JPH0517154A - 複合酸化物薄膜の形成方法 - Google Patents

複合酸化物薄膜の形成方法

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JPH0517154A
JPH0517154A JP18802891A JP18802891A JPH0517154A JP H0517154 A JPH0517154 A JP H0517154A JP 18802891 A JP18802891 A JP 18802891A JP 18802891 A JP18802891 A JP 18802891A JP H0517154 A JPH0517154 A JP H0517154A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 カルボン酸で最初にアルコキシド化合物の
加水分解を抑制させておくことにより、薄膜を構成する
上で必要な金属を金属水酸化物又は水和物を含む金属塩
の形態でも用いることができ、かつコーティング溶液の
安定化を図って、多種の複合酸化物薄膜を簡単な操作で
形成し得る。 【構成】 Zr又はTiのアルコキシドのいずれか又
は双方をカルボン酸に溶解する。Zr及びTi以外の金
属元素の酢酸塩、硝酸塩、水酸化物、或いはこれらの金
属塩水和物からなる群より選ばれた化合物を前記カルボ
ン酸溶液又はアルコールに溶解し、カルボン酸溶液との
混合溶液には水を添加して、またアルコール溶液にはカ
ルボン酸溶液を混合してそれぞれコーティング溶液とす
る。このコーティング溶液を基体表面に塗布して塗膜を
形成し、基体を乾燥熱処理して複合酸化物前駆体を生成
後、前駆体を焼成して複合酸化物薄膜を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜コンデンサ、圧電
素子、焦電素子等として利用される複合酸化物薄膜の形
成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、複合酸化物薄膜を基体上に形成す
る方法として、例えば少なくともバリウムアルコキシド
とチタンアルコキシドをアルコールに溶解し、更に加水
分解抑制剤を添加して調製したコーティング溶液を用い
る方法(特開平1−286922)が開示されている。
この方法は出発原料であるアルコキシド化合物の加水分
解反応を防止するアルコールアミン等の加水分解抑制剤
を添加するため、コーティング溶液中に微粒子状の水酸
化物や酸化物の析出が抑制され、均質性に優れた薄膜が
得られる特長がある。また、別の複合酸化物薄膜の形成
方法として、酢酸鉛を酢酸に溶解した溶液にジルコニウ
ムアルコキシド及びチタンアルコキシドを添加混合し、
この混合溶液にエチレングリコールを添加混合し、水又
はプロパノールで粘度調整してコーティング溶液を得、
これをスピンコーティングして塗膜を形成し、この塗膜
を乾燥熱処理した後、焼成してチタン酸ジルコン酸鉛
(Pb(Zr,Ti)O3)薄膜を作る方法(J.Appl.Ph
ys. 64, 2717 (1988))が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の方法は
高価で取扱いにくいバリウムのアルコキシドを用いるた
め、製造コストが高くなり、また加水分解抑制剤として
添加しているキレート剤のみでは、アルコキシド化合物
の配合量が多いために加水分解を完全に抑制することが
難しく、混合後の大気中におけるコーティング溶液の長
期安定性が十分でない不具合があった。また後者の方法
は酢酸鉛を酢酸に溶解した溶液中でジルコニウムアルコ
キシド及びチタンアルコキシドが加水分解を生じないよ
うに、この酢酸溶液を脱水した上で、ジルコニウムアル
コキシド及びチタンアルコキシドを溶解させる必要があ
り、操作が煩雑になる不具合があった。本発明の目的
は、カルボン酸で最初にアルコキシド化合物の加水分解
を抑制させておくことにより、薄膜を構成する上で必要
な金属を金属水酸化物又は水和物を含む金属塩の形態で
も用いることができ、かつコーティング溶液の安定化を
図って、多種の複合酸化物薄膜を簡単な操作で形成し得
る方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の製造方法では、先ずジルコニウムアルコキ
