JP2789305B2 - Manufacturing method of lead germanate - Google Patents

Manufacturing method of lead germanate

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、優れた焦電性を示すこ
とから赤外線センサーとして使用されるゲルマン酸鉛化
学組成Pb5 Ge3-X SiX 11 x=0〜0.6(P
5 Ge3 11、以下PGO)の製造法に関するもので
ある。
The present invention relates to a lead germanate is used as the infrared sensor since it exhibits excellent pyroelectric chemical composition Pb 5 Ge 3-X Si X O 11 x = 0~0.6 (P
b 5 Ge 3 O 11 (hereinafter referred to as PGO).

【0002】[0002]

【従来の技術】現在の焦電材料を用いた2次元センサー
は、信号転送部のシリコンと赤外線受光部の焦電材料を
別々に作製して金属柱でつなぐ方法がとられる。しかし
ながら、この方法では焦電材料の焼成温度が高いため、
シリコンチップ上に直接受光部を形成しようとした場
合、チップ内の金属電極、拡散層などを破壊してしま
う。そこで、シリコンなどの半導体基板上に直接PGO
の薄膜を作製するための方法として、1)スパッタリン
グ法、2)蒸着法、3)スプレーパイロリシス法等が
討されている。しかるに、PGOのペロスカイト型酸
化物は、600〜700℃の熱処理を加えないと準安定
相である常誘電体のパイロクロア構造或いは両者の混在
した構造の膜となり、更に高温の熱処理によりPbの蒸
発等により組成制御が困難になることが知られている。
2. Description of the Related Art At present, a two-dimensional sensor using a pyroelectric material employs a method in which silicon for a signal transfer unit and a pyroelectric material for an infrared light receiving unit are separately prepared and connected by a metal column. However
However, in this method, the firing temperature of the pyroelectric material is high,
If an attempt is made to form a light receiving portion directly on a silicon chip, metal electrodes, diffusion layers, and the like in the chip will be destroyed. Therefore, PGO is directly placed on a semiconductor substrate such as silicon.
As a method for producing the thin film of 1) , 1) a sputtering method, 2) a vapor deposition method, 3) a spray pyrolysis method, and the like have been studied . However, Pero Bed Sukaito type oxide PGO becomes a film of mixed structure of pyrochlore structure or both not subjected to heat treatment of 600 to 700 ° C. metastable phase in a paraelectric, yet Pb by heat treatment of high temperature It is known that composition control becomes difficult due to evaporation and the like.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
法よりも誘電率が倍以上の良好な焦電性を示し、操作が
簡便で、組成や成形形状の変更も容易であることから大
量生産に適し、品質のすぐれた焦電性セラミックスを安
価に製造できるゲルマン酸鉛の製造法を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to
It shows good pyroelectricity with a dielectric constant more than twice that of the
Simple and easy to change composition and molding shape
Good quality pyroelectric ceramics suitable for mass production.
To provide a method for producing lead germanate that can be produced at a low price
is there.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】 本発明のゲルマン酸鉛の
製造法は、優れた焦電性を示すゲルマン酸鉛系セラミッ
クス薄膜を得るため、アルコールに溶解させた塩素イオ
ンを含まない原料化合物を加水分解させることによりア
ルコールを分散媒とするゲルマニウム及び鉛を含むゾル
を調製し、得られたゾルをゲル化させると同時に成形
し、形成されたゲルの成形物を500〜00℃の低温
で焼成することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The lead germanate of the present invention comprises
The production method contains germanium and lead using alcohol as a dispersion medium by hydrolyzing a raw material compound containing no chloride ion dissolved in alcohol to obtain a lead germanate-based ceramics thin film exhibiting excellent pyroelectricity. sol was prepared, obtained sol was shaped simultaneously with the gelling, firing a molded article formed gel at low temperatures 500 to 7 00 ° C. characterized.

