KR20050100699A - 박막용량소자 및 그것을 포함한 전자회로 및 전자기기 - Google Patents

박막용량소자 및 그것을 포함한 전자회로 및 전자기기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 박막용량소자는, 화학량론적 조성식:(Bi202)2+( A m -1 B m O3 m +1)2-에서 나타내지는 조성을 갖고( m 은 양의 정수이며, A 는 나트륨, 칼륨, 납, 바륨, 스트론튬, 칼슘 및 비스머스로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이며, B 는 철, 코발트, 크롬, 갈륨, 티탄늄, 니오븀, 탄탈, 안티몬, 망간, 바나듐, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이다. 비스머스(Bi)가 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스 환산에서, 0<Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비하고 있다. 이렇게 구성된 박막용량소자는, 박층화가 가능하고, 또한 용이하게 제작할 수 있고, 온도 보상특성이 우수하다.

Description

박막용량소자 및 그것을 포함한 전자회로 및 전자기기{THIN-FILM CAPACITATIVE ELEMENT AND ELECTRONIC CIRCUIT OR ELECTRONIC EQUIPMENT INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 박막용량소자 및 그것을 포함한 전자회로 및 전자기기에 관한 것으로서, 특히, 박층화가 가능하고, 또한 용이하게 제작할 수 있고, 온도보상특성이 우수한 박막용량소자 및 그것을 포함한 전자회로 및 전자기기에 관한 것이다.
전자기기에 포함되는 전자회로는 온도 의존성이 작은 것이 바람직하고, 종래부터, 전자회로에 포함되어 있는 용량소자의 정전 용량온도계수를 제어함으로써, 전자회로의 온도 의존성을 작게 하는 시도가 수없이 있어 왔다.
예를 들면 일본 특개2002-289462호 공보, 일본 특개2002-75783호 공보 및 일본 특개2002-252143호 공보에는, 하부전극과 상부전극과의 사이에, 정전 용량온도계수가 다른 유전체로 이루어지는 복수의 유전체층을 형성함으로써, 정전 용량온도계수가, 원하는 방식으로, 제어된 박막용량소자가 제안되어 있다.
그러나, 정전 용량온도계수가 다른 유전체로 이루어지는 복수의 유전체층을 형성함으로써, 박막용량소자의 정전 용량온도계수를 제어할 경우에는, 박막용량소자의 제작 프로세스가 복잡해져, 박막용량소자의 두께가 증대하는 것이 피할 수 없을 뿐만 아니라, 박막용량소자의 정전 용량온도계수를, 원하는 방식으로 제어하기 위해서는, 각 유전체층의 막두께를 정확하게 제어할 필요가 있다고 하는 문제가 있었다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시태양에 관한 박막용량소자의 대략적인 단면도이다.
도 2는 실시예1 내지 실시예10에 의해 제작된 박막용량소자의 온도에 대한 유전율의 평균변화율(정전 용량온도계수)△ε와, 박막용량소자를 구성하는 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)와의 관계를 도시하는 그래프이다.
따라서, 본 발명은 박층화가 가능하고, 또한 용이하게 제작할 수 있고, 온도보상특성이 우수한 박막용량소자 및 그것을 포함한 전자회로 및 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명자는, 본 발명에 관한 목적을 달성하기 위하여, 예의 연구를 거듭한 결과, 놀랍게도, 특정한 화학량론조성을 갖고, 화학량론비보다도, 비스머스를 과잉으로 포함하고 있는 비스머스 층상(層狀)화합물을 포함하는 유전체재료에 의해, 유전체층이 형성된 박막용량소자의 정전 용량온도계수는, 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 [001]방위의 배향도, 즉, c축방향의 배향도에 의존하고, 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도를 제어함으로써, 박막용량소자의 정전 용량온도계수를, 원하는 방식으로, 제어하는 것이 가능하게 되는 것을 찾아냈다.
본 발명은, 이러한 지견에 근거하는 것이며, 본 발명에 의하면, 본 발명의 상기 목적은, 화학량론적 조성식:(Bi202)2+( A m -1 B m O3 m +1)2-, 또는, Bi2 A m -1 B m O3 m +3으로 나타내지는 조성을 갖고, 기호 m 은 양의 정수이며, 기호 A 는 나트륨(Na), 칼륨(K), 납(Pb), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca) 및 비스머스(Bi)로부터 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이며, 기호 B 는 철(Fe), 코발트(Co), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 티탄늄(Ti), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 안티몬(Sb), 망간(Mn), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이다. 기호 A 및/또는 B 를 2개 이상의 원소로 구성할 경우, 그들의 비율은 임의이다. 비스머스가, 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0 <Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 것을 특징으로 하는 박막용량소자에 의해 달성된다.
본 발명에 있어서, 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료는, 불가피한 불순물을 함유하고 있어도 된다.
본 발명에 의하면, 유전체층을 형성할 때에, 유전체층을 형성하는 유전체재료에 포함된 비스머스 층상화합물의 [001]방위의 배향도, 즉, c축방향의 배향도를 제어함으로써, 그 유전체층을 포함하는 박막용량소자의 정전 용량온도계수를 원하는 값이 되도록 결정할 수 있고, 따라서, 박막용량소자가 조립된 전자회로의 온도계수, 게다가, 박막용량소자가 조립된 전자회로를 조립한 전자기기의 온도계수를, 원하는 방식으로, 제어하는 것이 가능하게 된다.
비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도는, 화학량론비에 대한 비스머스의 과잉량, 사용하는 기판의 종류, 전극의 종류, 유전체층의 제작 프로세스, 유전체층의 제작 조건에 의해 제어할 수 있다. 예를 들면 액상법에 의해, 유전체층을 형성할 경우에는, 유전체층을 형성할 때의 도포, 가소성 및 소성의 조건을 제어함으로써, 제어할 수 있다.
본 발명에 있어서, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도F는, 다음식(1)에 의해 정의된다.
F =( P - P 0 )/(1- P 0 )×100…(1)
식(1)에 있어서, P 0 는, 완전하게 임의적인 배향을 하고 있는 비스머스 층상화합물의 c축배향비, 즉, 완전하게 임의적인 배향을 하고 있는 비스머스 층상화합물의 (00 1 )면으로부터의 반사강도 I 0 (00 1 ) 의 합계 Σ I 0 (00 1 )과, 그 비스머스 층상화합물의 각 결정면( hkl )으로부터의 반사강도 I 0 ( hkl )의 합계 Σ I 0 ( hkl )과의 비( ΣI 0 (00 1 )/ ΣI 0 ( hkl ))이며, P 는, X선회절강도를 사용해서 산출된 비스머스 층상화합물의 c축배향비, 즉, 비스머스 층상화합물의 (00 1 )면으로부터의 반사강도 I (00 1 )의 합계 ΣI (00 1 )와, 비스머스 층상화합물의 각 결정면( hkl )으로부터의 반사강도 I ( hkl )의 합계 ΣI ( hkl )과의 비( ΣI (00 1 )/ ΣI ( hkl ))이다. 여기에, h , k , l 은, 각각, 0 이상의 임의인 정수값을 취할 수 있다.
여기에, P 0 는 기지(旣知)의 정수이기 때문에, (00 1 )면으로부터의 반사강도 I (00 1 )의 합계 ΣI (00 1 )과, 각 결정면( hkl )으로부터의 반사강도 I ( hkl )의 합계 ΣI ( hkl )가 같아질 때, 비스머스 층상화합물의 c축배향도 F 는 100%가 된다.
비스머스 층상화합물은, 각각이, AB 03로 구성되는 ( m -1)개의 페로브스카이트(perovskite) 격자가 이어진 층상 페로브스카이트층과, (Bi202)2+층이 교대로 적층된 층상구조를 갖고 있다.
