CH632357A5

CH632357A5 - Piezoelektrischer kristalliner zinkoxydfilm auf einem substrat.

Info

Publication number: CH632357A5
Application number: CH805478A
Authority: CH
Inventors: Toshio Ogawa; Tasuku Mashio; Hiroshi Nishiyama
Original assignee: Murata Manufacturing Co
Priority date: 1977-07-28
Filing date: 1978-07-26
Publication date: 1982-09-30
Also published as: NL184987B; GB2002171B; DE2832714A1; GB2002171A; US4164676A; JPS5830749B2; FR2399133A1; NL184987C; JPS5425497A; DE2832714C3; FR2399133B1; NL7808038A; DE2832714B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf piezoelektrische kristalline Filme, die Zinkoxyd mit hexagonaler Kristallstruktur enthalten.

In den letzten Jahren haben kristalline dünne Zinkoxydfilme, die piezoelektrische Eigenschaften zeigen, grosses Interesse als piezoelektrisches Material für verschiedene Energiewandler («transducers») gefunden. Derartige piezoelektrische s kristalline Zinkoxydfilme können nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden, z. B. durch Vakuumaufdampfen, orientiertes Aufwachsen, Kathodenzerstäubung und Ionenimplantation. Von diesen Verfahren wurden neuerdings die Kathodenzerstäubungsverfahren, insbesondere das Hochfrequenz-io Kathodenzerstäubungsverfahren, sehr oft angewandt, da sie den Vorteil haben, dass eine hohe Wachstumsgeschwindigkeit des orientierten kristallinen Filmes erzielbar ist, so dass es möglich ist, piezoelektrische kristalline Filme industriell durch Massenproduktionen herzustellen.

15 Bei der Herstellung von piezoelektrischen kristallinen Zinkoxydfilmen auf der Oberfläche eines Substrates mit Hilfe der Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung ist es üblich, keramische Materialien aus hochreinem Zinkoxyd als Quelle des Filmmaterials zu verwenden. Selbst wenn man jedoch die Hochfrequenz-20 Kathodenzerstäubung unter Verwendung einer solchen Quelle anwendet, kann der erzeugte piezoelektrische kristalline Film nicht als gut bezeichnet werden, weil er eine rohe Oberfläche hat und die c-Achse nicht senkrecht auf der Substratoberfläche steht. Wenn ein piezoelektrischer kristalliner Zinkoxydfilm 25 eine rohe Oberfläche hat, treten verschiedene Nachteile ein. Wenn man z. B. ein Frequenzfilter für akustische Oberflächenwellen («acoustic surface wave filter») mit einem solchen Zinkoxydfilm herstellt, ist es schwierig, auf der Filmoberfläche Interdigital-Energiewandler («interdigital transducers») zu bil-30 den, und das erzeugte Frequenzfilter für akustische Oberflächenwellen neigt zur Trennung («disconnectionà) der Interdigital-Energiewandler, so dass ein grosser Ausbreitungsverlust der akustischen Oberflächenwellen eintritt. Wenn die c-Achse des Zinkoxydfilmes bezüglich einer auf der Substratoberfläche 35 senkrechten Achse geneigt ist, wird auch der elektromechani-sche Kopplungsfaktor gesenkt, so dass es schwierig ist, einen Energiewandler mit gutem Wirkungsgrad herzustellen.

Ferner können piezoelektrische kristalline Filme von hochreinem Zinkoxyd nur bei hohen Frequenzen verwendet wer-40 den, nicht aber bei niedrigen Frequenzen, da ihr spezifischer Widerstand nicht genügend hoch ist Daher ist der Frequenzbereich, in dem ein solcher piezoelektrischer kristalliner Film angewandt werden kann, schmal.

Die obigen Tatsachen folgen aus der Theorie über die Win-45 kelfrequenz der dielektrischen Nachwirkung ( coc), die durch die folgende Gleichung gegeben ist:

u>r eZnO

"ZnO

Po

(rad/s) ... * (1)

worin o = die spezifische Leitfähigkeit des kristallinen Films [£2_1 m->],

so = die Dielektrizitätskonstante des Vakuums [F/m], £znO = die Dielektrizitätskonstante des kristallinen Films und Q0 = den spezifischen Widerstand des kristallinen Films [Q.m] bedeuten.

