JP2006108940A - 強誘電体単結晶製造のための原料組成決定方法、及び強誘電体単結晶の化学組成比校正方法、及び弾性表面波デバイスの設計パラメータ決定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コングルエント組成近傍の組成の結晶に対し、化学組成比変動に対して敏感なLSAWの伝搬方向を決定し、その伝搬方向において各結晶の育成軸方向のLSAW速度分布測定を通して、育成軸方向分布が0になる組成を決定し、その組成でのLSAW速度との絶対的関係を得る。これにより、極めて組成分布の小さい結晶量産を実現し、結晶化学組成評価の信頼性のある絶対的指標を与える。また、化学組成比に関する音響関連物理定数の正しい関係を求め、育成結晶の化学組成比に対応した音響関連物理定数を用いてSAWデバイス設計パラメータを高精度に決定する。
【選択図】図1
Description
(a) コングルエント組成の近傍で異なる化学組成のn個の単結晶を作製する工程と、nは2以上の整数であり、
(b) 各単結晶において、互いに異なるカット面の基板を複数切り出し、その各基板面内において漏洩弾性表面波の伝搬方向を変えながら漏洩弾性表面波速度を測定する工程と、
(c) 工程(b)で得られた結果をもとに、化学組成比変化に対して漏洩弾性表面波速度の変化率が大きいカット面の漏洩弾性表面波伝搬方向を少なくとも1つ選択する工程と、
(d) 工程(c)で選択したカット面の伝搬方向において、各単結晶の上部及び下部の漏洩弾性表面波速度を測定する工程と、単結晶の上部及び下部とは、結晶育成時の種結晶側が上部、その反対側が下部であり、
(e) 工程(d) で得られた上記上部及び下部の漏洩弾性表面波速度と仕込み時の原料組成との間の関係から、結晶の上部と下部で漏洩弾性表面波速度が一致する原料組成を真のコングルエント組成CCとする工程と、
(f) 上記漏洩弾性表面波速度、漏洩弾性表面波速度勾配、原料組成、結晶組成、密度の関係から、上記コングルエント組成からのずれの許容幅±ΔCCを求め、強誘電体単結晶製造のための原料組成を決める工程、
とを含む。
(a) 化学組成比の異なる複数の試料に対し漏洩弾性表面波速度VLSAWを測定する工程と、 (b) 上記試料に対しするキュリー温度等の測定値から、既知のキュリー温度と化学組成比の関係を用いて化学組成比を求める工程と、
(c) 上記工程(a) で得られた測定速度VLSAWと、上記工程(b)で得られた化学組成比の関係(近似直線)を、上記第1の発明の(c)および(d)の工程で得られたコングルエントにおける化学組成比およびVLSAWの値に合致するように化学組成比を校正して、両者の関係(校正された近似直線)を得る工程、
(d) 第1の発明の工程(a)のn個の結晶に対するそれぞれの音響関連物理定数(弾性定数、圧電定数、誘電率、密度)を用いて計算される漏洩弾性表面波速度と、上記工程(c)で得られた関係とを用いて、上記n個の各結晶の化学組成比を求め、化学組成比に関する音響関連物理定数を求める工程、
とを含むことを特徴とする化学組成比の校正方法。
(a) 育成結晶に対する漏洩弾性表面波速度を測定し、第4の発明の工程(c)において得られた関係を用いて、育成結晶の化学組成比を求める工程と、
(b) 上記工程(a)で得られた化学組成比と、第4の発明の工程(d)で得られた化学組成比に関する音響関連物理定数を使って、上記工程(a)の育成結晶に対する音響関連物理定数を求める工程と、
(c) 上記工程(b)で求めた音響関連物理定数を用いて、弾性表面波デバイスとして用いるカット面の伝搬方向に対する弾性表面波速度を計算する工程と、
(d) 上記工程(c)で得られた弾性表面波速度を用いて、弾性表面波デバイス設計のための設計パラメータ(電極周期、電極幅、電極厚さ)を決定する工程、
とを含むことを特徴とする弾性表面波デバイスの設計パラメータ決定方法。
ステップS2:化学組成比の変化に対する感度の高いLSAWの伝搬方向を調べるために、ステップS1の各結晶インゴットから、数種類のカット面の基板試料を切り出す(図2参照)。ただし、結晶の育成軸方向の分布も調べられるように、育成軸に平行な基板面を準備するか、育成軸に垂直な基板面の場合は育成軸方向から2個以上の基板を準備する([参考文献1]参照)。
ステップS3:各結晶インゴットに対するキュリー温度を測定し、化学組成比とキュリー温度の既知の関係を用いて、各結晶インゴットの化学組成比を求める。
