JPS63236793A - 配向性積層膜 - Google Patents

配向性積層膜

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JPS63236793A
JPS63236793A JP7243487A JP7243487A JPS63236793A JP S63236793 A JPS63236793 A JP S63236793A JP 7243487 A JP7243487 A JP 7243487A JP 7243487 A JP7243487 A JP 7243487A JP S63236793 A JPS63236793 A JP S63236793A
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JP
Japan
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perovskite
film
thin film
oriented
oxide
Prior art date
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Pending
Application number
JP7243487A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Takeda
竹田 武司
Soji Tsuchiya
土屋 宗次
Ikuhiko Machida
町田 育彦
Satoshi Sekido
聰 関戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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 本発明は電子デバイス分野に用いられる電子材料に関す
るものであり、特に、結晶軸に配向性を有する配向性積
層膜に関するものである。
従来の技術 ペロブスカイト酸化物の薄膜の研究は、近年活発に行な
われつ\あるが、これらの薄膜素子ですぐれた特性を得
るためには結晶軸を配向させる事が必要でアシ、そのた
めにMgOなどの単結晶を基板にし、その上にスパッタ
リング法などでエピタキシャル成長させる方法がとられ
てきた。この様にして単結晶基板上に生成されたペロブ
スカイト酸化物薄膜はすぐれた配向性を示すが、たとえ
ば、PbTi01薄膜を用いた焦電形熱検出素子の様に
信号検出用として電極をMgOとPb Ti O3薄膜
の間に設ける事が必要であシ、このためにPbTi0.
薄膜の配向性が低下し、また、単結晶基板を用いるため
に高価になるという問題があった。
発明が解決しようとする問題点 本発明者らは、ペロブスカイト酸化合物ABO3のうち
で、AサイトにLaなどの稀工類元素単独かもしくはそ
の一部にBa、 Srの如きアルカリニ類元素を含み、
BサイトにFi’Ir % FeXCoの如き鉄属元素
を含む化合物をスパッタリング法で薄膜化した場合、石
英ガラスの様な結晶軸に全く配向性のない基板を用いて
も配向性のすぐれたペロブスカイト酸化物薄膜が得られ
、かつ、スパッタリングの条件によって(001)配向
と(110’)配向の2種が得られる事を見出し、さら
に、上記ペロブスカイト酸化物が導電性を示す事から、
これらの導電性を有する配向性ペロブスカイト酸化物薄
膜上に同じ結晶型のPbTiO3,5rTi03、PL
ZTなどの配向性薄膜を作成できることを見出した。し
かし、この技術は基板の薄膜とこの上にスパッタリング
で作成される薄膜の結晶型が同じペロブスカイト構造に
限定されていた。
本発明は上記従来の問題点に鑑み、ペロブスカイト構造
ABO3膜上に、これを結晶型の異なるA−B’、o、
tで表わされるペロブスカイト構造をもつ酸化物の(0
01)配向膜を堆積した配向性積層膜を提出する事を目
的とするものである。
問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するもので、ペロブスカイト類
似酸化物A’3 B’20 ?の(001)配向膜を、
(001)配向したペロブスカイト酸化物ABO3の薄
膜上に成長せしめた事を特徴とし、(001)配向した
ABO3薄膜は、結晶軸に配向性をもたない、たとえば
ガラスの様な基板上に製膜される事を特徴とする。
作用 本発明は、ABO3の(001)配向膜上にA’3B’
207の(001)配向膜を可能にしたものである。
本発明において、AサイトにはLa、 PrXNa。
Sm、 Gd、Dy、 Hoのうちから選ばれた少なく
とも1種か、もしくは、その一部がCa、 Sr、 B
aの少なくとも1種で置換されたものを含み、Bサイト
にはCr、凧、FeXCo、Niのうちから選ばれた少
なくとも1種を含み、A′サイトにはY、La、na、
 Srのうちから選ばれた少なくとも1種を、B′ザイ
トにはTiXCu、 Coのうちから選ばれた少なくと
も1種を含む事が望ましい。
またABO3薄膜及びA’a B’ 0?薄膜はいずれ
もスパッタリング法で形成されることが好ましい。
