JPH07215762A - 改善された材料層および形成方法 - Google Patents
改善された材料層および形成方法Info
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- JPH07215762A JPH07215762A JP23160594A JP23160594A JPH07215762A JP H07215762 A JPH07215762 A JP H07215762A JP 23160594 A JP23160594 A JP 23160594A JP 23160594 A JP23160594 A JP 23160594A JP H07215762 A JPH07215762 A JP H07215762A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 元の強誘電(もしくは焦電)臨界粒度を有す
る元のペロブスカイト層に鉛を加えて元の強誘電(焦
電)臨界粒度よりも小さい平均粒度を有する鉛増強ペロ
ブスカイト層を形成し層の平均粒度に似た平均粒度を有
する元のペロブスカイト層の残留分極(もしくは焦電性
能指数)よりも層の残留分極(焦電性能指数)を実質的
に大きくして改善された強誘電(焦電)層を形成する。 【構成】 臨界強誘電(焦電)粒度は粒度の低下と共に
残留分極(焦電性能指数)が急速に低下し始める最大粒
度を意味し、n−型もしくはp−型鉛増強ペロブスカイ
ト層12に一つ以上のアクセプタもしくはドナードーパ
ントをドープして抵抗率が実質的に高められる。元のペ
ロブスカイト層はABO3 の組成を有し、ここにAは一
つ以上の一価、二価もしくは三価元素であり、Bは一つ
以上の五価、四価、三価、もしくは二価元素である。
る元のペロブスカイト層に鉛を加えて元の強誘電(焦
電)臨界粒度よりも小さい平均粒度を有する鉛増強ペロ
ブスカイト層を形成し層の平均粒度に似た平均粒度を有
する元のペロブスカイト層の残留分極(もしくは焦電性
能指数)よりも層の残留分極(焦電性能指数)を実質的
に大きくして改善された強誘電(焦電)層を形成する。 【構成】 臨界強誘電(焦電)粒度は粒度の低下と共に
残留分極(焦電性能指数)が急速に低下し始める最大粒
度を意味し、n−型もしくはp−型鉛増強ペロブスカイ
ト層12に一つ以上のアクセプタもしくはドナードーパ
ントをドープして抵抗率が実質的に高められる。元のペ
ロブスカイト層はABO3 の組成を有し、ここにAは一
つ以上の一価、二価もしくは三価元素であり、Bは一つ
以上の五価、四価、三価、もしくは二価元素である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に非揮発性メモリ
デバイスに使用される薄膜強誘電材料の製造に関する。
デバイスに使用される薄膜強誘電材料の製造に関する。
【0002】
【従来の技術】発明の範囲を制約することなく、薄膜強
誘電および焦電材料の応用に関してその背景が説明され
る。
誘電および焦電材料の応用に関してその背景が説明され
る。
【0003】ペロブスカイトとして知られる種類の材料
はマイクロ電子産業において有用ないくつかの性質を示
す。その一つとして比誘電率が集積回路に使用される従
来の絶縁体(例えば、SiO2 およびSi3 N4 )より
も数桁大きくなることが挙げられる。この高い比誘電率
により従来のDRAM(dynamic random
access memory)に電荷を蓄える非常に小
さなキャパシタの製造が可能となり、メモリセルの密度
が高くなる。
はマイクロ電子産業において有用ないくつかの性質を示
す。その一つとして比誘電率が集積回路に使用される従
来の絶縁体(例えば、SiO2 およびSi3 N4 )より
も数桁大きくなることが挙げられる。この高い比誘電率
により従来のDRAM(dynamic random
access memory)に電荷を蓄える非常に小
さなキャパシタの製造が可能となり、メモリセルの密度
が高くなる。
【0004】比誘電率に関連しているのが焦電性能指数
(pyroelecric figure of me
rit:焦電FOM)である。焦電FOMは焦電係数と
比誘電率の比率に比例する。焦電係数は比誘電率と自然
分極の関数である。多くのペロブスカイト(perov
skite)が非常に大きいFOMを示し、十分に大き
ければこの焦電性により電磁放射の入射による温度変化
を含む温度変化に非常に敏感なデバイスが可能となる。
このような焦電検出器アレイが現在製作されておりそれ
は赤外シーンを撮像することができる。このような検出
器は低温冷却を必要とせず消費者の応用に対して経済的
に引き合う。
(pyroelecric figure of me
rit:焦電FOM)である。焦電FOMは焦電係数と
比誘電率の比率に比例する。焦電係数は比誘電率と自然
分極の関数である。多くのペロブスカイト(perov
skite)が非常に大きいFOMを示し、十分に大き
ければこの焦電性により電磁放射の入射による温度変化
を含む温度変化に非常に敏感なデバイスが可能となる。
このような焦電検出器アレイが現在製作されておりそれ
は赤外シーンを撮像することができる。このような検出
器は低温冷却を必要とせず消費者の応用に対して経済的
に引き合う。
【0005】ペロブスカイト材料の強誘電性もマイクロ
電子産業において有用である。その一つとして残留分極
が挙げられる。この分極の方向は材料に電界を加えるこ
とにより切り替えることができる。次にこの分極方向を
電子的に感知することができる。このような材料の残留
分極は非揮発性、すなわち電源を外しても各メモリ素子
の状態(論理1もしくは0)が保持される、FRAM
(ferroelectric random acc
ess memory)を構成できることを示唆してい
る。構成によってはこのようなデバイスはさらに従来の
DRAMよりも早いリード/ライトサイクルを示す。
電子産業において有用である。その一つとして残留分極
が挙げられる。この分極の方向は材料に電界を加えるこ
とにより切り替えることができる。次にこの分極方向を
電子的に感知することができる。このような材料の残留
分極は非揮発性、すなわち電源を外しても各メモリ素子
の状態(論理1もしくは0)が保持される、FRAM
(ferroelectric random acc
ess memory)を構成できることを示唆してい
る。構成によってはこのようなデバイスはさらに従来の
DRAMよりも早いリード/ライトサイクルを示す。
【0006】本発明は有用な強誘電性および焦電性を示
す薄膜ペロブスカイト構造の形成方法に関するものであ
る。ペロブスカイト材料は(1)代表的にはCaTiO
3 である周知のペロブスカイト結晶構造を示す任意の材
料、および(2)小さな格子歪みもしくはある電子を省
