JP2007287918A - 圧電体積層体、表面弾性波素子、薄膜圧電共振子および圧電アクチュエータ、ならびに圧電体積層体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基体上にニオブ酸カリウムナトリウム層が形成された圧電体積層体を提供する。
【解決手段】圧電体積層体１００は、基体１と、前記基体１の上方に形成されたテンプレート層３ａと、前記テンプレート層３ａの上方に形成されたニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層３ｂと、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ニオブ酸カリウムナトリウム層を有する圧電体積層体、当該圧電体積層体を含む表面弾性波素子、薄膜圧電共振子および圧電アクチュエータ、ならびに圧電体積層体の製造方法に関する。

たとえば、携帯電話などの移動体通信を中心とした通信分野の著しい発展に伴い、表面弾性波素子の需要が急速に拡大している。表面弾性波素子の開発の方向としては、小型化、高効率化、高周波化の方向にある。そのためには、より大きな電気機械結合係数（ｋ^２）、より安定な温度特性、より大きな表面弾性波伝播速度、が必要となる。

表面弾性波素子は、従来、主として圧電体の単結晶上にインターディジタル型電極を形成した構造が用いられてきた。圧電単結晶の代表的なものとしては、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などがある。例えば、広帯域化や通過帯域の低損失化が要求されるＲＦフィルタの場合には、電気機械結合係数の大きいＬｉＮｂＯ_３が用いられる。一方、狭帯域でも安定な温度特性が必要なＩＦフィルタの場合は、中心周波数温度係数の小さい水晶が用いられる。さらに、電気機械結合係数および中心周波数温度係数がそれぞれＬｉＮｂＯ_３と水晶の間にあるＬｉＴａＯ_３はその中間的な役割を果たしている。また、最近、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）単結晶において、大きな電気機械結合係数の値を示すカット角が見出された。ＫＮｂＯ_３単結晶板は、特開平１０−６５４８８号公報に記載されている。

圧電単結晶基板を用いた表面弾性波素子では、電気機械結合係数、温度係数、音速などの特性は材料固有の値であり、カット角および伝播方向で決定される。たとえば、０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３単結晶基体は電気機械結合係数に優れるが、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３単結晶基体のような零温度特性は室温付近において示さない。
特開平１０−６５４８８号公報

本発明の目的は、基体上にニオブ酸カリウムナトリウム層が形成された圧電体積層体を提供することにある。

本発明の他の目的は、本発明の圧電体積層体を有する表面弾性波素子、薄膜圧電共振子および圧電アクチュエータを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、本発明の圧電体積層体の製造方法を提供することにある。

本発明にかかる圧電体積層体は、
基体と、
前記基体の上方に形成されたテンプレート層と、
前記テンプレート層の上方に形成されたニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層と、を含む。

本発明の圧電体積層体によれば、テンプレート層を有することにより、圧電体層の結晶化温度を下げることができ、その結果、所望の組成を有し、かつ優れた結晶性を有するニオブ酸カリウムナトリウム層を有する。

本発明において、特定のＡ部材（以下、「Ａ部材」という。）の上方に形成された特定のＢ部材（以下、「Ｂ部材」という。）というとき、Ａ部材の上に直接Ｂ部材が設けられた場合と、Ａ部材の上に他の部材を介してＢ部材が設けられた場合とを含む意味である。

本発明の圧電体積層体において、前記第１圧電体層は、前記組成式において、０．１＜ａ＜１であり、１≦ｘ≦１．２であることができる。

本発明の圧電体積層体において、前記第１圧電体層は、１＜ｘ≦１．１であることができる。

本発明の圧電体積層体において、前記テンプレート層は、前記圧電体層と同じ組成を有するニオブ酸カリウムナトリウムからなることができる。

本発明の圧電体積層体において、前記テンプレート層の下に、ランタン酸ニッケルからなる配向制御層を有することができる。

本発明の圧電体積層体において、前記ランタン酸ニッケルは多結晶であることができる。

本発明の圧電体積層体は、前記圧電体層の上方に形成された電極を有することができる。

本発明の圧電体積層体は、前記基体と前記圧電体層との間に形成された第１電極と、
前記第１圧電体層の上方に形成された第２電極と、を有することができる。

本発明にかかる表面弾性波素子は、本発明の圧電体積層体を含む。

本発明にかかる薄膜圧電共振子は、本発明の圧電体積層体を含む。

本発明にかかる圧電アクチュエータは、本発明の圧電体積層体を含む。

本発明にかかる圧電体積層体の製造方法は、
基体の上方に、テンプレート層を化学溶液堆積法によって形成する工程と、
前記テンプレート層の上方にニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層を化学溶液堆積法によって形成する工程と、を含む。

