表面声波谐振器、表面声波振荡器以及电子设备的制作方法

专利名称：表面声波谐振器、表面声波振荡器以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面声波谐振器以及安装有该表面声波谐振器的表面声波振荡器以及电子设备，尤其涉及在基板表面设有槽的类型的表面声波谐振器以及安装有该表面声波谐振器的表面声波振荡器。
背景技术：
在表面声波(SAW:surface acoustic wave)装置(例如SAW谐振器)中，SAW的阻带(stopband)、压电基板(例如石英基板)的切角以及IDT(interdigital transducer 叉指换能器)的形成方式等对频率温度特性变化的影响很大。
例如，在专利文献1中，公开了 SAW的阻带的上端模式和下端模式各自进行激励的结构以及阻带的上端模式和下端模式各自的驻波分布等。
另外，在专利文献2 5中记载了如下情况SAW的阻带的上端模式的频率温度特性优于阻带的下端模式。并且，在专利文献2、3中记载了如下情况在利用了瑞利波的SAW 装置中，为了获得良好的频率温度特性，对石英基板的切角进行调整，并且使电极的基准化膜厚(H/λ)增厚到0.1左右。
并且，在专利文献4中记载了如下情况在利用了瑞利波的SAW装置中，对石英基板的切角进行调整，并且使电极的基准化膜厚(H/λ)加厚0. 045以上。
此外，在专利文献5中记载了如下情况通过采用旋转Y切X传播的石英基板并利用阻带上端的谐振，由此，与利用阻带下端的谐振的情况相比，频率温度特性提高。
此外，在专利文献6以及非专利文献1中记载了如下情况在使用ST切石英基板的SAW装置中，在构成IDT的电极指之间以及构成反射器的导体带(strip)之间设有槽 (Groove)。此外，在非专利文献1中，记载了二次曲线状的频率温度特性中的顶点温度随槽的深度而变化的情况、和二次温度系数为大致-3. 4X 10-8/oC 2的情况。
另外，在专利文献7中，记载了在采用LST切石英基板的SAW装置中用于使表示频率温度特性的曲线成为三次曲线的结构，另一方面，还记载了如下情况在使用瑞利波的 SAW装置中，未发现具有由三次曲线表示的温度特性的切角的基板。
如上所述，用于改善频率温度特性的要素有很多，尤其在利用了瑞利波的SAW装置中，认为增加构成IDT的电极的膜厚是改善频率温度特性的要因之一。但是，本申请的发明人在实验中发现，当增加了电极的膜厚时，老化特性及耐温度冲击特性等耐环境特性发生劣化。另外，在以改善频率温度特性为主要目的的情况下，如前所述必须增加电极膜厚， 与此相伴，无法避免老化特性及耐温度冲击特性等的劣化。这对于Q值也是适用的，很难在不增加电极膜厚的情况下实现高Q化。
为了解决上述问题，在专利文献8中公开了如下结构在与石英基板的表面声波传播方向垂直的方向上形成槽，在通过槽形成的凸部上形成了电极。由此，改善老化特性及耐温度冲击特性等耐环境特性，实现了高Q值。此外，在专利文献9、10中，公开了如下结构 为了实现高Q值，在IDT电极之间、或者在构成配置于IDT电极两侧的反射器的长条状金属膜之间形成槽。
并且，在专利文献8中，对槽的深度、形成在槽上的电极的膜厚、电极的线占有率进行了系统性调查。并且，在用阻带上端模式激励了表面声波谐振器的情况下，通过相对于所给出的槽深度、电极膜厚来调整线占有率，找到了表面声波的二次温度系数的绝对值变为0. 01ppm/°C 2以下的条件。由此，表面声波的频率温度特性变为三次曲线状，因此可期待能够在拐点附近的温度范围内抑制频率偏差。
专利文献1日本特开平11-214958号公报
专利文献2日本特开2006-148622号公报
专利文献3日本特开2007-208871号公报
专利文献4日本特开2007-267033号公报
专利文献5日本特开2002-100959号公报
专利文献6日本特开昭57-5418号公报
专利文献7日本特许第3851336号公报
专利文献81W02010/098139号公报
专利文献9日本特开昭61-220513号公报
专利文献10日本特开昭61-220514号公报
专利文献11日本特开2009-225420号公报
非专利文献1^>一形SAW共振器力製造条件i特性(電子通信学会技術研究報告丽82_59(1982))
并且，在专利文献11中公开了如下结构降低构成IDT电极的电极指的线宽、即线占有率变动时的表面声波谐振器的工作温度范围内的频率偏差。但是，在专利文献8至11 所示的表面声波谐振器中，也强烈要求降低表面声波谐振器的损耗，但现状是没有对于降低损耗进行具体公开。发明内容
因此，本发明着眼于上述问题点，目的在于提供一种降低表面声波的频率偏差并且降低表面声波谐振器的损耗的表面声波谐振器、采用了该表面声波谐振器的表面声波振荡器、电子设备。
本发明正是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可作为以下方式或应用例来实现。
[应用例1]一种表面声波谐振器，其特征在于，该表面声波谐振器具有欧拉角为(一1.5。刍φ刍 1.5。，117° ( θ ( 142°，42. 79° ( | Ψ ^ 49. 57° )的石英基板；以及 IDT，其设置所述石英基板上，包含多个电极指，激励出阻带上端模式的表面声波，在平面视图中，在所述电极指之间的位置上配置有电极指间槽，该电极指间槽是所述石英基板的凹槽，在设配置在所述电极指间槽之间的所述石英基板的凸部的线占有率为ng、设配置在所述凸部上的所述电极指的线占有率为η e、设所述IDT的有效线占有率neff为所述线占有率ng与所述线占有率ne的相加平均的情况下，满足下式的关系，
ng> ne
0. 59 < neff < 0. 73。6
根据上述结构，能够提高激励效率且降低表面声波谐振器的损耗，并且抑制表面声波谐振器的一次温度系数的变动量，抑制谐振频率的波动。
[应用例2]在应用例1所述的表面声波谐振器中，在设所述表面声波的波长为 λ、所述电极指间槽的深度为G、所述IDT的电极膜厚为H、基于所述电极指间槽的深度G除以所述表面声波的波长λ而得的值G/λ和所述有效线占有率neff的平面坐标为(G/λ， neff)时，
(1)在0.000 λ < H^ 0.005 λ的情况下，所述平面坐标(G/λ，neff)包含在以下范围的任意一个内，
由按照(0. 010,0. 710)、(0. 020,0. 710)、(0. 030,0. 710)、(0. 040,0. 710)、(0. 050， 0. 710)、(0. 060,0. 710)、(0. 070,0. 710)、(0. 080,0. 710)、(0. 090,0. 710)、(0. 090,0. 420)、 (0. 080,0. 570)、(0. 070,0. 590)、(0. 060,0. 615)、(0. 050,0. 630)、(0. 040,0. 635)、(0. 030， 0.650)、(0.020,0. 670)、(0.010,0.710)的顺序连接的线围起的范围，
以及由按照(0. 030,0. 590)、(0. 040,0. 580)、(0. 050,0. 550)、(0. 060,0. 520)、 (0. 070,0. 480)、(0. 080,0. 450)、(0. 090,0. 400)、(0. 090,0. 180)、(0. 080,0. 340)、(0. 070， 0. 410)、(0. 060,0. 460)、(0. 050,0. 490)、(0. 040,0. 520)、(0. 030,0. 550)、(0. 030,0. 590) 的顺序连接的线围起的范围，
(2)在0.005 λ < H^ 0.010 λ的情况下，所述平面坐标(G/λ，neff)包含在以下范围的任意一个内，
由按照(0. 010,0. 770)、(0. 020,0. 740)、(0. 030,0. 715)、(0. 040,0. 730)、(0. 050， 0. 740)、(0. 060,0. 730)、(0. 070,0. 730)、(0. 080,0. 730)、(0. 080,0. 500)、(0. 070,0. 570)、 (0. 060,0. 610)、(0. 050,0. 630)、(0. 040,0. 635)、(0. 030,0. 655)、(0. 020,0. 680)、(0. 010， 0. 760), (0.010,0. 770)的顺序连接的线围起的范围，
以及由按照(0. 020,0. 650)、(0. 030,0. 610)、(0. 040,0. 570)、(0. 050,0. 550)、 (0. 060,0. 520)、(0. 070,0. 470)、(0. 070,0. 370)、(0. 060,0. 440)、(0. 050,0. 480)、(0. 040， 0. 520)、(0. 030,0. 550)、(0. 020,0. 590)、(0. 020,0. 650)的顺序连接的线围起的范围，
(3)在0.010 λ < H^ 0.015 λ的情况下，所述平面坐标(G/λ，neff)包含在以下范围的任意一个内，
由按照(0. 010,0. 770)、(0. 020,0. 760)、(0. 030,0. 760)、(0. 040,0. 750)、(0. 050， 0. 750)、(0. 060,0. 750)、(0. 070,0. 740)、(0. 080,0. 740)、(0. 080,0. 340)、(0. 070,0. 545)、 (0. 060，0. 590)、(0. 050，0. 620)、(0. 040，0. 645)、(0. 030，0. 670)、(0. 020，0. 705)、(0. 010， 0. 760), (0.010,0. 770)的顺序连接的线围起的范围，
