JPH03245406A - 強誘電体薄膜 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧電及び焦電材料に用いる強誘電体薄膜及び
その製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、赤外線検出器に対する需要が増大し、安価で取扱
いの容易な赤外線センサの開発が活発になっている。こ
のような赤外線センサは、その動作原理から量子型と熱
望に分類されるが、最近では、室温での動作が可能なこ
と、及び感度の波長による依存性が極めて小さいことか
ら、強誘電体の焦電効果を利用した熱望焦電センサがそ
の主流になりつつある。

また、上記の強誘電体材料の中でもとりわけ、高いキュ
リー温度、大きい焦電係数、適度に小さい比誘電率、な
らびに小さい誘電損失を有することから、ＰｂＴｉＯ３
が焦電センサ材料として有望視され、既にセラミックス
を用いた赤外線センサが実用化されている。

一方、赤外線センサの性能向上と軽量化の技術的ニーズ
から、高感度、高速応答を遠戚すべく、強誘電体単結晶
の薄膜化が注目されている。

例えば、特開昭５９−１３８００４号にみられるように
、ＰｂＴｉＯｓへのＬａ、０３の少量添加による性能指
数の改善、特開昭５９−１４１４２７号にみられるよう
にＰｂＴ　ｉｏｓへのＭｎＯ□の少量添加による性能指
数及び誘電損失の改善、特開昭６１−８８４０３号にみ
られるように、ＰｂＴｉ０．におけるＰｂ／Ｔ　ｉモル
比の選択による高い電気光学効果を有し、焦電性、圧電
性を有する強誘電性ＰｂＴｉ０ｚ単一相薄膜、ならびに
、特開昭６１−２８５６０９号にみられるように、Ｐｂ
Ｔｉ０．へのＭｎＯ，、Ｌａ、０２及び５３０．からな
る群から選ばれた少なくとも１種の少量の金属酸化物の
添加による比抵抗および絶縁耐性が大きく、誘電損失が
小さく、しかもクラック等の薄膜欠陥の少ない強誘電体
薄膜等が提案なされている。

また、既に本発明者等は、特開昭６３−１４４１９８号
及び特開昭６３−１４４１９９号において、ＰｂＴｉＣ
１＋単結晶におけるｐｂの一部をＭｇで置換した（Ｐｂ
ｌ−ｘｌ’１ｇｘ　）Ｔｉ０１（０＜ｘ≦０．５）で表
される新規な強誘電体単結晶及びその製造方法を提案し
ている。

（発明が解決しようとする課題） かかる薄膜組成に関する研究においては、膜成長と材料
性能に直接影響を及ぼすことから特に重要となっている
。

しかしながら、上述したような、種々の従来技術のＰｂ
Ｔｉ０ｉの薄膜形成技術においては、比抵抗、絶縁耐圧
及び誘電損失については、ある程度は改善されているも
のの、未だ全てについて満足できる特性を有する薄膜は
得られていない。

さらに、また、本発明者等が特開昭６３−１４４１９８
号及び特開昭６３−１４４１９９号において提案したＰ
ｂＴｉ０＋強誘電体単結晶では、加工性がある程度は改
善されてはいるが、薄膜を形成することは比較的困難で
あって、さらに、この単結晶ではＣ軸配向性が比較的低
いので単分域化するための分極処理が必要であるので、
製造工程が複雑となり却って製品がコスト高となるなど
の問題があった。

本発明は、このような状況に鑑み、上述の本発明者等が
提案したＰｂＴｉ０：＋強誘電体単結晶を薄膜化し、さ
らにこのバルク組成をしぼり込むことによって、優れた
センサ性能を発揮できる最適組成の強誘電体薄膜を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上述した目的に鑑み発明なされたものであっ
て、本発明の強誘電体薄膜は、ｍ戒が〔（１−ｘ）Ｐｂ
ＴｉＯ：＋＋ｘ−ＭｇＯ）　、但し、ｘ＝０゜０１５〜
４０、であることを特徴とする。

また、本発明の強誘電体薄膜の製造方法では−ｘ）Ｐｂ
ＴｉＯ３＋ｘ　ＨＭｇ０１＋ｙ　ｍｏｌＸ−ＰｂＯ）　
、イ旦し、ｘ＝０．０１〜０．１５ｙ＝１８〜４０、で
あるターゲットを用いて、スパッタリング法にて薄膜基
板表面に、組成が〔（１−ｘ）ＰｂＴｉＯ３３＋ｘ−Ｍ
ｇＯ）　、但し、ｘ＝０．０１５〜４０、である強誘電
体薄膜を形成せしめることを特徴とするものである。

換言すれば、本発明では、ｒｆ−マグネトロンスパッタ
リング装置を用い、薄膜を形成する際に、ターゲットに
少量のＭｇＯの添加されたＰｂＴｉＯｓ粉末を用いるこ
とを特徴とする。これによって、得られた薄膜は、無添
加のＰｂＴｉ０．粉末を用いることによって得られる薄
膜に比較して、高い直流抵抗率と大きい焦電係数を有す
る。

