JP7124445B2 - BNT-BT film and method for forming the same - Google Patents
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Description
本発明は、鉛を含まず、結晶性と膜密度が高く、(110)面又は(100)面の高い配向度を有し、これにより高い圧電特性又は高いキャパシタ特性を有するBNT-BT系膜及びその形成方法に関する。本明細書において、BNT-BTは、(Bi,Na)TiO3-BaTiO3の略称である。即ち、BNTは、(Bi,Na)TiO3の略称であり、BTは、BaTiO3の略称である。またLNO膜は、LaNiO3膜の略称である。 The present invention is a BNT-BT film that does not contain lead, has high crystallinity and film density, and has a high degree of orientation of the (110) plane or (100) plane, thereby having high piezoelectric properties or high capacitor properties. and a method of forming the same. As used herein, BNT-BT is an abbreviation for (Bi,Na)TiO 3 -BaTiO 3 . That is, BNT is an abbreviation for (Bi,Na)TiO 3 and BT is an abbreviation for BaTiO 3 . LNO film is an abbreviation for LaNiO 3 film.
従来、この種のBNT-BT系膜として、(110)配向のみを有する第1電極13、(110)配向のみを有する(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75-BaTiO3層14、(110)配向のみを有する(Bi,Na)TiO3-BaTiO3層15、及び第2電極17が、この順に積層され、xの値は0.29以上0.40以下である圧電体膜が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。BNT-BT層14は、第1電極13とBNT-BT層15の界面層である。
Conventionally, as this type of BNT-BT film, a
特許文献1に示される圧電体膜は、例えば、Pt層(第1電極13)上に、スパッタリング法により、(110)配向のみを有する0.93(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75-0.07BaTiO3層14(x=0.350)を界面層として100nmの厚さに形成した後、この界面層14上に、スパッタリング法により、(110)配向のみを有する0.93(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.07BaTiO3層15を2.7μmの厚さに形成して作られる。また特許文献1の比較例2には、(Na0.5Bi0.5)TiO3からなる界面層を用いた圧電体膜が示される。
The piezoelectric film disclosed in Patent Document 1 is formed, for example, on a Pt layer (first electrode 13) by a sputtering method to form 0.93(Na x Bi 0.5 )TiO 0.5x+2.75 − having only (110) orientation. After forming a 0.07BaTiO 3 layer 14 (x=0.350) with a thickness of 100 nm as an interface layer, a 0.93(Bi 0.5 Na 0.5 )TiO 3 -0.07BaTiO 3
特許文献1に示されるように、圧電体膜をスパッタリング法で形成する場合、スパッタリング法は、真空中で酸化物ターゲットに対し、例えばイオン化されたアルゴンなどを衝突させ、それによってはじき出された元素を基板に蒸着させているため、ターゲットとして使用した酸化物から組成がずれるという問題があり、多元素を利用する圧電体膜を形成する方法としては不向きである。それに加え、高真空が必要であることから、装置の大型化、高コスト化は避けられない。 As disclosed in Patent Document 1, when a piezoelectric film is formed by a sputtering method, the sputtering method involves bombarding an oxide target with, for example, ionized argon in a vacuum, so that the ejected elements are removed. Since the deposition is carried out on the substrate, there is a problem that the composition deviates from that of the oxide used as the target. In addition, since a high vacuum is required, an increase in the size and cost of the apparatus is inevitable.
このスパッタリング法の課題を解決するために、スパッタリング法に代わって、化学溶液堆積(CSD:chemical solution deposition)法が知られている。このCSD法は、目的組成の金属元素を含む前駆体溶液を用いて、例えばスピンコーティング法、ディップコーティング法、インクジェット法などにより基板上に成膜し、焼成することで圧電体膜又はキャパシタ膜を形成する方法であるため、スパッタリング法と比較して低温で圧電体膜又はキャパシタ膜を形成することができ、また、高真空を必要としないため小型かつ安価な装置で形成可能であるため好ましい。 In order to solve the problem of the sputtering method, a chemical solution deposition (CSD) method is known instead of the sputtering method. In this CSD method, a precursor solution containing a metal element with a target composition is used to form a film on a substrate by, for example, a spin coating method, a dip coating method, an inkjet method, etc., and then baked to form a piezoelectric film or a capacitor film. This method is preferable because it is possible to form the piezoelectric film or capacitor film at a lower temperature than the sputtering method, and because it does not require a high vacuum, it can be formed using a small and inexpensive apparatus.
従来、CSD法によるBNT-BT圧電体膜の形成方法の一つとして、0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3の構造式を有する圧電体膜を有機金属溶液堆積(MOSD:metal-organic solution deposition)法で形成する方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。この非特許文献1の方法では、先ずBNT溶液とBT溶液とを理論量論比でそれぞれ別々に調製し、その後両溶液を混合し、この混合液をPt/Ti/SiO2/Si基板上にスピンコーティングする。スピンコーティングした液をホットプレート上で170℃、10分間乾燥し、450℃、10分間仮焼し、最後にRTA(Rapid Thermal Annealing)で600℃以上700℃以下の温度で急速加熱して焼成する。膜厚を増大させるため、このスピンコーティングと乾燥と仮焼と焼成を数回繰り返してBNT-BT圧電体膜が形成される。 Conventionally, as one method of forming a BNT-BT piezoelectric film by the CSD method, a piezoelectric film having a structural formula of 0.94(Bi 0.5 Na 0.5 )TiO 3 -0.06BaTiO 3 is deposited by metalorganic solution deposition (MOSD). (For example, see Non-Patent Document 1.). In the method of Non-Patent Document 1, first, a BNT solution and a BT solution are separately prepared in a stoichiometric ratio, then both solutions are mixed, and this mixed solution is applied to a Pt/Ti/SiO 2 /Si substrate. Spin coat. The spin-coated liquid is dried on a hot plate at 170° C. for 10 minutes, calcined at 450° C. for 10 minutes, and finally baked by rapid heating at a temperature of 600° C. or higher and 700° C. or lower by RTA (Rapid Thermal Annealing). . In order to increase the film thickness, the spin coating, drying, calcining and baking are repeated several times to form a BNT-BT piezoelectric film.
非特許文献1には、非特許文献1の方法で得られたBNT-BT圧電体膜が、原子力間顕微鏡の観察で平均粒径が200nmオーダーであって平滑かつクラックがないこと、356nmの厚さで小信号誘電率と誘電正接が1kHzで613と0.044をそれぞれ示すこと、強誘電体ヒステリシス測定で164.5kV/cmの保持場で21.5μC/cm2の残留分極値が示されること、及び200kV/cmの電界でリーク電流密度が4.08×10-4A/cm2であり、その有効圧電定数(d33)が約51.6pm/Vであることが示される。 Non-Patent Document 1 describes that the BNT-BT piezoelectric film obtained by the method of Non-Patent Document 1 has an average particle size of the order of 200 nm and is smooth and crack-free as observed with an atomic force microscope, and has a thickness of 356 nm. small-signal permittivity and dissipation factor at 1 kHz show 613 and 0.044, respectively, and ferroelectric hysteresis measurements show a remanent polarization value of 21.5 μC/cm 2 at a holding field of 164.5 kV/cm. , and a leakage current density of 4.08×10 −4 A/cm 2 at an electric field of 200 kV/cm, and its effective piezoelectric constant (d 33 ) is about 51.6 pm/V.
スパッタリング法でBNT-BT圧電体膜を形成する特許文献1の方法では、上述した課題がある。またCSD法でBNT-BT圧電体膜を形成する非特許文献1の方法では、BNT溶液とBT溶液を混合した混合液を基板に塗布し、乾燥し、仮焼した後で、焼成するときに、結晶化温度の高いBT成分を含むため、高いエネルギーを要する。そのため、非特許文献1の方法に代表されるCSD法では、良好な結晶性のある膜を得ることが困難であった。結晶性が良好でない膜は電気特性に劣るため、結晶性を向上させることが求められていた。 The method of Patent Document 1, in which a BNT-BT piezoelectric film is formed by a sputtering method, has the above-described problems. In addition, in the method of Non-Patent Document 1, in which a BNT-BT piezoelectric film is formed by the CSD method, a mixed solution obtained by mixing a BNT solution and a BT solution is applied to a substrate, dried, and calcined. , requires high energy because it contains a BT component with a high crystallization temperature. Therefore, it was difficult to obtain a film with good crystallinity by the CSD method represented by the method of Non-Patent Document 1. Since a film with poor crystallinity has poor electrical properties, it has been desired to improve the crystallinity.
本発明の目的は、鉛を含まず、結晶性と膜密度が高く、(110)面又は(100)面の高い配向度を有し、これにより高い圧電特性又は高いキャパシタ特性を有するBNT-BT系膜及びその形成方法を提供することにある。 An object of the present invention is a BNT-BT that does not contain lead, has high crystallinity and film density, and has a high degree of orientation of the (110) plane or (100) plane, thereby having high piezoelectric properties or high capacitor properties. An object of the present invention is to provide a system film and a method for forming the same.