Aus Gleichung (1) ist ersichtlich, dass die Winkelfrequenz der dielektrischen Nachwirkung oac dem spezifischen Widerstand des Filmes umgekehrt proportional ist.

Im allgemeinen gilt, dass der piezoelektrische kristalline Film bei denjenigen Frequenzen piezoelektrische Eigenschaften aufweist, bei denen die folgende Beziehung zwischen der Winkelfrequenz der dielektrischen Nachwirkung ( coc) und der Winkelfrequenz bei der angewandten Frequenz ( co) existiert: wc < co. Mit anderen Worten: Der piezoelektrische kristalline Film kann nur in einem Frequenzbereich, in dem die Winkelfrequenz co genügend höher ist als die Winkelfrequenz der dielektrischen Nachwirkung ( rac), als Piezoelektrikum verwendet werden (normalerweise in einem Bereich, worin &> wcx 100).

Z. B. kann die Winkelfrequenz der dielektrischen Nachwir-55 kung für einen piezoelektischen kristallinen Film, der aus hochreinem Zinkoxyd (Reinheit 99,99%) besteht, aus der Gleichung (1) auf folgende Weise berechnet werden:

60 C

£o* eznOPo

~ 1^33 x 10 (rad/s)

wobei

80 = 8,854x 10-12(F/m),

65 £znO 8,5,

go = 106 (Q.cm).

Da die Winkelfrequenz ro gleich 2 7tf ist, findet man, dass die Frequenz der dielektrischen Nachwirkung fc folgenden Wert hat:

3

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5

Somit können piezoelektrische kristalline Filme aus hoch- ten geringer als 0,01 Atom-% ist, tragen sie nicht zur Verbesse-reinem Zinkoxyd bei Frequenzen von mehr als 100 MHz ver- rung der Homogenität des Filmes bei, und wenn er grösser als wendet werden. Mit anderen Worten: Derartige piezoelektri- 20,0 Atom-% ist, verschlechtert sich die Orientierung des Fil-sche kristalline Filme sind nur bei sehr hohen Frequenzen mes.

anwendbar. io Das Substrat, auf dem der piezoelektrische kristalline Film

Es wurde nun ein verbesserter piezoelektrischer kristalliner gebildet wird, kann ein Material wie beispielsweise Metall, Zinkoxydfilm entwickelt, der nicht die obigen Nachteile hat; Glas, keramische Materialien, Einkristalle, Harze, Gummi und dieser Zinkoxydfilm enthält Vanadin oder Mangan. Ein solcher dergleichen sein.

Film hat eine glatte Oberfläche, eine c-Achse, die annähernd Die c-Achse der erfindungsgemässen piezoelektrischen kri-

senkrecht zu der Substratoberfläche ist, und einen hohen spezi- 15 stallinen Filmes ist senkrecht zur Substratoberfläche, so dass es fischen Widerstand; es ist aber schwierig, mit einem solchen möglich ist, piezoelektrische Energiewandler mit gutem Wir-Film Energiewandler mit den gewünschten Eigenschaften her- kungsgrad herzustellen. Ferner kann man bei den erfindungsge-zustellen, da der Film nicht gleichmässig ist. mässen piezoelektrischen kristallinen Filmen einen hohen spe-

Es wurde nun gefunden, dass dieses Problem gelöst werden zifischen Widerstand erreichen, so dass sie innerhalb eines wei-kann, wenn man in einen Zinkoxydfilm Vanadin und Mangan 20 ten Bereiches von niedrigen bis hohen Frequenzen anwendbar zusammen mit mindestens einem Element, das auch Chrom, sind.

