WO2017111090A1 - 圧電薄膜、圧電薄膜素子、圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置 - Google Patents

Abstract

ｄ_３１及びｇ_３１が大きい圧電薄膜が提供される。圧電薄膜３は、単結晶基板１に重なる。圧電薄膜３は、下記化学式１で表される結晶質の酸化物を含む。（１００）、（００１）、（１１０）、（１０１）及び（１１１）からなる群より選ばれる酸化物の面方位の一つが、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて優先的に配向している。 （Ｂｉ_ｘＫ_ｙ）ＴｉＯ_３　（１） ［上記化学式１中、０．３０≦ｘ≦０．６０，　０．３０≦ｙ≦０．６０，　０．６０≦ｘ＋ｙ≦１．１０。］

Description

圧電薄膜、圧電薄膜素子、圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置

　本発明は、圧電薄膜、圧電薄膜素子、圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置に関する。

　圧電材料は、種々の目的に応じて様々な圧電薄膜素子に加工される。例えば、圧電アクチュエータは、圧電薄膜に電圧を加えて圧電薄膜を変形させる逆圧電効果により、電圧を力に変換する。また圧電センサは、圧電薄膜に圧力を加えて圧電薄膜を変形させる圧電効果により、力を電圧に変換する。これらの圧電薄膜素子は、様々な電子機器に搭載される。

　従来、圧電材料として、ペロブスカイト型強誘電体であるジルコン酸チタン酸鉛（いわゆるＰＺＴ）が多用されてきた。しかしながら、ＰＺＴは、人体や環境を害する鉛を含むため、ＰＺＴの代替として、無鉛（Ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ）の圧電材料の開発が期待されている。例えば、非特許文献１には、無鉛の圧電材料の一例として、ＢａＴｉＯ_３系材料が記載されている。ＢａＴｉＯ_３系材料は、無鉛の圧電材料の中でも比較例良好な圧電特性を有し、圧電薄膜素子への応用が特に期待されている。

Ｈｉｇｈ－Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｌｅａｄ－Ｆｒｅｅ　Ｂａｒｉｕｍ　Ｔｉｔａｎａｔｅ　Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ，　Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｖｏｌ．　５４，　ｐｐ．　７－１２，　Ｓｅｐ．　２００８

　しかしながら、ＢａＴｉＯ_３系材料の比誘電率εｒは高い。したがって、ＢａＴｉＯ_３系材料の圧電定数ｄ_３１がＰＺＴに匹敵していたとしても、ｄ_３１をεｒで除することで得られるＢａＴｉＯ_３系材料の圧電定数ｇ_３１は小さくなってしまう。大きいｄ_３１は、例えば、圧電アクチュエータに必要とされ、大きいｇ_３１は、例えば、圧電センサに必要とされるが、圧電薄膜素子の多様な用途のためには、ｇ_３１及びｄ_３１の両方が大きい圧電薄膜が求められる。

　本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、ｄ_３１及びｇ_３１が大きい圧電薄膜、圧電薄膜素子、並びに、圧電薄膜素子を用いた圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置を提供することを目的とする。

　本発明の一側面に係る圧電薄膜は、単結晶基板に重なる圧電薄膜であって、圧電薄膜が、下記化学式１で表される結晶質の酸化物を含み、（１００）、（００１）、（１１０）、（１０１）及び（１１１）からなる群より選ばれる酸化物の面方位の一つが、単結晶基板の法線方向において優先的に配向している。酸化物の面方位とは、下記化学式１で表される酸化物の結晶面の方位と言い換えてよい。
（Ｂｉ_ｘＫ_ｙ）ＴｉＯ_３　　　（１）
［上記化学式１中、０．３０≦ｘ≦０．６０，　０．３０≦ｙ≦０．６０，　０．６０≦ｘ＋ｙ≦１．１０。］

　本発明の一側面に係る圧電薄膜素子は、単結晶基板と、単結晶基板に重なる圧電薄膜と、を備え、圧電薄膜が、下記化学式１で表される結晶質の酸化物を含み、（１００）、（００１）、（１１０）、（１０１）及び（１１１）からなる群より選ばれる酸化物の面方位の一つが、単結晶基板の法線方向において優先的に配向している。
（Ｂｉ_ｘＫ_ｙ）ＴｉＯ_３　　　（１）
［上記化学式１中、０．３０≦ｘ≦０．６０，　０．３０≦ｙ≦０．６０，　０．６０≦ｘ＋ｙ≦１．１０。］

　法線方向において優先的に配向している面方位は、（００１）であってよい。

　本発明の一側面に係る圧電アクチュエータは、上記圧電薄膜素子を備える。

　本発明の一側面に係る圧電センサは、上記圧電薄膜素子を備える。

　本発明の一側面に係るヘッドアセンブリは、上記圧電アクチュエータを備える。

　本発明の一側面に係るヘッドスタックアセンブリは、上記ヘッドアセンブリを備える。

　本発明の一側面に係るハードディスクドライブは、上記ヘッドスタックアセンブリを備える。

　本発明の一側面に係るプリンタヘッドは、上記圧電アクチュエータを備える。

　本発明の一側面に係るインクジェットプリンタ装置は、上記プリンタヘッドを備える。

　本発明によれば、ｄ_３１及びｇ_３１が大きい圧電薄膜、圧電薄膜素子、並びに、圧電薄膜素子を用いた圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置が提供される。

図１中の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る圧電薄膜素子の模式図であり、図１中の（ｂ）は、図１中の（ａ）に示す圧電薄膜素子の斜視分解図である（図１中の（ｂ）では、第一電極層及び第二電極層を省略する。）。 本発明の一実施形態に係るヘッドアセンブリの模式図である。 本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータの模式図である。 本発明の一実施形態に係るジャイロセンサの模式図（平面図）である。 図４に示すジャイロセンサのＡ－Ａ線に沿った矢視断面図である。 本発明の一実施形態に係る圧力センサの模式図である。 本発明の一実施形態に係る脈波センサの模式図である。 本発明の一実施形態に係るハードディスクドライブの模式図である。 本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタ装置の模式図である。 本発明の実施例６の圧電薄膜のＸ線回折パターンである。 本発明の実施例及び比較例其々の圧電薄膜におけるＢｉのモル比ｘ及びＫのモル比ｙのプロットである。

　以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素については同一の符号を付す。図１に示すＸ，Ｙ及びＺは、互いに直交する３つの座標軸を意味する。また、説明が重複する場合にはその説明を省略する。本発明は下記実施形態に限定されない。

（圧電薄膜、及び圧電薄膜素子）
　図１に示すように、本実施形態に係る圧電薄膜素子１００は、単結晶基板１と、単結晶基板１に重なる第一電極層２（下部電極層）と、第一電極層２を介して単結晶基板１に重なる圧電薄膜３と、圧電薄膜３に重なる第二電極層４（上部電極層）と、を備える。すなわち、圧電薄膜素子１００では、一対の電極層の間に圧電薄膜３が挟まれている。圧電薄膜素子１００の変形例は、第二電極層４を備えなくてよい。例えば、第二電極層を備えない圧電薄膜素子が、製品として、電子機器の製造業者に供給された後、電子機器の組立て・製造の過程において、第二電極層が圧電薄膜素子に付加されてよい。

