压电膜、其制造方法、压电膜层叠体、其制造方法与流程

文档序号:22439174发布日期:2020-10-02 10:36阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种压电膜(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准备工序,所述基底层由在从所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轴长比所述scaln的a轴长长的基底材料形成;和

在所述基底层上使由scaln形成的压电膜外延生长的成膜工序。

20.根据权利要求19所述的压电膜层叠体的制造方法,其中,所述基底材料具有c轴取向的六方晶结晶晶格。

21.根据权利要求19或20所述的压电膜层叠体的制造方法,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的3价元素的inn、inn、或ti形成。

22.根据权利要求19~21中任一项所述的压电膜层叠体的制造方法,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。

23.根据权利要求19或20所述的压电膜层叠体的制造方法,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的3价以外的元素的inn形成。

24.一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准备工序,所述基底层由在从所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;和

在所述基底层上使由scaln形成的压电膜外延生长的成膜工序。

25.根据权利要求24所述的压电膜层叠体的制造方法,其中,所述基底材料具有(111)取向的立方晶结晶晶格。

26.根据权利要求24或25所述的压电膜层叠体的制造方法,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。

27.根据权利要求24~26中任一项所述的压电膜层叠体的制造方法,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%。

28.根据权利要求19~27中任一项所述的压电膜层叠体的制造方法,其中,所述成膜工序通过溅射来进行。

29.根据权利要求19~28中任一项所述的压电膜层叠体的制造方法,其中,进一步具有将所述基底层至少部分地除去的除去工序。

30.一种压电膜(111),其由具有六方晶与立方晶的层叠型的晶体结构的scaln形成,在所述立方晶的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。

31.根据权利要求30所述的压电膜,其中,所述导电性赋予元素被添加至所述立方晶的scaln的al位点的一部分中。

32.根据权利要求30或31所述的压电膜,其中,所述导电性赋予元素为选自由1族、2族、12族及过渡金属元素构成的组中的至少1种,其中,所述过渡金属元素不包括sc、y、镧系元素及锕系元素。

33.根据权利要求30~32中任一项所述的压电膜,其中,所述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%。

34.一种压电膜的制造方法,其是通过在基板(3)上成膜出由scaln形成的压电膜(111)来制造压电膜的方法,其具有下述工序:

在所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所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,在实质上不添加所述导电性赋予元素的情况下使所述压电膜生长的成膜后期工序。

35.根据权利要求34所述的压电膜的制造方法,其中,所述导电性赋予元素为选自由1族、2族、12族及过渡金属元素构成的组中的至少1种,其中,所述过渡金属元素不包括sc、y、镧系元素及锕系元素。

36.根据权利要求34或35所述的压电膜的制造方法,其中,所述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%。

37.根据权利要求34~36中任一项所述的压电膜的制造方法,其中,所述基板由硅、导电性金属、蓝宝石、sic、玻璃或有机系材料形成。

38.根据权利要求34~37中任一项所述的压电膜的制造方法,其中,所述压电膜的成膜通过溅射来进行。


技术总结
本发明提供一种压电膜(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。

技术研发人员:勅使河原明彦;加纳一彦;酒井贤一
受保护的技术使用者:株式会社电装
技术研发日:2019.02.04
技术公布日:2020.10.02
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