JP2008150254A - Manufacturing method of perovskite type composite oxide film containing titanium - Google Patents

Manufacturing method of perovskite type composite oxide film containing titanium Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a perovskite type composite oxide film containing titanium which requires no complex and bulky facilities and allows easy control of the content of A site metal elements contained in the composite oxide film containing titanium. <P>SOLUTION: This is a manufacturing method of a perovskite type composite oxide film containing titanium represented by the general formula ATiO<SB>3</SB>(A site represents two or more metal elements selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba, and Pb), and contains a process in which a perovskite type composite oxide film containing titanium is formed on the surface of a substrate containing titanium by reacting under atmospheric or reduced pressure, a basic compound which becomes a gas by at least a means of evaporation, sublimation, and thermal decomposition, and a solution containing two or more ions of the metal elements of A site, and a process in which the basic compound is removed from the composite oxide film as a gas by at least a means of evaporation, sublimation, and thermal decomposition. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法、並びに、そのような製造方法を用いて作製された複合酸化物膜を含む複合体、そのような複合体を含む誘電材料及び圧電材料、これらの材料を用いたコンデンサ及び圧電素子、これらの電子部品を備えた電子機器に関する。   The present invention relates to a method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film, a composite including a composite oxide film produced by using such a manufacturing method, a dielectric material including such a composite, and a piezoelectric material. The present invention relates to a capacitor and a piezoelectric element using these materials, and an electronic apparatus including these electronic components.

一般式ABOで表されるペロブスカイト型の結晶構造を有するチタン含有複合酸化物は、誘電性や圧電性、焦電性などの電気特性に優れているため、様々な電子部品の材料に用いられている。例えば、ペロブスカイト型のチタン含有複合酸化物は、その高い誘電性を利用することによって、積層セラミクスコンデンサを始めとする様々なキャパシタや、誘電体フィルタ、誘電体アンテナ、誘電体共振器、誘電体デュプレクサ、キャパシタ、フェイズシフタなどの誘電材料として用いられている。また、ペロブスカイト型のチタン含有複合酸化物は、その圧電性を利用することによって、積層圧電アクチュエータなどの圧電材料として用いられている。さらに、ペロブスカイト型のチタン含有複合酸化物は、様々な分野への応用が試みられている。 Titanium-containing composite oxides having a perovskite crystal structure represented by the general formula ABO 3 are excellent in electrical properties such as dielectric properties, piezoelectricity, pyroelectricity, etc., and are therefore used in various electronic component materials. ing. For example, perovskite-type titanium-containing composite oxides use various dielectrics such as multilayer ceramic capacitors, dielectric filters, dielectric antennas, dielectric resonators, and dielectric duplexers by utilizing their high dielectric properties. It is used as a dielectric material for capacitors, phase shifters, etc. Perovskite-type titanium-containing composite oxides are used as piezoelectric materials for laminated piezoelectric actuators and the like by utilizing their piezoelectricity. Further, perovskite-type titanium-containing composite oxides have been tried to be applied to various fields.

また、一般式(A1A21−X)BO(A1,A2は、Ca,Sr,Ba,Pbの中から選ばれる何れかの金属元素を表す。(但し、0<X<1)で表されるチタン含有複合酸化物は、AサイトにA1,A2原子、BサイトにTiを含むペロブスカイト型の結晶構造を有している。この場合、A1原子とA2原子の固溶比(組成比)の違いによって、様々な電気特性を示すことが知られている。 Further, the general formula (A1 X A2 1-X ) BO 3 (A1, A2 represents any metal element selected from Ca, Sr, Ba, Pb, where 0 <X <1). The titanium-containing composite oxide represented has a perovskite-type crystal structure containing A1 and A2 atoms at the A site and Ti at the B site, in which case the solid solution ratio (composition ratio) of the A1 atoms and A2 atoms ) Are known to exhibit various electrical characteristics.

例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)は、高い誘電率を示す一方で、温度依存性が大きい。そこで、Ca,Sr,Ba,Pbなどのシフターと呼ばれる金属元素をAサイトに添加する。これにより得られたペロブスカイト型のチタン含有複合酸化物は、キュリー点を低温側にシフトさせたり、第二相転移点を高温側にシフトさせたりすることができる。さらに、このようなペロブスカイト型のチタン含有複合酸化物を用いたセラミクスコンデンサでは、室温付近での誘電率を高めたり、静電容量の温度依存性をブロード化させたりすることもできる。 For example, barium titanate (BaTiO 3 ) exhibits a high dielectric constant while having a large temperature dependency. Therefore, a metal element called a shifter such as Ca, Sr, Ba, Pb or the like is added to the A site. The perovskite-type titanium-containing composite oxide thus obtained can shift the Curie point to the low temperature side or shift the second phase transition point to the high temperature side. Furthermore, in a ceramic capacitor using such a perovskite-type titanium-containing composite oxide, the dielectric constant near room temperature can be increased, and the temperature dependence of capacitance can be broadened.

このようなチタン含有複合酸化物は、例えば、チタン酸バリウムの粉に、Ca,Sr,Ba,Pbなどの金属元素を含む酸化物を添加し、焼成することによって製造することができる。しかしながら、このような製造方法は、厚膜プロセスとなるため、実用的には膜厚が1μm以上のチタン含有複合酸化物膜しか得られない。コンデンサの静電容量は、誘電体の比誘電率に比例し、誘電体の厚みに反比例する。したがって、コンデンサの小型化及び大容量化を図るためには、上述したチタン含有複合酸化物膜の膜厚を薄くする必要がある。   Such a titanium-containing composite oxide can be produced, for example, by adding an oxide containing a metal element such as Ca, Sr, Ba, and Pb to a powder of barium titanate and baking it. However, since such a manufacturing method is a thick film process, only a titanium-containing composite oxide film having a film thickness of 1 μm or more can be obtained practically. The capacitance of the capacitor is proportional to the dielectric constant of the dielectric and inversely proportional to the thickness of the dielectric. Therefore, in order to reduce the size and increase the capacity of the capacitor, it is necessary to reduce the thickness of the titanium-containing composite oxide film.

また、チタン含有複合酸化物膜の成膜方法としては、MOCVD法や、スパッター法、イオンビーム法などがある。しかしながら、何れの成膜方法も、沸点や気化速度が原料により異なるため、上述した(A1A21−X)BOで表されるペロブスカイト型のチタン含有複合酸化物膜を製造する場合において、A1,A2原子の組成比を厳密に制御することは困難である。 As a method for forming a titanium-containing composite oxide film, there are an MOCVD method, a sputtering method, an ion beam method, and the like. However, in any of the film forming methods, since the boiling point and the vaporization rate differ depending on the raw material, in the case of manufacturing the perovskite type titanium-containing composite oxide film represented by (A1 X A2 1-X ) BO 3 described above, It is difficult to strictly control the composition ratio of A1 and A2 atoms.

また、チタン含有複合酸化物膜の成膜方法としては、塗布法やディップ法などを用いた湿式の薄膜形成方法がある。このような湿式の薄膜形成方法では、複合酸化物膜中の金属組成の割合を制御しやすいといった利点がある。しかしながら、この製造方法の場合、塗布剤の調製や均一な膜厚とするための装置などが必要となる。また、塗布膜は複合酸化物の前駆体であり、この塗布膜を複合酸化物膜とするためには、乾燥や焼成などの工程が必要となる。   In addition, as a method for forming a titanium-containing composite oxide film, there is a wet thin film forming method using a coating method, a dipping method, or the like. Such a wet thin film forming method has an advantage that the ratio of the metal composition in the composite oxide film can be easily controlled. However, in the case of this manufacturing method, an apparatus for preparing a coating agent and obtaining a uniform film thickness is required. Further, the coating film is a precursor of a complex oxide, and in order to make this coating film a complex oxide film, steps such as drying and baking are required.

そこで、チタンを含有する基体に、A1,A2の金属元素のイオンを含む溶液を反応させることによって、この基体表面にチタン含有複合酸化物膜を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献1〜3及び非特許文献1を参照)。   Therefore, a method for forming a titanium-containing composite oxide film on the surface of the substrate by reacting a substrate containing titanium with a solution containing ions of the metal elements A1 and A2 has been proposed (for example, Patent Documents). 1-3 and nonpatent literature 1).

具体的に、特許文献1、2には、バリウムイオン、ストロンチウムイオンを含む強アルカリ性水溶液中で金属チタン基材を化成処理することでチタン酸バリウムストロンチウム薄膜を形成する技術が開示されている。一方、特許文献3には、金属チタンの基体をアルカリ金属の水溶液中で処理して基体表面にアルカリ金属のチタン酸塩を形成した後、ストロンチウム、カルシウム等の金属イオンを含む水溶液で処理し、アルカリ金属をストロンチウム、カルシウム等の金属に置換することによって複合チタン酸化被膜を形成する技術が開示されている。一方、非特許文献1には、水熱電気化学法によりチタン酸バリウム薄膜を得る技術が開示されている。
特開昭60−116119号公報 特開昭61−30678号公報 特開2003−206135号公報 特開平5−124817号公報 Journal of the European Ceramic Society,Vol.19,1999,1365-1368
Specifically, Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for forming a barium strontium titanate thin film by subjecting a metal titanium substrate to chemical conversion treatment in a strong alkaline aqueous solution containing barium ions and strontium ions. On the other hand, in Patent Document 3, a metal titanium substrate is treated in an alkali metal aqueous solution to form an alkali metal titanate on the surface of the substrate, and then treated with an aqueous solution containing metal ions such as strontium and calcium. A technique for forming a composite titanium oxide film by replacing an alkali metal with a metal such as strontium or calcium is disclosed. On the other hand, Non-Patent Document 1 discloses a technique for obtaining a barium titanate thin film by a hydrothermal electrochemical method.
JP 60-116119 A Japanese Patent Laid-Open No. 61-30678 JP 2003-206135 A Japanese Patent Laid-Open No. 5-124817 Journal of the European Ceramic Society, Vol. 19, 1999, 1365-1368

しかしながら、特許文献1、2に開示されている方法では、アルカリとしてKOHを用いており、このKOHの除去には一般に水洗が用いられる。しかしながら、この方法の場合、水洗によりKOHを完全に除去することは不可能のため、除去されずに残ったKOHが電気特性に悪影響を与えることになる。また、この方法の場合、BaとSrの濃度が高いため、洗浄が困難となり、非経済的である。一方、特許文献3に開示されている方法では、チタン酸カリウムを形成した後、チタン酸バリウムストロンチウムを形成するため、工程が複雑となる。また、カリウムイオンが残存してしまうため、この場合も電気特性に悪影響を与えることになる。一方、非特許文献1に開示されている方法では、水熱電気化学法を実施するための特殊な設備が必要となる。   However, in the methods disclosed in Patent Documents 1 and 2, KOH is used as an alkali, and water washing is generally used for the removal of KOH. However, in this method, it is impossible to completely remove KOH by washing with water, and thus KOH remaining without being removed will adversely affect electrical characteristics. In this method, since the concentrations of Ba and Sr are high, cleaning becomes difficult and uneconomical. On the other hand, in the method disclosed in Patent Document 3, since potassium titanate is formed and then barium strontium titanate is formed, the process becomes complicated. In addition, since potassium ions remain, the electrical characteristics are adversely affected in this case. On the other hand, the method disclosed in Non-Patent Document 1 requires special equipment for carrying out the hydrothermal electrochemical method.

