特開 2024-75023 素子、電子デバイス、電子機器及びシステム

(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】P2024075023

(43)【公開日】2024-06-03

(54)【発明の名称】素子、電子デバイス、電子機器及びシステム

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20240527BHJP

   H10N 30/30 20230101ALI20240527BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20240527BHJP

   H10N 30/87 20230101ALI20240527BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 C

H01L41/113

H01L41/09

H01L41/047

H03H9/25 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022186128

(22)【出願日】2022-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】721011637

【氏名又は名称】株式会社Ｇａｉａｎｉｘｘ

(72)【発明者】

【氏名】木島 健

【テーマコード（参考）】

5J097

【Ｆターム（参考）】

5J097AA30

5J097AA33

5J097BB11

5J097DD30

5J097EE08

5J097FF02

5J097GG06

5J097HA01

5J097KK01

5J097KK10

(57)【要約】

【課題】環境に優しく、精度に優れた素子を提供する。
【解決手段】結晶基板上に、第１の中間膜としてＨｆを含む化合物膜を積層し、ついで第２の中間膜として熱処理又は加工によりマルテンサイト変態する金属を含む金属膜を積層した後、直接に又は他の層を介して、結晶成長により、圧電体膜を積層し、ついで前記結晶基板を剥離する。そして、得られた圧電体を、略円柱状の基体に巻回し、接合箇所から順に、反射器とすだれ状電極とを設けて圧電体素子を作製する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１以上のすだれ状電極が圧電体に設けられている素子であって、前記圧電体がシート状であることを特徴とする素子。

【請求項2】

前記圧電体が基体に接合されている請求項１記載の素子。

【請求項3】

前記基体が円柱状、略円柱状、樽状又は略樽状であり、前記圧電体が前記基体に巻回して円状又は略円状を形成し、前記円状又は略円状の円周方向又は略円周方向に表面弾性波が伝搬可能となるように前記すだれ状電極が設置されている請求項２記載の素子。

【請求項4】

前記表面弾性波の伝搬経路内に反射器が設けられている請求項３記載の素子。

【請求項5】

前記反射器が２以上設けられており、前記の巻回による前記圧電体同士の接合部が、前記反射器間に設けられている請求項４記載の素子。

【請求項6】

前記すだれ状電極が前記表面弾性波を発生させるＳＡＷ発生手段及び前記表面弾性波を受信するＳＡＷ受信手段を備えている請求項３～５のいずれかに記載の素子。

【請求項7】

前記圧電体が、金属膜上に成膜されてなる請求項１～６のいずれかに記載の素子。

【請求項8】

前記圧電体と前記金属膜とがそれぞれ（１００）方向に配向している請求項７記載の素子。

【請求項9】

前記金属膜が２種以上の金属層からなる請求項７又は８に記載の素子。

【請求項10】

前記金属膜が熱処理又は加工によりマルテンサイト変態する金属を含み、前記圧電体と前記金属膜とがそれぞれ略同一の結晶軸方向に配向している請求項７～９のいずれかに記載の素子。

【請求項11】

前記金属膜が、Ｆｅを含む請求項１０記載の素子。

【請求項12】

前記金属膜が、Ｃｒを含む請求項１０又は１１に記載の素子。

【請求項13】

前記圧電体が単結晶膜からなる請求項１～１２のいずれかに記載の素子。

【請求項14】

素子を含む電子デバイス、電子機器又はシステムであって、前記素子が請求項１～１３のいずれかに記載の素子である電子デバイス、電子機器又はシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、素子、電子デバイス、電子機器及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電素子の一つである表面弾性波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）素子は、水晶基板などの圧電基板上にすだれ状電極（ＩＤＴ：Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を備えている。すだれ状電極は、一対となっており、櫛型の電極が非接触で対向するように圧電基板上に形成されている。このすだれ状電極に交流電圧を印加することで、圧電基板の有する圧電効果および逆圧電効果により、すだれ状電極が形成されている圧電基板の表面および表面付近を周波数帯で振動させることができる。表面弾性波素子は、すだれ状電極の組合せや構成によって、発振器、帯域フィルタ、ジャイロなど、様々な電子機器を構成する電子回路に幅広く用いられている。

【0003】

また、近年においては、例えば、移動体通信に用いられる携帯端末装置の小型化、軽量化が進むとともに、高い通信品質を実現するために、さらに高い精度を有する表面弾性波素子が求められており、このような要求に応えるべく、球状ＳＡＷセンサ（ボールＳＡＷセンサ）等が検討されている（特許文献１）。ボールＳＡＷセンサは、ＳＡＷの自然なコリメートビームが多重周回する現象を利用して、相互作用距離を平面型センサよりも著しく増加させることができたため、高感度化に有用である。しかしながら、製造工程が煩雑になるなどコストの問題があり、高周波特性等についてもＳＡＷデバイスには課題が多くあり、まだまだ満足のいくものではなかった。さらには、環境問題等に対する省エネの要求も加わり、これら課題を解決するような新規ＳＡＷ素子が待ち望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１５４０１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、環境に優しく、優れた精度を有する素子、電子デバイス、電子機器及びシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、金属膜上に圧電体が同一の結晶軸方向に配向して積層されている積層構造体の創製に成功し、このような積層構造体によれば、１以上のすだれ状電極が圧電体に設けられている素子であって、前記圧電体がシート状である素子が容易に実現できることを知見し、このような素子が、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて、本発明を完成させるに至った。

