压电元件及其制造方法转让专利
申请号 : CN200480002472.5
文献号 : CN101322258B
文献日 : 2010-10-20
发明人 : 秋山守人 , 上野直广 , 立山博 , 桑野范之
申请人 : 独立行政法人产业技术综合研究所
摘要 :
本发明在石英玻璃基板或不锈钢基板上形成下部电极。在下部电极上用溅射法通过制作薄膜状氮化铝和/或氧化锌，形成压电体薄膜，使其偶极子取向度在55％以上。然后，在压电体薄膜上形成上部电极。压电元件的压电层由氮化铝和/或氧化锌构成。具有晶体结构的氮化铝或氧化锌由于其晶体结构不存在对称性，故原来就具备压电性，并且像铁电体那样不存在居里温度，即使在高温下也不产生磁位错，故直至晶体熔解或升华，都不会失去压电性。
权利要求 :
1.一种压电元件，是在基板上依次层叠了第1电极层、压电层和第2电极层的压电元件，其特征在于：上述压电层由氮化铝和/或氧化锌构成，其偶极子取向度在55％以上，其中所述偶极子取向度是指，在压电层表面的极化方向上，计算出正或负的占有率高的一方的比例。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于：
上述第1电极层采用TiN、MoSi2、Cr、Fe、Mg、Mo、Nb、Ta、Ti、Zn、Zr、W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag中的任1种构成。
3.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于：
第1电极层具有包括了与基板附着的附着层和在该附着层上的1层或多层导电层的层叠结构。
4.根据权利要求3所述的压电元件，其特征在于：
导电层的最表层是具有与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子排列相同的排列，而且具有与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子间隔相同的原子间隔的晶面的金属，由作为上述晶面与基板面平行的取向性的金属构成。
5.根据权利要求3或4所述的压电元件，其特征在于：导电层的最表层由电负性位于1.3以上至1.5以下的范围的金属构成。
6.根据权利要求3所述的压电元件，其特征在于：
导电层的最表层采用TiN、MoSi2、Si3N4、Cr、Fe、Mg、Mo、Nb、Ta、Ti、Zn、Zr、W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag中的任1种构成。
7.根据权利要求3所述的压电元件，其特征在于：
导电层的最表层由取向性W层、取向性Pt层、取向性Al层、取向性Ni层、取向性Cu层、取向性Pd层、取向性Rh层、取向性Ir层、取向性Ru层、取向性Au层或取向性Ag层中的任1种构成，该最表层的(111)面与基板面平行。
8.根据权利要求3所述的压电元件，其特征在于：
导电层由第1层和第2层构成，其中，上述第1层由在附着层上形成的Ti、Cr或Ta中的任1种构成，上述第2层由在该第1层上形成的Pt、Au或Ag中的任1种构成。
9.根据权利要求3中所述的压电元件，其特征在于：导电层由第1层、第2层和第3层构成，其中，上述第1层由在附着层上形成的Ti或Cr中的任1种构成，上述第2层由在该第1层上形成的Pt或Ni中的任1种构成，上述第3层由在该第2层上形成的Au构成。
10.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于：第2电极层具有包括了多个导电层的层叠结构。
11.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于：基板由玻璃、金属、塑料或陶瓷烧结体构成。
12.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于：基板由厚度为5～100μm的金属或塑料构成。
13.一种压电元件的制造方法，是包含在基板上形成第1电极层的第1电极层形成工序、在该第1电极层上形成压电层的压电层形成工序以及在该压电层上形成第2电极层的第2电极层形成工序的压电元件的制造方法，其特征在于：在上述压电层形成工序中，形成由氮化铝和/或氧化锌构成、其偶极子取向度为55％以上的压电层，其中所述偶极子取向度是指，在压电层表面的极化方向上，计算出正或负的占有率高的一方的比例。
14.根据权利要求13所述的压电元件的制造方法，其特征在于：第1电极层形成工序包含形成与基板附着的附着层的附着层形成工序和在该附着层上形成1层导电层或形成多层导电层的导电层形成工序。
15.根据权利要求13或14所述的压电元件的制造方法，其特征在于：在上述第1电极层形成工序中，在室温以上至150℃以下的范围的温度下，制作金属膜。
16.根据权利要求13所述的压电元件的制造方法，其特征在于：采用物理气相生长法进行上述第1电极层形成工序。
说明书 :
技术领域
本发明涉及压电元件及其制造方法。更详细地说，涉及在基板上由使氮化铝和/或氧化锌高度地进行了偶极子取向的薄膜构成的压电元件及其制造方法。
背景技术
一般来说，为了进行原子能发电站等的设备中的管道及阀门，或者内燃机的发动机等产生高温气氛的结构物的异常检测，应在结构物的内部设置传感器来进行。作为该传感器，例如，采用了检测在产生龟裂及裂纹时所发生的弹性波即声发射的声发射传感器或检测异常振动、加速度的信息的压电型的振动传感器，对此，已知有压缩型、悬臂梁型、隔膜型、剪切型等各种形式的传感器。
其中，压缩型的薄膜型压电传感器由依次层叠了基座、基座侧电极、压电元件、载荷体侧电极和载荷体的层叠体构成，系将该基座的下表面牢固地安装在被测定物上而被使用。被测定物中一旦发生振动，振动即传递至传感器的基座内。传感器的基座与被测定物一起振动，而载荷体因惯性力使振动产生滞后，在压电元件内发生与振动加速度成正比的压缩或者拉伸应力。于是，在压电元件的两面发生与该应力成正比的电荷或电压，在压电元件两侧配置的上述2枚电极间流过电流，可通过测定该电流量来检测被测定物的振动大小及加速度。
以往，对于这样的压电型的传感器，使用由钛酸锆酸铅或聚偏二氟乙烯等压电材料构成的压电元件，而由这样的压电材料构成的压电元件使极化消失的居里温度低，其适用临界温度最高也只有300℃左右。因此，为了将压电元件保持在适当的温度，例如，在特开平5-203665号公报中，公开了用珀耳帖元件冷却压电元件的情况。但是，由于珀耳帖元件仅有发生局部温度梯度的功能，故不能应用于当外部不安装冷却机构时整体上成为高温的场所。
另外，由于声发射这样的振动因途中振动传递物质的性质而衰减，又在传递路径途中发生了混入来自外部的多余的振动，故希望尽可能在发生场所附近测量振动。但是，关于成为高温的被测定物，如上所述，由于现有的薄膜型压电传感器耐热性差，故惟有通过振动传递棒等在远程的低温环境下感应振动并进行测量。但是，此时，却因发生振动的衰减、噪声的混入等，不能充分准确地测量被测定物的振动。
因此，例如在特开平5-34230号公报中示出，作为具有耐热性的薄膜型压电传感器，压电层使用铌酸锂等居里温度高的压电材料的方法。铌酸锂的居里温度约为1140℃，不用冷却装置在高温环境下的测定是可能的。但是，薄膜化困难，并且若不是单晶体就得不到压电特性，具有制作及加工均很困难、费成本等难点。
另外，对于在特开平10-122948号公报中所述的高温薄膜型振动传感器，为了解决这些问题，作为不存在居里温度的压电性陶瓷，使用氧化锌或氮化铝，使用使之在c轴方向取向的薄膜作为压电元件。另外，由氮化铝或氧化锌构成的薄膜对于压电元件的小型化是有希望的材料。
但是，为了使用氮化铝或氧化锌作为压电元件，氮化铝或氧化锌必须形成有偶极子取向的薄膜，另外，为了提高压电元件的压电性，必须提高其偶极子的取向度。但是，由氮化铝或氧化锌构成的薄膜迄今虽然用各种方法进行了制作，但由于涉及由氮化铝或氧化锌构成的薄膜的偶极子取向度的研究几乎没有进行，故存在难以制作其偶极子取向度受到控制的薄膜这样的问题。
另外，由氮化铝或氧化锌构成的薄膜由于在制膜时有非常大的内部应力，例如在基板上所形成的电极上形成薄膜的情况下，存在电极发生龟裂(裂纹)，并在每个电极处薄膜由基板剥落这样的问题。
其中，压缩型的薄膜型压电传感器由依次层叠了基座、基座侧电极、压电元件、载荷体侧电极和载荷体的层叠体构成，系将该基座的下表面牢固地安装在被测定物上而被使用。被测定物中一旦发生振动，振动即传递至传感器的基座内。传感器的基座与被测定物一起振动，而载荷体因惯性力使振动产生滞后，在压电元件内发生与振动加速度成正比的压缩或者拉伸应力。于是，在压电元件的两面发生与该应力成正比的电荷或电压，在压电元件两侧配置的上述2枚电极间流过电流，可通过测定该电流量来检测被测定物的振动大小及加速度。
以往，对于这样的压电型的传感器，使用由钛酸锆酸铅或聚偏二氟乙烯等压电材料构成的压电元件，而由这样的压电材料构成的压电元件使极化消失的居里温度低，其适用临界温度最高也只有300℃左右。因此，为了将压电元件保持在适当的温度，例如，在特开平5-203665号公报中，公开了用珀耳帖元件冷却压电元件的情况。但是，由于珀耳帖元件仅有发生局部温度梯度的功能，故不能应用于当外部不安装冷却机构时整体上成为高温的场所。
