特許 7515113 誘電性薄膜、誘電性薄膜素子、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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-04

(45)【発行日】2024-07-12

(54)【発明の名称】誘電性薄膜、誘電性薄膜素子、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

(51)【国際特許分類】

   H10N 30/853 20230101AFI20240705BHJP

   H10N 30/079 20230101ALI20240705BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20240705BHJP

   H10N 30/30 20230101ALI20240705BHJP

   H02N 2/00 20060101ALI20240705BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20240705BHJP

【ＦＩ】

H10N30/853

H10N30/079

H10N30/20

H10N30/30

H02N2/00

B41J2/14 613

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2020546060

(86)(22)【出願日】2019-09-11

(86)【国際出願番号】 JP2019035761

(87)【国際公開番号】W WO2020054779

(87)【国際公開日】2020-03-19

【審査請求日】2022-05-16

(31)【優先権主張番号】P 2018170608

(32)【優先日】2018-09-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(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】佐藤 祐介

(72)【発明者】

【氏名】石田 未来

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 和希子

(72)【発明者】

【氏名】舟窪 浩

(72)【発明者】

【氏名】清水 荘雄

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 光勇

(72)【発明者】

【氏名】石濱 圭佑

【審査官】加藤 俊哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０１６０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１１１０９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－３２７８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９５３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８３７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１９４４５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０１２５３１２２（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２３９７７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】長谷川 光勇 他，ＰＬＤ法を用いた（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ３－ＢａＴｉＯ３系薄膜の作製と評価，２０１８年 第６５回応用物理学会春季学術講演会［講演予稿集］，日本，公益社団法人応用物理学会，2018年03月05日

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｎ ３０／８５３

Ｈ１０Ｎ ３０／０７９

Ｈ１０Ｎ ３０／２０

Ｈ１０Ｎ ３０／３０

Ｈ０２Ｎ ２／００

Ｂ４１Ｊ ２／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属酸化物を含む誘電性薄膜であって、
前記金属酸化物が、ビスマス、ナトリウム、バリウム及びチタンを含み、
前記金属酸化物の少なくとも一部が、ペロブスカイト構造を有する正方晶であり、
少なくとも一部の前記正方晶の（１００）面が、前記誘電性薄膜の表面の法線方向において配向しており、
前記金属酸化物が下記化学式１で表される、
誘電性薄膜。
（１－ｘ）（Ｂｉ_０．５Ｎａ_０．５）ＴｉＯ_３‐ｘＢａＴｉＯ_３ （１）
［前記化学式１中、ｘは０．１５≦ｘ≦０．４０を満たす。］

【請求項2】

前記誘電性薄膜の表面の法線方向に平行な電界が、前記誘電性薄膜へ印加される時、前記正方晶の（００１）面の回折Ｘ線のピーク面積が増加しない、
請求項１に記載の誘電性薄膜。

【請求項3】

前記誘電性薄膜の表面の法線方向に平行な電界が、前記誘電性薄膜へ印加される時、前記正方晶の（００１）面の回折Ｘ線のピーク面積が増加する、
請求項１に記載の誘電性薄膜。

【請求項4】

前記誘電性薄膜の表面の法線方向に平行な電界が、前記誘電性薄膜へ印加されている状態において、
一部の前記正方晶の（１００）面が、前記誘電性薄膜の表面の法線方向において配向しており、
別の一部の前記正方晶の（００１）面が、前記誘電性薄膜の表面の法線方向において配向している、
請求項１に記載の誘電性薄膜。

【請求項5】

前記化学式１中、前記ｘは０．３０≦ｘ≦０．４０を満たす、
請求項１～４のいずれか一項に記載の誘電性薄膜。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の誘電性薄膜を備える、
誘電性薄膜素子。

【請求項7】

単結晶基板と、
前記単結晶基板に重なる前記誘電性薄膜と、
を備え、
少なくとも一部の前記正方晶の（１００）面が、前記単結晶基板の表面の法線方向において配向している、
請求項６に記載の誘電性薄膜素子。

【請求項8】

前記単結晶基板と、
前記単結晶基板に重なる第一電極層と、
前記第一電極層を介して前記単結晶基板に重なる前記誘電性薄膜と、
前記誘電性薄膜に重なる第二電極層と、
を備える、
請求項７に記載の誘電性薄膜素子。

【請求項9】

少なくとも一つの中間層を更に備え、
前記中間層が、前記単結晶基板と前記第一電極層との間、前記第一電極層と前記誘電性薄膜との間、又は前記誘電性薄膜と前記第二電極層との間に配置されている、
請求項８に記載の誘電性薄膜素子。

【請求項10】

前記単結晶基板と、
前記単結晶基板に重なる第一電極層と、
前記第一電極層に重なる第一結晶質層と、
前記第一結晶質層に重なる第二結晶質層と、
前記第二結晶質層に重なる前記誘電性薄膜と、
前記誘電性薄膜に重なる第二電極層と、
を備え、
前記第一結晶質層が、ペロブスカイト構造を有するＬａＮｉＯ_３の結晶を含み、
前記第二結晶質層が、ペロブスカイト構造を有するＳｒＲｕＯ_３の結晶を含み、
前記第一結晶質層の（１００）面が、前記単結晶基板の表面の法線方向において配向しており、
前記第二結晶質層の（１００）面が、前記単結晶基板の表面の法線方向において配向している、
請求項７に記載の誘電性薄膜素子。

【請求項11】

前記単結晶基板と、
前記単結晶基板に重なる第一電極層と、
前記第一電極層に重なる第一結晶質層と、
前記第一結晶質層に重なる第二結晶質層と、
前記第二結晶質層に重なる前記誘電性薄膜と、
前記誘電性薄膜に重なる第二電極層と、
を備え、
前記第一結晶質層が、ペロブスカイト構造を有するＬａＮｉＯ_３の結晶を含み、
前記第二結晶質層が、ペロブスカイト構造を有する（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ_３の結晶を含み、
前記第一結晶質層の（１００）面が、前記単結晶基板の表面の法線方向において配向しており、
前記第二結晶質層の（１００）面が、前記単結晶基板の表面の法線方向において配向している、
請求項７に記載の誘電性薄膜素子。

【請求項12】

圧電素子である、
請求項６～１１のいずれか一項に記載の誘電性薄膜素子。

【請求項13】

請求項１２に記載の誘電性薄膜素子を備える、
圧電アクチュエータ。

【請求項14】

請求項１２に記載の誘電性薄膜素子を備える、
圧電センサ。

【請求項15】

請求項１３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。

【請求項16】

請求項１５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。

【請求項17】

請求項１６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。

【請求項18】

請求項１３に記載の圧電アクチュエータを備える、
プリンタヘッド。

【請求項19】

請求項１８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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘電性薄膜、誘電性薄膜素子、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。

【背景技術】

【0002】

誘電体の一種である圧電体は、種々の目的に応じて様々な圧電素子に加工される。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】

従来、圧電体として、ペロブスカイト型の強誘電体であるジルコン酸チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３－ＰｂＺｒＯ_３；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、非鉛（ｌｅａｄ‐ｆｒｅｅ）の圧電体の研究開発が行われてきた。非鉛の圧電体の一例として、強誘電性を有する［（Ｎａ，Ｂｉ）_１－ｘＢａ_ｘ］ＴｉＯ_３が知られている。例えば、下記の特許文献１に記載の圧電体は、（００１）面のみの配向性を有する［（Ｎａ，Ｂｉ）_１－ｘＢａ_ｘ］ＴｉＯ_３の結晶から構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１７９８０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に記載されているように、［（Ｎａ，Ｂｉ）_１－ｘＢａ_ｘ］ＴｉＯ_３の（００１）面のみが配向している場合、［（Ｎａ，Ｂｉ）_１－ｘＢａ_ｘ］ＴｉＯ_３の結晶からなる薄膜は十分な誘電性を有していない。

【0006】

本発明は、誘電性に優れた誘電性薄膜、当該誘電性薄膜を備える誘電性薄膜素子、並びに当該誘電性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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面に係る誘電性薄膜は、金属酸化物を含む誘電性薄膜であって、金属酸化物が、ビスマス、ナトリウム、バリウム及びチタンを含み、金属酸化物の少なくとも一部が、ペロブスカイト構造を有する正方晶であり、少なくとも一部の正方晶の（１００）面が、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向している。