【0005】 アルコール中にゲルマニウム、鉛の水酸化
物を生成するための原料化合物としては、これらの金属
の有機酸、無機酸(ただし、塩化物を除く)または
アルコキシドが適当である。塩化物は、原料として用い
ることが可能であるが、用いた場合結晶化温度が高くな
ことと塩素が膜中に残留する恐れがあるので使用は、
好ましくない。
[0005] as the starting compound for producing germanium, lead hydroxide in alcohol, organic acid salts of these metals, an inorganic acid salt (except chloride) or alkoxide are suitable. Used because the chloride, it is possible to use as a raw material, it chlorine crystallization temperature is increased there is a risk of remaining in the film when used is
Not preferred.

【0006】 原料として好適なゲルマン酸鉛化合物の具
体例としては、ゲルマニウムアルコキシド(例えばエト
キシド、イソプロポキシド、n−ブトキシド)等があ
る。また、原料鉛化合物の好ましい具体例としては、酢
酸鉛、硝酸鉛、鉛イソプロポキシド等がある。シリコン
の原料にはシリコンテトラエトキシド(TEOS)を用
いる。これらの原料化合物を溶解させ、次いでゾルを生
成させるためのアルコールは、原料化合物の種類に応じ
て適当なものを任意に選択することができるが、多くの
場合に適当なものの例としては、2−プロパノール、エ
チレングリコール、グリセリンまたは2−(2−エトキ
シエトキシ)エタノール等がある。
[0006] Examples of suitable lead germanate compounds as a raw material, germanium alkoxide (e.g. eth <br/> Kishido, isopropoxide, n- butoxide) and the like. Preferable specific examples of the raw material lead compound include lead acetate, lead nitrate, and lead isopropoxide. Silicon tetraethoxide (TEOS) is used as a silicon raw material. As the alcohol for dissolving these raw material compounds and then forming a sol, an appropriate alcohol can be arbitrarily selected depending on the type of the raw material compound. -Propanol, ethylene glycol, glycerin or 2- (2-ethoxyethoxy) ethanol.

【0007】 原料として鉛イソプロポキシド或いは酢酸
鉛及びゲルマニウムイソプロポキシドを用いる場合、加
水分解速度が速く、空気中の水分と反応してしまうた
め、秤量・混合は乾燥窒素雰囲気下で行なう。
When lead isopropoxide or lead acetate and germanium isopropoxide are used as raw materials, the rate of hydrolysis is high and the reaction with moisture in the air occurs. Therefore, weighing and mixing are performed in a dry nitrogen atmosphere.

【0008】 上記の所定の原料を溶媒の2−(2−エト
キシエトキシ)エタノールに溶解させコーティング溶液
とした。
The above-mentioned predetermined raw material was dissolved in 2- (2-ethoxyethoxy) ethanol as a solvent to prepare a coating solution.

【0009】 調製されたゾルは、そのまま放置すると徐
々に脱水重縮合を起こして容器中でゲル化するため、ゲ
ル化前に膜状に展開させる。たとえばディップコーティ
ング法、スピンコーティング法、スプレー法、超音波ス
プレー法等の方法により適当な基板(例えばソーダガラ
ス、無アルカリガラス、パイレックスガラス、石英ガラ
ス等の板)の表面に均一にコーティングする。
When the prepared sol is left as it is, it gradually undergoes dehydration polycondensation and gels in a container, so that it is developed into a film before gelation. For example, the surface of a suitable substrate ( for example , a plate of soda glass, non-alkali glass, Pyrex glass, quartz glass, etc.) is uniformly coated by a method such as dip coating, spin coating, spraying, or ultrasonic spraying.

【0010】 基板上にコーティングされたゾルは、長時
間放置するか水分を徐々に蒸発させると、ゲル化して軟
らかい膜を形成する。
When the sol coated on the substrate is left for a long time or the water is gradually evaporated, the sol gels to form a soft film.

