JP3235148B2 - チタン酸ストロンチウム薄膜の形成方法 - Google Patents
チタン酸ストロンチウム薄膜の形成方法Info
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Description
方法、詳しくは、種々の基材上に強誘電体であるチタン
酸ストロンチウムの薄膜を、複雑な工程によることな
く、簡便に形成する方法に関する。
O3)は、強誘電体材料として、コンデンサなどのデバ
イスに利用されている。このチタン酸ストロンチウムを
デバイスに応用する場合、その特性を有効に利用するた
めに、チタン酸ストロンチウムを薄膜として用いること
が好ましい場合が多い。
ム(SrTiO3)薄膜を形成する方法としては、従来
より、 (1)スパッタリング法によるもの(日経マイクロデバイ
ス1991,6月号,pp.78−86)、 (2)プラズマを利用して薄膜を形成するプラズマ蒸着法
によるもの(例えば、特開平1−175714号)、 (3)湿式の薄膜形成方法である水熱電気化学法によるも
の(例えば、JJAPVol.30 No.1B(199
0),pp.L120−L123)、 などの種々の形成方法が知られている。
タン酸ストロンチウム(SrTiO3)薄膜の形成方法
には、それぞれ次のような問題点がある。すなわち、
(1)のスパッタリング法及び(2)のプラズマ蒸着法は、
複雑で高価な装置を必要とし、設備費用が大きくなるこ
と、板状でない複雑な形状の基材表面に薄膜を形成する
ことが困難であること、基材が高温にさらされるためそ
の材質が著しく制約されること、(3)の水熱電気化学法
は、基材自身がチタン金属であるかまたは基板表面にチ
タン金属をあらかじめコーティングしておく必要があり
工程が複雑であること、高温高圧の苛酷な条件で膜形成
が行われるため、上記(1),(2)の方法と同様に基板を
構成する材料が著しく制約されること、などの種々の問
題点を包含している。
り、複雑で大掛かりな設備や、厳しい成膜条件を必要と
することなく、チタン酸ストロンチウム薄膜を無機材
料、金属材料、有機材料及びこれらの複合材料などの種
々の材料からなる基材の表面に簡便に形成することが可
能なチタン酸ストロンチウム薄膜の形成方法を提供する
ことを目的とする。
として、チタン酸バリウム(BaTiO3)の湿式製造
方法がある(Journal of Materials Science. 25 (199
0) 1169-1183)。この方法は、チタンのアルコキシドを
加水分解させてバリウムと低温で反応させることにより
チタン酸バリウムの粉体を得る方法である。発明者等
は、この方法を様々な角度から検討するとともに、鋭意
実験研究を行い、バリウムイオンの代りにストロンチウ
ムイオンを含む水溶液中でチタンのアルコキシドを徐々
に加水分解させ、ストロンチウムイオンとチタンイオン
をゆっくりと反応させることにより、チタン酸ストロン
チウム薄膜が基材表面に形成されることを知りこの発明
を完成した。
ウム薄膜の形成方法は、ストロンチウム(Sr)イオン
及びチタン(Ti)のアルコキシドを含有する水溶液に
基材を浸漬することにより、該水溶液中において、チタ
ン酸ストロンチウム薄膜を該基材の表面に形成すること
を特徴としている。
r)及びチタン(Ti)のアルコキシドをそれぞれ、S
r2+,Ti(IV)に換算して、 Sr2+ :0.01〜 50mM/l Ti(IV):0.01〜100mM/l の範囲で含有させることが好ましい。
℃の範囲にあることが好ましい。
ることが好ましい。
ドとしては、アルカノールアミン変性したアルコキシド
を用いることが好ましい。
形成方法は、チタンのアルコキシドの加水分解速度、水
溶液のイオン濃度、水溶液の温度、pHなどの諸条件が
適当な領域にあるとき、チタン酸ストロンチウムが、水
溶液中で沈殿(すなわち粉体)を生じるような均一核形
成を行わず、水溶液中に浸漬した基材の表面及び容器の
壁面などの固体表面で不均一核形成を行い、その核が成
長することによって、チタン酸ストロンチウムの薄膜を
形成することを利用して、基材表面に誘電体薄膜である
チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)薄膜を形成す
るものであり、この発明のチタン酸ストロンチウム薄膜
の形成方法によれば、組成を調整した水溶液に基材を浸
漬するだけで、該水溶液中において、該基材の表面にチ
タン酸ストロンチウム薄膜を形成することが可能になる
ため、複雑な工程を必要とすることなく、基材の表面に
均一なチタン酸ストロンチウム薄膜を形成することがで
きる。
示して、発明の特徴をさらに詳しく説明する。
ける水溶液(浸漬液)の組成や水溶液の温度(液温)な
どの薄膜形成条件を示す表である。なお、表1において
*印を付した試験番号1,2は、この発明の範囲外の比
較例の薄膜形成条件を示すものである。
