JP2000138506A - 静磁波素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 規則的に配列した不連続な強磁性体層を有
し、トランスデューサ電極などの形成が容易な静磁波素
子及びその製造方法を得る。 【解決手段】 基板１の一方主面に複数の凹部１ａを規
則的に配列させて形成し、該凹部１ａの上及び基板１の
上に液相エピタキシャル法により強磁性体膜を形成した
後、凹部１ａ内の強磁性体膜のみを残すように他の強磁
性体膜を除去することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フィルタ、遅延素
子、Ｓ／Ｎエンハンサ等に用いることができる静磁波素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報の高度化に伴って、マイクロ
波帯での信号を処理するマイクロ波用デバイスの需要が
増大している。特に、より高い周波数を使用することが
できる静磁波素子が近年注目されている。

【０００３】静磁波素子は、磁性体における磁気モーメ
ントの磁気共鳴現象を利用するものであり、磁性体にお
ける磁気スピン歳差共鳴の波であるスピン波が磁性体中
を伝搬することを利用している。従来の静磁波素子にお
いては、一般に、ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガ
ーネット）単結晶基板の上に、液相エピタキシャル法
（ＬＰＥ法）等によって膜状に成形したＹＩＧ（イット
リウム・鉄・ガーネット）薄膜が、静磁波を励起し伝搬
するための磁性体として用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、特開平９
−２９４００４号公報において、このような静磁波素子
に用いる磁性体薄膜として、複数の配列したストライプ
状磁性体薄膜を用いることを提案している。このような
ストライプ状磁性体薄膜を用いることにより、ストライ
プ状磁性体薄膜間で生じる双極子相互作用により励起さ
れる磁気双極子定在波によって生じる静磁波の高次モー
ドを利用することができる。

【０００５】しかしながら、このようなストライプ状磁
性体薄膜を基板上に形成すると、基板面と磁性体薄膜の
表面との間に大きな段差が生じるため、トランスデュー
サ電極の形成等、その後の工程が困難になるなどの問題
を生じた。

【０００６】また、エッチング加工等により磁性体薄膜
をストライプ状に形成する場合、線幅及び線間隔などの
精度良く制御できないという問題があった。本発明の目
的は、規則的に配列した強磁性体層を有し、トランスデ
ューサ電極などの形成が容易な静磁波素子及びその製造
方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の静磁波素子は、
一方主面に複数の凹部が規則的に配列するように形成さ
れた基板と、基板の凹部内に埋め込まれるように設けら
れ、これによって規則的に配列した不連続な強磁性体層
と、強磁性体層に静磁波を励振するためのトランスデュ
ーサ電極とを備えることを特徴としている。

【０００８】本発明によれば、強磁性体層が基板の凹部
内に埋め込まれるように設けられているので、基板の一
方主面を平坦化することができ、プレーナー型の静磁波
素子とすることができる。従って、一方主面上には大き
な段差がなく、トランスデューサ電極等を容易に形成す
ることができる。

【０００９】また、強磁性体層の形状や寸法並びに強磁
性体間の間隔等は、基板の凹部の形状や寸法並びに間隔
により規定することができる。従って、強磁性体層の膜
厚が厚くなっても、所望の寸法形状等を有する強磁性体
層を精度良く形成することができる。

【００１０】本発明における基板の凹部の形状は特に限
定されるものではないが、強磁性体層としてストライプ
状の強磁性体層を設ける場合には、基板に溝状の凹部を
形成する。溝状凹部の寸法形状の一例としては、溝の深
さ１〜１００μｍ、溝の幅及び凹部間の間隔１〜２００
μｍが挙げられる。従って、強磁性体層としては、厚み
１〜１００μｍ、幅及び間隔１〜２００μｍの強磁性体
層が例示される。基板の凹部の形状として溝状を例示し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、例え
ば、円柱状、楕円柱状、角柱状などその他の形状であっ
てもよい。

【００１１】本発明のＳ／Ｎエンハンサは、上記本発明
の静磁波素子を用いたことを特徴としている。本発明の
Ｓ／Ｎエンハンサの構成は、上記本発明の静磁波素子を
用いるものであれば特に限定されるものではないが、例
えば、特開平４−１２３５０２号公報に開示されたＳ／
Ｎエンハンサにおいて、本発明の静磁波素子をフィルタ
として用いたＳ／Ｎエンハンサが一例として挙げられ
る。本発明のＳ／Ｎエンハンサによれば、静磁波の高次
モードを利用することができるので、より高い周波数領
域において、ＳＮ比を改善することができる。

