CN107112978A - 表面声波器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有对高温环境的耐性、能够使用2～2.5GHz频段以上的频带的、新的并且使用能够稳定供给的压电材料的表面声波器件(1)。表面声波器件(1)包括：由钙黄长石(CAS：Ca2Al(AlSi)O7)单晶形成的压电基片(10)；和形成在上述压电基片(10)的表面声波传播面(11)的梳形电极(12、13)。

Description

表面声波器件
技术领域
本发明涉及表面声波器件。
背景技术
使用表面声波的表面声波器件公知的是用作所谓的带通滤波器、或用作对测定对象的温度、压力进行遥感的传感器。
例如在专利文献1中公开了利用表面声波(SAW；Surface Acoustic Wave)的无线温度测量传感器。该传感器除了温度以外，也能够用作压力、位移、湿度、气体成分分析等的各种传感器。作为该传感器使用的压电材料，除了铌酸锂之外，还能够例示水晶、钽酸锂、四硼酸锂、硅酸镓镧。
另外，在专利文献2中公开了能够无线化的表面声波传感器，且为压电材料使用了钽酸镧镓的传感器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-129185号公报
专利文献2：专利第4470590号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
在上述专利文献中记载的压电材料，根据表面声波器件的某种用途，作为其构成材料并不适合。例如水晶是典型性的压电材料，但是，在573℃发生β迁移，丧失压电性，因此，在高温环境下无法使用。另一方面，虽然在硅酸镧镓(LGS，La3Ga5SiO14)、钽酸镧镓(LTG，La3Ga5.5Ta0.5O14)，直至接近1500℃不产生相移而保持压电性，但表面声波的声速为2500m/s前后时，相对于其它的材料慢。
在此，表面声波的频率与其声速成正比例、与其波长成反比例意味着，当声速慢时，表面声波的频率变低。为了提高该频率，使波长变短即可，但是，在压电材料的表面被激励的表面声波的波长依赖于形成于其表面的梳形电极(IDT；Interdigital Transducer、叉指式变换器)的节距，形成梳形电极时的分解能存在界限。因此，能够用于表面声波器件的表面声波的频率存在与压电材料相应的上限。
在此，将表面声波器件用作滤波器时，其通过频带产生上限。另外，将表面声波器件用作无线传感器时，其表面声波的频率为进行遥感时的电磁波通信的频率，因此，当频率较低时，用于发送接收的天线大型化，并且不能获得使用性良好的小型的表面声波传感器。实际上，在上述的硅酸镧镓、钽酸镧镓中，不能使用2～2.5GHz频段以上的频带，因此，作为滤波器的用途受到制限，另外，难以获得实用的尺寸的无线传感器。并且，其构成元素包含镧，镓，钽等的所谓的被称为稀有金属、稀土的稀有元素，因此，难以稳定地供给。
所以，至今为止作为能够用于表面声波器件的压电材料已知的材料中，找不到超过水晶的兼有到达1000℃的高温耐性和能够使用2～2.5GHz频段以上的频带的声速快的材料。
本发明是鉴于该情况而完成的，其课题在于提供一种表面声波器件，其为对高温环境的耐性、能够使用2～2.5GHz频段以上的频带的新的而且能够使用可以稳定地供给的压电材料。
用于解决技术课题的技术方案
为了解决上述课题，本申请中公开的发明具有各种方面，上述各方面的代表性的概要如以下所述。
(1)一种表面声波器件，其特征在于，包括：
由钙黄长石(CAS：Ca2Al(AlSi)O7)单晶形成的压电基片；和形成在上述压电基片的表面声波传播面的梳形电极。
(2)在(1)记载的表面声波器件中，上述表面声波传播面为使(001)面关于[110]方向旋转了角度θ的面，表面声波行进方向为[110]方向，并且满足0°≤θ≤80°。
(3)在(1)记载的表面声波器件中，上述表面声波传播面为使(001)面关于[110]方向旋转了角度θ的面，表面声波行进方向为[110]方向，并且满足60°≤θ≤90°。
(4)在(1)记载的表面声波器件中，上述表面声波传播面为使(001)面关于[100]方向旋转了角度θ的面，表面声波行进方向为[100]方向，并且满足40°≤θ≤75°。
(5)在(1)记载的表面声波器件中，上述表面声波传播面为使(001)面关于[100]方向旋转了角度θ的面，表面声波行进方向为[100]方向，并且满足45°≤θ≤80°。
(6)在(1)记载的表面声波器件中，上述表面声波传播面为使(100)面关于[001]方向旋转了角度θ的面，表面声波行进方向为[001]方向，并且满足20°≤θ≤70°。
(7)在(1)记载的表面声波器件中，上述表面声波传播面是(001)面。
(8)在(1)记载的表面声波器件中，上述表面声波传播面为45°Y面，表面声波行进方向以45°Z方向为0°，处于-45°～45°的范围。