【0007】

すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］ １以上のすだれ状電極が圧電体に設けられている素子であって、前記圧電体がシート状であることを特徴とする素子。
［２］ 前記圧電体が基体に接合されている前記［１］記載の素子。
［３］ 前記基体が円柱状、略円柱状、樽状又は略樽状であり、前記圧電体が前記基体に巻回して円状又は略円状を形成し、前記円状又は略円状の円周方向又は略円周方向に表面弾性波が伝搬可能となるように前記すだれ状電極が設置されている前記［２］記載の素子。
［４］ 前記表面弾性波の伝搬経路内に反射器が設けられている前記［３］記載の素子。
［５］ 前記反射器が２以上設けられており、前記の巻回による前記圧電体同士の接合部が、前記反射器間に設けられている前記［４］記載の素子。
［６］ 前記すだれ状電極が前記表面弾性波を発生させるＳＡＷ発生手段及び前記表面弾性波を受信するＳＡＷ受信手段を備えている前記［３］～［５］のいずれかに記載の素子。
［７］ 前記圧電体が、金属膜上に成膜されてなる前記［１］～［６］のいずれかに記載の素子。
［８］ 前記圧電体と前記金属膜とがそれぞれ（１００）方向に配向している前記［７］記載の素子。
［９］ 前記金属膜が２種以上の金属層からなる前記［７］又は［８］に記載の素子。
［１０］ 前記金属膜が熱処理又は加工によりマルテンサイト変態する金属を含み、前記圧電体と前記金属膜とがそれぞれ略同一の結晶軸方向に配向している前記［７］～［９］のいずれかに記載の素子。
［１１］ 前記金属膜が、Ｆｅを含む前記［１０］記載の素子。
［１２］ 前記金属膜が、Ｃｒを含む前記［１０］又は［１１］に記載の素子。
［１３］ 前記圧電体が単結晶膜からなる前記［１］～［１２］のいずれかに記載の素子。
［１４］ 素子を含む電子デバイス、電子機器又はシステムであって、前記素子が前記［１］～［１３］のいずれかに記載の素子である電子デバイス、電子機器又はシステム。

【発明の効果】

【0008】

本発明の素子、電子デバイス、電子機器及びシステムは、環境に優しく、優れた精度を有するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の素子の好適な実施態様の一例を模式的に示す図である。

【図2】本発明の素子に好適に用いられる反射器の一例を模式的に示す図である。

【図3】本発明の素子の別の好適な実施態様の一例を模式的に示す図である。

【図4】本発明の素子における表面弾性波の伝搬方向等を模式的に説明する図である。

【図5】本発明の積層構造体の好適な実施態様の一例を模式的に示す図である。

【図6】実施例におけるＸＲＤ回折パターンを示す図である。

【図7】試験例における実施例品の試験片を説明する図である。

【図8】試験例における比較例品の試験片を説明する図である。

【図9】試験例における曲げ強度試験結果を示す図である。

【図10】実施例において好適に用いられる成膜装置を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の素子は、１以上のすだれ状電極がシート状の圧電体に設けられている素子であれば特に限定されない。本発明においては、前記圧電体が基体に接合されているのが好ましい。前記の接合は公知の接合手段が用いられてよく、本発明においては、金属接合手段又は貼付手段であるのが好ましい。前記金属接合手段は公知の金属接合手段であってよく、金属膜を前記圧電体に貼り付けて用いてもよいが、本発明においては、前記金属膜上に前記圧電体を成膜し、得られた積層構造体を用いるのが好ましい。なお、本発明においては、前記圧電体が金属膜上に成膜されてなるのが好ましく、前記圧電体と前記金属膜とがそれぞれ（１００）方向に配向しているのがより好ましい。また、本発明においては、前記金属膜が２種以上の金属層からなるのが好ましく、うち一種が、熱処理又は加工によりマルテンサイト変態する金属を含み、前記圧電体と前記金属膜とがそれぞれ略同一の結晶軸方向に配向しているのがより好ましい。このような好ましい範囲によれば、前記素子の精度をより優れたものとすることができる。また、前記金属膜は、Ｆｅを含むのが好ましく、さらに、Ｃｒを含むのがより好ましい。このような好ましい範囲によれば、可撓性により優れたものとなり、前記圧電体の曲げを伴う素子において、より容易に優れた精度を奏することができる。なお、前記圧電体は単結晶膜からなるのが好ましい。また、前記貼付手段は、特に限定されないが、公知の接着剤を用いる手段などが好適な例として挙げられる。

