(57)【要約】【課題】水晶片の上下両面に各々励振電極を形成した水晶振動子において、小型であっても不要振動の影響を抑えること。【解決手段】水晶片２を平面で見た時における周縁部に非晶質領域５を形成すると共に、この非晶質領域５について、励振電極３、３を囲むように形成する。そして、水晶片２の端部側から中央部側に向かうにつれて、非晶質領域５の深さ寸法ｈが小さくなるようにすると共に、励振電極３における非晶質領域５側の稜線と平行に伸びる平行線に対して、この稜線に対向する非晶質領域５の稜線（短辺８及び長辺９）が交差するように構成する。【選択図】図３
2013236333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶片の両面に励振電極を設けてなる水晶振動子において、
前記水晶片の一面側及び他面側の少なくとも一方にて、平面で見た時に前記励振電極を介して互いに対向する前記水晶片の周縁部に各々形成され、不要振動の発生を抑制するために不純物元素が注入された非晶質領域を備え、
この非晶質領域は、
前記励振電極の外縁と当該励振電極に対向する前記非晶質領域の内縁とが非平行になるように形成されたことと、
前記水晶片の端部側から中央側に向かうにつれて、非晶質領域の深さ寸法が小さくなるように構成されたことと、を有することを特徴とする水晶振動子。
【請求項２】
前記非晶質領域は、平面で見た時に前記水晶片の周方向に亘って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子。
【請求項３】
前記非晶質領域は、前記水晶片の縁部から、前記励振電極の外縁部よりも前記水晶片の中央寄りの位置までに亘って形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水晶振動子。
【請求項４】
前記水晶片の端部側には、前記励振電極に接続される電極パッドが形成され、
この電極パッドは、前記非晶質領域上に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の水晶振動子。
【請求項５】
前記水晶片を平面で見た時の表面積は、２００００μｍ２以下であり、
前記励振電極側における前記非晶質領域の稜線と、この非晶質領域に対向する前記励振電極の稜線との間の離間寸法は、３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の水晶振動子。
【請求項６】
水晶片の両面に励振電極を設けてなる水晶振動子において、
前記水晶片の一面側及び他面側の少なくとも一方にて、平面で見た時に前記励振電極を介して互いに対向する前記水晶片の周縁部に各々形成され、不要振動の発生を抑制するために不純物元素が注入された非晶質領域を備え、
この非晶質領域は、
前記励振電極の外縁と当該励振電極に対向する前記非晶質領域の内縁とが非平行になるように形成されていることを特徴とする水晶振動子。
【請求項７】
前記非晶質領域は、前記励振電極の外形に沿うように形成され、
前記励振電極は、前記非晶質領域を形成するために前記水晶片に不純物元素を注入する時のマスクを兼用していることを特徴とする請求項６に記載の水晶振動子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一つに記載の水晶振動子と、
この水晶振動子を支持するためのベース基板と、
前記水晶振動子の置かれる雰囲気を封止するための蓋体と、
前記水晶振動子とは反対側における前記ベース基板に形成され、前記励振電極に接続される入出力電極と、を備えたことを特徴とする電子部品。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか一つに記載の水晶振動子と、
この水晶振動子における前記振動領域を振動させるために前記励振電極に接続された発振回路と、を備えたことを特徴とする水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶片の上下面に励振電極を各々形成した水晶振動子、この水晶振動子を備えた電子部品及び水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子として、図２９及び図３０に示すように、例えば板状の水晶片１００の上下面に各々励振電極１０１を形成した構成が知られている。このような水晶振動子は、図示を省略するが、例えば導電性接着剤などを介してセラミックスなどからなるベース基板に接着及び固定される。そして、例えば金属製のカバーにより当該水晶振動子の置かれる雰囲気が真空雰囲気あるいは窒素雰囲気となるように封止されると共に、励振電極１０１に接続される入出力電極がパッケージの外側に形成されて、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｕｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅ）型の電子部品として構成される。また、この水晶振動子に対して前記励振電極１０１を介して発振回路を接続することにより、水晶発振器例えば温度補償型水晶発振器が得られる。
【０００３】
