JP6335743B2 - Functional element, vanadium dioxide thin film manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、機能性酸化物薄膜の技術分野に係り、特に、相転移を示す二酸化バナジウム薄膜の製造方法に関する。 The present invention relates to the technical field of functional oxide thin films, and more particularly to a method for producing a vanadium dioxide thin film exhibiting a phase transition.
バナジウムには、例えば二酸化バナジウム(ＶＯ2)や、五酸化二バナジウム(Ｖ2Ｏ5)とが知られており、(Ｖ2Ｏ5とＶＯ2はそれぞれ約２８０℃と約６５℃を相転移温度にして相転移を発生させる。
相転移が起こると、電気的特性や光学的特性が急激に変化するので、色々な応用が考えられており、特に、相転移温度が常温に近く、半導体−金属転移が発生するＶＯ2が、スイッチング素子や記憶素子の材料として注目されている（特許文献１）。
Examples of vanadium include vanadium dioxide (VO 2 ) and divanadium pentoxide (V 2 O 5 ). (V 2 O 5 and VO 2 undergo phase transitions of about 280 ° C. and about 65 ° C., respectively. A phase transition occurs at temperature.
When the phase transition occurs, the electrical characteristics and optical characteristics change abruptly, so various applications are considered. In particular, VO 2 where the phase transition temperature is close to room temperature and the semiconductor-metal transition occurs is It attracts attention as a material for switching elements and memory elements (Patent Document 1).
半導体−金属転移については、相転移前後での抵抗値変化が発生し、その変化量が大きいほど、スイッチング素子や記憶素子の性能が向上することから、抵抗値変化が大きいＶＯ2薄膜が求められている。
ＺｎＯをバッファ層に用いることでＶＯ2の結晶性が向上することが報告されている。非特許文献１。
As for the semiconductor-metal transition, a resistance value change occurs before and after the phase transition, and the larger the change amount, the better the performance of the switching element and the memory element. Therefore, a VO 2 thin film having a large resistance value change is required. ing.
It has been reported that the crystallinity of VO 2 is improved by using ZnO for the buffer layer. Non-Patent
非特許文献１に開示された、図９(ａ)、(ｂ)は、バナジウム酸化物薄膜のＸ線回折解析図であり、同図(ａ)はＳｉＯ2薄膜上に成長させた場合を示しており、同図(ｂ)は、ＺｎＯ薄膜表面に成長させた場合を示している。
ルチル型のＶＯ2薄膜は、約４０°の所にピークがある。図９(ａ)、(ｂ)から、ＺｎＯ薄膜上では、ＶＯ2薄膜の成長が見られるが、ＳｉＯ2薄膜上では見られない。
FIGS. 9A and 9B disclosed in
The rutile VO 2 thin film has a peak at about 40 °. From FIGS. 9A and 9B, the growth of the VO 2 thin film is observed on the ZnO thin film, but not on the SiO 2 thin film.
このように、ＺｎＯ薄膜の表面にＶＯ2を成長させれば、結晶化したＶＯ2薄膜が得られるが、結晶化のためには５００℃以上の温度で成長させることが必要であり、ガラス基板や他の素子との集積化の為等により、低温でＶＯ2薄膜を成長させる技術が求められている。
本発明は、上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、低温で二酸化バナジウム薄膜を形成することができる技術を提供することにある。
As described above, when VO 2 is grown on the surface of the ZnO thin film, a crystallized VO 2 thin film can be obtained. However, for crystallization, it is necessary to grow at a temperature of 500 ° C. or higher. In addition, a technique for growing a VO 2 thin film at a low temperature is required for integration with other elements.
The present invention was created to solve the above-described problems of the prior art, and provides a technique capable of forming a vanadium dioxide thin film at a low temperature.