本発明の製造方法によれば、テンプレート層を形成することにより、圧電体層の結晶化温度を下げることができ、その結果、Ａサイト元素（カリウムおよびナトリウム）の揮発を抑制できるので所望の組成を有し、かつ優れた結晶性を有するニオブ酸カリウムナトリウム層を得ることができる。

本発明の製造方法において、前記テンプレート層を形成するための溶液と、前記圧電体層を形成するための溶液とは、同じ組成を有することができる。

本発明の製造方法において、前記テンプレート層を形成する前に、前記基体の上方にランタン酸ニッケルからなる配向制御層を形成する工程を有することができる。

以下、本発明にかかる実施形態について図面を参照しながら説明する。

１．圧電体積層体
１．１．第１の圧電体積層体
図１は、本実施形態に係る第１の圧電体積層体１００の一例を模式的に示す断面図である。

圧電体積層体１００は、基体１と、基体１上に形成された配向制御層２と、配向制御層２上に形成されたニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層３と、圧電体層３上に形成された電極４とを有する。

基体１は、圧電体積層体１００の用途によって選択され、その材料、構成は特に限定されない。基体１としては、絶縁性基板、半導体基板等を用いることができる。絶縁性基板としては、たとえばサファイア基板、ＳＴＯ基板、プラスチック基板、ガラス基板などを用いることができ、半導体基板としてはシリコン基板などを用いることができる。また、基体１は、基板単体あるいは基板上に他の層が積層された積層体であってもよい。

配向制御層２は、バッファ層あるいはシード層と呼ばれ、必要に応じて形成される。配向制御層２は、圧電体層３の結晶配向性を制御する機能を有する。すなわち、配向制御層２上に形成される圧電体層３は、配向制御層２の結晶構造を引き継いだ結晶構造となる。かかる配向制御層２としては、圧電体層３と同様の結晶構造を有する複合酸化物を用いることができる。配向制御層２としては、たとえば、ランタン酸ニッケル（ＬａＮｉＯ_３）などのペロブスカイト型酸化物を用いることができる。ランタン酸ニッケルは、多結晶であることができる。配向制御層２は、圧電体層３の配向を制御できればよく、例えば５０ないし１００ｎｍの膜厚を有することができる。

圧電体層３は、配向制御層２上に形成されたテンプレート層３ａと、該テンプレート層３ａ上に形成された圧電体層３ｂとを有する。テンプレート層３ａは、圧電体層３ｂと同じニオブ酸カリウムナトリウム層によって形成される。テンプレート層３ａは、配向制御層２の結晶配向を反映してエピタキシャル成長し、高い結晶性を有する。したがって、テンプレート層３ａが存在することにより、圧電体層３ｂは、テンプレート層３ａがない場合より、さらに優れた結晶性、配向性およびモフォロジーを有し、また、圧電体層３ｂの結晶化温度を下げる機能を有することができる。テンプレート層３ａは、例えば、５ないし１００ｎｍの膜厚を有することができる。

テンプレート層３ａは、圧電体層３ｂと同じ組成を有することが望ましいが、圧電体層３ｂと異なる材質の層であってもよい。

圧電体層３は、組成式（Ｋ_ａＮａ_１−ａ）_ｘＮｂＯ_３で表される圧電体から構成される。前記組成式において、好ましくは０．１＜ａ＜１、より好ましくは０．２≦ａ≦０．７であり、好ましくは１≦ｘ≦１．２、より好ましくは１＜ｘ≦１．１である。組成式（Ｋ_ａＮａ_１−ａ）_ｘＮｂＯ_３で表される圧電体は、室温では斜方晶の構造をとる。前記組成式において、「ａ」が上記範囲にあることにより、斜方晶から菱面体晶（a≦０．５５）および斜方晶から単斜晶（０．５５≦a）への相変化温度がマイナス４０℃以下となり、低温領域において安定した特性が得られる点で好ましい。「ａ」が０．１以下であると、結晶化のための熱処理時にカリウムの揮発のために異相が生じ、圧電特性や強誘電体特性などの物性に悪影響を及ぼす。「ｘ」が上記範囲にあることにより、低温にて結晶が形成されるのでカリウムの揮発が抑制され、層密度が向上する点で好ましい。

