JPH07211135A - Ferroelectric thin film and manufacture thereof - Google Patents

Ferroelectric thin film and manufacture thereof

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JPH07211135A
JPH07211135A JP28346594A JP28346594A JPH07211135A JP H07211135 A JPH07211135 A JP H07211135A JP 28346594 A JP28346594 A JP 28346594A JP 28346594 A JP28346594 A JP 28346594A JP H07211135 A JPH07211135 A JP H07211135A
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ferroelectric thin
tio
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淳 友澤
覚 藤井
Akiyuki Fujii
映志 藤井
Ryoichi Takayama
良一 高山
Masabumi Ofune
正文 小舟
Satoru Fujii
知 藤井
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Abstract

PURPOSE:To provide a ferroe1ectric thin film in which high c-axis orientation is given in forming the thin film, and in which performing a polarization process like that in bulk crystals is not required by adding at least one element selected among Mg and Mn to be coupled with oxygen atoms in six-configuration to lead titanate to which La is added, and forming this to be the ferroelectric thin film. CONSTITUTION:An MgO single crystal substrate 9 in which a primer platinum electrode is formed preliminarily in a sputterhing method is installed on a substrate heating heater 10. Air in the inside of a chamber 7 is discharged, the substrate 9 is heated by the substrate heating heater 10, Ar and 02 as sputtering gas is introduced into the chamber 7 by a nozzle 14, and it is kept at a high vacuum degree. High frequancy power is charged from a high frequency power source to a target 1 to generate plasma, so film formation is performed on the substrate 9. A ferroelectric thin film of a composition formula of [(1-x).Pb1-yLayTi1-y/4O3+x.MgO], for example, is thus manufactured, where x=0.01-0.10, y=0.05-0.25.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、焦電型赤外線検出素子
や圧電素子等に用いる強誘電体薄膜およびその製造方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric thin film used for a pyroelectric infrared detecting element, a piezoelectric element and the like, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電体とは、物質自身の中に平行また
は反平行に並んだ永久双極子によって生じる自発分極が
電場がなくても存在し、これが外部電場により向きを反
転できるような性質の物質のことである。この性質をう
まく利用して、強誘電体材料は、焦電型赤外線検出素
子、圧電素子、電気光学特性を利用した光変調器、不揮
発性メモリー素子などの様々な電子部品に応用できる。
代表的な強誘電体の材料として、ペロブスカイト型結晶
構造の酸化物、例えばPbTiO3 ,Pb1-X La X
1-X/4 3 (PLT),PbZrXTi1-X 3 (P
ZT),BaTiO 3 等が特によく知られている。この
うち、PbTiO3 系の強誘電体は、高いキュリー温
度、大きい焦電係数、適度に小さい比誘電率、ならびに
小さい誘電損失を有することから、焦電材料として有望
視され、既にセラミックを用いた赤外線センサが実用化
されている。
2. Description of the Related Art Ferroelectrics are parallel or
Is the spontaneous polarization caused by antiparallel permanent dipoles.
It exists even without an electric field, and this is countered by an external electric field.
It is a substance that can be turned. This property
The ferroelectric material is used as a pyroelectric infrared detector.
Element, piezoelectric element, optical modulator utilizing electro-optical characteristics, non-volatile
It can be applied to various electronic components such as memory cells.
Perovskite type crystal is used as a typical ferroelectric material.
Structural oxides such as PbTiO3, Pb1-XLa XT
i1-X / 4O3(PLT), PbZrXTi1-XO3(P
ZT), BaTiO 3Etc. are particularly well known. this
Of which, PbTiO3Ferroelectrics have a high Curie temperature
Degree, large pyroelectric coefficient, moderately low dielectric constant, and
Promising as a pyroelectric material due to its low dielectric loss
Infrared sensor using ceramic has already been commercialized
Has been done.

【0003】この焦電型赤外線センサは、室温で動作
し、波長依存性がないという長所をもっている。また、
熱型赤外線センサのなかでも、感度、応答速度などの点
で優れている。
This pyroelectric infrared sensor has an advantage that it operates at room temperature and has no wavelength dependence. Also,
Among thermal infrared sensors, it is superior in terms of sensitivity and response speed.

【0004】現在、赤外線検出素子や圧電素子に用いら
れる強誘電体材料は、そのほとんどが多結晶体の磁器で
あるが、近年の電子部品の小型化に伴って、強誘電体材
料応用の電子部品も小型にすることが要求されてきてい
る。また、焦電素子は薄くすればそれだけ熱容量が下が
り、感度が増加するので、赤外線検出素子の性能向上
と、上記の小型軽量化のニーズから、高感度、高速応答
を達成する強誘電体単結晶の薄膜化が注目されている。
At present, most of the ferroelectric materials used for infrared detection elements and piezoelectric elements are polycrystalline porcelains. However, with the recent miniaturization of electronic parts, electronic materials for ferroelectric materials have been applied. There is a demand for smaller parts. Further, the thinner the pyroelectric element, the lower the heat capacity and the higher the sensitivity. Therefore, the ferroelectric single crystal that achieves high sensitivity and high-speed response is required from the needs of the performance improvement of the infrared detection element and the reduction in size and weight described above. Attention has been paid to the reduction of the film thickness.

【0005】例えば、c軸配向PbTiO3 系薄膜を用
いた焦電型赤外線センサが、J.Appl.Phy
s.,Vol.61,P.411(1987)に報告さ
れている。また、特開昭59−138004号公報にみ
られるように、PbTiO3 へのLa2 3 の少量添加
による性能指数の改善を行なった強誘電体薄膜が提案さ
れている。また、特開昭59−141427号公報にみ
られるように、PbTiO 3 へのMnO2 の少量添加に
よる性能指数および誘電損失の改善を行なった強誘電体
薄膜が提案されている。また、特開昭61−88403
号公報にみられるように、PbTiO3 におけるPb/
Tiモル比の選択による高い電気光学効果を有し、焦電
性、圧電性を有する強誘電性PbTiO3 単一相薄膜が
提案されている。また、特開平3−245406号公報
にみられるように、PbTiO3 へのMgOの少量添加
による高い直流抵抗率と高い焦電係数を有する強誘電体
薄膜が提案されている。
For example, c-axis oriented PbTiO 33For system thin film
The pyroelectric infrared sensor described in J. Appl. Phy
s. , Vol. 61, P.I. 411 (1987)
Has been. Also, see Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-138004.
PbTiO3La to2O3Small amount of
A ferroelectric thin film whose performance index has been improved by
Has been. Also, see Japanese Patent Laid-Open No. 59-141427.
PbTiO 3To MnO2For adding a small amount of
Ferroelectric material with improved figure of merit and dielectric loss
Thin films have been proposed. Also, JP-A-61-88403
As seen in Japanese Patent Publication No.3At Pb /
It has a high electro-optical effect by selecting the Ti molar ratio,
Ferroelectric PbTiO3 with High and Piezoelectricity3Single phase thin film
Proposed. In addition, JP-A-3-245406
As seen in, PbTiO3Addition of small amount of MgO to
Ferroelectric with High DC Resistivity and High Pyroelectric Coefficient
Thin films have been proposed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような、様々の従来技術のPbTiO3 系材料の薄膜
形成技術においては、焦電特性や圧電特性ならびに比抵
抗、絶縁耐圧および誘電損失については、ある程度は改
善されているものの、未だ全てについて満足できる特性
を有する薄膜は得られていない。
However, in the various thin film forming techniques of PbTiO 3 based on the prior art as described above, the pyroelectric characteristics, the piezoelectric characteristics, the specific resistance, the withstand voltage and the dielectric loss are as follows. Although improved to some extent, a thin film having satisfactory properties for all has not been obtained yet.

【0007】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、高いc軸配向性が付与され、かつバルク結晶のよう
に分極処理をする必要がない強誘電体薄膜及びその製造
方法を提供することを目的とする。
In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention provides a ferroelectric thin film to which a high c-axis orientation is imparted and which does not require polarization treatment like a bulk crystal, and a manufacturing method thereof. With the goal.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の強誘電体薄膜は、Laを添加したチタン酸
鉛に、酸素原子と6配位の結合をするMg及びMnから
選ばれる少なくとも一つの元素を添加して薄膜に形成し
たことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the ferroelectric thin film of the present invention is selected from Mg and Mn which form a hexacoordinate bond with an oxygen atom in lead titanate added with La. It is characterized in that at least one element is added to form a thin film.

【0009】前記構成においては、添加元素がMgであ
り、薄膜の組成が[(1−x)・Pb1-y Lay Ti
1-y/4 3 +x・MgO](x=0.01〜0.10,
y=0.05〜0.25)であることが好ましい。Mg
及びLaの組成範囲が前記の範囲より少ないと添加の効
果が少なく、逆にMg及びLaの組成範囲が前記の範囲
を越えると、結晶性、焦電特性等の諸特性に悪影響を及
ぼす傾向となる。
In the above structure, the additive element is Mg and the composition of the thin film is [(1-x) .Pb 1-y La y Ti
1-y / 4 O 3 + x · MgO] (x = 0.01 to 0.10,
It is preferable that y = 0.05 to 0.25). Mg
If the composition range of La and La is less than the above range, the effect of addition is small, and if the composition range of Mg and La exceeds the above range, various properties such as crystallinity and pyroelectric properties tend to be adversely affected. Become.

【0010】また前記構成においては、添加元素がMn
であり、薄膜の組成が[(1−z)・Pb1-y Lay
1-y/4 3 +z・MnO2 ](y=0.05〜0.2
5,z=0.002〜0.05)であることが好まし
い。Mn及びLaの組成範囲が前記の範囲より少ないと
添加の効果が少なく、逆にMn及びLaの組成範囲が前
記の範囲を越えると、結晶性、焦電特性等の諸特性に悪
影響を及ぼす傾向となる。
Further, in the above structure, the additional element is Mn.
And the composition of the thin film is [(1-z) .Pb 1-y La y T
i 1-y / 4 O 3 + z · MnO 2 ] (y = 0.05 to 0.2
5, z = 0.002 to 0.05) is preferable. When the composition range of Mn and La is less than the above range, the effect of addition is small. On the contrary, when the composition range of Mn and La exceeds the above range, various properties such as crystallinity and pyroelectric properties tend to be adversely affected. Becomes

【0011】また前記構成においては、強誘電体薄膜の
結晶相が、ベロブスカイト単相であることが好ましい。
このようにすると、とくに高いc軸配向性が付与され、
かつバルク結晶のように分極処理をする必要がない強誘
電体薄膜を実現できる。
In the above structure, it is preferable that the crystal phase of the ferroelectric thin film is a single phase of perovskite.
By doing so, particularly high c-axis orientation is imparted,
In addition, it is possible to realize a ferroelectric thin film that does not require polarization treatment like a bulk crystal.

【0012】また前記構成においては、強誘電体薄膜の
厚さが、100nm以上10μm以下の範囲であること
が好ましい。強誘電体薄膜の厚さが、100nm未満で
は薄すぎて絶縁を取りにくく、10μmを越えると成膜
時間を長く必要とするために実用的でない。
Further, in the above structure, the thickness of the ferroelectric thin film is preferably in the range of 100 nm or more and 10 μm or less. If the thickness of the ferroelectric thin film is less than 100 nm, it is too thin to easily insulate, and if it exceeds 10 μm, the film forming time is long and it is not practical.

【0013】また前記構成においては、強誘電体薄膜
が、分極処理されていない薄膜(as−grown薄
膜)であることが好ましい。従来法では通常、焦電材料
を高温・高電界条件で分極処理(ポーリング処理)する
ことが必要であるが、高温・高電界条件を用いるため、
薄膜が変質したり分解するおそれがあった。これに対し
て本発明の薄膜は分極処理が不要であるため、薄膜を安
定して保持できる。なお、前記as−grown薄膜
は、as−deposited薄膜とも呼ばれる。
In the above structure, it is preferable that the ferroelectric thin film is a thin film that has not been polarized (as-grown thin film). In the conventional method, it is usually necessary to polarize (poling) the pyroelectric material under high temperature and high electric field conditions, but since high temperature and high electric field conditions are used,
The thin film could be altered or decomposed. On the other hand, since the thin film of the present invention does not require polarization treatment, the thin film can be stably held. The as-grown thin film is also called as-deposited thin film.

【0014】また前記構成においては、強誘電体薄膜の
X線反射強度分析において、(001)ピークの高さ
(強度)をI(001)とし、I(100)ピークの高
さ(強度)をI(100)とし、α=I(001)/
{I(001)+I(100)}としたとき、前記強誘
電体薄膜の配向率αが、0.85≦α≦1.00の範囲
にあることが好ましい。配向率αが、0.85≦α≦
1.00の範囲にあることは、結晶相が高いC軸配向性
であることを表している。従来の通常のセラミックのチ
タン酸鉛では、(101)が最強のピークであり、(0
01)方向に配向させることはできない。また、C軸方
向は分極軸であるために、この薄膜はC軸に配向した性
質を持っているので、成膜後の分極処理(ポーリング処
理)は不要になる。なお前記配向率αの求め方は、後記
する実施例1で説明する。配向率αは、La,Mg及び
Mnの添加量に依存して変化する。Mg及びMnの場
合、Mgがx=0.01〜0.10、Mnがz=0.0
02〜0.05の範囲が好ましく、配向率αが最も大き
くなるのはMgがx=0.02〜0.04、Mnがz=
0.005〜0.02の範囲である。逆にMgがx=
0.01〜0.10、Mnがz=0.002〜0.05
の範囲を外れると配向率αは小さくなる。またLaの場
合は、添加料が少ないほど配向率αが大きくなる傾向に
ある。
Further, in the above-mentioned structure, in the X-ray reflection intensity analysis of the ferroelectric thin film, the height (intensity) of the (001) peak is I (001), and the height (intensity) of the I (100) peak is I (100), α = I (001) /
When {I (001) + I (100)}, the orientation ratio α of the ferroelectric thin film is preferably in the range of 0.85 ≦ α ≦ 1.00. Orientation rate α is 0.85 ≦ α ≦
The range of 1.00 indicates that the crystal phase has a high C-axis orientation. In the conventional normal ceramic lead titanate, (101) is the strongest peak and (0)
It cannot be oriented in the (01) direction. In addition, since the C-axis direction is the polarization axis, this thin film has the property of being oriented to the C-axis, so that the polarization treatment (poling treatment) after film formation becomes unnecessary. The method of obtaining the orientation rate α will be described in Example 1 described later. The orientation rate α changes depending on the added amounts of La, Mg and Mn. In the case of Mg and Mn, Mg is x = 0.01 to 0.10 and Mn is z = 0.0.
The range of 02 to 0.05 is preferable, and the maximum orientation ratio α is x = 0.02 to 0.04 for Mg and z = for Mn.
It is in the range of 0.005 to 0.02. On the contrary, Mg is x =
0.01-0.10, Mn is z = 0.002-0.05
Outside the range of, the orientation rate α becomes small. In the case of La, the orientation rate α tends to increase as the amount of the additive decreases.

【0015】また前記構成において、誘電体薄膜が2層
の電極に挟まれた構造であることが好ましい。焦電型赤
外線センサー用エレメントに使用するためである。また
前記構成において、強誘電体薄膜が、焦電型赤外線セン
サーの焦電材料に用いられていることが好ましい。この
用途にとくに適しているからである。
In the above structure, it is preferable that the dielectric thin film is sandwiched between two layers of electrodes. This is because it is used for an element for a pyroelectric infrared sensor. Further, in the above structure, it is preferable that the ferroelectric thin film is used as a pyroelectric material for a pyroelectric infrared sensor. This is because it is particularly suitable for this application.

【0016】次に本発明の強誘電体薄膜の製造方法は、
Laを添加したチタン酸鉛に、酸素原子と6配位の結合
をするMg及びMnから選ばれる少なくとも一つの元素
を添加して強誘電体薄膜に形成する方法であって、あら
かじめ下地白金電極をスパッタリング法により形成した
無機物単結晶板を基板加熱ヒーター上に設置し、チャン
バー内を排気し、基板加熱ヒーターによって基板を加熱
し、スパッタガスをチャンバー内に導入し、高真空度に
保ち、ターゲットに高周波電源より高周波電力を投入し
てプラズマを発生させ、基板上に成膜を行うことを特徴
とする。この方法を採用することにより効率良く合理的
に本発明の強誘電体薄膜を形成できる。
Next, the method of manufacturing the ferroelectric thin film of the present invention is as follows.
A method for forming a ferroelectric thin film by adding at least one element selected from Mg and Mn that forms a hexacoordinate bond with oxygen atoms to lead titanate to which La has been added. The inorganic single crystal plate formed by the sputtering method is placed on the substrate heating heater, the chamber is evacuated, the substrate is heated by the substrate heating heater, the sputtering gas is introduced into the chamber, and the target is kept at a high degree of vacuum. It is characterized in that high-frequency power is applied from a high-frequency power source to generate plasma and a film is formed on the substrate. By adopting this method, the ferroelectric thin film of the present invention can be formed efficiently and rationally.

