TWI831917B - 膜構造體、壓電體膜及超導體膜 - Google Patents
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Abstract
根據本發明，針對種種壓電材料，可以將具有單晶的結晶構造之壓電體膜，形成於相關於本發明的膜構造體之上。相關於本發明之膜構造體，具備：基板、被形成於前述基板上之具有含氧化鋯的正方晶結晶構造之緩衝膜、被形成於前述緩衝膜上之磊晶成長的包含白金族元素之金屬膜、以及被形成於前述金屬膜上之磊晶成長的包含
Sr(Ti1-x
, Rux
)O3
(0≦x≦1)之膜。
Description
本發明係關於具備可以藉由磊晶成長在基板上形成單晶壓電體膜或超導體膜的緩衝膜之膜構造體，該壓電體膜以及該超導體膜。
在物聯網(IoT)時代，一切都連接到互聯網，感測器扮演著重要的角色，全球市場規模為200億美元，以7-8％的市場增長率擴大中，並且每年生產多達900億個感測器。其中，使用以PZT為首的壓電材料之MEMS感測器技術特別活躍，並且可以廣泛應用於自動運行的陀螺儀感測器，壓電麥克風，5G通訊用高頻濾波器或振動發電元件等種種用途。
伴隨著物聯網技術的發展，要求使用這樣的壓電材料之MEMS感測器技術逐年小型化/薄膜化，高感度化。另一方面，為了高感度化而確保充分的壓電性需要使極化均勻，但是在通常使用的多晶陶瓷燒結體之壓電材料，極化並不均勻。此外，陶瓷燒結體其薄膜化也有極限。因此，近年來嘗試著藉由磊晶成長獲得作為薄膜單晶的壓電材料(例如，參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平5-072428號公報
[發明所欲解決之課題]
於這樣的薄膜之往單晶化的致力解決，因為壓電材料大多數為氧化物，所以例如使用單晶的矽基板的場合，藉由磊晶成長使壓電材料單晶化是困難的。在此，例如把YSZ(Yttria-stabilized zirconia，氧化釔安定氧化鋯)那樣的氧化物結晶作為緩衝層使用，但這樣的氧化物結晶與壓電材料的結晶系不同，所以在壓電材料形成結晶時會被緩衝層的結晶系拉偏，而有難以得到面內單晶性的薄膜之課題。此外，壓電材料彼此的晶格常數不同，所以針對緩衝層的構成有必要針對各壓電材料進行檢討，緩衝層的選擇有困難度。
[供解決課題之手段]
為了解決前述課題，相關於本發明之膜構造體，具備：基板、被形成於前述基板上之具有含氧化鋯的正方晶結晶構造之緩衝膜、被形成於前述緩衝膜上之磊晶成長的包含白金族元素之金屬膜、以及被形成於前述金屬膜上之磊晶成長的包含Sr(Ti1-x
, Rux
)O3
(0≦x≦1)之膜。
[發明之效果]
根據本發明，針對種種壓電材料或超導材料，可以將具有單晶的結晶構造之膜，形成於相關於本發明的膜構造體之上。
以下，參照圖式說明本發明之實施型態。
又，揭示僅為一例，對該領域具有通常知識者而言，在保持發明的主旨之適宜變更而可容易想到者，當然亦包含於本發明的範圍。此外，圖式可使說明更為明確，與實施的態樣相比，各部分的寬幅、厚度、形狀等亦有模式表示的場合，其終究只是一例示而已，並非用於限定本發明之解釋。
此外，於本說明書與各圖式，關於已經圖示而與先前所述相同的要素會被賦予同一符號而適當省略詳細說明。
進而，於實施型態使用的圖式，亦有因應於圖式而省略供區別構造物之用而賦予的影線(網線)的情形。
(實施型態)
圖1係被形成相關於本發明的緩衝膜的基板之剖面圖。如圖1所示，於基板11上形成緩衝膜12。
基板11，例如為矽(Si)基板。矽以外，例如也可使用SOI(Silicon on Insulator)基板、矽以外之各種半導體結晶所構成的基板、藍寶石等各種氧化物單晶所構成的基板、石榴石(Al3
Fe2
