JPS5942474B2 - 圧電体薄膜の製造方法 - Google Patents
圧電体薄膜の製造方法Info
- Publication number
- JPS5942474B2 JPS5942474B2 JP51087433A JP8743376A JPS5942474B2 JP S5942474 B2 JPS5942474 B2 JP S5942474B2 JP 51087433 A JP51087433 A JP 51087433A JP 8743376 A JP8743376 A JP 8743376A JP S5942474 B2 JPS5942474 B2 JP S5942474B2
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- substrate
- piezoelectric thin
- bismuth
- bismuth germanate
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は圧電体薄膜の製造方法、特にゲルマニウム酸ビ
スマス（Ｂｉ１２Ｇｅ０２ｏ）薄膜を製造する方法に関
するものである。
スマス（Ｂｉ１２Ｇｅ０２ｏ）薄膜を製造する方法に関
するものである。
ゲルマニウム酸ビスマス結晶は、体心立方構造をもつ圧
電体で、その圧電定数が非常に大きく、超音波トランス
デューサの材料としてきわめて有用なものである。
電体で、その圧電定数が非常に大きく、超音波トランス
デューサの材料としてきわめて有用なものである。
また、その音速は他の圧電材料に比べて著しく遅く、た
とえばニオブ酸リチウム（ＬｉＮＢ０３）の約／である
。そのため、超音波遅延素子として用いた場合、単位長
さ当りの遅延時間が長くなり、それだけ素子が小形化さ
れるという点で優れている。その他、ゲルマニウム酸ビ
スマスは顕著な光弾性効果や電気光学効果を示すので、
光偏向や光変調素子の材料としても有用である。このよ
うなゲルマニウム酸ビスマスは、回転引上法により良好
なバルク単結晶に成長させることができる。
とえばニオブ酸リチウム（ＬｉＮＢ０３）の約／である
。そのため、超音波遅延素子として用いた場合、単位長
さ当りの遅延時間が長くなり、それだけ素子が小形化さ
れるという点で優れている。その他、ゲルマニウム酸ビ
スマスは顕著な光弾性効果や電気光学効果を示すので、
光偏向や光変調素子の材料としても有用である。このよ
うなゲルマニウム酸ビスマスは、回転引上法により良好
なバルク単結晶に成長させることができる。
ただ、バルク単結晶は、製造コストが高く、また、素子
形成に際して、切断や研摩などの加工工程を要するため
、大量生産には適していない。したがつて、この結晶を
ガラスなどの基板上に薄膜の形で形成することが、実用
上、強く望まれる。しかし、このようなゲルマニウム酸
ビスマス薄膜を製造するための技術は、これまで確立さ
れていなかつた。通常の薄膜形成法である真空蒸着法に
よれば、ゲルマニウム酸ビスマスは蒸着中に酸素が失な
われてしまうので、目的の薄膜を得ることが不可能であ
る。また、液相エピタキシャル法あるいは気相エピタキ
シャル法によつて、薄膜を形成することも考えられるが
、この場合には、基板としてゲルマニウム酸ビスマスま
たは類似物質である珪酸ビスマスなどのバルク単結晶を
用いなければならず、実用上、大きな利点はない。発明
者らは、このような問題点を解決するために、種々検討
した結果、任意の基板上のゲルマニウム酸ビスマス薄膜
を、イオン衝撃による蒸発機構を利用した蒸着方法、す
なわち、一般にスパッタリング法と称されている方法を
用い、かつ特定の形成条件を適用することにより容易に
形成できることを見出した。本発明は、このスパッタリ
ング法によるゲルマニウム酸ビスマスの良好な圧電性薄
膜の製造方法を提供するものである。本発明の方法によ
り製造した圧電性薄膜を用いることにより、高効率でか
つマイクロ波領域にも及ぶ超音波（バルク弾性波）のト
ランスデユーサが得られる。
形成に際して、切断や研摩などの加工工程を要するため
、大量生産には適していない。したがつて、この結晶を
ガラスなどの基板上に薄膜の形で形成することが、実用
