RFバイアススパッタ法を用いた六方晶系圧電薄膜の結晶配向制御とc軸平行膜の創製

使用射频偏压溅射控制六方压电薄膜的晶体取向并创建 c 轴平行薄膜

• 批准号: 12J05255
• 负责人: 髙柳 真司 (2013)
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Doshisha University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J05255/
• 关键词: 酸化亜鉛; 窒化アルミ; 結晶配向制御; イオン照射; スパッタ成膜; c軸平行膜; 横波モード薄膜共振子; 弾性表面波デバイス; ZnO(酸化亜鉛); 六方晶系圧電体; RFバイアス

本研究は圧電軸(以下、c軸)が基板面に対して平行かつ一方向に揃った六方晶系圧電薄膜(以下、c軸平行膜)を形成し、横波モード薄膜共振子を開発することを目的としている。前年度では、スパッタ成膜中に基板へRFバイアス電力を印加する方法(以下、RFバイアススパッタ法)を用いて基板へのイオン照射を増大させることで、c軸平行ZnO膜[(11-20)面配向膜や(10-10)面配向膜]が形成されることが判った。当該年度では、まずRFバイアススパッタ法における成膜条件を検討した。その結果、2MHz、50WのRFバイアスを基板に印加しながら成膜することで、良好な(10-10)面配向ZnO膜が形成されることが判った。そこで、電極/ZnO膜/電極/基板の共振子構造を作製し、ネットワークアナライザにより高周波電界を印加したところ、横波の励振が確認された。そして、この共振子の電気・機械エネルギーの変換損失から、薄膜の圧電性の指標となる電気機械結合係数k_tを推定したところ、0.17となった。これは単結晶の値(0.26)と比較して65%の値となっている。このような横波モード薄膜共振子は、液体中で抗原抗体反応等の分子の吸着・脱離を検出できるセンサやなどに応用することが可能である。さらにc軸平行膜の新たな応用として、フランスの研究機関との共同研究によりLamb波デバイスを試作した。実際に作製したデバイスの挿入損失を測定し、Lamb波の励振を確認した。Lamb波デバイスにc軸平行膜を用いると、理論上、10%を超える大きな電気機械結合係数K^2を得ることができる。今後、さらに試料を作製してデバイスの性能を評価し、磁気センサ等への応用展開も考えている。またZnOと同じ六方晶系に属するAINについても同様に、RFバイアススパッタ法を用いることで結晶配向制御が可能で、c軸平行膜が形成されることが判った。他の結晶系の材料に対しても応用を検討することで、新たなデバイスについても発展が期待される。

This study は 圧 electrical axis (hereinafter, c axis) が base board face に し seaborne て parallel か つ direction に Jian っ た hexagonal system 圧 films (hereinafter, c axis parallel to the membrane) を form し s-wave モ ー ド film resonance son を open 発 す る こ と を purpose と し て い る. Before the annual で は, ス パ ッ タ に in film-forming substrate へ RF バ イ ア ス power を Inca す る method (hereinafter, the RF バ イ ア ス ス パ ッ タ method) を with い て substrate へ の イ オ ン irradiation を raised large さ せ る こ と で, c axis parallel ZnO film [(11-20) surface with membrane や (10-10) surface with the film] が form さ れ る こ と が convicted っ た. In that year, で で, まずRFバ アススパッタ アススパッタ method における film-forming conditions を検 discuss を検 た. そ の results, 2 MHZ, 50 w の RF バ イ ア ス を substrate に Inca し な が ら film-forming す る こ と で, good な (10-10) plane with the ZnO film が form さ れ る こ と が convicted っ た. そ こ で, electrode/ZnO film/electrode/substrate structure を son の resonance し, ネ ッ ト ワ ー ク ア ナ ラ イ ザ に よ り high frequency electric industry を Inca し た と こ ろ s-wave の LiZhen が confirm さ れ た. そ し て, こ の resonance son 気 の electricity, mechanical エ ネ ル ギ ー の variations in loss か ら, film の 圧 electrical の index と な る electric 気 mechanical combination coefficient k_t を presumption し た と こ ろ, 0.17 と な っ た. Youdaoplaceholder5 れ 単 単 単 crystallization <s:1> value (0.26)と comparison <s:1> て65% <s:1> value となって る る る. こ の よ う な shear wave モ ー ド child は, liquid film resonance で antigen antibody against 応 の の molecules such as sorption, from を 検 out で き る セ ン サ や な ど に 応 with す る こ と が may で あ る. New た さ ら に c axis parallel to the membrane の な 応 with と し て, フ ラ ン ス の study machine masato と の joint research に よ り Lamb wave デ バ イ ス を attempt し た. In reality, に is used to make <s:1> たデバ ス ス ス <s:1> input loss を determination <e:1> and Lamb wave <s:1> excitation を confirmation of た た. Lamb wave デ バ イ ス に を c axis parallel to the membrane with い る と, theoretically, 10% を え る big き な electric 気 mechanical combination coefficient K ^ 2, を る こ と が で き る. In the future, さ ら に sample を cropping し て デ バ イ ス の を performance evaluation 価 し, magnetic 気 セ ン サ etc へ の 応 tested え in expansion も て い る. ま た ZnO と with じ hexagonal system に genus す る AIN に つ い て も with others に, RF バ イ ア ス ス パ ッ を タ method with い る こ と で crystallization may match to the system of imperial が で が, c axis parallel to the membrane formation さ れ る こ と が convicted っ た. He の crystallization is の material に し seaborne て も 応 with を beg す 検 る こ と で, new た な デ バ イ ス に つ い て も 発 exhibition が expect さ れ る.

项目成果

RFバイアススパッタ法により生じる高エネルギー正イオン照射を利用した六方晶系薄膜の配向制御

利用射频偏压溅射产生的高能正离子辐射控制六边形薄膜的取向

• 发表时间: 2013
• 作者: 高柳真司;柳谷隆彦;松川真美
• 通讯作者: 松川真美

Wideband Multimode Transducer Consisting of c-Axis Tilted ZnO/c-Axis Normal ZnO Multilayer

• DOI: 10.1143/jjap.51.07gc08
• 发表时间: 2012-07
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: S. Takayanagi;T. Yanagitani;M. Matsukawa

RFマグネトロンスパッタ法における基板へのイオン照射を用いたc軸配向ZnO薄膜の極性制御

射频磁控溅射法中离子辐照衬底 c 轴取向 ZnO 薄膜的极性控制

• 发表时间: 2012
• 作者: 生駒遼;柳谷隆彦;高柳真司;鈴木雅視;小田川裕之;松川真美
• 通讯作者: 松川真美

RFマグネトロンスパッタ法における基板へのイオン照射を用いた極性反転ZnO薄膜の作製

采用射频磁控溅射法在基底上离子辐照制备极性反转 ZnO 薄膜

• 发表时间: 2012
• 期刊: 電子情報通信学会技術研究報告
• 作者: 生駒遼;柳谷隆彦;高柳真司;鈴木雅視;小田川裕之;松川真美
• 通讯作者: 松川真美

c軸傾斜配向ZnOまたはScAIN膜のレイリーSAWにおける高い電気機械結合

c 轴倾斜取向 ZnO 或 ScAIN 薄膜瑞利 SAW 中的高机电耦合

• 发表时间: 2013
• 作者: 加藤善也;柳谷隆彦;高柳真司;今村功佑;松川真美
• 通讯作者: 松川真美