JP5246900B1 - Method for making magnesium oxide thin film - Google Patents

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Abstract

【課題】平坦なMgO(111)面を簡易な手法で作成できる作成方法及び平坦なMgO(111)面を有する処理板を提供する。
【解決手段】レーザアブレーション法により酸化マグネシウムの焼結体又は単結晶をターゲットとして用いて酸化マグネシウム薄膜3を基板2上に堆積する方法である。この方法では、(111)面を主面2aとするチタン酸ストロンチウムまたは(111)面を主面2aとするイットリア安定化ジルコニアからなる基板2を用い、前記基板2の前記主面2a上に膜を直接堆積しエピタキシャル成長させることによって(111)面を表面3aとする酸化マグネシウムからなる平坦な処理膜3を作成する。
【選択図】図1
A method for producing a flat MgO (111) surface by a simple method and a processing plate having a flat MgO (111) surface are provided.
A magnesium oxide thin film 3 is deposited on a substrate 2 using a sintered body of magnesium oxide or a single crystal as a target by laser ablation. In this method, a substrate 2 made of strontium titanate having a (111) plane as a major surface 2a or yttria-stabilized zirconia having a (111) plane as a major surface 2a is used, and a film is formed on the major surface 2a of the substrate 2. Is directly deposited and epitaxially grown to form a flat treatment film 3 made of magnesium oxide having a (111) plane as the surface 3a.
[Selection] Figure 1

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、酸化マグネシウム薄膜の作成方法及び処理板に関するものである。   Various aspects and embodiments of the present invention relate to a method for producing a magnesium oxide thin film and a treated plate.

酸化マグネシウム(MgO)は、サファイア(Al)と同様にワイドギャップを有する代表的な酸化物絶縁体である。このため、MgOは、薄膜成長のための基板として用いられることがある。成長基板としてMgOを用いる場合には、成長薄膜の格子定数に対するMgO基板の格子定数のマッチングが考慮される。薄膜を成長させるMgOの結晶面として、例えば面方位が(100)である面が用いられる場合がある(例えば、非特許文献1参照)。非特許文献1には、TMR効果を奏する構成として、Fe(100)/MgO(100)/Fe(100)が記載されている。MgOとFeとの格子ミスマッチは1%以下であり、Feの成長基板としてMgOが好適であることが示唆されている。 Magnesium oxide (MgO) is a typical oxide insulator having a wide gap like sapphire (Al 2 O 3 ). For this reason, MgO may be used as a substrate for thin film growth. When using MgO as the growth substrate, matching of the lattice constant of the MgO substrate with the lattice constant of the growth thin film is considered. As a crystal plane of MgO for growing a thin film, for example, a plane having a plane orientation of (100) may be used (for example, see Non-Patent Document 1). Non-Patent Document 1 describes Fe 3 O 4 (100) / MgO (100) / Fe 3 O 4 (100) as a configuration that exhibits the TMR effect. The lattice mismatch between MgO and Fe 3 O 4 is 1% or less, suggesting that MgO is suitable as a growth substrate for Fe 3 O 4 .

一方、薄膜を成長させるMgOの結晶面として、例えば面方位が(111)である面が用いられる場合がある(例えば、非特許文献2,3参照)。非特許文献2には、MgO(111)面上にスピネル構造を持つ強磁性体を形成することにより、保磁力及び残留磁気が増大することが記載されている。非特許文献3には、代表的な強誘電薄膜である(Ba,Sr)TiO薄膜をMgO基板の(111)面上又は(100)面上に形成することが記載されている。そして、(Ba,Sr)TiO薄膜をMgO基板の(111)面上に形成した方が(100)面上に形成する場合に比べて高周波領域での特性が良好となることが記載されている。 On the other hand, as the MgO crystal plane for growing a thin film, for example, a plane having a plane orientation of (111) may be used (for example, see Non-Patent Documents 2 and 3). Non-Patent Document 2 describes that coercivity and remanence are increased by forming a ferromagnetic material having a spinel structure on the MgO (111) surface. Non-Patent Document 3 describes that a (Ba, Sr) TiO 3 thin film, which is a typical ferroelectric thin film, is formed on the (111) plane or the (100) plane of the MgO substrate. It is described that the characteristics in the high frequency region are better when the (Ba, Sr) TiO 3 thin film is formed on the (111) plane of the MgO substrate than when it is formed on the (100) plane. Yes.

上述したように、MgOの(100)面及び(111)面は、成長基板として様々な膜に適用できる。そして、MgOの(111)面は、(100)面に比べて有利な効果を奏する場合がある。なお、非特許文献4には、(111)面を主面とするイットリア安定化ジルコニア(YSZ)上に、NiO(111)を形成し、該NiO(111)上にMgOを成長させることで、二乗平均粗さRRMSが0.21〜0.23nmとなるMgOの(111)面が得られるとの記載がある。ここで、二乗平均粗さRRMSは、二乗平均平方根粗さRと同義である(JIS B0601)。 As described above, the (100) plane and (111) plane of MgO can be applied to various films as a growth substrate. In some cases, the (111) face of MgO has an advantageous effect compared to the (100) face. In Non-Patent Document 4, NiO (111) is formed on yttria-stabilized zirconia (YSZ) having a (111) plane as a main surface, and MgO is grown on the NiO (111). There is a description that a (111) plane of MgO having a root mean square roughness R RMS of 0.21 to 0.23 nm is obtained. Here, the root mean square roughness R RMS is synonymous with the root mean square roughness R q (JIS B0601).

X.W. Li, A. Gupta, Gang Xiao, W. Qian, and V. P. Dravid, Appl. Phys. Lett. 73,3282 (1998).X.W.Li, A. Gupta, Gang Xiao, W. Qian, and V. P. Dravid, Appl. Phys. Lett. 73, 3282 (1998). S.D. Yoon, S. A. Oliver, and C. Vittoria, J. Appl. Phys. 91, 7379 (2002).S.D.Yoon, S.A.Oliver, and C. Vittoria, J. Appl.Phys. 91, 7379 (2002). M.Noda, T. Yamada, K. Seki, T. Kamo, K. Yamashita, H. Funakubo and M. Okuyama:IEEE Trans. on UFFC, 57(10) (2010) 2221-2227.M. Noda, T. Yamada, K. Seki, T. Kamo, K. Yamashita, H. Funakubo and M. Okuyama: IEEE Trans. On UFFC, 57 (10) (2010) 2221-2227. K.Matsuzaki, H.Hosono, T.Susaki. Layer-by-layer epitaxial growth of polarMgO(111) thin films, PHYSICAL REVIEW B, vol. 82, 3, p. 033408, Jul. 2010.K. Matsuzaki, H. Hosono, T. Susaki. Layer-by-layer epitaxial growth of polar MgO (111) thin films, PHYSICAL REVIEW B, vol. 82, 3, p. 033408, Jul. 2010.

