專利名稱：聲表面波器件、電子設(shè)備及傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用了聲表面波(surface acoustic wave :SAW)的諧振子、振蕩器等的聲表面波器件、及具有該器件的電子設(shè)備及傳感器裝置。
背景技術(shù)：
SAW器件被廣泛應(yīng)用于，例如移動電話、硬盤、個人計算機(jī)、BS及CS廣播的接收調(diào)諧器、在同軸電纜或光纜中傳播的高頻信號或光信號的處理設(shè)備、在較寬的溫度范圍內(nèi)需要高頻、高精度時鐘脈沖(低抖動、低相位噪聲)的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、無線通信用設(shè)備等的電子設(shè)備、以及壓力傳感器、加速度傳感器、旋轉(zhuǎn)速度傳感器等的各種傳感器裝置中。在這些設(shè)備和裝置中，特別是隨著最近的信息通信的高速化所帶來的基準(zhǔn)時鐘脈沖的高頻化和裝置框架的小型化，使得裝置內(nèi)的發(fā)熱的影響變大。因此，安裝于裝置內(nèi)部的電子器件需要工作溫度范圍的擴(kuò)大及高精度化，例如，如設(shè)置于屋外的無線基站這樣，需要在溫度由低溫到高溫發(fā)生劇烈變化的環(huán)境下，進(jìn)行長期穩(wěn)定的工作。一般在SAW諧振子等的SAW器件中，SAW的阻帶和所使用的水晶基板的切割角、形成于基板上的IDT(interdigital transducer 叉指換能器)的形態(tài)等，會給頻率溫度特性的變化帶來很大影響。例如，已經(jīng)提出了一種反射反轉(zhuǎn)型SAW轉(zhuǎn)換器，其具有將SAW的每 1波長由3根電極指構(gòu)成的單位區(qū)間、在壓電基板上重復(fù)排列而成的IDT，并分別用于激振 SAW的阻帶的上限模式、下限模式(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。如果通過該反射反轉(zhuǎn)型SAW轉(zhuǎn)換器構(gòu)成SAW濾波器，則能夠在通頻帶附近的高頻側(cè)抑制區(qū)實現(xiàn)高衰減量。另外，已知一種采用了歐拉角(φ，θ，ψ) = (0°，123°，0° )的所謂ST切割水晶基板的反射反轉(zhuǎn)型SAW轉(zhuǎn)換器(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。在該專利文獻(xiàn)中記載有能夠激振阻帶的上端的諧振，且與采用阻帶的下端的諧振的情況相比，提高了頻率溫度特性。而且，還報告有如下內(nèi)容，BP,SAff的阻帶的上限模式與阻帶的下限模式相比，頻率溫度特性更加良好(例如，參照專利文獻(xiàn)3 6)。特別是，在專利文獻(xiàn)3、4中記載有為了在利用了瑞利波的SAW器件中獲得良好的頻率溫度特性，對水晶基板的切割角進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且將IDT電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚(H/λ)增厚到0. 1左右。專利文獻(xiàn)3所記載的SAW諧振子具有單型IDT電極，所述單型IDT電極在歐拉角(Φ，θ，ψ) = (φ = 0°，0° 彡 θ 彡 180°，0° < I Ψ I < 90° )的水晶基板上，將 SAff的每1波長由兩條的電極指構(gòu)成的單位區(qū)間重復(fù)排列。由此，能夠通過阻帶的上限模式激振瑞利波，并用此來實現(xiàn)SAW諧振子的高頻化和良好的頻率溫度特性。專利文獻(xiàn)4所公開的內(nèi)容為，在具有所述單型IDT電極的SAW器件中，將水晶基板設(shè)定為歐拉角(Φ，θ，ψ) = (φ = 0°，110°彡θ彡140°，38°彡I Ψ I彡44° )，將由 IDT電極的厚度H、IDT電極中的電極指的寬度d、IDT電極中的電極指之間的間距P及SAW 的波長λ所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化電極膜厚(H/λ)和標(biāo)準(zhǔn)化電極寬度η ( = d/P)之間的關(guān)系設(shè)定為H/λ 彡 0. 1796 η 3-0· 4303 η 2+0· 2071 η+0. 0682。
由此，能夠通過阻帶的上限模式較強(qiáng)地激振瑞利波。專利文獻(xiàn)5公開了一種SAW元件，所述SAW元件在歐拉角(φ，θ，ψ) = (0 °，θ， 9° < I Ψ I < 46° )、優(yōu)選為(0°，95° < θ < 155°，33° < | Ψ | < 46° )的水晶基板上，配置單型IDT電極，將標(biāo)準(zhǔn)化電極膜厚(Η/λ )設(shè)為0. 045彡H/λ彡0. 085。由此，能夠通過阻帶的上限模式來激振瑞利波，從而實現(xiàn)良好的頻率溫度特性。專利文獻(xiàn)6公開了一種SAW元件，所述SAW元件在歐拉角(Φ，θ，ψ) = (0°， 123°，43.2° )的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST切割水晶基板上，配置所述單型IDT電極，通過將該標(biāo)準(zhǔn)化電極膜厚(Η/λ)設(shè)為Η/λ =0.06、即所謂的λ，從而用阻帶的上限模式激振瑞利波。 而且該SAW元件通過將由IDT電極的電極指寬度Lt和電極指間距Pt所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化電極寬度n ( = Lt/Pt)設(shè)定為0. 5彡η彡0. 7，從而在常溫(25°C )下實現(xiàn)最大830ppm的頻率偏差。另一方面，已知一種SAW諧振器，其在構(gòu)成IDT的電極指之間及構(gòu)成反射器的導(dǎo)體條之間的水晶基板表面上形成溝槽、即槽(例如，參照專利文獻(xiàn)7及非專利文獻(xiàn)1)。在專利文獻(xiàn)7中公開了如下內(nèi)容，即，通過在ST切割X傳播水晶基板上用鋁電極構(gòu)成IDT及反射器，且在與構(gòu)成IDT的電極指之間、以及構(gòu)成反射器的導(dǎo)體條(電極指)之間相對應(yīng)的區(qū)域的、水晶基板上形成槽，從而使Q值變高且電容比變低，由此能夠?qū)崿F(xiàn)諧振電阻較低的SAW 諧振器。而且在該專利文獻(xiàn)中，記載了將IDT的槽與反射器的槽設(shè)為相同深度的結(jié)構(gòu)、以及使反射器的槽深于IDT的槽的結(jié)構(gòu)。在非專利文獻(xiàn)1中，記載了采用了 ST切割水晶基板的組合型SAW諧振器的特性。 其中報告了如下內(nèi)容，即，該頻率溫度特性根據(jù)在未被SAW傳播基板的電極覆蓋的水晶表面上形成的槽的深度而發(fā)生變化，以及，隨著槽的加深，朝上凸起的二次曲線的頂點溫度Tp 將降低。本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)熟知這種通過在水晶等的壓電基板上形成槽以對有效膜厚進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)8至11)。專利文獻(xiàn)8所記載的SAW器件為，在IDT的壓電基板的蝕刻率大于IDT的蝕刻率的條件下對形成IDT的壓電基板的表面進(jìn)行蝕刻，從而以使其頻率下降的方式對其頻率進(jìn)行微調(diào)。在專利文獻(xiàn)9至11 中，也同樣通過以在壓電基板表面上形成的IDT為掩模，對壓電基板表面進(jìn)行干法蝕刻，從而使SAW器件的頻率向低頻側(cè)偏移。而且，已知在橫向型SAW濾波器中，通過對IDT電極的電極指之間的壓電基板表面進(jìn)行蝕刻加工來形成槽，從而減小表觀上的傳播速度(例如，參照專利文獻(xiàn)12)。由此，能夠在無需變更SAW濾波器的基本設(shè)計的條件下減小IDT電極的電極指間距，從而能夠?qū)崿F(xiàn)芯片的小型化。另外，已知在激振被稱為SSBW(Surface Skimming Bulk Wave)的滑移波的SAW諧振器中，在旋轉(zhuǎn)Y切割、切割角-43°至-52°、滑移波傳播方向為Z'軸方向(歐拉角(Φ， θ，ψ) = (0°，38彡θ ^ 47,90° ))的水晶基板上，通過鋁形成標(biāo)準(zhǔn)化電極膜厚(H/λ) 為2. 0彡H/ λ彡4. 0%的IDT電極，從而能夠?qū)崿F(xiàn)三次曲線的頻率溫度特性(例如，參照專利文獻(xiàn)13)。由于滑移波(SH波)將其振動能量封入在電極正下方并在壓電基板的表面正下方傳播，因而SAW與沿著基板表面?zhèn)鞑サ腟T切割水晶SAW器件相比，存在來自反射器的 SAff的反射效率較差且難以實現(xiàn)小型化及較高的Q值的問題。
為了解決上述問題，已經(jīng)提出一種在歐拉角(Φ，θ , ψ) = (0°，-64° < θ <-49.3°，85°彡Ψ彡95° )的旋轉(zhuǎn)Y切割水晶基板的表面上形成IDT和光柵反射器， 并激振SH波的SAW器件(例如，參照專利文獻(xiàn)14)。該SAW器件通過將用SAW的波長λ標(biāo)準(zhǔn)化了的電極膜厚Η/λ設(shè)定為0.04<Η/λ <0.12，從而實現(xiàn)了小型化、較高的Q值及優(yōu)異的頻率穩(wěn)定性。而且，在所涉及的SAW器件中，為了解決由因電極膜厚較厚而產(chǎn)生的應(yīng)力遷移所導(dǎo)致的、Q值和頻率穩(wěn)定性劣化的問題，提出了一種在IDT的電極指之間的水晶基板上形成槽的方案(例如，參照專利文獻(xiàn)15)。當(dāng)將該槽的深度設(shè)為Hp、將IDT的金屬膜的膜厚設(shè)為Hm時，由于通過將用SAW的波長λ標(biāo)準(zhǔn)化了的電極膜厚H/λ設(shè)定為0.04 < H/λ < 0. 12(但是，H = Hp+Hm)的范圍，從而能夠使金屬膜的表觀上的膜厚變薄，因而能夠抑制由通電時的應(yīng)力遷移所導(dǎo)致的頻率變動，進(jìn)而實現(xiàn)Q值較高、頻率穩(wěn)定性優(yōu)異的SAW器件。在SAW器件的批量生產(chǎn)過程中，當(dāng)通過蝕刻在水晶基板的表面上形成IDT的電極指時，如果電極指的膜厚較厚，則通過由此而引起的側(cè)向蝕刻，在IDT的線占有率(行間隔比)η上將容易產(chǎn)生誤差。其結(jié)果為，當(dāng)由SAW器件的溫度變化引起的頻率的變動量產(chǎn)生誤差時，產(chǎn)品的可靠性、質(zhì)量將受到損害。已知一種SAW器件，其為了消除這個問題，采用歐拉角(Φ，θ，ψ) = (0°，95°彡θ彡155°，33°彡| Ψ |彡46° )的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST切割水晶基板，激振SAW的阻帶的上限模式，從而在IDT的電極指之間的水晶基板表面上形成電極指間槽(例如，參照專利文獻(xiàn)16)。另外，在SAW器件的頻率溫度特性在工作溫度范圍內(nèi)為二次曲線的情況下，實現(xiàn)頻率變動寬度的極小化和拐點較為困難。因此，為了獲得三次曲線的頻率溫度特性，提出了一種SAW器件，其通過空隙層和介質(zhì)膜而在LST切割的水晶基板上形成IDT電極，并激振泄漏型SAW(例如，參照專利文獻(xiàn)17)。在該專利文獻(xiàn)中記載有在采用了瑞利波的SAW器件中，未能發(fā)現(xiàn)用于實現(xiàn)如三次曲線所示的頻率溫度特性的切割角的水晶基板。而且，在ST切割水晶SAW諧振子等中，已知一種傾斜型IDT，其為了在不使其優(yōu)良的頻率溫度特性劣化的條件下提高Q值，從而在水晶基板的表面上，使IDT和反射器沿著相對于SAW的相位速度的方向而傾斜能流角PFA士3°的方向配置(例如，參照專利文獻(xiàn)18、 19)。這種由傾斜型IDT構(gòu)成的SAW器件通過以覆蓋SAW的相位的行進(jìn)方向和其振動能量的行進(jìn)方向的方式配置IDT及反射器，從而能夠通過反射器而有效地反射SAW，因而能夠有效地封住能量，從而進(jìn)一步提高Q值。如上所述，許多元件都與SAW器件的頻率溫度特性相關(guān)，為了實現(xiàn)對這些元件的改進(jìn)而進(jìn)行了各種各樣的研究。尤其認(rèn)為，在采用了瑞利波的SAW器件中，構(gòu)成IDT的電極指的膜厚的增加將有助于提高頻率溫度特性。在僅僅增加IDT的電極膜厚時，將產(chǎn)生因通電時的應(yīng)力遷移以及IDT形成時的側(cè)向蝕刻而引起的線占有率的變動所導(dǎo)致的、頻率穩(wěn)定性的劣化等問題。作為其對策，通過在水晶基板表面的IDT的電極指之間形成槽，從而在使電極膜厚變薄的同時，增大其有效膜厚，進(jìn)而抑制頻率的變動是有效的。但是，上述的SAW器件除了激振泄漏型SAW的專利文獻(xiàn)13的SAW器件之外，工作溫度范圍內(nèi)的頻率溫度特性均由二次曲線表示，因而未達(dá)到可使頻率變動寬度充分減小或可實現(xiàn)拐點的程度。因此，無法充分應(yīng)對對于最近的SAW器件的工作溫度范圍的擴(kuò)大、高精度化、在溫度劇烈變化的環(huán)境下的長期的工作穩(wěn)定性等的要求。
6
在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利第3沈6846號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2002-100959號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開2006-148622號公報專利文獻(xiàn)4 日本特開2007-208871號公報專利文獻(xiàn)5 日本特開2007-267033號公報專利文獻(xiàn)6 日本特開2007-300287號公報專利文獻(xiàn)7 日本特公平2-7207號(特開昭57-5418號)公報專利文獻(xiàn)8 日本特開平2-189011號公報專利文獻(xiàn)9 日本特開平5-90865號公報專利文獻(xiàn)10 日本特開平1-231412號公報專利文獻(xiàn)11 日本特開昭61-92011號公報專利文獻(xiàn)12 日本特開平10-270974號公報專利文獻(xiàn)13 日本特公平1-34411號公報專利文獻(xiàn)14 日本再公表W02005/099089A1公報專利文獻(xiàn)15 日本特開2006-203408號公報專利文獻(xiàn)16 日本特開2009-225420號公報專利文獻(xiàn)17 日本專利第3851336號公報專利文獻(xiàn)18 日本專利第3216137號公報專利文獻(xiàn)19 日本特開2005-204275號公報非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1 溝槽形SAW諧振器的制造條件和特性(電子通信學(xué)會技術(shù)研究報告 MW82-59(1982))

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是鑒于上述的現(xiàn)有的問題點所實施的，其目的在于，提供一種諧振子、振蕩器等的SAW器件，所述SAW器件在工作溫度范圍內(nèi)發(fā)揮頻率變動量極小的優(yōu)良的頻率溫度特性，且具有即使在溫度較大變動的環(huán)境下也能夠穩(wěn)定工作的優(yōu)異的耐環(huán)境特性， 從而可實現(xiàn)較高的Q值。本申請的發(fā)明人為了實現(xiàn)上述目的，在SAW諧振子中，驗證了 SAW的波長λ、槽的深度G、IDT的電極膜厚H、其電極指的線占有率η等的參數(shù)與頻率溫度特性之間的關(guān)系，所述SAW諧振子為，采用面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST切割水晶基板，在其表面上形成通過阻帶的上限模式激振SAW的IDT，且對構(gòu)成IDT的電極指之間的水晶基板表面進(jìn)行凹設(shè)以形成槽的諧振子。其結(jié)果為，研究出了一種在工作溫度范圍內(nèi)可實現(xiàn)頻率變動寬度的極小化及拐點的新的SAW 諧振子。在該新的實施方式的SAW諧振子(以下，稱為本實施方式的SAW諧振子) 的第1形式中，其特征在于，具有IDT，其被設(shè)置在歐拉角(-1.5°彡Φ彡1.5°， 117°彡θ彡142°，42. 79°彡| Ψ彡49. 57° )的水晶基板上，且激振阻帶上限模式的SAff ；電極指間槽，其使位于構(gòu)成該IDT的電極指之間的水晶基板凹陷而形成，當(dāng)將SAW的波長設(shè)為入、將電極指間槽的深度設(shè)為G時，滿足0.01 λ彡G的關(guān)系，且，當(dāng)將IDT的線占有率設(shè)為Π時，電極指間槽的深度G和線占有率η滿足下述式1以及式2的關(guān)系式 1-2. 0000 X G/ λ +0. 7200 彡 η 彡-2. 5000 X G/ λ +0. 7775,但是， 0. 0100 λ 彡 G 彡 0. 0500 λ......(1)式2-3. 5898XG/λ+0. 7995 彡 η ^ -2. 5000XG/A +0. 7775,但是，0.0500 λ < G 彡 0. 0695 λ......(2)本實施方式的SAW諧振子在第2形式中，其特征在于，在所述第1形式的基礎(chǔ)上， 電極指間槽的深度G滿足0.01 λ < GS 0.0695 λ的關(guān)系。通過將電極指間槽的深度G設(shè)定于此范圍內(nèi)，從而能夠?qū)⒐ぷ鳒囟确秶鷥?nèi)(例如，-40°C +85°C)的頻率變動量抑制于較小程度，且即使在電極指間槽的深度上出現(xiàn)制造上的誤差，也能夠?qū)⒏鱾€SAW諧振子之間的諧振頻率的偏移量控制在能夠補(bǔ)正的范圍內(nèi)。而且，本實施方式的SAW諧振子在第3形式中，其特征在于，在所述第1或第2形式的基礎(chǔ)上，當(dāng)將IDT的電極膜厚設(shè)為H時，滿足0< HS 0.035 λ的關(guān)系。由此，在工作溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)了良好的頻率溫度特性，且預(yù)先防止了在增大電極膜厚時可能產(chǎn)生的耐環(huán)境特性的劣化。另外，本實施方式的SAW諧振子在第4形式中，其特征在于，在所述第3形式的基礎(chǔ)上，線占有率η滿足下述式3的關(guān)系。式3n = -1963. 05 X (G/ λ ) 3+196. 28 X (G/ λ ) 2-6. 53 X (G/ λ )-135. 99 X (H/ λ ) 2+5. 817 X (H/λ ) +0. 732-99. 99 X (G/ λ ) X (H/ λ )......(3)由此，能夠?qū)㈩l率溫度特性的二次溫度系數(shù)抑制于較小程度。另外，本實施方式的SAW諧振子在第5形式中，其特征在于，在所述第3或第4形式的基礎(chǔ)上，電極指間槽的深度G與電極膜厚H之和滿足0.0407 λ彡G+H的關(guān)系。由此， 與沒有在電極指之間設(shè)置槽而利用了阻帶的下限模式的諧振的現(xiàn)有的情況相比，能夠獲得較高的Q值。

圖1圖示了本實施方式的SAW諧振子的典型示例。如圖I(A)所示，本實施方式的 SAW諧振子1具有矩形的水晶基板2、以及分別形成在該水晶基板的主面上的IDT3和一對反射器4、4。在水晶基板2中，使用由歐拉角(-1.5°彡Φ彡1.5°，117°彡θ彡142°， 42.79° ^ I Ψ I ^ 49. 57° )表示的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST切割水晶基板。在此，對歐拉角進(jìn)行說明。 由歐拉角(0°，0°，0° )表示的基板成為，具有與Z軸垂直的主面的Z切割基板。在此， 歐拉角(Φ，θ , Ψ)的Φ是涉及Z切割基板的第1旋轉(zhuǎn)的參數(shù)，其為以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸，以從+X軸向+Y軸側(cè)旋轉(zhuǎn)的方向為正旋轉(zhuǎn)角度的第1旋轉(zhuǎn)角度。歐拉角的θ是涉及在Z切割基板的第1旋轉(zhuǎn)之后進(jìn)行的第2旋轉(zhuǎn)的參數(shù)，其為以第1旋轉(zhuǎn)后的X軸為旋轉(zhuǎn)軸，以從第 1旋轉(zhuǎn)后的+Y軸向+Z軸旋轉(zhuǎn)的方向為正旋轉(zhuǎn)角度的第2旋轉(zhuǎn)角度。壓電基板的切割面由第1旋轉(zhuǎn)角度Φ和第2旋轉(zhuǎn)角度θ所決定。歐拉角的ψ是涉及在Z切割基板的第2旋轉(zhuǎn)之后進(jìn)行的第3旋轉(zhuǎn)的參數(shù)，其為以第2旋轉(zhuǎn)之后的Z軸為旋轉(zhuǎn)軸，以從第2旋轉(zhuǎn)之后的 +X軸向第2旋轉(zhuǎn)后的+Y軸側(cè)旋轉(zhuǎn)的方向為正旋轉(zhuǎn)角度的第3旋轉(zhuǎn)角度。SAW的傳播方向用相對于第2旋轉(zhuǎn)后的X軸的第3旋轉(zhuǎn)角度Ψ表示。如圖2所示，面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST切割水晶基板在通過X軸、Y軸及Z軸分別表示水晶的正交的3個結(jié)晶軸、即電軸、機(jī)械軸及光學(xué)軸時，從如下的晶片5中被切割出，所述晶片5具有將與Y軸垂直的監(jiān)面如以X軸為旋轉(zhuǎn)軸而從+Z軸向-Y軸方向旋轉(zhuǎn)了角度θ ‘ ) 的、與坐標(biāo)軸(Χ，Υ'，Z')的Y'軸垂直的面。水晶基板2進(jìn)而沿著以Y'軸為旋轉(zhuǎn)軸、以從+X軸向+Z'軸方向為正而旋轉(zhuǎn)了角度+ Ψ(或)的新坐標(biāo)軸(X'，V， Z")，從晶片5中被切割出，以形成單片化。此時，水晶基板2可以以其長邊(或短邊)沿著X'軸方向或Z"軸方向中的任意一個方向的方式而配置。并且，角度θ ‘和歐拉角中的 θ存在θ ‘ = θ-90°的關(guān)系。IDT3具有分別由多個電極指6a、6b構(gòu)成，且通過母線7a、7b將這些電極指的基端部連接起來的一對梳齒狀電極3a、3b。各電極指6a、6b以使其延長方向與由所述IDT激振的SAW的傳播方向X'正交的朝向而配置。一個梳齒狀電極3a的電極指6a與另一個梳齒狀電極北的電極指6b交替且隔開預(yù)定的間隔而以固定的間距排列配置。如圖1⑶所示， 在電極指6a、6b之間露出的水晶基板2的表面上，通過以蝕刻等方式對該表面進(jìn)行削除，從而分別凹設(shè)有固定深度的電極指間槽8。一對反射器4、4被配置成，沿著SAW的傳播方向X'而在IDT3的外側(cè)從兩側(cè)夾著該IDT。各反射器4分別具有在SAW的傳播方向X'上以固定的間距排列配置的多個導(dǎo)體條^、4a。所述各導(dǎo)體條與IDT3的所述各電極指同樣地，以使其延長方向與SAW的傳播方向X'正交的朝向而配置。如圖I(B)所示，在導(dǎo)體條4a3a之間露出的水晶基板2的表面上，通過以蝕刻等方式而對該表面進(jìn)行削除，從而分別凹設(shè)有固定深度的導(dǎo)體條間槽9。在本實施方式中，電極指6a、6b及導(dǎo)體條4a3a通過采用例如鋁或以鋁為主體的合金的金屬膜而形成相同的膜厚H，可以總稱為電極指。電極指間槽8和導(dǎo)體條間槽9被形成為相同的深度G。在IDT3的最外側(cè)的電極指6a(或6b)、和與其相鄰的反射器4、4的所述導(dǎo)體條之間，同樣通過削除水晶基板表面而凹設(shè)有與所述導(dǎo)體條間槽深度相同的槽。以這種方式構(gòu)成的SAW諧振子1，激勵在水晶基板2的X'軸方向及Y'軸方向的兩個方向上具有振動位移分量的Rayleigh型(瑞利型)的SAW。上述的歐拉角的水晶基板2由于SAW的傳播方向從作為水晶的結(jié)晶軸的X軸偏離，因而能夠激勵阻帶上限模式的 SAW。并且，上述的水晶基板2的歐拉角(Φ，θ，ψ)以如下方式進(jìn)行了選擇。SAW諧振子的頻率溫度特性一般以下式表示。Af=aX (T-TO) + β X (T-TO)2在此，Δ f為溫度T和頂點溫度TO之間的頻率變動量(ppm)，α為一次溫度系數(shù) (ppm/°C ), β為二次溫度系數(shù)(ppm/°C2)，T為溫度，TO為頻率最大時的溫度(頂點溫度)。 將二次溫度系數(shù)β的絕對值設(shè)定為最小，優(yōu)選設(shè)定為0.01 (ppm/°C2)以下，更優(yōu)選設(shè)定為大致為零，如果頻率溫度特性表示三次曲線，則即使在較寬的工作溫度范圍內(nèi)，也可以減小頻率變動量，從而獲得較高的頻率穩(wěn)定性。
首先，將水晶基板2的歐拉角設(shè)為(0°，123°，Ψ)，并對能夠獲得β = ±0.01(ppm/°C2)的線占有率η時的、歐拉角Ψ與電極指間槽的深度G之間的關(guān)系進(jìn)行了模擬。在此，適當(dāng)選擇歐拉角Ψ，以使二次溫度系數(shù)β的絕對值為0.01(ppm/°C2)。其結(jié)果為，能夠?qū)⒃谏鲜鰲l件下可將二次溫度系數(shù)β設(shè)為-0.01 ^ β <+0.01的歐拉角Ψ 的范圍，確定為43° < Ψ < 45°。另外，如圖I(C)所示，IDT3的線占有率η為電極指寬度L除以電極指間距 λ/2( = L+S)所得的值。此外，圖I(D)為用于對如下方法進(jìn)行說明的圖，即，在通過光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)制造IDT3的電極指6a、6b和電極指間槽8時而形成的梯形的截面中，確定 IDT3的線占有率η的方法。此時，線占有率η是基于電極指寬度L和電極指間槽寬度S 而計算出的，所述電極指寬度L和電極指間槽寬度S是在距電極指間槽8的底部該電極指間槽的深度G與電極膜厚H的合計值(G+H)的1/2高度處所測定的。接下來，將水晶基板2設(shè)為，切割角及SAW傳播方向通過歐拉角表示為(0，θ , Ψ)，將電極指間槽的深度G設(shè)為0. 04 λ，將電極指的膜厚H設(shè)為0. 02 λ，根據(jù)上述式(3) 將線占有率n設(shè)為0.6383，從而對與歐拉角θ相關(guān)的二次溫度系數(shù)β的變化進(jìn)行了模擬。在此，歐拉角Ψ在上述的43° < Ψ <45°的范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，以根據(jù)角度θ 的設(shè)定角度而使二次溫度系數(shù)β的絕對值成為最小。其結(jié)果為，確認(rèn)到如果歐拉角θ在 117°彡θ彡142°的范圍內(nèi)，則即使改變電極指的膜厚H、電極指間槽的深度G及線占有率η，二次溫度系數(shù)β的絕對值也會在0.01(ppm/°C2)的范圍內(nèi)。接下來，通過歐拉角表示而將水晶基板22設(shè)為(Φ，123°，43. 77° )，將電極指間槽的深度G設(shè)為0.04λ，將電極指的膜厚H設(shè)為0.02λ，將線占有率η設(shè)為0.65，并對與歐拉角Φ相關(guān)的二次溫度系數(shù)β的變化進(jìn)行了模擬。其結(jié)果為，確認(rèn)到如果歐拉角Φ 在-1.5° ( Φ彡+1.5°的范圍內(nèi)，則二次溫度系數(shù)β的絕對值在0.01(ppm/°C2)的范圍內(nèi)。而且，通過進(jìn)行模擬，求出了工作溫度范圍(_40°C +85°C)內(nèi)的頻率變動量為最小時的、非常理想的歐拉角θ和ψ之間的關(guān)系。此時，電極指間槽的深度G及電極指的膜厚H也分別被設(shè)為G = 0. 04 λ、H = 0. 02 λ。其結(jié)果為，歐拉角ψ以在上述的歐拉角θ的范圍內(nèi)隨著其增加而描繪出三次曲線的方式增加。這種關(guān)系可以通過下式來進(jìn)行近似。式4ψ = 1.19024Χ IO-3X θ 3-4. 48775X IO-1 X θ 2+5. 64362X IO1X θ-2. 32327Χ103 士 1· 0由此，歐拉角Ψ在歐拉角θ的下限值θ = 117°處，成為Ψ = 42.79°，在上限值θ = 142°處，成為Ψ = 49.57°。因此，歐拉角Ψ在117°彡θ彡142°的范圍內(nèi)， 可以設(shè)定為 42. 79° ^ Ψ < 49. 57°。通過以上述方式設(shè)定水晶基板2的歐拉角，從而本實施方式的SAW諧振子1能夠?qū)崿F(xiàn)二次溫度系數(shù)β的絕對值在0.01(ppm/°C2)以下的優(yōu)良的頻率溫度特性。對于本實施方式的SAW諧振子1，在以下的條件下對頻率溫度特性進(jìn)行了模擬。-本實施方式的SAW諧振子1的基本數(shù)據(jù)H 0. 02 λG 變化
IDT 線占有率 η :0.6反射器線占有率η r :0.8歐拉角(0°，123°,43. 5° )IDT 對數(shù)120電極指交叉寬度40 λ ( λ =IOym)反射器條數(shù)(每單側(cè))60電極指的傾斜角度無此模擬結(jié)果如圖3所示。由該圖可以看出，頻率溫度特性在工作溫度范圍(-40 +850C )內(nèi)大致表示三次曲線，從而能夠?qū)㈩l率變動寬度抑制為極小的變動量、即20ppm以內(nèi)。關(guān)于表現(xiàn)出圖3的頻率溫度特性的SAW諧振子1，對其頻率、等效電路常數(shù)及靜態(tài)特性進(jìn)行匯總，結(jié)果如以下的表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種聲表面波器件，其特征在于，具有水晶基板，其歐拉角為(-1. 5 °彡Φ彡1. 5 °，117 °彡θ彡142 °， ψ| 乒 90° Χη(但是，η = 0，1，2，3))；叉指換能器，其由被設(shè)置于所述水晶基板的主面上的多個電極指構(gòu)成，且激振阻帶上限模式的瑞利波，并且，頻率溫度特性由具有極大值、極小值以及兩者之間的拐點的曲線表示，且能夠通過所述叉指換能器的線占有率來進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使所述拐點的溫度處于所希望的工作溫度范圍內(nèi)。
2.一種聲表面波器件，其特征在于，具有水晶基板，其歐拉角為(-1. 5 °彡Φ彡1. 5 °，117 °彡θ彡142 °， Ψ I ^ 90° Χη(但是，η = 0，1，2，3))；叉指換能器，其由被設(shè)置于所述水晶基板的主面上的多個電極指構(gòu)成，且激振阻帶上限模式的瑞利波；電極指間槽，其凹設(shè)在所述叉指換能器的相鄰的所述電極指間的、所述水晶基板的表面上，所述瑞利波的波長λ與所述電極指間槽的深度G滿足0.01 λ ^ G^ 0.07 λ的關(guān)系， 所述叉指換能器的線占有率η與所述電極指間槽的深度G滿足下述式9以及式10的關(guān)系，即， 式9-2. 0000 X G/ λ +0. 7200 彡 η 彡-2. 5000 X G/ λ +0. 7775 ,但是，0.0100 λ 彡 G 彡 0. 0500 λ ；式10-3. 5898XG/ λ +0. 7995 ^ η ^ -2. 5000XG/ λ +0. 7775,但是，0·0500 λ < G ^ 0. 