複合結構物的製造方法、除雜處理設備、成膜設備、複合結構物和原料粉末的製作方法

2023-05-28 09:12:01

專利名稱：複合結構物的製造方法、除雜處理設備、成膜設備、複合結構物和原料粉末的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過採用氣溶膠沉積法來製造複合結構物的方 法，其中所述的氣溶膠沉積法是通過向基底噴射原料粉末從而使原料
粉末沉積在基底上的方法，本發明還涉及在複合結構物的製造方法中 使用的除雜處理設備和成膜設備。此外，本發明還涉及採用複合結構 物製造方法製成的複合結構物，以及在複合結構物的製造方法中使用 的原料粉末。
背景技術：
近年來，在微電機械系統(MEMS)領域中， 一直盛行對通過成 膜技術製造含有功能性材料(例如電子陶瓷)的諸如介電材料、壓電 材料、磁性材料、熱電材料和半導體材料之類的元件的研究，其中所 述功能性材料是通過對其施加電壓而產生預定功能的。
例如，為了能夠在噴墨印表機中進行高清晰度和高品質的列印， 必須使噴墨頭的噴墨嘴小型化並高度一體化。因此，還必須使驅動各 個噴墨嘴用的壓電傳動裝置同樣小型化和高度一體化。在這種情況下， 能夠形成薄層而不是大塊材料、並且能夠形成精細圖案的成膜技術是 有利的。
近來，作為一種成膜技術，已知為用於形成陶瓷膜、金屬膜等的 技術的氣溶膠沉積法(在下文中稱為"AD法")受到了關注。AD法 是這樣一種成膜方法將原料形成的粉末(原料粉末)分散於氣體中
(氣溶膠化)並通過噴嘴將其噴向基底，從而使原料沉積在基底上。 此處，氣溶膠是指懸浮於氣體中的固體微粒或液體微粒。AD法也可以 稱作"噴射沉積法"或者"氣體沉積法"。
作為相關技術，日本專利申請公開JP-P2002-235181A (第2頁)
公開了一種複合結構物的製造方法，該方法包括在對脆性材料微粒 施加內部應變的步驟之後，使施有內部應變的脆性材料微粒與基底材 料表面高速碰撞，以便通過碰撞的衝擊使脆性材料微粒變形或者破碎， 從而通過由脆性材料微粒變形或破碎而產生的新形成的活性表面將微 粒重新結合在一起，由此在脆性材料和基底材料的界面部位形成了由 多晶脆性材料構成的錨接部分(其中該錨接部分的一部分嵌入基底材 料的表面內)，接著在該錨接部分上形成了由多晶脆性材料構成的結 構物。
如專利文獻JP-P2002-235181A所描述的，根據AD法，由於存在 錨接部分，使得基底與該基底上形成的結構物牢固緊密地接觸。另外， 在碰撞時所產生的新形成的活性表面上使微粒結合的成膜機理被稱作 機械化學反應。因為根據AD法能夠形成緻密且牢固的膜，所以期望
施加有多種功能性膜的裝置的性能能夠得到改善。
另外，日本專利申請公開JP-P2005-36255A (第1、 6、 8和11頁)
公開了一種複合結構物的製造方法，該方法包括以下步驟在減壓氣 氛中對脆性材料微粒進行能量照射(例如等離子體照射或者微波照 射)，然後將經能量照射的脆性材料微粒用氣體分散而形成的氣溶膠 通過噴嘴噴向基底材料，從而使得氣溶膠與基底表面碰撞而使微粒破 碎和變形，並由於該碰撞衝擊使微粒結合在基底上，由此在基底材料 上形成了由上述微粒的構成材料形成的結構物。
在專利文獻JP-P2005-36255A (第11頁)中，為了使與基底等碰 撞後的微粒牢固地結合，可通過在氣溶膠化之前對微粒進行等離子體 等能量照射，以除去附著在微粒表面上的含有物理吸附水或化學吸附 水(與微粒表面的羥基等形成氫鍵結合的水分子)的雜質和有機物， 來使微粒表面活化。結果還可以防止雜質混合物進入到所形成的結構 物中。另外，專利文獻JP-P2005-36255A (第6頁和第8頁)還公開了 為了提高結構物的形成速度而使得在雜質被除去後便通過使用水蒸氣 發生裝置在微粒表面上形成化學吸附層。
順便提及，當根據AD法來製造諸如PZT (鋯鈦酸鉛)之類的壓 電材料時，因為壓電材料原本不具有充分的電性質，所以必須在成膜
後對壓電材料進行熱處理(後退火)。其原因在於壓電材料表現為其 晶體粒徑越大，壓電性質越好，而熱處理會促使晶粒生長。晶體粒徑
和壓電性能的關係在Kikuchi等人的"Photostrictive Characteristics of Fine-Grained PLZT Ceramics Derived from Mechanically Alloyed Powder"(日本陶瓷學會雜誌，2004年第112巻第10期第572-576
頁)中有所描述。
然而，當在預定的溫度(一般是比成膜溫度更高的溫度)下對根 據AD法形成的膜(即AD膜)進行熱處理時，儘管存在錨接部分，但 有時膜還是會與基底分離。或者，在熱處理時有時候會發生所謂的"隆 起"現象，該"隆起"是由於膜發生部分膨脹而造成的。
儘管後退火對於提高壓電材料的電性質是重要的，但是當發生這 種現象時，所形成的膜就不能用作壓電材料。因此，通常不能(例如) 在高溫(例如IOO(TC)下對AD膜進行熱處理，也不能使PZT的粒徑 大於500nm。

發明內容
因此，考慮到上述問題，本發明的第一個目的是提供一種根據AD 法的複合結構物的製造方法，在該方法中，當對在基底上形成的膜進 行熱處理時，能夠抑制膜的分離或者抑制膜發生隆起現象。另外，本 發明的第二個目的是提供一種在所述的複合結構物的製造方法中使用 的除雜處理設備和成膜設備。此外，本發明的第三個目的是提供一種 通過採用所述的複合結構物的製造方法而製成的複合結構物，以及在 所述的複合結構物的製造方法中使用的原料粉末。
為了達到所述的目的，根據本發明的一個方面的複合結構物的制 造方法包括下述步驟(a)將由無機材料形成的原料粉末用氣體分散， 從而使原料粉末氣溶膠化；(b)對原料粉末進行處理以減少原料粉末 所附著的或者原料粉末所含有的雜質的量，該雜質能夠通過加熱而產 生氣體；和(c)向基底噴射氣溶膠化的原料粉末，使得原料粉末與下 層發生碰撞，由此使微粒結合以使原料粉末沉積，並直接或者間接地 在基底上形成多晶結構物，其中所述的微粒具有在碰撞時因原料粉末
變形和/或破碎而新形成的活性表面。
根據本發明一個方面的除雜處理設備包括氣溶膠生成裝置，用 於將原料粉末用氣體分散，從而使原料粉末氣溶膠化；處理裝置，用 於對通過氣溶膠生成裝置而氣溶膠化的原料粉末進行處理，以減少原 料粉末上所附著的或者所含有的雜質的量，其中所述雜質能夠通過加 熱而生成氣體。