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、複雑で大掛かりな設備を必要とせず、チタン含有複合酸化物膜中に含まれるAサイトの金属元素の含有比率を容易に制御することができるペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法を提供することを目的とする。
並びに、本発明は、そのような製造方法を用いて作製されたペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜を含む複合体、そのような複合体を含む誘電材料及び圧電材料、これらの材料を用いたコンデンサ及び圧電素子、これらの電子部品を備えた電子機器を提供することを目的とする。
The present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and does not require complicated and large-scale equipment, and the content ratio of the metal element at the A site contained in the titanium-containing composite oxide film is easy. It is an object of the present invention to provide a method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film that can be controlled to a high level.
In addition, the present invention provides a composite including a perovskite-type titanium-containing composite oxide film manufactured using such a manufacturing method, a dielectric material and a piezoelectric material including such a composite, and a capacitor using these materials An object of the present invention is to provide a piezoelectric element and an electronic apparatus including these electronic components.

本発明は、以下の手段を提供する。
(1) 一般式ATiO(Aサイトは、Ca,Sr,Ba,Pbの中から選ばれる2つ以上の金属元素を表す。)で表されるペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法であって、チタンを含む基体に、大気圧下又は減圧下で、蒸発、昇華、熱分解のうちの少なくとも一つの手段で気体となる塩基性化合物と、Aサイトの2つ以上の金属元素のイオンとを含む溶液を反応させて、基体表面にチタン含有複合酸化物膜を形成する工程と、蒸発、昇華、熱分解のうちの少なくとも一つの手段で塩基性化合物を気体として複合酸化物膜から除去する工程とを含むペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。
(2) 基体表面にチタン含有複合酸化物膜を形成する工程の前に、基体表面の酸化被膜を除去する工程を含む前項(1)に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。
(3) 酸化被膜を化学エッチング又は電解エッチングによって除去する前項(2)に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。
(4) エッチング液としてフッ酸を用いる前項(3)に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。
(5) 溶液中に含まれる全てのAサイトの金属元素のイオン濃度の合計が0.001〜0.5mol/Lである前項(1)乃至(4)の何れか一項に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。
(6) 溶液のpHが11以上である前項(1)乃至(5)の何れか一項に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。
(7) 塩基性化合物が有機塩基化合物である前項(1)乃至(6)の何れか一項に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。
(8) 有機塩基化合物が水酸化テトラメチルアンモニウムである前項(7)に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。
(9) 基体に溶液を40℃以上で反応させる前項(1)乃至(8)の何れか一項に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。
(10) 基体が厚み5〜300μmの箔である前項(1)乃至(9)の何れか一項に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。
(11) 基体が平均粒径0.1〜20μmの粒子を焼結した焼結体である前項(1)乃至(10)の何れか一項に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。
(12) 基体と、この基体の表面に前項(1)乃至(11)の何れか一項に記載の製造方法を用いて形成されたペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜とを備える複合体。
(13) 前項(12)に記載の複合体を含む誘電材料。
(14) 前項(12)に記載の複合体を含む圧電材料。
(15) 前項(13)に記載の誘電材料を含むコンデンサ。
(16) 前項(14)に記載の圧電材料を含む圧電素子。
(17) 前項(15)に記載のコンデンサを含む電子機器。
(18) 前項(16)に記載の圧電素子を含む電子機器。
The present invention provides the following means.
(1) A method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film represented by the general formula ATiO 3 (A site represents two or more metal elements selected from Ca, Sr, Ba, and Pb). A basic compound that becomes a gas by at least one of evaporation, sublimation, and thermal decomposition under atmospheric pressure or reduced pressure, and ions of two or more metal elements at the A site. And a step of forming a titanium-containing composite oxide film on the surface of the substrate, and removing the basic compound as a gas from the composite oxide film by at least one of evaporation, sublimation, and thermal decomposition. A method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film.
(2) The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to (1) above, which includes a step of removing the oxide film on the surface of the substrate before the step of forming the titanium-containing composite oxide film on the surface of the substrate.
(3) The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film as described in (2) above, wherein the oxide film is removed by chemical etching or electrolytic etching.
(4) The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film as described in (3) above, wherein hydrofluoric acid is used as an etching solution.
(5) The perovskite type according to any one of (1) to (4), wherein the total ion concentration of metal elements at all A sites contained in the solution is 0.001 to 0.5 mol / L. A method for producing a titanium-containing composite oxide film.
(6) The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to any one of (1) to (5), wherein the pH of the solution is 11 or more.
(7) The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to any one of (1) to (6), wherein the basic compound is an organic basic compound.
(8) The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film as described in (7) above, wherein the organic base compound is tetramethylammonium hydroxide.
(9) The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to any one of (1) to (8), wherein the solution is reacted with the substrate at 40 ° C. or higher.
(10) The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to any one of (1) to (9), wherein the substrate is a foil having a thickness of 5 to 300 μm.
(11) Production of perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to any one of (1) to (10), wherein the substrate is a sintered body obtained by sintering particles having an average particle size of 0.1 to 20 μm. Method.
(12) A composite comprising a base and a perovskite-type titanium-containing composite oxide film formed on the surface of the base using the manufacturing method according to any one of (1) to (11).
(13) A dielectric material comprising the composite according to the above item (12).
(14) A piezoelectric material comprising the composite according to (12).
(15) A capacitor including the dielectric material according to (13).
(16) A piezoelectric element including the piezoelectric material according to (14).
(17) An electronic device including the capacitor according to (15).
(18) An electronic device including the piezoelectric element according to (16).

以上のように、本発明では、溶液中に含まれるAサイトの金属元素の含有比率を制御することによって、基体表面に形成されるチタン含有複合酸化物膜中に含まれるAサイトの金属元素の含有比率を容易に制御することができる。したがって、このような製造方法より得られたペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜では、キュリー点を低温側にシフトさせたり、第二相転移点を高温側にシフトさせたりすることができる。また、このようなペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜を用いたコンデンサにおいて、室温付近での誘電率を高めたり、静電容量の温度依存性をブロード化させたり、耐電圧を向上させたりすることができる。また、本発明では、そのような様々な電気特性を示すペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜を用いることによって、様々な用途に応じたコンデンサや圧電素子などの電子部品を提供することができる。   As described above, in the present invention, by controlling the content ratio of the A-site metal element contained in the solution, the A-site metal element contained in the titanium-containing composite oxide film formed on the substrate surface is controlled. The content ratio can be easily controlled. Therefore, in the perovskite-type titanium-containing composite oxide film obtained by such a manufacturing method, the Curie point can be shifted to the low temperature side, and the second phase transition point can be shifted to the high temperature side. In addition, in a capacitor using such a perovskite-type titanium-containing composite oxide film, increase the dielectric constant near room temperature, broaden the temperature dependence of capacitance, or improve the withstand voltage. Can do. Further, in the present invention, electronic components such as capacitors and piezoelectric elements according to various applications can be provided by using the perovskite type titanium-containing composite oxide film exhibiting such various electrical characteristics.

また、本発明では、チタンを含む基体に予め調製された溶液を反応させるという極めて簡単な方法でペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜を形成することができるため、複雑で大掛かりな設備を必要とせずに、そのようなペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜を安価に製造することができる。したがって、本発明によれば、そのようなペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜を含む複合体、そのような複合体を含む誘電材料及び圧電材料、これらの材料を用いたコンデンサ及び圧電素子、これらの電子部品を備えた電子機器も安価に提供することができる。   Further, in the present invention, the perovskite-type titanium-containing composite oxide film can be formed by a very simple method of reacting a solution prepared in advance with a substrate containing titanium, so that complicated and large-scale equipment is not required. In addition, such a perovskite-type titanium-containing composite oxide film can be manufactured at low cost. Therefore, according to the present invention, a composite including such a perovskite-type titanium-containing composite oxide film, a dielectric material and a piezoelectric material including such a composite, a capacitor and a piezoelectric element using these materials, these Electronic equipment provided with electronic components can also be provided at low cost.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for convenience, and the dimensional ratios of the respective components are the same as the actual ones. Not exclusively.

本発明を適用した複合酸化物膜の製造方法は、一般式ATiO(Aサイトは、Ca、Sr、Ba、Pbの中から選ばれる2つ以上の金属元素を表す。)で表されるペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜を製造する際に、チタンを含む基体に、大気圧下又は減圧下で、蒸発、昇華、熱分解のうちの少なくとも一つの手段で気体となる塩基性化合物と、Aサイトの2つ以上の金属元素のイオンとを含む溶液を反応させて、基体表面にチタン含有複合酸化物膜を形成する第1の工程と、蒸発、昇華、熱分解のうちの少なくとも一つの手段で塩基性化合物を気体として複合酸化物膜から除去する第2の工程とを含むことを特徴としたものである。 A method for producing a composite oxide film to which the present invention is applied has a perovskite represented by the general formula ATiO 3 (A site represents two or more metal elements selected from Ca, Sr, Ba, and Pb). A basic compound that becomes a gas by at least one of evaporation, sublimation, and pyrolysis under atmospheric pressure or reduced pressure on a substrate containing titanium when producing a titanium-containing composite oxide film; A first step of reacting a solution containing ions of two or more metal elements on the site to form a titanium-containing composite oxide film on the surface of the substrate; and at least one means of evaporation, sublimation, and thermal decomposition And a second step of removing the basic compound as a gas from the composite oxide film.