シド又はチタンアルコキシドのいずれか又は双方をカル
ボン酸に溶解してカルボン酸溶液を調製する。次いでジ
ルコニウム及びチタン以外の金属元素の酢酸塩、硝酸
塩、水酸化物、或いはこれらの金属塩水和物からなる群
より選ばれた1種又は2種以上の化合物を前記カルボン
酸溶液又はアルコールに溶解する。次にカルボン酸溶液
との混合溶液には水を添加してコーティング溶液を調製
し、アルコール溶液には前記カルボン酸溶液を混合して
コーティング溶液を調製する。続いて上記コーティング
溶液を耐熱性のある基体の表面に塗布して塗膜を形成
し、この塗膜を形成した基体を乾燥熱処理して複合酸化
物前駆体を生成し、最後にこの前駆体を600〜100
0℃の温度で焼成して複合酸化物薄膜を得る。
【0005】以下、本発明を記述する。本発明で用いら
れる金属アルコキシドはジルコニウムアルコキシド又は
チタンアルコキシドのいずれか又は双方である。ジルコ
ニウムアルコキシドとしては、エトキシド、プロポキシ
ド、ブトキシド等が挙げられ、チタンアルコキシドとし
ては、メトキシド、エトキシド、イソプロポキシド、ブ
トキシド、メトキシエトキシド、エトキシエトキシド等
が挙げられる。これらのアルコキシドのいずれか又は双
方をカルボン酸に溶解してカルボン酸溶液を調製する。
カルボン酸としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸及び酪
酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が
挙げられる。
【0006】ジルコニウムアルコキシド又はチタンアル
コキシドはカルボン酸に溶解すれば、このアルコキシド
の加水分解は抑制される。より確実に加水分解を抑制す
るためには、アルコキシドを溶解する前に加水分解抑制
剤をカルボン酸に添加しておくことが好ましい。加水分
解抑制剤としては、アルコールアミン、グリコール類及
びβ−ジケトンからなる群より選ばれた1種又は2種以
上の化合物が挙げられる。アルコールアミンには、モノ
エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノー
ルアミン、モノ2−プロパノールアミン、ジ2−プロパ
ノールアミン等が用いられ、グリコール類には、エチレ
ングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリ
コール、ジプロピレングリコール等が用いられる。この
加水分解抑制剤はモル比で0.1<[加水分解抑制剤]
/[Zr+Ti]<3の範囲になるようにカルボン酸に
添加する。
【0007】次いでジルコニウム及びチタン以外の金属
元素の酢酸塩、硝酸塩、水酸化物、或いはこれらの金属
塩水和物からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化
合物を用意する。酢酸塩としては、酢酸バリウム、酢酸
ストロンチウム、酢酸カルシウム、酢酸鉛、酢酸マグネ
シウム、酢酸リチウム、酢酸ランタン、酢酸カリウム、
酢酸マンガン、酢酸クロム等が挙げられる。また硝酸塩
としては、硝酸バリウム、硝酸ストロンチウム、硝酸カ
ルシウム、硝酸鉛、硝酸マグネシウム、硝酸リチウム、
硝酸ランタン、硝酸カリウム、硝酸マンガン、硝酸クロ
ム、硝酸鉄、硝酸ニッケル、硝酸亜鉛等が挙げられる。
また水酸化物としては、水酸化バリウム、水酸化ストロ
ンチウム、水酸化カルシウム、水酸化鉛、水酸化マグネ
シウム、水酸化リチウム、水酸化ランタン、水酸化カリ
ウム、水酸化クロム等が挙げられる。
【0008】上記化合物を直接上記カルボン酸溶液に溶
解するか、一度アルコールに溶解してから上記カルボン
酸溶液に溶解する。カルボン酸溶液に混合する場合、加
熱還流しながらでもよいし、室温下でもよい。加熱還流
することにより混合溶液の反応が促進され、混合溶液が
水分及び酸素に対してより安定化する。このアルコール
としては、エタノール、プロパノール、ブタノール、ア
ミルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリ
コール及びグルセリンからなる群より選ばれた1種又は
2種以上のアルコールが挙げられ、カルボン酸との相溶
性を考慮して選定される。成膜を容易にするために炭素
