JP2000290016A - Ｐｚｔ系圧電結晶膜 - Google Patents
Ｐｚｔ系圧電結晶膜Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表面粗さ、耐電圧に優れ、コンデンサ、アク
チュエータ等の電子部品に使用できるＰＺＴ系結晶膜を
提供する。 【解決手段】 基板上に水熱合成法により形成したＰｂ
（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（ただし、０≦ｘ≦１）からなる
ＰＺＴ系圧電結晶膜において、Ｐｂに対して５原子％以
下のＮｂを含有することを特徴とするＰＺＴ系圧電結晶
膜に関する。
チュエータ等の電子部品に使用できるＰＺＴ系結晶膜を
提供する。 【解決手段】 基板上に水熱合成法により形成したＰｂ
（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（ただし、０≦ｘ≦１）からなる
ＰＺＴ系圧電結晶膜において、Ｐｂに対して５原子％以
下のＮｂを含有することを特徴とするＰＺＴ系圧電結晶
膜に関する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に水熱合成
法により形成されたＰＺＴ系圧電結晶膜に関する。ＰＺ
Ｔ系圧電結晶膜は、コンデンサをはじめとし、赤外線や
超音波等の検出器、また、アクチュエータや圧電ブザー
等に使用することができる。
法により形成されたＰＺＴ系圧電結晶膜に関する。ＰＺ
Ｔ系圧電結晶膜は、コンデンサをはじめとし、赤外線や
超音波等の検出器、また、アクチュエータや圧電ブザー
等に使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】近年、通信機器、情報処理機器、ＡＶ、
家電製品等の高性能化と小型化が進むのと並行して、そ
れらの機器を構成する電子部品の小型化、軽量化が検討
されており、薄膜化による性能向上が試みられている。
しかしながら、従来のセラミックス研磨法による薄膜化
では、所望の密度や組成は得られるものの、目的とする
厚み（３〜１０μｍ）に形成するためには歩留まりが悪
く極度のコストアップとなるという課題があり、また、
曲面状等の自由な形状に圧電結晶膜を形成するには適し
ていない。また、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法
等の物理的蒸着法、ゾル−ゲル法等を用いて薄膜化する
こともできるが、これらの方法の場合、高温での製膜あ
るいは製膜後の熱処理が必要であり組成の制御が難し
く、基板の種類が限られ、さらに膜厚を厚くする場合の
量産性に乏しいという課題がある。
家電製品等の高性能化と小型化が進むのと並行して、そ
れらの機器を構成する電子部品の小型化、軽量化が検討
されており、薄膜化による性能向上が試みられている。
しかしながら、従来のセラミックス研磨法による薄膜化
では、所望の密度や組成は得られるものの、目的とする
厚み（３〜１０μｍ）に形成するためには歩留まりが悪
く極度のコストアップとなるという課題があり、また、
曲面状等の自由な形状に圧電結晶膜を形成するには適し
ていない。また、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法
等の物理的蒸着法、ゾル−ゲル法等を用いて薄膜化する
こともできるが、これらの方法の場合、高温での製膜あ
るいは製膜後の熱処理が必要であり組成の制御が難し
く、基板の種類が限られ、さらに膜厚を厚くする場合の
量産性に乏しいという課題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記課題を解決する手
段として、水熱法によるＰＺＴ系圧電結晶膜が開発され
た。水熱法によるＰＺＴ系圧電結晶膜は、大きさや形状
の制限が少なく、膜形成時点で分極しており、さらにチ
タン表面に優先的に結晶成長することを利用したパター
ニングが可能等の特性を有しており、電子材料として幅
広い応用分野を有している。しかし、従来公知の水熱法
で得られる膜は、ＰＺＴ系結晶が立方体状であり、粒界
に欠陥が発生しやすくなり、耐電圧等の特性の点で未だ
十分でなく、その改善が種々検討されている。本発明
は、上記課題を解決し、さらに各種デバイスに応用可能
な優れた特性を有するＰＺＴ系圧電結晶膜を提供するこ
とを目的とする。
段として、水熱法によるＰＺＴ系圧電結晶膜が開発され
た。水熱法によるＰＺＴ系圧電結晶膜は、大きさや形状
の制限が少なく、膜形成時点で分極しており、さらにチ
タン表面に優先的に結晶成長することを利用したパター
ニングが可能等の特性を有しており、電子材料として幅
広い応用分野を有している。しかし、従来公知の水熱法
で得られる膜は、ＰＺＴ系結晶が立方体状であり、粒界
に欠陥が発生しやすくなり、耐電圧等の特性の点で未だ
十分でなく、その改善が種々検討されている。本発明
は、上記課題を解決し、さらに各種デバイスに応用可能
な優れた特性を有するＰＺＴ系圧電結晶膜を提供するこ
とを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に水熱
合成法により形成したＰｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（ただ
し、０≦ｘ≦１）からなるＰＺＴ系圧電結晶膜におい
て、Ｐｂに対して５原子％以下のＮｂを含有することを
特徴とするＰＺＴ系圧電結晶膜に関する。また、本発明
は、基板上に水熱合成法により形成したＰｂ（ＺｒxＴ
ｉ1-x）Ｏ 3（ただし、０≦ｘ≦１）からなるＰＺＴ系圧
電結晶膜において、前記圧電結晶が不定形であることを
特徴とするＰＺＴ系圧電結晶膜に関する。また、本発明
は、基板上に水熱合成法により形成したＰｂ（ＺｒxＴ
ｉ1-x）Ｏ 3（ただし、０≦ｘ≦１）からなるＰＺＴ系圧
電結晶膜において、前記圧電結晶膜の耐電圧が１０ｋＶ
／ｍｍ以上であることを特徴とするＰＺＴ系圧電結晶膜