上記課題を解決するため本発明は、素子基板と、前記素子基板上に形成された窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜と、前記バッファ薄膜の表面に形成された二酸化バナジウム薄膜から成る機能性薄膜と、を有し、前記機能性薄膜が、金属相と絶縁相との間で相転移される機能性素子である。
本発明は、前記バッファ薄膜は、金属アルミニウムターゲットが、スパッタリングガスと窒素原子を有する窒化ガスとが含まれる真空雰囲気中でスパッタリングされ、５００℃以下の温度に昇温された前記素子基板の表面に形成された機能性素子である。
本発明は、前記機能性薄膜は、金属バナジウムターゲットが、スパッタリングガスと酸化性ガスとを含有する真空雰囲気中でスパッタリングされ、３７０℃以上５００℃未満の温度に昇温された前記素子基板上の前記バッファ薄膜の表面に形成された機能性素子である。
本発明は、前記素子基板の表面には二酸化ケイ素が露出し、前記バッファ薄膜は、前記二酸化ケイ素と接触された機能性素子である。
本発明は、素子基板の表面に窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜を形成するバッファ薄膜形成工程と、前記バッファ薄膜が形成された前記素子基板をスパッタリングガスと酸化性ガスとを含有する真空雰囲気中に配置し、前記素子基板を３７０℃以上５００℃未満の温度に昇温させ、金属バナジウムターゲットをスパッタリングして、前記バッファ薄膜の表面に、二酸化バナジウム薄膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程とを有する二酸化バナジウム薄膜製造方法である。
本発明は、前記バッファ薄膜形成工程は、金属アルミニウムターゲットを、スパッタリングガスと、窒素原子を有する窒化ガスとが含まれる真空雰囲気中で、前記素子基板を５００℃未満の温度に昇温させ、スパッタリングし、前記素子基板の表面に前記バッファ薄膜を形成する二酸化バナジウム薄膜製造方法である。
本発明は、前記素子基板には、ガラス基板が用いられる二酸化バナジウム薄膜製造方法である。
In order to solve the above problems, the present invention provides an element substrate, a buffer thin film made of an aluminum nitride thin film formed on the element substrate, a functional thin film made of a vanadium dioxide thin film formed on the surface of the buffer thin film, The functional thin film is a functional element that undergoes phase transition between a metal phase and an insulating phase.
In the present invention, the buffer thin film is formed on the surface of the element substrate heated to a temperature of 500 ° C. or less by sputtering a metal aluminum target in a vacuum atmosphere containing a sputtering gas and a nitriding gas containing nitrogen atoms. It is the formed functional element.
In the present invention, the functional thin film is formed on the element substrate in which a metal vanadium target is sputtered in a vacuum atmosphere containing a sputtering gas and an oxidizing gas and heated to a temperature of 370 ° C. or higher and lower than 500 ° C. It is a functional element formed on the surface of the buffer thin film.
In the present invention, silicon dioxide is exposed on the surface of the element substrate, and the buffer thin film is a functional element in contact with the silicon dioxide.
The present invention includes a buffer thin film forming step of forming a buffer thin film made of an aluminum nitride thin film on the surface of an element substrate, and the element substrate on which the buffer thin film is formed in a vacuum atmosphere containing a sputtering gas and an oxidizing gas. And manufacturing the vanadium dioxide thin film having an epitaxial growth process in which the element substrate is heated to a temperature of 370 ° C. or higher and lower than 500 ° C., a metal vanadium target is sputtered, and a vanadium dioxide thin film is epitaxially grown on the surface of the buffer thin film. Is the method.
According to the present invention, in the buffer thin film forming step, the element substrate is heated to a temperature of less than 500 ° C. in a vacuum atmosphere containing a metal aluminum target containing a sputtering gas and a nitriding gas containing nitrogen atoms. And a vanadium dioxide thin film manufacturing method in which the buffer thin film is formed on the surface of the element substrate.
The present invention is the vanadium dioxide thin film manufacturing method in which a glass substrate is used as the element substrate.
二酸化バナジウムは、相転移の前後での抵抗値変化が大きいので、電気的特性が良好な機能素子を得ることができる。
二酸化バナジウム薄膜を低温で形成できるので、二酸化バナジウム薄膜をガラス基板上に形成することができる。
Since vanadium dioxide has a large resistance value change before and after the phase transition, a functional element having good electrical characteristics can be obtained.
Since the vanadium dioxide thin film can be formed at a low temperature, the vanadium dioxide thin film can be formed on the glass substrate.
本発明の高機能性二酸化バナジウム薄膜の製造工程を説明する。
図１を参照し、同図(ａ)の符号２０は、素子基板である。ここでは、素子基板２０は、ガラス基板１０と、ガラス基板１０の表面に形成されたシリコン酸化膜から成る絶縁薄膜１１とで構成されている。
The manufacturing process of the highly functional vanadium dioxide thin film of this invention is demonstrated.
