JP2005302933A - 圧電素子、圧電アクチュエーター、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い圧電定数を有する圧電体膜を備えた圧電素子と、これを用いた圧電アクチュエーター、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器、及び電子機器を提供する。
【解決手段】 基体上に形成されたシード層５と、シード層５上に形成された圧電体膜６とを備えてなる圧電素子１である。シード層５は、ビスマス層状化合物からなり、かつｃ軸（００１）に優先配向してなるものである。圧電体膜６は、ペロブスカイト型で擬立方晶（１００）に優先配向したリラクサー材料からなるものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電体膜を有する圧電素子、圧電アクチュエーター、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器、及び電子機器に関する。

高画質、高速印刷を可能にするプリンターとして、インクジェットプリンターが知られている。インクジェットプリンターは、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドを備え、このヘッドを走査させつつそのノズルからインク滴を吐出することにより、印刷を行うものである。このようなインクジェットプリンター用のインクジェット式記録ヘッドにおけるヘッドアクチュエーターとしては、従来、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）に代表される圧電体膜を用いた圧電素子が用いられている（たとえば、特許文献１）。
また、表面弾性波素子や周波数フィルタ、発振器、電子回路などにおいても、その特性向上が望まれていることから、新たな圧電材料による良好な製品の提供が望まれている。
特開２００１−２２３４０４号公報

ところで、インクジェットプリンターにあっては、さらなる高画質化や高速化が要求されるようになってきている。このような要求に応えるためには、インクジェット式記録ヘッドにおけるノズルの高密度化が欠かせない技術となってきている。そのためには、キャビティー上に積層される圧電素子（ヘッドアクチュエーター）についても、特に圧電体膜の特性、すなわちその圧電定数を向上する必要がある。
高い圧電特性（圧電定数）を有する材料としては、近年、リラクサー材料が注目されている。しかし、このリラクサー材料は、塊状のバルクとしては高い圧電特性を示すものの、薄膜として形成しようとするときれいな膜とならず、したがってこれを圧電体膜として機能させるのが困難であった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高い圧電定数を有する圧電体膜を備えた圧電素子と、これを用いた圧電アクチュエーター、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器、及び電子機器を提供することにある。

本発明者等は、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
リラクサー材料からきれいな薄膜を形成し、これを圧電体膜として機能させる方法としては、例えばＳｒＲｕＯ_３からなる電極上にリラクサー材料を成膜することが考えられる。
一方、リラクサー材料がより高い圧電特性を示す条件としては、これがロンボヘドラル構造でかつ擬立方晶（１００）に優先配向していることが必要である。

したがって、圧電素子の圧電体膜に前記リラクサー材料を用いる場合、下部電極層としても擬立方晶で（１００）配向していることが、その上に擬立方晶（１００）配向のリラクサー材料を形成するうえで好ましい。しかしながら、ＳｒＲｕＯ_３を（１００）配向させるためには、イオンビームアシスト法を用いる必要があるが、その場合には製造コストが高くなるといった新たな課題が生じてしまう。

これに対し、イオンビームアシスト法を不要にするべく、下部電極上にシード層としてＰＺＴの（１００）配向膜を形成し、その上にリラクサー材料を（１００）配向させることが考えられる。
しかし、下部電極として成膜し易いＰｔやＩｒの上には、ＰＺＴの配向特性として、（１００）配向だけでなく（１１１）や（１１０）に配向したものが混入してしまう。その結果、その上に形成するリラクサー材料にも、（１００）だけでなく（１１１）や（１１０）の配向が混入し易くなってしまい、結果として得られた圧電体膜は、その圧電特性（圧電定数）が十分に高いものとはならなくなるおそれがある。
このような知見に基づき、本発明者はさらに研究を重ねた結果、本発明を完成した。

すなわち、本発明の圧電素子は、基体上に形成されたシード層と、該シード層上に形成された圧電体膜とを備えてなり、
前記シード層は、一般式Ｂｉ_２Ａ_ｍ−１Ｂ_ｍＯ_３ｍ＋３（但し、ｍ＝２，３，４、ＡはＢａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｌａ，Ｂｉから選ばれる金属元素、ＢはＦｅ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる金属元素）で示されるビスマス層状化合物からなり、かつｃ軸（００１）に優先配向してなるものであり、
前記圧電体膜は、ペロブスカイト型で擬立方晶（１００）に優先配向したリラクサー材料からなることを特徴としている。

この圧電素子によれば、シード層としてビスマス層状化合物を用いているので、このビスマス層状化合物は例えばＰｔやＩｒからなる電極上であっても容易にｃ軸配向となり、すなわち（００１）配向となる。そして、このように（００１）配向となったビスマス層状化合物の上には擬立方晶（１００）に配向したリラクサー材料が形成され易くなることから、リラクサー材料からなる圧電体膜は、ペロブスカイト型で擬立方晶（１００）に優先配向したものとなる。したがって、この圧電体膜が強誘電性を有し、すなわち高い圧電特性を有するものとなることから、圧電定数が高く、印加された電圧に対してより大きな変形をなすものとなる。
なお、前記の「優先配向した」とは、本発明においては、所望の配向である（１００）にほとんど（例えば９０％以上）が配向し、残りが他の配向（例えば（１１１）配向）となっている場合を含むもので、もちろん、１００％が所望の配向である（１００）になっている場合も含んでいる。

また、圧電素子においては、前記リラクサー材料が、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向しているのが好ましい。
このようになっていれば、リラクサー材料がより高い圧電特性を示すことから、圧電体膜がより良好に機能するようになる。

また、圧電素子においては、前記シード層が、以下の式で示される材料のうちの少なくとも一種からなっているのが好ましい。
・ＳｒＢｉ_２（Ｔａ_１−ｘＮｂ_ｘ）_２Ｏ_９（但し、０≦ｘ≦１．０）
・（Ｂｉ_１−ｘＬａ_ｘ）_４Ｔｉ_３Ｏ_１２（但し、０≦ｘ≦０．４）
・ＳｒＢｉ_４Ｍｅ_４Ｏ_１５（但し、ＭｅはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆの少なくとも一種）
このようにすれば、ビスマス層状化合物が例えばＰｔやＩｒからなる電極上にてより容易にｃ軸配向となり、（００１）配向となるので、このビスマス層状化合物の上にリラクサー材料が擬立方晶（１００）により良好に配向するようになる。

また、前記リラクサー材料は、以下の式で示される材料のうちの少なくとも一種からなるのが好ましい。
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３７）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｇａ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．５０）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｔａ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４５）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３５）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１１）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．０８＜ｘ＜０．３８）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｃｏ_１／２Ｗ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２）
このようにすれば、圧電定数が十分に高いものとなり、したがってこの圧電体膜はより良好な変形をなすものとなる。

また、前記の圧電素子は、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電体膜の変形によって前記キャビティーの内容積を変化させるものであってもよい。
このようにインクジェット式記録ヘッド用の圧電素子（ヘッドアクチュエーター）とすれば、良好な圧電特性によってインクの吐出を良好になさせるものとなる。

本発明の圧電アクチュエーターは、前記の圧電素子を備えたことを特徴としている。
この圧電アクチュエーターによれば、前述したような圧電特性によって良好に機能するものとなる。

本発明のインクジェット式記録ヘッドは、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電体膜の変形によって前記キャビティーの内容積を変化させる圧電素子として、前記の圧電素子を備えたことを特徴としている。
このインクジェット式記録ヘッドによれば、前述したように良好な圧電特性によってインクの吐出を良好になさせるものとなる。また、特に圧電体膜の圧電定数が高く、印加された電圧に対してより大きな変形をなすことから、所定量のインクを吐出するのに必要なキャビティーの面積（容積）が従来のものより小さくてすみ、したがってノズルの高密度化が可能になる。

本発明のインクジェットプリンターは、前記のインクジェット式記録ヘッドを備えたことを特徴としている。
このインクジェットプリンターによれば、高性能でノズルの高密度化が可能なインクジェット式記録ヘッドを備えているので、高速印刷が可能になる。

本発明の表面弾性波素子は、基板上に請求項１又は２記載の圧電素子が形成されてなることを特徴としている。
この表面弾性波素子によれば、圧電素子の圧電体膜が良好な圧電特性を有していることにより、この表面弾性波素子自体も高性能なものとなる。

本発明の周波数フィルタは、前記の表面弾性波素子が備える前記圧電体膜の上に形成された第１の電極と、前記圧電体膜の上に形成され、前記第１の電極に印加される電気信号によって前記圧電体膜に生ずる表面弾性波の特定の周波数又は特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第２の電極と、を備えることを特徴としている。
この周波数フィルタによれば、圧電体膜の圧電特性が良好であり、したがってこの圧電体膜の電気機械結合係数が高いため、比帯域幅が広い良好なものとなる。

本発明の発振器は、前記の表面弾性波素子が備える前記圧電体膜の上に形成され、印加される電気信号によって前記圧電体膜に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、前記圧電体膜の上に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極とトランジスタとを含む発振回路と、を備えることを特徴としている。
この発振器によれば、圧電体膜の圧電特性が良好であり、したがってこの圧電体膜の電気機械結合係数が高いため、伸長コイルを省略することができ、回路構成が簡単なものとなる。また、トランジスタ等から構成される発振回路を備えているので、トランジスタとの集積化によって小型化されたものとなる。

