JP5267082B2 - 圧電薄膜素子及びそれを用いたセンサ並びにアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は圧電薄膜を用いた圧電薄膜素子及びそれを用いたセンサ並びにアクチュエータに関し、更に詳しくは、シリコン基板上にアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電薄膜を有する圧電薄膜素子及びそれを用いたセンサ並びにアクチュエータに関するものである。

圧電体は種々の目的に応じて様々な圧電素子に加工され、特に圧電素子に電圧を加えて変形を生じさせて動作させるアクチュエータや、逆に圧電素子の変形から発生する電圧から物理量を検知するセンサなどの機能性電子部品として広く利用されている。アクチュエータやセンサの用途に利用されている圧電体としては、優れた圧電特性を有する鉛系材料の誘電体、特にＰＺＴと呼ばれる一般式：Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３で表されるＰＺＴ系のペロブスカイト型強誘電体がこれまで広く用いられており、通常個々の元素からなる酸化物を焼結することにより形成されている。

現在、各種電子部品の小型化、高性能化が進むにつれ、圧電素子においても小型化、高性能化が強く求められるようになった。しかしながら、従来からの製法である焼結法を中心とした製造方法により作製した圧電材料は、その厚みを薄くするにつれ、特に厚みが１０μｍ程度の厚さに近づくにつれて、材料を構成する結晶粒の大きさに近づき、その影響が無視できなくなる。そのため、特性のばらつきや劣化が顕著になるといった問題が発生し、それを回避するために、焼結法に変わる薄膜技術等を応用した圧電体の形成法が近年研究されるようになってきた。最近、シリコン基板上にスパッタリング法で形成したＰＺＴ薄膜が、高感度のジャイロセンサ（角速度センサ）用の圧電薄膜として実用化されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、ＰＺＴから成る圧電焼結体や圧電薄膜は、鉛を６０〜７０重量％程度含有している。そのため、環境への配慮から鉛を含有しない圧電体の開発が望まれている。
現在、様々な非鉛圧電材料が研究されているが、その中にニオブ酸カリウムナトリウム、一般式：（Ｋ_ｘ−１Ｎａ_ｘ）ＮｂＯ_３（０＜ｘ＜１）［以降、ＫＮＮとも記す］がある。ＫＮＮは、ペロブスカイト構造を有する材料であり、非鉛の材料としては比較的良好な圧電特性を示すため、非鉛圧電材料の有力な候補として期待されている。

ＫＮＮ焼結体は、ｘ＝０.５付近で優れた圧電特性を有する。また、Ｓｉ基板上に化学溶液堆積法（chemical solution deposition：ＣＳＤ法）でＫＮＮ膜を形成し、圧電定数ｄ_３３（ｄ_３１＝−ｄ_３３／２とみなせる）が４６ｐｍ／ＶのＫＮＮ薄膜が得られたとの報告がある（非特許文献１参照）。

特開２００５−２０３７２５号公報 Y.Nakashima, W.Sakamoto, H.Maiwa, T. Shimura, and T.Yogo, Jpn. J. Appl. Phys., 46(2007), L311

上記ＫＮＮの薄膜は、スパッタリング法、ＰＬＤ（レーザーアブレーション）法、ＣＳＤ法（上記非特許文献１）などの成膜方法でシリコン基板上への成膜が試されている。しかしながら、現状では、シリコン基板上のＫＮＮ薄膜は、圧電定数ｄ_３１の値がＰＺＴ薄膜と比較して小さいため、ジャイロセンサなど高感度のセンサへの応用は実現できていない。

本発明は、上記課題を解決し、ジャイロセンサなどに適用可能な性能を持つ、シリコン基板上にＫＮＮ薄膜を形成した圧電薄膜素子及びそれを用いたセンサ並びにアクチュエータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。

本発明の第１の態様は、シリコン基板上に、下部電極と、圧電薄膜と、上部電極とを有する圧電薄膜素子において、前記圧電薄膜が一般式（Ｋ_1-xＮａ_x）ＮｂＯ₃（０＜ｘ＜１）で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の薄膜で形成されると共に、前記圧電薄膜の（００１）面方位への配向率が８０％以上であり、かつ、Ｘ線回折パターン（２θ／θ）における前記圧電薄膜の（００１）面による回折ピークの２θの角度が２２.１°≦２θ≦２２.５°の範囲にあって、前記下部電極は、（１１１）面方位に高配向されたＰｔ薄膜からなり、前記Ｐｔ薄膜の直上に前記圧電薄膜が形成されていることを特徴とする圧電薄膜素子である。