このような水晶振動子では、励振電極１０１、１０１を介して入力される入力信号により励振電極１０１、１０１間の振動領域１０２において水晶片１００が振動すると共に、この振動に対応する電気信号が出力信号として取り出される。この時、振動領域１０２では、主振動が水晶片１００の中央部に集中せずに、端部に達した場合には例えば輪郭振動などの他の不要振動が発生する。このような不要振動が発生すると、水晶振動子のＱ値が劣化して、出力信号に意図しないスプリアスが発生したり、発振周波数の温度依存性が劣化したり、あるいはＣＩ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値の劣化（増大）が起こったりするなど、水晶振動子の特性劣化の原因となってしまう。
【０００４】
そこで、主振動を水晶片１００の中央部に集中させるために、励振電極１０１、１０１に対して水晶片１００の端部側に外れた領域に、凹型あるいは凸型の段差からなるパターン１０３を形成する技術が知られている。しかし、このようなパターン１０３を形成するにあたり、当該パターン１０３の高さ寸法及び幅寸法などについて、水晶振動子の使用周波数（発振周波数）に応じて合わせ込む必要があるため、水晶振動子の品種毎に、例えば数ヶ月レベルでの極めて長期に亘る開発が必要になってしまう。
【０００５】
そして、このような不要振動は、平面で見た時の水晶片１００の寸法が小さくなるほど顕著になる。具体的には、水晶片１００の上下面の表面積が各々１．５ｍｍ２（例えば１．２５ｍｍ×１．２ｍｍ）程度まで小型化すると、主振動に対して不要振動が同レベルまで増大してしまう。そのため、このような小型の水晶片１００の場合には、当該水晶片１００を良好に振動させるための励振電極１０１の面積を確保しつつ、パターン１０３を形成することは極めて困難になる。また、パターン１０３を形成すると、このパターン１０３よりも外側には励振電極１０１を形成しにくくなるので、当該励振電極１０１の寸法がパターン１０３よりも内側に限定されてしまい、従って水晶振動子の特性がいわば制限されてしまう。即ち、ＣＯ（並列容量（ε０×ε（ＳｉＯ2（水晶））×Ｓ（水晶片１００の表面積）÷Ｔ（水晶片１００の厚み寸法））は、平面で見た時の励振電極１０１の面積に伴って増大するため、パターン１０３を形成した分だけ小さい値を取らざるを得ない。また、Ｃ１（等価直列容量）についても同様に、パターン１０３を形成することによって劣化してしまう。
【０００６】
一方、励振電極の外側の領域に、イオンの打ち込みによるドーピング層を水晶片（水晶基板）の板厚方向に亘って形成する技術が知られている（特許文献１）。しかしながら、このドーピング層を形成したとしても、図２９に概略的に示すように、不要振動がドーピング層において反射してしまうおそれがある。この場合には、ドーピング層に向かう進行波と当該ドーピング層において反射する反射波との間で定在波が形成されて、依然として特性が劣化してしまう。
【０００７】
特許文献２には、水晶基板の端部領域に、当該水晶基板の板厚方向に亘ってイオンをドープ（打ち込み）した領域を形成する技術について記載されている。また、特許文献３には水晶基板を支持する部位を変質させた変質部について記載され、特許文献４には水晶片にイオン注入する技術について記載されている。更に、特許文献５には、圧電基板１２の外縁をテーパー状に形成した技術について記載されている。しかしながら、これら特許文献１〜５には、既述の課題については記載されていない。尚、レーザー光により水晶片の一部を変質させようとしても、実際には水晶片全体が昇温するので、水晶片全体が変質してしまうし、５７３℃（キューリー点）以上の場合には双晶化するため現実的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−９７６２３
【特許文献２】特開２００８−１５４１８１
【特許文献３】特開２００５−５９６３
【特許文献４】特開２００２−１４１７６０
【特許文献５】特開２００７−１７４５６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、水晶片の上下両面に各々励振電極を形成した水晶振動子において、小型であっても不要振動の影響を抑えることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の水晶振動子は、
水晶片の両面に励振電極を設けてなる水晶振動子において、
前記水晶片の一面側及び他面側の少なくとも一方にて、平面で見た時に前記励振電極を介して互いに対向する前記水晶片の周縁部に各々形成され、不要振動の発生を抑制するために不純物元素が注入された非晶質領域を備え、
この非晶質領域は、
前記励振電極の外縁と当該励振電極に対向する前記非晶質領域の内縁とが非平行になるように形成されたことと、
前記水晶片の端部側から中央側に向かうにつれて、非晶質領域の深さ寸法が小さくなるように構成されたことと、を有することを特徴とする。
【００１１】
前記非晶質領域は、平面で見た時に前記水晶片の周方向に亘って形成されていても良い。前記非晶質領域は、前記水晶片の縁部から、前記励振電極の外縁部よりも前記水晶片の中央寄りの位置までに亘って形成されていても良い。
前記水晶片の端部側には、前記励振電極に接続される電極パッドが形成され、