本発明者らは、CSD法において、BNT膜が500℃程度の温度から結晶化することを見出し、基板の電極とBNT-BT膜の間にBNT膜を介在させることにより、焼成時に電極界面での結晶核の発生密度を高め、結晶性と密度の高いBNT-BT膜を形成し得ることを知見し、本発明に到達した。 The present inventors found that the BNT film crystallized at a temperature of about 500° C. in the CSD method, and by interposing the BNT film between the electrode of the substrate and the BNT-BT film, at the electrode interface during firing, The inventors have found that a BNT-BT film with high crystallinity and high density can be formed by increasing the generation density of crystal nuclei, and arrived at the present invention.
本発明の第1の観点は、基板の電極上に形成される(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系膜からなるBNT-BT系膜であって、前記BNT-BT系膜は化学溶液堆積法(以下、CSD法という。)により形成され、Cu-Kα線を用いたX線回折法により得られる回折角度2θ=32°~33°の前記膜の(110)面のピーク波形における半値幅が0.200°以下であり、かつ下記式(1)で表される前記膜の(110)面の配向度が90%以上であるBNT-BT系膜である。
(110)面の配向度=ΣIb(110)/{ΣIa(100)+ΣIb(110)}×100 (1)
ここで、ΣIa(100)及びΣIb(110)は、(100)面及び(110)面の各ピーク強度の積分強度をそれぞれ示す。
A first aspect of the present invention is a BNT-BT-based film comprising a (Bi, Na)TiO 3 —BaTiO 3 -based film formed on an electrode of a substrate, wherein the BNT-BT-based film is deposited by chemical solution deposition. (hereinafter referred to as the CSD method) and the diffraction angle 2θ = 32° to 33° obtained by the X-ray diffraction method using Cu—Kα rays. is 0.200° or less, and the degree of orientation of the (110) plane of the film represented by the following formula (1) is 90% or more.
(110) plane orientation = ΣIb(110)/{ΣIa(100) + ΣIb(110)} × 100 (1)
Here, ΣIa(100) and ΣIb(110) denote the integrated intensities of the peak intensities of the (100) plane and the (110) plane, respectively.
本発明の第2の観点は、第1の観点に基づく発明であって、基板の電極上にLaNiO3膜を介して形成される(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系膜からなるBNT-BT系膜であって、前記BNT-BT系膜はCSD法により形成され、Cu-Kα線を用いたX線回折法により得られる回折角度2θ=22.5°~23.5°の前記膜の(100)面のピーク波形における半値幅が0.200°以下であり、かつ下記式(2)で表される前記膜の(100)面の配向度が90%以上である。
(100)面の配向度=ΣIc(100)/{ΣIc(100)+ΣId(110)}×100 (2)
ここで、ΣIc(100)及びΣId(110)は、(100)面及び(110)面の各ピーク強度の積分強度をそれぞれ示す。
A second aspect of the present invention is an invention based on the first aspect , in which a BNT-- A BT-based film, wherein the BNT-BT-based film is formed by a CSD method and has a diffraction angle 2θ of 22.5° to 23.5° obtained by an X-ray diffraction method using a Cu—Kα ray. The half width of the peak waveform of the (100) plane of is 0.200° or less, and the degree of orientation of the (100) plane of the film represented by the following formula (2) is 90% or more.
Orientation degree of (100) plane = ΣIc(100)/{ΣIc(100) + ΣId(110)} × 100 (2)
Here, ΣIc(100) and ΣId(110) denote the integrated intensities of the peak intensities of the (100) plane and the (110) plane, respectively.
本発明の第3の観点は、第1又は第2の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、前記(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系膜が(Bi,Na)TiO3-BaTiO3にMn及び/又はNbを含む。 A third aspect of the present invention is an invention based on either the first aspect or the second aspect, wherein the (Bi,Na)TiO 3 —BaTiO 3 -based film comprises (Bi,Na)TiO 3 — BaTiO 3 contains Mn and/or Nb.
本発明の第4の観点は、第1ないし第3の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、前記基板がシリコン基板又はサファイア基板であるBNT-BT系膜である。 A fourth aspect of the present invention is an invention based on any one of the first to third aspects, and is a BNT-BT film wherein the substrate is a silicon substrate or a sapphire substrate.
本発明の第5の観点は、第1ないし第4の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、前記基板の電極が(111)面に配向するPt膜であるBNT-BT系膜である。 A fifth aspect of the present invention is an invention based on any one of the first to fourth aspects, wherein the electrode of the substrate is a BNT-BT film that is a Pt film oriented in the (111) plane. be.
本発明の第6の観点は、基板の電極上に直接又はLaNiO3膜を介してCSD法により(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系膜からなるBNT-BT系膜を形成する方法であって、前記基板の電極上に直接又はLaNiO3膜を介して(Bi,Na)TiO3膜形成用液組成物を塗布乾燥し350℃以上400℃以下の温度で仮焼して厚さが4nm以上20nm以下であるシード層となる第1仮焼膜を形成し、前記第1仮焼膜上に(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系膜形成用液組成物を塗布乾燥し350℃以上400℃以下の温度で仮焼して第2仮焼膜を形成した後、前記第1仮焼膜と前記第2仮焼膜を25℃/秒以上の速度で昇温し700℃以上800℃以下の温度で一括焼成して結晶化した(Bi,Na)TiO3-BaTiO3膜系を形成する。 A sixth aspect of the present invention is a method of forming a BNT-BT film consisting of a (Bi, Na)TiO 3 —BaTiO 3 film on an electrode of a substrate directly or via a LaNiO 3 film by the CSD method. Then, the liquid composition for forming a (Bi, Na)TiO 3 film is coated on the electrodes of the substrate directly or via the LaNiO 3 film, dried, and calcined at a temperature of 350° C. or higher and 400° C. or lower to obtain a thickness of 4 nm. A first calcined film to be a seed layer having a thickness of 20 nm or less is formed, and a (Bi, Na) TiO 3 —BaTiO 3 -based film forming liquid composition is applied onto the first calcined film and dried to 350° C. or higher. After calcining at a temperature of 400° C. or less to form a second calcined film, the first calcined film and the second calcined film are heated at a rate of 25° C./second or more to 700° C. or more and 800° C. A crystallized (Bi, Na)TiO 3 —BaTiO 3 film system is formed by batch firing at the following temperature.
本発明の第1の観点のBNT-BT系膜は、基板の電極上の膜の(110)面のピーク波形における半値幅が0.200°以下であるため、結晶性が高く、かつ(110)面の高い配向度を有する。この結果、BNT-BT系膜は高い圧電特性を有する。また本発明のBNT-BT系膜は、特許文献1に示される(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75-BaTiO3層(x=0.350)のような特別な組成のシード層を界面層として具備しないため、大型で高価なスパッタリング装置を用いないCSD法により、小型で安価な装置で形成し得る。またこのBNT-BT系膜は、(110)面の配向度が90%以上であって、(110)面の配向度の高いため、(100)面の配向度の高い膜よりも誘電率が低く、ジャイロセンサ等のセンサに好適である。 The BNT-BT film of the first aspect of the present invention has a high crystallinity and a (110 ) has a high degree of plane orientation. As a result, the BNT-BT film has high piezoelectric properties. In addition, the BNT-BT film of the present invention has a seed layer with a special composition such as the (Na x Bi 0.5 )TiO 0.5x+2.75 -BaTiO 3 layer (x=0.350) shown in Patent Document 1 at the interface. Since it is not provided as a layer, it can be formed by a small and inexpensive device by the CSD method without using a large and expensive sputtering device. In addition, this BNT-BT film has a degree of orientation of the (110) plane of 90% or more, and since the degree of orientation of the (110) plane is high, the dielectric constant is higher than that of a film having a high degree of orientation of the (100) plane. It is low and suitable for sensors such as gyro sensors.
本発明の第2の観点のBNT-BT系膜は、基板の電極上に(100)面に優先配向するLaNiO3膜を介して形成され、LaNiO3膜がBNT-BT層の結晶配向を制御するため、(100)面の配向度を有する。そしてこの膜の(100)面のピーク波形における半値幅が0.200°以下であるため、結晶性が高く、かつ(100)面の高い配向度になる。この結果、BNT-BT系膜は高いキャパシタ特性を有する。また本発明のBNT-BT系膜は、特許文献1に示される(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75-BaTiO3層(x=0.350)のような特別な組成のシード層を界面層として具備しないため、大型で高価なスパッタリング装置を用いないCSD法で小型で安価な装置で形成し得る。またこのBNT-BT系膜は、(100)面に優先的に配向した膜の方が(110)面に優先的に配向した膜よりも誘電率が高く、薄膜キャパシタに好適である。 A BNT-BT-based film according to the second aspect of the present invention is formed on a substrate electrode via a LaNiO 3 film preferentially oriented in the (100) plane, and the LaNiO 3 film controls the crystal orientation of the BNT-BT layer. Therefore, it has the degree of orientation of the (100) plane. Since the half width of the peak waveform of the (100) plane of this film is 0.200° or less, the crystallinity is high and the degree of orientation of the (100) plane is high. As a result, the BNT-BT film has high capacitor characteristics. In addition, the BNT-BT film of the present invention has a seed layer with a special composition such as the (Na x Bi 0.5 )TiO 0.5x+2.75 -BaTiO 3 layer (x=0.350) shown in Patent Document 1 at the interface. Since it is not provided as a layer, it can be formed by a small and inexpensive device by the CSD method without using a large and expensive sputtering device. In addition, the BNT-BT film preferentially oriented in the (100) plane has a higher dielectric constant than the film preferentially oriented in the (110) plane, and is suitable for a thin film capacitor.
