JP2014157095A - 圧電センサ及び角速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】高いセンサ特性を有する圧電センサ及び角速度センサを提供する。
【解決手段】基板１００と、基板１００の上に設けられた下部電極１２０と、下部電極１２０の上に設けられ、第１誘電率を有する駆動領域１４０ａおよび第１誘電率よりも低い第２誘電率を有する検知領域１４０ｂを有する圧電膜１４０と、圧電膜１４０の駆動領域１４０ａの上に設けられ圧電膜１４０を振動させる電圧を印加する駆動電極１６０と、圧電膜１４０の検知領域１４０ｂの上に設けられ圧電膜１４０の歪によって生じた電圧を検出する検知電極１７０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電センサ及び角速度センサに関する。

近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）による、圧電膜を用いた圧電センサとして、角速度センサ、加速度センサ、または圧力センサが開発されている。例えば、ＭＥＭＳによる振動式の圧電センサとしては、回転座標系の中で移動する物質に加わるコリオリ力を利用したものがある（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１２−１０８０９０号公報

上記のようなＭＥＭＳによる圧電センサでは、駆動電極から圧電膜に電圧を印加して振動部を振動させた状態で、振動部に加わったコリオリ力を圧電膜の歪みによって生じる電圧として検知電極から検出する。

このような圧電センサにおいて高いセンサ特性を得るためには、駆動電極から圧電膜に印加される電圧が小さくとも、圧電膜が大きく変位することが望まれる。一方で、コリオリ力によって生じた圧電膜の変位量が小さくとも、検知電極から出力される電圧が大きいことが望まれる。

本発明の目的は、高いセンサ特性を有する圧電センサ及び角速度センサを提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、
基板と、
前記基板の上に設けられた下部電極と、
前記下部電極の上に設けられ、第１誘電率を有する駆動領域および前記第１誘電率よりも低い第２誘電率を有する検知領域を有する圧電膜と、
前記圧電膜の前記駆動領域の上に設けられ、前記圧電膜を振動させる電圧を印加する駆動電極と、
前記圧電膜の前記検知領域の上に設けられ、前記圧電膜の歪によって生じた電圧を検出する検知電極と、
を有する
圧電センサが提供される。

本発明の第２の態様によれば、
前記下部電極は、
前記基板の上に設けられ、第１金属を含む第１金属層と、
前記第１金属層の上に設けられ、前記第１金属と異なる第２金属を含む第２金属層と、
を有し、
前記駆動領域の下の位置における前記第２金属層の厚さに対する前記第１金属層の厚さの比率は、前記検知領域の下の位置における前記第２金属層の厚さに対する前記第１金属層の厚さの比率よりも高い
第１の態様に記載の圧電センサが提供される。

本発明の第３の態様によれば、
前記検知領域の結晶配向度は、前記駆動領域の結晶配向度よりも高い
第１または第２の態様に記載の圧電センサが提供される。

本発明の第４の態様によれば、
前記検知領域の（００１）配向度は、前記駆動領域の（００１）配向度よりも高い
第３の態様に記載の圧電センサが提供される。

本発明の第５の態様によれば、
前記圧電膜は、（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３（ただし、０＜ｘ＜１）である
第１〜第４の態様のいずれかに記載の圧電センサが提供される。

本発明の第６の態様によれば、
前記基板は、Ｓｉ基板、熱酸化膜付きＳｉ基板、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ＭｇＯ基板、ＳｒＴｉＯ_３基板、ＳｒＲｕＯ_３基板、ＧａＡs基板、サファイア基板、Ｇｅ基板、ステンレス基板、ガラス基板、石英ガラス基板のいずれか一つの基板、又はこれらのいずれか一つ以上を含む複合基板である
第１〜第５の態様のいずれかに記載の圧電センサが提供される。

本発明の第７の態様によれば、
前記基板は、
長尺に設けられた一対の振動部と、
前記一対の振動部を支持する支持部と、
を有し、
前記下部電極、前記圧電膜、前記駆動電極及び前記検知電極の少なくとも一部は、前記振動部の上に設けられた
第１〜第６の態様のいずれかに記載の圧電センサが提供される。

本発明の第８の態様によれば、
基板と、
前記基板の上に設けられた下部電極と、
前記下部電極の上に設けられ、第１誘電率を有する駆動領域および前記第１誘電率よりも低い第２誘電率を有する検知領域を有する圧電膜と、
前記圧電膜の前記駆動領域の上に設けられ、前記圧電膜を振動させる電圧を印加する駆動電極と、
前記圧電膜の前記検知領域の上に設けられ、前記圧電膜の歪によって生じた電圧を検出する検知電極と、
を有する
ことを特徴とする角速度センサが提供される。

本発明によれば、高いセンサ特性を有する圧電センサ及び角速度センサが提供される。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る角速度センサの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る角速度センサの製造方法の工程を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る角速度センサの製造方法の工程を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る角速度センサの製造方法の工程を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る角速度センサの製造方法の工程を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る角速度センサの製造方法の工程を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る角速度センサの製造方法の工程を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る角速度センサの製造方法の工程を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 （ａ）は本発明の変形例に係る角速度センサの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 （ａ）は実施例に係る測定用試料の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 実施例に係る測定用のレーザドップラ変位計を示す模式図である。 （ａ）は下部電極のＴｉ／Ｐｔ比に対するＫＮＮ膜の（００１）配向度を示すグラフであり、（ｂ）は下部電極のＴｉ／Ｐｔ比に対するＫＮＮ膜の比誘電率を示すグラフであり、（ｃ）は下部電極のＴｉ／Ｐｔ比に対するＫＮＮ膜の圧電歪定数を示すグラフである。

＜発明者等の得た知見＞
まず、発明者等が得た知見について説明する。

ここで、圧電センサは、例えば、基板上に設けられた下部電極と、下部電極の上に設けられた圧電膜と、圧電膜の上に設けられた駆動電極および検知電極と、を有する。このとき、例えば、同一の基板上に、圧電膜を連続的に成膜し、駆動電極および検知電極を複数設けて、一枚の基板から多数の圧電センサが製造される場合がある。

このような圧電センサにおいて高いセンサ特性を得るためには、駆動電極から圧電膜に印加される電圧が小さくとも、圧電膜が大きく変位することが望まれる。一方で、コリオリ力によって生じた圧電膜の変位量が小さくとも、検知電極から出力される電圧が大きいことが望まれる。

しかしながら、圧電膜が駆動電極の下の位置から検知電極の下の位置まで連続して設けられる場合では、上記した二つの圧電膜特性を両立することは困難である可能性がある。

そこで、本発明者等は、圧電膜の特性を表す指標として、誘電率ε、電圧特性の評価指標として圧電歪定数ｄ、および圧電検知能力の評価指標として圧電出力定数ｇを用い、上記課題を解決する手段について鋭意研究を行った結果、以下のような知見を得た。

ここで、圧電膜の誘電率をεとしたとき、圧電歪定数ｄおよび圧電出力定数ｇは下記の関係式（１）で表される。
ｇ＝ｄ／ε ・・・（１）
なお、圧電歪定数ｄは、逆圧電定数とも呼ばれる。