【0017】前記方法においては、スパッタリング法の
ターゲットの組成が、[(1−w)・{(1−x)・P
1-y Lay Ti1-y/4 3 +x・MgO}+w・Pb
O]、及び[(1−w)・{(1−x)(1−y)・P
bO+(1−x)y/2・La2 3 +(1−x)(1
−y/4)・TiO2 +x・MgO}+w・PbO]
(x=0.01〜0.10,y=0.05〜0.25,
w=0.05〜0.40)から選ばれる少なくとも一つ
の化合物であって、かつターゲット数が1以上であるこ
とが好ましい。本発明の組成の薄膜を形成するためであ
る。
In the above method, the composition of the sputtering target is [(1-w). {(1-x) .P
b 1-y La y Ti 1-y / 4 O 3 + x.MgO} + w.Pb
O] and [(1-w) · {(1-x) (1-y) · P
bO + (1-x) y / 2 · La 2 O 3 + (1-x) (1
-Y / 4) ・ TiO 2 + x ・ MgO} + w ・ PbO]
(X = 0.01-0.10, y = 0.05-0.25,
At least one compound selected from w = 0.05 to 0.40) and the number of targets is preferably 1 or more. This is for forming a thin film having the composition of the present invention.

【0018】また前記方法においては、スパッタリング
法のターゲットの組成が、[(1−w)・{(1−z)
・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3 +z・MnO2 }+w
・PbO]、及び[(1−w)・{(1−z)(1−
y)・PbO+(1−z)y/2・La2 3 +(1−
z)(1−y/4)・TiO2 +z・MnO2 }+w・
PbO](y=0.05〜0.25,z=0.002〜
0.05,w=0.05〜0.40)から選ばれる少な
くとも一つの化合物であって、かつターゲット数が1以
上であることが好ましい。本発明の組成の薄膜を形成す
るためである。
In the above method, the composition of the sputtering target is [(1-w). {(1-z)
· Pb 1-y La y Ti 1-y / 4 O 3 + z · MnO 2} + w
.PbO], and [(1-w). {(1-z) (1-
y) · PbO + (1-z) y / 2 · La 2 O 3 + (1-
z) (1-y / 4) ・ TiO 2 + z ・ MnO 2 } + w ・
PbO] (y = 0.05 to 0.25, z = 0.002 to
0.05, w = 0.05 to 0.40), and it is preferable that the number of targets is 1 or more. This is for forming a thin film having the composition of the present invention.

【0019】また前記方法においては、スパッタリング
法のターゲットの組成が、下記(A)〜(C)から選ば
れる少なくとも一つ組み合わせからなるターゲットを用
いることが好ましい。 (A)[(1−w)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3
w・PbO]及び[(1−w)・{(1−y)・PbO
+y/2・La2 3 +(1−y/4)・TiO 2 }+
w・PbO](y=0.05〜0.25,w=0.05
〜0.40)から選ばれる少なくとも一つのターゲット
と、MgO及びMgから選ばれる少なくとも一つのター
ゲットの2種類の組み合わせ。 (B)[(1−w)・{(1−x)・PbTiO3 +x
・MgO}+w・PbO]及び[(1−w)・{(1−
x)(PbO+TiO2 )+x・MgO}+w・Pb
O](x=0.01〜0.10,w=0.05〜0.4
0)から選ばれる少なくとも一つのターゲットと、La
2 3 のターゲットの2種類の組み合わせ。 (C)[(1−x)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3
x・MgO]及び[((1−x)(1−y)・PbO+
(1−x)y/2・La2 3 +(1−x)(1−y/
4)・TiO2 +x・MgO](x=0.01〜0.1
0,y=0.05〜0.25)から選ばれる少なくとも
一つのターゲットと、PbOのターゲットの2種類の組
み合わせ。
Further, in the above method, sputtering
The target composition of the method is selected from the following (A) to (C)
Use a target consisting of at least one combination
Is preferred. (A) [(1-w) · Pb1-yLayTi1-y / 4O3+
w · PbO] and [(1-w) · {(1-y) · PbO
+ Y / 2 ・ La2O3+ (1-y / 4) ・ TiO 2} +
w · PbO] (y = 0.05 to 0.25, w = 0.05
~ 0.40) at least one target selected from
And at least one target selected from MgO and Mg
A combination of two types of get. (B) [(1-w) ・ {(1-x) ・ PbTiO 33+ X
.MgO} + w.PbO] and [(1-w). {(1-
x) (PbO + TiO2) + X ・ MgO} + w ・ Pb
O] (x = 0.01-0.10, w = 0.05-0.4
0) at least one target selected from La) and La
2O3A combination of two types of targets. (C) [(1-x) Pb1-yLayTi1-y / 4O3+
x.MgO] and [((1-x) (1-y) .PbO +
(1-x) y / 2 · La2O3+ (1-x) (1-y /
4) ・ TiO2+ X · MgO] (x = 0.01 to 0.1
0, y = 0.05 to 0.25)
Two types of target, one target and PbO target
Matching.

【0020】また前記方法においては、スパッタリング
法のターゲットの組成が、下記(D)〜(F)から選ば
れる少なくとも一つ組み合わせからなるターゲットを用
いることが好ましい。 (D)[(1−w)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3
w・PbO]及び[(1−w)・{(1−y)・PbO
+y/2・La2 3 +(1−y/4)・TiO 2 }+
w・PbO](y=0.05〜0.25,w=0.05
〜0.40)から選ばれる少なくとも一つのターゲット
と、MnO2 及びMnから選ばれる少なくとも一つのタ
ーゲットの2種類の組み合わせ。 (E)[(1−w)・{(1−z)・PbTiO3 +z
・MnO2 }+w・PbO]及び[(1−w)・{(1
−z)(PbO+TiO2 )+z・MnO2 }+w・P
bO](z=0.002〜0.05,w=0.05〜
0.40)から選ばれる少なくとも一つのターゲット
と、La2 3 のターゲットの2種類の組み合わせ。 (F)[(1−z)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3
z・MnO2 ]及び[(1−z)(1−y)・PbO+
(1−z)y/2・La2 3 +(1−z)(1−y/
4)・TiO2 +z・MnO2 ](y=0.05〜0.
25,z=0.002〜0.05)から選ばれる少なく
とも一つのターゲットと、PbOのターゲットの2種類
の組み合わせ。
Further, in the above method, sputtering
The target composition of the method is selected from the following (D) to (F)
Use a target consisting of at least one combination
Is preferred. (D) [(1-w) · Pb1-yLayTi1-y / 4O3+
w · PbO] and [(1-w) · {(1-y) · PbO
+ Y / 2 ・ La2O3+ (1-y / 4) ・ TiO 2} +
w · PbO] (y = 0.05 to 0.25, w = 0.05
~ 0.40) at least one target selected from
And MnO2And at least one selected from Mn
A combination of two types of target. (E) [(1-w) ・ {(1-z) ・ PbTiO 33+ Z
・ MnO2} + W · PbO] and [(1-w) · {(1
-Z) (PbO + TiO2) + Z ・ MnO2} + W ・ P
bO] (z = 0.002-0.05, w = 0.05-
0.40) at least one target selected from
And La2O3A combination of two types of targets. (F) [(1-z) · Pb1-yLayTi1-y / 4O3+
z MnO2] And [(1-z) (1-y) .PbO +
(1-z) y / 2 · La2O3+ (1-z) (1-y /
4) ・ TiO2+ Z ・ MnO2] (Y = 0.05-0.
25, z = 0.002-0.05) less
Two types, one target and one PbO target
Combination of.

【0021】また前記方法においては、スパッタリング
法のターゲットの組成が、、下記(G)〜(I)から選
ばれる少なくとも一つ組み合わせからなるターゲットを
用いることが好ましい。本発明の組成の薄膜を形成する
ためである。 (G)[(1−w)・PbTiO3 +w・PbO]及び
[(1−w)・(PbO+TiO2 )+w・PbO]
(w=0.05〜0.40)から選ばれる少なくとも一
つのターゲットと、La2 3 のターゲットと、MgO
及びMgから選ばれる少なくとも一つのターゲットの3
種類の組み合わせ。 (H)[Pb1-y Lay Ti1-y/4 3 ]及び[(1−
y)・PbO+y/2・La2 3 +(1−y/4)・
TiO2 ](y=0.05〜0.25)から選ばれる少
なくとも一つのターゲットと、PbOのターゲットと、
MgO及びMgから選ばれる少なくとも一つのターゲッ
トの3種類の組み合わせ。 (I)[(1−x)・PbTiO3 +x・MgO]及び
[(1−x)・(PbO+TiO2 )+x・MgO]
(x=0.01〜0.10)から選ばれる少なくとも一
つのターゲットと、La2 3 のターゲットと、PbO
のターゲットの3種類の組み合わせ。
Further, in the above method, it is preferable to use a target in which the composition of the sputtering target is at least one combination selected from the following (G) to (I). This is for forming a thin film having the composition of the present invention. (G) [(1-w ) · PbTiO 3 + w · PbO] and [(1-w) · ( PbO + TiO 2) + w · PbO]
At least one target selected from (w = 0.05 to 0.40), a La 2 O 3 target, and MgO.
And at least one target selected from Mg 3
A combination of types. (H) [Pb 1-y La y Ti 1-y / 4 O 3 ] and [(1-
y) ・ PbO + y / 2 ・ La 2 O 3 + (1-y / 4) ・
TiO 2 ] (y = 0.05 to 0.25), at least one target, and a PbO target.
Three types of combinations of at least one target selected from MgO and Mg. (I) [(1-x ) · PbTiO 3 + x · MgO] and [(1-x) · ( PbO + TiO 2) + x · MgO]
At least one target selected from (x = 0.01 to 0.10), a La 2 O 3 target, and PbO
3 kinds of target combination.

【0022】また前記方法においては、スパッタリング
法のターゲットの組成が、下記(J)〜(L)から選ば
れる少なくとも一つ組み合わせからなるターゲットを用
いることが好ましい。本発明の組成の薄膜を形成するた
めである。 (J)[(1−w)・PbTiO3 +w・PbO]及び
[(1−w)・(PbO+TiO2 )+w・PbO]
(w=0.05〜0.40)から選ばれる少なくとも一
つのターゲットと、La2 3 のターゲットと、MnO
2 及びMnから選ばれる少なくとも一つのターゲットの
3種類の組み合わせ。 (K)[Pb1-y Lay Ti1-y/4 3 ]及び[(1−
y)・PbO+y/2・La2 3 +(1−y/4)・
TiO2 ](y=0.05〜0.25)から選ばれる少
なくとも一つのターゲットと、PbOのターゲットと、
MnO2 及びMnから選ばれる少なくとも一つのターゲ
ットの3種類の組み合わせ。 (L)[(1−z)・PbTiO3 +z・MnO2 ]及
び[(1−z)・(PbO+TiO2 )+z・Mn
2 ](z=0.002〜0.05)から選ばれる少な
くとも一つのターゲットと、La2 3 のターゲット
と、PbOのターゲットの3種類の組み合わせ。
Further, in the above method, it is preferable to use a target having a composition of the sputtering method which is a combination of at least one selected from the following (J) to (L). This is for forming a thin film having the composition of the present invention. (J) [(1-w ) · PbTiO 3 + w · PbO] and [(1-w) · ( PbO + TiO 2) + w · PbO]
At least one target selected from (w = 0.05 to 0.40), a La 2 O 3 target, and MnO
3 combinations of at least one target selected from 2 and Mn. (K) [Pb 1-y La y Ti 1-y / 4 O 3 ] and [(1-
y) ・ PbO + y / 2 ・ La 2 O 3 + (1-y / 4) ・
TiO 2 ] (y = 0.05 to 0.25), at least one target, and a PbO target.
Three kinds of combinations of at least one target selected from MnO 2 and Mn. (L) [(1-z ) · PbTiO 3 + z · MnO 2] and [(1-z) · ( PbO + TiO 2) + z · Mn
O 2 ] (z = 0.002 to 0.05), at least one target, a La 2 O 3 target, and a PbO target.

【0023】また前記方法においては、スパッタリング
法のターゲットが、PbTiO3 または[PbO+Ti
2 ]であるターゲットと、La2 3 であるターゲッ
トと、MgOまたはMgであるターゲットと、PbOで
あるターゲットの、4種類の組み合わせである複数個の
ターゲットを用いることが好ましい。本発明の組成の薄
膜を形成するためである。
In the above method, the sputtering target is PbTiO 3 or [PbO + Ti
O 2 ], a target of La 2 O 3 , a target of MgO or Mg, and a target of PbO are preferably used as a plurality of targets. This is for forming a thin film having the composition of the present invention.

【0024】また前記方法においては、スパッタリング
法のターゲットが、PbTiO3 または[PbO+Ti
2 ]であるターゲットと、La2 3 であるターゲッ
トと、MnO2 またはMnであるターゲットと、PbO
であるターゲットの、4種類の組み合わせである複数個
のターゲットを用いることが好ましい。本発明の組成の
薄膜を形成するためである。
In the above method, the sputtering target is PbTiO 3 or [PbO + Ti
O 2 ] target, La 2 O 3 target, MnO 2 or Mn target, PbO
It is preferable to use a plurality of targets that are a combination of four types of targets. This is for forming a thin film having the composition of the present invention.

【0025】また前記方法においては、スパッタリング
法のターゲットが、酸化物の場合はセラミックまたは粉
末をプレスし成形したものであり、単体の場合は金属板
であることが好ましい。スパッタリング法の材料として
好適だからである。
Further, in the above method, when the target of the sputtering method is an oxide, a ceramic or powder is pressed and molded, and when it is a simple substance, it is preferably a metal plate. This is because it is suitable as a material for the sputtering method.

【0026】また前記方法においては、スパッタリング
法の条件が、温度が550〜650℃の範囲、圧力が
0.1〜2.0Paの範囲、入力電源電力がターゲット
単位面積当たり1.5〜3.5W/cm2 、雰囲気ガス
がアルゴンと酸素の混合ガスであることが好ましい。ア
ルゴンと酸素の混合ガスの一例流量はAr:O2 =9:
1cm3/min である。またスパッタ時間は、求められる膜
の厚さとスパッタレートにもよるが、一例としてスパッ
タレート200nm/h. で膜厚3000nmの場合、15時
間となる。
Further, in the above-mentioned method, the conditions of the sputtering method are as follows: the temperature is in the range of 550 to 650 ° C., the pressure is in the range of 0.1 to 2.0 Pa, and the input power is 1.5 to 3. It is preferable that the atmosphere gas is 5 W / cm 2 and the atmosphere gas is a mixed gas of argon and oxygen. An example flow rate of a mixed gas of argon and oxygen is Ar: O 2 = 9:
It is 1 cm 3 / min. The sputter time depends on the required film thickness and sputter rate, but is 15 hours when the sputter rate is 200 nm / h and the film thickness is 3000 nm, for example.

【0027】[0027]

【作用】前記した本発明の構成によれば、Laを添加し
たチタン酸鉛に、酸素原子と6配位の結合をするMg及
びMnから選ばれる少なくとも一つの元素を添加して強
誘電体薄膜に形成したことにより、薄膜形成の際に高い
c軸配向性が付与され、かつバルク結晶のように分極処
理をする必要がない。しかも得られた薄膜が、Laを添
加したチタン酸鉛に、酸素原子と6配位の結合をするM
g及びMnから選ばれる少なくとも一つの元素を添加し
て強誘電体薄膜に形成することにより、Laの添加によ
りその一部が空孔になったBサイトにMgおよびMnが
入るので、従来のLaを添加したチタン酸鉛薄膜と比較
して、比誘電率εrや焦電係数γや誘電損失tanδな
どの焦電材料としての電気特性に優れるものである。ま
た、スパッタリング法で薄膜を形成する際に、複数の種
類のターゲットを用いる場合には、それぞれのターゲッ
トの高周波投入電力を制御することによって組成を制御
することができる。
According to the structure of the present invention described above, at least one element selected from Mg and Mn that forms a hexacoordinate bond with an oxygen atom is added to lead titanate to which La is added, and a ferroelectric thin film is obtained. By forming a thin film, a high c-axis orientation is imparted when forming a thin film, and it is not necessary to perform polarization treatment unlike a bulk crystal. In addition, the obtained thin film is M that forms a hexacoordinate bond with oxygen atoms in lead titanate containing La.
When at least one element selected from g and Mn is added to form a ferroelectric thin film, Mg and Mn enter the B site, a part of which is vacant by the addition of La, so that the conventional La In comparison with the lead titanate thin film to which is added, the electrical properties of the pyroelectric material such as the relative permittivity εr, the pyroelectric coefficient γ, and the dielectric loss tan δ are excellent. When a plurality of types of targets are used when forming a thin film by the sputtering method, the composition can be controlled by controlling the high-frequency input power of each target.

【0028】ここでPbTiO3 のペロブスカイト結晶
構造について、図面を用いて説明する。図5はPbTi
3 のペロブスカイト結晶構造の酸素原子8面体を示す
モデル図である。図5において中心部の黒丸はチタン
(Ti)、ドットの入った白丸は鉛(Pb)、白丸は酸
素(O)を示す。そしてチタン(Ti)の位置がBサイ
トである。したがって、Bサイトとは、「ペロブスカイ
ト結晶構造の酸素原子8面体の中心位置」とも表現でき
る。なお、Aサイトは鉛(Pb)をいう。
Now, the perovskite crystal structure of PbTiO 3 will be described with reference to the drawings. Figure 5 shows PbTi
FIG. 3 is a model diagram showing an oxygen atom octahedron having a perovskite crystal structure of O 3 . In FIG. 5, the black circle in the center indicates titanium (Ti), the white circle with dots indicates lead (Pb), and the white circle indicates oxygen (O). The position of titanium (Ti) is the B site. Therefore, the B site can also be expressed as "center position of oxygen atom octahedron of perovskite crystal structure". In addition, A site says lead (Pb).

