KR102616106B1 - 질화물 압전체 및 이를 이용한 mems 디바이스 - Google Patents
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Abstract
아무 원소도 첨가되지 않은 질화 알루미늄보다도 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 질화물 압전체 및 이를 이용한 MEMS 디바이스를 제공한다. 화학식 Al1-X-YMgXTaYN으로 표시되는 압전체이며, X+Y가 1보다 작으며, 또 X는 0보다 크고 1보다 작고, Y는 0보다 크고 1보다 작은 범위에 있고, Ta는 4가의 것을 포함한다
Description
본 발명은, 마그네슘 및 탄탈을 첨가한 질화 알루미늄의 압전체(壓電體) 및 이를 이용한 MEMS 디바이스에 관한 것이다.
압전 현상을 이용하는 디바이스는, 폭넓은 분야에서 이용되고 있으며, 소형화 및 절전화가 강하게 요구되고 있는 휴대 전화기 등의 휴대용 기기에 있어서 그 사용이 확대되고 있다. 그 일례로서, 박막(薄膜) 벌크 음향파 공진자(Film Bulk Acoustic Resonator; FBAR)를 이용한 FBAR 필터가 있다.
FBAR 필터는, 압전 응답성을 나타내는 박막의 두께 세로 진동 모드를 이용한 공진자에 의한 필터이며, 기가헤르츠 대역에서의 공진이 가능하다는 특성을 갖는다. 이러한 특성을 갖는 FBAR 필터는 저손실이며, 또 광대역에서 동작할 수 있기 때문에 휴대용 기기의 한층 더한 고주파 대응화, 소형화 및 절전화에 기여할 것으로 기대되고 있다.
이러한 FBAR에 이용되는 압전체 박막의 압전체 재료로서는, 예를 들면 스칸듐을 첨가한 질화 알루미늄(특허문헌1 참조)이나, 마그네슘 및 탄탈을 첨가한 질화 알루미늄(특허문헌 2) 등을 들 수 있다. 특히 스칸듐을 첨가한 질화 알루미늄은, 높은 압전 정수를 가져 차세대의 고주파 필터로의 이용에 기대되어지고 있다. 또한, 압력 센서, 가속도 센서, 자이로 센서 등의 물리 센서, 액츄에이터, 마이크 폰, 지문 인증 센서, 진동 발전기 등의 다양한 MEMS(micro electro mechanical system) 디바이스로의 이용에 기대되어지고 있다.
그러나, 스칸듐(Sc)은 고가의 희토류 원소이며, 스칸듐을 첨가한 질화 알루미늄(AlN)으로 구성된 압전체는 다른 물질로 구성된 압전체와 비교해서 제조 비용이 고액이 되어버리는 문제점이 있었다.
또한, 특허문헌 2에는, 마그네슘(Mg) 및 탄탈(Ta)을 첨가한 질화 알루미늄(AlN)으로 구성된 압전체가 개시되어 있지만, 수치 계산에 기초한 것이다. 구체적으로는, 원자가가 2가인 마그네슘(12.5원자%)과, 원자가가 5가인 탄탈(6.25원자%)을 질화 알루미늄에 도핑시킨 경우의 수치 계산의 결과가 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 2에 개시된 압전체는 어디까지나 수치 계산에 의한 것으로서, 계산에 사용한 탄탈의 원자가(價數)가 맞는가 하는 문제점이 있었다. 상세하게는 후술하겠는데, 본 발명에 관련한 압전체(Al1-X-YMgXTaYN)에 포함되는 탄탈은, 5가의 것뿐만 아니라 다른 가수의 것도 포함되어 있어서 특허문헌 2에 개시된 것과는 완전히 다른 것이다.
본 발명은 상술한 사정을 감안하여, 어떤 원소도 첨가되지 않은 질화 알루미늄보다도 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 질화물 압전체 및 그를 이용한 MEMS 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 발명자는, 상술한 문제점에 관하여 예의 연구를 계속한 결과, 이하와 같은 획기적인 마그네슘(Mg) 및 탄탈(Ta)을 첨가한 질화 알루미늄(AlN)의 압전체를 알아내었다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1의 양태는 화학식 Al1-X-YMgXTaYN으로 표시되는 압전체로서, X+Y가 1보다 작으며, 또 X는 0보다 크고 1보다 작고, Y는 0보다 크고 1보다 작은 범위에 있고, Ta는 4가의 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전체에 있다.
