JP2000296612A - 電磁変換素子、その製造方法および可変インダクタ素子 - Google Patents
電磁変換素子、その製造方法および可変インダクタ素子Info
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- H01F21/02—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低電圧駆動が可能でヒステリシスの少ない
電磁変換素子およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の電磁変換素子１００は、ペロブ
スカイト結晶構造を備え、電気機械変換作用を示す圧電
体薄膜１０３を備えた圧電体部１１０、圧電体部１１０
に生じた歪の変化を透磁率の変化に変換する磁気機械変
換作用を示す磁性体薄膜１０６を備えた磁性体部１２０
を備えている。
電磁変換素子およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の電磁変換素子１００は、ペロブ
スカイト結晶構造を備え、電気機械変換作用を示す圧電
体薄膜１０３を備えた圧電体部１１０、圧電体部１１０
に生じた歪の変化を透磁率の変化に変換する磁気機械変
換作用を示す磁性体薄膜１０６を備えた磁性体部１２０
を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インピーダンスや
リアクタンスを変更可能な素子に係り、特に、磁気機械
変換作用を示す磁性体と圧電体薄膜を組合せることによ
り、低電圧駆動を可能とした電磁変換素子およびその応
用製品に関する。
リアクタンスを変更可能な素子に係り、特に、磁気機械
変換作用を示す磁性体と圧電体薄膜を組合せることによ
り、低電圧駆動を可能とした電磁変換素子およびその応
用製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】日本応用磁気学会発行のＭＡＧ−９７−
１２５、pp87-92には、磁歪材料を圧電体素子と組合せ
て電気磁気作用を示すように構成した電気磁気（ＥＭ：
Electric-Magnetic）素子に関する研究報告が記載され
ている。
１２５、pp87-92には、磁歪材料を圧電体素子と組合せ
て電気磁気作用を示すように構成した電気磁気（ＥＭ：
Electric-Magnetic）素子に関する研究報告が記載され
ている。
【０００３】この報告によれば、電極で挟んだ圧電体素
子と磁歪変換作用を示す磁性体をバルクのＰＺＴを備え
た圧電体素子に貼り合せた電気磁気素子の構造が記載さ
れている。圧電体素子の電極間に電圧を印加すると、圧
電体素子に変形が生じ、この変形が磁性体にもたらさ
れ、磁気特性が変化するようになっていた。
子と磁歪変換作用を示す磁性体をバルクのＰＺＴを備え
た圧電体素子に貼り合せた電気磁気素子の構造が記載さ
れている。圧電体素子の電極間に電圧を印加すると、圧
電体素子に変形が生じ、この変形が磁性体にもたらさ
れ、磁気特性が変化するようになっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記報
告に記載されている圧電体素子では、数百ボルトにのぼ
る駆動電圧が必要であり実用的ではなかった。この報告
における電気磁気素子は、ヒステリシス特性を有してお
り、電気回路素子の一つとして用いるためには不都合が
あった。これらの不都合に鑑み、本願発明は、低電圧駆
動が可能でヒステリシスの少ない電磁変換素子およびそ
の製造方法を提供することを目的とする。本願発明は、
コンダクタンスを変更可能な薄膜トランスを提供するこ
とを他の目的とする。
告に記載されている圧電体素子では、数百ボルトにのぼ
る駆動電圧が必要であり実用的ではなかった。この報告
における電気磁気素子は、ヒステリシス特性を有してお
り、電気回路素子の一つとして用いるためには不都合が
あった。これらの不都合に鑑み、本願発明は、低電圧駆
動が可能でヒステリシスの少ない電磁変換素子およびそ
