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薄膜结构体及其制造方法

2021-03-08 05:07:35

薄膜结构体及其制造方法

　　技术领域

　　本发明涉及薄膜结构体及其制造方法。

　　背景技术

　　蓝宝石(α-Al2O3)具有非常优异的化学稳定性和机械稳定性、高的热传导性、高的透光性和低的介电损耗特性。因此，适合作为电子器件或光器件的基板材料。为了得到电子器件或光器件，可如以下文献所公开的那样使外延薄膜在蓝宝石基板上生长。

　　专利文献1公开了一种在c面蓝宝石上形成由含有铅、钛和镧的氧化物构成、并且具有(111)面主面的铁电性薄膜的方法。

　　专利文献2公开了一种包含蓝宝石基板和形成于蓝宝石基板上的铌钛锆酸铅膜的铌钛锆酸铅层叠体。

　　非专利文献1公开了一种使由MgFe2O4形成的外延氧化物薄膜在具有(0001)主面的蓝宝石基板上生长的方法。

　　非专利文献2公开了一种使由CdO形成的外延薄膜在α面蓝宝石基板上生长的方法。

　　在先技术文献

　　专利文献

　　专利文献1：日本特开昭59-35098号公报

　　专利文献2：日本特开2006-270554号公报

　　非专利文献

　　非专利文献1：R.K.Gupta et al.，“Epitaxial growth of MgFe2O4(111)thinfilms on sapphire(0001)substrate”，Materials Letters 65(2011)3058-3060

　　非专利文献2：M.C.Martines Tomas et al.，“X-ray and transmis sionelectron microscopy characterization of twinned CdO thin films grown on a-plane sapphire by metalorganic vapour phase epitaxy”，A pplied Physics AMaterials Science&Processing，88，61-64(2007)(DOI：10.1007/s00339-007-3977-x)

　　发明内容

　　本发明的目的是提供在蓝宝石基板上使具有{100}面主面的外延氧化物薄膜直接地生长的方法。换言之，本发明的目的是提供一种薄膜层叠体，所述薄膜层叠体具备蓝宝石基板和外延氧化物薄膜，该外延氧化物薄膜直接地生长于蓝宝石基板上，并且具有{100}面主面。

　　本发明的薄膜层叠体，具备：

　　蓝宝石基板，其具有{11-26}面主面；和

　　第1外延薄膜，其直接地生长于上述蓝宝石基板的主面上，

　　其中，

　　上述第1外延薄膜由氧化物形成，并且，

　　上述第1外延薄膜具有{100}面主面。

　　本发明的制造薄膜结构体的方法，具备：

　　(a)在作为蓝宝石基板的第1基板的主面上使第1外延薄膜生长的工序，

　　其中，

　　上述蓝宝石基板的主面为{11-26}面，

　　上述第1外延薄膜由氧化物形成，并且，

　　上述第1外延薄膜具有{100}面主面。

　　本发明提供在蓝宝石基板上使具有{100}面主面的外延氧化物薄膜直接地生长的方法。换言之，本发明提供一种薄膜层叠体，所述薄膜层叠体具备蓝宝石基板和外延氧化物薄膜，该外延氧化物薄膜直接地生长于蓝宝石基板上，并且具有{100}面主面。

