JPH07254836A - 圧電振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気機械結合係数、音速、温度依存性の組合
わせの自由度が大きく、とくに電気機械結合係数が大き
く温度依存性の小さい圧電振動子を提供することを目的
とする。 【構成】 圧電特性の異なる複数の異種単結晶圧電基板
または単結晶圧電基板と誘電体基板を、それぞれの基板
表面を、平坦化、鏡面化、清浄化、親水化して、重ね合
わせ熱処理により直接接合するか、少なくとも一方の基
板表面に、無機薄膜層を形成してのち、同様の処理によ
り直接接合して積層し、単結晶圧電基板の厚みの比、お
よび無機薄膜層の厚みを、使用する音波の波長に適した
厚みとし、前記複合圧電基板に音波励振用対向電極を設
けるようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フィルタや共振子など
に用いる圧電振動子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信技術の進歩発展によ
り、通信機器の小型、高周波化が進んでいる。これらの
機器には、必ず発振器や高周波のフィルタが必要であ
り、またこれらの発振器や高周波フィルタに圧電振動子
が多く用いられている。

【０００３】従来の圧電振動子、例えば圧電振動フィル
タや圧電振動共振子は、ニオブ酸リチウムなどの単結晶
圧電基板に対向電極を形成し、その電極に交番電界を加
えることによって圧電振動振動を励振している。移動体
通信機器に使用するためには、小型で特性の良い圧電振
動子が必要である。圧電振動子の特性として重要なの
は、フィルタの場合は挿入損失とその温度依存性であ
り、共振子の場合は共振のＱ（損失の逆数に対応）と共
振および反共振の比（容量比）およびその温度依存性で
ある。容量比は共振器型フィルタなどに用いる場合に、
通過帯域に直接関係する。挿入損失、共振のＱ、容量比
は、用いる圧電体の電気機械結合係数に依存し、温度依
存性は用いる圧電体の音速の温度依存性が関与する。ま
た共振子の大きさは、音速に関係し音速が遅いほど、１
波長の波を励振する長さが短くなるので小型化ができ
る。とくに４５５ＫＨｚから数ＭＨｚ帯で圧電振動子を
作る場合、従来の材料では、小型化が困難であった。

【０００４】電気機械結合係数と温度依存性、音速は、
用いる材料によって大きく変わる。ニオブ酸リチウムの
場合、電気機械結合係数は、速い横波に対し６１％、音
速は４５８０ｍ／秒、温度依存性は５０−７０ｐｐｍ／
℃程度、タンタル酸リチウムの場合、電気機械結合係数
は、速い横波に対し４７％、音速は約４３４０ｍ／秒、
温度依存性は２−１０ｐｐｍ／℃程度である。

【０００５】電気機械結合係数の面からいうと、ニオブ
酸リチウムが一般的に望ましい。しかしながら温度依存
性や音速の面ではまだ十分でない。

【０００６】設計の自由度の観点から言うと、電気機械
結合係数は大きく、また温度依存性が小さく、音速の遅
いものがあれば好ましい。しかしながら上記材料では不
十分である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の単一材料からな
る単結晶圧電基板を用いたのでは、電気機械結合係数、
温度依存性、音速の組合せが限られており、設計の自由
度が少ない。また電気機械結合係数が大きく、温度依存
性の小さい材料がない、音速の遅い単結晶圧電基板がな
いという課題があった。

【０００８】これらの課題を解決する方法の一つとし
て、特性の異なる圧電体を複合化する方法が知られてい
る。複合化の方法として、通常圧電体同士を、接着剤を
用いて接着する方法が用いられている。しかしこの方法
では、接着剤のために圧電特性が劣化すること、また半
田耐熱性や長期の安定性が十分でないなどの課題があっ
た。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、少なくとも一つの単結晶圧電基板と誘電体基板から
なり、前記単結晶圧電基板と前記誘電体基板が、それぞ
れの基板表面を、平坦化、鏡面化、清浄化、親水化処理
して、重ね合わせ熱処理することにより直接接合されて
積層されており、前記単結晶圧電基板に圧電振動を励振
するための対向電極を設けるようにしたものである。

