(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも下部電極、誘電体薄膜及び上部電極を順次備えて構成されており、前記誘電体薄膜が、チタン酸バリウムのチタン元素が部分的にジルコニウム、ハフニウム又はジルコニウムとハフニウムとの双方で置換されてなり、前記下部電極と上部電極間に電圧を印加して容量を変化させ得ることを特徴とする容量可変素子。
【請求項２】
誘電体薄膜が、Ｂａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （ただし、０．０５≦ｘ≦０．３）である請求項１記載の容量可変素子。
【請求項３】
誘電体薄膜が、Ｂａ（Ｈｆｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （ただし、０．０５≦ｘ≦０．３）である請求項１記載の容量可変素子。
【請求項４】
基板上に少なくとも下部電極、誘電体薄膜及び上部電極を順次備えて構成されており、前記誘電体薄膜が、チタン酸バリウムストロンチウムのチタン元素が部分的にジルコニウム、ハフニウム又はジルコニウムとハフニウムとの双方で置換されてなり、前記下部電極と上部電極間に電圧を印加して容量を変化させ得ることを特徴とする容量可変素子。
【請求項５】
誘電体薄膜が、（Ｂａｙ  Ｓｒ１−ｙ  ）（Ｚｒｚ  Ｔｉ１−ｚ  ）Ｏ３  （ただし、０．５≦ｙ＜１、０．０５≦ｚ≦０．２）である請求項４記載の容量可変素子。
【請求項６】
誘電体薄膜が、（Ｂａｙ  Ｓｒ１−ｙ  ）（Ｈｆｚ  Ｔｉ１−ｚ  ）Ｏ３  （ただし、０．５≦ｙ＜１、０．０５≦ｚ≦０．２）である請求項４記載の容量可変素子。
【請求項７】
誘電体薄膜が、ゾルゲル法により形成されてなる請求項１〜６のいずれか１つに記載の容量可変素子。
【請求項８】
少なくとも上部電極及び下部電極のいずれかが印刷法で形成されてなる請求項１〜７のいずれか１つに記載の容量可変素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波素子用キャパシタ等に用いることができる容量可変素子に関し、より詳細には、電圧印加によりその容量を大きく変化させることが可能な容量可変素子に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、容量可変素子として、（ａ）バリキャップダイオードやバラクタなどのＳｉやＧａＡｓ半導体のｐｎ接合を用いるもの、（ｂ）バルクの強誘電体に電圧を印加し、誘電率が減少することを利用した可変コンデンサなどがある。
これら容量可変素子のうち、（ａ）は、一般に、ＳｉやＧａＡｓの単結晶ウエハから作製しており、セラミック基板の上にＳｉやＧａＡｓの単結晶を薄膜成長させてモノリシックに形成することができないため、セラミック基板上に集積化デバイスとして形成できないという課題がある。
【０００３】
また、上記（ｂ）の可変コンデンサとしては、例えば、特開昭６２−２５９４１７号公報において提案されているものがある。
この可変コンデンサは、図１０に示すように、バルクの強誘電体１４（厚さ４５μｍ程度）が上下の電極間に挟持された構造であり、下部電極として下部容量電極１３及び下部バイアス電極１３’を備え、上部電極として上部容量電極１６及び上部バイアス電極１６’を備えている。この下部バイアス電極１３’と下部容量電極１３との間、上部バイアス電極１６’と上部容量電極１６との間には、直流バイアスを印加し、これにより強誘電体１４の誘電率を変化させ、下部バイアス電極１３’と下部容量電極１３との間、上部バイアス電極１６’と上部容量電極１６との間の容量を可変とするものである。
【０００４】
なお、上記可変コンデンサでは、強誘電体セラミック粉末をポリビニルアルコールなどの合成樹脂をバインダーとして、厚さ４５μｍ程度のシート状にしたものを強誘電体１４として用いている。
このように、（ｂ）の可変コンデンサでは、バルクの強誘電体セラミック材を用いているため、薄膜デバイスとして小型化することが困難であり、強誘電体自体の膜厚が厚いため、印加する電圧も大きく、低電圧化も困難である。また、強誘電体を用いているため、１ＧＨｚ以上の周波数ではキャパシタとして動作しない等の欠点がある。
【０００５】
