JP2002348197A - 圧電単結晶材料及び該圧電単結晶材料を用いた圧電デバイス - Google Patents
圧電単結晶材料及び該圧電単結晶材料を用いた圧電デバイスInfo
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- JP2002348197A JP2002348197A JP2001155645A JP2001155645A JP2002348197A JP 2002348197 A JP2002348197 A JP 2002348197A JP 2001155645 A JP2001155645 A JP 2001155645A JP 2001155645 A JP2001155645 A JP 2001155645A JP 2002348197 A JP2002348197 A JP 2002348197A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 デバイスとして望ましい方位における圧電特
性の温度依存性を改善した圧電単結晶材料及びこの圧電
単結晶材料を用いた圧電デバイスを提供する。 【解決手段】 Ｃａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造を有して
おり、主要成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ及びＳｉより
なり、組成式Ｌａ３−ｘＳｒｘＴａｙＧａ６−ｙ -ｚＳ
ｉｚＯ１４（ただし、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜１、０＜ｚ
＜２）で表される圧電単結晶材料である。
性の温度依存性を改善した圧電単結晶材料及びこの圧電
単結晶材料を用いた圧電デバイスを提供する。 【解決手段】 Ｃａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造を有して
おり、主要成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ及びＳｉより
なり、組成式Ｌａ３−ｘＳｒｘＴａｙＧａ６−ｙ -ｚＳ
ｉｚＯ１４（ただし、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜１、０＜ｚ
＜２）で表される圧電単結晶材料である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は新規な圧電単結晶材
料及びこの圧電単結晶材料を用いた圧電デバイスに関す
る。
料及びこの圧電単結晶材料を用いた圧電デバイスに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】空間群Ｐ３２１に属しＣａ３Ｇａ２Ｇｅ
４Ｏ１４構造を持つ圧電単結晶材料は、水晶と比較して
大きな圧電特性を有しかつ水晶に近い圧電温度特性を有
するため、近年、注目をあびている。
４Ｏ１４構造を持つ圧電単結晶材料は、水晶と比較して
大きな圧電特性を有しかつ水晶に近い圧電温度特性を有
するため、近年、注目をあびている。
【０００３】従ってこの種の単結晶材料の圧電に関する
材料定数について多くの報告例があり、また、その材料
定数を用いた計算機シミュレーションにより表面弾性波
圧電デバイスの最適基板方位と波の伝播方向とに関する
報告もなされている。最適基板方位としては、弾性波の
温度変化に対する位相速度変動が圧電デバイスの要求を
満たし、かつその内で最も電気機械結合係数が大きい方
位が一般に選択される。このため、現在までに報告され
ている単結晶組成における最適基板方位及び伝播方向は
電気機械結合係数が最も大きい方位とは異なっている。
材料定数について多くの報告例があり、また、その材料
定数を用いた計算機シミュレーションにより表面弾性波
圧電デバイスの最適基板方位と波の伝播方向とに関する
報告もなされている。最適基板方位としては、弾性波の
温度変化に対する位相速度変動が圧電デバイスの要求を
満たし、かつその内で最も電気機械結合係数が大きい方
位が一般に選択される。このため、現在までに報告され
ている単結晶組成における最適基板方位及び伝播方向は
電気機械結合係数が最も大きい方位とは異なっている。
【０００４】近年のデジタル化の流れから、さらに電気
機械結合係数の高い基板材料に対する要求が大きく、新
しい組成に対する研究が行われてきている。しかしなが
ら、これらの新しい組成に関する研究は「単結晶化が可
能な」組成の探索から始まっており、デバイスにとって
最も留意すべき圧電・材料定数の温度特性が探索の段階
から考慮されていなかった。
機械結合係数の高い基板材料に対する要求が大きく、新
しい組成に対する研究が行われてきている。しかしなが
ら、これらの新しい組成に関する研究は「単結晶化が可
能な」組成の探索から始まっており、デバイスにとって
最も留意すべき圧電・材料定数の温度特性が探索の段階
から考慮されていなかった。
【０００５】表面弾性波圧電素子に関する最適カットに
ついて、報告されているＬａ３Ｇａ ５ＳｉＯ１４（ＬＧ
Ｓ）、Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４（ＬＴＧ）、
Ｌａ ３Ｎｂ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４（ＬＮＧ）という組
成の圧電単結晶材料は、いずれも、最大の電気機械結合