くことにより理想的な立方ペロブスカイト構造から引き
出すことができる構成を有する化合物である。多くのペ
ロブスカイトはABO 3 の化学式を有し、ここにAは一
つ以上の一価、二価もしくは三価元素でありBは一つ以
上の五価、四価、三価もしくは二価元素である。
す薄膜ペロブスカイト構造の形成方法に関するものであ
る。ペロブスカイト材料は(1)代表的にはCaTiO
3 である周知のペロブスカイト結晶構造を示す任意の材
料、および(2)小さな格子歪みもしくはある電子を省
くことにより理想的な立方ペロブスカイト構造から引き
出すことができる構成を有する化合物である。多くのペ
ロブスカイトはABO 3 の化学式を有し、ここにAは一
つ以上の一価、二価もしくは三価元素でありBは一つ以
上の五価、四価、三価もしくは二価元素である。
【0007】集積回路FRAMの製造に有用なものとす
るには、ペロブスカイト材料は残留分極が大きく保磁電
圧が低くなければならない。薄膜焦電デバイスの製造に
有用なものとするには、ペロブスカイト材料の焦電FO
Mは大きくなければならない。このような性質はこれら
の材料の薄膜で発揮されなければならない。
るには、ペロブスカイト材料は残留分極が大きく保磁電
圧が低くなければならない。薄膜焦電デバイスの製造に
有用なものとするには、ペロブスカイト材料の焦電FO
Mは大きくなければならない。このような性質はこれら
の材料の薄膜で発揮されなければならない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ペロブスカイト材料の
強誘電性および焦電性は一般的に材料の粒度が低下する
とともに低下することが判っている。バルクセラミック
状のペロブスカイトの粒度は一般的に0.5−100マ
イクロメータ(μm)程度であり、代表的な薄膜の粒度
は0.02−0.5μmである。後記するように、各材
料および性質に対して一意的である臨界粒度よりも小さ
い粒度に対しては本質的に有用な特性はない。
強誘電性および焦電性は一般的に材料の粒度が低下する
とともに低下することが判っている。バルクセラミック
状のペロブスカイトの粒度は一般的に0.5−100マ
イクロメータ(μm)程度であり、代表的な薄膜の粒度
は0.02−0.5μmである。後記するように、各材
料および性質に対して一意的である臨界粒度よりも小さ
い粒度に対しては本質的に有用な特性はない。
【0009】この領域における従来の研究の多くはペロ
ブスカイトの強誘電性および焦電性を薄膜状で保持する
ことに向けられてきた。通常堆積温度を高くすると堆積
される膜の粒度が大きくなるため、ペロブスカイト膜が
堆積される基板の温度を高く保つことにより(しばしば
特性の良い)大きい粒子を形成することができる。しか
しながら、基板温度を高くするとすでに基板上に形成さ
れている既存のデバイスや構造が損傷されることがあ
る。一般的に、温度はできるだけ低く保たなければなら
ない。さらに、粒度は一般的に膜厚よりも大きくなるこ
とはない(好ましくは膜厚の1/10以下である)。し
たがって、強誘電性および焦電性の良い薄膜ペロブスカ
イトの現在の堆積方法は膜厚および基板温度を高くする
ことによる潜在的な損傷により制約される。
ブスカイトの強誘電性および焦電性を薄膜状で保持する
ことに向けられてきた。通常堆積温度を高くすると堆積
される膜の粒度が大きくなるため、ペロブスカイト膜が
堆積される基板の温度を高く保つことにより(しばしば
特性の良い)大きい粒子を形成することができる。しか
しながら、基板温度を高くするとすでに基板上に形成さ
れている既存のデバイスや構造が損傷されることがあ
る。一般的に、温度はできるだけ低く保たなければなら
ない。さらに、粒度は一般的に膜厚よりも大きくなるこ
とはない(好ましくは膜厚の1/10以下である)。し
たがって、強誘電性および焦電性の良い薄膜ペロブスカ
イトの現在の堆積方法は膜厚および基板温度を高くする
ことによる潜在的な損傷により制約される。
【0010】
【課題を解決するための手段】一般的に、本発明は強誘
電性および/もしくは焦電性が低下する粒度を低くする
ように材料の組成を変えることにより従来技術に固有の
トレードオフを克服するものである。改良された強誘電
材料は元の臨界粒度を有する元のペロブスカイト材料に
鉛を加え、次に元の強誘電臨界粒度よりも小さい平均粒
度を有する鉛増強ペロブスカイト材料層を形成して平均
粒度が層の平均粒度に似ている元のペロブスカイト材料
の残留分極よりも層の残留分極を実質的に大きくするこ
とにより形成される。ここで使用する強誘電臨界粒度と
は粒度が(例えば、ピークの1/2の値まで)低下する
時に残留分極が急速に低下し始める最大粒度を意味す
る。好ましくは、n−型鉛増強ペロブスカイト材料に一
つ以上のアクセプタドーパント(acceptor d
opants)がドープされて抵抗率が実質的に高くな
る。好ましくは、p−型鉛増強ペロブスカイト材料に一
つ以上のドナードーパント(donor dopant
s)がドープされて抵抗率が実質的に高くなる。好まし
くは、元のペロブスカイト材料はABO3 の化学式を有
し、ここにAは(もちろん鉛を含まない)一つ以上の一
価、二価もしくは三価元素であり、Bは(もちろん鉛を
含まない)一つ以上の五価、四価、三価もしくは二価元
素である。
電性および/もしくは焦電性が低下する粒度を低くする
ように材料の組成を変えることにより従来技術に固有の
トレードオフを克服するものである。改良された強誘電
材料は元の臨界粒度を有する元のペロブスカイト材料に
鉛を加え、次に元の強誘電臨界粒度よりも小さい平均粒
度を有する鉛増強ペロブスカイト材料層を形成して平均
粒度が層の平均粒度に似ている元のペロブスカイト材料
の残留分極よりも層の残留分極を実質的に大きくするこ
とにより形成される。ここで使用する強誘電臨界粒度と
は粒度が(例えば、ピークの1/2の値まで)低下する
時に残留分極が急速に低下し始める最大粒度を意味す
る。好ましくは、n−型鉛増強ペロブスカイト材料に一
つ以上のアクセプタドーパント(acceptor d
opants)がドープされて抵抗率が実質的に高くな
る。好ましくは、p−型鉛増強ペロブスカイト材料に一
つ以上のドナードーパント(donor dopant
s)がドープされて抵抗率が実質的に高くなる。好まし
くは、元のペロブスカイト材料はABO3 の化学式を有
し、ここにAは(もちろん鉛を含まない)一つ以上の一
価、二価もしくは三価元素であり、Bは(もちろん鉛を
含まない)一つ以上の五価、四価、三価もしくは二価元
素である。
【0011】薄膜ペロブスカイト材料の焦電性(すなわ
ち焦電FOM)は鉛を加えることにより増強することが
できる。したがって、改良されたペロブスカイト材料は
(元の焦電臨界粒度を有する)“元の”ペロブスカイト
材料に鉛を加えて作ることができ、鉛増強ペロブスカイ
