JPH07106658A - 薄膜材料 - Google Patents
薄膜材料Info
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- JPH07106658A JPH07106658A JP5247774A JP24777493A JPH07106658A JP H07106658 A JPH07106658 A JP H07106658A JP 5247774 A JP5247774 A JP 5247774A JP 24777493 A JP24777493 A JP 24777493A JP H07106658 A JPH07106658 A JP H07106658A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 イオンの微小変位を化学的にではなく、従来
に無い新規な方法によって物理的に行うことにより、焦
電型赤外線センサ、圧電アクチュエータ、メモリ素子な
どの薄膜強誘電体を用いた素子に有用な薄膜材料を提供
する。 【構成】 Ｐｔ／Ｓｉ基板１の上に白金電極２を形成
し、この白金電極２の上に、反強誘電体であるＰｂＺｒ
Ｏ3 薄膜３と強誘電体であるＰｂＴｉＯ3 薄膜４とを交
互に積層して多層膜化する。ここで、多層膜化の繰り返
し回数は１０回である。次いで、最上層のＰｂＴｉＯ3
薄膜４の上に上部電極５を形成する。
に無い新規な方法によって物理的に行うことにより、焦
電型赤外線センサ、圧電アクチュエータ、メモリ素子な
どの薄膜強誘電体を用いた素子に有用な薄膜材料を提供
する。 【構成】 Ｐｔ／Ｓｉ基板１の上に白金電極２を形成
し、この白金電極２の上に、反強誘電体であるＰｂＺｒ
Ｏ3 薄膜３と強誘電体であるＰｂＴｉＯ3 薄膜４とを交
互に積層して多層膜化する。ここで、多層膜化の繰り返
し回数は１０回である。次いで、最上層のＰｂＴｉＯ3
薄膜４の上に上部電極５を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、焦電型赤外線センサ、
圧電アクチュエータ、メモリ素子などの薄膜強誘電体を
用いた素子に有用な薄膜材料に関する。
圧電アクチュエータ、メモリ素子などの薄膜強誘電体を
用いた素子に有用な薄膜材料に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、焦電型赤外線センサ、圧電アクチュ
エータ、メモリ素子などの薄膜強誘電体を用いた素子に
おいては、バルク材料で優れた特性を有する単一の強誘
電体材料を薄膜化することにより、素子化が行われてい
た。例えば、焦電型赤外線センサにおいては、ＰｂＴｉ
Ｏ3 系の材料をスパッタリング法によって薄膜化するこ
とにより、素子化が行われていた（例えば、Ｋ．Ｉｉｊ
ｉｍａ， Ｙ．Ｔｏｍｉｔａ， Ｒ．Ｔａｋａｙａｍａ
ａｎｄ Ｉ．Ｕｅｄａ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ｖｏｌｕｍｅ６０，３
６１−３６７ページ，１９８６年）。また、圧電アクチ
ュエータ、超音波センサなどにおいては、ＺｎＯ、ＰＺ
Ｔなどの材料を薄膜化することにより、素子化が行われ
ていた（例えば、Ｔａｄａｓｈｉ Ｓｈｉｏｓａｋｉ
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ５３７−５４６ページ，１９９
０年）。
エータ、メモリ素子などの薄膜強誘電体を用いた素子に
おいては、バルク材料で優れた特性を有する単一の強誘
電体材料を薄膜化することにより、素子化が行われてい
た。例えば、焦電型赤外線センサにおいては、ＰｂＴｉ
Ｏ3 系の材料をスパッタリング法によって薄膜化するこ
とにより、素子化が行われていた（例えば、Ｋ．Ｉｉｊ
ｉｍａ， Ｙ．Ｔｏｍｉｔａ， Ｒ．Ｔａｋａｙａｍａ
ａｎｄ Ｉ．Ｕｅｄａ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ｖｏｌｕｍｅ６０，３
６１−３６７ページ，１９８６年）。また、圧電アクチ
ュエータ、超音波センサなどにおいては、ＺｎＯ、ＰＺ
Ｔなどの材料を薄膜化することにより、素子化が行われ
ていた（例えば、Ｔａｄａｓｈｉ Ｓｈｉｏｓａｋｉ
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ５３７−５４６ページ，１９９
０年）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術で
