压电体元件、压电体设备及其制造方法

摘要

本发明涉及压电体元件、压电体设备及其制造方法。本发明稳定地提供高精度地控制压电体层的局部结构(原子的结合状态)并且压电特性优异的压电体元件、压电体设备。一种压电体元件，其为在基板上至少层叠下部电极层、由通式(NaxKyLiz)NbO3(0

权利要求

1.一种压电体元件，其特征在于，是在基板上至少层叠下部电极层、由通式(NaxKyLiz)NbO3(0

2.根据权利要求1所述的压电体元件，其特征在于，通过所述电子能量损失分光测定或者所述X射线吸收微细结构解析而测定的、所述压电体层的膜厚方向的K-L2吸收端和/或K-L3吸收端的能量的最大值与最小值之差为0.8eV以下。

3.一种压电体元件，其特征在于，是在基板上至少层叠下部电极层、压电体层以及上部电极层而得到的压电体元件，所述压电体层在至少一部分是ABO3的结晶或非晶质、或者结晶和非晶质混合的状态，所述ABO3由A原子、B原子中的至少一个构成，进一步通过电子能量损失分光测定或者X射线吸收微细结构解析而测定的、所述压电体层的膜厚方向的所述A原子吸收端和/或所述B原子吸收端的能量的最大值与最小值之差为0.8eV以下，其中，A是选自Li、Na、K、La、Sr、Nd、Ba以及Bi之中的至少一个元素，B是选自Zr、Ti、Mn、Mg、Nb、Sn、Sb、Ta以及In之中的至少一个元素，O表示氧。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的压电体元件，其特征在于，所述下部电极层由单层或者层叠结构的电极层形成，进而，结晶优先取向于与所述基板的表面垂直的方向。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的压电体元件，其特征在于，所述下部电极层是由Pt或者以Pt为主要成分的合金形成的电极层、或者包含以Pt为主要成分的层的层叠结构的电极层。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的压电体元件，其特征在于，所述下部电极层是Ru、Ir、Sn、In、或者它们的氧化物。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的压电体元件，其特征在于，所述上部电极层是由Pt或者以Pt为主要成分的合金形成的电极层、或者包含以Pt为主要成分的层的层叠结构的电极层。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的压电体元件，其特征在于，所述上部电极层是Ru、Ir、Sn、In、或者它们的氧化物。

9.根据权利要求1～8所述的压电体元件，其特征在于，所述基板由Si、MgO、ZnO、SrTiO3、SrRuO3、玻璃、石英玻璃、GaAs、GaN、蓝宝石、Ge、不锈钢中的任一种构成。

10.一种压电体设备，其特征在于，其具备权利要求1～9中任一项所述的压电体元件、连接在所述压电体元件的所述下部电极层与所述上部电极层之间的电压施加装置或者电压检测装置。

11.一种压电体元件的制造方法，其特征在于，是在基板上至少层叠下部电极层、由通式(NaxKyLiz)NbO3(0

将通过电子能量损失分光测定或者X射线吸收微细结构解析而测定的、所述压电体层的膜厚方向的Na-K吸收端的能量的最大值与最小值之差控制为0.8eV以下。

12.根据权利要求11所述的压电体元件的制造方法，其特征在于，将通过所述电子能量损失分光测定或者所述X射线吸收微细结构解析而测定的、所述压电体层的膜厚方向的K-L2吸收端和/或K-L3吸收端的能量的最大值与最小值之差控制为0.8eV以下。

13.一种压电体元件的制造方法，其特征在于，是在基板上至少层叠下部电极层、压电体层以及上部电极层的压电体元件的制造方法，其具有如下工序：形成在至少一部分为ABO3的结晶或非晶质、或者结晶和非晶质混合的状态的压电体层的工序；在所述压电体层形成后，在真空中、非活性气体气氛中、氧气中、氧气与非活性气体的混合气体中或者大气中，进行热处理的工序；

将通过电子能量损失分光测定或者X射线吸收微细结构解析而测定的、所述压电体层的膜厚方向的所述A原子吸收端和/或所述B原子吸收端的能量的最大值与最小值之差控制为0.8eV以下，其中，A为选自Li、Na、K、La、Sr、Nd、Ba以及Bi之中的至少一个元素，B是选自Zr、Ti、Mn、Mg、Nb、Sn、Sb、Ta以及In之中的至少一个元素，O表示氧。

说明书

压电体元件、压电体设备及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及通过对使用了铌酸锂钾钠等的无铅压电体层的原子水平结构进行精密控制而谋求提高压电特性的压电体元件、压电体设备及其制造方法。

背景技术

[0002] 具有压电体层的压电体元件根据各种目的加工为各种各样的设备等，特别是广泛用作通过施加电压而产生变形的致动器、以及反过来因元件的变形而产生电压的传感器等功能性电子部件。作为用于致动器和传感器的用途的压电体元件，一直以来广泛使用着具有优异的压电特性的铅系电介质、特别是被称作PZT的Pb(Zr1-xTix)O3系的钙钛矿型强电介质，通常通过将包含各个元素的氧化物烧结而形成。

[0003] 另外，近年从环境考虑，期望开发出不含铅的压电体元件，正在进行使用了铌酸锂钾钠(通式：(NaxKyLiz)NbO3(0

[0004] 另一方面，目前随着各种电子部件的小型且高性能化的推进，对压电体元件也强烈要求小型化和高性能化。但是，关于通过作为历来的制法的以烧结法为中心的制造方法而制作出的压电体元件的压电体层，其厚度特别是成为10μm以下的厚度时，则接近于构成材料的晶粒的尺寸，其影响不可忽视。因此，发生了特性的偏差、劣化变显著这样的问题，为了避免这些问题，近年在研究着替代烧结法的应用了薄膜技术等的压电体层的形成法。

[0005] 最近，通过RF溅射法形成的PZT薄膜作为高精细高速喷墨打印机的打印头用致动器、小型低价的陀螺传感器或者角速度传感器而被实用化(例如参照专利文献1、非专利文献1)。

[0006] 另外，还提出了具有不使用铅的铌酸锂钾钠的压电体层的压电体元件(例如参照专利文献2)。

[0007] 现有技术文献

[0008] 专利文献

[0009] 专利文献1：日本特开平10-286953号公报

[0010] 专利文献2：日本特开2007-19302号公报

[0011] 非专利文献

[0012] 非专利文献1：中村僖良监修圧電材料的高性能化と先端応用技術(压电材料的高性能化和尖端应用技术)(サイエンス＆テクノロジー刊2007年)

