単結晶薄膜の製造方法
【課題】高機能であるＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を容易にかつ安価に製造することができるとともに、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成の調整を容易に行うことができる、単結晶薄膜の製造方法を提供する。
【解決手段】たとえば、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）の単結晶薄膜の原料となる化学溶液をスピンコートし、そのスピンコートされた化学溶液を配向が起こるような温度で熱処理することによって、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる。
【解決手段】たとえば、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）の単結晶薄膜の原料となる化学溶液をスピンコートし、そのスピンコートされた化学溶液を配向が起こるような温度で熱処理することによって、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単結晶薄膜の製造方法に関し、特に、たとえばチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）系などの（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）系の単結晶薄膜を製造するための方法であって、たとえば、センサ用の基板およびコンデンサの誘電体などに用いることができる誘電体単結晶薄膜、ディスプレイやタッチパネルにおけるスイッチ、接点およびセンサの電極などに用いることができる導電性単結晶薄膜、光通信機器の導波路における電界印加型の光スイッチなどに用いることができる透明性を有する単結晶薄膜などの単結晶薄膜を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘電体単結晶薄膜を製造する方法には、スパッタ法、ＭＢＥ法、パルスレーザー堆積法またはＭＯＣＶＤ法などが採用されている。このような従来の誘電体単結晶薄膜の製造方法では、良好な誘電体単結晶薄膜を製造することができる。誘電体単結晶薄膜は、通常、高機能なものである。
また、特開平７−１３３１８８号公報には、ＭｇＯまたはＭｇＡｌ2Ｏ4単結晶基板上に、有機金属化合物前駆体の溶液を塗布し、さらにアニールすることにより、エピタキシャルまたは高配向である酸化物強誘電体薄膜を形成する技術が開示されている（特許文献１参照）。
さらに、特開２００７−１８０３９８公報には、チタン、バリウム、ストロンチウム、およびＬｉを含む誘電体前駆体溶液を基材上に塗布して塗膜を形成することなどによって、デカップリングコンデンサなどのコンデンサに用いられるＢＳＴ系の高誘電体膜を形成する方法が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１３３１８８号公報
【特許文献２】特開２００７−１８０３９８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来の誘電体単結晶薄膜の製造方法では、スパッタ法、ＭＢＥ法、パルスレーザー堆積法またはＭＯＣＶＤ法などが採用されているので、複雑な環境、設備および工程が必要であって、誘電体単結晶薄膜を製造することが困難であり、製造される誘電体単結晶薄膜が高価なものとなってしまう。
さらに、上述の従来の誘電体単結晶薄膜の製造方法では、スパッタ法、ＭＢＥ法、パルスレーザー堆積法またはＭＯＣＶＤ法などが採用されているので、製造される誘電体単結晶薄膜の原料が限られてしまい、製造される誘電体単結晶薄膜における組成の調整を行うことが困難である。
また、特許文献１に開示されている方法では、Ｐｂ系の酸化物強誘電体薄膜を形成することについては着目されているが、特許文献１においては、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜を製造するための具体的な手法については明らかにされていない。なお、特許文献１と同様に、鉛系の複合酸化物が配向しやすいことに起因して、鉛系の複合酸化物が配向した膜に関する報告は多い。
また、特許文献２に開示されている方法では、ＢＳＴ系の単なる高誘電体膜を形成することについては考慮されているが、高誘電体膜を単結晶にすることや配向させることに関しては全く考慮されておらず、特許文献２においても、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜を製造するための具体的な手法については明らかにされていない。
このように特許文献１および２に開示されている方法では、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜を製造するための具体的な手法が明らかにされていないので、仮に特許文献１および２に開示されている方法を組み合わせることに着目したとしても、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜を製造することは困難である。
したがって、上述の従来の誘電体単結晶薄膜の製造方法や特許文献１および２に開示されている方法から、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜を容易にかつ安価に製造することができるようにするためや、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜における組成の調整を容易に行うことができるようにするためには、多大な困難性を有する。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を容易にかつ安価に製造することができるとともに、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成の調整を容易に行うことができる、単結晶薄膜の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法は、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）系の単結晶薄膜を製造するための単結晶薄膜の製造方法であって、その表面がＭｇＯ（１００）面である単結晶成長用基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3（ただし、０≦ａ≦０．８）の薄膜上に、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）の単結晶薄膜の原料となる化学溶液をスピンコートし、スピンコートされた化学溶液を配向が起こるような温度で熱処理することによって、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる、単結晶薄膜の製造方法である。
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を用いることが好ましい。
また、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜として（１００）方位に配向されている単結晶薄膜を用いることが好ましい。
さらに、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、化学溶液としてたとえばＮｂなどの５価またはたとえばＷなどの６価の金属元素をドープした化学溶液を用いてもよい。
また、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、化学溶液として、バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ストロンチウムアルコキシドまたはカルボン酸ストロンチウムと、カルシウムアルコキシドまたはカルボン酸カルシウムとの中から選択された少なくとも１種以上、および、チタンアルコキシドまたはカルボン酸チタンが、有機溶剤中に混合された化学溶液を用いることが好ましい。
さらに、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、化学溶液をスピンコートすることとスピンコートされた化学溶液を熱処理することとを複数回繰り返して行うことが好ましい。
【０００７】
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、単結晶成長用基板の表面であるＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3（ただし、０≦ａ≦０．８）の薄膜上に、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）の単結晶薄膜の原料となる化学溶液をスピンコートし、そのスピンコートされた化学溶液を配向が起こるような温度で熱処理することによって、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜のエピタキシャル成長が行われる。
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、従来の誘電体単結晶薄膜の製造方法で採用されているスパッタ法、ＭＢＥ法、パルスレーザー堆積法またはＭＯＣＶＤ法などを用いずに、単結晶成長用基板の表面であるＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜上に、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜の原料となる化学溶液をスピンコートし、そのスピンコートされた化学溶液を熱処理することによって、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜のエピタキシャル成長が行われるので、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜の製造が容易であり、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜が安価なものとなる。
さらに、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜の原料となる化学溶液における組成を調整することによって、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成を調整することができるので、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成の調整を容易に行うことができる。
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法において、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を用いると、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜を介して、良好なＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を製造することができる。
また、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法において、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜として（１００）方位に配向されている単結晶薄膜を用いると、良好なＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を製造することができる。
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法によって製造された単結晶薄膜が誘電体単結晶薄膜である場合、それを、たとえばセンサ用の基板およびコンデンサの誘電体などに用いることができ、特に透明性を有するものは、たとえば光通信機器の導波路における電界印加型の光スイッチなどにも用いることができる。
さらに、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法において、化学溶液として、たとえばＮｂやＷをドープした化学溶液を用いる場合には、ディスプレイやタッチパネルにおけるスイッチ、接点およびセンサの電極などに用いることができる導電性を有する導電性単結晶薄膜を製造することができる。この場合も、製造された単結晶薄膜が透明性を有すれば、それを、たとえば光通信機器の導波路における電界印加型の光スイッチなどにも用いることができる。
また、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法において、化学溶液として、バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ストロンチウムアルコキシドまたはカルボン酸ストロンチウムと、カルシウムアルコキシドまたはカルボン酸カルシウムとの中から選択された少なくとも１種以上、および、チタンアルコキシドまたはカルボン酸チタンが、有機溶剤中に混合された化学溶液を用いると、化学溶液中に混合される組成の比率を変えることによって、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成すなわちバリウム、ストロンチウムおよびカルシウムの比率を簡単に調整することができる。
さらに、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法において、化学溶液をスピンコートすることとスピンコートされた化学溶液を熱処理することとを複数回繰り返して行うと、その繰り返し回数を変えることによって、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜の膜厚を調整することができる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を容易にかつ安価に製造することができるとともに、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成の調整を容易に行うことができる、単結晶薄膜の製造方法が得られる。
【０００９】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。
【図２】実施例１で製造された試料の透過スペクトルを示す図である。
【図３】実施例１で製造された試料のＭｇＯ（１００）／ＢａＺｒＯ3（１００）／ＢａＴｉＯ3（１００）の極点図である。
【図４】比較例で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。
【図５】実施例２で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。
【図６】実施例２で製造された試料の透過スペクトルを示す図である。
【図７】実施例３で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。