이때, 「4가의 것」이란, 원자가가 4가인 것을 말한다. Ta의 가수는, 예를 들면 X선 광전자 분광법(XPS), X선 흡수 분광법(XANES), TEM-EELS 등에 의해 검출 할 수 있다.
이러한 제1의 양태에서는, 어떤 원소도 첨가(도핑)되지 않은 질화 알루미늄보다도 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 질화물 압전체를 제공할 수 있다.
본 발명의 제2의 양태는, 4가의 Ta가, 4가 이외의 Ta와 비교해서 가장 많이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항1에 기재된 압전체에 있다.
이러한 제2의 양태에서는, 보다 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 질화물 압전체를 제공할 수 있다.
본 발명의 제3의 양태는, X/Y가, 2보다도 크고, 5이하인 것을 특징으로 하는 제1 또는 제2의 양태에 기재된 압전체에 있다.
이러한 제3의 양태에서는, 더 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 질화물 압전체를 제공할 수 있다.
본 발명의 제4의 양태는, X/Y가 2.5보다도 크고, 4이하인 것을 특징으로 하는 제1 또는 제2의 양태에 기재된 압전체에 있다.
이러한 제4의 양태에서는, 특히 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 질화물 압전체를 제공할 수 있다.
본 발명의 제5의 양태는, X+Y가, 0.0보다 크고, 0.4이하인 것을 특징으로 하는 제1~제4의 양태 중 어느 하나에 기재된 압전체에 있다.
이러한 제5의 양태에서는, 보다 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 질화물 압전체를 제공할 수 있다.
본 발명의 제6의 양태는, X+Y가, 0.15이상이고 0.35이하인 것을 특징으로 하는 제1~제4의 양태 중 어느 하나에 기재된 압전체에 있다.
이러한 제6의 양태에서는, 더 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 질화물 압전체를 제공할 수 있다.
본 발명의 제7의 양태는, 제1~제6의 양태 중 어느 하나에 기재된 압전체가 기판 상에 구비되어 있고, 압전체와 기판 사이에 적어도 1층의 중간층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전체에 있다.
이러한 제7의 양태에서는, 압전체의 결정성(결정화도)이 향상하기 때문에, 보다 높은 성능 지수(d33 및 g33 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 질화물 압전체를 제공할 수 있다.
본 발명의 제8의 양태는, 중간층은, 질화 알루미늄, 질화 갈륨, 질화 인듐, 질화 티탄, 질화 스칸듐, 질화 이테르븀, 몰리브덴, 텅스텐, 하프늄, 티탄, 루테늄, 산화 루테늄, 크롬, 질화 크롬, 백금, 금, 은, 구리, 알루미늄, 탄탈, 이리듐, 팔라듐 및 니켈 중 적어도 하나를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 제7의 양태에 기재된 압전체에 있다.
이러한 제8의 양태에서는, 압전체의 결정성(결정화도)이 보다 향상하기 때문에, 더 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 질화물 압전체를 제공할 수 있다.
본 발명의 제9의 양태는, 중간층과 압전체 사이에, 중간층을 구성하는 물질과 압전체를 구성하는 물질이 포함되는 확산층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제7 또는 제8의 양태에 기재된 압전체에 있다.
이러한 제9의 양태에서는, 제7 및 제8의 양태와 마찬가지로, 높은 성능 지수 (d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 질화물 압전체를 제공할 수 있다.
본 발명의 제10의 양태는, 제1~제9의 양태 중 어느 하나에 기재된 압전체를 이용한 MEMS 디바이스에 있다.
이때, 「MEMS 디바이스」란, 미소(微小) 전기 기계 시스템이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 FBAR 필터, 압력 센서, 가속도 센서, 자이로 센서 등의 물리 센서나 액츄에이터, 마이크 폰, 지문 인증 센서, 진동 발전기, 에너지 하베스터 등을 들 수 있다.
이러한 제10의 양태에서는, 고주파 대응화, 소형화 및 저전력화된 MEMS 디바이스를 제공할 수 있다. 특히, MEMS 디바이스가 고주파 필터인 경우에는, 종래의 고주파 필터와 비교해서 손실이 적으며 또 광대역에서 동작가능한 것을 제공할 수 있다.
