本发明专利技术公开了外延膜，其包括：加热Si衬底，在该衬底的表面上设置有具有1.0nm～10nm膜厚的SiO2层；和通过使用由以下组成式(1)表示的金属靶在该SiO2层上形成由以下组成式(2)表示的外延膜：yA(1-y)B????????????????????(1)，其中A为选自由包括Y和Sc的稀土元素组成的组的一种或多种元素，B为Zr，且y为0.03～0.20的数值，xA2O3-(1-x)BO2?????????????(2)，其中A和B为分别与组成式(1)的A和B相同的元素，且x为0.010～0.035的数值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及优选用于制备在Si衬底上形成的电子器件用缓冲层的外延膜、使用该外延膜的压电元件和铁电元件、它们的制造方法以及液体排出头。
技术介绍
作为半导体单晶衬底的硅衬底具有优异的结晶性，并且能扩大衬底的面积，以致该衬底适合作为制备电子器件的衬底，并用于通常的目的。在Si衬底上叠层并制备的电子器件的例子包括介电器件、压电器件、铁电器件和热电器件。为了改善器件的晶体结构已对在Si衬底上形成的作为底层的缓冲层进行了研究。在缓冲层中，作为在与衬底的Si晶体晶格匹配且与组成电子器件的钙钛矿氧化物的晶体晶格匹配方面优异的材料，使用形成为外延膜的或用Y掺杂的稳定&02。作为这样的缓冲层，具体地报道有使用氧化锆或掺杂Y的稳定氧化锆的薄膜的叠层薄膜(专利文献1)以及使用Y稳定的氧化锆(YSZ)的压电元件(专利文献2)。但是，在专利文献1中公开的缓冲层中，通过电子束蒸发法形成其晶体表面与衬底的表面对准的叠层薄膜，这不适合形成具有大面积的膜。因此，要求建立这样的成膜技术以形成具有大面积的缓冲层。而且，作为传统的外延膜得到的缓冲层在稳定的^O2中具有大含量的包括&和Y 的稀土元素。另外，当形成具有大于等于3英寸的大面积的膜时，具有面内组成的波动增加的问题。例如，在1 - 的体单晶中Y的含量最大为3. 7%，而在外延膜中Y的含量为大于等于10%。难以在得到的膜中降低Y的含量。一般地，当利用溅射法形成膜时，靶的组成并不原样地反映在外延膜的组成中，非常难以发现用于得到具有目标组成的外延膜的靶的最佳组成。因此，含有相对于氧化锆过剩的氧化钇的外延膜具有归属于IO3的四方晶系的晶体，并且(100)取向和(001)取向混合存在于膜中。没有得到具有单晶性的薄膜。要指出的是，专利文献3的实施例1中公开了“在Si衬底上的W2O3) χ (ZrO2) 1-χ (χ =0. 04)的外延生长膜”。(专利文献1)日本专利申请公开No. H09-110592(专利文献2)日本专利申请公开No.2002-234156(专利文献3)日本专利申请公开NO.H02-08258
技术实现思路
本专利技术的目的是提供具有均勻组成和优异的晶体取向的大面积外延膜以及该膜的制造方法。本专利技术的另一目的是提供其中使用晶格匹配方面优异的外延膜作为Si衬底上的缓冲层以提供单取向晶体结构并且具有优异特性和大面积的压电元件以及提供使用该外延膜的铁电元件以及提供这些元件的制造方法。本专利技术的另一目的是提供大的液体排出头，其中使用这些元件并且其具有优异的液体排出性能。为解决上述问题，本专利技术人深入研究了其上叠层外延膜的Si衬底、用于通过溅射法形成外延膜的靶材料的组成和与得到的外延膜的组成的相关性。结果发现，通过作为以特定比例包括金属元素的靶材料的金属的溅射，能在具有特定厚度的SiO2层的Si衬底表面上形成金属元素均勻分布并且具有单取向结晶和大面积的外延膜。基于这样的发现完成了本专利技术。即，本专利技术涉及外延膜的制造方法，包括加热S i衬底，在该衬底的表面上设置有膜厚1. Onm IOnm的SW2层；和通过使用由以下组成式(1)表示的金属靶在SiO2层上形成由以下组成式(2)表示的外延膜yA(l-y)B(1)，其中A为选自由包括Y和&的稀土元素组成的组的一种或多种元素，B为^ ，且 y为0. 03 0. 20的数值，XA203-(1-X) BO2(2)，其中A和B为分别与组成式(1)的A和B相同的元素，且χ为0.010 0.035的数值。另外，本专利技术涉及外延膜，其在Si衬底上形成并且由组成式( 表示xA203-(1-x) bo2(2)，其中A为包括至少一种稀土元素例如Y和&的元素，B为Zr，且χ为0. 010 0. 035的数值。另外，本专利技术涉及压电元件，其在Si衬底上依次具有第一电极层、压电层和第二电极层，该压电元件在该Si衬底和该第一电极层之间还包括由以下组成式表示的外延膜XA203-(1-X) BO2(2)，其中A为选自由稀土元素例如Y和Sc组成的组的一种或多种元素原子，B为Zr， 且χ为0. 010 0. 035的数值。