JP2011523828A5

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Publication number: JP2011523828A5
Application number: JP2011512180A
Authority: JP
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2029-05-29

Description

石英内の縦波の温度安定品質が悪いことに起因して、周波数の温度安定性は低品質であり、周囲温度において、線形ドリフトが絶対値で２０ｐｐｍを超える。それゆえ、たとえば、基板実装による周波数合成の用途の場合において実体波共振器の代わりに用いるために、特に高い動作周波数及び音響品質係数の積（ＦＱ）（４００ＭＨｚよりも高い周波数において、１，３．１０¹³よりも高いＦＱ）から恩恵を受けるものの、周波数の熱ドリフトが存在するという問題はそのままであり、このタイプの解決策は許されない。

本発明は、強い圧電結合及び高い動作周波数及び音響品質係数の積を有する音響電気共振器の周波数熱安定性を改善することを目的とする。

この目的のために、本発明は、所定の動作周波数において動作するための高バルク音響共振器タイプの共振器に関し、この共振器は、第１の材料から成る第１の厚みを有する層によって形成された圧電変換器であって、前記第１の材料単体内の剪断波の電気音響的結合が５％よりも大きくなるように、０に等しいＩＥＥＥＳｔｄ−１７４（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸｗ）／φによって定義される角度φに沿って向けられ、ＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸ１）／θによって定義される第１の切断角θ１に沿って切断され、前記第１の切断角θ１の関数としての一次の周波数温度係数ＣＴＦＡを有する圧電変換器と、第２の材料から成る第２の厚みを有する第２の層によって形成された音響基板であって、少なくとも５．１０¹²に等しい動作周波数及び音響品質係数の積を有し、０に等しいＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸｗ）／φによって定義される角度φに沿って向けられ、ＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸ１）／θによって定義される第２の切断角θ２に沿って切断され、剪断振動モードに対応する少なくとも１つの偏波方向Ｐ_B1を有し、前記少なくとも１つの剪断モードに対応すると共に前記第２の切断角θ２に依存する一次の周波数温度係数を有する音響基板と、前記圧電変換器の第１の面及び前記音響基板の１つの面に接着する金属層によって形成された対向電極と、前記圧電変換器の前記第１の面及び前記音響基板から離れる方に面する、前記圧電変換器の第２の面上に配置された上側電極とを備え、前記第１の切断角θ１に対応する前記圧電変換器の前記剪断モードの偏波方向Ｐ_Aと、前記第２の切断角θ２に対応する前記音響基板の前記少なくとも１つの剪断モードの前記偏波方向Ｐ_B1とが整列するように、前記圧電変換器及び前記音響基板が相対的に配列されることと、前記音響基板の前記第２の切断角θ２は、前記第１の厚みを前記第２の厚みで割った比が０．０２未満であるときに、前記少なくとも１つの剪断モード及び前記第２の切断角θ２に対応する前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が０であるか、又は前記第１の厚みを前記第２の厚みで割った比が０．０２以上であるときに、前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が、該比の増加関数によって重み付けされる前記圧電変換器の前記周波数温度係数ＣＴＦＡの反対符号の値に等しくなるような角度であることとを特徴とする。

