JPH08167740A - 焦電型赤外線薄膜素子 - Google Patents

焦電型赤外線薄膜素子

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JPH08167740A
JPH08167740A JP6331688A JP33168894A JPH08167740A JP H08167740 A JPH08167740 A JP H08167740A JP 6331688 A JP6331688 A JP 6331688A JP 33168894 A JP33168894 A JP 33168894A JP H08167740 A JPH08167740 A JP H08167740A
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JP
Japan
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thin film
substrate
oriented
film
pyroelectric
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JP6331688A
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English (en)
Inventor
Koji Tominaga
浩二 富永
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Horiba Ltd
Original Assignee
Horiba Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 生産過程における膜の定着が良好で歩留りが
高くコスト安な焦電型赤外線薄膜素子を提供する。 【構成】 Si(100)基板2上に、CeO2 を含む
(100)方向に配向したバッファ層3を介してPt膜
4を(100)方向に配向させ、その基板上に、組成式
がPbZrx Ti1-x 3 で表わされ、そのxの範囲が
0≦x≦0.52であり、かつ分極方向が(001)方
向である焦電体薄膜5を析出させ、その焦電体薄膜5上
に赤外透過金属材料よりなる受光部6を設け、受光部下
部の基板を受光部より大きく除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は人体検知や炎検知等の用
に供される焦電型赤外線薄膜素子に関する。
【0002】
【従来の技術】強誘電体としての特性を生かして焦電素
子から電荷を取り出せるように、分極方向に配向したP
ZT系薄膜を作成する場合、例えば格子定数の近いMg
OやSrTiO3 等の単結晶を基板として用い、エピタ
キシャル成長させるのが一般的な方法である。
【0003】また、その単結晶基板上に下部電極として
Pt薄膜を被着形成した後に、分極方向に配向したPZ
T系薄膜を作成する場合、その単結晶基板上に、まず、
下部電極をエピタキシャル成長させてから、その上にP
ZT系薄膜を析出させていた。例えば特開昭60−13
1704号公報には、このような構成の焦電形熱検出素
子が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のMgOを基板材料とする場合には、そのMgOが非常
に高価であることから製品コストが高くなる難点があっ
た。
【0005】このような難点の解消を図るべく、より安
価なSiを基板材料として用いる提案がなされている。
例えば、特開昭62−162369号公報には、Si基
板上にMgO薄膜を(100)方向にエピタキシャル成
長させ、その上にPt膜を(100)方向に配向成長さ
せ、その上に分極方向に配向したPZT系薄膜を形成す
るようにした強誘電体薄膜素子が提案されている。
【0006】ところが、MgOの熱膨張係数が13.6
×10-6/℃であるのに対し、Si基板が4.2×10
-6/℃、Pt膜が8×10-6/℃であることから、中間
層としてMgO薄膜を用いる場合には、剥離の発生が懸
念される。
【0007】本発明はこのような実情に鑑みてなされ、
生産過程における膜の定着が良好で歩留りが高くコスト
安な焦電型赤外線薄膜素子を提供することを目的として
いる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するための手段を以下のように構成している。すなわ
