JP2014535168A - 圧電デバイスならびに圧電デバイスを準備および使用する方法 - Google Patents
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Abstract
圧電デバイスを製造する方法が提供される。方法は、基板を準備することと、基板の第1の表面上にナノ結晶ダイヤモンド層を形成することとを含むことができる。方法は、ナノ結晶ダイヤモンド層の第1の表面上に圧電層を堆積することも含むことができる。
Description
圧電デバイスは、さまざまな応用分野で知られており、使用されている。典型的には、そのようなデバイスは、シリコンベースの半導体を一体化した、圧電材料層(たとえば、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)層)を含み、そのようなハイブリッド構造は、微小電気機械システム(MEMS)センサおよびアクチュエータ、表面弾性波(SAW)デバイス、ならびに不揮発性メモリデバイスなどの応用分野で使用される。しかし、シリコンベースのデバイスには、環境温度動作ならびに絶縁体とシリコン基板の間の界面拡散および自然酸化シリコン層の形成といった他の問題などの制限がある。
特定の圧電デバイスは、シリコンベースのデバイスと比較して、比較的高い熱伝導率、大きなバンドギャップ、およびより大きい抵抗率を有する、ダイヤモンド基板を採用する。さらに、ダイヤモンドは、かなり速い音波速度を有し、ダイヤモンド基板と圧電材料層を一体化することによって、高周波数の応用分野で使用することができるSAWデバイスを製造する機会がもたらされる。
残念ながら、PZT層などの圧電材料層とダイヤモンド基板の間で熱膨張が一致しないことに起因して、プラチナまたはチタン酸ストロンチウムなどのバッファ層を使用せずに、ダイヤモンド基板上に圧電材料層を堆積するのは、困難である。特に、ダイヤモンド基板上にペロブスカイト相のPZT層を形成するのは、困難である。典型的には、ダイヤモンド基板に直接堆積されたPZT層では、パイロクロアPZTの形成が、支配的な相である。しかし、パイロクロアPZTは、圧電特性または強誘電特性を呈さず、このことによって、デバイス製造にはパイロクロアPZTが適していないことになる。
前述の概要は、説明するためだけのものであり、いかようにも限定することを意図するものではない。上記の例示的な態様、実施形態、および特徴に加えて、図面および以下の詳細な説明を参照すれば、さらなる態様、実施形態、および特徴が、明らかとなろう。
簡潔にいえば、1つの態様により、圧電デバイスを製造する方法が提供される。方法は、基板を準備することと、基板の第1の表面上にナノ結晶ダイヤモンド層を形成することとを含む。方法は、ナノ結晶ダイヤモンド層の第1の表面上に圧電層を堆積することも含む。
別の態様により、圧電デバイスを製造する方法が提供される。方法は、ダイヤモンド基板を準備することと、ジルコン酸チタン酸鉛層が結晶性ペロブスカイト相の層であるように、ダイヤモンド基板の第1の表面上にジルコン酸チタン酸鉛層を堆積することとを含む。
別の態様により、圧電デバイスが提供される。圧電デバイスは、基板を含む。ナノ結晶ダイヤモンド層が基板の第1の表面上に堆積され、ペロブスカイト圧電層がナノ結晶ダイヤモンド層の第1の表面上に堆積される。
別の態様により、圧電デバイスを表面弾性波デバイスとして使用する方法が提供される。方法は、圧電デバイスを準備することを含む。圧電デバイスは、基板、基板の第1の表面上に堆積されたナノ結晶ダイヤモンド層、およびナノ結晶ダイヤモンド層の第1の表面上に堆積されたペロブスカイト圧電層を含む。方法は、圧電デバイスのペロブスカイト圧電層上に、インターデジタル変換器層を堆積することも含む。
以下の詳細な説明では、詳細な説明の一部を形成する、添付図面を参照する。図面では、文脈に指示がない限り、同様の符号は、典型的には、同様の構成要素を識別する。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲で記載される例示的な実施形態は、限定することを意味していない。本明細書に提示される主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を使用することができ、他の変更を行うことができる。本明細書に一般的に記載され、図に示されるような、本開示の態様は、種々多様な異なる構成で配置し、置換し、組み合わせ、分離し、設計することができ、これらのすべては、本明細書で、明示的に企図されることが容易に理解されよう。
例示の実施形態は、一般的に、圧電デバイスおよび圧電デバイスを準備および使用するための方法を対象とする。技法は、電気通信および検知の応用分野など、さまざまな応用分野で有用であり得る圧電デバイスを形成するための、ダイヤモンド基板上へのペロブスカイト圧電層の直接堆積を容易にする。
