JP3858138B2 - Niobium, liquid double alkoxides of tantalum and lithium, a method for producing the same, and a method for producing a complex oxide dielectric thin film using the same - Google Patents

Niobium, liquid double alkoxides of tantalum and lithium, a method for producing the same, and a method for producing a complex oxide dielectric thin film using the same Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニオブ、タンタルとリチウムとの新規な液体ダブルアルコキシド及びその製法並びにそれを用いた複合酸化物誘電体の製法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ニオブ、タンタルとリチウムとの複合酸化物を成分とする誘電体薄膜は、高誘電率や強誘電性を示すものが多い。例えば、LiNbOが光変調素子として開発されている。そのほか光通信システムの部品として、LiTaO薄膜が検討されている。これらの薄膜を有機金属化合物を原料として製造する方法には、ゾル−ゲル法、MOD法(Metalorganic deposition)、CVD法(Chemical vapor deposition,化学気相成長)がある。リチウムとニオブ、タンタルとの膜組成を量論比にしたり、より低温で結晶化させるためには、原子オーダーで酸化物結晶の構造に似ているダブルアルコキシドを原料にすると効果があることが知られている。
【0003】
溶液状態で使うゾル−ゲル法やMOD法の例としては、特開昭63−270397やS.Hirano and K.Kato,J.Non−Cryst.Solid,Vol.100,538(1988)がLiNb(OCからのLiNbO薄膜作成を開示している。
【0004】
気相状態で使うCVD法の例としては、US5,258,204が、アルカリ金属(M’=Li,Na,K)βジケトネートとM”=Nb,Taのアルコキシドとの反応生成物である単一前駆体を蒸発させて供給し、加熱した基板土にM’M”O膜を製造する方法を開示している。しかしその実施例から明らかなように、Li(dpm)とNb(OCの1:1反応生成物は溶液から単離同定されることなく、溶液状態から霧化され、酸素を含んだキャリヤーガスに同伴されCVD室に導かれ基板上で熱分解され膜が生成する。前駆体である単一の反応生成物は、単離同定がなされておらず、またCVDの原料として重要な物性である蒸気圧、融点や熱安定性が不明であるので、量産用には問題があった。
【0005】
揮発性のあるLiとNb、Taとのダブルアルコキシドの例としてはD.C.Bradley,R.C.Mehrotra and D.P.Gaur”Metal Alkoxides”(ACADEMIC PRESS,1978)P319 に記載されており、表1のとおりである。
【0006】
【表1】

Figure 0003858138
【0007】
しかし、D.C.Bradley,Chem.Rev.Vol.89,1317(1989)は、LiNb(OR)が、不都合なことに蒸発の際に不均化反応をおこし、Li(OR)とNb(OR)とに分解してしまうことを記載している。同様な解離が表1記載のダブルアルコキシドでもおこる。LiNb系ダブルアルコキシドの方が、LiTa系ダブルアルコキシドより熱解離しやすい。また、熱安定性の比較的高いイソプロポキシドやターシャリーブトキシドは使用温度でも固体なので、CVD用の原料としては問題があった。
【0008】
W.A.Herrmann,N.W.Huber,and O.Runte,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.Vol.34,2187(1995)は揮発性があり比較的高い熱安定性を有する単一の前駆体化合物として、LiNb(OCMeCHOMe)とLiNb(OCHMeCHNMe(OiPr)を開示している。しかし、これらの化合物の有機基は複雑で量産には問題があった。
よって液体で熱解離しにくく工業的に使えるLiとNbのダブルアルコキシドあるいはLiとTaのダブルアルコキシドは、まだ知られていないのである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、熱解離しにくく、室温で液体で、蒸留可能な性質を有する、ニオブ、タンタルとリチウムとの新規なダブルアルコキシドを提供する。さらに、本発明は、その化合物の製法を提供する。さらに、本発明は、その化合物を用いた複合酸化物誘電体の製法を提供する。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、
LiM(OC(OCOR) ・・・・・・・・・・式I
(式中、MはNb又はTaであり、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)で表される新規なダブルアルコキシドが、熱解離しにくく、室温で液体で、蒸留可能な性質を持つことを見い出した。
式中のRは、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチルなどがあげられる。好ましくはメチル、エチルである。とくに好ましくはメチルである。
本発明の化合物に比べてより簡単な化合物であるLiM(OC(OCOR)は、蒸留できるが、分子間の会合が強く非常に粘性が高かったり、固体であったりして好ましくない。LiNb(OC(OCOCH)は室温で固体であった。
本発明の化合物は式Iで表されるように(OC)基が4個と(OCOR)基が2個から成っているが、分子間で(OC)基と(OCOR)基が交換反応を起こすため、一つずつの化合物でみると、LiM(OC(OCOR)の他に、LiM(OC(OCOR)やLiM(OC(OCOR)などが含まれている。それらの平均が式Iである。
本発明及び本明細書における基数は、平均の基数を意味する。
【0011】
本発明の式Iで表される化合物は、Li(OCOR)とM(OC(OCOR)を反応させ、次いで、蒸留回収することにより容易に製造することができ、その化合物は、正確な量論比を持ち、高純度の性質を有している。
式中のRがメチルの化合物は、Li(OCOCH)とM(OC(OCOCH)を反応させ、次いで、蒸留回収することにより容易に製造することができ、その化合物は、正確な量論比を持ち、高純度の性質を有している。
【0012】
本発明の式Iで表される化合物を用いて、化学気相成長法により容易に複合酸化物誘電体LiMO薄膜を製造することができる。
式中のRがメチルの化合物を用いて、化学気相成長法により容易に複合酸化物誘電体LiMO薄膜を製造することができる。
LiNb(OC(OCOR)(式中Rは炭素数1〜4のアルキル基を表す)で表される化合物を用いて、化学気相成長法によりLiNbO誘電体薄膜を容易に製造することができる。
LiNb(OC(OCOCHを用いて、化学気相成長法によりLiNbO誘電体薄膜を容易に製造することができる。
LiTa(OC(OCOR)(式中Rは炭素数1〜4のアルキル基を表す)で表される化合物を用いて、化学気相成長法によりLiTaO誘電体薄膜を容易に製造することができる。
LiTa(OC(OCOCHを用いて、化学気相成長法によりLiTaO誘電体薄膜を容易に製造することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の新規化合物は、
LiM(OC(OCOR)・・・・・・・・・・式I
(式中、MはNb又はTaであり、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)で表される化合物である。具体的な化合物すなわち本発明のダブルアルコキシドの例を表2に挙げる。
さらに、表2の化合物どうしの混合物も本発明に含まれる。
【0014】
【表2】
Figure 0003858138
【0015】
以下、LiNb(OC(OCOCH(リチウムニオブ(テトラエトキシ)ビス(2−メトキシエトキシド))を例に述べる。
