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WO2003010887A1 - Piezoelectric single-crystal element - Google Patents

Piezoelectric single-crystal element Download PDF

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WO2003010887A1
WO2003010887A1 PCT/AT2002/000213 AT0200213W WO03010887A1 WO 2003010887 A1 WO2003010887 A1 WO 2003010887A1 AT 0200213 W AT0200213 W AT 0200213W WO 03010887 A1 WO03010887 A1 WO 03010887A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
crystal element
single crystal
piezoelectric
piezoelectric single
element according
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/AT2002/000213
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Herbert Thanner
Peter Krempl
Christian Reiter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from US10/086,537 external-priority patent/US20030020052A1/en
Application filed by AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
Publication of WO2003010887A1 publication Critical patent/WO2003010887A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543Characteristics of substrate, e.g. cutting angles

Definitions

  • the invention relates to a piezoelectric single crystal element which has excitation electrodes on at least one surface or on opposite surfaces and can be excited to a thickness shear vibration, as well as different applications and a method for producing such a piezoelectric single crystal element or resonator element.
  • the resonance frequency of a piezoelectric resonator is largely dependent on the interaction with its environment (e.g. pressure, temperature, mass loading). This naturally results in two fundamentally different areas of application.
  • piezoelectric resonators are used as the frequency standard, the resonator usually being located in the feedback branch of an oscillator, thereby stabilizing the oscillator frequency in the vicinity of the resonance frequency.
  • the influences of the environment on the resonance frequency are kept as constant as possible by hermetically sealed housings, which are either filled with protective gas or evacuated.
  • piezoelectric resonators are used as the sensor element, conclusions being drawn from the measured changes in the resonance properties of the physical or chemical properties or their change over time in the environment.
  • the highest possible vibration quality of the resonance frequency in question is desirable in order to achieve particularly high short-term stability on the one hand and particularly high measurement resolution or measurement sensitivity on the other.
  • the quality can be measured by measuring the change in phase ⁇ which occurs in a frequency interval ⁇ f in the immediate vicinity of the maximum admittance, for example using a network analyzer.
  • the quality values which are shown in FIG. 2, were also determined by this method.
  • the effective material constants ⁇ -, c ⁇ and ⁇ ⁇ are dependent on the cutting angle and can be calculated from the material constants of the relevant crystal material (see for example S. Haussühl, Kristallphysik, Physik Verlag, ISBN 3-87664-587-5).
  • the effective electromechanical coupling factor k eff can be determined, for example, by a network analysis.
  • the resonance behavior of the piezoelectric resonator is based on the model of a series resonance circuit with parallel capacitance.
  • No. 4,754,187 A describes so-called SKI and SK2 sections of a quartz crystal, which are temperature-compensated and have different excitation modes a to c.
  • the aim is to excite only the b-mode and to substantially suppress the c-mode occurring at the same excitation frequency.
  • an electrode arrangement is chosen which has an angle ⁇ with respect to the crystal axis X 1 .
  • the angle ⁇ is first calculated theoretically for the SKl section at -75.96 °, but experimental results show one of the theoretical value very different measuring value for ⁇ at -15 °.
  • the value for the electro-mechanical coupling factor is 4.1%. The aim is only a fashionable excitation and not the achievement of particularly high quality values.
  • the object of the invention is to propose a piezoelectric single crystal or a method for its production, in which the quality Q - particularly at vacuum pressures below 10 mbar - assumes particularly high values.
  • the present invention solves this problem in that the single-crystal element has a crystal cut with a stimulable fundamental tone resonance frequency in the thickness shear mode, in which the effective electromechanical coupling factor k ef f is between 0.05% and 2%, and in that the linear temperature coefficient of the fundamental tone resonance frequency is zero at at least one point in the range of the operating temperature of the piezoelectric single crystal element, preferably in the range between 10 ° C. and 100 ° C.
  • a crystal cut with a relatively low electromechanical coupling is therefore preferably selected in which the temperature response of the resonance frequency of the thickness shear vibration to be excited is as low as possible in the application temperature range (temperature-compensated cut).
  • the temperature response of the resonance frequency must have a parabolic or a cubic frequency response, so that the linear temperature coefficient becomes zero within the application temperature range.
  • crystal materials with an effective elastic shear constant c ⁇ in a range from 10 to 100 GNm "2 are used. It is also advantageous to choose crystal materials in which, for the selected crystal cut, no hysteresis between the electric field E. Generated by the excitation electrodes and the field of dielectric displacement D arises.
  • a piezoelectric resonator based on gallium orthophosphate (GaPO 4 ) with a diameter of 7.4 mm and gold electrodes which has a relatively low, effective electromechanical coupling factor k eff of approx. 0.2% has a very high quality value at an absolute pressure of 5 * 10 "5 bar.
  • the GaPO 4 resonator is considerably more compact (diameter of 7.4 mm, for example) and has a thickness of 0.2 mm (at a resonance frequency of approx. 10 MHz) a better diameter / thickness ratio.
  • the electrodes can be applied by a CVD method (chemical vapor deposition) or a PVD method (physical vapor deposition), preferably by sputtering.
  • the frequency distance from the nearest excitable secondary resonance frequency is> 80 kHz, preferably> 100 kHz.
  • the crystal material belongs to the crystallographic point group 32, the crystal element preferably consisting of quartz-homotypic gallium orthophosphate (GaPO 4 ).
  • a combination of the particularly favorable properties such as extremely high quality values, temperature compensation of the resonance frequency and a large distance between the fundamental resonance frequency and its secondary modes can be achieved by using a piezoelectric resonator based on GaPO 4 , whereby a simply rotated Y-cut is used and the Cutting angle ⁇ is in a range between -80 ° and -88 °, in particular between -82 ° and -86 °.
  • piezoelectric crystal elements which belong to the crystallographic space group P321, which are described, for example, in “INTERNATIONAL TABLES FOR X-RAY CRYSTAL-LOGRAPHY, The Kynoch Press, 1969, pp. 255 is mentioned.
  • Crystals in this space group have a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 4 - analog crystal structure, such as, for example, langasite (La 3 Ga 5 SiO 4 ), langanite (La 3 Ga 5 (5 Nb 0/5 ⁇ 4 ), langatate (La 3 Ga 5 , 5 Ta 0.5 ⁇ ) or strontium gallium germanate (Sr 3 Ga 2 Ge 4 O ⁇ 4 ) single crystals, further examples are, for example, from BV Mill, Yu.V. Pisarevsky, EL Belokoneva, “Synthesis, Growth and some Properties of Single Crystals with the Ca 3 Ga 2 Ge 4 O ⁇ 4 Structure ", Joint Meeting EFTF - IEEE IFCS, 1999, pp. 829-834.
  • langasite La 3 Ga 5 SiO 4
  • langanite La 3 Ga 5 (5 Nb 0/5 ⁇ 4
  • langatate La 3 Ga 5 , 5 Ta 0.5 ⁇
  • strontium gallium germanate Sr 3 Ga 2 Ge 4 O ⁇ 4
  • langasite (La 3 Ga 5 SiO ⁇ 4 ) single crystals is a combination of by choosing a simply rotated Y-cut, the angle of rotation ⁇ between -55 ° and -85 °, preferably between -60 ° and -70 ° low coupling and temperature compensation achievable.
  • Electrical vacuum gauges measure the pressure indirectly via the particle number density, which depends on the type of gas at a given pressure.
  • the pressure scales of these devices are usually related to nitrogen pressures. If the pressure of another gas (mixture) is to be determined, the displayed pressure must be multiplied by a factor. In addition, these factors are also pressure-dependent in the case of thermal conductivity vacuum gauges (Pirani). Because of the particularly sensitive pressure dependency of the quality, in particular at vacuum pressures below 10 mbar, the crystal elements according to the invention can therefore be used excellently for pressure measurement, pressure measurement being possible regardless of the type of gas or gas composition.
  • the crystal element according to the invention can be used as a frequency-determining component (frequency standard) in oven-controlled or thermostatted oscillators.
  • Another advantageous application is to use the crystal element according to the invention in a vacuum (p ⁇ 10 mbar) as a microbalance sensor element, in which an extremely high sensitivity to mass loading can be achieved.
  • the crystal element according to the invention can be used as an electronic filter with a particularly high slope.
  • Fig. 2 is a diagram of the quality Q as a function of pressure for GaPO 4 and
  • Fig. 3 shows the first temperature coefficient of the resonance frequency of a GaPO 4 density shear resonator as a function of the cutting angle ⁇ .
  • Fig. 1 shows the local circle of the admittance, which is used for the description of the electrical behavior of a piezoelectric resonator.
  • the relevant definitions of the series resonance frequency f s , the frequency with maximum admittance f m , the parallel resonance frequency f p and the frequency with minimum admittance f n can also be seen.
  • the distance of the center of the local circle from the abscissa is proportional to the parallel capacitance C 0 , which is formed by the resonator together with the applied excitation electrodes.
  • FIG. 2 shows, for example, the increase in quality of a GaPO 4 resonator (simply rotated Y-cut with k eff between 0.2 and 0.4%), which was annealed after the application of the excitation electrodes in comparison to one annealed resonator (fundamental resonance frequency approx. 6MHz).
  • the quality values are approximately at the same high level in both cases.
  • the quality values of the annealed resonator increase significantly more than in the case of the unannealed resonator.
  • Fig. 3 shows the dependence of the linear temperature coefficient (l.TCF) of the resonance frequency of a simply rotated Y-cut of a GaPO 4 Dickenscher resonator (C-mode) as a function of the angle of rotation ⁇ at a temperature of approximately 85 ° C.
  • l.TCF linear temperature coefficient