本発明の第２の態様は、第１の態様の圧電薄膜素子において、前記圧電薄膜への印加電界３０ｋＶ／ｃｍでの圧電定数ｄ₃₁が｜ｄ₃₁｜≧８０ｐｍ／Ｖであることを特徴とする。
本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に記載の圧電薄膜素子を用いて構成され、前記下部電極と前記上部電極の間に、電圧検知手段が接続されたセンサであることを特徴とする。
また本発明の第４の態様は、第１または第２の態様に記載の圧電薄膜素子を用いて構成され、前記下部電極と前記上部電極の間に、電圧検知手段が接続されたアクチュエータであることを特徴とする。

本発明によれば、圧電定数ｄ₃₁の値を大幅に向上でき、ジャイロセンサなどに適用可能な性能を持つ、シリコン基板上にＫＮＮ薄膜を形成した圧電薄膜素子及びそれを用いたセンサ並びにアクチュエータが得られる。

本発明は、シリコン（Ｓｉ）基板上に形成されるＫＮＮ薄膜からなる圧電薄膜の（００１）面方位への配向率を８０％以上に、かつ、Ｘ線回折パターン（２θ／θスキャン）における（００１）面回折ピークの２θの角度を２２.１°≦２θ≦２２.５°の範囲にすることで、従来のシリコン基板上のＫＮＮ膜と比較して非常に優れた圧電特性を実現することを主旨とする。
本発明により、低価格で大量に流通しているシリコン基板上に鉛フリーのＫＮＮ薄膜材料を用いた圧電薄膜素子において、ジャイロセンサなどに応用可能な特性を持たせることが可能となった。即ち、ジャイロセンサへの応用において特に重要である比較的低い印加電界時（３０ｋＶ／ｃｍ）の圧電定数ｄ_３１が、｜ｄ_３１｜≧８０ｐｍ／Ｖという実用レベルの圧電特性が得られ、従来のＰＺＴ薄膜を用いたジャイロセンサと同レベルのセンサ感度が実現される。また、シリコン基板を用いているため、圧電薄膜素子用の半導体制御回路や、その他の半導体回路・素子などを容易に集積化できる。

図７は、Ｘ線回折パターン（以下、ＸＲＤと表記する場合もある）における入射Ｘ線、検出器、試料、走査軸の関係を示す概略図である。図７における３つの走査軸は、一般的に、θ軸が試料軸、α軸があおり軸、β軸が面内回転軸と呼ばれている。また、本発明におけるＸ線回折は、すべてＣｕＫαによるものとする。

圧電薄膜（ＫＮＮ薄膜）の結晶粒配向状態に関する評価は、ＸＲＤにおいて、入射Ｘ線に対して試料と検出器をθ軸で走査し、試料の走査軸をθ、検出器の走査角を２θで走査する２θ／θ測定によって、圧電薄膜（ＫＮＮ薄膜）の表面で、どの結晶面が優勢であるのかが評価できる。
本発明において圧電薄膜の格子定数の変化は、一般式Ｋ_１−ｘＮａ_ｘＮｂＯ_３（０＜ｘ＜１）であらわされるＫＮＮ薄膜での、混晶比ｘと相関関係にある。

以下に、本発明に係る圧電薄膜素子の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態の圧電薄膜素子の概略的な構造を示す断面図である。
この実施形態の圧電薄膜素子は、図１に示すように、Ｓｉ（単結晶）基板１上に、下部電極２と、ＫＮＮの圧電薄膜３と、上部電極４とが順次形成されている。
Ｓｉ基板１は、その表面が(１００)面の(１００)面Ｓｉ基板である。Ｓｉ基板１は、その表面に図示しない酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を形成して、下部電極２とＳｉ基板とを電気的に絶縁するようにしてもよい。
下部電極２は、ＫＮＮの圧電薄膜３を成膜させる重要な下地層となるので、電極材料にはＰｔ（白金）を用いるのが好ましい。本実施形態では、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いてＰｔ薄膜からなる下部電極２を形成した。Ｓｉ基板１上に形成したＰｔ膜は、自己配向性のために（１１１）面方位に配向しやすい。なお、Ｓｉ基板１（又はＳｉＯ₂膜）と下部電極２との間に、下部電極２の密着性を高めるために、Ｔｉ密着層を設けるのが好ましい。
上部電極４は、ＫＮＮの圧電薄膜３上に形成する電極であって、下部電極２のように圧電薄膜３の構造に大きな影響を与えるものではないので、電極材料は特に限定されないが、本実施形態では、下部電極２と同様に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法によりＰｔ薄膜の上部電極４を形成した。

