(57)【要約】【課題】誘電体層におけるクラックの発生を抑制し、誘電体デバイスの製造時の歩留まりを向上させる。【解決手段】誘電体デバイス１０は、基板１１と、ベース電極１２と、誘電体層１３と、を備えている。ベース電極１２は、基板１１の上に固着して設けられている。ベース電極端縁部１２ａの前記表面が、斜面状の部分を有するように、ベース電極１２が形成されている。誘電体層１３は、ベース電極１２を覆うように、基板表面１１ａに固着されている。この誘電体層１３は、粉末状の誘電体を基板表面１１ａに噴射することで得られた成膜層を熱処理することによって形成されている。よって、誘電体層１３における、ベース電極端縁部１２ａと対向する部分である、三重点近傍部１３ａは、他の部分と同様に、緻密な組織を有するように形成されている。【選択図】図１
2007288063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面上に設けられた導体膜から構成されたベース電極と、
前記ベース電極を覆うように設けられた誘電体層と、を備え、
前記ベース電極の端縁部の表面が、傾斜角９０度以下の斜面となるように、前記ベース電極が形成されていることを特徴とする、誘電体デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の誘電体デバイスであって、
前記ベース電極は、
非金属を主成分とする材質から構成された前記端縁部と、
前記端縁部以外の部分であって、金属を主成分とする材質から構成された電極本体部と、
を備えたことを特徴とする、誘電体デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の誘電体デバイスであって、
前記端縁部は、酸化物、又は、前記基板の前記表面の上に形成されたペースト膜を熱処理することで前記ベース電極を形成する際にガラス化する無機成分から構成されたことを特徴とする、誘電体デバイス。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の誘電体デバイスにおいて、
前記誘電体層の上に設けられたアウター電極をさらに備えたことを特徴とする、誘電体デバイス。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の誘電体デバイスであって、
前記誘電体層は、前記基板に向けて粉末状の誘電体を噴射して得られた成膜層を熱処理することによって形成されたことを特徴とする、誘電体デバイス。
【請求項６】
誘電体デバイスの製造方法において、
所定の基板の表面の上にベース電極を形成する、ベース電極形成工程と、
前記基板の前記表面の上に、前記ベース電極を覆うように、誘電体の成膜層を形成する成膜層形成工程と、
前記成膜層を熱処理することで誘電体層を得る成膜層熱処理工程と、
を含み、
前記ベース電極形成工程は、前記ベース電極の端縁部の表面が、傾斜角９０度以下の斜面となるように、前記ベース電極を形成する工程であることを特徴とする、誘電体デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の、誘電体デバイスの製造方法であって、
前記ベース電極形成工程は、
非金属を主成分とする材質から構成された前記端縁部と、
前記端縁部以外の部分であって、金属を主成分とする材質から構成された電極本体部と、
を形成する工程であることを特徴とする、誘電体デバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の、誘電体デバイスの製造方法であって、
前記ベース電極形成工程は、
酸化物又は加熱によりガラス化する無機成分からなる添加物と主剤との混合物であるペーストの膜を、前記基板の前記表面の上に形成する、ペースト膜形成工程と、
前記ペースト膜形成工程によって形成された前記ペーストの膜を熱処理して、前記添加物を移動させることで、前記主剤からなる前記電極本体部と、前記添加物からなる前記端縁部と、を形成する、ペースト膜熱処理工程と、
を含むことを特徴とする、誘電体デバイスの製造方法。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の、誘電体デバイスの製造方法において、
前記誘電体層の上にアウター電極を形成するアウター電極形成工程をさらに含むことを特徴とする、誘電体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のいずれかに記載の誘電体デバイスの製造方法であって、
前記成膜層形成工程は、
前記基板の前記表面に向けて、粉末状の誘電体を噴射することで、前記成膜層を得る工程であることを特徴とする、誘電体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体デバイス、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘電体デバイスとして、様々なものが知られている。この誘電体デバイスのうちの多くのものは、基板と、下部電極と、誘電体層と、上部電極と、を備えている。前記下部電極は、前記基板の表面の上に形成されている。この下部電極を覆うように、前記基板における前記表面の上には、前記誘電体層が設けられている。前記誘電体層は、前記下部電極層が形成された前記基板に対して、スクリーン印刷法、グリーンシート法、エアロゾルデポジション法、パウダージェットデポジション法等によって成膜することで形成されている。この誘電体層の上には、さらに、前記上部電極が形成されている。
【０００３】
ここで、スクリーン印刷法とは、有機バインダーを含む溶剤にセラミックス粉体が分散されたスラリーを、スクリーン印刷により前記基板上に膜形成し、この膜を９００℃以上の高温で焼結することで、前記誘電体層を得る方法である。グリーンシート法とは、上記のスラリーを所定の厚さで厚膜形成した後に乾燥することで得られたグリーンシートに、切断や孔明け等の所定の機械加工を施した後に、上記と同様の高温で焼結することで、前記誘電体層を得る方法である。エアロゾルデポジション法とは、振動等を用いて粉体を気体中に分散させて煙のような状態（エアロゾル）にした後、このエアロゾルを、常温で所定の減圧下の製膜室に搬送し、ノズルを通して所定の基板上に吹き付けることで、前記誘電体層を得る方法である。パウダージェットデポジション法とは、粉体を高圧ガスで搬送し、ノズルを通して、大気中に設置した基板に高速噴射することで、前記誘電体層を得る方法である。