Si3
O12
)基板，或者，表面被形成多晶矽膜的玻璃基板等。針對這些基板，不僅可為4吋，亦可為6吋或8吋尺寸的基板。
基板11的配向可為任意，只要是矽基板，例如可以使用Si(100)、Si(110)、Si(111)等。
緩衝膜12，包含在基板11上磊晶成長之氧化鋯(ZrO2
)，由膜部12a與突出部12b構成。ZrO2
隨著附加的能量而使結晶系產生單斜晶→正方晶→立方晶之相轉移係屬已知，但於本發明，緩衝膜12具有正方晶的結晶構造。又，緩衝膜12，適切者為依照基板11的配向而磊晶成長。
又，根據報告，晶系為正方晶、或即使不是正方晶而含有正方晶的話也會提高壓電材料之性能，被認為藉由設置正方晶的氧化鋯作為緩衝膜，有利作用於壓電材料的單晶形成。
單晶的ZrO2
最多包含8%的結晶缺陷，當有結晶缺陷時認為缺陷的空孔與接近的原子具有朝向減少晶格應變的方向之彈性力。認為該彈性力的程度係與空孔濃度成正比。關於本發明之緩衝膜12係利用該彈性力，可以發揮使結晶構造為可變之機能。
如圖1所示，緩衝膜12係具有突出部12b。突出部12b以此方式被形成，認為是根據緩衝膜12的成膜過程中原料濃度過飽和時，沿著結晶的某軸或某稜具有向異性而成長並形成角錐構造同時結晶成長。
緩衝膜12的成分，不僅有ZrO2
，亦可進而包含稀土類元素或鹼土類元素。這些之中，ZrO2
可能包含氧缺陷。此外，為了特性改善也可以包含Al、Sc、Mn、Fe、Co、Ni等過渡金屬元素。
最好是膜部12a為10nm以上即可，且突出部12b為3～8nm。
圖2係顯示於圖1所示的緩衝膜12上形成下部電極之基板之剖面圖。下部電極，包含在緩衝膜12上磊晶成長的導電膜13與膜16。導電膜13可以使用各種金屬而形成，例如可以使用白金族元素之Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt。已知這些材料彼此在物理/化學上性質類似。
膜16，包含以下列的一般式(化學式1)表示的複合氧化物，例如鈦酸鍶(STO)、鈦酸釕酸鍶(STRO)、或者釕酸鍶(SRO)。又，滿足0≦x≦1。
Sr(Ti1-x
, Rux
)O3
… (化學式1)
下部電極，最好其表面為平面，導電膜13至少為20nm即可，膜16，其膜厚比導電膜13還薄為佳。
圖3係顯示於圖2所示的基板進而形成壓電體膜14與上部電極的導電膜15之、相關於本發明之膜構造體101之剖面圖。
壓電體膜14的材料，係例如鈦酸鋯酸鉛(PZT)、鈦酸鋇(BaTiO3
)等之鈣鈦礦型氧化物。或者，例如，也可以使用三方晶系的鐵酸鉍(BiFeO3
)。同樣地，可以使用三方晶系的鈮酸鋰(LiNbO3
)、鉭酸鋰(LiTaO3
)。此外，例如，可以使用六方晶系的氮化鋁(AlN)。
此外，例如，作為壓電體膜14，可以使用鎢青銅型強介電質膜或者鉍層狀構造強介電質膜。具有鎢青銅型強介電質膜的結晶構造之材料，例如Ba2
NaNb5
O15
。
鉍層狀構造強介電質膜的結晶構造，以一般式(Bi2
O2
)2+
(Am-1
Bm
O3m+1
)2-
(m=1～5)、或Bi2
Am-1
Bm
O3m+3
(m=1～5)表示，於(Bi2
O2
)2+
層之間具有複數的擬鈣鈦礦構造。鉍層狀構造強介電質，例如，鈦酸鉍(Bi4
Ti3
O12
)。或者，例如，可以使用鈦酸鉍鑭(Bi4-x
Lax
)Ti3
O12
(0＜x＜1)。
不限於前述的壓電體膜14，也可以使用具有鈣鈦礦構造之、YBa2
Cu3
O7
(YBCO)之類的釔系超導體、或Bi2
SrCa2
Cu3
O10
(BSCCO)之類的鉍系超導體之材料作成超電導體膜14。
使用供形成前述之類的壓電體膜或超導體膜用之材料時，可以於緩衝膜12上形成單晶的壓電體膜14或超導體膜14。