ち、請求項1に記載の発明では、Si(100)基板上
に、CeO2 を含む(100)方向に配向したバッファ
層を介してPt膜を(100)方向に配向させ、その基
板上に、組成式がPbZrx Ti1-x 3 で表わされ、
そのxの範囲が0≦x≦0.52であり、かつ分極方向
が(001)方向である焦電体薄膜を析出させ、その焦
電体薄膜上に赤外透過金属材料よりなる受光部を設けて
なり、かつその受光部下部の基板を受光部より大きく除
去してなることを特徴としている。
【0009】請求項2に記載の発明では、請求項1に記
載の発明における前記CeO2 を含む(100)方向に
配向したバッファ層の組成式が(Ce1-y Thy )O2
で表わされ、そのyの範囲が0≦y≦0.11であるこ
とを特徴としている。
【0010】
【作用】請求項1に記載の発明では、バッファ層をなす
CeO2 の格子定数は5.41Åであり、基板材料とな
るSiの格子定数は5.43Åに近く、良好な配向性が
得られ、かつ、Pt膜を(100)方向に配向させるこ
とができる。その上に、組成がPbZrx Ti1-x 3
(0≦x≦0.52)であるPZT系薄膜を分極方向で
ある(100)方向に配向させることができ、これによ
り、高感度かつ高速応答を達成できる。
【0011】一方、基板上に形成するPZT系薄膜の結
晶化温度は600℃以上の高温となるが、その熱膨張係
数は9×10-6/℃であるのに対し、Ptが8×10-6
/℃、CeO2 が8.4×10-6/℃、Siが4.2×
10-6/℃であることから、これら相互間の熱膨張係数
に大きな差はなく、熱膨張差による剥離の発生を懸念す
るには及ばない。
【0012】請求項2に記載の発明では、CeO2 にT
hO2 を添加させることによって格子定数は5.41Å
から5.43Åとなり、より一層Siの格子定数に近く
なり、ミスマッチ(格子不整合率)がより少なくなり、
エピタキシャル成長がより容易確実なものとなり、配向
性がさらに向上する。このミスマッチの低下により剥離
の発生がさらに抑制される。
【0013】
【実施例】以下に本発明の焦電型赤外線薄膜素子の好ま
しい実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は
焦電型赤外線薄膜素子1の構成を示す断面図で、符号2
は結晶方位(100)のSiよりなる基板、3は表面酸
化膜を除去した基板2上にCVD法(化学気相成長法)
で(100)方向にエピタキシャル成長させたCeO2
膜よりなるバッファ層で、(Ce1-y Thy )O2 (0
≦y≦0.11)よりなる化学式で表わされる。4はC
eO2 膜3上にスパッタ法で堆積させた(100)方向
配向のPt膜で下部電極となり、5はMOCVD法(有
機金属化学気相成長法)により2〜5μm厚に析出させ
たPZT系薄膜、6はPZT系薄膜5上に被着形成した
上部電極(受光部)となる例えばCr等の赤外透過金属
である。
【0014】このような構成の焦電型赤外線薄膜素子1
では、まず、バッファ層をなすCeO2 膜3は、面心立
方格子をなすCeO2 にThO2 を添加させることによ
って格子定数が5.41Åから5.43Åとなり、同様
に面心立方格子をなすSiの格子定数(5.43Å)に
より近くなり、ミスマッチが小さくなるため、膜の配向
性が向上する。ちなみに、ミスマッチを計算すれば、C
eO2 (100)//Si(100)では最大で0.3
5%の低い値を示し、エピタキシャル成長が容易である
ことが判る。これに対して、MgOを基板とする場合に
は、そのMgOがNaCl型の立方晶であり格子定数が
4.21Åであることから、MgO(100)//Si
(100)45°回転で8.6%とミスマッチの値がか
なり高く、エピタキシャル成長が容易でないことがうか
がえる。また、Ptの格子定数3.92Åからミスマッ
チを計算すると、Pt(100)//CeO2 (10
0)45°回転で最大で2.3%と、MgOの7.1%
に比較して非常に小さいことが判る。
【0015】以上から、Pt(100)/CeO2 (1
00)/Si(100)基板を健全に作成することが可
能であり、その上にPZT系薄膜5を配向成長させるこ
とが可能となる。しかるに、そのPZT系薄膜5の結晶
化温度は600℃以上の高温であり、一体化させる材料
との間の熱膨張差があると剥離が発生することが懸念さ
れる。しかし、既述のように、Si、CeO2 、Pt、
PZTの熱膨張係数(×10-6/℃)は、それぞれ4.
