JPH06168624A - 強誘電体薄膜素子 - Google Patents
強誘電体薄膜素子Info
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- JPH06168624A JPH06168624A JP4341448A JP34144892A JPH06168624A JP H06168624 A JPH06168624 A JP H06168624A JP 4341448 A JP4341448 A JP 4341448A JP 34144892 A JP34144892 A JP 34144892A JP H06168624 A JPH06168624 A JP H06168624A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 焦電荷等による自発分極の減極を防止でき、
且つヒステリシス曲線の対称性の良い強誘電体薄膜素子
を提供する。 【構成】 ＭｇＯ基板２に形成したＰｔ電極３上にＣＶ
Ｄ法によってＰＬＺＴ薄膜４を形成する。この上にＭｎ
Ｏ2薄膜を形成し、加熱してＭｎをＰＬＺＴ薄膜４の粒
界に拡散させ、粒界４ｂの電気抵抗率を結晶粒４ａの内
部よりも小さくする。薄膜４の表面にはＰｔ電極５を形
成する。
且つヒステリシス曲線の対称性の良い強誘電体薄膜素子
を提供する。 【構成】 ＭｇＯ基板２に形成したＰｔ電極３上にＣＶ
Ｄ法によってＰＬＺＴ薄膜４を形成する。この上にＭｎ
Ｏ2薄膜を形成し、加熱してＭｎをＰＬＺＴ薄膜４の粒
界に拡散させ、粒界４ｂの電気抵抗率を結晶粒４ａの内
部よりも小さくする。薄膜４の表面にはＰｔ電極５を形
成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は強誘電体薄膜素子に関す
る。具体的にいうと、本発明は、圧電素子、電気光学素
子、強誘電体メモリ素子など、強誘電体の異方性や自発
分極による伸縮や変位、自発分極の分極方向の反転を積
極的に利用した強誘電体薄膜素子に関する。
る。具体的にいうと、本発明は、圧電素子、電気光学素
子、強誘電体メモリ素子など、強誘電体の異方性や自発
分極による伸縮や変位、自発分極の分極方向の反転を積
極的に利用した強誘電体薄膜素子に関する。
【０００２】
【背景技術とその問題点】ＰＺＴ等のＰｂ系ペロブスカ
イト型強誘電体の薄膜にＬａ等をドープすることによっ
て電気抵抗を高め、漏れ電流を小さくした強誘電体薄膜
素子が製作され、その自発分極を利用した種々の用途に
おいて実用に供せられつつある。
イト型強誘電体の薄膜にＬａ等をドープすることによっ
て電気抵抗を高め、漏れ電流を小さくした強誘電体薄膜
素子が製作され、その自発分極を利用した種々の用途に
おいて実用に供せられつつある。
【０００３】しかしながら、Ｌａがドープされて薄膜の
電気抵抗が高くなると、電荷（自由電子）の移動が妨げ
られるため、急激な温度変化等により発生した焦電電荷
により自発分極と反対の方向に電界が発生し、強誘電体
の自発分極の値が著しく減少するという問題があった。
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、この焦電電荷発生のメカニ
ズムを示す説明図であって、図５（ａ）は強誘電体３１
に分極処理を施した後の状態を示しており、強誘電体３
１内の双極子３２が一定方向に整列して自発分極Ｐｒを
生じている。このとき、分極した双極子３２による表面
電荷を打ち消すよう、強誘電体３１の内部（結晶格子）
の表面層には電荷３３が生じている。いま、強誘電体３
１に熱衝撃等が加わって高温状態になると、双極子３２
の大きさが減少するが、電荷３３は移動しにくく応答性
が悪いため、図５（ｂ）に示すように、自発分極Ｐｒが
小さくなり、電荷３３が過多になる。こうして表面層の
電荷３３が過多になると、空中電荷やイオン等が電荷３
３に引き付けられて強誘電体３１の表面に吸着され、焦
電電荷３４となる。この後、再び強誘電体３１の温度が
もとのように低下すると、図５（ｃ）に示すように再び
自発分極Ｐｒが回復するが、強誘電体３１の表面に付着
している焦電電荷３４は直ぐには放電されないので、焦
電電荷３４によって自発分極Ｐｒの方向と反対方向の電
場Ｅpを生じさせる。この焦電電荷３４によって発生す
る電界（反分極場）Ｅpは、自発分極Ｐｒと反対方向を
