DE102020132743A1

DE102020132743A1 - Elektret

Info

Publication number: DE102020132743A1
Application number: DE102020132743.9A
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Matsushita; Yoshihiro Kozawa; Kazuhiko Kanoh; Yumi Tanaka
Original assignee: Tokyo University of Science; Denso Corp
Current assignee: Tokyo University of Science; Denso Corp
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2021-06-17
Also published as: CN112993143B; US20210184100A1; CN112993143A; US11917919B2

Abstract

Ein Elektret (1) weist ein Substrat (10) und eine über einer Oberfläche des Substrats gebildete Elektretschicht (2) auf. Die Elektretschicht ist eine Verbundmetallverbindung mit zwei oder mehr verschiedenen Metallelementen, die erhalten wird, indem ein Dünnfilm, der hauptsächlich aus einem anorganischen dielektrischen Material mit einer Bandlückenenergie von 4 eV oder mehr aufgebaut ist, einer Polarisationsbehandlung unterzogen wird.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Elektret.
Als eine Energiegewinnungstechnologie (auch als Energy Harvesting oder „Energieernte“ bezeichnet), die in der Umwelt vorhandene Energie in elektrische Energie umwandelt, ist eine praktische Anwendung eines Vibrationsenergieerzeugungselements oder dergleichen unter Verwendung eines Elektrets untersucht worden. Ein organisches Polymermaterial, wie beispielsweise Fluorharz, wird im Allgemeinen als Bestandteil des Elektrets verwendet. Während das organische Polymermaterial Vorteile wie Formfreiheit und ausgezeichnete Kontrollierbarkeit der Schicht- bzw. Filmdicke bei Dünnfilmbildung zeigt, gibt es Bedenken hinsichtlich der thermischen Stabilität eines Oberflächenpotentials und einer Verschlechterung der Leistung im Laufe der Zeit in einer Hochtemperaturumgebung, da es sich um einen organischen Stoff handelt.
Andererseits wurde die Bildung eines Elektrets unter Verwendung eines anorganischen Verbundmaterials mit ausgezeichneter Stabilität bei hohen Temperaturen untersucht. Die JP 6 465 377 B2 schlägt zum Beispiel ein Elektretmaterial unter Verwendung eines gesinterten Körpers mit einer Kristallstruktur aus hexagonalem Hydroxylapatit und mit einem Hydroxidionen-Gehalt kleiner demjenigen von Hydroxylapatit mit stöchiometrischer Zusammensetzung vor. Dieser gesinterte Körper wird durch Sintern und Dehydratisieren eines Formkörpers aus Hydroxylapatit-Pulver bei einer hohen Temperatur von mehr als 1250 °C und weniger als 1500 °C erhalten, wobei davon ausgegangen wird, dass nach einer Polarisationsbehandlung aufgrund von Defekten von Hydroxidionen ein hohes Oberflächenpotential hervorgebracht wird.
Durch den Einbau eines Energieerzeugungselements oder dergleichen unter Verwendung eines anorganischen Elektrets in eine integrierte Schaltung oder dergleichen, die auf einem Substrat gebildet ist, kann eine Energieerzeugungsvorrichtung miniaturisiert und in einer Hochtemperaturumgebung eingesetzt werden, wobei erwartet wird, dass sie für verschiedene Anwendungen einsetzbar ist. Jedoch ist das Elektretmaterial in der JP 6 465 377 B2 ein gesinterter Massenkörper aus einem Pulver-Rohmaterial, und es ist z.B. schwierig, einen Dünnfilm von 0,1 mm oder weniger herzustellen, so dass es schwierig ist, das elektrische Material auf ein Substrat einer Vorrichtung aufzubringen. Alternativ wird, wenn ein Verfahren zum Sintern des elektrischen Materials auf einem Substrat angewandt wird, eine Verarbeitungstemperatur zu einer hohen Temperatur von über 1000 °C. Somit kann sich das elektrische Material aufgrund der Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten mit dem Substrat oder anderen Filmen auf dem Substrat ablösen.
Ferner werden in einem Si-Prozess, der ein allgemeines Verfahren zum Bilden einer Vorrichtung ist, verschiedene Elemente auf einem Substrat aufgebaut, um eine durch eine Metallverdrahtung oder dergleichen verbundene Schaltung zu bilden. Folglich sind, wenn die Verarbeitungstemperatur 1000 °C überschreitet, auch Schäden an der Verdrahtung oder dergleichen unvermeidlich. Ferner ist es, da sich die Verarbeitungstemperatur dem Schmelzpunkt von Si oder Glas nähert, das im Allgemeinen als ein Substrat verwendet wird, schwer zu sagen, dass die Verwendung eines gesinterten Körpers ein realistisches Verfahren ist.
Es ist, angesichts der obigen Umstände, Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Dünnfilm-Elektret bereitzustellen, das ohne Anwendung eines Hochtemperaturprozesses von mehr als 1000 °C gebildet werden kann und stabile Eigenschaften in einer Anwendungsumgebung aufweist.
Ein Elektret gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Substrat und eine über einer Oberfläche des Substrats gebildete Elektretschicht auf. Die Elektretschicht ist eine Verbundmetallverbindung, die zwei oder mehr verschiedene Metallelemente enthält, und wird durch Unterziehen eines Dünnfilms, der hauptsächlich aus einem anorganischen dielektrischen Material mit einer Bandlückenenergie von 4 eV oder mehr aufgebaut ist, einer Polarisationsbehandlung erhalten.
Das Elektret mit der obigen Konfiguration kann die Bandlückenenergie, Defekte und dergleichen durch Verwendung des anorganischen dielektrischen Materials, das zwei oder mehr Metallelemente enthält, kontrollieren bzw. steuern und kann die dielektrische Durchbruchspannung durch eine hohe Bandlückenenergie von 4 eV oder mehr erhöhen. Daher kann, indem eine hohe Spannung, wie beispielsweise 100 °C oder höher, bei der Polarisationsbehandlung angelegt wird, ein hohes Oberflächenpotential erzielt werden, und es ist weniger wahrscheinlich, dass das Oberflächenpotential in einer Hochtemperaturumgebung und bei einer langfristigen Nutzung abnimmt. Ferner kann, da die Dünnfilm-Elektretschicht über dem Substrat gebildet ist und im Allgemeinen durch einen Filmbildungsprozess bei 1000 °C oder niedriger gebildet werden kann, das Elektret auf eine Vorrichtung aufgebracht werden, während ein Ablösen einer Schicht und ein Einfluss auf die Verdrahtung auf dem Substrat unterdrückt werden.
