JPH0597552A - イオン伝導体およびイオン伝導体薄膜の製造方法 - Google Patents
イオン伝導体およびイオン伝導体薄膜の製造方法Info
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- JPH0597552A JPH0597552A JP3287061A JP28706191A JPH0597552A JP H0597552 A JPH0597552 A JP H0597552A JP 3287061 A JP3287061 A JP 3287061A JP 28706191 A JP28706191 A JP 28706191A JP H0597552 A JPH0597552 A JP H0597552A
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Abstract
て、μmオーダ、またはそれ以下の厚みでしかも特性の
良好なイオン伝導性セラミックからなるイオン伝導体薄
膜を形成する。 【構成】予めZr(ジルコニウム)とY(イットリウ
ム)のターゲットを作製し、これらZrとYとをそれぞ
れターゲットにして、ZrのスパッタリングとYのスパ
ッタリングとを交互に繰り返し行い、得られた積層薄膜
を焼成酸化してイオン伝導性酸化物セラミックとする。
Description
ラミック薄膜を用いたイオン伝導体およびイオン伝導体
薄膜の製造方法に係り、特にイオン伝導性を利用した酸
素センサに好適なイオン伝導体およびイオン伝導体薄膜
の製造方法に関する。
ンサが実用化されつつあるが、この種のイオン伝導性セ
ラミックは、薄板化すればするほど良好なイオン伝導特
性を得ることが可能であり、酸素センサの小型化も可能
となる。また、イオン伝導性セラミックは、応答性に温
度特性があり、通常加熱して使用する。この点でも、イ
オン伝導性セラミックを薄板化することは特性の改善に
寄与する。
ラミックを薄板化しようとする場合、従来は、酸化物イ
オン伝導性セラミックの原材料であるイオン伝導性の良
好なZrO2 −8mol%Y2 O3 等のジルコニアパウダ
をプレス成型した後、それを焼成し、最終工程で機械的
にカットおよびラッピングを行うことによって、薄板状
のイオン伝導性セラミックを形成する方法が主流であっ
た。しかしながら、この方法の場合、薄板状のイオン伝
導性セラミックの製造の歩留まりまで考慮すると、70
μm程度の厚みが製作できる限界であり、それ以上の薄
板化はは非常に困難で、もし得られてもクラックやピン
ホールが発生し易い。よって、この方法による薄板化
は、例えば数μmまたは数Å(オングストローム)オー
ダの薄膜のレベルまでは至っていない。
方法として、いわゆるグリーンシート法がある。グリー
ンシート法は、セラミックスの薄い成形体を連続して得
る方法の一つであり、セラミック原料粉末に成形助剤
(結合剤、可塑剤、分散剤)、溶剤などを加えて充分に
混合したスラリを、例えばドクタブレード法等の成形手
法によりキャリア上にシート状に成形してシート状成形
体すなわちグリーンシートとし、このグリーンシートを
適宜なる寸法・形状に加工するとともに焼成してシート
状のセラミックを得る方法である。ドクタブレード法で
は、上述のスラリを、キャリアフィルム上に供給し、こ
のスラリの乗ったキャリアフィルムを移動させ、このキ
ャリアフィルムの上方に配設されたドクタブレードによ
って、スラリを一定の厚みに薄く延ばして引き出さして
グリーンシートを成形する。グリーンシートの厚みを精
度よく制御するためにドクタブレードを2枚設けること
も少なくない。
述のスラリに代えて、1種以上の無機質を分散相とし水
を分散媒とするとともに必要に応じて有機質バインダを
含ませたコロイドを調整し、このコロイドからその分散
媒を離脱して生成したゲルを用いてグリーンシートをつ
くることも行われる。このグリーンシート法は、有機樹
脂を用いたフィルム化の手法に非常に似ており、大面積
化することも可能であるが、この場合も30μm程度の
厚みが限界であるし、得られる膜も密度が小さく緻密で
ないために、イオン伝導性が低下する。
ローム)オーダの薄膜を実現する方法としては、スパッ
タ、蒸着等のドライプロセスによる薄膜形成が考えられ
る。しかしながら、ドライプロセスの場合、単一な材料
の薄膜、例えばAl(アルミニウム)またはAu(金)
のみのターゲットを用いる場合であれば非常に良好なも
のが得られるが、合金あるいはイオン伝導性セラミック
のように酸化物混合体をターゲットとする場合は、成膜
レートの不均一が生じるため均一な薄膜を得ることが困
難である。
ーダ、もしくはそれ以下の厚みの、イオン伝導体薄膜を
作製するためには、スパッタ、蒸着等のドライプロセス
を用いることが考えられるが、ZrO2 −Y2 O3 のよ
うに、酸化物であって、しかも単一成分でなく多成分系