　単結晶基板１は、例えば、Ｓｉの単結晶からなる基板、又はＧａＡｓ等の化合物半導体の単結晶からなる基板であってよい。単結晶基板１は、ＭｇＯ又はペロブスカイト型酸化物（例えばＳｒＴｉＯ_３）等の酸化物の単結晶からなる基板であってもよい。単結晶基板１の厚さは、例えば、１０～１０００μｍであってよい。単結晶基板１が導電性を有する場合、単結晶基板１が電極として機能するので、第一電極層２はなくてもよい。つまり、単結晶基板１が導電性を有する場合、圧電薄膜３が単結晶基板１に直接重なっていてもよい。導電性を有する単結晶基板１は、例えば、Ｎｂ（ニオブ）がドープされたＳｒＴｉＯ_３の単結晶であってよい。単結晶基板１がＳｉの単結晶である場合、第一電極層２の密着性を向上させるために、単結晶基板１の表面にＴｉ又はＣｒ等からなる密着層を形成してもよい。

　単結晶基板１の結晶構造のいずれかの面方位は、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎと等しくてよい。つまり、単結晶基板１の結晶構造のいずれかの結晶面が、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎを向いていてよい。単結晶基板１は一軸配向基板であってよい。例えば、（１００）、（００１）、（１１０）、（１０１）、及び（１１１）からなる群より選ばれる単結晶基板１の結晶構造の面方位の一つが、単結晶基板の法線方向Ｄ_Ｎと等しくてよい。

　第一電極層２は、例えば、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ａｕ（金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、及びＮｉ（ニッケル）からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属からなっていてよい。第一電極層２は、例えば、ＳｒＲｕＯ_３又はＬａＮｉＯ_３等の導電性金属酸化物からなっていてよい。第一電極層２は、結晶質であってよい。第一電極層２の結晶構造の面方位のいずれか一つが、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向していてよい。単結晶基板１の面方位と、第一電極層２の結晶構造の面方位と、の両方が、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向してよい。法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向する第一電極層２の結晶構造の面方位が、法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向する単結晶基板１の面方位と同じであってよい。第一電極層２の厚さは、例えば、１ｎｍ～１．０μｍであってよい。第一電極層２の形成方法は、スパッタリング法、真空蒸着法、印刷法、スピンコート法、又はゾルゲル法であってよい。印刷法、スピンコート法、又はゾルゲル法では、第一電極層２の結晶性を高めるために、第一電極層２の加熱を行ってもよい。

　圧電薄膜３は、主成分として、下記化学式１で表される結晶質の酸化物を含む。なお、主成分とは、圧電薄膜３を構成する全成分に対する割合が９９％モル以上である成分を意味する。以下では、下記化学式１で表される酸化物を、「酸化物ＢＫＴ」と記す。圧電薄膜３は、結晶質の酸化物ＢＫＴのみからなっていてもよい。結晶質の酸化物ＢＫＴは、ペロブスカイト構造を有する。結晶質の酸化物ＢＫＴは、常温において正方晶であってよい。
（Ｂｉ_ｘＫ_ｙ）ＴｉＯ_３　　　（１）
［上記化学式１中、０．３０≦ｘ≦０．６０，　０．３０≦ｙ≦０．６０，　０．６０≦ｘ＋ｙ≦１．１０。］

　（１００）、（００１）、（１１０）、（１０１）及び（１１１）からなる群より選ばれる結晶質の酸化物ＢＫＴの面方位の一つが、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて優先的に配向している。結晶質の酸化物ＢＫＴの面方位の優先配向により、圧電薄膜３のｄ_３１及びｇ_３１が大きくなる。酸化物ＢＫＴ又は圧電薄膜３全体は、単結晶であってよい。酸化物ＢＫＴ又は圧電薄膜３全体は、多結晶であってもよい。

　酸化物ＢＫＴの面方位の優先配向の有無は、酸化物ＢＫＴの面方位の配向度によって決定される。配向度は、Ｆ（ＨＫＬ）と表記される。配向度Ｆ（ＨＫＬ）とは、酸化物ＢＫＴの面方位（ＨＫＬ）の配向度と言い換えてよい。配向度Ｆ（ＨＫＬ）とは、酸化物ＢＫＴの（ＨＫＬ）面の配向度と言い換えてもよい。面方位（ＨＫＬ）は、（１００）、（００１）、（１１０）、（１０１）及び（１１１）からなる群より選ばれるいずれかの面方位を意味する。配向度Ｆ（ＨＫＬ）は、ロットゲーリング法によって規定される値である。配向度Ｆ（ＨＫＬ）の単位は［％］である。配向度Ｆ（ＨＫＬ）は、下記式Ａによって定義される。
Ｆ（ＨＫＬ）＝｛（ρ－ρ_０）／（１－ρ_０）｝×１００　　　（Ａ）
ρ＝ΣＩ_{（ＨＫＬ）}／ΣＩ_{（ｈｋｌ）}
ρ_０＝ΣＩ_{０（ＨＫＬ）}／ΣＩ_{０（ｈｋｌ）}
　ΣＩ（ｈｋｌ）は、結晶質の酸化物ＢＫＴの全ての結晶面（ｈｋｌ）のＸ線回折強度（測定値）の総和である。
　ΣＩ（ＨＫＬ）は、結晶質の酸化物ＢＫＴにおいて結晶学的に等価である特定の結晶面（ＨＫＬ）のＸ線回折強度（測定値）の総和である。例えば、等価である結晶面は、各（Ｍ００）面である。ここで、Ｍは１以上の整数である。
　ΣＩ_０（ｈｋｌ）は、配向性が無い（Ｂｉ_０．５Ｋ_０．５）ＴｉＯ_３の全ての結晶面（ｈｋｌ）のＸ線回折強度（測定値）の総和である。
　ΣＩ_０（ＨＫＬ）は、配向性が無い（Ｂｉ_０．５Ｋ_０．５）ＴｉＯ_３において結晶学的に等価である特定の結晶面（ＨＫＬ）のＸ線回折強度の総和である。結晶質の酸化物ＢＫＴの各面方位の配向度のうち、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎに一致する面方位の配向度が８０％以上１００％以下である場合、その面方位（ＨＫＬ）は、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて優先的に配向している。特に、配向度Ｆ（ＨＫＬ）が１００％である場合、面方位（ＨＫＬ）は、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて完全に配向している。配向度Ｆ（ＨＫＬ）が０．０％である場合、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおける酸化物ＢＫＴの面方位（ＨＫＬ）の配向性は無い。単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて、酸化物ＢＫＴの面方位（ＨＫＬ）の配向度Ｆ（ＨＫＬ）は、８０～９８％であってよい。
　配向度Ｆ（ＨＫＬ）の計算のために圧電薄膜素子１００のＸ線回折パターンを測定するとき、圧電薄膜素子１００の温度は、酸化物ＢＫＴのキュリー点未満（例えば室温）であればよい。

