DE10048373C2 - Piezoelektrische Keramiken und Verwendung derselben als Oberflächenwellenbauelemente - Google Patents

Piezoelektrische Keramiken und Verwendung derselben als Oberflächenwellenbauelemente

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DE10048373C2 DE2000148373 DE10048373A DE10048373C2 DE 10048373 C2 DE10048373 C2 DE 10048373C2 DE 2000148373 DE2000148373 DE 2000148373 DE 10048373 A DE10048373 A DE 10048373A DE 10048373 C2 DE10048373 C2 DE 10048373C2
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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft piezoelektrische Keramiken und die Verwendung derselben als Oberflächenwellenbauelemente und betrifft insbesondere eine verlustarme piezoelektrische Keramik zur Verwendung bei Hochfrequenzfiltern und Oszillatoren, spezifisch zur Verwendung bei Oberflächenwellenbauelementen.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Filter und Oszillatoren, die piezoelektrische Keramiken einsetzen, werden für verschiedene Arten von elektrischen/elektronischen Produkten verwendet, beispielsweise für Kommunikationsgeräte und audiovisuelle Apparate. In jüngster Zeit werden Filter und Oszillatoren, die piezoelektrische Keramiken einsetzen, bei höheren Frequenzbereichen verwendet, beispielsweise sind Filter und Oszillatoren, die Volumenwellen einsetzen, durch Verwendung einer Scherschwingung oder einer dritten harmonischen Scherschwingung in der Praxis bei Bereichen von ungefähr wenigen Zehner-MHz einsetzbar. In einem Bereich von etwa 60 MHz oder mehr, bei dem Filter und Oszillatoren, die Volumenwellen einsetzten, schwierig zu erzeugen sind, werden Filter und Oszillatoren, die Oberflächenwellen einsetzen, verwendet.
Die Oberflächenwellenbauelemente, die Oberflächenwellen verwenden, zum Beispiel Filter und Oszillatoren, sind Bauelemente, die Oberflächenwellen durch Zuführung elektrischer Signale an Elektroden derselben erregen und ausbreiten, bei denen mindestens ein Paar Elektroden, die jeweils mindestens einen Finger aufweisen und so angeordnet sind, dass sie mit ihren Fingern in einander greifen, auf einem Substrat mit piezoelektrischen Eigenschaften angeordnet ist. Als für die Oberflächenwellenbauelemente verwendete Oberflächenwellen werden Rayleigh- Wellen am häufigsten verwendet, und eine SH-Welle (eine horizontal polarisierte Scherwelle), beispielsweise eine BGS-Welle (die Bleustein-Gulyaev-Shimizu-Welle oder eine piezoelektrische Oberflächenscherwelle) und eine Love-Welle, wird ebenfalls verwendet, das ist eine Scherwelle, deren Verdrängung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung verläuft und die Komponente ist parallel zur Oberfläche des Substrats. Die Resonanzfrequenzen und die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Oberflächenwellenbauelemente hängen stark von den Eigenschaften der für die piezoelektrischen Substrate verwendeten Materialien ab, wie dies bei anderen piezoelektrischen Bauelementen auch der Fall ist, und werden nahezu von dem Aufbau der Kammelektroden bestimmt, die jeweils mindestens einen Finger aufweisen und so angeordnet sind, dass sie mit ihren Fingern ineinander greifen. Demgemäß ist eine Verbesserung der Eigenschaften des piezoelektrischen Substrats ein effektives Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften des Oberflächenwellenbauelements.
Als Beispiele für Oberflächenwellenbauelemente, die piezoelektrische Keramiken verwenden, werden zum Beispiel in den ungeprüften japanischen Patentanmeldungsschriften Nr. 5-145,368, Nr. 5-145,369 und Nr. 5-145,370 Vorschläge offenbart, bei denen kritische Eigenschaften von Materialien zur Verwendung in den Oberflächenwellenbauelementen beschrieben werden. Ferner wurden verschiedene Vorschläge zur Verbesserung der Eigenschaften der Oberflächenwellenbauelemente im Hinblick auf die Zusammensetzungen der piezoelektrischen Keramiken später zum Beispiel in den ungeprüften japanischen Patentanmeldungsschriften Nr. 5-275,967, Nr. 5-327,397, Nr. 8-310,862 und Nr. 9- 93,078 offenbart.