この電極パッドは、前記非晶質領域上に配置されていても良い。
前記水晶片を平面で見た時の表面積は、２００００μｍ２以下あるいは１．５ｍｍ２以下であり、
前記励振電極側における前記非晶質領域の稜線と、この非晶質領域に対向する前記励振電極の稜線との間の離間寸法は、３０μｍ以下であっても良い。
また、本発明の水晶振動子は、
水晶片の両面に励振電極を設けてなる水晶振動子において、
前記水晶片の一面側及び他面側の少なくとも一方にて、平面で見た時に前記励振電極を介して互いに対向する前記水晶片の周縁部に各々形成され、不要振動の発生を抑制するために不純物元素が注入された非晶質領域を備え、
この非晶質領域は、
前記水晶片の端部側から中央側に向かうにつれて、非晶質領域の深さ寸法が小さくなるように構成されていても良い。
前記非晶質領域は、前記励振電極の外形に沿うように形成され、
前記励振電極は、前記非晶質領域を形成するために前記水晶片に不純物元素を注入する時のマスクを兼用していても良い。
【００１２】
本発明の電子部品は、
以上のいずれか一つに記載の水晶振動子と、
この水晶振動子を支持するためのベース基板と、
前記水晶振動子の置かれる雰囲気を封止するための蓋体と、
前記水晶振動子とは反対側における前記ベース基板に形成され、前記励振電極に接続される入出力電極と、を備えたことを特徴とする。
本発明の水晶発振器は、
以上のいずれか一つに記載の水晶振動子と、
この水晶振動子における前記振動領域を振動させるために前記励振電極に接続された発振回路と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、水晶片の上下両面に励振電極を各々形成した水晶振動子において、この水晶片を平面で見た時における周縁部に、不要振動の発生を抑制するために、不純物元素を注入した非晶質領域を形成している。そして、この非晶質領域について、平面で見た時に励振電極を介して互いに対向するように水晶片の一方側及び他方側に各々配置すると共に、励振電極の外縁と当該励振電極に対向する非晶質領域の内縁とが非平行となるようにしている。そのため、振動領域から振動のエネルギーが漏れだして水晶片の端部にて反射したとしても、当該端部において反射する反射波とこの端部に向かう進行波との間で定在波が形成されることを抑制できるので、水晶振動子の特性劣化を抑制できる。また、水晶片の端部側から中央側に向かうにつれて、非晶質領域の深さ寸法が小さくなるようにしているので、水晶片の端部にて不要振動が反射したとしても、同様に定在波の発生を抑制できる。従って、小型の水晶振動子であっても、不要振動の影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の水晶振動子を備えた電子部品の一例を示す斜視図である。
【図２】前記電子部品を示す縦断面図である。
【図３】前記水晶振動子を表側から見た平面図である。
【図４】前記水晶振動子を示す縦断面図である。
【図５】前記水晶振動子を裏側から見た平面図である。
【図６】前記水晶振動子を製造する工程の概略を示す縦断面図である。
【図７】前記水晶振動子を製造する工程の概略を示す縦断面図である。
【図８】前記水晶振動子を製造する工程の概略を示す縦断面図である。
【図９】前記水晶振動子を製造する工程の概略を示す縦断面図である。
【図１０】前記水晶振動子を製造する工程の概略を示す縦断面図である。
【図１１】前記水晶振動子内を伝搬する振動から見た時の当該水晶振動子を示す縦断面図である。
【図１２】前記水晶振動子において発生する振動が伝搬する様子を概略的に示す概略図である。
【図１３】前記水晶振動子において発生する振動が伝搬する様子を概略的に示す概略図である。
【図１４】前記水晶振動子に形成された非晶質領域の概略を示す縦断面図である。
【図１５】前記水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。
【図１６】前記水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。
【図１７】前記水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。
【図１８】前記水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。
【図１９】前記水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。
【図２０】前記水晶振動子の他の例を示す平面図である。
【図２１】前記水晶振動子の他の例を示す平面図である。
【図２２】前記水晶振動子の他の例を示す平面図及び縦断面図である。
【図２３】前記水晶振動子の他の例を示す平面図及び縦断面図である。
【図２４】前記水晶振動子の他の例を示す平面図である。
【図２５】前記水晶振動子の他の例を示す平面図である。
【図２６】前記水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。
【図２７】本発明の水晶発振器の一例をしめす回路図である。
【図２８】前記非晶質領域を形成するための装置の一例を示す縦断面図である。
【図２９】従来の水晶振動子を示す模式図である。
