JP2005101512A - 強誘電体膜、強誘電体メモリ、圧電素子、半導体素子、液体噴射ヘッド、プリンタ及び強誘電体膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の強誘電体膜101は、AB1−xNbxO3の一般式で示され、A元素は、少なくともPbからなり、B元素は、Zr、Ti、V、W及びHfのうち、少なくとも一つ以上からなり、0.05≦x<1の範囲でNbを含む酸化物から形成されている。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明の実施形態に係る強誘電体膜101を用いた強誘電体キャパシタ100を模式的に示す断面図である。
本実施例では、本願発明によるPZTNと従来のPZTとを比較する。成膜フローは全て前述の図2を用いた。
次に、PbZr0.2Ti0.8Nb0.2薄膜の疲労特性、及びスタティックインプリントを測定したところ、図11(A)及び図11(B)に示すように、非常に良好であった。特に、図11(A)に示す疲労特性は、上下電極にPtを用いているにもかかわらず、非常に良好である。
本実施例では、PZTN強誘電体膜において、Nb添加量を0、5、10、20、30、40モル%と変化させて強誘電特性を比較した。全ての試料においてPbSiO3シリケートを5モル%添加している。また、膜形成のための原料となる強誘電体膜形成用ゾルゲル溶液には、コハク酸メチルを添加してpHを6とした。成膜フローは全て前述の図2を用いている。
本実施例では、例えば、強誘電体メモリのメモリセル部分を構成する強誘電体キャパシタや例えば、インクジェットプリンターのインク吐き出しノズル部分を構成する圧電アクチュエータの電極材料として用いられるPtやIrなどの白金系金属からなる金属膜上にPZTN膜を形成した場合における格子整合性の点からPZTN膜を用いることの有効性を検討した。白金系金属は、PZT系強誘電体膜を素子応用する場合に、強誘電体膜の結晶配向性を決める下地膜となるとともに、電極材料としても有用な材料である。しかし、両者の格子整合性が十分でないため、素子応用に関しては、強誘電体膜の疲労特性が問題となってくる。
本例ではPbZr0.4Ti0.6O3強誘電体膜を作製した。
%濃度のPbSiO3形成用ゾルゲル溶液(溶媒:n−ブタノール)を、1モル%添加した混合溶液を用いて、200nm−PbZr0.4Ti0.6O3強誘電体薄膜を作製した。この時、ヒステリシス特性は、図30に示すように、あまり良好なヒステリシスはえられなかった。
図32(A)及び図32(B)は、本発明の実施形態における、単純マトリクス型の強誘電体メモリ装置300の構成を示した図である。図3(A)はその平面図、図32(B)は図32(A)のA−A線に沿った断面図である。強誘電体メモリ装置300は、図32(A)及び図32(B)に示すように、基板308上に形成された所定の数配列されたワード線301〜303と、所定の数配列されたビット線304〜306とを有する。ワード線301〜303とビット線304〜306との間には、上記実施の形態において説明したPZTNからなる強誘電体膜307が挿入され、ワード線301〜303とビット線304〜306との交差領域に強誘電体キャパシタが形成される。
以下に、本発明の実施形態における、インクジェット式記録ヘッドについて詳細に説明する。
(1)圧電体層中の共有結合性が向上するため、圧電定数を向上させることができる。
(2)圧電体層中のPbOの欠損を抑えることができるため、圧電体層の電極との界面における異相の発生が抑制されて電界が加わり易くなり、圧電素子としての効率を向上させることができる。
(3)圧電体層のリーク電流が抑えられるため、圧電体層を薄膜化することができる。
また、本実施の形態の液体噴射ヘッド及び液体噴射装置は、上記の圧電体層を含む圧電素子を用いるため、特に次の効果が得られる。
(4)圧電体層の疲労劣化を軽減することができるため、圧電体層の変位量の経時変化を抑えて、信頼性を向上させることができる。
Claims (18)
- AB1−xNbxO3の一般式で示され、
A元素は、少なくともPbからなり、
B元素は、Zr、Ti、V、W及びHfのうち、少なくとも一つ以上からなり、
0.05≦x<1の範囲でNbを含む、強誘電体膜。 - 請求項1において、
A元素は、Pb1−yLnyからなり、
Lnは、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuのうち、少なくとも一つ以上からなり、かつ0<y≦0.2の範囲である、強誘電体膜。 - (Pb1−yAy)(B1−xNbx)O3の一般式で示され、
A元素は、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuのうち、少なくとも一つ以上からなり、
B元素は、Zr、Ti、V、W及びHfのうち、一つ以上からなり、
0.05≦x<1の範囲でNbを含む、強誘電体膜。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて、
0.1≦x≦0.3の範囲でNbを含む、強誘電体膜。 - ABO3の一般式で表され、Aサイトの構成元素としてPbを含み、Bサイトの構成元素として少なくともZrおよびTiを含むPZT系強誘電体膜において、AサイトのPb欠損量が前記ABO3の化学量論的組成に対して多くとも20モル%以下である、強誘電体膜。
- 請求項5において、
前記AサイトのPb欠損量の2倍に相当する組成比でBサイトにNbを含む、強誘電体膜。 - 請求項5または6において、
BサイトにおけるTi組成がZr組成よりも高く、かつ稜面体晶系の結晶構造を有する、強誘電体膜。 - 請求項5〜7のいずれかにおいて、
ゾルゲル溶液を用いて形成される、強誘電体膜。 - 請求項8に記載された強誘電体膜の製造方法であって、
前記ゾルゲル溶液として、少なくともPbZrO3用ゾルゲル溶液、PbTiO3用ゾルゲル溶液、およびPbNbO3用ゾルゲル溶液を混合したものを用いる、強誘電体膜の製造方法。 - 請求項9において、
前記ゾルゲル溶液として、さらにPbSiO3用ゾルゲル溶液を混合したものを用いる、強誘電体膜の製造方法。 - 請求項5〜7に記載された強誘電体膜の製造方法であって、
Aサイトの構成元素であるPbの化学量論的組成を1とした場合に、Pbが0.9〜1.2の範囲で含まれるゾルゲル溶液を用いて形成する、強誘電体膜の製造方法。 - 請求項9〜11のいずれかにおいて、
前記PZT系強誘電体膜を、白金系金属からなる金属膜上に形成することを含む、強誘電体膜の製造方法。 - 請求項12において、
前記白金系金属は、PtおよびIrの少なくともいずれか一つである、強誘電体膜の製造方法。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の強誘電体膜を用いた、強誘電体メモリ。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の強誘電体膜を用いた、圧電素子。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の強誘電体膜を用いた、半導体素子。
- 請求校15に記載の圧電素子を用いた、液体噴射ヘッド。
- 請求項17に記載の液体噴射ヘッドを用いた、プリンタ。
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