(9)在(1)记载的表面声波器件中，表面声波行进方向是在上述表面声波传播面内相对于传播角度的声速的值呈现极值的传播角度或者在该传播角度附近。
(10)在(9)记载的表面声波器件中，上述表面声波传播面是(111)面，表面声波行进方向以方向为0°，处于-5°～5°的范围或者-85°～95°的范围。
(11)在(1)～(10)的任一者记载的表面声波器件中，上述表面声波器件是传感器。
(12)在(11)记载的表面声波器件中，包括与上述梳形电极连接的天线，能够通过无线进行遥感。
(13)在(11)记载的表面声波器件中，包括与上述梳形电极连接的端子，能够通过有线进行传感。
(13)在(1)～(10)的任一者记载的表面声波器件中，上述表面声波器件是滤波器。
发明效果
根据在上述本申请中公开的发明的各种方面，能够获得具有对高温环境的耐性、能够使用2～2.5GHz频段以上的频带的新的且能使用可稳定供给的压电材料的表面声波器件。
附图说明
图1是表示作为本发明的第1实施方式的表面声波器件的、无线温度传感器的外观立体图。
图2是将钙黄长石的单晶在特定的切截面切断时的、切截面中的声速的测定结果相对于传播角度(切截面内的方位)表示的图表。
图3是说明将钙黄长石用(001)面切断时的传播角度的图。
图4是说明将钙黄长石用(111)面切断时的传播角度的图。
图5是说明45°Y面的图。
图6是表示将钙黄长石用[110]传播θ旋转Z面切断、以[110]方向为传播角度0°时的传播角度和声速的关系的图表。
图7是说明[110]传播θ旋转Z面的图。
图8是说明将钙黄长石用[110]传播θ旋转Z面切断时的传播角度的图。
图9是表示在[110]传播θ旋转Z面中，以传播角度为0°情况下的、θ与声速以及θ与机电耦合系数的关系的图表。
图10是表示将钙黄长石用[100]传播θ旋转Z面切断、以[100]方向为传播角度0°时的传播角度与声速的关系的图表。
图11是说明[100]传播θ旋转Z面的图。
图12是说明将钙黄长石用[100]传播θ旋转Z面切断时的传播角度的图。
图13是表示在[100]传播θ旋转Z面中，以传播角度为0°情况下的、θ与声速以及θ与机电耦合系数的关系的图表。
图14是表示将钙黄长石用[001]传播θ旋转X面切断、以[001]方向为传播角度0°时的传播角度与声速的关系的图表。
图15是说明[001]传播θ旋转X面的图。
图16是说明将钙黄长石用[001]传播θ旋转X面切断时的传播角度的图。
图17是表示在[001]传播θ旋转X面中，以传播角度为0°的情况下的、θ与声速以及θ与机电耦合系数的关系的图表。
图18是表示作为本发明的第2实施方式的表面声波器件的、无线压力传感器的外观立体图。
图19是表示作为本发明的第3实施方式的表面声波器件的、滤波器的外观立体图。
具体实施方式
以下，参照图1～图17说明本发明的第1实施方式。
图1是作为本发明的第1实施方式的表面声波器件的、无线温度传感器1的外观立体图。无线温度传感器1包括：切为平板形状的压电基片10；激励电极12，其为形成于表面声波传播面11的梳形电极，上述表面声波传播面11为压电基片10的一个表面、即表面声波被激励并进行传播的面；和以隔着激励电极12的方式形成的一对同样为梳形电极的反射电极13。
激励电极12经由匹配电路14与天线15连接，另一方面，在本实施方式中，反射电极13为浮置电极。而且，在本实施方式中，通过天线15发送接收的电磁波的频率带是超高频区域，作为一个例子设定为2.45GHz。匹配电路14是当使用2.45GHz的电磁波进行激励电极12和能量的授受时，用于获得电匹配、所谓的阻抗匹配的电路。
匹配电路14和天线15安装在安装基片16上，安装在基底基片17上。压电基片10和安装基片16通过适当的方法例如引线接合而电连接。并且，在安装基片16上设置有端子18。该端子18与激励电极12直接连接或者经由匹配电路14连接。
此外，在此，匹配电路14表示使用一体化了的芯片部件的电路，但是，也可以单独安装电感器和电容器，或者通过形成在安装基片16上的配线图案制作匹配电路14。另外，天线15容易小型化，所以，在此图示使用螺旋单极天线的部件，所以，天线的形式根据要使用的频率带可以使用任意的形式，但是，与匹配电路14同样，可以由形成在安装基片16上的配线图案作成。
另外，可以不分别准备压电基片10和安装基片16，而将匹配电路14和天线15直接设置在压电基片10上。在该情况下，也能够省略基底基片17。
当对无线温度传感器1发送规定的频率的电磁波(在此，上述的2.45GHz)时，通过从天线15输入到激励电极12的电力，在压电基片10上激励在图中由箭头A所示的方向上行进的表面声波。此外，该表面声波的行进方向是与梳形电极的梳齿部分正交的方向。表面声波由反射电极13反射，因此，在压电基片10上产生驻波，能够蓄积能量。
