JP6934746B2 - 圧電膜を有する積層基板、圧電膜を有する素子および圧電膜を有する積層基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電膜を有する積層基板、圧電膜を有する素子および圧電膜を有する積層基板の製造方法に関する。

圧電体は、センサやアクチュエータ等の機能性電子部品に広く利用されている。圧電体の材料としては、例えばニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）が用いられている（例えば特許文献１，２参照）。近年、より汎用性が高い圧電体が強く求められるようになっている。

特開２００７−１８４５１３号公報 特開２００８−１５９８０７号公報

本発明の目的は、汎用性を高めた圧電膜およびその関連技術を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
基板と、前記基板上に製膜された電極膜と、前記電極膜上に製膜された圧電膜と、を備え、
前記圧電膜は、
第１圧電薄膜と、前記第１圧電薄膜とは異なる材料で形成される第２圧電薄膜と、が積層されてなり、
前記第１圧電薄膜の比誘電率と前記第２圧電薄膜の比誘電率との間の比誘電率を有する、圧電膜を有する積層基板およびその関連技術が提供される。

本発明によれば、汎用性を高めた圧電膜およびその関連技術を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる積層基板１０の断面構造の一例を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる積層基板１０の断面構造の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる圧電膜デバイス３０の概略構成図である。

＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

（１）積層基板の構成
図１に示すように、本実施形態にかかる積層基板１０は、基板１と、基板１上に製膜さ
れた下部電極膜２と、下部電極膜２上に製膜された圧電膜（圧電薄膜）３と、圧電膜３上に製膜された上部電極膜４と、を備えた積層体として構成されている。

基板１としては、熱酸化膜やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）酸化膜等の表面酸
化膜（ＳｉＯ_２膜）１ｂが形成された単結晶シリコン（Ｓｉ）基板１ａ、すなわち、表面酸化膜を有するＳｉ基板を好適に用いることができる。また、基板１としては、図２に示すように、その表面にＳｉＯ_２以外の絶縁性材料により形成された絶縁膜１ｄを有するＳｉ基板１ａを用いることもできる。また、基板１としては、表面にＳｉ（１００）面やＳｉ（１１１）面等が露出したＳｉ基板１ａ、すなわち、表面酸化膜１ｂや絶縁膜１ｄを有さないＳｉ基板を用いることもできる。また、基板１としては、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板、石英ガラス（ＳｉＯ_２）基板、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板、ステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料により形成された金属基板を用いることもできる。単結晶Ｓｉ基板１ａの厚さは例えば３００〜１０００μｍ、表面酸化膜１ｂの厚さは例えば５〜３０００ｎｍとすることができる。

下部電極膜２は、例えば、白金（Ｐｔ）を用いて製膜することができる。下部電極膜２は、単結晶膜や多結晶膜（以下、これらをＰｔ膜とも称する）となる。Ｐｔ膜を構成する結晶は、基板１の表面に対して（１１１）面方位に優先配向していることが好ましい。すなわち、Ｐｔ膜の表面（圧電膜３の下地となる面）は、主にＰｔ（１１１）面により構成されていることが好ましい。Ｐｔ膜は、スパッタリング法、蒸着法等の手法を用いて製膜することができる。下部電極膜２は、Ｐｔ以外に、金（Ａｕ）やルテニウム（Ｒｕ）やイリジウム（Ｉｒ）等の各種金属、これらを主成分とする合金、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）等の金属酸化物等を用いて製膜することもできる。なお、基板１と下部電極膜２との間には、これらの密着性を高めるため、例えば、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、ニッケル（Ｎｉ）等を主成分とする密着層６が設けられている。密着層６は、スパッタリング法、蒸着法等の手法を用いて製膜することができる。下部電極膜２の厚さは例えば１００〜４００ｎｍ、密着層６の厚さは例えば１〜２００ｎｍとすることができる。