비스머스 층상화합물의 c축과는, 한쌍의 (Bi202)2+층끼리를 맺는 방향, 즉, [001]방위를 의미한다.
본 발명에 있어서, 화학량론조성식중의 기호 M 는 양의 정수이면, 특히 한정되는 것이 아니지만, 짝수인 것이 바람직하다. 기호 m 의 값이 짝수이면, 유전체층이 c면과 평행하게 미러면(mirror plane)을 가지기 때문에, 미러면을 경계로서, 자발분극의 c축방향성분이 서로 제거되고, 유전체층은 c축방향에 분극 축을 갖지않는 것으로 된다. 이 때문에, 유전체층의 상(常)유전성이 보유되어서, 유전율의 온도특성이 향상하는 동시에, 저손실이 실현된다. 기호 m 의 값이 커지면, 유전체층의 유전율의 향상을 기대할 수 있다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 화학량론조성식중의 기호 m 이, 2, 4, 6, 8중 어느 하나이며, 더 바람직하게는, 기호 m 이, 2 또는 4이다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 유전체층이, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0.4≤Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있다.
본 발명자의 연구에 의하면, 본 발명의 상기 목적은 또한 화학량론적 조성식: x SrBi4Ti4015-(1- x ) M Bi4Ti4O15에서 나타내지는 조성을 갖고, 기호 M 은 칼슘, 바륨 및 납으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이며, 0≤ x ≤1이다. 비스머스가, 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<2.0몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 것을 특징으로 하는 박막용량소자에 의해 달성되는 것이 찾아졌다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 유전체층이 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15에서 나타내지는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있다.
본 발명자의 연구에 의하면, 본 발명의 상기 목적은 또한 화학량론적 조성식: x SrBi4Ti4015-(1- x ) M Bi4Ti4O15에서 나타내지는 조성을 갖고, 기호 M 은 칼슘, 바륨 및 납으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이며, 0≤ x ≤1이다. 비스머스가, 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1<Bi/Ti<1.5의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 것을 특징으로 하는 박막용량소자에 의해 달성되는 것이 찾아졌다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 유전체층이 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15에서 나타내지는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있다.
본 발명자의 연구에 의하면, 본 발명의 상기 목적은 또한 화학량론적 조성식:(Bi2O2)2+( A m -1 B m O3 m +1)2-, 또는, Bi2 A m -1 B m O3 m +3으로 표현되는 조성을 갖고, 기호 m 은 양의 정수이며, 기호 A 는 나트륨(Na), 칼륨(K), 납(Pb), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca) 및 비스머스(Bi)로부터 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이며, 기호 B 는 철(Fe), 코발트(Co), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 티탄늄(Ti), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 안티몬(Sb), 망간(Mn), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이다. 기호 A 및/또는 B 를 2개 이상의 원소로 구성할 경우, 그들의 비율은 임의이다. 비스머스가, 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 박막용량소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자회로에 의해 달성되는 것이 찾아졌다.
본 발명에 의하면, 상기 화학량론조성을 갖고, 화학량론비보다도, 비스머스를 과잉으로 포함하고 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해, 유전체층이 형성된 박막용량소자의 정전 용량온도계수는, 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 [001]방위의 배향도, 즉, c축방향의 배향도에 의존하고, 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도를 제어함으로써, 박막용량소자의 정전 용량온도계수를 원하는 방식으로, 제어할 수 있으므로, 이러한 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 박막용량소자를 전자회로에 조립하므로써, 전자회로의 온도계수를 원하는 방식으로, 제어하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 유전체층이, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0.4≤Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있다.
본 발명자의 연구에 의하면, 본 발명의 상기 목적은 또한 화학량론적 조성식: x SrBi4Ti4O15-(1- x ) M Bi4Ti4O15에서 나타내지는 조성을 갖고, 기호 M 은 칼슘, 바륨 및 납으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이며, 0≤ x ≤1이다. 비스머스가, 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<2.0몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 박막용량소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자회로에 의해 달성되는 것이 찾아졌다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 유전체층이 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15에서 표현되는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있다.
본 발명자의 연구에 의하면, 본 발명의 상기 목적은, 또한 화학량론적 조성식: x SrBi4Ti4015-(1- x ) M Bi4Ti4015로 표현되는 조성을 갖고, 기호 M 은 칼슘, 바륨 및 납으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이며, 0≤ x ≤1이다. 비스머스가, 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1<Bi/Ti<1.5의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 박막용량 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자회로에 의해 달성되는 것이 찾아졌다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 유전체층이 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15에서 표현되는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있다.
본 발명자의 연구에 의하면, 본 발명의 상기 목적은, 또한 화학량론적 조성식:(Bi202)2+( A m -1 B m O3 m +1)2-, 또는,Bi2 A m -1 B m O3 m +3에서 나타내지는 조성을 갖고, 기호 m 은 양의 정수이며, 기호 A 는 나트륨(Na), 칼륨(K), 납(Pb), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca) 및 비스머스(Bi)로부터 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이며, 기호 B 는 철(Fe), 코발트(Co), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 티탄늄(Ti), 니오븀(Nb),탄탈(Ta), 안티몬(Sb), 망간(Mn), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이다. 기호 A 및/또는 B 를 2개 이상의 원소로 구성할 경우, 그들의 비율은 임의이다. 비스머스가, 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 박막용량소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기에 의해 달성되는 것이 찾아졌다.
본 발명에 의하면, 상기 화학량론조성을 갖고, 화학량론비보다도, 비스머스를 과잉으로 포함하고 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해, 유전체층이 형성된 박막용량소자의 정전 용량온도계수는, 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 [001]방위의 배향도, 즉, c축방향의 배향도에 의존하고, 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도를 제어함으로써, 박막용량소자의 정전 용량온도계수를, 원하는 방식으로, 제어할 수 있으므로, 이러한 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 박막용량소자를 전자회로에 조립하므로써, 전자회로의 온도계수를, 원하는 방식으로, 제어하는 것이 가능하게 되고, 따라서, 이러한 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 박막용량소자가 조립된 전자회로를 포함하는 전자기기의 온도계수를, 원하는 방식으로, 제어하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 유전체층이, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0.4≤Bi<O.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있다.
본 발명자의 연구에 의하면, 본 발명의 상기 목적은 또한 화학량론적 조성식: x SrBi4Ti4O15-(1- x ) M Bi4Ti4O15에서 표현되는 조성을 갖고, 기호 M 은 칼슘, 바륨 및 납으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이며, 0≤ x ≤1이다. 비스머스가, 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<2.0몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 박막용량소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기에 의해 달성되는 것이 찾아졌다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 유전체층이 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15에서 나타내지는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있다.
본 발명자의 연구에 의하면, 본 발명의 상기 목적은 또한 화학량론적 조성식: x SrBi4Ti4O15-(1- x ) M Bi4Ti4O15에서 표현되는 조성을 갖고, 기호 M 은 칼슘, 바륨 및 납으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이며, 0≤ x ≤1이다. 비스머스가, 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1<Bi/Ti<1.5의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 박막용량소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기에 의해 달성되는 것이 찾아졌다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 유전체층이 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15에서 나타내지는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서는, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있다.