【図３０】従来の水晶振動子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の水晶振動子の実施の形態の一例について、図１〜図１４を参照して説明する。この水晶振動子１は、図１〜図５に示すように、例えば板状の水晶片２と、この水晶片２の上下両面に各々形成された励振電極３とを備えており、例えばセラミックスからなるベース基板１１上に配置されている。始めに水晶振動子１の概略について説明すると、この水晶振動子１は、水晶片２における励振電極３、３間の領域を振動領域４と呼ぶと、この振動領域４で発生する振動のうち不要振動が水晶片２の端部領域で反射して振動領域４に戻ることを抑制するために、後述するように、平面で見た時における周縁部に非晶質領域５が形成されている。続いて、水晶振動子１の詳細について説明する。
【００１６】
ベース基板１１上には、励振電極３、３と夫々電気的に接続される電極部１２、１２が水晶片２の短辺方向（図１中Ｘ方向）に互いに離間するように配置されており、従って水晶振動子１は、このベース基板１１上において片持ちの状態で支持されるように構成されている。また、ベース基板１１における水晶振動子１とは反対側の面（裏面）には、図２に示すように、各々の電極部１２と電気的に接続される入出力電極１３が２カ所に形成されており、これら入出力電極１３、１３を介して水晶振動子１に対して電気信号の入出力が行われる。図１中１４は、水晶振動子１の置かれる雰囲気を真空雰囲気または窒素雰囲気に封止するために、下面周縁部が周方向に亘ってベース基板１１の上面に圧着される蓋体であり、一部を切り欠いて描画している。また、図２中１５は、電極部１２と入出力電極１３とを互いに接続するためにベース基板１１を貫通するように設けられた貫通電極であり、１６は電極部１２と励振電極３とを互いに電気的に接続すると共に水晶振動子１を支持するためのバンプ（導電性接着剤）である。これら水晶振動子１、ベース基板１１及び蓋体１４により電子部品が構成される。
【００１７】
水晶片２は、例えばＡＴカット板となるように形成されると共に、図３に示すように、平面で見た時の短辺方向の外形寸法Ｄ１及び長辺方向（図３中Ｙ方向）の外形寸法Ｄ２について、夫々１００〜２０００μｍ及び１００〜２０００μｍ（水晶片２の表面積：１００００μｍ２〜４０００００００μｍ２）となるように構成されている。この例では、外形寸法Ｄ１、Ｄ２は、夫々６００μｍ及び１０００μｍとなっている。また、水晶片２の厚さ寸法ｔは、例えば１０μｍとなっている。
【００１８】
この水晶片２の上面（表面）における長手方向の一端側の端部には、図３及び図５に示すように、励振電極３から伸びる引き出し電極６が形成されており、この引き出し電極６は、水晶片２の側面側を介して裏面側に回り込み、電極パッド７をなしている。水晶片２の下面（裏面）側についても、水晶片２の長手方向における一端側の端部には、当該下面側の励振電極３に接続されると共に、電極パッド７をなす引き出し電極６が形成されている。これら電極パッド７、７は、既述の電極部１２、１２に夫々接続される。
【００１９】
水晶片２の上面側及び下面側において、励振電極３、３は、平面で見た時に水晶片２の外形形状に沿うように、即ち当該励振電極３、３の四辺の各々が周方向に亘って各々の辺に対向する水晶片２の外縁と平行となるように形成されている。水晶片２の短辺方向において、励振電極３の外縁部と水晶片２の端部との間の離間寸法Ｗ１は、各々例えば１０〜５００μｍ程度となっている。また、水晶片２の長辺方向において、引き出し電極６の形成された部位及びこの引き出し電極６に対向する部位を夫々一方側及び他方側と呼ぶと、励振電極３の外縁と水晶片２の端部との間における一方側及び他方側の離間寸法Ｗ２、Ｗ３は、夫々例えば１００〜５００μｍ程度及び１０〜５００μｍ程度となっている。尚、図３及び図５は水晶片２の上面側及び下面側を夫々示しており、図４は図３におけるＡ−Ａ線にて水晶片２を切断した様子を示している。
【００２０】
ここで、図１、図３〜図５に示すように、平面で見た時の励振電極３の周囲（水晶片２の端部）における上下両面には、不純物元素（非導電性元素）例えばボロン（Ｂ）を例えば１×１０１０ＡＴＭ／ｃｍ２〜１×１０１５ＡＴＭ／ｃｍ２の濃度でドープすることによって形成された非晶質領域５が周方向に亘って各々配置されている。従って、非晶質領域５は、励振電極３の外側において概略角形の環状形状をなしており、当該非晶質領域５の外周端については周方向に亘って水晶片２の外縁部に倣うように形成されている。一方、非晶質領域５の内周端の四辺は、図３及び図５に示すように、各々の辺に対向する励振電極３の外周端に対して、各々傾斜するように形成されている。
【００２１】
具体的には、水晶片２の長手方向及びこの長手方向に直交して水平に伸びる方向を夫々前後方向及び左右方向と呼ぶと共に、非晶質領域５の内周端の４つの辺のうち短辺に各々「８」の符号を付すと、引き出し電極６から見て奥側の短辺８は、図３に示すように、右端が励振電極３の右奥における頂点の下方位置に形成されている。そして、前記奥側の短辺８は、右端から左側に向かうにつれて、励振電極３の左奥における頂点よりも奥側に例えば寸法ｓ１だけ離間する（水晶片２の奥側の縁部に近接する）ように、直線的に伸び出している。また、非晶質領域５の内周端の４つの辺のうち長辺に各々「９」の符号を付すと、引き出し電極６から見て左側の長辺９は、前記奥側の短辺８における左端から、励振電極３の左奥の頂点の下方位置を通過して、当該励振電極３の左前の頂点よりも寸法ｓ２だけ左側に離間する（水晶片２の左側の外端縁に近接する）ように、かつ左前の頂点よりも寸法ｓ１だけ手前側に離間する（水晶片２の手前側の外端縁に近接する）ように、直線的に伸び出している。
