KR20010039907A - 압전 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두께 팽창 3차 고조파 진동을 여기시킬 수 있는 압전 소자를 제공하여, 우수한 열적 안정성을 구비한 고성능의 오실레이터를 실현한다. 상술한 압전 소자는 압전 기판을 포함한다. 상술한 압전 기판은 주성분으로써 Sr, Bi, Nb 및 O를 포함하는 압전 재료로 형성된다. 진동 전극은 압전 기판의 양주면 상에 형성된다. 진동 전극들 사이에 놓여지고 중첩된 진동 전극들에 의해 한정된 범위는 에너지 트래핑 영역을 구성한다. 값 L/t는 9보다 작도록 설정되고, 여기에서 L은 진동 전극에 평행한 직선이 에너지-트랩핑 범위의 외주부와 교차하는 점들 사이의 최대 거리를 나타내고, t는 상술한 진동 전극들 사이의 거리를 나타낸다.

Description

압전 소자{Piezoelectric device}
본 발명은 압전 소자에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 예를 들어 두께 팽창 3차 고조파 진동을 이용하여 동작하는 에너지 트랩핑형 압전 소자에 관한 것이다.
종래에는, 압전 기판의 양주면상에 형성된 한쌍의 에너지 트래핑 진동 전극을 포함하여 두께 팽창 3차 고조파 진동을 여기시키는 에너지 트래핑 압전 소자들이 제안되었다. 동일한 재료에 대하여, 두께 팽창 3차 고조파 진동은 기본파의 주파수보다 약 3배 큰 주파수 정수를 갖는다. 따라서, 기본파를 이용하여 동작하는 압전 소자에 대하여, 압전 기판의 강도면에서의 제한을 고려하면 중심 주파수의 상한은 약 15㎒이다. 한편, 3차 고조파를 이용하여 동작하는 압전 소자의 중심 주파수의 상한은 약 30 내지 40㎒이다. 즉, 상술한 압전 소자는 더 높은 주파수 범위에 적용될 수 있다.
하지만, 두께 팽창 3차 고조파 진동을 여기하여 동작하는 에너지 트래핑 압전 소자에 대하여, 최적의 전극 구조는 재료 종류에 따라 다르다. 따라서, 각 재료 종류에 대하여 최적의 전극 크기를 결정할 필요가 있다. 특히, 에너지 트래핑 압전 소자에 있어서, 스퓨리어스 진동의 공진 주파수, 소위 언하모닉 오버톤(unharmonic overtone)이 주요 진동의 공진 주파수에 근접하게 존재한다는 것은 주지의 사실이다. 상술한 언하모닉 오버톤은 전극 크기 즉 에너지 트래핑 영역이 작을 경우에 여기되지 않는다. 언하모닉 오버톤이 여기되지 않는 전극 크기 범위에서의 최대값은 재료의 종류에 의존한다. 따라서, 각 재료 종류에 대하여 최대 전극 크기를 결정할 필요가 있다. 배향되지 않은 비스무스층-구조 화합물형 세라믹 재료(unoriented bismuth layer-structure compound type ceramic materials)는 우수한 열적 안정성을 갖고 있다. 따라서, 고성능 압전 소자의 실현을 기대할 수 있다. 그러나, 두께 팽창 3차 고조파 진동을 여기하여 동작하는 에너지 트래핑 압전 소자에 대하여, 언하모닉 오버톤이 여기되지 않는 전극 크기 범위에서의 최대값이 발견되지 않았다.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 열적 안정성을 구비한 고성능 오실레이터를 실현할 수 있는 압전 소자를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 압전 소자의 일례를 나타낸다.
도 2는 도 1의 압전 소자의 측면을 나타낸다.
도 3은 압전 소자를 평가하기 위한 회로도를 나타낸다.
도 4는 직경 3.6㎜의 에너지 트래핑 영역에서 임피던스에 대한 주파수 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 실시예 1의 압전 소자의 다른 L/t 값에서 임피던스의 산곡비를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 압전 소자에 다른 실시예를 나타낸다.
