JP2007005161A - Ferroelectric substance, its manufacturing method and ferroelectric device using the method - Google Patents

Ferroelectric substance, its manufacturing method and ferroelectric device using the method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric substance having a high dielectric constant, manufacturable by a simple method, and capable of preventing toxic heavy metals from being included therein. <P>SOLUTION: This ferroelectric substance contains organic cation-containing polyanions comprising organic cations, and at least one kind of polyanions selected from a group comprising polytitanic acid anions, polyniobic acid anions and polytantalic acid anions. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性メモリデバイス、コンデンサ、圧電デバイス、焦電赤外線センサデバイス等の強誘電体デバイスに用いられる強誘電体及びその製造方法、並びに、それを用いた強誘電体デバイスに関する。   The present invention relates to a ferroelectric used for a ferroelectric device such as a nonvolatile memory device, a capacitor, a piezoelectric device, a pyroelectric infrared sensor device, a manufacturing method thereof, and a ferroelectric device using the same.

強誘電体は、自発分極、高誘電率、焦電効果、圧電効果、電気光学効果等の機能をもち、従来から、コンデンサ、赤外線センサ、超音波発振器、圧力センサ、周波数フィルタ、光スィッチ等の多くのデバイス開発に応用されてきた。また、近年では、自発分極を利用した不揮発性メモリや高誘電率を利用したFETのゲート絶縁膜の開発が行われている。   Ferroelectrics have functions such as spontaneous polarization, high dielectric constant, pyroelectric effect, piezoelectric effect, and electro-optic effect. Conventionally, capacitors, infrared sensors, ultrasonic oscillators, pressure sensors, frequency filters, optical switches, etc. It has been applied to many device developments. In recent years, development of a nonvolatile memory using spontaneous polarization and a gate insulating film of an FET using a high dielectric constant has been carried out.

ところで、チタン酸バリウムは、古くから知られたペロブスカイト構造の強誘電体であり、コンデンサ等に用いられている。   By the way, barium titanate is a ferroelectric substance having a perovskite structure that has been known for a long time, and is used in capacitors and the like.

非特許文献1には、大きな自発分極を示す強誘電体は、ほとんどがペロブスカイト構造、又は、それに類似した構造を持つ、と記載されており、その具体例として、ペロブスカイト構造のチタン酸鉛(PbTiO3)やチタンジルコン酸鉛(Pb(Ti,Zr)O3)、層状ペロブスカイト構造のBi4Ti312等が挙げられている。但し、これらの強誘電体は、鉛やビスマスといった有毒重金属を含んでおり、製造に際しては、スパッタリング等の真空プロセスや1000℃以上の高温での熱処理が必要とされる。 Non-Patent Document 1 describes that most ferroelectrics exhibiting large spontaneous polarization have a perovskite structure or a structure similar thereto. As a specific example thereof, lead titanate (PbTiO 3) having a perovskite structure is described. 3 ), lead zirconate titanium (Pb (Ti, Zr) O 3 ), Bi 4 Ti 3 O 12 having a layered perovskite structure, and the like. However, these ferroelectrics contain toxic heavy metals such as lead and bismuth, and a vacuum process such as sputtering or a heat treatment at a high temperature of 1000 ° C. or more is required for production.

特許文献1には、単純ペロブスカイト構造の(Ba,Sr,Sn)TiO3 からなる鉛を含まない強誘電体、及び、単純ペロブスカイト構造の(Ba,Sr,Sn)TiO3 と従来の他のペロブスカイト構造の強誘電体との固溶体からなる鉛含有量の少ない強誘電体が開示されている。但し、これらの強誘電体は、600℃以上に加熱した基板上へのパルスレーザー堆積法により製造されることから高温での熱処理が必要とされる。
塩嵜忠監修「強誘電体材料の開発と応用」シーエムシー出版、2001年12月発行、14〜15頁 特開2003−146660号公報
Patent Document 1, a simple perovskite structure (Ba, Sr, Sn) ferroelectric does not contain lead consisting of TiO 3, and, the simple perovskite structure (Ba, Sr, Sn) TiO 3 and other conventional perovskite A ferroelectric with a low lead content, which is a solid solution with a structured ferroelectric, is disclosed. However, since these ferroelectrics are manufactured by a pulse laser deposition method on a substrate heated to 600 ° C. or higher, heat treatment at a high temperature is required.
Supervised by Tadashi Shiogama “Development and Application of Ferroelectric Materials”, CMC Publishing, published December 2001, pages 14-15 JP 2003-146660 A

本出願の目的は、簡単な方法で製造することができ、しかも、有毒な重金属の含有を避けることができる高誘電率、又は、大きな残留分極を示す強誘電体及びその製造方法、並びに、それを用いた強誘電体デバイスを提供することである。   An object of the present application is to provide a ferroelectric having a high dielectric constant or a large remanent polarization that can be manufactured by a simple method and that can avoid the inclusion of toxic heavy metals, and a method for manufacturing the same, and It is to provide a ferroelectric device using the above.

上記目的を達成する本発明は、有機カチオンと、ポリチタン酸アニオン、ポリニオブ酸アニオン及びポリタンタル酸アニオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のポリアニオンと、からなる有機カチオン含有ポリアニオンを含む強誘電体である。   The present invention for achieving the above object is a ferroelectric including an organic cation and an organic cation-containing polyanion comprising at least one polyanion selected from the group consisting of a polytitanate anion, a polyniobate anion and a polytantalate anion. .

ここで、強誘電体とは、加えられる電極と分極との関係が線形でなくヒステリシスを示す誘電体である。   Here, the ferroelectric material is a dielectric material in which the relationship between an applied electrode and polarization is not linear but exhibits hysteresis.

本発明の強誘電体は、その分散液を乾燥させる等の非常に簡単な方法により製造することができ、スパッタリング等の真空プロセスや高温での熱処理を必要としない。また、鉛やビスマスなどが含まれていなくても高誘電率、又は、大きな残留分極を示すので、有毒な重金属の含有を避けることができる。   The ferroelectric of the present invention can be produced by a very simple method such as drying the dispersion, and does not require a vacuum process such as sputtering or a heat treatment at a high temperature. In addition, even if lead or bismuth is not included, since it exhibits a high dielectric constant or a large remanent polarization, the inclusion of toxic heavy metals can be avoided.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(強誘電体及びそれを用いた強誘電体デバイス)
本発明の強誘電体は、有機カチオンと、ポリチタン酸アニオン、ポリニオブ酸アニオン及びポリタンタル酸アニオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のポリアニオンと、からなる有機カチオン含有ポリアニオンを含む。つまり、この強誘電体は、有機カチオン含有ポリチタン酸アニオン、有機カチオン含有ポリニオブ酸アニオン及び有機カチオン含有ポリタンタル酸アニオンのうち少なくとも1種を含んで構成されている。
(Ferroelectric and ferroelectric device using the same)
The ferroelectric of the present invention includes an organic cation-containing polyanion comprising an organic cation and at least one polyanion selected from the group consisting of a polytitanate anion, a polyniobate anion and a polytantalate anion. That is, this ferroelectric is configured to include at least one of an organic cation-containing polytitanate anion, an organic cation-containing polyniobate anion, and an organic cation-containing polytantalate anion.

