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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023133764
(43)【公開日】2023-09-27
(54)【発明の名称】圧電薄膜素子及び圧電トランスデューサ
(51)【国際特許分類】
H10N 30/853 20230101AFI20230920BHJP
H10N 30/30 20230101ALI20230920BHJP
H10N 30/20 20230101ALI20230920BHJP
H10N 30/076 20230101ALI20230920BHJP
H10N 30/079 20230101ALI20230920BHJP
C23C 14/08 20060101ALI20230920BHJP
C23C 14/34 20060101ALI20230920BHJP
【ＦＩ】
H01L41/187
H01L41/113
H01L41/09
H01L41/316
H01L41/319
C23C14/08
C23C14/34
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022038942
(22)【出願日】2022-03-14
(71)【出願人】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124062
【弁理士】
【氏名又は名称】三上 敬史
(72)【発明者】
【氏名】森下 純平
【テーマコード（参考）】
4K029
【Ｆターム（参考）】
4K029AA06
4K029AA24
4K029BA02
4K029BA12
4K029BA17
4K029BA43
4K029BB02
4K029BB08
4K029CA05
(57)【要約】
【課題】大きい圧電性能指数（ｄ３３，ｆ／εｒε０）を有する圧電薄膜の提供。
【解決手段】圧電薄膜素子１０は、電極層（第一電極層７）と、電極層に直接又は間接的に重なる圧電薄膜３と、を含む。圧電薄膜３は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２を含む。正方晶１の（００１）面は、電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて配向している。正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いている。正方晶１の（００１）面の間隔は、ｃ１である。正方晶１の（１００）面の間隔は、ａ１である。正方晶２の（００１）面の間隔は、ｃ２である。正方晶２の（１００）面の間隔は、ａ２である。ｃ１／ａ１は、ｃ２／ａ２よりも大きい。
【選択図】図１
【解決手段】圧電薄膜素子１０は、電極層（第一電極層７）と、電極層に直接又は間接的に重なる圧電薄膜３と、を含む。圧電薄膜３は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２を含む。正方晶１の（００１）面は、電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて配向している。正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いている。正方晶１の（００１）面の間隔は、ｃ１である。正方晶１の（１００）面の間隔は、ａ１である。正方晶２の（００１）面の間隔は、ｃ２である。正方晶２の（１００）面の間隔は、ａ２である。ｃ１／ａ１は、ｃ２／ａ２よりも大きい。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極層と、
前記電極層に直接又は間接的に重なる圧電薄膜と、
を備え、
前記圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２を含み、
前記正方晶１の（００１）面は、前記電極層の表面の法線方向において配向しており、
前記正方晶２の（００１）面は、前記正方晶１の前記（００１）面に対して傾いており、
前記正方晶１の前記（００１）面の間隔は、ｃ１であり、
前記正方晶１の（１００）面の間隔は、ａ１であり、
前記正方晶２の前記（００１）面の間隔は、ｃ２であり、
前記正方晶２の（１００）面の間隔は、ａ２であり、
ｃ１／ａ１は、ｃ２／ａ２よりも大きい、
圧電薄膜素子。
前記電極層に直接又は間接的に重なる圧電薄膜と、
を備え、
前記圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２を含み、
前記正方晶１の（００１）面は、前記電極層の表面の法線方向において配向しており、
前記正方晶２の（００１）面は、前記正方晶１の前記（００１）面に対して傾いており、
前記正方晶１の前記（００１）面の間隔は、ｃ１であり、
前記正方晶１の（１００）面の間隔は、ａ１であり、
前記正方晶２の前記（００１）面の間隔は、ｃ２であり、
前記正方晶２の（１００）面の間隔は、ａ２であり、
ｃ１／ａ１は、ｃ２／ａ２よりも大きい、
圧電薄膜素子。
【請求項2】
前記正方晶１の前記（００１）面及び前記正方晶２の前記（００１）面の間の角度の絶対値は、θ１２であり、
前記θ１２は、１．０°以上１０．０°以下である、
請求項１に記載の圧電薄膜素子。
前記θ１２は、１．０°以上１０．０°以下である、
請求項１に記載の圧電薄膜素子。
【請求項3】
前記ｃ１／ａ１は、１．１２０以上１．２７０以下である、
請求項１又は２に記載の圧電薄膜素子。
請求項１又は２に記載の圧電薄膜素子。
【請求項4】
前記ｃ２／ａ２は、１．０１０以上１．１１５以下である、
請求項１～３のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
請求項１～３のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
【請求項5】
前記正方晶１の前記（００１）面の回折Ｘ線のピーク強度は、Ｉ１であり、
前記正方晶２の前記（００１）面の回折Ｘ線のピーク強度は、Ｉ２であり、
１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、０．３０以上１０．０以下である、
請求項１～４のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
前記正方晶２の前記（００１）面の回折Ｘ線のピーク強度は、Ｉ２であり、
１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、０．３０以上１０．０以下である、
請求項１～４のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
【請求項6】
前記正方晶１は、ビスマス、鉄、元素ＥＢ及び酸素を含み、
前記元素ＥＢは、マグネシウム、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、ニッケル及び亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である、
請求項１～５のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
前記元素ＥＢは、マグネシウム、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、ニッケル及び亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である、
請求項１～５のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
【請求項7】
前記正方晶１は、下記化学式１で表され、
下記化学式１中のＥＡは、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
下記化学式１中のＥＢ１は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
下記化学式１中のＥＢ２は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
下記化学式１中の前記ＥＢ１及び前記ＥＢ２は、互いに異なり、
下記化学式１中のｘ１は、０．０５以上０．９０以下であり、
下記化学式１中のｙ１は、０．１０以上０．９５以下であり、
ｘ１＋ｙ１は、１．００であり、
下記化学式１中のαは、０．００以上１．００以下であり、
下記化学式１中のβは、０．００以上１．００以下である、
請求項１～６のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
ｘ１（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ１ＢｉＦｅＯ３ （１）
下記化学式１中のＥＡは、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
下記化学式１中のＥＢ１は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
下記化学式１中のＥＢ２は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
下記化学式１中の前記ＥＢ１及び前記ＥＢ２は、互いに異なり、
下記化学式１中のｘ１は、０．０５以上０．９０以下であり、
下記化学式１中のｙ１は、０．１０以上０．９５以下であり、
ｘ１＋ｙ１は、１．００であり、
下記化学式１中のαは、０．００以上１．００以下であり、
下記化学式１中のβは、０．００以上１．００以下である、
請求項１～６のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
ｘ１（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ１ＢｉＦｅＯ３ （１）
【請求項8】
前記正方晶２は、ビスマス、鉄、元素ＥＢ及び酸素を含み、
前記元素ＥＢは、マグネシウム、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、ニッケル及び亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である、
請求項１～７のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
前記元素ＥＢは、マグネシウム、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、ニッケル及び亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である、
請求項１～７のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
【請求項9】
前記正方晶２は、下記化学式２で表され、
下記化学式２中のＥＡは、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
下記化学式２中のＥＢ１は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
下記化学式２中のＥＢ２は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
下記化学式２中の前記ＥＢ１及び前記ＥＢ２は、互いに異なり、
下記化学式２中のｘ２は、０．０５以上０．９０以下であり、
下記化学式２中のｙ２は、０．１０以上０．９５以下であり、
ｘ２＋ｙ２は、１．００であり、
下記化学式２中のαは、０．００以上１．００以下であり、
下記化学式２中のβは、０．００以上１．００以下である、
請求項１～８のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
ｘ２（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ２ＢｉＦｅＯ３ （２）
下記化学式２中のＥＡは、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
下記化学式２中のＥＢ１は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
下記化学式２中のＥＢ２は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
下記化学式２中の前記ＥＢ１及び前記ＥＢ２は、互いに異なり、
下記化学式２中のｘ２は、０．０５以上０．９０以下であり、
下記化学式２中のｙ２は、０．１０以上０．９５以下であり、
ｘ２＋ｙ２は、１．００であり、
下記化学式２中のαは、０．００以上１．００以下であり、
下記化学式２中のβは、０．００以上１．００以下である、
請求項１～８のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
ｘ２（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ２ＢｉＦｅＯ３ （２）
【請求項10】
結晶質基板及び第一中間層を更に備え、
前記第一中間層は、前記結晶質基板と前記電極層との間に配置されており、
前記第一中間層は、ＺｒＯ２及びＹ２Ｏ３を含む、
請求項１～９のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
前記第一中間層は、前記結晶質基板と前記電極層との間に配置されており、
前記第一中間層は、ＺｒＯ２及びＹ２Ｏ３を含む、
請求項１～９のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
【請求項11】
第二中間層を更に備え、
前記第二中間層は、前記電極層と前記圧電薄膜との間に配置されており、
前記第二中間層は、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＲｕＯ３及びＬａＮｉＯ３からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含む、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
前記第二中間層は、前記電極層と前記圧電薄膜との間に配置されており、
前記第二中間層は、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＲｕＯ３及びＬａＮｉＯ３からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含む、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
【請求項12】
前記電極層は、白金の結晶を含み、
前記白金の結晶の（００２）面は、前記電極層の前記表面の前記法線方向において配向しており、
前記白金の結晶の（２００）面は、前記電極層の前記表面の面内方向において配向している、
請求項１～１１のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
前記白金の結晶の（００２）面は、前記電極層の前記表面の前記法線方向において配向しており、
前記白金の結晶の（２００）面は、前記電極層の前記表面の面内方向において配向している、
請求項１～１１のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子。
【請求項13】
請求項１～１２のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子を備える、
圧電トランスデューサ。
圧電トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、圧電薄膜素子及び圧電トランスデューサに関する。
【背景技術】
【0002】
