特許ウォッチ

公開番号2025081855
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-28
出願番号2023194904
出願日2023-11-16
発明の名称酸化物薄膜、およびその酸化物薄膜を含む誘電体素子
出願人株式会社オハラ,国立大学法人東京科学大学
代理人個人,個人,個人
主分類C23C 14/08 20060101AFI20250521BHJP(金属質材料への被覆;金属質材料による材料への被覆;化学的表面処理;金属質材料の拡散処理;真空蒸着,スパッタリング,イオン注入法,または化学蒸着による被覆一般;金属質材料の防食または鉱皮の抑制一般)
要約【課題】高い比誘電率を有しながらも高温においても静電容量の変化率が小さい酸化物薄膜等を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するための酸化物被膜は、主結晶相として、Wadsley-Roth構造を有する酸化物の結晶相を含み、25℃において周波数0.1kHz以上100kHz以下における比誘電率が125以上であることを特徴とする。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
主結晶相として、Ｗａｄｓｌｅｙ－Ｒｏｔｈ構造を有する酸化物の結晶相を含み、
２５℃において周波数０．１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下における比誘電率が１２５以上である、酸化物薄膜。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
２５℃以上２００℃以下における静電容量の変化率が±３０％以内である、請求項１に記載の酸化物薄膜。
【請求項３】
１００ｋＶ／ｃｍの電界下において、チューナビリティＴがＴ≧５０％である、請求項１または２に記載の酸化物薄膜。
【請求項４】
前記酸化物の結晶相が、ＴａおよびＮｂからなる群から選択される一種以上の元素、ならびに、Ｐ、ＧｅおよびＶからなる群から選択される一種以上の元素を含む、請求項１または２に記載の酸化物薄膜。
【請求項５】
３０ｋＶ／ｃｍ以上３５０ｋＶ／ｃｍ以下の電界下において、エネルギー効率ηが５０％以上である、請求項１または２に記載の酸化物薄膜。
【請求項６】
請求項１または２に記載の酸化物薄膜を含む誘電体素子。
【請求項７】
請求項６に記載の誘電体素子を含む電子部品。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、主結晶相としてＷａｄｓｌｅｙ－Ｒｏｔｈ構造を有する酸化物の結晶相を含む酸化物薄膜に関するものであり、高い比誘電率を示すためコンデンサなどの誘電体素子に含まれると好適である。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高性能化、高集積化、小型化が進むに伴い、これを構成する各種電子部品が占める空間も縮小されており、例えば、積層セラミックスコンデンサ（ＭＬＣＣ）などの誘電体素子においても同様に小型化が求められている。一例として、自動車市場においては、安全性および環境性能の向上を狙いとして各機能の電子制御化が急速に進んでおり、電子機器の搭載率が増加しているため、電子機器の小型化に対しては強い要望がある。中でも、エンジンルーム内に搭載される電子機器は、過酷な温度環境下に搭載されるため、高容量かつ１５０℃以上の高温環境下でも安定動作する電子部品の要求が年々高まっている。
【０００３】
ＭＬＣＣを構成する代表的な誘電体としてＢａＴｉＯ
3
が挙げられるが、これは非常に高い比誘電率を示す一方、１２０℃近傍で急激に比誘電率が低下することが知られている。さらに、ＢａＴｉＯ
3
のようなチタニウム酸化物誘電体の場合、製造工程における熱アニールによる基板界面の劣化やこれに伴う組成ずれ、電気不整合性といった問題に加え、これらの誘電体の多くは、小型化および高容量化を目指して薄膜化するとサイズ効果によって比誘電率が低下し、また漏れ電流が増大するという本質的な問題を抱えていた。高温環境での安定動作という観点において、これを満たす誘電体として、常誘電特性を示すＣａＺｒＯ
3
やＴｉＯ
2
等が挙げられるが、これらの誘電体は比誘電率が低いために高容量のコンデンサを得ることができない。
【０００４】
この課題に対して、例えば、非特許文献１では、Ｎａ
