WO2002009204A1 - Thin-film piezoelectric element - Google Patents

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Isaku Kanno
Shintarou Hara
Takanori Nakano
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    • H10N30/2047—Membrane type

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric element using a piezoelectric thin film material.
  • piezoelectric materials are processed into various piezoelectric elements for various purposes, and are especially used as functional electronic components such as actuators that generate deformation by applying voltage and sensors that generate voltage from the deformation of elements.
  • piezoelectric body are utilized in completion Chi Yueta of Ya sensor applications, dielectric lead system having a large piezoelectric properties, Pb (Zn- x Ti x) 0 3 system perovskite ferroelectric is particularly called PZT It has been widely used so far and is usually formed by sintering an acid consisting of individual elements.
  • a piezoelectric thin film that is, a piezoelectric thin film
  • methods for forming a piezoelectric thin film include a vapor phase growth method in which a substance constituting a piezoelectric material is evaporated and vaporized and deposited on a substrate.
  • the rf sputtering method and the MOCVD method are being studied.
  • the characteristics vary due to the problem of crystal grain boundaries and crystal orientation compared to the piezoelectric characteristics of sintered piezoelectric materials called bulk materials. Due to the large size and the effect of stress on the piezoelectric thin film, it has not yet been reached to obtain sufficient piezoelectric characteristics for practical use such as sensor actuators.
  • the piezoelectric thin film has a piezoelectric constant d31 of at least -100 pC / V, which is similar to that of a Balta material.
  • a substrate that can make the piezoelectric thin film compatible with other element fabrication processes. Development of materials and manufacturing technology for the piezoelectric thin film that achieves high piezoelectricity is also required. It has been demanded.
  • a piezoelectric thin film When a piezoelectric thin film is used as a microactuator or microsensor, it is necessary to achieve high piezoelectric characteristics and to reduce variations in characteristics. In general, the characteristics of a piezoelectric thin film largely depend on the composition structure and the crystal structure of the thin film material, and the crystal structure is greatly influenced by the substrate to be formed and the film formation process. When a piezoelectric thin film is applied as a piezoelectric element, the characteristics It is necessary to derive high piezoelectric characteristics stably even in the existing environment, and there is a need for thin film fabrication processes and development of materials suitable for thin films. Disclosure of the invention
  • the present invention solves the above-mentioned problems, and realizes a piezoelectric thin film having high piezoelectric properties even in a thin film by controlling and optimizing a microscopic crystal structure of the piezoelectric thin film material.
  • An object is to provide a piezoelectric element.
  • by optimizing the material composition of the piezoelectric thin film and using a formation method that modulates the composition a technology for stably forming a piezoelectric thin film having piezoelectric characteristics as high as bulk materials has been realized.
  • An object is to provide a thin film piezoelectric element that can be used as an eta or a microsensor.
  • a thin film piezoelectric element according to the present invention is a thin film piezoelectric element comprising: a lower electrode formed on a substrate; a piezoelectric thin film containing lead formed on the lower electrode; and an upper electrode disposed on the piezoelectric thin film.
  • This piezoelectric thin film is a dielectric material having a perovskite structure containing lead, zirconium, and titanium as main components, and has a Zi7 (Zr + Ti) ratio of 0.53 or more in the overall composition of the piezoelectric thin film. It is preferable to use a piezoelectric thin film having a tetragonal crystal structure in which the c-axis is longer than the a-axis.
  • a lower electrode is formed on a substrate, a piezoelectric thin film containing lead is formed on the lower electrode, and further, in a thin film piezoelectric element in which an upper electrode is disposed on the piezoelectric thin film, the piezoelectric thin film is made of lead.
  • It is a dielectric with a perovskite structure composed mainly of zirconium and titanium, and the composition ratio of Zr / (Zr + Ti) at the surface is 10% higher than the composition ratio of Zr / (Zr + Ti) at the substrate interface.
  • a piezoelectric thin film having a structure is even better.
  • the substrate on which the piezoelectric thin film is formed is made of silicon, iron, magnesium oxide, or the like. And at least one of alumina, zirconia as the main component, and the crystal structure of the formed piezoelectric thin film shows preferential orientation along the C axis, and the ratio c / a between the C axis and the a axis is When the ratio is 1.01 or more and 1.03 or less, a thin film piezoelectric thin film element having good piezoelectric characteristics can be realized.
  • FIG. 1 is a perspective view of a thin film piezoelectric element according to one embodiment of the present invention. Explanation of reference numerals
  • FIG. 1 shows an embodiment of the thin film piezoelectric element according to the present invention.