の製造方法を提供することを目的とする。本願発明は、
コンダクタンスを変更可能な薄膜トランスを提供するこ
とを他の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、厚み方向に相
対的に高い配向性を有するペロブスカイト結晶構造を備
えた電気機械変換作用を示す圧電体薄膜を備えた圧電体
部と、前記圧電体部に生じた歪の変化を透磁率の変化に
変換する磁気機械変換作用を示す磁性体薄膜を備えた磁
性体部と、を備えたことを特徴とする電磁変換素子であ
る。
対的に高い配向性を有するペロブスカイト結晶構造を備
えた電気機械変換作用を示す圧電体薄膜を備えた圧電体
部と、前記圧電体部に生じた歪の変化を透磁率の変化に
変換する磁気機械変換作用を示す磁性体薄膜を備えた磁
性体部と、を備えたことを特徴とする電磁変換素子であ
る。
【０００６】上記圧電体薄膜の歪と印加電圧とのヒステ
リシスは、相対的に狭いヒステリシスループを有するこ
とが好ましい。このような材料としては、３成分系のＰ
ＺＴ圧電体セラミックスが挙げられる。例えばチタン酸
ジルコン酸鉛の中に、Ｎｉ、Ｗ、ＭｇおよびＮｂで形成
される群の中から選択されるいずれか二つの元素を含ん
でいる３成分系のＰＺＴ圧電体セラミックで構成されて
いる。上記磁性体薄膜は、鉄を含む合金材料で構成され
ている。具体的には、磁性体薄膜は、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ
−Ｃｏ−Ｎｉ、Ｔｂ−ＦｅおよびＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ
の各合金で構成される群の中から選択されるものであ
る。
リシスは、相対的に狭いヒステリシスループを有するこ
とが好ましい。このような材料としては、３成分系のＰ
ＺＴ圧電体セラミックスが挙げられる。例えばチタン酸
ジルコン酸鉛の中に、Ｎｉ、Ｗ、ＭｇおよびＮｂで形成
される群の中から選択されるいずれか二つの元素を含ん
でいる３成分系のＰＺＴ圧電体セラミックで構成されて
いる。上記磁性体薄膜は、鉄を含む合金材料で構成され
ている。具体的には、磁性体薄膜は、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ
−Ｃｏ−Ｎｉ、Ｔｂ−ＦｅおよびＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ
の各合金で構成される群の中から選択されるものであ
る。
【０００７】上記磁性体部は、前記圧電体部との間に設
けられる絶縁膜と、前記磁性体薄膜を保護する保護膜
と、を備えている。
けられる絶縁膜と、前記磁性体薄膜を保護する保護膜
と、を備えている。
【０００８】例えば上記磁性体部は、前記磁性体薄膜の
両端が所定のインピーダンスとなる形状にパターンニン
グされており、前記圧電体部に生じた歪によって前記イ
ンピーダンスを変化させることが可能に構成されてい
る。
両端が所定のインピーダンスとなる形状にパターンニン
グされており、前記圧電体部に生じた歪によって前記イ
ンピーダンスを変化させることが可能に構成されてい
る。
【０００９】ここで磁性体部の長手方向に所定のバイア
ス磁界を印加する手段をさらに備えることは好ましい。
低電圧駆動が可能になるからである。
ス磁界を印加する手段をさらに備えることは好ましい。
低電圧駆動が可能になるからである。
【００１０】本発明は、アモルファス状態の圧電体薄膜
前駆体から結晶成長させた圧電体薄膜を含む圧電体部を
形成する工程と、前記圧電体部上に、当該圧電体部に生
じた歪の変化を透磁率の変化に変換する磁気機械変換作
用を示す磁性体薄膜を備えている磁性体部を形成する工
程と、を備えたことを特徴とする電磁変換素子の製造方
法である。
前駆体から結晶成長させた圧電体薄膜を含む圧電体部を
形成する工程と、前記圧電体部上に、当該圧電体部に生
じた歪の変化を透磁率の変化に変換する磁気機械変換作
用を示す磁性体薄膜を備えている磁性体部を形成する工
