JPH0280397A - 強誘電体薄膜 - Google Patents
強誘電体薄膜Info
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は焦電形赤外線センサ、圧電素子、電気光学素子
、メモリ素子、キャパシタなどに用いられる強誘電体薄
膜に関するものである。
、メモリ素子、キャパシタなどに用いられる強誘電体薄
膜に関するものである。
従来の技術
強誘電体のエレクトロニクス分野における応用は、赤外
線センサ、圧電素子、電気光学素子、メモリ素子、キャ
パシタなど、さまざまなものかある。
線センサ、圧電素子、電気光学素子、メモリ素子、キャ
パシタなど、さまざまなものかある。
近年の半導体技術の進歩による電子部品の小型化、集積
化にともない9強誘電体素子も小型化。
化にともない9強誘電体素子も小型化。
薄膜化が進みつつある。
一般にBaTiO3(チタン酸バリウム)のような強誘
電体の誘電率は非常に大きく、また誘電率の異方性も大
きい。この大きい方の誘電率を利用して薄膜の大容量キ
ャパシタを作成する場合、誘電率の大きい方向の結晶軸
が基板に垂直に揃っている(配向している)ことが望ま
しい。BaTiOaの結晶構造は室温で正方晶形で、(
001)軸方向に垂直な面に電極をつけて測定した誘電
率は約200であるが、(100)あるいは(010)
軸に垂直な面に垂直な面に電極をつけて測定した誘電率
は非常に太きく2000以上である[ S、 tl、
Wemple他:ジャーナル・オブ・フィジックス・ア
ンド・ケミストリー・オブ・ソリッド(、J、 Phy
s、 Chem−5o1ids29巻、ページ1797
、19(38年]。したがって。
電体の誘電率は非常に大きく、また誘電率の異方性も大
きい。この大きい方の誘電率を利用して薄膜の大容量キ
ャパシタを作成する場合、誘電率の大きい方向の結晶軸
が基板に垂直に揃っている(配向している)ことが望ま
しい。BaTiOaの結晶構造は室温で正方晶形で、(
001)軸方向に垂直な面に電極をつけて測定した誘電
率は約200であるが、(100)あるいは(010)
軸に垂直な面に垂直な面に電極をつけて測定した誘電率
は非常に太きく2000以上である[ S、 tl、
Wemple他:ジャーナル・オブ・フィジックス・ア
ンド・ケミストリー・オブ・ソリッド(、J、 Phy
s、 Chem−5o1ids29巻、ページ1797
、19(38年]。したがって。
BaTiO:+を薄膜化して大容量のキャパシタとして
利用するには、(100)または(010)軸が基板に
垂直に配向していることが望ましい。
利用するには、(100)または(010)軸が基板に
垂直に配向していることが望ましい。
薄膜を作成する基板には、セラミクス、囃結晶。
アモルファス物質、金属等が用いられるが、酸化物の薄
膜を作成した場合、基板の種類と作成条件によって、結
晶の方位が変わり易い。石英ガラス(SiO2)は、耐
熱性に優れ熱膨張係数が非常に小さいので基板としては
優れている。しかし2石英ガラスはアモルファス形であ
り、結晶性酸化物をその上に配向させることは、一般に
困難である。
膜を作成した場合、基板の種類と作成条件によって、結
晶の方位が変わり易い。石英ガラス(SiO2)は、耐
熱性に優れ熱膨張係数が非常に小さいので基板としては
優れている。しかし2石英ガラスはアモルファス形であ
り、結晶性酸化物をその上に配向させることは、一般に
困難である。
今までに、BaTiO3について(100)軸あるいは
(010)軸が石英基板も含めて種々の基板に垂直に配
向した薄膜を作成した実例は見当たらない。
(010)軸が石英基板も含めて種々の基板に垂直に配
向した薄膜を作成した実例は見当たらない。
発明が解決しようとする課題
一般には、BaTiO3の(100)あるいは(010
)軸が確実に基板に垂直に配向することはない。
)軸が確実に基板に垂直に配向することはない。
本発明の目的は、!当な基板上に設けた電極面に垂直に
(100)軸あるいは(010)軸を配向させたBa’
l”i03薄膜を得ることである。
(100)軸あるいは(010)軸を配向させたBa’
l”i03薄膜を得ることである。
課題を解決するための手段
本発明は、基板として9石英ガラスを用い、その上に電
極としてPt等の金属薄膜を作成し、一定の条件でスパ
ッタリングを行うことによって、基板に垂直に(100
)あるいは(010)軸が配向したBaTiO3強誘電
体薄膜を形成させたものである。
極としてPt等の金属薄膜を作成し、一定の条件でスパ
ッタリングを行うことによって、基板に垂直に(100
)あるいは(010)軸が配向したBaTiO3強誘電
体薄膜を形成させたものである。
作用
基板として9石英ガラス上にpt薄膜を作成したものを
選ぶ。基板温度が低すぎるか高すぎるか。
選ぶ。基板温度が低すぎるか高すぎるか。
あるいは、ガス圧力が高すぎるか低すぎると、できた薄
膜は多結晶体あるいはアモルファスである。
膜は多結晶体あるいはアモルファスである。
しかし、適当なガス圧力および基板温度では。
BaTiO3薄膜の(100)軸あるいは(010)軸
が基板面に垂直に揃って、薄膜はエピタキシャル的に配
向成長する。Mg0(マグネシア)やCカット・サファ
イア基板では、(100)配向薄膜を得ることは困難で
あった。
が基板面に垂直に揃って、薄膜はエピタキシャル的に配
向成長する。Mg0(マグネシア)やCカット・サファ
イア基板では、(100)配向薄膜を得ることは困難で
あった。
実施例
以下に、本発明の詳細な説明する。
薄膜は、RF−マグネトロンスパッタ法により作成した
