CN102386880B - 表面声波器件、表面声波振荡器以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供表面声波器件、表面声波振荡器以及电子设备，它们能够实现良好的频率温度特性。表面声波器件的特征在于，具有石英基板(30)和激励出阻带上端模式的表面声波的IDT(12)，石英基板(30)的欧拉角为。

Description

表面声波器件、表面声波振荡器以及电子设备

技术领域

本发明涉及表面声波器件、搭载有该表面声波器件的表面声波振荡器以及电子设备，尤其涉及频率温度特性良好的表面声波器件、搭载有该表面声波器件的表面声波振荡器以及电子设备。

背景技术

在表面声波(SAW：surface acoustic wave)器件(例如SAW谐振器)中，SAW的阻带(stopband)、石英基板的切角以及IDT(interdigital transducer：叉指换能器)的形成方式等对频率温度特性的变化影响很大。

例如，在专利文献1中，公开了SAW的阻带的上端模式和下端模式各自的进行激励的结构以及阻带的上端模式和下端模式各自的驻波分布等。

另外，在专利文献2～5中记载了如下情况：SAW的阻带上端模式的频率温度特性优于阻带下端模式。并且，在专利文献2、3中记载了如下情况：在利用了瑞利波的SAW装置中，为了获得良好的频率温度特性，对石英基板的切角进行调整，并且将电极的基准化膜厚(H/λ)增厚到0.1左右。

并且，在专利文献4中记载了如下情况：在利用了瑞利波的SAW装置中，对石英基板的切角进行调整，并且使电极的基准化膜厚(H/λ)加厚0.045以上。

此外，在专利文献5中记载了如下情况：通过采用旋转Y切X传播的石英基板并利用阻带上端的谐振，由此，与利用阻带下端的谐振的情况相比，频率温度特性提高。

此外，在专利文献6以及非专利文献1中记载了如下情况：在使用ST切石英基板的SAW器件中，在构成IDT的电极指之间以及构成反射器的导体带(strip)之间设有槽(Groove)。另外在非专利文献1中，记载了频率温度特性随槽的深度而变化的情况。

另外，在专利文献7中，记载了在采用LST切石英基板的SAW器件中用于使表示频率温度特性的曲线成为三次曲线的结构，并且还记载了如下情况：在使用瑞利波的SAW器件中，未发现具有由三次曲线表示的温度特性的切角的基板。

【专利文献1】日本特开平11-214958号公报

【专利文献2】日本特开2006-148622号公报

【专利文献3】日本特开2007-208871号公报

【专利文献4】日本特开2007-267033号公报

【专利文献5】日本特开2002-100959号公报

【专利文献6】日本特开昭57-5418号公报

【专利文献7】日本特许第3851336号公报

【非专利文献1】グル一プ形SAW共振器の製造条件と特性(電子通信学会技術研究報告MW82-59(1982))

如上所述，用于改善频率温度特性的要素有很多，尤其在利用了瑞利波的SAW器件中，认为增加构成IDT的电极的膜厚是改善频率温度特性的要因之一。但是，本申请的发明人在实验中发现，当增加了电极的膜厚时，老化特性及耐温度冲击特性等耐环境特性发生劣化。另外，在以改善频率温度特性为主要目的的情况下，如前所述必需增加电极膜厚，与此相伴，无法避免老化特性及耐温度冲击特性等的劣化。这对于Q值也是适用的，因此很难在不增加电极膜厚的情况下实现高Q化。

发明内容

因此，在本申请发明中，提供表面声波器件、表面声波振荡器以及电子设备时的课题在于实现良好的频率温度特性。

本发明正是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可作为以下方式或应用例来实现。

[应用例1]一种表面声波器件，其特征在于，具有IDT，该IDT被设置在以下三种石英基板中的任意一者的主面上，激励出阻带上端模式的表面声波，所述三种石英基板是：第1石英基板，其欧拉角为 第2石英基板，其欧拉角为 以及第3石英基板，其欧拉角

如果是具有这种特征的表面声波器件，则能够得到良好的频率温度特性。

[应用例2]根据应用例1所述的表面声波器件，其特征在于，该表面声波器件具有使位于构成所述IDT的电极指之间的基板凹陷而形成的电极指间槽。

通过形成电极指间槽，能够抑制电极膜厚的厚膜化。因此，能够抑制因电极的结构材料引起的特性劣化。

[应用例3]根据应用例1或应用例2所述的表面声波器件，其特征在于，在使用了所述第1至第3石英基板中的任意一者的情况下，将所述IDT的线占有率η设为：

0.49≤η≤0.70。

通过设为这种结构，由此，能够使表示表面声波器件的频率温度特性的曲线的多项式近似中的作为二次系数的二次温度系数β成为β＝±0.010ppm/℃²的范围。

[应用例4]根据应用例1至应用例3中任意一例所述的表面声波器件，其特征在于，在设所述电极指间槽的深度为G的情况下，设为：

0.02λ≤G≤0.04λ。

在至少将槽深度G设为这种范围的情况下，能够使二次温度系数β成为β＝±0.010ppm/℃²的范围。

[应用例5]一种表面声波振荡器，其特征在于，该表面声波振荡器具有应用例1至应用例4中任意一例所述的表面声波器件。

[应用例6]一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有应用例1至应用例4中任意一例所述的表面声波器件。