【０００４】
前記誘電体デバイスの代表例としては、例えば、圧電アクチュエータや、電子放出素子等が挙げられる。
【０００５】
前記圧電アクチュエータは、前記下部電極層と前記上部電極との間に所定の電圧を印加して前記誘電体層に対して所定の電界を印加することで、当該誘電体層を変形させ得るように構成されている。例えば、特開２００２−２１７４６５号公報（特許文献１）に記載の、ユニモルフ型の前記圧電アクチュエータは、前記基板の上に固着された前記誘電体層の圧電横効果に基づく伸縮によって、当該基板が屈曲変形し得るように構成されている。
【０００６】
前記電子放出素子は、電子線を利用した種々の装置（例えば、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）、電子線照射装置、光源、電子部品製造装置、電子回路部品、等）における、電子線源として、好適に用いられ得るように構成されている。
【０００７】
前記誘電体デバイスとしての前記電子放出素子は、所定の真空度の減圧雰囲気中に配置されたエミッタ部を備えている。このエミッタ部は、前記誘電体層からなり、前記下部電極層と前記上部電極との間に所定の駆動電界が印加されることで、前記減圧雰囲気中に電子を放出し得るように構成されている。この電子放出素子としては、例えば、特開２００５−１８３３６１号公報（特許文献２）や、米国特許出願公開２００６／００１２２７９号明細書（特許文献３）に開示されているものが、従来知られている。
【０００８】
上述の誘電体デバイスにおいて、上述のエアロゾルデポジション法によって形成された前記誘電体層を用いたものが知られている。この種の誘電体デバイスにおける前記誘電体層は、次のような特徴を有している：（１）原料粉体の結晶構造が維持される、（２）空孔の少ない緻密な膜が形成される、（３）膜厚制御、特に厚膜化が容易である、（４）形成された前記誘電体層と基板との接合が強固になる、（５）常温で膜形成されるので、耐熱性の低いガラス基板や金属基板への形成が可能である、等。
【０００９】
このエアロゾルデポジション法を用いた誘電体デバイスとしては、例えば、米国特許出願公開２００６／００１２２７９号明細書（特許文献３）、特開２００６−０４９８０６号公報（特許文献４）、特開２００５−２８０３４９号公報（特許文献５）に開示されているものが、従来知られている。
【特許文献１】特開２００２−２１７４６５号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３３６１号公報
【特許文献３】米国特許出願公開２００６／００１２２７９号明細書
【特許文献４】特開２００６−０４９８０６号公報
【特許文献５】特開２００５−２８０３４９号公報
【発明の開示】
【００１０】
上述の各種の誘電体デバイスの製造工程においては、通常、焼成や熱処理等の熱プロセスが行われる。この熱プロセスにおいて、前記基板、前記上部電極、前記誘電体層、及び前記上部電極の熱膨張率の相違により、前記誘電体層にクラックが発生することがあり得る。
【００１１】
例えば、エアロゾルデポジション法における膜形成は、以下のような原理に基づいている。亜音速まで加速された原料微粒子が、前記基板に衝突する。この衝突により、結晶面のズレや転位の移動などを伴う高速の変形が生じ、結晶組織が微細化して緻密になる。このとき、新生面の形成や衝撃力に基づく物質移動が生じ、これにより粒子間結合が形成される。
【００１２】
このため、膜形成時に、前記成膜層内に結晶性の乱れ、すなわち格子欠陥、格子歪、内部応力などが発生し、そのままでは良好な圧電特性や分極反転特性が得られない。そこで、通常は、前記成膜層内の結晶性を回復させて所定の特性を発現させるために、５００℃以上の温度で熱処理（アニール）が行われる。この熱処理の際に、前記誘電体層にクラックが発生することがありうる。
【００１３】
このようなクラック発生は、前記基板および前記下部電極として、前記成膜層の熱膨張率に近い材質を選択することで抑制され得ると考えられる。もっとも、前記下部電極の材質としては、一般に、熱膨張率が誘電体材料に比べて大きな金属材料が選択される。よって、熱膨張率の調整によってクラックの発生を抑制することは困難である。
【００１４】
本発明は、前記誘電体層におけるクラックの発生を抑制し、前記誘電体デバイスの製造時の歩留まりを向上させるものである。特に、本発明は、エアロゾルデポジション法等によって形成された優れた特性を有する前記誘電体層を備えた、前記誘電体デバイスを、製造時の歩留まり良く提供するものである。
【００１５】
本発明の誘電体デバイスは、所定の基板と、ベース電極と、誘電体層と、を備えている。前記ベース電極は、前記基板の表面の上に設けられた導体膜から構成されている。前記誘電体層は、前記ベース電極を覆うように設けられている。この誘電体層の上には、さらに、アウター電極が設けられ得る。
【００１６】
本発明の特徴は、前記ベース電極の特徴的な形状にある。このベース電極は、その端縁部の表面が、傾斜角９０度以下の斜面となるように形成されている。すなわち、前記基板の前記表面と前記ベース電極の表面との間に形成された角度が９０度以上（好ましくは鈍角）となるように、前記ベース電極が形成されている。
【００１７】
具体的には、前記基板の前記表面における、前記ベース電極が形成されていない部分（前記ベース電極の外側の部分）と、当該部分と連続するように設けられた面である、前記ベース電極における端縁部の表面と、の間に形成された角度が、９０度以上（好ましくは１２０度以上、より好ましくは１５０度以上）となるように、前記ベース電極が形成されている。
【００１８】