Referring to FIG. 1,
＜バッファ薄膜形成工程＞
この素子基板２０を、スパッタリング装置内に搬入する。
スパッタリング装置の内部は真空雰囲気にされており、金属アルミニウムのターゲットが配置されている。第一のスパッタリング装置の内部にスパッタリングガス(希ガス)と、化学構造中に窒素原子を有する窒化ガス(例えばN2ガス)とを導入し、素子基板２０を５００℃の温度(ここでは３７０℃)に昇温させ、金属アルミニウムターゲットをスパッタリングして、素子基板２０の絶縁薄膜１１の表面に、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)薄膜を形成する。図１(ｂ)の符号１３は、窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜を示している。このスパッタリングガスにはアルゴンガスを用い、窒化ガスにはＮ2ガスを用いた。
<Buffer thin film formation process>
This
The inside of the sputtering apparatus is in a vacuum atmosphere, and a metallic aluminum target is disposed. A sputtering gas (rare gas) and a nitriding gas (for example, N 2 gas) having a nitrogen atom in the chemical structure are introduced into the first sputtering apparatus, and the
＜エピタキシャル成長工程＞
次に、バッファ薄膜１３が形成された素子基板２０を、金属バナジウムのターゲットが配置された第二のスパッタリング装置の内部に搬入し、スパッタリングガスと酸化性ガスとを導入し、素子基板２０を３５０℃以上５００℃以下の温度範囲に昇温させながら、金属バナジウムターゲットをスパッタリングした。
<Epitaxial growth process>
Next, the
スパッタリングにより、ターゲットの表面から金属バナジウムやバナジウム酸化物がスパッタリング粒子となって飛び出し、素子基板２０のバッファ薄膜１３の表面に到達すると酸素ガスと反応し、バナジウム原子と酸素原子とが１：２の個数で規則的に並んで二酸化バナジウム薄膜がエピタキシャル成長し、バッファ薄膜１３の表面に二酸化バナジウム薄膜が形成される。
同図(ｃ)の符号１５は、その二酸化バナジウム薄膜を示している。
By sputtering, metal vanadium or vanadium oxide jumps out as sputtering particles from the surface of the target, and when it reaches the surface of the buffer
素子基板２０が３５０℃未満、又は、５００℃を超える温度では二酸化バナジウムのエピタキシャル成長膜は形成されないが、５００℃以下３５０℃以上の温度範囲内であれば、二酸化バナジウムの結晶成長膜は形成される。
スパッタリングガスはアルゴンガス、酸化性ガスは酸素ガス(Ｏ2ガス)を用いることができる。
When the
Argon gas can be used as the sputtering gas, and oxygen gas (O 2 gas) can be used as the oxidizing gas.
＜エッチング工程＞
次に、二酸化バナジウム薄膜１５を部分的にエッチングし、図１(ｄ)に示すように、残った二酸化バナジウム薄膜から成る機能性薄膜１６を形成する。
<Etching process>
Next, the vanadium dioxide
＜電極形成工程＞
次に、同図(ｅ)に示すように、素子基板２０の機能性薄膜１６が形成された側の表面に、機能性薄膜１６と接触する金属薄膜(ここではニッケル薄膜)から成る内部電極膜１８を形成する。
<Electrode formation process>
Next, as shown in FIG. 4E, an internal electrode film made of a metal thin film (here, a nickel thin film) in contact with the functional
次に、内部電極膜１８をパターニングし、同図(ｆ)に示すように、互いに分離され、それぞれ底面で機能性薄膜１６の表面と接触した第一、第二の内部電極１９1，１９2を形成する。第一、第二の内部電極１９1，１９2は、機能性薄膜１６によって互いに電気的に接続されている。
Next, the
次に、第一、第二の内部電極１９1，１９2が位置する表面に、同図(ｇ)に示すように、金属薄膜(ここでは白金薄膜)から成る外部電極膜２１を形成し、外部電極膜２１をパターニングして、同図(ｈ)に示すように、第一、第二の外部電極２２1，２２2を形成する。第一、第二の外部電極２２1、２２2は互いに分離されており、第一の外部電極２２1は第一の内部電極１９1に接触し、第二の外部電極２２2は第二の内部電極１９2に接触しており、第一、第二の外部電極２２1，２２2の間に電圧を印加すると、第一、第二の内部電極１９1，１９2を介して機能性薄膜１６に電圧が印加され、機能性薄膜１６に電流が流れる。
Next, an
