JP2022085074A - 圧電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温環境化においても電気抵抗値の低下抑制機能を保持しつつ、電荷の発生機能を付与できるようにして、機能性の安定化を図る。【解決手段】 圧電体１に電極１０を付設して構成され、例えば、分極軸を有した基体２を備えるとともに基体２の分極軸に直交する一方面側をプラス面とし他方面側をマイナス面とした圧電体１と、圧電体１のプラス面及びマイナス面に夫々付設される電極１０とを備えた圧電素子Ｓにおいて、基体２の一方面及び他方面の少なくとも何れかの面に積層体３を設け、積層体３を、ＺｎＯ中のＺｎサイトの一部をＭｇに置換して生成されるＭｇＸＺｎ１－ＸＯ（式中、Ｘは原子比率を示す）で構成し、０．１＜Ｘ＜０．６にした。【選択図】図１

Description

本発明は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、あるいは、その逆の変換を行う圧電特性を備えた圧電素子に係り、特に、高温環境下での使用に有効な圧電素子に関する。

従来、この種の圧電素子としては、例えば、特許第５９９４１３５号公報（特許文献１）に記載の技術が知られている。図２０に示すように、この圧電素子Ｓａは、例えば内燃機関のグロープラグに取付けられる圧力センサに用いられるもので、分極軸を有した基体１０１を備えるとともにこの基体１０１の分極軸に直交する一方面側をプラス面とし他方面側をマイナス面とした圧電体１００と、この圧電体１００のプラス面及びマイナス面に夫々付設される電極１１０とを備えて構成されている。基体１０１の一方面及び他方面の両面には、夫々、積層体１０２が積層されている。具体的には、基体１０１としては、例えば、ＺｎＯが用いられ、積層体１０２としては、ＳｉＯ_２が用いられている。

これにより、圧電素子Ｓａの一方面及び他方面に圧力が印加されると、圧力に比例する分極電荷が出力されるので、この分極電荷を例えばチャージアンプなどで増幅し測定することで印加された圧力を測定することができる。この場合、基体１０１が抵抗温度係数の大きなＺｎＯの場合、温度が上昇したときに、この温度上昇に伴い抵抗値が減少し、チャージアンプのオフセット電流が増加するため、チャージアンプ出力電圧のドリフト現象が発生するが、ＳｉＯ_２からなる積層体１０２が被覆されているので、高温環境化においても電気抵抗値の低下を抑制することができるようにしている。

特許第５９９４１３５号公報

ところで、上記従来の圧電素子Ｓａにあっては、ＳｉＯ_２からなる積層体１０２を被覆して、高温環境化においても電気抵抗値の低下抑制を図っているが、基体１０１であるＺｎＯの抵抗値が高温で著しく低下した場合、基体１０１に発生した電荷が基体内部で減少してしまうため、ＳｉＯ_２を積層してもドリフトを抑制できないという問題があった。
本発明は上記の点に鑑みて為されたもので、高温環境化においても電気抵抗値の低下抑制機能を保持しつつ、電荷の発生機能を付与できるようにして、機能性の安定化を図った圧電素子を提供することを目的とする。

本願発明者は、長年の研究により、ＺｎＯ中のＺｎサイトの一部をＭｇに置換して生成される酸化亜鉛系混晶体としてのＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯに着目し、Ｍｇの特定の原子比率において、高温環境化における特性が優れていることを見出し、上記の目的を達成するための圧電素子を発明した。
本発明の圧電素子は、圧電体に電極を付設して構成される圧電素子において、
上記圧電体の全部もしくは一部を、ＺｎＯ中のＺｎサイトの一部をＭｇに置換して生成されるＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（式中、Ｘは原子比率を示す）で構成し、０．１＜Ｘ＜０．６にした構成としている。

ＺｎＯのＺｎのサイトをＭｇに置き換えることによって、バンドギャップエネルギーが大きくなるため、残留キャリア密度が低くなることで抵抗率が高抵抗率化する。
Ｘが０．１に満たないと十分な効果を発揮できず、０．６を超えると、Ｍｇの量が多くなり高い抵抗値は確保できるが、結晶構造がウルツ鉱構造から岩塩型構造へ相転移してしまい圧電性が減少するので好ましくない。また、室温での抵抗値に及ぼすＸの依存性、高温化におけるＸの依存性を考慮すると、望ましくは、０．３≦Ｘ≦０.５５、より望ましくは、０．３５≦Ｘ≦０.５である。

ここで、圧電体の一部をＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯで構成する場合、他の部分（後述の「基体」に相当）の材料は、特に限定されず、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ），窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を挙げることができる。

また、電極を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、プラチナ（Ｐｔ），アルミニウム（Ａｌ），モリブデン（Ｍｏ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），タングステン（Ｗ），タルタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），亜鉛（Ｚｎ），ジルコニウム（Ｚｒ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ），ケイ素（Ｓｉ）などを挙げることができる。これらの材料を層状にして用いることができる。

これにより、圧電素子の一方面及び他方面に圧力が印加されると、圧力に比例する分極電荷が出力されるので、この分極電荷を測定することで印加された圧力を測定することができる。一方、これとは逆に、分極方向に平行に電場を加えると、圧電体中に長さの変化等の変位が生じる。この場合、温度が上昇してＺｎＯの抵抗値が低下しても、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（０．１＜Ｘ＜０．６）は、高抵抗体であるので、高温環境化においても高抵抗を維持することができる。また、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（０．１＜Ｘ＜０．６）は、圧電性があり電荷の発生機能を有するので、圧力の印加の場合には、電荷の出力が低下したり再現性を損なうことがなく、一方、電場の印加の場合には、圧電体の変位が低下したり再現性を損なうことがなく、そのため、機能性の安定化を図ることができる。