向いているため、自発分極Ｐｒを減少させるように作用
している。こうして、自発分極が減少させられると、自
発分極に伴って生じる種々の現象等を利用しようとする
強誘電体薄膜素子においては、その特性や信頼性が低下
することになる。
電気抵抗が高くなると、電荷（自由電子）の移動が妨げ
られるため、急激な温度変化等により発生した焦電電荷
により自発分極と反対の方向に電界が発生し、強誘電体
の自発分極の値が著しく減少するという問題があった。
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、この焦電電荷発生のメカニ
ズムを示す説明図であって、図５（ａ）は強誘電体３１
に分極処理を施した後の状態を示しており、強誘電体３
１内の双極子３２が一定方向に整列して自発分極Ｐｒを
生じている。このとき、分極した双極子３２による表面
電荷を打ち消すよう、強誘電体３１の内部（結晶格子）
の表面層には電荷３３が生じている。いま、強誘電体３
１に熱衝撃等が加わって高温状態になると、双極子３２
の大きさが減少するが、電荷３３は移動しにくく応答性
が悪いため、図５（ｂ）に示すように、自発分極Ｐｒが
小さくなり、電荷３３が過多になる。こうして表面層の
電荷３３が過多になると、空中電荷やイオン等が電荷３
３に引き付けられて強誘電体３１の表面に吸着され、焦
電電荷３４となる。この後、再び強誘電体３１の温度が
もとのように低下すると、図５（ｃ）に示すように再び
自発分極Ｐｒが回復するが、強誘電体３１の表面に付着
している焦電電荷３４は直ぐには放電されないので、焦
電電荷３４によって自発分極Ｐｒの方向と反対方向の電
場Ｅpを生じさせる。この焦電電荷３４によって発生す
る電界（反分極場）Ｅpは、自発分極Ｐｒと反対方向を
向いているため、自発分極Ｐｒを減少させるように作用
している。こうして、自発分極が減少させられると、自
発分極に伴って生じる種々の現象等を利用しようとする
強誘電体薄膜素子においては、その特性や信頼性が低下
することになる。
【０００４】この反分極場Ｅpを小さくするためには、
薄膜の電気抵抗を下げて電荷の移動を容易にしてやれ
ば、焦電電荷に引き付けられて電荷が移動し、移動した
電荷によって発生する電界によって焦電電荷による反分
極場を打ち消すことができることが知られている。この
ため、薄膜にＦｅ，Ｃｒ，Ｍｎ等をドープすることによ
り、反分極場Ｅpを打ち消すことができる程度に薄膜の
電気抵抗を小さくすることがよく行なわれているが、こ
れらの元素（ドーパント）をドープすると、薄膜中に空
間電荷を導入することになるため、強誘電体のヒステリ
シス曲線が非対称となる。具体的にいえば、ヒステリシ
ス曲線から求められる正側、負側の２つの抗電界強度の
絶対値の大きい方の値が小さい方の値の２倍以上の値と
なっていた。このため、強誘電体メモリ等のように対称
性の良好なヒステリシス曲線が求められる用途には利用
することが困難であった。
薄膜の電気抵抗を下げて電荷の移動を容易にしてやれ
ば、焦電電荷に引き付けられて電荷が移動し、移動した
電荷によって発生する電界によって焦電電荷による反分
極場を打ち消すことができることが知られている。この
ため、薄膜にＦｅ，Ｃｒ，Ｍｎ等をドープすることによ
り、反分極場Ｅpを打ち消すことができる程度に薄膜の
電気抵抗を小さくすることがよく行なわれているが、こ
れらの元素（ドーパント）をドープすると、薄膜中に空
間電荷を導入することになるため、強誘電体のヒステリ
シス曲線が非対称となる。具体的にいえば、ヒステリシ
ス曲線から求められる正側、負側の２つの抗電界強度の
絶対値の大きい方の値が小さい方の値の２倍以上の値と
なっていた。このため、強誘電体メモリ等のように対称
性の良好なヒステリシス曲線が求められる用途には利用
することが困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、叙上の従来
例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、焦電電荷等に起因する電界による自発分極の
減少を小さく抑えることができ、且つヒステリシス曲線
の対称性の良好な強誘電体薄膜素子を提供することにあ
る。
例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、焦電電荷等に起因する電界による自発分極の