上、強く望まれる。しかし、このようなゲルマニウム酸
ビスマス薄膜を製造するための技術は、これまで確立さ
れていなかつた。通常の薄膜形成法である真空蒸着法に
よれば、ゲルマニウム酸ビスマスは蒸着中に酸素が失な
われてしまうので、目的の薄膜を得ることが不可能であ
る。また、液相エピタキシャル法あるいは気相エピタキ
シャル法によつて、薄膜を形成することも考えられるが
、この場合には、基板としてゲルマニウム酸ビスマスま
たは類似物質である珪酸ビスマスなどのバルク単結晶を
用いなければならず、実用上、大きな利点はない。発明
者らは、このような問題点を解決するために、種々検討
した結果、任意の基板上のゲルマニウム酸ビスマス薄膜
を、イオン衝撃による蒸発機構を利用した蒸着方法、す
なわち、一般にスパッタリング法と称されている方法を
用い、かつ特定の形成条件を適用することにより容易に
形成できることを見出した。本発明は、このスパッタリ
ング法によるゲルマニウム酸ビスマスの良好な圧電性薄
膜の製造方法を提供するものである。本発明の方法によ
り製造した圧電性薄膜を用いることにより、高効率でか
つマイクロ波領域にも及ぶ超音波（バルク弾性波）のト
ランスデユーサが得られる。
また、表面弾性波トランスデユーサについても、高価な
バルタ単結晶を用いることなく容易にかつ大量に製造す
ることができる。その他、この薄膜を光導波路とし、光
偏向素子や光変調素子を構成することができ、優れた光
集積回路の材料となり得るものである。以下、本発明の
方法を実施例により説明する。
バルタ単結晶を用いることなく容易にかつ大量に製造す
ることができる。その他、この薄膜を光導波路とし、光
偏向素子や光変調素子を構成することができ、優れた光
集積回路の材料となり得るものである。以下、本発明の
方法を実施例により説明する。
ここで述べる実施例は、高周波スパツタリング法により
薄膜を形成するものである。すなわち、排気部を有する
気密容器内に薄膜の原料物質よりなる電極（ターゲツト
電極）、および薄膜を形成すべき基板を装着した金属電
極を対向させて設置し、容器内に微量の雰囲気ガスを満
たすとともに、両電極間に高周波電圧を印加して放電を
生じさせる。電離したガス分子の衝突により原料物質が
スパツタリング蒸発し、基板上に膜として形成される。
雰囲気ガスはアルゴンと酸素の混合ガスが適しており、
その混合比は一例として１：１（容量比）である。基板
は、後述の基板温度に耐える物質であれば、任意の材料
を用いることができ、無定形物質たとえば通常のガラス
、あるいは結晶性物質たとえばシリコン単結晶などのい
ずれでも用いることができる。薄膜の形成速度は広範囲
に選ぶことができるが、たとえば０．１〜１μｍ／時が
好適である。次に、本発明の最も重要な点であるターゲ
ツト電極物質についての条件を述べる。
薄膜を形成するものである。すなわち、排気部を有する
気密容器内に薄膜の原料物質よりなる電極（ターゲツト
電極）、および薄膜を形成すべき基板を装着した金属電
極を対向させて設置し、容器内に微量の雰囲気ガスを満
たすとともに、両電極間に高周波電圧を印加して放電を
生じさせる。電離したガス分子の衝突により原料物質が
スパツタリング蒸発し、基板上に膜として形成される。
雰囲気ガスはアルゴンと酸素の混合ガスが適しており、
その混合比は一例として１：１（容量比）である。基板
は、後述の基板温度に耐える物質であれば、任意の材料
を用いることができ、無定形物質たとえば通常のガラス
、あるいは結晶性物質たとえばシリコン単結晶などのい
ずれでも用いることができる。薄膜の形成速度は広範囲
に選ぶことができるが、たとえば０．１〜１μｍ／時が
好適である。次に、本発明の最も重要な点であるターゲ
ツト電極物質についての条件を述べる。
通常、スパツタリング法においては、ターゲツト電極物
質が均一に蒸発し、基板に付着するため、多くの成分を
含む材料についても、ターゲツト物質には、目的とする
組成比そのままのものを使用すればよいと考えられてき
た。しかし、ゲルマニウム酸ビスマスの場合には、目的
とする組成比、すなわち酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）