以及由按照(0. 010,0. 740)、(0. 020,0. 650)、(0. 030,0. 610)、(0. 040,0. 570)、 (0. 050,0. 540)、(0. 060,0. 480)、(0. 070,0. 430)、(0. 070,0. 350)、(0. 060,0. 420)、(0. 050， 0. 470)、(0. 040,0. 510)、(0. 030,0. 550)、(0. 020,0. 610)、(0. 010,0. 700)、(0. 010,0. 740) 的顺序连接的线围起的范围，
(4)在0.015 λ < H^ 0.020 λ的情况下，所述平面坐标(G/λ，neff)包含在以下范围的任意一个内，
按照(0.010,0. 770)、(0. 020,0. 770)、(0. 030,0. 760)、(0. 040,0. 760)、(0. 050， 0. 760)、(0. 060,0. 750)、(0. 070,0. 750)、(0. 070,0. 510)、(0. 060,0. 570)、(0. 050,0. 620)、(0. 040，0. 640)、(0. 030，0. 660)、(0. 020，0. 675)、(0. 010，0. 700)、(0. 010，0. 770)的顺序连接的线的范围，
以及由按照(0. 010,0. 690)、(0. 020,0. 640)、(0. 030,0. 590)、(0. 040,0. 550)、 (0. 050,0. 510)、(0. 060,0. 470)、(0. 070,0. 415)、(0. 070,0. 280)、(0. 060,0. 380)、(0. 050， 0. 470)、(0. 040,0. 510)、(0. 030,0. 550)、(0. 020,0. 610)、(0. 010,0. 680)、(0. 010,0. 690)的顺序连接的线围起的范围，
(5)在0. 020 λ < H^ 0. 025 λ的情况下，所述平面坐标(G/ λ，η eff)包含在以下范围的任意一个内，
由按照(0. 010,0. 770)、(0. 020,0. 770)、(0. 030,0. 760)、(0. 040,0. 760)、(0. 050， 0. 760)、(0. 060,0. 760)、(0. 070,0. 760)、(0. 070,0. 550)、(0. 060,0. 545)、(0. 050,0. 590)、 (0. 040，0. 620)、(0. 030，0. 645)、(0. 020，0. 680)、(0. 010，0. 700)、(0. 010，0. 770)的顺序连接的线围起的范围，
以及由按照(0. 010,0. 690)、(0. 020,0. 640)、(0. 030,0. 590)、(0. 040,0. 550)、 (0. 050,0. 510)、(0. 060,0. 420)、(0. 070,0. 415)、(0. 070,0. 340)、(0. 060,0. 340)、(0. 050， 0. 420)、(0. 040,0. 470)、(0. 030,0. 520)、(0. 020,0. 580)、(0. 010,0. 650)、(0. 010,0. 690)的顺序连接的线围起的范围，
(6)在0. 025 λ < H彡0. 030 λ的情况下，所述平面坐标(G/ λ，η eff)包含在以下范围的任意一个内，
由按照(0. 010,0. 770)、(0. 020,0. 770)、(0. 030,0. 770)、(0. 040,0. 760)、(0. 050， 0. 760)、(0. 060,0. 760)、(0. 070,0. 760)、(0. 070,0. 550)、(0. 060,0. 505)、(0. 050,0. 590)、 (0. 040，0. 620)、(0. 030，0. 645)、(0. 020，0. 680)、(0. 010，0. 700)、(0. 010，0. 770)的顺序连接的线围起的范围，
以及由按照(0. 010,0. 670)、(0. 020,0. 605)、(0. 030,0. 560)、(0. 040,0. 520)、 (0. 050,0. 470)、(0. 060,0. 395)、(0. 070,0. 500)、(0. 070,0. 490)、(0. 060,0. 270)、(0. 050， 0. 410)、(0. 040,0. 470)、(0. 030,0. 520)、(0. 020,0. 580)、(0. 010,0. 620)、(0. 010,0. 670)的顺序连接的线围起的范围，
(7)在0. 030 λ < H^ 0. 035 λ的情况下，所述平面坐标(G/ λ，η eff)包含在以下范围的任意一个内，
由按照(0. 010,0. 770)、(0. 020,0. 770)、(0. 030,0. 770)、(0. 040,0. 760)、(0. 050， 0. 760)、(0. 060,0. 760)、(0. 070,0. 760)、(0. 070,0. 550)、(0. 060,0. 500)、(0. 050,0. 545)、 (0. 040，0. 590)、(0. 030，0. 625)、(0. 020，0. 650)、(0. 010，0. 680)、(0. 010，0. 770)的顺序连接的线围起的范围，
以及由按照(0. 010,0. 655)、(0. 020,0. 590)、(0. 030,0. 540)、(0. 040,0. 495)、 (0. 050，0. 435)、(0. 060，0. 395)、(0. 070，0. 500)、(0. 070，0. 550)、(0. 060，0. 380)、(0. 050， 0. 330)、(0. 040,0. 410)、(0. 030,0. 470)、(0. 020,0. 520)、(0. 010,0. 590)、(0. 010,0. 655) 的顺序连接的线围起的范围。
根据上述结构，能够与H的厚度对应地将表面声波谐振器的二次温度系数的绝对值抑制在0. Olppm/0C 2以下。
[应用例3]根据应用例1所述的表面声波谐振器，其特征在于，所述电极指间槽的深度G与所述有效线占有率neff满足下式的关系
-2. 0000 X G/λ +0. 7200 彡 neff ^ -2. 5000 XG/λ +0. 7775
其中，0·0100 λ 彡 G 彡 0· 0500 λ，
-3. 5898 XG/λ +0. 7995 彡 neff ^ _2· 5000 XG/λ +0. 7775
其中，0·0500 λ < G 彡 0· 0695 λ。
根据上述结构，能够将表面声波谐振器的二次温度系数的绝对值抑制在 0. Olppm/0C 2 以下。
[应用例4]根据应用例3所述的表面声波谐振器，其特征在于，
所述IDT的电极膜厚H满足下式的关系
0 < H 彡 0. 035 λ。
根据具有这种特征的表面声波谐振器，能够实现在工作温度范围内展现出良好的频率温度特性。此外，通过具有这种特征，能够抑制与电极膜厚的增加相伴的耐环境特性的劣化。
[应用例5]根据应用例4所述的表面声波谐振器，其特征在于，
所述有效线占有率neff满足下式的关系
η eff = -1963. 05 X (G/ λ ) 3+196. 28 X (G/ λ ) 2-6. 53 X (G/ λ )
-135. 99 X (Η/λ )2+5· 817 X (H/λ )+0. 732
-99. 99 X (G/ λ ) X (H/ λ ) 士 0· 04。
通过在应用例4中的电极膜厚的范围内以满足上式的方式确定neff，能够使二次温度系数的绝对值收敛在0. 01ppm/°C 2以下。
[应用例6]根据应用例2、应用例4、应用例5中的任意一例所述的表面声波谐振器，其特征在于，所述电极指间槽的深度G与所述电极膜厚H之和满足下式的关系
0·0407λ 彡 G+H。
通过如上式那样确定电极指间槽的深度G与电极膜厚H之和，能够得到比以往的表面声波谐振器更高的Q值。
[应用例7]根据应用例1至应用例6中的任意一例所述的表面声波谐振器，其特征在于，所述Ψ与所述θ满足下式的关系
ψ = 1. 191 X IO-3X θ 3-4. 490X IO-1X θ 2+5. 646X IO1X θ -2. 324Χ103士 1· 0。
通过使用具有这种特征的切角切割出的石英基板来制造表面声波谐振器，能够得到在大范围内展现出良好的频率温度特性的表面声波谐振器。
[应用例8]根据应用例1至应用例7中的任意一例所述的表面声波谐振器，其特征在于，
在设所述IDT的阻带上端模式的频率为ft2、配置成在表面声波的传播方向上夹着所述IDT的反射器的阻带下端模式的频率为frl、所述反射器的阻带上端模式的频率为 fr2时，满足下式的关系
frl < ft2 < fr2。
通过具有这种特征，在IDT的阻带上端模式的频率ft2处，反射器的反射系数I Γ 变大，由IDT激励出的阻带上端模式的表面声波被反射器以高反射系数向IDT侧反射。并且，阻带上端模式的表面声波的能量封闭变强，能够实现低损耗的表面声波谐振器。9
[应用例9]根据应用例1至应用例8中的任意一例所述的表面声波谐振器，在构成所述反射器的导体带之间设有导体带间槽，所述导体带间槽的深度比所述电极指间槽的深度浅。