另外，由于声发射这样的振动因途中振动传递物质的性质而衰减，又在传递路径途中发生了混入来自外部的多余的振动，故希望尽可能在发生场所附近测量振动。但是，关于成为高温的被测定物，如上所述，由于现有的薄膜型压电传感器耐热性差，故惟有通过振动传递棒等在远程的低温环境下感应振动并进行测量。但是，此时，却因发生振动的衰减、噪声的混入等，不能充分准确地测量被测定物的振动。
因此，例如在特开平5-34230号公报中示出，作为具有耐热性的薄膜型压电传感器，压电层使用铌酸锂等居里温度高的压电材料的方法。铌酸锂的居里温度约为1140℃，不用冷却装置在高温环境下的测定是可能的。但是，薄膜化困难，并且若不是单晶体就得不到压电特性，具有制作及加工均很困难、费成本等难点。
另外，对于在特开平10-122948号公报中所述的高温薄膜型振动传感器，为了解决这些问题，作为不存在居里温度的压电性陶瓷，使用氧化锌或氮化铝，使用使之在c轴方向取向的薄膜作为压电元件。另外，由氮化铝或氧化锌构成的薄膜对于压电元件的小型化是有希望的材料。
但是，为了使用氮化铝或氧化锌作为压电元件，氮化铝或氧化锌必须形成有偶极子取向的薄膜，另外，为了提高压电元件的压电性，必须提高其偶极子的取向度。但是，由氮化铝或氧化锌构成的薄膜迄今虽然用各种方法进行了制作，但由于涉及由氮化铝或氧化锌构成的薄膜的偶极子取向度的研究几乎没有进行，故存在难以制作其偶极子取向度受到控制的薄膜这样的问题。
另外，由氮化铝或氧化锌构成的薄膜由于在制膜时有非常大的内部应力，例如在基板上所形成的电极上形成薄膜的情况下，存在电极发生龟裂(裂纹)，并在每个电极处薄膜由基板剥落这样的问题。
发明内容
因此，本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于：提供一种使用了由具有高的偶极子取向度的氮化铝或氧化锌构成的薄膜的高性能的压电元件，以及提供一种能够容易并且廉价地制造高性能的压电元件的方法。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的压电元件是一种在基板上依次层叠了第1电极层、压电层和第2电极层的压电元件，其特征在于：上述压电层由氮化铝和/或氧化锌构成，其偶极子取向度在55％以上。
按照该构成，压电元件的压电层由氮化铝和/或氧化锌构成。具有晶体结构的氮化铝或氧化锌由于其晶体结构不存在对称性，故原来就具备压电性，并且像铁电体那样不存在居里温度，即使在高温下也不产生磁位错，故直至晶体熔解或升华，都不会失去压电性。从而，由氮化铝和/或氧化锌构成的压电层的耐热性优越，即使在高温下压电特性也不会劣化。另外，由于加工性优越，在实现薄膜化方面也是合适的，故可使压电元件小型化。
上述所谓“偶极子取向度”，是指在压电元件表面的极化方向上，计算出正或负的占有率高的一方的比例。在偶极子取向度为50％的情况下，由于正的量与负的量相等，信号完全不出现，故作为偏向于正或负的一方的状态是理想的。因此，通过将压电元件的偶极子取向度定为55％以上，即可良好地保持压电元件的压电性。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述第1电极层采用TiN、MoSi2、Cr、Fe、Mg、Mo、Nb、Ta、Ti、Zn、Zr、W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag中的任1种构成。
按照该构成，通过用上述任一种金属制作第1电极层的膜，可在第1电极层上形成具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。另外，通过将第1电极层定为单层，压电元件的制造变得容易。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述第1电极层具有包括了与基板附着的附着层和在该附着层上1层以上的导电层的层叠结构。
按照该构成，在将第1电极层定为没有附着层的单层的情况下，具有第1电极层因为应力而从基板剥离，或者在第1电极层上发生裂纹的可能性，与此相对照，通过将第1电极层定为有附着层的层叠体，可进一步防止上述的剥离或裂纹的发生。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述导电层的最表层是具有与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子排列相同的排列，而且具有与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子间隔大致相同的原子间隔的晶面的金属，由作为上述晶面与基板面平行的取向性的金属构成。
按照该构成，通过将具有与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子排列相同的排列，而且具有与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子间隔大致相同的原子间隔的晶面的金属用于第1电极层的最表层，可无应变地生长氮化铝和/或氧化锌的晶体。其结果是，可容易地得到具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述导电层的最表层由电负性位于1.3以上至1.5以下的范围的金属构成。
按照该构成，可在金属上形成具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述导电层的最表层采用TiN、MoSi2、Si3N4、Cr、Fe、Mg、Mo、Nb、Ta、Ti、Zn、Zr、W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag中的任1种构成。
按照该构成，通过用上述任一种金属制作第1电极层的最表层的膜，可在第1电极层上形成具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述导电层的最表层由取向性W层、取向性Pt层、取向性Al层、取向性Ni层、取向性Cu层、取向性Pd层、取向性Rh层、取向性Ir层、取向性Ru层、取向性Au层或取向性Ag层中的任1种构成，该最表层的(111)面与基板面平行。
按照该构成，具有上述取向性的各金属层由于氮化铝和/或氧化锌的(0001)面和原子间隔相同，故无应变地生长氮化铝和/或氧化锌的晶体成为可能。其结果是，可得到具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述导电层由第1层和第2层构成，其中，上述第1层由在附着层上形成的Ti、Cr或Ta中的任1种构成，上述第2层由在该第1层上形成的Pt、Au或Ag中的任1种构成。另外，其特征在于：上述导电层由第1层、第2层和第3层构成，其中，上述第1层由在附着层上形成的Ti或Cr中的任1种构成，上述第2层由在该第1层上形成的Pt或Ni中的任1种构成，上述第3层由在该第2层上形成的Au构成。另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述结构外，上述第2电极层具有包括了多个导电层的层叠结构。
此外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述基板由玻璃、金属、塑料或陶瓷烧结体构成。
按照该构成，作为压电元件的基板，使用玻璃、金属、塑料或陶瓷烧结体。与单晶基板相比，它们价廉，容易得到，故可压低压电元件的成本。另外，例如，在作为玻璃将石英玻璃使用于基板或者作为金属将不锈钢使用于基板的情况下，与其它材料相比，可得到具有高的偶极子取向性的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述基板由厚度为5～100μm的金属或塑料构成。
此外，本发明的压电元件的制造方法是为了解决上述课题，包含在基板上形成第1电极层的第1电极层形成工序、在该第1电极层上形成压电层的压电层形成工序以及在该压电层上形成第2电极层的第2电极层形成工序的压电元件的制造方法，其特征在于：在上述压电层形成工序中，形成由氮化铝和/或氧化锌构成、其偶极子取向度为55％以上的压电层。
按照该构成，形成压电层，使得氮化铝和/或氧化锌的偶极子取向度为55％以上。由此，可制造能有耐热性且压电性良好的压电元件。
另外，本发明的压电元件的制造方法的特征在于：除上述构成外，上述第1电极层形成工序包含形成与基板附着的附着层的附着层形成工序和在该附着层上形成1层以上的导电层的导电层形成工序。
按照该构成，可得到第1电极层既没有从基板剥离，在第1电极层上又不发生裂纹的稳定的压电元件。
此外，本发明的压电元件的制造方法的特征在于：除上述构成外，在上述第1电极层形成工序中，在位于室温以上至150℃以下的范围的温度下，制作金属膜。
按照该构成，可防止在构成第1电极层的金属晶粒的晶粒之间产生间隙。由此，可形成适合于使氮化铝和/或氧化锌的薄膜进行偶极子取向的第1电极层。另外，通过消除基板与第1电极层的热膨胀差，应力降低，可防止在第1电极层上容易产生裂纹或发生剥离。此外，还可防止第1电极层与第2电极层短路。
另外，本发明的压电元件的制造方法的特征在于：除上述构成外，采用物理气相生长法进行上述第1电极层形成工序。
按照该构成，可容易地制作第1电极层的膜。所谓“物理气相生长法”，是指用物理方法使物质蒸发，在待成膜的构件上使之凝聚形成薄膜的方法，主要指溅射法、离子镀法及真空蒸镀法等。另外，按照该构成，由于压电材料的针状的晶柱生长为霜柱状，故压电材料可形成单晶状态的薄膜。
附图的简单说明
图1是示出载荷于压电元件上的压力与积存于压电元件内的电荷的相互关系的相互关系图。
按照该构成，压电元件的压电层由氮化铝和/或氧化锌构成。具有晶体结构的氮化铝或氧化锌由于其晶体结构不存在对称性，故原来就具备压电性，并且像铁电体那样不存在居里温度，即使在高温下也不产生磁位错，故直至晶体熔解或升华，都不会失去压电性。从而，由氮化铝和/或氧化锌构成的压电层的耐热性优越，即使在高温下压电特性也不会劣化。另外，由于加工性优越，在实现薄膜化方面也是合适的，故可使压电元件小型化。
上述所谓“偶极子取向度”，是指在压电元件表面的极化方向上，计算出正或负的占有率高的一方的比例。在偶极子取向度为50％的情况下，由于正的量与负的量相等，信号完全不出现，故作为偏向于正或负的一方的状态是理想的。因此，通过将压电元件的偶极子取向度定为55％以上，即可良好地保持压电元件的压电性。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述第1电极层采用TiN、MoSi2、Cr、Fe、Mg、Mo、Nb、Ta、Ti、Zn、Zr、W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag中的任1种构成。
按照该构成，通过用上述任一种金属制作第1电极层的膜，可在第1电极层上形成具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。另外，通过将第1电极层定为单层，压电元件的制造变得容易。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述第1电极层具有包括了与基板附着的附着层和在该附着层上1层以上的导电层的层叠结构。
按照该构成，在将第1电极层定为没有附着层的单层的情况下，具有第1电极层因为应力而从基板剥离，或者在第1电极层上发生裂纹的可能性，与此相对照，通过将第1电极层定为有附着层的层叠体，可进一步防止上述的剥离或裂纹的发生。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述导电层的最表层是具有与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子排列相同的排列，而且具有与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子间隔大致相同的原子间隔的晶面的金属，由作为上述晶面与基板面平行的取向性的金属构成。
按照该构成，通过将具有与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子排列相同的排列，而且具有与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子间隔大致相同的原子间隔的晶面的金属用于第1电极层的最表层，可无应变地生长氮化铝和/或氧化锌的晶体。其结果是，可容易地得到具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述导电层的最表层由电负性位于1.3以上至1.5以下的范围的金属构成。
按照该构成，可在金属上形成具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述导电层的最表层采用TiN、MoSi2、Si3N4、Cr、Fe、Mg、Mo、Nb、Ta、Ti、Zn、Zr、W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag中的任1种构成。
按照该构成，通过用上述任一种金属制作第1电极层的最表层的膜，可在第1电极层上形成具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述导电层的最表层由取向性W层、取向性Pt层、取向性Al层、取向性Ni层、取向性Cu层、取向性Pd层、取向性Rh层、取向性Ir层、取向性Ru层、取向性Au层或取向性Ag层中的任1种构成，该最表层的(111)面与基板面平行。
按照该构成，具有上述取向性的各金属层由于氮化铝和/或氧化锌的(0001)面和原子间隔相同，故无应变地生长氮化铝和/或氧化锌的晶体成为可能。其结果是，可得到具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述导电层由第1层和第2层构成，其中，上述第1层由在附着层上形成的Ti、Cr或Ta中的任1种构成，上述第2层由在该第1层上形成的Pt、Au或Ag中的任1种构成。另外，其特征在于：上述导电层由第1层、第2层和第3层构成，其中，上述第1层由在附着层上形成的Ti或Cr中的任1种构成，上述第2层由在该第1层上形成的Pt或Ni中的任1种构成，上述第3层由在该第2层上形成的Au构成。另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述结构外，上述第2电极层具有包括了多个导电层的层叠结构。
此外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述基板由玻璃、金属、塑料或陶瓷烧结体构成。
按照该构成，作为压电元件的基板，使用玻璃、金属、塑料或陶瓷烧结体。与单晶基板相比，它们价廉，容易得到，故可压低压电元件的成本。另外，例如，在作为玻璃将石英玻璃使用于基板或者作为金属将不锈钢使用于基板的情况下，与其它材料相比，可得到具有高的偶极子取向性的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。
另外，本发明的压电元件的特征在于：除上述构成外，上述基板由厚度为5～100μm的金属或塑料构成。
此外，本发明的压电元件的制造方法是为了解决上述课题，包含在基板上形成第1电极层的第1电极层形成工序、在该第1电极层上形成压电层的压电层形成工序以及在该压电层上形成第2电极层的第2电极层形成工序的压电元件的制造方法，其特征在于：在上述压电层形成工序中，形成由氮化铝和/或氧化锌构成、其偶极子取向度为55％以上的压电层。
按照该构成，形成压电层，使得氮化铝和/或氧化锌的偶极子取向度为55％以上。由此，可制造能有耐热性且压电性良好的压电元件。
另外，本发明的压电元件的制造方法的特征在于：除上述构成外，上述第1电极层形成工序包含形成与基板附着的附着层的附着层形成工序和在该附着层上形成1层以上的导电层的导电层形成工序。
按照该构成，可得到第1电极层既没有从基板剥离，在第1电极层上又不发生裂纹的稳定的压电元件。
此外，本发明的压电元件的制造方法的特征在于：除上述构成外，在上述第1电极层形成工序中，在位于室温以上至150℃以下的范围的温度下，制作金属膜。
按照该构成，可防止在构成第1电极层的金属晶粒的晶粒之间产生间隙。由此，可形成适合于使氮化铝和/或氧化锌的薄膜进行偶极子取向的第1电极层。另外，通过消除基板与第1电极层的热膨胀差，应力降低，可防止在第1电极层上容易产生裂纹或发生剥离。此外，还可防止第1电极层与第2电极层短路。
另外，本发明的压电元件的制造方法的特征在于：除上述构成外，采用物理气相生长法进行上述第1电极层形成工序。
按照该构成，可容易地制作第1电极层的膜。所谓“物理气相生长法”，是指用物理方法使物质蒸发，在待成膜的构件上使之凝聚形成薄膜的方法，主要指溅射法、离子镀法及真空蒸镀法等。另外，按照该构成，由于压电材料的针状的晶柱生长为霜柱状，故压电材料可形成单晶状态的薄膜。
附图的简单说明
图1是示出载荷于压电元件上的压力与积存于压电元件内的电荷的相互关系的相互关系图。
具体实施方式
实施方式1
以下说明本发明的实施方式1。
本实施方式的压电元件具有在基板上依次包括了下部电极(第1电极层)、压电体薄膜(压电层)和上部电极(第2电极层)的层叠结构。由于是在基板上形成了压电体薄膜的压电元件，故可使用作为压力传感器、振动传感器、加速度传感器或表面弹性波滤波器等，而且使之具有高灵敏度是可能的。
上述基板不仅是由蓝宝石或硅等的单晶构成的单晶基板，而且可使用玻璃基板、多晶陶瓷基板、金属基板或树脂基板等的单晶基板以外的基板。如后面将要述及的，本实施方式的压电元件所具有的压电体薄膜由于可以做到在单晶基板以外的基板上形成偶极子取向的氮化铝和/或氧化锌的薄膜，这样，与使用单晶基板的情形相比，可廉价地制造压电元件。
