(57)【要約】石英単結晶から作られた基板を有する電気音響素子が記載される。高さの低い比較的軽い電極を用いることによって、高い音響反射＞１％及び周波数の低温反応＜２５ｐｐｂ／Ｋ２が得られるように、基板の結晶断面は選択される。電極はアルミニウムの重量が高い割合を占める。波長に対する電極の高さは＜３．５％であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英単結晶の基板を備え、
前記基板の第１オイラー角λにおいて、-５°≦λ≦５°であり、
前記基板の第２オイラー角μと第３オイラー角θにおいて、平面（μ，θ）における連続断面角範囲は、以下の頂点、Ｐｉ（μｉ，θｉ）：（２３°，２０°）、（６０°，１７°），（１１０°，３０°）、（１０５°，４２°）、（６０°，３０°）、（２３°，２５°）を有する
電気音響素子。
【請求項２】
石英単結晶の基板を備え、
前記基板の第１オイラー角λにおいて、−５°≦λ≦５°であり、
前記基板の第２オイラー角μにおいて、２０°≦μ≦１１０°であり、
前記基板の第３オイラー角θにおいて、１５°≦θ≦４５°である
電気音響素子。
【請求項３】
−０．５°≦λ≦０．５°であることを特徴とする
請求項１又は２に記載の素子。
【請求項４】
１０２°≦μ≦１０８°、３４．２５°≦θ≦４０．２５°であることを特徴とする
請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の素子。
【請求項５】
石英単結晶の基板を備え、
前記基板の第１オイラー角λと、第２オイラー角μと、第３オイラー角θとが、以下の範囲、２８°≦λ≦３２°、｜μ−９０°｜＞５°、１３５°≦θ≦１６０°にある
電気音響素子。
【請求項６】
２０°＜｜μ−９０°｜＜５５°であることを特徴とする
請求項５に記載の素子。
【請求項７】
λ＝３０°、２５°＜｜μ−９０°｜＜３４°、１４６°≦θ≦１５３°であることを特徴とする
請求項５に記載の素子。
【請求項８】
石英単結晶の基板を備え、
前記基板の第１オイラー角λにおいて、５°≦λ≦２８°であり、
前記基板の第２オイラー角μにおいて、２０°＜μ≦１１０°であり、
前記基板の第３オイラー角θにおいて、１０°≦θ≦４５°である
電気音響素子。
【請求項９】
石英単結晶の基板を備え、
前記基板の第１オイラー角λにおいて、５°≦λ≦２８°であり、
前記基板の第２オイラー角μにおいて、４０°＜μ≦１４０°であり、
前記基板の第３オイラー角θにおいて、１３５°≦θ≦１６０°である
電気音響素子。
【請求項１０】
７°≦λ≦１３°、１２２°≦μ≦１２８°、１３７°≦θ≦１４３°であることを特徴とする
請求項９に記載の素子。
【請求項１１】
５°≦λ≦２８°、６０°≦μ≦７５°、１４７°≦θ≦１６０°であることを特徴とする
請求項９に記載の素子。
【請求項１２】
１４°≦λ≦２１°であることを特徴とする
請求項１１に記載の素子。
【請求項１３】
前記基板に配置された、波長λ０で音波を励振する電極を備えることを特徴とする
請求項２ないし１２のうちいずれか１項に記載の素子。
【請求項１４】
前記電極は金属アルミニウムを含むことを特徴とする
請求項１３に記載の素子。
【請求項１５】
アルミニウムの重量比は少なくとも８０％であることを特徴とする
請求項１４に記載の素子。
【請求項１６】
前記電極の高さは前記波長に対して高くても２．５％であり、
前記電極での音響反射は少なくとも１％である、ことを特徴とする
請求項１３ないし１５のうちいずれか１項に記載の素子。
【請求項１７】
前記電極の高さは前記波長に対して高くても４％であることを特徴とする
請求項１３ないし１５のうちいずれか１項に記載の素子。
【請求項１８】
二次温度係数ＴＣＦ２の大きさは２×１０−８／Ｋ２の値を超えないことを特徴とする
