振动装置的制造方法_2

文档序号:9621318阅读:来源:国知局
持压电薄膜14的一部分的压电薄膜层14a。但是,第一、第二电极15、16未必需要埋设于压电薄膜14中。例如,也可以将第一、第二电极15、16形成于压电薄膜14的上表面以及下表面。
[0047]如本实施方式那样,通过在压电薄膜14内配置第一、第二电极15、16,能够提高耐湿性等。另外,在将第一电极15和第二电极16设置成夹持压电薄膜层14a的构造中,其制造很容易。此外,能够使由第一电极15和第二电极16创建的电场的方向为一个方向。因此,能够构成激发效率较高的激发部。
[0048]并没有对构成上述压电薄膜14的压电材料进行特别限定,但在利用了体波的振动装置中,优选Q值较高。因此,优选使用机电耦合系数k2较小,但Q值较高的A1N。
[0049]但是,也可以使用ZnO、Sc置换A1N、PZT、KNN等。在Sc置换A1N膜(ScAIN)将Sc和A1的原子浓度设为100&丨%的情况下,优选Sc浓度是0.5&丨%至50at%左右。
[0050]ScAIN与A1N相比机电耦合系数k2较大,与PZT、KNN相比机械性的Qm较大。因此,若将ScAIN应用于本发明那样的谐振型振子,则具有以下的优点。作为谐振型振子的用途有振荡器。例如将在TCX0 (温度补偿型振荡器)中内置的温度传感器的信号反馈给与振子串联连接的可变电容元件,使可变电容元件的容量值变化。由此,能够对振荡频率进行调整。此时,若作为压电薄膜代替A1N而使用ScAIN,则谐振型振子的带宽比扩大。因此,能够扩大振荡频率的调整范围。
[0051]同样,在将ScAIN用于VCX0(电压控制振荡器)的情况下,振荡频率的调整范围扩大。因此,能够利用可变电容元件来调整谐振型振子的初始的频率偏差。因此,能够大幅减少频率调整工序的成本。
[0052]第一、第二电极15、16能够由Mo、Ru、Pt、T1、Cr、Al、Cu、Ag、Au或者它们的合金等适当的金属形成。
[0053]压电薄膜14在厚度方向极化。因此,通过对第一、第二电极15、16间施加交变电场,激发部13利用压电效应被激发。其结果为,音叉臂3?6在Z方向上弯曲振动。
[0054]在本实施方式中,在4根音叉臂3?6中,位于中央的2根音叉臂4、5和位于两侧的3、6以相反的相位在Z方向上弯曲振动。这样的结构在音叉臂3?6中,使压电薄膜层14a的极化方向在厚度方向上为相同方向,使用于驱动音叉臂4、5的交变电场的相位与用于驱动音叉臂3、6的交变电场的相位相反即可。或者,也可以使音叉臂4、5的压电薄膜层14a的极化方向与音叉臂3、6的压电薄膜层14a的极化方向相反,并对音叉臂3?6施加相同相位的交变电场。
[0055]如上述那样,在本实施方式的振动装置1中,在X方向上,位于中央的音叉臂4、5与位于两侧的音叉臂3、6以相反的相位振动。S卩,以一方的相位振动的音叉臂3、6的数量与以另一方的相位振动的音叉臂4、5的数量相等。因此,在音叉臂3?6中,即使在增大音叉臂的宽度的情况下,也不会导致k2Q降低太多,能够提高静电电容。因此,能够充分减小谐振电阻。参照图5以及图6对其进行说明。
[0056]根据以下的要领,制作上述实施方式的振动装置、和音叉臂是3根的第一以及第二比较例的振动装置。
[0057]实施方式的振动装置:在厚度10 μπι的Si层11上形成了厚度0.5 μπι的氧化硅层12。基部2具有该层叠构造,在音叉臂3?6设置有在上表面形成0.8 μπι的厚度的由Α1Ν构成的压电薄膜14、和在该压电薄膜14的两面分别形成0.1 μπι、0.1 μπι的厚度的由Mo构成的电极而成的激发部13。
[0058]音叉臂3?6的长度为650 μm,宽度为20 μπι。由于具有上述层叠构造,所以厚度约为 11.5 μπι。
[0059]比较例1:除了将音叉臂的数量设为3根以外,与上述实施方式相同。