본 발명에 있어서, 그 표면에, 유전체층이 형성되는 제 1 전극층을 형성하기 위한 재료는, 특히 한정되는 것이 아니고, 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로디윰(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni)등의 금속 및 이들을 주성분으로 하는 합금이나, Nd0, NbO, ReO2, RhO2, OsO2, Ir02, Ru02, Re03, SrMoO3, SrRuO3, CaRuO3, SrVO3, SrCrO3, SrCoO3, LaNiO3, Nb 도프(doped) SrTiO3등의 도전성 산화물 및 이들의 혼합물, 게다가, Bi2Sr2CuO6, 등의 초전도성 비스머스 층상구조를 갖는 초전도체를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 그 표면에, 유전체층이 형성되는 제 1 전극층은, 진공증착법, 스퍼터링법, 펄스 레이저 증착법(PLD), 유기금속 화학기상 성장법(metal-organic chemical vapor deposition:MOCVD), 유기금속분해법(metal-organic decomposition:MOD)이나 졸·겔법등의 액상법(CSD법)등의 각종 박막형성법을 사용하여 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 그 표면에, 유전체층이 형성되는 제 1 전극층은, [001]방위에, 즉, c축방향에 배향되어 있어도, [OO1]방위 이외의 방위에 배향되어 있어도 되고, 더욱이 무정형 형상으로도, 배향되지 않아도 좋다.
본 발명에 있어서, 유전체층은, 진공증착법, 스퍼터링법, 펄스 레이저 증착법(PLD), 유기금속 화학기상 성장법(MOCVD), 유기금속분해법(MOD)이나 졸·겔법등의 액상법(CSD법)등의 각종 박막형성법을 사용하여 형성할 수 있다. 바람직하게는, 유전체층은, 제 1 전극층 위로 액상법에 의해 형성된다.
본 발명에 있어서, 액상법이란, 1 또는 2 이상의 도포 공정, 1 또는 2 이상의 가소성공정 및 1 또는 2 이상의 소성공정을 포함하는 박막형성법을 가리키고, 유기금속분해법(MOD), 졸겔법을 포함하고, 더욱이, 무기산염용액을 사용하고, 박막을 형성할 경우도 포함하고 있다. 이들 중에서는, 유기금속분해법이, 가장 바람직하게 사용된다.
제 1 전극층 위로, 유전체층을 형성하는 과정에서, 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료가, 제 1 전극층상에서, 비스머스 층상화합물의 조성, 유전체층의 형성조건에 따라서, [001]방위, 즉, c축방향의 비스머스 층상화합물의 배향도 F 가 결정된다.
유기금속분해법에 의해, 유전체층을 형성하는 경우에는, 화학량론비보다도 비스머스가 과잉으로 포함된 비스머스 층상화합물을 넣는 박막용량소자용 조성물의 용액을 제 1 전극층 위로 도포하고, 도포 막을 형성하고, 제 1 전극상의 도포 막을 소성하고, 유전체층을 형성한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 제 1 전극층 위로 도포 막을 형성한 후에, 도포 막을 건조시키고, 도포 막을 도포 막이 결정화하지 않는 온도에서 가소성하고, 더 도포 막을 소성하고, 유전체층을 형성한다.
또는, 제 1 전극층 위로, 도포 막을 형성하고, 도포 막을 건조시킨 후에, 건조후의 도포 막위로, 더욱이, 새로운 도포 막을 형성하고, 새로운 도포 막을 건조시키는 스텝을 되풀이하고, 원하는 막두께의 도포 막을 형성하고, 그 후에, 도포 막을 소성하고, 유전체층을 형성하도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 도포 및 건조의 스텝을 2회 이상, 되풀이한 후에, 가소성하고, 최후에 도포 막을 소성하고, 유전체층을 형성하도록 하여도 좋다.
또는, 제 1 전극층 위로, 도포 막을 형성하고, 도포 막을 건조시켜, 도포 막을 가소성한 후에, 도포 막 위로 새로운 도포 막을 형성하고, 새로운 도포 막을 건조시켜서, 가소성하는 스텝을 되풀이하고, 원하는 막두께의 도포 막을 형성하고, 그 후에, 도포 막을 소성하여도 좋다. 이 경우에는, 도포 막을 건조 시키지 않고, 도포 및 가소성의 스텝을 되풀이하고, 최후에, 소성하고, 유전체층을 형성하도록 하여도 좋다.
또는, 제 1 전극층 위로, 도포 막을 형성하고, 도포 막을 건조시켜, 도포 막을 가소성하고, 그 후에, 도포 막을 소성하는 스텝을 되풀이하고, 원하는 막두께의 도포 막을 형성하고, 유전체층을 형성하도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 도포 막을 건조 시키지 않고, 도포, 가소성 및 소성의 스텝을 되풀이하고, 유전체층을 형성하도록 해도 좋고, 도포 막을 가소성하지 않고, 도포, 건조 및 소성의 스텝을 되풀이하고, 유전체층을 형성하도록 하여도 좋다.
본 발명에 있어서, 유기금속분해법에 의해, 유전체층을 형성할 경우에는, 제 1 전극층 위로, 스핀(spin) 코팅법 또는 딥(dip) 코팅법에 의해, 바람직하게는, 스핀 코팅법에 의해, 화학량론비보다도 비스머스가 과잉으로 포함된 비스머스 층상화합물을 포함하는 박막용량소자용 조성물의 용액이 도포되어, 도포 막이 형성된다.
본 발명에 있어서, 제 1 전극층 위로 형성된 도포 막은, 바람직하게는, 비스머스 층상화합물의 결정화 온도인 700 내지 900℃에서 소성된다.
본 발명에 있어서, 제 1 전극층 위로 형성된 도포 막은, 바람직하게는, 실온 내지 400℃, 더 바람직하게는, 50 내지 300℃에서 건조된다.
본 발명에 있어서, 제 1 전극층 위로 형성된 도포 막은, 바람직하게는, 300 내지 500℃ 에서 가소성된다.
본 발명에 있어서, 제 1 전극층 위로, 유전체층이 형성된 후에, 유전체층 위로, 제 2 전극층이 형성된다.
본 발명에 있어서, 제 2 전극층을 형성하기 위한 재료는, 도전성을 갖고 있으면, 특히 한정되는 것이 아니고, 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로디윰(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni)등의 금속 및 이들을 주성분으로 하는 합금이나, NdO, Nb0, Re02, RhO2, OsO2, IrO2, RuO2, ReO3, SrMoO3, SrRuO3, CaRuO3, SrVO3, SrCrO3, SrCoO3, LaNiO3, Nb 도프 SrTiO3등의 도전성 산화물 및 이들의 혼합물, ITO등의 도전성 유리등을 사용하고, 제 2 전극층을 형성할 수 있다. 더욱이, 제 1 전극층과는 달리, 제 2 전극층을 형성하기 위한 재료로서는, 유전체층을 형성하는 재료와의 격자정합성을 고려할 필요가 없고, 실온에 있어서의 성막도 가능하기 때문에, 철(Fe), 코발트(Co)등의 비금속이나, WSi, MoSi등의 합금을 사용하고, 제 2 전극층을 형성할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 제 2 전극층의 두께로서는, 박막용량소자의 일방의 전극으로서의 기능을 확보가능하면, 특히 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 10 내지 10000nm 정도로 설정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 제 2 전극층의 형성방법은, 특히 한정되는 것이 아니고, 진공증착법, 스퍼터링법, 펄스 레이저 증착법(PLD), 유기금속 화학기상 성장법(MOCVD), 유기금속분해법(MOD)이나 졸·겔법등의 액상법(CSD법)등 각종 박막형성법을 사용하여, 형성할 수 있다. 이들 중에는, 성막 속도의 면에서, 스퍼터링법이 바람직하다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적이나 특징은, 첨부된 도면에 근거한 이하의 설명으로부터 밝혀질 것이다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시태양에 대해, 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시태양에 관한 박막용량소자의 대략적인 단면도이다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시태양에 관한 박막용량소자(1)는 지지기판(2)을 구비하여, 지지기판(2)위로, 배리어층(3), 하부전극층(4), 유전체층(5) 및 상부전극층(6)이, 순차적으로 적층되어 있다.
본 실시태양에 있어서는, 박막용량소자(1)의 지지기판(2)은, 격자정합성이 우수한 실리콘 단결정에 의해 형성되어 있다. 지지기판(2)의 두께는, 예를 들면 100 내지 1000μm 정도이다.