根據本發明一個方面的成膜設備包括上述除雜處理設備；以及 噴射嘴，用於將通過所述處理裝置處理得到的氣溶膠化的原料粉末噴 向基底，從而將原料粉末沉積在基底上。
根據本發明一個方面的複合結構物包括基底；以及多晶結構物， 該多晶結構物是通過以下過程在基底上直接或間接形成的根據氣溶 膠沉積法，將由無機材料形成的原料粉末噴向基底以使原料粉末與下 層碰撞，由此使顆粒結合以使原料粉末沉積，其中所述的顆粒具有在 碰撞時由於原料粉末的變形和/或破碎而新形成的活性表面，所述多晶
結構物含有以重量計不超過100 ppm的碳作為雜質或者所述多晶結構 物的平均晶體粒徑大於500 nm。
根據本發明一個方面的原料粉末是這樣的原料粉末根據氣溶膠
沉積法，將該原料粉末噴向基底並使其沉積在該基底上，其中所述原
料粉末含有無機材料，以及以重量計不超過100 ppm的碳作為雜質。
根據本發明，根據AD法通過使用雜質(其中所述雜質能夠通過 加熱而產生氣體)含量少於預定值的原料粉末來形成所述膜，因此加 熱時可以減少從膜內部產生的氣體的量。於是，在對膜進行熱處理時 能夠抑制膜的分離或者"隆起"現象。從而能夠以高產率製造緻密型 高品質膜。
附圖簡要說明
考慮以下詳細描述和相關附圖，本發明的優點和特點將變得顯而 易見。在這些附圖中，相同的參考標號表示相同的組成元件。

圖1是示出根據本發明第一實施方案的成膜設備的示意圖； 圖2是示出由圖1所示成膜設備製成的複合結構物的剖視圖3A和3B是示出當採用固相燒結方法來製造陶瓷時的樣品結構 的示意圖4A和4B示出通過採用用於固相燒結的PZT原料粉末(只進行 乾燥處理)而製成的PZT膜在熱處理前和熱處理後的外觀照片；
圖5A和5B示出在由圖4A和圖9A顯示的PZT膜樣品中產生的 C02的量的對比；
圖6示出市售的原料粉末的GC-MS分析結果；
圖7示出僅經過乾燥處理的原料粉末與經脫碳處理的原料粉末所 產生的C02的量的比較；
圖8示出經脫碳處理的原料粉末的GC-MS分析結果；
圖9A和9B示出由採用經脫碳處理的PZT原料粉末製成的PZT 膜在熱處理前和熱處理後的外觀照片；
圖10示出對採用烴基化合物的含量不同的PZT原料粉末製成的 AD膜進行熱處理試驗的結果；
圖ll示出根據本發明第一實施方案的複合結構物製造方法製成的 PZT膜的靜電特性；
圖12示出採用根據本發明第一實施方案的複合結構物的製造方法 製成的PZT膜(a)和採用常規方法製成的PZT膜(b)的X射線衍射 結果；
圖13示出採用根據本發明第一實施方案的複合結構物的製造方法 製成的PZT膜(a)和採用常規方法製成的PZT膜(b)的透光特性；
圖14是採用根據本發明第一實施方案的複合結構物的製造方法制 成的PZT膜(a)與採用常規方法製成的PZT膜(b)的透明度的對比 照片；
圖15是示出圖1所示的脫碳處理單元的第一構造例子的示意圖； 圖16是示出圖1所示的脫碳處理單元的第二構造例子的示意圖； 圖17是示出圖1所示的脫碳處理單元的第三構造例子的示意圖； 圖18是示出圖1所示的脫碳處理單元的第四構造例子的示意圖； 圖19是示出在根據本發明第三實施方案的複合結構物的製造方法 中使用的脫碳處理設備的結構的示意圖；以及
圖20是示出採用圖l所示的成膜設備製成的複合結構物的修改例 的剖視圖。
本發明的最佳實施方式
圖1是示出採用根據本發明第一實施方案的複合結構物的製造方 法的成膜設備的示意圖。該成膜設備具有氣溶膠產生單元和成膜單元。 如圖1所示，氣溶膠產生單元包括氣溶膠產生室1、振動臺2、升氣嘴 3和壓力調節氣嘴4。成膜單元包括成膜室7、排氣管8、噴射嘴9和 基底臺10。另外，成膜設備還具有氣溶膠輸送管5和設置於氣溶膠產 生單元和成膜單元之間的脫碳處理單元6。氣溶膠輸送管5和脫碳處理 單元6以及氣溶膠產生單元一起構成除雜處理設備。
在氣溶膠產生室1內，產生氣溶膠。另外，氣溶膠產生室1被安 裝在振動臺2上，該振動臺以預定的頻率振動，以便攪拌氣溶膠產生 室1內的原料粉末20。
用於提供載氣的壓縮氣罐與升氣嘴3連接。升氣嘴3將壓縮氣罐 所提供的氣體噴射到氣溶膠產生室1內，從而產生旋流。由此，置於 氣溶膠室1內的原料粉末20被升起並分散，由此被氣溶膠化。
另一方面，用於供入載氣(用於調節氣溶膠室1內的壓力)的壓 縮氣罐與壓力調節氣嘴4連接。通過調節起調節壓力作用的氣體的流 速來控制氣溶膠產生室1內的壓力，使氣溶膠產生室1內所產生的氣 流(上升氣體)的速度得到控制。
作為由升氣嘴3和壓力調節氣嘴4供入的載氣，例如，可以使用 氧氣(02)和氦氣(He)的混合氣體。可供選用的其它方式是，用氮 氣(N2)、氬氣(Ar)或者乾燥的空氣來代替氦氣。
氣溶膠輸送管5將氣溶膠產生室1內的氣溶膠化的原料粉末經脫 碳處理單元6輸送到設置於成膜室7內的嘴9處。
脫碳處理單元6對應於用於減少氣溶膠化的原料粉末中所附著的 或者所包含的雜質的處理裝置。具體而言，作為本實施方案中的除去 目標的雜質是碳(C)或者一種或多種含碳化合物。這是因為此類材料 能夠在加熱時產生C02氣體。含碳化合物包括烴基化合物，例如C2。H42、
C2oH4o、 。221146和C24H5。所述烴基化合物可以是飽和的也可以是不飽
和的。另外，對在一個分子中所含有的碳數沒有特別限定。脫碳處理 單元的結構將在下文中詳細說明。
成膜室7內的空氣是通過與排氣管8相連的排氣泵排除的，由此 可以保持預定的真空度。
噴射嘴9具有形狀和大小預定的開口，並且以高速將由氣溶膠產 生室1產生的、經氣溶膠輸送管5供入的氣溶膠由該開口噴向基底30。
其上固定有基底30的基底臺10是可以以三維方式移動的臺子， 以用於控制基底30和噴射嘴9之間的相對位置和相對速度。通過調節 相對速度，可以控制一次往復運動所形成的膜的厚度。
在這種成膜設備中，原料粉末20被放置在氣溶膠產生室1內，並 且基底30被設置在基底臺10上並被保持在預定的成膜溫度。然後， 驅動成膜設備，使得在由噴射嘴9噴射氣溶膠的同時，基底30以預定 速度移動。由此，如圖2所示，原料粉末與基底30以及預先沉積在基 底上的結構物碰撞，在碰撞時由於原料粉末變形和/或破碎而新形成的 表面上顆粒結合在一起，從而使原料粉末沉積在基底上。另外，取決 於基底30的材料(例如在金屬基底等的情況下)，有時候原料粉末會 嵌入基底內從而形成錨接部分。結果，在基底30上形成結構物(膜) 40。
