JP7406262B2 - 窒化物圧電体およびそれを用いたｍｅｍｓデバイス - Google Patents

Description

本発明は、マグネシウムと共に所定の元素を添加した窒化アルミニウムの圧電体およびそれを用いたＭＥＭＳデバイスに関するものである。

圧電現象を利用するデバイスは、幅広い分野において用いられており、小型化および省電力化が強く求められている携帯電話機などの携帯用機器において、その使用が拡大している。その一例として、薄膜バルク音響波共振子（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ；ＦＢＡＲ）を用いたＦＢＡＲフィルタがある。

ＦＢＡＲフィルタは、圧電応答性を示す薄膜の厚み縦振動モードを用いた共振子によるフィルタであり、ギガヘルツ帯域における共振が可能であるという特性を有する。このような特性を有するＦＢＡＲフィルタは、低損失であり、かつ広帯域で動作可能であることから、携帯用機器のさらなる高周波対応化、小型化および省電力化に寄与することが期待されている。

このようなＦＢＡＲに用いられる圧電体薄膜の圧電体材料としては、例えばスカンジウムを添加した窒化アルミニウム（特許文献１参照）や、安価なマグネシウムとニオブを添加した窒化アルミニウム（非特許文献１参照）等が挙げられる。特にスカンジウムを添加した窒化アルミニウムは、高い圧電定数を有し、次世代の高周波フィルタへの利用に期待されている。また、スカンジウムを添加した窒化アルミニウムは、圧力センサや加速度センサ、ジャイロセンサなどの物理センサ、アクチュエータ等の様々なＭＥＭＳデバイスへの利用に期待されている。

特開２００９－１０９２６号公報

Ｍ． Ｕｅｈａｒａ， Ｈ． Ｓｈｉｇｅｍｏｔｏ， Ｙ． Ｆｕｊｉｏ， ｔ． Ｎａｇａｓｅ， Ｙ． Ａｉｄａ， Ｋ． Ｕｍｅｄａ ａｎｄ Ｍ． Ａｋｉｙａｍａ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． １１１， １１２９０１（２０１７）

しかしながら、スカンジウム（Ｓｃ）は高価な希土類元素であり、スカンジウムを添加した窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成された圧電体は他の物質で構成された圧電体と比較して、製造コストが高額になってしまうという問題点があった。

また、本発明者は、窒化アルミニウムにＳｃ等の元素をドープさせると圧電定数等が向上し、ドープする元素の濃度が高くなればその圧電定数等も高くなる傾向があるのを発見した。しかし、窒化アルミニウムにドープできる単独元素の濃度の上限値は低く、そのままでは高い圧電定数等を有する圧電体を作製できないという問題点があった。

さらに、ＭＥＭＳデバイスに用いられる圧電体は、そのＭＥＭＳデバイスの目的に応じた性能指数で評価する必要がある。特に、圧電体をアクチュエータやセンサとして利用する際には、電圧を印加した時に生ずる歪の大きさを示すｄ_３３や圧力を加えた時に生ずる電圧を示すｇ_３３の圧電定数を評価する必要がある。さらには、電気的エネルギーと機械的エネルギーの変換効率を表すｋ^２も重要な性能指数となる。しかし、これらの性能指数に関し、非特許文献１に記載の窒化アルミニウムを含めて、スカンジウムを添加した窒化アルミニウムの値と同程度またはそれを超えるものがないという問題点があった。

また、圧電定数ｄ_３３の算出に当たっては、歪まないように拘束された圧電体に電界を印加した時に発生する応力ｅ_３３と、圧電体に応力を作用させた際に生じる歪の比例定数Ｃ_３３が必要となる。また、圧電出力定数ｇ_３３や電気機械結合定数ｋ^２の算出では上記の物性値に加え、圧電体の誘電率ε_３３も必要である。一般に、圧電体薄膜はウルツ鉱型結晶構造がｃ軸方向に配向しているため、ｃ軸成分の圧電性能指数が重要となる。