【００１０】また前記単結晶圧電基板の音速が速くて
も、前記誘電体基板の音速が遅ければ、低周波用圧電振
動子として、形状が小さくなる。

【００１１】また前記単結晶圧電基板はニオブ酸リチウ
ムまたはタンタル酸リチウム材料が好ましい。

【００１２】また前記誘電体基板は、ガラスであっても
よい。また前記単結晶圧電基板の熱膨張率が前記誘電体
基板の熱膨張率よりも大きいことにより、温度依存性に
優れた複合単結晶圧電基板が得られる。

【００１３】また本発明による圧電振動子は、少なくと
も１つの単結晶圧電基板と誘電体基板からなり、前記単
結晶圧電基板と前記誘電体基板が、すくなくとも前記基
板の一方の表面に、無機薄膜層を有し、それぞれの無機
薄膜層および基板表面を、平坦化、鏡面化、清浄化、親
水化処理して、重ね合わせ熱処理することにより直接接
合されて積層されており、前記単結晶圧電基板に圧電振
動を励振するための対向電極を設けたものであってもよ
い。

【００１４】また前記単結晶圧電基板の音速が速くて
も、前記誘電体基板の音速が遅ければ、低周波用圧電振
動子として、形状を小型にできる。

【００１５】また前記単結晶圧電基板はニオブ酸リチウ
ムまたはタンタル酸リチウム材料が好ましい。

【００１６】また前記誘電体基板は、ガラスが好まし
い。また前記単結晶圧電基板の熱膨張率が前記誘電体基
板の熱膨張率よりも大きいことにより温度依存性に優れ
た複合単結晶圧電基板が得られる。

【００１７】また複数の異種の単結晶圧電基板からな
り、前記異種の単結晶圧電基板同士が、それぞれの基板
表面を平坦化、鏡面化、清浄化、親水化処理して、重ね
合わせ熱処理することにより直接接合されて積層されて
おり、前記異種複合単結晶圧電基板の対向する面に圧電
振動を励振するための対向電極を設けたものであっても
よい。

【００１８】また前記異種の単結晶圧電基板はニオブ酸
リチウムまたはタンタル酸リチウムが好ましい。

【００１９】また複数の異種の単結晶圧電基板からな
り、前記異種の単結晶圧電基板同士が、すくなくとも前
記一方の基板表面に、無機薄膜層を有し、それぞれの無
機薄膜層および基板表面を平坦化、鏡面化、清浄化、親
水化して、重ね合わせ熱処理することにより直接接合さ
れて積層されており、前記異種複合単結晶圧電基板に圧
電振動を励振するための対向電極を設けたものであって
もよい。

【００２０】また前記無機薄膜層は珪素または珪素化合
物が好ましい。また前記異種の単結晶圧電基板はニオブ
酸リチウムまたはタンタル酸リチウムが好ましい。

【００２１】

【作用】上記のような構成とすることにより、複合圧電
基板の電気機械結合係数、音速、温度依存性は、それぞ
れの基板単独の電気機械結合係数、音速、温度依存性と
異なるものが得られる。

【００２２】

【実施例】以下本発明の実施例の圧電振動子の構成とそ
の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

【００２３】（実施例１）本発明の圧電振動子の構造の
第１の実施例の断面構造を、図１に示す。

【００２４】図１において、１０は単結晶圧電基板、２
０は誘電体基板、３０、３０’は、複合圧電基板の上に
設けた対向電極である。。

【００２５】単結晶圧電基板１０は、例えばニオブ酸リ
チウム、タンタル酸リチウムが適している。

【００２６】誘電体基板は、ガラスが適している。誘電
体基板は圧電体である必要はない。圧電振動子としての
機能は、対向電極３０、３０’に高周波信号を入れるこ
とにより、単結晶圧電部に圧電振動が励振され、基板全
体の励振となるものである。