ここで図1を参照して、圧電デバイスを製造するための方法の実施形態の、例示的な流れ図100が図示されている。ブロック110で、基板が準備される。1つの例示的な実施形態では、基板はシリコンを含む。ナノ結晶ダイヤモンド層(NCD層)が、基板の第1の表面上に形成される(ブロック120)。この実施形態では、NCD層は、熱フィラメント化学気相堆積(HFCVD)およびマイクロ波プラズマ化学気相堆積(MPCVD)技法などの化学気相堆積(CVD)技法を使用して形成される。別の実施形態では、NCD層は、DCアークジェットリアクタまたは燃焼リアクタを使用して形成される。特定の実施形態では、NCD層は、高圧高温(HPHT)技法を使用して形成されるダイヤモンド層を含む。
1つの例示的な実施形態では、予め堆積されたNCD層を備える基板が、圧電デバイス用に使用される。そのようなNCD基板は、ルクセンブルグのElement Six、および米国、カリフォルニアのsp3 Diamond Technologiesなどの企業から、市販されている。
いくつかの実施形態では、NCD層を形成する前に、基板をエッチングすることができる。エッチングは、酸を用いた処理を含む、さまざまなやり方で行うことができる。洗浄された基板は、次に、ダイヤモンドのナノ粒子でシード化される(seeded)。シード化された基板は、CVDリアクタ内に置かれ、CVDリアクタ内の熱フィラメントの配列を使用して堆積温度に加熱される。
NCD層は、CVDリアクタ内に、炭化水素および水素(H2)のガス状混合物を通すことにより、加熱された基板の第1の表面上に、化学気相堆積される。炭化水素の例としては、メタン、エタン、アセチレン、エタノール、およびメタノールが挙げられる。例示的な実施形態では、NCD層を堆積するために、メタンと水素のガス状混合物が使用される。炭化水素の流量は、一般的に任意の流量であってよい。1つの例示的な実施形態では、炭化水素の流量は、約40sccm(毎分標準立方センチメートル)から約90sccmである。水素の流量は、一般的に任意の流量であってよい。1つの例示的な実施形態では、水素の流量は、約1500sccmから約3000sccmである。CVDリアクタ内の圧力は、一般的に任意の圧力であってよい。1つの例示的な実施形態では、圧力は、約5トル(666.61パスカル)から約60トル(8000パスカル)である。基板上に堆積されるNCD層が、単結晶ダイヤモンドと実質的に同様の特性を呈することができるということに留意されたい。
ブロック130で、圧電層が、NCD層の第1の表面上に堆積される。1つの実施形態では、圧電層は、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)を含む。別の実施形態では、圧電層は、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン(PLZT)を含む。この例示的な実施形態では、圧電層は、ペロブスカイト構造を有する。本明細書で使用する際、「ペロブスカイト構造」という用語は、より大きな鉛(Pb)カチオンおよび酸素アニオンが一緒に、圧電特性を担う非中心対称構造を形成する、菱面体構造または正方構造のことをいう。
この例示的な実施形態では、圧電層は、パルスレーザ堆積(PLD)技法を使用して、NCD層上に堆積される。圧電層を堆積するために本明細書で使用されるPLD技法は、ペロブスカイト相の層の堆積を容易にする。オペレーションでは、圧電ターゲットおよび堆積されたNCD層を備える基板がPLDチャンバ内に置かれて、レーザ源に曝され、圧電層を堆積する。この実施形態では、組成PbZr0.52Ti0.48O3を有するセラミックターゲットが、従来型の固相反応を使用して調製される。特定の例示的な実施形態では、酸化鉛(PbO)がターゲットに加えられ、堆積およびポストアニール処理の期間の鉛および酸素の減少の補償をすることができる。
続いて、酸素などの作動ガスがPLDチャンバ内に導入され、チャンバ内の圧力が既定の堆積圧力に維持される。さらに、PLDチャンバ内の堆積温度は、約525℃から約600℃である。堆積された圧電層は、約1時間、堆積温度で実質的にアニールされる。堆積された層をアニールすることによって、層の結晶性が高まる。1つの例示的な実施形態では、圧電層のアニール時間は、約30分から約2時間である。
図2は、例示的な圧電デバイス200を図示する。圧電デバイス200は、基板210、および基板210の第1の表面230上に堆積されたナノ結晶ダイヤモンド(NCD)層220を含む。この例示的な実施形態では、基板210はシリコンを含む。NCD層220は、当技術分野でよく知られている化学気相堆積(CVD)技法を使用して、基板210上に堆積される。基板210は、一般的に任意の厚さ240を有することができる。図示された実施形態では、基板210の厚さ240は、約100ミクロンから約1000ミクロンである。NCD層220は、一般的に任意の厚さ250を有することができる。たとえば、NCD層220の厚さ250は、約0.5ミクロンから約10ミクロンである。
