JP6308554B2 - 誘電体薄膜 - Google Patents
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Description
ここで、前記Biの拡散を抑止する元素はTa、Ti、Sr,Hf、Zr、Y及びMnからなる群から選択された少なくとも一であってよい。
また、前記Biの拡散を抑止する元素はTaであってよい。
また、前記誘電体層を構成する誘電体はBaTiO3−Bi(Mg,Nb)O3であってよい。
また、前記誘電体層におけるBi過剰濃度が5〜8重量%であってよい。
また、前記バリア層のTa含有量は前記バリア層中にTa2O5の構造を形成しない濃度であってよい。
また、前記バリア層は前記Biを含む誘電体層と同じ誘電体にTa化合物を添加したものであってよい。
あるいは、前記バリア層は厚さが0.4nm以下のTa2O5の層を含んでよい。
あるいは、前記バリア層は厚さが0.4nm以下の金属タンタルの層を含んでよい。
・斜方晶β相Ta2O5の格子定数はa=0.6198nm,b=4.029nm,c=0.388nm。
・六方晶δ相Ta2O5の格子定数はa=0.362nm、c=0.387nm。
本発明の誘電体膜の作成条件では通常はδ相はできないと考えられるので、この相については考慮の必要がない。β相ではc=0.388nmであるが、C軸配向で成長する条件を今回の系で再現することも困難であるため、BT−BMNの格子定数を超える厚さでなければ良いとするのが妥当であると考え、上記の上限値を設定した。
比較例としてのTa均一添加誘電体薄膜の試料及び本発明の一実施例のTa積層添加誘電体薄膜の試料を作成するため、先ず図7に概念的に示す装置を使用して、レーザーアブレーション(PLD)法(物理蒸着法)により所要の組成を有する膜を基板上に形成した。この成膜条件を以下の表2に示す。
・雰囲気:O2、1気圧
・温度:850℃
・熱処理時間:5分(温度プロファイルは図8)
・冷却は炉内、ガス雰囲気中で自然冷却
比較例としてのTa均一添加誘電体薄膜の成膜に当たっては、以下の組成を有するセラミックスターゲットを使用した:
0.6BaTiO3−0.4Bi(Mg2/3Nb1/3)O3:7重量%Bi2O3過剰(Bi過剰量をBi2O3換算の重量%として表記。以下同様)、1.5重量%Ta2O5添加(以下、1.5%Ta−BTBMNと称する)
本発明の一実施例のTa積層添加誘電体薄膜の成膜に当たっては、以下の組成を有する三種類のセラミックスターゲットを使用した:
(1)0.6BaTiO3−0.4Bi(Mg2/3Nb1/3)O3:7重量%Bi2O3過剰、3.0重量%Ta2O5添加(以下、3%Ta−BTBMNと称する)
(2)0.6BaTiO3−0.4Bi(Mg2/3Nb1/3)O3:7重量%Bi2O3過剰、(以下、BTBMNと称する)
(3)0.6BaTiO3−0.4Bi(Mg2/3Nb1/3)O3:7重量% Bi2O3過剰、1.5重量%Ta2O5添加(以下、1.5%Ta−BTBMNと称する)
このようにして作製したバリア層入りの誘電体薄膜の実施例について、100kHz及び10kHzにおける誘電率をRTから400℃まで温度を変化させて測定した。また、同じ母体材料にTaを1.5%均一に添加して作成した比較例の誘電体薄膜についても同じ測定を行った。これらの測定結果を図11に示す。図11から明らかなように、同じ平均濃度(1.5%)であっても、実施例の誘電体薄膜では、Taを均一添加した誘電体薄膜がRT〜130℃の間に示す大きな誘電率変化が何れの測定周波数においても軽減されている。また、周波数による誘電率変化を高温端付近について検討すれば、Taを均一添加した比較例の誘電体薄膜が測定周波数10kHzの場合に示す急激な誘電率上昇が、実施例の誘電体薄膜の場合には全く現れない。更には、この10kHzの高温端誘電率急上昇を除けば、同じ誘電率を示すわずかな例外を除いて、何れの測定周波数でも実施例の誘電体薄膜の方がTaを均一添加した比較例の誘電体薄膜に比べて誘電率が高いことがわかる。すなわち、本発明に係る誘電体薄膜では、誘電率を低下させることなく、高濃度Taの均一添加の場合とほぼ同等の誘電率変化率特性を実現することができる。
次に、X線光電子分光により、試料表面付近のBi濃度分布について本発明の実施例のバリア層入りの誘電体薄膜を比較例であるTaを均一添加した誘電体薄膜と比較し、本発明によるBiの拡散及び表面への析出の防止効果を調べた。
Claims (9)
- Biを含む誘電体層とBiの拡散を抑止する元素を含むバリア層とを交互積層した誘電体薄膜。
- 前記Biの拡散を抑止する元素はTa、Ti、Sr,Hf、Zr、Y及びMnからなる群から選択された少なくとも一である、請求項1に記載の誘電体薄膜。
- 前記Biの拡散を抑止する元素はTaである、請求項1に記載の誘電体薄膜。
- 前記誘電体層を構成する誘電体はBaTiO3−Bi(Mg,Nb)O3である、請求項1から3の何れかに記載の誘電体薄膜。
- 前記誘電体層におけるBi過剰濃度が5〜8重量%である、請求項4に記載の誘電体薄膜。
- 前記バリア層のTa含有量は前記バリア層中にTa2O5の構造を形成しない濃度である、請求項3から5の何れかに記載の誘電体薄膜。
- 前記バリア層は前記Biを含む誘電体層と同じ誘電体にTa化合物を添加した、請求項3から6の何れかに記載の誘電体薄膜。
- 前記バリア層は厚さが0.4nm以下のTa2O5の層を含む、請求項3から5の何れかに記載の誘電体薄膜。
- 前記バリア層は厚さが0.4nm以下の金属タンタルの層を含む、請求項3から5の何れかに記載の誘電体薄膜。
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