도 7은 실시예 2에서 직경 3.6㎜의 에너지 트래핑 영역에서 임피던스에 대한 주파수 특성을 보여주는 그래프이다.
도 8은 실시예 2의 압전 소자의 다른 L/t 값에서 임피던스의 산곡비를 보여주는 그래프이다.
도 9는 실시예 3에서 직경 3.6㎜의 에너지 트래핑 영역에서 임피던스에 대한 주파수 특성을 보여주는 그래프이다.
도 10은 실시예 3의 압전 소자의 다른 L/t 값에서 임피던스의 산곡비를 보여주는 그래프이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 압전 소자
12 : 압전 기판
14, 16 : 진동 전극
20 : 임피던스 분석기
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 주성분으로써 Sr, Bi, Nb 및 O를 함유한 압전 재료를 포함하는 압전 기판과 상술한 압전 기판의 양주면상에 서로 대향하도록 형성된 적어도 한 쌍의 진동 전극을 포함하고, 압전 기판의 양주면상에 서로 대향하여 형성된 중첩 전극들에 의해 한정된 에너지 트래핑 영역 내에서 두께 팽창 3차 고조파(thickness extensional third harmonic wave)를 여기하여 동작되며, 값 L/t가 9보다 작고, 여기에서 L은 진동 전극들에 평행한 직선이 에너지 트래핑 영역의 외주부와 교차하는 점들 사이의 최대 거리를 나타내고 t는 진동 전극들 사이의 거리를 나타내는 압전 소자가 제공된다.
바람직하게는, 상술한 압전 소자에 있어서, 주성분으로써 SrBi2Nb2O9이 사용된다.
주성분으로써 Sr, Bi, Nb 및 O를 함유한 압전 재료, 예를 들어 SrBi2Nb2O9는 열적으로 안정하다. 두께 팽창 3차 고조파 진동을 여기하여 동작하는 압전 부품을 제조하는데 상술한 재료를 사용하는 경우에, L/t 값을 9보다 작게 설정함으로써 언하모닉 오버톤의 중첩을 방지하고 우수한 에너지 트래핑을 실현할 수 있다.
여기에서, 에너지 트래핑 영역의 평면 형상이 원형인 경우에, 참조 부호 L은 원의 직경을 나타낸다. 상술한 형상이 타원형인 경우에, L은 장축의 길이를 나타낸다. 상술한 형상이 직사각형 또는 정사각형인 경우에, L은 대각선의 길이를 나타낸다. 또한, 주성분으로써 Ca, Bi, Ti 및 O를 함유한 압전 재료 및 주성분으로써 Sr, Bi, Ti 및 O를 함유한 압전 재료가 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 압전 소자의 일례를 나타낸다. 도 2는 상술한 압전 소자의 측면을 나타낸다. 압전 소자 10은 압전 기판 12를 포함한다. 압전 기판 12는 주성분으로써 Sr, Bi, Nb 및 O를 포함한 압전 세라믹 재료로 형성된다. 압전 재료로써는 예를 들어 주성분으로써 SrBi2Nb2O9를 포함한 재료가 사용된다. 원형 진동 전극 14 및 16은 실질적으로 압전 기판 12의 양주면의 중심부에서 서로 대향하도록 형성된다. 진동 전극 14 및 16은 압전 기판 12의 서로 대향하는 양단부측으로 인출된다. 진동 전극 14 및 16은 실질적으로 동일한 직경을 포함하도록 형성된다. 압전 기판 12는 예를 들어 진동 전극 16측에서 진동 전극 14측을 향하는 방향으로 분극된다. 물론, 압전 기판 12는 진동 전극 14측에서 진동 전극 16측을 향하는 방향으로 분극될 수도 있다.
