(57)【要約】【課題】Ｑが高く、かつ耐電力性に優れた、輪郭振動モードを利用した圧電振動装置であって、しかも、比帯域を容易に調整し得る圧電振動装置を提供する。【解決手段】輪郭振動モードを利用する圧電振動装置１は、基板１０と、基板１０の上方に配置された圧電薄膜２３と、圧電薄膜２３上に形成された上部電極２４と、上部電極２４と圧電薄膜２３を介して重なり合うように形成されており、上部電極２４と共に圧電薄膜２３に交流電圧を印加し、圧電薄膜２３及び上部電極２４と共に圧電振動部２０を構成する下部電極２５と、基板１０に対してギャップＤを隔てて浮かされた状態で圧電振動部２０を支持する支持部３０とを備えている。平面視された際に、上部電極２４と下部電極２５とが、圧電振動部２０の主たる振動方向における端部において重なり合っていない。【選択図】図１
2009094560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の上方に配置され、対向し合う第１，第２の主面を有する圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の第１の主面に形成された上部電極と、
前記圧電薄膜を介して前記上部電極と重なり合うように前記圧電薄膜の第２の主面に形成されており、前記上部電極と共に前記圧電薄膜に交流電圧を印加し、前記圧電薄膜及び前記上部電極と共に圧電振動部を構成している下部電極と、
前記基体に固定されており、前記基体に対してギャップを隔てて浮かされた状態で前記圧電振動部を支持する支持部とを備え、
前記圧電振動部の輪郭振動モードを利用しており、
平面視された際に、前記上部電極と前記下部電極とは、前記圧電振動部の主たる振動方向における端部において重なり合っていないことを特徴とする、圧電振動装置。
【請求項２】
平面視された際に、前記上部電極と前記下部電極とが重なり合っていない前記圧電薄膜の部分の面積は、前記圧電振動部の面積の４５％以下である、請求項１に記載の圧電振動装置。
【請求項３】
前記圧電振動部と前記支持部とは、同一の部材により構成されている、請求項１または２に記載の圧電振動装置。
【請求項４】
前記圧電振動部は前記圧電振動部のノードにおいて支持されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【請求項５】
前記上部電極と前記下部電極とが重なり合っていない前記圧電薄膜の部分は、輪郭振動モードにおける振動の腹部を含んでいる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【請求項６】
平面視された際に、前記圧電振動部は、対向し合う第１及び第２の辺と、対向し合う第３及び第４の辺とを有する略矩形状であり、
前記圧電振動部は前記第１及び第２の辺の延びる方向に主として振動し、
前記圧電振動部が前記第１及び第２の辺において支持されており、
前記上部電極と前記下部電極とが重なり合っていない前記圧電薄膜の部分は、前記第３及び第４の辺に接する部分の少なくとも一方に形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【請求項７】
前記上部電極と前記下部電極とが重なり合っていない前記圧電薄膜の部分には、前記下部電極のみが形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【請求項８】
前記上部電極と前記下部電極とが重なり合っていない前記圧電薄膜の部分において、前記第１及び第２の主面の少なくとも一部に形成され、前記上部電極及び下部電極に対して絶縁された導電層をさらに備えた、請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【請求項９】
前記上部電極及び前記下部電極は前記圧電薄膜よりも音速が遅い、請求項８に記載の圧電振動装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電振動装置を備える、発振回路素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の発振回路素子を備える、電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動装置に関し、より詳細には、圧電薄膜を備え、バルク波の内の拡がり振動モード、長さ振動モードまたは幅振動モードなどの輪郭振動モードを利用した圧電振動装置、それを備える発振回路素子及び電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルク波を利用した圧電振動装置は、弾性表面波を利用した弾性表面波装置に比べてＱが高く、耐電力性が高いという利点を有する。このため、従来、例えば特許文献１などにおいて、バルク波として輪郭振動モードを利用した圧電振動装置が種々提案されている。
【０００３】
図３３は、特許文献１に記載された圧電振動装置１００の模式的平面図、図３４は、図３３中のＮ-Ｎ線に沿った断面図、図３５は、図３３中のＯ-Ｏ線に沿った断面図である。図３４に示すように、圧電振動装置１００はフィルム状の圧電体１０１を備えている。圧電体１０１は、対向し合う第１の主面１０１ａと第２の主面１０１ｂとを備えている。圧電体１０１の第１の主面１０１ａには、第１の電極１０２が形成されている。一方、圧電体１０１の第２の主面１０１ｂには、第２の電極１０３が形成されている。第１の電極１０２と第２の電極１０３とは、圧電体１０１を介して重なり合うように配置されている。圧電体１０１と第１の電極１０２と第２の電極１０３とを含む積層体１０６の一部は、基体１０５から浮かされた状態で支持されている。圧電振動装置１００では、この積層体１０６のうち、基体１０５から浮かされた状態で支持されている部分が圧電振動部１０４を構成している。