【0011】

また、本発明においては、前記基体が円柱状、略円柱状、樽状又は略樽状であり、前記圧電体が前記基体に巻回して円状又は略円状を形成し、前記円状又は略円状の円周方向又は略円周方向に表面弾性波が伝搬可能となるように前記すだれ状電極が設置されているのが好ましい。このような好ましい範囲によれば、例えばボールＳＡＷ等にしなくても、前記素子のＳＡＷデバイスとしての精度をより向上させることができる。また、本発明においては、前記表面弾性波の伝搬経路内に反射器が設けられているのが好ましく、前記反射器が２以上設けられており、前記の巻回による前記圧電体同士の接合部が、前記反射器間に設けられているのがより好ましい。このような好ましい範囲によれば、前記素子の製造工程を大幅に簡易なものとすることができ、また、汎用性もより向上させることができる。また、本発明においては、前記すだれ状電極が前記表面弾性波を発生させるＳＡＷ発生手段及び前記表面弾性波を受信するＳＡＷ受信手段を備えているのが好ましい。このような好ましい範囲によれば、どのような形状の基体であっても、前記素子の精度をより容易に優れたものにすることができる。

【0012】

前記素子は、円状又は略円状の圧電体を含み、円周方向又は略円周方向に表面弾性波が伝搬可能となるように１以上のすだれ状電極が前記圧電体に設けられている素子であるのが好ましいが、本発明においては、前記表面弾性波の伝搬経路内となる前記圧電体に反射器が設けられているのがより好ましい。

【0013】

前記反射器は、前記表面弾性波（以下、「ＳＡＷ」ともいう。）の伝搬経路内となる前記圧電体に設けられていれば特に限定されず、公知の反射器であってよいが、本発明においては、例えば図１に示すように、ＳＡＷの伝搬方向において、すだれ状電極（以下「ＩＤＴ電極」ともいう。）と隣り合うように位置しているのが好ましい。前記反射器は、例えば、格子状に形成されている電極等であってよく、本発明においては、図２に示すように、互いに対向する１対の反射バスバー１１と、前記１対の反射バスバー１１間において延びる複数の反射電極指１３とを有しているのが好ましい。

【0014】

図２の反射バスバー１１及び反射電極指１３の形状および寸法は、各反射電極指１３の両端が１対の反射バスバー１１に接続されていることを除いては、基本的に、ＩＤＴ電極のバスバー及び電極指と同様であってよい。例えば、各反射電極指１３は、一定の幅でＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（Ｄ２方向）に直線状に延びる長尺形状を有しており、互いに同等の長さであり、これら複数の反射電極指１３は、例えば、ＳＡＷの伝搬方向にそれぞれ並べて配列されている。複数の反射電極指１３の本数は、通常、利用を意図しているモードのＳＡＷの反射率が概ね１００％以上となるように設定されている。その理論的な必要最小限の本数は、例えば、数本～１０本程度が好適な例として挙げられ、反射電極指１３の本数は、好ましくは２０本以上である。

【0015】

前記反射器は、通常、ＩＤＴ電極とは電気的に非接続であり、電気的に浮遊状態（外部から電位が付与されない状態）であってもよいし、基準電位等が付与されてもよい。本発明においては、前記反射器が、ＩＤＴ電極のうちの一方の電極部と電気的に接続されていてもよいが、電気的に浮遊状態（外部から電位が付与されない状態）であるのが好ましい。

【0016】

また、本発明においては、前記素子が、前記すだれ状電極が前記表面弾性波を発生させるＳＡＷ発生手段及び前記表面弾性波を受信するＳＡＷ受信手段を備えているのが好ましい。また、本発明においては、例えば図３に示すように、前記すだれ状電極が前記反射器２つ及び前記圧電体の継ぎ目を挟んで合計で２以上設けられているのがより好ましく、このように構成することで、さらに一段と、前記信号を用いた補正による精度を向上させることができ、より高感度のセンサをより容易に実現することができる。

【0017】

ここで、図３のＳＡＷ受信手段１９を用いた補正の態様の好適な一例を示す。図４に示すように、すだれ状電極１３に電圧が印加されると、すだれ状電極の電極指によって圧電体１２に電圧が印加され圧電体１２に沿ってＤ１方向及びＤ２方向に伝搬する所定のモードのＳＡＷが励起される。励起されたＳＡＷは、すだれ状電極１３の電極指及び反射器２０によって機械的に反射され、電極指のピッチを半波長とする定在波が形成される。定在波は、当該定在波と同一周波数の電気信号に変換され、すだれ状電極の電極指によって取り出される。ここで、回転角速度が加わったＳＡＷの伝搬するＤ１方向の波とＤ２方向の波とに位相差が生じるので、例えば、位相差を表す下記式（１）を利用した補正等が可能となる。

