JPS60111514A - ベルリナイト単結晶およびそれからなる表面音響波デバイス - Google Patents
ベルリナイト単結晶およびそれからなる表面音響波デバイスInfo
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- JPS60111514A JPS60111514A JP59227614A JP22761484A JPS60111514A JP S60111514 A JPS60111514 A JP S60111514A JP 59227614 A JP59227614 A JP 59227614A JP 22761484 A JP22761484 A JP 22761484A JP S60111514 A JPS60111514 A JP S60111514A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は表面音響波（’５ｒｂｒｆａｃｉ ａｃｏｔＬ
ｓｔｉｃ ｗａｖｅ。
ｓｔｉｃ ｗａｖｅ。
５ＡＷ）デバイス用のベルリナイト（α−オルトリン酸
アルミニウム）の至適配向に関する。
アルミニウム）の至適配向に関する。
信号プロセスに関するＳＡＷ技術は十分に発達した。広
範なデバイスが軍手用および画業用の双方に現在大量に
生産されている。ＶＨＦおよびＵＨＦ領域に用いられる
これらのデバイスには、フィルター、発振器、遅延線、
コンボルバ−（ｃｏルｖｏｌｖεｒ）、および各種の型
のセンサーが含まれる。
範なデバイスが軍手用および画業用の双方に現在大量に
生産されている。ＶＨＦおよびＵＨＦ領域に用いられる
これらのデバイスには、フィルター、発振器、遅延線、
コンボルバ−（ｃｏルｖｏｌｖεｒ）、および各種の型
のセンサーが含まれる。
現在のほとんどすべてのＳＡＷデバイスがＳＴ−カット
石英製またはニオブ酸すチウム製の基板上に製造される
。ＳＴカット石英は優れた熱安定性をもつが圧電結合係
数はかなシ低い。ニオブ酸リチウムは強い圧電結合を示
すが温度安定性に乏しい。幾つかのＳＡＷデバイスはタ
ンタル敵リチウム上に形成され、これは中程度の圧電結
合およびかなシの温度安定性をもつ。
石英製またはニオブ酸すチウム製の基板上に製造される
。ＳＴカット石英は優れた熱安定性をもつが圧電結合係
数はかなシ低い。ニオブ酸リチウムは強い圧電結合を示
すが温度安定性に乏しい。幾つかのＳＡＷデバイスはタ
ンタル敵リチウム上に形成され、これは中程度の圧電結
合およびかなシの温度安定性をもつ。
反転対称の中心を欠く結晶はすべて圧電性である。しか
しこれらが下記の異常な特性のいずれかを有するため、
すなわち（１） １または２以上の弾性定数の温度係数
が正であるか、または（２）熱膨張係数が負であるため
、これらのうち温度補償性配向を示すものはごくわずか
である。ベルリナイトはα石英と等構造であル、石英の
場合のようにその弾性定数のうちの１つ（Ｃ６６）が正
−の温度係数をもつ。バーシュおよびチャン（工ＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ。
しこれらが下記の異常な特性のいずれかを有するため、
すなわち（１） １または２以上の弾性定数の温度係数
が正であるか、または（２）熱膨張係数が負であるため
、これらのうち温度補償性配向を示すものはごくわずか
である。ベルリナイトはα石英と等構造であル、石英の
場合のようにその弾性定数のうちの１つ（Ｃ６６）が正
−の温度係数をもつ。バーシュおよびチャン（工ＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ。
Ｅ３ｏｎｉｃｓ Ｕｌｔｒａｓｏｎ、 ５Ｕ−２３，１
２７（１９７６） ）はバルク音響波デバイス用にカッ
トされた温度補償石英ノベルリナイト当量を測定し、か
つベルリナイトの圧電結合が石英のものよシも数倍大き
いことを見出した。その後数人の研究者らがバーシュお
よびチャンの弾性定数、誘電定数および圧電定数、およ
びそれらの温度係数に基づく計算を用いて、ＳＡＷデバ
イス用にカットされた温度補償ベルリナイトを予測した
。これらの予測にはＳＯ，４：（米国特許第４，１０９
，１７２号明細書、１９７８年８月２２日にオコンネル
に交付）；８７．１゜（ヘナフら、フエロエレクトリッ
クス ４２，１６１（１９８２））；および９２．７５
° （ジュニュンワラ （ＪｈＬＬｎｊｈｕ、ｎｗａ、
ｌｌａ ） ら 、Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｚ、４ｇ
。
２７（１９７６） ）はバルク音響波デバイス用にカッ