【特許文献１】ＷＯ２００７／０８８６９６  Ａ１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１にも記載されているような、圧電振動装置１００では、帯域幅を中心周波数で除算して得られる比帯域の大きさを調整しようとした場合、材料や圧電振動装置１００自体の外形寸法を変更しなければならないため、比帯域の大きさの調整が困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、Ｑが高く、かつ耐電力性に優れ、輪郭振動モードを利用した圧電振動装置であって、しかも、比帯域を容易に調整し得る圧電振動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、基体と、基体の上方に配置され、対向し合う第１，第２の主面を有する圧電薄膜と、圧電薄膜の第１の主面に形成された上部電極と、圧電薄膜を介して上部電極と重なり合うように圧電薄膜の第２の主面に形成されており、上部電極と共に圧電薄膜に交流電圧を印加し、圧電薄膜及び上部電極と共に圧電振動部を構成している下部電極と、基体に固定されており、基体に対してギャップを隔てて浮かされた状態で圧電振動部を支持する支持部とを備え、圧電振動部の輪郭振動モードを利用しており、平面視された際に、上部電極と下部電極とは、圧電振動部の主たる振動方向における端部において重なり合っていないことを特徴とする、圧電振動装置が提供される。
【０００７】
ここで、「圧電振動部」とは、基体に対して浮かされた状態で支持されており、上部電極と下部電極との間に交流電圧が印加されたときに振動する部分をいう。圧電振動部は圧電駆動部と圧電被駆動部とを有する。
【０００８】
「圧電駆動部」とは、上部電極と下部電極とが重なり合った部分であり、上部電極と下部電極との間に交流電流が印加されたときに実際に励振される部分をいう。
【０００９】
「圧電被駆動部」とは、上部電極と下部電極との間に交流電流が印加されることにより、その部分自体は励振されないものの、圧電駆動部が励振されることによって圧電駆動部と共に振動する部分をいう。
【００１０】
本発明に係る圧電振動装置のある特定の局面では、上部電極と下部電極とが重なり合っていない圧電薄膜の部分の平面視された際の面積は、圧電振動部の面積の４５％以下である。
【００１１】
本発明に係る圧電振動装置の別の特定の局面では、圧電振動部と支持部とは、同一の部材により構成されている。
【００１２】
圧電振動部は、圧電振動部のノードにおいて支持されていることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る圧電振動装置のさらに別の特定の局面では、上部電極と下部電極とが重なり合っていない圧電薄膜の部分は、輪郭振動モードにおける振動の腹部を含んでいる。
【００１４】
本発明に係る圧電振動装置の他の特定の局面では、平面視された際に、圧電振動部は、対向し合う第１及び第２の辺と、対向し合う第３及び第４の辺とを有する略矩形状であり、圧電振動部は第１及び第２の辺の延びる方向に主として振動し、圧電振動部が第１及び第２の辺において支持されており、上部電極と下部電極とが重なり合っていない圧電薄膜の部分は、第３及び第４の辺に接する部分の少なくとも一方に形成されている。
【００１５】
本発明において、上部電極と下部電極とが重なり合っていない圧電薄膜の部分には、下部電極のみが形成されていることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る圧電振動装置のさらに他の特定の局面では、上部電極と下部電極とが重なり合っていない圧電薄膜の部分において、第１及び第２の主面の少なくとも一部に形成され、上部電極及び下部電極に対して絶縁された導電層をさらに備えている。この本発明に係る圧電振動装置のさらに他の特定の局面では、上部電極及び下部電極は圧電薄膜よりも音速が遅いことが好ましい。
【００１７】
本発明に係る発振回路素子は、本発明に係る圧電振動装置を備えている。
【００１８】
本発明に係る電子装置は、本発明に係る発振回路素子を備えている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、圧電振動部の主たる振動方向における端部に、上部電極と下部電極とが重なっていない部分が設けられているので、上部電極と下部電極とが重なっていない圧電薄膜の部分の面積の圧電振動部全体の面積に対する割合を調節することで、比帯域を容易に調節することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動装置１の平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図４は、図１中のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図５は、第１の実施形態に係る圧電振動装置１が搭載された電子装置３を示す概略構成図である。
【００２２】