　図１の（ｂ）に記載のＤ（ＨＫＬ）は、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて優先的に配向している酸化物ＢＫＴの（ＨＫＬ）面の方位である。図１の（ｂ）に示すように、面方位Ｄ（ＨＫＬ）は、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎと平行であってよい_。面方位Ｄ（ＨＫＬ）は、法線方向Ｄ_Ｎと同じであってよい。法線方向Ｄ_Ｎにおいて優先的に配向している面方位Ｄ（ＨＫＬ）は、（００１）であることが好ましい。酸化物ＢＫＴは室温で正方晶構造を有し、酸化物ＢＫＴの自発分極方向の面方位は（００１）である。この自発分極方向の面方位が単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて優先的に配向している場合、圧電ｄ定数（ｄ_３１）が大きくなり易く、かつ比誘電率εｒも小さくなり易く、ｄ_３１をεｒで除した圧電ｇ定数（ｇ_３１）も大きくなり易い。法線方向Ｄ_Ｎにおいて優先的に配向している面方位Ｄ（ＨＫＬ）が（００１）であるとき、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向する単結晶基板１の結晶面の方位は（００１）であってよい。

　単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎが単結晶基板１の面方位（００１）と同じであるとき、酸化物ＢＫＴの面方位Ｄ（ＨＫＬ）は、（１００）又は（００１）であってよい。単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎが単結晶基板１の面方位（１１０）と同じであるとき、酸化物ＢＫＴの面方位Ｄ（ＨＫＬ）は（１１０）又は（１０１）であってよい。単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎが単結晶基板１の面方位（１１１）と同じであるとき、酸化物ＢＫＴの面方位Ｄ（ＨＫＬ）は（１１１）であってよい。

　上記化学式１に記載の通り、酸化物ＢＫＴにおけるＢｉ（ビスマス）のモル比ｘは０．３０～０．６０であり、酸化物ＢＫＴにおけるＫ（カリウム）のモル比ｙは０．３０～０．６０であり、（ｘ＋ｙ）は０．６０～１．１０である。ｘ、ｙ及び（ｘ＋ｙ）の少なくともいずれかが上記範囲を外れる場合、圧電薄膜３の形成過程において、酸化物ＢＫＴ以外の異相（例えば、Ｂｉ層状化合物、又はＴｉ系化合物）が生成してしまう。その結果、酸化物ＢＫＴの面方位の配向度が低下して、圧電薄膜の圧電特性が急激に劣化する。ｘは０．５０～０．６０であってよく、且つｙは０．５０～０．６０であってよい。ｘが０．５０～０．６０であり、且つｙが０．５０～０．６０である場合、酸化物ＢＫＴの面方位の配向度が高くなり易く、ｄ_３１が大きくなり易く、εｒが小さくなり易く、ｇ_３１が大きくなり易い。ｘは０．４５～０．５５であってもよく、且つｙは０．４５～０．５５であってもよい。

　圧電薄膜３の厚みは、例えば、１０ｎｍ～１０μｍ程度であってよい。圧電薄膜３の面積は、例えば、１μｍ^２～５００ｍｍ^２であってよい。単結晶基板１、第一電極層２、第二電極層４其々の面積は、圧電薄膜３の面積と同じであってよい。

　従来のＢａＴｉＯ_３系材料のキュリー点は低い。したがって、圧電薄膜素子を用いた電子機器の製造過程（例えば、はんだリフロー工程）において圧電薄膜が加熱されると、圧電薄膜を構成するＢａＴｉＯ_３系材料の相転移が起き易く、機械的強度や圧電特性が損なわれ易い。一方、酸化物ＢＫＴのキュリー点は、従来のＢａＴｉＯ_３系材料に比べて高い。したがって、本実施形態に係る圧電薄膜素子１００を用いた電子機器の製造過程では、圧電薄膜３が加熱されたとしても、酸化物ＢＫＴの相転移が起き難く、機械的強度や圧電特性が損なわれ難い。酸化物ＢＫＴのキュリー点は、例えば、２５０～４００℃程度であってよい。

　圧電薄膜３は、例えば、以下の方法により形成されてよい。

　圧電薄膜３の形成には、ＢＫＴターゲットを用いる。ＢＫＴターゲットとは、上記酸化物ＢＫＴからなるターゲットである。ＢＫＴターゲットの作製方法は、次の通りである。

　出発原料として、例えば、酸化ビスマス、炭酸カリウム、酸化チタンの原料粉末を用意する。これらの出発原料を１００℃以上で十分に乾燥した後、Ｂｉのモル数、Ｋのモル数及びＴｉのモル数が、成膜後の組成分析において上記化学式１で規定された範囲内になるように、各出発原料を秤量する。出発原料として、上記の酸化物に代えて、炭酸塩又はシュウ酸塩等のように、焼成により酸化物となる物質を用いてもよい。

　秤量した出発原料を、例えば、ボールミル等を用いて、有機溶媒又は水の中で、５～２０時間十分に混合する。混合後の出発原料を、十分乾燥した後、プレス機で成形する。成形された出発原料を、７５０～９００℃で１～３時間程度仮焼する。続いて、この仮焼物を、ボールミル等を用いて、有機溶媒又は水の中で、５～３０時間粉砕する。粉砕された仮焼物を、再び乾燥し、バインダー溶液を加えて造粒して、仮焼物の粉を得る。この粉をプレス成形して、ブロック状の成形体を得る。

　ブロック状の成形体を、４００～８００℃で、２～４時間程度加熱して、バインダーを揮発させる。続いて、成形体を、８００～１１００℃で、２時間～４時間程度焼成する。この本焼成時の成形体の昇温速度及び降温速度は、例えば５０～３００℃／時間程度に調整すればよい。

　以上の工程により、ＢＫＴターゲットが得られる。ＢＫＴターゲットに含まれる酸化物ＢＫＴの結晶粒の平均粒径は、例えば、１～２０μｍ程度であってよい。

　上記ＢＫＴターゲットを用いた気相成長法によって、圧電薄膜３を形成すればよい。気相成長法では、真空雰囲気下において、ＢＫＴターゲットを構成する元素を蒸発させる。蒸発した元素を、平滑な第一電極層２の表面又は単結晶基板１の表面に付着・堆積させることにより、圧電薄膜３を成長させる。気相成長法は、例えば、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、化学蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、又はパルスレーザー堆積（Ｐｕｌｓｅｄ－ｌａｓｅｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法であればよい。以下では、パルスレーザー堆積法を、ＰＬＤ法と記す。これらの気相成長法を用いることによって、原子レベルでの緻密な膜形成が可能となり、偏析などが生じ難くなる。気相成長法の種類に依って、励起源が異なる。スパッタリング法の励起源は、Ａｒプラズマである。電子ビーム蒸着法の励起源は、電子ビームである。ＰＬＤ法の励起源は、レーザー光（例えば、エキシマレーザー）である。これらの励起源がＢＫＴターゲットに照射されると、ＢＫＴターゲットを構成する元素が蒸発する。

　上記の気相成長法の中でも、以下の点において、ＰＬＤ法が比較的に優れている。ＰＬＤ法では、パルスレーザーにより、ＢＫＴターゲットを構成する各元素を、一瞬で斑なくプラズマ化させることができる。したがって、ＢＫＴターゲットとほぼ同じ組成を有する圧電薄膜３を形成し易い。またＰＬＤ法では、レーザーのパルス数（繰り返し周波数）を変えることで、圧電薄膜３の厚さを制御し易い。