Eisen, Kobalt und Nickel gewählt ist, einverleibt. Die erfindungsgemässen piezoelektrischen kristallinen

Die Einverleibung dieser Additivelemente wird erzielt, Filme können nach beliebigen herkömmlichen Verfahren her-

indem man ein keramisches Zinkoxydmaterial, das Vanadin, gestellt werden, wie z. B. chemisches Aufdampfen («chemical Mangan und mindestens ein Element, das aus Chrom, Eisen, 25 vapor déposition»), Aufdampfen, reaktives Verdampfen («reac-Kobalt und Nickel gewählt ist, als Quelle des Filmmaterials für tive evaporation process»), Kathodenzerstäubung, Hochfre-die Kathodenzerstäubung verwendet. quenz-Kathodenzerstäubung, gemeinsame Kathodenzerstäu-

Ziel der Erfindung ist es daher, einen verbesserten piezo- bung («co-sputtering methods»), Ionenimplantation oder elektrischen kristallinen Zinkoxydfilm zur Verfügung zu stellen, Ionenstrahlabscheidung («ion beam déposition methods»). der die oben erwähnten Nachteile nicht hat und als Energie- 30 Im folgenden wird die Erfindung mit Ausführungsbeispielen wandler mit gutem Wirkungsgrad in einem weiten Bereich von erläutert. In der beiliegenden Zeichnung ist niedrigen bis hohen Frequenzen verwendet werden kann. Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bekannten Hochfre-

Die Erfindung bezieht sich somit auf einen piezoelektri- quenz-Kathodenzerstäubungsvorrichtung, die für die Hersteischen kristallinen Zinkoxydfilm auf einem Substrat, dessen lung der erfindungsgemässen piezoelektrischen kristallinen c-Achse senkrecht zu der Substratoberfläche ist und der 35 Filme verwendet werden kann; und dadurch gekennzeichnet ist, dass er Vanadin, Mangan und min- Fig. 2 ein Grundriss eines piezoelektrischen kristallinen Fil-destens ein Element, das aus Chrom, Eisen, Kobalt und Nickel mes.

gewählt ist, enthält. In Fig. 1 ist eine Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungsvor-

In den erfindungsgemässen piezoelektischen kristallinen richtung mit zwei Elektroden dargestellt, die für die Herstel-Zinkoxydfilmen können die Additivelemente, d. h. Vanadin, 40 lung der erfindungsgemässen piezoelektrischen kristallinen Mangan und mindestens ein Element, das auch Chrom, Eisen, Filme verwendet werden kann. Bezugsziffer 1 bezeichnet eine Kobalt und Nickel gewählt ist, in beliebiger Form vorliegen, Glocke, in der ein Paar von Elektroden, d. h. eine ebene z. B. als Oxyde oder Verbindungen. Zu der Kategorie der Ver- Kathode 2 und eine ebene Anode 3, parallel zueinander bindungen dieser Additivelemente gehören unter anderem Sul- angeordnet sind. Auf der Kathode 2 ist eine Quelle von Filmma-fide, Sulfate, Phosphate, Phosphide und Selenate der obigen 45 terial 4 befestigt, die im wesentlichen aus einem keramischen Elemente. Zinkoxydmaterial, das Vanadin, Mangan und mindestens ein

Da der Gehalt an den Additivelementen einen grossen Ein- Element, das aus Chrom, Eisen, Kobalt und Nickel gewählt ist, fluss auf die elektrischen und physikalischen Eigenschaften der enthält, eine Blende 5 («shutter») ist zwischen den Elektroden 2 Filme hat, wird er vorzugsweise innerhalb der folgenden Gren- und 3 angeordnet. Ein Substrat, das z. B. aus Glas, Metall, kera-zen gehalten: Der Vanadingehalt kann im Bereich von 0,01 bis 50 mischem Material, einem Einkristall oder einem Harz besteht, 20,0 Atom-%, berechnet als Prozentgehalt an Vanadinatomen, ist an der Unterseite der Anode 3 befestigt. Das Substrat 6 wird liegen. Wenn nämlich der Vanadingehalt geringer als 0,01 während der Kathodenzerstäubung auf eine Temperatur von

