压电元件以及该压电元件的制造方法

技术领域

本发明涉及用于光偏转器等的压电元件以及该压电元件的制造方法。

背景技术

近年来，由MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等具有微细构造的系统构成的传感器元件、致动器元件的需求增加。因此，对在硅晶片上直接形成压电晶体膜的直接薄膜形成法的开发在不断前进。

特别是，在使用锆钛酸铅(PZT)的结晶体膜作为压电材料的MEMS用的压电致动器中，为了得到高压电特性，取向控制不可或缺。

例如，专利文献1的压电致动器具备多个压电悬臂，该压电悬臂具有支承体和形成于支承体的压电体，通过压电驱动进行弯曲变形。而且，压电致动器在多个压电悬臂的压电体上独立地具备用于分别施加驱动电压的多个电极。在多个压电悬臂中，以各自的弯曲变形累积的方式机械地连结端部，通过施加该驱动电压，各压电悬臂独立地发生弯曲变形。

在所述压电致动器中，在压电悬臂的顶端部产生的扭矩和位移量依赖于压电体的压电特性和悬臂的尺寸。即，为了得到高压电特性，优选进行压电材料的结晶体膜的结晶取向控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-35600号公报

发明内容

发明要解决的课题

通过控制作为压电致动器(压电元件)所使用的压电材料、即PZT晶体膜的晶体取向，能够获得高压电特性。然而，存在该压电元件无法得到充分的耐久时间的问题。

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种在控制压电元件的压电材料的晶体取向的同时提高耐久时间的压电元件以及该压电元件的制造方法。

用于解决课题的手段

本发明的第一方面的压电元件的特征在于，具备：至少1个面为平面的基板；第一电极膜，其设置在所述基板的所述平面上；正方晶的压电晶体膜，其设置在所述第一电极膜上；以及，第二电极膜，其设置在所述压电晶体膜的与所述第一电极膜相向的面上，所述压电晶体膜是由柱状的晶粒构成的单轴取向的多晶体，所述晶粒在与所述第一电极膜垂直的方向上取向有所述正方晶的c轴，所述多晶体包含垂直取向部和倾斜取向部，所述垂直取向部在与所述第一电极膜垂直的方向上具有c轴，所述倾斜取向部具有相对于所述垂直取向部的c轴倾斜的c轴，所述垂直取向部的c轴和所述倾斜取向部的c轴分别具有分布，所述倾斜取向部的c轴分布相对于所述垂直取向部的c轴分布离散。

本发明的压电元件具备第一电极膜、该第一电极膜上的正方晶的压电晶体膜以及该压电晶体膜上的第二电极膜。这里，“～上”包括与下表面侧的膜不直接发生接触的情况。正方晶是指在单位晶格的轴长a、b、c上具有a＝b≠c的关系的结晶。另外，正方晶的＜100＞方向为a轴方向，＜010＞方向为b轴方向，＜001＞方向为c轴方向，与＜001＞轴正交的面为(001)面和c面。

本发明的压电晶体膜(柱状的晶界)包含垂直取向部和具有以相对于该垂直取向部的c轴倾斜的方式取向的c轴的倾斜取向部。并且，在施加电压时(电压上升时)，压电晶体膜在不损害其特性的情况下进行位移，在电压施加中止时(电压下降时)，返回到原来的状态。包含本发明的倾斜取向部的压电晶体膜的耐电压高于仅由垂直取向部构成的压电晶体膜的耐电压。另外，在压电晶体膜中，倾斜取向部的c轴分布相对于垂直取向部的c轴分布离散。由此，能够获得不降低作为压电元件的性能且因具有高耐电压而能构成长期可靠性高的压电元件。

在发明的第一方面的压电元件中，优选的是，所述倾斜取向部的c轴以所述垂直取向部的c轴为旋转轴而向0°～360°的整周方向倾斜。

垂直取向部的c轴是与基板的平面垂直的方向，倾斜取向部的c轴以垂直取向部的c轴为旋转轴向整周方向倾斜(0°～360°)。因此，倾斜取向部的c轴相对于垂直取向部的c轴沿放射方向的任意角度延伸。