本発明の方法によれば、Li(OCOCH)(リチウム(2−メトキシエトキシド))1モルとNb(OC(OCOCH)(ニオブ(テトラエトキシ)(2−メトキシエトキシド))1モルをトルエンなどの溶媒中あるいは無溶媒で100〜200℃の適当な温度で1〜12時間反応させることによりLiNb(OC(OCOCHか得られる。この反応生成液から溶媒を留去したのち、約0.3Torrの真空下で蒸留し、180〜190℃で得られる留出液が単離された目的の化合物である。
Li(OCOCH)(リチウム(2−メトキシエトキシド))は、2−メトキシエタノールとリチウムを室温ないし沸点下で反応させ、過剰の2−メトキシエタノールを減圧留去することにより得られる。
Nb(OC(OCOCH)(ニオブ(テトラエトキシ)(2−メトキシエトキシド))は、Nb(OC(ニオブ(ペンタエトキシド))1モルと2−メトキシエタノール1モルをトルエンなどの溶媒中で1〜10時間反応させ、次いで、生成したエタノールと溶媒を留去することにより得られる。
【0016】
実施例1で単離された化合物について行った同定と物性について以下に述べる。
(1)組成分析
ICP発光分光分析の結果
Li 1.58wt% Nb 22.3wt%
(LiNb(OC(OCOCH=LiNbC1434の式量430.27、計算値Li1.61wt%、Nb21.59wt%)分析値からNb/Li=1.05となり、分析誤差内で量論比1に一致した。
残り有機分は差し引き76.1wt%となり、これは計算値の76.8wt%に近かった。
【0017】
(2)不純物分析
ICP発光分光分析の結果
Mg 2, Ca 50, Na 10, Fe 2, (単位ppm)
であり、高純度であった。
【0018】
(3)分子量
ベンゼンの凝固点降下法により測定した。
試料3.673g ベンゼン30.1g
△T=0.815℃, 0.815℃, 0.840℃ 平均0.823℃
よって分子量=759 会合度1.76
【0019】
(4)EI−MS
測定条件
装置 ; JEOL AX505W
イオン源温度 ; 230℃
イオン化エネルギー ; 70eV
測定範囲 m/z ; 0−1500
測定範囲は0−1500を行ったが、800−1500にはイオンが検出されなかったので、0−800を詳しく測定し、その測定結果を図1に示した。
【0020】
【図1】
【0021】
分子イオンLiNb(OC(OCOCH (m/z=430)はなかった。また二量体の分子イオンもなかった。主なm/zと強度とそのイオン種の推定を以下に列挙した。
m/z=273(23)Nb(OC ,303(83)Nb(OC(OCH,355(22)LiNb(OC(OCOCH,385(100)LiNb(OC(OCOCH ,415(93)LiNb(OC(OCOCH ,445(32)LiNb(OC)(OCOCH)4,この結果LiNb(OC(OCOCH が中心で、これは化合物LiNb(OC(OCOCHから(OC)1基が離脱したものである。
【0022】
(5)H−NMR
測定条件
装置 ; BRUKER AC−300P FT−NMR
観測周波数 ; 300.13MHz
溶媒 ; Benzene−d
化学シフト基準 ; TMS
温度 ; 室温
測定結果を図2に示した。
【0023】
【図2】
【0024】
δ(ppm)と(帰属)を以下に列挙する。
0.99(?),1.40(−OCH ),1.53(?),2.98 (?),3.22(?),3.29(−OCHCHOC ),3.48(−OCH OCH),4.52(−OC CH,−OC CHOCH),
【0025】
(6)FT−IR
測定装置 ; SHIMADZU FT−IR 8600
測定方法 ; 液膜法
測定結果を図3に示した。
【0026】
【図3】
【0027】
スペクトル(cm−1
2966,2920,2859,2696,1454,1373,1354,1285,1240,1198,1151,1103,1067,1022,964,912,841,605,556,498,
低波数605,556,498は、Nb−O及びLi−Oの振動である。
【0028】
(7)蒸気圧
蒸留による推定値
0.3Torr/185℃
【0029】
(8)性状と融点
室温で淡黄橙色透明な液体で、その融点は0℃以下であった。
【0030】
(9)液密度
1.10g/cm
【0031】
(10)動粘度
蒸留直後は約100cStであつたが、室温で放置しておくと約1000cStになった。
【0032】
(11)TG−DTA
Figure 0003858138
測定結果を図4に示した。
200℃までで約7%の減量がみられるのは、試料を測定系にセットする間に大気中の水分と反応し、加水分解で生じたアルコールが飛散したものと推定される。
【0033】
【図4】
【0034】
(12)溶解度
トルエン、ヘキサン、THFに任意に溶ける。
【0035】
以上述べたうちの主に組成分析、EI−MS、H−NMR、FT−IRから、総合的に判断して、この化合物はLiNb(OC(OCOCHと同定した。
【0036】
本発明は、量産性に優れた本発明化合物の製造方法である。
本発明の方法によれば、Li(OCOR)(式中、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)1モルとM(OC(OCOR)(式中、MはNb又はTaであり、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)1モルをトルエンなどの溶媒中あるいは無溶媒で100〜200℃の適当な温度で1〜12時間反応させ、次いでこの反応生成液から溶媒を留去したのち、約0.3Torrの真空下で蒸留し、180〜230℃の留出液としてLiNb(OC(OCOR)が得られる。蒸留することにより、わずかに未反応で残っている可能性のある揮発性の高い原料を除くことができ、かつより高沸点の不純物元素のアルコキシドや分解縮合で生じた不揮発性の高分子や酸化物を除くことができる。
【0037】
ここで使用するLi(OCOR)は、LiとROCHCHOH(2−アルコキシエタノール)を室温〜50℃付近で1分〜1時間反応させ、過剰の原料アルコールを100℃程度で減圧留去することにより、容易に製造することができる。
2−アルコキシエタノールとしては、以下のものが挙げられる。
2−メトキシエタノール(慣用名メチルセロソルブ)、2−エトキシエタノール(慣用名エチルセロソルブ)、2−プロポキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノールなどである。
【0038】
もう一つの原料であるM(OC(OCOR)は、M(OC(ニオブ(ペンタエトキシド)あるいはタンタル(ペンタエトキシド))1モルと2−アルコキシエタノール1モルをトルエンなどの溶媒中で1〜10時間反応させ、次いで、生成したエタノールと溶媒を留去することにより得られる。
【0039】
また本発明は、本発明化合物を用いて、化学気相成長法によって複合酸化物誘電体LiMO薄膜を製造する方法である。それらの誘電体の例としては、LiNbO、LiTaOおよびこれらを主成分とする酸化物である。
本発明化合物を原料として、300〜800℃で酸化雰囲気中で分解あるいは酸化することにより、M/Li=1の量論比の酸化物が容易に製造できる。本発明化合物の分子構造は複合酸化物と類似していると考えられ、より低温で複合酸化物の結晶化が起きやすい。
酸化物薄膜の製造は、本発明化合物を用いて、ゾル−ゲル法、MOD法でもできるが、最も有効なのはCVD法によるものである。
【0040】
CVD法における本発明化合物の供給方法としては、
(1)本発明化合物を150〜250℃に保ち、キャリヤーガスのバブリングによりその蒸気を同伴させる
(2)本発明化合物をTHF、ヘキサン、オクタン、酢酸ブチルなどの有機溶媒に溶かし溶液とし、液体マスフローコントローラーを通し、気化器で蒸気とする等がある。本化合物は有機溶媒への溶解度が高く、溶液化が容易である。
【0041】
本発明の化合物は熱解離しにくいが、CVD法で加熱された基板に到達するまでは、できるだけ熱解離を防ぐような条件や装置であると、基板上に形成された膜組成を量論比にできる。
CVD法では、熱CVD法のほかに、ECR−プラズマCVD法、レーザーCVD法なども使える。酸化性ガスは、O、NOなどである。
【0042】
【実施例1】