本実施形態の圧電体層３は、擬立方晶（１００）に優先配向していることが望ましい。

圧電体層３の代表的な膜厚は、圧電体積層体１００の用途によって選択される。圧電体層３の代表的な膜厚は、３００ｎｍから３．０μｍである。ただし、この厚みの上限値に関しては、薄層としての緻密さ、結晶配向性を維持する範囲で厚くすることができ、１０μｍ程度まで許容できる。

電極４は、金属層または導電性複合酸化物層から構成できる。電極４は、金属層と導電性複合酸化物層の積層体でもよい。電極４の材料としては、白金、イリジウム、アルミニウムなどの金属層あるいは酸化イリジウムなどの導電性複合酸化物層を用いることができる。

本実施形態の第１の圧電体積層体１００は、たとえば以下のようにして形成できる。

（１） まず、基体１を準備する。基体１は、上述したように圧電体積層体１００の用途で選択される。基体１としては、たとえばＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ_３）基板、Ｎｂ：ＳＴＯ（ＮｂドープＳｒＴｉＯ_３）基板、サファイア基板を用いることができる。

（２） 図１に示すように、基体１上に、例えば多結晶ランタン酸ニッケルからなる配向制御層２を形成する。この配向制御層２は、例えば、スパッタリング等の方法で形成できる。

（３） 図１に示すように、配向制御層２上に、ニオブ酸カリウムナトリウムからなるテンプレート層３ａおよびニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層３ｂを順に形成し、上述した組成式で示される圧電体層３を形成する。圧電体層３は、ゾルゲル法やＭＯＤ（Metal Organic Decomposition）法などの化学溶液堆積法にて形成することができる。圧電体層３は、前記組成式の組成となる前駆体溶液を用いて塗布層を形成し、該塗布層を結晶化させることにより形成できる。

圧電体層３の形成材料である前駆体溶液については、圧電体層３となる圧電材料の構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属化合物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、または分散させることにより作製することができる。圧電材料の構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属化合物としては、金属アルコキシドや有機酸塩、βジケトン錯体といった有機金属化合物を用いることができる。具体的には、圧電材料として以下のものが挙げられる。

ナトリウム（Ｎａ）を含む有機金属化合物としては、たとえば、ナトリウムエトキシドが挙げられる。カリウム（Ｋ）を含む有機金属化合物としては、たとえば、カリウムエトキシドが挙げられる。ニオブ（Ｎｂ）を含む有機金属化合物としては、たとえばニオブエトキシドが挙げられる。圧電材料の構成金属を含んでなる有機金属化合物は、これらに限定されず、公知のものを用いることができる。

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することができる。さらに、前駆体溶液に加水分解・重縮合を起こさせる場合には、前駆体溶液に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することができる。

テンプレート層３ａは、以下のようにして形成される。すなわち、テンプレート層３ａが所望の組成比となるように、原料溶液を調製する。この原料溶液を配向制御層２上に塗布した後、熱処理を加えて塗層を結晶化させることにより、テンプレート層３ａを形成することができる。具体的には、たとえば、原料溶液の塗布工程、アルコールなどの溶媒の除去工程、塗層の乾燥熱処理工程および脱脂熱処理工程の一連の工程を行い、その後に結晶化アニールにより焼成してテンプレート層３ａを形成する。テンプレート層３ａの結晶化アニールは、５５０ないし７５０℃で行うことができる。テンプレート層３ａは、前述したように、５ないし１００ｎｍの膜厚とすることにより、配向制御層２の配向性を引き継いだ良好な結晶となる。

次に、圧電体層３ｂは、テンプレート層３ａ上に以下のようにして形成される。すなわち、圧電体層３ｂが所望の組成比となるように、原料溶液を調製する。この原料溶液をテンプレート層３ａ上に塗布した後、熱処理を加えて塗層を結晶化させることにより、圧電体層３ｂを形成することができる。具体的には、たとえば、原料溶液の塗布工程、アルコールなどの溶媒の除去工程、塗層の乾燥熱処理工程および脱脂熱処理工程の一連の工程を所望の回数行い、その後に結晶化アニールにより焼成して圧電体層３ｂを形成する。また、上述した塗布工程、溶媒の除去工程、塗層の乾燥熱処理工程、脱脂熱処理工程および結晶化アニール工程からなる一連の工程を所望の回数行うことにより、圧電体層３ｂを形成することもできる。圧電体層３ｂの結晶化アニールは、テンプレート層３ａの結晶化アシストによって結晶化温度をテンプレート層３ａがない場合に比べて低くでき、５５０ないし６５０℃で行うことができる。このように圧電体層３ｂの結晶化温度を下げることにより、揮発しやすいＡサイト元素（カリウムおよびナトリウム）の揮発を抑制でき、所望の組成を有するニオブ酸カリウムナトリウム層を得ることができる。

