(57)【要約】【課題】真空や高エネルギーを必要とする特殊な装置や、高価で特殊な原料を使用することなく、低温でニオブ酸カリウムの薄膜を作製することのできる、ニオブ酸カリウムの低温製膜法を提供する。【解決手段】Ｋ２ＮｂＯ３Ｆの単結晶を基板上で潮解させ、乾燥した。潮解させる際の湿度は、６０％以上であり、潮解させる際の温度は、０〜５０℃であることが好ましい。室温で高品位のニオブ酸カリウムの単結晶薄膜を作製することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｋ２ＮｂＯ３Ｆの単結晶を基板上で潮解させ、乾燥することを特徴とするニオブ酸カリウムの低温製膜法。
【請求項２】
潮解させる際の湿度は、６０％以上であることを特徴とする請求項１記載のニオブ酸カリウムの低温製膜法。
【請求項３】
潮解させる際の温度は、０〜５０℃であることを特徴とする請求項１又は２記載のニオブ酸カリウムの低温製膜法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニオブ酸カリウムの低温製膜法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）は、大きな電気機械結合係数を有することから、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に代わる鉛を含まない次世代の弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス用の圧電材料として注目されている。そして、ほかの半導体材料とモノリシック化（一体化）可能な薄膜材料が近年注目されており、ニオブ酸カリウムについても薄膜化することにより、良好な電気機械結合係数と温度係数を有する圧電材料が得られるものと期待されている。
【０００３】
従来のニオブ酸カリウムの薄膜を形成する方法としては、例えば、ＣＶＤ法等が報告させているが、従来の方法では、真空や高エネルギーを必要とする特殊な装置を用いるか、又は高価で特殊な原料を使用する必要があった。また、従来の方法では、実用領域の高品位な薄膜の作製は実現されていない。
【０００４】
ところで、本発明者らは、層状ペロブスカイト型の前駆体Ｋ２ＮｂＯ３Ｆを水中で撹拌すると、Ｋ２ＮｂＯ３ＦからＫ及びＦが脱落してニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）ナノ粒子が生成されることを本発明者らは報告している（非特許文献１）。このナノ粒子は焼結性が良いなど、有用な材料である。
【０００５】
しかし、実際にこのナノ粒子を用いてニオブ酸カリウムの薄膜を形成するには、９００℃以上の高温で焼結させる必要があった。
【０００６】
また、水熱合成法によりニオブ酸カリウム結晶を得る方法が開示されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２８４８８９号公報
【非特許文献１】K. Toda, et al., Solid State ionics. 393 (2002) 154-155.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、この水熱合成法においても、１００〜４３５℃の高温、高圧下で結晶育成する必要があった。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、真空や高エネルギーを必要とする特殊な装置や、高価で特殊な原料を使用することなく、低温でニオブ酸カリウムの薄膜を作製することのできる、ニオブ酸カリウムの低温製膜法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するため種々検討した結果、前駆体Ｋ２ＮｂＯ３Ｆの単結晶を室温で潮解させることにより、一方向に配向した結晶構造を有する単結晶薄膜を得ることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明のニオブ酸カリウムの低温製膜法は、Ｋ２ＮｂＯ３Ｆの単結晶を基板上で潮解させ、乾燥することを特徴とする。
【００１１】
また、潮解させる際の湿度は、６０％以上であることを特徴とする。
【００１２】
さらに、潮解させる際の温度は、０〜５０℃であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のニオブ酸カリウムの低温製膜法によれば、真空や高エネルギーを必要とする特殊な装置や、高価で特殊な原料を使用することなく、室温で高品位のニオブ酸カリウムの単結晶薄膜を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のニオブ酸カリウムの低温製膜法は、Ｋ２ＮｂＯ３Ｆの単結晶を基板上で潮解させ、乾燥するものである。