程と、を備えたことを特徴とする電磁変換素子の製造方
法である。
【００１１】上記圧電体薄膜の出発材料としてチタン酸
ジルコン酸鉛の中にＮｉ、Ｗ、ＭｇおよびＮｂで形成さ
れる群の中から選択されるいずれか二つの元素を含んで
いる３成分系のＰＺＴ圧電体セラミックスを構成する金
属を含む溶液を用いる。
ジルコン酸鉛の中にＮｉ、Ｗ、ＭｇおよびＮｂで形成さ
れる群の中から選択されるいずれか二つの元素を含んで
いる３成分系のＰＺＴ圧電体セラミックスを構成する金
属を含む溶液を用いる。
【００１２】上記磁性体部を形成する工程は、鉄を含む
合金材料をスパッタ法、イオンビーム蒸着法または電子
ビーム蒸着法のいずれか一の方法で蒸着する工程であ
る。
合金材料をスパッタ法、イオンビーム蒸着法または電子
ビーム蒸着法のいずれか一の方法で蒸着する工程であ
る。
【００１３】例えば上記磁性体部を形成する工程は、前
記圧電体部上に絶縁膜を形成する工程と、当該絶縁膜上
に前記磁性体薄膜を形成する工程と、当該磁性体薄膜上
に保護膜を形成する工程と、を備えている。
記圧電体部上に絶縁膜を形成する工程と、当該絶縁膜上
に前記磁性体薄膜を形成する工程と、当該磁性体薄膜上
に保護膜を形成する工程と、を備えている。
【００１４】また圧電体部および前記磁性体部を同一平
面形状に成形する工程をさらに備えていてもよい。
面形状に成形する工程をさらに備えていてもよい。
【００１５】本発明は、本発明の磁性体薄膜素子をコア
として備えていることを特徴とする可変インダクタ素子
でもある。
として備えていることを特徴とする可変インダクタ素子
でもある。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明を実施するための最良の形
態を、図面を参照しながら説明する。以下の説明におい
ては同一の参照番号は同一の組成および同一の名称を表
すものとする。
態を、図面を参照しながら説明する。以下の説明におい
ては同一の参照番号は同一の組成および同一の名称を表
すものとする。
【００１７】（実施形態１）本発明の実施形態１は、イ
ンピーダンスを電圧制御可能な電磁変換素子およびその
製造方法に関する。図１（ａ）に本実施形態１における
電磁変換素子の平面図を示す。図１（ｂ）に図１（ａ）
のＡ−Ａ切断面から見た電磁変換素子の断面図を示す。
ンピーダンスを電圧制御可能な電磁変換素子およびその
製造方法に関する。図１（ａ）に本実施形態１における
電磁変換素子の平面図を示す。図１（ｂ）に図１（ａ）
のＡ−Ａ切断面から見た電磁変換素子の断面図を示す。
【００１８】本実施形態１の電磁変換素子１００は、基
板１０１上に形成されており、下部電極１０２、圧電体
薄膜１０３、上部電極１０４、絶縁膜１０５、磁性体薄
膜１０６および保護膜１０７を積層して構成されてい
る。下部電極１０２、圧電体薄膜１０３および上部電極
１０４で圧電体部１１０が構成されている。絶縁膜１０
５、磁性体薄膜１０６および保護膜１０７で磁性体部１
２０が構成されている。
板１０１上に形成されており、下部電極１０２、圧電体
薄膜１０３、上部電極１０４、絶縁膜１０５、磁性体薄
膜１０６および保護膜１０７を積層して構成されてい
る。下部電極１０２、圧電体薄膜１０３および上部電極
１０４で圧電体部１１０が構成されている。絶縁膜１０
５、磁性体薄膜１０６および保護膜１０７で磁性体部１
２０が構成されている。
【００１９】基板１０１は、電磁変換素子１００の設置
面となる強度を備えていれば十分であり、電磁変換素子
の用途に応じて種々に選択されるものである。例えば基
板１０１は、ＳｉやＭｇＯで構成可能である。
面となる強度を備えていれば十分であり、電磁変換素子
の用途に応じて種々に選択されるものである。例えば基
板１０１は、ＳｉやＭｇＯで構成可能である。
【００２０】下部電極１０２は、基板１０１の上部に上
部電極１０４と対向するように形成され、電圧が両電極
間に印加されることによって圧電体薄膜１０３に電気機
械変換作用を生じさせることが可能になっている。下部
