JPH05148656A - ニオブ酸タンタル酸カリウム薄膜の製造方法 - Google Patents

ニオブ酸タンタル酸カリウム薄膜の製造方法

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JPH05148656A
JPH05148656A JP3307577A JP30757791A JPH05148656A JP H05148656 A JPH05148656 A JP H05148656A JP 3307577 A JP3307577 A JP 3307577A JP 30757791 A JP30757791 A JP 30757791A JP H05148656 A JPH05148656 A JP H05148656A
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眞一 平野
Toshinobu Yogo
利信 余語
Koichi Kikuta
浩一 菊田
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望の組成を有し、緻密で配向性に優れたニ
オブ酸タンタル酸カリウム薄膜を容易に製造すること。 【構成】 カリウムアルコキシド、タンタルアルコキシ
ド及びニオブアルコキシドを所定の割合で含む溶液を還
流して一般式:K(TaxNb1-x)O3、(但し、0.25≦
x<1.00である。)で表されるニオブ酸タリウム酸カ
リウムの前駆体である複合アルコキシドを生成させ、そ
の反応液を濃縮した後、基体表面に塗布して複合アルコ
キシドからなる薄膜を形成させ、該薄膜を熱処理した
後、焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子材料、焦電素
子材料あるいは電気光学材料として有用なニオブ酸タン
タル酸カリウム薄膜の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ニオブ酸タンタル酸カリウムが圧
電性及び焦電性を示すことに着目して、これを弾性表面
波素子、赤外線センサーなどに応用すべく、その薄膜化
が研究されているが、その薄膜化の手段としては、通
常、物理蒸着法や化学蒸着法など公知の薄膜形成技術が
試みられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、物理蒸
着法では、成膜工程に入る前段階として、予めニオブ酸
タンタル酸カリウムの組成に合わせて各成分の酸化物あ
るは炭酸塩を配合し、その混合粉末を仮焼した後、得ら
れた仮焼粉末を成形して焼成し、ターゲットを作製しな
ければならず、その製造工程が非常に繁雑であり、また
物理蒸着のための装置が高価である他、組成が変動し易
く、緻密で配向性の優れた薄膜を得ることが困難である
という問題がある。
【0004】また、化学蒸着法では、物理蒸着法のよう
にターゲットを作製する準備工程が不要であるが、大部
分の出発原料を気化させる必要があり、しかも、蒸着時
に装置内壁への付着が多いため成膜効率が悪く、従っ
て、生産性が低いといった問題がある。
【0005】従って、本発明は、所望の組成を有し、緻
密で配向性に優れたニオブ酸タンタル酸カリウム薄膜を
容易に製造することができるようにすることを目的とす
るものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、カリウムアルコキシド、タン
タルアルコキシド及びニオブアルコキシドを所定の割合
で含む溶液を還流して一般式:K(TaxNb1-x)O3、(但
し、0.25≦x<1.00である。)で表されるニオブ
酸タリウム酸カリウムの前駆体である複合アルコキシド
を生成させ、その反応液を濃縮した後、基体表面に塗布
して複合アルコキシドからなる薄膜を形成させ、該薄膜
を熱処理した後、焼成するようにしたものである。要す
れば、前記複合アルコキシドからなる薄膜の形成と熱処
理若しくは複合アルコキシド薄膜の形成から焼成までの
一連の工程を反復して所定の厚さに薄膜を形成するよう
にしても良い。
【0007】前記出発原料であるカリウムアルコキシ
ド、タンタルアルコキシド及びニオブアルコキシドは、
任意のものが使用できるが、アルコキシ基の炭素数が1
5以下、好ましくは、8以下のものが望ましい。
【0008】代表的なカリウムアルコキシドとしては、
メトキシカリウム、エトキシカリウム、i-プロポキシカ
リウム、n-プロポキシカリウム。i-ブトキシカリウム、
n-ブトキシカリウム、sec-ブトキシカリウム、t-ブトキ
シカリウムなどが挙げられるが、これらに限定されるも
のではない。
【0009】また、代表的なニオブアルコキシドとして
は、ペンタメトキシニオブ、ペンタエトキシニオブ、ペ
ンタ-i-プロポキシニオブ、ペンタ-n-プロポキシニオ
ブ、ペンタ-i-ブトキシニオブ、ペンタ-n-ブトキシニオ
ブなどが挙げられるが、これらに限定されるものではな
い。
【0010】更に、代表的なタンタルアルコキシドとし
ては、ペンタメトキシタンタル、ペンタエトキシタンタ
ル、ペンタ-i-プロポキシタンタル、ペンタ-n-プロポキ
シタンタル、ペンタ-i-ブトキシタンタル、ペンタ-n-ブ
トキシタンタル、ペンタ-sec-ブトキシタンタル、ペン
タ-t-ブトキシタンタルなどが挙げられるが、これらに
限定されるものではない。
【0011】前記カリウムアルコキシド、ニオブアルコ
キシド及びタンタルアルコキシドはそれぞれ単独である
いは2種以上を組み合わせて使用しても良い。また、こ
れらのアルコキシドはそれぞれ単独で溶媒に溶解させた
後、混合して還流しても良く、また、予めタンタルアル
コキシドとニオブアルコキシドを溶解した溶液を還流し
