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介電組合物以及電子部件的制作方法_2

文檔序號:9778896閱讀:來源:國知局
)所表示的復合氧化物。
[0048] 另外,在將介電組合物的主成分表示為xA〇-yB' 0-ζΒ"205的時候,x、y、z的關系為 x+y+z = 1. 000 ;0. 375 ^ X ^ 0. 563 ;0. 250 ^ y ^ 0. 500 ;x/3 ^ z ^ x/3+l/9〇
[0049] 本發(fā)明者等認為能得到這樣維持高的相對介電常數(shù)而Q值改善的效果的主要原 因如下。認為一般來說,已知容易得到超晶格結構的A 2+(B' 2+1/3B"5+2/3)03是由B'位點與B" 位點的長程序來保持高Q值,但如果做成薄膜就不能夠維持之前的結晶結構,容易發(fā)生B' 晶位的缺失并且不能維持B'位點與B"位點的長程序,因此有Q值降低的傾向。如果使B' 位點離子過剩,則能夠抑制B'位的缺失,因此B'位與B"位的長程序容易維持并且Q值也 變高。
[0050] 在X小于0. 375的情況下,不能夠獲得充分的相對介電常數(shù)。如果y超過0. 500,則 在成膜后容易發(fā)生裂紋,并且會有Q值大幅度降低的傾向。如果z超過了 x/3+1/9,則過剩 的Ta2O5容易引起氧缺失并半導體化,有介電損耗變高即Q值變低的傾向。在X超過0. 563 或者y小于〇. 250或者z小于x/3的情況下,過剩的BaO與大氣中的0)2或H 20反應,并且介 電組合物發(fā)生變質(zhì),有不能維持形狀的傾向。通過將x、y、z的范圍控制在x+y+z = 1. 000 ; 0· 375 < X < (λ 563 ;0· 250 < y < (λ 500 ;x/3 < z < x/3+1/9,從而能夠兼顧高的相對介電 常數(shù)和高Q值。
[0051] A為選自Ba、Ca、Sr中的至少一種以上的元素。不論使用Ba、Ca、Sr中的一種還 是使用多種都能夠得到同樣的效果。另外,B'為選自Mg、Zn、Ni中的至少一種以上的元素, B"為選自Nb、Ta中的至少一種以上的元素。對于這些,不論使用一種還是含有多種來使用 都能夠獲得同樣的效果。
[0052] 進一步,作為主成分含有在上述通式中X、y、z的關系為x+y+z = 1. 000 ; 0· 425 < X < 0· 525 ;0· 275 < y < 0· 409 ;χ/3+0· 025 < z < χ/3+0· 081 的復合氧化物。
[0053] 通過設為上述x、y、ζ的范圍,從而有更加容易維持具有高Q值的Β'位點與Β"位 點的長程序,并且容易獲得更高Q值的效果。
[0054] 介電膜5的厚度優(yōu)選為IOnm~50 μπι,更加優(yōu)選為50nm~lOOOnm。如果小于 10nm,則容易發(fā)生絕緣破壞,在超過2000nm的情況下,則為了增大電容器的靜電容量需要 擴大電極面積,并根據(jù)電子部件的設計不同會有難以小型化的情況。介電膜厚的測量可以 用FIB (聚焦離子束)加工裝置來挖掘并用SIM (掃描離子顯微鏡)等來觀察所獲得的截面 進行測量長度。
[0055] 介電膜5優(yōu)選使用真空蒸鍍法、濺射法、PLD (脈沖激光沉積法)、MO-CVD (金屬有 機化學氣相沉積法)、MOD (金屬有機分解法)或溶膠-凝膠法、CSD (化學溶液沉積法)等 各種薄膜形成法來形成。此時,會有在所使用的原料(沉積材料、各種靶材和金屬有機材料 等)中含有微量雜質(zhì)或副成分的情況,但只要不是會大幅度降低絕緣性的雜質(zhì)則沒有特別 的問題。
