(57)【要約】 【課題】  エッチングレートが速く、電気機械結合係数が大きい、量産性に優れた圧電単結晶組成物を提供すること。【解決手段】  ランガサイト型構造を有する化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表される圧電単結晶組成物において、Ｘが０＜ｘ≦１．０の範囲にある圧電単結晶組成物にするか又はランガサイト型構造を有する化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３ａＧａ２ｂＧｅ４ＣＯ１４で表される圧電単結晶組成物において、０＜ｘ≦１．０、０．９５＜ａ≦１．０５、０．９０＜ｂ≦１．２０、０．９５＜ｃ≦１．３０の範囲にある圧電単結晶組成物にすること。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランガサイト型構造を有する圧電単結晶の組成が化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表される圧電単結晶組成物において、Ｘが０＜ｘ≦１．０の範囲にしたことを特徴とする圧電単結晶組成物。
【請求項２】
ランガサイト型構造を有する圧電単結晶の組成が化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３ａＧａ２ｂＧｅ４ＣＯ１４で表される圧電単結晶組成物において、０＜ｘ≦１．０、０．９５≦ａ≦１．０５、０．９０≦ｂ≦１．２０、０．９５≦ｃ≦１．３０の範囲にしたことを特徴とする圧電単結晶組成物。
【請求項３】
ランガサイト型構造を有する圧電単結晶の組成が化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表される圧電単結晶組成物において、主成分であるＳｒ、Ｂａ、Ｇａ、Ｇｅの酸化物の合計を１００ａｔ％とした時の主成分であるＳｒ、Ｂａ、Ｇａ、Ｇｅ以外で構成される酸化物の比率で定義される不純物濃度は、１．５ａｔ％以下にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の圧電単結晶組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電単結晶に関し、特にアクチュエーター、フィルター、発振子、圧電ジャイロ、圧電トランス等に用いるに好適な圧電デバイス用の圧電振動子の材料となる圧電単結晶組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルター、発振子、ジャイロ等の圧電デバイスは携帯電話、パソコン、デジタルカメラなどの搭載機器の小型化により、年々小型化が要求され、小型化が最重要テーマの一つとなっている。それに伴い圧電デバイス用の圧電振動子にも小型化が要求されている。
【０００３】
従来の圧電振動子は、角柱形状等の簡単な形状で、サイズも大きかったので、外周刃及び内周刃等の切断加工が施されてきた。しかし、現在の圧電振動子は、小型化に伴い、構造も複雑になっている。その結果、切断加工に高精度の加工精度が要求されるようになった。しかしながら、機械加工の切断は加工精度に制約があった。
【０００４】
微細な加工方法としてエッチング加工がある。エッチング加工は、機械加工より切断加工精度が高精度で、加工歪が小さいという特徴がある。また、切断刃を使用しないので、湾曲構造や穴あけ構造などの複雑な形状の構造に対応できる利点がある。
【０００５】
量産レベルでエッチング加工が応用されている材料例として水晶がある。水晶のエッチングレートは、１．５μｍ／ｍｉｍと大きい。しかしながら、水晶の電気機械結合係数は１０％以下と小さい。水晶を圧電デバイス用の圧電振動子として応用する場合には、圧電応答特性が小さいので電気回路による増幅が必要になり、電気回路の規模が大きくなるという問題点があった。
【０００６】
ニオブ酸リチウムは、電気機械結合係数が大きいので、圧電デバイス用の圧電振動子に広く用いられる。しかしながら、その高い焦電性により、温度変化を与えると表面に電荷が発生に伴い、エッチングレートが遅くなり、エッチング加工が困難になるという問題点があった。
【０００７】
非特許文献１には、ランガサイト系の組成が化学式Ｓｒ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表される圧電単結晶は水晶と比較して電気機械結合係数が大きいことが開示されている。しかしながら、エッチングレートに関する詳細な報告例は開示されていない。
【０００８】
【非特許文献１】Materials  Science  and  Engineering  B106(2004)213
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、これまで、エッチングレートが速く、電気機械結合係数が大きい圧電単結晶組成物の詳細例は開示されていなかった。
【００１０】
本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、エッチングレートが速く、電気機械結合係数が大きい、量産性に優れた圧電単結晶組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための第１の発明は、ランガサイト型構造を有する圧電単結晶の組成が化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表される圧電単結晶組成物において、Ｘが０＜ｘ≦１．０の範囲にした圧電単結晶組成物である。