具体的に、本発明に用いられる基体については、その表面にチタンを含むものであれば特に制限されるものではなく、基体全体がチタン又はチタンを含む合金で形成されたもの、或いは、基体表面にチタンを含む層が形成されたものなどを用いることができる。また、基体表面にチタンを含む層を形成する場合、その基体の材質については特に制限されるものではなく、チタンと同一又は異なる金属からなるものなどを用いることができる。さらに、基体の材質については、その用途に応じて適宜選択することができ、例えば導電体や半導体、絶縁体などを用いることができる。具体的な用途として、コンデンサに用いて好適な基体の材質については、例えば導電体であるチタン又はチタンを含む合金などを挙げることができる。このような導電体からなる基体の上に、誘電体である複合酸化物膜を形成することで、基体をコンデンサの電極としてそのまま使用することができる。   Specifically, the substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it contains titanium on its surface, and the entire substrate is formed of titanium or an alloy containing titanium, or the substrate surface. In addition, a layer in which a layer containing titanium is formed can be used. When a layer containing titanium is formed on the surface of the substrate, the material of the substrate is not particularly limited, and a material made of the same or different metal from titanium can be used. Furthermore, the material of the substrate can be appropriately selected according to the application, and for example, a conductor, a semiconductor, an insulator, or the like can be used. Specific examples of the base material suitable for use in the capacitor include titanium as a conductor or an alloy containing titanium. By forming a complex oxide film as a dielectric on a substrate made of such a conductor, the substrate can be used as it is as an electrode of a capacitor.

基体表面にチタンを含む層を形成する方法については、特に制限されるものではなく、例えば、スパッタリング法やプラズマ蒸着法等の乾式プロセス、又は、ゾル−ゲル法やめっき法等の湿式プロセスなどを用いることができる。このうち、低コスト製造の観点からは湿式プロセスを用いることが好ましい。   The method for forming a layer containing titanium on the surface of the substrate is not particularly limited. For example, a dry process such as a sputtering method or a plasma deposition method, or a wet process such as a sol-gel method or a plating method is used. Can be used. Among these, it is preferable to use a wet process from the viewpoint of low-cost manufacturing.

基体の形状については、特に制限はなく、例えば板状や箔状のものなどを挙げることができる。更に、基体表面が平滑でないものを使用することもできる。ここで、コンデンサの小型及び軽量化の観点からは、基体の単位質量当たりの表面積が大きいほど、この基体表面に対する複合酸化物膜の割合が増すため有利となる。このような観点から、基体の形状については、箔状のものが好ましい。   There is no restriction | limiting in particular about the shape of a base | substrate, For example, a plate shape, foil shape, etc. can be mentioned. Further, a substrate whose surface is not smooth can be used. Here, from the viewpoint of reducing the size and weight of the capacitor, the larger the surface area per unit mass of the substrate, the more advantageous the ratio of the composite oxide film to the surface of the substrate. From such a viewpoint, the substrate is preferably a foil.

基体の厚みは、5〜300μmであることが好ましい。基体の厚みが5μm未満になると、薄くなり過ぎてしまい扱いにくくなる(例えば、複合酸化物膜を形成する際に、基体に損傷を与えたり、基体が反応液中に浮遊して複合酸化物膜が均一に形成しにくいなどの不都合が生じる。)。一方、基体の厚みが300μmを超えると、電子部品の小型化に適さなくなる。したがって、基体の厚みは、5〜300μmの範囲が好ましく、より好ましくは5〜100μmの範囲であり、更に好ましくは5〜30μmの範囲である。   The thickness of the substrate is preferably 5 to 300 μm. If the thickness of the substrate is less than 5 μm, the substrate becomes too thin and difficult to handle (for example, when forming a complex oxide film, the substrate is damaged or the substrate floats in the reaction solution, resulting in a complex oxide film. Inconvenience such as difficult to form uniformly). On the other hand, if the thickness of the substrate exceeds 300 μm, it is not suitable for downsizing of electronic components. Therefore, the thickness of the substrate is preferably in the range of 5 to 300 μm, more preferably in the range of 5 to 100 μm, and still more preferably in the range of 5 to 30 μm.

また、基体には、微粒子の焼結体を用いることができる。この場合、微粒子の平均粒径は0.1〜20μmであることが好ましい。微粒子の平均粒径が0.1μm未満であると、凝集しやすくなって扱いにくくなる。一方、微粒子の平均粒径が20μmを超えると、電子部品の小型化に適さなくなる。したがって、微粒子の平均粒径は、0.1〜20μmであることが好ましく、より好ましくは1〜10μmである。また、このような微粒子の焼結体としては、チタン又はチタンを含む合金からなる微粒子の焼結体を用いることが好ましい。   A fine particle sintered body can be used for the substrate. In this case, the average particle diameter of the fine particles is preferably 0.1 to 20 μm. If the average particle size of the fine particles is less than 0.1 μm, the particles are likely to aggregate and become difficult to handle. On the other hand, if the average particle size of the fine particles exceeds 20 μm, it is not suitable for downsizing of electronic parts. Therefore, the average particle size of the fine particles is preferably 0.1 to 20 μm, more preferably 1 to 10 μm. Further, as such a fine particle sintered body, it is preferable to use a fine particle sintered body made of titanium or an alloy containing titanium.

通常、基体の表面には、自然酸化や熱酸化等により安定な酸化被膜が形成されている。そして、この酸化被膜には、厚い加工変質層が存在する。本発明の複合酸化物膜の製造方法では、後述する第1の工程の前に、このような酸化被膜を基体表面から予め除去しておくことが好ましい。基体表面から酸化被膜を除去し、この基体表面を活性化することによって、後述する第1の工程での基板表面と溶液との反応を促進させることができ、その結果、基体表面に膜厚が均一に制御された複合酸化物膜を形成することができる。   Usually, a stable oxide film is formed on the surface of the substrate by natural oxidation or thermal oxidation. This oxide film has a thick work-affected layer. In the method for producing a composite oxide film of the present invention, it is preferable to remove such an oxide film from the substrate surface in advance before the first step described later. By removing the oxide film from the substrate surface and activating the substrate surface, the reaction between the substrate surface and the solution in the first step to be described later can be promoted. A uniformly controlled composite oxide film can be formed.

酸化被膜を除去する方法については、特に制限されるものではなく、例えば、化学エッチング法や電解エッチング法などのエッチング法を用いることができる。また、エッチングの際に用いられるエッチング液としては、特に基体がチタン又はチタンを含む合金からなる場合、フッ酸を用いることが好ましい。エッチング量は、1〜5000nmの範囲が好ましく、より好ましくは10〜100nmの範囲である。これにより、チタンを含む基体の表面から酸化被膜を完全に除去することができる。なお、エッチング量は、エッチング液の濃度や、温度、処理時間などを適宜調整することによって制御することが可能である。また、エッチング液には、エッチング量をコントロールするため、例えば、硝酸や、酢酸、エチレングリコールなどを適宜添加することもできる。   The method for removing the oxide film is not particularly limited, and for example, an etching method such as a chemical etching method or an electrolytic etching method can be used. As an etchant used for etching, hydrofluoric acid is preferably used particularly when the substrate is made of titanium or an alloy containing titanium. The etching amount is preferably in the range of 1 to 5000 nm, more preferably in the range of 10 to 100 nm. Thereby, the oxide film can be completely removed from the surface of the substrate containing titanium. Note that the etching amount can be controlled by appropriately adjusting the concentration, temperature, processing time, and the like of the etching solution. In order to control the etching amount, for example, nitric acid, acetic acid, ethylene glycol, or the like can be appropriately added to the etching solution.

次に、第1の工程では、大気圧下又は減圧下で、蒸発、昇華、熱分解のうちの少なくとも一つの手段で気体となる塩基性化合物と、Ca、Sr、Ba、Pbの中から選ばれる2つ以上の金属元素のイオンとを含む溶液を用いる。   Next, in the first step, it is selected from a basic compound that becomes a gas by at least one of evaporation, sublimation, and thermal decomposition under atmospheric pressure or reduced pressure, and Ca, Sr, Ba, and Pb. And a solution containing ions of two or more metal elements.

具体的に、塩基性化合物としては、反応後の除去が容易であり、なお且つ電気特性に悪影響を及ぼすような金属イオンを含まないもの、例えば、アンモニアや、水に対する溶解性の高い炭素数の低い有機アミン、四級アンモニウムの水酸化物などの有機塩基化合物を用いることができる。その中でも特に、水に溶解すると乖離度が高く強い塩基として作用し、浸漬時にほとんど揮発することのない四級アンモニウムの水酸化物を用いることが好ましい。一方、特に制限はないものの、アンモニアや水に対する溶解性の高い炭素数の低い有機アミンは、塩基として弱く、低沸点のため使いにくい。また、これらの塩基性化合物は、何れか1種を単独で用いても、或いは2種以上を任意の比率で混合して用いてもよい。   Specifically, the basic compound can be easily removed after the reaction, and does not contain a metal ion that adversely affects the electrical characteristics, such as ammonia or carbon having a high solubility in water. Organic base compounds such as low organic amines and quaternary ammonium hydroxides can be used. Among them, it is particularly preferable to use a quaternary ammonium hydroxide which dissolves in water and acts as a strong base with a high degree of divergence and hardly volatilizes during immersion. On the other hand, although there is no particular limitation, an organic amine having a high solubility in ammonia or water and having a low carbon number is weak as a base and is difficult to use because of its low boiling point. In addition, any one of these basic compounds may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used at an arbitrary ratio.

