薄膜叠层体、采用该薄膜叠层体的电子装置、及调节器以及调节器的制造方法制造方法及图纸

一种薄膜叠层体，其特征在于，由单晶基板、中间层和导电层构成；　　　　所述单晶基板由硅或镓－砷构成；　　　　所述中间层由在所述单晶基板上通过外延生长形成的铝酸镁尖晶石构成；　　　　所述导电层由在所述中间层上通过外延生长形成的铂族元素构成；　　　　在所述导电层上，使具有简单钙钛矿晶格的结晶结构的氧化物层外延生长。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种显示高电介质性、压电性、电介质性、热电性等的、能够外延生长在晶体中具有简单钙钛矿晶格的结晶结构的氧化物层的薄膜叠层体，及形成有该氧化物层的薄膜叠层体，以及具有形成有该氧化物层的薄膜叠层体的电子装置。电子装置是非常适合用于，例如，精密定位用调节器、蜂鸣器等的驱动部、电容器元件、DRAM、FeRAM、SAW器件等的电子装置。
技术介绍
近年来，殷切希望可用于多种驱动装置，例如磁盘装置的磁头定位机构或医疗用微型机器的驱动机构的、小型且高性能的调节器。对于必须如此小型化的调节器，从能够形成薄膜安装的角度考虑，采用如果外加电场就产生机械变形的压电材料或电致伸缩性材料的调节器最适合。在压电材料或电致伸缩性材料中，在实用上显示足够压电性、电致伸缩性的材料，只局限于部分氧化物。即使在氧化物中，具有例如在晶体中具有简单钙钛矿晶格的钙钛矿结构、铋层状结构、钨青铜结构等的物质多数是强电介质，是具有压电性、电介质性、热电性、半导电性、导电性的有魅力的材料。特别是，具有钙钛矿结构、发现良好特性的材料只局限于氧化物。另外，由于压电性或电致伸缩性来源于构成氧化物的原子的配置，因此必须是晶体。为了得到更理想的特性，组织均匀、无缺陷的单晶膜是理想的。但是，得到单晶膜一般不容易。通常利用的压电材料等为多晶膜，由于多晶膜多数存在晶粒边界等缺陷，因此特性低于单晶膜。另外，若在特定的面方向取向则有提高特性的倾向，所以优选不仅在层叠方向，在膜面内方向也取向的膜，即外延膜。以往，为使氧化物的外延膜生长，采用氧化镁(MgO)、钛酸锶(SrTiO3)、铝酸镧(LaAlO3)等氧化物单晶基板。在这些氧化物单晶基板上，作为下部电极，使(001)面为主面的铂膜外延生长，在铂膜上再通过外延生长形成氧化物结晶膜。但是，一般所用的氧化物单晶基板为2英寸左右，大型化困难。此外即使在价格方面，由于6英寸的硅单晶基板达几千日元，而2英寸的MgO基板达到十几万日元的高价，因此在实用上存在障碍。因此，作为使氧化物层的外延膜生长的基板，一直进行采用硅单晶基板的研究。首先，为了在硅单晶基板上使外延膜生长，需要利用硅单晶基板的表面的取向。但是，如果硅单晶基板的表面在高温且氧气环境中被曝露，则被氧化形成硅氧化膜(SiOx)。由于硅氧化膜为非晶质，不具有取向，因此不能在硅氧化膜上生长外延膜。此外，在外延膜的生长中，生长的膜和硅单晶基板之间的反应或扩散少也是重要的。因此，至今为止，作为可在硅单晶基板上外延生长的材料，公开有钇稳定化氧化锆(YSZ)、氧化铈(CeO2)等稀土元素的氧化物、氧化镁(MgO)、铝酸镁尖晶石(MgAl2O4)、钛酸锶(SrTiO3)等。一直在进行以这些材料的结晶层作为中间层，在中间层上形成具有钙钛矿结构的氧化物的外延膜的试验。在这些中间层中，已知，铝酸镁尖晶石膜在硅基板(001)面上，以(001)面为主面外延生长，然后外延生长钙钛矿结构(001)面(例如，参照非专利文献1)。可是，为了用于调节器、电容器元件等，在中间层和氧化物层之间需要有成为下部电极的导电层。即，需要在铝酸镁尖晶石膜和钙钛矿氧化物层的外延膜之间设置导电层。但是，当设置有导电层时，在导电层的结晶性低的情况下，或不能在铝酸镁尖晶石膜上外延生长的情况下，存在结晶性低，或形成在导电层上的钙钛矿氧化物层的结晶方位变化，与极化方向严重偏移，压电性或电致伸缩性劣化的问题。专利文献1特开昭55-61035号公报非专利文献1Matsubara et al；J.Appl.Phys.，66(1989)5826