圧電体（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）は、種々の目的に応じて様々な圧電素子に加工される。例えば、圧電アクチュエータは、圧電体に電圧を加えて圧電体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、圧電体に圧力を加えて圧電体を変形させ電気分極を生じさせる圧電効果により、力を電圧に変換する。これらの圧電素子は、様々な電子機器に搭載される。
【0003】
近年の市場では、電子機器の小型化及び性能の向上が要求されるため、圧電薄膜を用いた圧電素子（圧電薄膜素子）が盛んに研究されている。しかしながら、圧電体が薄いほど、圧電効果及び逆圧電効果が得られ難いため、薄膜の状態において優れた圧電性を有する圧電体の開発が期待されている。
【0004】
従来、圧電体として、ペロブスカイト（ｐｅｒоｖｓｋｉｔｅ）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、人体及び環境を害する鉛（Ｐｂ）を含むため、ＰＺＴの代替として、無鉛（Ｌｅａｄ‐ｆｒｅｅ）の圧電体の開発が期待されている。例えば、下記非特許文献１には、無鉛の圧電体の一例として、ＢｉＦｅＯ３が記載されている。ＢｉＦｅＯ３は、無鉛の圧電体の中でも比較的優れた圧電性を有し、圧電薄膜素子への応用が特に期待されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Ｙ．Ｋａｗａｈａｒａ ｅｔ ａｌ， Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＢｉＦｅＯ３ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ ｂｙ Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ Ｇｒｏｗｔh Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ， Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ． ５１ （２０１２） ０９ＬＢ０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
圧電体の性能を示す主な指標（圧電定数）は、ｄ３３，ｆ(圧電歪定数)、及びｇ３３(電圧出力定数)である。圧電歪定数ｄ３３，ｆ（単位：ｐＣ／Ｎ）は、単位電界あたりの歪量（発信能）の指標である。圧電歪定数ｄ３３，ｆが大きいほど、アクチュエータとしての圧電体の性能が向上する。一方、電圧出力定数ｇ３３（単位×１０－３Ｖ・ｍ／Ｎ）は、単位応力あたりの発生電界強度（受信能）の指標である。電圧出力定数ｇ３３が大きいほど、トランスデューサ等のセンサとしての圧電体の性能が向上する。ｇ３３は、ｄ３３，ｆ／εｒε０又はｄ３３，ｆ／ε３３ε０と表される。εｒ又はε３３は、圧電体の比誘電率（単位：無し）である。ε０は、真空の誘電率（８．８５４×１０－１２Ｆｍ－１）である。ｄ３３，ｆ／εｒε０は、「圧電性能指数」と表記される。ｄ３３，ｆの増加に伴って圧電性能指数は増加し、εｒの減少に伴って圧電性能指数は増加する。つまり、大きい圧電歪定数ｄ３３，ｆと低い比誘電率εｒの両立により、圧電性能指数（ｄ３３，ｆ／εｒε０）が増加する。
【0007】
本発明の一側面の目的は、大きい圧電性能指数（ｄ３３，ｆ／εｒε０）を有する圧電薄膜素子、及び当該圧電薄膜素子を含む圧電トランスデューサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一側面に係る圧電薄膜素子は、電極層と、電極層に直接又は間接的に重なる圧電薄膜と、を含む。圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２を含む。正方晶１の（００１）面は、電極層の表面の法線方向において配向している。正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いている。正方晶１の（００１）面の間隔は、ｃ１である。正方晶１の（１００）面の間隔は、ａ１である。正方晶２の（００１）面の間隔は、ｃ２である。正方晶２の（１００）面の間隔は、ａ２である。ｃ１／ａ１は、ｃ２／ａ２よりも大きい。
圧電薄膜素子。
圧電薄膜素子。
【0009】
正方晶１の（００１）面及び正方晶２の（００１）面の間の角度の絶対値は、θ１２である。θ１２は、１．０°以上１０．０°以下であってよい。
【0010】
ｃ１／ａ１は、１．１２０以上１．２７０以下であってよい。
【0011】
ｃ２／ａ２は、１．０１０以上１．１１５以下であってよい。
【0012】
正方晶１の（００１）面の回折Ｘ線のピーク強度は、Ｉ１である。正方晶２の（００１）面の回折Ｘ線のピーク強度は、Ｉ２である。１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、０．３０以上１０．０以下であってよい。
【0013】
正方晶１は、ビスマス、鉄、元素ＥＢ及び酸素を含んでよい。元素ＥＢは、マグネシウム、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、ニッケル及び亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。
【0014】
正方晶１は、下記化学式１で表されてよい。下記化学式１中のＥＡは、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。下記化学式１中のＥＢ１は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。下記化学式１中のＥＢ２は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。下記化学式１中のＥＢ１及びＥＢ２は、互いに異なる。下記化学式１中のｘ１は、０．０５以上０．９０以下であってよい。下記化学式１中のｙ１は、０．１０以上０．９５以下であってよい。ｘ１＋ｙ１は、１．００であってよい。下記化学式１中のαは、０．００以上１．００以下であってよい。下記化学式１中のβは、０．００以上１．００以下であってよい。
ｘ１（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ１ＢｉＦｅＯ３ （１）
ｘ１（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ１ＢｉＦｅＯ３ （１）
【0015】
正方晶２は、ビスマス、鉄、元素ＥＢ及び酸素を含んでよい。元素ＥＢは、マグネシウム、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、ニッケル及び亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。
【0016】
正方晶２は、下記化学式２で表されてよい。下記化学式２中のＥＡは、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。下記化学式２中のＥＢ１は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。下記化学式２中のＥＢ２は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。下記化学式２中のＥＢ１及びＥＢ２は、互いに異なる。下記化学式２中のｘ２は、０．０５以上０．９０以下であってよい。下記化学式２中のｙ２は、０．１０以上０．９５以下であってよい。ｘ２＋ｙ２は、１．００であってよい。下記化学式２中のαは、０．００以上１．００以下であってよい。下記化学式２中のβは、０．００以上１．００以下であってよい。
ｘ２（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ２ＢｉＦｅＯ３ （２）
ｘ２（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ２ＢｉＦｅＯ３ （２）
【0017】
本発明の一側面に係る圧電薄膜素子は、結晶質基板及び第一中間層を更に含んでよい。第一中間層は、結晶質基板と電極層との間に配置されてよい。第一中間層は、ＺｒＯ２及びＹ２Ｏ３を含んでよい。
【0018】
本発明の一側面に係る圧電薄膜素子は、第二中間層を更に含んでよい。第二中間層は、電極層と圧電薄膜との間に配置されてよい。第二中間層は、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＲｕＯ３及びＬａＮｉＯ３からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含んでよい。
【0019】
電極層は、白金の結晶を含んでよい。白金の結晶の（００２）面は、電極層の表面の法線方向において配向してよい。白金の結晶の（２００）面は、電極層の表面の面内方向において配向してよい。
【0020】
本発明の一側面に係る圧電トランスデューサは、上記の圧電薄膜素子を含む。
【発明の効果】
【0021】
本発明の一側面によれば、大きい圧電性能指数（ｄ３３，ｆ／εｒε０）を有する圧電薄膜素子、及び当該圧電薄膜素子を含む圧電トランスデューサが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態の詳細が説明される。ただし、本発明は下記実施形態に限定されない。図面において、同一又は同等の要素は、同一の符号が付される。図１の（ａ）、図１の（ｂ）及び図５に示されるＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交する三つの座標軸である。三つの座標軸其々の方向は、図１の（ａ）、図１の（ｂ）及び図５に共通する。
【0024】
本実施形態に係る圧電薄膜素子は、電極層と、電極層に直接又は間接的に重なる圧電薄膜と、を含む。図１の（ａ）は、本実施形態に係る圧電薄膜素子１０の断面図である。図１の（ａ）に示される断面は、第一電極層７及び圧電薄膜３其々の表面に垂直である。圧電薄膜素子１０は、結晶質基板８と、結晶質基板８に直接又は間接的に重なる第一電極層７（下部電極層）と、第一電極層７に直接又は間接的に重なる圧電薄膜３と、圧電薄膜３に直接又は間接的に重なる第二電極層４（上部電極層）と、を含む。圧電薄膜素子１０は第一中間層５を更に含んでよい。第一中間層５は結晶質基板８と第一電極層７との間に配置されてよく、第一電極層７は第一中間層５の表面に直接重なっていてよい。圧電薄膜素子１０は第二中間層６を更に含んでよい。第二中間層６は第一電極層７と圧電薄膜３との間に配置されてよく、圧電薄膜３は第二中間層６の表面に直接重なっていてよい。
図１の（ｂ）は、圧電薄膜素子１０の斜視分解図である。図１の（ｂ）に示される斜視分解図中では、結晶質基板８、第一中間層５、第二中間層６及び第二電極層４が省略されている。第一電極層７の表面の法線方向ＤＮは、結晶質基板８、第一中間層５、第一電極層７、第二中間層６、圧電薄膜３及び第二電極層４が積層される方向（Ｚ軸方向）と略平行であってよい。第一電極層７の表面の法線方向ＤＮは、第一電極層７の厚み方向と言い換えられてよい。圧電薄膜３の表面の法線方向ｄｎは、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮと略平行であってよい。つまり、圧電薄膜３の表面は、第一電極層７の表面に略平行であってよい。圧電薄膜３の表面の法線方向ｄｎは、圧電薄膜３の厚み方向と言い換えられてよい。結晶質基板８、第一中間層５、第一電極層７、第二中間層６、圧電薄膜３及び第二電極層４其々の厚みは均一であってよい。
図１の（ｂ）は、圧電薄膜素子１０の斜視分解図である。図１の（ｂ）に示される斜視分解図中では、結晶質基板８、第一中間層５、第二中間層６及び第二電極層４が省略されている。第一電極層７の表面の法線方向ＤＮは、結晶質基板８、第一中間層５、第一電極層７、第二中間層６、圧電薄膜３及び第二電極層４が積層される方向（Ｚ軸方向）と略平行であってよい。第一電極層７の表面の法線方向ＤＮは、第一電極層７の厚み方向と言い換えられてよい。圧電薄膜３の表面の法線方向ｄｎは、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮと略平行であってよい。つまり、圧電薄膜３の表面は、第一電極層７の表面に略平行であってよい。圧電薄膜３の表面の法線方向ｄｎは、圧電薄膜３の厚み方向と言い換えられてよい。結晶質基板８、第一中間層５、第一電極層７、第二中間層６、圧電薄膜３及び第二電極層４其々の厚みは均一であってよい。
【0025】
圧電薄膜素子１０の変形例は、結晶質基板８を含まなくてよい。例えば、第一電極層７及び圧電薄膜３の形成後、結晶質基板８が除去されてよい。圧電薄膜素子１０の変形例は、第二電極層４を含まなくてよい。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、電子機器の製造過程において、第二電極層が圧電薄膜素子に付加されてよい。結晶質基板８が電極層（第一電極層７）として機能する場合、圧電薄膜素子１０の変形例は、第一電極層７を含まなくてよい。つまり圧電薄膜素子１０の変形例は、電極層としての機能（導電性）を有する結晶質基板８と、結晶質基板８に直接又は間接的に重なる圧電薄膜３と、を含んでよい。圧電薄膜素子１０の変形例が、第一電極層７を含まず、電極層として機能する結晶質基板８を含む場合、第一中間層５及び第二中間層６のうち少なくとも一つが圧電薄膜３と結晶質基板８との間に配置されてよい。圧電薄膜素子１０の変形例が、第一電極層７を含まず、電極層として機能する結晶質基板８を含む場合、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮは、結晶質基板８の表面の法線方向と言い換えられてよい。
【0026】
圧電薄膜３は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２を含む。言うまでもなく、ペロブスカイト型酸化物とは、ペロブスカイト型構造を有する酸化物である。圧電薄膜３は、一つ以上の正方晶１と一つ以上の正方晶２とを含んでよい。圧電薄膜３は、一つ以上の正方晶１、及び一つ以上の正方晶２のみからなっていてよい。一つ以上の正方晶１、及び一つ以上の正方晶２が、圧電薄膜３中に混在してよい。圧電薄膜３は、一つ以上の正方晶１からなる一つ以上の第１ドメインを含んでよい。圧電薄膜３は、一つ以上の正方晶２からなる一つ以上の第２ドメインを含んでよい。例えば、一つ以上の第１ドメイン及び一つ以上の第２ドメインが、第一電極層７の表面に沿って（交互に）並んでいてよい。一つ以上の第１ドメイン及び一つ以上の第２ドメインが、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮに沿って（交互に）並んでいてもよい。各第１ドメインは、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮに沿って延びる柱状結晶であってよい。各第２ドメインは、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮに沿って延びる柱状結晶であってよい。圧電薄膜において正方晶１及び正方晶２を構成する元素の含有率の合計は、９９％モル以上１００モル％以下であってよい。
【0027】
正方晶１は、ビスマス（Ｂｉ）、鉄（Ｆｅ）、元素ＥＢ及び酸素（Ｏ）を含んでよい。元素ＥＢは、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。正方晶１は、複数種の元素ＥＢを含んでよい。例えば、正方晶１は、元素ＥＢとして、ＥＢ１及びＥＢ２を含んでよい。正方晶１は、Ｂｉ、Ｆｅ、ＥＢ及びＯ加えて、更に元素ＥＡを含んでよい。元素ＥＡは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）銀（Ａｇ）及びバリウム（Ｂａ）からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。正方晶１は、複数種のＥＡを含んでよい。