すなわち、例えば、前記ベース電極の頂面と、前記基板の前記表面における当該ベース電極が形成されていない部分と、の間を接続するように設けられた、前記端縁部の前記表面が、９０度以下の勾配の斜面状に形成されている。より好ましくは、前記基板と前記ベース電極との界面近傍における、前記誘電体層と対向する前記端縁部の前記表面が、緩やかな（６０度以下、さらに好ましくは３０度以下の）勾配の斜面状に形成されている。
【００１９】
換言すれば、本発明においては、前記ベース電極の前記端縁部の前記表面の傾斜角が、９０度以下に設定されている。この傾斜角は、好ましくは６０度以下、より好ましくは３０度以下に設定され得る。
【００２０】
かかる形状を有する、前記端縁部は、前記ベース電極における外縁の他、スルーホールやピンホールの内縁にも形成され得る。
【００２１】
前記ベース電極における、前記端縁部が、非金属を主成分とする材質から構成されていて、前記端縁部以外の部分である電極本体部が、金属を主成分とする材質から構成されていてもよい。この場合、前記端縁部は、酸化物、又は無機成分から構成されていてもよい。この無機成分は、前記基板の前記表面の上に形成されたペースト膜を熱処理することで、前記ベース電極を形成する際に、ガラス化する成分である。
【００２２】
かかる構成を有する本発明の誘電体デバイスは、以下の製造方法によって形成され得る。
【００２３】
まず、前記基板の前記表面の上に、前記ベース電極が形成される（ベース電極形成工程）。このベース電極形成工程によって、前記端縁部の前記表面が、傾斜角９０度以下の斜面となるように、前記ベース電極が形成される。すなわち、前記基板の前記表面と前記ベース電極の前記表面との間に形成された角度が９０度以上となるように、前記ベース電極が形成される。
【００２４】
この前記ベース電極形成工程においては、好ましくは、以下の工程が行われ得る。
【００２５】
まず、酸化物又は加熱によりガラス化する無機成分からなる添加物と主剤との混合物であるペーストの膜が、前記基板の前記表面の上に形成される（ペースト膜形成工程）。
【００２６】
次に、前記ペースト膜形成工程によって形成された前記ペーストの膜を熱処理して、前記添加物を移動させることで、前記ベース電極が形成される（ペースト膜熱処理工程）。このペースト膜熱処理工程によって、前記主剤からなる前記電極本体部と、前記添加物からなる前記端縁部と、が形成される。
【００２７】
前記ベース電極形成工程に続いて、前記基板の前記表面の上に、前記ベース電極を覆うように、誘電体の成膜層が形成される（成膜層形成工程）。この成膜層形成工程においては、好ましくは、エアロゾルデポジション法に代表される、前記基板に向けて粉末状の誘電体を噴射する工程が行われ得る。
【００２８】
かかる誘電体粉末の噴射による前記成膜層形成工程が行われた場合、当該誘電体粉末は、前記基板及び前記ベース電極に向けて噴射される。このとき、上述のように、前記ベース電極の前記端縁部の前記表面が、傾斜角９０度以下の斜面であると、当該端縁部の当該表面に対する前記誘電体粉末の衝突角度が、前記基板の前記表面に対する前記誘電体粉末の衝突角度と近くなる。これにより、前記ベース電極の前記端縁部近傍の部分と、それ以外の部分との間での、前記成膜層の密度の差が生じにくくなる。
【００２９】
さらに、前記成膜層形成工程によって形成された前記成膜層を熱処理することで、前記誘電体層が得られる（成膜層熱処理工程）。このとき、上述のように、前記ベース電極の前記端縁部の前記表面が、傾斜角９０度以下の斜面であって、前記成膜層の密度差が小さくされている。よって、前記ベース電極の前記端縁部近傍の部分におけるクラックの発生が効果的に抑制され得る。
【００３０】
なお、得られた前記誘電体層の上に、アウター電極を形成する工程（アウター電極形成工程）が適宜行われ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の好適な実施形態及び実施例を、図及び表を参照しながら説明する。なお、本実施形態の各構成要素の材質や構造については、とりあえず代表的な１つの実施形態を理解しやすく首尾一貫して説明する便宜上、単なる１つの代表例が例示的に示されているものである。本実施形態の各構成要素の材質や構造に関する変形例は、実施形態の構成、作用、効果の説明の後に、末尾にまとめて記述されている。
【００３２】
＜誘電体デバイスの概略構成＞
図１は、本実施形態の誘電体デバイス１０を拡大した断面図である。図１に示されているように、誘電体デバイス１０は、所定の基板１１と、ベース電極１２と、誘電体層１３と、アウター電極１４と、から構成されている。
【００３３】
＜＜基板＞＞
上述の基板１１は、ガラスやセラミックスの板材から構成されている。この基板１１を構成するガラスとしては、その上に形成する誘電体層１３の熱膨張率、熱膨張曲線を考慮し、それらに近い特性をもつものが用いられ得る。また、耐熱性の観点から、結晶化ガラスも用いられ得る。セラミックスとしては、耐熱性、化学的安定性、及び絶縁性の観点から、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、及び安定化された酸化ジルコニウムからなる群より選択される少なくとも一種を含むセラミックスが好適に用いられ得る。機械的強度が大きく、靭性に優れるという観点から、安定化された酸化ジルコニウムが、基板１１を構成する材質として、特に好適に用いられ得る。
【００３４】
＜＜ベース電極＞＞
基板１１における図中上側の表面である、基板表面１１ａの上には、上述のベース電極１２が設けられている。このベース電極１２は、導体膜から構成されている。このベース電極１２を構成する導体膜としては、例えば、金属系材料、サーメット、炭素系材料、酸化物系材料等が用いられ得る。これらは、単独で、あるいは、複合して用いられ得る。
【００３５】
