DE112019000909T5

DE112019000909T5 - Piezoelektrischer film, verfahren zum herstellen desselben, geschichteter piezoelektrischer filmkörper und verfahren zum herstellen desselben

Info

Publication number: DE112019000909T5
Application number: DE112019000909.5T
Authority: DE
Inventors: Akihiko Teshigahara; Kazuhiko Kano; Kenichi Sakai
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2020-11-12
Also published as: JP2019145677A; US11785857B2; CN111742421B; US20200357976A1; CN111742421A; KR20200118881A; WO2019163494A1; KR102592033B1; JP7151096B2

Abstract

Es wird ein piezoelektrischer Film (1) geschaffen, der ein AIN-Kristall und ein erstes Element und ein zweites Element, die in den AIN-Kristall dotiert sind, enthält. Das erste Element ist ein Element, das einen größeren lonenradius als AI aufweist. Das zweite Element ist ein Element, das einen kleineren lonenradius als AI aufweist. Es werden außerdem ein geschichteter piezoelektrischer Filmkörper, der eine Unterschicht und einen piezoelektrischen Film enthält, der ScAIN enthält, und ein Verfahren zum Herstellen desselben geschaffen. Die Unterschicht weist ein Kristallgitter mit einer sechsfachen Symmetrie oder einer dreifachen Symmetrie auf. Es werden außerdem ein piezoelektrischer Film, der ScAIN enthält, das eine geschichtete Struktur aus einem hexagonalen Kristall und einem kubischen Kristall aufweist, und ein Verfahren zum Herstellen desselben geschaffen. Der kubische Kristall ist mit einem anderen Element als einem dreiwertigen Element dotiert.

Description

Querverweis auf betreffende Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf der am 21. Februar 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-028711, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme darauf enthalten ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Film, der ScAlN enthält, ein Verfahren zum Herstellen desselben, einen geschichteten piezoelektrischen Filmkörper, der ScAIN enthält, und ein Verfahren zum Herstellen desselben.
Stand der Technik
Eine Vorrichtung, die ein piezoelektrisches Phänomen verwendet, wird in einem breiten Bereich verwendet. Die Verwendung erstreckt sich insbesondere auf eine tragbare Ausrüstung wie beispielsweise ein tragbares Telefon und ein tragbares Informationsendgerät, die eine geringere Größe und einen geringen Energieverbrauch stark benötigen. Für eine derartige Vorrichtung wird ein piezoelektrischer Film verwendet, der piezoelektrische Eigenschaften zeigt. Insbesondere wird erwartet, dass die Vorrichtung für ein Element einer akustischen Oberflächenwelle (d.h. SAW-Element) oder ein mikroelektromechanisches Element (d.h. MEMS) verwendet wird.
Im Hinblick auf eine hohe piezoelektrische Konstante hat in den vergangenen Jahren ein piezoelektrischer Film Aufmerksamkeit erregt, der mit einem seltenen Erdelement wie beispielsweise Scandium dotiertes Aluminiumnitrid enthält. Die Patentliteratur 1 offenbart beispielsweise einen Aluminiumnitridfilm, der mit 0,5 bis 50 At% Scandium dotiert ist.
Literatur des Standes der Technik
Patentliteratur
PTL 1: JP 2009 - 10 926 A
Zusammenfassung
In einem Aluminiumnitridfilm, der mit Scandium dotiert ist, erhöht sich das piezoelektrische Leistungsvermögen mit einer Erhöhung der Dotiermenge von Scandium. Wenn die Dotiermenge von Scandium jedoch zu viel erhöht wird, verringert sich das piezoelektrische Leistungsvermögen stark.
Dieses wird aufgrund des Folgenden angenommen: Wenn die Dotiermenge von Scandium auf mehr als einen vorgegebenen Wert erhöht wird, wird in dem Aluminiumnitridfilm eine große Kompressionsspannung in einer Richtung orthogonal zu einer Dickenrichtung verursacht. Dann wird begreiflicherweise ein kubisches Kristall durch eine Kompressionsspannung in dem Aluminiumnitridfilm erzeugt, und eine Erhöhung der Menge des kubischen Aluminiumnitrids führt zu einer Verringerung des piezoelektrischen Leistungsvermögens. Aluminiumnitrid, das gute piezoelektrische Eigenschaften aufweist, weist eine hexagonale Kristallwurtzitstruktur auf.
Die vorliegende Erfindung schafft einen piezoelektrischen Film, der ein ausgezeichnetes piezoelektrisches Leistungsvermögen aufweist, ein Verfahren zum Herstellen desselben, einen geschichteten piezoelektrischen Filmkörper und ein Verfahren zum Herstellen desselben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein piezoelektrischer Film: einen AIN-Kristall; ein erstes Element, das in den AIN-Kristall dotiert ist und einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von AI in einer Vierfach-Koordination ist; und ein zweites Element, das in den AIN-Kristall dotiert ist und einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der kleiner als der lonenradius von AI in einer Vierfach-Koordination ist. In dem piezoelektrischen Film überschreitet ein Verhältnis der Anzahl der Atome des ersten Elementes zu 100 At% einer Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome des ersten Elementes und der Anzahl der Atome von AI 43 At%.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein geschichteter piezoelektrischer Filmkörper eine Unterschicht und einen piezoelektrischen Film, der ScAlN enthält und auf einer Oberfläche der Unterschicht ausgebildet ist. Die Unterschicht weist ein sechsfach symmetrisches Kristallgitter auf, wenn eine Kristallstruktur der Unterschicht in einer Richtung parallel zu einer c-Achse eines Kristalls des ScAIN beobachtet wird, und enthält ein Unterschichtmaterial, das eine a-Achsenlänge in dem sechsfach symmetrischen Kristallgitter aufweist, die größer als eine a-Achsenlänge des ScAlN ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein geschichteter piezoelektrischer Filmkörper eine Unterschicht und einen piezoelektrischen Film, der ScAlN enthält und auf einer Oberfläche der Unterschicht ausgebildet ist. Die Unterschicht weist ein dreifach symmetrisches Kristallgitter auf, wenn eine Kristallstruktur der Unterschicht in einer Richtung parallel zu einer c-Achse eines Kristalls des ScAIN beobachtet wird, und enthält ein Unterschichtmaterial, das einen Nächster-Nachbar-Zwischenatomabstand in einer Gitterebene parallel zu der Oberfläche der Unterschicht aufweist, der größer als eine a-Achsenlänge des ScAIN ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zum Herstellen eines geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers, der eine Unterschicht und einen piezoelektrischen Film aufweist, der ScAIN enthält und auf einer Oberfläche der Unterschicht ausgebildet ist: einen Unterschichtherstellungsprozess zum Herstellen der Unterschicht, die ein Unterschichtmaterial aufweist, das ein sechsfach symmetrisches Kristallgitter aufweist, wenn eine Kristallstruktur der Unterschicht in einer Dickenrichtung der Unterschicht beobachtet wird, und eine a-Achsenlänge in dem sechsfach symmetrischen Kristallgitter aufweist, die größer als eine a-Achsenlänge des ScAIN ist; und einen Abscheidungsprozess zum epitaktischen Aufwachsen des piezoelektrischen Films, der das ScAIN enthält, auf der Unterschicht.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zum Herstellen eines geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers, der eine Unterschicht und einen piezoelektrischen Film aufweist, der ScAIN enthält und auf einer Oberfläche der Unterschicht ausgebildet ist: einen Unterschichtherstellungsprozess zum Herstellen der Unterschicht, die ein Unterschichtmaterial aufweist, das ein dreifach symmetrisches Kristallgitter aufweist, wenn eine Kristallstruktur der Unterschicht in einer Dickenrichtung der Unterschicht beobachtet wird, und einen Nächster-Nachbar-Zwischenatomabstand in einer Gitterebene parallel zu der Oberfläche der Unterschicht aufweist, der größer als eine a-Achsenlänge des ScAIN ist; und einen Abscheidungsprozess zum epitaktischen Aufwachsen des piezoelektrischen Films, der das ScAIN enthält, auf der Unterschicht.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein piezoelektrischer Film ScAIN, das eine geschichtete Kristallstruktur eines hexagonalen Kristalls und eines kubischen Kristalls aufweist. Das ScAIN des kubischen Kristalls ist mit einem Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement dotiert, das ein anderes Element als ein dreiwertiges Element enthält.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Films durch Abscheiden des piezoelektrischen Films, der ScAIN enthält, auf einem Substrat: einen Abscheidungsanfangsprozess zum epitaktischen Aufwachsen des piezoelektrischen Films, während ein Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement eindotiert wird, das ein anderes Element als ein dreiwertiges Element enthält, in einer Anfangsstufe einer Abscheidung des piezoelektrischen Films; und einen Abscheidungsfolgeprozess zum Aufwachsen des piezoelektrischen Films im Wesentlichen ohne Dotieren des Leitfähigkeitsbeaufschlagungselementes nach dem Abscheidungsanfangsprozess.
Der piezoelektrische Film des ersten Aspektes, die geschichteten piezoelektrischen Filmkörper der zweiten und dritten Aspekte und der piezoelektrische Film des sechsten Aspektes weisen ein ausgezeichnetes piezoelektrisches Leistungsvermögen wie beispielsweise die piezoelektrische Konstante d₃₃ auf. Daher können die piezoelektrischen Filme und die geschichteten piezoelektrischen Filmkörper zu einer Verringerung der Größe und dem Einsparen von Energie der piezoelektrischen Vorrichtungen beitragen.
Jedes Verfahren zum Herstellen des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers gemäß den vierten und fünften Aspekten weist den Unterschichtherstellungsprozess und den Abscheidungsprozess auf. In dem Unterschichtherstellungsprozess wird die Unterschicht hergestellt. In dem vierten Aspekt weist die Unterschicht das sechsfach symmetrische Kristallgitter auf, wenn die Kristallstruktur in der Dickenrichtung beobachtet wird, und die a-Achsenlänge ist größer als die a-Achsenlänge von ScAIN. In dem fünften Aspekt weist die Unterschicht das dreifach symmetrische Kristallgitter auf, wenn die Kristallstruktur in der Dickenrichtung beobachtet wird, und der Nächster-Nachbar-Zwischenatomabstand in der Gitterebene parallel zu der Oberfläche der Unterschicht ist größer als die a-Achsenlänge des ScAIN. In jedem Abscheidungsprozess gemäß den vierten und fünften Aspekten wächst der piezoelektrische Film epitaktisch auf der Unterschicht, die eine derartige Struktur aufweist.
In dem Abscheidungsprozess wird nicht nur eine normale Kompressionsspannung, die während des Aufwachsens von ScAIN verursacht wird, sondern auch eine Zugspannung entgegengesetzt zu der Kompressionsspannung verursacht. Dieses kommt daher, dass der piezoelektrische Film in einem Gitter wächst, das mit dem Kristallgitter der Unterschicht übereinstimmt. Mit anderen Worten, das epitaktische Aufwachsen wird in einem Gitter, das mit der Unterschicht übereinstimmt, die eine größere a-Achsenlänge als die a-Achsenlänge von ScAIN aufweist, und mit dem oben beschriebenen Zwischenatomabstand verursacht, wodurch eine Zugspannung in der a-Achsenrichtung des ScAIN verursacht wird (d.h. in der Richtung orthogonal zu der Dickenrichtung des piezoelektrischen Films).
