压电膜、其制造方法、压电膜层叠体、其制造方法技术

技术编号:25845745 阅读:27 留言:0更新日期:2020-10-02 14:23
本发明专利技术提供一种压电膜(1),其含有AlN晶体和添加至AlN晶体中的第1元素及第2元素。第1元素为离子半径大于Al的元素。第2元素为离子半径小于Al的元素。另外,一种压电膜层叠体及其制造方法,所述压电膜层叠体可具有基底层和由ScAlN形成的压电膜。基底层具有6次对称或3次对称的结晶晶格。另外,一种压电膜及其制造方法,所述压电膜由具有六方晶与立方晶的层叠型的晶体结构的ScAlN形成。在立方晶中添加了3价以外的元素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压电膜、其制造方法、压电膜层叠体、其制造方法关联申请的相互参照本申请基于2018年2月21日申请的日本申请号2018-028711号,并将其记载内容援引于此。
本申请涉及由ScAlN形成的压电膜、其制造方法、由ScAlN形成的压电膜层叠体及其制造方法。
技术介绍
利用压电现象的设备在广泛的领域被使用。在特别强烈要求小型化及省电化的手机、便携信息终端等便携用设备中,其使用正在扩大。在这样的设备中,使用了显示压电性能的压电膜,具体而言,可期待应用于表面弹性波(即SAW)元件、微小电气机械元件(即MEMS)中。从显示出高的压电常数的观点出发,近年来,由添加了钪等稀土类元素的铝氮化物形成的压电膜备受关注。例如在专利文献1中,公开了添加了0.5~50原子%的钪的氮化铝膜。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2009-10926号公报
技术实现思路
就添加了钪的氮化铝膜而言,存在越增加钪的添加量则压电性能越提高的倾向。然而,若过于增加钪的添加量,则压电性能急剧降低。认为这是由于:若将钪添加量提高至超过规定的值,则在氮化铝膜内沿与其厚度方向正交的方向产生大的压缩应力。而且认为,通过压缩应力而在氮化铝膜内生成立方晶,由于该立方晶的氮化铝增加而压电性能降低。压电特性高的氮化铝为六方晶的纤锌矿结构型。本申请想要提供显示出优异的压电性能的压电膜、其制造方法、压电膜层叠体、其制造方法。本申请的第1方案在于一种压电膜,其含有:AlN晶体、<br>添加至该AlN晶体中、并且4配位时的离子半径大于Al的第1元素、和添加至上述AlN晶体中、并且4配位时的离子半径小于Al的第2元素,上述第1元素的原子数相对于上述第1元素的原子数与Al的原子数的总量100at%所占的比例超过43at%。本申请的第2方案在于一种压电膜层叠体,其具有:基底层、和形成于该基底层的表面的由ScAlN形成的压电膜,在从与上述ScAlN的结晶的c轴平行的方向对上述基底层的晶体结构进行观察时,上述基底层由具有6次对称的结晶晶格、并且该6次对称的结晶晶格中的a轴长比上述ScAlN的a轴长长的基底材料形成。本申请的第3方案在于一种压电膜层叠体,其具有:基底层、和形成于该基底层的表面的由ScAlN形成的压电膜,在从与上述ScAlN的结晶的c轴平行的方向对上述基底层的晶体结构进行观察时,上述基底层由具有3次对称的结晶晶格、并且与上述基底层的表面平行的晶格面中的最靠近的原子间的距离比上述ScAlN的a轴长长的基底材料形成。本申请的第4方案在于一种压电膜层叠体的制造方法,其是具有基底层和形成于该基底层的表面的由ScAlN形成的压电膜的压电膜层叠体的制造方法,其中,具有下述工序:准备基底层的基底层准备工序,所述基底层由在从上述基底层的厚度方向对该基底层的晶体结构进行观察时具有6次对称的结晶晶格、该6次对称的结晶晶格中的a轴长比上述ScAlN的a轴长长的基底材料形成;和在上述基底层上外延生长由ScAlN形成的压电膜的成膜工序。本申请的第5方案在于一种压电膜层叠体的制造方法,其是具有基底层和形成于该基底层的表面的由ScAlN形成的压电膜的压电膜层叠体的制造方法,其中,具有下述工序:准备基底层的基底层准备工序,所述基底层由在从上述基底层的厚度方向对该基底层的晶体结构进行观察时具有3次对称的结晶晶格、与上述基底层的表面平行的晶格面中的最靠近的原子间的距离比上述ScAlN的a轴长长的基底材料形成;和在上述基底层上外延生长由ScAlN形成的压电膜的成膜工序。