專利名稱：藍(lán)寶石平面上的氧化鋅壓電晶體膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提供在藍(lán)寶石平面上的氧化鋅壓電晶體膜，該晶體膜用于在一種聲表面波器件中的聲表面波的傳播。
用于SAW器件的一種典型的聲表面波(SAW)基片，由在一種非壓電襯底上提供一種壓電晶體膜而制得。為激發(fā)聲表面波，由一種叉指電極形成的換能器提供于一壓電晶體膜的外表面，或提供于該壓電晶體膜和非壓電襯底間的界面上。
關(guān)于上述SAW基片，已知的是一種由藍(lán)寶石(α-Al2O3)的非壓電襯底和一氧化鋅(ZnO)的壓電晶體膜形成的SAW基片。與這樣的氧化鋅/藍(lán)寶石SAW基片相關(guān)，又進(jìn)一步使用了(0112)一平面切向藍(lán)寶石(以下稱為“R-平面藍(lán)寶石”)，這樣，(1120)一平面氧化鋅(以下稱為Q-平面ZnO)外延生長(zhǎng)在此R-平面上。


圖1顯示了一種SAW基片3，該基片如前所述，由在一R-平面藍(lán)寶石襯底1上生長(zhǎng)Q-平面ZnO外延膜2而獲得。與該SAW基片3有關(guān)，當(dāng)該藍(lán)寶石襯底1的R-平面和氧化鋅外延膜2的Q-平面互為平行，且氧化鋅外延膜2的方向(C-軸向)和該藍(lán)寶石襯底1的方向(D-軸向)互為平行，如圖1中箭矢所示，則SAW基片3可提供一種高聲速和高耦合。
為了在藍(lán)寶石襯底1上形成氧化鋅外延膜2，通常使用化學(xué)輸運(yùn)法、CVD或?yàn)R射法。而上述方法中，特別廣泛使用濺射法。
當(dāng)用濺射法在一藍(lán)寶石的R-平面上形成一純氧化鋅薄膜時(shí)，雖然氧化鋅(ZnO)的C-軸一定程度上平行于該藍(lán)寶石襯底，且在ZnO的Q-平面上獲得一定程度的取向，該取向仍不足以將由這樣一層ZnO薄膜形成的SAW基片用于實(shí)用。結(jié)果，該叉指換能器的特征，如機(jī)電耦合系數(shù)，仍劣于使用這樣的SAW基片的SAW器件中的預(yù)定值。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，改善外延生長(zhǎng)于上述R-平面藍(lán)寶石襯底上的一種ZnO壓電晶體膜的晶體取向。
本發(fā)明涉及一種外延生長(zhǎng)藍(lán)寶石R-平面之上的Q-平面氧化鋅壓電晶體膜，本發(fā)明的特征在于，該氧化鋅壓電晶體膜含有對(duì)于Zn和Cu總量而言按重量不大于4.5%的Cu。
上述的、相對(duì)于Zn和Cu的總量的Cu含量較好地是選用0.4-4.0%(重量)范圍，更好地是選用0.6-3.0%(重量)范圍，最好地是選用0.9-2.0%(重量)范圍。
在本發(fā)明中，其上形成ZnO壓電晶體膜的藍(lán)寶石的R-平面在制造過(guò)程中，有占精確的R-平面的約±2%的分散。然而，這樣一個(gè)范圍內(nèi)的分散實(shí)質(zhì)上并不導(dǎo)致效果的不同。換句話說(shuō)，可以在藍(lán)寶石上形成一個(gè)Q-平面ZnO外延膜，盡管其切割平面偏差約±2%。
根據(jù)本發(fā)明，如從下述實(shí)施例的描述可清楚看到，可以獲得一種具有優(yōu)異取向的Q-平面ZnO壓電晶體膜。因此，根據(jù)由該ZnO壓電晶體膜所形成的SAW基片，可以改善叉指換能器的性能，如機(jī)電耦合系數(shù)，從而，由此提供一種完全可行的SAW器件。
結(jié)合附圖，從下述對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述，將使得本發(fā)明的上述的、及其它的目的、特征、領(lǐng)域及優(yōu)點(diǎn)更加顯見(jiàn)。
圖1為說(shuō)明本發(fā)明所注意的SAW基片的透視圖;
圖2為說(shuō)明RF磁控濺射裝置的剖視圖;
圖3為說(shuō)明一衍射峰半帶寬的定義圖;
圖4說(shuō)明隨Cu含量的ZnO薄膜中的衍射峰半帶寬的變化。