【００１２】本発明の製造方法は、上記本発明の静磁波
素子を製造することができる方法であり、基板の一方主
面に複数の凹部を規則的に配列させて形成する工程と、
基板の一方主面及び凹部の上に液相エピタキシャル法に
より強磁性体膜を形成する工程と、基板の凹部内の強磁
性体膜のみを残すように一方主面上の強磁性体膜を除去
する工程とを備えることを特徴としている。本発明の製
造方法によれば、上記本発明の静磁波素子を簡易にかつ
効率的に製造することができる。

【００１３】本発明において、基板に凹部を形成する方
法としては、種々の方法を適用することができ、凹部の
形状等により適宜選択される。例えば、溝状の凹部を形
成する場合には、ワイヤーソーなどにより研削する方法
を用いることができる。また、通常のフォトリソグラフ
ィー技術とエッチング技術を用いれば、ほとんどの形状
の凹部を形成することが可能である。エッチングとして
は、ドライエッチング及びウエットエッチングの何れを
も採用することができ、必要に応じてレーザーアブレー
ション等の方法も採用することができる。

【００１４】強磁性体膜として、ＹＩＧ（イットリウム
・鉄・ガーネット）薄膜などのガーネット構造の薄膜を
形成する場合には、ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・
ガーネット）単結晶基板などのガーネット構造の基板の
上に液相エピタキシャル法により強磁性体膜を形成する
ことが好ましい。液相エピタキシャル法としては、スラ
イドボート法、ディッピング法などの一般的な液相エピ
タキシャル法を採用することができる。

【００１５】ＹＩＧ薄膜としては、例えば、ＹをＬａ、
Ｂｉ、Ｇｄ、Ｌｕなどで置換したものや、ＦｅをＡｌ、
Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃなどで置換した組成のＹＩＧ薄膜を形
成してもよい。

【００１６】基板の一方主面及び凹部の上に液相エピタ
キシャル法により強磁性体膜を形成した後、基板の凹部
内の強磁性体膜のみを残すように、一方主面上の強磁性
体膜を除去する。除去方法は、特に限定されるものでは
ないが、表面研磨等の方法により、強磁性体膜を除去
し、基板の凹部内の強磁性体膜のみを残すことができ
る。このような表面研磨によれば、一方主面上の強磁性
体膜の除去とともに、表面を平坦化することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明の静磁波
素子を製造する工程を示す断面図である。図１（ａ）を
参照して、ＧＧＧなどからなる基板１の上に、レジスト
膜２を設ける。

【００１８】図１（ｂ）を参照して、次に、レジスト膜
２をフォトリソグラフィー法にパターニングして、基板
１に凹部を形成したい箇所のレジスト膜２を除去する。
図１（ｃ）を参照して、次に、レジスト膜２をマスクと
して、レジスト膜２が設けられていない基板１の表面領
域をリン酸などでエッチングし、凹部１ａを形成する。
次に、レジスト膜２を除去し、基板１の表面及び凹部１
ａの上に液相エピタキシャル法によりＹＩＧなどの強磁
性体膜を形成する。

【００１９】図２（ｄ）は、このようにして強磁性体膜
を形成した状態を示している。図２（ｄ）に示すよう
に、強磁性体膜３は、凹部１ａ内を埋めるように形成さ
れるとともに、基板１の表面上にも形成される。

【００２０】図２（ｅ）に示すように、次に、強磁性体
膜３の表面を、基板１の表面が露出するまで研磨する。
これにより、凹部１ａ内の強磁性体膜３のみが残され、
基板１の表面上の強磁性体膜が除去される。

【００２１】以上のようにして、基板１の表面に形成し
た凹部１ａ内にのみ強磁性体膜３を残すことができる。
従って、凹部１ａを規則的に配列するよう形成させてお
くことにより、強磁性体膜３を規則的に配列させること
ができる。本発明の静磁波素子においては、このように
規則的に配列した不連続な強磁性体膜３を、静磁波素子
を励起し伝搬する媒体として用いる。

【００２２】なお、図１及び図２に示す製造工程におい
て、液相エピタキシャル法により強磁性体膜を形成する
前に、図３に示すように、基板１の表面及び凹部１ａの
内面に、液相エピタキシャル成長を生じやすくするた
め、ＧＧＧなどからなる薄膜４を形成してもよい。この
薄膜４は、例えば、酸素を導入した条件下でのスパッタ
リング法などにより形成することができる。このように
して薄膜４を形成した後、この上に液相エピタキシャル
法により強磁性体膜３を形成する。このような薄膜４を
形成することにより、その上に形成する強磁性体膜３の
結晶性を向上させることができる。