金属系材料としては、金、銀、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、モリブデン、タングステン等が用いられ得る。この金属系材料としては、単体金属の他に、合金が用いられ得る。この合金としては、銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラジウム等が好適に用いられ得る。サーメットとしては、例えば、白金とセラミック材料とのサーメット材料が好適に用いられ得る。
【００３６】
炭素系材料としては、例えば、グラファイト、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンドライクカーボン、カーボンナノチューブが用いられ得る。
【００３７】
酸化物系材料としては、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、ルテニウム酸ストロンチウム、Ｌa1-xＳrxＣoＯ3（例えばｘ＝０．３や０．５）、Ｌa1-xＣaxＭnＯ3、Ｌa1-xＣaxＭn1-yＣoyＯ3（例えばｘ＝０．２、ｙ＝０．０５）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、等が用いられ得る。
【００３８】
ベース電極１２は、基板表面１１ａの一部を覆うように設けられている。このベース電極１２は、ベース電極端縁部１２ａと、ベース電極本体部１２ｂと、から構成されている。
【００３９】
ベース電極端縁部１２ａは、ベース電極１２の外縁、すなわち、ベース電極１２の外形形状を確定する外側の縁に形成されている。また、このベース電極端縁部１２ａは、スルーホールやピンホールの内縁にも形成され得る。ベース電極本体部１２ｂは、ベース電極１２のうちの、ベース電極端縁部１２ａ以外の部分から構成されている。
【００４０】
ベース電極表面１２ｃは、ベース電極１２と上述の誘電体層１３との界面を構成する、ベース電極１２の図中上側の表面である。このベース電極表面１２ｃにおける、ベース電極端縁部１２ａに対応する部分は、図１に示されているように、側断面視にて、緩やかな勾配の斜面状に形成されている。すなわち、ベース電極端縁部１２ａの、誘電体層１３と対向する表面（ベース電極表面１２ｃ）は、図１に示されているように、側断面視にて、緩やかな勾配の斜面状に形成されている。
【００４１】
具体的には、基板表面１１ａにおけるベース電極１２が形成されていない部分とベース電極表面１２ｃの頂部（上述のアウター電極１４と対向する部分）との間を接続するように設けられた、ベース電極端縁部１２ａの前記表面が、６０度以下（より好ましくは３０度以下）の緩やかな勾配の斜面状の部分を有するように形成されている。換言すれば、基板表面１１ａにおける前記部分と、ベース電極表面１２ｃとの、の間に形成された角度が、９０度以上（鈍角）となるように、ベース電極端縁部１２ａが形成されている。
【００４２】
＜＜誘電体層＞＞
上述の誘電体層１３は、基板表面１１ａの上に、ベース電極１２を覆うように設けられている。この誘電体層１３は、誘電体材料から構成されている。
【００４３】
誘電体層１３の主成分を構成する前記誘電体材料としては、好適には、比誘電率が比較的高い（例えば１０００以上の）材料が用いられ得る。このような誘電体材料としては、例えば、チタン酸バリウム、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛等が用いられ得る。
【００４４】
誘電体層１３は、これらの誘電体材料を任意に組み合わせてなるセラミックスから構成され得る。また、誘電体層１３は、主成分として、これらの誘電体材料が５０重量％以上含まれたセラミックスから構成され得る。また、誘電体層１３は、上述した各種の誘電体材料やセラミックスに対して、さらに、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン等の酸化物その他の化合物（これらは適宜組み合わされ得る）を、適切に添加したものから構成され得る。
【００４５】
また、誘電体層１３を構成する誘電体材料としては、成膜後の熱処理において、結晶性が回復しやすいものが好ましい。たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）や、亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺＮ）とチタンジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の混合系などが好適である。
【００４６】
誘電体層１３は、誘電体粉末をエアロゾルデポジション法によって基板１１に噴射することで得られた成膜層を熱処理することによって形成されている。この誘電体層１３における、基板１１とベース電極１２と誘電体層１３とが互いに接触する三重点の近傍部である、三重点近傍部１３ａは、上述のベース電極端縁部１２ａと対向する位置に配置されている。
【００４７】
＜＜アウター電極＞＞
誘電体層１３の、基板１１と対向する表面と反対側の表面である、上側表面１３ｂの上には、導体膜からなるアウター電極１４が形成されている。アウター電極１４は、誘電体層１３を挟んでベース電極１２と対向するように設けられている。このアウター電極１４を構成する導体膜としては、例えば、上述のような、金属系材料、サーメット、炭素系材料、酸化物系材料等が用いられ得る。
【００４８】
この誘電体デバイス１０は、ベース電極１２とアウター電極１４との間に所定の波形の駆動電圧が印加されて、誘電体層１３に所定の駆動電界が印加されることで、駆動され得るように構成されている。
【００４９】
＜誘電体デバイスの製造方法＞
次に、本実施形態の誘電体デバイス１０の製造方法である、本発明の製造方法の実施形態について説明する。なお、以下の製造方法の説明にあたって、当該誘電体デバイス１０の各部を参照する際に、上述の図１における符号を適宜引用するものとする。
【００５０】
＜＜製造方法の第１の実施形態＞＞
図２は、本発明の製造方法の第１の実施形態の概略を示す流れ図である。図２に示されているように、本製造方法は、ペースト膜形成工程Ｓ２１０（Ｓはステップの略：以下同様）と、ペースト膜焼成工程Ｓ２２０と、成膜層形成工程Ｓ２３０と、熱処理工程Ｓ２４０と、を含むものである。ペースト膜形成工程Ｓ２１０及びペースト膜焼成工程Ｓ２２０は、本発明のベース電極形成工程を構成するものである。
