JPH10215008A - 圧電体セラミックス薄膜デバイス - Google Patents
圧電体セラミックス薄膜デバイスInfo
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- JPH10215008A JPH10215008A JP9017206A JP1720697A JPH10215008A JP H10215008 A JPH10215008 A JP H10215008A JP 9017206 A JP9017206 A JP 9017206A JP 1720697 A JP1720697 A JP 1720697A JP H10215008 A JPH10215008 A JP H10215008A
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- piezoelectric
- piezoelectric ceramic
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来、薄膜セラミックス自身の構造、とりわ
けデバイス特性の優劣を決定するセラミックス材料の結
晶状態や配向性の制御に言及されておらず、これにより
たデバイスの特性が不安定であったことが課題であっ
た。 【解決手段】 圧電性を有するセラミックス薄膜とそれ
を挟持する互いに平行な一対の電極板等から成る圧電体
セラミックス薄膜デバイスにおいて、該圧電体セラミッ
クスを構成する結晶の内、その５０％以上について、自
発分極方向と電極面の垂直方向（法線方向）のなす角度
が20度以下とする。
けデバイス特性の優劣を決定するセラミックス材料の結
晶状態や配向性の制御に言及されておらず、これにより
たデバイスの特性が不安定であったことが課題であっ
た。 【解決手段】 圧電性を有するセラミックス薄膜とそれ
を挟持する互いに平行な一対の電極板等から成る圧電体
セラミックス薄膜デバイスにおいて、該圧電体セラミッ
クスを構成する結晶の内、その５０％以上について、自
発分極方向と電極面の垂直方向（法線方向）のなす角度
が20度以下とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学デバイス、メ
モリーデバイスあるいはマイクロアクチュエーター等に
代表される薄膜デバイスにおいて、その構成材料として
圧電性、焦電性あるいは強誘電性を有する薄膜セラミッ
クス材料を用いたデバイスに関わる。
モリーデバイスあるいはマイクロアクチュエーター等に
代表される薄膜デバイスにおいて、その構成材料として
圧電性、焦電性あるいは強誘電性を有する薄膜セラミッ
クス材料を用いたデバイスに関わる。
【０００２】
【従来の技術】セラミックス材料の諸物性を利用した薄
膜デバイスにおいては、その応用分野は多岐に渡り、そ
れぞれの用途に適合した様々な製造方法が考案されてお
り、一部については実用化も成されている。
膜デバイスにおいては、その応用分野は多岐に渡り、そ
れぞれの用途に適合した様々な製造方法が考案されてお
り、一部については実用化も成されている。
【０００３】これら薄膜セラミックスデバイス特性を左
右する因子の一つとして、薄膜セラミックス自身の構
造、とりわけ結晶状態や配向性の制御は重要である。従
来、薄膜セラミックスを利用したデバイスに関する発明
でデバイス特性の向上に関連するものは、電極材料やセ
ラミックス材料の種類といったデバイスの構成材料、そ
れら構成材料の形状や配置若しくはディメンジョンの最
適条件等の記述であった。
右する因子の一つとして、薄膜セラミックス自身の構
造、とりわけ結晶状態や配向性の制御は重要である。従
来、薄膜セラミックスを利用したデバイスに関する発明
でデバイス特性の向上に関連するものは、電極材料やセ
ラミックス材料の種類といったデバイスの構成材料、そ
れら構成材料の形状や配置若しくはディメンジョンの最
適条件等の記述であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来技術（発明）では、薄膜セラミックス自身の構造、
とりわけデバイス特性の優劣を決定するセラミックス材
料の結晶状態や配向性の制御に言及されておらず、従っ
て得られたデバイスの特性が不安定でばらつきが大きか
ったり、十分な性能が得られない場合が多かった。これ
らの従来の課題に対し、発明者らは圧電性、焦電性ある
いは強誘電性を有するセラミックスに着目して鋭意研究
を進めたところ、薄膜セラミックスデバイスの特性を向
上させるには、それを構成するセラミックス材料の結晶
状態や配向性の制御が重要な因子の一つであること見い
だした。
従来技術（発明）では、薄膜セラミックス自身の構造、
とりわけデバイス特性の優劣を決定するセラミックス材
料の結晶状態や配向性の制御に言及されておらず、従っ
て得られたデバイスの特性が不安定でばらつきが大きか
ったり、十分な性能が得られない場合が多かった。これ
らの従来の課題に対し、発明者らは圧電性、焦電性ある
いは強誘電性を有するセラミックスに着目して鋭意研究
を進めたところ、薄膜セラミックスデバイスの特性を向