之后使电磁波的发送停止时，无线温度传感器1一边消耗作为表面声波所蓄积的能量，一边以与共振频率相等的频率从天线15辐射电磁波。通过接受该被辐射的电磁波，能够得知无线温度传感器1的共振频率。压电基片10的声速具有温度依赖性，因此，通过得知该共振频率能够得知压电基片10的声速，进而得知温度。
而且，在本实施方式中，作为压电基片10使用钙黄长石(CAS：Ca2Al(AlSi)O7)的单晶。压电基片10例如能够通过将通过提拉法(Czochralski method)作成的钙黄长石的单晶铸锭以获得想要的表面声波传播面11的方式以适当的角度切割而获得。
在此，钙黄长石单晶至1200℃程度为止呈现稳定的压电特性，充分耐高温。另外，表面声波的声速如后文所述也依赖于其切割面，但是，在大致3500～4100m/s时，呈现较高的值，使用以一般的步进、例如作为使用i线步进的情况下的分解能的365nm为半波长的梳形电极，能够使用2～2.5GHz频段以上的高频频带。
并且，钙黄长石的构成元素为钙、铝、硅和氧，仅由非常常见的元素构成，因此能够进行廉价且稳定的供给。
此外，以上的温度测定方法在端子18通过有线连接有直接测定机器的情况下也能够同样地实施。即，这是因为通过从端子18施加规定的频率的交流，之后，停止交流的施加，通过测定从端子18输出的交流的频率，能够得知无线温度传感器1的共振频率。在图1所示的无线温度传感器1中，设置有天线15和端子18的两者，以能够进行基于无线的遥感和基于有线的传感这两者，但是，在仅能够进行基于无线的遥感的情况下，端子18也可以不需要而省略。另外，在仅能够进行基于有线的传感的情况下，可以根据天线15和情况省略匹配电路14。
但是，压电基片10的表面声波传播面11上的声速和损失的程度依赖于表面声波传播面11的方位和表面声波传播方向，因此，在决定上述条件时，需要考虑成为原料的钙黄长石的结晶方位。
图2是将钙黄长石的单晶在特定的切截面中切断时的、切截面中的声速的测定结果，相对于传播角度(切截面内的方位)进行表示的图表。图表中纵轴表示声速，横轴表示传播角度。在此所示的切截面对应于表面声波传播面11，另外，声速的传播角度对应于表面声波传播方向。此外，在该图表中所示的声速是关于泄露表面声波的测定结果。
图表中的曲线(1)是将钙黄长石以(001)面切断时的结果。此时，如图3所示，传播角度以[100]方向为0°，在切截面内以逆时针旋转方向为正表示其方位。在此，在本说明书中，由X、Y、Z表示的结晶轴通过右手坐标系进行说明，旋转方向以右旋的方向为正。返回图2，从图表可知，该情况下的声速在大约3500～3600m/s的范围内，几乎不具有传播角度依赖性，呈现大致一定的值。该情况表示，作为表面声波传播面11使用(001)面时，几乎不考虑表面声波传播方向也能够获得大致一定的声速，在作成压电基片10的基础上，在作成梳形电极时，不需要考虑面内的结晶方位，其制造非常容易。
图表中的曲线(2)是将钙黄长石以(111)面切断时的结果。此时，如图4所示，传播角度以方向为0°，在切截面内以逆时针旋转方向为正表示其方位。从图表可知，声速在传播角度为0°时呈现最小值，在传播角度为90°时呈现最大值，其值分布在大致3700～4100m/s的范围。此时，优选表面声波传播方向为声速呈现最小值的传播角度或其附近的传播角度。
其理由是，声速相对于传播角度变化(在图2的图表中，斜率不是0)的区域中，因表面声波在声速慢的方向上散去，因此损失增大。声速呈现极值即相对传播角度没有变化(在图2的图表中，斜率为0)或者较小的区域中，表面声波的直进性变高，能够抑制损失。尤其是，在声速呈现极小值即声速的相对传播角度的变化从减少转变为增加的区域(在图2的图表中，斜率从负变化为正的区域)中，表面声波集中在声速呈现极小值的传播角度因此损失少。在以曲线(2)所示的(111)面为表面声波传播面11的情况下，使表明声波传播方向为传播角度在0°或90°或其附近即可。更具体而言，以方向的传播角度为0°，将表面声波传播方向设定在-5°～5°或者85°～95°的范围中。关于选择哪一个范围，要考虑声速，根据要使用的频率带进行选择。
图表中的曲线(3)是以将(010)面相对于X轴逆时针旋转45°后的面(以下，将该面称为45°Y面)来切断钙黄长石时的结果。该45°Y面因钙黄长石的单位晶格不是立方体，所以，与(011)面不严格一致。另外，此时，传播角度以将Z轴([001]方向)相对于X轴旋转了45°的方向(以后，将该方向称为45°Z方向)的传播角度作为0°，以逆时针旋转方向为正。该45°Z方向也因同样的理由，与方向不严格一致。相对于X轴的旋转方向为相对于X轴右旋的方向。
为了容易理解，图3表示45°Y面。45°Y面是将该图中所示的(010)面以X轴为中心在图示的方向上旋转了45°的面。另外，45°Z方向是将Z轴在YZ平面内以X轴为中心在图示的方向上旋转了45°后的方向，传播角度如图中所示，表示相对于45°Z方向以逆时针旋转方向为正的切截面内的方向。