　ＰＬＤ法では、真空チャンバー内における単結晶基板１及び第一電極層２を加熱しながら、圧電薄膜３を形成する。単結晶基板１及び第一電極層２の温度（成膜温度）は、例えば、３００～８００℃、５００～７００℃、又は５００～６００℃であればよい。成膜温度が高いほど、単結晶基板１又は第一電極層２の表面の清浄度が改善され、圧電薄膜３の結晶性が高まり、圧電薄膜３（酸化物ＢＫＴ）の面方位の配向度が高まり易い。成膜温度が高過ぎる場合、Ｂｉ又はＫが圧電薄膜３から脱離し易く、圧電薄膜３の組成を制御し難くなる。

　ＰＬＤ法では、真空チャンバー内の酸素分圧は、例えば、１０ｍＴｏｒｒより大きく４００ｍＴｏｒｒ未満、１５～３００ｍＴｏｒｒ、又は２０～２００ｍＴｏｒｒであってよい。換言すると、真空チャンバー内の酸素分圧は、例えば、１Ｐａより大きく５３Ｐａ未満、２～４０Ｐａ、又は３～３０Ｐａであってよい。酸素分圧が上記範囲内に維持されることにより、単結晶基板１又は第一電極層２の表面に堆積したＢｉ，Ｋ及びＴｉを十分に酸化し易い。酸素分圧が高過ぎる場合、圧電薄膜３の成長速度及び配向度が低下し易い。

　ＰＬＤ法で制御される上記以外のパラメータは、例えば、レーザー発振周波数、及び基板・ターゲット間の距離などである。これらのパラメータの制御によって、圧電薄膜３の所望の圧電特性を得易い。例えば、レーザー発振周波数が１０Ｈｚ以下である場合、圧電薄膜３の面方位の配向度が高まり易い。

　第二電極層４は、例えば、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属からなっていてよい。第二電極層４は、例えば、ＳｒＲｕＯ_３又はＬａＮｉＯ_３等の導電性金属酸化物からなっていてよい。第二電極層４は、結晶質であってよい。第二電極層４の結晶構造の面方位の配向性は、単結晶基板１の結晶構造の面方位の配向性と同じであってよい。第二電極層４の結晶構造の面方位の配向性は、酸化物ＢＫＴの結晶構造の面方位の配向性と同じであってもよい。第二電極層４の厚さは、例えば、１ｎｍ～１．０μｍであってよい。第二電極層４の形成方法は、スパッタリング法、真空蒸着法、印刷法、スピンコート法、又はゾルゲル法であってよい。印刷法、スピンコート法、又はゾルゲル法では、第一電極層２の結晶性を高めるために、第一電極層２の加熱を行ってもよい。

　第一電極層２と圧電薄膜３との間に第一中間層が介在していてよい。第一中間層を構成する物質は、例えば、ＳｒＲｕＯ_３及びＬａＮｉＯ_３からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。第一中間層は、結晶質であってよい。第一中間層の結晶構造の面方位のいずれか一つが、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向していてよい。単結晶基板１の面方位と、第一中間層の結晶構造の面方位と、の両方が、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向してよい。法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向する第一中間層の結晶構造の面方位が、法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向する単結晶基板１の面方位と同じであってよい。

　圧電薄膜３と第二電極層４との間に第二中間層が介在していてよい。第二中間層を構成する物質は、第一中間層を構成する物質と同じであってよい。第二中間層は、結晶質であってよい。第二中間層の結晶構造の面方位のいずれか一つが、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向していてよい。単結晶基板１の面方位と、第二中間層の結晶構造の面方位と、の両方が、単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向してよい。法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向する第二中間層の結晶構造の面方位が、法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向する単結晶基板１の面方位と同じであってよい。

　圧電薄膜素子１００の表面の少なくとも一部又は全体が、保護膜によって被覆されていてよい。保護膜による被覆により、例えば圧電薄膜素子１００の耐湿性が向上する。

　上述した本実施形態によれば、ｄ_３１及びｇ_３１が大きいに圧電薄膜３及び圧電薄膜素子１００が提供される。ｄ_３１及びｇ_３１が大きい圧電薄膜素子１００の用途は、多岐にわたる。圧電薄膜素子１００は、例えば、圧電アクチュエータに用いられてよい。圧電アクチュエータは、例えば、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、又はハードディスクドライブに用いられてもよい。圧電アクチュエータは、例えば、プリンタヘッド、又はインクジェットプリンタ装置に用いられてもよい。圧電薄膜素子１００は、例えば、圧電センサに用いられてもよい。圧電センサは、例えば、ジャイロセンサ、圧力センサ、脈波センサ、又はショックセンサであってよい。特にジャイロセンサでは、ｄ_３１及びｇ_３１の両方が大きいに圧電薄膜３及び圧電薄膜素子１００が要求される。圧電薄膜３及び圧電薄膜素子１００は、例えば、マイクロフォンへ適用されてもよい。

　以下では、圧電薄膜３及び圧電薄膜素子１００の用途の具体例を詳しく説明する。

（圧電アクチュエータ）
　図２は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に搭載されるヘッドアセンブリ２００を示す。ヘッドアセンブリ２００は、ベースプレート９、ロードビーム１１、フレクシャ１７、第１及び第２の圧電薄膜素子１００、及びヘッドスライダ１９を備えている。第１及び第２の圧電薄膜素子１００は、ヘッドスライダ１９用の駆動素子である。ヘッドスライダ１９は、ヘッド素子１９ａを有する。

　ロードビーム１１は、ベースプレート９に固着された基端部１１ｂと、この基端部１１ｂから延在する第１の板バネ部１１ｃ及び第２の板バネ部１１ｄと、板バネ部１１ｃ及び１１ｄの間に形成された開口部１１ｅと、板バネ部１１ｃ及び１１ｄに連続して直線的に延在するビーム主部１１ｆと、を備えている。第１の板バネ部１１ｃ及び第２の板バネ部１１ｄは、先細りになっている。ビーム主部１１ｆも、先細りになっている。

　第１及び第２の圧電薄膜素子１００は、所定の間隔をもって、フレクシャ１７の一部である配線用フレキシブル基板１５上に配置されている。ヘッドスライダ１９は、フレクシャ１７の先端部に固定されており、第１及び第２の圧電薄膜素子１００の伸縮に伴って回転運動する。

　図３は、プリンタヘッド用の圧電アクチュエータ３００を示す。圧電アクチュエータ３００は、基体２０と、基体２０に重なる絶縁膜２３と、絶縁膜２３に重なる単結晶基板２４と、単結晶基板２４に重なる圧電薄膜２５と、圧電薄膜２５に重なる上部電極層２６（第二電極層）と、を備える。単結晶基板２４は導電性を有し、下部電極層としての機能も有する。下部電極層とは、上記の第一電極層と言い換えてよい。上部電極層とは、上記の第二電極層と言い換えてよい。

　所定の吐出信号が供給されず、単結晶基板２４（下部電極層）と上部電極層２６との間に電界が印加されていない場合、圧電薄膜２５は変形しない。吐出信号が供給されていない圧電薄膜２５に隣り合う圧力室２１内では、圧力変化が生じず、そのノズル２７からインク滴は吐出されない。