本発明の電子回路は、前記の発振器と、前記発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子とを備えてなり、前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し、若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行う機能を有することを特徴としている。
この電子回路によれば、発振器に備えられた表面弾性波素子を構成する圧電体膜の圧電特性が良好であり、したがってこの圧電体膜の電気機械結合係数が高く、発振回路との集積化が可能なため、小型で高性能なものとなる。

本発明の薄膜圧電共振器は、基体上に前記の圧電素子からなる共振子が形成されてなることを特徴としている。
この薄膜圧電共振器によれば、共振子の圧電体膜が高い電気機械結合係数を有することから、例えばＧＨｚ帯などの高周波数領域で使用可能なものとなる。
なお、このような薄膜圧電共振器において、前記基体の前記共振子が形成された側と反対の側にビアホールを形成すれば、ダイアフラム型の薄膜圧電共振器となる。
また、前記基体と共振子との間にエアギャップを形成すれば、エアギャップ型の薄膜圧電共振器となる。

本発明の電子機器は、前記の周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器のうち少なくとも１つを有することを特徴としている。
この電子機器によれば、圧電体膜の圧電特性が良好であり、したがってこの圧電体膜の電気機械結合係数が高いため、小型で、高性能なものとなる。

以下、本発明を詳しく説明する。
（圧電素子）
まず、本発明の圧電素子について説明する。
図１は本発明の圧電素子を、特にインクジェット式記録ヘッド用のヘッドアクチュエーターとなる圧電素子に適用した場合の一実施形態を示す図であり、図１において符号１は圧電素子である。

この圧電素子１は、シリコン（Ｓｉ）からなる基板２上に形成されたもので、この基板２上に形成された弾性膜３と、弾性膜３の上に形成された下部電極４と、下部電極４の上に形成されたシード層５と、シード層５の上に形成された圧電体膜６と、圧電体膜６の上に形成された上部電極７とを備えて構成されたものである。ここで、本発明においては基板２から下部電極４までを基体と称している。
なお、基板２としては、（１００）配向の単結晶シリコン基板や（１１１）配向の単結晶シリコン基板、さらには、（１１０）配向のＳｉ基板等も使用可能である。また、もちろんその表面に熱酸化膜や自然酸化膜などのアモルファスの酸化シリコン膜を形成したものも使用可能である。

基板２上に形成される弾性膜３は、インクジェット式記録ヘッド用のヘッドアクチュエーターとなる圧電素子において弾性板として機能する膜であって、ＳｉＯ_２やＺｒＯ_２等からなり、厚さが例えば１μｍ程度に厚く形成されたものである。この弾性膜３については、後述するように基板２をエッチング処理してここにキャビティーを形成する際、弾性膜３がエッチングストッパ層として機能するべく、前記ＳｉＯ_２やＺｒＯ_２等のＳｉとの間で十分な選択比がとれる材料で形成するのが好ましい。なお、この弾性膜３については、後述するインクジェット式記録ヘッドにおけるインク室基板となる基板２上に、複数の圧電素子が形成される場合、これらに共通な弾性板として形成してもよい。

下部電極４は、圧電体膜６に電圧を印加するための一方の電極となるもので、例えば図１に示したように圧電体膜６と同じ大きさ、すなわち上部電極７と同じ形状に形成されたものである。なお、この下部電極４については、後述するインクジェット式記録ヘッドにおけるインク室基板となる基板２上に、複数の圧電素子が形成される場合、これらに共通な電極として機能するよう、共通な弾性板としての弾性膜３と同じ大きさに形成してもよい。また、この下部電極４は、Ｐｔ（白金）やＩｒ（イリジウム）、ＩｒＯ_ｘ（酸化イリジウム）、Ｔｉ（チタン）等からなり、厚さが１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度に形成されている。

シード層５は、一般式Ｂｉ_２Ａ_ｍ−１Ｂ_ｍＯ_３ｍ＋３（但し、ｍ＝２，３，４、ＡはＢａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｌａ，Ｂｉから選ばれる金属元素、ＢはＦｅ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる金属元素）で示されるビスマス層状化合物（以下、Ｂｉ層状化合物と記す）からなり、かつｃ軸（００１）に優先配向してなるものである。具体的には、以下の式で示される材料のうちの少なくとも一種からなっているのが好ましい。
・ＳｒＢｉ_２（Ｔａ_１−ｘＮｂ_ｘ）_２Ｏ_９
（但し、０≦ｘ≦１．０）（ｍ＝２）
・（Ｂｉ_１−ｘＬａ_ｘ）_４Ｔｉ_３Ｏ_１２
（但し、０≦ｘ≦０．４）（ｍ＝３）
・ＳｒＢｉ_４Ｍｅ_４Ｏ_１５
（但し、ＭｅはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆの少なくとも一種）（ｍ＝４）

このようなＢｉ層状化合物は、前記の下部電極４上に液相法や気相法によって成膜される。このようにして成膜されると、Ｂｉ層状化合物が例えばＰｔやＩｒからなる下部電極４上で容易にｃ軸配向に優先配向し、これによって（００１）配向となる。特に、前記式で示した３種類のＢｉ層状化合物は、下部電極４上でより容易にｃ軸配向となり（ｃ軸配向に優先配向し）、（００１）配向となる。ここで、「優先配向する」とは、前述したように所望配向であるｃ軸配向にほとんどが配向しているものの、残りが他の配向となっている場合をも含んでいる。このようにほとんどが所望配向であるｃ軸配向に配向していれば、後述するようにこれの上に圧電体膜６を形成した際、この圧電体膜６が擬立方晶（１００）により良好に配向し、すなわち（１００）に優先配向するようになる。

なお、このシード層５は圧電体材料であることから、下部電極４としては機能することなく、むしろ後述する圧電体膜６としてわずかながらその機能を発揮し、圧電体膜６の圧電特性に影響する（圧電特性を助ける）ようになる。したがって、このシード層５の膜厚が厚くなりすぎると、圧電体膜６の圧電特性への影響が大きくなってしまうことから、この影響が必要以上に大きくならないよう、このシード層５の厚さとしては、１００ｎｍ以下とするのが好ましく、５０ｎｍ以下とするのがより好ましい。

圧電体膜６は、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向したリラクサー材料からなるもので、厚さが３００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度、好ましくは５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度、望ましくは５００ｎｍ程度に形成されたものである。ただし、この圧電体膜６の膜厚の上限値については、薄膜としての緻密さ、結晶配向性を維持できる範囲でもっと厚くすることが可能であり、具体的には１０μｍ程度まで許容することができる。

リラクサー材料としては、例えば以下の式で示される材料が挙げられる。これらのうちから選択された一種あるいは複数種が後述するように液相法または気相法で成膜されることにより、圧電体膜６が得られる。
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．４２）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３７、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．３７）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｇａ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．５０、好ましくは０．３０＜ｘ＜０．５０）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｔａ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４５、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．４５）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３５、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．３５）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、好ましくは０．０３＜ｘ＜０．１０）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１１、好ましくは０．０３＜ｘ＜０．１１）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．０８＜ｘ＜０．３８、好ましくは０．０９＜ｘ＜０．３８）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｃｏ_１／２Ｗ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．４２）

ここで、リラクサー材料とは、図２（ａ）に示すように誘電率の温度依存がブロードな（幅が広い）ピークを示す材料を示し、誘電率が極大となる温度が周波数測定によりシフトする材料をいう。また同時に圧電定数の温度依存がブロードな（幅が広い）ピークを示す。これに対し、ＰＺＴ等の非リラクサー材料である圧電体材料は、図２（ｂ）に示すように誘電率、および圧電定数の温度依存が非常に鋭いピークを示すものとなっている。したがって、圧電体膜６としてリラクサー材料を用いることにより、得られた圧電素子１は広い温度範囲で良好な圧電特性を発揮し、これにより信頼性が高く特性が安定したものとなる。

また、この圧電体膜６は、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向したもので、エンジニアードドメイン配置のものであり、したがって高い圧電定数（ｄ_３１）を有するものとなっている。ここで、「優先配向した」とは、前述したように所望配向の擬立方晶（１００）にほとんどが配向しているものの、残りが他の配向となっている場合をも含んでいる。すなわち、同様に優先配向したシード層５上に形成され、このシード層５がｃ軸配向に優先配向し、これによって（００１）配向となっていることから、リラクサー材料からなる圧電体膜６も、ペロブスカイト型で擬立方晶（１００）に優先配向したものとなっている。ここで、シード層５がｃ軸配向に優先配向し、（００１）配向となっていることから、得られたＢｉ層状化合物には（１１１）や（１１０）に配向したものの混入がほとんどなく、したがってその上に形成するリラクサー材料にも、（１１１）や（１１０）の配向がほとんど混入しなくなっている。

また、この圧電体膜６の形成材料（リラクサー材料）において、前述したように材料間におけるＰｂＴｉＯ_３（ＰＴ）側の組成比を表すｘの範囲については、特にその上限値としては、相境界（ＭＰＢ）、すなわちロンボヘドラル構造とテトラゴナル構造とが相転移するときのＰｂＴｉＯ_３（ＰＴ）側の組成比を示す値とされる。そして、このｘの範囲としては、相転移するときの組成比より小さく、これによりロンボヘドラル構造となる範囲とされる。ここで、圧電定数であるｄ定数（ｄ_３１）は、相境界（ＭＰＢ）付近で極大値をとる。したがって、前記のｘについて、その下限値としては、このＭＰＢのときのｘの値に近い値が選択されるのである。よって、前述したようにｘの範囲としては、本発明を構成するうえでは比較的小さい値まで許容できるものの、より高い圧電定数であるｄ定数（ｄ_３１）を得るためには、好ましい範囲としたときの値、すなわち前記ＭＰＢのときのｘの値により近い値が選択される。