通过具有这种特征，能够使反射器的阻带向比IDT的阻带更高的频域侧进行频移。因此，能够实现frl < ft2 < fr2的关系。
[应用例10]—种表面声波振荡器，其特征在于，该表面声波振荡器具有应用例1 至应用例9中的任意一例所述的表面声波谐振器；以及用于驱动所述IDT的电路。
[应用例11]一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有应用例1至应用例9中的任意一例所述的表面声波谐振器。


图1是示出实施方式的SAW器件的结构的图，㈧是示出平面结构的图，⑶是示出侧面中的局部放大截面的图，(C)是用于说明(B)的详细结构的局部放大图，(D)是(C) 中的局部放大图，且是示出在使用光刻技术和蚀刻技术制造SAW谐振器时可设想的槽部的截面形状的图。
图2是示出本发明中使用的作为石英基板素材的晶片的方位的一例的图。
图3是示出作为第1实施方式的变形例采用了倾斜型IDT时的SAW器件的结构例的图，(A)是使电极指倾斜而与X"轴垂直的方式的例子，(B)是具有使连接电极指的总线倾斜的IDT的SAW器件的例子。
图4是示出阻带的上端模式与下端模式之间的关系的图。
图5是示出电极指间槽的深度与工作温度范围内的频率变动量之间的关系的曲线图。
图6是示出ST切石英基板中的温度特性的图。
图7是示出阻带上端模式的谐振点与阻带下端模式的谐振点处的、与线占有率η 的变化相伴的二次温度系数的变化的区别的曲线图，㈧是示出设槽深度G为2% λ时的阻带上端模式的二次温度系数β的移位的曲线图，(B)是示出设槽深度G为2% λ时的阻带下端模式的二次温度系数β的移位的曲线图，(C)是示出设槽深度G为4% λ时的阻带上端模式的二次温度系数β的移位的曲线图，(D)是示出设槽深度G为4% λ时的阻带下端模式的二次温度系数β的移位的曲线图。
图8是示出将电极膜厚设为0而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图，(A)是设槽深度G为λ时的曲线图，(B)是设槽深度G为1.25% λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为1.5% λ时的曲线图，⑶是设槽深度 G为2% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为3% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为4% λ时的曲线图，(G)是设槽深度G为5% λ时的曲线图，(H)是设槽深度G为6% λ时的曲线图，(I)是设槽深度G为8% λ时的曲线图。
图9是示出将电极膜厚设为0的情况下的二次温度系数为0时的电极指间槽的深度与线占有率n之间的关系的曲线图。
图10是示出将电极膜厚设为0而改变电极指间槽的深度时的线占有率η与频率变动量AF之间的关系的曲线图，(A)是设槽深度G为λ时的曲线图，(B)是设槽深度G为1.25% λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为1.5% λ时的曲线图，⑶是设槽深度 G为2% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为3% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为4% λ时的曲线图，(G)是设槽深度G为5% λ时的曲线图，(H)是设槽深度G为6% λ时的曲线图，(I)是设槽深度G为8% λ时的曲线图。
图11是示出电极指间槽的深度、与该电极指间槽的深度偏移士0. 001 λ时的频率变动量之间的关系的曲线图。
图12是示出使电极膜厚发生变化的情况下的二次温度系数为0时的电极指间槽的深度与线占有率n之间的关系的曲线图，㈧是设电极膜厚为λ时的曲线图，⑶ 是设电极膜厚为1. 5% λ时的曲线图，(C)是设电极膜厚为2% λ时的曲线图，(D)是设电极膜厚为2. 5% λ时的曲线图，(E)是设电极膜厚为3% λ时的曲线图，(F)是设电极膜厚为3.5% λ时的曲线图。
图13是将使得各电极膜厚的二次温度系数β ^0(ppm/°C 2)的η 1与电极指间槽的深度之间的关系归纳为曲线图而得到的图，(A)示出了使电极膜厚在λ 3. 5% λ之间变化时的槽深度G与ill之间的关系，⑶是说明I β I彡0. 01 (ppm/°C 2)的区域处于将点A至H连接而成的多边形内的情况的图。
图14是利用近似曲线来表示从电极膜厚H 0到H = 0. 035 λ的电极指间槽的深度与线占有率n之间的关系的图。
图15是示出将电极膜厚设为0. 01 λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η 与二次温度系数β之间的关系的曲线图，㈧是设槽深度G为0时的曲线图，⑶是设槽深度G为λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为2% λ时的曲线图，⑶是设槽深度G为 3% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为4% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为5% λ时的曲线图。
图16是示出将电极膜厚设为0.015 λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η 与二次温度系数β之间的关系的曲线图，(A)是设槽深度G为0时的曲线图，(B)是设槽深度G为λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为1.5% λ时的曲线图，(D)是设槽深度G 为2. 5% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为3. 5% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为 4. 5% λ时的曲线图。
图17是示出将电极膜厚设为0.02 λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η 与二次温度系数β之间的关系的曲线图，㈧是设槽深度G为0时的曲线图，⑶是设槽深度G为λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为2% λ时的曲线图，⑶是设槽深度G为 3% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为4% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为5% λ时的曲线图。
图18是示出将电极膜厚设为0.025 λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η 与二次温度系数β之间的关系的曲线图，(A)是设槽深度G为0时的曲线图，(B)是设槽深度G为λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为1.5% λ时的曲线图，(D)是设槽深度G 为2.5% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为3.5% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为 4. 5% λ时的曲线图。
图19是示出将电极膜厚设为0.03 λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η 与二次温度系数β之间的关系的曲线图，㈧是设槽深度G为0时的曲线图，⑶是设槽深度G为λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为2% λ时的曲线图，⑶是设槽深度G为 3% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为4% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为5% λ时的曲线图。
图20是示出将电极膜厚设为0.035 λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η 与二次温度系数β之间的关系的曲线图，㈧是设槽深度G为0时的曲线图，⑶是设槽深度G为λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为2% λ时的曲线图，⑶是设槽深度G为 3% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为4% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为5% λ时的曲线图。
