JPS58212119A - 複合誘電体 - Google Patents

複合誘電体

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JPS58212119A
JPS58212119A JP9543082A JP9543082A JPS58212119A JP S58212119 A JPS58212119 A JP S58212119A JP 9543082 A JP9543082 A JP 9543082A JP 9543082 A JP9543082 A JP 9543082A JP S58212119 A JPS58212119 A JP S58212119A
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洋介 藤田
任田 隆夫
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複合−′心棒に関するものである。
近年、誘′市体1腐に′市川をかけ、その膜の有してい
る高誘電率1月−゛市性1強誘電性等を積極的に利)1
1する電子装置が増大している。誘電体膜にかかる゛市
w強瓜&:t 1 o5v、、’、、、、、以1.の高
電場となる中が多く、その場合、誘′【tl、体膜の面
1月−が十分高い心安がある。誘′亀体膜は#着、スパ
ッタリング、CvD等の方法で作製されるか、膜の中に
はピンホールや、ホコリ等の種々の欠陥が生成される。
これらの欠陥において、欠陥のない場所より低い電界強
度膜は絶縁破壊を起こしやすい。膜における絶縁破壊は
大きくわけて2神類ある3、1つは自己回復形絶縁破壊
と吋けれるものて、第1図に示す様に絶縁破壊した箇所
16の周囲のt: BIS電極16が放電エネルギーに
より数十μmの範囲で飛散し、1一部電極16と下部電
極12がオープンになるタイプである。ここで11は基
板、13は誘電体膜を示す。もう1つは自己回復形絶縁
破壊しないタイプで、第2図の様に上部電極26が十分
に飛散しないで、絶縁破壊した穴26を通じて上部電極
26と1部電極22か/ヨードになる。この状態でさら
に′直圧を印加していけば絶縁破壊は誘電体膜全体に広
がる事もあり、このタイプの絶縁破壊がおきれば、それ
以上電子部品を使用できなくなるわr、trで、致ii
1’i的−Cある1゜1一部電極を7’、’7 < L
、で行くと、この絶縁破壊Q[起こりにくくなるが、余
り薄くすると抵抗が高くなり電極と(7て好捷しくない
ので、数十nm程庭か最低限度の厚みである。電極材料
としてt(f、 Au 、 Zn 。
AI等が最も自己回復形絶縁破壊になりやすい3゜しか
しながら数十nmの厚さのAu 、Zn 、A(1’等
の市、極を・月1いても自己回復形絶縁破壊しない1追
上体膜かあり、この絶縁破壊は拐刺のもつ固有の1′1
″νjに起因し一〇いる1、−その原因は明らかでない
か、絶縁破壊時に発生する上部電極を飛散させる働きσ
)あるアーク放電の様子が、自己回復形絶縁破壊゛ノー
るIEaと、そうでない膜の間で大きな差があるものと
考えられる。その様な誘電体膜の中には、J1常にすぐ
ねた神々の特性を持った拐料が多いが、従来iV自己同
復形絶縁破壊しないために′r11子装置に用いにくい
ものであった1、] j 本発明t−L以F−の点に鑑みてなされたものであ−。
て、自己回復形絶縁破壊しない誘電体膜−」−に、自−
己回復形絶縁破壊する誘電体膜を形成し、そのI−に1
一部電極を形成する°]1に]二り、111之中の欠陥
部において生じる絶縁破壊を自己回復形にして、自己回
復形絶縁破壊しない膜のオΦ々のすぐれた特性を電子装
置に利用できる様にしだものである。
以下、本発明の詳細しくついて実施例とともに説明する
。第3図は本発明の複合誘電体の一実施例の構成を示す
図である3、31は基板で、その−1−に下部電極32
が形成されている。33は自己回復形絶縁破壊を起こさ
ない誘′屯体膜である。通常、下部電極32と自己回後
形M!2縁破壊しない誘電体膜33の間にはイ11!々
の機能を有する膜が形成されている。自己回復形絶縁破
壊する誘電体膜34は自己回復形絶縁破壊しない誘電体
膜33の−1−に形成し、その」−に上部電極36を形
成する。この様な構成をすれば、膜中の欠陥により駆動
電l−1−以下で生じた絶縁破壊によ−・−C=電体膜
中に穴36があくか、−に都電極36″←[穴36の周
辺では飛散してなくなり、上部止縁’ 3’ 6と下部
電極32はオープンの状態となり、絶縁破壊は自己回復
形とする事ができる。自己回復形絶縁破壊しない誘電体
膜と(、て&、t、ベロブ×カイト構造を°とるチタン
酸1−が代表的なもので、この材料は誘電率が大きく、
強誘電性を持つものもあり非常にすぐれた誘電体である
。ペロブスカイト型チタン酸j篇の中でも、チタン酸ス
トロンチウム膜は、とりわけ自己回復J1・6絶縁破壊
VC在1’)ない膜であるが、スパッタリックにより基
板温瓜300〜500℃で比誘′市率100〜2oO,
ピンホール等の欠陥のない部分テノ絶縁耐j(−は1.