より具体的には、本発明の圧電素子は、分極軸を有した基体を備えるとともに該基体の分極軸に直交する一方面側をプラス面とし他方面側をマイナス面とした圧電体と、該圧電体のプラス面及びマイナス面に夫々付設される電極とを備えた圧電素子において、
上記基体を、ＺｎＯ中のＺｎサイトの一部をＭｇに置換して生成されるＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（式中、Ｘは原子比率を示す）で構成し、０．１＜Ｘ＜０．６にした構成としている。

これは、圧電体の全部を、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯにしたものである。例えば、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯの薄膜や板状に形成して作製することができる。
これにより、上述もしたが、圧電素子の一方面及び他方面に圧力が印加されると、圧力に比例する分極電荷が出力されるので、この分極電荷を測定することで印加された圧力を測定することができる。一方、これとは逆に、分極方向に平行に電場を加えると、圧電体中に長さの変化等の変位が生じる。温度が上昇してＺｎＯの抵抗値が減少しても、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯは、高抵抗体であるので、高温環境化においても高抵抗を維持することができる。また、圧電体の全部を、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯにしたので、全体が均一になり、温度変化による素子インピーダンスの変化が小さくなることで、より一層機能性の安定化を図ることができる。

また、本発明の圧電素子は、分極軸を有した基体を備えるとともに該基体の分極軸に直交する一方面側をプラス面とし他方面側をマイナス面とした圧電体と、該圧電体のプラス面及びマイナス面に夫々付設される電極とを備えた圧電素子において、上記基体の一方面及び他方面の少なくとも何れかの面に積層体を設け、該積層体を、ＺｎＯ中のＺｎサイトの一部をＭｇに置換して生成されるＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（式中、Ｘは原子比率を示す）で構成し、０．１＜Ｘ＜０．６にした構成としている。

これは、圧電体の一部を、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯにしたものである。周知の液相法や気相法等を用い、基体に対して、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯを被覆して作製することができる。液相法としては、例えば、液相エピタキシー法を挙げることができる。気相法としては、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等があり、ＰＶＤ法として、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法やイオンプレーティング法等の真空蒸着法，スパッタ法等を挙げることができる。ＣＶＤ法としては、有機金属ＣＶＤ法、ミストＣＶＤ法およびプラズマＣＶＤ法などが挙げられる。その他、塗布法，印刷法等を挙げることができる。適宜選択してよい。

これにより、上述もしたが、圧電素子の一方面及び他方面に圧力が印加されると、圧力に比例する分極電荷が出力されるので、この分極電荷を測定することで印加された圧力を測定することができる。一方、これとは逆に、分極方向に平行に電場を加えると、圧電体中に長さの変化等の変位が生じる。この場合、温度が上昇してＺｎＯの抵抗値が減少しても、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（０．１＜Ｘ＜０．６）は、高抵抗体であるので、高温環境化においても高抵抗を維持することができる。また、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（０．１＜Ｘ＜０．６）は、電荷の発生機能を有するので、圧力の印加の場合には、電荷の出力が低下したり再現性を損なうことがなく、一方、電場の印加の場合には、圧電体の変位が低下したり再現性を損なうことがなく、そのため、機能性の安定化を図ることができる。

この場合、上記基体を、ＺｎＯで構成し、該基体の厚さをＴ１、上記積層体の厚さをＴ２としたとき、１０μｍ≦Ｔ１≦１０００μｍ、０．１μｍ≦Ｔ２≦１００μｍにしたことが有効である。

そして、必要に応じ、０．３≦Ｘ≦０.５５にした構成としている。より望ましくは、０．３５≦Ｘ≦０.５である。上述もしたように、Ｘが０．１に満たないと十分な効果を発揮できず、０.６を超えると、Ｍｇの量が多くなり高い抵抗値は確保できるが、結晶構造がウルツ鉱構造から岩塩型構造へ相転移してしまい圧電性が減少するので好ましくないが、これにより、より確実に、本発明の効果を発揮させることができる。
特に、試験によれば、Ｘが０．３５未満の場合、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯのバンドギャップは室温で４．０ｅＶ以下となる。

この場合、上記圧電体を支持して該基体の振動を許容する支持体を設けた構成とすることができる。

支持体を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ケイ素（Ｓｉ），二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、それらの積層体であるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔａｒ）基板、サファイア、窒化アルミニウムおよび窒化ガリウムなどを挙げることができる。これらの材料を層状にして用いることができる。

これにより、電場を印加することにより、圧電体は振動し、これが支持体によって許容されるので、例えば、ミラーなどに用いられるカンチレバー型のアクチュエータやマイクロスピーカなどに用いられるメンブレン型のアクチュエータとして用いることができる。

また、必要に応じ、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯを構成するＯサイトの一部をＮに置換した構成としている。
一般にＺｎＯはＯ欠損や格子間Ｚｎに起因する欠陥等や金属元素などの不純物がドナー型欠陥となり、これらが電子を放出することで抵抗値が低下することが知られている。格子中のＯをＮで置換すると正孔を放出するアクセプタとして働くため、ドナー型欠陥による抵抗値低下を補償し抵抗値低下を抑制することが可能となるので、電荷の発生機能が担保され、機能性の安定化を図ることができる。

この場合、上記ＮのＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯに対するＮの原子濃度を１０^１２／ｃｍ^３～１０^１７／ｃｍ^３にしたことが有効である。