【0029】[0029]

【実施例】以下図面を用いて本発明をさらに具体的に説
明する。図1において、1はターゲット、2はターゲッ
ト皿、3はマグネット、4はターゲット皿2の縁をおお
うカバー、5は高周波電極、6は絶縁体、7は真空チャ
ンバー、8は高周波電源、9は基板、10は基板加熱ヒ
ーター、11はメタルマスク、12および13はバル
ブ、14はスパッタガスを真空チャンバー7内に供給す
るノズル、15は基板加熱ヒーター10を回転させるモ
ーター、32はシールつきベアリングである。
The present invention will be described more specifically with reference to the drawings. In FIG. 1, 1 is a target, 2 is a target dish, 3 is a magnet, 4 is a cover that covers the edge of the target dish 2, 5 is a high frequency electrode, 6 is an insulator, 7 is a vacuum chamber, 8 is a high frequency power supply, and 9 is Substrate 10, substrate heater, 11 metal mask, 12 and 13 valves, 14 nozzle for supplying sputter gas into the vacuum chamber 7, 15 motor for rotating substrate heater 10, 32 bearing with seal is there.

【0030】この強誘電体薄膜の製造方法は以下の通り
である。本実施例の強誘電体薄膜は、図1に示すよう
に、高周波マグネトロンスパッタリング法により作製し
た。まず、スパッタリングに用いるターゲット1を、以
下のように作製した。
The method of manufacturing this ferroelectric thin film is as follows. As shown in FIG. 1, the ferroelectric thin film of this example was produced by a high frequency magnetron sputtering method. First, the target 1 used for sputtering was produced as follows.

【0031】ターゲット組成が{(1−x)・Pb1-y
Lay Ti1-y/4 3 +x・MgO}(x=0.01〜
0.10,y=0.05〜0.25)になるようにPb
O,La2 3 ,TiO2 ,MgOの粉末を混合し、7
50℃で4時間仮焼したのち粉砕した。もしくは、
{(1−x)(1−y)・PbO+(1−x)y/2・
La2 3 +(1−x)(1−y/4)・TiO2 +x
・MgO}になるようにPbO,La2 3 ,Ti
2 ,MgOの粉末を混合し、粉砕した。これらの粉末
に、Pbの不足を防止するために、それぞれに5〜40
mol%過剰のPbO粉末をさらに混合して、組成が
[(1−w)・{(1−x)・Pb1-y Lay Ti
1-y/4 3 +x・MgO}+w・PbO]または[(1
−w)・{(1−x)(1−y)・PbO+(1−x)
y/2・La2 3 +(1−x)(1−y/4)・Ti
2 +x・MgO}+w・PbO](x=0.01〜
0.10,y=0.05〜0.25,w=0.05〜
0.40)になるようにした。このうちの粉末30gを
ターゲット皿2に充填し、油圧式プレスを用いて、約2
50kgf/cm2 の面圧で成形し、ターゲット1とし
た。これら2種類の方法で作製したターゲットで得た薄
膜は、同等の特性を示した。
The target composition is {(1-x) .Pb1-y
LayTi1-y / 4O3+ X.MgO} (x = 0.01-
0.10, y = 0.05 to 0.25)
O, La2O3, TiO2, Mix MgO powder,
It was calcined at 50 ° C. for 4 hours and then pulverized. Or
{(1-x) (1-y) ・ PbO + (1-x) y / 2 ・
La2O3+ (1-x) (1-y / 4) ・ TiO2+ X
・ PbO, La to become MgO}2O3, Ti
O2, MgO powders were mixed and crushed. These powders
In order to prevent the shortage of Pb,
By further mixing a mol% excess of PbO powder, the composition was
[(1-w) ・ {(1-x) ・ Pb1-yLayTi
1-y / 4O3+ X · MgO} + w · PbO] or [(1
-W) ・ {(1-x) (1-y) ・ PbO + (1-x)
y / 2 ・ La2O3+ (1-x) (1-y / 4) ・ Ti
O2+ X · MgO} + w · PbO] (x = 0.01 to
0.10, y = 0.05 to 0.25, w = 0.05 to
0.40). 30g of this powder
Fill the target tray 2 and use a hydraulic press to
50 kgf / cm2Molding with the surface pressure of
It was The thinness obtained with the targets produced by these two methods
The membranes showed comparable properties.

【0032】このターゲット皿2を、マグネット3上に
設置し、その上にカバー4を設置した。このマグネット
3と、その下にある高周波電極5は、絶縁体6によって
真空チャンバー7から絶縁されている。また、高周波電
極5は、高周波電源8につながっている。
The target plate 2 was placed on the magnet 3, and the cover 4 was placed on it. The magnet 3 and the high-frequency electrode 5 below the magnet 3 are insulated from the vacuum chamber 7 by an insulator 6. Further, the high frequency electrode 5 is connected to a high frequency power source 8.

【0033】薄膜の基板9には、<100>に配向した
MgO単結晶板(20mm×20mm、厚さ0.5m
m)を用いた。この基板9上の片面に、あらかじめ下地
電極として、<100>に優先配向した白金をスパッタ
リング法により、厚さ100nmに形成し、パターニン
グを行った。この基板9を、基板加熱ヒーター10上に
設置し、基板9の表面に、厚さ0.2mmのステンレス
製のメタルマスク11を取り付けた。その後、チャンバ
ー7内を排気し、基板加熱ヒーター10によって基板9
を600℃にまで加熱した。基板加熱ヒーター10をモ
ーター15によって回転させた。加熱後、バルブ12お
よび13を開け、スパッタガスであるArとO2 を9:
1の割合でノズル14よりチャンバー7内に導入し、真
空度を0.5Paに保った。その後、ターゲット1に、
高周波電源8より高周波電力2.1W/cm2 (13.
56MHz)を投入し、プラズマを発生させ、基板9上
に成膜を行った。このようにして、[(1−x)・Pb
1-y Lay Ti1-y/4 3 +x・MgO]なる組成(x
=0.01〜0.10,y=0.05〜0.25)の強
誘電体薄膜を作製した。得られた薄膜の膜厚は、成膜時
間5時間で約1μmであった。その強誘電体薄膜の上
に、測定のために、Ni−Cr電極をDCスパッタリン
グ法により厚さ50nmに形成し、パターニングを行っ
た。
The thin film substrate 9 is a <100> oriented MgO single crystal plate (20 mm × 20 mm, thickness 0.5 m).
m) was used. On one surface of the substrate 9, platinum having a <100> preferential orientation was formed in advance as a base electrode to a thickness of 100 nm by a sputtering method, and patterning was performed. This substrate 9 was placed on the substrate heater 10, and a metal mask 11 made of stainless steel and having a thickness of 0.2 mm was attached to the surface of the substrate 9. Then, the chamber 7 is evacuated, and the substrate 9 is heated by the substrate heater 10.
Was heated to 600 ° C. The substrate heater 10 was rotated by the motor 15. After heating, the valves 12 and 13 were opened, and the sputtering gases Ar and O 2 were changed to 9:
It was introduced into the chamber 7 from the nozzle 14 at a ratio of 1, and the degree of vacuum was maintained at 0.5 Pa. After that, on target 1,
High frequency power from the high frequency power source 8 is 2.1 W / cm 2 (13.
56 MHz) was applied to generate plasma, and a film was formed on the substrate 9. In this way, [(1-x) · Pb
1-y La y Ti 1-y / 4 O 3 + x · MgO] (x
= 0.01 to 0.10, y = 0.05 to 0.25). The film thickness of the obtained thin film was about 1 μm after the film formation time of 5 hours. On the ferroelectric thin film, a Ni-Cr electrode was formed to a thickness of 50 nm by a DC sputtering method for measurement, and patterned.

【0034】得られた薄膜について、各成分の固容量を
X線マイクロアナライザーで、結晶相およびc軸配向率
α(=I(001)/{I(001)+I(10
0)})をX線回折装置で測定した。X線回折測定チャ
ートを図3に示す。測定範囲は20°〜50°で行っ
た。図3において、Aは組成[0.96(Pb0.9 La
0.1 Ti0.975 3 )+0.04MgO]の薄膜の(0
01)ピーク、Bは同(100)ピーク、CはMgO単
結晶基板のピーク、Dは組成[0.96(Pb0.9 La
0.1 Ti0.975 3 )+0.04MgO]の薄膜の(0
02)ピーク、Eは同(200)と下地電極のPtの複
合したピークをそれぞれ示す。
For the obtained thin film, the solid capacity of each component is
X-ray microanalyzer, crystal phase and c-axis orientation rate
α (= I (001) / {I (001) + I (10
0)}) was measured with an X-ray diffractometer. X-ray diffraction measurement
The sheet is shown in FIG. The measurement range is 20 ° to 50 °
It was In FIG. 3, A is a composition [0.96 (Pb0.9La
0.1Ti0.975O3) + 0.04MgO] thin film (0
01) peak, B is the same (100) peak, C is MgO single
The peak of the crystal substrate, D is the composition [0.96 (Pb0.9La
0.1Ti0.975O3) + 0.04MgO] thin film (0
02) peak, E is the same (200) and Pt of the base electrode
The combined peaks are shown respectively.

【0035】次に配向率αの求め方を説明する。図3に
おいて、Aに示す(001)ピークの強度(高さ)I
(001)と、Bに示す(100)ピークの強度(高
さ)I(100)をチャートより測定し、α=I(00
1)/{I(001)+I(100)}の計算式により
算出する。図3に示す薄膜はα=0.936であった。
Next, how to obtain the orientation rate α will be described. In FIG. 3, intensity (height) I of the (001) peak shown in A
The intensity (height) I (100) of (001) and the (100) peak shown in B was measured from the chart, and α = I (00
1) / {I (001) + I (100)}. The thin film shown in FIG. 3 had α = 0.936.

【0036】以上の通り、(001)と(100)、お
よびその高次のピークのみが確認された。これにより、
配向率αを求めると、as−grown薄膜において、
0.85≦α≦1.00の範囲にあって、高いc軸配向
性を示した。また、MgO固容量はターゲット組成のM
gO量とほぼ一致した。また、結晶相は完全にペロブス
カイト単相であった。
As described above, only (001) and (100) and their higher peaks were confirmed. This allows
When the orientation rate α is obtained, in the as-grown thin film,
In the range of 0.85 ≦ α ≦ 1.00, high c-axis orientation was exhibited. Further, the solid content of MgO is M of the target composition.
It almost coincided with the amount of gO. Moreover, the crystal phase was completely a perovskite single phase.

【0037】次に、得られた薄膜の焦電係数γと、比誘
電率εrおよび誘電損失tanδを測定した。各組成の
薄膜の焦電係数γと比誘電率εrと誘電損失tanδを
表1〜表2に示す。表2には、バルクのPbTiO3
値も示してある。
Next, the pyroelectric coefficient γ, the relative permittivity εr and the dielectric loss tan δ of the obtained thin film were measured. Tables 1 and 2 show the pyroelectric coefficient γ, the relative dielectric constant εr, and the dielectric loss tan δ of the thin films of each composition. Table 2 also shows the value of PbTiO 3 in bulk.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】前記表1〜表2から明らかなように、La
の添加量yが0.05〜0.25の範囲で、MgOの添
加量xを0.01〜0.10に変化させた試料では、x
=0の試料ならびにバルク値と比べて、焦電係数γは大
きく、比誘電率εrおよび誘電損失tanδが小さくな
ることが確認できた。
As is clear from Tables 1 and 2, La
In the sample in which the added amount y of MgO was in the range of 0.05 to 0.25 and the added amount x of MgO was changed to 0.01 to 0.10.
It was confirmed that the pyroelectric coefficient γ was large and the relative permittivity εr and the dielectric loss tan δ were small as compared with the sample of = 0 and the bulk value.

【0041】この様に、本発明の組成を有する薄膜は、
本発明範囲外の組成の薄膜ならびに従来のPbTiO3
のバルク値と比較して、焦電係数γが向上し、比誘電率
εrおよび誘電損失tanδが低下した、極めて優れた
強誘電体薄膜材料であることが確認できた。
As described above, the thin film having the composition of the present invention is
Thin films having compositions outside the scope of the present invention as well as conventional PbTiO 3
It was confirmed that the material was an extremely excellent ferroelectric thin film material in which the pyroelectric coefficient γ was improved and the relative permittivity εr and the dielectric loss tan δ were decreased as compared with the bulk value of.

【0042】次に本実施例の強誘電体薄膜を、焦電型赤
外線センサーの焦電材料に用いる場合の構成を図4に示
す。図4において、40は焦電型赤外線センサーのエレ
メント、41は厚さ0.5mmのMgO単結晶板、42
は厚さ100nmのPt下部電極、43は厚さ1μmで
組成[0.96(Pb0.9 La0.1 Ti0.975 3 )+
0.04MgO]の強誘電体薄膜、44は厚さ50nm
のNi−Crの上部電極である。このようにすることに
より、薄膜形成の際に高いc軸配向性が付与され、かつ
バルク結晶のように分極処理をする必要がない焦電型赤
外線センサー素子(エレメント)を実現できた。
Next, FIG. 4 shows a structure in which the ferroelectric thin film of this embodiment is used as a pyroelectric material for a pyroelectric infrared sensor. In FIG. 4, 40 is an element of a pyroelectric infrared sensor, 41 is a 0.5 mm thick MgO single crystal plate, 42
Is a Pt lower electrode having a thickness of 100 nm, 43 is a thickness of 1 μm, and has a composition [0.96 (Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3 ) +
0.04MgO] ferroelectric thin film, 44 is 50 nm thick
Is an upper electrode of Ni-Cr. By doing so, it was possible to realize a pyroelectric infrared sensor element (element) to which high c-axis orientation was imparted when forming a thin film, and which did not require polarization treatment like bulk crystals.

【0043】(実施例2)本実施例の強誘電体薄膜は、
図1に示すように、高周波マグネトロンスパッタリング
法により作製した。まず、スパッタリングに用いるター
ゲット1を、以下のように作製した。ターゲット組成が
{(1−z)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3 +z・M
nO 2 }(y=0.05〜0.25,z=0.002〜
0.05)になるように PbO,La2 3 ,TiO
2 ,MnO2 の粉末を混合し、750℃で4時間仮焼し
たのち粉砕した。もしくは、{(1−z)(1−y)・
PbO+(1−z)y/2・La2 3 +(1−z)
(1−y/4)・TiO2 +z・MnO2 }になるよう
に、PbO,La2 3 ,TiO2 ,MnO2 の粉末を
混合し、粉砕した。これらの粉末に、Pbの不足を防止
するために、それぞれに5〜40 mol%過剰のPb
O粉末をさらに混合して、組成が[(1−w)・{(1
−z)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3 +z・Mn
2 }+w・PbO]または[(1−w)・{(1−
z)(1−y)・PbO+(1−z)y/2・La2
3 +(1−z)(1−y/4)・TiO2 +z・MnO
2 }+w・PbO](y=0.05〜0.25,z=
0.002〜0.05,w=0.05〜0.40)にな
るようにした。このうちの粉末30gをターゲット皿2
に充填し、油圧式プレスを用いて、約250kgf/c
2 の面圧で成形し、ターゲット1とした。これら2種
類の方法で作製したターゲットで得た薄膜は、同等の特
性を示した。
Example 2 The ferroelectric thin film of this example is
As shown in FIG. 1, high frequency magnetron sputtering
It was produced by the method. First, the target used for sputtering
Get 1 was manufactured as follows. The target composition is
{(1-z) · Pb1-yLayTi1-y / 4O3+ Z ・ M
nO 2} (Y = 0.05-0.25, z = 0.002-
0.05) PbO, La2O3, TiO
2, MnO2Powders were mixed and calcined at 750 ° C for 4 hours
After that, it was crushed. Alternatively, {(1-z) (1-y) ・
PbO + (1-z) y / 2 ・ La2O3+ (1-z)
(1-y / 4) ・ TiO2+ Z ・ MnO2} To become
, PbO, La2O3, TiO2, MnO2Powder of
Mixed and ground. Prevents lack of Pb in these powders
5 to 40 mol% excess of Pb in each case
O powder was further mixed to give a composition of [(1-w) · {(1
-Z) / Pb1-yLayTi1-y / 4O3+ Z · Mn
O2} + W · PbO] or [(1-w) · {(1-
z) (1-y) ・ PbO + (1-z) y / 2 ・ La2O
3+ (1-z) (1-y / 4) ・ TiO2+ Z ・ MnO
2} + W · PbO] (y = 0.05 to 0.25, z =
0.002-0.05, w = 0.05-0.40)
It was to so. Target plate 2
To about 250 kgf / c using a hydraulic press.
m2The target 1 was formed by molding with the surface pressure of. These two
Thin films obtained with targets prepared by the same method are
Showed sex.

【0044】このターゲット皿2を、マグネット3上に
設置し、その上にカバー4を設置した。このマグネット
3と、その下にある高周波電極5は、絶縁体6によって
真空チャンバー7から絶縁されている。また、高周波電
極5は、高周波電源8につながっている。
The target plate 2 was placed on the magnet 3 and the cover 4 was placed on it. The magnet 3 and the high-frequency electrode 5 below the magnet 3 are insulated from the vacuum chamber 7 by an insulator 6. Further, the high frequency electrode 5 is connected to a high frequency power source 8.

