JPS61274342A - Ferroelectric element and manufacture thereof - Google Patents

Ferroelectric element and manufacture thereof

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JPS61274342A
JPS61274342A JP60117465A JP11746585A JPS61274342A JP S61274342 A JPS61274342 A JP S61274342A JP 60117465 A JP60117465 A JP 60117465A JP 11746585 A JP11746585 A JP 11746585A JP S61274342 A JPS61274342 A JP S61274342A
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ferroelectric
substrate
crystal
thin film
plane
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JP60117465A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Inoue
和夫 井上
Tokuo Matsuzaki
徳雄 松崎
Chikanobu Matsutame
松為 周信
Akira Kawabata
川端 昭
Tadashi Shiozaki
塩嵜 忠
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B53/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors

Abstract

PURPOSE:To enable the selection of a directional property of crystallizability of a substrate and a ferroelectric thin film according to the use by making at lest 40% of the plane parallel to a surface of the substrate of the ferroelectric thin film into (101) face of ferroelectric crystal of perovskite structure. CONSTITUTION:The ferroelectric element is formed basically by effecting the first step for vapor depositing a ferroelectric substance on the plane for vapor deposition of the substrate heated to a specified temperature and the second step for subjecting the thin film of ferroelectric substance which was vapor deposited on the plane for vapor deposition during the first step to the heat treatment at a specified temperature. In the second step, the ferroelectric substance vapor deposited on the plane for vapor deposition during the first step is treated by heating at a specified temperature to cause the crystal growth by which at least 40% of the plane parallel to a surface of the substrate of ferroelectric thin film becomes (101) face of ferroelectric crystal of perovskite structure. The heat treatment is made by heating the ferroelectric substance vapor deposited on the plane for vapor deposition of the substrate to temperature 500 deg.C or over. More particularly, the heating temperature in a range 550-700 deg.C is preferable for being preset to effect the heat treatment.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の分野] 本発明は、新規な強誘電体素子およびこの強誘電体素子
を製造する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a novel ferroelectric element and a method of manufacturing the ferroelectric element.

[発明の背景] 最近、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZ
T)、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)など
の強誘電性を有する物質(強誘電体)が、その圧電性、
焦電性および強誘電性などの特性を利用した用途に用い
られている。特に、強誘電体の持つ焦電性を利用して赤
外線センサあるいは温度センサなどとして利用されるこ
とが多くなっている。
[Background of the invention] Recently, barium titanate and lead zirconate titanate (PZ
T), materials with ferroelectric properties (ferroelectrics) such as lead lanthanum zirconate titanate (PLZT) have piezoelectric properties,
It is used for applications that utilize properties such as pyroelectricity and ferroelectricity. In particular, ferroelectric materials are increasingly being used as infrared sensors or temperature sensors by taking advantage of their pyroelectric properties.

強誘電体は、単結晶として使用することにより、優れた
焦電性を利用することができることが知られているにも
かかわらず、上記のような強誘電体は引き上げ法などに
よる単結晶の製造が困難であるとの理由により、通常は
焼成して磁器として使用されることが多い、しかしなが
ら、焼成物は薄膜に加工することが困難である。特に1
強誘電体を、たとえば赤外線センサなと焦電素子として
使用する場合には、一定のエネルギーに対しての温度上
昇をより大きくするために1強誘電体の熱容量が小さい
ことが必要である0強誘電体の熱容量を小さくするため
には1強誘電体の厚さをできるだけ薄くすることが必要
となる。
Although it is known that ferroelectric materials can utilize their excellent pyroelectric properties when used as a single crystal, it is difficult to manufacture single crystals of the above-mentioned ferroelectric materials by methods such as pulling. Because of the difficulty of porcelain, it is usually fired and used as porcelain. However, fired products are difficult to process into thin films. Especially 1
When using a ferroelectric material as a pyroelectric element, such as an infrared sensor, it is necessary that the heat capacity of the ferroelectric material be small in order to increase the temperature rise for a given amount of energy. In order to reduce the heat capacity of the dielectric, it is necessary to make the thickness of the ferroelectric as thin as possible.

[従来技術およびその問題点] このような要求から、従来より使用されていた磁器に代
り、基板上に薄膜の強誘電体の単結晶をエピタキシャル
に成長させることが容易な反応性スパッタ蒸着法あるい
はCVD法などの方法が利用されている。
[Prior Art and its Problems] In response to these demands, reactive sputter deposition or reactive sputter deposition methods, which can easily epitaxially grow a thin ferroelectric single crystal on a substrate, have been developed in place of the conventionally used porcelain. Methods such as the CVD method are used.

たとえば、特開昭59−35098号公報には、鉛、チ
タン、およびランタンの酸化物(たとえば、PLZT)
の薄膜の[1113結晶面をサブ147C面基板上にエ
ピタキシャル成長させることを主な特徴とする発明が、
特開昭58−186105号公報には、[111]結晶
面を酸化マグネシウム[100]面にエピタキシャル成
長させることを主な特徴とする発明が開示されている。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-35098 describes oxides of lead, titanium, and lanthanum (for example, PLZT).
The main feature of the invention is to epitaxially grow the [1113 crystal plane of a thin film on a sub-147C plane substrate,
JP-A-58-186105 discloses an invention whose main feature is that the [111] crystal plane is epitaxially grown on the [100] plane of magnesium oxide.