　　附图说明

　　图1A表示实施方式的薄膜结构体10的概略图。

　　图1B表示实施方式的薄膜结构体10的截面图。

　　图2A表示蓝宝石(11-26)面的原子排列的概略图。

　　图2B表示具有代表性的岩盐型晶体结构的氧化镍(即NiO)晶体的(100)面的原子排列的概略图。

　　图3表示单晶蓝宝石的晶胞的概略图。

　　图4A表示薄膜结构体10的制造方法中所包含的一个工序的截面图。

　　图4B表示与图4A所示的工序接续的、制造方法的工序的截面图。

　　图4C表示与图4B所示的工序接续的、制造方法的工序的截面图。

　　图5A表示层叠体60的制造方法中所包含的一个工序的截面图。

　　图5B表示与图5A所示的工序接续的、制造方法的工序的截面图。

　　图5C表示与图5B所示的工序接续的、制造方法的工序的截面图。

　　图5D表示与图5C所示的工序接续的、制造方法的工序的截面图。

　　图6A表示层叠体70的制造方法中所包含的一个工序的截面图。

　　图6B表示与图6A所示的工序接续的、制造方法的工序的截面图。

　　图6C表示与图6B所示的工序接续的、制造方法的工序的截面图。

　　图6D表示与图6C所示的工序接续的、制造方法的工序的截面图。

　　图6E表示与图6D所示的工序接续的、制造方法的工序的截面图。

　　图7是实施例1的薄膜结构体10的X射线衍射图。

　　图8表示实施例1的薄膜结构体10的X射线极点图。

　　图9是实施例2的薄膜结构体10的X射线衍射图。

　　图10是实施例3的薄膜结构体10的X射线衍射图。

　　图11A表示实施例4的薄膜结构体10的制造方法中所包含的一个工序的截面图。

　　图11B表示与图11A所示的工序接续的、该制造方法的工序的截面图。

　　图11C表示与图11B所示的工序接续的、该制造方法的工序的截面图。

　　图12是实施例4的薄膜结构体10的X射线衍射图。

　　图13A表示实施例5的压电促动器(piezoelectric actuator)50的制造方法中所包含的一个工序的截面图。

　　图13B是表示与图13A所示的工序接续的、该制造方法的工序的截面图。

　　图13C表示与图13B所示的工序接续的、该制造方法的工序的截面图。

　　图13D表示与图13C所示的工序接续的、该制造方法的工序的截面图。

　　图13E表示与图13D所示的工序接续的、该制造方法的工序的截面图。

　　图14表示实施例5中的压电促动器50的位移量测定的概略图。

　　具体实施方式

　　(术语的定义)

　　在本说明书中使用的术语“直接地”意指“物理性接触”。换言之，术语“直接地”意指未夹有缓冲层之类的中间层。例如，“第1外延薄膜直接地生长于蓝宝石基板上”这一描述意指：“第1外延薄膜在蓝宝石基板上物理地接触，并且，在第1外延薄膜和蓝宝石基板之间未夹有缓冲层之类的中间层”。

　　在本说明书中使用的术语“外延氧化物薄膜”，意指“由氧化物形成的外延薄膜”。

　　在本说明书中使用的记述“{11-26}面”，不仅包含(11-26)面，还包含与该(11-26)面等价的面。与(11-26)面等价的面的例子为(1-216)面或(-2116)面。同样地，{100}面不仅包含(100)面，还包含与该(100)面等价的面。与(100)面等价的面的例子为(010)面或(001)面。

　　在本说明书中使用的记述“<1-100>轴”，不仅包含[1-100]轴，还包含与该[1-100]轴等价的轴。与[1-100]轴等价的轴的例子为[-1100]轴、[-1010]轴、[10-10]轴、[01-10]轴或[0-110]轴。

　　在本说明书中使用的记述“<100>轴”，不仅包含[100]轴，还包含与该[100]轴等价的轴。与[100]轴等价的轴的例子为[010]轴或[001]轴。

　　在本说明书中使用的记述“<110>轴”，不仅包含[110]轴，还包含与该[110]轴等价的轴。与[110]轴等价的轴的例子为[011]轴、[101]轴或[-110]轴。

　　(技术课题和本发明人的见解)

　　在蓝宝石基板上直接地使外延氧化物薄膜生长的以往方法中，外延氧化物薄膜不具有{100}面主面，而是具有{110}或{111}面主面。本发明人发现：在具有主面{11-26}的蓝宝石基板上直接地生长的外延氧化物薄膜，具有{100}面主面。本发明基于该见解而完成。

　　以下，一边参照附图一边说明实施方式的薄膜结构体及其制造方法。

　　(实施方式)

　　图1A表示实施方式的薄膜结构体10的概略图。图1B表示实施方式的薄膜结构体10的截面图。如图1A和图1B所示，实施方式的薄膜结构体10具备蓝宝石基板11和第1外延薄膜12。第1外延薄膜12直接地生长于蓝宝石基板11的(11-26)面上。第1外延薄膜12由氧化物形成。第1外延薄膜12具有(100)面主面。蓝宝石基板11的[-1100]轴，与第1外延薄膜12的[011]轴平行。

　　按照上述的那样，实施方式的薄膜结构体10具备蓝宝石基板11和第1外延薄膜12，所述蓝宝石基板11具有{11-26}面主面，所述第1外延薄膜12直接地生长于蓝宝石基板11的主面上，且由氧化物形成，并且具有{100}面主面。第1外延薄膜12的{100}面平行于蓝宝石基板11的主面。蓝宝石基板11优选为单晶。

