JPS62252005A - 強誘電体薄膜素子 - Google Patents
強誘電体薄膜素子Info
- Publication number
- JPS62252005A JPS62252005A JP61097102A JP9710286A JPS62252005A JP S62252005 A JPS62252005 A JP S62252005A JP 61097102 A JP61097102 A JP 61097102A JP 9710286 A JP9710286 A JP 9710286A JP S62252005 A JPS62252005 A JP S62252005A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- ferroelectric thin
- ferroelectric
- polarization
- substrate
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- Pending
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- Radiation Pyrometers (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
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。
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
本発明は焦電型赤外線検出素子、圧電素子、電気光学素
子等に用いられる強誘電体薄膜素子に関する。
子等に用いられる強誘電体薄膜素子に関する。
従来の技術
強誘電体のエレクトロニクス分野における応用は、赤外
線検出素子、圧電素子、光変調素子、メモリー素子など
さまざまなものがある。近年の半導体技術の進歩による
電子部品の小型化にともない、強誘電体素子も薄膜化が
進みつつある。
線検出素子、圧電素子、光変調素子、メモリー素子など
さまざまなものがある。近年の半導体技術の進歩による
電子部品の小型化にともない、強誘電体素子も薄膜化が
進みつつある。
ところで、強誘電体の自発分極Ｐｓの変化を出力として
取り出す、例えば焦電型赤外線検出素子や圧電素子等で
は、強誘電体材料のＰｓが一方向に揃っている時、最も
大きい出力が得られる。
取り出す、例えば焦電型赤外線検出素子や圧電素子等で
は、強誘電体材料のＰｓが一方向に揃っている時、最も
大きい出力が得られる。
発明が解決しようとする問題点
現在、赤外線検出素子や圧電素子等に用いられている強
誘電体磁器は多結晶体であり、結晶軸の配列に方向性は
無く、従って自発分極Ｐｓもでたら目に配列している。
誘電体磁器は多結晶体であり、結晶軸の配列に方向性は
無く、従って自発分極Ｐｓもでたら目に配列している。
エピタキシャル強誘電体薄膜、配向性強誘電体薄膜は結
晶の分極軸は揃っているが、電気的な自発分極Ｐｓは１
８０° ドメインを作り交互に配列している。そこで、
これら材料を上述のようなエレクトロニクス素子として
用いる場合、材料に高電界（〜１００ｋＶ／ｃｍ）を印
加してＰｓの向きを揃える分極処理が必要である。
晶の分極軸は揃っているが、電気的な自発分極Ｐｓは１
８０° ドメインを作り交互に配列している。そこで、
これら材料を上述のようなエレクトロニクス素子として
用いる場合、材料に高電界（〜１００ｋＶ／ｃｍ）を印
加してＰｓの向きを揃える分極処理が必要である。
また、ＰｂＴｉＯ３やＰＬＺＴなどの薄膜の作製に関し
ては多くの報告があるが、それらの強誘電相の領域の薄
膜について、その分極軸であるＣ軸に配向した薄膜、自
発分極までも一方向に配向した薄膜は実現されていない
。
ては多くの報告があるが、それらの強誘電相の領域の薄
膜について、その分極軸であるＣ軸に配向した薄膜、自
発分極までも一方向に配向した薄膜は実現されていない
。
強誘電体材料に高電界を印加してＰｓを揃える方法では
次のような問題点が生じる。
次のような問題点が生じる。
（１）分極処理により絶縁破壊が生ずる場合があり、歩
留まりが下がる。
留まりが下がる。
（２）高分解能アレイ素子の様に多（の微小素子が高密
度に配列しているものでは、それらを均一に分極するこ
とが困難である。
度に配列しているものでは、それらを均一に分極するこ
とが困難である。
（３）半導体デバイス上に強誘電体薄膜を形成した集積
化デバイスでは、分極処理そのものが不可能な場合があ
る。
化デバイスでは、分極処理そのものが不可能な場合があ
る。
問題点を解決するための手段
強誘電体薄膜として、化学式が（ＰｂｘＬａｙ ）（Ｔ
ｉｚ２ｒｗ）Ｏ＋で組成比が （ａ） ０．７０≦ｘ≦Ｌ Ｏ，９≦ｘ＋ｙ≦Ｌ Ｏ，
