視評価、ヘイズの２種類の評価を行う。目視評価はサンプル外観から判断される。一見した時点で曇りまたは濁りが確認されない場合を許容可能（〇)、一見した時点で曇りまたは濁りが確認できるものを許容範囲外(×)とする。ヘイズは、スガ試験機製のヘイズメーターを使用し、サンプルのヘイズを測定して得られるヘイズ値(％)から判断される。クラック発生程度(屈曲後)では直径９ｍｍの円筒にサンプルを巻き付け、１００グラムの荷重で３０秒保持した後の目視、及びヘイズ評価により判断される。
総合評価の基準は以下のとおりである：
・良好（◎）：圧電特性が良好（◎）で、かつクラック発生頻度が許容可能、目視評価で(〇)、ヘイズ測定を行ったサンプルについてはヘイズ値が５．０未満のサンプル；
・許容可能（○）：圧電特性が許容可能（○）で、クラック発生程度の目視評価で濁りまたは曇りが観察されない（○）サンプル。ヘイズ測定を行ったサンプルについてはヘイズ値が５．０以下のサンプル；
・許容範囲外（×）：圧電特性が基準に達していない、またはクラック発生程度の目視評価で濁り、またはクラックが観察される（×）サンプル。ヘイズ測定を行ったサンプルについてはヘイズ値が５．０を超えるサンプル。
・良好（◎）：圧電特性が良好（◎）で、かつクラック発生頻度が許容可能、目視評価で(〇)、ヘイズ測定を行ったサンプルについてはヘイズ値が５．０未満のサンプル；
・許容可能（○）：圧電特性が許容可能（○）で、クラック発生程度の目視評価で濁りまたは曇りが観察されない（○）サンプル。ヘイズ測定を行ったサンプルについてはヘイズ値が５．０以下のサンプル；
・許容範囲外（×）：圧電特性が基準に達していない、またはクラック発生程度の目視評価で濁り、またはクラックが観察される（×）サンプル。ヘイズ測定を行ったサンプルについてはヘイズ値が５．０を超えるサンプル。
プラスチック基材として、厚さ１００μｍのＣＯＰ（Cyclo-Olefin Polymer：シクロオリフィンポリマー）を用いる。ＣＯＰ上に、非晶質の配向制御層１３として、厚さ１０ｎｍのＳＡＺＯ膜を室温下、ＤＣマグネトロンスパッタ法で成膜する。配向制御層１３の成膜条件は、Ａｒ/酸素混合ガスでプロセス圧力を０．２Ｐａとし、４インチ平板ターゲットを用いて２００Ｗの出力で成膜した。さらに、ＳＡＺＯ膜上に、圧電体層１４として厚さ５０ｎｍのＺｎＯ膜を室温下、ＲＦマグネトロンスパッタリング法で成膜する。圧電体層１４の成膜条件は、Ａｒ/酸素混合ガスでプロセス圧力を０．２Ｐａとし、４インチ平板ターゲットを用いて３００Ｗの出力で成膜した。
上記の手順で３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。このサンプルの圧電特性に関わる指標として、Ｘ線ロッキングカーブ法でｃ軸配向性を評価したところ、ＦＷＨＭ値で１１°という良好な値が得られた。また、圧電特性の直接的な評価指標として、圧力印加時の応答性を評価した。圧電応答性は、作製したサンプルを図５のようにセットして電圧測定することで求める。
図５において、基材２０上に形成した積層体１５のサンプルを、一対の電極３２と３３の間に挟み込んで圧電素子１０を作製し、圧電素子１０を粘着層３１でステージ３０上に固定する。圧電素子１０の層構造は、図１の圧電センサ１０Ａの構成と同様である。圧電素子１０に外部圧力を印加して、電極３２，３３間に発生する電圧を測定する。加圧条件は、室温にて５Ｈｚの周期で４００ｇ（０．５５Ｎ／ｍｍ2）の荷重を印加する。電圧測定値は、２秒間に１０点の電圧値の平均とする。
図６は、測定された応答特性である。圧力の印加点から時間的なずれが非常に小さい状態で、電圧ピークが等間隔で観測され、かつピーク値のばらつきが少ない。このサンプルの圧電応答性は良好（◎）と判断される。
クラック発生程度をサンプル外観から判断したところ、一見した時点で曇り（クラック）が確認されないので、「〇」の評価とする。屈曲試験後の評価のために、サンプルを直径９ｍｍΦの円筒に巻き、１００ｇの荷重で曲げ応力をかけてクラックまたは割れの発生状態を観察したところ、クラックの発生は観察されず、許容可能（○）と評価される。実施例１のサンプルの総合評価は、良好（◎）である。
厚さ１００μｍのＣＯＰ上に、配向制御層１３として、非晶質のＳＡＺＯ膜を室温で１０ｎｍに成膜する。さらにＳＡＺＯ膜上に、圧電体層１４として厚さ３０ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜し、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。各層の成膜条件は圧電体層１４の成膜時間を除いて実施例１と同様である。実施例２のサンプルは、実施例１と比較して、圧電体層１４の厚さをさらに低減している。このサンプルは、実施例１と比較して膜厚が減少した分、ｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値が１４°とやや大きくなり、圧電応答性も実施例１ほど高くはないが、十分に許容可能な範囲内である。圧電体層１４が薄くなった分、クラックや割れに強く、良好な屈曲性を示す。クラック発生程度（の目視評価でも曇りまたはクラックが確認されていない。このサンプルの総合評価は、許容可能（○）である。
厚さ１００μｍのＣＯＰ上に、配向制御層１３として、非晶質のＳＡＺＯ膜を室温で１０ｎｍに成膜する。さらにＳＡＺＯ膜上に、圧電体層１４として厚さ１００ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜し、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。各層の成膜条件は圧電体層１４の成膜時間を除いて実施例１と同様である。実施例３のサンプルは、実施例１と比較して圧電体層１４の厚さを２倍に増やしている。圧電体層１４を厚くした分、ｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値が９°と小さくなり、高い圧電応答性を示す。他方、屈曲性は実施例１、２ほど高くないが、十分に許容可能な範囲内である。クラック発生程度の目視評価でも曇りまたはクラックが確認されていないこのサンプルの総合評価は、良好（◎）である。