ステップS4:ステップS2で切り出した各結晶インゴットの各基板試料に対し、図3の×で示された位置でLSAW速度の伝搬方向依存性を測定する。
ステップS5:ステップS3とステップS4で得られた結果から、各基板面における各伝搬方向のLSAW速度の化学組成比依存性を求め、化学組成比変化に対する感度が高いLSAW伝搬方向を決定する。
ステップS6:ステップS5で決定した伝搬方向で、各結晶インゴットの育成軸方向のLSAW速度分布を測定する。
ステップS7:各結晶インゴットの仕込み原料組成と育成軸方向のLSAW速度分布の関係から、育成軸方向のLSAW速度分布が0になる組成を真のコングルエント組成と定め、そのときのLSAW速度を求める。
ステップS8:ステップS5で得られた化学組成比とLSAW速度の関係を、ステップS7で得られた真のコングルエント組成における化学組成比とLSAW速度の関係に合致するよう化学組成比を校正し、化学組成比とLSAW速度の間の正しい関係を得る。
ステップS9-1:[特許文献1]の手順に従って、コングルエント組成とみなせる原料融液組成の許容幅(真のコングルエント組成からのずれ)±ΔCCを求める。
ステップS9-2:ステップS8で得られた化学組成比とLSAW速度の関係から、化学組成比と音響関連物理定数の間の正しい関係を求める。
ステップS10-2:育成結晶に対して測定されたLSAW速度あるいはキュリー温度からステップS8で得られた関係を用いて化学組成比を求め、この化学組成比に対応する音響関連物理定数をステップS9-2で得られた関係から求め、この音響関連物理定数を用いて、この育成結晶に最適なSAWデバイスの設計パラメータ(電極幅、電極厚さ、電極間隔等)を求め、SAWデバイスを作製する。
(kg/m3)/mol%、-1.3×10-4nm/mol%(a軸)、-5.7×10-4nm/mol%(c軸)である。
(m/s)/Li2O-mol%である。
mol%/mm、結晶2に対しては-0.00002 mol%/mm、結晶3に対しては+0.00107 mol%/mmである。
C(Li2O) = 0.0254×(VLSAW - 3875.0)
+ 48.481 (1)
ここで、C(Li2O)は分析Li2O濃度、VLSAWはZY-LiNbO3に対するLSAW速度を表す。式(1)から、結晶1、2、3に対する分析Li2O濃度を求めると、順に、48.324、48.489、48.641
Li2O-mol%となる。したがって、結晶2はコングルエント組成に非常に近い組成(±0.01 Li2O-mol%以内)であったことがわかる。
式(1)にそれぞれ代入することにより各定数に対応した化学組成比が与えられる。結果を図15に示す。
[参考文献]
[参考文献1] 特願2001-069181号
[参考文献2] K. Yamada, H. Takemura,
Y. Inoue, T. Omi, and, S. Matsumura, “Effect of Li/Nb ratio on the SAW velocity of 128°Y-X LiNbO3 wafers,” Jpn. J. Appl.
Phys., vol. 26, Suppl. 26-2, pp. 219-222, 1987.
[参考文献3] J. J. Campbell and W. R. Jones,
"Propagation of surface waves at the boundary between a piezoelectric
crystal and a fluid medium," IEEE Trans. Sonics Ultrason.,
vol. SU-17, pp. 71-76, Apr. 1970.
[参考文献4] M. Sato, A. Iwama, J.
Yamada, M. Hikita, and Y. Furukawa, "SAW
velocity variation LiTaO3 substrates," Jpn.
J. Appl. Phys., vol. 28, Suppl.
28-1, pp. 111-113, 1989.
[参考文献5] IEC-PAS, "Single crystal wafers applied
for surface acoustic wave device
- Specification and Measuring Method -," IEICE/Std-0002, April 17, 2001.