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

The invention relates to a piezoelectric single-crystal element, which has excitation electrodes situated on at least one surface or on opposing surfaces and can be exited to a thickness shear oscillation. According to the invention, the single-crystal element has a crystal cut having an excitable fundamental tone resonance frequency in the thickness shear mode in which the effectively active electromechanical coupling factor keff lies between 0.05 % and 2 % and the linear temperature coefficient of the fundamental tone resonance frequency is zero at at least one location in the range of the working temperature of the piezoelectric single-crystal element, preferably ranging from 10 DEG C to 100 DEG C. This enables the production of resonators that have a high oscillation quality.

Description

Piezoelektrisches EinkristallelementPiezoelectric single crystal element

Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Einkristallelement, welches an zumindest einer Oberfläche oder an gegenüberliegenden Oberflächen Anregungselektroden aufweist und zu einer Dickenscherschwingung anregbar ist sowie unterschiedliche Anwendungen und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen piezoelektrischen Einkristallelementes bzw. Resonatorelementes.The invention relates to a piezoelectric single crystal element which has excitation electrodes on at least one surface or on opposite surfaces and can be excited to a thickness shear vibration, as well as different applications and a method for producing such a piezoelectric single crystal element or resonator element.

Die Resonanzfrequenz eines piezoelektrischen Resonators ist neben den effektiv wirkenden Materialkonstanten und den physikalischen Abmessungen maßgeblich von der Wechselwirkung mit seiner Umgebung (z.B. Druck, Temperatur, Massenbeladung) abhängig. Daraus ergeben sich in natürlicher Weise zwei grundsätzlich unterschiedliche Anwendungsbereiche. Zum Einen werden piezoelektrische Resonatoren als Frequenznormal verwendet, wobei sich der Resonator üblicherweise im Rückkopplungszweig eines Oszillators befindet und dadurch die Oszillatorfrequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz stabilisiert wird. Bei dieser Anwendung werden die Einflüsse der Umgebung auf die Resonanzfrequenz durch hermetisch dichte Gehäuse, welche entweder mit Schutzgas gefüllt oder evakuiert sind möglichst konstant gehalten. Zum Anderen werden piezoelektrische Resonatoren als Sensorelement verwendet, wobei aus den gemessenen Änderungen der Resonanzeigenschaften auf die physikalischen oder, chemischen Eigenschaften bzw. deren zeitliche Änderung der Umgebung Rückschlüsse gezogen werden. In beiden Anwendungsbereichen ist eine möglichst hohe Schwingungsgüte der betreffenden Resonanzfrequenz erwünscht, um einerseits eine besonders hohe Kurzzeitstabilität und andererseits eine besonders hohe Messauflösung bzw. Messempfindlichkeit zu erreichen.In addition to the effective material constants and the physical dimensions, the resonance frequency of a piezoelectric resonator is largely dependent on the interaction with its environment (e.g. pressure, temperature, mass loading). This naturally results in two fundamentally different areas of application. On the one hand, piezoelectric resonators are used as the frequency standard, the resonator usually being located in the feedback branch of an oscillator, thereby stabilizing the oscillator frequency in the vicinity of the resonance frequency. In this application, the influences of the environment on the resonance frequency are kept as constant as possible by hermetically sealed housings, which are either filled with protective gas or evacuated. On the other hand, piezoelectric resonators are used as the sensor element, conclusions being drawn from the measured changes in the resonance properties of the physical or chemical properties or their change over time in the environment. In both areas of application, the highest possible vibration quality of the resonance frequency in question is desirable in order to achieve particularly high short-term stability on the one hand and particularly high measurement resolution or measurement sensitivity on the other.

