JPS5831744B2 - 酸化亜鉛の圧電結晶膜 - Google Patents

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。

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。

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。

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タリングをしても、得られた結
晶膜の表面は均一にならず、良質な膜ではなかった。

このように酸化亜鉛の圧電結晶膜が不均一であると、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、くし歯状電極が形成されにくく、断線事故が発生
しやすくなり、さらに伝搬ロスも大きくなるという欠点
があった。

このような欠点を改善したものとして、酸化亜鉛の圧電
結晶膜にバナジウムを含有させることを提案した。

バナジウムを含有させると、被着面にＣ軸が垂直で、良
質な圧電結晶膜が得られるが、バナジウムと同時にクロ
ム、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも１種を含
有させることにより、さらに密着性の良好な圧電結晶膜
が得られることを見い出したのである。

この発明は上記した見地にもとづいてなされたもので、
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
びクロム、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも１
種を含有させた例について説明する。

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。

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。

陰極２の上にはバナジウム、およヒフロム、鉄、コバル
ト、ニッケルのうち少なくとも１種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。

５はシャッタである。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２００〜５０００Ｃの範囲で加熱される。

７は排気孔、８はガス導入口である。

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。

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−’〜ｌ
Ｘｌ０−”Ｔｏｒｒになるようにする。

陰極２には高周波電源９により高周波電圧を印加する。

ターゲット４には単位面積当たり２〜８ Ｗ／ｃｎ４の
高周波電力を供給する。

バナジウム、およびクロム、鉄、コバルト、ニッケルの
うち少なくとも１種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。

原料としてＺｎＯ２■２０５．Ｆｅ２Ｏ２，Ｃｒ２Ｏ３
，Ｃｏ０２ＮｉＯ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。

これらを脱水したのち６００〜８００℃で２時間仮焼を
行なった。

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。

こののち粉末を１０００ｋｇ／ｃａの圧力で加圧、成型
し、直径１００ｍｍ、厚み５間の円板に成型した。

さらに成型円板を１２００℃で２時間焼成してターゲッ
ト試料を作成した。

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（焼結密度／理結密度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。

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
ガラス基板にバナジウム、およびクロム、鉄、コバルト
、ニッケルのうち少なくとも１種を含有する酸化亜鉛の
圧電結晶膜を形成した。

高周波スパッタリングは次の条件により行った。

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％と酸素１０容量％の混合ガスを導入し、気密容器
１の圧力を２ Ｘ １０−”Ｔｏｒｒ、被着面となるガ
ラス基板を３５０℃に加熱した。

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６ Ｗ／ｃｒＡの電力を供給し
た。

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：Ｏ苦
力、中鉢、菊池ｒＺｎＯ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）８４．０苦力誠東北犬
学博士論文（１９７４））により測定した。

被着面に垂直な軸に対しＣ軸が伺度傾いているかその平
均値（謁と標準偏差（σ）を求めた。

また各試料につき膜抵抗、膜質および密着性を測定した
。

なお密着性はＭＩＬ−８ＴＤ−２０２Ｄの試験法１０７
Ｃ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。

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
。

第１表から、酸化亜鉛の圧電結晶膜にバナジウム、およ
びクロム、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも１
種を含有させたこの発明のものはＣ軸が被着面に対しほ
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。

また膜抵抗は高い値を示し、膜質もなめらかで、さらに
密着性も良好であるなど、特性のすぐれた圧電結晶膜が
得られている。

第１表中、試料番号１３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。

なお、第１表から圧電結晶膜にバナジウムおよび、クロ
ム、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも１種を含
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。

つまり、バナジウムについてはバナジウムの原子％に換
算して０．０１〜２０．０原子％にあればよい。

これは０．０１原子％未満では膜質が悪くなり、２０．
０％原子を越えると配向性が悪くなるからである。

またクロム、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも
１種をそれぞれの原子％に換算して０．０１〜２０．０
原子％にあればよい。

これは０．０１原子％未満では密着性が悪＜２０．０原
子％を越えると配向性が悪くなるからである。

上記した実施例において、圧電結晶膜中にバナジウム、
およびクロム、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくと
も１種を含有させたが、この圧電結晶膜をスパッタリン
グにより作成する場合、ターゲット中にこれらの酸化物
のみならず、その他の化合物を含有させても同様な効果
が得られる。

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、およびク
ロム、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも１種を
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、イオンブレーティング法などを用いても
よい。

なお、上記した実施例においてターゲットにバナジウム
、およびクロム、鉄、コバルト、ニッケルのうつ少なく
とも１種を含有させることによって次のようなすぐれた
点が見られた。

すなわち、高周波スパッタリング法を用いて工業的に量
産する場合、膜の成長速度を上げる必要がある。

この場合ターゲットの単位面積当たりに印加する電力を
高くする必要があり、これには高密度のターゲットが必
要になる。

第１表から明らかなように、ターゲット中にバナジウム
、およびクロム、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なく
とも１種を含有させたものは、高純度の酸化亜鉛磁器（
８５％）にくらべて焼結密度が高く、高周波スパッタリ
ングを行う場合高電力が使用でき、酸化亜鉛の圧電結晶
膜を量産性よく生成することができるという特徴を有し
ていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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を０．
   ０１〜２０．０原子％、およびクロム、鉄、コバルト、
   ニッケルのうち少なくとも１種を０．０１〜２０．０原
   子％含有させたことを特徴とする酸化亜鉛の圧電結晶膜
   。