5×1o6v/c1n 以」―の特f1かh′易に得ら
れるのてイ1用な材料である。チタン酸・・リウム膜も
自己回復形絶縁破壊になりにくい本口1であるか、結晶
性のよい膜は強誘電f1−を牢ずので、月常に応7+1
範囲の広い材料である。
自己回復形絶縁破壊しない膜の1透′1L率か人き(J
7Ii、、J: 、薄膜コンデ/す”4′A料1qの大
きな訪′屯率4゛汐求さtする’ilj;子部品に好ま
しい材料である。本発明にIllいる自己回イνtf<
絶縁破壊しない膜r1、曲′i’+’=’ IIIいら
ねでいる安定な誘電体材料の中で一番訪′Ill:1′
の大きなT a 205比誘電率の約25より大きなお
以にの比誘電率を持つ事が好捷しい。
自己回復形絶縁破壊する1透電体1模としては、絶縁耐
圧の高い材料か好寸しく、その中でも比較的容易に膜形
成カテきルSin、 5in2. A6203゜513
N4 、 BN、 Ta205.Nb2O5,ZrO2
,HIO2゜Y2O3,希」−類元素酸化物かすぐれて
いる。又、タングステノプロ/ズ型複合酸化物膜は、絶
縁部1圧が高く、比誘電率か4o以−1=と大きく自己
回復形絶縁破壊する。
この膜を・自己1111復形絶縁破壊しない膜とくみ合
わせて使用すれば、交流動作の楊合晶誘電率なのでこの
膜に分圧される電圧か比較的低く、自己回復形絶縁破壊
しない膜に有効に市川、を印加できる。
その結果、後者の膜か持つすぐれた特性を有効に利用で
きる4、タ7ダスフー7〕゛rJンズ型&’l化物の中
でも、ニオブ酸鉛とタフタル酸鉛はスパッタリックによ
り基板幅度400℃程度で比誘電率がそれぞれ70と4
8、絶縁耐圧がそれぞれ2.2×106V/cm、2.
6X106V 7cm  とすぐれた特性を有する膜が
できるので自己回復形絶縁破壊する膜として有用である
父、パイロク自γjす1複合酸化物ならびにビスゲス層
状構造複合酸化物←[、バルクの誘電率が50以トと大
きぐし2、バルクに近い誘電特性を有ン7fL−膜が容
易に竹製でき、自己回復型絶縁破壊するので本発明にお
いてイJ用な材料である3、本発明の電r一部品の具体
的応用例と(7て(′F薄膜コンデンサト薄膜エレクト
ロルミネッセンス装置がある。薄膜コンデンサとして閥
求される第1のギ[性はllil面位当りの容楡が太き
いという事である。このためにit誘電体膜の誘電率が
大きく、膜厚は薄くなければならない。誘電体膜には旨
い電界強度がかかるため、ピンホールやホコリがI11
戸中p(育−fl−すると絶縁破喰を牛しる。この絶縁
(11シ壊か自己回復形なL゛、敬弔4、容l変化が起
こるたけ(あるが、自己回復形でないとノヨート状態と
なり(i17膜コ/デンザと(、で機能しなくなる。
1 人 中層でVL自己同復形絶縁破壊しな、:いが誘電慣性の
すぐねた膜の上に自己回復形絶縁破壊する誘電体1模金
つける事により誘電特性がすぐれ、かつ自己回復型絶縁
破壊する薄膜コンデンサを構成できる薄膜エレクトロル
ミ不ノセノス装置は発光層と1透電体層を積層し、ぞ1
1を′[lL極ではさんで交流駆動し7発光させるのが
主なものである。発光層にr1厚〜−一−−程度のデユ