上させるには、それを構成するセラミックス材料の結晶
状態や配向性の制御が重要な因子の一つであること見い
だした。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電体セラミッ
クス薄膜デバイスは、圧電性を有するセラミックス薄膜
とそれを挟持する互いに平行な一対の電極板、及びこれ
らを支持する基板等から成る圧電体セラミックス薄膜デ
バイスにおいて、該圧電体セラミックスを構成する結晶
の内、その５０％以上について、自発分極方向と電極面
の垂直方向（法線方向）のなす角度が20度以下であるこ
とを特徴とする。また、本発明の圧電体セラミックス薄
膜デバイスは、前記記載の圧電体セラミックスが強誘電
体であることを特徴とする。また、本発明の圧電体セラ
ミックス薄膜デバイスは、前記記載の強誘電体セラミッ
クスの結晶相がペロブスカイト相であることを特徴とす
る。また、本発明の圧電体セラミックス薄膜デバイス
は、前記記載の強誘電体セラミックスがチタン酸ジルコ
ン酸鉛（以下「ＰＺＴ」と記す）もしくはこれを主成分
とする強誘電体材料（以下「ＰＺＴ系セラミックス」と
記す）であることを特徴とする。また、本発明の圧電体
セラミックス薄膜デバイスは、前記記載のＰＺＴ系セラ
ミックスの結晶系が正方晶であり、その（００１）面の
法線方向、すなわち方向ベクトル〈００１〉と、前記電
極面の垂直方向（法線方向）とのなす角度が20度以下で
あることを特徴とする。また、本発明の圧電体セラミッ
クス薄膜デバイスは、前記記載のＰＺＴ系セラミックス
の結晶系が菱面体晶であり、その（１１１）面の法線方
向、すなわち方向ベクトル〈１１１〉と、前記電極面の
垂直方向（法線方向）とのなす角度が20度以下であるこ
とを特徴とする。また、本発明の圧電体セラミックス薄
膜デバイスは、前記記載の方向ベクトルの方位が、Ｘ線
（電磁波）または電子線、中性子線等の粒子線の回折現
象を利用した測定方法で、その回折強度が最大の方向で
あることで決定されることを特徴とする。
クス薄膜デバイスは、圧電性を有するセラミックス薄膜
とそれを挟持する互いに平行な一対の電極板、及びこれ
らを支持する基板等から成る圧電体セラミックス薄膜デ
バイスにおいて、該圧電体セラミックスを構成する結晶
の内、その５０％以上について、自発分極方向と電極面
の垂直方向（法線方向）のなす角度が20度以下であるこ
とを特徴とする。また、本発明の圧電体セラミックス薄
膜デバイスは、前記記載の圧電体セラミックスが強誘電
体であることを特徴とする。また、本発明の圧電体セラ
ミックス薄膜デバイスは、前記記載の強誘電体セラミッ
クスの結晶相がペロブスカイト相であることを特徴とす
る。また、本発明の圧電体セラミックス薄膜デバイス
は、前記記載の強誘電体セラミックスがチタン酸ジルコ
ン酸鉛（以下「ＰＺＴ」と記す）もしくはこれを主成分
とする強誘電体材料（以下「ＰＺＴ系セラミックス」と
記す）であることを特徴とする。また、本発明の圧電体
セラミックス薄膜デバイスは、前記記載のＰＺＴ系セラ
ミックスの結晶系が正方晶であり、その（００１）面の
法線方向、すなわち方向ベクトル〈００１〉と、前記電
極面の垂直方向（法線方向）とのなす角度が20度以下で
あることを特徴とする。また、本発明の圧電体セラミッ
クス薄膜デバイスは、前記記載のＰＺＴ系セラミックス
の結晶系が菱面体晶であり、その（１１１）面の法線方
向、すなわち方向ベクトル〈１１１〉と、前記電極面の
垂直方向（法線方向）とのなす角度が20度以下であるこ
とを特徴とする。また、本発明の圧電体セラミックス薄
膜デバイスは、前記記載の方向ベクトルの方位が、Ｘ線
（電磁波）または電子線、中性子線等の粒子線の回折現
象を利用した測定方法で、その回折強度が最大の方向で
あることで決定されることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の詳細を実施例に
て説明する。
て説明する。
【０００７】（実施例１）（１００）シリコンウエハー
（直径４インチ、厚み２５０ミクロン）上にスパッタに
よりＰｔを厚み０．２ミクロン形成させたものを用意
し、これを後に使用する基板とした。鉛（Ｐｂ）、ジル
コニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）を所定濃度含有す
るゾル溶液を調整し、このゾル溶液を先に用意した基板
上にスピンコートし、２００℃オーブンで１０分間乾燥
後、４００℃オーブンで３０分間脱脂を行った。さらに
電気炉内で大気中４５０℃で３０分間焼成を行い結晶化
した。このようにして基板上に得られた膜状のセラミッ
クスは、Ｘ線回折により調べたところ、ペロブスカイト
型のチタン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3（Ｐ
ＺＴ）と同定された。このＰＺＴ薄膜の厚みを測定した
ところ、膜厚は１ミクロンであった。更に得られたＰＺ
Ｔ薄膜の上部に厚み０．１ミクロンのＡｌ電極を蒸着に
より形成し、基板上のＰｔ電極との間に電場を印加する
ことにより電気特性を評価した。
（直径４インチ、厚み２５０ミクロン）上にスパッタに