发明内容

[0013] 发明要解决的问题

[0014] 通过制作具有由非铅的材料形成的压电体层的压电体元件，从而可提供环境负荷小的高精细高速喷墨打印机用打印头和小型低价格的陀螺传感器。作为其具体的候选，正在推进由作为非铅的铌酸锂钾钠形成的压电体层的薄膜化的基础研究。另外，就应用方面的低成本化而言，确立在Si基板或玻璃基板上控制良好地形成该压电体层的技术也是不可或缺的。

[0015] 在压电体层的形成方面，常使用在批量生产形成方面取得实际成效的溅射法。溅射法是：在真空中将作为非活性气体一种的氩气进行等离子体离子化，使氩离子撞击于由与压电体层相同的元素组成构成的烧结体靶，使此时从靶飞出的溅射颗粒附着于对向的基板上，从而形成薄膜的方法。该技术在原理上由于是在高真空下形成，因而常成为氧化物薄膜中的氧不足的状态，存在有与原料靶相比较而言在化学计量上发生组成偏差等短处。

[0016] 另外，关于包含压电体层的各种电介质的元件，用作其电极的Pt等显现高的催化活性，因而通过作为溅射物形成室中的残留气体的氢、水(羟基)等所构成的分子而使得由氧化物材料形成的压电体层发生还原的可能性高。

[0017] 另外，在现有技术中，相当于压电体元件的基础部位的非铅系的压电体层中，关于该压电体层的表面层附近、与电极的界面附近的各原子的局部结构，由于没有进行对各原子周围的结合状态的变化定性或者定量的管理，因而无法以良好的成品率生产出显示高压电常数的非铅系的压电体元件以及压电体设备。

[0018] 因此本发明的目的在于，为了解决上述课题，对构成压电体层的各原子的结合状态进行测定，谋求指标化，而且以其测定结果为基础来优化压电体元件的制造方法，从而以良好的成品率提供实现了压电特性的提高的压电体元件、高性能的压电体设备。

[0019] 用于解决问题的方案

[0020] 为了解决上述课题，本发明的第1形态为一种压电体元件，其为在基板上至少层叠下部电极层、由通式(NaxKyLiz)NbO3(0

[0021] 本发明的第2形态为一种压电体元件，通过前述电子能量损失分光测定或者前述X射线吸收微细结构解析而测定的、前述压电体层的膜厚方向的K-L2吸收端和/或K-L3吸收端的能量的最大值与最小值之差为0.8eV以下。

[0022] 本发明的第3形态为一种压电体元件，其为在基板上至少层叠下部电极层、压电体层以及上部电极层而得到的压电体元件，其中，前述压电体层在至少一部分是ABO3的结晶或非晶质、或者结晶和非晶质混合的状态，前述ABO3由A原子、B原子中的至少一个构成，进一步通过电子能量损失分光测定或者X射线吸收微细结构解析而测定的、前述压电体层的膜厚方向的前述A原子吸收端和/或前述B原子吸收端的能量的最大值与最小值之差为0.8eV以下(其中，A是选自Li、Na、K、La、Sr、Nd、Ba以及Bi之中的至少一个元素，B是选自Zr、Ti、Mn、Mg、Nb、Sn、Sb、Ta以及In之中的至少一个元素，O表示氧。)[0023] 本发明的第4形态是一种压电体元件，其中，前述下部电极层由单层或者层叠结构的电极层形成，进而结晶优先取向于与前述基板的表面垂直的方向。

[0024] 本发明的第5形态为一种压电体元件，其中，前述下部电极层由如下电极层形成：由Pt或者以Pt为主要成分的合金形成的电极层、或者包含以Pt为主要成分的层的层叠结构的电极层。

[0025] 本发明的第6形态为一种压电体元件，其中，前述下部电极层由Ru、Ir、Sn、In、或者它们的氧化物形成。

[0026] 本发明的第7形态为一种压电体元件，其中，前述上部电极层由如下电极层形成：由Pt或者以Pt为主要成分的合金形成的电极层，或者包含以Pt为主要成分的层的层叠结构的电极层。

[0027] 本发明的第8形态为一种压电体元件，其中，前述上部电极层由Ru、Ir、Sn、In、或者它们的氧化物形成。

[0028] 本发明的第9形态为一种压电体元件，其中，前述基板由Si、MgO、ZnO、SrTiO3、SrRuO3、玻璃、石英玻璃、GaAs、GaN、蓝宝石、Ge、不锈钢中的任一个构成。

[0029] 本发明的第10形态为一种压电体设备，其具备前述压电体元件、连接在前述压电体元件的前述下部电极层与前述上部电极层之间的电压施加装置或者电压检测装置。

[0030] 本发明的第11形态是一种压电体元件的制造方法，其为在基板上至少层叠下部电极层、由通式(NaxKyLiz)NbO3(0

[0031] 将通过电子能量损失分光测定或者X射线吸收微细结构解析而测定的、前述压电体层的膜厚方向的Na-K吸收端的能量的最大值与最小值之差控制为0.8eV以下。

[0032] 本发明的第12的形态为一种压电体元件的制造方法，其为前述压电体元件的制造方法，其中，将通过前述电子能量损失分光测定或者前述X射线吸收微细结构解析而测定的、前述压电体层的膜厚方向的K-L2吸收端和/或K-L3吸收端的能量的最大值与最小值之差控制为0.8eV以下。

[0033] 本发明的第13的形态为一种压电体元件的制造方法，其为在基板上至少层叠下部电极层、压电体层以及上部电极层的压电体元件的制造方法，其具有如下工序：形成在至少一部分为ABO3的结晶或非晶质、或者结晶和非晶质混合的状态的压电体层的工序；在前述压电体层形成后，在真空中、非活性气体气氛中、氧气中、氧气与非活性气体的混合气体中或者大气中进行热处理的工序；

[0034] 将通过电子能量损失分光测定或者X射线吸收微细结构解析而测定的、前述压电体层的膜厚方向的前述A原子吸收端和/或前述B原子吸收端的能量的最大值与最小值之差控制为0.8eV以下(其中，A为选自Li、Na、K、La、Sr、Nd、Ba、以及Bi之中的至少一个元素，B是选自Zr、Ti、Mn、Mg、Nb、Sn、Sb、Ta以及In之中的至少一个元素，O表示氧)。

[0035] 发明的效果

[0036] 根据本发明，对于具有包含铌酸锂钾钠等非铅材料的压电体层的压电体元件，可高精度地控制压电体层的局部结构(原子的结合状态)，可稳定地提供压电特性优异的压电体元件、压电体设备。