９５≦ｚ≦１１（ｂ） ｘ−１，ｙ＝＝０、０．４５≦
ｚ＜ｌＳｚ＋ｗ−１、（ｃ） ０．８３≦ｘ＜１、ｘ＋
ｙ−１１０，５≦ｚ＜１゜０．９６≦ｚ＋−≦１ のうちから選択された一つの範囲にあり、膜厚が４μ園
以下であり、その分極軸の７５８以上が一方に配向した
ものを用いる。
ｉｚ２ｒｗ）Ｏ＋で組成比が （ａ） ０．７０≦ｘ≦Ｌ Ｏ，９≦ｘ＋ｙ≦Ｌ Ｏ，
９５≦ｚ≦１１（ｂ） ｘ−１，ｙ＝＝０、０．４５≦
ｚ＜ｌＳｚ＋ｗ−１、（ｃ） ０．８３≦ｘ＜１、ｘ＋
ｙ−１１０，５≦ｚ＜１゜０．９６≦ｚ＋−≦１ のうちから選択された一つの範囲にあり、膜厚が４μ園
以下であり、その分極軸の７５８以上が一方に配向した
ものを用いる。
作用
上記のような強誘電体薄膜においては、Ｐｓが既に揃っ
た自然分極が得られ、分極処理をおこなう必要が無く、
歩留まり良（、高性能の強誘電体素子が実現できる。
た自然分極が得られ、分極処理をおこなう必要が無く、
歩留まり良（、高性能の強誘電体素子が実現できる。
実施例
第１図は本発明に従って作製した強誘電体薄膜素子の一
実施例の断面図である。
実施例の断面図である。
（１００）でへき関し鏡面研摩したＭｇＯ単結晶を基板
１とし、下部電極２として膜厚０．２μｍのＰｔ薄膜を
スパッタリングにより形成した。スパッタガスはＡｒ−
０２混合ガスである。ついで、強誘電体薄膜３を０．５
〜８μｍ成長させた。方法は高周波マグネトロンスパッ
タ法で、Ａｒと０２の混合ガスを用い、スパッタリング
ターゲットは １ （１−Ｙ）ＰｂｘＬａｙＴｉｚＺｒ−Ｏｓ ＋ＹＰ
ｂＯ１” （１）の粉末である。表１にスパッタリング
条件を示す。
１とし、下部電極２として膜厚０．２μｍのＰｔ薄膜を
スパッタリングにより形成した。スパッタガスはＡｒ−
０２混合ガスである。ついで、強誘電体薄膜３を０．５
〜８μｍ成長させた。方法は高周波マグネトロンスパッ
タ法で、Ａｒと０２の混合ガスを用い、スパッタリング
ターゲットは １ （１−Ｙ）ＰｂｘＬａｙＴｉｚＺｒ−Ｏｓ ＋ＹＰ
ｂＯ１” （１）の粉末である。表１にスパッタリング
条件を示す。
ついでこの薄膜上に上部電極４としてＮｉ−Ｃｒ電極を
蒸着し、強誘電体薄膜素子を作製した。さらに、強誘電
体薄１ｌｌＩ３の下部における基板１には開口５を設け
た。
蒸着し、強誘電体薄膜素子を作製した。さらに、強誘電
体薄１ｌｌＩ３の下部における基板１には開口５を設け
た。
表１
第２図に代表的な薄膜のＸ線回折パターンを示す。ペロ
ブスカイト構造の（００１）と（１００）反射、及びそ
の高次の反射のみ観察される。また（００１）反射の強
度が（１００）のそれと比べて著しく大きいのでＣ軸配
向膜であることがわかる。Ｃ軸配向率αを次の式で定義
する。
ブスカイト構造の（００１）と（１００）反射、及びそ
の高次の反射のみ観察される。また（００１）反射の強
度が（１００）のそれと比べて著しく大きいのでＣ軸配
向膜であることがわかる。Ｃ軸配向率αを次の式で定義
する。
α利（ｏｏ＋＋／１ｌ（ｏｏ＋）＋Ｉ（ｔｏｏ）１ここ
でＩ（００１１、および１（ｔｏｏ）はそれぞれ（００
１）と（１００）反射の回折強度を表す。得られた薄膜
の誘電率と焦電係数の測定を行った。
でＩ（００１１、および１（ｔｏｏ）はそれぞれ（００
１）と（１００）反射の回折強度を表す。得られた薄膜
の誘電率と焦電係数の測定を行った。
第３図にＣ軸配向率に対するＰｂＴｉＯｓの焦電係数γ
の変化、第４図に誘電率εの変化を示す。
の変化、第４図に誘電率εの変化を示す。
よく知られている様に、焦電係数は自発分極Ｐｓの配向
に比例して大きくなる。焦電係数は配向率の増加と共に
大きくなり、誘電率は小さくなる。第３図及び第４図に
は分極処理（２００℃で１００ｋＶ／ｃｗｆｌＯ分印加
）を行なった場合の結果についても示しである。配向率
が小さい場合、分極処理前後で焦電係数及び誘電率の値
は大きく変化する。配向率が７５零になると焦電係数は
１．６ｘｌＯ’Ｃ／ ｃｄＫとなり、この値は２００℃
でｌ ＯＯｋ Ｖ ／ ｃ＋＊印加して分極処理を行っ
たＰｂＴｉＯ３セラミクス（ｙ−１，８ｘｌＯ−’Ｃ／
ｃｊＫ）とほぼ同等の値である。配向率８０零の場合焦
電係数は２．５ｘｌＯ−ｔｉｃ／ｃｊＫであり、ＰｂＴ
ｉＯｓセラミクスの値にくらべかなり大きい。また、分
極処理後の値と比べ殆ど変わらないばかりでなく、配向
率が小さい場合の分極後の値より大きい。誘電率は、配
向率７５ｚの場合、セラミクスの１／２の値で約１００
である。Ｌａを添加したＰｂＴｉＣ）３（ＰＬＴ）の場
合でも、同じ結果が得られた。
に比例して大きくなる。焦電係数は配向率の増加と共に
大きくなり、誘電率は小さくなる。第３図及び第４図に
は分極処理（２００℃で１００ｋＶ／ｃｗｆｌＯ分印加
）を行なった場合の結果についても示しである。配向率