図５に示すように、電子装置３は発振回路素子２を備えている。発振回路素子２は第１の実施形態に係る圧電振動装置１を用いて構成されている。圧電振動装置１の一端がコンデンサＣ１を介してグラウンド電極に接続されており、他端がコンデンサＣ２を介してグラウンド電極に接続されている。圧電振動装置１に並列にインバータＱとバイアス抵抗Ｒとが接続されている。
【００２３】
本実施形態において、圧電振動装置１は、輪郭振動モード、具体的には、拡がり振動モードを利用するものである。より詳細には、圧電振動装置１では、後に詳述する圧電振動部２０の幅と長さとの比が約１：１．５に設定されているため、幅方向の振動を主とする拡がり振動モードが利用される。
【００２４】
圧電振動装置１は、基体としての基板１０と、第１の付加膜２６と、第１の導電層２８と、圧電薄膜２３と、第２の導電層２９と、第２の付加膜２７とを備えている。
【００２５】
基板１０は、Ｓｉ系半導体などの半導体や、ガラスなどの絶縁体により形成されている。
【００２６】
図２及び図６に示すように、基板１０の上には第１の付加膜２６が形成されている。第１の付加膜２６は、中央に位置する平面視略矩形状の中央部と、中央部に連なる両端部とを備えている。中央部は、基板１０からギャップＤを隔てて浮かされた状態で保持されている。両端部は、基板１０に固定された部分と、その固定部と中央部とを連結する傾斜部とを備えている。
【００２７】
この第１の付加膜２６と、後述する第２の付加膜２７とは、内部を保護する保護膜として機能するものであってもよく、補強膜として機能するものであってもよい。また、第１及び第２の付加膜２６，２７は、温度特性を補償する膜であってもよい。さらに、第１及び第２の付加膜２６，２７は、質量付加により共振周波数を調整するためのものであってもよい。なお、これら第１及び第２の付加膜２６，２７は、本発明において必須の構成ではない。圧電振動装置１は、第１及び第２の付加膜２６，２７を備えていなくてもよい。
【００２８】
第１及び第２の付加膜２６，２７は、第１及び第２の付加膜２６，２７により付加しようとする機能に応じた材料により形成することができる。例えば、第１及び第２の付加膜２６，２７により温度補償を行ったり、圧電振動部を保護したりする場合は、ＳｉＯ２やＳｉＮなどの誘電体薄膜により第１及び第２の付加膜２６，２７を構成することができる。また、第１及び第２の付加膜２６，２７は、Ａｌ、Ｃｕ、エリンバーまたはインバーなどの導電性材料により形成されていてもよい。その場合、第１及び第２の付加膜２６，２７と第１の導電層２８及び第２の導電層２９との間に絶縁膜を形成しておくことが好ましい。さらに、第１及び第２の付加膜２６，２７は、ＺｎＯやＡｌＮのような圧電材料により形成されていてもよく、Ｓｉのような半導体材料により形成されていてもよい。
【００２９】
図２及び図７に示すように、第１の導電層２８は第１の付加膜２６上に形成されている。第１の導電層２８は、圧電振動部２０を構成する平面視略矩形状の下部電極２５と、下部電極２５に連ねられた第１の端子電極３１を有している。
【００３０】
第１の導電層２８及び第２の導電層２９の材料は特に限定されない。第１の導電層２８及び第２の導電層２９の形成には、適宜の導電性材料を用いることができる。導電性材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｗまたはこれらの合金が挙げられる。導電性の合金の具体例としてはエンリバーやインバーなどが挙げられる。
【００３１】
図２及び図８に示すように、圧電薄膜２３は、第１の導電層２８の中央部と、第１の付加膜２６の端部との上に形成されている。圧電薄膜２３は、その厚み方向に分極されている。圧電薄膜２３は対向し合う第１の主面２３ａと第２の主面２３ｂとを有する。第１の主面２３ａが第２の導電層２９に接している。一方、第２の主面２３ｂが第１の導電層２８に接している。
【００３２】
圧電薄膜２３は、幅と長さとの比が１：１．５の平面視略矩形状であり、圧電振動部２０を構成する中央部と、中央部に連ねられた両端部とを備えている。
【００３３】
圧電薄膜２３は、適宜の圧電材料により形成することができる。圧電材料としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス（ＰＺＴ系圧電セラミックス）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、水晶などが挙げられる。すなわち、圧電薄膜２３は、圧電単結晶及び圧電セラミックスのうちのいずれにより形成されていてもよい。
【００３４】
図２及び図９に示すように、第２の導電層２９は、圧電薄膜２３と第１の付加膜２６の端部との上に形成されている。第２の導電層２９は、圧電振動部２０を構成する平面視略矩形状の上部電極２４と、上部電極２４に連ねられた第２の端子電極３２とを有する。上部電極２４は、下部電極２５と共に、圧電薄膜２３に交流電圧を印加し、圧電振動部２０の圧電駆動部２１を励振させる。
【００３５】
ここで、「圧電振動部２０」とは、基板１０に対して浮かされた状態で支持されており、上部電極２４と下部電極２５との間に交流電圧が印加されたときに振動する部分をいい、上部電極２４、圧電薄膜２３及び下部電極２５により構成されている。
【００３６】
「圧電駆動部２１」とは、上部電極２４と下部電極２５とが重なり合った部分であり、上部電極２４と下部電極２５との間に交流電流が印加されたときに実際に励振される部分をいう。
【００３７】
「圧電被駆動部２２」とは、上部電極２４と下部電極２５との間に交流電流が印加されることにより、その部分自体は励振されないものの、圧電駆動部２１が励振されることにより、圧電駆動部２１と共に振動する部分をいう。