【0008】

上記の金属酸化物が下記化学式１で表されてよい。
（１－ｘ）（Ｂｉ_０．５Ｎａ_０．５）ＴｉＯ_３‐ｘＢａＴｉＯ_３ （１）
［上記化学式１中、ｘは０．１５≦ｘ≦０．４０を満たす。］

【0009】

誘電性薄膜の表面の法線方向に平行な電界が、誘電性薄膜へ印加される時、正方晶の（００１）面の回折Ｘ線のピーク面積が増加しなくてよい。

【0010】

誘電性薄膜の表面の法線方向に平行な電界が、誘電性薄膜へ印加される時、正方晶の（００１）面の回折Ｘ線のピーク面積が増加してもよい。

【0011】

誘電性薄膜の表面の法線方向に平行な電界が、誘電性薄膜へ印加されている状態において、一部の正方晶の（１００）面が、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向してよく、別の一部の正方晶の（００１）面が、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向していてよい。

【0012】

本発明の一側面に係る誘電性薄膜素子は、上記の誘電性薄膜を備える。

【0013】

本発明の一側面に係る誘電性薄膜素子は、単結晶基板と、単結晶基板に重なる誘電性薄膜と、を備えてよく、少なくとも一部の正方晶の（１００）面が、単結晶基板の表面の法線方向において配向していてよい。

【0014】

本発明の一側面に係る誘電性薄膜素子は、単結晶基板と、単結晶基板に重なる第一電極層と、第一電極層を介して単結晶基板に重なる誘電性薄膜と、誘電性薄膜に重なる第二電極層と、を備えてよい。

【0015】

本発明の一側面に係る誘電性薄膜素子は、少なくとも一つの中間層を更に備えてよく、中間層が、単結晶基板と第一電極層との間、第一電極層と誘電性薄膜との間、又は誘電性薄膜と第二電極層との間に配置されていてよい。

【0016】

本発明の一側面に係る誘電性薄膜素子は、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第一結晶質層と、第一結晶質層に重なる第二結晶質層と、第二結晶質層に重なる誘電性薄膜と、誘電性薄膜に重なる第二電極層と、を備えてよく、第一結晶質層が、ペロブスカイト構造を有するＬａＮｉＯ_３の結晶を含んでよく、第二結晶質層が、ペロブスカイト構造を有するＳｒＲｕＯ_３の結晶を含んでよく、第一結晶質層の（１００）面が、単結晶基板の表面の法線方向において配向していてよく、第二結晶質層の（１００）面が、単結晶基板の表面の法線方向において配向していてよい。

【0017】

本発明の一側面に係る誘電性薄膜素子は、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第一結晶質層と、第一結晶質層に重なる第二結晶質層と、第二結晶質層に重なる誘電性薄膜と、誘電性薄膜に重なる第二電極層と、を備えてよく、第一結晶質層が、ペロブスカイト構造を有するＬａＮｉＯ_３の結晶を含んでよく、第二結晶質層が、ペロブスカイト構造を有する（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ_３の結晶を含んでよく、第一結晶質層の（１００）面が、単結晶基板の表面の法線方向において配向していてよく、第二結晶質層の（１００）面が、単結晶基板の表面の法線方向において配向していてよい。

【0018】

本発明の一側面に係る誘電性薄膜素子は、圧電素子であってよい。

【0019】

本発明の一側面に係る圧電アクチュエータは、上記の誘電性薄膜素子（圧電素子）を備える。

【0020】

本発明の一側面に係る圧電センサは、上記の誘電性薄膜素子（圧電素子）を備える。

【0021】

本発明の一側面に係るヘッドアセンブリは、上記の圧電アクチュエータを備える。

【0022】

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

【0023】

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

【0024】

本発明の一側面に係るプリンタヘッドは、上記の圧電アクチュエータを備える。

【0025】

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

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、誘電性に優れた誘電性薄膜、当該誘電性薄膜を備える誘電性薄膜素子、並びに当該誘電性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。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１中の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る誘電性薄膜素子の模式な断面図であり、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と、ペロブスカイト構造の単位格子（第一単位格子ｔｃ１及び第二単位格子ｔｃ２）の斜視図と、を含む。（図１中の（ｂ）では、第一電極層及び第二電極層は省略される。）

【図2】図２は、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。

【図3】図３は、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。

【図4】図４は、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5】図５は、図４に示されるジャイロセンサのＡ－Ａ線に沿った矢視断面図である。

【図6】図６は、本発明の一実施形態に係る圧力センサの模式図である。

【図7】図７は、本発明の一実施形態に係る脈波センサの模式図である。

【図8】図８は、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。

【図9】図９は、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。

【図10】図１０は、実験１によって測定された本発明の実施例１のＸ線回折パターンである。

【図11】図１１は、実験２によって測定された本発明の実施例１のＸ線回折パターンである。

【図12】図１２は、実験３によって測定された本発明の実施例１のＸ線回折パターンである。

【発明を実施するための形態】

【0028】

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。図面において、同一又は同等の要素には同一の符号が付される。図１中の（ａ）及び図１中の（ｂ）に示されるＸ，Ｙ及びＺは、互いに直交する３つの座標軸を意味する。本発明は下記実施形態に限定されない。

【0029】

（誘電性薄膜、及び誘電性薄膜素子）
図１中の（a）に示されるように、本実施形態に係る誘電性薄膜素子１０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に間接的に重なる誘電性薄膜３と、誘電性薄膜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、誘電性薄膜素子１０では、一対の電極層の間に誘電性薄膜３が挟まれている。誘電性薄膜素子１０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誘電性薄膜素子が、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、第二電極層が誘電性薄膜素子に付加されてよい。誘電性薄膜素子１０は、例えば、薄膜コンデンサであってよい。

【0030】

誘電性薄膜３は、金属酸化物を含む。金属酸化物は、ビスマス、ナトリウム、バリウム及びチタンを含む。誘電性薄膜３は、主成分として、金属酸化物を含んでよい。主成分とは、誘電性薄膜３を構成する全成分に対する割合が９９％モル以上１００モル％以下である成分を意味する。金属酸化物の一部又は全部は、結晶質であり、ペロブスカイト構造を有している。常温下において、金属酸化物の少なくとも一部は、ペロブスカイト構造を有する正方晶である。常温下において、金属酸化物の全部が、ペロブスカイト構造を有する正方晶であってよい。

【0031】

誘電性薄膜３に含まれる上記の金属酸化物は、下記化学式１で表されてよい。以下では、場合により、下記化学式１で表される酸化物が、「ＢＮＴ‐ＢＴ」と表記される。

【0032】

（１－ｘ）（Ｂｉ_０．５Ｎａ_０．５）ＴｉＯ_３‐ｘＢａＴｉＯ_３ （１）
上記化学式１中、ｘは、０＜ｘ＜１、０．１５≦ｘ≦０．７０、０．１５≦ｘ≦０．６００、０．１５≦ｘ＜０．５０、又は０．１５≦ｘ≦０．４０を満たしてよい。

【0033】

上記化学式１は、下記化学式１ａと等価であってよい。
（Ｂｉ_０．５Ｎａ_０．５）_１－ｘＢａ_ｘＴｉＯ_３ （１ａ）
上記化学式１ａ中、ｘは、０＜ｘ＜１、０．１５≦ｘ≦０．７０、０．１５≦ｘ≦０．６００、０．１５≦ｘ＜０．５０、又は０．１５≦ｘ≦０．４０を満たしてよい。

【0034】

誘電性薄膜３が、上記化学式１で表される酸化物を含む場合、誘電性薄膜３の誘電性及び圧電特性が向上し易い。ｘが０．１５≦ｘ≦０．７０の範囲内である場合、誘電性薄膜３の誘電性及び圧電特性が更に向上し易い。特にｘが０．１５≦ｘ≦０．４０の範囲内である場合、上記の金属酸化物の正方晶の（１００）面が、誘電性薄膜３の表面の法線方向において配向し易く、誘電性薄膜３の誘電性及び圧電特性が更に向上し易い。誘電性薄膜３は、上記化学式１で表される酸化物のみからなっていてもよい。誘電性薄膜３は、上記化学式１で表される酸化物の単結晶のみからなっていてもよい。誘電性薄膜３は、上記化学式１で表される酸化物の多結晶のみからなっていてもよい。上記化学式１で表される酸化物の正方晶のペロブスカイト構造が損なわれない限りにおいて、誘電性薄膜３は、上記化学式１で表される酸化物以外の成分を含んでもよい。つまり誘電性薄膜３は、Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａ、Ｔｉ及びＯに加えて他の元素を含んでよい。ただし、誘電性薄膜３は、人体や環境を害する鉛を含まないほうがよい。

