JP2020033629A - 強誘電性薄膜、強誘電性薄膜素子、圧電アクチュエータ、圧電センサ、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ハードディスクドライブ、プリンタヘッド、及びインクジェットプリンタ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係る強誘電性薄膜は、金属酸化物を含む。強誘電性薄膜の一部又は全部が、金属酸化物であってよい。金属酸化物は、少なくともハフニウムを含む。例えば、金属酸化物の一部又は全部が、酸化ハフニウム(HfO2)であってよい。
本実施形態に係る強誘電性薄膜素子は、上記の強誘電性薄膜を備える。図1中の(a)及び図1中の(b)に示されるように、強誘電性薄膜素子10は、単結晶基板1と、単結晶基板1に重なる強誘電性薄膜3と、を備える。図1中の(a)に示されるように、強誘電性薄膜素子10は、単結晶基板1と、単結晶基板1に重なる第一電極層2と、第一電極層2を介して単結晶基板1に重なる強誘電性薄膜3と、強誘電性薄膜3に重なる第二電極層4と、を備えてよい。第一電極層2は下部電極層であってよい。第二電極層4は、上部電極層であってよい。強誘電性薄膜素子10の変形例は、第二電極層4を備えなくてよい。例えば、第二電極層を備えない強誘電性薄膜素子が、製品として、電子機器の製造業者に供給された後、電子機器の組立て・製造の過程において、第二電極層が強誘電性薄膜素子に付加されてよい。
第二電極層4の結晶構造の結晶方位(面方位)が、単結晶基板1の法線方向DNと等しくてよい。単結晶基板1の結晶方位と、第二電極層4の結晶方位と、の両方が、単結晶基板1の表面の法線方向DNと等しくてよい。法線方向DNにおいて配向する第二電極層4の結晶方位が、法線方向DNにおいて配向する単結晶基板1の面方位と同じであってよい。第二電極層4の厚さは、例えば、1nm以上1.0μm以下であってよい。
強誘電性薄膜3は、例えば、以下の方法により製造されてよい。
本実施形態に係る強誘電性薄膜3は、圧電薄膜であってよく、本実施形態に係る強誘電性薄膜素子10は、圧電素子であってよい。圧電素子の用途は、多岐にわたる。圧電素子は、例えば、圧電アクチュエータに用いられてよい。圧電アクチュエータは、例えば、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、又はハードディスクドライブに用いられてもよい。圧電アクチュエータは、例えば、プリンタヘッド、又はインクジェットプリンタ装置に用いられてもよい。圧電素子は、例えば、圧電センサに用いられてもよい。圧電センサは、例えば、ジャイロセンサ、圧力センサ、脈波センサ、又はショックセンサであってよい。圧電薄膜又は圧電素子は、例えば、マイクロフォンへ適用されてもよい。
図5は、ハードディスクドライブ(HDD)に搭載されるヘッドアセンブリ200を示す。ヘッドアセンブリ200は、ベースプレート9、ロードビーム11、フレクシャ17、第1及び第2の圧電素子100、及びヘッドスライダ19を備えている。第1及び第2の圧電素子100は、ヘッドスライダ19用の駆動素子である。ヘッドスライダ19は、ヘッド素子19aを有する。
図7及び図8は、圧電センサの一種であるジャイロセンサ400を示す。ジャイロセンサ400は、基部110と、基部110の一面に接続される一対のアーム120及び130と、を備える。一対のアーム120及び130は、音叉振動子である。つまり、ジャイロセンサ400は、音叉振動子型の角速度検出素子である。このジャイロセンサ400は、上述の圧電素子を構成する圧電薄膜30、上部電極層31、及び単結晶基板32を、音叉型振動子の形状に加工して得られたものである。基部110とアーム120及び130は、圧電素子と一体化されている。単結晶基板32は、導電性を有し、下部電極層としての機能も有する。
図11は、図5に示すヘッドアセンブリが搭載されたハードディスクドライブ700を示す。図11のヘッドアセンブリ65は、図5のヘッドアセンブリ200と同じである。
図12は、インクジェットプリンタ装置800を示す。インクジェットプリンタ装置800は、プリンタヘッド70と、本体71と、トレイ72と、ヘッド駆動機構73と、を備えている。図12のプリンタヘッド70は、図6の圧電アクチュエータ300を有している。
本実施形態に係る強誘電性薄膜3は、焦電薄膜であってよく、本実施形態に係る強誘電性薄膜素子10は、焦電素子であってよい。例えば、焦電素子は、図13中の(a)及び図13中の(b)に示される赤外線検出器97であってよい。図13中の(a)では、第二絶縁性層99が省略されている。