請求項１ないし１７のうちいずれか１項に記載の素子。
【請求項１９】
表面波で作動する、少なくとも１つの変換器を備えた共振器から構成される
請求項１ないし１８のうちいずれか１項に記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
周波数の低温反応に関して有益な、石英単結晶の断面は、例えば特許文献１から知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０１２７７８１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、周波数の低温反応を有し、望ましくない波動放射により比較的損失が少ない音波で動作する素子を明記することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
石英単結晶で作られる基板を有する、音波で作動する素子が明記される。高い音響反射＞１％及び周波数の低温反応＜２５ｐｐｂ／Ｋ２が高さの低い比較的軽い電極を用いて達成されるように、基板の結晶断面は選択される。有利な変形例において、電極は、重量におけるアルミニウム含量が高く、例えば、少なくとも８０％である。電極の高さは波長に対して＜３．５％であることが好ましい。
【０００５】
電気音響素子の周波数ｆの温度反応はテイラー級数によって記述される。
ｄｆ／ｆ＝Ｔ０＋ＴＣＦ１ΔＴ＋ＴＣＦ２（ΔＴ）２＋・・・
ｄｆは、温度差ΔＴにおける、温度によって誘発された、素子の周波数の偏差である。これは、例えば、部屋の温度又は所定の基準温度からの温度偏差となり得る。この級数の線形項の前の係数ＴＣＦ１は、熱膨張の線形係数と見なす。この級数の２次項の前の係数ＴＣＦ２は２次の温度係数と見なす。曲線ｄｆ／ｆは基本的に放物線である。パラメータＴ０は、いわゆる反転温度点であり、この放物線の極値を表す。
【０００６】
以下に明記される結晶断面を用いることによって、電極の中程度の層厚さにもかかわらず、高結合、良好な音響反射、同時に石英単結晶の周波数の低温反応を得ることが可能となる。アプリケーションが、所定の温度範囲に渡り周波数の安定を要する場合、低温反応は音響素子には有利である。
【０００７】
特に、素子は、音波が電気的に励振され得る変換器を備えた共振器を有し得る。変換器は一般的に電極格子を有する。電極は波動伝搬方向におよそ垂直に配置される金属片である。いくつかの断面に現れるビームステアリング効果は、波動伝搬方向に対して、電極のわずかな傾斜によって、考慮され得る。変換器は、変換器の活性領域に音波を局在させるのに適する２つの音響反射器の間に配置され得る。
【０００８】
石英のような圧電層における金属構造は、伝搬音波を反射する特性を有する。反射の強さは、とりわけ、基板の特性と同様に金属構造の高さと物理的特性によって決まる。
【０００９】
金属片における波の比較的高い反射の場合、たった２、３個の金属片を有する変換器の構造は、素子の活性領域の外側の波動伝搬を主として妨げるために使用され得る。これは、素子を小型化するという意味では有利である。
【００１０】
結晶断面は、３つのオイラー角によって特定される。オイラー角について図１を参照して以下に説明する。第１オイラー角はλ、第２オイラー角はμ、第３オイラー角はθによって示される。
【００１１】
μ∈（μｍｉｎ；μｍａｘ）ならば、θ∈（θｍｉｎ；θｍａｘ）である。近接する有利な領域（μ，θ）の境界は、多角形の交差点によって所定のλに対する（μ，θ）図形において記され得る。
【００１２】