また、圧電膜１４０の比誘電率をε_ｒ、真空の誘電率をε_０、電荷をＱ、自発分極をＰ_ｒとしたとき、圧電歪定数ｄは、下記の式（２）で表される。
ｄ＝２Ｑε_ｒε_０Ｐ_ｒ ・・・（２）
なお、圧電膜１４０の誘電率εは以下の式で表される。
ε＝ε_ｒε_０ ・・・（３）

上記式（２）から、圧電歪定数ｄが高い場合、圧電膜に印加される電圧が小さくとも、圧電膜が大きく変位する。上記式（１）から、圧電出力定数ｇが高い場合、コリオリ力によって生じた圧電膜の変位量が小さくとも、検知電極から出力される電圧が大きい。

しかしながら、上述のように、高い圧電歪定数ｄと、高い圧電出力定数ｇと、を両立することは困難である可能性がある。

本発明者等は、鋭意研究の結果、圧電膜に、互いに異なる誘電率を有する二つの領域を設けることで、上記課題を解決することができることを見出した。

さらに、本発明者等は、圧電膜の下に位置する下部電極の構成を調整することにより、圧電膜に互いに異なる誘電率を有する二つの領域を容易に設けることができることを見出した。以下の実施形態は、上記知見に基づくものである。

＜本発明の一実施形態＞
（１）角速度センサの構造
本発明の一実施形態に係る圧電センサは、例えば圧電膜を用いたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）として構成される振動式の角速度センサである。以下、本実施形態に係る圧電センサは角速度センサであるとして、図１を用いて説明する。

図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る角速度センサの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。

本実施形態に係る角速度センサ１０は、基板１００と、基板１００の上に設けられた下部電極１２０と、下部電極１２０の上に設けられ、第１誘電率を有する駆動領域１４０ａおよび第１誘電率よりも低い第２誘電率を有する検知領域１４０ｂを有する圧電膜１４０と、駆動領域１４０ａの上に設けられた駆動電極１６０と、検知領域１４０ｂの上に設けられた検知電極１７０と、を有する。以下詳細を説明する。

基板１００は、例えば、Ｓｉ基板、熱酸化膜付きＳｉ基板、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ＭｇＯ基板、ＳｒＴｉＯ_３基板、ＳｒＲｕＯ_３基板、ＧａＡs基板、サファイア基板、Ｇｅ基板、ステンレス基板、ガラス基板、石英ガラス基板のいずれか一つの基板、又はこれらのいずれか一つ以上を含む複合基板である。

ここでは、基板１００は熱酸化膜付きＳｉ基板であり、基板１００の主面は（１００）面である。また、基板１００の厚さは例えば０．５２５ｍｍであり、基板１００の熱酸化膜の厚さは２００ｎｍである。

基板１００は、例えば、いわゆる音叉形状に加工されている。具体的には、基板１００は、長尺に設けられた一対の振動部１０２と、一対の振動部１０２を支持する支持部１０４と、を有する。

基板１００の上には、下部電極１２０が設けられている。下部電極１２０は、例えば、一対の振動部１０２および支持部１０４の上に設けられている。

下部電極１２０は、例えば二層構造を有している。下部電極１２０は、基板１００の上に設けられ第１金属を含む第１金属層１２２と、第１金属層１２２の上に設けられ第１金属と異なる第２金属を含む第２金属層１２４と、を有する。下部電極１２０の機能は、第１金属層１２２と第２金属層１２４とによって分けられる。例えば、第１金属層１２２は、基板１００との密着性を向上させる。また、第２金属層１２４の結晶配向度は、後述する圧電膜１４０の結晶配向度に影響する。さらに後述するように、第２金属層１２４の厚さに対する第１金属層１２２の厚さの比率に応じて、圧電膜１４０の誘電率ε等が変化する。

第１金属は、例えばＴｉ、Ｔａ、及びこれらの合金の少なくともいずれかである。すなわち、第１金属層１２２は、例えばＴｉ、Ｔａ、及びこれらの合金、及びこれらの酸化物並びにこれらの窒化物の少なくともいずれかを含む。これらの材料のいずれかを含む第１金属層１２２が基板１００と第２金属層１２４との間に介在することにより、基板１００と第２金属層１２４との密着性が向上する。第１金属層１２２の厚さは、例えば０より大きく１０ｎｍ以下である。

第１金属層１２２は、第１金属を含んでいれば必ずしも連続した膜でなくてもよく、島状の層であってもよい。また、第１金属層１２２は、第１金属および第２金属が混合した部分を有していてもよい。この場合、第１金属を含む領域が第１金属層１２２である。

第２金属は、例えばＰｔである。すなわち、第２金属層１２４は、例えばＰｔ、又はＰｔの合金を含む。第２金属層１２４の上面は（１１１）面に優先配向している。これにより、後述する圧電膜１４０の結晶配向度が向上する。第２金属層１２４の厚さは、例えば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。

なお、駆動領域１４０ａの下に位置する第１金属層１２２ａおよび第２金属層１２４ａは、それぞれ検知領域１４０ｂの下に位置する第１金属層１２２ｂおよび第２金属層１２４ｂと連続的に形成されていてもよい。

また、第１金属層１２２の厚さおよび第２金属層１２４の厚さの比率等については、詳細を後述する。

下部電極１２０の上には、圧電膜１４０が設けられている。圧電膜１４０の少なくとも一部は、振動部１０２の上に設けられている。

圧電膜１４０は、例えば、アルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造を有する。この構造は擬立方晶である。圧電膜１４０は、例えば（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３（ただし、０＜ｘ＜１）（以下、ＫＮＮ）である。なお、より好ましくは、０．４≦ｘ≦０．７である。圧電膜１４０は、例えば（００１）面に優先配向している。圧電膜１４０の厚さは、例えば０．１μｍ以上１０μｍ以下である。

ここで、圧電膜１４０は、互いに異なる誘電率を有する二つの領域に分かれている。圧電膜１４０は、第１誘電率を有する駆動領域１４０ａと、第１誘電率よりも低い第２誘電率を有する検知領域１４０ｂと、を有する。

駆動領域１４０ａは、平面視で検知領域１４０ｂと異なる位置に設けられ、検知領域１４０ｂに接している。なお、「平面視で」とは、基板１００の上に積層する方向から見た場合のことをいう。

一方で、駆動領域１４０ａおよび検知領域１４０ｂは、連続した一つの層として形成されている。駆動領域１４０ａの組成は、検知領域１４０ｂの組成と等しい。また、駆動領域１４０ａの圧電膜１４０の厚さは、検知領域１４０ｂの圧電膜１４０の厚さと等しい。

圧電膜１４０の上には、駆動電極１６０および検知電極１７０が設けられている。駆動電極１６０は、圧電膜１４０の駆動領域１４０ａの上に設けられている。検知電極１７０は、圧電膜１４０の検知領域１４０ｂの上に設けられている。

検知電極１７０および駆動電極１６０の少なくとも一部は、振動部１０２の上に設けられている。駆動電極１６０は、検知電極１７０から離間して設けられている。駆動電極１６０は、検知電極１７０よりも支持部１０４側に設けられている。