ト材料層は“元の”焦電臨界粒度よりも小さい平均粒度
を有し、この層の焦電FOMは同じ粒度に対する“元
の”ペロブスカイト材料の焦電FOMよりも実質的に大
きくなる。ここで使われる焦電臨界粒度とは粒度の低下
と共に焦電FOMが急速に低下し始める最大粒度を意味
する。
ち焦電FOM)は鉛を加えることにより増強することが
できる。したがって、改良されたペロブスカイト材料は
(元の焦電臨界粒度を有する)“元の”ペロブスカイト
材料に鉛を加えて作ることができ、鉛増強ペロブスカイ
ト材料層は“元の”焦電臨界粒度よりも小さい平均粒度
を有し、この層の焦電FOMは同じ粒度に対する“元
の”ペロブスカイト材料の焦電FOMよりも実質的に大
きくなる。ここで使われる焦電臨界粒度とは粒度の低下
と共に焦電FOMが急速に低下し始める最大粒度を意味
する。
【0012】実施例には平均粒度が1ミクロンよりも小
さく(A1-x ,Pbx )u Bv O3の組成を有する鉛含
有率の低いペロブスカイト材料層(および、好ましくは
10ミクロンよりも薄い層の形成方法)が含まれてお
り、ここにAは一つ以上の一価、二価もしくは三価元素
であり、Bは一つ以上の五価、四価、三価、二価もしく
は一価元素であり、かつ0.01<x<0.5,0.9
<u<1.1,および0.9<v<1.1であり、それ
によって、x=0である同じ材料に較べて臨界粒度が低
減され、かつ/もしくは誘電性が改善され、かつ/もし
くは処理温度が低下される。好ましくは、ペロブスカイ
ト層は第1の導電層の第2の導電層との間に間挿され
る。好ましくは、粒度は0.5ミクロンよりも小さく層
は600℃よりも低い温度で形成される。
さく(A1-x ,Pbx )u Bv O3の組成を有する鉛含
有率の低いペロブスカイト材料層(および、好ましくは
10ミクロンよりも薄い層の形成方法)が含まれてお
り、ここにAは一つ以上の一価、二価もしくは三価元素
であり、Bは一つ以上の五価、四価、三価、二価もしく
は一価元素であり、かつ0.01<x<0.5,0.9
<u<1.1,および0.9<v<1.1であり、それ
によって、x=0である同じ材料に較べて臨界粒度が低
減され、かつ/もしくは誘電性が改善され、かつ/もし
くは処理温度が低下される。好ましくは、ペロブスカイ
ト層は第1の導電層の第2の導電層との間に間挿され
る。好ましくは、粒度は0.5ミクロンよりも小さく層
は600℃よりも低い温度で形成される。
【0013】好ましくは、組成および“x”の値は次の
ようである、Aは主としてストロンチウムからなりBは
主としてチタンからなりxはおよそ0.35である、A
は主としてストロンチウムからなりBは主としてチタン
からなりxはおよそ0.1−0.4である、Aは主とし
てストロンチウムからなりBは主としてチタンからなり
xはおよそ0.3−0.4である、Aは主としてストロ
ンチウムからなりBは主としてチタンからなりxはおよ
そ0.3である、Aは主としてストロンチウムからなり
Bは主としてチタンからなりxはおよそ0.2である、
Aは主としてバリウムおよびストロンチウムからなりB
は主としてチタンからなりxはおよそ0.1−0.4で
ある。材料および用途は次のようである、ペロブスカイ
ト層はドープもしくは非ドープチタン酸鉛バリウムであ
り層は強誘電体として利用される、ペロブスカイト層は
チタン酸鉛ストロンチウムであり層は焦電体として利用
される、ペロブスカイト層はドープもしくは非ドープチ
タン酸鉛ストロンチウムであり層は高誘電性キャパシタ
の焦電体層として利用される、ペロブスカイト層はチタ
ン酸ストロンチウムおよびジルコン酸バリウムの量が制
限されたチタン酸鉛バリウムであり層はその低強誘電−
強誘電相転移を使用する焦電体として利用されxはおよ
そ0.1−0.4である。
ようである、Aは主としてストロンチウムからなりBは
主としてチタンからなりxはおよそ0.35である、A
は主としてストロンチウムからなりBは主としてチタン
からなりxはおよそ0.1−0.4である、Aは主とし
てストロンチウムからなりBは主としてチタンからなり
xはおよそ0.3−0.4である、Aは主としてストロ
ンチウムからなりBは主としてチタンからなりxはおよ
そ0.3である、Aは主としてストロンチウムからなり
Bは主としてチタンからなりxはおよそ0.2である、
Aは主としてバリウムおよびストロンチウムからなりB
は主としてチタンからなりxはおよそ0.1−0.4で
ある。材料および用途は次のようである、ペロブスカイ
ト層はドープもしくは非ドープチタン酸鉛バリウムであ
り層は強誘電体として利用される、ペロブスカイト層は
チタン酸鉛ストロンチウムであり層は焦電体として利用
される、ペロブスカイト層はドープもしくは非ドープチ
タン酸鉛ストロンチウムであり層は高誘電性キャパシタ
の焦電体層として利用される、ペロブスカイト層はチタ
ン酸ストロンチウムおよびジルコン酸バリウムの量が制
限されたチタン酸鉛バリウムであり層はその低強誘電−
強誘電相転移を使用する焦電体として利用されxはおよ
そ0.1−0.4である。
【0014】好ましくは、n−型鉛増強ペロブスカイト
材料は一つ以上のアクセプタドーパントがドープされて
抵抗率が実質的に増大する。好ましくは、p−型鉛増強
ペロブスカイト材料は一つ以上のドナードーパントがド
ープされて抵抗率が実質的に増大する。好ましくは、元
のペロブスカイト材料はABO3 の化学組成を有し、A
は一つ以上の一価、二価もしくは三価元素であり、Bは
一つ以上の五価、四価、三価もしくは二価元素である。
材料は一つ以上のアクセプタドーパントがドープされて
抵抗率が実質的に増大する。好ましくは、p−型鉛増強
ペロブスカイト材料は一つ以上のドナードーパントがド
ープされて抵抗率が実質的に増大する。好ましくは、元
のペロブスカイト材料はABO3 の化学組成を有し、A
は一つ以上の一価、二価もしくは三価元素であり、Bは
一つ以上の五価、四価、三価もしくは二価元素である。
【0015】このような改良された強誘電性および焦電
性材料を含む構造は基板表面上に形成された元の強誘電
もしくは焦電臨界粒度よりも平均粒度の小さい鉛増強ペ
ロブスカイト材料層を含むことができる。他の構造は2
つの導電層間にこのような鉛増強材料層が間挿されてい
る。
性材料を含む構造は基板表面上に形成された元の強誘電
もしくは焦電臨界粒度よりも平均粒度の小さい鉛増強ペ
ロブスカイト材料層を含むことができる。他の構造は2
つの導電層間にこのような鉛増強材料層が間挿されてい
る。
【0016】こうして得られる材料はキャパシタ、トラ
ンジスタ、非揮発性メモリセル、電磁放射検出アレイ等
の半導体回路、および他の光電応用で使用される多くの
構造に使用することができる。このような多くの材料の
圧電特性を利用したデバイスも本発明から利益を得るこ
とができる。
ンジスタ、非揮発性メモリセル、電磁放射検出アレイ等