ここで、有機カチオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオン、テトラプロピルアンモニウムカチオン、テトラブチルアンモニウムカチオン、ベンジルトリメチルアンモニウムカチオンなどの第4級アンモニウムカチオン、テトラメチルホスホニウムカチオン、テトラエチルホスホニウムカチオン、テトラプロピルホスホニウムカチオン、テトラブチルホスホニウムカチオンなどの第4級ホスホニウムカチオン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、トリプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ペンチルアミン、ジペンチルアミン、トリペンチルアミン、ヘキシルアミン、ジヘキシルアミン、トリヘキシルアミン、ジメチルヘキシルアミン、ジメチルベンジルアミン、ジメチルオクチルアミンなどの第1級乃至第3級アミンを由来とするカチオンから選ばれる1種、又は、2種以上が挙げられる。これらのうち、第4級アンモニウムカチオンと第4級ホスホニウムカチオンとが特に好ましい。   Here, as the organic cation, for example, quaternary ammonium cation such as tetramethylammonium cation, tetraethylammonium cation, tetrapropylammonium cation, tetrabutylammonium cation, benzyltrimethylammonium cation, tetramethylphosphonium cation, tetraethylphosphonium cation, Quaternary phosphonium cations such as tetrapropylphosphonium cation and tetrabutylphosphonium cation, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, tripropylamine, butylamine, dibutylamine, tributylamine, Pentylamine, dipentylamine, tripentylamine , One or more selected from cations derived from primary to tertiary amines such as hexylamine, dihexylamine, trihexylamine, dimethylhexylamine, dimethylbenzylamine, and dimethyloctylamine. It is done. Of these, quaternary ammonium cations and quaternary phosphonium cations are particularly preferred.

また、ポリチタン酸アニオンは、水酸化チタンが縮合したTiO2・xH2Oで表されるものから、そのプロトンの一部が解離してアニオンとなったものを意味する。具体的には、ポリチタン酸アニオンとしては、例えば、2チタン酸アニオン、3チタン酸アニオン、4チタン酸アニオン、5チタン酸アニオン等が挙げられる。同様に、ポリニオブ酸アニオンは、水酸化ニオブが縮合したTi25・xH2Oで表されるものから、そのプロトンの一部が解離してアニオンとなったものを意味し、具体的には、例えば、2ニオブ酸アニオン等が挙げられる。同様に、ポリタンタル酸アニオンは、水酸化タンタルが縮合したTa25・xH2Oで表されるものから、そのプロトンの一部が解離してアニオンとなったものを意味し、具体的には、例えば、2タンタル酸アニオン等が挙げられる。 The polytitanate anion means an anion formed by dissociating a part of its proton from that represented by TiO 2 .xH 2 O condensed with titanium hydroxide. Specifically, examples of the polytitanate anion include 2 titanate anion, 3 titanate anion, 4 titanate anion, and 5 titanate anion. Similarly, Poriniobu anions, from what niobium hydroxide is represented by fused Ti 2 O 5 · xH 2 O , means that part of the protons becomes dissociated anions, specifically Examples include 2-niobate anion. Similarly, Poritantaru anions, from what tantalum hydroxide is represented by fused Ta 2 O 5 · xH 2 O , means that part of the protons becomes dissociated anions, specifically Examples include 2-tantalate anion.

なお、本発明の強誘電体には、複数種の有機カチオンが含まれていてもよく、また、ポリチタン酸アニオン、ポリニオブ酸アニオン及びポリタンタル酸アニオンのうち2種が含まれていても、3種全てが含まれていてもよい。   Note that the ferroelectric of the present invention may contain a plurality of types of organic cations, and even if two types of polytitanate anion, polyniobate anion and polytantalate anion are contained, three types are included. All may be included.

また、本発明の強誘電体には、任意成分として、有機酸が含まれていてもよい。但し、有機酸の含有量は、有機カチオン中和当量以下であることが好ましい。   The ferroelectric of the present invention may contain an organic acid as an optional component. However, the content of the organic acid is preferably not more than an organic cation neutralization equivalent.

本発明の強誘電体は、ポリアニオンで構成されたナノシートの層により形成された積層構造を有することが好ましい。積層構造のなかでも、レピドクロサイト型構造のポリチタン酸アニオンがより好ましい。例えば、テトラメチルアンモニウムカチオンとポリチタン酸アニオンとからなる有機カチオン含有ポリアニオンの強誘電体では、チタンを中心として8個の酸素が配位した八面体構造を基本ユニットとしてその基本ユニットが平面状に展開されて形成されたポリチタン酸アニオンナノシート層が約1nm間隔で積層された積層構造を有しており、しかも、ポリチタン酸アニオンナノシート層間にテトラメチルアンモニウムカチオン層が形成されて、ポリアニオン層と有機カチオン層との交互積層構造が構成されている。なお、ポリアニオン層の積層構造を有するか否かは、X線回折において面間隔が整数比となる2以上の回折ピークが存在するか否かで確認することができる。   The ferroelectric of the present invention preferably has a laminated structure formed by nanosheet layers composed of polyanions. Among the laminated structures, a polytitanate anion having a lipidocrosite type structure is more preferable. For example, in an organic cation-containing polyanion ferroelectric composed of a tetramethylammonium cation and a polytitanate anion, the basic unit expands in a planar shape with an octahedral structure in which eight oxygens are coordinated centering on titanium. The polytitanate anion nanosheet layer formed in this manner has a laminated structure laminated at an interval of about 1 nm, and a tetramethylammonium cation layer is formed between the polytitanate anion nanosheet layers. And an alternate laminated structure is configured. Whether or not it has a laminated structure of a polyanion layer can be confirmed by whether or not there are two or more diffraction peaks whose plane spacing is an integer ratio in X-ray diffraction.

以上の本発明の強誘電体は、高温での熱処理を行わなくても、非常に優れた誘電性能を有し、室温において、残留分極が1μC/cm2以上、又は、比誘電率が40以上である。このように、本発明の強誘電体は、鉛やビスマスなどが含まれていなくても高誘電率、又は、大きな残留分極を示すので、有毒な重金属の含有を避けることができる。 The ferroelectric of the present invention has a very excellent dielectric performance without performing a heat treatment at a high temperature, and the remanent polarization is 1 μC / cm 2 or more at room temperature or the relative dielectric constant is 40 or more. It is. As described above, the ferroelectric of the present invention exhibits a high dielectric constant or a large remanent polarization even if it does not contain lead, bismuth or the like, so that it is possible to avoid the inclusion of toxic heavy metals.