도 1은, 실시형태 1에 관련한 압전체 박막의 개략 단면도이고,
도 2는, 각 압전체 박막에 있어서의 결합 에너지(Binding energy)와 강도(Intensity)와의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 3은, 탄탈과 마그네슘의 몰비와, 탄탈의 4f 궤도의 피크 영역의 비율과의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 4는, Mg/Ta의 원자 퍼센트의 비율에 대한 압전 정수 d33과의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 5는, 도펀트(Mg+Ta)의 농도와 압전 정수 d33과의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 6은, 도펀트(Mg+Ta)의 농도와 비유전율 εr과의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 7은, 도펀트(Mg+Ta)의 농도와 압전 출력 정수 g33와의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 8은, 도펀트(Mg+Ta, Sc)의 농도와 압전 출력 정수 g33와의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 9는, 도펀트(Mg+Ta, Sc)의 농도와 전기기계 결합 계수 K2와의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 10은, 실시형태 2에 관련한 압전체 박막의 개략 단면도이다.
도 2는, 각 압전체 박막에 있어서의 결합 에너지(Binding energy)와 강도(Intensity)와의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 3은, 탄탈과 마그네슘의 몰비와, 탄탈의 4f 궤도의 피크 영역의 비율과의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 4는, Mg/Ta의 원자 퍼센트의 비율에 대한 압전 정수 d33과의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 5는, 도펀트(Mg+Ta)의 농도와 압전 정수 d33과의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 6은, 도펀트(Mg+Ta)의 농도와 비유전율 εr과의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 7은, 도펀트(Mg+Ta)의 농도와 압전 출력 정수 g33와의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 8은, 도펀트(Mg+Ta, Sc)의 농도와 압전 출력 정수 g33와의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 9는, 도펀트(Mg+Ta, Sc)의 농도와 전기기계 결합 계수 K2와의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 10은, 실시형태 2에 관련한 압전체 박막의 개략 단면도이다.
이하에 첨부 도면을 참조해서, 본 발명에 따른 압전체의 박막에 관한 실시형태를 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 형상에 제한은 없으며 박막 형태가 아니어도 되는 것은 말할 필요도 없다.
(실시형태 1)
도 1은 본 실시형태에 따른 압전체 박막의 개략 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 압전체 박막(1)은, 기판(10) 상에 형성되어 있다. 압전체 박막(1)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.1~30㎛의 범위가 바람직하고, 0.1~2㎛의 범위가 밀착성이 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 기판(10)은, 그 표면 상에 압전체 박막(1)을 형성할 수 있는 것이면, 두께나 재질 등은 특별히 한정되지 않는다. 기판(10)으로서는, 예를 들면 실리콘 및 인코넬 등의 내열 합금, 폴리이미드 등의 수지 필름 등을 들 수 있다.
압전체 박막(1)은, 화학식 Al1-X-YMgXTaYN으로 표시되며, X+Y가 1보다 작고 또 X는 0보다 크고 1보다 작으며, Y는 0보다 크고 1보다 작은 범위에 있고, 마그네슘(Mg) 및 탄탈(Ta)이 첨가(도핑)된 질화 알루미늄(AlN)으로 구성되어 있다. 그리고, 이 압전체 박막(1)에는, 원자가가 4가인 Ta가 포함되어 있다. 또한, Ta의 원자가에 대해서는, X선 광전자 분광법(XPS) 등에 의해 검출할 수 있다.
이러한 구성의 압전체 박막(1)은, 아무 원소도 첨가되지 않은 질화 알루미늄보다도 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는다.
이때, Ta는, 4가 이외의 가수(예를 들면, 3가나 5가)의 것이 포함되어 있어도 좋지만, 4가의 Ta의 함유량이 4가 이외의 것과 비교해서 가장 많이 포함되어 있는 압전체 박막(1)이 바람직하다. 이러한 구성의 압전체 박막(1)은, 보다 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는다.
또한, 압전체 박막(1)에 포함되는 Ta 중, 4가의 Ta의 함유 비율이 30%이상이면, 보다 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 압전체 박막(1)이 되고, 4가의 Ta의 함유 비율이 45%이상이면, 더 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 압전체 박막(1)이 되고, 4가의 Ta의 함유 비율이 50% 이상이면, 특히 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는 압전체 박막(1)이 된다.
그리고, 상술한 화학식에 있어서, X/Y가, 2보다도 크고 5이하인 압전체 박막(1)이 바람직하다. 이러한 구성의 압전체 박막(1)은, 더 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는다.
그리고 또한, 상술한 화학식에 있어서, X/Y가, 2.5보다도 크고, 4이하인 압전체 박막(1)이 보다 바람직하다. 이러한 구성의 압전체 박막(1)은, 특히 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는다.
