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WO2025100016A1 - 圧電素子、圧電体膜基板および圧電体膜基板の製造方法 - Google Patents

圧電素子、圧電体膜基板および圧電体膜基板の製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2025100016A1
WO2025100016A1 PCT/JP2024/027836 JP2024027836W WO2025100016A1 WO 2025100016 A1 WO2025100016 A1 WO 2025100016A1 JP 2024027836 W JP2024027836 W JP 2024027836W WO 2025100016 A1 WO2025100016 A1 WO 2025100016A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezoelectric
layer
transmitting
electrode
piezoelectric layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/027836
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
万里夫 木内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Precision Products Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Precision Products Co Ltd filed Critical Sumitomo Precision Products Co Ltd
Publication of WO2025100016A1 publication Critical patent/WO2025100016A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H10N30/076—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by vapour phase deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings

Definitions

  • This invention relates to a piezoelectric element, a piezoelectric film substrate, and a method for manufacturing a piezoelectric film substrate.
  • Piezoelectric elements that transmit and receive sound waves are known. Such piezoelectric elements are disclosed, for example, in JP 2019-80249 A.
  • the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 2019-80249 discloses an ultrasonic device equipped with a piezoelectric element that transmits and receives ultrasonic waves.
  • This ultrasonic device includes an element substrate, a support film laminated on the element substrate, and a transmitting piezoelectric element and a receiving piezoelectric element provided on the support film.
  • the transmitting piezoelectric element includes a transmitting piezoelectric film for transmitting ultrasonic waves.
  • the receiving piezoelectric element includes a receiving piezoelectric film for receiving ultrasonic waves.
  • the thickness of the transmitting piezoelectric film is greater than the thickness of the receiving piezoelectric film, thereby improving the transmission and reception characteristics of ultrasonic waves.
  • the thickness of the transmitting piezoelectric film is greater than the thickness of the receiving piezoelectric film, which makes it possible to improve the ultrasonic transmission and reception characteristics.
  • this has the following problems. In other words, if the thickness of the transmitting piezoelectric film and the thickness of the receiving piezoelectric film are to be made different, each piezoelectric film needs to be formed (patterned) independently, which requires a complicated process to make the thicknesses of each piezoelectric film different. This causes the problem of the manufacturing process becoming complicated.
  • a piezoelectric element comprises a substrate, a transmitting side portion disposed on the substrate for transmitting sound waves, and a receiving side portion disposed on the substrate for receiving sound waves, the transmitting side portion including a plurality of transmitting piezoelectric layers and a plurality of transmitting electrodes disposed so as to sandwich each of the plurality of transmitting piezoelectric layers, the receiving side portion including one or more receiving piezoelectric layers and a plurality of receiving electrodes disposed so as to sandwich each of the one or more receiving piezoelectric layers, and the number of layers of the plurality of transmitting piezoelectric layers is greater than the number of layers of the one or more receiving piezoelectric layers.
  • the number of layers of the multiple transmitting piezoelectric layers is greater than the number of layers of one or more receiving piezoelectric layers. This allows the number of layers of the transmitting piezoelectric layers to be suitable for improving the transmission characteristics of sound waves, and the number of layers of the receiving piezoelectric layers to be suitable for improving the reception characteristics of sound waves.
  • the greater the number of layers of the transmitting piezoelectric layers the greater the displacement of the transmitting piezoelectric layers can be with respect to the applied voltage, and therefore sound waves of higher pressure can be transmitted. As a result, the transmission characteristics of sound waves can be improved.
  • the piezoelectric element according to the first aspect since the number of transmitting piezoelectric layers and the number of receiving piezoelectric layers are made different, for the piezoelectric layers of the same layer counted from the substrate side, the transmitting piezoelectric layers and the receiving piezoelectric layers can be formed (patterned) in a common process. Therefore, the manufacturing process of the piezoelectric element can be simplified. As described above, it is possible to provide a piezoelectric element that can improve the transmission and reception characteristics of sound waves and can simplify the manufacturing process.
  • the transmitting piezoelectric layer located above the substrate side tends to have low crystallinity because it is difficult to inherit the influence of the substrate with high crystallinity.
  • the lower the crystallinity the higher the piezoelectric constant and the improved actuator characteristics, so that the transmitting piezoelectric layer can be displaced greatly with respect to the applied voltage.
  • the number of layers of the multiple transmitting piezoelectric layers is one or is greater than the number of layers of the receiving piezoelectric layers, so that the crystallinity of the transmitting piezoelectric layer located above the uppermost receiving piezoelectric layer is low, and the transmission characteristics of the sound waves of the transmitting piezoelectric layer can be improved more than that of the receiving piezoelectric layer.
  • the number of piezoelectric layers and electrodes is counted from the side closest to the substrate.
  • the first piezoelectric layer and electrode means the piezoelectric layer and electrode closest to the substrate.
  • “upper” means the direction away from the substrate, and “lower” means the direction toward the substrate.
  • the number of layers of the multiple transmitting piezoelectric layers is two or more, and the number of layers of one receiving piezoelectric layer is one.
  • the first receiving piezoelectric layer tends to have high crystallinity due to the influence of the highly crystalline substrate. The higher the crystallinity, the lower the dielectric constant and the better the sensor characteristics, thereby improving the signal-to-noise ratio. Therefore, by having a single layer of receiving piezoelectric layers, the crystallinity of the receiving piezoelectric layer is high, and the reception characteristics of sound waves can be further improved.
  • the number of layers of the multiple transmitting piezoelectric layers is preferably two. This allows the transmitting piezoelectric layers to be constructed with the minimum number of layers, simplifying the manufacturing process. In other words, by having two layers of transmitting piezoelectric layers, the manufacturing process can be simplified while improving the transmission characteristics of the sound waves.
  • the multiple transmitting side piezoelectric layers have a first transmitting side piezoelectric layer and a second transmitting side piezoelectric layer disposed at a position farther from the substrate than the first transmitting side piezoelectric layer
  • the multiple transmitting side electrodes have a transmitting side lower electrode disposed between the substrate and the first transmitting side piezoelectric layer, an intermediate electrode disposed between the first transmitting side piezoelectric layer and the second transmitting side piezoelectric layer, and a transmitting side upper electrode disposed on the second transmitting side piezoelectric layer, and the transmitting side lower electrode and the transmitting side upper electrode are commonly connected to the first voltage application electrode, and the intermediate electrode is connected to the second voltage application electrode.
  • the intermediate electrode is preferably located at the center of the entire transmitting side part, including the vibration part provided on the substrate, in the thickness direction of the substrate.
  • the first receiving piezoelectric layer counting from the substrate side is an epitaxially grown layer. This allows the crystallinity of the first receiving piezoelectric layer to be high. As a result, the higher the crystallinity, the better the sensor characteristics are, and the signal-to-noise ratio can be improved, thereby further improving the reception characteristics of sound waves.
  • the area of the receiving side, including the receiving vibration part provided on the substrate is preferably smaller than the area of the transmitting side, including the transmitting vibration part provided on the substrate, in a plan view.
  • the number of layers of the transmitting piezoelectric layer is greater than the number of layers of the receiving piezoelectric layer, the thickness is greater in the transmitting side than in the receiving side, and the resonance frequency proportional to the thickness is higher in the transmitting side than in the receiving side. In this case, the resonance frequency cannot be matched in the receiving side and the transmitting side.
  • the resonance frequency in the receiving side which is inversely proportional to the area in a plan view, can be made higher, so that the resonance frequency can be matched in the receiving side and the transmitting side even if the thickness is greater in the transmitting side than in the receiving side.
  • sound waves of a common resonance frequency can be transmitted from the transmitting side, and the reflected sound waves of the common resonance frequency can be received by the receiving side.
  • the piezoelectric layers in the same layer, counting from the substrate side are made of the same material and have the same thickness
  • the electrodes in the same layer, counting from the substrate side are made of the same material and have the same thickness.
  • the plurality of transmitting piezoelectric layers and the one or more receiving piezoelectric layers are preferably formed from lead zirconate titanate. This makes it possible to improve the transmission and reception characteristics of sound waves and simplify the manufacturing process when the transmitting piezoelectric layer and the receiving piezoelectric layer are formed from lead zirconate titanate.
  • a piezoelectric film substrate includes a substrate, a lower electrode disposed on the substrate, a first piezoelectric layer disposed on the lower electrode, an intermediate electrode that is not an epitaxially grown layer disposed on the first piezoelectric layer, a second piezoelectric layer that is not an epitaxially grown layer disposed on the intermediate electrode, and an upper electrode that is not an epitaxially grown layer disposed on the second piezoelectric layer.
  • the crystallinity of the second piezoelectric layer can be reduced, thereby improving the actuator characteristics. Furthermore, when the second piezoelectric layer contains lead, if the second piezoelectric layer is deposited at a relatively high temperature, undesirable diffusion of lead from the second piezoelectric layer to the intermediate electrode may occur. However, since the second piezoelectric layer, which is not an epitaxially grown layer, can be deposited at a relatively low temperature, undesirable diffusion of lead from the second piezoelectric layer to the intermediate electrode can be suppressed. Furthermore, if the second piezoelectric layer is deposited at a relatively low temperature, the film stress can be reduced.
  • the intermediate electrode is not an epitaxially grown layer, it is possible to prevent the second piezoelectric layer from easily growing epitaxially. Furthermore, when the first piezoelectric layer contains lead, if the intermediate electrode is deposited at a relatively high temperature, undesirable diffusion of lead from the first piezoelectric layer to the intermediate electrode may occur, but since an intermediate electrode that is not an epitaxially grown layer can be deposited at a relatively low temperature, undesirable diffusion of lead from the first piezoelectric layer to the intermediate electrode can be suppressed.
  • the intermediate electrode is deposited at a relatively high temperature, the crystal structure of the first piezoelectric layer may change, but since an intermediate electrode that is not an epitaxially grown layer can be deposited at a relatively low temperature, it is possible to suppress changes in the crystal structure of the first piezoelectric layer.
  • the first piezoelectric layer is preferably not an epitaxially grown layer.
  • the crystallinity of the first piezoelectric layer can be reduced, improving the actuator characteristics.
  • the first piezoelectric layer that is not an epitaxially grown layer can be formed at a relatively low temperature, reducing the film stress.
  • the intermediate electrode preferably includes a (111) preferentially oriented film.
  • the intermediate electrode includes a (111) preferentially oriented film, which makes it possible to easily prevent the second piezoelectric layer from growing epitaxially.
  • a method for manufacturing a piezoelectric film substrate includes the steps of preparing a substrate, forming a lower electrode on the substrate, forming a first piezoelectric layer on the lower electrode, forming an intermediate electrode on the first piezoelectric layer at a temperature at which epitaxial growth does not occur, forming a second piezoelectric layer on the intermediate electrode at a temperature at which epitaxial growth does not occur, and forming an upper electrode on the second piezoelectric layer at a temperature at which epitaxial growth does not occur.
  • the crystallinity of the second piezoelectric layer can be reduced, and the actuator characteristics can be improved. Furthermore, when the second piezoelectric layer contains lead, if the second piezoelectric layer is formed at a relatively high temperature, undesirable diffusion of lead from the second piezoelectric layer to the intermediate electrode may occur. However, since the second piezoelectric layer, which is not an epitaxially grown layer, can be formed at a relatively low temperature, undesirable diffusion of lead from the second piezoelectric layer to the intermediate electrode can be suppressed. Furthermore, if the second piezoelectric layer is formed at a relatively low temperature, the film stress can be reduced.
  • the intermediate electrode is not an epitaxially grown layer, it is possible to prevent the second piezoelectric layer from easily growing epitaxially. Furthermore, when the first piezoelectric layer contains lead, if the intermediate electrode is deposited at a relatively high temperature, undesirable diffusion of lead from the first piezoelectric layer to the intermediate electrode may occur, but since an intermediate electrode that is not an epitaxially grown layer can be deposited at a relatively low temperature, undesirable diffusion of lead from the first piezoelectric layer to the intermediate electrode can be suppressed.
  • the intermediate electrode is deposited at a relatively high temperature, the crystal structure of the first piezoelectric layer may change, but since an intermediate electrode that is not an epitaxially grown layer can be deposited at a relatively low temperature, it is possible to suppress changes in the crystal structure of the first piezoelectric layer.
  • the first piezoelectric layer is not an epitaxially grown layer.
  • the crystallinity of the first piezoelectric layer can be reduced, thereby improving the actuator characteristics.
  • the first piezoelectric layer that is not an epitaxially grown layer can be formed at a relatively low temperature, thereby reducing film stress.
  • the intermediate electrode in the step of forming the intermediate electrode on the first piezoelectric layer at a temperature at which epitaxial growth does not occur, the intermediate electrode includes a (111) preferred orientation film.
  • the intermediate electrode includes a (111) preferred orientation film, so that the second piezoelectric layer can be easily prevented from growing epitaxially.
  • the present invention can improve the transmission and reception characteristics of sound waves and simplify the manufacturing process.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a piezoelectric element according to an embodiment.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric element according to an embodiment.
  • 5A and 5B are schematic diagrams for explaining displacement of a transmitting side portion of a piezoelectric element according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a cantilever model of a piezoelectric element.
  • 1A to 1C are schematic diagrams illustrating a manufacturing process of a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention;
  • 5A to 5C are schematic diagrams illustrating the manufacturing process of the piezoelectric element according to the embodiment (2).
  • 5A to 5C are schematic diagrams illustrating the manufacturing process of the piezoelectric element according to the embodiment (3).
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a manufacturing process of a piezoelectric element according to one embodiment
  • FIG. 5 is a schematic diagram (5) for explaining the manufacturing process of the piezoelectric element according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram (6) for explaining the manufacturing process of the piezoelectric element according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a manufacturing process of a piezoelectric element according to one embodiment;
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the manufacturing process of a piezoelectric element according to one embodiment;
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric element according to a first modified example of the embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric element according to a second modified example of the embodiment.
  • the thickness direction of the substrate 10 is referred to as the Z direction.
  • the piezoelectric element 100 is an element for a piezoelectric transducer.
  • the piezoelectric element 100 is used in an ultrasonic transducer such as a Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer (PMUT).
  • the piezoelectric element 100 is manufactured by Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) technology.
  • the piezoelectric element 100 comprises a substrate 10, a transmitting side section 20, a receiving side section 30, voltage application electrodes 41 and 42, and charge detection electrodes 51 and 52.
  • the piezoelectric element 100 transmits ultrasonic waves to a target via the transmitting side section 20, and receives ultrasonic waves reflected from the target via the receiving side section 30.
  • the voltage application electrodes 41 and 42 are examples of the "first voltage application electrode” and "second voltage application electrode” in the claims, respectively.
  • the substrate 10 is a semiconductor substrate.
  • the substrate 10 also serves as a support for the transmitting side section 20, the receiving side section 30, the voltage application electrodes 41 and 42, and the charge detection electrodes 51 and 52.
  • the transmitting side unit 20 is disposed on the substrate 10.
  • the transmitting side unit 20 transmits ultrasonic waves.
  • the receiving side unit 30 is disposed on the substrate 10.