【００５１】
まず、ペースト膜形成工程Ｓ２１０により、基板表面１１ａの上に、ベース電極１２の元となるペースト膜が形成される。このペースト膜は、主剤と添加物との混合物であるペーストを、基板表面１１ａの上に膜状に形成することによって得られる。前記主剤としては、金属ペーストが好適に用いられ得る。前記添加物としては、酸化物その他の無機成分が用いられ得る。この無機成分としては、後述するペースト膜焼成工程Ｓ２２０における加熱下でガラス化する成分が用いられ得る。例えば、ガラス微粒子や粘土が、この無機成分として好適に用いられ得る。
【００５２】
このペースト膜形成工程Ｓ２１０としては、スピンコート、スクリーン印刷、スプレー、コーティング、ディッピング、塗布、等の各種の厚膜形成法が好適に適用され得る。
【００５３】
次に、ペースト膜焼成工程Ｓ２２０により、上述のペースト膜が焼成（熱処理）される。この熱処理により、前記添加物が、前記ペースト膜の端部に移動する。そして、前記ペースト膜の端部に移動した前記添加物によって、ベース電極端縁部１２ａが形成される。また、熱処理を受けて溶剤等が適宜蒸散した前記主剤によって、ベース電極本体部１２ｂが形成される。
【００５４】
続いて、成膜層形成工程Ｓ２３０により、ベース電極１２を覆うように、基板表面１１ａの上に、上述の誘電体材料を含む成膜層が形成される。この成膜層形成工程Ｓ２３０は、基板１１に向けて、粉末状の前記誘電体材料を噴射することで、当該誘電体材料の成膜層を形成する工程である。かかる成膜層形成工程Ｓ２３０としては、いわゆるエアロゾルデポジション法が好適に用いられる。このエアロゾルデポジション法は、振動等を用いて粉末状の前記誘電体材料を気体中に分散させて煙のような状態（エアロゾル）にした後、このエアロゾルを、所定の減圧下の製膜室に搬送し、ノズルを通して基板１１上に噴射することで、上述の成膜層を得る方法である。
【００５５】
このエアロゾルデポジション法によれば、噴射された前記誘電体粉末が破砕されつつ成膜される。よって、当該成膜層の表面性状（表面粗さ等）が安定的に制御され得る。また、前記誘電体粉末の結晶構造が維持され且つ空孔の少ない、緻密な組織の前記成膜層が形成され得る。さらに、基板表面１１ａの上に、当該成膜層が、強固に固着される。
【００５６】
続いて、熱処理工程Ｓ２４０により、前記成膜層に対して熱処理が行われる。この熱処理によって前記成膜層の結晶性が回復することで、圧電特性等の、誘電体膜としての特性に優れた誘電体層１３が形成される。
【００５７】
さらに、アウター電極形成工程Ｓ２５０により、誘電体層１３の上に、アウター電極１４が形成される。このアウター電極形成工程Ｓ２５０も、上述のペースト膜形成工程Ｓ２１０及びペースト膜焼成工程Ｓ２２０と同様な方法で行われ得る。
【００５８】
＜＜製造方法の第２の実施形態＞＞
図３は、本発明の製造方法の第２の実施形態の概略を示す流れ図である。図３に示されているように、本製造方法は、ペースト膜形成工程Ｓ３１０と、ペースト膜焼成工程Ｓ３２０と、フィラー成分添加工程Ｓ３２２と、フィラー成分焼成工程Ｓ３２４と、成膜層形成工程Ｓ３３０と、熱処理工程Ｓ３４０と、を含むものである。ペースト膜形成工程Ｓ３１０、ペースト膜焼成工程Ｓ３２０、フィラー成分添加工程Ｓ３２２、及びフィラー成分焼成工程Ｓ３２４は、本発明のベース電極形成工程を構成するものである。
【００５９】
まず、ペースト膜形成工程Ｓ３１０により、基板表面１１ａの上に、ベース電極本体部１２ｂの元となる、金属ペーストの膜が形成される。この金属ペーストは、上述の第１の実施形態の製造方法における前記主剤に対応するものである。この金属ペーストの膜は、上述のペースト膜形成工程Ｓ２１０と同様の方法で行われる。
【００６０】
次に、ペースト膜焼成工程Ｓ３２０により、上述のペースト膜が焼成（熱処理）される。これにより、ベース電極本体部１２ｂが形成される。
【００６１】
続いて、フィラー成分添加工程Ｓ３２２により、ベース電極本体部１２ｂに、前記添加物に対応する成分を含んだ溶液を含浸させる。そして、フィラー成分焼成工程Ｓ３２４により、上述の溶液が含浸されたベース電極本体部１２ｂが熱処理される。この熱処理により、前記成分が、ベース電極本体部１２ｂの端部に移動する。そして、ベース電極本体部１２ｂの端部に移動した前記成分によって、ベース電極端縁部１２ａが形成される。
【００６２】
続いて、成膜層形成工程Ｓ３３０により、ベース電極１２を覆うように、基板表面１１ａの上に、上述の誘電体材料を含む成膜層が形成される。この成膜層形成工程Ｓ３３０は、上述の成膜層形成工程Ｓ２３０と同様の工程である。
【００６３】
続いて、上述の第１実施形態の製造方法と同様の熱処理工程Ｓ３４０により、前記成膜層に対して熱処理が行われる。この熱処理によって前記成膜層の内部応力が緩和されることで、緻密で特性に優れた誘電体層１３が形成される。さらに、上述の第１実施形態の製造方法と同様のアウター電極形成工程Ｓ３５０により、誘電体層１３の上に、アウター電極１４が形成される。
【００６４】
＜＜エアロゾルデポジション法による誘電体層の形成の具体例＞＞
図４は、図２に示されている成膜層形成工程Ｓ２３０や、図３に示されている成膜層形成工程Ｓ３３０において用いられ得る、エアロゾルデポジション装置６０の概略構成を示す図である。このエアロゾルデポジション装置６０は、成膜室７０と、エアロゾル供給部８０とを備えている。
【００６５】
成膜室７０は、真空容器７１と、ＸＹＺθステージ７２と、ノズル７３と、真空ポンプ７４とを備えている。真空容器７１は、その内部が所定の真空度に保たれ得るように構成されている。ＸＹＺθステージ７２は、真空容器７１内に基板１１を保持して任意の方向に基板１１を移動し得るように構成されている。ノズル７３は、真空容器７１内に固定されている。このノズル７３は、ＸＹＺθステージ７２に保持された基板１１上にエアロゾルを噴射し得るように構成されている。真空ポンプ７４は、真空容器７１内を上述のような所定の真空度に設定するために、当該真空容器７１内から空気を排気し得るように構成されている。