이어서, 상술한 화학식에 있어서, X+Y가, 0.0보다 크고, 0.4이하인 압전체 박막(1)이 보다 바람직하다. 이러한 구성의 압전체 박막(1)은, 보다 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는다.
또한, 상술한 화학식에 있어서, X+Y가, 0.15이상이고 0.35이하인 압전체 박막(1)이 더욱 바람직하다. 이러한 구성의 압전체 박막(1)은, 한층 더 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는다.
그리고 또한, 상술한 화학식에 있어서, X+Y가, 0.2이상이고 0.3이하인 압전체 박막(1)이 특히 바람직하다. 이러한 구성의 압전체 박막(1)은, 특히 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)의 값을 갖는다.
그리고, 이들의 압전체 박막(1)을 이용한 고주파 필터는, 종래의 고주파 필터와 비교해서, 저손실이며, 또 광대역에서 동작할 수 있다. 그 결과, 휴대용 기기를 보다 고주파 대응, 소형화 및 절전화할 수 있다. 또한, 고주파 필터의 구성은 특별히 한정되지 않고, 공지의 구성으로 제조할 수 있다.
이어서, 본 실시형태에 따른 압전체 박막(1)의 제조 방법에 관해서 설명한다. 압전체 박막(1)은, 일반적인 압전체 박막과 마찬가지로, 스퍼터법이나 증착법 등의 제조 방법을 이용해서 제조할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 질소 가스(N2) 분위기하, 또는 질소 가스(N2) 및 아르곤 가스(Ar) 혼합 분위기하(기체 압력 1Pa이하)에 있어서, 기판(10)(예를 들면 실리콘(Si) 기판)에, 탄탈로 구성된 타겟, 마그네슘으로 구성된 타겟 및 알루미늄(Al)으로 구성된 타겟을 동시에 스퍼터 처리함으로써 제조할 수 있다. 또한, 타겟으로서, 탄탈, 마그네슘 및 알루미늄이 소정의 비율로 포함되는 합금을 사용해도 좋다.
또한, 기판과 압전체 박막과의 사이에, 기판을 구성하는 물질과 압전체 박막을 구성하는 물질이 포함되는 층이 형성되어 있어도 좋다. 이러한 층은, 예를 들면 기판 상에 압전체 박막을 형성한 후, 이들에 열을 가함으로써 형성할 수 있다.
(실시예)
다음의 장치 및 스퍼터링 타겟 등을 이용하여, 비저항이 0.02Ωcm의 n형 실리콘 기판 상에 두께 0.4~1.5㎛의 탄탈과 마그네슘이 첨가된 질화 알루미늄의 압전체 박막(Al1-X-YMgXTaYN)을 제작하였다.
다원(多元) 동시 스퍼터 성막 장치(에이코엔지니어링사 제품)
탄탈의 스퍼터링 타겟재(농도: 99.999%)
마그네슘의 스퍼터링 타겟재(농도: 99.999%)
알루미늄의 스퍼터링 타겟재(농도: 99.999%)
가스:질소(순도:99.99995% 이상)와 아르곤 가스(순도:99.9999% 이상)의 혼합 가스(혼합비 50:50)
기판 가열 온도: 500℃
성막 실험은, 스퍼터 챔버 내의 기압을 10-6 이하의 고(高)진공이 되도록 진공 펌프로 내린 후 수행하였다. 또한, 산소 등의 불순물의 혼입을 피하기 위해, 타겟 장착 직후나 각 성막 실험의 직전에 타겟 표면의 청정 처리를 행하였다.
그리고, 얻어진 각 압전체 박막을 XPS(시마즈/KRATOS제작소사 제품, AXIS-165)로 측정했을 때의 결합 에너지(Binding energy)와 강도(Intensity)와의 관계를 도 2에 나타내고, 탄탈과 마그네슘의 몰비와, 탄탈의 4f궤도의 피크 영역의 비율과의 관계를 도 3에 나타낸다. 이들 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 탄탈에 대한 마그네슘의 원자 퍼센트의 비율(Mg/Ta)이 커짐에 따라서 Ta5+ 및 Ta3+의 비율이 작아지는데, Ta4+의 비율은 커지는 것을 알 수 있었다. 또한, 1≤Mg/Ta≤3의 범위에서, Ta5+ 및 Ta3+보다도 Ta4+의 원자수의 비율이 가장 높은 것도 알 수 있었다.