の半導体回路、および他の光電応用で使用される多くの
構造に使用することができる。このような多くの材料の
圧電特性を利用したデバイスも本発明から利益を得るこ
とができる。
【0017】本発明の利点として薄膜の代表的な粒度を
有するペロブスカイト材料の残留分極が実質的に向上す
ることが含まれる。また本発明により薄膜ペロブスカイ
ト材料の焦電FOMが保持される。さらに本発明の方法
により抵抗率も一般的に向上する。
有するペロブスカイト材料の残留分極が実質的に向上す
ることが含まれる。また本発明により薄膜ペロブスカイ
ト材料の焦電FOMが保持される。さらに本発明の方法
により抵抗率も一般的に向上する。
【0018】
【実施例】ペロブスカイト材料の有用な強誘電性および
焦電性は一般的に材料の粒度の低下と共に低下する。図
1に示すように、非ドープチタン酸バリウム(BT)の
比誘電率は温度および粒度と共に変化する。6.8μm
の粒度の場合、比誘電率はキューリー温度(およそ13
0℃)付近で急速に変化するが他の温度ではあまり変化
しない。粒度が0.7μmまで低下すると、ピークはあ
まり目立たなくなり、キューリー温度よりも低い温度で
比誘電率が高くなって温度による変化が少なくなる。さ
らに粒度が低下すると、あらゆる温度に対して比誘電率
が低くなり温度に対して本質的に一定となる。
焦電性は一般的に材料の粒度の低下と共に低下する。図
1に示すように、非ドープチタン酸バリウム(BT)の
比誘電率は温度および粒度と共に変化する。6.8μm
の粒度の場合、比誘電率はキューリー温度(およそ13
0℃)付近で急速に変化するが他の温度ではあまり変化
しない。粒度が0.7μmまで低下すると、ピークはあ
まり目立たなくなり、キューリー温度よりも低い温度で
比誘電率が高くなって温度による変化が少なくなる。さ
らに粒度が低下すると、あらゆる温度に対して比誘電率
が低くなり温度に対して本質的に一定となる。
【0019】図2を参照すれば、同じ傾向が見られる。
粒度が高い場合(例えば、53μm)、比誘電率はキュ
ーリー温度において顕著なピークを有している。粒度が
低くなると、キューリー温度よりも低い温度で比誘電率
が高くなってピークはあまり目立たなくなる。
粒度が高い場合(例えば、53μm)、比誘電率はキュ
ーリー温度において顕著なピークを有している。粒度が
低くなると、キューリー温度よりも低い温度で比誘電率
が高くなってピークはあまり目立たなくなる。
【0020】図3を参照すれば、同じ傾向がチタン酸ス
トロンチウムバリウム(BST)について示されてい
る。10μmの粒度では、比誘電率は温度と共に急速に
変化するが、粒度が低くなるとピークはあまり目立たな
くなる。
トロンチウムバリウム(BST)について示されてい
る。10μmの粒度では、比誘電率は温度と共に急速に
変化するが、粒度が低くなるとピークはあまり目立たな
くなる。
【0021】一般的に、比誘電率の温度による変化率が
高い場合には、焦電FOMも高い。図からお判りのよう
に、比誘電率の変化率はある粒度以下では低下する、す
なわち粒度がある値よりも低下すると曲線の勾配が低く
なる。図1に示すデータによればチタン酸バリウムに対
するこの値はおよそ6.8μmである。図3に示すよう
に、チタン酸ストロンチウムバリウムに対するこの値は
およそ10μmである。
高い場合には、焦電FOMも高い。図からお判りのよう
に、比誘電率の変化率はある粒度以下では低下する、す
なわち粒度がある値よりも低下すると曲線の勾配が低く
なる。図1に示すデータによればチタン酸バリウムに対
するこの値はおよそ6.8μmである。図3に示すよう
に、チタン酸ストロンチウムバリウムに対するこの値は
およそ10μmである。
【0022】図からお判りのように、焦電ペロブスカイ
ト材料の焦電FOMはある粒度以下では急速に低下す
る。ここで使用される焦電臨界粒度(pyroelec
tric critical grain size:
PCGS)とは(例えば、ピークの1/2までの)粒度
の低下により焦電FOMが急速に低下し始める最大粒度
を意味する。大概の薄膜ペロブスカイトの代表的な粒度
は一般的にPCGSよりも遥かに小さく、薄膜の焦電性
は小さくなるかもしくは存在しなくなる。膜が有用な焦
電性を有するためには薄膜ペロブスカイトの粒度はPC
GSよりも大きくなければならない。PCGSを代表的
な薄膜粒度よりも低減する方法が望まれる。
ト材料の焦電FOMはある粒度以下では急速に低下す
る。ここで使用される焦電臨界粒度(pyroelec
tric critical grain size:
PCGS)とは(例えば、ピークの1/2までの)粒度
の低下により焦電FOMが急速に低下し始める最大粒度
を意味する。大概の薄膜ペロブスカイトの代表的な粒度
は一般的にPCGSよりも遥かに小さく、薄膜の焦電性
は小さくなるかもしくは存在しなくなる。膜が有用な焦
電性を有するためには薄膜ペロブスカイトの粒度はPC
GSよりも大きくなければならない。PCGSを代表的
な薄膜粒度よりも低減する方法が望まれる。
【0023】ペロブスカイトの有用な強誘電性も粒度が
低下すると低下する。例えば、チタン酸ジルコン酸バリ
ウムの残留分極は100μmよりも高い粒度に対しては
18uC/cm2 である。30−50μmの範囲の粒度
に対しては、残留分極は6uC/cm2 と測定された。
さらに小さい粒度(例えば、1μm)に対しては、残留
分極は急速に低減されて本質的に消えてしまう。
低下すると低下する。例えば、チタン酸ジルコン酸バリ
ウムの残留分極は100μmよりも高い粒度に対しては
18uC/cm2 である。30−50μmの範囲の粒度
に対しては、残留分極は6uC/cm2 と測定された。
さらに小さい粒度(例えば、1μm)に対しては、残留
分極は急速に低減されて本質的に消えてしまう。
【0024】この例からお判りのように、強誘電ペロブ
スカイト材料の残留分極はある粒度以下では急速に低減
する。大概の薄膜の代表的な粒度は一般的に強誘電 臨
界粒度(ferroelectric critica
l grain size:FCGS)よりも遥かに小
さく、したがってこのようなペロブスカイト薄膜の強誘
電性は小さいかあるいは存在せず、そのためこのような
ペロブスカイトは薄膜には使用されていない。膜が有用
な強誘電性を有するためには薄膜ペロブスカイトの粒度
はFCGSよりも大きくなければならない。したがっ
て、FCGSを代表的な薄膜粒度よりも低減する方法が
望まれる。
スカイト材料の残留分極はある粒度以下では急速に低減
する。大概の薄膜の代表的な粒度は一般的に強誘電 臨
界粒度(ferroelectric critica
l grain size:FCGS)よりも遥かに小
さく、したがってこのようなペロブスカイト薄膜の強誘
電性は小さいかあるいは存在せず、そのためこのような
ペロブスカイトは薄膜には使用されていない。膜が有用