電極１０２は、導電性を有する材料、例えば白金を主成
分として構成されている。下部電極は所定の厚み（０．
１μｍ〜０．５μｍ程度）に形成されている。
部電極１０４と対向するように形成され、電圧が両電極
間に印加されることによって圧電体薄膜１０３に電気機
械変換作用を生じさせることが可能になっている。下部
電極１０２は、導電性を有する材料、例えば白金を主成
分として構成されている。下部電極は所定の厚み（０．
１μｍ〜０．５μｍ程度）に形成されている。
【００２１】なお、図１では、下部電極１０２はパター
ンニングされることなく基板全面に設けられているが、
圧電体薄膜１０３と同様の形状にパターンニングされて
いてもよい。また下部電極１０２と基板１０１との間に
密着性を確保するための密着層を形成しておいてもよ
い。密着層としてはチタンなどを採用できる。
ンニングされることなく基板全面に設けられているが、
圧電体薄膜１０３と同様の形状にパターンニングされて
いてもよい。また下部電極１０２と基板１０１との間に
密着性を確保するための密着層を形成しておいてもよ
い。密着層としてはチタンなどを採用できる。
【００２２】圧電体薄膜１０３は、下部電極１０２上に
形成される電気機械変換作用を示す膜である。圧電体薄
膜１０３は、従来のバルク（圧電体の塊から切り出した
もの）とは異なり、３成分系のＰＺＴ（チタン酸ジルコ
ン酸鉛）圧電性セラミックスの金属を含む溶液を出発材
料として結晶化されたペロブスカイト構造の結晶膜とな
っている。
形成される電気機械変換作用を示す膜である。圧電体薄
膜１０３は、従来のバルク（圧電体の塊から切り出した
もの）とは異なり、３成分系のＰＺＴ（チタン酸ジルコ
ン酸鉛）圧電性セラミックスの金属を含む溶液を出発材
料として結晶化されたペロブスカイト構造の結晶膜とな
っている。
【００２３】このような圧電体薄膜は、歪と印加電圧と
のヒステリシスが相対的に狭いヒステリシスループを有
する最終組成になっていることが好ましい。ヒステリシ
スが小さい方が電磁変換素子として好ましい面が多いか
らである。このような特性を備える材料としては、３成
分系ＰＺＴの圧電性セラミックスがある。３成分系ＰＺ
Ｔ圧電性セラミックスとしては、ＰＺＴに酸化ニオブま
たは酸化マグネシウムの金属酸化物を添加したＰＺＴ−
ＰＭＮが代表的である。
のヒステリシスが相対的に狭いヒステリシスループを有
する最終組成になっていることが好ましい。ヒステリシ
スが小さい方が電磁変換素子として好ましい面が多いか
らである。このような特性を備える材料としては、３成
分系ＰＺＴの圧電性セラミックスがある。３成分系ＰＺ
Ｔ圧電性セラミックスとしては、ＰＺＴに酸化ニオブま
たは酸化マグネシウムの金属酸化物を添加したＰＺＴ−
ＰＭＮが代表的である。
【００２４】圧電体薄膜１０３の厚みについては、製造
工程でクラックが発生しない程度に厚みを抑え、かつ、
十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば圧
電体薄膜１０３は１μｍ〜２μｍ前後の厚みであること
が適当である。
工程でクラックが発生しない程度に厚みを抑え、かつ、
十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば圧
電体薄膜１０３は１μｍ〜２μｍ前後の厚みであること
が適当である。
【００２５】上部電極１０４は、下部電極１０２と対に
なる圧電体薄膜１０３に電界を印加するための電極膜で
ある。上部電極１０４は、例えば金や白金、イリジウム
などの導電性材料で所定の厚み（０．１μｍ程度）に形
成されている。
なる圧電体薄膜１０３に電界を印加するための電極膜で
ある。上部電極１０４は、例えば金や白金、イリジウム
などの導電性材料で所定の厚み（０．１μｍ程度）に形
成されている。
【００２６】絶縁膜１０５は、圧電体部１１０の上部電
極１０４と電気的に切り離すための膜である。磁性体薄
膜１０６が絶縁体で囲まれており電流経路が形成される
可能性が無い場合には、絶縁膜１０５は不要である。絶
