JP4396860B2 - 圧電体層の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層の製造方法に関する。
たとえば、携帯電話などの移動体通信を中心とした通信分野の著しい発展に伴い、表面弾性波素子の需要が急速に拡大している。表面弾性波素子の開発の方向としては、小型化、高効率化、高周波化の方向にある。そのためには、より大きな電気機械結合係数(k)、より安定な温度特性、より大きな表面弾性波伝播速度、が必要となる。
表面弾性波素子は、従来、主として圧電体の単結晶上にインターディジタル型電極を形成した構造が用いられてきた。圧電単結晶の代表的なものとしては、水晶、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)などがある。例えば、広帯域化や通過帯域の低損失化が要求されるRFフィルタの場合には、電気機械結合係数の大きいLiNbOが用いられる。一方、狭帯域でも安定な温度特性が必要なIFフィルタの場合は、中心周波数温度係数の小さい水晶が用いられる。さらに、電気機械結合係数および中心周波数温度係数がそれぞれLiNbOと水晶の間にあるLiTaOはその中間的な役割を果たしている。また、最近、ニオブ酸カリウム(KNbO)単結晶において、大きな電気機械結合係数の値を示すカット角が見出された。KNbO単結晶板は、特開平10−65488号公報に記載されている。
圧電単結晶基板を用いた表面弾性波素子では、電気機械結合係数、温度係数、音速などの特性は材料固有の値であり、カット角および伝播方向で決定される。たとえば、0°Y−XKNbO単結晶基体は電気機械結合係数に優れるが、45°から75°までの回転Y−XKNbO単結晶基体のような零温度特性は室温付近において示さない。
特開平10−65488号公報
本発明の目的は、ニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層の製造方法を提供することにある。
本発明にかかる圧電体層の製造方法は、
基体の上方に、ニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層の材料層を形成する工程と、
水蒸気および酸素ガスを含む原料ガスを酸化性ガス製造部に導入する工程と、
前記酸化性ガス製造部内のガスを加熱して、酸化炉内に供給し、前記材料層を酸化させる工程と、を含む。
この圧電体層の製造方法によれば、通常の圧電体層の製法に比べ、低温でニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層を成膜することができる。詳細については後述する。
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの(以下「A」という)の「上方」に他の特定のもの(以下「B」という)を積層する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、A上に直接Bを積層するような場合と、A上に他のものを介してBを積層するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
本発明の圧電体層の製造方法において、
前記材料層を形成する工程は、
前記基体の上方に、前記圧電体層の原料溶液を含む溶液を塗布する工程と、
塗布された前記溶液に対して熱処理を行う工程と、を含むことができる。
本発明の圧電体層の製造方法において、
前記酸化性ガス製造部は、
第1ガス室部と、
前記第1ガス室部に連結された複数の連通管と、
複数の前記連通管に連結された第2ガス室部と、
前記第2ガス室部に連結され、前記酸化炉内に前記ガスを供給する供給部と、を少なくとも含むことができる。
本発明の圧電体層の製造方法において、
前記酸化性ガス製造部内の前記ガスを前記酸化炉内に供給する工程は、
前記ガスを前記第1ガス室部に供給する第1工程と、
前記ガスを複数の前記連通管を介して、前記第2ガス室部に供給する第2工程と、を含むことができる。
本発明の圧電体層の製造方法において、
前記材料層を酸化させる工程における前記基体の温度は、200℃以上500℃以下であることができる。
本発明の圧電体層の製造方法において、
前記材料層を酸化させる工程における前記基体の温度は、200℃以上300℃以下であることができる。
本発明の圧電体層の製造方法において、
前記酸化炉内に供給されるガス中の水分子は、非クラスター状態であることができる。
以下、本発明にかかる実施形態について図面を参照しながら説明する。