【００２３】図４は、本発明に従う一実施例の静磁波素
子を示す斜視図である。ＧＧＧなどからなる基板１１の
一方主面側には、溝状の凹部１１ａが形成されており、
この凹部１１ａ内にＹＩＧなどからなる強磁性体層１３
が埋め込まれるように設けられている。本実施例におい
て、強磁性体層１３の厚み（すなわち凹部１１ａの深
さ）は３０μｍであり、強磁性体層１３の幅及び間隔
（すなわち凹部１１ａの幅及び間隔）は２０μｍであ
る。なお、図４においては、凹部１１ａ及び強磁性体層
１３を４つ図示しているが、実際には多数設けられてい
る。

【００２４】ストライプ状の強磁性体層１３は、その長
手方向に略垂直な方向に配列されており、その一方端の
強磁性体層１３の上には、入力トランスデューサ電極１
４が設けられている。また、他方端の強磁性体層１３の
上には、出力トランスデューサ電極１５が設けられてい
る。これらのトランスデューサ電極１４及び１５は、基
板１１の下方に形成された接地電極１２に接続されてい
る。

【００２５】強磁性体膜１３には、図４に示すように、
その長手方向と略垂直方向、すなわち複数の強磁性体膜
１３が配列する方向に、バイアス磁界Ｈｅｘが印加され
ている。強磁性体膜１３がストライプ形状である場合に
は、図４に示すように、ストライプ形状の長手方向に略
垂直な方向にバイアス磁界Ｈｅｘを印加することが好ま
しいが、強磁性体層１３が例えば円柱状など他の形状の
場合には、その他の方向からバイアス磁界Ｈｅｘを印加
してもよい。

【００２６】図４に示す静磁波素子１０において、入力
トランスデューサ電極１４から導入された高周波は、静
磁波に変換され強磁性体層１３の配列からなる不連続な
強磁性体膜を伝搬し、出力トランスデューサ電極１５か
ら高周波として出力される。

【００２７】図４に示すように、本実施例の静磁波素子
においては、強磁性体層１３が基板１１の凹部１１ａ内
に埋め込まれているため、基板１１の表面では大きな段
差が形成されず、入出力トランスデューサ電極等を容易
に形成することができる。また、強磁性体層１３の寸法
形状及び配列は、凹部１１ａの寸法形状及び配列によっ
て規定されるので、凹部１１ａを精度良く形成すること
により、強磁性体層１３を所望の寸法形状及び配列に精
度良く形成することができる。

【００２８】図５は、本発明に従う他の実施例の静磁波
素子を示す斜視図である。本実施例においては、誘電体
基板２２の上にＧＧＧなどからなる基板２１が、強磁性
体層２３を下方に向けて載せられている。基板２１の下
方面には、溝状の凹部２１ａが形成されており、この溝
状の凹部２１ａ内に上記と同様に強磁性体層２３が形成
されている。誘電体基板２２の一方主面の上には入力ト
ランスデューサ電極２５及び出力トランスデューサ電極
２６が形成されており、入力トランスデューサ電極２５
は、基板１の一方端部の強磁性体層２３と結合するよう
に位置しており、出力トランスデューサ電極２６は、他
方端部の強磁性体層２３と結合するように位置してい
る。

【００２９】図５に示す静磁波素子２０においても、ス
トライプ状の強磁性体層２３の長手方向と略垂直な方向
にバイアス磁界Ｈｅｘが印加されている。入力トランス
デューサ電極２５に導入された高周波は、静磁波に変換
されて不連続な強磁性体層２３内を伝搬し、出力トラン
スデューサ電極２６から高周波として出力される。

【００３０】図５に示すような別基板電極型の静磁波素
子においても、強磁性体層２３が基板２１の凹部２１ａ
に埋め込まれているため、基板１２の下方面が平坦化し
ており、誘導体基板２２の上に安定して設置することが
できる。また、強磁性体層２３の寸法形状及び配列は、
凹部２１ａの寸法形状及び配列により規定されるので、
凹部２１ａを精度良く形成することにより、強磁性体層
２３を精度良く設けることができる。

【００３１】図６は、本発明に従うＳ／Ｎエンハンサの
一実施例を示す模式図である。図６に示すように、本実
施例のＳ／Ｎエンハンサは、本発明に従う静磁波素子か
らなる２個のフィルタ３２及び３３、２個の方向性結合
器３１及び３６、減衰器３４及び位相器３５から構成さ
れている。