【0035】

図１中の（ｂ）に示される第一単位格子ｔｃ１は、上記の金属酸化物の正方晶を構成する単位格子である。第一単位格子ｔｃ１は直方体である。第一単位格子ｔｃ１が有する８個の頂点其々には、Ｂｉ、Ｎａ及びＢａからなる群より選ばれる一種の元素が位置する。説明の便宜上、図１中の（ｂ）では、第一単位格子ｔｃ１の体心のＴｉは省略され、第一単位格子ｔｃ１の６つの面心のＯも省略されている。第一単位格子ｔｃ１から構成されるペロブスカイト構造の（１００）面の面間隔は、aと表される。ａは、第一単位格子ｔｃ１のa軸方向における格子定数と言い換えられてよい。第一単位格子ｔｃ１から構成されるペロブスカイト構造の（００１）面の面間隔は、ｃと表される。ｃは、第一単位格子ｔｃ１のｃ軸方向における格子定数と言い換えられてよい。ｃ／ａは、ペロブスカイト構造の歪み（異方性）の程度を意味する。ペロブスカイト構造を有する正方晶のｃ／ａは１よりも大きい。ｃ／ａが大きいほど、誘電性薄膜３は誘電性に優れる傾向がある。またｃ／ａが大きいほど、誘電性薄膜３が圧電性に優れる傾向があり、誘電性薄膜３の圧電定数ｄ_３３が増加し易い。

【0036】

第一単位格子ｔｃ１が示すように、少なくとも一部の正方晶の（１００）面は、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて配向している。換言すれば、少なくとも一部の正方晶の［１００］（結晶方位）が、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎと略平行であってよい。全部の正方晶の（１００）面が、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて配向していてよい。誘電性薄膜３の表面とは、誘電性薄膜３の表面全体のうち、誘電性薄膜３の端面を除く面である。例えば、誘電性薄膜３の表面とは、誘電性薄膜３の表面全体のうち、図１の（ｂ）中のＸＹ面に平行な面である。誘電性薄膜３の表面は、単結晶基板１の表面に面する面であってよい。誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎは、誘電性薄膜３の厚み方向（Ｚ軸方向）と言い換えられてよい。第一単位格子ｔｃ１の［１００］は、誘電性薄膜３の自発分極方向と言い換えられてよい。

【0037】

少なくとも一部の正方晶の（１００）面が、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて配向していることにより、誘電性薄膜３は優れた誘電性を有することができる。換言すれば、少なくとも一部の正方晶の［１００］が、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎと略平行であることにより、誘電性薄膜３は高い比誘電率を有することができる。本実施形態に係る誘電性薄膜３の誘電損失（ｔａｎδ）は、ＢＮＴ‐ＢＴを含む従来の誘電性薄膜の誘電損失よりも小さい傾向がある。本実施形態に係る誘電性薄膜３の抵抗率は、ＢＮＴ‐ＢＴを含む従来の誘電性薄膜の抵抗率よりも高い傾向がある。

【0038】

少なくとも一部の正方晶の（１００）面は、単結晶基板１の表面の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向していてよい。換言すれば、少なくとも一部の正方晶の［１００］（結晶方位）が、単結晶基板１の表面の法線方向Ｄ_Ｎと略平行であってよい。全部の正方晶の（１００）面が、単結晶基板１の表面の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向していてよい。単結晶基板１の表面とは、単結晶基板１の表面全体のうち、単結晶基板１の端面を除く面である。例えば、単結晶基板１の表面とは、単結晶基板１の表面全体のうち、図１の（ｂ）中のＸＹ面に平行な面である。単結晶基板１の表面とは、誘電性薄膜３の表面に面する面であってよい。単結晶基板１の表面の法線方向Ｄ_Ｎは、単結晶基板１の厚み方向（Ｚ軸方向）と言い換えられてよい。

【0039】

以下では、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて配向する（１００）面に由来する回折Ｘ線のピーク面積は、「Ａ_{（１００）}」と表記される。一方、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて配向する（００１）面に由来する回折Ｘ線のピーク面積は、「Ａ_{（００１）}」と表記される。

【0040】

誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎに平行な電界が、誘電性薄膜３へ印加される時、Ａ_{（００１）}が増加してもよい。換言すれば、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎに平行な電界が、誘電性薄膜３へ印加されている状態において、一部の正方晶の（１００）面が、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて配向してよく、別の一部の正方晶の（００１）面が、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて配向していてよい。誘電性薄膜３へ印加される電界強度の増加に伴って、Ａ_{（１００）}が減少してよく、且つＡ_{（００１）}が増加してもよい。誘電性薄膜３へ印加される電界強度の減少に伴って、Ａ_{（１００）}が増加してよく、且つＡ_{（００１）}は減少してよい。電圧が誘電性薄膜３へ印加される時、誘電性薄膜３の表面と裏面との間の電界強度は、例えば、５～５０ｋＶ／ｍｍであってよい。

【0041】

誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて（１００）面が配向する正方晶は、図１中の（ｂ）に示される第一単位格子ｔｃ１から構成される。以下では、第一単位格子ｔｃ１から構成される正方晶が、「ａドメイン」（ａ‐ｄｏｍａｉｎ）と表記される。つまり、ａドメインは、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて（１００）面が配向する正方晶である。一方、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて（００１）面が配向する正方晶は、図１中の（ｂ）に示される第二単位格子ｔｃ２から構成される。第二単位格子ｔｃ２結晶方位は、第一単位格子ｔｃ１から構成される結晶方位と異なる。第二単位格子ｔｃ２の［００１］（結晶方位）は、第一単位格子ｔｃ１の［１００］と略平行である。結晶方位の違いを除いて、第二単位格子ｔｃ２は第一単位格子ｔｃ１と同じであってよい。以下では、第二単位格子ｔｃ２から構成される正方晶が、「ｃドメイン」（c‐ｄｏｍａｉｎ）と表記される。ｃドメインは、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて（００１）面が配向する正方晶である。ｃドメインの［００１］（結晶方位）は、ａドメインの［１００］と略平行である。

【0042】

電界の印加に伴うピーク面積Ａ_{（００１）}の増加は、ａドメインの少なくとも一部がｃドメインに変化することを意味する。つまり、上記の電界が誘電性薄膜３へ印加された状態において、誘電性薄膜３は、結晶方位が異なるａドメイン及びｃドメインの両方を含んでよい。以下では、電界の印加に伴うａドメインからｃドメインへの変化が、「ドメインスイッチング効果」（ｄｏｍａｉｎ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）と表記される。以下では、ａドメイン及びｃドメインの両方を含む誘電性薄膜３の構造は、「マルチドメイン構造」（ｍｕｌｔｉ ｄｏｍａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と表記される。電界中においてマルチドメイン構造を有することができる誘電性薄膜３は、「マルチドメイン膜」と表記される。電界の印加によって誘電性薄膜３がマルチドメイン膜になった後、電界の消失によってマルチドメイン膜は誘電性薄膜３に戻ってよい。つまり、誘電性薄膜３は可逆的にマルチドメイン膜へ変化してよい。

【0043】

誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎに平行な電界が、誘電性薄膜３へ印加される時、正方晶の（００１）面の回折Ｘ線のピーク面積が増加しなくてよい。つまり、誘電性薄膜３はマルチドメイン薄膜でなくてよい。マルチドメイン薄膜でない誘電性薄膜３は、「非マルチドメイン膜」と表記される。

【0044】

マルチドメイン膜は、非マルチドメイン膜よりも、圧電性において優れる場合がある。換言すれば、マルチドメイン膜の圧電定数ｄ_３３は、非マルチドメイン膜の圧電定数ｄ_３３よりも大きい場合がある。マルチドメイン膜の－ｅ_３１，ｆ（別の圧電定数）が、非マルチドメイン膜の－ｅ_３１，ｆよりも大きい場合もある。またマルチドメイン膜の誘電損失（ｔａｎδ）は、非マルチドメイン膜の誘電損失よりも小さい傾向がある。一方、非マルチドメイン膜の比誘電率は、マルチドメイン膜の比誘電率よりも高い。非マルチドメイン膜は、圧電性を有していなくてよい。

