JP2007119912A - Composite structure manufacturing method, structure manufacturing method, film forming apparatus, and composite structure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite structure capable of easily peeling a film formed on a substrate by an AD method. <P>SOLUTION: The composite structure includes a substrate 11, and a structure 12 which is a polycrystalline structure formed directly or indirectly on a substrate by blowing a raw material powder formed of an inorganic material toward the substrate by using the aerosol deposition method, colliding the raw material powder with a lower layer, coupling particles having a newly generated active fresh surface by the breakage and/or crush of the raw material powder in the collision to deposit the raw material powder, and contains carbon over 150 ppm in weight as impurities to generate a gas when being heated. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、原料粉を基板に向けて噴射することにより基板上に原料粉を堆積させるエアロゾルデポジション法を用いた複合構造物の製造方法と、そのような複合構造物の製造方法を用いた構造物の製造方法及び成膜装置と、そのような複合構造物の製造方法によって製造される複合構造物とに関する。   The present invention uses a method for manufacturing a composite structure using an aerosol deposition method in which raw material powder is deposited on a substrate by spraying the raw material powder toward the substrate, and a method for manufacturing such a composite structure. The present invention relates to a structure manufacturing method and a film forming apparatus, and a composite structure manufactured by such a composite structure manufacturing method.

近年、微小電気機械システム(MEMS:micro electrical mechanical system)の分野においては、誘電体、圧電体、磁性体、焦電体、半導体のように、電圧を印加することにより所定の機能を発現する電子セラミックス等の機能性材料を含む素子を、成膜技術を用いて製造する研究が盛んに進められている。   In recent years, in the field of micro electrical mechanical systems (MEMS), electrons that exhibit a predetermined function by applying voltage, such as dielectrics, piezoelectrics, magnetics, pyroelectrics, and semiconductors. Research for manufacturing elements including functional materials such as ceramics by using a film forming technique is actively underway.

例えば、インクジェットプリンタにおいて高精細且つ高画質な印字を可能とするためには、インクジェットヘッドのインクノズルを微細化すると共に高集積化する必要がある。そのため、各インクノズルを駆動する圧電アクチュエータについても、同様に、微細化及び高集積化することが求められる。そのような場合に、バルク材よりも薄い層を形成でき、且つ、微細なパターン形成が可能な成膜技術は有利である。   For example, in order to enable high-definition and high-quality printing in an inkjet printer, it is necessary to make the ink nozzles of the inkjet head fine and highly integrated. Therefore, miniaturization and high integration are also required for the piezoelectric actuator that drives each ink nozzle. In such a case, a film forming technique capable of forming a layer thinner than the bulk material and capable of forming a fine pattern is advantageous.

最近では、成膜技術の1つとして、セラミックスや金属等の成膜技術として知られるエアロゾルデポジション法(以下において、「AD法」という)が注目されている。AD法とは、原料の粉体(原料粉)をガス中に分散させ(エアロゾル化し)、それをノズルから基板に向けて噴射することにより、原料を基板上に堆積させる成膜方法である。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。なお、AD法は、噴射堆積法又はガスデポジション法とも呼ばれている。   Recently, an aerosol deposition method (hereinafter referred to as “AD method”), which is known as a film forming technique for ceramics and metals, has attracted attention as one of film forming techniques. The AD method is a film forming method in which a raw material powder (raw material powder) is dispersed in a gas (aerosolized) and sprayed from a nozzle toward the substrate to deposit the raw material on the substrate. Here, the aerosol refers to solid or liquid fine particles suspended in a gas. The AD method is also called a jet deposition method or a gas deposition method.

関連する技術として、特許文献1には、脆性材料微粒子に内部歪を印加する工程を行った後に、この内部歪が付与された脆性材料微粒子を基材表面に高速で衝突させ、この衝突の衝撃によって脆性材料微粒子を変形または破砕し、この変形または破砕にて生じた活性な新生面を介して微粒子同士を再結合せしめることで、基材との境界部にその一部が基材表面に食い込む多結晶脆性材料からなるアンカー部を形成し、引き続いてこのアンカー部の上に多結晶脆性材料からなる構造物を形成する複合構造物の作製方法が開示されている。   As a related technique, in Patent Document 1, after performing a step of applying internal strain to brittle material fine particles, the brittle material fine particles to which the internal strain is applied are caused to collide with the surface of the substrate at high speed, and the impact of the collision. The fine particles of brittle material are deformed or crushed by re-bonding the fine particles to each other through the active new surface generated by the deformation or crushing, so that part of the fine particles bite into the substrate surface. A method for producing a composite structure is disclosed in which an anchor portion made of a crystalline brittle material is formed, and a structure made of a polycrystalline brittle material is subsequently formed on the anchor portion.

特許文献1に開示されているように、衝突の際に生じた活性な新生面において微粒子同士が結合するという成膜メカニズムは、メカノケミカル反応と呼ばれている。このようなAD法によれば、緻密で強固な膜を形成することができるため、種々の機能性膜が適用される機器の性能を向上させることが期待されている。
特開2002−235181号公報(第2頁)
As disclosed in Patent Document 1, a film formation mechanism in which fine particles are bonded to each other on an active new surface generated in a collision is called a mechanochemical reaction. According to such an AD method, a dense and strong film can be formed. Therefore, it is expected to improve the performance of a device to which various functional films are applied.
JP 2002-235181 A (second page)

しかしながら、AD法によって作製された膜は、アンカー部の存在により、基板に強固に付着している。そのため、基板と一体化された複合構造体としてしか膜を利用することができなかった。   However, the film produced by the AD method is firmly attached to the substrate due to the presence of the anchor portion. Therefore, the film can be used only as a composite structure integrated with the substrate.

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、AD法によって基板上に形成された膜を容易に剥離することができる複合構造物の製造方法、及び、そのような複合構造物の製造方法を用いた構造物の製造方法及び成膜装置を提供することを第1の目的とする。また、本発明は、そのような複合構造物の製造方法によって製造される複合構造物を提供することを第2の目的とする。   Therefore, in view of the above points, the present invention uses a method for manufacturing a composite structure that can easily peel off a film formed on a substrate by the AD method, and a method for manufacturing such a composite structure. It is a first object of the present invention to provide a method for manufacturing a structure and a film forming apparatus. Moreover, this invention sets it as the 2nd objective to provide the composite structure manufactured by the manufacturing method of such a composite structure.

上記課題を解決するため、本発明の1つの観点に係る複合構造物の製造方法は、無機材料で形成された原料粉であって、加熱されることによりガスを発生する不純物を含有する原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾル状態とする工程(a)と、エアロゾル状態の原料粉を基板に向けて吹き付けることにより、衝突の際に原料粉が変形及び/又は破砕することによって新たに生じる活性面を有する粒子同士を結合させて原料粉を堆積させ、基板上に不純物を含有する多結晶の構造物を形成する工程(b)とを具備する。   In order to solve the above-described problem, a method for manufacturing a composite structure according to one aspect of the present invention is a raw material powder formed of an inorganic material and containing an impurity that generates gas when heated. Step (a) in which an aerosol is dispersed by gas, and the activity newly generated by the deformation and / or crushing of the raw material powder at the time of collision by spraying the raw material powder in the aerosol state toward the substrate And (b) forming a polycrystalline structure containing impurities on the substrate by bonding the particles having faces to deposit raw material powder.

本発明の1つの観点に係る構造物の製造方法は、上記の複合構造物の製造方法に具備されている複数の工程と、複合構造物を加熱することにより、少なくとも多結晶の構造物を基板から剥離する工程とを具備する。   A structure manufacturing method according to one aspect of the present invention includes a plurality of steps provided in the above-described composite structure manufacturing method, and heating the composite structure to at least a polycrystalline structure. And a step of peeling from the substrate.

本発明の1つの観点に係る成膜装置は、原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾル状態とするエアロゾル生成手段と、原料粉に添加される不純物であって、加熱されることによりガスを発生する不純物を、エアロゾル生成手段に供給する不純物供給手段と、エアロゾル生成手段によってエアロゾル状態とされた原料粉を基板に向けて吹き付けることにより、基板上に原料粉を堆積させる噴射ノズルとを具備する。   A film forming apparatus according to one aspect of the present invention is an aerosol generating means for making an aerosol state by dispersing raw material powder with gas, and an impurity added to the raw material powder, which generates gas when heated. Impurity supply means for supplying impurities to the aerosol generation means, and an injection nozzle for depositing the raw material powder on the substrate by spraying the raw material powder in the aerosol state by the aerosol generation means toward the substrate.

本発明の1つの観点に係る複合構造物は、基板と、エアロゾルデポジション法を用いて、無機材料で形成された原料粉を基板に向けて吹き付けて原料粉を下層に衝突させることにより、衝突の際に原料粉が変形及び/又は破砕することによって新たに生じる活性面を有する粒子同士を結合させて原料粉を堆積させることによって、基板上に直接又は間接的に形成された多結晶の構造物であって、加熱されることによりガスを発生する不純物として、重量で150ppmより多いカーボンを含有する多結晶の構造物とを具備する。   The composite structure according to one aspect of the present invention uses a substrate and an aerosol deposition method to spray a raw material powder formed of an inorganic material toward the substrate to cause the raw material powder to collide with a lower layer. A polycrystalline structure formed directly or indirectly on the substrate by depositing raw material powder by bonding particles having active surfaces newly generated by deformation and / or crushing of raw material powder at the time of And a polycrystalline structure containing more than 150 ppm by weight of carbon as an impurity that generates gas when heated.

本発明によれば、エアロゾルデポジション法により基板上に無機材料の多結晶膜(構造物)を形成する際に、無機材料によって形成された原料粉であって、加熱されることによりガスを発生する不純物が添加された原料粉を用いるので、製造された複合構造物を熱処理することにより、多結晶膜を基板から容易に剥離することができる。また、本発明によれば、例えばSUS基板上に形成された膜をエッチングにより剥離する従来の方法に比較して、歩留まり良く、且つ、綺麗に、多結晶膜を剥離することができる。従って、剥離された多結晶膜を単体で利用することが可能となる。   According to the present invention, when forming a polycrystalline film (structure) of an inorganic material on a substrate by an aerosol deposition method, it is a raw material powder formed of an inorganic material and generates gas when heated. Therefore, the polycrystalline film can be easily peeled from the substrate by heat-treating the manufactured composite structure. Further, according to the present invention, for example, the polycrystalline film can be peeled off with a good yield and better than the conventional method of peeling off the film formed on the SUS substrate by etching. Accordingly, the peeled polycrystalline film can be used alone.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る複合構造物の構造を示す断面図である。
図1に示すように、本実施形態に係る複合構造物は、基板11と、不純物含有AD層12とを含んでいる。
基板11は、ガラスや、セラミックスや、SUSや、YSZ(イットリウム安定化ジルコニア)等の材料によって形成されている一般的な成膜用基板である。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a composite structure according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the composite structure according to the present embodiment includes a substrate 11 and an impurity-containing AD layer 12.
The substrate 11 is a general film formation substrate formed of a material such as glass, ceramics, SUS, or YSZ (yttrium stabilized zirconia).

