(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰｂａＺｒｘＴｉｙ（ＮｉｍＭｎｎＮｂ２／３)ｚＯ３で表され、但しｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、０．９３≦ａ≦１．０２、０．３２≦ｘ≦０．５０、０．４１≦ｙ≦０．５４、０．０３≦ｚ≦０．２１及び０．２４≦ｍ＋ｎ≦０．６７である圧電磁器組成物からなる圧電基板と、該圧電基板の表面に形成されたＩＤＴとを有する弾性表面波素子。
【請求項２】
０．４６≦ｍ＋ｎ≦０．６７、０．０１≦ｍ≦０．６６、及び０．０１≦ｎ≦０．６６の関係にある、請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
ＢＧＳ波の電気機械結合係数ｋＢＧＳが５０．９％以上である、請求項２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記Ｐｂの一部がＢａ、Ｃａ、及びＳｒからなる群から選択した少なくとも１種により置換されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記圧電磁器組成物の結晶粒径が３μｍ以下である、請求項１〜４のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記圧電磁器組成物のポア及び欠陥の大きさが３μｍ以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項７】
共振周波数の温度に対する変化率の絶対値が１００ｐｐｍ／℃以下である、請求項１〜６のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性表面波素子を用いて構成されているＳＨタイプの弾性表面波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インピーダンス比及び結合係数を改善し得る圧電磁器組成物を用いた弾性表面波素子及び弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高周波を用いた移動体通信機器の進歩により、用いられる部品、例えば共振子やフィルタなどにおいて、高周波化及び小型化が求められている。高周波化及び小型化を進める上で有利であるため、共振子やフィルタとして、弾性表面波素子が使用されてきている。
【０００３】
弾性表面波素子では、圧電性基板上に少なくとも一対の櫛形電極からなるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）が構成されており、該ＩＤＴにより弾性表面波の励振あるいは受信が行われる。弾性表面波素子の圧電性基板材料としては、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 などの圧電単結晶、またはＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3 などを主成分とする圧電セラミックスが用いられている。また、絶縁基板もしくは圧電基板上に、ＺｎＯ薄膜などの圧電薄膜を積層したものも、弾性表面波素子の圧電性基板として用いられている。
【０００４】
圧電単結晶と圧電セラミックスとを比較した場合、音速は圧電セラミックスの方が遅いので、圧電セラミックスからなる圧電性基板は、弾性表面波素子の小型化を図る上で好ましい。
【０００５】
また、用途によって、求められる圧電性基板材料の結合係数は異なるが、圧電単結晶では、種類及びカット角により結合係数が一義的に定まってしまう。すなわち、圧電単結晶を用いた弾性表面波素子では、単結晶の種類及びカット角により、圧電特性や温度特性が一義的に決定され、素子の設計の自由度が小さくならざるを得なかった。
【０００６】
これに対して、Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3 系セラミックスなどの圧電セラミックスでは、組成を制御することにより圧電特性を広い範囲で変化させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電セラミックスを弾性表面波素子の圧電性基板として用いた場合、１０ＭＨｚを超える高周波領域においては、インピーダンス比、すなわち反共振周波数Ｆａにおけるインピーダンスの共振周波数Ｆｒにおけるインピーダンスに対する比が小さいという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、高周波領域においても高いインピーダンス比を得ることができる圧電磁器組成物を用いた弾性表面波素子及び該圧電磁器組成物を用いた弾性表面波フィルタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の広い局面によれば、ＰｂａＺｒｘＴｉｙ（ＮｉｍＭｎｎＮｂ２／３)ｚＯ３で表され、但しｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、０．９３≦ａ≦１．０２、０．３２≦ｘ≦０．５０、０．４１≦ｙ≦０．５４、０．０３≦ｚ≦０．２１及び０．２４≦ｍ＋ｎ≦０．６７である圧電磁器組成物からなる圧電基板と、該圧電基板の表面に形成されたＩＤＴとを有する弾性表面波素子が提供される。
【００１０】