【００２７】単結晶圧電基板１０と誘電体基板２０は、
それぞれ扱い易い厚みの基板を用意し、それぞれの基板
表面を平坦化、鏡面化、清浄化、親水化処理して、重ね
合わせ熱処理することにより直接接合されて積層された
ものである。

【００２８】ここで用いた直接接合の意味について説明
する。まず直接接合の製造プロセスについて説明する。

【００２９】具体的には、例えば、圧電体として、ニオ
ブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウを、また誘電体基
板にガラスを用いた場合について説明する。

【００３０】まず直接接合しようとする基板表面を、平
坦化した後、鏡面研磨し、洗浄にする。次に表面を親水
化処理する。具体的には、例えばアンモニアー過酸化水
素溶液に浸すことにより、表面に水酸基が容易に付着す
るようになり親水化される。次に純水で十分洗浄する。
これにより各基板表面に水酸基が付着する。この状態で
２枚の基板を重ね合わせると、主として水酸基のファン
ーデアーワールス力により２枚の基板が吸着する。この
状態でも強固な接着状態となるが、さらにこの状態で、
１００℃以上の温度で数１０分から数１０時間熱処理す
ることにより、界面から水構成成分が次第に抜けてい
く。これに伴い、水酸基の水素結合主体の結合から酸素
や水素、また基板構成原子のかかわる結合が進み、基板
構成原子同士の接合が序々に始まり接合は非常に強化さ
れる。特に珪素や酸素がある場合、共有結合が進み、結
合が強化される。

【００３１】熱処理温度としては、特に２００−１００
０℃の範囲で、用いる圧電体の圧電特性が失われない、
また誘電体基板の特性が永久変化を起こさない範囲が好
ましい。

【００３２】このような接合を用いた場合、接合は原子
レベルでなされる。通常の接着剤を用いて接合した場
合、接着剤の厚みは、数μｍ以下にすることは困難であ
り、そのため圧電振動を著しく減衰させることから実用
に耐えない。

【００３３】スパッタリング、化学気相成長法、真空蒸
着などの薄膜技術を用いて、積層圧電体を形成した場
合、かなり良好な接合界面が得られるが、得られる圧電
体の圧電特性は、バルクのものよりもはるかに劣るもの
であり、また得られる圧電体の種類も特定のものに限ら
れる。

【００３４】本実施例の直接接合技術を用いれば、単結
晶圧電体であるニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム
においてバルクの性質を保ったまま、複合圧電基板が得
られるものである。

【００３５】また直接接合前もしくは直接接合後に、一
方の圧電体を研磨などの加工により薄板化することが容
易にできる。

【００３６】図１の構成において、単結晶圧電基板１０
と誘電体基板２０の圧電特性、音速、温度依存性、熱膨
張率を適当に組み合わせることにより、設計自由度の大
きい種々の複合圧電基板からなる圧電振動子が得られ
る。

【００３７】例えば、単結晶圧電基板１０にニオブ酸リ
チウムを、誘電体基板２０にガラスを用いる。

【００３８】ニオブ酸リチウムの電気機械結合係数は６
１％、音速は４５８０ｍ／秒である。ガラスは、例え
ば、ほう珪酸鉛系ガラスだと、圧電特性はないが音速と
して、１０００−２０００ｍ／秒程度のものがある。

【００３９】このように直接接合により複合化した複合
圧電基板では、単結晶圧電基板および誘電体基板の厚み
の比を変えることにより、実質的な電気機械結合係数と
音速、温度依存性が、それぞれの基板とは異なる特性が
得られる。