【数1】

（式中、Ωは角速度を示し、ｋは波数を示し、Ｎは積算回数を示し、Ａは上部面積を示す。）

【0018】

前記素子は、前記積層構造体を用いて容易に作製することが可能である。なお、本発明においては、前記積層構造体が結晶基板を含む場合には、かかる結晶基板を剥離してから用いるのが好ましい。なお、前記積層構造体は、第１の層上に少なくとも第２の層が積層されており、可撓性を有する積層構造体であって、前記第１の層が金属膜からなり、前記第２の層が前記圧電体からなる圧電体膜（以下、「圧電体層」ともいう）からなるのが好ましい。このような積層構造体によれば、高周波等においてより優れた圧電特性を発揮し得る。

【0019】

本発明においては、前記圧電体膜と前記金属膜とがそれぞれ（１００）方向に配向しているのが好ましい。また、本発明においては、前記圧電体膜が単結晶膜であるのがより優れた圧電特性及び耐久性等を有するので好ましい。なお、本発明においては、前記圧電体膜が、ＰＴＯ膜又はＰＺＴ膜であるのが好ましい。また、本発明においては、前記金属がＦｅを含むのが好ましく、Ｃｒをさらに含むのがより好ましい。このような好ましい範囲によれば、より良好な結晶成長を実現することができ、より高品質の結晶膜を得ることができる。また、本発明においては、前記金属膜と前記圧電体膜との間に導電性酸化膜が、導電性窒化膜上に前記金属膜が積層されているのがそれぞれ好ましい。なお、前記導電性酸化膜が積層される場合には、前記導電性酸化膜が、Ｓｒ及び／又はＲｕを含むのが好ましく、前記導電性窒化膜が積層される場合には、前記導電性窒化膜が、Ｈｆを含むのが好ましい。

【0020】

前記金属膜は、金属を主成分として含む膜であれば特に限定されない。なお、「主成分」とは、前記金属膜中の前記金属の原子比が０．５以上の割合であればそれでよい。本発明においては、前記金属膜中の全ての金属元素に対する前記金属の原子比が０．７以上であることが好ましく、０．８以上であるのがより好ましい。前記金属は、熱処理又は加工によりマルテンサイト変態する金属であるのが好ましいが、特に限定されず、公知の金属であってよい。前記のマルテンサイト変態する金属としては、例えば、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ、Ｆｅ、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ－Ｃｕ－Ｎｂ、Ｆｅ－Ｎｉ、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｃｒ、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｍｎ－Ｃ、Ｆｅ－Ｍｎ－Ｎｉ、Ｆｅ－Ｍｎ－Ｃｒ、Ｆｅ－Ｃ、Ｆｅ－Ｎ、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃ、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｃ、Ｆｅ－Ｃｕ－Ｃ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃ、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ－Ｃ、Ｃｏ、Ｃｏ－Ｎｉ、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｍｎ－Ｃｕ、Ｉｎ－Ｔｌ、Ｉｎ－Ｔｌ－Ｌｉ、Ｎａ、Ｚｒ、Ｔｌ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｔｉ－Ａｌ、Ｔｉ－Ｃｕ、Ｔｉ－Ｃｒ、Ｔｉ－Ｆｅ、Ｔｉ－Ｍｎ、Ｔｉ－Ｍｏ、Ｔｉ－Ｖ、Ｔｉ－Ｚｒ、Ｔｉ－Ａｌ－Ｖ、Ｚｒ－Ｕ、Ｃｕ－Ａｌ－Ｎｉ、Ｃｕ－Ａｌ、Ａｇ－Ｃｄ、Ａｕ－Ｃｄ、Ａｕ－Ｃｄ－Ｃｕ、Ｌｉ、Ｌｉ－Ｍｇ、Ｃｕ－Ｚｎ、Ｕ、Ｕ－Ｃｒ、Ｈｇなどが挙げられる。本発明においては、前記金属が、Ｆｅ、Ｃｒ又はＮｉを含むのが好ましく、Ｆｅ及びＣｒを含むのがより好ましく、ステンレスであるのが最も好ましい。このような好ましい範囲によれば、曲げ強度をより優れたものとすることができる。

【0021】

前記の「（１００）方向に配向」とは、Ｘ線回折法により検出される結晶方位角が（１００）方向に配向していればそれでよく、より具体的には、Ｘ線回折法により検出される前記金属膜の全ピークに対し、（１００）方向のピーク比が５０％以上であればそれでよく、好ましくは前記ピーク比が９０％以上である。

【0022】

本発明においては、前記金属膜の膜厚が１００μｍ以下であるのが好ましく、膜厚１μｍ～１０μｍであるのがより好ましい。このような好ましい範囲によれば、機能膜の結晶成長用中間膜として、より優れたものとなる。