MgOの(100)面は、陽イオンであるMg2+及び陰イオンであるO2−が等量露出しており、静電的に安定している。一方、MgOの(111)面は、陽イオンであるMg2+及び陰イオンであるO2−の何れかが露出することになるため、静電的に不安定であり、天然には存在しない。すなわち、MgOの(111)面は、特異な化学的・電気的表面特性を有することになる。この特性は、MgOの(111)面が平坦であればあるほど顕著になると考えられる。よって、平坦なMgOの(111)面を得ることができれば、格子マッチングによる成長面の制御以外の価値を付加することができる基板として、新しいデバイスを作成できる可能性がある。 On the (100) surface of MgO, equal amounts of Mg 2+ as a cation and O 2− as an anion are exposed and are electrostatically stable. On the other hand, the (111) plane of MgO is electrostatically unstable because either the positive ion Mg 2+ or the negative ion O 2− is exposed, and does not exist in nature. That is, the (111) face of MgO has unique chemical and electrical surface characteristics. This characteristic is considered to be more remarkable as the (111) face of MgO becomes flatter. Therefore, if a flat (111) surface of MgO can be obtained, a new device may be created as a substrate to which values other than the control of the growth surface by lattice matching can be added.

ここで、MgOの(111)面は、通常、単結晶からMgO(111)面を切り出し、機械的に研磨する方法により得られる。しかしながらこのような手法では、二乗平均平方根粗さRが3ナノメートル程度以上となり、静電的に不安定なMgO(111)の平坦面を得るのは困難である。従って、MgO(111)は、上記のような特異な特性を有する反面、ナノメートルオーダーで成長膜を制御する基板として採用することは困難である。また、非特許文献4に記載の手法では、基板との間にNiO膜を形成する必要があるため、手間がかかり効率的ではない上にNiO膜の分だけ厚い膜となる。当技術分野では、平坦なMgO(111)面を簡易な手法で作成できる作成方法及び平坦なMgO(111)面を有する処理板が望まれている。 Here, the (111) plane of MgO is usually obtained by a method in which an MgO (111) plane is cut out from a single crystal and mechanically polished. However, with such a method, the root mean square roughness Rq is about 3 nanometers or more, and it is difficult to obtain an electrostatically unstable flat surface of MgO (111). Therefore, MgO (111) has the unique characteristics as described above, but is difficult to employ as a substrate for controlling the growth film on the nanometer order. Further, in the method described in Non-Patent Document 4, since it is necessary to form a NiO film between the substrate and the substrate, it takes time and is not efficient, and the film is thicker than the NiO film. In this technical field, a production method capable of producing a flat MgO (111) surface by a simple method and a processing plate having a flat MgO (111) surface are desired.

本発明の一側面に係る酸化マグネシウム薄膜の作成方法は、レーザアブレーション法により酸化マグネシウム焼結体又は単結晶をターゲットとして用いて酸化マグネシウム薄膜を基板上に堆積する方法である。この方法では、基板上に酸化マグネシウムからなる処理膜を作成する。基板は、(111)面を主面とするチタン酸ストロンチウムまたは(111)面を主面とするイットリア安定化ジルコニアからなる。該基板の主面上に膜を直接堆積しエピタキシャル成長させることによって、(111)面を表面とする酸化マグネシウムからなる平坦な処理膜を作成する。処理膜は、膜厚が50nmを超えない膜であって、酸化マグネシウム(111)面の二乗平均平方根粗さRqが0.5nmを超えない膜である。レーザアブレーション法におけるレーザエネルギー量は、50mJ以上である。 A method for producing a magnesium oxide thin film according to one aspect of the present invention is a method of depositing a magnesium oxide thin film on a substrate by using a magnesium oxide sintered body or a single crystal as a target by a laser ablation method. In this method, a treatment film made of magnesium oxide is formed on a substrate. The substrate is made of strontium titanate having a (111) plane as a main surface or yttria-stabilized zirconia having a (111) plane as a main surface. A flat treatment film made of magnesium oxide having the (111) plane as a surface is formed by directly depositing a film on the main surface of the substrate and epitaxially growing the film. The treated film is a film whose film thickness does not exceed 50 nm and whose root mean square roughness Rq of the magnesium oxide (111) surface does not exceed 0.5 nm. The amount of laser energy in the laser ablation method is 50 mJ or more.

この作成方法では、チタン酸ストロンチウム(111)またはイットリア安定化ジルコニア(111)からなる基板の(111)面上に、(111)面を表面とする酸化マグネシウムが直接形成されている。すなわち、チタン酸ストロンチウム(111)またはイットリア安定化ジルコニア(111)からなる基板の(111)面をMgOの成長基板として採用し、レーザアブレーション法により堆積させてエピタキシャル成長させることで、平坦なMgOの(111)面を得ることができる。処理膜の膜厚が50nmを超えない範囲とすることで、酸化マグネシウム(111)面の二乗平均平方根粗さRqが0.5nmを超えない範囲の平坦さを実現することができる。そして、成膜時のエネルギーを従来手法に比べて大きくすることで、MgO(111)面を形成することができる。 In this production method, magnesium oxide having a (111) plane as a surface is directly formed on a (111) plane of a substrate made of strontium titanate (111) or yttria-stabilized zirconia (111). That is, the (111) plane of a substrate made of strontium titanate (111) or yttria-stabilized zirconia (111) is adopted as a growth substrate for MgO, and is deposited by laser ablation and epitaxially grown, so that ( 111) plane can be obtained. By setting the thickness of the treatment film in a range that does not exceed 50 nm, it is possible to realize flatness in a range in which the root mean square roughness Rq of the magnesium oxide (111) surface does not exceed 0.5 nm. Then, the MgO (111) surface can be formed by increasing the energy at the time of film formation as compared with the conventional method.

一実施形態では、処理膜は、膜厚が5〜20nmの膜であってもよい。処理膜の膜厚を5〜20nmとすることで、平坦なMgOの(111)面を確実に得ることができる。   In one embodiment, the treatment film may be a film having a thickness of 5 to 20 nm. By setting the thickness of the treatment film to 5 to 20 nm, a flat (111) surface of MgO can be obtained reliably.

た、処理膜の成膜時の基板温度は、600〜650℃であってもよい。さらに、処理膜の成膜時の酸素分圧は、0.5×10−3〜2.0×10−3Paであってもよい。 Also, the substrate temperature during the deposition of the treatment film may be 600 to 650 ° C.. Furthermore, the oxygen partial pressure during the formation of the treatment film may be 0.5 × 10 −3 to 2.0 × 10 −3 Pa.

以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、簡易な手法で平坦なMgOの(111)面を得ることができる。   As described above, according to various aspects and embodiments of the present invention, a flat (111) plane of MgO can be obtained by a simple method.

処理板の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of a process board. MgOの結晶構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the crystal structure of MgO. 製造装置の主な構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the main structures of a manufacturing apparatus. 実施例に係る処理板のXRD回折パターンである。It is a XRD diffraction pattern of the process board which concerns on an Example. 実施例に係る処理膜のAFM像である。(a)は膜厚5nm、(b)は膜厚10nm、(c)は膜厚20nm、(d)は膜厚50nmである。It is an AFM image of the process film | membrane which concerns on an Example. (A) is a film thickness of 5 nm, (b) is a film thickness of 10 nm, (c) is a film thickness of 20 nm, and (d) is a film thickness of 50 nm. (a)は実施例に係る処理膜の特性を説明するための図であり、(b)は比較例に係る処理膜の特性を説明するための図である。(A) is a figure for demonstrating the characteristic of the process film which concerns on an Example, (b) is a figure for demonstrating the characteristic of the process film which concerns on a comparative example.

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。   Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.