そして、本発明の強誘電体は、一対の電極間に設けられることにより、不揮発性メモリデバイス、コンデンサ、圧電デバイス、焦電赤外線センサデバイス等の強誘電体デバイスを構成することができる。   And the ferroelectric substance of this invention can comprise ferroelectric devices, such as a non-volatile memory device, a capacitor | condenser, a piezoelectric device, a pyroelectric infrared sensor device, by providing between a pair of electrodes.

(強誘電体の製造方法)
以下、本発明の強誘電体の製造方法について説明する。
(Ferroelectric manufacturing method)
Hereinafter, a method for manufacturing a ferroelectric according to the present invention will be described.

<分散液調製ステップ>
まず、有機カチオンと、水酸化チタン、水酸化ニオブ及び水酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種の水酸化物と、を水に含有させて、その有機カチオンが溶解すると共に水酸化物から生成したポリアニオンが分散した分散液を調製する。
<Dispersion preparation step>
First, an organic cation and at least one hydroxide selected from the group consisting of titanium hydroxide, niobium hydroxide and tantalum hydroxide are contained in water so that the organic cation dissolves and from the hydroxide. A dispersion in which the produced polyanion is dispersed is prepared.

分散液を調製する方法としては、(1)有機カチオンと、水酸化チタン、水酸化ニオブ及び水酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種の水酸化物と、を予め混合しておき、それを水に含有させる方法、(2)有機カチオンの水溶液に、水酸化チタン、水酸化ニオブ及び水酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種の水酸化物を含有させる方法、(3)有機カチオンと、加水分解して水酸化チタンを生成する化合物、加水分解して水酸化ニオブを生成する化合物及び加水分解して水酸化タンタルを生成する化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物と、を水に含有させる方法、及び、(4)アルカリ金属を対イオンとする層状チタン酸、層状ニオブ酸及び層状タンタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種を酸で処理し、イオン交換されたアルカリ金属イオンを洗浄除去した後、カチオン又はアミンで処理する方法が挙げられる。   As a method for preparing the dispersion, (1) an organic cation and at least one hydroxide selected from the group consisting of titanium hydroxide, niobium hydroxide and tantalum hydroxide are mixed in advance, (2) A method in which an aqueous solution of an organic cation contains at least one hydroxide selected from the group consisting of titanium hydroxide, niobium hydroxide and tantalum hydroxide, and (3) an organic cation. And at least one compound selected from the group consisting of a compound that hydrolyzes to produce titanium hydroxide, a compound that hydrolyzes to produce niobium hydroxide, and a compound that hydrolyzes to produce tantalum hydroxide, And (4) at least selected from the group consisting of layered titanic acid, layered niobic acid and layered tantalate having an alkali metal as a counter ion Processing the seed with an acid, after washing away the alkali metal ions ion-exchanged, and a method of treating with a cation or an amine.

有機カチオンとしては、例えば、第4級アンモニウムカチオン源である水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウムなどの第4級アンモニウム塩、第4級ホスホニウムカチオン源である水酸化テトラメチルホスホニウム、水酸化テトラエチルホスホニウム、水酸化テトラプロピルホスホニウム、水酸化テトラブチルホスホニウムなどの第4級ホスホニウム塩、第1級乃至第3級アミン由来のカチオン源であるメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、トリプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ペンチルアミン、ジペンチルアミン、トリペンチルアミン、ヘキシルアミン、ジヘキシルアミン、トリヘキシルアミン、ジメチルヘキシルアミン、ジメチルベンジルアミン、ジメチルオクチルアミンなどのアミン化合物等が挙げられる。そして、これらの化合物から選ばれる1種、又は、2種以上を用いればよい。   Examples of the organic cation include quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, and benzyltrimethylammonium hydroxide, which are quaternary ammonium cation sources. A quaternary phosphonium cation, a quaternary phosphonium salt such as tetramethylphosphonium hydroxide, tetraethylphosphonium hydroxide, tetrapropylphosphonium hydroxide, tetrabutylphosphonium hydroxide or the like, a cation derived from a primary to tertiary amine Sources of methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, tripropylamine, butylamine, dibutylamine Emissions, tributylamine, pentylamine, dipentylamine, tripentylamine, hexylamine, dihexylamine, trihexylamine, dimethyl hexylamine, dimethyl benzylamine, amine compounds such as dimethyl octyl amine, and the like. And what is necessary is just to use 1 type chosen from these compounds, or 2 or more types.

加水分解して水酸化チタン、水酸化ニオブ又は水酸化タンタルを生じる化合物としては、例えば、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシド、ニオブペンタエトキシド、タンタルペンタエトキシドなどの金属アルコキシド、塩化チタン、フッ化チタン、塩化ニオブ、塩化タンタルなどのハロゲン化物、硝酸チタン、硝酸ニオブ、硝酸タンタルといった硝酸塩、硫酸チタン、硫酸ニオブ、硫酸タンタルといった硫酸塩、硝酸チタニル、硫酸チタニル等が挙げられる。そして、これらの化合物から選ばれる1種、又は、2種以上を用いればよい。   Examples of the compound that generates titanium hydroxide, niobium hydroxide, or tantalum hydroxide by hydrolysis include metal alkoxides such as titanium tetraisopropoxide, titanium tetrabutoxide, niobium pentaethoxide, tantalum pentaethoxide, titanium chloride, Examples thereof include halides such as titanium fluoride, niobium chloride and tantalum chloride, nitrates such as titanium nitrate, niobium nitrate and tantalum nitrate, sulfates such as titanium sulfate, niobium sulfate and tantalum sulfate, titanyl nitrate and titanyl sulfate. And what is necessary is just to use 1 type chosen from these compounds, or 2 or more types.

なお、有機カチオンの溶解性を高めるため、水に水溶性有機溶媒、例えば、炭素数1〜4のアルコールを添加してもよい。   In addition, in order to improve the solubility of an organic cation, you may add a water-soluble organic solvent, for example, C1-C4 alcohol, to water.

分散液には、さらに、任意成分として、pHを調製するための有機酸や分散性を良くするためのポリオール類を混合してもよい。   The dispersion may further contain, as optional components, an organic acid for adjusting pH and a polyol for improving dispersibility.

調製する分散液は、有機カチオンの濃度を0.01〜30質量%とすることが好ましく、0.1〜15質量%とすることがより好ましい。そして、水酸化物、或いは、加水分解して水酸化物を生じる化合物の量、つまり、ポリアニオンの含有量を、金属(チタン、ニオブ、タンタル)の有機カチオンに対するモル比(金属/有機カチオン)が0.5〜5となる量にすることが好ましく、0.8〜3となる量にすることがより好ましい。定量的には、ポリアニオンの濃度を0.01〜30質量%とすることが好ましく、0.1〜15質量%とすることがより好ましい。   The dispersion to be prepared preferably has an organic cation concentration of 0.01 to 30% by mass, and more preferably 0.1 to 15% by mass. And the amount of the hydroxide or the compound that hydrolyzes to produce a hydroxide, that is, the polyanion content is determined by the molar ratio of metal (titanium, niobium, tantalum) to organic cation (metal / organic cation). The amount is preferably 0.5 to 5, and more preferably 0.8 to 3. Quantitatively, the polyanion concentration is preferably 0.01 to 30% by mass, and more preferably 0.1 to 15% by mass.