酸化バナジウムは、金属相の状態と、絶縁相の状態とを取り得る性質を有しており、絶縁相の機能性薄膜１６に第一のパルス電圧を印加すると金属相に相転移して抵抗値が小さくなり、金属相の機能性薄膜１６に、第一の電圧よりも低電圧である第二の電圧のパルス電圧を印加すると絶縁相に相転移して抵抗値が大きくなる。
Vanadium oxide has a property capable of taking a metal phase state and an insulating phase state. When a first pulse voltage is applied to the functional
従って、この特性によって情報を記憶する記憶素子である機能性素子２７が得られる。
上記の機能性素子２７が有する電気的特性は、第一、第二の外部電極２２1，２２2の間の印加電圧が大きくなると、抵抗値が小さくなって電流を流せるようになることから、サーミスタである機能性素子としても用いることができる。
Therefore, the
The electrical characteristic of the
また、上記製造工程では、ガラス基板１０の表面に絶縁薄膜１１を形成して素子基板２０として用いたが、ガラス基板１０を素子基板２０とし、上記温度範囲で、素子基板２０の表面の窒化アルミニウム薄膜と、窒化アルミニウム薄膜の表面の二酸化バナジウム薄膜とを形成してもよい。
In the manufacturing process, the insulating
また、Ｓｉ単結晶や他の半導体結晶から成る半導体基板の表面にシリコン酸化膜等の絶縁薄膜１１を形成して素子基板２０とし、上記温度範囲で、絶縁薄膜１１の表面上の窒化アルミニウム薄膜と、窒化アルミニウム薄膜の表面上の二酸化バナジウム薄膜とを形成してもよい。また、半導体基板を素子基板２０として用い、上記温度範囲で、素子基板２０である半導体基板の表面上の窒化アルミニウム薄膜と、その窒化アルミニウム薄膜の表面上の二酸化バナジウム薄膜とを形成してもよい。
In addition, an insulating
また、図２に示すように、素子基板２０の表面上に窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜１３を形成し、バッファ薄膜１３の表面に二酸化バナジウム薄膜から成る機能性薄膜１６を形成し、ソース電極２３1とドレイン電極２３2とを、機能性薄膜１６と接触して配置し、ソース電極２３1上と、ドレイン電極２３2上と、ソース電極２３1とドレイン電極２３2との間に露出する機能性薄膜１６上との間に亘ってゲート絶縁膜２５とゲート電極２６とをこの順序で積層させ、トランジスタである機能性素子２８を構成させてもよい。この機能性素子２８については、ゲート電極２６に印加する電圧によって、機能性薄膜１６に相転移を発生させ、ソース電極２３1とドレイン電極２３2との間の抵抗値を変化させることが期待されている。
Further, as shown in FIG. 2, a buffer
バッファ薄膜形成工程において、膜厚３０ｎｍの窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜１３を二酸化シリコン薄膜から成る絶縁薄膜１１上に形成し、エピタキシャル成長工程に於いて、素子基板２０を３５０℃以上５００℃以下の温度に昇温させ、バッファ薄膜１３上に、膜厚７０ｎｍの二酸化バナジウム薄膜をエピタキシャル成長させて実施例サンプルを得た。
In the buffer thin film forming step, a buffer
他方、エピタキシャル成長工程に於いて、二酸化シリコン薄膜をバッファ薄膜とし、バッファ薄膜上に、膜厚７０ｎｍの二酸化バナジウム薄膜を形成し、比較例サンプルを得た。 On the other hand, in the epitaxial growth process, a silicon dioxide thin film was used as a buffer thin film, and a vanadium dioxide thin film with a film thickness of 70 nm was formed on the buffer thin film to obtain a comparative sample.
図３(ａ)、(ｂ)は、二酸化バナジウム薄膜のＸ線回折解析の測定結果であり、比較例サンプルの測定結果を図３(ａ)に示し、実施例サンプルの測定結果を同図(ｂ)に示す。エピタキシャル成長工程では、どちらも素子基板は５００℃に昇温されている。 3 (a) and 3 (b) show the measurement results of the X-ray diffraction analysis of the vanadium dioxide thin film, the measurement results of the comparative sample are shown in FIG. 3 (a), and the measurement results of the example sample are shown in FIG. Shown in b). In the epitaxial growth process, the element substrate is heated to 500 ° C. in both cases.