が小さい場合、分極処理前後で焦電係数及び誘電率の値
は大きく変化する。配向率が７５零になると焦電係数は
１．６ｘｌＯ’Ｃ／ ｃｄＫとなり、この値は２００℃
でｌ ＯＯｋ Ｖ ／ ｃ＋＊印加して分極処理を行っ
たＰｂＴｉＯ３セラミクス（ｙ−１，８ｘｌＯ−’Ｃ／
ｃｊＫ）とほぼ同等の値である。配向率８０零の場合焦
電係数は２．５ｘｌＯ−ｔｉｃ／ｃｊＫであり、ＰｂＴ
ｉＯｓセラミクスの値にくらべかなり大きい。また、分
極処理後の値と比べ殆ど変わらないばかりでなく、配向
率が小さい場合の分極後の値より大きい。誘電率は、配
向率７５ｚの場合、セラミクスの１／２の値で約１００
である。Ｌａを添加したＰｂＴｉＣ）３（ＰＬＴ）の場
合でも、同じ結果が得られた。
以上述べたとおりｐ ｂ Ｔ ｉＯ３、及びＰＬＴ薄膜
では、薄膜作製時に十分にＣ軸に配向しておれば分極処
理を行わな（でも自発分極が揃っており、特に配向率７
５％以上の薄膜でその効果が大きいことが明らかになっ
た。
では、薄膜作製時に十分にＣ軸に配向しておれば分極処
理を行わな（でも自発分極が揃っており、特に配向率７
５％以上の薄膜でその効果が大きいことが明らかになっ
た。
ところで、薄膜のＣ軸の配向率は膜厚により変化するこ
とを見い出した。第５図はＣ軸の配向率と膜厚との関係
を表す。図より明らかな様に、膜厚の増大とともにＣ軸
の配向率は大きく減少する。膜厚が８μｍを越えるとＣ
軸の配向度は平均値で６０％程度に下がってしまう。し
たがって、Ｐｓが既に揃った自然分極が得られるのは、
膜厚が約４μ端以下が望ましい。
とを見い出した。第５図はＣ軸の配向率と膜厚との関係
を表す。図より明らかな様に、膜厚の増大とともにＣ軸
の配向率は大きく減少する。膜厚が８μｍを越えるとＣ
軸の配向度は平均値で６０％程度に下がってしまう。し
たがって、Ｐｓが既に揃った自然分極が得られるのは、
膜厚が約４μ端以下が望ましい。
下部電極としてＡｕを用いた場合でも全く同じ結果が得
られた。
られた。
本実施例で作製した強誘電体薄膜素子を赤外線センサと
して利用する場合、焦電材料としての性能指数である［
焦電係数／誘電率１の値は大きくなる。２００℃で１０
分間１００ ｋ Ｖ ／ ｃ＋ｓ印加して分極処理を行
ったＰｂＴｉＯ３セラミクスの値と比較して、ＰｂＴｉ
Ｏ３薄膜で２．５倍、ＰＬＴｆｉｌ！Ｉで３倍の値を示
す。
して利用する場合、焦電材料としての性能指数である［
焦電係数／誘電率１の値は大きくなる。２００℃で１０
分間１００ ｋ Ｖ ／ ｃ＋ｓ印加して分極処理を行
ったＰｂＴｉＯ３セラミクスの値と比較して、ＰｂＴｉ
Ｏ３薄膜で２．５倍、ＰＬＴｆｉｌ！Ｉで３倍の値を示
す。
つまり、本発明による強誘電体薄膜を用いると、全く分
極処理を行わなくても優れた特性の赤外線センサが作製
されることがわかる。
極処理を行わなくても優れた特性の赤外線センサが作製
されることがわかる。
上記の例でも分かるように本発明の強誘電体薄膜を用い
た素子では分極処理を行わな（でも大きな出力が取り出
せる。これは赤外線センサばかりでな（圧電素子、光ス
ィッチなど電気光学素子等においても同様である。
た素子では分極処理を行わな（でも大きな出力が取り出
せる。これは赤外線センサばかりでな（圧電素子、光ス
ィッチなど電気光学素子等においても同様である。
発明の効果
本発明による強誘電体薄膜素子は、分極処理が不要であ
り、また特性も優れていて、作製も容易であるから、実
用的にきわめて有効である。
り、また特性も優れていて、作製も容易であるから、実
用的にきわめて有効である。
第１図は発明の一実施例における強誘電体薄膜素子の断
面図、第２図は本発明の一実施例に於ける強誘電体薄膜
のＸ線回折パターンを示す図、第３図はＣ軸配向率と焦
電係数の関係を示す図、第４図はＣ軸配向率と誘電率の
関係を示す図、第５図はＣ軸配向率と膜厚との関係を示
す図である。 １・・・基板、２・・・下部電極、３・・・強誘電体薄
膜、４・・・上部電極、５・・・開口部。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 他１名第１図 第２図 第３図 θ６ ＝０、ｆ３ １． Ｏｃｍ配向卑澤 第４図 ０平虫西己σ弓率 ：び、 第５図 ０．５ ／ ２ ４
８膵厚（、ａ机）
面図、第２図は本発明の一実施例に於ける強誘電体薄膜
のＸ線回折パターンを示す図、第３図はＣ軸配向率と焦
電係数の関係を示す図、第４図はＣ軸配向率と誘電率の
関係を示す図、第５図はＣ軸配向率と膜厚との関係を示
す図である。 １・・・基板、２・・・下部電極、３・・・強誘電体薄
膜、４・・・上部電極、５・・・開口部。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 他１名第１図 第２図 第３図 θ６ ＝０、ｆ３ １． Ｏｃｍ配向卑澤 第４図 ０平虫西己σ弓率 ：び、 第５図 ０．５ ／ ２ ４