シリコンの単結晶基板を準備した。単結晶基板の表面は、(100)面であった。単結晶基板の寸法は、縦5mm×横5mmであった。単結晶基板の厚さは、725μmであった。
誘電性薄膜の組成を、蛍光X線分析法(XRF法)により分析した。分析には、Phillips社製の装置PW2404を用いた。分析の結果、実施例1の誘電性薄膜の組成は、原料の組成と同じであった。つまり誘電性薄膜は、イットリウムがドープされた酸化ハフニウムからなっていた。誘電性薄膜におけるイットリウムの含有量は、ターゲット中のイットリウムの含有量と同じであった。
実施例2の場合、上記ターゲットのスパッタリングを186分間継続することによって、前駆体膜の厚みを1000nmに調整した。最終的に得られた誘電性薄膜の厚みも1000nmであった。各膜の厚みを除いて実施例1と同様の方法で、実施例2の誘電性薄膜を作製した。
比較例1の場合、前駆体膜のアニーリングに連続して、前駆体膜を窒素ガス中で70分間冷却した。冷却により、前駆体膜の温度は800℃から25℃へ低下した。つまり、比較例1の冷却速度は、11.1℃/分に調整された。
比較例2の場合、シリコンの単結晶基板の代わりに、イットリウム安定化ジルコニア(Yttria‐Stabilized Zirconia)の単結晶基板が用いられた。単結晶基板の表面は、(001)面であった。単結晶基板の寸法は、縦5mm×横5mmであった。単結晶基板の厚さは、500μmであった。
Claims (17)
- 金属酸化物を含む強誘電性薄膜であって、
前記金属酸化物が、ハフニウムを含み、
前記金属酸化物が、蛍石型結晶構造を有する結晶相を含み、
前記結晶相が、斜方晶及び正方晶のうち一方又は両方であり、
一部の前記結晶相の(111)面が、前記強誘電性薄膜の表面の法線方向において配向しており、
別の一部の前記結晶相の(100)面が、前記強誘電性薄膜の表面の法線方向において配向している、
強誘電性薄膜。 - 前記強誘電性薄膜の厚みが、100nmよりも大きく3000nm以下である、
請求項1に記載の強誘電性薄膜。 - 前記(111)面の回折X線のピーク面積が、A(111)と表され、
前記(100)面の回折X線のピーク面積が、A(100)と表され、
A(100)/(A(111)+A(100))が、1%以上99%以下である、
請求項1又は2に記載の強誘電性薄膜。 - 前記金属酸化物が、アルミニウム、ケイ素、ビスマス及び希土類元素からなる群より選ばれる少なくとも一種を更に含む、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の強誘電性薄膜。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の強誘電性薄膜を備える、
強誘電性薄膜素子。 - 単結晶基板と、
前記単結晶基板に重なる前記強誘電性薄膜と、
を備え、
一部の前記結晶相の(111)面が、前記単結晶基板の表面の法線方向において配向しており、
別の一部の前記結晶相の(100)面が、前記単結晶基板の表面の法線方向において配向している、
請求項5に記載の強誘電性薄膜素子。 - 前記単結晶基板と、
前記単結晶基板に重なる第一電極層と、
前記第一電極層を介して前記単結晶基板に重なる前記強誘電性薄膜と、
前記強誘電性薄膜に重なる第二電極層と、
を備える、
請求項6に記載の強誘電性薄膜素子。 - 少なくとも一つの中間層を更に備え、
前記中間層が、前記単結晶基板と前記第一電極層との間、前記第一電極層と前記強誘電性薄膜との間、又は前記強誘電性薄膜と前記第二電極層との間に配置されている、
請求項7に記載の強誘電性薄膜素子。 - 圧電素子である、
請求項5〜8のいずれか一項に記載の強誘電性薄膜素子。 - 焦電素子である、
請求項5〜8のいずれか一項に記載の強誘電性薄膜素子。 - 請求項9に記載の強誘電性薄膜素子を備える、
圧電アクチュエータ。 - 請求項9に記載の強誘電性薄膜素子を備える、
圧電センサ。 - 請求項11に記載の圧電アクチュエータを備える、
ヘッドアセンブリ。 - 請求項13に記載のヘッドアセンブリを備える、
ヘッドスタックアセンブリ。 - 請求項14に記載のヘッドスタックアセンブリを備える、
ハードディスクドライブ。 - 請求項11に記載の圧電アクチュエータを備える、
プリンタヘッド。 - 請求項16に記載のプリンタヘッドを備える、
インクジェットプリンタ装置。
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