数が2〜4のアルコールが好ましい。上記化合物をアル
コールに溶解した後、この溶液を上記カルボン酸溶液に
溶解した場合には、直接カルボン酸溶液に混合した場合
に溶解しない、水酸化物又は水和物を含む金属塩であっ
ても、溶解するようになり、出発原料を広く採用でき
る。
【0009】上記化合物を直接カルボン酸溶液に溶解し
た混合溶液は、水を添加してコーティング溶液とする。
しかし、金属塩として水酸化物又は水和物を用いた場合
には含有する水分により添加する水量を減らしてもよ
い。この水の添加により、或いは水酸化物、水和物の使
用により、加熱還流で粘度の低下した混合溶液中の未反
応のアルコキシド化合物に積極的に加水分解を生じ、そ
の結果、コーティング溶液を後述するコーティング法に
応じて所望の粘度に上昇させる。例えばディップコーテ
ィング法又はスピンコーティング法でコーティングする
場合にはコーティング溶液の濃度は0.1〜2.0モル
/L程度が望ましい。また同時に調製したコーティング
溶液は水の添加により、或いは水酸化物、水和物の使用
により、長期間湿気に晒しても微粒子状の水酸化物や酸
化物の析出が完全に抑制される。
【0010】コーティング溶液は耐熱性のある基体の表
面に塗布される。基体は次に述べる焼成温度に耐えるも
のであればよく、金、銀、白金等の金属や、これらの金
属の少なくとも1種を主成分とする合金や、ガラス、炭
素、けい素、シリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコニ
ア、チタニア、チタン酸ストロンチウム、窒化硼素、窒
化けい素、炭化硼素、炭化けい素等のセラミックス等を
用いることができる。基体の形状は、繊維状、フィルム
状、板状、バルク状等いずれの形状であったもよい。塗
布前に基体の表面を研磨して平滑にし、更に洗浄して油
分等を除去しておくことが望ましい。塗布の方法として
は、スクリーン印刷法によりコーティング溶液を基体に
塗る方法の他に、コーティング溶液を噴霧するスプレー
コーティング法、コーティング溶液中に基体を浸漬した
後引上げるディップコーティング法、引上げる際に基体
をスピンさせて塗膜の厚みの均一化と薄膜化をはかるス
ピンコーティング法等がある。膜厚の均一性の観点から
スピンコーティング法が望ましい。
【0011】基体表面に形成された塗膜は、室温〜20
0℃の温度で乾燥される。乾燥した基体上の塗膜はその
溶媒を除去するために300〜500℃で熱処理する
と、複合酸化物前駆体が生成される。この前駆体を大気
圧下、600〜1000℃で焼成すると、基体上に複合
酸化物薄膜が形成される。上記塗膜の形成から熱処理ま
での工程を反復することによって厚みを増大でき、反復
回数を調整すれば所望の厚みの複合酸化物薄膜が得られ
る。上記カルボン酸溶液及び混合溶液の濃度、コーティ
ング溶液の粘度、基体の引上げ速度、噴霧量等によって
変化するが、塗膜の形成から熱処理までを一回で行うこ
とにより焼成後にサブミクロン厚の薄膜を形成すること
ができ、上記塗膜の積層数を増やすことにより数ミクロ
ン厚の薄膜も得られる。
【0012】
【発明の効果】以上述べたように、従来の方法が、溶媒
としてアルコールを用いる場合にはバリウムアルコキシ
ドのような高価で取扱いにくい化合物を用いる必要があ
り、また溶媒として酢酸を用いる場合でも無機塩を一度
脱水してから用いる必要があり、それぞれ製造コストを
押上げたり、操作が煩雑になっていたものが、本発明に
よればカルボン酸で最初にアルコキシド化合物を加水分
解を抑制させておくことにより、薄膜を構成する上で必
要な金属を金属水酸化物又は水和物を含む金属塩の形態
でも脱水操作することなく、そのまま用いることがで
き、かつコーティング溶液の安定化を図ることができ
る。これにより溶液化可能な化合物が飛躍的に増大し、
多種の複合酸化物薄膜を簡単な操作で形成することがで
きる。
【0013】
【実施例】次に本発明の具体的態様を示すために、本発
明の実施例を説明する。以下に述べる実施例は本発明の
技術的範囲を限定するものではない。 <実施例1>チタンイソプロポキシド11.37gを酢
酸100mLに溶解した。この酢酸溶液に酢酸バリウム
9.2gと酢酸カルシウム1水和物0.70gを添加混
合し、加熱還流しながら溶解した。次いでこの混合溶液