LiNb(OC(OCOCH(リチウムニオブ(テトラエトキシ)ビス(2−メトキシエトキシド))の製造
リフラックスコンデンサー、温度計、攪拌子を備えた300ml三口フラスコ(A)を真空置換しアルゴン雰囲気とし、モレキュラーシーブス3Aで脱水した2−メトキシエタノール40ml(0.51モル)を仕込み、次いで、金属リチウム片0.55g(0.079モル)を仕込んだ。約1分で反応し、金属片は消失した。次いで減圧下、100℃で未反応の原料2−メトキシエタノールを留去すると、褐色の固体となった。これがLi(OCOCH)(リチウム(2−メトキシエトキシド))であった。次いで、このフラスコにトルエン100mlを仕込み80℃に加熱してLi(OCOCH)を溶解した。
【0043】
次いで、リフラックスコンデンサー、温度計、攪拌子を備えた300ml三口フラスコ(B)を真空置換しアルゴン雰囲気とし、トルエン100mlとNb (OC(ニオブペンタエトキシド)25.0g(0.079モル)と2−メトキシエタノール6.0g(0.079モル)を仕込み、加熱還流を1時間行った。液は淡黄色透明であった。次いで、この液を加熱し1気圧でエタノールとトルエンを大半留去したのち、減圧下、100℃ですべてのエタノールとトルエンを留去した。残りは茶褐色透明な粘ちょうな液であり、これがNb(OC(OCOCH)(ニオブ(テトラエトキシ)(2−メトキシエトキシド))であった。
【0044】
次いで、フラスコ(A)のLi(OCOCH)トルエン溶液全量をNb(OC(OCOCH)のフラスコ(B)に仕込み、加熱還流を6時間行った。コンデンサーをはずし、減圧下で溶媒を留去したのち、0.3Torrの真空下で蒸留した。160℃までは全く留出物がなかった。さらに温度を上げて初留を少量カット後、留去温度が180〜190℃で主留分の淡黄橙色透明なオイル状液体29gを得た。この液体を同定した結果は、前述したとおり、LiNb(OC(OCOCH(リチウムニオブ(テトラエトキシ)ビス(2−メトキシエトキシド))であった(0.067モル)。収率は85%であった。
【0045】
【比較例1】
LiNb(OC(OCOCH)(リチウムニオブ(ペンタエトキシ)(2−メトキシエトキシド))の製造
リフラックスコンデンサー、温度計、攪拌子を備えた300ml三口フラスコを真空置換しアルゴン雰囲気とし、モレキュラーシーブス3Aで脱水した2−メトキシエタノール40ml(0.51モル)を仕込み、次いで、金属リチウム片0.55g(0.079モル)を仕込んだ。約1分で反応し、金属片は消失した。次いで減圧下、100℃で未反応の原料2−メトキシエタノールを留去すると、褐色の固体となった。これがLi(OCOCH)(リチウム(2−メトキシエトキシド))であった。次いで、このフラスコにトルエン100mlを仕込み80℃に加熱してLi(OCOCH)を溶解した。
【0046】
次いで、このフラスコにNb(OC(ニオブペンタエトキシド)25.0g(0.079モル)を仕込み、加熱還流を6時間行った。コンデンサーをはずし、減圧下で溶媒を留去したのち、0.3Torrの真空下で蒸留した。160℃までは全く留出物がなかった。さらに温度を上げて初留を少量カット後、留去温度が190〜205℃で主留分の淡黄橙色透明な非常に粘性の高い液体25gを得た。この液体は室温で2日後固化した。
元素分析の結果、Li 1.73wt%、Nb 24.8wt%{LiNb(OC(OCOCH)=LiNbC1332の式量400.24、計算値Li 1.73wt%、Nb 23.21wt%}で、Nb/Li=1.07であり、この固体がLiNb(OC(OCOCH)であると判断した。
このように、より簡単な化合物であるLiM(OC(OCOR)は、蒸留できるが分子間の会合が強く非常に粘性が高かったり、固体であったりして、CVD法の原料化合物として好ましくないことがわかる。
【0047】
【実施例2】
LiTa(OC(OCOCH(リチウムタンタル(テトラエトキシ)ビス(2−メトキシエトキシド))の製造
リフラックスコンデンサー、温度計、攪拌子を備えた300ml三口フラスコ(A)を真空置換しアルゴン雰囲気とし、モレキュラーシーブス3Aで脱水した2−メトキシエタノール40ml(0.51モル)を仕込み、次いで、金属リチウム片0.47g(0.068モル)を仕込んだ。約1分で反応し、金属片は消失した。次いで減圧下、100℃で未反応の原料2−メトキシエタノールを留去すると、褐色の固体となった。これがLi(OCOCH)(リチウム(2−メトキシエトキシド))であった。次いで、このフラスコにトルエン100mlを仕込み80℃に加熱してLi(OCOCH)を溶解した。
【0048】
次いで、リフラックスコンデンサー、温度計、攪拌子を備えた300ml三口フラスコ(B)を真空置換しアルゴン雰囲気とし、トルエン100mlとTa (OC(タンタルペンタエトキシド)25.0g(0.062モル)と2−メトキシエタノール4.7g(0.062モル)を仕込み、加熱還流を1時間行った。液はほぼ無色透明であった。次いで、この液を加熱し1気圧でエタノールとトルエンを大半留去したのち、減圧下、100℃ですべてのエタノールとトルエンを留去した。残りはほぼ無色透明な粘ちょうな液であり、これがTa(OC(OCOCH)(タンタル(テトラエトキシ)(2−メトキシエトキシド))であった。
【0049】
次いで、フラスコ(A)のLi(OCOCH)トルエン溶液全量をTa(OC(OCOCH)のフラスコ(B)に仕込み、加熱還流を6時間行った。コンデンサーをはずし、減圧下で溶媒を留去したのち、0.3Torrの真空下で蒸留した。160℃までは全く留出物がなかった。さらに温度を上げて初留を少量カット後、留去温度が190〜195℃で主留分のほぼ無色透明なオイル状液体28gを得た。この液体を後述するように同定した結果、LiTa(OC(OCOCH(リチウムタンタル(テトラエトキシ)ビス(2−メシキシエトキシド))であった(0.054モル)。収率は88%であった。
【0050】
LiTa(OC(OCOCH(リチウムタンタル(テトラエトキシ)ビス(2−メシキシエトキシド))の同定と物性
(1)組成分析
ICP発光分光分析の結果
Li 1.40wt% Ta 35.2wt%
(LiTa(OC(OCOCH=LiTac1434の式量518.31、計算値Li1.34wt%、Ta34.91wt%)分析値からTa/Li=0.96となり、分析誤差内で量論比1に一致した。
残り有機分は差し引き63.4wt%となり、これは計算値の63.75wt%に近かった。
【0051】
(2)不純物分析
ICP発光分光分析の結果
Mg 2, Ca 60, Na 12, Fe 2, (単位ppm)
であり、高純度であった。
【0052】
(3)分子量
ベンゼンの凝固点降下法により測定した。
試料4.114g ベンゼン30.0g
△T=0.819℃, 0.795℃, 0.757℃, 平均0.790℃
よって分子量=889 会合度1.72
【0053】
(4)EI−MS
測定結果を図5に示した。
【0054】
【図5】
【0055】
分子イオンLiTa(OC(OCOCH (m/z=518)はなかった。また二量体の分子イオンもなかった。主なm/zと強度とそのイオン種の推定を以下に列挙した。
m/z=361(14)Ta(OC ,391(26)Ta(OCH5)(OCH,443(45)LiTa(OC(OCOCH,473(100)LiTa(OC(OCOCH ,503(54)LiTa(OC(OCOCH
この結果LiTa(OC(OCOCH が中心で、これは化合物LiTa(OC(OCOCHから(OC)1基が離脱したものである。
【0056】
(5)H−NMR
測定結果を図6に示した。
【0057】
【図6】
【0058】
δ(ppm)と(帰属)を以下に列挙する。
0.96(?),1.40(−OCH ),3.01(?),3.24 (?),3.29(−OCHCHOC ),3.46(−OCH OCH),4.55(−OC CH ,−OC CHOCH
【0059】
(6)FT−IR
測定結果を図7に示した。
【0060】
【図7】
【0061】
スペタトル(cm−1
2966,2920,2860,2704,1452,1375,1356,1283,1242,1198,1177,1105,1070,1022,964,914,841,610,548,482,
低波数610,548,482は、Ta−O及びLi−Oの振動である。
【0062】
(7)蒸気圧