不純物含有AD層12は、セラミックスや半金属等の脆性材料を含む無機材料により、AD法を用いて形成された無機材料層であり、所定量の不純物を含有している。この不純物は、カーボン(C)又はカーボンを含有する化合物である。このような物質は、加熱することにより二酸化炭素(CO)ガスや一酸化炭素(CO)ガスを発生する。また、カーボンを含有する化合物には、例えば、C1836、C1838、C2040、C2042、C2244、C2246、C2450、C2652、C2856等のアルキル化合物が含まれる。アルキル化合物は、飽和及び不飽和のいずれの場合も有り得る。また、1分子中に含まれる炭素数は特に限定されない。 The impurity-containing AD layer 12 is an inorganic material layer formed by an AD method using an inorganic material including a brittle material such as ceramics or a semimetal, and contains a predetermined amount of impurities. This impurity is carbon (C) or a compound containing carbon. Such a substance generates carbon dioxide (CO 2 ) gas or carbon monoxide (CO) gas when heated. Examples of the compound containing carbon include C 18 H 36 , C 18 H 38 , C 20 H 40 , C 20 H 42 , C 22 H 44 , C 22 H 46 , C 24 H 50 , and C 26 H. 52 , C 28 H 56 and other alkyl compounds are included. Alkyl compounds can be either saturated or unsaturated. Further, the number of carbons contained in one molecule is not particularly limited.

本実施形態において、不純物含有AD層12は、圧電材料であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)によって形成されており、不純物として、重量で150ppmを超えるカーボンを含んでいる。ここで、不純物として含有されるカーボン量とは、不純物含有AD層12の成分全体(無機材料及び不純物)に対するカーボン量(重量ppm)のことであり、不純物がカーボン単体である場合には、カーボン単体の量を指し、不純物がアルキル化合物である場合には、アルキル化合物中のカーボン量を指す。   In this embodiment, the impurity-containing AD layer 12 is formed of PZT (lead zirconate titanate) which is a piezoelectric material, and contains carbon exceeding 150 ppm by weight as impurities. Here, the amount of carbon contained as an impurity is the amount of carbon (weight ppm) with respect to the entire components (inorganic material and impurities) of the impurity-containing AD layer 12. When the impurity is an alkyl compound, it indicates the amount of carbon in the alkyl compound.

このような不純物含有AD層12は、図2に示す成膜装置を用いることにより形成される。図2は、本発明の第1の実施形態に係る複合構造物の製造方法が用いられる成膜装置の構成を示す模式図である。この成膜装置は、エアロゾル生成部と成膜部とを有している。   Such an impurity-containing AD layer 12 is formed by using the film forming apparatus shown in FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a film forming apparatus in which the method for manufacturing a composite structure according to the first embodiment of the present invention is used. This film forming apparatus has an aerosol generating unit and a film forming unit.

図2に示すように、エアロゾル生成部は、エアロゾル生成室1と、振動台2と、巻き上げガスノズル3と、圧調整ガスノズル4とを含んでいる。また、成膜部は、成膜チャンバ7と、排気管8と、噴射ノズル9と、基板ステージ10とを含んでいる。さらに、この成膜装置は、エアロゾル生成部と成膜部との間に配置されたエアロゾル搬送管5と、エアロゾル生成部の巻き上げガスノズル3に接続された不純物供給装置6とを有している。   As shown in FIG. 2, the aerosol generating unit includes an aerosol generating chamber 1, a vibration table 2, a hoisting gas nozzle 3, and a pressure adjusting gas nozzle 4. The film forming section includes a film forming chamber 7, an exhaust pipe 8, an injection nozzle 9, and a substrate stage 10. The film forming apparatus further includes an aerosol transport pipe 5 disposed between the aerosol generating unit and the film forming unit, and an impurity supply device 6 connected to the winding gas nozzle 3 of the aerosol generating unit.

エアロゾル生成室1においては、エアロゾルの生成が行われる。また、エアロゾル生成室1は、内部に配置される原料粉13を攪拌するために、所定の周波数で振動する振動台2の上に設置されている。   In the aerosol generation chamber 1, aerosol is generated. The aerosol generation chamber 1 is installed on a vibration table 2 that vibrates at a predetermined frequency in order to stir the raw material powder 13 disposed inside.

巻き上げガスノズル3には、キャリアガスを供給するためのガスボンベが接続されている。巻き上げガスノズル3は、ガスボンベから供給されたガスをエアロゾル生成室1内に噴射することにより、サイクロン流を生成する。それにより、エアロゾル生成室1内に配置された原料粉13が巻き上げられて分散し、エアロゾルが生成される。   A gas cylinder for supplying a carrier gas is connected to the winding gas nozzle 3. The winding gas nozzle 3 generates a cyclone flow by injecting the gas supplied from the gas cylinder into the aerosol generation chamber 1. Thereby, the raw material powder 13 disposed in the aerosol generation chamber 1 is rolled up and dispersed to generate an aerosol.

一方、圧調整ガスノズル4には、エアロゾル生成室1内のガス圧を調整するためのキャリアガスを供給するガスボンベが接続されている。圧調整ガスの流量を調節してエアロゾル生成室1内の圧力を制御することにより、エアロゾル生成室1内に発生する気流(巻き上げガス)の速度が制御される。
巻き上げガスノズル3及び圧調整ガスノズル4を介して供給されるキャリアガスとしては、酸素(O)、窒素(N)、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、又は、それらの混合ガス、或いは、乾燥空気等が用いられる。
On the other hand, a gas cylinder that supplies a carrier gas for adjusting the gas pressure in the aerosol generation chamber 1 is connected to the pressure adjusting gas nozzle 4. By controlling the pressure in the aerosol generation chamber 1 by adjusting the flow rate of the pressure adjusting gas, the speed of the air flow (winding gas) generated in the aerosol generation chamber 1 is controlled.
Examples of the carrier gas supplied through the hoisting gas nozzle 3 and the pressure adjusting gas nozzle 4 include oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), helium (He), argon (Ar), or a mixed gas thereof, or Dry air or the like is used.

エアロゾル搬送管5は、エアロゾル生成室1内において生成されたエアロゾルを、成膜チャンバ7に配置されているノズル9に搬送する。
不純物供給装置6は、原料粉に添加される不純物をエアロゾル生成室1内に供給する。不純物供給装置6は、例えば、カーボンの粉体やアルキル化合物等の不純物を巻き上げガスノズル3内に供給する。それにより、不純物がキャリアガスと共にエアロゾル生成室1内に供給され、原料粉に混入する。
The aerosol transport pipe 5 transports the aerosol generated in the aerosol generation chamber 1 to the nozzle 9 disposed in the film forming chamber 7.
The impurity supply device 6 supplies impurities added to the raw material powder into the aerosol generation chamber 1. The impurity supply device 6 rolls up impurities such as carbon powder or an alkyl compound and supplies them into the gas nozzle 3. Thereby, impurities are supplied into the aerosol generation chamber 1 together with the carrier gas and mixed into the raw material powder.

成膜チャンバ7の内部は、排気管8に接続されている排気ポンプによって排気されており、それによって所定の真空度に保たれている。
噴射ノズル9は、所定の形状及び大きさの開口を有しており、エアロゾル生成室1からエアロゾル搬送管5を介して供給されたエアロゾルを、開口から基板11に向けて高速で噴射する。
The inside of the film forming chamber 7 is evacuated by an evacuation pump connected to an evacuation pipe 8, thereby maintaining a predetermined degree of vacuum.
The injection nozzle 9 has an opening having a predetermined shape and size, and injects the aerosol supplied from the aerosol generation chamber 1 via the aerosol transport pipe 5 toward the substrate 11 at a high speed.

基板11が固定されている基板ステージ10は、基板11とノズル9との相対位置及び相対速度を制御するための3次元的に移動可能なステージである。この相対速度を調節することにより、1往復あたりに形成される膜の厚さが制御される。   The substrate stage 10 to which the substrate 11 is fixed is a three-dimensionally movable stage for controlling the relative position and relative speed between the substrate 11 and the nozzle 9. By adjusting this relative speed, the thickness of the film formed per reciprocation is controlled.

このような成膜装置において、原料粉13をエアロゾル生成室1に配置すると共に、基板11を基板ステージ10上にセットして所定の成膜温度に保つ。例えば、YSZ基板にPZT膜を形成する場合には、基板温度は約400℃に設定される。そして、成膜装置を駆動して噴射ノズル9からエアロゾルを噴射しながら、基板11を所定の速度で移動させる。それにより、原料粉が基板11や基板上に先に堆積した構造物に衝突し、その際に原料粉が変形又は破砕することによって生じた活性な新生面において粒子同士が結合することにより、原料粉が基板上に堆積する。また、基板11の材料によっては(例えば、SUS等の金属材料の場合)、基板11に衝突した原料粉が基板に食い込み、アンカー部が形成される。このような成膜メカニズムにより、基板11及びそこに密着した不純物含有AD層12を含む複合構造物(図1)が得られる。   In such a film forming apparatus, the raw material powder 13 is placed in the aerosol generation chamber 1 and the substrate 11 is set on the substrate stage 10 and kept at a predetermined film forming temperature. For example, when forming a PZT film on a YSZ substrate, the substrate temperature is set to about 400.degree. Then, the substrate 11 is moved at a predetermined speed while driving the film forming apparatus to spray aerosol from the spray nozzle 9. As a result, the raw material powder collides with the substrate 11 or the structure previously deposited on the substrate, and the particles are bonded to each other on the active new surface generated by the deformation or crushing of the raw material powder. Is deposited on the substrate. In addition, depending on the material of the substrate 11 (for example, in the case of a metal material such as SUS), the raw material powder colliding with the substrate 11 bites into the substrate, and an anchor portion is formed. By such a film formation mechanism, a composite structure (FIG. 1) including the substrate 11 and the impurity-containing AD layer 12 in close contact therewith is obtained.