このようにペロブスカイト型でロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向したリラクサー材料からなる圧電体膜６については、前述したように従来ではこれを形成するのに複雑な手法が必要となっていた。例えば、レーザーアブレーション法を用い、かつイオンビームアシスト法などの複雑な手法を併用することでバッファ層を形成し、さらにこれの上にペロブスカイト型の下部電極を形成することで下地を形成し、この下地の上に圧電体膜を形成するようにしていた。このような手法をとる理由は、ＰｔやＩｒなどの従来の電極材料上にリラクサー材料の緻密な薄膜を形成するための製造マージンが小さく、一方ＳｒＲｕＯ_３などペロブスカイト型電極上では比較的容易に緻密な薄膜が得られるからであり、このＳｒＲｕＯ_３電極の配向性をコントロールするためにレーザーアブレーション法やイオンビームアシスト法が必要とされるためである。

しかしながら、このような方法では工程が複雑であり、したがってコストが高く、また得られる圧電体膜の圧電特性も十分に安定しないといった課題があった。一方、Ｂｉ層状化合物は、前述したようにＰｔやＩｒ等の下部電極４上にｃ軸（００１）に優先配向し、緻密な薄膜となる。そして、このＢｉ層状化合物上には、ＰＭＮ−ＰＴなどのリラクサー材料が緻密な薄膜として容易に積層することが可能になる。そこで、本発明では、前述したようにＢｉ層状化合物からなるシード層５を予め形成しておき、この上にリラクサー材料からなる圧電体膜６を形成することで、後述するように気相法でもまた液相法でも容易に、しかも圧電特性が良好な圧電体膜６を得ることができるようにしたのである。

上部電極７は、圧電体膜６に電圧を印加するための他方の電極となるもので、下部電極４と同様、例えばＰｔ（白金）やＩｒ（イリジウム）、ＩｒＯ_ｘ（酸化イリジウム）、Ｔｉ（チタン）、ＳｒＲｕＯ_３等からなり、厚さが１００ｎｍ程度に形成されたものである。
なお、下部電極４に関しては、ＳｒＲｕＯ_３のようなペロブスカイト電極を用いても本発明の趣旨を逸脱するものではない。ＳｒＲｕＯ_３からなる下部電極４と、リラクサー材料からなる圧電体膜６の間に、Ｂｉ層状化合物からなるシード層５を挟むのであれば、製造工程上、圧電体膜６の擬立方晶（１００）配向性がより容易に制御可能となる。

次に、このような構成からなる圧電素子１の製造方法を説明する。
まず、基板２として、（１１０）又は（１００）配向の単結晶Ｓｉ基板、（１１１）配向の単結晶Ｓｉ基板、あるいは自然酸化膜であるアモルファスの酸化シリコン膜を形成した（１００）又は（１１０）配向のＳｉ基板を用意する。
次に、図３（ａ）に示すように基板２上に弾性膜３を形成する。この弾性膜３については、ＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などの気相法が、形成する材質に応じて適宜決定され、採用される。
次いで、図３（ｂ）に示すように弾性板３上に例えばＰｔからなる下部電極４を形成する。このＰｔは、比較的容易に（１１１）優先配向となるものであるから、例えばスパッタ法等の比較的簡易な方法を採用することで、弾性膜３上に容易に配向成長させることができる。

次いで、図３（ｃ）に示すようにこの下部電極４上にシード層５を形成する。シード層５の形成方法（成膜方法）としては、例えば前記のＢｉ層状化合物の前駆体溶液を用いるゾルゲル法等の液相法が採用される。この液相法では、スピンコート法、液滴吐出法等の公知の塗布法で前記の前駆体溶液を下部電極４上に配し、その後、焼成等の熱処理を行うことにより、シード層５を得る。すなわち、前駆体溶液の塗布工程、乾燥熱処理工程、脱脂熱処理工程の一連の工程を所望する膜厚に応じて適宜回数繰り返し、その後、結晶化アニールを行うことでシード層５を形成する。以下に、具体的な条件を示す。

シード層５を構成するＢｉ層状化合物の前駆体溶液（前駆体材料）としては、この化合物（酸化物）の各構成金属（例えば［ＳｒＢｉ_２（Ｔａ_１−ｘＮｂ_ｘ）_２Ｏ_９］の場合、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｎｂ）を含有する金属アルコキシドあるいは炭酸塩等の金属塩が、それぞれの金属元素ごとに用意され、用いられる。
具体的には、前記有機酸塩として、２エチルヘキサン酸ストロンチウム（Ｓｒ）、２エチルヘキサン酸ビスマス（Ｂｉ）、２エチルヘキサン酸タンタル（Ｔａ）、２エチルヘキサン酸ニオブ（Ｎｂ）等を用い、いずれもオクタン、ブトキシエタノール、あるいはキシレン等の溶媒に溶解して用いる。

そして、これら金属化合物を、Ｂｉ層状化合物を構成する各元素のモル比（例えば［ＳｒＢｉ_２（Ｔａ_１−ｘＮｂ_ｘ）_２Ｏ_９］の場合、Ｓｒ：Ｂｉ：（Ｔａ，Ｎｂ）＝１：２：２）となるように混合する。なお、このようにして混合した前駆体化合物については、採用する塗布法（例えばスピンコート法、あるいは液滴吐出法）に適した物性を付与するべく、例えばアルコール類等の適宜な溶媒あるいは分散媒等を添加することにより、ゾル状の液状体に調製するのが好ましい。

続いて、このようにして調製したゾル状の液状体（前駆体溶液）を、下部電極４上に塗布する。この塗布工程については、例えばスピンコート法を採用した場合で説明すると、まず、下部電極４上に前駆体溶液を滴下する。そして、滴下された溶液を基板全面に行き渡らせる目的でスピンを行う。スピンの回転数は、例えば初期では５００ｒｐｍ程度とし、続いて塗布ムラが起こらないように回転数を２０００ｒｐｍ程度に上げて、塗布を完了させる。
乾燥熱処理工程については、大気雰囲気下でホットプレート等を用い、前駆体溶液に用いた溶媒の沸点より例えば１０℃程度高い温度で熱処理（乾燥）することで行う。

脱脂熱処理工程については、前駆体溶液に用いた有機金属の配位子を分解／除去するべく、大気雰囲気下でホットプレートを用い、３５０℃程度に加熱することで行う。結晶化アニール、すなわち結晶化のための焼成工程については、酸素雰囲気中でラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）等を用いて例えば６００℃程度に加熱することで行う。
このようにして（１１１）配向のＰｔからなる下部電極４上に、Ｂｉ層状化合物を、ｃ軸（００１）に優先配向した状態に形成し、シード層５とすることができる。

なお、Ｂｉ層状化合物からなるシード層５の形成については、塗布法としてスピンコート法に代えて液滴吐出法を用いることもでき、また、成膜法としても液相法に代えてレーザーアブレーション法やスパッタ法等の気相法を採用することができる。スパッタ法でシード層５を成膜した場合、成膜後、例えば７００℃で一旦ラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）を行う。スパッタリング時電力については、例えば２００Ｗとする。

次いで、図３（ｄ）に示すようにこのシード層５上に圧電体膜６を形成する。圧電体膜６の形成方法（成膜方法）としては、例えば前記のリラクサー材料の前駆体溶液を用いるゾルゲル法等の液相法が採用される。この液相法では、スピンコート法、液滴吐出法等の公知の塗布法で前記の前駆体溶液をシード層５上に配し、その後、焼成等の熱処理を行うことにより、圧電体膜６を得る。具体的には、前記シード層５の形成と同様にして、前駆体溶液の塗布工程、溶媒除去工程〜乾燥熱処理工程〜脱脂熱処理工程の一連の工程を所望する膜厚に応じて適宜回数繰り返し、その後、結晶化アニールを行うことで圧電体膜６を形成する。各工程における条件は、シード層５の形成とほぼ同様とされる。
このようにして形成された圧電体膜６は、ｃ軸配向となり、（００１）に優先配向したシード層５上に形成されることで、擬立方晶（１００）に配向し易くなり、結果的にペロブスカイト型でロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向したものとなる。

ここで、シード層５や圧電体膜６の形成材料である前駆体溶液については、これらシード層５や圧電体膜６となる圧電体材料あるいはリラクサー材料の構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属、すなわち金属アルコキシドや有機酸塩といった有機金属を、各金属が所望のモル比となるように混合し、さらにアルコールなどの有機溶媒を用いてこれらを溶解しあるいは分散させることにより、作製する。なお、この前駆体溶液には、必要に応じて安定化剤等の各種添加剤を添加してもよく、さらに、溶液に加水分解・重縮合を起こさせる場合には、適当な量の水とともに、触媒として酸あるいは塩基を添加してもよい。
なお、この圧電体膜６についても液相法で形成したが、シード層５と同様、レーザーアブレーション法やスパッタ法等の気相法を用いて形成するようにしてもよい。