駆動電極１６０および検知電極１７０は例えば二層構造である。駆動電極１６０は、圧電膜１４０の上に設けられ第３金属を含む第３金属層１６２と、第３金属層１６２の上に設けられ第３金属と異なる第４金属を含む第４金属層１６４と、を有する。駆動電極１６０と同様にして、検知電極１７０は、第３金属層１７２と、第４金属層１７４と、を有する。

例えば、駆動領域１４０ａ上の第３金属層１６２および検知領域１４０ｂ上の第３金属層１７２のそれぞれの厚さ、組成等は、互いに等しい。また、第４金属層１６４および第４金属層１７４のそれぞれの厚さ、組成等も、互いに等しい。第３金属は、例えばＴｉ、Ｔａ、これらの合金、及びこれらの酸化物並びにこれらの窒化物の少なくともいずれかである。第４金属は、例えばＰｔである。

駆動電極１６０には、駆動領域１４０ａを変位させる電圧が印加される。例えば駆動電極１６０に電圧が印加されることによって、振動部１０２が振動する。検知電極１７０からは、検知領域１４０ｂの歪によって生じた電圧が検出される。例えば駆動電極１６０から圧電膜１４０に電圧を印加して振動部１０２を振動させた状態で、振動部１０２に加わったコリオリ力を圧電膜１４０の歪みによって生じる電圧として検知電極１７０から検出する。

ここで、質量をｍ、移動速度をｖ、角速度をΩとしたとき、コリオリ力Ｆ_ｃは、下記の式（４）で表される。
Ｆ_ｃ＝２ｍｖΩ ・・・（４）

検知電極１７０から検出された電荷に基づいてコリオリ力Ｆ_ｃを求め、式（４）により角速度Ωを求めることができる。

なお、基板１００が音叉形状である場合に限らず、基板１００、下部電極１２０、圧電膜１４０、駆動電極１６０および検知電極１７０を含めて、単に「圧電素子」と呼ぶ。

（圧電膜の誘電率について）
圧電膜１４０は、例えば以下のようにして互いに異なる誘電率を有する二つの領域に分けられる。

本発明者等は、圧電膜１４０が駆動電極１６０の下の位置から検知電極１７０の下の位置まで連続して設けられる場合において、圧電膜１４０の誘電率εを領域によって（駆動領域１４０ａと検知領域１４０ｂとで）異ならせる手段として、それぞれの位置において、例えば第２金属層１２４の厚さに対する第１金属層１２２の厚さの比率を異ならせればよいとの知見を得た。

本発明者等は、第２金属層１２４の厚さに対する第１金属層１２２の厚さの比率を（駆動領域１４０ａ下と検知領域１４０ｂ下とで）変化させることにより、圧電膜１４０の結晶配向度が変化するとともに、二つの領域（１４０ａ、１４０ｂ）で圧電膜１４０の誘電率も変化することを見出した。以下、詳細を説明する。

第２金属層１２４の厚さに対する第１金属層１２２の厚さの比率を変化させるには、例えば、それぞれの領域における第１金属層１２２の厚さを異ならせ、第２金属層１２４の厚さを同一とする。

第２金属層１２４は、駆動領域１４０ａの下に位置する第２金属層１２４ａと、検知領域１４０ｂの下に位置する第２金属層１２４ｂと、を有する。さらに、第１金属層１２２は、駆動領域１４０ａ下に位置し第２金属層１２４ａの下層に設けられた第１金属層１２２ａと、検知領域１４０ｂの下に位置し第２金属層１２４ｂの下層に設けられた第１金属層１２２ｂと、を有する。

第１金属層１２２ａおよび第２金属層１２４ａは、それぞれ第１金属層１２２ｂおよび第２金属層１２４ｂと電気的に接続されている。

駆動領域１４０ａの下の位置における第２金属層１２４ａの厚さに対する第１金属層１２２ａの厚さの比率（ｒ_ａとする）は、検知領域１４０ｂの下の位置における第２金属層１２４ｂの厚さに対する第１金属層１２２ｂの厚さの比率（ｒ_ｂとする）よりも高い。すなわち、ｒ_ａ＞ｒ_ｂである。

具体的には、例えば、駆動領域１４０ａ下の第２金属層１２４ａの厚さは、検知領域１４０ｂ下の第２金属層１２４ｂの厚さと等しく、第２金属層１２４ａの下層の第１金属層１２２ａの厚さは、第２金属層１２４ｂの下層の第１金属層１２２ｂの厚さよりも厚い。これにより、ｒ_ａ＞ｒ_ｂとなっている。

駆動領域１４０ａおよび検知領域１４０ｂにおける第１金属層１２２および第２金属層１２４の厚さは、前述したようにｒ_ａ＞ｒ_ｂを満たすものであれば良いが、例えば、駆動領域１４０ａの下に位置する第１金属層１２２ａの厚さは、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。検知領域１４０ｂの下に位置する第１金属層１２２ｂの厚さは、０より大きく４ｎｍ未満が好適である。また、駆動領域１４０ａの下に位置する第２金属層１２４ａの厚さ、および検知領域１４０ｂの下に位置する第２金属層１２４ｂの厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好適には１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。

なお、図１において、駆動領域１４０ａの下に位置する下部電極１２０ａと、検知領域１４０ｂの下に位置する下部電極１２０ｂと、の間で段差が生じているように図示されている。しかしながら、実際の下部電極１２０の段差は１０ｎｍ程度である。一方で、圧電膜１４０自体の表面粗さは数十ｎｍ以上である。例えば圧電膜１４０がＫＮＮ膜である場合、表面粗さは６０ｎｍ程度である。したがって、下部電極１２０の段差による圧電膜１４０の特性への影響は小さい。

このとき、ｒ_ａ＞ｒ_ｂであることにより、検知領域１４０ｂの結晶配向性は、駆動領域１４０ａの結晶配向性よりも向上する。すなわち、検知領域１４０ｂの結晶配向度は、駆動領域１４０ａの結晶配向度よりも高い。「結晶配向度」とは、所定の結晶面の配向率をいう。

具体的には、圧電膜１４０がＫＮＮである場合、検知領域１４０ｂにおける（００１）配向度は、駆動領域１４０ａにおける（００１）配向度よりも高い。なお、（００１）配向度とは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定におけるＫＮＮの（００１）面の回折ピーク強度の相対的比率である。

ここで、圧電膜１４０の結晶配向度が高いほど、圧電膜１４０の誘電率は低くなる傾向を示す。したがって、検知領域１４０ｂの第２誘電率は、駆動領域１４０ａの第１誘電率よりも低くなる。

上述のように、駆動領域１４０ａおよび検知領域１４０ｂは、連続した一つの層として形成されている。本実施形態では、下部電極１２０に応じて圧電膜１４０の中で結晶配向度が変化することによって、駆動領域１４０ａおよび検知領域１４０ｂが平面視でそれぞれ異なる位置に配置されている。

ここで、検知領域１４０ｂの下の位置における第２金属層１２４ｂの厚さに対する第１金属層１２２ｂの厚さの比率ｒ_ｂに対して、圧電膜１４０の誘電率εは下に凸の関係となる。ｒ_ｂは誘電率εの極小点を挟んで一定の範囲内にあることが好ましい。なお、式（３）により、誘電率εが極小点であるとき、比誘電率ε_ｒも極小点となる。

