JPH03106083A - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

圧電振動子の製造方法

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JPH03106083A
JPH03106083A JP1244654A JP24465489A JPH03106083A JP H03106083 A JPH03106083 A JP H03106083A JP 1244654 A JP1244654 A JP 1244654A JP 24465489 A JP24465489 A JP 24465489A JP H03106083 A JPH03106083 A JP H03106083A
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JP
Japan
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polarization inversion
inversion layer
oxygen
lithium niobate
heat treatment
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JP1244654A
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English (en)
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Sumio Yamada
澄夫 山田
Yoshiaki Fujiwara
嘉朗 藤原
Masayuki Sakai
雅之 酒井
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ニオブ酸リチウム(LiNbO+)単結晶の163度±
15度回転Y板から採取した圧電板にチタン(Ti)膜
を付け、熱処理を行なうことで分極反転層を形或してな
るバルク波利用の高周波圧電振動子の製造方法に関し、 ニオブ酸リチウムを用いた圧電振動子を製造する際に、
均一かつ確実に分極反転層を形或できるようにすること
を目的とし、 ニオブ酸リチウム(LiNbOx)単結晶の163度±
l5度回転Y板から採取した圧電板にチタン(Ti)膜
を付け、熱処理を行なうことで分極反転層を形成する際
に、 少なくとも酸素を含んだ雰囲気中で、しかも前記の圧電
板のキュリー温度−150゜Cからキュリー温度の範囲
で前記の熱処理を行なうように構戒する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)単結晶の
163度±15度回転Y板から採取した圧電板にチタン
(Ti)膜を付け、熱処理を行なうことで分極反転層を
形或してなるバルク波利用の高周波圧電振動子の製造方
法に関する。
〔従来の技術〕
ニオブ酸リチウムの分極反転に関しては、儒学技報US
86  18 「LiNbO+単結晶における分極反転
層の形成とその圧電振動子への応用」などが知られてい
るが、Z板における調査であって、回転Y板とくにZ軸
が圧電板垂直方向から傾いている場合の熱処理条件につ
いては詳細な調査が必要である。
第4図はニオブ酸リチウムを用いた圧電振動子の断面図
である。ニオブ酸リチウム(LiNb03)単結晶は、
強誘電体で単分極域を有する。このニオブ酸リチウム単
結晶の163度±15度回転Y板から採取した圧電板1
に熱処理を加えることで、圧電板の真ん中2を境にした
分極反転層1a、1bを形或し、両面に形或した電極3
、4間に交流電圧を印加すると、安定した高周波振動を
発生し、優れた圧電振動子が得られる。すなわち、圧電
板1の真ん中2を境にして分極の方向Psが逆向きにな
っているため、電圧を印力■したときの結晶の粒子変位
の方向が同じ向きであっても、上側の電極3側では正の
電荷が発生し、下側の電極4側では負の電荷が発生する
ことで、波形5で示すような1波長共振が発生する。
分極反転層1a, lbを形或するには、第5図に示す
ように、キュリー温度Tc付近まで加熱処理することが
必要で、加熱温度が高すぎると、分極反転層の深さが不
均一になる。ニオブ酸リチウムのキュリー温度Tcは1
200゜Cであるが、第6図に示すように、ニオブ酸リ
チウム基板9の両面にTiを1000〜2000人程度
蒸着した状態で熱処理すると、Tiがニオブ酸リチウム
iFiQ中に拡散され、かつ比較的低い温度で分極反転
層を形或できることが知られている。
第7図は分極反転層形或用の加熱処理装置の断面図、第
8図はニオブ酸リチウム基板9・・・の搭載ボートの斜
視図である。第7図において、6は石英管からなる加熱
炉であり、外周にヒータ7が巻かれており、該ヒータ7
と石英管6との間に、温度分布を均一化するために、ム
ライト製の管l2が挿通されている。
また、石英管6の内部にアルミナ製の管11が挿人され
、その中に、アルミナからなるボート8が内蔵され、加
熱処理を行なうニオブ酸リチウムの基板9・・・が立て
て支持されている。このようにして、複数枚のニオブ酸