を冷却した後、この混合溶液に対して[H2O]/[B
a+Ca+Ti]のモル比が20となるように純水を添
加してコーティング溶液を調製した。このコーティング
溶液をアルミナ基板の表面にディップコーティング法に
より塗布した。即ち静置した上記コーティング溶液に基
板を浸漬し、24mm/秒の速度で鉛直方向に引上げ
た。基板表面に形成された塗膜を基板とともに100℃
の温度で乾燥した後、400℃で熱処理し塗膜の溶媒を
除去した。上記コーティング工程、乾燥工程及び熱処理
工程を6回繰返し行った後、更に大気圧下、800℃で
2時間焼成したところ、基板の表面にサブミクロン厚の
(Ba,Ca)TiO3薄膜が得られた。
【0014】<実施例2>先ず酢酸100mLにジエタ
ノールアミン5.26gを混合して酢酸溶液を調製し
た。この酢酸溶液にチタンイソプロポキシド12.08
gとジルコニウムプロポキシド2.46gを溶解し、次
いでこの溶液に酢酸バリウム12.77gを添加混合
し、加熱還流しながら溶解した。これとは別に硝酸マン
ガン6水和物0.05gをイソプロピルアルコール50
mLに溶解し、この溶液を上記混合溶液に添加混合して
コーティング溶液を調製した。実施例1と同様に、この
コーティング溶液をアルミナ基板に塗布し、塗膜を乾燥
熱処理し、大気圧下、800℃で2時間焼成したとこ
ろ、基板の表面にマンガンをドーピング剤としたサブミ
クロン厚のBa(Zr,Ti)O3薄膜が得られた。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジルコニウムアルコキシド又はチタンア
    ルコキシドのいずれか又は双方をカルボン酸に溶解して
    カルボン酸溶液を調製し、 ジルコニウム及びチタン以外の金属元素の酢酸塩、硝酸
    塩、水酸化物、或いはこれらの金属塩水和物からなる群
    より選ばれた1種又は2種以上の化合物を前記カルボン
    酸溶液に溶解して混合溶液を調製し、 前記混合溶液に水を添加してコーティング溶液を調製
    し、 前記コーティング溶液を耐熱性のある基体の表面に塗布
    して塗膜を形成し、 前記塗膜を形成した基体を乾燥熱処理して複合酸化物前
    駆体を生成し、 前記前駆体を600〜1000℃の温度で焼成する複合
    酸化物薄膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 アルコールアミン、グリコール類及びβ
    −ジケトンからなる群より選ばれた1種又は2種以上の
    ジルコニウムアルコキシド及びチタンアルコキシドの加
    水分解抑制剤をカルボン酸に混合した後、この混合液に
    前記ジルコニウムアルコキシド又はチタンアルコキシド
    のいずれか又は双方を溶解してカルボン酸溶液を調製す
    る請求項1記載の複合酸化物薄膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 ジルコニウムアルコキシド又はチタンア
    ルコキシドのいずれか又は双方をカルボン酸に溶解して
    カルボン酸溶液を調製し、 ジルコニウム及びチタン以外の金属元素の酢酸塩、硝酸
    塩、水酸化物、或いはこれらの金属塩水和物からなる群
    より選ばれた1種又は2種以上の化合物をアルコールに
    溶解してアルコール溶液を調製し、 このアルコール溶液と前記カルボン酸溶液とを混合して
    コーティング溶液を調製し、 前記コーティング溶液を耐熱性のある基体の表面に塗布
    して塗膜を形成し、 前記塗膜を形成した基体を乾燥熱処理して複合酸化物前
    駆体を生成し、 前記前駆体を600〜1000℃の温度で焼成する複合
    酸化物薄膜の形成方法。
  4. 【請求項4】 アルコールアミン、グリコール類及びβ
    −ジケトンからなる群より選ばれた1種又は2種以上の
    ジルコニウムアルコキシド及びチタンアルコキシドの加
    水分解抑制剤をカルボン酸に混合した後、この混合液に
    前記ジルコニウムアルコキシド又はチタンアルコキシド
    のいずれか又は双方を溶解してカルボン酸溶液を調製す
    る請求項3記載の複合酸化物薄膜の形成方法。
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