例えば、圧電膜１４０がＫＮＮである場合、ＫＮＮ膜の誘電率をε_３３としたとき、上記式（３）により下記の式（５）で表される。
ε_３３＝ε_ｒε_０ ・・・（５）

圧電膜１４０がＫＮＮである場合、好ましくは、比誘電率ε_ｒが１０００以下となるように、例えばｒ_ｂは０％より大きく２％未満とする。より好ましくは、比誘電率ε_ｒが８００以下となるように、例えばｒ_ｂは０．５％以上１．５％以下とする。

また、駆動領域１４０ａの下の位置における第２金属層１２４ａの厚さに対する第１金属層１２２ａの厚さの比率ｒ_ａに対して、圧電歪定数ｄは上に凸の関係となる。ｒ_ａは圧電歪定数ｄの極大点を挟んで一定の範囲内にあることが好ましい。

また、ＫＮＮ膜の圧電歪定数ｄ_３１および圧電出力定数ｇ_３１は、上記式（１）より、下記の式（６）で表される。
ｇ_３３＝ｄ_３１／ε_３３ ・・・（６）

圧電膜１４０がＫＮＮである場合、好ましくは、圧電歪定数ｄ_３１が５０以上となるように、例えばｒ_ａは０．６５％以上４．１％以下とする。より好ましくは、圧電歪定数ｄ_３１が７０以上となるように、例えばｒ_ａは１．３％以上２．４％以下とする。

（２）角速度センサの製造方法
次に、本実施形態に係る角速度センサの製造方法について、図２から図８を用いて説明する。図２（ａ）から図８（ａ）は本発明の一実施形態に係る角速度センサの製造方法の工程を示す平面図であり、図２（ｂ）から図８（ｂ）は、それぞれ図２（ａ）から図８（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。なお、以下で説明する製造方法は、本実施形態の角速度センサ１０を製造する方法の一例であって、この方法や工程順に限定されるものではない。

本実施形態では、ＭＥＭＳ技術を用いた高精度の加工により、一枚の基板から多数の角速度センサ１０を製造する。以下詳細を説明する。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、基板１００の上に第１金属層１２２ａおよび第２金属層１２４ａを形成する。すなわち、基板１００の上にフォトレジスト層（不図示）を塗布する。次に、露光及び現像により、少なくとも検知領域１４０ｂが形成される領域を覆うフォトレジストパターン（不図示）を形成する。

次に、例えばＲＦマグネトロンスパッタ法により、基板１００の上に第１金属を含む層（以下、第１金属含有層）を形成し、第１金属含有層の上に第２金属を含む層（以下、第２金属含有層）を形成する。このとき、駆動領域１４０ａの下の位置における第２金属層１２４ａの厚さに対する第１金属層１２２ａの厚さの比率ｒ_ａとなるように、第１金属含有層および第２金属含有層を形成する。

次に、リフトオフにより、フォトレジストパターンとともにフォトレジストパターンの上に形成された第１金属含有層および第２金属含有層を除去する。これにより、基板１００の上に、第１金属層１２２ａおよび第２金属層１２４ａが形成される。

次に、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、基板１００の上に、第１金属層１２２ｂおよび第２金属層１２４ｂを形成する。すなわち、基板１００および第２金属層１２４ａの上にフォトレジスト層（不図示）を塗布する。次に、露光及び現像により、少なくとも駆動領域１４０ａが形成される領域を覆うフォトレジストパターン（不図示）を形成する。

次に、例えばＲＦマグネトロンスパッタ法により、基板１００およびフォトレジストパターンの上に第１金属含有層を形成し、第１金属含有層の上に第２金属含有層を形成する。このとき、検知領域１４０ｂの下の位置における第２金属層１２４ｂの厚さに対する第１金属層１２２ｂの厚さの比率ｒ_ｂとなるように、第１金属含有層および第２金属含有層を形成する。

次に、リフトオフにより、フォトレジストパターンとともにフォトレジストパターンの上に形成された第１金属含有層および第２金属含有層を除去する。これにより、基板１００の上に第１金属層１２２ｂおよび第２金属層１２４ｂが形成される。

次に、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、例えばＲＦマグネトロンスパッタ法により、下部電極１２０の上に圧電膜１４０を形成する。このとき、第２金属層１２４ｂの上には、第２金属層１２４ａの上の圧電膜よりも結晶配向度が高い圧電膜が形成される。すなわち、第２金属層１２４ａの上には、第１誘電率を有する駆動領域１４０ａが形成され、第２金属層１２４ｂの上には、第１誘電率よりも低い第２誘電率を有する検知領域１４０ｂが形成される。

次に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、圧電膜１４０の上に、駆動電極１６０および検知電極１７０を形成する。すなわち、圧電膜１４０の上にフォトレジスト層（不図示）を塗布する。次に、露光及び現像により、駆動電極１６０および検知電極１７０が形成される領域を露出したフォトレジストパターン（不図示）を形成する。

次に、例えばＲＦマグネトロンスパッタ法により、圧電膜１４０およびフォトレジストパターンの上に第３金属を含む層（以下、第３金属含有層）を形成し、第３金属含有層の上に第４金属を含む層（以下、第４金属含有層）を形成する。

次に、リフトオフにより、フォトレジストパターンとともにフォトレジストパターンの上に形成された第３金属含有層および第４金属含有層を除去する。これにより、圧電膜１４０の上に、第３金属層１６２および第４金属層１６４を有する駆動電極１６０と、第３金属層１７２および第４金属層１７４を有する検知電極１７０が形成される。

次に、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、圧電膜１４０をパターニングする。すなわち、圧電膜１４０、駆動電極１６０および検知電極１７０の上にフォトレジスト層（不図示）を塗布する。次に、露光及び現像により、振動部１０２が形成される領域を覆うフォトレジストパターン（不図示）を形成する。

次に、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、フォトレジストパターンをマスクとして、圧電膜１４０を除去する。次に、例えばアッシング又は洗浄により、フォトレジストパターンを除去する。

次に、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、下部電極１２０をパターニングする。すなわち、下部電極１２０の露出領域、圧電膜１４０、駆動電極１６０および検知電極１７０の上にフォトレジスト層（不図示）を塗布する。次に、露光及び現像により、下部電極１２０となる領域を覆うフォトレジストパターン（不図示）を形成する。

次に、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、フォトレジストパターンをマスクとして、下部電極１２０を除去する。次に、例えばアッシング又は洗浄により、フォトレジストパターンを除去する。

次に、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、ダイシングにより音叉形状に個片化する。なお、以下のようにして基板１００を音叉形状に加工してもよい。例えば、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等により、基板１００に支持部１０４のみを残して振動部１０２を切り出す。次に、基板１００をダイシングして、個々の角速度センサ１０に個片化する。

以上により、本実施形態に係る角速度センサ１０が製造される。

なお、図６および図７の工程を省略してもよい。すなわち、駆動電極１６０および検知電極１７０以外の下部電極１２０および圧電膜１４０が基板１００の全面に形成された角速度センサ１０であってもよい。