このような複合構造物からAD膜を剥離するためには、複合構造物を所定の温度で熱処理する。このときの熱処理温度は、基板11の耐熱性を考慮して、例えば、約600℃〜約800℃、望ましくは、650℃程度に設定される。不純物含有AD層12は不純物を含有しているため、熱処理によって不純物含有AD層12からガスが発生し、その結果、不純物含有AD層12が基板11から剥離される。また、熱処理の雰囲気は、不純物の成分に応じて選択される。例えば、不純物がカーボンである場合には、酸素(O)を含む気体が用いられる。なお、この剥離工程においては、剥離のみを目的として、不純物からガスが発生し得る低めの温度(例えば、600℃)で熱処理しても良いし、ポストアニールも兼ねて、基板11が耐え得る程度の高めの温度(例えば、800℃)で熱処理しても良い。 In order to peel off the AD film from such a composite structure, the composite structure is heat-treated at a predetermined temperature. The heat treatment temperature at this time is set to, for example, about 600 ° C. to about 800 ° C., preferably about 650 ° C. in consideration of the heat resistance of the substrate 11. Since the impurity-containing AD layer 12 contains impurities, gas is generated from the impurity-containing AD layer 12 by heat treatment, and as a result, the impurity-containing AD layer 12 is peeled from the substrate 11. The atmosphere of the heat treatment is selected according to the impurity component. For example, when the impurity is carbon, a gas containing oxygen (O 2 ) is used. In this stripping step, for the purpose of stripping only, heat treatment may be performed at a lower temperature (eg, 600 ° C.) at which gas can be generated from the impurities, and post-annealing can also be tolerated by the substrate 11. Heat treatment may be performed at a higher temperature (for example, 800 ° C.).

その結果得られた単体のAD膜は、メカノケミカル反応に起因する高い緻密度及び硬度を有している。さらに、このAD膜について、高温(例えば、800℃以上)でポストアニールを施しても良い。それにより、AD膜の結晶性をさらに向上させることができる。   The single AD film obtained as a result has high density and hardness due to the mechanochemical reaction. Further, this AD film may be subjected to post-annealing at a high temperature (for example, 800 ° C. or higher). Thereby, the crystallinity of the AD film can be further improved.

次に、本発明の第1の実施形態に係る複合構造物の製造方法において、原料粉に不純物を添加する理由について、詳しく説明する。
本実施形態に係る複合構造物の製造方法は、原料粉に添加されている不純物と、AD法における特殊な成膜メカニズムとを利用して、セラミックス膜を基板から剥離することを特徴としている。そこで、セラミックス構造物の製造方法として一般的な固相焼結法と、本実施形態において用いられるAD法との成膜メカニズムの違いについて説明する。
Next, in the manufacturing method of the composite structure according to the first embodiment of the present invention, the reason for adding impurities to the raw material powder will be described in detail.
The method for manufacturing a composite structure according to the present embodiment is characterized in that the ceramic film is peeled off from the substrate by using impurities added to the raw material powder and a special film forming mechanism in the AD method. Therefore, a difference in film forming mechanism between a general solid phase sintering method as a method for manufacturing a ceramic structure and an AD method used in the present embodiment will be described.

固相焼結法においては、まず、原料粉を押し固めることにより成形体、即ち、圧粉体を作製する。その際には、通常、圧粉体の成形性を良くするために有機系のバインダが用いられる。図3の(a)は、そのような圧粉体を拡大して示している。図3の(a)に示すように、圧粉体の内部には、押し固められた原料粉の間に空孔が存在する。この空孔は、圧粉体の内部と外部とにおいて通じている開気孔となっている。   In the solid-phase sintering method, first, a green body, that is, a green compact is produced by pressing and solidifying raw material powder. In that case, an organic binder is usually used in order to improve the moldability of the green compact. FIG. 3A shows an enlarged view of such a green compact. As shown in FIG. 3A, pores exist between the pressed raw material powders inside the green compact. These holes are open pores communicating with the inside and outside of the green compact.

次に、そのような圧粉体を500℃〜800℃程度で熱処理する。それにより、圧粉体中に存在する有機物が熱分解して蒸発し、開気孔を通じて圧粉体の外部に逃れていく。これは、脱脂工程と呼ばれている。
さらに、圧粉体をより高い温度で熱処理(焼成)する。それにより、図3の(b)に示すように、原料粉の焼結が進行していく。通常のPZTの場合には、800℃付近から焼結が始まり、1200℃付近で焼結が完了する。
このように、固相焼結法を用いる場合には、原料粉中の有機汚染成分やバインダ等の油脂成分のほとんどは、脱脂工程において二酸化炭素(CO)ガスとなって試料の外部に抜けていく。従って、セラミックス原料粉の製造過程において逃れ得ない有機汚染は、固相焼結法においてあまり大きな影響を及ぼすことはない。
Next, such a green compact is heat-treated at about 500 ° C to 800 ° C. As a result, organic substances present in the green compact are thermally decomposed and evaporated, and escape to the outside of the green compact through the open pores. This is called a degreasing process.
Further, the green compact is heat-treated (fired) at a higher temperature. Thereby, as shown to (b) of FIG. 3, sintering of raw material powder advances. In the case of normal PZT, sintering starts from around 800 ° C. and is completed at around 1200 ° C.
As described above, when the solid phase sintering method is used, most of the oily components such as organic contamination components and binders in the raw material powder become carbon dioxide (CO 2 ) gas in the degreasing process and escape to the outside of the sample. To go. Therefore, organic contamination that cannot escape during the production process of the ceramic raw material powder does not have a great influence in the solid-phase sintering method.

一方、AD法においては、原料粉が下層に衝突することにより生じた新生面において粒子同士が結合するという、常温衝撃固化現象により膜が形成される。従って、膜の性質は非常に緻密であり、膜の内部から外部に通じる通気孔(開気孔)はほとんど存在しないと考えられる。そのため、AD膜を熱処理(ポストアニール)することにより、AD膜中に残存している有機物が燃焼してCO等のガスが発生しても、そのガスはAD膜の外部に抜け出ることはできないので、AD膜の内部に気孔(閉気孔)が形成されてしまう。 On the other hand, in the AD method, a film is formed by a normal temperature impact solidification phenomenon in which particles are bonded to each other on a new surface generated by collision of raw material powder with a lower layer. Therefore, the properties of the membrane are very dense, and it is considered that there are almost no air holes (open pores) leading from the inside of the membrane to the outside. Therefore, by heat-treating (post-annealing) the AD film, even if the organic matter remaining in the AD film burns and a gas such as CO 2 is generated, the gas cannot escape to the outside of the AD film. Therefore, pores (closed pores) are formed inside the AD film.

図4の(a)に示すように、AD膜100と基板101との界面付近において発生したガス(気泡102)は拡散し、基板101の界面に貯まっていく。さらに、この気泡102は、温度上昇に伴って体積膨張する。やがて、気泡102の内圧がAD膜100と基板101との間の密着力を上回ると、そのときにAD膜100が基板101から剥離すると共に、気泡102内の圧力が高くなる。その結果、図4の(b)に示すように、AD膜100は、CO等のガスに持ち上げられるようにして基板101から剥離する。 As shown in FIG. 4A, the gas (bubbles 102) generated near the interface between the AD film 100 and the substrate 101 diffuses and accumulates at the interface of the substrate 101. Furthermore, the bubbles 102 expand in volume as the temperature rises. When the internal pressure of the bubble 102 exceeds the adhesion force between the AD film 100 and the substrate 101, the AD film 100 is peeled off from the substrate 101 at that time, and the pressure in the bubble 102 increases. As a result, as shown in FIG. 4B, the AD film 100 is peeled from the substrate 101 so as to be lifted by a gas such as CO 2 .

このように、AD法を用いることにより、熱処理によって膜を基板から容易に剥離することが可能となることを、本願発明者は見出した。しかしながら、原料粉に対する不純物の添加量や熱処理条件等によっては、膜が基板から剥離されなかったり、反対に、膜にヒロック(膜に一部に生じる異常な体積膨張)が生じて膜質の低下を招く場合がある。そこで、本願発明者は、AD膜を基板から剥離するために適切な条件を抽出するための実験を行った。   Thus, the inventor of the present application has found that by using the AD method, the film can be easily peeled from the substrate by heat treatment. However, depending on the amount of impurities added to the raw material powder, heat treatment conditions, etc., the film may not be peeled off from the substrate, or conversely, hillocks (abnormal volume expansion that occurs in part of the film) may occur in the film, resulting in deterioration of film quality. May invite. Therefore, the inventor of the present application conducted an experiment for extracting appropriate conditions for peeling off the AD film from the substrate.

まず、本願発明者は、市販のPZT原料粉を加熱することによって発生するガスを、TPD−MS法によって分析した。即ち、PZT原料粉をチャンバ内に設置されたPtボート上に戴置し、高純度ヘリウム(He)ガスを40cc/minで流しながら20℃/minで約1000℃まで昇温し、1000℃で約5分間保持した後で室温まで冷却して、その間に発生したガスを、質量分析装置を用いて連続的に測定した。質量分析装置としては、アネルバ株式会社製のAGS−7000型を用いた。図5は、その結果得られたCOガスの発生パターンを示している。図5において、横軸は、TPD−MS分析中の温度変化を示しており、縦軸は、強度(任意の単位:a.u.)を示している。この実験により、ガスの種類としては圧倒的に二酸化炭素が多いことが確認された。 First, this inventor analyzed the gas which generate | occur | produces by heating commercially available PZT raw material powder by TPD-MS method. That is, the PZT raw material powder is placed on a Pt boat installed in the chamber, and heated to about 1000 ° C. at 20 ° C./min while flowing high purity helium (He) gas at 40 cc / min. After holding for about 5 minutes, it was cooled to room temperature, and the gas generated during that time was continuously measured using a mass spectrometer. As the mass spectrometer, AGS-7000 type manufactured by Anerva Co., Ltd. was used. FIG. 5 shows the resulting CO 2 gas generation pattern. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the temperature change during the TPD-MS analysis, and the vertical axis indicates the intensity (arbitrary unit: au). From this experiment, it was confirmed that the amount of carbon was predominantly carbon dioxide.

次に、本願発明者は、COガスを発生する要因となる成分を明らかにするために、市販のPZT原料粉の表面に付着している物質を、GC−MS(ガス・クロマトグラフ質量)分析により調べることにした。ここで、GC−MSとは、ガス・クロマトグラフと質量分析計とを結合した装置であり、ガス・クロマトグラフによる混合物の分離能と、質量分析計の定性能とを併せ持つ分析装置である。即ち、ガス・クロマトグラフによって混合物試料を複数種類の物質に分離し、それらの物質を質量分析装置に直接導いて、物質の種類を同定する。この実験においては、日本電子株式会社製の質量分析計JMS−700Mstationが用いられた。 Next, the inventor of the present invention uses a GC-MS (gas chromatograph mass) for substances adhering to the surface of a commercially available PZT raw material powder in order to clarify the components that cause CO 2 gas. I decided to investigate by analysis. Here, the GC-MS is an apparatus in which a gas chromatograph and a mass spectrometer are combined, and is an analysis apparatus that has both the separability of a mixture by the gas chromatograph and the constant performance of the mass spectrometer. That is, a mixture sample is separated into a plurality of types of substances by gas chromatography, and these types of substances are directly guided to a mass spectrometer to identify the types of substances. In this experiment, a mass spectrometer JMS-700Mstation manufactured by JEOL Ltd. was used.