また、調製する分散液はpHを10以上とすることが好ましく、pHを12以上の強アルカリ性とすることがより好ましい。従って、有機カチオンとしては、第4級アンモニウムカチオンと第4級ホスホニウムカチオンとが特に好適である。また、分散液の調製時には強アルカリ性の状態で行い、液調製後にポリアニオンの分散性を損なわない範囲で有機酸を加えてpHを下げるようにしてもよい。   Further, the dispersion to be prepared preferably has a pH of 10 or more, more preferably a strong alkalinity of 12 or more. Therefore, as the organic cation, a quaternary ammonium cation and a quaternary phosphonium cation are particularly suitable. Alternatively, the dispersion may be prepared in a strongly alkaline state, and the pH may be lowered by adding an organic acid within a range that does not impair the dispersibility of the polyanion after the preparation of the dispersion.

さらに、分散液は2〜200℃に調温して調製することが好ましく、生成物の安定性の観点から10〜150℃とするのがより好ましく、20〜100℃とするのがさらに好ましい。   Further, the dispersion is preferably prepared by adjusting the temperature to 2 to 200 ° C., more preferably 10 to 150 ° C., and further preferably 20 to 100 ° C. from the viewpoint of product stability.

また、分散液の攪拌、つまり、反応時間は、0.1〜20時間とするのが好ましく、1〜10時間とするのがより好ましい。   Further, the stirring of the dispersion, that is, the reaction time is preferably 0.1 to 20 hours, and more preferably 1 to 10 hours.

<固形化ステップ>
分散液調製ステップに次いで、調製した分散液に含まれる有機カチオンとポリアニオンとを固形化させる。
<Solidification step>
Following the dispersion preparation step, the organic cation and polyanion contained in the prepared dispersion are solidified.

ここで、有機カチオン含有ポリアニオンを固形化させる方法としては、例えば、分散液を風乾して水分を除去する方法、分散液を加熱することにより水分を除去する方法、分散液を減圧下に置くことにより水分を除去する方法等が挙げられる。   Here, as a method of solidifying the organic cation-containing polyanion, for example, a method of removing water by drying the dispersion, a method of removing moisture by heating the dispersion, and placing the dispersion under reduced pressure And a method for removing moisture.

また、有機カチオン含有ポリアニオンに対する溶解度が水よりも低い溶媒を分散液に添加すれば、過剰な有機カチオンが添加溶媒に抽出されるので、より純度の高い有機カチオン含有ポリアニオンを得ることができる。この場合、有機カチオン含有ポリアニオンを析出させた後に溶媒を除去してもよいが、析出物をそれに対する溶解度の低い溶媒で洗浄した後に乾燥を行うことが好ましい。このようにすることで過剰の有機カチオンの含有量をさらに低く抑えることができる。そのような溶媒としては、有機カチオンがテトラメチルアンモニウムカチオンの場合には、イソプロピルアルコールが挙げられる。   In addition, if a solvent having a lower solubility in organic cation-containing polyanions than water is added to the dispersion, excess organic cations are extracted into the added solvent, so that a higher-purity organic cation-containing polyanion can be obtained. In this case, the solvent may be removed after the organic cation-containing polyanion is precipitated, but it is preferable to perform drying after washing the precipitate with a solvent having low solubility thereto. By doing in this way, content of an excess organic cation can be suppressed further low. Such a solvent includes isopropyl alcohol when the organic cation is a tetramethylammonium cation.

有機カチオン含有ポリアニオンを固形化させるときの温度は、有機カチオンが分解や揮散等する温度に達しない温度とする必要がある。例えば、有機カチオンがテトラメチルアンモニウムカチオンの場合には200℃以下とすればよい。   The temperature at which the organic cation-containing polyanion is solidified needs to be a temperature that does not reach the temperature at which the organic cation decomposes or volatilizes. For example, when the organic cation is a tetramethylammonium cation, the temperature may be 200 ° C. or lower.

以上の通り、本発明の有機カチオン含有ポリアニオンの強誘電体は、その分散液を乾燥させる等の非常に簡単な方法により製造することができる。なお、スパッタリング等の真空プロセスや高温での熱処理を必要としないが、それらのプロセスや処理を加えることも可能である。   As described above, the organic cation-containing polyanion ferroelectric of the present invention can be produced by a very simple method such as drying the dispersion. In addition, although vacuum processes, such as sputtering, and the heat processing at high temperature are not required, those processes and processes can also be added.

そして、得られる有機カチオン含有ポリアニオンの強誘電体である固形化物は、一般的には粉状であるが、その粉状の固形化物を膜状乃至板状等の所定形状に成形することで実用に供するようにすればよい(成形ステップ)。具体的には、例えば、所定量の粉状の固形化物を金型に充填して加熱及び加圧してプレス成形する方法等が挙げられる。なお、このとき、成形性を向上させるために、粉状の固形化物にバインダを混入させてもよい。   The obtained solidified product, which is a ferroelectric substance of an organic cation-containing polyanion, is generally in the form of powder, but it can be put into practical use by forming the powdered solidified product into a predetermined shape such as a film or plate. (Molding step). Specifically, for example, a method in which a predetermined amount of powdered solidified material is filled in a mold, heated and pressurized, and press-molded can be used. At this time, in order to improve moldability, a binder may be mixed into the powdered solidified product.

また、有機カチオン含有ポリアニオンの固形化を平坦な基板上で行わせて成膜させることで実用に供するようにしてもよい。具体的には、平坦な基板の表面に分散液を付着させ、基板上で水分を除去すればよい。   Further, the organic cation-containing polyanion may be solidified on a flat substrate and formed into a film for practical use. Specifically, the dispersion liquid may be attached to the surface of a flat substrate, and moisture may be removed on the substrate.

ここで、基板としては、例えば、金属基板、半導体基板、ITOなどの透明導電性酸化膜、導電性ポリマー基板、表面に金属等の導電体層が形成されたポリマー基板等が挙げられる。導電性を有する基板であれば、それを電極として用いることができる。   Here, examples of the substrate include a metal substrate, a semiconductor substrate, a transparent conductive oxide film such as ITO, a conductive polymer substrate, and a polymer substrate on which a conductive layer such as metal is formed on the surface. If it is a board | substrate which has electroconductivity, it can be used as an electrode.

分散液を基板に付着させる方法としては、例えば、基板を分散液中に浸漬する浸漬法、分散液を基板に吹き付けるスプレー法、スピンコート法、刷毛塗り法等が挙げられる。   Examples of the method for attaching the dispersion to the substrate include an immersion method in which the substrate is immersed in the dispersion, a spray method in which the dispersion is sprayed on the substrate, a spin coating method, a brush coating method, and the like.