に関する。
合成法により形成したＰｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（ただ
し、０≦ｘ≦１）からなるＰＺＴ系圧電結晶膜におい
て、Ｐｂに対して５原子％以下のＮｂを含有することを
特徴とするＰＺＴ系圧電結晶膜に関する。また、本発明
は、基板上に水熱合成法により形成したＰｂ（ＺｒxＴ
ｉ1-x）Ｏ 3（ただし、０≦ｘ≦１）からなるＰＺＴ系圧
電結晶膜において、前記圧電結晶が不定形であることを
特徴とするＰＺＴ系圧電結晶膜に関する。また、本発明
は、基板上に水熱合成法により形成したＰｂ（ＺｒxＴ
ｉ1-x）Ｏ 3（ただし、０≦ｘ≦１）からなるＰＺＴ系圧
電結晶膜において、前記圧電結晶膜の耐電圧が１０ｋＶ
／ｍｍ以上であることを特徴とするＰＺＴ系圧電結晶膜
に関する。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明のＰＺＴ系圧電結晶膜は以
下のような方法により得られる。まず、０．１ｍｏｌ／
ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌのアルカリ溶液中、鉛含有化合物
が５０ｍｍｏｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、ジルコニウム含
有原料化合物が１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／
ｌ、チタン含有原料化合物が０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍ
ｍｏｌ／ｌとなるように調整し、所望によりストロンチ
ウムおよび／またはバリウム含有原料化合物が０．０１
ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌとなるように調整さ
れた混合溶液中に基板を設置固定し、８０℃〜２００
℃、好ましくは１２０℃〜１６０℃で１分以上、好まし
くは３０分以上反応させ、基板上に初期ＰＺＴ結晶層を
形成する第１工程、および、０．１ｍｏｌ／ｌ〜８．０
ｍｏｌ／ｌのアルカリ溶液中、鉛含有原料化合物が５０
ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、ジルコニウム含有
原料化合物が１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、
チタン含有原料化合物が１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍ
ｏｌ／ｌ、およびニオブ含有原料化合物が０．０１ｍｍ
ｏｌ／ｌ〜１０ｍｍｏｌ／ｌの条件で８０℃〜２００
℃、好ましくは１２０℃〜１６０℃で１分以上、好まし
くは３０分以上反応させ、結晶成長層を形成する第２工
程とからＰＺＴ系圧電結晶膜が製造される。
下のような方法により得られる。まず、０．１ｍｏｌ／
ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌのアルカリ溶液中、鉛含有化合物
が５０ｍｍｏｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、ジルコニウム含
有原料化合物が１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／
ｌ、チタン含有原料化合物が０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍ
ｍｏｌ／ｌとなるように調整し、所望によりストロンチ
ウムおよび／またはバリウム含有原料化合物が０．０１
ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌとなるように調整さ
れた混合溶液中に基板を設置固定し、８０℃〜２００
℃、好ましくは１２０℃〜１６０℃で１分以上、好まし
くは３０分以上反応させ、基板上に初期ＰＺＴ結晶層を
形成する第１工程、および、０．１ｍｏｌ／ｌ〜８．０
ｍｏｌ／ｌのアルカリ溶液中、鉛含有原料化合物が５０
ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、ジルコニウム含有
原料化合物が１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、
チタン含有原料化合物が１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍ
ｏｌ／ｌ、およびニオブ含有原料化合物が０．０１ｍｍ
ｏｌ／ｌ〜１０ｍｍｏｌ／ｌの条件で８０℃〜２００
℃、好ましくは１２０℃〜１６０℃で１分以上、好まし
くは３０分以上反応させ、結晶成長層を形成する第２工
程とからＰＺＴ系圧電結晶膜が製造される。
【０００６】本発明によれば、初期結晶層形成時に鉛成
分原料、ジルコニウム成分原料、微量のチタン成分原料
化合物を存在させて第１工程の水熱処理をを行った後、
鉛成分原料、ジルコニウム成分原料、チタン成分原料、
およびニオブ成分原料化合物を存在させて第２工程の水
熱処理を行い、表面平滑性、耐電圧に優れたＰＺＴ系結
晶の成長反応を行うことができる。本発明において、ス
トロンチウムおよび／またはバリウム成分原料化合物を
存在させて第１工程を行うことによりＰＺＴ系圧電結晶
膜の結晶化を促進させることができるので好ましい。そ
の場合の初期ＰＺＴ結晶層の組成は、（Ｐｂ1-aＭa）
（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、式中、ＭはＳｒおよび／
またはＢａを示し、０＜ａ＜１、０＜ｘ＜１である。）
で表される。
分原料、ジルコニウム成分原料、微量のチタン成分原料
化合物を存在させて第１工程の水熱処理をを行った後、
鉛成分原料、ジルコニウム成分原料、チタン成分原料、