本発明によれば、圧電素子の一方面及び他方面に圧力が印加されると、圧力に比例する分極電荷が出力されるので、この分極電荷を測定することで印加された圧力を測定することができる。一方、これとは逆に、分極方向に平行に電場を加えると、圧電体中に長さの変化等の変位が生じる。この場合、温度が上昇すると、この温度上昇に伴い抵抗値が減少しようとするが、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯは、高抵抗体として機能し、高温環境化においても電気抵抗値の低下を抑制することができる。また、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯは、電荷の発生機能を有するので、圧力の印加の場合には、電荷の出力が低下したり再現性を損なうことがなく、一方、電場の印加の場合には、圧電体の変位が低下したり再現性を損なうことがなく、そのため、機能性の安定化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る圧電素子を示す図である。 本発明の実施の形態に係る圧電素子において圧電体を構成するＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯの結晶構造を示す図である。 本発明の実施の形態に係る圧電素子を製造する方法例（スパッタ法）を示す図である。 本発明の実施の形態に係る圧電素子を製造する別の方法例（分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法）を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る圧電素子を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る圧電素子を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る圧電素子を示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係る圧電素子を示す図である。 本発明の第６の実施の形態に係る圧電素子を示す図である。 本発明の第７の実施の形態に係る圧電素子を示す図である。 本発明の実施例１に係る積層体の表面の電子顕微鏡写真である。 本発明の試験例に係り、原子比率（Ｘ）の異なる各種圧電素子において、Ｘ線回折装置によるＸ線回折測定結果を示すグラフ図である。 本発明の試験例に係り、原子比率（Ｘ）の異なる各種圧電素子において、Mgモル濃度毎のバンドギャップエネルギー及び室温における素子抵抗を示す表図である。 本発明の試験例に係り、原子比率（Ｘ）の異なる各種圧電素子において、温度条件を変えてインピーダンスアナライザで測定したインピーダンスの周波数特性の結果を示し、（ａ）はＸ＝０の圧電素子の周波数特性を示すグラフ図、（ｂ）はＸ＝０．１の圧電素子の周波数特性を示すグラフ図である。 本発明の試験例に係り、原子比率（Ｘ）の異なる各種圧電素子において、温度条件を変えてインピーダンスアナライザで測定したインピーダンスの周波数特性の結果を示し、（ａ）はＸ＝０．３の圧電素子の周波数特性を示すグラフ図、（ｂ）はＸ＝０．３５の圧電素子の周波数特性を示すグラフ図である。 本発明の試験例に係り、原子比率（Ｘ）の異なる各種圧電素子において、温度条件を変えてインピーダンスアナライザで測定したインピーダンスの周波数特性の結果を示し、（ａ）はＸ＝０．５の圧電素子の周波数特性を示すグラフ図、（ｂ）はＸ＝０．５５の圧電素子の周波数特性を示すグラフ図である。 本発明の試験例に係り、原子比率（Ｘ）の異なる各種圧電素子において、温度条件を変えてインピーダンスアナライザで測定したインピーダンスの周波数特性の結果を示し、（ａ）はＸ＝０．６の圧電素子の周波数特性を示すグラフ図、（ｂ）はＸ＝０．９の圧電素子の周波数特性を示すグラフ図である。 本発明の試験例に係り、室温において直流で測定した素子抵抗値のＸ依存性を示すグラフ図である。 本発明の試験例に係り、窒素ドープの圧電素子とノンドープの圧電素子との温度条件を変えて測定した抵抗値の温度特性を示す表図である。 従来の圧電素子の一例を示す図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る圧電素子について詳細に説明する。
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る圧電素子を示している。この圧電素子Ｓは、圧電体１に電極１０を付設して構成され、図２に示すように、圧電体１の全部もしくは一部（実施の形態では一部）を、ＺｎＯ中のＺｎサイトの一部をＭｇに置換して生成されるＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（式中、Ｘは原子比率を示す）で構成されている。

詳しくは、この圧電素子Ｓは、分極軸を有した基体２を備えるとともに基体２の分極軸に直交する一方面側をプラス面とし他方面側をマイナス面とした圧電体１と、圧電体１のプラス面及びマイナス面に夫々付設される電極１０とを備えて構成されている。基体２の一方面及び他方面の少なくとも何れかの面（実施の形態では一方面）には、積層体３が設けられている。そして、この積層体３が、ＺｎＯ中のＺｎサイトの一部をＭｇに置換して生成されるＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（式中、Ｘは原子比率を示す）で構成されている。

圧電体１において、基体２を構成する材料は、特に限定されず、上述したように種々の材料から選択することができる。実施の形態では、酸化亜鉛（ＺｎＯ）で構成されている。ＺｎＯは、板状に形成されており、分極軸を有し、＋ｃ面及び－ｃ面を有して構成されている。実施の形態では、積層体３は、基体２の＋ｃ面に積層される。その結果、圧電体１において、積層体３の表面が一方面（＋ｃ面）として構成され、基体２の－ｃ面が他方面（－ｃ面）として構成される。

積層体３は、図２も参照し、ＺｎＯ中のＺｎサイトの一部をＭｇに置換して生成されるＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（式中、Ｘは原子比率を示す）で構成されるが、原子比率Ｘの範囲は、０．１＜Ｘ＜０．６にしている。Ｘが０．６を超えると、Ｍｇの量が多くなり高い抵抗値は確保できるが、結晶構造がウルツ鉱型構造から岩塩型構造へ相転移し圧電性が減少するので、好ましくない。望ましくは、０．３≦Ｘ≦０.５５、より望ましくは、０．３５≦Ｘ≦０.５である。

また、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯを構成するＯサイトの一部がＮに置換されている。Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ中のＮの原子濃度を１０^１２／ｃｍ^３～１０^１７／ｃｍ^３にしている。

そして、基体２の厚さをＴ１、積層体３の厚さをＴ２としたとき、１０μｍ≦Ｔ１≦１０００μｍ、０．１μｍ≦Ｔ２≦１００μｍにしている。実施の形態では、Ｔ１＝５００μｍ、Ｔ２＝０．６μｍにしている。