トされた温度補償石英ノベルリナイト当量を測定し、か
つベルリナイトの圧電結合が石英のものよシも数倍大き
いことを見出した。その後数人の研究者らがバーシュお
よびチャンの弾性定数、誘電定数および圧電定数、およ
びそれらの温度係数に基づく計算を用いて、ＳＡＷデバ
イス用にカットされた温度補償ベルリナイトを予測した
。これらの予測にはＳＯ，４：（米国特許第４，１０９
，１７２号明細書、１９７８年８月２２日にオコンネル
に交付）；８７．１゜（ヘナフら、フエロエレクトリッ
クス ４２，１６１（１９８２））；および９２．７５
° （ジュニュンワラ （ＪｈＬＬｎｊｈｕ、ｎｗａ、
ｌｌａ ） ら 、Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｚ、４ｇ
。
８８７（１９７７））でカットされるＸ軸ボール（ｂｏ
ｔｂｌｅ ）が含まれる。
ｔｂｌｅ ）が含まれる。
本発明に用いるのに適したベルリナイト結晶を生長させ
るだめの熱水法および装置は米国特許第４．３８２．８
４０号明細書（１９８３年５月１０日。
るだめの熱水法および装置は米国特許第４．３８２．８
４０号明細書（１９８３年５月１０日。
チャイらに交付）に記載されている。
本発明によれば、オイラーの角λ＝約００、μ＝約８５
°、θ＝約０° によシ定められる実質的に平坦な面を
もつベルリナイト単結晶が得られる。これらの結晶は優
れた温度補償性、およびＳＴカット石英よシも高い圧電
結合をもっＳＡＷデバイス用基板基板て用いられる。
°、θ＝約０° によシ定められる実質的に平坦な面を
もつベルリナイト単結晶が得られる。これらの結晶は優
れた温度補償性、およびＳＴカット石英よシも高い圧電
結合をもっＳＡＷデバイス用基板基板て用いられる。
第１図はベルリナイトのＸ軸ボールウェハーを表わす。
第２図は８５°およびその近傍のカッティング角度に関
する時間的遅れの温度依存性のグラフである。
する時間的遅れの温度依存性のグラフである。
本発明によシ教示される方向にカットした場合、ベルリ
ナイトは表面音響波（ＳＡＷ）デバイス用の改良された
基板を与える。好ましくは基板はウェハーの形、すなわ
ち実質的に平坦な２表面を有する薄い切片である。平坦
な面の少なくとも一方（便宜上１上面″とする）を本発
明の温度補償カットを与える特定の方向でカットする。
ナイトは表面音響波（ＳＡＷ）デバイス用の改良された
基板を与える。好ましくは基板はウェハーの形、すなわ
ち実質的に平坦な２表面を有する薄い切片である。平坦
な面の少なくとも一方（便宜上１上面″とする）を本発
明の温度補償カットを与える特定の方向でカットする。
ＳＡＷデバイス技術の分野で周知のように、この上面は
ＳＡ、Ｗ回路をこれに乗せる前に、たとえば化学研摩に
よシきわめて平らにかつなめらかにすることが好ましい
。他方の平坦な面はきわめて平らである必要はなく、事
実これは内部反射するバルク波を最小限に抑えるために
わずかに粗面化することもできる。ノくルク波内部反射
の影響は平坦な各面を平行でない状態にすることによっ
ても減少させることができる。ウェハーの厚さは決定的
なものではないが、０．５〜１關の範囲が一般的である
。ウェハー周囲の形状も決定的なものではない。
ＳＡ、Ｗ回路をこれに乗せる前に、たとえば化学研摩に
よシきわめて平らにかつなめらかにすることが好ましい
。他方の平坦な面はきわめて平らである必要はなく、事
実これは内部反射するバルク波を最小限に抑えるために
わずかに粗面化することもできる。ノくルク波内部反射
の影響は平坦な各面を平行でない状態にすることによっ
ても減少させることができる。ウェハーの厚さは決定的
なものではないが、０．５〜１關の範囲が一般的である
。ウェハー周囲の形状も決定的なものではない。
ＳＡＷデバイスは主に高周波（２０〜１５００ＭＨｚ）
を伴う多様な電子工学的用途に用いられる。
を伴う多様な電子工学的用途に用いられる。
簡単な例は横Ｓ Ａ、 Ｗ フィルターであシ、これは
圧電基板の反対側の端に２個の変換器をもつ。入力変換
器に与えられた電気信号は表面に一連の機械的ひずみ（
すなわち表面音響波）を生じ、これが出力変換器の方へ
移動し、ここでこの機械信号は電気信号に再変換される
。信号のｐ波は変換器がいかにして電気信号を機械信号
に変えるかによシ決定される。
圧電基板の反対側の端に２個の変換器をもつ。入力変換
器に与えられた電気信号は表面に一連の機械的ひずみ（
すなわち表面音響波）を生じ、これが出力変換器の方へ
移動し、ここでこの機械信号は電気信号に再変換される
。信号のｐ波は変換器がいかにして電気信号を機械信号
に変えるかによシ決定される。