상술한 압전 소자 10은 에너지 트래핑형 압전 소자로써 적용된다. 진동 전극들 14 및 16 사이에 놓여지고 중첩된 진동 전극들 14 및 16에 의해 한정되는 압전 소자 10의 부분은 에너지 트래핑 영역을 구성한다. 여기에서, 진동 전극 14 및 16에 평행한 직선이 상술한 에너지 트래핑 영역의 외주부와 교차하는 점들 사이의 최대 거리 L, 즉 도 1의 압전 소자 10에서 각 진동 전극 14 및 16의 원형 부분의 직경 L, 및 진동 전극들 14 및 16 사이의 거리 t는 L/t 값이 9보다 작게 되도록 설정된다.
주성분으로써 Sr, Bi, Nb 및 O를 포함한 압전 재료, 예를 들어 SrBi2Nb2O9로 형성된 압전 소자 10은 높은 열적 안정성을 구비한 고성능 오실레이터로써 사용될 수 있다. 또한, 9보다 작은 L/t값을 갖는 압전 소자는 언하모닉 오버톤의 여기(exciting)를 방지할 수 있다.
[실시예 1]
우선, 출발 재료로써 SrCO3, Bi2O3, Nb2O5, 및 MnCO3을 준비하였다. 상술한 원료를 칭량하고 SrBi2Nb2O9+ 1wt·%MnCO3의 혼합물을 만들기 위해 이들을 소정 함량으로 혼합하였다. 혼합된 분말을 온도 800 내지 1000℃에서 하소하였다. 소정량의 유기 바인더를 첨가하고 볼밀로 4시간 동안 습식 분쇄하였다. 이 분말을 40메시 체(40 mesh sieve)에 통과시켜 입자 크기를 조정하였다.
입자 크기가 조정된 원료를 압력 1000㎏/㎠하에서 크기 30㎜×20㎜×1.0㎜의 사각 시트로 성형하고 대기중에서 온도 1250 내지 1300℃의 열을 1시간 내지 5시간 가하여 사각 시트 형상의 자기(porcelain)를 제조하였다. 얻어진 자기를 절단하고 연마하여 5㎜×5㎜×두께 0.4㎜의 사각 시트를 형성하였다. 사각 시트를 두께 방향으로 분극시켰다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 은 전극을 양주면상에 기상증착으로 형성하였다. 이와 같이, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 구조의 압전 소자를 형성하였다. 형성된 자기 기판의 두께는 0.4㎜이었다. 따라서, 양주면상에 형성된 진동 전극들 사이의 거리는 0.4㎜가 된다. 얻어진 압전 소자에서, 에너지 트래핑 영역의 직경 즉, 각 진동 전극의 원형 부분의 직경이 1.0 내지 5.2㎜의 범위 내에 있도록 하였다.
상술한 압전 소자의 3차 고조파에 대한 에너지 트래핑 성능을 평가하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 임피던스 분석기 20을 접속하고 임피던스에 대한 주파수 특성을 측정하였다. 도 4는 전극 직경 3.6㎜에서의 임피던스 - 주파수 특성을 보여주는 그래프이다. 상술한 경우에, L은 3.6㎜이고, t는 0.4㎜이며, 즉 L/t 값은 9이다. 상술한 압전 소자에서, 언하모닉 오버톤이 주요 진동에 의한 공진 주파수 상에 겹쳐진다는 것을 알 수 있다.
도 5는 주요 진동의 산곡비(공진 임피던스와 반공진 임피던스의 비)와 언하모닉 오버톤에 대한 지수(index) L/t의 관계를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, L/t 값이 9 또는 그 이상일 때 언하모닉 오버톤이 중첩된다. 상술한 압전 소자가 오실레이터로써 사용되는 경우에는 언하모닉 오버톤이 비정상적인 진동, 진동의 정지 등을 유발시킨다. 또한, 상술한 압전 소자가 필터로써 사용되는 경우에는 언하모닉 오버톤이 감쇠를 감소시키는 등의 문제를 유발시킨다.
상술한 바와 같이, 주성분으로써 Sr, Bi, Nb 및 O를 포함하는 재료, 예를 들어 SrBi2Nb2O9등의 비스무스 층-구조 화합물계 재료를 포함한 압전 기판의 양주면상에서 서로 대향하도록 형성되고 두께 팽창 3차 고조파를 여기시키는 적어도 한쌍의 에너지 트래핑 진동 전극들을 포함한 압전 소자는 L/t 값이 9보다 작도록 전극의 크기를 설정함으로써 우수한 열적 저항성을 구비한 고성능의 압전 공진자에 사용될 수 있다.