その後、図３（ｅ）に示すように圧電体膜６上にＰｔからなる上部電極７を形成し、圧電素子１を得る。この上部電極７の形成については、前記下部電極４と同様に、スパッタ法等によって行うことができる。

このようにして得られた圧電素子１にあっては、リラクサー材料からなる圧電体膜６が、ｃ軸配向となり、（００１）に優先配向したシード層５上に形成されているため、この圧電体膜も擬立方晶（１００）に良好に優先配向したものとなり、したがって圧電定数が高く、印加された電圧に対してより大きな変形をなすものとなる。
なお、本発明の圧電素子は、前述したインクジェット式記録ヘッド用のヘッドアクチュエーターとしてだけでなく、他の圧電アクチェーターとしてももちろん用いることができる。

（実施例）
図３（ａ）〜（ｅ）に示した製造方法に基づき、圧電素子１を以下のようにして作製した。
まず、基板２上に弾性膜３を介して（１１１）配向のＰｔからなる下部電極４を、スパッタ法で厚さ１００ｎｍに形成した。スパッタリング時の電力は２００Ｗとした。
次に、以下の式に示す３種類の化合物の前駆体溶液を以下のようにして調製した。
・ＳｒＢｉ_２（Ｔａ_１−ｘＮｂ_ｘ）_２Ｏ_９ （但し、ｘ＝０．１）（ｍ＝２）
・（Ｂｉ_１−ｘＬａ_ｘ）_４Ｔｉ_３Ｏ_１２ （但し、ｘ＝０．１）（ｍ＝３）
・ＳｒＢｉ_４Ｔｉ_４Ｏ_１５ （ｍ＝４）
各化合物中の構成金属の２エチルヘキサン酸塩を用い、いずれもオクタン、ブトキシエタノール、あるいはキシレン等の溶媒に溶解し、前駆体溶液とした。

そして、これら前駆体溶液をスピンコート法によって前記下部電極４上にそれぞれ塗布し（前駆体溶液の塗布工程）、続いて溶媒より約１０℃高い温度で熱処理（乾燥）して溶媒を除去し（乾燥熱処理工程）、さらに３５０℃程度に加熱することで有機金属の配位子を分解／除去し（脱脂熱処理工程）、その後、酸素雰囲気中でラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）を用いて６００℃程度に加熱し、結晶化を行うことで３種類のシード層５を形成した。各シード層５の膜厚はいずれも２０ｎｍであった。

次いで、以下の式に示す３種類のリラクサー材料の前駆体溶液を以下のようにして調製した。
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（但し、ｘ＝０．３）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（但し、ｘ＝０．１）
・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（但し、ｘ＝０．１）
酢酸鉛、チタンイソプロポキシド、酢酸マグネシウム、ニオブエトキシド、さらには亜鉛、ニッケルの酢酸塩またはアルコキシドの各金属試薬をそれぞれ用意し、これらを形成する化合物（リラクサー材料）に対応したモル比となるようにそれぞれ混合するとともに、これらをブチルセロソルブに溶解（分散）させ、さらにこれに溶液の安定化剤としてジエタノールアミンを添加し、前駆体溶液とした。
そして、これら前駆体溶液をスピンコート法によって前記の３種のシード層５上にそれぞれ塗布し（前駆体溶液の塗布工程）、続いて溶媒より約１０℃高い温度で熱処理（乾燥）して溶媒を除去し（乾燥熱処理工程）、さらに３５０℃程度に加熱することで有機金属の配位子を分解／除去し（脱脂熱処理工程）、その後、酸素雰囲気中でラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）を用いて６００℃程度に加熱し、結晶化を行うことで、各シード層５上にそれぞれ３種類の圧電体膜６を形成した。

その後、スパッタ法によって各圧電体膜６上にＰｔからなる上部電極７を形成し、９種類の圧電素子１を得た。
このようにして得られた各圧電素子１における、前記圧電体膜６をＸ線回折法（ＸＲＤ）で調べたところ、（１００）に優先配向していることが確認され、さらにロンボヘドラル構造であることも確認された。
また、この圧電体膜６の圧電定数（ｄ_３１）を測定したところ、以下の表に示すようにいずれも４００ｐＣ／Ｎ以上と高く、リーク電流は、１００ｋＶ／ｃｍのとき、１０^−５Ａ／ｃｍ^２未満であった。
さらに、圧電素子１の３００ｋＶ／ｃｍ印加時における繰り返し耐久性を調べたところ、１０^９回を保証できる高い耐久性を備えていた。

「表」
試料Ｎｏ． シード層 圧電体膜 圧電定数ｄ_３１（ｐＣ／Ｎ）
（１） Ａ Ｄ ４５０
（２） Ａ Ｅ ４１０
（３） Ａ Ｆ ４３０
（４） Ｂ Ｄ ４２０
（５） Ｂ Ｅ ４６０
（６） Ｂ Ｆ ４７０
（７） Ｃ Ｄ ４４０
（８） Ｃ Ｅ ４８０
（９） Ｃ Ｆ ４１０
ただし、「シード層」の欄のＡ、Ｂ、Ｃはそれぞれ以下の式に示すＢｉ層状化合物であり、「圧電体膜」の欄のＤ、Ｅ、Ｆはそれぞれ以下の式に示すリラクサー材料である。
Ａ；ＳｒＢｉ_２（Ｔａ_１−ｘＮｂ_ｘ）_２Ｏ_９
（但し、ｘ＝０．１）（ｍ＝２）
Ｂ；（Ｂｉ_１−ｘＬａ_ｘ）_４Ｔｉ_３Ｏ_１２
（但し、ｘ＝０．１）（ｍ＝３）
Ｃ；ＳｒＢｉ_４Ｔｉ_４Ｏ_１５ （ｍ＝４）
Ｄ；（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（但し、ｘ＝０．３）
Ｅ；（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（但し、ｘ＝０．１）
Ｆ；（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
（但し、ｘ＝０．１）

（インクジェット式記録ヘッド）
次に、図１に示した圧電素子を用いたインクジェット式記録ヘッドについて説明する。図４は、図１に示した圧電素子を用いたインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図５は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。なお、図４は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。これらの図において符号５０はインクジェット式記録ヘッド（以下、ヘッドと記す）である。このヘッド５０は、図４に示すようにヘッド本体５７とこれの上に設けられた圧電素子５４とを備えて構成されたものである。なお、図４に示した圧電素子５４は、図１に示した圧電素子１における下部電極４とシード層５と圧電体膜６と上部電極７とからなるものであり（図５参照）、これらを形成した弾性膜３は、図４において弾性板５５となっている。また、基板２は後述するようにヘッド本体５７の要部を構成するものとなっている。

すなわち、このヘッド５０は、図５に示すようにノズル板５１と、インク室基板５２と、弾性板５５と、弾性板５５に接合された圧電素子（振動源）５４とを備え、これらが基体５６に収納されて構成されている。なお、このヘッド５０は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成するものとなっている。
ノズル板５１は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されたもので、インク滴を吐出するための多数のノズル５１１を一列に形成したものである。これらノズル５１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。

このノズル板５１には、インク室基板５２が固着（固定）されている。このインク室基板５２は、前記のＳｉ製の基板２によって形成されたもので、ノズル板５１、側壁（隔壁）５２２および後述する弾性板５５により、複数のキャビティー（インクキャビティー）５２１と、インクカートリッジ６３１から供給されるインクを一時的に貯留するリザーバ５２３と、リザーバ５２３から各キャビティー５２１に、それぞれインクを供給する供給口５２４とを区画形成したものである。

これらキャビティー５２１は、図４に示したように各ノズル５１１に対応して配設されたもので、後述する弾性板５５の振動によってそれぞれ容積可変になっており、この容積変化によってインクを吐出するよう構成されたものである。
このインク室基板５２を得るための母材、すなわち前記の基板２としては、例えば（１１０）配向のシリコン単結晶基板（Ｓｉ基板）が用いられている。この（１１０）配向のシリコン単結晶基板は、異方性エッチングに適しているのでインク室基板５２を、容易にかつ確実に形成することができる。なお、このようなシリコン単結晶基板は、図１に示した弾性膜３の形成面、すなわち弾性板５５の形成面が（１１０）面となるようにして用いられている。

このインク室基板５２の平均厚さ、すなわちキャビティー５２１を含む厚さとしては、特に限定されないものの、１０〜１０００μｍ程度とするのが好ましく、１００〜５００μｍ程度とするのがより好ましい。また、キャビティー５２１の容積としては、特に限定されないものの、０．１〜１００ｎＬ程度とするのが好ましく、０．１〜１０ｎＬ程度とするのがより好ましい。

一方、インク室基板５２のノズル板５１と反対の側には弾性板５５が配設されており、さらに弾性板５５のインク室基板５２と反対の側には複数の圧電素子５４が設けられている。弾性板５５は、前述したように図１に示した圧電素子１における弾性膜３によって形成されたものである。この弾性板５５の所定位置には、図５に示したように弾性板５５の厚さ方向に貫通して連通孔５３１が形成されている。そして、このような連通孔５３１により、後述するインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３へのインクの供給がなされるようになっている。