係数を示す結晶方位、伝播方向で弾性波の位相速度の温
度係数一次項が正となることが分かっている。
ついて、報告されているＬａ３Ｇａ ５ＳｉＯ１４（ＬＧ
Ｓ）、Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４（ＬＴＧ）、
Ｌａ ３Ｎｂ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４（ＬＮＧ）という組
成の圧電単結晶材料は、いずれも、最大の電気機械結合
係数を示す結晶方位、伝播方向で弾性波の位相速度の温
度係数一次項が正となることが分かっている。
【０００６】本出願人は、このようなＣａ３Ｇａ２Ｇｅ
４Ｏ１４構造を持つ圧電単結晶材料においては主にＡサ
イトを調整することによって電気機械結合係数を高くで
きることを見出し、Ｓｒ３ＴａＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４（Ｓ
ＴＧＳ）なる圧電単結晶材料を提案している（特開平１
１−１７１６９６公報）。しかしながら、この圧電単結
晶材料ＳＴＧＳは、電気機械結合係数は高くなるもの
の、最大の電気機械結合係数を示す結晶方位、伝播方向
で弾性波の位相速度の温度係数一次項が負となってしま
うことが分かった。
４Ｏ１４構造を持つ圧電単結晶材料においては主にＡサ
イトを調整することによって電気機械結合係数を高くで
きることを見出し、Ｓｒ３ＴａＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４（Ｓ
ＴＧＳ）なる圧電単結晶材料を提案している（特開平１
１−１７１６９６公報）。しかしながら、この圧電単結
晶材料ＳＴＧＳは、電気機械結合係数は高くなるもの
の、最大の電気機械結合係数を示す結晶方位、伝播方向
で弾性波の位相速度の温度係数一次項が負となってしま
うことが分かった。
【０００７】本出願人は、さらに、Ｃａ３Ｇａ２Ｇｅ４
Ｏ１４構造を持ち、電気機械結合係数を高くすることが
できる、Ｌａ３−ｘＳｒｘＴａ０．５＋０．５ｘＧａ
５．５ −０．５ｘＯ１４（ＬＳＴＧ）（０＜ｘ≦０．１
５）なる組成の圧電単結晶材料を提案している（特開２
０００−３４９５８７号公報）。この圧電単結晶材料Ｌ
ＳＴＧについて、Ｘ板Ｙ方向伸び振動の共振周波数の温
度依存性を測定したところ、図１に示したように元素置
換前のＬａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４と比較して温
度係数一次項が０に近づくことが確認された。この結果
から、酸素８配位の陽イオンサイト置換元素をＳｒ２＋
からＬａ３＋に変えることで、弾性波の位相速度温度係
数の一次項を負から正に変化させることができると推測
される。
Ｏ１４構造を持ち、電気機械結合係数を高くすることが
できる、Ｌａ３−ｘＳｒｘＴａ０．５＋０．５ｘＧａ
５．５ −０．５ｘＯ１４（ＬＳＴＧ）（０＜ｘ≦０．１
５）なる組成の圧電単結晶材料を提案している（特開２
０００−３４９５８７号公報）。この圧電単結晶材料Ｌ
ＳＴＧについて、Ｘ板Ｙ方向伸び振動の共振周波数の温
度依存性を測定したところ、図１に示したように元素置
換前のＬａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４と比較して温
度係数一次項が０に近づくことが確認された。この結果
から、酸素８配位の陽イオンサイト置換元素をＳｒ２＋
からＬａ３＋に変えることで、弾性波の位相速度温度係
数の一次項を負から正に変化させることができると推測
される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気機
械結合係数の高い結晶方位、伝播方向における弾性波の
位相速度温度係数の一次項を０にするためには、この特
開２０００−３４９５８７号公報で示される組成よりも
Ｓｒ置換量を増加させる必要があり、そのような融液組
成からＣａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造の固相が得られな
いことは、Ｈ．Ｔａｋｅｄａ等の論文（Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ ＡＬＬＯＹＳ ＡＮＤ Ｃ０ＭＰＯＵＮＤＳ ２９
０（１９９９）７９−８４）で報告されている。
械結合係数の高い結晶方位、伝播方向における弾性波の
位相速度温度係数の一次項を０にするためには、この特
開２０００−３４９５８７号公報で示される組成よりも
Ｓｒ置換量を増加させる必要があり、そのような融液組
成からＣａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造の固相が得られな
いことは、Ｈ．Ｔａｋｅｄａ等の論文（Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ ＡＬＬＯＹＳ ＡＮＤ Ｃ０ＭＰＯＵＮＤＳ ２９
０（１９９９）７９−８４）で報告されている。
【０００９】従って本発明の目的は、デバイスとして望
ましい方位における圧電特性の温度依存性を改善した圧
電単結晶材料及びこの圧電単結晶材料を用いた圧電デバ
イスを提供することにある。
ましい方位における圧電特性の温度依存性を改善した圧
電単結晶材料及びこの圧電単結晶材料を用いた圧電デバ
イスを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、Ｃａ３
Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造を有しており、主要成分がＬ
ａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ及びＳｉよりなり、組成式Ｌａ
３−ｘＳｒｘＴａｙＧａ６ −ｙ-ｚＳｉｚＯ１４（ただ
し、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜２）で表される
圧電単結晶材料及びこの圧電単結晶材料を用いた圧電デ
バイスが提供される。
Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造を有しており、主要成分がＬ
ａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ及びＳｉよりなり、組成式Ｌａ
３−ｘＳｒｘＴａｙＧａ６ −ｙ-ｚＳｉｚＯ１４（ただ
し、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜２）で表される
圧電単結晶材料及びこの圧電単結晶材料を用いた圧電デ
バイスが提供される。
【００１１】この組成式のｘ、ｙ、ｚが、０＜ｘ≦１．
２、０＜ｙ≦０．５、０＜ｚ≦１．４の範囲であること
が好ましい。
２、０＜ｙ≦０．５、０＜ｚ≦１．４の範囲であること
が好ましい。
【００１２】本願発明者等は、特開２０００−３４９５
８７号公報に提示されているＬａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｔａ
２Ｏ５、Ｇａ２Ｏ３の４成分系に対してＳｉＯ２を加え
た５成分系について結晶化の検討を行い、Ｓｒ置換量を
より増大することができる組成範囲を探索し、最大でＳ
ｒ添加量が１．２まで配位させられる組成範囲を得たの
である。これにより、電気機械結合係数を高くすること
はもちろんのこと、その結晶方位、伝播方向における弾
性波の位相速度温度係数を改善することができる。
８７号公報に提示されているＬａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｔａ
２Ｏ５、Ｇａ２Ｏ３の４成分系に対してＳｉＯ２を加え
た５成分系について結晶化の検討を行い、Ｓｒ置換量を
より増大することができる組成範囲を探索し、最大でＳ
ｒ添加量が１．２まで配位させられる組成範囲を得たの
である。これにより、電気機械結合係数を高くすること
はもちろんのこと、その結晶方位、伝播方向における弾
性波の位相速度温度係数を改善することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】Ｃａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造を
有するＬａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｇａ２Ｏ３、
ＳｉＯ２の５成分系について結晶化の検討を行う。
有するＬａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｇａ２Ｏ３、
ＳｉＯ２の５成分系について結晶化の検討を行う。
【００１４】Ｃａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造は酸素８配
位のＡサイト、６配位のＢサイト、４配位で大きさの異
なるＣ及びＤサイトの４つのサイトからなる。このうち
Ｌａ ２Ｏ３−ＳｒＯ−Ｔａ２Ｏ５−Ｇａ２Ｏ３−ＳｉＯ
２系においてＡサイト（３つ）をＬａとＳｒ、Ｂサイト
（１つ）をＴａとＧａ、Ｄサイト（２つ）をＳｉとＧａ
が部分置換しており、Ｃサイト（３つ）はＧａが単独置
換する。つまり、Ｇａ ２Ｏ３以外の元素は、Ａ、Ｂ及び
Ｄサイトの内の１つのサイトだけを置換するため、各サ
イトの平均電荷、イオン半径を独立して調整することが
可能となる。また、Ｃａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造は酸
素１４であるため、陽イオンの電荷合計が＋２８となる
必要がある。そのため、ＡサイトのＳｒ配位数をｘ、Ｂ
サイトのＴａ配位数をｙ、ＤサイトのＳｉ配位数をｚと
すると、組成式は、Ｌａ３−ｘＳｒｘＴａｙＧａ
６−ｙ−ｚＳｉｚＯ１４で表され、その電荷式から以下
の式−ｘ＋２ｙ＋ｚ＝１ (０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜１、
０＜ｚ＜２)が満たされなくてはならない。
位のＡサイト、６配位のＢサイト、４配位で大きさの異
なるＣ及びＤサイトの４つのサイトからなる。このうち
Ｌａ ２Ｏ３−ＳｒＯ−Ｔａ２Ｏ５−Ｇａ２Ｏ３−ＳｉＯ
２系においてＡサイト（３つ）をＬａとＳｒ、Ｂサイト
（１つ）をＴａとＧａ、Ｄサイト（２つ）をＳｉとＧａ
が部分置換しており、Ｃサイト（３つ）はＧａが単独置
換する。つまり、Ｇａ ２Ｏ３以外の元素は、Ａ、Ｂ及び
Ｄサイトの内の１つのサイトだけを置換するため、各サ
イトの平均電荷、イオン半径を独立して調整することが
可能となる。また、Ｃａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造は酸
素１４であるため、陽イオンの電荷合計が＋２８となる
必要がある。そのため、ＡサイトのＳｒ配位数をｘ、Ｂ
サイトのＴａ配位数をｙ、ＤサイトのＳｉ配位数をｚと