（４） 図１に示すように、圧電体層３上に、電極４を形成する。電極４を構成する金属層あるいは導電性複合酸化物層は、たとえば公知のスパッタリングなどによって形成される。

（５） 次に、必要に応じて、ポストアニールを酸素雰囲気中でＲＴＡ（ラピッドサーマルアニール）等を用いて行うことができる。これにより、電極４と圧電体層３との良好な界面を形成することができ、かつ圧電体層３の結晶性を改善することができる。

以上の工程によって、本実施形態にかかる第１の圧電体積層体１００を製造することができる。

以上のようにして、圧電体層３を形成することにより、圧電体層３は、組成式（Ｋ_ａＮａ_１−ａ）_ｘＮｂＯ_３で表される圧電体から構成される。この圧電体は、室温では斜方晶の構造を有するペロブスカイト型酸化物である。また、圧電体層３は、配向制御層２上に形成されることにより、高い結晶性および配向性を有する。さらに、テンプレート層３ａを形成することにより、圧電体層３ａの結晶化温度を下げることができ、その結果、Ａサイト元素（カリウムおよびナトリウム）の揮発を抑制できるので所望の組成を有し、かつ優れた結晶性を有するニオブ酸カリウムナトリウム層を得ることができる。

１．２．第２の圧電体積層体
図２は、本実施形態に係る第２の圧電体積層体２００の一例を模式的に示す断面図である。

圧電体積層体２００は、基体１と、基体１上に形成された第１電極（下部電極）５と、下部電極５上に形成された配向制御層２と、配向制御層２上に形成されたニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層３と、圧電体層３上に形成された第２電極（上部電極）４とを含む。

基体１は、圧電体積層体２００の用途によって選択され、その材料、構成は特に限定されない。基体１としては、第１の圧電体積層体１００で述べたと同様のものを用いることができる。

下部電極５は、白金族などの金属層あるいは導電性複合酸化物層を用いることができる。また、下部電極５としては、金属層と導電性複合酸化物層とが積層された多層構造を有する導電層を用いることができる。

配向制御層２は、第１の圧電体積層体１００で述べたように、バッファ層あるいはシード層と呼ばれ、必要に応じて形成される。配向制御層２は、圧電体層３の結晶配向性を制御する機能を有する。かかる配向制御層２としては、圧電体層３と同様の結晶構造を有する複合酸化物を用いることができる。配向制御層２としては、たとえば、ランタン酸ニッケル（ＬａＮｉＯ_３）などのペロブスカイト型酸化物を用いることができる。配向制御層２は、圧電体層３の配向を制御できればよく、例えば５ないし１００ｎｍの膜厚を有することができる。ランタン酸ニッケルからなる配向制御層２は、導電性を有し、下部電極としても機能する。

圧電体層３は、第１の圧電体積層体１００における圧電体層３と同様である。すなわち、圧電体層３は、配向制御層２上に形成されたテンプレート層３ａと、該テンプレート層３ａ上に形成された圧電体層３ｂとを有する。テンプレート層３ａは、圧電体層３ｂと同じニオブ酸カリウムナトリウム層によって形成される。テンプレート層３ａは、配向制御層２の結晶配向を反映してエピタキシャル成長し、高い結晶性を有する。したがって、テンプレート層３ａが存在することにより、圧電体層３ｂは、テンプレート層３ａがない場合より、さらに優れた結晶性、配向性およびモフォロジーを有し、圧電体層３ｂの結晶化温度を下げることができる。