【図８】実験例で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、単結晶成長用基板として、その表面がＭｇＯ（１００）面であるたとえばＭｇＯ（１００）基板を準備した。
【００１２】
また、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3（ただし、０≦ａ≦０．８、望ましくは０≦ａ≦０．７）のうちのたとえばＢａＺｒＯ3の薄膜の原料となる化学溶液を作製した。このような薄膜原料の化学溶液は、たとえば、バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ジルコニウムアルコキシドまたはカルボン酸ジルコニウムと、必要に応じてチタンアルコキシドまたはカルボン酸チタンとを有機溶剤中に混合することによって作製することができる。
【００１３】
さらに、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）のうちのたとえばＢａＴｉＯ3またはＳｒＴｉＯ3の単結晶薄膜の原料となる化学溶液を作製した。このような単結晶薄膜原料の化学溶液は、バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ストロンチウムアルコキシドまたはカルボン酸ストロンチウムと、カルシウムアルコキシドまたはカルボン酸カルシウムとの中から選択された少なくとも１種以上、および、チタンアルコキシドまたはカルボン酸チタンを、有機溶剤中に混合することによって作製することができる。
【００１４】
そして、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、作製されたＢａＺｒＯ3薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。それから、スピンコートされた化学溶液を、たとえば、３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。そして、加熱された化学溶液を、たとえば１００Ｋ／分の冷却速度で冷却した。
【００１５】
このようなＢａＺｒＯ3薄膜原料の化学溶液のスピンコートおよび熱処理をたとえば６回繰り返して行うことによって、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、ＢａＺｒＯ3の薄膜をエピタキシャル成長させて形成した。
【００１６】
そして、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、作製されたＢａＴｉＯ3またはＳｒＴｉＯ3単結晶薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。それから、スピンコートされた化学溶液を、たとえば、３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。そして、加熱された化学溶液を、たとえば１００Ｋ／分の冷却速度で冷却した。
【００１７】
このようなＢａＴｉＯ3またはＳｒＴｉＯ3単結晶薄膜原料の化学溶液のスピンコートおよび熱処理をたとえば６回繰り返して行うことによって、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、ＢａＴｉＯ3またはＳｒＴｉＯ3の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させて形成した。
【００１８】
この単結晶薄膜の製造方法では、ＭｇＯ（１００）基板の表面であるＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、ＢａＴｉＯ3またはＳｒＴｉＯ3の単結晶薄膜の原料となる化学溶液をスピンコートし、そのスピンコートされた化学溶液を熱処理することによって、ＢａＴｉＯ3またはＳｒＴｉＯ3の単結晶薄膜のエピタキシャル成長が行われるので、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜の製造が容易であり、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜が安価なものとなる。
【００１９】
さらに、この単結晶薄膜の製造方法では、単結晶薄膜の原料となる化学溶液における組成を調整することによって、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成を調整することができるので、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成の調整を容易に行うことができる。
【００２０】
この単結晶薄膜の製造方法では、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を用いるので、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜を介して、良好なＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を製造することができる。
【００２１】
また、この単結晶薄膜の製造方法では、ＢａＺｒＯ3の薄膜すなわち（１００）方位に配向されている単結晶薄膜を用いることになるので、良好なＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を製造することができる。
【００２２】
この単結晶薄膜の製造方法によって製造された単結晶薄膜が誘電体単結晶薄膜である場合、それを、たとえばセンサ用の基板およびコンデンサの誘電体などに用いることができ、特に透明性を有するものは、たとえば光通信機器の導波路における電界印加型の光スイッチなどにも用いることができ、ＭｇＯ（１００）基板およびＢａＺｒＯ3の薄膜も透明性を有するので、ＭｇＯ（１００）基板およびＢａＺｒＯ3の薄膜とともに全体を透明な素子として用いることができる。また、製造された誘電体単結晶薄膜は、その下面にたとえばＰｔ（１００）薄膜などの導体薄膜を設ける必要がないので、たとえば櫛形電極などの電極を形成するための基板として用いても電極がそのような導体薄膜によってショートするおそれがない。
【００２３】
さらに、この単結晶薄膜の製造方法において、単結晶薄膜原料の化学溶液として、たとえばＮｂやＷをドープした化学溶液を用いると、ディスプレイやタッチパネルにおけるスイッチ、接点およびセンサの電極などに用いることができる導電性を有する導電性単結晶薄膜を製造することができ、また、たとえばＥｕやＣｅなどのランタノイド系の金属元素をドープした化学溶液を用いると、発光素子に用いることができる発光性を有する単結晶薄膜を製造することができる。また、これらの場合も、製造された単結晶薄膜が透明性を有すれば、それを、たとえば光通信機器の導波路における電界印加型の光スイッチなどにも用いることができ、ＭｇＯ（１００）基板およびＢａＺｒＯ3の薄膜とともに全体を透明な素子として用いることができる。なお、製造された導電性単結晶薄膜をセンサの電極に用いる場合には、センサの設計の自由度がアップする。
【００２４】
また、この単結晶薄膜の製造方法では、単結晶薄膜原料の化学溶液として、バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ストロンチウムアルコキシドまたはカルボン酸ストロンチウムと、カルシウムアルコキシドまたはカルボン酸カルシウムとの中から選択された少なくとも１種以上、および、チタンアルコキシドまたはカルボン酸チタンが、有機溶剤中に混合された化学溶液を用いるので、単結晶薄膜原料の化学溶液中に混合される組成の比率を変えることによって、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成すなわちバリウム、ストロンチウムおよびカルシウムの比率を簡単に調整することができる。
【００２５】
さらに、この単結晶薄膜の製造方法では、単結晶薄膜原料の化学溶液のスピンコートおよび熱処理の繰り返し回数を変えることによって、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜の膜厚を調整することができる。
【００２６】
また、この単結晶薄膜の製造方法では、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3薄膜原料の化学溶液として、バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ジルコニウムアルコキシドまたはカルボン酸ジルコニウムと、必要に応じてチタンアルコキシドまたはカルボン酸チタンとが、有機溶剤中に混合された化学溶液を用いるので、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3薄膜原料の化学溶液中に混合される組成の比率を変えることによって、製造されるＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3薄膜における組成すなわちチタンおよびジルコニウムの比率を簡単に調整することができる。
【００２７】
さらに、この単結晶薄膜の製造方法では、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3薄膜原料の化学溶液のスピンコートおよび熱処理の繰り返し回数を変えることによって、製造されるＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3薄膜の膜厚を調整することができる。
【実施例１】
【００２８】
まず、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を準備した。
【００２９】
また、Ｂａ：Ｚｒのモル比が１．０：１．０になるように、ＢａＺｒＯ3の薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド １．４７８ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００３０】
さらに、Ｂａ：Ｔｉのモル比が１．０：１．０になるように、ＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
チタンイソプロポキシド １．２７８ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００３１】
そして、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、作製されたＢａＺｒＯ3薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。この場合、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板とともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００３２】
それから、スピンコートされた化学溶液を、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００３３】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理を６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、ＢａＺｒＯ3の薄膜を形成した。なお、２回目以降の化学溶液のスピンコートおよび熱処理では、先に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、新たなＢａＺｒＯ3の薄膜が形成される。
【００３４】
その後、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、作製されたＢａＴｉＯ3誘電体単結晶薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。この場合、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板上のＢａＺｒＯ3の薄膜上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板などとともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００３５】
それから、そのようにスピンコートされたＢａＴｉＯ3誘電体単結晶薄膜原料の化学溶液を、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００３６】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理も６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板上のＢａＺｒＯ3の薄膜上に、ＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成した。なお、２回目以降の化学溶液のスピンコートおよび熱処理では、先に形成されたＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜上に、新たなＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜が形成される。
【００３７】
このように、実施例１では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上にＢａＺｒＯ3の薄膜が形成され、そのＢａＺｒＯ3の薄膜上にＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜が形成された試料が製造される。
【００３８】
図１は、実施例１で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。図１に示すＸ線回折スペクトルから、実施例１で製造された試料では、ＢａＴｉＯ3の（１００）、（２００）のピークとＢａＺｒＯ3の（１００）のピークとＭｇＯの（２００）のピークとが確認できる。ＢａＴｉＯ3とＢａＺｒＯ3とのＸ線回折スペクトルでは、通常（１１０）のピークが最強であるが、今回の測定では、（１１０）のピークは確認されず、（１００）配向を示す（１００）、（２００）のピークのみが確認できた。これは、形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜が単結晶薄膜として（１００）方位に対して強く配向し、さらに、その上に形成されたＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜も（１００）方位に配向していることを示している。また、これは、ＭｇＯの格子定数が０．４２１１２ｎｍで、ＢａＺｒＯ3の格子定数が０．４１９２ｎｍであり、ＭｇＯの格子定数とＢａＺｒＯ3の格子定数との差が配向成長する程度の違いであったために、ＭｇＯ（１００）基板上に、（１００）方位に配向したＢａＺｒＯ3の薄膜を形成することができたと考えられる。さらに、バッファーとして結晶構造が同じである（１００）方位に配向したＢａＺｒＯ3の薄膜を形成することによって、（１００）方位に配向したＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成することができたことがわかる。なお、図１のＸ線回折スペクトルにおいてＭｇＯの（２００）のピークは、ＭｇＯ（１００）基板が（１００）配向を示すピークである。