Gemäß dem obigen Aspekt ist es, wie vorstehend beschrieben, möglich, das Dünnfilm-Elektret bereitzustellen, das ohne Anwendung eines Hochtemperaturprozesses über 1000 °C gebildet werden kann und stabile Eigenschaften in einer Nutzungs- bzw. Anwendungsumgebung hervorbringt.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung eines schematischen Konfigurationsbeispiels eines Elektrets gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung einer weiteren schematischen Konfiguration eines mehrere leitfähige Schichten aufweisenden Elektrets;
3 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung eines schematischen Konfigurationsbeispiels eines Elektrets gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung eines weiteren schematischen Konfigurationsbeispiels eines Elektrets gemäß der zweiten Ausführungsform, in der eine Konfiguration und eine Anordnung eines Substrats geändert sind; und
5 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung eines weiteren schematischen Konfigurationsbeispiels eines Elektrets gemäß der zweiten Ausführungsform, in der eine Konfiguration eines Substrats geändert ist.

(Erste Ausführungsform)
Nachstehend ist ein Elektret gemäß einer ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, weist das Elektret 1 der vorliegenden Ausführungsform ein Substrat 10 und eine über einer Oberfläche des Substrats 10 gebildete Elektretschicht 2 auf. Die Elektretschicht 2 ist eine Verbundmetallverbindung, die zwei oder mehr verschiedene Metallelemente enthält, und wird durch Unterziehen eines Dünnfilms, der hauptsächlich aus einem anorganischen dielektrischen Material mit einer Bandlückenenergie von 4 eV oder mehr aufgebaut ist, einer Polarisationsbehandlung erhalten. Hier bedeutet der Term „hauptsächlich aus einem anorganischen dielektrischen Material aufgebaut ist“, dass Partikel nur aus dem anorganischen dielektrischen Material bestehen können, Partikel Verunreinigungen enthalten können, die auf das Rohmaterial des anorganischen dielektrischen Materials zurückzuführen sind, oder dem anorganischen dielektrischen Material während eines Prozesses zum Herstellen des anorganischen dielektrischen Materials zu einem Film einige andere Komponenten hinzugefügt werden können.
Das Elektret 1 ist eine Auflade-Substanz, die positive oder negative Ladungen auf der Oberfläche zurückhält und ein elektrostatisches Feld an die Umgebung abgibt, und das Oberflächenpotential wird durch die Elektretschicht 2 wiedergegeben, in der der Dünnfilm des anorganischen dielektrischen Materials polarisiert ist. Das Elektret 1 wird z.B. als in eine integrierte Schaltung eingebautes Energieerzeugungselement in verschiedenen Vorrichtungen verwendet, die mechanische Energie und elektrische Energie gegenseitig umwandeln, z.B. in einer kleinen elektrostatischen Vibrationsenergieerzeugungsvorrichtung, die Umweltvibrationen als eine Energiequelle nutzt.
Das Elektret 1 weist eine beliebige äußere Form entsprechend der Form des Substrats 10 auf (wie beispielsweise eine rechteckige flache Plattenform oder eine Scheibenform), und die Elektretschicht 2 ist und über einer Oberfläche des Substrats 10 laminiert und gebildet. Hier ist die vertikale Richtung in den Zeichnungen als Dickenrichtung X des Substrats 10 definiert, die Oberfläche, über der die Elektretschicht 2 laminiert ist, als obere Oberfläche bezeichnet, und die Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite als untere Oberfläche bezeichnet.
Da die dielektrische Durchbruchspannung durch Verwenden eines anorganischen dielektrischen Materials mit einer relativ großen Bandlückenenergie von 4 eV oder mehr erhöht wird, kann die Elektretschicht 2 ein gewünschtes hohes Potential wiedergeben, indem sie während der Polarisationsbehandlung mit einer hohen Spannung beaufschlagt wird. Vorzugsweise wird ein anorganisches dielektrisches Material mit einer Bandlückenenergie von 4,5 eV oder mehr, insbesondere vorzugsweise 5,5 eV oder mehr, verwendet.
Vorzugsweise enthält das anorganische dielektrische Material, das die Elektretschicht 2 bildet, zwei verschiedene Metallelemente A und B, und die Basiszusammensetzung ist ein Mischoxid, das durch die Summenformel ABO₃ beschrieben wird. Der Sauerstoffgehalt kann aufgrund von in der Struktur gebildeten Defekten niedriger als die Basiszusammensetzung sein, und in diesem Fall kann das anorganische dielektrische Material durch die Summenformel ABO_x (x ≤ 3) beschrieben werden. Vorzugsweise werden, wenn die Sauerstoffmenge kleiner als das stöchiometrische Verhältnis der Basiszusammensetzung ist, wahrscheinlich Defekte eingebracht und nimmt wahrscheinlich das Oberflächenpotential zu.
Die Form des Dünnfilms, der die Elektretschicht 2 bildet, ist nicht speziell beschränkt und kann z.B. ein Film des Mischoxids mit amorpher Struktur (im Folgenden als amorpher Film bezeichnet) oder ein Film mit einem Kristall des Mischoxids (im Folgenden als Oxidkristallfilm bezeichnet) sein. Der Kristall des Mischoxids, der durch die Summenformel ABO₃ beschrieben wird, weist eine Perowskitstruktur auf, die nachstehend noch beschrieben ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist im Folgenden hauptsächlich eine Elektretschicht 2 mit einem amorphen Film beschrieben. In dem amorphen Film werden im Vergleich zu einem Oxidkristallfilm mit einer Perowskitstruktur derselben Zusammensetzung wahrscheinlich Defekte durch baumelnde Bindungen in einem nicht gebundenen Zustand gebildet. Bei der Elektretschicht 2 wird davon ausgegangen, dass das Vorhandensein von Defekten wichtig für die Ausprägung bzw. Wiedergabe des Oberflächenpotentials ist und ein hohes Oberflächenpotential durch die Verwendung des amorphen Films erzielt werden kann. Ferner ist es, da der amorphe Film bei einer niedrigeren Temperatur als der Oxidkristallfilm gebildet werden kann, möglich, thermische Schäden an Verdrahtung und dergleichen während einer Vorrichtungsbildung zu unterdrücken.
