TWI570284B - Piezoelectric oxide single crystal substrate - Google Patents

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Description

壓電性氧化物單結晶基板
本發明是有關於一種用於表面聲波元件等的壓電性氧化物單結晶基板。
近年的手機的通信系統，正在向對多個的通信規格進行支持，各個通信規格由多個的頻率帶構成的方式進展。作為這樣的手機的頻率調整、選擇用的部件，使用了在例如壓電基板上激發表面聲波的梳形電極形成的表面聲波(「SAW」：Surface Acoustic Wave)裝置。
由此，該表面聲波裝置中，由於要求小型且介入損失小，不使不要波通過的性能，所以作為其材料，使用鉭酸鋰：LiTaO3(以下，簡稱為LT)以及鈮酸鋰：LiNbO3(以下，簡稱LN)等的壓電材料。特別是，第四世代的手機的通信規格，發送接收的頻率多為帶間隔窄，或帶寬廣，另一方面，由於溫度會造成的表面聲波裝置用材料的特性變化，頻率選擇區域錯離，過濾以及雙工器功能會出現故障。由此，期望得到對溫度的特性變動小，帶域寬的表面聲波裝置用的材料。
另外，表面聲波裝置的製造過程中，有多個將其材料置 於100~300℃的溫度的工程，所以其表面聲波裝置用材料如有熱電性，該材料產生超過1KV的靜電，就會成為產生放電的情況。該放電使表面聲波裝置的製造產率下降，所以不好。另外，即使是表面聲波裝置用材料的帶電與時間一同衰減的弱熱電性，因為由溫度的變化造成表面聲波裝置的電極上發生雜訊，也不好。
另一方面，在專利文獻1中，記載了使用銅作為電極材料，主要以氣相法得到的化學計量組成LT，在向IDT電極輸入高的電力的瞬間不易發生破壞短路(breakdown mode)，所以優選。專利文獻2中，也詳細記載了用氣相法得到的化學計量組成LT。另外，專利文獻5以及非專利文獻2中，也報告了主旨為，如果將由氣相平衡法得到的，使在厚度方向上LT組成同樣地變質為富含Li的LT用於表面聲波元件，其頻率溫度特性會改善，所以優選。
但是，這些專利文獻記載的方法中，並不一定得到優選結果。特別是，根據專利文獻5記載的方法，為了在氣相處理晶圓，需要1300℃程度的高溫下60小時的長時間，因而製造溫度高，晶圓翹曲大，斷裂的發生率高，生產性不好，有作為表面聲波裝置用材料價格高的問題。而且，Li2O的蒸氣壓低，根據距Li源的距離，被改質樣品的改質度不均，特性的不均也大，為了工業化需要大的改善。
另外，專利文獻5中，記載了板厚0.5mmt，處理溫度1200℃~1350℃的製造條件，但是，其是一種舊的製造方法，沒有變化， 比表面聲波元件要求的基板厚還厚。雖然可以考慮在氣相處理後，將該基板弄薄完成為所希望的厚度，但是會使Li擴散變得扭曲，因而加工中的破裂發生率高，並且加工成本高，在將0.5mmt變為0.25mmt的厚度中，因其一半要被削掉，考慮到材料成本亦明顯的是成本高。
進一步，專利文獻5記載的表面聲波元件用鉭酸鋰單結晶基板中，本發明人在調査的過程中，得知有弱熱電性，為了將該熱電性除去，作為其一例，藉由專利文獻6記載的方法將熱電性除去，但是熱電性不能被完全除去。
接著，專利文獻3中，記載了將LiNbO3或LiTaO3等質子交換，得到LiNbO3或LiTaO3等的表層折射率分佈的製造方法。但是，如進行質子交換，LiNbO3或LiTaO3等的壓電性受損，因而有不能作為表面聲波裝置用材料使用的問題。
另外，非專利文獻1中，雙重坩堝拉上作成的定比組成的38.5°旋轉Y切割(rotary Y-cut)的LiTaO3(以下，簡稱為「化學計量組成LT或SLT」)，與通常的拉上法作成的融液和拉上結晶的組成比一致的溶融組成LiTaO3(以下，簡稱為「共熔組成(congruent composition)LT或CLT」)相比，機電耦合係數高達20%，優選。但是，在使用非專利文獻1記載的LT的場合，其SLT的拉上速度與通常的拉上方法的場合相比，小1位數，成本高，所以原封不動，難以將SLT用於表面聲波裝置的用途。
[先行技術文獻] [非專利文獻]
[非專利文獻1]「支撐IT的OPT媒體結晶的實用開發」科學技術振興與調整非成果報告書，2002年，北村健二
[非專利文獻2]Bartasyte，A.et.al，“Reduction of temperature coefficient of frequency in LiTaO3 single crystals for surface acoustic wave applications” Applications of Ferroelectrics held jointly with 2012 European Conference on the Applications of Polar Dielectrics and 2012 International Symp Piezoresponse Force Microscopy and Nanoscale Phenomena in Polar Materials (ISAF/ECAPD/PFM)，2012 Intl Symp，2012，Page(s)：1-3
[專利文獻]
[專利文獻1]特開2011-135245號
[專利文獻2]美國專利第6652644號(B1)
[專利文獻3]特開2003-207671號
[專利文獻4]特開2013-66032號
[專利文獻5]WO2013/135886(A1)
[專利文獻6]專利第4220997號
由此，本發明，就是鑒於所述的問題而得到的，本發明 的目的為提供一種翹曲小，無破裂以及缺損，溫度特性良好的用於表面聲波元件等的壓電性氧化物單結晶基板。
本發明者等人，為了達成所述目的進行了深入的研究，發現，在大略共熔組成的基板中進行Li擴散的氣相處理，如果進行改質，使在基板的厚度方向上，具有表現出離基板表面越近Li濃度越高，距基板中心部越近Li濃度越減少的濃度分佈的範圍，即使不對到板厚方向的中心部附近同樣Li濃度的結晶構造進行改質，也可以得到作為表面聲波元件用等時，翹曲小，沒有破裂以及缺損，溫度特性良好的壓電性氧化物單結晶基板，從而得到了本發明。
即，本發明，為基板表面和基板內部的Li濃度具有不同的濃度分佈的特徵的壓電性氧化物單結晶基板。該濃度分佈，具有，在基板的厚度方向上，離基板表面越近，Li濃度越高，離基板的厚度方向的中心部越近，Li濃度越減少的濃度分佈，該濃度分佈，優選從所述基板表面至厚度方向70μm的深度之間形成。
另外，本發明的壓電性氧化物單結晶基板，具有從基板表面，Li濃度開始減少為止的範圍或Li濃度結束增大的範圍為偽化學計量(pseudo-stoichiometry)組成，基板的厚度方向的中心部，為大略共熔組成的特徵。並且優選，在Li濃度增大開始的位置或Li濃度結束減少的位置，為比從所述基板表面到厚度方向上5μm的位置還深的位置。