縁膜１０５は例えば二酸化珪素膜などで形成される。
極１０４と電気的に切り離すための膜である。磁性体薄
膜１０６が絶縁体で囲まれており電流経路が形成される
可能性が無い場合には、絶縁膜１０５は不要である。絶
縁膜１０５は例えば二酸化珪素膜などで形成される。
【００２７】磁性体薄膜１０６は、電磁変換作用を示す
磁歪材料で構成されている。この磁性体薄膜１０６は圧
電体部１１０に生じた歪によって透磁率やインピーダン
スを変化させるものである。このような磁性体薄膜の材
料としては、鉄を含む合金材料が挙げられる。このよう
な材料は高透磁率および、大きな磁気機械結合係数を備
え、磁歪材料として適当だからである。例えば、磁性体
薄膜１０６に、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ、Ｔｂ−
ＦｅおよびＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂの各合金で構成される
群の中から選択されるものを利用可能である。
磁歪材料で構成されている。この磁性体薄膜１０６は圧
電体部１１０に生じた歪によって透磁率やインピーダン
スを変化させるものである。このような磁性体薄膜の材
料としては、鉄を含む合金材料が挙げられる。このよう
な材料は高透磁率および、大きな磁気機械結合係数を備
え、磁歪材料として適当だからである。例えば、磁性体
薄膜１０６に、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ、Ｔｂ−
ＦｅおよびＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂの各合金で構成される
群の中から選択されるものを利用可能である。
【００２８】保護膜１０７は、磁性体薄膜１０６を保護
するための膜であり、磁性体薄膜１０６と馴染み易い材
料で構成されている。例えば保護膜１０７としてはＴｉ
Ｎ、ＴａＮ、ＳｉＣ等を用いることが可能である。磁性
体薄膜１０６が物理的・化学的に保護可能な場合には、
この保護膜１０７は不要である。
するための膜であり、磁性体薄膜１０６と馴染み易い材
料で構成されている。例えば保護膜１０７としてはＴｉ
Ｎ、ＴａＮ、ＳｉＣ等を用いることが可能である。磁性
体薄膜１０６が物理的・化学的に保護可能な場合には、
この保護膜１０７は不要である。
【００２９】上記層構造は、図１（ａ）に示すように、
磁性体薄膜１０６の両端が所定のインピーダンスとなる
形状にパターンニングされており、前記圧電体部に生じ
た歪によってインピーダンスを変化させることが可能に
構成されている。つまり電気的に接続する端部間の経路
長が所望のインピーダンスになるように電磁変換素子１
００のパターン形状や面積が調整されている。
磁性体薄膜１０６の両端が所定のインピーダンスとなる
形状にパターンニングされており、前記圧電体部に生じ
た歪によってインピーダンスを変化させることが可能に
構成されている。つまり電気的に接続する端部間の経路
長が所望のインピーダンスになるように電磁変換素子１
００のパターン形状や面積が調整されている。
【００３０】また図１（ａ）に示すように、電磁変換素
子１００に所定のバイアス磁界を印加する手段を備えて
いることは好ましい。バイアス磁界の印加方向は、磁性
体薄膜１０６の長手方向に略平行な方向であることが好
ましい。バイアス磁界の印加方法は公知技術を種々に適
用可能である。
子１００に所定のバイアス磁界を印加する手段を備えて
いることは好ましい。バイアス磁界の印加方向は、磁性
体薄膜１０６の長手方向に略平行な方向であることが好
ましい。バイアス磁界の印加方法は公知技術を種々に適
用可能である。
【００３１】（動作原理）上記電磁変換素子１００の構
造における動作原理を説明する。圧電体部１１０は、圧
電体薄膜１０３の電気機械変換作用により、圧電効果と
逆圧電効果を示す。磁性体部１２０は、磁性体薄膜１０
６の作用により、磁歪効果と逆磁歪効果を示す。圧電体
部１１０が電界の変化を歪の変化に変換し、これに結合