Als ein spezifisches Beispiel kann in dem Mischoxid, das durch die Summenformel ABO₃ beschrieben wird, das Metallelement A (A-Stelle) ein Seltenerd-Element R sein, das aus der Gruppe bestehend aus La, Y, Sc, Pr, Sm und Nd ausgewählt ist, und das Metallelement B (B-Stelle) kann AI sein. Da ein Mischoxid (RAlO₃; Seltenerd-Aluminat), in dem ein dreiwertiges Seltenerd-Element R und ein dreiwertiges AI kombiniert sind, eine große Bandlückenenergie von 4 eV oder mehr und eine relativ kleine relative Permittivität (z.B. 100 oder weniger) aufweist, kann ein hohes Oberflächenpotential realisiert werden. Darüber hinaus kann das Seltenerd-Aluminat unter Verwendung eines relativ kostengünstigen Materials hergestellt werden, was in Bezug auf die Herstellungskosten vorteilhaft ist.
In der Summenformel ABO₃ kann ein Teil des Metallelements A an der A-Stelle, ein Teil des Metallelements B an der B-Stelle oder können beide von ihnen durch ein Dotierelement bestehend aus anderen Metallelementen substituiert werden. In diesem Fall, wenn das Dotierelement ein Metallelement mit einer niedrigeren Wertigkeit als die Metallelemente A und B ist, werden wahrscheinlich Defekte aufgrund von Sauerstoffleerstellen in der Struktur auftreten. Wenn zum Beispiel das Metallelement A ein dreiwertiges Seltenerd-Element R ist, wird vorzugsweise ein zweiwertiges Erdalkalimetallelement verwendet, und wenn das Metallelement B ein dreiwertiges AI ist, werden vorzugsweise ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallelementen und Zn verwendet. Hier umfassen die Erdalkalimetallelemente Mg.
Durch die Anwendung einer Zusammensetzung, in der ein Teil der Metallelemente A und B, die das Mischoxid bilden, auf diese Weise substituiert wird, können leicht Sauerstoffdefekte eingebracht werden. Das Substitutionsverhältnis des Dotierelements zu den Metallelementen A und B kann in geeigneter Weise im Bereich von z.B. 20 Atom% oder weniger eingestellt werden, und ein gewünschtes hohes Oberflächenpotential entsprechend dem Substitutionsverhältnis kann erreicht werden. Auf diese Weise können durch das Einbringen des Dotierelements Defekte erzeugt werden, und durch die Steuerung der Substitutionsverhältnisse der Metallelemente A und B kann die Menge an Defekten gesteuert und können stabile Oberflächenpotentialeigenschaften erzielt werden. Vorzugsweise wird, wenn das Substitutionsverhältnis 0,05 Atom% oder mehr beträgt, das Oberflächenpotential stark verbessert. Jedoch nimmt, wenn das Substitutionsverhältnis zunimmt, der Effekt des Einbringens des Dotierelements tendenziell ab. Daher wird das Substitutionsverhältnis vorzugsweise in geeigneter Weise innerhalb des Bereichs eingestellt, in dem das Substitutionsverhältnis 20 Atom% nicht überschreitet, so dass die gewünschten Eigenschaften erreicht werden können. Das Substitutionsverhältnis liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05 Atom% bis 18,8 Atom%, und insbesondere vorzugsweise im Bereich von 0,05 Atom% bis 2,5 Atom%.
Die Elektretschicht 2 besteht hauptsächlich aus dem anorganischen dielektrischen Material, das aus einem solchen Mischoxid besteht, und wird anhand eines beliebigen Filmbildungsverfahrens zu einem Dünnfilm über dem Substrat 10 geformt bzw. gebildet. Beispiele für das Filmbildungsverfahren umfassen eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD-Verfahren), wie beispielsweise ein Sputterverfahren, eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD-Verfahren), ein Schweißverfahren und ein Sol-Gel-Verfahren und können unter Berücksichtigung der Film- bzw. Schichtqualität und der zu bildenden Filmdicke angewandt werden.
Wenn beispielsweise das Sputterverfahren angewandt wird, wird ein anorganisches dielektrisches Material mit einer gewünschten Zusammensetzung als Target bzw. Ziel verwendet, um die Elektretschicht 2 zu bilden, werden beschleunigte Ionen durch Anlegen einer hohen Spannung in einem Inertgas zur Kollision gebracht, um einen Dünnfilm über dem Substrat 10 zu bilden. Zu dieser Zeit kann das anorganische dielektrische Material als das Target ein Verbundoxidkristall mit einer Perowskitstruktur der gleichen Zusammensetzung wie der amorphe Film, der die Elektretschicht 2 bilden soll, sein.
Die Filmbildungstemperatur liegt in der Regel im Bereich von Raumtemperatur bis 1000 °C und kann eine Temperatur in Abhängigkeit des Materials sein. Durch die Bildung des Films unter einer Temperaturbedingung von 1000 °C oder niedriger anhand eines solchen Verfahrens ist es möglich, den Dünnfilm zu bilden, der die Elektretschicht 2 bilden soll, während eine Beschädigung des Substrats 10 und der Verdrahtung auf dem Substrat 10 durch hohe Temperatur unterdrückt wird. Als das anorganische dielektrische Material, das als das Zielrohmaterial verwendet wird, kann ein durch einen Hochtemperaturprozess bei über 1000 °C hergestelltes Material verwendet werden.
Das Material des Substrats 10 ist nicht speziell beschränkt. In der vorliegenden Ausführungsform wird zum Beispiel ein leitfähiges Si-Substrat verwendet. Ferner kann ebenso ein leitfähiges Substrat mit einem leitfähigen Material wie Metall oder ein isolierendes Substrat mit einem Glasmaterial oder dergleichen verwendet werden.
Die über dem Substrat 10 gebildete Elektretschicht 2 kann jede beliebige Filmdicke aufweisen, indem die Filmbildungsbedingungen und dergleichen angepasst werden. Vorzugsweise kann z.B. durch Bilden des Dünnfilms im Bereich von 0,01 µm bis 100 µm ein Elektret 1 erhalten werden, das für eine kleine Vorrichtung, wie beispielsweise ein Vibrationsenergieerzeugungselement oder eine Speicherschaltung, geeignet ist.