另外，如此製得的結構物40可以與基底30 —起進行熱處理，或 者將其從基底30上分離下來再進行熱處理。由此，可以促進晶粒在結 構物40內的生長。
接著，對作為本發明第一實施方案的複合結構物製造方法的特徵 的脫碳處理進行詳細說明。
在通常用作陶瓷成型體的製造方法的固相燒結過程中，使用了亞 微米級陶瓷原料粉末。儘管在製造過程中陶瓷原料粉末不可能避免有 機汙染，但是在所述的固相燒結法中有機汙染並不是大問題。
其原因如下。在固相燒結過程中，首先，通過壓緊原料粉末來制 造成型體，即壓粉體。就這一點而言，通常使用有機粘結劑，以便使 壓粉體具有較好的成型性。圖3A是壓粉體的放大圖。如圖3A所示，
在壓緊的原料粉末之間存在孔。這些孔是將壓粉體的內部和外部連通 起來的開放孔。
然後將壓粉體在約500'C到80(TC下進行熱處理。由此，在壓粉體
內存在的有機物質發生熱分解並蒸發，從而通過開放孔逸出到壓粉體 的外部。這就是所謂的脫脂過程。 一般來說，在燒結步驟中的升溫過 程也作為脫脂步驟。
另外，在較高溫度下對壓粉體進行熱處理(燒結)。由此，如圖
3B所示，進行原料粉末的燒結。在普通PZT的情況下，從大約80(TC 開始燒結並且在大約120(TC時完成燒結。
由此，在採用固相燒結的情況下，原料粉末中存在的大部分有機 汙染物成分和油脂成分(例如粘結劑)在脫脂步驟中轉變為二氧化碳
(C02)氣體並逸出到樣品的外部。
另一方面，在AD膜中，是通過室溫衝擊固化現象而形成該膜的， 其中所述的室溫衝擊固化現象是在由於原料粉末與下層發生碰撞而新 形成的表面上顆粒相結合的現象。因此，膜的性質是非常緻密的，並 且可以想像到在膜上幾乎不存在將膜內部和外部連通起來的氣孔(開 放孔)。因此，例如，即使在80(TC或更高的溫度下對AD膜進行熱處 理(後退火)、並且殘留在AD膜內的有機材料燃燒並生成諸如C02 之類的氣體時，由於這些氣體不能逸出到AD膜的外部，所以在AD膜 內仍形成氣孔(密封孔)。接著，隨著退火溫度的升高，這些氣孔的 體積增大，進而在AD膜內形成"隆起"(在樣品的一部分上產生的 不正常的體積膨脹)。或者，當在基底和膜之間的界面處形成所述氣 孔時，膜就會從基底上分離下來。
此處，圖4A示出了採用AD法在基底上形成厚度為約500 pm的 PZT膜的外觀。作為基底，使用了其上形成有氧化鈦(Ti02)膜和鉑
(Pt)膜的、經氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)基底(Pt/ Ti02/YSZ基底)。 另外，使用用於一般固相燒結法的市售PZT原料粉末(例如，在190 "C下乾燥)作為在AD法中使用的原料粉末。沒有對該原料粉末進行 以下所討論的脫碳處理(例如在80(TC熱處理約10分鐘)等。另外， 在採用AD法來成膜時將基底溫度設定為約600°C。
另一方面，圖4B示出了圖4A所示的PZT膜(具有基底)在約 IOOO'C下在空氣中熱處理約3小時後的外觀。如圖4B所示，由於熱處 理而在PZT膜的內部形成了隆起。至此，可以認為，該隆起是在AD 膜中由特徵性成膜機制而產生的現象。
因此，為了檢測AD膜在熱處理時產生的氣體成分，本申請的發 明人對通過採用用於固相燒結的PZT粉末而製成的AD膜(參見圖4A) 進行了氣體分析(TPD-MS法)。
此處，在乾燥處理後用於固相燒結的PZT粉末中所含有的碳的量 為160ppm。基於通過以下方法而獲得的值來計算碳的量，所述方法為 根據非分散紅外吸收法，測量當PZT粉末在高頻電磁感應加熱爐中燃 燒時所產生的C02氣體的量。
按照以下方式進行分析。也就是說，將PZT膜樣品放置在設置於 所述室內的Pt舟皿上，並在高純度的氦(He)氣流以40cc/分鐘的速 度流過的同時將溫度以2(TC/分鐘的速度升至約100(TC，將溫度在1000 'C下保持約5分鐘，然後冷卻至室溫。使用質譜儀對該過程中產生的 氣體進行連續測定。使用由ANELVA株式會社製造的AGS-7000型質 譜儀作為質譜儀。儘管對具有基底的AD膜進行了分析，但是在進行 該分析的溫度範圍內，基底成分對分析幾乎不產生影響，這是因為 Pt/Ti02/YSZ基底的耐熱性較高。
圖5A和圖5B所示的曲線(1)表示由圖4A所示的樣品產生的 C02氣體的產生模式作為對該樣品進行TPD-MS分析的結果。此處， 圖5A和圖5B中的橫軸表示在TPD-MS分析過程中的溫度變化。此外 縱軸的單位(C02氣體產生模式的強度)為任意單位(a.u.)。圖5A 和圖5B只是在縱軸的數值範圍上是不同的。也就是說，圖5A表示縱 軸在3000 a.u.範圍內的強度，而在圖5B表示縱軸在60 a.u.範圍內的強 度。曲線(2)將在下文中說明。
如圖5B所示，在溫度為大於或等於80(TC的區域內，由PZT膜樣 品產生的C02氣體的量較多，其中所述的PZT膜樣品是使用了只經過 乾燥處理的原料粉末而形成的。另外，如圖5A所示，當溫度超過900 "C時，PZT膜多次產生大量的C02氣體。由該事實發現，隆起是由於
由PZT膜內產生的c02氣體所形成的孔的體積發生膨脹的結果。此外， 也可以解釋為，c02氣體從不再能夠承受內壓的部分相繼地釋放出來。
如圖4B所示，在經過氣體分析後的PZT膜樣品中形成了多個大 小不同的隆起。考慮到以上的分析結果，可以認為當膜溫度達到約800 'C時就開始出現這些隆起。
響應於得出的這些結果，為了找出引起c02產生的成分，本申請 的發明人決定採用GC-MS (氣相色譜-質譜)法來檢測附著在原料粉末 (在製造PZT膜過程中使用)的表面上或者包含在原料粉末內部的物 質。此處，GC-MS是將氣相色譜儀與質譜儀相結合而構成的，是一種 既能夠通過氣相色譜儀來對混合物進行分離又能夠通過質譜儀進行定 性的分析儀。也就是說，通過氣相色譜儀將混合物樣品分離成多種物 質，再將這些物質直接引入質譜儀，從而對這些物質的種類進行鑑定。 在所述的試驗中，使用了 JEOL株式會社製造的JMS-700Mstation質譜 儀。