【００４０】具体的には、例えば、上記の例で、基板厚
みの比を１程度にした時、等価的に電気機械結合係数が
１０−３０％で、音速が１５００−４０００ｍ／秒程度
という、それぞれの基板の値の中間の値が容易に得られ
る。これにより、圧電振動子設計の自由度が大幅に増す
とともに、音速が遅くなることから小型、高性能のフィ
ルタに適した圧電振動子が得られる。

【００４１】図２は、実施例１における第２の具体的実
施例の構造を示したもので、単結晶圧電基板にニオブ酸
リチウムまたはタンタル酸リチウムを、誘電体基板に、
熱膨張率が単結晶圧電基板よりもの小さいガラスを用い
た例である。

【００４２】図２において、１０は、ニオブ酸リチウム
またはタンタル酸リチウムからなる単結晶圧電基板、２
１は、誘電体基板で、熱膨張率の小さいガラスである。

【００４３】誘電体基板２１と単結晶圧電基板１０は、
前述の直接接合により複合化されている。

【００４４】３０、３０’は音波励振用の対向電極で、
実施例１と同様の基本構成例を示したものである。

【００４５】このような構造において、誘電体基板２１
に用いる材料の熱膨張率を、単結晶圧電基板２１に用い
る材料の熱膨張率よりも小さいものに選ぶことにより、
温度依存性に優れた圧電振動子が得られる。具体的に
は、ニオブ酸リチウムの温度依存性は、５０−７０ｐｐ
ｍ／℃、タンタル酸リチウムの温度依存性は、２−１０
ｐｐｍ／℃程度であるが、基板厚みの比を１程度にした
時、いずれも、電気機械結合係数は少し低下するもの
の、温度依存性は１０から３０％改善するのは容易であ
る。

【００４６】ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウ
ムの熱膨張率は、結晶方位によって異なるが、いずれも
５−１５ｐｐｍ／℃程度である。一方、ガラスの熱膨張
率は、２−４ｐｐｍ／℃程度のものが得られる。

【００４７】このように熱膨張率の低いガラスに、単結
晶圧電基板を直接接合すると、原子オーダーレベルで結
合されているので、温度の上昇により、熱膨張率の差の
基づく圧縮応力が単結晶圧電基板２１に加わり、温度依
存性が改善されるものである。

【００４８】したがって、単結晶圧電基板よりも熱膨張
率の小さい誘電体基板を用いることにより、電気機械結
合係数をそれほど落とすことなく、温度特性の改善され
た圧電振動子を得ることができる。

【００４９】（実施例２）本発明の圧電振動子の構造の
第２の実施例を図３に示す。

【００５０】図３において、１０、２０、３０、３０’
は実施例１と同様、それぞれ単結晶圧電基板および誘電
体基板、および対向電極である。４０は、単結晶圧電基
板１０と誘電体基板２０の間に形成された無機薄膜層で
ある。

【００５１】単結晶圧電基板１０と誘電体基板２０は、
実施例１と同様、例えばニオブ酸リチウム、タンタル酸
リチウムが適している。

【００５２】無機薄膜層としては、珪素や酸化珪素、窒
化珪素などの珪素化合物、ほう珪酸化合物などの珪酸化
合物が適している。無機薄膜層の厚みは、使用する圧電
振動の波長にたいして十分薄い方が好ましく、具体的に
は１／２波長以下が好ましい。

【００５３】圧電振動子としての機能は、実施例１と同
様である。単結晶圧電基板１０と誘電体基板２０は、す
くなくとも前記圧電体の一方の基板表面に、無機薄膜層
を有し、それぞれの無機薄膜層および基板表面を平坦
化、鏡面化、清浄化、親水化処理して、重ね合わせ熱処
理することにより直接接合されて積層されたものであ
る。