また、個々の角速度センサ１０に個片化した後に、パッケージ材等にダイボンドおよびワイヤボンドを行うことにより、角速度センサ１０をパッケージ材に実装してもよい。

（５）本実施形態に係る効果 本実施形態やその変形例によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態によれば、圧電膜１４０は、下部電極１２０の上に設けられ、第１誘電率を有する駆動領域１４０ａと、第１誘電率よりも低い第２誘電率を有する検知領域１４０ｂと、を有する。これにより、駆動領域１４０ａの圧電歪定数ｄを高くすることと、検知領域１４０ｂの圧電出力定数ｇを高くすることと、を両立することができる。すなわち、駆動電極１６０から圧電膜１４０に印加される電圧が小さくとも、圧電膜１４０の大きい変位量を得ることができるとともに、コリオリ力によって生じた圧電膜１４０の変位量が小さくとも、検知電極１７０から大きい電圧を出力することができる。

（ｂ）本実施形態によれば、下部電極１２０は、基板１００の上に設けられ第１金属を含む第１金属層１２２と、第１金属層１２２の上に設けられ第１金属と異なる第２金属を含む第２金属層１２４と、を有する。検知領域１４０ｂの下の位置における第２金属層１２４ｂの厚さに対する第１金属層１２２ｂの厚さの比率ｒ_ｂを、駆動領域１４０ａの下の位置における第２金属層１２４ａの厚さに対する第１金属層１２２ａの厚さの比率ｒ_ａよりも低くする。このとき、検知領域１４０ｂの結晶配向度は、駆動領域１４０ａの結晶配向度よりも高くなる。これにともなって、検知領域１４０ｂの第２誘電率は、駆動領域１４０ａの第１誘電率よりも低くなる。このように、同じ圧電素子内で、高い圧電歪定数ｄと、高い圧電出力定数ｇと、を容易に且つ同時に実現することができる。

（ｃ）本実施形態によれば、駆動領域１４０ａの組成は、検知領域１４０ｂの組成と等しい。圧電膜１４０の組成等を変更することなく、下部電極１２０の構成のみを変更することによって、圧電膜１４０の誘電率等を容易に調整することができる。また、例えば駆動領域１４０ａおよび検知領域１４０ｂを別々に形成する場合よりも工程数を低減することができるため、製造コストを低減することができる。

（ｄ）本実施形態によれば、圧電膜１４０はペロブスカイト構造を有する。圧電膜１４０は（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３（ただし、０＜ｘ＜１）である。これにより、環境への影響を低減することができる。

ここで、最近、高精細インクジェットプリンタのヘッドやハードディスクドライブのヘッド等に用いられるアクチュエータや、小型低価格のジャイロセンサの分野において、Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３（ただし、０＜ｘ＜１）（以下、ＰＺＴ）系の圧電膜が既に実用化されている。

しかし、ＰＺＴは、鉛（Ｐｂ）を６０重量％から７０重量％程度含有している。このため、生態系や環境へ影響するおそれがある。加えて、欧州で推進されているＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ）指令等でＰｂは規制対象となっている。このため、近い将来に、ＰＺＴは規制される可能性がある。

そこで、Ｐｂを含有しない圧電材料の開発が強く望まれている。現在、多種にわたる非鉛の圧電材料が研究されており、その中でもＫＮＮで表されるニオブ酸カリウムナトリウムは、ＰＺＴと同様の一般式ＡＢＯ_３で表されるペロブスカイト構造（Ｋ及びＮａがＡサイト元素であり、ＮｂがＢサイト元素である）を有する材料であり、特に非鉛系圧電膜として有力な候補として期待されている。

したがって、本実施形態のように、圧電膜１４０がＫＮＮであることにより、環境への影響を低減することができる。なお、ＰＺＴに比べＫＮＮの結晶配向度又は圧電特性等を安定的に制御することは困難であるため、本実施形態のように下部電極１２０の構成によって圧電膜１４０の特性を調整することは、圧電膜１４０としてＫＮＮ膜を用いる場合に特に有効である。

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

また、上述の実施形態では、例えば、駆動領域１４０ａの下に位置する第１金属層１２２ａの厚さが、検知領域１４０ｂの下に位置する第１金属層１２２ｂの厚さよりも厚く、駆動領域１４０ａの下に位置する第２金属層１２４ａの厚さは、検知領域１４０ｂの下に位置する第２金属層１２４ｂの厚さと等しい場合について説明した。しかし、検知領域の下の位置における第２金属層の厚さに対する第１金属層の厚さの比率ｒ_ｂが駆動領域の下の位置における第２金属層の厚さに対する第１金属層の厚さの比率ｒ_ａよりも低ければ、それぞれの膜厚は限定されない。第１金属層１２２の厚さを一定として、第２金属層１２４の厚さをそれぞれの領域において異ならせてもよい。また、それぞれの領域において、第１金属層１２２の厚さ、および第２金属層１２４の厚さの両方を異ならせてもよい。

また、上述の実施形態では、角速度センサ１０において駆動領域１４０ａおよび検知領域１４０ｂが連続した一つの層である場合について説明した。しかし、駆動領域は検知領域から離間して設けられていてもよい。

また、上述の実施形態では、図１（ａ）に示すように、一つの振動部１０２に一つの駆動電極１６０が設けられている場合について説明した。しかし、駆動電極１６０や検知電極１７０の配置はこの場合に限られない。

例えば、図９（ａ）は本発明の変形例に係る角速度センサ１０’の平面図であり、図９（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。図９（ａ）に示すように、例えば、一つの振動部１０２に一対の駆動電極１６０ａ，１６０ｂが設けられていてもよい。一対の駆動電極１６０ａ，１６０ｂは、振動部１０２の延在方向に延びる中心軸に対して対称に配置されている。この場合でも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述の実施形態では、角速度センサ１０の振動部が音叉形状である場合について説明したが、それに限られるものではない。振動部が錘状、音片形状、リング形状であってもよい。

また、上述の実施形態では、圧電膜１４０は（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３（ただし、０＜ｘ＜１）である場合について説明した。しかし、圧電膜１４０は、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３（ただし、０＜ｘ＜１）、ＡｌＮ、ＰＶＤＦ（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ）等であってもよい。

また、圧電膜１４０は、（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３（ただし、０＜ｘ＜１）に、他の元素が添加されていてもよい。他の元素として、例えばリチウム（Ｌｉ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、カルシウム（Ｃａ）、銅（Ｃｕ）、バリウム（Ｂａ）、Ｔｉ等を５％以下添加することができる。

また、上述の実施形態では、第２金属層１２４は第２金属としてＰｔを含む場合について説明した。しかし、第２金属層１２４の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）などの金属、または、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ_３）やニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ_３）などの金属酸化物等を用いることもできる。

また、上述の実施形態では、第４金属層１６４および第４金属層１７４は第４金属としてＰｔを含む場合について説明した。しかし、第４金属は、例えばタングステン（Ｗ）、Ｔａ、Ａｕ、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｔｉ、Ｃｕ、コバルト（Ｃｏ）、Ｉｎ、マグネシウム（Ｍｇ）等であってもよい。