圧電体層３は、組成式（Ｋ_ａＮａ_１−ａ）_ｘＮｂＯ_３で表される圧電体から構成される。前記組成式において、好ましくは０．１＜ａ＜１、より好ましくは０．２≦ａ≦０．７であり、好ましくは１≦ｘ≦１．２、より好ましくは１＜ｘ≦１．１である。組成式（Ｋ_ａＮａ_１−ａ）_ｘＮｂＯ_３で表される圧電体は、室温では斜方晶の構造をとる。前記組成式において、「ａ」が上記範囲にあることにより、斜方晶から菱面体晶（a≦０．５５）および斜方晶から単斜晶（０．５５≦a）への相変化温度がマイナス４０℃以下となり、低温領域において安定した特性が得られる点で好ましい。組成式における「ａ」および「ｘ」の数値範囲に関する事項および圧電体層３の特徴は、第１の圧電体積層体１００で述べたと同様であるので、詳細な記載を省略する。

上部電極４は、下部電極５と同様に、金属層または導電性複合酸化物層、あるいはそれらの積層体からなることができる。すなわち、上部電極４は、白金、イリジウムなどの金属層あるいは酸化イリジウムなどの導電性複合酸化物層を用いることができる。

本実施形態の第２の圧電体積層体２００は、たとえば以下のようにして形成できる。

（１） まず、基体１を準備する。基体１としては、第１の圧電体積層体１００で述べた基体１と同様のものを用いることができる。基体１としては、たとえばシリコン基板を用いることができる。

（２） 図２に示すように、基体１上に、下部電極５を形成する。下部電極５を構成する金属層または導電性複合酸化物層は、たとえば公知のスパッタリング法などによって形成される。

（３） 図２に示すように、基体１上に、例えば多結晶ランタン酸ニッケルからなる配向制御層２を形成する。この配向制御層２は、例えば、スパッタリング等の方法で形成できる。

（４） 図２に示すように、下部電極５上に、ニオブ酸カリウムナトリウムからなるテンプレート層３ａおよびニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層３ｂを順に形成し、上述した組成式で示される圧電体層３を形成する。圧電体層３は、ゾルゲル法やＭＯＤ法などの化学溶液堆積法にて形成することができる。テンプレート層３ａおよび圧電体層３ｂの形成方法は、第１の圧電体積層体１００の場合と同様であるので、詳細な説明を省略する。

（５） 図２に示すように、圧電体層３上に、上部電極４を形成する。上部電極４を構成する金属層または導電性複合酸化物層の構成、形成方法については、第１の圧電体積層体１００の電極４と同様であるので、詳細な説明を省略する。

（６） 次に、必要に応じて、ポストアニールを酸素雰囲気中でＲＴＡ等を用いて行うことができる。これにより、下部電極５（配向制御層２），上部電極４と圧電体層３との良好な界面を形成することができ、かつ圧電体層３の結晶性を改善することができる。

以上の工程によって、本実施形態にかかる第２の圧電体積層体２００を製造することができる。

以上のようにして、圧電体層３を形成することにより、圧電体層３は、組成式（Ｋ_ａＮａ_１−ａ）_ｘＮｂＯ_３で表される圧電体から構成される。この圧電体は、室温では斜方晶の構造を有するペロブスカイト型酸化物である。また、圧電体層３は、配向制御層２上に形成されることにより、高い結晶性および配向性を有する。さらに、テンプレート層３ａを形成することにより、圧電体層３ａの結晶化温度を下げることができ、その結果、Ａサイト元素（カリウムおよびナトリウム）の揮発を抑制できので所望の組成を有し、かつ優れた結晶性を有するニオブ酸カリウムナトリウム層を得ることができる。

なお、圧電体層３は、ゾルゲル法やＭＯＤ法の液相法のみならず、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こともできる。

第１、第２の圧電体積層体１００，２００は、圧電特性に優れた圧電体層３を有し、後述する各種の用途に好適に適用できる。

２．実施例
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

２．１．実施例１、参考例１
カリウムエトキシド、ナトリウムエトキシドおよびニオブエトキシドを、Ｋ：Ｎａ：Ｎｂ＝１．０：０．２：１．０のモル比で混合し、この混合液をブチルセロソルブ中で還流し、トリプルアルコキシド溶液を調整した。さらに、この溶液の安定化剤としてジエタノールアミンを添加した。このようにして前駆体溶液を調整した。なお、ジエタノールアミンの代わりに酢酸を用いることもできる。この前駆体溶液を、配向制御層として多結晶ランタン酸ニッケル層を形成した基体（ランタン酸ニッケル層／白金層／酸化シリコン層／シリコン基板）上にスピンコート法により塗布し、ホットプレート上で乾燥、仮焼成した後、７００℃にてラピッドサーマルアニールを施し、膜厚約３０ｎｍのテンプレート層を得た。