(この場合2成分系)の場合、ZrO2 とY2 O3 との
分別蒸留による成膜レートの違いで、適切な成分比のも
のが得られなかったり、全般的に酸化物をターゲットと
するために、金属等に比べ、成膜レートが低く、結果的
に成膜するのに時間がかかるという問題があった。
それ以下の厚みのイオン伝導体薄膜からなるイオン伝導
体を実現することは、非常に困難であった。
たもので、多成分系の場合にも成分比をコントロールし
て、μmオーダ、またはそれ以下の厚みでしかも特性の
良好なイオン伝導性セラミックからなる薄膜を形成する
ことのできるイオン伝導体薄膜の製造方法を提供するこ
とを目的としている。
またはそれ以下の厚みのイオン伝導性セラミックの薄膜
を用いたイオン伝導体を提供することにある。
体は、基板と、この基板上に形成され少なくとも2成分
にて成立する酸化物イオン伝導性セラミックの薄膜から
なるイオン伝導性薄膜とを具備することを特徴としてい
る。
は、少なくとも2成分にて成立する酸化物イオン伝導性
セラミックからなるイオン伝導体薄膜の製造方法におい
て、酸化物イオン伝導性セラミックの主成分の原材料と
なる金属と前記酸化物イオン伝導性セラミックの副成分
の原材料となる金属とを少なくとも各1層ずつ交互に積
層した後に、これら積層金属層を酸化させることによっ
て、酸化物イオン伝導性セラミック薄膜を形成すること
を特徴としている。
を作製し、基板上に金属の薄膜を形成した後に、後工程
として焼成等で酸化させることにより、酸化物セラミッ
クを形成させるようにして、2成分系以上の多成分系の
場合にも、別々にターゲットを作製し、積層後に酸化さ
せることによって、成分比をコントロールすることがで
きるので、μmオーダまたはそれ以下の厚みの薄膜状の
酸化物イオン伝導体セラミックを形成することが可能と
なる。
明する。図1は、本発明の第1の実施例に係るイオン伝
導体の製造過程を示している。すなわち、予め、Zr
(ジルコニウム)とY(イットリウム)のターゲットを
それぞれ作製しておき、まずZrのターゲットを用いて
スパッタリングを行い、基板1上にZrの薄膜2を形成
し、次いで、Yのターゲットを用いてスパッタリングを
行い、基板1上のZrの薄膜2の上にさらにYの薄膜3
を積層する。その後に、1600℃、3hrという条件
で焼成酸化を行って、基板1上に積層されたZrの薄膜
2およびYの薄膜3をZrO2 −Y2 O3 の薄膜4とす
る。
2 O3 の充分に薄い薄膜4が形成されたイオン伝導体を
作製することができる。この場合、ZrO2 とY2 O3
の比率は、ZrとYのスパッタレベルすなわち膜厚をコ
ントロールすることによって、調整することができる。
実験によれば、ZrとYの膜厚比を100:5程度とし
たときに良好なイオン伝導性を示すことが確認されてい
る。
ン伝導体の製造過程を示している。第1の実施例の場合
と同様にZrとYをそれぞれターゲットにして、Zrの
スパッタリングとYのスパッタリングとを交互に繰り返
し行って、得られた積層薄膜を酸化してイオン伝導性酸
化物セラミックとする。その膜厚は100Å(オングス
トローム)〜数μmの厚みがあれば充分に機能する。
スパッタリングを行い、基板11上にZrの薄膜12を
形成し、次いで、Yのターゲットを用いてスパッタリン
グを行い、基板11上のZrの薄膜12の上にさらにY
の薄膜13を積層する。次にZrのターゲットを用いて
スパッタリングを行い、Yの薄膜13の上にさらにZr
の薄膜14を積層し、さらにYのターゲットを用いてス
パッタリングを行って、Zrの薄膜14の上にさらにY
の薄膜15を積層する。その後に、1600℃、3hr
という条件で焼成酸化を行って、基板11上に積層され
たZr薄膜12、Y薄膜13、Zr薄膜14およびY薄
膜15をZrO2 −Y2 O3 の薄膜16とする。
Y2 O3 の薄膜16が形成されたイオン伝導体を作製す
ることができる。このように、ZrとYとの交互積層構
造においても次式のように酸化され、充分にイオン伝導
性酸化物セラミックを形成することが可能であることが
わかった。
ッタレベルをコントロールすることにより、イオン伝導
性の良好な条件を容易に設定できるし、同時に2成分を
スパッタリングするわけではないので、再現性も非常に
良好である。
膜形成を行うため、酸化物のスパッタリングと比較して
非常に高い成膜レートが得られる。しかも、各成分毎
に、単一成分のターゲットを用いて交互に成膜するため
に、それぞれの薄膜の再現性が良好であり、積層の膜厚
レベルにて成分比を容易にコントロールすることができ
る。そして、後工程としては、焼成等による酸化のみ
で、イオン伝導体の酸化物セラミック薄膜が形成でき
る。
薄膜が充分な強度を有する場合には、セラミック薄膜形
成後、すなわち焼成酸化後に基板1,11等を取り除い
てもよい。
のスパッタリングに代えて他の金属蒸着プロセスを用い
てもよい。また、イオン伝導性酸化物セラミックとし