各圧電素子５４は、前述したように下部電極４と上部電極７との間に圧電体膜６が介挿されて構成されたもので、各々が各キャビティー５２１のほぼ中央部に対応して配設されたものである。これら各圧電素子５４は、後述する圧電素子駆動回路に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）するよう構成されている。すなわち、各圧電素子５４はそれぞれ振動源（ヘッドアクチュエーター）として機能するものとなっており、弾性板５５は、圧電素子５４の振動（撓み）によって振動し（撓み）、キャビティー５２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能するものとなっている。
基体５６は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で形成されたもので、図４に示したようにこの基体５６にインク室基板５２が固定、支持されている。

このような構成からなるヘッド５０は、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すなわち、圧電素子５４の下部電極４と上部電極６との間に電圧が印加されていない状態では、図６（ａ）に示すように圧電体膜６に変形が生じない。このため、弾性板５５にも変形が生じず、キャビティー５２１には容積変化が生じない。したがって、ノズル５１１からインク滴は吐出されない。

一方、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力された状態、すなわち、圧電素子５４の下部電極４と上部電極６との間に一定電圧（例えば３０Ｖ程度）が印加された状態では、図６（ｂ）に示すように圧電体膜６においてその短軸方向に撓み変形が生じる。これにより、弾性板５５が例えば５００ｎｍ程度撓み、キャビティー５２１の容積変化が生じる。このとき、キャビティー５２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル５１１からインク滴が吐出される。

すなわち、電圧を印加すると、圧電体膜６の結晶格子は面に対して垂直な方向に引き伸ばされるが、同時に面に平行な方向には圧縮される。この状態では、圧電体膜６にとっては面内に引っ張り応力が働いていることになる。したがって、この応力によって弾性板５５をそらせ、撓ませることになる。キャビティー５２１の短軸方向での圧電体膜６の変位量（絶対値）が大きければ大きいほど、弾性板５５の撓み量が大きくなり、より効率的にインク滴を吐出することが可能になる。本発明では、前述したように圧電素子５４（１）の圧電体膜６の圧電定数（ｄ_３１）が高く、印加された電圧に対してより大きな変形をなすものとなっていることから、弾性板５５の撓み量が大きくなり、インク滴をより効率的に吐出できるようになっている。

ここで、効率的とは、より少ない電圧で同じ量のインク滴を飛ばすことができることを意味する。すなわち、駆動回路を簡略化することができ、同時に消費電力を低減することができるため、ノズル５１１のピッチをより高密度に形成することができる。または、キャビティー５２１の長軸の長さを短くすることができるため、ヘッド全体を小型化することができる。

このようにして１回のインクの吐出が終了すると、圧電素子駆動回路は、下部電極４と上部電極７との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子５４は元の形状に戻り、キャビティー５２１の容積が増大する。なお、このとき、インクには、後述するインクカートリッジ６３１からノズル５１１へ向かう圧力（正方向への圧力）が作用している。このため、空気がノズル５１１からインク室５２１へと入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３を経てキャビティー５２１へ供給される。
このように、インク滴の吐出を行わせたい位置の圧電素子５４に対して、圧電素子駆動回路を介して吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望の）文字や図形等を印刷することができる。

このような構成のヘッド５０を製造するには、まず、インク室基板５２となる母材、すなわち前述した（１１０）配向のシリコン単結晶基板（Ｓｉ基板）からなる基板２を用意する。そして、図３に示したようにこの基板２上に弾性膜３を形成し、さらにその上に下部電極４、シード層５、圧電体膜６、上部電極７を順次形成する。なお、ここで形成した弾性膜３が、弾性板５５となるのは前述した通りである。

次いで、上部電極７、圧電体膜６、シード層５、下部電極４を、形成する個々のキャビティー５２１に対応させてパターニングし、図４に示したようにキャビティー５２１の数に対応した数の圧電素子５４を形成する。
次いで、インク室基板５２となる母材（基板２）を加工（パターニング）し、前記圧電素子５４に対応する位置にそれぞれキャビティー５２１となる凹部を、また、所定位置にリザーバ５２３および供給口５２４となる凹部を形成する。

具体的には、キャビティー５２１、リザーバ５２３および供給口５２４を形成すべき位置に合せてマスク層を形成し、その後、例えば平行平板型反応性イオンエッチング、誘導結合型方式、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式、ヘリコン波励起方式、マグネトロン方式、プラズマエッチング方式、イオンビームエッチング方式等のドライエッチング、または５重量％〜４０重量％程度の水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等の高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチングを行う。

ここで、母材（基板２）として特に（１１０）配向のシリコン基板を用いた場合には、前述の高濃度アルカリ水溶液を用いたウエットエッチング（異方性エッチング）が好適に採用される。その場合に、この高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチングの際に、弾性膜３をエッチングストッパとして機能させることができ、したがってインク室基板５２の形成をより容易に行うことができる。
このようにして母材（基板２）を、その厚さ方向に弾性板５５（バッファ層３）が露出するまでエッチング除去することにより、インク室基板５２を形成する。なお、このときエッチングされずに残った部分が側壁５２２となり、また、露出した弾性膜３は、弾性板５５としての機能を発揮し得る状態となる。

次いで、複数のノズル５１１が形成されたノズル板５１を、各ノズル５１１が各キャビティー５２１となる凹部に対応するように位置合わせし、その状態で接合する。これにより、複数のキャビティー５２１、リザーバ５２３および複数の供給口５２４が形成される。なお、ノズル板５１の接合については、例えば接着剤による接着法や、融着法等を用いることができる。
その後、インク室基板５２を基体５６に取り付け、これによりインクジェット式記録ヘッド５０を得る。

このようにして得られたインクジェット式記録ヘッド５０にあっては、圧電素子５４が良好な圧電特性を有することで効率的な吐出が可能となっていることから、ノズル５１１の高密度化などが可能となり、したがって高密度印刷や高速印刷を可能にし、さらにはヘッド全体の小型化を図ることができる。

（インクジェットプリンター）
次に、前記インクジェット式記録ヘッド５０を備えたインクジェットプリンターについて説明する。なお、本発明においてインクジェットプリンターとは、紙等に印刷するものはもちろん、工業的に用いられる液滴吐出装置も含めたものとする。

図７は、本発明のインクジェットプリンターを、紙等に印刷する一般的なプリンターに適用した場合の一実施形態を示す概略構成図であり、図７中符号６００はインクジェットプリンターである。なお、以下の説明では、図７中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
インクジェットプリンター６００は、装置本体６２０を備えたもので、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１を有し、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排出口６２２を有し、上部面に操作パネル６７０を有したものである。

操作パネル６７０は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプ等で構成されたもので、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）とを備えたものである。
装置本体６２０の内部には、主に、往復動するヘッドユニット６３０を備えた印刷装置６４０と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置６４０に送り込む給紙装置６５０と、印刷装置６４０および給紙装置６５０を制御する制御部６６０とが設けられている。

制御部６６０の制御により、給紙装置６５０は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りするようになっている。間欠送りされる記録用紙Ｐは、ヘッドユニット６３０の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット６３０が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動し、記録用紙Ｐへの印刷を行うようになっている。すなわち、ヘッドユニット６３０の往復動と、記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となり、インクジェット方式の印刷が行なわれるようになっている。

印刷装置６４０は、ヘッドユニット６３０と、ヘッドユニット６３０の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３を往復動させる往復動機構６４２とを備えたものである。
ヘッドユニット６３０は、その下部に、多数のノズル５１１を備える前記インクジェット式記録ヘッド５０と、このインクジェット式記録ヘッド５０にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、インクジェット式記録ヘッド５０およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有したものである。

なお、インクカートリッジ６３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。この場合、ヘッドユニット６３０には、各色にそれぞれ対応したインクジェット式記録ヘッド５０が設けられることになる。

往復動機構６４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有したものである。
キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されたものである。
キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット６３が往復動する。そして、この往復動の際に、インクジェット式記録ヘッド５０から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われるようになっている。

給紙装置６５０は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有したものである。
給紙ローラ６５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ６５２ａと、駆動ローラ６５２ｂとで構成されたものであり、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されたものである。このような構成によって給紙ローラ６５２は、トレイ６２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置６４０に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ６２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成としてもよい。

制御部６６０は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置６４０や給紙装置６５０等を制御することにより印刷を行うものである。
この制御部６６０には、いずれも図示しないものの、主に各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、圧電素子（振動源）５４を駆動してインクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置６４０（キャリッジモータ６４１）を駆動する駆動回路、給紙装置６５０（給紙モータ６５１）を駆動する駆動回路、およびホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵとが備えられている。

また、ＣＰＵには、例えば、インクカートリッジ６３１のインク残量、ヘッドユニット６３の位置、温度、湿度等の印刷環境等を検出可能な各種センサが、それぞれ電気的に接続されている。
制御部６６０は、通信回路を介して印刷データを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは、この印刷データを処理し、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づき、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子５４、印刷装置６４０および給紙装置６５０は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに所望の印刷がなされる。

このようなインクジェットプリンター６００にあっては、前述したように高性能でノズルの高密度化が可能なインクジェット式記録ヘッド５０を備えているので、高密度印刷や高速印刷が可能なものとなる。
なお、本発明のインクジェットプリンター６００は、前述したように工業的に用いられる液滴吐出装置とすることもできる。その場合に吐出するインク（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整し、使用する。