Definition der Güte :Definition of quality:

Figure imgf000003_0001
Figure imgf000003_0001

mit φ ... Phase f.....Frequenz fm.... Frequenz bei maximaler Admittanzwith φ ... phase f ..... frequency f m .... frequency with maximum admittance

wobei φ in Radiant und f,fm in Hz einzusetzen sind. Die Güte kann durch Messen der Änderung der Phase Δφ welche in einem Frequenzintervall Δf in der unmittelbaren Umgebung der maximalen Admittanz, z.B. mit einem Netzwerkanalysator gemessen werden. Nach diesem Verfahren wurden auch die Gütewerte, welche in Fig. 2 dargestellt sind bestimmt.where φ in radians and f, f m in Hz. The quality can be measured by measuring the change in phase Δφ which occurs in a frequency interval Δf in the immediate vicinity of the maximum admittance, for example using a network analyzer. The quality values, which are shown in FIG. 2, were also determined by this method.

Der effektiv wirkende elektromechanische Kopplungsfaktor keff für die Grundtonresonanzfrequenz bzw. Serienresonanzfrequenz fs ist definiert durch:The effective electromechanical coupling factor k eff for the fundamental resonance frequency or series resonance frequency f s is defined by:

Figure imgf000004_0001
Figure imgf000004_0001

mit ee ... effektiv wirkendes piezoelektrisches Modulwith e e ... effective piezoelectric module

^ ...effektiv wirkende elastische Scherkonstante (D=constant) ε ... effektiv wirkende Dielektrizitätskonstante (S=constant) D, S.. Dielektrische Verschiebung, Verzerrungstensor^ ... effective elastic shear constant (D = constant) ε ... effective dielectric constant (S = constant) D, S .. Dielectric shift, distortion tensor

Die effektiv wirkenden Materialkonstanten ^- , c^ undε^ sind vom Schnittwinkel abhängig und können aus den Materialkonstanten des betreffenden Kristallmaterials berechnet werden (siehe beispielsweise S. Haussühl, Kristallphysik, Physik Verlag, ISBN 3-87664-587-5).The effective material constants ^ -, c ^ andε ^ are dependent on the cutting angle and can be calculated from the material constants of the relevant crystal material (see for example S. Haussühl, Kristallphysik, Physik Verlag, ISBN 3-87664-587-5).

Der effektiv wirkende elektromechanische Kopplungsfaktor keff kann zum Beispiel durch eine Netzwerkanalyse bestimmt werden. Dabei wird dem Resonanzverhalten des piezoelektrischen Resonators das Modell eines Serienresonanzkreises mit Parallelkapazität zugrundegelegt. Aus dem Abstand zwischen Serienresonanzfrequenz fs≤ fm (Definition siehe Fig. 1) und Parallelresonanzfrequenz fp= fn (fn.... Frequenz bei minimaler Admittanz, siehe Fig. 1) ergibt sich der effektiv wirkende elektromechanische Kopplungsfaktor keff mit:The effective electromechanical coupling factor k eff can be determined, for example, by a network analysis. The resonance behavior of the piezoelectric resonator is based on the model of a series resonance circuit with parallel capacitance. The effective electromechanical coupling factor k e results from the distance between the series resonance frequency f s ≤ f m (for definition see FIG. 1) and the parallel resonance frequency f p = f n (f n .... frequency with minimal admittance, see FIG. 1) ff with:

Figure imgf000004_0002
Alle angegebenen Werte für den effektiv wirkenden elektromechanischen Kopplungsfaktor keff beziehen sich auf die Grundtonresonanzfrequenz fs des jeweiligen piezoelektrischen Kristallschnitt bzw. piezoelektrischen Resonators.
Figure imgf000004_0002
All specified values for the effective electromechanical coupling factor k eff relate to the fundamental resonance frequency f s of the respective piezoelectric crystal section or piezoelectric resonator.

So ist zum Beispiel aus Warner A.W., „Design and Performance of Ultraprecise 2.5-mc Quartz Crystal Units", Bell Sys. Tech. J., Sept., 1960, pp. 1193-1215, bekannt, dass ein Quarz AT-Schnitt Resonator (effektiv wirkender elektromechanischer Kopplungsfaktor ke f = 8 %...9 %), mit einem Durchmesser von 30 mm, plankonvexen Oberflächen, mit Gold-Elektroden, bei Raumtemperatur und in Vakuum (p=l,33*10~9 bar), im 5. Oberton bei einer Resonanzfrequenz von 2,5 MHz, eine Güte Q von 5 bis 6 Millionen erreicht. Ebenso ist ein inverser Zusammenhang zwischen Resonanzfrequenz fs (Definition siehe Fig. 1) und maximal erreichbarer Güte Q festgestellt worden. Für einen Quarz AT-Schnitt Resonator lässt sich dieser empirisch gefundene Zusammenhang durch die Angabe des Produktes von Q*fs = 16*106 MHz ausdrücken.For example, it is known from Warner AW, "Design and Performance of Ultraprecise 2.5-mc Quartz Crystal Units", Bell Sys. Tech. J., Sept., 1960, pp. 1193-1215, that a quartz AT-cut resonator (effective electromechanical coupling factor k ef = 8% ... 9%), with a diameter of 30 mm, plano-convex surfaces, with gold electrodes, at room temperature and in vacuum (p = l, 33 * 10 ~ 9 bar), in the 5th overtone at a resonance frequency of 2.5 MHz, a quality Q of 5 to 6 million was reached, and an inverse relationship between the resonance frequency f s (for definition, see FIG. 1) and the maximum achievable quality Q was found AT-cut resonator this empirically found relationship can be expressed by specifying the product of Q * f s = 16 * 10 6 MHz.