進一步，本發明的壓電性氧化物單結晶基板，具有，基板表面和基板內部的拉曼位移峰的半高寬值的值具有不同的分佈的特徵。該拉曼位移峰的半高寬值的分佈，基板的厚度方向上，具有離基板表面越近拉曼位移峰的半高寬值的值越減少，離基板中心部越近半高寬值的值越增大的分佈，基板表面中的拉曼位移峰的半高寬值的值和基板的厚度方向上的中心部的半高寬值的值的差為1.0cm-1以上。
本發明的壓電性氧化物單結晶基板的材料為鉭酸鋰單結晶的場合，基板表面中的拉曼位移峰的半高寬值600cm-1附近的值，優選6.0cm-1~8.3cm-1，另外，基板的材料為鈮酸鋰單結晶的場合，基板表面中的拉曼位移峰的半高寬值876cm-1附近的拉曼位移峰的半高寬值的值，以17.0cm-1~23.4cm-1優選。
本發明的壓電性氧化物單結晶基板，具有，在基板的厚度方向的中心部附近，具有極化方向不全在同一方向上的多分域構造，在基板表面沒有熱電性的特徵。另外，還具有，對基板的主面或背面，施加厚度方向的垂直振動使其誘發的電壓波形為零，對主面或背面施加剪切方向上的振動使其誘發的電壓波形顯示出壓電性的特徵。
另外，本發明的壓電性氧化物單結晶基板，其結晶方位旋轉36°Y~49°Y切割，其基板的厚度為0.2mm以上0.4mm以下，其基板的翹曲為100μm以下。這樣的本發明的壓電性氧化物單結晶基板，為在進行了單一極化處理的大略共熔組成的氧化物單結 晶基板上，進行了使Li從基板表面向內部擴散的氣相處理而製作的。
根據本發明，可以提供一種翹曲小，無破裂以及缺損，溫度特性良好的可用於表面聲波元件等的壓電性氧化物單結晶基板。
圖1表示在實施例1中得到的鉭酸鋰單結晶基板的拉曼分佈的圖。
圖2表示施加在實施例1中得到的鉭酸鋰單結晶基板上形成的輸入輸出端子的串聯共振SAW共振器的介入損失波形的圖。
圖3表示施加在實施例1中得到的鉭酸鋰單結晶基板形成的輸入輸出的端子的並聯共振SAW共振器的介入損失波形。
圖4表示實施例1中得到的鉭酸鋰單結晶基板上形成的SAW共振器的反共振頻率的溫度依存性。
圖5表示實施例1中得到的鉭酸鋰單結晶基板上形成的SAW共振器的共振頻率的溫度依存性。
圖6表示實施例2中得到的鉭酸鋰單結晶基板的拉曼分佈。
圖7表示施加在實施例2中得到的鉭酸鋰單結晶基板上形成的輸入輸出端子的串聯共振SAW共振器的介入損失波形。
圖8表示施加在實施例2中到的鉭酸鋰單結晶基板上形成的輸入輸出端子的並聯共振SAW共振器的介入損失波形。
圖9表示實施例2中得到的鉭酸鋰單結晶基板上形成的SAW共振器的反共振頻率的溫度依存性。
圖10表示實施例2中得到的鉭酸鋰單結晶基板上形成的SAW共振器的共振頻率的溫度依存性。
以下，對本發明的實施方式進行詳細說明，但是，本發明，並不限於這些實施方式。
作為本發明的壓電性氧化物單結晶基板的材料，可以例舉鉭酸鋰，鈮酸鋰，四硼酸鋰等的鋰化合物。另外，本發明的壓電性氧化物單結晶基板，主要作為表面聲波元件用基板使用，此時，將本發明的壓電性氧化物單結晶基板以單體使用也可，以與其他材料的接合複合基板使用也可。
本發明的壓電性氧化物單結晶基板，具有基板表面和基板內部的Li濃度不同的濃度分佈特徵。從而，具有基板的厚度方向上離基板表面越近Li濃度越高，離基板中心部越近Li濃度越少的濃度分佈的範圍，在製作上容易，所以優選。
在此，「濃度分佈」，指連續的濃度變化。具有這樣的Li的濃度分佈的範圍的基板，可以用公知的方法，使Li從基板表面進行擴散，而容易地製作。Li濃度不連續地變化的基板，雖然可以通過將例如Li濃度的不同的基板接合而製作，然而伴隨有製造步驟複雜化、設備等的成本也會大幅度增大的問題。
另外，本發明的壓電性氧化物單結晶基板，如從基板表 面到Li濃度開始減少的範圍或到Li濃度結束增大的範圍為偽化學計量組成的場合，特別顯示優良的溫度特性，為更優選。此時，從基板表面馬上在基板的厚度方向上，Li濃度減少的場合，所述的「從基板表面到Li濃度開始減少的範圍」，指基板表面。
在此，本發明中的所謂「偽化學計量組成」，根據材料而不同，例如，鉭酸鋰單結晶基板中，Li/(Li+Ta)為0.490~0.510的組成，鈮酸鋰單結晶基板中，Li/(Li+Nb)為0.490~0.510。其他的材料，可根據技術常識對「偽化學計量組成」進行定義。
另外，本發明的壓電性氧化物單結晶基板的厚度方向的中心部，優選大略共熔組成。其原因，如果如下述的實施例那樣，從大略共熔組成的基板表面進行Li擴散處理的場合，以基板的厚度方向的中心部成為大略共熔組成的方式，要比對基板全體改質為偽化學計量組成的場合，處理溫度低，並且處理時間短，其結果，既可以在對基板的翹曲以及破裂，缺損等的發生進行抑制的同時，還可以提高生產性。
在此，所謂「基板的厚度方向的中心部」，是指從Li的濃度分佈的範圍中的Li濃度開始增大位置到基板厚的1/2的位置的範圍。該範圍，在所述Li的濃度分佈範圍相比，Li濃度緩慢增減也可。另外，不必要在該範圍的所有的位置都為大略共熔組成，只要在任意的位置有大略共熔組成即可。
另外，本發明中的「大略共熔組成」，根據材料不同而不同，例如，在鉭酸鋰單結晶基板的共熔組成為Li/(Li+Ta)=0.485 的場合，Li/(Li+Ta)為0.475~0.495的組成，在鈮酸鋰單結晶基板的共熔組成為Li/(Li+Nb)=0.485的場合，Li/(Li+Nb)為0.475~0.495的組成。另外，對於其他的材料，也可以根據技術常識，對「大略共熔組成」進行定義。
在此，在例舉的鉭酸鋰單結晶基板中，Li/(Li+Ta)為0.490~0.495是「偽化學計量組成」與「大略共熔組成」的組成，但在對「從基板表面Li濃度開始減少的範圍」的組成進行評價時，使用「偽化學計量組成」的定義，對「基板的厚度方向的中心部」的組成進行評價時，使用「大略共熔組成」的定義即可。對鈮酸鋰單結晶基板以及他的材料，同樣考慮即可。
另外，本發明的壓電性氧化物單結晶基板中的，呈現Li的濃度分佈的範圍，優選位於從基板表面在厚度方向上到達70μm的深度之間形成。只要到該範圍，能呈現出Li的濃度分佈的範圍，在實用上，就可以表示為充分優良的溫度特性，可以將基板的翹曲以及破裂，缺損等的發生抑制到最小限度。
進一步，呈現Li的濃度分佈的範圍中的Li濃度開始增大的位置或Li濃度減少終了的位置，優選從基板表面在厚度方向上比5μm的位置深的位置優選。Li濃度開始增大的位置為比該優選的位置淺位置的場合，SAW響應特性有變差的可能性。
作為對壓電性氧化物單結晶基板的組成進行評價的方法，雖然可以使用居禮溫度測定等的公知的方法，也可以使用拉曼分光法非破壞地評價局部組成。
對於鉭酸鋰單結晶以及鈮酸鋰單結晶，拉曼位移峰的半高寬值和Li濃度(Li/(Li+Ta)的值)之間，已知可以得到大略線形的關係(2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings，Page(s)：1252-1255，Applied Physics A 56，311-315(1993)參照)。所以，如果用表示這樣的關係的式子，可以對氧化物單結晶基板的任意的位置的組成進行評價。