厚さ１００μｍのＣＯＰ上に、配向制御層１３として、非晶質のＳＡＺＯ膜を室温で１０ｎｍに成膜する。さらにＳＡＺＯ膜上に、圧電体層１４として厚さ２００ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜し、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。各層の成膜条件は圧電体層１４の成膜時間を除いて実施例１と同様である。実施例４のサンプルは、実施例３よりもさらに圧電体層１４の厚さを増やしている。圧電体層１４を厚くした分、ｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値が７°と非常に小さく、高い圧電応答性を示す。他方、屈曲性は実施例１、２ほど高くないが、許容可能な範囲内である。クラック発生程度の目視評価でも曇りまたはクラックが確認されていない。このサンプルの総合評価は、良好（◎）である。
厚さ１００μｍのＣＯＰ上に、配向制御層１３として、非晶質のＳＡＺＯ膜を室温で５０ｎｍに成膜する。さらにＳＡＺＯ膜上に、圧電体層１４として厚さ５０ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜し、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。各層の成膜条件は配向制御層１３の成膜時間を除いて実施例１と同様である。実施例５のサンプルは、圧電体層１４の厚さが実施例１と同じ程度に薄膜化されており、また圧電体層１４と配向制御層１３の厚さが同等である。このサンプルのｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は１５°と実施例１〜４よりもやや大きくなるが、ｃ軸配向性と圧電応答性は、ともに十分に許容可能な範囲内である。屈曲性は、配向制御層１３と圧電体層１４のトータルの膜厚（すなわち積層体１５の厚さ）が厚くなった分、実施例１、２と比較してやや劣るが、十分に許容範囲内である。クラック発生程度の目視評価でも曇りまたはクラックが確認されていないこのサンプルの総合評価は、許容可能（○）である。
厚さ１００μｍのＣＯＰ上に、配向制御層１３として、非晶質のＳＡＺＯ膜を室温で３ｎｍに成膜する。さらにＳＡＺＯ膜上に、圧電体層１４として厚さ５０ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜し、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。各層の成膜条件は配向制御層１３の成膜時間を除いて実施例１と同様である。実施例６のサンプルは、圧電体層１４の厚さが実施例１と同じ程度に薄膜化されており、また非晶質の配向制御層１３の厚さも３ｎｍと薄膜化されている。このサンプルのｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は１５°と実施例１〜４よりもやや大きくなるが、ｃ軸配向性と圧電応答性は、ともに許容可能な範囲内である。屈曲性は、配向制御層１３と圧電体層１４のトータルの膜厚（すなわち積層体１５の厚さ）が小さいので、クラックの発生が観察されず、良好である。クラック発生程度の目視評価でも曇りまたはクラックが確認されていないこのサンプルの総合評価は、許容可能（○）である。
厚さ５０μｍのポリイミド（ＰＩ）上に、配向制御層１３として、非晶質のＳＡＺＯ膜を室温で１０ｎｍに成膜する。さらにＳＡＺＯ膜上に、圧電体層１４として厚さ５０ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜し、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。各層の成膜条件は実施例１と同様である。実施例８のサンプルはプラスチック基材の種類と厚さが実施例１、７と異なるが、配向制御層１３と圧電体層１４の材料と厚さは実施例１、７と同じである。このサンプルのｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は実施例１、７と同じく１１°であり、ｃ軸配向性と圧電応答性はともに良好である。屈曲性についても実施例１と同様に良好である。クラック発生程度の目視評価でも曇りまたはクラックが確認されていない。このサンプルの総合評価は、良好（◎）である。
厚さ１００μｍのＣＯＰ上に、配向制御層１３として、非晶質の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を室温下、ＲＦマグネトロンスパッタ法で５０ｎｍに成膜する。配向制御層１３の成膜条件は、Ａｒ/窒素混合ガスでプロセス圧力を０．２Ｐａとし、４インチ平板ターゲットを用いて２００Ｗの出力で成膜した。さらに、ＡｌＮ膜上に、圧電体層１４として厚さ５０ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜し、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。圧電体層１４の成膜条件は実施例１と同様である。実施例９のサンプルは、非晶質の配向制御層１３の材料と厚さが実施例１と異なる。この材料のｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は１４°と実施例１よりやや大きくなるが、ｃ軸配向性と圧電応答性はともに許容範囲内である。また、屈曲性は、クラックの発生が観測されずに良好である。クラック発生程度の目視評価でも曇りまたはクラックが確認されていない。このサンプルの総合評価は良好（◎）である。
厚さ１００μｍのＣＯＰ上に、配向制御層１３として、非晶質の二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜を室温下、ＲＦマグネトロンスパッタ法で５０ｎｍに成膜する。配向制御層１３の成膜条件は、Ａｒ/酸素混合ガスでプロセス圧力を０．２Ｐａとし、４インチ平板ターゲットを用いて２００Ｗの出力で成膜した。ＳｉＯ2膜上に、圧電体層１４として厚さ５０ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜し、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。圧電体層１４の成膜条件は実施例１と同様である。実施例１０のサンプルは、非晶質の配向制御層１３の材料と厚さが実施例１、９と異なる。このｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は１５°と実施例１よりやや大きくなるが、ｃ軸配向性と圧電応答性はともに許容範囲内である。また、クラック発生程度の目視評価でも曇りまたはクラックが確認されていない。このサンプルの総合評価は、許容可能（○）である。