  • the receiving side unit 30 receives ultrasonic waves.
  • the transmitting side unit 20 and the receiving side unit 30 are disposed at positions spaced apart from each other in a direction perpendicular to the Z direction.
  • the voltage application electrodes 41 and 42 are electrically connected to the transmitting side unit 20 and apply a voltage to the transmitting side unit 20.
  • the voltage applied to the transmitting side unit 20 is supplied from a power source (not shown) outside the piezoelectric element 100.
  • the voltage application electrodes 41 and 42 are electrically connected to the power source.
  • the voltage application electrodes 41 and 42 apply an AC voltage to the transmitting side unit 20, causing the transmitting side unit 20 to vibrate and generate (transmit) ultrasonic waves.
  • the charge detection electrodes 51 and 52 are electrically connected to the receiving side 30, and detect the charge generated in the receiving side 30 as a received signal.
  • the received signal detected from the receiving side 30 is transmitted to a signal processing unit (not shown) outside the piezoelectric element 100.
  • the charge detection electrodes 51 and 52 are electrically connected to the signal processing unit.
  • the charge detection electrodes 51 and 52 receive ultrasonic waves by detecting the charge generated in the receiving side 30.
  • the piezoelectric element 100 includes a substrate 10, a transmitting section 20, a receiving section 30, an insulating layer 60, and a wiring layer .
  • the substrate 10 is an SOI (Silicon on Insulator) substrate.
  • the substrate 10 has a structure in which a first silicon layer 11, a silicon oxide layer 12 as an insulating layer, and a second silicon layer 13 as a single crystal are arranged in this order.
  • the substrate 10 also has recesses 14 and 15 at a position overlapping the transmitting side portion 20 and a position overlapping the receiving side portion 30 in a plan view (as viewed from the Z direction), respectively.
  • the recesses 14 and 15 are formed by removing at least the first silicon layer 11 and the silicon oxide layer 12, so as to be recessed from the first silicon layer 11 side toward the second silicon layer 13 side.
  • the recesses 14 and 15 have vibrating portions 14a and 15a at their bottoms, respectively.
  • the vibrating portions 14a and 15a are made of the second silicon layer 13.
  • the transmitting side portion 20 is arranged on the vibrating portion 14a, and the receiving side portion 30 is arranged on the vibrating portion 15a.
  • vibration units 14a and 15a are examples of the “transmitting vibration unit” and “receiving vibration unit” in the claims, respectively.
  • the transmitting side section 20 includes a plurality of transmitting piezoelectric layers 21 and a plurality of transmitting electrodes 22 arranged to sandwich each of the plurality of transmitting piezoelectric layers 21.
  • the transmitting side section 20 has a structure in which the transmitting piezoelectric layers 21 and the transmitting electrodes 22 are alternately stacked.
  • the plurality of transmitting piezoelectric layers 21 are vibrated.
  • the vibration of the plurality of transmitting piezoelectric layers 21 then vibrates the vibrating section 14a, generating ultrasonic waves.
  • the receiving side section 30 includes one receiving piezoelectric layer 31 and multiple receiving electrodes 32 arranged to sandwich the receiving piezoelectric layer 31.
  • the receiving side section 30 has a structure in which the receiving piezoelectric layers 31 and the receiving electrodes 32 are alternately stacked.
  • the vibration section 15a is vibrated by ultrasonic waves
  • the receiving piezoelectric layer 31 is vibrated.
  • an electric charge is generated in response to the vibration, and the ultrasonic waves are detected by the charge detection electrodes 51 and 52 via the multiple receiving electrodes 32.
  • the number of layers in the transmitting piezoelectric layer 21 is greater than the number of layers in the receiving piezoelectric layer 31. Specifically, the number of layers in the transmitting piezoelectric layer 21 is two or more, and the number of layers in the receiving piezoelectric layer 31 is one. More specifically, the number of layers in the transmitting piezoelectric layer 21 is two.
  • the plurality of transmitting piezoelectric layers 21 include a transmitting piezoelectric layer 21a and a transmitting piezoelectric layer 21b that is disposed at a position farther from the substrate 10 than the transmitting piezoelectric layer 21a.
  • the plurality of transmitting electrodes 22 include a transmitting lower electrode 22a that is disposed between the substrate 10 and the transmitting piezoelectric layer 21a, an intermediate electrode 22b that is disposed between the transmitting piezoelectric layer 21a and the transmitting piezoelectric layer 21b, and a transmitting upper electrode 22c that is disposed on the transmitting piezoelectric layer 21b.
  • the transmitting lower electrode 22a, the transmitting piezoelectric layer 21a, the intermediate electrode 22b, the transmitting piezoelectric layer 21b, and the transmitting upper electrode 22c are disposed in this order from the substrate 10 side.
  • the transmitting piezoelectric layers 21a and 21b are examples of the "first transmitting piezoelectric layer” and the "second transmitting piezoelectric layer” in the claims, respectively.
  • the transmitter lower electrode 22a is disposed on the vibration part 14a of the substrate 10.
  • the transmitter lower electrode 22a is an epitaxial growth layer, and is formed by epitaxial growth on the single crystal second silicon layer 13.
  • the transmitter lower electrode 22a is a single-layer or multi-layer electrode.
  • the transmitter lower electrode 22a includes an electrode layer and a buffer layer.
  • the electrode layer is disposed on the substrate 10
  • the buffer layer is disposed on the electrode layer
  • the transmitter piezoelectric layer 21a is disposed on the buffer layer.
  • the electrode layer is formed of a material such as platinum (Pt) or iridium (Ir).
  • the buffer layer is formed of a material such as strontium ruthenate (SrRuO 3 ) or lanthanum nickelate (LaNiO 3 ).
  • the electrode layer and the buffer layer are formed of platinum (Pt) and strontium ruthenate (SrRuO 3 ), respectively.
  • the transmitting piezoelectric layer 21a is disposed on the transmitting lower electrode 22a.
  • the transmitting piezoelectric layer 21a is an epitaxial growth layer, and is formed by epitaxial growth on the transmitting lower electrode 22a.
  • the transmitting piezoelectric layer 21a is also formed from lead zirconate titanate (PZT), which exhibits ferroelectricity.
  • the intermediate electrode 22b is disposed on the transmitting piezoelectric layer 21a.
  • the intermediate electrode 22b is a single-layer or multi-layer electrode.
  • the intermediate electrode 22b includes a first buffer layer, an electrode layer, and a second buffer layer.
  • the first buffer layer is disposed on the transmitting piezoelectric layer 21a
  • the electrode layer is disposed on the first buffer layer
  • the second buffer layer is disposed on the electrode layer
  • the transmitting piezoelectric layer 21b is disposed on the second buffer layer.
  • the electrode layer is formed of a material such as titanium (Ti), gold (Au), platinum (Pt), or iridium dioxide (IrO 2 ).
  • the first buffer layer and the second buffer layer are formed of a material such as strontium ruthenate (SrRuO 3 ) or lanthanum nickelate (LaNiO 3 ).
  • the first and second buffer layers are made of strontium ruthenate (SrRuO 3 )
  • the electrode layer is made of platinum (Pt).
  • the intermediate electrode 22 b is located at the center of the entire transmitting section 20 including the vibration section 14 a provided on the substrate 10 in the thickness direction (Z direction) of the substrate 10.
  • the transmitting piezoelectric layer 21b is disposed on the intermediate electrode 22b.
  • the transmitting piezoelectric layer 21b is also made of lead zirconate titanate (PZT), which exhibits ferroelectricity.
  • the transmitter upper electrode 22c is disposed on the transmitter piezoelectric layer 21b.
  • the transmitter upper electrode 22c is a single-layer or multi-layer electrode.
  • the transmitter upper electrode 22c is a multi-layer electrode, it includes a buffer layer and an electrode layer.
  • the buffer layer is disposed on the transmitter piezoelectric layer 21b, and the electrode layer is disposed on the buffer layer.
  • the electrode layer is formed of a material such as titanium (Ti), gold (Au), platinum (Pt) or iridium dioxide (IrO 2 ).
  • the buffer layer is formed of a material such as strontium ruthenate (SrRuO 3 ) or lanthanum nickelate (LaNiO 3 ).
  • the electrode layer and the buffer layer are formed of platinum (Pt) and strontium ruthenate (SrRuO 3 ), respectively.
  • the transmitter lower electrode 22a and the transmitter upper electrode 22c are commonly connected to the voltage application electrode 41, and the intermediate electrode 22b is connected to the voltage application electrode 42.
  • the transmitter lower electrode 22a and the transmitter upper electrode 22c are commonly connected to the voltage application electrode 41 via a wiring portion 71 of the wiring layer 70, which will be described later.
  • the intermediate electrode 22b is connected to the voltage application electrode 42 via a wiring portion 72 of the wiring layer 70, which will be described later.
  • a common potential is applied to the transmitter lower electrode 22a and the transmitter upper electrode 22c, and a potential different from the potentials applied to the transmitter lower electrode 22a and the transmitter upper electrode 22c is applied to the intermediate electrode 22b.
  • the transmitting piezoelectric layers 21a and 21b are displaced.
  • the transmitting piezoelectric layers 21a and 21b are displaced so as to expand and contract in opposite directions. That is, when the transmitting piezoelectric layer 21a expands in the longitudinal direction of the transmitting piezoelectric layer 21a, the transmitting piezoelectric layer 21b contracts in the longitudinal direction of the transmitting piezoelectric layer 21b.
  • the transmitting piezoelectric layer 21a contracts in the longitudinal direction of the transmitting piezoelectric layer 21a
  • the transmitting piezoelectric layer 21b expands in the longitudinal direction of the transmitting piezoelectric layer 21b. This makes it possible to displace the transmitting side section 20 more greatly in the Z direction.
  • the multiple receiver electrodes 32 include a receiver lower electrode 32a disposed between the substrate 10 and the receiver piezoelectric layer 31, and a receiver upper electrode 32b disposed on the receiver piezoelectric layer 31.
  • the receiver lower electrode 32a, the receiver piezoelectric layer 31, and the receiver upper electrode 32b are disposed in this order from the substrate 10 side.
  • the receiver lower electrode 32a is disposed on the vibration part 15a of the substrate 10.
  • the receiver lower electrode 32a is an epitaxial growth layer, and is formed by epitaxial growth on the single crystal second silicon layer 13.
  • the receiver lower electrode 32a is a single-layer or multi-layer electrode.
  • the receiver lower electrode 32a includes an electrode layer and a buffer layer.
  • the electrode layer is disposed on the substrate 10
  • the buffer layer is disposed on the electrode layer
  • the receiver piezoelectric layer 31 is disposed on the buffer layer.
  • the electrode layer is formed of a material such as platinum (Pt) or iridium (Ir).
  • the buffer layer is formed of a material such as strontium ruthenate (SrRuO 3 ) or lanthanum nickelate (LaNiO 3 ).
  • the electrode layer and the buffer layer are formed of platinum (Pt) and strontium ruthenate (SrRuO 3 ), respectively.
  • the receiving piezoelectric layer 31 is disposed on the receiving lower electrode 32a.
  • the receiving piezoelectric layer 31 is an epitaxial growth layer, and is formed by epitaxial growth on the receiving lower electrode 32a.
  • the receiving piezoelectric layer 31 is also formed from lead zirconate titanate (PZT), which exhibits ferroelectricity.
  • the receiver upper electrode 32b is disposed on the receiver piezoelectric layer 31.
  • the receiver upper electrode 32b is a single-layer or multi-layer electrode.
  • the receiver upper electrode 32b includes a first buffer layer, an electrode layer, and a second buffer layer.
  • the first buffer layer is disposed on the receiver piezoelectric layer 31
  • the electrode layer is disposed on the first buffer layer
  • the second buffer layer is disposed on the electrode layer.
  • the electrode layer is formed of a material such as titanium (Ti), gold (Au), platinum (Pt), or iridium dioxide (IrO 2 ).
  • the first buffer layer and the second buffer layer are formed of a material such as strontium ruthenate (SrRuO 3 ) or lanthanum nickelate (LaNiO 3 ).
  • the first buffer layer and the second buffer layer are formed of strontium ruthenate (SrRuO 3 ), and the electrode layer is formed of platinum (Pt).
  • the transmitting side lower electrode 22a and the receiving side lower electrode 32a are formed in a common process. Therefore, the transmitting side lower electrode 22a and the receiving side lower electrode 32a are formed of the same material and have the same thickness in the Z direction. Similarly, the transmitting side piezoelectric layer 21a and the receiving side piezoelectric layer 31 are formed in a common process. Therefore, the transmitting side piezoelectric layer 21a and the receiving side piezoelectric layer 31 are formed of the same material and have the same thickness in the thickness direction of the substrate 10. Similarly, the intermediate electrode 22b and the receiving side upper electrode 32b are formed in a common process.
  • the intermediate electrode 22b and the receiving side upper electrode 32b are formed of the same material and have the same thickness in the thickness direction of the substrate 10.
  • the piezoelectric layers of the same layer counted from the substrate 10 side are formed of the same material and have the same thickness.
  • the electrodes in the same layer counted from the substrate 10 side are made of the same material and have the same thickness.
  • the electrodes in a common process are formed of the same material and the same thickness
  • the electrodes in different processes may be formed of different materials and different thicknesses.
  • the piezoelectric layers in a common process are formed of the same material and the same thickness
  • the piezoelectric layers in different processes may be formed of different materials and different thicknesses.
  • the transmitter lower electrode 22a, intermediate electrode 22b, transmitter upper electrode 22c, receiver lower electrode 32a, and receiver upper electrode 32b are each formed of the same material and the same thickness.
  • the piezoelectric layers of the transmitter piezoelectric layer 21a, transmitter piezoelectric layer 21b, and receiver piezoelectric layer 31 are each formed of the same material and the same thickness.
  • the area of the receiving side 30, including the vibrating portion 15a provided on the substrate 10 is smaller than the area of the transmitting side 20, including the vibrating portion 14a provided on the substrate 10, in a plan view (viewed in the Z direction).
  • the transmitting side 20 and the receiving side 30 each have a circular shape when viewed in the Z direction, and the diameter 81 of the vibrating portion 15a of the receiving side 30 is smaller than the diameter 82 of the vibrating portion 14a of the transmitting side 20.
  • the diameter 81 of the receiving side 30 is adjusted so that it has the same resonant frequency as the resonant frequency of the transmitting side 20.
  • the transmitting side 20 is capable of outputting ultrasonic waves of a resonant frequency by applying an AC voltage of the resonant frequency from the voltage application electrodes 41 and 42.
  • the receiving side 30 is also capable of detecting reflected ultrasonic waves of the resonant frequency.
  • the insulating layer 60 electrically insulates the wiring layer 70 from the substrate 10, the electrodes (transmitting lower electrode 22a, intermediate electrode 22b, transmitting upper electrode 22c, receiving lower electrode 32a, and receiving upper electrode 32b), and the piezoelectric layers (transmitting piezoelectric layer 21a, transmitting piezoelectric layer 21b, and receiving piezoelectric layer 31).
  • the insulating layer 60 is formed so as to cover the substrate 10, the electrodes, and the piezoelectric layers.