1.圧電体層の製造方法
図1、図3および図6は、本実施形態に係るニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層を有する積層体10の製造方法の一例を模式的に示す図である。図2は、圧電体層を形成するための装置100を模式的に示す図である。
本実施形態のニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層を有する積層体10は、たとえば以下のようにして形成できる。
(A)まず、基体1を準備する。基体1は、圧電体層3の用途によって選択され、その材料、構成は特に限定されない。基体1としては、絶縁性基板、半導体基板等を用いることができる。絶縁性基板としては、たとえばサファイア基板、STO(SrTiO)基板、Nb:STO(NbドープSrTiO)基板、プラスチック基板、ガラス基板などを用いることができ、半導体基板としてはシリコン基板などを用いることができる。また、基体1は、基板単体あるいは基板上に他の層が積層された積層体であってもよい。
(B)次に、図1に示すように、基体1上に、ニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層3(図3参照)を形成するための材料層2を形成する。材料層2は、ゾルゲル法やMOD(Metal Organic Decomposition)法によって形成することができる。
具体的には、圧電体層3が所望の組成比となるように、複数の原料溶液を所望の比で混合した溶液を調整する。そして、この溶液をスピン塗布あるいはディッピング法によって、基体1上に塗布する(混合溶液塗布工程)。
材料層2の原料溶液(前駆体溶液)については、圧電体層3となる圧電材料の構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属化合物を各金属が所望のモル比となるように混合し、さらにアルコール(例えばn−ブタノール)などの有機溶媒を用いてこれらを溶解、または分散させることにより作製することができる。圧電材料の構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属化合物としては、金属アルコキシドや有機酸塩、βジケトン錯体といった有機金属化合物を用いることができる。具体的には、圧電材料として以下のものが挙げられる。
ナトリウム(Na)を含む有機金属化合物としては、たとえば、ナトリウムエトキシドが挙げられる。カリウム(K)を含む有機金属化合物としては、たとえば、カリウムエトキシドが挙げられる。ニオブ(Nb)を含む有機金属化合物としては、たとえばニオブエトキシドが挙げられる。圧電材料の構成金属を含んでなる有機金属化合物は、これらに限定されず、公知のものを用いることができる。
原料溶液には、必要に応じて安定化剤等の各種添加剤を添加することができる。さらに、前駆体溶液に加水分解・重縮合を起こさせる場合には、前駆体溶液に適当な量の水とともに、触媒として酸あるいは塩基を添加することができる。
次に、例えば大気雰囲気下でホットプレート等を用い、原料溶液に用いた溶媒の沸点よりも例えば10℃程度高い温度(例えば150℃)で熱処理を行う(乾燥熱処理工程)。
次に、原料溶液に用いた有機金属の配位子を分解、除去するために、例えば大気雰囲気下でホットプレート等を用い、例えば300℃〜350℃程度で熱処理を行う(脱脂熱処理工程)。
なお、上述した混合溶液塗布工程、乾燥熱処理工程、および脱脂熱処理工程の一連の工程を所望の膜厚に応じて適宜回数繰り返すことができる。
以上の工程により、図1に示すように、基体1の上に材料層2が形成された積層体10Aが得られる。
(C)次に、図2および図3に示すように、圧電体層製造装置100を用いて圧電体層3を形成する。ここで、本実施形態に係る圧電体層製造装置100について説明する。
圧電体層製造装置100は、酸化炉20と、基体搭載部12と、酸化性ガス製造部30と、を含む。
基体搭載部12は、酸化炉20内に設けられている。基体搭載部12は、上述した工程により材料層2が積層された基体1(積層体10A)を搭載することができる。基体搭載部12は、ヒーターを備えていることができる。このヒーターによって、積層体10Aを加熱することができる。
酸化性ガス製造部30は、基体搭載部12の上方に設けられている。酸化性ガス製造部30は、供給部32と、複数のガス室部34と、複数の連通管35と、導入部36と、加熱部38と、を含む。供給部32からは、基体搭載部12に向けて活性な酸化性ガスが噴射(供給)される。活性な酸化性ガスには、例えば、活性酸素ガスなどが含まれることができる。供給部32は、例えば、細長い円柱管であることができる。なお、図示の例では、供給部32は管状であるが、例えば、最下段のガス室部34の下面に開口部を設け、該開口部を供給部32とすることもできる。
