JPS63238282A - ニオブ酸リチウム薄膜の製造方法 - Google Patents

ニオブ酸リチウム薄膜の製造方法

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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) 本発明は高純度で組成が化学量論比に制御された低温で
焼成できる、特に厚さが数100人ないし数pmのニオ
ブ酸リチウム薄膜およびその製造方法に関するものであ
る。
(従来の技術) ニオブ酸リチウムは圧電性、焦電性をもつためその単結
晶はSAWデバイス、赤外線センサーとして応用されて
いる。ニオブ酸リチウムは化学量論組成付近に固溶領域
をもち、調和溶融液組成は化学量論組成と異なるため、
組成を制御した化学量論組成の均質なニオブ酸リチウム
単結晶の育成は困難であった。また、単結晶製造の際に
は、1000°C以上の高温が必要であるためその製造
装置は大型なものとなっていた。そのためニオブ酸リチ
ウムのち密で、不純物を含まない結晶性の焼結体の薄膜
を作成し、焼結の際に分極する等の方法によって単結晶
の代わりにSAWデバイスや赤外線センサーとして用い
る試みがなされてきた。
その方法の一つとして、粉粒体状のニオブ酸リチウムを
均一に分散させた溶液を基板上に塗布し焼結する方法が
あるが、ち密でクラックやピンホールのない膜を作成す
ることは困難であり、焦電体、圧電体として望ましい厚
さ数pm以下の薄膜を製造することは、極めて困難であ
った。焼結を行うには1000°C以上の高温が必要な
ため基板の材料も限られ、製造装置も大型なものとなっ
てしまっていた。この他、ニオブ酸リチウム膜の製造方
法として、スパッタリング法、真空蒸着法、気相反応法
等が検討されているが、これらの方法においてはち密な
ものは得がたく、化学量論比の制御が極めて困難である
ことにより優れたニオブ酸リチウム薄膜は得られていな
い。
(発明が解決しようとする問題点) 従来の粉末塗布の後焼結する方法、スパッタリング法で
はいずれの方法においてもち密で不純物や第二相がなく
化学量論比に組成を制御された結晶性の高いニオブ酸リ
チウム膜を製造することは不可能であった。また、焦電
体、圧電体として必要な数100Å以上の膜厚を得るた
めには、スパッタリング法では膜の成長速度が遅くスパ
ッタリングの時間がかかり過ぎ、逆に粉末塗布の後焼結
する方法では圧電1本、焦電体として望ましい数11m
以下の膜圧を得ることは困難であった。
また、ニオブ酸リチウム膜の製造には1000°C以上
の高温を発生することのできる電気炉が必要であり、ま
た基板の材質も限られたものしか使用できないといった
問題点があった。
本発明の目的は、膜のち密さの問題、純度の問題、組成
を制御する問題、膜厚の問題、熱処理に高温が必要とさ
れるといった問題点を解決したニオブ酸リチウム薄膜と
その製造方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明は熱処理温度が350°C以下であることを特徴
とする組成式がLiNb0aであるところのち密で結晶
性の高いニオブ酸リチウム薄膜およびその製造方法であ
る。本発明においてニオブ酸リチウム薄膜は以下の方法
にて製造する。
出発原料としてリチウムのアルコキシドとニオブのアル
コキシドを用いこれらのモル比が1=1となるように脱
水、精製したアルコールに混合、溶解した。アルコール
は常温で液体であれば良く、好ましくはエタノールを用
いる。この溶液を22時間以上撹はん、還流しながら反
応させることによって複合アルコキシドを生成させる。
これらの操作は金属アルコキシドが空気中の水分で容易
に加水分解するため、乾燥した窒素雰囲気中で行った。
このように調整された溶液に複合金属アルコキシドが加
水分解するのに必要なモル数以上の水を脱炭酸水の形で
、好ましくは溶媒のアルコールにて希釈した形で滴下・
する。この後、攪はん、還流を続は反応を完結させ、L
iNbO3の前駆体が得られる。得られたLiNbO3
の前駆体を濃縮しこの溶液に耐熱性基板を浸漬し、一定