一方、常誘電体であるチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）薄膜の電圧印加による誘電率変化が報告されているが（Ａ．  Ｗａｌｋｅｎｈｏｒｓｔ  ｅｔ．  ａｌ．，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ６０  （１９９２）  １７４４）、この場合の誘電率変化はバルクと比べて小さいという問題がある。また、バルクのチタン酸ストロンチウムの場合には、大きな誘電率変化を得ることができるが、このように大きな誘電率変化を得るためには３０Ｋという低温にする必要があり、容量可変素子としては応用できないのが現実である。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、セラミック基板上にも容易に低コストで形成でき、小型、低電圧で大きな容量変化が得られ、１ＧＨｚ以上の周波数でもキャパシタ特性が劣化しない容量可変素子を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基板上に少なくとも下部電極、誘電体薄膜及び上部電極を順次備えて構成されており、前記誘電体薄膜が、チタン酸バリウムのチタン元素が部分的にジルコニウム、ハフニウム又はジルコニウムとハフニウムとの双方で置換されてなり、前記下部電極と上部電極間に電圧を印加して容量を変化させ得る容量可変素子が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明における容量可変素子は、主として基板上に、下部電極、誘電体薄膜及び上部電極が順次形成されて構成される。
本発明の容量可変素子に使用することができる基板としては、特に限定されるものではなく、高周波での誘電損が小さいもの、例えば、アルミナ等のセラミック基板、ガラス基板、樹脂基板等の絶縁性基板、シリコン、ゲルマニウム等の半導体基板及びＧａＡｓ等の化合物半導体基板等を用いることができるが、なかでも、強度、耐熱性、コスト等の点でセラミック基板が好ましい。また、本発明に使用する基板は、その表面にＳｉＮ、ＳｉＯ２  等の絶縁膜、所望の回路を構成する素子やこれらを被覆する層間絶縁膜、基板上に形成する電極層との密着性を良好にするための接着層（例えば、タンタル、チタン、窒化チタン等）又はこれらが組み合わされて形成されていてもよい。
【０００９】
本発明の容量可変素子における下部電極及び上部電極としては、通常電極材料として使用することができ、後工程における熱処理に耐えることができるものであれば、その材料は特に限定されるものではなく、例えば、金、白金、銀、パラジウム、アルミニウム、銅；チタン、タンタル、タングステン等の高融点金属；ＲｕＯ２、ＩｒＯ２等の導電性酸化物等種々の金属を使用することができる。ただし、下部電極と上部電極との材料を同じにする必要はない。なかでも、高周波領域での使用が可能な容量可変素子を形成する場合に導体損が少ない金が好ましい。
【００１０】
下部電極及び上部電極の膜厚は、容量可変素子を搭載するデバイスの種類により異なるが、例えば１ＧＨｚ以上の高周波で使用する場合、導体損を低減するための膜厚として０．５μｍ以上が好ましい。
また、上述したように、下部電極及び上部電極の接着性等を改善するために、接着層等を下部電極及び／又は上部電極直下に形成してもよい。
【００１１】
さらに、下部電極及び上部電極の形状は、得ようとする容量、用途、印加電圧等により適宜調整することができる。例えば、上部電極の全面が誘電体薄膜と接触する形状、上部電極が誘電体全面を被覆する形状、上部電極と誘電体薄膜との間の一部にエアーブリッジを有する形状等種々の形状が挙げられる。
誘電体薄膜としては、上述したように、チタン酸バリウム又はチタン酸バリウムストロンチウムのチタン元素が部分的にジルコニウム、ハフニウム又はジルコニウムとハフニウムとの双方で置換されてなる薄膜が挙げられる。具体的には、
Ｂａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）、
Ｂａ（Ｈｆｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）、
Ｂａ（（Ｚｒｍ  Ｈｆ１−ｍ  ）  ｐ  Ｔｉ１−ｐ  ）  Ｏ３  （０＜ｍ＜１、０＜ｐ＜１）、
（Ｂａｙ  Ｓｒ１−ｙ  ）（Ｚｒｚ  Ｔｉ１−ｚ  ）Ｏ３  （０．５≦ｙ＜１  、０．０５≦ｚ≦０．２） 、
（Ｂａｙ  Ｓｒ１−ｙ  ）（Ｈｆｚ  Ｔｉ１−ｚ  ）Ｏ３  （０．５≦ｙ＜１  、０．０５≦ｚ≦０．２）又は
（Ｂａｙ  Ｓｒ１−ｙ  ）（  （Ｚｒｎ  Ｈｆ１−ｎ  ）  ｑ  Ｔｉ１−ｑ  ）Ｏ３  （０．５  ≦ｙ＜１  、０＜ｎ＜１  、０＜ｑ＜１）等が挙げられる。
【００１２】