拉曼位移峰的半高寬值和Li濃度的關係式，可以通過對用組成已知，Li濃度不同的幾個的樣品進行拉曼半高寬值的測定而得到，但是如果拉曼測定的條件一致，也可以使用文獻等中的已經已知關係式。例如，對於鉭酸鋰單結晶，也可使用下述式(1)(2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings，Page(s)：1252-1255參照)，對於鈮酸鋰單結晶，也可以使用下述式(2)或(3)(Applied Physics A 56，311-315(1993)參照)。
Li/(Li+Ta)=(53.15-0.5FWHM1)/100 (1)
Li/(Li+Nb)=(53.03-0.4739FWHM2)/100 (2)
Li/(Li+Nb)=(53.29-0.1837FWHM3)/100 (3)
在此，FWHM1為600cm-1附近的拉曼位移峰的半高寬值，FWHM2為153cm-1附近的拉曼位移峰的半高寬值，FWHM3為876cm-1附近的拉曼位移峰的半高寬值。測定條件的詳細內容，可參照上述各文獻。
本發明的壓電性氧化物單結晶基板，具有基板表面和基 板內部的拉曼位移峰的半高寬值的值具有不同的分佈的特徵。從而，優選基板的厚度方向上，具有離基板表面越近拉曼位移峰的半高寬值的值越減少，離基板中心部越近半高寬值的值越增大的範圍。
另外，優選本發明的壓電性氧化物單結晶基板中的基板表面的拉曼半高寬值的值和基板的厚度方向上的中心部的拉曼半高寬值的值的差，在1.0cm-1以上。其理由為，如果這樣，本發明與，公知例以及下述的比較例那樣，從基板表面到基板的厚度方向的中心部拉曼半高寬值的值為大略一定的場合相比，處理溫度低，並且處理時間短，其結果，在可以抑制基板的翹曲以及破裂，缺損等的發生的同時，提高生產性。
在此，基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值的值不一定的場合，沒有必要使所述範圍所含的所有的值滿足其與基板表面的拉曼半高寬值的值的差為1.0cm-1以上這樣的條件，只要使某個值滿足所述的條件即可。
特別是，本發明的鉭酸鋰單結晶基板，優選基板表面中的600cm-1附近的拉曼位移峰的半高寬值的值為6.0~8.3。拉曼半高寬值如果為6.0~6.6左右的值，由於Li/(Li+Ta)為大略0.500，呈現為特別優良的溫度特性。另外，如果基板表面的拉曼半高寬值的值為6.0~8.3，可以斷定至少基板表面可以改質為偽化學計量組成，與共熔組成的鉭酸鋰單結晶基板相比，具有良好的溫度特性。
另外，本發明的鈮酸鋰單結晶基板中，優選基板表面中的876cm-1附近的拉曼位移峰的半高寬值的值為17.0~23.4。如果拉曼半高寬值為17.0~18.8左右的值，由於Li/(Li+Nb)為大略0.500，所以呈現出特別優良的溫度特性。另外，如基板表面的拉曼半高寬值的值為17.0~23.4，可以斷定至少基板表面可以改質為偽化學計量組成，與共熔組成的鈮酸鋰單結晶基板比較，具有良好的溫度特性。
本發明的壓電性氧化物單結晶基板的翹曲，可以用雷射光干涉方式等的方法進行評價。基板的翹曲，越小越優選，但是如為100μm以下，工業上可以足以使用。
本發明的壓電性氧化物單結晶基板，即使不進行極化處理的場合，也顯示出壓電性，可以作為表面聲波元件用基板使用。此時，本發明的壓電性氧化物單結晶基板，在基板厚度方向上的中心附近，為極化方向不全為同一方向的多分域構造。另外，在進行極化處理的場合，也可以同樣地作為表面聲波元件用基板使用，但是基板的特性會變化。所以，極化處理的有無可以根據所要求的特性，進行任意選擇即可。
本發明的壓電性氧化物單結晶基板，具有在基板表面不顯示熱電性的特徵，但是在基板進行極化處理的場合，有顯示熱電性的場合。但是，不管是否顯示熱電性與否，作為表面聲波元件用基板都可以良好地使用。
另外，本發明的壓電性氧化物單結晶基板，具有，施加 在主面和背面厚度方向上垂直振動使其誘發的電壓波形為零，對主面和背面施加剪切方向上的振動使其誘發的電壓波形顯示出壓電性的特徵。
本發明的壓電性氧化物單結晶基板的結晶方位，可以任意選擇，但是旋轉36°Y~49°Y切割，從特性來看，優選。另外，本發明的基板的厚度也可以根據需要選擇，但是從作為表面聲波元件用基板的用途來考慮，以0.2mm以上0.4mm以下為優選。
本發明的壓電性氧化物單結晶基板，可以在例如進行了單一極化處理的大略共熔組成的氧化物單結晶基板上，進行使Li從基板表面向內部擴散的氣相處理來製作。但是對於大略共熔組成的氧化物單結晶基板，丘克拉斯基法(Czochralski method)等的公知的方法得到單結晶鑄塊，將其進行切割即可，還可以根據需要進行拋光(lap)處理或研磨處理等。
另外，極化處理可以用公知的方法進行，氣相處理可以在實施例中說明的Li3TaO4為主成分的粉體中將基板埋入來進行，但是成分以及物質的狀態並不限於此。對於實施了氣相處理的基板，根據需要還可以進行進一步的加工以及處理。
本發明，用以下的實施例以及比較例進行具體說明。
[實施例] <實施例1>
在實施例1中，首先，將進行了單一極化處理的大略共熔組成的Li：Ta的比為48.5：51.5的4英寸徑鉭酸鋰單結晶鑄塊進行切 片，切出300μm厚的Z切割和38.5°旋轉Y切割的鉭酸鋰基板。其後，根據需要，對各切割晶圓的面粗糙度用拋光步驟調整為算術平均粗糙度Ra值為0.15μm，使完成後厚度為250μm。接著，將一側表面通過平面研磨Ra值為0.01μm的準鏡面最後加工(finishing)的基板，埋入以Li3TaO4為主成分的由Li，Ta，O組成的粉體。在該場合，作為Li3TaO4為主成分的粉體，使用將Li2CO3：Ta2O5粉進行莫耳比為7：3的比例進行混合，在1300℃ 12小時燒成的物。從而，將這樣的以Li3TaO4為主成分的粉體鋪滿在小容器中，在Li3TaO4粉中將多片切割晶圓埋入。
接著，將該小容器裝在電爐上，爐內為N2氛圍，在950℃進行36小時加熱，使Li從切割晶圓的表面向中心部擴散。其後，將進行了該處理的切割基板，在大氣下居禮溫度以上的750℃進行12小時的退火處理。另外，通過噴砂使粗面側的Ra值為約0.15μm進行精加工，且將其大略鏡面側進行3μm研磨加工，得到多片鉭酸鋰單結晶基板。此時，該基板雖然被暴露在居禮點以上的溫度，但是沒有進行該基板的單一極化處理。
將這樣製造的基板1片，用雷射拉曼分光測定裝置(HORIBA Scientific公司制LabRam HR系列，Ar離子雷射，光點尺寸1μm，室溫)，對從該基板的外周側面離開1cm以上的任意的部分，對作為Li擴散量指標的從表面深600cm-1附近的拉曼位移峰的半高寬值進行測定，得到圖1所示的拉曼分佈的結果。
根據圖1的結果，該基板具有，基板表面和基板內部的拉曼半高寬值不同，在基板的深度方向上，約5μm~50μm的位置，離基板表面越近拉曼半高寬值的值越少，離基板中心部越近拉曼半高寬值的值越大的範圍。
