DE60318100T2

DE60318100T2 - Mehrschichtiger dünnfilmkörper, einen solchen mehrschichtigen dünnfilmkörper benutzende elektronische einrichtung, betätigungsglied und verfahren zur herstellung des betätigungsglieds

Info

Publication number: DE60318100T2
Application number: DE2003618100
Authority: DE
Inventors: Masao Kawasaki-shi KONDO; Hideki Kawasaki-shi YAMAWAKI
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2023-10-23
Also published as: WO2004042836A1; KR20050083598A; JP2004158717A; EP1560280A1; EP1560280A4; EP1560280B1; US20050105038A1; CN1692506A; DE60318100D1; KR100671375B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dünnfilm-Mehrschichtkörper, worin eine Oxidschicht, die einen kristallinen Aufbau mit einem einfachen Perovskit-Gitter in dem Kristall hat und eine hohe dielektrische Eigenschaft, eine piezoelektrische Eigenschaft, eine dielektrische Eigenschaft, eine pyroelektrische Eigenschaft etc. aufweist, epitaxial wachsen kann; einen Dünnfilm-Mehrschichtkörper, worin eine derartige Oxidschicht ausgebildet wird; und eine elektronische Einrichtung mit dem Dünnfilm-Mehrschichtkörper, worin eine derartige Oxidschicht ausgebildet ist. Die elektronische Einrichtung ist z. B. für einen Aktuator (Stellglied) für präzise Positionierung, den Ansteuerteil eines Summers etc., ein Kondensatorelement, einen DRAM, einen FeRAM und eine SAW-Einrichtung geeignet.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren wurden Aktuatoren kleiner Größe mit hohem Leistungsverhalten, die in verschiedenen Ansteuereinheiten eingesetzt werden können, wie etwa dem Kopfpositionierungsmechanismus einer magnetischen Platteneinheit und dem Ansteuermechanismus einer Mikromaschine zum medizinischen Gebrauch, benötigt. Als derartige Aktuatoren, die in der Größe reduziert werden müssen, sind jene, die ein piezoelektrisches Material oder ein elektrostriktives Material, das sich bei Anwendung eines elektrischen Feldes mechanisch de formiert, geeignet, da sie als dünne Filme montiert werden können.
Von piezoelektrischen und elektrostriktiven Materialien sind jene, die eine praktisch ausreichende piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft aufweisen, auf einige Oxide begrenzt. Von den Oxiden sind z. B. die meisten von Substanzen mit einem Perovskit-Aufbau mit einem einfachen Perovskit-Gitter in dem Kristall, einem Wismut-Schichtaufbau, einem Tungsten-Bronzeaufbau etc. Ferroelektrika, und sind viel versprechende Materialien mit einer piezoelektrischen Eigenschaft, einer dielektrischen Eigenschaft, einer pyroelektrischen Eigenschaft, Halbleitfähigkeit und elektrischer Leitfähigkeit. Insbesondere sind Materialien, die Perovskit-Strukturen aufweisen und gute Eigenschaften zeigen, auf Oxide begrenzt.
Eine piezoelektrische Eigenschaft oder eine elektrostriktive Eigenschaft resultiert aus der Anordnung von Atomen, die ein Oxid bilden. Deshalb ist es notwendigerweise ein Kristall. Ein Einkristallfilm, der eine gleichförmige Zusammensetzung und keine Defekte aufweist, ist ideal, um idealere Eigenschaften zu erhalten. Im allgemeinen ist es jedoch nicht einfach, einen Einkristallfilm zu erhalten. Piezoelektrische Materialien und dergleichen, die gewöhnlich verwendet werden, sind Polykristallfilme, die eine große Zahl von Defekten von Korngrenzen etc. enthalten, sodass die Eigenschaften im Vergleich mit einem Einkristallfilm schlechter sind. Da die Eigenschaften dazu tendieren, sich durch die Ausrichtung in einer bestimmten Ebenenrichtung zu verbessern, ist ein so genannter epitaxialer Film, ein Film, der nicht nur in einer Schichtrichtung, sondern auch in einer Richtung einer Ebene im Film (in-film plane direction) ausgerichtet ist, wünschenswert.
Herkömmlich wurden Oxideinkristallträger aus Magnesiumoxid (MgO), Strontiumtitanat (SrTiO₃), Lanthanaluminat (LaAlO₃) etc. eingesetzt, um einen Oxidepitaxialfilm wachsen zu lassen. Ein Platinfilm, dessen Hauptebene die (001)-Oberfläche ist, wächst in diesen Oxideinkristallträgern als eine untere Elektrode, und ein Oxidkristallfilm wächst ferner epitaxial und wird ausgebildet auf dem Platinfilm.
Gewöhnlich verwendete Oxideinkristallträger sind jedoch ungefähr 2 Zoll, und sind schwierig in der Größe zu erhöhen. Während im Sinne des Preises 6-Zoll-Einkristallträger aus Silizium mehrere tausend Yen kosten, sind 2-Zoll-MgO-Träger aufwändig und kosten mehr als einhunderttausend Yen, wobei es somit schwierig ist, sie zur praktischen Verwendung zu bringen. Entsprechend wurde untersucht, einen Silizium-Einkristallträger als einen Träger zum Wachsen des epitaxialen Films einer Oxidschicht einzusetzen.
Um einen epitaxialen Film auf einem Silizium-Einkristallträger wachsen zu lassen, ist es notwendig, die Ausrichtung der Oberfläche des Silizium-Einkristallträgers zu verwenden. Wenn jedoch die Oberfläche des Silizium-Einkristallträgers in einer Sauerstoffatmosphäre bei hohen Temperaturen ausgesetzt wird, wird sie oxidiert, sodass ein Siliziumoxidfilm (SiO_x) ausgebildet wird. Der Siliziumoxidfilm ist amorph und hat keine Ausrichtung. Deshalb wächst kein epitaxialer Film auf dem Siliziumoxidfilm. Ferner ist es für das Wachstum des epitaxialen Films wichtig, dass die Reaktion oder Diffusion zwischen dem Film, der wachsen soll, und dem Silizium-Einkristallträger reduziert wird. Als Materialien, die auf dem Silizium-Einkristallträger epitaxial wachsen können, wurden entsprechend Oxide von Elementen seltener Erden, wie etwa mit Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) und Ceroxid (CeO₂), Magnesiumoxid (MgO), Magnesiumspinell (MgAl₂O₄) und Strontiumtitanat (SrTiO₃) bisher offenbart. Es wurden Versuche un ternommen, einen epitaxialen Film aus einem Oxid mit einem Perovskit-Aufbau auf einer Zwischenschicht unter Verwendung von Kristallschichten dieser Materialien als die Zwischenschichten auszubilden.
Von diesen Zwischenschichten ist bekannt, dass ein Magnesiumspinellfilm auf einer Siliziumträger-(001)Oberfläche wächst, wobei seine (001)-Oberfläche als eine Hauptebene dient, und es ist ferner bekannt, dass die Perovskit-Aufbau-(001)Oberfläche epitaxial wächst (siehe z. B. die Nicht-Patentliteraturstelle 1).
Übrigens ist für eine Verwendung für Aktuatoren und Kondensatorelemente eine leitende Schicht, die als eine untere Elektrode dient, zwischen der Zwischenschicht und der Oxidschicht erforderlich. D. h. es ist notwendig, eine leitende Schicht zwischen der Magnesiumspinellschicht und dem epitaxialen Film der Perovskit-Oxidschicht vorzusehen.
In dem Fall einer Bereitstellung einer leitenden Schicht wird jedoch, falls die leitende Schicht geringe Kristallinität aufweist oder nicht epitaxial auf dem Magnesiumspinellfilm gewachsen ist, Kristallinität reduziert oder die Kristallausrichtung der Perovskit-Oxidschicht, die auf der leitenden Schicht ausgebildet wird, wird so geändert, um von einer Polarisationsrichtung stark abzuweichen, wobei somit ein Problem verursacht wird, dass die piezoelektrische Eigenschaft oder die elektrostriktive Eigenschaft reduziert wird.

Patentliteraturstelle 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 55-61035 ;
Nicht-Patentliteraturstelle 1: Matsubara et al: J. Appl. Phys., 66 (1989) 5826.
US-A-5 776 621 offenbart einen Mehrschichtkörper gemäß der Präambel von Ansprüchen 1 und 3.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend ist es ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, einen neuartigen und nützlichen Dünnfilm-Mehrschichtkörper, eine elektronische Einrichtung und einen Aktuator, die den Dünnfilm-Mehrschichtkörper verwenden, und ein Verfahren zum Herstellen des Aktuators vorzusehen, worin das oben beschriebene Problem gelöst ist.
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Dünnfilm-Mehrschichtkörper zu realisieren, der eine leitende Schicht hat und worin eine Oxidschicht mit guter Kristallinität und die eine hohe dielektrische Eigenschaft und eine gute piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft zeigt, ausgebildet werden kann.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische Einrichtung hohen Leistungsverhaltens und einen Aktuator, die eine Oxidschicht mit guter Kristallinität aufweisen und die eine gute piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft zeigen und im Leistungsverhalten höher und in den Kosten geringer sein können, zu realisieren.
