JPS5831741B2 - Zinc oxide piezoelectric crystal film - Google Patents

Zinc oxide piezoelectric crystal film

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JPS5831741B2
JPS5831741B2 JP52110894A JP11089477A JPS5831741B2 JP S5831741 B2 JPS5831741 B2 JP S5831741B2 JP 52110894 A JP52110894 A JP 52110894A JP 11089477 A JP11089477 A JP 11089477A JP S5831741 B2 JPS5831741 B2 JP S5831741B2
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JP
Japan
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crystal film
piezoelectric crystal
zinc oxide
manganese
vanadium
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敏夫 小川
浩司 西山
翼 増尾
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は酸化亜鉛からなる圧電結晶膜に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a piezoelectric crystal film made of zinc oxide.

酸化亜鉛の圧電結晶膜の製造方法としては、真空蒸着法
、気相反応法あるいはスパッタリング法などがある。
Methods for producing piezoelectric crystal films of zinc oxide include vacuum evaporation, gas phase reaction, and sputtering.

この中でたとえばスパッタリング法、特に高周波スパッ
タリング法は軸配向した結晶膜の成長速度が早く、工業
的に量産することができるという利点を備えている。
Among these methods, for example, the sputtering method, particularly the high-frequency sputtering method, has the advantage that the growth rate of an axially oriented crystal film is fast and that it can be mass-produced industrially.

この高周波スパッタリング法を用いて被着面に酸化亜鉛
の圧電結晶膜を作成する場合、従来はターゲットに高純
度の酸化亜鉛の焼結体を用いていたが、このターゲット
を用いて高周波スパックリングをしても、得られた結晶
膜の密着性が悪く、良質な膜ではなかった。
When creating a piezoelectric crystal film of zinc oxide on an adhered surface using this high-frequency sputtering method, a sintered body of high-purity zinc oxide was conventionally used as a target. However, the adhesion of the obtained crystal film was poor and the film was not of good quality.

また被着面に対してC軸を垂直にすることがむつかしか
った。
Also, it was difficult to make the C-axis perpendicular to the surface to which it was adhered.

このように酸化亜鉛の圧電結晶膜の密着性が悪いと、た
とえば弾性表面波濾波器をこの圧電結晶膜で構成した場
合、膜が剥離したりして、<シ歯状電極が形成されに<
<、断線事故が発生しやすくなり、ざらに伝搬ロスも大
きくなるという欠点があった。
If the adhesion of the zinc oxide piezoelectric crystal film is poor as described above, for example, when a surface acoustic wave filter is constructed with this piezoelectric crystal film, the film may peel off, resulting in the formation of tooth-shaped electrodes.
<、There were disadvantages in that disconnection accidents were more likely to occur and propagation loss was also large.

また、被着面に垂直な軸に対してC軸が傾いていると電
気機械結合係数の値が小さくなり、変換効率のよい酸化
亜鉛の圧電結晶膜が得られにくかった。
Furthermore, if the C-axis is tilted with respect to the axis perpendicular to the adhered surface, the value of the electromechanical coupling coefficient becomes small, making it difficult to obtain a zinc oxide piezoelectric crystal film with good conversion efficiency.

このような問題を種々検討した結果、酸化亜鉛の圧電結
晶膜にバナジウムおよびマンガンを含有させると、被着
面に対しC軸が垂直で、良質な圧電結晶膜が得られるこ
とを見い出したのである。
As a result of various studies on these problems, we discovered that by incorporating vanadium and manganese into a zinc oxide piezoelectric crystal film, a high-quality piezoelectric crystal film with the C-axis perpendicular to the adhering surface can be obtained. .

以下にこの発明を説明するために、高周波スパッタリン
グ法を用いて酸化亜鉛の圧電結晶膜に、バナジウムおよ
びマンガンを含有させた一例について説明する。
In order to explain the present invention, an example in which a piezoelectric crystal film of zinc oxide is made to contain vanadium and manganese using a high frequency sputtering method will be described below.