另外，基板表面的拉曼半高寬值為6.1cm-1，基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值為8.5cm-1。另外，認為在深度方向上53μm以下的位置Li濃度的開始增，所以在深度方向上53μm的位置作為基板的厚度方向的中心部。所以，基板表面的拉曼半高寬值的值和基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值的值的差為2.4cm-1。
從以上的結果，實施例1中，可以確認，具有這樣的範圍，即顯示為基板表面和基板內部的Li濃度不同，在基板的深度方向上約5μm~約50μm的位置，離基板表面越近Li濃度越高，離基板中心部越近Li濃度也減少的濃度分佈。
進一步，由於從基板表面到深度方向上的5μm的位置的拉曼半高寬值為約6.1cm-1，如用下述式(1)，其範圍的組成為大略Li/(Li+Ta)=0.501，為偽化學計量組成。
Li/(Li+Ta)=(53.15-0.5FWHM1)/100 (1)
另外，在基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值為約8.5cm-1~8.7cm-1，所以同樣，如用式(1)，Li/(Li+Ta)的值為0.488~0.489，為大略共熔組成。
另外，如對實施了Li擴散的4英寸基板的翹曲用雷射干涉方式進行測定，其值為50μm的小的值，沒有觀測到破裂以及裂隙。進一步，對這些鉭酸鋰單結晶基板用熱板加熱，測定其表面電位，電壓為0V，這就說明，實施例1的基板，即使進行加熱處理，其表面沒有熱電性。
接著，對用Z切割以及38.5°Y切割切出的小片，用中國科學院聲樂研究所製壓電(piezo)d33/d15儀表(型式ZJ-3BN)，對各主面和背面給予厚度方向的垂直振動，對誘發的電壓波形進行觀測，其電壓為0V，壓電常數d33也為零。同樣，使用同裝置的d15單元，對各主面和背面施加剪切方向的振動，對誘發的電壓波形進行觀測，得到顯示壓電性的波形。對所述小片用同步檢定器的探針尖端進行敲擊，對壓電響應進行觀測，得到表示壓電響應的波形。
所以，實施例1的基板，具有壓電性，所以可以確定其可以作為表面聲波元件使用。
接著，對於從各小片的一個面的表層用手工拋光(hand lap)除去僅50μm厚的小片，用同步檢定器的探針尖端進行敲擊來進行壓電響應的觀測，觀測到比上述場合小的電壓的壓電響應。對於該各小片的相反的面，也同樣用手工拋光從表層除去僅50μm厚的小片，用同步檢定器的探針尖端敲擊觀測，沒有觀察到壓電響應。
另外，對該小片，用d33/d15儀錶對其各個主面和背面，施加厚度方向的垂直振動，對誘發的電壓波形進行觀測，電壓為0V，壓電常數d33也零。同樣，使用同裝置的d15單元，對主面和背面施加剪切方向的振動，誘發的電壓波形，不顯示壓電性，電壓為0V。
所以，從該結果，實施例1的基板，從其表層部到50μm的深度範圍，改質為偽化學計量組成，會顯示壓電性，比50μm更深的部位，沒有壓電性，所以可以確認，深度方向中心部附近，為極化方向並不全為同一方向的多分域構造。
接著，對在進行了Li的擴散處理和退火處理且完成研磨處理的4英寸的38.5°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板的表面，進行濺射處理，形成0.05μm厚的A1膜。其後，在實施了該處理的基板上，塗布抗蝕劑，用對準器(aligner)，將SAW共振器和梯型濾波器(ladder filter)的圖案曝光、顯影，用RIE實施用於SAW特性評價的圖案。該圖案後的SAW電極的一波長為4.8μm。
從而，在該SAW共振器中，輸入輸出端子形成串聯共振型的共振器和並聯共振型的共振器，RF探測器(prober)對SAW波形特性進行確認，得到圖2以及圖3所示的結果。圖2以及圖3，分別表示了該時的SAW波形特性，為了比較，也同時對沒有實施Li擴散處理的38.5°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板的SAW波形特性。
所以，從該結果，也可以確認實施例1的基板，作為表面聲波元件用的良好的SAW波形特性。
另外，使載置台(stage)的溫度變為約16℃~70℃，對反共振頻率和共振頻率的溫度係數進行確認，得到圖4以及圖5所示的結果。根據該結果，實施例1的反共振頻率的溫度係數，從圖4可以得到為-19ppm/℃，共振頻率的溫度係數，從圖5可以得到為-15ppm/℃，所以平均的頻率溫度係數，為-17ppm/℃。另外，作為比較，沒有實施Li擴散處理的38.5°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板的溫度係數為，反共振頻率的溫度係數為-42ppm/℃，共振頻率的溫度係數為-32ppm/℃的，平均的頻率溫度係數為-37ppm/℃。
所以，實施例1的基板，與沒有實施Li擴散處理的基板相比，其平均的頻率溫度係數小，對溫度的特性變動少，從而可以確認具有良好的溫度特性。
<實施例2>
在實施例2中，與實施例1的場合同樣，將進行了單一極化處理的大略共熔組成的Li：Ta的比為48.5：51.5的比例的4英寸徑鉭酸鋰單結晶鑄塊進行切片，切出300μm厚的Z切割以及42°旋轉Y切割的鉭酸鋰基板。其後，將各晶圓的面粗糙度通過拋光步驟將Ra值調整為0.15μm調整，以與實施例1同樣的條件實施Li擴散處理。
接著，在實施例2中，在與實施例1不同的退火處理條件下，即將切割晶圓在N2氛圍下，居禮溫度以上的1000℃，進行12小時的退火處理。其後，與實施例1和同樣的精加工和研磨加工，得到多片的鉭酸鋰單結晶基板。在該場合，該基板被暴露在 居禮點以上的溫度，但是該基板沒有進行單一極化處理。
將這樣製造的基板的1片，從該基板的表面在深度方向上對作為Li擴散量的指標的600cm-1附近的拉曼位移峰的半高寬值進行測定，得到圖6所示的拉曼分佈的結果。
從圖6的結果，可知該基板的基板表面和基板內部的拉曼半高寬值不同，具有，在基板的深度方向上從基板表面到約50μm的位置，離基板表面越近拉曼半高寬值的值越少，離在基板中心部越近拉曼半高寬值的值也大的範圍。
另外，基板表面的拉曼半高寬值為6.9cm-1，基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值為8.4cm-1。另外，在此，在深度方向上的53μm以下的位置Li的濃度開始增大，在深度方向上53μm的位置作為基板的厚度方向上的中心部。所以，基板表面的拉曼半高寬值的值和基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值的值的差，為1.5cm-1。