膜状等の有機カチオン含有ポリアニオンの強誘電体は、一対の電極間に設けられて強誘電体デバイスに構成される。   An organic cation-containing polyanion ferroelectric such as a film is provided between a pair of electrodes to constitute a ferroelectric device.

ここで、電極は、上記のように基板自体によって構成したり、蒸着やスパッタリングによる導電層の形成、導電性ペーストの塗布により構成することができる他、有機カチオン含有ポリアニオンの強誘電体に接触する金属等により構成することもできる。   Here, the electrode can be constituted by the substrate itself as described above, or can be constituted by formation of a conductive layer by vapor deposition or sputtering, application of a conductive paste, or in contact with a ferroelectric substance of an organic cation-containing polyanion. It can also be made of metal or the like.

(試験評価1)
<試験評価サンプル>
−実施例1−
25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(和光純薬工業社製)1.823g(水酸化テトラメチルアンモニウム:5mmol)に水10gを混合した。
(Test evaluation 1)
<Test evaluation sample>
Example 1
10 g of water was mixed with 1.823 g (tetramethylammonium hydroxide: 5 mmol) of 25 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).

次いで、これを室温下で攪拌しながら、チタンテトライソプロポキシド(和光純薬工業社製)を少しずつ2.8422g(10mmol)滴下した。このとき、チタンテトライソプロポキシドの滴下直後には、それが加水分解して白濁したが、攪拌を継続すると無色透明の分散液となった。この分散液は、テトラメチルアンモニウムカチオンの濃度が3質量%、ポリチタン酸アニオンの濃度が6質量%で、チタンの有機カチオンに対するモル比が2である。また、分散液のpHは12であった。   Next, while stirring this at room temperature, 2.8422 g (10 mmol) of titanium tetraisopropoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise little by little. At this time, immediately after the dropwise addition of titanium tetraisopropoxide, it hydrolyzed and became cloudy, but when stirring was continued, it became a colorless and transparent dispersion. This dispersion has a tetramethylammonium cation concentration of 3 mass%, a polytitanate anion concentration of 6 mass%, and a molar ratio of titanium to organic cation of 2. The pH of the dispersion was 12.

そして、この分散液をポリチタン酸アニオンの濃度が0.5質量%となるように水で希釈し、チタン基板上に塗布して水分を飛散させることにより乾燥させて作製したテトラメチルアンモニウムカチオン含有ポリチタン酸アニオンの薄膜を実施例1とした。   Then, this dispersion is diluted with water so that the concentration of polytitanate anion is 0.5% by mass, applied onto a titanium substrate, and dried by scattering water to produce polytitanium ammonium cation-containing polytitanium. A thin film of acid anion was designated as Example 1.

−実施例2−
水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液の代わりに、40質量%の水酸化テトラブチルホスホニウム水溶液(和光純薬工業社製)3.456g(水酸化テトラブチルホスホニウム:5mmol)を用いて、テトラブチルホスホニウムカチオンの濃度が8質量%、ポリチタン酸アニオンの濃度が5質量%で、チタンの有機カチオンに対するモル比が2の分散液を調製した。また、分散液のpHは12であった。
-Example 2-
Instead of the tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, 40% by mass of a tetrabutylphosphonium hydroxide aqueous solution (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 3.456 g (tetrabutylphosphonium hydroxide: 5 mmol) was used. Was a dispersion having a polytitanate anion concentration of 5 mass% and a molar ratio of titanium to organic cation of 2. The pH of the dispersion was 12.

そして、この分散液をポリチタン酸アニオンの濃度が0.5質量%となるように水で希釈し、チタン基板上に塗布して水分を飛散させることにより乾燥させて作製したテトラブチルホスホニウムカチオン含有ポリチタン酸アニオンの薄膜を実施例2とした。   Then, this dispersion is diluted with water so that the concentration of polytitanate anion is 0.5% by mass, applied onto a titanium substrate, and dried by dispersing the water to produce tetrabutylphosphonium cation-containing polytitanium. An acid anion thin film was designated as Example 2.

−実施例3−
25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液の量を3.646g(水酸化テトラメチルアンモニウム:10mmol)とし、チタンテトライソプロポキシドの代わりにニオブペンタエトキシド(和光純薬工業社製)3.182g(10mmol)を用いて、テトラメチルアンモニウムカチオンの濃度が4質量%、ポリニオブ酸アニオンの濃度が8質量%で、ニオブの有機カチオンに対するモル比が1の分散液を調製した。また、分散液のpHは12であった。
-Example 3-
The amount of 25 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was 3.646 g (tetramethylammonium hydroxide: 10 mmol), and niobium pentaethoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 3.182 g instead of titanium tetraisopropoxide. (10 mmol) was used to prepare a dispersion having a tetramethylammonium cation concentration of 4 mass%, a polyniobate anion concentration of 8 mass%, and a molar ratio of niobium to organic cation of 1. The pH of the dispersion was 12.

そして、この分散液をポリニオブ酸アニオンの濃度が0.5質量%となるように水で希釈し、チタン基板上に塗布して水分を飛散させることにより乾燥させて作製したテトラメチルアンモニウムカチオン含有ポリニオブ酸アニオンの薄膜を実施例3とした。   Then, this dispersion is diluted with water so that the concentration of polyniobate anion becomes 0.5% by mass, applied onto a titanium substrate, and dried by scattering water to produce polyniobium cation-containing polyniobium. Example 3 was a thin film of acid anion.

−実施例4−
25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液の量を3.646g(水酸化テトラメチルアンモニウム:10mmol)とし、チタンテトライソプロポキシドの代わりにタンタルペンタエトキシド(和光純薬工業社製)4.063g(10mmol)を用いて、テトラメチルアンモニウムカチオンの濃度が4質量%、ポリタンタル酸アニオンの濃度が12質量%で、タンタルの有機カチオンに対するモル比が1の分散液を調製した。また、分散液のpHは12であった。
Example 4
The amount of 25 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was 3.646 g (tetramethylammonium hydroxide: 10 mmol), and tantalum pentaethoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 4.063 g instead of titanium tetraisopropoxide. (10 mmol) was used to prepare a dispersion having a tetramethylammonium cation concentration of 4 mass%, a polytantalate anion concentration of 12 mass%, and a molar ratio of tantalum to an organic cation of 1. The pH of the dispersion was 12.

そして、この分散液をポリタンタル酸アニオンの濃度が0.5質量%となるように水で希釈し、チタン基板上に塗布して水分を飛散させることにより乾燥させて作製したテトラメチルアンモニウムカチオン含有ポリタンタル酸アニオンの薄膜を実施例4とした。   Then, this dispersion is diluted with water so that the concentration of the polytantalate anion is 0.5% by mass, applied onto a titanium substrate, and dried by scattering the water to produce tetramethylammonium cation-containing polytantalum. An acid anion thin film was designated as Example 4.