よりＰｔを厚み０．２ミクロン形成させたものを用意
し、これを後に使用する基板とした。鉛（Ｐｂ）、ジル
コニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）を所定濃度含有す
るゾル溶液を調整し、このゾル溶液を先に用意した基板
上にスピンコートし、２００℃オーブンで１０分間乾燥
後、４００℃オーブンで３０分間脱脂を行った。さらに
電気炉内で大気中４５０℃で３０分間焼成を行い結晶化
した。このようにして基板上に得られた膜状のセラミッ
クスは、Ｘ線回折により調べたところ、ペロブスカイト
型のチタン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3（Ｐ
ＺＴ）と同定された。このＰＺＴ薄膜の厚みを測定した
ところ、膜厚は１ミクロンであった。更に得られたＰＺ
Ｔ薄膜の上部に厚み０．１ミクロンのＡｌ電極を蒸着に
より形成し、基板上のＰｔ電極との間に電場を印加する
ことにより電気特性を評価した。
【０００８】ＰＺＴは圧電体であり、その特性を示す圧
電歪み定数（ｄ31）が大きな値をとることが望ましい。
表１には、今回ほぼ同一条件で作成した１０種類の試料
に対し、分極処理後に得られた圧電歪み定数（ｄ31）の
値を示す。表１より、試料毎にｄ31の値がばらついてい
ることがわかる。
電歪み定数（ｄ31）が大きな値をとることが望ましい。
表１には、今回ほぼ同一条件で作成した１０種類の試料
に対し、分極処理後に得られた圧電歪み定数（ｄ31）の
値を示す。表１より、試料毎にｄ31の値がばらついてい
ることがわかる。
【０００９】一方、これら試料のＰＺＴ薄膜部の結晶配
向性をＸ線回折により詳細に調べてみた。Ｘ線回折測定
の結果全ての試料においてＰＺＴは正方晶であることが
わかった。また、結晶配向性を調べるために、ＰＺＴ
（００１）面の極点図形測定を行った。最も回折強度の
大きかった時の、＜００1＞方向と、基板（あるいは電
極膜）の垂直方向（法線方向）、即ち電界印加方向との
成す角度（Ｐｓｉ）を表１に掲げる。尚、＜００1＞方
向は、正方晶においては自発分極方向に一致する。
向性をＸ線回折により詳細に調べてみた。Ｘ線回折測定
の結果全ての試料においてＰＺＴは正方晶であることが
わかった。また、結晶配向性を調べるために、ＰＺＴ
（００１）面の極点図形測定を行った。最も回折強度の
大きかった時の、＜００1＞方向と、基板（あるいは電
極膜）の垂直方向（法線方向）、即ち電界印加方向との
成す角度（Ｐｓｉ）を表１に掲げる。尚、＜００1＞方
向は、正方晶においては自発分極方向に一致する。
【００１０】表１の結果より、Ｐｓｉが２０度以下の試
料（試料１〜５）はｄ31の値が１００以上で特性の良い
圧電デバイスであることがわかったが、Ｐｓｉが２０度
より大きいもの（試料６〜１０）は、十分な圧電特性が
得られていない。以上の実施例より、圧電特性は結晶配
向性に強く依存し、特定の結晶面の方位を測定すれば、
特性を見積もり、品質管理等に利用できることが明らか
となった。
料（試料１〜５）はｄ31の値が１００以上で特性の良い
圧電デバイスであることがわかったが、Ｐｓｉが２０度
より大きいもの（試料６〜１０）は、十分な圧電特性が
得られていない。以上の実施例より、圧電特性は結晶配
向性に強く依存し、特定の結晶面の方位を測定すれば、
特性を見積もり、品質管理等に利用できることが明らか
となった。
【００１１】
【表１】
【００１２】（実施例２）（１１０）シリコンウエハー
（直径４インチ、厚み２５０ミクロン）上にスパッタに
よりＰｔを厚み０．２ミクロン形成させたものを用意
し、これを後に使用する基板とした。鉛（Ｐｂ）、ジル
コニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）を所定濃度含有す
るゾル溶液を調整し、このゾル溶液を先に用意した基板
上にスピンコートし、２００℃ホットプレート上で１０
分間乾燥後、４００℃ホットプレート上で３０分間脱脂
を行った。さらに赤外線ランプアニール（ＲＴＡ）で酸
素雰囲気中９５０℃で１分間焼成を行い結晶化した。こ
のようにして基板上に得られた膜状のセラミックスは、
Ｘ線回折により調べたところ、ペロブスカイト型のチタ
ン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3（ＰＺＴ）と
同定された。このＰＺＴ薄膜の厚みを測定したところ、
膜厚は０．８ミクロンであった。更に得られたＰＺＴ薄
膜の上部に厚み０．１ミクロンのＡｌ電極を蒸着により
形成し、基板上のＰｔ電極との間に電場を印加すること
により電気特性を評価した。
（直径４インチ、厚み２５０ミクロン）上にスパッタに
よりＰｔを厚み０．２ミクロン形成させたものを用意
し、これを後に使用する基板とした。鉛（Ｐｂ）、ジル
コニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）を所定濃度含有す
るゾル溶液を調整し、このゾル溶液を先に用意した基板
上にスピンコートし、２００℃ホットプレート上で１０
分間乾燥後、４００℃ホットプレート上で３０分間脱脂
を行った。さらに赤外線ランプアニール（ＲＴＡ）で酸