一般に最も′ＴＬ要なフィルターパラメーターは中心周
波数およびバンド幅であり、これらのパラメーターは一
部は基板材料およびその結晶配向に依存する。個々の用
途に応じて、中心周波数は実質的に温度と無関係である
ことが望゛ましいか、または必要であるこれを言い換え
ると、表面音響波の走行時間すなわち遅れの温度係数（
ＴＣＤ）はゼロでなければならない。ＴＣＤ二〇である
場合、その材料は温度補償性であると言われる。実用さ
れるデバイスは一般に一定範囲の温度にわたって作動し
なければならない。従って理想的な材製はこの作動温度
範囲にわたってゼロ（またはほぼゼロ）のＴＣＤをも一
つ。さらにすべてが等しいならば、望ましい程度に広い
バンド幅には大きな圧電結合が必要である。従って望ま
しい基板は温度補償と高い圧電結合を組合せたものであ
る。ベルリナイトは温度補償性カットをもつと報告され
た数種の圧電材料に含まれる。すなわちそれに関する結
晶配向ＴＣＤ：＝０で奈る。
波数およびバンド幅であり、これらのパラメーターは一
部は基板材料およびその結晶配向に依存する。個々の用
途に応じて、中心周波数は実質的に温度と無関係である
ことが望゛ましいか、または必要であるこれを言い換え
ると、表面音響波の走行時間すなわち遅れの温度係数（
ＴＣＤ）はゼロでなければならない。ＴＣＤ二〇である
場合、その材料は温度補償性であると言われる。実用さ
れるデバイスは一般に一定範囲の温度にわたって作動し
なければならない。従って理想的な材製はこの作動温度
範囲にわたってゼロ（またはほぼゼロ）のＴＣＤをも一
つ。さらにすべてが等しいならば、望ましい程度に広い
バンド幅には大きな圧電結合が必要である。従って望ま
しい基板は温度補償と高い圧電結合を組合せたものであ
る。ベルリナイトは温度補償性カットをもつと報告され
た数種の圧電材料に含まれる。すなわちそれに関する結
晶配向ＴＣＤ：＝０で奈る。
結晶の配向けそれらのオイラーの角λ、μおよびθで記
述される。これらは生長軸１，２および３の周シに特定
の序列で回転させ、結晶軸Ｘ、ＹおよびＺに対しそれぞ
れＸ、ＹおよびＺと並列した１、２および３から出発し
て、これら生長軸を変換させる角度を表わす（オコンネ
ルら、工ＥＥＥＴｒａｎｓ、 ５ｏｎｉｃｔ Ｕｌｔｒ
ａｚｏｒＬ、 ＳＵ−２４，３７６（１９７７）参照）
。本発明のウェハーの配向はＸ軸と一致する１工”軸の
周シの単一回転のみによって記述される。この単一回転
配向（ａＸ軸ボール”と呼ばれる）を第１図に示す。回
転角μが約８５°のとき、ウェハーは広範な温度にわた
って優れた温度補償性を有する。
述される。これらは生長軸１，２および３の周シに特定
の序列で回転させ、結晶軸Ｘ、ＹおよびＺに対しそれぞ
れＸ、ＹおよびＺと並列した１、２および３から出発し
て、これら生長軸を変換させる角度を表わす（オコンネ
ルら、工ＥＥＥＴｒａｎｓ、 ５ｏｎｉｃｔ Ｕｌｔｒ
ａｚｏｒＬ、 ＳＵ−２４，３７６（１９７７）参照）
。本発明のウェハーの配向はＸ軸と一致する１工”軸の
周シの単一回転のみによって記述される。この単一回転
配向（ａＸ軸ボール”と呼ばれる）を第１図に示す。回
転角μが約８５°のとき、ウェハーは広範な温度にわた
って優れた温度補償性を有する。
温度の関数としての時間の遅れの分数変化率のグラフ（
第２図）に示されるように、遅れは温度範囲Ｔ＝２０ｔ
；’からＴ＝１００Ｇで、Ｔ＝３０Ｃにおける遅れから
±１００解の範囲内にある。従って本発明の温度補償カ
ットを有するベルリナイト基板上に形成されたデバイス
は、周囲温度またはそれ以上の温度で作動せしめられた
ときに最良の効果を示す。
第２図）に示されるように、遅れは温度範囲Ｔ＝２０ｔ
；’からＴ＝１００Ｇで、Ｔ＝３０Ｃにおける遅れから
±１００解の範囲内にある。従って本発明の温度補償カ
ットを有するベルリナイト基板上に形成されたデバイス
は、周囲温度またはそれ以上の温度で作動せしめられた
ときに最良の効果を示す。
一般に、屋内で使用される電力使用デバイスの電子部材
の作動温度は３００以上である。ＳＡＷデバイスが、そ
の温度が通常２０ｃよシ低くなる環境で作動するときは
、デバイスを炉内加熱（ｏｖｅｒＬｉｚｅ ）すること
、すなわち、作動時に加熱することが必要であろう。
の作動温度は３００以上である。ＳＡＷデバイスが、そ
の温度が通常２０ｃよシ低くなる環境で作動するときは
、デバイスを炉内加熱（ｏｖｅｒＬｉｚｅ ）すること
、すなわち、作動時に加熱することが必要であろう。
約８４°〜８６°の範囲のカット角とすると良好な温度
補償性が与えられる。′約８５°”という表現は上記の
範囲を含むことを意味している。しかしながら、以前の