[0037] 进一步，作为上述压电体元件的下部电极层，使用控制了结晶取向性的Pt电极或者Pt合金时，因高催化活性而导致在压电体层的界面附近发生还原，关于伴随该还原而发生的氧缺位劣化，通过可进行数nm至数十nm水平的微小区域中的无损分光学分析的电子能量损失分光测定或者X射线吸收微细结构解析，从而在精细元件形成前，对于压电体层与电极等的异质结合界面，通过严密地进行基于原子水平的结构变化的品质管理从而可抑制成品率降低。

附图说明

[0038] 图1：本发明的一个实施方式的压电体元件的剖视图。

[0039] 图2：本发明的一个实施方式的压电体元件的溅射装置的说明图。

[0040] 图3：本发明的一个实施方式的压电体元件中的2θ/θ扫描的X射线衍射图案的一个例子。

[0041] 图4：本发明的一个实施方式的以ABO3型钙钛矿结构的A原子(Na、K)为中心的KNN压电体层的晶体结构。

[0042] 图5：本发明的一个实施方式的以ABO3型钙钛矿结构的B原子(Nb)为中心的KNN压电体层的晶体结构。

[0043] 图6：本发明的一个实施方式的以ABO3型钙钛矿结构的O原子(氧)为中心的KNN压电体层的晶体结构。

[0044] 图7：图7(a)为热处理前的KNN压电体层的TEM剖面观察图像以及EELS测定位置的A、B、C、D、E。图7(b)为进行了热处理的KNN压电体层的TEM剖面观察图像以及EELS测定位置的F、G、H、I、J。

[0045] 图8：图8(a)为热处理前的KNN压电体层的图7(a)的各测定位置处的、K-L2吸收端以及K-L3吸收端的EELS谱图结果。图8(b)为进行了热处理的KNN压电体层的图7(b)的各测定位置处的、K-L2吸收端以及K-L3吸收端的EELS谱图结果。

[0046] 图9：图9(a)为热处理前的KNN压电体层的图7(a)的各测定位置处的、Na-K吸收端的EELS谱图结果。图9(b)为进行了热处理的KNN压电体层的图7(b)的各测定位置处的、Na-K吸收端的EELS谱图结果。

[0047] 图10：图10(a)所示为热处理前的KNN压电体层的图7(a)的各位置处的、K-L2吸收端以及K-L3吸收端的能量。图10(b)所示为进行了热处理的KNN压电体层的图7(b)的各位置处的K-L2吸收端以及K-L3吸收端的能量。

[0048] 图11：图11(a)所示为热处理前的KNN压电体层的相对于膜厚的K-L2吸收端以及K-L3吸收端的能量。图11(b)所示为进行了热处理的KNN压电体层的相对于膜厚的K-L2吸收端以及K-L3吸收端的能量。

[0049] 图12：图12(a)所示为热处理前的KNN压电体层的图7(a)的各位置处的、Na-K吸收端的能量。图12(b)所示为进行了热处理的KNN压电体层的图7(b)的各位置处的、Na-K吸收端的能量。

[0050] 图13：图13(a)所示为热处理前的KNN压电体层的相对于膜厚的Na-K吸收端的能量。图13(b)所示为进行了热处理的KNN压电体层的相对于膜厚的Na-K吸收端的能量。

[0051] 图14：图14所示为本发明的一个实施方式的压电体设备的结构的图。

[0052] 附图标记说明

[0053] 1Si基板，2粘接层，3下部电极层，4压电体层，5上部电极层，6氧化膜，10压电体元件，21烧结体靶，30压电体设备，31设备基板，32绝缘层，33空隙，34下部电容器电极，35绝缘层，36上部电容器电极，38A接合线，38B接合线

具体实施方式

[0054] 以下，说明本发明的压电体元件的实施方式。

[0055] (压电体元件的结构)

[0056] 本发明的压电体元件10是如下的压电体元件：其是将基板1和在基板1上形成的粘接层2、在粘接层2上形成的下部电极层3、在下部电极层3上形成的钙钛矿型的压电体层4和在压电体层4上形成的上部电极层5进行层叠而得到的结构，压电体层4是(NaxKyLiz)NbO3(0

[0057] (基板)

[0058] 作为基板1的材料，可列举出Si、MgO、ZnO、SrTiO3、SrRuO3、玻璃、GaAs、GaN、蓝宝石、Ge、不锈钢的结晶或非晶质、或者它们的复合体等。其中，特别优选为价格低且在工业上具有实际成效的Si基板。但是，在使用Si基板的情况下，优选在Si基板表面形成有氧化膜6。

[0059] 形成于基板1的表面的氧化膜6可列举出通过热氧化而形成的热氧化膜、通过CVD(化学气相沉积，Chemical Vapor Deposition)法形成的Si氧化膜等。予以说明，也可不形成氧化膜6，而在石英玻璃、MgO、SrTiO3、SrRuO3基板等氧化物基板上直接形成Pt等下部电极层。

[0060] (下部电极层)

[0061] 作为下部电极层3，优选为由Pt或者以Pt为主要成分的合金形成的电极层、或者包含以Pt为主要成分的层的层叠结构的电极层。另外，作为前述下部电极层3的材料，也可使用Ru、Ir、Sn、In、或者它们的氧化物、或者Pt与压电体层4中所含的元素的化合物。下部电极层3是用于使压电体层4在其上形成的重要的层，例如，通过溅射法或蒸镀法等而形成。

[0062] 另外，前述下部电极层3优选取向于(111)面方位而形成，优先取向于(111)面方位(垂直于基板1表面的方向)后的下部电极层3为柱状结构的多晶，可使下部电极层3上形成的压电体层4优先取向于特定的面方位。

[0063] 在基板1与下部电极层3之间，也可设置用于提高与基板1的密接性的粘接层2。粘接层2至少包含Ti、Hf、Zr、Ta、Cr、Mn、Cu的氧化物(TiOx、HfOx、ZrOx、TaOx、CrOx、MnOx、CuOx等)，或者压电体层4中所包含的元素的氧化物(KOx、NaOx、LiOx、NbOx等)即可。

[0064] (压电体层)

[0065] 压电体层4由以通式(NaxKyLiz)NbO3(0

[0066] 压电体层4为假立方晶、正方晶、斜方晶、单斜晶或菱面体晶的晶体结构、或者前述晶体结构共存的结晶状态，或者，在至少一部分也可以为ABO3的结晶或非晶质、或者结晶和非晶质混合着的状态。在此情况下，A可以为选自Li、Na、K、Pb、La、Sr、Nd、Ba、Bi之中的至少一个元素，B可以为选自Zr、Ti、Mn、Mg、Nb、Sn、Sb、Ta以及In之中的至少一个元素，O为氧。