於壓電體膜14上形成導電膜15。導電膜15，可以使用與導電膜13同樣的材料。又，藉由膜16，可以期待提高導電膜13與壓電體膜14之間的密接性。
[實施例]
以下，根據實施例進而詳細說明本實施型態。又，本發明並不受到以下實施例的限定。
於實施例1-4，基板11使用(100)配向之Si基板並作成圖3所示的膜構造體101。壓電體膜14，實施例1使用PZT(30/70)(Pb(Zr0.3
, Ti0.7
)O3
)、實施例2使用BTO (BaTiO3
)、實施例3使用BFO(BiFeO3
)、實施例4使用BLT((Bi3.25
, La0.75
)Ti3
O12
)，作為濺鍍材料來進行成膜。
首先，於基板11上，作為緩衝膜12藉由電子束蒸鍍法形成ZrO2
膜。此時的條件顯示如下。
裝置：電子束蒸鍍裝置
壓力：7.0×10-3
Pa
蒸鍍源：Zr+O2
O2
流量：10sccm
加速電壓/放射電流：7.5kV/1.8mA
厚度：25nm
基板溫度：600℃
圖4(a)係於基板11上形成ZrO2
膜作為緩衝膜12後觀察其剖面之STEM影像。圖4(b)之下圖係基板11之電子繞射影像，圖4(b)之上圖為緩衝膜12之電子繞射影像。
如圖4(a)所示可知，緩衝膜12係具備其表面為角錐形狀之突出部12b，由膜部12a與突出部12b構成。由圖4(b)的上圖可知，緩衝膜12係微細的ZrO2
單晶集合體，於基板11的上面磊晶成長。
圖5係顯示緩衝膜12各個成膜時間的根據STEM之剖面圖。圖5(a)係顯示形成1nm緩衝膜12，圖5(b)係形成12nm，圖5(c)係形成15nm，圖5(d)係形成25nm時的模樣。又，於圖5(b)-(d)，以反白虛線強調以便了解突出起部12b的形狀。
如圖5(a)所示可知，緩衝膜12成膜後並未立即形成突出部12b。此時的成膜時間為3秒。其次，1分鐘，作成形成緩衝膜12的試樣，觀察其剖面(圖5(b))。如圖5(b)所示可知，突出部12b的高度不均等。其次，5分鐘，作成形成緩衝膜12的試樣，觀察其剖面(圖5(c))。如圖5(c)所示，突出部12b之高度係比圖5(b)所示的突出部12b還均等化。其次，8分鐘，作成形成緩衝膜12的試樣，觀察其剖面(圖5(d))。如圖5(d)所示，突出部12b之高度係比圖5(b)或(c)所示的突出部12b還更均等化。
圖5(b)-(d)所示的突出部12b的高度，根據各張影像算出平均，圖5(b)時為2.2nm、圖5(c)時為3.33nm、圖5(d)時為4.67nm。此外，突出部12b，形狀為四角錐，底面的對角線長度，圖5(b)時為3.3nm、圖5(c)時為5.0nm、圖5(d)時為7.0nm。
由以上的結果，隨緩衝膜12的形成而四角錐的大小變大，突出部12b的高度則隨成膜時間加長而增加。此外，將緩衝膜12成膜0.05分(3秒)時(圖5(a))的緩衝膜12視為平面並將該表面積設為1.0時，圖5(b)-(d)的緩衝膜12的表面積係1.30～1.60倍。
算出成膜速率的話，圖5(a)時為3.33[nm/ sec]，圖5(b)時為2.0[nm/sec]，圖5(c)時為0.50[nm/sec]，圖5(c)時為0.50[nm/sec]，圖5(d)時為0.52[nm/sec]。如此方式，根據緩衝膜12不同膜厚的成膜速率，可知膜厚比15nm要厚的話，成膜速率成為一定。
圖6係顯示依後面說明的方法形成導電膜13、與膜16之後根據X射線繞射儀(XRD)測定的θ-2θ光譜的結果。如圖6所示，依照峰的位置的話，可知緩衝膜12之ZrO2
具有配向於(200)面的正方晶的結晶構造。
其次，於緩衝膜12上，作為導電膜13藉由濺鍍法形成了鉑(Pt)膜。此時的條件顯示如下。
裝置：DC濺鍍裝置
壓力：1.2×10-1
Pa
蒸鍍源：Pt
電力：100W