素雰囲気中９５０℃で１分間焼成を行い結晶化した。こ
のようにして基板上に得られた膜状のセラミックスは、
Ｘ線回折により調べたところ、ペロブスカイト型のチタ
ン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3（ＰＺＴ）と
同定された。このＰＺＴ薄膜の厚みを測定したところ、
膜厚は０．８ミクロンであった。更に得られたＰＺＴ薄
膜の上部に厚み０．１ミクロンのＡｌ電極を蒸着により
形成し、基板上のＰｔ電極との間に電場を印加すること
により電気特性を評価した。
【００１３】ＰＺＴは圧電体であり、その特性を示す圧
電歪み定数（ｄ31）が大きな値をとることが望ましい。
表２には、今回ほぼ同一条件で作成した１０種類の試料
に対し、分極処理後に得られた圧電歪み定数（ｄ31）の
値を示す。表２より、試料毎にｄ31の値がばらついてい
ることがわかる。
電歪み定数（ｄ31）が大きな値をとることが望ましい。
表２には、今回ほぼ同一条件で作成した１０種類の試料
に対し、分極処理後に得られた圧電歪み定数（ｄ31）の
値を示す。表２より、試料毎にｄ31の値がばらついてい
ることがわかる。
【００１４】一方、これら試料のＰＺＴ薄膜部の結晶配
向性をＸ線回折により調べてみた。Ｘ線回折測定の結果
全ての試料においてＰＺＴは菱面体晶であることがわか
った。また、結晶配向性を調べるために、ＰＺＴ（１１
１）面の極点図形測定を行った。最も回折強度の大きか
った時の、＜１１1＞方向と基板（あるいは電極膜）の
垂直方向（法線方向）、即ち電界印加方向との成す角度
（Ｐｓｉ）を表２に掲げる。尚、＜１１1＞方向は、菱
面体晶においては自発分極方向に一致する。
向性をＸ線回折により調べてみた。Ｘ線回折測定の結果
全ての試料においてＰＺＴは菱面体晶であることがわか
った。また、結晶配向性を調べるために、ＰＺＴ（１１
１）面の極点図形測定を行った。最も回折強度の大きか
った時の、＜１１1＞方向と基板（あるいは電極膜）の
垂直方向（法線方向）、即ち電界印加方向との成す角度
（Ｐｓｉ）を表２に掲げる。尚、＜１１1＞方向は、菱
面体晶においては自発分極方向に一致する。
【００１５】表２の結果より、Ｐｓｉが２０度以下の試
料（試料１〜５）はｄ31の値が１００以上で特性の良い
圧電デバイスであることがわかったが、Ｐｓｉが２０度
より大きいもの（試料６〜１０）は、十分な圧電特性が
得られていない。以上の実施例より、圧電特性は結晶配
向性に強く依存し、特定の結晶面の方位を測定すれば、
特性を見積もり、品質管理等に利用できることが明らか
となった。
料（試料１〜５）はｄ31の値が１００以上で特性の良い
圧電デバイスであることがわかったが、Ｐｓｉが２０度
より大きいもの（試料６〜１０）は、十分な圧電特性が
得られていない。以上の実施例より、圧電特性は結晶配
向性に強く依存し、特定の結晶面の方位を測定すれば、
特性を見積もり、品質管理等に利用できることが明らか
となった。
【００１６】
【表２】
【００１７】（実施例３）（１００）シリコンウエハー
（直径４インチ、厚み２５０ミクロン）上にスパッタに
よりＰｔを厚み０．２ミクロン形成させたものを用意
し、これを後に使用する基板とした。鉛（Ｐｂ）、ジル
コニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍ
ｇ）及びニオブ（Ｎｂ）を所定濃度含有するゾル溶液を
調整し、このゾル溶液を先に用意した基板上にスピンコ
ートし、２００℃オーブンで１０分間乾燥後、４００℃
オーブンで３０分間脱脂を行った。さらに電気炉内で酸
素雰囲気中５００℃で３０分間焼成を行い結晶化した。
このようにして基板上に得られた膜状のセラミックス
は、Ｘ線回折及び組成分析により調べたところ、ＰｂＺ
ｒＯ3（ＰＺ）、ＰｂＴｉＯ3（ＰＴ）及びＰｂ（Ｍｇ、
Ｎｂ）Ｏ３（ＰＭＮ）の固溶体であり各々のモル分率
は、ＰＺ：ＰＴ：ＰＭＮ＝５０：４０：１０であった。
結晶系は正方晶ペロブスカイト型と同定された。この固
溶体薄膜の厚みを測定したところ、膜厚は１．５ミクロ
ンであった。更に得られた薄膜の上部に厚み０．１ミク
ロンのＰｔ電極を蒸着により形成し、基板上のＰｔ電極
との間に電場を印加することにより電気特性を評価し
た。
（直径４インチ、厚み２５０ミクロン）上にスパッタに
よりＰｔを厚み０．２ミクロン形成させたものを用意
し、これを後に使用する基板とした。鉛（Ｐｂ）、ジル
コニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍ
ｇ）及びニオブ（Ｎｂ）を所定濃度含有するゾル溶液を
調整し、このゾル溶液を先に用意した基板上にスピンコ
ートし、２００℃オーブンで１０分間乾燥後、４００℃
オーブンで３０分間脱脂を行った。さらに電気炉内で酸
素雰囲気中５００℃で３０分間焼成を行い結晶化した。
このようにして基板上に得られた膜状のセラミックス
は、Ｘ線回折及び組成分析により調べたところ、ＰｂＺ
ｒＯ3（ＰＺ）、ＰｂＴｉＯ3（ＰＴ）及びＰｂ（Ｍｇ、
Ｎｂ）Ｏ３（ＰＭＮ）の固溶体であり各々のモル分率
は、ＰＺ：ＰＴ：ＰＭＮ＝５０：４０：１０であった。