。ターゲットはBaTiO3(チタン酸バリウム)粉末
である。ターゲット粉末は銅皿に入れ。
。ターゲットはBaTiO3(チタン酸バリウム)粉末
である。ターゲット粉末は銅皿に入れ。
200kg/cm2の圧力でプレスした。
スパッタガスは、Ar(アルゴン)102(酸素)が9
0/10の混合ガスである。ガス圧力は5〜160mT
の範囲で変化させた。基板の温度は350〜850℃で
ある。基板とターゲットの距離は8cmである。
0/10の混合ガスである。ガス圧力は5〜160mT
の範囲で変化させた。基板の温度は350〜850℃で
ある。基板とターゲットの距離は8cmである。
基板には9石英ガラス、(100)面でへき間したMg
0(マグネシア)単結晶、Cカット・サファイアを用い
た。基板表面に約1000Aの厚みのPL、 Au、
Ag薄膜をスパッタリングでつけ電極とした。Ba
TiOqの成膜は6時間行なった。
0(マグネシア)単結晶、Cカット・サファイアを用い
た。基板表面に約1000Aの厚みのPL、 Au、
Ag薄膜をスパッタリングでつけ電極とした。Ba
TiOqの成膜は6時間行なった。
BaTiO3単結晶は120℃付近にキュリー点をもつ
ペロブスカイト形の強誘電体である。室温では正方品形
である。誘電率の大きい方向はa軸。
ペロブスカイト形の強誘電体である。室温では正方品形
である。誘電率の大きい方向はa軸。
すなわち(100)あるいはb軸すなわち(010)方
向で、a軸とb軸は等価である。したがって、上に述べ
たように、BaTiO3薄膜をキャパシタとして用いる
場合、(100)あるいは(010)軸が基板に垂直に
配向していることが望ましい。
向で、a軸とb軸は等価である。したがって、上に述べ
たように、BaTiO3薄膜をキャパシタとして用いる
場合、(100)あるいは(010)軸が基板に垂直に
配向していることが望ましい。
BaTiO3粉末のX線回折パターンを標準として測定
し、薄膜の結果と比較した。粉末の場合のX線回折パタ
ーンの面指数、2θ、相対反射強度を第1表に示す。こ
こで薄膜の(100)軸が配向している度合を表すため
に配向率aを[I(100)]/[1(001)+ I
(100)+ 1(101)+ I(110)+I(1
11)]で定義する。 I(100)は(100)面の
X線反射強度を意味する。
し、薄膜の結果と比較した。粉末の場合のX線回折パタ
ーンの面指数、2θ、相対反射強度を第1表に示す。こ
こで薄膜の(100)軸が配向している度合を表すため
に配向率aを[I(100)]/[1(001)+ I
(100)+ 1(101)+ I(110)+I(1
11)]で定義する。 I(100)は(100)面の
X線反射強度を意味する。
第1表 BaTiO3粉末のX線回折パターン。
もしも薄膜が全く配向していなくて粉末と同じ状態なら
ば、α=0.042になる。a軸が配向していなくて(
001)、(101)および(111)が観測されない
状態では、αは0.44となる。そして完全に(100
)軸が基板に垂直に配向しているならばαは1になる。
ば、α=0.042になる。a軸が配向していなくて(
001)、(101)および(111)が観測されない
状態では、αは0.44となる。そして完全に(100
)軸が基板に垂直に配向しているならばαは1になる。
基板温度とガス圧を変えて作成した薄膜について、まず
αを求めた。次に表面に直径的1mtnのPt電極を設
けて、誘電率εを1 kHzで測定した。
αを求めた。次に表面に直径的1mtnのPt電極を設
けて、誘電率εを1 kHzで測定した。
ptの代わりに電極としてAuあるいはAgを用いても
、Ptの結果と同様であった。第2表に、3種類の基板
を用いた場合の基板温度、ガス圧とαおよびεの測定結
果を示す。表で、「Cす」はCカット・サファイアであ
る。この結果から2M80およびCカット・サファイア
を用いた場合、試みた基板温度範囲で、配向率αは小さ
く、シたがって誘電率もあまり大きくならないことがわ
かる。一方。
、Ptの結果と同様であった。第2表に、3種類の基板
を用いた場合の基板温度、ガス圧とαおよびεの測定結
果を示す。表で、「Cす」はCカット・サファイアであ
る。この結果から2M80およびCカット・サファイア
を用いた場合、試みた基板温度範囲で、配向率αは小さ
く、シたがって誘電率もあまり大きくならないことがわ
かる。一方。
石英ガラス基板では、基板温度が550〜800℃、ガ
ス圧がlO〜40 m Tの範囲で作成した薄膜は、α
が0.5よりかなり大きく、非常に大きなεが得られる
ことがわかる。このように石英ガラス基板上に設けた金
属電極上に、適当な基板温度とガス圧で作成した薄膜は
(100)あるいはく010)軸が基板に垂直に優勢に
配向していて、非常に大きい誘電率εをもっている。得
られた薄膜は大容量のキャパシタを構成するのに最適で
ある。
ス圧がlO〜40 m Tの範囲で作成した薄膜は、α
が0.5よりかなり大きく、非常に大きなεが得られる
ことがわかる。このように石英ガラス基板上に設けた金
属電極上に、適当な基板温度とガス圧で作成した薄膜は
(100)あるいはく010)軸が基板に垂直に優勢に
配向していて、非常に大きい誘電率εをもっている。得
られた薄膜は大容量のキャパシタを構成するのに最適で
ある。
第2表
BaTiO3薄膜の基板、基板温度、ガス圧と配向率α
および誘電率ε[l]。
および誘電率ε[l]。
第2表
BaTiO3薄膜の基板、基板温度、ガス圧と配向率α
および誘電率ε[2]。
および誘電率ε[2]。
第2表
BaTiO3薄膜の基板、基板温度、ガス圧と配向率α