Daher weisen die Kompressionsspannung und die Zugspannung in dem Abscheidungsprozess Vektoren in zueinander entgegengesetzten Richtungen auf, so dass sie sich gegenseitig abschwächen. Als Ergebnis wird wahrscheinlicher ScAIN mit einer hexagonalen Kritallwurtzitstruktur erzeugt. Diese führt zu einer Erhöhung des Inhaltsanteils von ScAIN eines hexagonalen Kristalls in dem piezoelektrischen Film, was einen geschichteten piezoelektrischen Körper schaffen kann, der ein ausgezeichnetes piezoelektrisches Leistungsvermögen aufweist.
Das Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Films gemäß dem siebten Aspekt weist den Abscheidungsanfangsprozess und den Abscheidungsfolgeprozess auf. In dem Abscheidungsanfangsprozess wird in der frühen Stufe der Abscheidung des piezoelektrischen Films, während ein Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement eindotiert wird, das ein anderes Element als ein dreiwertiges Element enthält, der piezoelektrische Film epitaktisch aufgewachsen. In der Anfangsstufe des Wachsens des piezoelektrischen Films besteht die Neigung, dass kubisches ScAIN, das ein niedriges piezoelektrisches Leistungsvermögen aufweist, erzeugt wird. In dem Abscheidungsanfangsprozess kann, wenn das Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement wie oben beschrieben eindotiert wird, die elektrische Leitfähigkeit in dem Bereich des kubischen Kristalls oder in einem anderen Bereich, der ein niedriges piezoelektrisches Leistungsvermögen aufweist, erzielt werden.
In dem Abscheidungsfolgeprozess wächst der piezoelektrische Film, ohne im Wesentlichen das Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement einzudotieren. Als Ergebnis wächst auf dem ScAIN, das mit dem Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement dotiert ist, ScAIN, das im Wesentlichen kein Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement enthält. Dieses kann einen piezoelektrischen Film schaffen, der eine Schichtung aus ScAIN, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, und ScAIN, das im Wesentlichen keine elektrische Leitfähigkeit aufweist, enthält. Es ist möglich, einen Bereich, der eine elektrische Leitfähigkeit in dem piezoelektrischen Film aufweist, beispielsweise als Elektrode zu verwenden.
Andererseits wird in dem Abscheidungsfolgeprozess mittels Durchführung einer Abscheidung in ausreichender Dicke eine hexagonale Kristallwurtzitstruktur von ScAIN, das ein ausgezeichnetes piezoelektrisches Leistungsvermögen aufweist, erzeugt. ScAIN mit einer elektrischen Leitfähigkeit kann eine Rolle als Elektrode spielen, und somit ist es weniger wahrscheinlich, dass sich das piezoelektrische Leistungsvermögen des piezoelektrischen Films verringert. Daher ist es möglich, einen piezoelektrischen Film mit ausgezeichnetem piezoelektrischen Leistungsvermögen zu erhalten.
Wie es oben beschrieben wurde, ist es gemäß den Aspekten möglich, einen piezoelektrischen Film mit ausgezeichnetem piezoelektrischen Leistungsvermögen, ein Verfahren zum Herstellen desselben, einen geschichteten piezoelektrischen Filmkörper und ein Verfahren zum Herstellen desselben zu schaffen. Die Bezugszeichen in Klammern in den zugehörigen Ansprüchen geben eine Entsprechung zu speziellen Einrichtungen bzw. Mitteln an, die in den später beschriebenen Ausführungsformen angegeben sind, und beschränken den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung nicht.
Figurenliste
Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich. Es zeigen:

1 eine schematische Querschnittsansicht eines piezoelektrischen Films, der auf einem Substrat ausgebildet ist, gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Menge von Sc in dem piezoelektrischen Film, der ScAIN enthält, und der piezoelektrischen Konstante d₃₃ des piezoelektrischen Films zeigt;
3(a) eine Ansicht, die einen Querschnitt einer Mikrophotographie von ScAIN zeigt, das einen Sc-Inhalt von 48,1 At% aufweist, und 3(b) eine Ansicht, die eine Phasengrenze der 3(a) zeigt;
4(a) einen Querschnitt einer Mikrophotographie, die ScAIN zeigt, das einen Sc-Inhalt von 49,8 At% aufweist, und 4(b) eine Ansicht, die eine Phasengrenze der 4(a) zeigt;
5 eine Ansicht, in der eine gestrichelte Linie die Punkte verbindet, bei denen ein Wechsel von einem kubischen Kristall in einen hexagonalen Kristall in 3(b) verursacht wird;
6 eine Ansicht, die Ergebnisse eines Filmspannungsprofils eines herkömmlichen piezoelektrischen Films zeigt, der mit Sc dotiertes AIN enthält;
7 eine schematische Querschnittsansicht eines geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers, der eine geschichtete Struktur mit einer Unterschicht und einem piezoelektrischen Film aufweist, gemäß einer zweiten Ausführungsform;
8 eine schematische Querschnittsansicht des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers, der ein Substrat, eine Unterschicht und einen piezoelektrischen Film aufweist, die aufeinanderfolgend ausgebildet sind, gemäß der zweiten Ausführungsform;
9(a) eine schematische Querschnittsansicht eines geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers, von dem die Unterschicht teilweise entfernt ist, und 9(b) eine schematische Querschnittsansicht des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers, bei dem eine Elektrode auf dem Teil ausgebildet ist, von dem die Unterschicht entfernt ist; und
10 eine schematische Querschnittsansicht eines piezoelektrischen Films, der auf einem Substrat ausgebildet ist, gemäß einer dritten Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Eine Ausführungsform mit einem piezoelektrischen Film wird mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben. Ein piezoelektrischer Film 1 wird beispielsweise mittels Sputtern auf der Oberfläche eines Substrats 3 ausgebildet, wie es in 1 gezeigt ist.
Der piezoelektrische Film 1 enthält beispielsweise ein AIN-Kristall, ein erstes Element und ein zweites Element. Der piezoelektrische Film 1 wird auch als piezoelektrische Dünnschicht oder Ähnliches bezeichnet. Das erste Element und das zweite Element sind in das AIN-Kristall dotiert und sind in den AIN-Kristall eingemischt (Mischkristall). Das erste Element und das zweite Element werden als an einen Teil des Al-Ortes eindotiert betrachtet.
AIN-Kristall
Als Kristallstruktur des AIN-Kristalls sind eine hexagonale Kristallsystemwurtzitstruktur und eine kubische Kristallsystemsphaleritstruktur bekannt. Der hexagonale AIN-Kristall ist hinsichtlich der Energie stabil, und das piezoelektrische Leistungsvermögen wie die piezoelektrische Konstante d₃₃ ist ebenfalls hoch bzw. groß. In dem AIN-Kristall existiert AI in dreiwertiger Form und in einer Vierfach-Koordination.
Erstes Element
Das erste Element ist ein Element mit einem größeren lonenradius in einer Vierfach-Koordination als AI. Der lonenradius von dreiwertigem AI in einer Vierfach-Koordination ist gleich 0,39 Å. Aus diesem Grund wird ein Element mit einem lonenradius in einer Vierfach-Koordination von größer als 0,39 Å zu einer Option für das erste Element. Eine Dotierung eines derartigen ersten Elementes in ein AIN-Kristall verbessert denkbar das piezoelektrische Leistungsvermögen des piezoelektrischen Films.
Das erste Element ist vorzugsweise mindestens eines aus seltenen Erdelementen. In diesem Fall ist die Verbesserungswirkung des piezoelektrischen Leistungsvermögens wie der piezoelektrischen Konstante d₃₃ noch größer. Im Hinblick auf die Vergrößerung der Verbesserungswirkung des piezoelektrischen Leistungsvermögens ist das erste Element weiter vorzugsweise Sc.
Zweites Element
Das zweite Element ist ein Element mit einem kleineren lonenradius in einer Vierfach-Koordination als AI. Der lonenradius von dreiwertigem AI in einer Vierfach-Koordination ist gleich 0,39 Å. Aus diesem Grund wird ein Element, das einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination von kleiner als 0,39 Å aufweist, zu einer Option für das zweite Element. Eine Hinzufügung des zweiten Elementes verbessert das piezoelektrische Leistungsvermögen eines AIN-Kristalls, das mit einer großen Menge des ersten Elementes dotiert ist. Der Grund dafür wird mit Bezug auf die herkömmlichen piezoelektrischen Filme betrachtet, die in den 2 bis 6 gezeigt sind.
Zunächst wird ein herkömmlicher piezoelektrischer Film beschrieben, bei dem Sc in ein AIN-Kristall dotiert ist. Wie es in 2 gezeigt ist, verbessert eine Erhöhung der Menge von Sc, das in ein AIN-Kristall dotiert wird, die piezoelektrische Konstante d₃₃. Wenn die Sc Menge auf einen Sc-Hochkonzentrationsbereich erhöht wird, in dem ein Verhältnis der Anzahl der Atome von Sc zu 100 At% der Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome von Sc und der Anzahl von Atomen von AI 43 At% überschreitet, verringert sich die piezoelektrische Konstante d₃₃, und es ist der Bereich der Verringerung groß. Idealerweise wird erwartet, dass die piezoelektrische Konstante d₃₃ in Abhängigkeit von der Sc-Menge verbessert wird, wie es durch die gestrichelte Linie in 2 gezeigt ist.
Andererseits zeigen die 3(a) und 4(a) jeweils eine Elektronenmikrophotographie des Querschnittes eines piezoelektrischen Films, der auf einem Substrat abgeschieden ist, das Silizium oder Ähnliches enthält. Der piezoelektrische Film enthält einen mit Sc dotierten AIN-Kristall. Wie es in 3(a) gezeigt ist, werden in dem Fall, in dem ein Verhältnis der Anzahl der Atome von Sc zu 100 At% der Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome von Sc und der Anzahl der Atome von AI gleich 48,1 At% ist, nicht nur ein hexagonaler Kristall mit hohem piezoelektrischen Leistungsvermögen, sondern auch ein kubischer Kristall ohne piezoelektrischem Leistungsvermögen oder mit sehr niedrigem piezoelektrischen Leistungsvermögen in dem piezoelektrischen Film erzeugt. Wie es andererseits in 4(a) gezeigt ist, erhöht sich die Menge der kubischen Kristalle, wenn die Dotiermenge von Sc weiter derart erhöht wird, dass die Anzahl der Sc-Atome zu 49,8 At% wird. Mit anderen Worten, die Verringerung des piezoelektrischen Leistungsvermögens in dem Sc-Hochkonzentrationsbereich wird durch die Erzeugung von kubischem ScAIN verursacht. Es wird angenommen, dass sich das piezoelektrische Leistungsvermögen mit einer Erhöhung der Menge von kubischem ScAIN verringert. ScAIN meint mit Sc dotiertes AIN. Es wird angenommen, dass Sc an einen Teil des AI-Ortes von AIN dotiert ist.
Wie es in den 3(b) und 4(b) gezeigt ist, scheinen die Punkte, bei denen in dem Querschnitt in der Dickenrichtung des piezoelektrischen Films ein Wechsel von dem kubischen Kristall in den hexagonalen Kristall auftritt, nahezu auf einer Linie angeordnet zu sein. Jeder Wechselpunkt ist der Scheitelpunkt auf der Substratseite der Phasengrenze (d.h. der Hetero-Grenzfläche zwischen dem kubischen Kristall und dem hexagonalen Kristall), die mit einer durchgezogenen Zick-Zack-Linie in den 3(b) und 4(b) angegeben ist. Die Punkte scheinen auf der in 5 gezeigten gestrichelten Linie angeordnet zu sein. 5 zeigt den Fall des piezoelektrischen Filmes mit einem Anteil von Sc-Atomen von 48,1 At%. Dasselbe gilt für den piezoelektrischen Film mit einem Anteil von Sc-Atomen von 49,8 At%. Unter der Annahme, dass in dem Sc-Hochkonzentrationsbereich die Filmspannung eine Filmdickenrichtungsverteilung zeigt und sich den Schwellenwert auf der Linie querend verteilt, die die Scheitelpunkte auf der Substratseite der Phasengrenze verbindet, die durch die gestrichelte Linie in 5 angegeben ist, wurde die tatsächliche Messung auf die folgende Weise durchgeführt.