本実施の形態に係る圧電体１は、周知の液相法や気相法等を用い、基体２に対して、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯを被覆して作製することができる。液相法としては、例えば、液相エピタキシー法を挙げることができる。気相法としては、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等があり、ＰＶＤ法として、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法やイオンプレーティング法等の真空蒸着法，スパッタ法等を挙げることができる。ＣＶＤ法としては、有機金属ＣＶＤ法、ミストＣＶＤ法およびプラズマＣＶＤ法などが挙げられる。その他、ゾルゲル法，塗布法，印刷法等を挙げることができる。適宜選択してよい。次に、圧電体１の製法例を挙げる。

（１）スパッタ法（図３参照）
高真空に保たれた真空チャンバー内に成膜用基板（基体２）を載置したステージと、板状の成膜用材料（ターゲット）を取り付けたカソードが取り付けられ、ステージとカソード間に電圧を印加しアルゴンガスをチャンバー内に流入させて放電させ、ターゲット材を基板（基体２）に成膜する物理的蒸着法の一種である。成膜用原料には、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯターゲットやＭｇ－Ｚｎ合金ターゲット、またはＺｎターゲットとＭｇターゲットの組み合わせやＺｎＯターゲットとＭｇＯターゲットの組み合わせが使用される。成膜中に反応性ガスとして酸素ガスを流入することで酸化を促進し酸素欠損欠陥の発生を防止することが可能となる。また、窒素ガスを流入することでＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ膜中のＯと置換させることで窒素アクセプタのドープが可能である。

（２）分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法（図４参照）
分子線エピタキシー法は超高真空に保たれた真空チャンバー内で、成膜用材料を蒸発させ、蒸発した材料が他の分子と衝突せずに基板（基体２）に到達することで高純度な成膜が可能な真空蒸着法の一種である。成膜用チャンバーには、高純度ＰＢＮ製るつぼとヒーターからなるクヌーセンセル（Ｋセル）、酸素ラジカルを発生する酸素ラジカルガン、窒素ラジカルを発生する窒素ラジカルガンがチャンバー下部に載置される。成膜用原料には、ＭｇとＺｎが使用され、各々専用のＫセルに補充され、成膜時はＫセル温度を２５０℃から４５０℃の範囲で制御して蒸発させる。そして酸素ラジカルガンから酸素ラジカルを基板（基体２）へ照射することでＭｇとＺｎを酸化させてＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜を成膜することが可能となる。尚、酸素ラジカルに加え、窒素ラジカルを照射することで、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜中に窒素をドープすることが出来る。

このように形成された圧電体１においては、基体２に結晶欠陥が少ないＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯの薄膜の積層体３が積層される。図１１に示すように、後述する実施例１に係る積層体の表面の電子顕微鏡写真を見て分かるように、積層体３は、粗さが極めて小さく、平坦な膜として生成される。
また、原子比率Ｘの範囲は、０．１＜Ｘ＜０．６にしているので、ウルツ鉱型構造を維持し、図２に示すように、ＺｎＯとの原子の配列が綺麗に並んで、格子整合する。そのため、圧電素子Ｓとしての性能が極めて良くなる。望ましくは、０．３≦Ｘ≦０.５５、より望ましくは、０．３５≦Ｘ≦０.５である。Ｘをこの範囲にすることによって、ウルツ構造を維持するだけでなく、МｇとＺｎのイオン半径の違いに起因して発生する歪も許容範囲となる。その結果、結晶欠陥の発生を抑制した上でワイドバンドギャップ化するので、圧電特性と高抵抗率の両立が可能となる。

そして、この圧電体１には、電極１０が付設される。電極は２層になっており、圧電体１に積層される第１電極層１１と第１電極層１１に積層される第２電極層１２とからなる。電極１０を構成する材料としては、特に限定されず、上述したように種々の材料から選択することができる。実施の形態では、第１電極層１１を構成するチタン（Ｔｉ）と、第２電極層１２を構成するプラチナ（Ｐｔ）とが選択され、圧電体１の一方面（＋ｃ面）及び他方面（－ｃ面）に夫々、Ｔｉ，Ｐｔの順に積層されている。Ｔｉの厚さは、１０～３０ｎｍ、Ｐｔの厚さは、２０～１００ｎｍにしている。

この電極１０を圧電体１に付設するときは、例えば、電極１０膜の成膜には電子線蒸着装置やＲＦマグネトロンスパッタ装置が使用され、電極１０膜のパターニングには、フォトレジストを使用したリフトオフ法が用いられる。
この場合、Ｔｉは、ＺｎＯやＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯからなる酸化物との密着性がよく、ＰｔのＴｉに対する密着性も優れるので、電極１０は圧電素子Ｓに確実に付設される。また、耐熱性にも優れる。

従って、この実施の形態に係る圧電素子Ｓによれば、圧電素子Ｓの一方面及び他方面に圧力が印加されると、圧力に比例する分極電荷が出力されるので、この分極電荷を測定することで印加された圧力を測定することができる。一方、これとは逆に、分極方向に平行に電場を加えると、圧電体１中に長さの変化等の変位が生じる。この場合、温度が上昇してＺｎＯの抵抗値が低下しても、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯは、高抵抗体であるので、高温環境化においても高抵抗を維持することができる。また、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯは、圧電性があり電荷の発生機能を有するので、圧力の印加の場合には、電荷の出力が低下したり再現性を損なうことがなく、一方、電場の印加の場合には、圧電体１の変位が低下したり再現性を損なうことがなく、そのため、機能性の安定化を図ることができる。

また、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯを構成するＯサイトの一部をＮに置換したので、Ｎが正孔を放出するアクセプタとして働くため、ドナー型欠陥による抵抗値低下を補償し抵抗値低下を抑制することが可能となるので、電荷の発生機能が担保され、機能性の安定化を図ることができる。