実施例 以下に本発明の実施例について図面を用いて説明する。
ペロブスカイト酸化物ABO3は第1図の様な構造をも
つ。たとえば、代表的な5rTi03ではAサイトを5
rXBサイトをTrが占め、図に示す様に第1層がSr
と0、第2層がTiとOで形成され、このくシ返しで結
晶格子が構造される。5rTi O8の場合、3つの層
で構成される単位格子は立法対称を示し、格子窓数a=
3.904Aである。
一方、ペロブスカイト類似酸化物A’3 B’20?は
第2図の様な構造をもつ。たとえば、SrTiO3と対
比して5r3TtzO7で説明すると、第1〜第3層と
第9〜第11層、第4〜第6層と第6〜第8層でペロブ
スカイト単位格子が形成される。単純なペロブスカイト
構造は前述の様にSrとOを含む層とTrと0を含む層
がくり返し積み重なった構造をもつが、Sr3 Ti2
0?では第3と第4層、第8と第9層でSrとOを含む
面が連脱して積み重なシ、かつ、それぞれの層内でのS
rと0の位置が入替った構造となる。第3層と第4層の
面間隔は、第8層と第9層のそれと同じでC軸の0.1
24倍である。他の層はすべて等間隔で面間距離はC軸
の0.094倍である。
この様に、ペロブスカイトABO3構造とペロブスカイ
ト類似A’3B’207構造は、C軸方向でのA、B、
OとA′、B′、Oの配置は異なるが0面((001)
)内では等価であるため、C軸配向、すなわち、基板に
垂直な面が(OO1)であるABO3の配向膜上に、 
(001)配向したA′3B′2oフを得る事が可能と
なる。
本実施例においてペロブスカイト酸化物ABO3および
ペロブスカイト類似酸化物A’、B’、07の薄膜はい
ずれもスパッタリング法で作成された。
第3図に石英ガラス基板として、ペロブスカイト酸化物
La0.5 Sro、s Co 03−δの薄膜をRF
スパッタリング法で作成し、600t:”で熱処理を行
なった場合のX!回折パターンを示す。スパッタリング
のターゲットに用いたLao、s Sro、、 COO
3原料粉末の回折パターンでは、2θが20°と60°
の範囲で(100)、(110)、(111)、(20
0)、 (012L  (121)面からの合計6本の
回折線が立方対称に対応して観測され、(110)回折
線が最も強((200)回折線の約3倍の強度を示す(
図示省略)。それに対し第3図では(100)、(20
0)回折線のみが観測され完全に(100)  (=(
001))配向した膜である事がわかる。スパッタガス
には混合比3:1のアルゴンと酸素との混合ガスを用い
、全圧を8 XIO〜2 XIOTorrs基板温度基
板温度2久001 あった。La(>5 Sr6,5 Co Os−δスパ
ッタ膜は入力電力を増すにつれて非晶質、( 110 
”)配向膜、(110)と( ioo )の混ざった膜
、(100)配向膜と変化する。入力電力以外にも基板
温度、ガス圧などによっても配向膜のでき方は変化する
が、通常、スパッタ膜では酸素欠損(句が生じδ〉0.
5ではペロブスカイト構造をとシ得なくなるため、基板
温度は700C以下、ガス圧は10 〜10  Tor
rの間が望ましい。
Lao,、 5rojCOO3でLaとSrの割合いを
変化させた,9、La以外の稀工類元素、Sr以外のア
ルカリニ類元素、co以外の鉄属元素を用いても同様の
結果が得られるか、稀工類元素のうちCeではペロブス
カイト構造が得に<<、稀工類元素としてはLa、Pr
, Nd15m, Gd, Dys Ho,アルカリニ
類元累としてはCaz Srs Ba,鉄属元素として
はCr,Mn。
Fe, Co, Niが望ましい。これらの元素を含む
ペロブスカイト酸化物は多くの場合、立方晶、正方品、
六方晶のいずれかに属すが、特に、Lao.s SrO
,!l Co O3の様に立方晶に近い対称性を示すス
パッタ膜で良好な配向性が認められた。
ペロブスカイト酸化物の配向性薄膜を作成する際の基板
としては石英ガラス以外に、M2O3焼結体、ZrO2
焼結体でもよい。基板によって配向性は若干具なるが、
スパッタリングの入力電圧を低くシ、まず非晶質膜をご
く薄く設け、その後入力電力を高<L(001)配向膜
を作成すると基板に関係なく良好な配向膜を得る事が可
能である。
この様にして得られたABO3配向膜上にペロブスカイ
ト類似酸化物A′,B′207の配向膜をスパッタリン
グで作成した具体例を以下に述べる。
〈実施例1〉 ( 001 )配向したLao.s Sro,、 CO
O3 −J (δ≦0.5)膜上K S 3T i 2
 0?膜をRTスパッタリング法で作成した。550C
,スパッタガスは混合比9:工のアルゴンと酸素の混合
ガスを用い、全圧は2X10−2TorrであったO 得られた膜のX線回折パターンからはソ完全に( 00
1 )配向した5r3Ti20,膜である事が認められ
た。
〈実施例2〉 ( 001 )配向したLa6,l5ro,sMnos
 −73  (δ≦0、5)膜を用い、実施例1と同じ
条件で5r3Ti207膜を作成し、はぼ同等の配向性
膜を得た。
〈実施例3〉 (001)配向したSmo,s Sro.s Coo,
。Feo,+03−1(δく015)膜を用い、実施例
1と同じ条件で5r3Ti20,膜を作成し、はソ同等
