JP2013075780A

JP2013075780A - 赤外ｑ値を評価し等級分けした水晶片

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Publication number: JP2013075780A
Application number: JP2011215947A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Kagami; 俊彦加賀見; Nobuyuki Sugaya; 信行菅谷; Takeshi Matsumoto; 健松元
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: JP5841793B2

Abstract

【課題】人工水晶原石から切り出した水晶片のα値を、赤外線分光光度計を用いずに、水晶片が含有する所定の複数の不純物元素濃度から、予め作成した線量計を用いて推定し、ＪＩＳＣ６７０４を用いて対応する赤外Ｑ値を評価し等級分けした水晶片を提供する。
【解決手段】人工水晶原石を所定のα値別に複数種類準備し、不純物元素の含有濃度をＸ軸にα値、Ｙ軸に測定された該含有濃度をそれぞれ前記所定の不純物元素毎にプロットして、不純物濃度との相関関係を示す検量線を準備する工程と、測定された前記水晶片に含有される前記所定の複数の所定の不純物濃度を、それぞれ前記検量線と対照して前記水晶片のα値を推定する工程と、前記α値をＪＩＳに規定する等級と対照させて赤外Ｑ値を評価する工程と、から赤外Ｑ値を評価し等級分けしたことを特徴とする水晶片。
【選択図】図１

Description

本発明は、α値が異なる水晶片別に、α値と不純物元素の含有濃度とをそれぞれプロットして、予め作成した検量線から赤外Ｑ値を評価し等級分けした水晶片に関する。

水熱合成法によって製造された人工水晶原石の品質を決定する要素としては、主に、インクルージョン密度、エッチチャンネル密度、α値などがある。人工水晶原石の状態にあるこれらの要素を評価する場合の評価方法は、ＪＩＳＣ６７０４及びＩＥＣ６０７５８に、その評価手順がそれぞれ標準化されて記載されている（非特許文献１及び２参照）。

ＪＩＳＣ６７０４ＩＥＣ６０７５８

人工水晶から切断され、水晶振動子、水晶フィルタ、光学素子などに使用される水晶片についてのエッチチャンネル密度、インクルージョン密度の評価は、前述したＪＩＳＣ６７０４及びＩＥＣ６０７５８に記載される方法に準じて評価することができる。しかし、α値（赤外線吸収係数）については、これらのＪＩＳ及びＩＥＣ規格に記載されている測定方法では、Ｙカットで水晶片の厚みを１０．０ｍｍとし、かつ、Ｙ面ポリッシュ研磨をした試料を用いて赤外分光光度計を使用して測定することが規定されている。そのため、特に、ＡＴカット、ＳＴカットなどの特定な切断角度で切断され、かつ、厚みの小さな（１０．０ｍｍ以下）水晶片のα値の測定をすることは、実用上、殆ど不可能であった。

さらに、通常、人工水晶原石及び水晶片の品質は、人工水晶育成時の育成ロット単位で保証されている。特に、α値は、人工水晶の成長速度と相関関係があり、同一育成ロットで育成された人工水晶同志を比較すると、その成長速度が大きいほど、α値が大きくなる傾向がある。また、同一育成ロットで育成された人工水晶であっても、それらの成長速度にバラツキがあるため、α値にも人工水晶原石単位でバラツキが生じ、さらに、切断した人工水晶原石が異なれば、α値も異なることになる。

このため、従来、水晶片（ブランク）のα値を評価する場合には、各人工水晶原石に添付された育成ロット単位毎の品質保証書を当該人工水晶原石の評価に用いるしか術がなく、結局、当該品質保証書が妥当なものか否かを技術的に確認することができない、とする問題点があった。

上記した課題を解決するため、本発明の赤外Ｑ値を評価し等級分けした水晶片では、水熱合成法を用いて育成した人工水晶原石から切り出した水晶片のα値を、赤外線分光光度計により計測せずに、水晶片が含有する複数の不純物元素の元素濃度から、予め作成した検量線（相関線）を用いて推定し、ＪＩＳに規定するα値の等級に対応する赤外Ｑ値を評価し等級分けした水晶片を得るようにする。