そこで、本発明は上述した事情に鑑み、何の元素も添加されていない窒化アルミニウムよりも高い性能指数（ｄ_３３、ｅ_３３、Ｃ_３３、ｇ_３３およびｋ^２の少なくとも何れか１つ）の値を有する窒化物圧電体およびそれを用いたＭＥＭＳデバイスを提供することを目的とする。

ここで、「高い性能指数」とは、性能指数の数値が大きいことを意味するのではなく、優れた性能指数であることを意味する。

本発明の発明者は、上述した問題点に関して鋭意研究を続けた結果、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）にマグネシウム（Ｍｇ）と共に所定の元素（置換元素Ｍ）を添加する（ドープさせる）と高い性能指数の値を有する窒化アルミニウムを製造できることを見出し、以下のような画期的な圧電体を発明した。

上記課題を解決するための本発明の第１の態様は、化学式Ａｌ_１-Ｘ-ＹＭｇ_ＸＭ_ＹＮで表され、Ｘ＋Ｙが１より小さく、かつＸは０より大きく１より小さく、Ｙは０より大きく１より小さい範囲にあることを特徴とする圧電体にある。ここで、Ｍは、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの何れか１つを示す。

かかる第１の態様では、添加（ドープ）した元素（マグネシウムと置換元素Ｍ）と同濃度のスカンジウムを添加した窒化アルミニウムよりも高い性能指数（ｄ_３３、ｅ_３３、Ｃ_３３、ｇ_３３およびｋ^２の少なくとも何れか１つ）の値を有する圧電体を提供することができる。

本発明の第２の態様は、Ｘ＋Ｙが０．６５以下で、かつＸは０より大きく０．６５より小さく、Ｙは０より大きく０．６５より小さい範囲にあることを特徴とする第１の態様に記載の圧電体にある。

かかる第２の態様では、添加した元素（マグネシウムと置換元素Ｍ）と同濃度のスカンジウムを添加した窒化アルミニウムよりも高い性能指数（ｄ_３３、ｅ_３３、Ｃ_３３、ｇ_３３およびｋ^２の少なくとも何れか１つ）の値を有する圧電体を提供することができる。

本発明の第３の態様は、Ｘ＋Ｙが０．３７５以下で、かつＸは０より大きく０．１８７５以下、Ｙは０より大きく０．１８７５以下の範囲にあることを特徴とする第１の態様に記載の圧電体にある。

かかる第３の態様では、添加した元素（マグネシウムと置換元素Ｍ）と同濃度のスカンジウムを添加した窒化アルミニウムよりも高い性能指数（ｄ_３３、ｅ_３３、Ｃ_３３、ｇ_３３およびｋ^２の少なくとも何れか１つ）の値を有する圧電体を提供することができる。

本発明の第４の態様は、Ｘ＋Ｙが０．１２５以下で、かつＸは０より大きく０．０６２５以下で、Ｙは０より大きく０．０６２５以下の範囲にあることを特徴とする第１の態様に記載の圧電体にある。

かかる第４の態様では、添加した元素（マグネシウムと置換元素Ｍ）と同濃度のスカンジウムを添加した窒化アルミニウムよりも高い性能指数（ｄ_３３、ｅ_３３、Ｃ_３３、ｇ_３３およびｋ^２の少なくとも何れか１つ）の値を有する圧電体を提供することができる。

本発明の第５の態様は、Ｍが、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの何れか１つであることを特徴とする第１～第４の態様の何れか１つに記載の圧電体にある。

かかる第５の態様では、添加した元素（マグネシウムと置換元素Ｍ）と同濃度のスカンジウムを添加した窒化アルミニウムよりも、より高い性能指数（ｄ_３３、ｅ_３３、Ｃ_３３、ｇ_３３およびｋ^２の少なくとも何れか１つ）の値を有する圧電体を提供することができる。