Insbesondere zeigt 6 die Ergebnisse des Filmspannungsprofils eines herkömmlichen piezoelektrischen Films, der mit Sc dotiertes AIN enthält. Der piezoelektrische Film enthält ScAIN und wurde durch Aufwachsen auf ein Siliziumsubstrat ausgebildet. Wie es aus 6 ersichtlich ist, verringert sich die Kompressionsspannung in dem piezoelektrischen Film mit einer Erhöhung eines Abstands zu der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem piezoelektrischen Film. In der Nähe der Grenzfläche ist die Kompressionsspannung groß. In dem Sc-Hochkonzentrationsbereich mit einer hohen Sc-Dotiermenge wird die Kompressionsspannung größer. In 6 sind die Messpunkte ○ und die Messpunkte x die Ergebnisse, die durch Messen und Bestimmen der eindimensionalen Verwölbung in mehreren Richtungen erhalten wurden.
Somit wird angenommen, dass das kubische ScAIN aufgrund der Kompressionsspannung ausgebildet wird, die in dem Kristall des ScAIN verursacht wird, das auf das Substrat aufwächst. Mit anderen Worten, durch Dotieren einer großen Menge des ersten Elementes wie beispielsweise Sc, das einen größeren lonenradius in einer Vierfach-Koordination als AI aufweist, erhöht sich die Kompressionsspannung, die in ScAIN verursacht wird, was zu der Ausbildung von vielen kubischen Kristallen führt.
Wenn ein piezoelektrischer Film ein zweites Element enthält, das einen kleineren lonenradius als AI aufweist, das in dreiwertiger Form vorhanden ist und in einer Vierfach-Koordination in einem AIN-Kristall zusammen mit dem ersten Element vorhanden ist, kann eine Zugspannung, die während einer Abscheidung die Kompressionsspannung lockert oder aufhebt, bewirkt werden. Daher wird während der Abscheidung weniger wahrscheinlich ein kubischer Kristall ausgebildet. Wie es oben beschrieben wurde, erhöht sich in dem Bereich hoher Konzentration des ersten Elementes, in dem das Verhältnis der Anzahl der Atome des ersten Elementes zu 100 At% der Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome des ersten Elementes und der Anzahl der Atome von AI 43 At% überschreitet, die Kompressionsspannung. Aus diesem Grund erhöht sich durch ein Dotieren mit dem zweiten Element die Wirkung einer Lockerung der Kompressionsspannung.
Daher wird vorzugsweise durch Überschreiten des Verhältnisses der Anzahl der Atome des ersten Elementes zu 100 At% der Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome des ersten Elementes und der Anzahl der Atome von AI von 43 At% die erhaltene Wirkung des Dotierens des zweiten Elementes ausreichend erzielt.
Das zweite Element ist vorzugsweise ein dreiwertiges Element. In diesem Fall wird die Isolationseigenschaft des piezoelektrischen Films durch Eindotieren des zweiten Elementes ebenfalls beibehalten. Mit anderen Worten, das Eindotieren des zweiten Elementes kann verhindern, dass der piezoelektrische Film elektrisch leitend gemacht wird. In diesem Fall erzielt ein Dotieren von mindestens einer Art von zweitem Element diese Wirkung. Dieses erleichtert die Einstellung bzw. Anpassung der Dotiermenge. Insbesondere ist das zweite Element weiter vorzugsweise B.
Sowohl ein einwertiges Element als auch ein fünfwertiges Element können als zweites Element enthalten sein. In diesem Fall sind die Elemente vorzugsweise derart vorhanden, dass die Anzahl der Atome des einwertigen Elementes und die Anzahl der Atome des fünfwertigen Elementes im Wesentlichen gleich sind. Als Ergebnis wird die Isolationseigenschaft des piezoelektrischen Films durch Dotieren eines einwertigen Elementes und eines fünfwertigen Elementes beibehalten. Mit anderen Worten die Dotierung eines einwertigen Elementes und eines fünfwertigen Elementes kann verhindern, dass der piezoelektrische Film elektrisch leitend wird. „Im Wesentlichen gleich“ muss nicht notwendigerweise vollständig gleich meinen, solange wie das Verhältnis der Mengen ein Verhältnis ist, mit dem die elektrische Isolationseigenschaft des piezoelektrischen Films beibehalten werden kann. Die Elemente sind weiter vorzugsweise derart vorhanden, dass die Anzahl der Atome des einwertigen Elementes und die Anzahl der Atome des fünfwertigen Elementes gleich sind. Dasselbe gilt für den Fall eines zweiwertigen Elementes und eines vierwertigen Elementes, wie es später beschrieben wird, und andere Fälle.
Sowohl ein zweiwertiges Element als auch ein vierwertiges Element können als zweites Element enthalten sein. In diesem Fall sind die Elemente vorzugsweise derart vorhanden, dass die Anzahl der Atome des zweiwertigen Elementes und die Anzahl der Atome des vierwertigen Elementes im Wesentlichen gleich sind. Als Ergebnis wird die Isolationseigenschaft des piezoelektrischen Films durch Dotieren eines zweiwertigen Elementes und eines vierwertigen Elementes beibehalten. Mit anderen Worten, das Dotieren eines zweiwertigen Elementes und eines vierwertigen Elementes kann verhindern, dass der piezoelektrische Film elektrisch leitend wird.
Wenn ein zweiwertiges Element und ein vierwertiges Element als zweite Elemente enthalten sind, kann Be das zweiwertige Element sein. Als vierwertiges Element kann beispielsweise mindestens eines aus C und Si verwendet werden.
Als zweite Elemente kann eine gegebene Kombination aus zwei oder mehr ausgewählten Elementen aus der Gruppe verwendet werden, die aus einem zweiwertigem Element, einem vierwertigem Element und einem fünfwertigen Element besteht, um ein Mischungsverhältnis zu erzielen, mit dem die Isolationseigenschaft des piezoelektrischen Films beibehalten werden kann. Dasselbe gilt für die Kombination aus dem zweiten Element und einem dritten Element bis fünften Element, wie es später beschrieben wird.
Drittes Element
Der piezoelektrische Film kann außerdem zusammen mit dem zweiten Element ein drittes Element enthalten. Das dritte Element ist ein zu dotierendes Element, wenn das zweite Element ein fünfwertiges Element ist. Das dritte Element weist einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination auf, der gleich oder größer als derjenige von AI ist, und ist ein einwertiges Element. Das dritte Element ist ein Element, das sich von dem ersten Element unterscheidet. Das dritte Element wird als in bzw. an einen Teil des AI-Ortes eines AIN-Kristalls dotiert betrachtet.
In diesem Fall sind die Elemente vorzugsweise derart vorhanden, dass die Anzahl der Atome des zweiten Elementes eines fünfwertigen Elementes und die Anzahl des vierten Elementes eines einwertigen Elementes im Wesentlichen gleich sind. Als Ergebnis wird die Isolationseigenschaft des piezoelektrischen Films durch Dotieren eines fünfwertigen Elementes (d.h. eines zweiten Elementes) und eines einwertigen Elementes (d.h. eines dritten Elementes) beibehalten. Mit anderen Worten, das Dotieren eines fünfwertigen Elementes und eines einwertigen Elementes kann verhindern, dass der piezoelektrische Film elektrisch leitend wird. Sogar wenn ein drittes Element mit einem lonenradius von gleich oder größer als demjenigen von AI dotiert wird, wird die Kompressionsspannung durch das zweite Element gelockert, das einen kleineren lonenradius als AI aufweist. Dieses ermöglicht eine Verbesserung des piezoelektrischen Leistungsvermögens.
Beispiele einer derartigen Kombination aus dem zweiten Element und dem dritten Element sind die folgenden. Beispiele des zweiten Elementes können mindestens ein Element enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus V, Cr, Mn, P und As besteht. Beispiele des dritten Elementes können mindestens ein Element enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Li, Na und K besteht.
Viertes Element
Der piezoelektrische Film kann außerdem zusammen mit dem zweiten Element ein viertes Element enthalten. Das vierte Element ist ein zu dotierendes Element, wenn das zweite Element ein zweiwertiges Element ist. Das vierte Element weist einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination auf, der gleich oder größer als derjenige von AI ist, und ist ein vierwertiges Element. Das vierte Element ist ein anderes Element als das erste Element. Das vierte Element wird als in bzw. an einen Teil des AI-Ortes eines AIN-Kristalls dotiert betrachtet.
In diesem Fall sind die Elemente vorzugsweise derart vorhanden, dass die Anzahl der Atome des zweiten Elementes eines zweiwertigen Elementes und die Anzahl der Atome des vierten Elementes eines vierwertigen Elementes im Wesentlichen gleich sind. Als Ergebnis wird die Isolationseigenschaft des piezoelektrischen Filmes durch Dotieren eines zweiwertigen Elementes (d.h. eines zweiten Elementes) und eines vierwertigen Elementes (d.h. eines vierten Elementes) beibehalten. Mit anderen Worten, das Dotieren eines zweiwertigen Elementes und eines vierwertigen Elementes kann verhindern, dass der piezoelektrische Film elektrisch leitend wird. Sogar wenn ein viertes Element, das einen lonenradius von gleich oder größer als demjenigen von AI ist, dotiert wird, wird die Kompressionsspannung durch das zweite Element gelockert, das einen kleineren lonenradius als AI aufweist. Dieses ermöglicht eine Verbesserung des piezoelektrischen Leistungsvermögens.
Beispiele einer derartigen Kombination aus dem zweiten Element und dem vierten Element sind die folgenden. Als zweites Element ist Be ein Beispiel. Beispiele des fünften Elementes können mindestens ein Element enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Co, Cr, Ge, Ti, Zr und Mo besteht.
Fünftes Element
Der piezoelektrische Film kann außerdem zusammen mit dem zweiten Element ein fünftes Element enthalten. Das fünfte Element ist ein zu dotierendes Element, wenn das zweite Element ein vierwertiges Element ist. Das fünfte Element weist einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination auf, der gleich oder größer als derjenige von AI ist, und ist ein zweiwertiges Element. Das fünfte Element ist ein anderes Element als das erste Element. Das fünfte Element ist in bzw. an einen Teil des AI-Ortes eines AIN-Kristalls zu dotieren.
In diesem Fall sind die Elemente vorzugsweise derart vorhanden, dass die Anzahl der Atome des zweiten Elementes eines vierwertigen Elementes und die Anzahl der Atome des fünften Elementes eines zweiwertigen Elementes im Wesentlichen gleich sind. Als Ergebnis wird die Isolationseigenschaft des piezoelektrischen Films durch Dotieren eines vierwertigen Elementes (d.h. eines zweiten Elementes) und eines zweiwertigen Elementes (d.h. eines fünften Elementes) beibehalten. Mit anderen Worten, das Dotieren eines vierwertigen Elementes und eines zweiwertigen Elementes kann verhindern, dass der piezoelektrische Film elektrisch leitend wird. Sogar wenn ein fünftes Element, das einen lonenradius von gleich oder größer als demjenigen von AI ist, dotiert wird, wird die Kompressionsspannung durch das zweite Element gelockert, das einen kleineren lonenradius als AI aufweist. Dieses ermöglicht eine Verbesserung des piezoelektrischen Leistungsvermögens.