複数のガス室部34は、図2に示すように、供給部32の上方に間隔を空けて配置されている。図2に示す例では、ガス室部34は、7段に形成されているが、この数は特に限定されず、必要に応じて増減可能である。複数の連通管35は、これら複数のガス室部34のそれぞれを連結している。各段に配置される連通管35の数は、特に限定されず、必要に応じて増減可能である。図4に示すように、ガス室部34に対して、上下に隣り合う複数の連通管35は、平面視において、重なっていないことができる。また、ガス室部34に対して、上下に隣り合う複数の連通管35は、平面視において、位置をずらして配置されていることができる。図示の例では、平面視において、ガス室部34の中心に対して、45度ずらして配置されている。なお、図4は、圧電体層製造装置100の要部を模式的に示す斜視図であり、便宜上、部材の数、サイズなどを簡略化して示している。ガス室部34は、図示のように、例えば、平たい円柱管であることができる。また、連通管35は、図示のように、例えば、細長い円柱管であることができる。ガス室部34の平面視における径は、図示のように、連通管35の平面視における径よりも大きい。なお、ガス室部34および連通管35の形状や大きさなどは、図示の例に限定されるわけではなく、必要に応じて変更可能である。
導入部36には、水蒸気および酸素ガスを含む原料ガスが導入される。導入部36は、図示のように、例えば、円柱管であることができる。加熱部38は、複数のガス室部34および複数の連通管35を加熱することができる。
なお、ガス室部34および連通管35は、例えば、図5に示すような形状および配置とすることもできる。図5は、圧電体層製造装置100の要部の変形例を模式的に示す斜視図であり、便宜上、部材の数、サイズなどを簡略化して示している。ガス室部34は、図示のように、例えば、環状管であることができる。ガス室部34の平面視における外径は、図示のように、連通管35の平面視における径よりも大きい。図示の例では、ガス室部34に対して、上下に隣り合う複数の連通管35は、平面視において、ガス室部34の中心に対して、45度ずらして配置されている。最上段のガス室部34は、複数(図示の例では6つ)の接続管37によって、導入部36と連結されている。導入部36は、図示のように、例えば、下側が閉じている円柱管であることができる。接続管37は、平面視において、導入部36を中心として放射状に配置されている。なお、この変形例は一例であって、これに限定されるわけではない。
上述した圧電体層製造装置100を用いて、圧電体層3を形成する。具体的には、まず、図2に示すように、基体搭載部12に、基体1に材料層2が積層された積層体10Aをセットする。次に、水蒸気(HO)および酸素ガス(O)を含む原料ガスを酸化性ガス製造部30に導入する。原料ガスは、まず、導入部36に導入される。導入部36内のガスは、最上段に配置されたガス室部34に供給される。この際、導入部36から噴射されたガスは、ガス室部34の底面に衝突して拡散する。そして、ガスは、最上段のガス室部34に連結された複数の連通管35を介して、その下段に配置されたガス室部34に供給される。この際にも、複数の連通管35から噴射されたガスは、ガス室部34の底面に衝突して拡散する。このようにして、導入部36に導入されたガスは、最上段のガス室部34から最下段のガス室部34まで、ガス室部34の底面での衝突を繰り返して流れていくことができる。
すなわち、まず、ガスを上段に配置されたガス室部(第1ガス室部)34に供給する(第1工程)。次に、ガスを第1ガス室部34に連結された複数の連通管35を介して、下段に配置されたガス室部(第2ガス室部)34に供給する(第2工程)。そして、第1工程から第2工程までの一連の工程を、最上段のガス室部34から最下段のガス室部34まで行うことによって、ガスは衝突を繰り返して流れていくことができる。
ガス室部34および連通管35は、加熱部38によって加熱されており、内部を流れるガスも加熱される。最上段のガス室部34から最下段のガス室部34まで流れたガスは、供給部32から活性な酸化性ガスとして酸化炉20内に噴射(供給)される。酸化炉20内では、基体搭載部12によって、積層体10Aが加熱されている。このようにして、活性な酸化性ガスの雰囲気中にて、材料層2に対して熱処理を行うことができる。これにより、材料層2が酸化され、結晶化して、図3に示すように、基体1上に圧電体層3が形成された積層体10Bが得られる。この熱処理工程における基体1の温度は、例えば、200℃以上500℃以下、または、200℃以上300℃以下とすることができる。