【００３８】
図９に示すように、上部電極２４は、圧電振動部２０の上面全体に及んでいない。具体的には、上部電極２４の幅は、圧電振動部２０の幅よりも狭く設定されている。このため、圧電振動部２０の幅方向両端部（図１においてハッチングを附した部分）は、上部電極２４により覆われておらず、圧電被駆動部２２を構成している。ここで、圧電振動部２０の主たる振動方向が圧電振動部２０の幅方向であるため、圧電被駆動部２２は、圧電振動部２０の主たる振動方向における端部に設けられていることとなる。具体的に、圧電被駆動部２２は、圧電振動部２０の主たる振動方向における端部において、長さ方向にわたって、平面視略矩形状に設けられている。
【００３９】
図１及び図２に示すように、第２の付加膜２７は、第２の導電層２９と圧電薄膜２３との上に形成されている。第２の付加膜２７は、圧電振動部２０の上面を被覆する中央部と、その中央部に連なる両端部とを有している。なお、本実施形態では、第１及び第２の付加膜２６，２７も設けられているが、第１及び第２の付加膜２６，２７は圧電振動部２０にとって必須の構成部材ではない。
【００４０】
圧電振動部２０は、平面視された際に、対向し合う第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂと、対向し合う第３及び第４の辺２０ｃ，２０ｄとを有する矩形状に形成されている。本実施形態では、第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂが短辺であり、第３及び第４の辺２０ｃ，２０ｄが長辺である。
【００４１】
圧電振動装置１は、第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂの延びる方向、すなわち圧電振動部２０の幅方向の振動を主とする拡がり振動モードを利用するものである。具体的には、図１０に示すように、圧電振動部２０は、実線で示す当初の状態から、第３及び第４の辺２０ｃ，２０ｄが幅方向に沿って大きく変位すると共に、第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂが長さ方向に沿ってはあまり変位しない。特に、第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂの中央部においては、ほとんど変位せず、第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂの中央部は実質的にノードとなる。すなわち、圧電振動部２０は、破線で示す幅方向に膨張した状態と、実線で示す幅方向に収縮した状態とのの間で変位を繰り返す。このような拡がり振動モードが励振される圧電振動部２０においては、第３及び第４の辺２０ｃ，２０ｄに接する幅方向端部が振動の腹部となる。このため、圧電被駆動部２２は、輪郭振動モードにおける振動の腹部を含んでいる。
【００４２】
図１及び図２に示すように、圧電振動部２０は基板１０に固定された支持部３０によって基板１０からギャップＤだけ離れた位置に支持されている。支持部３０は、第１の付加膜２６の両端部と、第１の端子電極３１と、圧電薄膜２３の両端部と、第２の端子電極３２と、第２の付加膜２７の両端部とにより構成されている。すなわち、本実施形態では、圧電振動部２０と支持部３０とは、同一の薄膜部材によって構成されている。
【００４３】
但し、第１及び第２の付加膜２６，２７は、支持部３０にとって必須の構成部材ではない。支持部３０は、圧電薄膜２３、上部電極２４及び下部電極２５のみにより構成されていてもよい。その場合、上部電極２４及び下部電極２５は、圧電薄膜２３に対して非常に薄いものであるため、支持部３０としての機能は、圧電薄膜２３が実質的に担うこととなる。
【００４４】
また、本実施形態のように、第１及び第２の付加膜２６，２７が設けられている場合は、圧電薄膜２３の両端部を設ける必要は必ずしもない。但し、圧電薄膜２３の両端部を設けない場合は、第１及び第２の付加膜２６，２７を、圧電振動部２０を支持するのに十分な強度に形成する必要がある。
【００４５】
支持部３０は、圧電振動部２０を、第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂのほぼ中央、つまり、圧電振動部２０の長さ方向端部のほぼ中央において支持している。上述のように、幅と長さとの比が１：１．５で、幅方向の振動が主となる拡がり振動モードが利用される本実施形態では、この圧電振動部２０の長さ方向端部のほぼ中央は、ほとんど変位しないノードである。従って、支持部３０は、そのノードにおいて圧電振動部２０を支持している。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態では、上部電極２４と下部電極２５とは、輪郭振動モードにおける振動の腹部となる、圧電振動部２０の主たる振動方向における端部において重なり合っていない。つまり、圧電振動部２０は圧電振動部２０の主たる振動方向における端部に位置する圧電被駆動部２２を有する。このため、この圧電被駆動部２２の圧電振動部２０に占める割合（圧電被駆動部占有率）を調節することにより、容易に比帯域の大きさを調節することが可能となり、圧電振動装置１の設計自由度が向上する。
【００４７】
また、圧電被駆動部占有率を４５％以下に設定した場合には、比帯域を大きくことができる。このため、最大位相角を大きくすることができ、よって、容易かつ確実に発振させることができる。
【００４８】