本発明の第3の観点のBNT-BT系膜は、(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系膜が(Bi,Na)TiO3-BaTiO3にMn及び/又はNbを含むことにより、リーク電流密度が低い、圧電体膜又はキャパシタ膜が得られる。 The BNT-BT-based film of the third aspect of the present invention is a (Bi,Na)TiO 3 -BaTiO 3 -based film containing Mn and/or Nb in (Bi,Na)TiO 3 -BaTiO 3 , A piezoelectric film or capacitor film with a low current density can be obtained.
本発明の第4の観点のBNT-BT系膜は、通常の圧電体装置又はキャパシタに用いられるシリコン基板又はサファイア基板の基板上に形成されるため、汎用性が高い。 The BNT-BT-based film of the fourth aspect of the present invention is highly versatile because it is formed on a silicon substrate or a sapphire substrate that is used in ordinary piezoelectric devices or capacitors.
本発明の第5の観点のBNT-BT系膜は、通常の圧電体装置又はキャパシタの下部電極として用いられる(111)面に配向するPt層上に形成されるため、汎用性が高い。 The BNT-BT film of the fifth aspect of the present invention is highly versatile because it is formed on a Pt layer oriented in the (111) plane used as the lower electrode of a normal piezoelectric device or capacitor.
本発明の第6の観点のBNT-BT系膜の形成方法では、BNT膜形成用液組成物を塗布乾燥し350℃以上400℃以下の温度で仮焼して厚さが4nm以上20nm以下であるシード層となる第1仮焼膜を形成し、この第1仮焼膜上にBNT-BT系膜形成用液組成物を塗布乾燥し350℃以上400℃以下の温度で仮焼して第2仮焼膜を形成した後、第1仮焼膜と第2仮焼膜を25℃/秒以上の速度で昇温し700℃以上800℃以下の温度で一括焼成する。この方法では、所定の温度で仮焼し、所定の昇温速度で焼成したときに、BNTからなる第1仮焼膜により、電極と第2仮焼膜の界面における結晶核発生密度が高められる。即ち、非特許文献1に示されるような、界面にBT成分(特にBa成分)が存在しないため、膜の形成時に所望の組成と異なる組成の発生が抑制され、高い結晶性と、(110)面又は(100)面の高い配向度を有するBNT-BT系膜を形成することができる。 In the method for forming a BNT-BT-based film according to the sixth aspect of the present invention, the BNT film-forming liquid composition is applied, dried, and calcined at a temperature of 350 ° C. or higher and 400 ° C. or lower to obtain a thickness of 4 nm or higher and 20 nm or lower. A first calcined film to be a certain seed layer is formed, a BNT-BT-based film forming liquid composition is applied to the first calcined film, dried, and calcined at a temperature of 350° C. or higher and 400° C. or lower. After forming the second calcined film, the temperature of the first calcined film and the second calcined film is raised at a rate of 25° C./second or more, and they are collectively baked at a temperature of 700° C. or more and 800° C. or less. In this method, the first calcined film made of BNT increases the crystal nucleus generation density at the interface between the electrode and the second calcined film when calcined at a predetermined temperature and fired at a predetermined heating rate. . That is, since there is no BT component (especially Ba component) at the interface as shown in Non-Patent Document 1, the occurrence of a composition different from the desired composition is suppressed during film formation, and high crystallinity and (110) A BNT-BT-based film having a high degree of plane or (100) plane orientation can be formed.
<第1の実施形態>
先ず、本発明の第1の実施形態のBNT-BT系膜を形成する方法を図1に基づいて説明する。
<First embodiment>
First, a method for forming a BNT-BT film according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
〔電極付き基板の準備〕
図1(d)に示すように、第1の実施形態のBNT-BT系膜11は基板12上に形成される。この基板12は、図1(a)に示すように、シリコン製又はサファイア製の耐熱性のある基板本体13を有する。シリコン製の基板本体の場合、この基板本体13上にSiO2膜14が設けられ、このSiO2膜14上に下部電極15が設けられる。下部電極15は、Pt、TiOX、Ir、Ru等の導電性を有し、かつBNT-BT系膜11と反応しない材料により形成される。例えば、下部電極15を、基板本体12側から順にTiOX膜15a及びPt膜15bの2層構造にすることができる。上記TiOX膜15aの具体例としては、TiO2膜が挙げられる。更に上記SiO2膜14は密着性を向上するために形成される。Pt膜15bは、例えばスパッタリング法により(111)面に配向して形成される。
[Preparation of substrate with electrodes]
As shown in FIG. 1(d), the BNT-
〔シード層としてのBNT膜(第1仮焼膜)の形成〕
図1(b)に示すように、基板12上にシード層としてのBNT膜16をCSD法(以下、ゾルゲル法ともいう。)により形成する。このBNT膜16は、(Bi,Na)TiO3膜形成用液組成物を基板12上に塗布し、乾燥し、仮焼して第1仮焼膜として作製される。この液組成物は、Bi、Na及びTiを少なくとも含む。例えば、酢酸ビスマス、ナトリウムアルコキシド及びチタンアルコキシドを含む。この液組成物の塗布は、スピンコーティング、ディップコーティング、LSMCD(Liquid Source Misted Chemical Deposition)法又は静電スプレー法などにより、仮焼した後で4nm以上20nm以下、好ましくは5nm以上10nm以下の厚さを有する塗膜(ゲル膜)になるように行われる。
[Formation of BNT film (first calcined film) as seed layer]
As shown in FIG. 1B, a
上記液組成物を塗布した後の乾燥は、自然乾燥、或いは低沸点溶媒や吸着した水分子を除去するため、例えば、ホットプレートを用いて70℃以上90℃以下の温度で、0.5分以上5分間の低温加熱で行われる。この乾燥した後の仮焼は、例えば、ホットプレート又はRTAにより、350℃以上400℃以下、好ましくは360℃以上380℃以下の温度で行われる。仮焼する温度が350℃未満では、BNT相と異なる相が生成する。400℃を超えると、BNT膜(第1仮焼膜)が結晶化しにくくなる。また仮焼した後の第1仮焼膜の厚さが4nm未満では、結晶核の発生密度が小さく、結晶性と密度の高いBNT-BT系膜を形成できない。厚さが20nmを超えると、シード層としてのBNT膜(第1仮焼膜)が厚くなりすぎ、BNT膜上に形成されるBNT-BT系膜の誘電特性(圧電特性、キャパシタ特性等)が劣化する。 Drying after applying the liquid composition is natural drying, or in order to remove low boiling point solvents and adsorbed water molecules, for example, using a hot plate at a temperature of 70 ° C. or higher and 90 ° C. or lower for 0.5 minutes. The low temperature heating is performed for 5 minutes as described above. The calcination after drying is performed at a temperature of 350° C. or higher and 400° C. or lower, preferably 360° C. or higher and 380° C. or lower, using a hot plate or RTA, for example. If the calcining temperature is less than 350° C., a phase different from the BNT phase is produced. If the temperature exceeds 400° C., the BNT film (first calcined film) becomes difficult to crystallize. If the thickness of the first calcined film after calcination is less than 4 nm, the density of crystal nuclei generated is low, and a BNT-BT film with high crystallinity and high density cannot be formed. If the thickness exceeds 20 nm, the BNT film (first calcined film) as the seed layer becomes too thick, and the dielectric properties (piezoelectric properties, capacitor properties, etc.) of the BNT-BT film formed on the BNT film deteriorate. to degrade.
〔BNT-BT系膜(第2仮焼膜)の形成〕
図1(c)に示すように、BNT膜(第1仮焼膜)16上にBNT-BT系膜(第2仮焼膜)17をゾルゲル法により形成する。このBNT-BT系膜17は、(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系膜形成用液組成物をBNT膜16上に塗布し、乾燥し、仮焼して第2仮焼膜として作製される。この液組成物は、Bi、Na及びTiに加えてBaを少なくとも含み、例えば、酢酸ビスマス、酢酸バリウム、Naアルコキシド及びTiアルコキシドを含む。この液組成物はMn及び/又はNbを含んでもよい。この液組成物の1回の塗布は、BNT膜形成用液組成物の塗布方法と同じであり、焼成した後で、好ましくは50nm以上100nm以下の厚さを有する膜になるように行われる。焼成した後の膜厚が50nm未満では生産性が劣り、100nmを超えると、焼成後のBNT-BT系膜中にクラックが発生し易くなる。
[Formation of BNT-BT film (second calcined film)]
As shown in FIG. 1(c), a BNT-BT film (second calcined film) 17 is formed on a BNT film (first calcined film) 16 by a sol-gel method. This BNT-
上記液組成物を塗布乾燥した後の仮焼は、例えば、ホットプレート又はRTAにより、BNT膜形成用液組成物の仮焼と同じ、350℃以上400℃以下、好ましくは360℃以上380℃以下の温度で行われる。仮焼する温度が350℃未満では、BNT-BT相と異なる相が生成する。400℃を超えると、BNT-BT系膜(第2仮焼膜)が結晶化しにくくなる。 The calcination after coating and drying the above liquid composition is, for example, by a hot plate or RTA, the same as the calcination of the BNT film forming liquid composition, 350 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, preferably 360 ° C. or higher and 380 ° C. or lower. at a temperature of If the calcining temperature is less than 350° C., a phase different from the BNT-BT phase is generated. If the temperature exceeds 400° C., the BNT-BT film (second calcined film) becomes difficult to crystallize.