附图说明

图1是示出实施方式的SAW器件的结构的图。

图2是用于确定第1石英基板的欧拉角的曲线图，绘制了在与第1旋转角度之间的关系中，使得二次温度系数为±0.010ppm/℃²的范围的θ和ψ的值。

图3是示出阻带上端模式与下端模式之间的关系的图。

图4是示出电极膜厚H＝0.06λ、线占有率η＝0.49、欧拉角为(20°，134°，51.2°)时的SAW器件中的频率温度特性的曲线图。

图5是绘制了在第1石英基板中设置了槽的情况下与第1旋转角度之间的关系中，使得二次温度系数为±0.010ppm/℃²的范围的θ和ψ的值的曲线图。

图6是示出电极膜厚H＝0.02λ、槽深度G＝0.04λ、线占有率η＝0.42、欧拉角为(30°，137°，55.9°)时的SAW器件中的频率温度特性的曲线图。

图7是示出电极指间槽的深度与工作温度范围内的频率变动量之间的关系的曲线图。

图8是示出阻带上端模式的谐振点与阻带下端模式的谐振点处的、与线占有率η的变化相伴的二次温度系数的变化的区别的曲线图。

图9是示出将电极膜厚设为0而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图10是示出将电极膜厚设为0时使得二次温度系数为0的电极指间槽的深度与线占有率η之间的关系的曲线图。

图11是示出将电极膜厚设为0而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图12是电极指间槽的深度偏移了±0.001λ时的特定的电极指间槽的深度与和该偏移相伴的在SAW器件间产生的频率差之间的关系的曲线图。

图13是示出改变电极膜厚时使得二次温度系数为0的电极指间槽的深度与线占有率η之间的关系的曲线图。

图14是用一个曲线图来归纳各电极膜厚处的使得二次温度系数为0的η1与电极指间槽之间的关系的图。

图15是利用近似曲线来表示从电极膜厚到H＝0.035λ的电极指间槽与线占有率η之间的关系的图。

图16是示出将电极膜厚设为0.01λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图17是示出将电极膜厚设为0.015λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图18是示出将电极膜厚设为0.02λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图19是示出将电极膜厚设为0.025λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图20是示出将电极膜厚设为0.03λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图21是示出将电极膜厚设为0.035λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图22是示出将电极膜厚设为0.01λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图23是示出将电极膜厚设为0.015λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图24是示出将电极膜厚设为0.02λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图25是示出将电极膜厚设为0.025λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图26是示出将电极膜厚设为0.03λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图27是示出将电极膜厚设为0.035λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图28是示出确定电极膜厚、线占有率η时的电极指间槽与欧拉角ψ之间的关系的曲线图。

图29是用一个曲线图来归纳改变电极膜厚后的电极指间槽与欧拉角ψ之间的关系的曲线图的图。

图30是示出使得二次温度系数β为-0.01ppm/℃²的电极指间槽与欧拉角ψ之间的关系的曲线图。

图31是示出使得二次温度系数β为+0.01ppm/℃²的电极指间槽与欧拉角ψ之间的关系的曲线图。

图32是示出电极膜厚为0.02λ、电极指间槽的深度为0.04λ时的欧拉角θ与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图33是示出欧拉角与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图34是示出使得频率温度特性良好的欧拉角θ与欧拉角ψ之间的关系的曲线图。

图35是示出在使得频率温度特性最好的条件下4个试验片的频率温度特性数据的例子的图。

图36是示出作为电极指间槽与电极膜厚之和的阶差与CI值之间的关系的曲线图。

图37是示出本实施方式的SAW器件的等效电路常数及静态特性的例子的表。

图38是本实施方式的SAW器件的阻抗曲线数据。

图39是用于对现有的SAW器件的阶差和Q值之间的关系与本实施方式的SAW器件的阶差和Q值之间的关系进行比较的曲线图。

图40是示出IDT和反射器的SAW反射特性的图。

图41是示出热循环试验中的电极膜厚与频率变动之间的关系的曲线图。

图42是用于确定第2石英基板的欧拉角的曲线图，绘制了在与第1旋转角度之间的关系中，使得二次温度系数为±0.010ppm/℃²的范围的θ和ψ的值。

图43是用于确定第3石英基板的欧拉角的曲线图，绘制了在与第1旋转角度之间的关系中，使得二次温度系数为±0.010ppm/℃²的范围的θ和ψ的值。

图44是示出实施方式的SAW振荡器的结构的图。

标号说明

10：表面声波谐振器(SAW器件)；12：IDT；14a、14b：梳齿状电极；16：总线(busbar)；18：电极指；20：反射器；22：导体带；30：石英基板；32：槽。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的表面声波器件、表面声波振荡器以及电子设备的实施方式进行详细说明。

首先，参照图1来说明本发明的表面声波(SAW)器件的第1实施方式。其中，在图1中，图1(A)是SAW器件的平面图，图1(B)是在电极指之间设置了槽时的SAW器件的局部放大截面图，图1(C)是用于说明该图(B)的详细结构的放大图。

以下所示的实施方式的SAW器件10以石英基板30、IDT 12为基础而构成。另外，实施方式的SAW器件10在石英基板30上配置了反射器20，构成为谐振器型。此外，石英基板30使用了用X轴(电轴)、Y轴(机械轴)和Z轴(光轴)来表示晶轴的石英基板。此外，作为所使用的石英基板30的定义，使用欧拉角来表示。这里，对欧拉角进行说明。由欧拉角(0°，0°，0°)表示的基板为具有与Z轴垂直的主面的Z切基板。这里，欧拉角(θ，ψ)中的是关于Z切基板的第1旋转的参数，是将Z轴作为旋转轴、将从+X轴向+Y轴侧旋转的方向作为正旋转角度的第1旋转角度。欧拉角中的θ是关于Z切基板在第1旋转后进行的第2旋转的参数，是将第1旋转后的X轴作为旋转轴、将从第1旋转后的+Y轴向+Z轴旋转的方向作为正旋转角度的第2旋转角度。压电基板的切面由第1旋转角度和第2旋转角度θ决定。欧拉角中的ψ是关于Z切基板在第2旋转后进行的第3旋转的参数，是将第2旋转后的Z轴作为旋转轴、将从第2旋转后的+X轴向第2旋转后的+Y轴侧旋转的方向作为正旋转角度的第3旋转角度。SAW的传播方向由与第2旋转后的X轴对应的第3旋转角度ψ来表示。

