KRYSTAL® Wafer

KRYSTAL Wafer

KRYSTAL® Waferの販売だけでなく、ご要望に合わせた条件での単結晶PZT成膜やその他非鉛素材を含む、カスタム成膜対応も行っております。
また、お客様の成膜装置で単結晶成膜をご希望の場合、KRYSTAL® Wafer下地基板を使用した単結晶成膜のサポートも行っております。

 

KRYSTAL® Waferとは

KRYSTAL株式会社が築いた優れた単結晶圧電薄膜の成膜技術により開発したZrO2 Buffer（下地層）を使用することで、上に成膜する様々な圧電材料を単結晶化し、高性能化することができる優れた圧電MEMS用ウエハー。

KRYSTAL® Wafer は極めて高いPlatform性をもち、PZTの単結晶化だけでなく非鉛系を含む多種多様な圧電材料の単結晶化に成功しています。
また、顧客成膜装置での単結晶化の再現も実証実績があります。

Mechanism of KRYSTAL wafer

 

 

KRYSTAL® Wafer の製品タイプ

  • 下地基板：ZrO2 バッファータイプ　（ZrO2）

KRYSTAL Wafer金属であるジルコニウム（Zr）の酸化物である二酸化ジルコニウムはジルコニアとも呼ばれ、高い融点をもつ物質として知られていますが、結晶構造としては、空間群P4₂/nmcに分類されるDitetragonal dipyramidal構造をとります。このピラミッド構造は上層の材料の格子定数に合わせるように変形し、上層材料の単結晶化に寄与しています。これがKRYSTAL® Waferの単結晶技術のキーテクノロジーとなっています。

 

  • 下地基板：Pt下部電極付タイプ（Pt/ZrO2）

KRYSTAL Wafer抵抗が低く、薄膜化が容易なため、圧電素子の成膜時に電極としてよく使用されています。お客様からのご指定により、ZrO₂上にPt膜を成膜したものを提供いたします。

 

  • 下地基板：SRO/Pt下部電極付タイプ　（SRO/Pt/ZrO2）

KRYSTAL Waferルテニウム酸ストロンチウムSRO（SrRuO₃）は強磁性体金属酸化物の一種でRuddlesden-popper型化合物です。結晶構造はペロブスカイト型構造をとり、Pt膜上に成膜することによって、膜安定性を向上させます。KRYSTAL® Waferの標準仕様の下地電極膜に使用されています。

 

  • PZT単結晶圧電薄膜基板

KRYSTAL Waferアクチュエータ用途： 逆圧電効果利用向けの設計。高いd定数と耐電圧性を持ちながら、低い誘電率を実現した、バランスを取った仕様のPZTです。

センサ用途： 圧電効果利用向けの設計。高いc軸配向性を持ち、比誘電率を140以下まで下げることで、歪みによって発生する電荷量の向上を狙った仕様になっています。

 

  • 上部電極付PZT単結晶圧電薄膜基板

KRYSTAL Waferご要望に合わせて、PZT膜の上に上部電極としてSRO＋Pt膜を成膜して納品いたします。

*KRYSTAL® Waferの単結晶PZT薄膜に上部電極を成膜する場合、Pt（白金）/SRO（ルテニウム酸ストロンチウム）の膜構成を標準的に提案しています。
上部電極をPtのみとした場合より、SRO層を入れた方が、プロセス加工でのPZT特性劣化が少なく、加えて膜の密着性も良好なためです。上部電極にPtのみを使用し、プロセス加工による劣化が発生したとしても、アニール処理により回復することも確認できております。上部電極の詳細についてはお問い合わせください。

 

 

  • 非鉛系（鉛フリー）圧電薄膜基板

PZT膜は優れた特性を示し、様々な用途に利用されていますが、その一方で材料に微量の鉛成分が含まれているため、近年の環境や健康への影響の観点から使用が制限される場合があります。PZT膜と同等以上の特性を実現する非鉛系圧電素材の単結晶化にも取り組んでおります。例えば、BTO、ALN、LaNbO₃、LaTiO₃、KNNといった圧電膜の単結晶化にも既に成功しています。

 

  • その他カスタム基板

非鉛圧電材料、特殊成膜、基板サイズなどさまざまなカスタム対応が可能。

 

 

  • 対応基板材質：　Si基板（SRO/Pt/ZrO₂/Si）、SOI基板（SRO/Pt/ZrO₂/SOI）
    （その他：　上記以外の材質の基板での成膜をご検討の場合にはご相談ください。）

 

  • 対応基板サイズ：　4インチ、6インチ、8インチ
    （その他：　小片チップやウエハーの破片等に成膜をご希望の際はご相談ください。）

 

 

 

電極材料の単結晶化によるPt電極の低抵抗化（導電率向上）について

デバイスにおける電極の低抵抗は重要なパラメーターです。デバイスの発熱対策や低消費電力化、S/N比の向上に効果があることが分かっています。弊社では、独自技術により電極材料を単結晶化した結果、抵抗率が低減（導電率が向上）されていることを確認しました。

（試験方法）
■ 測定器：Surface Resistivity Meter Model SRM-232（NPS製）
■ 測定方法：4端子を電極基板に接触させ、シート抵抗を測定
※複数測定の平均値を使用

バルク（文献値）と比較して同等以下の抵抗率となっていることが確認できました。特に、Pt(111)配向では、バルクの1/3以下の抵抗率となっており、異方性も確認できたと考えています。これらの結果は電極での損失を低減する効果が期待され、お客様のデバイス性能向上に貢献できるものと考えています。Pt以外の材料についても単結晶化の実績がございます。詳細はお問い合わせください。

Pt Resistance value

 

 

TEOS成膜によるPZT薄膜の劣化挙動について

PE-CVDによるTEOS成膜によるPZTの変化を評価しました。TEOSによる熱やプラズマによるPZT劣化を見るために、P-Eヒステリシスの変化で検証しました。

（条件）
■ 試験サンプル：　Pt(100nm)/PZT(2000nm)/SRO(40nm)/Pt(150nm)/ZrO2(60nm)/Si基板
■ PE-CVD条件：　500nm-300℃
■ 測定機：　強誘電体評価装置（東陽テクニカ製）
■ 波形：　三角波、100Hz、±100V、１Pass（+ループ）

TEOS成膜前後での比較で、P-Eヒステリシスにほぼ変化がないことが確認されました。
これはTEOS成膜によるPZTの劣化が発生していないことを意味し、弊社のPZTがプラズマダメージに耐性があることを確認。

P-E