四級アンモニウムの水酸化物としては、例えば、コリン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラプロピルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイドなどを挙げることができる。これらは工業的に安価に入手することができるため好ましい。その中でも特に、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドは、電子工業用に使用されており、不純物として金属イオン等が少ないものが入手できるだけでなく、135℃から140℃で熱分解し気体として除去できるので用いて好適である。   Examples of the quaternary ammonium hydroxide include choline, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, and tetrabutylammonium hydroxide. These are preferable because they can be obtained industrially at low cost. In particular, tetramethylammonium hydroxide is used for the electronics industry, and not only can be obtained with few metal ions as impurities, but it can be pyrolyzed at 135 to 140 ° C and removed as a gas. Is preferred.

このような塩基性化合物を含む溶液に溶解して、Ca、Sr、Ba、Pbの中から選ばれる2つ以上の金属元素(以下、Aサイトの金属元素という。)のイオンを生じる化合物としては、これらAサイトの金属元素を含む水酸化物や、硝酸塩、酢酸塩、ヒドロキシカルボン酸塩、塩化物等を挙げることができ、その中でもAサイトの金属元素の水酸化物は、アルカリ濃度を高めることができるため用いて好適である。Aサイトの金属元素のイオンを生じる化合物の具体例としては、例えば、酢酸カルシウム、水酸化バリウム、酢酸バリウム、酢酸鉛などを挙げることができる。その中でも特に、大気圧下又は減圧下で、蒸発、昇華、熱分解のうちの少なくとも一つの手段で金属の対イオンを除去できる水酸化物や酢酸塩を用いることが好ましい。また、これらの化合物は、何れか1種を単独で用いても、或いは2種以上を任意の比率で混合して用いてもよい。本発明では、これらの化合物を1種又は2種以上用いることにより、例えば、BaTiO、CaTiO、SrTiO、BaSrTiO、BaSrCaTiO、SrCaTiOなどの金属酸化物膜を得ることができる。 As a compound that dissolves in a solution containing such a basic compound and generates ions of two or more metal elements selected from Ca, Sr, Ba, and Pb (hereinafter referred to as the A-site metal element). These include hydroxides containing metal elements at the A site, nitrates, acetates, hydroxycarboxylates, chlorides, etc. Among them, hydroxides of metal elements at the A site increase the alkali concentration. Therefore, it is suitable for use. Specific examples of the compound that generates ions of the metal element at the A site include calcium acetate, barium hydroxide, barium acetate, and lead acetate. Among them, it is particularly preferable to use a hydroxide or acetate that can remove a counter ion of a metal by at least one of evaporation, sublimation, and thermal decomposition under atmospheric pressure or reduced pressure. In addition, any one of these compounds may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used at an arbitrary ratio. In the present invention, by using one or more of these compounds, for example, a metal oxide film such as BaTiO 3 , CaTiO 3 , SrTiO 3 , BaSrTiO 3 , BaSrCaTiO 3 , SrCaTiO 3 can be obtained.

溶液中に含まれるAサイトの金属元素のイオン濃度は、0.001〜0.5mol/Lであることが好ましい。イオン濃度は、0.001mol/L未満になると、
後述する基板表面と溶液との反応が悪くなる。一方、イオン濃度の上限は、イオン濃度が高いほど反応しやすくなるため、Aサイトの金属元素を含む化合物の飽和溶解度となる。しかしながら、イオン濃度が0.5mol/Lを超えると、濃度が高くなり過ぎて反応後に未反応の第2の金属のイオンを洗浄により除去する負荷が大きくなる。したがって、第2の金属元素のイオン濃度については、0.001〜0.5mol/Lの範囲とすることが好ましく、より好ましくは0.002〜0.3mol/Lの範囲であり、更に好ましくは0.005〜0.1mol/Lの範囲である。
The ion concentration of the metal element at the A site contained in the solution is preferably 0.001 to 0.5 mol / L. When the ion concentration is less than 0.001 mol / L,
The reaction between the substrate surface described later and the solution becomes worse. On the other hand, the upper limit of the ion concentration is such that the higher the ion concentration, the easier the reaction is, and therefore the saturation solubility of the compound containing the metal element at the A site. However, if the ion concentration exceeds 0.5 mol / L, the concentration becomes too high, and the load for removing unreacted second metal ions after the reaction is increased. Therefore, the ion concentration of the second metal element is preferably in the range of 0.001 to 0.5 mol / L, more preferably in the range of 0.002 to 0.3 mol / L, still more preferably The range is 0.005 to 0.1 mol / L.

なお、溶液には、更に、W、Nb、Ta、Sn、Si、Bi、Al、B、Co、Zn、Mg、Ni、Mn、Fe、及び希土類元素の中から選ばれる少なくとも1種以上の元素を含む化合物を添加してもよい。この場合、反応後の複合酸化物腹中にこれら元素が5mol%未満だけ含まれるようにすることが好ましい。本発明では、このような金属元素を添加することにより、電気特性を改善することができる。   The solution further includes at least one element selected from W, Nb, Ta, Sn, Si, Bi, Al, B, Co, Zn, Mg, Ni, Mn, Fe, and rare earth elements. A compound containing may be added. In this case, it is preferable that these elements are contained in less than 5 mol% in the complex oxide after reaction. In the present invention, electrical characteristics can be improved by adding such a metal element.

次に、上述した基体を溶液に浸漬し、溶液中に含まれるAサイトの金属元素のイオンと基体表面とを反応させる。これにより、基体表面に、チタンとAサイトの金属元素とを含むペロブスカイト型のチタン含有複合酸化物膜を形成することができる。   Next, the substrate described above is immersed in the solution, and the metal element ions at the A site contained in the solution are reacted with the substrate surface. As a result, a perovskite-type titanium-containing composite oxide film containing titanium and the A-site metal element can be formed on the substrate surface.

溶液中に含まれるAサイトの金属元素のイオンと基体表面とを反応させる温度については、特に制限されないが、溶液を浸漬槽内で撹拌しながら、常圧にて通常40℃〜溶液の沸点、好ましくは80℃〜溶液の沸点の範囲で加熱保持した状態で、この溶液に基体を浸漬させることが好ましい。40℃は反応させるための最低温度であり、温度が高くなるほど反応時間は短くなる。また、より結晶性の高いチタン含有複合酸化物膜を得るためには、反応温度をできるだけ高く設定することが好ましく、具体的には常圧で100℃以上に煮沸し、温度を保持しながら反応を行わせることが好ましい。なお、反応温度を高く設定する場合、100℃から溶液の臨界温度までの水熱反応が可能であるが、この場合、オートクレーブの設備が必要となる。また、溶液を機械的に攪拌すると、原料同士が混合されるため更に好ましい。浸漬時間は、長いほどよいが、通常10分以上であり、好ましくは1時間以上である。但し、浸漬時間が長すぎても実用的ではない。   The temperature at which the ion of the metal element at the A site contained in the solution reacts with the substrate surface is not particularly limited, but is usually 40 ° C. to the boiling point of the solution at normal pressure while stirring the solution in the immersion bath. It is preferable to immerse the substrate in this solution in a state where it is heated and maintained in the range of 80 ° C. to the boiling point of the solution. 40 degreeC is the minimum temperature for making it react, and reaction time becomes short, so that temperature becomes high. In order to obtain a titanium-containing composite oxide film with higher crystallinity, it is preferable to set the reaction temperature as high as possible. Specifically, the reaction temperature is boiled to 100 ° C. or higher at normal pressure, and the reaction is performed while maintaining the temperature. Is preferably performed. In addition, when setting reaction temperature high, the hydrothermal reaction from 100 degreeC to the critical temperature of a solution is possible, However In this case, the equipment of an autoclave is needed. Further, it is more preferable to mechanically stir the solution because the raw materials are mixed. The longer the immersion time, the better, but it is usually 10 minutes or longer, preferably 1 hour or longer. However, if the immersion time is too long, it is not practical.

溶液は、アルカリ性が高いほど好ましい。これは溶液に含まれるAサイトの金属元素のイオンが基体表面と反応しやすくなるためである。具体的に、溶液のpHは、10以上とすることが好ましい。一方、溶液のpHが10未満になると、反応が遅くなるため、基体を溶液に浸漬させる時間が長くなり効率が悪くなる。したがって、溶液のpHは、10以上が好ましく、より好ましくは13以上であり、更に好ましくは14以上である。これにより、より結晶性の高いチタン含有複合酸化物膜を得ることができる。また、結晶性が高いほど比誘電率が高くなる。   The higher the alkalinity of the solution, the better. This is because the ions of the metal element at the A site contained in the solution easily react with the substrate surface. Specifically, the pH of the solution is preferably 10 or more. On the other hand, when the pH of the solution is less than 10, the reaction is slowed down, so that the time for immersing the substrate in the solution becomes longer and the efficiency becomes worse. Therefore, the pH of the solution is preferably 10 or more, more preferably 13 or more, and still more preferably 14 or more. Thereby, a titanium-containing composite oxide film with higher crystallinity can be obtained. Also, the higher the crystallinity, the higher the dielectric constant.

次に、第2の工程では、塩基性化合物を気体としてチタン含有複合酸化物膜から除去する。なお、上述した第1の工程の後、第2の工程の前に、必要に応じて、透析や、イオン交換、水洗、アルコール洗浄などの方法を用いて、複合酸化物膜中から不純物イオンを除去してもよい。第2の工程は、上述した塩基性化合物が大気圧下又は減圧下で、蒸発、昇華、熱分解のうちの少なくとも一つの手段で気体として複合酸化物膜から除去できる温度及び時間で基体を乾燥すればよい。例えば、塩基性化合物としてテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを用いた場合には、通常、135〜150℃の範囲で1〜24時間行われる。乾燥時の雰囲気は特に制限されず、大気中又は減圧下で行うことができる。   Next, in the second step, the basic compound is removed from the titanium-containing composite oxide film as a gas. In addition, after the first step described above and before the second step, impurity ions are extracted from the composite oxide film using a method such as dialysis, ion exchange, water washing, alcohol washing, or the like, if necessary. It may be removed. In the second step, the substrate is dried at a temperature and a time at which the basic compound can be removed from the composite oxide film as a gas by at least one of evaporation, sublimation, and thermal decomposition under atmospheric pressure or reduced pressure. do it. For example, when tetramethylammonium hydroxide is used as the basic compound, it is usually carried out in the range of 135 to 150 ° C. for 1 to 24 hours. The atmosphere during drying is not particularly limited, and can be performed in the air or under reduced pressure.