リチウム基板9・・・を、石英管6内のアル5ナ管11
中に入れた状態で、ガス導入口10から窒素やアルゴン
等を供給し、不活性ガスの雰囲気で熱処理を行なう。
〔発明が解決しようとする課題〕
第9図は、熱処理後の圧電板の分極反転層の深さの状態
を示す断面図である。分極反転層の深さ(分極反転層の
深さh÷圧電板の板厚H:%)は、第4図に示すように
、あらゆる位置で50%の場合が、理想的である。
ところが、熱処理温度が低すぎると、分極反転層が発生
せず、また高すぎると第9図に示すように、分極反転層
の深さが一定とならず、無秩序に・変動し、大きくばら
つく。
このような問題は、熱処理を行なう雰囲気によっても左
右されることが判明した。
本発明の技術的課題は、ニオブ酸リチウムを用いた圧電
振動子を製造する際のこのような問題を解消し、均一か
つ確実に分極反転層を形或できるようにすることにある
〔課題を解決するための手段] 本発明の方法は、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)単
結晶の163度±15度回転Y板から採取した圧電板に
チタン(Ti)WJを付け、熱処理を行なうことで分極
反転層を形或する際に、少なくとも酸素を含んだ雰囲気
中で、前記の熱処理を行なう。酸素の量は、5〜10%
程度以上が有効である。
また、前記の熱処理は、前記の圧電板のキュリー温度−
150゜Cからキュリー温度の範囲で行なうのが有効で
ある。
〔作用] 前記のように、表面にTiが蒸着された、ニオブ酸リチ
ウム(LiNbO3)単結晶の163度±15度回転Y
板から採取した圧電板を熱処理することで分極反転層を
形成する際に、少なくとも酸素を含んだ雰囲気中で、前
記の熱処理を行なうと、分極反転層の深さが均一となる
ことが、実験の結果確認された。
すなわち、第l図に示すように、表面にTtが蒸着され
たニオブ酸リチウム(LiNbOs)基板9を熱処理す
る際に、Tiの一部はニオブ酸リチウム基板9中に拡散
されるが、他の一部は表面から飛び出す。
このとき、外部から酸素が供給されていなければ、ニオ
ブ酸リチウム基板9中の03と結合し、Tiz○3とな
って飛び出す。その結果、二オプ酸リチウム基板9中は
、4酸素不足の個所が発生し、第9図に示すように、分
極反転層の深さが不均一となるものと推測される。
ところが、本発明の方法によって、外部から炉の中に酸
素を供給すると、Tiは外部から供給された酸素と結合
するため、ニオブ酸リチウム基仮9中の酸素量が変動す
ることはなく、第4図に示すように、分極反転層の深さ
が均一となるものと考えられる。
また、リチウムは還元作用が強いために、第7図に示す
石英管6のSiOz中の酸素が奪われ、石英管表面がボ
ロボロに劣化してニオブ酸リチウム基板9・・・の上に
落下するので、アルξナの管l1を挿入し、その中にニ
オブ酸リチウム基板9・・・を配置することが試みられ
ている。ところが、外部から酸素を供給すると、石英管
6が還元されるのを抑制できるので、石英管6の劣化を
防止できるという効果もある。
さらに、分極反転層を形成するための熱処理の温度を、
前記の圧電板のキュリー温度−150゜Cからキュリー
温度の範囲で行なうのが有効であることが、実験の結果
TaTi認された。
第2図は本発明の発明者らの実験結果を示すもので、T
iが蒸着された圧電板の熱処理温度と分極反転層の深さ
の関係を示す図であり、横軸は熱処理温度(熱処理時間
;20時間〉、縦軸は分極反転層の深さ(%)である。
分極反転層の深さが50%の場合、第4図のように圧電
板1の丁度真ん中2を境にして、分極反転していること
になり、理想的である。第2図(a)において、曲線a
は、板厚が200 μmの圧電板を熱処理した例であり
、熱処理温度が低いと分極反転層が浅く、ll50’c
程度より高くなると、50%程度まで分極反転する。こ
の温度より高すぎると、第9図に示すように、分極反転
層の深さが一定とならず、無秩序に変動し、大きくばら
つく。
圧電板の厚さが200 μmより薄いと、曲線bで示す
ように、1150゜Cよりも低い温度から分極反転層が
生し、200μmより厚いと、曲線Cで示すように、l
150゜Cより高い温度で分極反転層が生じる。
しかしながら、キュリー温度Tc程度まで高くなると、
分極反転層のばらつきが大きく、使用不能となる。
第2図中)は、以上を要約したものであり、ニオブ酸リ
チウム基板のキュリー温度Tcよりわずかに低い温度(
Tc−20゜C程度)からキュリー温度一l50゜Cの
範囲では、分極反転層の深さが比較的深くなる。特に、
キュリー温度−110゜Cの範囲では、分極反転層の深
さは50%で、理想的である。
〔実施例] 次に本発明による圧電振動子の製造方法が実際上どのよ
うに具体化されるかを実施例で説明する。
第3図は、Ti膜の厚さが2000人のニオブ酸リチウ
ム基板をl132゜Cで10時間、窒素ガス中に酸素を
含む雰囲気で熱処理した場合における、熱処理雰囲気の
分極反転層深さに及ぼす影響を示す図で、横軸が熱処理
雰囲気中における酸素のM(%)、縦軸が分極反転層の
深さ(%およびμm)である。
この実施例から明らかなように、酸素がO(%)で窒素
が100%の雰囲気では、分極反転層の深さが数%〜5
7%と、大きな範囲でばらついており、分極反転層の深