て、ZrO2 −Y2 O3 すなわちジルコニア−イットリ
アの代わりに、ジルコニア−酸化イットリビウムを用い
てもよい。この場合、Zrの金属薄膜とYb(イットリ
ビウム)の金属薄膜とを交互に形成してから、その積層
金属薄膜を酸化させることになる。
板上に金属の薄膜を形成した後に、後工程として焼成等
で酸化させることにより、酸化物セラミックを形成させ
るようにして、μmオーダ、またはそれ以下の厚みのイ
オン伝導性セラミックの薄膜を用いたイオン伝導体を提
供すること、および多成分系の場合にも成分比をコント
ロールして、μmオーダ、またはそれ以下の厚みでしか
も特性の良好なイオン伝導性セラミックからなる薄膜を
形成することのできるイオン伝導体薄膜の製造方法を提
供することができる。
膜の製造工程を説明するための図である。
膜の製造工程を説明するための図である。
3,15…Y薄膜、4,16…ZrO2 −Y2 O3 薄
膜。
Claims (2)
- 【請求項1】 基板と、この基板上に形成され少なくと
も2成分にて成立する酸化物イオン伝導性セラミックの
薄膜からなるイオン伝導性薄膜とを具備することを特徴
とするイオン伝導体。 - 【請求項2】 少なくとも2成分にて成立する酸化物イ
オン伝導性セラミックからなるイオン伝導体薄膜の製造
方法において、酸化物イオン伝導性セラミックの主成分
の原材料となる金属と前記酸化物イオン伝導性セラミッ
クの副成分の原材料となる金属とを少なくとも各1層ず
つ交互に積層した後に、これら積層金属層を酸化させる
ことによって、酸化物イオン伝導性セラミック薄膜を形
成することを特徴とするイオン伝導体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3287061A JPH0694394B2 (ja) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | イオン伝導体およびイオン伝導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3287061A JPH0694394B2 (ja) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | イオン伝導体およびイオン伝導体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0597552A true JPH0597552A (ja) | 1993-04-20 |
| JPH0694394B2 JPH0694394B2 (ja) | 1994-11-24 |
Family
ID=17712549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3287061A Expired - Fee Related JPH0694394B2 (ja) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | イオン伝導体およびイオン伝導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0694394B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7306965B2 (en) * | 2004-02-25 | 2007-12-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Oxygen ion conductor device, method for fabricating oxygen ion conductor device, and oxygen concentration control system |
-
1991
- 1991-10-07 JP JP3287061A patent/JPH0694394B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7306965B2 (en) * | 2004-02-25 | 2007-12-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Oxygen ion conductor device, method for fabricating oxygen ion conductor device, and oxygen concentration control system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0694394B2 (ja) | 1994-11-24 |
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