上記のように、発振容易性の観点からは、比帯域が大きいことが好ましい。その反面、比帯域が大きいと外部回路の影響を受けやすくなるため、周波数公差が厳しくなる。よって、周波数公差を緩和する観点からは比帯域が小さい方が好ましい。従って、圧電振動装置１にとって、帯域幅が大きいほど好ましいとは必ずしもいえず、用いられる発振回路素子、電子装置によって好ましい比帯域の大きさが異なる。このため、圧電振動装置１においては、本実施形態のように比帯域の大きさの調整が容易であることが好ましい。
【００４９】
なお、圧電薄膜振動装置１において、圧電被駆動部２２の圧電振動部２０に占める割合を調節することにより比帯域の大きさが調節可能であることは、本発明者らの鋭意研究の結果により、初めて見出されたものである。
【００５０】
以下に示す要件において、上部電極２４の幅方向寸法を種々変化させた場合の圧電被駆動部占有率と比帯域（帯域幅を中心周波数で除算して得られる値）との関係を有限要素法によりシミュレーションした結果を図１１に示す。図１１の横軸は、圧電被駆動部２２の圧電振動部２０に占める割合（圧電被駆動部占有率）を示す。縦軸は、比帯域を示す。
第１の付加膜２６：材料：ＳｉＯ２、厚み：１．７μｍ
下部電極２５：材料：Ｐｔ、厚み：０．１μｍ
圧電薄膜２３：材料：ＡｌＮ、厚み：１．６μｍ
上部電極２４：材料：Ｐｔ、厚み：０．１μｍ
第２の付加膜２７：ＳｉＯ２層とＡｌＮ層との積層、ＳｉＯ２層の厚み：３．３μｍ、ＡｌＮ層の厚み：０．８μｍ
第１及び第２の付加膜２６，２７を含む圧電振動部２０の厚み：７．６μｍ
圧電振動部２０の寸法：幅１４０μｍ×長さ２１０μｍ
図１１に示すように、圧電被駆動部占有率を変化させることにより、圧電振動装置１の比帯域の大きさを変化させることができることがわかった。具体的に、圧電被駆動部占有率が０より大きく０．４５（４５％）以下である場合は、圧電被駆動部２２が設けられていない場合と比べて比帯域を大きくすることができることがわかった。一方、圧電被駆動部占有率が０．４５を超えると、圧電被駆動部２２が設けられていない場合と比べて比帯域が小さくなる傾向にあることがわかった。圧電被駆動部占有率が０〜０．２５の範囲においては、比帯域は、圧電被駆動部占有率の増加と共に大きくなり、圧電被駆動部占有率が０．２５であるときに最大となった。圧電被駆動部占有率が０．２５より大きい範囲においては、比帯域は圧電被駆動部占有率の増加と共に小さくなることがわかった。
【００５１】
圧電被駆動部占有率を変化させることにより圧電振動装置１の比帯域の大きさを変化させることができるのは、以下の理由によるものであると考えられる。すなわち、幅方向の振動を主とする拡がり振動モードが励振される圧電振動部２０においては、第３及び第４の辺２０ｃ，２０ｄに接する幅方向端部が振動の腹部となる。このため、圧電振動部２０の幅方向端部では、電束密度が弱く（すなわち、発生電荷量が少ないので）、圧電振動に対する励振効率が低い。すなわち、圧電振動部２０の幅方向端部は、圧電的な寄与が小さい部分である。このことから、圧電被駆動部占有率を変化させることで励振効率が低い幅方向端部における圧電駆動部２１の面積を調節することで、図１２に示す圧電振動装置１の等価回路において、圧電効果に起因するＣ４をなるべく変化させることなく、電気容量に起因するＣ３を変化させることができる。その結果、Ｃ４／Ｃ３に比例する比帯域の大きさを調整することができるものと考えられる。特に、圧電被駆動部占有率が０〜０．２５の範囲においては、Ｃ３を小さくすることができるので、比帯域を大きくすることができるものと考えられる。
【００５２】
また、本実施形態では、バルク波内の輪郭振動モードに属する拡がり振動モードが利用されるため、Ｑ値が高く、体電力性に優れた圧電振動装置１を実現することができる。加えて、圧電振動部２０は、基板１０からギャップＤを隔て浮かされた状態で配置されている。このため、圧電振動部２０は圧電効果により基板１０に束縛されることなく自由に振動する。よって、良好な共振特性を得ることができる。
【００５３】
特に、本実施形態では、圧電振動部２０は、そのノードにおいて支持されている。このため、支持されることによる振動の阻害が抑制され、より良好な共振特性が得られる。
【００５４】
本実施形態では、圧電振動部２０と支持部３０とは、同一の薄膜部材により構成されている。このため、圧電振動部２０を形成する工程とは別に、支持部３０を形成する工程を設ける必要がなく、共通の薄膜形成工程で圧電振動部２０と支持部３０とを同時に形成することができる。よって、圧電振動装置１の製造工程を簡略化することができる。
【００５５】
なお、圧電振動装置１の作製方法は、特に限定されない。例えば、圧電振動装置１は、基板１０上に、第１の付加膜２６、第１の導電層２８、圧電薄膜２３、第２の導電層２９及び第２の付加膜２７を、薄膜形成法で順次形成していくことにより作製することができる。薄膜形成法の具体例としては、例えば、ＰＶＤ法や、ＣＶＤ法などが挙げられる。
【００５６】
下部電極２５よりも上部電極２４を幅狭にする方法としては、例えば、上部電極２４のパターニング時に下部電極２５のパターニング時に使用したマスクよりも狭いパターンを有するマスクを使用する方法や、レーザー、収束イオンビームなどを用いて形成された上部電極２４を再加工する方法が挙げられる。
【００５７】