速度で引き上げることにより基板表面にコーテイング膜
を形成した。数分間乾燥させた後、酸素と水蒸気の混合
気流中で加熱処理することによって結晶化したニオブ酸
リチウム単相のち密な結晶性の高い薄膜を得ることがで
きる。この後、浸漬、引き上げ、乾燥、加熱処理の工程
を繰り返すことにより、所望の厚さのニオブ酸リチウム
薄膜を得ることができる。
(作用) 本発明で出発原料てして用いているリチウムとニオブの
アルコキシドは蒸留等の方法によって精製することが可
能なため高純度なセラミックス薄膜の原料を提供するこ
とができる。また、不純物を含まないため正確に金属元
素のモル数が等しくなるように秤量することができる。
このため、最終的な生成物であるニオブ酸リチウムのニ
オブとリチウムのモル比を正確に1=1に制御すること
ができる。
さらに、本発明によれば最終的にニオブ酸リチウムを得
るのに必要な熱処理の温度を従来の方法のような100
0°C以上の高温からもっと低温にすることが出来るた
め、簡便な加熱装置とガラス等の容器中でニオブ酸リチ
ウム薄膜を製造することができる。また、基板の材料も
通常のガラス等を用いることができる。さらには、本発
明によって得られるニオブ酸リチウム薄膜はその組成を
均一にすることができるため、不純物としての第二相が
出来にくくなるだけでなく、ニオブとリチウムの各原子
が均一に混じりあっているため結晶化しやすく結晶化度
の高いニオブ酸リチウム薄膜が得られるため、ニオブ酸
リチウム本来の性質が発揮され、現在応用として用いら
れることの多い焦電体、圧電体の性質が単結晶に近い優
れたものとなる。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。た
だし、本発明の範囲は下記実施例により回答限定される
ものではない。
実施例 ニオブ及びリチウムの複合アルコキシド溶液の調製: エトキシリチウム: Li0C2Hsとペンタエトキシ
ニオブ:N′b(oC2H5)5トをLi:N′bノ比
カ1:1トナル如くソれぞれ秤取し、脱水、精製したエ
タノール中に混合、溶解した。この溶液を24時間攪は
ん、還流した。これらの操作は、エトキシリチウムとペ
ンタエトキシニオブが空気中の水分により容易に加水分
解されるため、乾燥した窒素雰囲気中で行った。得られ
た生成物は、IH−NMR及びIRのスペクトル変化か
ら複合アルコキシドであることが分かった。
還流の時間により複合アルコキシドの溶液中での配位状
態が変化していた。この溶液中の複合アルコキシドの配
位状態がその後のニオブ酸リチウム作成のための熱処理
の容易さを決定する。
ニオブ酸リチウム前駆体の調製: 得られた複合アルコキシドをエタノールに希釈した脱炭
酸水を滴下して加水分解を行った。さらに、攪はん、還
流を24時間続は反応を完結させた。この後、エタノー
ルを蒸発させ、ニオブ酸リチウムの前駆体を0.22m
ol/lに濃縮した。
ニオブ酸リチウム前駆体の基板への塗布および加熱処理
: 得られたニオブ酸リチウムの前駆体の濃縮溶液に5i(
100)基板を浸漬し一定の速度で引き上げ塗布を行い
、乾燥させた。この後得られたニオブ酸リチウムの前駆
体のコーテイング膜を酸素と水蒸気の混吃雰囲気中にて
350’Cで加熱処理した。この浸漬、引き上げ、乾燥
、加熱処理(350°C)の工程を20回繰り返して、
ち密な結晶性のLiNbO3薄膜を合成することができ
た。1回の工程で得られる薄膜の膜厚は、ニオブ酸リチ
ウムの前駆体の濃度が0゜22mo1/1の場合300
人であり、この工程を20回繰り返した結果得られた薄
膜は0.611mの膜厚であった。この得られた薄膜を
粉末X線回折法により調べた結果LiNbO3単相であ
ることが確認された。この他、基板として白金板、市販
のカバーガラスを用いて同様の実験を行ったところ、5
i(100)基板と全く同様にLiNb0aの薄膜を得
ることができた。
第1図は実施例にて最終的に得られた薄膜の粉末X線回
折図を示したものである。
第1図の図中においてO印をつけたものはLiNbO3
のピークを示すものである。
第2図は実施例にて最終的に得られた薄膜の電子顕微鏡
写真を示したものである。