返回图2，从图表可知，该情况下的声速在传播角度为0°时呈现极大值，该分布跨在大概3600～4000m/s的范围。并且，传播角度在从-45°至45°程度的范围中，不呈现较大的变化，呈现接近大致最大值的声速。这是指在以45°Y面为表面声波传播面11的情况下，即使不严格定义表面声波传播方向，在较广的范围内也能够获得大致一定的声速，而且其损失较小。所以，在作成压电基片10的基础上，在作成梳形电极时，不严格考虑面内的结晶方位，能够容许少许的角度的偏移，所以，在该情况下，其制造仍然是容易的。
此外，图表中的曲线(4)是为了进行比较，将钽酸镧镓以(010)面切断，以[100]方向的传播角度为0°，以逆时针旋转方向为正时的结果。可知该情况下的声速呈现大致2250～2750m/s这样的较低的值。
如以上的讨论所述，在本说明书中明示了结晶中的特定的面、特定的方向的情况下，不仅包括与作为该面和方向所表示的理论上的面和方向严格一致的面和方向，也包括在实用上与这些面和方向能够看做相同的面和方向的范围。即，当指某特定的结晶面、例如(001)面时，认为包含物理的性状被认为是与在理论上特定的结晶面(该情况，(001)面)在实用上相同或者近似的范围的面。方向也相同，当指某特定的方向时，认为包含物理的性状被认为是与在理论上特定的方向在实用上相同或者近似的范围的方向。更具体来说，当指特定的面的情况下，包含相对于在理论上特定的该面，法线的方向在±10°以内的面、优选±5°以内的面、更优选±2.5°以内的面。另外，在指特定的方向的情况下，包含相对于在理论上特定的该方向，在±10°以内的方向、优选±5°以内的方向、更优选±2.5°以内的方向。
以下，进一步参照图6～图14说明适合表面声波器件的钙黄长石的切截面和表面声波传播方向。
图6是将钙黄长石以使(001)面关于[110]方向逆时针旋转角度θ后的面(以下将该面称为“[110]传播θ旋转Z面”)切断，以[110]方向的传播角度为0°时的传播角度与声速的关系的图表。该图中分别表示使θ为0°、30°、45°、60°、80°和90°的情况下的、声速相对传播角度的变化。
图7是说明[110]传播θ旋转Z面的图。[110]传播θ旋转Z面是将图中虚线所示的(001)面如该图所示那样关于[110]方向逆时针旋转θ后的由实线所示的面。在θ＝0°的情况下，该面等于(001)面。另外，在θ＝90°的情况下，该面为面。另外，传播角度如图8所示，以[110]方向为0°，在切截面内以逆时针旋转为正(在图8中作为切截面表示了(001)面)。
返回图6，由该图可知，在使[110]传播θ旋转Z面为表面声波传播面11的情况下，与θ的值无关在传播角度时声速取得极值。并且，可知在θ较小的情况下，例如除了接近θ＝0°的情况之外，至少θ≥30°时，传播角度声速取得极小值。
在此，如已说明的那样，在声速呈现极小值的传播角度中，损失变少，但是在极小值的曲率越大(在图表上，宽度更窄，显示为尖锐的凹部)，表面声波越向声速呈现极小值的传播角度集中，因此，在损失方面可以说优选。因此，在使传播角度为0°时，在损失方面，可以说θ越接近90°越好。另外，声速也在大致3610m/s～3710m/s，与图2的曲线(4)所示的钽酸镧镓的情况相比为高速。
但是，作为表面声波器件的适合性不能仅由声速和损失的大小决定。图9是表示在[110]传播θ旋转Z面中，使传播角度为0°的情况下的、θ与声速以及θ与机电耦合系数(EMCC；ElectroMechanical Coupling Coefficient)的关系的图表。在图表中，声速用实线表示，机电耦合系数用虚线表示。
在此，机电耦合系数是对压电体施加交流产生振动形变时的、蓄积在压电体的弹性形变能量与所投入的电能量之比，是表示其值越大电能量越高效地转换为弹性形变能量的指标。如图9所示，在[110]传播θ旋转Z面中，机电耦合系数随着θ从0°增加而增大，在稍微低于θ＝60°附近呈现最大值，之后，随着θ接近90°而急速减少。
当机电耦合系数较大时，所投入的电能量容易转换为弹性形变能量，所以，在要求快速应答性(Quick response)的表面声波器件中，该机电耦合系数大是很重要的。这样的表面声波器件例如是带通滤波器、采样率高的传感器等。另一方面，利用基于共振的驻波，在采样率不太高的传感器例如温度传感器中，机电耦合系数并不那么重要，损失较小是有利的。因此，作为表面声波期间的快速应答性，根据用途综合考察声速与损失以及机电耦合系数来决定。
在此所示的[110]传播θ旋转Z面中，对于要求快速应答性的表面声波器件，机电耦合系数的大小比损失重要，所以，作为θ的范围，优选0°≤θ≤80°程度。当选择声速呈现极小值的传播角度时，进而可以选择θ≥30°的面。作为能够兼顾声速的大小和机电耦合系数的大小的条件，优选40°≤θ≤70°的范围。
另一方面，利用基于共振的驻波，对于不要求快速应答性的表面声波器件，损失小比机电耦合系数的大小更重要，所以，作为θ的范围，在图6所示的图表中，选择极小值中的曲率大的、60°≤θ≤90°的范围即可。在机电耦合系数几乎不变小，而损失小的方面，在θ＝80°附近是优选的。