【0023】

前記積層構造体は、例えば、結晶基板上に、第１の中間膜としてＨｆを含む化合物膜を積層し、ついで第２の中間膜として熱処理又は加工によりマルテンサイト変態する金属を含む金属膜を積層した後、直接に又は他の層を介して、結晶成長により、圧電体膜（以下、「圧電体層」ともいう）を積層し、ついで前記結晶基板を剥離することにより、容易に得ることが可能である。前記結晶成長における結晶成長手段としては、例えば、ＰＬＤ法又はＣＶＤ法等の公知の結晶成長手段が挙げられる。なお、前記剥離手段は、前記結晶基板を前記圧電体膜から剥離できればそれでよく、公知の剥離手段を用いてよい。前記剥離手段は、前記結晶基板の除去手段であってよく、本発明の目的を阻害しない限り、ドライエッチング及びウエットエッチング等の公知の除去手段も前記剥離に用いることができる。なお、本発明では、前記結晶基板の剥離を、ウエットエッチングにて行うのが好ましい。前記ウエットエッチング手段には、例えば強アルカリ等の公知のエッチング剤が好適に用いられ得る。

【0024】

前記結晶基板（以下、単に「基板」ともいう）は、基板材料等、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の結晶基板であってよい。有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。本発明においては、前記結晶基板が無機化合物を含んでいるのが好ましい。本発明においては、前記基板が、表面の一部または全部に結晶を有するものであるのが好ましく、結晶成長側の主面の全部または一部に結晶を有している結晶基板であるのがより好ましく、結晶成長側の主面の全部に結晶を有している結晶基板であるのが最も好ましい。前記結晶は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、結晶構造等も特に限定されないが、立方晶系、正方晶系、三方晶系、六方晶系、斜方晶系又は単斜晶系の結晶であるのが好ましく、（１００）又は（２００）に配向している結晶であるのがより好ましい。また、前記結晶基板は、オフ角を有していてもよく、前記オフ角としては、例えば、０．２°～１２．０°のオフ角などが挙げられる。ここで、「オフ角」とは、基板表面と結晶成長面とのなす角度をいう。前記基板形状は、板状であって、前記エピタキシャル膜の支持体となるものであれば特に限定されない。絶縁体基板であってもよいし、半導体基板であってもよいが、本発明においては、前記基板が、Ｓｉ基板であるのが好ましく、結晶性Ｓｉ基板であるのがより好ましく、（１００）に配向している結晶性Ｓｉ基板であるのが最も好ましい。なお、前記基板材料としては、例えば、Ｓｉ基板の他に周期律表第３族～第１５族に属する１種若しくは２種以上の金属又はこれらの金属の酸化物等が挙げられる。前記基板の形状は、特に限定されず、略円形状（例えば、円形、楕円形など）であってもよいし、多角形状（例えば、三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形など）であってもよく、様々な形状を好適に用いることができる。また、本発明においては、大面積の基板を用いることもでき、このような大面積の基板を用いることによって、エピタキシャル膜の面積を大きくすることができる。

【0025】

また、本発明においては、前記結晶基板が平坦面を有するのが好ましいが、前記結晶基板が表面の一部または全部に凹凸形状を有しているのも、前記エピタキシャル膜の結晶成長の品質をより良好なものとし得るので、好ましい。前記の凹凸形状を有する結晶基板は、表面の一部または全部に凹部または凸部からなる凹凸部が形成されていればそれでよく、前記凹凸部は、凸部または凹部からなるものであれば特に限定されず、凸部からなる凹凸部であってもよいし、凹部からなる凹凸部であってもよいし、凸部および凹部からなる凹凸部であってもよい。また、前記凹凸部は、規則的な凸部または凹部から形成されていてもよいし、不規則な凸部または凹部から形成されていてもよい。本発明においては、前記凹凸部が周期的に形成されているのが好ましく、周期的かつ規則的にパターン化されているのがより好ましい。前記凹凸部の形状としては、特に限定されず、例えば、ストライプ状、ドット状、メッシュ状またはランダム状などが挙げられるが、本発明においては、ドット状またはストライプ状が好ましく、ドット状がより好ましい。また、凹凸部が周期的かつ規則的にパターン化されている場合には、前記凹凸部のパターン形状が、三角形、四角形（例えば正方形、長方形若しくは台形等）、五角形若しくは六角形等の多角形状、円状、楕円状などの形状であるのが好ましい。なお、ドット状に凹凸部を形成する場合には、ドットの格子形状を、例えば正方格子、斜方格子、三角格子、六角格子などの格子形状にするのが好ましく、三角格子の格子形状にするのがより好ましい。前記凹凸部の凹部または凸部の断面形状としては、特に限定されないが、例えば、コの字型、Ｕ字型、逆Ｕ字型、波型、または三角形、四角形（例えば正方形、長方形若しくは台形等）、五角形若しくは六角形等の多角形等が挙げられる。なお、前記結晶基板の厚さは、特に限定されないが、好ましくは、５０～２０００μｍであり、より好ましくは１００～１０００μｍである。