以往，在SAW器件中，作为二次温度系数变小的点，公知有作为第1旋转角度的为0°附近的切角。对此，本申请的发明人通过实验发现：即使在改变作为石英基板的切角中的第1旋转角度的的情况下，也存在二次温度系数变小的三个区域。此外，在-60°～+60°的范围内改变时的上述三个区域中对二次温度系数良好的范围进行仿真时，分别能够得到图2、图42和图43所示的曲线图。另外，在图2、图42和图43中，上部示出的曲线图是表示第1旋转角度与第2旋转角度θ之间的关系的曲线图，下部示出的曲线图是表示第1旋转角度与第3旋转角度ψ之间的关系的曲线图。此外，此处所说的二次温度系数良好的范围，是指二次温度系数β处于β＝±0.010ppm/℃²的范围内的区域。另外，二次温度系数β是表示SAW的频率温度特性的曲线的多项式近似中的二次系数，因此，二次温度系数的绝对值小表示频率变动量小，可以说频率温度特性良好。另外，在图2、图42和图43中，作为的范围示出了-60°～+60°的范围，但是根据石英结晶结构的对称性，即使在的范围内，对于θ和ψ，也能够重复地得到相同的趋势。

在第1实施方式中，作为石英基板30，使用在图2所示的数据范围内定义的石英基板(第1石英基板)来构成SAW器件。当根据图2的绘制点求出由多项式表示的近似曲线时，第2旋转角度θ根据与第1旋转角度之间的关系，能够表示为： 此外，第3旋转角度ψ根据与第1旋转角度之间的关系，能够表示为： 因此，第1石英基板的欧拉角能够用以下范围确定：

IDT 12具有一对利用总线16将多个电极指18的基端部连接起来的梳齿状电极14a、14b，且隔开规定的间隔，交替地配置构成一个梳齿状电极14a(或14b)的电极指18和构成另一个梳齿状电极14b(或14a)的电极指18。此处，电极指18在与作为表面声波的传播方向的X′轴垂直的方向上进行配置。通过由此构成的SAW器件10激励产生的SAW是Rayleigh型(瑞利型)的SAW，在第3旋转后的Z轴和第3旋转轴的X轴两者上均具有振动位移分量。并且像这样，通过使SAW的传播方向偏离作为石英晶轴的X轴，能够激励产生阻带上端模式的SAW。

这里，对阻带上端模式的SAW与下端模式的SAW之间的关系进行说明。在图3所示的由标准型IDT 12(图3所示的是构成IDT 12的电极指18)形成的阻带下端模式以及上端模式的SAW中，各个驻波的波腹(或波节)的位置彼此错开π/2。图3是表示标准型IDT 12的阻带上端模式以及下端模式的驻波分布的图。

根据图3，如上所述，用实线表示的阻带下端模式驻波的波腹位于电极指18的中央位置，即反射中心位置，用单点划线表示的阻带上端模式的驻波的波节位于反射中心位置。

另外，以在SAW的传播方向上夹着所述IDT 12的方式设置有一对反射器20。作为具体的结构，将与构成IDT 12的电极指18平行地设置的多个导体带22的两端分别连接起来。

另外，在积极利用来自石英基板的SAW传播方向的端面的反射波的端面反射型SAW器件、或者通过增多IDT的电极指对数而在IDT自身中激励出SAW驻波的多对IDT型SAW器件中，不一定需要反射器。

在本实施方式中，在设构成IDT 12的电极的膜厚H为0.06λ(λ为波长)、电极指18的宽度与电极指间宽度的比例即线占有率η为0.49≤η≤0.70的范围内，选择使得二次温度系数β最小的值。

如果是这种结构的SAW器件，则二次温度系数β处于β＝±0.010ppm/℃²的范围内，因此能够得到良好的频率温度特性。例如，电极膜厚H＝0.06λ、线占有率η＝0.49、欧拉角为(20°，134°，51.2°)时的频率温度特性如图4的曲线图所示。图4所示的多项式近似中的二次系数(二次温度系数β)为β＝±0.0004ppm/℃²，由此能够证明通过将二次温度系数β的值减至极小，频率温度特性变得良好。

作为构成这种结构的IDT 12及反射器20的电极膜的材料，可采用例如铝(Al)或以Al为主体的合金。此外，在采用合金作为电极膜材料的情况下，只要作为主成分的Al以外的金属的重量比为10％以下即可。此外，图2、图42、图43所示的二次温度系数良好的区域是石英基板30的特性，因此与电极膜材料为何种材料无关。

也可以在具有上述基本结构的SAW器件10中的石英基板30上，在IDT 12的电极指之间以及反射器20的导体带之间设有槽(电极指间槽)32。图5所示的曲线图示出了在使用上述第1石英基板、设为电极膜厚H＝0.02λ、槽深度G＝0.04λ、η为0.42≤η≤0.70的范围的情况下，即使改变第1旋转角度仍使得二次温度系数β成为β＝±0.010ppm/℃²的范围内的第2旋转角度θ、第3旋转角度ψ的区域。从图5可知，即使在电极指间设置了槽32的情况下，也能够得到良好的频率温度特性。另外，即使在改变槽深度G的情况下，分别如下所述，也能够得到β＝±0.010ppm/℃²的范围的二次温度系数β。

·第1实施例

H：0.02λ

G：0.03λ

欧拉角(10°，130°，47.4°)

β：-0.001

·第2实施例

H：0.02λ

G：0.02λ

欧拉角(20°，134°，53.0°)

β：-0.005

·第3实施例

H：0.02λ

G：0.03λ

欧拉角(30°，137°，56.5°)

β：0.008

根据这些结果可以推断出，即使在改变了槽深度G的情况下，也能够得到良好的频率温度特性。例如，电极膜厚H＝0.02λ、槽深度G＝0.04λ、线占有率η＝0.42、欧拉角为(30°，137°，55.9°)时的频率温度特性如图6的曲线图所示。图6所示的多项式近似中的二次系数(二次温度系数β)为β＝0.0009ppm/℃²。此时，表示频率温度特性的近似曲线大致水平，由此可知频率温度特性极为良好。