  • the insulating layer 60 is formed, for example, from a silicon oxide film.
  • the wiring layer 70 electrically connects the electrodes.
  • the wiring layer 70 includes wiring sections 71, 72, 73, and 74.
  • the wiring section 71 electrically connects the transmitting side lower electrode 22a and the transmitting side upper electrode 22c to the voltage application electrode 41.
  • the wiring section 72 electrically connects the intermediate electrode 22b to the voltage application electrode 42.
  • the wiring section 73 electrically connects the receiving side lower electrode 32a to the charge detection electrode 51.
  • the wiring section 74 electrically connects the receiving side upper electrode 32b to the charge detection electrode 52.
  • the wiring layer 70 is formed from a material such as titanium (Ti) or gold (Au).
  • the S/N ratio of the receiving side section 30 will be described with reference to Fig. 4.
  • a cantilever model shown in Fig. 4 was used to compare the S/N ratio when the number of piezoelectric layers is one and when the number of piezoelectric layers is two.
  • the cantilever 200 comprises a substrate 210 and a piezoelectric layer 231 disposed on the substrate 210.
  • the piezoelectric layer 231 corresponds to the receiving side piezoelectric layer 31
  • the substrate 210 corresponds to the vibration section 15a of the substrate 10. Note that the electrodes are ignored as they are sufficiently thin.
  • the displacement Zx -L of the tip of the cantilever 200 is expressed by the following equation (1) using the uniformly distributed load p, the Young's modulus E of the cantilever 200, the second moment of area I of the cantilever 200, and the length L of the cantilever 200 in the longitudinal direction.
  • the primary resonance frequency f 1 of the cantilever 200 is expressed by the following formula (3) using the density ⁇ of the cantilever 200 and the cross-sectional area A of the cantilever 200.
  • the signal-to-noise ratio is proportional to 1/ ⁇ 33 , where ⁇ 33 is the relative dielectric constant of the piezoelectric layer 231. Therefore, the noise N is proportional to Q ⁇ 33 .
  • the piezoelectric layer 231 is made up of two layers, they can be regarded as being connected in parallel with no correlation, and the noise N is the sum of squares and is expressed by the following formula (4).
  • the S/N ratio when the piezoelectric layer 231 is a single layer is expressed by the following formula (6).
  • the inventors of the present application used formulas (1), (2), (5), and (6) to calculate the S/N ratio when the piezoelectric layer 231 is one layer and when the piezoelectric layer 231 is two layers, using the representative values of each parameter.
  • the length L of the cantilever 200 was set to a representative value in the calculation when the piezoelectric layer 231 is one layer.
  • the length L of the cantilever 200 was derived from formula (3) under the condition that the resonant frequency is the same when the piezoelectric layer 231 is one layer and when the piezoelectric layer 231 is two layers.
  • the density ⁇ and Young's modulus E of the cantilever 200 were set to the weighted average value of the substrate 210 and the piezoelectric layer 231.
  • the neutral axis e of the cantilever 200 was set to coincide with the thickness hs of the substrate 210.
  • the signal-to-noise ratio when the piezoelectric layer 231 is one layer was more than twice as high as the signal-to-noise ratio when the piezoelectric layer 231 is two layers.
  • the amount of electric charge generated is more than twice as high as when the piezoelectric layer 231 is two layers. This confirmed that when the piezoelectric layer 231 is one layer, the sound wave reception characteristics can be improved compared to when the piezoelectric layer 231 is two layers.
  • the method for manufacturing the piezoelectric element 100 includes the following steps.
  • a step of preparing the substrate 110 A step of forming an electrode 120 on the substrate 110 A step of forming a piezoelectric layer 130 on the electrode 120 A step of forming an electrode 140 on the piezoelectric layer 130 A step of forming a piezoelectric layer 150 on the electrode 140 A step of forming an electrode 160 on the piezoelectric layer 150 A step of forming a transmitting upper electrode 22c by processing the electrode 160 A step of forming a transmitting piezoelectric layer 21b by processing the piezoelectric layer 150 A step of forming an intermediate electrode 22b and a receiving upper electrode 32b by processing the electrode 140 A step of forming a transmitting piezoelectric layer 21a and a receiving piezoelectric layer 31 by processing the piezoelectric layer 130 A step of forming a transmitting lower electrode 22a and a receiving lower
  • FIG. 5 shows the process of preparing substrate 10.
  • substrate 110 is prepared as an SOI substrate.
  • Substrate 110 has a structure in which a first silicon layer 111, a silicon oxide layer 112 as an insulating layer, and a second silicon layer 113 as a single crystal are arranged in this order.
  • FIG. 6 shows the steps of forming an electrode 120 on a substrate 110, forming a piezoelectric layer 130 on the electrode 120, forming an electrode 140 on the piezoelectric layer 130, forming a piezoelectric layer 150 on the electrode 140, and forming an electrode 160 on the piezoelectric layer 150.
  • the electrode 120 is an example of a "lower electrode” in the claims.
  • the piezoelectric layer 130 is an example of a "first piezoelectric layer” in the claims.
  • the electrode 140 is an example of an “intermediate electrode” in the claims.
  • the piezoelectric layer 150 is an example of a "second piezoelectric layer” in the claims.
  • the electrode 160 is an example of an "upper electrode” in the claims.
  • the electrode 120 which is a multilayer film or a single layer film, is laminated on the second silicon layer 113 of the substrate 110 by sputtering. At this time, the electrode 120 is formed on the single crystal second silicon layer 113 at a temperature at which epitaxial growth occurs.
  • the piezoelectric layer 130 is laminated on the electrode 120 by sputtering. At this time, the piezoelectric layer 130 is formed on the electrode 120 at a temperature at which epitaxial growth occurs.
  • the electrode 140 of a multilayer film or a single layer film is laminated on the piezoelectric layer 130 by sputtering. At this time, the electrode 140 is formed on the piezoelectric layer 130 at a temperature at which epitaxial growth does not occur. Also, in the process of forming the piezoelectric layer 150 on the electrode 140, the piezoelectric layer 150 is laminated on the electrode 140 by sputtering. At this time, the piezoelectric layer 150 is formed on the electrode 140 at a temperature at which epitaxial growth does not occur.
  • the electrode 160 of a multilayer film or a single layer film is laminated on the piezoelectric layer 150 by sputtering. At this time, the electrode 160 is formed on the piezoelectric layer 150 at a temperature at which epitaxial growth does not occur.
  • a piezoelectric film substrate 300 which includes a substrate 110, an electrode 120 disposed on the substrate 110, a piezoelectric layer 130 disposed on the electrode 120, an electrode 140 that is not an epitaxially grown layer disposed on the piezoelectric layer 130, a piezoelectric layer 150 that is not an epitaxially grown layer disposed on the electrode 140, and an electrode 160 that is not an epitaxially grown layer disposed on the piezoelectric layer 150.
  • the piezoelectric layer 130 constituting the receiving side piezoelectric layer 31 is epitaxially grown and constitutes the transmitting side piezoelectric layer 21, while the piezoelectric layer 150 not constituting the receiving side piezoelectric layer 31 is not epitaxially grown. That is, the piezoelectric layer 130 is formed to have high crystallinity, while the piezoelectric layer 150 is formed to have low crystallinity. The higher the crystallinity, the lower the dielectric constant and the improved sensor characteristics of the piezoelectric layer. Therefore, by epitaxially growing the piezoelectric layer 130 constituting the receiving side piezoelectric layer 31, the sensor characteristics of the receiving side piezoelectric layer 31 are improved.
  • FIG. 7 shows the process of forming the transmitter upper electrode 22c by processing the electrode 160, and the process of forming the transmitter piezoelectric layer 21b by processing the piezoelectric layer 150.
  • the shape of the electrode 160 is processed (patterned) by etching to form the transmitter upper electrode 22c. At this time, the parts of the electrode 160 other than the part that will become the transmitter upper electrode 22c are removed. Also, in the process of forming the transmitter piezoelectric layer 21b by processing the piezoelectric layer 150, the shape of the piezoelectric layer 150 is processed (patterned) by etching to form the transmitter piezoelectric layer 21b. At this time, the parts of the piezoelectric layer 150 other than the part that will become the transmitter piezoelectric layer 21b are removed.
  • FIG. 8 shows the process of forming the intermediate electrode 22b and the receiver upper electrode 32b by processing the electrode 140, and the process of forming the transmitter piezoelectric layer 21a and the receiver piezoelectric layer 31 by processing the piezoelectric layer 130.
  • the shape of the electrode 140 is processed (patterned) by etching to form the intermediate electrode 22b and the receiving upper electrode 32b. At this time, the parts of the electrode 140 other than the parts that will become the intermediate electrode 22b and the receiving upper electrode 32b are removed. Also, in the process of forming the transmitting piezoelectric layer 21a and the receiving piezoelectric layer 31 by processing the piezoelectric layer 130, the shape of the piezoelectric layer 130 is processed (patterned) by etching to form the transmitting piezoelectric layer 21a and the receiving piezoelectric layer 31. At this time, the parts of the piezoelectric layer 130 other than the parts that will become the transmitting piezoelectric layer 21a and the receiving piezoelectric layer 31 are removed.
  • Figure 9 shows the process of forming the transmitter lower electrode 22a and the receiver lower electrode 32a by processing the electrode 120.
  • the shape of the electrode 120 is processed (patterned) by etching to form the transmitter lower electrode 22a and the receiver lower electrode 32a.
  • the parts of the electrode 120 other than those that will become the transmitter lower electrode 22a and the receiver lower electrode 32a are removed.
  • the electrode 120, the piezoelectric layer 130, the electrode 140, the piezoelectric layer 150, and the electrode 160 are sequentially laminated, and then the electrode 160, the piezoelectric layer 150, the electrode 140, the piezoelectric layer 130, and the electrode 120 are sequentially processed to form the transmitting side section 20 and the receiving side section 30 so that the number of layers of the transmitting side piezoelectric layer 21 is greater than the number of layers of the receiving side piezoelectric layer 31.
  • the transmitting piezoelectric layer 21 and the receiving piezoelectric layer 31 can be formed (patterned) in a common process, which simplifies the manufacturing process.
  • each piezoelectric layer must be formed (patterned) independently, which requires a complicated process.
  • Figure 10 shows the process of forming the insulating layer 60.
  • an insulator is layered on the substrate 10, the transmitting side section 20, and the receiving side section 30 by atomic layer deposition (ALD).
  • ALD atomic layer deposition
  • the shape of the insulator is then processed (patterned) by etching to form the insulating layer 60.
  • FIG. 11 shows the process of forming the wiring layer 70.
  • a conductor is formed on the insulating layer 60, the transmitting side section 20, and the receiving side section 30 by sputtering.
  • the shape of the conductor is then processed (patterned) by etching to form the wiring layer 70 including the wiring sections 71 to 74.
  • FIG. 12 shows the process of forming substrate 10 by processing substrate 110.
  • the shape of substrate 110 is processed by etching to form substrate 10. That is, at least first silicon layer 111 and silicon oxide layer 112 are removed in a concave shape from the back surface side of substrate 110 to form recess 14 having vibrating portion 14a and recess 15 having vibrating portion 15a.
  • substrate 10 is formed, including first silicon layer 11, silicon oxide layer 12, second silicon layer 13, recess 14, and recess 15. In this manner, piezoelectric element 100 is manufactured.
  • the number of layers of the multiple transmitting piezoelectric layers 21 is greater than the number of layers of the receiving piezoelectric layers 31. This allows the number of layers of the transmitting piezoelectric layers 21 to be suitable for improving the transmission characteristics of sound waves (ultrasound), and the number of layers of the receiving piezoelectric layers 31 to be suitable for improving the reception characteristics of sound waves (ultrasound).
  • the number of layers of the transmitting piezoelectric layers 21 and the number of layers of the receiving piezoelectric layers 31 are made different, so that for the piezoelectric layers of the same layer counted from the substrate 10 side, the transmitting piezoelectric layers 21 and the receiving piezoelectric layers 31 can be formed (patterned) in a common process. Therefore, the manufacturing process of the piezoelectric element can be simplified. As described above, it is possible to provide a piezoelectric element that can improve the transmission and reception characteristics of sound waves (ultrasound) and can simplify the manufacturing process.
  • the transmitting piezoelectric layer 21 located above the substrate side tends to have low crystallinity because it is difficult for the transmitting piezoelectric layer 21 to inherit the influence of the substrate 10, which has high crystallinity.
  • the lower the crystallinity the higher the piezoelectric constant and the improved actuator characteristics, so that the transmitting piezoelectric layer 21 can be displaced greatly in response to the applied voltage.
  • the number of layers of the multiple transmitting piezoelectric layers 21 is greater than the number of layers of the receiving piezoelectric layer 31, so that the crystallinity of the transmitting piezoelectric layer 21 located above the uppermost receiving piezoelectric layer 31 is low, and the transmission characteristics of the sound waves (ultrasound waves) of the transmitting piezoelectric layer 21 can be improved compared to the receiving piezoelectric layer 31.
  • the number of layers of the multiple transmitting piezoelectric layers 21 is two or more, and the number of layers of one receiving piezoelectric layer 31 is one.
  • the receiving piezoelectric layer 31 tends to have high crystallinity due to the influence of the highly crystalline substrate 10. The higher the crystallinity, the lower the dielectric constant and the better the sensor characteristics, and the better the signal-to-noise ratio can be. Therefore, by having a single layer of the receiving piezoelectric layer 31, the crystallinity of the receiving piezoelectric layer 31 is high, and the reception characteristics of sound waves (ultrasound waves) can be further improved.
  • the number of layers in the multiple transmitting piezoelectric layers 21 is two. This allows the transmitting piezoelectric layers 21 to be constructed with the minimum number of layers, simplifying the manufacturing process. In other words, by having two layers in the transmitting piezoelectric layers 21, the transmission characteristics of the sound waves (ultrasound waves) can be improved while simplifying the manufacturing process.
  • the multiple transmitting piezoelectric layers 21 include the transmitting piezoelectric layer 21a and the transmitting piezoelectric layer 21b that is disposed at a position farther from the substrate 10 than the transmitting piezoelectric layer 21a
  • the multiple transmitting electrodes 22 include the transmitting lower electrode 22a that is disposed between the substrate 10 and the transmitting piezoelectric layer 21a, the intermediate electrode 22b that is disposed between the transmitting piezoelectric layer 21a and the transmitting piezoelectric layer 21b, and the transmitting upper electrode 22c that is disposed on the transmitting piezoelectric layer 21b, and the transmitting lower electrode 22a and the transmitting upper electrode 22c are commonly connected to the voltage application electrode 41, and the intermediate electrode 22b is connected to the voltage application electrode 42.
  • the position of the intermediate electrode 22b is the center of the entire transmitting side part 20, including the vibration part 14a provided on the substrate 10, in the thickness direction of the substrate 10.
  • the direction of deformation can be reversed up and down from the center of the entire transmitting side part 20, including the vibration part 14a, in the thickness direction of the substrate 10, so that the transmitting side part 20, including the vibration part 14a, can be displaced more significantly as a whole.