Weiters ist aus Ch. Longet, G. Robichon, EFTF, 1995, pp. 141-145, eine elektrodenlose Anordnung bekannt, mit welcher - basierend auf einen Quarz BT-Schnitt Resonator - ein Produkt Q*fs = 30*106 MHz erreicht wird. Dabei befinden sich die Anregungselektroden nicht direkt auf den Resonatoroberflächen, sondern in einem Abstand von einigen μrπ (sogenannte PVA-Resonatoren). Derartige Quarzresonatoren, welche z.B. aus der US-A 4,135,108 bekannt sind, bedürfen einer aufwendigen Herstellung und weisen große Baugrößen auf.Furthermore, from Ch. Longet, G. Robichon, EFTF, 1995, pp. 141-145, an electrodeless arrangement is known with which - based on a quartz BT-cut resonator - a product Q * f s = 30 * 10 6 MHz is achieved. The excitation electrodes are not located directly on the resonator surfaces, but at a distance of a few μrπ (so-called PVA resonators). Quartz resonators of this type, which are known, for example, from US Pat. No. 4,135,108, require complex production and have large sizes.

Ebenso ist aus R.C. Smythe, R.C. Helmbold, G.E. Hague, & K.A. Snow, Joint Meeting EFTF - IEEE IFCS, 1999, pp. 816-820, bekannt, dass ein Y-Schnitt Lan- ganit (LGT) Resonator (effektiv wirkender elektromechanischer Kopplungsfaktor keff > 10 %) mit einem Durchmesser von 14 mm, plan-konvexen Oberflächen, Gold-Elektroden, bei Raumtemperatur und in Vakuum (p=l,33*10"7 bar), im 7. Oberton bei einer Resonanzfrequenz von 14,058 MHz, eine Güte Q von 1,8 Millionen erreicht. Das entspricht einem Produkt Q*fs = 25,6*106 MHz.Also from RC Smythe, RC Helmbold, GE Hague, & KA Snow, Joint Meeting EFTF - IEEE IFCS, 1999, pp. 816-820, known that a Y-cut Lananit (LGT) resonator (effective electromechanical coupling factor k eff > 10%) with a diameter of 14 mm, plane-convex surfaces, gold electrodes, at room temperature and in vacuum (p = 1.33 * 10 "7 bar), in the 7th overtone at a resonance frequency of 14.058 MHz, a quality Q of 1.8 million is reached. This corresponds to a product Q * f s = 25.6 * 10 6 MHz ,

Die US 4,754,187 A beschreibt sogenannte SKI- und SK2-Schnitte eines Quarzkristalles, welche temperaturkompensiert sind und unterschiedliche Anregungsmoden a bis c aufweisen. Bei den Kristallschnitten handelt es sich um doppelt rotierte Schnitte, wobei beispielsweise für den SKl-Schnitt der Winkel Φ = 13° und der Winkel θ = -27,5° beträgt. Es wird angestrebt, nur den b-Mode anzuregen und den bei der selben Anregungsfrequenz auftretenden c-Mode im wesentlichen zu unterdrücken. Dazu wird eine Elektrodenanordnung gewählt, welche gegenüber der Kristallachse X1 einen Winkel ψ aufweist.No. 4,754,187 A describes so-called SKI and SK2 sections of a quartz crystal, which are temperature-compensated and have different excitation modes a to c. The crystal cuts are double-rotated cuts, with the angle Φ = 13 ° and the angle θ = -27.5 ° for the SKl cut, for example. The aim is to excite only the b-mode and to substantially suppress the c-mode occurring at the same excitation frequency. For this purpose, an electrode arrangement is chosen which has an angle ψ with respect to the crystal axis X 1 .

Der Winkel ψ wird zunächst theoretisch für den SKl-Schnitt bei -75,96° berechnet, experimentelle Ergebnisse zeigen allerdings einen vom theoretischen Wert sehr weit abweichenden Messwert für ψ bei -15°. Der Wert für den elektro- mechanischen Kopplungsfaktor liegt bei 4,1%. Ziel ist lediglich eine modenreine Anregung und nicht das Erreichen besonders hoher Gütewerte.The angle ψ is first calculated theoretically for the SKl section at -75.96 °, but experimental results show one of the theoretical value very different measuring value for ψ at -15 °. The value for the electro-mechanical coupling factor is 4.1%. The aim is only a fashionable excitation and not the achievement of particularly high quality values.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen piezoelektrischen Einkristall bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, bei welchem die Güte Q - insbesondere bei Vakuumdrücken unter 10 mbar - besonders hohe Werte annimmt.The object of the invention is to propose a piezoelectric single crystal or a method for its production, in which the quality Q - particularly at vacuum pressures below 10 mbar - assumes particularly high values.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe dadurch dass das Einkristallelement einen Kristallschnitt mit einer anregbaren Grundtonresonanzfrequenz im Dicken- schermode aufweist, bei welcher der effektiv wirkende elektromechanische Kopplungsfaktor keff zwischen 0,05 % und 2 %, liegt, sowie dass der lineare Temperaturkoeffizient der Grundtonresonanzfrequenz an zumindest einer Stelle im Bereich der Betriebstemperatur des piezoelektrischen Einkristallelementes, vorzugsweise im Bereich zwischen 10°C und 100°C, Null ist. Bevorzugt wird somit ein Kristallschnitt mit relativ geringer elektromechanischer Kopplung ausgewählt, bei welchem der Temperaturgang der Resonanzfrequenz der anzuregenden Dickenscherschwingung im Anwendungstemperaturbereich möglichst gering ist (temperaturkompensierter Schnitt). Dazu uss der Temperaturgang der Resonanzfrequenz einen parabolischen oder einen kubischen Frequenzgang aufweisen, womit der lineare Temperaturkoeffizient innerhalb des Anwendungstemperaturbereiches Null wird.The present invention solves this problem in that the single-crystal element has a crystal cut with a stimulable fundamental tone resonance frequency in the thickness shear mode, in which the effective electromechanical coupling factor k ef f is between 0.05% and 2%, and in that the linear temperature coefficient of the fundamental tone resonance frequency is zero at at least one point in the range of the operating temperature of the piezoelectric single crystal element, preferably in the range between 10 ° C. and 100 ° C. A crystal cut with a relatively low electromechanical coupling is therefore preferably selected in which the temperature response of the resonance frequency of the thickness shear vibration to be excited is as low as possible in the application temperature range (temperature-compensated cut). For this purpose, the temperature response of the resonance frequency must have a parabolic or a cubic frequency response, so that the linear temperature coefficient becomes zero within the application temperature range.