從以上的結果，可以確認，實施例2中，基板表面和基板內部的Li濃度不同，在深度方向上從基板的表面到約50μm的位置，具有，顯示出離基板表面越近Li濃度越高，離基板中心部越近Li濃度越少的濃度分佈範圍。
另外，基板表面的拉曼半高寬值為約6.9cm-1，與實施例1同樣用所述式(1)，可知基板表面的組成為大略Li/(Li+Ta)=0.497，為偽化學計量組成。另外，基板的厚度方向的中心部的拉 曼半高寬值為約8.4~8.8cm-1，同樣用所述式(1)，可知Li/(Li+Ta)的值為0.488~0.490，為大略共熔組成。
進一步，對實施了Li擴散的4英寸基板的翹曲用雷射光干涉方式進行測定的話，為50μm的小的值，另外，沒有觀測到破裂以及裂隙。進一步，將這些的鉭酸鋰單結晶基板用熱板加熱，對其表面電位進行測定，電壓為0V，故可以確認到即使進行加熱處理，表面也沒有熱電性。
接著，在實施例2中，從Z切割以及42°Y切割切出小片，與實施例1同樣，對該小片的主面和背面施加厚度方向的垂直振動，對誘發的電壓波形進行觀測，電壓為0V，壓電常數d33也為零。同樣，對主面和背面施加剪切方向的振動，對誘發的電壓波形進行觀測，得到顯示壓電性的波形。另外，對該小片用同步檢定器的探針尖端進行敲擊並觀測，得到表示壓電響應的波形。
所以，從該結果，可以確認，實施例2的基板也，具有壓電性，可以作為表面聲波元件用。
接著，與實施例1同樣，對從一個面的表層用手工拋光去除僅50μm厚的小片用同步檢定器的探針尖端進行敲擊，觀測到壓電響應，得知比上述的場合小的電壓。對相反的面也同樣用手工拋光從表面切除僅50μm厚的小片用同步檢定器的探針尖端敲擊並觀測，沒有觀測到壓電響應。另外，與實施例1同樣，對各主面和背面給予厚度方向上的垂直振動，對誘發的電壓波形進行觀測，電壓為0V，壓電常數d33也為零，對主面和背面施加剪切 方向的振動，誘發的電壓波形，不顯示壓電性，電壓為0V。
從以上的結果，實施例2的基板，同樣從其表層部到50μm的深度，改質為偽化學計量組成，顯示壓電性，比50μm深的部位，不顯示壓電性，從而可以確認深度方向中心部附近，極化方向並不全為同一方向的多分域構造。
接著，實施例2，在對進行Li擴散處理和退火處理而完成研磨處理的4英寸的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板的表面，實施與實施例1同樣的處理，對其SAW特性進行確認，得到圖7以及圖8所示的結果。圖7以及圖8，顯示了該時的SAW波形特性，為了比較，合併圖示了沒有進行Li的擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板的SAW波形特性。
所以，從該結果，可以確認實施例2的基板，也顯示了作為表面聲波元件用的良好的SAW波形特性。
另外，與實施例1同樣，對其反共振頻率和共振頻率的溫度係數進行確認，得到圖9以及圖10所示的結果。從該結果，得知實施例2的反共振頻率的溫度係數，從圖9，為-19ppm/℃，共振頻率的溫度係數，從圖10，為-21ppm/℃(圖10)，平均的溫度係數，為-20ppm/℃。進一步，為了比較，沒有實施Li擴散處理42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板的溫度係數，反共振頻率的溫度係數為-42ppm/℃，共振頻率的溫度係數為-32ppm/℃(圖10)，平均的頻率溫度係數為-37ppm/℃。
所以，實施例2的基板，與沒有進行Li擴散處理的基 板相比，其平均的頻率溫度係數小，對溫度的特性變動也少，確認到溫度特性良好。
<實施例3>
實施例3中，與實施例1同樣，使用Z切割以及38.5°旋轉Y切割的300μm厚的大略共熔組成的鉭酸鋰基板，與實施例1同樣，進行拋光加工以及平面研磨加工同時，進行與實施例1同樣的條件下的Li擴散處理，退火處理以及精研磨加工，得到多片表面聲波元件用鉭酸鋰單結晶基板。
接著，實施例3中，在將基板多片重疊的狀態，進行在實施例1以及實施例2中沒有進行的單一極化處理在居禮點以上的750℃的溫度下，在基板的大略+Z方向上施加電場。從而，對實施了該單一極化處理的4英寸基板的翹曲用雷射干涉方式進行測定，為50μm的小值，沒有觀測到破裂以及裂隙。對該基板用熱板加熱，對表面電位進行觀察，電壓為2kV。
從以上的結果，實施例3的基板，與實施例1的場合同樣，翹曲小，表面沒有破裂以及裂隙，對其進行加熱處理，顯示出強的熱電性。該強熱電性，為進行單一極化處理而產生的，溫度特性比實施例1以及實施例2稍差一點，但是比通常的LT要好。
另外，從Z切割以及38.5°Y切割切出小片，對其壓電波形進行觀測，和實施例1同樣，得到顯示壓電性的結果，確認到可以作為表面聲波元件用。
進一步，實施與實施例1同樣的條件的Li擴散處理和 退火處理且完成研磨處理的4英寸的38.5°Y切割鉭酸鋰單結晶基板的表面，實施與實施例1同樣的處理，對其反共振頻率和共振頻率的溫度係數進行確認，反共振頻率的溫度係數，為-32ppm/℃，共振頻率的溫度係數，為-29ppm/℃，平均的頻率溫度係數，為-31ppm/℃。
所以，實施例3的基板，在圖4以及圖5中為了進行比較用的基板(沒有進行Li擴散處理的)相比，其平均的頻率溫度係數稍小，但是對溫度的特性變動少，確認到溫度特性稍微良好。
<實施例4>
接著，對實施例4進行說明，該實施例4，與實施例1的場合相比，其Li擴散處理是從950℃下36小時的條件，變更為950℃下5小時的條件，其處理時間變更為極短的例。
該實施例4中，與實施例1同樣，首先，進行單一極化處理的大略共熔組成的Li：Ta的比為48.5：51.5的比例的4英寸徑鉭酸鋰單結晶鑄塊切片，切出Z切割以及38.5°旋轉Y切割的300μm厚的鉭酸鋰基板。其後，將實施與實施例1同樣的研磨處理的準鏡面的基板多片埋入裝有以Li3TaO4為主成分的粉體的儀錶小容器中，N2氛圍，950℃下進行5小時的Li擴散處理。
接著，其後，不進行該基板中退火處理，進行與實施例1同樣的精加工和研磨加工，得到多片鉭酸鋰單結晶基板。此時，該基板沒有實施單一極化處理。
對這樣製造的基板的1片，從該基板的表面到Li擴散 量的指標的600cm-1附近的拉曼位移峰的半高寬值進行測定，該基板，具有，基板表面和基板內部的拉曼半高寬值不同，基板表面到基板的深度方向約5μm的位置，離基板表面越近拉曼半高寬值的值越少，離基板中心部越近拉曼半高寬值的值越增大的範圍。
另外，基板表面的拉曼半高寬值為6.5cm-1，基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值為9.0cm-1。另外，在此，在深度方向上，10μm以下的位置，Li濃度開始增大，因此將深度方向上5μm的位置設為基板的厚度方向上的中心部。所以，基板表面的拉曼半高寬值的值和基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值的值的差，為2.5cm-1。