本実施形態に係る処理板の構成について説明する。図1は、処理板1の構成を説明するための図である。処理板1は、基板2と処理膜3とを備えている。   The configuration of the processing plate according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the processing plate 1. The processing plate 1 includes a substrate 2 and a processing film 3.

基板2は、無機材料により形成される板状物であり、好ましくはチタン酸ストロンチウム又はイットリア安定化ジルコニア等の1種以上で形成される結晶、又は非結晶構造物である。この基板2の好ましい結晶構造は、主面2aの法線に沿った方向に関して3回対称性又は6回対称性を有する。基板2として、例えば、(111)面を表面とするチタン酸ストロンチウム(SrTiO)又は(111)面を表面とするイットリア安定化ジルコニア(YSZ)などが用いられる。 The substrate 2 is a plate-like material formed of an inorganic material, and is preferably a crystal or an amorphous structure formed of one or more types such as strontium titanate or yttria-stabilized zirconia. The preferred crystal structure of the substrate 2 has a 3-fold symmetry or a 6-fold symmetry with respect to the direction along the normal line of the main surface 2a. As the substrate 2, for example, strontium titanate (SrTiO 3 ) having a (111) plane as a surface, yttria stabilized zirconia (YSZ) having a (111) plane as a surface, or the like is used.

SrTiOは、三酸化チタン(IV)ストロンチウムとも呼ばれ、複合酸化物でありペロブスカイト型の結晶構造を有する。さらに、基板2を構成するSrTiO等には不純物がドープされてもよい。不純物がドープされた基板2に電圧を印加すると、基板2に電流が流れるため、抵抗発熱により基板2が加熱される。よって、基板2に印加する電圧を制御することにより処理膜3の温度を制御することが可能となる。すなわち、処理膜3の加熱を容易に行うことができる。不純物としては、例えばニオブ(Nb)が用いられる。不純物であるNbのドープ量は、例えば0.01〜0.5重量パーセントである。また、基板2は、例えば、面方位が(111)に配向された主面2aを有する。 SrTiO 3 is also called titanium (IV) strontium trioxide, is a complex oxide, and has a perovskite crystal structure. Further, impurities such as SrTiO 3 constituting the substrate 2 may be doped. When a voltage is applied to the substrate 2 doped with impurities, a current flows through the substrate 2, so that the substrate 2 is heated by resistance heat generation. Therefore, the temperature of the treatment film 3 can be controlled by controlling the voltage applied to the substrate 2. That is, the treatment film 3 can be easily heated. For example, niobium (Nb) is used as the impurity. The doping amount of Nb as an impurity is, for example, 0.01 to 0.5 weight percent. The substrate 2 has, for example, a main surface 2a whose plane orientation is (111).

処理膜3は、基板2の主面2a上に直接形成されている。すなわち、処理膜3の裏面と基板2の主面2aとは接合されている。処理膜3は、(111)面を表面とする酸化マグネシウムからなる表面3aを有している。処理膜3の厚さ(膜厚)は、例えば0.5〜100nmである。なお、処理膜3の厚さは、50nmを超えない厚さであってもよい。また、処理膜3の厚さは5〜20nmであってもよく、7〜15nmであってもよい。   The treatment film 3 is directly formed on the main surface 2 a of the substrate 2. That is, the back surface of the treatment film 3 and the main surface 2a of the substrate 2 are joined. The treatment film 3 has a surface 3a made of magnesium oxide with the (111) plane as the surface. The thickness (film thickness) of the treatment film 3 is, for example, 0.5 to 100 nm. Note that the thickness of the treatment film 3 may not exceed 50 nm. Further, the thickness of the treatment film 3 may be 5 to 20 nm or 7 to 15 nm.

ここで、一般的なMgOの結晶構造を説明する。図2は、MgOの結晶構造を模式的に示す図である。MgOは、立方晶系である塩化ナトリウム型の結晶構造を有し、天然に存在するMgOの表面の面方位は(100)である。原子スケールで平坦化されたMgOの(100)面は、陽イオンであるMg2+と、陰イオンであるO2−とが等量露出した面であり、電気的に中性であるために安定な面である。 Here, the general crystal structure of MgO will be described. FIG. 2 is a diagram schematically showing the crystal structure of MgO. MgO has a cubic sodium chloride type crystal structure, and the surface orientation of the naturally occurring MgO is (100). The (100) plane of MgO flattened on the atomic scale is a plane where Mg 2+ which is a cation and O 2− which is an anion are exposed in equal amounts, and is stable because it is electrically neutral. This is a serious aspect.

一方、本実施形態に係る処理膜3は、面方位が(111)である結晶面CFからなる表面3aを有する。この結晶面CFには、陽イオンであるMg2+のみが露出した面、又は陰イオンであるO2−のみが露出した面が露出している。このために、結晶面CFは、電気的にプラス又はマイナスに帯電しており、静電的に不安定な面である。このような結晶面CFは、特異な化学的・電気的表面特性を有する。例えば、結晶面CFは、強い塩基性、電子供給性又は触媒能を有する。触媒能の具体的な事例としては、二酸化炭素(CO)を吸着する能力又は還元する能力である。 On the other hand, the treatment film 3 according to the present embodiment has a surface 3a made of a crystal plane CF whose plane orientation is (111). In the crystal plane CF, a surface in which only Mg 2+ that is a cation is exposed or a surface in which only O 2− that is an anion is exposed is exposed. For this reason, the crystal plane CF is electrically positively or negatively charged and is an electrostatically unstable surface. Such a crystal plane CF has unique chemical and electrical surface characteristics. For example, the crystal plane CF has strong basicity, electron supply ability, or catalytic ability. A specific example of the catalytic ability is the ability to adsorb or reduce carbon dioxide (CO 2 ).

処理膜3の表面3aは原子スケールで平坦化されている。「原子スケールで平坦」とは、結晶面が完全に平坦な場合のみに限定されない。実際に原子レベルで平坦化された結晶面を作成した場合、原子レベルで見ると結晶の表面は微小に傾いている。このとき、結晶の表面には原子層に相当するステップ構造が形成されている。このような場合も結晶面が「原子スケールで平坦」である場合に含まれる。具体的には、処理膜3の表面3aの二乗平均平方根粗さRが、例えば1.0nmを超えない範囲とされる。また、二乗平均平方根粗さRが0.5nmを超えない範囲であってもよい。Rは、原子間力顕微鏡を用いることにより、例えば、一辺が1〜2μmの領域を走査することにより算出される。 The surface 3a of the treatment film 3 is flattened on an atomic scale. “Flat on the atomic scale” is not limited to the case where the crystal plane is completely flat. When a crystal plane flattened at the atomic level is actually created, the crystal surface is slightly inclined when viewed at the atomic level. At this time, a step structure corresponding to an atomic layer is formed on the surface of the crystal. Such a case is also included when the crystal plane is “atomic scale flat”. Specifically, the root mean square roughness R q of the surface 3a of the treatment film 3 is a range of, for example not exceeding 1.0 nm. Further, the root mean square roughness R q may be in a range not exceeding 0.5 nm. R q is calculated, for example, by scanning an area having one side of 1 to 2 μm by using an atomic force microscope.