Vorteilhafterweise werden Kristallmaterialien mit einer effektiv wirkenden elastischen Scherkonstante c^ in einem Bereich von 10 bis 100 GNm"2 verwendet. Von Vorteil ist es weiters, Kristallmaterialien zu wählen, bei welchen für den ausgewählten Kristallschnitt keine Hysterese zwischen dem über die Anregungselektroden erzeugten elektrischen Feld E und dem Feld der dielektrischen Verschiebung D entsteht.Advantageously, crystal materials with an effective elastic shear constant c ^ in a range from 10 to 100 GNm "2 are used. It is also advantageous to choose crystal materials in which, for the selected crystal cut, no hysteresis between the electric field E. Generated by the excitation electrodes and the field of dielectric displacement D arises.

Es hat sich überraschend herausgestellt, dass beispielsweise ein piezoelektrischer Resonator auf der Basis von Galliumorthophospat (GaPO4), mit einem Durchmesser von 7.4 mm und Gold-Elektroden, welcher einen relativ geringen, effektiv wirkenden elektromechanischen Kopplungsfaktor keff von ca. 0,2 % bis 0,4 % aufweist, bei einem Absolutdruck von 5*10"5 bar einen sehr hohen Gütewert aufweist. Verglichen mit einem Quarzresonator ist der GaPO4- Resonator wesentlich kompakter (Durchmesser von z.B. 7,4 mm) und weist bei einer Dicke von 0,2 mm (bei einer Resonanzfrequenz von ca. 10 MHz) ein besseres Durchmesser/Dicken-Verhältnis auf.It has surprisingly turned out that, for example, a piezoelectric resonator based on gallium orthophosphate (GaPO 4 ) with a diameter of 7.4 mm and gold electrodes, which has a relatively low, effective electromechanical coupling factor k eff of approx. 0.2% has a very high quality value at an absolute pressure of 5 * 10 "5 bar. Compared to a quartz resonator, the GaPO 4 resonator is considerably more compact (diameter of 7.4 mm, for example) and has a thickness of 0.2 mm (at a resonance frequency of approx. 10 MHz) a better diameter / thickness ratio.

Insbesondere wenn das Kristallelement nach dem Aufbringung der Anregungselektroden einer thermischen Behandlung über 150 °C ausgesetzt wird, können Gütewerte von über 8,7 Millionen bei einer Resonanzfrequenz fs von ca. 9,816 MHz im Grundton erreicht werden. Daraus ergibt sich für das Produkt Q*fs = 85*106 MHz. Weiters ist es auch möglich, das Kristallelement während der Aufbringung der Anregungselektroden auf Temperaturen von über 150 °C zu erwärmen. Die Aufbringung der Elektroden kann durch ein CVD-Verfahren (che- mical yapour deposition) oder ein PVD-Verfahren (p_hysical yapour deposition), vorzugsweise durch Sputtern, erfolgen.In particular, if the crystal element is subjected to a thermal treatment above 150 ° C. after the application of the excitation electrodes, quality values of over 8.7 million with a resonance frequency f s of approx. 9.816 MHz can be achieved in the fundamental tone. This results in the product Q * f s = 85 * 10 6 MHz. Furthermore, it is also possible to heat the crystal element to temperatures of over 150 ° C. during the application of the excitation electrodes. The electrodes can be applied by a CVD method (chemical vapor deposition) or a PVD method (physical vapor deposition), preferably by sputtering.

Besonders vorteilhaft ist es, den piezoelektrischen Resonator nach dem Aufbringen der Elektroden für mehre Stunden auf Temperaturen von über 150 °C zu erwärmen. So zeigt zum Beispiel ein für ca. 10 Stunden auf ca. 350 °C getemperter GaPO4-Resonator (fs=5,903 MHz) einen Güteanstieg von etwa 350.000 unter Normaldruck auf ca. 13 Millionen bei einem Absolutdruck p=40 μbar. Hingegen erreicht ein nicht getemperter GaPO4 Resonator (f=5,872 MHz), welcher bei Normaldruck eine Güte von ca. 350.000 aufweist, bei einem Absolutdruck von 30 μbar eine Güte von ca. 1,75 Millionen.It is particularly advantageous to heat the piezoelectric resonator to temperatures of over 150 ° C. for several hours after the electrodes have been applied. For example, a GaPO 4 resonator (f s = 5.903 MHz) tempered for approx. 10 hours at approx. 350 ° C shows an increase in quality from approx. 350,000 under normal pressure to approx. 13 million at an absolute pressure p = 40 μbar. In contrast, a non-annealed GaPO 4 resonator (f = 5.872 MHz), which has a quality of approx. 350,000 at normal pressure and a quality of approx. 1.75 million at an absolute pressure of 30 μbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit durch folgende Schritte gekennzeichnet:The method according to the invention is thus characterized by the following steps:

• Herstellen eines Kristallschnittes mit einer anregbaren Grundresonanzfrequenz, bei welcher der effektiv wirkende elektromechanische Kopplungsfaktor keff zwischen 0,05 % und 2 %, liegt und der lineare Tempera- turkoeffizient der Grundtonresonanzfrequenz an zumindest einer Stelle im Bereich der Betriebstemperatur des piezoelektrischen Einkristallelementes, vorzugsweise im Bereich zwischen 10°C und 100°C, Null ist; sowie• Production of a crystal cut with a stimulable basic resonance frequency, at which the effective electromechanical coupling factor k eff lies between 0.05% and 2%, and the linear temperature coefficient of the fundamental tone resonance frequency at at least one point in the range of the operating temperature of the piezoelectric single crystal element, preferably in Range between 10 ° C and 100 ° C, zero; such as

• Aufbringen von Anregungselektroden auf zumindest einer Oberfläche oder auf gegenüberliegenden Oberflächen des Einkristallelementes; sowie ggf.• application of excitation electrodes on at least one surface or on opposite surfaces of the single crystal element; as well as possibly

• Tempern des Kristallschnittes bei Temperaturen von über 150°C• Annealing the crystal cut at temperatures above 150 ° C

Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung ist dadurch gegeben, dass der Frequenzabstand zur nächstgelegenen, anregbaren Nebenresonanzfrequenz >80 kHz, vorzugsweise >100 kHz ist. Darüber hinaus soll die maximale Admittanz der harmonischen Oberschwingungen nur < 10 %, vorzugsweise <5 % relativ zur Grundtonresonanzfrequenz erreichen, d.h. der n-te Oberton (n=3,5,...) soll nicht mehr deutlich anregbar sein.Another characteristic of the invention is that the frequency distance from the nearest excitable secondary resonance frequency is> 80 kHz, preferably> 100 kHz. In addition, the maximum admittance of the harmonics should only reach <10%, preferably <5% relative to the fundamental resonance frequency, i.e. the nth overtone (n = 3.5, ...) should no longer be clearly excitable.