另外，在发明的第一方面的压电元件中，优选的是，所述压电晶体膜的所述倾斜取向部的c轴相对于所述垂直取向部的c轴的倾斜角φ大于6°且小于19°。

倾斜取向部的c轴的倾斜角φ大于6°且小于19°。由此，包含该倾斜取向部的压电晶体膜的耐电场及耐久时间得到提高，并且能够防止压电特性下降。

另外，在发明的第一方面的压电元件中，优选的是，X射线摇摆曲线中所述倾斜取向部相对于所述垂直取向部的的强度比Rp为0.1～1。

通过将该强度比Rp设置为0.1～1的范围，能够提高通过压电元件的倾斜取向部获得的效果。由此，能够防止压电晶体膜的取向紊乱增大并防止压电特性降低。

另外，在发明的第一方面的压电元件中，优选的是，所述压电晶体膜是锆钛酸铅(PZT)，所述第一电极膜是铂(Pt)。

在本发明中，分别使用作为最佳材料的锆钛酸铅(PZT)和铂(Pt)作为压电晶体膜和第一电极膜。特别是，使用压电特性高的PZT作为压电晶体膜来制作压电元件。由此，例如，将该压电元件应用于光扫描仪模块时，能够在低电压下进行高速驱动，从而获得大的扫描角。

另外，在发明的第一方面的压电元件中，优选的是，所述第一电极膜的膜面为(111)面。

在将该第一电极膜的膜面作为(111)面时，在第一电极膜的上表面对压电晶体膜进行成膜时，能够提高其晶体取向特性。

本发明的第二方面的压电元件的制造方法的特征在于，具备：在至少1个面为平面的基板上对非晶状的金属氧化物进行成膜的步骤；在所述金属氧化物上对第一电极膜进行成膜的步骤，其中，所述第一电极膜由成膜面为(111)面的导电性的金属膜构成；在所述第一电极膜上对SRO膜进行成膜的步骤；在所述SRO膜上对压电晶体膜进行成膜的步骤，其中，所述压电晶体膜是具有在与所述第一电极膜垂直的方向上具有柱状的晶粒的正方晶的单轴取向的多晶体，所述压电晶体膜在所述柱状的晶粒中具有垂直取向部和倾斜取向部，所述垂直取向部在与所述第一电极膜垂直的方向上具有c轴，所述倾斜取向部具有相对于所述垂直取向部的c轴倾斜的c轴且倾斜角φ在大于6°且小于19°的范围内；以及，对设置于所述压电晶体膜的与所述第一电极膜相向的面上的第二电极膜进行成膜的步骤。

本发明的压电元件的制造方法具备以下步骤：相对基板进行金属氧化物的成膜的步骤；对第一电极膜进行成膜的步骤；对SRO膜进行成膜的步骤；对压电晶体膜进行成膜的步骤；对第二电极膜进行成膜的步骤。压电晶体膜包含垂直取向部以及具有以相对于该垂直取向部的c轴倾斜的方式取向的c轴的倾斜取向部(c轴的倾斜角φ大于6°且小于19°)。倾斜取向部在施加电压时(电压上升时)，在不损害其特性的情况下进行位移，在电压施加中止时(电压下降时)，返回到原来的状态。该压电晶体膜的耐电压高于仅由垂直取向部构成的压电晶体膜的耐电压。因此，能够获得不降低压电元件的性能且因具有高耐电压而能构成长期可靠性高的压电元件。