【００３９】
図２は、実施例１で製造された試料の透過スペクトルを示す図である。図２に示す透過スペクトルから、実施例１で製造された試料では、可視光領域である４００ｎｍから７００ｎｍの波長において透明であることがわかる。このことから、実施例１で製造された試料は、透明性を有することがわかる。
【００４０】
図３は、実施例１で製造された試料のＭｇＯ（１００）／ＢａＺｒＯ3（１００）／ＢａＴｉＯ3（１００）の極点図である。図３に示す極点図から、ψ＝４５°付近に、４回対称パターンのみが検出された。このことから、実施例１で製造された試料のＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜は、＜１００＞方位が試料法線方向を向いた３軸配向膜であることがわかる。
【００４１】
したがって、実施例１では、上述の実施の形態で奏する効果と同様の優れた効果を奏する。
【００４２】
（比較例）
まず、実施例１と同様に、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を準備した。
【００４３】
さらに、実施例１と同様に、Ｂａ：Ｔｉのモル比が１．０：１．０になるように、ＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
チタンイソプロポキシド １．２７８ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００４４】
そして、比較例では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、作製されたＢａＴｉＯ3誘電体単結晶薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。
比較例におけるスピンコートの条件は、実施例１におけるスピンコートの条件と同じである。すなわち、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板とともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００４５】
それから、そのようにスピンコートされたＢａＴｉＯ3誘電体単結晶薄膜原料の化学溶液を熱処理した。
比較例における熱処理条件は、実施例１における熱処理条件と同じである。すなわち、スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００４６】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理を６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ面上に、ＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成した。
【００４７】
このようにして、比較例では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上にＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜が形成された試料が製造される。
【００４８】
図４は、比較例で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。図４に示すＸ線回折から、比較例で製造された試料では、特に、ＢａＴｉＯ3の（１００）、（１１０）、（２００）のピークが現れる。（１１０）のピークも現れていることから、比較例で形成されたＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜では、特異な方位または特定の方位に対して配向されていないこと、すなわち、特異な配向または特定の配向を有する薄膜でないことがわかる。これは、ＭｇＯの格子定数が０．４２１１２ｎｍで、ＢａＴｉＯ3の格子定数が０．３９８９ｎｍであることに起因して、ＭｇＯの格子定数とＢａＴｉＯ3の格子定数との差が配向成長するには大きすぎるために、ＭｇＯ（１００）基板上に、（１００）方位に配向したＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成することができなかったと考えられる。
【００４９】
したがって、実施例１では、比較例と比べて、（１００）方位に配向したＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成することができるなどという優れた効果を奏する。
【実施例２】
【００５０】
まず、実施例１と同様に、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を準備した。
【００５１】
また、実施例１と同様に、Ｂａ：Ｚｒのモル比が１．０：１．０になるように、ＢａＺｒＯ3の薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド １．４７８ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００５２】
さらに、実施例２では、Ｓｒ：Ｔｉのモル比が１．０：１．０になるように、ＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸ストロンチウム ０．９６３ｇ
チタンイソプロポキシド １．２７８ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００５３】
そして、実施例１と同様に、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、作製されたＢａＺｒＯ3薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。すなわち、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板とともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００５４】
それから、スピンコートされた化学溶液を、実施例１と同様に、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００５５】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理を実施例１と同様に６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、ＢａＺｒＯ3の薄膜を形成した。
【００５６】
その後、実施例２では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、作製されたＳｒＴｉＯ3誘電体単結晶薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。この場合、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板上のＢａＺｒＯ3の薄膜上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板などとともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００５７】
それから、そのようにスピンコートされたＳｒＴｉＯ3誘電体単結晶薄膜原料の化学溶液を、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００５８】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理も６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板上のＢａＺｒＯ3の薄膜上に、ＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成した。なお、２回目以降の化学溶液のスピンコートおよび熱処理では、先に形成されたＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜上に、新たなＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜が形成される。
【００５９】
このように、実施例２では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上にＢａＺｒＯ3の薄膜が形成され、そのＢａＺｒＯ3の薄膜上にＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜が形成された試料が製造される。
【００６０】
図５は、実施例２で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。図５に示すＸ線回折スペクトルから、実施例２で製造された試料では、ＳｒＴｉＯ3の（１００）、（２００）のピークとＢａＺｒＯ3の（１００）のピークとＭｇＯの（２００）のピークとが確認できる。ＳｒＴｉＯ3とＢａＺｒＯ3とのＸ線回折スペクトルは、通常（１１０）のピークが最強であるが、今回の測定では、（１１０）のピークは確認されず、（１００）配向を示す（１００）、（２００）のピークのみが確認できた。これは、形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜が単結晶薄膜として（１００）方位に対して強く配向し、さらに、その上に形成されたＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜も（１００）方位に配向していることを示している。また、これは、ＭｇＯの格子定数が０．４２１１２ｎｍで、ＢａＺｒＯ3の格子定数が０．４１９２ｎｍであり、ＭｇＯの格子定数とＢａＺｒＯ3の格子定数との差が配向成長する程度の違いであったために、ＭｇＯ（１００）基板上に、（１００）方位に配向したＢａＺｒＯ3の薄膜を形成することができたと考えられる。さらに、バッファーとして結晶構造が同じである（１００）方位に配向したＢａＺｒＯ3の薄膜を形成することによって、（１００）方位に配向したＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成することができたことがわかる。なお、図５のＸ線回折スペクトルにおいてもＭｇＯの（２００）のピークは、ＭｇＯ（１００）基板が（１００）配向を示すピークである。
【００６１】
図６は、実施例２で製造された試料の透過スペクトルを示す図である。図６に示す透過スペクトルから、実施例２で製造された試料では、可視光領域である４００ｎｍから７００ｎｍの波長において透明であることがわかる。このことから、実施例２で製造された試料も、透明性を有することがわかる。
【００６２】
したがって、実施例２でも、実施例１で奏する効果と同様の優れた効果を奏する。
【実施例３】
【００６３】
まず、実施例１と同様に、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を準備した。
【００６４】
また、実施例１と同様に、Ｂａ：Ｚｒのモル比が１．０：１．０になるように、ＢａＺｒＯ3の薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド １．４７８ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００６５】
さらに、実施例３では、Ｓｒ：Ｔｉ：Ｎｂのモル比が１．０：１．０：０．１になるように、ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸ストロンチウム ０．９６３ｇ
チタンイソプロポキシド １．２７８ｇ
塩化ニオブ ０．０１２ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００６６】
そして、実施例１と同様に、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、作製されたＢａＺｒＯ3薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。すなわち、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板とともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００６７】
それから、スピンコートされた化学溶液を、実施例１と同様に、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００６８】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理を実施例１と同様に６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、ＢａＺｒＯ3の薄膜を形成した。
【００６９】
その後、実施例３では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、作製されたＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3導電性単結晶薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。この場合、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板上のＢａＺｒＯ3の薄膜上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板などとともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００７０】
それから、そのようにスピンコートされたＮｂドープＳｒＴｉＯ3導電性単結晶薄膜原料の化学溶液を、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００７１】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理も６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板上のＢａＺｒＯ3の薄膜上に、ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜を形成した。なお、２回目以降の化学溶液のスピンコートおよび熱処理では、先に形成されたＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜上に、新たなＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜が形成される。
【００７２】
このように、実施例３では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上にＢａＺｒＯ3の薄膜が形成され、そのＢａＺｒＯ3の薄膜上にＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜が形成された試料が製造される。