按照以下方式進行分析。首先，將沒有經過特殊處理的市售原料 粉末用己烷洗滌，濃縮己烷，然後用GC-MS儀器進行分析。原料粉末 中所包含的碳的量是採用PD-MS分析單獨測量的，其值為約150ppm。 PD-MS分析方法和該方法所用的儀器與上文所述那些相同。
圖6示出了分析結果。如圖6所示，已經發現烴基化合物(例如 C20H42、 C2H4、 C22H4^p C24H5q)附著在原料粉末(樣品A)的表面 上。在本發明中，不清楚為什麼這些雜質(烴基化合物)會附著在原 料粉末上。但是，在原料粉末剛製成時，幾乎沒有雜質會立刻附著在 其上，這是因為原料粉末是在約80(TC的溫度下製成的。因此，可以想 到的是懸浮於空氣中的油霧可以附著在原料粉末上，以及在原料粉末 被製成後而將該原料粉末進行貯藏和運輸時從所使用的塑性容器混入 了雜質。可以想到的是，圖6中出現兩個02114峰是由於存在雙鍵位 置不同的異構體或者支鏈結構不同的異構體而引起的。
接著，本申請的發明人採用TPD-MS分析技術來測定由原料粉末 產生的<302的量。作為樣品，使用的是經過除雜(上述烴基化合物) 處理或脫碳處理的原料粉末(即，脫碳處理之後的原料粉末)和沒有
經過脫碳處理的原料粉末(即，只經過乾燥處理的原料粉末)。僅經 過乾燥處理的原料粉末所含有的碳的量為160ppm。另一方面，通過將 原料粉末在約80(TC下加熱約IO分鐘來進行脫碳處理，由此使得到的 原料粉末中所含有的碳的量減少至約60ppm。儘管在脫碳處理剛完成 時碳的量實際上更低，但是由於在分析之前的一段時間內，有機物質 和C02氣體會附著在原料粉末的表面上，所以能夠檢測到約幾十ppm 的碳。另外，TPD-MS分析方法及其所用的儀器與上文所述的那些相 同。
由此，得到了如圖7所示的結果。此處，圖7所示的橫軸表示在 TPD-MS分析過程中的溫度變化，縱軸表示強度(任意單位a.u.)。 如圖7所示，C02氣體產生模式根據原料粉末是否經過脫碳處理而具 有很大差異。也就是說，只經過乾燥處理(即未經過脫碳處理)的原 料粉末產生了 330 ^L/g的C02氣體，而由脫碳處理後的原料粉末產生 的C02氣體則降至170 ^L/g。該試驗清楚地表明原料粉末中所含有 的碳的量與由原料粉末產生的C02氣體的量有關。在此，在雜質是作 為單質的碳的情況下，原料粉末中所含有的碳的量是指作為單質的碳
的量。另一方面，在雜質是烴基化合物的情況下，碳的量是指雜質內 所含的碳的量。
另外，本申請的發明人通過對脫碳處理後的原料粉末進行GC-MS 分析來檢測原料粉末所附著的或所包含的雜質的種類。原料粉末中所 含有的碳的量是通過TPD-MS分析單獨測定的，其值為100ppm或更 低。如圖8的分析結果所示，從脫碳處理後的原料粉末(樣品B)中 只檢測到少量的C2oH"和C22H46，卻幾乎不能檢測到其它烴基化合物。 圖6至圖8所示的結果清楚地表明原料粉末中所含有的雜質(通過 加熱而產生C02氣體)主要包含烴基化合物，並且可以通過對原料粉 末進行脫碳處理來減少這些雜質。
因此，本申請的發明人通過使用脫碳處理後的原料粉末來製造 PZT膜，並對該PZT膜進行TPD-MS分析。
原料粉末的脫碳處理是通過對用於固相燒結的PZT粉末在約800 t:下加熱約10分鐘來進行的，由此PZT粉末中所含有的碳的量被降至
約60ppm。使用這種原料粉末，採用AD法在Pt/TK)2/YSZ基底上製得 厚度約300|iim的PZT膜。此時，基底溫度被設定為600°C。
圖9A示出了通過上述方法製得的AD膜的外觀。TPD-MS分析方 法及其所用的儀器與上文所述的那些相同。
圖5A和圖5B所示的曲線(2)表示由圖9A所示樣品產生的C02 氣體的產生模式作為對該樣品進行TPD-MS分析的結果。如圖5B所示， 直到溫度為約60(TC，曲線(1)和曲線(2)都表現相同。但是，如圖 5A中的曲線(2)所示，當溫度超過60(TC後，由脫碳處理後的原料粉 末製成的PZT膜所產生的氣體的量是非常少的。
另外，圖9B示出了氣體分析(熱處理)後的樣品的外觀。如圖 9B所示，即使當由脫碳處理後的原料粉末製成的PZT膜樣品被加熱到 較高的溫度時，在膜內也沒有形成隆起或者膜沒有從基底分離。
如上所述，由於預先己充分地除去了原料粉末中所含有的雜質 (即，碳或者含碳化合物(烴基化合物))，所以當AD膜進行後退火時， 能夠製得高品質的沒有隆起的膜。此處，在AD法中，通常使用在加 入粘合劑之前的用於固相燒結的原料粉末，並且該原料粉末通常含有 大量烴基化合物。因此必須了解成膜前的原料粉末的特徵，並且當原 料粉末含有大量烴基化合物時，應該進行脫碳處理。單個分子中含有 18個或者更多個碳的烴基化合物可以被稱作長鏈烴基化合物。
圖IO示出了對通過使用多種含有不同量的烴基化合物的PZT原料 粉末製得的AD膜進行熱處理試驗的結果。圖10中，各AD膜所含有 的烴基化合物的量間接地由通過碳分析而得到的碳的含量來表示。也 就是說，根據非分散紅外吸收法在高頻電磁感應加熱爐中測量當PZT 原料粉末燃燒時所產生的C02氣體的量，並根據測量值來計算碳的含
圖10中，作為退火條件(1)至(5)中的每一個條件都示出了退 火溫度(°C)和退火時間(小時)。此外，各個AD膜(a)至(e)的 數值代表該AD膜中的碳的含量(ppm)。另外，表中的圓圈表示既沒 有發生分離現象也沒有發生隆起現象。
如圖10所示，碳含量(摻入AD膜中的烴基化合物的量)越髙，
就越容易發生分離和隆起。此外，如AD膜(b)禾卩(C)所示，可以發 現當原料粉末相同時，退火溫度越高，就越容易產生隆起。此外， 如退火條件(3)至(5)所示，可以發現隨著碳含量的增大，首先 產生隆起，隨著碳含量的進一步增大，發生分離。
如上所述，可以得到以下結果。也就是說，當AD膜中的碳含量
為約150ppm或更少時，即使在溫度為約IOO(TC下進行高溫退火處理 的情況下，也可以避免膜發生分離。此外，當AD膜中的碳含量為約 100ppm或更低時，即使在進行高溫退火處理的情況下，也可以避免膜 的分離和隆起。