【００２２】
２つの短辺８、８のうち手前側の短辺８は、前記左側の長辺９の手前側の端部から、励振電極３の右前の頂点（励振電極３と引き出し電極６との間の接続部のうち右端）の下方位置を通過して、当該頂点よりも寸法ｓ２だけ右側に離間する位置まで直線的に伸び出している。そして、右側の長辺９は、奥側の短辺８の右端と手前側の短辺８の右端とを互いに直線状に結ぶように形成されている。前記寸法ｓ１、ｓ２は、各々５〜１００μｍこの例では３０μｍとなっている。
【００２３】
こうして非晶質領域５の内縁における短辺８、８及び長辺９、９は、当該内縁各々対向する励振電極３の外縁に対して夫々傾斜する（非平行となる）ように、当該外縁との間の離間寸法が０〜１００μｍとなるように形成されている。従って、励振電極３から非晶質領域５の４つの辺の内のうち一の辺（短辺８または長辺９）を見た時に、当該一の辺（稜線）は、この一の辺に対向する励振電極３の稜線（外端縁）と平行に伸びる平行線に対して交差するように配置されていると言える。そして、非晶質領域５の内周端における前記一の辺以外の辺についても、同様に各々の辺に対向する励振電極３の外周端と平行に伸びる平行線に対して交差するように配置されている。この時、短辺８、８同士及び長辺９、９同士は、互いに交差するように（平行にならないように）各々形成されている。既述の電極パッド７は、非晶質領域５上に配置されている。
【００２４】
ここで、上面側における非晶質領域５は、図２及び図４に示すように、水晶片２の厚さ方向に形成されており、具体的には水晶片２の外周端と、当該外周端から水晶片２の内周側に１０〜５００μｍ程度離間した位置との間の領域では、例えば０．０１〜５μｍ程度の一定の深さ寸法ｈ例えば５μｍとなるように形成されている。そして、上面側の非晶質領域５は、前記領域よりも水晶片２の内周側に向かうにつれて、深さ寸法ｈが徐々に小さくなり、即ち当該非晶質領域５が深さ方向にガウス分布している。そして、非晶質領域５が一定深さに形成された領域から水晶片２の内周側に１０〜５００μｍ程度離間した位置において、深さ寸法ｈがゼロとなっていて、当該非晶質領域５の境界（既述の短辺８や長辺９）が形成されている。下面側の非晶質領域５についても、上面側の非晶質領域５と同様に形成されている。従って、上面側の非晶質領域５と下面側の非晶質領域５との間の領域（水晶片２の板厚方向における概略中央部）では、振動領域４における水晶片２と同様に、当該水晶片２の結晶状態が維持されている。続いて、以上説明した非晶質領域５の形成方法の一例について説明する。
【００２５】
始めに、図６に示すように、図示しないランバード人工水晶から例えばウエハ状の水晶板２１を切り出すと共に、上下両面を研磨する。次いで、水晶板２１の表面にフォトレジスト膜２２を形成すると共に、図７に示すように、このフォトレジスト膜２２に対して、非晶質領域５の形成される領域が露出するようにパターニングする。続いて、例えば後述のイオンドープ装置を用いて、図８に示すように、フォトレジスト膜２２をマスクとして、例えば４０ｋｅＶ〜４００ｋｅＶ程度のエネルギーにてボロンイオンを水晶板２１にドープ（注入）する。
【００２６】
この時、図９に模式的に示すように、フォトレジスト膜２２の端部から十分に離れた領域（水晶片２の端部側）では、ボロンイオンは、水晶板２１に対して一様な深さとなるように注入される。一方、フォトレジスト膜２２の端部に近接する領域では、水晶板２１に打ち込まれるボロンイオンのうち一部がフォトレジスト膜２２に干渉して、当該水晶板２１への到達が阻害される。従って、非晶質領域５は、図１０に示すように、フォトレジスト膜２２の端部に向かう程、深さ寸法ｈが小さくなり、当該端部の下端位置に非晶質領域５の境界（短辺８及び長辺９）が形成される。
【００２７】
その後、フォトレジスト膜２２を剥離すると共に、水晶板２１の下面側についても上面側と同様に、フォトレジスト膜２２の形成、ボロンイオンの打ち込み及びフォトレジスト膜２２の剥離を行う。こうして水晶板２１の上下両面に励振電極３を形成した後、水晶板２１を個片化することにより、既述の水晶振動子１が得られる。
【００２８】
このように構成した水晶振動子１に対して、励振電極３、３を介して電気信号を入力すると、この電気信号に基づいて振動領域４において水晶片が振動し、この振動（主振動）に対応した電気信号が励振電極３、３を介して取り出される。この時、励振電極３、３の外側に非晶質領域５を形成しているので、水晶片２の端部は、水晶片２における振動から見ると、図１１に示すように、いわば切り欠かれた状態となっている。従って、振動領域４において主振動のエネルギーが閉じこめられて、この振動領域４の外側における不要振動の発生（伝搬）が抑えられる。
【００２９】