蒸留による推定値
0.3Torr/190℃
【0063】
(8)性状と融点
室温で淡黄色透明な液体で、その融点は0℃以下であった。
【0064】
(9)液密度
1.45g/cm
【0065】
(10)動粘度
蒸留直後は約100cStであったが、室温で放置しておくと約1000cStになった。
【0066】
(11)TG−DTA
Figure 0003858138
測定結果を図8に示した。
200℃までで約3%の減量がみられるのは、試料を測定系にセットする間に大気中の水分と反応し、加水分解で生じたアルコールが飛散したものと推定される。
【0067】
【図8】
【0068】
(12)溶解度
トルエン、ヘキサン、THFに任意に溶ける。
【0069】
以上述べたうちの主に組成分析、EI−MS、H−NMR、FT−IRから総合的に判断して、この化合物はLiTa(OC(OCOCHと同定した。
【0070】
【実施例3】
CVD法によるLiNbO薄膜の製造
減圧熱CVD装置系(全圧10Torr)の原料容器に実施例1で得られたLiNb(OC(OCOCH20gを充填し、該容器を170℃の恒温に保ち、アルゴンを30sccmバブリングで導入し、LiNb(OC(OCOCHの蒸発した蒸気を同伴させ、熱分解炉に送った。熱分解炉入り口でこのガスと30sccmの酸素ガスと混合した。熱分解炉中では、サファイア基板を650℃に加熱しており、この基板上に混合ガスを導き、熱分解析出をおこさしめ基板上に200nmの厚さの薄膜を得た。この結晶構造をXRDで分析した結果、LiNbOであった。
【0071】
【実施例4】
CVD法によるLiTaO薄膜の製造
実施例3で用いたLiNb(OC(OCOCHの代わりに、LiTa(OC(OCOCHを使った以外は実施例3と同様にして薄膜を得た。この結晶構造をXRDで分析した結果、LiTaOであった。
【0072】
【発明の効果】
本発明の式Iで表されるニオブ、タンタルとリチウムとのダブルアルコキシドは室温で液体で、熱解離しにくく、190℃で0.3Torr程度の蒸気圧を有しているので、これをCVD原料として容易にリチウムニオベート、リチウムタンタレート誘電体薄膜を製造することができる。また、量論比の組成の膜が作りやすいので、量産性の点で工業的価値が極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】LiNb(OC(OCOCHのEI−MSによる測定結果を示す図である。
【図2】LiNb(OC(OCOCHH−NMRによる測定結果を示す図である。
【図3】LiNb(OC(OCOCHのFT−IRによる測定結果を示す図である。
【図4】LiNb(OC(OCOCHのTG−DTAによる測定結果を示す図である。
【図5】LiTa(OC(OCOCHのEI−MSによる測定結果を示す図である。
【図6】LiTa(OC(OCOCHH−NMRによる測定結果を示す図である。
【図7】LiTa(OC(OCOCHのFT−IRによる測定結果を示す図である。
【図8】LiTa(OC(OCOCHのTG−DTAによる測定結果を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel liquid double alkoxide of niobium, tantalum and lithium, a method for producing the same, and a method for producing a complex oxide dielectric using the same.
[0002]
[Prior art]
Many dielectric thin films containing a complex oxide of niobium, tantalum and lithium exhibit high dielectric constant and ferroelectricity. For example, LiNbO3Have been developed as light modulation elements. Other components for optical communication systems include LiTaO.3Thin films are being considered. Methods for producing these thin films using an organometallic compound as a raw material include a sol-gel method, a MOD method (Metalorganic deposition), and a CVD method (Chemical vapor deposition, chemical vapor deposition). In order to make the film composition of lithium, niobium, and tantalum stoichiometric, or to crystallize at a lower temperature, it is known that it is effective to use double alkoxide similar to the structure of oxide crystal on the atomic order as a raw material. It has been.
[0003]
Examples of the sol-gel method and the MOD method used in the solution state are disclosed in JP-A-63-270397 and S.A. Hirano and K.M. Kato, J .; Non-Cryst. Solid, Vol. 100, 538 (1988) is LiNb (OC2H5)6LiNbO from3Disclose thin film creation.
[0004]
As an example of the CVD method used in the gas phase, US Pat. No. 5,258,204 is a single reaction product of an alkali metal (M ′ = Li, Na, K) β diketonate and an alkoxide of M ″ = Nb, Ta. One precursor is evaporated and supplied to the heated substrate soil.3A method of manufacturing a membrane is disclosed. However, as is clear from the examples, Li (dpm) and Nb (OC2H5)5The 1: 1 reaction product is atomized from the solution state without being isolated and identified from the solution, entrained by the carrier gas containing oxygen, led to the CVD chamber, and thermally decomposed on the substrate to form a film. A single reaction product, which is a precursor, has not been isolated and identified, and the vapor pressure, melting point, and thermal stability, which are important physical properties of CVD, are unknown. was there.
[0005]
Examples of volatile Li and Nb, Ta double alkoxides include D.I. C. Bradley, R.M. C. Mehrotra and D.M. P. Gaur “Metal Alkoxides” (ACADEMIC PRESS, 1978) P319, as shown in Table 1.