【0045】

誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎに平行な電界が、誘電性薄膜３へ印加される時、下記数式Ａで定義されるＶｃは、１０～７０％であってよい。Ｖｃは、ａドメイン及びｃドメインの体積の合計に対する、ｃドメインの体積の割合とみなされてよい。Ｖｃが上記範囲であることにより、マルチドメイン膜の圧電定数ｄ_３３が増加し易く、マルチドメイン膜の誘電損失が減少し易い。
Ｖｃ＝１００×Ａ_{（００１）}／（Ａ_{（１００）}＋Ａ_{（００１）}） （Ａ）

【0046】

誘電性薄膜３の一部分の組成は、上記化学式１で表されるＢＮＴ‐ＢＴの組成からずれていてもよい。ペロブスカイト構造を有する酸化物の組成が、ＡＢＯ_３で表される場合、誘電性薄膜３の一部分においては、Ｂサイトを占めるＴｉの一部が、Ｂｉ、Ｎａ及びＢａのうちいずれかの元素で置換されていてよい。誘電性薄膜３の一部分においては、酸素欠陥が生じていてもよい。例えば、誘電性薄膜３の一部分の組成は、ペロブスカイト構造が損なわれない限りにおいて、下記化学式２で表されてよい。
（Ｂｉ_{０．５±δ１}Ｎａ_{０．５±δ２}）_１－ｘＢａ_ｘＴｉＯ_３±δ３ （２）
上記化学式２中、ｘは、０＜ｘ＜１、０．１５≦ｘ≦０．７０、０．１５≦ｘ≦０．６００、０．１５≦ｘ＜０．５０又は０．１５≦ｘ≦０．４０を満たしてよい。δ１は０．５±δ１≧０を満たしてよい。δ２は０．５±δ２≧０を満たしてよい。δ３は３±δ３≧０を満たしてよい。δ１、δ２及びδ３は其々、０より大きく１．０以下である。δ１、δ２及びδ３は、例えば、放射光Ｘ線回折により測定されるＡサイトイオン及びＢサイトイオン其々の電子状態から算出されてよい。

【0047】

誘電性薄膜３の厚さは、例えば、１０ｎｍ～１０μｍ程度であってよい。誘電性薄膜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、誘電性薄膜３の面積と同じであってよい。

【0048】

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は、ＫＴａＯ₃等のペロブスカイト型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、誘電性薄膜３が単結晶基板１に直接重なっていてもよい。

【0049】

単結晶基板１の結晶方位は、単結晶基板１の表面の法線方向Ｄ_Ｎと等しくてよい。つまり、単結晶基板１の表面は、単結晶基板１の結晶面であってよい。単結晶基板１は一軸配向基板であってよい。例えば、（１００）面、（００１）面、（１１０）面、（１０１）面、及び（１１１）面からなる群より選ばれる少なくとも一つの単結晶基板１の結晶面が、単結晶基板１の表面であってよい。つまり、［１００］、［００１］、［１１０］、［１０１］、及び［１１１］からなる群より選ばれる少なくとも一つの単結晶基板１の結晶方位が、単結晶基板１の表面の法線方向Ｄ_Ｎと平行であってよい。

【0050】

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、ＬａＮｉＯ_３、ＳｒＲｕＯ_３及び（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ_３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。その結果、誘電性薄膜３に含まれる正方晶の（１００）面が、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて配向し易い。第一電極層２は、結晶質であってよい。第一電極層２の表面の結晶方位が、誘電性薄膜３に含まれる正方晶の［１００］と略平行であってよい。その結果、誘電性薄膜３に含まれる正方晶の（１００）面が、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて配向し易い。第一電極層２の［１００］（結晶方位）が、誘電性薄膜３に含まれる正方晶の［１００］と略平行であってよい。その結果、誘電性薄膜３に含まれる正方晶の（１００）面が、誘電性薄膜３の表面の法線方向ｄｎにおいて配向し易い。第一電極層２の表面の結晶方位が、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の表面の結晶方位と、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の表面の法線方向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の結晶方位が、法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向する単結晶基板１の結晶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。

【0051】

誘電性薄膜３は、例えば、以下の方法により形成されてよい。

【0052】

誘電性薄膜３の形成には、ＢＮＴ‐ＢＴターゲットを用いる。ＢＮＴ‐ＢＴターゲットとは、上記化学式１で表される酸化物からなるターゲットであってよい。後述される気相成長法において、ＢＮＴ‐ＢＴターゲット中のビスマス及びナトリウムは、他の元素に比べて揮発し易い。したがって、ＢＮＴ‐ＢＴターゲット中のビスマスのモル比は、誘電性薄膜３中のビスマスのモル比よりも高い値に設定されてよく、ＢＮＴ‐ＢＴターゲット中のナトリウムのモル比は、誘電性薄膜３中のナトリウムのモル比よりも高い値に設定されてよい。ＢＮＴ‐ＢＴターゲットの作製方法は、次の通りである。

【0053】

出発原料として、例えば、酸化ビスマス、炭酸ナトリウム、酸化チタン、および炭酸バリウム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、Ｎａのモル数、Ｔｉのモル数およびＢａ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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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

【0057】

上記ＢＮＴ‐ＢＴターゲットを用いた気相成長法によって、誘電性薄膜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、ＢＮＴ‐ＢＴ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、バッファ層（中間層）、第一電極層２、又は単結晶基板１のいずれかの表面に付着・堆積させることにより、誘電性薄膜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ＢＮＴ‐ＢＴターゲットに照射されると、ＢＮＴ‐ＢＴターゲットを構成する元素が蒸発する。

【0058】

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、ＢＮＴ‐ＢＴ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、ＢＮＴ‐ＢＴターゲットとほぼ同じ組成を有する誘電性薄膜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、誘電性薄膜３の厚さを制御し易い。

【0059】

誘電性薄膜３は、エピタキシャル成長によって形成されていてよい。エピタキシャル成長により、（１００）面の配向性に優れた誘電性薄膜３が形成され易い。誘電性薄膜３がＰＬＤ法によって形成される場合、誘電性薄膜３がエピタキシャル成長によって形成され易い。

【0060】

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、誘電性薄膜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、誘電性薄膜３が形成される表面の清浄度が改善され、誘電性薄膜３の結晶性が高まる。その結果、誘電性薄膜３に含まれる正方晶の（１００）面の配向度が高まり易い。成膜温度が高過ぎる場合、Ｂｉ又はＮａが誘電性薄膜３から脱離し易く、誘電性薄膜３の組成を制御し難くなる。

【0061】

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、バッファ層、第一電極層２又は単結晶基板１のいずれかの表面に堆積したＢｉ，Ｎａ及びＴｉを十分に酸化し易い。酸素分圧が高過ぎる場合、誘電性薄膜３の成長速度及び配向度が低下し易い。

【0062】

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、誘電性薄膜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、誘電性薄膜３の面方位の配向度が高まり易い。

【0063】

上記方法で誘電性薄膜３成長させた後、誘電性薄膜３のアニール処理（加熱処理）を行ってよい。アニール処理における誘電性薄膜３の温度（アニール温度）は、例えば、３００～１０００℃、６００～１０００℃、又は８５０～１０００℃であってよい。誘電性薄膜３の成長後にアニール処理を行うことにより、誘電性薄膜３の誘電性及び圧電性が更に向上する傾向がある。特に８５０～１０００℃でのアニール処理を行うことにより、誘電性薄膜３の誘電性及び圧電性が向上し易い。ただし、アニール処理は必須でない。

【0064】

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、ＬａＮｉＯ_３、ＳｒＲｕＯ_３及び（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ_３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の表面の結晶方位は、単結晶基板１の表面の結晶方位と略平行であってよい。第二電極層４の表面の結晶方位は、誘電性薄膜３に含まれる正方晶の［１００］と略平行であってもよい。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。

【0065】

誘電性薄膜素子１０は、少なくとも一つの中間層を更に備えてよい。中間層は、バッファ層と言い換えられてよい。以下に説明されるように、中間層は、単結晶基板１と第一電極層２との間、第一電極層２と誘電性薄膜３との間、又は誘電性薄膜３と第二電極層４との間に配置されていてよい。