結晶系は正方晶ペロブスカイト型と同定された。この固
溶体薄膜の厚みを測定したところ、膜厚は１．５ミクロ
ンであった。更に得られた薄膜の上部に厚み０．１ミク
ロンのＰｔ電極を蒸着により形成し、基板上のＰｔ電極
との間に電場を印加することにより電気特性を評価し
た。
【００１８】本実施例で得られた固溶体は圧電体であ
り、その特性を示す圧電歪み定数（ｄ31）が大きな値を
とることが望ましい。表３には、今回ほぼ同一条件で作
成した１０種類の試料に対し、分極処理後に得られた圧
電歪み定数（ｄ31）の値を示す。表３より、試料毎にｄ
31の値がばらついていることがわかる。
り、その特性を示す圧電歪み定数（ｄ31）が大きな値を
とることが望ましい。表３には、今回ほぼ同一条件で作
成した１０種類の試料に対し、分極処理後に得られた圧
電歪み定数（ｄ31）の値を示す。表３より、試料毎にｄ
31の値がばらついていることがわかる。
【００１９】一方、これら試料の固溶体薄膜部の結晶配
向性をＸ線回折により詳細に調べてみた。Ｘ線回折測定
の結果全ての試料において正方晶であることがわかった
（前述）。また、結晶配向性を調べるために、（００
１）面の極点図形測定を行った。最も回折強度の大きか
った時の、＜００1＞方向と、基板（あるいは電極膜）
の垂直方向（法線方向）、即ち電界印加方向との成す角
度（Ｐｓｉ）を表１に掲げる。尚、＜００1＞方向は、
正方晶においては自発分極方向に一致する。
向性をＸ線回折により詳細に調べてみた。Ｘ線回折測定
の結果全ての試料において正方晶であることがわかった
（前述）。また、結晶配向性を調べるために、（００
１）面の極点図形測定を行った。最も回折強度の大きか
った時の、＜００1＞方向と、基板（あるいは電極膜）
の垂直方向（法線方向）、即ち電界印加方向との成す角
度（Ｐｓｉ）を表１に掲げる。尚、＜００1＞方向は、
正方晶においては自発分極方向に一致する。
【００２０】表３の結果より、Ｐｓｉが２０度以下の試
料（試料１〜５）はｄ31の値が１５０以上で特性の良い
圧電デバイスであることがわかったが、Ｐｓｉが２０度
より大きいもの（試料６〜１０）は、十分な圧電特性が
得られていない。以上の実施例より、圧電特性は結晶配
向性に強く依存し、特定の結晶面の方位を測定すれば、
特性を見積もり、品質管理等に利用できることが明らか
となった。
料（試料１〜５）はｄ31の値が１５０以上で特性の良い
圧電デバイスであることがわかったが、Ｐｓｉが２０度
より大きいもの（試料６〜１０）は、十分な圧電特性が
得られていない。以上の実施例より、圧電特性は結晶配
向性に強く依存し、特定の結晶面の方位を測定すれば、
特性を見積もり、品質管理等に利用できることが明らか
となった。
【００２１】
【表３】
【００２２】（実施例４）（１００）シリコンウエハー
（直径４インチ、厚み２５０ミクロン）上にスパッタに
よりＰｔを厚み０．２ミクロン形成させた後、これを赤
外線ランプアニール（ＲＴＡ）で酸素雰囲気中９５０℃
で１分間加熱処理した。これを後に使用する基板とし
た。鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔ
ｉ）を所定濃度含有するゾル溶液を調整し、このゾル溶
液を先に用意した基板上にスピンコートし、２００℃ホ
ットプレート上で１０分間乾燥後、４００℃ホットプレ
ート上で３０分間脱脂を行った。さらに赤外線ランプア
ニール（ＲＴＡ）で酸素雰囲気中９５０℃で１分間焼成
を行い結晶化した。このようにして基板上に得られた膜
状のセラミックスは、Ｘ線回折により調べたところ、ペ
ロブスカイト型のチタン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ,
Ｔｉ）Ｏ3（ＰＺＴ）と同定され、結晶系は正方晶とそ
れ以外の混晶であった。このＰＺＴ薄膜の厚みを測定し
たところ、膜厚は１．０ミクロンであった。更に得られ
たＰＺＴ薄膜の上部に厚み０．２ミクロンのＡｌ電極を
蒸着により形成し、基板上のＰｔ電極との間に電場を印
加することにより電気特性を評価した。
（直径４インチ、厚み２５０ミクロン）上にスパッタに
よりＰｔを厚み０．２ミクロン形成させた後、これを赤
外線ランプアニール（ＲＴＡ）で酸素雰囲気中９５０℃
で１分間加熱処理した。これを後に使用する基板とし
た。鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔ
ｉ）を所定濃度含有するゾル溶液を調整し、このゾル溶
液を先に用意した基板上にスピンコートし、２００℃ホ
ットプレート上で１０分間乾燥後、４００℃ホットプレ
ート上で３０分間脱脂を行った。さらに赤外線ランプア
ニール（ＲＴＡ）で酸素雰囲気中９５０℃で１分間焼成
を行い結晶化した。このようにして基板上に得られた膜
状のセラミックスは、Ｘ線回折により調べたところ、ペ
ロブスカイト型のチタン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ,
Ｔｉ）Ｏ3（ＰＺＴ）と同定され、結晶系は正方晶とそ
れ以外の混晶であった。このＰＺＴ薄膜の厚みを測定し
たところ、膜厚は１．０ミクロンであった。更に得られ