【0011】従って、本発明の構成は以下に示す通りで
ある。即ち、アルコールに溶解させた原料化合物を加水
分解することによりアルコールを分散媒とする鉛とゲル
マニウム混合物の水酸化物のM(OH) 2 及びM′(O
H) 4 (M=Pb,M′=Ge)のゾルを調整する第1
の工程と、 得られたゾルをゲル化させると同時に成形す
る第2の工程と、 形成されたゲルの成形物を500〜7
00℃で焼成する第3の工程とを有することを特徴とす
る焦電性セラミックスのゲルマン酸鉛の製造法としての
構成を有する。
Therefore, the structure of the present invention is as follows:
is there. That is, the raw material compound dissolved in alcohol is hydrolyzed.
Lead and gel with alcohol as dispersion medium by decomposition
M (OH) 2 and M '(O
H) The first to prepare the sol of 4 (M = Pb, M '= Ge)
Step and gelation of the resulting sol and molding at the same time.
A second step, and forming the formed gel molded product from 500 to 7
And baking at 00 ° C.
Of Pyroelectric Ceramics as a Production Method for Lead Germanate
Having a configuration.

【0012】或いはまた、原料化合物として有機酸塩、
無機酸塩、またはアルコキシドを用 いることを特徴とす
るゲルマン酸鉛の製造法としての構成を有する。
Alternatively, an organic acid salt as a raw material compound,
It is characterized in that there use an inorganic acid salt or an alkoxide,
It has a configuration as a method for producing lead germanate.

【0013】或いはまた、アルコールとして2−プロパ
ノール、エチレングリコール、グリセリンまたは2−
(2−エトキシエトキシ)エタノールを用いることを特
徴とするゲルマン酸鉛の製造法としての構成を有する。
Alternatively, 2-propanol is used as the alcohol.
Knol, ethylene glycol, glycerin or 2-
The use of (2-ethoxyethoxy) ethanol is particularly important.
It has a configuration as a method for producing lead germanate.

【0014】[0014]

【作用】 図1は、原料としてゲルマニウムイソプロポキ
シド、酢酸鉛を用いて作製した薄膜の各熱処理温度変化
によるX線回折分析を示す図(450℃からC軸方向へ
の配向を示す)。図2は、図1と同じ原料を用いて作製
したゲルマン酸鉛Pb5Ge3 11薄膜の誘電率および
損失角の焼成温度による変化を示す。図3は、図2で作
製した薄膜の誘電率の温度依存性を示す。約180℃で
のMax.peakはキュリー温度を示す。
FIG . 1 is a diagram showing an X-ray diffraction analysis of a thin film prepared using germanium isopropoxide and lead acetate as a raw material with respect to each heat treatment temperature change (indicating the orientation from 450 ° C. in the C-axis direction). FIG. 2 shows the change in the dielectric constant and the loss angle of the lead germanate Pb 5 Ge 3 O 11 thin film produced using the same raw material as in FIG. FIG. 3 shows the temperature dependence of the dielectric constant of the thin film prepared in FIG. Max. At about 180 ° C. peak indicates the Curie temperature.

【0015】 このゲル膜を乾燥後、焼成してゲルマン酸
鉛の結晶を生成させる。必要な焼成温度は、用いる原料
によって異なるが、原料としてアルコキシドを用いた場
約500℃、一部酢酸塩を用いた場合約600
℃、一部硝酸塩を用いた場合約700℃である。ゲル
マン酸鉛の結晶を十分生成させるには、約4時間の焼成
を必要とする。
[0015] After drying the gel film, to produce crystals of lead germanate and fired. Firing temperature required varies depending on the raw materials used, about 500 ° C. When using alkoxide as a raw material, in the case of using a portion acetate 600
° C., in the case of using a part nitrate is about 700 ° C.. Approximately 4 hours of calcination is required to produce sufficient crystals of lead germanate.