形成下部电极的金属如为其电负性位于1.3以上至1.5以下的范围的金属则较好，在1.4附近则更好。下部电极与压电体薄膜相接，压电体薄膜由后述的氮化铝和/或氧化锌构成。在使用其电负性位于上述范围外的金属形成下部电极的情况下，在下部电极上所形成的由氮化铝和/或氧化锌构成的薄膜的偶极子取向度显著地减少，与此相对照，通过使用位于上述范围内的金属形成下部电极，可形成由具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌构成的薄膜。另外，形成下部电极的金属的原子排列是与形成压电体薄膜的氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子排列相同的排列，如为具有其原子间隔变得大致相同的晶面的金属则较好。由于在这样的金属的晶面和形成压电体薄膜的氮化铝和/或氧化锌的(0001)面上没有晶格常数差，故在形成压电体薄膜时可无应变地生长氮化铝或氧化锌，可形成具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。
另外，形成下部电极的金属如其晶面与基板平行，用具有取向性的金属形成则较好。例如，可用TiN、MoSi2、Cr、Fe、Mg、Mo、Nb、Ta、Ti、Zn、Zr、W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag中的任1种形成。再有，W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag的(111)面与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面没有晶格常数差。因此，如以W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag的(111)面与基板面平行的取向性W层、取向性Pt层、取向性Al层、取向性Ni层、取向性Cu层、取向性Pd层、取向性Rh层、取向性Ir层、取向性Ru层、取向性Au层或取向性Ag层中的任1种作为下部电极形成则较好。这些具有取向性的金属层依赖于受制膜条件控制的环境，通过发生表现出取向性的晶体生长而具有取向性。
压电体薄膜使用偶极子取向性氮化铝和/或偶极子取向性氧化锌形成，其偶极子取向度在55％以上。即，压电体薄膜使用偶极子取向性氮化铝和氧化锌中的任1种或其双方形成，在形成时使得其偶极子取向度在55％以上。此处，所谓偶极子取向度，是指在压电体薄膜表面的极化方向上，计算出正或负的占有率高的一方的比例。在偶极子取向度为50％的情况下，由于正的量与负的量相等，信号完全不出现，故作为偏向于正或负的一方的状态是理想的。
图1是示出载荷于压电元件上的压力与积存于压电元件内的电荷的相互关系的图，如该图所示，载荷于压电元件上的压力越大，积存于压电元件内的电荷量就变得越大。在图1中，以压电元件的偶极子取向度为参数，测得其偶极子取向度为51.4％和90％的压电元件的电荷量，由此可知偶极子取向度与积存于压电元件内的电荷量相关。即，偶极子取向度越高，压电元件蓄积高电压就越有可能，其结果是，得到高性能。再有，在理论上，例如如果有50.1％等的微差，则虽然信号会出现，但对因偶极子取向度的偏离造成的信号的有无进行测定的结果是，由于在没有55％以上的偏离的情况下，在测定方面有困难，故采用偶极子取向度为55％以上的薄膜作为压电体薄膜。
上部电极可用Al、Pt、Au、Ag、Cu等金属或以这些金属为主体的合金、ITO、二氧化铱、二氧化钌、三氧化铼或LSCO(La0.5Sr0.5CoO3)等导电性氧化物，或者氮化硅等氮化物形成。再有，除上述物质以外，同样可以使用只要与由氮化铝和/或氧化锌构成的薄膜的附着性好、难以产生应力的导电物质。
接着，以下说明压电元件的制造方法的一例。再有，在本实施方式中，作为一例，说明具有由氮化铝薄膜构成的压电体薄膜的压电元件。但是，本发明却不限定于此，对于具有氧化锌薄膜或者由氮化铝与氧化锌构成的压电体薄膜的压电元件，也同样适用。
如上所述，基板可选择单晶基板、多晶基板或无定形基板等各种基板。由于由偶极子取向性氮化铝和/或偶极子取向性氧化锌构成的薄膜可不依赖于基板的种类而形成，故在本实施方式中，采用多晶基板或无定形基板。这是因为与单晶基板相比，多晶基板或无定形基板价廉且容易得到的缘故。具体地说，作为基板如选择玻璃基板或金属基板，特别是石英玻璃基板或不锈钢基板则较好。石英玻璃基板或不锈钢基板由于与其它的材料相比，可得到高的偶极子取向性，故作为压电元件的基板最佳。再有，除上述石英玻璃基板或不锈钢基板外，例如也可用厚度为5～100μm的金属或塑料。
然后，进行在上述基板上制作下部电极膜的第1电极层形成工序。由于下部电极以导体作为电极材料，故通过用物理气相生长法(PVD(物理气相淀积)法)蒸镀规定的金属或合金来形成。作为物理气相生长法，可采用电阻加热蒸镀或电子束加热蒸镀等真空蒸镀法、直流溅射、高频溅射、RF等离子体辅助溅射、磁控溅射、ECR溅射或离子束溅射等各种溅射法、高频离子镀、激活蒸镀或电弧离子镀等各种离子镀法、分子束外延法、激光磨削法、离子化簇束蒸镀法、以及离子束蒸镀法等制膜方法。其中，采用溅射法，特别是RF等离子体辅助溅射法较好。这是因为如采用RF等离子体辅助溅射法，则由于在比较高的真空下进行溅射，故能形成由较高品质的氮化铝和/或氧化锌的薄膜构成的下部电极的缘故。但是，上述蒸镀方法可根据待蒸镀的物质而适当地进行选择。
另外，薄膜状的下部电极如在室温(25℃)以上至150℃以下的范围的温度下制膜则较好。通过在位于上述范围内的温度下制作下部电极膜，可防止在构成下部电极的金属晶粒的晶粒之间产生间隙。由此，在更能抑制龟裂(裂纹)、丘状的隆起(小丘)或剥离的发生的同时，更能抑制上部电极与下部电极的短路。
再有，制作下部电极膜的温度当超过了在晶粒之间产生间隙的温度的情况下，在制作金属晶粒膜时晶粒生长，往往随着该晶粒生长，平滑地构成下部电极的微结构。一旦平滑地构成下部电极的微结构，上部电极与下部电极短路的可能性就减少。因此，当超过了在晶粒之间产生间隙的制膜温度的温度下，随着晶粒生长而晶粒之间的间隙消失，只要是平滑地构成电极的微结构的温度，即可制作下部电极膜。
制膜条件可以设定，例如压力为1.0×10-1Pa，氮气分压比为0％，基板温度为无加热，靶接通功率为200W。另外，制膜的膜厚可随材料而变化。但是，可适当地变更上述条件。
然后，用上述制膜条件和蒸镀方法，形成与其后形成的氮化铝的(0001)面匹配良好的下部电极。下部电极可通过用溅射法制膜而形成例如W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag的(111)面与基板面平行的取向性W层、取向性Pt层、取向性Al层、取向性Ni层、取向性Cu层、取向性Pd层、取向性Rh层、取向性Ir层、取向性Ru层、取向性Au层或取向性Ag层。
通过在上述温度范围内制作下部电极膜，可形成适合于形成进行了偶极子取向的氮化铝的薄膜的下部电极。另外，由于基板与下部电极的热膨胀差消失，可降低下部电极的应力，可防止在下部电极上产生裂纹及小丘，以及下部电极从基板剥离。
接着，进行在下部电极上形成压电体薄膜的压电层形成工序。在下部电极上，形成由具有55％以上的偶极子取向度的氮化铝的薄膜构成的压电体薄膜。压电体薄膜的形成如采用PVD法，尤其是采用溅射法制膜则较好。如上所述，形成下部电极的金属如为与氮化铝的(0001)面的原子排列相同的排列，与氮化铝的(0001)面的原子间隔大致相同的原子间隔的晶面如与基板平行地取向则较好。这样的金属由于其晶面形成与蓝宝石等的单晶同等的基底表面，故通过用PVD法，以铝或氮化铝为靶，在下部电极上形成薄膜，可得到由进行了偶极子取向的氮化铝构成的压电体薄膜。
溅射例如可用高频磁控溅射装置进行。此时，在溅射室内抽真空至5×10-4Pa以下，并引入高纯度氩气(纯度99.999％)和高纯度氮气(纯度99.999％)或高纯度氧气(纯度99.999％)。在进行蒸镀前，一直关闭高频磁控溅射装置的挡板，进行作为靶的铝或氮化铝的加压溅射10分钟。然后，例如可在设定溅射压力为0.5Pa，基板温度为300℃，氮气分压比为50％，靶接通功率为300W，溅射时间为4小时的制膜条件下进行溅射，形成氮化铝薄膜。
另外，上述制膜条件可适当地变更，例如，在形成膜厚为2000nm的氮化铝薄膜的情况下，即使设定溅射压力为1.3×10-1Pa，氮气分压比为60％，基板温度为300℃，靶接通功率为200W，溅射时间为12小时，也可同样地形成氮化铝薄膜。
接着，进行在压电体薄膜上形成上部电极的第2电极层形成工序。采用PVD法或CVD(化学气相淀积)法的蒸镀方法，形成由用于上述上部电极的物质之中的任一种构成的上部电极。另外，也可采用用于上述上部电极的物质之中的多种物质，形成具有层叠结构的上部电极。再有，用于形成上部电极的蒸镀方法和形成条件可随蒸镀物质适当地进行变更。
根据以上所述，可以在单晶基板以外的基板上制造由下部电极、偶极子取向的氮化铝构成的压电体薄膜以及上部电极形成的压电元件。另外，通过考虑与下部电极的取向性、面排列和原子排列而形成压电体薄膜，可制造具有高的偶极子取向度，剥离、裂纹和小丘形成原因的应力发生受到抑制的压电元件。
实施方式2
下面说明本发明的实施方式2。
本实施方式的压电元件的下部电极形成具有用于增高与基板的附着性的附着层和作为电极的电极层(导电层)的层叠体。关于其他的构成，与在上述实施方式1中说明过的压电元件是同样的。