　　在本说明书，{11-26}面主面有时简单地称为{11-26}主面。同样地，{100}面主面有时简单地称为{100}主面。不用说，由于外延薄膜为单晶，所以第1外延薄膜12也还是单晶。

　　由氧化物形成的第1外延薄膜12，优选具有立方晶晶体结构。第1外延薄膜12的立方晶晶体结构也可以歪斜少许。因此，第1外延薄膜12可具有正方晶晶体结构或斜方晶晶体结构来代替立方晶晶体结构。第1外延薄膜12可由具有岩盐型晶体结构、尖晶石型晶体结构、或钙钛矿型晶体结构的单晶材料形成。

　　图2A表示蓝宝石(11-26)面的原子排列的概略图。图2B表示具有代表性的岩盐型晶体结构的氧化镍(即NiO)晶体的(100)面的原子排列的概略图。在图2A和图2B中，蓝宝石的[-1100]轴的方向与氧化镍的[011]轴的方向一致。如图2A所示，蓝宝石(11-26)面包含在顶点配置了氧原子21的氧方形格和铝原子22。另一方面，如图2B所示，氧化镍(100)面包含在顶点配置了氧原子21的氧方形格和配置于该氧方形格的中心的镍原子23。蓝宝石的晶系(即六方晶系)与氧化镍的晶系(即立方晶)不同。但是，如由图2A和图2B所明确的那样，蓝宝石(11-26)面的氧方形格与氧化镍(100)面的氧方形格类似。

　　氧化镍晶体的岩盐型晶体结构，其晶胞长度25为0.417纳米。另一方面，蓝宝石(11-26)面的氧间距离24(即，氧方形格的对角线的长度)的平均值约为0.39纳米以上0.43纳米以下。要注意的是：在蓝宝石的六方晶系晶体结构中，并不是全部的氧原子以等间隔配置。该平均值(即，约0.39纳米以上0.43纳米以下)与氧化镍晶体的岩盐型晶体结构的晶胞长度25(即0.417纳米)大致一致。因此，蓝宝石(11-26)面很适合于使具有(100)面主面的氧化镍薄膜外延生长。

　　第1外延薄膜12的(100)面相对于蓝宝石(11-26)面的晶格失配率优选为10％以下。为了实现10％以下的晶格失配率，优选满足以下的数学式(I)。

　　0.35n纳米≤a≤0.47n纳米(I)

　　其中，

　　a表示第1外延薄膜12的晶格常数，并且，

　　n表示自然数。

　　在满足数学式(I)的情况下，蓝宝石(11-26)面很适合于使具有(100)主面的第1外延薄膜12生长。优选n的值为1。

　　<蓝宝石基板>

　　图3表示单晶蓝宝石的晶胞的概略图。蓝宝石基板11的{11-26}主面可以具有约小于10度的偏离角(off angle)。这意味着在蓝宝石基板11的{11-26}面上直接地生长的第1外延薄膜12的主轴<100>方向的物性值的方向余弦被抑制为小于2％。特别优选偏离角小于5度以使得方向余弦被抑制为小于0.4％。蓝宝石基板11的{11-26}面可采用通常的方法切割单晶蓝宝石而得到。{11-26}面相对于c面(即{0001}面)和a面(即{11-20}面)分别形成约42度和约48度的角度。

　　<由氧化物形成的第1外延薄膜12>

　　在本发明中，第1外延薄膜12由氧化物形成。在具有{100}主面的第1外延薄膜12作为压电薄膜使用的情况下，[001]轴的极化轴与{100}主面垂直地取向。因此，通过压电效应，电能-机械能相互高效率地转换。其结果，促动器或振动发电元件的性能提高。蓝宝石基板11的表面波声速是通常的压电晶体的两倍左右。因此，具备单晶蓝宝石基板11和第1外延薄膜12的薄膜结构体10能够使弹性表面波器件高频化，所述第1外延薄膜12具有与该单晶蓝宝石基板11的主面平行的{100}面。

　　而且，在第1外延薄膜12具有磁性的情况下，通过具有{100}面主面的第1外延薄膜12的生长，磁化方向容易变得垂直于{100}面。其结果，该生长能够使磁元件高性能化。另外，在第1外延薄膜12具有反铁磁性的情况下，第1外延薄膜12的主轴以在第1外延薄膜12的内部自旋排列相互消除的方式取向。因此，相邻地生长的两个磁性膜(即，两个第1外延薄膜12)的磁化被有效地固定。