減少を小さく抑えることができ、且つヒステリシス曲線
の対称性の良好な強誘電体薄膜素子を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の強誘電体薄膜素
子は、結晶粒の粒界における電気抵抗率が結晶粒内の電
気抵抗率よりも低い多結晶強誘電体を使用したことを特
徴としている。
子は、結晶粒の粒界における電気抵抗率が結晶粒内の電
気抵抗率よりも低い多結晶強誘電体を使用したことを特
徴としている。
【０００７】上記強誘電体薄膜素子においては、前記多
結晶強誘電体がＰｂを含むペロブスカイト型の結晶系を
持つ材料から形成されていてもよい。このペロブスカイ
ト型の結晶系を持つ材料には、さらに、少なくともその
組成内に５価以上の価数をとり得る遷移金属元素を含ま
せてもよい。また、このペロブスカイト型の結晶系を持
つ材料には、イットリウム、ビスマス又はランタノイド
系の元素のうちいずれかを含ませてもよい。
結晶強誘電体がＰｂを含むペロブスカイト型の結晶系を
持つ材料から形成されていてもよい。このペロブスカイ
ト型の結晶系を持つ材料には、さらに、少なくともその
組成内に５価以上の価数をとり得る遷移金属元素を含ま
せてもよい。また、このペロブスカイト型の結晶系を持
つ材料には、イットリウム、ビスマス又はランタノイド
系の元素のうちいずれかを含ませてもよい。
【０００８】また、上記強誘電体薄膜素子においては、
ＭｎＯ2に換算して０.００５〜０.９重量％のＭｎを多
結晶強誘電体に含有させてもよい。このＭｎは、多結晶
強誘電体の粒界に存在させるのが好ましく、結晶粒内よ
りも高濃度に粒界にＭｎを存在させるとよい。
ＭｎＯ2に換算して０.００５〜０.９重量％のＭｎを多
結晶強誘電体に含有させてもよい。このＭｎは、多結晶
強誘電体の粒界に存在させるのが好ましく、結晶粒内よ
りも高濃度に粒界にＭｎを存在させるとよい。
【０００９】
【作用】本発明にあっては、結晶粒の粒界における電気
抵抗率を小さくしているので、急激な温度変化等により
焦電電荷が発生すると、電荷が粒界を通って移動し、焦
電電荷に引き付けられる。焦電電荷に引き付けられた電
荷は、焦電電荷と極性が逆であるから、焦電電荷に引き
付けられた電荷によって発生する電界により焦電電荷の
電界を打ち消すことができる。この結果、強誘電体に自
発分極と逆向きの電界が働くことがなくなり、強誘電体
の自発分極の大きさが減少するのを防止することができ
る。
抵抗率を小さくしているので、急激な温度変化等により
焦電電荷が発生すると、電荷が粒界を通って移動し、焦
電電荷に引き付けられる。焦電電荷に引き付けられた電
荷は、焦電電荷と極性が逆であるから、焦電電荷に引き
付けられた電荷によって発生する電界により焦電電荷の
電界を打ち消すことができる。この結果、強誘電体に自
発分極と逆向きの電界が働くことがなくなり、強誘電体
の自発分極の大きさが減少するのを防止することができ
る。
【００１０】また、結晶粒の外側の粒界において電気抵
抗率を低くしているので、結晶粒の内部においては電気
抵抗率を大きく保つことができる。このため、電気抵抗
を下げるためのＦｅ等のドーパントを結晶粒内にドープ
する必要がなく、結晶粒内に空間電荷が発生する恐れが
ない。このため、Ｆｅ等のドーパントを結晶粒内にドー
プしている従来例のように、ヒステリシス曲線の対称性
が悪くなりにくい。
抗率を低くしているので、結晶粒の内部においては電気
抵抗率を大きく保つことができる。このため、電気抵抗
を下げるためのＦｅ等のドーパントを結晶粒内にドープ
する必要がなく、結晶粒内に空間電荷が発生する恐れが
ない。このため、Ｆｅ等のドーパントを結晶粒内にドー
プしている従来例のように、ヒステリシス曲線の対称性
が悪くなりにくい。
【００１１】
【実施例】図１は本発明による強誘電体薄膜素子の一例
を模式的に表わした断面図である。この強誘電体薄膜素
子１においては、基板２の上の全面に電極３を設け、こ
の全面電極３の上に多結晶強誘電体からなる薄膜４を形
成してあり、多結晶強誘電体薄膜４の上に複数の部分電
極５を設けている。
を模式的に表わした断面図である。この強誘電体薄膜素
子１においては、基板２の上の全面に電極３を設け、こ
の全面電極３の上に多結晶強誘電体からなる薄膜４を形
成してあり、多結晶強誘電体薄膜４の上に複数の部分電