Bei den Oberflächenwellenbauelementen, die piezoelektrische Keramiken als piezoelektrische Substrate einsetzen, besteht das Problem, dass bei hohen Frequenzbereichen der Verlust groß ist. Demgemäß werden Einkristallmaterialien, beispielsweise LiNbO3, LiTaO3 und Quarz vorrangig für Oberflächenwellenbauelemente verwendet, die bei hohen Frequenzbereichen von nicht unter etwa 80 MHz verwendet werden. Die Verluste der piezoelektrischen Keramiken sind größer als die der Einkristallmaterialien, und als Grund nimmt man an, dass der mechanische Gütefaktor Qm klein ist, der Oberflächenzustand während der Mikrofabrikation (schlechte Bearbeitbarkeit bei der Mikrofabrikation) schlechter wird, Poren erzeugt werden, usw. Ferner nützen einige der Oberflächenwellenbauelemente, die SH-Wellen verwenden, die Reflexion an der Randfläche derselben aus, und bei diesen Bauelementen beeinflusst der Zustand der die Oberflächenwellen reflektierenden Randfläche den Verlust derselben. Demgemäß hält man die schlechte Bearbeitbarkeit bei der Mikrofabrikation der die Oberflächenwelle reflektierenden Randfläche für einen der Gründe, warum das die piezoelektrische Keramik verwendende Bauelement einen größeren Verlust hat.
Als Verfahren zur Lösung der Probleme der Oberflächenwellenbauelemente, die die piezoelektrischen Keramiken verwenden, werden die kritischen Eigenschaften der Materialien zur Verwendung in den Oberflächenwellenbauelementen zum Beispiel in den ungeprüften japanischen Patentanmeldungsschriften Nr. 5-145,368, Nr. 5-145,369, Nr. 5-145,370 und Nr. 5,183,376 wie oben beschrieben offenbart. Ferner werden in den ungeprüften japanischen Patentanmeldungsschriften Nr. 5-275,967, Nr. 5-327,397, Nr. 8-310,862, Nr. 9-93,078, usw. Verbesserungen beim Verlust und der Temperaturbeständigkeit der piezoelektrischen Keramiken offenbart. Wenn jedoch ein in einem Bereich von 80 MHz oder mehr zu verwendendes Oberflächenwellenbauelement gemäß den ungeprüften japanischen Patentanmeldungsschriften Nr. 5-145,368, Nr. 5-145,369, Nr. 5-145,370, Nr. 5,183,376, Nr. 5-275,967 und Nr. 5-327,397 gebildet wird, nimmt das Verhältnis der Parallelresonanzimpedanz Za zur Resonanzimpedanz Zr (Za/Zr) des Oberflächenbauelements bei etwa 80 MHz schnell ab, wodurch das so gebildete Bauelement in der Praxis schwer zu verwenden ist. Bei einem Filter, der in einem schmäleren Bandbereich gemäß den ungeprüften japanischen Patentanmeldungs­ schriften Nr. 8-310,862 und Nr. 9-93,078 verwendet werden soll, ist der elektromechanische Koeffizient kBGS zu groß und der Wert Za/Zr bei 80 MHz und mehr unzureichend, und somit gibt es ein Problem im praktischen Einsatz.
Die Gründe für das Sinken von Za/Zr der piezoelektrischen Keramik liegen, wie man meint, insbesondere darin, dass die Dichte der gesinterten piezoelektrischen Keramik aufgrund des Vorhandenseins von Poren zu gering ist, die Stabilität bei Hochfrequenzbereichen und die Bearbeitbarkeit bei der Mikrofabrikation ungenügend sind, usw.
Patent Abstract of Japan zu JP 62-241825 A beschreibt eine piezoelektrische Keramik der Form (1-A)PbZrpTi1-pO3-APbMnqNb(1-q)O3.
ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine piezo­ elektrische Keramik zur Hand zu geben, die einen signifikant geringen Verlust und eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit bei der Mikrofabrikation aufweist, und ein Oberflächenwellenbauelement, das diese verwendet, zur Hand zu geben.
Diese Aufgabe wird mit einer piezoelektrischen Keramik mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen gerichtet.