圧電膜３は、圧電材料で形成される第１圧電薄膜３ａと、第１圧電薄膜３ａとは異なる圧電材料で形成される第２圧電薄膜３ｂと、が積層されてなる積層体（複合膜）である。本実施形態では、圧電膜３は、最下層が第１圧電薄膜３ａとなるように形成されている。すなわち、下部電極膜２上には、第１圧電薄膜３ａが配されている。また、本実施形態では、下部電極膜２（基板１）の側から、第１圧電薄膜３ａ、第２圧電薄膜３ｂ、第１圧電薄膜３ａがこの順に積層されている。すなわち、圧電膜３は、第２圧電薄膜３ｂ（の上下）が第１圧電薄膜３ａによって挟まれている。圧電膜３の厚さ（第１圧電薄膜３ａと第２圧電薄膜３ｂとの合計厚さ）は例えば０．５〜５μｍとすることができる。

第１圧電薄膜３ａは、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いて製膜することができる。第１圧電薄膜３ａは、ＡｌＮの単結晶膜や多結晶膜（以下、これらをＡｌＮ膜３ａとも称する）となる。ＡｌＮ膜３ａは、周波数１ｋＨｚの条件下で±１Ｖの電圧を印加して測定した際の比誘電率が例えば１０程度であり、圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜が例えば５ｐｍ／Ｖ程度である。以下、本明細書では、「周波数１ｋＨｚの条件下で±１Ｖの電圧を印加して測定した際の比誘電率」を、単に「比誘電率」ともいう。

ＡｌＮ膜３ａを構成する結晶は、基板１の表面に対して（００１）面方位に優先配向していることが好ましい。すなわち、ＡｌＮ膜３ａの表面（第２圧電薄膜３ｂ、上部電極膜４の下地となる面）は、主にＡｌＮ（００１）面により構成されていることが好ましい。基板１の表面に対して（１１１）面方位に優先配向させたＰｔ膜（下部電極膜２）上や、後述のように基板１の表面に対して（００１）面方位に優先配向させたＫＮＮ膜３ｂ上に
ＡｌＮ膜３ａを直接製膜することで、ＡｌＮ膜３ａを構成する結晶を、基板１の表面に対して（００１）面方位に優先配向させることが容易となる。ＡｌＮ膜３ａは、スパッタリング法等の手法を用いて製膜することができる。

ＡｌＮ膜３ａの厚さは例えば５〜５００ｎｍとすることができる。なお、圧電膜３が複数のＡｌＮ膜３ａを有する場合、各ＡｌＮ膜３ａの厚さは、同一の厚さであってもよいし、異なる厚さであってもよい。以下では、圧電膜３において、ＫＮＮ膜３ｂの下面（下部電極膜２側）に配されるＡｌＮ膜３ａを下部ＡｌＮ膜とも称し、ＫＮＮ膜３ｂの上面（上部電極膜４側）に配されるＡｌＮ膜３ａを上部ＡｌＮ膜とも称する。

第２圧電薄膜３ｂは、例えば、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、ニオブ（Ｎｂ）を含み、組成式（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３で表されるアルカリニオブ酸化物、すなわち、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）を用いて製膜することができる。上述の組成式中の係数ｘ［＝Ｎａ／（Ｋ＋Ｎａ）］は、０＜ｘ＜１、好ましくは０．４≦ｘ≦０．７の範囲内の大きさとする。第２圧電薄膜３ｂは、ＫＮＮの多結晶膜（以下、ＫＮＮ膜３ｂとも称する）となる。ＫＮＮの結晶構造は、ペロブスカイト構造となる。ＫＮＮ膜３ｂは、周波数１ｋＨｚの条件下で±１Ｖの電圧を印加して測定した際の比誘電率が例えば３５０〜２０００程度であり、圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜が例えば１００〜２００ｐｍ／Ｖ程度である。