本発明の第６の態様は、Ｍが、ＣｒまたはＭｎであることを特徴とする第１～第４の態様の何れか１つに記載の圧電体にある。

かかる第６の態様では、添加した元素（マグネシウムと置換元素Ｍ）の濃度（モル％）と同じ濃度Ｘ（モル％）のスカンジウムを添加したＡｌ_１－ｘＳｃ_ｘＮと比較して、混合エンタルピーがより低く、さらに製造しやすい圧電体を提供することができる。また、元素（マグネシウムと置換元素Ｍ）を添加した窒化アルミニウムの方が、同濃度のスカンジウムを添加した窒化アルミニウムよりも混合エンタルピーが小さいので、スカンジウムよりも元素（マグネシウムと置換元素Ｍ）の固溶濃度を高めることができる。その結果、既存の圧電体よりもさらに高い性能指数の値を有する圧電体を提供することができる。

本発明の第７の態様は、第１～第６の態様の何れか１つに記載の圧電体を用いたＭＥＭＳデバイスにある。

ここで、「ＭＥＭＳデバイス」とは、微小電気機械システムであれば特に限定されず、例えば、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロセンサなどの物理センサやアクチュエータ、マイクロフォン、指紋認証センサ、振動発電機等が挙げられる。

かかる第７の態様では、これらの高い圧電定数ｄ_３３の値を有する圧電体は、低損失であり、かつ広帯域で動作可能である。したがって、これらの圧電体を用いることにより、携帯用機器のさらなる高周波対応化、小型化および省電力化に寄与することができるＭＥＭＳデバイスを提供することができる。

図１はＡｌ_{０．８７５}Ｍｇ_{０．０６２５}Ｃｒ_{０．０６２５}Ｎ、Ａｌ_{０．８７５}Ｓｃ_{０．１２５}ＮおよびＡｌ_{０．８７５}Ｃｒ_{０．１２５}Ｎの混合エンタルピーの値を示すグラフである。 図２は実施形態１に係るシミュレーションに用いたドープＡｌＮの計算モデルの一例を示す図である。 図３はノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと格子定数比ｃ／ａとの関係を示すグラフである。 図４はノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと圧電応力定数ｅ_３３との関係を示すグラフである。 図５はノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと弾性定数Ｃ_３３との関係を示すグラフである。 図６はノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと混合エンタルピーとの関係を示すグラフである。 図７はノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと電気機械結合係数ｋ^２との関係を示すグラフである。 図８はノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと圧電定数ｄ_３３との関係を示すグラフである。 図９はノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと圧電出力定数ｇ_３３との関係を示すグラフである。 図１０は濃度Ｘ（Ｓｃ），Ｘ＋Ｙ（Ｍｇ＋Ｃｒ）と圧電体の混合エンタルピーとの関係を示すグラフである。 図１１は濃度Ｘ（Ｓｃ），Ｘ＋Ｙ（Ｍｇ＋Ｃｒ）と圧電体の格子定数比ｃ／ａとの関係を示すグラフである。 図１２は濃度Ｘ＋Ｙ（Ｍｇ＋Ｃｒ）と圧電体の圧電応力定数ｅ_３３との関係を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る圧電体の実施形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
（実施形態１）

まず、発明者が、アルミニウム（Ａｌ）と窒素（Ｎ）のみからなる窒化アルミニウム（ノンドープＡｌＮ）に対して行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーションには、第１原理計算（ｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）と呼ばれる計算方法を採用しているＶＡＳＰ（Ｖｉｅｎｎａ Ａｂ ｉｎｉｔｉｏ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ）というソフトウェアを用いた。ここで、第１原理計算とは、フィッティングパラメータ等を使用しない電子状態計算方法の総称であり、単位格子あるいは分子等を構成する各原子の原子番号と座標だけで、電子状態を計算することができる手法である。

本実施形態のシミュレーションでは、２個のアルミニウム原子と２個の窒素原子とからなる単位格子を、ａ軸、ｂ軸、及びｃ軸方向にそれぞれ２倍した１６個のアルミニウム原子と１６個の窒素原子とからなるスーパーセルのウルツ鉱型結晶構造のノンドープＡｌＮをシミュレーションに用いた。そして、このウルツ鉱型結晶構造のＡｌＮに対して、原子座標、セル体積およびセル形状の全てを同時に動かして第１原理計算を行い、安定構造のノンドープＡｌＮの電子状態を計算した。