された磁性体部１２０が歪の変化を透磁率やインピーダ
ンスの変化にさらに変換する。全体として電磁変換素子
１００は、電磁変換作用を示すようになっている。
造における動作原理を説明する。圧電体部１１０は、圧
電体薄膜１０３の電気機械変換作用により、圧電効果と
逆圧電効果を示す。磁性体部１２０は、磁性体薄膜１０
６の作用により、磁歪効果と逆磁歪効果を示す。圧電体
部１１０が電界の変化を歪の変化に変換し、これに結合
された磁性体部１２０が歪の変化を透磁率やインピーダ
ンスの変化にさらに変換する。全体として電磁変換素子
１００は、電磁変換作用を示すようになっている。
【００３２】磁性体薄膜において歪の変化が透磁率やイ
ンピーダンスの変化になる理由を説明する。圧電体薄膜
１０３に電圧が印加される場合、面に平行な方向におけ
る応力は、 σ＝ｄ３１（Ｖ／ｔ）ＥＰ …（１） となる。ただしｄ３１は圧電体薄膜の圧電定数、Ｖは印
加電圧、ｔは圧電体薄膜の厚み、ＥＰは圧電体部のヤン
グ弾性率とする。この応力σによって磁性体薄膜１０６
に歪が及ぼされる。この歪の量をΔＬ／Ｌとすると、磁
性体薄膜の透磁率μは μ＝Ｍ２／μ0（２Ｋ−３λＥＦ（ΔＬ／Ｌ）） …（２） となる。ただし、Ｍは磁性体薄膜の飽和磁化、Ｋはその
一軸磁気異方性定数、λはその飽和磁歪定数およびＥＦ
はそのヤング弾性率である。この式から、圧電体薄膜１
０３で発生する応力σにより及ぼされる磁性体薄膜の歪
ΔＬ／Ｌにより、磁性体薄膜の磁気異方性の変化を通し
て磁性体は透磁率が変化することが判る。
ンピーダンスの変化になる理由を説明する。圧電体薄膜
１０３に電圧が印加される場合、面に平行な方向におけ
る応力は、 σ＝ｄ３１（Ｖ／ｔ）ＥＰ …（１） となる。ただしｄ３１は圧電体薄膜の圧電定数、Ｖは印
加電圧、ｔは圧電体薄膜の厚み、ＥＰは圧電体部のヤン
グ弾性率とする。この応力σによって磁性体薄膜１０６
に歪が及ぼされる。この歪の量をΔＬ／Ｌとすると、磁
性体薄膜の透磁率μは μ＝Ｍ２／μ0（２Ｋ−３λＥＦ（ΔＬ／Ｌ）） …（２） となる。ただし、Ｍは磁性体薄膜の飽和磁化、Ｋはその
一軸磁気異方性定数、λはその飽和磁歪定数およびＥＦ
はそのヤング弾性率である。この式から、圧電体薄膜１
０３で発生する応力σにより及ぼされる磁性体薄膜の歪
ΔＬ／Ｌにより、磁性体薄膜の磁気異方性の変化を通し
て磁性体は透磁率が変化することが判る。
【００３３】磁性体薄膜の抵抗率をρ、その透磁率をμ
とすると、各周波数ωでの磁性体薄膜表皮の厚みδは、 δ＝√（２ρ／ωμ０μ） …（３） となる。磁性体薄膜のインピーダンスＺは、ｋ＝（１＋
ｉ）／δを用いて Ｚ＝（ｋρＰ／２ω）ｃｏｔｈ（ｋＤ／２） …（４） となる。ただしＰは磁性体薄膜の長さ（経路長）、Ｄは
その厚みとする。このことから磁性体薄膜において透磁
率が変化するとそのインピーダンスも変化することが判
る。
とすると、各周波数ωでの磁性体薄膜表皮の厚みδは、 δ＝√（２ρ／ωμ０μ） …（３） となる。磁性体薄膜のインピーダンスＺは、ｋ＝（１＋
ｉ）／δを用いて Ｚ＝（ｋρＰ／２ω）ｃｏｔｈ（ｋＤ／２） …（４） となる。ただしＰは磁性体薄膜の長さ（経路長）、Ｄは
その厚みとする。このことから磁性体薄膜において透磁
率が変化するとそのインピーダンスも変化することが判
る。
【００３４】次に電磁変換作用を定量的に評価する。図
２は、本発明に用いる３成分系ＰＺＴ圧電性セラミック
スを結晶化させた圧電体薄膜における印加電圧に対する
歪の発生率、つまり電気機械変換特性の関係図である。
図２に示すように、本発明の圧電体薄膜は歪と印加電圧
とのヒステリシスループの幅が相対的に狭い（ループで
囲まれる領域の幅が狭い）点に特徴がある。
２は、本発明に用いる３成分系ＰＺＴ圧電性セラミック
スを結晶化させた圧電体薄膜における印加電圧に対する
歪の発生率、つまり電気機械変換特性の関係図である。
図２に示すように、本発明の圧電体薄膜は歪と印加電圧
とのヒステリシスループの幅が相対的に狭い（ループで
囲まれる領域の幅が狭い）点に特徴がある。