  • the piezoelectric thin film 1 has a composition of Pb (Zri- x Tix) 0 3 ( hereinafter referred to as PZT) (0. 47 ⁇ x ⁇ l), thickness 3; is zm. This was formed on a substrate 6 of magnesium oxide. Next, the substrate 6 was processed into a diaphragm structure so that the piezoelectric thin film 1 was easily vibrated.
  • the piezoelectric thin film 1 is obtained by placing a sintered target having substantially the same composition as the formed thin film in a vacuum chamber, generating plasma in an oxidizing atmosphere on the target, and heating the substrate 6 on the target. It was formed by the Spack method of vapor deposition.
  • the substrate 6 of the magnesium oxide used was a (100) plane single crystal substrate, and a number of grooves having a length of 500 ⁇ and a width of 50 ⁇ were formed in the substrate.
  • Thickness 2 mu m in (100) c lower electrode layer of Pt bottom electrode layer 3 oriented is Kutsugaetsu was Daiyafuramu structure surface 3, generating a vertical vibration from expansion and contraction of the piezoelectric thin film 1
  • the thickness was made thicker than usual to also play the role of a vibrating plate.
  • a single crystal substrate of magnesium oxide was used as the substrate, which made it possible to easily orient the Pt lower electrode 3 and to control the orientation of the PZT piezoelectric thin film 1 formed thereon. .
  • a Pt upper electrode 4 having the same shape as the diaphragm and a thickness of 0.2 ⁇ m was formed at a position corresponding to each diaphragm.
  • This element operates as an actuator by applying a voltage between the upper and lower electrodes.
  • a 1 kHz sine wave is applied between the upper and lower electrodes, and the vertical vibration of the piezoelectric thin film 1 on the diaphragm is measured.
  • An evaluation was performed.
  • the amount of vibration was defined as the value measured at the center of the diaphragm where the amount of vibration was maximum.
  • the crystal structure of a PZT material changes depending on the composition ratio of Zr and Ti, and there is a phase boundary between tetragonal and rhombohedral at a composition ratio of Zr / Ti of approximately 53/47. It is known that in the composition near this phase boundary, large piezoelectric characteristics can be seen because the crystal structure becomes unstable. .
  • the composition controllability is not as good as in the sintering process in processes such as sputtering and CVD.
  • the actual crystal structure often differs from that of the sintered body, and the piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film 1 greatly change. Therefore, a reproducible piezoelectric thin film material having good piezoelectric characteristics has not been put to practical use.
  • the internal stress of the thin film material can be controlled by adjusting various sputtering conditions.
  • the phase boundary Zr / Ti has a rhombohedral structure at a composition ratio of zirconium higher than the 53/47 ratio, and has a lattice distortion. Only c Z a is 1.
  • the process parameters such as the sputter gas pressure, the stress of the piezoelectric thin film 1 made of the PZT material could be controlled, and the crystal structure could be changed.
  • the c-axis of the PZT piezoelectric thin film having a higher Zr ratio than the Zr / Ti composition ratio of 53/47 was also found. It was found to be a tetragonal crystal structure longer than the a-axis (Table 2).
  • the value of the lattice distortion cZa was in the range of 1.005 to 1.045.
  • the vibration characteristics of the thin film piezoelectric element in Fig. 1 were compared based on the crystal structure of the piezoelectric thin film.
  • the composition range from 53/47 to 80/2 Zr / Ti a piezoelectric thin film 1 with a tetragonal crystal structure and a piezoelectric thin film 1 with a regular rhombohedral structure are used.
  • a 1kHz sine wave was applied at 10V, and the amount of piezoelectric vibration as a piezoelectric actuator was measured.
  • Table 1 shows the maximum and minimum values of the amount of piezoelectric vibration when 20 separate thin film piezoelectric elements are used. By comparing the maximum value and the minimum value, variation in characteristics was evaluated. From Table 1, it can be seen that the piezoelectric thin film 1 has a more stable vibration characteristic when the Zr / Ti ratio is higher than 53/47 in the composition with more zirconium than in the rhombohedral structure. It was shown that strong electro-static vibration was generated.
  • the Pt lower electrode 3 can be easily made into a single crystal, and the crystal control of the PZT piezoelectric thin film 1 has also been realized. .
  • the Pt lower electrode layer 3 in which (100) Pt exists can be formed by optimizing the conditions for forming the Pt lower electrode 3.