Beispiele einer derartigen Kombination aus dem zweiten Element und dem fünften Element sind die folgenden. Als zweites Element ist mindestens eines aus C und Si ein Beispiel. Beispiele des fünften Elementes können mindestens ein Element enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Mg, Co, Ni, Cu und Zn besteht.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Films beschrieben. Das Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Films ist nicht besonders beschränkt und wird vorzugsweise beispielsweise durch Sputtern durchgeführt. Der piezoelektrische Film 1 kann auf dem Substrat 3 ausgebildet werden, wie es in 1 gezeigt ist.
Das Substrat 3 wird geeignet entsprechend der Verwendung des piezoelektrischen Films ausgewählt. Für das Substrat wird beispielsweise häufig Silizium (Si), Saphir, Siliziumkarbid, Glas oder ein organisches Material verwendet.
Der piezoelektrische Film wird beispielsweise mittels Sputtern hergestellt. Sputtern kann ein einzelnes Sputtern unter Verwendung eines Legierungs-Targets oder ein mehrfaches Sputtern unter Verwendung von zwei oder mehr Metall-Targets sein. Bei einem einzelnen Sputtern wird ein Legierungs-Target, das Aluminium, das erste Element und das zweite Element und andere Dotierungs-Elemente, falls notwendig (beispielsweise die dritten bis fünften Elemente), enthält, verwendet. Beim mehrfachen Sputtern werden mehrere Targets, die Aluminium, das erste Element, das zweite Element und mindestens ein ausgewähltes Element aus der Gruppe, die aus anderen Dotierungs-Elementen, falls notwendig (beispielsweise die dritten bis fünften Elemente), besteht, verwendet.
Durch Sputtern unter Verwendung eines AI-Targets, das mit dem ersten Element und dem zweiten Element dotiert wird, kann beispielsweise ein piezoelektrischer Film hergestellt werden. Alternativ kann ein piezoelektrischer Film auch durch Sputtern unter Verwendung eines Targets eines ersten Elementes, das das erste Element enthält, eines Targets eines zweiten Elementes, das das zweite Element enthält, und eines AI-Targets hergestellt werden. Durch Sputtern unter Verwendung eines mit einem ersten Element dotierten AI-Targets und eines Targets eines zweiten Elementes, das das zweite Element enthält, kann ebenfalls ein piezoelektrischer Film hergestellt werden. Durch Sputtern unter Verwendung eines Legierungs-Targets, das das erste Element und das zweite Element enthält, und eines AI-Targets kann ein piezoelektrischer Film ebenfalls hergestellt werden. Durch Sputtern unter Verwendung eines mit einem zweiten Element dotierten AI-Targets und eines Targets eines ersten Elementes, das das erste Element enthält, kann ebenfalls ein piezoelektrischer Film hergestellt werden. Hinsichtlich der dritten bis fünften Elemente können Targets, die diese enthalten, separat verwendet werden, oder es kann mindestens ein ausgewähltes Element aus den dritten bis fünften Elementen in ein Target dotiert werden, das das erste Element, das zweite Element und AI enthält.
Ein Sputtern kann beispielsweise in einer Atmosphäre, die Stickstoffgas enthält, durchgeführt werden. Alternativ kann ein Sputtern durch Bestrahlen eines Targets mit einem lonenstrahl, der mindestens Stickstoffionen enthält, durchgeführt werden.
Insbesondere in einer Atmosphäre, die mindestens Stickstoffgas enthält, werden Aluminium, das erste Element, das zweite Element und andere Dotierungs-Elemente, falls benötigt, von dem Target auf ein Substrat gesputtert. Als Ergebnis kann ein piezoelektrischer Film hergestellt werden. Alternativ kann ein piezoelektrischer Film auch auf die folgende Weise hergestellt werden: ein Legierungs-Target und ein Substrat werden einander gegenüberliegend angeordnet; ein lonenstrahl, der Stickstoffionen enthält, wird schräg auf die dem Legierungs-Target gegenüberliegende Oberfläche aufgebracht; und von dem Legierungs-Target werden Aluminium, das erste Element, das zweite Element und andere Dotierungs-Elemente, falls benötigt, auf das Substrat gesputtert. Das Sputtern kann mit einem einzelnen Sputtern oder mit mehrfachem Sputtern durchgeführt werden.
Unten wird als ein repräsentatives Beispiel der vorliegenden Ausführungsform ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Films beschrieben, der einen mit Sc und B dotierten AIN-Kristall aufweist. Sc und B sind in bzw. an einen Teil des AI-Ortes in dem AIN-Kristall zu dotieren. Für den Fall, in dem andere erste Elemente anstelle von Sc verwendet werden, und dem Fall, in dem andere zweite Elemente anstelle von B verwendet werden, kann ein piezoelektrischer Film durch dasselbe Sputtern wie in dem folgenden Herstellungsverfahren hergestellt werden.
Einzelnes Sputtern
Ein Siliziumsubstrat und ein Legierungs-Target, das durch Dotieren von B in eine ScAI-Legierung erhalten wird, werden vorbereitet bzw. hergestellt. Die Komponentenelemente in dem Legierungs-Target und ein Stickstoffelement werden auf dem Siliziumsubstrat durch Sputtern abgeschieden, wodurch ein piezoelektrischer Film hergestellt wird. Grundlegend wird ein Legierungs-Target verwendet, das dieselbe B-Konzentration wie die B-Konzentration in dem piezoelektrischen Film aufweist. Wenn jedoch eine Abweichung zwischen der B-Konzentration in dem Legierungs-Target und der B-Konzentration in dem piezoelektrischen Film verursacht wird, kann die B-Konzentration in dem Legierungs-Target derart eingestellt werden, dass die B-Konzentration in dem piezoelektrischen Film zu einer gewünschten Konzentration wird. Dasselbe gilt für die Sc-Konzentration. Der Sc-Inhalt (At%) und der B-Inhalt (At%) in dem piezoelektrischen Film können durch Analyse mit einer herkömmlich verfügbaren Fluoreszenz-Röntgenstrahlenanalysevorrichtung mit Wellenlängenstreuung berechnet werden.
Ein einzelnes Sputtern wird entsprechend einem allgemeinen Verfahren durchgeführt. Mit einem einzelnen Sputtern kann ein Layout verwendet werden, bei dem ein Target und ein Substrat einander gegenüberliegen (d.h. Typ mit paralleler Platte). In diesem Fall erhöht sich die Nutzungseffizienz des Legierungs-Targets beim Sputtern, und es wird die Abscheidungsrate verbessert.
Doppeltes Sputtern
Derselbe Betrieb wie bei einem einzelnen Sputtern kann durchgeführt werden, mit der Ausnahme, dass ein Siliziumsubstrat, ein ScAI-Legierungs-Target und ein B-Target verwendet werden. Bei einem doppelten Sputtern werden ScAI und B gleichzeitig auf das Substrat gesputtert. Mit diesem Verfahren kann die Anpassung der B-Konzentration durch Anpassen der Kosten der Elektrizität, die auf das ScAI-Legierungs-Target und das B-Target angewendet wird, mit Leichtigkeit durchgeführt werden. Durch Ändern des Targets ist es ebenfalls möglich, ein anderes mehrfaches Sputtern durchzuführen.
Der piezoelektrische Film der vorliegenden Ausführungsform enthält ein AIN-Kristall sowie das erste Element und das zweite Element, die in den AIN-Kristall dotiert sind. Das Verhältnis der Anzahl der Atome des ersten Elementes zu 100 At% der Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome des ersten Elementes und der Anzahl der Atome von AI überschreitet 43 At%. Das erste Element ist ein Element, das einen größeren lonenradius in einer Vierfach-Koordination als AI aufweist. Das zweite Element ist ein Element, das einen kleineren lonenradius in einer Vierfach-Koordination als AI aufweist. Der piezoelektrische Film, der eine derartige Konfiguration aufweist, weist ein ausgezeichnetes piezoelektrisches Leistungsvermögen wie beispielsweise der piezoelektrischen Konstante d₃₃ auf. Der Grund dafür ist der Folgende.
In dem Bereich hoher Konzentration des ersten Elementes, in dem das Verhältnis der Anzahl der Atome des ersten Elementes zu 100 At% der Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome des ersten Elementes und der Anzahl der Atome von AI 43 At% überschreitet, führt wie oben beschrieben eine Erhöhung einer Kompressionsspannung während der Abscheidung zu der Ausbildung eines kubischen AIN-Kristalls ohne oder mit nur geringem piezoelektrischen Leistungsvermögen auf der Substratseite des piezoelektrischen Films. Dieses kommt wahrscheinlich daher, dass der lonenradius in einer Vierfach-Koordination des ersten Elementes größer als derjenige von AI ist. Wenn ein zweites Element, das einen kleineren lonenradius in einer Vierfach-Koordination als AI aufweist, in einen derartigen AIN-Kristall dotiert wird, wird die Kompressionsspannung während der Abscheidung gelockert oder aufgehoben. Demzufolge wird ein piezoelektrischer Film mit weniger kubischen Kristallen, die hinsichtlich des piezoelektrischen Leistungsvermögens nachteilig sind, oder ohne kubische Kristalle ausgebildet. Daher erzielt der piezoelektrische Film ein ausgezeichnetes piezoelektrisches Leistungsvermögen.
Zweite Ausführungsform
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Aspekt beschrieben, gemäß dem ein piezoelektrischer Film, der ScAIN enthält, auf eine vorgegebene Unterschicht abgeschieden wird. Mittels Durchführung eines Unterschichtherstellungsprozesses und eines Abscheidungsprozesses wird wie in 7 gezeigt ein piezoelektrischer Film 11 auf einer Unterschicht 2 abgeschieden, wodurch ein geschichteter piezoelektrischer Filmkörper 5 hergestellt wird. Unter den Bezugszeichen und Zahlen, die in der zweiten Ausführungsform oder später verwendet werden, repräsentieren dieselben Bezugszeichen und Zahlen, wie bereits in den vorher beschriebenen Ausführungsformen verwendet, dieselben Bestandteile wie bereits in den zuvor beschrieben Ausführungsformen, wenn es nicht anders angegeben ist.
In dem Unterschichtherstellungsprozess wird die Unterschicht 2 hergestellt. Die Unterschicht 2 weist ein sechsfach symmetrisches Kristallgitter oder ein dreifach symmetrisches Kristallgitter auf, wenn die Kristallstruktur der Unterschicht 2 in der Dickenrichtung beobachtet bzw. betrachtet wird. Wenn die Unterschicht 2 ein sechsfach symmetrisches Kristallgitter aufweist, wird eine Unterschicht 2 hergestellt, die ein Unterschichtenmaterial enthält, das eine längere a-Achsenlänge als die a-Achsenlänge von ScAIN aufweist. Wenn andererseits die Unterschicht 2 ein dreifach symmetrisches Kristallgitter aufweist, wird eine Unterschicht hergestellt, die ein Unterschichtenmaterial enthält, in dem der Nächster-Nachbar-Zwischenatomabstand in einer Gitterebene parallel zu der Oberfläche der Unterschicht größer als die a-Achsenlänge von ScAlN ist.