　　另外，在第1外延薄膜12具有电子传导性或离子传导性的情况下，<100>轴与{100}主面垂直地取向，因此电子、空穴、或离子在第1外延薄膜12的膜厚方向上顺利地传导。因此，第1外延薄膜12可作为电子/空穴输送层、或离子控制元件或者二次电池的固体电解质使用，能谋求器件的高性能化。

　　在第1外延薄膜12由具有岩盐型晶体结构、尖晶石型晶体结构、或钙钛矿型晶体结构的材料形成的情况下，第1外延薄膜12能够具有铁电性、压电性、焦电性、电气光学特性、电子传导性、离子传导性、超导性、或磁性的功能。因此，第1外延薄膜12可用于高性能的薄膜电子器件。第1外延薄膜12由氧化物形成，因此能够在通常气氛下稳定地使用。

　　具有岩盐型晶体结构的材料的例子为氧化镍(NiO)或如方铁矿(FeO)之类的氧化铁。氧化镍或氧化铁的一部分的成分可被其他的元素置换。具有岩盐型晶体结构的材料的其他例子为钴酸锂(LiCoO2)。

　　具有尖晶石型晶体结构的材料的例子为氧化钴(Co3O4)或如磁铁矿(Fe3O4)或磁赤铁矿(γ-Fe2O3)之类的氧化铁。氧化钴或氧化铁的一部分的成分可被其他的元素置换。

　　具有钙钛矿型晶体结构的材料，采用化学式ABO3(其中，A表示碱金属、碱土金属、镧系元素、Pb、或Bi，并且，B表示Ti、Nb、Mn、Ni、V、Co、Zr、Nb、Ta、或Ru之类的过渡金属)表示。具有钙钛矿型晶体结构的材料，能够有效地用作为具有上述功能的第1外延薄膜12。

　　具有{100}主面的第1外延薄膜12直接地生长于具有{11-26}主面的蓝宝石基板11上，因此能实现具有在化学上稳定且在机械上稳定、介电损耗少、热传导性大这些蓝宝石优点的高性能器件。直径超过6英寸的蓝宝石晶片也在被市售。这样的蓝宝石基板从工业性量产的观点出发是优选的。

　　<第2外延薄膜13>

　　第1外延薄膜12可作为晶格缓冲层使用。换言之，可隔着晶格缓冲层(即第1外延薄膜12)来使第2外延薄膜13在蓝宝石基板11上生长。要注意的是：与第1外延薄膜12不同，第2外延薄膜13未直接地生长于蓝宝石基板11上。可在具有{100}主面的第1外延薄膜12上使由具有面心立方晶格结构的金属晶体形成的第2外延薄膜13生长。第2外延薄膜13的晶体结构的例子为立方晶系晶体结构、正方晶系晶体结构、或斜方晶系晶体结构。只要第2外延薄膜13生长于第1外延薄膜12上，就不限定第2外延薄膜13的晶体结构。与第1外延薄膜12不同，第2外延薄膜13不需要为氧化物。

　　<薄膜结构体10的制造方法>

　　图4A表示薄膜结构体10的制造方法的工序的截面图。图4B表示与图4A所示的工序接续的、该制造方法的工序的截面图。图4C表示与图4B所示的工序接续的、该制造方法的工序的截面图。

　　(I)首先，如图4A所示，准备具有(11-26)面主面的蓝宝石基板11。

　　(II)接着，如图4B所示，在蓝宝石基板11的(11-26)主面上使具有(100)面主面的第1外延薄膜12直接地生长。例如，在第1外延薄膜12由NiO形成的情况下，第1外延薄膜12可采用溅射法来进行生长。第1外延薄膜12的生长方法不限于溅射法。激光烧蚀法或化学气相生长(化学气相沉积)法之类的其他的薄膜生长法可被用于第1外延薄膜12的生长。

　　(Ⅲ)进而，如图4C所示，在第1外延薄膜12的(100)主面上使具有(100)主面的第2外延薄膜13生长。例如，由铂形成的第2外延薄膜13可采用溅射法进行生长。第2外延薄膜13的生长方法不限于溅射法。也可使用如激光烧蚀法或化学气相生长法之类的其他的薄膜生长法。