これらの発明により開示されている薄膜は、反応性スパ
ッタ蒸着法により製造されたものである。この方法によ
り得られた薄膜は、al器のものとは異なり膜厚が薄の
で焦電素子に適するものである。
The thin films disclosed by these inventions are manufactured by reactive sputter deposition. The thin film obtained by this method has a thin film thickness unlike that of an Al container, and is therefore suitable for a pyroelectric element.

しかし、これらの方法を利用すると強誘電体薄膜は基板
の蒸着対象面に対してエピタキシャルに成長するので、
用いる基板の種類により強誘電体薄膜の結晶の配向性が
限定される。すなわち、サファイヤC面、酸化マグネシ
ウム[100]面にPLZT蒸着を行なうと[111]
面が優位にエピタキシャル成長する。従って、用途に合
せて基板と強誘電体薄膜の結晶性の方向性を選択するこ
とができないとの問題がある。
However, when these methods are used, the ferroelectric thin film grows epitaxially on the surface of the substrate to be evaporated.
The crystal orientation of the ferroelectric thin film is limited depending on the type of substrate used. That is, when PLZT is deposited on the sapphire C plane and the magnesium oxide [100] plane, [111]
Epitaxial growth occurs predominantly on the surface. Therefore, there is a problem in that it is not possible to select the direction of crystallinity of the substrate and the ferroelectric thin film depending on the application.

一方1強誘電体薄膜を組込んだ種々の回路を集積化する
為には、強誘電体薄膜の形成された基板の表面を集積回
路化に適合するように表面処理を施す必要がある0例え
ば、サファイア基板上などには直接集積回路を付設する
ことができないので通常はサファイア基板上などをシリ
コンなどの物質で表面処理した後集積回路を付設しなけ
ればならず、製造工程が煩雑化するとの問題がある。
On the other hand, in order to integrate various circuits incorporating a ferroelectric thin film, it is necessary to perform surface treatment on the surface of the substrate on which the ferroelectric thin film is formed to make it suitable for integrated circuits. Since it is not possible to attach an integrated circuit directly onto a sapphire substrate, the integrated circuit must be attached after surface treatment of the sapphire substrate with a substance such as silicon, which complicates the manufacturing process. There's a problem.

[発明の目的] 本発明は、新規な強誘電体素子およびこの強誘電体素子
を製造する方法を提供することを目的とする。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a novel ferroelectric element and a method for manufacturing the ferroelectric element.

さらに本発明は、焦電効果の優れた強誘電体素子および
焦電効果の優れた強誘電体素子の製造方法であって、強
誘電体結晶が蒸着される基板の素材あるいは表面の結晶
性等にかかわりなく、基板の蒸着対象面と平行に強誘電
体の結晶の[101]面が優位に成長した強誘電体素子
およびその強誘電体素子を製造する方法を提供すること
を目的とする。
Furthermore, the present invention provides a ferroelectric element with an excellent pyroelectric effect and a method for manufacturing a ferroelectric element with an excellent pyroelectric effect, in which the material of the substrate on which the ferroelectric crystal is deposited or the crystallinity of the surface, etc. Regardless, the object of the present invention is to provide a ferroelectric element in which the [101] plane of the ferroelectric crystal grows predominantly parallel to the surface to be vapor-deposited on the substrate, and a method for manufacturing the ferroelectric element.

[発明の要旨] 本発明は、基板と該基板の表面に設けられたペロブスカ
イト構造の強誘電体結晶を含む強誘電体薄膜よりなる強
誘電体素子であって、 該強誘電体薄膜の基板表面と平行な面の少なくとも40
%がペロブスカイト構造の強誘電体結晶の[101]面
であることを特徴とする強誘電体素子にある。
[Summary of the Invention] The present invention provides a ferroelectric element comprising a substrate and a ferroelectric thin film including a ferroelectric crystal with a perovskite structure provided on the surface of the substrate, the substrate surface of the ferroelectric thin film at least 40 planes parallel to
% is a [101] plane of a ferroelectric crystal having a perovskite structure.

上記の強誘電体素子は、 (I)500℃未満の温度に加熱された基板の蒸着対象
面に強誘電体を蒸着する工程;および、 (n)蒸着された強誘電体を500℃以上の温度にて加
熱処理して、該強誘電体薄膜の蒸着対象面と平行な面の
少なくとも40%がペロブスカイト構造の強誘電体結晶
の[1011面となるように結晶成長させる工程、 を含む製造法により容易に製造することができる。
The above ferroelectric element is produced by: (I) depositing a ferroelectric material on the deposition target surface of a substrate heated to a temperature of less than 500°C; and (n) heating the deposited ferroelectric material to a temperature of 500°C or more. A manufacturing method comprising the step of heating the ferroelectric thin film at a high temperature and growing the ferroelectric thin film so that at least 40% of the planes parallel to the plane to be vaporized become the [1011 planes of the ferroelectric crystal having a perovskite structure. It can be easily manufactured by

なお、ペロブスカイト構造の強誘電体結晶は。Furthermore, ferroelectric crystals with perovskite structure.