本願発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、少なくともＰｂ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＯの元素で構成される圧電磁器組成物において、上記組成式を満たすように構成することにより、該圧電磁器組成物を圧電基板として用いた弾性表面波素子において前述したインピーダンス比を効果的に改善し得ることを見い出した。
【００１１】
本発明に係る弾性表面波素子に用いる圧電磁器組成物は、上記組成式で示されている各元素の酸化物あるいは炭酸化合物を主原料として構成されるが、金属や他の化合物またはこれらの複合酸化物などを原料として用いて構成してもよい。なお、各原料に不純物が含まれる可能性があるが、試薬１級以上の純度があれば特に影響されるものではない。さらに、製造時に、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２が混入する恐れがあるが、これらの不純物の濃度が１０００ｐｐｍ以下であれば特に圧電特性の大きな劣化は生じない。
【００１２】
本発明において、ａが０．９３未満あるいは１．０２を超えると、焼結性が低下し、焼結性が悪く、十分な強度を有する焼結体が得られない。
また、ｘが０．３２未満、あるいは０．５０を超えると、インピーダンス比及び電気機械結合係数が低下する。同様に、ｙが０．４１未満になると、インピーダンス比は高いものの、耐熱性が著しく悪化する。あるいは０．５４を超えると、電気機械結合係数やインピーダンス比が低下する。ｚは、０．０３未満の場合、あるいは０．２１を超える場合も、同様にインピーダンス比及び電気機械結合係数が低下する。
【００１３】
さらに、ｍ＋ｎが、０．２４未満及び０．６７を超えると、焼結性が悪く、異相を多く含むようになり、所望の焼結体が得られない。
特に、ｍ＋ｎが、０．４６以上、０．６７以下、ｍが０．０１〜０．６６及びｎが０．０１〜０．６６の範囲にある場合、電気機械結合係数を効果的に高めることができ、好ましい。
【００１４】
本発明に係る弾性表面波素子のある特定の局面では、ＢＧＳ波の電気機械結合係数ｋＢＧＳは５０．９％以上である。
本発明に係る弾性表面波素子に用いる圧電磁器組成物では、ペロブスカイト構造を有する酸化物が主成分となっており、ペロブスカイト構造のＡサイトを構成しているＰｂが、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも１以上の元素により置換されていてもよく、その場合においても圧電特性の劣化は生じ難い。この場合、Ｐｂ元素のＳｒ、ＢａまたはＣａによる置換割合は、Ｐｂの１０モル％以下の範囲とされる。
【００１５】
また、好ましくは、本発明に係る弾性表面波素子に用いる圧電磁器組成物では、結晶粒径が３μｍ以下とされる。
さらに、本発明に係る弾性表面波素子に用いる圧電磁器組成物では、焼結体中に形成されるポアや欠陥の大きさが好ましくは３μｍ以下とされる。
【００１６】
本発明に係る弾性表面波素子の他の特定の局面では、共振周波数の温度に対する変化率の絶対値が１００ｐｐｍ／℃以下とされる。
本発明に係る弾性表面波素子は、ＳＨタイプの弾性表面波を利用した弾性表面波素子として好適に用いられ、その場合には、レイリー波を利用した弾性表面波素子に比べて、ＳＨタイプの表面波を利用しているものであるため、弾性表面波素子のより一層の小型化を図ることができる。
【００１７】
本発明のある特定の局面では、本発明の弾性表面波素子を用いて構成されているＳＨタイプの弾性表面波フィルタが提供される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明をより詳細に説明する。
【００１９】
原料として、Ｐｂ3Ｏ4 、ＮｉＯ、ＭｎＣＯ3 、Ｎｂ2Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 の各粉末を用意した。これらの粉末を下記の表１〜表５に示す組成を有するように秤量し、水を加え、ボールミルで湿式混合し、スラリーを得た。
【００２０】
得られたスラリーを脱水し、オーブンにて混合粉末を乾燥し、整粒した。
しかる後、整粒された混合粉末をアルミナからなる匣に入れ、８００〜１０００℃の温度で仮焼し、仮焼原料を得た。
【００２１】
上記仮焼原料にバインダ及び分散剤を加え、ボールミルで湿式混合し、第２のスラリーを得た。この第２のスラリーを平面形状が正方形の型内に流し込み、注型成形を行った。このようにして得られた正方形板状の成形体を３００〜６００℃で脱脂した後、１０００〜１３００℃の酸素雰囲気中で焼成し、焼結体を得た。
【００２２】
得られた焼結体をラップ研磨し、表面仕上げを行い、５ｃｍ×５ｃｍ×厚み０．４〜０．８ｍｍの圧電基板を得た。
上記のようにして得た圧電基板に分極用電極を形成し、１００℃のオイル中で３ｋＶ／ｍｍの電界強度で分極を行った。しかる後、２００℃の温度で１時間エージングを行った。
【００２３】
エージングされた圧電基板上に、フォトリソグラフィにより複数のＩＤＴを形成し、さらに該圧電基板を切り出すことにより個々の弾性表面波素子を得た。
このようにして得られた弾性表面波素子を、図２に示す。
【００２４】
弾性表面波素子１では、上記圧電磁器組成物からなる圧電基板２上にＩＤＴ３が形成されている。また、ＩＤＴ３の最外側の電極指が圧電基板２の端面２ａ，２ｂと上面とのなす端縁に至るように形成されている。弾性表面波素子１は、ＳＨタイプの表面波としてのＢＧＳ波を利用した端面反射型の表面波共振子である。ここでは、端面反射型であるため、反射器を必要としない。従って、小型化を図ることができる。