Claims (14)
- 強誘電体単結晶製造のための原料組成決定方法において、強誘電体単結晶より切り出した第1の基板の漏洩弾性表面波速度の差分比のうち最大値を取る1乃至複数の漏洩弾性表面波伝搬方向を最大値伝搬方向と定め、上記強誘電体単結晶の上部および下部より切り出した第2の基板の漏洩弾性表面波速度測定において前記最大値伝搬方向を用いて測定し、該測定値より真のコングルエント組成Ccを求め、前記強誘電体単結晶の諸特性より上記真のコングルエント組成Ccからのずれの許容値幅±△Ccを求め、強誘電体単結晶製造のための原料組成を決める事を特徴とする原料組成決定方法。
- 上記第1の基板を切り出す強誘電体単結晶は、コングルエント組成の近傍で互いに異なる組成を持つn個(nは2つ以上の整数)の強誘電体単結晶であることを特徴とする請求項1記載の原料組成決定方法。
- 上記強誘電体単結晶より切り出す第1の基板は、カット面を異ならせた複数の基板であることを特徴とする請求項1あるいは請求項2記載の原料組成決定方法。
- 上記漏洩弾性表面波速度の測定は、前記第1の基板の面内の複数の伝搬方向で行い、上記漏洩弾性表面波速度の差分比を得る為の漏洩弾性表面波速度の差分は、前記n個の強誘電体単結晶より同一のカット面で得られた1対の第1の基板において、同一の漏洩弾性表面波伝搬方向にて測定した漏洩弾性表面波速度を比較し、その差分である伝搬速度差分として求める事を特徴とする請求項1乃至3の内の一あるいは複数に記載の原料組成決定方法。
- 上記漏洩弾性表面波速度の差分比は、前記伝搬速度差分と、前記1対の第1の基板同士の化学組成比の差分との比であり、該比を前記n個の強誘電体単結晶より得られる第1の各基板の各対の組み合せにおいて求め、この中の最大値を1乃至複数得る事を特徴とする請求項1及至4の内の一あるいは複数に記載の原料組成決定方法。
- 前記真のコングルエント組成Ccは、前記n個の強誘電体単結晶の各原料組成値と、前記n個の強誘電体単結晶の各上部/下部より切り出された前記第2の基板における前記最大値伝搬方向の漏洩弾性表面波速度とから求める事を特徴とする請求項1及至5の内の一あるいは複数に記載の原料組成決定方法。
- 前記強誘電体単結晶の諸特性は、漏洩弾性表面波速度、漏洩弾性表面波速度勾配、原料組成、結晶組成、密度の各値である事を特徴とする請求項1及至6の内の一あるいは複数に記載の原料組成決定方法。
- 前記カット面は、強誘電体単結晶の育成方向をZ軸とし、X、Y、Zの3方向であり、また、その面の切り出し面はZ方向中心軸を通り強誘電体単結晶の直径に渡るY面、該Y面に垂直でZ方向中心軸を通り強誘電体単結晶の半径に渡るX面、前記Y面に対し前記X面と反対面に位置する複数のZ面であることを特徴とする請求項1及至7の内の一あるいは複数に記載の原料組成決定方法。
- 強誘電体単結晶製造のための原料組成決定方法であり、
(a)強誘電体単結晶において、コングルエント組成の近傍で互いに異なる化学組成をもつn個(nは2以上の整数)の強誘電体単結晶を作製する工程と、
(b)各前記強誘電体単結晶より、カット面を異ならせた基板を複数切り出す工程と、
(c)前記基板の各々において、基板面内の漏洩弾性表面波の速度を、伝搬方向を変えながら測定する工程と、
(d)各前記基板のキュリー温度より、化学組成比とキュリー温度の既知の関係を用いて、各前記強誘電体単結晶の化学組成比を求める工程と、
(e)上記強誘電体単結晶より同一のカット面で切り出された前記基板を1対選び出す工程と、
(f)前記1対の基板において、前記請求項9工程(d)で求めた各化学組成比の差分を、化学組成比変化として求める工程と、
(g)前記請求項9工程(f)で定めた1対の基板において前記請求項9工程(c)で求めた漏洩弾性表面波の速度の内、同一伝搬方向の速度の差分である漏洩弾性表面波変化を求める工程と、
(h)前記請求項9工程(g)で求めた漏洩弾性表面波変化の前記請求項9工程(f)で求めた化学組成変化に対する変化率である漏洩弾性表面波変化/化学組成比変化の値を求める工程と、
(i)上記強誘電体単結晶より切り出された前記基板の各組み合わせに対して、前記請求項9工程(f)、(g)、(h)を実施する工程と、
(j)前記請求項9工程(i)で求めた漏洩弾性表面波変化/化学組成比変化の値の大きい方から少なくとも1つ選び、該値を示すカット面と漏洩弾性表面波伝搬方向を特定する工程と、
(k)前記強誘電体単結晶の上部及び下部を、結晶育成時の種結晶側を上部、その反対側を下部とし、前記請求項9工程(e)〜(j)の測定を行った強誘電体単結晶より前記上部及び下部からの基板を得る工程と、