極５を設けている。
【００１２】多結晶強誘電体からなる薄膜４は、Ｐｂを
含むペロブスカイト型の結晶系を持つ材料、例えばＰＬ
ＺＴ等からなり、多数の結晶粒４ａと粒界４ｂとからな
っている。特に、薄膜４を構成するペロブスカイト型の
結晶系を持つ材料としては、少なくともその組成内に、
５価以上の価数をとり得る遷移金属元素を含むものや、
イットリウム、ビスマス、あるいはランタノイド系の元
素のうちいずれかを含むものが好ましい。
含むペロブスカイト型の結晶系を持つ材料、例えばＰＬ
ＺＴ等からなり、多数の結晶粒４ａと粒界４ｂとからな
っている。特に、薄膜４を構成するペロブスカイト型の
結晶系を持つ材料としては、少なくともその組成内に、
５価以上の価数をとり得る遷移金属元素を含むものや、
イットリウム、ビスマス、あるいはランタノイド系の元
素のうちいずれかを含むものが好ましい。
【００１３】また、この多結晶強誘電体からなる薄膜４
においては、Ｍｎ，Ｆｅ．Ｃｒ等の元素をドープするこ
とにより、粒界４ｂの電気抵抗率が結晶粒４ａ内の電気
抵抗率よりも低くなるようにしている。つまり、ドープ
されたＭｎ，Ｆｅ，Ｃｒ等の元素は、多結晶強誘電体の
粒界４ｂにのみ存在しているか、あるいは、結晶粒４ａ
内よりも高濃度に粒界４ｂに存在しており、粒界４ｂを
通って電荷が移動し易くなっている。
においては、Ｍｎ，Ｆｅ．Ｃｒ等の元素をドープするこ
とにより、粒界４ｂの電気抵抗率が結晶粒４ａ内の電気
抵抗率よりも低くなるようにしている。つまり、ドープ
されたＭｎ，Ｆｅ，Ｃｒ等の元素は、多結晶強誘電体の
粒界４ｂにのみ存在しているか、あるいは、結晶粒４ａ
内よりも高濃度に粒界４ｂに存在しており、粒界４ｂを
通って電荷が移動し易くなっている。
【００１４】しかして、いま、図１に示すようにＰｒの
方向に自発分極を有する強誘電体薄膜素子１に、熱衝撃
等によって焦電電荷が発生し、焦電電荷によって自発分
極Ｐｒと反対向きの電界Ｅpが発生したとする。このと
き、焦電電荷によって引き付けられた自由電荷が、電気
抵抗の小さな粒界４ｂを通って薄膜４の上面と下面間を
移動し、焦電電荷を消滅させる。あるいは、焦電電荷に
よって引き付けられた電荷によって発生する電界Ｅq
は、自発分極Ｐｒと同じ方向で、焦電電荷による電界Ｅ
pと大きさが等しいから、焦電電荷の電界Ｅpを打ち消
す。この結果、自発分極Ｐｒと反対向きの電界によって
自発分極Ｐｒの大きさが減少することを防止できる。
方向に自発分極を有する強誘電体薄膜素子１に、熱衝撃
等によって焦電電荷が発生し、焦電電荷によって自発分
極Ｐｒと反対向きの電界Ｅpが発生したとする。このと
き、焦電電荷によって引き付けられた自由電荷が、電気
抵抗の小さな粒界４ｂを通って薄膜４の上面と下面間を
移動し、焦電電荷を消滅させる。あるいは、焦電電荷に
よって引き付けられた電荷によって発生する電界Ｅq
は、自発分極Ｐｒと同じ方向で、焦電電荷による電界Ｅ
pと大きさが等しいから、焦電電荷の電界Ｅpを打ち消
す。この結果、自発分極Ｐｒと反対向きの電界によって
自発分極Ｐｒの大きさが減少することを防止できる。
【００１５】しかも、薄膜の微細構造をコントロールす
ることによって結晶粒４ａの内部の電気抵抗よりも粒界
４ｂの電気抵抗を低くしているので、薄膜４にＭｎ，Ｆ
ｅ，Ｃｒ等のドーパントをドープしても結晶粒４ａの内
部の物性が影響を受けにくく、特に、これらのドーパン
トによって結晶粒４ａの内部に空間電荷が発生しにく
く、強誘電体薄膜素子１のヒステリシス曲線の対称性が
損われにくくなる。この結果、焦電電荷による電界を打
ち消すようにした従来例では、ヒステリシス曲線から求
められる正側、負側の２つの抗電界強度の絶対値の大き
い方の値が小さい方の値の２倍以上となる非対称性を示
すのに対し、本発明によれば、ヒステリシス曲線から求
められる正側、負側の２つの抗電界強度の絶対値の大き
い方の値が小さい方の値の２倍よりも小さくでき、好ま
しい場合には、ほとんど等しい値となるようにできる。
したがって、本発明によれば、焦電電荷による自発分極
の減極を防止できると共に対称なヒステリシス曲線を示
す強誘電体薄膜素子を製作することができる。
ることによって結晶粒４ａの内部の電気抵抗よりも粒界
４ｂの電気抵抗を低くしているので、薄膜４にＭｎ，Ｆ
ｅ，Ｃｒ等のドーパントをドープしても結晶粒４ａの内