圧電デバイス200は、NCD層220の第1の表面270上に直接堆積されたペロブスカイト圧電層260を含む。ペロブスカイト圧電層260は、パルスレーザ堆積(PLD)技法を使用して、NCD層220上に堆積することができる。1つの例示的な実施形態では、ペロブスカイト圧電層260は、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)を含む。代替実施形態では、ペロブスカイト圧電層260は、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン(PLZT)を含む。圧電層260としてPLZTを使用することによって、圧電デバイス200の誘電特性および強誘電特性の調整が容易になることに留意されたい。ペロブスカイト圧電層260は、一般的に任意の厚さ280を有することができる。たとえば、ペロブスカイト圧電層260の厚さ280は、約100ナノメートルから約800ナノメートルである。
上記の圧電デバイス200は、さまざまな応用分野で使用することができる。たとえば、圧電デバイス200は、表面弾性波(SAW)デバイス、または微小電気機械システム(MEMS)デバイスとして使用することができる。1つの例示的な実施形態では、インターデジタル変換器(IDT)層(図示せず)を、圧電デバイス200のペロブスカイト圧電層260上に堆積して、電気通信デバイスまたは検知デバイスに組み込むことができるSAWデバイスを形成することができる。IDT層は、プラチナまたはタンタルで形成される、パターン形成された金属ストリップを含む。しかし、他の適切な材料を使用することができる。IDT層は、1つまたは複数のインターデジタル変換器および反射器を含み、音波を電気信号に変換し、その逆も同様に変換する。特に所望される使用法に応じて、1つまたは複数の同じまたは異なる圧電デバイス200を使用することができる。
上記の例示的な方法は、ダイヤモンド基板上にPZTペロブスカイト相の層の、直接堆積を可能にする。本明細書で議論される技法は、バッファ層を必要とすることなく、ダイヤモンド基板上にPZT層を、信頼性高く一体化することを容易にする。有利なことに、ダイヤモンド基板上にPZT層を備えるデバイスは、ダイヤモンドの音の速度がかなり速いことのおかげで、高周波表面弾性波デバイスとして使用することができる。そのようなデバイスは、かなり高い感度、よりよい特異性、および高い分解能を有する。
上記の技法を使用して形成された表面弾性波デバイスは、電気通信および検知の応用分野で使用することができる。たとえば、表面弾性波センサは、化学物質対物理作用変換器として働く膜で被覆することができ、そのようなセンサは、化学物質検知の応用分野で採用することができる。膜は、検知される化学物質の存在に応答して、その物理的特性のうちの1つまたは複数が変化を呈する高分子材料を含むことができる。そのようなセンサは、とりわけ、化学物質の蒸気、神経作用物質、血液作用物質、および化学戦物質を検出するために使用することができる。さらに、そのようなデバイスは、フィルタ、共振器、移動交換システム、および全地球測位システムで使用することができる。そのようなデバイスは、ソナー(音響航法および測距)の応用分野でも使用することができる。
実施例。本発明は、実施例およびその比較例を用いて、以下でさらに詳細に説明することとする。しかし、本発明が、これらの実施例によって限定されることを決して意図するものではないことに留意されたい。
シリコン基板上のNCD層の堆積。約2インチの厚さを有するシリコン基板が、NCD層を堆積するために使用された。そのようなシリコン基板は、米国、MTI Corporationなどの企業から、約2インチから約12インチの厚さで市販されている。シリコン基板210は、NCD層の形成前にエッチングされた。シリコン基板210は、約10%の塩酸を約30秒の期間使用してエッチングされた。続いて、シリコン基板210は、約1:1の比率を有するアンモニアと過酸化水素の溶液の中に約5分間浸けられ、その後、基板210をエチルアルコールで洗浄した。
洗浄された基板210は、次に、ダイヤモンドナノ粒子でシードされた。ダイヤモンドナノ粒子は、約4ナノメートルの粒子サイズを有するデトネーションダイヤモンドナノ粒子を含んでいた。ダイヤモンドナノ粒子は、ジメチルスルホキシド(DMSO)中で分散させられた。ダイヤモンドナノ粒子は、米国のInternational Technology Centre(ITC)から入手された。シードされた基板は、次に、CVDリアクタ(米国、sp3 Diamond Technologies Inc.から入手された、CVDリアクタ、モデル番号650)内に置かれた。CVDリアクタ内で、タングステンフィラメントが使用され、シードされた基板210を加熱した。タングステンフィラメントの温度は、約2200℃に制御され、基板210の温度は、約800℃に制御された。タングステンフィラメントの温度は、パイロメータを使用して監視され、基板の温度は、Kタイプの熱電対を使用して測定された。