ギャップＤの形成方法も特に限定されない。ギャップＤは例えば以下の要領で形成することができる。基板１０上に、第１の付加膜２６、第１の導電層２８、圧電薄膜２３、第２の導電層２９及び第２の付加膜２７を溶解しない溶剤により除去可能な溶剤除去性材料層を形成する。その後、第１の付加膜２６、第１の導電層２８、圧電薄膜２３、第２の導電層２９及び第２の付加膜２７を順次形成する。最後に、溶剤除去性材料層を除去することによりギャップＤを形成することができる。
【００５８】
（第１及び第２の変形例）
図１３は、第１の変形例に係る圧電振動装置の横断面図である。図１４は、第２の変形例に係る圧電振動装置の横断面図である。図１３に示すように、圧電被駆動部２２に、下部電極２５を形成せず、上部電極２４のみを形成するようにしてもよい。図１４に示すように、圧電被駆動部２２に、上部電極２４と下部電極２５の両方を形成しないようにしてもよい。
【００５９】
しかしながら、第１及び第２の変形例の場合、下部電極２５の上に形成される圧電薄膜２３や上部電極２４に凹凸が生じる。圧電薄膜２３に凹凸が生じると、その凹凸部において、結晶成長に不連続性が生じるため、圧電薄膜２３の凹凸部は結晶性の悪い領域となる。このため、この結晶性が悪い凹凸部が起点となって、衝撃などによる圧電振動装置１の破壊や静電耐圧の劣化による耐サージ性の劣化などの不良が発生するおそれがある。従って、上記第１の実施形態のように、圧電被駆動部２２には、下部電極２５を形成し、上部電極２４を形成しないようにすることが好ましい。そうすることにより、圧電薄膜２３に大きな凹凸が生じることを規制することができる。従って、上述のような圧電振動装置１の破壊や静電耐圧の劣化による耐サージ性の劣化などの不良を抑制することができる。
【００６０】
（第３の変形例）
上記第１の実施形態では、平面視した際の圧電駆動部２１の形状が略矩形状である例について説明したが、本発明において、平面視した際の圧電駆動部２１の形状は特に限定されない。圧電振動の励起効率は電束密度分布によって決まるため、有限要素法などを用いて電束密度の等高線を計算し、圧電駆動部２１の形状を電束密度の等高線に沿った形状にすることが好ましい。例えば、図１５に示すように、圧電駆動部２１の平面視した際の形状を、長さ方向における中央部が拡幅した樽状にしてもよい。
【００６１】
このように、圧電駆動部２１の平面視した際の形状を電束密度の等高線に沿った形状にすることで、圧電駆動部２１を電束密度が低い部分からより厳密に遠ざけることができる。このため、比帯域をより大きくすることが可能となる。
【００６２】
（第４の変形例）
図１６は、第４の変形例に係る圧電振動装置の模式的平面図である。図１７は、図１６中のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。図１８及び図１９は、図１６中のＦ−Ｆ線及びＧ−Ｇ線に沿う各断面図である。
【００６３】
第４の変形例の圧電振動装置１ａは、圧電振動部２０を浮かされた状態とするためのギャップを設けるための構造が異なることを除いては第１の実施形態の圧電振動装置１と同様である。従って、同一部分については、同一の参照番号を付することにより、詳細な説明を省略する。
【００６４】
本変形例の圧電振動装置１ａは基板１０ａを備えている。基板１０ａの上面には、凹部１０ｂが形成されている。この凹部１０ｂによりギャップＨが形成されている。すなわち、上記第１の実施形態では、ギャップＤが基板１０の上面と、基板１０の上面から浮かされた圧電振動部２０との間に形成されていたのに対して、本変形例では、基板１０ａに凹部１０ｂが形成されることで、ギャップＨが形成されている。
【００６５】
なお、基板１０ａに凹部１０ｂを形成することにより、ギャップＨを形成する方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。すなわち、第１の付加膜２６などの形成前に、基板１０ａに、エッチングなどの加工により凹部１０ｂを形成する。この凹部１０ｂ内に第１の実施形態で用いた溶剤除去性材料層を形成する。しかる後、第１の付加膜２８などを、薄膜形成法により順次形成する。最後に、溶剤により溶剤除去性材料層を除去することにより、ギャップＨを形成することができる。
【００６６】
（第５の変形例）
図２０は、第５の変形例に係る圧電振動装置の模式的平面図である。図２１は、図２０中のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図２２及び図２３は、図２０中のＪ−Ｊ線及びＫ−Ｋ線に沿う各断面図である。
【００６７】
第５の変形例の圧電振動装置１ｂは、圧電振動部２０を浮かされた状態とするためのギャップを設けるための構造が異なることを除いては第１の実施形態の圧電振動装置１と同様である。従って、同一部分については、同一の参照番号を付することにより、詳細な説明を省略する。
【００６８】
本変形例の圧電振動装置１ｂは基板１０ｃを備えている。本変形例では、基板１０ｃと第１の付加膜２６との間に、ギャップ形成用材料層４０が形成されている。そして、そのギャップ形成用材料層４０を介して、圧電振動部２０が基板１０ｃに対して支持されている。ギャップ形成用材料層４０の圧電振動部２０の下に位置する部分には、上面に開口する凹部４０ａが形成されている。これにより、圧電振動部２０が基板１０ｃからギャップＬだけ浮かされた状態で保持されている。
【００６９】
ギャップＬの形成方法は特に限定されないが、例えば以下のような方法によりギャップＬを形成することができる。すなわち、まず、基板１０ｃ上にギャップ形成用材料層４０を成膜する。このギャップ形成用材料層４０は、圧電振動部２０及び支持部３０を溶解しない溶剤により除去される溶剤除去性材料を用いて、蒸着等の適宜の薄膜形成方法により形成される。その後、ギャップ形成用材料層４０上に圧電振動部２０及び支持部３０を、薄膜形成法により順次形成する。続いて、ギャップ形成用材料層４０を側方から等方性サイドエッチングすることにより凹部４０ａを形成する。これによりギャップＬを形成することができる。