得られるＰｂＴｉＯ3 、ＺｎＯ、又はＰＺＴなどの薄膜
材料は、単結晶化、分極軸配向を行うことにより、それ
らのバルクセラミックス材料を超える特性を得ることが
できるが、素子の高機能化、高感度化を図るためには、
さらに高機能な材料を必要とする。
得られるＰｂＴｉＯ3 、ＺｎＯ、又はＰＺＴなどの薄膜
材料は、単結晶化、分極軸配向を行うことにより、それ
らのバルクセラミックス材料を超える特性を得ることが
できるが、素子の高機能化、高感度化を図るためには、
さらに高機能な材料を必要とする。
【０００４】また、強誘電体の物性は結晶中のイオンの
微小変位に起因しており、従来、バルク強誘電体材料の
物性の制御は主として微量添加物によってなされてい
た。また、薄膜材料においては分極軸の配向程度で物性
を制御しているが、新規な物性は化学組成の制御による
のが一般的である。実際、セラミックス材料において
は、１０組成、１５組成からなる材料も日常的に用いら
れている。しかし、薄膜材料を形成するに際し、このよ
うな複雑な化学組成を有する材料を再現性よく得ること
は困難であり、制御上の観点からも、材料の化学組成は
できる限り単純であることが望ましい。
微小変位に起因しており、従来、バルク強誘電体材料の
物性の制御は主として微量添加物によってなされてい
た。また、薄膜材料においては分極軸の配向程度で物性
を制御しているが、新規な物性は化学組成の制御による
のが一般的である。実際、セラミックス材料において
は、１０組成、１５組成からなる材料も日常的に用いら
れている。しかし、薄膜材料を形成するに際し、このよ
うな複雑な化学組成を有する材料を再現性よく得ること
は困難であり、制御上の観点からも、材料の化学組成は
できる限り単純であることが望ましい。
【０００５】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、イオンの微小変位を化学的にではなく、従来に無
い新規な方法によって物理的に行うことにより、焦電型
赤外線センサ、圧電アクチュエータ、メモリ素子などの
薄膜強誘電体を用いた素子に有用な薄膜材料を提供する
ことを目的とする。
ため、イオンの微小変位を化学的にではなく、従来に無
い新規な方法によって物理的に行うことにより、焦電型
赤外線センサ、圧電アクチュエータ、メモリ素子などの
薄膜強誘電体を用いた素子に有用な薄膜材料を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る薄膜材料の第１の構成は、異なる物性
を有する２種類の薄膜を交互に積層してなる薄膜材料で
あって、前記２種類の薄膜のうち一方が強誘電体であ
り、他方が反強誘電体であることを特徴とする。
め、本発明に係る薄膜材料の第１の構成は、異なる物性
を有する２種類の薄膜を交互に積層してなる薄膜材料で
あって、前記２種類の薄膜のうち一方が強誘電体であ
り、他方が反強誘電体であることを特徴とする。
【０００７】また、前記第１の構成においては、強誘電
体層と反強誘電体層の分極軸が基板に平行であるのが好
ましい。また、前記第１の構成においては、強誘電体層
と反強誘電体層の分極軸が基板に垂直であるのが好まし
い。
体層と反強誘電体層の分極軸が基板に平行であるのが好
ましい。また、前記第１の構成においては、強誘電体層
と反強誘電体層の分極軸が基板に垂直であるのが好まし
い。
【０００８】また、前記第１の構成においては、強誘電
体層が、組成式Ｐｂx Ｌａy ＺｒzＴｉw Ｏ3 で表記さ
れ、ｘ、ｙ、ｚ、ｗが下記範囲にある材料を主成分とす
るのが好ましい。 ｘ＝１〜０．７５、Ｙ＝０〜０．２５、ｚ＝０〜０．
９、ｗ＝１〜０．１
体層が、組成式Ｐｂx Ｌａy ＺｒzＴｉw Ｏ3 で表記さ
れ、ｘ、ｙ、ｚ、ｗが下記範囲にある材料を主成分とす
るのが好ましい。 ｘ＝１〜０．７５、Ｙ＝０〜０．２５、ｚ＝０〜０．
９、ｗ＝１〜０．１
【０００９】また、前記第１の構成においては、反強誘
電体層が、ＰｂＺｒＯ3 を主成分とする反強誘電体材料
であるのが好ましい。
電体層が、ＰｂＺｒＯ3 を主成分とする反強誘電体材料
であるのが好ましい。
【００１０】また、本発明に係る薄膜材料の第２の構成
は、異なる物性を有する２種類の薄膜を交互に積層して
なる薄膜材料であって、前記２種類の薄膜のうち一方が
強誘電体であり、他方が常誘電体であることを特徴とす
る。
は、異なる物性を有する２種類の薄膜を交互に積層して
なる薄膜材料であって、前記２種類の薄膜のうち一方が