如圖1所示及以上所述，本發(fā)明涉及一種由在一R-平面藍(lán)寶石襯底1上生長(zhǎng)Q-平面ZnO外延膜2而獲得的SAW基片3。在該SAW基片3中，ZnO外延膜2的C-軸向平行于該藍(lán)寶石襯底1的D-軸向。該ZnO外延膜2不是純ZnO所制，而是含有Cu。該Cu含量不大于Zn和Cu總量的4.5%(重量)。包含上述含量的Cu的ZnO外延膜2具有優(yōu)異的取向。
如前所述，在R-平面藍(lán)寶石襯底上含有前述量的Cu的Q-平面ZnO外延膜2的形成方法有化學(xué)輸運(yùn)法、CVD及濺射法。特別是，用濺射法，可以在較低溫度下，獲得具有優(yōu)異、高品質(zhì)的表面平滑度的ZnO外延膜2。
圖2顯示了一種RF磁控濺射裝置4，作為一濺射器例子。該濺射裝置4包括一氣密容器5，并設(shè)有一進(jìn)氣口6和出氣口7。一種適當(dāng)?shù)臑R射氣體從進(jìn)氣口6引進(jìn)該容器5，而存留于該容器5的氣體被一泵(圖中未示)強(qiáng)制地從出氣口7排放出。上述R-平面藍(lán)寶石襯底1置于該容器5中，一靶極8置于正對(duì)著藍(lán)寶石襯底1之下。一高頻(RF)電源(9)施加高頻電壓于一陽(yáng)極(未示)及一陰極(未示)之間。該陽(yáng)極和陰極分別置于藍(lán)寶石襯底1的上、下表面及靶極8。一磁鐵10置于靶極8之下。
通過(guò)濺射裝置4，含預(yù)定量Cu的ZnO外延膜2以下述任一方式生長(zhǎng)于藍(lán)寶石襯底1之上。
第一種方式，從摻有一預(yù)定量銅的Zn金屬靶制得靶極8，同時(shí)，通過(guò)進(jìn)氣口6將(Ar+O2)氣體導(dǎo)入容器5。Ar粒子撞擊靶極8，使Zn粒子和Cu粒子跳出靶極8，這樣，Zn粒子與O2反應(yīng)，形成ZnO，而如此形成的ZnO粒子和銅粒粘附至藍(lán)寶石襯底1之上。這樣，就可以在藍(lán)寶石襯底1之上形成含有一預(yù)定量的Cu的ZnO外延膜2。
在第二種方式中，靶極8由摻合了一定量的銅的ZnO陶瓷靶制得。而Ar氣體通過(guò)進(jìn)氣口6導(dǎo)引進(jìn)容器5。Ar粒子撞擊靶極8，ZnO粒子及Cu粒子因而從靶8中跳出，粘附至藍(lán)寶石襯底1之上。這樣，可以在藍(lán)寶石襯底1之上形成含預(yù)定量Cu的ZnO外延膜2。
如上所述，由將一預(yù)定量的Cu導(dǎo)入靶極8，可制得含一預(yù)定量銅的ZnO外延膜2。在濺射中，靶極的組成實(shí)質(zhì)上與所獲得的薄膜組成一致。這樣，導(dǎo)入靶極的銅量相當(dāng)于得到的ZnO外延膜中的銅含量。
為確認(rèn)對(duì)外延生長(zhǎng)于R-平面藍(lán)寶石襯底之上的Q-平面ZnO膜添加Cu的影響，以圖2所示的濺射裝置4作下述實(shí)驗(yàn)。
首先，使用一些摻有不同量的Cu的Zn金屬靶，在各種濺射條件下形成在R-平面藍(lán)寶石襯底之上的、含銅的ZnO外延膜。各種濺射條件可分別由改變RF功率電平、襯底加熱溫度及氣體壓力(Ar∶O2＝50∶50)而得到。
另一方面，純Zn金屬靶在類似上述的各種濺射條件下，被用來(lái)形成在R-平面藍(lán)寶石襯底上的ZnO外延膜。
所得的樣品的ZnO外延膜用一種X線衍射儀方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。該方法用來(lái)以X射線照射該薄膜而獲得的衍射波，評(píng)價(jià)ZnO外延膜的結(jié)晶度。更具體地說(shuō)，用一衍射自平行于藍(lán)寶石襯底、即ZnO的Q-平面的晶體平面的衍射波，可在這樣的ZnO外延膜中獲得一個(gè)衍射峰。改善結(jié)晶取向，即，當(dāng)峰值強(qiáng)度提高，晶體平面即被調(diào)整至進(jìn)一步平行。這樣的峰值強(qiáng)度可由在峰值強(qiáng)度的半值處，即，半帶寬處的衍射強(qiáng)度值的寬度而得出，如圖3所示。這樣，半帶寬度越小的薄膜，越是具有優(yōu)異的晶體取向性能的高質(zhì)薄膜。即，其晶體平面在平行程度上得到進(jìn)一步規(guī)整化。