ＫＮＮの圧電薄膜３は、一般式（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３（０＜ｘ＜１）で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の薄膜で形成される。ＫＮＮ圧電薄膜３の形成方法には、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＬＤ法、ゾルゲル法などが考えられるが、本実施形態では、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて形成した。
ＫＮＮ圧電薄膜３の（００１）面方位への配向率が８０％以上であり、かつ、Ｘ線回折パターン（２θ／θ）における圧電薄膜３の（００１）面による回折ピークの２θの角度が２２.１°≦２θ≦２２.５°の範囲にあるように作製する。また、ＫＮＮ圧電薄膜の（００１）面方位への配向率は、好ましくは８１％以上、より好ましくは８２％以上であると考える。

（００１）面方位の配向率が８０％以上のＫＮＮ圧電薄膜３は、例えば、ＫＮＮ圧電薄膜３の下地となるＰｔ薄膜の下部電極２を（１１１）面方位に高配向にすることで実現される。Ｐｔ薄膜を（１１１）面方位に高配向にするには、Ｐｔ薄膜の下のＴｉ密着層の厚さを薄くすること、Ｐｔ薄膜の成膜温度を高くすること、Ｐｔ薄膜のスパッタ成膜時のＯ_２分圧を小さくすることなどで実現される。
また、（００１）面方位の配向率が８０％以上のＫＮＮ圧電薄膜３は、Ｐｔ下部電極２とＫＮＮ圧電薄膜３との間に、配向制御層を挿入することによっても実現できる。配向制御層は、下部電極２上に形成するＫＮＮ圧電薄膜３の（００１）面方位への配向率を高めるための層であり、例えば、Ｐｔ（１１１）面上にＫＮＮよりも（００１）面方位に配向しやすい配向制御層を成膜しておけば、その上に成膜されるＫＮＮはより高い割合で（００１）面方位に配向されることになる。配向制御層としては、例えば、ＬａＮｉＯ_３薄膜、ＮａＮｂＯ_３薄膜、またはＫＮＮ圧電薄膜３の組成比ｘの値よりも大きな組成比を有するＮａリッチな（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３薄膜などが挙げられる。

ＫＮＮ圧電薄膜３の（００１）面の回折ピーク角度は、例えば、組成比ｘ＝Ｎａ／（Ｋ＋Ｎａ）、Ｓｉ基板１から受けるＫＮＮ圧電薄膜３の応力の大きさ、下地であるＰｔ下部電極２の状況（例えば、ＰｔとＳｉとの熱膨張係数の差に起因する応力の影響によって、Ｐｔ薄膜のin plane（面内方向：膜の表面に平行な方向）の格子定数が変わるなど）によって変化する。言い換えれば、ＫＮＮ圧電薄膜３のＮａ／（Ｋ＋Ｎａ）組成、成膜温度、Ｐｔ下部電極２の成膜条件などによって、ＫＮＮ圧電薄膜３の（００１）面の回折ピーク角度２θを制御することが可能となる。