以上のようにして形成された圧電体層3は、組成式(KNa1−aNbOで表される圧電体から構成される。前記組成式において、好ましくは0.1<a<1、より好ましくは0.2≦a≦0.7であり、好ましくは1≦x≦1.2、より好ましくは1<x≦1.1である。組成式(KNa1−aNbOで表される圧電体は、室温では斜方晶の構造をとる。前記組成式において、「a」が上記範囲にあることにより、斜方晶から菱面体晶(a≦0.55)および斜方晶から単斜晶(0.55≦a)への相変化温度がマイナス40℃以下となり、低温領域において安定した特性が得られる点で好ましい。「a」が0.1以下であると、結晶化のための熱処理時にカリウムの揮発のために異相が生じ、圧電特性や強誘電体特性などの物性に悪影響を及ぼす。「x」が上記範囲にあることにより、低温にて結晶が形成されるのでカリウムの揮発が抑制され、層密度が向上する点で好ましい。
また、本実施形態で得られるニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層3は、擬立方晶(100)に優先配向していることが望ましい。圧電体層3の代表的な層厚は、圧電体層10の用途によって選択される。圧電体層3の代表的な層厚は、300nmから3.0μmである。ただし、この厚みの上限値に関しては、薄層としての緻密さ、結晶配向性を維持する範囲で厚くすることができ、10μm程度まで許容できる。
(D)次に、図6に示すように、必要に応じて、圧電体層3上に上部電極4を形成する。上部電極4としては、例えば、白金(Pt)、あるいは、ペロブスカイト構造の導電性酸化物(例えばLaNiO、SrRuOなど)の上に白金を積層した膜などを用いることができ、特に限定されない。上部電極4は、例えば、スパッタ法、スピンコート法、化学気相成長(CVD)法、レーザアブレーション法などにより形成されることができる。
(E)次に、必要に応じてポストアニールを酸素雰囲気中でRTA(ラピッドサーマルアニール)等を用いて行うことができる。これにより、上部電極4と圧電体層3との良好な界面を形成することができ、かつ圧電体層3の結晶性を改善することができる。
以上の工程によって、本実施形態に係るニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層3を有する積層体10を製造することができる。
積層体10は、図6に示すものに限定されず、用途に応じて各種の態様をとることができる。積層体10は、例えば、図7に示すように、基体1上に配向制御層6を有していてもよい。この場合、上記(A)の工程の後に、基体1上に配向制御層6を形成する。
配向制御層6は、バッファ層あるいはシード層と呼ばれ、圧電体層3の結晶配向性を制御する機能を有する。すなわち、配向制御層6上に形成される圧電体層3は、配向制御層6の結晶構造を引き継いだ結晶構造となる。かかる配向制御層6としては、圧電体層3と同様の結晶構造を有する複合酸化物を用いることができる。配向制御層6としては、たとえば、ランタン酸ニッケル(LaNiO)などのペロブスカイト型酸化物を用いることができる。ランタン酸ニッケルは、多結晶であることができる。配向制御層6は、圧電体層3の配向を制御できればよく、例えば50ないし100nmの膜厚を有することができる。配向制御層6としてランタン酸ニッケルを用いる場合には、スパッタ法を用いることができる。配向制御層6を形成することにより、圧電体層3は配向制御層6の結晶構造を反映してより高い結晶性および配向性を有することができる。
また、積層体10は、図8に示すように、基体1と、基体1上に形成された下部電極7と、下部電極7上に形成された圧電体層3と、圧電体層3上に形成された上部電極4とを有することができる。また、この積層体10は、下部電極7上に配向制御層6を有することができる。
本実施形態によれば、上述したように、通常の圧電体層の製法に比べ、低温(具体的には、基体1の温度が好ましくは200℃以上500℃以下、より好ましくは200℃以上300℃以下)でニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層3を成膜することができる。この理由は、以下のように推測される。