[0067] 压电体层4通过使用溶胶-凝胶法、水热合成法、RF溅射法、离子束溅射法、CVD法或者AD(气溶胶沉降，Aerosol Deposition)法等而形成。

[0068] (上部电极层)

[0069] 作为上部电极层5，与下部电极层同样地，优选为由Pt或者以Pt为主要成分的合金形成的电极层、或者包含以Pt为主要成分的层的层叠结构的电极层。另外，作为前述上部电极层5的材料，可使用Ru、Ir、Sn、In、或者它们的氧化物、或者Pt与压电体层4中所含的元素的化合物。关于上部电极层5，在形成压电体层4之后，通过溅射法或蒸镀法等而形成。膜厚形成为与下部电极层3相同厚度。

[0070] (压电体层的控制)

[0071] 以往，没有对压电体层中的局部区域(例如，压电体层表面附近、压电体层的中心附近以及压电体层与电极的界面附近等)的原子水平的局部结构(原子的结合状态)进行测定，在不评价局部结构的变化的状态下形成压电体层，因而无法重现良好地获得具有所希望的高的压电常数的压电体元件。

[0072] 即，以往的压电体层的评价方法中，由于没能测定构成压电体层的原子周围的局部结构(原子的结合状态)，因而无法确定出压电特性的变化是起因于压电体层形成中的原料，还是起因于残留气体，或者起因于形成后的改性处理，因而难以实现更进一步的压电常数的提高和压电体层的稳定生产。

[0073] 例如，作为以往的局部区域的压电体层的变质评价方法，通过电子射线显微分析仪(EPMA)等进行作为KNN压电体层的主要成分的铌(N)、钾(K)、钠(Na)等的元素分析，但是在这样的评价(测定)方法中，不能测定压电体层中的原子的局部结构(原子的结合状态)，而仅能测定组成(比)，因而不易将构成非铅的压电体层的原子周围的局部结构(原子的结合状态)进行指标化。

[0074] 另外，关于作为结构解析的一般方法的X射线衍射法，原理上，仅可进行宽广区域的长周期的有序结构的解析，因此不适合作为用于测定狭小区域的数个原子直径水平的特定原子周围的局部结构(原子的结合状态)并且对它们选择性地进行控制的评价方法。

[0075] 例如，在KNN压电体层的膜厚方向，没能对构成压电体层的特定原子周围的局部结构、即铌(N)、钾(K)、钠(Na)或者氧(O)等原子周围的局部结构(原子的结合状态)、结构变化明确地进行测定，指标化。

[0076] 即，目前为止，关于压电体层的形成施加电力(Power)、形成温度、溅射导致的基板与原料靶之间的距离的变化、以及形成压电体层后的热处理等制造条件如何对所形成的压电体层中的各个原子周围的结合状态或者压电体层整体中的定量分布造成影响，另外，根据上述的制造条件它们怎样变化，都处于不明确的状态。因此，没有进行以压电体层中的原子水平上的结构测定结果为基础的压电体层的生长过程(制造条件等)的控制、改善。

[0077] 因此，为了对本发明的包含KNN的压电体层的局部区域中的(膜厚方向上的)各个原子周围的结合状态、压电体层整体的结构分布进行严密管理，通过使用可进行微小区域中的无损分光学分析的电子能量损失分光(以下亦称为EELS(Electron Energy Loss Spectroscopy))测定装置或者X射线吸收微细结构(以下亦称为XAFS(X-ray Absorption Fine Structure))解析装置，从压电体层的表面到下部电极层界面而实施绘图测定。特别是，通过测定作为压电体层的特性决定因素之一的铌(N)、钾(K)、钠(Na)或者氧(O)等原子周围的局部结构(原子的结合状态)、结构变化，从而可以以最佳条件来设定压电体层的形成温度、溅射动作气体的种类、气体压力、真空度、施加电力以及形成后的热处理等，可提高压电特性。

[0078] 详细而言，为了控制钾原子(K)、钠原子(Na)、铌原子(Nb)以及氧原子(0)周围的局部结构(原子的结合状态)，因而对与局部结构(原子的结合状态)的变化密切相关的K-L(K-L2、K-L3)吸收端的能量值、Na-K吸收端的能量值进行EELS测定或者XAFS解析，用作控制原子的局部结构(原子的结合状态)的管理值。进一步，通过详细地测定包含铌酸锂钾钠的压电体层的表面附近、压电体层的中心附近以及与下部电极层的界面附近等压电体层的膜厚方向上的原子周围的局部结构(原子的结合状态)的分布，从而可以以纳米水平管理膜厚方向的各吸收端的能量的变化。

[0079] 即，通过使各原子吸收端的能量与压电特性、介电性等的关系变明确，并且按照减小作为构成压电体层的原子的局部结构(原子的结合状态)的分布的、膜厚方向的构成原子吸收端的能量变化(使构成原子吸收端的能量的最大值与最小值之差在一定范围内)的方式进行控制，从而可稳定且重现良好地生产该压电体层。

[0080] (压电体层的原子结构测定)

[0081] 作为用于将构成本发明中的压电体层4的原子周围的局部结构(原子的结合状态)的分布进行指标化的测定之一，对EELS测定进行说明。EELS测定是指：对设置于超高真空中的压电体层照射高能量的电子，该能量Ei的一次电子激发压电体层中的各构成原子的内壳，在引起处于由原子种类决定的能量Ek的状态的内壳层电子的放出时，所观察的因Ei-Ek的能量而散射的电子的能量分布谱图。

[0082] 关于实际的EELS测定，如图8、9所示那样，作为在吸收端(损失峰)附近的±数十eV的区域和高能量损失侧的数百eV的区域所观察的微细的振动结构而被测定。即，如果将横轴设为损失能量(EnergyLoss)、将纵轴设为检测出的电子的数量(强度：intensity)，则可描绘EELS谱的图。此处，与该谱图的最大峰强度的电子损失能量相对应的吸收端根据原子而不同，进一步，根据原子间的结合状态、氧缺位的有无等，吸收端的能量发生变化(化学位移)。即，根据在各测定点的吸收端的能量的变化而将原子间的结合状态进行指标化，可控制为所希望的状态。