도 1의 압전 소자에서, 에너지 트래핑 전극은 원형 모양을 갖는다. 상술한 형태는 타원형이 될 수 있고, 정사각형, 직사각형 또는 다른 다각형이 될 수도 있다. 상술한 경우에, L은 가장 긴 부분의 길이를 나타낸다. 즉, 상술한 형태에서, 참조 부호 L는 가장 긴 부분의 길이를 각각 나타낸다. 타원형에서는 L이 장축의 길이를 나타낸다. 사각형 또는 직사각형에서는 L이 대각선의 길이를 나타낸다. 또한, 인출 부분을 포함하는 전극들은 도 6에 도시된 바와 같이 직사각형 형상을 포함할 수 있다. 상술한 경우에, 서로 겹쳐진 전극 14 및 16에 의해 한정된 압전 소자의 부분은 에너지 트래핑 영역을 구성한다.
상술한 실시예에서, 주성분으로써 SrBi2Nb2O9를 포함한 조성의 재료가 사용되었고 여기에 Mn이 첨가되었다. 상술한 재료에 Si와 W를 첨가하여 사용할 수도 있다. 또한, 상술한 재료에서 Sr과 Nb 위치의 부분을 다른 원소들로 치환할 수 있다. 게다가, 세라믹의 소결성을 향상시키기 위하여, 유리 성분 등의 보조제를 주성분으로써 Sr, Bi, Nb 및 O를 포함한 조성물에 첨가할 수도 있다.
상술한 실시예의 압전 소자에 사용된 압전 재료의 주성분은 SrBi2Nb2O9이다. 하지만, 원소 갯수에서의 비율은 주성분이 기본적으로 SrBi2Nb2O9의 결정 구조를 포함하고 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 조건하에서 상술한 조성과 약간 다를 수도 있다. 또한, 상술한 경우에도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서는 적어도 한 쌍의 진동 전극들이 압전 기판의 양주면상에 서로 마주하도록 형성된다. 하지만, 압전 소자 전체의 가장 바깥쪽 부분에 전극들이 제공될 필요는 없다. 예를 들면, 압전체층이 압전 소자의 두께 방향에서 진동 전극의 바깥쪽에 형성될 수도 있다. 하지만, 진동 전극은 외부 전극임이 바람직하다. 즉, 상술한 전극들은 전극의 바깥쪽으로는 압전체층이 제공되어 있지 않는 압전 소자 전체의 가장 바깥쪽 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 상술한 압전 소자가 오실레이터 또는 필터에 사용되는 경우에, 소정 값으로 공진 주파수를 조정할 필요가 있다. 압전 소자의 공진 주파수는 압전 소자를 구성하는 압전 재료, 전극의 종류, 압전 소자의 두께 등에 의해 결정된다. 대부분의 경우, 최종 조정을 위하여 진동 전극에 코팅 재료 등을 도포하고 건조하여 진동 전극에 질량 부하(mass load)를 부여하는 방법이 사용된다. 이와 같이, 공진 주파수를 조정하기 위한 상술한 기술은 진동 전극이 외부 전극이고 압전 소자의 바깥쪽에 노출되어 있는 경우에 용이하게 적용될 수 있다. 또한, 이와 유사하게, 일부 경우에서 스퓨리어스 진동의 억제를 위하여 질량 부하가 코팅 재료 등의 도포에 의해 진동 전극 위에 부여된다. 상술한 경우에도 진동 전극은 외부 전극으로 형성되는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 최외측 진동 전극이 외부 전극이면, 진동 전극 상에 다양한 작용이 용이하게 실시될 수 있다.
본 발명의 상술한 압전 소자를 이용하여 우수한 열적 저항성을 구비한 고성능 공진자를 얻을 수 있다.