作为层叠体的下部电极的最表层与压电体薄膜附着。形成压电体薄膜的氮化铝和/或氧化锌与上述实施方式1同样，由于例如在电负性位于1.3以上至1.5以下的范围的金属上可具有高的偶极子取向度，因此如使形成下部电极的最表层的金属为其电负性位于1.3以上至1.5以下的范围的金属则较好。另外，下部电极的最表层的金属如其原子排列为与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子排列相同的排列，如为具有原子间隔大致相同的晶面的金属则较好。这是因为在这样的金属的晶面和形成压电体薄膜的氮化铝和/或氧化锌的(0001)面上没有晶格常数差，故在形成压电体薄膜时，可无应变地生长氮化铝或氧化锌的晶体，可形成具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜的缘故。
另外，下部电极的最表层如其晶面与基板平行，用具有取向性的金属形成则较好。例如，可用TiN、MoSi2、Si3N4、Cr、Fe、Mg、Mo、Nb、Ta、Ti、Zn、Zr、W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag中的任1种形成。再有，W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag的(111)面与氮化铝和氧化锌的(0001)面没有晶格常数差。因此，如在最表层上形成W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag的(111)面与基板面平行的取向性W层、取向性Pt层、取向性Al层、取向性Ni层、取向性Cu层、取向性Pd层、取向性Rh层、取向性Ir层、取向性Ru层、取向性Au层或取向性Ag层中的任1种则较好。
另外，在下部电极为2层层叠体的情况下，可形成以在基板上形成的第1层为Ti或Cr，在第1层上形成的第2层为Pt的2层体(以下，记作在基板上形成的第1层/在第1层上形成的第2层。即，在上述情况下为Ti/Pt或Cr/Pt。在3层体中也相同)。另外，在下部电极为3层层叠体的情况下，可形成Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au或Cr/Ni/Au的3层体。
再有，在下部电极像上述实施方式1那样为没有附着层的单层的情况下，例如在基板上形成以Pt、Au、Ru或Ag为下部电极所形成的单层的情况下，往往产生应力。由此，存在下部电极从基板剥离或在下部电极上发生裂纹的可能性，与此相对照，通过将下部电极形成具有附着层的层叠体，可进一步抑制剥离或裂纹的发生。
接着，说明压电元件的制造方法的一例。再有，在本实施方式中，作为一例，说明具有由氮化铝薄膜构成的压电体薄膜的压电元件。但是，本发明却不限定于此，作为压电体薄膜，即使在具有氧化锌薄膜或由氮化铝和氧化锌构成的薄膜的压电元件中也是同样的。
与上述实施方式1同样地，作为基板使用石英玻璃基板或不锈钢基板，进行在基板上形成下部电极的第1电极层形成工序。作为第1电极层形成工序，首先进行在基板上形成附着层的附着层形成工序。然后，进行在附着层上形成电极层的导电层形成工序。附着层和电极层采用与上述实施方式1相同的制膜条件和蒸镀方法形成，由此形成下部电极。
然后，形成与作为其后形成的压电体薄膜的氮化铝的(0001)面匹配良好的电极层。上述电极层的最表层，即与压电体薄膜相接的层，采用例如，TiN、MoSi2、Si3N4、Cr、Fe、Mg、Mo、Nb、Ta、Ti、Zn、Zr、W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag中的任1种材料为好。
另外，上述电极层的最表层也可用W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag的(111)面与基板面平行的取向性W层、取向性Pt层、取向性Al层、取向性Ni层、取向性Cu层、取向性Pd层、取向性Rh层、取向性Ir层、取向性Ru层、取向性Au层或取向性Ag层形成。
通过在位于室温(25℃)以上至150℃以下的范围的温度下制作下部电极膜，可形成适合于形成进行了偶极子取向的氮化铝的薄膜的下部电极。另外，由于基板、附着层和下部电极的热膨胀差消失，降低下部电极的应力成为可能，可防止在下部电极上产生裂纹及小丘，并防止下部电极从基板剥离。
接着，进行在下部电极上形成压电体薄膜的压电层形成工序。在下部电极上，形成由具有55％以上的偶极子取向度的氮化铝的薄膜构成的压电体薄膜。压电体薄膜的形成与上述实施方式1同样地，如采用PVD法，尤其是采用溅射法制膜则较好。另外，形成下部电极的最表层的金属如为与氮化铝的(0001)面的原子排列相同的排列，与氮化铝的(0001)面的原子间隔大致相同的原子间隔的晶面如与基板平行地取向，则较好。这样的金属由于其晶面形成与蓝宝石等的单晶同等的基底表面，故通过用PVD法，以铝或氮化铝为靶，在下部电极的最表层上形成薄膜，可得到由进行了偶极子取向的氮化铝构成的压电体薄膜。另外，氮化铝的薄膜可采用与实施方式1同样的条件制膜。
接着，进行在压电体薄膜上形成上部电极的第2电极层形成工序。采用PVD法或CVD法的蒸镀方法，形成由用于上述上部电极的物质之中的任一种构成的上部电极。另外，也可采用用于上述上部电极的物质之中的多种物质，形成具有层叠结构的上部电极。再有，用于形成上部电极的蒸镀方法和形成条件可随蒸镀物质适当地进行变更。
根据以上所述，可以在单晶基板以外的基板制造由具有附着层的下部电极、偶极子取向的氮化铝薄膜构成的压电体薄膜以及上部电极形成的压电元件。另外，通过考虑与下部电极的取向性、面排列和原子排列而形成压电体薄膜，可制造具有高的偶极子取向度，剥离、裂纹和小丘形成原因的应力发生受到抑制的压电元件。
实施例
已知压电元件的电-机耦合系数等的电学特性强烈地依赖于压电体薄膜的偶极子取向度。因此，压电元件为了配备具有较高的偶极子取向度的压电体薄膜，研讨了下部电极对压电体薄膜的形成的影响，以及将下部电极制成层叠体所造成的对压电体薄膜的形成的效应。以下，说明其内容。
(下部电极的影响)
至此，作为在导体上制作了氮化铝薄膜的主要的研究，有为了提高铁的耐腐蚀性而进行的研究和在表面弹性波(SAW(surface acoustic wave))滤波器用的铝电极上进行了制作的研究。在其它的导体上制作氮化铝薄膜的研究为数甚少，在其中所报道的氮化铝薄膜仅仅是在玻璃基板上的Au薄膜上制作的。因此，为了在下部电极上形成具有高的偶极子取向度的氮化铝薄膜，通过使用20种导体制作20种下部电极膜，在各下部电极上制作氮化铝薄膜，研究下部电极对氮化铝薄膜的偶极子取向度的影响。再有，20种下部电极在室温下主要用溅射法制作，基板使用了玻璃基板。
具体地说，作为基板，使用20mm×20mm×1.1mm的石英玻璃基板，在石英玻璃基板上制作了下部电极膜。下部电极的制膜条件设定压力为1.0×10-1Pa，氮气分压比为0％，基板温度为无加热，靶接通功率为200W。另外，使下部电极的膜厚随材料而变化。然后，在各下部电极上制作了氮化铝薄膜。氮化铝薄膜的制膜条件设定压力为1.3×10-1Pa，氮气分压比为60％，基板温度为300℃，靶接通功率为200W，膜厚为2000nm。
再有，例如由于Al-Si、Ni、Cr等是对半导体常用的材料，只要能将这些材料用作下部电极，与具有由半导体与氮化铝和/或氧化锌构成的薄膜的压电元件的集成将变得容易。但是，用这些材料不能增高由氮化铝和/或氧化锌构成的薄膜的偶极子取向度，另外，多数还发生了裂纹。另外，在作为下部电极在石英玻璃基板上直接形成了Pt、Au、Ru的情况下，下部电极与石英玻璃基板的附着性差，下部电极从石英玻璃基板剥离。因此，在石英玻璃基板上形成了由Ti或Cr等构成的附着层。然后，在作为下部电极的最表层形成TiN薄膜，又在TiN薄膜上形成了氮化铝薄膜的情况下，可得到具有其偶极子取向度展现90％的超高偶极子取向度和高结晶度的氮化铝薄膜。再有，在TiN薄膜上形成了氮化铝薄膜的例子迄今尚无报道。另外，还与在作为下部电极的最表层的W、Ti/Pt、Ti/Au和Ti/Ag上形成了氮化铝薄膜的情况同样地，可得到具有其偶极子取向度为90％左右的超高偶极子取向度的氮化铝薄膜。
接着，所形成的氮化铝薄膜的晶体结构即使在局部上(微观上)优越，而在整体上(宏观上)产生裂纹及剥离的情况下，要批量生产压电元件是困难的。因此，使用光学显微镜对各种氮化铝薄膜的表面进行了观察。在TiN上所形成的氮化铝薄膜的表面上，虽然观察到小丘，但完全没有观察到裂纹及剥离。另外，在W和Ti/Pt上所形成的氮化铝薄膜的表面是平滑且均匀的，完全没有观察到裂纹和剥离。
另一方面，在Ti/Au或Ti/Ag上所形成的氮化铝薄膜的表面上，观察到小丘和大的裂纹。另外，如上所述，通过使用Al-Si薄膜，虽然有效地利用现有的半导体技术是可能的，但在Al-Si薄膜上不能形成具有高的偶极子取向度的氮化铝薄膜，还确认了严重裂纹的发生。进而，在由Cr或Ni构成的薄膜上所形成的氮化铝薄膜的表面上，发生无数的裂纹，还在各处观察到针孔那样的部分。
从以上的结果可知，在W和Ti/Pt上所形成的氮化铝薄膜具有高偶极子取向度和高结晶度，还不发生小丘、裂纹和剥离。因此，可知作为形成下部电极的最表层的薄膜，由W或Ti/Pt构成的薄膜是优越的。
(下部电极的层叠效应)