  • the piezoelectric thin film 1 having the same properties as the magnesium oxide substrate.
  • the fine crystal structure of the piezoelectric thin film 1 greatly affected the composition of the PZT thin film near the interface with the substrate.
  • the Zr / Ti ratio at the substrate interface was small, the defect was small, and a good piezoelectric thin film was obtained, which had a great effect on improving the piezoelectric characteristics and reducing the dispersion.
  • Table 2 shows the amount of piezoelectric vibration of a thin film piezoelectric element (Fig. 1) using a PZT piezoelectric thin film having a tetragonal crystal structure. The amount of vibration was determined by the crystal distortion (cZa) of a PZT piezoelectric thin film having a ZrZTi ratio of 60Z40, and how the c / a ratio changed with the amount of vibration was examined.
  • the piezoelectric vibration reflects the characteristic of the piezoelectric constant d31 of the piezoelectric thin film 1. As shown in Table 2, good piezoelectric vibration was able to be generated particularly at a crystal lattice strain cZa in the range of 1.010 to 1.020.
  • the thin film piezoelectric element of the present invention by controlling the stress applied during the formation of the piezoelectric thin film and providing a piezoelectric thin film having a belovskite structure, it was possible to provide a stable and stable piezoelectric thin film.

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Description

技術分野 明
本発明は、 圧電薄膜材料を用 ヽた圧電素子に関するものである。 田
背景技術
一般に圧電体は、 種々の目的に応じて様々な圧電素子に加工され、 特に電 圧を加えて変形を生じさせるァクチユエータや、 逆に素子の変形から電圧を 発生するセンサなどの機能性電子部品として、 広く利用されている。 了クチ ユエータゃセンサの用途に利用されている圧電体として、 大きな圧電特性を 有する鉛系の誘電体、 特に PZTと呼ばれる Pb (Zn- xTix) 03系のぺロブスカイト型 強誘電体がこれまで広く用いられており、 通常個々の元素からなる酸ィヒ物を 焼結することにより形成される。
現在、 各種電子部品の小型化、 高性能化が進むにつれ、 圧電素子において も小型化、 高性能化が強く求められるようになった。 しかしながら、 従来か らの製法である焼結法を中心とした製造方法により作製した圧電材料は、 そ の厚みを薄くするに連れ、 特に厚みが lOju m程度の厚さに近づくに連れて、 材 料を構成する結晶粒の大きさに近づき、 その影響が無視できなくなる。 その ため、 特性のばらつきや劣化が顕著になるといった問題点が'発生し、 それを 回避するために焼結法に変わる薄膜技術等を応用した圧電体の形成法が近年 研究されるようになってきた。 .
これまでに、 圧電性を有する薄膜、 つまり圧電薄膜の形成法としては、 圧 電体を構成する物質を蒸発、 気化させ基板上に堆積させる気相成長法、 一般 に r f スパッタ法ゃ MOCVD法などが検討されている。 しかしながらこれらの手 法を用いて形成した圧電薄膜においても、 バルク材料といわれる焼結形成し た圧電体の圧電特性と比較して、 結晶粒界およぴ結晶配向性の問題から特性 のばらつきが大きく、 更に圧電薄膜にかかる応力などの影響により、 センサ ゃァクチユエータなどの実用に十分な圧電特性を得るまでには未だ至ってい ない。
特に、 圧電薄膜を用いたマイクロアクチユエータおよびマイクロセンサを 実現するために、 バイモルフもしくはュニモルフ構造の圧電素子を形成する ことがその応用の一つとして考えられるが、 その際、 圧電特性として圧電定 数 d31の値が重要である。 マイクロ素子として実用化するためには、 圧電薄膜 として圧電定数 d31がバルタ材料なみの- 100pC/V以上の値を有することが求め られている。 また、 量産性を考慮した場合、 圧電薄膜をそれ以外の素子作製 プロセスと両立可能な基板を使用する必要があり、 高い圧電性の実現と合わ せた圧電薄膜の材料開発および製造技術の開発が求められている。