正方晶２も、ビスマス、鉄、元素ＥＢ及び酸素を含んでよい。正方晶２に含まれる元素ＥＢも、マグネシウム、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、ニッケル及び亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。正方晶２も、複数種の元素ＥＢを含んでよい。例えば、正方晶２は、元素ＥＢとして、ＥＢ１及びＥＢ２を含んでよい。正方晶２も、Ｂｉ、Ｆｅ、ＥＢ及びＯ加えて、更に元素ＥＡを含んでよい。正方晶２に含まれる元素ＥＡも、ナトリウム、カリウム、銀及びバリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。正方晶２も、複数種のＥＡを含んでよい。
正方晶１の組成は、正方晶２の組成と同じであってよい。正方晶１の組成は、正方晶２の組成と異なってもよい。正方晶１及び正方晶２其々の組成は、圧電薄膜３全体の組成と略同じであってよい。正方晶１及び正方晶２其々は、Ｂｉ、Ｆｅ、ＥＡ、ＥＢ及びＯ以外の他の元素を更に含んでもよい。正方晶１及び正方晶２其々は、Ｐｂを含まなくてよい。正方晶１及び正方晶２其々は、Ｐｂを含んでもよい。
正方晶２も、ビスマス、鉄、元素ＥＢ及び酸素を含んでよい。正方晶２に含まれる元素ＥＢも、マグネシウム、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、ニッケル及び亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。正方晶２も、複数種の元素ＥＢを含んでよい。例えば、正方晶２は、元素ＥＢとして、ＥＢ１及びＥＢ２を含んでよい。正方晶２も、Ｂｉ、Ｆｅ、ＥＢ及びＯ加えて、更に元素ＥＡを含んでよい。正方晶２に含まれる元素ＥＡも、ナトリウム、カリウム、銀及びバリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。正方晶２も、複数種のＥＡを含んでよい。
正方晶１の組成は、正方晶２の組成と同じであってよい。正方晶１の組成は、正方晶２の組成と異なってもよい。正方晶１及び正方晶２其々の組成は、圧電薄膜３全体の組成と略同じであってよい。正方晶１及び正方晶２其々は、Ｂｉ、Ｆｅ、ＥＡ、ＥＢ及びＯ以外の他の元素を更に含んでもよい。正方晶１及び正方晶２其々は、Ｐｂを含まなくてよい。正方晶１及び正方晶２其々は、Ｐｂを含んでもよい。
【0028】
図２は、ペロブスカイト型酸化物の単位胞ｕｃを示している。図２中のａ、ｂ及びｃ其々は、ペロブスカイト構造の基本ベクトルである。単位胞ｕｃのＡサイトに位置する元素は、Ｂｉ又はＥＡであってよい。単位胞ｕｃのＢサイトに位置する元素は、Ｆｅ又はＥＢであってよい。
【0029】
図３の（ａ）は、正方晶１の単位胞ｕｃ１を示している。図示の便宜上、単位胞ｕｃ１を構成するＥＢ及びＯ（酸素）は省略されているが、図３中の単位胞ｕｃ１は、図２中の単位胞ｕｃと同様のペロブスカイト構造を有している。
【0030】
図３の（ａ）中のａ１、ｂ１及びｃ１其々は、正方晶１の基本ベクトルである。図３の（ａ）中のベクトルａ１は、図２中のベクトルａに対応する。図３の（ａ）中のベクトルｂ１は、図２中のベクトルｂに対応する。図３の（ａ）中のベクトルｃ１は、図２中のベクトルｃに対応する。ａ１、ｂ１及びｃ１は、互いに垂直である。ベクトルａ１（ａ軸）の方位は、［１００］である。ベクトルｂ１（ｂ軸）の方位は、［０１０］である。ベクトルｃ１（ｃ軸）の方位は、［００１］である。ベクトルａ１の長さ（ａ１）は、正方晶１の（１００）面の間隔（つまり［１００］方向における格子定数）である。ベクトルｂ１の長さ（ｂ１）は、正方晶１の（０１０）面の間隔（つまり［０１０］方向における格子定数）である。ベクトルｃ１の長さ（ｃ１）は、正方晶１の（００１）面の間隔（つまり［００１］方向における格子定数）である。長さａ１は、長さｂ１と等しい。長さｃ１は、長さａ１よりも大きい。
【0031】
図３の（ｂ）は、正方晶２の単位胞ｕｃ２を示している。図示の便宜上、単位胞ｕｃ２を構成するＥＢ及びＯ（酸素）は省略されているが、図３の（ｂ）の単位胞ｕｃ２は、図２中の単位胞ｕｃと同様のペロブスカイト構造を有している。
【0032】
図３の（ｂ）中のａ２、ｂ２及びｃ２其々は、正方晶２の基本ベクトルである。図３の（ｂ）中のベクトルａ２は、図２中のベクトルａに対応する。図３の（ｂ）中のベクトルｂ２は、図２中のベクトルｂに対応する。図３の（ｂ）中のベクトルｃ２は、図２中のベクトルｃに対応する。ａ２、ｂ２及びｃ２は、互いに垂直である。ベクトルａ２（ａ軸）の方位は、［１００］である。ベクトルｂ２（ｂ軸）の方位は、［０１０］である。ベクトルｃ２（ｃ軸）の方位は、［００１］である。ベクトルａ２の長さ（ａ２）は、正方晶２の（１００）面の間隔（つまり［１００］方向における格子定数）である。ベクトルｂ２の長さ（ｂ２）は、正方晶２の（０１０）面の間隔（つまり［０１０］方向における格子定数）である。ベクトルｃ２の長さ（ｃ２）は、正方晶２の（００１）面の間隔（つまり［００１］方向における格子定数）である。長さａ２は、長さｂ２と等しい。長さｃ２は、長さａ２よりも大きい。
【0033】
正方晶１のｃ１／ａ１は、正方晶２のｃ２／ａ２よりも大きい。つまり、正方晶１の異方性は、正方晶２の異方性よりも大きい。図１及び図３の（ａ）に示されるように、少なくとも一部又は全部の正方晶１（単位胞ｕｃ１）の（００１）面は、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向している。例えば、少なくとも一部又は全部の正方晶１の（００１）面が、第一電極層７の表面に略平行であってよい。少なくとも一部又は全部の正方晶１（単位胞ｕｃ１）の（００１）面は、圧電薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて配向してよい。例えば、少なくとも一部又は全部の正方晶１の（００１）面は、圧電薄膜３の表面に略平行であってよい。
【0034】
ペロブスカイト型酸化物の正方晶は、［００１］方向において分極され易い。つまり［００１］は、他の結晶方位に比べて、ペロブスカイト型酸化物の正方晶が分極され易い方位である。したがって、正方晶１の（００１）面が、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向することにより、圧電薄膜３は優れた圧電性を有することができる。同様の理由から、圧電薄膜３は、強誘電体（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）であってよい。以下に記載の「結晶配向性」とは、正方晶１の（００１）面が、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していることを意味する。
【0035】
圧電薄膜３が、上記の結晶配向性を有することにより、圧電薄膜３は、大きい圧電性能指数（ｄ３３，ｆ／εｒε０）を有することができる。上記の結晶配向性は薄膜に固有の特徴である。薄膜とは、気相成長法又は溶液法等によって形成される結晶質の膜である。一方、圧電薄膜３と同じ組成を有する圧電体のバルクは上記の結晶配向性を有することは困難である。圧電体のバルクは、圧電体の必須元素を含む粉末の焼結体（セラミックス）であり、焼結体を構成する多数の結晶の構造及び配向性を制御することが困難であるからである。
【0036】
図４は、圧電薄膜３中の正方晶１の（００１）面の配向方向、及び圧電薄膜３中の正方晶２の（００１）面の配向方向を示す。ただし、圧電薄膜３における正方晶１及び正方晶２其々の配置は、図４に示される配置に限定されない。図４中の（００１）‐Ｔ１は、正方晶１の（００１）面を意味する。図４中の（００１）‐Ｔ２は、正方晶２の（００１）面を意味する。図４中の正方晶１の（００１）面、及び図４中の正方晶２の（００１）面は、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮに対して平行に切断された圧電薄膜３の任意の断面において観察される。図４に示されるように、少なくとも一部又は全部の正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いている。換言すれば、少なくとも一部又は全部の正方晶２の（００１）面は、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮに対して垂直ではない。換言すれば、少なくとも一部又は全部の正方晶２の（００１）面は、第一電極層７の表面に対して平行でなくてよい。
【0037】
正方晶１の結晶配向性と正方晶２の（００１）面の傾きに因り、圧電薄膜３は大きい圧電性能指数（ｄ３３，ｆ／εｒε０）を有することができる。発明者は、下記のメカニズムにより、圧電薄膜３が大きい圧電性能指数（ｄ３３，ｆ／εｒε０）を有することができる、と推察する。
【0038】
正方晶１の（００１）面が第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し、且つ正方晶１のｃ１／ａ１が正方晶２のｃ２／ａ２よりも大きいので、圧電薄膜３が正方晶１に由来する低い比誘電率εｒを有し易い。更に、正方晶２の（００１）面が正方晶１の（００１）面に対して傾いているので、電界印加時に正方晶２の分極軸の回転が生じ易く、圧電薄膜３が正方晶２に由来する大きい圧電歪定数ｄ３３，ｆを有し易い。上記の理由から、低い比誘電率εｒと大きい圧電歪定数ｄ３３，ｆが両立し、圧電薄膜３が大きい圧電性能指数（ｄ３３／εｒε０）を有することができる。
【0039】
上記のメカニズムは仮説であり、本発明の技術的範囲は上記のメカニズムによって限定されるものでない。
【0040】
例えば、圧電薄膜３の圧電性能指数（ｄ３３，ｆ／εｒε０）は、１８０×１０－３Ｖ・ｍ／Ｎ以上２７３×１０－３Ｖ・ｍ／Ｎ以下、又は２００×１０－３Ｖ・ｍ／Ｎ以上２４６×１０－３Ｖ・ｍ／Ｎ以下であってよい。
例えば、圧電薄膜３の圧電歪定数ｄ３３，ｆは、６２ｐＣ／Ｎ以上１５０ｐＣ／Ｎ以下、又は８４ｐＣ／Ｎ以上１２９ｐＣ／Ｎ以下であってよい。
例えば、圧電薄膜３の比誘電率εｒ（又はε３３）は、３９以上８９以下、又は４１以上６４以下であってよい。
例えば、圧電薄膜３の圧電歪定数ｄ３３，ｆは、６２ｐＣ／Ｎ以上１５０ｐＣ／Ｎ以下、又は８４ｐＣ／Ｎ以上１２９ｐＣ／Ｎ以下であってよい。
例えば、圧電薄膜３の比誘電率εｒ（又はε３３）は、３９以上８９以下、又は４１以上６４以下であってよい。
【0041】
図４に示されるように、正方晶１の（００１）面及び正方晶２の（００１）面の間の角度の絶対値は、θ１２である。θ１２は、１．０°以上１０．０°以下であってよい。つまり、図４において（００１）‐Ｔ１と（００１）‐Ｔ２との間の角度の絶対値θ１２は、１．０°以上１０．０°以下であってよい。θ１２が１．０°以上である場合、正方晶２の（００１）面が十分に傾いているので、圧電薄膜３が大きい圧電歪定数ｄ３３，ｆを有し易い。θ１２が１０°以下である場合、正方晶１の結晶配向性が損なわれ難く、圧電薄膜３が大きい圧電歪定数ｄ３３，ｆを有し易い。
【0042】
第一電極層７又は第二中間層６に含まれる結晶（下部結晶）の（１００）面の間隔は、ａＬと表される。ａＬはａ１と等しくないことが好ましい。例えば、ａＬはａ１よりも大きくてよい。ａＬはａ１よりも小さくてもよい。格子不整合率Δａは、１００×（ａＬ－ａ１）／ａ１と定義される。例えば、格子不整合率Δａの絶対値は、３．０％以上１２．１％以下であってよい。つまり、１００×（ａＬ－ａ１）／ａ１の絶対値は、３．０以上１２．１以下あってよい。ａＬがａ１と等しくなく、且つΔａの絶対値が上記範囲内である場合、正方晶１の（００１）面が第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易く、正方晶２の（００１）面が正方晶１の（００１）面に対して傾き易く、ｃ１／ａ１がｃ２／ａ２よりも大きくなり易く、θ１２が１．０°以上１０．０°以下に制御され易い。ａ１は圧電薄膜３の組成及び結晶構造に依り、ａＬは第一電極層７又は第二中間層６の組成及び結晶構造に依る。したがって、圧電薄膜３、第一電極層７及び第二中間層６其々の組成及び結晶構造の選定及び組合せにより、格子不整合率Δａが制御されてよい。
【0043】
圧電薄膜３とは対照的に、圧電体のバルクでは、格子不整合に起因する結晶構造の歪みが起き難い。したがって、圧電体のバルクを構成する大多数のペロブスカイト型酸化物は立方晶であり、圧電体のバルクは、圧電薄膜３に比べて、ペロブスカイト型酸化物の正方晶に起因する圧電性を有し難い傾向がある。
【0044】
正方晶１及び正方晶２其々の各結晶面の間隔及び配向方向、並びにθ１２は、圧電薄膜３の表面の面外（оｕｔ-оｆ-ｐｌａｎｅ）方向及び面内（ｉｎ-ｐｌａｎｅ）方向において測定される圧電薄膜３のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンに基づいて特定されてよい。正方晶１及び正方晶２其々の各結晶面の間隔及び配向方向は、逆格子空間マッピングによって特定されてもよい。つまり、正方晶１及び正方晶２は、圧電薄膜３のＸ線回折パターンの逆格子空間マップによって検出され、互いに識別されてよい。逆格子空間マップは、逆格子空間における回折Ｘ線の強度の分布図と言い換えられてよい。例えば、逆格子空間マップは、ω軸、φ軸、χ軸、２θ軸、及び２θχ軸からなる群より選ばれる二つ以上の走査軸に沿って、圧電薄膜３の回折Ｘ線の強度を測定することによって得られてよい。例えば、逆格子空間マップは、ωスキャン及び２θ／ωスキャンによって測定されたＸ線回折パターンから構成されてよい。逆格子空間マップは、直交する横軸及び縦軸から構成される座標系における二次元のマップであってよい。二次元の逆格子空間マップの横軸は、圧電薄膜３の表面の面内方向における格子定数の逆数に対応する値を示してよい。例えば、逆格子空間マップの横軸は、（１００）面の間隔ａの逆数（つまり１／ａ）に対応する値を示してよい。二次元の逆格子空間マップの縦軸は、圧電薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおける格子定数の逆数に対応する値を示してよい。例えば、逆格子空間マップの縦軸は、（００１）面の間隔ｃの逆数（つまり１／ｃ）に対応する値を示してよい。逆格子空間マップは複数のスポットを含む。一つのスポットは、正方晶１及び正方晶２のうちいずれかの結晶の一つの結晶面に由来する回折Ｘ線に対応する。逆格子空間マップ中の一つのスポットの座標から、正方晶１及び正方晶２のうちいずれかの結晶の一つの結晶面の間隔及び配向方向が特定されてよい。
図６の（ａ）及び図６の（ｂ）は、圧電薄膜３の逆格子空間マップの一例である。図６の（ａ）中のＳ‐Ｔ１は、正方晶１の（００３）面に対応するスポットである。図６の（ａ）中のＳ‐Ｔ２は、正方晶２の（００３）面に対応するスポットである。図６の（ｂ）中のＳ‐Ｔ１は、正方晶１の（１０３）面に対応するスポットである。図６の（ｂ）中のＳ‐Ｔ２は、正方晶２の（１０３）面に対応するスポットである。Ｓ‐Ｔ１の座標とＳ‐Ｔ２の座標との差が、正方晶１の（００３）面（及び（００１）面）に対する正方晶２の（００３）面（及び（００１）面）の傾きを示唆している。つまり、Ｓ‐Ｔ１の座標とＳ‐Ｔ２の座標との差が、θ１２を示唆している。
図６の（ａ）及び図６の（ｂ）は、圧電薄膜３の逆格子空間マップの一例である。図６の（ａ）中のＳ‐Ｔ１は、正方晶１の（００３）面に対応するスポットである。図６の（ａ）中のＳ‐Ｔ２は、正方晶２の（００３）面に対応するスポットである。図６の（ｂ）中のＳ‐Ｔ１は、正方晶１の（１０３）面に対応するスポットである。図６の（ｂ）中のＳ‐Ｔ２は、正方晶２の（１０３）面に対応するスポットである。Ｓ‐Ｔ１の座標とＳ‐Ｔ２の座標との差が、正方晶１の（００３）面（及び（００１）面）に対する正方晶２の（００３）面（及び（００１）面）の傾きを示唆している。つまり、Ｓ‐Ｔ１の座標とＳ‐Ｔ２の座標との差が、θ１２を示唆している。
【0045】