図10は、酸化性ガス製造部30に水蒸気を流し、射出された水蒸気を集めて水とし、この水にエタノールを加えた溶液のH−NMRの分析結果である。これに対し、図11は、一般的な精製水にエタノールを加えた溶液のH−NMRの分析結果である。なお、水とエタノールは、2:1のモル比で混合されている。図10および図11より、一般的な精製水とエタノールの水酸基のピークは分離しているが、酸化性ガス製造部30を通して得られた水とエタノールの水酸基のピークは重なっていることが分かる。
図12は、酸化性ガス製造部30に水蒸気を流し、射出された水蒸気を集めて水とし、この水にエタノールを加えた溶液と、一般的な精製水にエタノールを加えた溶液とをDSC(Differencial Scanning Calorimetry、示差走査熱量測定)により分析した結果を比較したものである。DSC測定の図において、それぞれの溶液の2つのピークは、凝固(水→氷)と融解(氷→水)を意味しており、これらのピークの始点から終点までを積分する(即ち、ピーク面積を求める)ことにより、それらの現象に必要なエネルギーであるエンタルピーを求めることができる。求めたエンタルピーを表1に示す。凝固および融解に伴うピークの比較により、酸化性ガス製造部30を通して得られた水とエタノールとの混合溶液は、一般的な精製水とエタノールとの混合溶液よりも凝固エンタルピーおよび融解エンタルピーが小さいことが分かる。
これらの結果は、酸化性ガス製造部30を通して得られた水中の水分子が非クラスター状態(水分子のすべて又は多くがクラスター状態ではなく、バラバラ状態になっていること)になっていることを示唆するものであると考えられる。つまり、酸化性ガス製造部に導入された水蒸気(HO)および酸素ガス(O)は、衝突と拡散を繰り返すことにより高いエネルギーを得て、酸化力の強い活性種となっていると考えられる。本実施形態によれば、酸化力の強い活性な酸化性ガスを酸化炉20内に供給することができるので、圧電体層3を低温で成膜できると推測される。
2.実施例
2.1.実施例1
カリウムエトキシド、ナトリウムエトキシドおよびニオブエトキシドを、K:Na:Nb=0.5:0.6:1.0のモル比で混合し、この混合液をブチルセロソルブ中で還流し、トリプルアルコキシド溶液を調整した。さらに、この溶液の安定化剤としてジエタノールアミンを添加した。このようにして前駆体溶液を調整した。なお、ジエタノールアミンの代わりに酢酸を用いることもできる。この前駆体溶液を、(100)配向のSTO(SrTiO)単結晶基板(基体1)上にスピンコート法により塗布して材料層2を形成し、積層体10を得た。次に、ホットプレート上に積層体10を載置して材料層2を乾燥し、さらに仮焼成した。その後、図2に示す圧電体層製造装置100の酸化炉20内の基体搭載部12に積層体10を載置し、150℃で水蒸気酸化を行い、さらに500℃にてラピッドサーマルアニール処理を行い、材料層2を結晶化して膜厚約0.5μmの圧電体層3を形成した。
このようにして得られたニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層3についてX線解析(θ−2θ)を行ったところ、図9に示す結果が得られた。図9から、本実施例では、異相のない(100)単一配向のニオブ酸カリウムナトリウム層が得られたことが確認された。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
本実施形態に係る圧電体層を有する積層体の一製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る圧電体層製造装置を示す概略図。 本実施形態に係る圧電体層を有する積層体の一製造工程を模式的に示す断面図。 圧電体層製造装置の要部を模式的に示す斜視図。 圧電体層製造装置の要部の変形例を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る圧電体層を有する積層体の一製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る圧電体層を有する積層体の例を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る圧電体層を有する積層体の例を模式的に示す断面図。 実施例におけるXRDの図。 酸化性ガス製造部を通して得られた水のH−NMRの分析結果を示す図。 精製水のH−NMRの分析結果を示す図。 酸化性ガス製造部を通して得られた水と精製水のDSCによる分析結果を示す図。
符号の説明
