ハイブリッドプロセッシングによる圧電セラミックスPZT薄膜の創製

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550695
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 王 占杰 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20323074)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前田 龍太郎 独立行政法人, 産業技術総合研究所, 主任研究官 (60357986) ; 佐藤 裕 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00292243) ; 粉川 博之 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10133050)
• Keywords: PZT薄膜 / ゾルーゲル法 / レーザーアブレーション / ハイブリッドプロセッシング / 結晶配向性 / 電気的特性 / 圧電性 / マイクロアクチュエータ

Research Abstract

PZT薄膜のマイクロ・マシンの機械素子への応用としてはその用途にもよるが,1.5〜10μmの厚さの薄膜を必要とする.PZT薄膜を作製するには,ゾルーゲル法やレーザーアブレーション法等の様々な方法があるが,厚さ3μmの薄膜を造るのに,いずれも多くの問題点がある.本研究では,ゾルーゲル法とレーザーアブレーションのハイブリツドプロセッシングを用いて,低温短時間で,良好な電気的特性および基盤との密着性を示す厚さ3μm程度のPZT薄膜を作製するプロセスを開発することを目的とする.本年度は,ゾルーゲル法とレーザーアブレーションのハイブリッドプロセッシングにより作製したPZT薄膜の結晶化過程を検討した.その結果,レーザーアブレーションで作製したPZT層のペロブスカイト(Perovskite)への相変態はゾルーゲル法で作製したPZT層の表面から始まるというエピタキシャル効果により、レーザーアブレーションで作製したPZT層は相対的に低いアニール温度でペロブスカイトへ相変態し,ゾルーゲル法で作製したPZT層と同じ結晶配向を持つことが明らかになった.また,1層のPZT膜をコーティングした基板を500℃に加熱しながら,その上にレーザーアブレーションでPZT薄膜を蒸着し,in situ成長によりPZT薄膜を作製した.作製した薄膜の結晶構造と微細組織を調べた結果,in situ結晶成長によりPZT薄膜の結晶配向を制御できることが分かった.また,ゾルーゲル層のペロブスカイト相の結晶粒のin situ成長によりレーザーアブレーションプロセス中に薄膜が完全に結晶化して,蒸着後のアニールが省略され,プロセスの低温化と短時間化が実現した.

Research Products

• [Publications] Zhan Jie Wang: "Preparation and characterization of Lead Ziroconate Titanate Thin Films Derived by Hybrid processing : Sol-Gel Method and Pulsed Laser Deposition"Japanese Jounal of Applied physics. 42(9B). 5936-5940 (2003)
• [Publications] Zhan Jie Wang: "Preparation and characterization of PZT thin films deposited by pulsed laser deposition on template layer"Journal of the European Ceramic Society. 24(6). 1232-1269 (2004)
• [Publications] Zhan Jie Wang: "Growth of lead zirconate titanate thin films by hybrid processing : sol-gel method and pulsed-laser deposition"Jounal of Crystal Growth. 262(1-4). 359-365 (2004)