【００７３】
図７は、実施例３で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。図７に示すＸ線回折スペクトルから、実施例３で製造された試料では、実施例２で製造された試料と同様に、ＳｒＴｉＯ3の（１００）、（２００）のピークとＢａＺｒＯ3の（１００）のピークとＭｇＯの（２００）のピークとが確認できる。これは、形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜が単結晶薄膜として（１００）方位に対して強く配向し、さらに、その上に形成されたＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜も（１００）方位に配向していることを示している。なお、図７のＸ線回折スペクトルにおいてもＭｇＯの（２００）のピークは、ＭｇＯ（１００）基板が（１００）配向を示すピークである。
【００７４】
また、実施例３で製造された試料において、ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜の抵抗を４端子法によって測定した結果、その導電性単結晶薄膜の抵抗率は３×１０-3Ω・ｃｍであった。これは、ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜が導電性を有することを示している。
【００７５】
したがって、実施例３でも、実施例１や実施例２で奏する効果と同様の優れた効果を奏するとともに、特に、たとえばディスプレイやタッチパネルにおけるスイッチ、接点およびセンサの電極などに用いることができる導電性を有する導電性単結晶薄膜を製造することができる。
【００７６】
（実験例）
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法において、単結晶成長用基板としてのＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜におけるＴｉとＺｒとの好ましい比率および望ましい比率について調べてみた。
【００７７】
実験例では、まず、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を準備した。
【００７８】
また、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜において、Ｔｉ：Ｚｒのモル比が０．９：０．１、０．８：０．２、０．７：０．３または０．６：０．４になるように、４種類の薄膜の原料となるそれぞれの化学溶液を、次の１．〜４．の溶液作製条件で作製した。
１．（Ｂａ（Ｔｉ0.9Ｚｒ0.1）Ｏ3の溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
チタンイソプロポキシド １．１５０ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド ０．１４５ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
２．（Ｂａ（Ｔｉ0.8Ｚｒ0.2）Ｏ3の溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
チタンイソプロポキシド １．０２２ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド ０．２９６ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
３．（Ｂａ（Ｔｉ0.7Ｚｒ0.3）Ｏ3の溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
チタンイソプロポキシド ０．８９４ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド ０．４３４ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
４．（Ｂａ（Ｔｉ0.6Ｚｒ0.4）Ｏ3の溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
チタンイソプロポキシド ０．７２５ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド ０．５９１ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００７９】
そして、４枚のＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、作製された４種類の薄膜原料の化学溶液を、それぞれ実施例１と同様にスピンコートした。すなわち、化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板とともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００８０】
それから、スピンコートされた化学溶液を、実施例１と同様に、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００８１】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理を実施例１と同様に６回繰り返して、４枚のＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、４種類の薄膜をそれぞれ形成した。
【００８２】
このように、実験例では、４枚のＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、Ｂａ（Ｔｉ0.9Ｚｒ0.1）Ｏ3、Ｂａ（Ｔｉ0.8Ｚｒ0.2）Ｏ3、Ｂａ（Ｔｉ0.7Ｚｒ0.3）Ｏ3またはＢａ（Ｔｉ0.6Ｚｒ0.4）Ｏ3の薄膜が形成されたそれぞれの試料が製造される。
【００８３】
図８は、実験例で製造されたそれぞれの試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。図８に示すＸ線回折スペクトルから、Ｚｒの添加量がＴｉ：Ｚｒ＝８：２すなわちＢａ（Ｔｉ0.8Ｚｒ0.2）Ｏ3の薄膜では、（１１０）のピークが現れるが、そのピークは、Ｚｒの添加量がＴｉ：Ｚｒ＝９：１すなわちＢａ（Ｔｉ0.9Ｚｒ0.1）Ｏ3の薄膜における（１１０）のピークより小さいことがわかる。つまり、Ｂａ（Ｔｉ0.8Ｚｒ0.2）Ｏ3の薄膜は、Ｂａ（Ｔｉ0.9Ｚｒ0.1）Ｏ3の薄膜より強くＭｇＯ（１００）基板に配向する。
このことから、単結晶成長用基板としてのＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜におけるＴｉとＺｒとの好ましい比率は、Ｚｒの添加量がＴｉ：Ｚｒ＝８：２以上であることがわかる。この好ましい比率は、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3において０≦ａ≦０．８に相当する。
【００８４】
また、図８に示すＸ線回折スペクトルから、Ｚｒの添加量がＴｉ：Ｚｒ＝７：３以上すなわちＢａ（Ｔｉ0.7Ｚｒ0.3）Ｏ3およびＢａＴｉ0.6（Ｚｒ0.4）Ｏ3の薄膜では、（１１０）のピークが現れなくなり、ＭｇＯ（１００）基板にさらに強く配向することがわかる。
このことから、単結晶成長用基板としてのＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜におけるＴｉとＺｒとの望ましい比率は、Ｚｒの添加量がＴｉ：Ｚｒ＝７：３以上であることがわかる。この望ましい比率は、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3において０≦ａ≦０．７に相当する。
【００８５】
上述の実施例１、２および３などでは、単結晶成長用基板として、ＭｇＯ（１００）基板が用いられているが、この発明では、その表面がＭｇＯ（１００）面となる他の基板が用いられてもよい。このような基板が用いられても、ＭｇＯ（１００）基板が用いられる場合と同様に良好な効果を奏する。
【００８６】
また、この発明では、用いられるＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3（ただし、０≦ａ≦０．８、望ましくは０≦ａ≦０．７）の薄膜は、その下の単結晶成長用基板の格子定数およびその上の単結晶薄膜の格子定数にそれぞれ近い格子定数を有するものが、優れた単結晶薄膜を製造する点で好ましい。
【００８７】
さらに、上述の実施例１、２および３などでは、ＢａＴｉＯ3の単結晶薄膜、ＳｒＴｉＯ3の単結晶薄膜またはＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の単結晶薄膜を製造するが、この発明では、それ以外の単結晶薄膜たとえばＣａＴｉＯ3の単結晶薄膜など（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）系の単結晶薄膜を製造するようにしてもよい。
また、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）において、Ｃａが含まれないか比較的少ない０≦ｚ≦０．２の範囲またはＳｒが含まれるとともに比較的少なくない０．３≦ｙ≦１．０の範囲で固溶体が安定して得られることが知られている。そのため、この発明では、それらの範囲で単結晶薄膜を製造するようにしてもよい。この場合、この発明では、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）において、特に０≦ｚ≦０．２の範囲とすることによって、０．２＜ｚの範囲とすることに比べて、結晶性のよい単結晶薄膜を製造することができる。
【００８８】
また、この発明では、単結晶薄膜中にドープする金属元素は、ドープした金属元素による効果が得られるとともに、単結晶薄膜の格子定数を大きく変えない範囲で微量可能することが好ましく、たとえば３ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％ドープすることが好ましい。この場合、ドープする金属元素は、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）に追加されてもよく、または、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）中の（ＢａxＳｒyＣａz）Ｔｉの一部と置換されてもよい。そのため、この発明では、たとえば、実施例３のようにＢａ：Ｔｉ：Ｎｂ＝１．０：１．０：０．１である単結晶薄膜を製造する以外に、Ｂａ：Ｔｉ：Ｎｂ＝１．０：０．９：０．１である単結晶薄膜などの単結晶薄膜を製造するようにしてもよい。また、ドープする金属元素は、Ｎｂ、Ｗ、Ｅｕ、Ｃｅ以外に、ＭｎやＭｇなどであってもよい。
【００８９】
また、上述の実施例１、２および３などでは、化学溶液を８００℃に加熱しているが、それより低い温度に加熱しても、あるいは、それより高い温度に加熱してもよい。低い温度に加熱する場合には、長時間加熱すればよく、一方、高い温度に加熱する場合には、短時間加熱すればよい。また、材料などの条件に応じて、加熱温度や加熱時間は任意に変更されてもよい。
【００９０】
また、上述の実験例１、２および３などでは、酢酸バリウム、酢酸ストロンチウムおよびチタンイソプロポキシドなどが単結晶薄膜原料の化学溶液に混合されているが、この発明では、それ以外のものであって、バリウム、ストロンチウム、カルシウムおよびチタンのアルコキシドまたはカルボン酸が単結晶薄膜原料の化学溶液に混合されてもよい。
このようなアルコキシドとしては、イソプロポキシド以外に、たとえばメトキシドやエトキシドなどが挙げられる。
また、このようなカルボン酸としては、酢酸以外に、たとえば蟻酸、プロピオン酸、酪酸、デカン酸、オクチル酸（２−エチルヘキサン酸）などが挙げられる。
そして、これらのアルコキシドやカルボン酸を用いても、実験例１、２および３と同様の効果が得られる。
これは、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3薄膜原料の化学溶液におけるバリウム、チタンおよびジルコニウムについても同様のことが言える。
【００９１】
さらに、上述の実施例１、２および３などでは、それぞれ、化学溶液をスピンコートすることとそのスピンコートされた化学溶液を熱処理することとを６回繰り返して行っているが、この発明では、スピンコートおよび熱処理を１回だけ行ってもよく、または、スピンコートおよび熱処理を６回以外の複数回繰り返して行ってもよい。スピンコートおよび熱処理の繰り返し回数を増やせば、製造される薄膜の膜厚は厚くなるのに対して、スピンコートおよび熱処理の繰り返し回数を減らせば、製造される薄膜の膜厚は薄くなる。したがって、スピンコートおよび熱処理の繰り返し回数を変えれば、製造される薄膜の膜厚を調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法によって製造された単結晶薄膜は、たとえば、センサ用の基板、コンデンサの誘電体、ディスプレイやタッチパネルにおけるスイッチや接点、センサの電極、光通信機器の導波路における電界印加型の光スイッチなどに利用される。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単結晶薄膜の製造方法に関し、特に、たとえばチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）系などの（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）系の単結晶薄膜を製造するための方法であって、たとえば、センサ用の基板およびコンデンサの誘電体などに用いることができる誘電体単結晶薄膜、ディスプレイやタッチパネルにおけるスイッチ、接点およびセンサの電極などに用いることができる導電性単結晶薄膜、光通信機器の導波路における電界印加型の光スイッチなどに用いることができる透明性を有する単結晶薄膜などの単結晶薄膜を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘電体単結晶薄膜を製造する方法には、スパッタ法、ＭＢＥ法、パルスレーザー堆積法またはＭＯＣＶＤ法などが採用されている。このような従来の誘電体単結晶薄膜の製造方法では、良好な誘電体単結晶薄膜を製造することができる。誘電体単結晶薄膜は、通常、高機能なものである。
また、特開平７−１３３１８８号公報には、ＭｇＯまたはＭｇＡｌ2Ｏ4単結晶基板上に、有機金属化合物前駆体の溶液を塗布し、さらにアニールすることにより、エピタキシャルまたは高配向である酸化物強誘電体薄膜を形成する技術が開示されている（特許文献１参照）。
さらに、特開２００７−１８０３９８公報には、チタン、バリウム、ストロンチウム、およびＬｉを含む誘電体前駆体溶液を基材上に塗布して塗膜を形成することなどによって、デカップリングコンデンサなどのコンデンサに用いられるＢＳＴ系の高誘電体膜を形成する方法が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１３３１８８号公報