　一方、所定の吐出信号が供給され、単結晶基板２４（下部電極層）と上部電極層２６との間に一定電界が印加された場合、圧電薄膜２５が変形する。圧電薄膜２５の変形によって絶縁膜２３が大きくたわむので、圧力室２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル２７からインク滴が吐出される。

（圧電センサ）
　図４及び図５は、圧電センサの一種であるジャイロセンサ４００を示す。ジャイロセンサ４００は、基部１１０と、基部１１０の一面に接続する一対のアーム１２０及び１３０と、を備える。一対のアーム１２０及び１３０は、音叉振動子である。つまり、ジャイロセンサ４００は、音叉振動子型の角速度検出素である。このジャイロセンサ４００は、上述の圧電薄膜素子を構成する圧電薄膜３０、上部電極層３１、及び単結晶基板３２を、音叉型振動子の形状に加工して得られたものである。基部１１０とアーム１２０及び１３０は、圧電薄膜素子と一体化されている。単結晶基板３２は、導電性を有し、下部電極層としての機能も有する。

　一方のアーム１２０の第一の主面には、駆動電極層３１ａ及び３１ｂと、検出電極層３１ｄとが、形成されている。同様に、他方のアーム１３０の第一の主面には、駆動電極層３１ａ及び３１ｂと、検出電極層３１ｃとが形成されている。各電極層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、上部電極層３１をエッチングにより所定の電極の形状に加工することにより得られる。

　単結晶基板３２（下部電極層）は、基部１１０、並びにアーム１２０及び１３０のそれぞれの第二の主面（第一の主面の裏面）の全体に形成されている。単結晶基板３２（下部電極層）は、ジャイロセンサ４００のグランド電極として機能する。

　アーム１２０及び１３０其々の長手方向をＺ方向と規定し、アーム１２０及び１３０の主面を含む平面をＸＺ平面と規定することにより、ＸＹＺ直交座標系を定義する。

　駆動電極層３１ａ、３１ｂに駆動信号を供給すると、二つのアーム１２０、１３０は、面内振動モードで励振する。面内振動モードとは、二つのアーム１２０、１３０の主面に平行な向きに二つのアーム１２０、１３０が励振するモードである。例えば、一方のアーム１２０が－Ｘ方向に速度Ｖ１で励振しているとき、他方のアーム１３０は＋Ｘ方向に速度Ｖ２で励振する。

この状態で、ジャイロセンサ４００にＺ軸を回転軸とする角速度ωの回転が加わると、アーム１２０、１３０のそれぞれに対して、速度方向に直交する向きにコリオリ力が作用する。その結果、アーム１２０、１３０が、面外振動モードで励振し始める。面外振動モードとは、二つのアーム１２０、１３０の主面に直交する向きに二つのアーム１２０、１３０が励振するモードである。例えば、一方のアーム１２０に作用するコリオリ力Ｆ１が－Ｙ方向であるとき、他方のアーム１３０に作用するコリオリ力Ｆ２は＋Ｙ方向である。

　コリオリ力Ｆ１、Ｆ２の大きさは、角速度ωに比例するため、コリオリ力Ｆ１、Ｆ２によるアーム１２０、１３０の機械的な歪みを圧電薄膜３０によって電気信号（検出信号）に変換し、これを検出電極層３１ｃ、３１ｄから取り出すことにより、角速度ωが求められる。

　図６は、圧電センサの一種である圧力センサ５００を示す。圧力センサ５００は、圧電薄膜素子４０と、圧電薄膜素子４０を支える支持体４４と、電流増幅器４６と、電圧測定器４７とから構成されている。圧電薄膜素子４０は、共通電極層４１と、共通電極層４１に重なる圧電薄膜４２と、圧電薄膜４２に重なる個別電極層４３とからなる。共通電極層４１は、導電性の単結晶基板である。共通電極層４１と支持体４４とに囲まれた空洞４５は、圧力に対応する。圧力センサ５００に外力がかかると圧電薄膜素子４０がたわみ、電圧測定器４７で電圧が検出される。

　図７は、圧電センサの一種である脈波センサ６００を示す。脈波センサ６００は、圧電薄膜素子５０と、圧電薄膜素子５０を支える支持体５４と、電圧測定器５５とから構成されている。圧電薄膜素子５０は、共通電極層５１と、共通電極層５１に重なる圧電薄膜５２と、圧電薄膜５２に重なる個別電極層５３とからなる。共通電極層５１は、導電性の単結晶基板である。脈波センサ６００の支持体５４の裏面（圧電薄膜素子５０が搭載されていない面）を生体の動脈上に当接させると、生体の脈による圧力で支持体５４と圧電薄膜素子５０がたわみ、電圧測定器５５で電圧が検出される。

（ハードディスクドライブ）
　図８は、図２に示すヘッドアセンブリが搭載されたハードディスクドライブ７００を示す。図８のヘッドアセンブリ６５は、図２のヘッドアセンブリ２００と同じである。

　ハードディスクドライブ７００は、筐体６０と、筐体６０内に設置されたハードディスク６１（記録媒体）と、ヘッドスタックアセンブリ６２と、を備えている。ハードディスク６１は、モータによって回転させられる。ヘッドスタックアセンブリ６２は、ハードディスク６１へ磁気情報を記録したり、ハードディスク６１に記録された磁気情報を再生したりする。

　ヘッドスタックアセンブリ６２は、ボイスコイルモータ６３と、支軸に支持されたアクチュエータアーム６４と、アクチュエータアーム６４に接続されたヘッドアセンブリ６５と、を有する。アクチュエータアーム６４は、ボイスコイルモータ６３により、支軸周りに回転自在である。アクチュエータアーム６４は、複数のアームに分かれており、各アームそれぞれにヘッドアセンブリ６５が接続されている。つまり、複数のアーム及びヘッドアセンブリ６５が支軸に沿って積層されている。ヘッドアセンブリ６５の先端部には、ハードディスク６１に対向するようにヘッドスライダ１９が取り付けられている。

　ヘッドアセンブリ６５（２００）は、ヘッド素子１９ａを２段階で変動させる。ヘッド素子１９ａの比較的大きな移動は、ボイスコイルモータ６３によるヘッドアセンブリ６５及びアクチュエータアーム６４の全体の駆動によって、制御される。ヘッド素子１９ａの微小な移動は、ヘッドアセンブリ６５の先端部に位置するヘッドスライダ１９の駆動により制御する。

（インクジェットプリンタ装置）
　図９は、インクジェットプリンタ装置８００を示す。インクジェットプリンタ装置８００は、プリンタヘッド７０と、本体７１と、トレイ７２と、ヘッド駆動機構７３と、を備えている。図９のプリンタヘッド７０は、図３の圧電アクチュエータ３００を有している。

　インクジェットプリンタ装置８００は、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの計４色のインクカートリッジを備えている。インクジェットプリンタ装置８００によるフルカラー印刷が可能である。インクジェットプリンタ装置８００の内部には、専用のコントローラボード等が搭載されている。コントローラボード等は、プリンタヘッド７０によるインクの吐出のタイミング、及びヘッド駆動機構７３の走査を制御する。本体７１の背面にはトレイ７２が設けられ、トレイ７２の一端側にはオートシートフィーダ（自動連続給紙機構）７６が設けられている。オートシートフィーダ７６が、記録用紙７５を自動的に送り出し、正面の排出口７４から記録用紙７５を排紙する。