[0056] 另外,介電組合物中,只要不是會大大降低本發(fā)明效果的介電特性,即,相對介電 常數(shù)或Q值的物質(zhì),可以含有微量雜質(zhì)或副成分。因此,作為余量的主成分的含量沒有特別 的限定,例如相對于含有上述主成分的介電組合物整體為50%以上且100%以下。
[0057] 另外,介電膜5通常僅由本發(fā)明的介電組合物構成,但也可以是與其它介電組合 物的膜相結合的層疊結構。例如,通過做成與現(xiàn)有的S i 3NX、S i Ox、A120x、ZnOx、Ta2O x等無定形 介電膜或結晶膜的層疊結構,從而能夠調(diào)整介電膜5的阻抗或相對介電常數(shù)的溫度變化。
[0058] 〈上部電極4〉
[0059] 在本實施方式的一個例子中,薄膜電容器10在介電膜5的表面上具備發(fā)揮作為薄 膜電容器10的另一個電極的功能的上部電極4。用于形成上部電極4的材料只要具有導電 性都沒有特別的限定,可以由與下部電極3同樣的材料來形成上部電極4。上部電極4的膜 厚只要能夠發(fā)揮作為電極的功能即可,優(yōu)選為〇. 01 μ m以上。在膜厚為0. 01 μ m以下的情 況下,由于導電性惡化,因此作為上部電極4不優(yōu)選。
[0060] 在上述實施方式中,例示了作為使用了本發(fā)明的一個實施方式所涉及的介電組合 物的電子部件的一個例子的薄膜電容器,但是作為使用了本發(fā)明所涉及的介電組合物的電 子部件,并不限定于薄膜電容器,例如只要是雙工器、帶通濾波器、巴倫(平衡不平衡轉(zhuǎn)換 器,balun)或耦合器等具有介電膜的電子部件都可以。
[0061] 以下是根據(jù)詳細的實施例來進一步說明本發(fā)明,但是本發(fā)明并不限定于這些實施 例。
[0062] 〈實施例1〉〈比較例1〉
[0063] 首先,用濺射法在350 μ m厚的Si表面上具備6 μ m厚的SiO^緣膜的IOmmX IOmm 正方形的基板表面上形成基底層Ti薄膜至成為20nm的厚度。
[0064] 接下來,用派射法在上述形成的Ti薄膜上形成下部電極Pt薄膜至成為IOOnm的 厚度。
[0065] 對所形成的Ti/Pt薄膜,將升溫速度設為400°C /分,將保持溫度設為700°C,將溫 度保持時間設為30分鐘,并將氣氛設為氧氣氛,在常壓下進行熱處理。
[0066] 在介電膜的形成中使用了 PLD法。介電膜的形成所必需的靶材是按如下的方式制 作的。
[0067] 首先,稱量MgO以及Ta2O5以成為表1所示的樣品No. 1~樣品No. 25的Mg以及Ta 的量,將稱量的原料粉末和水以及Φ 2mm的ZrO^投入到IL廣口塑料壺中并進行20小時 的濕式混合。之后,在l〇〇°C下使混合粉末漿料干燥20小時,將所獲得的混合粉末投入到 Al2O3坩堝中,用在大氣中用1250°C的溫度保持5小時的燒成條件進行1次預燒,并獲得了 MgO-Ta2O5預燒粉末。
[0068] 接著,稱量所獲得的MgO-Ta2O5預燒粉末和BaCO 3以成為表1所示的樣品No. 1~ 樣品No. 25的z值,將稱量好的原料粉末和水以及Φ 2mm的ZrO2珠子投入到IL廣口塑料 壺中進行20小時的濕式混合。之后,在100°C下將混合粉末漿料干燥20小時,并將所獲得 的混合粉末投入到Al2O3坩堝中,以在大氣中用1050°C的溫度保持5小時的燒成條件進行2 次預燒制,并獲得了 BaO-MgO-Ta2O5預燒粉末。
[0069] 不含Mg的BaO-Ta2O5系化合物會阻礙作為目標產(chǎn)物的BaO-MgO-Ta 205的生成,但通 過這樣進行2個階段的預燒,從而就能夠抑制BaO-Ta2O 5系化合物生成。