在本发明的第二方面的压电元件的制造方法中，优选的是，在对所述压电晶体膜进行成膜的步骤中，使用电弧放电离子镀法。

通过使用电弧放电离子镀法，能够高效地形成高品质且密合性高的压电晶体膜。

附图的简单说明

图1是包括本发明的压电元件的光扫描模块的概要图。

图2是光扫描模块所包含的二维光偏转器的立体图。

图3A是对二维光偏转器的曲折型压电致动器的动作进行说明的图(1)。

图3B是对二维光偏转器的曲折型压电致动器的动作进行说明的图(2)。

图4是对二维光偏转器的详细情况进行说明的图。

图5是制造本发明的压电元件的流程图。

图6是用于说明本发明的压电元件的剖面结构的图。

图7是用于说明图6的压电元件的PZT膜的晶体取向影像(image)的图。

图8是说明PZT膜的X射线衍射θ-2θ测定的结果的图。

图9是说明PZT膜的X射线摇摆曲线测定的结果的图。

图10是表示PZT膜的电场与泄漏电流密度的关系的曲线图。

图11是与比较方式比较了PZT膜的耐电场、耐久时间以及压电常数的测定结果的一览表。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的压电元件以及该压电元件的制造方法进行说明。

图1是包含本发明的压电元件的光扫描模块1的概要图。光扫描模块1例如是用于微型投影仪、平视显示器、车辆用前照灯等的装置，主要由二维光偏转器2、激光光源3以及控制装置5构成。

二维光偏转器2利用半导体工艺或MEMS技术制作而成，通过利用转动镜(微镜9)反射从一定方向入射的光，一边扫描光一边将其射出。

二维光偏转器2的可动框2a具有微镜9、半环型压电致动器10a、10b、扭杆(弹性梁)13a、13b等。从激光光源3射出的激光4a入射到转动的微镜9并被该微镜9反射，经扫描的射出光(激光4b)例如扫描微型投影仪的投影面。

控制装置5通过未图示的配线向可动框2a以及激光光源3发送控制信号。通过该控制信号，驱动可动框2a的半环型压电致动器10a、10b。并且，通过扭转与半环型压电致动器10a、10b结合的扭杆13a、13b，使微镜9转动。另外，利用该控制信号，控制激光光源3的激光4a的接通、断开以及亮度。

如图2所示，在二维光偏转器2中，在外框支承体11的中央配设有可动框2a。另外，在可动框2a的两侧配置有曲折型压电致动器6a、6b，曲折型压电致动器6a、6b与可动框2a的外边以及外框支承体11的内边结合。

曲折型压电致动器6a、6b形成为多个悬臂沿长度方向相邻的朝向并列并在上下方向的端部处折回而串联结合的构造。控制装置5的控制信号也驱动曲折型压电致动器6a、6b，由此，可动框2a在水平方向、即绕图中的X轴往复转动，详细内容后述。

另外，如上所述，通过驱动半环型压电致动器10a、10b，微镜9绕着图中与扭杆13a、13b的轴相一致的Y轴往复转动。

其结果，二维光偏转器2在利用微镜9反射激光4a时，能够向二维光偏转器2的前方射出光，而且，能够在X轴方向和Y轴方向这2个方向上进行扫描。

曲折型压电致动器6a、6b和半环型压电致动器10a、10b的由点画部分表示的部分是形成有压电晶体膜的压电元件的区域。该压电晶体膜由沿着取向轴取向的垂直取向部和相对于该取向轴以规定的倾斜角取向的倾斜取向部构成，详细进行后述。由此，在上述压电致动器上形成的压电元件形成为压电特性高且长期可靠性高的压电元件。

在外框支承体11的下方配设有电极垫7a～7e(以下，称为电极垫7)和电极垫8a～8e(以下，称为电极垫8)。电极垫7、8以能够对曲折型压电致动器6a、6b和半环型压电致动器10a、10b的各电极施加驱动电压的方式与上述各电极电连接。

需要说明的是，即使没有设置曲折型压电致动器6a、6b，也能够起到光偏转器的作用。在该情况下，可动框2a的部分起到外框支承体的作用，从而构成微镜9绕Y轴往复转动的一维光偏转器。

接着，参照图3A、图3B，以曲折型压电致动器6a为例，说明其动作。

如上所述，在二维光偏转器2中，通过使曲折型压电致动器6a、6b(以下，称为压电致动器6a、6b)动作，能够使微镜9绕X轴往复转动。

图3A是从表面侧(俯视时，可以看到由点画部分表示的压电晶体膜的一侧，另外，有时也称为“上方方向”)观察图2的二维光偏转器2时裁切出配置在左侧的压电致动器6a的图。压电致动器6a具有4个压电悬臂排列而成的形状。另外，各压电悬臂主要由作为压电晶体的锆钛酸铅(PZT：Pb(Zr，Ti)O