　　这样，得到第2外延薄膜13隔着作为晶格缓冲层发挥功能的第1外延薄膜12而生长于蓝宝石基板11上的薄膜结构体10。

　　<层叠体60的制造方法>

　　紫外光可透过蓝宝石。在层叠体60的制造方法中，可利用蓝宝石的这个特征。

　　图5A表示层叠体60的制造方法中所包含的一个工序的截面图。图5B～图5D分别表示与图5A～图5C所示的工序接续的、该制造方法的工序的截面图。

　　(I)首先，如图5A所示，准备具有(11-26)面主面的蓝宝石基板11。

　　(II)接着，如图5B所示，在蓝宝石基板11的(11-26)主面上使具有(100)面主面的第1外延薄膜12生长。例如，在第1外延薄膜12由NiO形成的情况下，第1外延薄膜12可采用溅射法进行生长。第1外延薄膜12的生长方法不限于溅射法。如激光烧蚀法或化学气相生长法之类的其他的薄膜生长法也可用于第1外延薄膜12的生长。

　　(Ⅲ)进而，如图5C所示，使第1外延薄膜12的表侧的面接触第2基板16。一边使第1外延薄膜12的表侧的面接触第2基板16，一边向蓝宝石基板11的背侧的面照射激光18。激光18透过蓝宝石基板11，并到达第1外延薄膜12的背面。由此，第1外延薄膜12从蓝宝石基板11分离。这样，如图5D所示，得到第1外延薄膜12被转印到第2基板16上的层叠体60。优选：在第1外延薄膜12的表侧的面接触第2基板16之前，在第1外延薄膜12的表面以及第2基板16的背面形成镀金层。通过两个镀金层的接合，形成Au-Au键，由此，第1外延薄膜12和第2基板16牢固地结合。

　　激光18的例子为波长为248纳米的紫外光KrF准分子激光、波长为308纳米的XeCl准分子激光、波长为355纳米的3倍波Nd：YVO4激光、或3倍波Nd：YAG激光。在图5A～图5D所示的方法中，蓝宝石基板11能够反复使用。

　　<层叠体70的制造方法>

　　图6A表示层叠体70的制造方法中所包含的一个工序的截面图。图6B～图6E分别表示与图6A～图6D所示的工序接续的、该制造方法的工序的截面图。

　　(I)首先，如图6A所示，准备具有(11-26)面主面的蓝宝石基板11。

　　(II)接着，如图6B所示，在蓝宝石基板11的(11-26)主面上使具有(100)面主面的第1外延薄膜12生长。例如，在第1外延薄膜12由NiO形成的情况下，第1外延薄膜12可采用溅射法进行生长。第1外延薄膜12的生长方法不限于溅射法。如激光烧蚀法或化学气相生长法之类的其他的薄膜生长法也可用于第1外延薄膜12的生长。

　　(Ⅲ)进而，如图6C所示，在第1外延薄膜12的(100)主面上使具有(100)主面的第2外延薄膜13生长。例如，由铂形成的第2外延薄膜13可采用溅射法进行生长。第2外延薄膜13的生长方法不限于溅射法。如激光烧蚀法或化学气相生长法之类的其他的薄膜生长法也可用于第2外延薄膜13的生长。

　　(IV)进而，如图6D所示，使第2外延薄膜13的表侧的面接触第2基板16。一边使第2外延薄膜13的表侧的面接触第2基板16，一边向蓝宝石基板11的背面照射激光18。激光18透过蓝宝石基板11，并到达第1外延薄膜12的背面。由此，蓝宝石基板11从第1外延薄膜12的背面分离。这样，蓝宝石基板11被除去。进而，激光18照射到第1外延薄膜12的背面，利用激光研磨法来除去第1外延薄膜12。这样，如图6E所示，得到第2外延薄膜13被转印到第2基板16上的层叠体70。

　　如以上那样，在该制造方法中，在蓝宝石基板11的{11-26}主面上，吸收激光的第1外延薄膜12作为晶格缓冲层生长，接着，在晶格缓冲层上使第2外延薄膜13生长。损伤极小的第2外延薄膜13被转印到第2基板16上。优选：作为晶格缓冲层发挥功能的第1外延薄膜12由含有镍或铁的氧化物形成。原因是含有镍或铁的氧化物容易吸收激光，其结果，蓝宝石基板11容易被分离(即被除去)。更详细地讲，本发明人认为，通过激光的照射，含有镍或铁的氧化物容易被还原从而产生氧气，这促进蓝宝石基板11的分离(即除去)。