およびニオブ成分原料化合物を存在させて第２工程の水
熱処理を行い、表面平滑性、耐電圧に優れたＰＺＴ系結
晶の成長反応を行うことができる。本発明において、ス
トロンチウムおよび／またはバリウム成分原料化合物を
存在させて第１工程を行うことによりＰＺＴ系圧電結晶
膜の結晶化を促進させることができるので好ましい。そ
の場合の初期ＰＺＴ結晶層の組成は、（Ｐｂ1-aＭa）
（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、式中、ＭはＳｒおよび／
またはＢａを示し、０＜ａ＜１、０＜ｘ＜１である。）
で表される。
【０００７】第２工程の成長反応時に、ニオブ成分原料
化合物を含有させること無く水熱反応を行うと、生成す
るＰＺＴ結晶は立方体状になり、粒界に欠陥が形成され
やすくなることから、耐電圧の低いＰＺＴ結晶膜が生成
しやすくなる。一方、第２工程の成長反応時に、鉛成分
原料、ジルコニウム成分原料、チタン成分原料、および
ニオブ成分原料化合物を存在させて水熱反応を行うと、
生成するＰＺＴ系結晶は不定形となり、粒界部分の欠陥
も減少するので耐電圧も１０ｋＶ／ｍｍ以上と増大す
る。本発明において、過度にＮｂ量が多いと良好な膜が
得られ難くなるので、ＰＺＴ系圧電結晶膜におけるＮｂ
含有量は、Ｐｂに対して５原子％以下とするのがよい。
化合物を含有させること無く水熱反応を行うと、生成す
るＰＺＴ結晶は立方体状になり、粒界に欠陥が形成され
やすくなることから、耐電圧の低いＰＺＴ結晶膜が生成
しやすくなる。一方、第２工程の成長反応時に、鉛成分
原料、ジルコニウム成分原料、チタン成分原料、および
ニオブ成分原料化合物を存在させて水熱反応を行うと、
生成するＰＺＴ系結晶は不定形となり、粒界部分の欠陥
も減少するので耐電圧も１０ｋＶ／ｍｍ以上と増大す
る。本発明において、過度にＮｂ量が多いと良好な膜が
得られ難くなるので、ＰＺＴ系圧電結晶膜におけるＮｂ
含有量は、Ｐｂに対して５原子％以下とするのがよい。
【０００８】本発明で使用される基板は特に限定されな
いが、結晶核形成時に基板と溶液中の金属イオンとの反
応による初期結晶層と基板との密着力を大きくするため
にＰＺＴ系圧電結晶膜の構成元素を少なくとも一つ以上
含有するような基板が好ましい。また、ＰＺＴ系圧電結
晶膜を構成する元素でコーティングした基板を使用する
こともできる。
いが、結晶核形成時に基板と溶液中の金属イオンとの反
応による初期結晶層と基板との密着力を大きくするため
にＰＺＴ系圧電結晶膜の構成元素を少なくとも一つ以上
含有するような基板が好ましい。また、ＰＺＴ系圧電結
晶膜を構成する元素でコーティングした基板を使用する
こともできる。
【０００９】本発明において水熱反応に使用される鉛、
ジルコニウム、チタン、およびニオブの構成元素を含有
する原料化合物としては塩化物、オキシ塩化物、硝酸
塩、水酸化物、酸化物等が好ましい。また、所望により
含有されるストロンチウムおよびバリウムの構成元素を
含有する原料化合物としては、前記と同様に塩化物、硝
酸塩、水酸化物、酸化物等が好ましい。また、水熱反応
において使用されるアルカリ化合物として、例えば水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸
化物を挙げることができる。
ジルコニウム、チタン、およびニオブの構成元素を含有
する原料化合物としては塩化物、オキシ塩化物、硝酸
塩、水酸化物、酸化物等が好ましい。また、所望により
含有されるストロンチウムおよびバリウムの構成元素を
含有する原料化合物としては、前記と同様に塩化物、硝
酸塩、水酸化物、酸化物等が好ましい。また、水熱反応
において使用されるアルカリ化合物として、例えば水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸
化物を挙げることができる。
【００１０】本発明の製造方法の具体例を以下に詳述す
る。基板としてチタン基板あるいはチタンをコーティン
グした基板を用い、前記基板上に水熱法により、表面
性、電気特性の改善されたＰＺＴ系圧電結晶膜を製造す
る。まず、０．１ｍｏｌ／ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌのＫＯ
Ｈ水溶液中、Ｐｂ（ＮＯ3）2が５０ｍｍｏｌ〜５００ｍ
ｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ2が１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００
ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4が０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍ
ｍｏｌ／ｌ、Ｓｒ（ＮＯ3）2および／またはＢａ（Ｏ
Ｈ）2が０．０１ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌと
なるように調整された混合溶液中に基板を設置固定し、
８０℃〜２００℃、好ましくは１２０℃〜１６０℃で１
分以上、好ましくは３０分以上行い、基板上に初期ＰＺ
Ｔ結晶層を形成する。このときの初期ＰＺＴ結晶層の厚
みは０．０５μｍ〜２．０μｍとなっている。
る。基板としてチタン基板あるいはチタンをコーティン
グした基板を用い、前記基板上に水熱法により、表面
性、電気特性の改善されたＰＺＴ系圧電結晶膜を製造す
る。まず、０．１ｍｏｌ／ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌのＫＯ
Ｈ水溶液中、Ｐｂ（ＮＯ3）2が５０ｍｍｏｌ〜５００ｍ
ｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ2が１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００
ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4が０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍ
ｍｏｌ／ｌ、Ｓｒ（ＮＯ3）2および／またはＢａ（Ｏ
Ｈ）2が０．０１ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌと
なるように調整された混合溶液中に基板を設置固定し、
８０℃〜２００℃、好ましくは１２０℃〜１６０℃で１
分以上、好ましくは３０分以上行い、基板上に初期ＰＺ
Ｔ結晶層を形成する。このときの初期ＰＺＴ結晶層の厚
みは０．０５μｍ〜２．０μｍとなっている。
【００１１】次に、結晶を成長させるため、Ｐｂ（ＮＯ
3）2水溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｚ
ｒＯＣｌ2水溶液１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／
ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液０．０２ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍ
ｍｏｌ／ｌ、ＮｂＯＣｌ3水溶液０．０１ｍｍｏｌ／ｌ
〜１０ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液０．１ｍｏｌ／
ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌの混合溶液中に、前記の初期ＰＺ
Ｔ結晶層が形成された基板を任意の場所に設置固定し、
８０℃〜２００℃、好ましくは１２０〜１６０℃１分以
上、好ましくは３０分以上水熱処理を行う。これより基
板上にＰＺＴ系圧電結晶膜が形成される。水熱処理にお
ける加熱方法は油浴や電気炉等による。その後、一般的
な洗浄を行う。例えば、純水中で超音波洗浄を行い、１
００℃〜５００℃で３０分以上乾燥させる。洗浄には酢
酸等の有機酸、硝酸、硫酸等の使用もできる。
3）2水溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｚ
ｒＯＣｌ2水溶液１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／
ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液０．０２ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍ
ｍｏｌ／ｌ、ＮｂＯＣｌ3水溶液０．０１ｍｍｏｌ／ｌ
〜１０ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液０．１ｍｏｌ／
ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌの混合溶液中に、前記の初期ＰＺ
Ｔ結晶層が形成された基板を任意の場所に設置固定し、
８０℃〜２００℃、好ましくは１２０〜１６０℃１分以
上、好ましくは３０分以上水熱処理を行う。これより基
板上にＰＺＴ系圧電結晶膜が形成される。水熱処理にお
ける加熱方法は油浴や電気炉等による。その後、一般的
な洗浄を行う。例えば、純水中で超音波洗浄を行い、１
００℃〜５００℃で３０分以上乾燥させる。洗浄には酢
酸等の有機酸、硝酸、硫酸等の使用もできる。
【００１２】本発明で得られるＰＺＴ系圧電結晶膜を素
子化する場合に使用される電極としては、特に限定され
ないが、コストや量産性を考慮し、最適なものが選定さ
れる。例えば、無電解メッキ法によるニッケル、焼き付
けタイプの銀等がある。その他、蒸着法によるアルミニ
ウム、スパッタリング法による白金、チタン、ニッケ
ル、金等も用いられる。
子化する場合に使用される電極としては、特に限定され
ないが、コストや量産性を考慮し、最適なものが選定さ
れる。例えば、無電解メッキ法によるニッケル、焼き付
けタイプの銀等がある。その他、蒸着法によるアルミニ
ウム、スパッタリング法による白金、チタン、ニッケ
ル、金等も用いられる。
【００１３】
【実施例】次に、実施例および比較例を挙げて、本発明
を具体的に説明する。 実施例１ 第１工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶液１９
０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｓｒ（ＮＯ3）2水溶液１０ｍｍｏｌ／
ｌ、ＺｒＯＣｌ2水溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水
溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、およびＫＯＨ水溶液２．２ｍｏ
ｌ／ｌとし、該混合液中にチタン基板を設置固定して通
常の撹拌操作の下、１５０℃で１時間の水熱処理を行っ
た。この第１工程で生成した初期ＰＺＴ結晶層は組成が
（Ｐｂ 1-aＳｒa）（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ａ
＜１、０＜ｘ＜１である。）のペロブスカイト相からな
る膜厚０．３μｍの均一な結晶膜であった。このように
して得られた第１工程の初期ＰＺＴ結晶層に結晶成長の
ために第２工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶
液３３０ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ 2水溶液１５０ｍｍ
ｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液１５０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｎｂ
ＯＣｌ 3水溶液２ｍｍｏｌ、およびＫＯＨ水溶液３．０
６ｍｏｌ／ｌとし、該混合溶液中に初期ＰＺＴ結晶膜層
を形成したチタン基板を設置固定して通常の撹拌操作の
下、１３０℃で４時間の水熱処理を行い、平均粒径が４
μｍの不定形状の結晶からなり膜厚が５μｍのＰｂ（Ｚ
ｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ｘ＜１である。）の膜と
した。その後、純水中で超音波洗浄を３分間×２回行
い、２００℃で６時間乾燥を行った。図１に得られたＰ
ＺＴ系圧電結晶膜の走査型電子顕微鏡写真（図２と同一
倍率である）を示す。得られたＰＺＴ系圧電結晶膜にス
パッタリング法により、金電極を付与し、バイモルフ素
子の構成で、分極処理を施すことなく電圧を印加したと
ころ変位を示し、分極方向が揃っていることが電気的に
確認された。この膜の比誘電率は約８００、誘電損失は
約０．０３、耐電圧は６０Ｖ（厚みが５μｍとすると１
２ｋＶ／ｍｍ）であった。また、ＩＣＰ分析により確認
された膜中のＮｂは１．１原子％であった。
を具体的に説明する。 実施例１ 第１工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶液１９
０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｓｒ（ＮＯ3）2水溶液１０ｍｍｏｌ／
ｌ、ＺｒＯＣｌ2水溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水
溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、およびＫＯＨ水溶液２．２ｍｏ
ｌ／ｌとし、該混合液中にチタン基板を設置固定して通
常の撹拌操作の下、１５０℃で１時間の水熱処理を行っ
た。この第１工程で生成した初期ＰＺＴ結晶層は組成が
（Ｐｂ 1-aＳｒa）（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ａ
＜１、０＜ｘ＜１である。）のペロブスカイト相からな
る膜厚０．３μｍの均一な結晶膜であった。このように
して得られた第１工程の初期ＰＺＴ結晶層に結晶成長の
ために第２工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶
液３３０ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ 2水溶液１５０ｍｍ
ｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液１５０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｎｂ
ＯＣｌ 3水溶液２ｍｍｏｌ、およびＫＯＨ水溶液３．０
６ｍｏｌ／ｌとし、該混合溶液中に初期ＰＺＴ結晶膜層
を形成したチタン基板を設置固定して通常の撹拌操作の
下、１３０℃で４時間の水熱処理を行い、平均粒径が４
μｍの不定形状の結晶からなり膜厚が５μｍのＰｂ（Ｚ
ｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ｘ＜１である。）の膜と
した。その後、純水中で超音波洗浄を３分間×２回行
い、２００℃で６時間乾燥を行った。図１に得られたＰ
ＺＴ系圧電結晶膜の走査型電子顕微鏡写真（図２と同一
倍率である）を示す。得られたＰＺＴ系圧電結晶膜にス
パッタリング法により、金電極を付与し、バイモルフ素
子の構成で、分極処理を施すことなく電圧を印加したと
ころ変位を示し、分極方向が揃っていることが電気的に
確認された。この膜の比誘電率は約８００、誘電損失は
約０．０３、耐電圧は６０Ｖ（厚みが５μｍとすると１
２ｋＶ／ｍｍ）であった。また、ＩＣＰ分析により確認
された膜中のＮｂは１．１原子％であった。
【００１４】実施例２ 第１工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶液１９
０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｓｒ（ＮＯ3）2水溶液１０ｍｍｏｌ／
ｌ、ＺｒＯＣｌ2水溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水
溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、およびＫＯＨ水溶液２．２ｍｏ
ｌ／ｌとし、該混合液中にチタン基板を設置固定して通
常の撹拌操作の下、１５０℃で１時間の水熱処理を行っ
た。この第１工程で生成した初期ＰＺＴ結晶層は組成が
（Ｐｂ 1-aＳｒa）（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ａ
＜１、０＜ｘ＜１である。）のペロブスカイト相からな
る膜厚０．３μｍの均一な結晶膜であった。このように
して得られた第１工程の初期ＰＺＴ結晶層に結晶成長の
ために第２工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶
液３３０ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ 2水溶液１５０ｍｍ
ｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液１５０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｎｂ
ＯＣｌ 3水溶液５ｍｍｏｌ、およびＫＯＨ水溶液３．０
６ｍｏｌ／ｌとし、該混合溶液中に初期ＰＺＴ結晶膜層
を形成したチタン基板を設置固定して通常の撹拌操作の
下、１３０℃で４時間の水熱処理を行い、平均粒径が５
μｍの不定形状の結晶からなり膜厚が７μｍのＰｂ（Ｚ
ｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ｘ＜１である。）の膜と
した。その後、純水中で超音波洗浄を３分間×２回行
い、２００℃で６時間乾燥を行った。得られたＰＺＴ系
圧電結晶膜にスパッタリング法により、金電極を付与
し、バイモルフ素子の構成で、分極処理を施すことなく
電圧を印加したところ変位を示し、分極方向が揃ってい
ることが電気的に確認された。この膜の比誘電率は約７
５０、誘電損失は約０．０３、耐電圧は８０Ｖ（厚みが
７μｍとすると１１．４ｋＶ／ｍｍ）であった。また、
ＩＣＰ分析により確認された膜中のＮｂは１．３原子％
であった。
０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｓｒ（ＮＯ3）2水溶液１０ｍｍｏｌ／
ｌ、ＺｒＯＣｌ2水溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水
溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、およびＫＯＨ水溶液２．２ｍｏ
ｌ／ｌとし、該混合液中にチタン基板を設置固定して通
常の撹拌操作の下、１５０℃で１時間の水熱処理を行っ
た。この第１工程で生成した初期ＰＺＴ結晶層は組成が
（Ｐｂ 1-aＳｒa）（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ａ
＜１、０＜ｘ＜１である。）のペロブスカイト相からな
る膜厚０．３μｍの均一な結晶膜であった。このように
して得られた第１工程の初期ＰＺＴ結晶層に結晶成長の
ために第２工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶
液３３０ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ 2水溶液１５０ｍｍ
ｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液１５０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｎｂ
ＯＣｌ 3水溶液５ｍｍｏｌ、およびＫＯＨ水溶液３．０
６ｍｏｌ／ｌとし、該混合溶液中に初期ＰＺＴ結晶膜層
を形成したチタン基板を設置固定して通常の撹拌操作の
下、１３０℃で４時間の水熱処理を行い、平均粒径が５
μｍの不定形状の結晶からなり膜厚が７μｍのＰｂ（Ｚ
ｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ｘ＜１である。）の膜と
した。その後、純水中で超音波洗浄を３分間×２回行
い、２００℃で６時間乾燥を行った。得られたＰＺＴ系
圧電結晶膜にスパッタリング法により、金電極を付与
し、バイモルフ素子の構成で、分極処理を施すことなく
電圧を印加したところ変位を示し、分極方向が揃ってい
ることが電気的に確認された。この膜の比誘電率は約７
５０、誘電損失は約０．０３、耐電圧は８０Ｖ（厚みが
７μｍとすると１１．４ｋＶ／ｍｍ）であった。また、
ＩＣＰ分析により確認された膜中のＮｂは１．３原子％
であった。
【００１５】実施例３ 第１工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶液１９
０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｓｒ（ＮＯ3）2水溶液１０ｍｍｏｌ／
ｌ、ＺｒＯＣｌ2水溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水
溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、およびＫＯＨ水溶液２．２ｍｏ
ｌ／ｌとし、該混合液中にチタン基板を設置固定して通
常の撹拌操作の下、１５０℃で１時間の水熱処理を行っ
た。この第１工程で生成した初期ＰＺＴ結晶層は組成が
（Ｐｂ 1-aＳｒa）（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ａ
＜１、０＜ｘ＜１である。）のペロブスカイト相からな
る膜厚０．３μｍの均一な結晶膜であった。このように
して得られた第１工程の初期ＰＺＴ結晶層に結晶成長の
ために第２工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶
液３３０ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ 2水溶液１５０ｍｍ
ｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液１５０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｎｂ
ＯＣｌ 3水溶液８ｍｍｏｌ、およびＫＯＨ水溶液３．０
６ｍｏｌ／ｌとし、該混合溶液中に初期ＰＺＴ結晶膜層
を形成したチタン基板を設置固定して通常の撹拌操作の
下、１３０℃で４時間の水熱処理を行い、平均粒径が６
μｍの不定形状の結晶からなり膜厚が８μｍのＰｂ（Ｚ
ｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ｘ＜１である。）の膜と
した。その後、純水中で超音波洗浄を３分間×２回行
い、２００℃で６時間乾燥を行った。得られたＰＺＴ系
圧電結晶膜にスパッタリング法により、金電極を付与
し、バイモルフ素子の構成で、分極処理を施すことなく
電圧を印加したところ変位を示し、分極方向が揃ってい
ることが電気的に確認された。この膜の比誘電率は約７
００、誘電損失は約０．０３、耐電圧は１００Ｖ（厚み
が８μｍとすると１２．４ｋＶ／ｍｍ）であった。ま
た、ＩＣＰ分析により確認された膜中のＮｂは１．５原
子％であった。
０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｓｒ（ＮＯ3）2水溶液１０ｍｍｏｌ／