【００７０】
本第５の変形例や第４の変形例において例示したように、圧電振動部２０を浮かされた状態とするためのギャップは、上記第１の実施形態に記載の方法のみならず、種々の方法により形成することができる。
【００７１】
（第６〜第８の変形例）
図２４は、第６の変形例に係る圧電振動装置の模式的平面図である。図２５は、図２０中のＭ−Ｍ線に沿う断面図である。図２６は、第７の変形例に係る圧電振動装置の横断面図である。図２７は、第８の変形例に係る圧電振動装置の横断面図である。
【００７２】
本発明においては、上部電極２４や下部電極２５と絶縁されている限りにおいて、圧電被駆動部２２に他の導電層をさらに設けてもよい。その場合であっても、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７３】
例えば、図２４及び図２５に示すように、圧電被駆動部２２に上部電極２４が形成されていない場合において、圧電被駆動部２２に、上部電極２４とは電気的に絶縁された導電層４１をさらに設けてもよい。また、図２６に示すように、圧電被駆動部２２に下部電極２５が形成されていない場合において、圧電被駆動部２２に、下部電極２５とは電気的に絶縁された導電層４２をさらに設けてもよい。さらに、図２７に示すように、圧電被駆動部２２に上部電極２４と下部電極２５との両方が形成されていない場合において、圧電被駆動部２２に、上部電極２４及び下部電極２５とは電気的に絶縁された導電層４１と導電層４２とをさらに設けてもよい。
【００７４】
但し、上述のように、圧電薄膜２３に凹凸を生じさせない観点からは、図２４及び図２５に示すように、圧電被駆動部２２に下部電極２５のみを形成すると共に、導電層４１をさらに形成することが特に好ましい。
【００７５】
導電層４１を形成する方法としては、例えば、圧電薄膜２３の上面の全面に第２の導電層２９を形成し、その後、レーザーや収束イオンビームなどによりスリットを形成することで、第２の導電層２９から上部電極２４と導電層４１とを同時に形成する方法が挙げられる。同様に、導電層４２も、第１の導電層２８にレーザーや収束イオンビームなどによりスリットを形成することで、第１の導電層２８から下部電極２５と導電層４２とを同時に形成することができる。
【００７６】
上記のレーザーや収束イオンビームを用いた方法により、導電層４１や導電層４２を形成するのであれば、導電層４１や導電層４２を設けない場合よりも加工面積が小さくなる。このため、加工時間を短くすることができ、圧電振動装置１の製造に要する時間を短くすることができる。
【００７７】
また、圧電薄膜２３よりも上部電極２４及び下部電極２５の方が音速が遅い場合は、導電層４１や導電層４２を形成した方が、全体として平均的な音速が小さくなる。従って、同じ周波数で圧電振動装置１を作製する場合、圧電振動装置１を小型化することができる。なお、圧電薄膜２３の音速よりも上部電極２４及び下部電極２５の音速を遅くする方法としては、例えば、圧電薄膜２３をＡｌＮで形成すると共に、上部電極２４及び下部電極２５をＰｔで形成する方法が挙げられる。
【００７８】
（第９の変形例）
図２８は、第９の変形例に係る圧電振動装置の模式的平面図である。
【００７９】
上記第１の実施形態では、幅方向の振動を主とする拡がり振動モードを利用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図２８に示す圧電振動装置１ｃのように、長さ振動モードを利用するものであってもよい。図２９に示すように、圧電振動装置１ｃでは、圧電振動部２０ｅは長辺方向に伸縮する。すなわち、圧電振動部２０ｅは、図２９に示す当初の圧電振動部２０ｅの状態から、破線で示す長辺方向に伸びた状態と、長さ方向に縮んだ状態との間を繰り返し変位する。
【００８０】
本変形例の場合は、主たる振動方向が長さ方向となるため、振動の腹部となる圧電振動部２０ｅの長さ方向における端部に圧電被駆動部２２ａを形成することが好ましい。
【００８１】
また、本発明に係る圧電振動装置は、図３０に示すような幅振動モードを利用するものであってもよい。この場合は、第１の実施形態と同様に、主たる振動方向が幅方向となるため、圧電被駆動部は、振動の腹部となる圧電振動部の幅方向における端部に形成されることが好ましい。
【００８２】
また、本発明に係る圧電振動装置は、図３１に示すように、圧電振動部２０ｆが平面視略正方形状であり、幅方向の振動と長さ方向との振動との両方がほぼ均等に生じる拡がり振動モードを利用するものであってもよい。この場合は、主たる振動方向が幅方向と長さ方向との両方となるため、図３１に示すように、圧電被駆動部２２ｂを圧電振動部２０ｆの周縁部に、圧電駆動部２１ａを包囲するように額縁状に形成することが好ましい。その場合、図３１に示すように、圧電被駆動部２２ｂにより囲まれる領域が略矩形状となるように圧電被駆動部２２ｂを構成してもよいし、図３２に示すように、圧電被駆動部２２ｂにより囲まれる領域が、各辺の中央部が膨出した矩形状となるように圧電被駆動部２２ｂを構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動装置の平面図である。