また、上述の実施形態では、駆動領域１４０ａの組成が検知領域１４０ｂの組成と等しく、また下部電極１２０における第２金属層１２４の厚さに対する第１金属層１２２の厚さの比率を変化させることによって圧電膜１４０の誘電率等が調整されている場合について説明した。しかし、圧電膜１４０の誘電率εを制御するには、駆動領域の組成比を、検知領域の組成比と異ならせてもよい。または、駆動領域の材料を、検知領域の材料と異ならせてもよい。駆動領域および検知領域のいずれか一方に金属元素を添加してもよい。圧電膜１４０が固溶体材料である場合には、その材料比を変更してもよい。または、第１金属層の成膜条件（成膜雰囲気および成膜温度）を変化させることにより、圧電膜の誘電率等を調整してもよい。

また、上述の実施形態では、圧電センサが角速度センサ１０である場合について説明した。しかし、圧電センサは、角速度センサに限られるものではない。圧電センサは振動式であれば、本実施形態を適用することができる。具体的には、例えば、圧電センサは、角速度センサの他、加速度センサやダイヤフラム構造等を有する圧力センサ等であってもよい。

次に、本発明に係る実施例について以下に説明する。

（測定用試料の製作）
図１０（ａ）は実施例に係る測定用試料の平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。本実施例に係る測定用試料２０を以下のように製作した。

基板としてのウエハ２００は、熱酸化膜付きＳｉウエハを用いた。ウエハ２００の上面は（１００）面であり、ウエハ２００の厚さ０．５２５ｍｍであり、熱酸化膜の厚さは２００ｎｍであり、またウエハ２００の直径は４インチである。なお、ウエハ２００の両面は鏡面となっているものを用いた。

ウエハ２００の上に、ネガ型のフォトレジストＺＰＮ１１５０（日本ゼオン製）を塗布して、露光及び現像によりフォトレジストパターンを形成する。

ウエハ２００およびフォトレジストパターン上に、第１金属層としてのＴｉ層２２２を形成した。Ｔｉ層２２２の成膜は、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用い、基板温度２００℃、放電電力３００Ｗ、Ａｒ雰囲気、圧力１．０Ｐａから２．０Ｐａの条件で行った。

次に、Ｔｉ層２２２の上に、第２金属層としてのＰｔ層２２４を形成した。Ｐｔ層２２４の成膜は、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用い、基板温度２００℃、放電電力１．２ｋＷ、Ａｒ雰囲気、圧力１．０Ｐａから２．０Ｐａの条件で行った。

なお、ウエハ２００上にＴｉ層２２２の厚さが１ｎｍから８．２ｎｍの範囲で異なる複数の領域を、スパッタ時間を適宜変更して形成した。また、Ｐｔ層２２４の厚さはウエハ２００内で２００ｎｍに統一した。この段階で後述する結晶配向性の評価を行った。

次に、フォトレジストパターンをリフトオフにより除去して、下部電極２２０を形成した。

次に、Ｐｔ層２２４の上に、圧電膜としてＫＮＮ膜２４０を形成した。ＫＮＮ膜２４０の成膜は、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用い、ターゲット（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３（ｘ＝０．７０）、基板温度５２０℃から６６０℃、放電電力２．２ｋＷ、Ｏ_２／Ａｒ混合比０．０１から０．０４、圧力０．０５Ｐａから０．５Ｐａの条件で行った。なお、スパッタ時間を調整して、ＫＮＮ膜２４０の厚さは２μｍである。

次に、ＫＮＮ膜２４０の上に、フォトレジストＺＰＮ１１５０をスピンコートにより塗布した。なお、スピンコートは３０００ｒｐｍ６０ｓｅｃの条件で行った。次に、フォトレジスト層を９０℃２ｍｉｎの条件でプリベークを行った。次に、Ｃｒからなる所定のパターンが形成された露光マスクを用い、２１０ｍＪ／ｃｍ^２の条件で露光した。次に、フォトレジスト層を１１０℃２ｍｉｎの条件でＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）を行った。次に、所定の現像液で、９０ｓｅｃ現像した。

次に、ＫＮＮ膜２４０の上に、第３金属層としてのＴｉ層を形成した。Ｔｉ層の成膜は、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用い、基板温度を室温、放電電力３００Ｗ、Ａｒ雰囲気（８０ｓｃｃｍ）、圧力１．０Ｐａから２．０Ｐａの条件で行った。なお、Ｔｉ層の厚さを成膜時間で制御して２ｎｍとした。

次に、Ｔｉ層の上に、第４金属層としてのＰｔ層を形成した。Ｐｔ層の成膜は、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用い、基板温度を室温、放電電力１．２ｋＷ、Ａｒ雰囲気（８０ｓｃｃｍ）、圧力１．０Ｐａから２．０Ｐａの条件で行った。なお、Ｐｔ層の厚さを成膜時間で制御して１００ｎｍとした。

次に、フォトレジストパターンをリフトオフにより除去して、Ｐｔ層／Ｔｉ層からなる評価用電極２８０および評価用電極２９０を形成した。

次に、評価用電極２９０の上から罫書き、評価用電極２９０からウエハ２００まで貫通する開口を形成した。この開口にＡｇペースト２９２を流し込み、Ａｇペースト２９２を焼成して硬化させた。これにより、下部電極２２０および評価用電極２９０を導通させた。次に、ウエハ２００をダイシングして、短冊状の片持ち梁に加工した。以上により、測定用試料２０を製作した。

なお、測定用試料２０のサイズは、図１０に示したとおりである。

（下部電極における結晶配向度の評価）
Ｘ線回折装置を用い、Ｐｔ層２２４まで形成したウエハ２００の各領域におけるＰｔ層２２４の結晶配向度を評価した。Ｔｉ層２２２の厚さが１ｎｍから８．２ｎｍの範囲で形成したそれぞれの領域において、Ｐｔ層２２４は、上面が（１１１）面に優先配向していた。また、それぞれの測定用試料２０において、下部電極２２０に起因する回折ピークは、（１１１）ピークと（２２２）ピークのみが確認された。

（圧電膜における結晶配向度の評価）
Ｘ線回折装置を用い、片持ち梁とした測定用試料２０を用い、ＫＮＮ膜２４０の結晶配向度を評価した。Ｔｉ層２２２の厚さが１ｎｍから８．２ｎｍの範囲で製作したそれぞれの測定用試料２０において、ＫＮＮ膜２４０は、上面が（００１）面に優先配向していた。また、それぞれの測定用試料２０において、（００１）配向度を測定した。なお、上述のように、（００１）配向度とは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定におけるＫＮＮの（００１）面の回折ピーク強度の相対的比率である。

（圧電膜における圧電歪定数の評価）
まず、図１１を用い、レーザドップラ変位計について説明する。図１１は、実施例に係る測定用のレーザドップラ変位計を示す模式図である。図１１に示すように、測定用試料２０は、除振台７０９の上に載置された固定台７０８によって、上下を挟み込んで固定されている。ファンクションジェネレータ７１２は、オペアンプ７１１および配線７１０を介して測定用試料２０の評価用電極２８０および評価用電極２９０に接続されている。

レーザドップラ変位計は、本体部（計測部）７１４と、本体部７１４に接続され測定用試料２０に向けてレーザ光７１６を照射するレーザヘッド７１５とを有している。本体部７１４は、配線（符号不図示）を介してオシロスコープ７１３に接続されている。また、オシロスコープ７１３には、配線（符号不図示）を介してオペアンプ７１１が接続されている。