第1図は酸化亜鉛の圧電結晶膜を形成するための高周波
2極スパツタリング装置を示す。
FIG. 1 shows a high frequency bipolar sputtering apparatus for forming a piezoelectric crystal film of zinc oxide.

1は気密容器(ベルジャ)を示し、この気密容器1には
一対の平行平板状の陰極2と陽極3が配置されている。
Reference numeral 1 denotes an airtight container (bell jar), and a pair of parallel plate-shaped cathode 2 and anode 3 are arranged in this airtight container 1.

陰極2の上にはバナジウムおよびマンガンを含有してい
る酸化亜鉛からなるターゲット4が固定されている。
A target 4 made of zinc oxide containing vanadium and manganese is fixed on the cathode 2.

5はシャッタである。5 is a shutter.

陽極3には被着物となるガラス、金属などの基板6が固
定され、この基板6はスパッタリング中に200〜50
0℃の範囲で加熱される。
A substrate 6 of glass, metal, etc. to be deposited is fixed to the anode 3, and this substrate 6 is heated to a temperature of 200 to 500 nm during sputtering.
It is heated in the range of 0°C.

7は排気孔、8はガス導入口である。7 is an exhaust hole, and 8 is a gas inlet.

高周波スパッタリングをするには、気密容器1を密封し
たのち排気孔7からI X 10−6Torr以上の真
空度になるように排気する。
To perform high frequency sputtering, the airtight container 1 is sealed and then evacuated from the exhaust hole 7 to a degree of vacuum of I.times.10@-6 Torr or higher.

次にガス導入口8からアルゴン、酸素あるいは酸素とア
ルゴンの混合ガスを導入し、ガス圧がlXl0−1〜1
×1O−3Torrになるようにする。
Next, argon, oxygen, or a mixed gas of oxygen and argon is introduced from the gas inlet 8 until the gas pressure is lXl0-1~1.
x1O-3 Torr.

陰極2には高周波電源9により高周波電圧を印加する。A high frequency voltage is applied to the cathode 2 by a high frequency power supply 9.

ターゲット4には単位面積当たり2〜8w/cnlの高
周波電力を供給する。
High frequency power of 2 to 8 W/cnl per unit area is supplied to the target 4.

バナジウムおよびマンガンを含有する酸化亜鉛の焼結体
からなるターゲットは次のようにして作成した。
A target made of a sintered body of zinc oxide containing vanadium and manganese was prepared as follows.

原料としてZnO、V2O5、珈cO3の各粉末を用い
、第1表に示す比率になるように調合し、湿式混合した
ZnO, V2O5, and coffee powders were used as raw materials and mixed in the proportions shown in Table 1, followed by wet mixing.

これらを脱水したのち600〜800*℃で2時間仮焼
を行った。
After dehydrating these, they were calcined at 600-800*°C for 2 hours.

次に有機バインダとともに湿式ミルで粉砕、混合し、さ
らに脱水、乾燥したのち整粒した。
Next, it was ground and mixed with an organic binder in a wet mill, further dehydrated, dried, and then sized.

こののち粉末を1000kg/cJの圧力で加圧成型し
、直径100mm、厚み57nTILの円板に成型した
Thereafter, the powder was press-molded at a pressure of 1000 kg/cJ to form a disc with a diameter of 100 mm and a thickness of 57 nTIL.

さらに成型円板を1000℃で2時間焼成して、バナジ
ウムおよびマンガンを含むターゲット試料を作成した。
Furthermore, the molded disk was fired at 1000° C. for 2 hours to create a target sample containing vanadium and manganese.

得られたターゲットの比抵抗、理論密度に対する焼結密
度の百分率(焼結帯W7.論密度X100)を測定した
ところ第1表に示すような結果が得られた。
The specific resistance of the obtained target and the percentage of the sintered density with respect to the theoretical density (sintered zone W7. theoretical density X100) were measured, and the results shown in Table 1 were obtained.

各ターゲット試料を用いて高周波スパッタリング装置で
ガラス基板に酸化亜鉛の圧電結晶膜を形成した。
Using each target sample, a piezoelectric crystal film of zinc oxide was formed on a glass substrate using a high-frequency sputtering device.