〔第1仮焼膜及び第2仮焼膜の一括焼成〕
BNT-BT系膜(第2仮焼膜)17を作製した後、このBNT-BT系膜(第2仮焼膜)17とBNT膜(第1仮焼膜)16とを一括焼成する。この一括焼成により、第1仮焼膜は、電極と第2仮焼膜の間の界面における易結晶化膜となって結晶核発生密度を高めるとともに、焼成中に第2仮焼膜と一体となって、図1(d)に示すように、BNT-BT系膜11を形成する。BNT-BT系膜11の状態では、シード層であった第1仮焼膜は消失する。このBNT-BT系膜11はペロブスカイト型構造で形成され、(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系膜形成用液組成物がMn及び/又はNbを含む場合には、このペロブスカイト型構造のAサイト及び/又はBサイトにMn及び/又はNbを含む。この一括焼成は、酸素(O2)雰囲気中、N2、Ar、N2O又はH2のガス雰囲気中、或いはこれらの混合ガス雰囲気中、第1仮焼膜と第2仮焼膜とを、例えば、RTAで25℃/秒以上の速度で600℃以上700℃以下の温度まで昇温し、0.5分以上5分以下の時間保持することにより行われる。好ましい昇温速度は25℃/秒以上200℃/秒以下であり、好ましい焼成温度は50℃以上100℃以下である。昇温速度が25℃/秒未満、焼成温度が600℃未満又は焼成時間が0.5分間未満では、作製されるBNT-BT系膜11の結晶化度が十分でなく、その密度が低くなる。焼成温度が700℃を超えるか、又は焼成時間が5分間を超えると、生産性が悪くなる。
[Batch firing of the first calcined film and the second calcined film]
After the BNT-BT film (second calcined film) 17 is produced, the BNT-BT film (second calcined film) 17 and the BNT film (first calcined film) 16 are baked together. By this batch firing, the first calcined film becomes an easily crystallizable film at the interface between the electrode and the second calcined film and increases the density of crystal nuclei generation, and is integrated with the second calcined film during firing. Then, as shown in FIG. 1(d), a BNT-
〔厚さ調整層としてのBNT-BT系膜の形成〕
図1(e)に示すように、所望の膜厚に応じて、BNT-BT系膜11上に更に厚さ調整層としてのBNT-BT系膜18を形成してもよい。このBNT-BT系膜18は、上記第2仮焼膜を形成する液組成物と同一の液組成物をBNT-BT系膜11上に塗布し、乾燥して、仮焼する。所望の膜厚に応じて、1層又は2層以上の仮焼膜を積層する。このときの塗布、乾燥及び仮焼の条件は、第2仮焼膜形成時の塗布、乾燥及び仮焼の条件と同じである。1層又は2層以上の仮焼膜を積層した後、これらの仮焼膜を一括焼成する。図1(e)には厚さ調整層形成用に4層の仮焼膜を積層した後、焼成した例が示される。単一のBNT-BT系膜の膜厚、即ち1回の焼成で形成されるBNT-BT系膜の膜厚は、250nm以上400nm以下であることが好ましく、270nm以上380nm以下であることが更に好ましい。ここで、1回の焼成で形成されるBNT-BT系膜の膜厚を250nm以上400nm以下の範囲内に限定したのは、250nm未満では生産性が低下し、400nmを越えると成膜時にBNT-BT系膜中にクラックが発生し易くなるからである。
[Formation of BNT-BT film as thickness adjustment layer]
As shown in FIG. 1(e), a BNT-
〔第1の実施形態のBNT-BT系膜の特性〕
第1の実施形態のBNT-BT系膜11、18は、上述したゾルゲル法で形成され、Cu-Kα線を用いたX線回折法により得られる回折角度2θ=32°~33°の前記膜の(110)面のピーク波形における半値幅が0.200°以下である。このため、BNT-BT系膜11、18は、結晶性が高く、かつ(110)面の高い配向度を有する。この結果、BNT-BT系膜11、18は高い圧電特性を有する。上記半値幅が0.200°を超えると、膜の結晶性に劣る。
[Characteristics of BNT-BT film of the first embodiment]
The BNT-
また第1の実施形態のBNT-BT系膜11、18は、下記式(1)で表される(110)面の配向度が90%以上である。
(110)面の配向度=ΣIb(110)/{ΣIa(100)+ΣIb(110)} (1)
ここで、ΣIa(100)及びΣIb(110)は、(100)面及び(110)面の各ピーク強度の積分強度をそれぞれ示す。
このため、(110)面の配向度の高く、かつ(100)面の配向度の高い膜よりも誘電率が低く、ジャイロセンサなどのセンサに好適である。
In the BNT-
(110) plane orientation=ΣIb(110)/{ΣIa(100)+ΣIb(110)} (1)
Here, ΣIa(100) and ΣIb(110) denote the integrated intensities of the peak intensities of the (100) plane and the (110) plane, respectively.
Therefore, the dielectric constant is lower than that of a film having a high degree of orientation of the (110) plane and a high degree of orientation of the (100) plane, and is suitable for a sensor such as a gyro sensor.
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態のBNT-BT系膜を形成する方法を図2に基づいて説明する。第2の実施形態の特徴ある点は、図2(a)~図2(d)に示すように、基板12の下部電極15の上にLaNiO3膜(LNO膜)20が形成され、このLNO膜上にBNT膜(第1仮焼膜)26とBNT-BT系膜(第2仮焼膜)27がこの順に積層され、第1仮焼膜26及び第2仮焼膜27が一括焼成されて、BNT-BT系膜21が形成されることにある。符号28は、焼成したBNT-BT系膜21の上に積層された厚さ調整層形成用のBNT-BT系膜である。LNO膜20が形成される以外、第1の実施形態と同じである。このため、次のLNO膜の形成について説明する以外は、繰り返しの説明を省略する。
<Second embodiment>
Next, a method for forming a BNT-BT film according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A feature of the second embodiment is that a LaNiO 3 film (LNO film) 20 is formed on the
〔LNO膜の形成〕
図2(b)に示すように、LNO膜20は電極15上に形成される。このLNO膜20は(100)面に自己配向性を有するため、BNT-BT系膜21及び28の結晶配向性を(100)面に制御するための結晶配向性制御層として用いられる。このLNO膜20は、LNO膜形成用液組成物を電極15上に塗布し、乾燥し、仮焼した後、焼成することにより形成される。LNO膜形成用液組成物は、La及びNiを少なくとも含む。La源としては、酢酸ランタン、オクチル酸ランタン、2-エチルヘキサン酸ランタン等の金属カルボン酸塩、硝酸ランタン等の金属硝酸塩、ランタンイソプロポキシド等の金属アルコキシド、ランタンアセチルアセトナート等の金属β-ジケトネート錯体等が選ばれ、Ni源としては、酢酸ニッケル、オクチル酸ニッケル、2-エチルヘキサン酸ニッケル等の金属カルボン酸塩、硝酸ニッケル等の金属硝酸塩、ニッケルアセチルアセトネート等の金属β-ジケトネート錯体等が選ばれる。
[Formation of LNO film]
As shown in FIG. 2B, the
LNO膜形成用液組成物の電極15上への塗布、乾燥、仮焼及び焼成は、上記BNT膜BNT-BT系膜を形成するときと同様の条件で行われる。
The coating, drying, calcining, and firing of the LNO film-forming liquid composition on the
〔第2の実施形態のBNT-BT系膜の特性〕
第2の実施形態のBNT-BT系膜21、28は、上述したゾルゲル法で形成され、基板電極上にLNO層20を有するため、Cu-Kα線を用いたX線回折法により得られる回折角度2θ=22.5°~23.5°付近の前記膜の(100)面のピーク波形における半値幅が0.200°以下である。このため、BNT-BT系膜21、28は、結晶性が高く、かつ(100)面の高い配向度を有する。この結果、BNT-BT系膜21、28は高いキャパシタ特性を有する。上記半値幅が0.200°を超えると、膜の結晶性に劣る。
[Characteristics of BNT-BT film of the second embodiment]
The BNT-
また第2の実施形態のBNT-BT系膜21、28は、下記式(2)で表される(100)面の配向度が90%以上である。
(100)面の配向度=ΣIc(100)/{ΣIc(100)+ΣId(110)}×100 (2)
ここで、ΣIc(100)及びΣId(110)は、(100)面及び(110)面の各ピーク強度の積分強度をそれぞれ示す。
このように(100)面の優先配向度を高めた膜の誘電率は(110)面の優先配向度を高めた膜より誘電率が高いため、薄膜キャパシタに好適である。
In the BNT-
Orientation degree of (100) plane = ΣIc(100)/{ΣIc(100) + ΣId(110)} × 100 (2)
Here, ΣIc(100) and ΣId(110) denote the integrated intensities of the peak intensities of the (100) plane and the (110) plane, respectively.