ＫＮＮ膜３ｂは、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、リチウム（Ｌｉ）、Ｔａ、アンチモン（Ｓｂ）等のＫ、Ｎａ、Ｎｂ以外の元素を、５ａｔ％以下の範囲内で含んでいてもよい。

ＫＮＮ膜３ｂを構成する結晶は、基板１の表面に対して（００１）面方位に優先配向していることが好ましい。すなわち、ＫＮＮ膜３ｂの表面（ＡｌＮ膜３ａ（上部ＡｌＮ膜）の下地となる面）は、主にＫＮＮ（００１）面により構成されていることが好ましい。基板１の表面に対して（００１）面方位に優先配向させたＡｌＮ膜３ａ（下部ＡｌＮ膜）上にＫＮＮ膜３ｂを直接製膜することで、ＫＮＮ膜３ｂを構成する結晶を、基板１の表面に対して（００１）面方位に優先配向させることが容易となる。例えば、ＫＮＮ膜３ｂを構成する結晶群のうち８０％以上の結晶を基板１の表面に対して（００１）面方位に配向させ、ＫＮＮ膜３ｂの表面のうち８０％以上の領域をＫＮＮ（００１）面とすることが可能となる。ＫＮＮ膜３ｂは、スパッタリング法、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法、
ゾルゲル法等の手法を用いて製膜することができる。

上述のように、圧電膜３は、ＡｌＮ膜３ａとＫＮＮ膜３ｂとの積層体である。このため、圧電膜３全体では、ＡｌＮ膜３ａの特性とＫＮＮ膜３ｂの特性との間（中間帯）の特性を有することとなる。

具体的には、圧電膜３は、ＡｌＮ膜３ａとＫＮＮ膜３ｂとのそれぞれの膜厚比に応じて、ＡｌＮ膜３ａの比誘電率とＫＮＮ膜３ｂの比誘電率との間の範囲内（中間帯）の所定の比誘電率を有している。すなわち、圧電膜３は、例えば１０以上２０００以下の範囲内の所定の比誘電率を有している。

また、圧電膜３は、ＡｌＮ膜３ａとＫＮＮ膜３ｂとのそれぞれの膜厚比に応じて、ＡｌＮ膜３ａの圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜とＫＮＮ膜３ｂの圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜との間の範囲内（中間帯）の所定の圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜を有している。すなわち、圧電膜３の圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜は、例えば５ｐｍ／Ｖ以上２００ｐｍ／Ｖ以下の範囲内の所定の値である。

なお、圧電膜３の圧電定数は、圧電膜３の比誘電率を用いて導き出されることから、圧電定数と比誘電率とは一定の相関がある。例えば、圧電膜３の比誘電率が高くなると、圧電膜３の圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜も高くなり、圧電膜３の比誘電率が低くなると、圧電膜３の圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜も低くなるという相関がある。

上部電極膜４は、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、アルミニウム（Ａｌ）、Ｃｕ等の各種金属やこれらの合金を用いて製膜することができる。上部電極膜４は、スパッタリング法、蒸着法、メッキ法、金属ペースト法等の手法を用いて製膜することができる。上部電極膜４は、下部電極膜２のように圧電膜３の結晶構造に大きな影響を与えるものではない。そのため、上部電極膜４の材料、結晶構造、製膜手法は特に限定されない。なお、圧電膜３と上部電極膜４との間には、これらの密着性を高めるため、例えば、Ｔｉ、Ｔａ、ＴｉＯ_２、Ｎｉ等を主成分とする密着層が設けられていてもよい。上部電極膜４の厚さは例えば１００〜５０００ｎｍ、密着層を設ける場合にはその厚さは例えば１〜２００ｎｍとすることができる。

（２）圧電膜デバイスの構成
図３に、本実施形態における圧電膜を有するデバイス３０（以下、圧電膜デバイス３０とも称する）の概略構成図を示す。圧電膜デバイス３０は、上述の積層基板１０を所定の形状に成形して得られる圧電膜を有する素子２０（以下、圧電膜素子２０とも称する）と、圧電膜素子２０に接続される電圧検出手段１１ａまたは電圧印加手段１１ｂと、を少なくとも備えて構成される。