【００１２】
上記目的を達成するための第２の発明は、ランガサイト型構造を有する圧電単結晶の組成が化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３ａＧａ２ｂＧｅ４ＣＯ１４で表される圧電単結晶組成物において、０＜ｘ≦１．０、０．９５≦ａ≦１．０５、０．９０≦ｂ≦１．２０、０．９５≦ｃ≦１．３０の範囲にした圧電単結晶組成物である。
【００１３】
上記目的を達成するための第３の発明は、ランガサイト型構造を有する圧電単結晶の組成が化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表される圧電単結晶組成物において、主成分であるＳｒ、Ｂａ、Ｇａ、Ｇｅの酸化物の合計を１００ａｔ％とした時の主成分であるＳｒ、Ｂａ、Ｇａ、Ｇｅ以外で構成される酸化物の比率で定義される不純物濃度は、１．５ａｔ％以下にした圧電単結晶組成物である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ランガサイト型構造を有する化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表される圧電単結晶組成物において、Ｘが０＜ｘ≦１．０の範囲にある圧電単結晶組成物にするか、又はランガサイト型構造を有する化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３ａＧａ２ｂＧｅ４ＣＯ１４で表される圧電単結晶組成物において、０＜ｘ≦１．０、０．９５＜ａ≦１．０５、０．９０＜ｂ≦１．２０、０．９５＜ｃ≦１．３０の範囲にある圧電単結晶組成物にすることで、電気機械結合係数が大きく、且つエッチング速度の速い材料を提供でき、圧電デバイスの量産性を高め、圧電デバイスの小型化を実現できる。
【００１５】
また、ランガサイト型構造を有する圧電単結晶の組成が化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表される圧電単結晶組成物において、主成分であるＳｒ、Ｂａ、Ｇａ、Ｇｅの酸化物の合計を１００ａｔ％とした時の主成分であるＳｒ、Ｂａ、Ｇａ、Ｇｅ以外で構成される酸化物の比率で定義される不純物濃度を１．５ａｔ％（原子％）以下にすることでエッチング速度を更に速くでき、より量産性が高められる。
【００１６】
その結果、エッチングレートが速く、電気機械結合係数が大きい、量産性に優れた圧電単結晶組成物の提供が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態に係る圧電単結晶組成物を以下に図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明を実施するための最良の形態に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物の圧電特性の測定に用いた試料外観を示す斜視図である。
【００１８】
本発明を実施するための最良の形態に係るランガサイト型構造を有する圧電単結晶組成物である化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表され、Ｘが０＜ｘ≦１．０の範囲にある圧電単結晶組成物又はランガサイト型構造を有する圧電単結晶組成物である化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３ａＧａ２ｂＧｅ４ＣＯ１４で表され、０＜ｘ≦１．０、０．９５≦ａ≦１．０５、０．９０≦ｂ≦１．２０、０．９５≦ｃ≦１．３０の範囲にある圧電単結晶組成物の試料を作製し、評価する工程について以下に説明する。
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態に係るランガサイト型構造を有する圧電単結晶組成物である化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表され、Ｘが０＜ｘ≦１．０の範囲にある圧電単結晶組成物又はランガサイト型構造を有する圧電単結晶組成物である化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３ａＧａ２ｂＧｅ４ＣＯ１４で表され、０＜ｘ≦１．０、０．９５≦ａ≦１．０５、０．９０≦ｂ≦１．２０、０．９５≦ｃ≦１．３０の範囲にある圧電単結晶組成物の試料作製工程は以下の通りである。純度９９．９９％のＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、Ｇａ２Ｏ３、ＧｅＯ２粉末を表記した化学式のとおり秤量し、乳鉢で混合する。次に、混合粉をプレスによりペレット状にし、高温炉で保持温度１０００℃、保持時間２０ｈの条件で仮焼を行なう。仮焼後に、ペレットを粉砕し、原料粉末とする。
【００２０】