2、8.4、8.9であり、大差はなく、剥離の発生を
懸念するには及ばない。これに対して、MgOの熱膨張
係数(×10-6/℃)は13.6であり、膜の剥離が懸
念される。
【0016】一方、PZT系薄膜5の組成をPbZrx
Ti1-x 3 とし、そのxの範囲を0≦x≦0.52と
することにより、健全にエピタキシャル成長させたP
(100)/CeO2 (100)/Si(100)基板
と相まって、PZT系薄膜は分極方向である(001)
方向に配向し、高感度、高速応答が達成される。
【0017】このような焦電型赤外線薄膜素子1のプロ
セスを図2(A)〜(E)を参照しつつ説明すると、ま
ず、表面酸化膜を除去したSi(100)基板2上にC
VD法または真空蒸着法によりCeO2 膜(+Th
2 )3をエピタキシャル成長させる〔図2(A)参
照〕。なお、ThO2 の添加は同一バッチ内でおこなう
ことができる。次いで、Pt膜4をスパッタ法で堆積さ
せ〔図2(B)参照〕、PZT系薄膜5を堆積させるた
めの基板とする。
【0018】そのPt/CeO2 /Si基板上にMOC
VD法によりPZT系薄膜5を2〜5μm析出させる
〔図2(C)参照〕。次いで、そのPZT系薄膜5の上
にCr等の赤外透過金属を80〜100Å厚堆積させ、
受光部6とする〔図2(D)参照〕。そして、その受光
部6の下方の基板2を、その受光部6よりも大きくエッ
チングすることにより除去すればプロセスは終了する
〔図2(E)参照〕。
【0019】以上のようにして得られる焦電型赤外線薄
膜素子1はエッチングで多くの部分を除去する基板2の
材料として比較的安価なSiを用いていることから、製
品コストの大幅な低減が可能となる。また、従来の単結
晶基板を用いた場合と同様にPZT系薄膜5の分極方向
(001)方向の配向が可能となり、高感度かつ高速応
答が達成される。
【0020】そして、格子定数と熱膨張係数があまり差
のない材料を選択していることにより、プロセスにおけ
る膜の剥離の発生を抑制することができ、歩留りの向上
を図ることが可能となる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
発明では、Si(100)基板上に、CeO2 を含む
(100)方向に配向したバッファ層を介して(10
0)方向のPt膜を配向させ、そのPt(100)/C
eO2 (100)/Si(100)基板を形成するの
で、各材料間の格子定数と熱膨張係数に大差はなく、剥
離を発生させることなく、健全にエピタキシャル成長さ
せた基板を形成でき、歩留りを向上することができ、格
段に生産性の向上を図ることができる。また、そのSi
が比較的安価であることから、製品コストの低減を図る
こともできる。しかも、その基板に対して(001)方
向で組成式がPbZrx Ti1-x 3 (0≦x≦0.5
2)で表わされる焦電体薄膜を形成することにより、健
全な(100)方向配向の基板と相まって、その焦電体
薄膜を分極方向である(001)方向に配向し、高感
度、高速応答を達成することができる。
【0022】請求項2に記載の発明では、CeO2 にT
hO2 を添加することにより、その格子定数がSiの格
子定数により一層近くなり、ミスマッチをより少なくす
ることができ、エピタキシャル成長をより容易確実なも
のとして配向性がさらに向上し、剥離の発生をさらに抑
制してより一層の歩留りの向上を図ることが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の焦電型赤外線薄膜素子の一実施例を示
す構成図である。
【図2】(A)〜(E)は焦電型赤外線薄膜素子のプロ
セスの説明図である。
【符号の説明】
1…焦電型赤外線薄膜素子、2…Si基板、3…バッフ
ァ層、4…Pt膜(下部電極)、5…焦電体薄膜、6…
受光部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si(100)基板上に、CeO2 を含
    む(100)方向に配向したバッファ層を介してPt膜
    を(100)方向に配向させ、その基板上に、組成式が
    PbZrx Ti1-x 3 で表わされ、そのxの範囲が0
    ≦x≦0.52であり、かつ分極方向が(001)方向
    である焦電体薄膜を析出させ、その焦電体薄膜上に赤外
    透過金属材料よりなる受光部を設けてなり、かつその受
    光部下部の基板を受光部より大きく除去してなることを
    特徴とする焦電型赤外線薄膜素子。
  2. 【請求項2】 前記CeO2 を含む(100)方向に配
    向したバッファ層の組成式が(Ce1-y Thy )O2
    表わされ、そのyの範囲が0≦y≦0.11であること
    を特徴とする請求項1に記載の焦電型赤外線薄膜素子。
JP6331688A 1994-12-10 1994-12-10 焦電型赤外線薄膜素子 Pending JPH08167740A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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