厚さ１２５μｍのＰＥＴ基材上に、厚さ１０ｎｍの非晶質のＳＡＺＯ膜を室温で１０ｎｍに成膜する。さらにＳＡＺＯ膜上に圧電体層１４として厚さ５０ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜し、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。このサンプルを直径９ｍｍの円筒に巻きつけ、１００グラムの荷重で３０秒保持した後にヘイズ測定を行う。また、ヘイズ試験の後にｃ軸配向性と圧電応答性を評価する。目視評価では、ヘイズ評価の実施後でも曇りが観察されずサンプルの透明性が維持されている。ヘイズ値も「２」と小さい。ｃ軸配向性を表わすＦＷＨＭ値は１４°と良好であり、ｃ軸配向性と圧電応答性の評価結果はともに良好である（◎）。このサンプルの総合評価は、良好（◎）。
圧電体層であるＺｎＯ膜の厚さを１００ｎｍに変え、その他の条件を実施例１０と同じに設定したサンプルを作製し、実施例１０と同様に目視評価に加えてヘイズ測定を行う。ヘイズ測定の実施後でもサンプルの透明性は維持されている。ｃ軸配向性は１２°と小さく、圧電応答性は良好である（◎）。このサンプルの総合評価は、良好である（◎）。
圧電体層であるＺｎＯ膜の厚さを２００ｎｍに変え、その他の条件を実施例１１と同じに設定したサンプルを作製し、実施例１０と同様に目視評価に加えてヘイズ測定を行う。ヘイズ評価の実施後でもサンプルの透明性は維持され、ヘイズ値も「５」と許容範囲内である。ＺｎＯ膜の厚さを増やした分、ｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は９°と小さくなり、圧電応答性が良好である（◎）。このサンプルの総合評価は、良好である（◎）。
圧電体層であるＺｎＯ膜の厚さを実施例１２と同様に２００ｎｍに維持し、プラスチック基材であるＰＥＴの厚さを５０μｍに変更する。その他の条件は実施例１２と同じである。ｃ軸配向性を表わすＦＷＨＭ値は１４°と良好であり、圧電応答性も良好である（◎）。クラック発生程度の目視評価で曇り等が観察されず、ヘイズ値も「５」と許容範囲内である。このサンプルの総合評価は良好である（◎）。
圧電体層であるＺｎＯ膜の厚さを実施例１２と同様に２００ｎｍに維持し、プラスチック基材であるＰＥＴの厚さを３８μｍに変更する。その他の条件は実施例１２と同じである。ｃ軸配向性を表わすＦＷＨＭ値は１１°と小さく、圧電応答性も良好である（◎）。クラック発生程度の目視評価で曇り等が観察されていない。このサンプルの総合評価は、良好である（◎）。
圧電体層であるＺｎＯ膜の厚さを実施例１２と同様に２００ｎｍに維持し、プラスチック基材であるＰＥＴの厚さを２５μｍに変更する。その他の条件は実施例１２と同じである。ｃ軸配向性を表わすＦＷＨＭ値は１３°と小さく、ｃ軸配向性と圧電応答性はともに良好である（◎）。クラック発生程度の目視評価で曇り等が観察されていない。このサンプルの総合評価は、良好である（◎）。
厚さ５０μｍのＰＥＴ上に、非晶質の熱硬化樹脂で配向制御層１３を５０ｎｍに成膜する。配向制御層１３の材料として、メラミン樹脂とアルキド樹脂と有機シラン縮合物を固形分で２：２：１の重量比で含む熱硬化型樹脂組成物を、固形分濃度が８重量％となるようにメチルエチルケトンで希釈する。この溶液を、ＰＥＴフィルムの一方主面に塗布し、１５０℃で２分間加熱硬化させ、膜厚５０ｎｍ、屈折率１．５４の配向制御層１３を形成する。配向制御層１３の上に、圧電体層１４として厚さ２００ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜し、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。圧電体層１４の成膜条件は実施例１と同様である。実施例１６のサンプルは、非晶質の配向制御層１３の材料と厚さが実施例１と異なる。この材料のｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は１４°と実施例１よりやや大きくなるが、ｃ軸配向性と圧電応答性はともに許容範囲内である。また、屈曲性は、クラックの発生が観測されずに良好である。クラック発生程度の目視評価でも曇りまたはクラックが確認されていない。このサンプルの総合評価は良好（◎）である。
厚さ５０μｍのＰＥＴ上に、無機材料のＳＡＺＯで非晶質の配向制御層１３を５０ｎｍに成膜する。配向制御層１３の上に、厚さ２００ｎｍの圧電体層１４を形成する。この圧電体層２００は、ドーパントとしてＭｇが１０ｗｔ％添加されたＺｎＯ膜である。この構成で、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。実施例１７のサンプルのｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は１１°と小さく、圧電応答性も良好である。屈曲性に関しては、ヘイズ評価の前後を通して、目視評価で曇りまたはクラックが確認されておらず許容範囲内である。また、ヘイズ値は「１」と小さい。このサンプルの総合評価は良好（◎）である。圧電体層１４にＭｇを添加したことにより、クラック発生の抑制効果が向上していることがわかる。
厚さ５０μｍのＰＥＴ上に、無機材料のＳＡＺＯで非晶質の配向制御層１３を５０ｎｍに成膜する。配向制御層１３の上に、厚さ２００ｎｍの圧電体層１４を形成する。この圧電体層２００は、ドーパントとしてＶが２ｗｔ％添加されたＺｎＯ膜である。この構成で、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。実施例１８のサンプルのｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は１０°と小さく、圧電応答性も良好である。屈曲性に関しては、ヘイズ評価の前後を通して、目視評価で曇りまたはクラックが確認されておらず、許容範囲内である。このサンプルの総合評価は良好（◎）である。圧電体層１４にＶを添加したことにより、実施例１７と同様にクラック発生の抑制効果が得られる。