【0026】

前記圧電体層は、前記圧電体からなる圧電体層であれば特に限定されない。前記圧電体も公知の圧電体であってよいが、本発明においては、前記圧電体が、Ｐｂ及びＴｉを含むのが好ましい。なお、本明細書中、「膜」及び「層」の各用語は、それぞれ場合によって、又は状況に応じて、互いに入れ替えてもよい。

【0027】

また、本発明においては、結晶基板上に、第１の中間膜を積層し、ついで第２の中間膜を積層した後、そのままで又は他の層を介して、前記圧電体層が積層するのが好ましい。前記他の層としては、例えば、金属膜、導電性酸化膜又は導電性窒化膜などが挙げられる。前記導電性酸化膜は、Ｓｒ及び／又はＲｕを含む導電性酸化膜などが挙げられる。また、前記導電性窒化膜は、Ｈｆを含む導電性窒化膜などが挙げられる。前記他の層における金属膜としては、前記金属とは異なる金属からなるのが好ましく、例えば、金、銀、白金、パラジウム、銀パラジウム、銅、ニッケル、又はこれらの合金等が挙げられる。
前記の積層手段は、いずれも公知の成膜手段を用いて積層することができる。本発明においては、前記成膜手段が、蒸着（ＭＢＥ含む）又はスパッタであるのが好ましい。各層のそれぞれの厚さは、特に限定されないが、好ましくは、１０ｎｍ～１００μｍであり、より好ましくは５０ｎｍ～３０μｍである。

【0028】

以上のようにして得られた積層構造体は、適宜ウエットエッチング等で前記結晶基板から剥離され、圧電体として、公知の手段を用いて、圧電素子等の前記素子に好適に用いられる。例えば、得られた圧電体を、略円柱状の基体に巻回し、接合箇所から順に、反射器とすだれ状電極とを設けることで、高性能な新規圧電体素子を容易に作製することができる。また、前記素子は、常法に従い、電子デバイスに好適に用いられる。例えば、前記積層構造体を、圧電素子として、電源や電気／電子回路と接続し、回路基板に搭載したり、パッケージしたりすることにより様々な電子デバイスを構成することができる。本発明においては、前記電子デバイスが、圧電デバイスであるのが好ましく、例えば、インクジェットプリンタヘッド、マイクロアクチュエータ、ジャイロスコープ、モーションセンサ等の電子機器における圧電デバイスとして利用可能である。また、例えば、増幅器と整流回路を接続しパッケージすれば、磁気センサなどの各種センサに利用可能である。また、定電圧駆動のメモリにも適用できるし、例えば、蓄電素子と整流電力管理回路を接続すれば、外部からの磁場や振動から電力を発電するエネルギー変換デバイス（エネルギーハーベスタ）となる。なお、前記エネルギー変換デバイスは、電源システムやウェアラブル端末（イヤホン／ヒアラブルデバイス、スマートウォッチ、スマートグラス（眼鏡）、スマートコンタクトレンズ、人工内耳、心臓ペースメーカーなど）などに組み込まれ利用される。本発明においては、前記積層構造体を、例えばスマートグラス、ＡＲヘッドセット、ＬｉＤＡＲシステム向けのＭＥＭＳミラー、先端医療向けの圧電ＭＥＭＳ超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、商工業用３Ｄプリンタ向けのピエゾヘッド等に用いることが好ましい。

【0029】

前記電子デバイスは、常法に従い電子機器に好適に用いられる。前記電子機器としては、上記した電子機器以外にも様々な電子機器に適用可能であり、より具体的に例えば、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、振動波モータ、光学機器、振動装置、撮像装置、圧電音響部品や該圧電音響部品を有する音声再生機器、音声録音機器、携帯電話、各種情報端末等が好適な例として挙げられる。

【0030】

また、前記電子機器は、常法に従いシステムにも適用され、かかるシステムとしては、例えばセンサーシステム等が挙げられる。

【0031】

以下、本発明の好適な態様を、図面を用いて説明するが、本発明はこれら好適な態様に限定されるものではない。

【0032】

図１は、本発明の好適な素子の一例を示す。図１の素子は、圧電体１２が、円柱状の基体側面に巻回されており、側面の圧電体１２上には、すだれ状電極１０及び反射器２０が形成されている。なお、すだれ状電極１０及び反射器２０の形成は、それぞれ公知の手段を用いて行われてよい。すだれ状電極１０に電圧が印加されると、圧電体１２の圧電効果により、すだれ状電極１０の隣り合う電極指間の圧電体上にひずみが生じ表面波が励振される。すだれ状電極は、電極指が周期的に配置されており、表面波はその波長と電極指周期が等しい場合に最も強く励振される。表面に形成された電極間隔で周波数が決まるため、フォトリソ加工等することにより、容易に高周波に対応することができる。