본 실시태양에 관한 박막용량소자(1)는 지지기판(2)위로, 산화 실리콘에 의해 형성된 절연층(3)을 구비하여 있다.
산화 실리콘으로 이루어지는 절연층(3)은 예를 들면 실리콘의 열산화(thermal oxidation)에 의해 형성된다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 절연층(3)위로는, 하부전극층(4)이 형성되어 있다.
본 실시태양에 있어서는, 하부전극층(4)은 백금에 의해 형성되어 있다.
하부전극층(4)은, [001]방위에 배향되어 있어도, [001]방위 이외의 방위에 배향되어 있어도 좋고, 더욱이, 무정형 형상으로도, 배향되지 않아도 좋다.
백금으로 이루어지는 하부전극층(4)은, 예를 들면 스퍼터링 가스로서, 아르곤 가스를 사용하고, 지지기판(2) 및 절연층(3)의 온도를 300℃이상, 바람직하게는, 500℃ 이상으로 보유하고, 스퍼터링법에 의해, 절연층(3)위로 형성된다.
하부전극층(4)의 두께는, 특히 한정되는 것이 아니고, 10 내지 1000nm, 바람직하게는, 50 내지 200nm 정도이다. 본 실시태양에 있어서는, 하부전극층(4)은 100nm의 두께로 형성되어 있다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시태양에 관한 박막용량소자(1)는 하부전극층(4)위로 형성된 유전체층(5)을 구비하여 있다.
본 실시태양에 있어서는, 유전체층(5)은, 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15로 표현되고, 콘덴서 재료로서의 특성이 우수한 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성되어 있다. 비스머스 층상화합물은, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1<Bi/Ti<1.5가 되도록, 과잉의 비스머스를 포함하고 있다.
비스머스 층상화합물은 바람직하게는, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있다.
본 실시태양에 있어서는, 유전체층(5)은 유기금속분해법(MOD)에 의해, 하부전극층(4)위로 형성된다.
구체적으로는, 2-에틸 헥산 산 스트론튬의 톨루엔 용액과, 2-에틸 헥산 산 비스머스의 2-에틸 헥산 산용액과, 2-에틸 헥산 산 티탄늄의 톨루엔 용액을, 2-에틸 헥산 산 스트론튬이 1몰, 2-에틸 헥산 산 비스머스가 (4+α)몰, 2-에틸 헥산 산 티탄늄이 4몰이 되도록, 화학량론비로 혼합할 경우에 비하여, 비스머스의 첨가량이 α몰만큼 많아지도록, 이들의 용액을 혼합하고, 톨루엔으로 희석하고, 원료용액을 조제한다.
여기에, α는, Bi/Ti가, 1.1 내지 1.5로 되도록 선택된다.
이렇게 해서 얻어진 원료용액을, 스핀 코팅법에 의해, 하부전극층(4)위로, 막두께가, 예를 들면 100nm가 되도록, 도포하고, 도포 막을 형성한다.
도포 막의 형성 후, 실온 내지 약400℃의 온도하에서 건조시켜서, 도포 막중의 용매를 증발시킨다.
이어서, 약200 내지 700℃의 산소분위기 하에서, 도포 막을 가소성한다. 가소성은, 도포 막중의 비스머스 층상화합물을 결정화시키지 않는 온도하에서 행한다.
그 후에 가소성한 도포 막위로, 재차, 원료용액을 스핀 코팅법에 의해, 막두께가, 예를 들면 100nm가 되도록 도포하여, 도포 막을 형성하고, 건조한 후 도포 막을, 약200 내지 700℃의 산소분위기 하에서 가소성한다.
이어서, 가소성한 도포 막위로, 더욱이, 원료용액을 스핀 코팅법에 의해, 막두께가, 예를 들면 100nm가 되도록 도포하고, 도포 막을 형성하고, 건조한 후, 도포 막을 약2O0 내지 700℃의 산소분위기 하에서 가소성한다.
이렇게 해서, 가소성이 완료하면, 가소성된 도포 막을, 약700 내지 900℃의 산소 가스 분위기로 소성하고, 도포 막중의 비스머스 층상화합물을 결정화시켜, 예를 들면 300nm의 막두께의 유전체층(5)을 형성한다.
이렇게 해서 얻어진 유전체층(5)은, 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15에서 나타내진 비스머스 층상화합물을 포함하고, 비스머스 층상화합물에는, 화학량론비에 대하여, 과잉의 비스머스가 포함되고, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비는, 1 <Bi/Ti<1.5의 범위에 있다.
가소성 및 소성의 과정에서, 비스머스 층상화합물이 에피택셜리(epitaxially) 성장하고, [001]방위에, 즉, c축방향에 배향된다.
비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)는, 화학량론비에 대한 비스머스의 과잉량, 유전체층을 형성할 때의 도포, 가소성 및 소성의 조건을 제어함으로써, 제어가능한 것이 알려져 있지만, 본 발명자의 연구에 의하면, 유전체층(5)에 포함되는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를 제어함으로써, 박막용량소자(1)의 정전 용량온도계수를 변화시킬 수 있는 것을 찾아내었고, 특히, 유전체층(5)이, 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4015로 표현되고, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1<Bi/Ti<1.5가 되도록, 과잉의 비스머스를 포함한 비스머스 층상화합물을 포함하고 있을 경우에는, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를 제어함으로써, 박막용량소자(1)의 정전 용량온도계수를, 플러스의 값으로부터 마이너스의 값의 사이에서, 크게 변화시키는 것이 가능한 것이 밝혀지고 있다.
따라서, 본 실시태양에 있어서는, 박막용량소자가, 원하는 정전 용량온도계수를 갖도록, 화학량론비에 대한 비스머스의 과잉량, 유전체층을 형성할 때의 도포, 가소성 및 소성의 조건이 제어되어서, 유전체층(5)에 포함되는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)가 결정된다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 유전체층(5)위로는, 백금에 의해, 상부전극층(6)이 형성되어 있다.
백금으로 이루어지는 상부전극층(6)은, 예를 들면 스퍼터링 가스로서, 아르곤 가스를 사용하고, 지지기판(2), 절연층(3), 하부전극층(4) 및 유전체층(5)의 온도를 실온에 보유하고, 스퍼터링법에 의해, 유전체층(5)위로 형성된다.
전술한 바와 같이, 본 발명자의 연구에 의하면, 유전체층(5)에 포함되는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를 제어함으로써, 박막용량소자의 정전 용량온도계수를 변화시킬 수 있는 것을 찾아내었고, 특히, 유전체층(5)이, 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4015로 표현되고, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1<Bi/Ti<1.5가 되도록, 과잉의 비스머스를 포함한 비스머스 층상화합물을 포함하고 있을 경우에는, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를 제어함으로써, 박막용량소자(1)의 정전 용량온도계수를, 플러스의 값으로부터 마이너스의 값의 사이에서, 크게 변화시키는 것이 가능한 것이 밝혀지고 있다.
따라서, 본 실시태양에 의하면, 유전체층(5)은, 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15로 표현되고, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1<Bi/Ti<1.5가 되도록, 과잉의 비스머스를 포함한 비스머스 층상화합물을 포함하고 있어, 화학량론비에 대한 비스머스의 과잉량, 유전체층을 형성할 때의 도포, 가소성 및 소성의 조건이 제어되어서, 유전체층(5)에 포함되는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를 결정하도록 구성되어 있기 때문에, 복수의 유전체층을 형성하지 않고, 원하는 정전 용량온도계수를 갖는 박막용량소자(1)를 얻을 수 있고, 따라서, 박막용량소자(1)를 조립한 전자회로의 온도 의존성을 원하는 방식으로 제어하고, 전자회로가 갖추어진 전자기기의 온도 의존성을 저하시키는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 효과를 더 밝히기 위해서 실시예를 든다.
