JPS5831747B2 - 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
とえば弾姓表面汲濾汲器をこの圧電結晶膜で横取した場
合、膜が剥離したりして、＜シ歯状電極が形成されに＜
＜、断線事故が発生しゃすくなり、ざらに伝搬ロスも大
きくなるという欠点があった。

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横割した結果、酸化亜鉛の圧電結
晶膜にセレンを含有させると、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。

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セレンを含有させ
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極スパッ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の上にはセレンを含ｔ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２００〜５０
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Ｉ Ｘ １０＝ 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１×１０−１〜１
×１Ｏ−３Ｔｏｏｒ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／−の高周波
電力を供給する。

セレ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。

原料としてＺｎＯ，Ｚｎ５ｅ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１０００ｋｇ／ｃＩ？Ｌの圧力で加圧成
型し、直径１００ ｍｖｔ、厚み５間の円板に成型した
。

さらに成型円板を１２００℃で２時間焼成してセレンを
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＠度×１００）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％と酸素１０容量％の混合ガスを導入し、気密容器
１の圧力を２Ｘ１０ ”Ｔｏｒｒ１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６ｗ／ｃｙ７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：苦力
、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（１
９７４））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（Ｘ）と標準偏館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ＭＩＬ−８ＴＤ−２０２Ｄの試験法１’０
７Ｃ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「小町」、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表に合わ
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７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
、特注の評価を行わなかったことを意味する。

なお、この発明において酸化亜鉛の圧電結晶膜にセレン
を含有させる範囲はセレンの原子％に換算して０．０１
〜１５．０原子％の範囲にあればよい。

つまり０，０１原子％未満になると密着性が悪くなり、
１５．０原子％を越えると配向性が悪くなる。

上記した実症例ではターゲット中にセレンを含有させた
が、そのほかにセレ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セレンが含まれていれば同様
の効果が得られる。

また上記した実症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セレ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。

なお、上記した実症例においてターゲットにセレンを含
有させることによって次のようなすぐれた点が見られる
。

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、ターゲット中にセレンを含
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、この圧電結晶膜にセレンを０．０１
   〜１５．０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。