に示す濃度になるように、試薬特級の硝酸ストロンチウ
ム、エタノールアミン変性チタンブトキシド(TBE
A)及び水酸化カリウムを、イオン交換水に溶解して浸
漬液を調製する。なお、エタノールアミン変性チタンブ
トキシドは、チタンブトキシドの4つのブトキシ基の一
部または全部をエタノールアミンで置換したものを用い
ている。
タンブトキシドに限られるものではなく、チタンエトキ
シドやチタンプロポキシドなど他のチタンアルコキシド
を用いることが可能である。
ブトキシドとしては、エタノールアミン変性したものに
限らず、例えば、プロパノールアミンなどの他のアルカ
ノールアミンで変性したチタンブトキシドを用いること
も可能である。
加量を増減することによって調整する。また、加水分解
速度を一定に保つために、上記水溶液にトリエタノール
アミンを5vol%添加する。
液)100mlをフッ素樹脂(テフロン)容器に入れ、こ
れに10×15×2mmの大きさのアルミナ焼結体、スラ
イドガラス及び白金からなる各基板を浸漬し、表1に示
す液温で20時間保持して反応を行わせた。
がこの発明の範囲外である比較例)以外の試料について
は、基板表面に厚さ約1μmの均一なチタン酸ストロン
チウム薄膜が形成されていることが認められた。
(試験番号1(Sr2+=0.005mM/l))の場合及び
エタノールアミン変性チタンブトキシドの濃度が0.0
1mM/l未満(試験番号2(TBEA=0.005mM/
l))の場合には、均一な薄膜が形成されなかった。
オンの濃度が50mM/lを越えた場合(例えば、Sr2+=
200mM/l)及びエタノールアミン変性チタンブトキシ
ドの濃度が100mM/lを越えた場合(例えば、TBEA
=300mM/l)には、水溶液中で均一核形成が行われて
直接沈殿が生成してしまい、チタン酸ストロンチウムの
薄膜は形成されなかった。
としては、Sr2+イオンが0.01〜50mM/l 、エタ
ノールアミン変性チタンブトキシドが0.01〜100
mM/lの範囲にあることが好ましい。
結晶質のチタン酸ストロンチウム薄膜が得られず、ま
た、水溶液の温度が110℃を越えると気泡が基板表面
に付着し、薄膜の連続性、均一性が急激に悪化する。し
たがって、水溶液の温度は、50〜110℃の範囲に調
整することが好ましい。
チタン酸ストロンチウム以外の相が析出するため、水溶
液のpHは13以上であることが好ましい。
トロンチウム薄膜を形成する基材として、アルミナ焼結
体、スライドガラス及び白金からなる各基板を用いた場
合について説明したが、この発明は、これら以外の材
料、例えば、無機材料、金属材料、有機材料及びこれら
の複合材料などの種々の材料からなる基板や、さらに
は、基板以外のフォイルなどを基材として、これにチタ
ン酸ストロンチウム薄膜を形成する場合に広く適用する
ことができる。
チタン酸ストロンチウム薄膜を形成するので、基材が複
雑な形状を有している場合にも、その表面にチタン酸ス
トロンチウム薄膜を確実に形成することができる。
ロンチウム薄膜の形成方法は、ストロンチウム(Sr)
イオン及びチタン(Ti)のアルコキシドを含有する水
溶液に基材を浸漬することにより、該水溶液中におい
て、該基材の表面にチタン酸ストロンチウム薄膜を形成
するようにしているので、水溶液に基材を浸漬するだけ
で、容易かつ経済的に、基材表面の広い面積に緻密で均
一な強誘電性のチタン酸ストロンチウム薄膜を形成する
ことができる。
形状を問わず、基材表面にチタン酸ストロンチウム薄膜
を直接形成することが可能になるため、基材を構成する
材料や形状の選択の自由度が向上し、さらにその応用分
野を拡大することができる。
Claims (5)
- 【請求項1】 ストロンチウム(Sr)イオン及びチタ
ン(Ti)のアルコキシドを含有する水溶液に基材を浸
漬することにより、該水溶液中において、チタン酸スト
ロンチウム薄膜を該基材の表面に形成することを特徴と
するチタン酸ストロンチウム薄膜の形成方法。 - 【請求項2】 前記水溶液が、ストロンチウム(Sr)
及びチタン(Ti)のアルコキシドをそれぞれ、S
r2+,Ti(IV)に換算して、 Sr2+ :0.01〜 50mM/l Ti(IV):0.01〜100mM/l の範囲で含有することを特徴とする請求項1記載のチタ
ン酸ストロンチウム薄膜の形成方法。 - 【請求項3】 前記水溶液の温度が、50〜110℃の
範囲にあることを特徴とする請求項1記載のチタン酸ス
トロンチウム薄膜の形成方法。 - 【請求項4】 前記水溶液のpHが、13以上であるこ
とを特徴とする請求項1記載のチタン酸ストロンチウム
薄膜の形成方法。 - 【請求項5】 前記チタン(Ti)のアルコキシドが、
アルカノールアミン変性したアルコキシドであることを
特徴とする請求項1記載のチタン酸ストロンチウム薄膜
の形成方法。
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