部の物性が影響を受けにくく、特に、これらのドーパン
トによって結晶粒４ａの内部に空間電荷が発生しにく
く、強誘電体薄膜素子１のヒステリシス曲線の対称性が
損われにくくなる。この結果、焦電電荷による電界を打
ち消すようにした従来例では、ヒステリシス曲線から求
められる正側、負側の２つの抗電界強度の絶対値の大き
い方の値が小さい方の値の２倍以上となる非対称性を示
すのに対し、本発明によれば、ヒステリシス曲線から求
められる正側、負側の２つの抗電界強度の絶対値の大き
い方の値が小さい方の値の２倍よりも小さくでき、好ま
しい場合には、ほとんど等しい値となるようにできる。
したがって、本発明によれば、焦電電荷による自発分極
の減極を防止できると共に対称なヒステリシス曲線を示
す強誘電体薄膜素子を製作することができる。
【００１６】上記元素のドーピング量としては、例えば
Ｍｎの場合には、ＭｎＯ2に換算して０.００５〜０.９
重量％の範囲内が好ましい。Ｍｎの含有量が０.００５
重量％より少ないと、焦電電荷による電界を打ち消す効
果が十分に得られず、０.９重量％よりも多いと、結晶
粒４ａ内に空間電荷が発生してヒステリシス曲線が非対
称になる恐れがある。
Ｍｎの場合には、ＭｎＯ2に換算して０.００５〜０.９
重量％の範囲内が好ましい。Ｍｎの含有量が０.００５
重量％より少ないと、焦電電荷による電界を打ち消す効
果が十分に得られず、０.９重量％よりも多いと、結晶
粒４ａ内に空間電荷が発生してヒステリシス曲線が非対
称になる恐れがある。
【００１７】また、この強誘電体薄膜素子の具体的用途
については特に限定されるものでなく、圧電素子や電気
光学素子、強誘電体メモリ、その他の素子に用いること
ができる。
については特に限定されるものでなく、圧電素子や電気
光学素子、強誘電体メモリ、その他の素子に用いること
ができる。
【００１８】具体的実施例 本発明の効果を確認するため、実施例及び従来例の試料
を作製し、おのおの温度衝撃試験による自発分極Ｐｒの
値の変化及び強誘電性ヒステリシス曲線の測定結果を調
べた。
を作製し、おのおの温度衝撃試験による自発分極Ｐｒの
値の変化及び強誘電性ヒステリシス曲線の測定結果を調
べた。
【００１９】（試料の作製）まず、以下のようにして図
１の素子と同様な構造の強誘電体薄膜素子（実施例）を
作製した。以下この強誘電体薄膜素子１の作製方法を説
明する（図１の強誘電体薄膜素子に対応する構成には、
図１と同じ符号を付す）。スパッタ法によりＭｇＯ基板
２上にＰｔ電極３を１０００Å形成した。次に、化学気
相堆積（ＣＶＤ）法によって基板温度６００℃、堆積時
間２時間の条件で膜厚１μｍのＰＬＺＴ薄膜４を形成し
た。このＰＬＺＴ薄膜４中のＰｂ／Ｌａ比は９８／２、
Ｔｉ／Ｚｒ比は４９／５１とした。
１の素子と同様な構造の強誘電体薄膜素子（実施例）を
作製した。以下この強誘電体薄膜素子１の作製方法を説
明する（図１の強誘電体薄膜素子に対応する構成には、
図１と同じ符号を付す）。スパッタ法によりＭｇＯ基板
２上にＰｔ電極３を１０００Å形成した。次に、化学気
相堆積（ＣＶＤ）法によって基板温度６００℃、堆積時
間２時間の条件で膜厚１μｍのＰＬＺＴ薄膜４を形成し
た。このＰＬＺＴ薄膜４中のＰｂ／Ｌａ比は９８／２、
Ｔｉ／Ｚｒ比は４９／５１とした。
【００２０】次いで、シクロペンタジエニル系の有機Ｍ
ｎ化合物の蒸気を供給し、ＰＬＺＴ薄膜４の表面に酸化
マンガン（ＭｎＯ2）薄膜を形成した。次いで、基板温
度を１０００℃に加熱し、ＭｎをＰＬＺＴ薄膜４中に拡
散させた。Ｍｎ量はＭｎＯ2に換算して０.１重量％とし
た。最後に、ＰＬＺＴ薄膜４の表面に必要数のＰｔ電極
５を形成して実施例の強誘電体薄膜素子１を完成した。
なお、ＰＬＺＴ薄膜４の構造を調べたところ、ＰＬＺＴ
薄膜４は多数の結晶粒４ａからなる多結晶状態にあり、
その粒界４ｂにＭｎが多く拡散していることがわかっ
た。
ｎ化合物の蒸気を供給し、ＰＬＺＴ薄膜４の表面に酸化
マンガン（ＭｎＯ2）薄膜を形成した。次いで、基板温
度を１０００℃に加熱し、ＭｎをＰＬＺＴ薄膜４中に拡
散させた。Ｍｎ量はＭｎＯ2に換算して０.１重量％とし
た。最後に、ＰＬＺＴ薄膜４の表面に必要数のＰｔ電極
５を形成して実施例の強誘電体薄膜素子１を完成した。
なお、ＰＬＺＴ薄膜４の構造を調べたところ、ＰＬＺＴ
薄膜４は多数の結晶粒４ａからなる多結晶状態にあり、
その粒界４ｂにＭｎが多く拡散していることがわかっ