正方晶１のｃ１／ａ１は、１．１２０以上１．２７０以下、又は１．１２０以上１．２６７以下であってよい。ｃ１／a１が１．１２０以上である場合、圧電薄膜３が正方晶１に由来する低い比誘電率を有し易く、圧電薄膜３の圧電性能指数が増加し易い。ｃ１／a１が１．２７０以下である場合、正方晶１の分極反転が起き易く、圧電薄膜３の圧電性能指数が増加し易い。例えば、ｃ１は４．４２０Å以上４．７００Å以下であってよい。例えば、ａ１は３．７００Å以上３．９４０Å以下であってよい。
【0046】
c２／a２は、１．０１０以上１．１１５以下、又は１．０１４以上１．１１１以下であってよい。ｃ２／ａ２が上記範囲内であることに因り、正方晶２の分極反転が起き易く、圧電薄膜３が正方晶２に由来する大きいｄ３３，ｆを有し易く、圧電薄膜３が大きい圧電性能指数を有し易い。ｃ２／ａ２が上記の範囲外である場合、正方晶２の比誘電率が高過ぎたり、正方晶２自体の圧電性が劣化したりする傾向がある。例えば、ｃ２は４．０００Å以上４．２１５Å以下であってよい。例えば、ａ２は、３．７８１Å以上３．９６１Å以下、又は３．８４３Å以上３．９６１Å以下であってよい。
【0047】
圧電薄膜３は、正方晶１及び正方晶２以外の微量の結晶を更に含んでよい。
例えば、圧電薄膜３は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶として、第３正方晶を更に含んでよい。第３正方晶の（００１）面は、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していてよい。第３正方晶の（００１）面の間隔は、ｃ３である。第３正方晶の（１００）面の間隔は、ａ３である。ｃ３／ａ３は、ｃ１／ａ１より小さくてよい。第３正方晶のｃ３／ａ３は、１．０１０以上１．１１５以下であってよい。第３正方晶の組成は、正方晶１又は正方晶２の組成と同じであってよい。第３正方晶の組成は、正方晶１又は正方晶２の組成と異なってもよい。（００１）面が配向する方向を除いて、第３正方晶は正方晶２と同じであってよい。
例えば、圧電薄膜３はペロブスカイト型酸化物の菱面体晶を更に含んでよい。菱面体晶の（００１）面は、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していてよい。菱面体晶の（００１）面の間隔ａ４は、第３正方晶の（００１）面の間隔ｃ３と略同じであってよい。菱面体晶の組成は、正方晶１、正方晶２又は第３正方晶の組成と同じであってよい。菱面体晶の組成は、正方晶１、正方晶２又は第３正方晶の組成と異なってもよい。
例えば、圧電薄膜３は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶として、第３正方晶を更に含んでよい。第３正方晶の（００１）面は、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していてよい。第３正方晶の（００１）面の間隔は、ｃ３である。第３正方晶の（１００）面の間隔は、ａ３である。ｃ３／ａ３は、ｃ１／ａ１より小さくてよい。第３正方晶のｃ３／ａ３は、１．０１０以上１．１１５以下であってよい。第３正方晶の組成は、正方晶１又は正方晶２の組成と同じであってよい。第３正方晶の組成は、正方晶１又は正方晶２の組成と異なってもよい。（００１）面が配向する方向を除いて、第３正方晶は正方晶２と同じであってよい。
例えば、圧電薄膜３はペロブスカイト型酸化物の菱面体晶を更に含んでよい。菱面体晶の（００１）面は、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していてよい。菱面体晶の（００１）面の間隔ａ４は、第３正方晶の（００１）面の間隔ｃ３と略同じであってよい。菱面体晶の組成は、正方晶１、正方晶２又は第３正方晶の組成と同じであってよい。菱面体晶の組成は、正方晶１、正方晶２又は第３正方晶の組成と異なってもよい。
【0048】
正方晶１の（００１）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）は、Ｉ１である。正方晶２の（００１）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）は、Ｉ２である。１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、０．３０以上１０．０以下、又は０．４０以上９．８０以下であってよい。１００×Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２）が上記範囲内である場合、正方晶１に由来する低い比誘電率（εｒ）と、正方晶２に由来する大きい圧電歪定数（ｄ３３，ｆ）と両立し易い。その結果、圧電薄膜３が大きい圧電性能指数を有し易い。Ｉ１及びＩ２其々の単位は、例えば、ｃｐｓ（ｃоｕｎｔｓ ｐｅｒ ｓｅｃоｎｄ）であってよい。Ｉ１及びＩ２は、圧電薄膜３の表面におけるоｕｔ-оｆ-ｐｌａｎｅ測定によって特定されてよい。Ｉ１及びＩ２其々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、Ｉ１及びＩ２其々の測定条件が設定されてよい。
【0049】
Ｉ１は、正方晶１の（００１）面の総面積に比例してよく、Ｉ２は、正方晶２の（００１）面の総面積に比例してよい。換言すれば、Ｉ１は、圧電薄膜３に含まれる正方晶１の量に比例してよく、Ｉ２は、圧電薄膜３に含まれる正方晶２の量に比例してよい。したがって、Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、正方晶１及び正方晶２の合計量に対する正方晶２の存在比であってよい。つまり、正方晶１及び正方晶２の合計量に対する正方晶２の存在比Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、０．３０％以上１０．０％未満であってよい。
【0050】
正方晶１の（００１）面及び正方晶２の（００１）面其々の配向の程度は、配向度によって定量化されてよい。正方晶１の（００１）面及び正方晶２の（００１）面其々の配向度が大きいほど、圧電薄膜３は大きい圧電性能指数を有し易い。各結晶面の配向度は、各結晶面に由来する回折Ｘ線のピークに基づいて算出されてよい。各結晶面に由来する回折Ｘ線のピークは、圧電薄膜３の表面におけるоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ測定によって測定されてよい。
正方晶１の（００１）面の配向度は、１００×Ｉ１／ΣＩ１（ｈｋｌ）と表されてよい。ΣＩ１（ｈｋｌ）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶１の各結晶面の回折Ｘ線のピーク強度の総和である。ΣＩ１（ｈｋｌ）は、例えば、Ｉ１（００１）＋Ｉ１（１１０）＋Ｉ１（１１１）であってよい。Ｉ１（００１）は、上述のＩ１である。つまりＩ１（００１）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶１の（００１）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）である。Ｉ１（１１０）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶１の（１１０）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）である。Ｉ１（１１１）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶１の（１１１）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）である。
正方晶２の（００１）面の配向度は、１００×Ｉ２／ΣＩ２（ｈｋｌ）と表されてよい。ΣＩ２（ｈｋｌ）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶２の各結晶面の回折Ｘ線のピーク強度の総和である。ΣＩ２（ｈｋｌ）は、例えば、Ｉ２（００１）＋Ｉ２（１１０）＋Ｉ２（１１１）であってよい。Ｉ２（００１）は、上述のＩ２である。つまりＩ２（００１）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶２の（００１）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）である。Ｉ２（１１０）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶２の（１１０）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）である。Ｉ２（１１１）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶２の（１１１）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）である。
正方晶１の（００１）面及び正方晶２の（００１）面其々の配向の程度は、ロットゲーリング（Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ）法に基づく配向度Ｆによって定量化されてもよい。上記のいずれの方法で配向度が算出される場合であっても、正方晶１の（００１）面及び正方晶２の（００１）面其々の配向度は、７０％以上１００％以下、好ましくは８０％以上１００％以下、より好ましくは９０％以上１００％以下であってよい。換言すれば、正方晶１の（００１）面は、正方晶１の他の結晶面に優先して、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向してよい。正方晶２の（００１）面は、正方晶２の他の結晶面に優先して、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において配向してよい。
正方晶１の（００１）面の配向度は、１００×Ｉ１／ΣＩ１（ｈｋｌ）と表されてよい。ΣＩ１（ｈｋｌ）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶１の各結晶面の回折Ｘ線のピーク強度の総和である。ΣＩ１（ｈｋｌ）は、例えば、Ｉ１（００１）＋Ｉ１（１１０）＋Ｉ１（１１１）であってよい。Ｉ１（００１）は、上述のＩ１である。つまりＩ１（００１）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶１の（００１）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）である。Ｉ１（１１０）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶１の（１１０）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）である。Ｉ１（１１１）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶１の（１１１）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）である。
正方晶２の（００１）面の配向度は、１００×Ｉ２／ΣＩ２（ｈｋｌ）と表されてよい。ΣＩ２（ｈｋｌ）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶２の各結晶面の回折Ｘ線のピーク強度の総和である。ΣＩ２（ｈｋｌ）は、例えば、Ｉ２（００１）＋Ｉ２（１１０）＋Ｉ２（１１１）であってよい。Ｉ２（００１）は、上述のＩ２である。つまりＩ２（００１）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶２の（００１）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）である。Ｉ２（１１０）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶２の（１１０）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）である。Ｉ２（１１１）は、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において測定される正方晶２の（１１１）面の回折Ｘ線のピーク強度（最大強度）である。
正方晶１の（００１）面及び正方晶２の（００１）面其々の配向の程度は、ロットゲーリング（Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ）法に基づく配向度Ｆによって定量化されてもよい。上記のいずれの方法で配向度が算出される場合であっても、正方晶１の（００１）面及び正方晶２の（００１）面其々の配向度は、７０％以上１００％以下、好ましくは８０％以上１００％以下、より好ましくは９０％以上１００％以下であってよい。換言すれば、正方晶１の（００１）面は、正方晶１の他の結晶面に優先して、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向してよい。正方晶２の（００１）面は、正方晶２の他の結晶面に優先して、圧電薄膜３の表面のоｕｔ-оｆ‐ｐｌａｎｅ方向において配向してよい。
【0051】
正方晶１は、下記化学式１で表されてよい。下記化学式１は、下記化学式１ａと実質的に同じである。
ｘ１（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ１ＢｉＦｅＯ３ （１）
（Ｂｉｘ１（１－α）＋ｙ１ＥＡ ｘ１α）（ＥＢ１ ｘ１（１－β）ＥＢ２ ｘ１βＦｅｙ１）Ｏ３±δ （１ａ）
ｘ１（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ１ＢｉＦｅＯ３ （１）
（Ｂｉｘ１（１－α）＋ｙ１ＥＡ ｘ１α）（ＥＢ１ ｘ１（１－β）ＥＢ２ ｘ１βＦｅｙ１）Ｏ３±δ （１ａ）
【0052】
上記化学式１中のｘ１＋ｙ１は、１．００であってよい。上記化学式１中のＥＡは、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。上記化学式１中のＥＢ１は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。上記化学式１中のＥＢ２は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。ＥＢ１及びＥＢ２は、互いに異なる。α、β、ｘ１及びｙ１其々の単位は、モルであってよい。
【0053】
上記化学式１ａ中のＢｉｘ１（１－α）＋ｙ１ＥＡ
ｘ１αは、ペロブスカイト構造のＡサイトに位置する元素に対応する。上記化学式１ａ中のＥＢ１
ｘ１（１－β）ＥＢ２
ｘ１βＦｅｙ１は、ペロブスカイト構造のＢサイトに位置する元素に対応する。
【0054】
上記化学式１中のｘ１は、０．０５以上０．９０以下であってよい。ｘ１が０．０５以上０．９０以下である場合、正方晶１の（００１）面が第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易く、正方晶２の（００１）面が正方晶１の（００１）面に対して傾き易く、ｃ１／ａ１がｃ２／ａ２よりも大きくなり易く、θ１２が１．０°以上１０．０°以下に制御され易い。
【0055】
上記化学式１中のｙ１は、０．１０以上０．９５以下であってよい。ｙ１が０．１０以上０．９５以下である場合、正方晶１の（００１）面が第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易く、正方晶２の（００１）面が正方晶１の（００１）面に対して傾き易く、ｃ１／ａ１がｃ２／ａ２よりも大きくなり易く、θ１２が１．０°以上１０．０°以下に制御され易い。
【0056】
上記化学式１中のαは、０．００以上１．００以下であってよい。αは、０．００又は０．５０であってよい。上記化学式１中のβは、０．００以上１．００以下であってよい。βは、０．００又は０．５０であってよい。
【0057】