ファンクションジェネレータ７１２から出力された電圧は、オペアンプ７１１によって増幅されて測定用試料２０に印加される。これにより、測定用試料２０はＫＮＮ膜２４０の圧電効果により一定の周期で振動する。なお、ファンクションジェネレータ７１２から出力された電圧は、オペアンプ７１１を介して、オシロスコープ７１３にも送信される。

このとき、レーザヘッド７１５からのレーザ光７１６は、測定用試料２０の先端に照射される。レーザ光７１６と、測定用試料２０から反射された光と、の差分により、測定用試料２０の変位量が測定される。この測定用試料２０の変位量からＫＮＮ膜２４０の圧電歪定数ｄ_３１が算出される。

（圧電膜における比誘電率の評価）
ＬＣＲメータを用い、ＫＮＮ膜２４０のキャパシタンス（静電容量）を測定し、比誘電率ε_ｒを求めた。また、求めた比誘電率ε_ｒから、式（５）を用いて、ＫＮＮ膜２４０の誘電率ε_３３を求めた。さらに、式（６）を用いて、ＫＮＮ膜２４０の圧電出力定数ｇ_３３を求めた。

（結果）
表１は、上記した実施例の測定結果を示している。表１には、下部電極２２０におけるＴｉ／Ｐｔ比ｒ、ＫＮＮ膜２４０の（００１）配向度、圧電歪定数ｄ_３１、比誘電率ε_ｒ、圧電出力定数ｇ_３１が示されている。

また、図１２（ａ）は下部電極のＴｉ／Ｐｔ比に対するＫＮＮ膜の（００１）配向度を示すグラフであり、図１２（ｂ）は下部電極のＴｉ／Ｐｔ比に対するＫＮＮ膜の比誘電率を示すグラフであり、図１２（ｃ）は下部電極のＴｉ／Ｐｔ比に対するＫＮＮ膜の圧電歪定数を示すグラフである。

図１２（ａ）に示すように、Ｔｉ／Ｐｔ比ｒ（％）、すなわちＰｔ層２２４の厚さに対するＴｉ層２２２の厚さの比率に対して、ＫＮＮ膜２４０の（００１）配向度（ａ．ｕ．：任意単位）は上に凸の関係となる。ｒ＝１％のときに、ＫＮＮ膜２４０の（００１）配向度は極大値となる。

また、図１２（ｂ）に示すように、Ｔｉ／Ｐｔ比ｒ（％）、すなわちＰｔ層２２４の厚さに対するＴｉ層２２２の厚さの比率に対して、ＫＮＮ膜２４０の比誘電率ε_ｒは下に凸の関係となる。ｒ＝０．７５％のときに、ε_ｒは極小値（３１６）となる。

また、図１２（ｃ）に示すように、Ｔｉ／Ｐｔ比ｒ（％）、すなわちＰｔ層２２４の厚さに対するＴｉ層２２２の厚さの比率に対して、圧電歪定数ｄ_３１（−ｐｍ／Ｖ）は上に凸の関係となる。ｒ＝２％のときに、ｄ_３１は極大値（―９３ｐｍ／Ｖ）となる。

図１２（ａ）および図１２（ｂ）を比較したとき、ＫＮＮ膜２４０の（００１）配向度の極大点におけるＴｉ／Ｐｔ比ｒは、ＫＮＮ膜２４０の比誘電率ε_ｒの極小点におけるＴｉ／Ｐｔ比ｒとほぼ一致する。このことから、ＫＮＮ膜２４０の結晶配向度が高いほど、ＫＮＮ膜２４０の比誘電率ε_ｒが低下することが分かる。

一方で、図１２（ａ）および図１２（ｃ）を比較したとき、ＫＮＮ膜２４０の（００１）配向度の極大点におけるＴｉ／Ｐｔ比ｒは、ＫＮＮ膜２４０の圧電歪定数ｄ_３１の極大点におけるＴｉ／Ｐｔ比ｒよりも低い。このため、高い圧電歪定数ｄ_３１と、高い圧電出力定数ｇ_３１と、を同時に実現することは困難であると考えられる。

そこで、上述の実施形態では、検知領域１４０ｂの下の位置における第２金属層１２４ｂの厚さに対する第１金属層１２２ｂの厚さの比率ｒ_ｂを、駆動領域１４０ａの下の位置における第２金属層１２４ａの厚さに対する第１金属層１２２ａの厚さの比率ｒ_ａよりも低くする。これにより、駆動領域の圧電歪定数ｄ_３１を高くすることと、検知領域の圧電出力定数ｇ_３１を高くすることと、を両立することが可能となる。

また、図１２（ｃ）から分かるように、ｒを変更することにより、確かに、圧電歪定数ｄ_３１も変化することが分かる。ｒを０．６５％以上４．１％以下とすることで、圧電歪定数ｄ_３１が５０（−ｐｍ／Ｖ）以上となる。また、高いセンサ特性を有する角速度センサとするためには、圧電歪定数ｄ_３１が７０（−ｐｍ／Ｖ）以上となることが好ましいので、駆動領域１４０ａ下の位置におけるｒ_ａが１．３％以上２．４％以下であることが良いことが分かる。

また、図１２（ｂ）から分かるように、ｒを変更することにより、確かに比誘電率ε_ｒも変化することが分かる。また、検知領域における比誘電率ε_ｒはおよそ１０００以下となることが好ましいので、検知領域１４０ｂ下に位置するｒ_ｂは０．５％以上２％未満であるとよいことが分かる。したがって、検知領域１４０ｂが低い比誘電率ε_ｒを有することにより、検知領域１４０ｂの圧電出力定数ｇ_３１は高くなる。

このようにして、連続する圧電膜１４０において、高い圧電歪定数ｄ_３１と、高い圧電出力定数ｇ_３１と、を容易に且つ同時に実現することができる。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

（付記１）
本発明の一態様によれば、
基板と、
前記基板の上に設けられた下部電極と、
前記下部電極の上に設けられ、第１誘電率を有する駆動領域および前記第１誘電率よりも低い第２誘電率を有する検知領域を有する圧電膜と、
前記圧電膜の前記駆動領域の上に設けられ、前記圧電膜を変位させる電圧を印加する駆動電極と、
前記圧電膜の前記検知領域の上に設けられ、前記圧電膜の歪によって生じた電圧を検出する検知電極と、
を有する
圧電センサが提供される。

（付記２）
付記１記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記下部電極は、
前記基板の上に設けられ、第１金属を含む第１金属層と、
前記第１金属層の上に設けられ、前記第１金属と異なる第２金属を含む第２金属層と、
を有し、
前記駆動領域の下の位置における前記第２金属層の厚さに対する前記第１金属層の厚さの比率は、前記検知領域の下の位置における前記第２金属層の厚さに対する前記第１金属層の厚さの比率よりも高い
圧電センサが提供される。

（付記３）
付記１または２に記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記検知領域の結晶配向度は、前記駆動領域の結晶配向度よりも高い
圧電センサが提供される。

