JPH07320539A - 誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents
誘電体薄膜の製造方法Info
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- JPH07320539A JPH07320539A JP13372594A JP13372594A JPH07320539A JP H07320539 A JPH07320539 A JP H07320539A JP 13372594 A JP13372594 A JP 13372594A JP 13372594 A JP13372594 A JP 13372594A JP H07320539 A JPH07320539 A JP H07320539A
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- dielectric thin
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 組成比を制御し得るゾルゲル法を用い、単結
晶基板上に結晶性及びその配向性に優れた誘電体薄膜を
形成する方法を提供する。 【構成】 単結晶基板上にゾルゲル法による誘電体物質
の前駆体を塗布し、該前駆体を熱処理により結晶化して
誘電体薄膜とする方法において、熱処理による結晶化の
ための熱源としてレーザーを使用し、且つ単結晶基板側
から前駆体にレーザーを照射することにより前駆体を熱
処理する。
晶基板上に結晶性及びその配向性に優れた誘電体薄膜を
形成する方法を提供する。 【構成】 単結晶基板上にゾルゲル法による誘電体物質
の前駆体を塗布し、該前駆体を熱処理により結晶化して
誘電体薄膜とする方法において、熱処理による結晶化の
ための熱源としてレーザーを使用し、且つ単結晶基板側
から前駆体にレーザーを照射することにより前駆体を熱
処理する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路、光スイッ
チ、変調素子、光偏向素子等に用いる誘電体薄膜の製造
方法に関する。
チ、変調素子、光偏向素子等に用いる誘電体薄膜の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】誘電体材料は多くの電子デバイスに用い
られているが、特に圧電性、焦電性、電気光学効果等の
諸特性を有しているため、不揮発メモリ、キャパシタ、
光導波路、光スイッチ、変調素子、光偏光素子等への応
用が期待され、数多くの研究がなされている。
られているが、特に圧電性、焦電性、電気光学効果等の
諸特性を有しているため、不揮発メモリ、キャパシタ、
光導波路、光スイッチ、変調素子、光偏光素子等への応
用が期待され、数多くの研究がなされている。
【0003】特に、小型化及び高集積化が進んでいる電
子デバイスに応用するためには、誘電体材料の薄膜化が
必要不可欠である。更に、誘電体材料が有する諸特性を
効率良く発現させるためには、薄膜化した誘電体材料の
結晶軸が一軸方向に強く配向しているか、全ての結晶軸
の方向が揃っていることが望まれる。
子デバイスに応用するためには、誘電体材料の薄膜化が
必要不可欠である。更に、誘電体材料が有する諸特性を
効率良く発現させるためには、薄膜化した誘電体材料の
結晶軸が一軸方向に強く配向しているか、全ての結晶軸
の方向が揃っていることが望まれる。
【0004】このような事情から、サファイア等の基板
表面に誘電体薄膜を形成することが試みられ、スパッタ
リング法、蒸着法、CVD法等による誘電体薄膜の形成
が行われてきた。しかしならが、これらの真空プロセス
による方法では誘電体薄膜の形成コストが高くなるばか
りか、形成された誘電体薄膜中の金属元素の組成比が供
給した原料中の金属元素の組成比と異なるなど、安定し
た組成比の誘電体薄膜を得ることが難しかった。
表面に誘電体薄膜を形成することが試みられ、スパッタ
リング法、蒸着法、CVD法等による誘電体薄膜の形成
が行われてきた。しかしならが、これらの真空プロセス
による方法では誘電体薄膜の形成コストが高くなるばか
りか、形成された誘電体薄膜中の金属元素の組成比が供