2
Ｏ－Ｋ
2
Ｏ－Ｎｂ
2
Ｏ
5
系においてＰｕｌｓｅｄｌａｓｅｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法によって作製されたタングステンブロンズ型結晶相を含む薄膜の誘電特性が報告されている。また、特許文献１では、Ｂａ、希土類元素、Ｔｉを構成元素とするタングステンブロンズ型結晶相と、希土類元素とＴｉを構成元素とするパイロクロア型結晶相から成る積層体の誘電特性が報告されているが、いずれも更に比誘電率を高める必要があった。
【０００５】
また、上記誘電体の他の用途として、共振回路やフィルタ回路においても使われることは広く知られているが、これは電圧印加によって静電容量、つまりは比誘電率が変化するチューナブル特性を応用したものである。比較的大きなチューナビリティ（電界下における比誘電率の変化率）が得られるＢａＴｉＯ
3
のような強誘電体や散漫な相転移を起こして誘電率が変化するリラクサー強誘電体が注目を集めており、この大きなチューナビリティの本質は、その高い比誘電率がもたらす特性であるが、インピーダンスマッチングの観点から適しておらず、強誘電体での実現は本質的に困難であった。
【０００６】
非特許文献２では、パイロクロア型構造を持つＢｉ
1.5
ＺｎＮｂ
1.5
Ｏ
7
薄膜のチューナブル特性が報告されているが、約１ＭＶ／ｃｍにおけるチューナビリティが約４０～２８％と小さく、さらにチューナビリティを高める必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００２－２１１９７５号公報
【非特許文献】
【０００８】
ＴｅｔｒａｇｏｎａｌｔｕｎｇｓｔｅｎｂｒｏｎｚｅｐｈａｓｅｔｈｉｎｆｉｌｍｓｉｎｔｈｅＫ－Ｎａ－Ｎｂ－Ｏｓｙｓｔｅｍ：Ｐｕｌｓｅｄｌａｓｅｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｓ，Ｊ．ＡｌｌｏｙｓＣｏｍｐｄ．，８２７（２０２０）１５４３４１
Ｌｏｗ－ｌｏｓｓ，ｔｕｎａｂｌｅｂｉｓｍｕｔｈｚｉｎｃｎｉｏｂａｔｅｆｉｌｍｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｂｙｒｆｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ，Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．ｌｅｔｔ．，８３（２００３）２４１１－２４１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のような問題点を解決するために、本発明は、高い比誘電率を有しながらも高温においても静電容量の変化率が小さい酸化物薄膜、およびその酸化物薄膜を含む誘電体素子を提供することを目的とする。なおかつ、チューナブル特性に優れた酸化物薄膜を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は鋭意検討し、既存の技術と異なった組成系等で上記の課題を解決することができる酸化物薄膜を見出し、本発明を完成させた。
本発明は以下の（１）～（７）である。
（１）主結晶相として、Ｗａｄｓｌｅｙ－Ｒｏｔｈ構造を有する酸化物の結晶相を含み、２５℃において周波数０．１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下における比誘電率が１２５以上である、酸化物薄膜。
（２）２５℃以上２００℃以下における静電容量の変化率が±３０％以内である、（１）に記載の酸化物薄膜。
（３）１００ｋＶ／ｃｍの電界下において、チューナビリティＴがＴ≧５０％である、（１）または（２）に記載の酸化物薄膜。
（４）前記酸化物の結晶相が、ＴａおよびＮｂからなる群から選択される一種以上の元素、ならびに、Ｐ、ＧｅおよびＶからなる群から選択される一種以上の元素を含む、（１）～（３）のいずれかに記載の酸化物薄膜。
（５）３０ｋＶ／ｃｍ以上３５０ｋＶ／ｃｍ以下の電界下において、エネルギー効率ηが５０％以上である、（１）～（４）のいずれかに記載の酸化物薄膜。
（６）（１）～（５）のいずれかに記載の酸化物薄膜を含む誘電体素子。
（７）（６）に記載の誘電体素子を含む電子部品。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許