NCD層220は、約80sccmのガス流量のメタンと約3000sccmのガス流量の水素のガス状混合物を通すことにより、加熱された基板210の第1の表面上に、化学的に気相堆積された。CVDリアクタ内の圧力は、約5トル(666.61パスカル)に制御された。成長プロセス全体は、約3時間実施され、堆積されたNCD層の厚さは、約1.4ミクロンであると測定された。
NCD層上へのPZT層の堆積。上記のようなNCD層220を備えるシリコン基板210は、インド、バンガロールのHind Hivac Pvt.Ltdから調達されたPLDチャンバ内に、組成物PbZr0.52Ti0.48O3を有するPZTターゲットとともに置かれた。ここで、約5モル%の酸化鉛(PbO)がターゲットに加えられ、堆積およびポストアニール処理の期間の鉛および酸素の減少の補償をした。基板210は、PLDチャンバ内で、ターゲット面に平行に、抵抗加熱器上に搭載された。約2.2J/cm2のエネルギ密度を有するNd:YAGレーザ(フランスのQuantel製、モデル Brilliant 355nm、周波数10Hz)の第3高調波ビームが、約45度の角度でターゲットに合焦されて、PZT層260が堆積された。PLDチャンバのベース圧力は、2×10−6mbarに維持される。
続いて、酸素がPLDチャンバ内に一定の流量で導入された。PLDチャンバ内の堆積圧力は、約0.5mbarに維持された。PLDチャンバ内の堆積温度は、約550℃に制御された。堆積されたPZT層260は、約1時間、堆積温度でアニールされた。堆積プロセスは、約10分間実行され、PZT層260の厚さは、約500ナノメートルであると測定された。PZT層260の厚さは、光学式プロフィルメータを使用して測定された。
シリコン基板のNCD層上に堆積されたPZT層の相および結晶性の分析。550℃および0.5mbarの酸素分圧で堆積されたPZT層260の、約1時間のその位置での(in−situ)アニール後の、相および結晶性の解析が、Cu Kα放射を用いたX線回折(XRD)により実施された。図3は、PZT層のX線回折(XRD)パターン300を示す。XRDパターンは、オランダのPANalytical製、X’pertPRO XRDシステムを使用して得られた。XRDパターンから理解できるように、XRDパターン300内の結晶配向は、PZT層のペロブスカイト構造を明瞭に示している。
PZT層の微細構造検査。550℃の堆積温度および0.5mbarの酸素分圧でNCD層220上に堆積されたPZT層260の微細構造が、電界放射型走査電子顕微鏡(SEM)(米国、オレゴンのFEI製、モデル Quanta 3D)を使用して観測された。図4は、PZT層260のSEM画像400を示す。理解できるように、PZT層260は、稠密に詰め込まれ、スムーズでピンホールのないナノ構造を呈した。PZT層260の平均粒度は、約40ナノメートルであると測定された。
堆積されたPZT層のラマンスペクトル。上記のシリコン基板210のNCD層220上に堆積されたPZT層260のラマンスペクトルは、共焦点ラマン顕微鏡(ドイツ、Witec製、モデル Alpha 300)を使用して記録された。図5は、PZT層のラマンスペクトル500を示す。堆積されたPZT層のスペクトル500は、参照番号510および520により表されるようなPZT層のピークならびに約1332cm−1の周波数にあるダイヤモンド層のピーク530に対応するすべてのピークを示す。さらに、PZTラマンモードの周波数は、横光学1モード(A1(1TO))の約133cm−1、縦光学1モード(A1(1LO))の約192cm−1、横光学2モード(E(2TO))の約230cm−1、(B1+E)の約287cm−1、横光学2モード(A1(2TO))の約349cm−1、横光学3モード(A1(3TO))の約592cm−1、縦光学3モード(E(3LO))の約678cm−1、縦光学3モード(A1(3LO))の約843cm−1であった。
約1332cm−1の周波数でのピーク530が、NCD層の3重に縮退した中心フォノンモード(F2g)を表していたことに留意されたい。さらに、約1150cm−1(v1)の周波数のピーク540および約1450cm−1(v2)の周波数のピーク550のそれぞれは、一般的にナノ結晶ダイヤモンド(NCD)薄膜と呼ばれる、約500nmのダイヤモンド膜未満の、有限の結晶サイズの粒界に存在する、トランスポリアセチレン(トランスPA)に割り当てられた。(それぞれ、1150cm−1および1450cm−1の周波数の)2つのピークは、NCDのシグネチャー(signature)を表すことに留意されたい。これらのピークは、典型的には、単結晶ダイヤモンドまたは微晶質ダイヤモンドでは得られない。これらは、NCDの大きな粒界密度に起因してNCDでのみ観察可能であり、このことにより、NCD層が形成されたことが確認される。さらに、約521cm−1の周波数での参照番号560により表されるピークは、ベースシリコン基板に対応した。