特定の実施形態によれば、このＨＢＡＲタイプの共振器は、
−前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が符号を変更することによって相殺する、前記第２の切断角θ２に対応する二次の周波数温度係数も０であることと、
−前記第２の厚みを前記第１の厚みで割った前記比Ｒｅが０．０２以上であるときに、前記第２の切断角θ２は、
α．Ｒｅ＋β．ｌｏｇ（γ．Ｒｅ）＝（θ２−θ２ｎｕｌ）＊ｓｌｏｐｅ
の形の関係を検査し、θ２ｎｕｌは、前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が相殺すると共に符号を変更する第２の切断角の値であり、ｓｌｏｐｅは、θ２ｎｕｌにおいて得られるθ２に対するＣＴＦＢ１の傾きであり、α、β、γは、前記音響基板及び前記圧電変換器を構成する材料の種類に依存する定数であることと、
−前記圧電変換器の前記第１の材料は、窒化アンモニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸カリウムから構成された材料群に含まれることと、
−前記圧電変換器の前記第１の材料は、好ましくはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）及びタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）から構成された材料群に含まれることと、
−前記音響基板の前記第２の材料は、石英、ニオブ酸カリウム、オルトリン酸ガリウム（ＧａＰＯ₄）、四ホウ酸リチウム（ＬｉＢ₄Ｏ₇）、ランガサイト（Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄）、ランガテイト、ランガサイトから構成された材料群に含まれることと、
−前記音響基板の前記第２の材料は石英であることと、
−前記対向電極は熱圧縮性金属であることと、
−前記対向電極は、金、又は銅、又はインジウムから形成されることと、
−前記共振器の幾何学的寸法は、５０ＭＨｚ〜２０ＧＨｚの周波数範囲に含まれる周波数帯の共振周波数に合わせられることと、
−前記音響基板は、前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が、２つの値θ２ｎｕｌ１及びθ２ｎｕｌ２の両側において符号を反転して相殺する偏波方向を有し、第１の値θ２ｎｕｌ１は低速剪断振動モードに関連付けられ、第２の値θ２ｎｕｌ２は高速剪断振動モードに関連付けられることと、
−前記音響基板の材料は石英であることと、
−前記圧電変換器（６）の材料はニオブ酸リチウムであることと、θ２ｎｕｌが＋３５度に等しいときに、αは０．８５に等しく、βは３．２に等しく、γは２００に等しく、傾きは５．１０^-6に等しく、θ２ｎｕｌが−４２度に等しいときに、αは１．２５×５０に等しく、βは３．２に等しく、γは２００に等しく、傾きは２．２．１０^-6に等しいことと
のうちの１つまたはいくつかの特徴を含む。

また、本発明は、高バルク音響共振器タイプの共振器を製造する方法に関し、この方法は、第１の材料から成る第１の厚みの層から構成された圧電変換器を準備する第１のステップであって、剪断波の電気音響的結合が５％よりも大きくなるように、０に等しいＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸｗ）／φによって定義される角度φに沿って向けられ、ＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸ１）／θによって定義される第１の切断角θ１に沿って切断され、前記圧電変換器は、前記第１の切断角θ１の関数としての周波数温度係数ＣＴＦＡを有する第１のステップと、第２の材料から成る第２の厚みを有する第１の層によって形成された音響基板を準備する第２のステップであって、少なくとも５．１０¹²に等しい動作周波数及び音響品質係数の積を有し、０に等しいＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸｗ）／φによって定義される角度φに沿って向けられ、ＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸ１）／θによって定義される第２の切断角θ２に沿って切断され、剪断振動モードに対応する少なくとも１つの偏波方向Ｐ_B1を有し、前記音響基板は、前記少なくとも１つの剪断モードに対応すると共に前記第２の切断角θ２に依存する一次の周波数温度係数を有し、前記音響基板の前記第２の切断角θ２は、前記第１の厚みを前記第２の厚みで割った比が０．０２未満であるときに、前記少なくとも１つの剪断モード及び前記第２の切断角θ２に対応する前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が０であるか、又は前記第１の厚みを前記第２の厚みで割った比が０．０２以上であるときに、前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が、該比の増加関数によって重み付けされる前記圧電変換器の前記周波数温度係数ＣＴＦＡの反対符号の値に等しくなるような角度である第２のステップと、前記第１の切断角θ１に対応する前記圧電変換器の前記剪断モードの前記前記偏波方向Ｐ_A及び前記第２の切断角θ２に対応する前記音響基板の前記少なくとも１つの剪断モードの前記偏波方向Ｐ_B1が整列するように、前記圧電変換器及び前記音響基板を配列する組立ステップとを含む。

第２のステップ１０４では、音響基板１０が準備され、音響基板は、第２の材料から成る第２の厚みの層から構成され、その層は、５．１０¹²に少なくとも等しい動作周波数及び音響品質係数の積を有し、０に等しいＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸｗ）／φによって定義される角度φに沿って向けられ、ＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸ１）／θによって定義される第２の切断角θ２に沿って切断され、剪断振動モードに対応する少なくとも１つの偏波方向Ｐ_B1を有し、音響基板１０は、少なくとも１つの剪断モードに対応し、かつ第２の切断角θ２に依存する一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１を有する。