【特許文献２】特開２００７−１８０３９８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来の誘電体単結晶薄膜の製造方法では、スパッタ法、ＭＢＥ法、パルスレーザー堆積法またはＭＯＣＶＤ法などが採用されているので、複雑な環境、設備および工程が必要であって、誘電体単結晶薄膜を製造することが困難であり、製造される誘電体単結晶薄膜が高価なものとなってしまう。
さらに、上述の従来の誘電体単結晶薄膜の製造方法では、スパッタ法、ＭＢＥ法、パルスレーザー堆積法またはＭＯＣＶＤ法などが採用されているので、製造される誘電体単結晶薄膜の原料が限られてしまい、製造される誘電体単結晶薄膜における組成の調整を行うことが困難である。
また、特許文献１に開示されている方法では、Ｐｂ系の酸化物強誘電体薄膜を形成することについては着目されているが、特許文献１においては、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜を製造するための具体的な手法については明らかにされていない。なお、特許文献１と同様に、鉛系の複合酸化物が配向しやすいことに起因して、鉛系の複合酸化物が配向した膜に関する報告は多い。
また、特許文献２に開示されている方法では、ＢＳＴ系の単なる高誘電体膜を形成することについては考慮されているが、高誘電体膜を単結晶にすることや配向させることに関しては全く考慮されておらず、特許文献２においても、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜を製造するための具体的な手法については明らかにされていない。
このように特許文献１および２に開示されている方法では、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜を製造するための具体的な手法が明らかにされていないので、仮に特許文献１および２に開示されている方法を組み合わせることに着目したとしても、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜を製造することは困難である。
したがって、上述の従来の誘電体単結晶薄膜の製造方法や特許文献１および２に開示されている方法から、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜を容易にかつ安価に製造することができるようにするためや、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜における組成の調整を容易に行うことができるようにするためには、多大な困難性を有する。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を容易にかつ安価に製造することができるとともに、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成の調整を容易に行うことができる、単結晶薄膜の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法は、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）系の単結晶薄膜を製造するための単結晶薄膜の製造方法であって、その表面がＭｇＯ（１００）面である単結晶成長用基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3（ただし、０≦ａ≦０．８）の薄膜上に、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）の単結晶薄膜の原料となる化学溶液をスピンコートし、スピンコートされた化学溶液を配向が起こるような温度で熱処理することによって、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる、単結晶薄膜の製造方法である。
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を用いることが好ましい。
また、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜として（１００）方位に配向されている単結晶薄膜を用いることが好ましい。
さらに、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、化学溶液としてたとえばＮｂなどの５価またはたとえばＷなどの６価の金属元素をドープした化学溶液を用いてもよい。
また、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、化学溶液として、バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ストロンチウムアルコキシドまたはカルボン酸ストロンチウムと、カルシウムアルコキシドまたはカルボン酸カルシウムとの中から選択された少なくとも１種以上、および、チタンアルコキシドまたはカルボン酸チタンが、有機溶剤中に混合された化学溶液を用いることが好ましい。
さらに、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、化学溶液をスピンコートすることとスピンコートされた化学溶液を熱処理することとを複数回繰り返して行うことが好ましい。
【０００７】
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、単結晶成長用基板の表面であるＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3（ただし、０≦ａ≦０．８）の薄膜上に、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）の単結晶薄膜の原料となる化学溶液をスピンコートし、そのスピンコートされた化学溶液を配向が起こるような温度で熱処理することによって、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜のエピタキシャル成長が行われる。
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、従来の誘電体単結晶薄膜の製造方法で採用されているスパッタ法、ＭＢＥ法、パルスレーザー堆積法またはＭＯＣＶＤ法などを用いずに、単結晶成長用基板の表面であるＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜上に、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜の原料となる化学溶液をスピンコートし、そのスピンコートされた化学溶液を熱処理することによって、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜のエピタキシャル成長が行われるので、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜の製造が容易であり、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜が安価なものとなる。
さらに、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法では、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜の原料となる化学溶液における組成を調整することによって、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成を調整することができるので、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成の調整を容易に行うことができる。
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法において、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を用いると、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜を介して、良好なＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を製造することができる。
また、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法において、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜として（１００）方位に配向されている単結晶薄膜を用いると、良好なＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を製造することができる。
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法によって製造された単結晶薄膜が誘電体単結晶薄膜である場合、それを、たとえばセンサ用の基板およびコンデンサの誘電体などに用いることができ、特に透明性を有するものは、たとえば光通信機器の導波路における電界印加型の光スイッチなどにも用いることができる。
さらに、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法において、化学溶液として、たとえばＮｂやＷをドープした化学溶液を用いる場合には、ディスプレイやタッチパネルにおけるスイッチ、接点およびセンサの電極などに用いることができる導電性を有する導電性単結晶薄膜を製造することができる。この場合も、製造された単結晶薄膜が透明性を有すれば、それを、たとえば光通信機器の導波路における電界印加型の光スイッチなどにも用いることができる。
また、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法において、化学溶液として、バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ストロンチウムアルコキシドまたはカルボン酸ストロンチウムと、カルシウムアルコキシドまたはカルボン酸カルシウムとの中から選択された少なくとも１種以上、および、チタンアルコキシドまたはカルボン酸チタンが、有機溶剤中に混合された化学溶液を用いると、化学溶液中に混合される組成の比率を変えることによって、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成すなわちバリウム、ストロンチウムおよびカルシウムの比率を簡単に調整することができる。
さらに、この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法において、化学溶液をスピンコートすることとスピンコートされた化学溶液を熱処理することとを複数回繰り返して行うと、その繰り返し回数を変えることによって、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜の膜厚を調整することができる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を容易にかつ安価に製造することができるとともに、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成の調整を容易に行うことができる、単結晶薄膜の製造方法が得られる。
【０００９】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。
【図２】実施例１で製造された試料の透過スペクトルを示す図である。
【図３】実施例１で製造された試料のＭｇＯ（１００）／ＢａＺｒＯ3（１００）／ＢａＴｉＯ3（１００）の極点図である。
【図４】比較例で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。
【図５】実施例２で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。
【図６】実施例２で製造された試料の透過スペクトルを示す図である。
【図７】実施例３で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。
【図８】実験例で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、単結晶成長用基板として、その表面がＭｇＯ（１００）面であるたとえばＭｇＯ（１００）基板を準備した。
【００１２】
また、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3（ただし、０≦ａ≦０．８、望ましくは０≦ａ≦０．７）のうちのたとえばＢａＺｒＯ3の薄膜の原料となる化学溶液を作製した。このような薄膜原料の化学溶液は、たとえば、バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ジルコニウムアルコキシドまたはカルボン酸ジルコニウムと、必要に応じてチタンアルコキシドまたはカルボン酸チタンとを有機溶剤中に混合することによって作製することができる。
【００１３】
さらに、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）のうちのたとえばＢａＴｉＯ3またはＳｒＴｉＯ3の単結晶薄膜の原料となる化学溶液を作製した。このような単結晶薄膜原料の化学溶液は、バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ストロンチウムアルコキシドまたはカルボン酸ストロンチウムと、カルシウムアルコキシドまたはカルボン酸カルシウムとの中から選択された少なくとも１種以上、および、チタンアルコキシドまたはカルボン酸チタンを、有機溶剤中に混合することによって作製することができる。
【００１４】
そして、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、作製されたＢａＺｒＯ3薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。それから、スピンコートされた化学溶液を、たとえば、３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。そして、加熱された化学溶液を、たとえば１００Ｋ／分の冷却速度で冷却した。
【００１５】
このようなＢａＺｒＯ3薄膜原料の化学溶液のスピンコートおよび熱処理をたとえば６回繰り返して行うことによって、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、ＢａＺｒＯ3の薄膜をエピタキシャル成長させて形成した。
【００１６】
そして、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、作製されたＢａＴｉＯ3またはＳｒＴｉＯ3単結晶薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。それから、スピンコートされた化学溶液を、たとえば、３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。そして、加熱された化学溶液を、たとえば１００Ｋ／分の冷却速度で冷却した。
【００１７】