【0045】薄膜の基板9には、<100>に配向した
MgO単結晶板(20mm×20mm、厚さ0.5m
m)を用いた。この基板9上の片面に、あらかじめ下地
電極として、<100>に優先配向した白金をスパッタ
リング法により形成し、パターニングを行った。この基
板9を、基板加熱ヒーター10上に設置し、基板9の表
面に、厚さ0.2mmのステンレス製のメタルマスク1
1を取り付けた。その後、チャンバー7内を排気し、基
板加熱ヒーター10によって基板9を600℃にまで加
熱した。基板加熱ヒーター10をモーター15によって
回転させた。加熱後、バルブ12および13を開け、ス
パッタガスであるArとO2 を9:1の割合でノズル1
4よりチャンバー7内に導入し、真空度を0.5Paに
保った。その後、ターゲット1に、高周波電源8より高
周波電力2.1W/cm2 (13.56MHz)を投入
し、プラズマを発生させ、基板9上に成膜を行った。こ
のようにして、[(1−z)・Pb1-y Lay Ti
1-y/4 3 +z・MnO2 ]なる組成(y=0.05〜
0.25,z=0.002〜0.05)の強誘電体薄膜
を作製した。得られた薄膜の膜厚は、成膜時間5時間で
約0.95μmであった。その強誘電体薄膜の上に、測
定のために、Ni−Cr電極をDCスパッタリング法に
より形成し、パターニングを行った。
As the thin film substrate 9, a <100> -oriented MgO single crystal plate (20 mm × 20 mm, thickness 0.5 m) was used.
m) was used. On one surface of the substrate 9, platinum having <100> preferential orientation was formed in advance as a base electrode by a sputtering method, and patterning was performed. This substrate 9 is placed on the substrate heater 10 and the surface of the substrate 9 is covered with a metal mask 1 made of stainless steel and having a thickness of 0.2 mm.
I installed 1. Then, the inside of the chamber 7 was evacuated, and the substrate 9 was heated to 600 ° C. by the substrate heater 10. The substrate heater 10 was rotated by the motor 15. After heating, the valves 12 and 13 were opened, and the sputtering gas Ar and O 2 were mixed at a ratio of 9: 1 to the nozzle 1.
4 was introduced into the chamber 7, and the degree of vacuum was maintained at 0.5 Pa. After that, a high-frequency power of 2.1 W / cm 2 (13.56 MHz) was applied to the target 1 from the high-frequency power source 8 to generate plasma and form a film on the substrate 9. In this way, [(1-z) .Pb 1-y La y Ti
1-y / 4 O 3 + z · MnO 2 ] (y = 0.05 to
A ferroelectric thin film of 0.25, z = 0.002 to 0.05) was prepared. The film thickness of the obtained thin film was about 0.95 μm after the film formation time of 5 hours. For measurement, a Ni—Cr electrode was formed on the ferroelectric thin film by a DC sputtering method and patterned.

【0046】得られた薄膜について、各成分の固容量を
X線マイクロアナライザーで、結晶相およびc軸配向率
α(=I(001)/{I(001)+I(10
0)})をX線回折装置で測定した。その結果、MgO
固容量はターゲット組成のMgO量とほぼ一致した。ま
た、結晶相は完全にペロブスカイト単相であり、(00
1)と(100)、およびその高次のピークのみが確認
された。これにより、αを求めると、as−grown
薄膜において、0.84≦α≦1.00の範囲にあっ
て、高いc軸配向性を示した。
With respect to the obtained thin film, the solid capacity of each component was measured by an X-ray microanalyzer for crystal phase and c-axis orientation rate α (= I (001) / {I (001) + I (10
0)}) was measured with an X-ray diffractometer. As a result, MgO
The solid capacity was almost the same as the amount of MgO in the target composition. Further, the crystal phase is a completely perovskite single phase, and (00
Only 1) and (100) and their higher peaks were confirmed. Thus, when α is obtained, as-grown
The thin film had a high c-axis orientation in the range of 0.84 ≦ α ≦ 1.00.

【0047】次に、得られた薄膜の焦電係数γと、比誘
電率εrおよび誘電損失tanδを測定した。各組成の
薄膜の焦電係数γと比誘電率εrと誘電損失tanδを
表3〜表4に示す。表4には、バルクのPbTiO3
値も示してある。
Next, the pyroelectric coefficient γ, the relative permittivity εr and the dielectric loss tan δ of the obtained thin film were measured. Tables 3 to 4 show the pyroelectric coefficient γ, the relative permittivity εr, and the dielectric loss tan δ of the thin films of each composition. Table 4 also shows bulk PbTiO 3 values.

【0048】[0048]

【表3】 [Table 3]

【0049】[0049]

【表4】 [Table 4]

【0050】前記表3〜表4から明らかなように、La
の添加量yが0.05〜0.25の範囲で、MnO2
添加量zを0.002〜0.05に変化させた試料で
は、z=0の試料ならびにバルク値と比べて、γは大き
く、εrおよびtanδが小さくなることが確認でき
た。
As is clear from Tables 3 to 4, La
In the sample in which the added amount y of MnO 2 was in the range of 0.05 to 0.25 and the added amount z of MnO 2 was changed to 0.002 to 0.05, the sample was compared with the sample of z = 0 and the bulk value by γ. Was confirmed to be large and εr and tan δ to be small.

【0051】この様に、本発明の組成を有する薄膜は、
本発明範囲外の組成の薄膜ならびに従来のPbTiO3
のバルク値と比較して、γが向上し、εrおよびtan
δが低下した、極めて優れた強誘電体薄膜材料である。
Thus, the thin film having the composition of the present invention is
Thin films having compositions outside the scope of the present invention as well as conventional PbTiO 3
Γ is improved, and εr and tan are increased as compared with the bulk value of
It is an extremely excellent ferroelectric thin film material with a decreased δ.

【0052】(実施例3)図2において、16および1
7および18および19はターゲット、20および21
および22および23は高周波電源、24は真空チャン
バー、25は基板、26は基板加熱ヒーター、27はメ
タルマスク、28および29はバルブ、30はスパッタ
ガスを真空チャンバー24内に供給するノズル、31は
基板加熱ヒーター26を回転させるモーターである。な
お、図1で示したターゲット周辺のカバー、電極、絶縁
体、マグネット等は省略してある。
(Embodiment 3) 16 and 1 in FIG.
7 and 18 and 19 are targets, 20 and 21
And 22 and 23 are high frequency power sources, 24 is a vacuum chamber, 25 is a substrate, 26 is a substrate heater, 27 is a metal mask, 28 and 29 are valves, 30 is a nozzle for supplying a sputtering gas into the vacuum chamber 24, and 31 is It is a motor that rotates the substrate heater 26. The cover, electrodes, insulators, magnets, etc. around the target shown in FIG. 1 are omitted.

【0053】この強誘電体薄膜の製造方法は以下の通り
である。本発明の強誘電体薄膜は、図2に示すように、
ターゲットが4つある多元高周波マグネトロンスパッタ
リング法により作製した。これらのターゲット4つは、
ヒーター中心の基板から等距離の、同心円上に配置され
ている。スパッタリングに用いるターゲットとして、
(Pb,La)TiO3 の粉末のターゲット16と、M
gOのセラミックのターゲット17の2種類を用いた。
このうちの、(Pb,La)TiO3 の粉末のターゲッ
ト16を、以下のようにして作製した。
The method of manufacturing this ferroelectric thin film is as follows. The ferroelectric thin film of the present invention, as shown in FIG.
It was manufactured by a multi-source high frequency magnetron sputtering method with four targets. These four targets are
The heaters are arranged in concentric circles equidistant from the substrate in the center of the heater. As a target used for sputtering,
(Pb, La) TiO 3 powder target 16 and M
Two types of gO ceramic targets 17 were used.
Of these, a target 16 of (Pb, La) TiO 3 powder was prepared as follows.

【0054】ターゲット組成がPb1-y Lay Ti
1-y/4 3 (y=0.05〜0.25)になるようにP
bO,La2 3 ,TiO2 の粉末を混合し、750℃
で4時間仮焼したのち粉砕した。もしくは、(1−y)
・PbO+y/2・La2 3 +(1−y/4)・Ti
2 になるようにPbO,La2 3 ,TiO2 の粉末
を混合し、粉砕した。これらの粉末に、Pbの不足を防
止するために、それぞれに5〜40mol%過剰のPb
O粉末をさらに混合して、組成が[(1−w)・Pb
1-y Lay Ti1-y/4 3 +w・PbO]または[(1
−w)・{(1−y)・PbO+y/2・La2 3
(1−y/4)・TiO2 }+w・PbO](y=0.
05〜0.25,w=0.05〜0.40)になるよう
にした。このうちの粉末30gを、ターゲット皿に充填
し、油圧式プレスを用いて、約250kgf/cm2
面圧で成形し、ターゲット16とした。これら2種類の
方法で作製したターゲット16で得た薄膜は、同等の特
性を示した。このターゲット16と、MgOのセラミッ
クのターゲット17をチャンバー24内に設置した。な
お、ターゲット16および17は、それぞれ高周波電源
20および21につながっている。
The target composition is Pb 1-y La y Ti
P to be 1-y / 4 O 3 (y = 0.05 to 0.25)
Mix powders of bO, La 2 O 3 and TiO 2 at 750 ° C.
It was calcined for 4 hours and then crushed. Or (1-y)
・ PbO + y / 2 ・ La 2 O 3 + (1-y / 4) ・ Ti
Powders of PbO, La 2 O 3 and TiO 2 were mixed so as to become O 2 and pulverized. In order to prevent the Pb deficiency, these powders each contain 5-40 mol% excess of Pb.
O powder was further mixed to give a composition of [(1-w) .Pb
1-y La y Ti 1-y / 4 O 3 + w · PbO] or [(1
-W) ・ {(1-y) ・ PbO + y / 2 ・ La 2 O 3 +
(1-y / 4) · TiO 2} + w · PbO] (y = 0.
05 to 0.25, w = 0.05 to 0.40). A target dish was filled with 30 g of the powder, and was molded with a hydraulic press at a surface pressure of about 250 kgf / cm 2 to obtain a target 16. The thin films obtained with the target 16 produced by these two types of methods showed equivalent characteristics. The target 16 and the MgO ceramic target 17 were set in the chamber 24. The targets 16 and 17 are connected to the high frequency power sources 20 and 21, respectively.

【0055】基板25には、<100>に配向したMg
O単結晶板(20mm×20mm、厚さ0.5mm)を
用いた。この基板25上の片面に、あらかじめ下地電極
として、<100>に優先配向した白金をスパッタリン
グ法により形成し、パターニングを行った。この基板2
5を、基板加熱ヒーター26上に設置し、基板25の表
面に、厚さ0.2mmのステンレス製のメタルマスク2
7を取り付けた。その後、チャンバー24内を排気し、
基板加熱ヒーター26によって基板25を600℃にま
で加熱した。加熱後、基板加熱ヒーター26をモーター
31によって回転させ、バルブ28および29を開け、
スパッタガスであるArとO2 を9:1の割合でノズル
30よりチャンバー24内に導入し、真空度を0.5P
aに保った。その後、ターゲット16および17に、高
周波電源20および21より高周波電力を投入し、プラ
ズマを発生させ、基板25上に成膜を行った。なお、高
周波投入電力は、ターゲット16の高周波電源20は
2.1W/cm2 (13.56MHz)で固定し、ター
ゲット17の高周波電源21は0Wから1.2W/cm
2 (13.56MHz)まで任意の値に変化させること
により、MgOの添加量を制御した。このようにして、
[(1−x)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3+x・M
gO]なる組成(x=0.01〜0.10,y=0.0
5〜0.25)の強誘電体薄膜を作製した。得られた薄
膜の膜厚は、成膜時間5時間で約1.2μmであった。
その強誘電体薄膜の上に、測定のために、上部電極とし
てNi−Cr電極をDCスパッタリング法により形成
し、パターニングを行った。
On the substrate 25, Mg oriented in <100>
An O single crystal plate (20 mm × 20 mm, thickness 0.5 mm) was used. On one surface of the substrate 25, platinum having <100> preferential orientation was formed in advance as a base electrode by a sputtering method and patterned. This board 2
5 is placed on the substrate heating heater 26, and a metal mask 2 made of stainless steel and having a thickness of 0.2 mm is provided on the surface of the substrate 25.
I attached 7. Then, the chamber 24 is evacuated,
The substrate 25 was heated to 600 ° C. by the substrate heater 26. After heating, the substrate heating heater 26 is rotated by the motor 31, the valves 28 and 29 are opened,
The sputtering gas Ar and O 2 were introduced into the chamber 24 from the nozzle 30 at a ratio of 9: 1 and the vacuum degree was 0.5 P.
kept at a. After that, high frequency power was applied to the targets 16 and 17 from the high frequency power sources 20 and 21 to generate plasma, and a film was formed on the substrate 25. The high frequency power is fixed at 2.1 W / cm 2 (13.56 MHz) in the high frequency power source 20 of the target 16 and 0 W to 1.2 W / cm in the high frequency power source 21 of the target 17.
The amount of MgO added was controlled by changing the value up to 2 (13.56 MHz). In this way
[(1-x) ・ Pb 1-y La y Ti 1-y / 4 O 3 + x ・ M
gO] (x = 0.01 to 0.10, y = 0.0
A ferroelectric thin film of 5 to 0.25) was prepared. The film thickness of the obtained thin film was about 1.2 μm after the film formation time of 5 hours.
For measurement, a Ni—Cr electrode was formed as an upper electrode on the ferroelectric thin film by a DC sputtering method and patterned.

【0056】得られた薄膜について、各元素の固容量を
X線マイクロアナライザーで、結晶相およびc軸配向率
α(=I(001)/{I(001)+I(10
0)})をX線回折装置で測定した。その結果、薄膜の
結晶相は完全にペロブスカイト単相であり、(001)
と(100)、およびその高次のピークのみが確認され
た。これにより、αを求めると、as−grown薄膜
において、0.84≦α≦0.96の範囲にあって、高
いc軸配向性を示した。
With respect to the obtained thin film, the solid capacity of each element was measured by an X-ray microanalyzer for crystal phase and c-axis orientation rate α (= I (001) / {I (001) + I (10
0)}) was measured with an X-ray diffractometer. As a result, the crystal phase of the thin film was completely a perovskite single phase, and (001)
Only (100) and its higher peaks were confirmed. As a result, when α was determined, the as-grown thin film was in the range of 0.84 ≦ α ≦ 0.96 and showed a high c-axis orientation.

【0057】次に、得られた薄膜の焦電係数γと、比誘
電率εrおよび誘電損失tanδを、下地電極と上部電
極の間で測定した。各組成の薄膜の焦電係数γと比誘電
率εrと誘電損失tanδを表5〜表6に示す。表6に
は、バルクのPbTiO3 の値も示してある。
Next, the pyroelectric coefficient γ, the relative permittivity εr and the dielectric loss tan δ of the obtained thin film were measured between the base electrode and the upper electrode. Tables 5 to 6 show the pyroelectric coefficient γ, the relative dielectric constant εr, and the dielectric loss tan δ of the thin films of each composition. Table 6 also shows bulk PbTiO 3 values.

【0058】[0058]

【表5】 [Table 5]

【0059】[0059]

【表6】 [Table 6]

【0060】前記表5〜表6から明らかなように、La
の添加量yが0.05〜0.25の範囲で、MgOの添
加量xを0.01〜0.10に変化させた試料では、x
=0の試料ならびにバルク値と比べて、γは大きく、ε
rおよびtanδが小さくなることが確認できた。
As is clear from Tables 5 to 6, La
In the sample in which the added amount y of MgO was in the range of 0.05 to 0.25 and the added amount x of MgO was changed to 0.01 to 0.10.
Γ is larger than that of the sample of = 0 and the bulk value,
It was confirmed that r and tan δ were small.

【0061】この様に、本発明の組成を有する薄膜は、
本発明範囲外の組成の薄膜ならびに従来のPbTiO3
のバルク値と比較して、γが向上し、εrおよびtan
δが低下した、極めて優れた強誘電体薄膜材料である。
Thus, the thin film having the composition of the present invention is
Thin films having compositions outside the scope of the present invention as well as conventional PbTiO 3
Γ is improved, and εr and tan are increased as compared with the bulk value of
It is an extremely excellent ferroelectric thin film material with a decreased δ.