厚さ５０μｍのＰＥＴ上に、無機材料のＳＡＺＯで非晶質の配向制御層１３を５０ｎｍに成膜する。配向制御層１３の上に、厚さ２００ｎｍの圧電体層１４を形成する。この圧電体層２００は、ドーパントとしてＭｇとＳｉがそれぞれ１０ｗｔ％と２ｗｔ％添加されたＺｎＯ膜である。この構成で、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。実施例１８のサンプルのｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は１０°と小さく、圧電応答性も良好である。屈曲性に関しては、ヘイズ評価の前後を通して、目視評価で曇りまたはクラックが確認されておらず、許容範囲内である。ヘイズ値は、０．７と実施例１７よりもさらに小さい。このサンプルの総合評価は良好（◎）である。圧電体層１４にＭｇとＳｉを添加したことにより、クラック発生の抑制効果が向上していることがわかる。
＜比較例１＞
＜比較例１＞
比較例１では、下地に配向制御層を用いないサンプルを作製した。厚さ１００μｍのＣＯＰの上に、圧電体層１４として直接厚さ５０ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜し、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。圧電体層１４の成膜条件は実施例１と同様である。比較例１のサンプルは、配向制御層がないためｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値が２７°と大きく、圧電応答性は許容範囲外である。クラック発生程度の目視評価で曇り等は観察されていない。このサンプルの総合評価は許容範囲外（×）である。
＜比較例２＞
＜比較例２＞
比較例２では、圧電体層１４の下地に、結晶質の配向制御層を挿入する。厚さ１００μｍのＣＯＰの上に、配向制御層１３として、ＤＣマグネトロンスパッタ法にて厚さ３０ｎｍの結晶質のＩＴＯ膜を形成する。配向制御層１３の成膜条件は、Ａｒ/酸素混合ガスでプロセス圧力を０．２Ｐａとし、４インチ平板ターゲットを用いて２００Ｗの出力で成膜する。ＩＴＯの結晶化のために、スパッタ成膜時の基板温度を略１５０℃に設定する。さらに、ＩＴＯ膜上に、圧電体層１４として厚さ５０ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜して、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。圧電体層１４の成膜条件は実施例１と同様である。比較例２のＩＴＯ膜は、配向制御層としての機能と、下部電極としての機能を兼ね備えている。このサンプルは、ｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値が２６°と大きく、圧電応答性は許容範囲外である。クラック発生程度の目視評価で曇り等は観察されていないが、圧電特性が不十分なため総合評価は許容範囲外（×）である。
＜比較例３＞
＜比較例３＞
比較例３では、圧電体層１４の厚さを除いて、実施例１と同じ条件である。厚さ１００μｍのＣＯＰ上に、配向制御層１３として、非晶質のＳＡＺＯ膜を室温で１０ｎｍに成膜する。さらにＳＡＺＯ膜上に、圧電体層１４として厚さ４００ｎｍのＺｎＯ膜を室温で成膜し、３ｍｍ径（３ｍｍ×３ｍｍ角）のサンプルを作製する。圧電体層１４の成膜条件は成膜時間を除いて実施例１と同様である。比較例３のサンプルは、圧電体層１４の厚さを厚くした分、結晶性が良く、ｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値が７°と非常に小さく、高い圧電応答性を示す。しかし、圧電体層１４が４００ｎｍと厚くなったため、クラック発生程度の目視評価でクラックが多数観察され、サンプルに曇りが観察される。クラックが多いと動作の信頼性が損なわれる。このサンプルの総合評価は、許容範囲外（×）である。
＜比較例４〜８＞
＜比較例４〜８＞
比較例４〜８は、プラスチック基材として厚さ１２５μｍのＰＥＴを用い、配向制御層を配置せずに、圧電体層としてのＺｎＯ膜の厚さを５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、４００ｎｍ、８００ｎｍと変えて評価を行う。比較例４〜６では、初期及び屈曲試験後のヘイズ値が小さく、目視による観察でも曇りは観察されない（○）。しかし、ｃ軸配向性を表わすＦＷＨＭ値は大きく、圧電応答性は許容範囲外である（×）。比較例７〜８では、ＺｎＯ膜を厚くした分、結晶性が良くなり、ｃ軸配向性と圧電応答性は許容範囲内である（○）。しかし、クラック発生程度の目視評価でクラックが発生しており、初期状態でヘイズ値が大きくなっている。クラック発生程度の評価は許容範囲外（×）である。したがって比較例４〜８の総合評価は、許容範囲外（×）である。
＜比較例９〜１０＞
比較例９、１０では、実施例１１と同様に厚さ１２５μｍのＰＥＴ基材の上に、厚さ１０ｎｍの非晶質のＳＡＺＯを形成し、ＳＡＺＯの上にＺｎＯ膜を厚さを変えて形成する。比較例９と比較例１０で、ＺｎＯ膜の厚さはそれぞれ４００ｎｍと８００ｎｍである。比較例９では、ＺｎＯ膜を４００ｎｍとしたことで、ｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は比較的小さく圧電応答性も許容可能な範囲である。しかし、ＺｎＯ膜の厚さの増大によりクラック発生程度の目視評価でクラックが観察され、ヘイズが増大している。クラック発生程度の評価は許容範囲外（×）である。比較例１０では、ＺｎＯ膜を８００ｎｍとしたことでｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は小さく、圧電応答性は良好である。しかし、ヘイズ（初期）値が比較例９よりもさらに増大している。目視評価ではクラックが観察され許容範囲外（×）である。比較例９及び１０の総合評価は、許容範囲外（×）である。
比較例９、１０では、実施例１１と同様に厚さ１２５μｍのＰＥＴ基材の上に、厚さ１０ｎｍの非晶質のＳＡＺＯを形成し、ＳＡＺＯの上にＺｎＯ膜を厚さを変えて形成する。比較例９と比較例１０で、ＺｎＯ膜の厚さはそれぞれ４００ｎｍと８００ｎｍである。比較例９では、ＺｎＯ膜を４００ｎｍとしたことで、ｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は比較的小さく圧電応答性も許容可能な範囲である。しかし、ＺｎＯ膜の厚さの増大によりクラック発生程度の目視評価でクラックが観察され、ヘイズが増大している。クラック発生程度の評価は許容範囲外（×）である。比較例１０では、ＺｎＯ膜を８００ｎｍとしたことでｃ軸配向性を示すＦＷＨＭ値は小さく、圧電応答性は良好である。しかし、ヘイズ（初期）値が比較例９よりもさらに増大している。目視評価ではクラックが観察され許容範囲外（×）である。比較例９及び１０の総合評価は、許容範囲外（×）である。