【図２】図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図３は、図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】図４は、図１中のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る圧電振動装置が搭載された電子装置を示す概略構成図である。
【図６】図６は、第１の付加膜の平面形状を説明するための模式的平面図である。
【図７】図７は、第１の導電層の平面形状を説明するための模式的平面図である。
【図８】図８は、圧電薄膜の平面形状を説明するための模式的平面図である。
【図９】図９は、第２の導電層の平面形状を説明するための模式的平面図である。
【図１０】図１０は、第１の実施形態で利用される、幅方向の振動を主とする拡がり振動モードにおける振動姿態の変化を説明するための模式的平面図である。
【図１１】図１１は、シミュレーションにより求めた、圧電被駆動部占有率と比帯域との関係を表すグラフである。
【図１２】図１２は、圧電振動装置の等価回路図である。
【図１３】図１３は、第１の変形例に係る圧電振動装置の横断面図である。
【図１４】図１４は、第２の変形例に係る圧電振動装置の横断面図である。
【図１５】図１５は、第３の変形例に係る圧電振動装置の模式的平面図である。
【図１６】図１６は、第４の変形例に係る圧電振動装置の模式的平面図である。
【図１７】図１７は、図１６中のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図１８】図１８は、図１６中のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
【図１９】図１９は、図１６中のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図２０】図２０は、第５の変形例に係る圧電振動装置の模式的平面図である。
【図２１】図２１は、図２０中のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図２２】図２２は、図２０中のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。
【図２３】図２３は、図２０中のＫ−Ｋ線に沿う断面図である。
【図２４】図２４は、第６の変形例に係る圧電振動装置の模式的平面図である。
【図２５】図２５は、図２０中のＭ−Ｍ線に沿う断面図である。
【図２６】図２６は、第７の変形例に係る圧電振動装置の横断面図である。
【図２７】図２７は、第８の変形例に係る圧電振動装置の横断面図である。
【図２８】図２８は、第９の変形例に係る圧電振動装置の模式的平面図である。
【図２９】図２９は、第９の変形例で利用される、長さ振動モードにおける振動姿態の変化を説明するための模式的平面図である。
【図３０】図３０は、長さ振動モードにおける振動姿態の変化を説明するための模式的平面図である。
【図３１】図３１は、幅方向の振動と長さ方向との振動との両方がほぼ均等に生じる拡がり振動モードにおける振動姿態の変化を説明するための模式的平面図である。
【図３２】図３２は、図３１に要部を示す拡がり振動モードを利用した圧電振動装置の変形例に係る圧電振動装置の要部を示す模式的平面図である。
【図３３】図３３は、特許文献１に記載された圧電振動装置の模式的平面図である。
【図３４】図３４は、図３３中のＮ-Ｎ線に沿った断面図である。
【図３５】図３５は、図３３中のＯ-Ｏ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１…圧電振動装置
２…発振回路素子
３…電子装置
１０…基板（基体）
１１…積層体
２０…圧電振動部
２０ａ…第１の端部
２０ｂ…第２の辺
２０ｃ…第３の端部
２０ｄ…第４の辺
２１…圧電駆動部
２２…圧電被駆動部
２３…圧電薄膜
２３ａ…第１の主面
２３ｂ…第２の主面
２４…上部電極
２５…下部電極
３０…支持部
４１、４２…導電層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009094560.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009094560.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2009094560.tif 000012
【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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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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２４】
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【図２５】
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【図２６】
2009094560.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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