JP2574225B2 - 多成分薄膜 - Google Patents
多成分薄膜Info
- Publication number
- JP2574225B2 JP2574225B2 JP60150746A JP15074685A JP2574225B2 JP 2574225 B2 JP2574225 B2 JP 2574225B2 JP 60150746 A JP60150746 A JP 60150746A JP 15074685 A JP15074685 A JP 15074685A JP 2574225 B2 JP2574225 B2 JP 2574225B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- composition
- layer
- composite oxide
- component thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複数成分からなる薄膜の構成に関するもの
である。
である。
従来の技術 多成分で構成される合金あるいは化合物の薄膜は、エ
レクトロニクスを始めとする各種先端産業を支える基本
材料として、大いに期待されている。しかしこのような
多成分薄膜の作製は、真空蒸着法あるいはスパッタ法等
を用いても組成のコントロールが容易ではない。（例え
ば金原粲「薄膜」，（昭54.6月），裳華房.24頁）この
ような組成の精密なコントロールを行うためには、蒸発
源を個別に分離した多元蒸発法が用いられる。（例えば
金原粲「薄膜」，（昭54.6月），裳華房,13頁）この方
法により任意基板上に所望の組成の薄膜を得ることが出
来る。
レクトロニクスを始めとする各種先端産業を支える基本
材料として、大いに期待されている。しかしこのような
多成分薄膜の作製は、真空蒸着法あるいはスパッタ法等
を用いても組成のコントロールが容易ではない。（例え
ば金原粲「薄膜」，（昭54.6月），裳華房.24頁）この
ような組成の精密なコントロールを行うためには、蒸発
源を個別に分離した多元蒸発法が用いられる。（例えば
金原粲「薄膜」，（昭54.6月），裳華房,13頁）この方
法により任意基板上に所望の組成の薄膜を得ることが出
来る。
発明が解決しようとする問題点 以上の従来の方法を用いれば組成に関しては所望の薄
膜が得られるが、薄膜の結晶構造に関しては所望のもの
になるとは限らない。任意の特性を持つ薄膜となるため
には、組成とともに結晶構造が大きな影響を与える。一
般に任意基板に対して薄膜が成長を行う場合、薄膜の結
晶構造が組成により少なからず影響を受ける。従って所
望の組成の薄膜が所望の結晶構造で成長し難い場合に
は、所望の特性を有する薄膜は得られない。本発明の、
鉛，ランタニウム，ジルコニウム，チタニウムの任意の
割合で構成された複合酸化物PLZT（一般化学式Pb1-xLax
（ZryTi1-y）１−X/4O3、ここでｘは０以上0.5以下の、
またｙは０以上１以下の数値を示す）の薄膜をスパッタ
リング法で作製する場合、鉛元素が、スパッタリングタ
ーゲットに過剰にないと、電気光学特性を示すペロブス
カイト型構造の薄膜が得られず、パイロクロア型の結晶
構造の薄膜が成長し、希望する特性が出ない。たとえ
ば、石田他ジャーナルオブ アプライド フィジィック
ス48巻1977年951頁（M.Ishida et al:J.Appl.Phys.48
（1977）951）すなわち、所望の組成で所望の結晶構造
を有する薄膜を得るのは、場合によっては非常に難しい
ものとなる。
膜が得られるが、薄膜の結晶構造に関しては所望のもの
になるとは限らない。任意の特性を持つ薄膜となるため
には、組成とともに結晶構造が大きな影響を与える。一
般に任意基板に対して薄膜が成長を行う場合、薄膜の結
晶構造が組成により少なからず影響を受ける。従って所
望の組成の薄膜が所望の結晶構造で成長し難い場合に
は、所望の特性を有する薄膜は得られない。本発明の、
鉛，ランタニウム，ジルコニウム，チタニウムの任意の
割合で構成された複合酸化物PLZT（一般化学式Pb1-xLax
（ZryTi1-y）１−X/4O3、ここでｘは０以上0.5以下の、
またｙは０以上１以下の数値を示す）の薄膜をスパッタ
リング法で作製する場合、鉛元素が、スパッタリングタ
ーゲットに過剰にないと、電気光学特性を示すペロブス
カイト型構造の薄膜が得られず、パイロクロア型の結晶
構造の薄膜が成長し、希望する特性が出ない。たとえ
ば、石田他ジャーナルオブ アプライド フィジィック
ス48巻1977年951頁（M.Ishida et al:J.Appl.Phys.48
（1977）951）すなわち、所望の組成で所望の結晶構造
を有する薄膜を得るのは、場合によっては非常に難しい
ものとなる。
問題点を解決するための手段 本発明の多成分薄膜は、鉛、ランタニウム、ジルコニ
ウム、チタニウムの任意の割合の複合酸化物で、基体に
隣接して成長した第１の層と、これとは組成が異なる第
２の層と、これらの層の間に設けた有限厚の、第１の層
から第２の層へ至る組成変化をつけた層からなり、第１
の層の組成におけるジルコニウムの含有比率が第２の層
の組成の含有比率より少ないという構成になっている 作用 成長条件を変えても得にくい組成と構造を有する薄膜
に対して、その結晶構造ができやすい組成が存在する場
合、初めに第１の層を、できやすい組成の薄膜を成長促
進層としてつけ、その後組成を連続的に変化させて得に