(l)前記請求項9工程(k)で求めた上部基板及び下部基板において前記請求項9工程(j)で特定した漏洩弾性表面波伝搬方向にて、漏洩弾性表面波の速度を測定する工程と、
(m)前記請求項9工程(e)〜(l)を、前記請求項9工程(a)で作製したn個の強誘電体単結晶に実施する工程と、
(n)前記請求項9工程(m)の測定を行った強誘電体単結晶の各原料組成値と、前記請求項9工程(m)で得られた前記請求項9工程(l)による各強誘電体単結晶上部基板及び下部基板の漏洩弾性表面波速度とから真のコングルエント組成Cc及び、対応する漏洩弾性表面波速度VLSAW(Cc)を求める工程と、
(p)前記請求項9工程(a)で作製したn個の強誘電体単結晶の、漏洩弾性表面波速度、漏洩弾性表面波速度勾配、原料組成、結晶組成、密度の各値を用いて、前記真のコングルエント組成Ccのずれの許容値幅±△Ccを求める工程と、
(q)前記真のコングルエント組成Ccと、前記許容値幅±△Ccとから、強誘電体単結晶製造のための強誘電体単結晶原料組成を決める工程、
とを含む事を特徴とする原料組成決定方法。 - 前記請求項9工程(m)の測定を行った強誘電体単結晶の各原料組成値と、前記請求項9工程(m)で得られた前記請求項9工程(l)による各強誘電体単結晶上部基板及び下部基板の漏洩弾性表面波速度、とから真のコングルエント組成Cc及び、対応する漏洩弾性表面波速度VLSAW(Cc)を求める工程は、原料組成値を横軸とし、漏洩弾性表面波速度を縦軸としてグラフを構成し、前記上部基板における漏洩弾性表面波速度曲線と、前記下部基板における漏洩弾性表面波速度曲線とを描き両曲線が交錯する原料組成値及び漏洩弾性表面波速度を求め、該原料組成値を真のコングルエント組成Ccとし、該漏洩弾性表面波速度を真のコングルエント組成に対応する漏洩弾性表面波速度VLSAW(Cc)とする事を特徴とする請求項1乃至9の内一あるいは複数に記載の原料組成決定方法。
- 強誘電体単結晶製造のための原料組成決定方法において、上記許容値±△Ccは±0.017LiO2−mol%であることを特徴とする請求項1乃至10の内一あるいは複数に記載の原料組成決定方法。
- 強誘電体単結晶製造のための原料組成決定方法において、上記強誘電体単結晶はLiNbO3であり、上記コングルエント組成は48.481LiO2−mol%であることを特徴とする請求項1乃至11の内一あるいは複数に記載の原料組成決定方法。
- 強誘電体単結晶の化学組成比の校正方法であり、
(a)化学組成比の異なる複数の試料に対し、第3の漏洩弾性表面波速度VLSAWを測定する工程と、
(b)前記試料に対するキュリー温度の測定値から、既知のキュリー温度と化学組成比の関係を用いて第4の化学組成比を求める工程と、
(c)前記請求項13工程(a)で得られた第3の漏洩弾性表面波速度VLSAWと前記請求項13工程(b)で得られた第4の化学組成比の関係を近似直線であらわし、該近似直線を、前記請求項9工程(n)で得られた化学組成比Ccおよび漏洩弾性表面波速度VLSAW(Cc)の値に合致するように第4の化学組成比を校正して、両者の関係を表す校正された近似直線を得る工程と、
(d)請求項9工程の(a)のn個の強誘電体単結晶に対するそれぞれの音響関連物理定数(弾性定数、圧電定数、誘電率、密度)を用いて計算される第5の漏洩弾性表面波速度と、上記請求項13工程(c)で得られた校正された近似直線とを用いて、上記n個の強誘電体単結晶の校正された化学組成比を求め、該校正された化学組成比における音響関連物理定数を求める工程、
とを含むことを特徴とする化学組成比の校正方法。 - 弾性表面波デバイスの設計パラメータ決定方法であり、
(a)育成結晶に対する漏洩弾性表面波速度を測定し、請求項13工程(c)において得られた校正された近似直線を用いて、前記育成結晶の第6の化学組成比を求める工程と、
(b)前記請求項14工程(a)で得られた第6の化学組成比と、前記請求項13工程(d)で得られた校正された化学組成比における音響関連物理定数とを使って、前記請求項14工程(a)の育成結晶の第7の音響関連物理定数を求める工程と、
(c)前記請求項14工程(b)で求めた第7の音響関連物理定数を用いて、弾性表面波デバイスとして切り出すためのカット面における伝搬方向での第8の弾性表面波速度を計算する工程と、
(d)前記請求項14工程(c)で得られた第8の弾性表面波速度を用いて、弾性表面波デバイス設計のための設計パラメータ(電極周期、電極幅、電極厚さ)を決定する工程、
とを含むことを特徴とする弾性表面波デバイスの設計パラメータ決定方法。
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