【0066】

単結晶基板１と第一電極層２との間に中間層（基板側中間層）が介在していてよい。つまり、基板側中間層が単結晶基板１の表面に直接重なっていてよい。基板側中間層を構成する物質は、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３及びＺｒＯ_２からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。単結晶基板１がＳｉの単結晶である場合、第一電極層２が基板側中間層を介して単結晶基板１に密着し易い。基板側中間層は、結晶質であってよい。基板側中間層の表面の結晶方位が、単結晶基板１の表面の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向していてよい。単結晶基板１の表面の結晶方位と、基板側中間層の表面の結晶方位と、の両方が、単結晶基板１の表面の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向してよい。法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向する基板側中間層の結晶方位が、法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向する単結晶基板１の結晶方位と同じであってよい。

【0067】

図1中の（ａ）に示されるように、基板側中間層は、単結晶基板１に重なる第一密着層５ａと、第一密着層５ａに重なる第二密着層５ｂから構成されていてよい。第一密着層５ａは、例えば、ＳｉＯ_２の結晶からなっていてよい。第二密着層５ｂは、例えば、ＴｉＯ_２の結晶からなっていてよい。

【0068】

第一電極層２と誘電性薄膜３との間に第一中間層（バッファ層）が介在していてもよい。第一中間層を構成する物質は、例えば、ＬａＮｉＯ_３、ＳｒＲｕＯ_３及び（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ_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。第一中間層の表面の結晶方位が、単結晶基板１の表面の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向していてよい。単結晶基板１の表面の結晶方位と、第一中間層の表面の結晶方位と、の両方が、単結晶基板１の表面の法線方向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方位が、法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向する単結晶基板１の結晶方位と同じであってよい。

【0069】

以下の通り、第一中間層が二つ以上の層から構成されていてよい。

【0070】

例えば図1中の（ａ）に示されるように、第一中間層は、第一結晶質層６ａ及び第二結晶質層６ｂから構成されてよい。つまり、誘電性薄膜素子１０は、単結晶基板１と、単結晶基板１に重なる第一電極層２と、第一電極層２に重なる第一結晶質層６ａと、第一結晶質層６ａに重なる第二結晶質層６ｂと、第二結晶質層６ｂに重なる誘電性薄膜３と、誘電性薄膜３に重なる第二電極層４と、を備えてよい。

【0071】

第一結晶質層６ａが、ペロブスカイト構造を有するＬａＮｉＯ_３の結晶を含んでよく、且つ第二結晶質層６ｂが、ペロブスカイト構造を有するＳｒＲｕＯ_３の結晶を含んでよく、且つ第一結晶質層６ａの（１００）面が、単結晶基板１の表面の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向していてよく、且つ第二結晶質層６ｂの（１００）面が、単結晶基板１の表面の法線方向において配向していてよい。その結果、第二結晶質層６ｂに重なる誘電性薄膜３が、非マルチドメイン膜になり易い。

【0072】

第一結晶質層６ａが、ペロブスカイト構造を有するＬａＮｉＯ_３の結晶を含んでよく、且つ第二結晶質層６ｂが、ペロブスカイト構造を有する（Ｌａ,Ｓｒ）ＣｏＯ_３の結晶を含んでよく、且つ第一結晶質層６ａの（１００）面が、単結晶基板１の表面の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向していてよく、且つ第二結晶質層６ｂの（１００）面が、単結晶基板１の表面の法線方向において配向していてよい。その結果、第二結晶質層６ｂに重なる誘電性薄膜３が、マルチドメイン膜になり易い。

【0073】

誘電性薄膜３と第二電極層４との間に第二中間層が介在していてもよい。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。第二中間層の表面の結晶方位が、単結晶基板１の表面の法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向していてよい。単結晶基板１の表面の結晶方位と、第二中間層の表面の結晶方位と、の両方が、単結晶基板１の表面の法線方向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方位が、法線方向Ｄ_Ｎにおいて配向する単結晶基板１の結晶方位と同じであってよい。

【0074】

誘電性薄膜素子１０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、例えば誘電性薄膜素子１０の耐湿性が向上する。

【0075】

本実施形態に係る誘電性薄膜３は、圧電薄膜であってよく、本実施形態に係る誘電性薄膜素子１０は、圧電素子であってよい。特にマルチドメイン膜は、圧電薄膜に適しており、マルチドメイン膜を備える誘電性薄膜素子は、圧電素子に適している。圧電素子の用途は、多岐にわたる。圧電素子は、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。圧電素子は、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。圧電薄膜又は圧電素子は、例えば、マイクロフォンへ適用されてもよい。誘電性薄膜又は誘電性薄膜素子は、微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ；ＭＥＭＳ）の一部に応用されてよい。

【0076】

以下では、誘電性薄及び誘電性薄膜素子の用途が、具体的に説明される。以下に記載の圧電薄膜は、誘電性薄膜を意味する。以下に記載の圧電素子は、誘電性薄膜素子を意味する。

【0077】

（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。

【0078】

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。

【0079】

第１及び第２の圧電素子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の圧電素子１００の伸縮に伴って回転運動する。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

（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の一面に接続される一対のアーム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子である。このジャイロセンサ４００は、上述の圧電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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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直交座標系が定義される。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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、圧電素子４０と、圧電素子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素子４０がたわみ、電圧測定器４７で電圧が検出される。

【0091】

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、圧電素子５０と、圧電素子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と圧電素子５０がたわみ、電圧測定器５５で電圧が検出される。

【0092】

（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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

（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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

例えば、誘電性薄膜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。

【実施例】

【0100】

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。

【0101】

（実施例１）
Ｓｉからなる単結晶基板を準備した。単結晶基板の表面は、Ｓｉの（１００）面であった。単結晶基板は、１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形であった。単結晶基板の厚さは、５００μｍであった。

【0102】

真空チャンバー内で、ＳｉＯ_２の結晶からなる第一密着層を単結晶基板の表面全体に形成した。

【0103】

真空チャンバー内で、ＴｉＯ_２の結晶からなる第二密着層を第一密着層の表面全体に形成した。第二密着層は、スパッタリング法により形成した。

【0104】

真空チャンバー内で、Ｐｔの結晶からなる第一電極層を第二密着層の表面全体に形成した。第一電極層は、スパッタリング法により形成した。第一電極層の表面は、Ｐｔの（１１１）面であった。

【0105】

真空チャンバー内で、ＬａＮｉＯ_３の結晶からなる第一バッファ層（第一結晶質層）を第一電極層の表面全体に形成した。第一バッファ層は、スパッタリング法により形成した。スパッタリングのターゲットには、ＬａＮｉＯ_３を用いた。第一バッファ層の形成過程における単結晶基板の温度は、３５０℃に維持した。真空チャンバー内へ供給される酸素ガス及びアルゴンガスの流量比は、酸素：アルゴン＝３：１であり、真空チャンバー内の気圧（全圧）は、１０ｍＴоｒｒに設定された。第一バッファ層の表面は、ＬａＮｉＯ_３の（１００）面であった。第一バッファ層の厚さは、７０ｎｍであった。

【0106】

上記の方法で作製された積層体を、真空チャンバー内でアニールした。真空チャンバー内へ供給される酸素ガス及び窒素ガスの流量比は、酸素：窒素＝１：４であった。アニーリングでは、積層体を５０℃／分の昇温速度で８００℃まで加熱し、積層体を８００℃で３０分間保持し、続いて積層体を自然冷却した。

【0107】

真空チャンバー内で、Ｌａ_０．５Ｓｒ_０．５ＣｏＯ_３の結晶からなる第二バッファ層（第二結晶質層）を第一バッファ層の表面全体に形成した。第二バッファ層は、ＰＬＤ法を用いたエピタキシャル成長により形成した。ＰＬＤのターゲットには、Ｌａ_０．５Ｓｒ_０．５ＣｏＯ_３を用いた。第二バッファ層の形成過程における単結晶基板の温度は、６７５℃に維持した。真空チャンバー内へ供給されるガスは、酸素ガスであり、真空チャンバー内の気圧（全圧）は、２００ｍＴоｒｒに設定された。第二バッファ層の表面は、Ｌａ_０．５Ｓｒ_０．５ＣｏＯ_３の（１００）面であった。第二バッファ層の厚さは、９０ｎｍであった。