強誘電体であり、他方が常誘電体であることを特徴とす
る。
【００１１】また、前記第２の構成においては、強誘電
体層と常誘電体層とが互いにエピタキシャルの関係を保
って積層されるのが好ましい。
体層と常誘電体層とが互いにエピタキシャルの関係を保
って積層されるのが好ましい。
【００１２】また、前記第２の構成においては、強誘電
体層を形成する材料の格子常数が常誘電体層を構成する
材料の格子常数よりも小さいのが好ましい。また、前記
第２の構成においては、強誘電体層を形成する材料の格
子常数が常誘電体層を構成する材料の格子常数よりも大
きいのが好ましい。
体層を形成する材料の格子常数が常誘電体層を構成する
材料の格子常数よりも小さいのが好ましい。また、前記
第２の構成においては、強誘電体層を形成する材料の格
子常数が常誘電体層を構成する材料の格子常数よりも大
きいのが好ましい。
【００１３】また、前記第２の構成においては、強誘電
体層を形成する材料の熱膨張係数が常誘電体層を形成す
る材料の熱膨張係数よりも小さいのが好ましい。また、
前記第２の構成においては、強誘電体層を形成する材料
の熱膨張係数が常誘電体層を形成する材料の熱膨張係数
よりも大きいのが好ましい。
体層を形成する材料の熱膨張係数が常誘電体層を形成す
る材料の熱膨張係数よりも小さいのが好ましい。また、
前記第２の構成においては、強誘電体層を形成する材料
の熱膨張係数が常誘電体層を形成する材料の熱膨張係数
よりも大きいのが好ましい。
【００１４】
【作用】強誘電性、反強誘電性を特徴づける自発分極
は、結晶中のイオンの微小変位に基づく双極子モーメン
トの長距離相互作用に起因している。このため、強誘電
体材料又は反強誘電体材料を非常に薄い薄膜状態にする
と、膜厚方向の双極子モーメントの配列の不安定化が生
じるが、この状態で薄膜の上下を異なる電気的性質を有
する材料で挟み込むことにより、双極子モーメントの不
安定化を制御することができる。従って、前記本発明の
第１の構成によれば、焦電型赤外線センサ、圧電アクチ
ュエータ、メモリ素子などの薄膜強誘電体を用いた素子
に有用な薄膜材料を得ることができる。
は、結晶中のイオンの微小変位に基づく双極子モーメン
トの長距離相互作用に起因している。このため、強誘電
体材料又は反強誘電体材料を非常に薄い薄膜状態にする
と、膜厚方向の双極子モーメントの配列の不安定化が生
じるが、この状態で薄膜の上下を異なる電気的性質を有
する材料で挟み込むことにより、双極子モーメントの不
安定化を制御することができる。従って、前記本発明の
第１の構成によれば、焦電型赤外線センサ、圧電アクチ
ュエータ、メモリ素子などの薄膜強誘電体を用いた素子
に有用な薄膜材料を得ることができる。
【００１５】また、強誘電体薄膜材料を、その材料とは
異なる格子常数又は熱膨張係数を有する材料と積層する
ことにより、強誘電体薄膜中に圧縮又は引っ張りの内部
応力を発生させることができる。そして、この内部応力
を調整することにより、強誘電体のキュリー温度、自発
分極の大きさ、自発分極の変化率、誘電率等の諸物性を
制御することができる。従って、前記本発明の第２の構
成によれば、焦電型赤外線センサ、圧電アクチュエー
タ、メモリ素子などの薄膜強誘電体を用いた素子に有用
な薄膜材料を得ることができる。
異なる格子常数又は熱膨張係数を有する材料と積層する
ことにより、強誘電体薄膜中に圧縮又は引っ張りの内部
応力を発生させることができる。そして、この内部応力
を調整することにより、強誘電体のキュリー温度、自発
分極の大きさ、自発分極の変化率、誘電率等の諸物性を
制御することができる。従って、前記本発明の第２の構
成によれば、焦電型赤外線センサ、圧電アクチュエー
タ、メモリ素子などの薄膜強誘電体を用いた素子に有用
な薄膜材料を得ることができる。
【００１６】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。 （実施例１）本実施例１においては、強誘電体薄膜と反
強誘電体薄膜とを交互に積層して多層膜化した場合を例
に挙げて説明する。
に説明する。 （実施例１）本実施例１においては、強誘電体薄膜と反
強誘電体薄膜とを交互に積層して多層膜化した場合を例
に挙げて説明する。
【００１７】薄膜の形成は、マルチターゲットのｒｆ−
マグネトロンスパッタリング装置を用いて行った。スパ
ッタリングターゲットとしては、強誘電体物質にＰｂＴ
ｉＯ 3 の粉末を用い、反強誘電体物質にＰｂＺｒＯ3 の
粉末を用いた。また、薄膜基板としては、膜厚１００ｎ