本発明は、人工水晶原石を所定のα値別に複数種類準備し、該複数の人工水晶原石に含有される複数の所定の不純物元素の含有濃度を所定の分析法により測定し、該測定結果を、Ｘ軸にα値を、また、Ｙ軸に測定された該含有濃度をそれぞれ前記所定の不純物元素毎にプロットして、前記α値と前記測定された不純物濃度との相関関係を示す検量線を準備する工程と、評価したい水晶片に含有される前記複数の所定の不純物濃度を所定の分析法により測定する工程と、測定された前記水晶片に含有される前記所定の複数の所定の不純物濃度をそれぞれ前記検量線と対照して前記水晶片のα値を推定する工程と、前記α値をＪＩＳに規定する等級と対照させて赤外Ｑ値を評価する工程と、からなることを特徴とする赤外Ｑ値を評価し等級分けした水晶片に関する。

本発明では、前記ＪＩＳに規定する等級と対照させるα値として前記推定した複数のα値の平均値を用いることを特徴とする。

本発明では、前記複数の所定の不純物元素が、Ａｌ，Ｎａ及びＬｉであることを特徴とする。

本発明に用いる、前記所定の分析方法が、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）質量分析法、フレームレス原子吸光分析法及び二次イオン質量分析法であることを特徴とする。

本発明は、前記水晶片が、人工水晶原石のＺ領域またはＸ領域から切り出されることを特徴とする。

本発明によれば、人工水晶原石から切り出した水晶片の状態で予め作成した検量線を用いて水晶片のα値の評価が可能となるので、水晶片の切断角度及び厚さの如何を問わずにα値の評価ができ、かつ、水晶片に添付された品質保証書の妥当性を簡単に確認できるようになる。

本発明の水晶片の赤外Ｑ値の評価に用いる検量線であって、不純物元素（Ａｌ，Ｎａ，Ｌｉ）のα値とＡｌ，Ｎａ，Ｌｉに含まれる不純物含有濃度との相関関係を示すグラフである。本発明の水晶片の赤外Ｑ値評価の工程を示すフローチャートである。 α値とＱ値の相関関係の例を示すグラフである。Ｚ板種水晶を用いて育成した人工水晶のＹ断面図であって、人工水晶の各成長領域を示す。

以下、本発明の赤外Ｑ値を評価し等級分けした水晶片について、本願明細書に記載の表及び添付した図面に基いて説明する。

育成された人工水晶原石に含有される主な不純物元素には、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｌｉ（リチウム）などがある。

そして、これらの不純物元素の含有濃度は、人工水晶のα値と密接な相関関係、すなわち、α値が小さいほど、不純物元素の含有濃度が小さくなることが実証されている。本発明では、この相関関係を利用してα値から水晶片の赤外Ｑ値を評価する。

まず、人工水晶原石をα値別に、数種類準備し、ＩＣＰ−ＭＳ（ＩＣＰ質量分析）法により、それぞれの原石に含有されている不純物元素のＡｌ，Ｎａ，Ｌｉの含有量を測定する。ここで、その測定結果を表１に示す。

この測定結果を、図１に示すように、Ｘ軸にα値、Ｙ軸に上述した不純物元素の含有濃度をそれぞれ不純物元素ごとにα値０．０１〜０．２２の範囲で４〜５点でプロットし、片対数相関グラフを作成する（図２、工程Ｓ１参照）。

これにより、図１に見るように、各不純物元素について、α値（横軸）と不純物元素濃度（縦軸）との明確な相関関係が確認できる。本発明では、これらの相関関係を検量線として使用する。

他方、評価したい水晶片についても、水晶片に含有されるこれら不純物元素の含有濃度を、Ｚ領域について、例えば、ＩＣＰ−ＭＳ（前出）、ＦＬＡＡ（フレームレス原子吸光分析法）、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）などによって測定する（工程Ｓ２参照）。ここに、その測定結果を表２に示す。