なお、大気圧下又は減圧下で、蒸発、昇華、熱分解のうちの少なくとも一つの手段で気体とすることができない塩基性化合物、例えば水酸化リチウムや水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物(無機化合物)を含む溶液を用いても、チタン含有複合酸化物膜を形成することができる。しかしながら、これらを用いた場合には、チタン含有複合酸化物膜中にアルカリ金属が残存してしまい、誘電材料や圧電材料等などの機能材料としての電気特性に悪影響を与えるおそれがある。また、これらを除去するには洗浄するのが一般的であるが、チタン含有複合酸化物膜に悪影響を与えずに完全に除去することが難しい。   A basic compound that cannot be converted into a gas by at least one of evaporation, sublimation, and thermal decomposition under atmospheric pressure or reduced pressure, for example, an alkali metal such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, or potassium hydroxide. Even when a solution containing a hydroxide (inorganic compound) is used, the titanium-containing composite oxide film can be formed. However, when these are used, alkali metal remains in the titanium-containing composite oxide film, which may adversely affect electrical characteristics as a functional material such as a dielectric material or a piezoelectric material. In order to remove these, washing is generally performed, but it is difficult to completely remove them without adversely affecting the titanium-containing composite oxide film.

以上のように、本発明を適用した複合酸化物膜の製造方法によれば、溶液中に含まれるAサイトの金属元素の含有比率を制御することによって、基体表面に形成されるチタン含有複合酸化物膜中に含まれるAサイトの金属元素の含有比率を容易に制御することができる。   As described above, according to the method for producing a complex oxide film to which the present invention is applied, the titanium-containing complex oxidation formed on the substrate surface by controlling the content ratio of the metal element at the A site contained in the solution. The content ratio of the metal element at the A site contained in the physical film can be easily controlled.

例えば、一般式(A1A21−X)TiO(0<X<1)で表されるペロブスカイト型チタン含有複合酸化物では、A1原子とA2原子の組成比の違いによって、様々な電気特性を示すことが知られている。本発明の製造方法を用いた場合、溶液中に含まれるA1原子とA2原子の組成比は、基体表面に形成されるチタン含有複合酸化物膜中に含まれるA1原子とA2原子の組成比とほぼ一致するため、上述した溶液を調製する際に、溶液中に含まれるA1原子とA2原子の含有比率を制御することによって、基体表面に形成されるチタン含有複合酸化物膜中に含まれるA1原子とA2原子の含有比率を容易に制御することが可能である。 For example, in the perovskite-type titanium-containing composite oxide represented by the general formula (A1 X A2 1-X ) TiO 3 (0 <X <1), various electrical characteristics can be obtained depending on the difference in composition ratio between A1 atoms and A2 atoms. It is known to show. When the production method of the present invention is used, the composition ratio of A1 atoms and A2 atoms contained in the solution is the composition ratio of A1 atoms and A2 atoms contained in the titanium-containing composite oxide film formed on the substrate surface. Since they are almost the same, when preparing the above-mentioned solution, by controlling the content ratio of A1 atoms and A2 atoms contained in the solution, A1 contained in the titanium-containing composite oxide film formed on the substrate surface. It is possible to easily control the content ratio of atoms and A2 atoms.

そして、本発明の製造方法より得られたペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜では、A1原子とA2原子の組成比を制御することによって、キュリー点を低温側にシフトさせたり、第二相転移点を高温側にシフトさせたりすることができる。また、このようなペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜を用いたコンデンサにおいて、室温付近での誘電率を高めたり、静電容量の温度依存性をブロード化させたり、耐電圧を向上させたりすることができる。また、本発明では、そのような様々な電気特性を示すペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜を用いることによって、様々な用途に応じたコンデンサや圧電素子などの電子部品を提供することができる。   In the perovskite-type titanium-containing composite oxide film obtained by the production method of the present invention, the Curie point is shifted to the low temperature side by controlling the composition ratio of A1 atom and A2 atom, or the second phase transition point. Can be shifted to the high temperature side. In addition, in a capacitor using such a perovskite-type titanium-containing composite oxide film, increase the dielectric constant near room temperature, broaden the temperature dependence of capacitance, or improve the withstand voltage. Can do. Further, in the present invention, electronic components such as capacitors and piezoelectric elements according to various applications can be provided by using the perovskite type titanium-containing composite oxide film exhibiting such various electrical characteristics.

例えば、チタン含有複合酸化物膜がSrBa1−XTiO(0<X<1)の場合、Srの添加によりキュリー点を低温側にシフトさせ、所望の温度域にキュリー点を位置させることによって、この温度域での誘電率を高めることができる。 For example, when the titanium-containing composite oxide film is Sr X Ba 1-X TiO 3 (0 <X <1), the Curie point is shifted to the low temperature side by adding Sr, and the Curie point is positioned in a desired temperature range. Thus, the dielectric constant in this temperature range can be increased.

また、本発明の製造方法によれば、チタンを含む基体に予め調製された溶液を反応させるという極めて簡単な方法によって、上述したペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜を形成することができるため、複雑で大掛かりな設備を必要とせずに、そのようなペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜を安価に製造することができる。   Further, according to the manufacturing method of the present invention, the perovskite-type titanium-containing composite oxide film described above can be formed by a very simple method of reacting a previously prepared solution with a substrate containing titanium. Such a perovskite-type titanium-containing composite oxide film can be manufactured at low cost without requiring large-scale equipment.

また、本発明の製造方法によれば、基体の表面に高い比誘電率を有するペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜が形成された本発明の複合体を得ることができる。また、本発明では、このような複合体を本発明の誘電材料や圧電材料として好適に用いることができる。さらに、本発明では、この誘電材料を一対の電極で挟み込むことによって本発明のコンデンサを構成することでき、この圧電材料を一対の電極で挟み込むことによって本発明の圧電素子を構成することできる。   Moreover, according to the production method of the present invention, the composite of the present invention in which a perovskite-type titanium-containing composite oxide film having a high relative dielectric constant is formed on the surface of the substrate can be obtained. In the present invention, such a composite can be suitably used as the dielectric material or piezoelectric material of the present invention. Furthermore, in the present invention, the capacitor of the present invention can be configured by sandwiching this dielectric material between a pair of electrodes, and the piezoelectric element of the present invention can be configured by sandwiching this piezoelectric material between a pair of electrodes.

具体的に、本発明の複合体を含む誘電材料は、基体が導電性を有する材料であれば、コンデンサの誘電体と一方の電極とを構成するものとして、そのまま使用することができる。また、コンデンサの他方の電極(前記一方の電極の対電極)については、例えば、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、アルミニウムなどの金属や、それらを含む合金、炭素などの導電体を使用することができる。そして、これらの電極をコンデンサの外部リードに電気的に接続すればよい。   Specifically, the dielectric material including the composite according to the present invention can be used as it is as a component of the capacitor dielectric and one electrode as long as the substrate is a conductive material. For the other electrode of the capacitor (the counter electrode of the one electrode), for example, a metal such as gold, silver, copper, nickel, platinum, palladium, or aluminum, an alloy containing them, or a conductor such as carbon Can be used. These electrodes may be electrically connected to the external leads of the capacitor.

電極の形成方法については、例えば、電解めっき、無電解めっき、金属ペーストの塗布などの湿式法や、スパッタ法、蒸着法などを用いて、導電体を複合酸化物膜上に形成する方法がある。或いは、導電性高分子や、二酸化マンガン、カーボンペースト、銀ペースト、ニッケルペーストなどを単独で又は2種以上を任意の比率で混合して用いて電極を形成してもよい。   Examples of the electrode forming method include a method of forming a conductor on the composite oxide film by using a wet method such as electrolytic plating, electroless plating, or applying a metal paste, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. . Alternatively, the electrode may be formed by using a conductive polymer, manganese dioxide, carbon paste, silver paste, nickel paste or the like alone or in admixture of two or more at any ratio.

また、このように形成したコンデンサを並列となるように積層することで、容量を大きくすることができる。例えば、本発明の複合体の複合酸化物膜上に導電体を形成し、この導電体を基体として、この上に本発明の複合酸化物膜と導電体とを順次積層することを繰り返し、最後に導電体に外部電極を接続することで、電気的に並列に接続されたコンデンサを得ることができる(例えば図1を参照)。さらに、このように積層されたコンデンサの製造方法としては、例えば、ニッケル箔の上に、スピンコート法などで複合酸化物膜を塗布して乾燥した後、得られた誘電体層にニッケルスパッタなどで内部電極を形成する。この工程繰り返すことにより、誘電体層と内部電極とが順次積層されてなる積層体を形成する。そして、この積層体を所望の大きさに切断し、焼成して得られたコンデンサの側面に外部電極を接続することで、積層型のコンデンサを得ることができる(例えば図1を参照)。   Moreover, the capacitance can be increased by stacking the capacitors thus formed in parallel. For example, a conductor is formed on the complex oxide film of the complex of the present invention, and the complex oxide film of the present invention and the conductor are sequentially laminated on the conductor as a base, and finally, By connecting an external electrode to the conductor, a capacitor electrically connected in parallel can be obtained (see, for example, FIG. 1). Further, as a method of manufacturing the capacitor thus laminated, for example, a composite oxide film is applied on a nickel foil by a spin coating method and dried, and then the obtained dielectric layer is sputtered with nickel. The internal electrode is formed by By repeating this process, a laminated body in which a dielectric layer and internal electrodes are sequentially laminated is formed. A multilayer capacitor can be obtained by cutting the multilayer body into a desired size and connecting external electrodes to the side surfaces of the capacitor obtained by firing (see, for example, FIG. 1).