ステップ１０４では、音響基板１０の第２の切断角θ２は、第１の厚みを前記第２の厚みで割った比が０．０２未満であるときに、少なくとも１つの剪断モード及び第２の切断角θ２に対応する一次の温度係数ＣＴＦＢ１が０であるか、又は第１の厚みを第２の厚みで割った比が０．０２以上であるときに、その比の増加関数によって重み付けされた圧電変換器６の周波数温度係数ＣＴＦＡの反対符号の値に等しくなるような角度である。

Claims

所定の動作周波数において動作するための高バルク音響共振器タイプの共振器であって、
第１の材料から成る第１の厚みを有する層によって形成された圧電変換器（６）であって、前記第１の材料単体内の剪断波の電気音響的結合が５％よりも大きくなるように、０に等しいＩＥＥＥＳｔｄ−１７４（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸｗ）／φによって定義される角度φに沿って向けられ、ＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸ１）／θによって定義される第１の切断角θ１に沿って切断され、前記第１の切断角θ１の関数としての一次の周波数温度係数ＣＴＦＡを有する圧電変換器と、
第２の材料から成る第２の厚みを有する第２の層によって形成された音響基板（１０）であって、少なくとも５．１０¹²に等しい動作周波数及び音響品質係数の積を有し、０に等しいＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸｗ）／φによって定義される角度φに沿って向けられ、ＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸ１）／θによって定義される第２の切断角θ２に沿って切断され、剪断振動モードに対応する少なくとも１つの偏波方向Ｐ_B1を有し、前記少なくとも１つの剪断モードに対応すると共に前記第２の切断角θ２に依存する一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１を有する音響基板と、
前記圧電変換器（６）の第１の面及び前記音響基板（１０）の１つの面に接着する金属層によって形成された対向電極（８）と、
前記圧電変換器（６）の前記第１の面及び前記音響基板（１０）から離れる方に面する、前記圧電変換器（６）の第２の面上に配置された上側電極（４）と
を備え、
前記第１の切断角θ１に対応する前記圧電変換器（６）の前記剪断モードの偏波方向Ｐ_Aと、前記第２の切断角θ２に対応する前記音響基板（１０）の前記少なくとも１つの剪断モードの前記偏波方向Ｐ_B1とが整列するように、前記圧電変換器（６）及び前記音響基板（１０）が相対的に配列されることと、
前記音響基板（１０）の前記第２の切断角θ２は、前記第１の厚みを前記第２の厚みで割った比が０．０２未満であるときに、前記少なくとも１つの剪断モード及び前記第２の切断角θ２に対応する前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が０であるか、又は前記第１の厚みを前記第２の厚みで割った比が０．０２以上であるときに、前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が、該比の増加関数によって重み付けされる前記圧電変換器（６）の前記周波数温度係数ＣＴＦＡの反対符号の値に等しくなるような角度であることと
を特徴とする高バルク音響共振器タイプの共振器。
前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が符号を変更することによって相殺する、前記第２の切断角θ２に対応する二次の周波数温度係数も０であることを特徴とする、請求項１に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器。
前記第２の厚みを前記第１の厚みで割った前記比Ｒｅが０．０２以上であるときに、前記第２の切断角θ２は、
α．Ｒｅ＋β．ｌｏｇ（γ．Ｒｅ）＝（θ２−θ２ｎｕｌ）＊ｓｌｏｐｅ
の形の関係を検査し、
θ２ｎｕｌは、前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が相殺すると共に符号を変更する第２の切断角の値であり、
ｓｌｏｐｅは、θ２ｎｕｌにおいて得られるθ２に対するＣＴＦＢ１の傾きであり、
α、β、γは、前記音響基板（１０）及び前記圧電変換器（６）を構成する材料の種類に依存する定数であることを特徴とする、請求項１または２に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器。
前記圧電変換器の前記第１の材料は、窒化アンモニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸カリウムから構成された材料群に含まれることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器。
前記圧電変換器の前記第１の材料は、好ましくはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）及びタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）から構成された材料群に含まれることを特徴とする、請求項４に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器。