[0006]
[Table 1]
Figure 0003858138
[0007]
However, D.C. C. Bradley, Chem. Rev. Vol. 89, 1317 (1989), LiNb (OR)6Unfortunately, it causes a disproportionation reaction during evaporation, and Li (OR) and Nb (OR)5It is described that it will be decomposed. Similar dissociation also occurs with the double alkoxides listed in Table 1. LiNb double alkoxide is easier to thermally dissociate than LiTa double alkoxide. In addition, isopropoxide and tertiary butoxide, which have relatively high thermal stability, are solid at the operating temperature, and thus have a problem as a raw material for CVD.
[0008]
W. A. Herrmann, N .; W. Huber, and O.M. Runte, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. Vol. 34,2187 (1995) is a single precursor compound that is volatile and has relatively high thermal stability.2Nb2O3(OCMe2CH2OMe)6And LiNb (OCHMeCH2NMe2)2(OiPr)4Is disclosed. However, the organic group of these compounds is complicated and has a problem in mass production.
Therefore, Li and Nb double alkoxides or Li and Ta double alkoxides which are difficult to dissociate thermally and are industrially usable are not yet known.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a novel double alkoxide of niobium, tantalum and lithium that is difficult to thermally dissociate, is liquid at room temperature, and has a distillable property. Furthermore, the present invention provides a method for producing the compound. Furthermore, the present invention provides a method for producing a complex oxide dielectric using the compound.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The inventors
LiM (OC2H5)4(OC2H4OR)2  ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Formula I
(Wherein M is Nb or Ta, and R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms). The novel double alkoxide represented by the formula is difficult to thermally dissociate, is liquid at room temperature, and can be distilled. I found it to have.
R in the formula includes methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl and the like. Preferred are methyl and ethyl. Particularly preferred is methyl.
LiM (OC which is a simpler compound than the compound of the present invention2H5)5(OC2H4OR) can be distilled, but is not preferred because the association between the molecules is strong and the viscosity is very high or it is solid. LiNb (OC2H5)5(OC2H4OCH3) Was a solid at room temperature.
The compounds of the present invention are represented by the formula (OC)2H5) 4 groups and (OC2H4OR) group consisting of two groups, but between molecules (OC2H5) Group and (OC2H4OR) group undergoes an exchange reaction, so when looking at each compound, LiM (OC2H5)4(OC2H4OR)2In addition to LiM (OC2H5)3(OC2H4OR)3And LiM (OC2H5)5(OC2H4OR)1Etc. are included. Their average is formula I.
The cardinality in the present invention and the specification means an average cardinality.
[0011]
The compound represented by Formula I of the present invention is Li (OC2H4OR) and M (OC2H5)4(OC2H4OR) and then recovered by distillation, the compound has an accurate stoichiometric ratio and high purity properties.
A compound in which R is methyl is represented by Li (OC2H4OCH3) And M (OC2H5)4(OC2H4OCH3) And then recovered by distillation, the compound has an accurate stoichiometric ratio and high purity properties.
[0012]
Using the compound represented by the formula I of the present invention, a complex oxide dielectric LiMO can be easily formed by chemical vapor deposition.3Thin films can be manufactured.
A compound oxide dielectric LiMO can be easily formed by chemical vapor deposition using a compound in which R is methyl in the formula3Thin films can be manufactured.
LiNb (OC2H5)4(OC2H4OR)2(Wherein R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) and LiNbO by chemical vapor deposition using a compound represented by3A dielectric thin film can be manufactured easily.
LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2LiNbO by chemical vapor deposition using3A dielectric thin film can be manufactured easily.
LiTa (OC2H5)4(OC2H4OR)2(Wherein R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) and LiTaO is obtained by chemical vapor deposition using a compound represented by3A dielectric thin film can be manufactured easily.
LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2And LiTaO by chemical vapor deposition3A dielectric thin film can be manufactured easily.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The novel compounds of the present invention are
LiM (OC2H5)4(OC2H4OR)2・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Formula I
(Wherein, M is Nb or Ta, and R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms). Examples of specific compounds, i.e., double alkoxides of the present invention, are listed in Table 2.
Further, a mixture of the compounds in Table 2 is also included in the present invention.
[0014]
[Table 2]
Figure 0003858138
[0015]
Hereinafter, LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2(Lithium niobium (tetraethoxy) bis (2-methoxyethoxide)) will be described as an example.
According to the method of the present invention, Li (OC2H4OCH3) (Lithium (2-methoxyethoxide)) 1 mol and Nb (OC2H5)4(OC2H4OCH3LiNb (OC) by reacting 1 mol of niobium (tetraethoxy) (2-methoxyethoxide) in a solvent such as toluene or without solvent at an appropriate temperature of 100 to 200 ° C. for 1 to 12 hours.2H5)4(OC2H4OCH3)2Or get. After distilling off the solvent from this reaction product liquid, it is distilled under a vacuum of about 0.3 Torr, and the distillate obtained at 180 to 190 ° C. is the target compound isolated.
Li (OC2H4OCH3) (Lithium (2-methoxyethoxide))2-methoxyethanolAnd lithium at room temperature to the boiling point2-methoxyethanolIs obtained by distilling off under reduced pressure.
Nb (OC2H5)4(OC2H4OCH3) (Niobium (tetraethoxy) (2-methoxyethoxide)) is Nb (OC2H5)51 mole of (niobium (pentaethoxide))2-methoxyethanolIt is obtained by reacting 1 mol in a solvent such as toluene for 1 to 10 hours, and then distilling off the produced ethanol and the solvent.
[0016]
The identification and physical properties of the compound isolated in Example 1 are described below.
(1) Composition analysis
Results of ICP emission spectroscopic analysis
Li 1.58wt% Nb 22.3wt%
(LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2= LiNbC14H34O8From the analytical value, Nb / Li = 1.05, which is consistent with the stoichiometric ratio 1 within the analytical error. 430.27, calculated value Li 1.61 wt%, Nb 21.59 wt%.
The remaining organic content was subtracted 76.1 wt%, which was close to the calculated value of 76.8 wt%.
[0017]
(2) Impurity analysis
Results of ICP emission spectroscopic analysis
Mg 2, Ca 50, Na 10, Fe 2, (unit: ppm)
It was high purity.
[0018]
(3) Molecular weight
Measured by the freezing point depression method of benzene.
Sample 3.673 g benzene 30.1 g
ΔT = 0.815 ° C, 0.815 ° C, 0.840 ° C Average 0.823 ° C
Therefore, molecular weight = 759 degree of association 1.76
[0019]
(4) EI-MS
Measurement condition
Device: JEOL AX505W
Ion source temperature; 230 ° C
Ionization energy: 70 eV
Measurement range m / z; 0-1500
The measurement range was 0-1500, but no ions were detected in 800-1500, so 0-800 was measured in detail, and the measurement results are shown in FIG.