次に、得られた原料粉末を用いて、本発明を実施するための最良の形態に係るランガサイト型構造を有する圧電単結晶組成物の単結晶を育成する。高周波加熱式のマイクロ引き下げ法により本発明の単結晶を成長させる。単結晶育成用の坩堝のノズル形状は、長さ１５ｍｍ幅１ｍｍにする。単結晶成長は、成長速度６ｍｍ／ｈの条件で行なう。また、化学量論組成のランガサイトＸ板Ｙ軸方向の単結晶を種結晶として用いる。単結晶育成の雰囲気は、酸素８％を導入したアルゴン雰囲気にする。通常得られる単結晶は、薄橙色透明で約３０ｍｍの長さの単結晶である。
【００２１】
得られた単結晶は、切断加工および研磨加工を施し、板状試料にする。板状試料のサイズは、２．０×０．５×１０ｍｍである。図１に示されるように、板状試料の上下面に金をスパッタリングして電極を設ける。
【００２２】
次の評価工程では、電極を設けた板状の試料を用い、インピーダンスアナライザーを用いて、共振−反共振法により圧電特性を測定する。ここでは、治具電極ピンで極力弱い力で電極面中央部を挟んで、板状試料を支持して測定する。測定する振動モードは長さ方向振動で、電界印加方向がＸ方向で、振動方向がＹ方向である。なお、電気機械結合係数はｋ１２で表される。
【００２３】
更に、量産性を確認するために、本発明を実施するための最良の形態に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物のエッチングレートの測定をする。エッチング速度測定に両面鏡面研磨した３ｍｍ×３ｍｍ×０．５ｍｍのＸ板試料を用いる。本発明では、エッチャント溶液としては塩酸：純水＝１：１の溶液を用いる。６０℃に加熱したエッチャント溶液中に６０分間両面鏡面研磨した３ｍｍ×３ｍｍ×０．５ｍｍのＸ板試料を浸すことでエッチングする。なお、エッチング前後の板厚を測定することで、エッチングレートを算出する。
【実施例】
【００２４】
本発明を実施するための最良の形態に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物について実施例を挙げて詳細に説明する。
【００２５】
（実施例１）
本発明の実施例に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物である化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表され、Ｘが０＜ｘ≦１．０の範囲にある圧電単結晶組成物の試料を作製して評価を行った。
【００２６】
本発明の実施例に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物の試料作製工程は以下の通りである。純度９９．９９％のＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、Ｇａ２Ｏ３、ＧｅＯ２粉末を表記した化学式のとおり秤量し、乳鉢で混合した。次に、混合粉をプレスによりペレット状にし、高温炉で保持温度１０００℃、保持時間２０ｈの条件で仮焼を行なった。仮焼後に、ペレットを粉砕し、原料粉末とした。
【００２７】
次に、得られた原料粉末を用いて、本発明の実施例に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物の単結晶を育成した。高周波加熱式のマイクロ引き下げ法により本発明の実施例に係る単結晶を成長させた。単結晶育成用の坩堝のノズル形状は、長さ１５ｍｍ幅１ｍｍにした。単結晶成長は、成長速度６ｍｍ／ｈの条件で行なった。また、化学量論組成のランガサイトＸ板Ｙ軸方向の単結晶を種結晶として用いた。単結晶育成の雰囲気は、酸素８％を導入したアルゴン雰囲気にした。得られた単結晶は、薄橙色透明で約３０ｍｍの長さの単結晶であった。
【００２８】
得られた単結晶は、切断加工および研磨加工を施し、板状試料にした。板状試料のサイズは、２．０×０．５×１０ｍｍであった。図１に示されるように、板状試料の上下面に金をスパッタリングして電極を設けた。
【００２９】
次の評価工程では、電極を設けた板状の試料を用い、インピーダンスアナライザーを用いて、共振−反共振法により圧電特性を測定した。ここでは、治具電極ピンを用い、極力弱い力で電極面中央部を挟んで、板状試料を支持して測定をした。測定した振動モードは長さ方向振動で、電界印加方向がＸ方向で、振動方向がＹ方向である。なお、電気機械結合係数はｋ１２で表される。
【００３０】
更に、量産性を確認するために、本発明の実施例に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物のエッチングレートの測定を行った。エッチング速度測定に両面鏡面研磨した３ｍｍ×３ｍｍ×０．５ｍｍのＸ板試料を用いた。本発明の実施例では、エッチャント溶液として塩酸：純水＝１：１の溶液を用いた。６０℃に加熱したエッチャント溶液中に６０分間両面鏡面研磨した３ｍｍ×３ｍｍ×０．５ｍｍのＸ板試料を浸すことでエッチングを行った。なお、エッチング前後の板厚を測定することで、エッチングレートを算出した。
【００３１】
本発明の実施例に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物である化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表され、Ｘが０＜ｘ≦１．０の範囲にある化学量論組成の酸化物を作製し、電気機械結合係数ｋ１２（％）、エッチング速度（μｍ／ｍｉｎ）の評価を行った結果を表１に示す。ここでは、Ｂａ量を表すＸ濃度がＸ＝０に相当するＳｒ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４と比較している。