次に、処理板1の製造方法について説明する。処理板1の製造には、例えばレーザアブレーション法を用いることができる。レーザアブレーション法によれば、比較的広い成膜条件下において処理板1を製造することができる。   Next, the manufacturing method of the processing board 1 is demonstrated. For manufacturing the processing plate 1, for example, a laser ablation method can be used. According to the laser ablation method, the processing plate 1 can be manufactured under relatively wide film forming conditions.

図3は、製造装置10の構成を説明するための図である。製造装置10は、チャンバ11、基板2及びターゲット12を備えている。   FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the manufacturing apparatus 10. The manufacturing apparatus 10 includes a chamber 11, a substrate 2, and a target 12.

チャンバ11は、その内部に、基板2及びターゲット12を収容する処理空間11aを画成する。基板2は例えば処理空間11aの上方に配置されている。ターゲット12は、処理空間11aの下方に配置されている。すなわち、ターゲット12は、基板2に対して鉛直下向きの方向に、基板2から離間して配置されている。ターゲット12と基板2との距離は任意であり、製造装置10の規模に応じて適宜選択すればよい。ターゲット12は、基板2の主面2a上に形成される処理膜3の原料である。   The chamber 11 defines a processing space 11a for accommodating the substrate 2 and the target 12 therein. The substrate 2 is disposed, for example, above the processing space 11a. The target 12 is disposed below the processing space 11a. In other words, the target 12 is arranged away from the substrate 2 in a vertically downward direction with respect to the substrate 2. The distance between the target 12 and the substrate 2 is arbitrary and may be appropriately selected according to the scale of the manufacturing apparatus 10. The target 12 is a raw material for the treatment film 3 formed on the main surface 2 a of the substrate 2.

チャンバ11の側壁には、光学的に透明に構成された窓13が設けられている。レーザ光源15は、チャンバ11の外部に配置され、ターゲット12に照射されるレーザ光Lを発生する。レーザ光源15は、窓13を介してターゲット12へレーザ光Lを出射する。   A window 13 configured to be optically transparent is provided on a side wall of the chamber 11. The laser light source 15 is disposed outside the chamber 11 and generates a laser beam L that is applied to the target 12. The laser light source 15 emits laser light L to the target 12 through the window 13.

チャンバ11には、排気装置14が接続されている。排気装置14は、チャンバ11内の処理空間11aを減圧する。排気装置14は、所定の真空ポンプである。例えばターボ分子ポンプや油拡散ポンプ等を用いることができる。このように、チャンバ11は真空排気可能に構成されている。さらに、チャンバ11には、ガス導入装置18が接続されている。ガス導入装置18は、ガス源19、及び弁20を含んでおり、チャンバ11の処理空間11aへ所定のガスを導入する。   An exhaust device 14 is connected to the chamber 11. The exhaust device 14 depressurizes the processing space 11 a in the chamber 11. The exhaust device 14 is a predetermined vacuum pump. For example, a turbo molecular pump or an oil diffusion pump can be used. Thus, the chamber 11 is configured to be evacuated. Further, a gas introduction device 18 is connected to the chamber 11. The gas introduction device 18 includes a gas source 19 and a valve 20, and introduces a predetermined gas into the processing space 11 a of the chamber 11.

また、処理空間11aには、加熱装置16が配置されている。加熱装置16は、ランプ光源17を備えている。このランプ光源17からの光は、基板2に集光され、所定の温度に基板を加熱し得る。   A heating device 16 is arranged in the processing space 11a. The heating device 16 includes a lamp light source 17. The light from the lamp light source 17 is condensed on the substrate 2 and can heat the substrate to a predetermined temperature.

続いて、処理板1を製造する工程について説明する。まず、チャンバ11内に基板2及びターゲット12を配置する。なお、基板2の材料の一例として、SrTiO又はYSZを用い、その主面2aが(111)面である場合を説明する。また、ターゲット12の一例として、MgO焼結体又はMgO単結晶を用いた場合を説明する。 Then, the process which manufactures the process board 1 is demonstrated. First, the substrate 2 and the target 12 are placed in the chamber 11. In addition, the case where SrTiO 3 or YSZ is used as an example of the material of the substrate 2 and the main surface 2a is the (111) surface will be described. Moreover, the case where a MgO sintered compact or a MgO single crystal is used as an example of the target 12 is demonstrated.

チャンバ11内に基板2及びターゲット12を配置した後に、チャンバ11の内部を10−5〜10−7Pa程度に減圧する。続いて、ガス導入装置18を用いて外部から酸素ガスを注入し、酸素分圧を例えば10−2〜10−5Pa程度に設定する。酸素分圧は、0.5×10−3〜2.0×10−3Paであってもよい。次に、ランプ光源17からランプ光を基板2に集光させて、基板2を所定の基板温度まで加熱する。所定の基板温度は、例えば400〜700℃である。所定の基板温度は、600〜650℃であってもよい。 After arranging the substrate 2 and the target 12 in the chamber 11, the inside of the chamber 11 is depressurized to about 10 −5 to 10 −7 Pa. Subsequently, oxygen gas is injected from the outside using the gas introduction device 18, and the oxygen partial pressure is set to about 10 −2 to 10 −5 Pa, for example. The oxygen partial pressure may be 0.5 × 10 −3 to 2.0 × 10 −3 Pa. Next, the lamp light is condensed on the substrate 2 from the lamp light source 17 and the substrate 2 is heated to a predetermined substrate temperature. The predetermined substrate temperature is, for example, 400 to 700 ° C. The predetermined substrate temperature may be 600 to 650 ° C.

次に、チャンバ11の窓13からレーザ光Lをチャンバ11内に照射する。このレーザ光Lはパルスレーザ光であって、高いエネルギー密度を有し、ターゲット12に照射される。例えば、このレーザ光Lは波長が248nmであるKrFエキシマレーザ(フッ化クリプトンエキシマレーザ)である。チャンバ11内に導入されるレーザ光Lの総エネルギー(レーザエネルギー量)は、50mJ以上である。また、レーザ光Lの総エネルギーは、50〜150mJであってもよい。ターゲット12の表面12aにレーザ光Lが照射されると、ターゲット12の表面12aにあるMgOが剥離される。剥離されたMgOは、基板2の主面2aに堆積し、エピタキシャル成長する。これにより、処理膜3が形成される。   Next, the laser beam L is irradiated into the chamber 11 from the window 13 of the chamber 11. This laser beam L is a pulse laser beam, has a high energy density, and is irradiated onto the target 12. For example, the laser beam L is a KrF excimer laser (krypton fluoride excimer laser) having a wavelength of 248 nm. The total energy (laser energy amount) of the laser light L introduced into the chamber 11 is 50 mJ or more. Further, the total energy of the laser light L may be 50 to 150 mJ. When the laser beam L is irradiated to the surface 12a of the target 12, the MgO present on the surface 12a of the target 12 is peeled off. The peeled MgO is deposited on the main surface 2a of the substrate 2 and epitaxially grows. Thereby, the treatment film 3 is formed.