ーディー ドライブをしても00 実用的な輝度が得られる。通常印加された電圧の50%
はどは発光に寄ji l、ない誘電体層に分圧さ7[る
ので、この割合をへらずため高誘電率の誘電体膜をもち
いる試みか多くなさ11ている。誘電率か大きくても自
己回復形絶縁破壊しない誘電体膜の上に、自己回復形絶
縁破壊する誘電体膜を形成Lfc複合誘電体膜を用いる
’J1により、印加した電圧の大部分が発光層に分圧さ
れ、かつ欠陥部における絶縁破壊が自己回復形となり信
頼性にすぐれた薄膜エレクトロルミネッセンス装置がJ
tft 成できる。
次に本発明の実施例を示す。
し実施例1〕 ガラス基板上にAuの薄膜を□DCスパッタリングによ
り厚さ50 n m 4・1肴させ、これを下部電離t
!: t、−z’−u コノ日(二S r T i O
3膜を一ングネトu ニアRFスパッタリングQ(より
厚さ1,271m付ffさせA′13ターゲットと1、
てS r T z 03の焼結体を用いρ、。
スパッタリングガスは02とArの1:4の混合ガスを
月]し1、ガス月−は8 X 10−”  Paである
。J、を板温度は420℃である。こうして得r):t
+t:素r45分割素f−(i’l 〜+5’) (’
:、 1.、fC6素7−(、i’)VCiI サ’)
 &(−Ag2O3膜を電r−ビーム蒸着により厚さ0
.1μm付后させた。1素r(2)にはタンゲステンプ
IJ /I fi/)、告を有するPbTa206  
膜金マグネトロンRFぺ・・ノタリノグに、しり厚さ0
.3μm付着させた。タケノドとじてなl、 PbTa
206  の焼結イ4\ケ用い//、、λ・” ツタ’
) / クツJ ” 11.02とArの1=1の7R
: i’iカス金用い、ガス1トi(+、3 Paであ
る。基板温度r1.380℃である。素r−3にitビ
スマス層状構〕:1(をイJするB 34T 13o1
2膜をマグネトロ/RFスパッタリングにより厚さ0.
3μm付沼付沼7’−、、、ターウッドと17てfLB
 14T13012の焼結体金柑いf′、1  ツバツ
タリンクカスは02とAr  の1 : 4G’)(M
i’F bス金用い、ガス圧は6X10  Paである
1、基板幅I11280℃にt、、 −k 、、素r−
■l1(fJハイ「Jりg γ十AJ告を4j″−〕る
Pb2Nb20□膜をンクネトロンRFスパッタリング
により厚さ0.3μm付着させた3、ターゲットとじて
はPb2Nb20□の焼結体を用いた。
スパッタリングガスはo2とArの2=3の混合ガスを
用い、ガス圧は2 Paである。基板温度は400℃に
した。素子−■にはFJ2の誘電体層を形成せずに比較
用とした。ついで素子(υ〜の)の上にA6膜を抵抗熱
蒸着により、厚さ80 n m付着させこねを上部電極
とした9、この様V(シて形成さtまた薄膜コンデンサ
の特性を次表VC示す。
表 以上の4素子CL1耐1上以FL/)電圧で欠陥部VC
おいて5ケ/l、yΔ程度の回叔絶縁破壊したがいずれ
も自己回復Itであ−)C欠陥部か絶縁破壊に1.リフ
リアさ7[た俵はL記の様なすぐれた諸特ゼJを小1.