実施例１〜１５と、比較例１〜８の結果から、圧電体層１４の下地として非晶質の配向制御層１３を用いることの効果、すなわち圧電特性と屈曲性またはクラック抑制の両立が認識できる。
また、実施例１〜１５から、配向制御層１３として非晶質のＳＡＺＯ、ＡｌＮ、ＳｉＯ膜が良好に用いられることがわかる。配向制御層１３の材料として、これらの材料以外にも非晶質の窒化ケイ素（ＳｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）等を用いることができる。
実施例１０〜１２と比較例９〜１０の結果から、圧電体層の厚さを厚くすることでｃ軸配向性と圧電応答性を向上できるが、圧電体層１４の厚さが４００ｎｍ以上となるとヘイズ値が高くなることがわかる。圧電特性の向上とクラック抑制効果の両立を図るには、上述したように圧電体層１４の厚さが２０〜２５０ｎｍの範囲であることが望ましい。
プラスチック基材として、適切な種類の高分子材料または合成樹脂を用い得ることができ、デバイスの薄膜化を妨げずに圧電体層１４に屈曲性を与えることのできる厚さは、５〜１５０μｍ、より好ましくは２５μｍ〜１２５μｍの厚さである。
図７は、図１の変形例として、圧電センサ１０Ｂの構成例を示す。圧電センサ１０Ｂでは、上部の電極１９の上にもプラスチック層１８が配置されている。電極１１と電極１９の間に、配向制御層１３と圧電体層１４の積層体１５が配置されているのは、図１と同じである。図１と同様に、電極１１は下部電極として機能する透明電極、電極１９は上部電極として機能する透明電極である。配向制御層１３は非晶質の薄膜であり、その厚さは３ｎｍ〜１００ｎｍである。圧電体層１４は、ウルツ鉱型の圧電材料で形成されており、その厚さは２０ｎｍ〜２５０ｎｍである。
圧電センサ１０Ｂの作製方法は以下のとおりである。プラスチック層１２としてのプラスチック基板の裏面に電極１１を形成する。プラスチック層１２の電極１１と反対側の表面に、非晶質の配向制御層１３を、たとえば室温でのスパッタリング法により３〜１００ｎｍの厚さに成膜する。続いて、配向制御層１３の上に圧電体層１４を順次成膜して第１部分を作製する。
他方、別の基材としてのプラスチック層１８の上に、所定の形状の電極１９を形成して第２部分を作製する。第１部分のプラスチック層１２と、第２部分のプラスチック層１８の材料は、同じであっても異なっていてもよい。たとえば、第１部分のプラスチック層１２と第２部分のプラスチック層１８をともに誘電率の高い高分子材料で形成してもよいし、第１部分のプラスチック層１２を第２部分のプラスチック層１８よりも誘電率の高い材料で形成してもよい。第１部分の圧電体層１４と第２部分の電極１９を対向させて、粘着層１７で貼り合わせる。
圧電センサ１０Ｂは、圧電センサ１０Ａと同様に、非晶質の配向制御層１３と適切な厚さの圧電体層１４を有し、圧電特性に優れている。また、積層体１５の上下にプラスチック層１２、１８が配置されており屈曲性に優れている。
図８は、図１の別の変形例として、圧電センサ１０Ｃの構成例を示す。圧電センサ１０Ｃでは、一対の電極１１，１９の内側に、一対のプラスチック層１２、１８が配置されている。電極１１と電極１９の間に、配向制御層１３と圧電体層１４の積層体１５が配置されているのは、図１と同じである。電極１１は下部電極として機能する透明電極であり、電極１１と配向制御層１３の間に、下側のプラスチック層１２が配置されている。電極１９は上部電極として機能する透明電極であり、電極１９と圧電体層１４の間に、上側のプラスチック層１８が配置されている。配向制御層１３は非晶質の薄膜であり、その厚さは３ｎｍ〜１００ｎｍである。圧電体層１４は、ウルツ鉱型の圧電材料で形成されており、その厚さは２０ｎｍ〜２５０ｎｍである。
圧電センサ１０Ｃの作製方法は以下のとおりである。プラスチック層１２としてのプラスチック基板の裏面に電極１１を形成する。プラスチック層１２の電極１１と反対側の表面に、非晶質の配向制御層１３と、結晶質の圧電体層１４を順次成膜して第１部分を作製する。
他方で、別基材としてのプラスチック層１８の上に、所定の形状の電極１９を形成して第２部分を作製する。第１部分のプラスチック層１２と、第２部分のプラスチック層１８の材料は、同じであっても異なっていてもよい。たとえば、第１部分のプラスチック層１２と第２部分のプラスチック層１８を、ともに誘電率の高い高分子材料で形成する。第１部分の圧電体層１４を第２部分のプラスチック層１８と対向させて、粘着層１７で貼り合わせる。
圧電センサ１０Ｃは、圧電センサ１０Ａと同様に、非晶質の配向制御層１３と適切な厚さの圧電体層１４を有し、圧電特性に優れている。また、積層体１５の上下にプラスチック層１２、１８が配置されており屈曲性に優れている。
図９は、図１のさらに別の変形例として、圧電センサ１０Ｄの構成例を示す。圧電センサ１０Ｄでは、下部の電極１１の下側にプラスチック層１２を有し、上部の電極１９の下側にプラスチック層１８が配置されている。電極１１と電極１９の間に、配向制御層１３と圧電体層１４の積層体１５が配置されているのは、図１と同じである。図１と同様に、電極１１は下部電極として機能する透明電極、電極１９は上部電極として機能する透明電極である。配向制御層１３は非晶質の薄膜であり、厚さは３ｎｍ〜１００ｎｍである。圧電体層１４は、ウルツ鉱型の圧電材料で形成されており、その厚さは２０ｎｍ〜２５０ｎｍである。
圧電センサ１０Ｄの作製方法は以下のとおりである。支持基材としてのプラスチック層１２の上に、所定の形状の電極１１を形成する。電極１１のパターンが形成されたプラスチック層１２上に、電極１１を覆って配向制御層１３と圧電体層１４を順次成膜して第１部分を作製する。他方で、別の基材としてのプラスチック層１８の上に、所定の形状の電極１９を形成して第２部分を作製する。第１部分のプラスチック層１２と、第２部分のプラスチック層１８の材料は、同じであっても異なっていてもよい。たとえば、第１部分のプラスチック層１２と第２部分のプラスチック層１８を、ともに誘電率の高い高分子材料で形成してもよいし、第１部分のプラスチック層１２を第２部分のプラスチック層１８よりも誘電率の高い材料で形成してもよい。第１部分の圧電体層１４と第２部分のプラスチック層１８を対向させて、粘着層１７で貼り合わせる。
圧電センサ１０Ｄは、圧電センサ１０Ａと同様に、非晶質の配向制御層１３と適切な厚さの圧電体層１４を有し、圧電特性に優れている。また、積層体１５の上下にプラスチック層１２、１８が配置されており屈曲性に優れている。