【００５４】ここで用いた直接接合の意味は、実施例１
と同様である。本実施例における直接接合の製造プロセ
スについて説明する。

【００５５】具体的には、例えば、圧電体として、ニオ
ブ酸リチウム、タンタル酸リチウムを用いた場合、また
誘電体基板としてガラスを用いた場合について説明す
る。

【００５６】また無機薄膜層として、珪素、酸化珪素、
窒化珪素、ほう珪酸ガラスを用いた場合について説明す
る。

【００５７】まず直接接合しようとする２枚の基板表面
を平坦化、鏡面化、洗浄する。次に２枚の基板の内、少
なくとも一方の基板の接合予定表面に、薄膜技術により
無機薄膜層を形成する。無機薄膜層は、上記材料につい
て、いずれもスパッタリング、化学気相成長法、真空蒸
着により形成できる。膜厚は、使用する圧電振動の波長
よりも十分薄くする。具体的には使用する圧電振動の１
／２波長以下とする。

【００５８】次に接合予定の基板または無機薄膜層表面
を、必要に応じ（無機薄膜層形成前に平坦化、鏡面化、
清浄化を行っているので、無機薄膜層が良好に形成され
ておれば不要）平坦化、鏡面化したのち、親水化処理す
る。以後の処理は、実施例１と同様である。

【００５９】具体的には、例えばアンモニアー過酸化水
素溶液に浸すことにより、表面に水酸基が容易に付着す
るようになり親水化される。次に純水で十分洗浄する。
これにより各基板表面に水酸基が付着する。この状態で
２枚の基板を重ね合わせると、主として水酸基のファン
ーデアーワールス力により２枚の基板が吸着する。この
状態でも強固な接着状態となるが、さらにこの状態で、
１００℃以上の温度で数１０分から数１０時間熱処理す
ることにより、界面から水構成成分が次第に抜けてい
く。これに伴い、水酸基の水素結合主体の結合から酸素
や水素、また基板構成原子のかかわる結合が進み、基板
構成原子同士の接合が序々に始まり接合は非常に強化さ
れる。特に無機薄膜層として、珪素を含有しており、さ
らに酸素が周辺に十分存在するので、共有結合が進み、
結合が強化される。

【００６０】熱処理温度としては、特に２００−１００
０℃の範囲で、用いる圧電体の特性が失われない、また
誘電体基板の特性の損なわれない範囲が好ましい。

【００６１】この場合の直接接合も、実施例１と同様、
接合が原子オーダーの精度で接合されているから、圧電
振動伝搬に対する損失が極めて少ない。また無機薄膜層
の厚みは、使用する圧電振動の波長に比べて十分薄くし
た場合、無機薄膜層での圧電振動の損失も極めて少な
く、実質上問題とならない。したがって直接接合の利点
は、実施例１と同様である。

【００６２】本実施例の特徴は、実施例１と比べて、直
接接合界面に無機薄膜層があることである。このことに
より、２つの利点が得られる。

【００６３】利点は、接合時に界面に多少のゴミがあっ
ても、直接接合時に、ゴミがこの無機薄膜層の中にとり
こまれるため、接合時の製造歩留まりが向上する。

【００６４】第２の利点は、電極をこの無機薄膜層の中
に容易に埋め込むことができることから、圧電振動子と
しての設計の自由度がさらに増すことである。

【００６５】図３の構成においても、単結晶圧電基板１
０と誘電体基板２０の圧電特性、音速、温度依存性を適
当に組み合わせることにより、実施例１と同様に、設計
自由度の大きい種々の複合圧電基板からなる圧電振動子
が得られる。

【００６６】（実施例３）本発明の圧電振動子の構造の
第３の実施例の断面構造を、図４に示す。

【００６７】図４において、１０は第１の単結晶圧電基
板、１１は第１の単結晶圧電基板と異なる材料からなる
第２の単結晶圧電基板、３０、３０’は、複合圧電基板
の上に設けた対向電極である。。

【００６８】第１の単結晶圧電基板１０と第２の単結晶
圧電基板１１は、例えばニオブ酸リチウムとタンタル酸
リチウムが適している。

【００６９】圧電振動子としての機能は、実施例１と同
様である。第１の単結晶圧電基板１０と第２の単結晶圧
電基板１１は、それぞれ扱い易い厚みの単結晶圧電基板
を用意し、それぞれの基板表面を平坦化、鏡面化、清浄
化、親水化処理して、重ね合わせ熱処理することにより
直接接合されて積層されたものである。