　　在第2基板16为在表面具备硅元件的晶片的情况下，第1外延薄膜12与硅元件组合，能得到高功能的传感器或信号处理器。

　　将第1外延薄膜12或第2外延薄膜13转印到挠性薄膜上，能得到将机械振动转换为电信号的器件。压电薄膜的形成温度需要为摄氏600度以上，因此直接向挠性薄膜上形成压电薄膜是困难的。但是，采用利用转印的上述两种方法，在挠性薄膜上形成极化并且具有(001)面主面的第1外延薄膜12(或第2外延薄膜13)，能得到将应力转换为电压的挠性传感器或振动发电器件。

　　将具有(001)面主面的第1外延薄膜12(或第2外延薄膜13)向薄的矩形的不锈钢板上转印，能得到在膜厚方向上施加电压的期间不锈钢板发生弯曲的促动器。由于第1外延薄膜12(或第2外延薄膜13)的极化轴(即，[001]轴)垂直于第1外延薄膜12(或第2外延薄膜13)的主面，因此相对于所施加的电压的促动器位移量最大化。

　　通过第1外延薄膜12(或第2外延薄膜13)的反复转印，第1外延薄膜12(或第2外延薄膜13)多层化。例如，向外延电极上反复转印第1外延薄膜12(或第2外延薄膜13)，能得到多层化了的压电薄膜。这样的多层化了的压电薄膜位移较大。例如，向电极上反复转印第1外延薄膜12(或第2外延薄膜13)，能得到多层化了的离子传导膜。这样的多层化了的离子传导膜可用于具有大电容量的二次电池或电容器。

　　实施例

　　以下，一边参照实施例，一边更详细地说明本发明。

　　(实施例1)

　　使用由氧化镍(NiO)形成的靶，采用高频磁控溅射法，使第1外延薄膜12在蓝宝石基板11上生长。氧化镍晶体具有立方晶系的岩盐型晶体结构。氧化镍晶体的晶格常数a为0.418纳米。蓝宝石基板11通过以具有(11-26)面主面的方式切割蓝宝石单晶基板(厚度：0.5毫米)而得到。蓝宝石基板11被研磨后以与靶对向的方式配置。溅射气体为氩气(90％)和氧气(10％)的混合气体。在3Pa的气压下激发出80W的溅射放电。使第1外延薄膜12在被加热至摄氏450度的蓝宝石基板11上生长，得到薄膜结构体10。在本实施例1中，“第1外延薄膜12”可称为“NiO第1外延薄膜12”。

　　图7为实施例1的薄膜结构体10的X射线衍射图。在X射线衍射分析中，使用了Cu-Kα射线。如图7所示，仅观测到以下3个峰。

　　(i)蓝宝石基板11的(11-26)峰(2θ＝57.6度)；

　　(ii)NiO第1外延薄膜12的(200)峰(2θ＝43.1度)；和

　　(iii)NiO第1外延薄膜12的(400)峰(2θ＝94.8度)。

　　这种情况意味着生长出了具有与蓝宝石基板11的(11-26)主面平行的(100)面主面的NiO第1外延薄膜12。

　　图8表示实施例1的薄膜结构体10的X射线极点图。如图8所示，在蓝宝石基板11的(11-26)主面的法线方向上观测到NiO第1外延薄膜12的(200)面。包含(220)面、(202)面、(2-20)面和(20-2)面的各{220}面，位于从法线(即[11-26]方向)倾斜45度的位置。这四个晶面的面内旋转角以90度的间隔被观测到。各{111}面位于相对于法线(即[11-26]方向)倾斜55度的位置。这四个晶面的面内旋转角也以90度的间隔被观测到。各{111}面的面内旋转角相对于各{220}面形成了45度的角度。图8所示的X射线极点图意味着NiO第1外延薄膜12以其(100)轴与蓝宝石基板的(11-26)主面的法线平行地取向的方式生长出。从NiO第1外延薄膜12的(200)面的极点(即，中心点)向蓝宝石基板11的(0006)面的极点的方向，与从中心点向NiO第1外延薄膜12的(1-11)面的极点的方向(都是纸面向上的方向)平行。这种情况意味着蓝宝石基板11的[-1100]轴与NiO第1外延薄膜12的[011]轴平行。这样，本发明人确认到实施例1的薄膜结构体10具有图1A所示的结晶性。