電圧検出手段１１ａを、圧電膜素子２０の下部電極膜２と上部電極膜４との間に接続することで、圧電膜デバイス３０をセンサとして機能させることができる。圧電膜３が何らかの物理量の変化に伴って変形すると、その変形によって下部電極膜２と上部電極膜４との間に電圧が発生する。この電圧を電圧検出手段１１ａによって検出することで、圧電膜３に印加された物理量の大きさを測定することができる。この場合、圧電膜デバイス３０の用途としては、例えば、角速度センサ、超音波センサ、圧カセンサ、加速度センサ等が挙げられる。

電圧印加手段１１ｂを、圧電膜素子２０の下部電極膜２と上部電極膜４との間に接続することで、圧電膜デバイス３０をアクチュエータとして機能させることができる。電圧印加手段１１ｂにより下部電極膜２と上部電極膜４との間に電圧を印加することで、圧電膜３を変形させることができる。この変形動作により、圧電膜デバイス３０に接続された各種部材を作動させることができる。この場合、圧電膜デバイス３０の用途としては、例えば、インクジェットプリンタ用のヘッド、スキャナー用のＭＥＭＳミラー、超音波発生装置用の振動子等が挙げられる。

（３）積層基板、圧電膜素子、圧電膜デバイスの製造方法
続いて、上述の積層基板１０の製造方法について説明する。まず、基板１のいずれかの主面上に下部電極膜２を製膜する。なお、いずれかの主面上に下部電極膜２が予め製膜された基板１を用意してもよい。続いて、下部電極膜２上に、ＡｌＮ膜３ａ（下部ＡｌＮ膜）と、ＫＮＮ膜３ｂと、ＡｌＮ膜３ａ（上部ＡｌＮ膜）と、をこの順に例えばスパッタリング法を用いて製膜し、ＡｌＮ膜３ａとＫＮＮ膜３ｂとが積層されてなる圧電膜３を形成する。ＫＮＮ膜３ｂの厚さＴ２に対するＡｌＮ膜３ａの厚さＴ１の比率（Ｔ１／Ｔ２）を調整することで、圧電膜３の比誘電率、さらには圧電膜３の圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜を所定の値に設定することができる。なお、本実施形態のように圧電膜３が複数のＡｌＮ膜３ａを有する場合、ＡｌＮ膜３ａの厚さＴ１とは、圧電膜３が有する全てのＡｌＮ膜３ａの合計厚さを意味する。その後、圧電膜３（上部ＡｌＮ膜）上に上部電極膜４を製膜することで、積層基板１０が得られる。そして、この積層基板１０を所定の形状に成形する
ことで、圧電膜素子２０が得られ、圧電膜素子２０に電圧検出手段１１ａまたは電圧印加手段１１ｂを接続することで、圧電膜デバイス３０が得られる。

（４）本実施形態により得られる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。

（ａ）本実施形態では、ＡｌＮ膜３ａとＫＮＮ膜３ｂとを積層して圧電膜３を形成し、圧電膜３を、ＡｌＮ膜３ａの特性とＫＮＮ膜３ｂの特性との間の特性を有する膜としている。具体的には、圧電膜３を、ＡｌＮ膜３ａの比誘電率とＫＮＮ膜３ｂの比誘電率との間の比誘電率を有する膜、例えば、周波数１ｋＨｚの条件下で±１Ｖの電圧を印加して測定した際の比誘電率が例えば１０以上２０００以下の範囲内の所定の値である膜としている。また、圧電膜３を、ＡｌＮ膜３ａの圧電定数とＫＮＮ膜３ｂの圧電定数との間の圧電定数を有する膜、例えば、圧電膜３を、圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜が５ｐｍ／Ｖ以上２００ｐｍ／Ｖの範囲内の所定の値である膜としている。このため、上述の積層基板１０を加工することで作製される圧電膜デバイス３０の汎用性を高めることができる。例えば、上述の積層基板１０を用いて作製した圧電膜デバイス３０を、センサやフィルタ、アクチュエータ等、広範囲な用途に適用することができる。