  • the first receiving piezoelectric layer 31 counting from the substrate 10 side is an epitaxially grown layer. This allows the crystallinity of the first receiving piezoelectric layer 31 to be increased. As a result, the higher the crystallinity, the better the sensor characteristics are, improving the signal-to-noise ratio and further improving the reception characteristics of sound waves (ultrasound waves).
  • the area of the receiving side 30, including the vibration part 15a provided on the substrate 10 is smaller than the area of the transmitting side 20, including the vibration part 14a provided on the substrate 10.
  • the number of layers of the transmitting side piezoelectric layer 21 is greater than the number of layers of the receiving side piezoelectric layer 31, the thickness is greater in the transmitting side 20 than in the receiving side 30, and therefore the resonant frequency proportional to the thickness is higher in the transmitting side 20 than in the receiving side 30. In this case, the resonant frequencies of the receiving side 30 and the transmitting side 20 cannot be matched.
  • the resonant frequency in the receiving side 30, which is inversely proportional to the area in a plan view, can be increased, so that the resonant frequencies of the receiving side 30 and the transmitting side 20 can be matched even if the thickness is greater in the transmitting side 20 than in the receiving side 30.
  • sound waves (ultrasound waves) of a common resonant frequency can be transmitted from the transmitting side unit 20, and the reflected sound waves (ultrasound waves) of the common resonant frequency can be received by the receiving side unit 30.
  • the piezoelectric layers in the same layer, counting from the substrate 10 side are made of the same material and have the same thickness
  • the electrodes in the same layer, counting from the substrate 10 side are made of the same material and have the same thickness. This allows each piezoelectric layer and each electrode to be formed (patterned) in a common process, simplifying the manufacturing process of the piezoelectric element 100.
  • the multiple transmitting piezoelectric layers 21 and the receiving piezoelectric layers 31 are formed from lead zirconate titanate. This makes it possible to improve the transmission and reception characteristics of sound waves (ultrasound waves) and simplify the manufacturing process when the transmitting piezoelectric layers 21 and the receiving piezoelectric layers 31 are formed from lead zirconate titanate.
  • the piezoelectric film substrate 300 comprises a substrate 110, an electrode 120 arranged on the substrate 110, a piezoelectric layer 130 arranged on the electrode 120, an electrode 140 which is not an epitaxially grown layer arranged on the piezoelectric layer 130, a piezoelectric layer 150 which is not an epitaxially grown layer arranged on the electrode 140, and an electrode 160 which is not an epitaxially grown layer arranged on the piezoelectric layer 150.
  • the manufacturing method of the piezoelectric film substrate 300 includes the steps of preparing a substrate 110, forming an electrode 120 on the substrate 110, forming a piezoelectric layer 130 on the electrode 120, forming an electrode 140 on the piezoelectric layer 130 at a temperature at which epitaxial growth does not occur, forming a piezoelectric layer 150 on the electrode 140 at a temperature at which epitaxial growth does not occur, and forming an electrode 160 on the piezoelectric layer 150 at a temperature at which epitaxial growth does not occur. This allows the crystallinity of the piezoelectric layer 150 to be reduced, thereby improving the actuator characteristics.
  • the piezoelectric layer 150 contains lead
  • undesirable diffusion of lead from the piezoelectric layer 150 to the electrode 140 may occur.
  • the piezoelectric layer 150 that is not an epitaxial growth layer can be formed at a relatively low temperature
  • undesirable diffusion of lead from the piezoelectric layer 150 to the electrode 140 can be suppressed.
  • the piezoelectric layer 150 is formed at a relatively low temperature, the film stress can be reduced.
  • the electrode 140 is not an epitaxial growth layer, it is possible to prevent the piezoelectric layer 150 from easily growing epitaxially.
  • the piezoelectric layer 130 contains lead
  • the electrode 140 is formed at a relatively high temperature, undesirable diffusion of lead from the piezoelectric layer 130 to the electrode 140 may occur.
  • the electrode 140 that is not an epitaxial growth layer can be formed at a relatively low temperature, undesirable diffusion of lead from the piezoelectric layer 130 to the electrode 140 can be suppressed.
  • the electrode 140 is deposited at a relatively high temperature, the crystal structure of the piezoelectric layer 130 may change.
  • the electrode 140 is not an epitaxially grown layer, it is possible to deposit it at a relatively low temperature, which can prevent the crystal structure of the piezoelectric layer 130 from changing.
  • the vibration section 14a on the transmitting side 20 side and the vibration section 15a on the receiving side 30 side have the same thickness
  • the vibration section on the transmitting side and the vibration section on the receiving side may have different thicknesses.
  • the thickness of the vibration section 315a on the receiving side 30 side is smaller than the thickness of the vibration section 14a on the transmitting side 20 side.
  • the multiple transmitting piezoelectric layers 21 have the same thickness, but the present invention is not limited to this.
  • the multiple transmitting piezoelectric layers may have different thicknesses.
  • the thickness of the transmitting piezoelectric layer 421b is greater than the thickness of the transmitting piezoelectric layer 21a.
  • the greater the thickness the greater the voltage resistance of the piezoelectric layer, so that a greater voltage can be applied to the transmitting piezoelectric layer 421b.
  • the transmitting piezoelectric layer 421b can be displaced more greatly, so that the transmission characteristics of the sound wave (ultrasound) can be improved.
  • the transmitting lower electrode 22a and the transmitting upper electrode 22c may be connected to separate voltage application electrodes.
  • the piezoelectric element 100 is configured to transmit and receive ultrasonic waves, but the present invention is not limited to this.
  • the piezoelectric element may be configured to transmit and receive sound waves in the audible range.
  • the number of layers of the transmitting piezoelectric layer 21 was two, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the number of layers of the transmitting piezoelectric layer may be three or more.
  • the number of layers of the receiving piezoelectric layer 31 is one, but the present invention is not limited to this.
  • the number of layers of the receiving piezoelectric layer may be two or more, as long as it is smaller than the number of layers of the transmitting piezoelectric layer. If the number of layers of the receiving piezoelectric layer is two or more, the second and subsequent receiving piezoelectric layers may also be epitaxially grown layers. If there are multiple receiving piezoelectric layers, the multiple receiving piezoelectric layers may have the same thickness or different thicknesses. If there are multiple receiving piezoelectric layers, the receiving upper electrode and the receiving lower electrode may be connected to the same charge detection electrode or to separate charge detection electrodes.
  • the transmitting piezoelectric layer 21 and the receiving piezoelectric layer 31 are formed from lead zirconate titanate, but the present invention is not limited to this.
  • the transmitting piezoelectric layer and the receiving piezoelectric layer may be formed from a piezoelectric material other than lead zirconate titanate.
  • the multiple transmitting piezoelectric layers may be formed from the same piezoelectric material or different piezoelectric materials.
  • the multiple receiving piezoelectric layers may be formed from the same piezoelectric material or different piezoelectric materials. Note that, according to the manufacturing method of the above embodiment, the transmitting piezoelectric layer and the receiving piezoelectric layer of the same layer counting from the substrate side are formed from the same material and the same thickness.