表1顯示了ZnO的Q-平面的衍射峰半帶寬，該ZnOQ-平面的衍射峰半帶寬由用純Zn靶和摻有2%(重量)的Cu的Zn靶(Zn-Cu靶)，在各種濺射條件下形成ZnO外延膜及用X-線衍射儀方法分析而得。
表1
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>從表1可明白，從該Zn-Cu靶制得的ZnO外延膜具有較小的峰值半帶寬，并因此與那些在所有濺射條件下從Zn靶制得的ZnO外延膜比較起來(lái)，具更優(yōu)異的結(jié)晶性。
當(dāng)將這樣的ZnO/藍(lán)寶石襯底用作SAW基片時(shí)，衍射峰的半帶寬度最好實(shí)際上小于約0.8°。在這一點(diǎn)上，在使用Zn靶時(shí)，在如表1所示的所有濺射條件下，無(wú)法得到具有優(yōu)異實(shí)用性的薄膜。另一方面，可以明白，當(dāng)使用Zn-Cu靶時(shí)，通過(guò)選擇濺射條件可獲得完全實(shí)用的ZnO外延膜。
表2所示的峰半帶寬度為，在顯示了最小的衍射峰半帶寬度的濺射條件下，即，如表1中的RF功率1.0kW，襯底溫度250℃及氣體壓力5×10-3乇，導(dǎo)入靶極的Cu含量在相對(duì)Zn和Cu的總量為0-5%(重量)的范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)所獲得的。圖4為表2中內(nèi)容的圖示。
表2<
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權(quán)利要求
1.一種外延生長(zhǎng)于藍(lán)寶石表面的(1120)-平面氧化鋅壓電晶體膜，該藍(lán)寶石表面實(shí)質(zhì)上平行于其(0112)-平面，其特征在于所述氧化鋅壓電晶體膜含有對(duì)Zn和Cu的總量不大于4.5%(重量)的Cu。
2.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅壓電晶體膜，其特征在于，所述晶體膜含0.4-4.0%(重量)的Cu。
3.如權(quán)利要求2所述的氧化鋅壓電晶體膜，其特征在于，所述晶體膜含0.6-3.0%(重量)的Cu。
4.如權(quán)利要求3所述的氧化鋅壓電晶體膜，其特征在于，所述膜含0.9-2.0%(重量)的Cu。
5.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅壓電晶體膜，其特征在于，所述晶體膜由濺射法形成。
6.一種用于聲表面波器件的聲表面波基片，其特征在于，所述基片包括一種具有基本上平行于其(0112)面的表面的(0112)-平面切割藍(lán)寶石襯底;及一種外延生長(zhǎng)于所述藍(lán)寶石襯底的所述表面上的(1120)-平面氧化鋅壓電晶體膜;所述氧化鋅壓電晶體膜含有相對(duì)于Zn和Cu總量的、不大于4.5%(重量)的Cu。
7.如權(quán)利要求6所述的聲表面波基片，其特征在于，所述的氧化鋅壓電晶體膜含0.4-4.0%(重量)的Cu。
8.如權(quán)利要求7所述的聲表面波基片，其特征在于，所述的氧化鋅壓電晶體膜含0.6-3.0%(重量)的Cu。
9.如權(quán)利要求8所述的聲表面波基片，其特征在于，所述的氧化鋅壓電晶體膜含0.9-2.0%(重量)的Cu。
10.如權(quán)利要求6所述的聲表面波基片，其特征在于，所述的氧化鋅壓電晶體膜由濺射法形成。
全文摘要
一種氧化鋅壓電晶體膜，由濺射法外延生長(zhǎng)于R-平面藍(lán)寶石襯底上時(shí)，使用含相對(duì)于Zn和Cu的總量為不大于4.5％(重量)的Cu的靶極，就可使該氧化鋅壓電晶體膜含銅。這樣，就可獲得一種具有優(yōu)異取向的氧化鋅壓電晶體膜。
文檔編號(hào)H03H9/02GK1103513SQ94109460
公開(kāi)日1995年6月7日 申請(qǐng)日期1994年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月5日
發(fā)明者小池純, 家木英治 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所