Vorzugsweise ist eine leitfähige Schicht 3 in Kontakt mit wenigstens einer Oberfläche der Elektretschicht 2 in Dickenrichtung X angeordnet. Die leitfähige Schicht 3 besteht aus einem leitfähigen Film, der unter Verwendung eines leitfähigen Metalls wie Ti, Au und Pt gebildet wird, und kann eine Struktur aufweisen, in der mehrere leitfähige Filme laminiert sind. Durch Verwendung der leitfähigen Schicht 3 als eine Elektrode während der Polarisationsbehandlung kann der Dünnfilm, der in Kontakt mit der leitfähigen Schicht 3 angeordnet ist, auf einfache Weise polarisiert und zur Elektretschicht 2 gebildet werden.
In dem in 1 gezeigten Elektret 1 ist die leitfähige Schicht 3 über der oberen Oberfläche des Substrats 10 aus leitfähigem Si gebildet, und die Elektretschicht 2 ist in Kontakt mit einer oberen Oberfläche der leitfähigen Schicht 3 gebildet. Die leitfähige Schicht 3 weist eine zweischichtige Struktur auf, wobei eine erste leitfähige Schicht 31 in der Nähe des Substrats 10 gebildet ist und eine zweite leitfähige Schicht 32 auf einer oberen Oberfläche der ersten leitfähigen Schicht 31 gebildet ist. Die erste leitfähige Schicht 31 besteht aus einem Metall wie Ti mit guter Haftung an der zweiten leitfähigen Schicht 32 und einem thermischen Oxidfilm 11, und die zweite leitfähige Schicht 32 besteht aus einem Edelmetall mit guter Leitfähigkeit (z.B. Pt, Au usw.). Die erste leitfähige Schicht 31 ist in Kontakt mit dem thermischen Oxidfilm 11 angeordnet, der auf der oberen Oberfläche des Substrats 10 gebildet ist, und die zweite leitfähige Schicht 32 ist in Kontakt mit der unteren Oberfläche der Elektretschicht 2 angeordnet. Hier wird ein Beispiel aufgezeigt, bei dem ein Ti-Film als die erste leitfähige Schicht 31 und ein Pt-Film als die zweite leitfähige Schicht 32 kombiniert sind.
Das Elektret 1 wird erhalten, indem eine Polarisationsbehandlung in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die leitfähige Schicht 3 und der Dünnfilm, der die Elektretschicht 2 bilden soll, über dem Substrat 10 gebildet sind. Eine Verfahren der Polarisationsbehandlung ist nicht speziell beschränkt. Die Polarisationsbehandlung erfolgt z.B. durch eine Koronaentladung oder dergleichen durch Anlegen einer Spannung zwischen einer mit der leitfähigen Schicht 3 verbundenen Masseelektrode und einer Gegenelektrode. Was beispielsweise die Polarisationsbehandlungsbedingungen betrifft, so ist es wünschenswert, eine Spannung bei einer Temperatur von 100 °C oder höher anzulegen, so dass die elektrische Feldstärke 1 kV / mm oder höher, vorzugsweise 4 kV / mm oder höher, wird.
Daher ist es wünschenswert, dass die Elektretschicht 2 eine elektrische Feldstärke bei dielektrischem Durchschlag (z.B. 1 kV / mm oder mehr, vorzugsweise 4 kV / mm oder mehr; nachstehend als dielektrische Durchschlagsfeldstärke bezeichnet) aufweist, die höher ist als die elektrische Feldstärke während der Polarisationsbehandlung. Um eine effiziente Energieerzeugung als Vorrichtung z.B. zur Vibrationsenergieerzeugung zu realisieren, ist ein Oberflächenpotential von 400 V oder mehr erforderlich. Beispielsweise kann im Falle einer Elektretschicht 2 mit einer Filmdicke von 100 µm ein gewünschtes Oberflächenpotential durch eine Polarisationsbehandlung mit einer elektrischen Feldstärke von 4 kV / mm oder mehr erzielt werden.
Hier ist es, da das Oberflächenpotential der Elektretschicht 2 nach der Polarisationsbehandlung proportional zu einer Spannung ist, die an den über dem Substrat 10 gebildeten Verbundfilm angelegt wird, erforderlich, eine Spannung anzulegen, die in der Lage ist, das je nach Anwendung erforderliche Oberflächenpotential zu realisieren. Alternativ kann die Filmdicke entsprechend der erforderlichen Spannung so erhöht werden, dass kein dielektrischer Durchschlag auftritt.
(Beispiel 1)
Das Elektret 1 mit der in 1 gezeigten Konfiguration wurde anhand des nachfolgenden Verfahrens gefertigt.
<Filmbildung>
Zuerst wurde die obere Oberfläche des Substrats 10 aus leitfähigem Si thermisch oxidiert, um den thermischen Oxidfilm 11 mit einer Filmdicke von 50 nm zu bilden, woraufhin die leitfähige Schicht 3 anhand eines Sputterverfahrens auf der oberen Oberfläche des thermischen Oxidfilms 11 gebildet wurde. Die leitfähige Schicht 3 wurde durch Bilden eines Ti-Films von 30 nm als die erste leitfähige Schicht 31 und eines Pt-Films von 100 nm als die zweite leitfähige Schicht 32, in der Reihenfolge von der Seite in Kontakt mit dem thermischen Oxidfilm 11, unter Verwendung von die jeweiligen Schichten bildenden Metallmaterialien als Targets bei 300 °C in einer Ar-Atmosphäre gebildet.
Ferner wurde der Dünnfilm des Mischoxids, der die Elektretschicht 2 bilden soll, anhand eines Sputterverfahrens auf der oberen Oberfläche der zweiten leitfähigen Schicht 32 gebildet. Die Sputterbedingungen waren 300 °C und eine Ar-Atmosphäre, und es wurde ein amorpher Film, der die Elektretschicht 2 bilden soll, mit einer Filmdicke von 0,7 µm unter Verwendung von Lanthan-Aluminat (LaAlO₃), ein Oxidkristall mit einer Perowskitstruktur, als ein Target gebildet.
Der auf diese Weise gebildete amorphe Film ist ein Mischoxid, das La und AI als zwei Metallelemente A und B enthält (Summenformel ABO_x; in der Formel x ≤ 3), und ist ein amorpher Film, der La, Al und O in einem Verhältnis von etwa 1:1:3 enthält. Zu dieser Zeit ist das Verhältnis von La:Al:O im amorphen Film fast das gleiche wie die Zusammensetzung stöchiometrischen Verhältnisses von LaAlO₃, das als das Target verwendet wird, oder das Verhältnis des Sauerstoffgehalts ist kleiner als das stöchiometrische Verhältnis.