  • the first receiving piezoelectric layer 31 (piezoelectric layer 130) was an epitaxially grown layer, but the present invention is not limited to this.
  • the first receiving piezoelectric layer does not have to be an epitaxially grown layer as long as the receiving side has reception characteristics that are acceptable for practical use.
  • the first piezoelectric layer of the piezoelectric film substrate does not have to be an epitaxially grown layer.
  • the crystallinity of the first piezoelectric layer can be reduced, thereby improving the actuator characteristics.
  • the first piezoelectric layer that is not an epitaxially grown layer can be deposited at a relatively low temperature, thereby reducing film stress.
  • the present invention is not limited to this.
  • the area of the receiving side section may be larger than the area of the transmitting side section.
  • the area of the receiving side section and the area of the transmitting side section may be the same.
  • the piezoelectric element 100 is provided with one transmitting side section 20 and one receiving side section 30, but the present invention is not limited to this.
  • the piezoelectric element may be provided with multiple transmitting sides or multiple receiving sides.
  • the number of transmitting sides and the number of receiving sides may or may not be the same. In other words, one or more transmitting sides and a larger number of receiving sides than the transmitting sides may be provided, or one or more receiving sides and a larger number of transmitting sides than the receiving sides may be provided.
  • the substrate 10 (110) is an SOI substrate, but the present invention is not limited to this.
  • the substrate may be a semiconductor substrate other than an SOI substrate.
  • the electrode 120 (transmitter lower electrode 22a, receiver lower electrode 32a), piezoelectric layer 130 (transmitter piezoelectric layer 21a, receiver piezoelectric layer 31), electrode 140 (intermediate electrode 22b, receiver upper electrode 32b), piezoelectric layer 150 (transmitter piezoelectric layer 21b), and electrode 160 (transmitter upper electrode 22c) are formed by sputtering, but the present invention is not limited to this.
  • each electrode and each piezoelectric layer may be formed by a method other than sputtering.
  • each electrode may be formed by vacuum deposition.
  • each piezoelectric layer may be formed by PLD (pulsed laser deposition), CVD (chemical vapor deposition), a sol-gel method, or the like.
  • the electrode 140 (intermediate electrode) of the piezoelectric film substrate 300 may include a (111) preferred orientation film.
  • the intermediate electrode since the intermediate electrode includes a (111) preferred orientation film, it is possible to easily prevent the piezoelectric layer 150 (second piezoelectric layer) from growing epitaxially.

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Abstract

この圧電素子（１００）は、基板（１０）と、基板上に配置され、音波を送信する送信側部（２０）と、基板上に配置され、音波を受信する受信側部（３０）と、を備える。送信側部は、複数の送信側圧電体層（２１）と、複数の送信側圧電体層の各々を挟むように配置される複数の送信側電極（２２）とを、含む。受信側部は、１つまたは複数の受信側圧電体層（３１）と、１つまたは複数の受信側圧電体層の各々を挟むように配置される複数の受信側電極（３２）とを、含む。送信側圧電体層の層数は、受信側圧電体層の層数よりも大きい。

Description

圧電素子、圧電体膜基板および圧電体膜基板の製造方法
　この発明は、圧電素子、圧電体膜基板および圧電体膜基板の製造方法に関する。
　従来、音波を送受信する圧電素子が知られている。このような圧電素子は、たとえば、特開２０１９－８０２４９号公報に開示されている。
　上記特開２０１９－８０２４９号公報には、超音波を送受信する圧電素子を備える超音波デバイスが開示されている。この超音波デバイスは、素子基板と、素子基板に積層された支持膜と、支持膜上に設けられた送信圧電素子および受信圧電素子と、を備えている。送信圧電素子は、超音波を送信するための送信用圧電膜を含んでいる。また、受信圧電素子は、超音波を受信するための受信用圧電膜を含んでいる。上記特開２０１９－８０２４９号公報では、送信用圧電膜の厚みが受信用圧電膜の厚みよりも大きいことにより、超音波の送受信特性が向上される。
特開２０１９－８０２４９号公報
　上記特開２０１９－８０２４９号公報に記載された超音波デバイスでは、送信用圧電膜の厚みが受信用圧電膜の厚みよりも大きいことにより、超音波の送受信特性を向上させることが可能である一方、次のような問題点がある。すなわち、送信用圧電膜の厚みと受信用圧電膜の厚みとを異ならせる場合には、各圧電膜を独立して形成（パターニング）する必要が有るため、各圧電膜の厚みを異ならせるために煩雑な工程が必要となる。このため、製造工程が煩雑化するという問題点がある。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、音波の送受信特性を向上させることが可能で、かつ、製造工程を簡易化することが可能な圧電素子を提供することである。また、この発明の他の１つの目的は、アクチュエータ特性を向上させることが可能な圧電体膜基板および圧電体膜基板の製造方法を提供することである。
　上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による圧電素子は、基板と、基板上に配置され、音波を送信する送信側部と、基板上に配置され、音波を受信する受信側部と、を備え、送信側部は、複数の送信側圧電体層と、複数の送信側圧電体層の各々を挟むように配置される複数の送信側電極とを含み、受信側部は、１つまたは複数の受信側圧電体層と、１つまたは複数の受信側圧電体層の各々を挟むように配置される複数の受信側電極とを含み、複数の送信側圧電体層の層数は、１つまたは複数の受信側圧電体層の層数よりも大きい。
　この発明の第１の局面による圧電素子では、上記のように、複数の送信側圧電体層の層数は、１つまたは複数の受信側圧電体層の層数よりも大きい。これにより、送信側圧電体層の層数を、音波の送信特性を向上させることに適した層数にすることができるとともに、受信側圧電体層の層数を、音波の受信特性を向上させることに適した層数にすることができる。すなわち、送信側圧電体層の層数が大きいほど、印加電圧に対して送信側圧電体層を大きく変位させることができるため、より高い圧力の音波を送信することができる。その結果、音波の送信特性を向上させることができる。また、受信側圧電体層の層数が小さいほど、結晶性を高くし、誘電率を低くすることができる。これにより、センサ特性が向上するため、信号ノイズ比を改善することができる。その結果、音波の受信特性を向上させることができる。さらに、上記一の局面による圧電素子とは異なり、送信側圧電体層と受信側圧電体層とを同数として、送信側圧電体層の総厚みと受信側圧電層の総厚みを異ならせる場合には、各圧電体層を独立して形成（パターニング）する必要があるため、各圧電体層の厚みを異ならせるために煩雑な工程が必要となる。これに対して、上記一の局面による圧電素子では、送信側圧電体層の層数と受信側圧電体層の層数とを異ならせる構成であるため、基板側から数えて同じ層の圧電体層については、共通の工程において送信側圧電体層と受信側圧電体層とを形成（パターニング）することができる。このため、圧電素子の製造工程を簡易化することができる。以上より、音波の送受信特性を向上させることが可能で、かつ、製造工程を簡易化することが可能な圧電素子を提供することができる。
　ここで、複数の送信側圧電体層のうち、基板側を下側としてより上側の送信側圧電体層は、結晶性が高い基板の影響を受け継ぐことが困難になるため、結晶性が低くなる傾向を有する。そして、結晶性が低いほど、圧電定数が高くなり、アクチュエータ特性が向上するため、印加電圧に対して送信側圧電体層を大きく変位させることができるようになる。このため、上記一の局面による圧電素子では、複数の送信側圧電体層の層数が１つまたは受信側圧電体層の層数よりも大きいことにより、最も上側の受信側圧電体層のさらに上側に位置する送信側圧電体層の結晶性が低くなり、送信側圧電体層の音波の送信特性を受信側圧電体層と比較してより向上させることができる。なお、本願明細書において、圧電体層および電極の層数は、基板に近い側から順に数えるものとする。すなわち、１層目の圧電体層および電極とは、最も基板に近い側の圧電体層および電極を意味する。また、本願明細書において、「上」とは、基板から遠ざかる方向を意味し、「下」とは、基板に近づく方向を意味する。
　上記第１の局面による圧電素子において、好ましくは、複数の送信側圧電体層の層数は、２層以上であり、１つの受信側圧電体層の層数は、１層である。これにより、受信側圧電体層を最小の層数により構成することができるので、音波の受信特性をより向上させることができる。ここで、１層目の受信側圧電体層は、結晶性が高い基板の影響を受け継いで、結晶性が高くなる傾向がある。そして、結晶性が高いほど、誘電率が低くなり、センサ特性が向上するため、信号ノイズ比を改善することができる。このため、受信側圧電体層の層数が１層であることにより、受信側圧電体層の結晶性が高くなり、音波の受信特性をより向上させることができる。
　この場合、好ましくは、複数の送信側圧電体層の層数は、２層である。これにより、送信側圧電体層を最小の層数により構成することができるので、製造工程を簡易化することができる。すなわち、送信側圧電体層の層数が２層であることにより、音波の送信特性を向上させつつ、製造工程を簡易化することができる。
　上記送信側圧電体層の層数が２層である構成において、好ましくは、複数の送信側圧電体層は、第１送信側圧電体層と、第１送信側圧電体層よりも基板から離れた位置に配置される第２送信側圧電体層と、を有し、複数の送信側電極は、基板と第１送信側圧電体層との間に配置される送信側下部電極と、第１送信側圧電体層と第２送信側圧電体層との間に配置される中間電極と、第２送信側圧電体層上に配置される送信側上部電極と、を有し、送信側下部電極および送信側上部電極は、第１電圧印加用電極に共通に接続され、中間電極は、第２電圧印加用電極に接続されている。これにより、第１送信側圧電体層と第２送信側圧電体層とが互いに反対方向に伸縮するように、第１送信側圧電体層と第２送信側圧電体層とに電圧を印加することができる。その結果、送信側部を全体として大きく変位させることができる。これにより、送信側圧電体層の層数が２層である構成において、音波の送信特性をより向上させることができる。
　この場合、好ましくは、中間電極の位置は、基板の厚み方向において、基板に設けられた振動部も含む送信側部全体の中央である。このように構成すれば、基板の厚み方向において、振動部も含む送信側部全体の中央から変形の方向を上下で逆転させることができるので、振動部も含む送信側部を全体としてより大きく変位させることができる。
　上記第１の局面による圧電素子において、好ましくは、１つまたは複数の受信側圧電体層のうち、基板側から数えて１層目の受信側圧電体層は、エピタキシャル成長層である。これにより、１層目の受信側圧電体層の結晶性を高くすることができる。その結果、結晶性が高いほど、センサ特性が向上するため、信号ノイズ比を改善して、音波の受信特性をより向上させることができる。
　上記第１の局面による圧電素子において、好ましくは、平面視において、基板に設けられた受信側振動部も含む受信側部の面積は、基板に設けられた送信側振動部も含む送信側部の面積よりも小さい。ここで、送信側圧電体層の層数が受信側圧電体層の層数よりも大きい場合、受信側部よりも送信側部において、厚みが大きくなるため、受信側部よりも送信側部において、厚みに比例する共振周波数が高くなる。この場合、受信側部および送信側部において、共振周波数を合わせることができない。そこで、上記のように構成すれば、受信側部において、平面視の面積に反比例する共振周波数を高くすることができるので、受信側部よりも送信側部において、厚みが大きくなる場合にも、受信側部および送信側部において、共振周波数を合わせることができる。その結果、送信側部から共通の共振周波数の音波を送信し、反射した共通の共振周波数の音波を、受信側部により受信することができる。
　上記第１の局面による圧電素子において、好ましくは、複数の送信側圧電体層および１つまたは複数の受信側圧電体層のうち、基板側から数えて同じ層の圧電体層は、同じ材料により形成されるとともに、同じ厚みを有し、複数の送信側電極および複数の受信側電極のうち、基板側から数えて同じ層の電極は、同じ材料により形成されており、同じ厚みを有する。このように構成すれば、共通の工程において各圧電体層および各電極を形成（パターニング）することができるので、圧電素子の製造工程を簡易化することができる。
　上記第１の局面による圧電素子において、好ましくは、複数の送信側圧電体層および１つまたは複数の受信側圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛により形成されている。これにより、送信側圧電体層および受信側圧電体層がチタン酸ジルコン酸鉛により形成されている場合において、音波の送受信特性を向上させることができ、かつ、製造工程を簡易化することができる。
　この発明の第２の局面による圧電体膜基板は、基板と、基板上に配置された下部電極と、下部電極上に配置された第１圧電体層と、第１圧電体層上に配置された、エピタキシャル成長層ではない中間電極と、中間電極上に配置された、エピタキシャル成長層ではない第２圧電体層と、第２圧電体層上に配置された、エピタキシャル成長層ではない上部電極と、を備える。
　この発明の第２の局面による圧電体膜基板では、上記のように構成することにより、第２圧電体層の結晶性を低くすることができるので、アクチュエータ特性を向上させることができる。また、第２圧電体層が鉛を含む場合において、第２圧電体層を比較的高温で製膜した場合、第２圧電体層から中間電極への望ましくない鉛の拡散が起こり得るが、エピタキシャル成長層ではない第２圧電体層は比較的低温で製膜することができるので、第２圧電体層から中間電極への望ましくない鉛の拡散を抑制することができる。また、第２圧電体層を比較的低温で製膜すれば、膜応力を低下させることができる。また、中間電極がエピタキシャル成長層ではないため、第２圧電体層を容易にエピタキシャル成長させないようにすることができる。また、第１圧電体層が鉛を含む場合において、中間電極を比較的高温で製膜した場合、第１圧電体層から中間電極への望ましくない鉛の拡散が起こり得るが、エピタキシャル成長層ではない中間電極は比較的低温で製膜することができるので、第１圧電体層から中間電極への望ましくない鉛の拡散を抑制することができる。また、中間電極を比較的高温で製膜した場合、第１圧電体層の結晶構造が変化することも起こり得るが、エピタキシャル成長層ではない中間電極は比較的低温で製膜することができるので、第１圧電体層の結晶構造が変化することを抑制することができる。
　上記第２の局面による圧電体膜基板において、好ましくは、第１圧電体層がエピタキシャル成長層ではない。このように構成すれば、第１圧電体層の結晶性を低くすることができるので、アクチュエータ特性を向上させることができる。また、エピタキシャル成長層ではない第１圧電体層は比較的低温で製膜することができるので、膜応力を低下させることができる。
　上記第２の局面による圧電体膜基板において、好ましくは、中間電極が（１１１）優先配向膜を含む。このように構成すれば、中間電極が（１１１）優先配向膜を含むため、第２圧電体層を容易にエピタキシャル成長させないようにすることができる。