图21是示出将电极膜厚设为0.01 λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η 与频率变动量AF之间的关系的曲线图，㈧是设槽深度G为0时的曲线图，⑶是设槽深度G为λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为2% λ时的曲线图，(D)是设槽深度G为 3% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为4% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为5% λ时的曲线图。
图22是示出将电极膜厚设为0.015 λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η 与频率变动量AF之间的关系的曲线图，㈧是设槽深度G为0时的曲线图，⑶是设槽深度G为λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为1.5% λ时的曲线图，⑶是设槽深度G 为2.5% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为3.5% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为 4. 5% λ时的曲线图。
图23是示出将电极膜厚设为0.02 λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η 与频率变动量AF之间的关系的曲线图，㈧是设槽深度G为0时的曲线图，⑶是设槽深度G为λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为2% λ时的曲线图，(D)是设槽深度G为 3% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为4% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为5% λ时的曲线图。
图M是示出将电极膜厚设为0.025 λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η 与频率变动量AF之间的关系的曲线图，㈧是设槽深度G为0时的曲线图，⑶是设槽深度G为λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为1.5% λ时的曲线图，⑶是设槽深度G 为2.5% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为3.5% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为 4. 5% λ时的曲线图。
图25是示出将电极膜厚设为0.03 λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η 与频率变动量AF之间的关系的曲线图，㈧是设槽深度G为0时的曲线图，⑶是设槽深度G为λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为2% λ时的曲线图，(D)是设槽深度G为 3% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为4% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为5% λ时的曲线图。
图沈是示出将电极膜厚设为0.035 λ而改变电极指间槽的深度时的线占有率η 与频率变动量AF之间的关系的曲线图，㈧是设槽深度G为0时的曲线图，⑶是设槽深度G为λ时的曲线图，(C)是设槽深度G为2% λ时的曲线图，⑶是设槽深度G为 3% λ时的曲线图，(E)是设槽深度G为4% λ时的曲线图，(F)是设槽深度G为5% λ时的曲线图。
图27是通过表示设电极膜厚H为0彡H < 0. 005 λ时的线占有率η与槽深度GCN 102545822 A之间的关系的曲线图来表示I β I彡0.01(ppm/°C2)的范围的图，㈧是η 1的情况，⑶是 Π 2的情况。
图观是通过表示设电极膜厚H为0.005 λ ^ Η< 0.010 λ时的线占有率η与槽深度G之间的关系的曲线图来表示I β I彡0.01(ppm/°C2)的范围的图，㈧是η 1的情况， ⑶是Π 2的情况。
图四是通过表示设电极膜厚H为0.010 λ彡Η< 0.015 λ时的线占有率η与槽深度G之间的关系的曲线图来表示I β I彡0.01(ppm/°C2)的范围的图，㈧是η 1的情况， ⑶是Π 2的情况。
图30是通过表示设电极膜厚H为0.015 λ ^ H < 0. 020 λ时的线占有率η与槽深度G之间的关系的曲线图来表示I β I彡0.01(ppm/°C2)的范围的图，㈧是η 1的情况， ⑶是Π 2的情况。
图31是通过表示设电极膜厚H为0.020 λ ^ H < 0. 025 λ时的线占有率η与槽深度G之间的关系的曲线图来表示I β I彡0.01(ppm/°C2)的范围的图，㈧是η 1的情况， ⑶是Π 2的情况。
图32是通过表示设电极膜厚H为0.025 λ ^ H < 0. 030 λ时的线占有率η与槽深度G之间的关系的曲线图来表示I β I彡0.01(ppm/°C2)的范围的图，㈧是η 1的情况， ⑶是Π 2的情况。
图33是通过表示设电极膜厚H为0.030 λ ^ H < 0. 035 λ时的线占有率η与槽深度G之间的关系的曲线图来表示I β I彡0.01(ppm/°C2)的范围的图，㈧是η 1的情况， ⑶是Π 2的情况。
图34是示出确定电极膜厚、线占有率η(η1:实线、η2:虚线)时的电极指间槽的深度与欧拉角Ψ之间的关系的曲线图，(A)是设电极膜厚为λ时的曲线图，(B)是设电极膜厚为1. 5% λ时的曲线图，(C)是设电极膜厚为2% λ时的曲线图，⑶是设电极膜厚为2. 5% λ时的曲线图，(E)是设电极膜厚为3% λ时的曲线图，(F)是设电极膜厚为 3.5% λ时的曲线图。
图35是将各电极膜厚H处的电极指间槽的深度G与欧拉角Ψ之间的关系归纳成曲线图而得到的图。
图36是示出使得二次温度系数β为-0. 01 (ppm/°C 2)的电极指间槽的深度与欧拉角Ψ之间的关系的曲线图。
图37是示出使得二次温度系数β为+0. 01 (ppm/°C 2)的电极指间槽的深度与欧拉角Ψ之间的关系的曲线图。
图38是示出在设电极膜厚H的范围为0 < H < 0. 005 λ时，满足 β I彡0.01(ppm/°C2)的必要条件的Ψ的范围的曲线图，㈧是示出Ψ的最大值和最小值的曲线图，(B)是示出满足β的必要条件的Ψ的区域的曲线图。
图39是示出在设电极膜厚H的范围为0. 005 λ < H ^ 0. 010 λ时，满足 β I彡0.01(ppm/°C2)的必要条件的Ψ的范围的曲线图，㈧是示出Ψ的最大值和最小值的曲线图，(B)是示出满足β的必要条件的Ψ的区域的曲线图。
图40是示出在设电极膜厚H的范围为0. 010 λ < H彡0. 015 λ时，满足 β I彡0.01(ppm/°C2)的必要条件的Ψ的范围的曲线图，㈧是示出Ψ的最大值和最小值的曲线图，(B)是示出满足β的必要条件的Ψ的区域的曲线图。
图41是示出在设电极膜厚H的范围为0. 015 λ < H彡0. 020 λ时，满足 β I彡0.01(ppm/°C2)的必要条件的Ψ的范围的曲线图，㈧是示出Ψ的最大值和最小值的曲线图，(B)是示出满足β的必要条件的Ψ的区域的曲线图。
图42是示出在设电极膜厚H的范围为0. 020 λ < H ^ 0. 025 λ时，满足 β I彡0.01(ppm/°C2)的必要条件的Ψ的范围的曲线图，㈧是示出Ψ的最大值和最小值的曲线图，(B)是示出满足β的必要条件的Ψ的区域的曲线图。
图43是示出在设电极膜厚H的范围为0. 025 λ < H ^ 0. 030 λ时，满足 β I彡0.01(ppm/°C2)的必要条件的Ψ的范围的曲线图，㈧是示出Ψ的最大值和最小值的曲线图，(B)是示出满足β的必要条件的Ψ的区域的曲线图。
图44是示出在设电极膜厚H的范围为0. 030 λ < H ^ 0. 035 λ时，满足 β I彡0.01(ppm/°C2)的必要条件的Ψ的范围的曲线图，㈧是示出Ψ的最大值和最小值的曲线图，(B)是示出满足β的必要条件的Ψ的区域的曲线图。
图45是示出电极膜厚为0.02 λ、电极指间槽的深度为0.04 λ时的欧拉角θ与二次温度系数β之间的关系的曲线图。
图46是示出欧拉角φ与二次温度系数β之间的关系的曲线图。
图47是示出使得频率温度特性良好的欧拉角θ与欧拉角Ψ之间的关系的曲线图。
图48是示出在使得频率温度特性最好的条件下4个试验片的频率温度特性数据的例子的图。
图49是示出作为电极指间槽的深度与电极膜厚之和的阶差与CI值之间的关系的曲线图。
图50是示出本实施方式的SAW谐振器的等效电路常数及静态特性的例子的表。
图51是本实施方式的SAW谐振器的阻抗曲线数据。
图52是用于对现有的SAW谐振器的阶差和Q值之间的关系与本实施方式的SAW 谐振器的阶差和Q值之间的关系进行比较的曲线图。
图53是示出IDT和反射器的SAW反射特性的图。
图M是示出热循环试验中的电极膜厚H与频率变动之间的关系的曲线图。
图55是示出实施方式的SAW振荡器的结构的图。
图56是示出SAW谐振器的频率温度特性的曲线图，㈧是示出日本特开 2006-203408号所公开的SAW谐振器的频率温度特性的曲线图，(B)是示出实质的工作温度范围内的频率温度特性范围的曲线图。
图57是示出在IDT和反射器上覆盖了氧化铝作为保护膜的SAW谐振器的工作范围内的频率变动量的变化的曲线图。