[0020]
[Figure 1]
[0021]
Molecular ion LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2 +There was no (m / z = 430). There was also no dimer molecular ion. The main m / z, intensity, and estimation of the ionic species are listed below.
m / z = 273 (23) Nb (OC2H5)4 +, 303 (83) Nb (OC2H5)4(OCH2)+, 355 (22) LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)+, 385 (100) LiNb (OC2H5)3(OC2H4OCH3)2 +, 415 (93) LiNb (OC2H5)2(OC2H4OCH3)3 +445 (32) LiNb (OC2H5) (OC2H4OCH34)+, This results in LiNb (OC2H5)3(OC2H4OCH3)2 +This is the compound LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2From (OC2H5) One group is released.
[0022]
(5)1H-NMR
Measurement condition
Apparatus; BRUKER AC-300P FT-NMR
Observation frequency: 300.13 MHz
Solvent; Benzene-d6
Chemical shift criteria; TMS
Temperature; room temperature
The measurement results are shown in FIG.
[0023]
[Figure 2]
[0024]
δH(Ppm) and (attribute) are listed below.
0.99 (?), 1.40 (-OCH2CH 3), 1.53 (?), 2.98 (?), 3.22 (?), 3.29 (-OCH2CH2OCH 3), 3.48 (-OCH2CH 2OCH3), 4.52 (-OCH 2CH3, -OCH 2CH2OCH3),
[0025]
(6) FT-IR
Measuring device; SHIMADZU FT-IR 8600
Measurement method; Liquid film method
The measurement results are shown in FIG.
[0026]
[Fig. 3]
[0027]
Spectrum (cm-1)
2966, 2920, 2859, 2696, 1454, 1373, 1354, 1285, 1240, 1198, 1151, 1103, 1067, 1022, 964, 912, 841, 605, 556, 498,
Low wavenumberReference numerals 605, 556, and 498 denote vibrations of Nb—O and Li—O.
[0028]
(7) Vapor pressure
Estimated by distillation
0.3 Torr / 185 ° C
[0029]
(8) Properties and melting point
It was a light yellow-orange transparent liquid at room temperature, and its melting point was 0 ° C. or lower.
[0030]
(9) Liquid density
1.10 g / cm3
[0031]
(10) Kinematic viscosity
Immediately after distillation, it was about 100 cSt, but when it was allowed to stand at room temperature, it became about 1000 cSt.
[0032]
(11) TG-DTA
Figure 0003858138
The measurement results are shown in FIG.
The reason why the weight loss of about 7% is observed up to 200 ° C. is presumed that the alcohol generated by hydrolysis reacts with water in the atmosphere while the sample is set in the measurement system.
[0033]
[Fig. 4]
[0034]
(12) Solubility
It is optionally soluble in toluene, hexane and THF.
[0035]
Of the above-mentioned, mainly composition analysis, EI-MS,1Judging comprehensively from 1 H-NMR and FT-IR, this compound is LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2Was identified.
[0036]
This invention is a manufacturing method of this invention compound excellent in mass-productivity.
According to the method of the present invention, Li (OC2H4OR) (wherein R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) 1 mole and M (OC2H5)4(OC2H4OR) (wherein M is Nb or Ta and R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) 1 mol in a solvent such as toluene or without solvent at an appropriate temperature of 100 to 200 ° C. After reacting for 12 hours and then distilling off the solvent from the reaction product liquid, the reaction product was distilled under a vacuum of about 0.3 Torr, and LiNb (OC2H5)4(OC2H4OR)2Is obtained. Distillation can remove raw materials with high volatility that may remain slightly unreacted, and volatile alkoxides of higher-boiling impurity elements and non-volatile polymers and oxidations generated by decomposition condensation. You can remove things.
[0037]
Li (OC used here2H4OR) is Li and ROCH2CH2It can be easily produced by reacting OH (2-alkoxyethanol) at room temperature to around 50 ° C. for 1 minute to 1 hour, and distilling off excess raw material alcohol at about 100 ° C. under reduced pressure.
The following are mentioned as 2-alkoxyethanol.
Examples include 2-methoxyethanol (common name methyl cellosolve), 2-ethoxyethanol (common name ethyl cellosolve), 2-propoxyethanol, 2-isopropoxyethanol, 2-butoxyethanol, and the like.
[0038]
Another raw material, M (OC2H5)4(OC2H4OR) is M (OC2H5)51 mole of (niobium (pentaethoxide) or tantalum (pentaethoxide))2-alkoxyethanolIt is obtained by reacting 1 mol in a solvent such as toluene for 1 to 10 hours, and then distilling off the produced ethanol and the solvent.
[0039]
The present invention also provides a compound oxide dielectric LiMO by chemical vapor deposition using the compound of the present invention.3A method for producing a thin film. Examples of those dielectrics include LiNbO.3LiTaO3And oxides containing these as main components.
An oxide having a stoichiometric ratio of M / Li = 1 can be easily produced by decomposing or oxidizing the compound of the present invention as a raw material in an oxidizing atmosphere at 300 to 800 ° C. The molecular structure of the compound of the present invention is considered to be similar to the complex oxide, and the complex oxide is likely to be crystallized at a lower temperature.
The oxide thin film can be produced by the sol-gel method or the MOD method using the compound of the present invention, but the most effective method is the CVD method.
[0040]
As a supply method of the compound of the present invention in the CVD method,
(1) Keep the compound of the present invention at 150 to 250 ° C. and entrain the vapor by bubbling a carrier gas.
(2) The compound of the present invention is dissolved in an organic solvent such as THF, hexane, octane, butyl acetate to form a solution, passed through a liquid mass flow controller, and vaporized with a vaporizer. This compound has high solubility in an organic solvent and can be easily formed into a solution.
[0041]
Although the compound of the present invention is not easily thermally dissociated, the film composition formed on the substrate is stoichiometrically ratioed so as to prevent thermal dissociation as much as possible until reaching the substrate heated by the CVD method. Can be.
In the CVD method, in addition to the thermal CVD method, an ECR-plasma CVD method, a laser CVD method, or the like can be used. Oxidizing gas is O2, N2O.
[0042]
[Example 1]
LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2Production of (lithium niobium (tetraethoxy) bis (2-methoxyethoxide))
A 300 ml three-necked flask (A) equipped with a reflux condenser, a thermometer, and a stir bar was vacuum-substituted to make an argon atmosphere, charged with 40 ml (0.51 mol) of 2-methoxyethanol dehydrated with Molecular Sieves 3A, and then lithium metal 0.55 g (0.079 mol) of a piece was charged. The reaction occurred in about 1 minute, and the metal piece disappeared. Subsequently, when unreacted raw material 2-methoxyethanol was distilled off at 100 ° C. under reduced pressure, a brown solid was obtained. This is Li (OC2H4OCH3) (Lithium (2-methoxyethoxide)). Next, 100 ml of toluene was placed in the flask and heated to 80 ° C. to obtain Li (OC2H4OCH3) Was dissolved.
[0043]
Next, a 300 ml three-necked flask (B) equipped with a reflux condenser, a thermometer, and a stir bar was vacuum-substituted to form an argon atmosphere, and 100 ml of toluene and Nb (OC2H5)525.0 g (0.079 mol) of (niobium pentaethoxide) and 6.0 g (0.079 mol) of 2-methoxyethanol were charged and heated under reflux for 1 hour. The liquid was light yellow and transparent. Next, this liquid was heated and most of ethanol and toluene were distilled off at 1 atm, and then all ethanol and toluene were distilled off at 100 ° C. under reduced pressure. The rest is a dark brown transparent viscous liquid, which is Nb (OC2H5)4(OC2H4OCH3) (Niobium (tetraethoxy) (2-methoxyethoxide)).