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Aktuators zu realisieren, der den oben beschriebenen Dünnfilm-Mehrschichtkörper aufweist und im Leistungsverhalten höher und in den Kosten geringer sein kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Dünnfilm-Mehrschichtkörper vorgesehen, der enthält einen Einkristallträger aus Silizium oder Galliumarsenid; eine Zwischen schicht aus Magnesiumspinell, die auf dem Einkristallträger durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist; und eine leitende Schicht aus Iridium, die auf der Zwischenschicht durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist, wobei eine Oxidschicht auf der leitenden Schicht epitaxial zu entwickeln ist, wobei die Oxidschicht einen kristallinen Aufbau mit einem einfachen Perovskit-Gitter hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wächst die leitende Schicht aus Iridium epitaxial und wird auf der Magnesiumspinell-Zwischenschicht ausgebildet. Da die leitende Schicht aus Iridium gute Kristallinität hat, ist es entsprechend möglich, eine Oxidschicht eines kristallinen Aufbaus mit einem einfachen Perovskit-Gitter zu haben, die auf der leitenden Schicht epitaxial gewachsen ist. Da der Einkristallträger aus Silizium oder Galliumarsenid für den Dünnfilm-Mehrschichtkörper eingesetzt wird, ist es ferner möglich, im Vergleich mit dem Fall eines Einsatzes des herkömmlichen MgO-Einkristallträgers die Fläche zu erhöhen und die Kosten zu reduzieren.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Dünnfilm-Mehrschichtkörper vorgesehen, der enthält einen Einkristallträger aus Silizium oder Galliumarsenid; eine Zwischenschicht aus Magnesiumspinell, die auf dem Einkristallträger durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist; eine leitende Schicht aus Iridium, die auf der Zwischenschicht durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist, und eine Oxidschicht, die auf der leitenden Schicht durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist, wobei die Oxidschicht einen kristallinen Aufbau mit einem einfachen Perovskit-Gitter hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wächst die Oxidschicht epitaxial auf der leitenden Schicht, wobei (001)-Oberfläche eine Wachstumsrichtung ist. Entsprechend hat die Oxidschicht gute Kristallinität, und ist ausgezeichnet in Polarisation, die lektrischer Konstante, piezoelektrischer Eigenschaft und elektrostriktiver Eigenschaft, da es möglich ist, eine Spannungsanwendungsrichtung mit der Polarisationsachse anzupassen.
Eine amorphe Schicht kann zusätzlich zwischen dem Einkristallträger und der Zwischenschicht ausgebildet werden. Die Zwischenschicht wird durch epitaxiales Wachstum auf dem Einkristallträger ausgebildet. Entsprechend bilden die Oberfläche des Einkristallträgers und ein Magnesiumspinellfilm, der die Zwischenschicht ist, die darauf gewachsen ist, einen heteroepitaxialen Aufbau, und sie sind in ihrer Schnittstelle fest verbunden. Selbst wenn Wärmebehandlung etc. bewirkt, dass die Atome, die den Magnesiumspinellfilm bilden, eine Neuanordnung versuchen, werden als ein Ergebnis die Atome durch die Atomanordnung der Kristallfläche des Einkristallträgers gebunden, sodass ihre Neuanordnung eingeschränkt wird. Durch Schneiden der Bindung durch Bereitstellung einer amorphen Schicht in der Schnittstelle des Magnesiumspinellfilms und des Einkristallträgers mit dem Magnesiumspinellfilm, der auf dem Einkristallträger ausgebildet wird, ist es für den Magnesiumspinellfilm möglich, eine Neuanordnung durchzuführen. Entsprechend hat der Magnesiumspinellfilm bessere Kristallinität, und die leitende Schicht und die Oxidschicht, die darauf ausgebildet werden, erben die gute Kristallinität des Magnesiumspinellfilms, sodass jede Schicht bessere Kristallinität hat.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektronische Einrichtung mit einem der beiden oben beschriebenen Dünnfilm-Mehrschichtkörper bereitgestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat in den Dünnfilm-Mehrschichtkörpern die Oxidschicht eines kristallinen Aufbaus mit einem einfachen Perovskit-Gitter auf der leitenden Schicht gute Kristallinität. Da der Einkristallträger aus Silizium oder Galliumarsenid eingesetzt wird, ist es ferner möglich, im Vergleich mit dem Fall eines Einsatzes des herkömmlichen MgO-Einkristallträgers die Fläche zu erhöhen und die Kosten zu reduzieren. Entsprechend ist es möglich, eine preiswerte elektronische Einrichtung mit einer Oxidschicht zu realisieren, die eine hohe dielektrische Eigenschaft und eine gute piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft zeigt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aktuator bereitgestellt, der enthält einen Einkristallträger aus Silizium oder Galliumarsenid; eine Zwischenschicht aus Magnesiumspinell, die auf dem Einkristallträger durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist; eine untere leitende Schicht aus Iridium, die auf der Zwischenschicht durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist; eine Oxidschicht, die auf der unteren leitenden Schicht durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist, wobei die Oxidschicht einen kristallinen Aufbau mit einem einfachen Perovskit-Gitter aufweist; und eine obere leitende Schicht, die auf der Oxidschicht ausgebildet ist, wobei die Oxidschicht eine piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft zeigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Oxidschicht eines kristallinen Aufbaus mit einem einfachen Perovskit-Gitter mit der (001)-Oberfläche ausgebildet, die epitaxial wächst. Entsprechend hat die Oxidschicht gute Kristallinität, und zeigt eine gute dielektrische Konstante, piezoelektrische Eigenschaft und elektrostriktive Eigenschaft, da es möglich ist, eine Spannungsanwendungsrichtung mit der Polarisationsachse der Oxidschicht durch Anlegen einer Spannung zwischen der unteren leitenden Schicht und der oberen leitenden Schicht anzupassen. Da der Einkristallträger aus Silizium oder Galliumarsenid eingesetzt wird, ist es ferner möglich, im Vergleich zu dem Fall eines Einsatzes des herkömmlichen MgO-Einkris tallträgers die Fläche zu erhöhen und die Kosten zu reduzieren.
Es kann eine amorphe Schicht zusätzlich zwischen dem Einkristallträger und der Zwischenschicht ausgebildet sein. Es kann ein Öffnungsteil von der amorphen Schicht vorgesehen sein. Eine Filmstärke wird reduziert, indem nur die Zwischenschicht und die untere leitende Schicht auf einer Seite der Oxidschicht vorgesehen werden, um so mehr Flexibilität vorzusehen. Ferner ist ein Raum für eine Ablenkung zu der Zeit der Verschiebung (Versetzung) der Oxidschicht vorgesehen, um so zu erlauben, dass der Aktuator in einem breiteren Bereich verschoben wird. Als ein Ergebnis kann die Verschiebungseffizienz des Aktuators weiter verbessert werden.
Es kann eine Ausnehmung auf der Bodenseite des Einkristallträgers vorgesehen sein. Durch Vorsehen von Flexibilität durch Reduzieren des Einkristallträger in der Filmstärke kann die Verschiebungseffizienz des Aktuators weiter verbessert werden.
Der kristalline Aufbau mit dem Perovskit-Gitter kann einer eines Perovskit-Aufbaus, eines Wismutschichtaufbaus und eines Tungsten-Bronzeaufbaus sein. Die Oxidschicht mit einem derartigen kristallinen Aufbau hat eine gute piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft. Da die Oxidschicht eine gute Kristallinität hat, kann die Verschiebungseffizienz des Aktuators verbessert werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Aktuators, worin epitaxiale Filme geschichtet sind, vorgesehen, das enthält einen Zwischenschicht-Ausbildungsprozess zum Ausbilden einer Zwischenschicht aus Magnesiumspinell auf einem Einkristallträger aus Silizium oder Galliumarsenid durch epitaxiales Wachstum; einen Ausbildungsprozess einer unteren leitenden Schicht zum Ausbilden einer unteren leitenden Schicht aus Iridium auf der Zwischenschicht durch epitaxiales Wachstum; einen Oxidschicht-Ausbildungsprozess zum Ausbilden einer Oxidschicht eines kristallinen Aufbaus mit einem einfachen Perovskit-Gitter auf der unteren leitenden Schicht durch epitaxiales Wachstum; und einen Ausbildungsprozess einer oberen leitenden Schicht zum Ausbilden einer oberen leitenden Schicht auf der Oxidschicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wächst die Oxidschicht eines kristallinen Aufbaus mit einem einfachen Perovskit-Gitter epitaxial und wird ausgebildet. Entsprechend hat die Oxidschicht gute Kristallinität, und zeigt deshalb eine gute piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft. Da der Einkristallträger aus Silizium oder Galliumarsenid eingesetzt wird, ist es ferner im Vergleich mit dem Fall eines Einsatzes des herkömmlichen MgO-Einkristallträgers möglich, die Fläche zu erhöhen und die Kosten zu reduzieren.