厚度：150nm
基板溫度：450～600℃
圖7係於緩衝膜12上形成Pt膜作為導電膜13後觀察其剖面之STEM影像。圖7(a)係形成10nm導電膜13，圖7(b)係形成20nm，圖7(c)係形成150nm時的模樣。
如圖7(a)所示，可知即使是10nm膜厚，導電膜13的表面幾乎平坦化。接著，如圖7(b)所示藉由形成20nm膜厚使導電膜13的表面更加平坦化，即使直接形成到150nm也如圖7(c)所是維持著平坦。
其次，於導電膜13上，作為膜16藉由濺鍍法形成了SrRuO3
(SRO)膜。此時的條件顯示如下。
裝置：RF磁控管濺鍍裝置
功率：300W
氣體：Ar
壓力：1.8Pa
厚度：20nm
基板溫度：600℃
其次，於膜16上形成壓電體膜14。於實施例1～14，形成的條件為相同，僅濺鍍材料有所不同。
裝置：RF磁控管濺鍍裝置
材料： [實施例1:PZT(30/70)]Pb(Zr0.3
, Ti0.7
)O3
、
[實施例2:BTO]BaTiO3
、
[實施例3:BFO]BiFeO3
、
[實施例4:BLT](Bi3.25
, La0.75
)Ti3
O12
功率：1500W
氣體：Ar/O2
壓力：1.0Pa
基板溫度：450℃
(實施例1)
在實施例1，膜構造體101以Si/ZrO2
/Pt/SRO/PZ/Pt之方式成膜。基板11，係使用Si(100)。又，形成壓電體膜14之PZT(30/70)後，其膜厚在使用Rigaku Corporation製造的X射線螢光分析裝置(AZX400)以XRF測定之後，為1.0μm。
圖8係針對相關於實施例1之膜構造體101，顯示根據XRD法測定的θ-2θ光譜的結果。如圖8所示可知，PZT(30/70)係優先配向於c軸。根據此X線繞射圖案求出晶格常數a及晶格常數c，計算c/a軸比後為1.046。
圖9係膜構造體101的剖面，顯示觀察壓電體膜14的PZT(30/70)的根據STEM之晶格影像。如圖9所示確認，於壓電體膜14，未出現轉移等的晶格混亂，且為單晶。
圖10係針對相關於實施例1之膜構造體101的各層，進行根據XRD法之極點圖的測定，顯示調查各層的膜的面內的配向關係之結果。圖10(a)係Si(220)面之極點圖，圖10(b)係ZrO2
(220)面之極點圖，圖10(c)係Pt(220)之極點圖，圖10(d)係PZT(202)之極點圖。
如圖10(a)-(d)所示，可見到4回對稱性的峰，可知以面內的配向與基板對齊之方式磊晶成長。
圖11係顯示相關於實施例1的壓電體膜14的分極的電壓依存性之圖。如圖11所示，相關於實施例1之壓電體膜14係顯示良好的特性，殘留極化Pr為50μC/cm2
，矯頑電場Ec為180kV/cm。
(實施例2)
實施例2，係以Si/ZrO2
/Pt/SRO/BTO之方式成膜。基板11，係使用Si(100)。又，形成壓電體膜14之BTO後，其膜厚在以XRF測定之後，為1.0μm。
圖12係針對相關於實施例2之膜構造體101，顯示根據XRD法測定的θ-2θ光譜的結果。圖12中的上側曲線係顯示Out-of-Plane測定的結果，下側曲線係顯示In-Plane測定的結果。
如圖12所示，壓電體膜14係優先配向於(001)面。此外，由該測定結果，在計算壓電體膜14的a軸長與c軸長之後，a軸為0.4012nm、c軸為0.4262nm。因而c/a比為1.044，可知與整體數值之1.01相比，c軸長更長。
圖13係針對相關於實施例2之膜構造體101，顯示根據ϕ掃描之X線繞射圖案之圖。(a)係基板11，(b)係壓電體膜14的圖案。由圖13也可知，壓電體膜14與基板11相同角度下有4回對稱軸，可知到壓電體膜14是以Cube-On-Cube被形成的。