以上、SrTiOの(111)面又はYSZの(111)面に処理膜3を直接堆積させてエピタキシャル成長させることにより、(111)面の処理膜3が形成され、処理板1が製造される。レーザアブレーション法により成膜する場合には、分子線ビームエピタキシー法等により成膜する場合と比べて成膜時のエネルギーが大きいものとなる。成膜時のエネルギーが大きいことが、MgO(111)面の形成に寄与しているものと考えられる。 As described above, the treatment film 3 is directly deposited on the (111) face of SrTiO 3 or the (111) face of YSZ and epitaxially grown, whereby the treatment film 3 having the (111) face is formed and the treatment plate 1 is manufactured. When the film is formed by the laser ablation method, the energy at the time of film formation is larger than that when the film is formed by the molecular beam epitaxy method or the like. It is considered that the large energy during film formation contributes to the formation of the MgO (111) surface.

なお、上述した実施形態は本発明に係る処理板及び作成方法の一例を示すものである。本発明に係る処理板及び作成方法は、上述した実施形態に限られるものではない。請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施形態に係る処理板及び作成方法を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。   In addition, embodiment mentioned above shows an example of the processing board and preparation method which concern on this invention. The processing plate and the production method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments. In the range which does not change the summary described in the claims, the processing plate and the creation method according to the above-described embodiment may be modified or applied to others.

例えば、上述した実施形態では、不純物がドープされている基板2を例に説明したが、これに限定されることはない。基板2として、不純物がドープされていないSrTiO等を用いてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the substrate 2 doped with impurities has been described as an example, but the present invention is not limited to this. As the substrate 2, SrTiO 3 or the like not doped with impurities may be used.

また、上述した実施形態では、処理板1の製造工程において基板2をランプ光源17からの光により加熱する方法を例に説明したが、これに限定されることはない。基板2の加熱には種々の方法を用いることができる。例えば、ランプ光源17からの光に代えて、赤外線レーザを用いてもよい。   Moreover, although embodiment mentioned above demonstrated to the example the method of heating the board | substrate 2 with the light from the lamp light source 17 in the manufacturing process of the process board 1, it is not limited to this. Various methods can be used for heating the substrate 2. For example, instead of the light from the lamp light source 17, an infrared laser may be used.

以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例及び比較例について述べる。   Hereinafter, examples and comparative examples implemented by the present inventors will be described in order to explain the above effects.

(実施例)
図3に示す製造装置10を用いて実施例に係る処理板を作成した。実施例として、基板の主面に(111)面を表面とするMgOからなる処理膜を形成した。製造装置10の具体的構成及び作成条件は以下の通りである。
ターゲット:MgO単結晶ターゲット
基板:Nbがドープされた(111)面を表面に持つSrTiO(Nbのドープ量は0.5重量パーセント)
レーザ光源:コヒーレント社製 エキシマレーザ COMPexPro201
レーザ波長:248nm
レーザエネルギー量:100mJ
レーザーパルスの周波数:10Hz
(比較例)
図3に示す製造装置10を用いて比較例に係る処理板を作成した。基板の主面に(100)面を表面とするMgOからなる処理膜を形成した。製造装置10の具体的構成及び作成条件は、基板以外は実施例と同様である。
基板:Nbがドープされた(100)面を表面に持つSrTiO(Nbのドープ量は0.5重量パーセント)
(Example)
The processing board which concerns on an Example was created using the manufacturing apparatus 10 shown in FIG. As an example, a treatment film made of MgO having a (111) plane as a surface was formed on the main surface of the substrate. The specific configuration and production conditions of the manufacturing apparatus 10 are as follows.
Target: MgO single crystal target substrate: SrTiO 3 having (111) plane doped with Nb on the surface (Nb doping amount is 0.5 weight percent)
Laser light source: Excimer laser COMPexPro201 manufactured by Coherent
Laser wavelength: 248 nm
Laser energy: 100mJ
Laser pulse frequency: 10 Hz
(Comparative example)
The processing board which concerns on a comparative example was created using the manufacturing apparatus 10 shown in FIG. A treatment film made of MgO having the (100) plane as the surface was formed on the main surface of the substrate. The specific configuration and production conditions of the manufacturing apparatus 10 are the same as in the embodiment except for the substrate.
Substrate: SrTiO 3 having a (100) plane doped with Nb on the surface (the doping amount of Nb is 0.5 weight percent)

(構造評価)
実施例に係る処理膜3の構造評価を行った。図4は、実施例に係る処理板のX線回折パターンを示す。図4において、グラフG1は基板の温度が400℃であるときに形成された処理板のパターン、グラフG2は基板の温度が500℃であるときに形成された処理板のパターン、グラフG3は基板の温度が600℃であるときに形成された処理板のパターン、グラフG4は基板の温度が700℃であるときに形成された処理板のパターンである。また、これらの処理板の処理膜は、酸素分圧が1×10−3Paの環境下において形成された。グラフG1〜グラフG4に示すように、いずれの温度条件下においても、MgOの(111)面を示す箇所D1、及び(222)面を示す箇所D2にピークが現れることが確認された。これにより、基板の温度が400〜700℃の範囲において、(111)面を表面とするMgOからなる処理膜が形成されることが確認された。また、レーザエネルギー量が100mJの時に、(111)面を表面とするMgOからなる処理膜が形成されることが確認された。成膜時のエネルギーが大きいことが、MgO(111)面の形成に寄与していることを考慮すると、少なくとも100mJ以上のレーザエネルギー量であれば、(111)面を表面とするMgOが形成されることが示唆されたといえる。
(Structural evaluation)
The structure of the treatment film 3 according to the example was evaluated. FIG. 4 shows an X-ray diffraction pattern of the processing plate according to the example. In FIG. 4, a graph G1 is a pattern of a processing plate formed when the substrate temperature is 400 ° C., a graph G2 is a pattern of a processing plate formed when the substrate temperature is 500 ° C., and a graph G3 is a substrate. The pattern of the processing plate formed when the temperature of the substrate is 600 ° C., and the graph G4 is the pattern of the processing plate formed when the temperature of the substrate is 700 ° C. Further, the treatment films of these treatment plates were formed in an environment where the oxygen partial pressure was 1 × 10 −3 Pa. As shown in the graphs G1 to G4, it was confirmed that peaks appeared at the location D1 indicating the (111) plane of MgO and the location D2 indicating the (222) plane under any temperature condition. As a result, it was confirmed that a treatment film made of MgO having the (111) plane as a surface was formed when the temperature of the substrate was in the range of 400 to 700 ° C. It was also confirmed that a treatment film made of MgO having the (111) plane as the surface was formed when the laser energy amount was 100 mJ. Considering that the high energy during the film formation contributes to the formation of the MgO (111) surface, if the laser energy amount is at least 100 mJ or more, MgO having the (111) surface as the surface is formed. It can be said that it was suggested.