이어서, 도 4에, 도펀트(Mg+Ta)의 농도가 15~26at.%에 있어서의, Mg/Ta의 원자 퍼센트의 비율에 대한 압전 정수 d33와의 관계를 나타낸다. 이 도면에서, 압전 정수 d33의 값은, Mg/Ta가 1보다 커짐에 따라서 커지게 되고, 3.1일 때에 가장 높아지고, Mg/Ta가 3.1보다도 커짐에 따라서 압전 정수 d33의 값은 작아지는 것을 알았다. 또한, 압전 정수 d33에 대해서는, 피에조미터(알파주식회사 제품 Piezotest PM300)를 이용하여 측정하였다.
그리고 또한, 도 5에, 도펀트(Mg+Ta)의 농도와 압전 정수 d33와의 관계를 나타낸다. 이때, Mg/Ta의 원자 퍼센트의 비율은, 3.1로 고정하였다. 이 도면에서, 도펀트(Mg+Ta)의 농도가 높아짐에 따라서 압전 정수 d33의 값이 높아지고, 24.3at.%일 때에 가장 높아지는 것으로 나타났다. 또한, 도펀트(Mg+Ta)의 농도가 0인 것이, 아무 원소도 첨가되어 있지 않은 질화 알루미늄의 압전 정수 d33의 값이다.
또한, 도 6에, 도펀트(Mg+Ta)의 농도와 비유전율 εr과의 관계를 나타낸다. 여기서, Mg/Ta의 원자 퍼센트의 비율은 3.1로 고정하였다. 이 도면에서, 도펀트(Mg+Ta)의 농도가 24.3at.%가 될 때까지 거의 일정한 값(εr=10)이 되지만, 도펀트(Mg+Ta)의 농도가 24.3at.%보다도 높아짐에 따라서 비유전율 εr의 값도 높아지는 것을 알았다.
그리고 또한, 상기의 데이터로부터 다음의 식을 이용하여 압전 출력 정수 g33를 산출하였다. 이때 ε0=8.8542e-12를 사용했다.
[수학식 1]
그리고, 도 7에, 얻어진 압전 출력 정수 g33와 도펀트(Mg+Ta)의 농도와의 관계를 나타낸다. 여기서, Mg/Ta의 원자 퍼센트의 비율은 3.1로 고정되어 있다. 이 도면에서, 압전 출력 정수 g33의 값은, 도펀트(Mg+Ta)의 농도가 높아짐에 따라서 커지고, 24.3at.%일 때에 가장 높아진다. 그리고, 도펀트(Mg+Ta)의 농도가 24.3at.%보다도 높아짐에 따라서 압전 출력 정수 g33의 값은 작아져 가는 것을 알았다. 또한, 도펀트(Mg+Ta)의 농도가 0인 것이, 아무 원소도 첨가되어 있지 않은 질화 알루미늄의 압전 출력 정수 g33의 값이다.
또한, 도 8에, 각 도펀트(Mg+Ta, Sc)의 농도와 압전 출력 정수 g33와의 관계를 나타낸다. 이 도면에서, 각 도펀트의 농도가 24.3at.%가 될 때까지는, 탄탈과 마그네슘이 첨가된 질화 알루미늄 압전체 박막(Al1-X-YMgXTaYN)은, 스칸듐이 첨가된 질화 알루미늄 압전체 박막(Al1-XScXN)보다도 높은 압전 출력 정수 g33를 갖는 것을 알았다.
이상으로부터, 본 실시예의 압전체 박막은, Mg/Ta의 원자 퍼센트의 비율이 1보다 크고 4이하의 범위에서, 또 도펀트(Mg+Ta)의 농도가 0.0보다도 크고, 0.4이하의 범위에서, 아무 원소도 첨가되지 않은 질화 알루미늄과 비교해서, 높은 성능 지수(d33 및 g33)의 값을 갖는 것을 알았다.
그리고 또한, 도 9에, 각 도펀트(Mg+Ta)의 농도와 전기기계 결합 계수 K2 와의 관계를 나타낸다. 이 도면에서, 전기기계 결합 계수 K2의 값은, 도펀트(Mg+Ta)의 농도가 높아짐에 따라서 커지게 되고, 24.3at.%일 때에 가장 높아진다. 그리고, 도펀트(Mg+Ta)의 농도가 24.3at.%보다도 높아짐에 따라서, 압전 출력 정수 g33의 값은 작아져 가는 것을 알았다. 또한, 전기기계 결합 계수 K2는, 다음 식을 이용하여 산출할 수 있다.