Eine erfindungsgemäße piezoelektrische Keramik umfasst mindestens Blei (Pb), Mangan (Mn), Niob (Nb), Titan (Ti) und Zirkonium (Zr) als Hauptmetallbestandteile, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung der Hauptbestandteile durch die Formel Pbx{(MnaNbb)yTizZr(1-y-z)}O3 wiedergegeben wird, x, y, z, a und b auf Mol­ basis derart sind, dass 0,95 ≦ x ≦ 0,995, 0,055 ≦ y ≦ 0,10, 0,40 ≦ z ≦ 0,55, 2,01 ≦ b/a ≦ 2,40 und a + b = 1 sind, und der durchschnittliche Korndurchmesser der gesinterten piezoelektrischen Keramik 2 µm oder weniger beträgt.
Die erfindungsgemäße piezoelektrische Keramik umfasst nicht mehr als 0,05 Masseprozent SiO2, das in den Hauptbestandteilen enthalten ist.
In der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Keramik sind nicht mehr als 5 Mol-% Blei durch entweder Strontium (Sr), Barium (Ba) oder Calcium (Ca) ersetzt.
Bei der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Keramik ist z vorzugsweise 0,47 bis 0,55 und das Kristallsystem der Zusammensetzung ist vorzugsweise ein tetragonales Kristallsystem.
Eine vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Keramik besteht in der Verwendung als Bestandteil eines Oberflächenwellenbauelementes.
Ein Material auf der Basis Pb{(Mn1/3Nb2/3)TiZr}O3 ist unter den piezoelektrischen Keramiken auf PZT-Basis eines der Materialien mit dem geringsten Verlust, wie dies in "Piezoelectric Ceramic Materials" P128, 1973, veröffentlicht von Gakken-sha, offenbart wird. Um den durchschnittlichen Korndurchmesser des oben beschriebenen gesinterten Materials signifikant zu verringern, wurde in der vorliegenden Erfindung entdeckt, dass durch eine Zusammensetzung, die Nb über dem bekannten Verhältnis von Nb zu Mn in der herkömmlichen Zusammensetzung enthält, eine dichte piezo­ elektrische Keramik erhalten werden könnte, die signifikant feinere Körner und einen geringeren Verlust bei Hochfrequenzbereichen aufweist. Wenn die Pb-Menge unter­ halb des stöchiometrischen Gehalts derselben gesenkt wird, gibt es ferner keine Fremdphase, beispielsweise keine Pyrochlorphase Pb2Nb2O7, in dem gesinterten Material, und somit kann eine piezoelektrische Keramik mit einem noch geringeren Verlust erhalten werden. Wenn das Kristallsystem der piezoelektrischen Keramik das tetragonale Kristallsystem ist, wird die elektrische Koerzitivkraft weiter verbessert, und die Stabilität der Polarisation erhöht und somit kann ein noch geringerer Verlust bei Hochfrequenzbereichen verwirklicht werden. Wenn der Gehalt an SiO2 in den Hauptbestandteilen 0,05 Masseprozent oder weniger beträgt, ist zudem der Bruchmodus der piezoelektrischen Keramik ein intergranularer Bruchmodus oder ein intergranular-transgranularer Bruchmodus, und somit kann eine schwere Beschädigung der piezoelektrischen Keramik während der Fabrikation vermieden werden.
Wenn die erfindungsgemäße piezoelektrische Keramik bei einem Oberflächenwellenbauelement verwendet wird, ist weiterhin die Bearbeitbarkeit bei der Mikrofabrikation aufgrund ihrer feinen Körner ausgezeichnet, und wenn der durchschnittliche Korndurchmesser des gesinterten Materials 2 µm oder weniger beträgt, kann insbesondere der Verlust bei Hochfrequenzbereichen signifikant verringert werden.
Die oben beschriebenen Aufgaben, weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungen unter Bezug auf die Begleitzeichnungen deutlicher hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Herstellungsschritte für eine Probe gemäß einem erfindungsgemäßen Beispiel und die Beurteilungsschritte hierfür zeigt;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Oberflächenwellenbauelements nach einem erfindungsgemäßen Beispiel;
Fig. 3 ist eine Kurve, die das Verhältnis zwischen Za/Zr und der Resonanzfrequenz eines typischen Oberflächenwellenbauelements nach einem erfindungsgemäßen Beispiel zeigt, und
Fig. 4A bis 4C sind Ansichten, die Oberflächenzustände typischer Oberflächenwellenbauelemente nach einem erfindungsgemäßen Beispiel zeigen; Fig. 4A ist eine Ansicht, die den Oberflächenzustand von Probe Nr. 22 zeigt, Fig. 4B ist eine Ansicht, die den Oberflächenzustand der Probe Nr. 19 zeigt, und Fig. 4C ist eine vergrößerte Ansicht des Oberflächenzustands von Probe Nr. 28.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN Beispiele
Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Herstellungsschritte für Proben nach den erfindungsgemäßen Beispielen und Beurteilungsschritte hierfür zeigt. Nachfolgend werden deren Einzelheiten beschrieben.