技术实现思路
因此，本专利技术为解决上述的问题而提出的，其总目的在于提供一种新型且有用的薄膜叠层体、采用该薄膜叠层体的电子装置及调节器以及调节器的制造方法。本专利技术的第1目的是，实现能够形成氧化物层的薄膜叠层体，该氧化物层具有导电层并且具有良好结晶性，同时具有高电介质性、优良的压电性、电致伸缩性。此外，本专利技术的第2目的是实现高性能且可低成本的电子装置及调节器，所述电子装置及调节器具备具有良好结晶性的同时显示高电介质性、优良的压电性、电致伸缩性的氧化物层。此外，本专利技术的第3目的是，实现具有上述薄膜叠层体的、高性能且可低成本的调节器的制造方法。如果采用本专利技术的一观点，能够提供一种薄膜叠层体，其中，其由由硅或镓—砷构成的单晶基板、由在所述单晶基板上通过外延生长形成的铝酸镁尖晶石构成的中间层、由在所述中间层上通过外延生长形成的铂族元素构成的导电层构成，其外延生长具有简单钙钛矿晶格的结晶结构的氧化物层。如果采用本专利技术，由铂族元素构成的导电层，相对于由铝酸镁尖晶石构成的中间层外延生长来形成。因此，由于由铂族元素构成的导电层的结晶性良好，所以能够在导电层上外延生长具有简单钙钛矿晶格的结晶结构的结晶性良好的氧化物层。此外，由于在薄膜叠层体中采用由硅或镓—砷构成的单晶基板，所以与采用以往的MgO单晶基板时相比，能够大面积化及低成本化。如果采用本专利技术的其它观点，能够提供一种薄膜叠层体，具有由硅或镓—砷构成的单晶基板；由在所述单晶基板上通过外延生长形成的铝酸镁尖晶石构成的中间层；由在所述中间层上通过外延生长形成的铂族元素构成的导电层；在所述导电层上通过外延生长形成的具有简单钙钛矿晶格的结晶结构的氧化物层。如果采用本专利技术，由于在导电层上以(001)面为生长方向外延生长氧化物层，因此氧化物层的结晶性优良，同时由于电压外加方向和极化轴一致，因此具有良好的极化量、电容率、压电性及电致伸缩性。也可以在所述单晶基板和中间层的之间再形成非晶质层。单晶基板上的中间层通过外延生长形成。因此，单晶基板表面和生长在其上面的作为中间层的铝酸镁尖晶石膜形成异质外延生长结构，这些界面强固结合。其结果，即使构成铝酸镁尖晶石膜的原子通过热处理等重排列，也受单晶基板的结晶面的原子排列约束，限制重排列。在单晶基板上形成由铝酸镁尖晶石膜的状态下，通过在这些界面上设置非晶质层，切断上述的约束，能够自行重排列铝酸镁尖晶石膜。因此，能提高铝酸镁尖晶石膜的结晶性，形成在其上面的导电层及氧化物层，能够延续铝酸镁尖晶石膜的良好的结晶性，提高各层的结晶性。如果采用本专利技术的其它观点，能够提供一种具有上述任何一种薄膜叠层体的电子装置。如果采用本专利技术，在上述薄膜叠层体中，形成在导电层上的具有简单钙钛矿晶格的结晶结构的氧化物层具有良好的结晶性。此外，由于采用由硅或镓—砷构成的单晶基板，与采用以往的MgO单晶基板时相比，能够大面积化且低成本化。因此能够实现具有显示高电介质性、良好的压电性、电致伸缩性的氧化物层的廉价的电子装置。