Atom-% ist, verschlechtert sich die Qualität des Filmes, und Raumtemperatur bis 500 °C erhitzt. Eine Öffnung 7 und ein wenn der Gehalt grösser als 20,0 Atom-% ist, kann die Richtung Gaseinlass 8 sind in der Glocke 1 vorgesehen, der kristallographischen Orientierung des Films nicht gut 55 Die Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung wird folgendergesteuert werden, so dass sich die Orientierung des piezoelek- massen ausgeführt: Nachdem die Glocke 1 luftdicht verschlos-trischen kristallinen Filmes verschlechtert. Der Gehalt an Man- sen worden ist, wird sie durch die Öffnung 7 bis zu einem gan kann im Bereich von 0,01 bis 20,0 Atom-%, berechnet als Vakuum von mehr als 1 x 10_6Torr evakuiert und dann durch Prozentsatz an Manganatomen, liegen. Wenn nämlich weniger den Gaseinlass 8 mit Argon oder Sauerstoffgas oder einem als 0,01 Atom-% Mangan vorhanden sind, verschlechtert sich 60 Gemisch aus Argon und Sauerstoff gefüllt, wodurch der Druck die Filmqualität und trägt das Mangan nicht zur Verbesserung auf 1 x 10"' bis 1 x 10"4Torr eingestellt wird. Mit Hilfe der des spezifischen Widerstandes des Filmes bei, während eine Hochfrequenzstromquelle 9 wird eine Hochfrequenzspannung Manganmenge von mehr als 20,0 Atom-% zu einer Verschlech- zwischen der Glocke 1 und der Kathode 2 angelegt. Der Quelle terung der Orientierung des piezoelektrischen kristallinen Fil- von Filmmaterial 4 wird elektrischer Strom von 2 bis 8 W/cm2 mes führt. Der Gehalt an dem Element bzw. den Elementen, das 65 zugeführt.

bzw. die aus Chrom, Eisen, Kobalt und Nickel gewählt ist bzw. Die Quelle von Filmmaterial, die im wesentlichen aus einem sind, kann im Bereich von 0,01 bis 20,0 Atom-%, berechnet als keramischen Zinkoxydmaterial besteht, das Vanadin, Mangan Gesamtsumme der Prozentsätze der Atome der betreffenden und mindestens ein Element, das aus Chrom, Eisen, Kobalt und Elemente, liegen. Wenn nämlich der Gehalt an diesen Elemen- Nickel gewählt ist, enthält, kann folgendermassen hergestellt

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werden. Unter Verwendung von Puivern von ZnO, V2O5, MnCCb, FeîOî, CnCh, CoO und NiO als Rohmaterialien werden Gemische hergestellt, um keramische Zinkoxydmaterialien herzustellen, die die in Tabelle I angegebene Zusammensetzung haben. Jedes der Gemische wird nass gemahlen, getrocknet und dann 2 Stunden lang bei 600 bis 800 °C kalziniert. Der vorgesinterte Körper wird zerkleinert, mit einem organischen Bindemittel nass gemahlen und dann getrocknet. Das resultierende Pulver wird unter einem Druck von 1000 kg/cm2 zu Scheiben mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Dicke von 5 mm verformt und dann 2 Stunden lang bei 1200 °C gebrannt, um Quellen von Filmmaterial zu erhalten.

Der spezifische Widerstand und das prozentuale Verhältnis von Schüttdichte ds zu theoretischer Dichte dt (ds/dtx 100) wird für die so erhaltenen Quellen von Filmmaterial bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Unter Verwendung der so erhaltenen Quellen von Filmmaterial werden mit der oben beschriebenen Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungsvorrichtung piezoelektrische kristalline Zinkoxydfilme, die die genannten Additivelemente enthalten, auf Glassubstraten erzeugt. Die Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung wird unter den folgenden Bedingungen ausgeführt: Ein Gasgemisch aus 90 Volumen-% Argon und 10 Volumen-% Sauerstoff wird der Glocke 1 durch den Gaseinlass 8 zugeführt,

wodurch der Druck in der Glocke auf 2x 10~3 Torr eingestellt wird. Ein Glassubstrat wird auf 350 °C erhitzt und auf dieser Temperatur gehalten. 6 W/cm2 eines elektrischen Stromes mit einer Frequenz von 13,56 MHz werden der Quelle 4 zugeführt. 5 Die Orientierung der c-Achse des so erhaltenen piezoelektrischen kristallinen Filmes wurde mit Hilfe der «locking curve method» durch Röntgenbeugung bestimmt [Ref.: Minakata, Chubachi und Kikuchi «Quantitative Representation of c-axis Orientation of Zinc Axide Piezoelektric Thin Films», The 20th 10 Lecture of Applied Physics Fédération, Band 2 (1973), Seite 84; und Makoto Minakata, The Tohoku University Doctor's Thesis (1974)]. Der Mittelwert (X) und die Standardabweichung ( o) des Winkels der c-Achse bezüglich einer zu der Substratoberfläche senkrechten Achse wurden für die betreffenden Proben 15 bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I angegeben. In Tabelle I sind die Ergebnisse der Messungen des spezifischen Widerstandes, der Qualität und der Haftung der kristallinen Filme angegeben. Die Messung der Haftung an dem Substrat erfolgte nach der Wärmeschock-Testmethode 107C von MIL-20 STD-202D. Ein Film, der sich von der Oberfläche des Substrates abschälte, wurde als «schlecht» bezeichnet, ein Film, in dem Risse gebildet wurden, wurde als «passabel» bezeichnet, und ein Film, der keine Veränderungen zeigte, wurde als «gut» beurteilt.