【0016】 得られる薄膜状ゲルマン酸鉛セラミックス
は、1回のディップコーティングで膜厚が約0.11μ
mであり、浸漬・引き上げ後、乾燥した後、400℃で
焼成し、この操作を繰り返して行なうことにより任意な
厚さの膜厚が得られる。
The thin film lead germanate ceramics obtained has a thickness of about 0.11 μm by one dip coating.
m, dipping, lifting, drying, baking at 400 ° C., and repeating this operation to obtain a film having an arbitrary thickness.

【0017】 原料としてアルコキシドのみを用いて焼成
を550℃で行ったゲルマン酸鉛薄膜のヒステリシスル
ープから算出した自発分極値1.4μC/cm2 、抗
電界45kV/cm、鉛の一部に酢酸を用いた膜の
場合、自発分極値1.2μC/cm2 、抗電界65
kV/cmが得られ、誘電率約180であった。
The spontaneous polarization value calculated from the hysteresis loop of the lead germanate thin films were carried out at 550 ° C. The calcination using only alkoxides as raw material 1.4μC / cm 2, coercive field 45 kV / cm, a part of the lead for film using acetate, the spontaneous polarization value 1.2μC / cm 2, the coercive electric field 65
kV / cm was obtained and the dielectric constant was about 180.

【0018】 このゲルマン酸鉛セラミックス薄膜は、そ
の特性を生かして赤外線センサーとして使用することが
できる。
[0018] The lead germanate ceramic thin film can be used as an infrared sensor by taking advantage of its characteristics.

【0019】[0019]

【実施例】酢酸鉛3水和物1.906gを窒素雰囲気中
のドライボックス中で採取し、2−(2−エトキシエト
キシ)エタノール10mlを加えて溶解させ、この溶液
を140℃に昇温し1hr攪拌する。この溶液にゲルマ
ニウムイソプロポキシドを0.926g加えて、170
℃に加熱して、1hr攪拌することにより、コーティン
グ溶液を調製する。
EXAMPLE 1.906 g of lead acetate trihydrate was collected in a dry box in a nitrogen atmosphere, dissolved by adding 10 ml of 2- (2-ethoxyethoxy) ethanol, and the solution was heated to 140 ° C. Stir for 1 hr. 0.926 g of germanium isopropoxide was added to this solution, and 170
Prepare a coating solution by heating to 0 ° C. and stirring for 1 hr.

【0020】 この溶液を、室温で冷却後コーティング溶
液とする。
[0020] The solution and after cooling the coating solution at room temperature.

【0021】 調製したゾルにガラス基板を浸漬し、毎分
数cmのスピードでゆっくり引き上げる。
A glass substrate is immersed in the prepared sol and slowly pulled up at a speed of several cm per minute.

【0022】 浸漬・引き上げ、乾燥、焼成550℃の1
回の操作で約1μmの膜厚が得られる。もっと厚い膜が
必要な場合には、この操作を繰り返し任意な厚膜が得ら
れる。膜厚は、正確に操作の回数に比例する。
[0022] dipping and lifting, drying, baking 550 ℃ 1
A film thickness of about 1 μm can be obtained in each operation. When a thicker film is required, this operation is repeated to obtain an arbitrary thick film. The film thickness is exactly proportional to the number of operations.

【0023】 上記製造法により、化学組成がPb5 Ge
3-X SiX 11においてSiの添加量の増加と共に誘電
率が減少し、キュリー温度も低下させることが可能であ
る。
According to the above manufacturing method, the chemical composition is Pb 5 Ge
In 3-X Si X O 11 with increasing amount of Si dielectric constant is reduced, the Curie temperature can be reduced.