Das thermische Ausdehnungsverhalten in der Ebene des Kristallschnittes ist beispielsweise bei Kristallen der Punktgruppe 32 durch zwei voneinander linear unabhängige Ausdehnungskoeffizienten an = a22 und a 3 vollständig beschreibbar. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, einen Kristallschnitt zu wählen, bei welchem die effektiv wirkenden thermischen Ausdehnungskoeffi- zienten (α ι und 33) in der Ebene des Kristallschnittes lediglich um einen Faktor <1,5 voneinander abweichen.The thermal expansion behavior in the plane of the crystal section, for example in the case of crystals of point group 32, can be completely described by two linearly independent expansion coefficients an = a 22 and a 3 . It has proven to be particularly advantageous to choose a crystal cut in which the effective thermal expansion coefficient deviate (α ι and 33 ) in the plane of the crystal section only by a factor <1.5.

Gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung gehört das Kristallmaterial der kristallographischen Punktgruppe 32 an, wobei das Kristallelement vorzugsweise aus quarzhomöotypem Galliumorthophosphat (GaPO4) besteht.According to a first embodiment variant of the invention, the crystal material belongs to the crystallographic point group 32, the crystal element preferably consisting of quartz-homotypic gallium orthophosphate (GaPO 4 ).

Eine Kombination der besonders günstigen Eigenschaften wie extrem hohe Gütewerte, Temperaturkompensation der Resonanzfrequenz und großem Abstand zwischen Grundtonresonanzfrequenz und deren Nebenmoden kann durch die Anwendung eines piezoelektrischen Resonator auf der Basis von GaPO4 erreicht werden, wobei ein einfach rotierten Y-Schnitt verwendet wird und sich der Schnittwinkel Φ in einem Bereich zwischen -80 ° und -88 °, insbesondere zwischen -82 ° und -86 ° befindet.A combination of the particularly favorable properties such as extremely high quality values, temperature compensation of the resonance frequency and a large distance between the fundamental resonance frequency and its secondary modes can be achieved by using a piezoelectric resonator based on GaPO 4 , whereby a simply rotated Y-cut is used and the Cutting angle Φ is in a range between -80 ° and -88 °, in particular between -82 ° and -86 °.

Die Angabe des Vorzeichens der Schnittwinkel Φ bezüglich deren Drehrichtung um die kristallografischen Achsen erfolgen nach dem „IEEE Standard on Piezo- electricity; ANSI/IEEE Std. 176-1987.The indication of the sign of the cutting angle Φ with respect to their direction of rotation about the crystallographic axes is made according to the “IEEE Standard on Piezo-electricity; ANSI / IEEE hours 176-1987.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, piezoelektrische Kristallelemente zu verwenden, welche der kristallografischen Raumgruppe P321 angehören, welche z.B. in „INTERNATIONAL TABLES FOR X-RAY CRYSTAL- LOGRAPHY, The Kynoch Press, 1969, pp. 255, erwähnt wird. Kristalle dieser Raumgruppe weisen eine Ca3Ga2Ge44 - analoge Kristallstruktur auf wie z.B. Langasite (La3Ga5SiOι4), Langanit (La3Ga5(5Nb0/5θι4), Langatat (La3Ga5,5Ta0,5θι ) oder Strontium-Gallium-Germanat (Sr3Ga2Ge44) Einkristalle. Weitere Beispiele sind z.B. aus B.V. Mill, Yu.V. Pisarevsky, E.L. Belokoneva, „Synthesis, Growth and some Properties of Single Crystals with the Ca3Ga2Ge44 Structure", Joint Meeting EFTF - IEEE IFCS, 1999, pp. 829-834, angeführt.According to an embodiment variant of the invention, it is provided to use piezoelectric crystal elements which belong to the crystallographic space group P321, which are described, for example, in “INTERNATIONAL TABLES FOR X-RAY CRYSTAL-LOGRAPHY, The Kynoch Press, 1969, pp. 255 is mentioned. Crystals in this space group have a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 4 - analog crystal structure, such as, for example, langasite (La 3 Ga 5 SiO 4 ), langanite (La 3 Ga 5 (5 Nb 0/5 θι 4 ), langatate (La 3 Ga 5 , 5 Ta 0.5 θι) or strontium gallium germanate (Sr 3 Ga 2 Ge 44 ) single crystals, further examples are, for example, from BV Mill, Yu.V. Pisarevsky, EL Belokoneva, “Synthesis, Growth and some Properties of Single Crystals with the Ca 3 Ga 2 Ge 44 Structure ", Joint Meeting EFTF - IEEE IFCS, 1999, pp. 829-834.

Insbesondere bei Langasit (La3Ga5SiOι4) Einkristallen ist durch die Wahl eines einfach rotierten Y-Schnittes, wobei der Drehwinkel Φ zwischen -55° und -85°, vorzugsweise zwischen -60° und -70° liegt, eine Kombination von niedriger Kopplung und Temperaturkompensation erreichbar.In particular with langasite (La 3 Ga 5 SiOι 4 ) single crystals is a combination of by choosing a simply rotated Y-cut, the angle of rotation Φ between -55 ° and -85 °, preferably between -60 ° and -70 ° low coupling and temperature compensation achievable.

Elektrische Vakuummeter messen den Druck indirekt über die Teilchenzahldichte welcher bei gegebenem Druck von der Gasart abhängig ist. Die Druckskalen dieser Geräte sind üblicherweise auf Stickstoffdrücke bezogen. Wenn also der Druck eines anderen Gas(-gemisches) bestimmt werden soll, muss der angezeigte Druck mit einem Faktor multipliziert werden. Zusätzlich sind diese Faktoren bei Wärmeleitungs-Vakuummetern (Pirani) auch druckabhängig. Aufgrund der besonders empfindlichen Druckabhängigkeit der Güte, insbesondere bei Vakuumdrücken unter 10 mbar, sind daher die erfindungsgemäßen Kristallelemente hervorragend zur Druckmessung zu verwenden, wobei eine Druckmessung unabhängig von der Gasart bzw. Gaszusammensetzung möglich ist.Electrical vacuum gauges measure the pressure indirectly via the particle number density, which depends on the type of gas at a given pressure. The pressure scales of these devices are usually related to nitrogen pressures. If the pressure of another gas (mixture) is to be determined, the displayed pressure must be multiplied by a factor. In addition, these factors are also pressure-dependent in the case of thermal conductivity vacuum gauges (Pirani). Because of the particularly sensitive pressure dependency of the quality, in particular at vacuum pressures below 10 mbar, the crystal elements according to the invention can therefore be used excellently for pressure measurement, pressure measurement being possible regardless of the type of gas or gas composition.