圖14係相關於實施例2的膜構造體101的剖面，顯示觀察壓電體膜14的BTO的根據STEM之晶格影像。如圖14所示確認，於壓電體膜14，未出現轉移等的晶格混亂，且為單晶。
圖15係顯示壓電體膜14的分極的電壓依存性之圖。如圖15所示，相關於實施例2的壓電體膜14係顯示強介電質性。
圖16係針對壓電體膜14，藉由d33 Meter確認壓電性之圖。d33 Meter，係Lead Techno(股)公司製造的d33常數測定裝置(型式:LTFA-01)，即使沒有上部電極之導電膜15也可以進行d33的測定。具體而言，是對膜構造體101施力並以積分電路檢測電荷量變化之裝置，具備壓電性的話，如圖16所示方式藉由在一定的時間間隔施加或者不施加力而可以觀測脈衝形狀的波形。又，此時的d33值為24.88(pC/N)。
(實施例3)
實施例3，係以Si/ZrO2
/Pt/SRO/BFO之方式成膜。基板11，係使用Si(100)。又，形成壓電體膜14之BFO後，其膜厚在以XRF測定之後，為2.1μm。
圖17係針對相關於實施例3之膜構造體101，顯示根據XRD法測定的θ-2θ光譜的結果。圖17中的上側曲線係顯示Out-of-Plane測定的結果，下側曲線係顯示In-Plane測定的結果。如圖17所示，壓電體膜14係優先配向於(001)面。
圖18係顯示根據ϕ掃描之X線繞射圖案之圖。(a)係基板11，(b)係壓電體膜14的圖案。由圖18也可知，形成壓電體膜14後，與基板11相同角度下有4回對稱軸，可知到壓電體膜14是以Cube-On-Cube被形成的。
圖19係膜構造體101的剖面，顯示觀察壓電體膜14的BFO的根據STEM之晶格影像。如圖19所示確認，於壓電體膜14，未出現轉移等的晶格混亂，且為單晶。
圖20係顯示壓電體膜14的分極的電壓依存性之圖。如圖20所示，相關於實施例3之壓電體膜14係顯示良好的特性，殘留極化Pr為60μC/cm2
， 矯頑電場Ec為100kV/cm。
圖21係針對壓電體膜14，顯示藉由d33 Meter的測定結果之圖。如圖21所示，可知壓電體膜14具備壓電性。又，此時的d33值為16.69(pC/N)。
(實施例4)
實施例4，係以Si/ZrO2
/Pt/SRO/BLT之方式成膜。基板11，係使用Si(100)。又，形成壓電體膜14之BLT後，其膜厚在以XRF測定之後，為1.0μm。
圖22係針對相關於實施例4之膜構造體101，顯示根據XRD法測定的θ-2θ光譜的結果。圖22顯示Out-of-Plane測定的結果。如圖22所示，壓電體膜14係優先配向於(001)面。
圖23係顯示根據ϕ掃描之X線繞射圖案之圖。(a)係基板11，(b)係形成到壓電體膜14的圖案。由圖24也可知，形成壓電體膜14後，與基板11相同角度下有4回對稱軸，是以Cube-On-Cube被形成的。
圖24係膜構造體101的剖面，顯示觀察壓電體膜14的BLT的根據STEM之晶格影像。如圖24所示確認於壓電體膜14未出現轉移等的晶格混亂，且為單晶。又，於圖25，W1為鈣鈦礦層，W2為氧化鉍層。
圖25係顯示壓電體膜14的分極的電壓依存性之圖。如圖25所示，相關於實施例4之壓電體膜14係顯示強介電性，殘留極化Pr為4μC/cm2
，矯頑電場Ec為4.5kV/cm。
圖26係針對壓電體膜14，顯示藉由d33 Meter的測定結果之圖。如圖26所示，可知壓電體膜14具備壓電性。又，此時的d33值為164.7(pC/N)。
(實施例5)
實施例5，係以Si/ZrO2
/Pt/SRO/PZT之方式成膜。基板11，係使用Si(111)。又，形成壓電體膜14之PZT後，其膜厚在以XRF測定之後，為1.0μm。又，PZT的材料，使用Pb/Zr/Ti(130/52/48)之靶。