Tabelle I

Probe Nr. Additiv (Atom-%) V Mn

Quelle des Filmmaterials Zinkoxydfilm (Cr, Fe, Spez.Widerstand(ds/dt) Orientierung Spez.Widerstand

Co,Ni) (Q. - cm) x 100(%) X cj (fi -cm)

Qualität Haftung

1

0,1

-

1,7 xlO7

99,5

1,6

2,6

5,2 xlO6

glatt passabel

2

-

2,0

-

6,3 xlO8

92,0

2,3

2,7

7,6 xlO10

glatt passabel

3

0,01

-

6,6 xW

98,0

1,1

2,4

3,6 xlO8

glatt passabel

4

0,005

0,1

Co=2,0

4,5 xlO7

89,0

3,5

2,4

2,9 xlO10

glatt gut

5

0,1

0,005

Cr=2,0

2,2 xlO7

99,6

5,2

5,4

9,1 xlO5

glatt gut

6

0,01

Ni=0,005

8,3 xlO7

98,2

1,9

2,7

3,1 xlO9

glatt passabel

7

0,01

Fe=0,01

4,4 xlO6

98,0

1,7

3,2

1,2x10'

glatt gut

8

0,1

1,0

Cr=2,0

7,2X10«

99,7

2,8

7,1 xlO11

glatt gut

9

0,1

10,1

Co=2,0

2,0 xlO13

99,6

3,1

2,8

8,2 xlO13

glatt gut

Ni=0,01

10

0,1

10,0

Cr=l,0

6,1 xlO12

99,5

0,9

4,7

5,9 xlO13

glatt gut

Fe=5,0

Co=l,0

Ni=0,01

11

5,0

Cr=0,l

8,3x10"

98,5

2,4

4,2

6,7 xlO12

glatt gut

Fe=0,l

12

10,0

0,1

Cr=0,l

9,9 xlO8

98,2

1,4

3,5

5,3 xlO10

glatt gut

Co=5,0

13

10,0

0,1

Fe=5,0

5,0 xlO7

98,4

3,3

3,6

2,6 xlO10

glatt gut

Co=5,0

Ni=10,0

14

10,0

Co=5,0

3,0 xlO12

98,3

4,2

4,5

3,7 x13

glatt gut

15

20,0

Ni=20,0

l,5xl013

97,9

4,4

5,4

1,4X10"

glatt gut

16

20,0

30,0

Fe=l,0

1,9x10®

97,3

-

17

0,01

1,0

Cr=30,0 Co=10,0

3,0x10'

98,1

-

Wie aus Tabelle I ersichtlich ist, haben die erfindungsge- 60 kelfrequenz der dielektrischen Nachwirkung ( coc) dem spezifi-

mässen piezoelektrischen kristallinen Filme eine c-Achse, die sehen Widerstand umgekehrt proportional, so dass Filme mit ungefähr senkrecht zu der Substratoberfläche ist, woraus folgt, hohem spezifischem Widerstand bei niedrigen Frequenzen ver-

dass die erfindungsgemässen piezoelektrischen kristallinen wendet werden können.