　この発明の第３の局面による圧電体膜基板の製造方法は、基板を準備するステップと、基板上に、下部電極を形成するステップと、下部電極上に、第１圧電体層を形成するステップと、第１圧電体層上に、中間電極をエピタキシャル成長しない温度で形成するステップと、中間電極上に、第２圧電体層をエピタキシャル成長しない温度で形成するステップと、第２圧電体層上に、上部電極をエピタキシャル成長しない温度で形成するステップと、を備える。
　この発明の第３の局面による圧電体膜基板の製造方法では、上記のように構成することにより、第２圧電体層の結晶性を低くすることができるので、アクチュエータ特性を向上させることができる。また、第２圧電体層が鉛を含む場合において、第２圧電体層を比較的高温で製膜した場合、第２圧電体層から中間電極への望ましくない鉛の拡散が起こり得るが、エピタキシャル成長層ではない第２圧電体層は比較的低温で製膜することができるので、第２圧電体層から中間電極への望ましくない鉛の拡散を抑制することができる。また、第２圧電体層を比較的低温で製膜すれば、膜応力を低下させることができる。また、中間電極がエピタキシャル成長層ではないため、第２圧電体層を容易にエピタキシャル成長させないようにすることができる。また、第１圧電体層が鉛を含む場合において、中間電極を比較的高温で製膜した場合、第１圧電体層から中間電極への望ましくない鉛の拡散が起こり得るが、エピタキシャル成長層ではない中間電極は比較的低温で製膜することができるので、第１圧電体層から中間電極への望ましくない鉛の拡散を抑制することができる。また、中間電極を比較的高温で製膜した場合、第１圧電体層の結晶構造が変化することも起こり得るが、エピタキシャル成長層ではない中間電極は比較的低温で製膜することができるので、第１圧電体層の結晶構造が変化することを抑制することができる。
　上記第３の局面による圧電体膜基板の製造方法において、好ましくは、下部電極上に、第１圧電体層を形成するステップにおいて、第１圧電体層がエピタキシャル成長層ではない。このように構成すれば、第１圧電体層の結晶性を低くすることができるので、アクチュエータ特性を向上させることができる。また、エピタキシャル成長層ではない第１圧電体層は比較的低温で製膜することができるので、膜応力を低下させることができる。
　上記第３の局面による圧電体膜基板の製造方法において、好ましくは、第１圧電体層上に、中間電極をエピタキシャル成長しない温度で形成するステップにおいて、中間電極が（１１１）優先配向膜を含む。このように構成すれば、中間電極が（１１１）優先配向膜を含むため、第２圧電体層を容易にエピタキシャル成長させないようにすることができる。
　本発明によれば、上記のように、音波の送受信特性を向上させることができ、かつ、製造工程を簡易化することができる。
一実施形態による圧電素子を示す模式的な斜視図である。 一実施形態による圧電素子を示す模式的な断面図である。 一実施形態による圧電素子の送信側部の変位を説明するための模式図である。 圧電素子のカンチレバーモデルを説明するための模式図である。 一実施形態による圧電素子の製造工程を説明するための模式図（１）である。 一実施形態による圧電素子の製造工程を説明するための模式図（２）である。 一実施形態による圧電素子の製造工程を説明するための模式図（３）である。 一実施形態による圧電素子の製造工程を説明するための模式図（４）である。 一実施形態による圧電素子の製造工程を説明するための模式図（５）である。 一実施形態による圧電素子の製造工程を説明するための模式図（６）である。 一実施形態による圧電素子の製造工程を説明するための模式図（７）である。 一実施形態による圧電素子の製造工程を説明するための模式図（８）である。 一実施形態の第１変形例による圧電素子を示す模式的な断面図である。 一実施形態の第２変形例による圧電素子を示す模式的な断面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１～図３を参照して、本発明の一実施形態による圧電素子１００の構成について説明する。なお、以下では、基板１０の厚み方向をＺ方向とする。
（圧電素子の全体構成）
　圧電素子１００は、圧電トランスデューサ用の素子である。圧電素子１００は、ＰＭＵＴ（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）などの超音波トランスデューサに用いられる。圧電素子１００は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により製造される。
　図１に示すように、圧電素子１００は、基板１０と、送信側部２０と、受信側部３０と、電圧印加用電極４１および４２と、電荷検出用電極５１および５２とを備えている。圧電素子１００は、送信側部２０により、対象に超音波を送信し、受信側部３０により、対象において反射した超音波を受信する。なお、電圧印加用電極４１および４２は、それぞれ、請求の範囲の「第１電圧印加用電極」および「第２電圧印加用電極」の一例である。
　基板１０は、半導体基板である。また、基板１０は、送信側部２０と、受信側部３０と、電圧印加用電極４１および４２と、電荷検出用電極５１および５２とを支持する支持体である。
　送信側部２０は、基板１０上に配置されている。送信側部２０は、超音波を送信する。
　受信側部３０は、基板１０上に配置されている。受信側部３０は、超音波を受信する。送信側部２０および受信側部３０は、Ｚ方向に直交する方向において、互いに離間した位置に配置されている。
　電圧印加用電極４１および４２は、送信側部２０に電気的に接続されており、送信側部２０に電圧を印加する。送信側部２０に印加する電圧は、圧電素子１００外の図示しない電源から供給される。電圧印加用電極４１および４２は、電源に電気的に接続されている。電圧印加用電極４１および４２は、送信側部２０に交流電圧を印加することにより、送信側部２０を振動させて超音波を発生（送信）させる。
　電荷検出用電極５１および５２は、受信側部３０に電気的に接続されており、受信側部３０において発生した電荷を受信信号として検出する。受信側部３０から検出した受信信号は、圧電素子１００外の図示しない信号処理部に送信される。電荷検出用電極５１および５２は、信号処理部に電気的に接続されている。電荷検出用電極５１および５２は、超音波により受信側部３０が振動された場合、受信側部３０において発生した電荷を検出することにより、超音波を受信する。
（圧電素子の詳細構成）
　図２に示すように、圧電素子１００は、基板１０と、送信側部２０と、受信側部３０とに加えて、絶縁層６０と、配線層７０とを備えている。
　基板１０は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板である。基板１０は、第１シリコン層１１と、絶縁層としてのシリコン酸化層１２と、単結晶としての第２シリコン層１３とがこの順に配置された構造を有している。また、基板１０は、平面視において（Ｚ方向から見て）、送信側部２０にオーバーラップする位置と、受信側部３０にオーバーラップする位置とに、それぞれ、凹部１４および１５を有している。凹部１４および１５は、少なくとも第１シリコン層１１およびシリコン酸化層１２が除去されることにより、第１シリコン層１１側から第２シリコン層１３側に向かって窪むように形成されている。凹部１４および１５は、それぞれ、底部に振動部１４ａおよび１５ａを有している。振動部１４ａおよび１５ａは、第２シリコン層１３により構成されている。振動部１４ａ上に送信側部２０が配置されており、振動部１５ａ上に受信側部３０が配置されている。なお、振動部１４ａおよび１５ａは、それぞれ、請求の範囲の「送信側振動部」および「受信側振動部」の一例である。
　送信側部２０は、複数の送信側圧電体層２１と、複数の送信側圧電体層２１の各々を挟むように配置される複数の送信側電極２２とを含んでいる。送信側部２０は、送信側圧電体層２１と、送信側電極２２とが交互に積層された構造を有している。電圧印加用電極４１および４２から、複数の送信側電極２２を介して、複数の送信側圧電体層２１に交流電圧が印加されると、複数の送信側圧電体層２１が振動される。そして、複数の送信側圧電体層２１の振動により、振動部１４ａが振動されて、超音波が発生される。
　受信側部３０は、１つの受信側圧電体層３１と、１つの受信側圧電体層３１を挟むように配置される複数の受信側電極３２とを含んでいる。受信側部３０は、受信側圧電体層３１と、受信側電極３２とが交互に積層された構造を有している。超音波により振動部１５ａが振動されると、受信側圧電体層３１が振動される。そして、受信側圧電体層３１が振動されると、振動に応じた電荷が発生されるため、複数の受信側電極３２を介して、電荷検出用電極５１および５２により、超音波が検出される。
　ここで、本実施形態では、送信側圧電体層２１の層数は、受信側圧電体層３１の層数よりも大きい。具体的には、送信側圧電体層２１の層数は、２層以上であり、受信側圧電体層３１の層数は、１層である。より具体的には、送信側圧電体層２１の層数は、２層である。
　複数の送信側圧電体層２１は、送信側圧電体層２１ａと、送信側圧電体層２１ａよりも基板１０から離れた位置に配置される送信側圧電体層２１ｂとを有している。また、複数の送信側電極２２は、基板１０と送信側圧電体層２１ａとの間に配置される送信側下部電極２２ａと、送信側圧電体層２１ａと送信側圧電体層２１ｂとの間に配置される中間電極２２ｂと、送信側圧電体層２１ｂ上に配置される送信側上部電極２２ｃとを有している。送信側下部電極２２ａ、送信側圧電体層２１ａ、中間電極２２ｂ、送信側圧電体層２１ｂ、および送信側上部電極２２ｃは、基板１０側からこの順に配置されている。なお、送信側圧電体層２１ａおよび２１ｂは、それぞれ、請求の範囲の「第１送信側圧電体層」および「第２送信側圧電体層」の一例である。
　送信側下部電極２２ａは、基板１０の振動部１４ａ上に配置されている。送信側下部電極２２ａは、エピタキシャル成長層であり、単結晶の第２シリコン層１３上にエピタキシャル成長により形成されている。送信側下部電極２２ａは、単層または多層の電極である。多層の電極である場合、送信側下部電極２２ａは、電極層およびバッファ層を含んでいる。この場合、電極層が基板１０上に配置され、バッファ層が電極層上に配置され、送信側圧電体層２１ａがバッファ層上に配置される。電極層は、プラチナ（Ｐｔ）、または、イリジウム（Ｉｒ）などの材料により形成されている。バッファ層は、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）、または、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）などの材料により形成されている。一例として、電極層およびバッファ層が、それぞれ、プラチナ（Ｐｔ）およびルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）により形成される。
　送信側圧電体層２１ａは、送信側下部電極２２ａ上に配置されている。送信側圧電体層２１ａは、エピタキシャル成長層であり、送信側下部電極２２ａ上にエピタキシャル成長により形成されている。また、送信側圧電体層２１ａは、強誘電性を示すチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）により形成されている。
　中間電極２２ｂは、送信側圧電体層２１ａ上に配置されている。また、中間電極２２ｂは、単層または多層の電極である。多層の電極である場合、中間電極２２ｂは、第１バッファ層、電極層および第２バッファ層を含んでいる。この場合、第１バッファ層が送信側圧電体層２１ａ上に配置され、電極層が第１バッファ層上に配置され、第２バッファ層が電極層上に配置され、送信側圧電体層２１ｂが第２バッファ層上に配置される。電極層は、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）または二酸化イリジウム（ＩｒＯ２）などの材料により形成されている。第１バッファ層および第２バッファ層は、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）、または、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）などの材料により形成されている。一例として、第１バッファ層および第２バッファ層がルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）により形成され、電極層がプラチナ（Ｐｔ）により形成される。また、中間電極２２ｂの位置は、基板１０の厚み方向（Ｚ方向）において、基板１０に設けられた振動部１４ａも含む送信側部２０全体の中央である。
　送信側圧電体層２１ｂは、中間電極２２ｂ上に配置されている。また、送信側圧電体層２１ｂは、強誘電性を示すチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）により形成されている。
　送信側上部電極２２ｃは、送信側圧電体層２１ｂ上に配置されている。また、送信側上部電極２２ｃは、単層または多層の電極である。多層の電極である場合、送信側上部電極２２ｃは、バッファ層および電極層を含んでいる。この場合、バッファ層が送信側圧電体層２１ｂ上に配置され、電極層がバッファ層上に配置される。電極層は、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）または二酸化イリジウム（ＩｒＯ２）などの材料により形成されている。バッファ層は、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）、または、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）などの材料により形成されている。一例として、電極層およびバッファ層が、それぞれ、プラチナ（Ｐｔ）およびルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）により形成される。
　また、本実施形態では、送信側下部電極２２ａおよび送信側上部電極２２ｃは、電圧印加用電極４１に共通に接続され、中間電極２２ｂは、電圧印加用電極４２に接続されている。具体的には、送信側下部電極２２ａおよび送信側上部電極２２ｃは、配線層７０の後述する配線部７１を介して、電圧印加用電極４１に共通に接続されている。また、中間電極２２ｂは、配線層７０の後述する配線部７２を介して、電圧印加用電極４２に接続されている。すなわち、送信側下部電極２２ａおよび送信側上部電極２２ｃには、共通の電位が印加され、中間電極２２ｂには、送信側下部電極２２ａおよび送信側上部電極２２ｃに印加される電位とは異なる電位が印加される。
　図３に示すように、送信側下部電極２２ａ、中間電極２２ｂおよび送信側上部電極２２ｃに、電圧が印加されると、送信側圧電体層２１ａおよび２１ｂが変位される。この際、上記のような電極接続を採用したことにより、互いに反対方向に伸縮するように、送信側圧電体層２１ａおよび２１ｂが変位される。すなわち、送信側圧電体層２１ａが、送信側圧電体層２１ａの長手方向に伸びる場合、送信側圧電体層２１ｂが、送信側圧電体層２１ｂの長手方向に縮む。また、送信側圧電体層２１ａが、送信側圧電体層２１ａの長手方向に縮む場合、送信側圧電体層２１ｂが、送信側圧電体層２１ｂの長手方向に伸びる。これにより、Ｚ方向に送信側部２０をより大きく変位させることが可能である。
　図２に示すように、複数の受信側電極３２は、基板１０と受信側圧電体層３１との間に配置される受信側下部電極３２ａと、受信側圧電体層３１上に配置される受信側上部電極３２ｂとを有している。受信側下部電極３２ａ、受信側圧電体層３１、および受信側上部電極３２ｂは、基板１０側からこの順に配置されている。
　受信側下部電極３２ａは、基板１０の振動部１５ａ上に配置されている。受信側下部電極３２ａは、エピタキシャル成長層であり、単結晶の第２シリコン層１３上にエピタキシャル成長により形成されている。受信側下部電極３２ａは、単層または多層の電極である。多層の電極である場合、受信側下部電極３２ａは、電極層およびバッファ層を含んでいる。この場合、電極層が基板１０上に配置され、バッファ層が電極層上に配置され、受信側圧電体層３１がバッファ層上に配置される。電極層は、プラチナ（Ｐｔ）、または、イリジウム（Ｉｒ）などの材料により形成されている。バッファ層は、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）、または、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）などの材料により形成されている。一例として、電極層およびバッファ層が、それぞれ、プラチナ（Ｐｔ）およびルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）により形成される。
　受信側圧電体層３１は、受信側下部電極３２ａ上に配置されている。受信側圧電体層３１は、エピタキシャル成長層であり、受信側下部電極３２ａ上にエピタキシャル成長により形成されている。また、受信側圧電体層３１は、強誘電性を示すチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）により形成されている。
　受信側上部電極３２ｂは、受信側圧電体層３１上に配置されている。また、受信側上部電極３２ｂは、単層または多層の電極である。多層の電極である場合、受信側上部電極３２ｂは、第１バッファ層、電極層および第２バッファ層を含んでいる。この場合、第１バッファ層が受信側圧電体層３１上に配置され、電極層が第１バッファ層上に配置され、第２バッファ層が電極層上に配置される。電極層は、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）または二酸化イリジウム（ＩｒＯ２）などの材料により形成されている。第１バッファ層および第２バッファ層は、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）、または、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）などの材料により形成されている。一例として、第１バッファ層および第２バッファ層がルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）により形成され、電極層がプラチナ（Ｐｔ）により形成される。
　また、受信側下部電極３２ａは、電荷検出用電極５１に接続され、受信側上部電極３２ｂは、電荷検出用電極５２に接続されている。具体的には、受信側下部電極３２ａは、配線層７０の後述する配線部７３を介して、電荷検出用電極５１に接続されている。また、受信側上部電極３２ｂは、配線層７０の後述する配線部７４を介して、電荷検出用電極５２に接続されている。
　本実施形態では、後述するように、送信側下部電極２２ａと、受信側下部電極３２ａとは、共通の工程において形成される。このため、送信側下部電極２２ａと、受信側下部電極３２ａとは、同じ材料により形成されるとともに、Ｚ方向において同じ厚みを有している。同様に、送信側圧電体層２１ａと、受信側圧電体層３１とは、共通の工程において形成される。このため、送信側圧電体層２１ａと、受信側圧電体層３１とは、同じ材料により形成されるとともに、基板１０の厚み方向において同じ厚みを有している。同様に、中間電極２２ｂと、受信側上部電極３２ｂとは、共通の工程において形成される。このため、中間電極２２ｂと、受信側上部電極３２ｂとは、同じ材料により形成されるとともに、基板１０の厚み方向において同じ厚みを有している。本実施形態では、複数の送信側圧電体層２１および受信側圧電体層３１のうち、基板１０側から数えて同じ層の圧電体層は、同じ材料により形成されるとともに、同じ厚みを有している。また、複数の送信側電極２２および複数の受信側電極３２のうち、基板１０側から数えて同じ層の電極は、同じ材料により形成されるとともに、同じ厚みを有する。