な強誘電性を有するためには薄膜ペロブスカイトの粒度
はFCGSよりも大きくなければならない。したがっ
て、FCGSを代表的な薄膜粒度よりも低減する方法が
望まれる。
【0025】鉛はペロブスカイト材料の焦電臨界粒度お
よび強誘電臨界粒度を一般的に低減することが判ってい
る。この効果は従来技術では教示されておらずその機構
および説明は明確ではない。従来本質的に全く鉛を含ま
ないで使用されるペロブスカイト材料に鉛を加えること
ができる。また、元々幾分鉛を含んでいるペロブスカイ
ト材料に鉛を加えることができる。いずれの場合も、鉛
増強材料の臨界粒度(FCGSおよびPCGS)は元の
材料の臨界粒度よりも低い。
よび強誘電臨界粒度を一般的に低減することが判ってい
る。この効果は従来技術では教示されておらずその機構
および説明は明確ではない。従来本質的に全く鉛を含ま
ないで使用されるペロブスカイト材料に鉛を加えること
ができる。また、元々幾分鉛を含んでいるペロブスカイ
ト材料に鉛を加えることができる。いずれの場合も、鉛
増強材料の臨界粒度(FCGSおよびPCGS)は元の
材料の臨界粒度よりも低い。
【0026】アクセプタードーパントによりn−型鉛増
強ペロブスカイト材料の抵抗率が高くなることも判って
いる。したがって、n−型鉛増強強誘電性および焦電性
ペロブスカイト材料のアクセプタードーピングが本発明
のもう一つの特徴となる。一般的に、元素すなわちイオ
ンは(1)結晶格子内の原子と置換され置換される原子
よりも価電子数が小さいかもしくは(2)格子間に存在
し外部電子殻が半分以上埋まっている場合にアクセプタ
ードーパントとなる。元素すなわちイオンは(1)結晶
格子内の原子と置換され置換される原子よりも価電子数
が小さいかもしくは(2)格子間に存在し外部電子殻が
半分以上詰まっている場合にアクセプタードーパントと
なる。中間のケースは不確かであり経験的に判断するこ
とができる。例えば、いくつかの元素は(1)その原子
価が置換される原子と同じである場合にアクセプタード
ーパントとして挙動する。同様に、(2)ある元素はそ
の原子価殻がちょうど半分埋まっている場合にアクセプ
タードーパントとして挙動する。
強ペロブスカイト材料の抵抗率が高くなることも判って
いる。したがって、n−型鉛増強強誘電性および焦電性
ペロブスカイト材料のアクセプタードーピングが本発明
のもう一つの特徴となる。一般的に、元素すなわちイオ
ンは(1)結晶格子内の原子と置換され置換される原子
よりも価電子数が小さいかもしくは(2)格子間に存在
し外部電子殻が半分以上埋まっている場合にアクセプタ
ードーパントとなる。元素すなわちイオンは(1)結晶
格子内の原子と置換され置換される原子よりも価電子数
が小さいかもしくは(2)格子間に存在し外部電子殻が
半分以上詰まっている場合にアクセプタードーパントと
なる。中間のケースは不確かであり経験的に判断するこ
とができる。例えば、いくつかの元素は(1)その原子
価が置換される原子と同じである場合にアクセプタード
ーパントとして挙動する。同様に、(2)ある元素はそ
の原子価殻がちょうど半分埋まっている場合にアクセプ
タードーパントとして挙動する。
【0027】ドナードーパントによりp−型鉛増強ペロ
ブスカイト材料の抵抗率が高くなることも判っている。
したがって、p−型鉛増強強誘電性および焦電性ペロブ
スカイト材料のドナードーピングが本発明のもう一つの
特徴となる。一般的に、元素すなわちイオンは(1)結
晶格子内の原子と置換され置換される原子よりも価電子
数が大きいかもしくは(2)格子間に存在し外部電子殻
が半分以上埋まっていない場合にドナードーパントとな
る。中間のケースは不確かであり経験的に判断すること
ができる。例えば、いくつかの元素は(1)その原子価
が置換される原子と同じである場合にドナードーパント
として挙動する。同様に、(2)ある元素はその原子価
殻がちょうど半分埋まっている場合にドナードーパント
として挙動する。
ブスカイト材料の抵抗率が高くなることも判っている。
したがって、p−型鉛増強強誘電性および焦電性ペロブ
スカイト材料のドナードーピングが本発明のもう一つの
特徴となる。一般的に、元素すなわちイオンは(1)結
晶格子内の原子と置換され置換される原子よりも価電子
数が大きいかもしくは(2)格子間に存在し外部電子殻
が半分以上埋まっていない場合にドナードーパントとな
る。中間のケースは不確かであり経験的に判断すること
ができる。例えば、いくつかの元素は(1)その原子価
が置換される原子と同じである場合にドナードーパント
として挙動する。同様に、(2)ある元素はその原子価
殻がちょうど半分埋まっている場合にドナードーパント
として挙動する。
【0028】ドーパントはある効果を得るために真性材
料の格子間へ意図的に導入される種(species)
である。およそ0.1モル%よりも低い濃度で存在する
意図せぬ不純物は一般的にドーパントとは見なされな
い。したがって、本発明では真性ペロブスカイト材料は
アクセプタードーパントとして挙動する不純物が存在す
る場合、その濃度がおよそ0.1モル%よりも低いペロ
ブスカイト材料のことである。
料の格子間へ意図的に導入される種(species)
である。およそ0.1モル%よりも低い濃度で存在する
意図せぬ不純物は一般的にドーパントとは見なされな
い。したがって、本発明では真性ペロブスカイト材料は
アクセプタードーパントとして挙動する不純物が存在す
る場合、その濃度がおよそ0.1モル%よりも低いペロ
ブスカイト材料のことである。
【0029】実施例では、成分を溶液内で結合し次に溶
液を大量に焼成することにより、 (Sr0.65,Pb0.35)TiO3 の公称組成を有する材料が調製される。次にバルクセラ
ミックは粉砕され、加圧成型され、焼結されて理論密度
の少なくとも95%の密度を有するセラミックが製造さ
れる。
液を大量に焼成することにより、 (Sr0.65,Pb0.35)TiO3 の公称組成を有する材料が調製される。次にバルクセラ
ミックは粉砕され、加圧成型され、焼結されて理論密度
の少なくとも95%の密度を有するセラミックが製造さ
れる。
【0030】実施例の材料の性質を測定するために、セ
ラミックは機械的に研磨して250μmの厚さとされ
る。メタライゼーションを施してテストキャパシタを形
成する。
ラミックは機械的に研磨して250μmの厚さとされ
る。メタライゼーションを施してテストキャパシタを形
成する。
【0031】ラインインターセプト(line int
ercept)法により測定した材料の平均粒度は0.
8μmであった。ピーク比誘電率(キューリー温度にお
ける比誘電率)は10,000よりも大きく、温度に対
して急速に変化した。この挙動はこの材料の焦電臨界粒
度が0.8μmよりも小さいことを示している。
ercept)法により測定した材料の平均粒度は0.