圖27係針對實施例5作成的試樣，顯示根據XRD法測定的θ-2θ光譜的結果。如圖27所示，基板11、緩衝膜12、導電膜13、壓電體膜14，全部配向於(111)面。
圖28係針對實施例5作成的試樣，顯示以(111)面為繞射面測定之藉由XRD法的根據ϕ掃描之結果。如圖28所示，基板11、導電膜13、壓電體膜14顯示出3回對稱性。又，導電膜13的峰雖偏移60°，為磊晶成長的單晶膜，此外，壓電體膜14也是磊晶成長的單晶膜。
(實施例6)
實施例6，係以Si/ZrO2
/Pt/SRO/PZT之方式成膜。基板11，係使用Si(110)。又，形成壓電體膜14之PZT後，其膜厚在以XRF測定之後，為1.0μm。又，PZT的材料，使用Pb/Zr/Ti(130/52/48)之靶。
圖29係針對實施例2作成的試樣，顯示根據XRD法測定的θ-2θ光譜的結果。如圖29所示，基板11、導電膜13為優先配向於(110)面。
圖30係針對實施例6作成的試樣，顯示以(111)面為繞射面測定之藉由XRD法的根據ϕ掃描之結果。如圖30所示，基板11、導電膜13、壓電體膜14顯示出2回對稱性。藉此，可以說壓電體膜14是磊晶成長的單晶膜。
由實施例1-6的結果也可知，緩衝膜12係依照基板11的配向而磊晶成長，於其上被形成的種種壓電體膜14也磊晶成長。認為這是因為如以下說明，在緩衝膜12形成後，緩衝膜12會因應其上被成膜的壓電材料不同而改變其結晶構造的緣故。
圖31係針對形成相關於實施例1的PZT(30/70)膜的試樣，顯示STEM觀察緩衝膜12與導電膜13的剖面之結果。如圖31(a)所示，突出部12b間的長度為4.2nm。圖31(b)係放大突出部12b之圖。
圖32係針對形成相關於實施例3的BFO膜的試樣，STEM觀察緩衝膜12與導電膜13的剖面之結果。如圖32(a)所示，突出部12b間的長度為3.9nm。圖32(b)係放大突出部12b之圖。
圖33係針對形成相關於實施例4的BLT膜的試樣，STEM觀察緩衝膜12與導電膜13的剖面之結果。如圖33(a)所示，突出部12b間的長度為5.5nm。圖33(b)係放大突出部12b之圖。
如圖31-33所示，突出部12b的高度會因應壓電體膜14的晶格常數而改變。例如，圖32所示的BFO的a軸的晶格常數為0.3971nm，與圖31的PZT及圖33的BLT相比之下為最短。此時如圖32(b)所示，突出部12b的高度為6.3nm，認為於壓電體膜14之BFO之成膜過程中突出部12b會朝上方延長以配合晶格常數短的BFO。
另一方面，圖33所示的BLT的a軸的晶格常數為0.5411nm，與圖31的PZT及圖32的BFO相比之下為最長。此時如圖33(b)所示，突出部12b的高度為2.8nm，認為於壓電體膜14之BLT之成膜過程中突出部12b會朝下方擠壓以配合晶格間隔長的BLT。
以此方式，緩衝膜12特別是突出部12b會因應壓電體膜14種類之不同而變形，進而使緩衝膜12上的導電膜13與膜16，其晶格間隔發生變動。圖34(a)係顯示形成BFO膜時之導電膜13及膜16的界面的剖面之晶格影像，圖34(b)係顯示形成BLT膜時之導電膜13及膜16的界面的剖面之晶格影像。
如圖34(b)所示那樣形成BLT膜時的導電膜13及膜16的分子間隔，係比如圖34(a)所示那樣形成BFO膜時的導電膜13及膜16的分子間隔還要長。
(實施例7)
實施例7，係以Si/ZrO2
/Pt/SRO/AlN之方式成膜。基板11，係使用Si(100)。直到SRO膜之製造條件，係與實施例1-6相同。AlN係在下列條件下成膜。
裝置：RF磁控管濺鍍裝置
功率：200W
氣體：Ar
壓力：0.5Pa
成膜時間：60分鐘
基板溫度：200℃