（付記４）
付記３記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記検知領域の（００１）配向度は、前記駆動領域の（００１）配向度よりも高い
圧電センサが提供される。

（付記５）
付記１〜４のいずれかに記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記駆動領域の組成は、前記検知領域の組成と等しい
圧電センサが提供される。

（付記６）
付記１〜５のいずれかに記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記基板の上に設けられ、第１金属を含む第１金属層と、
前記第１金属層の上に設けられ、前記第１金属と異なる第２金属を含む第２金属層と、
を有し、
前記駆動領域の下の位置における前記第２金属層の厚さに対する前記第１金属層の厚さの比率は、１．３％以上２．４％以下である
圧電センサが提供される。

（付記７）
付記１〜６のいずれかに記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記下部電極は、
前記基板の上に設けられ、第１金属を含む第１金属層と、
前記第１金属層の上に設けられ、前記第１金属と異なる第２金属を含む第２金属層と、
を有し、
前記検知領域の下の位置における前記第２金属層の厚さに対する前記第１金属層の厚さの比率は、０．５％以上２％未満である
圧電センサが提供される。

（付記８）
付記１〜７のいずれかに記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記圧電膜は、ペロブスカイト構造を有する
圧電センサが提供される。

（付記９）
付記１〜８のいずれかに記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記圧電膜は、（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３（ただし、０＜ｘ＜１）である
圧電センサが提供される。

（付記１０）
付記１〜９のいずれかに記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記下部電極は、
前記基板の上に設けられ、第１金属を含む第１金属層と、
前記第１金属層の上に設けられ、前記第１金属と異なる第２金属を含む第２金属層と、
を有し、
前記第１金属はＴｉ、Ｔａ、これらの合金、及びこれらの酸化物並びにこれらの窒化物の少なくともいずれかである
圧電センサが提供される。

（付記１１）
付記１〜１０のいずれかに記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記下部電極は、
前記基板の上に設けられ、第１金属を含む第１金属層と、
前記第１金属層の上に設けられ、前記第１金属と異なる第２金属を含む第２金属層と、
を有し、
前記第２金属はＰｔである
圧電センサが提供される。

（付記１２）
付記１１記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記第２金属層の上面は、（１１１）に優先配向している
圧電センサが提供される。

（付記１３）
付記１〜１２のいずれかに記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記基板は、Ｓｉ基板、熱酸化膜付きＳｉ基板、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ＭｇＯ基板、ＳｒＴｉＯ_３基板、ＳｒＲｕＯ_３基板、ＧａＡs基板、サファイア基板、Ｇｅ基板、ステンレス基板、ガラス基板、石英ガラス基板のいずれか一つ以上を含む複合基板である
圧電センサが提供される。

（付記１４）
付記１〜１３のいずれかに記載の圧電センサであって、好ましくは、
前記基板は、
長尺に設けられた一対の振動部と、
前記一対の振動部を支持する支持部と、
を有し、
前記下部電極、前記圧電膜、前記駆動電極及び前記検知電極の少なくとも一部は、前記振動部の上に設けられた
圧電センサが提供される。

（付記１５）
本発明の一態様によれば、
基板と、
前記基板の上に設けられた下部電極と、
前記下部電極の上に設けられ、第１誘電率を有する駆動領域および前記第１誘電率よりも低い第２誘電率を有する検知領域を有する圧電膜と、
前記圧電膜の前記駆動領域の上に設けられ、前記圧電膜を振動させる電圧を印加する駆動電極と、
前記圧電膜の前記検知領域の上に設けられ、前記圧電膜の歪によって生じた電圧を検出する検知電極と、
を有する
ことを特徴とする角速度センサが提供される。

１０ 角速度センサ（圧電センサ）
１００ 基板
１２０ 下部電極
１２２ 第１金属層
１２４ 第２金属層
１４０ 圧電膜
１４０ａ 駆動領域
１４０ｂ 検知領域
１６０ 駆動電極
１７０ 検知電極

また、ＫＮＮ膜の圧電歪定数ｄ₃₁および圧電出力定数ｇ₃₁は、上記式（１）より、下記の式（６）で表される。
ｇ₃₁ ＝ｄ₃₁／ε₃₃ ・・・（６）

（圧電膜における比誘電率の評価）
ＬＣＲメータを用い、ＫＮＮ膜２４０のキャパシタンス（静電容量）を測定し、比誘電率ε_rを求めた。また、求めた比誘電率ε_rから、式（５）を用いて、ＫＮＮ膜２４０の誘電率ε₃₃を求めた。さらに、式（６）を用いて、ＫＮＮ膜２４０の圧電出力定数ｇ₃₁ を求めた。

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板の上に設けられた下部電極と、
   前記下部電極の上に設けられ、第１誘電率を有する駆動領域および前記第１誘電率よりも低い第２誘電率を有する検知領域を有する圧電膜と、
   前記圧電膜の前記駆動領域の上に設けられ、前記圧電膜を振動させる電圧を印加する駆動電極と、
   前記圧電膜の前記検知領域の上に設けられ、前記圧電膜の歪によって生じた電圧を検出する検知電極と、
   を有する
   ことを特徴とする圧電センサ。
2. 前記下部電極は、
   前記基板の上に設けられ、第１金属を含む第１金属層と、
   前記第１金属層の上に設けられ、前記第１金属と異なる第２金属を含む第２金属層と、
   を有し、
   前記駆動領域の下の位置における前記第２金属層の厚さに対する前記第１金属層の厚さの比率は、前記検知領域の下の位置における前記第２金属層の厚さに対する前記第１金属層の厚さの比率よりも高い
   ことを特徴とする請求項１記載の圧電センサ。
3. 前記検知領域の結晶配向度は、前記駆動領域の結晶配向度よりも高い
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電センサ。
4. 前記検知領域の（００１）配向度は、前記駆動領域の（００１）配向度よりも高い
   ことを特徴とする請求項３記載の圧電センサ。
5. 前記圧電膜は、（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３（ただし、０＜ｘ＜１）である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電センサ。
6. 前記基板は、Ｓｉ基板、熱酸化膜付きＳｉ基板、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ＭｇＯ基板、ＳｒＴｉＯ_３基板、ＳｒＲｕＯ_３基板、ＧａＡs基板、サファイア基板、Ｇｅ基板、ステンレス基板、ガラス基板、石英ガラス基板のいずれか一つの基板、又はこれらのいずれか一つ以上を含む複合基板である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電センサ。
7. 前記基板は、
   長尺に設けられた一対の振動部と、
   前記一対の振動部を支持する支持部と、
   を有し、
   前記下部電極、前記圧電膜、前記駆動電極及び前記検知電極は、少なくとも前記振動部の上に設けられた
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の圧電センサ。
8. 基板と、
   前記基板の上に設けられた下部電極と、
   前記下部電極の上に設けられ、第１誘電率を有する駆動領域および前記第１誘電率よりも低い第２誘電率を有する検知領域を有する圧電膜と、
   前記圧電膜の前記駆動領域の上に設けられ、前記圧電膜を振動させる電圧を印加する駆動電極と、
   前記圧電膜の前記検知領域の上に設けられ、前記圧電膜の歪によって生じた電圧を検出する検知電極と、
   を有する
   ことを特徴とする角速度センサ。