（実施例） ＋ｙ　ｍｏ１７−　ＰｂＯ）若しくは〔（（１−ｘ）Ｐ
ｂＴｉＯ３３＋ｘ・ＭｇＯＦ＋−ｙ　ｍｏｌＺ−ＰｂＯ
）　、但し、ｘ＝０．０１〜０．１、ｙ−１８〜４０、
である原料を、高純度マグネシア質坩鍋（純度９９．４
％、寸法：内径７０×高さ１４０　ｍｍ”　、外径８０
×高さ１５０　ｍｍ”）に入れ、大気中で７００°Ｃ１
３時間仮焼した後、混合粉末をメノウ乳鉢で粉砕した。

さらに、粉末を１８０ｇをφ１００　ｍｍ、深さ５　ｍ
ａ＋のターゲット皿に充填した後、油圧式プレスを用い
て、約２５０　ｋｇｆ／ｃｍ”の面圧で底形しターゲッ
トとした。

実施例２スパツタリングによる 薄膜の基板としてＭｇＯ単結晶板（純度９９．９９％以
上、寸法：１１０ｎ１φＸ　Ｏ，５ｍｍ”）を用い、予
めこの基板の片面に下地金属として白金をスバッタリン
グ法で形成しておいた。

次に、この白金薄膜を形成した基板上に、実施例１でそ
れぞれ調製したターゲットを用いて、ターゲット−基板
距離４０　ｍｍ、人力電力密度１．９〜２゜ＯＷ／ｃｍ
２、スパッタリングガスＡｒ１０ｚ＝９０／１０　、ガ
ス圧Ｉ　Ｐａ　、基板温度６００°Ｃ１戒膜速度５０〜
６０入／ｍｉｎ、冷却速度１°Ｃ／ｍｉｎ、膜厚２μｍ
のスパッタリング条件で薄膜を形成せしめた。

上述した実施例１の２種類の原料組成のターゲットで得
た薄膜は、同様の特性を示した。

さらに、得られた薄膜について、ＭｇＯの固溶量をＸ線
マイクロアナライザーで、鉱物相及びＣ軸配向率αをＸ
線回折装置で測定した。その結果、ＭｇＯ固溶量はター
ゲット組成のＭｇＯ（ｉとほぼ一致した。また、鉱物相
は完全にペロブスカイト単相であり、（ＯＯｌ）と（１
００）ピークが確認された。これにより、αを求めると
、ａＳ−ｇｒＯＷｎ薄膜において、０．８０≦α≦０．
９０の範囲にあって高いＣ軸配向性を示した。

尚、各組成の薄膜の直流抵抗率と焦電係数を表に示した
。また、表中、比較例として本発明範囲外のｘ＝Ｏ組威
組成膜（試料番号１）、Ｘ＝０．１０５組成の薄膜（試
料番号８）、ならびに従来のフラックス法で育成した（
Ｐｂ０．　ｑ　ｑ　ｚＭｇｏ。、。２１１）Ｔｉｅ３単
結晶の直流抵抗率と焦電係数も併せて示した。

この表から明らかなように、本発明の組成を有する薄膜
は、本発明範囲外の組成の薄膜ならびに従来の単結晶に
比較して、直流抵抗率と無電係数が格段と向上した極め
て優れた焦電材料である。

組 （１−ｘ　ＰｂＴｉ０．＋ｘ　−Ｍ　Ｏを　する薄　の
　性 ｌ王妃・°・・・本発明の範囲外の＆ｌｌ威の薄膜。

０・・・従来のフラックス法で育成し た薄膜。

（効果） 本発明の強誘電体薄膜の製造方法により製造した強誘電
体薄膜は、組成が〔（１ｘ）ＰｂＴｉＯｓ　＋ｘ・Ｈｇ
Ｏ〕、但し、ｘ＝０．０１５〜４０であり、薄膜形成の
際に、高いＣ軸配向性が付与されることから、ａＳ−ｇ
ｒＯＷｎバルク結晶のように単分域にするための分極処
理をする必要がなく、しかも、七うッごクスなどのよう
に煩雑な切断・研磨加工も殆ど必要とせず、さらには、
得られた薄膜が、従来に比較して直流抵抗率と焦電係数
などの焦電材料としての電気特性に格段と優れるもので
あるので、工程の合理化、高感度、高速応答を可能とす
る焦電センサ材料としてその工業的価値が極めて高い強
誘電体薄膜を提供できる等幾多の作用効果を奏する優れ
た発明である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）組成が〔（１−ｘ）ＰｂＴｉＯ＿３＋ｘ・ＨｇＯ
   〕、但し、ｘ＝０．０１５〜０．０９、であることを特
   徴とする強誘電体薄膜。
2. （２）ターゲット組成が、〔｛（１−ｘ）ＰｂＯ＋（１
   −ｘ）ＴｉＯ＿２＋ｘ・ＭｇＯ｝＋ｙｍｏｌ％・ＰｂＯ
   〕若しくは〔｛（１−ｘ）ＰｂＴｉＯ＿３＋ｘ・ＭｇＯ
   ｝＋ｙｍｏｌ％・ＰｂＯ〕、但し、ｘ＝０．０１〜０．
   １、ｙ＝１８〜４０、であるターゲットを用いて、スパ
   ッタリング法にて薄膜基板表面に、組成が〔（１−ｘ）
   ＰｂＴｉＯ＿３＋ｘ・ＭｇＯ〕、但し、ｘ＝０．０１５
   〜０．０９、である強誘電体薄膜を形成せしめることを
   特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。