８膵厚（、ａ机）
Claims (4)
- （１）基板と、その基板上に形成され、化学式が（Ｐｂ
＿ｘＬａ＿ｙ）（Ｔｉ＿ｚＺｒ＿ｗ）Ｏ＿２で組成比が （ａ）０．７０≦ｘ≦１、０．９≦ｘ＋ｙ≦１、０．９
５≦ｚ≦１、ｗ＝０、 （ｂ）ｘ−１、ｙ−０、０．４５≦ｚ＜１、ｚ＋ｗ＝１
、 （ｃ）０．８３≦ｘ＜１、ｘ＋ｙ＝１、０．５≦ｚ＜１
、０．９６≦ｚ＋ｗ≦１ のうちから選択された一つの範囲にあり、膜厚が４μｍ
程度以下である強誘電体薄膜と、この強誘電体薄膜に付
設された電極とを備え、その分極軸の７５％以上が一方
向に配向していることを特徴とする強誘電体薄膜素子。 - （２）基板上に形成された１個以上の下部電極と、この
下部電極上に形成された強誘電体薄膜と、この強誘電体
薄膜上に前記下部電極と対向して設けられた１個以上の
上部電極とを備えた特許請求の範囲第１項記載の強誘電
体薄膜素子。 - （３）基板がＭｇＯであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の強誘電体薄膜素子。 - （４）下部電極がＰｔ、またはＡｕであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の強誘電体薄膜素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61097102A JPS62252005A (ja) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | 強誘電体薄膜素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61097102A JPS62252005A (ja) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | 強誘電体薄膜素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62252005A true JPS62252005A (ja) | 1987-11-02 |
Family
ID=14183250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61097102A Pending JPS62252005A (ja) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | 強誘電体薄膜素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62252005A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6121647A (en) * | 1996-06-26 | 2000-09-19 | Tdk Corporation | Film structure, electronic device, recording medium, and process of preparing ferroelectric thin films |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60131704A (ja) * | 1983-12-20 | 1985-07-13 | 松下電器産業株式会社 | 焦電形熱検出素子 |
-
1986
- 1986-04-25 JP JP61097102A patent/JPS62252005A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60131704A (ja) * | 1983-12-20 | 1985-07-13 | 松下電器産業株式会社 | 焦電形熱検出素子 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6121647A (en) * | 1996-06-26 | 2000-09-19 | Tdk Corporation | Film structure, electronic device, recording medium, and process of preparing ferroelectric thin films |
| US6387712B1 (en) | 1996-06-26 | 2002-05-14 | Tdk Corporation | Process for preparing ferroelectric thin films |
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