图10是表示将钙黄长石以使(001)面关于[100]方向逆时针旋转角度θ后的面(以下将该面称为“[100]传播θ旋转Z面”)切断，并且使[100]方向的传播角度为0°时的传播角度与声速的关系的图表。在该图中分别表示θ为0°、30°、45°和60°的情况下的声速的相对传播角度的变化。
图11是说明[100]传播θ旋转Z面的图。[100]传播θ旋转Z面是使图中虚线所示的(001)面如该图所示那样关于[100]方向逆时针旋转θ后的由实线所示的面。在θ＝0°的情况下，该面等于(001)面。另外，在θ＝45°的情况下，当考虑对称性时，该面与先前所说明的45°Y面一致。另外，传播角度如图12所示，以[100]方向为0°，在切截面内以逆时针旋转为正的(在图12中作为切截面表示了(001)面)。
返回图10，从该图可知，在以[100]传播θ旋转Z面为表面声波传播面11的情况下，与θ的值无关在传播角度时声速取得极小值。
并且，图13是表示在[100]传播θ旋转Z面中，使传播角度为0°的情况的、θ与声速以及θ与机电耦合系数的关系的图表。如该图所示，在[100]传播θ旋转Z面中，机电耦合系数随着θ从0°开始增加而增大，在θ＝60°附近呈现最大值，之后随着θ接近90°而急速减少，在θ＝80°附近大致成为0。
因此，在此所示的[100]传播θ旋转Z面中，对于要求快速应答性的表面声波器件，作为θ的范围，优选40°≤θ≤75°程度，进一步优选50°≤θ≤70°的范围。
另一方面，利用基于共振的驻波，对于不要求快速应答性的表面声波器件，作为θ的范围，大致选择θ≥45°的范围即可，但是，因为机电耦合系数成为大致0的范围并不适当，因此选择45°≤θ≤80°的范围即可。
图14是将钙黄长石以使(100)面关于[001]方向逆时针旋转角度θ后的面(以下，将该面称为“[001]传播θ旋转X面”)切断，并且使[001]方向的传播角度为0°时的传播角度与声速的关系的图表。在该图中分别表示使θ为0°、15°、30°和45°的情况下的声速的相对传播角度的变化。
图15是说明[001]传播θ旋转X面的图。[001]传播θ旋转X面是使图中由虚线所示的(100)面如该图所示那样关于[001]方向逆时针旋转θ后的由实线所示的面。在θ＝0°的情况下，该面等于(100)面。另外，在θ＝45°的情况下，该面等于(110)面，在θ＝90°的情况下，该面等于(010)面。另外，传播角度如图16所示，以[001]方向为0°，在切截面内以逆时针旋转为正(在图16中作为切截面表示了(100)面)。
返回图14，从该图可知，在使[001]传播θ旋转X面为表面声波传播面11的情况下，也与θ的值无关地在传播角度度时声速取得极小值。发现了传播角度的声速及其曲率不因θ的值而较大的变化，大致一定。
并且，图17是表示在[001]传播θ旋转X面中，使传播角度为0°的情况下的、θ与声速以及θ与机电耦合系数的关系的图表。如该图所示，在[100]传播θ旋转Z面中，机电耦合系数随着θ从0°开始增加而增大，在θ＝45°附近呈现最大值，之后随着θ接近90°而减少。
因此，在此所示的[001]传播θ旋转X面中，对于要求快速应答性的表面声波器件，作为θ的范围，优选20°≤θ≤70°程度，进一步优选30°≤θ≤60°的范围。
另一方面，在[001]传播θ旋转X面中，声速和损失的大小几乎不因θ而变化。由此，在利用基于共振的驻波，并且不要求快速应答性的表面声波器件中，与先前的要求快速应答性的表面声波器件同样地，作为机电耦合系数的更大的范围，选择20°≤θ≤70°，作为更优选的范围，选择30°≤θ≤60°。
接着，参照图18说明本发明的第2实施方式。
图18是作为本发明的第2实施方式的表面声波器件的、无线压力传感器2的外观立体图。无线压力传感器2是在圆板上被切割了的基底基片17被保持在环状的保持部件19的构造，在基底基片17上配置有压电基片10和安装基片16。而且，基底基片17形成隔片，根据无线压力传感器2的正背的压力差而弹性变形。伴随于此，压电基片10也受到弯曲变形，由此，表面声波的声速发生变化，所以，通过与先前的实施方式中所说明的相同的方法，测定压电基片10上的表面声波的共振频率，由此，能够得知作用于基底基片17的力、即无线压力传感器2的正背的压力差。无线压力传感器2在成为测定对象的空间的开口部将保持部件19通过粘结、螺钉固定等适当的方法进行固定而安装。
压电基片10的正面成为表面声波传播面11，与先前的实施方式的无线温度传感器1同样地设置有激励电极12和反射电极13。另外，安装基片16的构成也相同。在本实施方式中，对于与先前的实施方式对应的构成，标注相同的附图标记，其重复的说明省略。
此外，在该例中，表示了基底基片17成为隔片的构造，但是，也可以是压电基片10自身作为隔片发挥作用的构造。在该情况下，匹配电路14和天线15可以直接设置在压电基片10上，也可以在压电基片10上设置安装基片16，而安装在该安装基片16上。