【0062】なお、本実施例のスパッタリングに用いる
ターゲットとして、MgOのセラミックのターゲットを
用いたが、この変わりに金属Mgのターゲットを用い、
スパッタガスであるArとO2 を9:3の割合でチャン
バー内に導入した場合でも、同様の結果が得られること
を確認した。さらに、本実施例のスパッタリングに用い
るターゲットとして[(1−w)・Pb1-y Lay Ti
1-y/4 3 +w・PbO]または[(1−w)・{(1
−y)・PbO+y/2・La2 3 +(1−y/4)
・TiO2 }+w・PbO](y=0.05〜0.2
5,w=0.05〜0.40)であるターゲットと、M
gOのターゲットの2種類を用いたが、この組み合わせ
以外に、[(1−w)・{(1−x)・PbTiO3
x・MgO}+w・PbO]または[(1−w)・
{(1−x)(PbO+TiO2 )+x・MgO}+w
・PbO](x=0.01〜0.10,w=0.05〜
0.40)であるターゲットと、La2 3 であるター
ゲットの、2種類のターゲットや、[(1−x)・Pb
1-y Lay Ti1-y/4 3 +x・MgO]または
[((1−x)(1−y)・PbO+(1−x)y/2
・La2 3 +(1−x)(1−y/4)・TiO2
x・MgO](x=0.01〜0.10,y=0.05
〜0.25)であるターゲットと、PbOであるターゲ
ットの、2種類のターゲットの組み合わせにした場合で
も、同様の結果が得られることを確認した。
Although a MgO ceramic target was used as the target for sputtering in this example, a metal Mg target was used instead.
It was confirmed that similar results were obtained even when the sputtering gas Ar and O 2 were introduced into the chamber at a ratio of 9: 3. Further, as a target used for the sputtering of this example, [(1-w) .Pb 1-y La y Ti was used.
1-y / 4 O 3 + w · PbO] or [(1-w) · {(1
-Y) ・ PbO + y / 2 ・ La 2 O 3 + (1-y / 4)
· TiO 2} + w · PbO ] (y = 0.05~0.2
5, w = 0.05 to 0.40), and M
While using two kinds of gO targets, in addition to the combination, [(1-w) · {(1-x) · PbTiO 3 +
x.MgO} + w.PbO] or [(1-w).
{(1-x) (PbO + TiO 2) + x · MgO} + w
PbO] (x = 0.01 to 0.10, w = 0.05 to
0.40) target and a target that is La 2 O 3 , two types of targets and [(1-x) .Pb
1-y La y Ti 1- y / 4 O 3 + x · MgO] or [((1-x) ( 1-y) · PbO + (1-x) y / 2
・ La 2 O 3 + (1-x) (1-y / 4) ・ TiO 2 +
x.MgO] (x = 0.01 to 0.10, y = 0.05
It was confirmed that similar results could be obtained even when a combination of two types of targets, ie, a target of ˜0.25) and a target of PbO.

【0063】(実施例4)本発明の強誘電体薄膜は、図
2に示すように、ターゲットが4つある多元高周波マグ
ネトロンスパッタリング法により作製した。これらのタ
ーゲット4つは、ヒーター中心の基板から等距離の、同
心円上に配置されている。スパッタリングに用いるター
ゲットとして、(Pb,La)TiO3 の粉末のターゲ
ット16と、MnO2 のセラミックのターゲット17の
2種類を用いた。このうちの、(Pb,La)TiO3
の粉末のターゲット16を、以下のようにして作製し
た。
Example 4 As shown in FIG. 2, the ferroelectric thin film of the present invention was prepared by the multi-source high frequency magnetron sputtering method with four targets. These four targets are arranged on concentric circles equidistant from the substrate centered on the heater. As a target used for sputtering, two types of targets, a powder target 16 of (Pb, La) TiO 3 and a ceramic target 17 of MnO 2 were used. Of these, (Pb, La) TiO 3
The powder target 16 was prepared as follows.

【0064】ターゲット組成がPb1-y Lay Ti
1-y/4 3 (y=0.05〜0.25)になるようにP
bO,La2 3 ,TiO2 の粉末を混合し、750℃
で4時間仮焼したのち粉砕した。もしくは、(1−y)
・PbO+y/2・La2 3 +(1−y/4)・Ti
2 になるようにPbO,La2 3 ,TiO2 の粉末
を混合し、粉砕した。これらの粉末に、Pbの不足を防
止するために、それぞれに5〜40mol%過剰のPb
O粉末をさらに混合して、組成が[(1−w)・Pb
1-y Lay Ti1-y/4 3 +w・PbO]または[(1
−w)・{(1−y)・PbO+y/2・La2 3
(1−y/4)・TiO2 }+w・PbO](y=0.
05〜0.25,w=0.05〜0.40)になるよう
にした。このうちの粉末30gを、ターゲット皿に充填
し、油圧式プレスを用いて、約250kgf/cm2
面圧で成形し、ターゲット16とした。これら2種類の
方法で作製したターゲット16で得た薄膜は、同等の特
性を示した。このターゲット16と、MnO2 のセラミ
ックのターゲット17をチャンバー24内に設置した。
なお、ターゲット16および17は、それぞれ高周波電
源20および21につながっている。
The target composition is Pb 1-y La y Ti
P to be 1-y / 4 O 3 (y = 0.05 to 0.25)
Mix powders of bO, La 2 O 3 and TiO 2 at 750 ° C.
It was calcined for 4 hours and then crushed. Or (1-y)
・ PbO + y / 2 ・ La 2 O 3 + (1-y / 4) ・ Ti
Powders of PbO, La 2 O 3 and TiO 2 were mixed so as to become O 2 and pulverized. In order to prevent the Pb deficiency, these powders each contain 5-40 mol% excess of Pb.
O powder was further mixed to give a composition of [(1-w) .Pb
1-y La y Ti 1-y / 4 O 3 + w · PbO] or [(1
-W) ・ {(1-y) ・ PbO + y / 2 ・ La 2 O 3 +
(1-y / 4) · TiO 2} + w · PbO] (y = 0.
05 to 0.25, w = 0.05 to 0.40). A target dish was filled with 30 g of the powder, and was molded with a hydraulic press at a surface pressure of about 250 kgf / cm 2 to obtain a target 16. The thin films obtained with the target 16 produced by these two types of methods showed equivalent characteristics. This target 16 and a MnO 2 ceramic target 17 were set in a chamber 24.
The targets 16 and 17 are connected to the high frequency power sources 20 and 21, respectively.

【0065】基板25には、<100>に配向したMg
O単結晶板(20mm×20mm、厚さ0.5mm)を
用いた。この基板25上の片面に、あらかじめ下地電極
として、<100>に優先配向した白金をスパッタリン
グ法により形成し、パターニングを行った。この基板2
5を、基板加熱ヒーター26上に設置し、基板25の表
面に、厚さ0.2mmのステンレス製のメタルマスク2
7を取り付けた。その後、チャンバー24内を排気し、
基板加熱ヒーター26によって基板25を600℃にま
で加熱した。加熱後、基板加熱ヒーター26をモーター
31によって回転させ、バルブ28および29を開け、
スパッタガスであるArとO2 を9:1の割合でノズル
30よりチャンバー24内に導入し、真空度を0.5P
aに保った。その後、ターゲット16および17に、高
周波電源20および21より高周波電力を投入し、プラ
ズマを発生させ、基板25上に成膜を行った。なお、高
周波投入電力は、ターゲット16の高周波電源20は
2.1W/cm2 (13.56MHz)で固定し、ター
ゲット17の高周波電源21は0Wから0.7W/cm
2 (13.56MHz)まで任意の値に変化させること
により、MnO2 の添加量を制御した。このようにし
て、[(1−z)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3 +z
・MnO2 ]なる組成(y=0.05〜0.25,z=
0.002〜0.05)の強誘電体薄膜を作製した。得
られた薄膜の膜厚は、成膜時間5時間で約1.15μm
であった。その強誘電体薄膜の上に、測定のために、上
部電極としてNi−Cr電極をDCスパッタリング法に
より形成し、パターニングを行った。
On the substrate 25, Mg oriented in <100>
O single crystal plate (20 mm × 20 mm, thickness 0.5 mm)
Using. On one surface of the substrate 25, a base electrode is previously formed.
As a result, platinum preferentially oriented in <100> is sputtered.
It was formed by patterning method and patterned. This board 2
5 is placed on the substrate heating heater 26, and the surface of the substrate 25 is
On the surface, a metal mask 2 made of stainless steel with a thickness of 0.2 mm
I attached 7. Then, the chamber 24 is evacuated,
The substrate heating heater 26 heats the substrate 25 to 600 ° C.
Heated at. After heating, motor the substrate heater 26
Rotating by 31, opening valves 28 and 29,
Sputtering gas Ar and O2Nozzle at a ratio of 9: 1
It is introduced into the chamber 24 from 30 and the degree of vacuum is 0.5P.
kept at a. Then, on targets 16 and 17,
High frequency power is supplied from the frequency power supplies 20 and 21, and the
Zuma was generated and a film was formed on the substrate 25. In addition, high
As for the frequency input power, the high frequency power source 20 of the target 16
2.1 W / cm2Fix at (13.56MHz),
The high frequency power supply 21 of the Get 17 is 0 W to 0.7 W / cm
2Change to any value up to (13.56MHz)
Due to MnO2The amount added was controlled. Like this
, [(1-z) · Pb1-yLayTi1-y / 4O 3+ Z
・ MnO2] Composition (y = 0.05-0.25, z =
A ferroelectric thin film of 0.002 to 0.05) was prepared. Profit
The thickness of the obtained thin film is about 1.15 μm in 5 hours.
Met. On top of the ferroelectric thin film, for measurement
Ni-Cr electrode as a partial electrode by DC sputtering method
Then, it was formed and patterned.

【0066】得られた薄膜について、各元素の固容量を
X線マイクロアナライザーで、結晶相およびc軸配向率
α(=I(001)/{I(001)+I(10
0)})をX線回折装置で測定した。その結果、薄膜の
結晶相は完全にペロブスカイト単相であり、(001)
と(100)、およびその高次のピークのみが確認され
た。これにより、αを求めると、as−grown薄膜
において、0.85≦α≦0.96の範囲にあって、高
いc軸配向性を示した。
With respect to the obtained thin film, the solid capacity of each element was measured by an X-ray microanalyzer for the crystal phase and the c-axis orientation rate α (= I (001) / {I (001) + I (10
0)}) was measured with an X-ray diffractometer. As a result, the crystal phase of the thin film was completely a perovskite single phase, and (001)
Only (100) and its higher peaks were confirmed. As a result, when α was determined, the as-grown thin film was in the range of 0.85 ≦ α ≦ 0.96 and showed high c-axis orientation.

【0067】次に、得られた薄膜の焦電係数γと、比誘
電率εrおよび誘電損失tanδを、下地電極と上部電
極の間で測定した。各組成の薄膜の焦電係数γと比誘電
率εrと誘電損失tanδを表7〜表8に示す。表8に
は、バルクのPbTiO3 の値も示してある。
Next, the pyroelectric coefficient γ, the relative permittivity εr and the dielectric loss tan δ of the obtained thin film were measured between the base electrode and the upper electrode. Tables 7 to 8 show the pyroelectric coefficient γ, the relative permittivity εr, and the dielectric loss tan δ of the thin films of each composition. Table 8 also shows bulk PbTiO 3 values.

【0068】[0068]

【表7】 [Table 7]

【0069】[0069]

【表8】 [Table 8]

【0070】前記表7〜表8から明らかなように、La
の添加量yが0.05〜0.25の範囲で、MnO2
添加量zを0.002〜0.05に変化させた試料で
は、z=0の試料ならびにバルク値と比べて、γは大き
く、εrおよびtanδが小さくなることが確認でき
た。
As is clear from Tables 7 to 8, La
In the sample in which the added amount y of MnO 2 was in the range of 0.05 to 0.25 and the added amount z of MnO 2 was changed to 0.002 to 0.05, the sample was compared with the sample of z = 0 and the bulk value by γ. Was confirmed to be large and εr and tan δ to be small.

【0071】この様に、本発明の組成を有する薄膜は、
本発明範囲外の組成の薄膜ならびに従来のPbTiO3
のバルク値と比較して、γが向上し、εrおよびtan
δが低下した、極めて優れた強誘電体薄膜材料である。
Thus, the thin film having the composition of the present invention is
Thin films having compositions outside the scope of the present invention as well as conventional PbTiO 3
Γ is improved, and εr and tan are increased as compared with the bulk value of
It is an extremely excellent ferroelectric thin film material with a decreased δ.

【0072】なお、本実施例のスパッタリングに用いる
ターゲットとして、MnO2 のセラミックのターゲット
を用いたが、この変わりに金属Mnのターゲットを用
い、スパッタガスであるArとO2 を9:3の割合でチ
ャンバー内に導入した場合でも、同様の結果が得られる
ことを確認した。さらに、本実施例のスパッタリングに
用いるターゲットとして、[(1−w)・Pb1-y La
y Ti1-y/4 3 +w・PbO]または[(1−w)・
{(1−y)・PbO+y/2・La2 3 +(1−y
/4)・TiO2 }+w・PbO](y=0.05〜
0.25,w=0.05〜0.40)であるターゲット
と、MnO2 であるターゲットの、2種類のターゲット
を用いたが、この組み合わせ以外に、[(1−w)・
{(1−z)・PbTiO3 +z・MnO2 }+w・P
bO]または[(1−w)・{(1−z)(PbO+T
iO2 )+z・MnO2 }+w・PbO](z=0.0
02〜0.05,w=0.05〜0.40)であるター
ゲットと、La2 3 であるターゲットの、2種類のタ
ーゲットや、[(1−z)・Pb1-y Lay Ti1-y/4
3 +z・MnO2 ]または[(1−z)(1−y)・
PbO+(1−z)y/2・La2 3 +(1−z)
(1−y/4)・TiO2 +z・MnO2 ](y=0.
05〜0.25,z=0.002〜0.05)であるタ
ーゲットと、PbOであるターゲットの、2種類のター
ゲットの組み合わせにした場合でも、同様の結果が得ら
れることを確認した。
Incidentally, it is used for the sputtering of this embodiment.
As a target, MnO2Ceramic target
However, instead of this, a metal Mn target was used.
Sputter gas Ar and O2At a ratio of 9: 3
Similar results can be obtained when installed in the chamber
It was confirmed. Furthermore, in the sputtering of this embodiment
The target used is [(1-w) .Pb1-yLa
yTi1-y / 4O3+ W · PbO] or [(1-w) ・
{(1-y) ・ PbO + y / 2 ・ La2O3+ (1-y
/ 4) ・ TiO2} + W · PbO] (y = 0.05-
0.25, w = 0.05-0.40)
And MnO2Two types of targets that are
In addition to this combination, [(1-w).
{(1-z) ・ PbTiO3+ Z ・ MnO2} + W ・ P
bO] or [(1-w) · {(1-z) (PbO + T
iO2) + Z ・ MnO2} + W · PbO] (z = 0.0
02-0.05, w = 0.05-0.40)
Get and La2O3Two types of target
Target and [(1-z) Pb1-yLayTi1-y / 4
O 3+ Z ・ MnO2] Or [(1-z) (1-y).
PbO + (1-z) y / 2 ・ La2O3+ (1-z)
(1-y / 4) ・ TiO2+ Z ・ MnO2] (Y = 0.
05-0.25, z = 0.002-0.05)
Target and PbO target, two types of targets
Similar results are obtained even when using a combination of get
Was confirmed.

【0073】(実施例5)実施例3と同様の、多元高周
波マグネトロンスパッタリング装置を用いて、強誘電体
薄膜を作製した。このスパッタリングに用いるターゲッ
トとして、[PbTiO3 +PbO]の粉末のターゲッ
ト16と、La2 3 のセラミックのターゲット17
と、MgOのセラミックのターゲット18の3種類を用
いた。このうちの、(PbTiO3 +PbO)の粉末の
ターゲット16は、組成が[(1−w)・PbTiO3
+w・PbO]または[(1−w)・(PbO+TiO
2 )+w・PbO](w=0.05〜0.40)であ
り、このターゲット16の作製方法は実施例1〜4と同
様である。
Example 5 A ferroelectric thin film was prepared using the same multi-source high frequency magnetron sputtering apparatus as in Example 3. As a target used for this sputtering, a powder target 16 of [PbTiO 3 + PbO] and a ceramic target 17 of La 2 O 3 are used.
And three types of targets 18 made of MgO ceramics were used. Of these, the target 16 of (PbTiO 3 + PbO) powder has a composition of [(1-w) · PbTiO 3
+ W · PbO] or [(1-w) · (PbO + TiO 2
2 ) + w · PbO] (w = 0.05 to 0.40), and the method for producing this target 16 is the same as in Examples 1 to 4.

【0074】これら3種類のターゲット16および17
および18をチャンバー内に設置し、白金をパターニン
グしたMgO単結晶基板25上に、実施例1〜4と同様
の方法で成膜を行った。ただし、各ターゲットへの高周
波投入電力は、[PbTiO 3 +PbO]の粉末をプレ
スしたターゲット16が2.1W/cm2 (13.56
MHz)で固定し、La2 3 のセラミックのターゲッ
ト17が0Wから0.7W/cm2 (13.56MH
z)まで任意の値に、MgOのセラミックのターゲット
18が0Wから1.2W/cm2 (13.56MHz)
まで任意の値に変化させて、La2 3 およびMgOの
添加量を制御した。このようにして、[(1−x)・P
1-y Lay Ti1-y/4 3 +x・MgO]なる組成
(x=0.01〜0.10,y=0.05〜0.25)
の強誘電体薄膜を作製した。得られた薄膜の膜厚は、成
膜時間5時間で約1.3μmであった。その強誘電体薄
膜の上に、測定のために、上部電極としてNi−Cr電
極をDCスパッタリング法により形成し、パターニング
を行った。
These three types of targets 16 and 17
And 18 are installed in the chamber and platinum is
The same as in Examples 1 to 4 on the MgO single crystal substrate 25 that has been polished.
The film was formed by the above method. However, high frequency to each target
Wave input power is [PbTiO 3 3+ PbO] powder
Target 16 is 2.1 W / cm2(13.56
MHz), and La2O3Ceramic target
To 17 is 0 W to 0.7 W / cm2(13.56MH
zO) to any value up to MgO ceramic target
18 is from 0W to 1.2W / cm2(13.56MHz)
Up to an arbitrary value up to La2O3And of MgO
The amount added was controlled. In this way, [(1-x) · P
b1-yLayTi1-y / 4O3+ X · MgO] composition
(X = 0.01-0.10, y = 0.05-0.25)
A ferroelectric thin film was prepared. The film thickness of the obtained thin film is
The film thickness was about 1.3 μm after 5 hours. Its ferroelectric thin
On top of the film, a Ni-Cr electrode was used as an upper electrode for the measurement.
Pole is formed by DC sputtering method and patterned
I went.