　なお、共通の工程の電極同士が同じ材料および同じ厚みにより形成されていれば、異なる工程の電極同士が異なる材料および異なる厚みにより形成されていてもよい。同様に、共通の工程の圧電体層同士が同じ材料および同じ厚みにより形成されていれば、異なる工程の圧電体層同士が異なる材料および異なる厚みにより形成されていてもよい。図２に示す例では、送信側下部電極２２ａ、中間電極２２ｂ、送信側上部電極２２ｃ、受信側下部電極３２ａ、および受信側上部電極３２ｂの各電極は、同じ材料および同じ厚みにより形成されている。また、図２に示す例では、送信側圧電体層２１ａ、送信側圧電体層２１ｂ、および受信側圧電体層３１の各圧電体層は、同じ材料および同じ厚みにより形成されている。
　また、本実施形態では、図１に示すように、平面視において（Ｚ方向に見て）、基板１０に設けられた振動部１５ａも含む受信側部３０の面積は、基板１０に設けられた振動部１４ａも含む送信側部２０の面積よりも小さい。具体的には、送信側部２０および受信側部３０の各々は、Ｚ方向に見て円形を有しており、受信側部３０の振動部１５ａの直径８１は、送信側部２０の振動部１４ａの直径８２よりも小さい。受信側部３０は、送信側部２０の共振周波数と同じ共振周波数を有するようになるように、直径８１が調整されている。送信側部２０は、電圧印加用電極４１および４２から、共振周波数の交流電圧が印加されることにより、共振周波数の超音波を出力することが可能である。また、受信側部３０は、反射した共振周波数の超音波を検出することが可能である。
　図２に示すように、絶縁層６０は、配線層７０と、基板１０、各電極（送信側下部電極２２ａ、中間電極２２ｂ、送信側上部電極２２ｃ、受信側下部電極３２ａ、および受信側上部電極３２ｂ）、および各圧電体層（送信側圧電体層２１ａ、送信側圧電体層２１ｂ、および受信側圧電体層３１）とを電気的に絶縁する。絶縁層６０は、基板１０、各電極、および各圧電体層を覆うように形成されている。絶縁層６０は、たとえば、シリコン酸化膜により形成されている。
　配線層７０は、電極同士を電気的に接続する。配線層７０は、配線部７１、７２、７３および７４を含んでいる。配線部７１は、送信側下部電極２２ａおよび送信側上部電極２２ｃと、電圧印加用電極４１とを電気的に接続する。配線部７２は、中間電極２２ｂと、電圧印加用電極４２とを電気的に接続する。配線部７３は、受信側下部電極３２ａと、電荷検出用電極５１とを電気的に接続する。配線部７４は、受信側上部電極３２ｂと、電荷検出用電極５２とを電気的に接続する。配線層７０は、チタン（Ｔｉ）または金（Ａｕ）などの材料により形成されている。
（受信側部のＳＮ比）
　図４を参照して、受信側部３０のＳＮ比について説明する。ここでは、圧電体層の層数が１層の場合と、２層の場合とにおいて、ＳＮ比を比較するために、図４に示すカンチレバーモデルを用いた。図４において、カンチレバー２００は、基板２１０と、基板２１０上に配置される圧電体層２３１とを備えている。圧電体層２３１は、受信側圧電体層３１に対応し、基板２１０は、基板１０の振動部１５ａに対応している。なお、電極は十分薄いとして無視した。
　図４に示すカンチレバー２００の先端の変位量Ｚｘ－Ｌは、等分布荷重ｐが加わった場合のカンチレバー２００の先端の変位の式から求めることが可能である。具体的には、カンチレバー２００の先端の変位量Ｚｘ－Ｌは、等分布荷重ｐ、カンチレバー２００のヤング率Ｅ、カンチレバー２００の断面２次モーメントＩ、およびカンチレバー２００の長手方向の長さＬを用いて、以下の式（１）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、位置ｘ＝０から、位置ｘ＝Ｌまでで発生する全電荷Ｑは、正圧電定数e３１ｆ、基板２１０のポアソン比νｓ、幅ｗ、カンチレバー２００の中立軸ｅ、および圧電体層２３１の中立軸ｚｐを用いて、以下の式（２）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、カンチレバー２００の１次の共振周波数ｆ１は、カンチレバー２００の密度ρおよびカンチレバー２００の断面積Ａを用いて、以下の式（３）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　また、圧電素子において、電気的ノイズが支配的である場合、ＳＮ比は、１／ε３３に比例する。ここで、ε３３は、圧電体層２３１の比誘電率である。したがって、ノイズＮは、Ｑε３３に比例する。圧電体層２３１が２層である場合には、相関のない並列接続とみなせるので、ノイズＮは、２乗平方和となり、以下の式（４）により表される。なお、Ｑｉおよびε３３ｉにおいて、ｉ＝１、２は、圧電体層２３１の１層目および２層目をそれぞれ表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　また、式（４）より、圧電体層２３１が２層の場合のＳＮ比は、以下の式（５）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　また、圧電体層２３１が１層の場合のＳＮ比は、以下の式（６）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　本願発明者は、式（１）、（２）、（５）および（６）を用いて、各パラメータの代表値により、圧電体層２３１が１層の場合のＳＮ比と、圧電体層２３１が２層の場合のＳＮ比とを計算した。この際、圧電体層２３１が１層の場合の計算では、カンチレバー２００の長さＬは、代表値とした。一方、圧電体層２３１が２層の場合の計算では、カンチレバー２００の長さＬは、圧電体層２３１が１層の場合と圧電体層２３１が２層の場合とにおいて、共振周波数が同じであるという条件の下、式（３）から導出した。また、カンチレバー２００の密度ρおよびヤング率Ｅについては、基板２１０と圧電体層２３１との加重平均値とした。また、カンチレバー２００の中立軸ｅと、基板２１０の厚みｈｓが一致するものとした。
　計算の結果、圧電体層２３１が１層の場合のＳＮ比は、圧電体層２３１が２層の場合のＳＮ比に比べて、２倍以上であった。すなわち、圧電体層２３１が１層の場合、圧電体層２３１が２層の場合に比べて、発生する電荷が２倍以上になった。このことから、圧電体層２３１が１層の場合、圧電体層２３１が２層の場合に比べて、音波の受信特性を向上させることができることが確認された。
（圧電素子の製造方法）
　図５～図１２を参照して、圧電素子１００の製造方法について説明する。圧電素子１００の製造方法は、以下の工程を備えている。
　基板１１０を準備する工程
　基板１１０上に電極１２０を形成する工程
　電極１２０上に圧電体層１３０を形成する工程
　圧電体層１３０上に電極１４０を形成する工程
　電極１４０上に圧電体層１５０を形成する工程
　圧電体層１５０上に電極１６０を形成する工程
　電極１６０を加工することにより、送信側上部電極２２ｃを形成する工程
　圧電体層１５０を加工することにより、送信側圧電体層２１ｂを形成する工程
　電極１４０を加工することにより、中間電極２２ｂおよび受信側上部電極３２ｂを形成する工程
　圧電体層１３０を加工することにより、送信側圧電体層２１ａおよび受信側圧電体層３１を形成する工程
　電極１２０を加工することにより、送信側下部電極２２ａおよび受信側下部電極３２ａを形成する工程
　絶縁層６０を形成する工程
　配線層７０を形成する工程
　基板１１０を加工することにより、基板１０を形成する工程
　図５は、基板１０を準備する工程を示している。基板１を準備する工程では、ＳＯＩ基板としての基板１１０が準備される。基板１１０は、第１シリコン層１１１と、絶縁層としてのシリコン酸化層１１２と、単結晶としての第２シリコン層１１３とがこの順に配置された構造を有している。
　図６は、基板１１０上に電極１２０を形成する工程、電極１２０上に圧電体層１３０を形成する工程、圧電体層１３０上に電極１４０を形成する工程、電極１４０上に圧電体層１５０を形成する工程、および圧電体層１５０上に電極１６０を形成する工程を示している。なお、電極１２０は、請求の範囲の「下部電極」の一例である。また、圧電体層１３０は、請求の範囲の「第１圧電体層」の一例である。また、電極１４０は、請求の範囲の「中間電極」の一例である。また、圧電体層１５０は、請求の範囲の「第２圧電体層」の一例である。また、電極１６０は、請求の範囲の「上部電極」の一例である。
　基板１１０上に電極１２０を形成する工程では、スパッタリングにより、多層膜または単層膜の電極１２０が、基板１１０の第２シリコン層１１３上に積層される。この際、エピタキシャル成長する温度で、単結晶の第２シリコン層１１３上に電極１２０が形成される。また、電極１２０上に圧電体層１３０を形成する工程では、スパッタリングにより、圧電体層１３０が、電極１２０上に積層される。この際、エピタキシャル成長する温度で、電極１２０上に圧電体層１３０が形成される。
　圧電体層１３０上に電極１４０を形成する工程では、スパッタリングにより、多層膜または単層膜の電極１４０が、圧電体層１３０上に積層される。この際、エピタキシャル成長しない温度で、圧電体層１３０上に電極１４０が形成される。また、電極１４０上に圧電体層１５０を形成する工程では、スパッタリングにより、圧電体層１５０が、電極１４０上に積層される。この際、エピタキシャル成長しない温度で、電極１４０上に圧電体層１５０が形成される。また、圧電体層１５０上に電極１６０を形成する工程では、スパッタリングにより、多層膜または単層膜の電極１６０が、圧電体層１５０上に積層される。この際、エピタキシャル成長しない温度で、圧電体層１５０上に電極１６０が形成される。このように、基板１１０と、基板１１０上に配置された電極１２０と、電極１２０上に配置された圧電体層１３０と、圧電体層１３０上に配置された、エピタキシャル成長層ではない電極１４０と、電極１４０上に配置された、エピタキシャル成長層ではない圧電体層１５０と、圧電体層１５０上に配置された、エピタキシャル成長層ではない電極１６０と、を備える、圧電体膜基板３００が製造される。
　本実施形態の圧電素子１００の製造方法では、受信側圧電体層３１を構成する圧電体層１３０が、エピタキシャル成長されるとともに、送信側圧電体層２１を構成する一方で、受信側圧電体層３１を構成しない圧電体層１５０が、エピタキシャル成長されない。すなわち、圧電体層１３０は結晶性が高くなるように形成される一方、圧電体層１５０は結晶性が低くなるように形成される。結晶性が高いほど、誘電率が低くなり、圧電体層のセンサ特性が向上するため、受信側圧電体層３１を構成する圧電体層１３０がエピタキシャル成長されることにより、受信側圧電体層３１のセンサ特性が向上する。これにより、超音波の受信特性を向上させることが可能である。また、結晶性が低いほど、圧電定数が高くなり、圧電体層のアクチュエータ特性が向上するため、送信側圧電体層２１を構成する一方で、受信側圧電体層３１を構成しない圧電体層１５０がエピタキシャル成長されないことにより、送信側圧電体層２１のアクチュエータ特性が向上する。これにより、超音波の送信特性を向上させることが可能である。このように、超音波の送受信特性を向上させることが可能である。
　図７は、電極１６０を加工することにより、送信側上部電極２２ｃを形成する工程および圧電体層１５０を加工することにより、送信側圧電体層２１ｂを形成する工程を示している。
　電極１６０を加工することにより、送信側上部電極２２ｃを形成する工程では、エッチングにより、電極１６０の形状が加工（パターニング）されることにより、送信側上部電極２２ｃが形成される。この際、電極１６０の送信側上部電極２２ｃとなる部分以外の部分が除去される。また、圧電体層１５０を加工することにより、送信側圧電体層２１ｂを形成する工程では、エッチングにより、圧電体層１５０の形状が加工（パターニング）されることにより、送信側圧電体層２１ｂが形成される。この際、圧電体層１５０の送信側圧電体層２１ｂとなる部分以外の部分が除去される。
　図８は、電極１４０を加工することにより、中間電極２２ｂおよび受信側上部電極３２ｂを形成する工程および圧電体層１３０を加工することにより、送信側圧電体層２１ａおよび受信側圧電体層３１を形成する工程を示している。
　電極１４０を加工することにより、中間電極２２ｂおよび受信側上部電極３２ｂを形成する工程では、エッチングにより、電極１４０の形状が加工（パターニング）されることにより、中間電極２２ｂおよび受信側上部電極３２ｂが形成される。この際、電極１４０の中間電極２２ｂおよび受信側上部電極３２ｂとなる部分以外の部分が除去される。また、圧電体層１３０を加工することにより、送信側圧電体層２１ａおよび受信側圧電体層３１を形成する工程では、エッチングにより、圧電体層１３０の形状が加工（パターニング）されることにより、送信側圧電体層２１ａおよび受信側圧電体層３１が形成される。この際、圧電体層１３０の送信側圧電体層２１ａおよび受信側圧電体層３１となる部分以外の部分が除去される。
　図９は、電極１２０を加工することにより、送信側下部電極２２ａおよび受信側下部電極３２ａを形成する工程を示している。電極１２０を加工することにより、送信側下部電極２２ａおよび受信側下部電極３２ａを形成する工程では、エッチングにより、電極１２０の形状が加工（パターニング）されることにより、送信側下部電極２２ａおよび受信側下部電極３２ａが形成される。この際、電極１２０の送信側下部電極２２ａおよび受信側下部電極３２ａとなる部分以外の部分が除去される。
　本実施形態の圧電素子１００の製造方法では、電極１２０、圧電体層１３０、電極１４０、圧電体層１５０、および電極１６０が順次積層された後、電極１６０、圧電体層１５０、電極１４０、圧電体層１３０、および電極１２０が順次加工されることにより、送信側圧電体層２１の層数が受信側圧電体層３１の層数よりも大きくなるように、送信側部２０および受信側部３０が形成される。送信側圧電体層２１の層数が大きいほど、印加電圧に対して送信側圧電体層２１を大きく変位させることができるため、超音波の送信特性を向上させることが可能である。また、受信側圧電体層の層数が小さいほど、信号ノイズ比を改善することができるため、超音波の受信特性を向上させることが可能である。これらにより、超音波の送受信特性を向上させることが可能である。また、各層を順次積層した後、積層した各層を順次加工（パターニング）するだけでよい。すなわち、基板１０側から数えて同じ層の圧電体層については、共通の工程において送信側圧電体層２１と受信側圧電体層３１とを形成（パターニング）することができるので、製造工程を簡易化することが可能である。なお、本実施形態とは異なり、送信側圧電体層と、受信側圧電体層を共に同数として、各圧電体層の厚みを異ならせる場合、各圧電体層を独立して形成（パターニング）する必要があるため、煩雑な工程が必要となる。
　図１０は、絶縁層６０を形成する工程を示している。絶縁層６０を形成する工程では、原子層堆積法(ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)により、絶縁体が、基板１０、送信側部２０、および受信側部３０上に積層される。そして、エッチングにより、絶縁体の形状が加工（パターニング）されることにより、絶縁層６０が形成される。
　図１１は、配線層７０を形成する工程を示している。配線層７０を形成する工程では、スパッタリングにより、導電体が、絶縁層６０、送信側部２０、および受信側部３０上に形成される。そして、エッチングにより、導電体の形状が加工（パターニング）されることにより、配線部７１～７４を含む配線層７０が形成される。
　図１２は、基板１１０を加工することにより、基板１０を形成する工程を示している。基板１１０を加工することにより、基板１０を形成する工程では、エッチングにより、基板１１０の形状が加工されることにより、基板１０が形成される。すなわち、基板１１０の裏面側から、少なくとも第１シリコン層１１１およびシリコン酸化層１１２が凹状に除去されることにより、振動部１４ａを有する凹部１４および振動部１５ａを有する凹部１５が形成される。これにより、第１シリコン層１１、シリコン酸化層１２、第２シリコン層１３、凹部１４、および凹部１５を含む基板１０が形成される。以上のように、圧電素子１００が製造される。
　（本実施形態の効果）
　本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
　本実施形態では、上記のように、複数の送信側圧電体層２１の層数は、受信側圧電体層３１の層数よりも大きい。これにより、送信側圧電体層２１の層数を、音波（超音波）の送信特性を向上させることに適した層数にすることができるとともに、受信側圧電体層３１の層数を、音波（超音波）の受信特性を向上させることに適した層数にすることができる。すなわち、送信側圧電体層２１の層数が大きいほど、印加電圧に対して送信側圧電体層２１を大きく変位させることができるため、より高い圧力の音波（超音波）を送信することができる。その結果、音波（超音波）の送信特性を向上させることができる。また、受信側圧電体層３１の層数が小さいほど、結晶性を高くし、誘電率を低くすることができる。これにより、センサ特性が向上するため、信号ノイズ比を改善することができる。その結果、音波（超音波）の受信特性を向上させることができる。さらに、本実施形態とは異なり、送信側圧電体層と受信側圧電体層とを同数として、送信側圧電体層の総厚みと受信側圧電層の総厚みを異ならせる場合には、各圧電体層を独立して形成（パターニング）する必要があるため、各圧電体層の厚みを異ならせるために煩雑な工程が必要となる。これに対して、本実施形態の圧電素子１００では、送信側圧電体層２１の層数と受信側圧電体層３１の層数とを異ならせる構成であるため、基板１０側から数えて同じ層の圧電体層については、共通の工程において送信側圧電体層２１と受信側圧電体層３１とを形成（パターニング）することができる。このため、圧電素子の製造工程を簡易化することができる。以上より、音波（超音波）の送受信特性を向上させることが可能で、かつ、製造工程を簡易化することが可能な圧電素子を提供することができる。
　ここで、複数の送信側圧電体層２１のうち、基板側を下側としてより上側の送信側圧電体層２１は、結晶性が高い基板１０の影響を受け継ぐことが困難になるため、結晶性が低くなる傾向を有する。そして、結晶性が低いほど、圧電定数が高くなり、アクチュエータ特性が向上するため、印加電圧に対して送信側圧電体層２１を大きく変位させることができるようになる。このため、本実施形態の圧電素子１００では、複数の送信側圧電体層２１の層数が受信側圧電体層３１の層数よりも大きいことにより、最も上側の受信側圧電体層３１のさらに上側に位置する送信側圧電体層２１の結晶性が低くなり、送信側圧電体層２１の音波（超音波）の送信特性を受信側圧電体層３１と比較してより向上させることができる。