[0083] 如上述那样，关于压电体层，使用EELS测定装置或者XAFS解析装置，从而可测定表示KNN压电体层的Na原子、K原子周围的结合状态的Na-K吸收端的能量、K-L2吸收端和/或K-L3吸收端的能量。另外，通过EELS或者XAFS对该压电体层的表面附近、与Pt下部电极的界面附近等进行绘图测定，从而可根据Na吸收端、K吸收端的能量的变化而估计构成压电体层的原子周围的局部结构(原子的结合状态)的分布。作为结果，对于所制作的压电体层，关于膜厚方向上的(表面附近、压电体层的中心附近、与下部电极层的界面附近等)局部区域的原子结构分布，将该压电体层中的各构成元素(原子)的结合状态的均匀性进行指标化，基于各原子吸收端的能量的变化，将压电体层的制造条件进行优化，严密地控制，从而稳定且重现良好地获得显示出高的压电常数的压电体层。

[0084] (压电体层的原子结构控制)

[0085] 如上述那样，根据压电体层的膜厚方向上的构成原子吸收端的能量的变化而将原子间的结合状态进行指标化，进行分析，结果判明了，以往的压电体元件中发生了压电体层的组成偏差，因而难以提高压电常数。可认为，该组成偏差是由于压电体层4的膜厚方向上的构成原子吸收端的能量变化大(膜厚方向上的构成原子吸收端的能量的最大值与最小值之差大)。

[0086] 可认为，构成原子吸收端的能量变化也受到作为各原子的第一接近原子的氧的结合数的影响。即，通过控制压电体层的Na-O和K-O的局部结构(原子的结合状态)，从而可控制构成原子吸收端的能量变化。

[0087] 可认为以往压电体层的膜厚方向上的构成原子吸收端的能量的最大值与最小值之差变大的原因在于：作为各原子的第一接近原子的氧的数量不足。通常可认为，通过溅射法成膜出压电体层时，由于是在高真空下进行成膜，因而成为压电体层中的氧不足的状态，并且用作下部电极层、上部电极层的Pt等显现出高的催化活性，因此在基于溅射法进行成膜时由于残留于室内的氢气、水(羟基)等所构成的分子而诱发构成氧化膜、粘接层的氧化物材料的还原，引起了压电体层4中的氧缺位。

[0088] 即，为了减小压电体层的膜厚方向的构成原子吸收端的能量变化，即，为了减小膜厚方向上的构成原子吸收端的能量的最大值与最小值之差，需要控制压电体层的Na-O和K-O的局部结构(原子的结合状态)，即，需要向因溅射成膜而导致氧发生了缺位的压电体层中填补充分的氧。

[0089] 对改善其的方法进行了深入研究，结果可知，在形成压电体层4之后实施热处理是有效的。

[0090] 作为热处理条件，需要保持在至少高于700℃的温度，更优选在800℃进行热处理。作为保持时间，需要保持至少长于1小时的时间，更优选热处理2小时。作为热处理的气氛，优选在真空中、非活性气体气氛中、氧气中、氧气与非活性气体的混合气体中或者大气中进行。除上述气氛之外，也可以为包含臭氧、N2O或者H2O中的至少一种的混合气体中。作为热处理，例如可通过由红外线灯带来的热辐射、或者由隔着传热板的加热器加热带来的热传导等来进行。作为上述的热处理状态的设定方法，首先将保持压电体层的空间设为上述的气氛，用24小时以下的时间从室温升温至800℃，在800℃热处理2小时即可。

[0091] 在形成压电体层4之后，通过如上述那样实施热处理，从而由热处理气氛、用作压电体元件10的氧化膜6、粘接层2的材料的氧化物填补氧，可将Na-O和K-O的局部结构(原子的结合状态)控制为适合的状态，可在KNN压电体层的膜厚方向上减小构成原子吸收端的能量的最大值与最小值之差。

[0092] 在本申请发明中，已知构成压电体层4的KNN是ABO3型氧化物的钙钛矿结构，处于ABO3型的A位点的K与Na的组成比对压电特性、介电性有影响(参照参考文献1)。即，根据A位点原子(K和Na)周围的局部结构(原子的结合状态)，可预想到压电体层4的诸特性变化。

[0093] 即，为了确保压电体层4的特性提高、生产稳定性，重要的是对显现处于A位点的K和Na原子周围的局部结构(原子的结合状态)的EELS谱图的K和Na吸收端的能量变化进行管理。更具体而言，可降低压电体层的膜厚方向的Na-K吸收端或者、K-L2和/或K-L3的吸收端的能量的最大值与最小值之差。

[0094] Na-K吸收端或者、K-L2和/或K-L3的吸收端的能量的最大值与最小值之差为0.8eV以下时则良好。通过控制为0.8eV以下，从而可提高压电常数、介电常数。

[0095] 参考文献1：K.Shibata、K.Suenaga、K.Watanabe、F.Horikiri、A.Nomoto、and T.Mishima、Jpn.J.Appl.Phys.50041503-1.

[0096] 对于由成膜导致的压电体层4的氧缺位、以及基于上述热处理而进行的氧填补和吸收端的能量变化的改善的验证，在实施例中进行详述。

[0097] 如上述那样，通过对压电体层中的膜厚方向上的构成原子周围的局部结构(原子的结合状态)进行测定，进行指标化，从而导出最佳制造条件(热处理条件)，以最佳条件对基板上形成的压电体层4实施热处理后，在压电体层4的上部形成上部电极层5，从而可制作显示出高的压电常数的压电体元件10。

[0098] (压电体设备)

[0099] 另外，将图14所示的实施方式的压电体元件10成型为规定形状，在成型后的压电体元件10的下部电极层3与上部电极层5之间，设置电压施加装置或者电压检测装置，从而可制作各种致动器或者传感器等压电体设备30。通过稳定地控制这些压电体设备30中的下部电极层3以及压电体层4的结晶取向性，从而可实现压电体元件10、压电体设备30的压电特性的提高、稳定化，可廉价地提供高性能的微器件(microdevice)。另外，关于本发明的压电体元件，由于不使用铅作为压电体层材料，因而通过搭载本发明的压电体元件，从而可实现降低环境负荷并且高性能的小型的电动机、传感器、致动器等小型系统装置，例如MEMS(微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System))等。

[0100] 图14所示为其它实施方式的压电体设备的概略结构的剖视图。该实施方式的压电体设备30表示将图1所示的压电体元件10应用于可变容量电容器的情况。该压电体设备30具备：设备基板31、形成于设备基板31上的绝缘层32、形成于绝缘层32上并且具有与图1同样的结构的压电体元件10(压电体元件10的氧化膜6未图示)。设备基板31以及绝缘层32作为支撑压电体元件10的一个端部的支撑构件而起作用。关于压电体元件10，在基板1上形成粘接层2、下部电极层3、压电体层4以及上部电极层5，关于压电体元件
10的另一个端部(自由端部)，基板1延出，在该基板1的延出部，上部电容器电极36突出而设置。在设备基板31上，在上部电容器电极36之下隔着空隙33而形成下部电容器电极
34，在下部电容器电极34的表面形成有包含SiN等的绝缘层35。