以下，在进一步限定了石英基板的欧拉角范围的基础上对更具体的特性进行说明。另外，作为限定要件，设第1石英基板的欧拉角为(117°≤θ≤142°，41.9°≤|ψ|≤49.57°)。在这样限定了石英基板30的欧拉角时，设置在电极指之间的槽32的槽深度G只要按下式设定即可。

0.01λ≤G…(1)。

此外，在针对槽深度G设定上限值的情况下，参照图7可知，只要满足以下范围即可：

0.01λ≤G≤0.094λ…(2)。

这是因为，通过在这种范围内设定槽深度G，能够将工作温度范围内(-40℃～+85℃)的频率变动量控制在之后详述的目标值25ppm以下。另外，槽深度G的优选范围是：

0.01λ≤G≤0.0695λ…(3)。

通过在这种范围内设定槽深度G，即使槽深度G产生了制造上的偏差，也能够将SAW器件10的个体之间的谐振频率的偏差量抑制在校正范围内。

另外，如图1(C)所示，线占有率η是指，用电极指18的线宽(在仅是石英凸部的情况下称为凸部宽度)L除以电极指18之间的节距(pitch)λ/2(＝L+S)而得到的值。因此，线占有率η可以用式(4)来表示。

$\mathrm{\η}=\frac{L}{L+S}...\left(4\right)$

这里，对于本实施方式的SAW器件10，优选在满足式(5)的范围内设定线占有率η。此外，由式(5)还可知，可通过设定槽32的深度G来导出η。

$-2.5\×\frac{G}{\mathrm{\λ}}+0.675\≤\mathrm{\η}\≤-2.5\×\frac{G}{\mathrm{\λ}}+0.775...\left(5\right)$

另外，本实施方式的SAW器件10中的电极膜材料(IDT 12及反射器20等)的膜厚的优选范围是：

0＜H≤0.035λ…(6)。

此外，关于线占有率η，在考虑了式(6)所示的电极膜厚的情况下，η可通过式(7)来求出。

$\mathrm{\η}=-2.533\×\frac{G}{\mathrm{\λ}}-2.269\×\frac{H}{\mathrm{\λ}}+0.785...\left(7\right)$

关于线占有率η，电极膜厚越厚，电气特性(尤其是谐振频率)的制造偏差越大，在电极膜厚H为式(6)的范围内，线占有率η产生±0.04以内的制造偏差，而在H＞0.035λ的范围内，很可能产生比±0.04更大的制造偏差。但是，只要电极膜厚H处于式(6)的范围内且线占有率η的偏差为±0.04以内，就能够实现二次温度系数β小的SAW器件。即，线占有率η可以容许达到在式(7)上加上±0.04的公差后的式(8)的范围。

$\mathrm{\η}=-2.533\×\frac{G}{\mathrm{\λ}}-2.269\×\frac{H}{\mathrm{\λ}}+0.785\±0.04...\left(8\right)$

在上述结构的本实施方式的SAW器件10中，在设二次温度系数β为±0.010ppm/℃²的范围以内且希望SAW的工作温度范围为-40℃～+85℃的情况下，需要将频率温度特性提高到这样的程度：在该程度下，使得该工作温度范围内的频率变动量ΔF为25ppm以下。下面是使用了仿真的证明，该仿真关于上述结构的SAW器件具有能够达到本发明目的的要素的情况。

这里，对于使用被称为ST切的石英基板而将传播方向设为X晶轴方向的SAW器件，在工作温度范围相同的情况下，工作温度范围内的频率变动量ΔF约为117ppm，二次温度系数β为-0.030ppm/℃²左右。此外，对于使用了由欧拉角(0，123°，45°)表示石英基板的切角和SAW传播方向且工作温度范围相同的面内旋转ST切石英基板的SAW器件，频率变动量ΔF约为63ppm，二次温度系数β为-0.016ppm/℃²左右。

如上所述，SAW器件10的频率温度特性变化与IDT 12中的电极指18的线占有率η、电极膜厚H以及槽深度G等相关。并且，本实施方式的SAW器件10利用了阻带上端模式的激励。

图8是示出改变线占有率η而在石英基板30上传播SAW时的二次温度系数β的变化的曲线图。在图8中，图8(A)表示槽深度G为0.02λ时阻带上端模式的谐振中的二次温度系数β，图8(B)表示槽深度G为0.02λ时阻带下端模式的谐振中的二次温度系数β。此外，在图8中，图8(C)表示槽深度G为0.04λ时阻带上端模式的谐振中的二次温度系数β，图8(D)表示槽深度G为0.04λ时阻带下端模式的谐振中的二次温度系数β。另外，图8所示的仿真表示如下例子：为了减少使频率温度特性发生变动的因素，在未设有电极膜的石英基板30上以某种形式来传播SAW。另外，石英基板30的切角使用了欧拉角(0°，123°，ψ)。此外，关于ψ，可适当选择使得二次温度系数β的绝对值最小的值。

根据图8，可发现如下情况：无论是阻带上端模式还是下端模式，每当线占有率η达到0.6～0.7时，二次温度系数β均发生较大变化。并且，通过对阻带上端模式中的二次温度系数β的变化与阻带下端模式中的二次温度系数β的变化进行比较，可发现如下情况。即，对于阻带下端模式中的二次温度系数β的变化，由于其从负侧进一步向负侧变化，因此特性降低(二次温度系数β的绝对值变大)。与此相对，对于阻带上端模式中的二次温度系数β的变化，由于其从负侧向正侧变化，因此特性提高(二次温度系数β的绝对值变小)。

由此可以说，为了在SAW器件中得到良好的频率温度特性，优选采用阻带上端模式的振动。

接着，发明人针对槽深度G发生了各种变化的石英基板，调查了进行阻带上端模式的SAW传播时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系。