たＰＺＴ薄膜の上部に厚み０．２ミクロンのＡｌ電極を
蒸着により形成し、基板上のＰｔ電極との間に電場を印
加することにより電気特性を評価した。
【００２３】ＰＺＴは圧電体であり、その特性を示す圧
電歪み定数（ｄ31）が大きな値をとることが望ましい。
表４には、今回ほぼ同一条件で作成した１０種類の試料
に対して、分極処理後に得られた圧電歪み定数（ｄ31）
の値を示す。表４より、試料毎にｄ31の値がばらついて
いることがわかる。
電歪み定数（ｄ31）が大きな値をとることが望ましい。
表４には、今回ほぼ同一条件で作成した１０種類の試料
に対して、分極処理後に得られた圧電歪み定数（ｄ31）
の値を示す。表４より、試料毎にｄ31の値がばらついて
いることがわかる。
【００２４】一方、これら試料のＰＺＴ薄膜部の結晶配
向性をＸ線回折により調べてみた。Ｘ線回折測定の結果
全ての試料においてＰＺＴは正方晶に属する結晶系が存
在した。正方晶に属する割合（Ｒ）をＸ先回折ピークの
強度から求めた（表４）。また、正方晶に属する結晶系
の配向性を調べるために、ＰＺＴ（００１）面の極点図
形測定を行った。最も回折強度の大きかった時の、＜０
０1＞方向と基板（あるいは電極膜）の垂直方向（法線
方向）、即ち電界印加方向との成す角度（Ｐｓｉ）を表
４に掲げる。尚、＜００1＞方向は、正方晶においては
自発分極方向に一致する。
向性をＸ線回折により調べてみた。Ｘ線回折測定の結果
全ての試料においてＰＺＴは正方晶に属する結晶系が存
在した。正方晶に属する割合（Ｒ）をＸ先回折ピークの
強度から求めた（表４）。また、正方晶に属する結晶系
の配向性を調べるために、ＰＺＴ（００１）面の極点図
形測定を行った。最も回折強度の大きかった時の、＜０
０1＞方向と基板（あるいは電極膜）の垂直方向（法線
方向）、即ち電界印加方向との成す角度（Ｐｓｉ）を表
４に掲げる。尚、＜００1＞方向は、正方晶においては
自発分極方向に一致する。
【００２５】表４の結果より、正方晶に属する割合
（Ｒ）が５０％以上かつＰｓｉが２０度以下の試料（試
料１〜５）はｄ31の値が１００以上で特性の良い圧電デ
バイスであることがわかったが、それ以外（試料６〜１
０）は、十分な圧電特性が得られていない。以上の実施
例より、圧電特性は特定の結晶系の存在割合とその分極
方向、及び結晶配向性に強く依存し、これらを管理する
ことで特性を見積もり、品質管理等に利用できることが
明らかとなった。
（Ｒ）が５０％以上かつＰｓｉが２０度以下の試料（試
料１〜５）はｄ31の値が１００以上で特性の良い圧電デ
バイスであることがわかったが、それ以外（試料６〜１
０）は、十分な圧電特性が得られていない。以上の実施
例より、圧電特性は特定の結晶系の存在割合とその分極
方向、及び結晶配向性に強く依存し、これらを管理する
ことで特性を見積もり、品質管理等に利用できることが
明らかとなった。
【００２６】
【表４】
【００２７】（実施例５）（１１０）シリコンウエハー
（直径４インチ、厚み２５０ミクロン）上にスパッタに
よりＰｔを厚み０．５ミクロン形成させ、これを後に使
用する基板とした。鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）
及びチタン（Ｔｉ）を所定濃度含有するゾル溶液を調整
し、このゾル溶液を先に用意した基板上にスピンコート
し、２００℃ホットプレート上で１０分間乾燥後、４０
０℃ホットプレート上で３０分間脱脂を行った。さらに
赤外線ランプアニール（ＲＴＡ）で酸素雰囲気中９００
℃で１分間焼成を行い結晶化した。このようにして基板
上に得られた膜状のセラミックスは、Ｘ線回折により調
べたところ、ペロブスカイト型のチタン酸ジルコン酸
鉛、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3（ＰＺＴ）と同定され、結晶
系は菱面体晶とそれ以外の混晶であった。のこのＰＺＴ
薄膜の厚みを測定したところ、膜厚は１．０ミクロンで
あった。更に得られたＰＺＴ薄膜の上部に厚み０．２ミ
クロンのＡｌ電極を蒸着により形成し、基板上のＰｔ電
極との間に電場を印加することにより電気特性を評価し
た。
（直径４インチ、厚み２５０ミクロン）上にスパッタに
よりＰｔを厚み０．５ミクロン形成させ、これを後に使
用する基板とした。鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）
及びチタン（Ｔｉ）を所定濃度含有するゾル溶液を調整
し、このゾル溶液を先に用意した基板上にスピンコート
し、２００℃ホットプレート上で１０分間乾燥後、４０
０℃ホットプレート上で３０分間脱脂を行った。さらに
赤外線ランプアニール（ＲＴＡ）で酸素雰囲気中９００
℃で１分間焼成を行い結晶化した。このようにして基板
上に得られた膜状のセラミックスは、Ｘ線回折により調
べたところ、ペロブスカイト型のチタン酸ジルコン酸
鉛、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3（ＰＺＴ）と同定され、結晶
系は菱面体晶とそれ以外の混晶であった。のこのＰＺＴ
薄膜の厚みを測定したところ、膜厚は１．０ミクロンで
