JPH0196368A - 強誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents
強誘電体薄膜の製造方法Info
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- JPH0196368A JPH0196368A JP62251038A JP25103887A JPH0196368A JP H0196368 A JPH0196368 A JP H0196368A JP 62251038 A JP62251038 A JP 62251038A JP 25103887 A JP25103887 A JP 25103887A JP H0196368 A JPH0196368 A JP H0196368A
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- thin film
- ferroelectric thin
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- ferroelectric
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は焦電型赤外線検出素子、圧電素子、電気光学素
子に用いられる強誘電体薄膜の製造方法に関するもので
ある。
子に用いられる強誘電体薄膜の製造方法に関するもので
ある。
従来の技術
強誘電体のエレクトロニクス分野における応用は、赤外
線検出素子、圧電素子、光変調素子、メモリー素子など
さまざまなものがある。近年の半導体技術の進歩による
電子部品の小型化にともない、強誘電体素子も薄膜化が
進みつつある。
線検出素子、圧電素子、光変調素子、メモリー素子など
さまざまなものがある。近年の半導体技術の進歩による
電子部品の小型化にともない、強誘電体素子も薄膜化が
進みつつある。
ところで、強誘電体の自発分極Ｐｓの変化を出力として
取り出す、例えば焦電型赤外線検出素子や圧電素子等で
は、強誘電体材料のＰｓが一方向に揃っている時、最も
大きい出力が得られる。
取り出す、例えば焦電型赤外線検出素子や圧電素子等で
は、強誘電体材料のＰｓが一方向に揃っている時、最も
大きい出力が得られる。
発明が解決しようとする問題点
現在、赤外線検出素子や圧電素子等に用いられている強
誘電体磁器は多結晶体であり、結晶軸の配列に方向性は
無く、従って自発分極Ｐｓもでたら目に配列している。
誘電体磁器は多結晶体であり、結晶軸の配列に方向性は
無く、従って自発分極Ｐｓもでたら目に配列している。
エピタキシャル強誘電体薄膜、配向性強誘電体薄膜は結
晶の分極軸は揃っているが、電気的な自発分極Ｐｓは１
８０°ドメインを作り交互に配列している。そこで、こ
れら材料を上述のようなエレクトロニクス素子として用
いる場合、材料に高電界（〜１００ ｋ Ｖ ／ ｃｍ
）を印加してＰｓの向きを揃える分極処理が必要であ
る。
晶の分極軸は揃っているが、電気的な自発分極Ｐｓは１
８０°ドメインを作り交互に配列している。そこで、こ
れら材料を上述のようなエレクトロニクス素子として用
いる場合、材料に高電界（〜１００ ｋ Ｖ ／ ｃｍ
）を印加してＰｓの向きを揃える分極処理が必要であ
る。
また、ＰｂＴｉＯｓ・ＰＺＴ−ＰＬＺＴなどの薄膜の作
製に関しては多くの報告があるが、それらの強誘電相の
領域の薄膜について、その分極軸であるＣ軸に配向した
薄膜、自発分極までも一方向に配向した薄膜の製造方法
については全（解明されていない。
製に関しては多くの報告があるが、それらの強誘電相の
領域の薄膜について、その分極軸であるＣ軸に配向した
薄膜、自発分極までも一方向に配向した薄膜の製造方法
については全（解明されていない。
強誘電体材料に高電界を印加してＰｓを揃える方法では
次のような問題点が生じる。
次のような問題点が生じる。
（１）分極処理により絶縁破壊が生ずる場合があり、歩
留まりが下がる。
留まりが下がる。
（２）高分解能アレイ素子の様に多くの微小う；Ｑ子が
高密度に配列しているものでは、それらを均一に分極す
ることが困難である。
高密度に配列しているものでは、それらを均一に分極す
ることが困難である。
（３）半導体デバイス上に強誘電体薄膜を形成した集積
化デバイスでは、分極処理そのものが不可能な場合があ
る。
化デバイスでは、分極処理そのものが不可能な場合があ
る。
問題点を解決するための手段
化学式がＰｂ（Ｚｒ、、、、ｘＴｉ、）０３で組成範囲
が０、４６＜ｘ＜ｌである強誘電体薄膜を基板上にスパ
ッタリングにより作製する工程において、基板にＭ ｇ
Ｏ（ｔｏｏ）面を用いるとともに、その成膜速度を５０
Ａ／ｍｉｎ、より遅くする。
が０、４６＜ｘ＜ｌである強誘電体薄膜を基板上にスパ
ッタリングにより作製する工程において、基板にＭ ｇ