本発明の複合体は、上述したように複合酸化物膜の厚みが薄く且つ均一である。さらに、この複合酸化物膜は、高い比誘電率を有している。したがって、このような複合体(誘電材料)を用いた本発明のコンデンサでは、更なる小型化及び高容量化が可能である。さらに、このようなコンデンサを備えた本発明の電子機器では、更なる小型化及び軽量化が可能である。   In the composite of the present invention, as described above, the thickness of the composite oxide film is thin and uniform. Furthermore, this complex oxide film has a high relative dielectric constant. Therefore, the capacitor of the present invention using such a composite (dielectric material) can be further reduced in size and capacity. Furthermore, the electronic device of the present invention provided with such a capacitor can be further reduced in size and weight.

一方、本発明の複合体を含む圧電材料も、圧電素子の圧電体と一方の電極とを構成するものとして、そのまま使用することができる。そして、このような複合体(圧電材料)を用いた本発明の圧電素子では、更なる小型化及び電気特性の向上が可能である。さらに、このような圧電素子を備えた本発明の電子機器では、更なる小型化及び軽量化が可能である。   On the other hand, the piezoelectric material including the composite of the present invention can be used as it is as a component of the piezoelectric body of the piezoelectric element and one electrode. And in the piezoelectric element of this invention using such a composite_body | complex (piezoelectric material), further size reduction and the improvement of an electrical property are possible. Furthermore, the electronic device of the present invention provided with such a piezoelectric element can be further reduced in size and weight.

特に、本発明において、複合酸化物膜がペロブスカイト化合物を含むものは、誘電性、圧電性、焦電性などの電気特性に優れており、例えば、積層セラミックスコンデンサを始めとする様々なコンデンサ、誘電体フィルタ、誘電体アンテナ、誘電体共振器、誘電体デュプレクサ、フェイズシフタ、圧電素子、積層圧電アクチュエータなどの電子部品に好適に用いることができる。   In particular, in the present invention, the composite oxide film containing a perovskite compound is excellent in electrical characteristics such as dielectric properties, piezoelectricity, pyroelectricity, etc., for example, various capacitors such as multilayer ceramic capacitors, dielectrics, etc. It can be suitably used for electronic parts such as a body filter, a dielectric antenna, a dielectric resonator, a dielectric duplexer, a phase shifter, a piezoelectric element, and a laminated piezoelectric actuator.

図1は、本発明の電子部品であるコンデンサの一例として積層型セラミックコンデンサ1を示す断面図である。
この積層型セラミックコンデンサ1は、図1に示すように、誘電体層2と内部電極3、4が順次積層されてなる積層体5と、この積層体5の側面に取り付けられた外部電極6、7とから構成されている。内部電極3,4はその一端部がそれぞれ積層体5の側面に露出しており、各一端部が外部電極6,7にそれぞれ接続されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a multilayer ceramic capacitor 1 as an example of a capacitor which is an electronic component of the present invention.
As shown in FIG. 1, the multilayer ceramic capacitor 1 includes a multilayer body 5 in which a dielectric layer 2 and internal electrodes 3 and 4 are sequentially stacked, and an external electrode 6 attached to a side surface of the multilayer body 5. 7. One end of each of the internal electrodes 3, 4 is exposed on the side surface of the laminate 5, and each one end is connected to the external electrodes 6, 7.

この積層型セラミックコンデンサ1は、内部電極3,4の何れか一方を形成するTi箔の表面に、誘電体層2としてペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜を本発明の製造方法を用いて作製したものである。また、外部電極6,7は例えば、Ag,Cu,Ni等の焼結体にNiメッキを施したもので構成される。   In this multilayer ceramic capacitor 1, a perovskite-type titanium-containing composite oxide film was produced as a dielectric layer 2 on the surface of a Ti foil forming one of the internal electrodes 3 and 4 by using the production method of the present invention. Is. The external electrodes 6 and 7 are made of, for example, a sintered body made of Ag, Cu, Ni or the like and plated with Ni.

この積層型セラミックコンデンサ1では、誘電率の高いペロブスカイト型チタン含有複合酸化物を誘電体層2に用いている。また、この積層型セラミックコンデンサ1では、高い誘電率を維持したまま誘電体層2の厚みを薄くすることができる。したがって、この積層型セラミックコンデンサ1では、更なる小型化及び高容量化が可能である。   In this multilayer ceramic capacitor 1, a perovskite titanium-containing composite oxide having a high dielectric constant is used for the dielectric layer 2. In the multilayer ceramic capacitor 1, the thickness of the dielectric layer 2 can be reduced while maintaining a high dielectric constant. Therefore, the multilayer ceramic capacitor 1 can be further reduced in size and capacity.

図2は、本発明の電子機器の一例である携帯電話機を示す平面図である。
図1に示すコンデンサ1は、例えば図2に示すような携帯電話機10の回路基板11に実装されて使用される。したがって、この携帯電話機10では、更なる小型化及び軽量化が可能である。
FIG. 2 is a plan view showing a mobile phone as an example of the electronic apparatus of the present invention.
The capacitor 1 shown in FIG. 1 is used by being mounted on a circuit board 11 of a mobile phone 10 as shown in FIG. 2, for example. Therefore, the mobile phone 10 can be further reduced in size and weight.

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。   Hereinafter, the effects of the present invention will be made clearer by examples. In addition, this invention is not limited to a following example, In the range which does not change the summary, it can change suitably and can implement.

(実施例1)
実施例1では、先ず、厚み20μmの純度99.9%のチタン箔(サンクメタル社製)から幅3.3mm、長さ13mmの箔片を切り出し、その一方の短辺を金属製ガイドに溶接により固定した。次に、フッ酸と硝酸を1:3の割合で混合したエッチング液に箔片を60秒浸漬した後、水洗し、乾燥させた。次に、25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(和光純薬株式会社製)2Lに、水酸化バリウム8水和物(和光純薬株式会社製)4.8gと、水酸化ストロンチウム8水和物(和光純薬株式会社製)1.0gとを溶解した溶液に箔片を浸漬して、煮沸しながら4時間反応させた後、水洗し、150℃で3時間乾燥した。
(Example 1)
In Example 1, first, a foil piece having a width of 3.3 mm and a length of 13 mm was cut out from a titanium foil having a thickness of 20 μm and a purity of 99.9% (manufactured by Sunk Metal Co., Ltd.), and one short side thereof was welded to a metal guide. Fixed by. Next, the foil pieces were immersed in an etching solution in which hydrofluoric acid and nitric acid were mixed at a ratio of 1: 3 for 60 seconds, washed with water, and dried. Next, 4.8 g of barium hydroxide octahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 4.8 g and strontium hydroxide octahydrate are added to 2 L of a 25 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). A foil piece was immersed in a solution in which 1.0 g of a product (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved, reacted for 4 hours while boiling, then washed with water and dried at 150 ° C. for 3 hours.

そして、得られた実施例1の試料をX線回折により同定したところ、箔片の表面にバリウムとストロンチウムが4:1(モル比)に固溶した立方晶のペロブスカイト構造であるチタン酸バリウムストロンチウムが生成していることがわかった。このチタン酸バリウムストロンチウムの層厚は、FIB装置により断面加工した試料をTEMで観察したところ、0.09μmであることがわかった。   The obtained sample of Example 1 was identified by X-ray diffraction. As a result, barium strontium titanate having a cubic perovskite structure in which barium and strontium were dissolved in a molar ratio of 4: 1 on the surface of the foil piece. Was found to be generated. The layer thickness of the barium strontium titanate was found to be 0.09 μm when a cross-section processed sample with an FIB apparatus was observed with a TEM.

次に、箔片の複合酸化物膜が形成された面上に、電子線蒸着にて直径2mm、厚さ0.2μmのニッケル膜を成膜した。そして、このニッケル膜を一方の電極とし、基体を他方の電極とするコンデンサを作製し、以下の条件にてこのコンデンサの静電容量を測定した。
装置:LCRメータ(株式会社エヌエフ回路設計ブロック製ZM2353型)
測定周波数:120Hz
振幅:1V
測定温度:25℃
その結果、実施例1のコンデンサの静電容量は、9.0μF/cmであった。
また、実施例1のコンデンサをオーブンで125℃に加熱したときの静電容量を測定し、その温度依存性を下式(1)で求めたところ、−10%であった。
温度依存性(%)={(125℃の比誘電率)/(25℃の比誘電率)−1}×100 …(1)
さらに、実施例1のコンデンサの負極を用いて測定した耐電圧は、3.8Vであった。
Next, a nickel film having a diameter of 2 mm and a thickness of 0.2 μm was formed by electron beam evaporation on the surface of the foil piece on which the composite oxide film was formed. A capacitor having the nickel film as one electrode and the base as the other electrode was produced, and the capacitance of the capacitor was measured under the following conditions.
Apparatus: LCR meter (NF circuit design block ZM2353 type)
Measurement frequency: 120Hz
Amplitude: 1V
Measurement temperature: 25 ° C
As a result, the capacitance of the capacitor of Example 1 was 9.0 μF / cm 2 .
Moreover, when the electrostatic capacitance when the capacitor | condenser of Example 1 was heated to 125 degreeC with oven was measured and the temperature dependence was calculated | required by the following Formula (1), it was -10%.
Temperature dependence (%) = {(dielectric constant at 125 ° C.) / (Dielectric constant at 25 ° C.) − 1} × 100 (1)
Furthermore, the withstand voltage measured using the negative electrode of the capacitor of Example 1 was 3.8V.

