JP4769979B2 - 圧電膜の製造方法 - Google Patents
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Description
加えて、粒子が十分に粉砕されないことにより、電気的、化学的に活性である新生面(粒子が粉砕されることで初めて表面に露出する面。酸化や汚れがないため電気的、化学的な反応が生じやすい)が形成されにくく、この新生面が基板表面と電気的、化学的に結合する度合いが低下することで粒子の基板表面に対する密着力が低下するものと考えられる。
また、基板が脆性な材料からなる場合に、衝突した材料粒子が基板をエッチングする現象が顕著に確認されているが、この現象は、粒子が基板に比べて十分に硬いため粉砕されず、粒子が粉砕されるときに費やされるはずのエネルギーが基板面を破壊するために使われて生じたものと考えれば、粒子が粉砕されていないことが推測できる。
また、粒子のビッカース硬さHv(p)に代えて、粒子の圧縮破壊強度Gv(p)を指標として使用することもできる。エアロゾルデポジション法は基板への衝突エネルギーにより粒子が粉砕し、基板へ密着するものであるため、その圧縮破壊強度を密着力の指標とすることもまた有意義であり、対応する基板についてはその表面硬度が対応する指標となる。
すなわち、本発明は、圧電材料の粒子を含むエアロゾルを基板に吹き付けて前記粒子を付着させることで前記基板上に圧電膜を形成する圧電膜の製造方法であって、前記基板において前記粒子が付着する付着面のビッカース硬さHv(b)と前記粒子の圧縮破壊強度Gv(p)との比が、0.18≦{Gv(p)/Hv(b)}×100≦1.38の範囲にあることを特徴とする。
なお、基板のビッカース硬さ、粒子のビッカース硬さおよび圧縮破壊強度は、薄膜および微小領域の硬さを測定することが可能なナノインデンション法によって測定することができる。粒子の圧縮破壊強度は、以下の式(1)によって定義される。
Gv(p)=0.9×Fd/d2 ...(1)
但し、Gv(p):圧縮破壊強度(単位 GPa)
Fd :粒子破壊時の圧縮力(単位 kN)
d :粒子の直径(単位 mm)
最初に、ガラス基板にPZTの材料粒子とフェライトの材料粒子とを吹き付ける成膜試験を行った実施例について説明する。
1.成膜
基板としては、エアロゾルが吹き付けられる付着面のビッカース硬さHv644であるガラス板を使用した。付着面には十点平均粗さRz≦0.7となるように研磨処理を施した。また、成膜材料の粒子としては平均粒子径0.3〜1μm、ビッカース硬さHv300〜400、圧縮破壊強度0.8〜4.0GPaのPZTを用いた。
なお、ビッカース硬さの測定は、ナノインデンション法により行った。測定装置として+csm社製Nano−Hardness Testerを用い、圧子としてバーコビッチ圧子を使用して、試験力F=0.008Nで試験を行った。また、圧縮破壊強度の測定は、同じく測定装置として+csm社製Nano−Hardness Testerを用いて行い、粒子破壊時の圧縮力Fdから式(1)により算出した。
Gv(p)=0.9×Fd/d2 ...(1)
但し、Gv(p):圧縮破壊強度(単位 GPa)
Fd :粒子破壊時の圧縮力(単位 kN)
d :粒子の直径(単位 mm)
上記実施形態と同様の成膜装置によってガラス基板上に厚さ10μmの圧電膜(PZTの膜)を形成した。成膜条件は、成膜チャンバー内圧力150Pa、エアロゾル室内圧力30000Pa、ノズル開口サイズ10mm×0.4mm、キャリアガス種類He、ノズル基板相対速度1.2mm/sec、ノズル−基板間距離10〜20mm、粒子速度250m/secとした。成膜の成否については目視により確認した。
基板としては、エアロゾルが吹き付けられる付着面のビッカース硬さHv644のガラス板を使用した。付着面には十点平均粗さRz≦0.7となるように研磨処理を施した。また、成膜材料の粒子としては平均粒子径0.3〜1μm、ビッカース硬さHv960〜1120、圧縮破壊強度9.6〜11GPaのフェライトを用いた。それ以外は参考例1−1と同様にして成膜を行い、成膜の成否を目視により確認した。
基板としては、エアロゾルが吹き付けられる基板表面に厚さ3〜5μmのフェライトの膜が形成されたガラス板を使用した。フェライト膜の表面には算術平均粗さRa≦0.8,十点平均粗さRz≦0.7となるように研磨処理を施した。このフェライト膜表面(付着面)のビッカース硬さはHv985であった。また、成膜材料の粒子としては平均粒子径0.3〜1μm、ビッカース硬さHv960〜1120、圧縮破壊強度9.6〜11GPaのフェライトを用いた。それ以外は参考例1−1と同様にして成膜を行い、成膜の成否を目視により確認した。
基板としては、エアロゾルが吹き付けられる基板表面に厚さ3〜5μmのPZTの膜が形成されたガラス板を使用した。PZT膜の表面には十点平均粗さRz≦0.7となるように研磨処理を施した。このPZT膜表面(付着面)のビッカース硬さはHv611であった。また、成膜材料の粒子としては平均粒子径0.3〜1μm、ビッカース硬さHv960〜1120、圧縮破壊強度9.6〜11GPaのフェライトを用い、PZT膜の上にフェライトの膜を形成するようにした。それ以外は参考例1−1と同様にして成膜を行い、成膜の成否を目視により確認した。
