JP6369977B2 - 圧電振動子 - Google Patents
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Description
本発明は、Ｃａ3（Ｔａ1-yＮｂy）（Ｇａ1-xＡｌx）3Ｓｉ2Ｏ14単結晶（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１）より構成された振動板を用いた圧電振動子に関するものである。
近年、スマートフォンや高速データ通信の普及により、広域通信網のトラフィックが増大し、新たな広帯域通信方式の技術が盛んに開発されている。この広帯域通信方式においては、広帯域な周波数に対応した圧電デバイス（例えば、圧電振動子、発振器、Voltage Controlled Crystal Oscillator：ＶＣＸＯ、Monolithic Crystal Filter：ＭＣＦ等）がキーデバイスの１つとなる。ＶＣＸＯを例にあげると、一般には、容易に入手できること、周波数温度特性が良いことなどから水晶が用いられている（特許文献１参照）。
しかしながら、水晶を用いたＶＣＸＯでは、周波数可変幅の物理的限界により、上述したような広帯域化に対応できなくなってきている。また、機器の小型化および高周波化に伴い、使用される振動子の等価直列共振抵抗（ＣＩ値）が高くなるため、消費電流が増大してしまう問題がある。このため、より低インピーダンス化が可能な圧電結晶による振動子が求められている。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、水晶より低インピーダンス化が可能な圧電結晶による振動子を提供することを目的とする。
本発明に係る圧電振動子は、Ｃａ3（Ｔａ1-yＮｂy）（Ｇａ1-xＡｌx）3Ｓｉ2Ｏ14単結晶（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１）ＸＺ平面からＸ軸を中心に１５°〜３５°の範囲のいずれかの角度で切り出されている振動板を少なくとも１枚備える。なお、カット角はＩＥＣ規格に準拠した表記方法である。
上記圧電振動子において、振動板に設けられた電極と、電極に接続された接続端子とを備えるようにすればよい。
以上説明したことにより、本発明によれば、水晶より電気機械結合係数の大きな圧電結晶による振動子が提供できるという優れた効果が得られる。また、本発明による振動子のインピーダンス特性は、その高次モードにおいても低インピーダンスとなることを特徴としている。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における圧電振動子の構成を示す斜視図である。この圧電振動子は、Ｃａ3（Ｔａ1-yＮｂy）（Ｇａ1-xＡｌx）3Ｓｉ2Ｏ14単結晶（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１）から構成された振動板１０１を備える。振動板１０１は、Ｃａ3（Ｔａ1-yＮｂy）（Ｇａ1-xＡｌx）3Ｓｉ2Ｏ14単結晶（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１）のＸ軸を中心にＸＺ平面から角度θ＝１５°〜３５°の範囲のいずれかの角度で切り出されている。なお、ＸＹ面がＣａ3（Ｔａ1-yＮｂy)（Ｇａ1-xＡｌx)3Ｓｉ2Ｏ14単結晶（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の（００１）面、ＹＺ面がＣａ3（Ｔａ1-yＮｂy)（Ｇａ1-xＡｌx)3Ｓｉ2Ｏ14単結晶（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の（１１０）面、ＸＺ面がＣａ3（Ｔａ1-yＮｂy)（Ｇａ1-xＡｌx)3Ｓｉ2Ｏ14単結晶（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の（１００）面である。
振動板１０１は、例えばチョクラルスキー法により得られたＣａ3（Ｔａ1-yＮｂy)（Ｇａ1-xＡｌx)3Ｓｉ2Ｏ14のインゴット（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１）より、ワイヤーソーで切り出して両面を研磨することにより得られる。
例えば、図２に示すように、各電極を形成して所定の信号を印加することで、圧電振動子を動作（発振）させることができる。板状の振動板１０１の主表面には、電極１０２を形成し、振動板１０１の裏面には、電極１０３を形成する。これら電極１０２、電極１０３は、振動板１０１の主表面および裏面に、所定の金属材料を蒸着して金属膜を形成し、形成した金属膜を公知のフォトリソグラフィ技術でパターン加工することで形成できる。金属膜は、例えば、金層およびクロム層の多層構造とすればよい。また、電極１０２、電極１０３の各々に接続する接続端子（不図示）に、信号（励振信号）を印加する回路を接続して用いればよい。
次に、Ｃａ3Ｔａ（Ｇａ0.7Ａｌ0.3）3Ｓｉ2Ｏ14単結晶ＸＺ平面からＸ軸を中心に、２６°の角度で切り出した振動板で構成した圧電振動子の特性について説明する。図３および図４は、この圧電振動子のインピーダンス特性を示す特性図である。図５はこの圧電振動子の周波数温度特性を示す特性図である。
図３に示すように、作製した圧電振動子の基本波における等価直列共振抵抗値（ＣＩ値）は約３００Ω程度である。一方、図４に示すように、この圧電振動子の高次（７次）モードにおける等価直列共振抵抗値（ＣＩ値）は約２５０Ω程度である。このように、この圧電振動子では、基本波同様、高次モードにおいても等価直列共振抵抗の値を低くすることができる。
以上に示したように、本発明によれば、Ｃａ3（Ｔａ1-yＮｂy)（Ｇａ1-xＡｌx)3Ｓｉ2Ｏ14単結晶（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１）ＸＺ平面からＸ軸を中心に１５°〜３５°の範囲のいずれかの角度で切り出されている振動板を用いるようにしたので、高次振動モードにおいても、等価直列共振抵抗の値（ＣＩ値）が低くなる圧電振動子を構成できるようになる。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
１０１…振動板、１０２，１０３…電極。
Claims (2)
- Ｃａ3（Ｔａ1-yＮｂy）（Ｇａ1-xＡｌx）3Ｓｉ2Ｏ14単結晶（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１）のＸＺ平面からＸ軸を中心に１５°〜３５°の範囲のいずれかの角度で切り出されている振動板を少なくとも１枚備えることを特徴とする圧電振動子。
- 請求項１記載の圧電振動子において、前記振動板に設けられた電極と、前記電極に接続された接続端子とを備えることを特徴とする圧電振動子。
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