(表面観察結果)
原子間力顕微鏡を用いて実施例に係る処理板1の処理膜の表面を観察した。観察対象の実施例のサンプルとして、処理膜成膜時の基板温度が600〜650℃、酸素分圧が1.5×10−3Paで作成されたものとした。原子間力顕微鏡として、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製SPI3800Nプローブステーションを用いた。測定条件として、サンプル表面の2マイクロメートル四方を大気下において観察した。結果を図5に示す。図5の(a)が実施例に係る処理板の処理膜の膜厚が5nmのAFM像、(b)が膜厚10nmのAFM像、(c)が膜厚20nmのAFM像、(d)が膜厚50nmのAFM像である。図5の(a)では、最も黒い部分が0.81nmを表示し、最も白い部分が1.36nmを表示している。図5の(b)では、最も黒い部分が0.00nmを表示し、最も白い部分が1.89nmを表示している。図5の(c)では、最も黒い部分が0.00nmを表示し、最も白い部分が2.98nmを表示している。図5の(d)では、最も黒い部分が0.00nmを表示し、最も白い部分が13.31nmを表示している。図5の(a)〜(c)に示すAFM像に示すとおり、膜厚が5〜20nmのMgO(111)の表面は、凹凸の少ない膜として成長していることが確認できた。一方、膜厚が50nmのMgO(111)の表面は、凹凸が比較的多い膜として成長していることが確認できた。また、AFM像の測定と合わせて二乗平均平方根粗さRを計測した。膜厚5nmのとき二乗平均平方根粗さRは0.3037nm、膜厚10nmのとき二乗平均平方根粗さRは0.2992nm、膜厚20nmのとき二乗平均平方根粗さRは0.4702nm、膜厚20nmのとき二乗平均平方根粗さRは1.580nmとなった。二乗平均平方根粗さRの測定結果の通り、実施例に係る処理板1の処理膜は、膜厚が50nmを超えない範囲で二乗平均平方根粗さRが0.5nm以下であり、平坦面であることが確認された。具体的には膜厚が5〜20nmの場合に、二乗平均平方根粗さRが0.5nm以下であり、平坦面であることが確認された。
(Surface observation results)
The surface of the treatment film of the treatment plate 1 according to the example was observed using an atomic force microscope. As a sample of the example to be observed, the substrate temperature at the time of forming the treatment film was 600 to 650 ° C., and the oxygen partial pressure was 1.5 × 10 −3 Pa. As an atomic force microscope, an SPI3800N probe station manufactured by SII Nanotechnology Inc. was used. As measurement conditions, 2 micrometer squares of the sample surface were observed in the atmosphere. The results are shown in FIG. FIG. 5A is an AFM image with a processing film thickness of 5 nm, (b) an AFM image with a film thickness of 10 nm, (c) an AFM image with a film thickness of 20 nm, and (d). Is an AFM image with a film thickness of 50 nm. In FIG. 5A, the blackest part displays 0.81 nm, and the whitest part displays 1.36 nm. In FIG. 5B, the blackest part displays 0.00 nm, and the whitest part displays 1.89 nm. In FIG. 5C, the blackest portion displays 0.00 nm, and the whitest portion displays 2.98 nm. In FIG. 5D, the blackest part displays 0.00 nm and the whitest part displays 13.31 nm. As shown in the AFM images shown in FIGS. 5A to 5C, it was confirmed that the surface of MgO (111) having a film thickness of 5 to 20 nm grew as a film with little unevenness. On the other hand, it was confirmed that the surface of MgO (111) having a film thickness of 50 nm grew as a film having a relatively large number of irregularities. In addition to the measurement of the AFM image, the root mean square roughness Rq was measured. Mean square when a thickness of 5nm square roughness R q is 0.3037Nm, the root mean square roughness R q when the film thickness 10nm 0.2992nm, the root mean square roughness R q when the thickness of 20 nm 0.4702Nm When the film thickness was 20 nm, the root-mean-square roughness R q was 1.580 nm. As root mean square measure of roughness R q result, processing film processing board 1 according to the embodiment, the root mean square roughness R q to the extent that the film thickness does not exceed 50nm is at 0.5nm or less, flat The surface was confirmed. If the film thickness is 5~20nm specifically, root mean square roughness R q is at 0.5nm or less, it was confirmed that the flat surface.

(表面特性評価)
実施例に係る処理板1、及び比較例に係る処理板の表面特性を評価した。基板表面の化学的性質(酸性・塩基性)を評価する吸着実験の被吸着剤として、COやNHが最も標準的に採用されている。ここではCOを用いて吸着特性及び還元特性を評価した。この評価では、COのガス昇温脱離特性を測定することにより、COの吸着特性、すなわち表面の塩基性を評価した。また、COのガス昇温脱離特性を測定することにより、COの還元特性、すなわち化学的活性の度合いを評価した。ガス昇温脱離特性は、四重極質量分析法を用いて測定した。四重極質量分析法は、高周波電圧が印加された4つの電極管にイオンを通過させることによりイオンに摂動を付加し、所望のイオンのみを通過させて、通過したイオンの質量を測定する方法である。この評価では、実施例として基板の温度が650℃の状態において作成された厚さが50nmの処理膜を備える処理板を用いた。また、比較例として、基板の温度が650℃の状態において作成されたMgOの(100)面からなる表面を有する、厚さが5nmの処理膜を備える処理板を用いた。
(Surface property evaluation)
The surface property of the processing board 1 which concerns on an Example, and the processing board which concerns on a comparative example was evaluated. As an adsorbent for adsorption experiments for evaluating the chemical properties (acidic / basic) of the substrate surface, CO 2 and NH 3 are most commonly employed. Here, adsorption characteristics and reduction characteristics were evaluated using CO 2 . In this evaluation, by measuring the gas Atsushi Nobori characteristics of CO 2, adsorption characteristics of the CO 2, i.e. the basic surface were evaluated. Further, the CO 2 gas thermal desorption characteristics were measured to evaluate the CO 2 reduction characteristics, that is, the degree of chemical activity. Gas thermal desorption characteristics were measured using quadrupole mass spectrometry. Quadrupole mass spectrometry is a method of adding perturbation to ions by passing ions through four electrode tubes to which a high-frequency voltage is applied, and passing only desired ions, and measuring the mass of the passed ions. It is. In this evaluation, a processing plate provided with a processing film having a thickness of 50 nm prepared in a state where the substrate temperature is 650 ° C. was used as an example. Further, as a comparative example, a treatment plate having a treatment film with a thickness of 5 nm and having a surface made of (100) face of MgO prepared in a state where the temperature of the substrate is 650 ° C. was used.

図6(a)は、実施例に係る処理板のCO及びCOのガス昇温脱離特性を示す。図6(a)において、グラフG5は、COのガス昇温脱離特性を示し、グラフG6はCOのガス昇温脱離特性を示す。グラフG5に示すように、50℃付近から表面3aからCOの脱離が生じていることが確認された。また、グラフG6に示すように、50℃付近から表面3aにおけるCOが還元されてCOが発生し、さらに、100℃付近から多量のCOが生じていることが確認された。従って、処理膜3を用いたCOの還元方法では、紫外線などを照射することなく、COの還元が表面3aにおいて進行することが確認された。すなわち、50℃〜100℃という比較的低温において二酸化炭素の還元が生じていることから、実施例に係る処理板の処理膜は強い化学的活性を有することが確認された。 6 (a) shows the CO 2 and gas Atsushi Nobori characteristics of CO treated sheet according to the embodiment. In FIG. 6A, a graph G5 shows the gas temperature-programmed desorption characteristic of CO 2 , and a graph G6 shows the gas temperature-programmed desorption characteristic of CO. As shown in the graph G5, it was confirmed that CO 2 was desorbed from the surface 3a from around 50 ° C. Further, as shown in the graph G6, it was confirmed that CO 2 on the surface 3a was reduced from around 50 ° C. to generate CO, and a large amount of CO was produced from around 100 ° C. Therefore, in the CO 2 reduction method using the treatment film 3, it was confirmed that the CO 2 reduction proceeds on the surface 3a without irradiating ultraviolet rays or the like. That is, since reduction of carbon dioxide occurred at a relatively low temperature of 50 ° C. to 100 ° C., it was confirmed that the treatment film of the treatment plate according to the example has strong chemical activity.