　　(实施例2)

　　除了以下的事项(i)～(iii)以外，采用与实施例1同样的方法，利用溅射法在蓝宝石基板11的(11-26)主面上生长出第1外延薄膜12。

　　(i)靶由钴酸镍(NiCo2O4)形成；

　　(ii)溅射气体为氩气(95％)和氧气(5％)的混合气体；和

　　(iii)蓝宝石基板11被加热至摄氏400度。

　　钴酸镍晶体由晶格常数a约为0.81nm的立方晶尖晶石型晶体结构的亚铁磁性(ferri-magnetic)氧化物形成。在本实施例2中，“第1外延薄膜12”可称为“NiCo2O4第1外延薄膜12”。

　　图9是实施例2的薄膜结构体10的X射线衍射图。如图9所示，仅观测到以下3个峰。

　　(i)蓝宝石基板11的(11-26)峰；

　　(ii)NiC02O4第1外延薄膜12的(400)峰(2θ＝44.3度)；和

　　(iii)NiCo2O4第1外延薄膜12的(800)峰(2θ＝97.8度)。

　　这种情况意味着生长出了具有与蓝宝石基板11的(11-26)主面平行的(100)面主面的NiCo2O4第1外延薄膜12。实施例2的薄膜结构体10可作为磁性装置中所包含的垂直磁化膜使用。

　　(实施例3)

　　除了以下的事项(i)～(iv)以外，采用与实施例1同样的方法，利用溅射法在蓝宝石基板11的(11-26)主面上生长出第1外延薄膜12。

　　(i)靶由钛酸钠铋钡(Na，Bi，Ba)TiO3(以下称为“NBT”)形成；

　　(ii)溅射气体为氩气(75％)和氧气(25％)的混合气体；

　　(iii)蓝宝石基板11被加热至摄氏650度，和

　　(iv)溅射放电具有170W的输入功率。

　　NBT晶体具有晶格常数a为0.388nm且晶格常数c为0.395nm的正方晶系晶体结构。在本实施例3中，“第1外延薄膜12”可称为“NBT第1外延薄膜12”。

　　图10是实施例3的薄膜结构体10的X射线衍射图。如图10所示，仅观测到以下5个峰。

　　(i)蓝宝石基板11的(11-26)峰；

　　(ii)NBT第1外延薄膜12的(001)峰(2θ＝22.5度)；

　　(iii)NBT第1外延薄膜12的(002)峰(2θ＝46.0度)；

　　(iv)NBT第1外延薄膜12的(003)峰(2θ＝71.7度)；和

　　(v)NBT第1外延薄膜12的(004)峰(2θ＝102.8度)。

　　这种情况意味着生长出了具有与蓝宝石基板11的(11-26)主面平行的(001)面主面的NBT第1外延薄膜12。实施例3的薄膜结构体10可作为弹性表面波器件中所包含的极化取向膜使用。

　　也可使用Pb(Zr，Ti)O3或(K，Na)NbO3来代替NBT。

　　(实施例4)

　　图11A表示实施例4的薄膜结构体10的制造方法中所包含的一个工序的截面图。图11B和图11C分别表示与图11A和图11B所示的工序接续的、该制造方法的工序的截面图。

　　(I)首先，如图11A所示，准备具有(11-26)面主面的蓝宝石基板11。

　　(II)接着，如图11B所示，与实施例1的情况同样地，在蓝宝石基板11的(11-26)主面上生长出具有(100)主面的第1外延薄膜12。在本实施例4中，“第1外延薄膜12”可称为“NiO第1外延薄膜12”。

　　(Ⅲ)进而，如图11C所示，在NiO第1外延薄膜12的(100)主面上生长出由具有面心立方晶格结构的铂单晶形成的第2外延薄膜13。使用由铂形成的靶，在压力为3Pa的氩气气氛下激发出20W的溅射放电，在被加热至摄氏500度的NiO第1外延薄膜12上使第2外延薄膜13生长。这样，得到了实施例4的薄膜结构体10。在本实施例4中，“第2外延薄膜13”可称为“Pt第2外延薄膜13”。具有(100)面主面的Pt单晶具有晶格常数a为0.392纳米的面心立方晶格结构。