石英単結晶の結晶対称性によって、角θ及び（１８０°−θ）は、以下で扱われる特性に関してはλ＝０°で等しいと考えられる。λ＝３０°では、角μ及び（１８０°±μ）は等しいと考えられる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の好適実施形態によると、電気音響素子は、石英単結晶から作られた基板と、波長λ０で音波を励振させるための基板の上の電極で特定される。電極の高さは、波長に対しておおよそ２．５％程度である。重量が比較的軽いアルミニウムの含量が高い電極の著しく低い高さにも関わらず、以下に明記される適切な結晶断面を備えた高い音響反射＞１％を得ることが可能である。同時に、この素子は、既知のＳＴＸ石英断面と比較して、２５ｐｐｂ／Ｋ２より少ない、改善された温度反応を有する。
【００１４】
第２の好適実施形態によると、電気音響素子は、オイラー角λ、μ、θが次の範囲にある単結晶石英基板で特定される。−５°≦λ≦５°、２０°≦μ≦１１０°、１５°≦θ≦４５°。特に、基板平面の好ましいオイラー角は多角形の中の平面（μ；θ）に位置し、多角形の頂点は以下の点、Ｐｉ（μｉ，θｉ）：（２３°，２０°）、（６０°，１７°），（１１０°，３０°）、（１０５°，４２°）、（６０°，３０°）、（２３°，２５°）で定義される。
【００１５】
λ＝０°、μ＝（１０５±４）°及びθ＝（３７．２５±４）°を有する結晶断面は、例えば、電極の高さｈ／λ０がおよそ１．５％から２．５％で、ｈは電極の絶対高さ、の場合に特に有利と考えられる。
【００１６】
断面平面の回転によって、好ましい特性を備えた角範囲の位置は、他の好ましい範囲がオイラー角λ≠０の基板に対して生じる方法でシフトする。このことは以下に説明する。
【００１７】
第３の好適実施形態によると、電気音響素子は、オイラー角λ、μ、θが次の範囲、２８°≦λ≦３２°、｜μ−９０°｜＞５°、１３５°≦θ≦１６０°である、単結晶石英の基板で特定される。この範囲内では、２５°＜｜μ−９０°｜＜３４°、θ＝（１４９．５＋３．５）°の結晶断面は特に有利であると考えられる。λ＝３０°、μ＝１１９°、θ＝１４７．５°の結晶断面は、特に有利である。
【００１８】
第４の好適実施形態によると、電気音響素子は、オイラー角５°≦λ≦２８°で、θとμは次の範囲、２０°＜μ≦１１０°、１０°≦θ≦４５°、又は４０°＜μ≦１４０°、１３５°≦θ≦１６０°、のうちどちらか１つの範囲内にある、単結晶石英の基板で特定され、低温反応に関しては１４°≦λ≦２１°、６０°≦μ≦７５°、１４７°≦θ≦１６０°の角範囲が特に有益である。
【００１９】
例となる素子の形態を以下に明記する。
【００２０】
一般的に周期的な格子を形成し、波長λ０の音波を励振するための電極は基板の上に配置される。
【００２１】
電極はＡｌ又はＡｌ合金を含むことが好ましい。例えば、電極は少なくとも１つのＡｌ層から構成され、他の層は、特にＣｕ層から構成され得る。他の金属も電極に適している。
【００２２】
電極の高さは、例えば、波長の４％までの高さであり得る。有利な変形例において、波長に対する電極の高さは、せいぜい２．５％であり、その場合、少なくとも電極の端から１％の位置の比較的高い音響反射が、選択された結晶断面によって、達成される。
【００２３】
結晶断面、電極の金属化高さ、及び素子の音響的活性領域の金属化表面領域の割合は、反転温度点Ｔ０が室温、すなわち、おおよそ３０°Ｃであるように選択されるのが好ましい。
【００２４】
素子の音響的活性領域における金属化表面領域の割合は、０．３と０．７との間であることが好ましいが、この範囲に限定されるわけではない。
【００２５】
特定の結晶断面の他の利点は、係数Ｔ０がおおよそ３０°Ｃに対応する場合、それらによって、その大きさは２×１０−８／Ｋ２を超えない２次項の温度係数の比較的小さな値が達成され得ることである。これは、温度、特に−２０°Ｃから＋８０°Ｃ間での範囲の温度に対する、特に低い周波応答をもたらす。