これら誘電体薄膜は、公知の方法、例えばスパッタ法、蒸着法、ゾルゲル法、ＭＯＣＶＤ法等種々の方法で形成することができるが、なかでも、ゾルゲル法により形成することが好ましい。誘電体薄膜の膜厚は、容量可変素子の大きさ、印加電圧、用途、形成方法等に応じて適宜調整することができるが、例えば５０ｎｍ〜３μｍ程度が好ましい。なお、この誘電体薄膜は、１層で形成されていてもよいし、２層以上で形成されていてもよい。また、２層以上で形成する場合には、誘電体薄膜の組成割合は、同じでもよいし、段階的又は連続的に変化させてもよい。
【００１３】
また、誘電体薄膜の形成方法においては、例えば、まず、ゾルゲル法により、誘電体薄膜を構成する元素の前駆体溶液を調製する。前駆体溶液は、例えば、Ｂａ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等のカルボン酸塩又はアルコキシドを、適当な濃度、適当な温度、適当な配合割合で、適当な水性媒体又は有機溶媒に溶解させて調製することができる。この際、使用することができる有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等の低級アルコール、キシレン、酢酸エステル等が挙げられる。前駆体溶液の調製は、例えば、強誘電体を構成する金属元素の各溶液を、最終的に得ようとする強誘電体の組成により異なるが、０．１〜５ｍｏｌ／リットル程度、好ましくは０．１〜２ｍｏｌ／リットル程度で別々に調製し、例えば２００℃程度以下、好ましくは１５０℃程度以下で十分加熱するとともに、５時間程度、好ましくは１〜３時間程度攪拌しながら適宜混合し、さらに混合液を１時間〜１昼夜程度攪拌する方法等が挙げられる。なお、前駆体溶液は、任意に濾過、溶媒の蒸留、濃度の調整等を行うことが好ましい。
【００１４】
次に、得られた前駆体溶液は、下部電極上に、例えばスピンコート法、印刷法、ロールコート法等の種々の方法により一層あたり２０〜２００ｎｍ程度の膜厚で塗布することができる。ただし、一層あたりの膜厚が厚いと乾燥工程でクラックを発生しやすいため、一層あたりの塗布する膜厚は１００ｎｍ程度以下がより好ましい。なお、特に印刷法の場合には、前駆体溶液は、アクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、エチルセルロース、ポリビニルアルコール等の有機バインダ樹脂及びアルコール系、エーテル系、エステル系等の有機溶剤を適宜混合することにより、その粘度を調整することができる。また、下部電極との接着性を高めるため、ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミナケイ酸ガラス等のガラス成分を混合してもよい。
【００１５】
さらに、塗布した前駆体溶液を乾燥する。乾燥の方法は、前駆体溶液として用いた有機溶媒の種類、前駆体溶液の組成等により適宜選択することができるが、例えば、８０℃〜３００℃、好ましくは１００℃〜２００℃程度の温度範囲、大気中で１０秒〜６０分間、好ましくは１５分間程度以下、熱処理することにより行うことができる。熱処理は、公知の方法、例えば赤外線加熱炉、抵抗加熱炉等を使用して、均一の温度で一定時間行ってもよいし、温度を異ならせて行ってもよい。
【００１６】
続いて、熱処理により薄膜中の有機物を分解除去する。この際の熱処理方法は、薄膜中に存在する有機物が充分に分解する温度で、かつ結晶化が始まらない温度範囲で行うことが好ましく、具体的には、４００℃〜５５０℃程度の温度範囲、大気中又は不活性ガス雰囲気中等で１０〜６０分間程度行うことができる。
上記の工程は、得ようとする誘電体薄膜の膜厚に応じて２回以上繰り返して行う。この際の上記の工程は、同じ種類及び組成比の誘電体薄膜を得るために、全く同じ条件で繰り返してもよいし、誘電体薄膜の種類及び組成比に応じてその条件等を適宜調整して繰り返してもよい。
【００１７】
誘電体薄膜の結晶化は、酸素雰囲気、アルゴンや窒素等の不活性雰囲気下、常圧又は減圧下、好ましくは常圧下、５５０℃〜８００℃以下の温度範囲で、３０秒間〜６０分間程度行うことができる。この際の熱処理方法は、上述の方法の他、ＲＴＡ法等を用いることができる。
なお、本発明の容量可変素子の製造方法においては、薄膜中の有機物の分解除去のための熱処理と結晶化のための熱処理とを、適当な条件を適宜選択することにより兼ねて行うこともできる。
【００１８】
本発明における容量可変素子は、ＧＨｚ帯までの容量可変素子として動作させることができる形状及び構造であれば、それらは特に限定されるものではなく、例えば、下部電極、誘電体薄膜及び上部電極が順次積層されてなる一般的なキャパシタ構造、縦型キャパシタ構造、上部電極の少なくとも一端部にエアーブリッジが形成された構造等の種々の形状及び構造のものが含まれる。