[0070] 將所獲得的預燒粉末放入到研缽,作為粘結劑添加濃度為6wt %的PVA(聚乙 烯醇)水溶液至相對于預燒粉末成為l〇wt%,使用杵來制作造粒粉之后,加入造粒粉到 Φ 20mm的模具至厚度成為5mm左右。接著,使用單軸加壓壓制機來得到成形體。成形條件 分別是:壓力為2. OX IO8Pa ;溫度為室溫。
[0071] 之后,在升溫速度為100°C /小時;保持溫度為400°C ;溫度保持時間為4小時;氣 氛為常壓空氣下對于所獲得的成形體進行脫膠粘劑處理,之后在升溫速度為200°C /小時; 保持溫度為1600°C~1700°C ;溫度保持時間為12小時;氣氛為常壓空氣下進行了燒成。
[0072] 接著,用圓筒研磨機研磨兩面至所獲得的燒結體的厚度成為4mm,并獲得用于形成 介電膜所需的PLD用靶材。
[0073] 使用就這樣制得的PLD用靶材,用PLD法在下部電極上形成介電膜至厚度成為 400nm。由PLD法進行成膜的條件為將氧壓控制為I X 10 1 (Pa),將基板加熱到200°C。另 外,為了讓下部電極的一部分露出而使用金屬掩膜從而形成了介電膜一部分沒有被成膜的 區(qū)域。
[0074] 介電膜厚的測量通過用FIB進行挖掘并用S頂觀察所獲得的截面來進行厚度測 量。
[0075] 成膜后的介電膜的組成是使用XRF (熒光X射線元素分析)對所有樣品進行分析, 并確認為表1~4所記載的組成。
[0076] 接下來,使用蒸鍍裝置在所獲得的上述介電膜上形成上部電極Ag薄膜。通過使用 金屬掩膜將上部電極形成為直徑為100 μ m、厚度為lOOnm,從而獲得了圖1所示的結構的樣 品No. 1~樣品No. 45。
[0077] 對于所獲得的所有薄膜電容器樣品,分別通過下述所示的方法來測定相對介電常 數(shù)以及Q值。
[0078] 〈相對介電常數(shù)(ε r)、Q值〉
[0079] 相對介電常數(shù)(ε r)以及Q值是相對于薄膜電容器樣品,根據(jù)在基準溫度為25 °C 下,用RF阻抗/材料分析儀(Agilent公司制造的4991A)在頻率為2GHz、輸入信號電平(測 定電壓)為〇. 5Vrms的條件下測定的靜電容量和膜厚測定的結果來計算的(沒有單位)。 相對介電常數(shù)越尚越好,10以上為良好。另外,Q值越尚越好,400以上為良好。
[0080]
[0081] 樣品No. 1~樣品No. 17
[0082] 樣品No. 1~樣品No. 17與圖2所示的樣品同樣沒有在表面發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷。根 據(jù)表1,能夠確認為是以BaO-MgO-Ta2O5作為主成分的介電膜,且在將上述介電膜的主成 分表示為 xBa〇-yMg〇-zTa205時,X、y、z 的關系為 x+y+z = L 000 ;0· 375 < X < 0· 563 ; 0· 250彡y彡(λ 500 ;x/3彡z彡x/3+1/9的樣品No. 1~樣品No. 17的相對介電常數(shù)為10 以上且Q值為400以上。
[0083] 樣品No. 9~樣品No. 17
[0084] 根據(jù)表1,可以確認在將介電膜的主成分表示為xBa〇-yMg〇-zTa20 5時,X、y、z的關 系為 x+y+z = 1. 000 ;0· 425 彡 X 彡 0· 525 ;0· 275 彡 y 彡 0· 409 ;χ/3+0· 025 彡 z 彡 x/3+0.0
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