8μmであった。ピーク比誘電率(キューリー温度にお
ける比誘電率)は10,000よりも大きく、温度に対
して急速に変化した。この挙動はこの材料の焦電臨界粒
度が0.8μmよりも小さいことを示している。
【0032】(Sr0.65,Pb0.35)TiO3 のキュー
リー温度は〜300Kであり純粋なSrTiO3 のキュ
ーリー温度は〜7Kよりも低くSrTiO3 は反強誘電
性となって強誘電性とはならない。したがって、SrT
iO3 の強誘電臨界粒度は測定温度に依存しSrTiO
3 は決して強誘電性ではないため室温では存在しない。
したがって、(Sr0.65,Pb0.35)TiO3 のFCG
SをSrTiO3 と比較するのは困難である。幸いなこ
とに、(Sr0.65,Pb0.35)TiO3 (SPT)の性
質を(Ba0.70,Sr0.30)TiO3 (BST)と比較
するのは簡単である。この化合物は共に強誘電性であり
キューリー温度が室温に近い。BSTのCGSは〜10
μmでありSPTのそれは0.8μmよりも小さい。強
誘電性および焦電性はキューリー温度付近で劇的に変化
するためキューリー温度の異なる化合物の性質を比較す
るのは非常に困難である。例えば、温度がキューリー温
度に近ずきそれに達すると自然分極が低減してゼロとな
る。BSTおよびSPTは化合物(Sr1-x-y ,Bax
,Pby )TiO3 (SBPT)の小集合にすぎな
い。(Sr0.65,Pb0.35)TiO3 および(B
a0.70,Sr0.30)TiO3 はキューリー温度が同じで
あるためBSTと較べた場合のSPTのCGSの改善は
BaおよびSrに対するPbの置換によるものでなけれ
ばならない。前記したように、AサイトのPbの置換に
より低粒度における強誘電性および焦電性がなぜ改善さ
れるのかははっきりしない。
リー温度は〜300Kであり純粋なSrTiO3 のキュ
ーリー温度は〜7Kよりも低くSrTiO3 は反強誘電
性となって強誘電性とはならない。したがって、SrT
iO3 の強誘電臨界粒度は測定温度に依存しSrTiO
3 は決して強誘電性ではないため室温では存在しない。
したがって、(Sr0.65,Pb0.35)TiO3 のFCG
SをSrTiO3 と比較するのは困難である。幸いなこ
とに、(Sr0.65,Pb0.35)TiO3 (SPT)の性
質を(Ba0.70,Sr0.30)TiO3 (BST)と比較
するのは簡単である。この化合物は共に強誘電性であり
キューリー温度が室温に近い。BSTのCGSは〜10
μmでありSPTのそれは0.8μmよりも小さい。強
誘電性および焦電性はキューリー温度付近で劇的に変化
するためキューリー温度の異なる化合物の性質を比較す
るのは非常に困難である。例えば、温度がキューリー温
度に近ずきそれに達すると自然分極が低減してゼロとな
る。BSTおよびSPTは化合物(Sr1-x-y ,Bax
,Pby )TiO3 (SBPT)の小集合にすぎな
い。(Sr0.65,Pb0.35)TiO3 および(B
a0.70,Sr0.30)TiO3 はキューリー温度が同じで
あるためBSTと較べた場合のSPTのCGSの改善は
BaおよびSrに対するPbの置換によるものでなけれ
ばならない。前記したように、AサイトのPbの置換に
より低粒度における強誘電性および焦電性がなぜ改善さ
れるのかははっきりしない。
【0033】このようなペロブスカイトを使用する構造
を図4に示す。この実施例は平均粒度が1ミクロンより
も小さくかつ(A1-x ,Pbx )u Bv O3 の組成を有
する鉛含有率の低いペロブスカイト材料層12を示して
おり、ここにAは一つ以上の一価、二価もしくは三価元
素であり、Bは一つ以上の五価、四価、三価、二価もし
くは一価元素であり、かつ0.01<x<0.5,0.
9<u<1.1,および0.9<v<1.1であり、そ
れによって、x=0である同じ材料に較べて臨界粒度が
低減され、かつ/もしくは誘電性が改善され、かつ/も
しくは処理温度が低下されている。好ましくは、ペロブ
スカイト層12は第1の導電層14と第2の導電層16
との間に間挿される。ペロブスカイト12は基板18上
の第1の導電層14上に示されている。
を図4に示す。この実施例は平均粒度が1ミクロンより
も小さくかつ(A1-x ,Pbx )u Bv O3 の組成を有
する鉛含有率の低いペロブスカイト材料層12を示して
おり、ここにAは一つ以上の一価、二価もしくは三価元
素であり、Bは一つ以上の五価、四価、三価、二価もし
くは一価元素であり、かつ0.01<x<0.5,0.
9<u<1.1,および0.9<v<1.1であり、そ
れによって、x=0である同じ材料に較べて臨界粒度が
低減され、かつ/もしくは誘電性が改善され、かつ/も
しくは処理温度が低下されている。好ましくは、ペロブ
スカイト層12は第1の導電層14と第2の導電層16
との間に間挿される。ペロブスカイト12は基板18上
の第1の導電層14上に示されている。
【0034】実施例について詳細に説明してきた。特許
請求の範囲内で記載したものとは異なる実施例も本発明
の範囲に入る。例えば、多くのペロブスカイト材料が圧
電性も示しミニチュア機械デバイス、センサー、および
定在弾性波(SAW)デバイスにも有用となる。これら
の材料のドナードーピングの効果および利点は圧電応用
にも同等に適用することができる。
請求の範囲内で記載したものとは異なる実施例も本発明
の範囲に入る。例えば、多くのペロブスカイト材料が圧
電性も示しミニチュア機械デバイス、センサー、および
定在弾性波(SAW)デバイスにも有用となる。これら
の材料のドナードーピングの効果および利点は圧電応用
にも同等に適用することができる。
【0035】内外接続はオーミック、容量性、直接もし
くは間接、介在回路その他とすることができる。個別回
路もしくはシリコン、ヒ化ガリウムもしくは他の電子材
料群の完全集積回路および光ベースもしくは他の技術に
基づいた形式および実施例として実現することが考えら
れる。
くは間接、介在回路その他とすることができる。個別回
路もしくはシリコン、ヒ化ガリウムもしくは他の電子材
料群の完全集積回路および光ベースもしくは他の技術に
基づいた形式および実施例として実現することが考えら
れる。
【0036】実施例について本発明を説明してきたが、
この説明は制約的意味合いを有するものではない。当業
者であればこの説明を読めば他の実施例だけでなく図示
した実施例のさまざまな変更や組み合わせが自明である
と思われる。このような修正や実施例は全て特許請求の
範囲に入るものとする。以上の説明に関して更に以下の
項を開示する。 (1).改善された材料層であって、該材料層は、平均
粒度が1ミクロンよりも小さく(A1-x ,Pbx )u B
v O3 の組成を有する鉛含有率の低いペロブスカイト材
料からなり、ここに、Aは一つ以上の一価、二価もしく
は三価元素からなり、Bは一つ以上の五価、四価、三
価、二価、もしくは一価元素からなり、かつ0.01<
x<0.5,0.9<u<1.1,および0.9<v<
1.1であり、それによって、x=0である同じ材料に
較べて臨界粒度が低減され、かつ/もしくは誘電性が改
善され、かつ/もしくは処理温度が低下された、改善さ
れた材料層。 (2).第1項記載の層であって、Aが主としてストロ
ンチウムからなり、Bが主としてチタンからなり、xは
およそ0.35である材料層。 (3).第1項記載の層であって、Aは主としてストロ
ンチウムからなり、Bは主としてチタンからなり、xは
およそ0.1−0.4である材料層。 (4).第1項記載の層であって、Aは主としてストロ
ンチウムからなり、Bは主としてチタンからなり、xは
およそ0.3−0.4である材料層。 (5).第1項記載の層であって、前記ペロブスカイト
層がさらに一つ以上のアクセプタードーパントによりド
ープされて前記層の抵抗率が実質的に高くなる材料層。 (6).第1項記載の層であって、前記ペロブスカイト
層はさらに一つ以上のドナードーパントによりドープさ
れて前記層の抵抗率が実質的に高くなる材料層。 (7).第1項記載の層であって、前記ペロブスカイト
層はドープもしくは非ドープチタン酸鉛バリウムであり
前記層は強誘電体として利用される材料層。 (8).第1項記載の層であって、前記ペロブスカイト
層はドープもしくは非ドープチタン酸鉛ストロンチウム
であり前記層は高誘電性キャパシタの焦電層として利用
される材料層。
この説明は制約的意味合いを有するものではない。当業
者であればこの説明を読めば他の実施例だけでなく図示
した実施例のさまざまな変更や組み合わせが自明である
と思われる。このような修正や実施例は全て特許請求の
範囲に入るものとする。以上の説明に関して更に以下の
項を開示する。 (1).改善された材料層であって、該材料層は、平均
粒度が1ミクロンよりも小さく(A1-x ,Pbx )u B
v O3 の組成を有する鉛含有率の低いペロブスカイト材
料からなり、ここに、Aは一つ以上の一価、二価もしく
は三価元素からなり、Bは一つ以上の五価、四価、三
価、二価、もしくは一価元素からなり、かつ0.01<
x<0.5,0.9<u<1.1,および0.9<v<
1.1であり、それによって、x=0である同じ材料に
較べて臨界粒度が低減され、かつ/もしくは誘電性が改
善され、かつ/もしくは処理温度が低下された、改善さ
れた材料層。 (2).第1項記載の層であって、Aが主としてストロ
ンチウムからなり、Bが主としてチタンからなり、xは
およそ0.35である材料層。 (3).第1項記載の層であって、Aは主としてストロ
ンチウムからなり、Bは主としてチタンからなり、xは
およそ0.1−0.4である材料層。 (4).第1項記載の層であって、Aは主としてストロ
ンチウムからなり、Bは主としてチタンからなり、xは
およそ0.3−0.4である材料層。 (5).第1項記載の層であって、前記ペロブスカイト
層がさらに一つ以上のアクセプタードーパントによりド
ープされて前記層の抵抗率が実質的に高くなる材料層。 (6).第1項記載の層であって、前記ペロブスカイト
層はさらに一つ以上のドナードーパントによりドープさ
れて前記層の抵抗率が実質的に高くなる材料層。 (7).第1項記載の層であって、前記ペロブスカイト
層はドープもしくは非ドープチタン酸鉛バリウムであり
前記層は強誘電体として利用される材料層。 (8).第1項記載の層であって、前記ペロブスカイト
層はドープもしくは非ドープチタン酸鉛ストロンチウム
であり前記層は高誘電性キャパシタの焦電層として利用
される材料層。
【0037】(9).改善された層の形成方法であっ
て、該方法は、平均粒度が1ミクロンよりも小さく(A
1-x ,Pbx )u Bv O3 の組成を有する鉛含有率の低
いペロブスカイト層の10ミクロンよりも薄い膜を形成
することからなり、ここに、Aは一つ以上の一価、二価
もしくは三価元素からなり、Bは一つ以上の五価、四
価、三価、二価、もしくは一価元素からなり、かつ0.