次いで、カリウムエトキシド、ナトリウムエトキシドおよびニオブエトキシドを、Ｋ：Ｎａ：Ｎｂ＝１．０：０．２：１．０のモル比で混合し、この混合液をブチルセロソルブ中で還流し、トリプルアルコキシド溶液を調整した。さらに、この溶液の安定化剤としてジエタノールアミンを添加した。このようにして前駆体溶液を調整した。この前駆体溶液をテンプレート層上にスピンコート法により塗布し、ホットプレート上で乾燥、仮焼成した後、６５０℃にてラピッドサーマルアニールを施し、ニオブ酸カリウムナトリウム層を形成した。この工程を８回繰り返して、厚さ約１μｍの多結晶ニオブ酸ナトリウムカリウム（ＫＮＮ）層を得た。

このサンプルを用いて、その断面をＳＥＭにて観察したところ、図３（Ａ）に示す結果が得られた。この結果から、本実施例のサンプルは、緻密で良好な結晶性を有することが確認された。また、このサンプルについて、ＸＲＤによって結晶性を調べたところ、図４（Ａ）に示す結果が得られた。この結果から、本実施例では、ＫＮＮ層は、１μｍの膜厚であっても、（１００）に単一配向していることが確認された。

参考例１として、実施例１における配向制御層を形成しない他は、実施例１と同様にしてＫＮＮ層を形成した。このＫＮＮ層をＸＲＤによって結晶性を調べた。その結果を図４（Ｂ）に示す。この結果から、白金層上にＫＮＮ層を形成すると、ＫＮＮ層はランダム配向することが確認された。

２．２．実施例２
実施例１における、カリウムに対するナトリウムのモル比（モル％）を表１に示すように代えた他は、実施例１と同様にしてＫＮＮ層を形成した。すなわち、前駆体溶液中のカリウムに対するナトリウム量（過剰Ｎａ量）を、１０モル％，２０モル％，４０モル％および５０モル％に調製した。その結果、４種の厚さ約１μｍの多結晶ＫＮＮ層を得た。

得られたＫＮＮ層について、組成分析を行った。具体的には、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）発光分析法によって、実施例２にかかるＫＮＮ層の組成分析を行った。その結果を表１に示す。表１より、実施例のＫＮＮ層では、式（Ｋ_ａＮａ_１−ａ）_ｘＮｂＯ_３におけるｘは１より大きく、Ｎｂに対して、ＫおよびＮａが化学量論組成に比べて過剰に含まれることが確認された。また、前駆体溶液におけるＮａ量を増加させても「ｘ」の値は最大で約１．１であった。

２．３．比較例１
テンプレート層を形成しない他は、実施例１と同様にして、基体上に膜厚約１μｍのＫＮＮ層を形成した。このサンプルを用いて、その断面をＳＥＭにて観察したところ、図３（Ｂ）に示す結果が得られた。この結果から、本比較例１のサンプルは、実施例１に比べて、結晶性が劣ることが確認された。

３．適用例
３．１．表面弾性波素子
次に、本発明の第１の圧電体積層体１００を適用した表面弾性波素子の一例について、図面を参照しながら説明する。

図５は、本実施形態に係る表面弾性波素子３００を模式的に示す断面図である。

表面弾性波素子３００は、図１に示す第１の圧電体積層体１００を適用して形成される。すなわち、表面弾性波素子３００は、圧電体積層体１００における基体１と、基体１上に形成された配向制御層２と、配向制御層２上に形成された圧電体層３と、圧電体層３上に形成された電極、すなわちインターディジタル型電極（以下、「ＩＤＴ電極」という）１８，１９と、を含む。ＩＤＴ電極１８，１９は、図１に示す電極４をパターニングして形成される。

３．２．周波数フィルタ
次に、本発明の表面弾性波素子を適用した周波数フィルタの一例について、図面を参照しながら説明する。図６は、周波数フィルタを模式的に示す図である。

図６に示すように、周波数フィルタは積層体１４０を有する。この積層体１４０としては、上述した表面弾性波素子３００と同様の積層体（図５参照）を用いることができる。すなわち、積層体１４０は、図１に示す基体１と、配向制御層２と、圧電体層３とを有することができる。

積層体１４０は、その上面に、図１に示す電極４をパターニングして形成されるＩＤＴ電極１４１、１４２を有する。また、ＩＤＴ電極１４１、１４２を挟むように、積層体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、積層体１４０の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。一方のＩＤＴ電極１４１には高周波信号源１４５が接続されており、他方のＩＤＴ電極１４２には信号線が接続されている。