Der Prozess zum Ausbilden einer amorphen Schicht zwischen dem Einkristallträger und der Zwischenschicht durch Wärmebehandlung kann zwischen dem Zwischenschicht-Ausbildungsprozess und dem Ausbildungsprozess der leitenden Schicht vorgesehen sein. Diese Wärmebehandlung bewirkt, dass Sauerstoff von der Magnesiumspinell-Zwischenschicht in den Einkristallträger diffundiert, sodass eine amorphe Schicht wegen thermischer Oxidation auf der Oberfläche des Einkristallträgers ausgebildet wird. Entsprechend werden der Einkristallträger und das Magnesiumspinell durch die amorphe Schicht ungebunden. Als ein Ergebnis tritt die Neuanordnung der Atome auf, die das Magnesiumspinell bilden, sodass es möglich ist, die Kristallinität der Magnesiumspinell-Zwischenschicht weiter zu verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht eines Aktuators gemäß einem ersten Modus einer Implementierung der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Herstellungsprozess des Aktuators gemäß dem ersten Modus einer Implementierung zeigt;
3 ist ein Diagramm, das ein Röntgenstrahlenbeugungsmuster eines Dünnfilm-Mehrschichtfilms zeigt, was ein wichtiger Teil des ersten Modus einer Implementierung ist, wobei der Dünnfilm-Mehrschichtkörper aus einem Einkristallträger/einer Zwischenschicht/einer unteren leitenden Schicht ausgebildet wird;
4A bis 4C sind Diagramme, die Röntgenstrahlenbeugungsmuster jeweiliger Filme des Dünnfilm-Mehrschichtkörpers durch Φ-Abtastung zeigen;
5A ist ein Diagramm, das eine Schaukelkurve mit Bezug auf eine (002)-Oberfläche des Platinfilms des Dünnfilm-Mehrschichtkörpers zeigt;
5B ist ein Diagramm, das eine Schaukelkurve mit Bezug auf eine (002)-Oberfläche eines Platinfilms zeigt, der auf einem MgO-Einkristallträger epitaxial gewachsen ist, was nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
6 ist ein Diagramm, das ein Röntgenstrahlenbeugungsmuster eines PLZT-Films gemäß dem ersten Modus einer Implementierung durch Φ-Abtastung zeigt;
7 ist eine Schnittansicht eines Aktuators gemäß einem zweiten Modus einer Implementierung der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine Schnittansicht eines Aktuators gemäß einem dritten Modus einer Implementierung der vorliegenden Erfindung;
9A ist eine Schnittansicht eines Aktuators gemäß einem vierten Modus einer Implementierung der vorliegenden Erfindung;
9B ist eine Ansicht in einem Pfeil X-X, der in 9A gezeigt wird; und
10A bis 10B sind ein Diagramm, das einen Herstellungsprozess des Aktuators gemäß dem vierten Modus einer Implementierung zeigt.
Beschreibung von Bezugszeichen: 10, 20, 30, 40 ... Aktuator; 11, 21, 31, 41 ... Einkristallträger; 12 ... Zwischenschicht; 13 ... untere leitende Schicht; 14 ... Oxidschicht; 15 ... obere leitende Schicht; 16 ... Dünnfilm-Mehrschichtkörper, der aus einem Einkristallträger/der Zwischenschicht 12/der unteren leitenden Schicht 13 ausgebildet ist; 22, 42 ... amorphe Schicht; 31-1 ... Ausnehmung des Einkristallträgers; 41-1 ... Nut; 42-1, 43-1 ... Öffnungsteil; 43 ... Resist; und 44 ... Schutzfilm.
BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachstehend wird eine Beschreibung, basierend auf den Zeichnungen, von Modi einer Implementierung der vorliegenden Erfindung gegeben.
(Erster Modus der Implementierung)
1 ist eine Schnittansicht eines Aktuators gemäß einem Modus der Implementierung der vorliegenden Erfindung.
Bezug nehmend auf 1 ist ein Aktuator 10 dieses Modus der Implementierung ausgebildet durch sequenzielles Schichten einer Zwischenschicht 12, einer unteren leitenden Schicht 13, einer Oxidschicht 14 und einer oberen leitenden Schicht 15 auf einem Einkristallträger 11. Bei Anwendung einer Spannung zwischen der unteren leitenden Schicht 13 und der oberen leitenden Schicht 15 streckt sich z. B. der Aktuator 10 längs wegen dem Längseffekt der Oxidschicht 14 unter Verwendung der piezoelektrischen oder elektrostriktiven Eigenschaft der Oxidschicht 14.
Als der Einkristallträger 11 wird ein Einkristallträger aus z. B. Silizium oder Galliumarsenid (GaAs) eingesetzt. Der Einkristallträger 11 hat eine Stärke von ungefähr 500 μm, und seine Hauptebene ist die (001)-Oberfläche. Indem die (001)-Oberfläche die Hauptebene sein gelassen wird, können die Schichten, die auf dem Einkristallträger 11 epitaxial wachsen sollen, die gleiche Oberflächenausrichtung aufweisen, sodass schließlich die Oberflächenausrichtung der Oxidschicht 14 die (001)-Oberfläche sein kann. Der Einkristallträger 11, dessen Hauptebene die (001)-Oberfläche ist und innerhalb des Bereiches von 0° bis 4° leicht geneigt ist, kann auch eingesetzt werden. Korngrenzen können in der Zwischenschicht 12 wegen der winzigen Unebenheit der Oberfläche des Einkristallträgers 11 generiert werden. Durch Verwenden des leicht geneigten Einkristallträgers 11 können Wachstumsrichtungen in der Filmebene der Zwischenschicht 12 ausgeglichen werden, sodass die Generierung von Korngrenzen gesteuert werden kann.
Die Zwischenschicht 12 wird aus Magnesiumspinell (MgAl₂O₄) einer Stärke von 100 nm ausgebildet, das auf dem Einkristallträger 11 durch CVD etc. epitaxial wächst. Speziell hat die Zwischenschicht 12 eine Stärke von 80 nm bis 600 nm. Der Magnesiumspinellfilm, der die Zwischenschicht 12 ist, hat seine (001)-Oberfläche z. B. auf der (001)-Oberfläche eines Silizium-Einkristallträgers gewachsen. Die (001)-Oberfläche des Magnesiumspinellfilms wird auf der (001)-Oberfläche des Einkristallträgers 11 ausgebildet, sodass die [100]-Richtung des Einkristallträgers 11 zu der [100]-Richtung des Magnesiumspinellfilms passt.
Die untere leitende Schicht 13 wird gemäß der Erfindung aus Iridium ausgebildet. Im folgenden werden auch alternative Anordnungen, nicht gemäß der Erfindung, die aber bei dem Verständnis von Nutzen sind, beschrieben. Die leitende Schicht aus Iridium einer Stärke von 200 nm wächst epitaxial auf der Zwischenschicht 12 durch RF-Sputter etc. Ein Element der Platingruppe ist z. B. Ru, Rh, Pd, Os, Ir oder Pt. Von diesen ist Ir oder Pt besonders dadurch geeignet, dass gute Kristallausrichtung erhalten werden kann.
Ferner ist die untere leitende Schicht 13 die (001)-Oberfläche des Elementes der Platingruppe oder seiner Legierung, die auf der (001)-Oberfläche des Magnesiumspinells wächst. Herkömmlich wurde über den Fall berichtet, wo ein Magnesiumspinell-Epitaxialfilm und weiter ein PZT-Film etc. auf einem Silizium-Einkristallträger ausgebildet werden. Es gab jedoch keinen Bericht über den Fall, wo ein Magnesiumspinellfilm und ein Epitaxialfilm eines Elementes der Platingruppe oder seiner Legierung auf einem Silizium-Einkristallträger sequenziell geschichtet sind. Ein Dünnfilm-Mehrschichtkörper 16, der ausgebildet wird aus dem Einkristallträger 11/der Magnesiumspinell-Zwischenschicht 12/der unteren Elektrode 13 eines Films eines Elementes der Platingruppe oder seiner Legierung gemäß diesem Modus der Implementierung, ist dadurch äußerst nützlich, dass die nachstehend beschriebene Oxidschicht 14 eines kristallinen Aufbaus mit einem einfachen Perovskit-Gitter auf diesem Dünnfilm-Mehrschichtkörper 16 wachsen kann und dass die piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft und eine hohe dielektrische Konstante der Oxidschicht durch Einsetzen der unteren leitenden Schicht 13 eines Elementes der Platingruppe oder seiner Legierung, was leitend ist, als eine Elektrode genutzt werden kann.
Die Oxidschicht 14 wird aus einem Kristall mit einem einfachen Perovskit-Gitter ausgebildet, dessen (001)-Oberfläche auf der (001)-Oberfläche der unteren leitenden Schicht 13 epitaxial wächst. Ein Perovskit-Aufbau, ein Wismutschichtaufbau, ein Tungsten-Bronze-Aufbau und dergleichen können als Beispiele von Kristallen mit einem einfachen Perovskit-Gitter genommen werden. Die meisten der Kristalle mit diesen kristallinen Aufbauten sind ferroelektrisch und haben eine piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft, eine pyroelektrische Eigenschaft etc. Einige der Kristalle haben Halbleitfähigkeit oder elektrische Leitfähigkeit.
Die Oxidschicht 14 hat einen Perovskit-Aufbau. Z. B. kann PZT, ausgedrückt durch die allgemeine Formel Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ (0 ≤ x ≤ 1), verwendet werden. Ferner können Kristalle, ausgedrückt durch die allgemeine Formel Pb(B'_1/3B''_2/3)O₃ (B': zweiwertiges Metall, B'': fünfwertiges Metall), Pb(B'_1/2B''_1/2)O₃ (B': dreiwertiges Metall, B'': fünfwertiges Metall) oder Pb(B'_1/2B''_1/2)O₃ (B': zweiwertiges Metall, B'': hexavalent metal), PLZT, ausgedrückt durch die allgemeine Formel (Pb_1-yLa_y)(Zr_1-xTi_x)O₃ (0 ≤ x, y ≤ 1) durch weiteres Hinzufügen eines zusätzliche Elementes zu PZT, und Kristalle, ausgedrückt durch die allgemeine Formel Pb(B'_1/3B''_2/3)_xTi_yZr_1-x-yO₃ (0 ≤ x, y ≤ 1, B': zweiwertiges Metall, B'': fünfwertiges Metall), Pb(B'_1/2B''_1/2)_xTi_yZr_1-x-yO₃ (0 ≤ x, y ≤ 1, B': dreiwertiges Metall, B'': fünfwertiges Metall) oder Pb(B'_1/2B''_1/2)_xTi_yZr_1-x-yO₃ (0 ≤ x, y ≤ 1, B': zweiwertiges Metall, B'': sechswertiges Metall) verwendet werden. Sie sind geeignet, da eine höhere piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft als PZT erhalten werden kann.