Ｏ（ｔｏｏ）面を用いるとともに、その成膜速度を５０
Ａ／ｍｉｎ、より遅くする。
作用
上記のような製造方法による強誘電体落脱においては、
Ｐｓが既に一方向に揃った自然分極が得られ、分極処理
をおこなう必要が無く、歩留まり良く、高性能の強誘電
体薄膜が実現できる。
Ｐｓが既に一方向に揃った自然分極が得られ、分極処理
をおこなう必要が無く、歩留まり良く、高性能の強誘電
体薄膜が実現できる。
実施例
（１００）でへき関し鏡面研摩したＭｇＯ単結晶を基板
とし、下部電極として膜厚０．２μｍのｐｔ薄嗅をスパ
ッタリングにより形成した。スパッタガスはＡｒ−０２
混合ガスである。ついで、強誘電体薄膜Ｐｂ（Ｚｒ、−
ｘＴｉｘ）０．（ＰＺＴ）を１〜４μｍ成長させた。
とし、下部電極として膜厚０．２μｍのｐｔ薄嗅をスパ
ッタリングにより形成した。スパッタガスはＡｒ−０２
混合ガスである。ついで、強誘電体薄膜Ｐｂ（Ｚｒ、−
ｘＴｉｘ）０．（ＰＺＴ）を１〜４μｍ成長させた。
方法は高周波マグネトロンスパッタ法で、Ａｒと０２の
混合ガスを用い、スパッタリングターゲットは、＋ （
１−Ｙ）・Ｆ’声４ｒ ｘ ３Ｔ＋ Ｏ”Ｙ４ｂＯ１
の粉末である。表１に代表的なスパッタリング条件を示
す。
混合ガスを用い、スパッタリングターゲットは、＋ （
１−Ｙ）・Ｆ’声４ｒ ｘ ３Ｔ＋ Ｏ”Ｙ４ｂＯ１
の粉末である。表１に代表的なスパッタリング条件を示
す。
表 １
ついでこの薄膜上に上部電極を設けて、誘電特性を測定
した。
した。
第１図に、組成の異なるＰＺＴ薄膜のＸ線回折パターン
を示す。ペロブスカイト構造の（００１）と（１００）
反射、及びその高次の反射のみ観察される。また（００
１）反射の強度が（１００）のそれと比べて著しく大き
いのでＣ軸配向膜であることがわかる。Ｃ軸配向率αを
次の式で定義する。
を示す。ペロブスカイト構造の（００１）と（１００）
反射、及びその高次の反射のみ観察される。また（００
１）反射の強度が（１００）のそれと比べて著しく大き
いのでＣ軸配向膜であることがわかる。Ｃ軸配向率αを
次の式で定義する。
α−１（００＋）／ｌ’＋（００１）＋＋（＋００１１
ここでｌ（ｏ旧）、および＋（＋００）はそれぞれ（０
０１）と（１００）反射の回折強度を表す。なお、組成
はＸ線マイクロアナライザーで解析した結果、ターゲッ
トとほぼ同じであった。
ここでｌ（ｏ旧）、および＋（＋００）はそれぞれ（０
０１）と（１００）反射の回折強度を表す。なお、組成
はＸ線マイクロアナライザーで解析した結果、ターゲッ
トとほぼ同じであった。
Ｃ軸配向率α及び結晶性はスパッタリング条件である成
膜速度・スパッタリングガス・ガス圧・基板温度・ター
ゲットにより変化することが明確となった。
膜速度・スパッタリングガス・ガス圧・基板温度・ター
ゲットにより変化することが明確となった。
第２図はＣ軸配向率αと成膜速度との関係を示す。図よ
り成膜速度が速くなるとＣ軸配向率αは低下する。ター
ゲットのＰｂＯのＭＡＹは、０．２〜０゜３のとき、Ｃ
軸配向率α及び１（ｏｏ＋１はほぼ最大となる。また、
基板温度：Ｔが５７５〜６５０℃のとき、Ｃ軸配向率α
は高い値を示す。第３図は、ガス圧を変えたとき Ｃ軸
配向率α 及び１（００１１の変化の様子を示す。但し
基板温度： Ｔ−６００℃のときである。
り成膜速度が速くなるとＣ軸配向率αは低下する。ター
ゲットのＰｂＯのＭＡＹは、０．２〜０゜３のとき、Ｃ
軸配向率α及び１（ｏｏ＋１はほぼ最大となる。また、
基板温度：Ｔが５７５〜６５０℃のとき、Ｃ軸配向率α
は高い値を示す。第３図は、ガス圧を変えたとき Ｃ軸
配向率α 及び１（００１１の変化の様子を示す。但し
基板温度： Ｔ−６００℃のときである。
ガス圧が増加すると、Ｃ軸配向率αは低下する。
以上の結果をもとにして、組成０．４６＜Ｘ＜１の範囲
でＣ軸配向率αが９７２以上のＰＺＴ薄膜が得られるよ
うになった。
でＣ軸配向率αが９７２以上のＰＺＴ薄膜が得られるよ
うになった。
次に、Ｃ軸配向率が高いＰｚ■薄膜の焦電係数；γ及び
誘電率：εを測定した。第４図に組成Ｘと焦電係数及び
誘電率との関係を示す。誘電率はそれぞれの組成でセラ
ミクスと同等の値を示した。分極処理をしな（でも焦電
電流が検出され、焦電係数は４．５ｘｌＯ−８Ｃ／ ｃ
ＪＫ程度の大きな値が測定できた。
誘電率：εを測定した。第４図に組成Ｘと焦電係数及び
誘電率との関係を示す。誘電率はそれぞれの組成でセラ
ミクスと同等の値を示した。分極処理をしな（でも焦電
電流が検出され、焦電係数は４．５ｘｌＯ−８Ｃ／ ｃ
ＪＫ程度の大きな値が測定できた。
この焦電係数の値は、２００℃で１００ｋＶ／ｃｍ印加
して分極処理を行ったＰｂＴｉＯｓセラミクス（γ−１
，８ｘ１０’ｃ／ｃ＋ＪＫ）とくらべてかなり大きい。
して分極処理を行ったＰｂＴｉＯｓセラミクス（γ−１