表１は、第１原理計算で求めた安定構造のＡｌＮの電子状態から算出したａ軸方向の格子定数、ｃ軸方向の格子定数およびａ軸方向の格子定数とｃ軸方向の格子定数との比（ｃ／ａ）の値（計算値）である。また、実際にスパッタ法を用いてノンドープＡｌＮ膜を成膜して、このＡｌＮ膜に対してＸ線回折法を用いて測定した実験値についても表１に示す。

この表に示すように、各計算値は、実験値とほぼ同じ数値となり、これらの相対誤差は１％以内に収まっている。この結果より、本実施形態におけるシミュレーションは、十分に信頼できることが分かった。

次に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に、マグネシウム（Ｍｇ）と共に置換元素Ｍ（Ｍは、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの何れか１つを示す。）をドープさせることによって、置換元素ＭだけをドープしたＡｌＮと比較して、より多くの元素（Ｍｇと置換元素Ｍ）をドープさせることができることを示す。

その一例として、図１に、Ｍｇと共に、置換元素ＭとしてＣｒをドープさせた窒化アルミニウム（Ａｌ_{０．８７５}Ｍｇ_{０．０６２５}Ｃｒ_{０．０６２５}Ｎ）の混合エンタルピーと、同濃度のＳｃのみをドープさせた窒化アルミニウム（Ａｌ_{０．８７５}Ｓｃ_{０．１２５}Ｎ）および同濃度のＣｒのみをドープさせた窒化アルミニウム（Ａｌ_{０．８７５}Ｃｒ_{０．１２５}Ｎ）の混合エンタルピーをそれぞれ示す。なお、各窒化アルミニウムの混合エンタルピー（ΔＨ_{ｍｉｘｉｎｇ}）は、ＶＡＳＰによって算出された各数値を下記の数１に代入することにより求めることができる。

この図から分かるように、Ｍｇと共にＣｒをドープさせたＡｌＮの混合エンタルピー（Ｍｉｘｉｎｇ Ｅｎｔｈａｌｐｙ）は、同濃度のＳｃのみをドープさせたＡｌＮやＣｒのみをドープさせたＡｌＮの混合エンタルピーよりも低いことが分かる。すなわち、ＣｒをＡｌＮに固溶させるよりも、同濃度の元素（Ｍｇ＋Ｃｒ）をＡｌＮに固溶させる方が熱力学的に有利であることが分かる。このことから、スカンジウムよりも元素（ＭｇとＣｒ）を多く（高い濃度で）ＡｌＮにドープできることが分かった。

なお、本実施形態では、Ｍｇと共にＣｒをドープさせた窒化アルミニウム（Ａｌ_{０．８７５}Ｍｇ_{０．０６２５}Ｃｒ_{０．０６２５}Ｎ）の混合エンタルピーを例に挙げて説明したが、Ｍｇと共にＣｒ以外の置換元素Ｍ（Ｒｅを除く）をドープさせた窒化アルミニウムの混合エンタルピーも同様に低くなる。したがって、スカンジウムよりも元素（Ｍｇ＋置換元素Ｍ（Ｒｅを除く））を多く（高い濃度で）ＡｌＮにドープさせることができる。

次に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に、マグネシウム（Ｍｇ）と共に置換元素ＭをドープさせたドープＡｌＮに対して行ったシミュレーションについて説明する。図２は、本実施形態に係るシミュレーションに用いた、マグネシウムと置換元素ＭとをドープさせたドープＡｌＮの結晶構造の一例を示す図である。

この図に示すように、このドープＡｌＮの結晶構造は、１６個のＡｌ原子と１６個のＮ原子とからなる単位格子のうち、１個のＡｌ原子をＭｇ原子に置き換え、かつ１個のＡｌ原子を置換元素Ｍ原子に置き換えたウルツ鉱型結晶構造となっている。ここで、Ａｌ原子数と、Ｍｇ原子数および置換元素Ｍ原子数との総数を１としたときの、Ｍｇ原子の個数をＸとし、置換元素Ｍ原子の個数をＹとする。すると、このシミュレーションに用いたドープＡｌＮのＭｇ原子の濃度Ｘおよび置換元素Ｍの濃度Ｙはいずれも０．０６２５となる。なお、これらのドープＡｌＮは、上述した非特許文献１に記載された製造方法で実際に作製することができる。