图9是表示使槽深度G从0.01λ(1％λ)变化到0.08λ(8％λ)时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的仿真曲线图。由图9可知，从槽深度G为0.0125λ(1.25％λ)附近，开始出现β＝0的点，即，表示频率温度特性的近似曲线呈现为三次曲线的点。而且，由图9可知，β＝0时的η各有2处(η大时β＝0的点(η1)以及η小时β＝0的点是(η2))。而且，由图9还可知，η2与η1相比，与槽深度G的变化对应的线占有率η的变动量更大。

关于这一点，通过参照图10能够加深对其的理解。图10是分别绘制了槽深度G逐渐变化时使得二次温度系数β为0的η1、η2的曲线图。从图10中能够发现：随着槽深度G变大，η1、η2分别变小，但对于η2，在槽深度G＝0.04λ附近，变动量大到超出了在0.5λ～0.9λ的范围内示出的曲线。即，可以说η2相对于槽深度G的变化的变动量更大。

图11是将图9中的纵轴从二次温度系数β替换为频率变动量ΔF而示出的曲线图。根据图11，显然能够理解到，在β＝0的两个点(η1，η2)处，频率变动量ΔF降低。而且，根据图11能够理解到，对于β＝0的两个点，在槽深度G变化的任意曲线图中，也是η1处的点能够将频率变动量ΔF抑制得更小。

根据上述趋势可知，对于制造时容易产生误差的批量产品，最好采用β＝0的点相对于槽深度G的变动的变动量更小的一方，即η1。图7示出在各槽深度G下二次温度系数β最小的点(η1)处的频率变动量ΔF与槽深度G之间的关系的曲线图。由图7可知，使得频率变动量ΔF为目标值25ppm以下的槽深度G的下限值为0.01λ，槽深度G的范围为0.01λ以上，即0.01≤G。

此外，在图7中，还通过仿真而追加了槽深度G为0.08以上时的例子。根据该仿真可知，槽深度G达到0.01λ以上时，频率变动量ΔF变到25ppm以下，然后，随着槽深度G的每次增加，频率变动量ΔF变小。但是，当槽深度G达到大致0.09λ以上时，频率变动量ΔF再次增加，而当超过0.094λ时，频率变动量ΔF超过25ppm。

图7所示的曲线图是在石英基板30上未形成IDT 12及反射器20等的电极膜的状态下的仿真，而通过参照以下示出详情的图20～图25可知，SAW器件10通过设置电极膜能够进一步减小频率变动量ΔF。因此，当要确定槽深度G的上限值时，只要设定为未形成电极膜的状态下的最大值即可，即G≤0.094λ，为了实现目标，作为理想的槽深度G的范围，可表示为下式：

0.01λ≤G≤0.094λ…(9)。

此外，在批量生产工序中，槽深度G具有最大±0.001λ左右的偏差。因此，图12示出了在线占有率η恒定的情况下槽深度G发生了±0.001λ的偏差时、SAW器件10的各个频率变动量Δf。根据图12能够发现，在G＝0.04λ的情况下，当槽深度G发生了±0.001λ的偏差时，即，在槽深为0.039λ≤G≤0.041λ的范围内，频率变动量Δf为±500ppm左右。

这里，认为只要频率变动量Δf小于±1000ppm，即可通过各种频率微调手段进行频率调整。而当频率变动量Δf为±1000ppm以上时，频率调整会对Q值、CI(crystalimpedance：石英阻抗)值等静态特性及长期可靠性产生影响，从而导致SAW器件10的合格率降低。

关于由图12所示的绘制点连接而成的直线，通过导出表示频率变动量Δf[ppm]与槽深度G之间的关系的近似式，能够得到式(10)。

Δf＝16334G-137…(10)

这里，求出使Δf＜1000ppm的G值而得到G≤0.0695λ。因此，作为本实施方式的槽深度G的范围，可适当优选下式：

0.01λ≤G≤0.0695λ…(11)。

接着，在图13中用曲线图示出了二次温度系数β＝0时的η、即表现出三次温度特性的线占有率η与槽深度G之间的关系。石英基板30的欧拉角为(0°，123°，ψ)。这里，关于ψ，适当选择了使频率温度特性表现出三次曲线趋势的角度，即二次温度系数β＝0时的角度。此外，图28示出了在与图13同样的条件下得到使β＝0的η时的欧拉角ψ与槽深度G之间的关系。在图28的电极膜厚H＝0.02λ的曲线图中，虽未示出ψ＜42°的绘制点，不过在G＝0.03λ处，该曲线图中的η2的绘制点为ψ＝41.9°。关于各电极膜厚下的槽深度G与线占有率η之间的关系，根据之后表述详情的图16～图21来得到绘制点。

由图13可知，在任何膜厚下，如上所述，η1相对于槽深度G的变化的变动均比η2小。因此，关于图13中的各个膜厚处的曲线图，提取出η1，在图14中进行了归纳。由图14可知，η1集中于虚线所示的线中。此外，根据图14，表示线占有率η的上限的绘制点是电极膜厚＝0.01λ的SAW器件，表示线占有率η的下限的绘制点是电极膜厚＝0.035λ的SAW器件。即，可以说随着增厚电极膜厚H，能够使二次温度系数β＝0的线占有率η越小。

基于这种情况，分别针对表示线占有率η的上限的绘制点和表示下限的绘制点求出近似式，能够导出式(12)和式(13)。

$\mathrm{\η}=-2.5\×\frac{G}{\mathrm{\λ}}+0.775...\left(12\right)$

$\mathrm{\η}=-2.5\×\frac{G}{\mathrm{\λ}}+0.675...\left(13\right)$

根据式(12)、式(13)可知，在图14中用虚线围起的范围中，可在式(14)的范围内设定η。

$-2.5\×\frac{G}{\mathrm{\λ}}+0.675\≤\mathrm{\η}\≤-2.5\×\frac{G}{\mathrm{\λ}}+0.775...\left(14\right)$