< Polarisationsbehandlung>
Der amorphe Film, der die Elektretschicht 2 bilden soll, wurde auf diese Weise über dem Substrat 10 gebildet und einer Polarisationsbehandlung unterzogen, um das Elektret 1 zu erhalten. Für die Polarisationsbehandlung wird eine Koronaentladung angewandt, die leitfähige Schicht 3 in Kontakt mit der unteren Oberfläche des amorphen Films wird als Masseelektrode geerdet, eine Koronaentladungselektrode wird gegenüberliegend auf der oberen Oberfläche des amorphen Films angeordnet, und eine negative Spannung wird angelegt, um die Koronaentladung vorzunehmen. Die Bedingungen für die Koronaentladung waren wie folgt. Die Spannung wurde angelegt, und die Koronaentladung wurde auch dann fortgesetzt, wenn die Temperatur gesenkt wurde.

· Entladespannung: -6 kV
· Temperatur: 200 °C
· Bearbeitungszeit: 1 Stunde

Infolgedessen wurde der amorphe Film, der La, AI und O enthält und über dem Substrat 10 gebildet wurde, polarisiert und auf der Seite der oberen Oberfläche negativ geladen, so dass die eine Elektreteigenschaft aufweisende Elektretschicht 2 gebildet wurde. Zu dieser Zeit kann ein den Polarisationsbehandlungsbedingungen entsprechendes hohes Oberflächenpotential erzielt werden, und durch Vornehmen der Polarisationsbehandlung bei einer höheren Temperatur als Raumtemperatur (z.B. 200 °C) kann die Schwankung des Oberflächenpotentials auch bei Anwendungen, bei denen die Anwendungsumgebung hohe Temperaturen aufweist, leicht eingeschränkt und eine stabile Elektreteigenschaft realisiert werden.
Die Temperatur und andere Bedingungen der Polarisationsbehandlung können entsprechend den Eigenschaften, die in der angenommenen Anwendungsumgebung erforderlich sind, in geeigneter Weise geändert werden.
In dem wie oben beschrieben erhaltenen Elektret 1 betrug die Bandlückenenergie des La, AI und O aufweisenden Mischoxids, das die Elektretschicht 2 bilden soll, 6,2 eV, und das Oberflächenpotential der polarisierten Elektretschicht 2 betrug -470 V.
Als Ergebnis einer Beobachtung eines geladenen Zustands des erhaltenen Elektrets 1 wurde festgestellt, dass, im Gegensatz zum herkömmlichen Elektret, aufgrund der Polarisation eine elektrische Ladung auf der Oberfläche des Materials, das die Elektretschicht 2 bilden soll, erzeugt wurde, die elektrische Ladung als elektrische Energie entnommen werden konnte und das einmal abgesenkte Oberflächenpotential mit der Zeit wieder hergestellt wurde und die elektrische Ladung wiederholt als elektrische Energie entnommen werden konnte. Der Grund hierfür ist nicht gänzlich klar, aber es wird vermutet, dass sich der geladene Zustand von einem Zustand unterscheidet, in dem eine elektrische Ladung, wie beim herkömmlichen Elektret, von einer Oberfläche eingebracht und im Inneren gehalten wird.
Wie in 2 gezeigt, kann die leitfähige Schicht 3 in Kontakt mit beiden Oberflächen der Elektretschicht 2 in Dickenrichtung X angeordnet sein, und die Polarisationsbehandlung kann mit Hilfe einer Gleichstromenergieversorgung oder dergleichen erfolgen. In diesem Fall kann in dem Elektret 1 mit der Konfiguration von 1 eine weitere leitfähige Schicht 3 anhand eines Sputterverfahrens auf der oberen Oberfläche der Elektretschicht 2 gebildet werden, und die Elektretschicht 2 kann zwischen den beiden leitfähigen Schichten 3 angeordnet werden. Auch in diesem Fall kann die auf der oberen Oberfläche gebildete leitfähige Schicht 3 eine Zweischichtstruktur aufweisen. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem eine erste leitfähige Schicht 31 (z.B. ein Ti-Film von 30 nm) angrenzend an die Elektret-Schicht 2 gebildet ist und eine zweite leitfähige Schicht 32 (z.B. ein Au-Film von 200 nm) auf einer oberen Oberfläche der ersten leitfähigen Schicht 31 gebildet ist.
Die Polarisationsbehandlung erfolgt durch Anschließen einer Gleichstromenergieversorgung oder dergleichen an die leitfähige Schicht 3 auf der oberen Oberfläche der Elektretschicht 2, Erdung der leitfähigen Schicht 3 auf der unteren Oberfläche und Anlegen einer vorbestimmten Spannung. Auf diese Weise kann, obwohl die Anzahl der Schritte zum Bilden der mehreren leitfähigen Schichten 3 erhöht wird, die an den amorphen Film zur Elektretisierung angelegte Spannung genau gesteuert werden, so dass dahingehend ein Vorteil besteht, dass stabilere Eigenschaften erzielt werden können.
(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend ist ein Elektret gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 beschrieben. Wie in 3 gezeigt, ist die Basiskonfiguration des Elektrets 1 der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie die der ersten Ausführungsform und umfasst ein Substrat 10 und eine über einer Oberfläche des Substrats 10 gebildete Elektretschicht 2. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Struktur des Materials des Substrats 10 und die Struktur des anorganischen dielektrischen Materials, das die Elektretschicht 2 bilden soll, und die Anordnung der leitfähigen Schicht 3 verschieden. Nachstehend ist vor allem auf die Unterschiede Bezug genommen.
Übrigens stellen unter den in der zweiten und den folgenden Ausführungsformen verwendeten Bezugszeichen die gleichen Bezugszeichen wie in der bereits beschriebenen Ausführungsform die gleichen Bestandteile bzw. Komponenten wie in der bereits beschriebenen Ausführungsform dar, sofern nicht anders angegeben.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform ist die Elektretschicht 2 eine Verbundmetallverbindung, die zwei oder mehr Metallelemente enthält und durch Unterziehen eines Dünnfilms, der hauptsächlich aus einem anorganischen dielektrischen Material mit einer Bandlückenenergie von 4 eV oder mehr aufgebaut ist, einer Polarisationsbehandlung gebildet wird. Das anorganische dielektrische Material weist eine Basiszusammensetzung aus einem Mischoxid auf, das durch eine Summenformel ABO₃ beschrieben wird, und kann eine Zusammensetzung mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt sein (z.B. die Summenformel ABO_x; in der Formel ist x ≤ 3). Vorzugsweise ist das Metallelement A ein Seltenerd-Element R, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Y, Sc, Pr, Sm und Nd, und das Metallelement B ist AI.