本実施形態では、置換元素Ｍとして、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）を用いた。

これらのドープＡｌＮやＳｃのみをドープさせたＡｌＮについても、ノンドープＡｌＮの場合と同様に、第１原理計算により安定構造の電子状態を計算することができる。そして、この電子状態からａ軸方向の格子定数、ｃ軸方向の格子定数および格子定数比ｃ／ａの値を算出することができる。

そして、安定構造のノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープさせたＡｌＮおよびドープＡｌＮの結晶格子のそれぞれに微小な歪みを強制的に加える。すると、その際の全エネルギーの微小変化から、ノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープさせたＡｌＮおよびドープＡｌＮの圧電応力定数ｅ_３３、弾性定数Ｃ_３３および誘電率ε_３３をそれぞれ計算することができる。すなわち、第１原理計算を用いて、ノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよびドープＡｌＮの圧電応力定数ｅ_３３、弾性定数Ｃ_３３および誘電率ε_３３をそれぞれ計算することができる。

表２に、得られたノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮの格子定数ｃ、格子定数ａ、格子定数比ｃ／ａ、圧電応力定数ｅ_３３、弾性定数Ｃ_３３および誘電率ε_３３を示す。ここで、圧電応力定数ｅ_３３は、大きい数値であればあるほど高い性能指数であることを示す。一方、弾性定数Ｃ_３３は、小さい数値であればあるほど高い性能指数であることを示す。

また、ノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと格子定数比ｃ／ａとの関係を示すグラフを図３に、ノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと圧電応力定数ｅ_３３との関係を示すグラフを図４に、ノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと弾性定数Ｃ_３３との関係を示すグラフを図５にそれぞれ示す。

一方、ｃ軸方向の圧電応力定数ｅ_３３、弾性定数Ｃ_３３および誘電率ε_３３と、電気機械結合係数ｋ^２との間には、下記の数２の関係式が成り立つ。また、圧電定数ｄ_３３と、圧電応力定数ｅ_３３および弾性定数Ｃ_３３との間には、下記の数３の関係式がそれぞれ成立する。そこで、これらの関係式に、上記で算出されたノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよびドープＡｌＮの圧電定数ｅ_３３、弾性定数Ｃ_３３および誘電率ε_３３等をそれぞれ代入することによって、ノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよびドープＡｌＮの電気機械結合係数ｋ^２、圧電定数ｄ_３３および圧電出力定数ｇ_３３をそれぞれ算出することができる。なお、弾性定数Ｃ_１１、Ｃ_１２、Ｃ_１３や圧電応力定数ｅ_３１は、圧電応力定数ｅ_３３、弾性定数Ｃ_３３と同様にして算出することができる。

次に、得られたノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮの混合エンタルピー、電気機械結合係数ｋ^２、圧電定数ｄ_３３および圧電出力定数ｇ_３３を表３に示す。ここで、電気機械結合係数ｋ^２、圧電定数ｄ_３３および圧電出力定数ｇ_３３は、大きい数値であればあるほど、高い性能指数であることを示す。

また、ノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと混合エンタルピーとの関係を示すグラフを図６に、ノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと電気機械結合係数ｋ^２との関係を示すグラフを図７に、ノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと圧電定数ｄ_３３との関係を示すグラフを図８に、ノンドープＡｌＮ、ＳｃのみをドープしたＡｌＮおよび各ドープＡｌＮと圧電出力定数ｇ_３３との関係を示すグラフを図９にそれぞれ示す。

また、上述した方法と同様の方法を用いて、表３に記載のものとは異なるドープＡｌＮの圧電定数ｄ_３３、圧電応力定数ｅ_３３および弾性定数Ｃ_３３を算出した。その結果を表４に示す。

これらから、Ｍｇと共に、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕの何れか１つをドープしたＡｌＮは、何の原子もドープされていないＡｌＮよりも高い性能指数（ｄ_３３、ｅ_３３、Ｃ_３３、ｇ_３３およびｋ^２の少なくとも何れか１つ）の値を有することが分かった。