Von den Kristallen, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel Pb(B'_1/3B''_2/3)O₃ (B': zweiwertiges Metall, B'': fünfwertiges Metall) ausgedrückt werden, werden, PbNi_1/3Nb_2/3O₃, PbCo_1/3Nb_2/3O₃, PbMg_1/3Nb_2/3O₃, PbZn_1/3Nb_2/3O₃, PbMn_1/3Nb_2/3O₃, PbNi_1/3Ta_2/3O₃, PbCo_1/3Ta_2/3O₃, PbMg_1/3Ta_2/3O₃, PbZn_1/3Ta_2/3O₃ und PbMn_1/3Ta_2/3O₃ als Beispiele von jenen genommen, die wünschenswert sind. Von jenen sind PbNi_1/3Nb_2/3O₃, PbCo_1/3Nb_2/3O₃, PbMg_1/3Nb_2/3O₃, and PbZn_1/3Nb_2/3O₃ besonders wünschenswert.
Von den Kristallen, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel Pb(B'_1/2B''_1/2)O₃ (B': dreiwertiges Metall, B'': fünfwertiges Metall) ausgedrückt werden, werden PbFe_1/2Nb_1/2O₃, PbSc_1/2Nb_1/2O₃, und PbSc_1/2Ta_1/2O₃ als Beispiele von jenen genommen, die besonders wünschenswert sind.
Ferner wird von den Kristallen, die durch die allgemeine Formel Pb(B'_1/2B''_1/2)O₃ (B': zweiwertiges Metall, B'': sechswertiges Metall) ausgedrückt werden, PbMg_1/2W_1/2O₃ als ein Beispiel jener genommen, die wünschenswert sind. Es können auch Multikomponentenkristalle, wie etwa 0,65PbMg_1/3Nb_2/3O₃0,35PbTiO₃ und 0,5PbNi_1/3Nb_2/3O₃-0,35PbTiO₃-0,15PbZrO₃, eingesetzt werden.
Die Oxidschicht 14 kann unter Verwendung von CVD, CSD (chemische Lösungsablagerung, Chemical Solution Deposition), Sol-Gel-Verarbeitung, PLD (Impulslaserablagerung, Pulse Laser Deposition) oder dergleichen ausgebildet werden. Es gibt keine Einschränkung für Verfahren, falls sie auf einen Träger großer Fläche anwendbar sind. CSD ist geeignet, da es die Ausbildung auf einem Träger relativ großer Fläche unterstützt.
Die obere leitende Schicht 15 wird aus Metall, einer Legierung oder einem leitenden Oxid auf der Oxidschicht 14 ausgebildet. Metalle oder Legierungen, die für die obere leitende Schicht 15 geeignet sind, sind jene, die schwer zu oxidieren sind, z. B. Elemente der Platingruppe und Ti. Das leitende Oxid ist z. B. IrO₂, RuO₂ oder dergleichen. Die obere leitende Schicht 15 muss nicht epitaxial wachsen, sondern kann durch Sputter oder Dampfablagerung auf der Oxidschicht 14 ausgebildet werden.
Es kann eine halbleitende Oxidschicht oder eine leitende Oxidschicht eines kristallinen Aufbaus mit einem Perovskit-Gitter, das Halbleitfähigkeit oder Leitfähigkeit zeigt, zwischen der unteren leitenden Schicht 13 und der Oxidschicht 14 und/oder zwischen der Oxidschicht 14 und der oberen leitenden Schicht 15 ausgebildet werden. Speziell ist als das halbleitende Oxid z. B. Nb- oder La-dotiertes SrTiO₃ geeignet. Die Menge der Dotierung ist z. B. 1 at. %. Ferner kann das leitende Oxid SrRuO₃, CaRuO₃, LaNiO₃, La_xSr_1-xCoO₃ (0 ≤ x ≤ 1) oder La_xSr_1-xMnO₃ (0 ≤ x ≤ 1) sein. Wenn die Polarisationsumkehrung der Oxidschicht 14 durch Anlegen einer Wechselspannung oder dergleichen zwischen der unteren leitenden Schicht 13 und der oberen leitenden Schicht 15 wiederholt wird, kann ein Gitterdefekt, wie etwa Sauerstoffmangel in der Schnittstelle zwischen jeder der unteren leitenden Schicht 13 und der oberen leitenden Schicht und der Oxidschicht 14 die Verschlechterung der spontanen Polarisation der Oxidschicht 14 bewirken. Die Ausbildung einer halbleitenden oder elektrisch leitenden Oxidschicht zwischen jeder der unteren leitenden Schicht 13 und der oberen leitenden Schicht 15 und der Oxidschicht 14 macht es möglich, die Verschlechterung der sponta nen Polarisation zu steuern und die gute piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft der Oxidschicht für eine längere Zeitperiode sicherzustellen.
Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen eines Aktuators gemäß diesem Modus der Implementierung gegeben. 2 ist ein Flussdiagramm, das einen Aktuatorherstellungsprozess gemäß diesem Modus der Implementierung zeigt.
Bezug nehmend auf 2 wird zuerst nach Reinigung des Einkristallträgers 11 der natürliche Oxidfilm des Einkristallträgers 11 mit einer wässrigen Hydrofluorsäure entfernt. Der natürliche Oxidfilm wird entfernt, sodass die Kristallfläche des Einkristallträgers 11 freigelegt ist (S102).
Als Nächstes wächst die Magnesiumspinell-Zwischenschicht 12 durch CVD, MBE oder dergleichen auf dem Einkristallträger 11, von dem der natürliche Oxidfilm entfernt wurde (S104). CVD ist geeignet, da es Ausbildung eines gleichförmigen Films auf dem Einkristallträger 11 für eine große Fläche ermöglicht, z. B. in einem Durchmesser von ungefähr 300 mm. In den Fall einer Verwendung von CVD werden die Bestandteile von Magnesiumspinell erwärmt, um in ihren jeweiligen Quellenkammern verdampft zu werden, und werden zu einer Filmausbildungskammer durch Trägergase gesendet. Der Einkristallträger 11 wird auf 750°C bis 1050°C erwärmt, und es wird ein Film einer Stärke von 80 nm bis 600 nm ausgebildet, wobei die Filmausbildungsgeschwindigkeit auf 5 nm/min bis 30 nm/min eingestellt ist.
Als Nächstes wächst die untere leitende Schicht 13 epitaxial auf der Magnesiumspinell-Zwischenschicht 12 (S106). Speziell wird der Träger erwärmt auf eine und unterhalten in einer Temperatur von 400°C oder darüber, vorzugsweise 500°C oder darüber, und Metall der Platingruppe wird durch RF-Sputter in einer Argongasatmosphäre abgelagert, um eine Stärke von 20 bis 2000 nm aufzuweisen (S106). In diesem Punkt kann durch Hinzufügen einer kleinen Menge von Sauerstoff zu der Argongasatmosphäre, z. B. 1 sccm bis 3 sccm von Sauerstoffgas zu 30 sccm von Argongas, die untere leitende Schicht 13 von besserer Kristallinität ausgebildet werden. Dies ist so, da verhindert wird, dass die Sauerstoffatome von Magnesiumspinell der Oberfläche der Zwischenschicht 12 während Filmausbildung entfernt werden, sodass die Kristallinität der Oberfläche des Magnesiumspinellfilms aufrechterhalten wird, um so gute Kristallinität in der unteren leitenden Schicht 13 widerzuspiegeln.
Als Nächstes wird die Oxidschicht 14 auf der unteren leitenden Schicht 13 durch z. B. CSD ausgebildet (S108). Speziell wird ein PZT-Dünnfilm-Ausbildungsagens, in dem der Inhalt von Pb, Zr und Ti vorbereitet wird, auf die untere leitende Schicht 13 Spin-beschichtet, und das Lösungsmittel wird verflüchtigt und getrocknet. Die Spin-Beschichtung wird je nach Erfordernis mehrere Male wiederholt, um so eine gewünschte Stärke aufzuweisen.
Als Nächstes wird Erwärmung durchgeführt um zu bewirken, dass die Oxidschicht 14 kristallisiert und epitaxial wächst (S110). Speziell wird dies bei 500°C bis 800°C für 5 min bis 15 min in einer Sauerstoffatmosphäre mit einer Halogenlampen-Glüheinrichtung, einem Brennofen oder dergleichen durchgeführt, was RTA (Kurzzeit-Glühen, short-time annealing) ermöglicht.
Die Oxidschicht 14 kann durch PLD ausgebildet werden (S108A). Speziell werden der Träger, der zu einem Ziel ausgebildet ist, das aus PZT etc. besteht, und die untere leitende Schicht 13 mit dem Druck innerhalb einer Vakuumkammer, der auf 26,6 Pa (200 mTorr) eingestellt ist, eingestellt, und ein Laser wird auf das Ziel gerichtet, sodass das Ziel atomisiert wird, um auf der unteren leitenden Schicht 13 über eine Abluftfahne abgelagert zu werden. Die Ablagerungsstärke wird durch die Ausgabe oder Wiederholungsfrequenz des Lasers etc. gesteuert. In dem Fall einer Ausbildung eines Films auf einem Träger großer Fläche kann eine Oxidschicht, deren Stärke näher zu Gleichförmigkeit ist, durch Bewegen des Ziels oder Bewegen des Trägers relativ zu der Abluftfahne ausgebildet werden.
Als Nächstes wird die obere leitende Schicht 15 auf der Oxidschicht 14 durch Sputter oder dergleichen ausgebildet (S112). Die obere leitende Schicht 15 muss nicht epitaxial wachsen, und wird aus einem Element der Platingruppe oder dergleichen als Material ausgebildet, um so eine Stärke von ungefähr 150 nm zu haben. Die obere leitende Schicht 15 kann in eine gewünschte Form durch Sputter unter Verwendung einer Maske je nach Erfordernis ausgebildet werden.