あった。更に得られたＰＺＴ薄膜の上部に厚み０．２ミ
クロンのＡｌ電極を蒸着により形成し、基板上のＰｔ電
極との間に電場を印加することにより電気特性を評価し
た。
【００２８】ＰＺＴは圧電体であり、その特性を示す圧
電歪み定数（ｄ31）が大きな値をとることが望ましい。
表５には、今回ほぼ同一条件で作成した１０種類の試料
に対して、分極処理後に得られた圧電歪み定数（ｄ31）
の値を示す。表５より、試料毎にｄ31の値がばらついて
いることがわかる。
電歪み定数（ｄ31）が大きな値をとることが望ましい。
表５には、今回ほぼ同一条件で作成した１０種類の試料
に対して、分極処理後に得られた圧電歪み定数（ｄ31）
の値を示す。表５より、試料毎にｄ31の値がばらついて
いることがわかる。
【００２９】一方、これら試料のＰＺＴ薄膜部の結晶配
向性をＸ線回折により調べてみた。Ｘ線回折測定の結果
全ての試料においてＰＺＴは菱面体晶に属する結晶系が
存在した。菱面体晶に属する割合（Ｒ）をＸ先回折ピー
クの強度から求めた（表５）。また、菱面体晶に属する
結晶系の配向性を調べるために、ＰＺＴ（１１１）面の
極点図形測定を行った。最も回折強度の大きかった時
の、＜１１1＞方向と基板（あるいは電極膜）の垂直方
向（法線方向）、即ち電界印加方向との成す角度（Ｐｓ
ｉ）を表５に掲げる。尚、＜１１1＞方向は、菱面体晶
においては自発分極方向に一致する。
向性をＸ線回折により調べてみた。Ｘ線回折測定の結果
全ての試料においてＰＺＴは菱面体晶に属する結晶系が
存在した。菱面体晶に属する割合（Ｒ）をＸ先回折ピー
クの強度から求めた（表５）。また、菱面体晶に属する
結晶系の配向性を調べるために、ＰＺＴ（１１１）面の
極点図形測定を行った。最も回折強度の大きかった時
の、＜１１1＞方向と基板（あるいは電極膜）の垂直方
向（法線方向）、即ち電界印加方向との成す角度（Ｐｓ
ｉ）を表５に掲げる。尚、＜１１1＞方向は、菱面体晶
においては自発分極方向に一致する。
【００３０】表５の結果より、菱面体晶に属する割合
（Ｒ）が５０％以上かつＰｓｉが２０度以下の試料（試
料１〜５）はｄ31の値が１００以上で特性の良い圧電デ
バイスであることがわかったが、それ以外（試料６〜１
０）は、十分な圧電特性が得られていない。以上の実施
例より、圧電特性は特定の結晶系の存在割合とその分極
方向、及び結晶配向性に強く依存し、これらを管理する
ことで特性を見積もり、品質管理等に利用できることが
明らかとなった。
（Ｒ）が５０％以上かつＰｓｉが２０度以下の試料（試
料１〜５）はｄ31の値が１００以上で特性の良い圧電デ
バイスであることがわかったが、それ以外（試料６〜１
０）は、十分な圧電特性が得られていない。以上の実施
例より、圧電特性は特定の結晶系の存在割合とその分極
方向、及び結晶配向性に強く依存し、これらを管理する
ことで特性を見積もり、品質管理等に利用できることが
明らかとなった。
【００３１】
【表５】
【００３２】
【発明の効果】 以上述べたように本発明によれば、圧
電体薄膜セラミックスデバイスにおいて、高性能が発揮
できる条件を、構成するセラミックス材料の結晶構造レ
ベル即ち特定の結晶系の存在割合とその分極方向、及び
結晶配向性等で精密に規定しているので、該デバイスの
品質管理を容易かつ正確のものとする上でもたらす効果
は非常に大きい。
電体薄膜セラミックスデバイスにおいて、高性能が発揮
できる条件を、構成するセラミックス材料の結晶構造レ
ベル即ち特定の結晶系の存在割合とその分極方向、及び
結晶配向性等で精密に規定しているので、該デバイスの
品質管理を容易かつ正確のものとする上でもたらす効果
は非常に大きい。
Claims (7)
- 【請求項１】 圧電性を有するセラミックス薄膜とそれ
を挟持する互いに平行な一対の電極板、及びこれらを支
持する基板等から成る圧電体セラミックス薄膜デバイス
において、該圧電体セラミックスを構成する結晶の内、
その５０％以上について、自発分極方向と電極面の垂直
方向（法線方向）のなす角度が20度以下であることを特
徴とする圧電体セラミックス薄膜デバイス。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電体セラミックスが強
誘電体であることを特徴とする圧電体セラミックス薄膜
デバイス。 - 【請求項３】 請求項２記載の強誘電体セラミックスの
結晶相がペロブスカイト相であることを特徴とする圧電
体セラミックス薄膜デバイス。 - 【請求項４】 請求項３記載の強誘電体セラミックスが
チタン酸ジルコン酸鉛（以下「ＰＺＴ」と記す）もしく
はこれを主成分とする強誘電体材料（以下「ＰＺＴ系セ
ラミックス」と記す）であることを特徴とする圧電体セ
ラミックス薄膜デバイス。 - 【請求項５】 請求項４記載のＰＺＴ系セラミックスの
結晶系が正方晶であり、その（００１）面の法線方向、
すなわち方向ベクトル〈００１〉と、前記電極面の垂直
方向（法線方向）とのなす角度が20度以下であることを
特徴とする圧電体セラミックス薄膜デバイス。 - 【請求項６】 請求項４記載のＰＺＴ系セラミックスの
結晶系が菱面体晶であり、その（１１１）面の法線方