從以上的結果，可以確認到，實施例4中，具有，顯示基板表面和基板內部的Li濃度不同，從基板的表面到深度方向上的約5μm的位置，離基板表面越近Li濃度越高，離基板中心部越近Li濃度越減少的濃度分佈範圍。
另外，可以得知，基板表面的拉曼半高寬值為約6.5cm-1，與實施例1同樣，如用所述式(1)的話，基板表面的組成為大略Li/(Li+Ta)=0.499，為偽化學計量組成。基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值為約9.0~9.3cm-1，同樣如果用所述式(1)的話，Li/(Li+Ta)的值為0.485~0.487，為大略共熔組成。
進一步，對實施了Li擴散的4英寸基板的翹曲用雷射干涉方式進行測定，觀測到為30μm的小值，另外，沒有觀測到破裂以及裂隙。將這些鉭酸鋰單結晶基板用熱板進行加熱，對其表 面電位進行測定，電壓為0V，即使對此進行加熱處理，表面也沒有熱電性。
接着，從所述Z切割以及38.5°Y切割切出的小片，.用中國科學院聲樂研究所製壓電(piezo)d33/d15儀表(型式ZJ-3BN)，對各主面和背面給予厚度方向的垂直振動，對誘發的電壓波形進行觀測，其電壓為0V，壓電常數d33也為零。同樣，使用同裝置的d15單元，對各主面和背面施加剪切方向的振動，對誘發的電壓波形進行觀測，得到顯示壓電性的波形。該小片用同步檢定器的探針尖端進行敲擊，觀察壓電響應，得到顯示弱壓電響應的波形。
所以，從該結果，可以確認實施例4的基板，具有壓電性，可以作為表面聲波元件用。
接著，對於從各小片的一個面的表層用手工拋光除去僅5μm厚的小片，用同步檢定器的探針尖端進行敲擊，對壓電響應進行觀測，觀測到比上述的場合小的電壓的壓電響應。從該各小片的相反的面，同樣用手工拋光從表層除去僅5μm厚的小片，用同步檢定器的探針尖端進行敲擊而觀測，沒有觀測到壓電響應。
另外，對該小片，用d33/d15儀錶對各主面和背面在厚度方向上加以垂直振動，對誘發的電壓波形進行觀測，電壓為0V，壓電常數d33也為零。同樣，使用同裝置的d15單元，對主面和背面施加剪切方向的振動，誘發的電壓波形，沒有顯示出壓電性，電壓0V。
所以，從該結果，可以確認，實施例4的基板，雖然至5μm的深度具有壓電性，比5μm更深的部位，不改質而為多分域化構造，因而沒有顯示出壓電性。
由此，接著，在該表面用濺射處理，而將0.05μm厚的Al膜成膜後，塗布抗蝕劑，用對準器(aligner)，將SAW共振器和梯型濾波器(ladder filter)的圖案曝光、顯影，用RIE實施用於SAW特性評價的圖案。該圖案後的SAW電極的一波長為4.8μm。從而，在該SAW共振器中，形成具有輸入輸出端子的串聯共振型的共振器和並聯共振型的共振器，用RF探測器，對該SAW波形特性進行確認，SAW的響應波形中，有一點崩潰(collapse)。
所以，從該結果，如實施例4那樣，Li擴散處理為5小時的短時間，因Li擴散而引起的改質無法充分的進行，在顯示Li的濃度分佈的範圍內的Li濃度開始增大的位置，為從基板表面厚度方向上比5μm的位置淺的位置，SAW的響應波形開始崩潰。
<實施例5>
在實施例5中，與實施例1的場合同樣，從實施了單一極化處理的大略共熔組成的Li：Ta的比為48.5：51.5的比例的4英寸徑的鉭酸鋰單結晶鑄塊，切片，切出300μm厚的Z切割以及38.5°旋轉Y切割鉭酸鋰基板。其後，對各晶圓的面粗糙度通過拋光步驟，將Ra值調整為0.15μm，在與實施例1不同的N2氛圍下，950℃60小時的條件實施Li擴散處理，使大略共熔組成變為偽化 學計量組成。
接著，該實施例5中，在與實施例1不同的退火處理條件下，即N2氛圍，居禮溫度以上的800℃，對切割晶圓進行10小時退火處理。其後，進行與實施例1同樣的精加工和研磨加工，得到多片鉭酸鋰單結晶基板。在該場合，該基板被暴露在居禮點以上的溫度，但是沒有進行該基板的單一極化處理。
就1片這樣製造的基板，從該基板的表面在深度方向上對作為Li擴散量指標的600cm-1附近的拉曼位移峰的半高寬值進行測定，該基板，具有，在基板表面和基板內部的拉曼半高寬值不同，基板的深度方向上，約20μm~約70μm的位置，離基板表面越近拉曼半高寬值的值越減少，離基板中心部越近拉曼半高寬值的值越增大的範圍。
另外，基板表面的拉曼半高寬值為6.2cm-1，基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值為8.4cm-1。另外，在此，深度方向上75μm以下的位置，Li濃度的開始增大，因此深度方向上75μm的位置被作為基板的厚度方向的中心部。所以，基板表面的拉曼半高寬值的值和基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值的值的差，為2.2cm-1。
從以上的結果可以確認，在實施例5中，具有，顯示出基板表面和基板內部的Li濃度不同，基板的深度方向上約20μm~約70μm的位置，離基板表面越近Li濃度越高，離基板中心部越近Li濃度越減少的濃度分佈的範圍。
另外，因從基板表面到深度方向上20μm的位置的拉曼半高寬值為約6.1~6.3cm-1，如果與實施例1同樣使用所述式(1)的話，可以得知其範圍的組成為Li/(Li+Ta)=0.500~0.501，為偽化學計量組成。基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值為約8.4~8.6cm-1，如果同樣用所述式(1)的話，Li/(Li+Ta)的值為0.489~0.490，為大略共熔組成。
進一步，對進行了Li擴散的4英寸基板的翹曲用雷射干涉方式進行測定，為80μm，與實施例1~4比較，翹曲稍微變大。另外，沒有觀測到破裂以及裂隙。這些鉭酸鋰單結晶基板用熱板加熱，對其表面電位進行測定，電壓0V，即使對其進行加熱處理，表面也沒有熱電性。
接著，在實施例5中，從Z切割以及38.5°Y切割切出小片，與實施例1同樣，對該小片的主面和背面施加在厚度方向的垂直振動，對誘發的電壓波形進行觀測，電壓為0V，壓電常數d33也為零。同樣，在對主面和背面施加剪切方向的振動，對誘發的電壓波形進行觀測，得到表示壓電性的波形。另外，對該小片用同步檢定器的探針尖端進行敲擊觀測，得到表示壓電響應的波形。
所以，從該結果，實施例5的基板，可以確認，具有壓電性，可以用於作為表面聲波元件用。
接著，對從一個面的表層用手工拋光除去僅70μm厚的小片用同步檢定器的探針尖端敲擊觀測，觀察到比所述的場合小 的電壓的壓電響應。對其相反的面也同樣用手工拋光從表層除去僅70μm厚的小片用同步檢定器的探針尖端進行敲擊觀測，沒有壓電響應被觀測到。
另外，對各自的主面和背面施加，厚度方向的垂直振動，對誘發的電壓波形進行觀測，電壓為0V，壓電常數d33也為零，對主面和背面施加剪切方向的振動，誘發的電壓波形，不顯示壓電性，電壓為0V。