（ｂ）圧電膜３をＡｌＮ膜３ａとＫＮＮ膜３ｂとの複合膜で構成することで、すなわち、圧電膜３が鉛（Ｐｂ）を含む膜を有さないことで、公害防止の点からも有利である。本実施形態では、このようにＰｂを含まない圧電膜（鉛フリーな圧電膜）を達成しつつ、圧電膜デバイス３０の汎用性を高めることができる。

（ｃ）下部電極膜２上にＡｌＮ膜３ａを設けることで、ＫＮＮ膜３ｂを（００１）面方位に優先配向させることが容易となる。というのも、ＡｌＮ膜３ａは、その下地となる面や製膜温度等の製膜条件を、ＫＮＮ膜３ｂの製膜条件よりも緩い条件とした場合であっても、（００１）面方位に優先配向させることができる。例えば、ＡｌＮ膜３ａは、ＳＵＳ等の表面上に製膜したり、室温条件下で製膜したりする場合であっても、（００１）面方位に優先配向させることができる。このため、本実施形態のように、下部電極膜２上にＡｌＮ膜３ａ（下部ＡｌＮ膜）を設け、このＡｌＮ膜３ａをＫＮＮ膜３ｂの下地（シード層）としても機能させることで、下部電極膜２上にＫＮＮ膜３ｂを直接製膜する場合よりも、ＫＮＮ膜３ｂを（００１）面方位に優先配向させることが容易となる。

（ｄ）ＫＮＮ膜３ｂの上下をＡｌＮ膜３ａで挟むことで、ＫＮＮ膜３ｂを含む圧電膜３の耐圧を高めることができ、圧電膜３の絶縁性（リーク耐性）を高めることができる。圧電膜３の絶縁性を向上させることで、圧電膜デバイス３０の性能を高め、汎用性をさらに高めることができる。

本実施形態では、例えば、圧電膜に対してその厚さ方向に３００ｋＶ／ｃｍの電界を印加した際におけるリーク電流密度を、例えば１μＡ／ｃｍ^２以下とすることが可能となる。このため、本実施形態にかかる積層基板１０は、高耐圧が要求されるアクチュエータ等の用途に特に好適に用いることができる。

（ｅ）ＫＮＮ膜３ｂの厚さＴ２に対するＡｌＮ膜３ａの厚さＴ１の比率（Ｔ１／Ｔ２）を調整することで、上述の効果を得ながら、圧電膜３の比誘電率、圧電定数を所定の値に設定することが可能となる。例えば、上述の比率（Ｔ１／Ｔ２）を小さくすることで、すなわちＫＮＮ膜３ｂの厚さを厚くすることで、圧電膜３の圧電定数を高くすることができる。また、上述の比率を大きくすることで、すなわちＡｌＮ膜３ａの厚さを厚くすることで、圧電膜３の比誘電率を低くすることができる。

なお、圧電膜デバイス３０をアクチュエータとして作用させる場合、上述の比率が０．２以下となるように、ＡｌＮ膜３ａの厚さＴ１、ＫＮＮ膜３ｂの厚さＴ２をそれぞれ調整することが好ましい。というのも、上述の比率が０．２を超える、すなわちＡｌＮ膜３ａの厚さＴ１が厚くなると、圧電膜３の圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜が低くなるため、アクチュエータの高速駆動が困難となることがあるからである。