在此，將對因在高溫下進行熱處理(後退火)而使膜的特性得到 改善的原因做出解釋。在將PZT用於成膜材料的情況下，當退火處理 溫度超過95(TC時，假立方晶體(或者菱形晶體)的比率會降低而四方 晶體的比率會增大，因此提高了靜電特性(壓電特性)。另外，如圖 11所示，當退火處理溫度達到IOO(TC時，四方晶體的比率會超出50 %，從而使成膜材料變優異並具有鐵電性。圖11中，橫軸表示電場強 度E (kV/cm)，縱軸表示電介質極化強度P aC/cm2)。在這種情況 下，PZT膜的平均粒徑為約0.42pm。
圖12示出了通過採用根據本發明第一實施方案的複合結構物的制 造方法而製成的PZT膜(a)和通過採用常規方法而製成的大塊PZT 膜(b)的X射線衍射結果。在圖12中，橫軸表示X射線衍射角20 (°)，縱軸表示X射線強度(任意單位a.u.)。此外，在圖12中， 通過將退火處理溫度作為參數，還示出了在各溫度下採用退火處理而 製成的PZT膜的X射線衍射結果。在這些X射線衍射結果中，在X 射線強度出現一個峰的情況下，假立方晶體(或者菱形晶體)的比率 較大，而在X射線強度出現兩個峰的情況下，四方晶體的比率較大。 因此，可以看出通過使用根據本發明第一實施方案的方法來製成的 PZT膜形成四方晶體的溫度比使用常規方法製成的PZT膜形成四方晶 體的溫度低。
順便提及，在根據AD法的成膜過程中，除了PZT還可以使用其 中將鑭加入到PZT中而形成的PLZT (摻有鑭的鋯鈦酸鉛)。通過將
鑭加入到PZT中，使結晶結構變得越來越類似立方晶體並使靜電特性 降低，而且PLZT是透明的，並可以被用作光學材料。當退火處理溫度
超過IOO(TC時，通過使用根據所述實施方案的方法而製成的PZT膜也 具有較高的透明度。
圖13示出通過採用根據本發明第一實施方案的複合結構物的製造 方法製成的PZT膜(a)和採用常規方法製成的PZT膜(b)的透光率 特性。在圖13中，橫軸表示波長(nm)，縱軸表示透光率(％)。在 100(TC的溫度下，對通過採用根據所述實施方案的方法製成的PZT膜 進行退火處理；而在120(TC的溫度下，對通過採用常規方法製成的PZT 膜進行退火處理。這兩種PZT膜的厚度都是300pm。如圖13所示，在 較寬的波長範圍內，通過採用根據所述實施方案的方法製成的PZT膜 都比通過採用常規方法製成的PZT膜具有更優異的透光率。
圖14是通過採用根據本發明第一實施方案的複合結構物的製造方 法製成的PZT膜(a)與通過採用常規方法製成的PZT膜(b)的透明 度的對比照片。在圖14中，在其上重複印有"FUJIFILM"的底板上， 通過採用根據所述實施方案的方法製成的PZT膜被放置在左手邊，通 過採用常規方法製成的PZT膜放置在右手邊。這兩種PZT膜的厚度都 是300(im。如圖14所示，通過釆用根據所述實施方案的方法製成的 PZT膜比通過採用常規方法製成的PZT膜具有更高的透明度。
如上所述，根據所述的實施方案，可以在較髙的溫度下對通過採 用AD法製成的PZT膜進行熱處理，結果，可以製得四方晶體的比率 較高的PZT膜，並且該PZT膜是透明的且顯示出鐵電性。
接著，對圖l所示的脫碳處理單元6的特定構造例子進行說明。 圖15是示出圖l所示的脫碳處理單元6的第一構造例子的示意圖。 如圖15所示，例如，在處理室100的內壁上設置有電加熱器101。 將氣溶膠(其中，原料粉末分散於合適的氣體中)引入到這種電爐(處 理室IOO和電加熱器101)中，並進行加熱(暫時烘烤)。根據所用原 料粉末的組成，可以將選自以下氣體的合適氣體或將選自以下氣體經 組合而形成的合適氣體作為載氣，所述氣體為大氣、氧氣(02)、 氬氣(Ar)、氦氣(He)、氮氣(N2)、氫氣(H2)、水蒸氣(H20)
等。由此，原料粉末20所附著的或所含有的碳或者有機物汙染物與載 氣中的氧氣反應，從而以一氧化碳(CO) 、 二氧化碳(C02)或者水 (H20)的形式從原料粉末20中逸出。
根據圖15所示的脫碳處理單元，在簡單的裝置構造中就能進行脫 碳處理，並且能夠製得幾乎不含雜質(例如作為單質的碳、或者烴基 化合物)的原料粉末(即適合於AD法的原料粉末)。此外，通過使 用大型電爐一次可以製得大量的此類原料粉末並進行貯藏。應該注意 的是，當加熱時，必須控制加熱器101的溫度，使原料粉末20的溫度 不能達到其熔點或更高的溫度。
另外， 一般來說，單個分子中所含有的碳數越少(例如碳數小於 18的所謂的短鏈或者中等鏈長的烴基化合物)，則該烴基化合物越容 易從原料粉末中逸出。如果是碳數多，即所謂的長鏈烴基化合物，則 該烴基化合物從原料粉末中的逸出將更困難。因此，可以根據雜質的 組成來進行溫度控制。
圖16是示出圖l所示的脫碳處理單元6的第二構造例子的示意圖。
如圖16所示，處理室200是由絕熱材料201和等溫障壁202構成 的。另外，脫碳處理單元6設有微波振蕩器203、旋轉葉片204和發動 機205。此處，微波是波長為約lm到lmm的電磁波，其包括UHF波 (分米波)、SHF波(釐米波)、EHF波(毫米波)和亞毫米波。此 外，等溫障壁是指由與待加熱對象(所述實施方案中的原料粉末)具 有相同水平的微波吸收性的材料形成的耐火襯。
安裝旋轉葉片204，使其可通過發動機205的驅動而旋轉。此外， 旋轉葉片204是由能夠反射微波的材料(例如金屬)製成的，其將由 微波振蕩器203發出的微波反射到處理室200中。就這一點而言，通 過使旋轉葉片204旋轉，使得微波的反射方向不斷變化，從而防止微 波的照射區域不均勻。
在所述的脫碳處理單元中，驅動微波振蕩器203和發動機205，並 將氣溶膠(其中，原料粉末分散於合適的氣體中)通過氣溶膠輸送管5 引入到處理室200中。載氣的組成與第一構造例子中所述組成相同。 由此，受到微波照射的等溫障壁202被加熱，處理室200內的溫度均
勻升高。此外，通過微波照射還可直接加熱氣溶膠化的原料粉末20。 結果，原料粉末20所附著的或者所含有的碳或者有機汙染物與載氣中
的氧氣反應，並以一氧化碳(CO) 、 二氧化碳(C02)或者水(H20) 的形式從原料粉末20中逸出。應該注意的是，當加熱時，必須控制微 波的強度，使原料粉末20的溫度不能達到其熔點或更高的溫度。
在該構造例子中，使載氣中混有氧氣，以便防止原料粉末的組成 中發生氧損失的現象。也就是說，當脫碳處理的氣氛中不存在氧氣時， 原料粉末所附著的或者所含有的碳或者烴基化合物會與原料粉末(例 如PZT)的組成中的氧發生反應，因此必須抑制這種反應。