[0101] 然后，对于上部电极层5以及下部电极层3，分别介由接合线38A、38B而施加电压时，压电体元件10的尖端发生位移，上部电容器电极36随之在上下方向上发生位移。通过上部电容器电极36的位移而使上部电容器电极36与下部电容器电极34之间的电容器发生变化，本实施方式的压电体设备30作为可变容量电容器而工作。

[0102] 通过在上述实施方式的压电体元件10的下部电极层3与上部电极层5之间连接电压施加装置(未图示)，从而可获得作为压电体设备的致动器。通过对该致动器的压电体元件施加电压，使压电体元件变形，从而可使各种构件运转。作为致动器，例如可用于喷墨打印机、扫描器、超声波产生装置等。

[0103] 将上述实施方式的压电体元件10成型为规定的形状，在下部电极层3与上部电极层5之间连接电压检测装置(未图示)，从而可获得作为压电体设备的传感器。该传感器的压电体元件伴随着某些物理量的变化而变形时，则根据其变形的位移量而产生规定的电压，因而可由电压检测装置检测该电压从而测定各种物理量。作为传感器，例如可列举出陀螺传感器、超声波传感器、压力传感器、速度·加速度传感器等。

[0104] 实施例

[0105] 下面，说明本发明的实施例。

[0106] (实施例)

[0107] 图1所示为表示附带压电体层的基板的概要的剖视图。在本实施例中，在基板上直接地或在基板上隔着氧化膜6，形成粘接层2，在其上形成下部电极层3和钙钛矿结构的铌酸钾钠(以下记作KNN)的压电体层4、以及上部电极层5，从而制作出压电体元件10。根据压电体层4的结晶状态、组成、制造条件，压电体层4中的有机系分子、具备羟基的分子的含量发生变化。以下具体地记述制造方法。

[0108] 首先，在由Si形成的基板1的表面形成热氧化膜(氧化膜6)，在其上形成由Ti膜形成的厚度2nm的粘接层2和、由Pt或Au薄膜或者它们的层叠膜、Pt和Au的合金层形成的厚度200nm的下部电极层3。在该下部电极层3的形成中使用了溅射法。使用金属靶作为溅射用靶，形成时的溅射施加电力为100W，溅射用气体使用了100%Ar气或者Ar与O2的混合气体、或者混合有He或者Ne或者Kr或者N2等至少一种以上的非活性气体的气体。另外，将基板温度设为350℃而形成，形成了多结晶薄膜的包含Pt、Au的下部电极层3。

[0109] 接着，在该下部电极层3上，使用图2所示的RF磁控溅射装置，形成了层厚3μm的KNN压电体层作为压电体层4。另外在KNN压电体层的形成温度400℃～500℃的范围进行，通过基于Ar和O2的5：5的混合气体、或者Ar气、或者混合有He或者Ne或者Kr或者N2等中的至少一种以上的非活性气体的气体而得到的等离子体进行溅射从而形成。另外，使用控制为适当的组成比的(NaxKyLiz)NbO3(x=0.5、y=0.5、z=0)的陶瓷作为原料靶21，将层厚形成为从1到5μm。

[0110] 关于这样形成的KNN压电体层4，由扫描电子显微镜等观察剖面形状时，其组织由柱状结构构成，利用一般的X射线衍射装置调查了晶体结构，结果判断出，进行基板加热而形成的多晶薄膜的包含Pt、Au的下部电极层3，如图3的X射线衍射图案(2θ/θ扫描测定)所示那样，在垂直于基板表面的方向上取向于(111)面而形成。

[0111] 在该优先取向于(111)的包含Pt的下部电极层3上形成由KNN形成的压电体层4，结果判明了，所制作的压电体层4是具有图4、图5和图6所示的假立方晶的钙钛矿型的晶体结构的多晶层。予以说明，图4表示以Na和K原子为中心的晶胞，图5表示以Nb原子为中心的晶胞，图6为以氧原子为中心的晶胞。另外，从图3的X射线衍射图案可知，仅可确认出001、002、003的衍射峰，因而由KNN形成的压电体层4大致优先取向于(001)。

[0112] 其后，对于该压电体元件10，按照适于EELS测定的方式进行了前处理。

[0113] 首先，为了保护压电体层4最表面而利用蒸镀装置形成碳保护膜，在FIB加工装置内涂布了W保护膜。接着，通过微取样法而摘出分析部位，通过FIB加工进行薄片化。其后，通过5kV的加速电压的低加速精细加工而实施了FIB损坏层的去除。此处实际使用的加工装置是日立高新技术公司（Hitachi High-Technologies）制的集束离子束加工装置FB-2000A以及FEI制Dual Beam(FIB/SEM)系统NOVA200。

[0114] (测定1)

[0115] 接着，为了以纳米水平确定该压电体元件10的压电体层4的层中的分析点、即电子照射位置，利用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，以下记述为TEM)进行了高析像度的观察图像数据的取得。本实施例中使用的TEM观察装置是日本电子制的场发射型透射电子显微镜JEM-2010F，进行了基于200kV的加速电压的电子束照射。予以说明，TEM用检测器使用了Gatan公司制的作为CCD摄像机的Ultra Scan。予以说明，在EELS测定中，与TEM用装置共用，电子的加速电压为200KV。关于由照射试样产生的电子的损失能量谱图，由作为EELS专用分光计的Gatan公司制的Enfina1000进行测定。

[0116] 关于构成本实施例的由KNN形成的压电体层4的各原子、钾(K)、钠(Na)、铌(Nb)以及氧(O)，通过吸收端附近的EELS测定而周密地进行微细结构解析，

[0117] 从而可获得构成该压电体层4的原子的排列和/或化学键的信息。关于利用EELS测定而进行原子结构解析的细节，参照以下的参考文献。

[0118] 参考文献2：Kobelco科研株式会社，“EELSによる機能材料的構造解析(基于EELS的功能材料的结构解析)”，技术手册「こべるにくす」，VOl.11，OCT.2002，p.12。

[0119] 参考文献3：田边荣司、北野保行、森下勇树、本多正英、“電子エネルギー損失分光（EELS）によるアモルファス材料的構造解析(基于电子能量损失分光(EELS)的无定形材料的结构解析)”、广岛县立西部工业技术中心研究报告、No.48，2005，P.36。