[0044]
Next, Li (OC) of the flask (A)2H4OCH3) Total amount of toluene solution is Nb (OC2H5)4(OC2H4OCH3The flask (B) was heated and refluxed for 6 hours. The condenser was removed, the solvent was distilled off under reduced pressure, and then distilled under a vacuum of 0.3 Torr. There was no distillate up to 160 ° C. The temperature was further raised to cut a small amount of the initial fraction, and 29 g of a pale yellow-orange transparent oily liquid of the main fraction was obtained at a distillation temperature of 180 to 190 ° C. As described above, the result of identifying this liquid is LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2(Lithium niobium (tetraethoxy) bis (2-methoxyethoxide)) (0.067 mol). The yield was 85%.
[0045]
[Comparative Example 1]
LiNb (OC2H5)5(OC2H4OCH3) (Lithium niobium (pentaethoxy) (2-methoxyethoxide))
A 300 ml three-necked flask equipped with a reflux condenser, a thermometer, and a stirrer was replaced with a vacuum to make an argon atmosphere, charged with 40 ml (0.51 mol) of 2-methoxyethanol dehydrated with Molecular Sieves 3A, 55 g (0.079 mol) was charged. The reaction occurred in about 1 minute, and the metal piece disappeared. Subsequently, when unreacted raw material 2-methoxyethanol was distilled off at 100 ° C. under reduced pressure, a brown solid was obtained. This is Li (OC2H4OCH3) (Lithium (2-methoxyethoxide)). Next, 100 ml of toluene was placed in the flask and heated to 80 ° C. to obtain Li (OC2H4OCH3) Was dissolved.
[0046]
The flask is then charged with Nb (OC2H5)525.0 g (0.079 mol) of (niobium pentaethoxide) was charged, and heated to reflux for 6 hours. The condenser was removed, the solvent was distilled off under reduced pressure, and then distilled under a vacuum of 0.3 Torr. There was no distillate up to 160 ° C. After further raising the temperature and cutting a small amount of the initial fraction, 25 g of a highly viscous liquid which is a pale yellow-orange transparent fraction of the main fraction at a distillation temperature of 190 to 205 ° C. was obtained. This liquid solidified after 2 days at room temperature.
As a result of elemental analysis, Li 1.73 wt%, Nb 24.8 wt% {LiNb (OC2H5)5(OC2H4OCH3) = LiNbC13H32O7Nb / Li = 1.07 with a formula weight of 400.24, calculated values of Li 1.73 wt%, Nb 23.21 wt%}, and this solid is LiNb (OC2H5)5(OC2H4OCH3).
In this way, LiM (OC2H5)5(OC2H4OR) can be distilled, but the association between the molecules is strong, the viscosity is very high, and the solid is solid, and it can be seen that it is not preferable as a raw material compound for the CVD method.
[0047]
[Example 2]
LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2(Production of lithium tantalum (tetraethoxy) bis (2-methoxyethoxide))
A 300 ml three-necked flask (A) equipped with a reflux condenser, a thermometer, and a stir bar was vacuum-substituted to form an argon atmosphere, charged with 40 ml (0.51 mol) of 2-methoxyethanol dehydrated with Molecular Sieves 3A, and then lithium metal 0.47 g (0.068 mol) of a piece was charged. The reaction occurred in about 1 minute, and the metal piece disappeared. Subsequently, when unreacted raw material 2-methoxyethanol was distilled off at 100 ° C. under reduced pressure, a brown solid was obtained. This is Li (OC2H4OCH3) (Lithium (2-methoxyethoxide)). Next, 100 ml of toluene was placed in the flask and heated to 80 ° C. to obtain Li (OC2H4OCH3) Was dissolved.
[0048]
Next, a 300 ml three-necked flask (B) equipped with a reflux condenser, a thermometer, and a stirrer was vacuum-substituted to form an argon atmosphere, and 100 ml of toluene and Ta (OC2H5)525.0 g (0.062 mol) of (tantalum pentaethoxide) and 4.7 g (0.062 mol) of 2-methoxyethanol were charged and heated under reflux for 1 hour. The liquid was almost colorless and transparent. Next, this liquid was heated and most of ethanol and toluene were distilled off at 1 atm, and then all ethanol and toluene were distilled off at 100 ° C. under reduced pressure. The rest is almost colorless and transparent viscous liquid, which is Ta (OC2H5)4(OC2H4OCH3) (Tantalum (tetraethoxy) (2-methoxyethoxide)).
[0049]
Next, Li (OC) of the flask (A)2H4OCH3) Toluene solution total amount Ta (OC2H5)4(OC2H4OCH3The flask (B) was heated and refluxed for 6 hours. The condenser was removed, the solvent was distilled off under reduced pressure, and then distilled under a vacuum of 0.3 Torr. There was no distillate up to 160 ° C. The temperature was further raised to cut a small amount of the initial fraction, and then 28 g of an almost colorless and transparent oily liquid having a distillation temperature of 190 to 195 ° C. was obtained. As a result of identifying this liquid as described later, LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2(Lithium tantalum (tetraethoxy) bis (2-mesoxyethoxide)) (0.054 mol). The yield was 88%.
[0050]
LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2Identification and physical properties of (lithium tantalum (tetraethoxy) bis (2-mesoxyethoxide))
(1) Composition analysis
Results of ICP emission spectroscopic analysis
Li 1.40 wt% Ta 35.2 wt%
(LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2= LiTac14H34O8(Formula amount 518.31, calculated value Li 1.34 wt%, Ta 34.91 wt%) From the analysis value, Ta / Li = 0.96, which was consistent with the stoichiometric ratio 1 within the analysis error.
The remaining organic content was subtracted 63.4 wt%, which was close to the calculated value of 63.75 wt%.
[0051]
(2) Impurity analysis
Results of ICP emission spectroscopic analysis
Mg2, Ca60, Na12, Fe2, (unit: ppm)
It was high purity.
[0052]
(3) Molecular weight
Measured by the freezing point depression method of benzene.
Sample 4.114 g benzene 30.0 g
ΔT = 0.819 ° C, 0.795 ° C, 0.757 ° C, average 0.790 ° C
Therefore, molecular weight = 889 degree of association 1.72
[0053]
(4) EI-MS
The measurement results are shown in FIG.
[0054]
[Figure 5]
[0055]
Molecular ion LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2 +There was no (m / z = 518). There was also no dimer molecular ion. The main m / z, intensity, and estimation of the ionic species are listed below.
m / z = 361 (14) Ta (OC2H5)4 +, 391 (26) Ta (OC2H5)4(OCH2)+443 (45) LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)+473 (100) LiTa (OC2H5)3(OC2H4OCH3)2 +, 503 (54) LiTa (OC2H5)2(OC2H4OCH3)3 +,
As a result, LiTa (OC2H5)3(OC2H4OCH3)2 +This is the compound LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2From (OC2H5) One group is released.