【００３５】図３は、磁性体薄膜における歪と透磁率の
関係図である。図２における圧電体薄膜に印加された電
圧に伴う歪の変化が、図３の関係により透磁率の変化に
変換される。電磁変換素子１００全体としては、図４の
実線で示すような電磁変換特性を示すようになる。
関係図である。図２における圧電体薄膜に印加された電
圧に伴う歪の変化が、図３の関係により透磁率の変化に
変換される。電磁変換素子１００全体としては、図４の
実線で示すような電磁変換特性を示すようになる。
【００３６】従来の圧電体では、歪と印加電圧とのヒス
テリシスループの幅が広い。この圧電体により磁性体に
歪を及ぼした場合、図４の破線で示すように電磁変換素
子全体としてもヒステリシスを有するようになる。電磁
変換素子をインピーダンス素子として取り扱う場合、電
磁変換特性におけるヒステリシスループの幅が大きいこ
とは好ましくない。
テリシスループの幅が広い。この圧電体により磁性体に
歪を及ぼした場合、図４の破線で示すように電磁変換素
子全体としてもヒステリシスを有するようになる。電磁
変換素子をインピーダンス素子として取り扱う場合、電
磁変換特性におけるヒステリシスループの幅が大きいこ
とは好ましくない。
【００３７】これらの図から判るように、圧電体部１１
０に対する印加電圧を変化させることにより歪が生じる
ことで、磁性体薄膜１０６のインピーダンスや透磁率を
制御できることが判る。式（２）、（３）、（４）から
判るように、磁性体薄膜１０６のインピーダンスを制御
できる。
０に対する印加電圧を変化させることにより歪が生じる
ことで、磁性体薄膜１０６のインピーダンスや透磁率を
制御できることが判る。式（２）、（３）、（４）から
判るように、磁性体薄膜１０６のインピーダンスを制御
できる。
【００３８】（製造方法）次に電磁変換素子の製造方法
について説明する。図５は、図１（ａ）のＡ−Ａ切断面
から見た製造工程断面図である。 圧電体部形成工程（図５（ａ））： 本工程は、基板１
０１上に下部電極１０２と上部電極１０４とで挟持され
た圧電体薄膜１０３を形成する工程である。
について説明する。図５は、図１（ａ）のＡ−Ａ切断面
から見た製造工程断面図である。 圧電体部形成工程（図５（ａ））： 本工程は、基板１
０１上に下部電極１０２と上部電極１０４とで挟持され
た圧電体薄膜１０３を形成する工程である。
【００３９】設置面となる基板１０１は、所定の大きさ
と厚さ（例えば、直径１００ｍｍ、厚さ２００μｍ）の
シリコン単結晶基板を用いる。
と厚さ（例えば、直径１００ｍｍ、厚さ２００μｍ）の
シリコン単結晶基板を用いる。
【００４０】基板１０１の表面にスパッタ成膜法や電子
ビーム蒸着法等で、白金やイリジウムを例えば、２００
ｎｍの厚さで成膜し下部電極１０２を形成する。なお、
密着層を形成する場合には、スパッタ法等の蒸着法でチ
タンなどを基板１０１表面に蒸着させる。
ビーム蒸着法等で、白金やイリジウムを例えば、２００
ｎｍの厚さで成膜し下部電極１０２を形成する。なお、
密着層を形成する場合には、スパッタ法等の蒸着法でチ
タンなどを基板１０１表面に蒸着させる。
【００４１】次いで圧電体薄膜を形成する。ここではゾ
ル・ゲル法を用いて下部電極１０２の表面上に圧電体前
駆体膜を積層する。
ル・ゲル法を用いて下部電極１０２の表面上に圧電体前
駆体膜を積層する。
【００４２】圧電体薄膜の原料となる圧電性セラミック
スのゾルは、ＰＺＴ−ＰＭＮの最終組成における化学量
論比通りに金属元素が配分されるように製造される溶液
である。例えば、２−ｎ−ブトキシエタノールを主溶媒
としイミノジエタノールを添加した溶媒に、酢酸鉛三水
和物（Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ）、チタニウ
ムテトライソプロポキシド（Ｔｉ（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２
Ｏ）４）、ペンタエトキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）