ｍの（１００）配向した白金（Ｐｔ）薄膜をコートした
Ｓｉ単結晶（以下、「Ｐｔ／Ｓｉ」と略記する）基板を
用い、スパッタリングガスとしては、ＡｒとＯ2 の混合
ガス（混合比はＡｒ：Ｏ2 ＝９：１）を用いた。尚、薄
膜形成時の基板温度は６００℃に設定し、薄膜の膜厚制
御は、基板ホルダーの横に設置し予め校正した水晶振動
子式の膜厚計を用いて行った。
マグネトロンスパッタリング装置を用いて行った。スパ
ッタリングターゲットとしては、強誘電体物質にＰｂＴ
ｉＯ 3 の粉末を用い、反強誘電体物質にＰｂＺｒＯ3 の
粉末を用いた。また、薄膜基板としては、膜厚１００ｎ
ｍの（１００）配向した白金（Ｐｔ）薄膜をコートした
Ｓｉ単結晶（以下、「Ｐｔ／Ｓｉ」と略記する）基板を
用い、スパッタリングガスとしては、ＡｒとＯ2 の混合
ガス（混合比はＡｒ：Ｏ2 ＝９：１）を用いた。尚、薄
膜形成時の基板温度は６００℃に設定し、薄膜の膜厚制
御は、基板ホルダーの横に設置し予め校正した水晶振動
子式の膜厚計を用いて行った。
【００１８】反強誘電体であるＰｂＺｒＯ3 の膜厚は１
００ｎｍで一定とし、強誘電体であるＰｂＴｉＯ3 の膜
厚を変化させて物性の変化を調べた。尚、多層化の繰り
返し回数はいずれの場合も１０回である。
００ｎｍで一定とし、強誘電体であるＰｂＴｉＯ3 の膜
厚を変化させて物性の変化を調べた。尚、多層化の繰り
返し回数はいずれの場合も１０回である。
【００１９】図１に、本実施例１の薄膜材料を用いて作
製した素子の断面構造図を示す。図１中、１は基板、２
は白金電極、３はＰｂＺｒＯ3 薄膜、４はＰｂＴｉＯ3
薄膜、５は上部電極である。
製した素子の断面構造図を示す。図１中、１は基板、２
は白金電極、３はＰｂＺｒＯ3 薄膜、４はＰｂＴｉＯ3
薄膜、５は上部電極である。
【００２０】下記（表１）に、Ｐｔ／Ｓｉ基板上にＰｂ
ＴｉＯ3 のみを成長させた場合の膜厚変化と物性との関
係を示し、下記（表２）に、ＰｂＴｉＯ3 とＰｂＺｒＯ
3 （１００ｎｍ固定）とを交互に積層させた場合のＰｂ
ＴｉＯ3 の膜厚変化と物性との関係を示す。
ＴｉＯ3 のみを成長させた場合の膜厚変化と物性との関
係を示し、下記（表２）に、ＰｂＴｉＯ3 とＰｂＺｒＯ
3 （１００ｎｍ固定）とを交互に積層させた場合のＰｂ
ＴｉＯ3 の膜厚変化と物性との関係を示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】（表１）、（表２）から分かるように、強
誘電体と反強誘電体とを交互に積層して作製した多層膜
においては、強誘電体であるＰｂＴｉＯ3 の膜厚が１０
０ｎｍ以下になると、相互作用のために誘電率、自発分
極の値、焦電係数が指数関数的に増加している。また、
抗電界の値は３４ｋＶ／ｃｍと、膜厚２００ｎｍの場合
の２２０ｋＶ／ｃｍに比較して約１／１０となってお
り、薄膜強誘電体を用いたメモリ素子用の材料として優
れた特性を有することが分かる。
誘電体と反強誘電体とを交互に積層して作製した多層膜
においては、強誘電体であるＰｂＴｉＯ3 の膜厚が１０
０ｎｍ以下になると、相互作用のために誘電率、自発分
極の値、焦電係数が指数関数的に増加している。また、
抗電界の値は３４ｋＶ／ｃｍと、膜厚２００ｎｍの場合
の２２０ｋＶ／ｃｍに比較して約１／１０となってお
り、薄膜強誘電体を用いたメモリ素子用の材料として優
れた特性を有することが分かる。
【００２４】尚、本実施例１においては、強誘電体材料
としてＰｂＴｉＯ3 を用いた場合を例に挙げて説明して
いるが、必ずしもこれに限定されるものではない。特に
好ましくは、組成式Ｐｂx Ｌａy Ｚｒz Ｔｉw Ｏ3 で表
記され、ｘ、ｙ、ｚ、ｗが下記範囲にある材料を主成分
とする材料を用いるのがよい。 ｘ＝１〜０．７５、Ｙ＝０〜０．２５、ｚ＝０〜０．
９、ｗ＝１〜０．１
としてＰｂＴｉＯ3 を用いた場合を例に挙げて説明して
いるが、必ずしもこれに限定されるものではない。特に
好ましくは、組成式Ｐｂx Ｌａy Ｚｒz Ｔｉw Ｏ3 で表
記され、ｘ、ｙ、ｚ、ｗが下記範囲にある材料を主成分
とする材料を用いるのがよい。 ｘ＝１〜０．７５、Ｙ＝０〜０．２５、ｚ＝０〜０．
９、ｗ＝１〜０．１
【００２５】（実施例２）本実施例２においては、強誘
電体薄膜（ＰｂＴｉＯ3 ）と常誘電体薄膜（ＭｇＯ）と
を交互にエピタキシャルの関係を保って積層し、多層膜
化した場合を例に挙げて説明する。
電体薄膜（ＰｂＴｉＯ3 ）と常誘電体薄膜（ＭｇＯ）と
を交互にエピタキシャルの関係を保って積層し、多層膜