例如，在曲折型压电致动器6a中，对第奇数个压电悬臂6a(1)、6a(3)施加第一电压。另外，对第偶数个压电悬臂6a(2)、6a(4)施加与第一电压相位相反的第二电压。

由此，如图3B所示，能够使第奇数个压电悬臂6a(1)、6a(3)向上方弯曲变形(在图3B中呈凸状)。另外，能够使第偶数个压电悬臂6a(2)、6a(4)向下方弯曲变形(在图3B中呈凹状)。

虽未图示，从靠近可动框2a的一侧依次将压电致动器6b设定成压电悬臂6b(1)、6b(2)、6b(3)、6b(4)。此时，能够使第奇数个压电悬臂6a(1)、6a(3)向下方弯曲变形，使第偶数个压电悬臂6a(2)、6a(4)向上方弯曲变形。

由此，能够使微镜9进行如下位移：微镜9的下侧(扭杆13b一侧)被上推，微镜9的上侧(扭杆13a一侧)被下按(可动框2a以X轴为中心在U方向上移动)。同样地，通过对压电悬臂6a(1)～(4)、6b(1)～(4)施加相反的电压，可使微镜9向反方向位移。这样，能够使微镜9绕X轴转动。

接着，参照图4，对可动框2a的详细情况进行说明。

图4是从斜前方观察可动框2a的立体图。在初始状态下，微镜9的从中心O向表侧延伸的法线朝向正前方。

圆形的微镜9受Y轴方向的扭杆13a、13b支承并配设于可动框2a的中心。微镜9的反射面例如通过溅射法或电子束蒸镀法形成金(Au)、铂(Pt)、铝(Al)等金属薄膜。需要说明的是，微镜9的形状不限于圆形，也可以是椭圆形或其他形状。

扭杆13a、13b的一端与微镜9结合，另一端越过其与半环型压电致动器10a、10b(以下，称为压电致动器10a、10b)的结合部与可动框2a结合。这样，扭杆13a、13b与可动框2a结合，由此，微镜9绕Y轴的往复转动变得稳定。

压电致动器10a、10b配设在从外侧包围微镜9的位置上。压电致动器10a、10b在Y轴上与扭杆13a、13b结合，在X轴上与构成一部分外框支承体11的固定杆14a、14b结合。

压电致动器10a、10b也形成为通过半导体平面工艺将下部电极和上部电极夹持PZT的压电晶体膜的压电元件构造，详细后述。该构造为，通过经由下部电极和上部电极对压电晶体膜施加电压，使压电致动器10a、10b弯曲变形来扭转扭杆13a、13b。

在压电致动器10a、10b上，分别在相对Y轴倾斜45°的直线上形成有分割槽18，压电晶体膜在周向上被分割。另外，由于扭杆13a、13b在Y轴上延伸，因此，压电晶体膜在该位置上也在周向上被分割。

在利用MEMS技术制作可动框2a时，首先，在包括扭杆13a、13b的部分在内的整周上均形成用于压电致动器10a、10b的压电晶体膜。然后，通过蚀刻除去扭杆13a、13b部分和分割槽18部分的压电晶体膜。

压电致动器10a通过2个分割槽18从上侧起依次被分成区域16a～16c。另一方面，压电致动器10b通过2个分割槽18从上侧起依次被分成区域17a～17c。

由此，能够个别对区域16a～16c、17a～17c的压电晶体膜施加驱动电压。例如，通过对区域16a、16c、17b施加规定的电压V1，对区域16b、17a、17c施加与V1成为相反相位的电压V2，能够使微镜9绕Y轴摆动。通过上述方式将压电晶体膜分离，与不将压电晶体膜分离的情况下相比，通过约一半的电压就能得到相同的偏转角，能够抑制消耗电力。另外，加上通过扭杆13a、13b产生的扭转弹簧的作用、反作用的效果，能够抑制消耗电力。