这里，在容许二次温度系数β为±0.01ppm/℃²以内的情况下，确认到：通过同时满足式(11)和式(14)，二次温度系数β处于±0.01ppm/℃²以内。

另外，图15根据式(12)～(14)而用近似直线示出了电极膜厚0.02λ、0.03λ、0.035λ的SAW器件10各自的、β＝0时的槽深度G与线占有率η之间的关系。此外，未设有电极膜的石英基板30的槽深度G与线占有率η之间的关系如图10所示。

根据表示基于电极膜厚H的近似曲线的近似式，频率温度特性良好的槽深度G与线占有率η之间的关系如式(15)所示。

$\mathrm{\η}=-2.533\×\frac{G}{\mathrm{\λ}}-2.269\×\frac{H}{\mathrm{\λ}}+0.785...\left(15\right)$

关于线占有率η，电极膜厚越厚，电气特性(尤其是谐振频率)的制造偏差越大，在电极膜厚H为式(6)的范围内，线占有率η产生±0.04以内的制造偏差，而在H＞0.035λ的范围内，电极膜厚H很可能产生比±0.04更大的制造偏差。但是，只要电极膜厚H处于式(6)的范围内且线占有率η的偏差为±0.04以内，就能够实现二次温度系数β小的SAW器件。即，在考虑了线占有率的制造偏差且将二次温度系数β控制为±0.01ppm/℃²以内的情况下，线占有率η可容许达到在式(15)上加上±0.04的公差后的式(16)的范围。

$\mathrm{\η}=-2.533\×\frac{G}{\mathrm{\λ}}-2.269\×\frac{H}{\mathrm{\λ}}+0.785\±0.04...\left(16\right)$

图16～图21示出了在电极膜厚分别为0.01λ(1％λ)、0.015λ(1.5％λ)、0.02λ(2％λ)、0.025λ(2.5％λ)、0.03λ(3％λ)、0.035λ(3.5％λ)的情况下，槽深度G发生变化时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

另外，图22～图27示出了与图16～图21对应的、SAW器件10中的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。其中，石英基板均采用了欧拉角(0°，123°，ψ)，关于ψ，适当选择了使得ΔF为最小的角度。

这里，图16是示出电极膜厚H为0.01λ时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的图，图22是示出电极膜厚H为0.01λ时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的图。

此外，图17是示出电极膜厚H为0.015λ时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的图，图23是示出电极膜厚H为0.015λ时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的图。

此外，图18是示出电极膜厚H为0.02λ时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的图，图24是示出电极膜厚H为0.02λ时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的图。

此外，图19是示出电极膜厚H为0.025λ时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的图，图25是示出电极膜厚H为0.025λ时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的图。

此外，图20是示出电极膜厚H为0.03λ时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的图，图26是示出电极膜厚H为0.03λ时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的图。

此外，图21是示出电极膜厚H为0.035λ时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的图，图27是示出电极膜厚H为0.035λ时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的图。

由这些图(图16～图27)中可知，虽然对于所有曲线图均存在细微差别，但它们的变化趋势与表示仅石英基板30自身的线占有率η与二次温度系数β之间的关系以及线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图即图9、图11相似。

即，可以说，在去除了电极膜的石英基板30单体的表面声波的传播中，也能够发挥本实施方式的效果。

图29对根据图28所示的曲线图中的η1而得到的ψ与槽深度G之间的关系进行了总结。需要说明的是，选择η1的原因与上面相同。由图29可知，即使在电极膜的膜厚发生变化的情况下，ψ的角度也基本没有差异，ψ的最佳角度随着槽深度G的变动而发生变化。这也可以证明二次温度系数β的变化主要是由石英基板30的形态引起的。

与上述相同，针对使得二次温度系数β＝-0.01ppm/℃²的ψ和β＝+0.01ppm/℃²的ψ，求出它们与槽深度G之间的关系，并归纳为图30和图31。当根据这些曲线图(图29～图31)来求取能够使-0.01≤β≤+0.01成立的ψ的角度时，可以将上述条件下理想的ψ的角度范围设定为43°＜ψ＜45°，可以进一步理想地设定为43.2°≤ψ≤44.2。

接着，图32示出了θ的角度变动时的二次温度系数β的变化，即θ与二次温度系数β之间的关系。这里，仿真中使用的SAW器件是用欧拉角(0，θ，ψ)表示切角和SAW传播方向且槽深度G为0.04λ的石英基板，电极膜厚H为0.02λ。此外，关于ψ，根据θ的设定角度而在上述角度范围内，适当选择了使二次温度系数β的绝对值最小的值。另外，关于η，根据上式(15)，其为0.6383。

在这种条件下，根据示出了θ与二次温度系数β之间的关系的图32可知，只要θ处于117°以上142°以下的范围内，即可使二次温度系数β的绝对值处于0.01ppm/℃²的范围内。因此，在如上所述的设定值中，只要在117°≤θ≤142°范围内进行θ的设定，即可构成具有良好的频率温度特性的SAW器件10。

图33是示出在采用了欧拉角为(123°，43.77°)的石英基板30且设槽深度G为0.04λ、电极膜厚H为0.02λ、线占有率η为0.65的情况下，的角度与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

由图33可知，在为-2°、+2°的情况下，二次温度系数β分别低于-0.01，但当处于-1.5°～+1.5°的范围内时，二次温度系数β的绝对值可靠地位于0.01的范围内。由此，在上述设定值中，只要在优选为的范围内进行的设定，即可构成具有良好的频率温度特性的SAW器件10。

在上述说明中，针对θ、ψ，分别在一定条件下，导出了与槽深度G之间的关系中最佳值的范围。与此相对，图34示出了使得-40℃～+85℃中的频率变动量最小的非常理想的θ与ψ之间的关系，且求出了其近似式。根据图34，ψ的角度随着θ的角度上升而变化，且如三次曲线所描绘的那样上升。此外，在图34的例子中，θ＝117°时的ψ为42.79°，θ＝142°时的ψ为49.57°。当将这些绘制点连成近似曲线时，构成图34中用虚线表示的曲线，近似式可用式(17)来表示。