【００１９】
また、本発明における容量可変素子は、下部電極と上部電極間に電圧を印加して容量を変化させることができるものであり、具体的には、上下部電極の少なくとも一方にバイアス電圧を印加することにより容量を変化させることができるものであり、さらにはこのバイアス電圧の印加により、誘電体薄膜の誘電率を電圧の変化に応じて変化させることができるものである。上下部電極に印加する電圧は、誘電体材料、膜厚又は用途等により適宜調整することができるが、例えば、誘電体のリーク電流、電源の実用性等の観点から、±２０Ｖ程度以下、好ましくは±５Ｖ程度が挙げられる。また、印加電圧に対応して変化する容量の変化率（〔電圧印加後の容量−０Ｖでの容量〕／０Ｖでの容量×１００）は、大きければ大きいほど好ましく、例えば−５０％程度以上、より好ましくは−１００％程度が挙げられる。さらに、上記印加電圧に応じて変化する誘電体の誘電率は、誘電体材料、誘電体膜厚、上部電極の電極面積及びその形成方法、上部電極の加工精度等により異なるが、例えば、５０〜１０００程度が挙げられる。印刷法による形成の場合には、誘電率は４００以下が好ましい。
【００２０】
また、本発明の上記容量可変素子の下部電極及び上部電極の形成方法は、上記の電極材料を公知の方法、例えば、電子ビーム蒸着法、スパッタ法等の真空プロセス、印刷法等種々の方法で所望の膜厚に形成することができる。また、例えばフォトリソグラフィ及びエッチング法、リフトオフ法等により所望の形状にパターニングすることができる。低コスト化のためには電極材料のペーストを用いたスクリーン印刷法等の簡易プロセスが好ましい。
【００２１】
上述のように、本発明の容量可変素子は、下部電極と上部電極間に電圧を印加して素子全体の容量を大きく変化させることができ、容量が高周波回路の特性に影響するとき、例えば高周波フィルター、インピーダンスアンテナ等の容量を変化させることにより、フィルター透過特性、検出周波数等を変化させることが可能となり、種々の高周波デバイスに応用することができる。
【００２２】
以下、本発明の容量可変素子の実施例を図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１は、本発明の容量可変素子の概略断面図である。この容量可変素子は、セラミック基板１上に、Ａｕ下部電極２、誘電体薄膜３、エアーブリッジ４、Ａｕ上部電極５が順次形成されてなる。
【００２３】
以下に、上記容量可変素子の製造方法について説明する。
まず、セラミック基板１上に、スクリーン印刷法を用いてＡｕペーストを印刷し、６０℃で３０分間乾燥後、８００℃で８分間焼成し、膜厚０．５μｍのＡｕ膜を形成した。このＡｕ膜をエッチングにより所望の形状に加工し、Ａｕ下部電極２を形成した。
【００２４】
続いて、このようにして形成したＡｕ下部電極２上に、バリウム、ジルコニウム及びチタンのそれぞれのアルコキシド等の有機金属化合物を、エタノール、プロパノール、ブタノール、メトキシエタノール、酢酸等の適当な溶媒中で、適量混合調製した後、窒素等の不活性ガス雰囲気中で加熱・攪拌してＢａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）の金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液得、この前駆体溶液をスピンコートし（プロセス１）、これを１００℃で１０分間の熱処理により乾燥を行った乾燥ゲル薄膜を作製した（プロセス２）。なお、金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液をスクリーン印刷する場合は、有機バインダーを粘度調節のために加えてペーストとすればよい。
【００２５】
次にこのようにして作製した乾燥ゲルの薄膜中の有機物の熱分解を行うため、４７０℃で１０分間、大気圧の大気中で熱処理を行った（プロセス３）。
上記プロセス１からプロセス３までを３回繰り返した後、結晶化を行うため、大気圧、大気中で８００℃、４５分間熱処理を行った。これにより、誘電体薄膜３として膜厚２００ｎｍのＢａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  薄膜を得た。このＢａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  薄膜は、エッチングにより所定の形状になるように加工した。
【００２６】