Since the dielectric constant of the film in which the degree of preferential orientation of the (100) plane is enhanced is higher than that of the film in which the degree of preferential orientation of the (110) plane is enhanced, it is suitable for a thin film capacitor.
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。 Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
<実施例1>
〔0.94Bi0.55Na0.58TiO3-0.06BaTiO3液組成物の合成〕
フラスコに、テトラチタンイソプロポキシド(Ti源)と、このTi源に対してアセチルアセトンとをモル比(Ti:アセチルアセトン)で1:2となるように投入して撹拌し、この混合液を150℃のオイルバスで30分間還流した。次いでフラスコ内の得られた溶液に、酢酸ビスマス(Bi源)と酢酸バリウム(Ba源)とをモル比(Ti:Bi:Ba)で1:0.517:0.06となるように投入し、更にTi1モルに対して20モルの割合で酢酸を投入して撹拌し、150℃のオイルバスで30分間還流することにより均質な液を得た。次にフラスコ内のこの液にナトリウムエトキシド(Na源)をモル比(Ti:Na)で1:0.545となるように投入し、更にTi1モルに対して20モルのエタノールを投入し撹拌し、30分間還流することにより均質な液を得た。フラスコ内を減圧することにより、液中の副生成物や過剰な溶液を除去した。除去した後の溶液の酸化物濃度は20質量%であった。更に安定化剤である2-ジメチルアミノエタノールをモル比(Ti:安定化剤)で1:1となるように添加し、続けて酢酸により酸化物換算で8質量%まで希釈した。得られた液をフィルターでろ過することによりゴミを取り除き、ゾルゲル液である0.94Bi0.55Na0.58TiO3-0.06BaTiO3液組成物(以下、BNT-BT液組成物という。)を得た。
<Example 1>
[Synthesis of 0.94Bi 0.55 Na 0.58 TiO 3 -0.06BaTiO 3 liquid composition]
In a flask, tetratitanium isopropoxide (Ti source) and acetylacetone with respect to the Ti source were added so that the molar ratio (Ti: acetylacetone) was 1:2 and stirred, and the mixture was heated to 150°C. of oil bath for 30 minutes. Next, bismuth acetate (Bi source) and barium acetate (Ba source) were added to the resulting solution in the flask so that the molar ratio (Ti:Bi:Ba) was 1:0.517:0.06. Furthermore, acetic acid was added at a rate of 20 mol per 1 mol of Ti, stirred, and refluxed in an oil bath at 150° C. for 30 minutes to obtain a homogeneous liquid. Next, sodium ethoxide (Na source) was added to this solution in the flask so that the molar ratio (Ti:Na) was 1:0.545, and 20 mol of ethanol was added to 1 mol of Ti and stirred. and refluxed for 30 minutes to obtain a homogeneous liquid. By reducing the pressure in the flask, the by-products and excess solution in the liquid were removed. The oxide concentration of the solution after removal was 20 mass %. Furthermore, 2-dimethylaminoethanol as a stabilizer was added so that the molar ratio (Ti: stabilizer) was 1:1, followed by dilution with acetic acid to 8% by mass in terms of oxide. The resulting liquid was filtered with a filter to remove dust, thereby obtaining a sol-gel liquid 0.94Bi 0.55 Na 0.58 TiO 3 -0.06BaTiO 3 liquid composition (hereinafter referred to as BNT-BT liquid composition). .
〔Bi0.60Na0.60TiO3液組成物の合成〕
酢酸バリウム(Ba源)を投入しない以外は、上記液組成物の合成と同様の方法でゾルゲル液である酸化物換算で1質量%のBi0.60Na0.60TiO3液組成物(以下、BNT液組成物という。)を得た。
[Synthesis of Bi 0.60 Na 0.60 TiO 3 -liquid composition]
A 1 mass% Bi 0.60 Na 0.60 TiO 3 liquid composition (hereinafter referred to as BNT liquid composition I got a thing.).
〔BNT-BT系膜の形成〕
先ず直径100mmのシリコン基板を熱酸化して、その表面に500nmのSiO2膜を形成した。SiO2膜上にTiをスパッタリング法により20nmの厚さで形成し、続いてRTAにて酸素雰囲気下、700℃で1分間焼成することにより酸化チタン膜を形成した。酸化チタン膜上にスパッタリング法により100nmの厚さの(111)配向のPt膜からなる下部電極を形成した。このPt膜上に直接酸化物換算で1質量%のBNT液組成物を滴下し、3000rpmで15秒間スピンコーティングした。更に350℃のホットプレートで5分間仮焼を行い、Pt膜上に厚さ10nmのシード層となる第1仮焼膜を形成した。この第1仮焼膜上に酸化物換算で8質量%のBNT-BT液組成物を塗布し、3000rpmで15秒間スピンコーティングした。更に350℃のホットプレートで5分間仮焼を行い、第1仮焼膜上に厚さ10nmのBNT-BT誘電体層となる第2仮焼膜を形成した。酸素雰囲気中、第1仮焼膜(シード層)と第2仮焼膜(BNT-BT誘電体層)とをRTAで50℃/秒の速度で700℃まで昇温し、3分間保持して一括焼成し第1仮焼膜と第2仮焼膜が一体となって結晶化した。第1仮焼膜(シード層)と第2仮焼膜(BNT-BT誘電体層)の各厚さは分光エリプソメーター(J. A. Woollam 型番M2000-DI))により測定した。
[Formation of BNT-BT film]
First, a silicon substrate with a diameter of 100 mm was thermally oxidized to form an SiO 2 film with a thickness of 500 nm on its surface. Ti was formed on the SiO 2 film to a thickness of 20 nm by a sputtering method, followed by baking at 700° C. for 1 minute in an oxygen atmosphere by RTA to form a titanium oxide film. A lower electrode made of a (111) oriented Pt film with a thickness of 100 nm was formed on the titanium oxide film by a sputtering method. A BNT liquid composition of 1% by mass in terms of oxide was directly dropped onto the Pt film and spin-coated at 3000 rpm for 15 seconds. Further, calcination was performed on a hot plate at 350° C. for 5 minutes to form a first calcination film as a seed layer with a thickness of 10 nm on the Pt film. A BNT-BT liquid composition of 8% by mass in terms of oxide was applied onto the first calcined film and spin-coated at 3000 rpm for 15 seconds. Further, calcination was performed on a hot plate at 350° C. for 5 minutes to form a second calcined film as a BNT-BT dielectric layer with a thickness of 10 nm on the first calcined film. In an oxygen atmosphere, the first calcined film (seed layer) and the second calcined film (BNT-BT dielectric layer) were heated to 700° C. at a rate of 50° C./sec by RTA and held for 3 minutes. By collectively firing, the first calcined film and the second calcined film were integrated and crystallized. Each thickness of the first calcined film (seed layer) and the second calcined film (BNT-BT dielectric layer) was measured by a spectroscopic ellipsometer (JA Woollam Model M2000-DI).
続いてこの一括焼成した膜の上に上記8質量%のBNT-BT液組成物を再び塗布し、3000rpmで15秒間スピンコーティングし、350℃のホットプレートで5分間仮焼を行い、第2仮焼膜(BNT-BT誘電体層)を積層した。この第2仮焼膜の形成を4回繰り返した。4層の第2仮焼膜をRTAで50℃/秒の速度で700℃まで昇温し、3分間保持して一括焼成した。4層の第2仮焼膜(BNT-BT誘電体層)の焼成により、Pt膜上に厚さ320nmのBNT-BT膜を形成した。 Subsequently, the 8 mass% BNT-BT liquid composition was applied again on the collectively baked film, spin-coated at 3000 rpm for 15 seconds, and calcined on a hot plate at 350 ° C. for 5 minutes to perform the second calcination. A baked film (BNT-BT dielectric layer) was laminated. This formation of the second calcined film was repeated four times. The four layers of the second calcined film were heated up to 700° C. at a rate of 50° C./second by RTA, held for 3 minutes, and baked all at once. A BNT-BT film with a thickness of 320 nm was formed on the Pt film by firing the four-layer second calcined film (BNT-BT dielectric layer).
<実施例2>
第1仮焼膜(シード層)及び第2仮焼膜(BNT-BT誘電体層)のそれぞれの仮焼温度を375℃に変更した以外、実施例1と同様にして、厚さ320nmのBNT-BT膜を形成した。
<Example 2>
BNT with a thickness of 320 nm was prepared in the same manner as in Example 1, except that the calcining temperature of each of the first calcined film (seed layer) and the second calcined film (BNT-BT dielectric layer) was changed to 375 ° C. - A BT film was formed.
<実施例3>
第1仮焼膜(シード層)及び第2仮焼膜(BNT-BT誘電体層)のそれぞれの仮焼温度を400℃に変更した以外、実施例1と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Example 3>
A BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 1, except that the calcining temperature of each of the first calcined film (seed layer) and the second calcined film (BNT-BT dielectric layer) was changed to 400 ° C. formed.
<実施例4>
第1仮焼膜(シード層)及び第2仮焼膜(BNT-BT誘電体層)を一括焼成するときの昇温速度を25℃/秒に変更した以外、実施例1と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Example 4>
In the same manner as in Example 1, A BNT-BT film was formed.