In dem Abscheidungsprozess wird der piezoelektrische Film 11, der ScAIN enthält, epitaktisch auf der Oberfläche der Unterschicht 2 aufgewachsen. Als Ergebnis kann der piezoelektrische Film hergestellt werden. Wenn wie in 7 gezeigt die Unterschicht 2 vorhanden ist, muss das Substrat nicht vorhanden sein. Auf der Unterschicht 2 kann der piezoelektrische Film 11 ausgebildet werden. Alternativ kann wie in 8 gezeigt der piezoelektrische Film auf der Unterschicht 2 ausgebildet werden, die auf dem Substrat 3 ausgebildet ist.
Unterschichtherstellungsprozess
Als auf der Unterschicht 2 abzuscheidendes ScAIN (d.h. Scandiumaluminiumnitrid) sind ein hexagonaler Kristall und ein kubischer Kristall vorhanden. Ein hexagonaler Kristall ist im Hinblick auf das piezoelektrische Leistungsvermögen vorteilhaft. Das hexagonale ScAIN wird durch ein c-Achsen-orientiertes Aufwachsen auf der Unterschicht 2 ausgebildet. Mit anderen Worten, die c-Achse von hexagonalem ScAIN und die Dickenrichtung der Unterschicht sind parallel zueinander. Wenn die Kristallstruktur der Unterschicht 2 in der Dickenrichtung der Unterschicht 2 beobachtet bzw. betrachtet wird, weist die Kristallstruktur vorzugsweise ein sechsfach symmetrisches Kristallgitter auf. Wenn in diesem Fall ScAIN epitaktisch auf der Unterschicht 2 aufwächst, tritt das Kristallwachstum in Übereinstimmung mit dem sechsfach symmetrischen Kristallgitter der Unterschicht auf. Aus diesem Grund besteht die Tendenz, dass sich hexagonales ScAlN abscheidet.
Als Unterschicht 2, die ein sechsfach symmetrisches Kristallgitter aufweist, kann eine Unterschicht verwendet werden, die ein c-Achsen-orientiertes hexagonales Kristallgitter aufweist.
Wenn die Unterschicht 2 ein sechsfach symmetrisches Kristallgitter aufweist, enthält die Unterschicht 2 ein Unterschichtmaterial, das eine größere a-Achsenlänge in dem Kristallgitter als die a-Achsenlänge von ScAIN aufweist. Die Kristallstruktur der Unterschicht 2 ist die Kristallstruktur gesehen in der Richtung parallel zu der c-Achse von hexagonalem ScAIN, das auf der Unterschicht 2 abzuscheiden ist.
Die c-Achse von hexagonalem ScAIN ist im Allgemeinen parallel zu der Aufwachsrichtung von ScAIN, der Dickenrichtung der Unterschicht, der Dickenrichtung des piezoelektrischen Films und Ähnlichem. Die a-Achse von hexagonalem ScAIN ist allgemein orthogonal zu der c-Achse von ScAIN, der Dickenrichtung der Unterschicht, der Dickenrichtung des piezoelektrischen Films und Ähnlichem.
Abscheidungsprozess
Wenn wie oben beschrieben als Unterschicht 2 eine Unterschicht verwendet wird, die eine größere a-Achsenlänge ihres Kristallgitters als die a-Achsenlänge von hexagonalem ScAIN, das auf die Unterschicht 2 aufwachsen soll, verwendet wird, wirkt zusammen mit einer Kompressionsspannung eine Zugspannung auf die a-Achsenrichtung von ScAIN, das auf die Unterschicht 2 epitaktisch aufzuwachsen ist. Die Kompressionsspannung und die Zugspannung sind entgegengesetzt zueinander. Dieses macht es möglich, dass die Zugspannung die Kompressionsspannung, die auf das ScAIN während der Abscheidung wirkt, zu lockern oder aufzuheben. Demzufolge ist es möglich, einen piezoelektrischen Film auszubilden, der aufgrund der Unterdrückung der Ausbildung von kubischem ScAIN einen hohen Anteil einer hexagonalen ScAIN-Kristallwurtzitstruktur mit ausgezeichnetem piezoelektrischen Leistungsvermögen aufweist.
Unterschichtmaterial mit hexagonalem Kristallgitter
Ein Unterschichtmaterial, das ein hexagonales Kristallgitter aufweist, wird in einem c-Achsen-orientierten Zustand verwendet. Mit anderen Worten, die c-Achse des Kristallgitters, das die Unterschicht 2 ausbildet, und die Dickenrichtung der Unterschicht 2 sind parallel zueinander. Als Optionen für das Unterschichtmaterial können ZnO, GaN und Ähnliches mit derselben hexagonalen Kristallwurtzitstruktur wie ScAIN betrachtet werden. Innerhalb eines Bereiches, in dem das Verhältnis von Sc zu 100 At% der Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome von Sc und der Anzahl der Atome von AI in ScAIN gleich 50 At% oder kleiner ist, ist die a-Achsenlänge von ScAIN gleich oder kleiner als 0,35 nm und kann größer als die a-Achsenlänge von ZnO (insbesondere 0,325 nm) und der a-Achsenlänge von GaN (insbesondere 0,318 nm) sein. Mit anderen Worten, sogar wenn eine Unterschicht, die ZnO oder GaN enthält, verwendet wird, kann bzw. muss während der Abscheidung keine ausreichende Zugspannung in ScAIN bewirkt werden.
Andererseits wird durch Erstprinzipberechnung einer Simulation bestätigt, dass die a-Achsenlänge durch Dotieren eines zusätzlichen Elementes wie beispielsweise Ca in ZnO vergrößert wird. Außerdem wird hinsichtlich GaN bestätigt, dass die a-Achsenlänge durch Dotieren von Sc, La oder Ähnliches vergrößert wird. Die Vergrößerung der a-Achsenlänge benötigt nur das Dotieren eines Elementes mit einem großen lonenradius. Daher kann ZnO, das mit einem zweiwertigen Element dotiert ist, das einen größeren lonenradius in einer Vierfach-Koordination als Zn aufweist, GaN, das mit einem dreiwertigen Element dotiert ist, das einen größeren lonenradius in einer Vierfach-Koordination als Ga aufweist, und Ähnliches als Unterschichtmaterial verwendet werden.
Das Unterschichtmaterial enthält vorzugsweise ZnO, das mit mindestens einem Element dotiert ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Ca, Sr und Ba besteht, oder enthält vorzugsweise GaN, das mit mindestens einem Element dotiert ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Sc, Y und La besteht. In diesem Fall kann die a-Achsenlänge der Unterschicht 2, die ein hexagonales Kristallgitter aufweist, ausreichend verlängert werden. Wenn daher ScAIN epitaktisch auf der Unterschicht wächst, wird eine ausreichende Zugspannung in dem ScAIN bewirkt, was die Kompressionsspannung ausreichend lockern oder aufheben kann. Dementsprechend wird die Ausbildung von kubischem ScAIN weiter unterdrückt.
Hexagonales InN weist eine a-Achsenlänge von 0,354 nm auf und kann somit als Unterschichtmaterial auch ohne Dotieren eines zusätzlichen Elementes verwendet werden. InN, das mit einem dreiwertigen Element dotiert ist, das einen größeren lonenradius in einer Vierfach-Koordination als In aufweist, kann verwendet werden.
Als Unterschichtmaterial kann ein Material, das ZnO enthält, das mit einem anderen Element als einem zweiwertigen Element dotiert ist, das einen größeren lonenradius in einer Vierfach-Koordination als Zn aufweist, GaN, das mit einem anderen Element als einem dreiwertigem Element dotiert ist, das einen größeren lonenradius in einer Vierfach-Koordination als Ga aufweist, oder InN, das mit einem anderen Element als einem dreiwertigen Element dotiert ist, das einen größeren lonenradius in einer Vierfach-Koordination als In aufweist, verwendet werden. In diesem Fall weist die Unterschicht eine elektrische Leitfähigkeit auf. Mit anderen Worten, Zn in ZnO ist in einem zweiwertigen Zustand vorhanden und wird durch Dotierung mit einem anderen Element als zweiwertigen Elementen elektrisch leitend gemacht. Ga in GaN und In in InN sind jeweils in einem dreiwertigen Zustand vorhanden und werden somit durch Dotieren von GaN und InN mit einem anderen Element als jeweiligen dreiwertigen Elementen elektrisch leitend gemacht. Daher wird es möglich, die Unterschicht nach der Abscheidung beispielsweise als eine Elektrode zu verwenden. Mit anderen Worten, der piezoelektrische Film 11 in dem geschichteten piezoelektrischen Filmkörper 5 kann als piezoelektrisches Material verwendet werden, und die Unterschicht 2 kann als eine Elektrode verwendet werden, die mit dem piezoelektrischen Film 11 elektrisch verbunden ist.
Als Unterschichtmaterial kann Ti eines hexagonalen Metalls verwendet werden. Die a-Achsenlänge von Ti ist gleich 0,359 nm. In diesem Fall kann während des epitaktischen Aufwachsens von ScAIN eine Zugspannung von der Unterschicht 2 bewirkt werden, und die Unterschicht 2 kann elektrisch leitend sein. Daher wird es möglich, die Unterschicht 2 nach der Abscheidung als eine Elektrode zu verwenden.
Unterschichtmaterial mit kubischem Kristallgitter
Als Unterschicht 2 ist es ebenfalls möglich, eine Unterschicht zu verwenden, deren Kristallstruktur ein dreifach symmetrisches Kristallgitter aufweist, wenn die Kristallstruktur in der Dickenrichtung beobachtet wird. Wenn das Unterschichtmaterial ein dreifach symmetrisches Kristallgitter aufweist, wird ein Material verwendet, dessen Nächster-Nachbar-Zwischenatomabstand in der Gitterebene parallel zu der Oberfläche der Unterschicht 2 größer als die a-Achsenlänge von ScAIN ist. Als eine derartige Unterschicht 2 kann beispielsweise eine Unterschicht verwendet werden, die ein (111)-orientiertes kubisches Kristallgitter aufweist. Der Zwischenatomabstand in dem Fall, in dem die Unterschicht ein (111)-orientiertes kubisches Kristallgitter aufweist, wird im Folgenden auch als „a-Achsenäquivalenzlänge“ bezeichnet.
Das Unterschichtmaterial des kubischen Kristallgitters wird in einem (111)-orientierten Zustand verwendet. Mit anderen Worten, die <111>-Achse des Kristallgitters, das die Unterschicht ausbildet, und die Dickenrichtung der Unterschicht werden parallel zueinander. Bei einer derartigen Unterschicht bilden Atome ein Array, das ein regelmäßiges Dreieck als das minimale Gitter in einer (111)-Ebene enthält, wenn die Unterschicht in der <111>-Achsenrichtung beobachtet wird. Der Nachbar-Zwischenatomabstand (d.h. die a-Achsenäquivalenzlänge) wird in diesem Fall aus „Gitterkonstante x √2“ für das körperzentrierte kubische Gitter und aus „Gitterkonstante / √2“ für das flächenzentrierte kubische Gitter berechnet.