て複合アルコキシドを生成させ、その反応液にカリウム
アルコキシドをそのまま又は溶媒に溶解した後、添加し
て還流するようにしても良い。
【0012】溶媒としては、アルコールその他の適当な
有機溶媒を使用できるが、いづれの場合も、水分が含ま
れているとアルコキシドが加水分解するため、これを避
けるべく、脱水処理したものを使用するのが好ましい。
基板としては、焼成温度で反応したり分解したりしない
ものであれば、サファイヤ、シリカ、シリコン、マグネ
シア、チタン酸ストロンチウムなど任意のものを使用で
きるが、配向性を問題とする場合には、マグネシアが好
適である。
【0013】また、前記熱処理は、酸素・水蒸気混合流
中、100℃以下の温度で行なうのが好適である。さら
に、焼成は、650〜800℃で30分〜1時間行われ
るが、その際の昇温速度及び冷却速度は速い方が好まし
く、通常、2〜5℃/分に設定される。
【0014】
【作用】出発原料として、K(TaxNb1-x)O3を構成す
る金属元素のアルコキシドを用いることにより、不純物
金属元素を含まない均一な組成の溶液を調製でき、これ
を還流させることにより各構成元素を所望のモル比で含
むK(TaxNb1-x)O3の前駆体である複合アルコキシド
を生成させることができ、その反応液を濃縮した後、デ
ィッピング法あるいはコーティング法などの適当な手段
により基板上に塗布すると、均一な厚さの複合アルコキ
シドからなる薄膜が形成される。この複合アルコキシド
薄膜を熱処理することにより残留水分及び残留有機成分
の除去が行なわれるが、この熱処理を酸素と水蒸気の混
合雰囲気中で行うと、残留有機成分が効果的に除去さ
れ、また、その後の焼成を低温で行うことができ、基板
の(100)面に複合アルコキシド薄膜を形成すると、
焼成によりペロブスカイト構造を有する緻密で配向した
薄膜が生成される。
【0015】
【実施例】出発原料としてエトキシカリウム(KOC2
5)、ペンタエトキシタンタル(Ta(OC25)5)及
びペンタエトキシニオブ(Nb(OC25)5)を用い、こ
れらをモル比で1:0.65:0.35となるように秤量
し、まず、エトキシタンタルとエトキシニオブとを50
0mlのナス型フラスコに入れ、更に50mlのエタノール
を加えて80℃で24時間還流し、複合アルコキシド溶
液を調製した。この複合アルコキシド溶液に、これとは
別に前記モル比で秤量したエトキシカリウムを50mlの
エタノールに溶解しておいた溶液を加え、さらに80℃
で24時間還流して、ニオブ酸タリウム酸カリウムの前
駆体である複合アルコキシドを生成させた後、その反応
液を0.2モル/リットルにまで濃縮し、その濃縮液を
コーテイング液とした。なお、???得られた生成物
は、NMR及びIRのスペクトル変化から複合アルコキ
シドであることが確認された。???
【0016】次いで、MgO結晶からなる基板を、乾燥
窒素雰囲気中、前記コーテイング液に浸漬した後、1.
85mm/秒の一定速度で垂直に引き上げて、基板表面
(MgO(100)面)にゲル膜を形成し、前記雰囲気
中で3分間保持して乾燥させた。この基板を白金製ボー
トに乗せて電気炉内に配置し、室温から5℃/分の速度
で300℃まで昇温させ、その温度で30分間熱処理し
た。なお、炉内温度が100℃に達した時点から、酸素
と水蒸気の混合ガスを炉内に導入しながら昇温及び熱処
理を行った。熱処理後、水蒸気の供給を停止し乾燥酸素
のみを導入しながら昇温させ、550〜850℃の範囲
内の温度で1時間保持して焼成した後、5℃/分の速度
で冷却して0.25μm厚の平滑でクラックのない薄膜
を得た。
【0017】得られた薄膜についてX線回折分析を行な
ったところ、図1に示す結果が得られた。図1はゲル膜
を形成した基板を675℃で焼成して得た薄膜について
の結果である。図から、基板の結晶面方位に配向したペ
ロブスカイト構造を有するニオブ酸タンタル酸カリウム
薄膜が得られることが解る。なお、650℃以下の温度
で焼成したものは、パイロクロア相を生成していた。
【0018】
【発明の効果】本発明の方法によれば、所望の組成を有
し、緻密で配向性に優れた均一な厚さのニオブ酸タンタ
ル酸カリウム薄膜を低温で容易に製造することができ、
しかも、ペロブスカイト相のみからなる薄膜を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明方法により製造したニオブ酸タンタル
酸カリウム薄膜のX線回折パターンを示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年11月26日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】
【実施例】出発原料としてエトキシカリウム(KOC
)、ペンタエトキシタンタル(Ta(OC
)及びペンタエトキシニオブ(Nb(OC
)を用い、これらをモル比で1:0.65:
0.35となるように秤量し、まず、エトキシタンタル
とエトキシニオブとを500mlのナス型フラスコに入
れ、更に50mlのエタノールを加えて80℃で24時
間還流し、複合アルコキシド溶液を調製した。この複合
アルコキシド溶液に、これとは別に前記モル比で秤量し
たエトキシカリウムを50mlのエタノールに溶解して
おいた溶液を加え、さらに80℃で24時間還流して、
ニオブ酸タリウム酸カリウムの前駆体である複合アルコ
キシドを生成させた後、その反応液を0.2モル/リッ
トルにまで濃縮し、その濃縮液をコーテイング液とし
た。なお、得られた生成物は、NMR及びIRのスペク
トル変化から複合アルコキシドであることが確認され
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊田 浩一 愛知県豊明市新栄町3丁目384番地