图58是示出在IDT和反射器上覆盖了 Si02作为保护膜的SAW谐振器的工作范围内的频率变动量的变化的曲线图。
图59是第2实施方式的SAW谐振器，图59 (A)是第2实施方式的SAW谐振器的平面图，图59(B)是局部放大截面图，图59(C)是用于说明该图(B)的详细结构的放大图，图 59(D)涉及图59(C)的局部放大图，是用于说明在使用光刻技术和蚀刻技术制造本发明的SAW谐振器时可设想的截面形状是梯形而不是矩形时的IDT电极指的有效线占有率neff 的确定方法的图。
图60是示出例子1中的类型1和类型2的频率温度特性的图。
图61是示出例子2中的类型1和类型2的频率温度特性的图。
图62是示出改变了类型1的线占有率η时的一次温度系数的变动量的变化的图。
图63是示出改变了类型2的有效线占有率neff时的一次温度系数的变动量的变化的图。
标号说明
10 表面声波谐振器(SAW谐振器)；12 =IDT ；14a、14b 梳齿状电极；16aU6b 总线(busbar) ；18a、18b 电极指；20 反射器；22 导体带；30 石英基板；32 槽；34 凸部； 110 表面声波谐振器(SAW谐振器)；112 =IDT ； 114a、114b 梳齿状电极；116a、116b 总线； 118a、118b 电极指；119 电极指；120 反射器；122 导体带；132 槽；134 凸部；135部。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的表面声波谐振器以及表面声波振荡器的实施方式进行详细说明。但是，只要没有特定记载，该实施方式所记载的结构要素、种类、组合、形状及其相对配置等就不是将本发明范围仅限于其的主旨，而只不过是说明例。
首先，参照图1来说明本发明的表面声波(SAW)谐振器的第1实施方式。其中，在图1中，图KA)是SAW谐振器的平面图，图I(B)是局部放大截面图，图I(C)是用于说明该图⑶的详细结构的放大图，图I(D)涉及图I(C)的局部放大图，是用于说明在使用光刻技术和蚀刻技术制造本发明的SAW谐振器时可设想的截面形状是梯形而不是矩形时的IDT电极指的线占有率n的确定方法的图。线占有率n用于确切地表示以下比例该比例是从槽32的底部起处于(G+H)的1/2的高度处的、凸部宽度L占所述宽度L与槽32的宽度S 相加后的值(L+S)的比例，其中，(G+H)是将槽32的深度(基座高度)G与电极膜厚H相加后得到的值。
本实施方式的SAW谐振器10以石英基板30、IDT 12以及反射器20为基础而构成。
图2是示出本发明中使用的作为石英基板30的素材的晶片1的方位的一例的图。 在图2中，X轴是石英的电轴、Y轴是石英的机械轴，Z轴是石英的光轴。如后所述，晶片1具有以Z'轴为法线的切面，在切面内具有X"轴和与X"轴垂直的Y'"轴。并且，构成SAW 谐振器10的IDT 12和反射器20如后所述考虑SAW的传播方向沿X"轴配置。构成SAW谐振器10的石英基板30是从晶片1切割出而单片化后的基板。石英基板30的平面视图形状没有特别限定，但是也可以设为以与X"轴平行的方向为长边、以与Y'“轴平行的方向为短边的长方形。
在本实施方式中，作为石英基板30，采用了由欧拉角(一 1.5° = φ=1.5°， 117°彡θ彡142°，42. 79°彡Ψ彡49. 57° )表示的面内旋转ST切石英基板。这里， 参照图2对欧拉角进行说明。由欧拉角(0°，0°，0° )表示的基板为具有与Z轴垂直的主面的Z切基板3。
这里，欧拉角(φ，θ，ψ)中的φ是关于Z切基板3的第1旋转的参数，是将Z轴作为旋转轴、将从+X轴向+Y轴侧旋转的方向作为正旋转角度的第1旋转角度。将第1旋转后的X轴、Y轴分别设为X'轴、Y'轴。另外，在图2中，作为欧拉角的说明，图示了欧拉角 φ为0°的情况。因此，在图2中，X'轴与X轴重合、Y'轴与Y轴重合。
欧拉角中的θ是关于在Z切基板3的第1旋转后进行的第2旋转的参数，是将第 1旋转后的X轴(即X'轴)作为旋转轴、将从第1旋转后的+Y轴(即+Y'轴)向+Z轴旋转的方向作为正旋转角度的第2旋转角度。压电基板的切面、即上述晶片1的切面由第 1旋转角度φ和第2旋转角度θ决定。S卩，在设第2旋转后的Y轴为Y"轴、第2旋转后的 Z轴为Z'轴的情况下，与X'轴及Y"轴两者平行的面为压电基板的切面，Z'轴为该切面的法线。
欧拉角中的Ψ是关于在Z切基板3的第2旋转后进行的第3旋转的参数，是将第 2旋转后的Z轴即Z'轴作为旋转轴、将从第2旋转后的+X轴(即+X'轴)向第2旋转后的+Y轴(即+Y"轴)侧旋转的方向作为正旋转角度的第3旋转角度。SAW的传播方向由相对于第2旋转后的X轴(即X'轴)的第3旋转角度Ψ表示。即，在设第3旋转后的X 轴为X"轴、第3旋转后的Y轴为Y'"轴的情况下，与X"轴及Y'"轴两者平行的面为压电基板的切面，该切面的法线为Z'轴。这样，即使进行第3旋转，法线也不变，因此该压电基板3的切面也是上述晶片1的切面。另外，与X"轴平行的方向成为SAW的传播方向。
另外，SAW的相位速度方向是与X"轴方向平行的方向。被称作SAW的能流(power flow)的现象是在SAW的相位超前的方向(相位速度方向)、和SAW的能量超前的方向(组速度方向)上产生偏差的现象。相位速度方向和组速度方向所成的角度被称作能流角(参照图3)。
IDT 12具有一对利用总线16a、16b将多个电极指18a、18b的基端部连接起来的梳齿状电极14a、14b，且隔开规定的间隔交替地配置构成一个梳齿状电极1 的电极指18a 和构成另一个梳齿状电极14b的电极指18b。此外，如图I(A)所示，电极指18a、18b被配置成这些电极指的延伸方向与作为表面声波的传播方向的X"轴垂直。通过由此构成的SAW 谐振器10激励出的SAW是Rayleigh型(瑞利型)的SAW，在X"轴和Z'轴上均具有振动位移分量。并且，这样，通过使SAW的传播方向偏离作为石英晶轴的X轴，能够激励出阻带上端模式的SAW。
此外，第1实施方式的变形例的SAW谐振器10还可采用图3所示的方式。即，如图3所示，即使应用了从X"轴倾斜了能流角(以下称作PFA) δ后的IDT，也能够通过满足以下的必要条件而实现高Q化。图3(A)是示出倾斜型IDT 1 的一个实施方式例的平面图，将倾斜型IDT 1 中的电极指18a、18b的配置方式倾斜为，使得由欧拉角决定的SAW的传播方向即X"轴与倾斜型IDT 12a的电极指18a、18b的延伸方向成为垂直关系。
图3(B)是示出倾斜型IDT 12a的另一实施方式例的俯视图。在本例中，使将电极指18a、18b相互连接的总线16a、16b倾斜，由此使电极指排列方向相对于X"轴倾斜地配置，但是与图3(A)同样，构成为X"轴与电极指18a、18b的延伸方向为垂直关系。
无论使用哪种倾斜型IDT，通过像这些实施方式例那样将电极指配置为与X〃轴垂直的方向成为电极指的延伸方向，由此能够保持本发明中的良好的温度特性，并且实现16低损耗的SAW谐振器。
这里，对阻带上端模式的SAW与下端模式的SAW之间的关系进行说明。图4是表示标准型IDT 12的阻带上端模式以及下端模式的驻波分布的图。在图4所示的标准型IDT 12(图4所示的是构成IDT 12的电极指18)形成的阻带下端模式以及上端模式的SAW中， 各个驻波的波腹(或波节)的位置彼此错开π /2 (即λ /4)。
根据图4，如上所述，用实线表示的阻带下端模式的驻波的波腹位于电极指18的中央位置，即反射中心位置，用单点划线表示的阻带上端模式的驻波的波节位于反射中心位置。在这种波节位于电极指间的中心位置的模式中，电极指18(18a、18b)无法将SAW的振动高效地转换为电荷，对于该模式而言，不能以电信号的形式进行激励或接收的情况比较多。但是，在本申请记载的方法中，使欧拉角中的Ψ不为零、且使SAW的传播方向偏离作为石英晶轴的X轴，由此，能够使阻带上端模式的驻波移到图4的实线位置，即，使该模式的驻波的波腹移到电极指18的中央位置，从而能够激励出阻带上端模式的SAW。
另外，以在SAW的传播方向上夹着所述IDT 12的方式，设置有一对反射器20。作为具体的结构例，将与构成IDT 12的电极指18平行地设置的多个导体带22的两端分别连接起来。
此处，在另一实施例中，能够分别仅连接多个导体带22的一端。并且，在又一实施例中，能够在多个导体带22两端以外的部位(例如导体带22的延伸方向中央)处分别进行连接。
另外，在积极利用来自石英基板的SAW传播方向的端面的反射波的端面反射型 SAW谐振器、或者通过增多IDT的电极指对数而在IDT自身中激励SAW驻波的多对IDT型 SAW谐振器中，不一定需要反射器。
作为构成这种结构的IDT 12及反射器20的电极膜的材料，可采用铝(Al)或以Al 为主体的合金。
通过尽量减小构成IDT 12及反射器20的电极膜的电极厚度而使电极具有的温度特性影响成为最小限度。此外，将石英基板部的槽深度形成得较深，利用石英基板部的槽的性能，即通过利用石英的良好的温度特性，得到了良好的频率温度特性。由此，能够减小电极的温度特性对SAW谐振器的温度特性产生的影响，只要电极质量的变动为10%以内，即可维持良好的温度特性。
此外，在基于上述原因而采用合金作为电极膜材料的情况下，只要作为主成分的 Al以外的金属的重量比为10%以下即可，优选为3%以下。由此，能够在使用了纯Al的情况和使用了 Al合金的情况下，使温度特性及其他电气特性相互同等。
在采用以Al以外的金属为主体的电极的情况下，只要将该电极的膜厚调整为使得电极的质量为采用Al时的士 10%以内即可。由此能够得到与采用Al时同等良好的温度特性。
在具有上述基本结构的SAW谐振器10中的石英基板30上，在IDT 12的电极指之间以及反射器20的导体带之间，设有槽(电极指间槽)32。
对于设置在石英基板30上的槽32，在设阻带上端模式中的SAW的波长为λ、槽深度为G的情况下，只要满足下式即可
0. 01 λ ^G ...(1)。
此外，在针对槽深度G设定上限值的情况下，参照图5可知，只要满足以下范围即可
0. 01 λ 彡 G 彡 0. 094 λ …(2)。
这是因为，通过在这种范围内设定槽深度G，能够将工作温度范围内(_40°C +850C )的频率变动量控制在之后详述的目标值25ppm以下。另外，槽深度G的优选范围是
0. 01 λ 彡 G 彡 0. 0695 λ …(3)。
通过在这种范围内设定槽深度G，由此，即使槽深度G产生了制造上的偏差，也能够将SAW谐振器10的个体之间的谐振频率的偏移量抑制在校正范围内。
另外，如图I(C)和图I(D)所示，线占有率η是指，用电极指18的线宽(在仅是石英凸部的情况下称为凸部宽度)L除以电极指18之间的节距(pitch) λ/2( = L+S)而得到的值。因此，线占有率η可以用式(4)来表示。
n = -L·- ... ( 4 ) L 」 ‘L+S
这里，对于本实施方式的SAW谐振器10，优选在满足式(5)、(6)的范围内设定线占有率η。此外，由式(5)、(6)还可知，可通过设定槽32的深度G来导出η。
-2. 0000 XG/λ +0. 7200 彡 η 彡-2. 5000 XG/λ +0. 7775…(5)
其中0. 0100 λ 彡 G 彡 0. 0500 λ
-3. 5898 XG/λ +0. 7995 彡 η 彡-2. 5000 XG/λ +0. 7775…(6)
其中0. 0500λ < G < 0. 0695λ
另外，本实施方式的SAW谐振器10中的电极膜材料(IDT 12及反射器20等)的膜厚的优选范围是
0 < 0·035 λ …(7)。
此外，关于线占有率η，在考虑了式(7)所示的电极膜厚的情况下，η可通过式 (8)来求出
n = -1963. 05 X (G/ λ ) 3+196. 28 X (G/ λ ) 2-6. 53 X (G/ λ )
-135. 99 X (Η/λ )2+5· 817 X (H/λ )+0. 732... (8)
-99. 99Χ (G/λ ) X (Η/λ )。
关于线占有率η，电极膜厚越厚，则电气特性(尤其是谐振频率)的制造偏差越大，在电极膜厚H为式(5)、(6)的范围内，线占有率η产生士0.04以内的制造偏差，而在 Η> 0. 035 λ的范围内，很可能产生比士0.04更大的制造偏差。但是，只要电极膜厚H处于式(5)、(6)的范围内、且线占有率η的偏差为士0.04以内，就能够实现二次温度系数β 的绝对值小的SAW器件。即，线占有率η可以容许达到在式(8)上加上士 0. 04的公差后的式(9)的范围。
n = -1963. 05 X (G/ λ ) 3+196. 28 X (G/ λ ) 2-6. 53 X (G/ λ )
-135. 99 X (Η/λ )2+5. 817 X (H/λ )+0. 732 ... (9)
-99. 99X (G/λ ) X (Η/λ ) 士0· 04
在上述结构的本实施方式的SAW谐振器10中，在设二次温度系数β为士0. 01 (ppm/°C 2)以内且希望SAW的工作温度范围为_40°C +85°C的情况下，目的是要将频率温度特性提高到这样的程度在该程度下，使得该工作温度范围内的频率变动量AF为25ppm以下。
另外，一般而言，表面声波谐振器的温度特性用下式表示。
Af=aX (T-T0) + β X (T-T0)2
此处，Δ f是指温度T与顶点温度Ttl之间的频率变化量(ppm)，α是指一次温度系数(ppm/°C )，β是指二次温度系数(ppm/°C 2)，T是指温度，Ttl是指频率最大时的温度(顶点温度)。
例如，在压电基板由所谓的ST切(欧拉角(φ、θ、ψ) = (0°、120° 130°、0°) 的石英板形成的情况下，一次温度系数α =0.0(ppm/°C2)，二次温度系数β = -0.034(ppm/°C2)，用曲线图表示时，如图6所示。在图6中，温度特性描绘出了向上凸的抛物线(二次曲线)。
图6所示的SAW谐振器的与温度变化对应的频率变动量极大，需要抑制与温度变化对应的频率变化量Δ ·。因此，为了使图6所示的二次温度系数β更接近0、使实际使用 SAW谐振器时的与温度(工作温度)变化对应的频率变化量Af接近0，需要根据新的认识来实现表面声波谐振器。
由此，本发明的目的之一在于解决上述课题，使表面声波器件的频率温度特性变得极为良好，从而实现即使温度发生变化、频率也十分稳定而进行工作的表面声波器件。
如果是具有上述技术思想(技术要素)的结构的SAW器件，则能够解决上述课题， 即，以下详细说明并证明本申请的发明人是如何通过重复仿真和实验而想到本发明的认识的。
这里，对于使用上述被称为ST切的石英基板而将传播方向设为X晶轴方向的SAW 谐振器，在工作温度范围相同的情况下，工作温度范围内的频率变动量AF约为133(ppm)， 二次温度系数β为-0.034(ppm/°C2)左右。此外，对于使用了由欧拉角(0，123°，45° ) 表示石英基板的切角和SAW传播方向、且工作温度范围相同的面内旋转ST切石英基板的 SAff谐振器，在利用了阻带下端模式的激励的情况下，频率变动量Δ F约为63ppm，二次温度系数 β 为-0. 016 (ppm/0C 2)左右。
这些使用了 ST切石英基板、面内旋转ST切石英基板的SAW谐振器均利用了被称作瑞利波的表面声波，与LST切石英基板的被称作漏波的表面声波相比，频率和频率温度特性相对于石英基板、电极的加工精度的偏差极小，因此批量生产性优异，被用于各种SAW 装置。但是，如上所述，使用了以往采用的ST切石英基板、面内旋转ST切石英基板等的SAW 谐振器具有表示频率温度特性的曲线为二次曲线的二次温度特性，并且，该二次温度特性的二次温度系数的绝对值较大，因此工作温度范围内的频率变动量大，难以应用于对频率稳定性要求高的有线通信装置和无线通信装置所使用的谐振器、振荡器等的SAW装置中。 例如，如果能够得到如下的频率温度特性，则能够实现这种对频率稳定性要求高的装置该频率温度特性具有与ST切石英基板的二次温度系数β的1/3以下、面内旋转ST切石英基板的二次温度系数β的37%以上的改善相当的、使得二次温度系数β为士0.01 (ppm/°C2) 以下的二次温度特性。此外，如果能够得到二次温度系数β大致为零、表示频率温度特性的曲线为三次曲线的三次温度特性，则在工作温度范围内，频率稳定性进一步提高，是更优选的。在这种三次温度特性中，即使在-40°C +85°C的大工作温度范围中，也能够得到士25ppm以下的由现有的SAW器件所不能实现的极高的频率稳定度。
如上所述，根据基于本申请的发明人进行的仿真和实验的认识，很明显，SAW谐振器10的频率温度特性的变化与IDT 12中的电极指18的线占有率η、电极膜厚H以及槽深度G等有关。并且，本实施方式的SAW谐振器10利用了阻带上端模式的激励。
图7是示出在图I(C)中将电极膜厚H设为零(H = 0% λ)、即在石英基板30的表面上形成了由凹凸的石英构成的槽32的状态下，在石英基板30的表面激励SAW并传播时的与线占有率Π的变化对应的二次温度系数β的变化的曲线图。在图7中，图7(A)表示槽深度G为0.02 λ时的阻带上端模式的谐振中的二次温度系数β，图7(B)表示槽深度 G为0.02λ时的阻带下端模式的谐振中的二次温度系数β。此外，在图7中，图7(C)表示槽深度G为0.04λ时的阻带上端模式的谐振中的二次温度系数β，图7(D)表示槽深度G 为0.04λ时的阻带下端模式的谐振中的二次温度系数β。另外，图7所示的仿真表示如下例子为了减少使频率温度特性发生变动的因素，在未设有电极膜的石英基板30上以某种形式来传播SAW。另外，石英基板30的切角使用了欧拉角(0°，123°，V)。此外，关于 Ψ，可适当选择使得二次温度系数β的绝对值最小的值。
根据图7，可发现如下情况无论是阻带上端模式还是下端模式，在线占有率η为 0.6 0.7的区域，二次温度系数β均发生较大变化。并且，通过对阻带上端模式中的二次温度系数β的变化与阻带下端模式中的二次温度系数β的变化进行比较，可发现如下情况。即，关于阻带下端模式中的二次温度系数β的变化，由于其从负侧进一步向负侧变化， 因此特性降低(二次温度系数β的绝对值变大)。与此相对，关于阻带上端模式中的二次温度系数β的变化，由于其从负侧向正侧变化，因此特性提高(存在二次温度系数β的绝对值变小的点)。
由此可知，为了在SAW器件中得到良好的频率温度特性，优选采用阻带上端模式的振动。
接着，发明人研究了在槽深度G发生了各种变化后的石英基板中传播阻带上端模式的SAW时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系。
图8㈧至(I)与图7同样，是表示对电极膜厚H为零(Η = 0% λ)、使槽深度G 从0.01 λ (1% λ)变化到0.08 λ (8% λ)时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系进行了仿真时的评价结果的曲线图。由评价结果可发现，如图8(B)所示，从槽深度G为 0.0125 λ (1.25% λ)的区域，开始出现β =0的点，S卩，表示频率温度特性的近似曲线呈现为三次曲线的点。而且，由图8可知，β =0时的η各有2处(η大时β = 0的点(η ) 以及η小时β =0的点(112))。此外，根据图8所示的评价结果还能够理解到，112与 η 相比，与槽深度G的变化对应的线占有率η的变动量更大。