【0108】

真空チャンバー内で、誘電性薄膜を第二バッファ層の表面全体に形成した。誘電性薄膜は、ＰＬＤ法を用いたエピタキシャル成長により形成した。誘電性薄膜の形成過程における単結晶基板の温度（成膜温度）は、６７５℃に維持した。誘電性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、２００ｍＴｏｒｒに維持した。誘電性薄膜の形成には、ＢＮＴ‐ＢＴターゲットを用いた。ＢＮＴ‐ＢＴターゲットの作製の際には、目的とする誘電性薄膜の組成に応じて、ＢＮＴ‐ＢＴターゲットの原料粉末（酸化ビスマス、炭酸ナトリウム、酸化チタン及び炭酸バリウム）の配合比を決定し、ＢＮＴ‐ＢＴターゲットの組成は、下記化学式３で表されるものであった。下記化学式３におけるｘの値は、０．３であった。ＢＮＴ‐ＢＴターゲットに照射したレーザーのパワーは２５０ｍＪであった。レーザーの周波数は５Ｈｚであった。誘電性薄膜の厚さは、２０００ｎｍに調整した。
（１－ｘ）（Ｂｉ_０．７Ｎａ_０．７）ＴｉＯ_３‐ｘＢａＴｉＯ_３ （３）

【0109】

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、第一電極層を介して単結晶基板に重なる誘電性薄膜と、を備える積層体を作製した。積層体の表面に位置する誘電性薄膜の組成を、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の誘電性薄膜の組成は、下記化学式１で表され、下記化学式１におけるｘの値は、０．３であることが確認された。
（１－ｘ）（Ｂｉ_０．５Ｎａ_０．５）ＴｉＯ_３‐ｘＢａＴｉＯ_３ （１）

【0110】

真空チャンバー内で、Ｐｔからなるドット状（円状）の第二電極層を、上記積層体が有する誘電性薄膜の表面に形成した。第二電極層の半径は２００μｍであった。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。

【0111】

以上の方法により、実施例１の誘電性薄膜素子を作製した。誘電性薄膜素子は、単結晶基板と、単結晶基板に重なる第一密着層と、第一密着層に重なる第二密着層と、第二密着層に重なる第一電極層と、第一電極層に重なる第一バッファ層と、第一バッファ層に重なる第二バッファ層と、第二バッファ層に重なる誘電性薄膜と、誘電性薄膜に重なる第二電極層と、を備えていた。

【0112】

＜誘電性薄膜素子の分析＞
［結晶構造の特定］
上記の方法で形成された誘電性薄膜のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを測定した。測定には、フィリップス社製のＸ線回折装置（Ｘ’Ｐｅｒｔ ＭＲＤ）を用いた。回折角２θが１０～７０°である範囲で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。実施例１のＸＲＤパターンは、誘電性薄膜を構成するＢＮＴ‐ＢＴがペロブスカイト構造を有する結晶であることを示していた。

【0113】

Ｏｕｔ ｏｆ ｐｌａｎｅ測定により、誘電性薄膜の表面に垂直な方向におけるＢＮＴ－ＢＴの格子定数ａを求めた。格子定数ａは、誘電性薄膜の表面に平行である結晶面の面間隔ａに相当する。Ｉｎ Ｐｌａｎｅ測定により、誘電性薄膜の表面に平行な方向におけるＢＮＴ－ＢＴの格子定数ｃを求めた。格子定数ｃは、誘電性薄膜の表面に垂直である結晶面の面間隔ｃに相当する。格子定数ａと格子定数ｃとの比較により、ＢＮＴ‐ＢＴの結晶の（１００）面及び（００１）面其々の面方位を特定した。ＢＮＴ－ＢＴは、室温においてペロブスカイト構造を有する正方晶であるため、ＢＮＴ－ＢＴの（１００）の面間隔は、ＢＮＴ－ＢＴの（００１）面の面間隔よりも小さい。実施例１の場合、誘電性薄膜の表面に平行である結晶面の面間隔ａが、誘電性薄膜の表面に垂直である結晶面の面間隔ｃよりも小さかった。したがって、ＢＮＴ‐ＢＴの結晶は、ペロブスカイト構造を有する正方晶であり、誘電性薄膜の表面に平行である結晶面は、正方晶の（１００）面であり、単結晶基板の表面に垂直である正方晶の結晶面は、（００１）面であった。つまり、ペロブスカイト構造を有する正方晶の（１００）面が、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向していた。正方晶の（１００）面の面間隔ａは、３．９４Åであった。正方晶の（００１）面の面間隔ｃは、３．９８Åであった。ｃ／ａは、１．０１であった。

【0114】

［マルチドメイン構造の特定］
以下の通り、実験１～３を実施した。

【0115】

＜＜実験１＞＞
実験１の場合、電圧を第一電極層と第二電極層との間に印加していない状態で、誘電性薄膜素子のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを測定した。測定には、Ｂｒｕｋｅｒ株式会社製のＸ線回折装置（Ｄ８）を用いた。回折角２θが１０～７０°である範囲で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。実験１によって測定されたＸＲＤパターンは、図１０に示される。

【0116】

ＸＲＤパターンは、回折角２θが４６．０°である回折Ｘ線のピークを有していた。回折角２θが４６．０°である回折Ｘ線は、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向している正方晶の（１００）面に由来する。つまり、誘電性薄膜を構成する正方晶の（１００）面が、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向していた。一方、ＸＲＤパターンは、回折角２θが４５．６°である回折Ｘ線のピークを有していなかった。回折角２θが４５．６°である回折Ｘ線は、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向している正方晶の（００１）面に由来するはずである。したがって、誘電性薄膜は、誘電性薄膜の表面の法線方向において（００１）面が配向している正方晶を含んでいなかった。

【0117】

＜＜実験２＞＞
実験１の後、以下の実験２を実施した。

【0118】

実験２の場合、２０Ｖの電圧を第一電極層と第二電極層との間に印加した状態で、誘電性薄膜素子のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを測定した。つまり、誘電性薄膜の表面の法線方向に平行な電界が、誘電性薄膜へ印加されている状態において、誘電性薄膜素子のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを測定した。実験２によって測定されたＸＲＤパターンは、図１１に示される。

【0119】

ＸＲＤパターンは、回折角２θが４５～４７°である範囲にわたって連続するピークを有していた。回折角２θが４６．０°である回折Ｘ線は、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向している正方晶の（１００）面に由来する。回折角２θが４５．６°である回折Ｘ線は、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向している正方晶の（００１）面に由来する。つまり、測定されたピークは、正方晶の（１００）面に由来する回折Ｘ線のピークと、正方晶の（００１）面に由来する回折Ｘ線のピークを包含していた。したがって、誘電性薄膜に電界が印加されている状態において、一部の正方晶の（１００）面は、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向しており、別の一部の正方晶の（００１）面は、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向していた。つまり、実施例１の誘電性薄膜は、マルチドメイン膜であった。

【0120】

正方晶の（１００）面に由来する回折Ｘ線のピークを、Ｖｏｉｇｔ関数ｆ_{（１００）}で近似した。正方晶の（００１）面に由来する回折Ｘ線のピークを、別のＶｏｉｇｔ関数ｆ_{（００１）}で近似した。測定されたピークとｆ_{（１００）}及びｆ_{（００１）}とのフィッティングを行った。フィッティング後のｆ_{（１００）}は、測定されたピークを構成する（１００）面の回折Ｘ線のピークに相当する。フィッティング後のｆ_{（１００）}から、正方晶の（１００）面の回折Ｘ線のピーク面積Ａ_{（１００）}を算出した。フィッティング後のｆ_{（００１）}は、測定されたピークを構成する（００１）面の回折Ｘ線のピークに相当する。フィッティング後のｆ_{（００１）}から、正方晶の（００１）面の回折Ｘ線のピーク面積Ａ_{（００１）}を算出した。下記数式Ａで定義されるＶｃを算出した。Ｖｃの単位は％である。実施例１のＶｃは、下記表1に示される。
Ｖｃ＝１００×Ａ_{（００１）}／（Ａ_{（１００）}＋Ａ_{（００１）}） (Ａ)

【0121】

実験１のＸＲＤパターンと実験２のＸＲＤパターンを比較した。比較の結果、正方晶の（１００）面に由来する回折Ｘ線のピークの強度は、誘電性薄膜への電界の印加によって減少することが確認された。

【0122】

以上の実験１及び２は、誘電性薄膜への電界の印加によってａドメインの一部がｃドメインへ変化したことを示している。つまり、実施例１の誘電性薄膜ではドメインスイッチング効果が起きた。