そして、測定された各不純物元素の濃度を前出の図１に示した相関グラフと比較対照して、評価したい水晶片のα値を推定する（工程Ｓ３参照）。しかし、実際には、各不純物元素によって推定されるα値にはバラツキがあるので、それぞれの推定されたα値の平均値を使用する。ここで、表２に示す各不純物元素の濃度（Ａｌ：１．８，Ｎａ：０．１８，Ｌｉ：０．４３）を用いて図１により縦軸に示す濃度から横軸に示すα値をプロットすると、それぞれ、Ａｌ：０．０１９，Ｎａ：０．０２４，Ｌｉ：０．０１７となり、それらのα値の平均値を算出すると、０．０２０となり、この数値を評価したい水晶片のα値とする。

そして、図３（ＪＩＳＣ６７０４、図１０参照）に示すように、α値（波数３５００ｃｍ^-1）はＱ値（Ｑ×１０⁶）と反比例の相関関係を有するから（Ｑ値の換算式：１０⁶／Ｑ＝０．０６１＋９．１４３α−３．５８α²）、表３に示すＪＩＳＣ６７０４で規定する、赤外線吸収係数α値（波数３．５８５ｃｍ^-1の場合）の等級と対照させて相当する推定赤外Ｑ値を評価する（工程Ｓ４参照）。前述した事例の場合は、評価したい水晶片の平均α値は、０．０２０であるから、表３に示すＪＩＳに規定する等級Ａ（α：０．０２４以下、高品質の水晶振動子用）になり、その推定赤外Ｑ値は、表３から３００×１０⁴と評価されることになる。

ここで、水晶振動子、水晶片フィルタ、光学素子などに使用される人工水晶原石から切り出された水晶片は、通常、図４に示す、人工水晶原石の成長領域の一つであるＺ領域から切り出される。

しかし、これらの水晶片の中には、Ｘ領域から水晶片を切り出すものもあるが、このような場合には、予めＸ領域を使用した数種の人工水晶原石を用いてα値を推定し、前述した検量線を作成しておけばよいから、本願発明の赤外Ｑ値を評価し等級分けした水晶片は、水晶片の成長領域を問わず適用可能である。

α：α値（赤外線吸収係数）
Ｑ：Ｑ値
Ｘ：水晶の電気軸
Ｚ：水晶の光学軸

Claims

人工水晶原石を所定のα値別に複数種類準備し、該複数の人工水晶原石に含有される複数の所定の不純物元素の含有濃度を所定の分析法により測定し、Ｘ軸にα値、Ｙ軸に測定された該含有濃度をそれぞれ前記所定の不純物元素毎にプロットして、前記α値と前記測定された不純物濃度との相関関係を示す検量線を準備する工程と、
評価したい水晶片に含有される前記複数の所定の不純物濃度を所定の分析法により測定する工程と、
測定された前記水晶片に含有される前記所定の複数の所定の不純物濃度をそれぞれ前記検量線と対照して前記水晶片のα値を推定する工程と、
前記α値をＪＩＳに規定する等級と対照させて赤外Ｑ値を評価する工程と、から赤外Ｑ値を評価し等級分けしたことを特徴とする水晶片。
前記ＪＩＳに規定する等級と対照させるα値として、前記推定した複数のα値の平均値を用いることを特徴とする請求項１に記載の水晶片。
前記複数の所定の不純物元素が、Ａｌ，Ｎａ及びＬｉであることを特徴とする請求項１に記載の水晶片。
前記所定の分析方法が、ＩＣＰ質量分析法、フレームレス原子吸光分析法及び二次イオン質量分析法であることを特徴とする請求項１に記載の水晶片。
前記水晶片が、人工水晶原石のＺ領域またはＸ領域から切り出されることを特徴とする請求項１に記載の水晶片。