分析は、次のように行った。即ち、まず、特別な処理を施していない市販の原料粉(PZT粉)をヘキサンで洗い流し、そのヘキサンを濃縮してGC−MS装置にかけた。なお、原料粉に含まれるカーボン量をTPD−MS分析により別途測定したところ、重量で約150ppmであった。TPD−MS分析の方法及び使用された装置については、先に説明したものと同様である。   The analysis was performed as follows. That is, first, commercially available raw material powder (PZT powder) not subjected to special treatment was washed away with hexane, and the hexane was concentrated and applied to a GC-MS apparatus. In addition, when the amount of carbon contained in the raw material powder was separately measured by TPD-MS analysis, it was about 150 ppm by weight. The method of TPD-MS analysis and the apparatus used are the same as those described above.

図6は、その分析結果を示している。図6に示すように、原料粉(サンプルA)の表面には、C2042、C2040、C2246、C2450等のアルキル化合物が付着していたことが明らかになった。ここで、このような不純物(アルキル化合物)が何故原料粉に付着したのかについては明らかではない。しかしながら、原料粉は800℃程度の温度で作製されるので、作製直後の原料粉には不純物はほとんど付着していないはずである。従って、原料粉を作製した後で、空気中に浮遊するオイルミストが原料粉に付着したり、原料粉を保管したり搬送する際に用いられるビニール製の容器から不純物が混入したものと考えられる。なお、図6には、C2040のピークが2つ示されているが、これは、二重結合の位置が異なる異性体や、分枝構造が異なる異性体が存在するためと考えられる。 FIG. 6 shows the analysis result. As shown in FIG. 6, it is clear that alkyl compounds such as C 20 H 42 , C 20 H 40 , C 22 H 46 , and C 24 H 50 were attached to the surface of the raw material powder (sample A). became. Here, it is not clear why such impurities (alkyl compounds) adhere to the raw material powder. However, since the raw material powder is produced at a temperature of about 800 ° C., almost no impurities should be attached to the raw material powder immediately after production. Therefore, after producing the raw material powder, it is considered that the oil mist floating in the air adheres to the raw material powder, or impurities are mixed from the vinyl container used when storing or transporting the raw material powder. . In FIG. 6, two C 20 H 40 peaks are shown, which may be due to the presence of isomers having different double bond positions or isomers having different branch structures. .

次に、本願発明者は、原料粉に付着しているカーボン量と、原料粉を熱処理することによって発生するCOガスの量との関係を、TPD−MS分析によって調べた。TPD−MS分析の方法及び使用された装置については、先に説明したものと同様である。その結果を図7に示す。 Next, the inventor of the present application examined the relationship between the amount of carbon adhering to the raw material powder and the amount of CO 2 gas generated by heat-treating the raw material powder by TPD-MS analysis. The method of TPD-MS analysis and the apparatus used are the same as those described above. The result is shown in FIG.

この実験において、試料としては市販のPZT粉を用い、カーボン量を一旦低減させるために、PZT粉を電気炉において空焼きし、カーボンを増加させる不純物添加処理としてPZT粉を有機蒸気の雰囲気に晒した。ここで、有機蒸気の雰囲気とは、気化した有機物が分散している雰囲気のことである。なお、通常、特別な処理を行っていないPZT粉は、空気中の有機物の吸着等により若干のカーボンを含有している。また、カーボン量は、電気炉における空焼き時間、又は、有機蒸気に晒す時間若しくは有機蒸気の濃度を調節することにより制御した。なお、カーボン量は、高周波誘導加熱炉においてPZT粉を燃焼したときに発生したCOガスの量を非分散赤外吸収法によって測定し、その測定値に基づいて算出した。 In this experiment, a commercially available PZT powder was used as a sample. In order to temporarily reduce the amount of carbon, the PZT powder was baked in an electric furnace, and the PZT powder was exposed to an organic vapor atmosphere as an impurity addition treatment for increasing carbon. did. Here, the organic vapor atmosphere is an atmosphere in which vaporized organic substances are dispersed. Normally, PZT powder not subjected to special treatment contains some carbon due to adsorption of organic substances in the air. The amount of carbon was controlled by adjusting the baking time in an electric furnace, the time of exposure to organic vapor, or the concentration of organic vapor. The amount of carbon was calculated based on the measured value obtained by measuring the amount of CO 2 gas generated when PZT powder was burned in a high-frequency induction heating furnace by the non-dispersive infrared absorption method.

ここで、原料粉に付着しているカーボン量又は原料粉に含まれるカーボン量とは、原料粉及び不純物の全体量に対するカーボン量(重量ppm)のことであり、不純物がカーボン単体である場合には、カーボン単体の量を指し、不純物がアルキル化合物である場合には、アルキル化合物中のカーボン量を指す。
図7に示すように、原料粉に付着しているカーボン量と、その原料粉を加熱することによって発生するCOガスの量とは、概ね比例関係にあると言える。
Here, the amount of carbon adhering to the raw material powder or the amount of carbon contained in the raw material powder is the amount of carbon (weight ppm) with respect to the total amount of the raw material powder and impurities, and when the impurities are simple carbon. Indicates the amount of carbon alone, and when the impurity is an alkyl compound, indicates the amount of carbon in the alkyl compound.
As shown in FIG. 7, it can be said that the amount of carbon adhering to the raw material powder, the amount of CO 2 gas generated by heating the raw material powder is generally proportional.

さらに、上記の不純物添加処理済みの原料粉についてGC−MS分析を行うことにより、原料粉に付着している不純物の種類を調べたところ、図8に示す結果が得られた。なお、この測定においては、原料粉に含まれるカーボン量(TPD−MS分析による)が200ppm以上である粉体を対象とした。図8の分析結果に示すように、不純物添加処理済みの原料粉(サンプルB)からは、C1836、C1838、C2040、C2042、C2244、C2246、C2450、C2652、C2856等の多くのアルキル化合物が検出された。 Furthermore, when the kind of impurities adhering to the raw material powder was examined by performing GC-MS analysis on the above-mentioned raw material powder subjected to the impurity addition treatment, the result shown in FIG. 8 was obtained. In this measurement, the powder in which the amount of carbon contained in the raw material powder (by TPD-MS analysis) is 200 ppm or more was targeted. As shown in the analysis result of FIG. 8, C 18 H 36 , C 18 H 38 , C 20 H 40 , C 20 H 42 , C 22 H 44 , C 22 H 46, C 24 H 50 , many of alkyl compounds, such as C 26 H 52, C 28 H 56 has been detected.

これらの図6〜図8に示す結果より、加熱によりCOガスが発生する原因となる不純物は、主にアルキル化合物であり、そのような不純物の量は、原料粉に不純物添加処理を施すことによって調節できることが明らかになった。 From the results shown in FIGS. 6 to 8, the impurities that cause the generation of CO 2 gas by heating are mainly alkyl compounds, and the amount of such impurities is obtained by subjecting the raw material powder to an impurity addition treatment. It became clear that it can be adjusted.

さらに、本願発明者は、カーボンの含有量(付着量)が異なるPZT原料粉を用いてAD法により膜を形成し、その膜を熱処理(ポストアニール)する実験を行った。その実験結果を図9に示す。
図9において、アニール条件(1)〜(5)としては、アニール温度(℃)及びアニール時間(h)を示している。また、AD膜(a)〜(e)の数値は、AD膜中のカーボン含有量(重量ppm)を示している。さらに、表中の×印は、剥離及びヒロックのいずれも生じなかったことを示している。ここで、ヒロックとは、膜の一部が膨張する現象のことであり、膜中に取り込まれた不純物からガスが発生することにより形成される。
Further, the inventors of the present application conducted an experiment in which a film was formed by AD method using PZT raw material powders having different carbon contents (adhesion amount), and the film was heat-treated (post-annealed). The experimental results are shown in FIG.
In FIG. 9, as the annealing conditions (1) to (5), an annealing temperature (° C.) and an annealing time (h) are shown. The numerical values of the AD films (a) to (e) indicate the carbon content (weight ppm) in the AD film. Furthermore, the x mark in the table indicates that neither peeling nor hillock occurred. Here, the hillock is a phenomenon in which a part of the film expands, and is formed when gas is generated from impurities taken into the film.

なお、図9に示す各AD膜におけるカーボン含有量は、カーボン単体の量、又は、アルキル化合物中のカーボンの量を表している。従って、AD膜に含まれるアルキル化合物の量は、図9に示す量よりも多くなる。また、図9に示すカーボン含有量は、高周波誘導加熱炉においてPZT原料粉を燃焼したときに発生したCOガスの量を非分散赤外吸収法によって測定し、その測定値に基づいて算出された。 Note that the carbon content in each AD film shown in FIG. 9 represents the amount of carbon alone or the amount of carbon in the alkyl compound. Therefore, the amount of the alkyl compound contained in the AD film is larger than the amount shown in FIG. Further, the carbon content shown in FIG. 9 is calculated based on the measured value obtained by measuring the amount of CO 2 gas generated when the PZT raw material powder is burned in the high frequency induction heating furnace by the non-dispersive infrared absorption method. It was.

図9に示すように、原料粉に含まれるカーボン含有量が多いほど、AD膜は基板から剥離し易い傾向にある。これは、AD膜中に取り込まれたカーボンに起因して二酸化炭素が発生するという剥離の原理を裏付けている。また、AD膜(b)及び(c)の場合のように、原料粉が同じである場合には、アニール温度が高くなるほどヒロックが生じ易くなることも判明した。これは、温度が高いほど、カーボンとPZT組成中の酸素との反応が盛んになり、発生する二酸化炭素や水分の量が増えると共に、体積が膨張するためと考えられる。さらに、アニール条件(3)〜(5)におけるように、カーボン含有量が増えるに従って、まずヒロックが生じ、さらにカーボン含有量が増えると剥離が生じることが判明した。   As shown in FIG. 9, the more the carbon content contained in the raw material powder, the easier it is for the AD film to peel from the substrate. This supports the peeling principle that carbon dioxide is generated due to carbon incorporated in the AD film. It was also found that when the raw material powder is the same as in the AD films (b) and (c), hillocks are more likely to occur as the annealing temperature is higher. This is presumably because the higher the temperature, the more active the reaction between carbon and oxygen in the PZT composition increases the amount of carbon dioxide and moisture generated and the volume expands. Furthermore, as in the annealing conditions (3) to (5), it was found that hillocks were first generated as the carbon content increased, and peeling occurred when the carbon content was further increased.