【００１５】
Ｋ２ＮｂＯ３Ｆの単結晶を基板上に載置すると、結晶が空気中の水蒸気を吸収して溶解し、Ｋ２ＮｂＯ３ＦよりＫとＦが脱離する。そして、これを室温で自然乾燥することで、一方向に配向した結晶構造を有するニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）の単結晶薄膜が生成する。
【００１６】
ここで、結晶が容易に潮解するように、潮解させる際の空気中の湿度は、６０％以上とするのが好ましい。さらに、湿度１００％、すなわち飽和水蒸気圧の雰囲気下に結晶を置くのが最も好ましい。
【００１７】
また、Ｋ２ＮｂＯ３Ｆ中のＫ、Ｆの結合は非常に弱く、室温で容易にニオブ酸カリウムを生成する。したがって、潮解させる際に加温する必要がなく、潮解させる際の温度は０〜５０℃でよい。
【００１８】
結晶を載置する基板は、特定のものに限定されず、金属、ガラス、プラスチックなど、あらゆるものを用いることができる。
【００１９】
本発明のニオブ酸カリウムの低温製膜法により得られるニオブ酸カリウムの単結晶薄膜は、一方向に配向した結晶構造を有するため、ニオブ酸カリウムの焼結体よりも高い圧電性を示す。また、単結晶薄膜は透明であるため、非線形光学素子などの光学材料として用いることができる。
【００２０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。以下、具体例に基づき、より詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
はじめに、前駆体となるＫ２ＮｂＯ３Ｆの単結晶を合成した。原料には関東化学株式会社製のＫ２ＣＯ３（純度99.5％）、Ｎｂ２Ｏ５（純度99.95％）、ＫＦ（純度99.0％）を用いた。
【００２２】
Ｋ２ＣＯ３：Ｎｂ２Ｏ５：ＫＦ＝１．０：１．０：１８の質量比で原料を秤量し、アセトンを加えてメノウ乳鉢で原料を混合した。ここで、Ｋ２ＣＯ３とＮｂ２Ｏ５の比はほぼ化学量論比となっている。ＫＦはフラックスとして化学量論に基づく量よりも過剰に添加した。
【００２３】
混合した試料を大気下、白金るつぼ中で790℃に加熱して１時間焼成してから、600℃まで４℃／時間で徐冷し、その後、自然冷却した。ＸＲＤ測定で、ｃ軸配向したＫ２ＮｂＯ３Ｆの単結晶が得られたことが確認された。
【００２４】
つぎに、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）の単結晶薄膜を作製した。
【００２５】
合成したＫ２ＮｂＯ３Ｆの単結晶を石英ガラス基板上に載置し、室温の湿度１００％の空気中に放置すると、Ｋ２ＮｂＯ３Ｆは潮解した。これを室温の空気中で自然乾燥することで、膜厚５０μｍのニオブ酸カリウムの単結晶薄膜が得られた。この薄膜は透明であった。
【００２６】
上記のニオブ酸カリウムの単結晶薄膜をスパーテルにて石英ガラス基板から剥離し、ＸＲＤ測定を行った。その結果、図１の中段に示すように、（001）、（100）、（002）、（200）の回折ピークのみが確認できた。特に、これらの回折ピークの中で（001）、（002）の回折ピークが顕著に確認できた。これは生成した薄膜がｃ軸配向していることを示している。
【００２７】
さらに、上記の薄膜を粉砕してＸＲＤ測定を行った結果、図１の下段に示すように、斜方晶系のニオブ酸カリウムの他の回折ピークが出現した。このように、粉砕後のＸＲＤパターンもｃ軸配向したパターンを示した。なお、図１の上段は、比較のために、斜方晶のニオブ酸カリウムについてＸＲＤパターンをシミュレーションした結果を示す。
【００２８】
また、得られたニオブ酸カリウム薄膜に、波長1064nmのQ-switch Ｎｄ：ＹＡＧ３＋レーザー光を照射したところ、第二高調波発生による波長532nmの緑色発光が観測され、本実施例で得られたニオブ酸カリウム薄膜が波長変換機能を有することが確認された。
【００２９】
以上のように、本実施例によれば、室温で高品位のニオブ酸カリウムの単結晶薄膜を作製することができることが確認された。
【００３０】
［比較例］
実施例１と同様にＫ２ＮｂＯ３Ｆの単結晶を合成し、この単結晶を石英ガラス基板上に載置し、純水を滴下して溶解した。そして、室温の空気中で自然乾燥した。ＸＲＤ測定を行ったところ、配向していないニオブ酸カリウムの回折ピークが得られた。電子顕微鏡の観察によると、得られたのはニオブ酸カリウムの微結晶の集合体であった。このように純水を滴下して溶解した場合には、配向したニオブ酸カリウムの単結晶を得ることはできなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例１で得られたニオブ酸カリウムの単結晶薄膜のＸＲＤパターンである。
【図１】
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