チタン酸鉛、チタン酸ランタン鉛、チタン酸ジルコン酸
鉛およびチタン酸ジルコン酸ランタン鉛よりなる群より
選ばれた少なくとも一種類の強誘電体結晶であることが
好ましい。
It is preferable that the crystal is at least one type of ferroelectric crystal selected from the group consisting of lead titanate, lead lanthanum titanate, lead zirconate titanate, and lead lanthanum zirconate titanate.

[発明の詳細な記述] 本発明の強誘電体素子は、基本的には基板と該基板の蒸
着対象面に設けられたペロブスカイト構造の強誘電体結
晶を含む強誘電体薄膜よりなる。
[Detailed Description of the Invention] The ferroelectric element of the present invention basically comprises a substrate and a ferroelectric thin film including a ferroelectric crystal with a perovskite structure provided on the surface of the substrate to be vapor-deposited.

そして、この強誘電体薄膜の基板表面と平行な面の少な
くとも40%がペロブスカイト構造の強誘電体結晶の[
101]面であること主な特徴とするものである。
At least 40% of the plane parallel to the substrate surface of this ferroelectric thin film is a ferroelectric crystal with a perovskite structure [
101] surface.

従来、強誘電体としては、強誘電体結晶の[001]面
が主として利用されていたが1本発明者の検討によると
、たとえばPLZTなどの強誘電体の[101]面もま
た良好な特性を有している。
Conventionally, the [001] plane of a ferroelectric crystal has been mainly used as a ferroelectric material, but according to the study of the present inventor, the [101] plane of a ferroelectric material such as PLZT also has good properties. have.

本発明の強誘電体素子は1次のようにして製造すること
ができる。
The ferroelectric element of the present invention can be manufactured in a first-order manner.

本発明の強誘電体素子は、基本的には特定の温度に加熱
された基板の蒸着対象面に強誘電体を蒸着する工程(第
一工程)と、第一工程で蒸着対象面に蒸着された強誘電
体の薄膜を特定の温度で加熱処理する工程(第二工程)
を含む工程を実施することにより製造することができる
The ferroelectric element of the present invention basically consists of a step (first step) of evaporating a ferroelectric material onto the surface to be vapor-deposited of a substrate heated to a specific temperature; The process of heat-treating the ferroelectric thin film at a specific temperature (second process)
It can be manufactured by carrying out a process including.

第一工程は、特定の温度に加熱された基板の蒸着対象面
に強誘電体を蒸着する工程である。
The first step is a step of vapor-depositing a ferroelectric material on the surface of the substrate heated to a specific temperature to be vapor-deposited.

基板としては、種々のものを使用することが可能である
。基板として用い得る素材の例としては、金属のような
導電体、 A I X G & s−X A S単結晶
[ただし、0≦x≦0.35である(以下同様)]及び
シリコーン単結晶のような半導体を挙げることができ、
更にサファイアのような絶縁体を挙げることができる。
Various substrates can be used as the substrate. Examples of materials that can be used as the substrate include conductors such as metals, A I We can list semiconductors such as
Further mention may be made of insulators such as sapphire.

尚、A Jl z G a l+ x A s単結晶の
例としてはA見o、 a G a o、 n A S単
結晶およびGaeAs単結晶を挙げることができる。
Incidentally, examples of A Jl z G a l + x As single crystals include AmiO, aGao, n AS single crystals and GaeAs single crystals.

特に集積回路のゲート部の金属部分に直接蒸着する方法
、あるいはA 41 x G a 1− X A s単
結晶、およびシリコン単結晶などの集積回路の基板とし
て使用されている半導体上に直接蒸着する方法を利用す
ることによりコンパクトな二次元センサを製造すること
が可能になる。
In particular, it is directly deposited on the metal part of the gate part of the integrated circuit, or directly on the semiconductor used as the substrate of the integrated circuit, such as A 41 x Ga 1-X As single crystal and silicon single crystal. Using the method it is possible to manufacture compact two-dimensional sensors.

強誘電体が蒸着される基板の蒸着対象面は、従来の方法
とは異なり、基板の特定の結晶面であることを特に必要
とするものではない、たとえば、A見xQ a l+ 
、 A s単結晶を用いる場合にはその[100]面、
具体的にはGa*As単結晶基板を用いる場合にはその
[100]面、GaeAs単結晶の[100]面上(7
) A l o、 n G a o、 g A S単結
晶[100]面などを蒸着対象面とすることができる、
また、金属の表面を蒸着対象面とする場合には鏡面処理
を施して表面を平滑にした金属面に蒸着を行なうことが
望ましい。
Unlike conventional methods, the surface to be vapor-deposited on the substrate on which the ferroelectric material is vapor-deposited does not need to be a specific crystal plane of the substrate.
, When using an As single crystal, its [100] plane,
Specifically, when using a Ga*As single crystal substrate, its [100] plane, the [100] plane of a GaeAs single crystal (7
) A lo, n Ga o, g A S single crystal [100] plane, etc. can be used as the vapor deposition target surface.
Further, when a metal surface is to be used as a surface to be vapor-deposited, it is desirable to perform vapor deposition on a metal surface that has been subjected to a mirror treatment to have a smooth surface.