[0120] 通过精度良好地测定损失能量谱的图，从而可发现构成由KNN形成的压电体层4的特定原子周围的局部结构(原子的结合状态)、层中的结构分布的变化。该原子水平的结构分布的变化与压电特性、介电性密切相关，因此关于本发明中的非铅且钙钛矿结构的KNN所形成的压电体层4成膜后的热处理的有无对于压电特性所造成的影响，运用前述的测定方法分析局部结构(原子的结合状态)，进行了验证。

[0121] (测定2)

[0122] 图7表示由本实施例制作的压电体元件10的剖面的TEM观察图像。此处，图7(a)为热处理前的KNN压电体层4的剖面观察图像，图7(b)是：在24小时以下将温度从室温上升至800℃后的N2O气氛中，对该KNN压电体层4在800℃进行2小时热处理后的剖面观察图像。在本实施例中，通过红外线灯的辐射热进行了热处理。予以说明，图的上部侧为KNN压电体层4的表面，下部侧为基板1。在本发明中的EELS测定中，在图7(a)或者图7(b)中，从KNN压电体层4的表面附近到与Pt下部电极3的界面层附近，沿着A、B、C、D、E或者F、G、H、I、J进行了绘图测定。

[0123] 图8表示，作为实际的EELS测定结果，KNN压电体层4的构成原子之一的K处的L吸收端(K-L2、K-L3)的EELS谱图。图8(a)为热处理前的EELS谱图，图8(b)是热处理后的EELS谱图。图中的A至E、或者F至J是：图7的TEM观察图像所示的KNN压电体层4的测定位置处的K-L(K-L2、K-L3)吸收端的EELS谱图。作为2个峰(吸收端)，可观察岛L2(2p1/2)、L3(2p3/2)，但是它们的差异是由内壳层电子被激发后所产生的能级间的跃迁差导致的，两者包含有大致相同的K原子周围的结合状态的信息。

[0124] 已知，本实施例中的KNN的压电体层4是ABO3型氧化物的钙钛矿结构，处于ABO3型的A位点的K与Na的组成比对压电特性、介电性有影响。即，根据A位点原子(K和Na)周围的局部结构(原子的结合状态)，可预想到压电体层4的诸特性变化。即，为了确保压电体层4的特性提高、生产稳定性，重要的是对显示处于A位点的K和Na原子周围的局部结构(原子的结合状态)的EELS谱图的K和Na吸收端的能量变化进行管理。更具体而言，可降低压电体层的膜厚方向的Na-K吸收端或者、K-L2和/或K-L3的吸收端的能量的最大值与最小值之差。

[0125] 因此，测定了作为KNN压电体层4的其它的A位点原子的Na处的K吸收端的EELS谱图。图9表示其结果。此处，图9(a)为热处理前的EELS谱图，图9(b)为热处理后的EELS谱图。与测定位置无关，Na-K吸收端的电子的能量跃迁为1个因而在约1089eV处发现了1个峰。其中可知，在热处理前的图9(a)中，在测定点E处Na-K吸收端向低能量的方向发生着偏移。一般而言在氧化物中，在金属原子周围的氧原子的数量减少，即氧缺位有所进展的情况下，EELS测定、XAFS解析的吸收端有时会向低能量侧发生偏移，或者有时会在低能量侧观察到新的吸收端。换言之，可推定出，在本实施例的热处理前的由KNN形成的压电体层4中，在与包含Pt的下部电极层3的界面附近，Na原子周围的O(氧)原子减少，Na原子周围的氧缺位显著。

[0126] (测定3)

[0127] 图10表示：基于图8的K-L吸收端的EELS谱图的、KNN压电体层的膜厚方向(图7的A～E和F～J的位置)中的K-L2吸收端以及K-L3吸收端的能量的变化。此处，图
10(a)表示热处理前(没有进行热处理的情况)，图10(b)表示热处理后(进行了热处理的情况)。

[0128] 关于热处理前的图10(a)，在KNN压电体层4的表面附近(A的位置)和KNN压电体层4的Pt下部电极层3的界面附近(E的位置)，关于K-L2吸收端和K-L3吸收端中的任一个，在吸收端的能量的最大值和最小值之间都可发现约0.9至1eV的差。另外可知，K-L吸收端朝向Pt下部电极层3而大致单调地减少，在Pt下部电极层3的界面附近处向低能量位移。

[0129] 另一方面，从图10(b)可知，关于从热处理后的KNN压电体层4的表面附近(F的位置)到Pt下部电极层3的界面附近(J的位置)中的K-L(K-L2、K-L3)吸收端的能量的最大值与最小值的差小于热处理前的KNN压电体层4的表面附近(A的位置)到KNN压电体层4的Pt下部电极层3的界面附近(E的位置)中的K-L(K-L2、K-L3)吸收端的能量的最大值与最小值的差，为0.8eV以下。即，表明了，通过在800℃实施2小时热处理，可在KNN压电体层4的膜厚方向将K-L(K-L2、K-L3)吸收端的能量的最大值与最小值的差降低为0.8eV以下。

[0130] 即，表明了，通过形成KNN压电体层4后的热处理，由热处理气氛、基板上的氧化物对KNN压电体层4的K原子周围的氧原子的缺位进行填补氧，使得KNN压电体层4的K原子周围的局部结构(原子的结合状态)从KNN压电体层4的表面到Pt下部电极层3的界面在均匀分布方面得到改善(即，KNN压电体层4的膜厚方向的分布改善为均匀)。

[0131] 进一步，基于TEM观察图像，进行了KNN压电体层4的相对于膜厚的K-L(K-L2、K-L3)吸收端的研究。KNN压电体层4的膜厚与前述的实施例同样为约3μm。图11(a)表示热处理前的KNN压电体层4的相对于膜厚的EELS测定的K-L(K-L2、K-L3)吸收端的能量变化。

[0132] 可知，随着接近Pt下部电极层3的界面，K-L2以及K-L3吸收端的能量相对于膜厚而大致单调性地降低。可预想到，如果该变化表示作为K原子周围的第1接近原子的氧的结合数的减少，那么在没有进行热处理的情况下，KNN压电体层4的K原子周围的氧缺位位点随着接近Pt下部电极层3的界面，氧缺位数大致连续地增加。

[0133] 另一方面，进行热处理后的结果如图11(b)所示那样，KNN压电体层4的相对于膜厚的K-L(K-L2、K-L3)吸收端的连续的能量变化不明了，但是与没有进行热处理的图11(a)相比，KNN压电体层4的膜厚方向的K-L(K-L2、K-L3)吸收端的能量的最大值与最小值之差变小。对与压电特性的相关性进行了研究，结果确认了，如果由EELS测定进行了绘图的、膜厚方向的K-L(K-L2、K-L3)吸收端的能量的最大值与最小值之差为0.8eV以下，那么可获得所希望的良好的压电特性。