本申请的第6方案在于一种压电膜,其由具有六方晶与立方晶的层叠型的晶体结构的ScAlN形成,在上述立方晶的ScAlN中添加了由3价元素以外的元素形成的导电性赋予元素。本申请的第7方案在于一种压电膜的制造方法,其是通过在基板上成膜出由ScAlN形成的压电膜来制造压电膜的方法,其具有以下工序:在上述压电膜的成膜初期一边添加由3价以外的元素形成的导电性赋予元素一边使上述压电膜外延生长的成膜初期工序;和在该成膜初期工序后,在实质上不添加上述导电性赋予元素的情况下使上述压电膜生长的成膜后期工序。上述第1方案的压电膜、上述第2及第3方案的压电膜层叠体、上述第6方案的压电膜的压电常数d33等压电性能优异。因此,这些压电膜、压电层叠体可有助于压电设备的小型化、省电化。上述第4及第5方案的压电膜层叠体的制造方法具有基底层准备工序和成膜工序。在基底层准备工序中,准备基底层。在第4方案中,基底层在从其厚度方向对晶体结构进行观察时具有6次对称的结晶晶格,其a轴长比ScAlN的a轴长长。在第5方案中,基底层在从其厚度方向对晶体结构进行观察时,具有3次对称的结晶晶格,与基底层的表面平行的晶格面中的最靠近的原子间的距离比ScAlN的a轴长长。而且,在第4及第5方案中的成膜工序中,在具有这样的结构的基底层上使压电膜外延生长。在成膜工序中,不仅产生在ScAlN的生长中产生的通常的压缩应力,而且产生与压缩应力相反方向的拉伸应力。这是由于压电膜一边与基底层的结晶晶格取得晶格匹配一边进行生长。即,通过一边与具有比ScAlN的a轴长长的a轴长或上述的原子间距离的基底层取得晶格匹配一边引起外延生长,从而在ScAlN的a轴方向(即,与压电膜的厚度方向正交的方向)上产生拉伸应力。因此,在成膜工序中彼此具有相反方向的矢量的压缩应力与拉伸应力相互减弱。其结果是,变得容易生成六方晶的纤锌矿结构的ScAlN。其结果是,压电膜中的六方晶的ScAlN的含有比例增大,变得能够获得压电性能优异的压电层叠体。上述第7方案的压电膜的制造方法具有成膜初期工序和成膜后期工序。在成膜初期工序中,在压电膜的成膜初期一边添加由3价以外的元素形成的导电性赋予元素一边使上述压电膜外延生长。在压电膜的生长初期,容易生成压电性能低的立方晶的ScAlN。在成膜初期工序中,若如上述那样添加导电性赋予元素,则能够对压电性能低的立方晶等区域赋予导电性。在成膜后期工序中,在实质上不添加导电性赋予元素的情况下,使压电膜生长。由此,在添加了导电性赋予元素的ScAlN上,实质上不含有导电性赋予元素的ScAlN进行生长。由此,能够获得具有导电性的ScAlN与实质上不具有导电性的ScAlN层叠而成的压电膜。压电膜中的具有导电性的区域例如变得可以作为电极而利用。另一方面,在成膜后期工序中,通过以充分的厚度进行成膜,生成压电性能优异的六方晶的纤锌矿结构的ScAlN。具有导电性的ScAlN由于可以作为电极而发挥作用,因此不易成为压电膜的压电性能降低的原因。因此,变得能够获得压电性能优异的压电膜。如上所述,根据上述方案,能够提供显示出优异的压电性能的压电膜、其制造方法、压电膜层叠体、其制造方法。需要说明的是,权利要求书中记载的括弧内的符号表示与后述的实施方式中记载的具体机构的对应关系,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电膜(1),其含有:/nAlN晶体;/n第1元素,该第1元素被添加至该AlN晶体中,并且4配位时的离子半径大于Al;和/n第2元素,该第2元素被添加至所述AlN晶体中,并且4配位时的离子半径小于Al,/n所述第1元素的原子数相对于所述第1元素的原子数与Al的原子数的总量100at%所占的比例超过43at%。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180221 JP 2018-0287111.一种压电膜(1),其含有:
AlN晶体;
第1元素,该第1元素被添加至该AlN晶体中,并且4配位时的离子半径大于Al;和
第2元素,该第2元素被添加至所述AlN晶体中,并且4配位时的离子半径小于Al,
所述第1元素的原子数相对于所述第1元素的原子数与Al的原子数的总量100at%所占的比例超过43at%。