在该无线压力传感器2中，与先前的无线温度传感器1相同，在压电基片10的表面声波传播面11上激励驻波，之后，接收从天线15辐射的电磁波来进行测定。在该情况下，压电基片10的声速受到压电基片10的形变的影响而变化，因此，根据从天线15辐射的电磁波得知无线压力传感器2的共振频率，并且，得知压电基片10的声速，由此，能够得知压电基片10的形变。压电基片10的形变被认为是反映基底基片17的形变，由于基底基片17的机械特性是既知的，所以，根据压电基片10的形变，容易求出压电基片10内外的压力差。
在该无线压力传感器2中，作为压电基片10使用钙黄长石单晶，由此能够获得对高温环境的耐性，并且，能够使用2～2.5GHz频段以上的频带。另外，能够廉价且稳定地供给压电基片10，关于表面声波传播面11和表面声波行进方向的选定，与先前所述的无线温度传感器1相同。
此外，参照图19说明本发明的第3实施方式。
图19是作为本发明的第3实施方式的表面声波器件的、滤波器3的外观立体图。滤波器3是作为带通滤波器的具有通过频带特性的滤波器，在压电基片10上的表面声波传播面11的一侧作为梳形电极形成激励电极12，而在另一侧作为梳形电极形成接收电极20。压电基片10安装在基底基片17上，设置在基底基片17上的端子21和激励电极12、接收电极20分别通过适当的方法例如引线接合而连接。
在该滤波器3中，从激励电极12侧的端子21输入电力时，由梳形电极的节距和表面声波传播面11上的声速决定的频率频带的信号在图中B方向上作为表面声波传播，被接收电极20接收，从激励电极12侧的端子21输出。此外，在该实施方式中，将滤波器3作为所谓的横列式SAW滤波器进行了公开，但是，可以将其设计为SAW共振器型滤波器，各电极的配置不是在此所示的单纯的相对型的配置，可以采用阶梯型等各种配置。
在该滤波器3中，作为压电基片10使用钙黄长石单晶，由此能够获得对于高温环境的耐性，并且，能够使用2～2.5GHz频段以上的频带。另外，能够廉价且稳定地供给压电基片10，关于表面声波传播面11和表面声波行进方向的选定，与先前所述的无线温度传感器1相同。
以上说明的实施方式所示的具体的构成作为例示公开，上述具体例的构成其本身不对本说明书中所公开的发明进行限定。本领域技术人员可以在上述公开的实施方式适当地进行各种变形、例如各部件或者其部分的形状和数量、配置等，也可以将所例示的实施方式相互组合。另外，可以将本说明书所公开的表面声波器件用于测定温度和压力以外的物理量的传感器、滤波器以外的电器元件。本说明书公开的发明的技术的范围应理解为包含如上述方式的变形。

Claims (14)

1.一种表面声波器件，其特征在于，包括：
由钙黄长石(CAS：Ca2Al(AlSi)O7)单晶形成的压电基片；和
形成在所述压电基片的表面声波传播面的梳形电极。
2.如权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于：
所述表面声波传播面为使(001)面关于[110]方向旋转了角度θ的面，表面声波行进方向为[110]方向，并且满足0°≤θ≤80°。
3.如权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于：
所述表面声波传播面为使(001)面关于[110]方向旋转了角度θ的面，表面声波行进方向为[110]方向，并且满足60°≤θ≤90°。
4.如权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于：
所述表面声波传播面为使(001)面关于[100]方向旋转了角度θ的面，表面声波行进方向为[100]方向，并且满足40°≤θ≤75°。
5.如权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于：
所述表面声波传播面为使(001)面关于[100]方向旋转了角度θ的面，表面声波行进方向为[100]方向，并且满足45°≤θ≤80°。
6.如权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于：
所述表面声波传播面为使(100)面关于[001]方向旋转了角度θ的面，表面声波行进方向为[001]方向，并且满足20°≤θ≤70°。
7.如权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于：
所述表面声波传播面是(001)面。
8.如权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于：
所述表面声波传播面为45°Y面，表面声波行进方向以45°Z方向为0°，处于-45°～45°的范围。
9.如权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于：