基板の厚さは、用途により適宜選択することができるが
、たとえば、赤外線センナとして使用する場合は1通常
は0.02〜1mm程度の厚さのものを使用する。
The thickness of the substrate can be appropriately selected depending on the intended use, but for example, when used as an infrared sensor, a substrate having a thickness of about 0.02 to 1 mm is usually used.

強誘電体結晶としてチタン酸鉛、チタン酸ランタン鉛、
チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)およびチタン酸ジルコ
ン酸ランタン鉛(PLZT)が良好な物性を示すので、
上記の強誘電体を用いることが好ましい、これらは単独
であっても混合されたものであってもよい、特にチタン
酸鉛およびチタン酸ジルコン酸ランタン鉛が好ましい。
Ferroelectric crystals include lead titanate, lanthanum lead titanate,
Since lead zirconate titanate (PZT) and lanthanum lead zirconate titanate (PLZT) exhibit good physical properties,
It is preferable to use the above-mentioned ferroelectric materials, which may be used alone or in combination. Lead titanate and lanthanum lead zirconate titanate are particularly preferable.

上記の強誘電体は、純物質である必要はなく、上記の成
分以外にも、少量の他の成分を含有するものであ、って
も良い、一般に高周波スパッタリング装置を用いて蒸着
を行なう場合には、上記の強誘電体を一定の形状に焼結
して装置内に装填する。しかし、上記の強誘電体の焼結
体は非常に脆いので、焼結後の冷却の際に崩壊すること
がある。そこで、少量の他の成分を添加して焼結体の強
度を補填することが好ましい場合がある。添加する他の
成分の例としては、ジルコニウム、ニオブ、マンガン、
マグネシウム、イツトリウムおよびコバルト並びにこれ
らの酸化物を挙げることができる。さらにまた、アルカ
リ金属元素、アルカリ土類元素あるいは鉄元素などを微
量に含むものであっても良い、ただし、強誘電体薄膜を
形成する各成分の強誘電体の組成および他の成分の添加
量は、ペロプスカイト構造を維持することができる範囲
であることが必要である0通常の使用量は10重量%以
下である。
The above-mentioned ferroelectric substance does not need to be a pure substance, and may contain small amounts of other components in addition to the above-mentioned components. Generally, when vapor deposition is performed using a high-frequency sputtering device, In this method, the ferroelectric material described above is sintered into a certain shape and loaded into the device. However, since the ferroelectric sintered body described above is very brittle, it may collapse during cooling after sintering. Therefore, it may be preferable to add a small amount of other components to supplement the strength of the sintered body. Examples of other ingredients to add include zirconium, niobium, manganese,
Mention may be made of magnesium, yttrium and cobalt and their oxides. Furthermore, it may contain trace amounts of alkali metal elements, alkaline earth elements, iron elements, etc. However, the ferroelectric composition of each component forming the ferroelectric thin film and the amount of other components added It is necessary that the amount is within a range that can maintain the perovskite structure.The amount usually used is 10% by weight or less.

上記の基板の蒸着対象面に強誘電体を蒸着する際に基板
が500℃未満の温度に加熱されてることが必要である
。特に基板を室温程度の温度(約20℃)〜450℃の
範囲内の温度に加熱して蒸着を行なうことが好ましい、
基板の温度が500℃以上であると強誘電体が蒸着する
と共に蒸着対象面の影響を受けながらエピタキシャルに
成長し、後の加熱処理によっても[101]面を優位に
成長させることができない、一方、20℃に満たないよ
うな低温でも強誘電体の蒸着を行なうことは可能である
が、後の加熱処理に長時間を要するようになる。
When evaporating the ferroelectric material onto the surface of the substrate to be evaporated, it is necessary that the substrate be heated to a temperature of less than 500°C. In particular, it is preferable to perform vapor deposition by heating the substrate to a temperature within the range of about room temperature (approximately 20°C) to 450°C.
If the temperature of the substrate is 500°C or higher, the ferroelectric material is deposited and grows epitaxially while being influenced by the surface to be deposited, and the [101] surface cannot be grown dominantly even by subsequent heat treatment. Although it is possible to deposit a ferroelectric material even at a low temperature of less than 20° C., the subsequent heat treatment requires a long time.

蒸着は反応性スパッタ蒸着法、CVD法などの真空蒸着
法を利用して行なうことができる。
Vapor deposition can be performed using a vacuum deposition method such as a reactive sputter deposition method or a CVD method.

反応性スパッタ蒸着法およびCVD法は、基本的には公
知の方法に従って行なうことができる。
The reactive sputter deposition method and the CVD method can basically be performed according to known methods.