【００６６】
上述のエアロゾル供給部８０は、ノズル７３によって基板１１に噴射される原料粉末８１を、当該ノズル７３に供給し得るように構成されている。この原料粉末８１は、前記誘電体材料の粉末から構成されている。
【００６７】
このエアロゾル供給部８０は、エアロゾル化室８２と、圧縮ガス供給源８３と、圧縮ガス供給管８４と、振動撹拌部８５と、エアロゾル供給管８６と、制御弁８７とを備えている。
【００６８】
エアロゾル化室８２は、原料粉末８１を貯蔵し得る容器として構成されている。圧縮ガス供給源８３は、エアロゾル化室８２内にて原料粉末８１と混合されることで前記エアロゾルを生成させるためのキャリアガスを貯蔵し得るように構成されている。このキャリアガスとしては、圧縮空気の他、ヘリウム，アルゴンその他の希ガスや、窒素ガス等の不活性ガスが用いられ得る。圧縮ガス供給管８４は、圧縮ガス供給源８３から前記キャリアガスをエアロゾル化室８２に供給し得るように構成されている。振動撹拌部８５は、エアロゾル化室８２内にて原料粉末８１と前記キャリアガスを混合することで前記エアロゾルを生成させ得るように、エアロゾル化室８２に振動を与えるように構成されている。エアロゾル供給管８６は、エアロゾル化室８２内にて生成した前記エアロゾルをノズル７３に供給し得るように構成されている。制御弁８７は、エアロゾル供給管８６における前記エアロゾルの流量を調節することで、ノズル７３から基板１１への前記エアロゾルの噴射量を制御し得るように構成されている。
【００６９】
かかる構成を有するエアロゾルデポジション装置６０は、以下のように動作する。
【００７０】
原料粉末８１は、エアロゾル化室８２内で、振動撹拌部８５から受ける振動により、前記キャリアガスと激しく混合される。これにより、エアロゾル化室８２内にて、前記エアロゾルが生成される。このエアロゾルは流体のような挙動を示すので、制御弁８７が開かれた状態においては、エアロゾル化室８２と真空容器７１との圧力差によって、前記エアロゾルは真空容器７１に向かって流動し、ノズル７３を介して高速で基板１１に向けて噴射され得る。そして、制御弁８７を開いて、原料粉末８１を含んだ前記エアロゾルを基板１１に向けて噴射することで、基板１１上（正確には図１におけるベース電極１２上）に、誘電体層１３の元となる前記成膜層が形成される。
【００７１】
＜実施例＞
次に、本発明の誘電体デバイス及びその製造方法の好適な実施例について、比較例と対照しつつ説明する。なお、以下の実施例の説明にあたって、当該誘電体デバイス１０の各部や、上述の各実施形態における各工程を参照する際に、上述の図１ないし図４における符号を適宜引用するものとする。
【００７２】
以下の各実施例においては、基板１１として、厚さ１．１ｍｍのソーダガラス基板が用いられている。また、ベース電極１２は、１０ｍｍ×２０ｍｍの矩形状に形成されている。また、誘電体層１３を形成するための原料粉末８１として、市販のＰＺＴの粉末が用いられている。この誘電体層１３は、厚さが６〜８μｍに形成されている。
【実施例１】
【００７３】
実施例１の製造方法は、図２に示されている第１の実施形態の製造方法の実施例である。この実施例１においては、ペースト膜形成工程Ｓ２１０によって、市販の銀ペーストと市販のガラスペーストとの混合物からなるベース電極形成用ペーストの、厚さ４μｍの膜が、基板表面１１ａの上に形成される。このガラスペーストのガラス成分は、ホウ珪酸鉛ガラスから構成されている。このベース電極形成用ペーストは、銀に対するガラスの比率が、体積基準で２０％となるように調製されている。
【００７４】
続いて、ペースト膜焼成工程Ｓ２２０において、上述のペースト膜が、ベルト炉により、６００℃で焼成される。
【００７５】
エアロゾルデポジション法によって形成されたＰＺＴの前記成膜層は、熱処理工程Ｓ２４０にて、バッチ炉により、６００℃で０．５時間程度熱処理される。
【００７６】
この実施例１の製造方法によって形成された誘電体層１３における、三重点近傍部１３ａは、他の部分と同様に、きわめて緻密な組織を有している。そして、この部分におけるクラックは、発生しない。この三重点近傍部１３ａにおける組織の状態とクラックの有無とは、断面を走査電子顕微鏡で観察することによって確認され得る。
【００７７】
図５は、この実施例１の製造方法による、ベース電極１２及び誘電体層１３の形成の過程を模式的に示す側断面図である。また、図６は、比較例の製造方法による、ベース電極１２及び誘電体層１３の形成の過程を模式的に示す側断面図である。
【００７８】
図５における（ｉ）に示されているように、ペースト膜焼成工程Ｓ２２０によって、ガラス成分からなるベース電極端縁部１２ａが、銀からなるベース電極本体部１２ｂの端縁部に形成される。このベース電極端縁部１２ａは、ペースト膜焼成工程Ｓ２２０による加熱下でガラス化した前記ガラス成分がベース電極本体部１２ｂの端縁部に移動することによって形成される。このベース電極端縁部１２ａが形成される際に、上述のガラス成分は、基板１１に対して良好な濡れ性を示す。よって、ベース電極表面１２ｃにおける、ベース電極端縁部１２ａに対応する部分は、緩やかな斜面状に形成される。
【００７９】
このような形状のベース電極１２が形成された基板表面１１ａに対して、エアロゾルデポジション法によって前記誘電体粉末が噴射される場合、ベース電極表面１２ｃにおける、ベース電極端縁部１２ａに対応する部分が、前記誘電体粉末の噴射方向に対して正対することになる。すなわち、前記誘電体粉末の噴射方向について、ベース電極１２の端縁部に「影」が生じない。よって、図５における（ii）に示されているように、ベース電極１２の端縁部に対しても、前記誘電体粉末が、充分に噴射される。これにより、誘電体層１３における、上述の三重点近傍部１３ａは、他の部分と同様に、緻密な組織を有するように形成される。
【００８０】