次に、ＫＮＮ圧電薄膜３の（００１）面方位への配向率と、ＫＮＮ圧電薄膜３のＸ線回折パターンの（００１）面による回折ピークの２θ値の測定について説明する。
Ｘ線回折測定（２θ／θ測定）によるＸ線回折パターンの一例を図４、図５に示す。図４、図５は、それぞれ後述の比較例５（（００１）面回折ピークの２θ＝２２.０°）、実施例２（（００１）面回折ピークの２θ＝２２.２°）の場合のＸ線回折パターンである。なお、Ｘ線回折測定は、上部電極を成膜する前の、ＫＮＮ圧電薄膜が露出した状態の圧電薄膜素子に対して行う。
本明細書では、ＫＮｂＯ_３とＮａＮｂＯ_３のＪＣＰＤＳ-international Center for Diffraction Dataを基にして、基板上の薄膜ではＫＮＮは擬立方晶であることを考慮することで、Ｘ線回折パターンにおける２２.０１１°≦２θ≦２２.８９０°の範囲の回折ピークを、ＫＮＮ（００１）面による回折ピークであると考えている。
また、本明細書では、ＫＮＮ薄膜の（００１）面方位の配向率は、Ｘ線回折パターンの２０°≦２θ≦３８°の範囲におけるＫＮＮ結晶に起因する回折ピークに対して、｛ＫＮＮ（００１）面の回折ピーク強度／全てのＫＮＮ結晶に起因する回折ピーク強度の総和｝×１００（％）の計算式で算出した値と定義している。
ＫＮＮ薄膜の配向率を求めているので、Ｓｉ基板や下部電極に起因する回折ピークは除外している。また、２０°≦２θ≦３８°の範囲としたのは、ＫＮＮ（００２）面の回折ピークやＰｔ（１１１）面の回折ピークなどを明確に排除するためである。

また、図２に、圧電薄膜３の圧電定数ｄ_３１の測定方法を示す。
まず、図１のＳｉ基板１、下部電極２、ＫＮＮ圧電薄膜３、及び上部電極４から構成される圧電薄膜を短冊形に切り出して細長い圧電薄膜素子１０を作製した。次に、この圧電薄膜素子１０の長手方向の一端をクランプ２０で固定することで簡易的なユニモルフカンチレバーを構成した(図２（ａ））。この状態で上部電極４と下部電極２との間に電圧を印加し、ＫＮＮ圧電薄膜３を伸縮させることでカンチレバー（圧電薄膜素子１０）全体を屈曲動作させ、カンチレバーの先端（自由端）の上下方向（圧電薄膜３の膜厚方向）の変位量Δをレーザードップラ変位計２１で測定した（図２（ｂ））。
圧電定数ｄ_３１はカンチレバー先端の変位量Δ、カンチレバーの長さ、基板１と圧電薄膜３の厚さとヤング率、印加電界（＝印加電圧／膜厚）から算出される（ｄ_３１の算出に関する文献：I.Kanno, H.Kotera, and K.Wasa, Sens. Actuators A 107 (2003), 68,「Measurement of transverse piezoelectric properties of PZT thin films」参照）。

図２に示す圧電薄膜素子の下部電極２と上部電極４の間に、少なくとも電圧検知手段を接続することでセンサが得られる。このセンサの圧電薄膜素子が何らかの物理量の変化に伴って変形されると、その変形に伴って電圧が発生するので、この電圧を検知することで各種物理量を検知することができる。また、圧電薄膜素子の下部電極２と上部電極４の間に、少なくとも電圧印加手段を接続することでアクチュエータが得られる。このアクチュエータの圧電薄膜素子に電圧を印加して、圧電薄膜素子を変形することによって各種部材を動作させることができる。
センサとしては、例えば、ジャイロセンサ、超音波センサ、圧カセンサ、速度・加速度センサなどが挙げられる。また、アクチュエータは、例えば、インクジェットプリンタ、スキャナー、超音波発生装置などに用いることができる。

なお、上記実施形態のＫＮＮ圧電薄膜３には、Ｔａ、Ｌｉ、Ｓｂのいずれか、又はこれらの複数が添加されていてもよい。

以下に、本発明の実施例及び比較例を説明する。
図３に、実施例及び比較例の圧電薄膜素子の概略断面構造を示す。圧電薄膜素子は、Ｓｉ基板１１（その表面にはＳｉＯ_２膜１２が形成されている）上に、Ｔｉ密着層１３、Ｐｔ下部電極１４、（Ｋ_０.５Ｎａ_０.５）ＮｂＯ_３圧電薄膜１５、およびＰｔ上部電極１６を順次形成したものである。

