KRYSTAL株式会社

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選ばれる理由

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素材の進化が
限界突破へ導く

素材の進化が限界突破へ導く

弊社は、MEMS向け成膜事業を行ってきました。MEMSは、自動車や情報・通信機器など、すでに多くの製品・場所で使用されています。特に圧電薄膜による圧電MEMSは、それまでのMEMSに比べて小型化・高機能化が進み、その用途も拡大しています。
これまで培ってきた成膜技術に加え、圧電薄膜の単結晶化によって、より汎用性の高い、高電圧の圧電MEMSの開発・製造が可能となりました。単結晶化技術がお客様の課題を克服し、これまで不可能とされてきた機能を実現します。

KRYSTALの単結晶

KRYSTALの単結晶

単結晶化技術の最大の特徴は、広いプロセスマージンであり、それを支えるキーテクノロジーが独自のバッファー層です。バッファー層が自ら形状変化することにより、基板と圧電薄膜の結晶格子のズレを補正し、残留応力の少ない単結晶化を実現させています。さらに、高度なプラズマ制御により、同一組成の材料であっても、用途に合わせた特性のチューニングを可能としています。
基本的な膜構成で作製された圧電体は、以下の特徴を持ちます。

  • ① シリコン(Si)基板から連続的な単結晶構造を維持し、圧電薄膜の厚さに左右されず、単結晶構造を反映している。
  • ② Cube on Cube構造となり、サイコロが回転せずに重なった結晶構造を持つ。
  • ③ ルテニウム酸ストロンチウム(SRO)上の圧電薄膜の結晶欠陥が少なく、サブミクロン(1ミクロン以下)厚でも正常に動作する。

これらの特徴は圧電体として知られるジルコン酸チタン酸鉛(PZT)だけでなく、チタン酸バリウム(BTO)をはじめ、多くの材料に適応できます。原材料のSi基板は一般的な(100)配向品を標準としていますが、他の配向でも以下の特徴を持ちます。

  • ④ Si基板の配向<(110)や(111)>を変えることで、上層の膜配向もそれを引き継ぐことが可能であり、材料に最適な組み合わせを提供できる。

これらのプラットフォームを提供し、お客様にとって最適な組み合わせを提案します。

MEMS

MEMS

微小で三次元的構造を持つMEMSは、世界的にすでに多くの場所で使用されており、拡大の一途をたどっています。これまでは静電方式が主流でしたが、近年はより高い特性を達成できる圧電薄膜を使ったMEMSデバイス(圧電MEMS)の採用が進んでいます。圧電MEMSは、圧電薄膜がデバイスの特性を大きく左右します。圧電薄膜に単結晶を使用することにより、さらに高いデバイス特性を引き出すことが可能になります。

KRYSTALの作る単結晶PZT

KRYSTALの作る単結晶PZT

弊社が提供するプラットフォームの一つがジルコン酸チタン酸鉛(PZT)薄膜です。圧電薄膜としてもっとも高性能、かつ応用分野の広い素材の一つとして注目されています。これまで単結晶化の研究報告はされていたものの、生産性と安定性を両立し、事業化できたのは弊社だけです(2020年5月現在)。さらに用途に合わせた、特性の異なるラインナップ化も実現しました。お客様の圧電MEMSの展開に最適なソリューションをお届けします。

KRYSTALの単結晶PZTの特長
KRYSTALの単結晶PZTの特長

作成したPZT薄膜の大きな特徴として、以下が挙げられます。

  • ① 単結晶薄膜である。
  • ② 成膜直後での初期分極を保持している。
  • ③ 耐熱性が高く、リフロー温度(450℃)でも脱分極しない。
  • ④ 多結晶体と比較して、同様の変位量に対し、誘電率が半分以下である。

この特徴を活かし、特性の異なる2種類の標準膜を用意しています。

  1. 1.センサー仕様
    高いc軸配向性を持ち、誘電率を140以下まで下げることで歪みによる発生電荷量を向上させています。
    圧電効果を用いた使い方にマッチングするように設計しています。
  2. 2.アクチュエーター仕様
    高いd定数と耐電圧、低い誘電率のバランスを取った仕様です。
    逆圧電効果を用いた使い方にマッチングするように設計しています。

弊社の強みはプラズマ制御による膜特性のカスタマイズです。これらの標準膜を評価していただいた上でお客様に最適なPZTソリューションを提供します。

KRYSTALの薄膜技術

これまでのDLC成膜で培ったプラズマ制御技術と無機結晶制御技術とを融合させ、合成が極めて難しいとされた単結晶PZTの製法を確立しました。様々な半導体プロセスに適応でき、加えて既存多結晶材料と比較して著しく高い特性を示します。

単結晶化技術のメカニズム

弊社の単結晶化技術のキーテクノロジーは、バッファー層のうち、特にジルコニアの持つ形状にあります。プラチナやジルコニアの界面では、微小なピラミッド(ナノピラミッド)構造が形成され、連続的かつ規則的に並んでいます。その理由として、Tetragonal(正方晶系)構造のジルコニアが、P42/nmcの空間群に分類される Ditetragonal-dipyramidal(正方晶系)構造をとりながら結晶成長するためと考えられています。
このナノピラミッド構造は、圧電材料の結晶格子に合わせて、自ら格子を変化させる「可変するピラミッド」として振舞います。弊社では実際に、異なる圧電材料を成膜する際に、構造が変化していることを確認しています。一般的には、格子整合を目的としてバッファー層が使用されますが、弊社技術ではバッファー層そのものが上下の膜に合わせて変化することにより、自然に配向が制御されるのです。ナノピラミッド構造のおかげで、より幅広いプロセスへ対応できるようになり、結果、様々な材料の単結晶化が可能になりました。

アドバンストマテリアルテクノロジーズ株式会社

アドバンストマテリアルテクノロジーズ株式会社

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