これに対し、図６における（ｉ）に示されているように、ベース電極１２の端縁部に、鋭角的な凹部が形成されている場合、かかる凹部が、前記誘電体粉末の噴射方向について「影」となる。よって、この凹部に対応する位置には、図６における（ii）に示されているように、粗い組織からなる不完全成膜部１３ｃが形成されてしまう。このような不完全成膜部１３ｃが生じると、その後の熱処理工程（図２におけるステップＳ２４０）にて、基板１１、ベース電極１２、及び誘電体層１３の熱膨張率の差異による応力が、当該不完全成膜部１３ｃに集中する。この応力集中により、不完全成膜部１３ｃにクラックが生じ得る。
【実施例２】
【００８１】
実施例２の製造方法は、上述の実施例１におけるガラスペーストに代えて、コロイダルシリカのペーストが用いられている他は、上述の実施例１と、ほぼ同様である。この実施例２におけるベース電極形成用ペーストは、銀に対するシリカの比率が、体積基準で２０％となるように調製されている。
【００８２】
この実施例２の製造方法によって形成された誘電体層１３における、三重点近傍部１３ａも、上述の実施例１と同様に、クラックのないきわめて緻密な組織を有している。
【実施例３】
【００８３】
実施例３の製造方法は、上述の実施例１における銀ペーストに代えて、市販の銀レジネートが用いられている他は、上述の実施例２と、ほぼ同様である。この実施例３におけるベース電極形成用ペーストは、銀に対するシリカの比率が、体積基準で２０％となるように調製されている。また、この実施例３におけるペースト膜は、厚さが１μｍに形成されている。
【００８４】
この実施例３の製造方法によって形成された誘電体層１３における、三重点近傍部１３ａも、上述の実施例１や実施例２と同様に、クラックのないきわめて緻密な組織を有している。
【実施例４】
【００８５】
実施例４の製造方法は、図３に示されている第２の実施形態の製造方法の実施例である。この実施例４においては、ペースト膜形成工程Ｓ３１０によって、市販の銀ペーストの、厚さ４μｍの膜が、基板表面１１ａの上に形成される。
【００８６】
次に、ペースト膜焼成工程Ｓ３２０において、上述の銀ペースト膜が、ベルト炉により、６００℃で焼成される。これにより、銀からなるベース電極本体部１２ｂが形成される。
【００８７】
続いて、フィラー成分添加工程Ｓ３２２において、銀からなるベース電極本体部１２ｂが、コロイダルシリカのペーストで含浸される。
【００８８】
さらに、フィラー成分焼成工程Ｓ３２４において、コロイダルシリカのペーストで含浸されたベース電極本体部１２ｂが熱処理される。これにより、図５に示されているように、シリカからなるベース電極端縁部１２ａが形成される。
【００８９】
その後、上述の各実施例と同様に、成膜層形成工程Ｓ３３０においてＰＺＴの成膜層が形成され、この成膜層が、熱処理工程Ｓ３４０にて、バッチ炉により、６００℃で０．５時間程度熱処理される。
【００９０】
この実施例４の製造方法によって形成された誘電体層１３における、三重点近傍部１３ａも、上述の各実施例と同様に、クラックのないきわめて緻密な組織を有している。
【００９１】
＜＜比較例＞＞
これに対し、図６における（ｉ）に示されているように、市販の銀ペーストの厚さ４μｍの膜、又は、市販の銀レジネートの厚さ１μｍの膜を焼成した後に、前記誘電体粉末を噴射して熱処理することで、誘電体層１３を形成した場合、図６における（ii）に示されているように、不完全成膜部１３ｃが形成される。この不完全成膜部１３ｃには、クラックが発生する。
【００９２】
＜実施形態及び実施例による効果＞
以上に説明したように、本実施形態の誘電体デバイス１０においては、基板表面１１ａにおけるベース電極１２が形成されていない部分とベース電極表面１２ｃの頂部との間を接続するように設けられた、ベース電極端縁部１２ａの前記表面が、６０度以下（より好ましくは３０度以下）の緩やかな勾配の斜面状の部分を有するように形成されている。具体的には、基板表面１１ａにおける前記部分と、ベース電極表面１２ｃにおけるベース電極端縁部１２ａに対応する部分との間に形成された角度が、９０度以上となるように、ベース電極１２が形成されている。
【００９３】
かかる構成によれば、誘電体層１３を形成するための熱処理工程の際の、基板１１とベース電極１２と誘電体層１３を構成する前記誘電体材料との熱膨張率の差異に起因する、ベース電極端縁部１２ａの近傍における誘電体層１３内の応力集中の発生が、効果的に抑制され得る。特に、誘電体層１３をエアロゾルデポジション法で形成した場合に、ベース電極端縁部１２ａの近傍における、粗い組織の部分（図６における不完全成膜部１３ｃ参照）の発生が、効果的に抑制され得る。
【００９４】
したがって、本実施形態の誘電体デバイス１０によれば、誘電体層１３を形成するための熱処理工程の際の、誘電体層１３内のクラックの発生が、効果的に抑制され得る。
【００９５】
また、上述の各実施形態及び各実施例の製造方法によれば、エアロゾルデポジション法によって形成された優れた特性を有する誘電体層１３を備えた、誘電体デバイス１０を、歩留まり良く製造することができる。
【００９６】
＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態及び実施例は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態及び実施例を、単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態や実施例に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態や実施例に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。
【００９７】
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態や実施例にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部材に対しては、上述の実施形態や実施例と同様の符号が付されているものとする。そして、かかる部材の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態や実施例における説明が援用され得るものとする。