<実施例5>
BNT-BT液組成物を0.90Bi0.55Na0.58TiO3-0.10BaTiO3液組成物に変更した以外、実施例1と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Example 5>
A BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 1, except that the BNT-BT liquid composition was changed to a 0.90Bi 0.55 Na 0.58 TiO 3 -0.10BaTiO 3 liquid composition.
<実施例6~8>
第1仮焼膜(シード層)の厚さを4nm(実施例6)、15nm(実施例7)及び20nm(実施例8)に変更した以外、実施例1と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Examples 6 to 8>
BNT-BT film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the first calcined film (seed layer) was changed to 4 nm (Example 6), 15 nm (Example 7) and 20 nm (Example 8). formed.
<比較例1>
第1仮焼膜(シード層)及び第2仮焼膜(BNT-BT誘電体層)のそれぞれの仮焼温度を325℃に変更した以外、実施例1と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Comparative Example 1>
A BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 1, except that the calcining temperature of each of the first calcined film (seed layer) and the second calcined film (BNT-BT dielectric layer) was changed to 325 ° C. formed.
<比較例2>
第1仮焼膜(シード層)及び第2仮焼膜(BNT-BT誘電体層)のそれぞれの仮焼温度を425℃に変更した以外、実施例1と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Comparative Example 2>
A BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 1, except that the calcining temperature of each of the first calcined film (seed layer) and the second calcined film (BNT-BT dielectric layer) was changed to 425 ° C. formed.
<比較例3>
第1仮焼膜(シード層)及び第2仮焼膜(BNT-BT誘電体層)を一括焼成するときの昇温速度を10℃/秒に変更した以外、実施例1と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Comparative Example 3>
In the same manner as in Example 1, A BNT-BT film was formed.
<比較例4~5>
第1仮焼膜(シード層)の厚さを3nm(比較例4)及び25nm(比較例5)に変更した以外、実施例1と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
実施例1~8及び比較例1~5によりBNT-BT膜を形成するときの製造条件を次の表1及び表2に示す。
<Comparative Examples 4-5>
A BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the first calcined film (seed layer) was changed to 3 nm (Comparative Example 4) and 25 nm (Comparative Example 5).
The following Tables 1 and 2 show the manufacturing conditions for forming BNT-BT films according to Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 5.
<比較評価試験その1>
実施例1~8及び比較例1~5で得られた13種類のBNT-BT膜について、配向面、(110)面のピーク波形における半値幅、(110)面の配向度、密度及び比誘電率を測定又は算出した。これらの結果を上記表2に示す。
<Comparative evaluation test 1>
For the 13 types of BNT-BT films obtained in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 5, the orientation plane, the half width of the peak waveform of the (110) plane, the degree of orientation of the (110) plane, the density and the relative dielectric ratio was measured or calculated. These results are shown in Table 2 above.
(1) 配向面
13種類のBNT-BT膜の優先配向面をX線回折プロファイルによりそれぞれ測定した。具体的には、X線回折(XRD)装置(パナリティカル社製、型式名:Empyrean)を用いた集中法により、実施例1及び比較例1のBNT-BT膜のCu-Kα線を用いたXRD分析を行った。その結果(実施例1及び比較例1のみ)を図3に示す。図3から明らかなように、実施例1及び比較例1のBNT-BT膜の優先配向面はそれぞれ(110)面であった。なお、図3において、回折角度2θが32°~33°の範囲内であって、基板に由来する回折ピークを除いた最も強度の高い配向面を優先配向面とした。また、実施例2~8及び比較例2~5のBNT-BT膜についても、上記と同様にXRD分析を行ったところ、優先配向面はいずれも(110)面であった。
(1) Orientation Planes The preferential orientation planes of 13 types of BNT-BT films were measured by X-ray diffraction profiles. Specifically, the Cu-Kα ray of the BNT-BT films of Example 1 and Comparative Example 1 was used by a concentration method using an X-ray diffraction (XRD) apparatus (manufactured by PANalytical, model name: Empyrean). XRD analysis was performed. The results (only Example 1 and Comparative Example 1) are shown in FIG. As is clear from FIG. 3, the preferential orientation planes of the BNT-BT films of Example 1 and Comparative Example 1 were the (110) planes. In FIG. 3, the orientation plane having the diffraction angle 2θ within the range of 32° to 33° and having the highest intensity excluding the diffraction peak derived from the substrate was taken as the preferential orientation plane. Further, the BNT-BT films of Examples 2 to 8 and Comparative Examples 2 to 5 were also subjected to XRD analysis in the same manner as described above, and the preferential orientation planes were all (110) planes.
(2) (110)面のピーク波形における半値幅
上記XRD装置により得られる回折角度2θ=32°~33°の13種類のBNT-BT膜の(110)面のピーク波形における半値幅(°)をそれぞれ求めた。
(2) Half width of peak waveform of (110) plane Half width of peak waveform of (110) plane of 13 types of BNT-BT films with diffraction angles 2θ = 32° to 33° obtained by the above XRD device (°) were asked for respectively.
(3) ピーク強度
13種類のBNT-BT膜のX線回折プロファイルにおいて、回折角度2θ=32°~33°の(110)面のピーク強度を測定した。
(3) Peak intensity In the X-ray diffraction profiles of 13 types of BNT-BT films, the peak intensity of the (110) plane at diffraction angles 2θ = 32° to 33° was measured.
(4) (110)面の配向度
13種類のBNT-BT膜のX線回折プロファイルにおいて、回折角度2θが22.5°~23.5°の範囲内の(100)面及び(110)面の各ピーク強度の積分強度(ΣIa(100)及びΣIb(110))を求め、次の式(1)により(110)面の配向度を求めた。
(110)面の配向度=ΣIb(110)/{ΣIa(100)+ΣIb(110)}×100 (1)
(4) Orientation degree of (110) plane In the X-ray diffraction profiles of 13 types of BNT-BT films, the diffraction angle 2θ is in the range of 22.5 ° to 23.5 ° (100) plane and (110) plane The integrated intensity (ΣIa(100) and ΣIb(110)) of each peak intensity was obtained, and the degree of orientation of the (110) plane was obtained by the following equation (1).
(110) plane orientation = ΣIb(110)/{ΣIa(100) + ΣIb(110)} × 100 (1)
(5) 密度
13種類のBNT-BT膜の膜密度(%)をSEMで測定した。膜の断面をSEMにて観察し、その断面像を画像解析することにより膜の面積及び膜中のボイド部分の面積を算出し、[(膜の面積-ボイド部分の面積)/膜の面積]×100という計算を行うことにより膜密度(%)を算出した。
(5) Density The film density (%) of 13 types of BNT-BT films was measured by SEM. The cross-section of the film is observed with an SEM, and the cross-sectional image is image-analyzed to calculate the area of the film and the area of voids in the film, [(area of film-area of voids)/area of film]. The film density (%) was calculated by performing the calculation of ×100.
(6) 比誘電率
先ず、BNT-BT膜の上面に、スパッタリングにより200μmφの一対の電極をそれぞれ形成した後、RTAを用いて、酸素雰囲気中で700℃に1分間保持して、ダメージを回復するためのアニーリングを行い、キャパシタ構造を作製して、比誘電率測定用のサンプルとした。このサンプルの誘電率を強誘電体評価装置(aix ACCT社製:TF-analyzer2000)により測定した後、無次元化するために、上記測定された誘電率を真空の誘電率で除して比誘電率を算出した。
(6) Relative dielectric constant First, after forming a pair of electrodes of 200 μmφ on the upper surface of the BNT-BT film by sputtering, they were held at 700° C. for 1 minute in an oxygen atmosphere using RTA to recover the damage. Annealing was performed to obtain a capacitor structure, which was used as a sample for relative permittivity measurement. After measuring the dielectric constant of this sample with a ferroelectric evaluation device (manufactured by aix ACCT: TF-analyzer 2000), in order to make it dimensionless, the measured dielectric constant is divided by the vacuum dielectric constant to obtain the specific dielectric rate was calculated.
<評価結果その1>
表2から明らかなように、実施例1、2、3と比較例1、2を比較すると、仮焼温度が350℃から400℃では(110)面の優先配向度が上昇し、ピークの半値幅が小さくなっていることが確認できた。半値幅の小さな膜は結晶性に優れ、高い圧電特性が期待できる。
<Evaluation result 1>
As is clear from Table 2, when Examples 1, 2, and 3 are compared with Comparative Examples 1 and 2, the preferential orientation of the (110) plane increases at a calcining temperature of 350°C to 400°C, and half of the peak It was confirmed that the price range has become smaller. A film with a small half-value width is excellent in crystallinity and can be expected to have high piezoelectric properties.
実施例1、4と比較例3を比較すると、昇温速度が25℃/秒以上であれば膜が十分に緻密化するものの、それ以下であると緻密化が十分に進行せず電気特性が劣化することが確認できた。 Comparing Examples 1 and 4 with Comparative Example 3, the film is sufficiently densified when the heating rate is 25° C./sec or more, but when it is less than 25° C./sec, the densification does not proceed sufficiently and the electrical properties are deteriorated. Deterioration was confirmed.