因此，根據圖16所示的脫碳處理單元，在處於均勻加熱的處理室 200內的原料粉末20受到微波照射，並且原料粉末20被均勻且有效地 加熱。因此，可以在短時間內有效地進行脫碳處理，並且在脫碳處理 過程中幾乎不發生原料粉末的團聚等現象，最終可以得到雜質含量顯 著減少的原料粉末(氣溶膠)。
圖17是示出圖l所示的脫碳處理單元6的第三構造例子的示意圖。
如圖17所示，在處理室300內設有等離子體發生器301。此處， 等離子體是指通過向物質施加高能量而電離出的離子、電子等帶電粒 子束。在該等離子體中，物質的能量較高而且被活化，所以易於與其 它物質反應。利用等離子體的這種性質的等離子體清洗技術通常用於 電子部件製造、半導體製造等技術領域中。
將以氧氣作為載氣而形成的氣溶膠引入處理室300內，並使等離 子體發生器301工作。由此在處理室300內產生等離子體，並產生活 化的氧離子。原料粉末20所附著的或者所含有的碳或者有機汙染物與 這種氧離子反應，並以一氧化碳(CO) 、 二氧化碳(C02)或者水(H20) 的形式從原料粉末20中逸出。
根據圖17所示的脫碳處理單元，脫碳處理可以在不加熱的條件下 進行而且具有較高的效率，由此具有這樣的優點原料粉末的晶體結 構等幾乎不受影響。因此，可以通過使用其中雜質的量被顯著減少的 高品質的原料粉末來形成結構物。
圖18是示出圖l所示的脫碳處理單元6的第四構造例子的示意圖。
該脫碳處理單元的特徵在於通過UV(紫外線)清洗來進行脫碳處理。 UV清洗技術通常用於半導體製造等的技術領域中。
如圖18所示，在處理室400中設有紫外燈401。將以氦氣和氧氣 作為載氣的氣溶膠引入處理室400中，並使紫外燈401工作以施加紫 外光。由於紫外線的能量使得原料粉末20的表面上所附著的或者是原 料粉末20中所含有的碳或者有機物質的結合被破壞。另外，紫外光被 載氣中的氧氣吸收，並生成臭氧(03)，此外，還產生處於激發態的 氧原子。原料粉末20表面上的碳或者有機汙染物與處於激發態的氧原 子反應，並以一氧化碳(CO) 、 二氧化碳(C02)或者水(H20)的形 式從原料粉末20中逸出。
可供選用的方式是，可以使用能夠產生真空紫外光(VUV)的裝 置來代替紫外燈401。真空紫外光是指在波長範圍通常為約10nm到 400nm的紫外光中的約100nm到約200nm的波長較短的光。真空紫外 光通常用於半導體晶片的清洗、有機膜的室溫退火、樹脂材料的表面 改性等的應用中，並且真空紫外光能夠有效地光分解有機汙染物或使 有機汙染物解吸附。此外，真空紫外光的優點還在於可以在不進行加 熱的條件下進行脫碳處理，以及可以在大氣壓條件下或者在約10—2託 的真空條件下進行脫碳處理，等等。作為真空紫外發生裝置，己經制 造出不同類型或規模的裝置，例如NTP株式會社製造的垂直真空紫外 發生裝置(MPA-1304-A)和通用真空紫外發生裝置(MPA-2010-A)、 以及USHIO株式會社製造的激態原子VUV/03清洗裝置，並且可以根 據脫碳處理單元的構造來選擇市售的裝置。
根據圖18所示的脫碳處理單元，脫碳處理可以在不加熱的條件下 進行而且具有較高的效率，由此具有這樣的優點原料粉末的晶體結 構等幾乎不受影響。因此，可以通過使用其中雜質的量被顯著減少的
高品質的原料粉末來形成結構物。
除了上文描述的第一到第四的脫碳處理單元的構造例子之外，還 可以通過將選自以下裝置的多種裝置結合起來而進行脫碳處理，所述 裝置為使用加熱器來進行加熱的裝置、通過微波照射來進行加熱的裝 置、用於進行等離子體照射的裝置、用於進行紫外光照射的裝置、用
於進行真空紫外光照射的裝置。例如，在使用加熱器來對脫碳處理單 元的內部進行加熱的同時，可以對被引入到該脫碳處理單元內的氣溶 膠進行紫外光照射。由此，可以用比只進行紫外照射時所用的能量更 少的能量來將原料粉末表面上所附著的或者原料粉末中所含有的有機 汙染物分離開來。此外，由於處理室內的溫度可以被設置成比只進行 加熱時的溫度要低，所以不存在原料粉末的組成因加熱而發生變化的 可能性。
另外，儘管在本實施方案中原料粉末被用氣體分散、再對氣溶膠 化的原料粉末進行脫碳處理，但是，也可以在將原料粉末進行分散(氣 溶膠化)的同時實施脫碳處理。例如，當如圖1所示氣溶膠產生室1 內設有紫外燈等時，這兩個處理可以同時進行。
根據本發明的第一實施方案，其中通過脫碳處理而使得雜質的量 減少的原料粉末(氣溶膠)沒有被暴露於外界氣氛中而是直接被輸送 到噴射嘴9 (參見圖1)中，因此不存在有雜質新附著在原料粉末上的 可能。由此可以製得可以承受高溫後退火處理的高品質的結構物。
接著，對根據本發明第二實施方案的複合結構物的製造方法進行 說明。
此處，在上述說明的本發明的第一實施方案中，對原料粉末的脫 碳處理是在將如圖1所示的氣溶膠產生室1內產生的氣溶膠輸送到成 膜室7的過程中進行的。但是，也可以對預先已經經過脫碳處理的原 料粉末進行產生氣溶膠的處理。在這種情況下，在成膜時，可以使用
一般的AD成膜設備(例如，通過將圖1所示的成膜設備中的脫碳處 理單元6除去而形成的設備)。
作為對原料粉末進行脫碳處理的方法，如在第一實施方案中所述，
可以使用以下方法通過使用加熱器來加熱原料粉末的方法、在設有 等溫障壁的加熱爐內通過對原料粉末進行微波照射來加熱該原料粉末 的方法、以及通過對原料粉末進行等離子體照射、紫外光照射或者真
空紫外光照射來進行等離子體清洗、uv清洗或者vuv清洗的方法。
此外，理想的是，在脫碳處理後，使用氮氣等來清除處理室內的 空氣從而抑制原料粉末表面的再汙染。此外，理想的是，接著將原料
粉末存放在乾燥器中，在該乾燥器中空氣已被氮氣等替換。
由此，根據本發明的第二實施方案，可以使用通用的AD成膜設 備，此外，在脫碳處理單元中還可以使用普通且市售的加熱器、微波
照射裝置、等離子體清洗裝置、uv清洗裝置、uv燈、vuv照射裝置
等。由此，可以以低成本有效地製得可以承受高溫後退火處理的高品 質的結構物。
在此，在該實施方案中，在對已經經過脫碳處理的原料粉末進行 氣溶膠化之前，可以使用研磨機等將其磨碎。這是因為在脫碳處理過 程中原料粉末有時候會發生團聚(縮頸現象)。如果這種團聚的顆粒 殘留下來，當該團聚的顆粒與基底碰撞時，則顆粒的裂碎會消耗其動 能，因而不能產生能夠引起機械化學反應的顆粒的變形和破碎。