【0033】

前記素子は、常法に従い、電子デバイスに好適に用いられる。例えば、前記素子を、圧電素子として、電源や電気／電子回路と接続し、回路基板に搭載したり、パッケージしたりすることにより様々な電子デバイスを構成することができる。本発明においては、前記電子デバイスが、圧電デバイスであるのが好ましく、例えば、ジャイロスコープ、モーションセンサ等の電子機器における圧電デバイスとして利用可能である。また、例えば、増幅器と整流回路を接続しパッケージすれば、磁気センサなどの各種センサに利用可能である。

【0034】

前記電子デバイスは、常法に従い電子機器に好適に用いられる。前記電子機器としては、上記した電子機器以外にも様々な電子機器に適用可能であり、より具体的に例えば、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、振動波モータ、光学機器、振動装置、撮像装置、圧電音響部品や該圧電音響部品を有する音声再生機器、音声録音機器、携帯電話、各種情報端末等が好適な例として挙げられる。

【0035】

また、前記電子機器は、常法に従いシステムにも適用され、かかるシステムとしては、例えばセンサーシステム等が挙げられる。

【実施例0036】

（実施例１）
Ｓｉ基板（１００）の結晶成長面側をＲＩＥで処理し、窒素の存在下、蒸着法にて、蒸着源の金属と、窒素とを熱反応させ、ＨｆＺｒＮ単結晶をＳｉ基板上に形成した。なお、この成膜時の蒸着法の各条件は次の通りであった。
蒸着源 ： Ｈｆ、Ｚｒ
電圧 ： ３．５～４．７５Ｖ
圧力 ： ３×１０^－２～６×１０^－２Ｐａ
基板温度 ： ４５０～７００℃

【0037】

ＨｆＺｒＮ単結晶の蒸着において用いた蒸着成膜装置を図８に示す。図８の成膜装置は、ルツボに金属源１１０１ａ～１１０１ｂ、アース１１０２ａ～１１０２ｈ、ＩＣＰ電極１１０３ａ～１１０３ｂ、カットフィルター１１０４ａ～１１０４ｂ、ＤＣ電源１１０５ａ～１１０５ｂ、ＲＦ電源１１０６ａ～１１０６ｂ、ランプ１１０７ａ～１１０７ｂ、Ａｒ源１１０８、反応性ガス源１１０９、電源１１１０、基板ホルダー１１１１、基板１１１２、カットフィルター１１１３、ＩＣＰリング１１１４、真空槽１１１５及び回転軸１１１６を少なくとも備えている。なお、図８のＩＣＰ電極１１０３ａ～１１０３ｂは基板１１１２の中心側に湾曲した略凹曲面形状又はパラボラ形状を有している。

【0038】

図８に示すように、基板１１１２を基板ホルダー１１１１上に係止する。ついで、電源１１１０と回転機構（図示せず）とを用いて回転軸１１１６を回転させ、基板１１１２を回転させる。また、基板１１２をランプ１１０７ａ～１１０７ｂによって加熱し、真空ポンプ（図示せず）によって真空槽１１１５内を排気により真空又は減圧下にする。その後、真空槽１１１５内にＡｒ源１１０８からＡｒガスを導入し、ＤＣ電源１１０５ａ～１１０５ｂ、ＲＦ電源１１０６ａ～１１０６ｂ、ＩＣＰ電極１１０３ａ～１１０３ｂ、カットフィルター１１０４ａ～１１０４ｂ、及びアース１１０２ａ～１１０２ｈを用いて基板１１１２上にアルゴンプラズマを形成することにより、基板１１１２の表面の清浄化を行う。

【0039】

真空槽１１１５内にＡｒガスを導入するとともに反応性ガス源１１０９を用いて反応性ガスを導入する。このとき、ランプ７ａ及び７ｂはそれぞれ異なる波長を基板１２に対して照射することができるように構成されている。また、ランプ７ａ及び７ｂはそれぞれランプヒーターであってもよい。前記波長は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、紫外線であってもよいし、赤外線であってもよい。また、前記波長は、原料や反応の種類等によって、適宜設定されてよく、膜質や成膜レートを容易により良好なものとすることができる。また、ランプ７ａ～７ｂのオンとオフとを交互に繰り返すことで、より良質な結晶成長膜を形成することもできる。

【0040】

次に、蒸着源の金属として、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉを用いたこと以外、上記と同様にして、ＳＵＳ３０４単結晶膜を成膜した。

【0041】

次に、結晶性金属酸化物の単結晶膜の上に、導電膜として、白金（Ｐｔ）の金属膜をスパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
装置 ： ＵＬＶＡＣ社製スパッタリング装置ＱＡＭ－４
圧力 ： １．２０×１０^－１Ｐａ
ターゲット ： Ｐｔ
電力 ： １００Ｗ（ＤＣ）
厚さ ： １００ｎｍ
基板温度 ： ４５０～６００℃

【0042】

次に、導電膜上に、ＳＲＯ膜を、スパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
装置 ： ＵＬＶＡＣ社製スパッタリング装置ＱＡＭ－４
パワー ： １５０Ｗ（ＲＦ）
ガス ： Ａｒ
圧力 ： １．８Ｐａ
基板温度 ： ６００℃
厚さ ： ２０ｎｍ