Filme, einen grossen elektromechanischen Kopplungsfaktor, Der Frequenzbereich, in dem die erfindungsgemässen pie-

d. h. einen guten Wirkungsgrad, haben. Ferner sind die erfin- 65 zoelektrischen kristallinen Filme verwendet werden können,

dungsgemässen piezoelektrischen kristallinen Filme glatt und kann durch Bestimmung von coc aus der obigen Gleichung (1)

haben eine gute Haftung an dem Substrat sowie einen sehr erfolgen. Die Werte von coc für Proben der erfindungsgemässen hohen spezifischen Widerstand. Wie oben erwähnt, ist die Win- Filme liegen im Bereich von IO-1 bis 103. Somit ist die unterste

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Frequenz, bei der die erfindungsgemässen piezoelektrischen kristallinen Filme angewandt werden können, nicht geringer als 10 Hz. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemässen piezoelektrischen kristallinen Filme innerhalb eines weiten Bereiches von niedrigen bis hohen Frequenzen angewandt werden können. Somit können die erfindungsgemässen piezoelektrischen kristallinen Filme für Niederfrequenz-Energiewandler, wie z. B. eine miniaturdimensionierte Stimmgabel, und elektronische Vorrichtungen, wie z. B. Wellenleiter, verwendet werden.

Um die Homogenität der erfindungsgemässen Filme zu untersuchen, wurde ein piezoelektrischer kristalliner Film unter den oben angegebenen Kathodenzerstäubungsbedingungen auf einem Glassubstrat mit einem Durchmesser von

100 mm gebildet, wobei die einzelnen Quellen von Filmmaterial aus Tabelle I verwendet wurden, worauf der spezifische Widerstand der Filme gemessen wurde. Der spezifische Widerstand der Filme wurde in vier getrennten quadratischen Bereichen s gemessen, die in Fig. 2 mit den Symbolen a bis d gekennzeichnet sind; die Bereiche haben eine Fläche von 10 mmx 10 mm und liegen nebeneinander in Richtung von der Mitte des Filmes zu dessen Umfang. Die Mitte des Filmes fällt mit der Mitte des quadratischen Bereiches a zusammen. E>ie Ergebnisse sind in io Tabelle II angegeben. Die Mittelwerte (X) des spezifischen Widerstand des Filmes in den betreffenden Messbereichen und der Standardabweichung ( a) desselben in Tabelle II angegeben.

Tabelle II

Probe Nr.

Spez.Wider-stand des Films (Q.- cm) X

Spezifischer Widerstand im Messbereich fl-cm)

a b

1

5,2 xlO6

3,1 xlO5

1.5X106

8,9 xlO6

1,0x10,7

4,3

2

7,6 xlO10

4,4 xlO9

2,2 xlO10

9,7 xlO10

1,8x10"

6,9

3

3,6 xlO8

2,6 xlO6

8,5 xlO7

2,7 xlO8

1,1 xlO9

4,4

4

2,9xl010

l,8xl010

2,1 xlO10

2,5x10'°

5,2x10'°

1,4

5

9,1 xlO5

6,9 xlO5

8,8 xlO5

9,5 xlO5

ll.OxlO5

1,5

6

3,1 xlO9

1.3X107

5,8 xlO8

1,7x10'

1,0x10'°

4,0

7

1.2X109

1,0x10'

1,2X10'

1,2x10'

1,3X10'

0,11

8

7,1x10"

6,8X10"

7,0x10"

7,2x10"

7,4x10"

0,17

9

8,2xl013

7,8 xlO13

8,1 xlO13

8,2 xlO13

8,5 xlO'3

0,25

10

5,9 x 1013

5,4 xlO13

5,7 xlO13

6,0 xlO13

6,3 xlO13

0,33

11

6,7 xlO12

6,0x 1012

6,3 xlO12

7,1 xlO12

7,2 xlO12

0,51

12

5,3 xlO10

4,8 X1010

5,2 xlO10

5,5x10'°

0,29

13

2,6xl010

l,9xl010

2,4 xlO10

2,9x10'°

3,1x10'°

0,47

14

3,7 XlO13

3,2 xlO13

3,4 XlO13

3,8 xlO13

4,2 X10'3

0,38

15

1,4x10"

0,9x10"

1,1x10"

1,5X10"

2,0x10"