作業者によってＸ−軸ボールのために開示されたカット
角（８０，４°および８７．１°）においては、温度補
償性は実質上比較的に不良である。
補償性が与えられる。′約８５°”という表現は上記の
範囲を含むことを意味している。しかしながら、以前の
作業者によってＸ−軸ボールのために開示されたカット
角（８０，４°および８７．１°）においては、温度補
償性は実質上比較的に不良である。
本発明によるカット（０’、８５°、ｏｏ）は、温度補
償性以外にも下記に列挙するような幾つかの利点を有し
ている。
償性以外にも下記に列挙するような幾つかの利点を有し
ている。
１、単一回転カットは特に大量生産方式において、配向
させることおよび精確にスライスすることが実質的にい
っそう容易である。
させることおよび精確にスライスすることが実質的にい
っそう容易である。
２、配向はベルリナイトの最大圧電結合に近似する。
３、電力流通角はゼロであシ、電力流通角の勾配も小さ
い。これはＳＡＷパターン並列誤差（すなわちＳＡＷ生
長方向誤差）の許容差゛が良好であることを示す。
い。これはＳＡＷパターン並列誤差（すなわちＳＡＷ生
長方向誤差）の許容差゛が良好であることを示す。
４、−次温度係数等高線地図の勾配もきわめて小さい。
これはカッティング中に導入されるプレート配向におけ
る誤差の許容差が良好であることを示す。
る誤差の許容差が良好であることを示す。
５、塊状ベルリナイト結晶を基礎となる種結晶、すなわ
ち（００１）種結晶板から生長させると、との配向はカ
ッティング収率の高い材料を与える。
ち（００１）種結晶板から生長させると、との配向はカ
ッティング収率の高い材料を与える。
第１図はベルリナイトのＸ軸ボールウェハーを表わす。
第２図は８５°およびその近傍のカッティング角度に関
する時間的遅れの温度依存性のグラフである。 版面＋”、＠Ｌ ＦＩＧ、１ 第１頁の続き ■発明者 ジョン拳フランク・ベ ア テリノ ラ ０発 明 者 ドナルド書しスター壷 アリ−− ０発 明 者 ジョフレー・チャール アズ・アンドレ
ス メリカ合衆国メイン州０４４０１．ビージー、デービス
Ｑドイブ ３８２ メリカ合衆国メイン州０４４６９．オロノ、ユニバーシ
ティ・パーク（番地なし）アパートメント ２０ビ一メ
リカ合衆国メイン州０４４０１．パンゴー、コンブレス
・トリート ６７
する時間的遅れの温度依存性のグラフである。 版面＋”、＠Ｌ ＦＩＧ、１ 第１頁の続き ■発明者 ジョン拳フランク・ベ ア テリノ ラ ０発 明 者 ドナルド書しスター壷 アリ−− ０発 明 者 ジョフレー・チャール アズ・アンドレ
ス メリカ合衆国メイン州０４４０１．ビージー、デービス
Ｑドイブ ３８２ メリカ合衆国メイン州０４４６９．オロノ、ユニバーシ
ティ・パーク（番地なし）アパートメント ２０ビ一メ
リカ合衆国メイン州０４４０１．パンゴー、コンブレス
・トリート ６７
Claims (3)
- （１）オイラーの角がλ＝約０° ；μ＝約８５°；θ
＝約０°であることによって決定される実質的に平坦な
面を有するベルリナイト単結晶。 - （２）オイラーの角がλ＝約０°；μ＝約８５°；θ＝
約００であることによって決定される実質的に平坦な面
を有するベルリナイト単結晶の該平坦面の上に回路を有
してなる表面音響波デバイス。 - （３）前記結晶がウェハーの形をしている特許請求の範
囲第２項に記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/546,676 US4511817A (en) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | Temperature compensated orientation of berlinite for surface acoustic wave devices |
| US546676 | 1983-10-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60111514A true JPS60111514A (ja) | 1985-06-18 |
Family
ID=24181499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59227614A Pending JPS60111514A (ja) | 1983-10-28 | 1984-10-29 | ベルリナイト単結晶およびそれからなる表面音響波デバイス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4511817A (ja) |