실시예1
2-에틸 헥산 산 스트론튬의 톨루엔 용액과, 2-에틸 헥산 산 비스머스의 2-에틸 헥산 산용액과, 2-에틸 헥산 산 티탄늄의 톨루엔 용액을, 2-에틸 헥산 산 스트론튬이 1몰, 2-에틸 헥산 산 비스머스가 (4+α)몰, 2-에틸 헥산 산 티탄늄이 4몰이 되도록, 화학량론비로 혼합할 경우에 비하여, 비스머스의 첨가량이 α몰만큼 많아지도록, 이들의 용액을 혼합하고, 톨루엔으로 희석하고, 원료용액을 조제했다.
여기에, α를 0.4로서, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가, 1.1이 되도록, 원료용액을 조제했다.
한편, 실리콘 단결정으로 이루어지는 지지기판 위로, 열산화처리에 의해, 0.5μm의 두께의 실리콘 산화막을 형성하고, 실리콘 산화막 위로, 백금박막으로 이루어지는 하부전극을, 0.1μm의 두께로 형성했다.
여기에, 스퍼터링 가스로서, 1파스칼(Pa)의 압력의 아르곤 가스를 사용하고, 지지기판 및 실리콘 산화막의 온도를 600℃、전력을 100W/cm2으로 설정하고, 스퍼터링법에 의해, 하부전극을 형성했다. 지지기판의 면적은 5mm×10mm이었다.
이어서, 지지기판을 스핀 코팅 장치의 스테이지 위로 세팅하고, 약10μ리터의 원료용액을, 하부전극의 표면에 적하(滴下)하고, 스테이지를 4O00rpm에서, 20초에 걸쳐 회전시켜, 하부전극의 표면에 100nm의 두께의 도포 막을 형성했다.
그 후에 도포 막이 형성된 지지기판을, 150℃에 설정된 항온층 내에 세팅하고, 10분간에 걸쳐 건조시켜, 도포 막에 포함되어 있는 용매를 증발시켰다.
이어서, 도포 막이 형성된 지지기판을 0.3리터/분의 유량으로, 산소 가스가 공급되어 있는 환상로(ring furnace)내에 넣어서, 환상로 내의 온도를, 승온속도10°K/분으로, 400℃ 까지 승온하고, 400℃ 에서, 10분간에 걸쳐, 보유한 후, 강온(降溫)속도10°K/분으로, 온도를 저하시켜, 도포 막을 가소성했다.
더욱이, 가소성된 도포 막이 형성되어 있는 지지기판을 스핀 코팅 장치의 스테이지 위로 세팅하고, 약10μ리터의 원료용액을, 하부전극의 표면에 적하하고, 스테이지를, 4000rpm에서 20초에 걸쳐 회전시켜, 합계로 200nm의 두께의 도포 막을 형성했다.
그 후에 도포 막이 형성된 지지기판을, 150℃에 설정된 항온층 내에 세팅하고, 10분간에 걸쳐 건조시켜, 도포 막에 포함되어 있는 용매를 증발시켰다.
이어서, 도포 막이 형성된 지지기판을 0.3리터/분의 유량에서, 산소 가스가 공급되어 있는 환상로 내에 넣어서, 환상로 내의 온도를 승온속도10°K/분으로, 400℃까지 승온하고, 400℃ 에서, 10분간에 걸쳐, 보유한 후 강온속도10°K/분으로, 온도를 저하시켜 도포 막을 가소성했다.
더욱이, 가소성된 도포 막이 형성되어 있는 지지기판을 스핀 코팅 장치의 스테이지 위로 세팅하고, 약10μ리터의 원료용액을, 하부전극의 표면에 적하하고, 스테이지를, 4000rpm에서, 20초에 걸쳐 회전시켜, 합계로 300nm의 두께의 도포 막을 형성했다.
그 후에 도포 막이 형성된 지지기판을, 150℃에 설정된 항온층 내에 세팅하고, 10분간에 걸쳐 건조시켜, 도포 막에 포함되어 있는 용매를 증발시켰다.
이어서, 도포 막이 형성된 지지기판을, 0.3리터/분의 유량에서, 산소 가스가 공급되고 있는 환상로 내에 넣어서, 환상로 내의 온도를 승온속도10°K/분으로 400℃ 까지 승온하고, 400℃ 에서 10분간에 걸쳐 보유한 후, 강온속도10°K/분으로, 온도를 저하시켜 도포 막을 가소성했다.
이렇게 해서, 가소성이 완료한 후, 가소성된 도포 막이 형성되어 있는 지지기판을, 5밀리리터/분의 유량에서, 산소 가스가 공급되어 있는 환상로 내에 넣어서, 환상로 내의 온도를 승온속도80°K/분으로, 860℃ 까지 승온하고, 860℃에서, 30분간에 걸쳐, 보유한 후, 강온속도80°K/분으로, 온도를 저하시켜서, 도포 막을 소성하고, 유전체층을 형성했다. 소성후의 유전체층의 두께는 300nm가 되었다.
이렇게 해서 얻어진 유전체층의 결정구조를, X선회절법에 의해 측정하고, 측정된 X선회절 패턴에 근거하고, 식(1)에 따라서, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를 구한 바, 55%었다.
이어서, 유전체층의 표면에, 백금박막으로 이루어지는 상부전극을 0.1μm의 두께로 형성했다.
여기에, 스퍼터링 가스로서, 1파스칼(Pa)의 압력의 아르곤 가스를 사용하고, 지지기판, 실리콘 산화막, 하부전극 및 유전체층의 온도를 실온(25℃), 전력을 100W에 설정하고, 스퍼터링법에 의해 상부전극을 형성하고, 박막용량소자를 얻었다.
이렇게 해서 얻어진 박막용량소자의 정전 용량을, 기준온도를 25℃、측정온도범위를 -55℃ 내지 150℃로 해서 임피던스 아날라이저(HP4194A)를 사용하고, 주파수 100kHz(AC 20mV의 인가)에서 측정하고, 25℃를 기준으로서, 정전 용량의 온도에 대한 평균변화률(정전 용량온도계수)△ε을 구한 바, 880ppm/K었다.
실시예2
하부전극 위로 형성된 도포 막을 소성할 때에, 환상로 내의 온도를 880℃까지 승온시켜, 30분간에 걸쳐, 보유한 점을 제외하고, 실시예1과 전혀 같은 방법으로, 유전체층을 형성하고, 박막용량소자를 제작했다.
이렇게 해서 얻어진 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)는 60%었다.
또한 이렇게 해서 얻어진 박막용량소자의 온도에 대한 유전율의 평균변화율(정전 용량온도계수)△ε을, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 810ppm/K었다.
실시예3
α를 0.8로서, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가, 1.2가 되도록, 원료용액을 조제한 점을 제외하고, 실시예1과 전혀 같은 방법으로, 유전체층을 형성하고, 박막용량소자를 제작했다.
이렇게 해서 얻어진 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)는 65%었다.
또한 이렇게 해서 얻어진 박막용량소자의 온도에 대한 유전율의 평균변화율(정전 용량온도계수)△ε을, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 570ppm/K었다.
실시예4
하부전극 위로 형성된 도포 막을 소성할 때에, 환상로 내의 온도를 900℃까지 승온시켜, 30분간에 걸쳐, 보유한 점을 제외하고, 실시예3과 전혀 같은 방법으로, 유전체층을 형성하고, 박막용량소자를 제작했다.
이렇게 해서 얻어진 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)는 70%었다.
또한 이렇게 해서 얻어진 박막용량소자의 온도에 대한 유전율의 평균변화율(정전 용량온도계수)△ε을, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 45Oppm/K었다.