実施例6、7、8と比較例4、5を比較すると、BNT層の厚さが4nmより薄いと配向度が十分に上がらず電気特性が劣り、20nmよりも厚いと同様に配向度が十分に上がらず電気特性が劣る。これらの結果より、電気特性が良好なBNT-BT膜を得るには仮焼温度が350℃以上400℃以下かつ焼成時の昇温速度が25℃/秒以上かつBNT層の厚さが4nm以上20nm以下であることが必要であることが明らかとなった。 Comparing Examples 6, 7, and 8 with Comparative Examples 4 and 5, when the thickness of the BNT layer is less than 4 nm, the degree of orientation does not increase sufficiently, resulting in poor electrical properties. electrical characteristics are inferior. From these results, in order to obtain a BNT-BT film with good electrical properties, the calcination temperature is 350 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, the temperature increase rate during firing is 25 ° C./sec or more, and the thickness of the BNT layer is 4 nm or more. It became clear that it is necessary to be 20 nm or less.
<実施例9>
〔LaNiO3膜の形成〕
LaNiO3前駆体として、酢酸ニッケル・4水和物(Ni源)と硝酸ランタン・6水和物(La源)を用意し、これらをLaとNiの金属原子比が1:1となるように秤量した。また、安定化剤として、上記前駆体の合計量1モルに対して5モルとなる量のN-メチルホルムアミドを用意した。次いで、フラスコに、上記酢酸ニッケル・4水和物(Ni源)と、上記硝酸ランタン・6水和物(La源)と入れた後に、エチレングリコールモノプロピルエーテルを添加して混合溶液を調製した。
<Example 9>
[Formation of LaNiO 3 film]
As LaNiO 3 precursors, nickel acetate tetrahydrate (Ni source) and lanthanum nitrate hexahydrate (La source) were prepared, and these were mixed so that the metal atomic ratio of La and Ni was 1:1. weighed. As a stabilizer, N-methylformamide was prepared in an amount of 5 moles per 1 mole of the total amount of the above precursors. Next, after putting the nickel acetate tetrahydrate (Ni source) and the lanthanum nitrate hexahydrate (La source) into a flask, ethylene glycol monopropyl ether was added to prepare a mixed solution. .
上記混合溶液を蒸留により脱水を行った後、安定化剤としてN-メチルホルムアミドを添加した。更に、この混合溶液をアルゴンガス雰囲気中、150℃の温度で20分間加熱し反応させた後に、エチレングリコールモノプロピルエーテルで質量調整を行った。これによりLaとNiの金属原子比が1:1でありLaNiO3前駆体の濃度が酸化物換算で4質量%であるLaNiO3膜形成用液組成物(以下、LNO液組成物という。)を得た。 After the mixed solution was dehydrated by distillation, N-methylformamide was added as a stabilizer. Further, this mixed solution was heated in an argon gas atmosphere at a temperature of 150° C. for 20 minutes for reaction, and then mass-adjusted with ethylene glycol monopropyl ether. As a result, a LaNiO 3 film-forming liquid composition (hereinafter referred to as LNO liquid composition) having a metal atomic ratio of La and Ni of 1:1 and a LaNiO 3 precursor concentration of 4% by mass in terms of oxide was obtained. Obtained.
得られたLNO液組成物を実施例1と同一構成のSi/SiO2/TiOX/Pt基板上に滴下して、3000rpmで15秒間スピンコーティングして、基板のPt膜上に塗膜を形成した。次に、上記基板上の塗膜を450℃のホットプレートで5分間仮焼した後、RTAで酸素雰囲気中に10℃/秒の速度で800℃まで昇温し、この温度に5分間保持する焼成を行って、基板上にLaNiO3膜(LNO膜)を形成した。 The resulting LNO liquid composition was dropped onto a Si/SiO 2 /TiO x /Pt substrate having the same structure as in Example 1 and spin-coated at 3000 rpm for 15 seconds to form a coating film on the Pt film of the substrate. did. Next, after calcining the coating film on the substrate with a hot plate at 450° C. for 5 minutes, the temperature is raised to 800° C. at a rate of 10° C./sec in an oxygen atmosphere by RTA, and held at this temperature for 5 minutes. Firing was performed to form a LaNiO 3 film (LNO film) on the substrate.
〔BNT-BT膜の形成〕
実施例1と同一組成のBNT液組成物と実施例1と同一組成のBNT-BT液組成物を用いて、このLNO膜上に実施例1と同様に、第1仮焼膜(シード層)を形成した後、第2仮焼膜(BNT-BT誘電体層)を形成し、これらを一括焼成して、厚さ300nmのBNT-BT膜を形成した。即ち、実施例9では、LNO膜を下地に使用した以外、実施例1と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
[Formation of BNT-BT film]
Using a BNT liquid composition having the same composition as in Example 1 and a BNT-BT liquid composition having the same composition as in Example 1, a first calcined film (seed layer) was formed on this LNO film in the same manner as in Example 1. was formed, a second calcined film (BNT-BT dielectric layer) was formed, and these were collectively sintered to form a BNT-BT film with a thickness of 300 nm. That is, in Example 9, a BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 1, except that an LNO film was used as a base.
<実施例10>
実施例10では、仮焼温度を375℃にした以外、実施例9と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Example 10>
In Example 10, a BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 9, except that the calcination temperature was changed to 375°C.
<実施例11>
実施例11では、仮焼温度を400℃にした以外、実施例9と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Example 11>
In Example 11, a BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 9, except that the calcination temperature was changed to 400.degree.
<実施例12>
実施例12では、焼成時の昇温速度を25℃/秒にした以外、実施例10と同様にして、BNT-BT膜を形成した)。
<Example 12>
In Example 12, a BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 10, except that the heating rate during firing was set to 25° C./sec).
<実施例13>
実施例13では、焼成時の昇温速度を100℃/秒にした以外、実施例10と同様にして、BNT-BT膜を形成した)。
<Example 13>
In Example 13, a BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 10, except that the heating rate during firing was 100° C./sec).
<実施例14>
実施例14では、焼成時の温度を750℃にした以外、実施例10と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Example 14>
In Example 14, a BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 10, except that the firing temperature was 750.degree.
<実施例15>
実施例15では、焼成時の温度を800℃にした以外、実施例10と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Example 15>
In Example 15, a BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 10, except that the firing temperature was 800.degree.
<比較例6>
比較例6では、BNT層を使用しなかったこと以外、実施例10と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Comparative Example 6>
In Comparative Example 6, a BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 10, except that no BNT layer was used.
<比較例7>
比較例7では、仮焼温度を325℃にしたこと以外、実施例10と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Comparative Example 7>
In Comparative Example 7, a BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 10, except that the calcination temperature was set to 325.degree.
<比較例8>
比較例8では、仮焼温度を425℃にしたこと以外、実施例10と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
<Comparative Example 8>
In Comparative Example 8, a BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 10, except that the calcination temperature was set to 425.degree.
<比較例9>
比較例9では、昇温速度を10℃/秒にしたこと以外、実施例10と同様にして、BNT-BT膜を形成した。
実施例9~15及び比較例6~9によりBNT-BT膜を形成するときの製造条件を次の表3及び表4に示す。
<Comparative Example 9>
In Comparative Example 9, a BNT-BT film was formed in the same manner as in Example 10, except that the heating rate was 10° C./sec.
The manufacturing conditions for forming the BNT-BT films according to Examples 9-15 and Comparative Examples 6-9 are shown in Tables 3 and 4 below.
<比較評価試験その2>
実施例9~15及び比較例6~9で得られた11種類のBNT-BT膜について、比較評価試験その1と同様の方法で、配向面、(100)面のピーク波形における半値幅、ピーク強度、(100)面の配向度、密度及び比誘電率を測定又は算出した。これらの結果を上記表4に示す。
<
For the 11 types of BNT-BT films obtained in Examples 9 to 15 and Comparative Examples 6 to 9, in the same manner as in Comparative Evaluation Test 1, the half width and peak in the peak waveform of the oriented plane and (100) plane The strength, the degree of orientation of the (100) plane, the density and the dielectric constant were measured or calculated. These results are shown in Table 4 above.
(1) 配向面
11種類のBNT-BT膜の優先配向面をX線回折プロファイルによりそれぞれ測定した。具体的には、比較評価試験その1と同一のX線回折(XRD)装置を用いて、同一の方法で、実施例9及び比較例6のBNT-BT膜のXRD分析を行った。その結果(実施例9及び比較例6のみ)を図4に示す。図4から明らかなように、実施例9及び比較例6のBNT-BT膜の優先配向面はそれぞれ(100)面であった。なお、図4において、回折角度2θが22.5°~23.5°の範囲内であって、基板に由来する回折ピークを除いた最も強度の高い配向面を優先配向面とした。また、実施例10~15及び比較例7~9のBNT-BT膜についても、上記と同様にXRD分析を行ったところ、優先配向面はいずれも(100)面であった。
(1) Orientation Planes The preferential orientation planes of 11 types of BNT-BT films were measured by X-ray diffraction profiles. Specifically, the XRD analysis of the BNT-BT films of Example 9 and Comparative Example 6 was performed in the same manner using the same X-ray diffraction (XRD) apparatus as in Comparative Evaluation Test 1. The results (only Example 9 and Comparative Example 6) are shown in FIG. As is clear from FIG. 4, the preferential orientation planes of the BNT-BT films of Example 9 and Comparative Example 6 were (100) planes. In FIG. 4, the orientation plane having the diffraction angle 2θ within the range of 22.5° to 23.5° and having the highest intensity excluding the diffraction peak derived from the substrate was taken as the preferential orientation plane. Also, the BNT-BT films of Examples 10 to 15 and Comparative Examples 7 to 9 were subjected to XRD analysis in the same manner as described above, and the preferential orientation planes were all (100) planes.