(実施例2)
実施例2では、25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(和光純薬株式会社製)2Lに、水酸化バリウム8水和物(和光純薬株式会社製)3.0gと、水酸化ストロンチウム8水和物(和光純薬株式会社製)2.5gを溶解した溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして、箔片の表面に複合酸化物膜を形成した。
そして、得られた実施例2の試料をX線回折により同定したところ、箔片の表面にバリウムとストロンチウムが1:1(モル比)に固溶した立方晶のペロブスカイト構造であるチタン酸バリウムストロンチウムが生成していることがわかった。このチタン酸バリウムストロンチウムの層厚は、FIB装置により断面加工した試料をTEMで観察したところ、0.10μmであることがわかった。
そして、実施例1と同様にコンデンサを作製して、実施例1と同様の条件でコンデンサの電気特性を評価した。その結果、実施例2のコンデンサは、25℃の静電容量が6.1μF/cm、温度依存性が−8%、耐電圧が5.2Vであった。
(Example 2)
In Example 2, 2 L of 25% by mass aqueous tetramethylammonium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 3.0 g of barium hydroxide octahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and strontium hydroxide 8 A complex oxide film was formed on the surface of the foil piece in the same manner as in Example 1 except that a solution in which 2.5 g of hydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved was used.
The obtained sample of Example 2 was identified by X-ray diffraction. As a result, barium strontium titanate having a cubic perovskite structure in which barium and strontium were dissolved in 1: 1 (molar ratio) on the surface of the foil piece. Was found to be generated. The layer thickness of the barium strontium titanate was found to be 0.10 μm when a cross-section processed sample with an FIB apparatus was observed with a TEM.
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1, and the electrical characteristics of the capacitor were evaluated under the same conditions as in Example 1. As a result, the capacitor of Example 2 had an electrostatic capacity at 25 ° C. of 6.1 μF / cm 2 , a temperature dependency of −8%, and a withstand voltage of 5.2V.

(実施例3)
実施例3では、溶液に箔片を80℃で6時間浸漬した以外は、実施例1と同様にして、箔片の表面に複合酸化物膜を形成した。
そして、得られた実施例3の試料をX線回折により同定したところ、箔片の表面にバリウムとストロンチウムが4:1(モル比)に固溶した立方晶のペロブスカイト構造であるチタン酸バリウムストロンチウムが生成していることがわかった。このチタン酸バリウムストロンチウムの層厚は、FIB装置により断面加工した試料をTEMで観察したところ、0.09μmであることがわかった。
そして、実施例1と同様にコンデンサを作製して、実施例1と同様の条件でコンデンサの電気特性を評価した。その結果、実施例3のコンデンサは、25℃の静電容量が9.1μF/cm、温度依存性が−9%、耐電圧が3.4Vであった。
(Example 3)
In Example 3, a complex oxide film was formed on the surface of the foil piece in the same manner as in Example 1 except that the foil piece was immersed in the solution at 80 ° C. for 6 hours.
The obtained sample of Example 3 was identified by X-ray diffraction. As a result, barium strontium titanate having a cubic perovskite structure in which barium and strontium were dissolved in a molar ratio of 4: 1 on the surface of the foil piece. Was found to be generated. The layer thickness of the barium strontium titanate was found to be 0.09 μm when a cross-section processed sample with an FIB apparatus was observed with a TEM.
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1, and the electrical characteristics of the capacitor were evaluated under the same conditions as in Example 1. As a result, the capacitor of Example 3 had an electrostatic capacity of 9.1 μF / cm 2 at 25 ° C., a temperature dependency of −9%, and a withstand voltage of 3.4V.

(実施例4)
実施例4では、25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液の代わりに、50質量%のコリン水溶液(和光純薬株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、箔片の表面に複合酸化物膜を形成した。
そして、得られた実施例4の試料をX線回折により同定したところ、箔片の表面にバリウムとストロンチウムが4:1(モル比)に固溶した立方晶のペロブスカイト構造であるチタン酸バリウムストロンチウムが生成していることがわかった。このチタン酸バリウムストロンチウムの層厚は、FIB装置により断面加工した試料をTEMで観察したところ、0.09μmであることがわかった。
そして、実施例1と同様にコンデンサを作製して、実施例1と同様の条件でコンデンサの電気特性を評価した。その結果、実施例4のコンデンサは、25℃の静電容量が9.1μF/cm、温度依存性が−9%、耐電圧が3.8Vであった。
Example 4
In Example 4, instead of the 25% by mass tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, a foil piece was obtained in the same manner as in Example 1 except that a 50% by mass choline aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. A complex oxide film was formed on the surface.
The obtained sample of Example 4 was identified by X-ray diffraction. As a result, barium strontium titanate having a cubic perovskite structure in which barium and strontium were dissolved at a molar ratio of 4: 1 on the surface of the foil piece. Was found to be generated. The layer thickness of the barium strontium titanate was found to be 0.09 μm when a cross-section processed sample with an FIB apparatus was observed with a TEM.
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1, and the electrical characteristics of the capacitor were evaluated under the same conditions as in Example 1. As a result, the capacitor of Example 4 had a capacitance of 9.1 μF / cm 2 at 25 ° C., a temperature dependency of −9%, and a withstand voltage of 3.8 V.

(実施例5)
実施例5では、25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(和光純薬株式会社製)2Lに、水酸化バリウム8水和物(和光純薬株式会社製)5.9gと、水酸化カルシウム(和光純薬株式会社製)0.01gとを溶解した溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして、箔片の表面に複合酸化物膜を形成した。
そして、得られた実施例5の試料をX線回折により同定したところ、箔片の表面にバリウムとカルシウムが99:1(モル比)に固溶した立方晶のペロブスカイト構造であるチタン酸バリウムカルシウムが生成していることがわかった。このチタン酸バリウムカルシウムの層厚は、FIB装置により断面加工した試料をTEMで観察したところ、0.08μmであることがわかった。
そして、実施例1と同様にコンデンサを作製して、実施例1と同様の条件でコンデンサの電気特性を評価した。その結果、実施例5のコンデンサは、25℃の静電容量が11.2μF/cm、温度依存性が−11%、耐電圧が6.9Vであった。
(Example 5)
In Example 5, 5.9 g of barium hydroxide octahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 2 L of 25 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), calcium hydroxide ( A composite oxide film was formed on the surface of the foil piece in the same manner as in Example 1 except that a solution in which 0.01 g of Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved was used.
The obtained sample of Example 5 was identified by X-ray diffraction. As a result, barium calcium titanate having a cubic perovskite structure in which barium and calcium were dissolved in 99: 1 (molar ratio) on the surface of the foil piece. Was found to be generated. The layer thickness of this barium calcium titanate was found to be 0.08 μm when a cross-section processed sample with an FIB apparatus was observed with a TEM.
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1, and the electrical characteristics of the capacitor were evaluated under the same conditions as in Example 1. As a result, the capacitor of Example 5 had a capacitance at 25 ° C. of 11.2 μF / cm 2 , a temperature dependency of −11%, and a withstand voltage of 6.9V.

(実施例6)
実施例6では、25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(和光純薬株式会社製)2Lに、水酸化ストロンチウム8水和物(和光純薬株式会社製)4.8gと、水酸化カルシウム(和光純薬株式会社製)0.04gとを溶解した溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして、箔片の表面に複合酸化物膜を形成した。
そして、得られた実施例6の試料をX線回折により同定したところ、箔片の表面にストロンチウムとカルシウムが95:5(モル比)に固溶した立方晶のペロブスカイト構造であるチタン酸ストロンチウムカルシウムが生成していることがわかった。このチタン酸ストロンチウムカルシウムの層厚は、FIB装置により断面加工した試料をTEMで観察したところ、0.11μmであることがわかった。
そして、実施例1と同様にコンデンサを作製して、実施例1と同様の条件でコンデンサの電気特性を評価した。その結果、実施例6のコンデンサは、25℃の静電容量が3.4μF/cm、温度依存性が−4%、耐電圧が6.9Vであった。
(Example 6)
In Example 6, 2 L of 25 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 4.8 g of strontium hydroxide octahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), calcium hydroxide ( A composite oxide film was formed on the surface of the foil piece in the same manner as in Example 1 except that a solution in which 0.04 g of Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved was used.
The sample of Example 6 thus obtained was identified by X-ray diffraction. As a result, strontium calcium titanate having a cubic perovskite structure in which strontium and calcium were dissolved in 95: 5 (molar ratio) on the surface of the foil piece. Was found to be generated. The layer thickness of this strontium calcium titanate was found to be 0.11 μm when a cross-section processed sample with an FIB apparatus was observed with a TEM.
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1, and the electrical characteristics of the capacitor were evaluated under the same conditions as in Example 1. As a result, the capacitor of Example 6 had a capacitance at 25 ° C. of 3.4 μF / cm 2 , a temperature dependency of −4%, and a withstand voltage of 6.9V.

(実施例7)
実施例7では、25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(和光純薬株式会社製)2Lに、水酸化バリウム8水和物(和光純薬株式会社製)5.4gと、酢酸鉛(和光純薬株式会社製)0.8gとを溶解した溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして、箔片の表面に複合酸化物膜を形成した。
そして、得られた実施例7の試料をX線回折により同定したところ、箔片の表面にバリウムと鉛が90:10(モル比)に固溶した立方晶のペロブスカイト構造であるチタン酸バリウム鉛が生成していることがわかった。このチタン酸バリウム鉛の層厚は、FIB装置により断面加工した試料をTEMで観察したところ、0.08μmであることがわかった。
そして、実施例1と同様にコンデンサを作製して、実施例1と同様の条件でコンデンサの電気特性を評価した。その結果、実施例7のコンデンサは、25℃の静電容量が10.5μF/cm、温度依存性が−10%、耐電圧が3.2Vであった。
(Example 7)
In Example 7, 5.4 g of barium hydroxide octahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and lead acetate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added to 2 L of 25 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). A complex oxide film was formed on the surface of the foil piece in the same manner as in Example 1 except that 0.8 g of a solution prepared by Kojunkaku Co., Ltd. was used.
And when the sample of Example 7 obtained was identified by X-ray diffraction, barium lead titanate having a cubic perovskite structure in which barium and lead were dissolved in 90:10 (molar ratio) on the surface of the foil piece. Was found to be generated. The layer thickness of the lead barium titanate was 0.08 μm when a cross-section processed sample with an FIB apparatus was observed with a TEM.
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1, and the electrical characteristics of the capacitor were evaluated under the same conditions as in Example 1. As a result, the capacitor of Example 7 had a capacitance of 10.5 μF / cm 2 at 25 ° C., a temperature dependency of −10%, and a withstand voltage of 3.2 V.