化した場合を例に挙げて説明する。
【００２６】薄膜の形成は、上記実施例１と同様に、マ
ルチターゲットのｒｆ−マグネトロンスパッタリング装
置を用いて行った。薄膜基板としては、上記実施例１と
同様にＰｔ／Ｓｉ基板を用いた。
ルチターゲットのｒｆ−マグネトロンスパッタリング装
置を用いて行った。薄膜基板としては、上記実施例１と
同様にＰｔ／Ｓｉ基板を用いた。
【００２７】常誘電体であるＭｇＯの膜厚は１０ｎｍで
一定とし、強誘電体であるＰｂＴｉＯ3 の膜厚を変化さ
せて物性の変化を調べた。尚、多層化の繰り返し回数は
上記実施例１と同様に１０回である。
一定とし、強誘電体であるＰｂＴｉＯ3 の膜厚を変化さ
せて物性の変化を調べた。尚、多層化の繰り返し回数は
上記実施例１と同様に１０回である。
【００２８】下記（表３）に、ＰｂＴｉＯ3 とＭｇＯ
（１０ｎｍ固定）とを交互に積層させた場合のＰｂＴｉ
Ｏ3 の膜厚変化と物性との関係を示す。
（１０ｎｍ固定）とを交互に積層させた場合のＰｂＴｉ
Ｏ3 の膜厚変化と物性との関係を示す。
【００２９】
【表３】
【００３０】（表３）から分かるように、ＰｂＴｉＯ3
の膜厚が２ｎｍ以下の場合には、膜の誘電率、焦電係
数、自発分極の値が大きく変化している。特に、焦電係
数としてはバルク値の約７倍の値が得られた。これは、
ＰｂＴｉＯ3 の格子常数が約０．３９ｎｍ、ＭｇＯの格
子常数が約０．４１２ｎｍであり、ＰｂＴｉＯ3 の臨界
膜厚が約２ｎｍで、それ以下の膜厚ではＰｂＴｉＯ3 本
来の結晶格子をとることができず、ＭｇＯの結晶格子の
影響で基板面に平行に引っ張り応力が働いた結果と考え
られる。
の膜厚が２ｎｍ以下の場合には、膜の誘電率、焦電係
数、自発分極の値が大きく変化している。特に、焦電係
数としてはバルク値の約７倍の値が得られた。これは、
ＰｂＴｉＯ3 の格子常数が約０．３９ｎｍ、ＭｇＯの格
子常数が約０．４１２ｎｍであり、ＰｂＴｉＯ3 の臨界
膜厚が約２ｎｍで、それ以下の膜厚ではＰｂＴｉＯ3 本
来の結晶格子をとることができず、ＭｇＯの結晶格子の
影響で基板面に平行に引っ張り応力が働いた結果と考え
られる。
【００３１】尚、本実施例２においては、常誘電体材料
としてＭｇＯを用いた場合を例に挙げて説明したが、必
ずしもこれに限定されるものではなく、常誘電体材料と
してＫ2 ＣｏＦ4 、Ｋ2 ＣｕＦ4 、Ｋ2 ＮｉＦ4 、Ｎｉ
Ｏ、ＣｏＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ等を用いた場合で
も同様の結果を得ることができた。
としてＭｇＯを用いた場合を例に挙げて説明したが、必
ずしもこれに限定されるものではなく、常誘電体材料と
してＫ2 ＣｏＦ4 、Ｋ2 ＣｕＦ4 、Ｋ2 ＮｉＦ4 、Ｎｉ
Ｏ、ＣｏＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ等を用いた場合で
も同様の結果を得ることができた。
【００３２】（実施例３）本実施例３においては、強誘
電体薄膜（ＰｂＴｉＯ3 ）と常誘電体薄膜（ＹＡｌ
Ｏ3 ）とを交互に積層して多層膜化した場合を例に挙げ
て説明する。
電体薄膜（ＰｂＴｉＯ3 ）と常誘電体薄膜（ＹＡｌ
Ｏ3 ）とを交互に積層して多層膜化した場合を例に挙げ
て説明する。
【００３３】薄膜の形成は、上記実施例１と同様に、マ
ルチターゲットのｒｆ−マグネトロンスパッタリング装
置を用いて行った。薄膜基板としては、上記実施例１と
同様にＰｔ／Ｓｉ基板を用いた。
ルチターゲットのｒｆ−マグネトロンスパッタリング装
置を用いて行った。薄膜基板としては、上記実施例１と
同様にＰｔ／Ｓｉ基板を用いた。
【００３４】常誘電体であるＹＡｌＯ3 の膜厚は１０ｎ
ｍで一定とし、強誘電体であるＰｂＴｉＯ3 の膜厚を変
化させて物性の変化を調べた。尚、多層化の繰り返しの
回数は上記実施例１と同様に１０回である。
ｍで一定とし、強誘電体であるＰｂＴｉＯ3 の膜厚を変
化させて物性の変化を調べた。尚、多層化の繰り返しの
回数は上記実施例１と同様に１０回である。
【００３５】下記（表４）に、ＰｂＴｉＯ3 とＹＡｌＯ
3 （１０ｎｍ固定）とを交互に積層させた場合のＰｂＴ
ｉＯ3 の膜厚変化と物性との関係を示す。
3 （１０ｎｍ固定）とを交互に積層させた場合のＰｂＴ
ｉＯ3 の膜厚変化と物性との関係を示す。
【００３６】
【表４】
【００３７】（表４）から分かるように、ＰｂＴｉＯ3
の膜厚が２ｎｍ以下の場合には、膜の誘電率、焦電係
数、自発分極の値が大きく変化しており、上記（表１）