【００７０】ここで用いた直接接合の意味と効果は実施
例１と同様である。次に直接接合の製造プロセスについ
て説明する。

【００７１】具体的には、例えば、ニオブ酸リチウムと
タンタル酸リチウムを用いた場合について説明する。

【００７２】まず直接接合しようとする２枚の圧電体表
面を、平坦化した後、鏡面研磨し、洗浄にする。次に表
面を親水化処理する。具体的には、例えばアンモニアー
過酸化水素溶液に浸すことにより、表面に水酸基が容易
に付着するようになり親水化される。以降の処理は実施
例１と同様である。

【００７３】本実施例の直接接合技術を用いれば、単結
晶圧電であるニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムに
おいてバルクの性質を保ったまま、複合圧電基板が得ら
れるものである。

【００７４】図４の構成において、第１の単結晶圧電基
板１０と第２の単結晶圧電基板１１の圧電特性、音速、
温度依存性を適当に組み合わせることにより、設計自由
度の大きい種々の複合単結晶圧電基板からなる圧電振動
子が得られる。

【００７５】例えば、第１の単結晶圧電基板１０にニオ
ブ酸リチウムを、第２の単結晶圧電基板１１にタンタル
酸リチウムを用いる。

【００７６】ニオブ酸リチウムの電気機械結合係数は６
１％、音速は４５８０ｍ／秒、温度依存性は５０−７０
ｐｐｍ／℃、タンタル酸リチウムの電気機械結合係数は
４７％、音速は４３４０ｍ／秒、温度依存性は２−１０
ｐｐｍ／℃である。

【００７７】しかしこのように直接接合により複合化し
た複合圧電基板では、第１および第２の単結晶圧電基板
の厚みの比を変えることにより、実質的な電気機械結合
係数、音速、温度依存性が、それぞれの圧電体とは異な
る特性が得られる。

【００７８】具体的には、例えば、厚みの比を１前後に
することにより、電気機械結合係数が５０−６０％、音
速が４４００−４５００ｍ／秒、温度依存性が１０−３
０ｐｐｍ／℃程度のものが容易に得られる。

【００７９】すなわち、それぞれの圧電体の中間の値が
得られる。これにより、設計の自由度が大幅に増し、小
型、高性能のフィルタに適した圧電振動子となる。

【００８０】（実施例４）本発明の圧電振動子の構造の
第４の実施例の断面構造を図５に示す。

【００８１】図５において、１０、１１、３０、３０’
は実施例３と同様、それぞれ第１および第２の単結晶圧
電基板、および対向電極である。４０は、第１の単結晶
圧電基板１０と第２の単結晶圧電基板１１の間に形成さ
れた無機薄膜層である。

【００８２】第１の単結晶圧電基板１０と第２の単結晶
圧電基板１１は、実施例１と同様、例えばニオブ酸リチ
ウム、タンタル酸リチウムが適している。

【００８３】無機薄膜層としては、珪素や酸化珪素、窒
化珪素などの珪素化合物、ほう珪酸化合物などの珪酸化
合物が適している。無機薄膜層の厚みは、使用する圧電
振動の波長にたいして十分薄い方が好ましく、具体的に
は１／２波長以下が好ましい。

【００８４】圧電振動子としての機能は、実施例１と同
様である。第１の単結晶圧電基板１０と第２の単結晶圧
電基板１１は、実施例２と同様、すくなくとも前記圧電
体の一方の基板表面に、無機薄膜層を有し、それぞれの
無機薄膜層および基板表面を平坦化、鏡面化、清浄化、
親水化処理して、重ね合わせ熱処理することにより直接
接合されて積層されたものである。