３．３．発振器
次に、本発明の表面弾性波素子を適用した発振器の一例について、図面を参照しながら説明する。図７は、発振器を模式的に示す図である。

図７に示すように、発振器は積層体１５０を有する。この積層体１５０としては、上述した表面弾性波素子３００と同様の積層体（図５参照）を用いることができる。すなわち、積層体１５０は、図１に示す基体１と、配向制御層２と、圧電体層３とを有することができる。

積層体１５０の上面には、図１に示す電極４をパターニングして形成される、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また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。

また、前述した発振器をＶＣＳＯ（Voltage Controlled ＳＡＷ Oscillator：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用することもできる。

以上述べたように、周波数フィルタおよび発振器は、本発明に係る表面弾性波素子を有することができる。

３．４．薄膜圧電共振子
次に、本発明の圧電体積層体を適用した薄膜圧電共振子の一例について、図面を参照しながら説明する。

３．４．１．第１の薄膜圧電共振子
図８は、本実施形態の一例である第１の薄膜圧電共振子７００を模式的に示す図である。第１の薄膜圧電共振子７００は、ダイアフラム型の薄膜圧電共振子である。

第１の薄膜圧電共振子７００は、基板７０１と、弾性層７０３と、下部電極７０４と、圧電体層７０５と、上部電極７０６と、を含む。薄膜圧電共振子７００における基板７０１と、下部電極７０４、圧電体層７０５、および上部電極７０６は、それぞれ図２に示す圧電体積層体２００における基体１、下部電極５、配向制御層２、圧電体層３、および上部電極４に相当する。また、弾性層７０３としては、図２において図示しないバッファ層などの層を用いることができる。すなわち、第１の薄膜圧電共振子７００は、図２に示す圧電体積層体２００を有する。

基板７０１には、基板７０１を貫通するビアホール７０２が形成されている。上部電極７０６上には、配線７０８が設けられている。配線７０８は、弾性層７０３上に形成された電極７０９と、パッド７１０を介して電気的に接続されている。

３．４．２．第２の薄膜圧電共振子
図９は、本実施形態の一例である第２の薄膜圧電共振子８００を模式的に示す図である。第２の薄膜圧電共振子８００が図８に示す第１の薄膜圧電共振子７００と主に異なるところは、ビアホールを形成せず、基板８０１と弾性層８０３との間にエアギャップ８０２を形成した点にある。

第２の薄膜圧電共振子８００は、基板８０１と、弾性層８０３と、下部電極８０４と、圧電体層８０５と、上部電極８０６と、を含む。薄膜圧電共振子８００における基板８０１、下部電極８０４、圧電体層８０５、および上部電極８０６は、それぞれ図２に示す圧電体積層体２００における基体１、下部電極５、配向制御層２、圧電体層３、および上部電極４に相当する。また、弾性層８０３としては、図２における配向制御層２などの層を用いることができる。すなわち、第２の薄膜圧電共振子８００は、図２に示す圧電体積層体２００を有する。エアギャップ８０２は、基板８０１と、弾性層８０３との間に形成された空間である。

本実施形態に係る圧電薄層共振子（例えば、第１の薄膜圧電共振子７００および第２の薄膜圧電共振子８００）は、共振子、周波数フィルタ、または、発振器として機能することができる。

３．５．圧電アクチュエータ
本発明の第２の圧電体積層体２００を圧電アクチュエータに適応した例として、インクジェット式記録ヘッドについて説明する。図１０は、本実施形態に係る圧電アクチュエータを適用し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１１は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。

図１０および図１１に示すように、インクジェット式記録ヘッド５０は、ヘッド本体５７と、ヘッド本体５７上に形成される圧電部５４と、を含む。圧電部５４には図２に示す圧電体積層体２００が適用され、下部電極５、配向制御層２、圧電体層３および上部電極４が順に積層して構成されている。インクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電部５４は、圧電アクチュエータとして機能する。