製造PZT膜來作為根據本實施方案的複合結構物的製造方法的一
個例子。
首先，通過以下方式對50g、碳含量為約160ppm的PZT原料粉末 進行脫碳處理，所述方式為在微波加熱爐內，在約800'C的溫度、空氣 或含氧氣(02)氣氛的條件下將原料粉末加熱約5分鐘。由此，PZT 原料粉末中的碳含量被降至約60ppm。據信，這些碳是脫碳處理後空 氣中的二氧化碳或烴基化合物附著在原料粉末上而產生的。此外，在 脫碳處理過程中發生團聚的原料粉末是通過研磨該原料粉末而被磨碎 的。
將如此製得的原料粉末放置在成膜設備的氣溶膠產生單元內，並 通過引入氧氣(02)作為載氣來使原料粉末氣溶膠化。然後，通過將 氣溶膠輸送到真空成膜室內並由噴射嘴將該氣溶膠噴向YSZ (氧化釔 穩定的氧化鋯)基底來進行成膜處理。此時，將基底溫度設定為約500 °C。此外，在溫度約IOO(TC下在空氣中對如此製成的AD膜熱處理約 3小時。
在所得的複合結構物中，儘管PZT膜經過高溫(80(TC或更高)熱 處理，但是PZT膜沒有從YSZ基底上分離下來，也沒有發生隆起。另 外，通過對PZT膜結構物進行觀察，可以確定其平均晶體粒徑大於400 nm，並且通過高溫熱處理能夠促進晶體生長。此外，PZT膜的相對密
度等於或大於90%，很緻密。另外，通過對PZT膜的電性質進行測量， 可以確定其顯示出較好的數值。
在此，相對密度是指作為測量對象的PZT膜密度的測量值與基於 文獻和理論值(理論密度)的PZT密度的比率，其可通過以下表達式 表示相對密度(％)=(密度的測量值/理論密度>100。在本申請中，用
相對密度來作為代表緻密性的指徵，由此相對密度越大，緻密性越高。
另外，在本實施方案中，根據阿基米德方法通過使用由ALFA MIRAGE株式會社製造的電子比重計SD-200L來測量PZT膜的密度。 阿基米德方法亦稱為"水下質量方法"，是通過測定物體在空氣中的 質量和在水中的質量從而使用以下表達式來獲得表觀密度的方法。
(表觀密度)=(空氣中的質量)/{(空氣中的質量)-(水中的質量)} 其中，{(空氣中的質量)-(水中的質量)}表示的是浮力，對應於物體的體 積。
接著，通過參照圖19來說明本發明第三實施方案的複合結構物的 製造方法。根據本實施方案的複合結構物的製造方法使用如同第二實 施方案的預先經過脫碳處理的原料粉末根據AD法來進行成膜處理， 而其特徵在於脫碳處理的方法。
圖19是示出在第三實施方案中使用的脫碳處理設備(對應於除雜 處理設備)的構造的示意圖。脫碳處理設備是通過在如圖1所示的氣 溶膠產生單元1-4中設置脫碳處理單元(處理裝置)11而形成的。也 就是說，在本實施方案中，在原料粉末分散於氣體中後，再對所形成 的氣溶膠化的原料粉末進行脫碳處理。作為脫碳處理單元11，如第一 實施方案所述可以使用加熱器、微波振蕩器、等離子體發生器、紫外 燈或VUV照射裝置。另外，可以使用加熱器與其它裝置的組合。
當原料粉末被如此分散之後，可以對各個精細的原料粉末均勻地 進行加熱或UV照射等，由此可以有效可靠地除去雜質。所以，可以 顯著地降低最終殘留於原料粉末中的雜質的量。
如圖19所示的脫碳處理設備可以與通用的AD成膜設備相連，並 且可以將脫碳處理後的原料粉末直接引入噴射嘴中。
如上所述，根據本發明第一至第三實施方案，可以在熱處理時抑
制AD膜的分離和隆起的產生，因此，可以提高生產率並降低生產成
本。此外，使AD膜在高溫(例如80(TC到900°C，或者約IOO(TC )下 退火成為可能，由此，可以通過促進晶體顆粒生長來增強電性質(壓 電性)。
在此，在本發明第一至第三實施方案中，當通過加熱器或者微波 照射來加熱原料粉末作為脫碳處理過程時，理想的是在氧氣氣氛中或 者含氧氣氣氛(例如空氣)中進行加熱。這是因為，在惰性氣體(例 如氦氣)的氣氛中，原料粉末所附著的或者所含有的碳或者烴基化合 物由於被堵塞而在低溫下難以燃燒。因此，理想的是在不含氧的氛圍 中在約60(TC或更高的溫度下進行加熱。另一方面，可以在含氧氛圍中 在較低的溫度(例如約500。C至約600°C)下有效地進行脫碳處理。就 這一點而言，在第一實施方案中，使載氣中混有氧氣，由此可以在較 低溫度下進行脫碳處理，或者可以在相同溫度下有效地進行脫碳處理。
此外，當在減壓條件下在使用加熱器或微波的構造中通過加熱來 進行脫碳處理時，與使用惰性氣體氣氛的情況類似，理想的也是在高 溫下進行脫碳處理。這是因為在這種氛圍中氧氣的濃度較低。
另外，當原料粉末組合物中含有氧時，理想的是在含氧氣的氣氛 中進行脫碳處理以防止氧損失。
在所述的第一至第三實施方案中，儘管AD膜是在基底上直接形 成的，但是，可以根據基底的種類、原料粉末的種類、所製造的AD 膜的用途等在基底和AD膜之間形成中間層。例如，如圖20所示，可 以在基底30和AD膜40之間設置電極層50。可供選用的方式是，為 了提高基底與AD膜之間的粘合作用，可以在基底和AD膜之間設置粘 合劑層。
如上所述，儘管PZT是作為用於形成AD膜的無機材料而使用的， 但是也可以使用其它功能性材料，例如PLZT (摻有鑭的鋯鈦酸鉛)、 TiBa03 (鈦酸鋇)或八1203 (氧化鋁)。例如，PLZT膜可用於光學部 件中，TiBa03膜可用於陶瓷電容器中。
工業適用性
本發明適用於通過使用氣溶膠沉積法來製造複合結構物的方法， 其中所述氣溶膠沉積法是通過將原料粉末噴向基底從而使原料粉末沉 積在基底上的方法，本發明也適用於在複合結構物的製造方法中使用 的除雜處理設備和成膜設備，等等。
權利要求
1.一種複合結構物的製造方法，該製造方法包括以下步驟(a)將由無機材料形成的原料粉末(20)用氣體分散，由此使該原料粉末(20)氣溶膠化；(b)對所述原料粉末(20)進行處理，從而減少所述原料粉末(20)所附著的或者所包含的雜質的量，所述雜質通過加熱會產生氣體；以及(c)將所述氣溶膠化的原料粉末(20)噴向基底(30)從而使所述原料粉末(20)與下面的層碰撞，由此發生顆粒結合，進而使所述原料粉末(20)沉積並直接或間接在所述的基底(30)上形成多晶結構物(40)，其中所述顆粒具有在碰撞時由於所述原料粉末(20)的變形和/或破碎而新形成的活性表面。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟(b)包括對在所述 步驟(a)中氣溶膠化的所述原料粉末(20)進行處理。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟(a)包括對在所述 步驟(b)處理的所述原料粉末(20)進行分散。