次に、実施例１〜８及び比較例１〜１９の圧電薄膜素子の作製方法を述べる。
Ｓｉ基板１１には、熱酸化膜付きＳｉ基板（（１００）面方位、厚さ０.５ｍｍ、サイズ４インチ円形、表面に熱酸化によるＳｉＯ_２膜（膜厚０.５μｍ））を用いた。まず、Ｓｉ基板１１上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法で、Ｔｉ密着層（膜厚１〜１０ｎｍ）１３、Ｐｔ下部電極（（１１１）面単独配向、膜厚０.２μｍ）１４を形成した。Ｔｉ密着層１３とＰｔ下部電極１４は、基板温度２９０〜４１０℃、放電パワー２００Ｗ、導入ガスＡｒ／Ｏ_２雰囲気（Ａｒ／Ｏ_２＝９５／５〜１００／０）、圧力２.５Ｐａで、Ｔｉ密着層１３は成膜時間１〜１０分、Ｐｔ下部電極１４は成膜時間１０分の条件で成膜した。
続いて、Ｐｔ下部電極１４の上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法で（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３圧電薄膜１５（０．１≦ｘ≦０．９）を３μｍ形成した。（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３圧電薄膜１５は、（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３焼結体をターゲットに用い、基板温度５００〜６００℃、放電パワー１００Ｗ、導入ガスＡｒ雰囲気、圧力０.４Ｐａの条件で成膜した。成膜時間は４時間００分とした。
更に、（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３圧電薄膜１５の上にＰｔ上部電極（膜厚０.０２μｍ）１６をＲＦマグネトロンスパッタリング法で形成した。Ｐｔ上部電極１６は、基板加熱なし、放電パワー２００Ｗ、導入ガスＡｒ、圧力２.５Ｐａ、成膜時間１分の条件で成膜した。

上記実施例および比較例の圧電薄膜素子に対して、圧電定数ｄ_３１の測定を行った。測定方法は、上述した図２に示す方法を用いた。カンチレバーを構成する圧電薄膜素子には、長さ２０ｍｍ、幅２.５ｍｍの短冊形の圧電薄膜素子を作製した。ＫＮＮ圧電薄膜１５のヤング率には、１０４［ＧＰａ］を用いた。

また、ＫＮＮ圧電薄膜１５の配向状態及び混晶比ｘを調べるために、Ｐｔ上部電極１６を形成する前の、ＫＮＮ圧電薄膜１５が露出した状態の上記実施例および比較例の圧電薄膜素子に対して、Ｘ線回折測定（２θ／θ測定）を行った。図４に、比較例の一例として比較例５のＸ線回折パターンの測定結果を、図５に、実施例の一例として実施例２のＸ線回折パターンの測定結果を示す。図４と図５を比較すると、ＫＮＮ圧電薄膜１５の（００１）面方位の配向は、図５の実施例２の方が、図４の比較例１よりも大幅に向上していることが分かる。
ＫＮＮ圧電薄膜１５の（００１）面方位の配向率は、上述したように、Ｘ線回折測定（２θ／θ測定）での、２θ角度が２０°≦２θ≦３８°の範囲のＫＮＮ結晶に起因する回折パターンに対して、［ＫＮＮ（００１）面の回折ピーク強度］／［全てのＫＮＮ結晶に起因する回折ピーク強度の総和］×１００（％）の計算式で算出した。具体的には、「ＫＮＮ（００１）面の回折ピーク」は、２２.０１１°≦２θ≦２２.８９０°の範囲にある回折ピークとした。
「２０°≦２θ≦３８°の範囲にある全てのＫＮＮ結晶に起因する回折ピーク」には、「ＫＮＮ（００１）面の回折ピーク」と、「ＫＮＮ（１１０）面の回折ピーク」とを考慮した。

図６(１)、(２)、(３)に、上記製造条件で作製した実施例１〜８及び比較例１〜１９における、Ｐｔ（Ｐｔ下部電極１４）／Ｔｉ（Ｔｉ密着層１３）の成膜条件、ＫＮＮ（ＫＮＮ圧電薄膜１５）の成膜条件、ＫＮＮ（００１）面方位の配向率［％］、ＫＮＮ（００１）面の回折ピーク角度［°］、及び電界３０ｋＶ／ｃｍ印加時の圧電定数ｄ_３１[ｐｍ／Ｖ]（絶対値）を示す。
ＫＮＮ圧電薄膜１５の成膜温度が、図６(１)は５００℃の場合、図６(２)は５５０℃の場合、図６(３)は６００℃の場合の例であり、図６(１)、(２)、(３)には、それぞれ、Ｎａ／（Ｋ＋Ｎａ）組成を０.１〜０.９まで変えて成膜した例を挙げている。図６に示す通り、Ｎａ／（Ｋ＋Ｎａ）組成を大きくするにつれて、ＫＮＮ（００１）面の回折ピーク角度２θの値を大きくできることが分かる。
ＫＮＮ薄膜の成膜条件などによっても、ＫＮＮ薄膜の（１００）面配向率は変わるが、Ｐｔ／Ｔｉの成膜条件などによってもＫＮＮ薄膜の（１００）面配向率は変わる。これは、Ｐｔ／Ｔｉの成膜条件によりＰｔ薄膜を（１１１）面方位に高配向させ、ＫＮＮ薄膜の（００１）面方位の配向率を向上させることができるためである。
さらに本発明者らに拠れば、Ｔｉ密着層の厚さを薄く、Ｐｔ薄膜の成膜温度を高く、Ｐｔスパッタ成膜時の雰囲気のＯ_２分圧を小さくするという条件で成膜することにより、ＫＮＮ（００１）面方位の配向率を向上できることが分かった。