[0056]
(5)1H-NMR
The measurement results are shown in FIG.
[0057]
[Fig. 6]
[0058]
δH(Ppm) and (attribute) are listed below.
0.96 (?), 1.40 (-OCH2CH 3), 3.01 (?), 3.24 (?), 3.29 (-OCH2CH2OCH 3), 3.46 (-OCH2CH 2OCH3), 4.55 (-OCH 2CH3  , -OCH 2CH2OCH3)
[0059]
(6) FT-IR
The measurement results are shown in FIG.
[0060]
[Fig. 7]
[0061]
Spectral (cm-1)
2966, 2920, 2860, 2704, 1452, 1375, 1356, 1283, 1242, 1198, 1177, 1105, 1070, 1022, 964, 914, 841, 610, 548, 482
Low wavenumberReference numerals 610, 548, and 482 denote Ta-O and Li-O vibrations.
[0062]
(7) Vapor pressure
Estimated by distillation
0.3 Torr / 190 ° C
[0063]
(8) Properties and melting point
It was a light yellow transparent liquid at room temperature, and its melting point was 0 ° C. or lower.
[0064]
(9) Liquid density
1.45 g / cm3
[0065]
(10) Kinematic viscosity
Although it was about 100 cSt immediately after distillation, it was about 1000 cSt when left at room temperature.
[0066]
(11) TG-DTA
Figure 0003858138
The measurement results are shown in FIG.
The reason why the weight loss of about 3% is observed up to 200 ° C. is presumed to be that alcohol generated by hydrolysis reacts with moisture in the atmosphere while the sample is set in the measurement system.
[0067]
[Fig. 8]
[0068]
(12) Solubility
It is optionally soluble in toluene, hexane and THF.
[0069]
Of the above-mentioned, mainly composition analysis, EI-MS,1Judging comprehensively from 1 H-NMR and FT-IR, this compound is LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2Was identified.
[0070]
[Example 3]
LiNbO by CVD method3Thin film manufacturing
LiNb (OC) obtained in Example 1 was used in a raw material container of a low pressure thermal CVD system (total pressure: 10 Torr).2H5)4(OC2H4OCH3)220 g was charged, the container was kept at a constant temperature of 170 ° C., argon was introduced by bubbling at 30 sccm, and LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2The evaporated vapor was accompanied and sent to the pyrolysis furnace. This gas was mixed with 30 sccm of oxygen gas at the pyrolysis furnace inlet. In the pyrolysis furnace, the sapphire substrate was heated to 650 ° C., and a mixed gas was introduced onto the substrate to cause pyrolysis precipitation, thereby obtaining a thin film having a thickness of 200 nm on the substrate. As a result of XRD analysis of this crystal structure, LiNbO3Met.
[0071]
[Example 4]
LiTaO by CVD method3Thin film manufacturing
LiNb (OC used in Example 32H5)4(OC2H4OCH3)2Instead of LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2A thin film was obtained in the same manner as in Example 3 except that was used. As a result of XRD analysis of this crystal structure, LiTaO3Met.
[0072]
【The invention's effect】
The double alkoxide of niobium, tantalum and lithium represented by the formula I of the present invention is liquid at room temperature, hardly thermally dissociated, and has a vapor pressure of about 0.3 Torr at 190 ° C. Lithium niobate and lithium tantalate dielectric thin films can be easily manufactured. In addition, since a film having a stoichiometric composition is easy to produce, the industrial value is extremely high in terms of mass productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2It is a figure which shows the measurement result by EI-MS.
FIG. 2 shows LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2of1It is a figure which shows the measurement result by H-NMR.
FIG. 3 shows LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2It is a figure which shows the measurement result by FT-IR.
FIG. 4 shows LiNb (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2It is a figure which shows the measurement result by TG-DTA.
FIG. 5 shows LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2It is a figure which shows the measurement result by EI-MS.
FIG. 6 shows LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2of1It is a figure which shows the measurement result by H-NMR.
FIG. 7: LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2It is a figure which shows the measurement result by FT-IR.
FIG. 8 shows LiTa (OC2H5)4(OC2H4OCH3)2It is a figure which shows the measurement result by TG-DTA.

Claims (10)

LiM(OC(OCOR)・・・・・・式Iで表される化合物。
(式中、MはNb又はTaであり、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)。
LiM (OC 2 H 5 ) 4 (OC 2 H 4 OR) 2 ... Compound represented by formula I
(In the formula, M is Nb or Ta, and R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms).
RがCHである請求項1の化合物。The compound of claim 1 wherein R is CH 3 . Li(OCOR)とM(OC(OCOR)を反応させ、次いで、蒸留回収することよりなる請求項1の化合物の製法。The process for producing a compound according to claim 1, comprising reacting Li (OC 2 H 4 OR) and M (OC 2 H 5 ) 4 (OC 2 H 4 OR) and then recovering by distillation. Li(OCOCH)とM(OC(OCOCH)を反応させ、次いで、蒸留回収することよりなる請求項2の化合物の製法。The process for producing a compound according to claim 2, comprising reacting Li (OC 2 H 4 OCH 3 ) with M (OC 2 H 5 ) 4 (OC 2 H 4 OCH 3 ) and then recovering by distillation. 請求項1の化合物を用いることを特徴とする化学気相成長法による複合酸化物誘電体LiMO薄膜の製法。A method for producing a complex oxide dielectric LiMO 3 thin film by chemical vapor deposition, which comprises using the compound according to claim 1. 請求項2の化合物を用いることを特徴とする化学気相成長法による複合酸化物誘電体LiMO薄膜の製法。A method for producing a complex oxide dielectric LiMO 3 thin film by chemical vapor deposition, which comprises using the compound according to claim 2. LiNb(OC(OCOR)(式中Rは炭素数1〜4のアルキル基を表す)で表される化合物を用いることを特徴とする化学気相成長法によるLiNbO誘電体薄膜の製法。By a chemical vapor deposition method using a compound represented by LiNb (OC 2 H 5 ) 4 (OC 2 H 4 OR) 2 (wherein R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) Manufacturing method of LiNbO 3 dielectric thin film. LiNb(OC(OCOCHを用いることを特徴とする化学気相成長法によるLiNbO誘電体薄膜の製法。A method for producing a LiNbO 3 dielectric thin film by chemical vapor deposition, characterized by using LiNb (OC 2 H 5 ) 4 (OC 2 H 4 OCH 3 ) 2 . LiTa(OC(OCOR)(式中Rは炭素数1〜4のアルキル基を表す)で表される化合物を用いることを特徴とする化学気相成長法によるLiTaO誘電体薄膜の製法。By a chemical vapor deposition method using a compound represented by LiTa (OC 2 H 5 ) 4 (OC 2 H 4 OR) 2 (wherein R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) Manufacturing method of LiTaO 3 dielectric thin film. LiTa(OC(OCOCHを用いることを特徴とする化学気相成長法によるLiTaO誘電体薄膜の製法。 LiTa (OC 2 H 5) 4 (OC 2 H 4 OCH 3) LiTaO 3 dielectric preparation of thin films by chemical vapor deposition method which comprises using a 2.
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