Nachdem die obere leitende Schicht 15 ausgebildet ist, kann Erwärmung in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt werden (S114). Die Oberfläche der Oxidschicht 14 wird durch zerstäubte Atome beschädigt, die die obere leitende Schicht 15 bilden, wenn die obere leitende Schicht 15 ausgebildet wird. Deshalb beseitigt die Erwärmung Verzerrung und entspannt Restbelastung etc., sodass die Kristallinität der Oberfläche der Oxidschicht 14 verbessert werden kann. Speziell wird der Träger, der bis zu der oberen leitenden Schicht 15 ausgebildet ist, mit einem Brennofen oder dergleichen bei einer Temperatur von 600°C für ungefähr 1 Stunde erwärmt, während ungefähr 5 sccm an Sauerstoff fließen gelassen wird. Als ein Ergebnis wird der in 1 gezeigte Aktuator 10 ausgebildet.
3 ist ein Diagramm, das ein Röntgenstrahlenbeugungsmuster des Dünnfilm-Mehrschichtkörpers 16 durch XRD zeigt, wobei der Dünnfilm-Mehrschichtkörper ein wichtiger Teil des Aktuators dieses Modus der Implementierung ist, der ausgebildet wird aus dem Einkristallträger 11/der Zwischenschicht 12/der unteren leitenden Schicht 13. Silizium, ein Magnesiumspinellfilm und ein Platinfilm werden als der Einkristallträger 11, die Zwischenschicht 12 bzw. die untere leitende Schicht 13 des Dünnfilm-Mehrschichtkörpers 16 in dem oben beschriebenen Modus der Implementierung eingesetzt. 3 zeigt Messungen der Intensität, die in einem Winkel einer Beugung in einer 2Θ-Richtung erscheint, unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers, wenn ein Röntgenstrahl auf die Filmoberfläche des Dünnfilm-Mehrschichtkörpers 16 in einem Ausbildungswinkel Θ (2Θ-Θ-Verfahren) einfällt.
Bezug nehmend auf 3 erscheinen die Beugungsspitzen der (004)-Oberfläche des Siliziums, der (004)-Oberfläche des Magnesiumspinellfilms und der (002)-Oberfläche des Platinfilms. Bei Konzentration auf die Beugungsspitze des Platinfilms erscheint die Beugungsspitze der (002)-Oberfläche bei 2Θ = 46°, während z. B. die Beugungsspitzen der (111)-Oberfläche (2Θ = 39°) und der (011)-Oberfläche (2Θ = 65°) nicht erscheinen. Dies zeigt, dass die Schichtungsrichtung des Platinfilms gänzlich in der [001]-Richtung ausgerichtet ist, wobei die (001)-Oberfläche eine Hauptebene ist. Mit Bezug auf den Magnesiumspinellfilm erscheint nur die Beugungsspitze der (004)-Oberfläche. Entsprechend wird verstanden, dass der Magnesiumspinellfilm auf der (001)-Oberfläche des Silizium-Einkristallträgers ist und der Platinfilm auf dem Magnesiumspinellfilm mit Einzelachsenausrichtung ist.
4A bis 4C sind Diagramme, die Röntgenstrahlbeugungsmuster der jeweiligen Filme des Dünnfilm-Mehrschichtkörpers 16 von 3 durch Φ-Abtastung zeigen, die nur eine Probe rotiert. 4A sind die Ergebnisse einer Φ-Abtastung, die auf der (202)-Oberfläche des Platinfilms durchgeführt wird, 4B sind die Ergebnisse einer Φ-Abtastung, die auf der (404)-Oberfläche des Magnesiumspinellfilms durchgeführt wird, und 4C sind die Ergebnisse einer Φ-Abtastung, die auf der (404)-Oberfläche des Silizium-Einkristallträgers durchgeführt wird. 4A bis 4C zeigen, dass der Platinfilm, der Magnesiumspinellfilm und der Silizium-Einkristallträger jeweilige vierfache Symmetrieachsen mit den gleichen Winkeln haben. D. h. es wird gezeigt, dass der Dünnfilm-Mehrschichtkörper 16 auf eine Art und Weise Würfel für Würfel epitaxial auf dem Silizium-Einkristallträger 11 wächst.
5A ist ein Diagramm, das eine Schaukelkurve mit Bezug auf die (002)-Oberfläche des Platinfilms des Dünnfilm-Mehrschichtkörpers 16 zeigt. Andererseits zeigt 5B eine Schaukelkurve mit Bezug auf die (002)-Oberfläche eines Platinfilms, der auf einem MgO-Einkristallträger epitaxial wächst, der nicht der vorliegenden Erfindung entspricht. Bezug nehmend auf 5A ist die Halbwertbreite der Spitze der Beugungsspitze der (002)-Oberfläche des Platinfilms dieses Modus der Implementierung 0,39°, was besser oder gleich der Halbwertbreite 0,41 der Beugungsspitze der (002)-Oberfläche des Platinfilms ist, der der vorliegenden Erfindung nicht entspricht, was in 5B gezeigt wird. Dies zeigt, dass der Platinfilm der unteren leitenden Schicht 13 dieses Modus der Implementierung gute Kristallinität aufweist.
Die Kristallinität eines Platinfilms ist bei Bestimmung der Kristallinität einer Oxidschicht von PZT oder dergleichen wichtig, die auf dem Platinfilm epitaxial wächst, und es ist wünschenswert, dass der Platinfilm eine Kristallinität so gut wie möglich aufweist. Gemäß diesem Modus der Implementierung ist der Platinfilm einem Platinfilm äquivalent, der auf einem MgO-Einkristallträger epitaxial gewachsen ist. Entsprechend ist es möglich, eine Oxidschicht guter Kristallinität auszubilden.
6 ist ein Diagramm, das ein Röntgenstrahlbeugungsmuster der Oxidschicht dieses Modus der Implementierung durch Φ-Abtastung zeigt. Diese Oxidschicht ist ein PLZT-Film, der durch Anwenden eines PLZT-Dünnfilm-Ausbildungsagens (PLZT113/1,5/45/55, 15 A. gew. % in einer Konzentration) durch CSD und dessen Kristallisieren ausgebildet wird. Hier zeigt PLZT113/1,5/45/55 an, dass das Molaritätsverhältnis von Pb, La, Zr und Ti 113:1,5:45:55 ist. Ferner wurde die Φ-Abtastung auf der (222)-Oberfläche des PLZT-Films durchgeführt.
6 zeigt, dass der PLZT-Film der Oxidschicht eine vierfache Symmetrieachse mit den gleichen Winkeln wie der Einkristallträger 11/die Zwischenschicht 12/die untere leitende Schicht 13 hat, die in 4A bis 4C gezeigt werden. D. h. es wird gezeigt, dass die Oxidschicht 14 auf eine Art und Weise Würfel für Würfel auf der unteren leitenden Schicht 13 ausgebildet wird.
Gemäß diesem Modus der Implementierung wachsen die Zwischenschicht 12 eines Magnesiumspinellfilms, die untere leitende Schicht 13 und die Oxidschicht 14 epitaxial und werden auf dem Silizium- oder GaAs-Einkristallträger 11 sequenziell ausgebildet, wie oben beschrieben, hat eine gute Kristallinität wie ein Platinfilm, der auf dem herkömmlichen MgO-Einkristallträger epitaxial gewachsen ist. Entsprechend kann ein Dünnfilm-Mehrschichtkörper, der eine untere leitende Schicht aufweist und worin eine Oxidschicht mit guter Kristallinität und die eine piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft zeigt ausgebildet werden kann, realisiert werden, wobei der Dünnfilm-Mehrschichtkörper aus einem Einkristallträger/einer Zwischenschicht/der unteren leitenden Schicht ausgebildet wird.
Ferner wächst die Oxidschicht 14 epitaxial und wird auf dem Dünnfilm-Mehrschichtkörper 16 ausgebildet, der in dem Silizium- oder GaAs-Einkristallträger 11 ausgebildet ist. Deshalb ist es möglich, einen Aktuator zu realisieren, der eine Oxidschicht mit guter Kristallinität hat und eine piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft zeigt, und in der Größe größer und in den Kosten geringer sein kann.
[Erste Ausführungsform]
Nachstehend wird eine Beschreibung eines Aktuators gemäß einer Ausführungsform gemäß diesem Modus der Implementierung gegeben. Gemäß dem Aktuator dieser Ausführungsform werden Magnesiumspinell, ein Platinfilm, der eine untere leitende Schicht (Elektrode) ist, ein PZT-Film als eine Oxidschicht und eine obere leitende Schicht auf einem Silizium-Einkristallträger sequenziell geschichtet.
Zuerst wurde ein 2-Zoll-Silizium-Einkristallträger, dessen Hauptebene die (001)-Oberfläche ist, gereinigt, und wurde danach in eine wässrige Hydrofluorsäure von 9 A. gw. % getaucht, sodass ein natürlicher Oxidfilm (SiO_x) von der Oberfläche des Silizium-Einkristallträgers entfernt wurde.