4. 根據權利要求1至3中任意一項所述的方法，其中所述雜質包 括碳或者含碳化合物。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中所述含碳化合物包括烴基化 合物。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中所述烴基化合物包括以下物 質中的至少一種C2H42、 C2H4、 <:22!146和C24H50。
7. 根據權利要求4至6中任意一項所述的方法，其中所述步驟(b) 包括對所述原料粉末(20)進行處理從而使所述原料粉末(20)中的 碳的量降至以重量計不大於100ppm。
8. 根據權利要求1至7中任意一項所述的方法，其中所述步驟(b) 包括將所述原料粉末(20)加熱至低於其熔點的溫度。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中所述步驟(b)包括對所述原 料粉末(20)進行微波照射。
10. 根據權利要求8或9所述的方法，其中所述步驟(b)包括在 含氧氣的氣氛中對所述原料粉末(20)進行處理。
11. 根據權利要求l至7中任意一項所述的方法，其中所述步驟(b) 包括對所述原料粉末(20)進行至少一種以下處理等離子體照射、 紫外光照射和真空紫外光照射。
12. 根據權利要求l至7中任意一項所述的方法，其中所述步驟(b) 包括在對所述原料粉末(20)進行加熱的同時，對所述原料粉末(20) 進行至少一種以下處理等離子體照射、紫外光照射和真空紫外光照射。
13. 根據權利要求1至12中任意一項所述的方法，該方法還包括 以下步驟在基本上不低於800C的溫度下，對在所述步驟(c)中在所述基 底(30)上形成的所述多晶結構物(40)進行熱處理。
14. 一種除雜處理設備，該除雜處理設備包括 氣溶膠生成裝置(1-4)，其用於將原料粉末(20)用氣體分散，從而使該原料粉末(20)氣溶膠化；以及處理裝置(6、 11)，其用於對通過所述氣溶膠生成裝置(1-4)氣 溶膠化的所述原料粉末(20)進行處理，以便減少所述原料粉末(20) 所附著的或者所含有的雜質的量，其中所述雜質通過加熱會生成氣體。
15. 根據權利要求14所述的除雜處理設備，其中所述雜質包括碳 或者含碳化合物。
16. 根據權利要求15所述的除雜處理設備，其中所述含碳化合物 包括烴基化合物。
17. 根據權利要求16所述的除雜處理設備，其中所述烴基化合物 包括以下物質中的至少一種C2QH42、 C2oH4、 C22H"和C24H50。
18. 根據權利要求14至17中任意一項所述的除雜處理設備，其中 所述處理裝置(6、 11)包括用於對所述原料粉末(20)進行加熱的裝 置。
19. 根據權利要求14至17中任意一項所述的除雜處理設備，其中 所述處理裝置(6、 11)包括用於對所述原料粉末(20)進行微波照射 的裝置。
20. 根據權利要求14至17中任意一項所述的除雜處理設備，其中 所述處理裝置(6、 11)包括用於對所述原料粉末(20)進行至少一種 以下處理的裝置等離子體照射、紫外光照射和真空紫外光照射。
21. 根據權利要求14至17中任意一項所述的除雜處理設備，其中 所述處理裝置(6、 11)包括用於對所述原料粉末(20)進行加熱的裝 置和用於對所述原料粉末(20)進行至少一種以下處理的裝置等離 子體照射、紫外光照射和真空紫外光照射。
22. —種成膜設備，該成膜設備包括 根據權利要求14至21中任意一項所述的除雜處理設備；以及 噴射嘴(9)，其用於將經所述處理裝置(6、 11)處理的所述氣溶膠化的原料粉末(20)噴向基底(30)，從而使所述原料粉末(20)沉積在所述基底(30)上。
23. —種複合結構物，該複合結構物包括基底(30);和多晶結構物(40)，其是通過以下過程直接或間接地在所述基底(30)上形成的根據氣溶膠沉積法，將由無機材料形成的原料粉末(20)噴向所述基底(30)從而使所述原料粉末(20)與下面的層碰 撞，由此發生顆粒結合，進而使所述原料粉末(20)沉積，其中所述 顆粒具有在碰撞時由於所述原料粉末(20)的變形和/或破碎而新形成 的活性表面，所述多晶結構物(40)含有以重量計不大於100 ppm的 碳作為雜質，或者該多晶結構物(40)具有大於400 nm的平均晶體粒 徑。
24. 根據權利要求23所述的複合結構物，其中所述多晶結構物 (40)的相對密度不小於70%。
25. 根據權利要求23或24所述的複合結構物，其中所述無機材料 包括以下物質中的一種PZT (鋯鈦酸鉛)、PLZT (摻有鑭的鋯鈦酸 鉛)、TiBa03 (鈦酸鋇)禾BAl203 (氧化鋁)。
26. 根據權利要求23至25中任意一項所述的複合結構物，其還包 括在所述基底(30)和所述多晶結構物(40)之間形成的電極層。
27. —種根據氣溶膠沉積法被噴射到基底(30)上並沉積在該基底 (30)上的原料粉末(20)，其中所述原料粉末(20)含有無機材料、並含有以重量計不超過100 ppm的碳作為雜質。
全文摘要
本發明涉及一種根據AD法來形成膜的成膜設備，其中，當對基底上形成的膜進行熱處理時膜的分離或者隆起的形成受到抑制。所述成膜設備包括氣溶膠生成單元(1-4)，用於將原料粉末(20)用氣體分散，從而使原料粉末(20)氣溶膠化；處理單元(6)，用於對通過氣溶膠生成單元(1-4)產生的氣溶膠化的原料粉末(20)進行處理，以便減少原料粉末(20)所附著的或者含有的雜質的量，其中所述雜質能夠通過加熱而生成氣體；以及噴射嘴(9)，用於將經處理單元(6)處理的氣溶膠化的原料粉末(20)噴向基底(30)，從而使原料粉末(20)沉積在基底(30)上。
文檔編號C23C24/00GK101171369SQ20068001496
公開日2008年4月30日 申請日期2006年9月27日 優先權日2005年9月30日
發明者三好哲 申請人:富士膠片株式會社