0,42

16

17

-

Wie aus den Ergebnissen in Tabelle II ersichtlich ist, variiert Kobalt und Nickel gewählt ist, enthält, hat die folgenden Vorder spezifische Widerstand der einzelnen erfindungsgemässen teile: Bei der industriellen Massenherstellung von piezoelektri-piezoelektrischen kristallinen Filme kaum von Bereich zu 45 sehen kristallinen Filmen durch Hochfrequenz-Kathodenzer-Bereich, woraus ersichtlich ist, dass gemäss der Erfindung indu- stäubung ist es erforderlich, die Wachstumsgeschwindigkeit striell piezoelektrische kristalline Filme mit gleichmässigen der Kristalle so stark wie möglich zu erhöhen. Zu diesem Eigenschaften erhalten werden können. Es wird angenommen, Zweck wird der elektrische Strom, der der Quelle von Filmma-dass die Verbesserung der Homogenität der piezoelektrischen terial pro Flächeneinheit zugeführt wird, erhöht, so dass die kristallinen Filme durch die Einverleibung von mindestens 50 Quelle von Filmmaterial eine hohe Schüttdichte haben muss. einem Übergangselement, das aus Chrom, Eisen, Kobalt und Diese Voraussetzung ist bei Quellen, die Vanadin, Mangan und Nickel gewählt ist, erzielt wird. mindestens ein Element, das aus Chrom, Eisen, Kobalt und Nik-

In den obigen Beispielen werden die Additivelemente in kel gewählt ist, enthalten, vollständig erfüllt. Wie aus Tabelle I Form der Oxyde verwendet; es können aber beliebige andere ersichtlich ist, haben diese Quellen von Filmmaterial eine Formen, wie die Metalle selbst oder Legierungen oder Verbin- 55 höhere Schüttdichte als die herkömmlicherweise verwendeten düngen davon als Rohmaterialien für die Herstellung der Quel- Quellen. Somit ermöglichen die Quellen von Filmmaterial, die len von Filmmaterial verwendet werden. die oben genannten Additivelemente enthalten, die Massenpro-

Die Verwendung einer Quelle von Filmmaterial, die Vana- duktion von piezoelektrischen kristallinen Zinkoxydfilmen din, Mangan und mindestens ein Element, das aus Chrom, Eisen, unter Anwendung hoher elektrischer Ströme.

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims

632357 PATENTANSPRÜCHE

1. Piezoelektrischer kristalliner Zinkoxydfilm auf einem Substrat, wobei die c-Achse des Zinkoxydfilms senkrecht zur Substratoberfläche ist, dadurch gekennzeichnet, dass der kristalline Zinkoxydfilm als Additivelemente Vanadin, Mangan und mindestens ein Element, das auch Chrom, Eisen, Kobalt und Nickel gewählt ist, enthält.

2. Piezoelektrischer kristalliner Film nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Additivelemente Vanadin, Mangan und ein Element, das auch Chrom, Eisen Kobalt und Nickel gewählt ist, enthält, wobei der Gehalt an jedem einzelnen Additivelement 0,01 bis 20,0 Atom-% beträgt.

3. Piezoelektrischer kristalliner Film nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Element Chrom ist.

4. Piezoelektrischer kristalliner Film nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Element Eisen ist.

5. Piezoelektrischer kristalliner Film nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Element Kobalt ist.

6. Piezoelektrischer kristalliner Film nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Element Nickel ist.

7. Piezoelektrischer kristalliner Film nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Additivelemente Vanadin, Mangan und zwei Elemente, die aus Chrom, Eisen, Kobalt und Nickel gewählt sind, enthält, wobei der Gehalt an Vanadin und an Mangan je 0,01 bis 20,0 Atom-% beträgt und die Summe des Gehaltes an den beiden Elementen 0,01 bis 20,0 Atom-% beträgt.

8. Piezoelektrischer kristalliner Film nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Additivelemente Vanadin, Mangan und drei Elemente, die aus Chrom, Eisen, Kobalt und Nickel gewählt sind, enthält, wobei der Gehalt an Vanadin und an Mangan je 0,01 bis 20,0 Atom-% beträgt und die Summe des Gehaltes an den drei Elementen 0,01 bis 20,0 Atom-% beträgt.

9. Piezoelektrischer kristalliner Film nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Additivelemente Vanadin, Mangan, Chrom, Eisen, Kobalt und Nickel enthält, wobei der Gehalt an Vanadin und an Mangan je 0,01 bis 20,0 Atom-% beträgt und die Summe des Gehaltes an den anderen Elementen 0,01 bis 20,0 Atom-% beträgt.