01<x<0.5,0.9<u<1.1,および0.9
<v<1.1であり、それによって、x=0である同じ
材料に較べて臨界粒度が低減され、かつ/もしくは誘電
性が改善され、かつ/もしくは処理温度が低下される、
改善された層の形成方法。 (10).第9項記載の方法であって、前記層が一つ以
上のドーパントを含む改善された層の形成方法。 (11).第10項記載の方法であって、前記ペロブス
カイト層がさらに一つ以上のアクセプタードーパントに
よりドープされて前記層の抵抗率が実質的に高くなる改
善された層の形成方法。 (12).第10項記載の方法であって、前記ペロブス
カイト層が一つ以上のドナードーパントによりドープさ
れている改善された層の形成方法。 (13).第12項記載の方法であって、前記ペロブス
カイト層がさらに一つ以上のアクセプタードーパントに
よりドープされている改善された層の形成方法。
て、該方法は、平均粒度が1ミクロンよりも小さく(A
1-x ,Pbx )u Bv O3 の組成を有する鉛含有率の低
いペロブスカイト層の10ミクロンよりも薄い膜を形成
することからなり、ここに、Aは一つ以上の一価、二価
もしくは三価元素からなり、Bは一つ以上の五価、四
価、三価、二価、もしくは一価元素からなり、かつ0.
01<x<0.5,0.9<u<1.1,および0.9
<v<1.1であり、それによって、x=0である同じ
材料に較べて臨界粒度が低減され、かつ/もしくは誘電
性が改善され、かつ/もしくは処理温度が低下される、
改善された層の形成方法。 (10).第9項記載の方法であって、前記層が一つ以
上のドーパントを含む改善された層の形成方法。 (11).第10項記載の方法であって、前記ペロブス
カイト層がさらに一つ以上のアクセプタードーパントに
よりドープされて前記層の抵抗率が実質的に高くなる改
善された層の形成方法。 (12).第10項記載の方法であって、前記ペロブス
カイト層が一つ以上のドナードーパントによりドープさ
れている改善された層の形成方法。 (13).第12項記載の方法であって、前記ペロブス
カイト層がさらに一つ以上のアクセプタードーパントに
よりドープされている改善された層の形成方法。
【0038】(14).第9項記載の方法であって、前
記ペロブスカイト層が前記第1の導電層と前記第2の導
電層との間に間挿されている改善された層の形成方法。 (15).第1項記載の層であって、前記ペロブスカイ
ト層が前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に間
挿されている材料層。 (16).第1項記載の層であって、Aが主としてスト
ロンチウムからなり、Bが主としてチタンからなり、x
がおよそ0.3である材料層。 (17).第1項記載の層であって、Aが主としてスト
ロンチウムからなり、Bが主としてチタンからなり、x
がおよそ0.2である材料層。 (18).第1項記載の層であって、Aが主としてバリ
ウムおよびストロンチウムからなり、Bが主としてチタ
ンからなり、xがおよそ0.1−0.4である材料層。
記ペロブスカイト層が前記第1の導電層と前記第2の導
電層との間に間挿されている改善された層の形成方法。 (15).第1項記載の層であって、前記ペロブスカイ
ト層が前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に間
挿されている材料層。 (16).第1項記載の層であって、Aが主としてスト
ロンチウムからなり、Bが主としてチタンからなり、x
がおよそ0.3である材料層。 (17).第1項記載の層であって、Aが主としてスト
ロンチウムからなり、Bが主としてチタンからなり、x
がおよそ0.2である材料層。 (18).第1項記載の層であって、Aが主としてバリ
ウムおよびストロンチウムからなり、Bが主としてチタ
ンからなり、xがおよそ0.1−0.4である材料層。
【0039】(19).第1項記載の層であって、前記
ペロブスカイト層がチタン酸鉛ストロンチウムであり前
記層は焦電体として利用される材料層。 (20).第1項記載の層であって、前記粒度が0.5
ミクロンよりも小さい材料層。 (21).第1項記載の層であって、前記ペロブスカイ
ト層がチタン酸ストロンチウムおよびジルコン酸バリウ
ムの量が制限されたチタン酸鉛バリウムであり前記層は
その低強誘電−強誘電相転移を使用する焦電体として利
用される材料層。 (22).第9項記載の方法であって、前記層が600
℃よりも低い温度で形成される改善された層の形成方
法。
ペロブスカイト層がチタン酸鉛ストロンチウムであり前
記層は焦電体として利用される材料層。 (20).第1項記載の層であって、前記粒度が0.5
ミクロンよりも小さい材料層。 (21).第1項記載の層であって、前記ペロブスカイ
ト層がチタン酸ストロンチウムおよびジルコン酸バリウ
ムの量が制限されたチタン酸鉛バリウムであり前記層は
その低強誘電−強誘電相転移を使用する焦電体として利
用される材料層。 (22).第9項記載の方法であって、前記層が600
℃よりも低い温度で形成される改善された層の形成方
法。
【0040】(23).本発明に従って元の強誘電(も
しくは焦電)臨界粒度を有する元のペロブスカイト層に
鉛を加え、次に元の強誘電(もしくは焦電)臨界粒度よ
りも小さい平均粒度を有する鉛増強ペロブスカイト層を
形成して層の平均粒度に似た平均粒度を有する元のペロ
ブスカイト層の残留分極(もしくは焦電性能指数)より
も層の残留分極(もしくは焦電性能指数)を実質的に大
きくすることにより改善された強誘電(もしくは焦電)
層が形成される。ここで、臨界強誘電(もしくは焦電)
粒度は粒度の低下と共に残留分極(もしくは焦電性能指
数)が急速に低下し始める最大粒度を意味する。好まし
くは、n−型鉛増強ペロブスカイト層に一つ以上のアク
セプタードーパントをドープして抵抗率が実質的に高め
られる。好ましくは、p−型鉛増強ペロブスカイト層に
一つ以上のドナードーパントをドープして抵抗率が実質
的に高められる。好ましくは、元のペロブスカイト層は
ABO3 の組成を有し、ここにAは一つ以上の一価、二
価もしくは三価元素であり、Bは一つ以上の五価、四
価、三価、もしくは二価元素である。改善された強誘電
(もしくは焦電)層を含む構造は基板表面上に形成され
た元の強誘電(もしくは焦電)臨界粒度よりも平均粒度
の低い鉛増強ペロブスカイト層を含んでいる。他の構造
ではこのような鉛増強層が2つの導電層間に間挿されて
いる。
しくは焦電)臨界粒度を有する元のペロブスカイト層に
鉛を加え、次に元の強誘電(もしくは焦電)臨界粒度よ
りも小さい平均粒度を有する鉛増強ペロブスカイト層を
形成して層の平均粒度に似た平均粒度を有する元のペロ
ブスカイト層の残留分極(もしくは焦電性能指数)より
も層の残留分極(もしくは焦電性能指数)を実質的に大
きくすることにより改善された強誘電(もしくは焦電)
層が形成される。ここで、臨界強誘電(もしくは焦電)
粒度は粒度の低下と共に残留分極(もしくは焦電性能指
数)が急速に低下し始める最大粒度を意味する。好まし
くは、n−型鉛増強ペロブスカイト層に一つ以上のアク
セプタードーパントをドープして抵抗率が実質的に高め
られる。好ましくは、p−型鉛増強ペロブスカイト層に
一つ以上のドナードーパントをドープして抵抗率が実質
的に高められる。好ましくは、元のペロブスカイト層は
ABO3 の組成を有し、ここにAは一つ以上の一価、二