すなわち、たとえば1反応性スパッタ蒸着法を利用して
誘電体素子を製造する場合には、高周波マグネトロンス
パッタ蒸着装置のような反応性スパッタ蒸着装置に、基
板を装着し、ターゲットとしてチタンの酸化物および鉛
の酸化物などの強誘電体の焼結体をセットする。装置内
の空気を不活性ガス(例、アルゴン、ヘリウム)と酸素
の混合気体で置換して2〜20Pa (パスカル)の範
囲内にまで減圧する0通常は混合気体の不活性ガスと酸
素との容量比を2:1〜1:2の範囲内に設定する。
That is, when manufacturing a dielectric element using, for example, a reactive sputter deposition method, a substrate is mounted on a reactive sputter deposition apparatus such as a high frequency magnetron sputter deposition apparatus, and titanium oxide and titanium oxide are used as targets. Set a sintered body of ferroelectric material such as lead oxide. Replace the air in the device with a mixture of inert gas (e.g., argon, helium) and oxygen to reduce the pressure to within the range of 2 to 20 Pa (Pascals).Usually, a mixture of inert gas and oxygen is used. Set the capacity ratio within the range of 2:1 to 1:2.

i膜の厚さは、素子の用途により異るが、たとえばチタ
ン酸鉛の薄膜を有する焦電素子の場合には一般に0.1
−10μm、好ましくは0.2〜5gmである。薄膜の
厚さは、たとえば蒸着時間を調整することにより制御す
ることができる。
The thickness of the i-film varies depending on the use of the device, but for example, in the case of a pyroelectric device having a thin film of lead titanate, it is generally 0.1
−10 μm, preferably 0.2 to 5 gm. The thickness of the thin film can be controlled, for example, by adjusting the deposition time.

第二工程は、第一工程で蒸着対象面に蒸着された強誘電
体を特定の温度で加熱処理を行なって、強誘電体薄膜の
基板表面と平行な面のうち少なくとも40%がペロブス
カイト構造の強誘電体結晶の[101]面となるように
結晶成長させる工程である。
In the second step, the ferroelectric material deposited on the surface to be vapor-deposited in the first step is heat-treated at a specific temperature, so that at least 40% of the surfaces parallel to the substrate surface of the ferroelectric thin film have a perovskite structure. This is a step of growing a ferroelectric crystal so that it becomes a [101] plane.

加熱処理は基板の蒸着対象面に蒸着した強誘電体を50
0℃以上の温度に加熱して行なう、特に加熱処理温度を
550〜700℃の範囲内に設定して加熱処理を行なう
ことが好ましい0通常加熱処理は第一工程で用いた装置
を利用し、不活性ガス(例、窒素、アルゴン)雰囲気に
て行なう。
The heat treatment is performed by heating the ferroelectric material deposited on the surface of the substrate to be vapor-deposited.
The heat treatment is preferably carried out by heating to a temperature of 0°C or higher, particularly by setting the heat treatment temperature within the range of 550 to 700°C. Normally, the heat treatment is performed using the equipment used in the first step, Perform in an inert gas (e.g. nitrogen, argon) atmosphere.

第一工程で蒸着した強誘電体は、基板の温度が低いので
、非常に微細な結晶が極めて微量に生成し、他の蒸着物
は結晶性を示さない、この微量の結晶は基板の種類ある
いは蒸着対象面の結晶面にかかわりなく一定の方向性を
持っている。そして、第二工程における加熱処理により
1強誘電体は、この微細な結晶を核にして成長する。こ
の結晶成長の際に蒸着対象面の影響よりも第一工程で蒸
着した際に生成する微細な結晶の影響が大きく、蒸着対
象面と平行な結晶面のうち少なくとも40%が[101
]面である。特に基板としてA l o、 n G a
o、 as A S単結晶あるいはGa@As単結晶の
ようなA11.Ga□−xAs単結晶を使用し、その[
1001面を蒸着対象面としたとき蒸着対象面と平行な
結晶面のうち60%以上が[101]面であり、時とし
て70%以上が[101]面である。
In the ferroelectric material deposited in the first step, since the temperature of the substrate is low, a very small amount of very fine crystals are generated, and other deposits do not show crystallinity. It has a constant directionality regardless of the crystal plane of the surface to be evaporated. Then, by the heat treatment in the second step, the ferroelectric substance 1 grows using these fine crystals as nuclei. During this crystal growth, the influence of the fine crystals generated during vapor deposition in the first step is greater than the influence of the surface to be vaporized, and at least 40% of the crystal planes parallel to the surface to be vaporized are [101
]It is a surface. Especially as a substrate A lo, n Ga
o, as A11. such as A S single crystal or Ga@As single crystal. Ga□-xAs single crystal is used, and its [
When the 1001 plane is the plane to be vapor-deposited, 60% or more of the crystal planes parallel to the plane to be vapor-deposited are [101] planes, and sometimes 70% or more are [101] planes.

従って、加熱処理温度が500℃に満たない場合には結
晶化が充分に進行しない、一方、加熱処理温度が700
℃を越える場合には、長時間加熱処理を行なうと沸点の
低い鉛が気化して強誘電体薄膜の組成が変化することが
あるので加熱処理時間を短時間にしなければならず、結
晶の成長が不充分となることがある。因に加熱処理時間
は、通常は、10分〜5時間の範囲内に設定され、一般
に加熱処理温度の上昇と共に短縮される。
Therefore, if the heat treatment temperature is less than 500°C, crystallization will not proceed sufficiently;
If the temperature exceeds °C, long-term heat treatment may vaporize lead, which has a low boiling point, and change the composition of the ferroelectric thin film. Therefore, the heat treatment time must be shortened, and the crystal growth may be insufficient. Incidentally, the heat treatment time is usually set within a range of 10 minutes to 5 hours, and is generally shortened as the heat treatment temperature increases.