と比較して明らかなように、単相膜では得られなかった
優れた特性を達成できていることが分かる。すなわち、
極めて小さい誘電率と大きな焦電係数が得られており、
電圧駆動型焦電型赤外線センサ材料としての性能指数
（＝焦電係数／誘電率・体積比熱）としてはバルク値の
約５０倍の値が得られた。これは、ＰｂＴｉＯ3 の格子
常数が約０．３９ｎｍ、ＹＡｌＯ3 の格子常数が約０．
３７ｎｍであり、ＰｂＴｉＯ3 の臨界膜厚が約２ｎｍ
で、それ以下の膜厚ではＰｂＴｉＯ3 本来の結晶格子を
とることができず、ＹＡｌＯ3 の結晶格子の影響で基板
面に平行に圧縮応力が働いた結果と考えられる。
の膜厚が２ｎｍ以下の場合には、膜の誘電率、焦電係
数、自発分極の値が大きく変化しており、上記（表１）
と比較して明らかなように、単相膜では得られなかった
優れた特性を達成できていることが分かる。すなわち、
極めて小さい誘電率と大きな焦電係数が得られており、
電圧駆動型焦電型赤外線センサ材料としての性能指数
（＝焦電係数／誘電率・体積比熱）としてはバルク値の
約５０倍の値が得られた。これは、ＰｂＴｉＯ3 の格子
常数が約０．３９ｎｍ、ＹＡｌＯ3 の格子常数が約０．
３７ｎｍであり、ＰｂＴｉＯ3 の臨界膜厚が約２ｎｍ
で、それ以下の膜厚ではＰｂＴｉＯ3 本来の結晶格子を
とることができず、ＹＡｌＯ3 の結晶格子の影響で基板
面に平行に圧縮応力が働いた結果と考えられる。
【００３８】尚、本実施例３においては、常誘電体材料
としてＹＡｌＯ3 を用いた場合を例に挙げて説明した
が、必ずしもこれに限定されるものではなく、常誘電体
材料としてＬｎＦｅＯ3 （Ｌｎ＝ランタン系元素、Ｇ
ｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｌａ）、Ｃｅ2 Ｏ3 、Ｎ
ｄ2 Ｏ3 、Ｐｒ2 Ｏ3 、Ｅｒ2 Ｏ2 Ｓ等を用いた場合で
も同様の結果を得ることができた。
としてＹＡｌＯ3 を用いた場合を例に挙げて説明した
が、必ずしもこれに限定されるものではなく、常誘電体
材料としてＬｎＦｅＯ3 （Ｌｎ＝ランタン系元素、Ｇ
ｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｌａ）、Ｃｅ2 Ｏ3 、Ｎ
ｄ2 Ｏ3 、Ｐｒ2 Ｏ3 、Ｅｒ2 Ｏ2 Ｓ等を用いた場合で
も同様の結果を得ることができた。
【００３９】また、上記実施例２、３においては、強誘
電体薄膜材料を、その材料とは異なる格子常数を有する
常誘電体薄膜材料と積層させることにより、強誘電体薄
膜中に圧縮又は引っ張りの内部応力を発生させている
が、熱膨張係数の異なる強誘電体薄膜材料と常誘電体薄
膜材料とを積層させることによっても、強誘電体薄膜中
に圧縮又は引っ張りの内部応力を発生させることがで
き、同様に強誘電体のキュリー温度、自発分極の大き
さ、自発分極の変化率、誘電率等の諸物性を制御するこ
とができる。
電体薄膜材料を、その材料とは異なる格子常数を有する
常誘電体薄膜材料と積層させることにより、強誘電体薄
膜中に圧縮又は引っ張りの内部応力を発生させている
が、熱膨張係数の異なる強誘電体薄膜材料と常誘電体薄
膜材料とを積層させることによっても、強誘電体薄膜中
に圧縮又は引っ張りの内部応力を発生させることがで
き、同様に強誘電体のキュリー温度、自発分極の大き
さ、自発分極の変化率、誘電率等の諸物性を制御するこ
とができる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、単純な組成を有する強誘電体と反強誘電体又は常
誘電体とを交互に積層して多層膜化することにより、従
来の材料では得られなかった優れた特性を有する材料を
得ることができる。この多層薄膜材料は、その作製が容
易であると共に、焦電型赤外線センサ、圧電アクチュエ
ータ、メモリ素子などの薄膜強誘電体を用いた素子に有
用であり、工業的価値は大きい。
れば、単純な組成を有する強誘電体と反強誘電体又は常
誘電体とを交互に積層して多層膜化することにより、従
来の材料では得られなかった優れた特性を有する材料を
得ることができる。この多層薄膜材料は、その作製が容
易であると共に、焦電型赤外線センサ、圧電アクチュエ
ータ、メモリ素子などの薄膜強誘電体を用いた素子に有
用であり、工業的価値は大きい。
【図１】本発明に係る薄膜材料の一実施例を用いて作製
した素子の断面構造図である。
した素子の断面構造図である。
