JP5136986B2 - 圧電体の製造方法および圧電素子 - Google Patents
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本発明の一実施形態について図1に基づいて説明すれば、以下の通りである。本発明に係る製造方法は、窒化アルミニウムに酸素を含有させることによって、高温においても使用可能な圧電体を製造できる知見に基づき完成されたものである。
本参考例では、加熱処理により、反応性スパッタリング法にて製造した窒化アルミニウム圧電体の抵抗値が向上すること、また抵抗値が向上した際に電気伝導を担う主体が圧電体中の酸素イオンであることを説明し、酸素を含有させた窒化アルミニウム圧電体を得ることと、ならびにその後に加熱処理工程を実施することの重要性を示す。そのために、高周波マグネトロンスパッタリング装置(ANELVA社製、品番:L−332S−FH)を用いた反応性スパッタリング法によって単結晶シリコン(Si)上に4μmの窒化アルミニウム(AlN)薄膜圧電体を形成した。
文献1:M. Bickermann, B.M. Epelbaum, A. Winnacker, J. Crystal Growth 269 (2004) 432-442.
文献2:V.L. Richards, T.Y. Tien, R.D. Pehlke, J. Mater. Sci. 22 (1987) 3385-3390.
参考例1において得られた知見にもとづけば、反応性スパッタリング法により形成した窒化アルミニウム圧電体には過剰な窒素空孔や不安定な酸素が含まれており、この圧電体を850℃で加熱処理することによって、圧電体中に存在する過剰窒素空孔や不安定な酸素を安定化できることがわかる。さらに、インピーダンス特性から解析された、安定化した後の圧電体自身の抵抗成分(図4(b)におけるcoolingの場合)は、加熱前よりも高くなることが示されたので、反応性スパッタリングにより作製する窒化アルミニウム圧電体中により多くの酸素を含有させることができ、さらに、その後の加熱処理により圧電体中に取込んだ酸素を安定化することができれば、より抵抗値の高い窒化アルミニウム圧電体を製造できると考えられる。
比較のために、混合気体中において、酸素を1%、アルゴンを49.5%、窒素を49.5%の含有量に変更した以外は実施例2と同様に実施した反応性スパッタリングによって作製した窒化アルミニウム薄膜は、極性面が十分に揃わなかったために圧電応答性は0.6pC/Nであり、圧電体としての特性が著しく低下していることがわかった。
Claims (4)
- ウルツ鉱型の結晶構造を有する窒化アルミニウムからなる圧電体の製造方法において、
酸素の含有量が0.001%以上、0.5%以下であり、アルゴンおよび窒素の合計含有量が99.5%以上、99.999%以下である混合気体の存在下において、アルミニウムと上記混合気体とを反応性スパッタリング法によって反応させ、
該反応性スパッタリング法により合成した窒化アルミニウムを500℃以上、850℃以下の温度にて加熱して圧電体を得ることを特徴とする圧電体の製造方法。 - 反応性スパッタリング法により合成した窒化アルミニウムを700℃以上、800℃以下で加熱することを特徴とする請求項1に記載の圧電体の製造方法。
- 上記酸素の含有量が0.1%以上、0.5%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電体の製造方法。
- 請求項1〜3の何れか1項に記載の圧電体の製造方法によって製造された圧電体を有することを特徴とする圧電素子。
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