【0123】

＜＜実験３＞＞
実験２の後、以下の実験３を実施した。

【0124】

実験３では、第一電極層と第二電極層との間に印加された電圧をゼロに戻した。実験２の後に実験３が実施されたことを除いて、実験３の方法は実験１と同じであった。実験３によって測定されたＸＲＤパターンは、図１２に示される。実験３で測定されたＸＲＤパターンの形状は、実験１で測定されたＸＲＤパターンの形状と概ね同じであった。つまり、誘電性薄膜へ印加される電界の消失によって、正方晶の（００１）面の回折Ｘ線のピークが消えて、正方晶の（１００）面の回折Ｘ線のピークの強度が回復した。したがって、ドメインスイッチング効果は可逆的であることが確認された。換言すれば、誘電性薄膜へ印加される電界の消失によって、ｃドメインがａドメインへ戻った。

【0125】

［比誘電率の算出］
誘電性薄膜素子の容量Ｃを測定した。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：１０ｋＨｚ
電界：０．１Ｖ／μｍ

【0126】

下記数式Ｂに基づき、容量Ｃの測定値から、比誘電率ε_ｒを算出した。実施例１のε_ｒは、下記表１に示される。
Ｃ＝ε_０×ε_ｒ×（Ｓ／ｄ） (Ｂ)
数式Ｂ中のε_０は、真空の誘電率（８．８５４×１０^－１２Ｆｍ^－１）である。数式Ｂ中のＳは、誘電性薄膜の表面の面積である。Ｓは、誘電性薄膜に重なる第一電極層の面積と言い換えられる。数式Ｂ中のｄは、誘電性薄膜の厚さである。

【0127】

［圧電定数ｄ_３３の測定］
実施例１の誘電性薄膜素子を用いて、誘電性薄膜の圧電定数ｄ_３３を測定した。測定には、原子間顕微鏡（ＡＦＭ）と強誘電体評価システムとを組み合わせた装置を用いた。原子間顕微鏡は、セイコーインスツル株式会社製のＳＰＡ－４００であり、強誘電体評価システムは、株式会社東陽テクニカ製のＦＣＥであった。圧電定数ｄ_３３の測定における交流電界（交流電圧）の周波数は５Ｈｚであった。誘電性薄膜に印加される電圧の最大値は２０Ｖであった。ｄ_３３の単位はｐｍ/Ｖである。実施例１の圧電定数ｄ_３３は、下記表１に示される。

【0128】

［圧電定数－ｅ_３１，ｆの測定］
誘電性薄膜の圧電定数－ｅ_３１，ｆを測定するために、実施例１の誘電性薄膜素子として、長方形状の試料（カンチレバー）を作製した。試料の寸法は、幅３ｍｍ×長さ１５ｍｍであった。寸法を除いて試料は上記の実施例１の誘電性薄膜素子と同じであった。測定には、自作の評価システムを用いた。試料の一端は固定され、試料の他方の一端は自由端であった。試料中の誘電性薄膜に電圧を印加しながら、試料の自由端の変位量をレーザーで測定した。そして、下記数式Ｃから圧電定数－ｅ_３１，ｆを算出した。なお、数式Ｃ中のＥ_ｓは単結晶基板のヤング率である。ｈ_ｓは、単結晶基板の厚みである。Ｌは試料（カンチレバー）の長さである。ν_ｓは、単結晶基板のポアソン比である。δ_ｏｕｔは、測定された変位量に基づく出力変位である。Ｖ_ｉｎは、誘電性薄膜に印加された電圧である。圧電定数－ｅ_３１，ｆの測定における交流電界（交流電圧）の周波数は、５００Ｈｚであった。誘電性薄膜に印加された電圧の最大値は、２０Ｖであった。－ｅ_３１，ｆの単位はＣ/ｍ^２である。実施例１の圧電定数－ｅ_３１，ｆは、下記表１に示される。

【数1】

【0129】

（実施例２）
以下の通り、実施例２の誘電性薄膜素子は、第二バッファ層の組成において、実施例１の誘電性薄膜素子と異なる。

【0130】

実施例２の場合、真空チャンバー内で、ＳｒＲｕＯ_３の結晶からなる第二バッファ層（第二結晶質層）を第一バッファ層の表面全体に形成した。第二バッファ層は、ＰＬＤ法を用いたエピタキシャル成長により形成した。ＰＬＤのターゲットには、ＳｒＲｕＯ_３を用いた。第二バッファ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。第二バッファ層の表面は、ＳｒＲｕＯ_３の（１００）面であった。第二バッファ層の厚さは、５０ｎｍであった。

【0131】

上記の事項を除いて実施例１と同様の方法で、実施例２の誘電性薄膜素子を作製した。実施例２の誘電性薄膜素子も、単結晶基板と、単結晶基板に重なる第一密着層と、第一密着層に重なる第二密着層と、第二密着層に重なる第一電極層と、第一電極層に重なる第一バッファ層と、第一バッファ層に重なる第二バッファ層と、第二バッファ層に重なる誘電性薄膜と、誘電性薄膜に重なる第二電極層と、を備えていた。

【0132】

実施例１と同様の方法で、実施例２の誘電性薄膜素子を分析した。

【0133】

実施例２の誘電性薄膜の組成は、上記化学式１で表され、上記化学式１におけるｘの値は、０．３であることが確認された。実施例２の誘電性薄膜のＸＲＤパターンは、誘電性薄膜を構成するＢＮＴ‐ＢＴがペロブスカイト構造を有する結晶であることを示唆していた。

【0134】

実施例２のＢＮＴ‐ＢＴの結晶は、ペロブスカイト構造を有する正方晶であり、誘電性薄膜の表面に平行である結晶面は、正方晶の（１００）面であり、単結晶基板の表面に垂直である正方晶の結晶面は、（００１）面であった。つまり、実施例２の誘電性薄膜を構成する正方晶の（１００）面は、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向していた。正方晶の（１００）面の面間隔ａは、３．９４Åであった。正方晶の（００１）面の面間隔ｃは、３．９８Åであった。ｃ／ａは、１．０１であった。

【0135】

実験１～３において、実施例２のＸＲＤパターンは変化しなかった。したがって、実施例２の誘電性薄膜は、マルチドメイン膜ではなかった。つまり、実施例２の誘電性薄膜ではドメインスイッチング効果が起きなかった。実施例２のＸＲＤパターンは、回折角２θが４５．６°である回折Ｘ線のピークを有していなかった。つまり、実施例２の誘電性薄膜は、誘電性薄膜の表面の法線方向において（００１）面が配向している正方晶を含んでいなかった。

【0136】

実施例２のＶｃ、ε_ｒ及びｄ_３３及び－ｅ_３１，ｆは、下記表１に示される。

【0137】

（比較例１）
ＳｒＴｉＯ_３からなる単結晶基板を準備した。単結晶基板の表面は、ＳｒＴｉＯ_３の（００１）面であった。単結晶基板は、１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形であった。単結晶基板の厚さは、５００μｍであった。

【0138】

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、スパッタリング法により形成した。スパッタリングのターゲットには、ＳｒＲｕＯ_３を用いた。第一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。第一電極層の形成過程における真空チャンバー内のガス分圧比は、酸素：アルゴン＝３：７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内の気圧を６０ｍＴｏｒｒに維持した。第一電極層の厚さは、０．１μｍに調整した。

【0139】

真空チャンバー内で、誘電性薄膜を第一電極層の表面全体に形成した誘電性薄膜は、ＰＬＤ法を用いたエピタキシャル成長により形成した。誘電性薄膜の形成過程における単結晶基板の温度（成膜温度）は、６７５℃に維持した。誘電性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、２００ｍＴｏｒｒに維持した。誘電性薄膜の形成には、ＢＮＴ‐ＢＴターゲットを用いた。比較例１のＢＮＴ‐ＢＴターゲットは、実施例１のＢＮＴターゲットと同じであった。ＢＮＴ‐ＢＴターゲットに照射したレーザーのパワーは２５０ｍＪであった。レーザーの周波数は５Ｈｚであった。誘電性薄膜の厚さは、２０００ｎｍに調整した。

【0140】

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誘電性薄膜と、を備える積層体を作製した。積層体の表面に位置する誘電性薄膜の組成を、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、比較例１の誘電性薄膜の組成は、上記化学式１で表され、上記化学式１におけるｘの値は、０．３であることが確認された。