図１０は、図１のさらに別の変形例として、圧電センサ１０Ｅの構成例を示す。圧電センサ１０Ｅでは、一対の電極１１，１９の外側に、一対のプラスチック層１２、１８が配置されている。電極１１と電極１９の間に、配向制御層１３と圧電体層１４の積層体１５が配置されているのは、図１と同じである。電極１１は下部電極として機能する透明電極であり、電極１１の下側にプラスチック層１２が配置されている。電極１９は上部電極として機能する透明電極であり、電極１９の上側にプラスチック層１８が配置されている。配向制御層１３は非晶質の薄膜であり、その厚さは３ｎｍ〜１００ｎｍである。圧電体層１４はウルツ鉱型の圧電材料で形成されており、その厚さは２０ｎｍ〜２５０ｎｍである。
図１０は、図１のさらに別の変形例として、圧電センサ１０Ｅの構成例を示す。圧電センサ１０Ｅでは、一対の電極１１，１９の外側に、一対のプラスチック層１２、１８が配置されている。電極１１と電極１９の間に、配向制御層１３と圧電体層１４の積層体１５が配置されているのは、図１と同じである。電極１１は下部電極として機能する透明電極であり、電極１１の下側にプラスチック層１２が配置されている。電極１９は上部電極として機能する透明電極であり、電極１９の上側にプラスチック層１８が配置されている。配向制御層１３は非晶質の薄膜であり、その厚さは３ｎｍ〜１００ｎｍである。圧電体層１４はウルツ鉱型の圧電材料で形成されており、その厚さは２０ｎｍ〜２５０ｎｍである。
圧電センサ１０Ｅの作製方法は以下のとおりである。支持基材としてのプラスチック層１２上に所定の形状の電極１１を形成する。電極１１のパターンが形成されたプラスチック層１２上に、電極１１を覆って配向制御層１３と圧電体層１４を順次成膜して第１部分を作製する。他方で、別の支持基材としてのプラスチック層１８の上に、所定の形状の電極１９を形成して第２部分を作製する。第１部分のプラスチック層１２と、第２部分のプラスチック層１８の材料は、同じであっても異なっていてもよい。第１部分の圧電体層１４と第２部分の電極１９を対向させて、粘着層１７で貼り合わせる。
圧電センサ１０Ｅは、圧電センサ１０Ａと同様に、非晶質の配向制御層１３と適切な厚さの圧電体層１４を有し、圧電特性に優れている。また、積層体１５の上下にプラスチック層１２、１８が配置されており屈曲性に優れている。
図７〜図１０のいずれの構成においても、非晶質の配向制御層１３を用いることで、上層の圧電体層のｃ軸配向性が高く、優れた圧電特性を示す。
本発明の非晶質の配向制御層１３と圧電体層１４の積層体１５を含む構成は、圧電センサだけではなく、逆圧電効果を利用してスピーカ、発振子等の圧電デバイス利用することもできる。圧電体層１４に交流の電気信号が印加されることにより、圧電体層１４にその共振周波数に応じた機械的な振動が生じる。下層の非晶質の配向制御層１３の存在により圧電体層１４のｃ軸配向性が良好であり、圧電デバイスとしての動作精度を高めることができる。さらにデバイス中にプラスチック層を配置することで、屈曲性を高め、多様な使用環境でのデバイスの使用が可能になる。
１０ 圧電素子
１０Ａ〜１０Ｅ 圧電センサ
１１、１９ 電極
１２、１８ プラスチック層
１３ 配向制御層
１４ 圧電体層
１５ 積層体
１０Ａ〜１０Ｅ 圧電センサ
１１、１９ 電極
１２、１８ プラスチック層
１３ 配向制御層
１４ 圧電体層
１５ 積層体
Claims (19)
- 少なくとも、第１電極、プラスチック層、配向制御層、圧電体層、及び第２電極が積層された圧電デバイスであって、
前記配向制御層は非晶質であり、
前記配向制御層の上に、ウルツ鉱型の結晶構造を有する厚さ２０ｎｍ〜２５０ｎｍの圧電体層が形成されており、
前記配向制御層と前記圧電体層が、前記第１電極と前記第２電極の間に配置されている
ことを特徴とする圧電デバイス。 - 前記配向制御層は、無機物、有機物、または無機物と有機物の混合物により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
- 前記配向制御層は、酸化ケイ素（ＳｉＯx）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、ＳＡＺＯ、及びこれらの組み合わせの中から選択された材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
- 前記配向制御層は、熱硬化性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
- 前記配向制御層の厚さは３ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
- 前記圧電体層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、及びこれらの組み合わせの中から選択される材料を主成分として形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
- 前記圧電体層は、前記主成分の中に、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ケイ素（Ｓｉ）、及びこれらの組み合わせから選択される材料を副成分として含有することを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイス。
- 前記圧電体層は、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ケイ素（Ｓｉ）、及びこれらの組み合わせから選択される材料がドーパントとして添加されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
- 前記圧電体層の厚さは３０〜２００ｎｍの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
- 前記圧電体層のＸ線ロッキングカーブの半値全幅は３°〜１５°であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
- 前記第１電極、前記配向制御層、前記圧電体層、及び前記第２電極がこの順に積層されており、