前記音響基板の前記第２の材料は、石英、ニオブ酸カリウム、オルトリン酸ガリウム（ＧａＰＯ₄）、四ホウ酸リチウム（ＬｉＢ₄Ｏ₇）、ランガサイト（Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄）、ランガテイト、ランガサイトから構成された材料群に含まれることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器。
前記音響基板の前記第２の材料は石英であることを特徴とする、請求項６に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器。
前記対向電極は熱圧縮性金属であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器。
前記対向電極は、金、又は銅、又はインジウムから形成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器。
前記共振器の幾何学的寸法は、５０ＭＨｚ〜２０ＧＨｚの周波数範囲に含まれる周波数帯の共振周波数に合わせられることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器。
前記音響基板（１０）は、前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が、２つの値θ２ｎｕｌ１及びθ２ｎｕｌ２の両側において符号を反転して相殺する偏波方向を有し、第１の値θ２ｎｕｌ１は低速剪断振動モードに関連付けられ、第２の値θ２ｎｕｌ２は高速剪断振動モードに関連付けられることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器。
前記音響基板（１０）の材料は石英であることを特徴とする、請求項１１に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器。
前記音響基板（１０）の材料は石英であるとともに前記圧電変換器（６）の材料はニオブ酸リチウムであることと、
θ２ｎｕｌが＋３５度に等しいときに、
αは０．８５に等しく、
βは３．２に等しく、
γは２００に等しく、
傾きは５．１０^-6に等しく、
θ２ｎｕｌが−４２度に等しいときに、
αは１．２５×５０に等しく、
βは３．２に等しく、
γは２００に等しく、
傾きは２．２．１０^-6に等しいことと
を特徴とする、請求項３に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器。
高バルク音響共振器タイプの共振器を製造する方法であって、
第１の材料から成る第１の厚みの層から構成された圧電変換器（６）を準備する第１のステップ（１０２）であって、剪断波の電気音響的結合が５％よりも大きくなるように、０に等しいＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸｗ）／φによって定義される角度φに沿って向けられ、ＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸ１）／θによって定義される第１の切断角θ１に沿って切断され、前記圧電変換器（６）は、前記第１の切断角θ１の関数としての周波数温度係数ＣＴＦＡを有する第１のステップと、
第２の材料から成る第２の厚みを有する第１の層によって形成された音響基板を準備する第２のステップ（１０４）であって、少なくとも５．１０¹²に等しい動作周波数及び音響品質係数の積を有し、０に等しいＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸｗ）／φによって定義される角度φに沿って向けられ、ＩＥＥＥＳｔｄ−１７６（１９４９年版）標準規格の用語（ＹＸ１）／θによって定義される第２の切断角θ２に沿って切断され、剪断振動モードに対応する少なくとも１つの偏波方向Ｐ_B1を有し、前記音響基板（１０）は、前記少なくとも１つの剪断モードに対応すると共に前記第２の切断角θ２に依存する一次の周波数温度係数を有し、前記音響基板（１０）の前記第２の切断角θ２は、前記第１の厚みを前記第２の厚みで割った比が０．０２未満であるときに、前記少なくとも１つの剪断モード及び前記第２の切断角θ２に対応する前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が０であるか、又は前記第１の厚みを前記第２の厚みで割った比が０．０２以上であるときに、前記一次の周波数温度係数ＣＴＦＢ１が、該比の増加関数によって重み付けされる前記圧電変換器（６）の前記周波数温度係数ＣＴＦＡの反対符号の値に等しくなるような角度である第２のステップと、
前記第１の切断角θ１に対応する前記圧電変換器（６）の前記剪断モードの前記前記偏波方向Ｐ_A及び前記第２の切断角θ２に対応する前記音響基板（１０）の前記少なくとも１つの剪断モードの前記偏波方向Ｐ_B1が整列するように、前記圧電変換器（６）及び前記音響基板（１０）を配列する組立ステップ（１０８）と
を含む方法。
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器を備えるホモダイン発振器。
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の高バルク音響共振器タイプの共振器に基づくセルを備える高除去フィルター。