以上より、次の結論を得ることができた。即ち、AD膜が約150ppmを超えるカーボンを含有していれば、800℃以上の熱処理により、AD膜を基板から剥離し易くすることができる。また、AD膜が約222ppm以上のカーボンを含有していれば、600℃以上の熱処理により、AD膜を基板から剥離することができる。ここで、AD膜に対する通常のポストアニールは、成膜温度(例えば、400℃)より高い温度で行われるので、600℃以上の温度領域における条件が確保できれば十分であると考えられる。   From the above, the following conclusion could be obtained. That is, if the AD film contains more than about 150 ppm of carbon, the AD film can be easily peeled from the substrate by heat treatment at 800 ° C. or higher. If the AD film contains about 222 ppm or more of carbon, the AD film can be peeled off from the substrate by heat treatment at 600 ° C. or more. Here, the normal post-annealing for the AD film is performed at a temperature higher than the film forming temperature (for example, 400 ° C.), so it is considered sufficient if the conditions in the temperature region of 600 ° C. or higher can be secured.

一般に、アルキル化合物は、1分子中に含まれる炭素数が少ないほど(例えば、炭素数が18未満)原料粉から離脱し易く、炭素数が多いほど(例えば、炭素数が18以上)離脱し難い。従って、不純物の組成に応じて、熱処理温度を制御することが望ましい。なお、1分子中に18個以上の炭素が鎖状に連なっているアルキル化合物は、長鎖アルキル化合物と呼ばれることもある。   In general, as the number of carbon atoms contained in one molecule is smaller (for example, the carbon number is less than 18), the alkyl compound is more easily separated from the raw material powder, and as the carbon number is larger (for example, the number of carbons is 18 or more), the alkyl compound is less likely to leave. . Therefore, it is desirable to control the heat treatment temperature in accordance with the impurity composition. An alkyl compound in which 18 or more carbon atoms are linked in a chain in a molecule is sometimes called a long-chain alkyl compound.

次に、本発明の第2の実施形態に係る複合構造物について、図10を参照しながら説明する。
図10に示すように、本実施形態に係る複合構造物は、基板21と、不純物含有AD層22とを含んでいる。なお、本実施形態における基板材料、AD層を形成している無機材料、及び、不純物の成分については、第1の実施形態におけるものと同様である。
Next, a composite structure according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 10, the composite structure according to this embodiment includes a substrate 21 and an impurity-containing AD layer 22. Note that the substrate material, the inorganic material forming the AD layer, and the impurity components in this embodiment are the same as those in the first embodiment.

不純物含有AD層22は、層内において不純物の濃度が基板21からの距離に応じて傾斜的に変化するように形成されている。例えば、不純物含有AD層22において、基板側の不純物濃度を高く、基板から離れるに従って不純物濃度を低くする場合には、図2に示す成膜装置において、単位時間に供給される不純物の量が徐々に低減されるように不純物供給装置6を制御しながら成膜することによって形成できる。   The impurity-containing AD layer 22 is formed so that the concentration of impurities in the layer changes in an inclined manner according to the distance from the substrate 21. For example, in the impurity-containing AD layer 22, when the impurity concentration on the substrate side is high and the impurity concentration is low as the distance from the substrate increases, the amount of impurities supplied per unit time is gradually increased in the film forming apparatus shown in FIG. The film can be formed by controlling the impurity supply device 6 so as to reduce the film thickness.

このような複合構造物においては、熱処理により不純物含有AD層22を基板から剥離する際に、優先的に剥離させる領域を制御できるという利点がある。例えば、不純物含有AD層22の層内において、基板側の不純物濃度を高くする(例えば、不純物がカーボンの場合には、重量で150ppm又は222ppmを超える)場合には、不純物含有AD層22と基板21との界面領域において確実に剥離を生じさせることができる。   Such a composite structure has an advantage that a region to be preferentially peeled can be controlled when the impurity-containing AD layer 22 is peeled from the substrate by heat treatment. For example, when the impurity concentration on the substrate side is increased in the layer of the impurity-containing AD layer 22 (for example, when the impurity is carbon, it exceeds 150 ppm or 222 ppm by weight), the impurity-containing AD layer 22 and the substrate It is possible to surely cause peeling in the interface region with 21.

また、熱処理により不純物含有AD層22を基板21から剥離した後で、不純物含有AD層22内の不純物濃度が高い領域(基板21に近かった領域)を研磨等により除去する。そして、残った領域、即ち、不純物含有AD層22内の不純物濃度が低い領域(基板21から離れていた領域)についてさらに熱処理を行う。それにより、ガスの発生を抑制しつつ(即ち、ヒロックを発生させることなく)、結晶粒成長を促進することができる。   In addition, after the impurity-containing AD layer 22 is peeled off from the substrate 21 by heat treatment, a region having a high impurity concentration in the impurity-containing AD layer 22 (region close to the substrate 21) is removed by polishing or the like. Then, the remaining region, that is, a region with a low impurity concentration in the impurity-containing AD layer 22 (region away from the substrate 21) is further subjected to heat treatment. Thereby, the growth of crystal grains can be promoted while suppressing the generation of gas (that is, without generating hillocks).

次に、本発明の第3の実施形態に係る複合構造物について、図11を参照しながら説明する。
図11に示すように、本実施形態に係る複合構造物は、基板31と、不純物含有AD層32と、AD層33とを含んでいる。なお、本実施形態における基板材料、AD層を形成している無機材料、及び、不純物の成分については、第1の実施形態におけるものと同様である。
Next, a composite structure according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 11, the composite structure according to this embodiment includes a substrate 31, an impurity-containing AD layer 32, and an AD layer 33. Note that the substrate material, the inorganic material forming the AD layer, and the impurity components in this embodiment are the same as those in the first embodiment.

不純物含有AD層32は、無機材料を主な原料とする剥離犠牲層であり、所定量の不純物(例えば、重量で150ppm又は222ppmを超えるカーボン)を含有している。また、AD層33は、不純物が添加されていない無機材料層である。不純物含有AD層32及びAD層33を形成する無機材料の組成は同じであっても良いし、互いに異なる材料であっても良い。なお、不純物が添加されていない無機材料層であっても、空気中の有機物の吸着等により、若干のカーボン(例えば、50ppm程度)を含有している場合がある。   The impurity-containing AD layer 32 is a peeling sacrificial layer mainly made of an inorganic material, and contains a predetermined amount of impurities (for example, carbon exceeding 150 ppm or 222 ppm by weight). The AD layer 33 is an inorganic material layer to which no impurity is added. The composition of the inorganic material forming the impurity-containing AD layer 32 and AD layer 33 may be the same or different from each other. Note that even an inorganic material layer to which no impurities are added may contain some carbon (for example, about 50 ppm) due to adsorption of organic substances in the air.

このような複合構造物は、図2に示す成膜装置において、まず、不純物供給装置6を動作させながら基板31上に不純物含有AD層32を形成し、次に、不純物供給装置6の動作を停止させた状態で不純物含有AD層32上にAD層33を形成することにより作製することができる。   In such a composite structure, in the film forming apparatus shown in FIG. 2, first, the impurity-containing AD layer 32 is formed on the substrate 31 while the impurity supply apparatus 6 is operated, and then the operation of the impurity supply apparatus 6 is performed. It can be produced by forming the AD layer 33 on the impurity-containing AD layer 32 in a stopped state.

図11に示す複合構造物を熱処理することにより、不純物含有AD層32からガスが発生し、不純物含有AD層32が基板31から剥離される。その結果、単体の構造物(AD層)を得ることができる。なお、AD層33に付着している不純物含有AD層32は、そのまま構造物の一部として利用しても良いし、必要に応じて研磨等により除去しても良い。また、AD層33を基板31から剥離した後で、さらに高温(例えば、850℃以上)でアニールしても良い。それにより、AD層33の結晶性を高めて、構造物の機能(例えば、圧電体の場合には圧電性能)を向上させることができる。   By heat-treating the composite structure shown in FIG. 11, gas is generated from the impurity-containing AD layer 32, and the impurity-containing AD layer 32 is peeled from the substrate 31. As a result, a single structure (AD layer) can be obtained. The impurity-containing AD layer 32 adhering to the AD layer 33 may be used as a part of the structure as it is, or may be removed by polishing or the like as necessary. Further, after peeling off the AD layer 33 from the substrate 31, annealing may be performed at a higher temperature (for example, 850 ° C. or higher). Thereby, the crystallinity of the AD layer 33 can be increased, and the function of the structure (for example, piezoelectric performance in the case of a piezoelectric body) can be improved.

また、この不純物含有AD層32においても、第2の実施形態と同様に、不純物の濃度を傾斜的に変化させても良い。例えば、基板31側における不純物濃度を高くすることにより、不純物含有AD層32と基板31との界面において優先的に剥離を生じさせることができる。反対に、AD層33側における不純物濃度を高くすることにより、不純物含有AD層32とAD層33との界面に優先的に剥離を生じさせることができる。   Also in the impurity-containing AD layer 32, as in the second embodiment, the impurity concentration may be changed in an inclined manner. For example, by increasing the impurity concentration on the substrate 31 side, peeling can be preferentially caused at the interface between the impurity-containing AD layer 32 and the substrate 31. On the other hand, by increasing the impurity concentration on the AD layer 33 side, separation can be preferentially caused at the interface between the impurity-containing AD layer 32 and the AD layer 33.

次に、本発明の第4の実施形態に係る複合構造物について、図12を参照しながら説明する。
図12に示すように、本実施形態に係る複合構造物は、基板41と、第1剥離犠牲層42と、第2剥離犠牲層43と、AD層44とを含んでいる。なお、本実施形態における基板材料、AD層を形成している無機材料、及び、不純物の成分については、第1の実施形態におけるものと同様である。
Next, a composite structure according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 12, the composite structure according to the present embodiment includes a substrate 41, a first peeling sacrificial layer 42, a second peeling sacrificial layer 43, and an AD layer 44. Note that the substrate material, the inorganic material forming the AD layer, and the impurity components in this embodiment are the same as those in the first embodiment.

第1剥離犠牲層42は、無機材料を主な組成としていると共に、所定量の不純物(例えば、重量で150ppm又は222ppmを超えるカーボン)を含有しており、AD法によって形成されている。
また、第2剥離犠牲層43は、AD法による成膜温度(例えば、400℃)、及び、熱処理温度(例えば、600℃以上)よりも高い融点を有する金属材料により、蒸着法やスパッタ法やメッキ法等の公知の成膜方法を用いて形成されている。第2剥離犠牲層43としては、例えば、白金(Pt)のように、隣接するAD層の組成(例えば、PZT)との相互作用が少ない、安定した材料を用いることが望ましい。
The first peeling sacrificial layer 42 has an inorganic material as a main composition and contains a predetermined amount of impurities (for example, carbon exceeding 150 ppm or 222 ppm by weight), and is formed by an AD method.
In addition, the second peeling sacrificial layer 43 is formed of a metal material having a melting point higher than the film formation temperature (for example, 400 ° C.) by the AD method and the heat treatment temperature (for example, 600 ° C. or more). It is formed using a known film forming method such as a plating method. As the second exfoliation sacrificial layer 43, for example, it is desirable to use a stable material such as platinum (Pt) that has little interaction with the composition of the adjacent AD layer (eg, PZT).