PZT層の原子間力顕微鏡(AFM)結果。図6は、上記のような、NCD層220上に堆積されたPZT層260のAFM画像600を示す。AFM画像は、米国、Agilent Technologies製のAFM モデル No.550を使用して得られた。電気測定を実施するため、2つの金電極が、PZT層260上に堆積された。2つの電極は、約150マイクロメートルの距離で離間された。ベースシリコン基板上のNCD層上に堆積されたPZT膜の電流−電圧特性700が、図7にグラフで表されている。理解できるように、約±50Vの印加電圧に対応する漏れ電流値は、約10−6Aであった。このことは、PZT層の絶縁性が非常に高いことを示している。
本開示は、本明細書中に記載された特定の実施形態の観点から制限されるものではなく、本明細書は、さまざまな態様の説明として意図されている。当業者には明らかであるように、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、多くの変更形態および変形形態がなされ得る。本明細書に列挙されたものに加えて、本開示の範囲の中で機能的に等価な方法および装置が、上記の説明から当業者には明らかであろう。そのような変更形態および変形形態は、添付の特許請求の範囲に包含されることが意図される。本開示は、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる等価物の範囲全体とともに、添付の特許請求の範囲の条項によってのみ限定されるべきである。本開示は、当然変更することが可能な、特定の方法、試薬、化合物、組成物または生物学的なシステムに限定されないことを理解するべきである。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を記載するためだけのものであって、限定することは意図していないことも理解されたい。
本明細書における実質的にすべての複数形および/または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および/または用途に適切なように、複数形から単数形に、および/または単数形から複数形に変換することができる。さまざまな単数形/複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲(たとえば、添付の特許請求の範囲の本体部)において使用される用語は、全体を通じて「オープンな(open)」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう(たとえば、用語「含む(including)」は、「含むがそれに限定されない(including but not limited to)」と解釈されるべきであり、用語「有する(having)」は、「少なくとも有する(having at least)」と解釈されるべきであり、用語「含む(includes)」は、「含むがそれに限定されない(includes but is not limited to)」と解釈されるべきである、など)。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。
たとえば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも1つの(at least one)」および「1つまたは複数の(one or more)」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「1つまたは複数の」または「少なくとも1つの」および「a」または「an」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「a」または「an」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に1つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない(たとえば、「a」および/または「an」は、「少なくとも1つの」または「1つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである)。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。