Beispiele des (111)-orientierten kubischen Unterschichtmaterials können ein Diamantstrukturmaterial, ein Sphaleritstrukturmaterial, Ta oder Cr enthalten. Als Diamantstrukturmaterialien können Si, Ge und Ähnliches genannt werden. Als Sphaleritstrukturmaterialien können GaAs, GaP und Ähnliches genannt werden. Die Gitterkonstante von Si einer Diamantstruktur ist gleich 0,543 nm, die Gitterkonstante von Ge einer Diamantstruktur ist gleich 0,565 nm, die Gitterkonstante von GaAs einer Sphaleritstruktur ist gleich 0,565 nm, die Gitterkonstante von GaP einer Sphaleritstruktur ist gleich 0,545 nm, die Gitterkonstante von Ta ist gleich 0,287 nm und die Gitterkonstante von Cr ist gleich 0,288 nm. Die a-Achsenäquivalenzlänge von Si einer Diamantstruktur ist gleich 0,384 nm, die a-Achsenäquivalenzlänge von Ge einer Diamantstruktur ist gleich 0,400 nm, die a-Achsenäquivalenzlänge von GaAs einer Sphaleritstruktur ist gleich 0,400 nm, die a-Achsenäquivalenzlänge von GaP einer Sphaleritstruktur ist gleich 0,385 nm, die a-Achsenäquivalenzlänge von Ta ist gleich 0,406 nm, und die a-Achsenäquivalenzlänge von Cr ist gleich 0,407 nm.
Wenn die Unterschicht, die einen derartigen (111)-orientierten kubischen Kristall enthält, verwendet wird, kann eine Zugspannung in dem ScAIN während einer epitaktischen Abscheidung bewirkt werden, wodurch eine Kompressionsspannung gelockert oder aufgehoben wird. Wenn Ta oder Cr als Unterschichtmaterial verwendet wird, wird es möglich, die Unterschicht nach der Abscheidung als eine Elektrode zu verwenden.
Das Verhältnis von Sc zu 100 At% der Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome von Sc und der Anzahl der Atome von AI in ScAIN des piezoelektrischen Films überschreitet vorzugsweise 43 At%. In diesem Fall wird die Kompressionsspannungslockerungswirkung durch die Unterschicht beachtlich. Mit anderen Worten, in dem piezoelektrischen Film, der ScAIN in einer hohen Konzentration von größer als 43 At% enthält, besteht die Tendenz, dass sich die Kompressionsspannung, die in dem Film während der Abscheidung wirkt, erhöht. Unter Verwendung einer speziellen Unterschicht, wie es oben beschrieben wurde, kann jedoch eine derartige große Kompressionsspannung gelockert oder aufgehoben werden.
Der Unterschichtherstellungsprozess und der Abscheidungsprozess können beispielsweise mittels Sputtern durchgeführt werden. Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, bei dem ein geschichteter piezoelektrischer Filmkörper mittels Sputtern hergestellt wird, der eine Unterschicht, die Ca-dotiertes ZnO enthält, und einen piezoelektrischen Film aufweist, der ScAIN enthält, das auf der Unterschicht ausgebildet ist.
Zunächst wird unter Verwendung eines Zn-Targets eine Plasmaentladung in einer Sauerstoffatmosphäre, die Ar enthält, durchgeführt, und es wird beispielsweise ZnO auf einem Substrat 3 durch reaktives Sputtern abgeschieden. Bei diesem Prozess kann unter Verwendung eines Zn-Targets zusammen mit einem Ca-Targetmaterial ein gleichzeitiges Sputtern (d.h. doppeltes Sputtern) durchgeführt werden, oder es kann ein einzelnes Sputtern unter Verwendung eines Zn-Targets, das mit Ca in einer gewünschten Konzentration dotiert ist, durchgeführt werden. Ein einzelnes Sputtern ist für eine Massenherstellung geeignet. Ein einzelnes Sputtern und ein doppeltes Sputtern können auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt werden. ZnO weist eine Wurtzitstruktur wie ScAIN auf und ist ein Material, das durch Einstellen der Abscheidungsbedingungen c-achsenorientiert ist. Es ist nicht notwendig, das Material für das Substrat und die Ebenenorientierung des Substrats auszuwählen.
Auf diese Weise wird die Unterschicht 2 auf dem Substrat 3 ausgebildet. Die Unterschicht 2 enthält Ca-dotiertes ZnO und ist c-achsenorientiert. Dann wird ScAIN auf der Unterschicht 2 abgeschieden. Sowohl ZnO als auch ScAIN weisen eine hexagonale Struktur auf, und somit besteht die Tendenz, dass ScAIN epitaktisch wächst. Wenn jedoch die Oberfläche der Unterschicht 2 zur Atmosphäre freiliegt, so dass Kontaminanten wie beispielsweise Wasser und CO2 auf der Oberfläche abgeschieden werden, kann das epitaktische Wachsen verhindert werden. Daher wird während der Abscheidung des piezoelektrischen Films 11 auf der Unterschicht 2 vorzugsweise ein Vakuumtransport durchgeführt. Im Hinblick auf die Vermeidung der Abscheidung von Kontaminanten ist es beispielsweise möglich, ein Verfahren zu verwenden, bei dem ein Sputtern aufeinanderfolgend in einer Vakuumkammer durchgeführt wird, die sowohl das Ca-dotierte Zn-Target als auch das ScAI-Targetmaterial aufweist. Vorzugsweise ist ein Verfahren wünschenswert, bei dem in einer Vorrichtung, die mehrere Vakuumkammern aufweist, ein Sputtern mit paralleler Platte unter Verwendung eines Ca-dotierten Zn-Targets und ein Sputtern mit paralleler Platte unter Verwendung eins ScAI-Targetmaterials aufeinanderfolgend in einer jeweiligen Vakuumkammer durchgeführt werden. Dieses Verfahren ist insbesondere für die Massenherstellung geeignet.
In dem Herstellungsbeispiel des Sputterns wurde der Fall einer Unterschicht beschrieben, die Ca-dotiertes ZnO enthält. Dasselbe gilt für die Herstellung eines geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers, der eine andere Unterschicht und einen piezoelektrischen Film aufweist, der gesputtert werden kann. Wenn die Unterschicht Nitrid ist, verhindert eine Oxidation der Oberfläche durch Freiliegen zu der Atmosphäre das epitaktische Wachsen, was zu einer Vergrößerung der Notwendigkeit eines Vakuumtransportes führt. Allgemein gibt ein epitaktisches Wachsen häufig das Wachsen eines Filmes eines nahezu einzelnen Kristalls auf der Einkristallunterschicht an, aber die Beschreibung beinhaltet auch den Fall, in dem die Unterschicht ein Polykristall wie beispielsweise eine Säulenkristallstruktur aufweist. Ein derartiges epitaktisches Wachsen auf der Unterschicht gibt beispielsweise den Zustand an, in dem ein Wachsen auftritt, wobei die Atomanordnungen grob mit jeweiligen einzelnen Säulenkristallen übereinstimmen.
Nach dem Unterschichtherstellungsprozess und dem Abscheidungsprozess, die in 7 und 8 gezeigt sind, wird ein geschichteter piezoelektrischer Filmkörper 5 erhalten, der eine Unterschicht 2 und einen piezoelektrischen Film 11 aufweist. Die Unterschicht 2 weist eine spezielle Kristallstruktur wie oben beschrieben auf, und der piezoelektrische Film 11 ist auf der Oberfläche der Unterschicht 2 ausgebildet. Der geschichtete piezoelektrische Filmkörper 5 weist eine Kontaktfläche 4 zwischen der Unterschicht 2 und dem piezoelektrischen Film 11 auf, und der piezoelektrische Film 11 kontaktiert die Unterschicht 2 an der Kontaktfläche 4.
Mit dem geschichteten piezoelektrischen Filmkörper 5, der eine derartige Konfiguration aufweist, wird wie oben beschrieben die Kompressionsspannung, die während der Abscheidung auf dem piezoelektrischen Film 11 ausgeübt wird, gelockert oder aufgehoben. Daher wird die Tendenz einer Anhäufung von kubischem ScAIN, das sich auf der Seite der Unterschicht 2 des auf der Unterschicht 2 ausgebildeten ScAIN ausbildet, verringert. Daher enthält der geschichtete piezoelektrische Filmkörper 5 eine große Menge von hexagonalem ScAIN, das in dem piezoelektrischen Film 11 ein ausgezeichnetes piezoelektrisches Leistungsvermögen aufweist. Der geschichtete piezoelektrische Filmkörper 5, der eine derartige Konfiguration aus der Unterschicht 2 und dem piezoelektrischen Film 11 aufweist, weist ein ausgezeichnetes piezoelektrisches Leistungsvermögen wie die piezoelektrische Kontante d₃₃ auf. Je kleiner die Anhäufung von kubischem ScAIN in dem piezoelektrischen Film 11 ist, umso größer ist das piezoelektrische Leistungsvermögen. Die Anhäufung des kubischen ScAIN in dem piezoelektrischen Film 11 ist vorzugsweise gleich 0.
Wie es in 9(a) gezeigt ist, kann die Unterschicht 2 des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers 5 mindestens teilweise entfernt werden bzw. sein. Das Entfernen kann beispielsweise mittels Ätzen durchgeführt werden. Ob die Unterschicht 2 entfernt werden muss bzw. soll, kann je nach Nutzung des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers 5 und Ähnlichem bestimmt werden.
Wie es beispielsweise in 9(a) gezeigt ist, kann die Unterschicht 2 mittels Ätzen oder Ähnlichem teilweise von dem geschichteten piezoelektrischen Filmkörper 5 entfernt werden. Wenn die Unterschicht 2 ein Isolationsmaterial, das nicht elektrisch leitend ist, enthält, wird die Unterschicht 2 teilweise entfernt, und wie es in 9(b) gezeigt ist, wird der befreite Bereich mit einem leitenden Material wie beispielsweise Metall gefüllt. Als Ergebnis kann eine Elektrode 25, die den piezoelektrischen Film 11 kontaktiert, ausgebildet werden.
Die Konfiguration, bei der das zweite Element gemäß der ersten Ausführungsform dotiert wird, und der Konfiguration, bei der eine spezielle Unterschicht gemäß der zweiten Ausführungsform bereitgestellt wird, können kombiniert werden. Insbesondere wenn der piezoelektrische Film, der ScAIN enthält, auf der Unterschicht gemäß der zweiten Ausführungsform abgeschieden wird, kann das zweite Element dotiert werden. In diesem Fall wird die Kompressionsspannung während der Abscheidung mehr gelockert, oder es wird die Kompressionsspannung sogar aufgehoben, was die Ausbildung von kubischem ScAIN weiter verhindern kann.
Dritte Ausführungsform
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein piezoelektrischer Film beschrieben, der eine geschichtete Kristallstruktur aus einem hexagonalen Kristall und einem kubischen Kristall aufweist. Der piezoelektrische Film weist einen kubischen ScAIN-Kristall und einen hexagonalen ScAIN-Kristall auf, der auf den kubischen ScAIN-Kristall gestapelt bzw. geschichtet ist. Die Grenzfläche zwischen beiden Kristallen muss nicht notwendigerweise fluchten und kann verschränkt sein. Spezielle Beispiele einer derartigen geschichteten Kristallstruktur können die in den 3(a) und 4(a) gezeigten Konfigurationen enthalten.
In das kubische ScAIN werden Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente, die andere Elemente als dreiwertige Elemente enthalten, dotiert. Obwohl die Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente in wünschenswerter Weise in mindestens einen Teil des kubischen ScAIN dotiert werden können, werden die Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente vorzugsweise so weit wie möglich in das gesamte kubische ScAIN dotiert. Als Ergebnis wird das kubische ScAIN ohne oder nur mit niedrigem piezoelektrischen Leistungsvermögen elektrisch leitend gemacht, und das kubische ScAIN kann beispielsweise als eine Elektrode verwendet werden.