給した原料中の金属元素の組成比と異なるなど、安定し
た組成比の誘電体薄膜を得ることが難しかった。
【0005】そこで、組成比を制御することが可能なゾ
ルゲル法を用いて、誘電体薄膜を形成することが提案さ
れている。例えば特開平5−281500号公報には、
LiOC2H4OCH3及びNb(OC2H4OCH3)5を原
料として誘電体物質の前駆体溶液を調整し、これをサフ
ァイア単結晶基板上に塗布した後、酸素雰囲気中で加熱
焼結することにより、結晶軸が基板の結晶構造に対応し
て配向した誘電体薄膜を得る方法が記載されている。
ルゲル法を用いて、誘電体薄膜を形成することが提案さ
れている。例えば特開平5−281500号公報には、
LiOC2H4OCH3及びNb(OC2H4OCH3)5を原
料として誘電体物質の前駆体溶液を調整し、これをサフ
ァイア単結晶基板上に塗布した後、酸素雰囲気中で加熱
焼結することにより、結晶軸が基板の結晶構造に対応し
て配向した誘電体薄膜を得る方法が記載されている。
【0006】又、特開平5−200277号公報には、
ABO3の一般式を有するペロブスカイト皮膜を形成す
る方法として、アルコキシドと有機塩を原料としたゾル
ゲル法の前駆体溶液を基板上に塗布し、この皮膜上にエ
キシマレーザーを照射して結晶化させることが開示され
ている。
ABO3の一般式を有するペロブスカイト皮膜を形成す
る方法として、アルコキシドと有機塩を原料としたゾル
ゲル法の前駆体溶液を基板上に塗布し、この皮膜上にエ
キシマレーザーを照射して結晶化させることが開示され
ている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、ゾルゲ
ル法を用いた誘電体薄膜の形成方法においては、単結晶
基板を用いてその結晶構造が誘電体薄膜の結晶軸の配向
性に影響する条件を選ぶことにより誘電体薄膜の結晶軸
の配向性を実現しているが、前駆体を結晶化させるため
の熱処理は基板ごと酸素雰囲気中又は大気中で加熱する
方法が一般的であった。
ル法を用いた誘電体薄膜の形成方法においては、単結晶
基板を用いてその結晶構造が誘電体薄膜の結晶軸の配向
性に影響する条件を選ぶことにより誘電体薄膜の結晶軸
の配向性を実現しているが、前駆体を結晶化させるため
の熱処理は基板ごと酸素雰囲気中又は大気中で加熱する
方法が一般的であった。
【0008】しかし、前駆体溶液を塗布した基板全体を
酸素雰囲気中又は大気中で加熱する方法の場合、得られ
る誘電体薄膜の結晶性は必ずしも十分なものではなかっ
た。例えば前記特開平5−281500号公報にも明示
される通り、サファイア(001)面単結晶基板上に
(001)軸配向を伴って形成されたLiNbO3薄膜
の結晶性に関して、その(006)面のCu−Kα線の
K線回折ピークの半値幅は2.70度とかなり広い。
酸素雰囲気中又は大気中で加熱する方法の場合、得られ
る誘電体薄膜の結晶性は必ずしも十分なものではなかっ
た。例えば前記特開平5−281500号公報にも明示
される通り、サファイア(001)面単結晶基板上に
(001)軸配向を伴って形成されたLiNbO3薄膜
の結晶性に関して、その(006)面のCu−Kα線の
K線回折ピークの半値幅は2.70度とかなり広い。
【0009】又、このLiNbO3薄膜の屈折率は、常
光に対する屈折率をno及び異常光に対する屈折率neと
するとno=1.878及びne=1.956と記載されて
おり、バルクでの値no=2.628及びne=2.20
02よりもかなり小さくなっている。従って、かかる方
法で得られた誘電体薄膜は、結晶性や配向性及びその特
性において必ずしも十分な成果が得られていない。
光に対する屈折率をno及び異常光に対する屈折率neと
するとno=1.878及びne=1.956と記載されて
おり、バルクでの値no=2.628及びne=2.20
02よりもかなり小さくなっている。従って、かかる方
法で得られた誘電体薄膜は、結晶性や配向性及びその特
性において必ずしも十分な成果が得られていない。
【0010】このような状況は、特開平5−20027
7号公報に開示されたゾルゲル法の前駆体溶液をレーザ
ー照射により結晶化する方法においてもぼぼ同様であ
り、誘電体薄膜の結晶性や配向性の向上、並びにその向
上に伴った諸特性の改善が強く望まれている現状であ