接着，参照图5～图7，对形成于各压电致动器的压电元件的构造及其制造方法进行说明。

图5是制造该压电元件的流程图。另外，图6表示利用图5的制造方法制造的压电元件30的剖面结构，图7示出压电元件30的PZT膜25的晶体取向影像。

首先，准备以下板状的Si芯基板27(参照图6)：在该Si芯基板27中，在厚度400μm的硅(Si)基板20的上表面成膜有膜厚约1μm的氧化硅(SiO

接着，通过溅射法在温度400℃下在TiO

接着，通过溅射法(RF磁控溅射)在温度750℃下在Pt膜23的上表面对作为缓冲层的膜厚为20nm的钙钛矿结构的SrRuO

在本发明中，优选的是，利用同一装置对非晶状的TiO

接着，利用电弧放电离子镀(ADRIP：ArcDischarge Reactive Ion Plating)法，在温度550℃下，在SRO膜24的上表面成膜作为压电晶体膜的正方晶的PZT膜25(步骤(STEP)04)。

电弧放电离子镀法是一种利用真空电弧放电使靶材(PZT)蒸发或离子化而成膜的方法。利用电弧放电的特性，能够形成紧密且密合性良好的皮膜，因此量产性、工艺稳定性优异。

最后，利用溅射法在PZT膜25的上表面形成膜厚为120nm的Pt膜26作为上部电极(第二电极)(步骤(STEP)05)。由此，完成用于上述曲折型压电致动器6a、6b、半环型压电致动器10a、10b等的压电元件30。

通过以上各步骤，如图6所示，形成如下压电元件30：在由Si基板20和SiO

通过上述方式成膜的压电元件30的PZT膜25形成为相对于作为下部电极的Pt膜23(SRO膜24)面粘合有多个在垂直方向上成柱状的PZT晶粒的多晶体的膜。即，压电元件30形成为在作为下部电极的Pt膜23面和作为上部电极的Pt膜26面之间配置有由柱状晶粒群构成的PZT膜25的构造。

接着，参照图7，对PZT膜25的结晶取向进行说明。

形成PZT膜25的PZT晶体为正方晶，在＜100＞方向为a轴、＜010＞方向为b轴、＜001＞方向为c轴的情况下，a轴与b轴正交，c轴与包含a轴和b轴的平面正交。另外，正方晶的c轴方向较长，在该c轴方向上极化。

图7是示意性地示出构成PZT膜25的PZT晶体的2个垂直取向部25a、25a和2个倾斜取向部25b、25b’的图。垂直取向部25a、25a和倾斜取向部25b、25b’的各个取向部分别相当于形成PZT膜25的多晶体膜的一个单位的晶粒。另外，垂直取向部25a、25a和倾斜取向部25b、25b’也可以分别作为一个单位的多晶体而并存。

需要说明的是，在下文的说明中，在2个垂直取向部25a、25a等价的情况下，仅将其记载成“垂直取向部25a”，在2个倾斜取向部25b、25b’等价的情况下，仅将其记载为“倾斜取向部25b”。

2个垂直取向部25a的PZT晶体的c轴在与Pt膜23(SRO膜24)的平面垂直的方向上取向。另外，倾斜取向部25b相对于垂直取向部25a的c轴倾斜成倾斜角φ(例如，φ＝10°)的方式取向c轴。

在图7中示出了晶格倾斜的示意图，但在柱状的PZT晶粒粘合的PZT膜25中，仅柱状的PZT晶粒的内部取向轴垂直或倾斜。另外，虽未图示，倾斜取向部25b的c轴相对于垂直取向部25a的c轴向放射方向倾斜任意角度(0°～360°的整周方向)。倾斜取向部25b在由垂直取向部25a构成的PZT晶体膜中分散存在(形成分散)。

PZT膜25所包含的各个PZT晶体的a轴(b轴)以c轴为旋转轴而朝向各个方向，其中，c轴相对于Pt膜23(SRO膜24)面在垂直的方向上取向。即，PZT膜25成为单轴取向的多晶体。