価もしくは三価元素であり、Bは一つ以上の五価、四
価、三価、もしくは二価元素である。改善された強誘電
(もしくは焦電)層を含む構造は基板表面上に形成され
た元の強誘電(もしくは焦電)臨界粒度よりも平均粒度
の低い鉛増強ペロブスカイト層を含んでいる。他の構造
ではこのような鉛増強層が2つの導電層間に間挿されて
いる。
【0041】関連特許の相互参照 下記の出願が本出願に関連している。 名称 発明者 ドケット/連番 薄膜強誘電および焦電デバイス Summerfet, Beratan, TI-17163 用ドナードープペロブスカイト Kulwicki SN 07/951,596 09/28/92 出願
【図1】さまざまな粒度の非ドープチタン酸バリウムに
対する比誘電率対温度の変化を示すグラフ。
対する比誘電率対温度の変化を示すグラフ。
【図2】さまざまな粒度の非ドープチタン酸バリウムに
対する比誘電率対温度の変化を示すグラフ。
対する比誘電率対温度の変化を示すグラフ。
【図3】さまざまな粒度の非ドープチタン酸ストロンチ
ウムバリウムに対する比誘電率対温度の変化を示すグラ
フ。
ウムバリウムに対する比誘電率対温度の変化を示すグラ
フ。
【図4】導電層間の鉛増強ペロブスカイトの断面を示す
図。
図。
12 ペロブスカイト 14,16 導電層 18 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/8247 29/788 29/792 37/02 41/24 H01L 41/22 A (72)発明者 ハワード アール.ベラタン アメリカ合衆国テキサス州リチャードソ ン,イー.ベルトライン 2111,アパート メント ナンバー 106ビー (72)発明者 バーナード クルウィッキ アメリカ合衆国マサチューセッツ州アトル ボロ フォールズ,ピー.オー.ボックス 1407
Claims (2)
- 【請求項1】 改善された材料層であって、該材料層
は、 平均粒度が1ミクロンよりも小さく(A1-x ,Pbx )
u Bv O3 の組成を有する鉛含有率の低いペロブスカイ
ト材料からなり、ここに、Aは一つ以上の一価、二価も
しくは三価元素からなり、Bは一つ以上の五価、四価、
三価、二価、もしくは一価元素からなり、かつ0.01
<x<0.5,0.9<u<1.1,および0.9<v
<1.1であり、それによって、x=0である同じ材料
に較べて臨界粒度が低減され、かつ/もしくは誘電性が
改善され、かつ/もしくは処理温度が低下された、改善
された材料層。 - 【請求項2】 改善された層の形成方法であって、該方
法は、 平均粒度が1ミクロンよりも小さく(A1-x ,Pbx )
u Bv O3 の組成を有する鉛含有率の低いペロブスカイ
ト層の10ミクロンよりも薄い膜を形成することからな
り、ここに、Aは一つ以上の一価、二価もしくは三価元
素からなり、Bは一つ以上の五価、四価、三価、二価、
もしくは一価元素からなり、かつ0.01<x<0.
5,0.9<u<1.1,および0.9<v<1.1で
あり、それによって、x=0である同じ材料に較べて臨
界粒度が低減され、かつ/もしくは誘電性が改善され、
かつ/もしくは処理温度が低下される、改善された層の
形成方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US127848 | 1987-12-02 | ||
| US12784893A | 1993-09-28 | 1993-09-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07215762A true JPH07215762A (ja) | 1995-08-15 |
Family
ID=22432277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23160594A Pending JPH07215762A (ja) | 1993-09-28 | 1994-09-27 | 改善された材料層および形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0661244A3 (ja) |
| JP (1) | JPH07215762A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004079311A1 (ja) * | 2003-03-07 | 2004-09-16 | Fujitsu Limited | 電磁放射線センサ及びその製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2193713B (en) * | 1986-07-14 | 1990-12-05 | Cabot Corp | Method of producing perovskite-type compounds. |
| JPS63319214A (ja) * | 1987-06-23 | 1988-12-27 | Ube Ind Ltd | コンデンサ−材料用粉末 |
| US5079200A (en) * | 1990-08-23 | 1992-01-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Detector material for uncooled thermal imaging devices |
| US5164882A (en) * | 1990-12-17 | 1992-11-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ceramic capacitor |
| EP0571949A1 (en) * | 1992-05-29 | 1993-12-01 | Texas Instruments Incorporated | Pb rich perovskites for thin film dielectrics |
-
1994
- 1994-09-22 EP EP94114943A patent/EP0661244A3/en not_active Withdrawn
- 1994-09-27 JP JP23160594A patent/JPH07215762A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004079311A1 (ja) * | 2003-03-07 | 2004-09-16 | Fujitsu Limited | 電磁放射線センサ及びその製造方法 |
| US7365327B2 (en) | 2003-03-07 | 2008-04-29 | Fujitsu Limited | Electromagnetic radiation sensor and method for fabricating the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0661244A3 (en) | 1996-09-11 |
| EP0661244A2 (en) | 1995-07-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050304 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050823 |