る。
7号公報に開示されたゾルゲル法の前駆体溶液をレーザ
ー照射により結晶化する方法においてもぼぼ同様であ
り、誘電体薄膜の結晶性や配向性の向上、並びにその向
上に伴った諸特性の改善が強く望まれている現状であ
る。
【0011】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、組成
比を制御し得るゾルゲル法を用い、単結晶基板上に結晶
性及びその配向性に優れた誘電体薄膜を形成する方法を
提供することを目的とする。
比を制御し得るゾルゲル法を用い、単結晶基板上に結晶
性及びその配向性に優れた誘電体薄膜を形成する方法を
提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する誘電体薄膜の製造方法は、単結晶
基板上にゾルゲル法による誘電体物質の前駆体を塗布
し、該前駆体を熱処理により結晶化して誘電体薄膜とす
る方法において、単結晶基板側から前駆体にレーザーを
照射することにより前駆体を熱処理することを特徴とす
る。
め、本発明が提供する誘電体薄膜の製造方法は、単結晶
基板上にゾルゲル法による誘電体物質の前駆体を塗布
し、該前駆体を熱処理により結晶化して誘電体薄膜とす
る方法において、単結晶基板側から前駆体にレーザーを
照射することにより前駆体を熱処理することを特徴とす
る。
【0013】使用し得る単結晶基板としては、ダイヤモ
ンド、サファイア、水晶等を挙げることができる。又、
本方法により形成できる誘電体薄膜としては、ニオブ酸
リチウム、タンタル酸リチウム、硼酸リチウム等があ
る。
ンド、サファイア、水晶等を挙げることができる。又、
本方法により形成できる誘電体薄膜としては、ニオブ酸
リチウム、タンタル酸リチウム、硼酸リチウム等があ
る。
【0014】
【作用】単結晶基板上に形成する誘電体薄膜の結晶軸の
配向性を制御する場合、単結晶基板の結晶構造の影響は
誘電体薄膜との界面から与えられるのであるから、単結
晶基板と誘電体薄膜との界面において結晶性を伝達する
のに十分な結合が必要になる。従って、誘電体薄膜は単
結晶基板との界面から徐々に結晶化させることが好まし
いと考え、その方法を種々検討した。
配向性を制御する場合、単結晶基板の結晶構造の影響は
誘電体薄膜との界面から与えられるのであるから、単結
晶基板と誘電体薄膜との界面において結晶性を伝達する
のに十分な結合が必要になる。従って、誘電体薄膜は単
結晶基板との界面から徐々に結晶化させることが好まし
いと考え、その方法を種々検討した。
【0015】その結果、単結晶基板上に塗布した前駆体
を結晶化させるための熱源として局所的な昇温処理が可
能なレーザーを採用し、しかも前駆体が塗布されていな
い単結晶基板側から反対表面側の前駆体にレーザーを照
射することにより、単結晶基板との界面から結晶化を行
うことができ、単結晶基板の結晶構造が誘電体薄膜に強
く反映されて、結晶性及びその配向性に優れた誘電体薄
膜が得られることが分かった。
を結晶化させるための熱源として局所的な昇温処理が可
能なレーザーを採用し、しかも前駆体が塗布されていな
い単結晶基板側から反対表面側の前駆体にレーザーを照
射することにより、単結晶基板との界面から結晶化を行
うことができ、単結晶基板の結晶構造が誘電体薄膜に強
く反映されて、結晶性及びその配向性に優れた誘電体薄
膜が得られることが分かった。
【0016】短波長光はエネルギーが高いため照射物質
中の原子を励起して活性を高めることができるので、レ
ーザー照射により界面における基板と誘電体薄膜との結
合を効率良く行うには、レーザー発振源として波長の短
いレーザーを用いることが好ましい。短波長レーザーの
発振源としては、エキシマレーザーがある。
中の原子を励起して活性を高めることができるので、レ
ーザー照射により界面における基板と誘電体薄膜との結
合を効率良く行うには、レーザー発振源として波長の短
いレーザーを用いることが好ましい。短波長レーザーの
発振源としては、エキシマレーザーがある。
【0017】又、基板側からレーザーを照射して前駆体
を熱処理するには、基板が照射光を充分に透過する必要
がある。このような短波長光を透過できる基板材料とし
て、水晶、サファイア、ダイヤモンド等が挙げられる。