| EP (1) | EP0140002A3 (ja) |
| JP (1) | JPS60111514A (ja) |
| AU (1) | AU3287984A (ja) |
| CA (1) | CA1217853A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07154194A (ja) * | 1993-07-20 | 1995-06-16 | Avl Ges Verbrennungskraftmas & Messtech Mbh | 圧電結晶素子 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4670680A (en) * | 1986-07-29 | 1987-06-02 | R. F. Monolithics, Inc. | Doubly rotated orientations of cut angles for quartz crystal for novel surface acoustic wave devices |
| US4670681A (en) * | 1986-07-29 | 1987-06-02 | R. F. Monolithics, Inc. | Singly rotated orientation of quartz crystals for novel surface acoustic wave devices |
| DK0758818T3 (da) * | 1995-08-15 | 2000-07-24 | Cts Corp | Overfladeskimmende massebølgesubstat og anordning indeholdende samme |
| US6031315A (en) * | 1997-07-16 | 2000-02-29 | Sawtek Inc. | Optimal cut for saw devices on quartz |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4109172A (en) * | 1977-08-19 | 1978-08-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | High piezoelectric coupling-temperature compensated berlinite substrate member for surface acoustic wave devices |
| US4382840A (en) * | 1981-01-30 | 1983-05-10 | Allied Corporation | Hydrothermal crystal growing process and apparatus |
-
1983
- 1983-10-28 US US06/546,676 patent/US4511817A/en not_active Expired - Fee Related
-
1984
- 1984-08-27 EP EP84110169A patent/EP0140002A3/en not_active Ceased
- 1984-09-10 AU AU32879/84A patent/AU3287984A/en not_active Abandoned
- 1984-10-12 CA CA000465280A patent/CA1217853A/en not_active Expired
- 1984-10-29 JP JP59227614A patent/JPS60111514A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07154194A (ja) * | 1993-07-20 | 1995-06-16 | Avl Ges Verbrennungskraftmas & Messtech Mbh | 圧電結晶素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0140002A2 (en) | 1985-05-08 |
| CA1217853A (en) | 1987-02-10 |
| US4511817A (en) | 1985-04-16 |
| AU3287984A (en) | 1985-05-02 |
| EP0140002A3 (en) | 1987-01-21 |
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