また、AD層と白金層との密着性を高めるために、白金層より先に酸化チタン(TiO)層を形成しても良い。さらに、第2剥離犠牲層43の厚さは、アンカーリングが生じ得る金属材料を用いる場合には、AD層44の形成時に生じるアンカーリングの深さ(例えば、10nm〜100nm程度)を考慮して、例えば、200nm以上とすることが望ましい。
さらに、AD層44は、不純物が添加されていない無機材料層である。
In order to improve the adhesion between the AD layer and the platinum layer, previously titanium oxide from the platinum layer may be formed (TiO 2) layer. Furthermore, the thickness of the second peeling sacrificial layer 43 takes into account the depth of anchoring (for example, about 10 nm to 100 nm) that occurs when the AD layer 44 is formed when a metal material that can cause anchoring is used. For example, it is desirable to set it to 200 nm or more.
Furthermore, the AD layer 44 is an inorganic material layer to which no impurity is added.

このような複合構造物を熱処理することにより、第1剥離犠牲層42からガスが発生し、基板41と第1剥離犠牲層42との界面、及び、第1剥離犠牲層42と第2剥離犠牲層43との界面において剥離が生じる。それにより、剥離面にダメージを与えることなく、構造物(AD層44)を得ることができる。   By heat-treating such a composite structure, gas is generated from the first exfoliation sacrificial layer 42, the interface between the substrate 41 and the first exfoliation sacrificial layer 42, and the first exfoliation sacrificial layer 42 and the second exfoliation sacrifice. Peeling occurs at the interface with the layer 43. Thereby, the structure (AD layer 44) can be obtained without damaging the peeled surface.

一般には、第2剥離犠牲層43とAD層44との間の密着力の方が、第2剥離犠牲層43と第1剥離犠牲層との間の密着力よりも大きいので、第2剥離犠牲層43はAD層44側に残留する。AD法において生じるアンカーリングは、一般的な真空成膜法に比較して下地密着性に優れるからである。AD層44に残留している第2剥離犠牲層43は、研磨等によって除去しても良いし、AD層44に付着させたまま電極として用いても良い。
本実施形態によれば、剥離犠牲層を研磨等によって除去する手間を要することなく、構造物(AD層)を利用することが可能となる。
In general, the adhesion force between the second peeling sacrificial layer 43 and the AD layer 44 is greater than the adhesion force between the second peeling sacrificial layer 43 and the first peeling sacrificial layer. The layer 43 remains on the AD layer 44 side. This is because the anchor ring generated in the AD method is superior in base adhesion as compared with a general vacuum film forming method. The second peeling sacrificial layer 43 remaining on the AD layer 44 may be removed by polishing or the like, or may be used as an electrode while being attached to the AD layer 44.
According to the present embodiment, it is possible to use the structure (AD layer) without the trouble of removing the peeling sacrificial layer by polishing or the like.

次に、本発明の第1〜第4の実施形態に係る複合構造物の変形例について、図13を参照しながら説明する。
図13に示す複合構造物は、基板51と、金属層52と、不純物含有AD層53とを含んでいる。この複合構造物は、図1に示す複合構造物に対して、基板と不純物含有AD層との間に金属層を挿入したものである。図13に示す基板51と不純物含有AD層53の組成や形成方法は、図1に示す基板11及び不純物含有AD層12と同様である。
Next, modified examples of the composite structure according to the first to fourth embodiments of the present invention will be described with reference to FIG.
The composite structure shown in FIG. 13 includes a substrate 51, a metal layer 52, and an impurity-containing AD layer 53. This composite structure is obtained by inserting a metal layer between a substrate and an impurity-containing AD layer with respect to the composite structure shown in FIG. The composition and formation method of the substrate 51 and the impurity-containing AD layer 53 shown in FIG. 13 are the same as those of the substrate 11 and the impurity-containing AD layer 12 shown in FIG.

金属層52は、AD法による成膜温度及び熱処理温度よりも高い融点を有する金属材料により、蒸着法等の公知の成膜方法を用いて形成されている。金属層52としては、例えば、白金(Pt)のように、隣接するAD層の組成(例えば、PZT)との相互作用が少ない、安定した材料を用いることが望ましい。また、その場合には、密着層として、白金層の下に酸化チタン(TiO)層をさらに設けても良い。 The metal layer 52 is formed of a metal material having a melting point higher than the film formation temperature by the AD method and the heat treatment temperature, using a known film formation method such as an evaporation method. As the metal layer 52, it is desirable to use a stable material that has little interaction with the composition of the adjacent AD layer (for example, PZT), such as platinum (Pt). In that case, a titanium oxide (TiO 2 ) layer may be further provided under the platinum layer as the adhesion layer.

先に説明した第1〜第4の実施形態においては、基板上に不純物含有AD層を直接形成している(図1、及び、図10〜図12参照)。そのため、セラミックス基板を用いる場合には、特に、熱処理時に不純物含有AD層の一部が基板上に残留することにより、AD層が破損してしまうことも考えられる。そこで、この変形例においては、不純物含有AD層53が基板51から剥がれ易くなるように、金属層52を設けている。即ち、一般に、金属材料は気体を透過させるので、図13に示す複合構造物を熱処理して不純物含有AD層53から気体を発生させることにより、基板51と不純物含有AD層53とを、金属層52を境界としてスムーズに剥離させることができる。   In the first to fourth embodiments described above, the impurity-containing AD layer is directly formed on the substrate (see FIGS. 1 and 10 to 12). Therefore, when a ceramic substrate is used, it is conceivable that the AD layer may be damaged particularly when a part of the impurity-containing AD layer remains on the substrate during the heat treatment. Therefore, in this modification, the metal layer 52 is provided so that the impurity-containing AD layer 53 is easily peeled off from the substrate 51. That is, in general, since the metal material allows gas to pass therethrough, the composite structure shown in FIG. 13 is heat-treated to generate gas from the impurity-containing AD layer 53, whereby the substrate 51 and the impurity-containing AD layer 53 are brought into contact with the metal layer. 52 can be smoothly peeled off at the boundary.

不純物含有AD層53に残留した金属層52は、そのまま電極として利用しても良いし、残留した金属層の上から金属ペースト等を塗布することにより電極を形成しても良い。或いは、不純物含有AD層53に残留した金属層52を研磨により除去しても良いし、その研磨面上に別途電極を形成しても良い。
第2〜第4の実施形態に係る複合構造物についても、基板と不純物含有AD層との間に金属層を挿入することにより、剥離面やその周辺における破損を最小限に留めて、剥離をよりスムーズに進めることが可能となる。
The metal layer 52 remaining in the impurity-containing AD layer 53 may be used as an electrode as it is, or an electrode may be formed by applying a metal paste or the like on the remaining metal layer. Alternatively, the metal layer 52 remaining in the impurity-containing AD layer 53 may be removed by polishing, or an electrode may be separately formed on the polished surface.
For the composite structures according to the second to fourth embodiments, by inserting a metal layer between the substrate and the impurity-containing AD layer, the damage on the peeling surface and its periphery is minimized, and peeling is performed. It becomes possible to proceed more smoothly.

本発明の第1〜第4の実施形態に係る複合構造物の無機材料として、PZT等の圧電材料を用いる場合には、複合構造物を熱処理することによって得られた単体の圧電膜に電極を形成することにより、圧電素子を作製することができる。そのような膜状の圧電素子は、小型の圧電アクチュエータや、インクジェットヘッドの駆動用圧電素子や、超音波探触子において超音波を送受信する振動子(超音波トランスデューサ)として利用することができる。ここで、圧電体においては、基板に固定された状態よりも、基板から剥離された単体の方が高い圧電性能を示すことが知られている。そこで、AD法によって形成された緻密で強固な圧電膜を基板から剥離して利用することにより、圧電素子やそれを含む機器全体の性能を向上させることが可能となる。   When a piezoelectric material such as PZT is used as the inorganic material of the composite structure according to the first to fourth embodiments of the present invention, an electrode is provided on a single piezoelectric film obtained by heat-treating the composite structure. By forming the piezoelectric element, a piezoelectric element can be manufactured. Such a film-like piezoelectric element can be used as a small piezoelectric actuator, a piezoelectric element for driving an inkjet head, or a transducer (ultrasonic transducer) for transmitting and receiving ultrasonic waves in an ultrasonic probe. Here, in the piezoelectric body, it is known that the single body peeled from the substrate exhibits higher piezoelectric performance than the state of being fixed to the substrate. Therefore, by separating and using the dense and strong piezoelectric film formed by the AD method from the substrate, it is possible to improve the performance of the piezoelectric element and the entire device including the piezoelectric element.

次に、図2に示す成膜装置の変形例について説明する。
この変形例においては、図2に示す不純物供給装置6において、カーボンを含有する粉体を供給する替わりに、有機蒸気を生成して供給する。具体的には、不純物供給装置6において、例えば、炭化水素等の有機物を加熱することにより有機蒸気を発生させ、それを巻き上げガスノズル3内に供給する。それにより、エアロゾル生成室1内に配置された原料粉が有機蒸気の雰囲気に晒され、エアロゾル状態となった原料粉の表面に不純物が付着する。
Next, a modification of the film forming apparatus shown in FIG. 2 will be described.
In this modification, instead of supplying the powder containing carbon in the impurity supply device 6 shown in FIG. 2, organic vapor is generated and supplied. Specifically, in the impurity supply device 6, for example, organic vapor such as hydrocarbon is heated to generate organic vapor, which is then fed into the gas nozzle 3. Thereby, the raw material powder arrange | positioned in the aerosol production | generation chamber 1 is exposed to the atmosphere of organic vapor | steam, and an impurity adheres to the surface of the raw material powder used as the aerosol state.

以上の説明においては、図2に示すように、原料粉をガスによって分散させながら不純物を添加することにより、エアロゾルを生成した。しかしながら、予め原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾル状態とし、そのような原料粉に対して不純物を添加しても良いし、不純物が予め添加されている原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾル状態としても良い。   In the above description, as shown in FIG. 2, the aerosol was generated by adding impurities while dispersing the raw material powder with gas. However, the raw material powder may be in an aerosol state by dispersing the raw material powder in advance, and impurities may be added to such raw material powder, or the raw material powder to which the impurities have been added in advance may be dispersed by gas. It is good also as a state.