上記化学式１ａにおけるδは、０以上であってよい。正方晶１の結晶構造（ペロブスカイト構造）が維持される限りにおいて、δは、０以外の値であってよい。例えば、δは、０より大きく１．０以下であってよい。δは、例えば、正方晶１におけるＡサイト及びＢサイト其々に位置する各イオンの価数から算出されてよい。各イオンの価数は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）法により測定されてよい。
【0058】
正方晶１に含まれるＢｉ及びＥＡのモル数の合計値は、［Ａ］１と表されてよく、正方晶１に含まれるＥＢ１、ＥＢ２及びＦｅのモル数の合計値は、［Ｂ］１と表されてよく、［Ａ］１／［Ｂ］１は１．０であってよい。正方晶１の結晶構造（ペロブスカイト構造）が維持される限りにおいて、［Ａ］１／［Ｂ］１は１．０以外の値であってよい。つまり、［Ａ］１／［Ｂ］１は１．０未満であってよく、［Ａ］１／［Ｂ］１は１．０より大きくてもよい。
【0059】
正方晶２は、下記化学式２で表されてよい。下記化学式２は、下記化学式２ａと実質的に同じである。
ｘ２（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ２ＢｉＦｅＯ３ （２）
（Ｂｉｘ２（１－α）＋ｙ２ＥＡ ｘ２α）（ＥＢ１ ｘ２（１－β）ＥＢ２ ｘ２βＦｅｙ２）Ｏ３±δ （２ａ）
ｘ２（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ２ＢｉＦｅＯ３ （２）
（Ｂｉｘ２（１－α）＋ｙ２ＥＡ ｘ２α）（ＥＢ１ ｘ２（１－β）ＥＢ２ ｘ２βＦｅｙ２）Ｏ３±δ （２ａ）
【0060】
上記化学式２中のｘ２＋ｙ２は、１．００であってよい。上記化学式２中のＥＡは、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。上記化学式２中のＥＢ１は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。上記化学式２中のＥＢ２は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。ＥＢ１及びＥＢ２は、互いに異なる。α、β、ｘ２及びｙ２其々の単位は、モルであってよい。
【0061】
上記化学式２中のＥＡは、上記化学式１中のＥＡと同じであってよく、異なってもよい。上記化学式２中のＥB１は、上記化学式１中のＥB１と同じであってよく、異なってもよい。上記化学式２中のＥB２は、上記化学式１中のＥB２と同じであってよく、異なってもよい。上記化学式２中のｘ２は、上記化学式１中のｘ１と同じであってよく、異なってもよい。上記化学式２中のｙ２は、上記化学式１中のｙ１と同じであってよく、異なってもよい。上記化学式２中のαは、上記化学式１中のαと同じであってよく、異なってもよい。上記化学式２中のβは、上記化学式１中のβと同じであってよく、異なってもよい。
【0062】
上記化学式２ａ中のＢｉｘ２（１－α）＋ｙ２ＥＡ
ｘ２αは、ペロブスカイト構造のＡサイトに位置する元素に対応する。上記化学式２ａ中のＥＢ１
ｘ２（１－β）ＥＢ２
ｘ２βＦｅｙ２は、ペロブスカイト構造のＢサイトに位置する元素に対応する。
【0063】
上記化学式２中のｘ２は、０．０５以上０．９０以下であってよい。ｘ２が０．０５以上０．９０以下である場合、正方晶１の（００１）面が第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易く、正方晶２の（００１）面が正方晶１の（００１）面に対して傾き易く、ｃ１／ａ１がｃ２／ａ２よりも大きくなり易く、θ１２が１．０°以上１０．０°以下に制御され易い。
【0064】
上記化学式２中のｙ２は、０．１０以上０．９５以下であってよい。ｙ２が０．１０以上０．９５以下である場合、正方晶１の（００１）面が第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易く、正方晶２の（００１）面が正方晶１の（００１）面に対して傾き易く、ｃ１／ａ１がｃ２／ａ２よりも大きくなり易く、θ１２が１．０°以上１０．０°以下に制御され易い。
【0065】
上記化学式２中のαは、０．００以上１．００以下であってよい。αは、０．００又は０．５０であってよい。上記化学式２中のβは、０．００以上１．００以下であってよい。βは、０．００又は０．５０であってよい。
【0066】
上記化学式２ａにおけるδは、０以上であってよい。正方晶２の結晶構造（ペロブスカイト構造）が維持される限りにおいて、δは、０以外の値であってよい。例えば、δは、０より大きく１．０以下であってよい。δは、例えば、正方晶２におけるＡサイト及びＢサイト其々に位置する各イオンの価数から算出されてよい。各イオンの価数は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）法により測定されてよい。
【0067】
正方晶２に含まれるＢｉ及びＥＡのモル数の合計値は、［Ａ］２と表されてよく、正方晶２に含まれるＥＢ１、ＥＢ２及びＦｅのモル数の合計値は、［Ｂ］２と表されてよく、［Ａ］２／［Ｂ］２は１．０であってよい。正方晶２の結晶構造（ペロブスカイト構造）が維持される限りにおいて、［Ａ］２／［Ｂ］２は１．０以外の値であってよい。つまり、［Ａ］２／［Ｂ］２は１．０未満であってよく、［Ａ］２／［Ｂ］２は１．０より大きくてもよい。
【0068】
圧電薄膜３はエピタキシャル膜であってよい。つまり、圧電薄膜３は、エピタキシャル成長によって形成されてよい。エピタキシャル成長により、異方性及び結晶配向性に優れた圧電薄膜３が形成され易い。
【0069】
例えば、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおける圧電薄膜３の厚みは、５００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下であってよい。圧電薄膜３の厚みは、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮに平行な圧電薄膜３の断面において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって測定されてよい。結晶質基板８、第一中間層５、第一電極層７、第二中間層６、圧電薄膜３及び第二電極層４は、圧電薄膜３の断面の反射電子像における輝度の違いに基づいて識別されてよい。結晶質基板８、第一中間層５、第一電極層７、第二中間層６及び第二電極層４其々の厚みは、圧電薄膜３の厚みと同様の方法で測定されてよい。
【0070】
例えば、圧電薄膜３の表面の面積は、１μｍ２以上５００ｍｍ２以下であってよい。結晶質基板８、第一中間層５、第一電極層７、第二中間層６及び第二電極層４其々の面積は、圧電薄膜３の面積と同じであってよい。
【0071】
圧電薄膜３の組成は、例えば、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）法、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光法及び光電子分光（ＸＰＳ）法からなる群より選ばれる少なくとも一種の方法によって分析されてよい。第一電極層７の表面の法線方向ＤＮに略平行な方向に圧電薄膜３が切断され、圧電薄膜３の断面の分析によって正方晶１及び正方晶２其々の組成が特定されてよい。圧電薄膜３の断面の分析には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）に備わるエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）装置が用いられてよい。圧電薄膜３の結晶構造及び結晶配向性は、常温における結晶構造及び結晶配向性であってよい。
【0072】
圧電薄膜３は、下記の成膜工程によって第一電極層７又は第二中間層６の表面に直接形成される。成膜工程では、ターゲットを用いたパルスレーザー堆積（Ｐｕｌｓｅｄ－ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ； ＰＬＤ）法により、圧電薄膜３が形成される。ターゲットは、圧電薄膜３の原料である。ターゲットは、圧電薄膜３を構成する全ての元素と共通する全ての元素から構成されてよい。ターゲットの組成は、ターゲットを構成する各元素のモル比が圧電薄膜３を構成する各元素のモル比と略一致するように調整されてよい。例えば、ターゲットを構成する各元素のモル比は、上記化学式１又は上記化学式２を構成する各元素のモル比と略一致してよい。
【0073】
ＰＬＤ法では、パルスレーザー光をターゲットに照射することにより、ターゲットを構成する元素がプラズマ化され、蒸発する。ＰＬＤ法によれば、ターゲットを構成する各元素を一瞬で均一にプラズマ化することができる。その結果、圧電薄膜３中の各元素のモル比が、各ターゲット中の各元素のモル比と略一致し易く、圧電薄膜３における元素の偏析が抑制され易い。またＰＬＤ法によれば、圧電薄膜３がエピタキシャルに成長し易く、原子レベルで緻密である圧電薄膜３が形成され易い。例えば、パルスレーザー光は、波長が２４８ｎｍであるＫｒＦレーザー等のエキシマレーザーであってよい。
【0074】
ＰＬＤ法では、パルスレーザー光のフルエンス（Ｆｌｕｅｎｃｅ）が制御される。フルエンスは、ターゲットに照射されるパルレーザー光のエネルギー密度（単位：ｍＪ／ｃｍ２）と言い換えられる。パルスレーザー光のフルエンスは、ターゲットの表面の単位面積当たりのパルスレーザー光のエネルギーと言い換えられてもよい。パルスレーザー光のフルエンスは、８ｍＪ／ｃｍ２以上１２ｍＪ／ｃｍ２以下であってよい。パルスレーザー光のフルエンスが８ｍＪ／ｃｍ２以上１２ｍＪ／ｃｍ２以下である場合、圧電薄膜３のエピタキシャル成長の速度が適度に抑制され、圧電薄膜３と第一電極層７との間の格子格子不整合、又は圧電薄膜３と第二中間層６との間の格子格子不整合が、圧電薄膜３の成長に適度に影響する。その結果、正方晶１の（００１）面が第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易く、正方晶２の（００１）面が正方晶１の（００１）面に対して傾き易く、ｃ１／ａ１がｃ２／ａ２よりも大きくなり易く、θ１２が１．０°以上１０．０°以下に制御され易い。パルスレーザー光のフルエンスが８ｍＪ／ｃｍ２未満である場合、圧電薄膜３が結晶性を有し難く、正方晶１の（００１）面が第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し難い。パルスレーザー光のフルエンスが１２ｍＪ／ｃｍ２よりも大きい場合、正方晶２の（００１）面が正方晶１の（００１）面に対して傾き難い。つまり、パルスレーザー光のフルエンスが１２ｍＪ／ｃｍ２よりも大きい場合、圧電薄膜３のエピタキシャル成長の速度が速過ぎるため、上記の格子格子不整合が圧電薄膜３の成長に影響し難い。その結果、正方晶１の（００１）面だけではなく、正方晶２の（００１）面も第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易い。
【0075】
ＰＬＤ法では、パルスレーザー光のパルス数（繰り返し周波数）を変えることにより、圧電薄膜３の成長速度、正方晶１及び正方晶２其々の異方性及び配向性が制御されてよい。パルスレーザー光の繰り返し周波数の減少に伴って、圧電薄膜３の成長速度は減少し、正方晶１及び正方晶２其々の異方性、及び正方晶１及び正方晶２其々の結晶面の配向性は高まる。例えば、成膜工程におけるパルスレーザー光の繰り返し周波数ｆは、約１０Ｈｚであってよい。パルスレーザー光の繰り返し周波数ｆが１０Ｈｚである場合、正方晶１の（００１）面が第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易く、正方晶２の（００１）面が正方晶１の（００１）面に対して傾き易く、ｃ１／ａ１がｃ２／ａ２よりも大きくなり易く、θ１２が１．０°以上１０．０°以下に制御され易い。
【0076】
圧電薄膜３の原料であるターゲットは、以下の方法により作製されてよい。
【0077】
ターゲットの出発原料として、例えば、Ｂｉ、ＥＡ、ＥＢ及びＦｅ其々の酸化物が用いられてよい。出発原料として、酸化物に代えて、炭酸塩又はシュウ酸塩等のように、焼成により酸化物になる物質が用いられてもよい。これらの出発原料を１００℃以上で十分に乾燥した後、Ｂｉ、ＥＡ、ＥＢ及びＦｅ其々のモル比が、圧電薄膜３中における各元素のモル比に一致するように、各出発原料が秤量される。成膜工程において、ターゲット中のＢｉは他の元素に比べて揮発し易い。したがって、ターゲット中のＢｉのモル比は、圧電薄膜３中のＢｉのモル比よりも高い値に調整されてよい。ＥＡとしてＫを含む原料が用いられる場合、成膜工程において、ターゲット中のＫは他の元素に比べて揮発し易い。したがって、ターゲット中のＫのモル比は、圧電薄膜３中のＫのモル比よりも高い値に調整されてよい。
【0078】
秤量された出発原料は、有機溶媒又は水の中で十分に混合される。混合時間は、５時間以上２０時間以下であってよい。混合手段は、例えば、ボールミルであってよい。混合後の出発原料を、十分乾燥した後、出発原料はプレス機で成形される。成形された出発原料を仮焼き（ｃａｌｃｉｎｅ）することより、仮焼物が得られる。仮焼きの温度は、７５０℃以上９００℃以下であってよい。仮焼きの時間は、１時間以上３時間以下であってよい。仮焼物は、有機溶媒又は水の中で粉砕される。粉砕時間は、５時間以上３０時間以下であってよい。粉砕手段は、ボールミルであってよい。粉砕された仮焼物の乾燥後、バインダー溶液が加えられた仮焼物を造粒することにより、仮焼物の粉が得られる。仮焼物の粉のプレス成形により、ブロック状の成形体が得られる。
【0079】
ブロック状の成形体を加熱することにより、成形体中のバインダーが揮発する。加熱温度は、４００℃以上８００℃以下であってよい。加熱時間は、２時間以上４時間以下であってよい。
【0080】
バインダーの揮発後、成形体が焼成（ｓｉｎｔｅｒ）される。焼成温度は、８００℃以上１１００℃以下であってよい。焼成時間は、２時間以上４時間以下であってよい。焼成過程における成形体の昇温速度及び降温速度は、例えば５０℃／時間以上３００℃／時間以下であってよい。
【0081】
以上の工程により、ターゲットが作製される。ターゲットに含まれるペロブスカイト型酸化物）の結晶粒（ｃｒｙｓｔａｌ ｇｒａｉｎ）の平均粒径は、例えば、１μｍ以上２０μｍ以下であってよい。
【0082】
成膜工程では、真空雰囲気下において、ターゲットを構成する元素をＰＬＤ法により蒸発させる。蒸発した元素が、第一電極層７又は第二中間層６の表面に付着及び堆積することにより、圧電薄膜が形成される。成膜工程では、真空チャンバーの内部を加熱しながら、真空チャンバー内で第一圧電層３Ａが形成されてよい。例えば、真空チャンバーの内部の温度（成膜温度）は４５０℃以上６００℃以下であってよい。成膜温度が高いほど、第一電極層７又は第二中間層６の表面の清浄度が改善され、圧電薄膜３の結晶性が向上し易い。成膜温度が高過ぎる場合、圧電薄膜３が結晶性を有し難い。また成膜温度が高過ぎる場合、圧電薄膜３を構成する各元素が過度に還元され、所望の組成を有する圧電薄膜３が得られ難い。更に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の組成が制御され難い。
【0083】
例えば、真空チャンバー内の酸素分圧は、例えば、０．１Ｐａ以上３．０Ｐａ以下であってよい。酸素分圧が低過ぎる場合、ターゲットに由来する各元素が十分に酸化され難く、ペロブスカイト型酸化物が形成され難く、圧電薄膜３の結晶性が劣化し易い。酸素分圧が高過ぎる場合、圧電薄膜３の成長速度が低下し易く、圧電薄膜３の結晶性が劣化し易い。
【0084】
成膜工程では、フルエンス、パルスレーザー光の繰り返し周波数に加えて、ターゲットへのパルスレーザー光の照射回数（成膜時間）が制御されてよい。ターゲットへのパルスレーザー光の照射回数（成膜時間）の増加に伴い、圧電薄膜３の厚みが増加する傾向がある。成膜工程では、第一電極層７又は第二中間層６の表面とターゲットとの間の距離が制御されてもよい。第一電極層７又は第二中間層６の表面とターゲットとの間の距離の減少に伴い、圧電薄膜３の厚み及び成長速度が増加する傾向がある。