[실시예 2]
우선, 출발 재료로써 SrCO3, Bi2O3, TiO2, 및 MnCO3을 준비하였다. 상술한 원료를 칭량하고 SrBi4Ti4O15+ 1wt·%MnCO3의 조성을 만들기 위해 이들을 소정량으로 혼합하였다. 혼합된 분말을 온도 800 내지 1000℃에서 하소하였다. 그 다음에, 소정량의 유기 바인더를 첨가하고 볼밀로 4시간 동안 습식 분쇄하였다. 이 분말을 40메시 체(40 mesh sieve)에 통과시켜 입자 크기를 조정하였다.
입자 크기가 조정된 원료를 압력 1000㎏/㎠하에서 크기 40㎜×25㎜×1.2㎜의 사각형 시트로 성형하고 대기중에서 온도 1150 내지 1300℃의 열을 1시간 내지 5시간 동안 가하여 사각 시트 형상의 자기(porcelain)를 제조하였다. 얻어진 자기를 절단하고 연마하여 5㎜×5㎜×두께 0.4㎜의 정사각형 시트를 형성하였다. 상술한 정사각형 시트를 두께 방향으로 분극시켰다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 양주면상에 기상증착으로 은 전극을 형성하였다. 이와 같이, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 구조의 압전 소자를 형성하였다. 얻어진 압전 소자에서, 에너지 트래핑 영역의 직경 즉 각 진동 전극의 원형 부분의 직경이 1.0 내지 5.2㎜의 범위 내에 있도록 설정하였다.
상술한 압전 소자의 3차 고조파에 대한 에너지 트래핑 성능을 평가하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 임피던스 분석기 20을 접속하고 임피던스에 대한 주파수 특성을 측정하였다. 도 7은 전극 직경 3.6㎜에서의 임피던스 - 주파수 특성을 보여주는 그래프이다. 상술한 경우에, L은 3.6㎜이고, t는 0.4㎜이다. 즉 L/t 값은 9이다. 상술한 압전 소자에서, 언하모닉 오버톤이 주요 진동의 공진 주파수 상에 겹쳐진다는 것을 알 수 있다.
도 8은 주요 진동의 산곡비(공진 임피던스와 반공진 임피던스의 비)와 언하모닉 오버톤에 대한 지수 L/t의 관계를 보여준다. 도 8에 도시된 바와 같이, 언하모닉 오버톤은 L/t 값이 9 이상일 때에 겹쳐진다. 상술한 압전 소자가 오실레이터로써 사용되는 경우에는 언하모닉 오버톤이 비정상적인 진동, 진동의 정지 등을 유발시킨다. 또한, 상술한 압전 소자가 필터로써 사용되는 경우에는 언하모닉 오버톤이 감쇠를 감소시키는 등의 문제를 유발시킨다.
상술한 바와 같이, 주성분으로써 SrBi4Ti4O15의 비스무스 층-구조 화합물계 재료를 포함한 압전 기판의 양주면상에서 서로 대향하도록 형성되고 두께 팽창 3차 고조파를 여기시키는 적어도 한쌍의 에너지 트래핑 진동 전극들을 포함한 압전 소자는 L/t 값이 9보다 작도록 전극의 크기를 설정함으로써 우수한 열적 저항성을 구비한 고성능의 압전 공진자에 사용될 수 있다.
본 실시예에서, 주성분으로써 SrBi4Ti4O15를 포함한 조성물이 사용되었고 여기에 Mn이 첨가되었다. 상술한 재료에 Si와 W를 첨가하여 사용할 수도 있다. 또한, 상술한 재료에서 Sr과 Ti 위치의 부분에서 다른 원소들을 치환하여 사용할 수도 있다. 게다가, 세라믹의 소결성을 향상시키기 위하여, 유리 성분 등의 보조제를 주성분으로써 SrBi4Ti4O15를 포함한 조성에 첨가할 수도 있다.