を熱処理するには、基板が照射光を充分に透過する必要
がある。このような短波長光を透過できる基板材料とし
て、水晶、サファイア、ダイヤモンド等が挙げられる。
【0018】更に、誘電体材料は特に規定されないが、
特に前記の基板材料の結晶構造と類似した結晶構造を持
つことが好ましい。例えば、ニオブ酸リチウムはサファ
イアと結晶構造が非常に近いので、この両者の使用は特
に好ましい。
特に前記の基板材料の結晶構造と類似した結晶構造を持
つことが好ましい。例えば、ニオブ酸リチウムはサファ
イアと結晶構造が非常に近いので、この両者の使用は特
に好ましい。
【0019】
【実施例】実施例1 金属アルコキシドを原料とするゾルゲル法により、サフ
ァイア単結晶基板上にニオブ酸リチウム(LiNb
O3)薄膜を形成した。まず、使用する基板は、鏡面研
磨を施したサファイアの(001)面及び(012)面
とし、アセトンでの超音波洗浄、20体積%塩酸への浸
漬処理、純粋洗浄、及び乾燥の順で前処理を行った。
ァイア単結晶基板上にニオブ酸リチウム(LiNb
O3)薄膜を形成した。まず、使用する基板は、鏡面研
磨を施したサファイアの(001)面及び(012)面
とし、アセトンでの超音波洗浄、20体積%塩酸への浸
漬処理、純粋洗浄、及び乾燥の順で前処理を行った。
【0020】一方、ゾルゲル法の前駆体溶液は以下の手
順で作製した。ペンタエトキシニオブ(Nb(OC2H5)
5)と、エトキシリチウム(LiC2H5O)の各エタノ
ール溶液(共に濃度0.05モル/l)を同容量混合
し、78.5℃で24時間還流した後、水を0.05モル
/l添加して更に24時間還流し、減圧下で0.5モル
/lまで濃縮し、得られた溶液を前駆体溶液とした。
順で作製した。ペンタエトキシニオブ(Nb(OC2H5)
5)と、エトキシリチウム(LiC2H5O)の各エタノ
ール溶液(共に濃度0.05モル/l)を同容量混合
し、78.5℃で24時間還流した後、水を0.05モル
/l添加して更に24時間還流し、減圧下で0.5モル
/lまで濃縮し、得られた溶液を前駆体溶液とした。
【0021】この前駆体溶液を、前記サファイア単結晶
基板上に2000rpmでスピニング塗布した後、酸素
雰囲気中においてサファイア基板側から基板面に垂直に
レーザーを照射した。使用したレーザーは波長308n
m(XeCl)、エネルギー密度125mJ/cm2、
パルス幅25nsecのエキシマレーザーであり、1パ
ルス/秒の頻度で10パルスのレーザーを照射した。
基板上に2000rpmでスピニング塗布した後、酸素
雰囲気中においてサファイア基板側から基板面に垂直に
レーザーを照射した。使用したレーザーは波長308n
m(XeCl)、エネルギー密度125mJ/cm2、
パルス幅25nsecのエキシマレーザーであり、1パ
ルス/秒の頻度で10パルスのレーザーを照射した。
【0022】得られた誘電体薄膜の結晶性を、Cu−K
α線で得られる各配向面におけるX線回折ピークの半値
幅で評価した。その結果、サファイア(001)面単結
晶基板上のLiNbO3薄膜は(001)軸配向をして
おり、(006)面のX線回折ピークの半値幅は0.5
5度であった。又、サファイア(012)面単結晶基板
上のLiNbO3薄膜は(012)軸配向をしており、
(012)面のX線回折ピークの半値幅は1.0度であ
った。
α線で得られる各配向面におけるX線回折ピークの半値
幅で評価した。その結果、サファイア(001)面単結
晶基板上のLiNbO3薄膜は(001)軸配向をして
おり、(006)面のX線回折ピークの半値幅は0.5
5度であった。又、サファイア(012)面単結晶基板
上のLiNbO3薄膜は(012)軸配向をしており、
(012)面のX線回折ピークの半値幅は1.0度であ
った。
【0023】比較のため、レーザー照射の代わりに通常
の加熱処理により結晶化を行い、結晶性を同様に評価し
た。即ち、上記実施例1と同様にサファイア単結晶基板
上に塗布した前駆体溶液を、10℃/minで600℃
まで昇温した後、600℃で2時間保持してLiNbO
3薄膜を形成した。
の加熱処理により結晶化を行い、結晶性を同様に評価し
た。即ち、上記実施例1と同様にサファイア単結晶基板
上に塗布した前駆体溶液を、10℃/minで600℃
