JPH05281500A - 強誘電体薄膜 - Google Patents

強誘電体薄膜

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JPH05281500A
JPH05281500A JP11218792A JP11218792A JPH05281500A JP H05281500 A JPH05281500 A JP H05281500A JP 11218792 A JP11218792 A JP 11218792A JP 11218792 A JP11218792 A JP 11218792A JP H05281500 A JPH05281500 A JP H05281500A
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JP
Japan
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thin film
ferroelectric thin
substrate
film
grain
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Pending
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JP11218792A
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English (en)
Inventor
Sachiko Kimura
祥子 木村
Zenichi Akiyama
善一 秋山
Itaru Fujimura
格 藤村
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】単結晶と類似の圧電性、焦電性、電気光学効
果、フォトリフラクティブ効果等の諸特性を有する多結
晶薄膜を提供すること。 【構成】 基板上に形成され、平均グレインサイズが1
00Å以上の多結晶の配向膜からなることを特徴とする
強誘電体薄膜。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導波路、シャッター、
スイッチ、メモリ、ディスプレー、空間変調素子、SH
G素子等に用いる強誘電体薄膜に関する。
【0002】
【従来の技術】強誘電体材料は、古くから圧電性、焦電
性、電気光学効果、フォトリフラクティブ効果等の諸特
性を有することから注目されている。これらの諸特性を
得るには試料全体の巨視的対称性が対称中心を持たない
ことが条件である。強誘電体材料の場合、試料が微結晶
の集合体すなわち等方的であっても、電界を印加して分
極することにより試料全体の対称性がなくなり、単結晶
と類似の効果が得られる。しかしながら、高い効率でこ
れらの諸特性を得るには試料は単結晶であることが好ま
しい。特に光学的な応用を考えると、バルクの焼結体で
は光の散乱や吸収の原因となるグレインバウンダリーや
空孔(クラック、ポア)が存在するため、一部の応用を
除いて単結晶が多く用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、単結晶は材
料によっては作製が困難であり、また従来入手可能なも
のも大変高価なものであるという問題点があった。
【0004】本発明は上記の点を解決しようとするもの
で、その目的は光が結晶中を通過する際、前記結晶中に
存在する析出物や空孔、結晶粒界、粒界層、分域壁、双
晶境界による光の散乱が問題にならず、かつ圧電性、焦
電性、電気光学効果、フォトリフラクティブ効果等の諸
特性が高い効率で得られる多結晶の強誘電性薄膜を提供
することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
目的を達成するために、Sol−Gel法を用いて、空
孔が少なく、配向性をもち、かつ結晶のグレインサイズ
(結晶子がいくつか集まって形成している粒界の大き
さ)が光の波長に対して十分小さい多結晶強誘電体薄膜
を基板上に製造する。
【0006】すなわち、本発明は基板上に形成した強誘
電体薄膜において、前記強誘電体薄膜が100Å以上の
平均グレインサイズをもつ多結晶の配向膜からなること
を特徴とする。
【0007】また、請求項2に係る発明は前記強誘電体
薄膜が屈折率異方性を有する多結晶配向膜からなること
を特徴とする。
【0008】また、請求項3に係る発明は前記基板が前
記強誘電体薄膜の屈折率より大きな屈折率を有する材料
からなることを特徴とする。
【0009】また、請求項4に係る発明は前記強誘電体
薄膜が金属酸化物薄膜からなることを特徴とする。
【0010】また、請求項5に係る発明は前記強誘電体
薄膜がC面配向LiNbO3 からなり前記基板がC面サ
ファイヤからなることを特徴とする。
【0011】また、請求項6に係る発明は前記強誘電体
薄膜が、Sol−Gel法により製造した多結晶配向膜
からなることを特徴とする。
【0012】本発明の第一の特徴は、基板上に形成され
た多結晶強誘電体薄膜が配向性を有し、かつ結晶のグレ
インサイズが100Å以上であることである。結晶中に
入射した光は結晶内を通過する際にさまざまな要因、例
えば析出物や空孔、結晶粒界、粒界層、分域壁、双晶境
界などにより吸収、散乱される。光学軸のそろった高配
向性の強誘電体薄膜を作製してもこれらの要因が大きけ
れば光学材料として使用できない。Sol−Gel法に
より、空孔が少なく、かつグレインサイズが光の波長に
対して十分小さいために結晶粒界、粒界層、分域壁、双