실시예5
2-에틸 헥산 산 스트론튬의 톨루엔 용액과, 2-에틸 헥산 산 비스머스의 2-에틸 헥산 산용액과, 2-에틸 헥산 산 티탄늄의 톨루엔 용액을, 2-에틸 헥산 산 스트론튬이 1몰, 2-에틸 헥산 산 비스머스가 (4+α)몰, 2-에틸 헥산 산 티탄늄이 4몰이 되도록, 화학량론비로 혼합할 경우에 비하여, 비스머스의 첨가량이 α몰만큼 많아지도록, 이들의 용액을 혼합하고, 톨루엔으로 희석하고, 원료용액을 조제했다.
여기에, α를 0.8로서, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1.2가 되도록, 원료용액을 조제했다.
한편, 실리콘 단결정으로 이루어지는 지지기판 위로, 열산화처리에 의해, 0.5μm의 두께의 실리콘 산화막을 형성하고, 실리콘 산화막위로, 백금박막으로 이루어지는 하부전극을 0.1μm의 두께로 형성했다.
여기에, 스퍼터링 가스로서, 1파스칼(Pa)의 압력의 아르곤 가스를 사용하고, 지지기판 및 실리콘 산화막의 온도를 400℃、전력을 100W/㎠에 설정하고, 스퍼터링법에 의해, 하부전극을 형성했다. 지지기판의 면적은 5mm×10mm이었다.
이어서, 지지기판을 스핀 코팅 장치의 스테이지 위로 세팅하고, 약10μ리터의 원료용액을, 하부전극의 표면에 적하하고, 스테이지를, 4000rpm에서, 20초에 걸쳐 회전시켜, 하부전극의 표면에, 100nm의 두께의 도포 막을 형성했다.
그 후에 도포 막이 형성된 지지기판을, 150℃에 설정된 항온층 내에 세팅하고, 10분간에 걸쳐, 건조시켜 도포 막에 포함되어 있는 용매를 증발시켰다.
이어서, 도포 막이 형성된 지지기판을, 0.3리터/분의 유량에서, 산소 가스가 공급되어 있는 환상로 내에 넣어서, 환상로 내의 온도를, 승온속도10°K/분으로, 400℃까지 승온하고, 400℃에서, 10분간에 걸쳐, 보유한 후, 강온속도10°K/분으로, 온도를 저하시켜, 도포 막을 가소성했다.
더욱이, 가소성된 도포 막이 형성되어 있는 지지기판을, 5밀리리터/분의 유량에서, 산소 가스가 공급되어 있는 환상로 내에 넣고, 환상로 내의 온도를, 승온속도80°K/분으로, 840℃까지 승온하고, 840℃에서, 30분간에 걸쳐 보유한 후, 강온속도80°K/분으로 온도를 저하시켜서, 도포 막을 소성했다.
이어서, 소성된 도포 막이 형성되어 있는 지지기판을 스핀 코팅장치의 스테이지 위로 세팅하고, 약10μ리터의 원료용액을, 하부전극의 표면에 적하하고, 스테이지를, 4000rpm에서 20초에 걸쳐 회전시켜, 합계로 200nm의 두께의 도포 막을 형성했다.
그 후에 새롭게, 도포 막이 형성된 지지기판을, 150℃에 설정된 항온층 내에 세팅하고, 10분간에 걸쳐, 건조시켜, 도포 막에 포함되어 있는 용매를 증발시켰다.
이어서, 새롭게, 도포 막이 형성된 지지기판을, 0.3리터/분의 유량에서, 산소 가스가 공급되어 있는 환상로 내에 넣어서, 환상로 내의 온도를, 승온속도10°K/분으로, 400℃까지 승온하고, 400℃에서 10분간에 걸쳐, 보유한 후, 강온속도10°K/분으로, 온도를 저하시켜, 새롭게 형성된 도포 막을 가소성했다.
더욱이, 가소성된 도포 막이 형성되어 있는 지지기판을, 5밀리리터/분의 유량에서, 산소 가스가 공급되어 있는 환상로 내에 넣어서, 환상로 내의 온도를, 승온속도80°K/분으로, 840℃까지 승온하고, 840℃에서, 30분간에 걸쳐, 보유한 후, 강온속도80°K/분으로, 온도를 저하시켜서, 새롭게 형성된 도포 막을 소성했다.
이어서, 소성된 도포 막이 형성되어 있는 지지기판을 스핀 코팅장치의 스테이지 위로 세팅하고, 약10μ리터의 원료용액을, 하부전극의 표면에 적하하고, 스테이지를, 4000rpm에서, 20초에 걸쳐 회전시켜, 합계로, 300nm의 두께의 도포 막을 형성했다.
그 후에 새롭게, 도포 막이 형성된 지지기판을, 150℃에 설정된 항온층 내에 세팅하고, 10분간에 걸쳐, 건조시켜 도포 막에 포함되어 있는 용매를 증발시켰다.
이어서, 새롭게, 도포 막이 형성된 지지기판을, 0.3리터/분의 유량에서, 산소 가스가 공급되어 있는 환상로 내에 넣어서, 환상로 내의 온도를, 승온속도10°K/분으로, 400℃까지 승온하고, 400℃에서 10분간에 걸쳐 보유한 후, 강온속도10°K/분으로, 온도를 저하시켜, 새롭게 형성된 도포 막을 가소성했다.
더욱이, 가소성된 도포 막이 형성되어 있는 지지기판을, 5밀리리터/분의 유량에서, 산소 가스가 공급되어 있는 환상로 내에 넣어서, 환상로 내의 온도를, 승온속도80°K/분으로, 840℃까지 승온하고, 840℃에서, 30분간에 걸쳐 보유한 후, 강온속도80°K/분으로, 온도를 저하시켜서, 새롭게 형성된 도포 막을 소성하고, 유전체층을 형성했다. 소성후의 유전체층의 두께는 300nm가 되었다.
이렇게 해서 얻어진 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)는 80%었다.
더욱이, 실시예1과 전혀 같은 방법으로, 유전체층의 표면에, 상부전극을 형성하고, 박막용량소자를 얻었다.
이렇게 해서 얻어진 박막용량소자의 온도에 대한 유전율의 평균변화율(정전 용량온도계수)△ε을 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 300ppm/K었다.
실시예6
도포 막을 소성할 때에, 환상로 내의 온도를 860℃까지 승온시켜, 30분간에 걸쳐, 보유한 점을 제외하고, 실시예5와 전혀 같은 방법으로, 유전체층을 형성하고, 박막용량소자를 제작했다.
이렇게 해서 얻어진 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)는 90%었다.
또한 이렇게 해서 얻어진 박막용량소자의 온도에 대한 유전율의 평균변화율(정전 용량온도계수)△ε을, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 110ppm/K었다.
실시예7
도포 막을 소성할 때에, 환상로 내의 온도를 880℃까지 승온시켜, 30분간에 걸쳐, 보유한 점을 제외하고, 실시예5와 전혀 같은 방법으로, 유전체층을 형성하고, 박막용량소자를 제작했다.
이렇게 해서 얻어진 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)는 94%었다.
또한 이렇게 해서 얻어진 박막용량소자의 온도에 대한 유전율의 평균변화율(정전 용량온도계수)△ε을, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, Oppm/K었다.
실시예8
α를 1.2로서, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1.3이 되도록, 원료용액을 조제한 점을 제외하고, 실시예6과 전혀 같은 방법으로, 유전체층을 형성하고, 박막용량소자를 제작했다.
이렇게 해서 얻어진 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)는 95%었다.
또한 이렇게 해서 얻어진 박막용량소자의 온도에 대한 유전율의 평균 변화율(정전 용량온도계수)△ε을, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, -30ppm/K었다.