Als Ausgangsmaterialien wurden Pb3O4, ZrO2, TiO2, MnCO3, Nb2O5 und SiO2 4 bis 32 Stunden unter Verwendung einer Kugelmühle gemischt und pulverisiert, um die in Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung zu erzeugen. Die Gemische wurden dehydratisiert und getrocknet und wurden dann 2 Stunden lang bei 850 bis 1.000°C wärmebehandelt. Ein Bindemittel, ein Dispergiermittel und ein Schaumdämpfungsmittel, insgesamt eine Menge von 3 bis 10 Masseprozent, wurden jedem so erhaltenen Pulver zugegeben, und diese wurden dann 8 bis 16 Stunden lang unter Verwendung einer Kugelmühle gemischt und pulverisiert, wodurch ein Schlicker erhalten wurde. Der Schlicker wurde durch Gießen geformt, was zu einem Formteil von etwa 60 mm zu 60 mm mit einer Dicke von 0,8 bis 1,5 mm führte. Das Formteil wurde bei 1.100 bis 1.250°C 1 bis 3 Stunden lang wärmebehandelt, und als Ergebnis wurde ein gesintertes Teil erhalten. Die Dichte und der Korndurchmesser des gesinterten Teils wurden jeweils mittels eines archimedischen Verfahrens und einer Interceptmethode gemessen. Dann wurde das gesinterte Teil unter Verwendung von Polierpulvern Nr. 800 bis Nr. 8.000 poliert, um eine Spiegelfläche desselben zu erzeugen, was zu einem Substrat für ein piezoelektrisches Bauelement mit einer Dicke von etwa 0,6 bis 0,8 mm führte.
Tabelle 1 zeigt x, y, z, a und b in der allgemeinen Formel Pbx{(MnaNbb)yTizZr(1-y-z)}O3, welche die Zusammensetzungen der in dem erfindungsgemäßen Beispiel verwendeten piezoelektrischen Keramiken wiedergibt, wobei a + b = 1, sowie die SiO2-Menge und die Kristallsysteme der Proben.
Die durch Abscheiden von Cu/Ag gebildeten streifenförmigen Elektroden für die Polarisation wurden an zwei Hauptflächen des piezoelektrischen Keramiksubstrats ausgebildet und die Polarisation wurde so durchgeführt, dass die Richtung derselben parallel zur Fläche des Substrats war. Die Polarisationsbedingung war derart, dass ein elektrisches Feld von 2,0 bis 3,0 kV/mm 30 bis 60 Minuten lang bei 60 bis 120°C in Öl angelegt wurde. Dann wurde die durch Abscheiden gebildete Cu/Ag-Elektrode unter Verwendung einer Ätzlösung entfernt, wodurch sich ein polarisiertes piezoelektrisches Keramiksubstrat ergab.
Für die Bildung von Kammelektroden, die jeweils mindestens einen Finger aufweisen und so angeordnet sind, dass sie miteinander greifen, wurde eine Al-Schicht für die Elektroden auf einer der Hauptflächen des piezoelektrischen Keramiksubstrats durch Sputtern gebildet und wurde dann durch Photolithographie strukturiert. Das mit den strukturierten Al-Elektroden versehene piezoelektrische Keramiksubstrat wurde auf eine gewünschte Größe zugeschnitten, wodurch sich ein wie in Fig. 2 abgebildetes Oberflächenwellenbauelement ergab.