[0134] 接着，图12表示，基于图9的Na-K吸收端的EELS谱图而得到的、KNN压电体层4的膜厚方向(图7的A～E和F～J的位置)的Na-K吸收端的能量变化。此处，图12(a)表示热处理前(没有进行热处理的情况)，图12(b)表示热处理后(进行了热处理的情况)。

[0135] 在热处理前的图12(a)中，在从KNN压电体层4的表面附近(A的位置)到KNN压电体层4与Pt下部电极层3的界面附近(E的位置)的、Na-K吸收端的能量的最大值和最小值中，可看到1.2～1.5eV(约1.45eV)的差。可知，特别是Pt下部电极层3的界面附近(E的位置)的Na-K吸收端的能量显著降低。

[0136] 另一方面，在热处理后的图12(b)中，KNN压电体层4的Pt下部电极层3的界面附近(J的位置)的Na-K吸收端的能量为一定，并且，与热处理前的1.2～1.5eV(约1.45eV)差相比，从KNN压电体层4的表面附近(F的位置)到KNN压电体层4的Pt下部电极层3的界面附近(J的位置)的Na-K吸收端的能量的最大值与最小值之差变小为0.8eV以下。这表示，通过热处理，可将KNN压电体层4的膜厚方向的Na-K吸收端的能量的最大值与最小值之差降低为0.8eV以下。

[0137] 即，表明了，通过热处理，从而在KNN压电体层4的Pt下部电极层3的界面附近，对Na原子周围的氧原子的缺位或缺陷或者该两者的部分(位点)，由热处理气氛中、基板上的氧化物供给氧，KNN压电体层4的Na原子周围的局部结构、特别是与氧的结合状态从KNN压电体层4的表面到Pt下部电极层3的界面在均匀的分布方面得到改善(即，KNN压电体层4的膜厚方向的分布改善为均匀)。

[0138] 另外，图13(a)表示热处理前的KNN压电体层4的相对于膜厚的EELS的Na-K吸收端的能量变化。到距离KNN压电体层4的表面约2000nm(约2μm)为止Na-K吸收端的能量变化小，其能量值为约1089eV。已知，在距离KNN压电体层4的表面的约2μm左右下方的接近Pt下部电极层3的界面的区域，Na-K吸收端的能量急剧降低。

[0139] 如果该急剧的变化表示作为Na原子周围的第1接近原子的氧的结合数的减少，则在没有进行热处理的情况下，可推定出，在KNN压电体层4的接近Pt下部电极层3的界面的约2μm至3μm的区域，KNN压电体层4的Na周围的氧缺位位点为氧缺位数的增加变显著。

[0140] 接着，对KNN压电体层4进行了热处理，结果由图13(b)可知，在KNN压电体层4的膜厚方向，Na-K吸收端的能量大致为一定，与热处理前的KNN压电体层4的膜厚方向的Na-K吸收端能量的最大值与最小值之差相比，从KNN压电体层4的表面附近(0nm)到KNN压电体层4的Pt下部电极层3的界面附近(3500nm)的(即，KNN压电体层4的膜厚方向的)Na-K吸收端能量的最大值与最小值之差变小，为0.8eV以下。对压电特性、介电性进行了比较研究，结果确认了，如果将KNN压电体层的膜厚方向的Na-K吸收端的能量的最大值与最小值之差控制为0.8eV以下，则可获得所希望的良好的压电特性。

[0141] 关于由测定3的EELS测定获得的、KNN压电体层4的K-L(K-L2、K-L3)吸收端以及Na-K吸收端的能量的最大值与最小值之差，将相对于其控制值的施加电压4V和20V时的压电常数和介电损失、相对介电常数示于表1。予以说明，作为表示压电常数(特性)的值，由-d31(pm/V)记述。在本实施例中，按照通过EELS测定而得到的各吸收端的能力的最大值与最小值之差成为所希望的值的方式，在规定的N2O气氛中通过800℃、2小时的热处理进行了控制。根据本实施例判明了，KNN压电体层4的压电特性提高的吸收端的能量的最大值与最小值之差，在Na-K吸收端为0.8eV以下，在K-L(K-L2、K-L3)吸收端为0.8eV以下。进一步，即使Na-K吸收端以及K-L(K-L2、K-L3)吸收端的能量的最大值与最小值之差均为0.8eV以下，也可实现进一步良好的压电常数、介电常数等诸特性的提高。

[0142] 表1

[0143]

[0144] 此时，压电常数-d31在电压4V时从48.0提高至64.9，在电压20V时从80.5提高至98.3。另外，介电损失的tanδ从0.298降低到0.087，降低至约1/3以下，发现了漏电流降低等与设备可靠性直接相关的效果。进一步，也确认出相对介电常数的提高，判明了如参考文献4中记述的那样有助于具有正比例关系的压电常数的提高。

[0145] 参考文献4：冈崎清第4版セラミック誘電体工学(陶瓷电介质工学)(学献社1992年)。

[0146] 如以上那样，在基板上至少层叠下部电极层、由通式(NaxKyLiz)NbO3(0

[0147] 予以说明，在本实施例中，由铌酸钾钠形成了压电体层，但是在由铌酸锂钾钠形成压电体层的情况下、或者在至少一部分由ABO3的结晶或非晶质、或者结晶和非晶质的混合物形成压电体层的情况下，都可通过与实施例同样地在形成压电体后进行热处理，从而将压电体层的膜厚方向的Na-K吸收端、K-L2吸收端和/或K-L3吸收端的能量的最大值与最小值之差控制为0.8eV以下。

[0148] 另外，KNN压电体层的Na-K吸收端、K-L2吸收端和/或K-L3吸收端的能量测定通过EELS测定而进行，但也可通过XAFS解析进行吸收端的能量测定。

[0149] 如以上那样，关于在基板上顺次形成粘接层、下部电极层、压电体层以及上部电极层而得到的压电体元件，通过上述的方法测定构成该压电体层的特定原子周围的局部结构(原子的结合状态)，进行指标化，以其结果为基础，在形成该压电体层之后实施热处理(800℃、2小时)，从而可稳定地提供压电特性优异的压电体元件。

[0150] 另外，本发明的压电体元件是具备有由非铅材料形成的压电体层的压电体元件，因而通过搭载本发明的压电体元件，可提供降低环境负荷并且高性能的小型的电动机、传感器、以及致动器等小型系统装置、例如MEMS(Micro Electro Mechanical System)等压电体设备。