た。
【００２１】また、温度衝撃試験による自発分極Ｐｒの
変化の測定に用いる比較用の試料（従来例１）として同
様な構造の強誘電体薄膜素子においてＰＬＺＴ薄膜の表
面に酸化マンガン薄膜を形成せず、ＰＬＺＴ薄膜中にＭ
ｎを拡散させない強誘電体薄膜素子を作製した。
変化の測定に用いる比較用の試料（従来例１）として同
様な構造の強誘電体薄膜素子においてＰＬＺＴ薄膜の表
面に酸化マンガン薄膜を形成せず、ＰＬＺＴ薄膜中にＭ
ｎを拡散させない強誘電体薄膜素子を作製した。
【００２２】また、強誘電性ヒステリシス曲線の測定に
用いる比較用の試料（従来例２）として、上述のように
してＰＬＺＴ薄膜中にＭｎを拡散させるのではなく、従
来のように原料粉末にＭｎを単純に添加してＰＬＺＴ薄
膜の組成を変更した強誘電体薄膜素子も作製した。この
場合、Ｍｎの添加量はＭｎＯ2に換算すると、０.５重量
％であった。
用いる比較用の試料（従来例２）として、上述のように
してＰＬＺＴ薄膜中にＭｎを拡散させるのではなく、従
来のように原料粉末にＭｎを単純に添加してＰＬＺＴ薄
膜の組成を変更した強誘電体薄膜素子も作製した。この
場合、Ｍｎの添加量はＭｎＯ2に換算すると、０.５重量
％であった。
【００２３】（温度衝撃試験による自発分極Ｐｒの変化
の測定）Ｍｎを拡散させた実施例の強誘電体薄膜素子と
Ｍｎを拡散させなかった従来例１の強誘電体薄膜素子の
それぞれの電極間に３０kＶ／cmの電界を印加して電極
間のＰＬＺＴ薄膜を分極させ、その自発分極Ｐｒを測定
した。次に、これらの強誘電体薄膜素子を２９０℃の恒
温槽に１０分間入れた後、取り出して自然放冷によって
室温まで冷却させる方法で、温度衝撃試験を行った。冷
却させた後、再度、各強誘電体薄膜素子の自発分極Ｐｒ
を測定した。
の測定）Ｍｎを拡散させた実施例の強誘電体薄膜素子と
Ｍｎを拡散させなかった従来例１の強誘電体薄膜素子の
それぞれの電極間に３０kＶ／cmの電界を印加して電極
間のＰＬＺＴ薄膜を分極させ、その自発分極Ｐｒを測定
した。次に、これらの強誘電体薄膜素子を２９０℃の恒
温槽に１０分間入れた後、取り出して自然放冷によって
室温まで冷却させる方法で、温度衝撃試験を行った。冷
却させた後、再度、各強誘電体薄膜素子の自発分極Ｐｒ
を測定した。
【００２４】この測定結果を図２に示す。Ｍｎを拡散さ
せた実施例の強誘電体薄膜素子の自発分極Ｐｒを○印
で、Ｍｎを拡散させなかった従来例１の強誘電体薄膜素
子の自発分極Ｐｒを△印で示す。従来例１の強誘電体薄
膜素子の自発分極Ｐｒは温度衝撃試験の前後で約３２μ
coul／cm2から約１０μcoul／cm2へと著しく減少した
が、Ｍｎの拡散を行った実施例の強誘電体薄膜素子では
自発分極Ｐｒは温度衝撃試験の前後で約３８μcoul／cm
2から約３３μcoul／cm2へと若干減少するだけでほとん
ど差のないことがわかる。
せた実施例の強誘電体薄膜素子の自発分極Ｐｒを○印
で、Ｍｎを拡散させなかった従来例１の強誘電体薄膜素
子の自発分極Ｐｒを△印で示す。従来例１の強誘電体薄
膜素子の自発分極Ｐｒは温度衝撃試験の前後で約３２μ
coul／cm2から約１０μcoul／cm2へと著しく減少した
が、Ｍｎの拡散を行った実施例の強誘電体薄膜素子では
自発分極Ｐｒは温度衝撃試験の前後で約３８μcoul／cm
2から約３３μcoul／cm2へと若干減少するだけでほとん
ど差のないことがわかる。
【００２５】（強誘電性ヒステリシス曲線の測定）上述
の方法でＭｎをＰＬＺＴ薄膜に拡散させた実施例の強誘
電体薄膜素子と、従来の方法でＭｎをＰＬＺＴ薄膜に単
純に添加した従来例２の強誘電体薄膜素子の強誘電性ヒ
ステリシス曲線を測定した。
の方法でＭｎをＰＬＺＴ薄膜に拡散させた実施例の強誘
電体薄膜素子と、従来の方法でＭｎをＰＬＺＴ薄膜に単
純に添加した従来例２の強誘電体薄膜素子の強誘電性ヒ
ステリシス曲線を測定した。
【００２６】本実施例の強誘電体薄膜素子においては、
得られたヒステリシス曲線は、図３に示すように、正側
と負側とで対称な形状のループであった。つまり、正側
の抗電界強度Ｅc+の絶対値と負側の抗電界強度Ｅc-の絶
対値が等しかった。これに対し、Ｍｎを単純に添加した
従来例２の強誘電性薄膜素子においては、得られたヒス
テリシス曲線は、図４に示すように、非対称な形状のル
ープとなった。つまり、正側の抗電界強度Ｅc+の絶対値