关于这一点，通过参照图9能够加深对其的理解。图9是分别描绘了槽深度G逐渐变化时使得二次温度系数β为0的ill、112的曲线图。从图9中能够发现随着槽深度 G变大，η 、η 2分别变小，但对于η 2，在以0.5 λ 0. 9 λ的范围来示出纵轴η的范围的曲线中，在槽深度G = O. 04λ的附近，变动量大到超出了范围。S卩，可以说η2相对于槽深度G的变化的变动量更大。
图10㈧至(I)与图7、图8同样，是将电极膜厚H设为零(Η = 0% λ)、将图8中的纵轴的二次温度系数β替换为频率变动量AF而示出的曲线图。根据图10，显然能够理解到，在β =0的两个点(111，n2)处，频率变动量AF降低。而且，根据图10还能够理解到，对于β =0的两个点，在槽深度G变化后的任意曲线图中，η 处的点的频率变动量 Δ F被抑制得更小。
根据上述趋势可知，对于制造时容易产生误差的批量产品，最好采用β = 0的点相对于槽深度G的变动的频率变动量更小的一方，S卩η 。图5示出在各槽深度G下二次温度系数β最小的点(ni)处的频率变动量AF与槽深度G之间的关系的曲线图。由图 5可知，使得频率变动量AF为目标值25ppm以下的槽深度G的下限值为0. 01 λ，槽深度G 的范围为0. 01 λ以上，即0. 01 ( Go
此外，在图5中，还通过仿真而追加了槽深度G为0.08以上时的例子。根据该仿真可知，槽深度G达到0.01 λ以上时，频率变动量Δ F变到25ppm以下，然后，随着槽深度 G的每次增加，频率变动量AF变小。但是，当槽深度G达到大致0.09 λ以上时，频率变动量Δ F再次增加，而当超过0.094 λ时，频率变动量八？超过25 111。
图5所示的曲线图是在石英基板30上未形成IDT 12及反射器20等的电极膜的状态下的仿真，而通过参照以下示出详情的图21 图沈可知，SAW谐振器10在设置有电极膜时能够减小频率变动量AF。因此，当要确定槽深度G的上限值时，只要设定为未形成电极膜的状态下的最大值、即G < 0.094 λ即可，为了实现目标，作为适当的槽深度G的范围，可表示为下式
0. 01 λ 彡 G 彡 0. 094 λ ... (2)。
此外，在批量生产工序中，槽深度G具有最大士 0.001 λ左右的偏差。因此，图11 示出了在线占有率η恒定的情况下槽深度G发生了士0.001 λ的偏差时、SAW谐振器10 的各个频率变动量Δ ·。根据图11能够发现，在G = O. 04λ的情况下，当槽深度G发生了士 0.001 λ的偏差时，S卩，在槽深度为0.039 λ ^ G^ 0.041 λ的范围内，频率变动量Δ f为士 500ppm 左右。
这里，只要频率变动量Af小于士 lOOOppm，即可通过各种频率微调单元进行频率调整。而当频率变动量Af为士 IOOOppm以上时，频率调整会对Q值、CKcrystal impedance 石英阻抗)值等静态特性及长期可靠性产生影响，从而导致SAW谐振器10的合格率降低。
对于由图11所示的绘制点连接而成的直线，导出表示频率变动量Af [ppm]与槽深度G之间的关系的近似式，则能够得到式(10)
Af= 16334(6/λ )-137 ...(10)。
这里，求出使Af < IOOOppm的G值而得到G彡0.0695 λ。因此，作为本实施方式的槽深度G的范围，可以说优选下式
0. 01 λ 彡 G 彡 0. 0695 λ …(3)。
接着，在图12㈧至(F)中示出了对二次温度系数β = 0时的η、即表现出三次温度特性的线占有率n与槽深度G之间的关系进行了仿真时的评价结果的曲线图。石英基板30的欧拉角为(0°，123°，Ψ)。这里，关于Ψ，适当选择了使频率温度特性表现出三次曲线趋势的角度，即，使二次温度系数β =0的角度。此外，图34示出了在与图12同样的条件下得到使β = 0的η时的欧拉角Ψ与槽深度G之间的关系。在图34的电极膜厚H =0.02 λ的曲线图(图34(C))中，虽未示出Ψ < 42°的绘制点，不过在G = 0. 03 λ处， 该曲线图中的Π2的绘制点为Ψ =41.9°。关于各电极膜厚下的槽深度G与线占有率η之间的关系，根据之后表述详情的图15 图20来得到绘制图。
由图12(A)至(F)所示的评价结果可发现，在任何膜厚下，如上所述，η 与η2相比，槽深度G的变化导致的变动较小。因此，根据图12中的表示各个膜厚处的槽深度G与线占有率η之间的关系的曲线图，提取出η 1，在图13中绘制了 β 0的点而进行了归纳。与此相对，对虽然不是β 0、但满足I β I彡0.01(ppm/°C2)的区域进行了评价，结果发现如图13(B)所示，η 1集中于实线所示的多边形中。
下表1示出了图13 (B)的点a至h的坐标。
表1
权利要求
1.一种表面声波谐振器，其特征在于，该表面声波谐振器具有欧拉角为(一1.5。含q^l.50，117° ( θ ( 142°，42. 79° ( | Ψ ^ 49. 57° )的石英基板；以及IDT，其设置所述石英基板上，包含多个电极指，激励出阻带上端模式的表面声波，在平面视图中，在所述电极指之间的位置上配置有电极指间槽，该电极指间槽是所述石英基板的凹槽，在设配置在所述电极指间槽之间的所述石英基板的凸部的线占有率为ng、设配置在所述凸部上的所述电极指的线占有率为η e、设所述IDT的有效线占有率neff为所述线占有率ng与所述线占有率ne的相加平均的情况下，满足下式的关系，0. 59 < Ileff < 0. 73。
2.根据权利要求1所述的表面声波谐振器，其特征在于，在设所述表面声波的波长为λ、所述电极指间槽的深度为G、所述IDT的电极膜厚为H、 基于所述电极指间槽的深度G除以所述表面声波的波长λ而得的值G/λ和所述有效线占有率neff的平面坐标为(G/λ，neff)时，(1)在0.000λ < H^ 0.005 λ的情况下，所述平面坐标(G/λ，neff)包含在以下范围的任意一个内，由按照(0. 010,0. 710), (0. 020,0. 710), (0. 030，0. 710)、(0. 040，0. 710)、(0.050， 0. 710)、(0. 060,0. 710)、(0. 070,0. 710)、(0. 080,0. 710)、(0. 090,0. 710)、(0. 090,0. 420)、 (0. 080,0. 570)、(0. 070,0. 590)、(0. 060,0. 615)、(0. 050,0. 630)、(0. 040,0. 635)、(0. 030， 0.650)、(0.020,0. 670)、(0.010,0.710)的顺序连接的线围起的范围，以及由按照(0. 030,0. 590)、(0. 040,0. 580)、(0. 050,0. 550)、(0. 060,0. 520)、(0. 070， 0. 480)、(0. 080，0. 450)、(0. 090，0. 400)、(0. 090，0. 180)、(0. 080，0. 340)、(0. 070，0. 410)、 (0. 060,0. 460)、(0. 050,0. 490)、(0. 040,0. 520)、(0. 030,0. 550)、(0. 030,0. 590)的顺序连接的线围起的范围，(2)在0.005λ < H^ 0.010 λ的情况下，所述平面坐标(G/λ，neff)包含在以下范围的任意一个内，由按照(0. 010,0. 770), (0. 020,0. 740), (0. 030，0. 715)、(0. 040，0. 730)、(0.050， 0. 740)、(0. 060,0. 730)、(0. 070,0. 730)、(0. 080,0. 730)、(0. 080,0. 500)、(0. 070,0. 570)、 (0. 060,0. 610)、(0. 050,0. 630)、(0. 040,0. 635)、(0. 030,0. 655)、(0. 020,0. 680)、(0. 010， 0. 760), (0.010,0. 770)的顺序连接的线围起的范围，以及由按照(0. 020,0. 650)、(0. 030,0. 610)、(0. 040,0. 570)、(0. 050,0. 550)、(0. 060， 0. 520)、(0. 070,0. 470)、(0. 070,0. 370)、(0. 060,0. 440)、(0. 050,0. 480)、(0. 040,0. 520)、 (0. 030,0. 550)、(0. 020,0. 590)、(0. 020,0. 650)的顺序连接的线围起的范围，(3)在0.010λ < H^ 0.015 λ的情况下，所述平面坐标(G/λ，neff)包含在以下范围的任意一个内，由按照(0. 010,0. 770), (0. 020,0. 760), (0. 030，0. 760)、(0. 040，0. 750)、(0.050， 0. 750)、(0. 060,0. 750)、(0. 070,0. 740)、(0. 080,0. 740)、(0. 080,0. 340)、(0. 070,0. 545)、 (0. 060，0. 590)、(0. 050，0. 620)、(0. 040，0. 645)、(0. 030，0. 670)、(0. 020，0. 705)、(0. 010，0. 760), (0.010,0. 