【００３２】
【表１】
2007284293.tif 000002
【００３３】
Ｂａ量を表すＸ濃度は、Ｘ＝０．１〜１．０の範囲で添加した。Ｂａを添加することにより電気機械結合係数ｋ１２、エッチング速度ともに大きくなった。Ｂａ量を表すＸ濃度がＸ＝０に相当するＳｒ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４と比較して、本発明の実施例に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物である化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表され、Ｘが０＜ｘ≦１．０の範囲にある圧電単結晶組成物は、電気機械結合係数ｋ１２、エッチング速度共に優れることがわかった。
【００３４】
（実施例２）
本発明の実施例に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物である化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３ａＧａ２ｂＧｅ４ＣＯ１４で表され、Ｘ＝０．１、１．０、０．９≦ａ≦１．１、０．８５≦ｂ≦１．２５、０．９≦ｃ≦１．３５の範囲の圧電単結晶組成物を作製し、評価をおこなった。作製および評価は、実施例１と同様におこなった。
【００３５】
本発明の実施例に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物である化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３ａＧａ２ｂＧｅ４ＣＯ１４で表され、Ｘ＝０．１、１．０、０．９≦ａ≦１．０、０．８５≦ｂ≦１．２５、０．９≦ｃ≦１．３５の範囲の圧電単結晶組成物を作製し、電気機械結合係数ｋ12（％）、エッチング速度（μｍ／ｍｉｎ）の評価を行った結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
2007284293.tif 000003
【００３７】
表１、表２に示されるように、本発明の実施例に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物である化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３ａＧａ２ｂＧｅ４ＣＯ１４で、０＜ｘ≦１．０、０．９５≦ａ≦１．０５、０．９０≦ｂ≦１．２０、０．９５≦ｃ≦１．３０の範囲の試料では、Ｓｒ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４より電気機械結合係数ｋ１２（％）、エッチング速度（μｍ／ｍｉｎ）ともに大きくなっていた。また、この組成範囲外では、結晶育成が不可能でるか、Ｓｒ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４より電気機械結合係数ｋ１２（％）、エッチング速度（μｍ／ｍｉｎ）が小さくなり、その効果を確認できなかった。
【００３８】
（実施例３）
本発明の実施例に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物である化学式（Ｓｒ０．５Ｂａ０．５）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４の試料を純度の異なる原料を用いて試料を作製し、その評価をおこなった。なお、作製および評価は、実施例１と同様におこなった。
【００３９】
ランガサイト型構造を有する圧電単結晶の組成が化学式（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４で表される圧電単結晶組成物において、主成分であるＳｒ、Ｂａ、Ｇａ、Ｇｅの酸化物の合計を１００ａｔ％とした時の主成分であるＳｒ、Ｂａ、Ｇａ、Ｇｅ以外で構成される酸化物の比率で定義される不純物濃度を０．６ａｔ％から２．１ａｔ％まで変化させた試料を作製し、電気機械結合係数ｋ１２（％）、エッチング速度（μｍ／ｍｉｎ）の評価を行った結果を表３に示す。
【００４０】
【表３】
2007284293.tif 000004
【００４１】
表３に示されるように、不純物濃度が１．５ａｔ％（原子％）より大きくなるとエッチング速度（μｍ／ｍｉｎ）に大きな差はなかったが、電気機械結合係数ｋ１２（％）、が急激に減少した。これより、不純物濃度が１．５ａｔ％（原子％）以下であれば、電気機械結合係数ｋ１２（％）の劣化がなく、エッチング速度（μｍ／ｍｉｎ）が更に速い圧電単結晶組成物になることがわかる。
【００４２】
以上に示したように、本発明の実施例により、エッチングレートが速く、電気機械結合係数が大きい、量産性に優れた圧電単結晶組成物の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を実施するための最良の形態に係るランガサイト構造を有する圧電単結晶組成物の圧電特性の測定に用いた試料外観を示す斜視図。
【図１】
2007284293.tif 000005