실시예9
도포 막을 소성할 때에, 환상로 내의 온도를 880℃까지 승온시켜, 30분간에 걸쳐, 보유한 점을 제외하고, 실시예8과 전혀 같은 방법으로, 유전체층을 형성하고, 박막용량소자를 제작했다.
이렇게 해서 얻어진 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)는 97%었다.
또한 이렇게 해서 얻어진 박막용량소자의 온도에 대한 유전율의 평균변화율(정전 용량온도계수)△ε을, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, -90ppm/K었다.
실시예10
α를 1.6으로서, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가, 1.4가 되도록, 원료용액을 조제한 점을 제외하고, 실시예7과 전혀 같은 방법으로, 유전체층을 형성하고, 박막용량소자를 제작했다.
이렇게 해서 얻어진 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)는 100%었다.
또한 이렇게 해서 얻어진 박막용량소자의 온도에 대한 유전율의 평균변화율(정전 용량온도계수)△ε을, 실시예1과 같은 방법으로 구한 바, -150ppm/K었다.
도 2는, 실시예1 내지 실시예10에 의해 제작된 박막용량소자의 온도에 대한 유전율의 평균변화율(정전 용량온도계수)△ε와, 박막용량소자를 구성하는 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)와의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 2에 나타나 있는 바와 같이, 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15로 표현되고, 화학량론비에 대하여, 과잉의 비스머스를 포함하는 비스머스 층상화합물을 포함한 유전체층이 형성된 박막용량소자의 온도에 대한 유전율의 평균변화율(정전 용량온도계수)△ε은, 박막용량소자를 구성하는 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)가 증대함에 따라서, 플러스로부터 마이너스로, 선형으로 감소하는 것이 확인됐다.
따라서, 화학량론비에 대한 비스머스의 과잉량, 도포, 가소성 및 소성의 조건을 제어하고, 유전체층에 포함되어 있는 비스머스 층상화합물의 c축방향의 배향도 F (%)를 제어함으로써, 원하는 정전 용량온도계수를 갖는 박막용량소자를 제작하는 것이 가능하게 되기 때문에, 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15로 표현되고, 화학량론비에 대하여, 과잉의 비스머스를 포함하는 비스머스 층상화합물을 포함한 유전체층이 형성된 박막용량소자를 전자회로에 조립하므로써, 전자회로의 온도 의존성을 원하는 방식으로 제어하고, 전자회로가 갖추어진 전자기기의 온도 의존성을 저하시키는 것이 가능하게 되는 것을 알았다.
본 발명은, 이상의 실시태양 및 실시예에 한정되지않고, 특허청구범위에 기재된 발명의 범위내에서 여러가지 변경이 가능해서, 그들도 본 발명의 범위내에 포함되는 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면 상기 실시태양에 있어서는, 박막용량소자(1)의 유전체층(5)은, 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15로 표현되고, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1<Bi/Ti<1.5가 되도록, 과잉의 비스머스를 포함하고 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성되어 있지만, 박막용량소자(1)의 유전체층(5)을, 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15로 표현되고, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1 <Bi/Ti<1.5가 되도록, 과잉의 비스머스를 포함하고 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해, 형성하는 것은 반드시 필요하지 않고, 화학량론적 조성식:(Bi202)2+( A m -1 B m O3 m +1)2-, 또는, Bi2 A m m -1 B m O3 m +3으로 표현되는 조성을 갖고, 기호 m 은 양의 정수이며, 기호 A 는 나트륨(Na), 칼륨(K), 납(Pb), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca) 및 비스머스(Bi)로부터 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이며, 기호 B 는 철(Fe), 코발트(Co), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 티탄늄(Ti), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 안티몬(Sb), 망간(Mn), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이다. 기호 A 및/또는 B 를 2개 이상의 원소로 구성할 경우, 그들의 비율은 임의이다. 비스머스가, 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해, 박막용량소자(1)의 유전체층(5)이 형성되면 좋고, 바람직하게는, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0.4≤Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해, 박막용량소자(1)의 유전체층(5)이 형성된다. 더욱이, 화학량론적 조성식: x SrBi4Ti4O15-(1- x ) M Bi4Ti4O15에서 나타내지는 조성을 갖고, 기호 M 은 칼슘, 바륨 및 납으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이며, 0≤ x ≤1이다. 비스머스가 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<0.2몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해, 박막용량소자(1)의 유전체층(5)을 형성할 수도 있다. 또, 화학량론적 조성식: x SrBi4Ti4O15-(1- x ) M Bi4Ti4O15에서 나타내지는 조성을 갖고, 기호 M 은 칼슘, 바륨 및 납으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이며,0≤ x ≤1이다. 비스머스가, 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1<Bi/Ti<1.5의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해, 박막용량소자(1)의 유전체층(5)을 형성할 수도 있다. 더욱이, 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15로 표현되고, 비스머스의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<0.2몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해, 박막용량소자(1)의 유전체층(5)을 형성할 수도 있다.
또한 상기 실시태양 및 상기 실시예1 내지 10에 있어서는, 유전체층(5)을 형성하는 것에 대하여, 스핀 코팅법에 의해, 도포 막이 형성되어 있지만, 스핀 코팅법에 의해, 도포 막을 형성하는 것은 반드시 필요하지 않고, 스핀 코팅법 대신에, 예를 들면 딥 코팅법에 의해, 도포 막을 형성해도 좋다.
더욱이, 상기 실시태양 및 상기 실시예1 내지 10에 있어서는, 박막용량소자(1)의 지지기판(2)이 실리콘 단결정에 의해 형성되어 있지만, 박막용량소자(1)의 지지기판(2)을 실리콘 단결정에 의해 형성하는 것은 반드시 필요하지 않고, 격자정합성이 우수한 SrTiO3단결정, Mg0단결정, LaAl03단결정등의 단결정, 유리, 용융석영, SiO2/Si등의 아몰퍼스 재료, ZrO2/Si, CeO2/Si등의 그 밖의 재료등에 의해 형성된 지지기판(2)을 사용할 수도 있다.
또한 상기 실시태양 및 상기 실시예1 내지 10에 있어서는, 박막용량소자(1)의 하부전극층(4)이 백금에 의해 형성되어 있지만, 박막용량소자(1)의 하부전극층(4)을 백금에 의해 형성하는 것은 반드시 필요하지 않고, SrMo03, SrRuO3, CaRuO3, SrVO3, SrCrO3, SrCoO3, LaNi03, Nb 도프 SrTi03등의 도전성 산화물, 루테늄, 금, 팔라듐, 은등의 귀금속 또는 그들의 합금, IT0등의 도전성 유리, 니켈, 구리등의 비금속 또는 그들의 합금에 의해, 박막용량소자(1)의 하부전극층(4)을 형성할 수도 있다. 지지기판(2)을 격자정합성이 우수한 재료를 사용해서 형성했을 경우에는, 하부전극층(4)은, CaRuO3나 SrRuO3등의 도전성 산화물, 백금이나 루테늄등의 귀금속에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 실시태양 및 상기 실시예1 내지 10에 있어서는, 박막용량소자(1)의 하부전극층(4)은, 스퍼터링법에 의해 형성되어 있지만, 박막용량소자(1)의 하부전극층(4)을, 스퍼터링법에 의해 형성하는 것은 반드시 필요하지 않고, 진공증착법, 펄스 레이저 증착법(PLD), 유기금속 화학기상 성장법(M0CVD), 액상법(CSD법)등의 다른 박막형성방법을 사용하고, 하부전극층(4)을 형성할 수도 있다.