同図(ａ)のピークの位置から、比較例サンプルでは、表面が(０１１)面のアナターゼ型の二酸化バナジウム薄膜が形成されていることが分かり、同図(ｂ)のピークの位置から、実施例サンプルでは、表面は（０２０）面になっており、ルチル型の結晶が成長していることが分かる。
ピーク強度は、比較例サンプルでは６２ｃｐｓ、実施例サンプルでは８０８ｃｐｓであるから、実施例サンプルのピークは比較例サンプルのピークの約１３倍になっている。
From the peak position in FIG. 10A, it can be seen that in the comparative sample, an anatase-type vanadium dioxide thin film having a (011) surface is formed, and from the peak position in FIG. In the example sample, the surface is a (020) plane, and it can be seen that a rutile crystal has grown.
Since the peak intensity is 62 cps for the comparative sample and 808 cps for the example sample, the peak of the example sample is about 13 times the peak of the comparative example sample.
次に、成膜温度、スパッタリング電力、膜厚を変え、二酸化ケイ素薄膜の表面上に二酸化バナジウム薄膜を成長させ、Ｘ線回折解析を行った。 Next, the film forming temperature, the sputtering power, and the film thickness were changed, and a vanadium dioxide thin film was grown on the surface of the silicon dioxide thin film, and X-ray diffraction analysis was performed.
図４(ａ)は、成膜温度を２００℃、３５０℃、５００℃にしたときの測定結果であり、同図(ｂ)は、スパッタリング電力を７５０Ｗ、１２００Ｗ、１５００Ｗにしたときの測定結果であり、同図(ｃ)は、膜厚を１２５ｎｍ、２３５ｎｍ、４６０ｎｍにしたときの測定結果である。 FIG. 4 (a) shows the measurement results when the film formation temperatures are 200 ° C., 350 ° C., and 500 ° C., and FIG. 4 (b) shows the measurement results when the sputtering power is 750 W, 1200 W, and 1500 W. FIG. 6C shows the measurement results when the film thickness is 125 nm, 235 nm, and 460 nm.
これら図４(ａ)〜(ｃ)の測定結果のグラフでは、いずれも(０２０)の二酸化バナジウム薄膜のピーク強度は小さく、成膜温度、スパッタリング電力、及び膜厚を変化させても、二酸化ケイ素薄膜上では、良好な結晶性を示す二酸化バナジウム薄膜は得られないことが分かる。
実施例サンプルの二酸化バナジウム薄膜は、７０ｎｍの膜厚で、比較例の膜厚４６０ｎｍの二酸化バナジウム薄膜よりも良好な結晶性が得られていることが分かる。
In the graphs of the measurement results in FIGS. 4 (a) to 4 (c), the peak intensity of the vanadium dioxide thin film (020) is small, and even if the film forming temperature, sputtering power, and film thickness are changed, silicon dioxide is obtained. It turns out that the vanadium dioxide thin film which shows favorable crystallinity cannot be obtained on a thin film.
It can be seen that the vanadium dioxide thin film of the example sample has a film thickness of 70 nm, and better crystallinity is obtained than the vanadium dioxide thin film of the comparative example having a film thickness of 460 nm.
次に、図５(ａ)、(ｂ)は、二酸化バナジウム薄膜の温度−抵抗値の関係を示すグラフであり、同図(ａ)は、比較例サンプルの測定結果、同図(ｂ)は、実施例サンプルの測定結果である。比較例サンプルと実施例サンプルのうち、どちらの二酸化バナジウム薄膜も膜厚７０ｎｍ、成膜温度は５００℃、スパッタリング電力は７５０Ｗであり、スパッタリングで形成する際の真空雰囲気中の酸素ガス含有率は１３．９％である。 Next, FIGS. 5A and 5B are graphs showing the relationship between the temperature and the resistance value of the vanadium dioxide thin film. FIG. 5A shows the measurement results of the comparative sample, and FIG. It is a measurement result of an Example sample. Of the comparative sample and the example sample, both vanadium dioxide thin films have a film thickness of 70 nm, the film formation temperature is 500 ° C., the sputtering power is 750 W, and the oxygen gas content in the vacuum atmosphere when forming by sputtering is 13 .9%.