Das Oberflächenwellenbauelement wurde an einer Einheit mit einer Anschlussklemme angebracht und wurde durch Verdrahtung mit der Anschlussklemme verbunden, wodurch ein Oberflächenwellenbauelement, das eine BGS-Welle (eine SH-Welle) verwendet, erhalten wurde. Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren wurden Oberflächenwellenbauelemente mit Resonanzfrequenzen von etwa 40 MHz, 80 MHz und 120 MHz (teilweise mit 160 MHz) aus den einzelnen in Tabelle 1 gezeigten Materialien gebildet, und die Eigenschaften der Oberflächenwellenbauelemente wurde durch ein Netzmodell beurteilt. Die Beurteilungspunkte waren der elektromechanische Koeffizient kBGS der BGS-Welle und das Verhältnis von Za zu Zr (Za/Zr), wobei Za eine Parallelresonanzimpedanz und Zr eine Resonanzimpedanz war. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 zusammen mit den Ergebnissen der Dichten und der Korndurchmesser der Materialien gezeigt. Ferner wird in Fig. 3 das Verhältnis zwischen der Resonanzfrequenz und von Za/Zr des typischen Beispiels gezeigt, und in Fig. 4A bis 4C werden die Oberflächenzustände der Oberflächenwellenbauelemente gezeigt.
Tabelle 2 ist eine Tabelle, die gesinterte Dichten und die durchschnittlichen Korndurchmesser der in Tabelle 1 gezeigten piezoelektrischen Keramiken sowie die Eigenschaften der Oberflächenwellenbauelemente, die aus den oben beschriebenen piezoelektrischen Keramiken gebildet sind, zeigt.
Wenn ein Oberflächenwellenfilter oder ein -oszillator tatsächlich gebildet wird, wird sein Entwurf durch die Form eines Oberflächenwellenbauelements, den Aufbau der Kammelektroden und die Kombinationen derselben beruhend auf den Eigenschaften, die von einem einfachen Prototyp-Oberflächenwellenbauelement, zum Beispiel dem Oberflächenwellenbauelement nach diesem Beispiel, erhalten wurden, optimiert. Wird ein Filter beruhend auf den Eigenschaften des Oberflächenwellenbauelements dieses Beispiels entworfen, kann der Filter, wenn Za/Zr 40 dB oder mehr beträgt, in der Praxis eingesetzt werden, und die ausgezeichneten Filtereigenschaften können erhalten werden, wenn Za/Zr 45 dB oder mehr beträgt. In einem Schmalband beträgt ferner kBGS vorzugsweise 35% oder weniger.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Punkte werden die Gründe für die Spezifikationen der vorliegenden Erfindung beschrieben, insbesondere bezüglich der Eigenschaften der Oberflächenwellenbauelemente in dem Hochfrequenzbereich von 80 MHz bis 120 MHz.
Der Grund, warum x auf 0,95 bis 0,995 festgelegt wird, ist, dass bei x kleiner als 0,95 oder größer als 0,995 dies nicht bevorzugt ist, da Za/Zr bei 120 MHz unter 40 dB liegt, wie in den Proben Nr. 6 und Nr. 1 gezeigt. Die Gründe für die oben erwähnte Abnahme der Verluste liegen, wie man meint, darin, dass die gesinterte Dichte der Probe Nr. 6 verringert wird und die Fremdphase, beispielsweise eine Pyrochlorphase Pb2Nb2O7, in dem gesinterten Körper der Probe Nr. 1 bleibt. Um ausgezeichnete Filtereigenschaften zu erhalten, wie in den Proben Nr. 2 bis Nr. 4 gezeigt, bei denen Za/Zr 45 dB bei 80 MHz beträgt, ist es ferner besonders bevorzugt, dass x bei 0,965 bis 0,995 liegt.
Der Grund, warum y von 0,055 bis 0,10 festgelegt wird, ist als Nächstes der, dass y unter 0,055 nicht bevorzugt ist, da der durchschnittliche Korndurchmesser groß ist, selbst wenn b/a 2,01 oder mehr beträgt, und Za/Zr unter 40 dB liegt, wie in Probe Nr. 7 gezeigt. Wenn y bei über 0,10 liegt, wie in der Probe Nr. 12 gezeigt, ist dies ferner nicht bevorzugt, da Za/Zr bei 120 MHz unter 40 dB liegt. Da Za/Zr 48 dB bei 80 MHz bei den Proben Nr. 9 und Nr. 10 erreicht, ist es ferner besonders bevorzugt, um ausgezeichnete Filtereigenschaften zu erhalten, dass y 0,056 bis 0,080 beträgt.