【００８５】ここで用いた直接接合の意味は、実施例１
と同様である。本実施例における直接接合の製造プロセ
スについて説明する。

【００８６】具体的には、例えば、圧電体として、ニオ
ブ酸リチウム、タンタル酸リチウムを用いた場合につい
て説明する。

【００８７】また無機薄膜層として、珪素、酸化珪素、
窒化珪素、ほう珪酸ガラスを用いた場合について説明す
る。

【００８８】まず直接接合しようとする２枚の圧電体表
面を平坦化、鏡面化、洗浄する。次に２枚の圧電体の
内、少なくとも一方の基板の接合予定表面に、薄膜技術
により無機薄膜層を形成する。無機薄膜層は、上記材料
について、いずれもスパッタリング、化学気相成長法、
真空蒸着により形成できる。膜厚は、使用する圧電振動
の波長よりも十分薄くする。具体的には使用する圧電振
動の１／２波長以下とする。

【００８９】次に接合予定の圧電体または無機薄膜層表
面を、必要に応じ（無機薄膜層形成前に平坦化、鏡面
化、清浄化を行っているので、無機薄膜層が良好に形成
されておれば不要）平坦化、鏡面化したのち、親水化処
理する。以後の処理は、実施例２と同様である。

【００９０】本実施例の特徴は、実施例３と比べて、直
接接合界面に無機薄膜層があることである。このことに
より、実施例２と同様、２つの利点が得られる。

【００９１】第１の利点は、接合時に界面に多少のゴミ
があっても、直接接合時に、ゴミがこの無機薄膜層の中
にとりこまれるため、接合時の製造歩留まりが向上す
る。

【００９２】第２の利点は、電極をこの無機薄膜層の中
に容易に埋め込むことができることから、圧電振動子と
しての設計の自由度がさらに増すことである。

【００９３】図５の構成においても、第１の単結晶圧電
基板１０と第２の単結晶圧電基板１１の圧電特性、音
速、温度依存性を適当に組み合わせることにより、設計
自由度の大きい種々の複合電基板からなる圧電振動子が
得られる。

【００９４】図６は、本実施例３で示したニオブ酸リチ
ウムとタンタル酸リチウムからなる複合構造を、直接接
合により作成した試料の、接合界面の透過電子顕微鏡
（ＴＥＭ）写真を示したものである。図６において、線
状に見えるのが結晶の格子に対応するものであり、ほぼ
原子の大きさに対応するものである。これにより、ニオ
ブ酸リチウムとタンタル酸リチウムが原子オーダーで接
合されているのがわかる。これにより音波の損失の極め
て少ない複合構造が初めて得られたものである。

【００９５】以上、いずれの実施例においても、２枚の
基板の直接接合で説明したが、さらに枚数を増して積層
しても、同様の効果を得ることができる。

【００９６】また実施例２においては、無機薄膜層を一
方の基板側にのみ形成する例で説明したが、両方の基板
表面に形成してもよい。

【００９７】また電極材料は、アルミニウム、金など通
常の金属材料を用いることができる。

【００９８】

【発明の効果】上記のような構成とすることにより、電
気機械結合係数、音速、温度依存性の組合せの自由度が
大幅に増し、特に電気機械結合係数が大きくて、温度依
存性の小さい圧電振動子が得られる。

【００９９】また直接接合界面に、無機薄膜層を介在さ
せることにより、製造歩留まりが向上するとともに、電
極配置の構成の自由度が増すことにより、さらに圧電特
性の設計の自由度が増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成図