，８ｘ１０’ｃ／ｃ＋ＪＫ）とくらべてかなり大きい。
このことは分極Ｐｓが既に一方向に揃った自然分極が得
られていることを意味している。なおＰＺＴは組成がｏ
、ｓｊ＜ｘ＜ｔの範囲で結晶構造は正方晶系で、Ｃ軸が
分極軸である。また、分極処理（２００℃で１００ｋＶ
／ｃ＋Ｊ １０分印加）を行なった後測定した結果、配
向率が高い場合、分極処理面後で焦電係数及び誘電率の
値はほとんど変化しなかった。
られていることを意味している。なおＰＺＴは組成がｏ
、ｓｊ＜ｘ＜ｔの範囲で結晶構造は正方晶系で、Ｃ軸が
分極軸である。また、分極処理（２００℃で１００ｋＶ
／ｃ＋Ｊ １０分印加）を行なった後測定した結果、配
向率が高い場合、分極処理面後で焦電係数及び誘電率の
値はほとんど変化しなかった。
以上述べたとおり、本実施例で作製したＰＺＴ薄膜では
、薄膜作製時に十分にＣ軸に配向しておれば分極処理を
行わなくても自発分極が揃っている。
、薄膜作製時に十分にＣ軸に配向しておれば分極処理を
行わなくても自発分極が揃っている。
本実施例で作製した強誘電体薄膜をデバイスとして利用
する場合、全く分極処理を行わなくても大きな出力が取
り出せる。これは焦電型赤外線センサばかりでなく圧電
素子、電気光学素子等においても有用である。
する場合、全く分極処理を行わなくても大きな出力が取
り出せる。これは焦電型赤外線センサばかりでなく圧電
素子、電気光学素子等においても有用である。
発明の効果
本発明によれば、製造される強誘電体薄膜は、分極処理
が不要であり、また特性も優れていて、作製も容易であ
るから、実用的にきわめて有効である。
が不要であり、また特性も優れていて、作製も容易であ
るから、実用的にきわめて有効である。
第１図は発明の一実施例における強誘電体薄膜のＸ線回
折パターンを示す図、第２図は本発明の一実施例に於け
る強誘電体薄膜のＣ軸配向率と成膜速度との関係を示す
グラフ、第３図はＣ軸配向率及び（００１）強度とガス
圧との関係を示す図、第４図は組成と焦電係数及び誘電
率の関係を示す図である。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第１図 ２９ （ｄｅｇ、１ 纂 ２ 図 成膜速７￥（Ａ／ｍｊＩｎ］ 第３図 ガス圧（Ｐａ ）
折パターンを示す図、第２図は本発明の一実施例に於け
る強誘電体薄膜のＣ軸配向率と成膜速度との関係を示す
グラフ、第３図はＣ軸配向率及び（００１）強度とガス
圧との関係を示す図、第４図は組成と焦電係数及び誘電
率の関係を示す図である。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第１図 ２９ （ｄｅｇ、１ 纂 ２ 図 成膜速７￥（Ａ／ｍｊＩｎ］ 第３図 ガス圧（Ｐａ ）
Claims (4)
- （１）化学式がＰｂ（Ｚｒ＿１＿−＿ｘＴｉ＿ｘ）Ｏ＿
３で組成範囲が０．４６＜ｘ＜１である強誘電体薄膜を
基板上にスパッタリングにより作製する工程において、
基板にＭｇＯ（１００）面を用いるとともに、その成膜
速度を５０Ａ／ｍｉｎ．より遅くすることを特徴とする
強誘電体薄膜の製造方法。 - （２）強誘電体薄膜をスパッタリングにより作製する際
、スパッタリングターゲットとして組成式｛（１−Ｙ）
ＰｂＺｒ＿１＿−＿ｘＴｉ＿ｘＯ＿３＋Ｙ ＰｂＯ｝に
おいて、Ｙが０．０５〜０．４の範囲にある材料を用い
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の強誘電
体薄膜の製造方法。 - （３）強誘電体薄膜をスパッタリングにより作製する際
、基板温度を５５０〜６７５℃の範囲にして作製するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の強誘電体薄
膜の製造方法。 - （４）強誘電体薄膜をスパッタリングにより作製する際
、スパッタリングガス圧を３Ｐａより低くすることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の強誘電体薄膜の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62251038A JPH0762235B2 (ja) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62251038A JPH0762235B2 (ja) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0196368A true JPH0196368A (ja) | 1989-04-14 |