すると、組成式は、Ｌａ３−ｘＳｒｘＴａｙＧａ
６−ｙ−ｚＳｉｚＯ１４で表され、その電荷式から以下
の式−ｘ＋２ｙ＋ｚ＝１ (０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜１、
０＜ｚ＜２)が満たされなくてはならない。
【００１５】この関係式を用いると、電荷バランスの取
れたＬａ２Ｏ３−ＳｒＯ−Ｔａ２Ｏ ５−Ｇａ２Ｏ３−Ｓ
ｉＯ２系について通常の３成分系と同様な３角図が、図
２のように作成できる。ただし、同図において、Ｔａ配
位数ｙ及びＳｉ配位数ｚは、通常とは逆方向に数値が付
されている。
れたＬａ２Ｏ３−ＳｒＯ−Ｔａ２Ｏ ５−Ｇａ２Ｏ３−Ｓ
ｉＯ２系について通常の３成分系と同様な３角図が、図
２のように作成できる。ただし、同図において、Ｔａ配
位数ｙ及びＳｉ配位数ｚは、通常とは逆方向に数値が付
されている。
【００１６】このようにして得られた組成範囲につい
て、単結晶化が可能となる組成を実際に探索する。
て、単結晶化が可能となる組成を実際に探索する。
【００１７】組成探索の方法としては、μ−ＰＤ（マイ
クロプリングダウン）法を用いる。この方法は、図３に
示すように、２つの管状炉１の間に設置したＰｔ又はＰ
ｔ−Ｒｈ合金製のルツボ２内に原料粉を挿入し、このル
ツボ２に接続された図示されてない直流電源から電流を
流すことによりそのジュール熱でルツボ２を加熱し、内
部の原料粉を融解して融液３を作成する。
クロプリングダウン）法を用いる。この方法は、図３に
示すように、２つの管状炉１の間に設置したＰｔ又はＰ
ｔ−Ｒｈ合金製のルツボ２内に原料粉を挿入し、このル
ツボ２に接続された図示されてない直流電源から電流を
流すことによりそのジュール熱でルツボ２を加熱し、内
部の原料粉を融解して融液３を作成する。
【００１８】次いで、この融液３に棒状の種子結晶４を
接触させ、アフターヒーター５により適当な温度勾配と
した雰囲気下で引き下げ軸６を下げることにより、ファ
イバー状の単結晶７を育成するものである。
接触させ、アフターヒーター５により適当な温度勾配と
した雰囲気下で引き下げ軸６を下げることにより、ファ
イバー状の単結晶７を育成するものである。
【００１９】この手法で単結晶化できた組成は基本的に
融液凝固による単結晶化の手法、即ち、Ｃｚ法、ＦＺ
法、ブリッジマン法といった商業的に有用な方法で単結
晶化が可能である。従って、このμ−ＰＤ法は、組成探
索の手法として有用である。
融液凝固による単結晶化の手法、即ち、Ｃｚ法、ＦＺ
法、ブリッジマン法といった商業的に有用な方法で単結
晶化が可能である。従って、このμ−ＰＤ法は、組成探
索の手法として有用である。
【００２０】得られた単結晶については実体顕微鏡等に
よる観察及び粉末Ｘ線回折による相の同定を行い、結晶
性の確認を行う。
よる観察及び粉末Ｘ線回折による相の同定を行い、結晶
性の確認を行う。
【００２１】以上の方法に従って、Ｌａ３−ｘＳｒｘＴ
ａｙＧａ６−ｙ−ｚＳｉｚＯ１４組成のｘ、ｙ、ｚを変
えて融液からＣａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造の固相が単
相で析出するかどうかの判別を行った。その結果が図４
に示されている。
ａｙＧａ６−ｙ−ｚＳｉｚＯ１４組成のｘ、ｙ、ｚを変
えて融液からＣａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造の固相が単
相で析出するかどうかの判別を行った。その結果が図４
に示されている。
【００２２】同図において、●はファイバーが育成開始
から終了までランガサイト相単相となった場合であり、
○は育成の後期に異相が現れた場合であり、×は育成初
期相から異相が現れた場合である。○の場合については
固化率が小さい領域では単結晶化が可能である。従っ
て、Ｌａ３−ｘＳｒｘＴａｙＧａ６−ｙ−ｚＳｉｚＯ１
４組成において単結晶化が可能な組成域は、図４におい
て、○及び●で示される領域、即ち０＜ｘ≦１．２、０
＜ｙ≦０．５、０＜ｚ≦１．４であることが判明した。
から終了までランガサイト相単相となった場合であり、
○は育成の後期に異相が現れた場合であり、×は育成初
期相から異相が現れた場合である。○の場合については
固化率が小さい領域では単結晶化が可能である。従っ
て、Ｌａ３−ｘＳｒｘＴａｙＧａ６−ｙ−ｚＳｉｚＯ１
４組成において単結晶化が可能な組成域は、図４におい
て、○及び●で示される領域、即ち０＜ｘ≦１．２、０
＜ｙ≦０．５、０＜ｚ≦１．４であることが判明した。
【００２３】以上のようにして得られた組成のうち、後
述する実施例１としてＬａ２ＳｒＴａ０．５Ｇａ４．５
ＳｉＯ１４、実施例２としてＬａ２．８Ｓｒ０．２Ｔａ
０． ４Ｇａ５．２Ｓｉ０．４Ｏ１４組成の結晶育成を行
い、Ｘ板Ｙ方向伸び振動モードにおける共振周波数の温
度変化を測定した。その測定結果が、図５に示されてい
る。同図には比較として、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４（Ｌ
ＧＳ）、Ｌａ３Ｔａ０ ．５Ｇａ５．５Ｏ１４（ＬＴ
Ｇ）、Ｓｒ３ＴａＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４（ＳＴＧＳ）及び
特開２０００−３４９５８７号公報に開示されているも
のと同一組成のＬａ ２．９２５Ｓｒ０．０７５Ｔａ
０．５３７５Ｇａ５．４６２５Ｏ１４（ＬＳＴＧ）の測
定結果も示されている。