(発明の効果) このように、本方法によれば結晶性のニオブ酸リチウム
薄膜を従来の方法に比べて極めて低温にて製造すること
ができる。
この発明はこのようにち密な結晶性のニオブ酸リチウム
薄膜の低温焼成を可能にしたものでありニオブ酸リチウ
ムを用いた圧電素子、焦電素子等の種々の応用にその活
用が期待されるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施性において最終的に得られたLiNbO5
薄膜の粉末X線回折図である。 第2図は実施例において最終的に得られたLiNbO3
薄膜断面の電子顕微鏡写真である。 第1図 2e CuKcc 特許庁長官殿              国1、事件
の表示 昭和62年特許願第72862号2、発明の名
称 ニオブ酸リチウム薄膜およびその製造方法3、補正をす
る者 事件との関係       出願人 東京都港区芝五丁目33番1号 (423)  日本電気株式会社 代表者 関本忠弘 (外1名) 4、代理人 6、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 明細書の図面の簡単な説明の欄 図面 7、補正の内容 (1)明細書第10頁9行目〜10行目に[第2図は〜
示したものである。」とあるのを削除する。 (2)明細書第11頁8行目〜4行目に[第2図は〜電
子顕微鏡写真である。1とあるのを削除する。 手続補正書(自発) 特許庁長官 殿        1八 1、事件の表示  昭和62年 特許願 第72862
号2、発明の名称 ニオブ酸リチウム薄膜およびその製造方法3、補正をす
る者 事件との関係        出願人 東京都港区芝五丁目33番1号 (423)  日本電気株式会社 代表者 関本忠弘 (外1名) 4、代理人 5、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 6、補正の内容 (1)明細書第11頁第1行目に「実施性」とあるのを
「実施例」と補正する。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)組成式がLiNbO_3であるところのニオブ酸
    リチウムを基板上に多層に積層せしめてなることを特徴
    とするニオブ酸リチウム薄膜。
  2. (2)エトキシリチウムとペンタエトキシニオブのモル
    比が1:1となるように脱水したエタノールに混合、溶
    解し、乾燥雰囲気下で還流を行い、複合アルコキシドを
    作成し、この複合アルコキシドを等モル量の水をエタノ
    ールに希釈した溶液で部分加水分解し、攪はん、還流を
    行ってLiNbO_3の前駆体を作成し、得られたLi
    NbO_3の前駆体をアルコキシド濃度を0、22mo
    l/lに濃縮し、該前駆体溶液を基板上に塗布して加熱
    焼成し、ついで前駆体溶液の塗布、加熱焼成繰り返し、
    当該基板上にニオブ酸リチウム薄膜を多層に積層せしめ
    ることを特徴とするニオブ酸リチウム薄膜の製造方法。
  3. (3)ニオブ酸リチウム形成前駆体溶液の基板への塗布
    をディッピングを行うことを特徴とする特許請求の範囲
    第2項記載のニオブ酸リチウム薄膜製造方法。
  4. (4)加熱焼成を350℃以下の温度で行うことを特徴
    とする特許請求の範囲第2項または第3項記載のニオブ
    酸リチウム薄膜製造方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5342518A (en) * 1976-09-29 1978-04-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Film pick up unit
JPS5432508A (en) * 1977-08-18 1979-03-09 Combustion Eng Operation of coal gasification plant

Patent Citations (2)

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