高周波スパッタリングは次の条件により行った。High frequency sputtering was performed under the following conditions.

すなわち、ガス導入口8から気密容器1にアルゴン90
容量多と酸素10容量多の混合ガスを導入し、気密容器
1の圧力を2 X 10−” Torr1被着面となる
ガラス基板を350℃に加熱した。
That is, 90% of argon is introduced into the airtight container 1 from the gas inlet 8.
A mixed gas of 10 volumes and 10 volumes of oxygen was introduced, and the pressure in the airtight container 1 was set to 2×10-” Torr1.The glass substrate to be the adhering surface was heated to 350°C.

また、ターゲット4には単位面積当たりたとえば、周波
数13.56 MHzで6W/cdの電力を供給した。
Further, power of 6 W/cd was supplied to the target 4 at a frequency of 13.56 MHz per unit area, for example.

このようにして得られた酸化亜鉛の圧電結晶膜のC軸配
向性をX線回折のロッキングカーブ法(参考文献:答方
、中鉢、菊池「ZnO結晶薄膜における結晶軸の定量的
−表示法(極点図の導入と正規分布近似)」第20回応
物連合講演予稿、2(1973)84.苦力誠東北犬学
博士論文(1974))により測定した。
The C-axis orientation of the piezoelectric crystal film of zinc oxide obtained in this way was determined using the X-ray diffraction rocking curve method (References: Akata, Chubachi, Kikuchi, "Quantitative representation method of crystal axes in ZnO crystal thin films") ``Introduction of Pole Figures and Normal Distribution Approximation)'' 20th International Union of Materials Lecture Proceedings, 2 (1973) 84. Makoto Kuriki Tohoku Canine Studies Doctoral Dissertation (1974)).

被着面に垂直な軸に対しC軸が何度傾いているか、その
平均値マと標準偏差σを求めた。
The average value and standard deviation σ of the degree of inclination of the C-axis with respect to the axis perpendicular to the adherend surface were determined.

また、各試料につき膜抵抗、膜質および密着性はMIL
−8TD−202Dの試験法107Cにより行い、圧電
結晶膜がガラス基板からはがれたものを「不可」、ひび
割れの生じたものを「やや良好」、変化のないものを「
良好」とした。
In addition, the membrane resistance, membrane quality, and adhesion of each sample were measured using MIL
-8TD-202D test method 107C, those in which the piezoelectric crystal film has peeled off from the glass substrate are rated "unacceptable", those with cracks are rated "slightly good", and those with no change are rated "
"Good."

上記した圧電結晶膜の各特性を第1表に合わせて示した
Each characteristic of the piezoelectric crystal film described above is shown in Table 1.

第1表から、この発明によるものはC軸が被着面に対し
、はぼ垂直になっており、このことから大きな電気機械
結合係数が得られ、変換効率のよいすぐれた圧電結晶膜
の得られていることがわかる。
From Table 1, it can be seen that the C-axis of the invention is almost perpendicular to the surface to which it is adhered, and as a result, a large electromechanical coupling coefficient can be obtained, and an excellent piezoelectric crystal film with high conversion efficiency can be obtained. I can see that it is being done.

また、膜質もなめらかでさらに密着性もよく良質な圧電
結晶膜が得られている。
In addition, a high-quality piezoelectric crystal film with smooth film quality and good adhesion was obtained.

第1表中、試料番号8,9につき、酸化亜鉛の圧電結晶
膜の各特性を「−」で示したが、これはC軸が被着面に
対して垂直に配向せず、圧電結晶膜として使用できない
ため、特性の評価を行わなかったことを意味する。
In Table 1, each characteristic of the zinc oxide piezoelectric crystal film for sample numbers 8 and 9 is indicated with a "-", but this is because the C axis is not oriented perpendicularly to the adhered surface, and the piezoelectric crystal film This means that the characteristics were not evaluated because it cannot be used as a.