In der ersten Ausführungsform ist der Dünnfilm, der die Elektretschicht 2 bildet, der amorphe Film aus dem amorphen Mischoxid, aber in der vorliegenden Ausführungsform ist der Dünnfilm ein polykristalliner Film, der einen Kristall des Mischoxids enthält. Das heißt, der polykristalline Film besteht aus einem Aggregat von Verbundoxidkristallen mit einer Perowskitstruktur vom ABO₃-Typ, und ein Teil eines Metallelements, das die A-Stelle belegt, ein Teil des Metallelements B, das die B-Stelle belegt, oder beide von ihnen sind durch Dotierelemente ersetzt, die aus verschiedenen Metallelementen bestehen.
Auch in diesem Fall wird durch Festlegen des Dotierelements als ein Metallelement mit einer niedrigeren Wertigkeit als die Metallelemente A und B die A-Stelle oder die B-Stelle der Perowskitstruktur ersetzt, und Sauerstoffdefekte können leicht in die Struktur eingebracht werden. Wenn zum Beispiel das Metallelement A ein dreiwertiges Seltenerd-Element R ist, wird vorzugsweise ein zweiwertiges Erdalkalimetallelement (einschließlich Mg) verwendet, und wenn das Metallelement B ein dreiwertiges AI ist, werden vorzugsweise ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe bestehend aus zweiwertigen Erdalkalimetallelementen (einschließlich Mg) und Zn verwendet.
Das Substitutionsverhältnis des Dotierelements, das das Metallelement A ersetzt, kann in geeigneter Weise im Bereich von z.B. 20 Atom% oder weniger festgelegt werden. Gleichermaßen wird Substitutionsverhältnis des Dotierelements, das das Metallelement B ersetzt, vorzugsweise im Bereich von z.B. 20 Atom% oder weniger in geeigneter Weise festgelegt. Durch Steuern dieser Substitutionsbeträge können Sauerstoffdefekte erzeugt und stabile Eigenschaften erzielt werden. Vorzugsweise liegt das Substitutionsverhältnis im Bereich von 0,05 Atom% bis 18,8 Atom%, und insbesondere vorzugsweise im Bereich von 0,05 Atom% bis 2,5 Atom%.
Die Elektretschicht 2 besteht hauptsächlich aus dem anorganischen dielektrischen Material, das aus einem solchen Mischoxid besteht, und wird anhand eines beliebigen Filmbildungsverfahrens zu dem Dünnfilm über dem Substrat 10 geformt bzw. gebildet. Beispielsweise kann für den Fall, dass ein Sputterverfahren als das Filmbildungsverfahren angewandt wird, ein ähnliches Verfahren angewandt werden, außer dass die Filmbildungstemperaturbedingung eingestellt wird, um höher oder gleich der Kristallisationstemperatur des anorganischen dielektrischen Materials zu sein, und auf eine Temperatur (z.B. etwa 500 °C bis 1000 °C oder niedriger) höher als eine Temperatur (z.B. etwa Raumtemperatur bis 500 °C) zum Bilden des amorphen Films gesteuert wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein leitfähiges Substrat aus SrTiO₃ mit Nb als das Substrat 10 verwendet. In diesem Fall wird, ungleich dem Si-Substrat, der thermische Oxidfilm 11 auf der Oberfläche nicht gebildet, so dass die Polarisationsbehandlung über das leitfähige Substrat 10 erfolgen kann. Daher werden, als die leitfähige Schicht 3 aus einem leitfähigen Film, eine erste leitfähige Schicht 31 aus einem Ti-Film und eine zweite leitfähige Schicht 32 aus einem Au-Film in dieser Reihenfolge von der Seite in Kontakt mit der unteren Oberfläche des Substrats 10 aus gebildet. Gemäß dieser Konfiguration kann die leitfähige Schicht 3 leicht geerdet werden.
(Beispiel 2)
Das Elektret 1 mit der in 3 gezeigten Konfiguration wurde anhand des nachfolgenden Verfahrens gefertigt.
<Filmbildung>
Zunächst wurde, als das Substrat 10, ein leitfähiges Substrat aus SrTiO₃ mit 0,5 Masseprozent Nb hergestellt, und ein Dünnfilm aus einem Mischoxid, der die Elektretschicht 2 bilden soll, wurde anhand eines Sputterverfahrens auf einer oberen Oberfläche des Substrats 10 gebildet. Die Sputterbedingungen waren 800 °C und eine Ar-Atmosphäre, und der Dünnfilm, der die Elektretschicht 2 bilden soll, wurde mit einer Dicke von 0,7 µm unter Verwendung eines gesinterten Körpers mit einer Zusammensetzung aus Lanthan-Aluminat (LaAlO₃), das ein Oxidkristall mit einer Perowskitstruktur ist, als ein Target gebildet.
Der erhaltene Dünnfilm war ein polykristalliner Film mit einer Zusammensetzung von LaAlOx (x < 3). Ferner wurde die leitfähige Schicht 3 anhand eines Sputterverfahrens auf der unteren Oberfläche des Substrats 10 gebildet. Beim Bilden der leitfähigen Schicht 3 wurden der Ti-Film von 30 nm, der die erste leitfähige Schicht 31 bilden soll, und der Au-Film von 200 nm, der die zweite leitfähige Schicht 32 bilden soll, in der Reihenfolge von der Seite nahe dem Substrat 10 aus gebildet, wobei die Metallmaterialien, die die jeweiligen Schichten bilden, bei 300 °C in der Ar-Atmosphäre als Targets verwendet wurden.
<Polarisationsbehandlung>
Der polykristalline Film, der die Elektretschicht 2 bilden soll, wurde, wie vorstehend beschrieben, über dem Substrat 10 gebildet und einer Polarisationsbehandlung unterzogen, um das Elektret 1 zu erhalten. Für die Polarisationsbehandlung wird eine Koronaentladung verwendet, die leitfähige Schicht 3 auf der unteren Oberfläche des Substrats 10 wird als Masseelektrode geerdet, und zwischen der leitfähigen Schicht 3 auf der unteren Oberfläche des Substrats 10 und einer auf der oberen Oberfläche der Elektretschicht 2 angeordneten Koronaentladungselektrode wird eine negative Spannung angelegt, um die Koronaentladung zu bewirken. Die Bedingungen für die Koronaentladung waren wie folgt. Die Spannung wurde angelegt, und die Koronaentladung wurde auch dann fortgesetzt, wenn die Temperatur gesenkt wurde.