【図２】本発明の第１の実施例の第２の具体例の構成図

【図３】本発明の第２の実施例の構成図

【図４】本発明の第３の実施例の構成図

【図５】本発明の第４の実施例の構成図

【図６】本発明の第３の実施例の直接接合界面の粒子構
造を示す光学顕微鏡写真

【符号の説明】

１０ 単結晶圧電基板 ２０ 誘電体基板 ３０ 対向電極 ３０’ 対向電極 １１ 第２の単結晶圧電基板 ４０ 無機薄膜層 ２１ 誘電体基板（ガラス；低熱膨張率）

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１つの単結晶圧電基板と誘電体
   基板からなり、前記単結晶圧電基板と前記誘電体基板
   が、それぞれの基板表面を、平坦化、鏡面化、清浄化、
   親水化処理して、重ね合わせ熱処理することにより直接
   接合されて積層されており、前記複合圧電基板に圧電振
   動を励振するための対向電極を設けたことを特徴とする
   圧電振動子。
2. 【請求項２】単結晶圧電基板の音速が、誘電体基板の音
   速よりも速いことを特徴とする請求項１記載の圧電振動
   子。
3. 【請求項３】単結晶圧電基板がニオブ酸リチウムまたは
   タンタル酸リチウムであることを特徴とする請求項１記
   載の圧電振動子。
4. 【請求項４】誘電体基板が、ガラスであることを特徴と
   する請求項１記載の圧電振動子。
5. 【請求項５】単結晶圧電基板の熱膨張率が前記誘電体基
   板の熱膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項１記
   載の圧電振動子。
6. 【請求項６】少なくとも１つの単結晶圧電基板と誘電体
   基板からなり、前記単結晶圧電基板と前記誘電体基板
   が、すくなくとも前記基板の一方の表面に、無機薄膜層
   を有し、前記無機薄膜層および基板表面を、平坦化、鏡
   面化、清浄化、親水化処理して、重ね合わせ熱処理する
   ことにより直接接合されて積層されており、前記複合圧
   電基板に圧電振動を励振するための対向電極を設けたこ
   とを特徴とする圧電振動子。
7. 【請求項７】無機薄膜層が珪素または珪素化合物である
   ことを特徴とする請求項６記載の圧電振動子。
8. 【請求項８】単結晶圧電基板の音速が、誘電体基板の音
   速よりも速いことを特徴とする請求項６記載の圧電振動
   子。
9. 【請求項９】単結晶圧電基板がニオブ酸リチウムまたは
   タンタル酸リチウムであることを特徴とする請求項６記
   載の圧電振動子。
10. 【請求項１０】誘電体基板が、ガラスであることを特徴
    とする請求項６記載の圧電振動子。
11. 【請求項１１】単結晶圧電基板の熱膨張率が誘電体基板
    の熱膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項６記載
    の圧電振動子。
12. 【請求項１２】複数の異種の単結晶圧電基板からなり、
    前記異種の単結晶圧電基板同士が、それぞれの基板表面
    を平坦化、鏡面化、清浄化、親水化処理して、重ね合わ
    せ熱処理することにより直接接合されて積層されてお
    り、前記異種複合単結晶圧電基板の対向する面に圧電振
    動を励振するための対向電極を設けたことを特徴とする
    圧電振動子。
13. 【請求項１３】異種の単結晶圧電基板がニオブ酸リチウ
    ムまたはタンタル酸リチウムとすることを特徴とする請
    求項１２記載の圧電振動子。
14. 【請求項１４】複数の異種の単結晶圧電基板からなり、
    前記異種の単結晶圧電基板同士が、すくなくとも前記一
    方の基板表面に、無機薄膜層を有し、それぞれの無機薄
    膜層および基板表面を平坦化、鏡面化、清浄化、親水化
    して、重ね合わせ熱処理することにより直接接合されて
    積層されており、前記異種複合単結晶圧電基板に圧電振
    動を励振するための対向電極を設けたことを特徴とする
    圧電振動子。
15. 【請求項１５】無機薄膜層が珪素または珪素化合物であ
    ることを特徴とする請求項１４記載の圧電振動子。
16. 【請求項１６】異種の単結晶圧電基板がニオブ酸リチウ
    ムまたはタンタル酸リチウムとするであることを特徴と
    する請求項１４記載の圧電振動子。