を１４．３モル？含む混合物をターゲツトとして使用し
たとき、形成された薄膜は一応Ｂｉｌ２ＧｅＯ２Ｏと言
えるものからなるが、その薄膜中の結晶粒の結晶方位が
そろつていない、いわゆる配向性のない薄膜であつた。
このような状態の薄膜は圧電性を示さず、圧電体として
の実用性がない。しかるに、酸化ゲルマニウムを１４．
３モル？よりやや多く含むものをターゲツト物質とした
場合、配向性を示し、圧電性を有する実用的なゲルマニ
ウム酸ビスマス薄膜の得られることが判明した０発明者
らの詳細な実験によると、良好な圧電性薄膜を得ること
ができる酸化ゲルマニウムの酸化ビスマスとの合計量に
対する組成比率は、１６〜３０モル？の範囲にあつた。
それが１６モル％より少ないと良好な配向性が得られず
、３０モル？より多いと、薄膜が配向性を示すものの、
目的外の化合物が混入し、圧電性が低下してしまう。上
記の範囲の中で最も大きな圧電性の得られる値は約２０
モル％であつた。さらに、基板温度条件については、上
記組成のターゲツトを使用した場合でも、得られた薄膜
の圧電性は、形成中の基板温度によつて大きく異なる。
質が均一に蒸発し、基板に付着するため、多くの成分を
含む材料についても、ターゲツト物質には、目的とする
組成比そのままのものを使用すればよいと考えられてき
た。しかし、ゲルマニウム酸ビスマスの場合には、目的
とする組成比、すなわち酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）
を１４．３モル？含む混合物をターゲツトとして使用し
たとき、形成された薄膜は一応Ｂｉｌ２ＧｅＯ２Ｏと言
えるものからなるが、その薄膜中の結晶粒の結晶方位が
そろつていない、いわゆる配向性のない薄膜であつた。
このような状態の薄膜は圧電性を示さず、圧電体として
の実用性がない。しかるに、酸化ゲルマニウムを１４．
３モル？よりやや多く含むものをターゲツト物質とした
場合、配向性を示し、圧電性を有する実用的なゲルマニ
ウム酸ビスマス薄膜の得られることが判明した０発明者
らの詳細な実験によると、良好な圧電性薄膜を得ること
ができる酸化ゲルマニウムの酸化ビスマスとの合計量に
対する組成比率は、１６〜３０モル？の範囲にあつた。
それが１６モル％より少ないと良好な配向性が得られず
、３０モル？より多いと、薄膜が配向性を示すものの、
目的外の化合物が混入し、圧電性が低下してしまう。上
記の範囲の中で最も大きな圧電性の得られる値は約２０
モル％であつた。さらに、基板温度条件については、上
記組成のターゲツトを使用した場合でも、得られた薄膜
の圧電性は、形成中の基板温度によつて大きく異なる。
実験によれば、４００〜６００℃の基板温度範囲で、著
しく大きな圧電性が得られることがわかつた。４００℃
より低い温度の基板では、膜中に圧電性のない無定形物
質や面心立方構造の結晶が含まれやすく、圧電性が低下
する。
しく大きな圧電性が得られることがわかつた。４００℃
より低い温度の基板では、膜中に圧電性のない無定形物
質や面心立方構造の結晶が含まれやすく、圧電性が低下
する。
また、６００゜Ｃより高い温度の基板では、膜中の結晶
粒が著しく大きく成長し、表面の平担度が悪化するため
、種々の素子として使用する場合の実効的な圧電性が低
下する。以上の説明から明らかなように、本発明の方法
は、酸化ゲルマニウム１６〜３０モル７０および酸化ビ
スマス８４〜７０モル％の組成比率のターゲツトを、イ
オン衝撃による蒸発方法を用いて蒸発させ、所定の基板
上に蒸発物を付着させてゲルマニウム酸ビスマスの薄膜
を形成することを特徴とし、さらに基板温度を４００〜
６００℃とすることを特徴とするものである。
粒が著しく大きく成長し、表面の平担度が悪化するため
、種々の素子として使用する場合の実効的な圧電性が低
下する。以上の説明から明らかなように、本発明の方法
は、酸化ゲルマニウム１６〜３０モル７０および酸化ビ
スマス８４〜７０モル％の組成比率のターゲツトを、イ
オン衝撃による蒸発方法を用いて蒸発させ、所定の基板
上に蒸発物を付着させてゲルマニウム酸ビスマスの薄膜
を形成することを特徴とし、さらに基板温度を４００〜
６００℃とすることを特徴とするものである。