【００９８】
もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたもの限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
【００９９】
本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態、実施例、及び下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない（このような限定解釈は、先願主義の下で出願を急ぐ出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、発明の保護及び利用を目的とする特許法の目的に反し、許されない。）。
【０１００】
（ｉ）本発明の適用対象は、上述のような、電子放出素子や圧電アクチュエータに限定されない。本発明は、例えば、ＳＡＷフィルタ等のセラミックスフィルタや、圧電ブザーや、圧電型振動ジャイロや、圧電型マイクや、各種の圧電型センサや、ローゼン型の圧電トランス、等にも好適に適用され得る。
【０１０１】
（ii）基板１１の材質としては、ガラスやセラミックスの他に、金属も用いられ得る。
【０１０２】
（iii）ベース電極端縁部１２ａは、ベース電極本体部１２ｂと同材質で一体に構成されていてもよい。具体的には、例えば、ベース電極１２が、低融点の金属（亜鉛や金等）から構成されている場合、当該ベース電極１２を熱処理することで、当該低融点金属からなるベース電極端縁部１２ａが簡易な工程で形成され得る。
【０１０３】
なお、この場合、上述の低融点金属に対して基板表面１１ａが良好な濡れ性を示すように、当該基板表面１１ａに対してプラズマ処理等の各種の表面処理が行われることが好適である。
【０１０４】
（iv）ベース電極１２を形成するための上述のベース電極形成用ペーストにおいて、ベース電極本体部１２ｂを構成する材質（金属等）に対する、前記添加物の割合は、体積基準で、０．１〜２０％であればよい。
【０１０５】
（ｖ）ベース電極１２の形状には、特段の限定はない。例えば、ベース電極１２は、櫛状その他のパターン状に形成されていてもよい。あるいは、ベース電極１２は、複数のアウター電極１４と対向する共通電極として形成されていてもよい。
【０１０６】
（vi）誘電体層１３には、圧電効果、圧電逆効果、分極反転等の、誘電体薄膜としての性質を損なわない程度に、金属が分散されていてもよい。この金属としては、例えば、銀、銅、金、白金等が用いられ得る。特に、低融点で且つ酸化されにくい、金、銀等が、好適に用いられ得る。
【０１０７】
かかる構成によれば、前記金属が、前記誘電体材料のマトリックス内にて分散されることで、誘電体層１３の誘電率が高くなる。なお、この場合、金属の含有率が、当該誘電体層１３の全体として、体積比率で１０％以下となるように、当該誘電体層１３が形成されていることが好適である。
【０１０８】
ここで、誘電体層１３に対する金属の混入もまた、エアロゾルデポジション法によって行われることが好適である。すなわち、原料粉末８１として、前記誘電体材料の粉末と前記金属の微粒子との混合物からなるエアロゾルを基板１１上に噴射することで、延性を有する前記金属の微粒子が固着剤の役割を果たす。よって、基板１１上の成膜性が向上する。
【０１０９】
さらに、誘電体層１３は、その厚さ方向について、前記金属の含有率が一様でない分布を有するように構成されていてもよい。すなわち、誘電体層１３は、前記金属の含有率が、ベース電極の近傍部とアウター電極の近傍部とで異なるように構成されていてもよい。
【０１１０】
（vii）その他、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態・実施例や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能な、いかなる構造をも含む。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の一実施形態の誘電体デバイスを拡大した断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の誘電体デバイスの製造方法の概略を示す流れ図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の誘電体デバイスの製造方法の概略を示す流れ図である。
【図４】図２及び図３に示されている成膜層形成工程において用いられ得る、エアロゾルデポジション装置の概略構成を示す図である。
【図５】実施例の製造方法による、ベース電極及び誘電体層の形成の過程を模式的に示す側断面図である。
【図６】比較例の製造方法による、ベース電極及び誘電体層の形成の過程を模式的に示す側断面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０…誘電体デバイス    １１…基板              １１ａ…基板表面
１２…ベース電極      １２ａ…ベース電極端縁部  １２ｂ…ベース電極本体部
１２ｃ…ベース電極表面  １３…誘電体層          １３ａ…三重点近傍部
１３ｂ…上側表面        １３ｃ…不完全成膜部    １４…アウター電極
６０…エアロゾルデポジション装置                ７０…成膜室
８０…エアロゾル供給部  ８１…原料粉末          ８２…エアロゾル化室
８５…振動撹拌部
【図１】
2007288063.tif 000003
【図２】
2007288063.tif 000004
【図３】
2007288063.tif 000005
【図４】
2007288063.tif 000006
【図５】
2007288063.tif 000007
【図６】
2007288063.tif 000008