（ｆ）ＡｌＮ膜３ａ、ＫＮＮ膜３ｂはともに、一般的なスパッタ装置を用い、スパッタリング法により製膜することができる膜である。このため、本実施形態にかかる圧電膜３を製膜する際、一つのスパッタ装置の製膜室内にＡｌＮターゲットとＫＮＮターゲットとをセット（設置）することにより、ＡｌＮ膜３ａ、ＫＮＮ膜３ｂを一つの装置内で連続して製膜することができる。その結果、圧電膜３の生産性を向上させることができる。

（ｇ）上述のように、本実施形態にかかる積層基板１０を用いて作製した圧電膜デバイス３０は、高い圧電定数、高耐圧が要求されるアクチュエータ等の幅広い用途に好適に用いることができる。

ここで、上述の本実施形態の手法に対し、第２圧電薄膜を、組成式Ｐｂ（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｏ_３（０＜ｘ＜１）で表されるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いて製膜する手法も考えられる。しかしながら、この手法により製膜した圧電膜（ＰＺＴ膜）は、鉛を６０〜７０ｗｔ％程度含有しているため、公害防止の面等から好ましくないという課題がある。

また、第２圧電薄膜を、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いて製膜する手法も考えられる。しかしながらこの手法により製膜した圧電膜（ＺｎＯ膜）は、圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜が低く、例えば１０ｐｍ／Ｖ程度である。このように、ＺｎＯ膜の圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜は、第１圧電薄膜としてのＡｌＮ膜の絶対値｜ｄ_３１｜とほぼ同程度であることから、圧電膜を、ＡｌＮ膜とＺｎＯ膜との積層体で構成するメリットが殆どない。

（５）変形例
本実施形態は上述の態様に限定されず、例えば以下のように変形することもできる。

（変形例１）
第１圧電薄膜としてのＡｌＮ膜３ａは、ＫＮＮ膜３ｂの下面または上面の少なくともいずれかに設けられていればよい。すなわち、圧電膜３は、上部ＡｌＮ膜および下部ＡｌＮ膜のうち少なくともいずれかを有していればよい。これによっても、上述の少なくとも（ａ）（ｂ）等の効果を得ることができる。但し、少なくともＫＮＮ膜３ｂの下面にＡｌＮ膜３ａを設ける方が上述の（ｃ）の効果を得ることができる点で、好ましい。また、ＫＮＮ膜３ｂの上下にそれぞれＡｌＮ膜３ａを設ける方が、上述の（ｄ）の効果を得ることができる点で、好ましい。

（変形例２）
圧電膜３の最下層を第２圧電薄膜（すなわちＫＮＮ膜３ｂ）としてもよい。すなわち、下部電極膜２上にＫＮＮ膜３ｂを製膜し、このＫＮＮ膜３ｂ上に第１圧電薄膜としてのＡｌＮ膜３ａを製膜してもよい。ＫＮＮ膜３ｂを製膜する際の条件を厳しくすることで、下部電極膜２上に（００１）面方位に優先配向させたＫＮＮ膜３ｂを製膜することができ、これによっても、上述の少なくとも（ａ）（ｂ）等の効果を得ることができる。但し、上述の実施形態のように圧電膜３の最下層をＡｌＮ膜３ａとし、このＡｌＮ膜３ａ上にＫＮＮ膜を製膜した方が、上述の（ｃ）の効果を得ることができる点で、好ましい。

（変形例３）
第１圧電薄膜を、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）を用いて形成してもよい。これによっても、上述の実施形態とほぼ同様の効果が得られる。但し、水晶、ＬｉＮｂＯ_３およびＬｉＴａＯ_３からなる膜は、ＡｌＮ膜３ａのようにスパッタリング法による製膜が難しく、貼り合わせ等の方法により製膜が行われることが多い。このため、第１圧電薄膜の厚さが厚くなることで圧電膜の厚さが厚くなる等の課題が生じることがある。また、第１圧電薄膜の製膜と第２圧電薄膜の製膜とを同一の装置内で連続して行うことができず、圧電膜の生産性が低下することもある。したがって、第１圧電薄膜としてＡｌＮ膜を製膜する方が、製膜処理の簡便化、圧電膜の薄膜化（圧電膜素子２０の小型化）等の点から、好ましい。