また、本発明の圧電素子は、前述したインクジェット式記録ヘッド５０やインクジェットプリンター６００に適用されるだけでなく、種々のデバイスにも適用可能である。
以下、このようなデバイスとして、本発明に係る表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器、並びに電子機器の実施形態を、図面を参照して説明する。

（表面弾性波素子）
図８に、本発明の圧電素子、すなわち図１に示したシード層５と圧電体膜６とを有する圧電素子を備えた表面弾性波素子の一実施形態を示す。
この表面弾性波素子は、単結晶シリコン基板１１と、酸化物薄膜層１２と、シード層１３と、圧電体膜１４と、保護膜としての酸化物又は窒化物からなる保護層１５と、電極１６とから構成されている。電極１６はインターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：以下、「ＩＤＴ電極」と表記する）であり、上部から観察すると、例えば後述する図９及び図１０に示すインターディジタル型電極１４１、１４２、１５１、１５２、１５３のような形状を有するものである。

このような構成からなる表面弾性波素子を製造するには、まず、単結晶シリコン基板１１として（１００）単結晶シリコン基板を用意する。
次に、この単結晶シリコン基板１１上に、レーザーアブレーション法等を用いて例えばＩｒＯ_２やＴｉＯ_２の薄膜を形成し、酸化物薄膜層１２とする。

次いで、酸化物薄膜層１２上に、前記圧電素子１の形成の場合と同様にして液相法でシード層１３を形成し、さらにこの上に液相法で圧電体膜１４を形成する。
次いで、この圧電体膜１４上に、保護膜１５としてＳｉＯ_２膜を例えばレーザーアブレーション法によって形成する。この保護膜１５は、圧電体膜１４を雰囲気から保護して例えば雰囲気中の水分や不純物による影響を防ぐと同時に、圧電体膜１４の温度特性をコントロールする役割も果たす。なお、このような目的を満たす限り、保護膜の材質としてはＳｉＯ_２に限定されるものではない。

その後、保護層１５上に例えばアルミニウム薄膜を成膜し、続いてこれをパターニングすることにより、ＩＤＴと呼ばれる所望の形状の電極１６を形成し、図８に示した表面弾性波素子を得る。
このようにして得られた表面弾性波素子にあっては、圧電体膜１４が良好な圧電特性を有していることにより、この表面弾性波素子自体も高性能なものとなる。

（周波数フィルタ）
図９に、本発明の周波数フィルタの一実施形態を示す。
図９に示すように、周波数フィルタは基板１４０を有するものである。この基板１４０としては、例えば図８に示した表面弾性波素子を形成した基板が用いられている。すなわち、（１００）単結晶シリコン基板１１上に酸化物薄膜層１２と、シード層１３と、圧電体膜１４と、保護膜としての酸化物又は窒化物からなる保護層１５とをこの順に積層した基板である。

基板１４０の上面には、ＩＤＴ電極１４１及び１４２が形成されている。ＩＤＴ電極１４１、１４２は、例えばＡｌ又はＡｌ合金によって形成されたもので、その厚みはＩＤＴ電極１４１、１４２のピッチの１００分の１程度に設定されている。また、ＩＤＴ電極１４１、１４２を挟むように、基板１４０の上面には吸音部１４３、１４４が形成されている。吸音部１４３、１４４は、基板１４０の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基板１４０上に形成されたＩＤＴ電極１４１には高周波信号源１４５が接続されており、ＩＤＴ電極１４２には信号線が接続されている。

前記構成において、高周波信号源１４５から高周波信号が出力されると、この高周波信号はＩＤＴ電極１４１に印加され、これによって基板１４０の上面に表面弾性波が発生する。この表面弾性波は、約５０００ｍ／ｓ程度の速度で基板１４０上面を伝播する。ＩＤＴ電極１４１から吸音部１４３側へ伝播した表面弾性波は、吸音部１４３で吸収されるが、ＩＤＴ電極１４２側へ伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ電極１４２のピッチ等に応じて定まる特定の周波数又は特定の帯域の周波数の表面弾性波は電気信号に変換されて、信号線を介して端子１４６ａ、１４６ｂに取り出される。なお、前記特定の周波数又は特定の帯域の周波数以外の周波数成分は、大部分がＩＤＴ電極１４２を通過して吸音部１４４に吸収される。このようにして、本実施形態の周波数フィルタが備えるＩＤＴ電極１４１に供給した電気信号の内、特定の周波数又は特定の帯域の周波数の表面弾性波のみを得る（フィルタリングする）ことができる。

（発振器）
図１０に、本発明の発振器の一実施形態を示す。
図１０に示すように、発振器は基板１５０を有するものである。この基板１５０としては、先の周波数フィルタと同様に、例えば図８に示した表面弾性波素子を形成した基板が用いられている。すなわち、（１００）単結晶シリコン基板１１上に酸化物薄膜層１２と、シード層１３と、圧電体膜１４と、保護膜としての酸化物又は窒化物からなる保護層１５とをこの順に積層した基板である。

基板１５０の上面には、ＩＤＴ電極１５１が形成されており、さらに、ＩＤＴ電極１５１を挟むように、ＩＤＴ電極１５２、１５３が形成されている。ＩＤＴ電極１５１〜１５３は、例えばＡｌ又はＡｌ合金によって形成されたもので、それぞれの厚みはＩＤＴ電極１５１〜１５３各々のピッチの１００分の１程度に設定されている。ＩＤＴ電極１５１を構成する一方の櫛歯状電極１５１ａには、高周波信号源１５４が接続されており、他方の櫛歯状電極１５１ｂには、信号線が接続されている。なお、ＩＤＴ電極１５１は、電気信号印加用電極に相当し、ＩＤＴ電極１５２、１５３は、ＩＤＴ電極１５１によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極に相当する。

前記構成において、高周波信号源１５４から高周波信号が出力されると、この高周波信号は、ＩＤＴ電極１５１の一方の櫛歯状電極１５１ａに印加され、これによって基板１５０の上面にＩＤＴ電極１５２側に伝播する表面弾性波及びＩＤＴ電極１５３側に伝播する表面弾性波が発生する。なお、この表面弾性波の速度は５０００ｍ／ｓ程度である。これらの表面弾性波の内の特定の周波数成分の表面弾性波は、ＩＤＴ電極１５２及びＩＤＴ電極１５３で反射され、ＩＤＴ電極１５２とＩＤＴ電極１５３との間には定在波が発生する。この特定の周波数成分の表面弾性波がＩＤＴ電極１５２、１５３で反射を繰り返すことにより、特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分が共振して、振幅が増大する。この特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分の表面弾性波の一部は、ＩＤＴ電極１５１の他方の櫛歯状電極１５１ｂから取り出され、ＩＤＴ電極１５２とＩＤＴ電極１５３との共振周波数に応じた周波数（又はある程度の帯域を有する周波数）の電気信号が端子１５５ａと端子１５５ｂに取り出すことができる。

図１１は、本発明の発振器（表面弾性波素子）をＶＣＳＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ＳＡＷ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用した場合の一例を示す図であり、（ａ）は側面透視図であり、（ｂ）は上面透視図である。
ＶＣＳＯは、金属製（Ａｌ又はステンレススチール製）の筐体６０内部に実装されて構成されている。基板６１上には、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）６２及び発振器６３が実装されている。この場合、ＩＣ６２は、外部の回路（不図示）から入力される電圧値に応じて、発振器６３に印加する周波数を制御する発振回路である。

発振器６３は、基板６４上に、ＩＤＴ電極６５ａ〜６５ｃが形成されており、その構成は、図１０に示した発振器とほぼ同様である。なお、基板６４には、先の例と同様で図８に示したように、（１００）単結晶シリコン基板１１上に酸化物薄膜層１２と、シード層１３と、圧電体膜１４と、保護膜としての酸化物又は窒化物からなる保護層１５とをこの順に積層した基板である。
基板６１上には、ＩＣ６２と発振器６３とを電気的に接続するための配線６６がパターニングされている。ＩＣ６２及び配線６６が例えば金線等のワイヤー線６７によって接続され、発振器６３及び配線６６が金線等のワイヤー線６８によって接続されることにより、ＩＣ６２と発振器６３とが配線６６を介して電気的に接続されている。

また、前記のＶＣＳＯは、ＩＣ６２と発振器（表面弾性波素子）６３を同一基板上に集積させて形成することも可能である。
図１２に、ＩＣ６２と発振器６３とを集積させたＶＣＳＯの概略図を示す。なお、図１０中において発振器６３は、図８に示した表面弾性波素子において第２の酸化物薄膜層１３の形成を省略した構造を有するものとしている。
図１２に示すように、ＶＣＳＯは、ＩＣ６２と発振器６３とにおいて、単結晶シリコン基板６１（１１）を共有させて形成されている。ＩＣ６２と、発振器６３に備えられた電極６５ａ（１５）とは、図示しないものの電気的に接続されている。本実施形態では、ＩＣ６２を構成するトランジスタとして、特に、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を採用している。

ＩＣ６２を構成するトランジスタとしてＴＦＴを採用することにより、本実施形態では、まず、単結晶シリコン基板６１上に発振器（表面弾性波素子）６３を形成し、その後、単結晶シリコン基板６１とは別の第２の基板上で形成したＴＦＴを、単結晶シリコン基板６１上に転写させて、ＴＦＴと発振器６３を集積させることができる。したがって、基板上にＴＦＴを直接形成させることが困難か、形成させることが適さない材料であっても、転写により好適に形成させることが可能となる。転写方法については、種々の方法が採用可能であるが、特に、特開平１１−２６７３３号公報に記載の転写方法が好適に採用できる。

