マイクロ波加熱による強誘電体薄膜の低温作製プロセスの開発

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19360323
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 王 占杰 Tohoku University, 大学院・工学研究科, 准教授 (20323074)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 粉川 博之 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10133050) ; 前田 龍太郎 東北大学, 産業技術総合研究所, 研究員 (60357986)
• Keywords: 強誘電体 / 薄膜 / マイクロ波加熱 / 低温プロセス / 結晶化 / ペロブスカイト構造 / 微細組織 / 電気的特性

Research Abstract

チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr_<0.52>Ti_<0.48>O_3,PZTと略記)を中心とする強誘電体薄膜は高い強誘電性のみならず、優れた圧電性も示すので、マイクロ・アクチュエータ用材料としても注目され盛んに研究されている。PZT等の強誘電体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方法が用いられるが、ペロブスカイト相に結晶化させるためのデポジション温度およびデポジション後の熱処理温度はいずれも600℃以上なので、薄膜と下部電極および基板の間での元素の相互拡散や薄膜の表面における鉛や酸化鉛の蒸発などの問題点がある。これらの問題を解決するために、製膜プロセスの低温短時間化が要求される。本研究では、マイクロ波加熱によるPZT薄膜の低温結晶化のメカニズムを解明するとともに、450℃以下の低温でPZT薄膜作製が可能なプロセスを開発することを目的とする。本年度では,Pt/Ti/SiO_2/Si基板上にゾルーゲル法を用いてPZT薄膜をコーティングし,400℃から750℃までの温度範囲で2.45GHzマイクロ波によりPZT薄膜を加熱し,その結晶構造と微細組織および電気的特性等を調べて、マイクロ波加熱プロセスにおけるPZT薄膜の結晶化過程を検討した。その結果,450℃-30minのマクロ波加熱でPZT薄膜が十分にペロブスカイト相に結晶化し,通常加熱プロセス(600℃-30min)で作製した薄膜と同様な電気的特性を示したので、マイクロ波加熱はプロセスの低温化効果があることを明らかにした。