述する実施例１としてＬａ２ＳｒＴａ０．５Ｇａ４．５
ＳｉＯ１４、実施例２としてＬａ２．８Ｓｒ０．２Ｔａ
０． ４Ｇａ５．２Ｓｉ０．４Ｏ１４組成の結晶育成を行
い、Ｘ板Ｙ方向伸び振動モードにおける共振周波数の温
度変化を測定した。その測定結果が、図５に示されてい
る。同図には比較として、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４（Ｌ
ＧＳ）、Ｌａ３Ｔａ０ ．５Ｇａ５．５Ｏ１４（ＬＴ
Ｇ）、Ｓｒ３ＴａＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４（ＳＴＧＳ）及び
特開２０００−３４９５８７号公報に開示されているも
のと同一組成のＬａ ２．９２５Ｓｒ０．０７５Ｔａ
０．５３７５Ｇａ５．４６２５Ｏ１４（ＬＳＴＧ）の測
定結果も示されている。
【００２４】同図より、特に実施例１の組成では、Ｓｒ
量の増加により温度の上昇に伴って共振周波数が低下す
る傾向が見られる。
量の増加により温度の上昇に伴って共振周波数が低下す
る傾向が見られる。
【００２５】また、Ｙ板Ｘ方向厚みずれ振動モードにお
ける共振周波数の温度変化を測定した。その測定結果
が、図６に示されている。同図には、図５の場合と同様
に既存のランガサイト結晶との比較もなされている。図
５と比較して共振周波数の温度に対する２次係数が大き
くなったために、特性が放物線状となっている。今回の
検討で得られた実施例２のＬａ２．８Ｓｒ０．２Ｔａ
０．４Ｇａ５．２Ｓｉ０． ４Ｏ１４については、極大値
が約５０℃と室温近くにあり、その共振周波数の−２０
℃から８０℃における最大変化量が３３０ｐｐｍまで減
少した。このように、Ｓｒ量を調整した組成の単結晶を
育成することで、基本的な振動モードの共振周波数温度
特性を大きく変化させられることが確認された。このこ
とは、組成パラメータであるｘ、ｙ、ｚを調整すること
で材料定数の温度特性を大きく変化させられることを意
味している。実際にモノリシックフィルタとしては厚み
ずれのモードが使われているが、Ｌａ２．８Ｓｒ０．２
Ｔａ０．４Ｇａ５．２Ｓｉ０． ４Ｏ１４組成については
Ｙカットで、図６のように良好な温度特性が得られる。
またさらに、Ｓｒ量を増加させることで共振周波数の温
度に対する極大値を３０℃程度に合わせ込むことで、よ
り良好な温度特性が得られる。さらに、圧電デバイスの
必要とするウエハカットが結晶面に平行の場合、方位精
度を容易に０．１°以下に合わせられるため、工程の簡
略化、デバイスばらつきの低減が実現できる。また、こ
の圧電単結晶材料を用いた表面弾性波デバイスに関して
も組成を調整することで、結合係数の最も大きなカット
における温度特性を向上させることにより高帯域化が実
現できる。
ける共振周波数の温度変化を測定した。その測定結果
が、図６に示されている。同図には、図５の場合と同様
に既存のランガサイト結晶との比較もなされている。図
５と比較して共振周波数の温度に対する２次係数が大き
くなったために、特性が放物線状となっている。今回の
検討で得られた実施例２のＬａ２．８Ｓｒ０．２Ｔａ
０．４Ｇａ５．２Ｓｉ０． ４Ｏ１４については、極大値
が約５０℃と室温近くにあり、その共振周波数の−２０
℃から８０℃における最大変化量が３３０ｐｐｍまで減
少した。このように、Ｓｒ量を調整した組成の単結晶を
育成することで、基本的な振動モードの共振周波数温度
特性を大きく変化させられることが確認された。このこ
とは、組成パラメータであるｘ、ｙ、ｚを調整すること
で材料定数の温度特性を大きく変化させられることを意
味している。実際にモノリシックフィルタとしては厚み
ずれのモードが使われているが、Ｌａ２．８Ｓｒ０．２
Ｔａ０．４Ｇａ５．２Ｓｉ０． ４Ｏ１４組成については
Ｙカットで、図６のように良好な温度特性が得られる。
またさらに、Ｓｒ量を増加させることで共振周波数の温
度に対する極大値を３０℃程度に合わせ込むことで、よ
り良好な温度特性が得られる。さらに、圧電デバイスの
必要とするウエハカットが結晶面に平行の場合、方位精
度を容易に０．１°以下に合わせられるため、工程の簡
略化、デバイスばらつきの低減が実現できる。また、こ
の圧電単結晶材料を用いた表面弾性波デバイスに関して
も組成を調整することで、結合係数の最も大きなカット
における温度特性を向上させることにより高帯域化が実
現できる。
【００２６】
【実施例】実施例１ 図７は、本実施例で用いた単結晶の製造装置の一例を示
している。
している。
【００２７】同図に示すように、ルツボ１０が断熱材１
１の中心に設置されており、ルツボ１０の上部には耐火
物ハウジング１２を配置されている。この耐火物ハウジ
ング１２の頂部壁には中心に開口部１２ａが設けられて
おり、下端に種子結晶１３を取り付けた引き上げ軸１４
が図示しない動力源から垂直に延びてこの開口部１２ａ
を貫通している。断熱材１１及び耐火物ハウジング１２
の周りには、頂部壁に結晶引き上げ軸１４が貫通する開
口部１５ａを有する耐火物円筒１５が配置されている。
耐火物ハウジング１２の外側には高周波誘導コイル１６
が巻かれており、高周波電流を流すことでルツボ１０を
誘導加熱し、結晶材料の融液１７を所定温度に維持す
る。
１の中心に設置されており、ルツボ１０の上部には耐火
物ハウジング１２を配置されている。この耐火物ハウジ
ング１２の頂部壁には中心に開口部１２ａが設けられて
おり、下端に種子結晶１３を取り付けた引き上げ軸１４
が図示しない動力源から垂直に延びてこの開口部１２ａ