Als Nächstes wird Magnesiumspinell einer Stärke von 100 nm auf dem Silizium-Einkristallträger durch CVD ausgebildet. Speziell wurde der Silizium-Einkristallträger in einer CVD-Filmausbildungskammer angeordnet, und auf einer Trägertemperatur von 900°C unterhalten. MgCl₂ wurde als ein Mg-Material eingesetzt. Es wurde auf 500°C in einer MG-Quellenkammer erwärmt, um verdampft zu werden, und wurde zu der Filmausbildungskammer unter Verwendung von Wasserstoffgas als ein Trägergas gesendet. Das Metall Al wurde als ein Al-Material eingesetzt. Es wurde auf 550°C in einer Al-Quellenkammer erwärmt, um verdampft zu werden, und wurde zu der Filmausbil dungskammer als AlCl₃ unter Verwendung von Wasserstoffchloridgas und Wasserstoffgas als Trägergase gesendet. Ferner wurden Kohlenstoffdioxid und Wasserstoffgas eingeführt, um mit Mg und AlCl₃ gemischt zu werden, und sie wurden in die Filmausbildungskammer eingeführt. In der Filmausbildungskammer wurde der Silizium-Einkristallträger auf 900°C erwärmt, und ein Magnesiumspinellfilm wurde bei einer Filmausbildungsgeschwindigkeit von 20 nm/min ausgebildet.
Als Nächstes wurde ein Platinfilm einer Stärke von 200 nm auf dem Magnesiumspinellfilm durch Sputter ausgebildet. Speziell wurde der Druck innerhalb einer Sputtereinrichtung auf 1 Pa (7,5 × 10^–3 Torr) gesetzt, und während 30 sccm von Argongas und 1 sccm von Sauerstoffgas geflossen sind, wurde der Träger auf 600°C erwärmt, um sein epitaxiales Wachstum zu bewirken.
Als Nächstes wurde ein PZT-Film auf dem Platinfilm durch CSD ausgebildet. Speziell wurden 0,3 cm³ eines kommerziell verfügbaren PZT-Dünnfilm-Ausbildungsagens (PZT113/45/55, 15 A. gew. % in der Konzentration) auf den Platinfilm abgeworfen, und Rotation wurde bei 3000 U/min für 20 sek durchgeführt. Hier zeigt PZT113/45/55 an, dass das Molaritätsverhältnis von Pb, Zr und Ti 113:45:55 ist. Als Nächstes wurde der Träger, auf den PZT angewendet wurde, bei 350°C für 1 Minute auf einer heißen Platte erwärmt, um so das Lösungsmittel des PZT-Dünnfilm-Ausbildungsagens zu verflüchtigen, und wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Dieser Prozess zum Ausbilden des PZT-Films wurde insgesamt viermal durchgeführt.
Als Nächstes wird der PZT-Film mit einer Halogenlampen-Glüheinrichtung kristallisiert. Speziell wurde der Träger in der Halogenlampen-Glüheinrichtung angeordnet, und wurde bei 650°C für 10 Minuten erwärmt, während Sauerstoffgas bei 5 L/min geflossen ist, wobei dadurch der PZT-Film kristallisiert wurde. Die Stärke des kristallisierten PZT-Films wurde auf 200 nm gesetzt.
Als Nächstes wird eine obere leitende Schicht einer Stärke von 150 nm auf dem PZT-Film durch Sputter ausgebildet. Speziell wurde das Muster der oberen leitenden Schicht auf dem PZT-Film angeordnet, und mit dem Druck innerhalb einer Sputtereinrichtung auf 1 Pa (7,5 × 10^–3 Torr) und einem Fluss von 30 sccm von Argongas, wurde ein Platinfilm ausgebildet.
Um einen Schaden zu beseitigen, der an dem PZT-Film zu der Zeit des Sputter verursacht wird, wurde der PZT-Film geglüht. Speziell wurde Erwärmung bei 600°C für 1 Stunde in einem elektrischen Brennofen durchgeführt, während Sauerstoffgas bei 5 L/min geflossen ist. Als ein Ergebnis wurde der Aktuator dieser Ausführungsform ausgebildet.
[Zweite Ausführungsform]
Ein Aktuator gemäß dieser Ausführungsform ist der gleiche wie in der ersten Ausführungsform mit Ausnahme dessen, das ein Iridiumfilm an Stelle des Platinfilms der unteren leitenden Schicht ausgebildet wird und dass PLZT für die Oxidschicht der ersten Ausführungsform eingesetzt wird. Im folgenden wird eine Beschreibung der gleichen Herstellungsprozesse wie in der ersten Ausführungsform weggelassen.
Gemäß dem Aktuator dieser Ausführungsform sind Magnesiumspinell, ein Iridiumfilm, der eine untere leitende Schicht ist, ein PLZT-Film als eine Oxidschicht und eine obere leitende Schicht auf einem Silizium-Einkristallträger sequenziell geschichtet.
Der Iridiumfilm wurde zu einer Stärke von 200 nm auf dem Magnesiumspinellfilm durch Sputter ausgebildet. Speziell wurde der Druck innerhalb einer Sputtereinrichtung auf 1 Pa (7,5 × 10^–3 Torr) gesetzt, und während 30 sccm von Argongas und 1 sccm von Sauerstoffgas geflossen sind, wurde der Träger auf 600°C erwärmt, um so sein epitaxiales Wachstum zu bewirken.
Der PLZT-Film wurde auf dem Iridiumfilm durch CSD ausgebildet. Speziell wurden 0,3 cm³ eines kommerziell verfügbaren PLZT-Dünnfilm-Ausbildungsagens (PLZT113/1,5/45/55, 15 A. gew. % in einer Konzentration) auf den Iridiumfilm abgeworfen, und Rotation wurde bei 3000 U/min für 20 Sekunden durchgeführt. Als Nächstes wurde der Träger, auf den PLZT angewendet wurde, bei 350°C für 1 Minute auf einer heißen Platte erwärmt, um so das Lösungsmittel des PLZT-Dünnfilm-Ausbildungsagens zu verflüchtigen, und wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Dieser Prozess zum Ausbilden des PLZT-Films wurde insgesamt viermal durchgeführt.
Als Nächstes wurde der PLZT-Film mit einer Halogenlampen-Glüheinrichtung kristallisiert. Speziell wurde der Träger in der Halogenlampen-Glüheinrichtung angeordnet, und wurde bei 650°C für 10 Minuten erwärmt, während 5 sccm von Sauerstoffgas geflossen sind, wobei dadurch der PLZT-Film kristallisiert wird. Die Stärke des kristallisierten PLZT-Films wurde auf 200 nm gesetzt. Danach wurde der Aktuator dieser Ausführungsform wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet.
(Zweiter Modus der Implementierung)
7 ist eine Schnittansicht eines Aktuators gemäß einem Modus der Implementierung der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung werden die Teile entsprechend jenen, die oben beschrieben sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Bezug nehmend auf 7 wird ein Aktuator 20 dieser Ausführungsform durch sequenzielles Schichten einer amorphen Schicht 22, der Zwischenschicht 12, der unteren leitenden Schicht 13, der Oxidschicht 14 und der oberen leitenden Schicht 15 auf einem Einkristallträger 21 ausgebildet. Dieser Modus der Implementierung ist der gleiche wie der erste Modus der Implementierung mit Ausnahme dessen, dass ferner die amorphe Schicht 22, die als ein Ergebnis partieller thermischer Oxidation des Einkristallträgers 21 ausgebildet ist, zwischen dem Einkristallträger 21 und der Zwischenschicht 12 vorgesehen ist.
Wie in Schritt S105 von 2 gezeigt, wird die amorphe Schicht 22 durch Durchführen von Wärmebehandlung nach Ausbildung der Magnesiumspinell-Zwischenschicht 12 auf dem Einkristallträger 21 ausgebildet. Speziell wird, wenn der Einkristallträger 21 Silizium ist, Wärmebehandlung bei 1000°C bis 1100°C für 30 Minuten bis 3 Stunden durchgeführt, während Dampf bei 10 L/min durch Blasen unter Verwendung von Sauerstoffgas als ein Trägergas unter atmosphärischem Druck fließt. Diese Wärmebehandlung bewirkt, dass Sauerstoff von der Magnesiumspinell-Zwischenschicht 12 in den Einkristallträger 21 diffundiert, sodass die amorphe Schicht 22 wegen thermischer Oxidation auf der Oberfläche des Einkristallträgers 21 ausgebildet wird. Eine amorphe Schicht bindet einen Einkristallträger und Magnesiumspinell los, sodass die Kristallinität von Magnesiumspinell wegen seiner Neuanordnung weiter verbessert werden kann.
Danach werden die Schichten, die den Aktuator 20 dieses Modus der Implementierung ausbilden, wie in dem ersten Modus der Implementierung ausgebildet.
Gemäß diesem Modus der Implementierung wird die Kristallinität der unteren leitenden Schicht 13 und der Oxidschicht 14, die auf dem Magnesiumspinellfilm ausgebildet sind, durch weiteres Erhöhen der Kristallinität des Magnesiumspinellfilms weiter verbessert. Als ein Ergebnis ist es möglich, einen Aktuator höheren Leistungsverhaltens mit einer Oxidschicht mit einer guten piezoelektrischen und elektrostriktiven Eigenschaft zu realisieren.
[Dritte Ausführungsform]
Ein Aktuator gemäß dieser Ausführungsform ist der Fall einer Bereitstellung einer thermischen Oxidschicht zwischen dem Silizium-Einkristallträger und der Zwischenschicht der ersten Ausführungsform, und ist der gleiche wie in der ersten Ausführungsform mit Ausnahme dessen, dass die thermische Oxidschicht vorgesehen ist und dass die Oxidschicht durch PLD ausgebildet wird.
Der Aktuator dieser Ausführungsform wird durch sequenzielles Schichten einer thermischen Oxidschicht, eines Magnesiumspinellfilms, eines Iridiumfilms, eines PZT-Films und eines Platinfilms auf einem Siliziumträger ausgebildet.