しかしながら、 圧電体を薄膜化する際、 例えば PZTと総称される圧電体を薄 膜とする場合では、 高温による処理もしくは 500°C以上の高瘟に加熱した基板 上に薄膜成長を行う必要があり、 成膜後の冷却過程で形成した圧電薄膜に大 きな内部応力が残留することになる。 この残留応力が原因で結晶構造もバル ク材料から大きく変質し、 しばしば圧電特性の劣化、 および特性ばらつきを 引き起こす。 このような理由から、 これまでァクチユエータゃセンサとして の設計が困難であり実用化された例はない。
圧電薄膜をマイクロアクチユエータもしくはマイクロセンサとして使用す る場合、 高い圧電特性を実現し、 さらに特性のばらつきも低減させる必要が ある。 通常、 圧電薄膜の特性は、 薄膜材料の組成構造、 およびその結晶構造 に大きく依存し、 更に結晶構造は形成する基板や成膜過程に大きく左右され る。 圧電薄膜を圧電素子として応用する場合、 前述した内部応力など薄膜特 有の環境下においても安定に高い圧電特性を引き出すことが必要であり、 薄 膜作製プロセスおよび薄膜に適した材料開発が求められている。 発明の開示
本発明は上記の課題を解決するもので、 圧電薄膜材料の微視的結晶構造を 制御し最適化する事によって、 薄膜においても高い圧電特性を有する圧電薄 膜を実現し、 実用に耐えうる薄膜圧電素子を提供することを目的とする。 ま た、 圧電薄膜の材料組成を最適化し、 組成を変調させた形成方法を用いるこ とにより、 バルク材料なみの高い圧電特性を有する圧電薄膜を安定に形成す る技術を実現し、 マイクロアクチユエータもしくはマイクロセンサとして実 用可能な薄膜圧電素子を提供することを目的とする。
本発明にかかる薄膜圧電素子は、 基板上に下部電極を形成し、 この下部電 極上に鉛を含有する圧電薄膜を形成し、 更にこの圧電薄膜の上に上部電極を 配した薄膜圧電素子において、 この圧電薄膜が鉛、 ジルコェゥムおよびチタ ンを主成分とするぺロブスカイト構造の誘電体であり、 かつ圧電薄膜全体の 組成のうち、 Zi7(Zr+Ti)比が 0. 53以上の組成領域であり、 かつ c軸が a軸よ り長い正方晶系の結晶構造を有する圧電薄膜を用いることが好ましい。
さらに、 基板上に下部電極を形成し、 この下部電極上に鉛を含有する圧電 薄膜を形成し、 更にこの圧電薄膜の上に上部電極を配した薄膜圧電素子にお いて、 この圧電薄膜が鉛、 ジルコニウムおよびチタンを主成分とするぺロブ スカイト構造の誘電体であり、 かつ表面部の Zr/ (Zr+Ti)組成比が基板界面部 の Zr/(Zr+Ti)組成比よりも 10%以上少ない圧電薄膜で構成されており、 更にこ の圧電薄膜の表面部の Zr/ (Zr+Ti)比が 0. 53以上の組成領域で、 かつ c軸が a 軸より長い正方晶系の結晶構造を有する圧電薄膜であればなお良い。
また、 圧電薄膜を形成する基板としては、 シリコン、 鉄、 酸化マグネシゥ ム、 アルミナ、 ジルコニァのうち少なくとも一つを主成分とするものであり 、 形成した圧電薄膜の結晶構造が、 C軸に優先的な配向を示し、 また C軸と a軸の比 c / aが 1. 01以上 1. 03以下とすれば良好な圧電特性を有する薄膜圧 電薄膜素子が実現できる。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施例における薄膜圧電素子の斜視図である。 符号の説明
1 圧電薄膜
2 振動層
3 下部電極
4 上部電極
6 基板 発明を実施するための最良の形態
本発明の一実施例における圧電素子の構成について、 図面を参照しながら 説明する。
図 1に、 本発明にかかる薄膜圧電素子の一実施例を示す。 圧電薄膜 1は、 Pb (Zri-xTix) 03 (0. 47≤x≤l) (以後 PZTと呼ぶ） の組成を有し、 膜厚が 3 ;z mで ある。 これを酸ィヒマグネシウムの基板 6上に形成した。 次いで、 基板 6をダ ィャフラム構造に加工し、 圧電薄膜 1が振動しやすい構成とした。
ここで、 圧電薄膜 1は、 形成した薄膜とほぼ同じ組成を有する焼結体ター ゲットを真空槽内に設置し、 ターゲット上で酸化雰囲気のガス中でプラズマ を発生させて、 加熱した基板 6上に蒸着させるスパック法により形成した。 使用した酸ィ匕マグネシウムの基板 6は、 （100)面の単結晶基板であり、 基板 内に長さ 500 μ ιη、 幅 50 μ ΐηの多数の溝を形成した。 基板 6の一方の表面は、 厚 み 2 μ mで（100)面に配向した Pt下部電極層 3で覆つたダイャフラム構造である c 下部電極層 3は、 圧電薄膜 1の伸縮から上下振動を発生させる振動板の役 割も果たすため、 通常より厚みを厚くした。 基板として酸化マグネシウムの 単結晶基板を用いたが、 これによつて Pt下部電極 3を容易に配向させること ができ、 更にその上に形成する PZT圧電薄膜 1の配向性も制御することができ た。
圧電薄膜 1の上部には、 各ダイヤフラムに対応する箇所にダイヤフラムと 同じ形状の厚み 0. 2 μ mの Pt上部電極 4を形成した。 この素子は上下電極間に 電圧を印加することによりァクチユエータ動作し、 その際上下電極間には 1 kHzのサイン波を印加し、 ダイヤフラム上の圧電薄膜 1の上下振動を計測する ことにより圧電特性の評価を行った。 振動量は、 振動量が最大となるダイヤ フラムの中央で計測した値で規定した。
通常、 PZT材料は Zrと Tiの組成比によって結晶構造が変化し、 Zr/Tiがほぼ 53/47の組成比で正方晶と菱面体晶との相境界が存在する。 この相境界付近の 組成において、 結晶構造が不安定となることから大きな圧電特性が見られる ことが知られている。 .