　　图12为实施例4的薄膜结构体10的X射线衍射图。如图12所示，仅观测到以下5个峰。

　　(i)蓝宝石基板11的(11-26)峰；

　　(ii)NiO第1外延薄膜12的(200)峰；

　　(iii)NiO第1外延薄膜12的(400)峰；

　　(iv)Pt第2外延薄膜13的(200)峰(2θ＝46.3度)；和

　　(v)Pt第2外延薄膜13的(400)峰(2θ＝103.7度)。

　　这种情况，如图11C所示，意味着具有(100)主面的Pt第2外延薄膜13隔着具有(100)主面的NiO第1外延薄膜12而生长于具有(11-26)主面的蓝宝石11上。实施例4的薄膜结构体10可作为电极使用。

　　作为靶的材料，可使用具有岩盐型晶体结构的物质或具有尖晶石型晶体结构的物质(例如，NiCo2O4)来代替NiO。也可使用铱、金或它们的合金来代替铂。或者，也可使用具有面心立方晶格结构的其他金属来代替铂。

　　(实施例5)

　　在实施例5中，使用在实施例4中制成的薄膜结构体10，制造了压电促动器。图13A表示实施例5的压电促动器50的制造方法中所包含的一个工序的截面图。图13B～图13E分别表示与图13A～图13D所示的工序接续的、该制造方法的工序的截面图。

　　(I)首先，如图13A所示，与实施例4的情况同样地，在蓝宝石基板11的(11-26)主面上生长出具有{100}主面的NiO第1外延薄膜12。接着，在NiO第1外延薄膜12的{100}主面上生长出具有{100}主面的Pt第2外延薄膜13。

　　(II)接着，如图13B所示，采用溅射法在Pt第2外延薄膜12的{100}主面上外延生长出厚度为2微米的NBT薄膜83。进而，在室温下在NBT薄膜83上蒸镀出金铬合金层84。这样，得到了层叠结构80。

　　(Ⅲ)如图13C所示，采用氩离子铣削法形成了第1沟85a和第2沟85b，所述氩离子铣削法使用了采用光致抗蚀剂法形成的掩模(未图示)。这样，层叠结构80被分离为中央区域80a和周边区域80b。在俯视时，由第1沟85a和第2沟85b包围的中央区域80a具有宽度为2.5mm且长度为15mm的长方形的形状。

　　(IV)如图13D所示，在由厚度为100μm的不锈钢板形成的第2基板16的背侧的一部分区域形成了镀金层87。接着，使金铬合金层84和镀金层87相互接触，得到了层叠体。将该层叠体静置。这样，金铬合金层84和镀金层87通过Au-Au键相互接合。其后，使用功率密度为8mJ/mm2的KrF准分子激光18对蓝宝石基板11的背面进行扫描。换言之，向蓝宝石基板11的背面照射KrF准分子激光18。激光在NiO第1外延薄膜12的背面上被吸收。其结果，蓝宝石基板11被剥离(即被除去)。

　　(V)这样，如图13E所示，在蓝宝石基板11上外延生长出的NBT薄膜83被转印到由不锈钢板形成的第2基板16上。这样，得到了如图13E所示的压电促动器50。

　　对分别作为下部电极层和上部电极层发挥功能的Pt第2外延薄膜13和金铬合金层84之间施加5伏特的电压，将实施例5的压电促动器50驱动。如图14所示，测定了实施例5的压电促动器50的位移量。实施例5的压电促动器的长度L为15毫米。一边将压电促动器的一端(即，图14中的左端)固定，一边测定了通过施加电压而产生的另一端(即，图14中的右端)的位移量D。其结果，实施例5的压电促动器50具有20微米这样的大的位移量D。

　　(比较例1)

　　在比较例1中，使用了具有(0001)面(即，c面)主面的蓝宝石基板来代替具有(11-26)主面的蓝宝石基板11，除此以外，采用与实施例5同样的方法制成了压电促动器50。比较例1的压电促动器50，相对于5伏特的电压，具有12微米这样的小的位移量D。

　　产业上的可利用性

　　本发明的薄膜结构体及其制造方法，能够用于制造具有铁电性、压电性、焦电性、电气光学特性、电子传导性、离子传导性、超导性、或磁性的器件。本发明的薄膜结构体及其制造方法可优选地用于制造压电促动器。本发明的薄膜结构体及其制造方法也能用于制造弹性表面波器件。

　　附图标记说明

　　10薄膜结构体

　　11蓝宝石基板(即，第1基板)

　　12第1外延薄膜

　　13第2外延薄膜

　　16第2基板

　　18激光

　　21氧原子