(2) (100)面のピーク波形における半値幅
上記XRD装置により得られる回折角度2θ=22.5°~23.5°の11種類のBNT-BT膜の(100)面のピーク波形における半値幅(°)をそれぞれ求めた。
(2) Half width of the peak waveform of the (100) plane of the peak waveform of the (100) plane of 11 types of BNT-BT films with diffraction angles 2θ = 22.5° to 23.5° obtained by the XRD device The price range (°) was obtained for each.
(3) ピーク強度
11種類のBNT-BT膜のX線回折プロファイルにおいて、回折角度2θ=22.5~23.5°の(100)面のピーク強度を求めた。
(3) Peak intensity In the X-ray diffraction profiles of 11 types of BNT-BT films, the peak intensity of the (100) plane at diffraction angles 2θ = 22.5 to 23.5° was obtained.
(4) (100)面の配向度
11種類のBNT-BT膜のX線回折プロファイルにおいて、回折角度2θが22.5°~23.5°の範囲内の(100)面及び(110)面の各ピーク強度の積分強度(ΣIc(100)及びΣId(110))を求め、次の式(2)により(100)面の配向度を求めた。
(100)面の配向度=ΣIc(100)/{ΣIc(100)+ΣId(110)}×100 (2)
(4) Orientation degree of (100) plane In the X-ray diffraction profiles of 11 types of BNT-BT films, the diffraction angle 2θ is in the range of 22.5 ° to 23.5 ° (100) plane and (110) plane The integrated intensity of each peak intensity (.SIGMA.Ic(100) and .SIGMA.Id(110)) was determined, and the degree of orientation of the (100) plane was determined by the following equation (2).
Orientation degree of (100) plane = ΣIc(100)/{ΣIc(100) + ΣId(110)} × 100 (2)
(5) 密度
11種類のBNT-BT膜の膜密度(%)を比較評価試験その1と同一の方法で算出した。
(5) Density The film densities (%) of 11 types of BNT-BT films were calculated by the same method as in Comparative Evaluation Test 1.
(6) 比誘電率
11種類のBNT-BT膜の比誘電率を比較評価試験その1と同一の方法で算出した。
(6) Relative permittivity The relative permittivity of 11 types of BNT-BT films was calculated by the same method as in Comparative Evaluation Test No. 1.
<評価結果その2>
表4から明らかなように、実施例9、10、11と比較例7、8を比較すると、仮焼温度が350℃以上400℃以下でXRD評価によるピーク波形の半値幅が小さくなり、ピーク強度も向上していることが確認できた。一般的にピーク強度が高い膜の方が高い特性を有するため仮焼温度は上記温度が良好であった。実施例10、12、13と比較例9を比較すると、焼成時の昇温速度が25℃/秒より小さいと膜の緻密化が十分でなく、高い特性が得られないことが判った。
<
As is clear from Table 4, when Examples 9, 10, and 11 are compared with Comparative Examples 7 and 8, the half-value width of the peak waveform by XRD evaluation becomes smaller at a calcining temperature of 350 ° C. or more and 400 ° C. or less, and the peak intensity was also found to be improved. Generally, a film with a higher peak strength has better properties, so the calcining temperature above was favorable. Comparing Examples 10, 12, and 13 with Comparative Example 9, it was found that if the heating rate during firing was less than 25° C./sec, the film would not be sufficiently densified and high characteristics would not be obtained.
本発明のBNT-BT系膜は、振動発電素子、焦電センサ、アクチュエータ、インクジェットヘッド、オートフォーカス等のMEMSアプリケーションの圧電体膜、又は薄膜コンデンサ、キャパシタ、IPD、DRAMメモリ用コンデンサ、積層コンデンサ、強誘電体メモリ用コンデンサ等のキャパシタ膜に用いることができる。 The BNT-BT film of the present invention is a piezoelectric film for MEMS applications such as vibration power generation elements, pyroelectric sensors, actuators, inkjet heads, and autofocus, or thin film capacitors, capacitors, IPDs, DRAM memory capacitors, multilayer capacitors, It can be used for capacitor films such as ferroelectric memory capacitors.
11 、21 BNT-BT系膜
12 基板
15 電極
16、26 第1仮焼膜(シード層)
17、27 第2仮焼膜
18、28 BNT-BT系膜
20 LNO膜
11, 21 BNT-
17, 27 Second calcined
Claims (6)
前記BNT-BT系膜は化学溶液堆積法(CSD法)により形成され、
Cu-Kα線を用いたX線回折法により得られる回折角度2θ=32°~33°の前記膜の(110)面のピーク波形における半値幅が0.200°以下であり、かつ下記式(1)で表される前記膜の(110)面の配向度が90%以上であるBNT-BT系膜。
(110)面の配向度=ΣIb(110)/{ΣIa(100)+ΣIb(110)}×100 (1)
ここで、ΣIa(100)及びΣIb(110)は、(100)面及び(110)面の各ピーク強度の積分強度をそれぞれ示す。 A BNT-BT film composed of a (Bi, Na)TiO 3 —BaTiO 3 film formed on an electrode of a substrate,
The BNT-BT-based film is formed by a chemical solution deposition method (CSD method),
The half width of the peak waveform of the (110) plane of the film having a diffraction angle 2θ of 32° to 33° obtained by an X-ray diffraction method using Cu—Kα rays is 0.200° or less, and the following formula ( A BNT-BT film represented by 1), in which the degree of orientation of the (110) plane of the film is 90% or more.
(110) plane orientation = ΣIb(110)/{ΣIa(100) + ΣIb(110)} × 100 (1)
Here, ΣIa(100) and ΣIb(110) denote the integrated intensities of the peak intensities of the (100) plane and the (110) plane, respectively.
前記BNT-BT系膜は化学溶液堆積法(CSD法)により形成され、
Cu-Kα線を用いたX線回折法により得られる回折角度2θ=22.5°~23.5°の前記膜の(100)面のピーク波形における半値幅が0.200°以下であり、かつ下記式(2)で表される前記膜の(100)面の配向度が90%以上であるBNT-BT系膜。
(100)面の配向度=ΣIc(100)/{ΣIc(100)+ΣId(110)}×100 (2)
ここで、ΣIc(100)及びΣId(110)は、(100)面及び(110)面の各ピーク強度の積分強度をそれぞれ示す。
A BNT-BT-based film composed of a (Bi, Na)TiO 3 -BaTiO 3 -based film formed on an electrode of a substrate via a LaNiO 3 film,
The BNT-BT-based film is formed by a chemical solution deposition method (CSD method),
The half width of the peak waveform of the (100) plane of the film having a diffraction angle 2θ of 22.5° to 23.5° obtained by an X-ray diffraction method using Cu—Kα rays is 0.200° or less, A BNT-BT film represented by the following formula (2) and having a degree of orientation of the (100) plane of the film of 90% or more.
Orientation degree of (100) plane = ΣIc(100)/{ΣIc(100) + ΣId(110)} × 100 (2)
Here, ΣIc(100) and ΣId(110) denote the integrated intensities of the peak intensities of the (100) plane and the (110) plane, respectively.
前記基板の電極上に直接又はLaNiO3膜を介して(Bi,Na)TiO3膜形成用液組成物を塗布乾燥し350℃以上400℃以下の温度で仮焼して厚さが4nm以上20nm以下であるシード層となる第1仮焼膜を形成し、前記第1仮焼膜上に(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系膜形成用液組成物を塗布乾燥し350℃以上400℃以下の温度で仮焼して第2仮焼膜を形成した後、前記第1仮焼膜と前記第2仮焼膜を25℃/秒以上の速度で昇温し700℃以上800℃以下の温度で一括焼成して結晶化した(Bi,Na)TiO3-BaTiO3膜系を形成するBNT-BT系膜の形成方法。 A method for forming a BNT-BT film composed of a (Bi, Na)TiO 3 —BaTiO 3 film on an electrode of a substrate directly or via a LaNiO 3 film by a chemical solution deposition method (CSD method), comprising:
The liquid composition for forming a (Bi, Na)TiO 3 film is applied directly or through the LaNiO 3 film on the electrode of the substrate, dried, and calcined at a temperature of 350° C. or higher and 400° C. or lower to give a thickness of 4 nm or more and 20 nm. A first calcined film to be a seed layer is formed as follows, and a (Bi, Na) TiO 3 —BaTiO 3 -based film forming liquid composition is applied on the first calcined film and dried at 350° C. to 400° C. After calcining at a temperature below to form a second calcined film, the first calcined film and the second calcined film were heated at a rate of 25° C./second or more to 700° C. or more and 800° C. or less. A method for forming a BNT-BT film that forms a crystallized (Bi, Na)TiO 3 —BaTiO 3 film system by collectively sintering at a high temperature.
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