【0075】得られた薄膜について、各元素の固容量を
X線マイクロアナライザーで、結晶相およびc軸配向率
α(=I(001)/{I(001)+I(10
0)})をX線回折装置で測定した。その結果、薄膜の
結晶相は完全にペロブスカイト単相であり、(001)
と(100)、およびその高次のピークのみが確認され
た。これにより、αを求めると、as−grown薄膜
において、0.85≦α≦0.94の範囲にあって、高
いc軸配向性を示した。
With respect to the obtained thin film, the solid capacity of each element was measured by an X-ray microanalyzer with the crystal phase and the c-axis orientation rate α (= I (001) / {I (001) + I (10
0)}) was measured with an X-ray diffractometer. As a result, the crystal phase of the thin film was completely a perovskite single phase, and (001)
Only (100) and its higher peaks were confirmed. As a result, when α was determined, the as-grown thin film was in the range of 0.85 ≦ α ≦ 0.94 and showed high c-axis orientation.

【0076】次に、得られた薄膜の焦電係数γと、比誘
電率εrおよび誘電損失tanδを、下地電極と上部電
極の間で測定した。各組成の薄膜の焦電係数γと比誘電
率εrと誘電損失tanδを表9〜表10に示す。表1
0にはバルクのPbTiO3の値も示してある。
Next, the pyroelectric coefficient γ, the relative dielectric constant εr and the dielectric loss tan δ of the obtained thin film were measured between the base electrode and the upper electrode. Tables 9 to 10 show the pyroelectric coefficient γ, the relative permittivity εr, and the dielectric loss tan δ of the thin films of each composition. Table 1
The value of bulk PbTiO 3 is also shown in 0.

【0077】[0077]

【表9】 [Table 9]

【0078】[0078]

【表10】 [Table 10]

【0079】前記表9〜表10から明らかなように、L
aの添加量yが0.05〜0.25の範囲で、MgOの
添加量xを0.01〜0.10に変化させた試料では、
x=0の試料ならびにバルク値と比べて、γは大きく、
εrおよびtanδが小さくなることが確認できた。
As is clear from Tables 9 to 10, L
In the sample in which the addition amount y of a is in the range of 0.05 to 0.25 and the addition amount x of MgO is changed to 0.01 to 0.10.
γ is large compared to the sample of x = 0 and the bulk value,
It was confirmed that εr and tan δ were small.

【0080】この様に、本発明の組成を有する薄膜は、
本発明範囲外の組成の薄膜ならびに従来のPbTiO3
のバルク値と比較して、γが向上し、εrおよびtan
δが低下した、極めて優れた強誘電体薄膜材料である。
As described above, the thin film having the composition of the present invention is
Thin films having compositions outside the scope of the present invention as well as conventional PbTiO 3
Γ is improved, and εr and tan are increased as compared with the bulk value of
It is an extremely excellent ferroelectric thin film material with a decreased δ.

【0081】なお、本実施例のスパッタリングに用いる
ターゲットとして、MgOのセラミックのターゲットを
用いたが、この変わりに金属Mgのターゲットを用い、
スパッタガスであるArとO2 を9:3の割合でチャン
バー内に導入した場合でも、同様の結果が得られること
を確認した。さらに、本実施例のスパッタリングに用い
るターゲットとして、[(1−w)・PbTiO3 +w
・PbO]または[(1−w)・(PbO+TiO2
+w・PbO](w=0.05〜0.40)であるター
ゲットと、La2 3 であるターゲットと、MgOであ
るターゲットの、3種類のターゲットを用いたが、この
組み合わせ以外に、[Pb1-y Lay Ti1-y/4 3
または[(1−y)・PbO+y/2・La2 3
(1−y/4)・TiO2 ](y=0.05〜0.2
5)であるターゲットと、PbOであるターゲットと、
MgOまたは金属Mgであるターゲットの、3種類のタ
ーゲットや、[(1−x)・PbTiO3 +x・Mg
O]または[(1−x)・(PbO+TiO2 )+x・
MgO](x=0.01〜0.10)であるターゲット
と、La2 3 であるターゲットと、PbOであるター
ゲットの、3種類のターゲットの組み合わせにした場合
でも、同様の結果が得られることを確認した。
Although a MgO ceramic target was used as the target for sputtering in this example, a metal Mg target was used instead.
It was confirmed that similar results were obtained even when the sputtering gas Ar and O 2 were introduced into the chamber at a ratio of 9: 3. Further, as a target used for the sputtering of this example, [(1-w) .PbTiO 3 + w
· PbO] or [(1-w) · ( PbO + TiO 2)
+ W · PbO] (w = 0.05 to 0.40), a target that is La 2 O 3 , and a target that is MgO, three types of targets were used. Pb 1-y La y Ti 1-y / 4 O 3 ]
Or [(1-y) · PbO + y / 2 · La 2 O 3 +
(1-y / 4) · TiO 2 ] (y = 0.05 to 0.2
5) the target, which is PbO, and
Three types of targets, which are targets that are MgO or metallic Mg, and [(1-x) .PbTiO 3 + x.Mg
O] or [(1-x) · ( PbO + TiO 2) + x ·
Similar results can be obtained even when a combination of three types of targets of MgO] (x = 0.01 to 0.10), La 2 O 3 target, and PbO target is combined. It was confirmed.

【0082】(実施例6)実施例4と同様の、多元高周
波マグネトロンスパッタリング装置を用いて、強誘電体
薄膜を作製した。このスパッタリングに用いるターゲッ
トとして、[PbTiO3 +PbO]の粉末のターゲッ
ト16と、La2 3 のセラミックのターゲット17
と、MnO2 のセラミックのターゲット18の3種類を
用いた。このうちの、(PbTiO3 +PbO)の粉末
のターゲット16は、組成が[(1−w)・PbTiO
3 +w・PbO]または[(1−w)・(PbO+Ti
2 )+w・PbO](w=0.05〜0.40)であ
り、このターゲット16の作製方法は実施例1〜4と同
様である。
Example 6 A ferroelectric thin film was prepared using the same multi-source high frequency magnetron sputtering device as in Example 4. As a target used for this sputtering, a powder target 16 of [PbTiO 3 + PbO] and a ceramic target 17 of La 2 O 3 are used.
And three types of MnO 2 ceramic targets 18 were used. Of these, the target 16 of (PbTiO 3 + PbO) powder has a composition of [(1-w) · PbTiO 3
3 + w · PbO] or [(1-w) · (PbO + Ti
O 2 ) + w · PbO] (w = 0.05 to 0.40), and the method for producing this target 16 is the same as in Examples 1 to 4.

【0083】これら3種類のターゲット16および17
および18をチャンバー内に設置し、白金をパターニン
グしたMgO単結晶基板25上に、実施例1〜4と同様
の方法で成膜を行った。ただし、各ターゲットへの高周
波投入電力は、[PbTiO 3 +PbO]の粉末をプレ
スしたターゲット16が2.1W/cm2 (13.56
MHz)で固定し、La2 3 のセラミックのターゲッ
ト17が0Wから1.7W/cm2 (13.56MH
z)まで任意の値に、MnO2 のセラミックのターゲッ
ト18が0Wから0.7W/cm2 (13.56MH
z)まで任意の値に変化させて、La2 3 およびMn
2 の添加量を制御した。このようにして、[(1−
z)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3 +z・MnO2
なる組成(y=0.05〜0.25,z=0.002〜
0.05)の強誘電体薄膜を作製した。得られた薄膜の
膜厚は、成膜時間5時間で約1.26μmであった。そ
の強誘電体薄膜の上に、測定のために、上部電極として
Ni−Cr電極をDCスパッタリング法により形成し、
パターニングを行った。
These three types of targets 16 and 17
And 18 are installed in the chamber and platinum is
The same as in Examples 1 to 4 on the MgO single crystal substrate 25 that has been polished.
The film was formed by the above method. However, high frequency to each target
Wave input power is [PbTiO 3 3+ PbO] powder
Target 16 is 2.1 W / cm2(13.56
MHz), and La2O3Ceramic target
To 17 is from 0W to 1.7W / cm2(13.56MH
z) to any value, MnO2Ceramic target
18 to 0 W to 0.7 W / cm2(13.56MH
z) to an arbitrary value and La2O3And Mn
O2The amount added was controlled. In this way, [(1-
z) ・ Pb1-yLayTi1-y / 4O3+ Z ・ MnO2]
Composition (y = 0.05 to 0.25, z = 0.002 to
0.05) ferroelectric thin film was prepared. Of the obtained thin film
The film thickness was about 1.26 μm after the film formation time of 5 hours. So
As an upper electrode for measurement, on the ferroelectric thin film of
The Ni-Cr electrode is formed by the DC sputtering method,
Patterning was performed.

【0084】得られた薄膜について、各元素の固容量を
X線マイクロアナライザーで、結晶相およびc軸配向率
α(=I(001)/{I(001)+I(10
0)})をX線回折装置で測定した。その結果、薄膜の
結晶相は完全にペロブスカイト単相であり、(001)
と(100)、およびその高次のピークのみが確認され
た。これにより、αを求めると、as−grown薄膜
において、0.86≦α≦0.94の範囲にあって、高
いc軸配向性を示した。
With respect to the obtained thin film, the solid capacity of each element was measured by an X-ray microanalyzer for the crystal phase and the c-axis orientation rate α (= I (001) / {I (001) + I (10
0)}) was measured with an X-ray diffractometer. As a result, the crystal phase of the thin film was completely a perovskite single phase, and (001)
Only (100) and its higher peaks were confirmed. As a result, when α was determined, the as-grown thin film was in the range of 0.86 ≦ α ≦ 0.94 and showed high c-axis orientation.

【0085】次に、得られた薄膜の焦電係数γと、比誘
電率εrおよび誘電損失tanδを、下地電極と上部電
極の間で測定した。各組成の薄膜の焦電係数γと比誘電
率εrと誘電損失tanδを表11〜表12示す。表1
2にはバルクのPbTiO3の値も示してある。
Next, the pyroelectric coefficient γ, the relative permittivity εr and the dielectric loss tan δ of the obtained thin film were measured between the base electrode and the upper electrode. Tables 11 to 12 show the pyroelectric coefficient γ, the relative dielectric constant εr, and the dielectric loss tan δ of the thin films of each composition. Table 1
The value of bulk PbTiO 3 is also shown in 2.

【0086】[0086]

【表11】 [Table 11]

【0087】[0087]

【表12】 [Table 12]

【0088】前記表11〜表12から明らかなように、
Laの添加量yが0.05〜0.25の範囲で、MnO
2 の添加量zを0.002〜0.05に変化させた試料
では、z=0の試料ならびにバルク値と比べて、γは大
きく、εrおよびtanδが小さくなることが確認でき
た。
As is clear from Tables 11 to 12,
When the amount y of La added is in the range of 0.05 to 0.25, MnO
It was confirmed that in the sample in which the added amount z of 2 was changed from 0.002 to 0.05, γ was larger and εr and tan δ were smaller than those of the sample of z = 0 and the bulk value.

【0089】この様に、本発明の組成を有する薄膜は、
本発明範囲外の組成の薄膜ならびに従来のPbTiO3
のバルク値と比較して、γが向上し、εrおよびtan
δが低下した、極めて優れた強誘電体薄膜材料である。
Thus, the thin film having the composition of the present invention is
Thin films having compositions outside the scope of the present invention as well as conventional PbTiO 3
Γ is improved, and εr and tan are increased as compared with the bulk value of
It is an extremely excellent ferroelectric thin film material with a decreased δ.

【0090】なお、本実施例のスパッタリングに用いる
ターゲットとして、MnO2 のセラミックのターゲット
を用いたが、この変わりに金属Mnのターゲットを用
い、スパッタガスであるArとO2 を9:3の割合でチ
ャンバー内に導入した場合でも、同様の結果が得られる
ことを確認した。さらに、本実施例のスパッタリングに
用いるターゲットとして、[(1−w)・PbTiO3
+w・PbO]または[(1−w)・(PbO+TiO
2 )+w・PbO](w=0.05〜0.40)である
ターゲットと、La2 3 であるターゲットと、MnO
2 であるターゲットの、3種類のターゲットを用いた
が、この組み合わせ以外に、[Pb1-y La y Ti
1-y/4 3 ]または[(1−y)・PbO+y/2・L
2 3 +(1−y/4)・TiO2 ](y=0.05
〜0.25)であるターゲットと、PbOであるターゲ
ットと、MnO2 または金属Mnであるターゲットの、
3種類のターゲットや、[(1−z)・PbTiO3
z・MnO2 ]または[(1−z)・(PbO+TiO
2 )+z・MnO2 ](z=0.002〜0.05)で
あるターゲットと、La2 3 であるターゲットと、P
bOであるターゲットの、3種類のターゲットの組み合
わせにした場合でも、同様の結果が得られることを確認
した。
Incidentally, it is used for the sputtering of this embodiment.
As a target, MnO2Ceramic target
However, instead of this, a metal Mn target was used.
Sputter gas Ar and O2At a ratio of 9: 3
Similar results can be obtained when installed in the chamber
It was confirmed. Furthermore, in the sputtering of this embodiment
As a target to be used, [(1-w) .PbTiO 33
+ W · PbO] or [(1-w) · (PbO + TiO 2
2) + W · PbO] (w = 0.05 to 0.40)
Target and La2O3Target and MnO
23 types of targets, which are
However, in addition to this combination, [Pb1-yLa yTi
1-y / 4O3] Or [(1-y) · PbO + y / 2 · L
a2O3+ (1-y / 4) ・ TiO2] (Y = 0.05
~ 0.25) target and PbO target
And MnO2Or of a target that is metallic Mn,
Three types of targets and [(1-z) ・ PbTiO 33+
z MnO2] Or [(1-z) ・ (PbO + TiO 2
2) + Z ・ MnO2] (Z = 0.002-0.05)
A target and La2O3Target and P
Combination of three types of targets that are bO
Confirm that the same result can be obtained even if it is mixed
did.

【0091】(実施例7)実施例3と同様の多元高周波
マグネトロンスパッタリング装置を用いて、強誘電体薄
膜を作製した。このスパッタリングに用いるターゲット
として、PbTiO3 の粉末のターゲット16と、La
2 3 のセラミックのターゲット17と、MgOのセラ
ミックのターゲット18と、PbOのセラミックのター
ゲット19の4種類を用いた。このうちの、PbTiO
3 の粉末のターゲット16は、組成が[PbTiO3
または[PbO+TiO2 ]であり、このターゲットの
作製方法は実施例1〜6と同様である。
Example 7 Using the same multi-source high frequency magnetron sputtering device as in Example 3, a ferroelectric thin film was prepared. As a target used for this sputtering, a PbTiO 3 powder target 16 and La were used.
Four kinds of targets, that is, a 2 O 3 ceramic target 17, a MgO ceramic target 18, and a PbO ceramic target 19 were used. Of these, PbTiO
The powder target 16 of 3 has a composition of [PbTiO 3 ].
Alternatively, it is [PbO + TiO 2 ], and the method for producing this target is the same as in Examples 1-6.

【0092】これら4種類のターゲット16および17
および18および19をチャンバー24内に設置し、白
金をパターニングしたMgO単結晶基板25上に、実施
例1〜4と同様の方法で成膜を行った。ただし、各ター
ゲットへの高周波投入電力は、PbTiO3 の粉末をプ
レスしたターゲット16が2.1W/cm2 (13.5
6MHz)で固定し、La2 3 のセラミックのターゲ
ット17が0Wから0.7W/cm2 (13.56MH
z)まで任意の値に、MgOのセラミックのターゲット
18が0Wから1.2W/cm2 (13.56MHz)
まで任意の値に、PbOのセラミックのターゲット19
が0Wから0.5W/cm2 (13.56MHz)まで
任意の値に変化させて、La2 3 およびMgOの添加
量を制御し、不足分のPbをおぎなった。このようにし
て、[(1−x)・Pb1-y La y Ti1-y/4 3 +x
・MgO]なる組成(x=0.01〜0.10,y=
0.05〜0.25)の強誘電体薄膜を作製した。得ら
れた薄膜の膜厚は、成膜時間5時間で約1.4μmであ
った。その強誘電体薄膜の上に、測定のために、上部電
極としてNi−Cr電極をDCスパッタリング法により
形成し、パターニングを行った。
These four types of targets 16 and 17
And 18 and 19 are installed in chamber 24 and
Implemented on MgO single crystal substrate 25 with gold patterning
Film formation was performed by the same method as in Examples 1 to 4. However, each
The high-frequency input power to the get is PbTiO3Of powder
The target 16 is 2.1 W / cm2(13.5
6MHz), and La2O3Ceramic target
0 to 0.7 W / cm2(13.56MH
zO) to any value up to MgO ceramic target
18 is from 0W to 1.2W / cm2(13.56MHz)
Up to any value, PbO ceramic target 19
Is 0 W to 0.5 W / cm2Up to (13.56MHz)
Change to any value and2O3And MgO addition
The amount was controlled to fill the shortage of Pb. Like this
, [(1-x) · Pb1-yLa yTi1-y / 4O3+ X
.MgO] composition (x = 0.01 to 0.10, y =
A ferroelectric thin film of 0.05 to 0.25) was prepared. Got
The thickness of the formed thin film is about 1.4 μm after the film formation time of 5 hours.
It was. On top of the ferroelectric thin film, a top electrode is
Ni-Cr electrode as the electrode by DC sputtering method
It was formed and patterned.