（変形例４）
第２圧電薄膜を、ＰＺＴを用いて製膜してもよい。これによっても、少なくとも上述の（ｂ）以外の効果が得られる。但し、上述のように第２圧電薄膜としてＫＮＮ膜を製膜する方が、公害防止の点、製膜処理の簡便化を図る点、圧電膜の生産性を向上させる点等から、好ましい。

（変形例５）
上述の積層基板１０を圧電膜素子２０に成形する際、積層基板１０（圧電膜素子２０）を用いて作製した圧電膜デバイス３０をセンサやアクチュエータ等の所望の用途に適用することができる限り、積層基板１０から基板１を除去してもよい。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、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。

＜本発明の好ましい態様＞
以下、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、前記基板上に製膜された電極膜と、前記電極膜上に製膜された圧電膜と、を備え、
前記圧電膜は、
第１圧電薄膜と、前記第１圧電薄膜とは異なる材料で形成される第２圧電薄膜と、が積層されてなり、
前記第１圧電薄膜の比誘電率と前記第２圧電薄膜の比誘電率との間の比誘電率を有する、圧電膜を有する積層基板が提供される。

（付記２）
本発明の他の態様によれば、
基板と、前記基板上に製膜された電極膜と、前記電極膜上に製膜された圧電膜と、を備え、
前記圧電膜は、
第１圧電薄膜と、前記第１圧電薄膜とは異なる材料で形成される第２圧電薄膜と、が積層されてなり、
前記第１圧電薄膜の圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜と前記第２圧電薄膜の圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜との間の圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜を有する、圧電膜を有する積層基板が提供される。

（付記３）
付記１または２の基板であって、好ましくは、
前記第１圧電薄膜は、前記第２圧電薄膜よりも耐電圧が高い膜である。

（付記４）
付記１〜３のいずれかの基板であって、好ましくは、
前記第１圧電薄膜は、ＡｌＮからなる膜であり、
前記第２圧電薄膜は、組成式（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３（０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる膜である。

（付記５）
付記１〜４のいずれかの基板であって、好ましくは、
前記圧電膜は、前記電極膜上に前記第１圧電薄膜が配されてなる。

（付記６）
付記１〜５のいずれかの基板であって、好ましくは、
前記圧電膜は、
前記電極膜（基板）の側から、前記第１圧電薄膜と、前記第２圧電薄膜と、前記第１圧電薄膜と、がこの順に積層されてなる。

（付記７）
付記１〜６のいずれかの基板であって、好ましくは、
前記圧電膜は、周波数１ｋＨｚの条件下で±１Ｖの電圧を印加して測定した際の比誘電率が１０以上２０００以下の範囲内の所定の値であり、
前記圧電膜の圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜が５ｐｍ／Ｖ以上２００ｐｍ／Ｖ以下の範囲内の所定の値である。

（付記８）
本発明の他の態様によれば、
下部電極膜と、前記下部電極膜上に製膜された圧電膜と、前記圧電膜上に製膜された上部電極膜と、を備え、
前記圧電膜は、
第１圧電薄膜と、前記第１圧電薄膜とは異なる材料で形成される第２圧電薄膜と、が積層されてなり、
前記第１圧電薄膜の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）と前記第２圧電薄膜の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）との間の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）を有する、圧電膜を有する素子が提供される。

（付記９）
本発明の他の態様によれば、
基板と、前記基板上に製膜された下部電極膜と、前記下部電極膜上に製膜された圧電膜と、前記圧電膜上に製膜された上部電極膜と、を備え、
前記圧電膜は、
第１圧電薄膜と、前記第１圧電薄膜とは異なる材料で形成される第２圧電薄膜と、が積層されてなり、
前記第１圧電薄膜の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）と前記第２圧電薄膜の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）との間の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）を有する、圧電膜を有する素子が提供される。