【0024】[0024]

【発明の効果】上述のように、本発明のゲマルン酸鉛の
製造法によればゾル・ゲル法という高精度の化学組成
制御、高均質性、形状付与性の高さ、プロセス温度の低
温化、操作の簡便さという特徴を具えた方法を用いる
により、原料として鉛、ゲルマニウムのアルコキシド
或いは鉛を酢酸鉛としたことにおいて、図1に示した溶
液を加熱する方法によってC軸方向図1の〔00
2〕,〔003〕,〔006〕に優先配向させると共
既存の方法より誘電率が倍以上の良好な焦電性を示
すゲルマン酸鉛薄膜を約550℃という低温で作製する
ことができる。
As described above, the lead geminate of the present invention is
According to the preparation, this is used precise chemical composition control of the sol-gel method, a high homogeneity, shaping of the high, the low temperature of the process temperature, the method comprising the feature of ease of operation
And the lead as a raw material, in that the alkoxide or lead germanium was lead acetate, C-axis direction (in FIG. 1 [00 by a method of heating a solution shown in FIG. 1
2], [003], and [006] ) , and a lead germanate thin film exhibiting good pyroelectricity with a dielectric constant more than twice that of the existing method can be manufactured at a low temperature of about 550 ° C. .

【0025】 操作が簡便、組成や成形形状の変更も容易
であることから大量生産に適し、品質のすぐれた焦電性
セラミックスを安価に製造することを可能にする。
The operation is simple, suitable for mass production because it is easy to change the composition and molded shape, makes it possible to inexpensively produce a pyroelectric ceramic having excellent quality.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】原料としてゲルマニウムイソプロポキシド、酢
酸鉛を用いて作製した薄膜の各熱処理温度変化によるX
線回折分析を示す図。(450℃からC軸方向〔00
2〕,〔003〕,〔006〕への配向を示す。)
FIG. 1 is a graph showing a change in X of each of the thin films prepared using germanium isopropoxide and lead acetate as a raw material.
The figure which shows a line diffraction analysis. (From 450 ° C to C axis direction [00
2], [003] and [006]. )

【図2】図1と同じ原料を用いて作製したゲルマン酸鉛
Pb5 Ge3 11薄膜の誘電率および損失角の焼成温度
による変化を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a change in dielectric constant and loss angle of a lead germanate Pb 5 Ge 3 O 11 thin film manufactured using the same raw material as in FIG. 1 depending on a firing temperature.

【図3】図2で作製した薄膜の誘電率の温度依存性を示
す図。約180℃でのMax.peakはキュリー温度
を示す。
FIG. 3 is a diagram showing the temperature dependence of the dielectric constant of the thin film manufactured in FIG. Max. At about 180 ° C. peak indicates the Curie temperature.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アルコールに溶解させた原料化合物を加
水分解することによりアルコールを分散媒とする鉛とゲ
ルマニウム混合物の水酸化物のM(OH)2 及びM′
(OH)4 (M=P,M′=Ge)のゾルを調整する
第1の工程と、得られたゾルをゲル化させると同時に成
する第2の工程と、 形成されたゲルの成形物を500〜700℃で焼成する
第3の工程とを有することを特徴とする焦電性セラミッ
クスのゲルマン酸鉛の製造法。
1. M (OH) 2 and M ′ of a hydroxide of a mixture of lead and germanium using alcohol as a dispersion medium by hydrolyzing a raw material compound dissolved in alcohol.
To adjust the sol (OH) 4 (M = P b, M '= Ge)
A first step, a second step of gelling the obtained sol and simultaneously forming the same, and firing the formed gel molded product at 500 to 700 ° C.
A method for producing lead germanate of pyroelectric ceramics, comprising: a third step .
【請求項2】 原料化合物として有機酸塩、無機酸塩、
またはアルコキシドを用いることを特徴とする請求項1
記載のゲルマン酸鉛の製造法。
2. An organic acid salt, an inorganic acid salt,
Or claim 1 which comprises using an alkoxide
The method for producing lead germanate according to the above.
【請求項3】 アルコールとして2−プロパノール、エ
チレングリコール、グリセリンまたは2−(2−エトキ
シエトキシ)エタノールを用いることを特徴とする請求
項1記載のゲルマン酸鉛の製造法。
3. The method for producing lead germanate according to claim 1, wherein 2-propanol, ethylene glycol, glycerin or 2- (2-ethoxyethoxy) ethanol is used as the alcohol.
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