また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、通常、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう(たとえば、他の修飾語なしでの「2つの記載(two recitations)」の単なる記載は、少なくとも2つの記載、または2つ以上の記載を意味する)。さらに、「A、BおよびC、などの少なくとも1つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている(たとえば、「A、B、およびCの少なくとも1つを有するシステム」は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AおよびBを共に、AおよびCを共に、BおよびCを共に、ならびに/またはA、B、およびCを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない)。「A、B、またはC、などの少なくとも1つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている(たとえば、「A、B、またはCの少なくとも1つを有するシステム」は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AおよびBを共に、AおよびCを共に、BおよびCを共に、ならびに/またはA、B、およびCを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない)。
2つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および/または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方(one of the terms)、当該用語のいずれか(either of the terms)、または両方の用語(both terms)を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、句「AまたはB」は、「A」または「B」あるいは「AおよびB」の可能性を含むことが理解されよう。
当業者なら理解するように、記述を提供することに関するなど、あらゆるすべての目的のため、本明細書に開示の全範囲は、また、あらゆるすべての可能な部分範囲ならびにその部分範囲の組み合わせも包含する。任意の列挙された範囲は、十分に記載して、同じ範囲を少なくとも2等分、3等分、4等分、5等分、10等分などに分解できることが容易に認識できる。非限定の例として、本明細書で議論した各範囲は、下側の3分の1、中央の3分の1、上側の3分の1などに容易に分解できる。
また、当業者なら理解するように、「まで(up to)」「少なくとも(at least)」「より大きい(greater than)」「未満(less than)」などのすべての言葉は、記載した数を含み、上で議論したように、後で部分範囲に分解することができる範囲のことをいう。最後に、当業者なら理解するように、範囲は各個の要素を含む。したがって、たとえば、1〜3のセルを有するグループとは、1つのセル、2つのセル、または3つのセルを有するグループのことをいう。同様に、1〜5のセルを有するグループとは、1つのセル、2つのセル、3つのセル、4つのセル、または5つのセルを有するグループのことをいい、以下同様である。
さまざまな態様および実施形態が本明細書で開示されてきたが、他の態様および実施形態が、当業者には明らかであろう。本明細書に開示のさまざまな態様および実施形態は、説明を目的とするものであり、限定することを意図しておらず、真の範囲および精神は以下の特許請求の範囲によって示される。
Claims (35)
- 圧電デバイスを製造する方法であって、
基板を準備することと、
前記基板の第1の表面上にナノ結晶ダイヤモンド(NCD)層を形成することと、
前記ナノ結晶ダイヤモンド層の第1の表面上に圧電層を堆積することと
を含む方法。 - 前記基板がシリコンを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記圧電層がペロブスカイト構造を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記ナノ結晶ダイヤモンド(NCD)層を形成することが、化学気相堆積(CVD)技法を使用することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記化学気相堆積技法が、熱フィラメント化学気相堆積(HFCVD)、またはマイクロ波プラズマ化学気相堆積(MPCVD)技法を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記ナノ結晶ダイヤモンド層を形成することが、
前記基板を洗浄し、前記基板をダイヤモンドのナノ粒子でシード化することと、
前記シード化された基板をCVDリアクタ内に置くことと、
前記基板を熱フィラメントの配列により堆積温度に加熱することと、
前記CVDリアクタ内に、炭化水素および水素のガス状混合物を通すことにより、前記加熱された基板の前記第1の表面上に、前記NCD層を化学的に気相堆積することと