図１１及び図１２に示したＶＣＳＯは、例えば、図１３に示すＰＬＬ回路のＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）として用いられる。ここで、ＰＬＬ回路について簡単に説明する。
図１３はＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図であり、この図１３に示すようにＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低域フィルタ７２、増幅器７３、及びＶＣＯ７４から構成されている。位相比較器７１は、入力端子７０から入力される信号の位相（又は周波数）とＶＣＯ７４から出力される信号の位相（又は周波数）とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力するものである。低域フィルタ７２は、位相比較器７１から出力される誤差電圧信号の位置の低周波成分のみを通過させるものであり、増幅器７３は、低域フィルタ７２から出力される信号を増幅するものである。ＶＣＯ７４は、入力された電圧値に応じて発振する周波数がある範囲で連続的に変化する発振回路である。

このような構成のもとにＰＬＬ回路は、入力端子７０から入力される位相（又は周波数）とＶＣＯ７４から出力される信号の位相（又は周波数）との差が減少するように動作し、ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数を入力端子７０から入力される信号の周波数に同期させる。ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数が入力端子７０から入力される信号の周波数に同期すると、その後は一定の位相差を除いて入力端子７０から入力される信号に一致し、また、入力信号の変化に追従するような信号を出力するようになる。

（電子回路及び電子機器）
図１４に、本発明の電子回路の一実施形態として、その電気的構成をブロック図で示す。なお、図１４に示す電子回路は、例えば、図１５に示す携帯電話機１００の内部に設けられる回路である。ここで、図１５に示した携帯電話機１００は、本発明の電子機器の一例としてのもので、アンテナ１０１、受話器１０２、送話器１０３、液晶表示部１０４、及び操作釦部１０５等を備えて構成されたものである。

図１４に示した電子回路は、前記携帯電話機１００内に設けられる電子回路の基本構成を有したもので、送話器８０、送信信号処理回路８１、送信ミキサ８２、送信フィルタ８３、送信電力増幅器８４、送受分波器８５、アンテナ８６ａ，８６ｂ、低雑音増幅器８７、受信フィルタ８８、受信ミキサ８９、受信信号処理回路９０、受話器９１、周波数シンセサイザ９２、制御回路９３、及び入力／表示回路９４を備えて構成されたものである。なお、現在実用化されている携帯電話機は、周波数変換処理を複数回行っているため、その回路構成はより複雑となっている。

送話器８０は、例えば音波信号を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現されるもので、図１５に示す携帯電話機１００中の送話器１０３に相当するものである。送信信号処理回路８１は、送話器８０から出力される電気信号に対して、例えばＤ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ８２は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングするものである。なお、送信ミキサ８２に供給される信号の周波数は、例えば３８０ＭＨｚ程度である。送信フィルタ８３は、中間周波数（以下、「ＩＦ」と表記する）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。なお、送信フィルタ８３から出力される信号は、図示しない変換回路によってＲＦ信号に変換されるようになっている。このＲＦ信号の周波数は、例えば１．９ＧＨｚ程度である。送信電力増幅器８４は、送信フィルタ８３から出力されるＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器８５へ出力するものである。

送受分波器８５は、送信電力増幅器８４から出力されるＲＦ信号をアンテナ８６ａ，８６ｂへ出力し、アンテナ８６ａ，８６ｂから電波の形で送信するものである。また、送受分波器８５は、アンテナ８６ａ，８６ｂで受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器８７へ出力するものである。なお、送受信分波器８５から出力される受信信号の周波数は、例えば２．１ＧＨｚ程度である。低雑音増幅器８７は、送受分波器８５からの受信信号を増幅するものである。なお、低雑音増幅器８７から出力される信号は、図示しない変換回路によってＩＦに変換されるようになっている。

受信フィルタ８８は、図示しない変換回路によって変換されたＩＦの必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。受信ミキサ８９は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて、送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングするものである。なお、受信ミキサ８９に供給される中間周波数は、例えば１９０ＭＨｚ程度である。受信信号処理回路９０は、受信ミキサ８９から出力される信号に対して、例えばＡ／Ｄ変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話器９１は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現されるもので、図１７に示した携帯電話機１００中の受話器１０２に相当するものである。

周波数シンセサイザ９２は、送信ミキサ８２へ供給する信号（例えば、周波数３８０ＭＨｚ程度）及び受信ミキサ８９へ供給する信号（例えば、周波数１９０ＭＨｚ）を生成する回路である。なお、周波数シンセサイザ９２は、例えば７６０ＭＨｚの発振周波数で発信するＰＬＬ回路を備え、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して周波数が３８０ＭＨｚの信号を生成し、さらに分周して周波数が１９０ＭＨｚの信号を生成するようになっている。制御回路９３は、送信信号処理回路８１、受信信号処理回路９０、周波数シンセサイザ９２、及び入力／表示回路９４を制御することにより、携帯電話機の全体動作を制御するものである。入力／表示回路９４は、図１５に示した携帯電話機１００の使用者に対して機器の状態を表示したり、操作者の指示を入力するためのものであり、例えばこの携帯電話機１００の液晶表示部１０４及び操作釦部１０５に相当するものである。

以上の構成の電子回路において、送信フィルタ８３及び受信フィルタ８８として、図９に示した周波数フィルタが用いられている。フィルタリングする周波数（通過させる周波数）は、送信ミキサ８２から出力される信号の内の必要となる周波数、及び、受信ミキサ８９で必要となる周波数に応じて送信フィルタ８３及び受信フィルタ８８で個別に設定されている。また、周波数シンセサイザ９２内に設けられるＰＬＬ回路は、図１１に示したＰＬＬ回路のＶＣＯ７４として、図１１に示した発振器又は図１２に示した発振器（ＶＣＳＯ）を設けたものである。

（薄膜圧電共振器）
図１６に、本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す。図１６中符号３０は特に通信用素子や通信用フィルタとして用いられるダイアフラム型の薄膜圧電共振器であり、この薄膜圧電共振器３０は、単結晶シリコン基板からなる基体３１上に、弾性板３２を介して共振子３３を形成したものである。
基体３１は、（１１０）配向した厚さ２００μｍ程度の単結晶シリコン基板からなるもので、その底面側（共振子３２と反対の側）には、該基体３１の底面側から上面側にまで貫通するビアホール３４が形成されている。

弾性板３２は、本実施形態では図１に示した圧電素子１における弾性膜３によって形成されたもので、前記基体３１の（１１０）面上に形成されたものである。また、共振子３３は、図１に示した圧電素子１における下部電極４、シード層５、圧電体膜６、上部電極７によって形成されている。このような構成のもとに薄膜圧電共振器３０は、基体３１上に図１に示した圧電素子１の主部（基体２を除く部分）をそのまま形成した構成のものとなっている。

なお、この弾性板３２については、例えば基体３１上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を厚さ２００ｎｍ程度に形成し、さらにその上に二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を厚さ４００ｎｍ〜３μｍ程度に形成しておき、これらの上に前記弾性膜３を形成して、これら窒化シリコンと二酸化シリコンと弾性膜３との積層膜を弾性板３２としてもよい。また、このように基体２上に窒化シリコンと二酸化シリコンとを形成する場合、弾性膜３を形成せず、これら積層膜のみから弾性板３２を形成するようにしてもよい。

下部電極４は、（１１１）配向したＰｔからなっており、その厚さが２００ｎｍ程度に厚く形成されている。
シード層５は、Ｂｉ層状化合物からなり、かつｃ軸（００１）に優先配向してなるもので、具体的には以下の式に示すＢｉ層状化合物等からなっており、厚さが０．１μｍ以下に形成されている。
・ＳｒＢｉ_２（Ｔａ_１−ｘＮｂ_ｘ）_２Ｏ_９
（但し、０≦ｘ≦１．０）（ｍ＝２）
・（Ｂｉ_１−ｘＬａ_ｘ）_４Ｔｉ_３Ｏ_１２
（但し、０≦ｘ≦０．４）（ｍ＝３）
・ＳｒＢｉ_４Ｍｅ_４Ｏ_１５
（但し、ＭｅはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆの少なくとも一種）（ｍ＝４）
圧電体膜６は、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向したリラクサー材料からなっており、厚さが０．９μｍ程度に形成されている。
上部電極７は、前記下部電極４と同様、Ｐｔからなっている。ただし、この上部電極６、本実施形態では厚さ７００ｎｍ程度に厚く形成されている。
なお、この上部電極６には、弾性板３２上に形成された電極３５に電気的に接続するための、金等からなる配線３７がパッド３６を介して設けられている。

このような構成の薄膜圧電共振器３０を製造するには、まず、基体３１となる母材、すなわち前述した（１１０）配向の単結晶シリコン基板（Ｓｉ基板）を用意する。そして、このＳｉ基板上に弾性膜３を形成し、さらにその上に下部電極４、シード層５、圧電体膜６、上部電極７を順次形成する。なお、弾性板３２として窒化シリコンと二酸化シリコンとバッファ層３との積層膜を採用する場合には、弾性膜３の形成に先立ってＳｉ基板上に窒化シリコンと二酸化シリコンとをこの順に形成しておく。