/、−1゜又素子■は誘電体膜とし7てS r T I
O3膜単独であるので、欠陥部Gでおける絶縁破壊が自
己回復形と4:らずショート状態になったため誘電特性
の測定か市価にはでき4かった。
し実施例2〕 、’754図に;1.1様にITO透明′屯極42の付
1iさJl、 47. ’1jラス)、?板ト41C(
、Y2O3膜43を・電rビーム蒸着VCより厚さ40
個付付着せた。この1((−ZnSとMn ’!HM抗
]J++熱により同時蒸@ l、 ZnS :Mnの螢
)Y、体層44を1’/さ1.011 m形成した。熱
槽1ψケ貞空中580’Cで1時間行なった後、ZnS
:Mn膜の保護用にTa206膜46を電子ビー1、蒸
着Qこ土り1ワさ40 n m付>?’fさせた。その
l−にS r T t O3膜464・マクネトロアR
Fスパノタリ/グに土りI’/さ1.4μm付着さtた
3、スノf−タリングガスV巨ルt5 A r ノ混合
カス冬・用い、ガス圧IJ:8 X 10−’ Pdで
ある。又、基板幅度は420℃である。さ「)&(この
−ヒにPbNb2O6膜47をマグネトロンRFスパン
タリングr(より厚さo、4pm付着させた。
スパッタリングガスは02とkの1:1の混合ガスを用
い、ガス圧は6 Paである。ターゲットとしてはPb
Nb2O6の焼結体を用いた。基板温度は380℃であ
る。上部電極としてAe膜48を抵抗加熱蒸着により厚
さ70421や」沼させた。こうして得られた薄膜エレ
クトロルミネッセンス素子は、電圧を印加していくと発
光する迄VC欠陥部において飛散したNの直径30μm
程度の小さな絶縁破壊を起こしたが、いずれも自己回復
形であり、その数は0.5ケ/ clであった。5KH
z の交流パルスにより駆動したところゼロ−ビーク約
230■でほぼ輝度が飽和し約7 、 OOOcd /
 m2であった。
〔実施例3〕 白金板上にBaTi0 膜をマク′ネトロンRFスパツ
タリングにより厚さ2.171m付着させた。ター、、
:・1′ ゲットとしてB a T i Oaの焼結体を用いた。
スパッタリングガスは02とArの2=3の混合ガスを
用い、ガス圧は3 Paである。基板温度は800℃K
[、f4゜コ+、91J(r 5i3NJK−7り* 
トo /RF スパッタリングにより厚さ0.1μm付
着させた。
ターゲットとしてはS i 3N4  焼結体を用いた
。スパッタリングガスはAri用い、ガス圧は3  P
aである。基板加熱は行なわなかった。上部電極として
Auを抵抗加熱により厚さ80m付治させたこうして得
られた素fの誘電率の湯度特性′fL−+11115i
1し7たところ約14Qて゛でピークをンドした。父、
D−Eヒステリンスによっても強誘電性を確認できた。
なお、この素Fは低い電界強度におい−C欠陥部に絶縁
破壊が生じたが、いずれも自己回復形であり、その後の
特性6+11定に支障はなかった。この強誘電性薄膜素
子は圧電デバイス、電気′L″γデバイス舌の広い応1
1]に適するものである、。
」ソ、1−説明した様に本発明の電子装置は、神々のす
ぐれた物性を4rするが、自己[■1復形絶縁飯壊1゜
ない誘電体膜If(、自己回復形絶縁破壊する訪市1イ
\1j費6−積層′lる°Jii・(二上り、欠陥部T
’こ牛に2.絶縁鏝壊を自己1iJI復形とし、単独で
は自己回復形絶縁破壊しない誘電体膜のもつすぐれた物
性を十分に利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は誘電体における自己同4形絶縁破壊を承す模式
図、第2図は誘電体VCおける自己回復形でない絶縁破
壊を示す模式図、第3図は本発明の一実施例の複合誘電
体あr1己回復形絶縁破壊を示す模式図、第4図は本発
明の一尾、用例である薄膜エレクトロルミネッセンステ
ィバイスの構造を示寸図である。 31・・・・・・基板、32・・・・・1・部電極、3
4・・・・・・自己回復形絶縁破壊する誘電体膜、33
・・・・・・自己同4形絶縁破壊しない誘電体膜、35
・・・1上部電極、36・・・・・絶縁破壊の穴。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 故 男 はが1名第1
図 113図 G 第4図 8 79−

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基&Lに形成した電極層」二に自己回復形絶縁破
    壊しない誘電体膜、自己回復形絶縁破壊する誘電体膜お
    よび前記電極に対向する電極を順次形成したことを特徴
    とする複合誘電体。
  2. (2)前記自己回復形絶縁破壊しない誘電体膜if、ペ
    ロプスカイト型チタン酸塩膜であることを4’!j 徴
    とする特許請求の範囲第(1)項に記載の複合誘′市体
    1゜(3)  +iiJ記吊己回復形絶縁破壊する誘電
    体膜が、タングステンブロンズ型抜含酸化物膜であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項に記載の複合
    誘電体0
JP9543082A 1982-05-28 1982-06-03 複合誘電体 Granted JPS58212119A (ja)

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PCT/JP1983/000164 WO1983004339A1 (en) 1982-05-28 1983-05-26 Thin film electric field light-emitting device
EP83901629A EP0111568B1 (en) 1982-05-28 1983-05-26 Thin film electric field light-emitting device
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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