さが一定していない。
これに対し、酸素量が10〜50%となると、分極反転
層の深さは30%付近で一定している。酸素量が50%
を越えても、同しような傾向を示すものと考えられるが
、酸素はコスト高となるため、実用上は50%以内で足
りる。なお、熱処理温度を上げることで、分極反転層を
50%まで深くできる。
酸素量がO〜10%の範囲では、曲線で示すような傾向
を示すものと推測される。したがって、酸素量が5〜1
0%程度から、酸素供給の効果が表れるものと考えられ
る。
〔発明の効果] 以上のように本発明によれば、ニオブ酸リチウム(Li
NbOs)単結晶の163度±15度回転Y板から採取
した圧電仮にチタン(Ti)膜を付け、熱処理を行なう
際に、少なくとも酸素を含んだ雰囲気中で熱処理を行な
うことにより、分極反転層の深さが均一となり、分極反
転層形或型の高周波振動子が実現できる。また、前記の
熱処理を、前記の圧電板のキュリー温度−150゜Cか
らキュリー温度の範囲で行なうことにより、分極反転層
を確実にしかも均一の深さに形威できる。
通常、ニオブ酸リチウムを用いた圧電振動子において、
例えば20MHz程度の発振周波数を得るには、90μ
m程度の極めて薄い板厚にしなければならない。そのた
め、割れ易く、歩留りが悪くなり、製造コストが高くな
るが、本発明の方法で分極反転層を均一の深さに形戊す
ることで、比較的厚いニオブ酸リチウムを用いた圧電振
動子が得られる.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による圧電振動子の製造方法の基本原理
を説明する断面図、 第2図は本発明による圧電振動子の製造方法の作用を説
明する図、 第3図は熱処理雰囲気における酸素含有量と分極反転層
の深さの関係を示す図、 第4図は圧電振動子の断面図、 第5図はニオブ酸リヂウム基板に分極反転層を形威する
ための熱処理条件を示す図、 第6図はニオブ酸リチウム基板の熱処理前の状態を示す
断面図、 第7図は熱処理炉の断面図、 第8図は基板搭載用ポートの斜視図、 第9図は分極反転層の深さが不均一なニオブ酸リチウム
圧電板の断面図である。 図において、lはニオブ酸リチウムからなる圧電機、l
a, lbは分極反転層、Psは分極反転層の向き、2
は分極反転層の境界面、3、4は電極、6は石英管から
なる炉体、7はヒータ、8はボート、9はニオブ酸リチ
ウム基板、1lはアルミナ管、12はムライト管をそれ
ぞれ示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.ニオブ酸リチウム(LiNbO_3)単結晶の16
    3度±15度回転Y板から採取した圧電板にチタン(T
    i)膜を付け、熱処理を行なうことで分極反転層を形成
    する際に、 少なくとも酸素を含んだ雰囲気中で、前記の熱処理を行
    なうことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
  2. 2.前記の熱処理を、前記の圧電板のキュリー温度−1
    50℃からキュリー温度の範囲で行なうことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の圧電振動子の製造方法。
JP1244654A 1989-09-20 1989-09-20 圧電振動子の製造方法 Pending JPH03106083A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1201306A1 (en) 2000-10-26 2002-05-02 Yasuaki Okyua System for preventing scatter of crush-cut castings for casting crush-cutting apparatus and cutting structure therefor
JP2004151031A (ja) * 2002-10-31 2004-05-27 Murata Mfg Co Ltd 圧電振動子及び振動ジャイロ並びに電子機器
JP2020204506A (ja) * 2019-06-17 2020-12-24 多摩川精機株式会社 振動ジャイロ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1201306A1 (en) 2000-10-26 2002-05-02 Yasuaki Okyua System for preventing scatter of crush-cut castings for casting crush-cutting apparatus and cutting structure therefor
JP2004151031A (ja) * 2002-10-31 2004-05-27 Murata Mfg Co Ltd 圧電振動子及び振動ジャイロ並びに電子機器
JP2020204506A (ja) * 2019-06-17 2020-12-24 多摩川精機株式会社 振動ジャイロ

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