このようなＢａＴｉＯ3またはＳｒＴｉＯ3単結晶薄膜原料の化学溶液のスピンコートおよび熱処理をたとえば６回繰り返して行うことによって、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、ＢａＴｉＯ3またはＳｒＴｉＯ3の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させて形成した。
【００１８】
この単結晶薄膜の製造方法では、ＭｇＯ（１００）基板の表面であるＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、ＢａＴｉＯ3またはＳｒＴｉＯ3の単結晶薄膜の原料となる化学溶液をスピンコートし、そのスピンコートされた化学溶液を熱処理することによって、ＢａＴｉＯ3またはＳｒＴｉＯ3の単結晶薄膜のエピタキシャル成長が行われるので、高機能であるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜の製造が容易であり、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜が安価なものとなる。
【００１９】
さらに、この単結晶薄膜の製造方法では、単結晶薄膜の原料となる化学溶液における組成を調整することによって、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成を調整することができるので、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成の調整を容易に行うことができる。
【００２０】
この単結晶薄膜の製造方法では、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を用いるので、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜を介して、良好なＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を製造することができる。
【００２１】
また、この単結晶薄膜の製造方法では、ＢａＺｒＯ3の薄膜すなわち（１００）方位に配向されている単結晶薄膜を用いることになるので、良好なＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜を製造することができる。
【００２２】
この単結晶薄膜の製造方法によって製造された単結晶薄膜が誘電体単結晶薄膜である場合、それを、たとえばセンサ用の基板およびコンデンサの誘電体などに用いることができ、特に透明性を有するものは、たとえば光通信機器の導波路における電界印加型の光スイッチなどにも用いることができ、ＭｇＯ（１００）基板およびＢａＺｒＯ3の薄膜も透明性を有するので、ＭｇＯ（１００）基板およびＢａＺｒＯ3の薄膜とともに全体を透明な素子として用いることができる。また、製造された誘電体単結晶薄膜は、その下面にたとえばＰｔ（１００）薄膜などの導体薄膜を設ける必要がないので、たとえば櫛形電極などの電極を形成するための基板として用いても電極がそのような導体薄膜によってショートするおそれがない。
【００２３】
さらに、この単結晶薄膜の製造方法において、単結晶薄膜原料の化学溶液として、たとえばＮｂやＷをドープした化学溶液を用いると、ディスプレイやタッチパネルにおけるスイッチ、接点およびセンサの電極などに用いることができる導電性を有する導電性単結晶薄膜を製造することができ、また、たとえばＥｕやＣｅなどのランタノイド系の金属元素をドープした化学溶液を用いると、発光素子に用いることができる発光性を有する単結晶薄膜を製造することができる。また、これらの場合も、製造された単結晶薄膜が透明性を有すれば、それを、たとえば光通信機器の導波路における電界印加型の光スイッチなどにも用いることができ、ＭｇＯ（１００）基板およびＢａＺｒＯ3の薄膜とともに全体を透明な素子として用いることができる。なお、製造された導電性単結晶薄膜をセンサの電極に用いる場合には、センサの設計の自由度がアップする。
【００２４】
また、この単結晶薄膜の製造方法では、単結晶薄膜原料の化学溶液として、バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ストロンチウムアルコキシドまたはカルボン酸ストロンチウムと、カルシウムアルコキシドまたはカルボン酸カルシウムとの中から選択された少なくとも１種以上、および、チタンアルコキシドまたはカルボン酸チタンが、有機溶剤中に混合された化学溶液を用いるので、単結晶薄膜原料の化学溶液中に混合される組成の比率を変えることによって、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜における組成すなわちバリウム、ストロンチウムおよびカルシウムの比率を簡単に調整することができる。
【００２５】
さらに、この単結晶薄膜の製造方法では、単結晶薄膜原料の化学溶液のスピンコートおよび熱処理の繰り返し回数を変えることによって、製造されるＢＳＴ系の誘電体単結晶薄膜などの単結晶薄膜の膜厚を調整することができる。
【００２６】
また、この単結晶薄膜の製造方法では、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3薄膜原料の化学溶液として、バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ジルコニウムアルコキシドまたはカルボン酸ジルコニウムと、必要に応じてチタンアルコキシドまたはカルボン酸チタンとが、有機溶剤中に混合された化学溶液を用いるので、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3薄膜原料の化学溶液中に混合される組成の比率を変えることによって、製造されるＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3薄膜における組成すなわちチタンおよびジルコニウムの比率を簡単に調整することができる。
【００２７】
さらに、この単結晶薄膜の製造方法では、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3薄膜原料の化学溶液のスピンコートおよび熱処理の繰り返し回数を変えることによって、製造されるＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3薄膜の膜厚を調整することができる。
【実施例１】
【００２８】
まず、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を準備した。
【００２９】
また、Ｂａ：Ｚｒのモル比が１．０：１．０になるように、ＢａＺｒＯ3の薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド １．４７８ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００３０】
さらに、Ｂａ：Ｔｉのモル比が１．０：１．０になるように、ＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
チタンイソプロポキシド １．２７８ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００３１】
そして、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、作製されたＢａＺｒＯ3薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。この場合、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板とともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００３２】
それから、スピンコートされた化学溶液を、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００３３】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理を６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、ＢａＺｒＯ3の薄膜を形成した。なお、２回目以降の化学溶液のスピンコートおよび熱処理では、先に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、新たなＢａＺｒＯ3の薄膜が形成される。
【００３４】
その後、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、作製されたＢａＴｉＯ3誘電体単結晶薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。この場合、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板上のＢａＺｒＯ3の薄膜上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板などとともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００３５】
それから、そのようにスピンコートされたＢａＴｉＯ3誘電体単結晶薄膜原料の化学溶液を、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００３６】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理も６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板上のＢａＺｒＯ3の薄膜上に、ＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成した。なお、２回目以降の化学溶液のスピンコートおよび熱処理では、先に形成されたＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜上に、新たなＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜が形成される。
【００３７】
このように、実施例１では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上にＢａＺｒＯ3の薄膜が形成され、そのＢａＺｒＯ3の薄膜上にＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜が形成された試料が製造される。
【００３８】
図１は、実施例１で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。図１に示すＸ線回折スペクトルから、実施例１で製造された試料では、ＢａＴｉＯ3の（１００）、（２００）のピークとＢａＺｒＯ3の（１００）のピークとＭｇＯの（２００）のピークとが確認できる。ＢａＴｉＯ3とＢａＺｒＯ3とのＸ線回折スペクトルでは、通常（１１０）のピークが最強であるが、今回の測定では、（１１０）のピークは確認されず、（１００）配向を示す（１００）、（２００）のピークのみが確認できた。これは、形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜が単結晶薄膜として（１００）方位に対して強く配向し、さらに、その上に形成されたＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜も（１００）方位に配向していることを示している。また、これは、ＭｇＯの格子定数が０．４２１１２ｎｍで、ＢａＺｒＯ3の格子定数が０．４１９２ｎｍであり、ＭｇＯの格子定数とＢａＺｒＯ3の格子定数との差が配向成長する程度の違いであったために、ＭｇＯ（１００）基板上に、（１００）方位に配向したＢａＺｒＯ3の薄膜を形成することができたと考えられる。さらに、バッファーとして結晶構造が同じである（１００）方位に配向したＢａＺｒＯ3の薄膜を形成することによって、（１００）方位に配向したＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成することができたことがわかる。なお、図１のＸ線回折スペクトルにおいてＭｇＯの（２００）のピークは、ＭｇＯ（１００）基板が（１００）配向を示すピークである。
【００３９】
図２は、実施例１で製造された試料の透過スペクトルを示す図である。図２に示す透過スペクトルから、実施例１で製造された試料では、可視光領域である４００ｎｍから７００ｎｍの波長において透明であることがわかる。このことから、実施例１で製造された試料は、透明性を有することがわかる。
【００４０】
図３は、実施例１で製造された試料のＭｇＯ（１００）／ＢａＺｒＯ3（１００）／ＢａＴｉＯ3（１００）の極点図である。図３に示す極点図から、ψ＝４５°付近に、４回対称パターンのみが検出された。このことから、実施例１で製造された試料のＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜は、＜１００＞方位が試料法線方向を向いた３軸配向膜であることがわかる。
【００４１】
したがって、実施例１では、上述の実施の形態で奏する効果と同様の優れた効果を奏する。
【００４２】
（比較例）
まず、実施例１と同様に、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を準備した。
【００４３】
さらに、実施例１と同様に、Ｂａ：Ｔｉのモル比が１．０：１．０になるように、ＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
チタンイソプロポキシド １．２７８ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００４４】
そして、比較例では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、作製されたＢａＴｉＯ3誘電体単結晶薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。
比較例におけるスピンコートの条件は、実施例１におけるスピンコートの条件と同じである。すなわち、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板とともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００４５】
それから、そのようにスピンコートされたＢａＴｉＯ3誘電体単結晶薄膜原料の化学溶液を熱処理した。
比較例における熱処理条件は、実施例１における熱処理条件と同じである。すなわち、スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００４６】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理を６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ面上に、ＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成した。
【００４７】