加えて、これらの高い性能指数を有する圧電体は、低損失であり、かつ広帯域で動作可能である。したがって、これらの圧電体を用いることにより、携帯用機器のさらなる高周波対応化、小型化および省電力化に寄与することができるＭＥＭＳデバイスを提供することができる。

なお、本実施形態では、化学式Ａｌ_１-Ｘ-ＹＭｇ_ＸＭ_ＹＮで表された圧電体のうち、Ｘ＝０．０６２５、Ｙ＝０．０６２５のものを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、Ｘ＋Ｙが１より小さく、かつＸは０より大きく１より小さく、Ｙは０より大きく１より小さい範囲あればよい。

そして、これらの変数Ｘ、Ｙは、Ｘ＋Ｙが０．６５以下で、かつＸは０より大きく０．６５より小さく、Ｙは０より大きく０．６５より小さい範囲にあることが好ましい。この範囲であれば圧電体を確実に製造することができる。例えば、図１０に示すように、置換元素ＭとしてＣｒをドープさせた圧電体の場合（ＭｇとＣｒは同濃度（モル％）で添加されている）には、濃度Ｘ＋Ｙが大きくなるにつれて混合エンタルピーが小さくなる。一方、Ｓｃをドープさせた圧電体の場合には、濃度Ｘが大きくなるにつれて混合エンタルピーは大きくなる。したがって、同濃度のＳｃをドープさせた圧電体よりも、Ｍｇと共にＣｒをドープさせた圧電体の方が製造しやすいことが分かる。

次に、図１１に、濃度Ｘ＋Ｙ（ＭｇとＣｒは同濃度（モル％）で添加されている）と圧電体の格子定数比ｃ／ａとの関係を示す。この図から分かるように、Ｍｇと共にＣｒをドープさせた圧電体は、Ｓｃをドープさせた圧電体と同様に、Ｘ＋Ｙ（Ｓｃの場合はＸ）が大きくなるにつれて格子定数比ｃ／ａが低下することが分かる。

さらに、図１２に、濃度Ｘ＋Ｙ（ＭｇとＣｒは同濃度（モル％）で添加されている）と圧電体の圧電応力定数ｅ_３３との関係を示す。この図から分かるように、Ｍｇと共にＣｒをドープさせた圧電体は、Ｘ＋Ｙが大きくなるにつれて圧電応力定数ｅ_３３が高くなることが分かる。

また、これらの変数Ｘ、Ｙは、Ｘ＋Ｙが０．３７５以下で、かつＸは０より大きく０．１８７５以下、Ｙは０より大きく０．１８７５以下の範囲にあることがより好ましい。

さらに、これらの変数Ｘ、Ｙは、Ｘ＋Ｙが０．１２５以下で、かつＸは０より大きく０．０６２５以下、Ｙは０より大きく０．０６２５以下の範囲にあることが特に好ましい。

Claims (8)

1. 化学式Ａｌ_１-Ｘ-ＹＭｇ_ＸＭ_ＹＮで表され、Ｘ＋Ｙが１より小さく、かつＸは０より大きく１より小さく、Ｙは０より大きく１より小さい範囲にあることを特徴とする窒化物材料。
   （Ｍは、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの何れか１つを示す。）
2. Ｘ＋Ｙが０．６５以下で、かつＸは０より大きく０．６５より小さく、Ｙは０より大きく０．６５より小さい範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の窒化物材料。
3. Ｘ＋Ｙが０．３７５以下で、かつＸは０より大きく０．１８７５以下、Ｙは０より大きく０．１８７５以下の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の窒化物材料。
4. Ｘ＋Ｙが０．１２５以下で、かつＸは０より大きく０．０６２５以下、Ｙは０より大きく０．０６２５以下の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の窒化物材料。
5. Ｍが、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの何れか１つであることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の窒化物材料。
6. Ｍが、ＣｒまたはＭｎであることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の窒化物材料。
7. 請求項１～６の何れか１項に記載の窒化物材料からなる圧電体。
8. 請求項７に記載の圧電体を用いたＭＥＭＳデバイス。