くい組成に変えた後、第２の層として得にくい組成の主
薄膜層を形成させるという簡単な構成により、所望の組
成と構造を有する特性に優れた薄膜が好結果に得られる
という発見に基づき、本発明者等は本発明をなした。こ
の場合なぜ成長しやすい組成が存在するのかは明らかで
ないが、化合物半導体のエピタキシャル成長等で見られ
るような、格子の不整合を組成を変えていくことにより
緩和させるという主旨とは、明らかに異なった原理であ
る。また組成変化させた層を意図的に入れない場合で
も、この種の化学的柔軟性に富む物質では、自然に組成
変化層が形成されるものとなる。この原理を、電気光学
材料として知られるPLZT系化合物（少なくともPb,La,Z
r,Tiの組み合わせからなる複合酸化物）に応用し、主薄
膜層の組成として大きな電気光学特性を示す領域である
0.6＜Zr/Zr＋Ti＜0.7かつ0.07＜La/Pb＋La＜0.1に設定
し、成長促進層の組成としてZr/Zr＋Ti＜0.05かつ0.1＜
La/Pb＋La＜0.4に設定することにより、良好な特性を有
するPLZT系薄膜となることを本発明者等は確認した。
ウム、チタニウムの任意の割合の複合酸化物で、基体に
隣接して成長した第１の層と、これとは組成が異なる第
２の層と、これらの層の間に設けた有限厚の、第１の層
から第２の層へ至る組成変化をつけた層からなり、第１
の層の組成におけるジルコニウムの含有比率が第２の層
の組成の含有比率より少ないという構成になっている 作用 成長条件を変えても得にくい組成と構造を有する薄膜
に対して、その結晶構造ができやすい組成が存在する場
合、初めに第１の層を、できやすい組成の薄膜を成長促
進層としてつけ、その後組成を連続的に変化させて得に
くい組成に変えた後、第２の層として得にくい組成の主
薄膜層を形成させるという簡単な構成により、所望の組
成と構造を有する特性に優れた薄膜が好結果に得られる
という発見に基づき、本発明者等は本発明をなした。こ
の場合なぜ成長しやすい組成が存在するのかは明らかで
ないが、化合物半導体のエピタキシャル成長等で見られ
るような、格子の不整合を組成を変えていくことにより
緩和させるという主旨とは、明らかに異なった原理であ
る。また組成変化させた層を意図的に入れない場合で
も、この種の化学的柔軟性に富む物質では、自然に組成
変化層が形成されるものとなる。この原理を、電気光学
材料として知られるPLZT系化合物（少なくともPb,La,Z
r,Tiの組み合わせからなる複合酸化物）に応用し、主薄
膜層の組成として大きな電気光学特性を示す領域である
0.6＜Zr/Zr＋Ti＜0.7かつ0.07＜La/Pb＋La＜0.1に設定
し、成長促進層の組成としてZr/Zr＋Ti＜0.05かつ0.1＜
La/Pb＋La＜0.4に設定することにより、良好な特性を有
するPLZT系薄膜となることを本発明者等は確認した。
実施例 本発明の内容のより深い理解のために、以下具体的な
一実施例により本発明を説明する。PLZT化合物のうち、
Pb0.92La0.08（Zr0.65Ti0.35）0.98O3で表わされる組成
のものは、非常に大きな電気光学特性を有する。この組
成の薄膜は良好な光デバイスの材料として期待される
が、通常のスパッタリング法ではこの組成の薄膜を得る
のは難しい。Pb,La,Zr,Tiの４個の金属ターゲットを用
いた多元スパッタ装置を用い、酸素とアルゴンの混合ガ
スの元で反応性スパッタリングによりサファイアＣ面基
板上に薄膜作製を行った。基板温度を700℃とし、薄膜
組成を上記組成に初めから設定したものと、成長促進層
として初めはPb0.72La0.28Ti0.93O3に組成を設定し徐々
に上記組成に変えて成長させたものと２種を作製した。
前者のＸ線（CuKα）回折パターンを第２図ａに、後者
のを第２図ｂに示す。初めから組成を設定したものでは
サファイアＣ面基板のピーク21だけで薄膜は非晶質的に
なっているが、初期に成長促進層を設けたものは促進層
のピーク22とともに主薄膜層のピーク23も観測され、所
望の結晶構造の薄膜になっていることが確認された。こ
の薄膜の構成を第１図に示す。サファイアＣ面基板11上
に300Aの成長促進層12があり、200A程度組成を連続的に
変化させた部分13を経て、電気光学効果の大きい組成の
主薄膜層14が3000Aつけられている。薄膜の電気光学特
性は、２次電気光学定数Ｒ＝10×10-16（m/V）２が確認
され、従来のものより一桁大きい値を持つ電気光学薄膜
材料が実現出来た。
一実施例により本発明を説明する。PLZT化合物のうち、
Pb0.92La0.08（Zr0.65Ti0.35）0.98O3で表わされる組成
のものは、非常に大きな電気光学特性を有する。この組
成の薄膜は良好な光デバイスの材料として期待される
が、通常のスパッタリング法ではこの組成の薄膜を得る
のは難しい。Pb,La,Zr,Tiの４個の金属ターゲットを用
いた多元スパッタ装置を用い、酸素とアルゴンの混合ガ
スの元で反応性スパッタリングによりサファイアＣ面基
板上に薄膜作製を行った。基板温度を700℃とし、薄膜
組成を上記組成に初めから設定したものと、成長促進層
として初めはPb0.72La0.28Ti0.93O3に組成を設定し徐々
に上記組成に変えて成長させたものと２種を作製した。
前者のＸ線（CuKα）回折パターンを第２図ａに、後者
のを第２図ｂに示す。初めから組成を設定したものでは
サファイアＣ面基板のピーク21だけで薄膜は非晶質的に