(実施例8)
実施例8では、25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(和光純薬株式会社製)2Lに、水酸化ストロンチウム8水和物(和光純薬株式会社製)4.8gと、酢酸鉛(和光純薬株式会社製)0.4gとを溶解した溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして、箔片の表面に複合酸化物膜を形成した。
そして、得られた実施例8の試料をX線回折により同定したところ、箔片の表面にストロンチウムと鉛が95:5(モル比)に固溶した立方晶のペロブスカイト構造であるチタン酸ストロンチウム鉛が生成していることがわかった。このチタン酸ストロンチウム鉛の層厚は、FIB装置により断面加工した試料をTEMで観察したところ、0.11μmであることがわかった。
そして、実施例1と同様にコンデンサを作製して、実施例1と同様の条件でコンデンサの電気特性を評価した。その結果、実施例8のコンデンサは、25℃の静電容量が3.7μF/cm、温度依存性が−3%、耐電圧が6.9Vであった。
(Example 8)
In Example 8, 2L of 25% by mass tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 4.8 g of strontium hydroxide octahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and lead acetate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) A complex oxide film was formed on the surface of the foil piece in the same manner as in Example 1 except that a solution in which 0.4 g (manufactured by Kojun Co., Ltd.) was dissolved was used.
Then, when the obtained sample of Example 8 was identified by X-ray diffraction, strontium lead titanate having a cubic perovskite structure in which strontium and lead were dissolved in a 95: 5 (molar ratio) on the surface of the foil piece. Was found to be generated. The layer thickness of this lead strontium titanate was found to be 0.11 μm when a cross-section processed sample with an FIB apparatus was observed with a TEM.
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1, and the electrical characteristics of the capacitor were evaluated under the same conditions as in Example 1. As a result, the capacitor of Example 8 had a capacitance at 25 ° C. of 3.7 μF / cm 2 , a temperature dependency of −3%, and a withstand voltage of 6.9 V.

(実施例9)
実施例9では、25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(和光純薬株式会社製)2Lに、水酸化カルシウム(和光純薬株式会社製)0.8gと、酢酸鉛(和光純薬株式会社製)0.1gとを溶解した溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして、箔片の表面に複合酸化物膜を形成した。
そして、得られた実施例9の試料をX線回折により同定したところ、箔片の表面にカルシウムと鉛が99:1(モル比)に固溶した立方晶のペロブスカイト構造であるチタン酸カルシウム鉛が生成していることがわかった。このチタン酸カルシウム鉛の層厚は、FIB装置により断面加工した試料をTEMで観察したところ、0.11μmであることがわかった。
そして、実施例1と同様にコンデンサを作製して、実施例1と同様の条件でコンデンサの電気特性を評価した。その結果、実施例9のコンデンサは、25℃の静電容量が2.3μF/cm、温度依存性が−1%、耐電圧が10.3Vであった。
Example 9
In Example 9, 2 g of 25 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.8 g of calcium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and lead acetate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (Manufactured) A complex oxide film was formed on the surface of the foil piece in the same manner as in Example 1 except that a solution in which 0.1 g was dissolved was used.
And when the obtained sample of Example 9 was identified by X-ray diffraction, calcium lead titanate having a cubic perovskite structure in which calcium and lead were dissolved in 99: 1 (molar ratio) on the surface of the foil piece. Was found to be generated. The layer thickness of this lead calcium titanate was found to be 0.11 μm when a cross-section processed sample with an FIB apparatus was observed with a TEM.
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1, and the electrical characteristics of the capacitor were evaluated under the same conditions as in Example 1. As a result, the capacitor of Example 9 had a capacitance at 25 ° C. of 2.3 μF / cm 2 , a temperature dependency of −1%, and a withstand voltage of 10.3 V.

(比較例1)
比較例1では、純水2Lに、水酸化カリウム(和光純薬株式会社製)40gと、硝酸バリウム(和光純薬株式会社製)4.0gと、硝酸ストロンチウム(和光純薬株式会社製)0.8gを溶解した溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして、箔片の表面に複合酸化物膜を形成した。
そして、得られた比較例1の試料をX線回折により同定したところ、箔片の表面にバリウムとストロンチウムが4:1(モル比)に固溶した立方晶のペロブスカイト構造であるチタン酸バリウムストロンチウムが生成していることがわかった。このチタン酸バリウムストロンチウムの層厚は、FIB装置により断面加工した試料をTEMで観察したところ、0.05μmであることがわかった。
そして、実施例1と同様にコンデンサを作製して、実施例1と同様の条件でコンデンサの静電容量を測定した。その結果、比較例1のコンデンサの静電容量は、漏れ電流が大き過ぎるため測定不可能であった。これは、微量ながら、水洗仕切れずに基板上に水酸化カリウムが残存したためと思われる。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, 40 g of potassium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 4.0 g of barium nitrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 4.0 g of strontium nitrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0 A composite oxide film was formed on the surface of the foil piece in the same manner as in Example 1 except that a solution in which 0.8 g was dissolved was used.
The obtained sample of Comparative Example 1 was identified by X-ray diffraction. As a result, barium strontium titanate having a cubic perovskite structure in which barium and strontium were dissolved in a molar ratio of 4: 1 on the surface of the foil piece. Was found to be generated. The layer thickness of the barium strontium titanate was found to be 0.05 μm when a cross-section processed sample with an FIB apparatus was observed with a TEM.
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1, and the capacitance of the capacitor was measured under the same conditions as in Example 1. As a result, the capacitance of the capacitor of Comparative Example 1 was not measurable because the leakage current was too large. This is probably because potassium hydroxide remained on the substrate without being washed with water.

図1は、本発明の電子部品一例である積層型セラミックコンデンサを示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a multilayer ceramic capacitor which is an example of an electronic component of the present invention. 図2は、本発明の電子機器の一例である携帯電話機を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a mobile phone as an example of the electronic apparatus of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…積層型セラミックコンデンサ 2…誘電体層 3,4…内部電極 5…積層体 6,7…外部電極 10…携帯電話機 11…回路基板   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Multilayer ceramic capacitor 2 ... Dielectric layer 3, 4 ... Internal electrode 5 ... Laminate 6, 7 ... External electrode 10 ... Mobile telephone 11 ... Circuit board

Claims (18)

一般式ATiO(Aサイトは、Ca,Sr,Ba,Pbの中から選ばれる2つ以上の金属元素を表す。)で表されるペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法であって、
チタンを含む基体に、大気圧下又は減圧下で、蒸発、昇華、熱分解のうちの少なくとも一つの手段で気体となる塩基性化合物と、Aサイトの2つ以上の金属元素のイオンとを含む溶液を反応させて、基体表面にチタン含有複合酸化物膜を形成する工程と、
蒸発、昇華、熱分解のうちの少なくとも一つの手段で塩基性化合物を気体として複合酸化物膜から除去する工程とを含むペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。
A method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film represented by a general formula ATiO 3 (A site represents two or more metal elements selected from Ca, Sr, Ba, and Pb),
The substrate containing titanium contains a basic compound that becomes a gas by at least one of evaporation, sublimation, and thermal decomposition under atmospheric pressure or reduced pressure, and ions of two or more metal elements at the A site. Reacting the solution to form a titanium-containing composite oxide film on the substrate surface;
And a step of removing the basic compound from the composite oxide film as a gas by at least one of evaporation, sublimation, and thermal decomposition.
基体表面にチタン含有複合酸化物膜を形成する工程の前に、基体表面の酸化被膜を除去する工程を含む請求項1に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。   The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to claim 1, further comprising a step of removing the oxide film on the surface of the substrate before the step of forming the titanium-containing composite oxide film on the surface of the substrate. 酸化被膜を化学エッチング又は電解エッチングによって除去する請求項2に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。   The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to claim 2, wherein the oxide film is removed by chemical etching or electrolytic etching. エッチング液としてフッ酸を用いる請求項3に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。   The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to claim 3, wherein hydrofluoric acid is used as an etching solution. 溶液中に含まれる全てのAサイトの金属元素のイオン濃度の合計が0.001〜0.5mol/Lである請求項1乃至4の何れか一項に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。   The perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to any one of claims 1 to 4, wherein the total concentration of ions of all A-site metal elements contained in the solution is 0.001 to 0.5 mol / L. Manufacturing method. 溶液のpHが11以上である請求項1乃至5の何れか一項に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。   The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to any one of claims 1 to 5, wherein the pH of the solution is 11 or more. 塩基性化合物が有機塩基化合物である請求項1乃至6の何れか一項に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。   The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to any one of claims 1 to 6, wherein the basic compound is an organic base compound. 有機塩基化合物が水酸化テトラメチルアンモニウムである請求項7に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。   The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to claim 7, wherein the organic base compound is tetramethylammonium hydroxide. 基体に溶液を40℃以上で反応させる請求項1乃至8の何れか一項に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。   The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to any one of claims 1 to 8, wherein the solution is reacted with the substrate at 40 ° C or higher. 基体が厚み5〜300μmの箔である請求項1乃至9の何れか一項に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。   The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to any one of claims 1 to 9, wherein the substrate is a foil having a thickness of 5 to 300 µm. 基体が平均粒径0.1〜20μmの粒子を焼結した焼結体である請求項1乃至10の何れか一項に記載のペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法。   The method for producing a perovskite-type titanium-containing composite oxide film according to any one of claims 1 to 10, wherein the substrate is a sintered body obtained by sintering particles having an average particle diameter of 0.1 to 20 µm. 基体と、この基体の表面に請求項1乃至11の何れか一項に記載の製造方法を用いて形成されたペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜とを備える複合体。   A composite comprising: a base; and a perovskite-type titanium-containing composite oxide film formed on the surface of the base using the manufacturing method according to any one of claims 1 to 11. 請求項12に記載の複合体を含む誘電材料。   A dielectric material comprising the composite according to claim 12. 請求項12に記載の複合体を含む圧電材料。   A piezoelectric material comprising the composite according to claim 12. 請求項13に記載の誘電材料を含むコンデンサ。   A capacitor comprising the dielectric material according to claim 13. 請求項14に記載の圧電材料を含む圧電素子。   A piezoelectric element comprising the piezoelectric material according to claim 14. 請求項15に記載のコンデンサを含む電子機器。   An electronic device comprising the capacitor according to claim 15. 請求項16に記載の圧電素子を含む電子機器。   An electronic device comprising the piezoelectric element according to claim 16.
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