晶境界の存在が問題とならず、単結晶に近い光学異方性
を有する薄膜を作製した。
【0013】一方、グレインサイズが小さすぎる(10
0Å未満)材料は、X線回折で高い結晶性や配向性を示
しても強誘電性は十分に発現できず、素子としては使え
ない。光の散乱や吸収が問題とならず、かつ強誘電性が
発現するに十分なグレインサイズの範囲を見出した。本
発明の目的には結晶のグレインサイズは2000Å以下
が好ましい。本発明で扱うグレインとは結晶子がいくつ
か集まって形成している粒界である。
【0014】本発明で用いられる光学材料は一般に特定
されないが、Sol−Gel法により作製可能な金属酸
化物薄膜であれば好ましい。金属酸化物薄膜としては、
例えば、LiNbO3 ,KNbO3 ,BaTiO3 ,L
iTaO3 などが挙げられる。
【0015】薄膜の結晶性、配向性は基板の結晶性に大
きく影響されるため、配向膜を得るには適当な組み合わ
せの基板を選ぶと良い。例えばC軸配向LiNbO3
C面サファイヤ基板上で、(012)面配向LiNbO
3 はR面サファイヤ基板上で、(110)面配向LiN
bO3 はA面サファイヤ基板上でそれぞれ良好な膜が得
られる。
【0016】上記したSol−Gel法とは、一般に
は、金属アルコキシド等の金属有機化合物を溶液系で加
水分解、重縮合させて金属−酸素−金属結合を成長さ
せ、最終的に焼結することにより完成させる無機酸化物
の作製方法である。Sol−Gel法の特徴は低基板温
度で均一な膜が得られることである。さらに溶液から製
膜するため基板との密着性に優れている。特に本発明で
は反応を制御することにより空孔が少なく、単結晶に極
く近い光学異方性を有する薄膜を作製することができ
る。
【0017】具体的には基板上に金属有機化合物を含む
溶液を塗布し、乾燥したあと焼結を行う。用いられる金
属有機化合物としては、無機酸化物を構成する金属のメ
トキシド、エトキシド、プロポキシド、ブトキシド等の
アルコキシドやアセテート化合物等があげられる。硝酸
塩、しゅう酸塩、過塩素酸塩、等の無機塩でも良い。
【0018】これら化合物から無機酸化物を作製するに
は加水分解および重縮合反応を進める必要があるため、
塗布溶液中には水の添加が必要となる。添加量は系によ
り異なるが多すぎると反応が速く進むため得られる膜質
が不均一となり易く、また反応速度の制御が難しい。水
の添加量が少なすぎても反応のコントロールが難しく、
適量がある。
【0019】さらに、加水分解の加速触媒や金属原子に
配位するキレート剤を添加して反応速度及び反応形態の
制御ができる。加速触媒としては一般の酸および塩基が
用いられる。触媒の種類により膜質が大きく影響され
る。また、キレート剤としては、アセチルアセトン、エ
チルアセトアセテート、ジエチルマロネート等があげら
れる。
【0020】溶媒としては、上記材料が沈澱しないも
の、すなわち相溶性に優れたものが望ましい。溶液濃度
は塗布方法にもよるが、スピンコート法の場合、溶液粘
度が数cP〜数十cPとなるように調整すると良い。コ
ーティングした膜は焼結することにより有機物の脱離及
び結晶化が促進される。
【0021】焼結温度は材料により異なるが、通常の金
属酸化物粉末の焼成にかかる温度より低温で作製でき
る。デバイス構成によっては高温で反応または組成変
化、構成変化するものが多いため、本方法を用いること
により使用可能性がひろがる。
【0022】
【作用】強誘電体薄膜として多結晶薄膜を用いることが
可能となり、その結果どのような材料であっても薄膜を
製造することができる。また、前記多結晶薄膜の平均グ
レインサイズが光の波長に対して十分小さいので、結晶
中に入射した光が吸収、散乱されることのない強誘電体
薄膜とすることができる。強誘電体薄膜が屈折率異方性
を有していることにより光学的に単結晶に近い性質をも
つ薄膜を製造することができる。基板の材料として、屈
折率が強誘電体薄膜の屈折率より大きなものを用いると
道波路として光を伝搬することができる。強誘電体薄膜
材料として金属酸化物(LiNbO3 ,KNbO3 ,B
aTiO3 ,LiTiO3 など)を用いる場合、薄膜は
Sol−Gel法を用いて製造することができる。基板
をC面サファイヤにすることにより、良好な結晶性、配
向性を持つC軸配向LiNbO3 の強誘電体薄膜を製造
することができる。
【0023】
【実施例】次に実施例を挙げてさらに詳細に本発明を説
明する。 実施例1 Sol−Gel法により以下の手順で塗布液を調製し
た。2−メトキシエタノール中で還流してアルコール交
換反応により作製したLiOC2 4 OCH3 とNb
(OC2 4 OCH3 5 をLi/Nb=1/1となる
ように2−メトキシエタノール中に溶解した。ここに水
0.05mol/lとNH4 OH0.1mol/lを添
加し、60℃で反応させたものを塗布液とした。次に、
上記手順で調製した塗布液をC面サファイヤ単結晶基板
上にスピンコート法を用いて塗布し、前記塗布後の基板
を酸素雰囲気下10℃/minで昇温して400℃で3
0分アニールした。ここまでの工程を4回繰り返して膜
厚を約2000Åに調製した。その後さらに650℃ま
で同様に昇温して1時間焼結した。得られたLN膜は高
い結晶性を有し(図1)、またC軸に配向していた。ま
たロッキングカーブ法により測定したLN(006)回
折ピークの半値巾は2.70°である。さらに膜の表面
性をSEMで観測したところ、平均のグレインサイズは
520Åであった。また、前記LN膜の屈折率は、常光
に対する屈折率をno 、異常光に対する屈折率ne とす
るとno =1.878、ne =1.956、複屈折0.
