JPS60172103A - 強誘電体薄膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は〈１００〉方向もしくは〈ｏｏｌ〉方向に配向
した強誘電体薄膜に関するものである。

従来例の構成とその問題点 強誘電体化合物はその圧電性を利用して圧電フィルりや
振動子等電気部品として広く使われている。また電気光
学効果を利用したレーザーの変調素子や光シヤツターへ
の応用などが行なわれており、強誘電体化合物の応用範
囲は広い。

強誘電体化合物の単結晶は作製か一般に困難であシ、で
きたとしても高価なものが多く１．チタン酸バリウム圧
電磁器やジルコン酸チタン酸鉛磁器やＰＬＺＴ磁器のよ
うに磁器として使用される場合が多い。しかし、・磁器
においては粒子間の結晶軸の配列が無秩序であシ、結晶
の持つ強誘電的特性を十分に利用することが不可能であ
る。さらに、光変調素子や光シヤツターとして使用する
場合には、その素体が光学的に透明であることが必要で
ある。しかしながら、物質そのものが透明であっても強
誘電体は光学的な非等方体であり、多結晶化すると粒子
間の界面で光が散乱し、磁器にした場合、ＰＬＺＴ磁器
やごく一部の組成物以外の強誘電体物質は不透明になる
ので、電気光学素子は単結晶を用いることが望まれる。

現在１００種類以上の強誘電体が発見されておシ、単結
晶での電気的、光学的特性は良好であるにもかかわらず
、単結晶の作製が困難であった夛、単結晶が潮解性を持
ち不安定があったシして素子として使用されているもの
は一部にすぎない。

一方強誘電体素子の構造を考えると、近年半導体ＩＣと
組み合わせたモノリシックな素子が応用の面から考えて
望ましく、強誘電体素子は薄膜°化の傾向が一層進むと
考えられる。このとき薄膜が単結晶化していれば、よシ
大きな特性の向上が期待できる。

チタン酸鉛あるいはこれにジルコンやランタンを固溶さ
せた一連のペロブスカイト型化合物は、優れた強銹電的
性質を有する物質で、実際に磁器として焦電形熱検出素
子や高周波用フィルクー等に用いられている。しかしこ
れら化合物は、鉛の蒸気圧が高く良好な単結晶の作製が
困難であり、特に、チタン酸鉛とこれに近い組成の化合
物は結晶の異方性が大きいことから焼結体を得ることす
ら困難である。

発明の目的 本発明は電気的、光学的応用の面から工業的に容易に作
成できる薄膜化した単結晶強誘電体材料を提供しようと
するものである。

発明の構成 本発明は、分極軸方向に配向した強誘電体薄膜で２、式
（Ｐｂｘ　Ｌａｙ　）　（Ｔｉｚ　Ｚｒｗ）　Ｏｙ、に
おいて、次の組成範囲（ＡＬ　（ＢＬ　（Ｃ）のうちの
いずれか一つで表わされるものである。

（Ａ）　０．７０１ｘ　（１，ｏ、９．＝Ｘ＋７．ｆｆ
１゜０−９５　イＺ　４１　、Ｗ−○。

（Ｂ））（＝１．ｙ−０，０，４ｓ、４ｚ（１，ｚ十ｗ
＝１　。

（Ｃ）ｏ、ｓ３イｘ（１，Ｘ＋７＝１．ｏ、６，４ｚ（
１，０，９θｌ　ｚ　＋　ｗ　ｌ　１゜実施例の説明 本発明の単結晶薄膜は高周波ヌパンクリンク法で作製し
た。基板に（１００）で襞間し、鏡面研磨を施し、た酸
化マグネシウム単結晶を使用し、ターゲットには組成式
ＰｂｘＬ〜Ｔ１□Ｚｒｗ　Ｏｓにおいて、ｘ、７．　ｚ
、及びＷを種々変化させたものに、２ｏモ）ｖ％のｐｂ
ｏを過剰に加えた粉末を用いた。

ヌパッタガヌには、混合比９：１のアルゴンと酸素との
混合ガスを用い、全圧を２〜６Ｐａ、基板温度を５５０
〜６２６°Ｃの範囲内にしてスパッタを行なった。得ら
れた薄膜について、Ｘ線回折及び″ｒｌＬ子線回折で結
晶の同定、方位の決定、評価を行なった。またＸＦ￥マ
イクロアナライザで組成比の分析を行なった。

実施例１ 第１図にエピタキシャル成長しりＰｂｏ９Ｌａｏ、　Ｔ
ｉ　Ｏ５のＸ線回折図形を示す。これより〈００１〉方
向寸プξは〈１００〉方向に配向していることがわかる
。さらに電子線回折よシエピタキシャル成長しているこ
とが確認された。

実施例２ 第２図にＰｂ　Ｔｉｏ８Ｚｒｏ、　Ｏ，薄膜のＸ線回折
図形を示す。実施例１と同様に〈１００〉方向せたは〈
００１〉方向に配向した透光性に優れた良好な薄膜が作
成された。捷だＸ線（ｊ点図形を調べたところ、３軸配
向し７た薄膜であることがわかった。

実施例３ ＰｂＯ，８３”０４７　ＴｌＯ，８０ｚｒＯ，＋　６０
３組成の薄膜のＸ線回折図形を第３図に示す。前記実施
例と同じく、良好な配向膜であることがわかる。また電
子回折図形では各回折図形か点状になることから、エピ
タキシャル成畏していることが確認された。この場合に
は透光性に優れた良好な膜が得られた。

発明の構成において明らかにした組成については全て完
全な配向膜が得られた。それ以外の組成についても多数
試みたが、概ね配向するものの、Ｘ線回折図形上に（１
１１）や（１０１）等の他の指数を持つピークが出現し
、完全なエビクギシャル膜とはならなかった。

発明の効果 本発明の配向薄膜は作製のだめのヌパッタリングの条件
が広く工業的に生産が容易であることから圧電素子、焦
”亀形熱検出素子、あるいは電気光学素子等に応用され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図はそれぞれ本発明の強誘電
体薄膜の実施例のＸ線回折図形を示す図である。 第１図 →２θ（ＣｔｔＫ凶） 第２図 ２１：）　３０　４０　５０　６０　’１０□２θ（Ｃ
ｔｔＫメ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〈１０ｏ〉方向もしくは〈Ｏｏｌ〉方向に配向した化学
   式（ＰｂｘＬａｙ）　（Ｔｉ２Ｚｒｗ）　０．で、組成
   範囲（Ａ）０．７０．＆　ｘ、　（１、Ｏ−９−＜ｘ　
   ＋　ｙ、＜１　。 ｏ、９ｔｓｌｚ１１．ｗ＝ｏ、同（Ｂ）！＝１１　７＝
   Ｑ。 ｏ、４ｓ、４ｚ（１，ｚ＋ｗ＝１、および同（Ｃ）０．
   ８３／、ｘ（１，Ｘ−１−７＝１．０．５ｆＺ　（１，
   ０，９６、：　ｚ　十ｗ　４１のうちから選択された一
   つの組成範囲をもつ強誘電体薄膜。