ｌ、ＺｒＯＣｌ2水溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水
溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、およびＫＯＨ水溶液２．２ｍｏ
ｌ／ｌとし、該混合液中にチタン基板を設置固定して通
常の撹拌操作の下、１５０℃で１時間の水熱処理を行っ
た。この第１工程で生成した初期ＰＺＴ結晶層は組成が
（Ｐｂ 1-aＳｒa）（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ａ
＜１、０＜ｘ＜１である。）のペロブスカイト相からな
る膜厚０．３μｍの均一な結晶膜であった。このように
して得られた第１工程の初期ＰＺＴ結晶層に結晶成長の
ために第２工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶
液３３０ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ 2水溶液１５０ｍｍ
ｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液１５０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｎｂ
ＯＣｌ 3水溶液８ｍｍｏｌ、およびＫＯＨ水溶液３．０
６ｍｏｌ／ｌとし、該混合溶液中に初期ＰＺＴ結晶膜層
を形成したチタン基板を設置固定して通常の撹拌操作の
下、１３０℃で４時間の水熱処理を行い、平均粒径が６
μｍの不定形状の結晶からなり膜厚が８μｍのＰｂ（Ｚ
ｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ｘ＜１である。）の膜と
した。その後、純水中で超音波洗浄を３分間×２回行
い、２００℃で６時間乾燥を行った。得られたＰＺＴ系
圧電結晶膜にスパッタリング法により、金電極を付与
し、バイモルフ素子の構成で、分極処理を施すことなく
電圧を印加したところ変位を示し、分極方向が揃ってい
ることが電気的に確認された。この膜の比誘電率は約７
００、誘電損失は約０．０３、耐電圧は１００Ｖ（厚み
が８μｍとすると１２．４ｋＶ／ｍｍ）であった。ま
た、ＩＣＰ分析により確認された膜中のＮｂは１．５原
子％であった。
【００１６】比較例１ 第１工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶液１９
０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｓｒ（ＮＯ3）2水溶液１０ｍｍｏｌ／
ｌ、ＺｒＯＣｌ2水溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水
溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、およびＫＯＨ水溶液２．２ｍｏ
ｌ／ｌとし、該混合液中にチタン基板を設置固定して通
常の撹拌操作の下、１５０℃で１時間の水熱処理を行っ
た。この第１工程で生成した初期ＰＺＴ結晶層は組成が
（Ｐｂ 1-aＳｒa）（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ａ
＜１、０＜ｘ＜１である。）のペロブスカイト相からな
る膜厚０．３μｍの均一な結晶膜であった。このように
して得られた第１工程の初期ＰＺＴ結晶層に結晶成長の
ために第２工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶
液３３０ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ 2水溶液１５０ｍｍ
ｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液１５０ｍｍｏｌ／ｌ、およ
びＫＯＨ水溶液３．０６ｍｏｌ／ｌとし、該混合溶液中
に初期ＰＺＴ結晶膜層を形成したチタン基板を設置固定
して通常の撹拌操作の下、１３０℃で４時間の水熱処理
を行い、平均粒径が３μｍで膜厚が３μｍのＰｂ（Ｚｒ
xＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ｘ＜１である。）の膜とし
た。その後、純水中で超音波洗浄を３分間×２回行い、
２００℃で６時間乾燥を行った。図２に得られたＰＺＴ
系圧電結晶膜の走査型電子顕微鏡写真（図１と同一倍率
である）を示す。得られたＰＺＴ系圧電結晶膜にスパッ
タリング法により、金電極を付与し、バイモルフ素子の
構成で、分極処理を施すことなく電圧を印加したところ
変位を示し、分極方向が揃っていることが電気的に確認
された。この膜の比誘電率は約９００、誘電損失は約
０．０４、耐電圧は２０Ｖ（厚みが３μｍとすると６．
７ｋＶ／ｍｍ）であった。
０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｓｒ（ＮＯ3）2水溶液１０ｍｍｏｌ／
ｌ、ＺｒＯＣｌ2水溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水
溶液５０ｍｍｏｌ／ｌ、およびＫＯＨ水溶液２．２ｍｏ
ｌ／ｌとし、該混合液中にチタン基板を設置固定して通
常の撹拌操作の下、１５０℃で１時間の水熱処理を行っ
た。この第１工程で生成した初期ＰＺＴ結晶層は組成が
（Ｐｂ 1-aＳｒa）（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ａ
＜１、０＜ｘ＜１である。）のペロブスカイト相からな
る膜厚０．３μｍの均一な結晶膜であった。このように
して得られた第１工程の初期ＰＺＴ結晶層に結晶成長の
ために第２工程の反応原料投入量をＰｂ（ＮＯ3）2水溶
液３３０ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ 2水溶液１５０ｍｍ
ｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液１５０ｍｍｏｌ／ｌ、およ
びＫＯＨ水溶液３．０６ｍｏｌ／ｌとし、該混合溶液中
に初期ＰＺＴ結晶膜層を形成したチタン基板を設置固定
して通常の撹拌操作の下、１３０℃で４時間の水熱処理
を行い、平均粒径が３μｍで膜厚が３μｍのＰｂ（Ｚｒ
xＴｉ1-x）Ｏ3（但し、０＜ｘ＜１である。）の膜とし
た。その後、純水中で超音波洗浄を３分間×２回行い、
２００℃で６時間乾燥を行った。図２に得られたＰＺＴ
系圧電結晶膜の走査型電子顕微鏡写真（図１と同一倍率
である）を示す。得られたＰＺＴ系圧電結晶膜にスパッ
タリング法により、金電極を付与し、バイモルフ素子の
構成で、分極処理を施すことなく電圧を印加したところ
変位を示し、分極方向が揃っていることが電気的に確認
された。この膜の比誘電率は約９００、誘電損失は約
０．０４、耐電圧は２０Ｖ（厚みが３μｍとすると６．
７ｋＶ／ｍｍ）であった。
【００１７】
【発明の効果】以上のようにＰｂに対してＮｂを５原子
％以下含有する本発明によるＰＺＴ系結晶膜は、表面粗
さ、耐電圧に優れ、コンデンサ、アクチュエータ等の電
子部品に使用可能である。
％以下含有する本発明によるＰＺＴ系結晶膜は、表面粗
さ、耐電圧に優れ、コンデンサ、アクチュエータ等の電
子部品に使用可能である。
【図１】実施例１の方法で作製したＰＺＴ系結晶膜の走
査型電子顕微鏡写真である。
査型電子顕微鏡写真である。
【図２】比較例１の方法で作製したＰＺＴ結晶膜の走査
型電子顕微鏡写真である。
型電子顕微鏡写真である。
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に水熱合成法により形成したＰｂ
（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ 3（ただし、０≦ｘ≦１）からなる
ＰＺＴ系圧電結晶膜において、Ｐｂに対して５原子％以
下のＮｂを含有することを特徴とするＰＺＴ系圧電結晶
膜。 - 【請求項２】 基板上に水熱合成法により形成したＰｂ
（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ 3（ただし、０≦ｘ≦１）からなる
ＰＺＴ系圧電結晶膜において、前記圧電結晶が不定形で
あることを特徴とするＰＺＴ系圧電結晶膜。 - 【請求項３】 基板上に水熱合成法により形成したＰｂ
（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ 3（ただし、０≦ｘ≦１）からなる
ＰＺＴ系圧電結晶膜において、前記圧電結晶膜の耐電圧
が１０ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とするＰＺＴ系
圧電結晶膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09755599A JP4161464B2 (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | Ｐｚｔ系圧電結晶膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09755599A JP4161464B2 (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | Ｐｚｔ系圧電結晶膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000290016A true JP2000290016A (ja) | 2000-10-17 |
| JP4161464B2 JP4161464B2 (ja) | 2008-10-08 |
Family
ID=14195498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09755599A Expired - Fee Related JP4161464B2 (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | Ｐｚｔ系圧電結晶膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4161464B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8080230B2 (en) * | 2004-12-13 | 2011-12-20 | Tronox Pigments Gmbh | Fine-particulate lead zirconium titantes zirconium titanate hydrates and zirconium titanates and method for production thereof |
-
1999
- 1999-04-05 JP JP09755599A patent/JP4161464B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8080230B2 (en) * | 2004-12-13 | 2011-12-20 | Tronox Pigments Gmbh | Fine-particulate lead zirconium titantes zirconium titanate hydrates and zirconium titanates and method for production thereof |
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| JP4161464B2 (ja) | 2008-10-08 |
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