−比較例1−
市販のチタン酸バリウム(共立セラミック社製)0.1g(0.43mmol)を水19.9gに分散させた分散液を調製した。
-Comparative Example 1-
A dispersion was prepared by dispersing 0.1 g (0.43 mmol) of commercially available barium titanate (manufactured by Kyoritsu Ceramic Co., Ltd.) in 19.9 g of water.

この分散液をチタン基板上に塗布して水分を乾燥させることにより作製したチタン酸バリウムの薄膜を比較例1とした。   A thin film of barium titanate prepared by applying this dispersion on a titanium substrate and drying the moisture was used as Comparative Example 1.

なお、調製された分散液は、チタン酸バリウムの濃度が0.5質量%である。   The prepared dispersion has a barium titanate concentration of 0.5% by mass.

<試験評価方法>
−X線回折分析−
実施例1〜4及び比較例1のそれぞれについて、X線回折分析を行いX線回折パターンを得た。
<Test evaluation method>
-X-ray diffraction analysis-
For each of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, X-ray diffraction analysis was performed to obtain an X-ray diffraction pattern.

−残留分極測定−
実施例1〜4及び比較例1のそれぞれについて、ヒステリシス測定を行うことにより残留分極を求めた。
-Residual polarization measurement-
For each of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, residual polarization was determined by performing hysteresis measurement.

ヒステリシス測定は、サンプルに残留した水によるリーク電流の影響を排除するべく、非特許文献1の272〜275頁の記載に基づいて行った。具体的には、各サンプルに一対の電極を取り付け、図1に示すような三角波パルスのシーケンスを行い、パルスの極性を反転させたときと反転させないときとの電流値の差を自発分極による電流と扱うと共に、その自発分極による電流を積分したものを自発分極電荷とし、得られたヒステリシス曲線から残留分極を読み取った。なお、三角波パルスの上下ピーク電圧+5V及び−5V、パルス幅2秒、及び、パルス間隔1秒とした。また、測定は室温下で行った。   The hysteresis measurement was performed based on the description on pages 272 to 275 of Non-Patent Document 1 in order to eliminate the influence of leakage current due to water remaining in the sample. Specifically, a pair of electrodes is attached to each sample, a triangular wave pulse sequence as shown in FIG. 1 is performed, and the difference in current value between when the pulse polarity is inverted and when it is not inverted is determined by the current due to spontaneous polarization. The remanent polarization was read from the hysteresis curve obtained by integrating the current due to the spontaneous polarization as the spontaneous polarization charge. Note that the upper and lower peak voltages of the triangular wave pulse were +5 V and -5 V, the pulse width was 2 seconds, and the pulse interval was 1 second. The measurement was performed at room temperature.

<試験評価結果>
−X線回折分析−
X線回折分析の結果、実施例1〜4では、いずれもポリチタン酸アニオンによる層状構造を示すX線回折パターンが得られたのに対し、比較例1では、かかる層状構造を示すX線回折パターンは得られなかった。
<Test evaluation results>
-X-ray diffraction analysis-
As a result of X-ray diffraction analysis, in Examples 1 to 4, an X-ray diffraction pattern showing a layered structure with polytitanate anions was obtained, whereas in Comparative Example 1, an X-ray diffraction pattern showing such a layered structure was obtained. Was not obtained.

図2は、実施例2のX線回折パターンを示す。   FIG. 2 shows the X-ray diffraction pattern of Example 2.

図2によれば、d値で1.70nm(2θ=5.2°)付近に第1ピーク(主ピーク)が認められ、次いで、d値で0.89nm(2θ=9.9°)付近に第2ピーク、さらに、d値で0.60nm(2θ=14.7°)付近に第3ピークがそれぞれ認められる。そして、第1ピークのd値に対して、第2ピークのd値が1/2及び第3ピークのd値が1/3とそれぞれ整数比になっていることから、実施例2がポリチタン酸アニオンで構成された層により形成された層状構造を有していると考えられる。なお、40℃付近以降のピークは、基板に用いた金属チタン由来のピークである。   According to FIG. 2, a first peak (main peak) is observed near 1.70 nm (2θ = 5.2 °) in terms of d value, and then around 0.89 nm (2θ = 9.9 °) in terms of d value. The second peak is observed in the vicinity of the second peak, and the third peak is observed near the d value of 0.60 nm (2θ = 14.7 °). Since the d value of the second peak is 1/2 and the d value of the third peak is 1/3, respectively, with respect to the d value of the first peak, Example 2 is polytitanate. It is thought that it has a layered structure formed by layers composed of anions. In addition, the peak after 40 degreeC vicinity is a peak derived from the titanium metal used for the board | substrate.

−残留分極−
表1は、実施例1〜4及び比較例1のそれぞれの残留分極を示す。
-Remanent polarization-
Table 1 shows the remanent polarization of each of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.

Figure 2007005161
Figure 2007005161

表1によれば、実施例1〜4及び比較例1のいずれも強誘電体であるといえるが、実施例1〜4では、いずれも10μC/cm2以上の非常に高い残留分極を示しているのに対し、比較例1では、0.2μC/cm2である。比較例1のチタン酸バリウムの薄膜も高温の熱処理を施して単結晶に作製すれば、高い残留分極を得ることができる。しかしながら、実施例1〜4では、作製に際して、かかる高温の熱処理を必要とせずに、非常に高い残留分極が得られている。 According to Table 1, it can be said that all of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are ferroelectrics, but in Examples 1 to 4, all show very high remanent polarization of 10 μC / cm 2 or more. On the other hand, in Comparative Example 1, it is 0.2 μC / cm 2 . If the thin film of barium titanate of Comparative Example 1 is also formed into a single crystal by performing a high temperature heat treatment, a high residual polarization can be obtained. However, in Examples 1 to 4, a very high remanent polarization is obtained without the need for such high-temperature heat treatment.

(試験評価2)
<試験評価サンプル>
−実施例5−
実施例1の作製の際に調製したのと同一の分散液14.6gに100gのイソプロピルアルコールを添加した。このとき、テトラメチルアンモニウムカチオン含有ポリチタン酸アニオンの白色沈殿が生成した。
(Test evaluation 2)
<Test evaluation sample>
-Example 5
100 g of isopropyl alcohol was added to 14.6 g of the same dispersion prepared in the production of Example 1. At this time, a white precipitate of tetramethylammonium cation-containing polytitanate anion was generated.

次いで、これを濾過して得られた沈殿物をイソプロピルアルコールで充分に洗浄した後、60℃に温度設定した真空乾燥機で12時間乾燥させて強誘電体であるテトラメチルアンモニウムカチオン含有ポリチタン酸アニオンの白色粉末を作製した。   Next, the precipitate obtained by filtering this was thoroughly washed with isopropyl alcohol and then dried for 12 hours in a vacuum drier set at 60 ° C. to be a ferroelectric substance containing tetramethylammonium cation-containing polytitanate anions. A white powder was produced.