前者の場合には、例えば、図2に示すエアロゾル生成室1において、原料粉を十分に分散させた後で、不純物添加処理装置6から不純物(有機化合物やカーボンの粉体や有機蒸気等)を供給するようにすれば良い。また、後者の場合には、例えば、原料粉を有機溶剤に浸した後で乾燥させたり、原料粉を有機蒸気の雰囲気に所定の期間晒すことにより、表面に不純物が付着した原料粉を作製することができる。   In the former case, for example, in the aerosol generation chamber 1 shown in FIG. 2, after the raw material powder is sufficiently dispersed, impurities (organic compound, carbon powder, organic vapor, etc.) are introduced from the impurity addition processing device 6. What is necessary is just to make it supply. In the latter case, for example, the raw material powder is dipped in an organic solvent and then dried, or the raw material powder is exposed to an organic vapor atmosphere for a predetermined period to produce a raw material powder having impurities attached to the surface. be able to.

或いは、カーボン粉体又はカーボンを含有する化合物の粉体を予め原料粉に混入させても良い。さらには、原料粉よりも粒径が小さいカーボン粉体やカーボンを含有する化合物の粉体を原料粉の表面に付着させることにより、原料粉をコーティングしても良い。   Alternatively, carbon powder or powder of a compound containing carbon may be mixed in the raw material powder in advance. Furthermore, the raw material powder may be coated by attaching a carbon powder having a particle size smaller than that of the raw material powder or a powder of a compound containing carbon to the surface of the raw material powder.

また、以上の説明においては、無機材料としてPZTを用いたが、この他にも、PLZT(ランタンドープチタン酸ジルコン酸鉛)、TiBaO(チタン酸バリウム)、又は、Al(酸化アルミニウム)等の機能性材料を用いることができる。例えば、PLZT膜は光学部材に適用することができ、TiBaO膜はセラミックコンデンサに適用することができる。 In the above description, PZT is used as the inorganic material, but PLZT (lanthanum-doped lead zirconate titanate), TiBaO 3 (barium titanate), or Al 2 O 3 (aluminum oxide) is also used. ) Or the like can be used. For example, the PLZT film can be applied to an optical member, and the TiBaO 3 film can be applied to a ceramic capacitor.

本発明は、原料粉を基板に向けて噴射することにより基板上に原料粉を堆積させるエアロゾルデポジション法を用いた複合構造物の製造方法と、そのような複合構造物の製造方法を用いた構造物の製造方法及び成膜装置と、そのような複合構造物の製造方法によって製造される複合構造物とにおいて利用することが可能である。   The present invention uses a method for manufacturing a composite structure using an aerosol deposition method in which raw material powder is deposited on a substrate by spraying the raw material powder toward the substrate, and a method for manufacturing such a composite structure. The present invention can be used in a structure manufacturing method and a film forming apparatus, and a composite structure manufactured by such a composite structure manufacturing method.

本発明の第1の実施形態に係る複合構造物の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the composite structure which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1〜第4の実施形態に係る複合構造物の製造方法が用いられる成膜装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the film-forming apparatus with which the manufacturing method of the composite structure which concerns on the 1st-4th embodiment of this invention is used. 固相焼結法によりセラミックスを作製する場合における試料の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the sample in the case of producing ceramics by a solid phase sintering method. 熱処理時に膜の剥離が生じる原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle which peeling of a film | membrane produces at the time of heat processing. 市販の原料粉に対するGC−MS分析結果を示す図である。It is a figure which shows the GC-MS analysis result with respect to commercially available raw material powder. PZT粉を熱処理することによって発生するCOガスの発生パターンを示す図である。Is a diagram illustrating the generation patterns of CO 2 gas generated by heat-treating the PZT powder. 原料粉に付着しているカーボン量と、原料粉を熱処理することによって発生するCOガスの量との関係を示す図である。And the amount of carbon adhering to the raw material powder is a diagram showing the relationship between the amount of CO 2 gas generated by heat-treating the raw material powder. 不純物添加処理済みの原料粉に対するGC−MS分析結果を示す図である。It is a figure which shows the GC-MS analysis result with respect to the raw material powder after the impurity addition process. カーボン含有量が異なるPZT原料粉により作製されたAD膜を熱処理する実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the experiment which heat-processes AD film produced with the PZT raw material powder from which carbon content differs. 本発明の第2の実施形態に係る複合構造物の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the composite structure which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る複合構造物の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the composite structure which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る複合構造物の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the composite structure which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る複合構造物の変形例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the modification of the composite structure which concerns on the 1st Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 エアロゾル生成室
2 振動台
3 巻き上げガスノズル
4 圧調整ガスノズル
5 エアロゾル搬送管
6 不純物添加処理装置
7 成膜チャンバ
8 排気管
9 噴射ノズル
10 基板ステージ
11、21、31、41、51、101 基板
12、22、32、53 不純物含有AD層
13 原料粉
33、34 AD層
42 第1剥離犠牲層
43 第2剥離犠牲層
52 金属層
100 AD膜
102 気泡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aerosol production chamber 2 Shaking table 3 Hoisting gas nozzle 4 Pressure adjustment gas nozzle 5 Aerosol conveyance pipe 6 Impurity addition processing apparatus 7 Deposition chamber 8 Exhaust pipe 9 Injection nozzle 10 Substrate stage 11, 21, 31, 41, 51, 101 Substrate 12, 22, 32, 53 Impurity-containing AD layer 13 Raw material powder 33, 34 AD layer 42 First peeling sacrificial layer 43 Second peeling sacrificial layer 52 Metal layer 100 AD film 102 Bubble

Claims (38)