【００３２】入力端子から入力された信号は、方向性結
合器３１によって電力レベルの異なる２つの信号に分配
され、レベルの高い信号はライン１に沿ってフィルタ３
２に、レベルの低い信号はライン２に沿って線形動作を
行うフィルタ３３に入力される。フィルタ３２からの出
力は減衰器３４に与えられ、フィルタ３３からの出力は
位相器３５に与えられる。位相器３５では、１８０°の
位相差が与えられる。このようにして、１８０°の位相
差を両フィルタ３２及び３３の出力の間に与えた後、入
力側の方向性結合器３１と同じ結合度をもつ方向性結合
器３６（入力側とは逆のレベル構成）によって再び合成
する。

【００３３】低レベルの入力信号の場合、フィルタ３２
の系統を通過する信号と、フィルタ３３の系統を通過す
る信号の挿入損失は等しく、出力側の方向性結合器３６
内では等レベルとなり、位相が反転しているので合成信
号はキャンセルされ、出力には極めて小さな信号しか現
れない。従って、低レベルの入力信号の場合、挿入損失
が極めて大きくなる。

【００３４】一方、高レベルの入力信号の場合、フィル
タ３２での挿入損失はフィルタ３３の挿入損失より大き
くなり、出力側の方向性結合器３６内では等レベルとな
らず、挿入損失の小さいフィルタ３３の出力がほぼその
まま現れる。従って、高レベルの入力信号の場合、挿入
損失が小さくなる。

【００３５】従って、レベルの低い信号成分の挿入損失
が大きく、レベルの高い信号成分の挿入損失が小さくな
り、ＳＮ比を増大させることができ、Ｓ／Ｎエンハンサ
として機能させることができる。

【００３６】図６に示すＳ／Ｎエンハンサにおいては、
図４に示す構造の静磁波素子をフィルタとして用いてい
るが、図５に示す静磁波素子をフィルタとして用いても
よい。また、本発明に従うその他の構造の静磁波素子を
用いてもよい。さらには、本発明のＳ／Ｎエンハンサ
は、図６に示す構成のものに限定されるものではなく、
その他の構成のＳ／Ｎエンハンサであってもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明の静磁波素子によれば、表面が平
坦なプレーナー型の静磁波素子とすることができるの
で、トランスデューサ電極などの形成を容易に行うこと
ができ、効率良く生産することができる。また、基板の
凹部の寸法形状及び配列により、強磁性体層の寸法形状
及び配列を規定することができるので、強磁性体層の寸
法形状及び配列を精度良く制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う製造工程の一例を示す断面図。

【図２】本発明に従う製造工程の一例を示す断面図。

【図３】本発明に従う製造工程の一例を示す断面図。

【図４】本発明に従う一実施例の静磁波素子を示す斜視
図。

【図５】本発明に従う他の実施例の静磁波素子を示す斜
視図。

【図６】本発明に従う一実施例のＳ／Ｎエンハンサを示
す構成図。

【符号の説明】

１…基板 １ａ…基板の凹部 ２…レジスト膜 ３…強磁性体膜 ４…薄膜 １０…静磁波素子 １１…基板 １１ａ…基板の凹部 １２…接地電極 １３…強磁性体層 １４…入力トランスデューサ電極 １５…出力トランスデューサ電極 ２０…静磁波素子 ２１…基板 ２１ａ…基板の凹部 ２２…誘電体基板 ２３…強磁性体層 ２４…接地電極 ２５…入力トランスデューサ電極 ２６…出力トランスデューサ電極 ３１…方向性結合器 ３２，３３…フィルタ ３４…減衰器 ３５…位相器 ３６…方向性結合器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅本 卓史 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5E049 AB06 AB09 BA29 CB06 MC01 5J006 HD03 HD04 HD11 JA01 KA08 LA12 LA25 LA26 LA28 NA08 5J014 AA03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方主面に複数の凹部が規則的に配列す
   るように形成された基板と、 前記基板の凹部内に埋め込まれるように設けられ、これ
   によって規則的に配列した不連続な強磁性体層と、 前記強磁性体層に静磁波を励振するためのトランスデュ
   ーサ電極とを備える静磁波素子。
2. 【請求項２】 前記基板の凹部が溝状であり、前記強磁
   性体層がストライプ形状を有している請求項１に記載の
   静磁波素子。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の静磁波素子を
   用いたことを特徴とするＳ／Ｎエンハンサ。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の静磁波素子を
   製造する方法であって、 基板の一方主面に複数の凹部を規則的に配列させて形成
   する工程と、 前記基板の一方主面及び凹部の上に液相エピタキシャル
   法により強磁性体膜を形成する工程と、 前記基板の凹部内の強磁性体膜のみを残すように一方主
   面上の強磁性体膜を除去する工程とを備える静磁波素子
   の製造方法。