上記のようにして加熱処理した後、通常10〜b 強誘電体薄膜の基板表面と平行な面のうち少なくとも4
0%がペロブスカイト構造の強誘電体結晶の[101]
面であることを特徴とする本発明の強誘電体素子は、焦
電効果が優れている。特に赤外線センサとしての使用に
適する。
After the heat treatment as described above, at least 4 of the planes parallel to the substrate surface of the ferroelectric thin film are usually
[101] ferroelectric crystal with 0% perovskite structure
The ferroelectric element of the present invention, which is characterized in that it is a plane, has an excellent pyroelectric effect. Particularly suitable for use as an infrared sensor.

また、本発明の強誘電体素子の薄膜は、従来の強誘電体
薄膜全体が単結晶により形成されたものとは異なり、比
較的粒子径の小さいペロブスカイト構造を有する強誘電
体結晶の集合体である。なお、蒸着対象面と平行な[1
01]面以外の面は、主に[110]面である。
Furthermore, unlike conventional ferroelectric thin films in which the entire ferroelectric thin film is formed of a single crystal, the thin film of the ferroelectric element of the present invention is an aggregate of ferroelectric crystals having a perovskite structure with a relatively small particle size. be. Note that [1
The planes other than the [01] plane are mainly the [110] plane.

[発明の効果] 本発明の強誘電体素子は、優れた焦電効果を示し、特に
焦電素子としての使用に適する。
[Effects of the Invention] The ferroelectric element of the present invention exhibits an excellent pyroelectric effect and is particularly suitable for use as a pyroelectric element.

例えば、従来の焦電センサには、パッケージ内に強誘電
体薄膜を有する検出部と強誘電体薄膜と接続しているイ
ンピーダンス調整用のFET (電界効果型トランジス
タ)が組込まれている0本発明の強誘電体素子は、A文
xG a I−X A s単結晶などの半導体を基板と
して用いることによりこの基板上に薄膜状のFETを一
体的に付設して、小型、軽量の二次元センサとすること
ができる。また、基板として金属を用いることによりF
ETのゲート部に直接強誘電体薄膜を付設してセンサと
することも可能である。
For example, a conventional pyroelectric sensor incorporates a detection section having a ferroelectric thin film in a package and an FET (field effect transistor) for impedance adjustment connected to the ferroelectric thin film. The ferroelectric element uses a semiconductor such as A single crystal as a substrate, and a thin film FET is integrally attached to this substrate, resulting in a small and lightweight two-dimensional sensor. It can be done. In addition, by using metal as the substrate, F
It is also possible to form a sensor by attaching a ferroelectric thin film directly to the gate portion of the ET.

このような1強誘電体薄膜と電子回路部分の一体化は、
焦電素子に限らず、強誘電性あるいはその他の特性を利
用した分野においても有利に実施することができる。
This kind of integration of a ferroelectric thin film and an electronic circuit part is
It can be advantageously implemented not only in pyroelectric elements but also in fields that utilize ferroelectricity or other characteristics.

また、本発明の強誘電体素子は、電気光学的特性および
強誘電性も優れている。
Furthermore, the ferroelectric element of the present invention has excellent electro-optical properties and ferroelectricity.

次に本発明の実施例および比較例を示す。Next, Examples and Comparative Examples of the present invention will be shown.

[実施例1] 高周波マグネトロンスパッタ蒸着装置に表面を鏡面仕上
げしたステンレス板(基板)を装着ル。
[Example 1] A stainless steel plate (substrate) with a mirror-finished surface was attached to a high-frequency magnetron sputter deposition apparatus.

更にP b / T i原子比が1.15/1で、直径
が80 m mの鉛およびチタンの酸化物焼結体(ター
ゲット)を上記ステンレス基板との間隔が50mmとな
るように装填した。なお、純粋なチタン酸鉛は焼結後の
冷却の際に崩壊し易いので、焼結の際に5重量%の酸化
ジルコニウムを添加した。
Further, a lead and titanium oxide sintered body (target) having a P b /Ti atomic ratio of 1.15/1 and a diameter of 80 mm was loaded so that the distance from the stainless steel substrate was 50 mm. Note that since pure lead titanate is easily disintegrated during cooling after sintering, 5% by weight of zirconium oxide was added during sintering.

上記の高周波マグネトロンスパッタ蒸着装置内をlXl
0−’Pa以下に減圧した後、基板温度を400℃とし
て、アルゴン:酸素がl:1(容積比)の混合ガスを導
入しながら、装置内の圧力を5Paに調整した。
The inside of the above high frequency magnetron sputter deposition equipment is
After reducing the pressure to 0-'Pa or less, the substrate temperature was set to 400° C., and the pressure inside the apparatus was adjusted to 5 Pa while introducing a mixed gas of argon and oxygen at a ratio of 1:1 (volume ratio).

上記装置にtoowの高周波電力を入力して。Input too much high frequency power into the above device.

8時間反応性スパッタ蒸着を行なった。Reactive sputter deposition was performed for 8 hours.

ステンレス基板上に反応性スパッタ蒸着により形成され
た薄膜はの膜厚は約1.5JLmであった。
The thickness of the thin film formed on the stainless steel substrate by reactive sputter deposition was about 1.5 JLm.