　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、本発明の種々の変更が可能であり、これ等の変更例も本発明に含まれる。

　例えば、圧電薄膜３を、気相成長法の代わりに、溶液法によって形成してもよい。

　以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
ＳｒＴｉＯ_３からなる単結晶基板を準備した。ＳｒＴｉＯ_３の結晶面の方位である（００１）は、単結晶基板の法線方向と同じであった。単結晶基板は、２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形であった。単結晶基板の厚さは、５００μｍであった。

　真空チャンバー内で、ＳｒＲｕＯ_３からなる第一電極層を単結晶基板の表面全体に形成した。第一電極層は、ＰＬＤ法により形成した。第一電極層の形成過程における単結晶基板の温度は、４００℃に維持した。第一電極層の形成過程における真空チャンバー内の酸素分圧は、５０ｍＴｏｒｒに維持した。ＳｒＲｕＯ_３からなるターゲットとして、（株）高純度化学研究所製のターゲットを用いた。ターゲットに照射したレーザーのパワーは２５０ｍＪであった。第一電極層の厚さは、０．１μｍに調整した。

　真空チャンバー内で、圧電薄膜を第一電極層の表面全体に形成した。圧電薄膜は、ＰＬＤ法により形成した。圧電薄膜の形成過程における単結晶基板の温度（成膜温度）は、５００℃に維持した。圧電薄膜の形成過程における真空チャンバー内の酸素分圧は、５０ｍＴｏｒｒに維持した。圧電薄膜の形成には、ＢＫＴターゲットを用いた。ＢＫＴターゲットの作製の際には、目的とする圧電薄膜の組成に応じて、ＢＫＴターゲットの原料粉末（酸化ビスマス、炭酸カリウム及び酸化チタン）の配合比を決定し、ＢＫＴターゲットの組成を調整した。目的とする圧電薄膜の組成は、下記化学式１で表されるものであった。下記式１中のｘ、ｙ及びｘ＋ｙ其々の値は、下記表１に示す値であった。ＢＫＴターゲットに照射したレーザーのパワーは２５０ｍＪであった。圧電薄膜の厚さは、２００ｎｍに調整した。
（Ｂｉ_ｘＫ_ｙ）ＴｉＯ_３　　　（１）

　以上の方法で、単結晶基板と、単結晶基板に重なる第一電極層と、第一電極層に重なる圧電薄膜と、を備える積層体を作製した。積層体の表面に位置する圧電薄膜の組成を、蛍光Ｘ線分析法（ＸＲＦ法）により分析した。分析には、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ社製の装置ＰＷ２４０４を用いた。分析の結果、実施例１の圧電薄膜の組成は、上記化学式１で表され、上記化学式１におけるｘ、ｙ及びｘ＋ｙ其々の値は、下記表１に示す値であることが確認された。

　上記の方法で作製した積層体を用いて更に以下の工程を実施した。

　真空チャンバー内で、Ｐｔからなる第二電極層を、圧電薄膜の表面全体に形成した。第二電極層は、スパッタリング法により形成した。第二電極層の形成過程における単結晶基板の温度は５００℃に維持した。第二電極層の厚さは、０．１μｍに調整した。

　以上の工程により、単結晶基板と、単結晶基板に重なる第一電極層と、第一電極層に重なる圧電薄膜と、圧電薄膜に重なる第二電極層と、を備える積層体を作製した。続いて、フォトリソグラフィにより、単結晶基板上の積層構造のパターニングを行った。続いて、積層体全体を、ダイシングにより切断した。

　以上の工程により、短冊状の実施例１の圧電薄膜素子を得た。圧電薄膜素子は、単結晶基板と、単結晶基板に重なる第一電極層と、第一電極層に重なる圧電薄膜と、圧電薄膜に重なる第二電極層と、を備えていた。圧電薄膜の可動部分の寸法は、２０ｍｍ×１．０ｍｍであった。

　実施例１の圧電薄膜素子のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを測定した。測定には、リガク社製のＸ線回折装置（ＳｍａｒｔＬａｂ）を用いた。回折角２θ＝１０～７０°の範囲で２θ‐θ測定を行った。ＸＲＤパターン中の各ピーク強度がバックグラウンド強度に対して少なくとも３桁以上高くなるように、測定条件を設定した。圧電薄膜を構成する酸化物ＢＫＴに由来する（１００）、（００１）、（１１０）、（１０１）、及び（１１１）の各面方位のピークのみをＸＲＤパターンから抽出した。
　Ｉｎ　Ｐｌａｎｅ測定により、酸化物ＢＫＴの結晶面間隔ａ（単結晶基板に平行な方向における酸化物ＢＫＴの格子定数）を求めた。Ｏｕｔ　ｏｆ　ｐｌａｎｅ測定により、酸化物ＢＫＴの結晶面間隔ｃ（単結晶基板に垂直な方向における酸化物ＢＫＴの格子定数）を求めた。結晶面間隔ａと結晶面間隔ｃとの比較により、（１００）の面方位と（００１）の面方位とを区別した。また、結晶面間隔ａと結晶面間隔ｃとの比較により、（１１０）の面方位と（１０１）の面方位とを区別した。すなわち、酸化物ＢＫＴは室温において正方晶であり、酸化物ＢＫＴでは（００１）の面間隔は（１００）の面間隔よりも大きく、（１０１）の面間隔は（１１０）の面間隔よりも大きい。したがって、面間隔が大きい方向を基準として、（００１）の面方位及び（１０１）の面方位を規定した。
　酸化物ＢＫＴに由来する（１００）、（００１）、（１１０）、（１０１）、及び（１１１）の各面方位のピーク強度と、これらの合計値ΣＩ_{（ｈｋｌ）}に基づき、以下の通り、各面方位のρを計算した。
　（Ｂｉ_０．５Ｋ_０．５）ＴｉＯ_３の粉末（標準試料）を調製した。この標準試料のＸ線回折パターンを測定した。標準試料のＸ線回折パターンに基づき、各面方位のρ_０を計算した。
　酸化物ＢＫＴの各面方位のρ及びρ_０に基づき、酸化物ＢＫＴの各面方位の配向度Ｆを計算した。各面方位の配向度Ｆのうち、単結晶基板の法線方向に一致する面方位と、その配向度とを、下記表１に示す。単結晶基板の法線方向に一致する面方位の配向度が８０％以上である場合、その酸化物ＢＫＴの面方位は単結晶基板の法線方向において優先的に配向している。結晶基板の法線方向において優先的に配向している面方位を、以下では「優先配向方位」と記す。
ρ＝Ｉ_{（１００）}／ΣＩ_{（ｈｋｌ）}
ρ_０＝Ｉ_{０（１００）}／ΣＩ_{０（ｈｋｌ）}
Ｆ（１００）＝｛（ρ－ρ_０）／（１－ρ_０）｝×１００
 