なっているが、初期に成長促進層を設けたものは促進層
のピーク22とともに主薄膜層のピーク23も観測され、所
望の結晶構造の薄膜になっていることが確認された。こ
の薄膜の構成を第１図に示す。サファイアＣ面基板11上
に300Aの成長促進層12があり、200A程度組成を連続的に
変化させた部分13を経て、電気光学効果の大きい組成の
主薄膜層14が3000Aつけられている。薄膜の電気光学特
性は、２次電気光学定数Ｒ＝10×10-16（m/V）２が確認
され、従来のものより一桁大きい値を持つ電気光学薄膜
材料が実現出来た。
発明の効果 以上のように本発明の多成分薄膜は、従来実現が困難
であったPLZT複合酸化物における任意の組成及び結晶構
造を有する薄膜の構成を提供するものであり、本発明の
工業的価値は高い。
であったPLZT複合酸化物における任意の組成及び結晶構
造を有する薄膜の構成を提供するものであり、本発明の
工業的価値は高い。
第１図は本発明の一実施例における多成分薄膜の構成
図、第２図は従来例および本発明の一実施例における多
成分薄膜のＸ線回折パターン特性図である。 11……サファイアＣ面基板、12……成長促進層（Pb0.72
La0.28Ti0.93O3）、13……組成変化部、14……主薄膜層
｛Pb0.92La0.08（Zr0.65Ti0.35）0.98O3｝、21……サフ
ァイアＣ面の回折ピーク、22……成長促進層の回折ピー
ク、23……主薄膜層の回折ピーク。
図、第２図は従来例および本発明の一実施例における多
成分薄膜のＸ線回折パターン特性図である。 11……サファイアＣ面基板、12……成長促進層（Pb0.72
La0.28Ti0.93O3）、13……組成変化部、14……主薄膜層
｛Pb0.92La0.08（Zr0.65Ti0.35）0.98O3｝、21……サフ
ァイアＣ面の回折ピーク、22……成長促進層の回折ピー
ク、23……主薄膜層の回折ピーク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三露 常男 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (72)発明者 山崎 攻 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】鉛（Pb）、ランタニウム（La）、ジルコニ
ウム（Zr）、チタニウム（Ti）の任意の割合の組み合わ
せで構成される複合酸化物を主成分とする薄膜が、基体
に隣接して成長した第１の層と、これとは組成が異なる
第２の層と、これらの層の間に設けた有限厚の、前記第
１の層から前記第２の層へ至る組成変化をつけた層から
構成され、第１の層の組成におけるジルコニウムの含有
比率を第２の層の組成の含有比率より少なくしたことを
特徴とする多成分薄膜。 - 【請求項２】第１の層の組成がZr/（Zr＋Ti）＜0.05か
つ0.1＜La/（Pb＋La）＜0.4の元素比率を持つ複合酸化
物からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の多成分薄膜。 - 【請求項３】第２の層の組成が0.6＜Zr/（Zr＋Ti）＜0.
7かつ0.07＜La/（Pb＋La）＜0.1の元素比率を持つ複合
酸化物からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の多成分薄膜。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60150746A JP2574225B2 (ja) | 1985-07-09 | 1985-07-09 | 多成分薄膜 |
| US06/856,783 US4731172A (en) | 1985-04-18 | 1986-04-17 | Method for sputtering multi-component thin-film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60150746A JP2574225B2 (ja) | 1985-07-09 | 1985-07-09 | 多成分薄膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6212696A JPS6212696A (ja) | 1987-01-21 |
| JP2574225B2 true JP2574225B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=15503511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60150746A Expired - Lifetime JP2574225B2 (ja) | 1985-04-18 | 1985-07-09 | 多成分薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2574225B2 (ja) |
-
1985
- 1985-07-09 JP JP60150746A patent/JP2574225B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6212696A (ja) | 1987-01-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |