JP2000286668A - 圧電共振子 - Google Patents
圧電共振子Info
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- JP2000286668A JP2000286668A JP11091777A JP9177799A JP2000286668A JP 2000286668 A JP2000286668 A JP 2000286668A JP 11091777 A JP11091777 A JP 11091777A JP 9177799 A JP9177799 A JP 9177799A JP 2000286668 A JP2000286668 A JP 2000286668A
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- film
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Abstract
(57)【要約】
【課題】温度依存性が小さく、かつアモルファスＳｉＯ
２支持膜では実現されない１ＧＨｚを越える高い周波数
で高いＱを示す圧電共振子を提供する。 【解決手段】水晶からなる基体１に凹部２を設け、該凹
部底面に基体薄層部３を形成するとともに、該基体薄層
部３の凹部２と反対側の面に、圧電体薄膜４の両面に電
極５、６を形成した振動体７を設けてなるもので、圧電
体薄膜４が鉛を含有するペロブスカイト型強誘電体であ
ることが望ましい。
２支持膜では実現されない１ＧＨｚを越える高い周波数
で高いＱを示す圧電共振子を提供する。 【解決手段】水晶からなる基体１に凹部２を設け、該凹
部底面に基体薄層部３を形成するとともに、該基体薄層
部３の凹部２と反対側の面に、圧電体薄膜４の両面に電
極５、６を形成した振動体７を設けてなるもので、圧電
体薄膜４が鉛を含有するペロブスカイト型強誘電体であ
ることが望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電共振子に関し、
圧電体薄膜の厚み縦振動の共振を利用した圧電共振子に
関するものである。
圧電体薄膜の厚み縦振動の共振を利用した圧電共振子に
関するものである。
【０００２】
【従来技術】無線通信や電気回路に用いられる周波数の
高周波数化に伴い、これらの電気信号に対して用いられ
るフィルターも高周波数に対応したものが開発されてい
る。
高周波数化に伴い、これらの電気信号に対して用いられ
るフィルターも高周波数に対応したものが開発されてい
る。
【０００３】特に、最近注目されているのは、固体の表
面を伝わる音響波である表面弾性波の共振を用いる、Ｓ
ＡＷレゾネーターを用いたフィルターである。このフィ
ルターは、固体表面上に形成した櫛形の電極間に印加さ
れる高周波電界と表面弾性波の共振を用いており、１Ｇ
Ｈｚ程度までの共振周波数を持つフィルターが作製され
ている。
面を伝わる音響波である表面弾性波の共振を用いる、Ｓ
ＡＷレゾネーターを用いたフィルターである。このフィ
ルターは、固体表面上に形成した櫛形の電極間に印加さ
れる高周波電界と表面弾性波の共振を用いており、１Ｇ
Ｈｚ程度までの共振周波数を持つフィルターが作製され
ている。
【０００４】しかしながら、ＳＡＷフィルターは、その
櫛形電極間距離が共振周波数に反比例するという関係に
あるため、１ＧＨｚを越える周波数領域では櫛形電極間
距離がサブミクロンオーダーとなり、電極作製が非常に
困難であった。
櫛形電極間距離が共振周波数に反比例するという関係に
あるため、１ＧＨｚを越える周波数領域では櫛形電極間
距離がサブミクロンオーダーとなり、電極作製が非常に
困難であった。
【０００５】今後、無線通信に用いられる電磁波の周波
数は、ますます高くなるものと予想され、既に、数ＧＨ
ｚ以上の規格策定の動きもあることから、それらの周波
数に対応した、安価で高性能なフィルターが求められて
いる。
数は、ますます高くなるものと予想され、既に、数ＧＨ
ｚ以上の規格策定の動きもあることから、それらの周波
数に対応した、安価で高性能なフィルターが求められて
いる。
【０００６】こうした要求に対して、新たに、圧電性を
示す薄膜の共振を利用した共振子が提案されている。こ
れは、入力される高周波電気信号に対して、圧電体薄膜
が振動を起こし、その振動が、圧電体薄膜の厚さ方向に
おいて共振を起こすことを用いた共振子である。
示す薄膜の共振を利用した共振子が提案されている。こ
れは、入力される高周波電気信号に対して、圧電体薄膜
が振動を起こし、その振動が、圧電体薄膜の厚さ方向に
おいて共振を起こすことを用いた共振子である。
【０００７】この共振子は、表面弾性波ではなく固体中
を伝播する弾性波を用いることから、バルク・ アコース
ティック・ ウェーブ・ レゾネーター（以下、ＢＡＷＲと
いう）と呼ばれている。このＢＡＷＲを構成する圧電体
薄膜の膜厚の制御は、サブミクロン以下の精度で可能で
あるため、ＳＡＷフィルターに比べて、より高い周波数
の共振周波数を持つレゾネーターの作製が可能となると
期待され、開発が進められてきた。
を伝播する弾性波を用いることから、バルク・ アコース
ティック・ ウェーブ・ レゾネーター（以下、ＢＡＷＲと
いう）と呼ばれている。このＢＡＷＲを構成する圧電体
薄膜の膜厚の制御は、サブミクロン以下の精度で可能で
あるため、ＳＡＷフィルターに比べて、より高い周波数
の共振周波数を持つレゾネーターの作製が可能となると
期待され、開発が進められてきた。
【０００８】従来のＢＡＷＲとしては、図２に示すよう
に、基体１１と、該基体１１表面に形成された支持膜１
３と、該支持膜１３上に形成されたバッファー層１５
と、該バッファー層１５上に形成された下側電極１６
と、該下側電極１６上に形成された圧電体薄膜１７と、
該圧電体薄膜１７上に形成された一対の上側電極１８と
からなるものである（ＵＳＰ４，３２０，３６５参
照）。支持膜１３は、振動空間Ａを被覆するように基体
１１上面に形成されている。
に、基体１１と、該基体１１表面に形成された支持膜１
３と、該支持膜１３上に形成されたバッファー層１５
と、該バッファー層１５上に形成された下側電極１６
と、該下側電極１６上に形成された圧電体薄膜１７と、
該圧電体薄膜１７上に形成された一対の上側電極１８と
からなるものである（ＵＳＰ４，３２０，３６５参
照）。支持膜１３は、振動空間Ａを被覆するように基体
１１上面に形成されている。
【０００９】従来のＢＡＷＲでは、圧電体薄膜材料とし
てＺｎＯ、ＡｌＮ、ＣｄＳ等が用いられ、基体材料とし
て主にＳｉが用いられ、電極材料としてＡｌ、Ａｕが用
いられており、圧電体薄膜を支える支持膜としてはアモ
ルファスＳｉＯ2 が用いられてきた。
てＺｎＯ、ＡｌＮ、ＣｄＳ等が用いられ、基体材料とし
て主にＳｉが用いられ、電極材料としてＡｌ、Ａｕが用
いられており、圧電体薄膜を支える支持膜としてはアモ
ルファスＳｉＯ2 が用いられてきた。
【００１０】例えば、特開昭６０−６８７１０号公報に
は、圧電体薄膜材料としてＺｎＯ、ＡｌＮ、ＣｄＳ、基
体材料としてＳｉ、電極材料としてＡｌ、Ａｕ、支持膜
材料としてアモルファスＳｉＯ2 が用いられている。
は、圧電体薄膜材料としてＺｎＯ、ＡｌＮ、ＣｄＳ、基
体材料としてＳｉ、電極材料としてＡｌ、Ａｕ、支持膜
材料としてアモルファスＳｉＯ2 が用いられている。
【００１１】支持膜としてアモルファスＳｉＯ2 が用い
られているが、これはアモルファスＳｉＯ2 がＳｉ基板
上に容易に作製できることと、文献（Electronics Lett
ersvol.17, No.14, pp507-509(1981)）に報告されてい
るように、アモルファスＳｉＯ2 が圧電体薄膜の弾性的
温度係数と逆符号の温度係数を持つため、共振子の共振
周波数の変化を補償できるためである。
られているが、これはアモルファスＳｉＯ2 がＳｉ基板
上に容易に作製できることと、文献（Electronics Lett
ersvol.17, No.14, pp507-509(1981)）に報告されてい
るように、アモルファスＳｉＯ2 が圧電体薄膜の弾性的
温度係数と逆符号の温度係数を持つため、共振子の共振
周波数の変化を補償できるためである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＢ
ＡＷＲは、振動の伝播によって共振を得ているため、圧
電体薄膜の振動特性はもとより、この圧電体薄膜を支え
る支持膜の振動特性がレゾネーターの特性に大きく影響
する。
ＡＷＲは、振動の伝播によって共振を得ているため、圧
電体薄膜の振動特性はもとより、この圧電体薄膜を支え
る支持膜の振動特性がレゾネーターの特性に大きく影響
する。
【００１３】現在主流になりつつある２ＧＨｚの周波数
で動作させるためには、共振周波数で規制される圧電体
薄膜の膜厚は１μｍ程度となり、この圧電体薄膜と支持
膜で構成される振動部に最も強く励振される２次の定在
波を発生させ、大きな電気機械結合係数を得るために
は、支持膜としてのアモルファスＳｉＯ2 も同様に１μ
ｍ程度の膜厚が要求されるが、非晶質であるＳｉＯ2 は
強度が低いため、１μｍ以下で安定に形成するのは困難
であり、共振子構造の形成が困難であった。
で動作させるためには、共振周波数で規制される圧電体
薄膜の膜厚は１μｍ程度となり、この圧電体薄膜と支持
膜で構成される振動部に最も強く励振される２次の定在
波を発生させ、大きな電気機械結合係数を得るために
は、支持膜としてのアモルファスＳｉＯ2 も同様に１μ
ｍ程度の膜厚が要求されるが、非晶質であるＳｉＯ2 は
強度が低いため、１μｍ以下で安定に形成するのは困難
であり、共振子構造の形成が困難であった。
【００１４】また、支持膜として強度を得るために、Ｓ
ｉＯ2 の膜厚を大きくして複合共振子として高次の共振
を用いる場合、例えば、３次の共振を用いる場合、Ｓｉ
Ｏ2の膜厚は２μｍ程度となるが、共振子のＱ値が大き
く減少するという問題があった。これは、アモルファス
ＳｉＯ2 の超音波吸収の大きさが根本的に大きいこと
と、超音波吸収の大きさが周波数の２乗に比例して大き
くなる為、２ＧＨｚのような高周波ではＳｉＯ2 の大き
な超音波吸収能が共振のＱ値を大きく低下させるためで
ある。
ｉＯ2 の膜厚を大きくして複合共振子として高次の共振
を用いる場合、例えば、３次の共振を用いる場合、Ｓｉ
Ｏ2の膜厚は２μｍ程度となるが、共振子のＱ値が大き
く減少するという問題があった。これは、アモルファス
ＳｉＯ2 の超音波吸収の大きさが根本的に大きいこと
と、超音波吸収の大きさが周波数の２乗に比例して大き
くなる為、２ＧＨｚのような高周波ではＳｉＯ2 の大き
な超音波吸収能が共振のＱ値を大きく低下させるためで
ある。
【００１５】例えば、超音波吸収の大きさを表す減衰定
数αで比較してみると、溶融石英の減衰定数αは水晶の
減衰定数αに比べ周波数に依らず２桁大きい。アモルフ
ァスのＳｉＯ2 膜は溶融石英に比べさらに減衰定数が大
きいためＱ値の低下は必須である。
数αで比較してみると、溶融石英の減衰定数αは水晶の
減衰定数αに比べ周波数に依らず２桁大きい。アモルフ
ァスのＳｉＯ2 膜は溶融石英に比べさらに減衰定数が大
きいためＱ値の低下は必須である。
【００１６】また減衰定数は周波数の２乗に比例するた
め１００ＭＨｚでの値に比べ２ＧＨｚでは２桁以上増大
する。このように膜厚が１μｍ程度の圧電体薄膜に対
し、圧電体薄膜の２倍以上の膜厚を有するアモルファス
ＳｉＯ2 膜は、２ＧＨｚのような高周波では超音波の吸
収が大きく、共振子のＱ値を大きく低下させるという問
題があった。
め１００ＭＨｚでの値に比べ２ＧＨｚでは２桁以上増大
する。このように膜厚が１μｍ程度の圧電体薄膜に対
し、圧電体薄膜の２倍以上の膜厚を有するアモルファス
ＳｉＯ2 膜は、２ＧＨｚのような高周波では超音波の吸
収が大きく、共振子のＱ値を大きく低下させるという問
題があった。
【００１７】尚、従来、Ｓｉからなる基体にアモルファ
スＳｉＯ2 からなる支持膜を形成し、基体を、支持膜を
補強しうる厚みだけ残してエッチングした圧電共振子が
知られているが、この場合には、振動部が圧電体薄膜、
支持膜およびＳｉ膜により構成され、支持膜、Ｓｉ膜に
より強度は向上するものの、Ｓｉ膜自体の強度が小さい
ために十分な機械的強度を得るためには、Ｓｉは１０μ
ｍ程度必要であり、非圧電体であるＳｉの厚さが大きく
なるため圧電振動を減衰させ、共振子のＱ値が低くなる
という問題があった。
スＳｉＯ2 からなる支持膜を形成し、基体を、支持膜を
補強しうる厚みだけ残してエッチングした圧電共振子が
知られているが、この場合には、振動部が圧電体薄膜、
支持膜およびＳｉ膜により構成され、支持膜、Ｓｉ膜に
より強度は向上するものの、Ｓｉ膜自体の強度が小さい
ために十分な機械的強度を得るためには、Ｓｉは１０μ
ｍ程度必要であり、非圧電体であるＳｉの厚さが大きく
なるため圧電振動を減衰させ、共振子のＱ値が低くなる
という問題があった。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題に
ついて鋭意検討した結果、振動体が形成される基体薄層
部として、機械的強度がアモルファスＳｉＯ2 より大き
く、共振周波数の温度係数が極めて小さく、超音波吸収
が小さい水晶を用いることにより、製造が容易で高いＱ
値を示す圧電共振子を作製できることを見出し、本発明
に至った。
ついて鋭意検討した結果、振動体が形成される基体薄層
部として、機械的強度がアモルファスＳｉＯ2 より大き
く、共振周波数の温度係数が極めて小さく、超音波吸収
が小さい水晶を用いることにより、製造が容易で高いＱ
値を示す圧電共振子を作製できることを見出し、本発明
に至った。
【００１９】また、圧電体薄膜として、共振周波数の温
度係数を零にすることが可能で、かつ電気機械結合係数
が大きいため、広帯域化が可能なＰｂ含有ペロブスカイ
ト酸化物強誘電体を用いることにより、共振子全体の共
振周波数の温度係数を小さく保ったまま高いＱ値を示す
圧電共振子を作製できることを見出し、本発明に至っ
た。
度係数を零にすることが可能で、かつ電気機械結合係数
が大きいため、広帯域化が可能なＰｂ含有ペロブスカイ
ト酸化物強誘電体を用いることにより、共振子全体の共
振周波数の温度係数を小さく保ったまま高いＱ値を示す
圧電共振子を作製できることを見出し、本発明に至っ
た。
【００２０】即ち、本発明の圧電共振子は、水晶からな
る基体に凹部を設け、該凹部底面に基体薄層部を形成
し、該基体薄層部の前記凹部と反対側の面に、圧電体薄
膜の両面に電極を形成した振動体を設けてなるものであ
る。ここで、圧電体薄膜は鉛を含有するペロブスカイト
型強誘電体であることが望ましい。
る基体に凹部を設け、該凹部底面に基体薄層部を形成
し、該基体薄層部の前記凹部と反対側の面に、圧電体薄
膜の両面に電極を形成した振動体を設けてなるものであ
る。ここで、圧電体薄膜は鉛を含有するペロブスカイト
型強誘電体であることが望ましい。
【００２１】
【作用】本発明の圧電共振子では、一対の電極と圧電体
薄膜からなる振動体を支持する基体薄層部として、結晶
質のＳｉＯ2 である水晶を用いることにより、共振周波
数の温度特性を劣化させることなく、基体薄層部として
十分な強度を実現し、かつアモルファスＳｉＯ2 膜に比
べ、１ＧＨｚを越える高周波で大きなＱ値を実現でき
る。
薄膜からなる振動体を支持する基体薄層部として、結晶
質のＳｉＯ2 である水晶を用いることにより、共振周波
数の温度特性を劣化させることなく、基体薄層部として
十分な強度を実現し、かつアモルファスＳｉＯ2 膜に比
べ、１ＧＨｚを越える高周波で大きなＱ値を実現でき
る。
【００２２】即ち、基体薄層部を結晶質のＳｉＯ2 であ
る水晶から構成したので、強度が大きく、２μｍ程度の
薄層部を形成できる。また、音速が圧電体薄膜の２〜３
倍であるため、２ＧＨｚの高周波用として用いる場合、
共振周波数から規定される圧電体薄膜の厚み０．７〜１
μｍの２〜３倍の厚みとすることができ、基体薄層部と
圧電体薄膜により構成される振動部に最も強く励振され
る２次波を発生させることができる。また、水晶は超音
波の減衰が小さいため、電気機械結合係数を殆ど減少さ
せることがなく、従来のアモルファスＳｉＯ2 膜に比
べ、１ＧＨｚを越える高周波で大きなＱ値を実現でき
る。
る水晶から構成したので、強度が大きく、２μｍ程度の
薄層部を形成できる。また、音速が圧電体薄膜の２〜３
倍であるため、２ＧＨｚの高周波用として用いる場合、
共振周波数から規定される圧電体薄膜の厚み０．７〜１
μｍの２〜３倍の厚みとすることができ、基体薄層部と
圧電体薄膜により構成される振動部に最も強く励振され
る２次波を発生させることができる。また、水晶は超音
波の減衰が小さいため、電気機械結合係数を殆ど減少さ
せることがなく、従来のアモルファスＳｉＯ2 膜に比
べ、１ＧＨｚを越える高周波で大きなＱ値を実現でき
る。
【００２３】また、従来では、基体に支持膜を形成し、
支持膜が形成されていない側から基体をエッチングして
薄膜圧電共振子を構成していたが、本発明では、基体を
水晶から構成し、基体薄層部を残すように基体をエッチ
ングして凹部を形成したため、基体と支持膜（基体薄層
部）が一体となっており、製造工程が簡略化される。
支持膜が形成されていない側から基体をエッチングして
薄膜圧電共振子を構成していたが、本発明では、基体を
水晶から構成し、基体薄層部を残すように基体をエッチ
ングして凹部を形成したため、基体と支持膜（基体薄層
部）が一体となっており、製造工程が簡略化される。
【００２４】また水晶を基体表面に形成することが困難
であるため、本発明では基体と基体薄層部が一体となっ
た構造とした。これにより圧電共振子を容易に作製でき
る。
であるため、本発明では基体と基体薄層部が一体となっ
た構造とした。これにより圧電共振子を容易に作製でき
る。
【００２５】また、本発明の圧電共振子では、水晶から
なる基体薄層部は共振周波数の温度特性が殆ど零に近い
ため、圧電体薄膜として鉛含有ペロブスカイト強誘電体
を用いることにより、振動体を支持する基体薄層部によ
る補償なしに、共振子の温度変化率を零にできる。鉛を
含有するペロブスカイト強誘電体は、ＭＰＢと呼ばれる
組成相境界で大きな圧電性を示すことが知られている
が、同時に２つの異なる結晶形態の境界であるため、組
成を制御することにより、マイナスの弾性的温度変化を
示すことが可能になる。この為、強誘電体膜自身の温度
係数を零にするだけでなく、ややプラスの温度係数を有
する、水晶からなる基体薄層部、電極の温度係数を補償
し、圧電共振子全体の温度係数を零とすることもでき
る。
なる基体薄層部は共振周波数の温度特性が殆ど零に近い
ため、圧電体薄膜として鉛含有ペロブスカイト強誘電体
を用いることにより、振動体を支持する基体薄層部によ
る補償なしに、共振子の温度変化率を零にできる。鉛を
含有するペロブスカイト強誘電体は、ＭＰＢと呼ばれる
組成相境界で大きな圧電性を示すことが知られている
が、同時に２つの異なる結晶形態の境界であるため、組
成を制御することにより、マイナスの弾性的温度変化を
示すことが可能になる。この為、強誘電体膜自身の温度
係数を零にするだけでなく、ややプラスの温度係数を有
する、水晶からなる基体薄層部、電極の温度係数を補償
し、圧電共振子全体の温度係数を零とすることもでき
る。
【００２６】また、鉛含有ペロブスカイト強誘電体は大
きな電気機械結合係数を有することから、ＺｎＯ、Ａｌ
Ｎ等の従来の圧電体薄膜に比べ広帯域化が可能となる。
きな電気機械結合係数を有することから、ＺｎＯ、Ａｌ
Ｎ等の従来の圧電体薄膜に比べ広帯域化が可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明の圧電共振子は、図１に示
すように、基体１に凹部２を形成して基体薄層部３を形
成し、該基体薄層部３の凹部２と反対側の面には、圧電
体薄膜４の下面に下側電極５、上面に一対の上側電極６
を形成した振動体７を設けて構成されている。
すように、基体１に凹部２を形成して基体薄層部３を形
成し、該基体薄層部３の凹部２と反対側の面には、圧電
体薄膜４の下面に下側電極５、上面に一対の上側電極６
を形成した振動体７を設けて構成されている。
【００２８】基体１は結晶質のＳｉＯ2 である水晶から
構成されており、エッチングすることにより凹部２が形
成され、振動空間Ａが形成されている。
構成されており、エッチングすることにより凹部２が形
成され、振動空間Ａが形成されている。
【００２９】圧電体薄膜４には、ＺｎＯ、ＡｌＮ、Ｃｄ
Ｓ、ＰｂＴｉＯ3 等が用いられるが、厚み縦振動の電気
機械結合係数が大きい等の理由からＰｂＴｉＯ3 を主成
分とすることが望ましい。例えば、圧電体薄膜４には、
Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉを含有するペロブスカイト型強誘電体
薄膜が用いられる。このＰｂＴｉＯ3 を主成分とする圧
電体薄膜４は、成膜時に結晶軸をｃ軸方向に配向させる
ことにより、大きな圧電性を示すことができ、圧電性が
弱い場合には直流電圧を印加して圧電性を付与しても良
い。
Ｓ、ＰｂＴｉＯ3 等が用いられるが、厚み縦振動の電気
機械結合係数が大きい等の理由からＰｂＴｉＯ3 を主成
分とすることが望ましい。例えば、圧電体薄膜４には、
Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉを含有するペロブスカイト型強誘電体
薄膜が用いられる。このＰｂＴｉＯ3 を主成分とする圧
電体薄膜４は、成膜時に結晶軸をｃ軸方向に配向させる
ことにより、大きな圧電性を示すことができ、圧電性が
弱い場合には直流電圧を印加して圧電性を付与しても良
い。
【００３０】この圧電体薄膜４を挟持する電極５、６に
は、従来より多く用いられているＡｌ、Ｐｔ、Ａｕ等比
較的反応性が低い金属材料が用いられる。圧電体薄膜４
との反応を考慮すると、電極材料としては反応性の低い
Ｐｔが望ましい。また、振動体７への質量負荷が小さい
ことと抵抗率が小さいことから上側電極６としてＡｌが
望ましい。
は、従来より多く用いられているＡｌ、Ｐｔ、Ａｕ等比
較的反応性が低い金属材料が用いられる。圧電体薄膜４
との反応を考慮すると、電極材料としては反応性の低い
Ｐｔが望ましい。また、振動体７への質量負荷が小さい
ことと抵抗率が小さいことから上側電極６としてＡｌが
望ましい。
【００３１】以上のように構成された圧電共振子は、単
結晶である水晶の基体１の一部をエッチングして、振動
体７を支持しうる厚みの基体薄層部３を形成し、基体薄
層部３の表面に下側電極５、圧電体薄膜４、上側電極６
を順次形成して、振動体７を形成することにより作製さ
れる。
結晶である水晶の基体１の一部をエッチングして、振動
体７を支持しうる厚みの基体薄層部３を形成し、基体薄
層部３の表面に下側電極５、圧電体薄膜４、上側電極６
を順次形成して、振動体７を形成することにより作製さ
れる。
【００３２】尚、振動体は、圧電体薄膜と電極とを交互
に積層したものであっても良い。
に積層したものであっても良い。
【００３３】
【実施例】まず、水晶基体を反応性イオンエッチング法
によりエッチングする。Ｃ2 Ｆ6（６０％）とＡｒ（４
０％）の混合ガスを用い、Ｓｉマスクを用いて基体に凹
部を形成することにより、基体薄層部を形成した。基体
薄層部の厚さは２．３μｍであった。
によりエッチングする。Ｃ2 Ｆ6（６０％）とＡｒ（４
０％）の混合ガスを用い、Ｓｉマスクを用いて基体に凹
部を形成することにより、基体薄層部を形成した。基体
薄層部の厚さは２．３μｍであった。
【００３４】次に、基体薄層部の表面に、マグネトロン
スパッタ法を用いて、５００℃で１００ｎｍ膜厚のＰｔ
膜（下側電極）を形成し、その上に、ゾルゲル法によ
り、組成がＰｂ1.06Ｂａ0.09｛( Ｃｏ0.16Ｙｂ0.26Ｎｂ
0.58)0.1615 Ｃｒ0.0085｝( Ｚｒ0.41Ｔｉ0.59)0.83 Ｏ
3 のＰＺＴ薄膜からなる圧電体薄膜を形成した。
スパッタ法を用いて、５００℃で１００ｎｍ膜厚のＰｔ
膜（下側電極）を形成し、その上に、ゾルゲル法によ
り、組成がＰｂ1.06Ｂａ0.09｛( Ｃｏ0.16Ｙｂ0.26Ｎｂ
0.58)0.1615 Ｃｒ0.0085｝( Ｚｒ0.41Ｔｉ0.59)0.83 Ｏ
3 のＰＺＴ薄膜からなる圧電体薄膜を形成した。
【００３５】この圧電体薄膜は、先ず、上記組成からな
る溶液をスピンコート法を用いてＰｔ膜に塗布し、次に
３８０℃で６０秒熱処理を行う。溶液塗布と熱処理を６
回繰り返した後、７００℃で１５分間焼成し結晶化し
た。溶液塗布から結晶化に至る工程をもう一度繰り返
し、膜厚０．７２μｍの強誘電体薄膜からなる圧電体薄
膜を得た。
る溶液をスピンコート法を用いてＰｔ膜に塗布し、次に
３８０℃で６０秒熱処理を行う。溶液塗布と熱処理を６
回繰り返した後、７００℃で１５分間焼成し結晶化し
た。溶液塗布から結晶化に至る工程をもう一度繰り返
し、膜厚０．７２μｍの強誘電体薄膜からなる圧電体薄
膜を得た。
【００３６】次に、圧電体薄膜の上面にＲＦマグネトロ
ンスパッタ法により、マスク法を用いて５０ｎｍ膜厚の
Ａｌ電極（上側電極）を２００℃でパターン形成した。
ンスパッタ法により、マスク法を用いて５０ｎｍ膜厚の
Ａｌ電極（上側電極）を２００℃でパターン形成した。
【００３７】次に、マイクロプローブと直流電源を用い
て分極処理を施した。共振子構造は、図１に示すよう
に、共振子が２個直列に接続された構造と等価であるた
め、抗電界の２倍以上の電界を印可する必要がある。室
温で３０Ｖの直流電圧を３０秒間印可し、分極処理を行
い、図１に示すような薄膜圧電共振子を得た。
て分極処理を施した。共振子構造は、図１に示すよう
に、共振子が２個直列に接続された構造と等価であるた
め、抗電界の２倍以上の電界を印可する必要がある。室
温で３０Ｖの直流電圧を３０秒間印可し、分極処理を行
い、図１に示すような薄膜圧電共振子を得た。
【００３８】インピーダンス測定により、圧電共振特性
を評価した。共振子の***振Ｑ値を、レジスタンス、リ
アクタンスを用いて求めた。共振周波数の温度係数は、
ホットチャックを組み込んだＲＦプローブを用いて行っ
た。温度係数は、２５℃の共振周波数をｆｒ25、８５℃
の共振周波数をｆｒ85とした時、（ｆｒ85−ｆｒ25）／
ｆｒ25・ΔＴ（ΔＴ＝８５℃−２５℃）で定義した。
を評価した。共振子の***振Ｑ値を、レジスタンス、リ
アクタンスを用いて求めた。共振周波数の温度係数は、
ホットチャックを組み込んだＲＦプローブを用いて行っ
た。温度係数は、２５℃の共振周波数をｆｒ25、８５℃
の共振周波数をｆｒ85とした時、（ｆｒ85−ｆｒ25）／
ｆｒ25・ΔＴ（ΔＴ＝８５℃−２５℃）で定義した。
【００３９】上記作製した共振子は、室温で主共振（２
次の共振）の共振周波数ｆｒ＝２．１ＧＨｚ、***振Ｑ
＝６２０、温度係数−２ｐｐｍ／℃、および電気機械結
合係数Ｋｔ＝０．２５が得られた。
次の共振）の共振周波数ｆｒ＝２．１ＧＨｚ、***振Ｑ
＝６２０、温度係数−２ｐｐｍ／℃、および電気機械結
合係数Ｋｔ＝０．２５が得られた。
【００４０】比較例として、（１００）面のＳｉ基板上
に２．５μｍ膜厚のアモルファスＳｉＯ2 膜を形成し、
Ｓｉ基板をＳｉＯ2 膜が露出するまでＫＯＨでエッチン
グして凹部を形成した後、上記実施例と同様に、電極と
圧電体薄膜を形成して共振子を作製した結果、***振Ｑ
は２３０であった。
に２．５μｍ膜厚のアモルファスＳｉＯ2 膜を形成し、
Ｓｉ基板をＳｉＯ2 膜が露出するまでＫＯＨでエッチン
グして凹部を形成した後、上記実施例と同様に、電極と
圧電体薄膜を形成して共振子を作製した結果、***振Ｑ
は２３０であった。
【００４１】
【発明の効果】本発明の圧電共振子では、振動体を支持
する基体薄層部として、機械的強度が大きく、共振周波
数の温度係数が極めて小さく、かつ超音波減衰の小さい
水晶を用いたため、従来のアモルファスＳｉＯ2 支持膜
では得られなかった高いＱ値を示す圧電共振子を得るこ
とができる。また、圧電体薄膜として電気機械結合係数
が大きく、共振周波数の温度係数が小さい鉛含有ペロブ
スカイト強誘電体を用いることにより、共振周波数と反
共振周波数の周波数差が大きく、温度変化率が小さい圧
電共振子を得ることができる。
する基体薄層部として、機械的強度が大きく、共振周波
数の温度係数が極めて小さく、かつ超音波減衰の小さい
水晶を用いたため、従来のアモルファスＳｉＯ2 支持膜
では得られなかった高いＱ値を示す圧電共振子を得るこ
とができる。また、圧電体薄膜として電気機械結合係数
が大きく、共振周波数の温度係数が小さい鉛含有ペロブ
スカイト強誘電体を用いることにより、共振周波数と反
共振周波数の周波数差が大きく、温度変化率が小さい圧
電共振子を得ることができる。
【図１】本発明の圧電共振子を示す断面図である。
【図２】従来の圧電共振子を示す断面図である。
１・・・基体 ２・・・凹部 ３・・・基体薄層部 ４・・・圧電体薄膜 ５・・・下側電極 ６・・・上側電極 ７・・・振動体
Claims (2)
- 【請求項１】水晶からなる基体に凹部を設け、該凹部底
面に基体薄層部を形成するとともに、該基体薄層部の前
記凹部と反対側の面に、圧電体薄膜の両面に電極を形成
した振動体を設けてなることを特徴とする圧電共振子。 - 【請求項２】圧電体薄膜が鉛を含有するペロブスカイト
型強誘電体であることを特徴とする請求項１記載の圧電
共振子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11091777A JP2000286668A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 圧電共振子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11091777A JP2000286668A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 圧電共振子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000286668A true JP2000286668A (ja) | 2000-10-13 |
Family
ID=14036027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11091777A Pending JP2000286668A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 圧電共振子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000286668A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100488615B1 (ko) * | 2001-07-02 | 2005-05-11 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 공진기, 그 제조 방법, 압전 필터, 그 제조 방법,듀플렉서, 및 전자 통신 장치 |
| US20080018775A1 (en) * | 2006-07-20 | 2008-01-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Image pickup apparatus and image pickup unit having device for removing foreign substance deposited on surface of optical member |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP11091777A patent/JP2000286668A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100488615B1 (ko) * | 2001-07-02 | 2005-05-11 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 공진기, 그 제조 방법, 압전 필터, 그 제조 방법,듀플렉서, 및 전자 통신 장치 |
| US20080018775A1 (en) * | 2006-07-20 | 2008-01-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Image pickup apparatus and image pickup unit having device for removing foreign substance deposited on surface of optical member |
| US20170131542A1 (en) * | 2006-07-20 | 2017-05-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Image pickup apparatus and image pickup unit having device for removing foreign substance deposited on surface of optical member |
| US9897802B2 (en) * | 2006-07-20 | 2018-02-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Image pickup apparatus and image pickup unit having device for removing foreign substance deposited on surface of optical member |
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