図6(b)は、比較例に係る処理板のCO及びCOのガス昇温脱離特性を示す。図6(b)において、グラフG7は、COのガス昇温脱離特性を示し、グラフG8はCOのガス昇温脱離特性を示す。グラフG7に示すように、50℃付近から表面からCOの脱離が生じていることが確認された。一方、グラフG8に示すように、COの発生量はほぼゼロであり、処理膜を加熱してもCOが還元されないため、COが生じないことが確認された。 FIG. 6 (b) shows the gas temperature desorption characteristics of CO 2 and CO of the treatment plate according to the comparative example. In FIG. 6B, a graph G7 shows the CO 2 gas temperature programmed desorption characteristic, and a graph G8 shows the CO gas temperature desorption characteristic. As shown in the graph G7, it was confirmed that CO 2 was desorbed from the surface from around 50 ° C. On the other hand, as shown in the graph G8, the amount of CO generated was almost zero, and it was confirmed that CO was not generated because CO 2 was not reduced even when the treatment film was heated.

そして、グラフG5とグラフG7とを比較すると、実施例に係る処理膜からのCOの脱離量は、比較例に係る処理膜からのCOの脱離量よりも多いことが確認された。従って、MgOの(111)面からなる表面を有する処理膜は、MgOの(100)面からなる表面を有する処理膜に比べて、効率よくCOを吸着することができることが確認された。すなわち、実施例に係る処理板の処理膜は比較例に係る処理板の処理膜に比べて表面の塩基性が強いことが確認された。 When comparing the G7 graphs G5 and graphs desorption amount of CO 2 from the processing film according to Example, it was confirmed greater than the amount of released CO 2 from the processing film according to Comparative Example . Therefore, it was confirmed that the treatment film having the surface made of the (111) face of MgO can adsorb CO 2 more efficiently than the treatment film having the surface of the (100) face of MgO. That is, it was confirmed that the treatment film of the treatment plate according to the example has a stronger surface basicity than the treatment film of the treatment plate according to the comparative example.

従来、薄膜基板として、天然に存在する(100)面を表面とするMgO基板が用いられている。一方、MgOの(111)面の格子定数は、現在市販されている三角格子が表面に形成される基板の格子定数とは異なる。従って、本実施形態に係る処理板1は新たなエレクトロニクス薄膜成長用の基板として有用である。   Conventionally, as a thin film substrate, a MgO substrate having a naturally existing (100) plane as a surface is used. On the other hand, the lattice constant of the (111) plane of MgO is different from the lattice constant of the substrate on which a commercially available triangular lattice is formed. Therefore, the processing plate 1 according to the present embodiment is useful as a new substrate for growing an electronic thin film.

さらに、従来、薄膜成長の基板を選ぶときは、主に格子定数の整合が重視され基板表面における触媒能等は重視されていない。一方、本実施形態に係る処理板1は、基板表面垂直方向の分極に起因した強い塩基性及び化学的活性を有する。このため、薄膜等の結晶成長のための基板として、付加価値を有することが可能である。例えば、本実施形態に係る処理板1は、ソフト溶液プロセスによる薄膜成長用の基板として、又は、CVD用の基板として採用されてもよい。また、本実施形態に係る処理板1上に薄膜を作成後、該処理板1の処理膜の分極を利用して薄膜の電子状態を変調させることもできる。また、非特許文献1記載のマグネタイトFeの自然成長面は(100)面ではなく(111)面または(110)面である。このため、本実施形態に係る処理板1上にFeを形成することで、より良質なFe膜を形成することができると予想される。また、非特許文献2,3記載のMgOの(111)面は、何れも平坦でないと推認されるため、本実施形態に係る処理板1の平坦なMgOの(111)を用いることで、非特許文献2,3記載の作用効果がより顕著になると想定される。すなわち、本実施形態に係る処理板1は、非特許文献2に記載のスピネル構造を持つ強磁性体の薄膜用基板として有用である。また、平坦面であることを利用して、磁気トンネル接合等、界面粗さを押さえる必要のあるデバイスに好適に採用することができる。さらに、本実施形態に係る処理板1は、非特許文献3に記載の強誘電薄膜用の基板としても有用である。また、MgOの(111)面であること、平坦面であることを利用して、所望の特性を持つ誘電体薄膜の膜厚を確実に薄くすることができる。さらに、処理板1は、例えば、MOCVD等のように分子を反応させつつ基板に堆積させるプロセスを有する処理に用いることができる。 Furthermore, conventionally, when selecting a substrate for thin film growth, the lattice constant matching is mainly emphasized, and the catalytic ability on the substrate surface is not emphasized. On the other hand, the processing plate 1 according to the present embodiment has strong basicity and chemical activity due to polarization in the direction perpendicular to the substrate surface. Therefore, it can have added value as a substrate for crystal growth of a thin film or the like. For example, the processing plate 1 according to the present embodiment may be employed as a substrate for thin film growth by a soft solution process or a substrate for CVD. In addition, after a thin film is formed on the processing plate 1 according to the present embodiment, the electronic state of the thin film can be modulated using the polarization of the processing film of the processing plate 1. The natural growth surface of magnetite Fe 3 O 4 described in Non-Patent Document 1 is not the (100) plane but the (111) plane or the (110) plane. For this reason, it is expected that a better quality Fe 3 O 4 film can be formed by forming Fe 3 O 4 on the processing plate 1 according to the present embodiment. Further, since it is presumed that none of the (111) planes of MgO described in Non-Patent Documents 2 and 3 is flat, by using the flat (111) of MgO of the processing plate 1 according to the present embodiment, It is assumed that the effects described in Patent Documents 2 and 3 become more prominent. That is, the processing plate 1 according to the present embodiment is useful as a ferromagnetic thin film substrate having a spinel structure described in Non-Patent Document 2. Moreover, it can employ | adopt suitably for a device which needs to suppress interface roughness, such as a magnetic tunnel junction, using the flat surface. Furthermore, the processing plate 1 according to the present embodiment is also useful as a substrate for a ferroelectric thin film described in Non-Patent Document 3. Moreover, the film thickness of the dielectric thin film which has a desired characteristic can be reliably made thin using the (111) surface of MgO, and a flat surface. Further, the processing plate 1 can be used for processing having a process of depositing on a substrate while reacting molecules, such as MOCVD.