このようにして、比較例では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上にＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜が形成された試料が製造される。
【００４８】
図４は、比較例で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。図４に示すＸ線回折から、比較例で製造された試料では、特に、ＢａＴｉＯ3の（１００）、（１１０）、（２００）のピークが現れる。（１１０）のピークも現れていることから、比較例で形成されたＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜では、特異な方位または特定の方位に対して配向されていないこと、すなわち、特異な配向または特定の配向を有する薄膜でないことがわかる。これは、ＭｇＯの格子定数が０．４２１１２ｎｍで、ＢａＴｉＯ3の格子定数が０．３９８９ｎｍであることに起因して、ＭｇＯの格子定数とＢａＴｉＯ3の格子定数との差が配向成長するには大きすぎるために、ＭｇＯ（１００）基板上に、（１００）方位に配向したＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成することができなかったと考えられる。
【００４９】
したがって、実施例１では、比較例と比べて、（１００）方位に配向したＢａＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成することができるなどという優れた効果を奏する。
【実施例２】
【００５０】
まず、実施例１と同様に、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を準備した。
【００５１】
また、実施例１と同様に、Ｂａ：Ｚｒのモル比が１．０：１．０になるように、ＢａＺｒＯ3の薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド １．４７８ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００５２】
さらに、実施例２では、Ｓｒ：Ｔｉのモル比が１．０：１．０になるように、ＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸ストロンチウム ０．９６３ｇ
チタンイソプロポキシド １．２７８ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００５３】
そして、実施例１と同様に、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、作製されたＢａＺｒＯ3薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。すなわち、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板とともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００５４】
それから、スピンコートされた化学溶液を、実施例１と同様に、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００５５】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理を実施例１と同様に６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、ＢａＺｒＯ3の薄膜を形成した。
【００５６】
その後、実施例２では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、作製されたＳｒＴｉＯ3誘電体単結晶薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。この場合、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板上のＢａＺｒＯ3の薄膜上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板などとともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００５７】
それから、そのようにスピンコートされたＳｒＴｉＯ3誘電体単結晶薄膜原料の化学溶液を、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００５８】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理も６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板上のＢａＺｒＯ3の薄膜上に、ＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成した。なお、２回目以降の化学溶液のスピンコートおよび熱処理では、先に形成されたＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜上に、新たなＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜が形成される。
【００５９】
このように、実施例２では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上にＢａＺｒＯ3の薄膜が形成され、そのＢａＺｒＯ3の薄膜上にＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜が形成された試料が製造される。
【００６０】
図５は、実施例２で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。図５に示すＸ線回折スペクトルから、実施例２で製造された試料では、ＳｒＴｉＯ3の（１００）、（２００）のピークとＢａＺｒＯ3の（１００）のピークとＭｇＯの（２００）のピークとが確認できる。ＳｒＴｉＯ3とＢａＺｒＯ3とのＸ線回折スペクトルは、通常（１１０）のピークが最強であるが、今回の測定では、（１１０）のピークは確認されず、（１００）配向を示す（１００）、（２００）のピークのみが確認できた。これは、形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜が単結晶薄膜として（１００）方位に対して強く配向し、さらに、その上に形成されたＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜も（１００）方位に配向していることを示している。また、これは、ＭｇＯの格子定数が０．４２１１２ｎｍで、ＢａＺｒＯ3の格子定数が０．４１９２ｎｍであり、ＭｇＯの格子定数とＢａＺｒＯ3の格子定数との差が配向成長する程度の違いであったために、ＭｇＯ（１００）基板上に、（１００）方位に配向したＢａＺｒＯ3の薄膜を形成することができたと考えられる。さらに、バッファーとして結晶構造が同じである（１００）方位に配向したＢａＺｒＯ3の薄膜を形成することによって、（１００）方位に配向したＳｒＴｉＯ3の誘電体単結晶薄膜を形成することができたことがわかる。なお、図５のＸ線回折スペクトルにおいてもＭｇＯの（２００）のピークは、ＭｇＯ（１００）基板が（１００）配向を示すピークである。
【００６１】
図６は、実施例２で製造された試料の透過スペクトルを示す図である。図６に示す透過スペクトルから、実施例２で製造された試料では、可視光領域である４００ｎｍから７００ｎｍの波長において透明であることがわかる。このことから、実施例２で製造された試料も、透明性を有することがわかる。
【００６２】
したがって、実施例２でも、実施例１で奏する効果と同様の優れた効果を奏する。
【実施例３】
【００６３】
まず、実施例１と同様に、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を準備した。
【００６４】
また、実施例１と同様に、Ｂａ：Ｚｒのモル比が１．０：１．０になるように、ＢａＺｒＯ3の薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド １．４７８ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００６５】
さらに、実施例３では、Ｓｒ：Ｔｉ：Ｎｂのモル比が１．０：１．０：０．１になるように、ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜の原料となる化学溶液を、次の溶液作製条件で作製した。
（溶液作製条件）
原料塩
酢酸ストロンチウム ０．９６３ｇ
チタンイソプロポキシド １．２７８ｇ
塩化ニオブ ０．０１２ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００６６】
そして、実施例１と同様に、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、作製されたＢａＺｒＯ3薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。すなわち、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板とともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００６７】
それから、スピンコートされた化学溶液を、実施例１と同様に、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００６８】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理を実施例１と同様に６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、ＢａＺｒＯ3の薄膜を形成した。
【００６９】
その後、実施例３では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜上に、作製されたＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3導電性単結晶薄膜原料の化学溶液をスピンコートした。この場合、その化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板上のＢａＺｒＯ3の薄膜上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板などとともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００７０】
それから、そのようにスピンコートされたＮｂドープＳｒＴｉＯ3導電性単結晶薄膜原料の化学溶液を、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００７１】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理も６回繰り返して、ＭｇＯ（１００）基板上のＢａＺｒＯ3の薄膜上に、ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜を形成した。なお、２回目以降の化学溶液のスピンコートおよび熱処理では、先に形成されたＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜上に、新たなＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜が形成される。
【００７２】
このように、実施例３では、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上にＢａＺｒＯ3の薄膜が形成され、そのＢａＺｒＯ3の薄膜上にＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜が形成された試料が製造される。
【００７３】
図７は、実施例３で製造された試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。図７に示すＸ線回折スペクトルから、実施例３で製造された試料では、実施例２で製造された試料と同様に、ＳｒＴｉＯ3の（１００）、（２００）のピークとＢａＺｒＯ3の（１００）のピークとＭｇＯの（２００）のピークとが確認できる。これは、形成されたＢａＺｒＯ3の薄膜が単結晶薄膜として（１００）方位に対して強く配向し、さらに、その上に形成されたＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜も（１００）方位に配向していることを示している。なお、図７のＸ線回折スペクトルにおいてもＭｇＯの（２００）のピークは、ＭｇＯ（１００）基板が（１００）配向を示すピークである。
【００７４】
また、実施例３で製造された試料において、ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜の抵抗を４端子法によって測定した結果、その導電性単結晶薄膜の抵抗率は３×１０-3Ω・ｃｍであった。これは、ＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の導電性単結晶薄膜が導電性を有することを示している。
【００７５】
したがって、実施例３でも、実施例１や実施例２で奏する効果と同様の優れた効果を奏するとともに、特に、たとえばディスプレイやタッチパネルにおけるスイッチ、接点およびセンサの電極などに用いることができる導電性を有する導電性単結晶薄膜を製造することができる。
【００７６】
（実験例）
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法において、単結晶成長用基板としてのＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜におけるＴｉとＺｒとの好ましい比率および望ましい比率について調べてみた。
【００７７】
実験例では、まず、単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を準備した。
【００７８】
また、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜において、Ｔｉ：Ｚｒのモル比が０．９：０．１、０．８：０．２、０．７：０．３または０．６：０．４になるように、４種類の薄膜の原料となるそれぞれの化学溶液を、次の１．〜４．の溶液作製条件で作製した。
１．（Ｂａ（Ｔｉ0.9Ｚｒ0.1）Ｏ3の溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
チタンイソプロポキシド １．１５０ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド ０．１４５ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