【００２５】
上記弾性表面波素子１を得るにあたり、前述のように原料の組成を種々変更し、試料番号１〜７８の弾性表面波素子を作製し、ＢＧＳ波の電気機械結合係数ｋＢＧＳ（％）、インピーダンス比ＡＴＴ（ｄＢ）及び共振周波数の温度変化率（ｐｐｍ／℃）を測定した。また、各圧電基板における粒径をＳＥＭ観察により求めた。結果を図１及び表１〜表５に示す。
【００２６】
【表１】
0003791361.tif 000002
【００２７】
【表２】
0003791361.tif 000003
【００２８】
【表３】
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【００２９】
【表４】
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【００３０】
【表５】
0003791361.tif 000006
【００３１】
表１，２に示す試料番号１〜３８は、上記組成式において、ａ＝１及びｍ＋ｎ＝１／３とし、ｘ，ｙ及びｚを変化させた場合の例である。図１は、この場合のｙ及びｚの変化による電気機械結合係数の変化を示す。
【００３２】
図１から明らかなように、ｚが変化するにつれて電気機械結合係数は変化し、ｚ＝０．１付近で極大値となっている。また、０．０３≦ｚ≦０．２１の範囲で、インピーダンス比（ＡＴＴ）が４０ｄＢ以上と十分な大きさとなっていることがわかる。これに対して、０．０３≦ｚ≦０．２１の範囲外の試料番号３３，３４，３５では、焼結性が低下し、インピーダンス比は低くなる。
【００３３】
同様に、ｙ＞０．５４の範囲では、インピーダンス比が低下し、ｙ＜０．４１では、インピーダンス比、電気機械結合係数は大きいものの、耐熱性が低下する。
【００３４】
また、ｘは、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であるため、ｙ及びｚを上記のように選択した場合、ｙ及びｚが上記望ましい範囲外となる場合のｘでは同様に各特性が劣化することとなる。
【００３５】
従って、表１，２に示す結果から確認されるように、０．３２≦ｘ≦０．５０の範囲内で、インピーダンス比が良好な値となる。
表３に示す試料番号３９〜５８では、上述したｘ，ｙ及びｚの望ましい範囲内において、ａの値が０．９３〜１．０２の範囲で変化されている。表３から明らかなように、ａが変化しても、インピーダンス比及び電気機械結合係数の大きな劣化は見られない。従って、０．９３≦ａ≦１．０２の範囲で、良好な圧電特性が発揮され得ることがわかる。なお、ａがこの範囲外の場合には、焼結性が悪くなる。
【００３６】
表４は、表１，２から求められた望ましいｘ、ｙ及びｚの範囲内において、ｍ及びｎを変化させた試料番号５９〜７６の例を示す。通常、このようなペロブスカイト構造では、ｍ＋ｎ＝１／３とした場合、安定とされているが、試料番号５９〜７６の結果から、０．２４≦ｍ＋ｎ≦０．６７の範囲で、インピーダンス比が４０以上となり、ｍ＋ｎ＝１／３の場合と比べてもインピーダンス比が劣化しない。特に、０．４６≦ｍ＋ｎ≦０．６７、０．０１≦ｍ≦０．６６及び０．０１≦ｎ≦０．６６の場合に、電気機械結合係数ｋＢＧＳが５０．９％以上と非常に大きくなり、好ましいことがわかる。
【００３７】
表５は、ＡサイトのＰｂがＳｒで置換された試料番号７７，７８を示す。このようにＡサイトがＳｒで置換された組成においても、高いインピーダンス比及び電気機械結合係数ｋＢＧＳの得られることがわかる。
【００３８】
また、焼結体の粒径が３μｍを超える試料番号３，１３，７６では、インピーダンス比が低下するので、焼結体における粒径は３μｍ以下であることが好ましい。焼結体における欠陥やポアについても同様の効果があるため、この焼結体の粒径の変化による作用から推測されるように、欠陥やポアについても３μｍ以下であることが好ましい。
【００３９】
上記のように、本発明に属する試料番号や、良好なインピーダンス比が得られ、電気機械結合係数ｋＢＧＳは３０％〜約５０％の広い範囲の値を得ることができることがわかる。
【００４０】
なお、上記実施例では、ＳＨタイプの表面波を利用した端面反射型の表面波装置に適用した場合を説明したが、本発明に係る弾性表面波素子は、ＳＨタイプ以外のレイリー波などの他の表面波を利用した弾性表面波素子としても用いることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明に係る弾性表面波素子では、インピーダンス比が良好であり、高周波化に対応することができ、かつ広い範囲に渡り圧電特性を制御することができる。
【００４２】
よって、高周波化及び小型化に対応した弾性表面波素子を本発明により容易に提供することができる。
また、ｍ＋ｎが０．４６以上、０．６７以下、ｍが０．０１以上、０．６６以下及びｎが０．０１以上、０．６６以下の場合には、大きな電気機械結合係数を得ることができる。
【００４３】
さらに、結晶粒径が３μｍ以下の場合、並びに焼結体におけるポアや欠陥の大きさが３μｍ以下の場合には、インピーダンス比をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ｚを変化させた場合の電気機械結合係数ｋＢＧＳの変化を示す図。
【図２】本発明の実施例で用意された端面反射型の弾性表面波素子を示す斜視図。
【符号の説明】
１…弾性表面波素子
２…圧電基板
２ａ，２ｂ…端面
３…ＩＤＴ
【図１】
0003791361.tif 000007
【図２】
0003791361.tif 000008