向、すなわち方向ベクトル〈１１１〉と、前記電極面の
垂直方向（法線方向）とのなす角度が20度以下であるこ
とを特徴とする圧電体セラミックス薄膜デバイス。 - 【請求項７】 請求項５及び請求項６記載の方向ベクト
ルの方位が、Ｘ線（電磁波）または電子線、中性子線等
の粒子線の回折現象を利用した測定方法で、その回折強
度が最大の方向であることで決定されることを特徴とす
る圧電体セラミックス薄膜デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9017206A JPH10215008A (ja) | 1997-01-30 | 1997-01-30 | 圧電体セラミックス薄膜デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9017206A JPH10215008A (ja) | 1997-01-30 | 1997-01-30 | 圧電体セラミックス薄膜デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10215008A true JPH10215008A (ja) | 1998-08-11 |
Family
ID=11937477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9017206A Withdrawn JPH10215008A (ja) | 1997-01-30 | 1997-01-30 | 圧電体セラミックス薄膜デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10215008A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0952000A3 (en) * | 1998-04-24 | 2000-04-19 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric device, ink jet recording head, and methods of manufacturing said device and head |
| JP2008153674A (ja) * | 2007-12-25 | 2008-07-03 | Seiko Epson Corp | インクジェット式記録ヘッド及び圧電体素子 |
| JP2008305916A (ja) * | 2007-06-06 | 2008-12-18 | Hitachi Cable Ltd | 圧電体及び圧電素子 |
| JP2010254560A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-11-11 | Canon Inc | セラミクス、圧電素子および圧電素子の製造方法 |
| JP2015126006A (ja) * | 2013-12-25 | 2015-07-06 | 株式会社リコー | 電気−機械変換素子及び液滴吐出ヘッド |
| JP2022062108A (ja) * | 2017-02-08 | 2022-04-19 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-01-30 JP JP9017206A patent/JPH10215008A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0952000A3 (en) * | 1998-04-24 | 2000-04-19 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric device, ink jet recording head, and methods of manufacturing said device and head |
| JP2008305916A (ja) * | 2007-06-06 | 2008-12-18 | Hitachi Cable Ltd | 圧電体及び圧電素子 |
| JP2008153674A (ja) * | 2007-12-25 | 2008-07-03 | Seiko Epson Corp | インクジェット式記録ヘッド及び圧電体素子 |
| JP2010254560A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-11-11 | Canon Inc | セラミクス、圧電素子および圧電素子の製造方法 |
| JP2015126006A (ja) * | 2013-12-25 | 2015-07-06 | 株式会社リコー | 電気−機械変換素子及び液滴吐出ヘッド |
| JP2022062108A (ja) * | 2017-02-08 | 2022-04-19 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子及びその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040406 |