次いで、上部電極７、圧電体膜６、シード層５、下部電極４を、形成するビアホール３４に対応させてそれぞれパターニングし、共振子３３を形成する。なお、特に下部電極４のパターニングに際しては、図１６に示したように下部電極４とは別に電極３５も同時に形成しておく。
次いで、単結晶シリコン基板をその底面側からエッチング等によって加工（パターニング）し、これを貫通するビアホール３４を形成する。
その後、上部電極７と電極３５との間を接続するパッド３６及び配線３７を形成し、薄膜圧電共振器３０を得る。

このようにして得られた薄膜圧電共振器３０にあっては、共振子の圧電体膜の圧電特性が良好であり、したがって高い電気機械結合係数を有することから、例えばＧＨｚ帯などの高周波数領域で使用可能なものとなり、また、小型（薄型）であるにもかかわらず良好に機能するものとなる。

図１７は、本発明の薄膜圧電共振器の他の実施形態を示す図であり、図１７中符号４０は薄膜圧電共振器である。この薄膜圧電共振器４０が図１６に示した薄膜圧電共振器３０と主に異なるところは、ビアホールを形成せず、基体４１と共振子４２との間にエアギャップ４３を形成した点にある。
すなわち、この薄膜圧電共振器４０は、（１１０）配向した単結晶シリコン基板からなる基体４１上に、共振子４２を形成したものである。この共振子４２は、前述した下部電極４、シード層５、圧電体膜６、上部電極７と同じ材質からなる下部電極４４、シード層及び圧電体膜からなる圧電材料層４５、上部電極４６によって形成されたもので、特にエアギャップ４３上にてこれら下部電極４４、圧電材料層４５、上部電極４６が積層されたことにより、形成されたものである。

ここで、本実施形態では、下部電極４４の下側に前記エアギャップ４３を覆った状態で弾性膜３が形成されており、この弾性膜３が先の例と同様に弾性板４７となっている。なお、この弾性板４７についても、先の例と同様に基体４１上に窒化シリコンと二酸化シリコンとを形成しておき、あるいは二酸化シリコンのみを形成しておき、これの上に弾性膜層３を形成してこれらの積層膜を弾性板４７としてもよい。また、弾性膜層３を形成せず、窒化シリコンと二酸化シリコンとの積層膜、あるいは二酸化シリコンのみから弾性板４７を形成してもよい。

このような構成の薄膜圧電共振器４０を形成するには、まず、基体４１上に例えばゲルマニウム（Ｇｅ）を蒸着等によって成膜し、さらにこれを形成するエアギャップの形状と同じ形状にパターニングすることにより、犠牲層を形成する。
次に、この犠牲層を覆って弾性膜３を形成する。なお、これに先だって窒化シリコンと二酸化シリコンとを形成しておき、あるいは二酸化シリコンのみを形成しておいてもよい。続いて、これらバッファ層を所望形状にパターニングする。

次いで、弾性膜３を覆って下部電極４４となる層を形成し、さらにこれをドライエッチング等でパターニングすることにより、下部電極４４を形成する。
次いで、下部電極４４を覆ってシード層及び圧電体膜をこの順に形成し、これら積層膜から圧電材料層４５となる層を形成し、さらにこれをドライエッチング等でパターニングすることにより、圧電材料層４５を形成する。
次いで、圧電材料層４５を覆って上部電極４６となる層を形成し、さらにこれをドライエッチング等でパターニングすることにより、上部電極４６を形成する。なお、このようにして犠牲層の上に、弾性膜３、下部電極４４、圧電材料層４５、上部電極４６をそれぞれパターニングして形成することにより、犠牲層はその一部が外側露出したものとなる。
その後、前記犠牲層を例えば過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）でエッチングするで基体４１上から除去し、これによってエアギャップ４３を形成することにより、薄膜圧電共振器４０を得る。

このようにして得られた薄膜圧電共振器４０にあっても、共振子の圧電体膜の圧電特性が良好であり、したがって高い電気機械結合係数を有することから、例えばＧＨｚ帯などの高周波数領域で使用可能なものとなり、また、小型（薄型）であるにもかかわらず良好に機能するものとなる。
また、前述した薄膜圧電共振器３０、４０にあっては、インダクタンスやコンデンサ等の回路構成要素と適宜に組み合わされることにより、良好な誘導フィルタを構成するものとなる。

以上、本発明の実施形態による表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器及び電子機器（携帯電話機１００）について説明したが、本発明は、前記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。
例えば、前記実施形態においては電子機器として携帯電話機を、電子回路として携帯電話機内に設けられる電子回路をその一例として挙げ、説明したが、本発明は携帯電話機に限定されることなく、種々の移動体通信機器及びその内部に設けられる電子回路に適用することができる。

さらに、移動体通信機器のみならずＢＳ及びＣＳ放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。さらには、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢ等の電子機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。

本発明の圧電素子の一実施形態を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）はリラクサー材料を説明するためのグラフである。 （ａ）〜（ｅ）は圧電素子の製造工程図である。 インクジェット式記録ヘッドの概略構成図である。 インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。 （ａ）、（ｂ）はヘッドの動作を説明するための図である。 本発明のインクジェットプリンターの概略構成図である。 本発明に係る表面弾性波素子を示す側断面図である。 本発明に係る周波数フィルタを示す斜視図である。 本発明に係る発振器を示す斜視図である。 前記発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略図である。 前記発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略図である。 ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。 本発明に係る電子回路の構成を示すブロック図である。 電子機器の実施形態としての携帯電話機を示す斜視図である。 本発明に係る薄膜圧電共振器を示す側断面図である。 本発明に係る薄膜圧電共振器を示す側断面図である。

符号の説明

１…圧電素子、２…基板、３…弾性膜、４…下部電極、５…シード層、６…圧電体膜、
７…上部電極、１１…単結晶シリコン基板（単結晶基板）、１４…圧電体膜、
５０…インクジェット式記録ヘッド（ヘッド）、５４…圧電素子、
６０…インクジェットプリンター、５２１…キャビティー

Claims (14)

1. 基体上に形成されたシード層と、該シード層上に形成された圧電体膜とを備えてなり、
   前記シード層は、一般式Ｂｉ_２Ａ_ｍ−１Ｂ_ｍＯ_３ｍ＋３（但し、ｍ＝２，３，４、ＡはＢａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｌａ，Ｂｉから選ばれる金属元素、ＢはＦｅ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる金属元素）で示されるビスマス層状化合物からなり、かつｃ軸（００１）に優先配向してなるものであり、
   前記圧電体膜は、ペロブスカイト型で擬立方晶（１００）に優先配向したリラクサー材料からなることを特徴とする圧電素子。
2. 前記リラクサー材料は、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向していることを特徴とする請求項１記載の圧電素子。
3. 前記シード層は、以下の式で示される材料のうちの少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電素子。
   ・ＳｒＢｉ_２（Ｔａ_１−ｘＮｂ_ｘ）_２Ｏ_９（但し、０≦ｘ≦１．０）
   ・（Ｂｉ_１−ｘＬａ_ｘ）_４Ｔｉ_３Ｏ_１２（但し、０≦ｘ≦０．４）
   ・ＳｒＢｉ_４Ｍｅ_４Ｏ_１５（但し、ＭｅはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆの少なくとも一種）
4. 前記リラクサー材料は、以下の式で示される材料のうちの少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電素子。
   ・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
   （ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２）
   ・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
   （ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３７）
   ・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｇａ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
   （ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．５０）
   ・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｔａ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
   （ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４５）
   ・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
   （ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３５）
   ・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
   （ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０）
   ・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
   （ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１１）
   ・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
   （ただし、ｘは０．０８＜ｘ＜０．３８）
   ・（１−ｘ）Ｐｂ（Ｃｏ_１／２Ｗ_１／２）Ｏ_３−ｘＰｂＴｉＯ_３
   （ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２）
5. 前記圧電素子は、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電体膜の変形によって前記キャビティーの内容積を変化させるものである請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電素子。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電素子を備えた圧電アクチュエーター。
7. 内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
   圧電体膜の変形によって前記キャビティーの内容積を変化させる圧電素子として、請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電素子を備えたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
8. 請求項７記載のインクジェット式記録ヘッドを備えたことを特徴とするインクジェットプリンター。
9. 基板上に請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電素子が形成されてなることを特徴とする表面弾性波素子。
10. 請求項９記載の表面弾性波素子が備える前記圧電体膜の上に形成された第１の電極と、
    前記圧電体膜の上に形成され、前記第１の電極に印加される電気信号によって前記圧電体膜に生ずる表面弾性波の特定の周波数又は特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第２の電極と、を備えることを特徴とする周波数フィルタ。
11. 請求項９記載の表面弾性波素子が備える前記圧電体膜の上に形成され、印加される電気信号によって前記圧電体膜に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、
    前記圧電体膜の上に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極とトランジスタとを含む発振回路と、を備えることを特徴とする発振器。
12. 請求項１１記載の発振器と、
    前記発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子とを備えてなり、
    前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し、若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行う機能を有することを特徴とする電子回路。
13. 基体上に請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電素子からなる共振子が形成されてなることを特徴とする薄膜圧電共振器。
14. 請求項１０記載の周波数フィルタ、請求項１１記載の発振器、請求項１２記載の電子回路、請求項１３記載の薄膜圧電共振器のうちの、少なくとも１つを有することを特徴とする電子機器。
    

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