0695 λ ；頻率溫度特性由具有極大值、極小值以及兩者之間的拐點的曲線表示，并且能夠通過所述叉指換能器的線占有率來進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使所述拐點的溫度處于從所希望的工作溫度范圍的中心溫度Tc士30°C的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的聲表面波器件，其特征在于， 所述叉指換能器的線占有率n滿足下述式，即，a (Tc-30) 6+b (Tc-30) 5+c (Tc-30) 4+d (Tc-30) 3+e (Tc-30) 2+f (Tc-30) +0. 606 < n ^a (Tc+ 30) 6+b (Tc+30) 5+c (Tc+30) 4+d (Tc+30) 3+e (Tc+30) 2+f (Tc+30) +0. 606，(但是，a = -2.60X1(T12、b = 4. 84X10-10, c = -2. 13X1(T8、d = 1·98Χ1(Γ7、e =1.42X10_5、f = 1. 48X10—4)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的聲表面波器件，其特征在于，所述水晶基板的歐拉角Ψ在42. 79° ( I Ψ I ( 49. 57°的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求2或3所述的聲表面波器件，其特征在于， 所述叉指換能器的線占有率n滿足下述式11，即，式11n = -1963. 05 X (G/ λ ) 3+196. 28 X (G/ λ ) 2-6. 53 X (G/ λ )-135. 99 X (H/ λ ) 2+5. 817 X (H/λ )+0. 732 -99. 99 X (G/ λ ) X (H/ λ )。
6.如權(quán)利要求2或3所述的聲表面波器件，其特征在于，所述電極指間槽的深度G與所述電極指的膜厚H之和，滿足0. 0407 λ ( G+H。
7.如權(quán)利要求2或3所述的聲表面波器件，其特征在于，還具有一對反射器，其由分別被設(shè)置于所述水晶基板的主面上的多個導(dǎo)體條構(gòu)成，且沿著聲表面波的傳播方向并以夾著叉指換能器的方式而在該叉指換能器的兩側(cè)配置；導(dǎo)體條間槽，其凹設(shè)在所述反射器的相鄰的導(dǎo)體條之間的、所述水晶基板的表面上，與所述電極指以及所述導(dǎo)體條正交的第1方向和所述水晶基板的電軸所成的角度，為所述水晶基板的歐拉角Ψ，所述叉指換能器以及所述反射器中的至少一部分被配置在，以與所述第1方向成角度 δ而交叉的第2方向上，所述角度δ被設(shè)定在所述水晶基板的能流角士 1°的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的聲表面波器件，其特征在于， 還具有用于對所述叉指換能器進(jìn)行驅(qū)動的振蕩電路。
9.一種電子設(shè)備，其特征在于，具備權(quán)利要求1至3中任一項所述的聲表面波器件。
10.一種傳感器裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求1至3中任一項所述的聲表面波器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種聲表面波器件、電子設(shè)備以及傳感器裝置。在具有如下曲線的頻率溫度特性的聲表面波器件中，對應(yīng)于工作溫度范圍而將頻率溫度特性調(diào)節(jié)至最佳，所述曲線具有極大值、極小值以及兩者之間的拐點。聲表面波器件(1)在歐拉角(-1.5°≤Φ≤1.5°，117°≤θ≤142°，|ψ|≠90°×n(但是，n＝0，1，2，3))的水晶基板(2)的主面上具有IDT(3)，其激振阻帶上限模式的瑞利波(波長λ)；電極指間槽(8)，其凹設(shè)在IDT的電極指之間，其中，通過IDT線占有率η和電極指間槽深度G與波長λ相關(guān)而滿足預(yù)定的關(guān)系，從而具有在工作溫度范圍內(nèi)具有極大值、極小值以及兩者之間的拐點的三次曲線的頻率溫度特性，并且可以通過IDT線占有率η而在工作溫度范圍內(nèi)將拐點調(diào)節(jié)在所希望的溫度或溫度區(qū)域內(nèi)。
文檔編號H03H9/145GK102403979SQ201110264418
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者小幡直久 申請人:精工愛普生株式會社