図６に示すように、ＫＮＮ（００１）面方位の配向率が８０％以上という条件と、ＫＮＮ（００１）面の回折ピーク角度２θが２２.１°≦２θ≦２２.５°の範囲にあるという条件との２条件を満足する実施例１〜８では、｜ｄ_３１｜が８１〜８８[ｐｍ／Ｖ]と高い値を示している。これに対して、上記２条件の一方のみ満足するか、或いは２条件とも満足しない比較例１〜１９では、｜ｄ_３１｜が５８[ｐｍ／Ｖ]以下である。このように、上記２条件を満たす実施例１〜８では、ｄ_３１の値が大幅に向上しており、圧電薄膜のジャイロセンサへの適用条件である｜ｄ_３１｜≧８０ｐｍ／Ｖが実現されている。

本発明の実施形態に係る圧電薄膜素子を示す模式断面図である。 圧電薄膜素子の圧電定数ｄ_３１の測定方法を説明する概略図である。 実施例及び比較例に係る圧電薄膜素子を示す模式断面図である。 比較例における圧電薄膜素子のＸ線回折パターンの測定結果の一例を示すグラフである。 実施例における圧電薄膜素子のＸ線回折パターンの測定結果の一例を示すグラフである。 実施例と比較例における、Ｐｔ／Ｔｉの成膜条件、ＫＮＮ薄膜の成膜条件、ＫＮＮ（００１）面方位の配向率、ＫＮＮ（００１）面の回折ピーク角度、および圧電特性を表形式で示す図である。 Ｘ線回折における入射Ｘ線、検出器、試料、走査軸の関係を示す概略図である。

符号の説明

１ Ｓｉ基板
２ 下部電極
３ ＫＮＮ圧電薄膜
４ 上部電極
１０ 圧電薄膜素子
１１ Ｓｉ基板
１２ ＳｉＯ_２膜
１３ Ｔｉ密着層
１４ Ｐｔ下部電極
１５ （Ｋ_０.５Ｎａ_０.５）ＮｂＯ_３圧電薄膜（ＫＮＮ圧電薄膜）
１６ Ｐｔ上部電極

Claims (4)

1. シリコン基板上に、下部電極と、圧電薄膜と、上部電極とを有する圧電薄膜素子において、
   前記圧電薄膜が一般式（Ｋ_1-xＮａ_x）ＮｂＯ₃（０＜ｘ＜１）で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の薄膜で形成されると共に、
   前記圧電薄膜の（００１）面方位への配向率が８０％以上であり、かつ、Ｘ線回折パターン（２θ／θ）における前記圧電薄膜の（００１）面による回折ピークの２θの角度が２２.１°≦２θ≦２２.５°の範囲にあって、
   前記下部電極は、（１１１）面方位に高配向されたＰｔ薄膜からなり、
   前記Ｐｔ薄膜の直上に前記圧電薄膜が形成されていることを特徴とする圧電薄膜素子。
2. 請求項１に記載の圧電薄膜素子において、前記圧電薄膜への印加電界３０ｋＶ／ｃｍでの圧電定数ｄ₃₁が｜ｄ₃₁｜≧８０ｐｍ／Ｖであることを特徴とする圧電薄膜素子。
3. 請求項１または２に記載の圧電薄膜素子を用いて構成され、前記下部電極と前記上部電極の間に、電圧検知手段が接続されたことを特徴とするセンサ。
4. 請求項１または２に記載の圧電薄膜素子を用いて構成され、前記下部電極と前記上部電極の間に、電圧印加手段が接続されたことを特徴とするアクチュエータ。

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