【0085】
成膜工程により圧電薄膜３が形成された後、真空チャンバー内での圧電薄膜３のアニール処理（加熱処理）が行われてよい。アニール処理における圧電薄膜３の温度（アニール温度）は、例えば、３００℃以上１０００℃以下であってよい。圧電薄膜３のアニール処理により、圧電薄膜３の圧電性が更に向上する傾向がある。特に８５０℃以上１０００℃以下でのアニール処理により、圧電薄膜３の圧電性が向上し易い。ただし、アニール処理は必須でない。
【0086】
上述された圧電薄膜３の形成過程と、続く降温過程においては、温度変化に因る圧縮応力が圧電薄膜３内に生じてよい。圧縮応力により、圧電薄膜３が、第一電極層７の表面に略平行な方向（ａ軸方向及びｂ軸方向）において圧縮される。その結果、正方晶１及び正方晶２が形成され易い。
【0087】
結晶質基板８は、単結晶基板であってよい。例えば、結晶質基板８は、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。結晶質基板８は、酸化物の単結晶からなる基板であってもよい。酸化物の単結晶は、例えば、ＭｇＯ又はペロブスカイト型酸化物（例えばＳｒＴｉＯ３）であってよい。結晶質基板８の厚みは、例えば、１０μｍ以上１０００μｍ以下であってよい。結晶質基板８が導電性を有する場合、結晶質基板８が電極層（第一電極層７）として機能するので、第一電極層７はなくてもよい。例えば、導電性を有する結晶質基板８は、ニオブ（Ｎｂ）がドープされたＳｒＴｉＯ３の単結晶であってよい。結晶質基板８として、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ－ｏｎ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が用いられてもよい。
【0088】
結晶質基板８の結晶方位は、結晶質基板８の表面の法線方向と等しくてよい。つまり、結晶質基板８の表面は、結晶質基板８の結晶面と平行であってよい。結晶質基板８の表面の法線方向は、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮと略平行である。結晶質基板８は一軸配向基板であってよい。例えば、Ｓｉ等の結晶質基板８の（１００）面が、結晶質基板８の表面と平行であってよい。つまり、Ｓｉ等の結晶質基板８の［１００］方向が、結晶質基板８の表面の法線方向と平行であってよい。
【0089】
Ｓｉ等の結晶質基板８の（１００）面が結晶質基板８の表面と平行である場合、正方晶１の（００１）面が、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易い。
【0090】
上述の通り、第一中間層５が、結晶質基板８と第一電極層７との間に配置されていてよい。第一中間層５は、例えば、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）及び酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。第一中間層５を介することにより、第一電極層７が結晶質基板８に密着し易い。第一中間層５は、結晶質であってよい。第一中間層５の結晶面が、結晶質基板８の表面の法線方向において配向していてよい。結晶質基板８の結晶面と第一中間層５の結晶面の両方が、結晶質基板８の表面の法線方向において配向してよい。第一中間層５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。
【0091】
第一中間層５は、ＺｒＯ２及び希土類元素の酸化物を含んでよい。第一中間層５が、ＺｒＯ２及び希土類元素の酸化物を含むことにより、白金の結晶からなる第一電極層７が第一中間層５の表面に形成され易く、白金の結晶の（００２）面が、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易く、白金の結晶の（２００）面が、第一電極層７の表面の面内方向において配向し易い。希土類元素は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。
【0092】
第一中間層５は、ＺｒＯ２及びＹ２Ｏ３を含んでよい。例えば、第一中間層５は、イットリア安定化ジルコニア（Ｙ２Ｏ３が添加されたＺｒＯ２）からなっていてよい。第一中間層５は、ＺｒＯ２からなる第一層と、Ｙ２Ｏ３からなる第二層とを有してよい。ＺｒＯ２からなる第一層は、結晶質基板８の表面に直接積層されてよい。Ｙ２Ｏ３からなる第二層は、第一層の表面に直接積層されてよい。第一電極層７は、Ｙ２Ｏ３からなる第二層の表面に直接積層されてよい。第一中間層５がＺｒＯ２及びＹ２Ｏ３を含む場合、圧電薄膜３が、エピタキシャルに成長し易く、正方晶１の（００１）面が第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易く、正方晶２の（００１）面が正方晶１の（００１）面に対して傾き易く、ｃ１／ａ１がｃ２／ａ２よりも大きくなり易く、θ１２が１．０°以上１０．０°以下に制御され易い。また第一中間層５がＺｒＯ２及びＹ２Ｏ３を含む場合、白金の結晶からなる第一電極層７が第一中間層５の表面に形成され易く、白金の結晶の（００２）面が、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易く、白金の結晶の（２００）面が、第一電極層７の表面の面内方向において配向し易い。
【0093】
第一電極層７は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、及びニッケル（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。第一電極層７は、例えば、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）、又はコバルト酸ランタンストロンチウム（（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ３）等の導電性金属酸化物からなっていてもよい。第一電極層７は、結晶質であってよい。第一電極層７の結晶面が、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していてよい。つまり、第一電極層７の結晶面は、第一電極層７の表面と略平行であってよい。第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向する第一電極層７の結晶面は、正方晶１の（００１）面と略平行であってよい。第一電極層７の厚みは、例えば、１ｎｍ以上１．０μｍ以下であってよい。第一電極層７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、又はゾルゲル法の場合、第一電極層７の結晶性を高めるために、第一電極層７の加熱処理（アニーリング）が行われてよい。
【0094】
第一電極層７は、白金の結晶を含んでよい。第一電極層７は、白金の結晶のみからなっていてよい。白金の結晶は、面心立方格子構造（ｆｃｃ構造）を有する立方晶である。白金の結晶の（００２）面が、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していてよく、白金の結晶の（２００）面が、第一電極層７の表面の面内方向において配向していてよい。換言すれば、白金の結晶の（００２）面が、第一電極層７の表面に略平行であってよく、白金の結晶の（２００）面が、第一電極層７の表面に略垂直であってよい。第一電極層７を構成する白金の結晶の（００２）面及び（２００）面が上記の配向性を有する場合、圧電薄膜３がエピタキシャルに成長し易く、正方晶１の（００１）面が第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易く、正方晶２の（００１）面が正方晶１の（００１）面に対して傾き易く、ｃ１／ａ１がｃ２／ａ２よりも大きくなり易く、θ１２が１．０°以上１０．０°以下に制御され易い。
【0095】
上述の通り、第二中間層６が、第一電極層７と圧電薄膜３との間に配置されていてよい。第二中間層６は、例えば、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３及び（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ３からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含んでよい。（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ３は、例えば、Ｌａ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３であってよい。第二中間層６は、結晶質であってよい。例えば、第二中間層６は、例えば、ＢａＴｉＯ３の結晶を含む層、ＳｒＲｕＯ３の結晶を含む層、ＬａＮｉＯ３の結晶を含む層、及び（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ３の結晶を含む層なる群より選ばれる少なくとも二種のバッファー層から構成される積層体であってもよい。ＢａＴｉＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３及び（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ３のいずれもペロブスカイト構造を有する。したがって、第二中間層６が、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３及び（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ３からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含む場合、圧電薄膜３が、エピタキシャルに成長し易く、正方晶１の（００１）面が第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向し易く、正方晶２の（００１）面が正方晶１の（００１）面に対して傾き易く、ｃ１／ａ１がｃ２／ａ２よりも大きくなり易く、θ１２が１．０°以上１０．０°以下に制御され易い。また、第二中間層６を介することにより、圧電薄膜３が第一電極層７に密着し易い。第二中間層６の結晶面が、第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していてよい。第二中間層６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。
【0096】
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、ＬａＮｉＯ３、ＳｒＲｕＯ３及び（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ３からなる群より選ばれる少なくとも一種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の結晶面が、第一電極層７の法線方向ＤＮにおいて配向していてよい。第二電極層４の結晶面は、第一電極層７の表面と略平行であってよい。第一電極層７の表面の法線方向ＤＮにおいて配向する第二電極層４の結晶面は、正方晶１の（００１）面と略平行であってよい。第二電極層４の厚みは、例えば、１ｎｍ以上１．０μｍ以下であってよい。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、又はゾルゲル法の場合、第二電極層４の結晶性を高めるために、第二電極層４の加熱処理（アニーリング）が行われてもよい。
【0097】
別の中間層（別の第二中間層）が、圧電薄膜３（第一圧電層３Ａ）と第二電極層４との間に配置されていてよい。別の中間層を介することにより、第二電極層４が圧電薄膜３に密着し易い。別の中間層（別の第二中間層）の組成、結晶構造及び形成方法は、上述された第二中間層６と同じであってよい。別の中間層は、例えば、ＳｒＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３及び（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ３からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。別の中間層の形成方法は、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。
【0098】
圧電薄膜素子１０の表面の少なくとも一部又は全体は、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、圧電薄膜素子１０の耐久性（耐湿性等）が向上する。
【0099】
本実施形態に係る圧電薄膜素子の用途は、多様である。例えば、圧電薄膜素子は、圧電トランスデューサ及び圧電センサに用いられてよい。つまり、本実施形態に係る圧電トランスデューサ（例えば、超音波トランスデューサ）は、上述された圧電薄膜素子を含んでよい。圧電トランスデューサは、例えば、超音波センサ等の超音波トランスデューサであってよい。圧電薄膜素子は、例えば、ハーベスタ（振動発電素子）であってもよい。上記の通り、本実施形態に係る圧電薄膜素子は圧電性能指数に優れるので、本実施形態に係る圧電薄膜素子は超音波トランスデューサに適している。圧電薄膜素子は、圧電センサであってもよい。例えば、圧電センサは、圧電マイクロフォン、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。圧電薄膜素子は、ＳＡＷフィルタ、ＢＡＷフィルタ、発振子又は音響多層膜であってもよい。上記の圧電薄膜素子は、微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ； ＭＥＭＳ）に含まれてよい。つまり圧電薄膜素子は、微小電気機械システムの一部又は全体であってもよい。例えば、圧電薄膜素子は、圧電微小機械超音波トランスデューサ（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ； ＰＭＵＴ)の一部又は全体であってよい。例えば、圧電微小機械超音波トランスデューサを応用した製品は、生体認証センサ（指紋認証センサ、血管認証センサ等）若しくは医療／ヘルスケア用センサ（血圧計、血管イメージングセンサ等）、又はＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサであってよい。
【0100】
図５は、上記の圧電薄膜素子を含む超音波トランスデューサ１０ａの模式的な断面を示す。この超音波トランスデューサ１０ａの断面は、第一電極層７及び圧電薄膜３其々の表面に垂直である。超音波トランスデューサ１０ａは、基板８ａ及び基板８ｂと、基板８ａ及び基板８ｂの上に設置された第一電極層７と、第一電極層７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と、を含んでよい。圧電薄膜３の下方には、音響用の空洞８ｃが設けられていてよい。圧電薄膜３の撓み又は振動により、超音波信号が発信又は受信される。第一中間層が、基板８ａ及び基板８ｂと第一電極層７の間に介在してよい。第二中間層が、第一電極層７と圧電薄膜３の間に介在してよい。
【実施例0101】
以下の実施例及び比較例により、本発明が詳細に説明される。本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
【0102】
（実施例１）
実施例１の圧電薄膜素子の作製には、Ｓｉからなる結晶質基板が用いられた。Ｓｉの（１００）面は、結晶質基板の表面と平行であった。結晶質基板は、２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形であった。結晶質基板の厚みは、５００μｍであった。