１ 基板 ２ 白金電極 ３ ＰｂＺｒＯ3 膜 ４ ＰｂＴｉＯ3 膜 ５ 上部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河村 達朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (11)
- 【請求項１】 異なる物性を有する２種類の薄膜を交互
に積層してなる薄膜材料であって、前記２種類の薄膜の
うち一方が強誘電体であり、他方が反強誘電体であるこ
とを特徴とする薄膜材料。 - 【請求項２】 強誘電体層と反強誘電体層の分極軸が基
板に平行である請求項１に記載の薄膜材料。 - 【請求項３】 強誘電体層と反強誘電体層の分極軸が基
板に垂直である請求項１に記載の薄膜材料。 - 【請求項４】 強誘電体層が、組成式Ｐｂx Ｌａy Ｚｒ
z Ｔｉw Ｏ3 で表記され、ｘ、ｙ、ｚ、ｗが下記範囲に
ある材料を主成分とする請求項１に記載の薄膜材料。ｘ
＝１〜０．７５、Ｙ＝０〜０．２５、ｚ＝０〜０．９、
ｗ＝１〜０．１ - 【請求項５】 反強誘電体層が、ＰｂＺｒＯ3 を主成分
とする反強誘電体材料である請求項１に記載の薄膜材
料。 - 【請求項６】 異なる物性を有する２種類の薄膜を交互
に積層してなる薄膜材料であって、前記２種類の薄膜の
うち一方が強誘電体であり、他方が常誘電体であること
を特徴とする薄膜材料。 - 【請求項７】 強誘電体層と常誘電体層とが互いにエピ
タキシャルの関係を保って積層される請求項６に記載の
薄膜材料。 - 【請求項８】 強誘電体層を形成する材料の格子常数が
常誘電体層を構成する材料の格子常数よりも小さい請求
項６に記載の薄膜材料。 - 【請求項９】 強誘電体層を形成する材料の格子常数が
常誘電体層を構成する材料の格子常数よりも大きい請求
項６に記載の薄膜材料。 - 【請求項１０】 強誘電体層を形成する材料の熱膨張係
数が常誘電体層を形成する材料の熱膨張係数よりも小さ
い請求項６に記載の薄膜材料。 - 【請求項１１】 強誘電体層を形成する材料の熱膨張係
数が常誘電体層を形成する材料の熱膨張係数よりも大き
い請求項６に記載の薄膜材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5247774A JPH07106658A (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 薄膜材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5247774A JPH07106658A (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 薄膜材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07106658A true JPH07106658A (ja) | 1995-04-21 |
Family
ID=17168457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5247774A Pending JPH07106658A (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 薄膜材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07106658A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980082687A (ko) * | 1997-05-08 | 1998-12-05 | 김영환 | 다층 구조를 이용한 강유전체 캐패시터 및 그 제조 방법 |
| JP2000164947A (ja) * | 1998-11-30 | 2000-06-16 | Seiko Epson Corp | 圧電体薄膜素子 |
| KR100308897B1 (ko) * | 1999-03-12 | 2001-09-26 | 이재찬 | 강유전체 박막을 이용한 마이크로머신용 압전소자 및 그 제조방법 |
| KR100486608B1 (ko) * | 1997-12-27 | 2005-08-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | 강유전체캐패시터및그형성방법 |
| KR100643825B1 (ko) * | 2003-12-10 | 2006-11-10 | 캐논 가부시끼가이샤 | 유전체 박막 소자, 압전 액추에이터 및 액체 토출 헤드와그 제조 방법 |