基板及び材料粒子の種類と成膜の成否との関係を表1に示す。
次に、ステンレス(SUS430)鋼からなる基板、および基板表面にPt膜を成膜したものにPZT粒子を吹き付けて圧電膜を形成する試験を行った実施例について説明する。
基板としてはエアロゾルが吹き付けられる基板表面(付着面)のビッカース硬さがHv210のステンレス(SUS430)板を使用した。基板表面には、十点平均粗さRz≦0.7となるように研磨処理を施した。また、材料粒子としては平均粒子径0.3〜1μm、ビッカース硬さHv300〜400、圧縮破壊強度0.8〜4GPaのPZTを用いた。
なお、ステンレス基板の基板表面の硬さの調整は、空気中または真空中で基板を400〜800℃で加熱しその表面性状を変化させることにより行った。また、ビッカース硬さの測定は、ナノインデンション法により行った。測定装置として+csm社製Nano−Hardness Testerを用い、圧子としてバーコビッチ圧子を使用して、試験力F=0.015Nで試験を行った。また、圧縮破壊強度の測定は、同じく測定装置として+csm社製Nano−Hardness Testerを用いて行い、粒子破壊時の圧縮力Fdから式(1)により算出した。
Gv(p)=0.9×Fd/d2 ...(1)
但し、Gv(p):圧縮破壊強度(単位 GPa)
Fd :粒子破壊時の圧縮力(単位 kN)
d :粒子の直径(単位 mm)
基板としてエアロゾルが噴き付けられる基板表面のビッカース硬さがHv280のステンレス(SUS430)板を使用した他は、参考例2−1と同様にして成膜を行い、成膜速度を調べた。
基板としてビッカース硬さHv290のステンレス(SUS430)板を使用した他は、参考例2−1と同様にして成膜を行い、成膜速度を調べた。
基板としてビッカース硬さHv440のステンレス(SUS430)板を使用した他は、参考例2−1と同様にして成膜を行い、成膜速度を調べた。
基板としてステンレス(SUS430)板の表面(エアロゾルが吹き付けられる面)にあらかじめスパッタによりPtを成膜し、表面のビッカース硬さをHv700としたものを使用した他は、参考例2−1と同様にして成膜を行い、成膜速度を調べた。
基板としてビッカース硬さHv130の金メッキ板を使用した他は、参考例2−1と同様にして成膜を行い、成膜速度を調べた。
基板としてセラミック板の表面(エアロゾルが吹き付けられる面)にあらかじめペースト状のPtを塗布して850〜1200℃で焼結することで表面のビッカース硬さをHv770としたものを使用した他は、参考例2−1と同様にして成膜を行い、成膜速度を調べた。
基板の材質、ビッカース硬さおよび成膜速度のデータを表2および表3に示した。
次に、エアロゾルの噴射速度を変化させたときの成膜の成否について検討した。
<参考例3>
基板と材料粒子は上記参考例2−1と同様のものを選択し、材料粒子の粒子速度を150m/sから400m/sの範囲で変化させた。それ以外の成膜条件は参考例2−1と同様とした。
粒子速度を変化させたときの成膜の成否に関するデータを表4に示した。成膜速度が0.1μm/s以上のときを「○」、0.1μm/s未満のときを「X」で表示した。また、測定を行わなかった粒子速度と硬度比との組み合わせについては「−」と表示した。
Claims (6)
- 圧電材料の粒子を含むエアロゾルを基板に吹き付けて前記粒子を付着させることで前記基板上に圧電膜を形成する圧電膜の製造方法であって、
前記基板において前記粒子が付着する付着面のビッカース硬さHv(b)と前記粒子のビッカース硬さHv(p)との比が、0.68≦Hv(p)/Hv(b)≦1.38の範囲にあることを特徴とする圧電膜の製造方法。 - 前記基板がステンレスであり、前記粒子がチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)であることを特徴とする請求項1に記載の圧電膜の製造方法。
- 前記粒子のビッカース硬さHv(p)が300以上400以下であり、前記基板のビッカース硬さHv(b)が290以上440以下であることを特徴とする請求項2に記載の圧電膜の製造方法。
- 圧電材料の粒子を含むエアロゾルを基板に吹き付けて前記粒子を付着させることで前記基板上に圧電膜を形成する圧電膜の製造方法であって、
前記基板において前記粒子が付着する付着面のビッカース硬さHv(b)と前記粒子の圧縮破壊強度Gv(p)との比が、0.18≦{Gv(p)/Hv(b)}×100≦1.38の範囲にあることを特徴とする圧電膜の製造方法。 - 前記基板がステンレスであり、前記粒子がチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)であることを特徴とする請求項4に記載の圧電膜の製造方法。
- 前記粒子の圧縮破壊強度Gv(p)が0.8GPa以上4.0GPa以下であり、前記基板のビッカース硬さHv(b)が290以上440以下であることを特徴とする請求項5に記載の圧電膜の製造方法。
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