２．（Ｂａ（Ｔｉ0.8Ｚｒ0.2）Ｏ3の溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
チタンイソプロポキシド １．０２２ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド ０．２９６ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
３．（Ｂａ（Ｔｉ0.7Ｚｒ0.3）Ｏ3の溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
チタンイソプロポキシド ０．８９４ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド ０．４３４ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
４．（Ｂａ（Ｔｉ0.6Ｚｒ0.4）Ｏ3の溶液作製条件）
原料塩
酢酸バリウム １．１４６ｇ
チタンイソプロポキシド ０．７２５ｇ
ジルコニウムイソプロポキシド ０．５９１ｇ
溶媒
酢酸 ３ｍＬ
２−メトキシエタノール ７ｍＬ
【００７９】
そして、４枚のＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、作製された４種類の薄膜原料の化学溶液を、それぞれ実施例１と同様にスピンコートした。すなわち、化学溶液を、ＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に載置し、ＭｇＯ（１００）基板とともに６００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、さらに４０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間回転して、薄膜状に成形した後に、薄膜状に成形された化学溶液を１５０℃のホットプレートで５分間乾燥を行った。
【００８０】
それから、スピンコートされた化学溶液を、実施例１と同様に、次の熱処理条件で熱処理した。
（熱処理条件）
スピンコートされた化学溶液を、酸素２００ｍＬ／分の雰囲気下で、常温から３００Ｋ／分で昇温し、８００℃まで加熱して２０分間保持した。
このようにして加熱された化学溶液を、１００Ｋ／分の冷却速度で常温まで冷却した。
【００８１】
以上の化学溶液のスピンコートおよび熱処理を実施例１と同様に６回繰り返して、４枚のＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、４種類の薄膜をそれぞれ形成した。
【００８２】
このように、実験例では、４枚のＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に、Ｂａ（Ｔｉ0.9Ｚｒ0.1）Ｏ3、Ｂａ（Ｔｉ0.8Ｚｒ0.2）Ｏ3、Ｂａ（Ｔｉ0.7Ｚｒ0.3）Ｏ3またはＢａ（Ｔｉ0.6Ｚｒ0.4）Ｏ3の薄膜が形成されたそれぞれの試料が製造される。
【００８３】
図８は、実験例で製造されたそれぞれの試料のＸ線回折スペクトルを示す図である。図８に示すＸ線回折スペクトルから、Ｚｒの添加量がＴｉ：Ｚｒ＝８：２すなわちＢａ（Ｔｉ0.8Ｚｒ0.2）Ｏ3の薄膜では、（１１０）のピークが現れるが、そのピークは、Ｚｒの添加量がＴｉ：Ｚｒ＝９：１すなわちＢａ（Ｔｉ0.9Ｚｒ0.1）Ｏ3の薄膜における（１１０）のピークより小さいことがわかる。つまり、Ｂａ（Ｔｉ0.8Ｚｒ0.2）Ｏ3の薄膜は、Ｂａ（Ｔｉ0.9Ｚｒ0.1）Ｏ3の薄膜より強くＭｇＯ（１００）基板に配向する。
このことから、単結晶成長用基板としてのＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜におけるＴｉとＺｒとの好ましい比率は、Ｚｒの添加量がＴｉ：Ｚｒ＝８：２以上であることがわかる。この好ましい比率は、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3において０≦ａ≦０．８に相当する。
【００８４】
また、図８に示すＸ線回折スペクトルから、Ｚｒの添加量がＴｉ：Ｚｒ＝７：３以上すなわちＢａ（Ｔｉ0.7Ｚｒ0.3）Ｏ3およびＢａＴｉ0.6（Ｚｒ0.4）Ｏ3の薄膜では、（１１０）のピークが現れなくなり、ＭｇＯ（１００）基板にさらに強く配向することがわかる。
このことから、単結晶成長用基板としてのＭｇＯ（１００）基板のＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜におけるＴｉとＺｒとの望ましい比率は、Ｚｒの添加量がＴｉ：Ｚｒ＝７：３以上であることがわかる。この望ましい比率は、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3において０≦ａ≦０．７に相当する。
【００８５】
上述の実施例１、２および３などでは、単結晶成長用基板として、ＭｇＯ（１００）基板が用いられているが、この発明では、その表面がＭｇＯ（１００）面となる他の基板が用いられてもよい。このような基板が用いられても、ＭｇＯ（１００）基板が用いられる場合と同様に良好な効果を奏する。
【００８６】
また、この発明では、用いられるＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3（ただし、０≦ａ≦０．８、望ましくは０≦ａ≦０．７）の薄膜は、その下の単結晶成長用基板の格子定数およびその上の単結晶薄膜の格子定数にそれぞれ近い格子定数を有するものが、優れた単結晶薄膜を製造する点で好ましい。
【００８７】
さらに、上述の実施例１、２および３などでは、ＢａＴｉＯ3の単結晶薄膜、ＳｒＴｉＯ3の単結晶薄膜またはＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3の単結晶薄膜を製造するが、この発明では、それ以外の単結晶薄膜たとえばＣａＴｉＯ3の単結晶薄膜など（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）系の単結晶薄膜を製造するようにしてもよい。
また、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）において、Ｃａが含まれないか比較的少ない０≦ｚ≦０．２の範囲またはＳｒが含まれるとともに比較的少なくない０．３≦ｙ≦１．０の範囲で固溶体が安定して得られることが知られている。そのため、この発明では、それらの範囲で単結晶薄膜を製造するようにしてもよい。この場合、この発明では、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）において、特に０≦ｚ≦０．２の範囲とすることによって、０．２＜ｚの範囲とすることに比べて、結晶性のよい単結晶薄膜を製造することができる。
【００８８】
また、この発明では、単結晶薄膜中にドープする金属元素は、ドープした金属元素による効果が得られるとともに、単結晶薄膜の格子定数を大きく変えない範囲で微量可能することが好ましく、たとえば３ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％ドープすることが好ましい。この場合、ドープする金属元素は、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）に追加されてもよく、または、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）中の（ＢａxＳｒyＣａz）Ｔｉの一部と置換されてもよい。そのため、この発明では、たとえば、実施例３のようにＢａ：Ｔｉ：Ｎｂ＝１．０：１．０：０．１である単結晶薄膜を製造する以外に、Ｂａ：Ｔｉ：Ｎｂ＝１．０：０．９：０．１である単結晶薄膜などの単結晶薄膜を製造するようにしてもよい。また、ドープする金属元素は、Ｎｂ、Ｗ、Ｅｕ、Ｃｅ以外に、ＭｎやＭｇなどであってもよい。
【００８９】
また、上述の実施例１、２および３などでは、化学溶液を８００℃に加熱しているが、それより低い温度に加熱しても、あるいは、それより高い温度に加熱してもよい。低い温度に加熱する場合には、長時間加熱すればよく、一方、高い温度に加熱する場合には、短時間加熱すればよい。また、材料などの条件に応じて、加熱温度や加熱時間は任意に変更されてもよい。
【００９０】
また、上述の実験例１、２および３などでは、酢酸バリウム、酢酸ストロンチウムおよびチタンイソプロポキシドなどが単結晶薄膜原料の化学溶液に混合されているが、この発明では、それ以外のものであって、バリウム、ストロンチウム、カルシウムおよびチタンのアルコキシドまたはカルボン酸が単結晶薄膜原料の化学溶液に混合されてもよい。
このようなアルコキシドとしては、イソプロポキシド以外に、たとえばメトキシドやエトキシドなどが挙げられる。
また、このようなカルボン酸としては、酢酸以外に、たとえば蟻酸、プロピオン酸、酪酸、デカン酸、オクチル酸（２−エチルヘキサン酸）などが挙げられる。
そして、これらのアルコキシドやカルボン酸を用いても、実験例１、２および３と同様の効果が得られる。
これは、Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3薄膜原料の化学溶液におけるバリウム、チタンおよびジルコニウムについても同様のことが言える。
【００９１】
さらに、上述の実施例１、２および３などでは、それぞれ、化学溶液をスピンコートすることとそのスピンコートされた化学溶液を熱処理することとを６回繰り返して行っているが、この発明では、スピンコートおよび熱処理を１回だけ行ってもよく、または、スピンコートおよび熱処理を６回以外の複数回繰り返して行ってもよい。スピンコートおよび熱処理の繰り返し回数を増やせば、製造される薄膜の膜厚は厚くなるのに対して、スピンコートおよび熱処理の繰り返し回数を減らせば、製造される薄膜の膜厚は薄くなる。したがって、スピンコートおよび熱処理の繰り返し回数を変えれば、製造される薄膜の膜厚を調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
この発明にかかる単結晶薄膜の製造方法によって製造された単結晶薄膜は、たとえば、センサ用の基板、コンデンサの誘電体、ディスプレイやタッチパネルにおけるスイッチや接点、センサの電極、光通信機器の導波路における電界印加型の光スイッチなどに利用される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）系の単結晶薄膜を製造するための単結晶薄膜の製造方法であって、
その表面がＭｇＯ（１００）面である単結晶成長用基板の前記ＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3（ただし、０≦ａ≦０．８）の薄膜上に、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）の単結晶薄膜の原料となる化学溶液をスピンコートし、前記スピンコートされた化学溶液を配向が起こるような温度で熱処理することによって、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる、単結晶薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を用いる、請求項１に記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜として（１００）方位に配向されている単結晶薄膜を用いる、請求項１または請求項２に記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記化学溶液として５価または６価の金属元素をドープした化学溶液を用いる、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記化学溶液として、
バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ストロンチウムアルコキシドまたはカルボン酸ストロンチウムと、カルシウムアルコキシドまたはカルボン酸カルシウムとの中から選択された少なくとも１種以上、および
チタンアルコキシドまたはカルボン酸チタン
が有機溶剤中に混合された化学溶液を用いる、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記化学溶液をスピンコートすることと前記スピンコートされた化学溶液を熱処理することとを複数回繰り返して行う、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項１】
（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）系の単結晶薄膜を製造するための単結晶薄膜の製造方法であって、
その表面がＭｇＯ（１００）面である単結晶成長用基板の前記ＭｇＯ（１００）面上に形成されたＢａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3（ただし、０≦ａ≦０．８）の薄膜上に、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）の単結晶薄膜の原料となる化学溶液をスピンコートし、前記スピンコートされた化学溶液を配向が起こるような温度で熱処理することによって、（ＢａxＳｒyＣａz）ＴｉＯ3の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる、単結晶薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記単結晶成長用基板としてＭｇＯ（１００）基板を用いる、請求項１に記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記Ｂａ（ＴｉaＺｒ1-a）Ｏ3の薄膜として（１００）方位に配向されている単結晶薄膜を用いる、請求項１または請求項２に記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記化学溶液として５価または６価の金属元素をドープした化学溶液を用いる、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記化学溶液として、
バリウムアルコキシドまたはカルボン酸バリウムと、ストロンチウムアルコキシドまたはカルボン酸ストロンチウムと、カルシウムアルコキシドまたはカルボン酸カルシウムとの中から選択された少なくとも１種以上、および
チタンアルコキシドまたはカルボン酸チタン
が有機溶剤中に混合された化学溶液を用いる、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記化学溶液をスピンコートすることと前記スピンコートされた化学溶液を熱処理することとを複数回繰り返して行う、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の単結晶薄膜の製造方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１８９２２１（Ｐ２０１０−１８９２２１Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３４８５０（Ｐ２００９−３４８５０）
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]