を貫通している。断熱材１１及び耐火物ハウジング１２
の周りには、頂部壁に結晶引き上げ軸１４が貫通する開
口部１５ａを有する耐火物円筒１５が配置されている。
耐火物ハウジング１２の外側には高周波誘導コイル１６
が巻かれており、高周波電流を流すことでルツボ１０を
誘導加熱し、結晶材料の融液１７を所定温度に維持す
る。
【００２８】この実施例１では、高周波発振器として、
周波数７０ｋＨｚのものを用いた。図７に示す製造装置
において、直径が５０ｍｍ、高さが５０ｍｍ、厚さが
１．５ｍｍのＩｒ製のルツボ１０に、Ｌａ２ＳｒＴａ
０．５Ｇａ４．５ＳｉＯ１４を約３５０ｇ挿入した。育
成は、Ｎ２に１ｖｏｌ％のＯ２を混入した雰囲気で、種
子結晶１３として［００１］方位のＬａ２ＳｒＴａ
０．５Ｇａ４．５ＳｉＯ１４単結晶を用い、０．５ｍｍ
／ｈの速度で引き上げた。その結果、図８の写真に示す
ような、直径２０ｍｍφ、長さ１１０ｍｍの透明なＬａ
２ＳｒＴａ０．５Ｇａ４ ．５ＳｉＯ１４単結晶１８が得
られた。なお、本実施例における組成式のｘ、ｙ、ｚ
は、ｘ＝１．０、ｙ＝０．５、ｚ＝１．０である。
周波数７０ｋＨｚのものを用いた。図７に示す製造装置
において、直径が５０ｍｍ、高さが５０ｍｍ、厚さが
１．５ｍｍのＩｒ製のルツボ１０に、Ｌａ２ＳｒＴａ
０．５Ｇａ４．５ＳｉＯ１４を約３５０ｇ挿入した。育
成は、Ｎ２に１ｖｏｌ％のＯ２を混入した雰囲気で、種
子結晶１３として［００１］方位のＬａ２ＳｒＴａ
０．５Ｇａ４．５ＳｉＯ１４単結晶を用い、０．５ｍｍ
／ｈの速度で引き上げた。その結果、図８の写真に示す
ような、直径２０ｍｍφ、長さ１１０ｍｍの透明なＬａ
２ＳｒＴａ０．５Ｇａ４ ．５ＳｉＯ１４単結晶１８が得
られた。なお、本実施例における組成式のｘ、ｙ、ｚ
は、ｘ＝１．０、ｙ＝０．５、ｚ＝１．０である。
【００２９】得られた結晶からＸ板の厚みＹ伸び振動共
振子とＹ板の厚みＸずれ振動共振子とを作成して−２０
℃から＋８０℃の範囲で共振周波数を求めたところ、温
度に対する共振周波数の変化は、それぞれ１８１５ｐｐ
ｍ、７３２ｐｐｍとなった。
振子とＹ板の厚みＸずれ振動共振子とを作成して−２０
℃から＋８０℃の範囲で共振周波数を求めたところ、温
度に対する共振周波数の変化は、それぞれ１８１５ｐｐ
ｍ、７３２ｐｐｍとなった。
【００３０】実施例２ 高周波発振器として、周波数７０ｋＨｚのものを用い
た。図７に示す製造装置において、直径が５０ｍｍ、高
さが５０ｍｍ、厚さが１．５ｍｍのＩｒ製のルツボ１０
に、Ｌａ２．８Ｓｒ０．２Ｔａ０．４Ｇａ５．２Ｓｉ
０．４Ｏ１４を約３７０ｇ挿入した。育成は、Ｎ２に１
ｖｏｌ％のＯ２を混入した雰囲気で、種子結晶１３とし
て［００１］方位のＬａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４
単結晶を用い、０．５ｍｍ／ｈの速度で引き上げた。そ
の結果、図９の写真に示すような、直径２０ｍｍφ、長
さ1００ｍｍの透明なＬａ２．８Ｓｒ０．２Ｔａ０．４
Ｇａ５ ．２Ｓｉ０．４Ｏ１４単結晶１８が得られた。な
お、本実施例における組成式のｘ、ｙ、ｚは、ｘ＝０．
２、ｙ＝０．４、ｚ＝０．４である。
た。図７に示す製造装置において、直径が５０ｍｍ、高
さが５０ｍｍ、厚さが１．５ｍｍのＩｒ製のルツボ１０
に、Ｌａ２．８Ｓｒ０．２Ｔａ０．４Ｇａ５．２Ｓｉ
０．４Ｏ１４を約３７０ｇ挿入した。育成は、Ｎ２に１
ｖｏｌ％のＯ２を混入した雰囲気で、種子結晶１３とし
て［００１］方位のＬａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４
単結晶を用い、０．５ｍｍ／ｈの速度で引き上げた。そ
の結果、図９の写真に示すような、直径２０ｍｍφ、長
さ1００ｍｍの透明なＬａ２．８Ｓｒ０．２Ｔａ０．４
Ｇａ５ ．２Ｓｉ０．４Ｏ１４単結晶１８が得られた。な
お、本実施例における組成式のｘ、ｙ、ｚは、ｘ＝０．
２、ｙ＝０．４、ｚ＝０．４である。
【００３１】得られた結晶からＸ板の厚みＹ伸び振動共
振子とＹ板の厚みＸずれ振動共振子とを作成して−２０
℃から＋８０℃の範囲で共振周波数を求めたところ、温
度に対する共振周波数の変化はそれぞれ７３２ｐｐｍ、
３３２ｐｐｍとなった。
振子とＹ板の厚みＸずれ振動共振子とを作成して−２０
℃から＋８０℃の範囲で共振周波数を求めたところ、温
度に対する共振周波数の変化はそれぞれ７３２ｐｐｍ、
３３２ｐｐｍとなった。
【００３２】実施例３ 高周波発振器として、周波数７０ｋＨｚのものを用い
た。図７に示す製造装置において、直径が５０ｍｍ、高
さが５０ｍｍ、厚さが１．５ｍｍのＰｔ製のルツボ１０
に、Ｌａ２．４Ｓｒ０．６Ｔａ０．４Ｇａ４．８Ｓｉ
０．８Ｏ１４を約３６０ｇ挿入した。育成は、Ｎ２に１
ｖｏｌ％のＯ２を混入した雰囲気で、種子結晶１３とし
て［００１］方位のＬａ２．４Ｓｒ０．６Ｔａ０．４Ｇ
ａ４．８Ｓｉ ０．８Ｏ１４単結晶を用い、０．３ｍｍ／
ｈの速度で引き上げた。その結果、図１０の写真に示す
ような、直径２０ｍｍφ、長さ６８ｍｍの透明なＬａ
２．４Ｓｒ０．３Ｔａ０．４Ｇａ４．８Ｓｉ０．８Ｏ
１４単結晶１８が得られた。なお、本実施例における組
成式のｘ、ｙ、ｚは、ｘ＝０．６、ｙ＝０．４、ｚ＝
０．８である。
た。図７に示す製造装置において、直径が５０ｍｍ、高
さが５０ｍｍ、厚さが１．５ｍｍのＰｔ製のルツボ１０
に、Ｌａ２．４Ｓｒ０．６Ｔａ０．４Ｇａ４．８Ｓｉ
０．８Ｏ１４を約３６０ｇ挿入した。育成は、Ｎ２に１
ｖｏｌ％のＯ２を混入した雰囲気で、種子結晶１３とし