| JP2007088444A (ja) * | 2005-08-23 | 2007-04-05 | Canon Inc | 圧電体、圧電体素子、それを用いた液体吐出ヘッド、液体吐出装置 |
| JP2012099636A (ja) * | 2010-11-02 | 2012-05-24 | Konica Minolta Holdings Inc | 圧電素子およびその製造方法 |
| JP2014186002A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Seiko Epson Corp | 赤外線センサー、熱検知素子及びそれを用いた熱検知方法 |
| WO2021029915A1 (en) * | 2019-08-15 | 2021-02-18 | Sandisk Technologies Llc | Ferroelectric memory devices including a stack of ferroelectric and antiferroelectric layers and method of making the same |
| US10937809B1 (en) | 2019-08-15 | 2021-03-02 | Sandisk Technologies Llc | Three-dimensional memory device containing ferroelectric memory elements encapsulated by transition metal nitride materials and method of making thereof |
| US11430813B2 (en) | 2019-08-15 | 2022-08-30 | Sandisk Technologies Llc | Antiferroelectric memory devices and methods of making the same |
| US11502104B2 (en) | 2019-08-15 | 2022-11-15 | Sandisk Technologies Llc | Antiferroelectric memory devices and methods of making the same |
-
1993
- 1993-10-04 JP JP5247774A patent/JPH07106658A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2021029915A1 (en) * | 2019-08-15 | 2021-02-18 | Sandisk Technologies Llc | Ferroelectric memory devices including a stack of ferroelectric and antiferroelectric layers and method of making the same |
| US10937809B1 (en) | 2019-08-15 | 2021-03-02 | Sandisk Technologies Llc | Three-dimensional memory device containing ferroelectric memory elements encapsulated by transition metal nitride materials and method of making thereof |
| US11024648B2 (en) | 2019-08-15 | 2021-06-01 | Sandisk Technologies Llc | Ferroelectric memory devices including a stack of ferroelectric and antiferroelectric layers and method of making the same |
| US11430813B2 (en) | 2019-08-15 | 2022-08-30 | Sandisk Technologies Llc | Antiferroelectric memory devices and methods of making the same |
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