另外，垂直取向部25a及倾斜取向部25b的各自的c轴例如具有正态分布等斜率分布。在下文中，在叙述垂直取向部25a的c轴以及倾斜取向部25b的c轴的情况下，对各个c轴分布中的代表值进行叙述(有时也称之为主c轴)。

当对夹着由这种单轴取向的多晶体构成的PZT膜25的下部电极(Pt膜23)和上部电极(Pt膜26)施加第一极性(第二极性)的电压时，c轴伸长(或压缩)，与c轴正交的面以各向同性的方式压缩(或伸长)。由此，形成有压电元件30的压电致动器6a、6b、10a、10b以如上所述的方式动作。另外，PZT膜25在膜面方向上以各向同性的方式压缩(或伸长)，因此，也能够用于任何形状的电压致动器。

以上，对由包含本实施方式的垂直取向部25a和倾斜取向部25b的PZT晶体构成的PZT膜25进行了叙述，但只要是由包含垂直取向部和倾斜取向部的单轴取向的柱状的多晶体构成的压电体膜即可，并不对PZT晶体进行限定。PZT晶体的材料例如可以是钛酸钡(BaTiO

另外，由包含本实施方式的垂直取向部25a和倾斜取向部25b的单轴取向的柱状的多晶体构成的PZT膜25能够通过以下步骤形成：在Si芯基板27上形成非晶状的TiO

上述实施方式的制造方法仅代表一个例子，只要能够得到由包含垂直取向部和倾斜取向部的单轴取向的柱状的多晶体构成的压电体膜即可，因此，并不对本实施方式的制造方法进行限定。

接下来，对作为比较方式的压电元件的构造以及成膜方法进行说明。需要说明的是，比较方式的压电元件与实施方式的压电元件30的制造方法相比仅在以下处理方式上不同：对TiO

在通过溅射法在常温(例如20℃～30℃)下对比较方式中的PZT膜进行TiO

而且，通过溅射法在温度约800℃下，在TiO

接着，参照图8～图11，对本实施方式的压电元件30(PZT膜25)以及比较方式的压电元件的各种测定数据进行说明。

图8表示利用X射线衍射θ-2θ测定法测定PZT膜25后的结果。在本测定中，由于上部电极(Pt膜26)会遮蔽X射线，使用未设置上部电极的压电元件。另外，也可以在形成作为上部电极的Pt膜26之后，使用对Pt膜26进行了一部分蚀刻的压电元件。需要说明的是，即使不设置上部电极，PZT膜25的结晶取向特性也不会发生改变。

X射线衍射(XRD：X-Ray Diffraction)的θ-2θ测定法是利用基于结晶面间距的X射线的布拉格反射来解析晶体的方法。具体而言，是如下一种方法：以试样的水平方向的结晶面为基准以角度θ入射X射线，在从试样反射(衍射)的X射线中检测出相对于入射X射线的入射角θ的角度为2θ的反射X射线，从而调查其反射X射线强度。需要说明的是，在以试样的水平方向面为基准的情况下，X射线的入射角为ω，因此，有时也标记成ω-2θ。

在图8中，横轴为反射X射线的角度2θ[deg]，纵轴为反射X射线强度Intensity([cps：counts per sec])。另外，扫描角设定为20°～50°，入射X射线使用Cu-Kα1。

如图所示，本实施方式的PZT膜25的θ-2θ测定的反射X射线强度曲线仅在21.82°处的PZT晶体的(001)面(c轴的正交面)和44.44°处的PZT晶体的(002)面(c轴正交面)检测到反射峰。另外，在39.70°处检测到作为下部电极的Pt膜23的(111)面的反射峰。由此可见，PZT膜25的PZT晶体相对于Pt膜23的(111)面只有c轴取向。

另外，比较方式的PZT膜也与实施方式同样地仅观察到PZT膜的(001)面反射、(002)面反射以及Pt膜的(111)面反射的峰值(省略图示)。由此，确认了比较方式的PZT膜也在Pt膜的(111)面上经由SRO膜而形成c轴取向。