図５には、本発明の第２の実施の形態に係る圧電素子Ｓを示している。この圧電素子Ｓは、第１の実施の形態に係る圧電素子Ｓと異なって、圧電体１において、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯからなる積層体３は、基体２の－ｃ面に積層される。その結果、圧電体１において、基体２の＋ｃ面が一方面（＋ｃ面）として構成され、積層体３の表面が他方面（－ｃ面）として構成される。他は上記と同様である。これによっても、上記と同様の作用，効果を奏する。

図６には、本発明の第３の実施の形態に係る圧電素子Ｓを示している。この圧電素子Ｓは、第１及び第２の実施の形態に係る圧電素子Ｓと異なって、圧電体１において、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯからなる積層体３は、基体２の＋ｃ面及び－ｃ面の両面に積層されている。その結果、圧電体１において、積層体３の両表面が、夫々、一方面（＋ｃ面）及び他方面（－ｃ面）として構成される。積層体を２面に形成することで、臨界膜厚に制限される膜厚を２倍に出来るので、圧電素子抵抗をより高抵抗化することが可能となる。他は上記と同様である。これによっても、上記と同様の作用，効果を奏する。

図７には、本発明の第４の実施の形態に係る圧電素子Ｓを示している。この圧電素子Ｓは、第１乃至第３の実施の形態に係る圧電素子Ｓと異なって、圧電体１は、その全部がＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯで構成されている。Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯの原子比率Ｘは上記と同様である。圧電体１の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ～３．０ｍｍに設定される。この圧電体１は、例えば、Ｚｎ化合物とＭｇ化合物を原料とした液相成長法やミスト化学気相成長法によりＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯの基板に形成して作製することができる。または、サファイア基板等にＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ厚膜を形成後、レーザー剥離法などでＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ厚膜を基板から剥離して自立基板とすることができる。これにより、圧電体１の全部を、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯにしたので、全体が均一になり素子抵抗も高抵抗化するので、より一層機能性の安定化を図ることができる。他の作用，効果は上記と同様である。

図８には、本発明の第５の実施の形態に係る圧電素子Ｓを示している。この圧電素子Ｓは、第４の実施の形態に係る圧電素子Ｓ（図７）と同様に、圧電体１の全部がＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯで構成されている。また、この圧電素子Ｓは、圧電体１のプラス面及びマイナス面の何れか一方に付設される電極１０に、圧電体１を支持してこの圧電体１の振動を許容する支持体２０を設けて構成されている。詳しくは、一方の電極１０（Ａ）は、圧電体１より大きく形成されたベース電極１３と、ベース電極１３の圧電体１側の露出面に付設された通電電極１４とを備えて構成されている。通電電極１４は、ベース電極１３に積層される上記と同様の第１電極層１１及び第２電極層１２からなる。ベース電極１３としては、ジルコニウム（Ｚｒ）が選択され、他方の電極１０（Ｂ）及び通電電極１４として、上記と同様に、第１電極層１１を構成するチタン（Ｔｉ）と、第２電極層１２を構成するプラチナ（Ｐｔ）とが選択されている。電極１０の材質はこれに限定されない。

支持体２０は、ベース電極１３の圧電体１とは反対側の外側面の全面に付設されており、その材料としては、特に限定されないが、例えば、ケイ素（Ｓｉ），二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを挙げることができる。これらの材料を層状にして用いることができる。実施の形態では、ケイ素（Ｓｉ）を用いて構成している。例えば光スキャナー用ミラーとして使用する場合、支持体２０となるシリコンを片持ち梁形状等に加工する。またマイクロスピーカとして使用する場合は、シリコンをメンブレン状に加工する。

これにより、電場を印加することにより、圧電体１は振動し、これが支持体２０によって許容されるので、アクチュエータとして用いることができる。

図９には、本発明の第６の実施の形態に係る圧電素子Ｓを示している。この圧電素子Ｓは、第４の実施の形態に係る圧電素子Ｓ（図７）と同様に、圧電体１の全部がＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯで構成されている。また、この圧電素子Ｓは、圧電体１のプラス面及びマイナス面の何れか一方に付設される電極１０に、圧電体１を支持してこの圧電体１の振動を許容する支持体２０を設けて構成されている。詳しくは、一方の電極１０（Ａ）は、圧電体１より大きく形成されたベース電極１３と、ベース電極１３の圧電体１側の露出面に付設された通電電極１４とを備えて構成されている。通電電極１４は、ベース電極１３に積層される上記と同様の第１電極層１１及び第２電極層１２からなる。ベース電極１３の材料として、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜との格子整合を考慮してジルコニウム（Ｚｒ）を選択している。他方の電極１０（Ｂ）及び通電電極１４として、上記と同様に、第１電極層１１を構成するチタン（Ｔｉ）と、第２電極層１２を構成するプラチナ（Ｐｔ）とが選択されている。電極１０の材質はこれに限定されない。

支持体２０は、ベース電極１３に積層される第１支持体２１と、第１支持体２１を支持する第２支持体２２とからなり、第１支持体２１はベース電極１３の圧電体１とは反対側の外側面の全面に付設されており、その材料としては、特に限定されないが、例えば、ケイ素（Ｓｉ），二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを挙げることができる。これらの材料を層状にして用いることができる。実施の形態では、ＳＯＩ基板上活性層のケイ素（Ｓｉ）を用いて構成している。ベース電極１３，他方の電極１０（Ｂ）及び第１支持体２１は、片持ち梁形状に形成されており、第２支持体２２は第１支持体２１を片持ち支持している。第２支持体２１は、第１支持体２１に積層される一方部２３と、一方部２３に積層される他方部１４とからなり、一方部２３は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）で構成され、他方部２４は、ケイ素（Ｓｉ）で構成されている。

実施の形態において、例えば、ベース電極１３の厚さａは、ａ＝５０ｎｍ、第１支持体２１の厚さｂは、ｂ＝３０μｍ、第２支持体２２の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる一方部２３の厚さｃは、ｃ＝１μｍ、ケイ素（Ｓｉ）からなる他方部２４の厚さｄは、ｄ＝０．５ｍｍに設定されている。また、第２支持体２２から突出する圧電体１，ベース電極１３及び第１支持体２１の長さＬは、Ｌ＝１００μｍに設定されている。