が負側の抗電界強度Ｅc-の２倍以上であった。
得られたヒステリシス曲線は、図３に示すように、正側
と負側とで対称な形状のループであった。つまり、正側
の抗電界強度Ｅc+の絶対値と負側の抗電界強度Ｅc-の絶
対値が等しかった。これに対し、Ｍｎを単純に添加した
従来例２の強誘電性薄膜素子においては、得られたヒス
テリシス曲線は、図４に示すように、非対称な形状のル
ープとなった。つまり、正側の抗電界強度Ｅc+の絶対値
が負側の抗電界強度Ｅc-の２倍以上であった。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、強誘電体薄膜素子の自
発分極の値が、温度変化等の環境の変化によって減少す
るのを防止できる。しかも、重要なヒステリシス曲線の
対称性が損われにくい。したがって、環境変化に対して
安定で、信頼性の高い強誘電体薄膜素子を得ることがで
きる。
発分極の値が、温度変化等の環境の変化によって減少す
るのを防止できる。しかも、重要なヒステリシス曲線の
対称性が損われにくい。したがって、環境変化に対して
安定で、信頼性の高い強誘電体薄膜素子を得ることがで
きる。
【００２８】特に、対称性の良いヒステリシス曲線が必
要な用途、例えば強誘電体メモリ素子に好適に使用する
ことができる。
要な用途、例えば強誘電体メモリ素子に好適に使用する
ことができる。
【図１】本発明の一実施例による強誘電体薄膜素子の構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
【図２】実施例の強誘電体薄膜素子とＰＬＺＴ薄膜中に
Ｍｎを拡散させなかった強誘電体薄膜素子の自発分極の
大きさの温度衝撃試験による変化を比較する比較図であ
る。
Ｍｎを拡散させなかった強誘電体薄膜素子の自発分極の
大きさの温度衝撃試験による変化を比較する比較図であ
る。
【図３】実施例の強誘電性ヒステリシス曲線を示す図で
ある。
ある。
【図４】ＰＬＺＴ薄膜中に従来の方法でＭｎを単純に添
加した強誘電体薄膜素子のヒステリシス曲線を示す図で
ある。
加した強誘電体薄膜素子のヒステリシス曲線を示す図で
ある。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は強誘電体薄膜素子の自発
分極の減少のメカニズムを示す説明図である。
分極の減少のメカニズムを示す説明図である。
１ 強誘電体薄膜素子 ２ 基板（ＭｇＯ基板） ３，５ 電極（Ｐｔ電極） ４ 強誘電体薄膜（ＰＬＺＴ薄膜） ４ａ 結晶粒 ４ｂ 粒界
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０３Ｈ 9/17 8221−5Ｊ (72)発明者 米田 康信 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内
Claims (7)
- 【請求項１】 結晶粒の粒界における電気抵抗率が結晶
粒内の電気抵抗率よりも低い多結晶強誘電体を使用した
ことを特徴とする強誘電体薄膜素子。 - 【請求項２】 前記多結晶強誘電体は、Ｐｂを含むペロ
ブスカイト型の結晶系を持つ材料からなることを特徴と
する請求項１に記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項３】 前記ペロブスカイト型の結晶系を持つ材
料は、少なくともその組成内に５価以上の価数をとり得
る遷移金属元素を含むことを特徴とする請求項２に記載
の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項４】 前記ペロブスカイト型の結晶系を持つ材
料は、少なくともその組成内にイットリウム、ビスマ
ス、又はランタノイド系の元素のうちいずれかを含むこ
とを特徴とする請求項２に記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項５】 前記多結晶強誘電体は、ＭｎＯ2に換算
して０.００５〜０.９重量％のＭｎを含有することを特
徴とする請求項１，２，３又は４に記載の強誘電体薄膜
素子。 - 【請求項６】 前記Ｍｎは、前記多結晶強誘電体の粒界
に存在することを特徴とする請求項５に記載の強誘電体
薄膜素子。 - 【請求項７】 前記Ｍｎは、前記多結晶強誘電体の結晶
粒内よりも高濃度に粒界に存在することを特徴とする請