一方、 薄膜材料の場合、 スパッタ法ゃ C VD等のプロセスでは焼結プロセ スほど組成制御性が良好ではない。 更に、 基板 6から受ける応力の影響で、 しばしば実際の結晶構造が焼結体と異なり、 圧電薄膜 1の圧電特性が大きく 変化する。 そのため、 良好な圧電特性を有する、 再現性のよい圧電薄膜材料 は、 これまで実用化されていなかった。
薄膜材料の内部応力は、 スパッタ法の場合、 各種スパッタ条件を調整する ことによって制御できる。 通常、 パルク材料では、 相境界である Zr/Tiは、 53/47比よりもジルコニウムの多い組成比において菱面体構造となり、 格子歪 み c Z aが 1となる。 - 本発明では、 スパッタガス圧などのプロセスパラメータを最適化すること により、 PZT材料からなる圧電薄膜 1の応力を制御することができ、 更に結晶 構造も変化させることができた。
すなわち、 本発明で形成した PZT薄膜を、 4軸 X線回折を用いて結晶構造解 析したところ、 53/47の Zr/Ti組成比よりも Zr比率が多い PZT圧電薄膜について も、 c軸が a軸よりも長い正方晶の結晶構造であるこがわかった （表 2 ) 。 その格子歪み c Z aの値は 1. 005〜1. 045の範囲であった。
表 1において、 図 1の薄膜圧電素子の振動特性を、 圧電薄膜の結晶構造に より比較した。 Zr/Tiが 53/47から 80/2ひまでの組成領域において、 正方晶の結 晶構造とした圧電薄膜 1と、 通常の菱面体構造とした圧電薄膜 1とを用レ、、 薄膜間に 1kHzのサイン波を 10Vで印加し、 圧電ァクチユエータとしての圧電振 動量を計測した。 なお、 各,組成の P Z T圧電薄膜の内部応力を制御すること により、 結晶構造を張る区材料と同じ菱面体晶ぉよびバルク材料と異なる正 方晶の圧電薄膜を形成した。
正万 菱面体晶
Zr/Ti組成比
(nm) (.nm) (nm) (nm)
53ノ 47 95 83 95 83
55ノ 45 97 86 87 69
60/40 97 87 83 63
65ノ 35 92 83 85 62
70/30 95 82 80 59
75/25 89 82 78 55 表 1では、 20個の別々の薄膜圧電素子を用いたときの、 圧電振動量の最大 値おょぴ最小値を示す。 この最大値おょぴ最小値を比較することで、 特性の ばらつきを評価した。 表 1より、 圧電薄膜 1の Zr/Ti比が、 53/47よりもジル コユウムの多い組成において、 菱面体構造よりも正方晶の結晶構造を有する PZT圧電薄膜 1の方が、 安定な振動特性を示し、 力つ良好な压電振動を発生す ることが示された。
PZT圧電薄膜 1を形成する基板として、 酸化マグネシウムの単結晶基板を用 いることで、 容易に Pt下部電極 3を単結晶とすることができ、 更に PZT圧電薄 膜 1の結晶制御も実現できた。
また、 基板としてシリコン、 鉄、 アルミナおよびジルコエアを用いた場合 、 Pt下部電極 3を形成する条件を最適化させることにより、 （100)Ptが存在す る Pt下部電極層 3を形成することができ、 酸ィ匕マグネシウム基板と同等の特 性を有する圧電薄膜 1を形成することができた。
圧電薄膜 1として PZTを用いた場合、 圧電薄膜 1の結晶性とともに Zrと Tiと の組成比も圧電特性に大きく影響する；：とが知られている。 そこで、 結晶性 と組成を含めた膜構造と圧電特性との関連について検討を行つた。