Der Grund, warum z von 0,40 bis 0,55 festgelegt wird, ist der, dass bei z unter 0,40 oder über 0,55 dies nicht bevorzugt ist, da Za/Zr unter 40 dB liegt, wie in den Proben Nr. 13 und Nr. 18 gezeigt. Wie in den Proben Nr. 15 bis Nr. 17 gezeigt beträgt ferner Za/Zr 45 dB oder mehr bei 80 MHz, und somit können ausgezeichnete Filtereigenschaften erwartet werden. Bei Vergleich der Proben Nr. 13 bis Nr. 18 geht weiterhin hervor, dass in einem tetragonalen Kristallsystem ein niedrigerer kBGS und ein höherer Za/Zr bei Hochfrequenzbereichen als bei einem rhomboedrischen System erhalten werden können. Um ausgezeichnete Filtereigenschaften bei Hochfrequenzbereichen zu erhalten, ist wie vorstehend beschrieben eine tetragonale piezoelektrische Keramik mit z von 0,47 bis 0,55 besonders bevorzugt.
Der Grund, warum b/a von 2,01 bis 2,40 festgelegt wird, ist als Nächstes der, dass b/a unter 2,01 nicht bevorzugt ist, da Za/Zr aufgrund der Zunahme des durchschnittlichen Korndurchmessers auf unter 40 dB gesenkt wird, vor allem bei 120 MHz, wie in den Proben Nr. 19 und Nr. 20 gezeigt. b/a über 2,40 ist ferner nicht bevorzugt, da Za/Zr bei 120 MHz unter 45 dB liegt und die Sintereigenschaften verschlechtert werden, auch wenn der durchschnittliche Korndurchmesser klein ist, wie in der Probe Nr. 25 gezeigt. Ist b/a speziell in einem Bereich von 2,01 bis 2,24 festgelegt, wie in den Proben Nr. 21 bis Nr. 23, Nr. 2, Nr. 3, Nr. 15 und Nr. 16 gezeigt, und sind x, y und z jeweils auf die oben beschriebenen bevorzugten Bereiche festgelegt, dann geht hervor, dass signifikant überlegene Eigenschaften mit Za/Zr nicht unter 47 dB bei 80 MHz erreicht werden können. Beträgt der durchschnittliche Korndurchmesser 2,0 µm oder mehr, wie bei den Proben Nr. 19 und Nr. 20 gezeigt, ist dies nicht bevorzugt, da Poren wie in Fig. 4B gezeigt ausgebildet werden und Za/Zr bei Hochfrequenzbereichen beträchtlich gesenkt wird.
Hierzu wird der Fall, bei dem zu den Hauptbestandteilen nicht mehr als 0,005 Masseprozent SiO2 zugegeben wird (falls SiO2 nicht vorsätzlich zugegeben wird und nur eine zufällige SiO2-Verunreinigung vorliegt) beschrieben und nachfolgend wird die Beschränkung des SiO2-Gehalts als ein den Hauptbestandteilen zugegebener Nebenbestandteil beschrieben.
Wie in den Proben Nr. 3 und Nr. 26 bis Nr. 28 in den Tabellen 1 und 2 beschrieben, nimmt Za/Zr mit Zunahme des SiO2-Gehalts allmählich ab. Wenn der SiO2-Gehalt 0,05 Masseprozent übersteigt, wie in Probe Nr. 28, ist dies nicht bevorzugt, da Za/Zr bei 120 MHz unter 40 dB liegt. Wie vorstehend beschrieben liegt der Grund hierfür, wie man meint, darin, dass der Bruchmodus sich von dem intergranularen Bruchmodus über den intergranular-trangranularen Bruchmodus zu dem transgranularen Bruchmodus ändert, und es somit während eines Mikrofabrikationsschritts zu einer ausgeprägten Lücke in dem transgranularen Bruch an der Oberfläche oder dem Rand eines Substrats (siehe Fig. 4C) kommt. Dies hält man für den Hauptgrund für die Abnahme von Za/Zr bei Hochfrequenzbereichen.