关于使具有由氮化铝薄膜构成的压电体薄膜的压电元件中的下部电极层叠造成的效应，迄今尚无报道。因此，研究了作为下部电极使金属薄膜层叠为2重或3重，并在该下部电极上形成了氮化铝薄膜的情况中的对氮化铝薄膜的偶极子取向度和结晶度等的晶体结构的影响。
首先，上述(下部电极的影响)研究的结果是，研究了具有在最表层形成了表现出高的偶极子取向度和高结晶度的Ti/Pt或Cr/Pt等的Pt系的层叠结构的下部电极。基板使用20mm×20mm×1.1mm的石英玻璃基板，下部电极的制膜条件设定压力为1.0×10-1Pa，氮气分压比为0％，基板温度为无加热，靶接通功率为200W，使膜厚随材料而变化。另外，氮化铝薄膜的制膜条件设定压力为1.3×10-1Pa，氮气分压比为60％，基板温度为300℃，靶接通功率为200W，膜厚为2000nm。
通过将下部电极的基板一侧的层从Ti改变为Cr，所形成的氮化铝薄膜的偶极子取向度从90％增加至95％。另外，氮化铝薄膜的(002)面的峰值的积分强度也提高了约2倍。从该结果可知，Cr薄膜尽管仅为数十nm，但对其上所形成的氮化铝薄膜的偶极子取向度和结晶度却有很大的影响。
接着，研究了具有在最表层形成了Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au或Cr/Ni/Au等的Au系的层叠结构的下部电极。其结果是，偶极子取向度全部约为90％以上，没有看到各层中的大的差异。另外，也没有看到所形成的氮化铝薄膜的(002)面的峰值的积分强度有大的差异。因此，最表层使用了Au系薄膜的情况与最表层使用了Pt系薄膜的情况不同，没有观察到下部电极的层叠效应对氮化铝薄膜的偶极子取向度和结晶度的影响。
为了用上述(下部电极的影响)和(下部电极的层叠效应)得到具有高的偶极子取向度的氮化铝薄膜，研讨了在形成氮化铝薄膜时的下部电极的影响和下部电极的层叠效应。其结果是，根据用于下部电极的金属的种类和下部电极的层叠结构，可知在下部电极上所形成的氮化铝薄膜的偶极子取向度和结晶度等发生大的变化。即，从研究了下部电极的影响的结果可得到在由TiN、W、Ti/Au、Ti/Ag和Ti/Pt构成的下部电极上制作了氮化铝薄膜时具有高的偶极子取向度的氮化铝薄膜。但是得知，在由TiN、Ti/Au和Ti/Ag构成的下部电极上制成的氮化铝薄膜由于在其表面观察到小丘及大的裂纹，故不适合于下部电极的材料。另一方面得知，在由W和Ti/Pt构成的下部电极上制成的氮化铝薄膜的表面是均匀的，几乎未观察到裂纹及剥离，适合作为下部电极的材料。另外得知，所制膜的下部电极的偶极子取向度和结晶度越高，在下部电极上所制作的氮化铝薄膜的偶极子取向度和结晶度也就越增高。进而得知，电负性位于1.3以上至1.5以下的范围的金属适合作为用于下部电极的最表层的材料。
另外，本发明尽管使用了玻璃基板等廉价的基板，但可提供具有高的偶极子取向度的高性能的压电元件。进而，本发明的压电元件除了有高性能外，还能兼具没有小丘及裂纹、无剥离的高品质。这样，本发明使用廉价的玻璃、金属、塑料或陶瓷烧结体基板，在可提供具有由氮化铝和/或氧化锌构成的压电体薄膜的高性能并且高品质的压电元件方面是有意义的。另外，本发明不仅在下部电极是W等的单层的情况下，而且在形成了具有附着层的层叠体的情况下，通过恰当地选择用于下部电极的最表层的材料，还能提供高性能并且高品质的压电元件。另外，本发明在制作下部电极膜时，通过控制用于下部电极的材料的晶粒形状，用RF溅射法等物理气相生长法，可提供不发生小丘、裂纹和剥离、高性能并且高品质的压电元件的制造方法。
再有，上述实施方式1和2以及实施例中的压电元件的制造条件不过示出了一例，本发明当然不限定于该数值。
产业上的可利用性
本发明的压电元件的压电层由氮化铝和/或氧化锌构成，由于其晶体结构不存在对称性，故原来就具备压电性，并且像铁电体那样不存在居里温度，即使在高温下也不产生磁位错，故直至晶体熔解或升华，都不会失去压电性。从而，由氮化铝和/或氧化锌构成的压电层的耐热性优越，即使在高温下压电特性也不会劣化。
特别是为了进行原子能发电站等的设备中的管道及阀门，或者内燃机的发动机等产生高温气氛的结构物的异常检测，本发明的压电元件可作为传感器设置在结构物的内部。
以下说明本发明的实施方式1。
本实施方式的压电元件具有在基板上依次包括了下部电极(第1电极层)、压电体薄膜(压电层)和上部电极(第2电极层)的层叠结构。由于是在基板上形成了压电体薄膜的压电元件，故可使用作为压力传感器、振动传感器、加速度传感器或表面弹性波滤波器等，而且使之具有高灵敏度是可能的。
上述基板不仅是由蓝宝石或硅等的单晶构成的单晶基板，而且可使用玻璃基板、多晶陶瓷基板、金属基板或树脂基板等的单晶基板以外的基板。如后面将要述及的，本实施方式的压电元件所具有的压电体薄膜由于可以做到在单晶基板以外的基板上形成偶极子取向的氮化铝和/或氧化锌的薄膜，这样，与使用单晶基板的情形相比，可廉价地制造压电元件。
形成下部电极的金属如为其电负性位于1.3以上至1.5以下的范围的金属则较好，在1.4附近则更好。下部电极与压电体薄膜相接，压电体薄膜由后述的氮化铝和/或氧化锌构成。在使用其电负性位于上述范围外的金属形成下部电极的情况下，在下部电极上所形成的由氮化铝和/或氧化锌构成的薄膜的偶极子取向度显著地减少，与此相对照，通过使用位于上述范围内的金属形成下部电极，可形成由具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌构成的薄膜。另外，形成下部电极的金属的原子排列是与形成压电体薄膜的氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子排列相同的排列，如为具有其原子间隔变得大致相同的晶面的金属则较好。由于在这样的金属的晶面和形成压电体薄膜的氮化铝和/或氧化锌的(0001)面上没有晶格常数差，故在形成压电体薄膜时可无应变地生长氮化铝或氧化锌，可形成具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜。
另外，形成下部电极的金属如其晶面与基板平行，用具有取向性的金属形成则较好。例如，可用TiN、MoSi2、Cr、Fe、Mg、Mo、Nb、Ta、Ti、Zn、Zr、W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag中的任1种形成。再有，W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag的(111)面与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面没有晶格常数差。因此，如以W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag的(111)面与基板面平行的取向性W层、取向性Pt层、取向性Al层、取向性Ni层、取向性Cu层、取向性Pd层、取向性Rh层、取向性Ir层、取向性Ru层、取向性Au层或取向性Ag层中的任1种作为下部电极形成则较好。这些具有取向性的金属层依赖于受制膜条件控制的环境，通过发生表现出取向性的晶体生长而具有取向性。
压电体薄膜使用偶极子取向性氮化铝和/或偶极子取向性氧化锌形成，其偶极子取向度在55％以上。即，压电体薄膜使用偶极子取向性氮化铝和氧化锌中的任1种或其双方形成，在形成时使得其偶极子取向度在55％以上。此处，所谓偶极子取向度，是指在压电体薄膜表面的极化方向上，计算出正或负的占有率高的一方的比例。在偶极子取向度为50％的情况下，由于正的量与负的量相等，信号完全不出现，故作为偏向于正或负的一方的状态是理想的。
图1是示出载荷于压电元件上的压力与积存于压电元件内的电荷的相互关系的图，如该图所示，载荷于压电元件上的压力越大，积存于压电元件内的电荷量就变得越大。在图1中，以压电元件的偶极子取向度为参数，测得其偶极子取向度为51.4％和90％的压电元件的电荷量，由此可知偶极子取向度与积存于压电元件内的电荷量相关。即，偶极子取向度越高，压电元件蓄积高电压就越有可能，其结果是，得到高性能。再有，在理论上，例如如果有50.1％等的微差，则虽然信号会出现，但对因偶极子取向度的偏离造成的信号的有无进行测定的结果是，由于在没有55％以上的偏离的情况下，在测定方面有困难，故采用偶极子取向度为55％以上的薄膜作为压电体薄膜。
上部电极可用Al、Pt、Au、Ag、Cu等金属或以这些金属为主体的合金、ITO、二氧化铱、二氧化钌、三氧化铼或LSCO(La0.5Sr0.5CoO3)等导电性氧化物，或者氮化硅等氮化物形成。再有，除上述物质以外，同样可以使用只要与由氮化铝和/或氧化锌构成的薄膜的附着性好、难以产生应力的导电物质。
接着，以下说明压电元件的制造方法的一例。再有，在本实施方式中，作为一例，说明具有由氮化铝薄膜构成的压电体薄膜的压电元件。但是，本发明却不限定于此，对于具有氧化锌薄膜或者由氮化铝与氧化锌构成的压电体薄膜的压电元件，也同样适用。