さらに、Ｂａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  薄膜上に、エアーブリッジ形成用レジストを用いてエアーブリッジレジストパターンを形成した後、Ａｕペーストを用いて、スクリーン印刷によりＡｕ膜を塗布した。その後、６０℃で３０分間乾燥し、８００℃で８分間焼成し、膜厚約１μｍのＡｕ膜を形成した。このＡｕ膜をエッチングにより所望の形状に加工して、Ａｕ上部電極５を形成した。
【００２７】
上記のような方法で作製した容量可変素子のＡｕ上部電極５とＡｕ下部電極２との間にバイアス電圧を印加し、２５℃で測定周波数５ＧＨｚでの誘電率及び容量変化率（Ｃｖ／Ｃｏ×１００〔％〕、ただしＣｖは５Ｖ印加したときの容量、Ｃｏは電圧を印加しないときの容量を表す）を測定した。その結果を図２に示す。図２においては、Ｚｒ量ｘを変化させた時の誘電率と容量変化率とを示す。
【００２８】
図２から明らかなように、例えば、ｘ＝０．２で容量変化率−６０％、誘電率２５０が得られている。また、ｘ＝０の場合は、１ＧＨｚで容量が０となった。
【００２９】
実施の形態２
実施の形態１におけるゾルゲル法により形成したＢａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）からなる誘電体薄膜に代えて、ゾルゲル法により形成したＢａ（Ｈｆｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）を用いて容量可変素子を作製した。
【００３０】
この実施の形態の容量可変素子の作製方法は、第１の実施の形態の容量可変素子の作製方法とはプロセス１における金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液がＢａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）ではなく、バリウム、ハフニウム及びチタンのそれぞれのアルコキシド等の有機金属化合物を、エタノール、プロパノール、ブタノール、メトキシエタノール、酢酸等の適当な溶媒中で、適量混合調製した後、窒素等の不活性ガス雰囲気中で加熱・攪拌してＢａ（Ｈｆｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）の金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液を得、これを用いる点で異なるのみであり、これ以外は第１の実施形態の容量可変素子の作製方法と同様の方法を用いた。
【００３１】
上記のような方法で作製した容量可変素子の５ＧＨｚでの誘電率及び容量変化率を測定した。その結果を図３に示す。図３においては、Ｈｆ量ｘを変化させた時の誘電率と容量変化率を示す。
図３から明らかなように、例えば、ｘ＝０．２で容量変化率−６５％、誘電率２９０が得られている。また、ｘ＝０の場合は、１ＧＨｚで容量が０となった。
【００３２】
実施の形態３
実施の形態１におけるゾルゲル法により形成したＢａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）からなる誘電体薄膜に代えて、ゾルゲル法により形成したＢａ（（Ｚｒｍ  Ｈｆ１−ｍ  ）０．２  Ｔｉ０．８  ）Ｏ３  （０≦ｍ≦１）を用いて容量可変素子を作製した。
【００３３】
この実施の形態の容量可変素子の作製方法は、第１の実施の形態の容量可変素子の作製方法とはプロセス１における金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液がＢａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）ではなく、バリウム、ジルコニウム、ハフニウム及びチタンのそれぞれのアルコキシド等の有機金属化合物を、エタノール、プロパノール、ブタノール、メトキシエタノール、酢酸等の適当な溶媒中で、適量混合調製した後、窒素等の不活性ガス雰囲気中で加熱・攪拌してＢａ（（Ｚｒｍ  Ｈｆ１−ｍ  ）０．２  Ｔｉ０．８  ）Ｏ３  （０≦ｍ≦１）の金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液を得、これを用いる点で異なるのみであり、これ以外は第１の実施形態の容量可変素子の作製方法と同様の方法を用いた。
【００３４】
上記のような方法で作製した容量可変素子の５ＧＨｚでの誘電率及び容量変化率を測定した。その結果を図４に示す。図４においては、ＺｒとＨｆとの量（ｍ）を０から１まで変化させたときの誘電率及び容量変化率を示す。