実施例１の圧電薄膜素子の作製には、Ｓｉからなる結晶質基板が用いられた。Ｓｉの（１００）面は、結晶質基板の表面と平行であった。結晶質基板は、２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形であった。結晶質基板の厚みは、５００μｍであった。
【0103】
真空チャンバー内で、ＺｒＯ２及びＹ２Ｏ３からなる結晶質の第一中間層が、結晶質基板の表面全体に形成された。第一中間層は、スパッタリング法により形成された。第一中間層の厚みは、３０ｎｍであった。
【0104】
真空チャンバー内で、Ｐｔの結晶からなる第一電極層が、第一中間層の表面全体に形成された。第一電極層は、スパッタリング法により形成された。第一電極層の厚みは、２００ｎｍであった。第一電極層の形成過程における真空チャンバーの内部の温度は、５００℃に維持された。
【0105】
第一電極層の表面におけるоｕｔ-оｆ-ｐｌａｎｅ測定により、第一電極層のＸＲＤパターンが測定された。第一電極層の表面におけるｉｎ-ｐｌａｎｅ測定により、第一電極層のＸＲＤパターンが測定された。これらのＸＲＤパターンの測定には、株式会社リガク製のＸ線回折装置（ＳｍａｒｔＬａｂ）が用いられた。各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、測定条件が設定された。оｕｔ-оｆ-ｐｌａｎｅ測定により、Ｐｔの結晶の（００２）面の回折Ｘ線のピークが検出された。つまり、Ｐｔの結晶の（００２）面が、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて配向した。ｉｎ-ｐｌａｎｅ測定により、Ｐｔの結晶の（２００）面の回折Ｘ線のピークが検出された。つまり、Ｐｔの結晶の（２００）面が、第一電極層の表面の面内方向において配向していた。
【0106】
真空チャンバー内で上述の成膜工程（ＰＬＤ法）を実施することにより、圧電薄膜が第一電極層の表面全体に直接形成された。パルスレーザー光として、波長が２４８ｎｍであるＫｒＦレーザーが成膜工程に用いられた。パルスレーザー光のフルエンス（Ｆｌｕｅｎｃｅ）は、下記表１に示される値に調整された。成膜工程におけるパルスレーザー光の繰り返し周波数ｆ１は、１０Ｈｚに調整された。第一成膜工程における真空チャンバー内の酸素分圧は、１Ｐａに維持された。第一圧電層の形成過程における真空チャンバーの内部の温度（成膜温度）は、４５０℃に維持された。圧電薄膜の厚みは、２０００ｎｍに調整された。
【0107】
成膜工程に用いたターゲットの組成は、下記化学式１で表される。実施例１の場合、下記化学式１中のＥＡ、ＥＢ１及びＥＢ２は、下記表１に示される元素であった。実施例１の場合、下記化学式１中のα、β、ｘ１及びｙ１は、下記表１に示す値であった。
ｘ１（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ１ＢｉＦｅＯ３ （１）
ｘ１（Ｂｉ１－αＥＡ α）（ＥＢ１ １－βＥＢ２ β）Ｏ３‐ｙ１ＢｉＦｅＯ３ （１）
【0108】
圧電薄膜の組成がＸＲＦ法により分析された。圧電薄膜の組成はＸＲＦ法により分析された。分析の結果は、圧電薄膜の組成がターゲットの組成と一致することを示していた。
【0109】
上記のＸ線回折装置を用いた第一圧電層の表面におけるоｕｔ-оｆ-ｐｌａｎｅ測定により、圧電薄膜のＸＲＤパターンが測定された。さらに第一圧電層の表面におけるｉｎ-ｐｌａｎｅ測定により、圧電薄膜の別のＸＲＤパターンが測定された。これらの測定により、圧電薄膜の逆格子空間マッピングが行われた。各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１桁以上高くなるように、測定条件が設定された。各ＸＲＤパターンの測定装置及び測定条件は、上記の条件と同様であった。実施例１の逆格子マップは、図６の（ａ）及び図６の（ｂ）に示される。
【0110】
Ｘ線回折装置を用いた上記分析の結果は、圧電薄膜が以下の特徴を有することを示していた。
【0111】
圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２からなっていた。正方晶１及び正方晶２をこれらの組成に基づいて識別することは困難であった。
正方晶１の（００１）面は、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて優先的に配向していた。つまり、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおける正方晶１の（００１）面の配向度は、９０％以上であった。上述の通り、正方晶１の（００１）面の配向度は、１００×Ｉ１（００１）／（Ｉ１（００１）＋Ｉ１（１１０）＋Ｉ１（１１１））と表される。第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて優先的に配向している正方晶１の結晶面は、下記の各表において「配向面」と表記される。
正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていた。
正方晶１のｃ１／ａ１は、正方晶２のｃ２／ａ２よりも大きかった。
実施例１のθ１２は、下記表１に示される値であった。θ１２の定義は上述の通りである。
実施例１のｃ１／ａ１は、下記表２に示される値であった。
実施例１のｃ２／ａ２は、下記表２に示される値であった。
実施例１の１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、下記表２に示される値であった。１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）の定義は上述の通りである。
正方晶１の（００１）面は、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて優先的に配向していた。つまり、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおける正方晶１の（００１）面の配向度は、９０％以上であった。上述の通り、正方晶１の（００１）面の配向度は、１００×Ｉ１（００１）／（Ｉ１（００１）＋Ｉ１（１１０）＋Ｉ１（１１１））と表される。第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて優先的に配向している正方晶１の結晶面は、下記の各表において「配向面」と表記される。
正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていた。
正方晶１のｃ１／ａ１は、正方晶２のｃ２／ａ２よりも大きかった。
実施例１のθ１２は、下記表１に示される値であった。θ１２の定義は上述の通りである。
実施例１のｃ１／ａ１は、下記表２に示される値であった。
実施例１のｃ２／ａ２は、下記表２に示される値であった。
実施例１の１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、下記表２に示される値であった。１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）の定義は上述の通りである。
【0112】
真空チャンバー内で、Ｐｔからなる第二電極層が、圧電薄膜の表面全体に形成された。第二電極層は、スパッタリング法により形成された。第二電極層の形成過程における結晶質基板の温度は５００℃に維持した。第二電極層の厚みは、２００ｎｍであった。
【0113】
以上の工程により、実施例１の積層体が作製された。続くフォトリソグラフィにより、結晶質基板上の積層構造のパターニングが行われた。パターニング後、積層体がダイシングにより切断された。
【0114】
以上の工程により、四角形状の実施例１の圧電薄膜素子が得られた。圧電薄膜素子は、結晶質基板と、結晶質基板に直接重なる第一中間層と、第一中間層に直接重なる第一電極層と、第一電極層に直接重なる圧電薄膜と、圧電薄膜に直接重なる第二電極層と、から構成されていた。圧電薄膜の可動部分の面積は、６００μｍ×６００μｍであった。
【0115】
＜圧電性の評価＞
以下の方法により、圧電薄膜の圧電性が評価された。
以下の方法により、圧電薄膜の圧電性が評価された。
【0116】
［比誘電率の算出］
圧電薄膜素子の静電容量Ｃが測定された。静電容量Ｃの測定の詳細は以下の通りであった。
測定装置：Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ株式会社製のＩｍｐｅｄａｎｃｅ Ｇａｉｎ‐Ｐｈａｓｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ ４１９４Ａ
周波数：１ｋＨｚ
電界：１０Ｖ／μｍ
圧電薄膜素子の静電容量Ｃが測定された。静電容量Ｃの測定の詳細は以下の通りであった。
測定装置：Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ株式会社製のＩｍｐｅｄａｎｃｅ Ｇａｉｎ‐Ｐｈａｓｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ ４１９４Ａ
周波数：１ｋＨｚ
電界：１０Ｖ／μｍ
【0117】
下記数式Ａに基づき、静電容量Ｃの測定値から、比誘電率εｒが算出された。実施例１のεｒは、下記表２に示される。
Ｃ＝ε０×εｒ×（Ｓ／ｄ） (Ａ)
数式Ａ中のε０は、真空の誘電率（８．８５４×１０－１２Ｆｍ－１）である。数式Ａ中のＳは、圧電薄膜の表面の面積である。Ｓは、圧電薄膜に重なる第一電極層の面積と言い換えられる。数式Ａ中のｄは、圧電薄膜の厚みである。
Ｃ＝ε０×εｒ×（Ｓ／ｄ） (Ａ)
数式Ａ中のε０は、真空の誘電率（８．８５４×１０－１２Ｆｍ－１）である。数式Ａ中のＳは、圧電薄膜の表面の面積である。Ｓは、圧電薄膜に重なる第一電極層の面積と言い換えられる。数式Ａ中のｄは、圧電薄膜の厚みである。
【0118】
［圧電歪定数ｄ３３，ｆの測定］
圧電薄膜素子を用いて圧電薄膜の圧電歪定数ｄ３３，ｆが測定された。ｄ３３，ｆの測定の詳細は以下の通りであった。実施例１の圧電歪定数ｄ３３，ｆ（３点測定点平均値）は下記表２に示される。ｄ３３，ｆ及びεｒから圧電性能指数（ｄ３３，ｆ／εｒε０）が算出された。実施例１のｄ３３，ｆ／εｒε０は、下記表２に示される。
測定装置： 中国科学院製のｄ３３メーター（ＺＪ－４Ｂ）
周波数： １１０Ｈｚ
クランプ圧： ０．２５Ｎ
圧電薄膜素子を用いて圧電薄膜の圧電歪定数ｄ３３，ｆが測定された。ｄ３３，ｆの測定の詳細は以下の通りであった。実施例１の圧電歪定数ｄ３３，ｆ（３点測定点平均値）は下記表２に示される。ｄ３３，ｆ及びεｒから圧電性能指数（ｄ３３，ｆ／εｒε０）が算出された。実施例１のｄ３３，ｆ／εｒε０は、下記表２に示される。
測定装置： 中国科学院製のｄ３３メーター（ＺＪ－４Ｂ）
周波数： １１０Ｈｚ
クランプ圧： ０．２５Ｎ
【0119】
（実施例２～１０、比較例１及び２）
実施例２～１０、比較例１及び２其々のターゲットの組成は、上記化学式１で表される。実施例２～１０、比較例１及び２其々のＥＡ、ＥＢ１及びＥＢ２は、下記表１に示される元素であった。実施例２～１０、比較例１及び２其々のα、β、ｘ１及びｙ１は、下記表１に示す値であった。実施例２～１０、比較例１及び２のうち比較例２のパルスレーザー光のフルエンスのみが実施例１のフルエンスと異なっていた。比較例２のフルエンスは、下記表１に示される値に調整された。
実施例２～１０、比較例１及び２其々のターゲットの組成は、上記化学式１で表される。実施例２～１０、比較例１及び２其々のＥＡ、ＥＢ１及びＥＢ２は、下記表１に示される元素であった。実施例２～１０、比較例１及び２其々のα、β、ｘ１及びｙ１は、下記表１に示す値であった。実施例２～１０、比較例１及び２のうち比較例２のパルスレーザー光のフルエンスのみが実施例１のフルエンスと異なっていた。比較例２のフルエンスは、下記表１に示される値に調整された。
【0120】
上記の事項を除いて実施例１と同様の方法で、実施例２～１０、比較例１及び２其々の圧電薄膜素子が作製された。
【0121】
実施例１と同様の方法により、実施例２～１０、比較例１及び２其々の圧電薄膜に関する分析及び測定が実施された。
実施例２～１０、比較例１及び２のいずれの場合も、圧電薄膜の組成はターゲットの組成と一致した。
実施例２～１０及び比較例１のいずれの場合も、圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２からなっていた。正方晶１及び正方晶２をこれらの組成に基づいて識別することは困難であった。
比較例２の圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１のみからなっていた。つまり、比較例２の圧電薄膜は正方晶２を含んでいなかった。
実施例２～１０、比較例１及び２のいずれの場合も、正方晶１の（００１）面は、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて優先的に配向していた。
実施例２～１０のいずれの場合も、正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていた。
比較例１の場合、正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていなかった。つまり、比較例１の場合、正方晶１の（００１）面だけではなく、正方晶２の（００１）面も、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していた。
実施例２～１０及び比較例１のいずれの場合も、正方晶１のｃ１／ａ１は、正方晶２のｃ２／ａ２よりも大きかった。
実施例２～１０及び比較例１其々のθ１２は、下記表１に示される値であった。
実施例２～１０、比較例１及び２其々のｃ１／ａ１は、下記表２に示される値であった。
実施例２～１０及び比較例１其々のｃ２／ａ２は、下記表２に示される値であった。
実施例２～１０及び比較例１其々の１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、下記表２に示される値であった。
実施例２～１０、比較例１及び２のいずれの場合も、圧電薄膜の組成はターゲットの組成と一致した。
実施例２～１０及び比較例１のいずれの場合も、圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２からなっていた。正方晶１及び正方晶２をこれらの組成に基づいて識別することは困難であった。
比較例２の圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１のみからなっていた。つまり、比較例２の圧電薄膜は正方晶２を含んでいなかった。
実施例２～１０、比較例１及び２のいずれの場合も、正方晶１の（００１）面は、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて優先的に配向していた。
実施例２～１０のいずれの場合も、正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていた。
比較例１の場合、正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていなかった。つまり、比較例１の場合、正方晶１の（００１）面だけではなく、正方晶２の（００１）面も、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していた。
実施例２～１０及び比較例１のいずれの場合も、正方晶１のｃ１／ａ１は、正方晶２のｃ２／ａ２よりも大きかった。
実施例２～１０及び比較例１其々のθ１２は、下記表１に示される値であった。
実施例２～１０、比較例１及び２其々のｃ１／ａ１は、下記表２に示される値であった。
実施例２～１０及び比較例１其々のｃ２／ａ２は、下記表２に示される値であった。
実施例２～１０及び比較例１其々の１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、下記表２に示される値であった。
【0122】