図５(ａ)、(ｂ)では、昇温するときの曲線と、降温するときの曲線とは一致しておらず、ヒステリシス曲線が形成されているが、実施例サンプルのグラフでは温度幅が６℃であるのに対し、比較例サンプルのグラフでは温度幅が１６℃であり、本発明の実施例の方がヒステリシス幅が小さくなっている。 In FIGS. 5 (a) and 5 (b), the curve when the temperature is raised and the curve when the temperature is lowered do not coincide with each other and a hysteresis curve is formed. Whereas it is 6 ° C., the graph of the comparative example sample has a temperature width of 16 ° C., and the hysteresis width is smaller in the example of the present invention.
また、 図５(ａ)、(ｂ)では、低温側では絶縁相が見られ、高温側では金属相が見られており、６０℃以上９０℃以下の温度範囲中に相転移が生じる温度があり、比較例サンプルでは、図５(ａ)から、３．８３×１０3Ω以上２．６２×１０6以下の抵抗変化(１：１４６０)が生じており、実施例サンプルでは、同図(ｂ)から、２．６６×１０2Ω以上１．６１×１０6以下の抵抗変化(１：６０４２)が生じている。 5 (a) and 5 (b), an insulating phase is seen on the low temperature side and a metal phase is seen on the high temperature side, and the temperature at which the phase transition occurs in the temperature range of 60 ° C. to 90 ° C. In the sample of the comparative example, a resistance change (1: 1460) of 3.83 × 10 3 Ω to 2.62 × 10 6 occurs from FIG. 5A. From b), a resistance change (1: 6042) of 2.66 × 10 2 Ω to 1.61 × 10 6 is generated.
絶縁相と金属相との間の抵抗値の相違量は、実施例サンプルの方が大きくなっており、本発明の相転移による抵抗値変化は、２０℃以上１００℃以下の温度範囲内で３桁半の大きさがある。 The amount of difference in resistance value between the insulating phase and the metal phase is larger in the example sample, and the change in the resistance value due to the phase transition of the present invention is 3 within a temperature range of 20 ° C. or more and 100 ° C. or less. It is half the size.
二酸化バナジウム薄膜の均一性を比較するため、比較例サンプルと実施例サンプルのバナジウム薄膜の異なる位置のＸ線回折解析の測定結果を、比較例サンプルを図６(ａ)に示し、実施例サンプルを同図(ｂ)に示す。 In order to compare the uniformity of the vanadium dioxide thin film, the measurement results of the X-ray diffraction analysis at different positions of the vanadium thin film of the comparative example sample and the example sample are shown in FIG. This is shown in FIG.
ここでは、基板表面に二酸化ケイ素薄膜が形成された素子基板を用い、中心から、０ｍｍ、４５ｍｍ、９０ｍｍの位置で測定した。二酸化バナジウム薄膜の膜厚は７０ｎｍ、スパッタリングの際の投入電力は７５０Ｗ、スパッタリングの際の真空雰囲気中に含有される酸素ガスは、１３．９％の含有率、成膜温度は５００℃である。 Here, an element substrate having a silicon dioxide thin film formed on the substrate surface was used, and measurement was performed at positions of 0 mm, 45 mm, and 90 mm from the center. The film thickness of the vanadium dioxide thin film is 70 nm, the input power during sputtering is 750 W, the oxygen gas contained in the vacuum atmosphere during sputtering is 13.9%, and the film formation temperature is 500 ° C.
図６(ａ)、(ｂ)を比較すると、実施例(図６(ｂ))では、各位置に於いて測定強度が等しい(０２０)の二酸化バナジウム薄膜が得られており、均一性を確認することができるが、比較例(図６(ａ))では(０２０)の二酸化バナジウム薄膜は得られていない。 Comparing FIGS. 6A and 6B, in the example (FIG. 6B), the vanadium dioxide thin film having the same measured intensity (020) was obtained at each position, and the uniformity was confirmed. However, in the comparative example (FIG. 6A), the vanadium dioxide thin film of (020) was not obtained.