および誘電率ε[3]。
および誘電率ε[3]。
第2表
BaTiO3rJ膜の基板、基板温度、ガス圧と配向率
αおよび誘電率ε[4]。
αおよび誘電率ε[4]。
発明の効果
本発明によれは9石英ガラス上に金属を成膜し。
その上にスパッタ法で、適当な基板温度、ガス圧力で作
成したBaTiO3(チタン酸バリウム)強誘電体薄膜
は、基板面に垂直に(100)あるいは(OlO)軸が
揃っていて、すなわち(100)軸が優勢に配向してい
るので、非常に大きい誘電率をもつ。
成したBaTiO3(チタン酸バリウム)強誘電体薄膜
は、基板面に垂直に(100)あるいは(OlO)軸が
揃っていて、すなわち(100)軸が優勢に配向してい
るので、非常に大きい誘電率をもつ。
BaTioa強誘電体薄膜は大容量キャパシタに応用で
きる。
きる。
Claims (1)
- 石英ガラス(SiO_2)基板と、基板上に設けた電極
上に形成された、基板に垂直に(100)または(01
0)軸が配向したBaTiO_3(チタン酸バリウム)
薄膜を備えたことを特徴とする強誘電体薄膜。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22822988A JPH0280397A (ja) | 1988-09-12 | 1988-09-12 | 強誘電体薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22822988A JPH0280397A (ja) | 1988-09-12 | 1988-09-12 | 強誘電体薄膜 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0280397A true JPH0280397A (ja) | 1990-03-20 |
Family
ID=16873194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22822988A Pending JPH0280397A (ja) | 1988-09-12 | 1988-09-12 | 強誘電体薄膜 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0280397A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02258700A (ja) * | 1989-03-30 | 1990-10-19 | Res Inst For Prod Dev | 強誘電体薄膜及びその製造法 |
EP0451500A2 (en) * | 1990-04-09 | 1991-10-16 | International Business Machines Corporation | Printed circuit boards and cards having buried thin film capacitors and processing techniques for fabricating said boards and cards |
JPH0478471A (ja) * | 1990-07-19 | 1992-03-12 | Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd | 超音波振動体及びその製造方法 |
CN105803395A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-07-27 | 长江大学 | 一种能降低介电损耗的多层Ni/BaTiO3薄膜的制备方法 |
-
1988
- 1988-09-12 JP JP22822988A patent/JPH0280397A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02258700A (ja) * | 1989-03-30 | 1990-10-19 | Res Inst For Prod Dev | 強誘電体薄膜及びその製造法 |
EP0451500A2 (en) * | 1990-04-09 | 1991-10-16 | International Business Machines Corporation | Printed circuit boards and cards having buried thin film capacitors and processing techniques for fabricating said boards and cards |
EP0451500A3 (ja) * | 1990-04-09 | 1995-02-08 | Ibm | |
JPH0478471A (ja) * | 1990-07-19 | 1992-03-12 | Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd | 超音波振動体及びその製造方法 |
CN105803395A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-07-27 | 长江大学 | 一种能降低介电损耗的多层Ni/BaTiO3薄膜的制备方法 |
CN105803395B (zh) * | 2016-03-31 | 2018-05-25 | 长江大学 | 一种能降低介电损耗的多层Ni/BaTiO3薄膜的制备方法 |
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