前記プラスチック層は、少なくとも前記第１電極と前記配向制御層の間、または前記第１電極の下側に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の圧電デバイス。 - 前記プラスチック層は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル系樹脂、シクロオレフィン系ポリマー、及びポリイミド（ＰＩ）から選択される材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
- 前記プラスチック層の厚さは５μｍ〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
- 前記第１電極及び前記第２電極は透明電極であり、
前記プラスチック層は、透明な材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。 - 少なくとも、第１電極、プラスチック層、配向制御層、圧電体層、及び第２電極が積層された圧電デバイスの製造方法であって、
前記プラスチック層の上、または前記プラスチック層を含む積層の上に、非晶質の前記配向制御層を形成し、
非晶質の前記配向制御層の上に、ウルツ鉱型の結晶構造を有する前記圧電体層を形成する、
ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 - 前記圧電体層の形成工程、またはそれ以降の工程に加熱処理を含まないことを特徴とする請求項１５に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記圧電体層は、室温でのスパッタリング法により形成されることを特徴とする請求項１５または１６に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記圧電体層は、厚さ２０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲に形成されることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記配向制御層は、室温でのスパッタリング法により形成されることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020189397A1 (ja) | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 日東電工株式会社 | 積層体、これを用いた圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 |
| WO2020189413A1 (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 日東電工株式会社 | 圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7077287B2 (ja) * | 2018-09-28 | 2022-05-30 | 日東電工株式会社 | 圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 |
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| CN113574690A (zh) * | 2019-03-07 | 2021-10-29 | 前进材料科技株式会社 | 膜结构体、压电体膜及超导体膜 |
| US20220333208A1 (en) | 2019-09-03 | 2022-10-20 | The Broad Institute, Inc. | Crispr effector system based multiplex cancer diagnostics |
| US20230121803A1 (en) * | 2020-03-19 | 2023-04-20 | Nitto Denko Corporation | Nitride laminate and manufacturing method of the same |
| KR20210118307A (ko) * | 2020-03-20 | 2021-09-30 | 삼성디스플레이 주식회사 | 표시장치 |
| CN111640857A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-09-08 | 中山大学 | 氧化镓在压电材料上的应用及压电薄膜、压电器件 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005252069A (ja) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Tdk Corp | 電子デバイス及びその製造方法 |
| JP2006086142A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 化合物半導体素子の製造方法 |
| JP2008211095A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電素子、その製造方法およびそれを備えた発電装置 |
| WO2012005290A1 (ja) * | 2010-07-06 | 2012-01-12 | 日東電工株式会社 | 透明導電性フィルムの製造方法 |
| JP2012160995A (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-23 | Seiko Epson Corp | 振動片、振動子、発振器及び電子機器 |
| WO2015053345A1 (ja) * | 2013-10-08 | 2015-04-16 | ダイキン工業株式会社 | 透明圧電パネル |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006121228A (ja) | 2004-10-19 | 2006-05-11 | Seiko Epson Corp | 弾性表面波素子、弾性表面波素子の製造方法、電子デバイスおよび電子機器 |
| US7820470B2 (en) * | 2005-07-15 | 2010-10-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of micro-electro-mechanical device |