次に、膜厚３０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍの窒化アルミニウム薄膜表面に、上記エピタキシャル成長工程によって二酸化バナジウム薄膜を形成し、中心から、０ｍｍ、４５ｍｍ、９０ｍｍの位置でＸ線回折解析測定を行った。
測定結果を、図７(ａ)〜(ｃ)に示す。
Next, a vanadium dioxide thin film was formed on the surface of an aluminum nitride thin film having a thickness of 30 nm, 60 nm, and 100 nm by the above epitaxial growth process, and X-ray diffraction analysis measurement was performed at 0 mm, 45 mm, and 90 mm from the center.
The measurement results are shown in FIGS.
各場所に於いて、半値幅は、２．９°〜３．０°であり、バッファ薄膜１３に窒化アルミニウムを採用した場合、その膜厚値は３０ｎｍ以上であれば、エピタキシャル成長された二酸化バナジウム薄膜を得ることができる。
At each location, the half-value width is 2.9 ° to 3.0 °, and when aluminum nitride is used for the buffer
図８は、比較例サンプルと実施例サンプルを昇温させたときの、抵抗値の変化を示すグラフである。窒化アルミニウム薄膜の成膜温度は３７０℃、膜厚は３０ｎｍであり、二酸化バナジウム薄膜の成膜温度は３５０℃、膜厚７０ｎｍである。 FIG. 8 is a graph showing a change in resistance value when the temperature of the comparative example sample and the example sample is increased. The film forming temperature of the aluminum nitride thin film is 370 ° C. and the film thickness is 30 nm, and the film forming temperature of the vanadium dioxide thin film is 350 ° C. and the film thickness is 70 nm.
二酸化ケイ素薄膜をバッファ薄膜とした比較例サンプルの二酸化バナジウム薄膜では、抵抗変化が得られず、結晶性の膜が得られていないことが分かる。 In the vanadium dioxide thin film of the comparative example using the silicon dioxide thin film as the buffer thin film, it can be seen that the resistance change is not obtained and the crystalline film is not obtained.
窒化アルミニウム薄膜をバッファ薄膜とした実施例サンプルでは、３５０℃という低温で結晶性のよい二酸化バナジウム薄膜が得られており、バッファ薄膜形成長工程の開始からエピタキシャル成長工程の終了までの間、素子基板は３７０℃以下の温度に維持することができる。 In an example sample in which an aluminum nitride thin film is used as a buffer thin film, a vanadium dioxide thin film having good crystallinity at a low temperature of 350 ° C. is obtained. From the start of the buffer thin film formation length process to the end of the epitaxial growth process, the element substrate is It can be maintained at a temperature of 370 ° C. or lower.
なお、ガラス基板１０に替え、半導体基板の表面に窒化アルミニウム薄膜を形成し、その表面に二酸化バナジウム薄膜をエピタキシャル成長させてもよい。
Instead of the
２０……素子基板
１３……バッファ薄膜
１６……機能性薄膜
２７、２８……機能性素子
20...
Claims (7)
前記素子基板上に形成された窒化アルミニウム薄膜から成るバッファ薄膜と、
前記バッファ薄膜の表面に形成された二酸化バナジウム薄膜から成る機能性薄膜と、
を有し、前記機能性薄膜が、金属相と絶縁相との間で相転移される機能性素子。 An element substrate;
A buffer thin film made of an aluminum nitride thin film formed on the element substrate;
A functional thin film comprising a vanadium dioxide thin film formed on the surface of the buffer thin film;
And a functional element in which the functional thin film undergoes a phase transition between a metal phase and an insulating phase.
前記バッファ薄膜が形成された前記素子基板をスパッタリングガスと酸化性ガスとを含有する真空雰囲気中に配置し、前記素子基板を３７０℃以上５００℃未満の温度に昇温させ、金属バナジウムターゲットをスパッタリングして、前記バッファ薄膜の表面に、二酸化バナジウム薄膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程とを有する二酸化バナジウム薄膜製造方法。 A buffer thin film forming step of forming a buffer thin film made of an aluminum nitride thin film on the surface of the element substrate;
The element substrate on which the buffer thin film is formed is placed in a vacuum atmosphere containing a sputtering gas and an oxidizing gas, the element substrate is heated to a temperature of 370 ° C. or higher and lower than 500 ° C., and a metal vanadium target is sputtered. And the vanadium dioxide thin film manufacturing method which has an epitaxial growth process of epitaxially growing a vanadium dioxide thin film on the surface of the said buffer thin film.
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