【0043】

次に、ＳＲＯ膜上に、圧電膜として、ＰｂＴｉＯ_３膜を成膜した。得られた積層構造体は、良好な密着性及び結晶性を有する積層構造体であった。また、積層構造体の結晶基板、結晶性金属酸化物の単結晶膜及び導電膜につき、Ｘ線回折装置を用いて、それぞれの結晶を測定した。図２に、ＸＲＤ測定結果を示す。図２から明らかなように、良好な結晶性を有するＳＵＳ３０４単結晶膜が形成されており、ＰｂＴｉＯ_３膜等の結晶性等も良好であった。

【0044】

ＰｂＴｉＯ_３膜を成膜した後、水酸化ナトリウムを用いて、Ｓｉ基板をウエットエッチングにより除去して、ＰｂＴｉＯ_３膜からＳｉ基板を剥離した。なお、得られた積層構造体は、可撓性を有していた。

【0045】

（試験例）
試験例として図３及び図４のような微小素子の片持ちはりをＦＩＢ ＦＢ２１００ （日立ハイテクノロジーズ製）を用いて作製し、その破壊強度特性をナノインデンター ＮａｎｏＴｅｓｔ Ｘｔｒｅｍｅ（Ｍｉｃｒｏ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）にて破壊強度評価したところ図５のようになった。図５よりＳｉの破壊強度は約１ＧＰａ程度とほぼ一定値を示した。Ｓｉ単結晶バルク材の曲げ強度が、３００ＭＰａ程度（論文）であることを考えると、マイクロマテリアルでは大きな強度を持つことがわかった。さらにＳＵＳ３０４単結晶薄膜の場合は、破壊強度約５ＧＰａと、Ｓｉ単結晶の約５倍の曲げ強度を有していた。このことは、ＳＵＳ３０４単結晶薄膜をＭＥＭＳデバイスの梁（可動部分、ＳＯＩ基板の活性層相当）に用いることで、ＭＥＭＳデバイスの変位量の大幅な改善に加えて、大幅な寿命特性の改善が期待できる。

【0046】

得られた圧電体の素子への適用例を、以下、図を用いてより具体的に説明するが、本発明は、これら適用例に限定されるものではない。なお、本発明においては、特に断りがない限り、公知の手段を用いて、前記圧電体から素子及び電子デバイス等を製造することができる。

【0047】

図３は、本発明の好適な態様である素子の一例を示す。図３の素子は、図１とは、ＳＡＷを検出するためのＳＡＷ受信器を備えている点で異なる。図３の素子は、圧電体１２が、円柱状基体側面に巻回されており、基体側面の圧電体１２上には、すだれ状電極１３及び反射器２０がそれぞれ２つずつ公知の手段を用いて形成されている。すだれ状電極１３に電圧が印加されると、圧電体１２の圧電効果により、すだれ状電極１３のそれぞれ隣り合う電極指間の圧電体上にひずみが生じ表面波が励振される。また、すだれ状電極１３には、ＳＡＷ受信器１９が接続されており、図１に示すＳＡＷ伝搬経路１４内に伝搬する表面弾性波を検出できるように構成されている。表面弾性波は、反射器２０により、圧電体１２の表面を図４に示すＤ１方向及びＤ２方向にそれぞれ伝搬し、つまり互いに対向する方向に表面弾性波が伝搬する。これにより、環境にやさしい高精度かつ高感度のセンサを作製することができる。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本発明の素子は、種々の用途に適用可能であるが、特に圧電センサに好適に用いられ、例えばセンサーシステム用の電子デバイス等に適用される。

【符号の説明】

【0049】

１ 結晶基板（Ｓｉ基板）
２ ＨｆＺｒＮ膜
３ ＳＵＳ膜（ＦｅＣｒＮｉ膜）
４ Ｐｔ膜
５ ＳＲＯ膜
６ 圧電体層（ＰｂＴｉＯ膜）
１０ すだれ状電極
１１ 反射バスバー
１２ 圧電体
１３ 反射電極指
１４ 伝搬経路
１５ 取り出し電極
１９ ＳＡＷ受信器
２０ 反射器
１１０１ａ～１０１ｂ 金属源
１１０２ａ～１０２ｊ アース
１１０３ａ～１０３ｂ ＩＣＰ電極
１１０４ａ～１０４ｂ カットフィルター
１１０５ａ～１０５ｂ ＤＣ電源
１１０６ａ～１０６ｂ ＲＦ電源
１１０７ａ～１０７ｂ ランプ
１１０８ Ａｒ源
１１０９ 反応性ガス源
１１１０ 電源
１１１１ 基板ホルダー
１１１２ 基板
１１１３ カットフィルター
１１１４ ＩＣＰリング
１１１５ 真空槽
１１１６ 回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】