[0060]比较例2:与比较例1相同设置了 3根音叉臂。但是,将中央的音叉臂的宽度设为两侧的音叉臂的宽度的2倍。
[0061]如上述那样,制作了 3种振动装置。
[0062]图5是表示上述实施方式以及比较例1、2的振动装置中的k2Q与比W/T的关系的图。图6是表示上述实施方式以及比较例1、2的振动装置的谐振电阻R1与比W/T的关系的图。此外,W表示音叉臂的宽度,T表示音叉臂的厚度。
[0063]根据图5清晰可知,上述实施方式以及比较例2由于激发电极面积较大,所以能够增大静电电容。因此,根据图6清晰可知,能够减小谐振电阻的值。
[0064]另外,上述实施方式以及比较例2与比较例1相比,可知能够显著提高k2Q。这是因为向ζ方向的弯曲振动的驱动力平衡,激发效率提高。另外,上述实施方式相对于比较例2而言整体k2Q较大。这是因为将音叉臂的数量设为4根从而限域效应提高。其结果为,在上述实施方式中,能够在W/T是0.5?4.8的范围内显著提高k2Q。
[0065]根据图6清晰可知,在实现谐振电阻60kQ的情况下,在比较例1中,W/T = 3.0,在比较例2中W/T = 2.0,在实施方式中W/T = 2.0即可。在该情况下,根据图5清晰可知,各振动装置的k2Q在比较例1中为22.2,在比较例2中为24.9,在实施方式中为25.2。
[0066]因此,根据上述实施方式,与具有3根音叉臂的比较例1、2相比,可知能够不会使k2Q降低太多,而有效地降低谐振电阻。因此能够得到良好的振动特性。
[0067]在这里是在谐振电阻的设计值是60kQ的情况下调查的结果,即使以其它设计值进行也能得到相同的结果。
[0068]例如,在实现谐振电阻40k Ω的情况下,在比较例1中,W/T = 4.5,在比较例2中ff/τ = 3.0,在实施例中W/T = 3.0即可,该情况下的各振动装置中的k2Q在比较例1中为21.6,在比较例2中为23.9,在实施例中为24.5。
[0069]另外,在本实施方式的振动装置1中,在将氧化硅层12的厚度设为T2,将Si层11的厚度设为T1时,将氧化硅层12的厚度比T2/(T1+T2)设在特定的范围,能够有效地降低频率温度系数TCF的绝对值。参照图7对其进行说明。图7的横轴是未设置有氧化硅层12的振动装置的TCF。根据掺杂浓度Si层的TCF为特定的值。将该TCF设为X。另一方面,将厚度比T2/(T1+T2)设为y。
[0070]在图7中绘制的大多数的点是在Si层11上设置有氧化硅层12的上述实施方式中,频率温度系数TCF为0的点。曲线B是通过基于上述点的坐标近似而得到的,用y=-0.0002x2-0.0136x+0.0014来表示。可知若位于该曲线上,则能够将TCF设为0。
[0071]根据本申请发明者们的实验,已经明确若将厚度比T2/(T1+T2)设在(-0.0002x2-0.0136X+0.0014) ±0.05的范围内,则能够使频率温度系数TCF成为0±5ppm/°C的范围内。因此,优选将氧化硅层的厚度比T2/T1+T2设在该范围内。
[0072]在第一实施方式中,设置有4根音叉臂3?6,在该情况下即使增大了音叉臂的宽度,也不会使k2Q降低太多并能够有效抑制谐振电阻。这样的效果并不局限于音叉臂的数量是4根,是2N根(N是2以上的整数)即可。S卩,在图1(a)所示的虚拟线A的一侧配置有N根音叉臂,在另一侧配置有N根音叉臂,一侧的N根音叉臂与另一侧的N根音叉臂的弯曲振动的相位对称即可。此外,虚拟线A是在图1(a)的X方向,通过设置有音叉臂3?6的区域的中心且在Y方向上延伸的虚拟线。
[0073]另外,在第一实施方式中,通过控制4根音叉臂3?6中特定的音叉臂彼此的间隔,能够有效地提高k2Q。参照图9以及图10对其具体地进行说明。
[0074]图9是本发明的第一实施方式的变形例所涉及的振动装置
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