상술한 실시예의 압전 소자에 사용된 압전 재료의 주성분은 Sr, Bi, Ti, 및 O이고 예를 들면 SrBi4Ti4O15이다. 하지만, 이들 원소수의 비율은 기본적으로 SrBi4Ti4O15의 결정 구조를 포함하고 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 조건하에서 상술한 조성과 약간 다를 수도 있다. 또한, 상술한 경우에도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
[실시예 3]
우선, 출발 재료로써 CaCO3, Bi2O3, TiO2, 및 MnCO3을 준비하였다. 상술한 원료를 칭량하고 CaBi4Ti4O15+ 1wt·%MnCO3의 조성을 만들기 위해 이들을 소정량으로 혼합하였다. 혼합된 분말을 온도 800 내지 1000℃에서 하소하였다. 그런 다음, 소정량의 유기 바인더를 첨가하고 볼밀로 4시간 동안 습식 분쇄하였다. 이 분말을 40메시 체(40 mesh sieve)에 통과시켜 입자 크기를 조정하였다.
입자 크기가 조정된 원료를 압력 1000㎏/㎠하에서 크기 40㎜×30㎜×두께 1.0㎜의 직사각형 시트로 성형하고 대기중에서 온도 1100 내지 1300℃의 열을 1시간 내지 5시간 동안 가하여 직사각형 시트 형상의 자기(porcelain)를 제조하였다. 얻어진 자기를 절단하고 연마하여 5.5㎜×5.5㎜×두께 0.4㎜의 정사각형 시트를 형성하였다. 상술한 정사각형 시트는 두께 방향으로 분극되었다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 양주면상에 기상증착을 통해 은 전극을 형성하였다. 이와 같이, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 구조의 압전 소자를 형성하였다. 제조된 압전 소자에서, 에너지 트래핑 영역의 직경, 즉 각 진동 전극의 원형 부분의 직경이 1.0 내지 5.2㎜의 범위 내에 있도록 형성하였다.
상술한 압전 소자의 3차 고조파에 대한 에너지 트래핑 성능을 평가하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 임피던스 분석기 20을 접속하고 임피던스에 대한 주파수 특성을 측정하였다. 도 9는 전극 직경 3.6㎜에서의 임피던스 - 주파수 특성을 보여주는 그래프이다. 상술한 경우에, L은 3.6㎜이고, t는 0.4㎜이다. 즉 L/t 값은 9이다. 상술한 압전 소자에서, 언하모닉 오버톤이 주요 진동의 공진 주파수 상에 겹쳐진다는 것을 알 수 있다.
도 10은 주요 진동의 산곡비(공진 임피던스와 반공진 임피던스의 비)와 언하모닉 오버톤에 대한 지수 L/t의 관계를 보여준다. 도 10에 도시된 바와 같이, 언하모닉 오버톤은 L/t 값이 9 이상일 때에 겹쳐진다. 상술한 압전 소자가 오실레이터로써 사용되는 경우에는 언하모닉 오버톤이 비정상적인 진동, 진동의 정지 등을 유발시킨다. 또한, 상술한 압전 소자가 필터로써 사용되는 경우에는 언하모닉 오버톤이 감쇠량(attenuation)을 감소시키는 등의 문제를 유발시킨다.
상술한 바와 같이, 주성분으로써 CaBi4Ti4O15의 비스무스 층-구조 화합물계 재료를 포함한 압전 기판의 양주면상에서 서로 대향하도록 형성되고 두께 팽창 3차 고조파를 여기시키는 적어도 한쌍의 에너지 트래핑 진동 전극들을 포함한 압전 소자는 L/t 값이 9보다 작도록 전극의 크기를 설정함으로써 우수한 열적 저항성을 구비한 고성능의 압전 공진자에 사용될 수 있다.
본 실시예에서는, 주성분으로써 CaBi4Ti4O15를 포함한 조성에 Mn이 첨가되었다. 그리고 상술한 재료에 예를 들어 Si와 W를 첨가하여 사용할 수도 있다. 또한, 상술한 재료에서 Ca와 Ti 위치의 부분에서 다른 원소들을 치환하여 사용할 수도 있다. 게다가, 세라믹의 소결성을 향상시키기 위하여, 유리 성분 등의 보조제를 주성분으로써 CaBi4Ti4O15를 포함한 조성에 첨가할 수도 있다.
