[发明专利]膜结构体、压电体膜及超导体膜

说明书

根据本发明，对于各种压电材料，能够将具有单晶的晶体结构的压电体膜形成在本发明的膜结构体之上。本发明的膜结构体具备：基板；形成于所述基板上的、含氧化锆的具有四方晶的晶体结构的缓冲膜；形成于所述缓冲膜上的、外延生长的含铂族元素的金属膜；以及形成于所述金属膜上的、外延生长的含Sr(Ti_1‑x，Ru_x)O₃(0≤x≤1)的膜。

技术领域

本发明涉及具备能够通过外延生长在基板上形成单晶的压电体膜或超导体膜的缓冲膜的膜结构体、该压电体膜、及该超导体膜。

背景技术

在一切都连接到互联网的物联网(IoT)时代的现在，传感器发挥着重要的作用，其市场规模在全世界为200亿美元，并正在以7-8％的市场成长率扩大，世界上每年生产多达900亿个传感器。其中，使用以PZT为首的压电材料的MEMS传感器技术的努力特别活跃，可以广泛应用于自动驾驶用陀螺仪传感器、压电麦克风、5G通信用高频滤波器、振动发电元件等各种用途。

伴随着物联网技术的发展，使用这种压电材料的MEMS传感器技术需要逐年小型/薄膜化、高灵敏度化。另一方面，为了高灵敏度化，需要使极化均匀以确保充分的压电性，但是对于通常为多晶的陶瓷烧结体的压电材料而言，极化并不均匀。另外，对于陶瓷烧结体而言，薄膜化也存在有限度。因此，近年来，已经尝试通过外延生长从而作为薄膜的单晶而得到压电材料(例如，参照专利文献1。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-072428号公报

发明内容

发明要解决的课题

在这种薄膜向着单晶化的努力中，由于压电材料大多为氧化物，因而例如在使用单晶的Si基板的情况下，难以通过外延生长来将压电材料单晶化。因此，例如有时将YSZ(Yttria-stabilized zirconia，氧化钇稳定的氧化锆)这种氧化物晶体用作缓冲层，但这种氧化物晶体与压电材料的晶系不同，因而在压电材料的晶体形成时压电材料会受到缓冲层晶系的影响，存在有难以作为薄膜而得到面内的单晶性的课题。另外，由于各个压电材料的晶格常数不同，因而需要就各个压电材料研究缓冲层的构成，缓冲层的选定也存在困难。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的膜结构体具备：基板；形成于上述基板上的、含氧化锆的具有四方晶的晶体结构的缓冲膜；形成于上述缓冲膜上的、外延生长的含铂族元素的金属膜；以及形成于上述金属膜上的、外延生长的含Sr(Ti_1-x，Ru_x)O₃(0≤x≤1)的膜。

发明效果

根据本发明，对于各种压电材料、超导材料，能够将具有单晶的晶体结构的膜形成在本发明的膜结构体之上。

附图说明

图1是本发明的形成有缓冲膜的基板的剖面图。

图2是本发明的在缓冲膜上形成有下部电极的基板的剖面图。

图3是本发明的包含缓冲膜的膜结构体的剖面图。

图4(a)是在基板11之上形成ZrO₂膜作为缓冲膜12后观察其剖面而得的STEM图像；(b)的下图是基板11的电子衍射图，上图是缓冲膜12的电子衍射图。

图5是观察形成以下厚度的缓冲膜12时的剖面而得的STEM图像：(a)1nm；(b)12nm；(c)15nm；(d)25nm。

图6显示对膜结构体101测定基于XRD的θ-2θ谱图而得的结果。

图7是观察形成以下厚度的导电膜13时的剖面而得的STEM图像：(a)10nm；(b)20nm；(c)150nm。