如果采用本专利技术的其它观点，能够提供一种调节器，具有由硅或镓—砷构成的单晶基板、由在所述单晶基板上通过外延生长形成的铝酸镁尖晶石构成的中间层、由在所述中间层上通过外延生长形成的铂族元素构成的下部导电层、在所述下部导电层上通过外延生长形成的具有简单钙钛矿晶格的结晶结构的氧化物层、形成在所述氧化物层上的上部导电层，所述氧化物层显示压电性或电致伸缩性。如果采用本专利技术，通过外延生长(001)，形成具有简单钙钛矿晶格的结晶结构的氧化物层。因此，由于氧化物层能够具有良好的结晶性，同时向下部导电层和上部导电层之间外加电压，使电压外加方向和氧化物层的极化轴一致，所以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种薄膜叠层体，其特征在于，由单晶基板、中间层和导电层构成；所述单晶基板由硅或镓-砷构成；所述中间层由在所述单晶基板上通过外延生长形成的铝酸镁尖晶石构成；所述导电层由在所述中间层上通过外延生长形成的铂族元素构成；在所述导电层上，使具有简单钙钛矿晶格的结晶结构的氧化物层外延生长。2.如权利要求1所述的薄膜叠层体，其特征在于，在所述单晶基板和中间层之间进一步形成有非晶质层。3.一种薄膜叠层体，其特征在于，具有单晶基板，其由硅或镓-砷构成；中间层，其由在所述单晶基板上通过外延生长形成的铝酸镁尖晶石构成；导电层，其由在所述中间层上通过外延生长形成的铂族元素构成；氧化物层，其在所述导电层上通过外延生长形成、且为具有简单钙钛矿晶格的结晶结构。4.如权利要求3所述的薄膜叠层体，其特征在于，在所述单晶基板和中间层之间进一步形成有非晶质层。5.如权利要求1～4中任何一项所述的薄膜叠层体，其特征在于，所述具有简单钙钛矿晶格的结晶结构是钙钛矿结构、铋层状结构、或钨青铜结构中的任意一种结晶结构。6.如权利要求1～4中任何一项所述的薄膜叠层体，其特征在于，所述氧化物层由Pb(Zr1-xTix)O3(0≤x≤1)、(Pb1-yLay)(Zr1-xTix)O3(0≤x、y≤1)、Pb(B’1/3B”2/3)xTiyZr1-x-yO30≤x、y≤1，B’为2价金属、B”为5价金属)、及Pb(B’1/2B”1/2)xTiyZr1-x-yO3(0≤x、y≤1，B’为3价金属、B”为5价金属，或B’为2价金属、B”为6价金属)构成的组中的任意一种构成。7.一种电子装置，其特征在于，具有权利要求3或4所述的薄膜叠层体。8.一种调节器，其特征在于，具有单晶基板，其由硅或镓-砷构成；中间层，其由在所述单晶基板上通过外延生长形成的铝酸镁尖晶石构成；下部导电层，其由在所述中间层上通过外延生长形成的铂族元素构成；氧化物层，其在所述下部导电层上通过外延生长形成，且为具有简单钙钛矿晶格的结晶结构；上部导电层，形成在所述氧化物层上；所述氧化物层显示压电性或电致伸缩性。9.如权利要求8所述的调节器，其特征在于，在所述单晶基板和中间层之间进一步形成有非晶质层。10.如权利要求9所述的调节器，其特征在于，在所述非晶质层上设置有开口部。11.如权利要求8～10中任何一项所述的调节器，其特征在于，在所述单晶基板的背面设置有凹部。12.如权利要求8～10中任何一项所述的调节器，其特征在于，所述导电层以Pt或Ir为主成分。13.如权利要求8或9所述的调节器，其特征在于，所述下部导电层的摇摆曲线的半幅值为1°或1°以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤正雄，山胁秀树，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：