さらに、触媒として、プラチナ、パラジウムなどの貴金属或いは貴金属と酸化物のハイブリッドが用いられている。しかし、これらの物質は希少であり毒性を有する場合もある。一方、本実施形態に係る処理板1はMgOを用いている。MgOはありふれた物質であると共に毒性を有していない。従って、本実施形態に係る処理板1は環境汚染を心配する必要がない。さらに、MgOが生体に対して毒性を持たないため、本実施形態に係る処理板1は生体内の酸性分子の選択的吸着に利用することができる。例えば、本実施形態に係る処理板1を、生体分子(蛋白質、ウィルス、アミノ酸)の検出素子である、いわゆるバイオセンサーとして応用することができる。具体的には、生体分子の吸着前後における処理板1の電気伝導度の変化から、生体分子を検出することができる。よって、診断薬、検査薬として使用することができる。   Furthermore, noble metals such as platinum and palladium or hybrids of noble metals and oxides are used as catalysts. However, these substances are rare and can be toxic. On the other hand, the processing plate 1 according to the present embodiment uses MgO. MgO is a common substance and has no toxicity. Therefore, the processing plate 1 according to the present embodiment does not have to worry about environmental pollution. Furthermore, since MgO has no toxicity to the living body, the treatment plate 1 according to this embodiment can be used for selective adsorption of acidic molecules in the living body. For example, the processing plate 1 according to the present embodiment can be applied as a so-called biosensor which is a detection element for biomolecules (protein, virus, amino acid). Specifically, the biomolecule can be detected from the change in the electrical conductivity of the treatment plate 1 before and after the adsorption of the biomolecule. Therefore, it can be used as a diagnostic agent or a test agent.

そして、化石燃料の使用によりCOが増加し続けている。このCOは化学的に極めて安定であるため、大気圧、室温条件下では他の化学種へ改変することは容易ではない。このため、COを集めて閉じ込めたり、有効に利用する方法が研究されている。本実施形態に係る処理板1によれば、MgO(111)を表面(吸着面)とすることで、COを効率よく吸着することができる。従って、COを容易に貯蔵することが可能となる。 Then, CO 2 continues to increase by the use of fossil fuels. Since this CO 2 is extremely chemically stable, it is not easy to modify it to other chemical species under atmospheric pressure and room temperature conditions. For this reason, methods for collecting and confining CO 2 and using it effectively have been studied. According to the process plate 1 according to the present embodiment, by MgO and (111) and the surface (suction surface), it is possible to adsorb CO 2 efficiently. Therefore, CO 2 can be easily stored.

さらに、本実施形態に係る処理板1によれば、COを処理膜に吸着させた後に処理膜を加熱することによりCOをCOに還元することが可能である。従って、容易にCOを還元することができるため、COを出発原料とした反応工程を実現することが可能となる。従って、COを有効に利用することができる。 Further, according to the process plate 1 according to the present embodiment, it is possible to reduce CO 2 in the CO by heating the film after adsorbing the CO 2 in the treatment film. Thus, easily it is possible to reduce CO 2, it is possible to realize a reaction step in which the CO 2 as a starting material. Therefore, CO 2 can be used effectively.

また、本実施形態に係る処理板1の処理膜は基板の上に形成されている。このため、処理板の取り回しを容易にすることができる。さらに基板を介して別の部材と結合させることができる。その上、例えば、不純物がドープされ導電性を有する基板であるとき、基板に印加する電圧を制御することにより処理膜の温度を容易に制御することが可能である。処理膜の温度制御により、処理膜におけるCOの吸着又は還元(脱離)を容易に制御することができる。また、例えば、黒みを帯びた色の基板等、光の透過率が低い基板であるとき、基板に太陽光が照射されると50℃程度まで基板の温度が上昇することが考えられる。これによれば、人為的にエネルギーを注入することなく、処理板においてCOの吸着、還元(脱離)が行われる。そのため、処理板を用いて植物が夜間に吐き出したCOを吸着して蓄え、昼間に処理板からCOを脱離させて光合成の原料として用いることができる。 Further, the treatment film of the treatment plate 1 according to the present embodiment is formed on the substrate. For this reason, handling of a processing board can be made easy. Furthermore, it can couple | bond with another member via a board | substrate. In addition, for example, when the substrate is doped with impurities and has conductivity, the temperature of the treatment film can be easily controlled by controlling the voltage applied to the substrate. By controlling the temperature of the treatment film, the adsorption or reduction (desorption) of CO 2 in the treatment film can be easily controlled. In addition, for example, when the substrate has a low light transmittance, such as a blackish-colored substrate, the temperature of the substrate may be increased to about 50 ° C. when the substrate is irradiated with sunlight. According to this, adsorption and reduction (desorption) of CO 2 are performed on the processing plate without artificially injecting energy. Therefore, it is possible to adsorb and store the CO 2 exhaled at night by the plant using the treatment plate, and to desorb CO 2 from the treatment plate in the daytime and use it as a raw material for photosynthesis.

1…処理板、2…基板、3…処理膜、5…処理装置、10…製造装置、11,21…チャンバ、12…ターゲット、13…窓、14…排気装置、15…レーザ光源、16、25…加熱装置、17…ランプ光源、18…ガス導入装置、G1〜G8…グラフ、L…レーザ光。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing board, 2 ... Substrate, 3 ... Processing film, 5 ... Processing apparatus, 10 ... Manufacturing apparatus, 11, 21 ... Chamber, 12 ... Target, 13 ... Window, 14 ... Exhaust device, 15 ... Laser light source, 16, 25 ... heating device, 17 ... lamp light source, 18 ... gas introduction device, G1 to G8 ... graph, L ... laser beam.

Claims (4)

レーザアブレーション法により酸化マグネシウムの焼結体又は単結晶をターゲットとして用いて酸化マグネシウム薄膜を基板上に堆積する方法において、
(111)面を主面とするチタン酸ストロンチウムまたは(111)面を主面とするイットリア安定化ジルコニアからなる基板を用い、前記基板の前記主面上に膜を直接堆積しエピタキシャル成長させることによって(111)面を表面とする酸化マグネシウムからなる平坦な処理膜を作成し、
前記レーザアブレーション法におけるレーザエネルギー量は、50mJ以上であり、
前記処理膜は、膜厚が50nmを超えない膜であって、酸化マグネシウム(111)面の二乗平均平方根粗さRqが0.5nmを超えない膜である酸化マグネシウム薄膜の作成方法。
In a method of depositing a magnesium oxide thin film on a substrate using a sintered body of magnesium oxide or a single crystal as a target by a laser ablation method,
By using a substrate made of strontium titanate having a (111) plane as a main surface or yttria-stabilized zirconia having a (111) plane as a main surface, a film is directly deposited and epitaxially grown on the main surface of the substrate ( A flat treatment film made of magnesium oxide having a (111) plane as a surface;
The amount of laser energy in the laser ablation method is 50 mJ or more,
The said process film is a film-forming method of the magnesium oxide thin film which is a film | membrane whose film thickness does not exceed 50 nm, and whose root mean square roughness Rq of a magnesium oxide (111) surface does not exceed 0.5 nm.
前記処理膜は、膜厚が5〜20nmの膜である請求項1に記載の酸化マグネシウム薄膜の作成方法。   The method for producing a magnesium oxide thin film according to claim 1, wherein the treatment film is a film having a thickness of 5 to 20 nm. 前記処理膜の成膜時の基板温度は、600〜650℃である請求項1又は2に記載の酸化マグネシウム薄膜の作成方法。 The method for producing a magnesium oxide thin film according to claim 1 or 2 , wherein a substrate temperature at the time of forming the treatment film is 600 to 650 ° C. 前記処理膜の成膜時の酸素分圧は、0.5×10−3〜2.0×10−3Paである請求項1〜の何れか一項に記載の酸化マグネシウム薄膜の作成方法。 The method for producing a magnesium oxide thin film according to any one of claims 1 to 3 , wherein an oxygen partial pressure at the time of forming the treatment film is 0.5 x 10-3 to 2.0 x 10-3 Pa. .
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