【００２６】
有利な断面角範囲を用いることによって、電気音響素子における比較的高い電気音響的結合係数Ｋを達成することが可能となる。ここでＫ２＞０．０８％である。
【００２７】
特定の素子は表面音波を励起するのに特に適している。しかし、誘発バルク音波の励振も考えられ得る。
【００２８】
点（３０°，２０°）から点（１５０°，５５°）までと、点（６０°，１５°）から（１５０°，４０°）までの２つの線の間の（μ，θ）概略図における基本的に対角線上に広がる領域に位置する石英の結晶断面は、λ＝０の低ＴＣＦ２によって区別されることがわかる。θ方向の領域の幅は変化し、おおよそ１５°から２０°である。これは特に４％までの電極の高さｈ／λ０に適用する。他の層高さには、範囲はθの方向に１０°までずらすことができる。
【００２９】
λ＝０°、ｈ／λ０が１．５％から３．５％までの場合、μが３０°から６０°の間で、θが２０°から３０°の間の断面角範囲は特に有利であり、μが６０°から１１０°、θが２３°から４５°の第２断面角範囲も同様である。およそ２％の相対電極厚さでは、０．７５％よりも大きな音響反射が第１及び第２角領域で達成され得る。
【００３０】
例えば、相対電極高さｈ／λ０がおよそ２％の結晶断面は以下に言及され得る。すなわち、
（０°；７０°；２５．２５°）又は（０°；７０°；１５４．７５°）、
（０°；８０°；２７．９°）又は（０°；８０°；１５２．１°）、
（０°；９０°；３１．２５°）又は（０°；９０°；１４８．７５°）、
（０°；１００°；３５．２５°）又は（０°；１００°；１４４．７５°）、
（０°；１０５°；３７．２５°）又は（０°；１０５°；１４２．７５°）、
（０°；１１０°；３９．１°）又は（０°；１１０°；１４０．９°）
である。
【００３１】
λ＝０°の場合、好ましい連続領域が見つけられ、その頂点は以下の点、Ｐｉ（μｉ，qｉ）：（２３°，２０°）、（６０°，１７°）、（１１０°，３０°）、（１０５°，４２°）、（６０°，３０°）、（２３°，２５°）で定義される。
【００３２】
λ＞０°、特に０°＜λ≦３０°の場合、以下の有利な断面角範囲が見つけられる。すなわち、３０°≦μ≦１６０°；１３５°≦μ≦１５５°。
【００３３】
例えば、ｈ／λ０＝２％でＴＣＦ２＝−１５ｐｐｂ／Ｋ２の結晶断面（１０°，１２５°，１４０°）と判明した。断面（３０°，１１９°，１４７．５°）には、ＴＣＦ２＝−１７ｐｐｂ／Ｋ２と計算され、断面（２０°，６８°，１５０°）には、ＴＣＦ２＝−１９ｐｐｂ／Ｋ２と計算される。
【００３４】
オイラー角を、図１を参照して、以下で説明する。
【００３５】
結晶座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の軸は、単結晶の基本セルの結晶軸（ａ，ｂ，ｃ）に沿って方向付けられる。第１オイラー角λは、図１に示すように、ｚ軸の反時計回りの、座標系の回転を示す。一回回転座標系は、（ｘ’，ｙ’，ｚ）と表す。第２オイラー角μはｘ’軸周りの１回回転座標系の回転を示す。そこで、（ｘ’，ｙ”，ｚ）座標系に変化する。第３オイラー角θはｚ軸周りの２回回転座標系の回転を示す。ここで得た（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系のＸ軸は、音波の伝搬方向として設けられた方向に方向付けられる。音波はＸ、Ｙ平面で伝搬し、それは基板の断面平面としても呼ばれる。Ｚ軸はこの平面の法線である。
【図１】
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【国際調査報告】
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