Die thermische Oxidschicht wird in einer Sauerstoffatmosphäre mit einem Brennofen nach Ausbildung des Magnesiumspinells auf dem Siliziumträger ausgebildet. Speziell wird Erwärmung bei 1050°C für zwei Stunden durchgeführt, während Dampf zu dem Brennofen bei 10 L/min durch Blasen unter Verwendung von Sauerstoffgas als ein Trägergas fließt. Es wurde die thermische Oxidschicht einer Stärke von 150 nm ausgebildet.
Als Nächstes wurde der PZT-Film durch PLD ausgebildet. Speziell wurde unter Verwendung eines Ziels von PNN-PT-PZ50/35/15, das 30 mol% überschüssiges Bleioxid enthält, der Träger auf 600°C bei 13,3 Pa (0,1 Torr) innerhalb einer Kammer erwärmt, während 6 sccm von Sauerstoffgas geflossen sind, und das Laserlicht eines Nd:YAG-Lasers (Wellenlänge 355 nm) wurde zu dem Ziel bei einer Wiederholungsrate von 10 Hz emittiert, wobei dadurch der PZT-Film einer Stärke von 350 nm ausgebildet wurde. Danach wurde der Aktuator der dritten Ausführungsform wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet.
(Dritter Modus der Implementierung)
8 ist eine Schnittansicht eines Aktuators gemäß diesem Modus der Implementierung. In der Zeichnung sind die Teile entsprechend jenen, die oben beschrieben werden, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Bezug nehmend auf 8 wird ein Aktuator 30 dieses Modus der Implementierung durch sequenzielles Schichten der Zwischenschicht 12, der unteren leitenden Schicht 13, der Oxidschicht 14 und der oberen leitenden Schicht 15 auf dem Einkristallträger 31 ausgebildet, und hat einen Diaphragmaaufbau mit einer Ausnehmung 31-1, die in dem Einkristallträger 31 vorgesehen ist. Der Aktuator 30 dieses Modus der Implementierung ist der gleiche wie der Aktuator 10 des ersten Modus der Implementierung mit Ausnahme dessen, dass die Ausnehmung auf der Bodenseite des Einkristallträgers vorgesehen ist.
Der Diaphragmaaufbau des Einkristallträgers 31 wird vorgesehen, nachdem die obere leitende Schicht 15 ausgebildet ist. Während die Stärke des Einkristallträgers 31 500 μm ist, ist in dem Diaphragmaaufbau die Tiefe der Ausnehmung 31-1 ungefähr 470 μm, sodass die Stärke des ausgedünnten Teils ungefähr 30 μm ist. Ferner kann Ätzen durchgeführt werden, bis die untere leitende Schicht 13 freigelegt ist. Die Verschiebungseffizienz des Aktuators 30 kann durch Bereitstellen von Flexibilität durch Reduzieren der Stärke des Einkristallträgers 31 verbessert werden.
Der Diaphragmaaufbau wird durch Ausbilden eines Resists auf der Bodenseite des Siliziumträgers, Mustern des Resists durch Fotolithografie und Durchführen von Ätzen durch Eintauchen in eine KOH-Lösung von 45 A. gew. % an Konzentration ausgebildet. Es wird ein Schutzfilm, wie etwa ein Resist, auf der Oberfläche der oberen leitenden Schicht ausgebildet, um so zu verhindern, dass sie geätzt wird.
Gemäß den Aktuatoren der ersten und zweiten Modi der Implementierung ist eine Seite der Oxidschicht, die eine piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft zeigt, an dem Einkristallträger fixiert. Wenn die Oxidschicht 14 verschoben wird, generiert entsprechend der Einkristallträger 31 eine Belastung in einer Richtung, um die Verschiebung zu verhindern. In dem Fall z. B. von Druckdeformierung in einer Richtung der Ebene im Film der Oxidschicht generiert der Einkristallträger 31 eine Belastung in einer Ausdehnungsrichtung. Diese Belastung kann durch Bereitstellen von Flexibilität durch Reduzieren der Filmstärke des Einkristallträgers 31 reduziert werden. D. h. die Verschiebungseffizienz des Aktuators kann durch Bereitstellen eines Diaphragmaaufbaus für den Einkristallträger 31 verbessert werden.
In diesem Modus der Implementierung wird eine Beschreibung des Falls einer Bereitstellung der einzelnen Ausnehmung 31-1 gegeben. Alternativ können viele winzige Ausnehmungen der gleichen Tiefe bereitgestellt werden. Wie in diesem Modus der Implementierung kann Flexibilität zu dem Einkristallträger unter der Oxidschicht bereitgestellt werden, sodass die Verschiebungseffizienz des Aktuators verbessert werden kann.
(Vierter Modus der Implementierung)
9A ist eine Schnittansicht eines Aktuators gemäß diesem Modus der Implementierung, und 9B ist eine Ansicht in einem Pfeil X-X, der in 9A gezeigt wird. In den Zeichnungen sind Teile entsprechend jenen, die oben beschrieben werden, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Bezug nehmend auf 9A und 9B wird ein Aktuator 40 gemäß diesem Modus der Implementierung durch sequenzielles Schichten einer amorphen Schicht 42, der Zwischenschicht 12, der unteren leitenden Schicht 13, der Oxidschicht 14 und der oberen leitenden Schicht 15 auf einem Einkristallträger 41 ausgebildet, und ist strukturiert, einen rahmenkörperartigen Öffnungsteil zu haben, der in der amorphen Schicht 42 vorgesehen ist. Dieser Modus der Implementierung ist der gleiche wie der Aktuator des oben beschriebenen zweiten Modus der Implementierung mit Ausnahme dessen, dass eine Nut in dem Einkristallträger 41 vorgesehen ist und dass der Öffnungsteil in der amorphen Schicht 42 vorgesehen ist.
Eine Nut 41-1 ist durch den Einkristallträger 41 von der Bodenseite davon zu der amorphen Schicht 42 vorgesehen, um den Öffnungsteil in der amorphen Schicht 42 vorzusehen. Diese Nut 41-1 ist vorgesehen, um ein Ätzagens zum Vorsehen des Öffnungsteils 42-1 in der amorphen Schicht 42 zu injizieren.
Die amorphe Schicht 42 ist nach außen von um den Mittelpunkt der amorphen Schicht herum durch Ätzen, um so nur die Nachbarschaft der Kante der amorphen Schicht 42 übrig zu lassen, chemisch niedergelegt. Speziell wird dieser Aufbau wie folgt ausgebildet.
10A bis 10B sind Diagramme, die einen Herstellungsprozess des Aktuators 40 dieses Modus der Implementierung zeigen.
In dem Prozess von 10A wird zuerst, wie in dem Aktuator des zweiten Modus der Implementierung, nach der Ausbildung bis hoch zu der oberen leitenden Schicht 15, ein Resist 43 auf der Bodenseite des Einkristallträgers 41 ausgebildet, und wird durch Fotolithografie gemustert, sodass ein Öffnungsteil 43-1 in dem mittleren Teil ausgebildet wird. Ein Schutzfilm 44, wie etwa ein Resist, wird auf der Oberfläche der oberen leitenden Schicht 15 ausgebildet um zu verhindern, dass sie geätzt wird.
Als Nächstes wird in dem Prozess von 10B anisotropisches Ätzen in dem Einkristallträger 41 durchgeführt, indem er in eine KOH-gesättigten Lösung von 80°C für ungefähr 3 Stunden getaucht wird, sodass die amorphe Schicht 42 freigelegt wird.
Als Nächstes wird in dem Prozess von 10C die amorphe Schicht 42 durch Eintauchen in eine wässrige Hydrofluorsäure von 10 A. gew. % für ungefähr 5 Sekunden geätzt, sodass der Öffnungsteil in der amorphen Schicht 42 ausgebildet wird. Der Ätzbereich der amorphen Schicht 42 kann durch eine Konzentration der Hydrofluorsäure und die Periode des Eintauchens gesetzt werden. Ferner werden der Resist 43 und der Schutzfilm 44 entfernt, sodass der in 9A und 9B gezeigte rahmenkörperartige Aufbau ausgebildet wird.
Der Aktuator 40 dieses Modus der Implementierung wird in der Filmstärke reduziert, indem nur die Zwischenschicht 12 und die untere leitende Schicht 13 auf einer Seite der Oxidschicht 14 vorhanden sind, um so mehr Flexibilität zu haben. Ferner ist ein Raum für Ablenkung zu der Zeit der Verschiebung der Oxidschicht 14 so vorgesehen, um dem Aktuator 40 zu erlauben, in einem breiteren Bereich verschoben zu werden. Als ein Ergebnis kann die Verschiebungseffizienz des Aktuators 40 weiter verbessert werden.
Oben wird eine Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die spezifischen Modi der Implementierung begrenzt, und Variationen und Modifikationen können innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung, der in den Ansprüchen vorgetragen wird, durchgeführt werden.
In den oben beschriebenen Modi der Implementierung und den Ausführungsformen werden Aktuatoren mit einer Menge von unteren und oberen leitenden Schichten und einer Oxidschicht, die eine piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft zeigt, die dazwischen eingelegt ist, gezeigt. Alternativ können viele Aktuatoren in Schichten gebondet sein. Der Mehrschichtlängseffekt macht es möglich, Verschiebung mit ungefähr der gleichen angelegten Spannung wie in dem Fall eines einzelnen Aktuators stark zu erhöhen.
Ferner ist die vorliegende Erfindung auf elektronische Einrichtungen, wie etwa ein Kondensatorelement und einen FeRAM (ferroelektrischer RAM) mit den gleichen Konfigurationen wie jenen der Aktuatoren der oben beschriebenen ersten und zweiten Modi der Implementierung anwendbar. Die Oxidschicht gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine hohe dielektrische Eigenschaft. Entsprechend ist es möglich, die unteren und oberen leitenden Schichten in der Fläche zu reduzieren. Als ein Ergebnis ist es möglich, ein Kondensatorelement auszubilden, das in der Größe reduziert sein kann.