無機材料で形成された原料粉であって、加熱されることによりガスを発生する不純物を含有する前記原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾル状態とする工程(a)と、
エアロゾル状態の原料粉を基板に向けて吹き付けることにより、衝突の際に原料粉が変形及び/又は破砕することによって新たに生じる活性面を有する粒子同士を結合させて原料粉を堆積させ、前記基板上に不純物を含有する多結晶の構造物を形成する工程(b)と、
を具備する複合構造物の製造方法。
A raw material powder formed of an inorganic material, wherein the raw material powder containing impurities that generate gas by being heated is dispersed in a gas to form an aerosol state (a);
By spraying the raw material powder in an aerosol state toward the substrate, the raw material powder is newly deformed and / or crushed in the event of a collision so that particles having active surfaces newly generated are bonded together to deposit the raw material powder, Forming a polycrystalline structure containing impurities thereon (b);
A method for producing a composite structure comprising:
前記不純物が、カーボン又はカーボンを含有する化合物を含む、請求項1記載の複合構造物の製造方法。   The method for producing a composite structure according to claim 1, wherein the impurities include carbon or a compound containing carbon. 前記カーボンを含有する化合物が、アルキル化合物を含む、請求項2記載の複合構造物の製造方法。   The method for producing a composite structure according to claim 2, wherein the compound containing carbon includes an alkyl compound. 前記アルキル化合物が、C1836と、C1838と、C2040と、C2042と、C2244と、C2246と、C2450と、C2652と、C2856との内の少なくとも1つを含む、請求項3記載の複合構造物の製造方法。 The alkyl compound is C 18 H 36 , C 18 H 38 , C 20 H 40 , C 20 H 42 , C 22 H 44 , C 22 H 46 , C 24 H 50 , and C 26 H. The method for producing a composite structure according to claim 3, comprising at least one of 52 and C 28 H 56 . 前記原料粉中のカーボンの量が、重量で150ppmより多い、請求項2〜4のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法。   The method for producing a composite structure according to any one of claims 2 to 4, wherein the amount of carbon in the raw material powder is more than 150 ppm by weight. 工程(a)の前に、前記原料粉に前記不純物を添加する工程(a')をさらに具備する請求項1〜5のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法。   The method for producing a composite structure according to any one of claims 1 to 5, further comprising a step (a ') of adding the impurities to the raw material powder before the step (a). 工程(a)が、前記原料粉をエアロゾル状態とする際に、前記原料粉に前記不純物を添加することを含む、請求項1〜5のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法。   The manufacturing method of the composite structure of any one of Claims 1-5 including adding the said impurity to the said raw material powder, when a process (a) makes the said raw material powder into an aerosol state. 工程(a)が、エアロゾル状態の前記原料粉に対して前記不純物を添加することを含む、請求項1〜5のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法。   The manufacturing method of the composite structure of any one of Claims 1-5 in which a process (a) includes adding the said impurity with respect to the said raw material powder of an aerosol state. 工程(a)又は(a')が、時間の経過と共に前記不純物の含有量又は添加量を変化させることを含む、請求項1〜8のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法。   The method for producing a composite structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the step (a) or (a ') includes changing the content or addition amount of the impurities with time. 工程(a)又は(a')が、時間の経過と共に前記不純物の含有量又は添加量を減少させることを含む、請求項9記載の複合構造物の製造方法。   The method for producing a composite structure according to claim 9, wherein the step (a) or (a ′) includes reducing the content or addition amount of the impurities with time. 前記不純物が、カーボン又はカーボンを含有する化合物を含み、前記多結晶の構造物の形成開始時において、前記原料粉中のカーボン量が、重量で150ppmより多い、請求項10記載の複合構造物の製造方法。   11. The composite structure according to claim 10, wherein the impurity includes carbon or a compound containing carbon, and the amount of carbon in the raw material powder is more than 150 ppm by weight at the start of formation of the polycrystalline structure. Production method. 工程(a)又は(a')が、カーボンの粉体又はカーボンを含有する化合物の粉体を不純物として前記原料粉に混入させることを含む、請求項1〜11のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法。   The composite according to any one of claims 1 to 11, wherein the step (a) or (a ') includes mixing a powder of carbon or a powder of a compound containing carbon into the raw material powder as an impurity. Manufacturing method of structure. 工程(a)又は(a')が、カーボンの粉体又はカーボンを含有する化合物の粉体を不純物として前記原料粉の表面に付着させることを含む、請求項1〜11のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法。   The process (a) or (a ') includes attaching carbon powder or carbon-containing compound powder as impurities to the surface of the raw material powder. A method for manufacturing a composite structure. 工程(a)又は(a')が、前記原料粉を有機蒸気の雰囲気下に配置することにより不純物を添加することを含む、請求項1〜11のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法。   The manufacturing of the composite structure according to any one of claims 1 to 11, wherein the step (a) or (a ') includes adding impurities by disposing the raw material powder in an atmosphere of organic vapor. Method. 工程(a)又は(a')が、有機物を加熱することにより有機蒸気を発生することを含む、請求項14記載の複合構造物の製造方法。   The method for producing a composite structure according to claim 14, wherein step (a) or (a ′) includes generating organic vapor by heating the organic substance. 工程(a)又は(a')が、原料粉を有機溶剤に浸すことにより不純物を添加することを含む、請求項1〜11のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法。   The method for producing a composite structure according to any one of claims 1 to 11, wherein the step (a) or (a ') includes adding impurities by immersing the raw material powder in an organic solvent. 工程(b)の前に、前記基板上に金属材料の膜を形成する工程をさらに具備する請求項1〜16のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法。   The method of manufacturing a composite structure according to any one of claims 1 to 16, further comprising a step of forming a film of a metal material on the substrate before the step (b). 前記多結晶の構造物上に、直接又は間接的に、無機材料によって形成された第2の多結晶の構造物を形成する工程(c)をさらに具備する請求項1〜17のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法。   18. The method according to claim 1, further comprising a step (c) of directly or indirectly forming a second polycrystalline structure formed of an inorganic material on the polycrystalline structure. The manufacturing method of the composite structure of description. 工程(c)に先立って、前記第1の多結晶の構造物上に金属材料の膜を形成する工程をさらに具備する請求項18記載の複合構造物の製造方法。   19. The method of manufacturing a composite structure according to claim 18, further comprising a step of forming a metal material film on the first polycrystalline structure prior to the step (c). 請求項1〜19のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法に具備されている複数の工程と、
前記複合構造物を加熱することにより、少なくとも前記多結晶の構造物を前記基板から剥離する工程と、
を具備する構造物の製造方法。
A plurality of steps included in the method for producing a composite structure according to any one of claims 1 to 19,
Peeling the at least the polycrystalline structure from the substrate by heating the composite structure;
The manufacturing method of the structure which comprises this.
前記基板から剥離された少なくとも前記多結晶の構造物を熱処理する工程をさらに具備する請求項20記載の構造物の製造方法。   21. The structure manufacturing method according to claim 20, further comprising a step of heat-treating at least the polycrystalline structure peeled from the substrate. 請求項1〜19のいずれか1項記載の複合構造物の製造方法に具備されている複数の工程と、
前記複合構造物を加熱することにより、少なくとも前記多結晶の構造物を熱処理しながら前記基板から剥離する工程と、
を具備する構造物の製造方法。
A plurality of steps included in the method for producing a composite structure according to any one of claims 1 to 19,
Peeling the substrate from the substrate while heat-treating at least the polycrystalline structure by heating the composite structure;
The manufacturing method of the structure which comprises this.
原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾル状態とするエアロゾル生成手段と、
原料粉に添加される不純物であって、加熱されることによりガスを発生する前記不純物を、前記エアロゾル生成手段に供給する不純物供給手段と、
前記エアロゾル生成手段によってエアロゾル状態とされた原料粉を基板に向けて吹き付けることにより、基板上に原料粉を堆積させる噴射ノズルと、
を具備する成膜装置。
Aerosol generating means for making an aerosol state by dispersing raw material powder with gas,
Impurity supply means for supplying impurities to the aerosol generation means, which are impurities added to the raw material powder and generate gas when heated.
An injection nozzle for depositing the raw material powder on the substrate by spraying the raw material powder in the aerosol state by the aerosol generating means toward the substrate;
A film forming apparatus comprising:
前記不純物が、カーボン又はカーボンを含有する化合物を含む、請求項23記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 23, wherein the impurity includes carbon or a compound containing carbon. 前記カーボンを含有する化合物が、アルキル化合物を含む、請求項24記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 24, wherein the compound containing carbon includes an alkyl compound. 前記アルキル化合物が、C1836と、C1838と、C2040と、C2042と、C2244と、C2246と、C2450と、C2652と、C2856との内の少なくとも1つを含む、請求項25記載の成膜装置。 The alkyl compound is C 18 H 36 , C 18 H 38 , C 20 H 40 , C 20 H 42 , C 22 H 44 , C 22 H 46 , C 24 H 50 , and C 26 H. The film forming apparatus according to claim 25, comprising at least one of 52 and C 28 H 56 . 前記不純物供給手段によって供給される不純物の量を経時的に変化させる制御手段をさらに具備する請求項23〜26のいずれか1項記載の成膜装置。   27. The film forming apparatus according to claim 23, further comprising control means for changing the amount of impurities supplied by the impurity supply means over time. 基板と、
エアロゾルデポジション法を用いて、無機材料で形成された原料粉を前記基板に向けて吹き付けて原料粉を下層に衝突させることにより、衝突の際に原料粉が変形及び/又は破砕することによって新たに生じる活性面を有する粒子同士を結合させて原料粉を堆積させることによって、前記基板上に直接又は間接的に形成された多結晶の構造物であって、加熱されることによりガスを発生する不純物として、重量で150ppmより多いカーボンを含有する前記多結晶の構造物と、
を具備する複合構造物。
A substrate,
Using the aerosol deposition method, the raw material powder formed of an inorganic material is sprayed toward the substrate to cause the raw material powder to collide with the lower layer, so that the raw material powder is deformed and / or crushed at the time of collision. A polycrystalline structure formed directly or indirectly on the substrate by bonding particles having active surfaces generated in the substrate and depositing raw material powder, which generates gas when heated. The polycrystalline structure containing more than 150 ppm carbon by weight as impurities; and
A composite structure comprising:
基板と、
エアロゾルデポジション法を用いて、無機材料で形成された原料粉を前記基板に向けて吹き付けて原料粉を下層に衝突させることにより、衝突の際に原料粉が変形及び/又は破砕することによって新たに生じる活性面を有する粒子同士を結合させて原料粉を堆積させることによって、前記基板上に直接又は間接的に形成された多結晶の構造物であって、加熱されることによりガスを発生する不純物を含有し、前記不純物の濃度が前記基板からの距離に応じて変化するように形成されている前記多結晶の構造物と、
を具備する複合構造物。
A substrate,
Using the aerosol deposition method, the raw material powder formed of an inorganic material is sprayed toward the substrate to cause the raw material powder to collide with the lower layer, so that the raw material powder is deformed and / or crushed at the time of collision. A polycrystalline structure formed directly or indirectly on the substrate by bonding particles having active surfaces generated in the substrate and depositing raw material powder, which generates gas when heated. The polycrystalline structure containing impurities and formed such that the concentration of the impurities varies according to the distance from the substrate;
A composite structure comprising:
前記不純物が、カーボン又はカーボンを含有する化合物を含む、請求項28又は29記載の複合構造物。   30. The composite structure according to claim 28 or 29, wherein the impurities include carbon or a compound containing carbon. 前記カーボンを含有する化合物が、アルキル化合物を含む、請求項30記載の複合構造物。   The composite structure according to claim 30, wherein the compound containing carbon includes an alkyl compound. 前記アルキル化合物が、C1836と、C1838と、C2040と、C2042と、C2244と、C2246と、C2450と、C2652と、C2856との内の少なくとも1つを含む、請求項31記載の複合構造物。 The alkyl compound is C 18 H 36 , C 18 H 38 , C 20 H 40 , C 20 H 42 , C 22 H 44 , C 22 H 46 , C 24 H 50 , and C 26 H. and 52, including at least one of the C 28 H 56, claim 31 composite structure according. 前記多結晶の構造物において、前記基板側の界面における前記不純物の濃度が、前記基板とは反対側の界面における前記不純物の濃度よりも高い、請求項29〜32のいずれか1項記載の複合構造物。   33. The composite according to claim 29, wherein, in the polycrystalline structure, the concentration of the impurity at the interface on the substrate side is higher than the concentration of the impurity at the interface on the side opposite to the substrate. Structure. 前記多結晶の構造物中のカーボン量が、前記基板側の界面において、重量で150ppmより多い、請求項33記載の複合構造物。   34. The composite structure according to claim 33, wherein the amount of carbon in the polycrystalline structure is greater than 150 ppm by weight at the interface on the substrate side. 基板と、
エアロゾルデポジション法を用いて、無機材料で形成された原料粉を前記基板に向けて吹き付けて原料粉を下層に衝突させることにより、衝突の際に原料粉が変形及び/又は破砕することによって新たに生じる活性面を有する粒子同士を結合させて原料粉を堆積させることによって、前記基板上に直接又は間接的に形成された第1の多結晶の構造物であって、加熱されることによりガスを発生する不純物として、重量で150ppmより多いカーボンを含有する前記第1の多結晶の構造物と、
エアロゾルデポジション法を用いて、無機材料で形成された原料粉を前記第1の多結晶の構造物に向けて吹き付けて原料粉を下層に衝突させることにより、前記第1の多結晶の構造物上に直接又は間接的に形成された第2の多結晶の構造物と、
を具備する複合構造物。
A substrate,
Using the aerosol deposition method, the raw material powder formed of an inorganic material is sprayed toward the substrate to cause the raw material powder to collide with the lower layer, so that the raw material powder is deformed and / or crushed at the time of collision. The first polycrystalline structure formed directly or indirectly on the substrate by bonding the particles having active surfaces generated in the substrate and depositing the raw material powder, and the gas is generated by heating. The first polycrystalline structure containing more than 150 ppm by weight of carbon as impurities that generate
Using the aerosol deposition method, the raw material powder formed of an inorganic material is sprayed toward the first polycrystalline structure to cause the raw material powder to collide with the lower layer, whereby the first polycrystalline structure A second polycrystalline structure formed directly or indirectly thereon;
A composite structure comprising:
前記多結晶の構造物と前記第2の多結晶の構造物との間に形成された金属材料の膜をさらに具備する請求項35記載の複合構造物。   36. The composite structure according to claim 35, further comprising a film of a metal material formed between the polycrystalline structure and the second polycrystalline structure. 前記基板と前記多結晶との間に形成された金属材料の膜をさらに具備する請求項28〜36のいずれか1項記載の複合構造物。   37. The composite structure according to any one of claims 28 to 36, further comprising a film of a metal material formed between the substrate and the polycrystal. 前記無機材料が、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、PLZT(ランタンドープチタン酸ジルコン酸鉛)、TiBaO(チタン酸バリウム)、又は、Al(酸化アルミニウム)である、請求項28〜37のいずれか1項記載の複合構造物。 The inorganic material is PZT (lead zirconate titanate), PLZT (lead lanthanum zirconate titanate), TiBaO 3 (barium titanate), or Al 2 O 3 (aluminum oxide). 37. The composite structure according to any one of 37.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003119574A (en) * 2001-10-11 2003-04-23 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Composite structure, manufacturing method therefor, and brittle-material particle for forming composite structure
JP2004285447A (en) * 2003-03-24 2004-10-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method and apparatus for manufacturing composite structure
JP2005113261A (en) * 2003-09-17 2005-04-28 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Aerosol generator, apparatus for forming composite structure, aerosol generating method, and method of forming composite structure
JP2005120440A (en) * 2003-10-17 2005-05-12 Fuji Photo Film Co Ltd Method for producing structure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003119574A (en) * 2001-10-11 2003-04-23 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Composite structure, manufacturing method therefor, and brittle-material particle for forming composite structure
JP2004285447A (en) * 2003-03-24 2004-10-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method and apparatus for manufacturing composite structure
JP2005113261A (en) * 2003-09-17 2005-04-28 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Aerosol generator, apparatus for forming composite structure, aerosol generating method, and method of forming composite structure
JP2005120440A (en) * 2003-10-17 2005-05-12 Fuji Photo Film Co Ltd Method for producing structure

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