【0141】

真空チャンバー内で、Ｐｔからなるドット状（円状）の第二電極層を、上記積層体が有する誘電性薄膜の表面に形成した。第二電極層の半径は２００μｍであった。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。

【0142】

以上の方法により、比較例１の誘電性薄膜素子を作製した。比較例１の誘電性薄膜素子は、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誘電性薄膜と、誘電性薄膜に重なる第二電極層と、を備えた。

【0143】

実施例１と同様の方法で、比較例１の誘電性薄膜素子を分析した。

【0144】

比較例１の誘電性薄膜のＸＲＤパターンは、誘電性薄膜を構成するＢＮＴ‐ＢＴがペロブスカイト構造を有する結晶であることを示唆していた。

【0145】

比較例１のＢＮＴ‐ＢＴの結晶は、ペロブスカイト構造を有する正方晶であり、誘電性薄膜の表面に平行である結晶面は、正方晶の（００１）面であり、単結晶基板の表面に垂直である正方晶の結晶面は、（１００）面であった。つまり、比較例１の誘電性薄膜を構成する正方晶の（００１）面が、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向していた。正方晶の（１００）面の面間隔ａは、３．９１Åであった。正方晶の（００１）面の面間隔ｃは、４．０３Åであった。ｃ／ａは、１．０３であった。

【0146】

実験１～３において、比較例１のＸＲＤパターンは変化しなかった。したがって、比較例１の誘電性薄膜は、マルチドメイン膜ではなかった。つまり、比較例１の誘電性薄膜ではドメインスイッチング効果が起きなかった。比較例１のＸＲＤパターンは、回折角２θが４６．０°である回折Ｘ線のピークを有していなかった。つまり、比較例１の誘電性薄膜は、誘電性薄膜の表面の法線方向において（１００）面が配向している正方晶を含んでいなかった。

【0147】

比較例１のＶｃ、ε_ｒ及びｄ_３３は、下記表１に示される。

【0148】

【表1】

【0149】

（実施例３～６及び比較例２、３）
実施例３～６及び比較例２、３其々の誘電性薄膜の形成に用いたＢＮＴ‐ＢＴターゲットの組成は、上記化学式３で表された。実施例３～６及び比較例２、３其々の場合、化学式３におけるｘの値は、下記表２に示される値に調整された。

【0150】

ＢＮＴ‐ＢＴターゲットの組成を除いて実施例２と同様の方法で、実施例３～６及び比較例２、３其々の誘電性薄膜素子を作製した。実施例３～６及び比較例２、３のいずれの場合も、誘電性薄膜素子は、単結晶基板（Ｓｉ）と、単結晶基板に重なる第一密着層と、第一密着層に重なる第二密着層と、第二密着層に重なる第一電極層と、第一電極層に重なる第一バッファ層（ＬａＮｉＯ_３）と、第一バッファ層に重なる第二バッファ層（ＳｒＲｕＯ_３）と、第二バッファ層に重なる誘電性薄膜と、誘電性薄膜に重なる第二電極層と、を備えていた。

【0151】

実施例１と同様の方法で、実施例３～６及び比較例２、３其々の誘電性薄膜素子を分析した。

【0152】

実施例３～６及び比較例２、３其々の誘電性薄膜の組成は、上記化学式１で表された。実施例３～６及び比較例２、３のいずれの場合も、上記化学式１におけるｘの値は、下記表２に示す値に一致することが確認された。実施例３～６及び比較例２、３のいずれの場合も、誘電性薄膜のＸＲＤパターンは、誘電性薄膜を構成するＢＮＴ‐ＢＴがペロブスカイト構造を有する結晶であることを示唆していた。

【0153】

実施例３～６のいずれの場合も、ＢＮＴ‐ＢＴの結晶は、ペロブスカイト構造を有する正方晶であり、誘電性薄膜の表面に平行である結晶面は、正方晶の（１００）面であり、単結晶基板の表面に垂直である正方晶の結晶面は、（００１）面であった。つまり実施例３～６のいずれの場合も、誘電性薄膜を構成する正方晶の（１００）面は、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向していた。

【0154】

比較例２及び３のいずれの場合も、ＢＮＴ‐ＢＴの結晶は、ペロブスカイト構造を有する正方晶であり、誘電性薄膜の表面に平行である結晶面は、正方晶の（００１）面であり、単結晶基板の表面に垂直である正方晶の結晶面は、（１００）面であった。つまり比較例２及び３のいずれの場合も、誘電性薄膜を構成する正方晶の（００１）面が、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向していた。

【0155】

実施例３～６及び比較例２、３其々のε_ｒ及びｄ_３３及び－ｅ_３１，ｆは、下記表２に示される。

【0156】

【表2】

【0157】

（実施例７～１０及び比較例４、５）
実施例７～１０及び比較例４、５其々の誘電性薄膜の形成に用いたＢＮＴ‐ＢＴターゲットの組成は、上記化学式３で表された。実施例７～１０及び比較例４、５其々の場合、化学式３におけるｘの値は、下記表３に示される値に調整された。

【0158】

ＢＮＴ‐ＢＴターゲットの組成を除いて実施例１と同様の方法で、実施例７～１０及び比較例４、５其々の誘電性薄膜素子を作製した。実施例７～１０及び比較例４、５のいずれの場合も、誘電性薄膜素子は、単結晶基板（Ｓｉ）と、単結晶基板に重なる第一密着層と、第一密着層に重なる第二密着層と、第二密着層に重なる第一電極層と、第一電極層に重なる第一バッファ層（ＬａＮｉＯ_３）と、第一バッファ層に重なる第二バッファ層（Ｌａ_０．５Ｓｒ_０．５ＣｏＯ_３）と、第二バッファ層に重なる誘電性薄膜と、誘電性薄膜に重なる第二電極層と、を備えていた。

【0159】

実施例１と同様の方法で、実施例７～１０及び比較例４、５其々の誘電性薄膜素子を分析した。

【0160】

実施例７～１０及び比較例４、５其々の誘電性薄膜の組成は、上記化学式１で表された。実施例７～１０及び比較例４、５のいずれの場合も、上記化学式１におけるｘの値は、下記表３に示す値に一致することが確認された。実施例７～１０及び比較例４、５のいずれの場合も、誘電性薄膜のＸＲＤパターンは、誘電性薄膜を構成するＢＮＴ‐ＢＴがペロブスカイト構造を有する結晶であることを示唆していた。

【0161】

実施例７～１０のいずれの場合も、ＢＮＴ‐ＢＴの結晶は、ペロブスカイト構造を有する正方晶であり、誘電性薄膜の表面に平行である結晶面は、正方晶の（１００）面であり、単結晶基板の表面に垂直である正方晶の結晶面は、（００１）面であった。つまり実施例５及び６のいずれの場合も、誘電性薄膜を構成する正方晶の（１００）面は、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向していた。

【0162】

比較例４及び５のいずれの場合も、ＢＮＴ‐ＢＴの結晶は、ペロブスカイト構造を有する正方晶であり、誘電性薄膜の表面に平行である結晶面は、正方晶の（００１）面であり、単結晶基板の表面に垂直である正方晶の結晶面は、（１００）面であった。つまり比較例４及び５のいずれの場合も、誘電性薄膜を構成する正方晶の（００１）面が、誘電性薄膜の表面の法線方向において配向していた。

【0163】

実施例７～１０及び比較例４、５其々のε_ｒ及びｄ_３３及び－ｅ_３１，ｆは、下記表３に示される。

【0164】

【表3】

【産業上の利用可能性】

【0165】

本発明に係る誘電体薄膜は、例えば、薄膜コンデンサ、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応用される。

【符号の説明】

【0166】

１０…誘電性薄膜素子、１００…圧電素子、１…単結晶基板、２…第一電極層、３…誘電性薄膜、４…第二電極層、５ａ…第一密着層（中間層）、５ｂ…第二密着層（中間層）、６ａ…第一結晶質層（中間層）、６ｂ…第二結晶質層（中間層）、Ｄ_Ｎ…単結晶基板の表面の法線方向、ｄｎ…誘電性薄膜の表面の法線方向、ｔｃ１…ペロブスカイト構造を有する正方晶の第一単位格子、ｔｃ２…ペロブスカイト構造を有する正方晶の第二単位格子、ａ…正方晶の（１００）面の面間隔、ｃ…正方晶の（００１）面の面間隔、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）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】