[수학식 2]
또한, e33은 압전 응력 정수를 나타내고, 제1 원리 계산(first-principle calculation)이라고 불리는 계산 방법을 채용하고 있는 VASP(Vienna Ab initio Simulation Package)라는 소프트웨어를 이용하여 산출하였다.
(실시형태 2)
상술한 실시형태 1에서는, 기판 상에 직접 압전체 박막을 제작하도록 했는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 기판(10)과 압전체 박막(1A)과의 사이에 중간층(20)을 형성해도 좋다.
이때, 중간층(20)으로서는, 중간층(20) 상에 압전체 박막(1A)을 형성할 수 있는 것이면, 그 재료나 두께 등은 특별히 한정되지 않는다. 중간층으로서는, 예를 들면 질화 알루미늄(AlN), 질화 갈륨(GaN), 질화 인듐(InN), 질화 티탄(TiN), 질화 스칸듐(ScN), 질화 이테르븀(YbN), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 루테늄(Ru), 산화루테늄(RuO2), 크롬(Cr), 질화 크롬(CrN), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag) , 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd) 및 니켈(Ni)로 구성된 두께 50~200nm의 것을 들 수 있다.
기판(10) 상에, 이러한 중간층(20)을 형성함으로써, 압전체 박막(1A)의 결정성(결정화도)이 향상하기 때문에, 실시형태 1의 압전체 박막보다도 한층 더 높은 성능 지수(d33, g33 및 K2 중 적어도 어느 하나)를 갖는 탄탈과 마그네슘이 첨가된 질화 알루미늄 압전체 박막(Al1-X-YMgXTaYN)을 형성할 수 있다.
(실시형태 3)
상술한 실시형태 2에서는, 중간층 상에 직접 압전체 박막이 형성되도록 하였는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 중간층과 압전체 박막과의 사이에, 중간층을 구성하는 물질과 압전체 박막을 구성하는 물질이 포함되는 확산층을 더 형성해도 좋다. 또한, 확산층은, 예를 들면, 중간층 상에 압전체 박막을 형성한 후, 이들에 열을 가함으로써 형성할 수 있다. 이와 같이 확산층을 형성해도, 실시형태 2와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
1, 1A; 압전체 박막
10; 기판
20; 중간층
10; 기판
20; 중간층
Claims (13)
- 화학식 Al1-X-YMgXTaYN으로 나타내는 질화물 재료이며,
X+Y가 1보다 작으며, 또 X는 0보다 크고 1보다 작고, Y는 0보다 크고 1보다 작은 범위에 있고,
Ta는 4가의 것을 포함하고,
4가의 Ta가, 4가 이외의 Ta와 비교해서 가장 많이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 질화물 재료.
- 화학식 Al1-X-YMgXTaYN으로 나타내는 질화물 재료이며,
X+Y가 1보다 작으며, 또 X는 0보다 크고 1보다 작고, Y는 0보다 크고 1보다 작은 범위에 있고,
Ta는 4가의 것을 포함하고,
X/Y가, 2보다도 크고, 5이하인 것을 특징으로 하는 질화물 재료.
- 제1항에 있어서,
X/Y가, 2.5보다도 크고, 4이하인 것을 특징으로 하는 질화물 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
X+Y가, 0.0보다도 크고, 0.4이하인 것을 특징으로 하는 질화물 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
X+Y가, 0.15이상이고 0.35이하인 것을 특징으로 하는 질화물 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 질화물 재료로 이루어지는 압전체.
- 제4항에 기재된 질화물 재료로 이루어지는 압전체.
- 제6항에 기재된 압전체가 기판 상에 구비되어 있고, 상기 압전체와 상기 기판과의 사이에, 적어도 1층의 중간층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전체.
- 제8항에 있어서,
상기 중간층은, 질화 알루미늄, 질화 갈륨, 질화 인듐, 질화 티탄, 질화 스칸듐, 질화 이테르븀, 몰리브덴, 텅스텐, 하프늄, 티탄, 루테늄, 산화 루테늄, 크롬, 질화 크롬, 백금, 금, 은, 구리, 알루미늄, 탄탈, 이리듐, 팔라듐 및 니켈 중 적어도 하나를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 압전체.
- 제8항에 있어서,
상기 중간층과 상기 압전체 사이에, 상기 중간층을 구성하는 물질과 상기 압전체를 구성하는 물질이 포함되는 확산층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전체.
- 제6항에 기재된 압전체를 이용한 MEMS 디바이스.
- 제7항에 기재된 압전체를 이용한 MEMS 디바이스.
- 제8항에 기재된 압전체를 이용한 MEMS 디바이스.
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