또한 상기 실시태양 및 상기 실시예1 내지 10에 있어서는, 박막용량소자(1)의 유전체층(5)은, 유기금속분해법(MOD)에 의해 형성되어 있지만, 박막용량소자(1)의 유전체층(5)을 유기금속분해법에 의해 형성하는 것은 반드시 필요하지 않고, 진공증착법, 스퍼터링법, 펄스레이저 증착법(PLD), 유기금속 화학기상 성장법(MOCVD), 졸·겔법등의 다른 박막형성방법을 사용하여, 유전체층(5)을 형성할 수도 있고, 이들 중에서는, 유기금속분해법이나 졸·겔법등의 액상법이 바람직하게 사용된다.
더욱이, 상기 실시태양 및 상기 실시예1 내지 10에 있어서는, 박막용량소자(1)의 유전체층(5)을 형성하는 것에 대하여, 원료용액을, 스핀 코팅법에 의해, 하부전극층(4) 위로 도포하고 있지만, 원료용액을, 스핀 코팅법에 의해, 하부전극층(4)위로 도포하는 것은 반드시 필요하지 않고, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법등의 다른 도포법을 사용하고, 원료용액을, 하부전극층(4)위로 도포하여도 좋다.
또한 상기 실시태양 및 상기 실시예1 내지 10에 있어서는, 박막용량소자(1)의 상부전극층(6)이 백금에 의해 형성되어 있지만, 박막용량소자(1)의 상부전극층(6)을 백금에 의해 형성하는 것은 반드시 필요하지 않고, NdO, NbO, ReO2, Rh02, 0sO2, Ir02, RuO2, ReO3, SrMoO3, SrRuO3, CaRuO3, SrVO3,SrCrO3, SrCoO3, LaNiO3, Nb 도프 SrTiO3등의 도전성 산화물, 루테늄, 금, 팔라듐, 은등의 귀금속 또는 그들의 합금, IT0등의 도전성 유리, 니켈, 구리등의 비금속 또는 그들의 합금에 의해, 박막용량소자(1)의 상부전극층(6)을 형성할 수도 있다.
더욱이, 상기 실시태양 및 상기 실시예1 내지 10에 있어서는, 박막용량소자(1)의 상부전극층(6)은, 스퍼터링법에 의해 형성되어 있지만, 박막용량소자(1)의 상부전극층(6)을, 스퍼터링법에 의해 형성하는 것은 반드시 필요하지 않고, 진공증착법, 펄스 레이저 증착법(PLD), 유기금속 화학기상 성장법(MOCVD), 액상법(CSD법)등의 다른 박막형성방법을 사용하고, 상부전극층(6)을 형성할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 박층화가 가능하고, 또한 용이하게 제작할 수 있고, 온도보상특성이 우수한 박막용량소자 및 그것을 포함한 전자회로 및 전자기기를 제공할 수 있게 된다.

Claims (25)

  1. 화학량론적 조성식:(Bi202)2+( A m -1 B m O3 m +1)2-, 또는, Bi2 A m -1 B m 03 m +3에서 나타내지는 조성을 갖고, 기호 m 은 양의 정수이며, 기호 A 는 나트륨(Na), 칼륨(K), 납(Pb), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca) 및 비스머스(Bi)로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이며, 기호 B 는 철(Fe), 코발트(Co), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 티탄늄(Ti), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 안티몬(Sb), 망간(Mn), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이고, 기호 A 및/또는 B 를 2개 이상의 원소로 구성할 경우, 그들의 비율은 임의이고, 비스머스(Bi)가, 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스(Bi)의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 미스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 것을 특징으로 하는 박막용량소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체층이, 비스머스(Bi)의 과잉함유량이 비스머스(Bi) 환산에서, 0.4≤Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 박막용량소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 박막용량소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체층이 액상법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 박막용량소자.
  5. 화학량론적 조성식: x SrBi4Ti4015-(1- x ) M Bi4Ti4O15에서 나타내지는 조성을 갖고, 기호 M 은 칼슘, 바륨 및 납으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이며, 0≤ x ≤1이고, 비스머스가 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스(Bi)의 과잉함유량이 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<2.0몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 층간에 구비한 것을 특징으로 하는 박막용량소자.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 유전체층이 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15에서 나타내지는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 박막용량소자.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 박막용량소자.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 유전체층이 액상법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 박막용량소자.
  9. 화학량론적 조성식: x SrBi4Ti4O15-(1- x ) M Bi4Ti4O15에서 나타내지는 조성을 갖고, 기호 M 은 칼슘, 바륨 및 납으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이며, 0≤ x ≤1이고, 비스머스(Bi)가 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스(Bi)의 과잉함유량이, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1<Bi/Ti<1.5의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 것을 특징으로 하는 박막용량소자.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 유전체층이 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4015에서 나타내지는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 박막용량소자.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho),에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 박막용량소자.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 유전체층이 액상법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 박막용량소자.
  13. 화학량론적 조성식:(Bi202)2+( A m -1 B m O3 m +1)2-, 또는, Bi2 A m -1 B m 03 m +3에서 나타내지는 조성을 갖고, 기호 m 은 양의 정수이며, 기호 A 는 나트륨(Na), 칼륨(K), 납(Pb), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca) 및 비스머스(Bi)로부터 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이며, 기호 B 는 철(Fe), 코발트(Co), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 티탄늄(Ti), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 안티몬(Sb), 망간(Mn), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이고, 기호 A 및/또는 B 를 2개 이상의 원소로 구성할 경우, 그들의 비율은 임의이고, 비스머스(Bi)가 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스(Bi)의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 박막용량소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자회로.
  14. 화학량론적 조성식:(Bi202)2+( A m -1 B m O3 m +1)2-, 또는, Bi2 A m -1 B m 03 m + 3로 표현되는 조성을 갖고, 기호 m 은 양의 정수이며, 기호 A 는 나트륨(Na), 칼륨(K), 납(Pb), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca) 및 비스머스(Bi)로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이며, 기호 B 는 철(Fe), 코발트(Co), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 티탄늄(Ti), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 안티몬(Sb), 망간(Mn), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 원소이고, 기호 A 및/또는 B 를 2개 이상의 원소로 구성할 경우, 그들의 비율은 임의이고, 비스머스(Bi)가 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스(Bi)의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 박막용량소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 유전체층이, 비스머스(Bi)의 과잉함유량이 비스머스(Bi) 환산에서, 0.4≤Bi<0.5× m 몰의 범위에 있는 비스머스(Bi) 층상화합물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 유전체층이 상기 제 1 전극층 위로, 액상법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 전자기기.
  18. 화학량론적 조성식: x SrBi4Ti4O15-(1- x ) M Bi4Ti4O15에서 나타내지는 조성을 갖고, 기호 M 은 칼슘, 바륨 및 납으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이며, 0≤ x ≤1이고,비스머스(Bi)가 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스(Bi)의 과잉함유량이, 비스머스(Bi) 환산에서, 0<Bi<2.0몰의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 박막용량소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 유전체층이 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15에서 나타내지는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 유전체층이 상기 제 1 전극층 위로, 액상법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 전자기기.
  22. 화학량론적 조성식: x SrBi4Ti4O15-(1- x ) M Bi4Ti4O15에서 나타내지는 조성을 갖고, 기호 M 은 칼슘, 바륨 및 납으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소이며, 0≤ x ≤1이고,비스머스(Bi)가 화학량론비보다도 과잉으로 함유되어, 비스머스(Bi)의 과잉함유량이, 비스머스(Bi)와 티탄늄(Ti)의 몰비가 1<Bi/Ti<1.5의 범위에 있는 비스머스 층상화합물을 포함하는 유전체재료에 의해 형성된 유전체층을, 제 1 전극층과 제 2 전극층의 사이에 구비한 박막용량소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 유전체층이 화학량론적 조성식:SrBi4Ti4O15에서 나타내지는 비스머스 층상화합물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 비스머스 층상화합물이, 더욱이, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ro), 에르븀(Er), 둘륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 희토류원소를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 유전체층이 상기 제 1 전극층 위로, 액상법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 전자기기.
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