図４から明らかなように、例えば、ｍ＝０．４で容量変化率−６３％、誘電率２７０が得られている。
【００３５】
実施の形態４
実施の形態１におけるゾルゲル法により形成したＢａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）からなる誘電体薄膜に代えて、ゾルゲル法により形成した（Ｂａｙ  Ｓｒ１−ｙ  ）（Ｚｒｚ  Ｔｉ１−ｚ  ）Ｏ３  （ｙ＝０．６又は０．８、０．０５≦ｚ≦０．２）を用いて容量可変素子を作製した。
【００３６】
この実施の形態の容量可変素子の作製方法は、第１の実施の形態の容量可変素子の作製方法とはプロセス１における金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液がＢａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）ではなく、バリウム、ストロンチウム、ジルコニウム及びチタンのそれぞれのアルコキシド等の有機金属化合物を、エタノール、プロパノール、ブタノール、メトキシエタノール、酢酸等の適当な溶媒中で、適量混合調製した後、窒素等の不活性ガス雰囲気中で加熱・攪拌して（Ｂａｙ  Ｓｒ１−ｙ  ）（Ｚｒｚ  Ｔｉ１−ｚ  ）Ｏ３  （０．５≦ｙ＜１、０．０５≦ｚ≦０．２）の金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液を得、これを用いる点で異なるのみであり、これ以外は第１の実施形態の容量可変素子の作製方法と同様の方法を用いた。
【００３７】
上記のような方法で作製した容量可変素子の５ＧＨｚでの誘電率及び容量変化率を測定した。その結果を図５及び図６に示す。図５及び図６においては、Ｂａ量をそれぞれｙ＝０．６及びｙ＝０．８とし、Ｚｒ量ｚを変化させた時の誘電率と容量変化率とを示す。
図５から明らかなように、例えば、ｚ＝０．１で容量変化率−５２％、誘電率２１０が得られている。また、図６から明らかなように、ｚ＝０．１で容量変化率−５６％、誘電率２３０が得られている。
【００３８】
実施の形態５
実施の形態１におけるゾルゲル法により形成したＢａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）からなる誘電体薄膜に代えて、ゾルゲル法により形成した（Ｂａｙ  Ｓｒ１−ｙ  ）（Ｈｆｚ  Ｔｉ１−ｚ  ）Ｏ３  （ｙ＝０．６又は０．８、０．０５≦ｚ≦０．２）を用いて容量可変素子を作製した。
【００３９】
この実施の形態の容量可変素子の作製方法は、第１の実施の形態の容量可変素子の作製方法とはプロセス１における金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液が（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）ではなく、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム及びチタンのそれぞれのアルコキシド等の有機金属化合物を、エタノール、プロパノール、ブタノール、メトキシエタノール、酢酸等の適当な溶媒中で、適量混合調製した後、窒素等の不活性ガス雰囲気中で加熱・攪拌して（Ｂａｙ  Ｓｒ１−ｙ  ）（Ｈｆｚ  Ｔｉ１−ｚ  ）Ｏ３  （０．５≦ｙ＜１、０．０５≦ｚ≦０．２）の金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液を得、これを用いる点で異なるのみであり、これ以外は第１の実施形態の容量可変素子の作製方法と同様の方法を用いた。
【００４０】
上記のような方法で作製した容量可変素子の５ＧＨｚでの誘電率及び容量変化率を測定した。その結果を図７及び図８に示す。図７及び図８においては、Ｂａ量をそれぞれｙ＝０．６及びｙ＝０．８とし、Ｈｆ量ｚを変化させた時の誘電率と容量変化率とを示す。
図７から明らかなように、例えば、ｚ＝０．１で容量変化率−５５％、誘電率２３０が得られている。また、図８から明らかなように、ｚ＝０．１で容量変化率−５８％、誘電率２５０が得られている。
【００４１】
実施の形態６
実施の形態１におけるゾルゲル法により形成したＢａ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）からなる誘電体薄膜に代えて、ゾルゲル法により形成した（Ｂａ０．８  Ｓｒ０．２）（（Ｚｒｎ  Ｈｆ１−ｎ  ）０．１Ｔｉ０．９）Ｏ３  （０≦ｎ≦１）を用いて容量可変素子を作製した。