· Entladespannung: -6 kV
· Temperatur: 200 °C
· Bearbeitungszeit: 1 Stunde

Auch auf diese Weise wurde, ähnlich wie in Beispiel 1, der auf dem Substrat 10 gebildete polykristalline Film mit der LaAlOx-Zusammensetzung polarisiert und auf der Seite der oberen Oberfläche negativ geladen, so dass die elektretisierte Elektretschicht 2 gebildet wurde. Auch in diesem Fall kann ein hohes Oberflächenpotential in Abhängigkeit von den Polarisationsbehandlungsbedingungen erzielt und eine stabile Elektreteigenschaft realisiert werden.
Hier kann, wie in 4 gezeigt, ein polykristalliner Film mit einer Zusammensetzung von LaAlOx (x < 3) ebenso als die Elektretschicht 2 in der Konfiguration mit dem Substrat 10 aus leitfähigem Si, wie in 1 (Beispiel 1) der ersten Ausführungsform, verwendet werden. In diesem Fall wird ein thermischer Oxidfilm 11 mit einer Filmdicke von 50 nm auf der oberen Oberfläche des Substrats 10 gebildet, und ein TiOx-Film 12 mit einer Filmdicke von 30 nm und ein Au-Film, der die leitfähige Schicht 3 bilden soll, mit einer Filmdicke von 100 nm werden anhand eines Sputterverfahrens auf einer oberen Oberfläche des thermischen Oxidfilms 11 gebildet. Anschließend wird der polykristalline Film, der die Elektretschicht 2 bilden soll, mit einer vorbestimmten Filmdicke anhand eines Sputterverfahrens unter Verwendung eines gesinterten Körpers mit einer Zusammensetzung aus Lanthan-Aluminat (LaAlO₃) als ein Target gebildet.
Der erhaltene polykristalline Film kann einer Polarisationsbehandlung durch eine Koronaentladung unterzogen werden, wobei der Au-Film, der die leitfähige Schicht 3 bilden soll, auf die gleiche Weise wie im obigen Beispiel 1 geerdet wird. Auch auf diese Weise wird, ähnlich wie in den Beispielen 1 und 2, der polykristalline Film mit der LaAlOx-Zusammensetzung, der über dem Substrat 10 gebildet wird, polarisiert und auf der Seite der oberen Oberfläche negativ geladen, wodurch die elektretisierte Elektretschicht 2 gebildet wird.
(Beispiel 3)
Wie in 5 gezeigt, kann in der gleichen Substratkonfiguration wie in Beispiel 2 ein polykristalliner Film, in dem ein Dotierelement in die Zusammensetzung von LaAlOx (x < 3) eingebracht wird, ebenso als Elektretschicht 2 verwendet werden. Ein diese Konfiguration aufweisendes Elektret 1 wurde anhand des folgenden Verfahrens hergestellt.
<Filmbildung>
Zunächst wurde, als das Substrat 10, ein leitfähiges Substrat aus SrTiO₃ mit 0,5 Masseprozent Nb hergestellt, und ein Dünnfilm aus einem Mischoxid, der die Elektretschicht 2 bilden soll, wurde anhand eines Sputterverfahrens auf einer oberen Oberfläche des Substrats 10 gebildet. Die Sputterbedingungen waren 800 °C und eine Ar-Atmosphäre, und es wurde ein Dünnfilm, der die Elektretschicht 2 bilden soll, mit einer Filmdicke von 0,7 µm gebildet, wobei ein gesinterter Körper aus einem Mischoxid auf Lanthan-Aluminat-Basis als ein Target verwendet wurde. Hier war das auf Mischoxid auf Lanthan-Aluminat-Basis ein gesinterter Körper mit einer Zusammensetzung von La_0,99Ca_0,01AlO_3-y.
Der erhaltene Dünnfilm war ein polykristalliner Film mit einer Zusammensetzung von La_0,99Ca_0,01AlO_3-y (y < 0,2). Ferner wurde eine leitfähige Schicht 3 anhand eines Sputterverfahrens auf der unteren Oberfläche des Substrats 10 gebildet. Beim Bilden der leitfähigen Schicht 3 wurden ein Ti-Film von 30 nm, der eine erste leitfähige Schicht 31 bilden soll, und ein Au-Film von 200 nm, der eine zweite leitfähige Schicht 32 bilden soll, in der Reihenfolge von der Seite nahe dem Substrat 10 aus gebildet, wobei die Metallmaterialien, die die jeweiligen Schichten bilden, bei 300 °C in der Ar-Atmosphäre als Targets verwendet wurden.
< Polarisationsbehandlung>
Auf diese Weise wurde der polykristalline Film, der die Elektretschicht 2 bilden soll, auf dem Substrat 10 gebildet und der gleichen Polarisationsbehandlung wie in Beispiel 2 unterzogen, um das Elektret 1 zu erhalten. Infolgedessen wurde der polykristalline Film mit der Zusammensetzung La_0,99Ca_0,01AlO_3-y, der auf dem Substrat 10 gebildet wurde, polarisiert und auf der Seite der oberen Oberfläche negativ geladen, so dass die elektretisierte Elektretschicht 2 gebildet wurde. Auch in diesem Fall kann ein hohes Oberflächenpotential in Abhängigkeit von den Polarisationsbehandlungsbedingungen erzielt und eine stabile Elektreteigenschaft realisiert werden. Durch Ändern der Temperaturbedingung zur Zeit der Filmbildung kann ein amorpher Film wie im obigen Beispiel 1 gebildet werden.