を含む、請求項4に記載の方法。 - 前記圧電層を堆積することが、パルスレーザ堆積(PLD)技法を使用することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記圧電層が、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記圧電層が、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン(PLZT)を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記圧電層を堆積することが、PLDチャンバ内に置かれた圧電ターゲットをレーザ源に曝すことを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記堆積された圧電層をアニールすることをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記PLDチャンバ内の堆積温度が、約525℃から約600℃である、請求項10に記載の方法。
- 前記堆積温度が、約550℃である、請求項12に記載の方法。
- 前記PLDチャンバ内の堆積圧力が、約0.4mbarから約0.6mbarである、請求項10に記載の方法。
- 圧電デバイスを製造する方法であって、
ダイヤモンド基板を準備することと、
ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)層が結晶性ペロブスカイト相の層であるように、前記ダイヤモンド基板の第1の表面上に前記ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)層を堆積することと
を含む方法。 - 前記ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)層を堆積することが、パルスレーザ堆積(PLD)技法を使用することを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記ダイヤモンド基板が、化学気相堆積(CVD)技法を使用してベース基板上に形成されたナノ結晶ダイヤモンド(NCD)層を含む、請求項15に記載の方法。
- 前記化学気相堆積技法が、熱フィラメント化学気相堆積(HFCVD)、またはマイクロ波プラズマ化学気相堆積(MPCVD)技法を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記ベース基板がシリコンを含む、請求項17に記載の方法。
- 基板と、
前記基板の第1の表面上に配設されたナノ結晶ダイヤモンド(NCD)層と、
前記ナノ結晶ダイヤモンド層の第1の表面上に堆積されたペロブスカイト圧電層と
を備える圧電デバイス。 - 前記基板がシリコンを含む、請求項20に記載の圧電デバイス。
- 前記基板の厚さが、約100ミクロンから約1000ミクロンである、請求項21に記載の圧電デバイス。
- 前記ナノ結晶ダイヤモンド層の厚さが、約1ミクロンから約10ミクロンである、請求項20に記載の圧電デバイス。
- 前記ペロブスカイト圧電層が、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)層、またはジルコン酸チタン酸鉛ランタン(PLZT)を含む、請求項20に記載の圧電デバイス。
- 前記ペロブスカイト圧電層の厚さが、約100ナノメートルから約800ナノメートルである、請求項24に記載の圧電デバイス。
- 前記デバイスが、表面弾性波(SAW)デバイス、または微小電気機械システム(MEMS)デバイスである、請求項20に記載の圧電デバイス。
- 前記ペロブスカイト圧電層が、パルスレーザ堆積(PLD)技法を使用して、前記ナノ結晶ダイヤモンド(NCD)層上に堆積される、請求項20に記載の圧電デバイス。
- 圧電デバイスを表面弾性波(SAW)デバイスとして使用する方法であって、
前記圧電デバイスが、
基板、
前記基板の第1の表面上に配設されたナノ結晶ダイヤモンド(NCD)層、および
前記ナノ結晶ダイヤモンド層の第1の表面上に配設されたペロブスカイト圧電層
を備える、圧電デバイスを提供することと、
前記圧電デバイスの前記ペロブスカイト圧電層上に、インターデジタル変換器(IDT)層を堆積することと
を含む方法。 - 前記基板がシリコンを含む、請求項28に記載の方法。
- 前記ペロブスカイト圧電層が、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)層、またはジルコン酸チタン酸鉛ランタン(PLZT)を含む、請求項28に記載の方法。
- 前記インターデジタル変換器層が、プラチナまたはタンタルを含む、請求項28に記載の方法。
- 前記表面弾性波デバイスが電気通信デバイスに組み込まれる、請求項28に記載の方法。
- 前記表面弾性波デバイスが表面弾性波フィルタである、請求項32に記載の方法。
- 前記表面弾性波デバイスが検知デバイスに組み込まれる、請求項28に記載の方法。
- 前記表面弾性波デバイスが音響航法および測距(ソナー)デバイスに組み込まれる、請求項34に記載の方法。
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