表面声波行进方向是在所述表面声波传播面内相对于传播角度的声速的值呈现极值的传播角度或者在该传播角度附近。
10.如权利要求9所述的表面声波器件，其特征在于：
所述表面声波传播面是(111)面，表面声波行进方向以方向为0°，处于-5°～5°的范围或者-85°～95°的范围。
11.如权利要求1～10中任一项所述的表面声波器件，其特征在于：
所述表面声波器件是传感器。
12.如权利要求11所述的表面声波器件，其特征在于：
包括与所述梳形电极连接的天线，能够通过无线进行遥感。
13.如权利要求11所述的表面声波器件，其特征在于：
包括与所述梳形电极连接的端子，能够通过有线进行传感。
14.如权利要求1～10中任一项所述的表面声波器件，其特征在于：
所述表面声波器件是滤波器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114061786A (zh) * 2021-10-25 2022-02-18 中北大学 声表面波温度传感器及其制备方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10727741B2 (en) * 2016-06-29 2020-07-28 Win Semiconductors Corp. Thermal sensing acoustic wave resonator and acoustic wave filter having thermal sensing acoustic wave resonator
US10571431B2 (en) 2017-06-02 2020-02-25 Ssi Technologies, Llc Combination sensor
CN112965162A (zh) * 2021-03-04 2021-06-15 山东大学 一种基于单晶光纤声学各向异性和掺杂调制的高灵敏单晶光纤测温方法
DE102023107892A1 (de) * 2023-03-28 2024-10-02 Endress+Hauser SE+Co. KG Anordnung zur Temperaturkompensation einer Komponente eines Bauteils

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1105166A (zh) * 1993-07-08 1995-07-12 株式会社村田制作所 表面声波滤波器
CN1272000A (zh) * 1999-04-28 2000-11-01 株式会社村田制作所 表面声波谐振器、复合表面声波滤波器和表面声波滤波器
JP2004242044A (ja) * 2003-02-06 2004-08-26 Toyo Commun Equip Co Ltd 弾性表面波フィルタ
JP2008267847A (ja) * 2007-04-17 2008-11-06 Shinko Electric Co Ltd 検出装置及び検出システム
JP2012255706A (ja) * 2011-06-08 2012-12-27 National Univ Corp Shizuoka Univ 無給電ワイヤレス式センサモジュールおよびワイヤレス式物理量検出システム
JP2014011327A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Tokyo Institute Of Technology 圧電材料、圧電部材、圧電素子及び圧力センサ

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1474180A (en) * 1973-10-12 1977-05-18 Mullard Ltd Acoustic surface wave devices
US4232240A (en) * 1979-05-31 1980-11-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force High piezoelectric coupling X-cuts of lead potassium niobate, Pb2 Knb5 O15 , for surface acoustic wave applications
GB2086684B (en) * 1980-10-08 1984-05-10 Philips Electronic Associated Surface acoustic wave filters
DE3575248D1 (de) * 1984-06-05 1990-02-08 Toshiba Kawasaki Kk Akustische oberflaechen-wellen-anordnung.