て［００１］方位のＬａ２．４Ｓｒ０．６Ｔａ０．４Ｇ
ａ４．８Ｓｉ ０．８Ｏ１４単結晶を用い、０．３ｍｍ／
ｈの速度で引き上げた。その結果、図１０の写真に示す
ような、直径２０ｍｍφ、長さ６８ｍｍの透明なＬａ
２．４Ｓｒ０．３Ｔａ０．４Ｇａ４．８Ｓｉ０．８Ｏ
１４単結晶１８が得られた。なお、本実施例における組
成式のｘ、ｙ、ｚは、ｘ＝０．６、ｙ＝０．４、ｚ＝
０．８である。
【００３３】以上述べた実施形態及び実施例は全て本発
明を例示的に示すものであって限定的に示すものではな
く、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施す
ることができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲
及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
明を例示的に示すものであって限定的に示すものではな
く、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施す
ることができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲
及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【００３４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、Ｌａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｇａ２Ｏ３、Ｓ
ｉＯ２の５成分系について、所定の組成範囲でＬａ
３−ｘＳｒ ｘＴａｙＧａ６−ｙ−ｚＳｉｚＯ１４単結晶
を育成することにより、目的とする圧電デバイスのモー
ドに最適な、温度特性の向上した基板材料が得られる。
即ち、電気機械結合係数を高くすることはもちろんのこ
と、その結晶方位、伝播方向における弾性波の位相速度
温度係数を改善することができる。
ば、Ｌａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｇａ２Ｏ３、Ｓ
ｉＯ２の５成分系について、所定の組成範囲でＬａ
３−ｘＳｒ ｘＴａｙＧａ６−ｙ−ｚＳｉｚＯ１４単結晶
を育成することにより、目的とする圧電デバイスのモー
ドに最適な、温度特性の向上した基板材料が得られる。
即ち、電気機械結合係数を高くすることはもちろんのこ
と、その結晶方位、伝播方向における弾性波の位相速度
温度係数を改善することができる。
【図１】従来材料のＸ板Ｙ方向伸び振動における共振周
波数の対温度変化を示す図である。
波数の対温度変化を示す図である。
【図２】本発明における組成の３角図である。
【図３】μ−ＰＤ法によるファイバー結晶育成を説明す
るための図である。
るための図である。
【図４】本発明において得られた単結晶化可能な組成範
囲を示す図である。
囲を示す図である。
【図５】本発明の実施例で得られた単結晶の伸び振動モ
ードの共振周波数の温度変化を表す図である。
ードの共振周波数の温度変化を表す図である。
【図６】本発明の実施例で得られた単結晶の厚みすべり
モードの共振周波数の温度変化を表す図である。
モードの共振周波数の温度変化を表す図である。
【図７】本発明の実施例で用いた単結晶製造装置を説明
するための図である。
するための図である。
【図８】実施例１におけるＬａ２ＳｒＴａ０．５Ｇａ
４．５ＳｉＯ１４単結晶の育成例を示す写真である。
４．５ＳｉＯ１４単結晶の育成例を示す写真である。
【図９】実施例２におけるＬａ２．８Ｓｒ０．２Ｔａ
０．４Ｇａ５．２Ｓｉ０．４Ｏ１ ４単結晶の育成例を示
す写真である。
０．４Ｇａ５．２Ｓｉ０．４Ｏ１ ４単結晶の育成例を示
す写真である。
【図１０】実施例３におけるＬａ２．４Ｓｒ０．６Ｔａ
０．４Ｇａ４．８Ｓｉ０．８Ｏ１ ４単結晶の育成例を示
す写真である。
０．４Ｇａ４．８Ｓｉ０．８Ｏ１ ４単結晶の育成例を示
す写真である。
１ 管状炉 ２、１０ ルツボ ３、１７ 融液 ４、１３ 種子結晶 ５ アフターヒーター ６ 引き下げ軸 ７、１８ 単結晶 １１ 断熱材 １２ 耐火物ハウジング １４ 引き上げ軸 １５ 耐火物円筒 １６ 高周波誘導コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守越 広樹 東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティー ディーケイ株式会社内 (72)発明者 川嵜 克己 東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティー ディーケイ株式会社内 Ｆターム(参考） 4G048 AA05 AB05 AC01 AD07 AE05 4G077 AA02 BD11 CF10 EA04 HA11
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｃａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４構造を有して
おり、主要成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ及びＳｉより
なり、組成式Ｌａ３−ｘＳｒｘＴａｙＧａ６ −ｙ-ｚＳ