これにより、電場を印加することにより、圧電体１は振動するが、圧電体１，ベース電極１３及び第１支持体２１が第２支持体２２に片持ち支持されてその振動が許容されるので、レーザー光等をスキャンするカンチレバー型の光ミラーとして用いることができる。

図１０には、本発明の第７の実施の形態に係る圧電素子Ｓを示している。この圧電素子Ｓは、第６の実施の形態に係る圧電素子Ｓ（図９）の変形例であり、第６の実施の形態に係るベース電極１３を取り去って、第１支持体２１に低抵抗率シリコンを使用することで、これをベース電極１３として共用したものである。また、他方の電極１０（Ｂ）及び通電電極１４として、上記と同様に、第１電極層１１を構成するチタン（Ｔｉ）と、第２電極層１２を構成するプラチナ（Ｐｔ）とが選択されている。これによっても、電場を印加することにより、圧電体１は振動するが、圧電体１，ベース電極１３（第１支持体２１）が第２支持体２２に片持ち支持されてその振動が許容されるので、レーザー光等をスキャンするカンチレバー型の光ミラーとして用いることができる。

次に、実施例について説明する。実施例は、上記第１の実施の形態に係る圧電素子Ｓの形態のものであり、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯからなる積層体３は、基体２の＋ｃ面に積層している。
＜実施例１＞
この圧電素子Ｓの圧電体１は、図４に示すように、上記の分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法（ユニバーサルシステムズ社製「分子線エピタキシー装置（UMB-200）」使用）によって作製した。基体２として１０ｍｍ×１０ｍｍで厚さＴ１が０．５ｍｍのＺｎＯ基板を用いる。ドーピングをしていないｃ面ＺｎＯ基板を使用し、抵抗率は１～１０^１１Ω・ｃｍのものを使用する。成膜手順は次の通りである。１０^－８Ｐａ台まで真空引きされた真空チャンバー内に成膜用ＺｎＯ基板（基体２）を成膜用ステージに設置した後、基板（基体２）の表面についた有機物などの除去を目的として基板（基体２）の温度を８５０℃まで加熱し、酸素ガスを１．５ｓｃｃｍ（Standard Cubic Centimeter per Minute）流しラジカルガンで酸素ラジカルを発生させ、酸素ラジカルによる基板（基体２）の表面のクリーニングと酸化を３分間、さらに３０分間サーマルクリーニングを行う。次に、低温バッファ層を形成するため基板（基体２）の温度を４００℃まで１０℃／分の降温速度で降温後、酸素ガス（純度６Ｎ）を１．５ｓｃｃｍ流しラジカルガンで酸素ラジカルを発生させ、酸素ラジカルによる基板（基体２）の表面のクリーニングと酸化を３分間行う。その後、酸素ラジカルを発生させた状態でＭｇ（純度４Ｎ）とＺｎ（純度６Ｎ）の原料を真空中に設置されたＫセルで加熱し蒸発させてＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯの薄膜をＺｎＯ基板の+ｃ面上に形成する。

ここで、例えば、ＭｇのＫセル温度３７０℃、ＺｎのＫセル温度３２０℃で、低温バッファ層の典型的な成膜時間は５分間にする。次に、基板（基体２）の温度を７５０℃まで１０℃／分の昇温速度で昇温後、低温バッファ層成膜と同様のＫセル温度条件において、酸素ラジカルを発生させた雰囲気においてさらに窒素ガス（純度６Ｎ）を０．５ｓｃｃｍ流し窒素ラジカルガンで窒素ラジカルを発生させ、ＭｇとＺｎのＫセルからＭｇとＺｎを蒸発させることで窒素ドープされたＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜を１．５時間から３時間成膜する。成膜されたＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜の膜厚は０．３～１ μｍである。図１１に、実施例１に係る積層体（Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜）の表面の電子顕微鏡写真を示す。Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜は、粗さが極めて小さく、平坦な膜として生成される。また、成膜されたＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜はＺｎＯ基板の極性を引き継ぎ分極方向が揃ったＺｎ極性の膜となる。

Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜成膜後、試料の表裏にリフトオフ法でＴｉとＰｔを各々膜厚２０ｎｍ、８０ｎｍ、１．５ｍｍ×１．５ｍｍの正方形パターンに形成した。尚、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜を成膜したＺｎ面側には、Ｚｎ面の同定のため正方形電極１０パターンの１コーナーを面取りし、表裏の区別ができるようにしてある。Ｐｔ／Ｔｉ電極１０が形成された基板は、ダイシングソーにより２．０ｍｍ×２．０ｍｍサイズにダイシングされ、圧力センサ素子が完成する。

＜実施例２＞
この圧電素子Ｓの圧電体１は、図３に示すように、上記のスパッタ法（ULVAC社製「三元スパッタ装置（MPS-3000）」使用）によって作製した。成膜用基板を成膜用ステージに設置後、真空チャンバー内を１０^－５Ｐａ台まで真空引きし、基板温度を５００℃まで加熱する。次に、アルゴンガス（純度６Ｎ）を２０ｓｃｃｍ、反応性ガスとして酸素ガス（純度５Ｎ）と窒素ガス（純度６Ｎ）をそれぞれ１０ｓｃｃｍおよび５ｓｃｃｍ流し圧力を０．５Ｐａに制御してＭｇＯ（純度４Ｎ）とＺｎＯ（純度４Ｎ）のターゲットを同時放電させてＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯの薄膜を形成する。原料となるターゲットは、ＭｇＯとＺｎＯの金属酸化物ターゲットとする。あるいは、ＭｇＯとＺｎＯを混合して焼結させたＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯを用いる。あるいはＭｇとＺｎの合金ターゲットを用いる。あるいはまた、金属ＭｇとＺｎのターゲットとを同時放電させて成膜することもできる。成膜時に窒素ガスを流すことで成膜したＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯに微量ながら窒素が取り込まれ、それがアクセプタとして働くことで高抵抗化することができる。成膜されたＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜の膜厚は０．３～１μｍである。

Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜成膜後、試料の表裏にリフトオフ法でＴｉとＰｔを各々膜厚２０ｎｍ、８０ｎｍ、１．５ｍｍ×１．５ｍｍの正方形パターンに形成した。尚、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜を成膜したＺｎ面側には、Ｚｎ面の同定のため正方形電極１０パターンの１コーナーを面取りし、表裏の区別ができるようにしてある。Ｐｔ／Ｔｉ電極１０が形成された基板は、ダイシングソー（東京精密社製「セミオートダイシングソー（A-WD-10A）」）により２．０ｍｍ×２．０ｍｍサイズにダイシングされ、圧力センサ素子が完成する。

＜試験例＞
次に、試験例について示す。この試験例に用いる試料は、上記の実施例１に示す分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法によって、ＭｇのＫセル温度とＭｇのＫセル温度を制御することで成膜して作製した。そして、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜におけるＭｇとＺｎの原子比率が、Ｘ＝０、Ｘ＝０．１、Ｘ＝０．３、Ｘ＝０．３５、Ｘ＝０．５、Ｘ＝０．５５、Ｘ＝０．６、およびＸ＝０．９の８種類を選択した。ＭｇとＺｎの原子比率は、分光光度計（日本分光社製「紫外可視分光光度計（V-550）」）により測定した分光反射スペクトルにおける励起子からの反射ピークエネルギー、Ｘ線光電子分光装置（KRATOS ANALYTICAL社製「ESCA表面解析装置（AXIS-Nova）」）の感度係数法によるＭｇとＺｎの組成比、およびＸ線回折装置（BRUKER AXS社製「全自動多目的Ｘ線回折装置（D8 DISCOVER）」）で測定したＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜のｃ軸長を勘案して求めた。

ここで、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜中の窒素濃度を波長分散型蛍光エックス線装置（BRUKER AXS社製「波長分散型蛍光エックス線装置（S8 TIGER）」）で測定したところ検出限界未満であったことから、その窒素濃度は１００ｐｐｍ未満である。尚、窒素濃度を１０^１７／ｃｍ^３より高くしすぎるとＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜がｐ形半導体化して抵抗率が低下する虞がある。一方１０^１２／ｃｍ^３より低くしすぎると、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜中に存在する酸素欠損欠陥、格子間亜鉛及び不純物等に由来するドナーに起因する自由電子の補償が不十分になり高抵抗化出来なくなる虞がある。また、二次イオン質量分析装置等の高感度定量分析装置の検出下限値以下にもなるため定量分析が困難である。そして、完成した圧力センサ素子は、半導体パラメータアナライザ（Keithley社製「半導体特性評価装置（4200-SCS）」）による直流における電流電圧特性、そしてインピーダンスアナライザ（Agilent Technologies社製「インピーダンスアナライザ（4294A）」）によるインピーダンスの周波数特性測定を行い、素子特性を評価した。

図１２に、Ｘ線回折装置（Ｘ線源：ＣｕＫα１）で測定した２θ－ωスキャン結果を示す。これによれば、ＺｎＯ基板由来のＺｎＯ（００２）のピークが３４．４°に観測される。Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜中の原子比率Ｘが高くなるにつれてｃ軸長が短くなるため、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜由来のＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（００２）ピークがＸ＝０．１の場合３４．６°付近、Ｘ＝０．６では３４．８°に観測される。しかし、Ｘ＝０．６以上Ｍｇ原子比率を高めた場合、Ｘの値は一気に増加してＸ＝０．９となり、結晶構造もウルツ鉱型構造から岩塩型構造へ相転移することでＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（２００）のピークが出現する。これはＭｇ原子比率が高まるにつれてｃ軸長が短くなると同時にａ軸長が長くなるため、下地のＺｎＯ基板との格子不整合が大きくなることで弾性変形の限界を過ぎるためと考えられる。そのため、Ｍｇ原子比率の上限値はＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜の膜厚依存性や使用する基板材料の格子定数依存性、さらにはバッファ層依存性をもつ。

図１３に、Ｘ＝０．１、Ｘ＝０．３、Ｘ＝０．３５、Ｘ＝０．５、Ｘ＝０．５５、Ｘ＝０．６、およびＸ＝０．９の７種類の圧電素子Ｓについて、バンドギャップエネルギー及び室温における素子抵抗を示す。Ｍｇのモル濃度Ｘが増加するにつれてバンドギャップエネルギーは増加しワイドバンドギャップ化する。しかし、素子抵抗はＸ＝０．５５までは増加したがその後減少した。これは、Ｍｇ濃度が増加するに従いワイドバンドギャップ化することで残留キャリア密度が低下して抵抗率は増加するが、Ｍｇ濃度が高くなりすぎるとＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯのａ軸がＺｎＯのａ軸とミスマッチが大きくなることで結晶欠陥が増加し、結晶欠陥が電流のパスとなることで抵抗率が低下すると考えられる。この結果から、Ｘには最適範囲があることが分かる。