另外，本专利技术涉及铁电元件，其在Si衬底上依次具有第一电极层、铁电层和第二电极层，该铁电元件在该Si衬底和该第一电极层之间还包括由以下组成式表示的外延膜xA203-(1-x) bo2(2)，其中A为包括至少一种稀土元素例如Y和&的元素，B为Zr，且χ为0. 010 0. 035的数值。而且，本专利技术涉及液体排出头，其具有以上压电元件并适于通过使用该压电元件而排出液体。能制备具有均勻组成、单取向晶体结构和大面积的本专利技术的外延膜。而且，根据本专利技术的外延膜的制造方法，能容易地制造具有均勻组成、单取向晶体结构和大面积的外延膜。另外，本专利技术的铁电元件和压电元件中，使用晶格匹配方面优异的外延膜作为Si衬底上的缓冲层。因此，能制备具有单取向晶体结构、优异特性和大面积的元件。而且，根据本专利技术的元件的制造方法，能容易地制造具有金属元素均勻分布其中的单取向晶体结构且具有大面积的元件。在本专利技术的液体排出头中，能得到高分辨率，并且能以高速排出液体。甚至用高密度排出头也能排出大量液体，并能将该头放大。由以下参照附图对示例性实施方案的说明，本专利技术的进一步的特点将变得明了。 附图说明图1为示出根据本专利技术的液体排出头的一个实例的构成示意图。图2为示出本专利技术压电元件的一个实例的示意图。图3为示出根据本专利技术的液体排出头的制造方法的步骤图。图4为示出利用X射线衍射的根据本专利技术的外延膜的实施例1的剖面的图。图5为示出利用X射线衍射的根据本专利技术的压电元件的实施例1的剖面的图。图6为示出根据本专利技术的外延膜的Y2O3量和半峰全宽之间关系的图。具体实施例方式(外延膜的制造方法)根据本专利技术的外延膜的制造方法的特征在于，加热Si衬底，在该衬底的表面上包括具有l.Onm IOnm膜厚的SiO2层；和通过利用由组成式(1)表示的金属靶在该衬底上形成由组成式( 表示的外延膜。用于根据本专利技术的外延膜的制造方法的金属靶由以下组成式表示yA-(l-y)B(1)，其中A为选自由稀土元素例如Y和&组成的组的元素的一种或多种原子，B为Zr， 且y为0. 03 0. 20的数值。使用以上组成的靶能得到具有由组成式( 表示的组成作为目标组成的外延膜。由组成式(1)的A表示的金属元素的具体例子包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、 Gd、Dy、Yb、Lu 和 Eu,并且优选为 Y、La、Ce 和 Dy。假设金属靶中金属元素的总数为1，金属靶中由A表示的金属元素数即组成式(1) 的y为0. 03 0. 20。当金属靶中金属元素数是1并且金属靶中包括的元素A的数大于等于0.03时，外延膜中组成式O)的χ大于等于0.01。在此情形中，金属元素A的含量是合适的，并且能得到具有优异结晶性的稳定膜。当金属靶中金属元素数为1并且金属靶中包括的元素A的数小于等于0. 20时，能容易地制备金属靶，并且能得到具有均勻组成的外延膜。作为具有这样组成的金属靶，能使用合金靶(捏合金属靶)。通过以元素组成比 y、l-y混合组成式(1)的元素A、B并在真空中熔融该组合物能制备合金靶。作为外延膜， 使用通过除去本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．外延膜，其在Ｓｉ衬底上形成并且由以下组成式表示：ｘＡ２Ｏ３－（１－ｘ）ＢＯ２ （２），其中Ａ为选自由包括Ｙ和Ｓｃ的稀土元素组成的组的一种或多种元素原子，Ｂ为Ｚｒ，并且ｘ为０．０１０～０．０３５的数值，并且（２００）取向的半峰全宽为０．８°以下。
【技术特征摘要】
2007.03.30 JP 2007-0941161.外延膜，其在Si衬底上形成并且由以下组成式表示 XA203-(1-X) BO2(2),其中A为选自由包括Y和Sc的稀土元素组成的组的一种或多种元素原子，B为^ ，并且χ为0.010 0.035的数值，并且(200)取向的半峰全宽为0.8°以下。2.根据权利要求1的外延膜，其中晶格常数在0.515nm 0.518nm的范围内。3.根据权利要求1的外延膜，其中膜厚在1.Onm 500nm的范围内。4.压电元件，其在Si衬底上按下述顺序具有第一电极层、压电层和第二电极层，该压电元件在该Si衬底和该第一电极层之间还包括由以下组成式表示的外延膜XA203-(1-X) BO2(2),其中A为选自由例如Y和Sc的稀土元素组成的组的一种或多种元素原子，B为^ ，且 χ为0.010 0.035的数值，并...
【专利技术属性】
技术研发人员：林润平，松田坚义，福井哲朗，舟洼浩，
申请(专利权)人：佳能株式会社，国立大学法人东京工业大学，
类型：发明
国别省市：JP
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