본 발명에 따른 압전 소자에 사용된 압전 재료의 주성분은 Ca, Bi, Ti, 및 O이고 예를 들면 CaBi4Ti4O15이다. 하지만, 이들 원소들의 갯수의 비율은 상술한 재료가 기본적으로 CaBi4Ti4O15의 결정 구조를 포함하고 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 조건하에서 상술한 조성과 약간 다를 수도 있다. 이러한 경우에도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
상술한 구성에 의해, 본 발명에 따른 압전 소자는 주성분으로써 Sr, Bi, Nb 또는 Ti, 및 O를 포함하거나 또는 Ca, Bi, Ti, 및 O를 포함하는 압전 재료, 예를 들어 SrBi2Nb2O9, SrBi4Ti4O15, 및 CaBi4Ti4O15로 구성된 압전 소자 10은 높은 열적 안정성을 구비한 고성능 오실레이터로써 사용될 수 있다. 또한, 9보다 작은 L/t값을 갖는 압전 소자로써 언하모닉 오버톤의 여기(exciting)를 방지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 주성분으로써 Sr, Bi, Nb 및 O를 함유한 압전 재료를 포함하는 압전 기판과,
    상기 압전 기판의 양주면상에 서로 대향하도록 형성된 적어도 한 쌍의 진동 전극을 포함하고,
    상기 압전 기판의 양주면상에 서로 대향하여 형성된 중첩 전극들에 의해 한정된 에너지 트래핑 영역 내에서 두께 팽창 3차 고조파(thickness extensional third harmonic wave)를 여기하여 동작되며,
    값 L/t가 9보다 작고, 여기에서 L은 상기 진동 전극들에 평행한 직선이 에너지 트래핑 영역의 외주부와 교차하는 점들 사이의 최대 거리를 나타내고, t는 상기 진동 전극들 사이의 거리를 나타냄을 특징으로 하는 압전 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 압전 재료의 주성분이 SrBi2Nb2O9임을 특징으로 하는 압전 소자.
  3. 주성분으로써 Sr, Bi, Ti 및 O를 함유한 압전 재료를 포함하는 압전 기판과,
    상기 압전 기판의 양주면상에 서로 대향하도록 형성된 적어도 한 쌍의 진동 전극을 포함하고,
    상기 압전 기판의 양주면상에 서로 대향하여 형성된 중첩 전극들에 의해 한정된 에너지 트래핑 영역 내에서 두께 팽창 3차 고조파(thickness extensional third harmonic wave)를 여기하여 동작되며,
    값 L/t가 9보다 작고, 여기에서 L은 상기 진동 전극들에 평행한 직선이 에너지 트래핑 영역의 외주부와 교차하는 점들 사이의 최대 거리를 나타내고, t는 상기 진동 전극들 사이의 거리를 나타냄을 특징으로 하는 압전 소자.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 압전 재료의 주성분이 SrBi4Ti4O15임을 특징으로 하는 압전 소자.
  5. 주성분으로써 Ca, Bi, Ti 및 O를 함유한 압전 재료를 포함하는 압전 기판과,
    상기 압전 기판의 양주면상에 서로 대향하도록 형성된 적어도 한 쌍의 진동 전극을 포함하고,
    상기 압전 기판의 양주면상에 서로 대향하여 형성된 중첩 전극들에 의해 한정된 에너지 트래핑 영역 내에서 두께 팽창 3차 고조파(thickness extensional third harmonic wave)를 여기하여 동작되며,
    값 L/t가 9보다 작고, 여기에서 L은 상기 진동 전극들에 평행한 직선이 에너지 트래핑 영역의 외주부와 교차하는 점들 사이의 최대 거리를 나타내고, t는 상기 진동 전극들 사이의 거리를 나타냄을 특징으로 하는 압전 소자.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 압전 재료의 주성분이 CaBi4Ti4O15임을 특징으로 하는 압전 소자.
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