そして、このテトラメチルアンモニウムカチオン含有ポリチタン酸アニオンの白色粉末を、プレス成形機により98MPaの圧力を負荷することにより直径16mm、厚さ0.59mm及び重さ0.2gの円盤状ペレットに成形し、これを実施例5とした。   And, this tetramethylammonium cation-containing polytitanate anion white powder was molded into a disk-shaped pellet having a diameter of 16 mm, a thickness of 0.59 mm and a weight of 0.2 g by applying a pressure of 98 MPa by a press molding machine, This was designated as Example 5.

−比較例2−
強誘電体である市販のチタン酸バリウム(共立セラミック社製)を、プレス成形機により490MPaの圧力を負荷することにより直径16mm、厚さ0.76mm及び主さ0.6gの円盤状ペレットに成形し、これを比較例2とした。
-Comparative Example 2-
Ferroelectric barium titanate (manufactured by Kyoritsu Ceramic Co., Ltd.) is formed into a disk-shaped pellet having a diameter of 16 mm, a thickness of 0.76 mm, and a main weight of 0.6 g by applying a pressure of 490 MPa by a press molding machine. This was designated as Comparative Example 2.

<試験評価方法>
実施例5及び比較例2のそれぞれについて、円盤状ペレットの両面のそれぞれに電極を接触させ、インピーダンスメータ(ヒューレットパッカード社製HP4284A)を用いて周波数1kHzでの比誘電率を計測した。
<Test evaluation method>
For each of Example 5 and Comparative Example 2, electrodes were brought into contact with both surfaces of the disk-shaped pellet, and the relative dielectric constant at a frequency of 1 kHz was measured using an impedance meter (HP4284A manufactured by Hewlett-Packard Company).

<試験評価結果>
表2は、実施例5及び比較例2のそれぞれの比誘電率を示す。
<Test evaluation results>
Table 2 shows the relative dielectric constants of Example 5 and Comparative Example 2.

Figure 2007005161
Figure 2007005161

表2によれば、実施例5の方が比較例2に比べて、比誘電率が60倍以上も大きいことが分かる。比較例2のチタン酸バリウムも高温の熱処理を施して単結晶に作製すれば、高い比誘電率を得ることができる。しかしながら、実施例5では、作製に際して、かかる高温の熱処理を必要とせずに、非常に高い比誘電率が得られている。   According to Table 2, it can be seen that Example 5 has a relative dielectric constant 60 times larger than that of Comparative Example 2. If the barium titanate of Comparative Example 2 is also formed into a single crystal by performing a high-temperature heat treatment, a high dielectric constant can be obtained. However, in Example 5, a very high relative dielectric constant was obtained without the need for such high-temperature heat treatment during production.

(試験評価3)
<試験評価サンプル>
−実施例6−
ジエチルアミン(和光純薬工業社製)7.3gを水160gに溶解させた後、チタンテトライソプロポキシド(和光純薬工業社製)を少しずつ28.4g滴下した。
(Test evaluation 3)
<Test evaluation sample>
-Example 6
After dissolving 7.3 g of diethylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in 160 g of water, 28.4 g of titanium tetraisopropoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise little by little.

次いで、それを室温下で1日攪拌して透明な分散液に調製し、それを60℃に温度設定した真空乾燥機で12時間乾燥させて強誘電体であるジエチルアミン由来のカチオン含有ポリチタン酸アニオンの白色粉末を作製した。   Next, it was stirred at room temperature for 1 day to prepare a transparent dispersion, which was dried in a vacuum dryer set at 60 ° C. for 12 hours, and then cation-containing polytitanate anion derived from diethylamine as a ferroelectric substance. A white powder was produced.

続いて、このテトラメチルアンモニウムカチオン含有ポリチタン酸アニオンの白色粉末を、プレス成形機により圧力を負荷することにより板状ペレットの強誘電体に成形した。   Subsequently, the white powder of the tetramethylammonium cation-containing polytitanate anion was molded into a plate-shaped pellet ferroelectric by applying pressure with a press molding machine.

そして、図3に示すように、板状ペレットの強誘電体11の両面のそれぞれに導電性のニッケルペースト12を介してアルミニウム箔の電極13を接着して強誘電体デバイス10を構成し、これを実施例6とした。   Then, as shown in FIG. 3, an aluminum foil electrode 13 is bonded to each of both surfaces of a plate-like pellet ferroelectric 11 via a conductive nickel paste 12 to form a ferroelectric device 10. Was taken as Example 6.

<試験評価方法>
実施例6の強誘電体デバイス10に一方の電極13を基準として、他方の電極13に+5Vの電圧を2秒間印加してデバイスを正に分極させた後、分極状態を読み出すためにピーク電圧+5V、パルス幅2秒の三角波電圧を印加し、電流値から流れた電荷量を求めた。同様に、強誘電体デバイス10に一方の電極13を基準として、他方の電極13に−5Vの電圧を2秒間印加してデバイスを負に分極させた後、分極状態を読み出すためにピーク電圧+5V、パルス幅2秒の三角波電圧を印加し、電流値から流れた電荷量を求めた。
<Test evaluation method>
After applying the voltage of + 5V to the other electrode 13 for 2 seconds with the ferroelectric device 10 of Example 6 as a reference, the device is positively polarized, and then the peak voltage + 5V is read in order to read the polarization state. Then, a triangular wave voltage having a pulse width of 2 seconds was applied, and the amount of charge flowing from the current value was determined. Similarly, a voltage of −5 V is applied to the ferroelectric device 10 with reference to one electrode 13 for 2 seconds to negatively polarize the device, and then the peak voltage +5 V is read in order to read the polarization state. Then, a triangular wave voltage having a pulse width of 2 seconds was applied, and the amount of charge flowing from the current value was determined.

<試験評価結果>
他方の電極13に+5Vを印加して正に分極させたデバイスの状態を+5Vの三角波で読み出したときに流れた電荷量が1.2μCであったのに対し、他方の電極13に−5Vを印加して負に分極させたデバイスの状態を+5Vの三角波で読み出したときに流れた電荷量が1.8μCであり、電荷量により分極の方向を知ることができた。従って、実施例6の強誘電体デバイス10は、分極の正負方向により異なる情報を記憶するメモリとして動作することが分かる。
<Test evaluation results>
The amount of charge that flowed when the state of the device that was positively polarized by applying +5 V to the other electrode 13 was read out with a +5 V triangular wave was 1.2 μC, whereas −5 V was applied to the other electrode 13. The amount of charge that flowed when the state of the device that was negatively polarized by application was read out with a +5 V triangular wave was 1.8 μC, and the direction of polarization could be known from the amount of charge. Therefore, it can be seen that the ferroelectric device 10 of Example 6 operates as a memory that stores different information depending on the positive and negative directions of polarization.

本発明は、強誘電体及びその製造方法、並びに、それを用いた強誘電体デバイスについて有用である。   INDUSTRIAL APPLICATION This invention is useful about a ferroelectric, its manufacturing method, and a ferroelectric device using the same.