求項５又は６に記載の強誘電体薄膜素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4341448A JPH06168624A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 強誘電体薄膜素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4341448A JPH06168624A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 強誘電体薄膜素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06168624A true JPH06168624A (ja) | 1994-06-14 |
Family
ID=18346160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4341448A Pending JPH06168624A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 強誘電体薄膜素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06168624A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6670739B2 (en) * | 2001-03-02 | 2003-12-30 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave apparatus |
| WO2005031886A1 (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 圧電素子及びそれを備えたインクジェットヘッド並びにそれらの製造方法 |
| JP2006310877A (ja) * | 1995-09-19 | 2006-11-09 | Seiko Epson Corp | 圧電体薄膜素子及びインクジェット式記録ヘッド |
-
1992
- 1992-11-27 JP JP4341448A patent/JPH06168624A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006310877A (ja) * | 1995-09-19 | 2006-11-09 | Seiko Epson Corp | 圧電体薄膜素子及びインクジェット式記録ヘッド |
| JP4618196B2 (ja) * | 1995-09-19 | 2011-01-26 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電体アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッド |
| US6670739B2 (en) * | 2001-03-02 | 2003-12-30 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave apparatus |
| WO2005031886A1 (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 圧電素子及びそれを備えたインクジェットヘッド並びにそれらの製造方法 |
| CN100407468C (zh) * | 2003-09-25 | 2008-07-30 | 松下电器产业株式会社 | 压电元件及备有该压电元件的喷墨头以及它们的制造方法 |
| US7475967B2 (en) | 2003-09-25 | 2009-01-13 | Panasonic Corporation | Piezoelectric element, ink-jet head with same, and their manufacturing methods |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
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