一方、振動領域４から僅かにエネルギーが外側に漏れだした場合には、非晶質領域５の内縁（短辺８や長辺９）において不要振動が反射しようとする。しかし、励振電極３の外縁に対して非晶質領域５の内縁を非平行となるように形成しているので、不要振動が前記内縁において反射しても、図１２に示すように、この不要振動は、振動領域４から見て側方側に外れた領域に向かって伝搬していく。従って、非晶質領域５に向かう進行波と、当該非晶質領域５にて反射する反射波との間では、互いの伝搬経路が重なり合わず、そのため定在波の発生が抑制される。
【００３０】
また、既述のように、非晶質領域５の深さ寸法ｈについて、水晶片２の端部側から中央部側に向かう程小さくなるようにしているので、短辺８及び長辺９にて不要振動が反射する時、図１３に示すように、不要振動は、いわば水晶片２の内部側に向かって屈折する。このことからも、前記定在波の発生が抑えられる。尚、図１２は、励振電極３を破線にて示している。
【００３１】
上述の実施の形態によれば、水晶片２を平面で見た時における周縁部に非晶質領域５を形成している。そして、この非晶質領域５について、励振電極３、３を囲むように形成すると共に、励振電極３における非晶質領域５側の稜線と平行に伸びる平行線に対して、この稜線に対向する非晶質領域５の稜線（短辺８及び長辺９）が交差するようにしている。そのため、振動領域４の外側に振動のエネルギーが漏れだしたとしても、水晶片２の端部に向かう進行波と当該端部にて反射する反射波との間で定在波が発生することを抑制できる。また、水晶片２の端部側から中央部側に向かうにつれて、非晶質領域５の深さ寸法ｈが小さくなるようにしているので、水晶片２の端部にて反射波が発生したとしても、同様に定在波の発生を抑制できる。従って、平面で見た時の一辺及び他辺の長さ寸法が各々数十μｍレベルの小型の水晶振動子１であっても、不要振動の影響を抑えて良好な特性を得ることができる。
【００３２】
また、既述の背景の項目で述べたように、励振電極３の外周側における水晶片２には機械的な加工によるパターンを形成していないので、当該励振電極３の面積を広く確保することができ、従って水晶振動子１の特性（ＣＯ、Ｃ１）の劣化を抑制できる。この時、不要振動の発生を抑えるための非晶質領域５を励振電極３の外周側に形成するにあたり、この領域の深さ寸法や幅寸法について、水晶振動子１の使用周波数毎に合わせ込む必要がある。従って、機械的な加工であれば、寸法の合わせ込みを行う時に調整できるパラメータは、そのような加工を施したか否かといった点だけであり、いわば調整幅が極めて小さい。一方、既述の非晶質領域５を形成する場合には、図１４に示すように、イオンのドープ時間（イオンのドープ量）と、イオンをドープする時のエネルギー（イオンの分布深さ）とをパラメータとして用いることができる。そのため、非晶質領域５の深さ寸法ｈ及び幅寸法を水晶振動子１の使用周波数毎に調整する時に、機械的な加工を行う場合と比べて広い調整幅を確保できるので、当該調整を容易に且つ速やかに行うことができる。
【００３３】
更に、ベース基板１１に支持される電極パッド７について、非晶質領域５上に形成している。そのため、振動領域４にて発生する主振動について、電極パッド７を介して漏れだそうとしても、電極パッド７と振動領域４との間には非晶質領域５が介在している。そして、既述の図１１に示したように、非晶質領域５は、振動から見た時に当該振動が伝搬しないか、あるいは伝搬しにくい領域となっている。従って、電極パッド７を介して振動がベース基板１１側に漏れ出すこと（エネルギーロス）を抑制できる。この時、非晶質領域５を水晶板２１の上下両面に各々形成しているので、ベース基板１１上に水晶振動子１を搭載するにあたって、当該水晶振動子１の表裏を配慮する必要がない。
【００３４】
更にまた、短辺８や長辺９と励振電極３の外縁部との間の離間寸法について、寸法ｓ１、ｓ２以下に設定しているので、既述のように小型の水晶板２１であっても振動領域４を確保できる。また、非晶質領域５を形成する時に水晶片２にドープする元素としては、他の元素に比べて比較的軽いボロンを用いているので、小さなエネルギーでも大きく加速させることができ、従って水晶片２の表層よりも深い位置までに亘って非晶質領域５を形成できる。
【００３５】
以上の例では、始めに水晶片２に非晶質領域５を形成して、次いで励振電極３を形成したが、始めに励振電極３を形成し、続いて非晶質領域５を形成しても良い。
次に、以上説明した水晶振動子１の他の例について説明する。図１５は、非晶質領域５の深さ寸法ｈについて、上面側の非晶質領域５と下面側の非晶質領域５とが水晶片２の内部において互いに接触するように設定した例を示している。従って、水晶片２の端部領域では、水晶片２の深さ方向に亘って非晶質領域５が形成されている。この場合においても、非晶質領域５は、水晶片２の端部側から中央側に向かう程、深さ寸法ｈが小さくなるように形成されている。
【００３６】
また、図１６は、非晶質領域５について、励振電極３の周囲に形成することに代えて、当該励振電極３の外縁部よりも水晶片２の中央寄りの位置までに亘って形成した例を示している。言い換えると、励振電極３は、平面で見た時に、当該励振電極３の一部（外周側）が非晶質領域５の内周側と重なり合うように形成されている。この場合であっても、前記寸法ｓ１、ｓ２は、既述の例と同様の寸法に設定されている。このように、振動の反射を抑えるための領域を水晶板２１の周縁部に形成するにあたって、水晶板２１を機械的に加工して凸状あるいは凹状のパターンを形成した場合と比べて、非晶質領域５を形成した場合には励振電極３の面積を広く確保することができる。従って、既述のＣＯやＣ１などについて、更に良好な特性を得ることができる。