試験評価1で残留分極測定の際にサンプルに印加した電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the voltage waveform applied to the sample in the case of the test evaluation 1 at the time of a residual polarization measurement. 実施例2のX線回折パターンを示す図である。6 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of Example 2. FIG. 強誘電体デバイスを示す斜視図である。It is a perspective view which shows a ferroelectric device.

符号の説明Explanation of symbols

10 強誘電体デバイス
11 強誘電体
13 電極
10 Ferroelectric Device 11 Ferroelectric 13 Electrode

Claims (7)

有機カチオンと、
ポリチタン酸アニオン、ポリニオブ酸アニオン及びポリタンタル酸アニオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のポリアニオンと、
からなる有機カチオン含有ポリアニオンを含む強誘電体。
An organic cation,
At least one polyanion selected from the group consisting of a polytitanate anion, a polyniobate anion and a polytantalate anion;
A ferroelectric material comprising an organic cation-containing polyanion.
上記ポリアニオンで構成された層により形成された積層構造を有する、請求項1に記載の強誘電体。   The ferroelectric substance according to claim 1, wherein the ferroelectric substance has a laminated structure formed by layers composed of the polyanion. 有機カチオンと、水酸化チタン、水酸化ニオブ及び水酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種の水酸化物と、を水に含有させて、該有機カチオンが溶解すると共に該水酸化物から生成したポリアニオンが分散した分散液を調製する分散液調製ステップと、
上記分散液調製ステップで調製した分散液に含まれる有機カチオンとポリアニオンとを固形化させる固形化ステップと、
を備えた強誘電体の製造方法。
An organic cation and at least one hydroxide selected from the group consisting of titanium hydroxide, niobium hydroxide and tantalum hydroxide are contained in water so that the organic cation dissolves and is generated from the hydroxide. A dispersion preparation step for preparing a dispersion in which the polyanion is dispersed;
A solidification step for solidifying the organic cation and polyanion contained in the dispersion prepared in the dispersion preparation step;
A method for manufacturing a ferroelectric comprising:
上記分散液調製ステップにおいて、水酸化物に代えて、加水分解して水酸化チタンを生成する化合物、加水分解して水酸化ニオブを生成する化合物及び加水分解して水酸化タンタルを生成する化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を水に含有させる、請求項3に記載の強誘電体の製造方法。   In the dispersion preparation step, instead of hydroxide, from a compound that hydrolyzes to produce titanium hydroxide, a compound that hydrolyzes to produce niobium hydroxide, and a compound that hydrolyzes to produce tantalum hydroxide The method for producing a ferroelectric according to claim 3, wherein water contains at least one compound selected from the group consisting of: 上記固形化ステップにおいて、有機カチオンとポリアニオンとの固形化を、平坦な基板上で行わせることにより成膜させる、請求項3に記載の強誘電体の製造方法。   4. The method for manufacturing a ferroelectric according to claim 3, wherein in the solidification step, the organic cation and the polyanion are solidified on a flat substrate. 上記固形化ステップで得られた固形化物を所定形状に成形する成形ステップをさらに備えた、請求項3に記載の強誘電体の製造方法。   The method for manufacturing a ferroelectric according to claim 3, further comprising a forming step of forming the solidified product obtained in the solidifying step into a predetermined shape. 一対の電極間に強誘電体が設けられた強誘電体デバイスであって、
上記強誘電体は、
有機カチオンと、
ポリチタン酸アニオン、ポリニオブ酸アニオン及びポリタンタル酸アニオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のポリアニオンと、
からなる有機カチオン含有ポリアニオンを含む強誘電体デバイス。
A ferroelectric device in which a ferroelectric is provided between a pair of electrodes,
The ferroelectric material is
An organic cation,
At least one polyanion selected from the group consisting of a polytitanate anion, a polyniobate anion and a polytantalate anion;
A ferroelectric device comprising an organic cation-containing polyanion.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008277724A (en) * 2007-03-30 2008-11-13 Sanyo Electric Co Ltd Capacitor and manufacturing method thereof
CN105732025A (en) * 2016-01-20 2016-07-06 武汉理工大学 Preparation method of sodium-bismuth-titanate-base X9R multilayer ceramic capacitor material and device thereof
CN111562288A (en) * 2020-07-08 2020-08-21 中建四局第三建设有限公司 In-situ test evaluation method for sludge solidification
WO2022138539A1 (en) * 2020-12-25 2022-06-30 三井金属鉱業株式会社 Niobium acid compound dispersion and method for manufacturing same
JP2023011705A (en) * 2020-07-22 2023-01-24 三井金属鉱業株式会社 Tantalic acid dispersion and tantalic acid compound

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003016218A1 (en) * 2001-08-20 2003-02-27 Otsuka Chemical Co., Ltd. Layered titanic acid, lamellar titanic acid, lamellar titanium oxide and method for producing lamellar titanic acid
JP2003128419A (en) * 2001-10-22 2003-05-08 Jsr Corp Ferroelectric thin film-forming coating and ferroelectric thin film
JP2004076108A (en) * 2002-08-20 2004-03-11 Kansai Tlo Kk Method for producing thin vinylidene fluoride oligomer film and device using the film

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003016218A1 (en) * 2001-08-20 2003-02-27 Otsuka Chemical Co., Ltd. Layered titanic acid, lamellar titanic acid, lamellar titanium oxide and method for producing lamellar titanic acid
JP2003128419A (en) * 2001-10-22 2003-05-08 Jsr Corp Ferroelectric thin film-forming coating and ferroelectric thin film
JP2004076108A (en) * 2002-08-20 2004-03-11 Kansai Tlo Kk Method for producing thin vinylidene fluoride oligomer film and device using the film

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008277724A (en) * 2007-03-30 2008-11-13 Sanyo Electric Co Ltd Capacitor and manufacturing method thereof
CN105732025A (en) * 2016-01-20 2016-07-06 武汉理工大学 Preparation method of sodium-bismuth-titanate-base X9R multilayer ceramic capacitor material and device thereof
CN111562288A (en) * 2020-07-08 2020-08-21 中建四局第三建设有限公司 In-situ test evaluation method for sludge solidification
CN111562288B (en) * 2020-07-08 2022-07-08 中建四局第三建设有限公司 In-situ test evaluation method for sludge solidification
JP2023011705A (en) * 2020-07-22 2023-01-24 三井金属鉱業株式会社 Tantalic acid dispersion and tantalic acid compound
JP7342227B2 (en) 2020-07-22 2023-09-11 三井金属鉱業株式会社 Tantalum acid dispersion and tantalate compound
WO2022138539A1 (en) * 2020-12-25 2022-06-30 三井金属鉱業株式会社 Niobium acid compound dispersion and method for manufacturing same
JP7169488B1 (en) * 2020-12-25 2022-11-10 三井金属鉱業株式会社 Niobate compound dispersion and method for producing the same

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