まで昇温した後、600℃で2時間保持してLiNbO
3薄膜を形成した。
【0024】この比較例において、サファイア(00
1)面単結晶基板上のLiNbO3薄膜は(001)軸
配向しており、(006)面のX線回折ピークの半値幅
は0.9度であった。又、サファイア(012)面単結
晶基板上のLiNbO3薄膜は(012)軸配向をして
おり、(012)面のX線回折ピークの半値幅は1.0
度であった。
1)面単結晶基板上のLiNbO3薄膜は(001)軸
配向しており、(006)面のX線回折ピークの半値幅
は0.9度であった。又、サファイア(012)面単結
晶基板上のLiNbO3薄膜は(012)軸配向をして
おり、(012)面のX線回折ピークの半値幅は1.0
度であった。
【0025】以上の結果から、基板側からレーザー照射
する本発明方法によって、従来の過熱処理による場合よ
りも結晶性が良好で、配向性に優れたニオブ酸リチウム
薄膜を形成できることが分かる。
する本発明方法によって、従来の過熱処理による場合よ
りも結晶性が良好で、配向性に優れたニオブ酸リチウム
薄膜を形成できることが分かる。
【0026】実施例2 基板としてダイヤモンド単結晶基板を用いた以外は実施
例1と同様の方法により、ニオブ酸リチウム薄膜を形成
し、その結晶性を評価した。
例1と同様の方法により、ニオブ酸リチウム薄膜を形成
し、その結晶性を評価した。
【0027】ダイヤモンド(111)面の単結晶基板に
LiNbO3薄膜を形成した結果、得られたLiNbO3
薄膜は(001)軸配向をしており、(006)面のX
線回折ピークの半値幅は0.6度であった。
LiNbO3薄膜を形成した結果、得られたLiNbO3
薄膜は(001)軸配向をしており、(006)面のX
線回折ピークの半値幅は0.6度であった。
【0028】一方、レーザー照射の代わりに実施例1中
で比較のために行った加熱処理と同様にして、ダイヤモ
ンド(111)面の単結晶基板にLiNbO3薄膜を形
成した場合、得られたLiNbO3薄膜は(001)軸
に配向していたものの、(006)面のX線回折ピーク
の半値幅は1.2度であった。
で比較のために行った加熱処理と同様にして、ダイヤモ
ンド(111)面の単結晶基板にLiNbO3薄膜を形
成した場合、得られたLiNbO3薄膜は(001)軸
に配向していたものの、(006)面のX線回折ピーク
の半値幅は1.2度であった。
【0029】実施例3 基板として水晶の単結晶基板を用いた以外は実施例1と
同様の方法により、ニオブ酸リチウム薄膜を形成し、そ
の結晶性を評価した。
同様の方法により、ニオブ酸リチウム薄膜を形成し、そ
の結晶性を評価した。
【0030】水晶(001)面の単結晶基板にLiNb
O3薄膜を形成した結果、得られたLiNbO3薄膜は
(001)軸配向をしており、(006)面のX線回折
ピークの半値幅は0.85度であった。
O3薄膜を形成した結果、得られたLiNbO3薄膜は
(001)軸配向をしており、(006)面のX線回折
ピークの半値幅は0.85度であった。
【0031】一方、レーザー照射の代わりに実施例1中
で比較のために行った加熱処理と同様にして、水晶(0
01)面の単結晶基板にLiNbO3薄膜を形成した場
合、得られたLiNbO3薄膜は(001)軸に配向し
ていたものの、(006)面のX線回折ピークの半値幅
は1.3度であった。
で比較のために行った加熱処理と同様にして、水晶(0
01)面の単結晶基板にLiNbO3薄膜を形成した場
合、得られたLiNbO3薄膜は(001)軸に配向し
ていたものの、(006)面のX線回折ピークの半値幅
は1.3度であった。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、組成比を制御し得るゾ
ルゲル法を用い、前駆体を結晶化する際の熱源してレー
ザーを使用し、且つレーザーを単結晶基板側から前駆体
に照射することによって、単結晶基板上に従来よりも結
晶性及びその配向性に優れた誘電体薄膜を形成すること
ができる。
ルゲル法を用い、前駆体を結晶化する際の熱源してレー
ザーを使用し、且つレーザーを単結晶基板側から前駆体
に照射することによって、単結晶基板上に従来よりも結
晶性及びその配向性に優れた誘電体薄膜を形成すること