【００４２】
この実施の形態の容量可変素子の作製方法は、第１の実施の形態の容量可変素子の作製方法とはプロセス１における金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液が（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （０．０５≦ｘ≦０．３）ではなく、バリウム、ストロンチウム、ジルコニウム及びチタンのそれぞれのアルコキシド等の有機金属化合物を、エタノール、プロパノール、ブタノール、メトキシエタノール、酢酸等の適当な溶媒中で、適量混合調製した後、窒素等の不活性ガス雰囲気中で加熱・攪拌して（Ｂａ０．８  Ｓｒ０．２）（（Ｚｒｎ  Ｈｆ１−ｎ  ）０．１Ｔｉ０．９）Ｏ３  （０≦ｎ≦１）の金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液を得、これを用いる点で異なるのみであり、これ以外は第１の実施形態の容量可変素子の作製方法と同様の方法を用いた。
【００４３】
上記のような方法で作製した容量可変素子の５ＧＨｚでの誘電率及び容量変化率を測定した。その結果を図９に示す。図９においては、Ｚｒ／Ｈｆ比を０から１まで変化させたときの誘電率と容量変化率とを示す。
図９から明らかなように、例えば、ｎ＝０．４で容量変化率−５７％、誘電率２４２が得られている。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の容量可変素子によれば、基板上に少なくとも下部電極、誘電体薄膜及び上部電極を順次備えて構成されており、前記誘電体薄膜が、チタン酸バリウム又はチタン酸バリウムストロンチウムのチタン元素が部分的にジルコニウム、ハフニウム又はジルコニウムとハフニウムとの双方で置換されてなり、下部電極と上部電極間に電圧を印加して容量を変化させ得るため、キュリー温度（Ｔｃ：チタン酸バリウムのバルク結晶では１２０℃近傍）を低下させるとともに、誘電率を低下させることができる。そして、キュリー温度を低下させることにより、室温付近では、バイアス電圧に対する誘電率の変化率をある程度大きく保ったまま、残留分極を大きく減少させる、あるいは全く無くすことができる。よって、１ＧＨｚ以上の高周波でも、誘電率を急激に低下させることがなく、しかも、誘電率をバイアス電圧によって大きく変化させることができることとなる。
【００４５】
従って、低電圧のバイアス電圧によって、容量を大きく変化させることができ、素子の小型・軽量化を実現することが可能となる。
また、本発明における誘電体薄膜は、誘電率を比較的低く調整できるため、高周波回路内等に本発明の容量可変素子を形成する場合、容量を形成する電極面積を大きく設計できることとなり、電極を簡易な印刷法でも形成することができる。さらに、ＳｉやＧａＡｓ単結晶材料を用いなくてもよいため、セラミック基板上にも容易に形成でき、低コストの素子を得ることが可能となる。
【００４６】
また、本発明の容量可変素子は、下部電極と上部電極間に電圧を印加して容量を変化させ得るため、電圧で容量の大きさを制御することができるチューナブルな高周波フィルター、遅延素子、アレイアンテナ、結合型ストリップ線路等の高周波デバイスに広く応用が可能となる。
このように、本発明の容量可変素子によれば、量産に適した印刷法等の簡易な方法で素子の製造が可能となり、１ＧＨｚ以上の高周波においても優れた容量変化特性を有する素子を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の容量可変素子を示す要部の概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施形態の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施形態の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図９】本発明の第６の実施形態の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図１０】従来の容量可変素子を示す要部の概略断面図である。
【符号の説明】
１  セラミック基板
２  Ａｕ下部電極
３  誘電体薄膜
４  エアーブリッジ
５  Ａｕ上部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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