| JPH0762235B2 JPH0762235B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=17216691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62251038A Expired - Lifetime JPH0762235B2 (ja) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0762235B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0499863A (ja) * | 1990-08-13 | 1992-03-31 | Sharp Corp | Ｐｂを含む強誘電体複合酸化物の製造方法 |
| JPH0657412A (ja) * | 1992-03-30 | 1994-03-01 | Anelva Corp | Ｐｚｔ薄膜の作製方法及びスパッタリング装置 |
| WO1996020503A1 (fr) * | 1994-12-27 | 1996-07-04 | Seiko Epson Corporation | Element piezo-electrique a couche mince, son procede de preparation et tete d'ecriture a jet d'encre produite a l'aide dudit element |
| JP2009202690A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Nissin Kogyo Co Ltd | バーハンドル車両用ブレーキ液圧制御装置 |
| JP2010084160A (ja) * | 2008-09-29 | 2010-04-15 | Fujifilm Corp | 鉛含有ペロブスカイト型酸化物膜の成膜方法、圧電素子、および液体吐出装置 |
| CN115697019A (zh) * | 2022-09-08 | 2023-02-03 | 江西新余新材料科技研究院 | 一种铁电单晶体薄片的制备方法及铁电单晶体薄片 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59121119A (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 強誘電体薄膜の製造方法 |
| JPS61292384A (ja) * | 1985-06-19 | 1986-12-23 | Toyota Motor Corp | 圧電性磁器組成物 |
-
1987
- 1987-10-05 JP JP62251038A patent/JPH0762235B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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| WO1996020503A1 (fr) * | 1994-12-27 | 1996-07-04 | Seiko Epson Corporation | Element piezo-electrique a couche mince, son procede de preparation et tete d'ecriture a jet d'encre produite a l'aide dudit element |
| US5814923A (en) * | 1994-12-27 | 1998-09-29 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric thin-film device, process for producing the same, and ink jet recording head using said device |
| JP2009202690A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Nissin Kogyo Co Ltd | バーハンドル車両用ブレーキ液圧制御装置 |
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| CN115697019A (zh) * | 2022-09-08 | 2023-02-03 | 江西新余新材料科技研究院 | 一种铁电单晶体薄片的制备方法及铁电单晶体薄片 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0762235B2 (ja) | 1995-07-05 |
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Legal Events
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