ｉｚＯ１４（ただし、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜１、０＜ｚ
＜２）で表されることを特徴とする圧電単結晶材料。 - 【請求項２】 前記組成式のｘ、ｙ、ｚが、０＜ｘ≦
１．２、０＜ｙ≦０．５、０＜ｚ≦１．４の範囲にある
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電単結晶材料。 - 【請求項３】 前記組成式のｘ、ｙ、ｚが、ｘ＝０．
２、ｙ＝０．４、ｚ＝０．４であることを特徴とする請
求項２に記載の圧電単結晶材料。 - 【請求項４】 前記組成式のｘ、ｙ、ｚが、ｘ＝１、ｙ
＝０．５、ｚ＝１であることを特徴とする請求項２に記
載の圧電単結晶材料。 - 【請求項５】 前記組成式のｘ、ｙ、ｚが、ｘ＝０．
６、ｙ＝０．４、ｚ＝０．８であることを特徴とする請
求項２に記載の圧電単結晶材料。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項に記載の
圧電単結晶材料を用いたことを特徴とする圧電デバイ
ス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001155645A JP2002348197A (ja) | 2001-05-24 | 2001-05-24 | 圧電単結晶材料及び該圧電単結晶材料を用いた圧電デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001155645A JP2002348197A (ja) | 2001-05-24 | 2001-05-24 | 圧電単結晶材料及び該圧電単結晶材料を用いた圧電デバイス |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008028586A Division JP4748170B2 (ja) | 2008-02-08 | 2008-02-08 | 圧電単結晶材料及び該圧電単結晶材料を用いた圧電デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002348197A true JP2002348197A (ja) | 2002-12-04 |
Family
ID=18999788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001155645A Pending JP2002348197A (ja) | 2001-05-24 | 2001-05-24 | 圧電単結晶材料及び該圧電単結晶材料を用いた圧電デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002348197A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015081706A1 (zh) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种硅酸铝镓钽钙压电晶体及其制备方法 |
| WO2017146244A1 (ja) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | 株式会社Ｃ＆Ａ | 結晶材料およびその製造方法 |
| JP2022519012A (ja) * | 2018-12-29 | 2022-03-18 | 昆明理工大学 | ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ４セラミックス粉体及びその製造方法 |
-
2001
- 2001-05-24 JP JP2001155645A patent/JP2002348197A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015081706A1 (zh) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种硅酸铝镓钽钙压电晶体及其制备方法 |
| WO2017146244A1 (ja) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | 株式会社Ｃ＆Ａ | 結晶材料およびその製造方法 |
| JPWO2017146244A1 (ja) * | 2016-02-25 | 2019-01-10 | 株式会社Ｐｉｅｚｏ Ｓｔｕｄｉｏ | 結晶材料およびその製造方法 |
| US11158784B2 (en) | 2016-02-25 | 2021-10-26 | Piezo Studio Inc. | Crystal material and method of manufacturing the same |
| JP2022519012A (ja) * | 2018-12-29 | 2022-03-18 | 昆明理工大学 | ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ４セラミックス粉体及びその製造方法 |
| JP7220794B2 (ja) | 2018-12-29 | 2023-02-10 | 昆明理工大学 | ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ４セラミックス粉体及びその製造方法 |
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