薄膜が形成された基板を600℃にて二時間加熱処理を
行なったのち、100℃/時間の冷却速   □度にて
徐冷した。なお、加熱処理および徐冷は。
The substrate on which the thin film was formed was heat treated at 600° C. for 2 hours, and then slowly cooled at a cooling rate of 100° C./hour. In addition, heat treatment and slow cooling.

窒素ガス気流中にて行なった。The test was carried out in a nitrogen gas stream.

この薄膜の結晶構造をX線回折装置により測定した回折
図を第1図に示す、ステンレス基板の蒸着対象面と平行
な面のうち55%がペロブスカイト構造のチタン酸鉛の
結晶の[101]面であることが判明した。
Figure 1 shows the diffraction diagram of the crystal structure of this thin film measured using an X-ray diffractometer.55% of the surfaces parallel to the surface to be vaporized on the stainless steel substrate are the [101] planes of the lead titanate crystal, which has a perovskite structure. It turned out to be.

[実施例2J 実施例1において、ステンレス基板に代えてGa*As
単結晶を使用し、その[100]面に蒸着を行なった以
外は同様にして強誘電体素子を製造した。なお、用いた
Ga拳As単結晶は、引き上げ法により製造したGae
As単結晶から切り出したものである。
[Example 2J In Example 1, Ga*As was used instead of the stainless steel substrate.
A ferroelectric element was manufactured in the same manner except that a single crystal was used and the vapor deposition was performed on the [100] plane. The Ga fist As single crystal used was a Ga fist As single crystal produced by a pulling method.
It is cut out from an As single crystal.

得られた強誘電体素子の薄膜の結晶構造をX線回折装置
により測定した回折図を第2図に示す。
FIG. 2 shows a diffraction diagram of the crystal structure of the thin film of the obtained ferroelectric element measured using an X-ray diffraction apparatus.

Ga曇As単結晶の[1003面と平行な面のうち70
%がペロブスカイト構造のチタン酸鉛の結晶の[101
]面であることが判明した。
70 of the planes parallel to the [1003 plane of the Ga-clouded As single crystal
% of lead titanate crystal with perovskite structure [101
] surface.

[実施例3] 実施例1において、ステンレス基板に代えてA文0.3
1i G & O,鐸As単結晶を使用し、その[10
01面に蒸着を行なった以外は同様にして強誘電体素子
を製造した。
[Example 3] In Example 1, instead of the stainless steel substrate, an A pattern of 0.3
1i G & O, using As single crystal, its [10
A ferroelectric element was manufactured in the same manner except that the evaporation was performed on the 01 side.

得られた強誘電体素子の薄膜の結晶構造をX線回折装置
により測定した回折図を第3図に示す。
FIG. 3 shows a diffraction diagram of the crystal structure of the thin film of the obtained ferroelectric element measured using an X-ray diffraction apparatus.

