JPS5831746B2 - 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
膜の密着性が悪く、良質な膜ではなかった。

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。

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、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。

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。

このような問題を種々検討した結果、酸化亜鉛の圧電結
晶膜にテルルを含有させると、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。

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テルルを含有させ
た一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の上にはテルル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はスパッタリング沖に２００〜５０
０℃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ｌＸｌ０ ’Ｔｏｒｒ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１×１０−１〜Ｉ
Ｘ １０−”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２〜８Ｗ／ＣｒＩｔの
高周波電力を供給する。

テルル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ＺｎＯ，Ｔｅ金属の各粉末を用い、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１０００Ｋｐ／ｄの圧力で加圧、成型し
、直径１００Ｍ、厚み５７Ｎ！Ｉｌの円板に成型した。

さらに成型円板を１２００℃で２時間焼成してテルルを
含む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／理論密度×■００）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
容量袈と酸素１０容量φの混合ガスを導入し、気密容器
１の圧力を２ Ｘ １０−３Ｔｏｒｒ、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 ＭＥ（ｚ で６Ｗ／７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：答方
、中針、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 東北大
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軸が何度傾いているかその平
均値（×）と標準偏差（σ）を求めた。

また、各試料につき膜質、密着性を測定した。

なお密着性はＭＩ Ｌ−８ＴＤ−２０２Ｄの試験法１０
７℃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。

上記した酸化亜鉛の圧電結晶膜の各特性を第１表を合わ
せて示した。

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。

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。

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。

また、試料番号１，５について酸化亜鉛の圧電結晶膜の
状態を走査型電子顕微鏡（ｘｌｏｏｏ）で調べた。

第２図、第３図はその電子顕微鏡写真であり、第２図は
試料番号１、第３図は試料番号５のものである。

第２図、第３図から明らかなように、第２図のものは膜
表面が不均一であるのに対し、第３図のテルルを含有さ
せた酸化亜鉛の圧電結晶膜の表面はなめらかで均一であ
る。

なお、この発明において酸化亜鉛の圧電結晶膜にテルル
を含有させる範囲はテルルの原子多に換算して０．０１
〜２０．０原子優の範囲にあればよい。

つまり、０．０１原子φ未満になると密着性が悪くなり
、２０．０原子優を越えると配向性が悪くなる。

上記した実施例ではターゲット中にテルルを含有させた
が、そのほかにテルル亜鉛（ＺｎＴｅ）などのテルルの
化合物を用いてもよく、得られた酸化亜鉛の圧電結晶膜
にテルルが含まれていれば同様の効果が得られる。

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テルルを含有させるこ
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。

なお、上記した実施例においてターゲットにテルルを含
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、ターゲット中にテルルを含
有させたものは従来のものにくらべ焼結密度が高く、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、第２図、第３図は電子顕微
鏡写真を示し、第２図は従来のもの、第３図はこの発明
の一実施例によるものである。 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、この圧電結晶膜にテルルを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。