1 基体、2 材料層、3 圧電体層、4 上部電極、6 配向制御層、7 下部電極、10、10A、10B 積層体、12 基体搭載部、20 酸化炉、30 酸化性ガス製造部、32 供給部、34 ガス室部、35 連通管、36 導入部、37 接続管、38 加熱部、100 圧電体層製造装置

Claims (5)

  1. 基体の上方に、ニオブ酸カリウムナトリウムからなる圧電体層を形成するための材料層を形成する工程と、
    水蒸気および酸素ガスを含む原料ガスを酸化性ガス製造部に導入する工程と、
    前記酸化性ガス製造部内のガスを加熱して、酸化炉内に供給し、前記材料層を酸化させる工程と、を含み、
    前記酸化性ガス製造部は、
    供給部と、複数のガス室部と、複数の連通管と、導入部と、加熱部と、を含み、
    複数の前記ガス室部は、前記供給部の上方に間隔を空けて、上下方向に配置されており、
    複数の前記連通管は、複数の前記ガス室部のそれぞれを連結しており、
    前記導入部は、複数の前記ガス室部のうち最上段のガス室に連結され、
    前記供給部は、複数の前記ガス室部のうち最下段のガス室に連結され、前記酸化炉内に前記ガスを供給
    前記加熱部は、複数の前記ガス室部および複数の前記連通管を加熱する、圧電体層の製造方法。
  2. 請求項1において、
    前記材料層を形成する工程は、
    前記基体の上方に、前記圧電体層の原料溶液を含む溶液を塗布する工程と、
    塗布された前記溶液に対して熱処理を行う工程と、を含む、圧電体層の製造方法。
  3. 請求項1または2において、
    前記酸化性ガス製造部内の前記ガスを前記酸化炉内に供給する工程は、
    複数の前記連通管を介して、前記最上段のガス室から前記最下段のガス室まで、前記ガスを供給する工程を含む、圧電体層の製造方法。
  4. 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
    前記酸化炉内に供給されるガス中の水分子は、非クラスター状態である、圧電体層の製造方法。
  5. 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
    前記ガス室に対して上下に隣り合う複数の前記連通管は、平面視において、位置をずらして配置されている、圧電体層の製造方法。
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JP5056139B2 (ja) * 2007-04-20 2012-10-24 日立電線株式会社 圧電薄膜素子
JP5515675B2 (ja) * 2009-11-20 2014-06-11 日立金属株式会社 圧電薄膜素子及び圧電薄膜デバイス
JP5531635B2 (ja) * 2010-01-18 2014-06-25 日立金属株式会社 圧電薄膜素子及び圧電薄膜デバイス
WO2012141104A1 (ja) * 2011-04-14 2012-10-18 株式会社村田製作所 強誘電体薄膜およびその製造方法
JP5613910B2 (ja) * 2011-05-17 2014-10-29 三菱マテリアル株式会社 Pzt強誘電体薄膜の製造方法
JP5828293B2 (ja) * 2011-05-17 2015-12-02 三菱マテリアル株式会社 Pzt強誘電体薄膜の製造方法
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JP6790749B2 (ja) * 2016-11-16 2020-11-25 セイコーエプソン株式会社 圧電素子及び圧電素子応用デバイス
JP2019021994A (ja) * 2017-07-12 2019-02-07 株式会社サイオクス 圧電膜を有する積層基板、圧電膜を有する素子および圧電膜を有する積層基板の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2893374A (en) * 1956-07-09 1959-07-07 Paul E Petrie Hot-air liquid-fuel furnace
JP4264708B2 (ja) * 2003-03-18 2009-05-20 セイコーエプソン株式会社 セラミックス膜の製造方法
JP4926389B2 (ja) * 2004-06-17 2012-05-09 株式会社豊田中央研究所 結晶配向セラミックス、及びその製造方法

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