Aufgrund der möglichen Kombination von Temperaturkompensation der Resonanzfrequenz und geringer elektromechanischer Kopplung, beispielsweise bei GaPO4 und Langasit, kann das erfindungsgemäße Kristallelement als frequenzbestimmendes Bauelement (Frequenznormal) in ofenkontrollierten bzw. ther- mostatisierten Oszillatoren verwendet werden.Due to the possible combination of temperature compensation of the resonance frequency and low electromechanical coupling, for example in GaPO 4 and langasite, the crystal element according to the invention can be used as a frequency-determining component (frequency standard) in oven-controlled or thermostatted oscillators.

Eine weitere vorteilhafte Anwendung besteht darin, das erfindungsgemäße Kristallelement im Vakuum (p<10 mbar) als Mikrowaagen-Sensorelement zu verwenden, bei welchem eine extrem hohe Empfindlichkeit gegenüber Massenbeladung erreicht werden kann.Another advantageous application is to use the crystal element according to the invention in a vacuum (p <10 mbar) as a microbalance sensor element, in which an extremely high sensitivity to mass loading can be achieved.

Schließlich kann das erfindungsgemäße Kristallelement als elektronisches Filter mit besonders hoher Flankensteilheit eingesetzt werden.Finally, the crystal element according to the invention can be used as an electronic filter with a particularly high slope.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen dieThe present invention is explained in more detail below with reference to drawings. They show

Fig. 1 ein Diagramm der Admittanz, bei welchem auf der Abszisse die Kon- duktanz und auf der Ordinate die Suszeptanz aufgetragen ist,1 shows a diagram of the admittance in which the conductance is plotted on the abscissa and the susceptance is plotted on the ordinate

Fig. 2 ein Diagramm der Güte Q in Abhängigkeit vom Druck für GaPO4 sowieFig. 2 is a diagram of the quality Q as a function of pressure for GaPO 4 and

Fig. 3 den ersten Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz eines GaPO4-Dichenscher-Resonators in Abhängigkeit vom Schnittwinkel Φ.Fig. 3 shows the first temperature coefficient of the resonance frequency of a GaPO 4 density shear resonator as a function of the cutting angle Φ.

Fig. 1 zeigt den Ortskreis der Admittanz, welcher für die Beschreibung des elektrischen Verhaltens eines piezoelektrischen Resonators verwendet wird. Ebenso sind die relevanten Definitionen der Serienresonanzfrequenz fs, der Frequenz bei maximaler Admittanz fm, der Parallelresonanzfrequenz fp sowie der Frequenz bei minimaler Admittanz fn ersichtlich. Der Abstand des Mittelpunktes des Ortkreises von der Abszisse ist proportional der Parallelkapazität C0, welche durch den Resonator zusammen mit den aufgebrachten Anregungselektroden gebildet wird.Fig. 1 shows the local circle of the admittance, which is used for the description of the electrical behavior of a piezoelectric resonator. The relevant definitions of the series resonance frequency f s , the frequency with maximum admittance f m , the parallel resonance frequency f p and the frequency with minimum admittance f n can also be seen. The distance of the center of the local circle from the abscissa is proportional to the parallel capacitance C 0 , which is formed by the resonator together with the applied excitation electrodes.