ヘッド本体５７は、ノズル板５１と、インク室基板５２と、弾性層５５と、から構成されている。図２に示す圧電体積層体２００における基体１は、図１０における弾性層５５を構成する。弾性層５５としては、図２における配向制御層２などの層を用いることができる。また、圧電体積層体２００における基体１は、図１０におけるインク室基板５２を構成する。インク室基板５２にはキャビティ５２１が形成されている。また、ノズル板５１には、キャビティ５２１と連続するノズル５１１が形成されている。そして、図１１に示すように、これらが筐体５６に収納されて、インクジェット式記録ヘッド５０が構成されている。ノズル５１１の穴径は１０〜３０μｍである。またノズル５１１は、１インチあたり９０ノズルないし３００ノズルのピッチで形成される。

各圧電部は、圧電素子駆動回路（図示しない）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、各圧電部５４はそれぞれ振動源（ヘッドアクチュエータ）として機能する。弾性層５５は、圧電部５４の振動（たわみ）によって振動し、キャビティ５２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。圧電体への最大印加電圧は２０Ｖ〜４０Ｖであり、２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚで駆動する。代表的なインク吐出量は２ピコリットルから５ピコリットルの間である。

なお、上述では、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、本実施形態は、圧電体積層体を圧電アクチュエータとして用いた液体噴射ヘッドを対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

本発明の実施形態にかかる第１の圧電体積層体を模式的に示す断面図。 本発明の実施形態にかかる第２の圧電体積層体を模式的に示す断面図。 （Ａ）は、本発明の実施例における圧電体層の断面のＳＥＭによる図、（Ｂ）は比較例における圧電体層の断面のＳＥＭによる図。 （Ａ）は、本発明の実施例における圧電体層のＸＲＤの図、（Ｂ）は参考例における圧電体層のＸＲＤの図。 本発明の実施形態にかかる表面弾性波素子を模式的に示す図。 本発明の実施形態にかかる表面弾性波素子を適用した周波数フィルタを模式的に示す図。 本発明の実施形態にかかる表面弾性波素子を適用した発振器を模式的に示す図。 本発明の実施形態にかかる第１の薄膜圧電共振子を模式的に示す図。 本発明の実施形態にかかる第２の薄膜圧電共振子を模式的に示す図。 本発明の実施形態にかかる圧電アクチュエータを適用したインクジェット式ヘッドを模式的に示す図。 本発明の実施形態にかかる圧電アクチュエータを適用したインクジェット式ヘッドを模式的に示す斜視図。

符号の説明

１ 基体、２ 配向制御層、３ 圧電体層、３ａ テンプレート層、３ｂ 圧電体層、４ 電極（上部電極）、５ 下部電極、１００，２００ 圧電体積層体、３００ 表面弾性波素子、７００，８００ 薄膜圧電共振子

Claims (14)

1. 基体と、
   前記基体の上方に形成されたテンプレート層と、
   前記テンプレート層の上方に形成されたニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層と、を含む、圧電体積層体。
2. 請求項１において、
   前記圧電体層は、組成式（Ｋ_ａＮａ_１−ａ）ｘＮｂＯ_３で表され、該組成式において、０．１＜ａ＜１であり、１≦ｘ≦１．２である、圧電体積層体。
3. 請求項２において、
   前記圧電体層は、前記組成式において、１＜ｘ≦１．１である、圧電体積層体。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記テンプレート層は、前記圧電体層と同じ組成を有するニオブ酸カリウムナトリウムからなる、圧電体積層体。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記テンプレート層の下に、ランタン酸ニッケルからなる配向制御層を有する、圧電体積層体。
6. 請求項５において、
   前記ランタン酸ニッケルは多結晶である、圧電体積層体。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   前記圧電体層の上方に形成された電極を有する、圧電体積層体。
8. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   前記基体と前記圧電体層との間に形成された第１電極と、
   前記第１圧電体層の上方に形成された第２電極と、を有する、圧電体積層体。
9. 請求項７に記載の圧電体積層体を含む、表面弾性波素子。
10. 請求項８に記載の圧電体積層体を含む、薄膜圧電共振子。
11. 請求項８に記載の圧電体積層体を含む、圧電アクチュエータ。
12. 基体の上方に、テンプレート層を化学溶液堆積法によって形成する工程と、
    前記テンプレート層の上方にニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層を化学溶液堆積法によって形成する工程と、を含む、圧電体積層体の製造方法。
13. 請求項１２において、前記テンプレート層を形成するための溶液と、前記圧電体層を形成するための溶液とは、同じ組成を有する、圧電体積層体の製造方法。
14. 請求項１２または１３において、
    前記テンプレート層を形成する前に、前記基体の上方にランタン酸ニッケルからなる配向制御層を形成する工程を有する、圧電体積層体の製造方法。