2.根据权利要求1所述的压电膜,其中,所述第1元素为选自稀土类元素中的至少1种。


3.根据权利要求1或2所述的压电膜,其中,所述第1元素为Sc。


4.根据权利要求1~3中任一项所述的压电膜,其中,所述第2元素为3价元素。


5.根据权利要求1~4中任一项所述的压电膜,其中,所述第2元素为B。


6.根据权利要求1~3中任一项所述的压电膜,其中,所述第2元素包含2价元素和4价元素,所述2价元素的原子数与所述4价元素的原子数实质上以等量存在。


7.根据权利要求1~3中任一项所述的压电膜,其中,进一步含有第3元素,所述第3元素被添加至所述AlN晶体中,并且4配位时的离子半径为Al以上且为1价元素,并且由与所述第1元素不同的元素形成,所述第2元素为5价元素,该5价元素的原子数与所述1价元素的原子数实质上以等量存在。


8.根据权利要求1~3中任一项所述的压电膜,其中,进一步含有第4元素,所述第4元素被添加至所述AlN晶体中,并且4配位时的离子半径为Al以上且为4价元素,并且由与所述第1元素不同的元素形成,所述第2元素为2价元素,该2价元素的原子数与所述4价元素的原子数实质上以等量存在。


9.根据权利要求1~3中任一项所述的压电膜,其中,进一步含有第5元素,所述第5元素被添加至所述AlN晶体中,并且4配位时的离子半径为Al以上且为2价元素,并且由与所述第1元素不同的元素形成,所述第2元素为4价元素,该4价元素的原子数与所述2价元素的原子数实质上以等量存在。


10.一种压电膜层叠体(5),其具有:
基底层(2)、和
形成于该基底层的表面的由ScAlN形成的压电膜(11),
在从与所述ScAlN的结晶的c轴平行的方向对所述基底层的晶体结构进行观察时,所述基底层由具有6次对称的结晶晶格、并且该6次对称的结晶晶格中的a轴长比所述ScAlN的a轴长长的基底材料形成。


11.根据权利要求10所述的压电膜层叠体,其中,所述基底材料具有c轴取向的六方晶结晶晶格。


12.根据权利要求10或11所述的压电膜层叠体,其中,所述基底材料由添加了4配位时的离子半径大于Zn的2价元素的ZnO、添加了4配位时的离子半径大于Ga的3价元素的GaN、添加了4配位时的离子半径大于In的3价元素的InN、InN或Ti形成。


13.根据权利要求10~12中任一项所述的压电膜层叠体,其中,所述基底材料由添加了选自由Ca、Sr及Ba构成的组中的至少1种元素的ZnO、或添加了选自由Sc、Y及La构成的组中的至少1种元素的GaN形成。


14.根据权利要求10或11所述的压电膜层叠体,其中,所述基底材料由添加了4配位时的离子半径大于Zn的2价以外的元素的ZnO、添加了4配位时的离子半径大于Ga的3价以外的元素的GaN、或添加了4配位时的离子半径大于In的3价以外的元素的InN形成。


15.一种压电膜层叠体(5),其具有:
基底层(2)、和
形成于该基底层的表面的由ScAlN形成的压电膜(11),
在从与所述ScAlN的结晶的c轴平行的方向对所述基底层的晶体结构进行观察时,所述基底层由具有3次对称的结晶晶格、并且与所述基底层的表面平行的晶格面中的最靠近的原子间的距离比所述ScAlN的a轴长长的基底材料形成。


16.根据权利要求15所述的压电膜层叠体,其中,所述基底材料具有(111)取向的立方晶结晶晶格。


17.根据权利要求15或16所述的压电膜层叠体,其中,所述基底材料由金刚石结构材料、闪锌矿结构材料、Ta或Cr形成。


18.根据权利要求10~17中任一项所述的压电膜层叠体,其中,所述压电膜的ScAlN中的Sc相对于Sc的原子数与Al的原子数的总量100at%所占的比例超过43at%。


19.一种压电膜层叠体的制造方法,其是具有基底层(2)和形成于该基底层的表面的由ScAlN形成的压电膜(11)的压电膜层叠体(5)的制造方法,其具有下述工序:
准备基底层的基底层...

【专利技术属性】
技术研发人员:勅使河原明彦加纳一彦酒井贤一
申请(专利权)人:株式会社电装
类型:发明
国别省市:日本;JP

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