接着，参照图9，对PZT膜25的X射线摇摆曲线测定的结果进行说明。

X射线摇摆曲线测定是以下一种测定方法：以能够得到结晶的特定面的反射的方式固定X射线的入射角θ和检测器的反射角2θ，从入射方向到反射方向对试样台(PZT膜)进行扫描(ω扫描)，从得到的X射线反射强度曲线(摇摆曲线)调查结晶面(c面)的取向分布、也即与结晶面正交的结晶取向轴的分布。

图9表示实施方式的PZT膜25和比较方式的PZT膜的(001)面的摇摆曲线。这里，横轴是以反射X射线强度为最大的角度ω为基准(0°)的相对角度Δω[deg]，纵轴是反射X射线强度Intensity[cps](线性标度，刻度是2000cps刻度)。另外，实线表示实施方式的PZT膜25的摇摆曲线，虚线表示比较方式的PZT膜的摇摆曲线。需要说明的是，比较方式的反射X射线强度以其最大值成为与实施方式的最大值相同的方式调整了倍率。

实施方式的PZT膜25的摇摆曲线(实线)由在Δω＝0°处具有峰值(主峰值Pm)的主峰以及在Δω＝±10°的2处具有与峰值不同的峰值(副峰值Ps)的副峰构成。并且，主峰和2个副峰的FWHM分别为5.0°和8.36°。另外，副峰值Ps相对于主峰值Pm的反射X射线的强度比Rp(IntPs/IntPm)在Δω＝10的副峰值Ps处的Rp为0.25(2811/11314)，在Δω＝-10的副峰值Ps处的Rp为0.30(3358/11314)。

即使旋转PZT膜25，PZT膜25在任何地方处都能够得到大致同等的摇摆曲线。即，在PZT膜25的膜面上，均等地形成垂直取向部25a和倾斜取向部25b。

另外，将摇摆曲线中的峰值(主峰值Pm)设为Δω＝0°时的副峰的峰值(副峰值Ps)位置Δωps相当于倾斜取向部25b的主c轴相对于垂直取向部25a的主c轴的倾斜角度φ。即，在本实施方式中，|Δωps|＝φ(这里为10°)。

根据以上内容，垂直取向部25a是具有FWHM为5.0°的c轴的斜率分布的晶体组，倾斜取向部25b是具有FWHM为8.36°的c轴的斜率分布的晶体组。2个晶体组分别成为以与主峰值Pm和副峰值Ps相当的c轴取向为分布中心的离散的晶体组。另外，倾斜取向部25b的c轴相对于垂直取向部25a的c轴在0°～360°的整周方向上倾斜。倾斜取向部25b相对于垂直取向部25a的存在比率设定成不损害逆压电效应的存在比率(这里，Rp＝0.25以及0.30)。

另一方面，比较方式的PZT膜的摇摆曲线(虚线)在Δω＝0°处仅具有基于(001)面的单峰的反射峰。需要说明的是，反射峰的FWHM为3.1°。即，比较方式的PZT膜的PZT晶体仅由垂直取向部构成，该垂直取向部是具有比实施方式窄的c轴的斜率分布的晶体组。换言之，比较方式的PZT膜是PZT晶体的晶体取向的整齐性优异的PZT膜。

图10是表示PZT膜25的电场与泄漏电流密度的关系的曲线图。

在图10中，横轴是对压电元件30的下部电极(Pt膜23)和上部电极(Pt膜26)施加电压的情况下的PZT膜25的电场[V/μm]，纵轴为施加电压时的泄漏电流密度[nA/cm

在本测定中，在对压电元件的PZT膜进行极化(poling)(极化处理)后，测定电压的升压侧(上侧曲线)，接着测定降压侧(下侧曲线)。以0[V]→测定电压1→0[V]→测定电压2→…的模式施加电压。另外，施加的电压避开不稳定区域，以电场为2.0[V/μm]以上的范围施加电压。