なお、第1表から明らかなように、酸化亜鉛の圧電結晶
膜にバナジウムおよびマンガンを含有させる場合適正範
囲があり、次の含有範囲にあればよい。
As is clear from Table 1, there is an appropriate range for vanadium and manganese to be contained in the zinc oxide piezoelectric crystal film, and the content may be within the following range.

つまり、バナジウムについてはバナジウムの原子係に換
算して0.01〜20.0原子係の範囲にあればよい。
That is, vanadium may be in the range of 0.01 to 20.0 atomic ratios in terms of vanadium atomic ratios.

これは0.01原子係未満では膜質が悪くなり、20.
0原子係を越えると配向性が悪くなるからである。
If it is less than 0.01 atomic ratio, the film quality will deteriorate, and 20.
This is because if the ratio exceeds 0 atoms, the orientation deteriorates.

また、マンガンについてはマンガンの原子多に換算して
o、oi〜20.O原子優の範囲にあればよい。
Regarding manganese, the number of atoms of manganese is o, oi ~ 20. It is sufficient if it is within the range of O atoms.

これは0.01原子係未満では酸化亜鉛の圧電結晶膜の
比抵抗が上がらず、膜質も悪くなり、20.0原子優を
越えると配向性が悪くなるからである。
This is because if the amount is less than 0.01 atoms, the resistivity of the piezoelectric crystal film of zinc oxide will not increase and the quality of the film will be poor, and if it exceeds 20.0 atoms, the orientation will be poor.

上記した実施例ではターゲット中にバナジウムおよびマ
ンガンを含有させたが、そのほかにバナジウムおよびマ
ンガンの化合物を用いてもよく、得られた酸化亜鉛の圧
電結晶膜にバナジウムおよびマンガンが含まれていれば
同様の効果が得られる。
In the above example, vanadium and manganese were contained in the target, but other compounds of vanadium and manganese may also be used, as long as vanadium and manganese are contained in the piezoelectric crystal film of zinc oxide obtained. The effect of this can be obtained.

また、上記した実施例では高周波スパッタリング法を用
いたが、酸化亜鉛の圧電結晶膜にバナジウムおよびマン
ガンを含有させることができれば他の方法、たとえば同
時スパッタリング法あるいはイオンブレーティング法な
どを用いてもよい。
Further, in the above-mentioned embodiments, a high-frequency sputtering method was used, but other methods such as simultaneous sputtering method or ion blating method may be used as long as vanadium and manganese can be contained in the piezoelectric crystal film of zinc oxide. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例を説明するために用いたス
パッタリング装置の概略図である。 1・・・・・・気密容器、2・・・・・・陰極、3・・
・・・・陽極、4・・・・・・ターゲット、6・・・・
・・基板。
FIG. 1 is a schematic diagram of a sputtering apparatus used to explain an embodiment of the present invention. 1... Airtight container, 2... Cathode, 3...
...Anode, 4...Target, 6...
··substrate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 被着面に対しC軸が垂直になっている酸化亜鉛の圧
電結晶膜であって、この圧電結晶膜にバナジウムおよび
マンガンをそれぞれ0.01〜20.0原子多含有させ
たことを特徴とする酸化亜鉛の圧電結晶膜。
1 A piezoelectric crystal film of zinc oxide whose C axis is perpendicular to the surface to which it is adhered, characterized in that the piezoelectric crystal film contains 0.01 to 20.0 atoms of vanadium and manganese, respectively. Zinc oxide piezoelectric crystal film.
JP52110894A 1977-09-13 1977-09-13 Zinc oxide piezoelectric crystal film Expired JPS5831741B2 (en)

Priority Applications (3)

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JP52110894A JPS5831741B2 (en) 1977-09-13 1977-09-13 Zinc oxide piezoelectric crystal film
US05/940,336 US4174421A (en) 1977-09-13 1978-09-07 Piezoelectric crystalline film of zinc oxide and method for making same
DE19782839577 DE2839577A1 (en) 1977-09-13 1978-09-12 ZINC OXYDE PIEZOELECTRIC CRYSTALLINE FILMS AND THE PROCESS FOR THEIR PRODUCTION

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JPS5443600A JPS5443600A (en) 1979-04-06
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