【0093】得られた薄膜について、各元素の固容量を
X線マイクロアナライザーで、結晶相およびc軸配向率
α(=I(001)/{I(001)+I(10
0)})をX線回折装置で測定した。その結果、薄膜の
結晶相は完全にペロブスカイト単相であり、(001)
と(100)、およびその高次のピークのみが確認され
た。これにより、αを求めると、as−grown薄膜
において、0.83≦α≦1.00の範囲にあって、高
いc軸配向性を示した。
With respect to the obtained thin film, the solid capacity of each element was measured by an X-ray microanalyzer for the crystal phase and the c-axis orientation rate α (= I (001) / {I (001) + I (10
0)}) was measured with an X-ray diffractometer. As a result, the crystal phase of the thin film was completely a perovskite single phase, and (001)
Only (100) and its higher peaks were confirmed. As a result, when α was determined, the as-grown thin film was in the range of 0.83 ≦ α ≦ 1.00 and showed a high c-axis orientation.

【0094】次に、得られた薄膜の焦電係数γと、比誘
電率εrおよび誘電損失tanδを、下地電極と上部電
極の間で測定した。各組成の薄膜の焦電係数γと比誘電
率εrと誘電損失tanδを表13〜表14に示す。表
14には、バルクのPbTiO3 の値も示してある。
Next, the pyroelectric coefficient γ, relative permittivity εr and dielectric loss tan δ of the obtained thin film were measured between the base electrode and the upper electrode. Tables 13 to 14 show the pyroelectric coefficient γ, the relative dielectric constant εr, and the dielectric loss tan δ of the thin films of each composition. Table 14 also shows bulk PbTiO 3 values.

【0095】[0095]

【表13】 [Table 13]

【0096】[0096]

【表14】 [Table 14]

【0097】前記表13〜表14から明らかなように、
Laの添加量yが0.05〜0.25の範囲で、MgO
の添加量xを0.01〜0.10に変化させた試料で
は、x=0の試料ならびにバルク値と比べて、γは大き
く、εrおよびtanδが小さくなることが確認でき
た。
As is clear from Tables 13 to 14,
When the amount y of La added is in the range of 0.05 to 0.25, MgO
It was confirmed that γ was large and εr and tan δ were small in the sample in which the addition amount x of was changed from 0.01 to 0.10.

【0098】この様に、本発明の組成を有する薄膜は、
本発明範囲外の組成の薄膜ならびに従来のPbTiO3
のバルク値と比較して、γが向上し、εrおよびtan
δが低下した、極めて優れた強誘電体薄膜材料である。
Thus, the thin film having the composition of the present invention is
Thin films having compositions outside the scope of the present invention as well as conventional PbTiO 3
Γ is improved, and εr and tan are increased as compared with the bulk value of
It is an extremely excellent ferroelectric thin film material with a decreased δ.

【0099】なお、本実施例のスパッタリングに用いる
ターゲットとして、MgOのセラミックのターゲットを
用いたが、この変わりに金属Mgのターゲットを用い、
スパッタガスであるArとO2 を9:3の割合でチャン
バー内に導入した場合でも、同様の結果が得られること
を確認した。
Although a MgO ceramic target was used as the target for sputtering in this example, a metal Mg target was used instead.
It was confirmed that similar results were obtained even when the sputtering gas Ar and O 2 were introduced into the chamber at a ratio of 9: 3.

【0100】(実施例8)実施例4と同様の多元高周波
マグネトロンスパッタリング装置を用いて、強誘電体薄
膜を作製した。このスパッタリングに用いるターゲット
として、PbTiO3 の粉末のターゲット16と、La
2 3 のセラミックのターゲット17と、MnO2 のセ
ラミックのターゲット18と、PbOのセラミックのタ
ーゲット19の4種類を用いた。このうちの、PbTi
3 の粉末のターゲット16は、組成が[PbTi
3 ]または[PbO+TiO2 ]であり、このターゲ
ットの作製方法は実施例1〜6と同様である。
Example 8 Using the same multi-source high frequency magnetron sputtering apparatus as in Example 4, a ferroelectric thin film was prepared. As a target used for this sputtering, a PbTiO 3 powder target 16 and La were used.
Four types of targets were used: a 2 O 3 ceramic target 17, a MnO 2 ceramic target 18, and a PbO ceramic target 19. Of these, PbTi
The target 16 of O 3 powder has a composition of [PbTi
O 3] or a [PbO + TiO 2], a method for manufacturing the target is the same as in Example 1-6.

【0101】これら4種類のターゲット16および17
および18および19をチャンバー24内に設置し、白
金をパターニングしたMgO単結晶基板25上に、実施
例1〜6と同様の方法で成膜を行った。ただし、各ター
ゲットへの高周波投入電力は、PbTiO3 の粉末をプ
レスしたターゲット16が2.1W/cm2 (13.5
6MHz)で固定し、La2 3 のセラミックのターゲ
ット17が0Wから0.7W/cm2 (13.56MH
z)まで任意の値に、MnO2 のセラミックのターゲッ
ト18が0Wから0.7W/cm2 (13.56MH
z)まで任意の値に、PbOのセラミックのターゲット
19が0Wから0.5W/cm2 (13.56MHz)
まで任意の値に変化させて、La2 3 およびMnO2
の添加量を制御し、不足分のPbをおぎなった。このよ
うにして、[(1−z)・Pb1-yLay Ti1-y/4
3 +z・MnO2 ]なる組成(y=0.05〜0.2
5,z=0.002〜0.05)の強誘電体薄膜を作製
した。得られた薄膜の膜厚は、成膜時間5時間で約1.
38μmであった。その強誘電体薄膜の上に、測定のた
めに、上部電極としてNi−Cr電極をDCスパッタリ
ング法により形成し、パターニングを行った。
These four types of targets 16 and 17
And 18 and 19 were placed in the chamber 24, and a film was formed on the platinum-patterned MgO single crystal substrate 25 by the same method as in Examples 1-6. However, the high-frequency power applied to each target was 2.1 W / cm 2 (13.5 W) for the target 16 obtained by pressing the PbTiO 3 powder.
6 MHz) and the La 2 O 3 ceramic target 17 is 0 W to 0.7 W / cm 2 (13.56 MH).
z), the MnO 2 ceramic target 18 has a value of 0 W to 0.7 W / cm 2 (13.56 MH).
z), the PbO ceramic target 19 can be set to any value up to 0 W to 0.5 W / cm 2 (13.56 MHz).
Up to an arbitrary value up to La 2 O 3 and MnO 2
The amount of Pb added was controlled to fill the shortage of Pb. In this way, [(1-z) .Pb 1-y La y Ti 1-y / 4 O
3 + z · MnO 2 ] (y = 0.05 to 0.2
5, z = 0.002 to 0.05) to prepare a ferroelectric thin film. The film thickness of the obtained thin film was about 1.
It was 38 μm. For measurement, a Ni—Cr electrode was formed as an upper electrode on the ferroelectric thin film by a DC sputtering method and patterned.

【0102】得られた薄膜について、各元素の固容量を
X線マイクロアナライザーで、結晶相およびc軸配向率
α(=I(001)/{I(001)+I(10
0)})をX線回折装置で測定した。その結果、薄膜の
結晶相は完全にペロブスカイト単相であり、(001)
と(100)、およびその高次のピークのみが確認され
た。これにより、αを求めると、as−grown薄膜
において、0.84≦α≦0.94の範囲にあって、高
いc軸配向性を示した。
With respect to the obtained thin film, the solid capacity of each element was measured by an X-ray microanalyzer for the crystal phase and the c-axis orientation rate α (= I (001) / {I (001) + I (10
0)}) was measured with an X-ray diffractometer. As a result, the crystal phase of the thin film was completely a perovskite single phase, and (001)
Only (100) and its higher peaks were confirmed. As a result, when α was determined, the as-grown thin film was in the range of 0.84 ≦ α ≦ 0.94 and showed high c-axis orientation.

【0103】次に、得られた薄膜の焦電係数γと、比誘
電率εrおよび誘電損失tanδを、下地電極と上部電
極の間で測定した。各組成の薄膜の焦電係数γと比誘電
率εrと誘電損失tanδを表15〜表16に示す。表
16には、バルクのPbTiO3 の値も示してある。
Next, the pyroelectric coefficient γ, the relative permittivity εr and the dielectric loss tan δ of the obtained thin film were measured between the base electrode and the upper electrode. Tables 15 to 16 show the pyroelectric coefficient γ, the relative permittivity εr, and the dielectric loss tan δ of the thin films of each composition. Table 16 also shows bulk PbTiO 3 values.

【0104】[0104]

【表15】 [Table 15]

【0105】[0105]

【表16】 [Table 16]

【0106】前記表15〜表16から明らかなように、
Laの添加量yが0.05〜0.25の範囲で、MnO
2 の添加量zを0.002〜0.05に変化させた試料
では、z=0の試料ならびにバルク値と比べて、γは大
きく、εrおよびtanδが小さくなることが確認でき
た。
As is clear from Tables 15 to 16,
When the amount y of La added is in the range of 0.05 to 0.25, MnO
It was confirmed that in the sample in which the added amount z of 2 was changed from 0.002 to 0.05, γ was larger and εr and tan δ were smaller than those of the sample of z = 0 and the bulk value.

【0107】この様に、本発明の組成を有する薄膜は、
本発明範囲外の組成の薄膜ならびに従来のPbTiO3
のバルク値と比較して、γが向上し、εrおよびtan
δが低下した、極めて優れた強誘電体薄膜材料である。
Thus, the thin film having the composition of the present invention is
Thin films having compositions outside the scope of the present invention as well as conventional PbTiO 3
Γ is improved, and εr and tan are increased as compared with the bulk value of
It is an extremely excellent ferroelectric thin film material with a decreased δ.

【0108】なお、本実施例のスパッタリングに用いる
ターゲットとして、MnO2 のセラミックのターゲット
を用いたが、この変わりに金属Mnのターゲットを用
い、スパッタガスであるArとO2 を9:3の割合でチ
ャンバー内に導入した場合でも、同様の結果が得られる
ことを確認した。
Although a MnO 2 ceramic target was used as the target for sputtering in this embodiment, a metal Mn target was used instead, and the sputtering gases Ar and O 2 were mixed at a ratio of 9: 3. It was confirmed that similar results were obtained even when introduced into the chamber by.

【0109】なお、これらの実施例1〜8では、ターゲ
ットに粉末をプレスし成形したものを用いたが、同じ組
成のセラミックのターゲットを用いた場合でも、同様の
結果が得られることを確認した。
In these Examples 1 to 8, a target obtained by pressing powder into a target and molding was used. However, it was confirmed that similar results could be obtained even when a target of ceramic having the same composition was used. .

【0110】[0110]

【発明の効果】以上のように本発明の強誘電体薄膜の製
造方法により製造した強誘電体薄膜は、薄膜形成の際に
高いc軸配向性が付与され、かつバルク結晶のように分
極処理をする必要がなく、しかも得られた薄膜が、酸素
原子と6配位の結合をするMg及びMnから選ばれる少
なくとも一つの元素を添加して強誘電体薄膜に形成した
ことにより、Laの添加によりその一部が空孔になった
BサイトにMg及び/またはMnが入るので、従来のL
aを添加したチタン酸鉛薄膜と比較して、比誘電率ε
r、焦電係数γ及び誘電損失tanδなどの焦電材料と
しての電気特性に優れるものである。また、スパッタリ
ング法で薄膜を形成する際に、複数の種類のターゲット
を用いる場合には、それぞれのターゲットの高周波投入
電力を制御することによって組成を制御することができ
る。したがって、機器の小型化、高感度、高速応答を可
能とする焦電センサ材料として、工業的価値が極めて高
い強誘電体薄膜およびその製造方法を提供できる有用な
ものである。
As described above, the ferroelectric thin film produced by the method for producing a ferroelectric thin film of the present invention is imparted with a high c-axis orientation at the time of forming a thin film, and is polarized like a bulk crystal. Since the thin film obtained by adding at least one element selected from Mg and Mn forming a hexacoordinate bond with an oxygen atom to form a ferroelectric thin film, As a result, Mg and / or Mn enter the B site where some of them are vacant.
Compared with the lead titanate thin film added with a, the relative permittivity ε
It has excellent electrical characteristics as a pyroelectric material such as r, pyroelectric coefficient γ, and dielectric loss tan δ. When a plurality of types of targets are used when forming a thin film by the sputtering method, the composition can be controlled by controlling the high-frequency input power of each target. Therefore, as a pyroelectric sensor material that enables downsizing of devices, high sensitivity, and high-speed response, it is useful to provide a ferroelectric thin film having a very high industrial value and a manufacturing method thereof.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に用いる強誘電体薄膜の製造
装置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for manufacturing a ferroelectric thin film used in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例に用いる強誘電体薄膜の製造
装置の概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus for manufacturing a ferroelectric thin film used in an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例1の強誘電体薄膜のX線回折測
定チャート。
FIG. 3 is an X-ray diffraction measurement chart of the ferroelectric thin film of Example 1 of the present invention.

【図4】本発明の実施例1の強誘電体薄膜を用いた焦電
型赤外線センサー素子(エレメント)の概略断面図。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a pyroelectric infrared sensor element (element) using the ferroelectric thin film of Example 1 of the present invention.

【図5】PbTiO3 のペロブスカイト結晶構造の酸素
原子8面体を示すモデル図である。
FIG. 5 is a model diagram showing an oxygen atom octahedron of the perovskite crystal structure of PbTiO 3 .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ターゲット 2 ターゲット皿 3 マグネット 4 カバー 5 高周波電極 6 絶縁体 7 真空チャンバー 8 高周波電源 9 基板 10 基板加熱ヒーター 11 メタルマスク 12 バルブ 13 バルブ 14 ノズル 15 モーター 16 ターゲット 17 ターゲット 18 ターゲット 19 ターゲット 20 高周波電源 21 高周波電源 22 高周波電源 23 高周波電源 24 真空チャンバー 25 基板 26 基板加熱ヒーター 27 メタルマスク 28 バルブ 29 バルブ 30 ノズル 31 モーター 32 シールつきベアリング 40 焦電型赤外線センサーのエレメント 41 単結晶板 42 Pt下部電極 43 組成[0.96(Pb0.9 La0.1 Ti0.975
3 )+0.04MgO]の強誘電体薄膜 44 Ni−Cr上部電極
1 Target 2 Target Dish 3 Magnet 4 Cover 5 High Frequency Electrode 6 Insulator 7 Vacuum Chamber 8 High Frequency Power Supply 9 Substrate 10 Substrate Heating Heater 11 Metal Mask 12 Valve 13 Valve 14 Nozzle 15 Motor 16 Target 17 Target 18 Target 19 Target 20 High Frequency Power Supply 21 High frequency power supply 22 High frequency power supply 23 High frequency power supply 24 Vacuum chamber 25 Substrate 26 Substrate heating heater 27 Metal mask 28 Valve 29 Valve 30 Nozzle 31 Motor 32 Sealed bearing 40 Pyroelectric infrared sensor element 41 Single crystal plate 42 Pt Lower electrode 43 Composition [0.96 (Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O
3 ) + 0.04MgO] ferroelectric thin film 44 Ni-Cr upper electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01B 3/12 319 H01L 37/02 41/24 (72)発明者 高山 良一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小舟 正文 兵庫県赤穂市さつき町10−20 (72)発明者 藤井 知 兵庫県赤穂市北新在家3−1−1─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number for FI Technical indication H01B 3/12 319 H01L 37/02 41/24 (72) Inventor Ryoichi Takayama Osaka Prefecture Kadoma City Kadoma 1006 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Masafumi Kobune 10-20 Satsuki-cho, Ako-shi, Hyogo Prefecture (72) Inventor Tomo Fujii 3-1-1 Kitashione, Ako-shi, Hyogo Prefecture