圖35係針對相關於實施例7之膜構造體101，藉由XRD法ϕ掃描AlN的X線繞射圖案的測定結果。如圖35所示可知，針對AlN膜顯示6回對稱性，單一配向於(0001)，且單晶化。又，圖35所示的圓圈數字的1與2係顯示在面內旋轉90°。
(實施例8)
實施例8，係以Si/ZrO2
/Pt/SRO/LiNbO3
(LN)之方式成膜。基板11，係使用Si(100)。直到SRO膜之製造條件，係與實施例1-6相同。LN係在下列條件下成膜。
裝置：RF磁控管濺鍍裝置
功率：160W
氣體：Ar/O2
比 2%
壓力：0.8Pa
成膜時間：9小時
基板溫度：400℃
圖36係針對相關於實施例8之膜構造體101，藉由XRD法ϕ掃描LN的X線繞射圖案的測定結果。如圖35所示可知，針對LN膜顯示4回對稱性，單一配向於(001)，且單晶化。
由上列實施例1～8的結果也可知，於含鋯的緩衝膜上形成磊晶成長的Pt膜及SRO膜，於其上形成壓電體膜的話，可以形成單晶化的壓電體膜。
11:基板
12:緩衝膜
12a:膜部
12b:突出部
13,15:導電膜
14:壓電體膜/超導體膜
16:膜
101:膜構造體
[圖1]係被形成相關於本發明的緩衝膜的基板之剖面圖。
[圖2]係下部電極被形成於相關於本發明的緩衝膜上的基板之剖面圖。
[圖3]係包含相關於本發明的緩衝膜的膜構造體之剖面圖。
[圖4](a)係於基板11上形成ZrO2
作為緩衝膜12後觀察其剖面之STEM影像，(b)之下圖係基板11之電子繞射影像，上圖為緩衝膜12之電子繞射影像。
[圖5]係針對緩衝膜12，觀察分別形成(a)1nm、(b)12nm、(c)15nm、(d)25nm時的剖面之STEM影像。
[圖6]係針對膜構造體101根據X射線繞射儀(XRD)測定的θ-2θ光譜的結果。
[圖7]係針對導電膜13，觀察分別形成(a)10nm、(b)20nm、(c)150nm時的剖面之STEM影像。
[圖8]係針對相關於實施例1之膜構造體101根據XRD法測定的θ-2θ光譜的結果。
[圖9]係根據觀察作為相關於實施例1的壓電體膜14的PZT(30/70)剖面的STEM之晶格影像。
[圖10]係針對相關於實施例1的膜構造體101，(a)為Si(220)面之極點圖，(b)係ZrO2
(220)面之極點圖，(c)係Pt(220)面之極點圖，(d)係PZT(202)面之極點圖。
[圖11]係顯示相關於實施例1的壓電體膜14的分極的電壓依存性之圖。
[圖12]係針對相關於實施例2之膜構造體101，根據XRD法測定的θ-2θ光譜的結果。
[圖13]係針對相關於實施例2之膜構造體101，(a)係基板11，(b)係根據壓電體膜14的ϕ掃描之X線繞射圖案之圖。
[圖14]係根據觀察作為相關於實施例2的壓電體膜14的BTO剖面的STEM之晶格影像。
[圖15]係顯示相關於實施例2的壓電體膜14的分極的電壓依存性之圖。
[圖16]係顯示相關於實施例2的壓電體膜14的BTO的壓電性之圖。
[圖17]係針對相關於實施例3之膜構造體101，根據XRD法測定的θ-2θ光譜的結果。
[圖18]係針對相關於實施例3之膜構造體101，(a)係基板11，(b)係根據壓電體膜14的ϕ掃描之X線繞射圖案之圖。
[圖19]係根據觀察作為相關於實施例3的壓電體膜14的BFO剖面的STEM之晶格影像。
[圖20]係顯示相關於實施例3的壓電體膜14的分極的電壓依存性之圖。
[圖21]係顯示相關於實施例3的壓電體膜14的BFO的壓電性之圖。
[圖22]係針對相關於實施例4之膜構造體101，根據XRD法測定的面外(Out-of-Plane)之θ-2θ光譜的結果。
[圖23]係針對相關於實施例4之膜構造體101，(a)係基板11，(b)係根據壓電體膜14的ϕ掃描之X線繞射圖案之圖。
[圖24]係根據觀察作為相關於實施例4的壓電體膜14的BLT剖面的STEM之晶格影像。