ψ＝1.19024×10^-3×θ³-4.48775×10^-1×θ²+5.64362×10¹×θ-2.32327×10³±1.0…(17)

由此，可通过设定θ来确定ψ，在θ的范围为117°≤θ≤142°的情况下，ψ的范围可以为42.79°≤ψ≤49.57°。此外，仿真中的槽深度G、电极膜厚H分别为G＝0.04λ、H＝0.02λ。

基于上述原因，在本实施方式中，只要根据各种设定的条件来构成SAW器件10，即可构成能够满足目标值的实现了良好的频率温度特性的SAW器件。

另外，在本实施方式的SAW器件10中，如式(6)及图16～图27所示，通过将电极膜的膜厚H设为0＜H≤0.035λ的范围内，实现了频率温度特性的改善。这与以往那样通过过度地加厚膜厚H来实现频率温度特性的改善的方法不同，本实施方式是在保持耐环境特性的状态下实现了频率温度特性的改善。图41示出了热循环试验中的电极膜厚(Al电极膜厚)与频率变动之间的关系。另外，图41所示的热循环试验的结果是连续进行了8次如下这样的循环而得到的：将SAW器件置于-55℃的环境中30分钟，然后使环境温度上升到+125℃并置于该环境中30分钟。根据图41可知，与电极膜厚H为0.06λ且未设有电极指间槽的情况相比，在本实施方式的SAW器件10的电极膜厚H的范围内，频率变动(F变动)为其1/3以下。此外，在图41中，对于任意绘制点而言，H+G＝0.06λ均成立。

另外，针对在与图41相同的条件下制造出的SAW器件，进行了将其放置在125℃的环境中1000小时的高温放置试验，结果，与现有的SAW谐振器(H＝0.06λ且G＝0)相比，确认到：本实施方式的SAW谐振器在(H＝0.03λ且G＝0.03λ、H＝0.02λ且G＝0.04λ、H＝0.015λ且G＝0.045λ、H＝0.01λ且G＝0.05λ这4个条件)试验前后的频率变动量为其1/3以下。

在上述条件下，根据如下条件制造出的SAW器件10表现出图35所示的频率温度特性，所述条件是：H+G＝0.067λ(铝膜厚槽深)，IDT的线占有率ηi＝0.6，反射器的线占有率ηr＝0.8，欧拉角为(0°，123°，43.5°)，IDT的对数为120对，相交宽度为40λ(λ＝10μm)，反射器个数(每一侧)为72个(36对)，电极指不具有倾角(电极指的排列方向与SAW的相位速度方向一致)。

图35描绘出试验片个数n＝4的频率温度特性。根据图35可知，这些试验片的工作温度范围内的频率变动量ΔF被抑制为大致20ppm以下。

在本实施方式中，说明了槽深度G及电极膜厚H等对频率温度特性的影响。而槽深度G与电极膜厚H的合计深度(阶差)还会影响等效电路常数和CI值等静态特性以及Q值。例如，图36是表示阶差从0.062λ变化到0.071λ的情况下的阶差与CI值之间的关系的曲线图。由图36可知，CI值在阶差为0.067λ时收敛，而在阶差大到该值以上的情况下，CI值未得到优化(未变低)。

图37归纳了表现出图35所示的频率温度特性的SAW器件10中的频率、等效电路常数以及静态特性。这里，F表示频率，Q表示Q值，γ表示电容比，CI表示CI(石英阻抗：Crystal Impedance)值，M表示性能指数(优良指数：Figure of Merit)。

另外，图39表示用于对在石英基板30中未设置槽32的类型的SAW器件10、与设置了槽32的类型的SAW器件10的阶差和Q值之间的关系进行比较的曲线图。其中，在图39中，粗线所示的曲线表示设置了槽32的类型的SAW器件10的特性，细线所示的曲线表示未设置槽32的类型的SAW器件10的特性。根据图39可清楚地看出，当在电极指之间设有槽且采用了阻带上端模式的谐振时，与在电极指之间未设置槽且采用了阻带下端模式的谐振的情况相比，在阶差(G+H)为0.0407λ(4.07％λ)以上的区域内，得到了更高的Q值。

此外，仿真中使用的SAW器件的基本数据如下。

·设置了槽的类型的SAW器件10的基本数据

H：0.02λ

G：变化

IDT线占有率ηi：0.6

反射器线占有率ηr：0.8

欧拉角(0°，123°，43.5°)

对数：120

相交宽度：40λ(λ＝10μm)

反射器个数(每一侧)：60

电极指不具有倾角

·未设置槽的类型的SAW器件的基本数据

H：变化

G：零

IDT线占有率ηi：0.4

反射器线占有率ηr：0.3

欧拉角(0°，123°，43.5°)

对数：120

相交宽度：40λ(λ＝10μm)

反射器个数(每一侧)：60

电极指不具有倾角

为了对这些SAW器件的特性进行比较而参照图37及图39时，能够理解到设置了槽32的类型的SAW器件10实现了怎样的高Q化。这种高Q化可提高能量封闭效果，原因如下。

为了对在阻带上端模式下激励产生的表面声波进行高效的能量封闭，如图40所示，只要将IDT 12的阻带上端频率ft2设定在反射器20的阻带下端频率fr1与反射器20的阻带上端频率fr2之间即可。即，只要设定为满足下式的关系即可：

fr1＜ft2＜fr2…(18)。

由此，在IDT 12的阻带上端频率ft2处，反射器20的反射系数Γ变大，由IDT 12激励产生的阻带上端模式的SAW被反射器20以高反射系数向IDT 12侧反射。并且，阻带上端模式的SAW的能量封闭变强，能够实现低损失的谐振器。

与此相对，当将IDT 12的阻带上端频率ft2与反射器20的阻带下端频率fr1和反射器20的阻带上端频率fr2之间的关系设定为ft2＜fr1的状态及fr2＜ft2的状态时，在IDT 12的阻带上端频率ft2处，反射器20的反射系数Γ变小，难以实现较强的能量封闭状态。