【００３７】
更に、図１７は、非晶質領域５を水晶片２の上下両面に設けることに代えて、上面及び下面のうち例えば上面側だけに形成した例を示している。このような場合であっても、非晶質領域５において不要振動が低減される。
また、図１８は、非晶質領域５について、水晶片２の端部側から中央部側に向かうにつれて深さ寸法ｈを徐々に小さくなるように形成するにあたり、当該深さ寸法ｈを曲線的に順次小さくなるように形成した例を示している。更に、図１９は、前記深さ寸法ｈについて、段階的に、いわば階段状に小さくなるように形成した例を示している。このように順次あるいは段階的に深さ寸法ｈを小さくする場合には、例えば始めにある寸法のフォトレジスト膜２２を用いてイオンを注入し、次いでこのフォトレジスト膜２２を剥離した後、当該フォトレジスト膜２２よりも一回り小さい寸法のフォトレジスト膜２２を形成し、このフォトレジスト膜２２を用いてイオンを注入する。こうして寸法が順次小さいフォトレジスト膜２２を用いてイオンを注入することにより、図１９の非晶質領域５が形成される。
【００３８】
図２０は、短辺８及び長辺９を各々直線状に配置することに代えて、途中部位において複数箇所において各々屈曲させて、いわばジグザグ状に形成した例を示している。図２１は、これら短辺８及び長辺９を曲線状に形成した例を示している。これら図２０及び図２１においても、寸法ｓ１、ｓ２は既述の例と同様に設定される。図２２及び図２３は、水晶片２について、平面で見た時に矩形に形成することに代えて、円形に形成した例を示している。励振電極３は、水晶片２の中央位置において円形となるように形成されている。そして、非晶質領域５は、周方向に亘って励振電極３の外縁に対して当該非晶質領域５の内周縁が交差するように（平行にならないように）、楕円状に形成している。
【００３９】
更に、以上の各例では、水晶片２の周囲に亘って非晶質領域５を形成したが、水晶片２において不要振動が互いに対向する部位（例えば長辺９、９）同士の間で主に伝搬する場合、即ち例えば短辺８、８間では不要振動がほとんど伝搬しない場合には、図２４に示すように、長辺９、９側にだけ非晶質領域５を各々形成しても良い。また、非晶質領域５の境界（短辺８または長辺９）を励振電極３の端部に対して傾斜させるにあたり、図２４に示すように、非晶質領域５の四辺あるいは二辺のうち少なくとも一カ所について傾斜させ、残りの辺については当該端部に対して平行となるように形成しても良い。尚、図２４については、引き出し電極６の描画を省略している。
【００４０】
更にまた、「励振電極３の外縁と当該励振電極３に対向する非晶質領域５の内縁とが非平行になっている」とは、以上述べた各例では、これら外縁及び内縁同士がその長さ方向に亘って非平行となっている場合について説明したが、一部が非平行となっていても良い。即ち、振動領域４から水晶片２の端部に向かう不要振動が非晶質領域５の境界において反射することが抑えられる程度に、前記外縁及び内縁同士の一部だけを非平行にしても良い。具体的には、図２５に示すように、例えば互いに対向する長辺９、９同士のうち左側の長辺９側の領域では、非晶質領域５の内縁が途中部位において屈曲しており（途中で傾きが変わっており）、例えば励振電極３の左前の角部よりも奥側では励振電極３の外縁に対して平行となっている。また、「非平行」とは、既述のように、進行波と反射波との間に定在波が発生することを抑制できる程度に前記外縁に対して前記内縁が傾斜していることであり、具体的には前記外縁と前記内縁とのなす角度が１°〜３０°の範囲を意味している。尚、図２５では引き出し電極６については描画を省略しており、また左側の長辺９については、当該長辺９が見やすいように励振電極３よりも左側に大きく離間するように模式的に描画している。
【００４１】
更にまた、非晶質領域５を形成する時に水晶片２に注入する元素としては、ホウ素を用いたが、周期表における１３族または１５族の元素を用いても良い。具体的には、図２６に示すように、例えばヒ素（Ａｓ）を用いた場合には、このようなヒ素は他の元素と比べて比較的重いので、水晶片２の表層部よりも深い位置までに亘って非晶質領域５を形成できる。非晶質領域５を形成するために水晶板２１にドープされる元素としては、ヒ素やホウ素以外にも、不純物元素例えば炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）などであっても良い。この時、ボロン、炭素、酸素、窒素、ヒ素、リン（Ｐ）等のイオンを水晶片２に対して深さ方向に亘って注入させる場合には、イオンをドープする時のエネルギーだけでなく、当該水晶片２の結晶軸と平行になるように注入しても良い。具体的には、水晶片２の場合には、Ｚ軸に平行な角度（側面）から注入することにより、非晶質領域５の深さ寸法を稼ぐことができる。
【００４２】