（付記１０）
本発明のさらに他の態様によれば、
いずれかの主面上に電極膜が製膜された基板を用意し、前記電極膜上に、第１圧電薄膜と、前記第１圧電薄膜とは異なる材料で形成される第２圧電薄膜と、を積層し、前記第１圧電薄膜の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）と前記第２圧電薄膜の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）との間の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）を備える圧電膜を製膜する工程を有する、圧電膜を有する積層基板の製造方法が提供される。

（付記１１）
付記１０の方法であって、好ましくは、
前記圧電膜を製膜する工程では、
前記第２圧電薄膜の厚さ（Ｔ２）に対する前記第１圧電薄膜の厚さ（Ｔ１）の比率（Ｔ１／Ｔ２）を調整することで、前記圧電膜の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）を調整する。

（付記１２）
本発明のさらに他の態様によれば、
第１圧電薄膜と、前記第１圧電薄膜とは異なる材料で形成される第２圧電薄膜と、を積層し、前記第１圧電薄膜の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）と前記第２圧電薄膜の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）との間の比誘電率（または圧電定数の絶対値｜ｄ_３１｜）を有する圧電膜を備える積層基板を用意する工程を有する、圧電膜を有する素子の製造方法が提供される。

１ 基板
２ 下部電極膜
３ 圧電膜
１０ 積層基板

Claims (7)

1. 基板と、前記基板上に製膜された電極膜と、前記電極膜上に製膜された圧電膜と、を備え、
   前記圧電膜は、
   ＡｌＮからなる第１圧電薄膜と、組成式（Ｋ _１−ｘ Ｎａ _ｘ ）ＮｂＯ _３ （０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる第２圧電薄膜と、が連続して積層されてなり、
   前記第１圧電薄膜の比誘電率と前記第２圧電薄膜の比誘電率との間の比誘電率を有する、圧電膜を有する積層基板。
2. 前記第１圧電薄膜の厚さは５〜５００ｎｍである請求項１に記載の圧電膜を有する積層基板。
3. 前記圧電膜は、前記電極膜上に前記第１圧電薄膜が配されてなる請求項１または２に記載の圧電膜を有する積層基板。
4. 前記圧電膜は、前記電極膜の側から、前記第１圧電薄膜と、前記第２圧電薄膜と、前記第１圧電薄膜と、がこの順に積層されてなる請求項１〜３のいずれかに記載の圧電膜を有する積層基板。
5. 下部電極膜と、前記下部電極膜上に製膜された圧電膜と、前記圧電膜上に製膜された上部電極膜と、を備え、
   前記圧電膜は、
   ＡｌＮからなる第１圧電薄膜と、組成式（Ｋ _１−ｘ Ｎａ _ｘ ）ＮｂＯ _３ （０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる第２圧電薄膜と、が連続して積層されてなり、
   前記第１圧電薄膜の比誘電率と前記第２圧電薄膜の比誘電率との間の比誘電率を有する、圧電膜を有する素子。
6. いずれかの主面上に電極膜が製膜された基板を用意し、前記電極膜上に、ＡｌＮからなる第１圧電薄膜と、組成式（Ｋ _１−ｘ Ｎａ _ｘ ）ＮｂＯ _３ （０＜ｘ＜１）で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる第２圧電薄膜と、が連続して積層されてなり、前記第１圧電薄膜の比誘電率と前記第２圧電薄膜の比誘電率との間の比誘電率を備える圧電膜を製膜する工程を有する、圧電膜を有する積層基板の製造方法。
7. 前記圧電膜を製膜する工程では、
   前記第２圧電薄膜の厚さに対する前記第１圧電薄膜の厚さの比率を調整することで、前記圧電膜の比誘電率を調整する請求項６に記載の圧電膜を有する積層基板の製造方法。

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