の配向性膜を得た。
〈実施例4〉 (001)配向したLaa+ Sro.a Co o3
−7!l ( a <0.1)膜上に、Y2. s B
a o. IC u2 0?膜をRFスパッタリング法
で作成した。基板温度600C,スパッタガス、全圧は
実施例1と同じ条件であった。
得られた膜は( 001 )配向を示す事がX線回折パ
ターンから確認された。
発明の効果 以上要するに本発明は、結晶軸に配向性を有さない基板
上に、ABO,の(001)配向膜及びA1B’t O
tの(001)配向膜を積層したもので、すぐれた(0
01 )配向を示し、高価な単結晶を基板に用いないた
め、高性能で安価な薄膜コンデンサ素子や、高温層導体
素子等に応用する事ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明に、用いられるペロブスカイ
ト酸化物ABO,、ペロブスカイト類似酸化物Al5o
yの結晶構造を示す図、第3図は本発明の一実施例にお
けるペロブスカイト酸化物La o、 5Sr(1,5
Co Oa−,5(δ≦0.5)スパッタ膜のX線回折
パターンを示す図である。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名図面
の浄書 図面の浄誓 第 2 図 第3図 21SL(洩) 手続補正書働式) 昭和62年7 月24日 2発明の名称 配向性積層膜 3補正をする者 事件との囲体      特  許  出  願  人
住 所  大阪府門真市大字門真1006番地名 称 
(582)松下電器産業株式会社代表省       
谷   井   昭   雄4代理人 〒571 住 所  大阪府門真市大字門真1006番地松下電器
産業株式会社内。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結晶軸に配向性を有さない基板上に、(001)
    配向しかつ導電性を示すペロブスカイト酸化物ABO_
    3の薄膜を設け、前記ペロブスカイト酸化物薄膜上にペ
    ロブスカイト類似酸化物A′_3B′_2O_7の(0
    01)配向薄膜を形成したことを特徴とする配向性積層
    膜。
  2. (2)ペロブスカイト酸化物ABO_3のAサイトにL
    a、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Hoのうちから選
    ばれた少なくとも1種を、BサイトにCr、Mn、Fe
    、Co、Niのうちから選ばれた少なくとも1種を含む
    事を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の配向性積層
    膜。
  3. (3)La、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Hoを含
    むペロブスカイト酸化物ABO_3のAサイトの一部が
    CaSr、Baのうちの少なくとも1種で置換された事
    を特徴とする特許請求の範囲第2項記載の配向性積層膜
  4. (4)ペロブスカイト類似酸化物A′_3B′_2O_
    7のA′サイトにY、La、Ba、Srの少なくとも1
    種を、B′サイトTi、Cu、Coの少なくとも1種を
    含む事を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の配向性
    積層膜。
  5. (5)ペロブスカイト酸化物ABO_3およびペロブス
    カイト類似酸化物A′_3B′_2O_7の薄膜がスパ
    ッタリング法で作成された事を特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の配向性積層膜。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996000704A1 (fr) * 1994-06-30 1996-01-11 Hitachi, Ltd. Materiau ferroelectrique a couches d'oxyde de bismuth
EP1449817A1 (en) * 2001-11-09 2004-08-25 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Production of oriented material or composite material through centrifugal burning
JP2006093385A (ja) * 2004-09-24 2006-04-06 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 光電変換構造体及びその製造方法
WO2011129341A1 (ja) * 2010-04-13 2011-10-20 独立行政法人産業技術総合研究所 配向ペロブスカイト酸化物薄膜

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