また、既述の寸法ｓ１、ｓ２について、各々３０μｍ以下としたが、これら寸法ｓ１、ｓ２については、平面で見た時の水晶片２の寸法に応じて適宜設定しても良い。具体的には、寸法ｓ１、ｓ２は、外形寸法Ｄ１、Ｄ２が夫々１０００μｍ及び１０００μｍ程度の場合には、夫々５０μｍ及び５０μｍ程度に設定しても良いし、これら外形寸法Ｄ１、Ｄ２で規定すると、寸法ｓ１（ｓ２）＝０．００１〜０．１×外形寸法Ｄ１（Ｄ２）となる。
【００４３】
続いて、以上説明した水晶振動子１を備えた水晶発振器の一例について、ＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を例に挙げて図２７を参照して説明する。このＴＣＸＯは、外部の温度変化の影響を抑えて設定周波数ｆ０の信号を出力するための回路であり、例えば既述の水晶振動子１を２組設けて構成されている。設定周波数ｆ０は、基準温度Ｔ０において、基準電圧Ｖ０を第１の発振回路３１に印加した時に得られる出力周波数である。以降の説明において、２つの水晶振動子１、１のうち一方を「第１の水晶振動子１」、他方を「第２の水晶振動子１」と呼ぶ。
【００４４】
第１の水晶振動子１には、電極パッド７、７を介して第１の発振回路３１が接続されており、第２の水晶振動子１には、同様に電極パッド７、７を介して、当該第２の水晶振動子１を温度センサーとして用いるための第２の発振回路３２が接続されている。そして、これら発振回路３１、３２間には、以下に説明する制御電圧供給部３３が設けられている。図２７中３４は、第２の発振回路３２に制御電圧Ｖ１０が入力される入力端であり、３５は発振器の出力端である。また、図２７中３６はバリキャップダイオードである。
【００４５】
制御電圧供給部３３は、第２の発振回路３２の周波数信号から周波数ｆを計測するための例えば周波数カウンターなどからなる周波数検出部３７と、この周波数検出部３７において計測した周波数ｆに基づいて温度Ｔを推定する温度推定部３８とを備えている。また、制御電圧供給部３３は、温度推定部３８において推定した温度Ｔに基づいて補償電圧ΔＶを演算するための補償電圧演算部３９と、補償電圧演算部３９にて演算された補償電圧ΔＶを基準電圧Ｖ０から減算した制御電圧Ｖｃを第１の発振回路３１に出力するための加算部４０と、を備えている。温度推定部３８は、第２の発振回路３２の周波数温度特性（例えば３次関数）と第２の発振回路３２の発振周波数ｆとに基づいて、第２の水晶振動子１の温度Ｔを求めるように構成されている。また、補償電圧演算部３９は、第１の発振回路３１の温度特性である例えば３次関数発生器及び温度Ｔに基づいて、補償電圧ΔＶを求めるように構成されている。
【００４６】
この発振器において入力端３４に制御電圧Ｖ１０を入力すると、第２の発振回路３２では、第２の水晶振動子１の温度Ｔに基づいて、発振周波数ｆにおいて基本波の厚み滑り振動で発振する。この発振周波数ｆは、既述のように周波数検出部３７を介して温度推定部３８に入力され、この温度推定部３８において第２の水晶振動子１の温度Ｔが推定される。そして、補償電圧演算部３９では、温度推定部３８にて得られた温度Ｔに基づいて補償電圧ΔＶが演算され、加算部４０を介して制御電圧Ｖｃが第１の発振回路３１に印加される。第１の発振回路３１では、第１の水晶振動子１の温度Ｔ及び制御電圧Ｖｃに応じた発振周波数ｆ、即ち設定周波数ｆ０において厚み滑り振動で振動する。
【００４７】
ここで、以上説明した非晶質領域５を形成するための装置の一例について、図２８を参照して簡単に述べておく。図２８中５１及び５２は、夫々水晶板２１を載置するための載置台及びこの載置台５１を収納する真空容器（試料チャンバー）であり、載置台５１に対向するように設けられたイオン生成室（アノードやカソードなどのイオン源）５３から既述の不純物元素がイオン状態で水晶板２１に対して注入されるように構成されている。図２８中５４はイオン生成室５３からイオンを引き出すための電極、５５は電荷の揃った単一原子のイオン流を形成するための質量分析器であり、５６はイオン流に対して加速電圧を印加するための加速部である。また、図２８中５７は、イオン流の照射位置を制御するためのビームスキャナー電場形成部であり、軸方向（水晶板２１の表面に平行な面）における照射位置の調整、あるいは前記照射位置の粗調整及び微調整を行うために複数箇所に設けられている。
【００４８】
この装置において、既述のフォトレジスト膜２２の形成された水晶板２１を載置台５１に載置すると共に、排気ユニット５７を介して真空容器５２内を真空引きすると共に、イオン生成室５３からホウ素イオンなどを水晶板２１に対して供給すると、以上説明した非晶質領域５が形成される。
【符号の説明】
【００４９】
１  水晶振動子
２  水晶片
３  励振電極
４  振動領域
５  非晶質領域
８  短辺
９  長辺
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２７】
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【図２８】
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【図３０】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２９】
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