| US7597757B2 (en) | 2005-11-17 | 2009-10-06 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | ZnO film with C-axis orientation |
| TWI381060B (zh) * | 2008-08-12 | 2013-01-01 | Univ Tatung | High frequency surface acoustic wave elements and their substrates |
| JP5721126B2 (ja) | 2010-03-05 | 2015-05-20 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 圧電センサ |
| US8581669B2 (en) | 2011-02-02 | 2013-11-12 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, vibrator, oscillator, and electronic apparatus |
| US9324931B2 (en) * | 2013-05-14 | 2016-04-26 | Tdk Corporation | Piezoelectric device |
| JP2015023053A (ja) * | 2013-07-16 | 2015-02-02 | 株式会社リコー | 電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、画像形成装置、及び、電気機械変換素子の製造方法 |
| US10478858B2 (en) * | 2013-12-12 | 2019-11-19 | Qualcomm Incorporated | Piezoelectric ultrasonic transducer and process |
| EP3207573B1 (en) | 2014-10-14 | 2019-11-20 | Corning Incorporated | Piezoelectric film structures and sensors and display assemblies using the same |
| JP6674734B2 (ja) | 2014-10-29 | 2020-04-01 | 三星ディスプレイ株式會社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 有機エレクトロルミネッセンス素子用材料及びそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 |
| JP2016134447A (ja) | 2015-01-16 | 2016-07-25 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子及びその製造方法、液体噴射ヘッド、液体噴射装置並びに超音波測定装置 |
| JP2017065547A (ja) | 2015-09-30 | 2017-04-06 | 富士通テン株式会社 | 認証装置、認証システム、及び、認証方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005252069A (ja) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Tdk Corp | 電子デバイス及びその製造方法 |
| JP2006086142A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 化合物半導体素子の製造方法 |
| JP2008211095A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電素子、その製造方法およびそれを備えた発電装置 |
| WO2012005290A1 (ja) * | 2010-07-06 | 2012-01-12 | 日東電工株式会社 | 透明導電性フィルムの製造方法 |
| JP2012160995A (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-23 | Seiko Epson Corp | 振動片、振動子、発振器及び電子機器 |
| WO2015053345A1 (ja) * | 2013-10-08 | 2015-04-16 | ダイキン工業株式会社 | 透明圧電パネル |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020189397A1 (ja) | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 日東電工株式会社 | 積層体、これを用いた圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 |
| JP2020151988A (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 日東電工株式会社 | 積層体、これを用いた圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 |
| WO2020189413A1 (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 日東電工株式会社 | 圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 |
| JP2020155595A (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 日東電工株式会社 | 圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 |
| KR20210125554A (ko) | 2019-03-20 | 2021-10-18 | 닛토덴코 가부시키가이샤 | 적층체, 이를 이용한 압전 디바이스 및 압전 디바이스 제조방법 |
| CN113574692A (zh) * | 2019-03-20 | 2021-10-29 | 日东电工株式会社 | 压电器件、以及压电器件的制造方法 |
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