这里，为了实现式(18)的状态，需要使反射器20的阻带向比IDT 12的阻带更高的频域侧进行频移。具体地说，可通过使反射器20的导体带22的排列周期小于IDT12的电极指18的排列周期来实现。此外，作为其他方法，能够通过以下方法实现：使形成为反射器20的导体带22的电极膜的膜厚比形成为IDT 12的电极指18的电极膜的膜厚薄，或者使反射器20的导体带之间槽的深度比IDT 12的电极指间槽的深度浅。此外，还可以组合这些方法中的多种方法来进行应用。

此外，根据图37，除了能够得到高Q化之外，还能够得到很高的优良指数M。另外，图38是示出得到了图37的特性的SAW器件的阻抗Z与频率之间的关系的曲线图。由图38可知，在谐振点附近不存在无用的寄生。

在上述实施方式中，示出了构成SAW器件10的IDT 12的所有电极指均交替地交叉的情况。不过，本发明的SAW器件10仅利用其石英基板也能够实现相当的效果。因此，即使间断地设置IDT 12的电极指18，也能够起到同样的效果。

另外，对于槽32，也可以在电极指18之间及反射器20的导体带22之间局部地进行设置。尤其，由于振动位移大的IDT 12的中央部会对频率温度特性带来决定性的影响，因此可以采用仅在该部分设置槽32的结构。这种结构也能够形成频率温度特性良好的SAW器件10。

接着，对本发明的SAW器件的第2实施方式进行说明。本实施方式的SAW器件在上述第1实施方式的SAW器件中，改变了所使用的石英基板的欧拉角的范围。具体而言，可使用根据图42的绘制点求出多项式的近似曲线而确定了欧拉角后的第2石英基板。这样求出的第2石英基板的欧拉角能够在以下范围中设定： 另外，关于其他结构，与上述第1实施方式的SAW器件相同，因此整个结构沿用图1。

在由上述欧拉角表示的第2石英基板上形成的IDT的电极膜厚为0.06λ、线占有率η为0.49≤η≤0.70的范围内，二次温度系数为最小的值。即使是具有这种结构的本实施方式的SAW器件，也能够使二次温度系数β处于β＝±0.010ppm/℃²的范围内。如上所述，二次温度系数β小意味着频率温度特性良好。因此，即使是使用了本实施方式的石英基板的SAW器件，也能够得到良好的频率温度特性。

接着，对本发明的SAW器件的第3实施方式进行说明。本实施方式的SAW器件在上述第1、第2实施方式的SAW器件中，改变了所使用的石英基板的欧拉角。具体而言，可使用根据图43的绘制点求出多项式的近似曲线而确定了欧拉角的第3石英基板。这样求出的第3石英基板的欧拉角能够在以下范围中设定： 另外，关于其他结构，与上述第1、第2实施方式的SAW器件相同，因此整个结构沿用图1。

设在由上述欧拉角表示的第3石英基板上形成的IDT的电极膜厚为0.06λ、线占有率η为0.49≤η≤0.70。即使是具有这种结构的本实施方式的SAW器件，也能够使二次温度系数β处于β＝±0.010ppm/℃²的范围内。因此，与上述实施方式同样，能够得到良好的频率温度特性。

在上述实施方式中，均记载了将Al或以Al为主体的合金作为电极膜的情况。不过，也可以使用能够实现与上述实施方式相同效果的任何其它金属来构成电极膜。

在上述实施方式中单纯以SAW器件的形式进行了说明，但也可以将本发明的SAW器件用作SAW滤波器。另外，上述实施方式针对的是仅设有一个IDT的单端子对SAW器件，但本发明也可应用于设有多个IDT的双端子对SAW器件，而且还可以应用于纵向耦合式或横向耦合式的双模式SAW滤波器及多模式SAW滤波器。

接着，参照图44对本发明的SAW振荡器进行说明。本发明的SAW振荡器如图44所示，由以下部分构成：上述SAW器件10；对该SAW器件10的IDT 12施加电压而进行驱动控制的IC(integrated circuit：集成电路)50；以及收容它们的封装。其中，在图44中，图44(A)是去掉盖后的俯视图，图44(B)是示出该图(A)中的A-A截面的图。

在实施方式的SAW振荡器100中，将SAW器件10和IC 50收容在同一封装56内，利用金属线60将形成在封装56的底板56a上的电极图案54a～54g、SAW器件10的梳齿状电极14a、14b以及IC 50的焊盘52a～52f连接起来。然后，利用盖58将收容了SAW器件10和IC 50的封装56的腔气密地密封。通过这种结构，能够使IDT 12(参照图1)、IC 50以及形成在封装56的底面上的未图示的外部安装电极电连接。

此外，本发明的SAW器件能够用作移动电话、硬盘、服务器计算机以及有线/无线基站中的时钟源，本发明的电子设备是指在上述移动电话或硬盘等中搭载了上述SAW器件后的电子设备。

Claims (6)

1.一种表面声波器件，其特征在于，具有叉指换能器，该叉指换能器被设置在以下三种石英基板中的任意一者的主面上，激励出阻带上端模式的表面声波，所述三种石英基板是：第1石英基板，其欧拉角为 第2石英基板，其欧拉角为 以及第3石英基板，其欧拉角

2.根据权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于，

该表面声波器件具有使位于构成所述叉指换能器的电极指之间的基板凹陷而形成的电极指间槽。

3.根据权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于，

在使用了所述第1至第3石英基板中的任意一者的情况下，将所述叉指换能器的线占有率η设为：

0.49≦η≦0.70。

4.根据权利要求2所述的表面声波器件，其特征在于，

在设所述电极指间槽的深度为G的情况下，设为：

0.02λ≦G≦0.04λ，其中，λ是所述表面声波的波长。

5.一种表面声波振荡器，其特征在于，该表面声波振荡器具有权利要求1至4中任意一项所述的表面声波器件。

6.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1至4中任意一项所述的表面声波器件。