EP0810725A3 (en) * 1996-05-29 1999-10-27 Santech Company, Limited Wafer and surface acoustic wave device
JP2000278085A (ja) * 1999-03-24 2000-10-06 Yamaha Corp 弾性表面波素子
JP2004507960A (ja) * 2000-08-31 2004-03-11 ソーテック・インコーポレーテッド 圧電性基板の非対称最適カットを用いた弾性表面波デバイス
JP2002118442A (ja) * 2000-10-04 2002-04-19 Tdk Corp 弾性表面波装置及びこれに用いる圧電基板
US6661313B2 (en) * 2001-10-25 2003-12-09 Sawtek, Inc. Surface acoustic wave devices using optimized cuts of lithium niobate (LiNbO3)
US6833774B2 (en) * 2002-06-25 2004-12-21 Sawtek, Inc. Surface acoustic wave filter
JP3841053B2 (ja) * 2002-07-24 2006-11-01 株式会社村田製作所 弾性表面波装置及びその製造方法
JP2004129185A (ja) 2002-08-01 2004-04-22 Sony Corp Ｓａｗセンサ、ｓａｗセンサを用いた個体識別装置、およびｓａｗセンサの製造方法
JP4470590B2 (ja) 2004-05-31 2010-06-02 三菱マテリアル株式会社 表面弾性波センサー用基板及び表面弾性波センサー
JP2006148622A (ja) * 2004-11-22 2006-06-08 Seiko Epson Corp 弾性表面波装置および電子機器
JP2010011440A (ja) * 2008-05-30 2010-01-14 Hitachi Ltd 弾性波装置及びそれを用いた高周波フィルタ
FR2932333B1 (fr) * 2008-06-04 2010-08-13 Centre Nat Rech Scient Resonateur hbar a stabilite en temperature elevee
US8378553B1 (en) * 2010-07-01 2013-02-19 Triquint Semiconductor, Inc. Buried idt SAW filter having low propagation loss
JP2012060420A (ja) * 2010-09-09 2012-03-22 Seiko Epson Corp 弾性表面波デバイス、電子機器及びセンサー装置
FR2997027B1 (fr) * 2012-10-19 2015-01-02 Centre Nat Rech Scient Transducteur a ondes de volume guidees en suface par des structures d'excitation synchrone
US9522827B2 (en) * 2013-05-02 2016-12-20 Energy Storage Materials Llc Piezoelectric material, piezoelectric member, piezoelectric element, and pressure sensor
US20150013461A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-15 Environetix Technologies Corp. Device and method for measuring physical parameters using saw sensors
US10457605B2 (en) * 2013-10-04 2019-10-29 Solidia Technologies, Inc. Composite materials, methods of production and uses thereof
EA036120B1 (ru) * 2014-08-04 2020-09-30 Солидиа Текнолоджиз, Инк. Карбонизируемые композиции на основе силиката кальция и способы их изготовления и использования

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1105166A (zh) * 1993-07-08 1995-07-12 株式会社村田制作所 表面声波滤波器
CN1272000A (zh) * 1999-04-28 2000-11-01 株式会社村田制作所 表面声波谐振器、复合表面声波滤波器和表面声波滤波器
JP2004242044A (ja) * 2003-02-06 2004-08-26 Toyo Commun Equip Co Ltd 弾性表面波フィルタ
JP2008267847A (ja) * 2007-04-17 2008-11-06 Shinko Electric Co Ltd 検出装置及び検出システム
JP2012255706A (ja) * 2011-06-08 2012-12-27 National Univ Corp Shizuoka Univ 無給電ワイヤレス式センサモジュールおよびワイヤレス式物理量検出システム
JP2014011327A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Tokyo Institute Of Technology 圧電材料、圧電部材、圧電素子及び圧力センサ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114061786A (zh) * 2021-10-25 2022-02-18 中北大学 声表面波温度传感器及其制备方法

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