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Laを添加したチタン酸鉛に、酸素原子
と6配位の結合をするMg及びMnから選ばれる少なく
とも一つの元素を添加して薄膜に形成したことを特徴と
する強誘電体薄膜。
1. A ferroelectric material comprising a lead-titanate to which La is added, and at least one element selected from Mg and Mn that forms a hexacoordinate bond with an oxygen atom is added to form a thin film. Thin film.
【請求項2】 添加元素がMgであり、薄膜の組成が
〔(1−x)・Pb1-yLay Ti1-y/4 3 +x・M
gO〕(x=0.01〜0.10,y=0.05〜0.
25)である請求項1に記載の強誘電体薄膜。
Wherein the additional element is Mg, the composition of the thin film [(1-x) · Pb 1 -y La y Ti 1-y / 4 O 3 + x · M
gO] (x = 0.01-0.10, y = 0.05-0.
25) The ferroelectric thin film according to claim 1.
【請求項3】 添加元素がMnであり、薄膜の組成が
〔(1−z)・Pb1-yLay Ti1-y/4 3 +z・M
nO2 〕(y=0.05〜0.25,z=0.002〜
0.05)である請求項1に記載の強誘電体薄膜。
3. The additive element is Mn, and the composition of the thin film is [(1-z) · Pb 1-y La y Ti 1-y / 4 O 3 + z · M.
nO 2 ] (y = 0.05 to 0.25, z = 0.002 to
0.05) The ferroelectric thin film according to claim 1.
【請求項4】 強誘電体薄膜の結晶相が、ベロブスカイ
ト単相である請求項1に記載の強誘電体薄膜。
4. The ferroelectric thin film according to claim 1, wherein the crystal phase of the ferroelectric thin film is a berovskite single phase.
【請求項5】 強誘電体薄膜の厚さが、100nm以上
10μm以下の範囲である請求項1に記載の強誘電体薄
膜。
5. The ferroelectric thin film according to claim 1, wherein the thickness of the ferroelectric thin film is in the range of 100 nm or more and 10 μm or less.
【請求項6】 強誘電体薄膜が、分極処理されていない
薄膜(as−grown薄膜)である請求項1に記載の
強誘電体薄膜。
6. The ferroelectric thin film according to claim 1, wherein the ferroelectric thin film is a thin film that has not been polarized (as-grown thin film).
【請求項7】 強誘電体薄膜のX線反射強度分析におい
て、(001)ピークの高さ(強度)をI(001)と
し、I(100)ピークの高さ(強度)をI(100)
とし、α=I(001)/{I(001)+I(10
0)}としたとき、前記強誘電体薄膜の配向率αが、
0.85≦α≦1.00の範囲にある請求項1に記載の
強誘電体薄膜。
7. In the X-ray reflection intensity analysis of a ferroelectric thin film, the height (strength) of the (001) peak is I (001), and the height (strength) of the I (100) peak is I (100).
And α = I (001) / {I (001) + I (10
0)}, the orientation ratio α of the ferroelectric thin film is
The ferroelectric thin film according to claim 1, which is in a range of 0.85 ≦ α ≦ 1.00.
【請求項8】 強誘電体薄膜が2層の電極に挟まれた構
造である請求項1に記載の強誘電体薄膜。
8. The ferroelectric thin film according to claim 1, which has a structure in which the ferroelectric thin film is sandwiched between two layers of electrodes.
【請求項9】 強誘電体薄膜が、焦電型赤外線センサー
の焦電材料に用いられている請求項8に記載の強誘電体
薄膜。
9. The ferroelectric thin film according to claim 8, wherein the ferroelectric thin film is used as a pyroelectric material for a pyroelectric infrared sensor.
【請求項10】 Laを添加したチタン酸鉛に、酸素原
子と6配位の結合をするMg及びMnから選ばれる少な
くとも一つの元素を添加して強誘電体薄膜に形成する方
法であって、あらかじめ下地白金電極をスパッタリング
法により形成した無機物単結晶板を基板加熱ヒーター上
に設置し、チャンバー内を排気し、基板加熱ヒーターに
よって基板を加熱し、スパッタガスをチャンバー内に導
入し、高真空度に保ち、ターゲットに高周波電源より高
周波電力を投入してプラズマを発生させ、基板上に成膜
を行うことを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
10. A method for forming a ferroelectric thin film by adding at least one element selected from Mg and Mn that forms a hexacoordinate bond to an oxygen atom to lead titanate containing La. An inorganic single crystal plate with an underlying platinum electrode formed in advance by a sputtering method is placed on a substrate heating heater, the inside of the chamber is evacuated, the substrate is heated by the substrate heating heater, the sputtering gas is introduced into the chamber, and a high degree of vacuum is set. And a high frequency power is applied to the target from a high frequency power source to generate plasma to form a film on the substrate.
【請求項11】 スパッタリング法のターゲットの組成
が、[(1−w)・{(1−x)・Pb1-y Lay Ti
1-y/4 3 +x・MgO}+w・PbO]、及び[(1
−w)・{(1−x)(1−y)・PbO+(1−x)
y/2・La23 +(1−x)(1−y/4)・Ti
2 +x・MgO}+w・PbO](x=0.01〜
0.10,y=0.05〜0.25,w=0.05〜
0.40)から選ばれる少なくとも一つの化合物であっ
て、かつターゲット数が1以上である請求項10に記載
の強誘電体薄膜の製造方法。
11. The composition of a sputtering target is [(1-w). {(1-x) .Pb 1-y La y Ti].
1-y / 4 O 3 + x · MgO} + w · PbO], and [(1
-W) ・ {(1-x) (1-y) ・ PbO + (1-x)
y / 2 ・ La 2 O 3 + (1-x) (1-y / 4) ・ Ti
O 2 + x · MgO} + w · PbO] (x = 0.01 to
0.10, y = 0.05 to 0.25, w = 0.05 to
The method for producing a ferroelectric thin film according to claim 10, wherein the ferroelectric thin film is at least one compound selected from 0.40) and the target number is 1 or more.
【請求項12】 スパッタリング法のターゲットの組成
が、[(1−w)・{(1−z)・Pb1-y Lay Ti
1-y/4 3 +z・MnO2 }+w・PbO]、及び
[(1−w)・{(1−z)(1−y)・PbO+(1
−z)y/2・La 2 3 +(1−z)(1−y/4)
・TiO2 +z・MnO2 }+w・PbO](y=0.
05〜0.25,z=0.002〜0.05,w=0.
05〜0.40)から選ばれる少なくとも一つの化合物
であって、かつターゲット数が1以上である請求項10
に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
12. The composition of a sputtering target.
Is [(1-w) ・ {(1-z) ・ Pb1-yLayTi
1-y / 4O3+ Z ・ MnO2} + W · PbO], and
[(1-w) ・ {(1-z) (1-y) ・ PbO + (1
-Z) y / 2 · La 2O3+ (1-z) (1-y / 4)
・ TiO2+ Z ・ MnO2} + W · PbO] (y = 0.
05-0.25, z = 0.002-0.05, w = 0.
05-0.40) at least one compound selected from
And the number of targets is 1 or more.
A method for producing a ferroelectric thin film as described in 1.
【請求項13】 スパッタリング法のターゲットの組成
が、下記(A)〜(C)から選ばれる少なくとも一つ組
み合わせからなるターゲットを用いる請求項10に記載
の強誘電体薄膜の製造方法。 (A)[(1−w)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3
w・PbO]及び[(1−w)・{(1−y)・PbO
+y/2・La2 3 +(1−y/4)・TiO 2 }+
w・PbO](y=0.05〜0.25,w=0.05
〜0.40)から選ばれる少なくとも一つのターゲット
と、MgO及びMgから選ばれる少なくとも一つのター
ゲットの2種類の組み合わせ。 (B)[(1−w)・{(1−x)・PbTiO3 +x
・MgO}+w・PbO]及び[(1−w)・{(1−
x)(PbO+TiO2 )+x・MgO}+w・Pb
O](x=0.01〜0.10,w=0.05〜0.4
0)から選ばれる少なくとも一つのターゲットと、La
2 3 のターゲットの2種類の組み合わせ。 (C)[(1−x)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3
x・MgO]及び[((1−x)(1−y)・PbO+
(1−x)y/2・La2 3 +(1−x)(1−y/
4)・TiO2 +x・MgO](x=0.01〜0.1
0,y=0.05〜0.25)から選ばれる少なくとも
一つのターゲットと、PbOのターゲットの2種類の組
み合わせ。
13. Composition of sputtering target
Is at least one set selected from the following (A) to (C)
11. The use of a target composed of a mixture, according to claim 10.
Method for manufacturing ferroelectric thin film of. (A) [(1-w) · Pb1-yLayTi1-y / 4O3+
w · PbO] and [(1-w) · {(1-y) · PbO
+ Y / 2 ・ La2O3+ (1-y / 4) ・ TiO 2} +
w · PbO] (y = 0.05 to 0.25, w = 0.05
~ 0.40) at least one target selected from
And at least one target selected from MgO and Mg
A combination of two types of get. (B) [(1-w) ・ {(1-x) ・ PbTiO 33+ X
.MgO} + w.PbO] and [(1-w). {(1-
x) (PbO + TiO2) + X ・ MgO} + w ・ Pb
O] (x = 0.01-0.10, w = 0.05-0.4
0) at least one target selected from La) and La
2O3A combination of two types of targets. (C) [(1-x) Pb1-yLayTi1-y / 4O3+
x.MgO] and [((1-x) (1-y) .PbO +
(1-x) y / 2 · La2O3+ (1-x) (1-y /
4) ・ TiO2+ X · MgO] (x = 0.01 to 0.1
0, y = 0.05 to 0.25)
Two types of target, one target and PbO target
Matching.
【請求項14】 スパッタリング法のターゲットの組成
が、下記(D)〜(F)から選ばれる少なくとも一つの
組み合わせからなるターゲットを用いる請求項10に記
載の強誘電体薄膜の製造方法。 (D)[(1−w)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3
w・PbO]及び[(1−w)・{(1−y)・PbO
+y/2・La2 3 +(1−y/4)・TiO 2 }+
w・PbO](y=0.05〜0.25,w=0.05
〜0.40)から選ばれる少なくとも一つのターゲット
と、MnO2 及びMnから選ばれる少なくとも一つのタ
ーゲットの2種類の組み合わせ。 (E)[(1−w)・{(1−z)・PbTiO3 +z
・MnO2 }+w・PbO]及び[(1−w)・{(1
−z)(PbO+TiO2 )+z・MnO2 }+w・P
bO](z=0.002〜0.05,w=0.05〜
0.40)から選ばれる少なくとも一つのターゲット
と、La2 3 のターゲットの2種類の組み合わせ。 (F)[(1−z)・Pb1-y Lay Ti1-y/4 3
z・MnO2 ]及び[(1−z)(1−y)・PbO+
(1−z)y/2・La2 3 +(1−z)(1−y/
4)・TiO2 +z・MnO2 ](y=0.05〜0.
25,z=0.002〜0.05)から選ばれる少なく
とも一つのターゲットと、PbOのターゲットの2種類
の組み合わせ。
14. Composition of sputtering target
Is at least one selected from the following (D) to (F)
The method according to claim 10, wherein a target composed of a combination is used.
Manufacturing method of the above-mentioned ferroelectric thin film. (D) [(1-w) · Pb1-yLayTi1-y / 4O3+
w · PbO] and [(1-w) · {(1-y) · PbO
+ Y / 2 ・ La2O3+ (1-y / 4) ・ TiO 2} +
w · PbO] (y = 0.05 to 0.25, w = 0.05
~ 0.40) at least one target selected from
And MnO2And at least one selected from Mn
A combination of two types of target. (E) [(1-w) ・ {(1-z) ・ PbTiO 33+ Z
・ MnO2} + W · PbO] and [(1-w) · {(1
-Z) (PbO + TiO2) + Z ・ MnO2} + W ・ P
bO] (z = 0.002-0.05, w = 0.05-
0.40) at least one target selected from
And La2O3A combination of two types of targets. (F) [(1-z) · Pb1-yLayTi1-y / 4O3+
z MnO2] And [(1-z) (1-y) .PbO +
(1-z) y / 2 · La2O3+ (1-z) (1-y /
4) ・ TiO2+ Z ・ MnO2] (Y = 0.05-0.
25, z = 0.002-0.05) less
Two types, one target and one PbO target
Combination of.
【請求項15】 スパッタリング法のターゲットの組成
が、、下記(G)〜(I)から選ばれる少なくとも一つ
組み合わせからなるターゲットを用いる請求項10に記
載の強誘電体薄膜の製造方法。 (G)[(1−w)・PbTiO3 +w・PbO]及び
[(1−w)・(PbO+TiO2 )+w・PbO]
(w=0.05〜0.40)から選ばれる少なくとも一
つのターゲットと、La2 3 のターゲットと、MgO
及びMgから選ばれる少なくとも一つのターゲットの3
種類の組み合わせ。 (H)[Pb1-y Lay Ti1-y/4 3 ]及び[(1−
y)・PbO+y/2・La2 3 +(1−y/4)・
TiO2 ](y=0.05〜0.25)から選ばれる少
なくとも一つのターゲットと、PbOのターゲットと、
MgO及びMgから選ばれる少なくとも一つのターゲッ
トの3種類の組み合わせ。 (I)[(1−x)・PbTiO3 +x・MgO]及び
[(1−x)・(PbO+TiO2 )+x・MgO]
(x=0.01〜0.10)から選ばれる少なくとも一
つのターゲットと、La2 3 のターゲットと、PbO
のターゲットの3種類の組み合わせ。
15. The method for producing a ferroelectric thin film according to claim 10, wherein the target of the sputtering method is a combination of at least one selected from the following (G) to (I). (G) [(1-w ) · PbTiO 3 + w · PbO] and [(1-w) · ( PbO + TiO 2) + w · PbO]
At least one target selected from (w = 0.05 to 0.40), a La 2 O 3 target, and MgO.
And at least one target selected from Mg 3
A combination of types. (H) [Pb 1-y La y Ti 1-y / 4 O 3 ] and [(1-
y) ・ PbO + y / 2 ・ La 2 O 3 + (1-y / 4) ・
TiO 2 ] (y = 0.05 to 0.25), at least one target, and a PbO target.
Three types of combinations of at least one target selected from MgO and Mg. (I) [(1-x ) · PbTiO 3 + x · MgO] and [(1-x) · ( PbO + TiO 2) + x · MgO]
At least one target selected from (x = 0.01 to 0.10), a La 2 O 3 target, and PbO
3 kinds of target combination.
【請求項16】 スパッタリング法のターゲットの組成
が、下記(J)〜(L)から選ばれる少なくとも一つ組
み合わせからなるターゲットを用いる請求項10に記載
の強誘電体薄膜の製造方法。 (J)[(1−w)・PbTiO3 +w・PbO]及び
[(1−w)・(PbO+TiO2 )+w・PbO]
(w=0.05〜0.40)から選ばれる少なくとも一
つのターゲットと、La2 3 のターゲットと、MnO
2 及びMnから選ばれる少なくとも一つのターゲットの
3種類の組み合わせ。 (K)[Pb1-y Lay Ti1-y/4 3 ]及び[(1−
y)・PbO+y/2・La2 3 +(1−y/4)・
TiO2 ](y=0.05〜0.25)から選ばれる少
なくとも一つのターゲットと、PbOのターゲットと、
MnO2 及びMnから選ばれる少なくとも一つのターゲ
ットの3種類の組み合わせ。 (L)[(1−z)・PbTiO3 +z・MnO2 ]及
び[(1−z)・(PbO+TiO2 )+z・Mn
2 ](z=0.002〜0.05)から選ばれる少な
くとも一つのターゲットと、La2 3 のターゲット
と、PbOのターゲットの3種類の組み合わせ。
16. The method for producing a ferroelectric thin film according to claim 10, wherein the target of the sputtering method is a combination of at least one selected from the following (J) to (L). (J) [(1-w ) · PbTiO 3 + w · PbO] and [(1-w) · ( PbO + TiO 2) + w · PbO]
At least one target selected from (w = 0.05 to 0.40), a La 2 O 3 target, and MnO
3 combinations of at least one target selected from 2 and Mn. (K) [Pb 1-y La y Ti 1-y / 4 O 3 ] and [(1-
y) ・ PbO + y / 2 ・ La 2 O 3 + (1-y / 4) ・
TiO 2 ] (y = 0.05 to 0.25), at least one target, and a PbO target.
Three kinds of combinations of at least one target selected from MnO 2 and Mn. (L) [(1-z ) · PbTiO 3 + z · MnO 2] and [(1-z) · ( PbO + TiO 2) + z · Mn
O 2 ] (z = 0.002 to 0.05), at least one target, a La 2 O 3 target, and a PbO target.
【請求項17】 スパッタリング法のターゲットが、P
bTiO3 または[PbO+TiO2 ]であるターゲッ
トと、La2 3 であるターゲットと、MgOまたはM
gであるターゲットと、PbOであるターゲットの、4
種類の組み合わせである複数個のターゲットを用いる請
求項10に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
17. The target of the sputtering method is P
bTiO 3 or [PbO + TiO 2 ] target, La 2 O 3 target, MgO or M
4 of a target that is g and a target that is PbO
The method for manufacturing a ferroelectric thin film according to claim 10, wherein a plurality of targets, which are combinations of types, are used.
【請求項18】 スパッタリング法のターゲットが、P
bTiO3 または[PbO+TiO2 ]であるターゲッ
トと、La2 3 であるターゲットと、MnO 2 または
Mnであるターゲットと、PbOであるターゲットの、
4種類の組み合わせである複数個のターゲットを用いる
請求項10に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
18. The sputtering target is P
bTiO3Or [PbO + TiO2] Is the target
To and La2O3Target and MnO 2Or
Of the target that is Mn and the target that is PbO,
Use multiple targets that are a combination of four types
The method for manufacturing a ferroelectric thin film according to claim 10.
【請求項19】 スパッタリング法のターゲットが、酸
化物の場合はセラミックまたは粉末をプレスし成形した
ものであり、単体の場合は金属板である請求項10に記
載の強誘電体薄膜の製造方法。
19. The method for producing a ferroelectric thin film according to claim 10, wherein the target of the sputtering method is a material obtained by pressing and molding ceramic or powder in the case of an oxide, and a metal plate in the case of a simple substance.
【請求項20】 スパッタリング法の条件が、温度が5
50〜650℃の範囲、圧力が0.1〜2.0Paの範
囲、入力電源電力が、ターゲット単位面積当たり1.5
〜3.5W/cm2 、雰囲気ガスがアルゴンと酸素の混
合ガスである請求項10に記載の強誘電体薄膜の製造方
法。
20. The sputtering condition is that the temperature is 5
50 to 650 ° C. range, pressure is 0.1 to 2.0 Pa, input power is 1.5 per unit target area
The method for producing a ferroelectric thin film according to claim 10, wherein the atmosphere gas is ˜3.5 W / cm 2 , and the atmosphere gas is a mixed gas of argon and oxygen.
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