078が得られた。
【0024】実施例2 Sol−Gel法により以下の手順で塗布液を調製し
た。2−メトキシエタノール中で還流してアルコール交
換反応により作製したLiOC2 4 OCH3 とNb
(OC2 4 OCH3 5 をLi/Nb=1/1となる
ように2−メトキシエタノール中に溶解した。ここに水
0.05mol/lとNH4 OH0.1mol/lを添
加し、150℃で反応させたものを塗布液とした。次
に、上記手順で調製した塗布液をC面サファイヤ単結晶
基板上にスピンコート法を用いて塗布し、前記塗布後の
基板を酸素雰囲気下10℃/minで昇温して400℃
で30分アニールした。ここまでの工程を4回繰り返し
て膜厚を約2000Åに調製した。その後さらに600
℃まで同様に昇温して1時間焼結した。得られたLN膜
は実施例1と同様高い結晶性を有し(図1)、またC軸
に配向していた。また、ロッキングカーブ法により測定
したLN(006)回折ピークの半値巾は2.91°で
あった。さらに膜の表面性をSEMで観測したところ、
平均のグレインサイズは470Åであった。また、前記
LN膜の屈折率は、no=1.884、ne =1.94
1、複屈折0.057が得られた。
【0025】比較例1 実施例2と同様にして塗布液を作製した。C面サファイ
ヤ単結晶基板上に塗布液を用いてスピンコート法により
製膜し、これを酸素雰囲気下10℃/minで昇温して
400℃で30分アニールした。ここまでの工程を4回
繰り返して膜厚を約2000Åに調製した。この後さら
に500℃まで同様に昇温して1時間焼結した。得られ
たLN膜は高い結晶性を有し、C軸に配向していた。ロ
ッキングカーブ法により測定したLN(006)回折ピ
ークの半値巾は3.13°であった。膜の表面性をSE
Mで観察したところグレインは100Å未満であった。
また、LN膜の屈折率は、no =1.954、ne
1.992、複屈折0.038と低いものであった。
【0026】
【発明の効果】本発明に係る多結晶強誘電性薄膜におい
ては、光が薄膜内を通過する際前記薄膜中の析出物や空
孔、結晶粒界、粒界層、分域壁、双晶境界による光の散
乱が問題にならず、しかも単結晶と類似の圧電性、焦電
性、電気光学効果、フォトリフラクティブ効果等の諸特
性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で得られたLN膜のX線回折パターンを
示すグラフである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成した強誘電体薄膜におい
    て、前記強誘電体薄膜が100Å以上の平均グレインサ
    イズをもつ多結晶配向膜からなることを特徴とする強誘
    電体薄膜。
  2. 【請求項2】 前記強誘電体薄膜が屈折率異方性を有す
    る多結晶配向膜からなることを特徴とする請求項1記載
    の強誘電体薄膜。
  3. 【請求項3】 前記基板が前記強誘電体薄膜の屈折率よ
    り大きな屈折率を有する材料からなることを特徴とする
    請求項1または2記載の強誘電体薄膜。
  4. 【請求項4】 前記強誘電体薄膜が金属酸化物薄膜から
    なることを特徴とする請求項1または2記載の強誘電体
    薄膜。
  5. 【請求項5】 前記強誘電体薄膜がC面配向LiNbO
    3 からなり、前記基板がC面サファイヤからなることを
    特徴とする請求項4記載の強誘電体薄膜。
  6. 【請求項6】 前記強誘電体薄膜が、Sol−Gel法
    により製造した多結晶配向膜からなることを特徴とする
    請求項1〜5のいずれかに記載の強誘電体薄膜。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6599757B1 (en) 1998-10-14 2003-07-29 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing ferroelectric thin film device, ink jet recording head, and ink jet printer

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6599757B1 (en) 1998-10-14 2003-07-29 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing ferroelectric thin film device, ink jet recording head, and ink jet printer
US6730524B2 (en) 1998-10-14 2004-05-04 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing ferroelectric thin film device, ink jet recording head, and ink jet printer
US6767086B2 (en) 1998-10-14 2004-07-27 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing ferroelectric thin film device, ink jet recording head, and ink jet printer
US6767085B2 (en) 1998-10-14 2004-07-27 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing ferroelectric thin film device, ink jet recording head, and ink jet printer
US6880920B2 (en) 1998-10-14 2005-04-19 Seiko Epson Corporation Electromechanical transducer with an adhesive layer and an anti-diffusion layer
US6955927B2 (en) 1998-10-14 2005-10-18 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing ferroelectric thin film device, ink jet recording head and ink jet printer

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