ができる。
Claims (4)
- 【請求項1】 単結晶基板上にゾルゲル法による誘電体
物質の前駆体を塗布し、該前駆体を熱処理により結晶化
して誘電体薄膜とする方法において、単結晶基板側から
前駆体にレーザーを照射することにより前駆体を熱処理
することを特徴とする誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項2】 単結晶基板としてサファイア、水晶、又
はダイヤモンドを用いることを特徴とする、請求項1に
記載の誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項3】 誘電体薄膜がニオブ酸リチウムであるこ
とを特徴とする、請求項1又は2に記載の誘電体薄膜の
製造方法。 - 【請求項4】 レーザーとしてエキシマレーザーを用い
ることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の
誘電体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13372594A JPH07320539A (ja) | 1994-05-24 | 1994-05-24 | 誘電体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13372594A JPH07320539A (ja) | 1994-05-24 | 1994-05-24 | 誘電体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07320539A true JPH07320539A (ja) | 1995-12-08 |
Family
ID=15111454
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13372594A Pending JPH07320539A (ja) | 1994-05-24 | 1994-05-24 | 誘電体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07320539A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6787371B2 (en) | 2002-03-29 | 2004-09-07 | Seiko Epson Corporation | Method of forming ferroelectric film, ferroelectric memory, method of manufacturing the same, semiconductor device, and method of manufacturing the same |
US6884631B2 (en) | 2002-03-29 | 2005-04-26 | Seiko Epson Corporation | Method of forming a ferroelectric film by direct annealing of the ferroelectric film using laser or lamp followed by a second annealing through a light transmission and/or absorption film |
US6924155B2 (en) | 2002-08-14 | 2005-08-02 | Seiko Epson Corporation | Ferroelectric memory, method of fabricating the same, semiconductor device, and method of fabricating the same |
-
1994
- 1994-05-24 JP JP13372594A patent/JPH07320539A/ja active Pending
Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
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