Es wird überlegt, die Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente in bzw. an einen Teil des AI-Ortes von ScAIN zu dotieren. In ScAIN ist AI als dreiwertiges Ion vorhanden. Aus diesem Grund macht eine Dotierung der Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente, die keine dreiwertigen Elemente sind, das kubische ScAIN elektrisch leitend.
Außerdem können in das hexagonale ScAIN Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente teilweise dotiert werden. Im Hinblick auf die Verbesserung des piezoelektrischen Leistungsvermögens ist das hexagonale ScAIN, das mit den Leitfähigkeitsbeaufschlagungselementen dotiert ist, vorzugsweise in einer kleineren Menge vorhanden.
Die Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente können alleine dotiert werden, oder es können zwei oder mehr der Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente in Kombination dotiert werden. Wenn jedoch zwei oder mehr Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente dotiert werden, werden die Kombinationen, die gemeinsame elektrische Leitfähigkeiten aufheben, ausgeschlossen. Insbesondere werden die Kombinationen ausgeschlossen, in denen einwertige Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente und fünfwertige Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente in derselben Anzahl von Atomen dotiert werden. Außerdem werden Kombinationen ausgeschlossen, bei denen zweiwertige Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente und vierwertige Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente in derselben Anzahl von Atomen dotiert werden.
Beispiele für das Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement können Elemente der Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 12 und Übergangsmetallelemente (jedoch andere als Sc, Y, Lanthanoid und Actinoid) enthalten. Diese können alleine oder in Kombination aus zwei oder mehr von diesen verwendet werden.
Der piezoelektrische Film der vorliegenden Ausführungsform weist eine geschichtete Kristallstruktur aus einem hexagonalen Kristall und einem kubischen Kristall auf. Der hexagonale ScAIN-Kristall weist ein ausgezeichnetes Leistungsvermögen wie beispielsweise der piezoelektrischen Konstante d₃₃ auf. Andererseits weist das kubische ScAIN kein oder nur ein geringes piezoelektrisches Leistungsvermögen auf und kann wie oben beschrieben durch Dotieren der Leitungsbeaufschlagungselemente elektrisch leitend gemacht werden. Daher wird es möglich, das kubische ScAIN beispielsweise als Elektrode zu verwenden. Mit anderen Worten, das kubische ScAIN kann als eine Elektrode verwendet werden, die mit dem hexagonalem ScAIN elektrisch verbunden ist.
Das Verhältnis von Sc zu 100 At% der Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome von Sc und der Anzahl der Atome von AI in ScAIN überschreitet vorzugsweise 43 At%. In diesem Fall besteht die Tendenz, dass sich kubisches ScAIN ohne oder nur mit geringem piezoelektrischen Leistungsvermögen ausbildet. Daher wird der Vorteil vergrößert, der aus der Beaufschlagung der elektrischen Leitfähigkeit auf das kubische ScAIN durch Dotieren der Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente resultiert.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Films der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie es in 10 gezeigt ist, ist es durch Abscheiden eines piezoelektrischen Films 111, der ScAIN enthält, auf einem Substrat 3 möglich, den piezoelektrischen Film 111 herzustellen. Insbesondere ist es mittels Durchführung des folgenden Abscheidungsanfangsprozesses und des Abscheidungsfolgeprozesses möglich, den piezoelektrischen Film 111 herzustellen.
In dem Abscheidungsanfangsprozess wird der piezoelektrische Film 111, der ScAIN enthält, epitaktisch aufgewachsen, während ein Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement in der Anfangsstufe der Abscheidung des piezoelektrischen Films 111 dotiert wird. In dem Abscheidungsfolgeprozess wird ein piezoelektrischer Film, der ScAIN enthält, epitaktisch aufgewachsen, ohne im Wesentlichen ein Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement zu dotieren.
In dem Abscheidungsanfangsprozess und dem Abscheidungsfolgeprozess kann der piezoelektrische Film 111 beispielsweise mittels Sputtern abgeschieden werden. Ein Sputtern kann auf dieselbe Weise wie beispielsweise in der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
Der Zeitpunkt eines Wechsels zwischen dem Abscheidungsanfangsprozess und dem Abscheidungsfolgeprozess kann geeignet eingestellt werden. Zur Abscheidung von ScAIN mit hohem Sc-Inhalt wird beispielsweise kubisches ScAIN in einer großen Menge auf der Substratseite abgeschieden. Aus diesem Grund wird der Zeitpunkt eines Wechselns von dem Abscheidungsanfangsprozess zu dem Abscheidungsfolgeprozess vorzugsweise verzögert. Zur Abscheidung von ScAIN mit niedrigem Sc-Inhalt verringert sich andererseits die Menge von auszubildendem kubischen ScAIN. Aus diesem Grund kann der Wechselzeitpunkt vorverlegt werden. Daher kann der Wechselzeitpunkt beispielsweise auf der Grundlage der Sc-Menge in ScAIN eingestellt werden.
Zwischen dem Abscheidungsanfangsprozess und dem Abscheidungsfolgeprozess kann ein Abscheidungszwischenprozess zum graduellen Verringern der Menge der zu dotierenden Leitfähigkeitsbeaufschlagungselemente festgelegt werden. In diesem Fall wird die Kontinuität der Kristallstruktur wahrscheinlicher gehalten, so dass die Kristallinität von ScAIN gut wird. Bei Sputtern ist es beispielsweise durch graduelles Verringern der elektrischen Leistung, die dem Target zugeführt wird, das das Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement enthält, möglich, den Abscheidungszwischenprozess durchzuführen.
Der piezoelektrische Film 111 kann auf dem Substrat 3 ausgebildet werden. Das Material für das Substrat 3 ist nicht besonders beschränkt. Beispiele dafür können Silizium, ein leitendes Metall, Saphir, SiC, Glas oder ein organisches Material enthalten.
Im Folgenden wird ein spezielles Beispiel des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Es wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement Ti ist und eine Abscheidung mittels doppeltem bzw. zweifachem Sputtern durchgeführt wird.
Zunächst wird ein Layout, das in der Lage ist, gleichzeitig ein Sputtern eines ScAI-Legierungs-Targets und eines Ti-Targets durchzuführen (d.h. ein doppeltes Sputtern), festgelegt. Bei einem derartigen Layout wird wie bei der ersten Ausführungsform ein Sputtern in einer Atmosphäre durchgeführt, die Stickstoffgas enthält.
In dem Abscheidungsanfangsprozess, der die Anfangsstufe der Abscheidung ist, wird ein gleichzeitiges Sputtern durchgeführt, wodurch ScAIN epitaktisch wächst, während mit Ti dotiert wird. Als Ergebnis wird mit Ti dotiertes ScAIN auf einem Substrat ausgebildet. Die Konzentration von Ti in ScAIN kann durch das Verhältnis der an die beiden Targets anzulegenden elektrischen Leistungen gesteuert werden. Die Konzentration von Ti wird vorzugsweise auf derart eingestellt, dass die Kristallstruktur von ScAIN nicht zerstört wird. Insbesondere können der Inhalt des Leitfähigkeitsbeaufschlagungselementes in Bezug auf 100 At% der Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome von Sc, der Anzahl der Atome von AI und des Leitfähigkeitsbeaufschlagungselements wie beispielsweise Ti auf beispielsweise mehrere zehn Atomprozent oder weniger eingestellt werden.
Nach Verstreichen einer gegebenen Zeit seit der Abscheidung wird die elektrische Leistungszufuhr zu dem Ti-Target ausgeschaltet, wodurch ScAIN ausgebildet wird, das nicht mit Ti dotiert wird. Wenn die dem Ti-Target zugeführte elektrische Leistung ausgeschaltet wird, kann die elektrische Leistung ausgeschaltet werden, während sie graduell verringert wird. Als Ergebnis kann die Kontinuität der Kristallstruktur aufrechterhalten werden, und es kann die Kristallinität von ScAIN gut sein.
Ein einzelnes Sputtern ermöglicht die Abscheidung eines mit Ti dotierten ScAIN-Kristalls. Insbesondere wird zunächst ein Sputtern unter Verwendung eines mit Ti dotierten ScAI-Legierungs-Targets durchgeführt. Dann wird ein Sputtern unter Verwendung eines nicht mit Ti dotierten ScAI-Legierungs-Targets durchgeführt. Als Ergebnis kann das ScAIN, das nicht mit Ti dotiert ist, auf dem mit Ti dotierten ScAIN abgeschieden werden. In diesem Fall kann in jedem Sputtervorgang ein Layout mit paralleler Platte verwendet werden, das zur Massenherstellung geeignet ist.
Während eines Transportes des Substrates zwischen jeweiligen Sputtervorgängen wird vorzugsweise verhindert, dass die Oberfläche zur Atmosphäre freiliegt. Insbesondere können ein Verfahren eines Transportes zwischen den Vakuumkammern unter Vakuumbedingungen in einer Vorrichtung, die zwei Vakuumkammern aufweist, und andere Verfahren berücksichtigt werden.
Somit werden in dem piezoelektrischen Film 111 der vorliegenden Ausführungsform kubisches ScAlN und hexagonales ScAlN aufeinanderfolgend von der Seite des Substrats 3 aus ausgebildet. Dann wird ein Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement in das kubische ScAIN dotiert, das hinsichtlich des piezoelektrischen Leistungsvermögens nachteilig ist, wodurch das kubische ScAIN mindestens teilweise leitend gemacht wird. Daher wird in dem piezoelektrischen Film 111 eine elektrische Verbindung zwischen dem leitend gemachten ScAIN und dem hexagonalen ScAIN, das ein hohes piezoelektrisches Leistungsvermögen aufweist, möglich.
Oben wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann verschiedene Ausführungsformen innerhalb des Bereiches der Erfindung enthalten.
Der piezoelektrische Film und der geschichtete piezoelektrische Filmkörper können beispielsweise für einen Winkelbeschleunigungssensor, einen optischen Scanner, einen Ultraschallwandler, ein Mikrophon, ein Frequenzfilter, einen Drucksensor, einen Energie-Ernter und einen Tintenstrahldruckkopf verwendet werden.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf ihre Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung deckt verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen ab. Zusätzlich zu den verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen sind weitere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder nur einem einzelnen Element innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung möglich.

Claims

Piezoelektrischer Film (1), der aufweist: einen AIN-Kristall; ein erstes Element, das in den AIN-Kristall dotiert ist und einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von AI in einer Vierfach-Koordination ist; und ein zweites Element, das in den AIN-Kristall dotiert ist und einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der kleiner als der lonenradius von AI in einer Vierfach-Koordination ist, wobei ein Verhältnis der Anzahl der Atome des ersten Elementes zu 100 At% einer Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome des ersten Elementes und der Anzahl der Atome von AI 43 At% überschreitet.
Piezoelektrischer Film nach Anspruch 1, wobei das erste Element mindestens ein Element ist, das aus seltenen Erdelementen ausgewählt wird.
Piezoelektrischer Film nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Element Sc ist.
Piezoelektrischer Film nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Element ein dreiwertiges Element ist.
Piezoelektrischer Film nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zweite Element B ist.
Piezoelektrischer Film nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Element ein zweiwertiges Element und ein vierwertiges Element enthält und die Anzahl der Atome des zweiwertigen Elementes und die Anzahl der Atome des vierwertigen Elementes im Wesentlichen gleich sind.
Piezoelektrischer Film nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der außerdem ein drittes Element aufweist, das in das AIN-Kristall dotiert ist, einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der gleich oder größer als der lonenradius von AI in einer Vierfach-Koordination ist, ein einwertiges Element ist und ein Element enthält, das sich von dem ersten Element unterscheidet, wobei das zweite Element ein fünfwertiges Element ist und die Anzahl der Atome des fünfwertigen Elementes und die Anzahl der Atome des einwertigen Elementes im Wesentlichen gleich sind.