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カリウムアルコキシド、タンタルアルコ
    キシド及びニオブアルコキシドを所定の割合で含む溶液
    を還流して一般式:K(TaxNb1-x)O3、(但し、0.2
    5≦x<1.00である。)で表されるニオブ酸タリウム
    酸カリウムの前駆体である複合アルコキシドを生成さ
    せ、その反応液を濃縮した後、基体表面に塗布して複合
    アルコキシドからなる薄膜を形成させ、該薄膜を熱処理
    した後、焼成することを特徴とするニオブ酸タンタル酸
    カリウム薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記熱処理を酸素・水蒸気混合流中で行
    なうことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記焼成を650℃以上の温度で行うこ
    とを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 タンタルアルコキシドとニオブアルコキ
    シドを溶解した溶液を還流した後、カリウムアルコキシ
    ド若しくはその溶液を添加し、再度還流することにより
    複合アルコキシドを生成させることを特徴とする請求項
    1〜3のいづれかに記載の方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1253121A3 (en) * 2001-04-23 2004-08-18 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Grain oriented ceramics and a production process thereof, as well as an anisotropically-shaped powder and a production process thereof
JP2006032468A (ja) * 2004-07-13 2006-02-02 Nec Tokin Corp 酸化物圧電材料の製造方法
CN114409270A (zh) * 2021-12-16 2022-04-29 山东省科学院新材料研究所 一种ktn薄膜及其制备方法

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EP1253121A3 (en) * 2001-04-23 2004-08-18 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Grain oriented ceramics and a production process thereof, as well as an anisotropically-shaped powder and a production process thereof
EP1860079A1 (en) 2001-04-23 2007-11-28 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Grain oriented ceramics and a production process thereof, as well as an anisotropically-shaped powder and a production process thereof
JP2006032468A (ja) * 2004-07-13 2006-02-02 Nec Tokin Corp 酸化物圧電材料の製造方法
CN114409270A (zh) * 2021-12-16 2022-04-29 山东省科学院新材料研究所 一种ktn薄膜及其制备方法
CN114409270B (zh) * 2021-12-16 2023-08-25 山东省科学院新材料研究所 一种ktn薄膜及其制备方法

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