この方法によつて得られるゲルマニウム酸ビスマスの薄
膜は、優れた性質を示し、その製造の実施も容易で、安
価にかつ大量に種々の素子を作ることができる。上述の
実施例では、高周波スパツタリング法による場合につい
て述べたが、これと同様のイオン衝撃に基く蒸発機構を
利用した他の蒸着方法、たとえば直流スパツタリング法
、イオンビームスパツタ法によつても、同等の効果が得
られるのは言うまでもないことである。
膜は、優れた性質を示し、その製造の実施も容易で、安
価にかつ大量に種々の素子を作ることができる。上述の
実施例では、高周波スパツタリング法による場合につい
て述べたが、これと同様のイオン衝撃に基く蒸発機構を
利用した他の蒸着方法、たとえば直流スパツタリング法
、イオンビームスパツタ法によつても、同等の効果が得
られるのは言うまでもないことである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸化ゲルマニウム１６〜３０モル％および酸化ビス
マス８４〜７０モル％の組成比率のターゲットを、イオ
ン衝撃による蒸発方法を用いて蒸発させ、基板上に蒸発
物を付着させることによつて、ゲルマニウム酸ビスマス
の薄膜を形成することを特徴とする圧電体薄膜の製造方
法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の圧電体薄膜の製造方法
において、蒸発物を付着させるべき基板の温度を４００
〜６００℃とすることを特徴とする方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51087433A JPS5942474B2 (ja) | 1976-07-21 | 1976-07-21 | 圧電体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51087433A JPS5942474B2 (ja) | 1976-07-21 | 1976-07-21 | 圧電体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5313200A JPS5313200A (en) | 1978-02-06 |
| JPS5942474B2 true JPS5942474B2 (ja) | 1984-10-15 |
Family
ID=13914721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51087433A Expired JPS5942474B2 (ja) | 1976-07-21 | 1976-07-21 | 圧電体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5942474B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58167429A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-10-03 | Otsuka Chem Co Ltd | ビスマスーゲルマニウム系酸化物の製法 |
| JP5259741B2 (ja) * | 2009-10-13 | 2013-08-07 | Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 | Ｂｉ−Ｇｅ−Ｏ系焼結体スパッタリングターゲット及びその製造方法並びに光記録媒体 |
| WO2011062021A1 (ja) * | 2009-11-20 | 2011-05-26 | Jx日鉱日石金属株式会社 | Ｂｉ－Ｇｅ－Ｏ系焼結体スパッタリングターゲット及びその製造方法並びに光記録媒体 |
-
1976
- 1976-07-21 JP JP51087433A patent/JPS5942474B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5313200A (en) | 1978-02-06 |
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