Bei den Elektreten 1 der Beispiele 2 und 3 wies Lanthan-Aluminat (LaAlO₃), das eine typische Zusammensetzung des anorganischen dielektrischen Materials auf LAO-Basis ist, das die Elektretschicht 2 bildet, eine Bandlückenenergie von 5,6 eV auf. (La_0,99Ca_0,01AlO_x), in dem ein Teil von AI durch Ca, ein Dotierelement, ersetzt ist, wies ebenfalls fast die gleiche Bandlückenenergie auf, und die Bandlückenenergie von (La₁ _yCa_yAl0_3-δ), in dem das Substitutionsverhältnis y von Ca im Bereich von 20 Atom% oder weniger verändert wurde, war ebenfalls fast gleich. Ferner wurde bestätigt, dass ein Oberflächenpotential von (La_1-yCa_yAlO_3-δ), wenn ein Polykristall mit einer Dicke von 1 mm anhand eines Flüssigphasenverfahrens hergestellt wurde, 438 V bis 3688 V betrug (eine elektrische Feldstärke während der Polarisation aufgrund des Anlegens eines elektrischen Gleichstromfeldes betrug 1 kV / mm oder mehr), wenn das Substitutionsverhältnis im Bereich von 0,05 Atom% bis 0,93 Atom% verändert wurde, und ein gewünschtes Oberflächenpotential (z.B. 400 V oder mehr) kann durch geeignetes Wählen der angelegten Spannung und der Filmdicke wie oben beschrieben erzielt werden.
Für andere Seltenerd-Aluminate sind die Bandlückenenergien in typischen Zusammensetzungen nachfolgend gezeigt. Selbst wenn ein Teil der Metallelemente dieser Seltenerd-Aluminate ersetzt wird, weisen sie fast die gleiche Bandlückenenergie auf. Unter ihnen wurde bestätigt, dass ein Oberflächenpotential von YAlO₃, wenn ein Polykristall mit einer Dicke von 1 mm anhand eines Festphasenverfahrens hergestellt wurde, -160 V bis -1155 V betrug (eine elektrische Feldstärke während der Polarisation aufgrund einer Koronaentladung betrug 1 kV / mm oder mehr), wenn das Substitutionsverhältnis im Bereich von 0,05 Atom% bis 18,8 Atom% geändert wurde, und ein hohes Oberflächenpotential von etwa 1000 V wurde im Bereich des Substitutionsverhältnisses von 0,05 Atom% bis 2,5 Atom% erzielt.
YAlO₃: 7,9 eV
ScAlO₃: 4,6 eV
PrAlO₃: 4,7 eV
SmAlO₃: 4,6 eV
NdAlO₃: 4,4 eV
Demgegenüber hatte BaTiO₃ (Bandlückenenergie: 3,5 eV) mit Perowskitstruktur ein Oberflächenpotential von 4 V (elektrische Feldstärke während Polarisation von 1 kV / mm oder mehr), wenn es zu einem Polykristall mit einer Dicke von 1 mm geformt wurde. Durch Vergleichen dieser Oberflächenpotentiale wurde festgestellt, dass die Elektreteigenschaft des Elektrets 1, bei dem die Elektretschicht 2 über dem Substrat 10 gebildet ist, unter Verwendung eines Dünnfilms aus einem Mischoxid mit einer Bandlückenenergie von 4 eV oder mehr, wie z.B. Seltenerd-Aluminat, verbessert werden kann.
Auf diese Weise kann das Elektret 1, das die stabile Eigenschaften hervorbringende Dünnfilm-Elektretschicht 2 enthält, gebildet werden, ohne dass ein Hochtemperaturprozess von mehr als 1000 °C angewandt werden muss.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es sind verschiedene Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung denkbar, ohne vom Geist der Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6465377 B2 [0002, 0003]

Claims

Elektret (1) mit einem Substrat (10) und einer über einer Oberfläche des Substrats gebildeten Elektretschicht (2), wobei - das Elektret eine Verbundmetallverbindung ist, die zwei oder mehr verschiedene Metallelemente enthält, und durch Unterziehen eines Dünnfilms, der hauptsächlich aus einem anorganischen dielektrischen Material mit einer Bandlückenenergie von 4 eV oder mehr aufgebaut ist, einer Polarisationsbehandlung erhalten wird.
Elektret nach Anspruch 1, wobei - das anorganische dielektrische Material zwei verschiedene Metallelemente A und B enthält und eine Basiszusammensetzung aus einem Mischoxid aufweist, das durch eine Summenformel ABO₃ beschrieben wird; und - der Dünnfilm ein Film ist, der das Mischoxid mit einer amorphen Struktur enthält, oder ein Film, der einen Kristall des Mischoxids mit einer Perowskitstruktur enthält.
Elektret nach Anspruch 2, wobei - das Metallelement A ein Seltenerd-Element R gewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Y, Pr, Sm und Nd ist; und - das Metallelement B Al ist.
Elektret nach Anspruch 3, wobei - im Mischoxid mindestens eines der Metallelemente A und B teilweise durch ein Dotierelement bestehend aus einem anderen Metallelement ersetzt ist; - das Dotierelement, das das Metallelement A ersetzt, ein Erdalkalimetall ist; und - das Dotierelement, das das Metallelement B ersetzt, ein oder mehrere Elemente gewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallelementen und Zn ist.
Elektret nach Anspruch 4, wobei - ein Substitutionsverhältnis des Dotierelements, das das Metallelement A ersetzt, 20 Atom% oder weniger beträgt; und - das Substitutionsverhältnis des Dotierelements, das das Metallelement B ersetzt, 20 Atom% oder weniger beträgt.
Elektret nach Anspruch 4, wobei - ein Substitutionsverhältnis des Dotierelements, das das Metallelement A ersetzt, 0,05 Atom% bis 18,8 Atom% beträgt; und - ein Substitutionsverhältnis des Dotierelements, das das Metallelement B ersetzt, 0,05 Atom% bis 18,8 Atom% beträgt.
Elektret nach Anspruch 4, wobei - ein Substitutionsverhältnis des Dotierelements, das das Metallelement A ersetzt, 0,05 Atom% bis 2,5 Atom% beträgt; und - ein Substitutionsverhältnis des Dotierelements, das das Metallelement B ersetzt, 0,05 Atom% bis 2,5 Atom% beträgt.
Elektret nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner eine leitfähige Schicht (3) aufweisend, die aus einem leitfähigen Film aufgebaut ist und mindestens eine Oberfläche der Elektretschicht in einer Dickenrichtung des Substrats kontaktiert, wobei die Elektretschicht ein Dünnfilm mit einer Filmdicke in einem Bereich von 0,01 µm bis 100 µm ist.
Elektret nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Elektretschicht eine dielektrische Durchschlagsfeldstärke aufweist, die höher als eine elektrische Feldstärke während der Polarisationsbehandlung ist.