在实施方式的压电元件30中，在电压上升时(实线的上侧曲线)中，在第一方向(正值)上示出大约30[nA/cm

另一方面，在比较方式的压电元件中，在电压上升时(虚线的上侧曲线)中，在第一方向(正值)上示出大约70[nA/cm

如上所述，在实施方式的压电元件30中，当对电极(Pt膜23、Pt膜26)施加电压时，泄漏电流在电压上升时较大，在降压时变小。而且，从降压时的较早阶段起，泄漏电流的流动方向反转而增大。另一方面，在比较方式的压电元件中，泄漏电流在电压上升时较大，在降压时停止变小。

像这样在电压降压时泄漏电流的流动方向发生反转而增加的特性可以认为是因为以下的原因：对实施方式的压电元件30产生逆压电效应(压电元件的变形)时的PZT膜25的晶体变形时的耐泄漏电流特性提高。

最后，图11示出了对下述测定结果进行了比较的一览表：实施方式的压电元件30和比较方式的压电元件的构成动作极限电场的耐电场、以及模拟了用于二维光偏转器2的曲折型压电致动器6a、6b和半环型压电致动器10a、10b的动作条件的耐久试验中的耐久时间和压电常数d

实施方式的压电元件30的耐电场为21.8[V/μm]、耐久时间为4000h以上、压电常数d

本实施方式的压电元件30通过下述记载的结构来提高耐电场和耐久时间。

第一，通过将形成本实施方式的PZT膜25的PZT晶体设置成在与Pt膜23(SRO膜24)的膜面正交的方向上取向正方晶的c轴的柱状的单轴取向的多晶体(a轴和b轴的方向为任意)；第二，在柱状的单轴取向的多晶体中设置垂直取向部25a和倾斜取向部25b；另外，使倾斜取向部25b分散于PZT膜25的膜面；第三，通过在垂直取向部25a的c轴和倾斜取向部25b的c轴上设置斜率分布(即，在主峰和副峰处分别具有轴分布)。

通过上述构造，能够使对PZT膜25施加电场而导致PZT晶体变形时所产生的膜变形分散于PZT膜25的整体而得到缓和。因此，能够在提高耐电场耐性的同时延长耐久时间。特别是，通过以倾斜取向部25b的c轴相对于垂直取向部25a的c轴分开(离散)角度φ的方式进行设置，耐泄漏电流特性提高，因此，能够延长耐久时间。

为了提高耐电场及耐久时间，优选将倾斜取向部25b的c轴的倾斜角φ设置在大于6°且小于19°。这是因为，在将倾斜取向部25b的c轴的倾斜角φ设置成6°以下时，与垂直取向部25a的c轴的角度分布同化，从而导致耐电场以及耐久时间降低。另外，在将倾斜取向部25b的c轴的倾斜角φ设置成19°以上时，出现＜111＞轴，PZT膜的压电特性降低。另外，如果考虑倾斜取向部25b的c轴的角度分布，则适合将倾斜角设置成7°以上且13°以下。

另外，PZT膜25的倾斜取向部25b的存在比优选反射X射线的强度比Rp为0.1～1％。当Rp小于0.1时，难以获得通过倾斜取向部25b实现的效果。另外，当Rp大于1时，PZT膜25的c轴取向变得过于紊乱，压电常数d

如上所述，形成实施方式的压电元件30的PZT膜25的PZT晶体包含垂直取向部25a和倾斜取向部25b，垂直取向部25a具有与Pt膜23(SRO膜24)的平面正交的方向上的c轴；倾斜取向部25b具有相对于该c轴倾斜φ度(Tilt)的c轴。并且，PZT晶体能够实现高耐电压、优异的耐久时间以及不会损坏的d

另外，通过提高实施方式的压电元件30的耐电压及耐久时间，例如，也可以对压电元件30施加高电压(电场)来增大致动器的可动作范围。

以上，对用于实施本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行适当变更。

例如，在图6中，构成压电元件30的薄膜的厚度、成膜的方法仅为一个例子，可以对其进行变更。压电晶体膜也可以是具有PZT以外的压电特性的材料。另外，作为密合层的TiO

符号说明

1…光扫描模块；2…二维光偏转器；3…激光光源；5…控制装置；6a、6b…曲折型压电致动器；9…微镜；10a、10b…半环型压电致动器；20…Si基板；21…SiO