如上所述，基板可选择单晶基板、多晶基板或无定形基板等各种基板。由于由偶极子取向性氮化铝和/或偶极子取向性氧化锌构成的薄膜可不依赖于基板的种类而形成，故在本实施方式中，采用多晶基板或无定形基板。这是因为与单晶基板相比，多晶基板或无定形基板价廉且容易得到的缘故。具体地说，作为基板如选择玻璃基板或金属基板，特别是石英玻璃基板或不锈钢基板则较好。石英玻璃基板或不锈钢基板由于与其它的材料相比，可得到高的偶极子取向性，故作为压电元件的基板最佳。再有，除上述石英玻璃基板或不锈钢基板外，例如也可用厚度为5～100μm的金属或塑料。
然后，进行在上述基板上制作下部电极膜的第1电极层形成工序。由于下部电极以导体作为电极材料，故通过用物理气相生长法(PVD(物理气相淀积)法)蒸镀规定的金属或合金来形成。作为物理气相生长法，可采用电阻加热蒸镀或电子束加热蒸镀等真空蒸镀法、直流溅射、高频溅射、RF等离子体辅助溅射、磁控溅射、ECR溅射或离子束溅射等各种溅射法、高频离子镀、激活蒸镀或电弧离子镀等各种离子镀法、分子束外延法、激光磨削法、离子化簇束蒸镀法、以及离子束蒸镀法等制膜方法。其中，采用溅射法，特别是RF等离子体辅助溅射法较好。这是因为如采用RF等离子体辅助溅射法，则由于在比较高的真空下进行溅射，故能形成由较高品质的氮化铝和/或氧化锌的薄膜构成的下部电极的缘故。但是，上述蒸镀方法可根据待蒸镀的物质而适当地进行选择。
另外，薄膜状的下部电极如在室温(25℃)以上至150℃以下的范围的温度下制膜则较好。通过在位于上述范围内的温度下制作下部电极膜，可防止在构成下部电极的金属晶粒的晶粒之间产生间隙。由此，在更能抑制龟裂(裂纹)、丘状的隆起(小丘)或剥离的发生的同时，更能抑制上部电极与下部电极的短路。
再有，制作下部电极膜的温度当超过了在晶粒之间产生间隙的温度的情况下，在制作金属晶粒膜时晶粒生长，往往随着该晶粒生长，平滑地构成下部电极的微结构。一旦平滑地构成下部电极的微结构，上部电极与下部电极短路的可能性就减少。因此，当超过了在晶粒之间产生间隙的制膜温度的温度下，随着晶粒生长而晶粒之间的间隙消失，只要是平滑地构成电极的微结构的温度，即可制作下部电极膜。
制膜条件可以设定，例如压力为1.0×10-1Pa，氮气分压比为0％，基板温度为无加热，靶接通功率为200W。另外，制膜的膜厚可随材料而变化。但是，可适当地变更上述条件。
然后，用上述制膜条件和蒸镀方法，形成与其后形成的氮化铝的(0001)面匹配良好的下部电极。下部电极可通过用溅射法制膜而形成例如W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag的(111)面与基板面平行的取向性W层、取向性Pt层、取向性Al层、取向性Ni层、取向性Cu层、取向性Pd层、取向性Rh层、取向性Ir层、取向性Ru层、取向性Au层或取向性Ag层。
通过在上述温度范围内制作下部电极膜，可形成适合于形成进行了偶极子取向的氮化铝的薄膜的下部电极。另外，由于基板与下部电极的热膨胀差消失，可降低下部电极的应力，可防止在下部电极上产生裂纹及小丘，以及下部电极从基板剥离。
接着，进行在下部电极上形成压电体薄膜的压电层形成工序。在下部电极上，形成由具有55％以上的偶极子取向度的氮化铝的薄膜构成的压电体薄膜。压电体薄膜的形成如采用PVD法，尤其是采用溅射法制膜则较好。如上所述，形成下部电极的金属如为与氮化铝的(0001)面的原子排列相同的排列，与氮化铝的(0001)面的原子间隔大致相同的原子间隔的晶面如与基板平行地取向则较好。这样的金属由于其晶面形成与蓝宝石等的单晶同等的基底表面，故通过用PVD法，以铝或氮化铝为靶，在下部电极上形成薄膜，可得到由进行了偶极子取向的氮化铝构成的压电体薄膜。
溅射例如可用高频磁控溅射装置进行。此时，在溅射室内抽真空至5×10-4Pa以下，并引入高纯度氩气(纯度99.999％)和高纯度氮气(纯度99.999％)或高纯度氧气(纯度99.999％)。在进行蒸镀前，一直关闭高频磁控溅射装置的挡板，进行作为靶的铝或氮化铝的加压溅射10分钟。然后，例如可在设定溅射压力为0.5Pa，基板温度为300℃，氮气分压比为50％，靶接通功率为300W，溅射时间为4小时的制膜条件下进行溅射，形成氮化铝薄膜。
另外，上述制膜条件可适当地变更，例如，在形成膜厚为2000nm的氮化铝薄膜的情况下，即使设定溅射压力为1.3×10-1Pa，氮气分压比为60％，基板温度为300℃，靶接通功率为200W，溅射时间为12小时，也可同样地形成氮化铝薄膜。
接着，进行在压电体薄膜上形成上部电极的第2电极层形成工序。采用PVD法或CVD(化学气相淀积)法的蒸镀方法，形成由用于上述上部电极的物质之中的任一种构成的上部电极。另外，也可采用用于上述上部电极的物质之中的多种物质，形成具有层叠结构的上部电极。再有，用于形成上部电极的蒸镀方法和形成条件可随蒸镀物质适当地进行变更。
根据以上所述，可以在单晶基板以外的基板上制造由下部电极、偶极子取向的氮化铝构成的压电体薄膜以及上部电极形成的压电元件。另外，通过考虑与下部电极的取向性、面排列和原子排列而形成压电体薄膜，可制造具有高的偶极子取向度，剥离、裂纹和小丘形成原因的应力发生受到抑制的压电元件。
实施方式2
下面说明本发明的实施方式2。
本实施方式的压电元件的下部电极形成具有用于增高与基板的附着性的附着层和作为电极的电极层(导电层)的层叠体。关于其他的构成，与在上述实施方式1中说明过的压电元件是同样的。
作为层叠体的下部电极的最表层与压电体薄膜附着。形成压电体薄膜的氮化铝和/或氧化锌与上述实施方式1同样，由于例如在电负性位于1.3以上至1.5以下的范围的金属上可具有高的偶极子取向度，因此如使形成下部电极的最表层的金属为其电负性位于1.3以上至1.5以下的范围的金属则较好。另外，下部电极的最表层的金属如其原子排列为与氮化铝和/或氧化锌的(0001)面的原子排列相同的排列，如为具有原子间隔大致相同的晶面的金属则较好。这是因为在这样的金属的晶面和形成压电体薄膜的氮化铝和/或氧化锌的(0001)面上没有晶格常数差，故在形成压电体薄膜时，可无应变地生长氮化铝或氧化锌的晶体，可形成具有高的偶极子取向度的氮化铝和/或氧化锌的薄膜的缘故。
另外，下部电极的最表层如其晶面与基板平行，用具有取向性的金属形成则较好。例如，可用TiN、MoSi2、Si3N4、Cr、Fe、Mg、Mo、Nb、Ta、Ti、Zn、Zr、W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag中的任1种形成。再有，W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag的(111)面与氮化铝和氧化锌的(0001)面没有晶格常数差。因此，如在最表层上形成W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag的(111)面与基板面平行的取向性W层、取向性Pt层、取向性Al层、取向性Ni层、取向性Cu层、取向性Pd层、取向性Rh层、取向性Ir层、取向性Ru层、取向性Au层或取向性Ag层中的任1种则较好。
另外，在下部电极为2层层叠体的情况下，可形成以在基板上形成的第1层为Ti或Cr，在第1层上形成的第2层为Pt的2层体(以下，记作在基板上形成的第1层/在第1层上形成的第2层。即，在上述情况下为Ti/Pt或Cr/Pt。在3层体中也相同)。另外，在下部电极为3层层叠体的情况下，可形成Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au或Cr/Ni/Au的3层体。
再有，在下部电极像上述实施方式1那样为没有附着层的单层的情况下，例如在基板上形成以Pt、Au、Ru或Ag为下部电极所形成的单层的情况下，往往产生应力。由此，存在下部电极从基板剥离或在下部电极上发生裂纹的可能性，与此相对照，通过将下部电极形成具有附着层的层叠体，可进一步抑制剥离或裂纹的发生。
接着，说明压电元件的制造方法的一例。再有，在本实施方式中，作为一例，说明具有由氮化铝薄膜构成的压电体薄膜的压电元件。但是，本发明却不限定于此，作为压电体薄膜，即使在具有氧化锌薄膜或由氮化铝和氧化锌构成的薄膜的压电元件中也是同样的。
与上述实施方式1同样地，作为基板使用石英玻璃基板或不锈钢基板，进行在基板上形成下部电极的第1电极层形成工序。作为第1电极层形成工序，首先进行在基板上形成附着层的附着层形成工序。然后，进行在附着层上形成电极层的导电层形成工序。附着层和电极层采用与上述实施方式1相同的制膜条件和蒸镀方法形成，由此形成下部电极。
然后，形成与作为其后形成的压电体薄膜的氮化铝的(0001)面匹配良好的电极层。上述电极层的最表层，即与压电体薄膜相接的层，采用例如，TiN、MoSi2、Si3N4、Cr、Fe、Mg、Mo、Nb、Ta、Ti、Zn、Zr、W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag中的任1种材料为好。
另外，上述电极层的最表层也可用W、Pt、Al、Ni、Cu、Pd、Rh、Ir、Ru、Au或Ag的(111)面与基板面平行的取向性W层、取向性Pt层、取向性Al层、取向性Ni层、取向性Cu层、取向性Pd层、取向性Rh层、取向性Ir层、取向性Ru层、取向性Au层或取向性Ag层形成。
通过在位于室温(25℃)以上至150℃以下的范围的温度下制作下部电极膜，可形成适合于形成进行了偶极子取向的氮化铝的薄膜的下部电极。另外，由于基板、附着层和下部电极的热膨胀差消失，降低下部电极的应力成为可能，可防止在下部电极上产生裂纹及小丘，并防止下部电极从基板剥离。