[圖25]係顯示相關於實施例4的壓電體膜14的分極的電壓依存性之圖。
[圖26]係顯示相關於實施例4的壓電體膜14的BLT的壓電性之圖。
[圖27]係針對相關於實施例5之膜構造體101，根據XRD法測定的θ-2θ光譜的結果。
[圖28]係針對相關於實施例5之膜構造體101，顯示根據ϕ掃描之X線繞射圖案之圖。
[圖29]係針對相關於實施例6之膜構造體101，根據XRD法測定的θ-2θ光譜的結果。
[圖30]係針對相關於實施例6之膜構造體101，顯示根據ϕ掃描之X線繞射圖案之圖。
[圖31]係針對形成相關於實施例1的PZT(30/70)的試樣，STEM觀察緩衝膜12與導電膜13的剖面之結果。
[圖32]係針對形成相關於實施例3的BFO的試樣，STEM觀察緩衝膜12與導電膜13的剖面之結果。
[圖33]係針對形成相關於實施例4的BLT的試樣，STEM觀察緩衝膜12與導電膜13的剖面之結果。
[圖34](a)係顯示形成相關於實施例3的BFO膜時之導電膜13及膜16的界面的剖面之晶格影像，(b)係顯示形成相關於實施例4的BLT膜時之導電膜13及膜16的界面的剖面之晶格影像。
[圖35]係針對相關於實施例7之膜構造體101，藉由XRD法ϕ掃描AlN的X線繞射圖案的結果。
[圖36]係針對相關於實施例8之膜構造體101，藉由XRD法ϕ掃描LiNbO3
的X線繞射圖案的結果。
11:基板
12:緩衝膜
12a:膜部
12b:突出部
13,15:導電膜
14:壓電體膜/超導體膜
16:膜
101:膜構造體
Claims (22)
- 一種膜構造體，其特徵為具備：基板、被形成於前述基板上之由膜部與突出部構成而具有含氧化鋯的正方晶結晶構造之緩衝膜、被形成於前述緩衝膜上之磊晶成長的包含白金族元素之金屬膜、以及被形成於前述金屬膜上之磊晶成長的包含Sr(Ti1-x,Rux)O3(0≦x≦1)之膜。
- 如請求項1之膜構造體，其中前述金屬膜的厚度為20~150nm。
- 如請求項1或2之膜構造體，其中前述緩衝膜，進而包含稀土類元素或鹼土類元素。
- 如請求項1或2之膜構造體，其中前述緩衝膜的表面積，與平面相比為1.30~1.60。
- 如請求項1或2之膜構造體，其中前述基板，配向於(100)面、(110)面、或者(111)面。
- 如請求項1或2之膜構造體，其中前述緩衝膜，依照前述基板的配向而磊晶成長。
- 一種壓電體膜，其特徵係被形成於請求項1至6之任一之前述膜構造體上之單晶。
- 如請求項7之壓電體膜，其中具有三方晶系之結晶構造。
- 如請求項8之壓電體膜，其中材料為BiFeO3、LiNbO3、或者LiTaO3。
- 如請求項7之壓電體膜，其中具有六方 晶系之結晶構造。
- 如請求項10之壓電體膜，其中材料為AlN。
- 如請求項7之壓電體膜，其中具有鎢青銅型之結晶構造。
- 如請求項7之壓電體膜，其中具有鉍層狀型之結晶構造。
- 如請求項13之壓電體膜，其中材料為Bi4Ti3O12或者(Bi4-xLax)Ti3O12(0≦x<1)。
- 如請求項7之壓電體膜，其中係以ABO3表示之鈣鈦礦(perovskite)型氧化物。
- 如請求項7之壓電體膜，其中材料為鈦酸鋯酸鉛。
- 如請求項16之壓電體膜，其中前述鈦酸鋯酸鉛為Pb(Zr0.3,Ti0.7)O3。
- 一種超導體膜，其特徵係被形成於請求項1至6之任一之前述膜構造體上之單晶。
- 如請求項18之超導體膜，其中為鉍系超導體。
- 如請求項19之超導體膜，其中材料為Bi2SrCa2Cu3O10。
- 如請求項18之超導體膜，其中係釔系超導體。
- 如請求項21之超導體膜，其中前述釔系 超導體之材料為YBa2Cu3O7。
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