Bei den oben beschriebenen piezoelektrischen Keramiken geht anhand der durch die Proben Nr. 29 bis Nr. 31 erhaltenen Ergebnisse, die in Tabelle 2 gezeigt werden, hervor, dass die gleichen Ergebnisse wie vorstehend beschrieben erhalten werden können, wenn höchstens 5 Molprozent Pb durch Sr, Ba oder Ca ersetzt wird. Wenn jedoch mehr als 5 Molprozent Pb durch Sr, Ba oder Ca ersetzt wird, ist dies nicht bevorzugt, da bei Hochfrequenzbereichen Za/Zr unter 40 dB liegt, wie in den Proben Nr. 32 bis Nr. 34 gezeigt.
In den vorstehend beschriebenen Beispielen wird der Fall beschrieben, da die jeweils mindestens einen Finger aufweisenden Kammelektroden, die so angeordnet sind, dass sie miteinander greifen, so ausgebildet sind, dass in der Richtung senkrecht zur polarisierten Richtung, wie in Fig. 2 gezeigt, ein elektrisches Feld angelegt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Das heißt, die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Verhältnis zwischen der polarisierten Richtung und der Richtung in dem elektrischen Feld, das an den Kammelektroden angelegt wird, beschränkt und ist nicht auf eine BGS-Welle (eine SH-Welle) beschränkt. Selbst wenn zum Beispiel eine Rayleigh-Welle oder Ähnliches als Oberflächenwelle an Stelle einer BGS-Welle verwendet wird, oder selbst wenn eine Volumenwelle an einer Probe in Form einer Platte erregt wird, können die gleichen Wirkungen wie oben beschrieben erhalten werden. Dies lässt sich einfach anhand der Probe gemäß dem in Fig. 4A gezeigten Beispiel verstehen, bei der die Anzahl der Poren sehr gering ist und der Oberflächenzustand derselben ausgezeichnet ist. Ferner werden die Za/Zr-Werte in den Volumenwellen in Tabelle 2 als Bezugswerte gezeigt, und somit geht durch Vergleich mit den Vergleichsbeispielen hervor, dass die piezoelektrischen Keramiken der vorliegenden Erfindung verlustarme piezoelektrische Keramiken sind, die einen ausgezeichneten Za/Zr-Wert auch bei Volumenwellen aufweisen.
Erfindungsgemäß kann eine piezoelektrische Keramik erhalten werden, die einen äußerst kleinen durchschnittlichen Korndurchmesser, einen signifikant geringen Verlust und eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit bei der Mikrofabrikation aufweist. Wenn die piezoelektrische Keramik der vorliegenden Erfindung für ein Oberflächenwellenbauelement verwendet wird, kann ferner ein Oberflächenbauelement mit einem geringen Verlust erhalten werden, und der Verlust bei Hochfrequenzbereichen kann insbesondere signifikant gesenkt werden. Demgemäß können bei Hochfrequenzbereichen von nicht weniger als 100 MHz ein Filter und ein Oszillator mit geringem Verlust, die in der Praxis verwendbar sind, gebildet werden.
Tabelle 1
Tabelle 2

Claims (4)

1. Piezoelektrische Keramik, welche Blei, Mangan, Niob, Titan und Zirkonium als Hauptmetallbestandteile umfaßt und deren Zusammensetzung durch die Formel Pbx{(MnaNbb)yTizZr(1-y-z)}O3 wiedergegeben wird, wobei
auf Molbasis 0,95 ≦ x ≦ 0,995, 0,055 ≦ y ≦ 0,10, 0,40 ≦ z ≦ 0,55, 2,01 ≦ b/a ≦ 2,40 und a + b = 1 sind,
der durchschnittliche Korndurchmesser der gesinterten piezoelektrischen Keramik 2 µm oder weniger beträgt,
die Hauptbestandteile entweder kein oder nicht mehr als 0.05 Masseprozent SiO2 enthalten und
entweder kein oder nicht mehr als 5 Molprozent Blei durch Strontium, Barium oder Calcium ersetzt ist.
2. Piezoelektrische Keramik nach Anspruch 1, bei der 0,47 ≦ z ≦ 0,55 und das Kristallsystem der Zusammensetzung ein tetragonales Kristallsystem ist.
3. Verwendung einer piezoelektrischen Keramik nach einem der Ansprüche 1 oder 2 als Bestandteil für ein Oberflächenwellenbauelement.
4. Verwendung einer piezoelektrischen Keramik nach einem der Ansprüche 1 oder 2 für ein Oberflächenwellenbauelement, das eine SH-Welle einsetzt.
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