接着，进行在下部电极上形成压电体薄膜的压电层形成工序。在下部电极上，形成由具有55％以上的偶极子取向度的氮化铝的薄膜构成的压电体薄膜。压电体薄膜的形成与上述实施方式1同样地，如采用PVD法，尤其是采用溅射法制膜则较好。另外，形成下部电极的最表层的金属如为与氮化铝的(0001)面的原子排列相同的排列，与氮化铝的(0001)面的原子间隔大致相同的原子间隔的晶面如与基板平行地取向，则较好。这样的金属由于其晶面形成与蓝宝石等的单晶同等的基底表面，故通过用PVD法，以铝或氮化铝为靶，在下部电极的最表层上形成薄膜，可得到由进行了偶极子取向的氮化铝构成的压电体薄膜。另外，氮化铝的薄膜可采用与实施方式1同样的条件制膜。
接着，进行在压电体薄膜上形成上部电极的第2电极层形成工序。采用PVD法或CVD法的蒸镀方法，形成由用于上述上部电极的物质之中的任一种构成的上部电极。另外，也可采用用于上述上部电极的物质之中的多种物质，形成具有层叠结构的上部电极。再有，用于形成上部电极的蒸镀方法和形成条件可随蒸镀物质适当地进行变更。
根据以上所述，可以在单晶基板以外的基板制造由具有附着层的下部电极、偶极子取向的氮化铝薄膜构成的压电体薄膜以及上部电极形成的压电元件。另外，通过考虑与下部电极的取向性、面排列和原子排列而形成压电体薄膜，可制造具有高的偶极子取向度，剥离、裂纹和小丘形成原因的应力发生受到抑制的压电元件。
实施例
已知压电元件的电-机耦合系数等的电学特性强烈地依赖于压电体薄膜的偶极子取向度。因此，压电元件为了配备具有较高的偶极子取向度的压电体薄膜，研讨了下部电极对压电体薄膜的形成的影响，以及将下部电极制成层叠体所造成的对压电体薄膜的形成的效应。以下，说明其内容。
(下部电极的影响)
至此，作为在导体上制作了氮化铝薄膜的主要的研究，有为了提高铁的耐腐蚀性而进行的研究和在表面弹性波(SAW(surface acoustic wave))滤波器用的铝电极上进行了制作的研究。在其它的导体上制作氮化铝薄膜的研究为数甚少，在其中所报道的氮化铝薄膜仅仅是在玻璃基板上的Au薄膜上制作的。因此，为了在下部电极上形成具有高的偶极子取向度的氮化铝薄膜，通过使用20种导体制作20种下部电极膜，在各下部电极上制作氮化铝薄膜，研究下部电极对氮化铝薄膜的偶极子取向度的影响。再有，20种下部电极在室温下主要用溅射法制作，基板使用了玻璃基板。
具体地说，作为基板，使用20mm×20mm×1.1mm的石英玻璃基板，在石英玻璃基板上制作了下部电极膜。下部电极的制膜条件设定压力为1.0×10-1Pa，氮气分压比为0％，基板温度为无加热，靶接通功率为200W。另外，使下部电极的膜厚随材料而变化。然后，在各下部电极上制作了氮化铝薄膜。氮化铝薄膜的制膜条件设定压力为1.3×10-1Pa，氮气分压比为60％，基板温度为300℃，靶接通功率为200W，膜厚为2000nm。
再有，例如由于Al-Si、Ni、Cr等是对半导体常用的材料，只要能将这些材料用作下部电极，与具有由半导体与氮化铝和/或氧化锌构成的薄膜的压电元件的集成将变得容易。但是，用这些材料不能增高由氮化铝和/或氧化锌构成的薄膜的偶极子取向度，另外，多数还发生了裂纹。另外，在作为下部电极在石英玻璃基板上直接形成了Pt、Au、Ru的情况下，下部电极与石英玻璃基板的附着性差，下部电极从石英玻璃基板剥离。因此，在石英玻璃基板上形成了由Ti或Cr等构成的附着层。然后，在作为下部电极的最表层形成TiN薄膜，又在TiN薄膜上形成了氮化铝薄膜的情况下，可得到具有其偶极子取向度展现90％的超高偶极子取向度和高结晶度的氮化铝薄膜。再有，在TiN薄膜上形成了氮化铝薄膜的例子迄今尚无报道。另外，还与在作为下部电极的最表层的W、Ti/Pt、Ti/Au和Ti/Ag上形成了氮化铝薄膜的情况同样地，可得到具有其偶极子取向度为90％左右的超高偶极子取向度的氮化铝薄膜。
接着，所形成的氮化铝薄膜的晶体结构即使在局部上(微观上)优越，而在整体上(宏观上)产生裂纹及剥离的情况下，要批量生产压电元件是困难的。因此，使用光学显微镜对各种氮化铝薄膜的表面进行了观察。在TiN上所形成的氮化铝薄膜的表面上，虽然观察到小丘，但完全没有观察到裂纹及剥离。另外，在W和Ti/Pt上所形成的氮化铝薄膜的表面是平滑且均匀的，完全没有观察到裂纹和剥离。
另一方面，在Ti/Au或Ti/Ag上所形成的氮化铝薄膜的表面上，观察到小丘和大的裂纹。另外，如上所述，通过使用Al-Si薄膜，虽然有效地利用现有的半导体技术是可能的，但在Al-Si薄膜上不能形成具有高的偶极子取向度的氮化铝薄膜，还确认了严重裂纹的发生。进而，在由Cr或Ni构成的薄膜上所形成的氮化铝薄膜的表面上，发生无数的裂纹，还在各处观察到针孔那样的部分。
从以上的结果可知，在W和Ti/Pt上所形成的氮化铝薄膜具有高偶极子取向度和高结晶度，还不发生小丘、裂纹和剥离。因此，可知作为形成下部电极的最表层的薄膜，由W或Ti/Pt构成的薄膜是优越的。
(下部电极的层叠效应)
关于使具有由氮化铝薄膜构成的压电体薄膜的压电元件中的下部电极层叠造成的效应，迄今尚无报道。因此，研究了作为下部电极使金属薄膜层叠为2重或3重，并在该下部电极上形成了氮化铝薄膜的情况中的对氮化铝薄膜的偶极子取向度和结晶度等的晶体结构的影响。
首先，上述(下部电极的影响)研究的结果是，研究了具有在最表层形成了表现出高的偶极子取向度和高结晶度的Ti/Pt或Cr/Pt等的Pt系的层叠结构的下部电极。基板使用20mm×20mm×1.1mm的石英玻璃基板，下部电极的制膜条件设定压力为1.0×10-1Pa，氮气分压比为0％，基板温度为无加热，靶接通功率为200W，使膜厚随材料而变化。另外，氮化铝薄膜的制膜条件设定压力为1.3×10-1Pa，氮气分压比为60％，基板温度为300℃，靶接通功率为200W，膜厚为2000nm。
通过将下部电极的基板一侧的层从Ti改变为Cr，所形成的氮化铝薄膜的偶极子取向度从90％增加至95％。另外，氮化铝薄膜的(002)面的峰值的积分强度也提高了约2倍。从该结果可知，Cr薄膜尽管仅为数十nm，但对其上所形成的氮化铝薄膜的偶极子取向度和结晶度却有很大的影响。
接着，研究了具有在最表层形成了Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au或Cr/Ni/Au等的Au系的层叠结构的下部电极。其结果是，偶极子取向度全部约为90％以上，没有看到各层中的大的差异。另外，也没有看到所形成的氮化铝薄膜的(002)面的峰值的积分强度有大的差异。因此，最表层使用了Au系薄膜的情况与最表层使用了Pt系薄膜的情况不同，没有观察到下部电极的层叠效应对氮化铝薄膜的偶极子取向度和结晶度的影响。
为了用上述(下部电极的影响)和(下部电极的层叠效应)得到具有高的偶极子取向度的氮化铝薄膜，研讨了在形成氮化铝薄膜时的下部电极的影响和下部电极的层叠效应。其结果是，根据用于下部电极的金属的种类和下部电极的层叠结构，可知在下部电极上所形成的氮化铝薄膜的偶极子取向度和结晶度等发生大的变化。即，从研究了下部电极的影响的结果可得到在由TiN、W、Ti/Au、Ti/Ag和Ti/Pt构成的下部电极上制作了氮化铝薄膜时具有高的偶极子取向度的氮化铝薄膜。但是得知，在由TiN、Ti/Au和Ti/Ag构成的下部电极上制成的氮化铝薄膜由于在其表面观察到小丘及大的裂纹，故不适合于下部电极的材料。另一方面得知，在由W和Ti/Pt构成的下部电极上制成的氮化铝薄膜的表面是均匀的，几乎未观察到裂纹及剥离，适合作为下部电极的材料。另外得知，所制膜的下部电极的偶极子取向度和结晶度越高，在下部电极上所制作的氮化铝薄膜的偶极子取向度和结晶度也就越增高。进而得知，电负性位于1.3以上至1.5以下的范围的金属适合作为用于下部电极的最表层的材料。
另外，本发明尽管使用了玻璃基板等廉价的基板，但可提供具有高的偶极子取向度的高性能的压电元件。进而，本发明的压电元件除了有高性能外，还能兼具没有小丘及裂纹、无剥离的高品质。这样，本发明使用廉价的玻璃、金属、塑料或陶瓷烧结体基板，在可提供具有由氮化铝和/或氧化锌构成的压电体薄膜的高性能并且高品质的压电元件方面是有意义的。另外，本发明不仅在下部电极是W等的单层的情况下，而且在形成了具有附着层的层叠体的情况下，通过恰当地选择用于下部电极的最表层的材料，还能提供高性能并且高品质的压电元件。另外，本发明在制作下部电极膜时，通过控制用于下部电极的材料的晶粒形状，用RF溅射法等物理气相生长法，可提供不发生小丘、裂纹和剥离、高性能并且高品质的压电元件的制造方法。
再有，上述实施方式1和2以及实施例中的压电元件的制造条件不过示出了一例，本发明当然不限定于该数值。
产业上的可利用性
本发明的压电元件的压电层由氮化铝和/或氧化锌构成，由于其晶体结构不存在对称性，故原来就具备压电性，并且像铁电体那样不存在居里温度，即使在高温下也不产生磁位错，故直至晶体熔解或升华，都不会失去压电性。从而，由氮化铝和/或氧化锌构成的压电层的耐热性优越，即使在高温下压电特性也不会劣化。
特别是为了进行原子能发电站等的设备中的管道及阀门，或者内燃机的发动机等产生高温气氛的结构物的异常检测，本发明的压电元件可作为传感器设置在结构物的内部。