Fig. 2 zeigt beispielsweise den Güteanstieg eines GaPO4 Resonators (einfach gedrehter Y-Schnitt mit keff zwischen 0,2 und 0,4 %), welcher nach dem Aufbringen der Anregungselektroden getempert wurde im Vergleich zu einem nicht getemperten Resonator (Grundtonresonanzfrequenz ca. 6MHz). Bei Normaldruck liegen die Gütewerte in beiden Fällen etwa auf dem gleichen, hohen Niveau. Während der Druckreduktion steigen die Gütewerte des getemperten Resonators wesentlich stärker an, als im Falle des ungetemperten Resonators.2 shows, for example, the increase in quality of a GaPO 4 resonator (simply rotated Y-cut with k eff between 0.2 and 0.4%), which was annealed after the application of the excitation electrodes in comparison to one annealed resonator (fundamental resonance frequency approx. 6MHz). At normal pressure, the quality values are approximately at the same high level in both cases. During the pressure reduction, the quality values of the annealed resonator increase significantly more than in the case of the unannealed resonator.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des linearen Temperaturkoeffizienten (l.TCF) der Resonanzfrequenz eines einfach rotierten Y-Schnittes eines GaPO4 Dickenscher- Resonators (C-Mode) in Abhängigkeit des Drehwinkels Φ bei einer Temperatur von ca. 85 °C. Fig. 3 shows the dependence of the linear temperature coefficient (l.TCF) of the resonance frequency of a simply rotated Y-cut of a GaPO 4 Dickenscher resonator (C-mode) as a function of the angle of rotation Φ at a temperature of approximately 85 ° C.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS 1. Piezoelektrisches Einkristallelement, welches an zumindest einer Oberfläche oder an gegenüberliegenden Oberflächen Anregungselektroden aufweist und zu einer Dickenscherschwingung anregbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkristallelement einen Kristallschnitt mit einer anregbaren Grundtonresonanzfrequenz im Dickenschermode aufweist, bei welcher der effektiv wirkende elektromechanische Kopplungsfaktor keff zwischen 0,05 % und 2 %, liegt, sowie dass der lineare Temperaturkoeffizient der Grundtonresonanzfrequenz an zumindest einer Stelle im Bereich der Betriebstemperatur des piezoelektrischen Einkristallelementes, vorzugsweise im Bereich zwischen 10°C und 100°C, Null ist.1. Piezoelectric single crystal element which has excitation electrodes on at least one surface or on opposite surfaces and can be excited to a thickness shear oscillation, characterized in that the single crystal element has a crystal section with an excitable fundamental tone resonance frequency in thickness shear mode, in which the effectively acting electromechanical coupling factor k eff between 0 , 05% and 2%, and that the linear temperature coefficient of the fundamental resonance frequency is zero at least at one point in the range of the operating temperature of the piezoelectric single crystal element, preferably in the range between 10 ° C. and 100 ° C. 2. Piezoelektrisches Einkristallelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Frequenzabstand zur nächstgelegenen, anregbaren Nebenresonanzfrequenz >80 kHz, vorzugsweise >100 kHz, ist.2. Piezoelectric single crystal element according to claim 1, characterized in that the frequency distance from the nearest excitable secondary resonance frequency is> 80 kHz, preferably> 100 kHz. 3. Piezoelektrisches Einkristallelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Admittanz der harmonischen Oberschwingungen nur < 10 %, vorzugsweise <5 % relativ zur Grundtonresonanzfrequenz erreicht.3. Piezoelectric single crystal element according to claim 1 or 2, characterized in that the maximum admittance of the harmonic harmonics reaches only <10%, preferably <5% relative to the fundamental resonance frequency. 4. Piezoelektrisches Einkristallelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkristallelement bei Temperaturen über 150°C getempert ist.4. Piezoelectric single crystal element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the single crystal element is annealed at temperatures above 150 ° C. 5. Piezoelektrisches Einkristallelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die effektiv wirkenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten in der Ebene des Kristallschnittes lediglich um einen Faktor <1,5 voneinander abweichen.5. Piezoelectric single crystal element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the effective thermal expansion coefficients in the plane of the crystal section only differ from one another by a factor <1.5. 6. Piezoelektrisches Einkristallelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkristallelement aus einem Kristall der kristallographischen Punktgruppe 32 besteht.6. Piezoelectric single crystal element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the single crystal element consists of a crystal of the crystallographic point group 32. 7. Piezoelektrisches Einkristallelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kristallelement aus quarzhomöotypem Gallium- orthophosphat (GaPO4) besteht.7. Piezoelectric single crystal element according to claim 6, characterized in that the crystal element consists of quartz-homo-type gallium orthophosphate (GaPO 4 ). 8. Piezoelektrisches Einkristallelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kristallelement ein einfach rotierter Y-Schnitt ist, wobei der Drehwinkel Φ zwischen -80° und -88°, vorzugsweise zwischen -82° und -86° liegt. 8. Piezoelectric single crystal element according to claim 7, characterized in that the crystal element is a single rotated Y-cut, the angle of rotation Φ being between -80 ° and -88 °, preferably between -82 ° and -86 °. 9. Piezoelektrisches Einkristallelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkristallelement aus einem Kristall der kristallographischen Raumgruppe P321 besteht.9. Piezoelectric single crystal element according to one of claims 1 to 6, characterized in that the single crystal element consists of a crystal of the crystallographic space group P321. 10. Piezoelektrisches Einkristallelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kristallelement aus Langasite (La3Ga5SiO14), Langanit (La3Ga5,5Nbo,5θι4), Langatat (La3Ga5(5Tao(S4) oder Strontium-Gallium-Ger- manat (Sr3Ga2Ge4Oi4) besteht.10. Piezoelectric single crystal element according to claim 9, characterized in that the crystal element made of langasite (La 3 Ga 5 SiO 14 ), langanite (La 3 Ga 5.5 Nbo , 5 θι 4 ), langatate (La 3 Ga 5 (5 Tao ( S4 ) or strontium-gallium-Germanat (Sr 3 Ga 2 Ge 4 O i4 ). 11. Piezoelektrisches Einkristallelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kristallelement ein einfach rotierter Y-Schnitt aus Langasite (La3Ga5SiO14) ist, wobei der Drehwinkel Φ zwischen -55° und -85°, vorzugsweise zwischen -60° und -70° liegt.11. Piezoelectric single crystal element according to claim 10, characterized in that the crystal element is a single-rotated Y-cut from Langasite (La 3 Ga 5 SiO 14 ), the angle of rotation Φ between -55 ° and -85 °, preferably between -60 ° and is -70 °. 12. Verfahren zur Herstellung eines zu einer Dickenscherschwingung anregbaren piezoelektrischen Einkristallelementes, gekennzeichnet durch folgende Schritte:12. A method for producing a piezoelectric single crystal element that can be excited to a thickness shear vibration, characterized by the following steps: • Herstellen eines Kristallschnittes mit einer anregbaren Grundresonanzfrequenz, bei welcher der effektiv wirkende elektromechanische Kopplungsfaktor keff zwischen 0,05 % und 2 %, liegt und der lineare Tem- peraturkoeffizient der Grundtonresonanzfrequenz an zumindest einer Stelle im Bereich der Betriebstemperatur des piezoelektrischen Einkristallelementes, vorzugsweise im Bereich zwischen 10°C und 100°C, Null ist; sowie• Production of a crystal cut with a stimulable basic resonance frequency, at which the effective electromechanical coupling factor k eff lies between 0.05% and 2%, and the linear temperature coefficient of the fundamental tone resonance frequency at at least one point in the range of the operating temperature of the piezoelectric single crystal element, preferably in Range between 10 ° C and 100 ° C, zero; such as • Aufbringen von Anregungselektroden auf zumindest einer Oberfläche oder auf gegenüberliegenden Oberflächen des Einkristallelementes.• Application of excitation electrodes on at least one surface or on opposite surfaces of the single crystal element. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kristallelement während der Aufbringung der Anregungselektroden auf Temperaturen von über 150 °C erwärmt wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the crystal element is heated to temperatures of over 150 ° C during the application of the excitation electrodes. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kristallelement nach dem Aufbringung der Anregungselektroden einer thermischen Behandlung über 150 °C ausgesetzt wird.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the crystal element is subjected to a thermal treatment above 150 ° C after the application of the excitation electrodes. 15. Verwendung eines piezoelektrischen Kristallelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 14, als Druckmesselement, insbesondere bei Vakuumdrücken <10 mbar.15. Use of a piezoelectric crystal element according to one of claims 1 to 14, as a pressure measuring element, in particular at vacuum pressures <10 mbar. 16. Verwendung eines piezoelektrischen Kristallelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 14, als frequenzbestimmendes Bauelement in ofenkontrollierten bzw. thermostatisierten Oszillatoren. 16. Use of a piezoelectric crystal element according to one of claims 1 to 14, as a frequency-determining component in oven-controlled or thermostated oscillators. 17. Verwendung eines piezoelektrischen Kristallelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 14, als Mikrowaagen-Sensorelement, insbesondere bei Vakuumdrücken <10 mbar.17. Use of a piezoelectric crystal element according to one of claims 1 to 14, as a microbalance sensor element, in particular at vacuum pressures <10 mbar. 18. Verwendung eines piezoelektrischen Kristallelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 14, als elektronisches Filter mit hoher Flankensteilheit. 18. Use of a piezoelectric crystal element according to one of claims 1 to 14, as an electronic filter with high slope.
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