実施例１と同様の方法で、実施例２～１０、比較例１及び２其々の圧電薄膜の圧電性が評価された。実施例２～１０、比較例１及び２其々のεｒ、ｄ３３，ｆ及びｄ３３，ｆ／εｒε０は、下記表２に示される。
【0123】
【表1】
【0124】
【表2】
【0125】
（比較例３）
表３に示されるように、比較例３の成膜工程における真空チャンバーの内部の温度（成膜温度）は、７００℃に維持された。成膜温度を除いて実施例１と同様の方法で、比較例３の圧電薄膜素子が作製された。
表３に示されるように、比較例３の成膜工程における真空チャンバーの内部の温度（成膜温度）は、７００℃に維持された。成膜温度を除いて実施例１と同様の方法で、比較例３の圧電薄膜素子が作製された。
【0126】
実施例１と同様の方法により、比較例３の圧電薄膜に関する分析及び測定が実施された。比較例３の圧電薄膜は、結晶性を有していなかった。つまり、正方晶１及び正方晶２のいずれも、比較例３の圧電薄膜から検出されなかった。その結果、比較例３の配向面、θ１２、ｃ１／ａ１、ｃ２／ａ２及び１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）を測定することはできなかった。
【0127】
実施例１と同様の方法で、比較例３の圧電薄膜の圧電性が評価された。比較例３のεｒ、ｄ３３，ｆ及びｄ３３，ｆ／εｒε０は、下記表４に示される。
【0128】
【表3】
【0129】
【表4】
【0130】
（実施例１１～１３）
実施例１１～１３のいずれの場合も、第二中間層が第一電極層の表面全体に形成され、圧電薄膜が第二中間層の表面全体に形成された。実施例１１の第二中間層は、結晶質のＳｒＲｕＯ３からなっていた。実施例１１の第二中間層の厚みは、５０ｎｍであった。実施例１２の第二中間層は、結晶質のＬａＮｉＯ３からなっていた。実施例１２の第二中間層の厚みは、５０ｎｍであった。実施例１３の第二中間層は、結晶質のＢａＴｉＯ３からなっていた。実施例１３の第二中間層の厚みは、５０ｎｍであった。実施例１１～１３のいずれの場合も、第二中間層の（００１）面が第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していた。下記表５中の「ＳＲＯ」は、ＳｒＲｕＯ３を意味する。下記表５中の「ＬＮＯ」は、ＬａＮｉＯ３を意味する。下記表５中の「ＢＴＯ」は、ＢａＴｉＯ３を意味する。
実施例１１～１３のいずれの場合も、第二中間層が第一電極層の表面全体に形成され、圧電薄膜が第二中間層の表面全体に形成された。実施例１１の第二中間層は、結晶質のＳｒＲｕＯ３からなっていた。実施例１１の第二中間層の厚みは、５０ｎｍであった。実施例１２の第二中間層は、結晶質のＬａＮｉＯ３からなっていた。実施例１２の第二中間層の厚みは、５０ｎｍであった。実施例１３の第二中間層は、結晶質のＢａＴｉＯ３からなっていた。実施例１３の第二中間層の厚みは、５０ｎｍであった。実施例１１～１３のいずれの場合も、第二中間層の（００１）面が第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していた。下記表５中の「ＳＲＯ」は、ＳｒＲｕＯ３を意味する。下記表５中の「ＬＮＯ」は、ＬａＮｉＯ３を意味する。下記表５中の「ＢＴＯ」は、ＢａＴｉＯ３を意味する。
【0131】
第二中間層が形成されたことを除いて実施例１と同様の方法で、実施例１１～１３其々の圧電薄膜素子が作製された。
【0132】
実施例１と同様の方法により、実施例１１～１３其々の圧電薄膜に関する分析及び測定が実施された。
実施例１１～１３のいずれの場合も、圧電薄膜の組成はターゲットの組成と一致した。
実施例１１～１３のいずれの場合も、圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２からなっていた。正方晶１及び正方晶２をこれらの組成に基づいて識別することは困難であった。
実施例１１～１３のいずれの場合も、正方晶１の（００１）面は、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて優先的に配向していた。
実施例１１～１３のいずれの場合も、正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていた。
実施例１１～１３のいずれの場合も、正方晶１のｃ１／ａ１は、正方晶２のｃ２／ａ２よりも大きかった。
実施例１１～１３其々のθ１２は、下記表５に示される値であった。
実施例１１～１３其々のｃ１／ａ１は、下記表６に示される値であった。
実施例１１～１３其々のｃ２／ａ２は、下記表６に示される値であった。
実施例１１～１３其々の１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、下記表６に示される値であった。
実施例１１～１３のいずれの場合も、圧電薄膜の組成はターゲットの組成と一致した。
実施例１１～１３のいずれの場合も、圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２からなっていた。正方晶１及び正方晶２をこれらの組成に基づいて識別することは困難であった。
実施例１１～１３のいずれの場合も、正方晶１の（００１）面は、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて優先的に配向していた。
実施例１１～１３のいずれの場合も、正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていた。
実施例１１～１３のいずれの場合も、正方晶１のｃ１／ａ１は、正方晶２のｃ２／ａ２よりも大きかった。
実施例１１～１３其々のθ１２は、下記表５に示される値であった。
実施例１１～１３其々のｃ１／ａ１は、下記表６に示される値であった。
実施例１１～１３其々のｃ２／ａ２は、下記表６に示される値であった。
実施例１１～１３其々の１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、下記表６に示される値であった。
【0133】
実施例１と同様の方法で、実施例１１～１３其々の圧電薄膜の圧電性が評価された。実施例１１～１３其々のεｒ、ｄ３３，ｆ及びｄ３３，ｆ／εｒε０は、下記表６に示される。
【0134】
【表5】
【0135】
【表6】
【0136】
（実施例１４）
実施例１４の圧電薄膜素子の作製過程では、第一中間層及び第二中間層が形成されなかった。実施例１４の圧電薄膜素子の作製過程では、結晶質のＳｒＲｕＯ３からなる第一電極層が結晶質基板の表面全体に直接形成された。ＳｒＲｕＯ３の（００１）面は、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していた。実施例１４の第一電極層の厚みは、２００ｎｍであった。
実施例１４の圧電薄膜素子の作製過程では、第一中間層及び第二中間層が形成されなかった。実施例１４の圧電薄膜素子の作製過程では、結晶質のＳｒＲｕＯ３からなる第一電極層が結晶質基板の表面全体に直接形成された。ＳｒＲｕＯ３の（００１）面は、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していた。実施例１４の第一電極層の厚みは、２００ｎｍであった。
【0137】
上記の事項を除いて実施例１と同様の方法で、実施例１４の圧電薄膜素子が作製された。
【0138】
実施例１と同様の方法により、実施例１４の第一電極層に関する測定が実施された。実施例１４の場合、第一電極層の結晶面は、第一電極層の表面の面内方向において配向していなかった。つまり、実施例１４の場合、第一電極層の結晶の面内配向性がなかった。
【0139】
実施例１と同様の方法により、実施例１４の圧電薄膜に関する分析及び測定が実施された。
実施例１４の場合、圧電薄膜の組成はターゲットの組成と一致した。
実施例１４の場合、圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２からなっていた。正方晶１及び正方晶２をこれらの組成に基づいて識別することは困難であった。
実施例１４の場合、正方晶１の（００１）面は、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて優先的に配向していた。
実施例１４の場合、正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていた。
実施例１４の場合、正方晶１のｃ１／ａ１は、正方晶２のｃ２／ａ２よりも大きかった。
実施例１４のθ１２は、下記表７に示される値であった。
実施例１４のｃ１／ａ１は、下記表８に示される値であった。
実施例１４のｃ２／ａ２は、下記表８に示される値であった。
実施例１４の１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、下記表８に示される値であった。
実施例１４の場合、圧電薄膜の組成はターゲットの組成と一致した。
実施例１４の場合、圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２からなっていた。正方晶１及び正方晶２をこれらの組成に基づいて識別することは困難であった。
実施例１４の場合、正方晶１の（００１）面は、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて優先的に配向していた。
実施例１４の場合、正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていた。
実施例１４の場合、正方晶１のｃ１／ａ１は、正方晶２のｃ２／ａ２よりも大きかった。
実施例１４のθ１２は、下記表７に示される値であった。
実施例１４のｃ１／ａ１は、下記表８に示される値であった。
実施例１４のｃ２／ａ２は、下記表８に示される値であった。
実施例１４の１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、下記表８に示される値であった。
【0140】
実施例１と同様の方法で、実施例１４の圧電薄膜の圧電性が評価された。実施例１４のεｒ、ｄ３３，ｆ及びｄ３３，ｆ／εｒε０は、下記表８に示される。
【0141】
【表7】
【0142】
【表8】
【0143】
（実施例１５、１６、比較例４及び５）
実施例１５、１６、比較例４及び５其々のパルスレーザー光のフルエンスは、下記表９に示される値に調整された。フルエンスを除いて実施例１と同様の方法で、実施例１５、１６、比較例４及び５其々の圧電薄膜素子が作製された。
実施例１５、１６、比較例４及び５其々のパルスレーザー光のフルエンスは、下記表９に示される値に調整された。フルエンスを除いて実施例１と同様の方法で、実施例１５、１６、比較例４及び５其々の圧電薄膜素子が作製された。
【0144】
実施例１と同様の方法により、実施例１５、１６、比較例４及び５其々の圧電薄膜に関する分析及び測定が実施された。
実施例１５、１６、比較例４及び５のいずれの場合も、圧電薄膜の組成はターゲットの組成と一致した。
比較例４の圧電薄膜は、結晶性を有していなかった。つまり、正方晶１及び正方晶２のいずれも、比較例４の圧電薄膜から検出されなかった。その結果、比較例４の配向面、θ１２、ｃ１／ａ１、ｃ２／ａ２及び１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）を測定することはできなかった。
実施例１５、１６及び比較例５のいずれの場合も、圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２からなっていた。正方晶１及び正方晶２をこれらの組成に基づいて識別することは困難であった。
実施例１５、１６及び比較例５のいずれの場合も、正方晶１の（００１）面は、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて優先的に配向していた。
実施例１５及び１６の場合、正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていた。
比較例５の場合、正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていなかった。つまり、比較例５の場合、正方晶１の（００１）面だけではなく、正方晶２の（００１）面も、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していた。
実施例１５、１６及び比較例５のいずれの場合も、正方晶１のｃ１／ａ１は、正方晶２のｃ２／ａ２よりも大きかった。
実施例１５、１６及び比較例５其々のθ１２は、下記表９に示される値であった。
実施例１５、１６及び比較例５其々のｃ１／ａ１は、下記表１０に示される値であった。
実施例１５、１６及び比較例５其々のｃ２／ａ２は、下記表１０に示される値であった。
実施例１５、１６及び比較例５其々の１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、下記表１０に示される値であった。
実施例１５、１６、比較例４及び５のいずれの場合も、圧電薄膜の組成はターゲットの組成と一致した。
比較例４の圧電薄膜は、結晶性を有していなかった。つまり、正方晶１及び正方晶２のいずれも、比較例４の圧電薄膜から検出されなかった。その結果、比較例４の配向面、θ１２、ｃ１／ａ１、ｃ２／ａ２及び１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）を測定することはできなかった。
実施例１５、１６及び比較例５のいずれの場合も、圧電薄膜は、ペロブスカイト型酸化物の正方晶１、及びペロブスカイト型酸化物の正方晶２からなっていた。正方晶１及び正方晶２をこれらの組成に基づいて識別することは困難であった。
実施例１５、１６及び比較例５のいずれの場合も、正方晶１の（００１）面は、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて優先的に配向していた。
実施例１５及び１６の場合、正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていた。
比較例５の場合、正方晶２の（００１）面は、正方晶１の（００１）面に対して傾いていなかった。つまり、比較例５の場合、正方晶１の（００１）面だけではなく、正方晶２の（００１）面も、第一電極層の表面の法線方向ＤＮにおいて配向していた。
実施例１５、１６及び比較例５のいずれの場合も、正方晶１のｃ１／ａ１は、正方晶２のｃ２／ａ２よりも大きかった。
実施例１５、１６及び比較例５其々のθ１２は、下記表９に示される値であった。
実施例１５、１６及び比較例５其々のｃ１／ａ１は、下記表１０に示される値であった。
実施例１５、１６及び比較例５其々のｃ２／ａ２は、下記表１０に示される値であった。
実施例１５、１６及び比較例５其々の１００×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、下記表１０に示される値であった。
【0145】
実施例１と同様の方法で、実施例１５、１６、比較例４及び５其々の圧電薄膜の圧電性が評価された。実施例１５、１６、比較例４及び５其々のεｒ、ｄ３３，ｆ及びｄ３３，ｆ／εｒε０は、下記表２に示される。ただし、比較例４の圧電薄膜は十分な圧電性を有していなかった。比較例４のｄ３３，ｆを測定することはできなったため、比較例４のｄ３３，ｆ／εｒε０は特定されなかった。
【0146】
【表9】
【0147】
【表10】
【産業上の利用可能性】
【0148】
例えば、本発明の一側面に係る圧電薄膜素子は、圧電トランスデューサ及び圧電センサに応用されてよい。
【符号の説明】
【0149】
３…圧電薄膜、４…第二電極層、５…第一中間層、６…第二中間層、７…第一電極層、８…結晶質基板、８ａ、８ｂ…基板、１０…圧電薄膜素子、１０ａ…超音波トランスデューサ（圧電薄膜素子）、ＤＮ…第一電極層の表面の法線方向、ｄｎ…圧電薄膜の表面の法線方向、ｕｃ…ペロブスカイト構造の単位胞、ｕｃ１…正方晶１の単位胞、ｕｃ２…正方晶２の単位胞。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