從以上的結果，可以確認，實施例5的基板，從其表層部到70μm深度的範圍內，被改質為偽化學計量組成，顯示為壓電性，但是，比70μm深的部位，沒有顯示壓電性，所以，深度方向中心部附近，極化方向並不全為同一方向的多分域構造。
接著，在實施例5中，在進行了Li擴散處理和退火處理且完成研磨處理的4英寸的38.5°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板的表面，進行與實施例1同樣的處理，對其SAW特性進行確認，得知實施例5的基板，也顯示出作為表面聲波元件用的良好的SAW波形特性。
另外，與實施例1同樣，對其反共振頻率和共振頻率的溫度係數進行確認，得知實施例5的反共振頻率的溫度係數為-18ppm/℃，共振頻率的溫度係數為，-15ppm/℃，平均溫度係數為，-17ppm/℃。
所以，可以確認，實施例5的基板，與沒有進行Li擴散處理的基板相比，其平均的頻率溫度係數小，對溫度特性變動 少，溫度特性良好。
進一步，實施例5和實施例1的結果進行比較的話，得知，頻率溫度係數同等大小，但是，實施例5的基板的翹曲大。這是，由於與實施例1，進行了更高溫，更長時間的Li擴散處理和退火處理的緣故。所以，顯示Li的濃度分佈的範圍，只要在從基板表面到在厚度方向70μm的深度之間形成，實用上，就可以顯示出充分良好的溫度特性，基板的翹曲以及破裂，缺損等的發生可以抑制到最小限度。
<實施例6>
實施例6中，首先，將進行了單一極化處理的大略共熔組成的Li：Nb的比為48.5：51.5的比例的4英寸徑鈮酸鋰單結晶鑄切片，切出300μm厚的Z切割以及41°旋轉Y切割的鈮酸鋰基板。其後，根據需要，將各晶圓的面粗糙度通過拋光步驟調整為Ra值為0.15μm，完成後厚度為250μm。
接著，將一側表面通過平面研磨使Ra值為0.01μm的準鏡面最後加工(finishing)的基板，埋入Li3NbO4為主成分的Li，Nb，O組成的粉體中。該場合，作為以Li3NbO4為主成分的粉體，使用Li2CO3：Nb2O5的粉以莫耳比7：3的比例進行混合，並且在1000℃下12小時燒成的物。然後，將這樣的以Li3NbO4為主成分的粉體鋪滿小容器，在Li3NbO4粉中將多片切割晶圓埋入。
其後，將該小容器安裝在電爐上，其爐內為N2氛圍，在900℃下，36小時加熱，使Li從切割晶圓的表面向中心部擴散， 使大略共熔組成變為偽化學計量組成。另外，將進行了該處理的切割基板，在N2下，居禮溫度以上的750℃，進行12小時退火處理。
進一步，將其粗面側用噴砂處理，進行精加工，使Ra值為約0.15μm，同時，將其大略鏡面側研磨加工為3μm，得到多片鈮酸鋰單結晶基板。此時，該基板被暴露於居禮點以上的溫度，但是，該基板沒有進行單一極化處理。
對1片這樣製造的基板，進行從該基板的表面到深度方向的範圍的Li擴散量的指標的876cm-1附近的拉曼位移峰的半高寬值的測定，該基板，具有，基板表面和基板內部的拉曼半高寬值不同，基板的深度方向上約5μm~約60μm的位置，離基板表面越近拉曼半高寬值的值越減少，離基板中心部越近拉曼半高寬值的值越增範圍。
另外，基板表面的拉曼半高寬值為17.8cm-1，基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值為23.0cm-1。另外，這裡，深度方向上62μm以下的位置，Li濃度的開始增大，因此深度方向上62μm的位置被作為基板的厚度方向的中心部。所以，基板表面的拉曼半高寬值的值和基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值的值的差為，5.2cm-1。
從以上的結果，可以確認，實施例6中，基板表面和基板內部的Li濃度不同，具有，顯示出基板的深度方向上約5μm~約60μm的位置，離基板表面越近Li濃度越高，離基板中心部越 近Li濃度越減少的濃度分佈的範圍。
另外，從基板表面到深度方向5μm的位置的拉曼半高寬值為約17.8cm-1，如用下述式(3)可以，可以得知，其範圍的組成為大略Li/(Li+Nb)=0.500的偽化學計量組成。
Li/(Li+Nb)=(53.29-0.1837FWHM3)/100 (3)
進一步，得知，基板的厚度方向的中心部的拉曼半高寬值為約23.0~23.8cm-1，因此同樣用所述式(3)，Li/(Li+Ta)的值為0.489~0.491，為大略共熔組成。
接著，對實施了Li擴散的4英寸基板的翹曲用雷射干涉方式進行測定，其值為50μm的小值，沒有觀察到破裂以及裂隙。另外，將這些鉭酸鋰單結晶基板用熱板加熱，對其表面電位進行測定，電壓為0V，所以實施例6的基板，即使對其進行加熱處理，表面也沒有熱電性。
另外，對用Z切割以及41°Y切割切出的小片，用中國科學院聲樂研究所製壓電(piezo)d33/d15儀表(型式ZJ-3BN)，對各主面和背面給予厚度方向的垂直振動，對誘發的電壓波形進行觀測，其電壓為0V，壓電常數d33也為零。同樣，使用同裝置的d15單元，對各主面和背面施加剪切方向的振動，對誘發的電壓波形進行觀測，得到顯示壓電性的波形。對該小片用同步檢定器的探針尖端敲擊，對壓電響應進行觀測，得到表示壓電響應的波形。
所以，實施例6的基板，具有壓電性，可以作為表面聲波元件使用。
接著，對各小片的一個面的表層用手工拋光除去僅60μm厚的小片，用同步檢定器的探針尖端進行敲擊，對壓電響應進行觀測，測得比上述場合小的電壓的壓電響應。對各小片的相反的面，也同樣用手工拋光從表層除去僅60μm的小片，用同步檢定器的探針尖端進行敲擊觀測，沒有觀測到壓電響應。
另外，對該小片，用d33/d15儀錶對各主面和背面施加厚度方向的垂直振動，對誘發的電壓波形進行觀測，電壓為0V，壓電常數d33也為零。同樣，使用該裝置的d15單元，對主面和背面施加剪切斷方向的振動，誘發的電壓波形，沒有顯示出壓電性，電壓為0V。
所以，從該結果，實施例6的基板，從其表層部到60μm的深度的範圍內，改質為偽化學計量組成，顯示出壓電性，在比60μm深的部位，沒有顯示出壓電性，因此深度方向的中心部附近，為極化方向並不全為同一方向的多分域構造。
接著，對實施了Li的擴散處理和退火處理且完成研磨處理的4英寸的41°Y切割的鈮酸鋰單結晶基板的表面上，進行濺射處理，得到0.05μm厚的Al膜。其後，在實施了該處理的基板上塗布抗蝕劑，用對準器(aligner)，將SAW共振器和梯型濾波器(ladder filter)的圖案曝光、顯影，用RIE實施用於SAW特性評價的圖案。該圖案後的SAW電極的一波長為4.8μm。
從而，該SAW共振器中，形成具有輸入輸出端子的串聯共振型的共振器和並聯共振型的共振器，用RF探測器，對其SAW波形特性進行確認，得知實施例6的基板，作為表面聲波元件用，顯示為良好的SAW波形特性。