770)的顺序连接的线围起的范围，以及由按照(0. 010,0. 740)、(0. 020,0. 650)、(0. 030,0. 610)、(0. 040,0. 570)、(0. 050， 0. 540)、(0. 060,0. 480)、(0. 070,0. 430)、(0. 070,0. 350)、(0. 060,0. 420)、(0. 050,0. 470)、 (0. 040,0. 510)、(0. 030,0. 550)、(0. 020,0. 610)、(0. 010,0. 700)、(0. 010,0. 740)的顺序连接的线围起的范围，(4)在0.015λ < H^ 0.020 λ的情况下，所述平面坐标(G/λ，η ef f)包含在以下范围的任意一个内，按照(0. 010,0. 770)、(0. 020,0. 770)、(0. 030，0. 760)、(0. 040，0. 760)、(0.050， 0. 760)、(0. 060,0. 750)、(0. 070,0. 750)、(0. 070,0. 510)、(0. 060,0. 570)、(0. 050,0. 620)、 (0. 040，0. 640)、(0. 030，0. 660)、(0. 020，0. 675)、(0. 010，0. 700)、(0. 010，0. 770)的顺序连接的线的范围，以及由按照(0. 010,0. 690)、(0. 020,0. 640)、(0. 030,0. 590)、(0. 040,0. 550)、(0. 050， 0. 510)、(0. 060,0. 470)、(0. 070,0. 415)、(0. 070,0. 280)、(0. 060,0. 380)、(0. 050,0. 470)、 (0. 040,0. 510)、(0. 030,0. 550)、(0. 020,0. 610)、(0. 010,0. 680)、(0. 010,0. 690)的顺序连接的线围起的范围，(5)在0.020λ < HS 0.025 λ的情况下，所述平面坐标(G/λ，η ef f)包含在以下范围的任意一个内，由按照(0. 010,0. 770), (0. 020,0. 770), (0. 030，0. 760)、(0. 040，0. 760)、(0.050， 0. 760)、(0. 060,0. 760)、(0. 070,0. 760)、(0. 070,0. 550)、(0. 060,0. 545)、(0. 050,0. 590)、 (0. 040，0. 620)、(0. 030，0. 645)、(0. 020，0. 680)、(0. 010，0. 700)、(0. 010，0. 770)的顺序连接的线围起的范围，以及由按照(0. 010,0. 690)、(0. 020,0. 640)、(0. 030,0. 590)、(0. 040,0. 550)、(0. 050， 0. 510)、(0. 060,0. 420)、(0. 070,0. 415)、(0. 070,0. 340)、(0. 060,0. 340)、(0. 050,0. 420)、 (0. 040,0. 470)、(0. 030,0. 520)、(0. 020,0. 580)、(0. 010,0. 650)、(0. 010,0. 690)的顺序连接的线围起的范围，(6)在0.025λ < HS 0.030 λ的情况下，所述平面坐标(G/λ，η ef f)包含在以下范围的任意一个内，由按照(0. 010,0. 770), (0. 020,0. 770), (0. 030，0. 770)、(0. 040，0. 760)、(0.050， 0. 760)、(0. 060,0. 760)、(0. 070,0. 760)、(0. 070,0. 550)、(0. 060,0. 505)、(0. 050,0. 590)、 (0. 040，0. 620)、(0. 030，0. 645)、(0. 020，0. 680)、(0. 010，0. 700)、(0. 010，0. 770)的顺序连接的线围起的范围，以及由按照(0. 010,0. 670)、(0. 020,0. 605)、(0. 030,0. 560)、(0. 040,0. 520)、(0. 050， 0. 470)、(0. 060,0. 395)、(0. 070,0. 500)、(0. 070,0. 490)、(0. 060,0. 270)、(0. 050,0. 410)、 (0. 040,0. 470)、(0. 030,0. 520)、(0. 020,0. 580)、(0. 010,0. 620)、(0. 010,0. 670)的顺序连接的线围起的范围，(7)在0.030λ < HS 0.035 λ的情况下，所述平面坐标(G/λ，η ef f)包含在以下范围的任意一个内，由按照(0. 010,0. 770), (0. 020,0. 770), (0. 030，0. 770)、(0. 040，0. 760)、(0.050， 0. 760)、(0. 060,0. 760)、(0. 070,0. 760)、(0. 070,0. 550)、(0. 060,0. 500)、(0. 050,0. 545)、(0. 040，0. 590)、(0. 030，0. 625)、(0. 020，0. 650)、(0. 010，0. 680)、(0. 010，0. 770)的顺序连接的线围起的范围，以及由按照(0. 010,0. 655)、(0. 020,0. 590)、(0. 030,0. 540)、(0. 040,0. 495)、(0. 050， 0. 435)、(0. 060，0. 395)、(0. 070，0. 500)、(0. 070，0. 550)、(0. 060，0. 380)、(0. 050，0. 330)、 (0. 040，0. 410)、(0. 030，0. 470)、(0. 020，0. 520)、(0. 010，0. 590)、(0. 010，0. 655)的顺序连接的线围起的范围。
3.根据权利要求1所述的表面声波谐振器，其特征在于，所述电极指间槽的深度G与所述有效线占有率neff满足下式的关系 -2. 0000 X G/λ +0. 7200 ^ neff ^ -2. 5000 XG/λ +0. 7775 其中，0.0100 λ 彡 G 彡 0.0500 λ，-3. 5898 XG/λ +0. 7995 彡 neff ^ -2. 5000 XG/λ +0. 7775 其中，0. 0500 λ < G ^ 0. 0695 λ。
4.根据权利要求3所述的表面声波谐振器，其特征在于， 所述IDT的电极膜厚H满足下式的关系0 < H 彡 0. 035入。
5.根据权利要求4所述的表面声波谐振器，其特征在于， 所述有效线占有率neff满足下式的关系η eff = -1963. 05 X (G/ λ ) 3+196. 28 X (G/ λ ) 2-6. 53 X (G/ λ ) -135. 99X (Η/λ )2+5· 817X (Η/λ )+0· 732 -99. 99 X (G/ λ ) X (Η/λ ) 士 0· 04。
6.根据权利要求2、4、5中的任意一项所述的表面声波谐振器，其特征在于，所述电极指间槽的深度G与所述电极膜厚H之和满足下式的关系0. 0407 λ 彡 G+H。
7.根据权利要求1所述的表面声波谐振器，其特征在于，所述Ψ与所述θ满足下式的关系Ψ = 1. 191 Χ1(Γ3Χ θ 3-4. 490X IO-1X θ 2+5. 646X IO1X θ -2. 324Χ103士 1. 0。
8.根据权利要求1所述的表面声波谐振器，其特征在于，在设所述IDT的阻带上端模式的频率为ft2、配置成在表面声波的传播方向上夹着所述IDT的反射器的阻带下端模式的频率为frl、所述反射器的阻带上端模式的频率为fr2 时，满足下式的关系 frl < ft2 < fr2。
9.根据权利要求1所述的表面声波谐振器，其特征在于， 在构成所述反射器的导体带之间设有导体带间槽， 所述导体带间槽的深度比所述电极指间槽的深度浅。
10.一种表面声波振荡器，其特征在于，该表面声波振荡器具有权利要求1所述的表面声波谐振器；以及用于驱动所述IDT的电路。
11.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1所述的表面声波谐振器。
全文摘要
本发明提供表面声波谐振器、表面声波振荡器以及电子设备，能够实现良好频率温度特性，并抑制频率的波动。用于解决上述课题的表面声波谐振器的特征在于，具有欧拉角为(117°≤θ≤142°，42.79°≤|ψ|≤49.57°)的石英基板；以及IDT，其设置所述石英基板上，包含多个电极指，激励出阻带上端模式的表面声波，在平面视图中，在所述电极指之间的位置上配置有电极指间槽，该电极指间槽是所述石英基板的凹槽，在设配置在所述电极指间槽之间的所述石英基板的凸部的线占有率为ηg、设配置在所述凸部上的所述电极指的线占有率为ηe、设所述IDT的有效线占有率ηeff为所述线占有率ηg和所述线占有率ηe的相加平均的情况下，满足ηg＞ηe并且0.59＜ηeff＜0.73的关系。
文档编号H03H9/25GK102545822SQ201110397440
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月2日 优先权日2010年12月3日
发明者大胁卓弥, 山中国人, 羽野健一, 饭泽庆吾 申请人:精工爱普生株式会社