作製した圧電素子の圧電特性は、大気中で素子温度を室温から４００℃の温度範囲において、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜とＺｎＯの２層の圧電体を１つの均一圧電体と仮定し、共振反共振法により評価した。図１４乃至図１７に、Ｘ＝０、Ｘ＝０．１、Ｘ＝０．３、Ｘ＝０．３５、Ｘ＝０．５、Ｘ＝０．５５、Ｘ＝０．６、およびＸ＝０．９の８種類の圧電素子Ｓについて、インピーダンスアナライザで測定した面積振動モードにおけるインピーダンスの周波数特性の結果を示す。図中、インピーダンスが最低となる周波数と最高となる周波数においてピークが各々観測され、作製した素子が圧電性を有していることが確認された。また、反共振点近傍のインピーダンス値は素子抵抗を反映している。
この結果から、Ｘ＝０．１のものは、高温（４００℃）での特性は劣る。Ｘ＝０．３以上については、何れも３００℃以上においても特性は良好と判断されるが、上述もしたように、Ｘ＝０．６を超えると、結晶構造がウルツ鉱構造から岩塩型構造へ相転移してしまい圧電性が減少するので好ましくない。

図１８には、上記の試験結果等に基づいて、直流で測定した素子抵抗値のＸ依存性（室温での測定）についてグラフ化した。尚、ＺｎＯ基板とＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜の直列抵抗値を直流で測定しているため、インピーダンスとは異なる。この結果から、０．３≦Ｘ≦０.５５の範囲で素子抵抗が最も高く、このＸの範囲の特性が良好なことが分かる。

図１９には、窒素ドープ品とノンドープ品の抵抗値比較データを示す。上記の分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法において、窒素ドープ品のガス条件は、酸素ガス流量１．７ｓｃｃｍ、窒素ガス流量０．５ｓｃｃｍ、圧力は５．０×１０^－３Ｐａ、ノンドープ品は酸素ガス流量１．７ｓｃｃｍ、圧力は３．８×１０^－３Ｐａである。成膜したＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜中の窒素濃度を波長分散型蛍光エックス線装置で測定したところ検出限界以下であったことから、その窒素濃度は１００ｐｐｍ（１０¹⁸／ｃｍ^３）未満であり、Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯの原子数が１０^２２／ｃｍ^３台であることからＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ中のＮ濃度の上限は１０^１７／ｃｍ^３台、下限は、１０¹²／ｃｍ^３程度と考えられる。尚、窒素濃度を１０^１７／ｃｍ^３より高くしすぎるとＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜がｐ形半導体化して抵抗率が低下する虞がある。また、１０^１２／ｃｍ^３より低くしすぎるとＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ薄膜中に存在する酸素欠損欠陥、格子間亜鉛及び不純物等に由来するドナーに起因する自由電子の補償が不十分になり高抵抗化出来なくなる虞がある。なお、高抵抗化するためドープする元素はＮに限定されるものではなく、Ｐ、ＡｓおよびＳｂ、または、Ｌｉなどでもよい。

図１９において、５０℃から１５０℃の間では両者に抵抗値の大きな差はないが、２００℃から３００℃ではノンドープに比較して窒素ドープした素子の抵抗値が高いことが分かる。この結果から温度上昇につれてドープした窒素がアクセプタ化して、ドナー性欠陥による自由電子を補償し、高抵抗化が図られていると予想される。

尚、本発明は、上述した本発明の実施の形態に限定されず、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施の形態に多くの変更を加えることが容易であり、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。

Ｓ 圧電素子
１ 圧電体
２ 基体
３ 積層体
１０ 電極
１１ 第１電極層
１２ 第２電極層
１３ ベース電極
１４ 通電電極
２０ 支持体
２１ 第１支持体
２２ 第２支持体
２３ 一方部
２４ 他方部

Claims (9)

1. 圧電体に電極を付設して構成される圧電素子において、
   上記圧電体の全部もしくは一部を、ＺｎＯ中のＺｎサイトの一部をＭｇに置換して生成されるＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（式中、Ｘは原子比率を示す）で構成し、０．１＜Ｘ＜０．６にしたことを特徴とする圧電素子。
2. 分極軸を有した基体を備えるとともに該基体の分極軸に直交する一方面側をプラス面とし他方面側をマイナス面とした圧電体と、該圧電体のプラス面及びマイナス面に夫々付設される電極とを備えた圧電素子において、
   上記基体を、ＺｎＯ中のＺｎサイトの一部をＭｇに置換して生成されるＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（式中、Ｘは原子比率を示す）で構成し、０．１＜Ｘ＜０．６にしたことを特徴とする圧電素子。
3. 分極軸を有した基体を備えるとともに該基体の分極軸に直交する一方面側をプラス面とし他方面側をマイナス面とした圧電体と、該圧電体のプラス面及びマイナス面に夫々付設される電極とを備えた圧電素子において、
   上記基体の一方面及び他方面の少なくとも何れかの面に積層体を設け、
   該積層体を、ＺｎＯ中のＺｎサイトの一部をＭｇに置換して生成されるＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯ（式中、Ｘは原子比率を示す）で構成し、０．１＜Ｘ＜０．６にしたことを特徴とする圧電素子。
4. 上記基体を、ＺｎＯで構成し、該基体の厚さをＴ１、上記積層体の厚さをＴ２としたとき、１０μｍ≦Ｔ１≦１０００μｍ、０．１μｍ≦Ｔ２≦１００μｍにしたことを特徴とする請求項３記載の圧電素子。
5. ０．３≦Ｘ≦０.５５にしたことを特徴とする請求項１乃至４何れかに記載の圧電素子。
6. ０．３５≦Ｘ≦０.５にしたことを特徴とする請求項５記載の圧電素子。
7. 上記圧電体を支持して該基体の振動を許容する支持体を設けたことを特徴とする請求項１乃至６何れかに記載の圧電素子。
8. Ｍｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯを構成するＯサイトの一部をＮに置換したことを特徴とする請求項１乃至７何れかに記載の圧電素子。
9. 上記ＮのＭｇ_ＸＺｎ_１－ＸＯに対するＮの原子濃度を１０^１２／ｃｍ^３～１０^１７／ｃｍ^３にしたことを特徴とする請求項８記載の圧電素子。

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