ρ＝Ｉ_{（００１）}／ΣＩ_{（ｈｋｌ）}
ρ＝Ｉ_{０（００１）}／ΣＩ_{０（ｈｋｌ）}
Ｆ（００１）＝｛（ρ－ρ_０）／（１－ρ_０）｝×１００
 
ρ＝Ｉ_{（１１０）}／ΣＩ_{（ｈｋｌ）}
ρ＝Ｉ_{０（１１０）}／ΣＩ_{０（ｈｋｌ）}
Ｆ（１１０）＝｛（ρ－ρ_０）／（１－ρ_０）｝×１００
 
ρ＝Ｉ_{（１０１）}／ΣＩ_{（ｈｋｌ）}
ρ＝Ｉ_{０（１０１）}／ΣＩ_{０（ｈｋｌ）}
Ｆ（１０１）＝｛（ρ－ρ_０）／（１－ρ_０）｝×１００
 
ρ＝Ｉ_{（１１１）}／ΣＩ_{（ｈｋｌ）}
ρ＝Ｉ_{０（１１１）}／ΣＩ_{０（ｈｋｌ）}
Ｆ（１１１）＝｛（ρ－ρ_０）／（１－ρ_０）｝×１００

　実施例１の圧電薄膜素子を用いた連続駆動試験を、以下の手順で実施した。試験では、圧電薄膜素子の第一電極層及び第二電極層の間に最大値５Ｖの正弦波の電圧を印加した。この電圧は、実際の製品としての圧電薄膜素子に印加されることが想定される値である。電圧の印加に伴う圧電薄膜の変位を、レーザードップラー変位計を用いて測定した。変位の測定値、圧電薄膜の厚さなどの数値に基づき、圧電定数ｄ_３１を計算した。また圧電薄膜の静電容量を測定した。静電容量の測定には、Ｋｅｙｓｉｇｈｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のＬＣＲメータ（４９８０Ａ）を用いた。静電容量の測定値、各電極層の面積、及び圧電薄膜の厚さから、圧電薄膜の比誘電率εｒを計算した。圧電定数ｄ_３１及び比誘電率εｒを用いて、圧電薄膜の圧電定数ｇ_３１を計算した。実施例１のｄ_３１［ｐｍ／Ｖ］，εｒ［‐］及びｇ_３１［×１０^－３Ｖｍ／Ｎ］を、下記表１に示す。

　（実施例２～１８、比較例１～６、比較例９、比較例２１～２９）
　圧電薄膜の形成に用いたＢＫＴターゲットの組成が異なることを除いて実施例１と同様の方法で、実施例２～１８及び比較例１～６，９，２１～２９其々の圧電薄膜素子を作製した。

　実施例１と同様のＸＲＦ法により、実施例２～１８及び比較例１～６，９，２１～２９其々の圧電薄膜の組成を分析した。実施例２～１８及び比較例１～６，９，２１～２９其々の圧電薄膜の組成（ｘ，ｙ及びｘ＋ｙ其々の値）を、下記の表１又は表２に示す。

　実施例１と同様の方法で、実施例２～１８及び比較例１～６，９，２１～２９其々の圧電薄膜を構成する酸化物ＢＫＴの優先配向方位を求めた。実施例２～１８及び比較例１～６，９，２１～２９其々の優先配向方位を、下記の表１又は表２に示す。実施例２～１８及び比較例１～６，９，２１～２９其々の優先配向方位の配向度を、下記の表１又は表２に示す。下記の表では、単結晶基板の法線方向における酸化物ＢＫＴの面方位の配向度が８０％未満である場合、優先配向方位の欄に「無」と記載した。ただし、優先配向方位がない場合であっても、単結晶基板の法線方向における酸化物ＢＫＴの面方位の配向度を、下記の表の配向度の欄に記載した。また、実施例１の同様の測定及び計算によって得た実施例２～１８及び比較例１～６，９，２１～２９其々のｄ_３１，εｒ及びｇ_３１を、下記の表１又は表２に示す。下記の表において、ｄ_３１，εｒ及びｇ_３１が記載されていない比較例は、圧電薄膜の電気抵抗が低過ぎて、ｄ_３１，εｒ及びｇ_３１を測定することができなかったことを示している。つまり、下記の表においてｄ_３１，εｒ及びｇ_３１が記載されていない比較例では、所望の圧電特性が得られたかった。

（実施例１９，２０、比較例１５，１６）
　実施例１９，２０及び比較例１５，１６其々の圧電薄膜の形成過程では、真空チャンバー内の酸素分圧を、下記表３に示す値に調整した。この酸素分圧の違いを除いて、実施例１３と同様の方法で、実施例１９，２０及び比較例１５，１６其々の圧電薄膜素子を作製した。

　実施例１と同様のＸＲＦ法により、実施例１９，２０及び比較例１５，１６其々の圧電薄膜の組成を分析した。実施例１９，２０及び比較例１５，１６其々の圧電薄膜の組成（ｘ，ｙ及びｘ＋ｙ其々の値）を、下記表３に示す。

　実施例１と同様の方法で実施例１９，２０及び比較例１５，１６其々の圧電薄膜を構成する酸化物ＢＫＴの優先配向方位を求めた。実施例１９，２０及び比較例１５，１６其々の優先配向方位を、下記表３に示す。実施例１９，２０及び比較例１５，１６其々の優先配向方位の配向度を、下記表３に示す。また、実施例１の同様の測定及び計算によって得た実施例１９，２０及び比較例１５，１６其々のｄ_３１，εｒ及びｇ_３１を、下記表３に示す。

（実施例２１～２４）
　実施例２１では、圧電薄膜の形成過程における単結晶基板の温度（成膜温度）を、６００℃に維持した。この成膜温度は、上記実施例１及び１３の場合の成膜温度（５００℃）よりも高かった。実施例２１の圧電薄膜の形成過程では、真空チャンバー内の酸素分圧を、下記表４に示す値に調整した。

　実施例２２及び２３で用いた単結晶基板では、ＳｒＴｉＯ_３の（１１０）の面方位が、単結晶基板の法線方向と同じであった。実施例２３では、圧電薄膜の形成過程における単結晶基板の温度（成膜温度）を、６００℃に維持した。この成膜温度は、実施例２２の場合の成膜温度（５００℃）よりも高かった。実施例２２及び２３其々の圧電薄膜の形成過程では、真空チャンバー内の酸素分圧を、下記表４に示す値に調整した。

　実施例２４で用いた単結晶基板では、ＳｒＴｉＯ_３の（１１１）の面方位が、単結晶基板の法線方向と同じであった。実施例２４の圧電薄膜の形成過程では、真空チャンバー内の酸素分圧を、下記表４に示す値に調整した。

　以上の相違点を除いて、実施例１３と同様の方法で、実施例２１～２４其々の圧電薄膜素子を作製した。

　実施例１と同様のＸＲＦ法により、実施例２１～２４其々の圧電薄膜の組成を分析した。実施例２１～２４其々の圧電薄膜の組成（ｘ，ｙ及びｘ＋ｙ其々の値）を、下記の表４に示す。

　実施例１と同様の方法で実施例２１～２４其々の圧電薄膜を構成する酸化物ＢＫＴの優先配向方位を求めた。実施例２１～２４其々の優先配向方位を、下記の表４に示す。実施例２１～２４其々の優先配向方位の配向度を、下記の表４に示す。また、実施例１の同様の測定及び計算によって得た実施例２１～２４其々のｄ_３１，εｒ及びｇ_３１を、下記表４に示す。