Alo、gGao、5sAs単結晶の[1001面と平
行な面のうち80%がペロブスカイト構造のチタン酸鉛
の結晶の[1013面であることが判明した。
It was found that 80% of the planes parallel to the [1001 planes of Alo, gGao, and 5sAs single crystals are the [1013 planes of the lead titanate crystal with a perovskite structure.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、ステンレス基板表面に形成されたチタン酸鉛
の示すX線回折図の例である。 第2図は、Ga拳As単結晶の[100]結晶面に形成
されたチタン酸鉛のX線回折図の例である。 第3図は、A l 6.3@ G a@、 g A S
単結晶の[100]結晶面に形成されたチタン酸鉛のX
線回折図の例である。 特許出願人  宇部興産株式会社 代 理 人  弁理士 柳川泰男 (lol) 回折角(2e) 第2図 回折角t2e)
FIG. 1 is an example of an X-ray diffraction diagram of lead titanate formed on the surface of a stainless steel substrate. FIG. 2 is an example of an X-ray diffraction diagram of lead titanate formed on the [100] crystal plane of a GaFist As single crystal. Figure 3 shows A l 6.3 @ G a @, g A S
X of lead titanate formed on the [100] crystal plane of a single crystal
This is an example of a line diffraction diagram. Patent applicant Ube Industries Co., Ltd. Representative Patent attorney Yasuo Yanagawa (lol) Diffraction angle (2e) Figure 2 Diffraction angle t2e)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、基板と該基板の表面に設けられたペロブスカイト構
造の強誘電体結晶を含む強誘電体薄膜よりなる強誘電体
素子であって、 該強誘電体薄膜の基板表面と平行な面の少なくとも40
%がペロブスカイト構造の強誘電体結晶の[101]面
であることを特徴とする強誘電体素子。 2、強誘電体薄膜が、表面が平滑な金属基板上に設けら
れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
強誘電体素子。 3、強誘電体薄膜が、単結晶の[100]面上に設けら
れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
強誘電体素子。 4、単結晶が、Al_xGa_1_−_xA_s単結晶
であることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の強
誘電体素子; (ただし、0≦x≦0.35である)。 5、ペロブスカイト構造の強誘電体結晶がチタン酸鉛、
チタン酸ランタン鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、およびチ
タン酸ジルコン酸ランタン鉛からなる群より選ばれた少
なくとも一種類の強誘電体結晶であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の強誘電体素子。 6、基板と該基板の表面に設けられたペロブスカイト構
造の強誘電体結晶を含む強誘電体薄膜よりなる強誘電体
素子を製造する方法であって、( I )500℃未満の
温度に加熱された基板の蒸着対象面に強誘電体を蒸着す
る工程; および、 (II)蒸着された強誘電体を500℃以上の温度にて加
熱処理して、該強誘電体薄膜の蒸着対象面と平行な面の
少なくとも40%がペロブスカイト構造の強誘電体結晶
の[101]面となるように結晶成長させる工程、 を含むことを特徴とする強誘電体素子の製造法。 7、基板の蒸着対象面が平滑な金属の表面であることを
特徴とする特許請求の範囲第6項記載の強誘電体素子の
製造法。 8、基板の蒸着対象面が単結晶の[100]面であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の強誘電体素
子の製造法。 9、単結晶が、Al_xGa_1_−_xA_s単結晶
であることを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の強
誘電体素子の製造法; (ただし、0≦x≦0.35である)。 10、第一工程の基板の加熱温度が20〜 450℃の範囲内にあることを特徴とする特許請求の範
囲第6項記載の強誘電体素子の製造法。 11、第二工程の加熱処理温度が550〜 700℃の範囲内あることを特徴とする特許請求の範囲
第6項記載の強誘電体素子の製造法。
[Claims] 1. A ferroelectric element comprising a substrate and a ferroelectric thin film including a ferroelectric crystal with a perovskite structure provided on the surface of the substrate, the substrate surface of the ferroelectric thin film and at least 40 parallel planes
% is a [101] plane of a ferroelectric crystal having a perovskite structure. 2. The ferroelectric element according to claim 1, wherein the ferroelectric thin film is provided on a metal substrate with a smooth surface. 3. The ferroelectric element according to claim 1, wherein the ferroelectric thin film is provided on the [100] plane of a single crystal. 4. The ferroelectric element according to claim 3, wherein the single crystal is an Al_xGa_1_-_xA_s single crystal; (provided that 0≦x≦0.35). 5. Ferroelectric crystal with perovskite structure is lead titanate,
The ferroelectric crystal according to claim 1, wherein the ferroelectric crystal is at least one type of ferroelectric crystal selected from the group consisting of lanthanum lead titanate, lead zirconate titanate, and lanthanum lead zirconate titanate. dielectric element. 6. A method for manufacturing a ferroelectric element comprising a substrate and a ferroelectric thin film including a perovskite-structured ferroelectric crystal provided on the surface of the substrate, the method comprising: (I) heating to a temperature of less than 500°C; (II) heating the deposited ferroelectric material at a temperature of 500° C. or higher to form a ferroelectric thin film parallel to the surface to be deposited; 1. A method for manufacturing a ferroelectric element, comprising the step of growing a ferroelectric crystal having a perovskite structure so that at least 40% of its faces become [101] planes. 7. The method of manufacturing a ferroelectric element according to claim 6, wherein the surface of the substrate to be vapor-deposited is a smooth metal surface. 8. The method for manufacturing a ferroelectric element according to claim 6, wherein the surface to be vapor-deposited on the substrate is a [100] plane of a single crystal. 9. A method for manufacturing a ferroelectric element according to claim 8, characterized in that the single crystal is an Al_xGa_1_-_xA_s single crystal (provided that 0≦x≦0.35). 10. The method for manufacturing a ferroelectric element according to claim 6, wherein the heating temperature of the substrate in the first step is within the range of 20 to 450°C. 11. The method for manufacturing a ferroelectric element according to claim 6, wherein the heat treatment temperature in the second step is within the range of 550 to 700°C.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006270554A (en) * 2005-03-24 2006-10-05 Seiko Epson Corp Niobic acid titanic acid zirconic acid lead film, niobic acid titanic acid zirconic acid lead laminate and its manufacturing method, surface acoustic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, and electronic apparatus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56138813A (en) * 1980-03-31 1981-10-29 Fujitsu Ltd Method of forming lead titanate thin film
JPS56147312A (en) * 1980-04-15 1981-11-16 Citizen Watch Co Ltd Method of manufacturing ferrodielectric thin film
JPS58186105A (en) * 1982-04-26 1983-10-31 松下電器産業株式会社 Ferrodielectric thin film and ferrodielectric element
JPS5935098A (en) * 1982-08-17 1984-02-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ferroelectric thin film

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56138813A (en) * 1980-03-31 1981-10-29 Fujitsu Ltd Method of forming lead titanate thin film
JPS56147312A (en) * 1980-04-15 1981-11-16 Citizen Watch Co Ltd Method of manufacturing ferrodielectric thin film
JPS58186105A (en) * 1982-04-26 1983-10-31 松下電器産業株式会社 Ferrodielectric thin film and ferrodielectric element
JPS5935098A (en) * 1982-08-17 1984-02-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ferroelectric thin film

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006270554A (en) * 2005-03-24 2006-10-05 Seiko Epson Corp Niobic acid titanic acid zirconic acid lead film, niobic acid titanic acid zirconic acid lead laminate and its manufacturing method, surface acoustic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, and electronic apparatus

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