Durch Ausbilden einer Elektrode in Kammform durch Mustern der oberen leitenden Schicht in den Konfigurationen der Aktuatoren der oben beschriebenen ersten und zweiten Modi der Implementierung können sie als akustische Oberflächenwelleneinrichtungen eingesetzt werden, wie etwa akustische Oberflächenwellenfilter (SAW-Filter). Die Oxidschicht der vorliegen den Erfindung hat eine gute piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft. Entsprechend ist es möglich, ein akustisches Oberflächenwellenfilter mit geringem Verlust zu realisieren, das in der Größe reduziert werden kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Eine leitende Schicht wird durch epitaxiales Wachstum in einem Silizium- oder Galliumarsenid-Einkristallträger durch eine Zwischenschicht ausgebildet. Entsprechend ist es möglich, einen Dünnfilm-Mehrschichtkörper zu realisieren, der eine leitenden Schicht hat und in dem eine Oxidschicht mit einer guten Kristallinität und die eine piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft zeigt, ausgebildet werden kann.
Ferner werden die Zwischenschicht, die untere leitende Schicht und eine Oxidschicht, die auf dem Silizium- oder Galliumarsenid-Einkristallträger geschichtet sind, durch epitaxiales Wachstum ausgebildet. Entsprechend ist es möglich, einen Aktuator mit hohem Leistungsverhalten und geringem Preis mit einer Oxidschicht mit guter Kristallinität und einer guten piezoelektrischen oder elektrostriktiven Eigenschaft zu realisieren.

Claims

Ein Dünnfilm-Mehrschichtkörper, umfassend: einen Einkristallträger aus Silizium oder Galliumarsenid; eine Zwischenschicht aus Magnesiumspinell, die auf dem Einkristallträger durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist; und eine untere leitende Schicht, die auf der Zwischenschicht durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist, wobei eine Oxidschicht auf der leitenden Schicht epitaxial zu entwickeln ist, wobei die Oxidschicht einen kristallinen Aufbau mit einem einfachen Perowskit-Gitter hat, gekennzeichnet dadurch, dass die untere leitende Schicht aus Iridium ausgebildet ist.
Der Dünnfilm-Mehrschichtkörper, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei ferner eine amorphe Schicht zwischen dem Einkristallträger und der Zwischenschicht ausgebildet ist.
Ein Dünnfilm-Mehrschichtkörper, umfassend: einen Einkristallträger aus Silizium oder Galliumarsenid; eine Zwischenschicht aus Magnesiumspinell, die auf dem Einkristallträger durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist; eine untere leitende Schicht, die auf der Zwischenschicht durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist, und eine Oxidschicht, die auf der leitenden Schicht durch epitaxiales Wachstum ausgebildet ist, wobei die Oxidschicht einen kristallinen Aufbau mit einem einfachen Perowskit-Gitter hat, gekennzeichnet dadurch, dass die untere leitende Schicht aus Iridium ausgebildet ist.
Der Dünnfilm-Mehrschichtkörper, wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei ferner eine amorphe Schicht zwischen dem Einkristallträger und der Zwischenschicht ausgebildet ist.
Der Dünnfilm-Mehrschichtkörper, wie in beliebigen von Ansprüchen 1 bis 4 beansprucht, wobei der kristalline Aufbau mit dem Perowskit-Gitter einer von einem Perowskit-Aufbau, einem Wismut-Schichtaufbau und einem Tungsten-Bronze-Aufbau ist.
Der Dünnfilm-Mehrschichtkörper, wie in beliebigen von Ansprüchen 1 bis 4 beansprucht, wobei die Oxidschicht aus einer ausgebildet wird, die ausgewählt wird aus einer Gruppe von Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ (0 ≤ x ≤ 1), (Pb_1-yLa_y)(Zr_1-xTi_x)O₃ (0 ≤ x, y ≤ 1), Pb(B'_1/3B''_2/3)_xTi_yZr_1-x-yO₃ (0 ≤ x, y ≤ 1, B' zweiwertiges Metall ist, B'' fünfwertiges Metall ist), und Pb(B'_1/2B''_1/2)_xTi_yZr_1-x-yO₃ (0 ≤ x, y ≤ 1; B' dreiwertiges Metall ist und B'' fünfwertiges Metall ist, oder B' zweiwertiges Metall ist und B'' sechswertiges Metall ist).
Eine elektronische Einrichtung, umfassend: den Dünnfilm-Mehrschichtkörper, die in Anspruch 3 oder 4 beansprucht.
Ein Aktuator, umfassend: einen Dünnfilm-Mehrschichtkörper, wie in Anspruch 3 definiert; und eine obere leitende Schicht, die auf der Oxidschicht ausgebildet ist, wobei die Oxidschicht eine piezoelektrische oder elektrostriktive Eigenschaft zeigt.
Der Aktuator, wie in Anspruch 8 beansprucht, wobei ferner eine amorphe Schicht zwischen dem Einkristallträger und der Zwischenschicht ausgebildet ist.
Der Aktuator, wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei ein Öffnungsteil in der amorphen Schicht vorgesehen ist.
Der Aktuator, wie in beliebigen von Ansprüchen 8 bis 10 beansprucht, wobei eine Ausnehmung auf einer Bodenseite des Einkristallträgers vorgesehen ist.
Der Aktuator, wie in beliebigen von Ansprüchen 8 bis 10 beansprucht, wobei der kristalline Aufbau mit dem Perowskit-Gitter einer von einem Perowskit-Aufbau, einem Wismut-Schichtaufbau und einem Tungsten-Bronze-Aufbau ist.
Der Aktuator, wie in beliebigen von Ansprüchen 8 bis 10 beansprucht, wobei die Oxidschicht aus einer ausgebildet ist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ (0 ≤ x ≤ 1), (Pb_1-yLa_y)(Zr_1-xTi_x)O₃ (0 ≤ x, y ≤ 1), Pb(B'_1/3B''_2/3)_xTi_yZr_1-x-yO₃ (0 ≤ x, y ≤ 1, B' zweiwertiges Metall ist, B'' fünfwertiges Metall ist), und Pb(B'_1/2B''_1/2)_xTiZr_1-x-yO₃ (0 ≤ x, y ≤ 1, B' dreiwertiges Metall ist und B'' fünfwertiges Metall ist, oder B' zweiwertiges Metall ist und B'' sechswertiges Metall ist).
Der Aktuator, wie in beliebigen von Ansprüchen 8 bis 10 beansprucht, wobei eine leitende Oxidschicht mit einer Leitfähigkeit in mindestens einem von einem Raum zwischen der unteren leitenden Schicht und der Oxidschicht und einem Raum zwischen der Oxidschicht und der oberen leitenden Schicht vorgesehen ist.
Der Aktuator, wie in Anspruch 14 beansprucht, wobei die leitende Oxidschicht aus einem Material ausgebildet ist, das ein ausgewähltes aus einer Gruppe von SrRuO₃, CaRuO₃, LaNiO₃, La_xSr_1-xCoO₃ (0 ≤ x ≤ 1), und La_xSr_1-xMnO₃ (0 ≤ x ≤ 1) als eine Hauptkomponente enthält.
Der Aktuator, wie in beliebigen von Ansprüchen 8 bis 10 beansprucht, wobei eine halbleitende Oxidschicht in mindestens einem von einem Raum zwischen der unteren leitenden Schicht und der Oxidschicht und einem Raum zwischen der Oxidschicht und der oberen leitenden Schicht vorgesehen ist.
Der Aktuator, wie in Anspruch 16 beansprucht, wobei die halbleitende Oxidschicht aus einem Material ausgebildet ist, das SrTiO₃, das mit mindestens einem von Nb und La dotiert ist, als eine Hauptkomponente enthält.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Aktuators, in dem epitaxiale Filme geschichtet sind, umfassend: einen Zwischenschicht-Bildungsprozess zum Bilden einer Zwischenschicht aus Magnesiumspinell auf einem Einkristallträger aus Silizium oder Galliumarsenid durch epitaxiales Wachstum; einen Bildungsprozess der unteren leitenden Schicht zum Bilden einer unteren leitenden Schicht aus Iridium auf der Zwischenschicht durch epitaxiales Wachstum; einen Oxidschicht-Bildungsprozess zum Bilden einer Oxidschicht eines kristallinen Aufbaus mit einem einfachen Perowskit-Gitter auf der unteren leitenden Schicht durch epitaxiales Wachstum; und einen Bildungsprozess einer oberen leitenden Schicht zum Bilden einer oberen leitenden Schicht auf der Oxidschicht.
Das Verfahren zum Herstellen des Aktuators, wie in Anspruch 18 beansprucht, ferner umfassend einen Prozess zum Bilden einer amorphen Schicht zwischen dem Einkristallträger und der Zwischenschicht durch Wärmebehandlung zwischen dem Zwischenschicht-Bildungsprozess und dem Bildungsprozess der leitenden Schicht.
Das Verfahren zum Herstellen des Aktuators, wie in Anspruch 19 beansprucht, ferner umfassend einen Prozess zum Bilden einer Nut, was die amorphe Schicht von einer Bodenseite des Einkristallträgers freilegt, und chemischen Ätzen eines Teils der amorphen Schicht durch die Nut nach dem Bildungsprozess der oberen leitenden Schicht.
Das Verfahren zum Herstellen des Aktuators, wie in Ansprüchen 19 oder 20 beansprucht, ferner umfassend einen Prozess zum Bilden einer Ausnehmung auf einer Bodenseite des Einkristallträgers nach dem Bildungsprozess der oberen leitenden Schicht.