　実施例６のＸ線回折パターンを、図１０に示す。ＳｒＴｉＯ_３（単結晶基板）に由来するピーク、及びＳｒＲｕＯ_３（第一電極層）に由来する由来のピークを除くと、配向した酸化物ＢＫＴ（圧電薄膜）の（１００）面に由来する急峻なピークがあった。（１００）及び（２００）以外の面方位の酸化物ＢＫＴのピーク強度はわずかであった。また、異相（酸化物ＢＫＴの形成過程で生じ得る副成分）に由来するピークは確認されなかった。このパターンのプロファイルは、高い配向度を有し、且つ異相の無い酸化物ＢＫＴ（圧電薄膜）が得られたことを示唆している。他の実施例及び比較例其々のＸＲＤパターンを分析して、他の実施例及び比較例其々の圧電薄膜における異相の有無を評価した。評価結果を下記の表１～４に示す。

　図１１に示すように、全ての実施例及び比較例其々のｘ及びｙをプロットした。図１１中の菱形の印は実施例に対応し、三角形の印は比較例に対応する。

　上記表１～４に示す通り、全ての実施例の圧電薄膜の組成が、下記化学式１を満たしていた。全ての実施例の圧電薄膜において、酸化物ＢＫＴの面方位の一つが、単結晶基板の法線方向において優先的に配向していた。全ての実施例の圧電薄膜において、異相は検出されなかった。全ての実施例のｄ_３１が３０ｐｍ／Ｖ以上であった。全ての実施例のｇ_３１が１０×１０^－３Ｖｍ／Ｎ以上であった。
（Ｂｉ_ｘＫ_ｙ）ＴｉＯ_３　　　（１）
［上記化学式１中、０．３０≦ｘ≦０．６０，　０．３０≦ｙ≦０．６０，　０．６０≦ｘ＋ｙ≦１．１０。］

　一方、圧電薄膜の組成が上記化学式１を満たし、且つ酸化物ＢＫＴの優先配向方位が存在する比較例はなかった。また、ｄ_３１が３０ｐｍ／Ｖ以上であり、且つｇ_３１が１０×１０^－３Ｖｍ／Ｎ以上である比較例もなかった。

　表３に示す通り、圧電薄膜の形成過程における真空チャンバー内の酸素分圧により、酸化物ＢＫＴの面方位の配向度が変化することが分かった。

　実施例１３及び２１～２４（表４中のデータ）が示す通り、圧電薄膜の成膜温度、成膜時の酸素分圧及び単結晶基板の面方位に応じて、圧電薄膜の優先配向方位が変わった。優先配向方位の違いに関わらず、実施例１３及び２１～２４のｄ_３１は３０ｐｍ／Ｖ以上であり、実施例１３及び２１～２４のｇ_３１は１０×１０^－３Ｖｍ／Ｎ以上であった。

　本発明によれば、ｄ_３１及びｇ_３１が大きい圧電薄膜、圧電薄膜素子、並びに、圧電薄膜素子を用いた圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置が提供される。

　１００…圧電薄膜素子、１…単結晶基板、２…第一電極層、３…圧電薄膜、４…第二電極層、Ｄ_Ｎ…単結晶基板１の法線方向、Ｄ（ＨＫＬ）…単結晶基板１の法線方向Ｄ_Ｎにおいて優先的に配向している酸化物ＢＫＴの面方位、２００…ヘッドアセンブリ、９…ベースプレート、１１…ロードビーム、１１ｂ…基端部、１１ｃ…第１板バネ部分、１１ｄ…第２板バネ部分、１１ｅ…開口部、１１ｆ…ビーム主部、１５…フレキシブル基板、１７…フレクシャ、１９…ヘッドスライダ、１９ａ…ヘッド素子、３００…圧電アクチュエータ、２０…基体、２１…圧力室、２３…絶縁膜、２４…単結晶基板、２５…圧電薄膜、２６…上部電極層（第一電極層）、２７…ノズル、４００…ジャイロセンサ、１１０…基部、１２０，１３０…アーム、３０…圧電薄膜、３１…上部電極層（第一電極層）、３１ａ，３１ｂ…駆動電極層、３１ｃ，３１ｄ…検出電極層、３２…単結晶基板、５００…圧力センサ、４０…圧電薄膜素子、４１…共通電極層、４２…圧電薄膜、４３…個別電極層、４４…支持体、４５…空洞、４６…電流増幅器、４７…電圧測定器、６００…脈波センサ、５０…圧電薄膜素子、５１…共通電極層、５２…圧電薄膜、５３…個別電極層、５４…支持体、５５…電圧測定器、７００…ハードディスクドライブ、６０…筐体、６１…ハードディスク、６２…ヘッドスタックアセンブリ、６３…ボイスコイルモータ、６４…アクチュエータアーム、６５…ヘッドアセンブリ、８００…インクジェットプリンタ装置、７０…プリンタヘッド、７１…本体、７２…トレイ、７３…ヘッド駆動機構、７４…排出口、７５…記録用紙、７６…オートシートフィーダ（自動連続給紙機構）。

Claims (11)

1. 　単結晶基板に重なる圧電薄膜であって、
   　前記圧電薄膜が、下記化学式１で表される結晶質の酸化物を含み、
   　（１００）、（００１）、（１１０）、（１０１）及び（１１１）からなる群より選ばれる前記酸化物の面方位の一つが、前記単結晶基板の法線方向において優先的に配向している、
   圧電薄膜。
   （Ｂｉ_ｘＫ_ｙ）ＴｉＯ_３　　　（１）
   ［上記化学式１中、０．３０≦ｘ≦０．６０，　０．３０≦ｙ≦０．６０，　０．６０≦ｘ＋ｙ≦１．１０。］
2. 　前記法線方向において優先的に配向している前記面方位は、（００１）である、
   請求項１に記載の圧電薄膜。
3. 　単結晶基板と、前記単結晶基板に重なる圧電薄膜と、を備え、
   　前記圧電薄膜が、下記化学式１で表される結晶質の酸化物を含み、
   　（１００）、（００１）、（１１０）、（１０１）及び（１１１）からなる群より選ばれる前記酸化物の面方位の一つが、前記単結晶基板の法線方向において優先的に配向している、
   圧電薄膜素子。
   （Ｂｉ_ｘＫ_ｙ）ＴｉＯ_３　　　（１）
   ［上記化学式１中、０．３０≦ｘ≦０．６０，　０．３０≦ｙ≦０．６０，　０．６０≦ｘ＋ｙ≦１．１０。］
4. 　前記法線方向において優先的に配向している前記面方位は、（００１）である、
   請求項３に記載の圧電薄膜素子。
5. 　請求項３又は４に記載の圧電薄膜素子を備える、
   圧電アクチュエータ。
6. 　請求項３又は４に記載の圧電薄膜素子を備える、
   圧電センサ。
7. 　請求項５に記載の圧電アクチュエータを備える、
   ヘッドアセンブリ。
8. 　請求項７に記載のヘッドアセンブリを備える、
   ヘッドスタックアセンブリ。
9. 　請求項８に記載のヘッドスタックアセンブリを備える、
   ハードディスクドライブ。
10. 　請求項５に記載の圧電アクチュエータを備える、
    プリンタヘッド。
11. 　請求項１０に記載のプリンタヘッドを備える、
    インクジェットプリンタ装置。

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