另外，將載置台(stage)的溫度變為約16℃~70℃，對反共振頻率和共振頻率的溫度係數進行確認，實施例6的反共振頻率的溫度係數為，-34ppm/℃，共振頻率的溫度係數，-50ppm/℃，平均的頻率溫度係數為，-42ppm/℃。進一步，為了比較，沒有進行Li擴散處理41°Y切割的鈮酸鋰單結晶基板的溫度係數，反共振頻率的溫度係數為-56ppm/℃，共振頻率的溫度係數為-72ppm/℃，平均的頻率溫度係數為-64ppm/℃。
所以，實施例6的基板，與沒有進行Li擴散處理的基板相比，其平均的頻率溫度係數小，對溫度，特性變動少，溫度特性良好。
[比較例]
接著，對比較例1進行說明，該比較例1，專利文獻5記載的1250℃的高溫，60小時氣相處理，完成後厚度550μm的基板的例子，以下，具體說明。
<比較例1>
比較例1中，與實施例1同樣從Z切割以及38.5°旋轉Y切割的單結晶鑄塊，切出比實施例1更厚的600μm的大略共熔組成的鉭酸鋰基板，對此與實施例1同樣，面粗糙度用拋光步驟調整為 Ra值0.15μm，完成後厚度為550μm。另外，將一側表面，用平面研磨使Ra值為0.01μm的準鏡面。
接著，在爐內氛圍為大氣氛圍的狀態下，以比實施例1更高溫，長時間的1250℃，60小時進行Li擴散的氣相處理，使Li從基板表面向中心部擴散，使大略共熔組成變為偽化學計量組成。從而，其後，在該Li擴散處理基板上，進行與實施例1同樣的退火處理和.精研磨加工，得到多片表面聲波元件用鉭酸鋰單結晶基板。此時，該基板，被暴露在居禮點以上的溫度，但是沒有進行該基板的單一極化處理。
對一片這樣製造的基板，對從表面的深度方向的Li濃度分佈進行測定，顯示Li濃度的拉曼半高寬值為6.0cm-1，該值，從表層到內部，為顯示出一樣的Li濃度的分佈的結晶構造。
另外，該4英寸基板，其翹曲大，用翹曲測定的雷射干涉方式對其翹曲，缺損，用雷射變位傳感器進一步對其翹曲量進行測定，為1500μm的大的翹曲，基板具有條狀缺損。進一步，對該基板用熱板進行加熱，對表面電位進行觀察，其電壓為1kV。
接著，從Z切割以及38.5°Y切割切出小片，與實施例1同樣，對主面和背面施加厚度方向的垂直振動，對誘發的電壓波形進行觀測，其電壓波形，為顯示出壓電性的波形，對主面和背面施加剪切方向的振動，誘發的電壓波形也為顯示壓電性的波形。另外，對該Z切割以及38.5°Y切割的小片用同步檢定器的探針尖端敲擊，得到壓電響應的波形。
另外，對從一個面的表層用手工拋光除去僅50μm厚而得到的小片用同步檢定器的探針尖端進行敲擊，可以得到同樣的壓電響應的波形。對該小片的相反的面也進行同樣的用手工拋光從表層的除去僅50μm厚，而得到的小片，用同步檢定器的探針尖端進行敲擊，得到同樣的壓電響應的波形。
從以上的結果，比較例1的方法，與實施例1相比，由於實施了更高溫，長時間的Li擴散處理，所以，從表層到比50μm更深的中心部，進行Li離子的擴散，直至基板的厚度方向中心部的範圍內，顯示出一樣的Li濃度的分佈的偽化學計量組成的結晶構造。
接著，實施Li擴散處理和退火處理且完成研磨處理的4英寸的38.5°Y切割和鉭酸鋰單結晶基板的表面，實施和實施例1同樣的處理，對SAW波形特性進行確認，該基板的翹曲大，沒有形成圖案。
所以，從該結果，如比較例1那樣，在1250℃的高溫，60小時的長時間，進行擴散處理，可以得到從其表層到內部為一樣的Li濃度的分佈的偽化學計量組成的改質的結晶構造，但是，另一方面，由於製造條件高溫且長時間，翹曲大，基板表面發生了條狀缺損。

Claims (13)

  1. 一種壓電性氧化物單結晶基板，其特徵在於，在基板表面和基板內部，具有不同的Li濃度分佈，所述基板表面上的拉曼位移峰的半高寬值的值和所述基板的厚度方向上的中心部的半高寬值的值的差為1.0cm-1以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的壓電性氧化物單結晶基板，其中，所述濃度分佈，在基板的厚度方向上，為離所述基板表面越近Li濃度越高，離基板的厚度方向上的中心部越近Li濃度越減少的分佈。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的壓電性氧化物單結晶基板，其中，所述濃度分佈為從所述基板表面到在厚度方向上70μm的深度之間形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的壓電性氧化物單結晶基板，其中，從所述基板表面到Li濃度開始減少的範圍或到Li濃度結束增大的範圍為偽化學計量組成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的壓電性氧化物單結晶基板，其中，所述基板的厚度方向上的中心部，為大略共熔組成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的壓電性氧化物單結晶基板，其中，Li濃度開始增大的位置或Li濃度減少結束的位置，在比從所述基板表面至厚度方向上5μm的位置還深的位置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的壓電性氧化物單結晶基板，其中，所述基板表面和所述基板內部的拉曼位移峰的半高寬 值的值具有不同的分佈。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的壓電性氧化物單結晶基板，其中，所述拉曼位移峰的半高寬值的分佈，在基板的厚度方向上，離所述基板表面越近拉曼位移峰的半高寬值的值越減少，離基板中心部越近半高寬值的值越增大。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的壓電性氧化物單結晶基板，其中，所述基板的材料為鉭酸鋰單結晶，所述基板表面上的拉曼位移峰的半高寬值的600cm-1附近的值為6.0cm-1~8.3cm-1。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的壓電性氧化物單結晶基板，其中，所述基板的材料為鈮酸鋰單結晶，所述基板表面上的拉曼位移峰的半高寬值的876cm-1附近的值，為17.0cm-1~23.4cm-1。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的壓電性氧化物單結晶基板，其中，具有所述基板的厚度方向上的中心附近，極化方向並不全為同一方向的多分域構造。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的壓電性氧化物單結晶基板，其中，在所述基板表面不顯示熱電性。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的壓電性氧化物單結晶基板，其中，對所述基板的主面或背面施加厚度方向的垂直振動，誘發的電壓波形為零；對主面或背面施加剪切方向的振動誘發的電壓波形顯示壓電性。
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