Piezoelektrischer Film nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der außerdem ein viertes Element aufweist, das in den AIN-Kristall dotiert ist, einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der gleich oder größer als der lonenradius von AI in einer Vierfach-Koordination ist, ein vierwertiges Element ist und ein Element enthält, das sich von dem ersten Element unterscheidet, wobei das zweite Element ein zweiwertiges Element ist, und die Anzahl der Atome des zweiwertigen Elementes und die Anzahl der Atome des vierwertigen Elementes im Wesentlichen gleich sind.
Piezoelektrischer Film nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der außerdem ein fünftes Element aufweist, das in den AIN-Kristall dotiert ist, einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der gleich oder größer als der lonenradius von AI in einer Vierfach-Koordination ist, ein zweiwertiges Element ist und ein Element enthält, das sich von dem ersten Element unterscheidet, wobei das zweite Element ein vierwertiges Element ist und die Anzahl der Atome des vierwertigen Elementes und die Anzahl der Atome des zweiwertigen Elementes im Wesentlichen gleich sind.
Geschichteter piezoelektrischer Filmkörper (5), der aufweist: eine Unterschicht (2); und einen piezoelektrischen Film (11), der ScAlN enthält und auf einer Oberfläche der Unterschicht ausgebildet ist, wobei die Unterschicht ein sechsfach symmetrisches Kristallgitter aufweist, wenn eine Kristallstruktur der Unterschicht in einer Richtung parallel zu einer c-Achse eines Kristalls des ScAIN betrachtet wird, und ein Unterschichtmaterial enthält, das eine a-Achsenlänge in dem sechsfach symmetrischen Kristallgitter enthält, die größer als eine a-Achsenlänge des ScAlN ist.
Geschichteter piezoelektrischer Filmkörper nach Anspruch 10, wobei das Unterschichtmaterial ein c-achsenorientiertes hexagonales Kristallgitter aufweist.
Geschichteter piezoelektrischer Filmkörper nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Unterschichtmaterial ZnO, das mit einem zweiwertigem Element dotiert ist, das einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von Zn in einer Vierfach-Koordination ist, GaN, das mit einem dreiwertigen Element dotiert ist, das einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von Ga in einer Vierfach-Koordination ist, InN, das mit einem dreiwertigen Element dotiert ist, das einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von In in einer Vierfach-Koordination ist, InN oder Ti enthält.
Geschichteter piezoelektrischer Filmkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Unterschichtmaterial ZnO, das mit mindestens einem Element dotiert ist, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Ca, Sr und Ba besteht, oder GaN enthält, das mit mindestens einem Element dotiert ist, dass aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Sc, Y und La besteht.
Geschichteter piezoelektrischer Filmkörper nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Unterschichtmaterial ZnO, das mit einem anderen Element als einem zweiwertigem Element dotiert ist und einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von Zn in einer Vierfach-Koordination ist, GaN, das mit einem anderen Element als einem dreiwertigem Element dotiert ist und einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von Ga in einer Vierfach-Koordination ist, oder InN enthält, das mit einem anderen Element als einem dreiwertigem Element dotiert ist und einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von In in einer Vierfach-Koordination ist.
Geschichteter piezoelektrischer Filmkörper (5), der aufweist: eine Unterschicht (2); und einen piezoelektrischen Film (11), der ScAlN enthält und auf einer Oberfläche der Unterschicht ausgebildet ist, wobei die Unterschicht ein dreifach symmetrisches Kristallgitter aufweist, wenn eine Kristallstruktur der Unterschicht in einer Richtung parallel zu einer c-Achse eines Kristalls des ScAIN betrachtet wird, und ein Unterschichtmaterial enthält, das einen Nächster-Nachbar-Zwischenatomabstand in einer Gitterebene parallel zu der Oberfläche der Unterschicht aufweist, der größer als eine a-Achsenlänge des ScAIN ist.
Geschichteter piezoelektrischer Filmkörper nach Anspruch 15, wobei das Unterschichtmaterial ein (111)-orientiertes kubisches Kristallgitter aufweist.
Geschichteter piezoelektrischer Filmkörper nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Unterschichtmaterial ein Diamantstrukturmaterial, ein Sphaleritstrukturmaterial, Ta oder Cr enthält.
Geschichteter piezoelektrischer Filmkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei in dem ScAIN des piezoelektrischen Films ein Verhältnis der Anzahl der Atome von Sc zu 100 At% einer Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome von Sc und der Anzahl der Atome von AI 43 At% überschreitet.
Verfahren zum Herstellen eines geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers (5), der eine Unterschicht (2) und einen piezoelektrischen Film (11) aufweist, der ScAIN enthält und auf einer Oberfläche der Unterschicht ausgebildet ist, wobei das Verfahren aufweist: einen Unterschichtherstellungsprozess zum Herstellen der Unterschicht, die ein Unterschichtmaterial enthält, das ein sechsfach symmetrisches Kristallgitter aufweist, wenn eine Kristallstruktur der Unterschicht in einer Dickenrichtung der Unterschicht betrachtet wird, und eine a-Achsenlänge in dem sechsfach symmetrischen Kristallgitter aufweist, die länger als eine a-Achsenlänge des ScAIN ist; und einen Abscheidungsprozess zum epitaktischen Aufwachsen des piezoelektrischen Films, der das ScAIN enthält, auf der Unterschicht.
Verfahren zum Herstellen des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers nach Anspruch 19, wobei das Unterschichtmaterial ein c-achsenorientiertes hexagonales Kristallgitter aufweist.
Verfahren zum Herstellen des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Unterschichtmaterial ZnO, das mit einem zweiwertigem Element dotiert ist, das einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von Zn in einer Vierfach-Koordination ist, GaN, das mit einem dreiwertigen Element dotiert ist, das einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von Ga in einer Vierfach-Koordination ist, InN, das mit einem dreiwertigen Element dotiert ist, das einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von In in einer Vierfach-Koordination ist, InN oder Ti enthält.
Verfahren zum Herstellen des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei das Unterschichtmaterial ZnO, das mit mindestens einem Element dotiert ist, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Ca, Sr und Ba besteht, oder GaN enthält, das mit mindestens einem Element dotiert ist, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Sc, Y und La besteht.
Verfahren zum Herstellen des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Unterschichtmaterial ZnO, das mit einem anderen Element als einem zweiwertigem Element dotiert ist und einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von Zn in einer Vierfach-Koordination ist, GaN, das mit einem anderen Element als einem dreiwertigen Element dotiert ist und einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von Ga in einer Vierfach-Koordination ist, oder InN enthält, das mit einem anderen Element als einem dreiwertigen Element dotiert ist und einen lonenradius in einer Vierfach-Koordination aufweist, der größer als ein lonenradius von In in einer Vierfach-Koordination ist.
Verfahren zum Herstellen eines geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers (5), der eine Unterschicht (2) und einen piezoelektrischen Film (11) aufweist, der ScAIN enthält und auf einer Oberfläche der Unterschicht ausgebildet ist, wobei das Verfahren aufweist: einen Unterschichtherstellungsprozess zum Herstellen der Unterschicht, die ein Unterschichtmaterial enthält, das ein dreifach symmetrisches Kristallgitter aufweist, wenn eine Kristallstruktur der Unterschicht in einer Dickenrichtung der Unterschicht betrachtet wird, und einen Nächster-Nachbar-Zwischenatomabstand in einer Gitterebene parallel zu der Oberfläche der Unterschicht aufweist, der größer als eine a-Achsenlänge des ScAIN ist; und einen Abscheidungsprozess zum epitaktischen Aufwachsen des piezoelektrischen Films, der das ScAIN enthält, auf der Unterschicht.
Verfahren zum Herstellen des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers nach Anspruch 24, wobei das Unterschichtmaterial ein (111)-orientiertes kubisches Kristallgitter aufweist.
Verfahren zum Herstellen des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers nach Anspruch 24 oder 25, wobei das Unterschichtmaterial ein Diamantstrukturmaterial, ein Sphaleritstrukturmaterial, Ta oder Cr enthält.
Verfahren zum Herstellen des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei in dem ScAIN des piezoelektrischen Films ein Verhältnis der Anzahl der Atome von Sc zu 100 At% einer Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome von Sc und der Anzahl der Atome von AI 43 At% überschreitet.
Verfahren zum Herstellen des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers nach einem der Ansprüche 19 bis 27, wobei der Abscheidungsprozess mittels Sputtern durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen des geschichteten piezoelektrischen Filmkörpers nach einem der Ansprüche 19 bis 28, das außerdem einen Entfernungsprozess zum mindestens teilweisen Entfernen der Unterschicht aufweist.
Piezoelektrischer Film (111), der ScAIN aufweist, das eine aus einem hexagonalen Kristall und einem kubischen Kristall geschichtete Kristallstruktur aufweist, wobei das ScAIN des kubischen Kristalls mit einem Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement dotiert ist, das ein anderes Element als ein dreiwertiges Element enthält.
Piezoelektrischer Film nach Anspruch 30, wobei das Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement in einen Teil eines AI-Ortes in dem ScAIN des kubischen Kristalls dotiert ist.
Piezoelektrischer Film nach Anspruch 30 oder 31, wobei das Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement mindestens ein Element ist, das aus einer Gruppe, die aus der Gruppe 1, der Gruppe 2, der Gruppe 12 besteht, und Übergangsmetallelementen, die nicht Sc, Y, Lanthanoid und Actinoid sind, ausgewählt wird.
Piezoelektrischer Film nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei ein Verhältnis der Anzahl der Atome von Sc zu 100 At% einer Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome von Sc und der Anzahl der Atome von AI in dem ScAlN 43 At% überschreitet.
Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Films (111) durch Abscheiden des piezoelektrischen Films, der ScAIN enthält, auf einem Substrat (3), wobei das Verfahren aufweist: einen Abscheidungsanfangsprozess zum epitaktischen Aufwachsen des piezoelektrischen Films, während ein Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement dotiert wird, das ein anderes Element als ein dreiwertiges Element enthält, in einer Anfangsstufe einer Abscheidung des piezoelektrischen Films; und einen Abscheidungsfolgeprozess zum Aufwachsen des piezoelektrischen Films im Wesentlichen ohne Dotieren des Leitfähigkeitsbeaufschlagungselementes nach dem Abscheidungsanfangsprozess.
Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Films nach Anspruch 34, wobei das Leitfähigkeitsbeaufschlagungselement mindestens ein Element ist, das aus einer Gruppe, die aus der Gruppe 1, der Gruppe 2, der Gruppe 12 besteht, und Übergangsmetallelementen, die nicht Sc, Y, Lanthanoid und Actinoid sind, ausgewählt wird.
Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Films nach Anspruch 34 oder 35, wobei ein Verhältnis der Anzahl der Atome von Sc zu 100 At% einer Gesamtmenge aus der Anzahl der Atome von Sc und der Anzahl der Atome von AI in dem ScAlN 43 At% überschreitet.
Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Films nach einem der Ansprüche 34 bis 36, wobei das Substrat Silizium, ein leitendes Metall, Saphir, SiC, Glas oder ein organisches Material enthält.
Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Films nach einem der Ansprüche 34 bis 37, wobei die Abscheidung des piezoelektrischen Films mittels Sputtern durchgeführt wird.