検討の結果、 圧電薄膜 1の微細結晶構造は、 基板との界面付近の PZT薄膜の 組成に大きく影響することが明らかとなった。 特に基板界面部の Zr/Ti比が小 さレ、方が欠陥の少なレ、良好な圧電薄膜となり、 圧電特性の向上およびばらつ きの低下に大きな効果があることが認められた。
また、 特に圧電薄膜 1の表面側の Zr/ (Zr+Ti)組成比が基板界面側よりも 1 0%以上大きい場合、 良好な圧電振動が安定に形成できることが示された。 こ れは、 圧電薄膜 1が良好な微細結晶構造を有した状態で成長しやすくなった ことに起因すると考えられる。
一方、 60/40の Zr/Ti組成で作製した正方晶の PZT圧電薄膜において、 c軸と a軸の結晶格子の長さを 4軸 X線回折装置で測定することにより、 圧電薄膜 素子として最適な格子歪み cZaを調べた。 表 2は、 正方晶の結晶構造を有 する PZT圧電薄膜を用いた薄膜圧電素子 （図 1) の圧電振動量を示す。 振 動量は、 Z rZTi比が 60Z40の PZT圧電薄膜の結晶歪み （cZa) で 、 c/ aの比率が振動量でどのように変化するかを調べた。
表 2
Figure imgf000010_0001
表 2において、 圧電振動は、 圧電薄膜 1の圧電定数 d31の特性を反映してい る。 表 2に示されるように、 特に、 1. 010〜1. 020の範囲内の結晶 格子歪み cZaにおいて、 良好な圧電振動を発生させることができた。
以上の結果から、 P ZT圧電薄膜をパルクと異なる正方晶の結晶構造とし て形成することで振動特性のばらつきを低減させることができ、 さらに、 結 晶歪み cZaを 1. 010〜1. 030の範囲とすることにより、 実用上有 用な圧電薄膜素子を実現することができた。 産業上の利用可能性
本発明の薄膜圧電素子において、 圧電薄膜の形成時にかかる応力を制御し 、 ベロブスカイト構造の圧電薄膜を提供することにより、 特性が向上しかつ 安定した圧電薄膜を提供できた。

Claims

口 求 の
1 . 基板上に下部電極を形成し、 前記下部電極上に鉛を含有する圧電薄 膜を形成し、 前記圧電薄膜の上に更に上部電極を配した薄膜圧電素子におい て、 前記圧電薄膜が、 鉛、 ジルコニウムおよびチタンを主成分とするぺロブ スカイト構造の誘電体であり、 圧電薄膜全体の組成において、 Zi7 (Zr+Ti)比 が 0. 53以上の組成領域であり、 かつ c軸が a軸よりも長い正方晶系の結晶構 造を有することを特徴とする薄膜圧電素子。
2 . 基板上に下部電極を形成し、 前記下部電極上に鉛を含有する圧電薄 膜を形成し、 前記圧電薄膜の上に更に上部電極を配した薄膜圧電素子におい て、 前記圧電薄膜が、 鉛、 ジルコニウムおよびチタンを主成分とするぺロブ スカイト構造の誘電体であり、 圧電薄膜全体の組成において、 表面部の Zr/ (Zr+Ti)組成比が基板界面部の Zr/ (Zr+Ti)組成比よりも 10%以上少なく、 更に 表面部の Zr/ (Zr+Ti)比が 0. 53以上の組成領域で、 かつ c軸が a軸より長い正 方晶系の結晶構造を有する圧電薄膜を用いることを特徴とする薄膜圧電素子。
3 . 圧電薄膜を形成する基板が、 シリコン、 鉄、 酸化マグネシウム、 ァ ルミナ、 ジルコニァのうち少なくとも一つを主成分とし、 形成した圧電薄膜 の結晶構造が c軸に優先的に配向し、 また c軸と a軸の比 c / aが 1. 01以上 1. 03以下であることを特¾¾とする請求項 1または 2に記載の薄膜圧電素子。
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