　本実施形態では、上記のように、複数の送信側圧電体層２１の層数は、２層以上であり、１つの受信側圧電体層３１の層数は、１層である。これにより、受信側圧電体層３１を最小の層数により構成することができるので、音波（超音波）の受信特性をより向上させることができる。ここで、１層目の受信側圧電体層３１は、結晶性が高い基板１０の影響を受け継いで、結晶性が高くなる傾向がある。そして、結晶性が高いほど、誘電率が低くなり、センサ特性が向上するため、信号ノイズ比を改善することができる。このため、受信側圧電体層３１の層数が１層であることにより、受信側圧電体層３１の結晶性が高くなり、音波（超音波）の受信特性をより向上させることができる。
　本実施形態では、上記のように、複数の送信側圧電体層２１の層数は、２層である。これにより、送信側圧電体層２１を最小の層数により構成することができるので、製造工程を簡易化することができる。すなわち、送信側圧電体層２１の層数が２層であることにより、音波（超音波）の送信特性を向上させつつ、製造工程を簡易化することができる。
　本実施形態では、上記のように、複数の送信側圧電体層２１は、送信側圧電体層２１ａと、送信側圧電体層２１ａよりも基板１０から離れた位置に配置される送信側圧電体層２１ｂと、を有し、複数の送信側電極２２は、基板１０と送信側圧電体層２１ａとの間に配置される送信側下部電極２２ａと、送信側圧電体層２１ａと送信側圧電体層２１ｂとの間に配置される中間電極２２ｂと、送信側圧電体層２１ｂ上に配置される送信側上部電極２２ｃと、を有し、送信側下部電極２２ａおよび送信側上部電極２２ｃは、電圧印加用電極４１に共通に接続され、中間電極２２ｂは、電圧印加用電極４２に接続されている。これにより、送信側圧電体層２１ａと送信側圧電体層２１ｂとが互いに反対方向に伸縮するように、送信側圧電体層２１ａと送信側圧電体層２１ｂとに電圧を印加することができる。その結果、送信側部２０を全体として大きく変位させることができる。これにより、送信側圧電体層２１の層数が２層である構成において、音波（超音波）の送信特性をより向上させることができる。
　本実施形態では、上記のように、中間電極２２ｂの位置は、基板１０の厚み方向において、基板１０に設けられた振動部１４ａも含む送信側部２０全体の中央である。このように構成すれば、基板１０の厚み方向において、振動部１４ａも含む送信側部２０全体の中央から変形の方向を上下で逆転させることができるので、振動部１４ａも含む送信側部２０を全体としてより大きく変位させることができる。
　本実施形態では、上記のように、基板１０側から数えて１層目の受信側圧電体層３１は、エピタキシャル成長層である。これにより、１層目の受信側圧電体層３１の結晶性を高くすることができる。その結果、結晶性が高いほど、センサ特性が向上するため、信号ノイズ比を改善して、音波（超音波）の受信特性をより向上させることができる。
　本実施形態では、上記のように、平面視において、基板１０に設けられた振動部１５ａも含む受信側部３０の面積は、基板１０に設けられた振動部１４ａも含む送信側部２０の面積よりも小さい。ここで、送信側圧電体層２１の層数が受信側圧電体層３１の層数よりも大きい場合、受信側部３０よりも送信側部２０において、厚みが大きくなるため、受信側部３０よりも送信側部２０において、厚みに比例する共振周波数が高くなる。この場合、受信側部３０および送信側部２０において、共振周波数を合わせることができない。そこで、上記のように構成すれば、受信側部３０において、平面視の面積に反比例する共振周波数を高くすることができるので、受信側部３０よりも送信側部２０において、厚みが大きくなる場合にも、受信側部３０および送信側部２０において、共振周波数を合わせることができる。その結果、送信側部２０から共通の共振周波数の音波（超音波）を送信し、反射した共通の共振周波数の音波（超音波）を、受信側部３０により受信することができる。
　本実施形態では、上記のように、複数の送信側圧電体層２１および１つまたは複数の受信側圧電体層３１のうち、基板１０側から数えて同じ層の圧電体層は、同じ材料により形成されるとともに、同じ厚みを有し、複数の送信側電極２２および複数の受信側電極３２のうち、基板１０側から数えて同じ層の電極は、同じ材料により形成されており、同じ厚みを有する。これにより、共通の工程において各圧電体層および各電極を形成（パターニング）することができるので、圧電素子１００の製造工程を簡易化することができる。
　本実施形態では、上記のように、複数の送信側圧電体層２１および受信側圧電体層３１は、チタン酸ジルコン酸鉛により形成されている。これにより、送信側圧電体層２１および受信側圧電体層３１がチタン酸ジルコン酸鉛により形成されている場合において、音波（超音波）の送受信特性を向上させることができ、かつ、製造工程を簡易化することができる。
　本実施形態では、上記のように、圧電体膜基板３００は、基板１１０と、基板１１０上に配置された電極１２０と、電極１２０上に配置された圧電体層１３０と、圧電体層１３０上に配置された、エピタキシャル成長層ではない電極１４０と、電極１４０上に配置された、エピタキシャル成長層ではない圧電体層１５０と、圧電体層１５０上に配置された、エピタキシャル成長層ではない電極１６０と、を備える。また、圧電体膜基板３００の製造方法は、基板１１０を準備するステップと、基板１１０上に、電極１２０を形成するステップと、電極１２０上に、圧電体層１３０を形成するステップと、圧電体層１３０に、電極１４０をエピタキシャル成長しない温度で形成するステップと、電極１４０上に、圧電体層１５０をエピタキシャル成長しない温度で形成するステップと、圧電体層１５０上に、電極１６０をエピタキシャル成長しない温度で形成するステップと、を備える。これにより、圧電体層１５０の結晶性を低くすることができるので、アクチュエータ特性を向上させることができる。また、圧電体層１５０が鉛を含む場合において、圧電体層１５０を比較的高温で製膜した場合、圧電体層１５０から電極１４０への望ましくない鉛の拡散が起こり得るが、エピタキシャル成長層ではない圧電体層１５０は比較的低温で製膜することができるので、圧電体層１５０から電極１４０への望ましくない鉛の拡散を抑制することができる。また、圧電体層１５０を比較的低温で製膜すれば、膜応力を低下させることができる。また、電極１４０がエピタキシャル成長層ではないため、圧電体層１５０を容易にエピタキシャル成長させないようにすることができる。また、圧電体層１３０が鉛を含む場合において、電極１４０を比較的高温で製膜した場合、圧電体層１３０から電極１４０への望ましくない鉛の拡散が起こり得るが、エピタキシャル成長層ではない電極１４０は比較的低温で製膜することができるので、圧電体層１３０から電極１４０への望ましくない鉛の拡散を抑制することができる。また、電極１４０を比較的高温で製膜した場合、圧電体層１３０の結晶構造が変化することも起こり得るが、エピタキシャル成長層ではない電極１４０は比較的低温で製膜することができるので、圧電体層１３０の結晶構造が変化することを抑制することができる。
　（変形例）
　なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
　たとえば、上記実施形態では、送信側部２０側の振動部１４ａと、受信側部３０側の振動部１５ａとが、互いに同じ厚みを有している例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、送信側部側の振動部と、受信側部側の振動部とが、互いに異なる厚みを有していてもよい。たとえば、図１３に示す第１変形例では、受信側部３０側の振動部３１５ａの厚みが、送信側部２０側の振動部１４ａの厚みよりも小さい。このように構成すれば、音波（超音波）に応じて振動部３１５ａをより大きく振動させることができるので、振動部３１５ａの振動に応じて受信側圧電体層３１をより大きく振動させることができる。
　また、上記実施形態では、複数の送信側圧電体層２１が、互いに同じ厚みを有している例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数の送信側圧電体層が、互いに異なる厚みを有していてもよい。たとえば、図１４に示す第２変形例では、送信側圧電体層４２１ｂの厚みが、送信側圧電体層２１ａの厚みよりも大きい。このように構成すれば、厚みが大きいほど、圧電体層の耐電圧性が向上するため、送信側圧電体層４２１ｂに、より大きな電圧を印加することができる。その結果、送信側圧電体層４２１ｂをより大きく変位させることができるので、音波（超音波）の送信特性を向上させることができる。なお、送信側圧電体層４２１ｂの厚みが、送信側圧電体層２１ａの厚みよりも大きい場合には、上記実施形態とは異なり、送信側下部電極２２ａと送信側上部電極２２ｃとを別々の電圧印加用電極に接続し、送信側圧電体層４２１ｂに印加する電圧を、送信側圧電体層２１ａに印加する電圧よりも大きくすることが好ましい。また、各送信側圧電体層の厚みにかかわらず、送信側下部電極と、受信側上部電極とが、別々の電圧印加用電極に接続されていてもよい。
　また、上記実施形態では、圧電素子１００が、超音波を送受信するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧電素子が、可聴域の音波を送受信するように構成されていてもよい。
　また、上記実施形態では、送信側圧電体層２１の層数が、２層である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、送信側圧電体層の層数が、３層以上であってもよい。
　また、上記実施形態では、受信側圧電体層３１の層数が、１層である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、送信側圧電体層の層数よりも小さい層数であれば、受信側圧電体層の層数が、２層以上であってもよい。受信側圧電体層の層数が、２層以上である場合、２層目以上の受信側圧電体層も、エピタキシャル成長層であってもよい。また、受信側圧電体層が複数ある場合、複数の受信側圧電体層が、互いに同じ厚みを有していてもよいし、互いに異なる厚みを有していてもよい。また、受信側圧電体層が複数ある場合、受信側上部電極と、受信側下部電極とが、同じ電荷検出用電極に接続されていてもよいし、別々の電荷検出用電極に接続されていてもよい。
　また、上記実施形態では、送信側圧電体層２１および受信側圧電体層３１が、チタン酸ジルコン酸鉛により形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、送信側圧電体層および受信側圧電体層が、チタン酸ジルコン酸鉛以外の圧電材料により形成されていてもよい。また、複数の送信側圧電体層が、互いに同じ圧電材料によって形成されていてもよいし、互いに異なる圧電材料によって形成されていてもよい。また、受信側圧電体層が複数ある場合、複数の受信側圧電体層が、互いに同じ圧電材料によって形成されていてもよいし、互いに異なる圧電材料によって形成されていてもよい。なお、上記実施形態のような製造方法によれば、基板側から数えて同じ層の送信側圧電体層および受信側圧電体層は、同じ材料および同じ厚みにより形成されることになる。
　また、上記実施形態では、１層目の受信側圧電体層３１（圧電体層１３０）が、エピタキシャル成長層である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、受信側部が実用上問題ない受信特性を備えていれば、１層目の受信側圧電体層が、エピタキシャル成長層でなくてもよい。すなわち、圧電体膜基板の第１圧電体層が、エピタキシャル成長層でなくてもよい。この場合、第１圧電体層の結晶性を低くすることができるので、アクチュエータ特性を向上させることができる。また、エピタキシャル成長層ではない第１圧電体層は比較的低温で製膜することができるので、膜応力を低下させることができる。
　また、上記実施形態では、送信側部２０と受信側部３０とにおいて、共振周波数を合わせるために、受信側部３０の面積が、送信側部２０の面積よりも小さい例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、送信側部と受信側部とにおいて、共振周波数を合わせる必要がない場合には、受信側部の面積が、送信側部の面積よりも大きくてもよい。また、受信側部の面積および送信側部の面積が同じであってもよい。
　また、上記実施形態では、圧電素子１００に、１つの送信側部２０と、１つの受信側部３０とが設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧電素子に、送信側部が複数設けられてもよいし、受信側部が複数設けられてもよい。また、送信側部の数と、受信側部の数とが一致していてもよいし、一致していなくてもよい。すなわち、１つまたは複数の送信側部と、送信側部よりも大きい数の受信側部とが設けられてもよいし、１つまたは複数の受信側部と、受信側部よりも大きい数の送信側部とが設けられてもよい。
　また、上記実施形態では、基板１０（１１０）が、ＳＯＩ基板である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、基板が、ＳＯＩ基板以外の半導体基板であってもよい。
　また、上記実施形態では、電極１２０（送信側下部電極２２ａ、受信側下部電極３２ａ）、圧電体層１３０（送信側圧電体層２１ａ、受信側圧電体層３１）、電極１４０（中間電極２２ｂ、受信側上部電極３２ｂ）、圧電体層１５０（送信側圧電体層２１ｂ）、および電極１６０（送信側上部電極２２ｃ）が、スパッタリングにより、形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、各電極および各圧電体層が、スパッタリング以外の方法により、形成されてもよい。たとえば、各電極が、真空蒸着により形成されてもよい。また、各圧電体層が、ＰＬＤ（パルスレーザーデポジション）、ＣＶＤ（ケミカルベイパーデポジション）、または、ゾルゲル法などにより、形成されてもよい。
　また、上記実施形態において、圧電体膜基板３００の電極１４０（中間電極）が（１１１）優先配向膜を含んでいてもよい。この場合、中間電極が（１１１）優先配向膜を含むため、圧電体層１５０（第２圧電体層）を容易にエピタキシャル成長させないようにすることができる。
　１０　基板
　１４ａ　振動部（送信側振動部）
　１５ａ　振動部（受信側振動部）
　２０　送信側部
　２１　送信側圧電体層
　２１ａ　送信側圧電体層（第１送信側圧電体層）
　２１ｂ　送信側圧電体層（第２送信側圧電体層）
　２２　送信側電極
　２２ａ　送信側下部電極
　２２ｂ　中間電極
　２２ｃ　送信側上部電極
　３０　受信側部
　３１　受信側圧電体層
　３２　受信側電極
　３２ａ　受信側下部電極
　３２ｂ　受信側上部電極
　４１　電圧印加用電極（第１電圧印加用電極）
　４２　電圧印加用電極（第２電圧印加用電極）
　１００　圧電素子
　１１０　基板
　１２０　電極（下部電極）
　１３０　圧電体層（第１圧電体層）
　１４０　電極（中間電極）
　１５０　圧電体層（第２圧電体層）
　１６０　電極（上部電極）
　３００　圧電体膜基板

Claims (15)

  1. 　基板と、
    　前記基板上に配置され、音波を送信する送信側部と、
    　前記基板上に配置され、音波を受信する受信側部と、を備え、
    　前記送信側部は、複数の送信側圧電体層と、前記複数の送信側圧電体層の各々を挟むように配置される複数の送信側電極とを含み、
    　前記受信側部は、１つまたは複数の受信側圧電体層と、前記１つまたは複数の受信側圧電体層の各々を挟むように配置される複数の受信側電極とを含み、
    　前記複数の送信側圧電体層の層数は、前記１つまたは複数の受信側圧電体層の層数よりも大きい、圧電素子。
  2. 　前記複数の送信側圧電体層の層数は、２層以上であり、
    　前記１つの受信側圧電体層の層数は、１層である、請求項１に記載の圧電素子。
  3. 　前記複数の送信側圧電体層の層数は、２層である、請求項２に記載の圧電素子。
  4. 　前記複数の送信側圧電体層は、
    　　第１送信側圧電体層と、
    　　前記第１送信側圧電体層よりも前記基板から離れた位置に配置される第２送信側圧電体層と、
    　を有し、
    　前記複数の送信側電極は、
    　　前記基板と前記第１送信側圧電体層との間に配置される送信側下部電極と、
    　　前記第１送信側圧電体層と前記第２送信側圧電体層との間に配置される中間電極と、
    　　前記第２送信側圧電体層上に配置される送信側上部電極と、
    　を有し、
    　前記送信側下部電極および前記送信側上部電極は、第１電圧印加用電極に共通に接続され、
    　前記中間電極は、第２電圧印加用電極に接続されている、請求項３に記載の圧電素子。
  5. 　前記中間電極の位置は、前記基板の厚み方向において、前記基板に設けられた送信側振動部も含む前記送信側部全体の中央である、請求項４に記載の圧電素子。
  6. 　前記１つまたは複数の受信側圧電体層のうち、前記基板側から数えて１層目の受信側圧電体層は、エピタキシャル成長層である、請求項１に記載の圧電素子。
  7. 　平面視において、前記基板に設けられた受信側振動部も含む前記受信側部の面積は、前記基板に設けられた送信側振動部も含む前記送信側部の面積よりも小さい、請求項１に記載の圧電素子。
  8. 　前記複数の送信側圧電体層および前記１つまたは複数の受信側圧電体層のうち、前記基板側から数えて同じ層の圧電体層は、同じ材料により形成されており、同じ厚みを有し、
    　前記複数の送信側電極および前記複数の受信側電極のうち、前記基板側から数えて同じ層の電極は、同じ材料により形成されるとともに、同じ厚みを有する、請求項１に記載の圧電素子。
  9. 　前記複数の送信側圧電体層および前記１つまたは複数の受信側圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛により形成されている、請求項１に記載の圧電素子。
  10. 　基板と、
    　前記基板上に配置された下部電極と、
    　前記下部電極上に配置された第１圧電体層と、
    　前記第１圧電体層上に配置された、エピタキシャル成長層ではない中間電極と、
    　前記中間電極上に配置された、エピタキシャル成長層ではない第２圧電体層と、
    　前記第２圧電体層上に配置された、エピタキシャル成長層ではない上部電極と、を備える、圧電体膜基板。
  11. 　前記第１圧電体層がエピタキシャル成長層ではない、請求項１０に記載の圧電体膜基板。
  12. 　前記中間電極が（１１１）優先配向膜を含む、請求項１０に記載の圧電体膜基板。
  13. 　基板を準備するステップと、
    　前記基板上に、下部電極を形成するステップと、
    　前記下部電極上に、第１圧電体層を形成するステップと、
    　前記第１圧電体層上に、中間電極をエピタキシャル成長しない温度で形成するステップと、
    　前記中間電極上に、第２圧電体層をエピタキシャル成長しない温度で形成するステップと、
    　前記第２圧電体層上に、上部電極をエピタキシャル成長しない温度で形成するステップと、を備える、圧電体膜基板の製造方法。
  14. 　前記下部電極上に、前記第１圧電体層を形成するステップにおいて、
    　前記第１圧電体層がエピタキシャル成長層ではない、請求項１３に記載の圧電体膜基板の製造方法。
  15. 　前記第１圧電体層上に、前記中間電極をエピタキシャル成長しない温度で形成するステップにおいて、
    　前記中間電極が（１１１）優先配向膜を含む、請求項１３に記載の圧電体膜基板の製造方法。
     
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