５）、テトラ−ｎ−プロポキシジルコニウム（Ｚｒ（Ｏ
−ｎ−Ｃ３Ｈ７）４）および酢酸マグネシウム（Ｍｇ
（ＣＨ３ＣＯＯ） ２・５Ｈ２Ｏ）を溶かして圧電体セラ
ミックスのゾルを製造する。ただし、ゾルの製造方法は
上記に限定されるものではない。
スのゾルは、ＰＺＴ−ＰＭＮの最終組成における化学量
論比通りに金属元素が配分されるように製造される溶液
である。例えば、２−ｎ−ブトキシエタノールを主溶媒
としイミノジエタノールを添加した溶媒に、酢酸鉛三水
和物（Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ）、チタニウ
ムテトライソプロポキシド（Ｔｉ（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２
Ｏ）４）、ペンタエトキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）
５）、テトラ−ｎ−プロポキシジルコニウム（Ｚｒ（Ｏ
−ｎ−Ｃ３Ｈ７）４）および酢酸マグネシウム（Ｍｇ
（ＣＨ３ＣＯＯ） ２・５Ｈ２Ｏ）を溶かして圧電体セラ
ミックスのゾルを製造する。ただし、ゾルの製造方法は
上記に限定されるものではない。
【００４３】次いでゾルを下部電極１０２上に一定の厚
みに塗布する。塗布にはスピンコート法、ディップコー
ト法、ロールコート法、バーコート法等の慣用技術を採
用する。塗布したゾルを所定の温度で乾燥させ脱脂して
ゲルにする。乾燥は、例えば自然乾燥または２００℃以
下の温度に加熱することで行う。脱脂は、膜中から有機
物を除去するのに充分な温度で、十分な時間加熱するこ
とで行う。これらの工程で残留有機物を実質的に含まな
い非晶質の金属酸化物からなる多孔質ゲル薄膜とする。
これら塗布／乾燥／脱脂からなる工程を、例えば、０．
８μｍ乃至２．０μｍの厚みとなるまで所定回数、例え
ば１０回繰り返す。
みに塗布する。塗布にはスピンコート法、ディップコー
ト法、ロールコート法、バーコート法等の慣用技術を採
用する。塗布したゾルを所定の温度で乾燥させ脱脂して
ゲルにする。乾燥は、例えば自然乾燥または２００℃以
下の温度に加熱することで行う。脱脂は、膜中から有機
物を除去するのに充分な温度で、十分な時間加熱するこ
とで行う。これらの工程で残留有機物を実質的に含まな
い非晶質の金属酸化物からなる多孔質ゲル薄膜とする。
これら塗布／乾燥／脱脂からなる工程を、例えば、０．
８μｍ乃至２．０μｍの厚みとなるまで所定回数、例え
ば１０回繰り返す。
【００４４】圧電体前駆体膜を結晶化させるために、５
回目と１０回目の脱脂後に基板全体を加熱する。例え
ば、赤外線輻射光源を用いて基板の両面から酸素雰囲気
中で６５０℃で５分保持した後、９００℃で１分加熱
し、その後自然降温させる。この工程で圧電体前駆体膜
は結晶化及び焼結し、ペロブスカイト結晶構造を備える
緻密な圧電体薄膜１０３となる。
回目と１０回目の脱脂後に基板全体を加熱する。例え
ば、赤外線輻射光源を用いて基板の両面から酸素雰囲気
中で６５０℃で５分保持した後、９００℃で１分加熱
し、その後自然降温させる。この工程で圧電体前駆体膜
は結晶化及び焼結し、ペロブスカイト結晶構造を備える
緻密な圧電体薄膜１０３となる。
【００４５】圧電体薄膜１０３の製造方法としては、上
記ゾル・ゲル法の他、高周波スパッタ成膜法、ＣＶＤ
法、ＭＯＤ法、レーザアブレーション法等を用いること
ができる。いずれの方法でもバルクの圧電体に比べ圧電
特性が高く低電圧駆動が可能な薄膜を形成することが可
能である。
記ゾル・ゲル法の他、高周波スパッタ成膜法、ＣＶＤ
法、ＭＯＤ法、レーザアブレーション法等を用いること
ができる。いずれの方法でもバルクの圧電体に比べ圧電
特性が高く低電圧駆動が可能な薄膜を形成することが可
能である。
【００４６】例えば圧電体薄膜１０３をスパッタ法で成
膜する場合、所定の成分のＰＺＴ―ＰＭＮ焼結体をター
ゲットとして下部電極上にスパッタリングによりアモル
ファス状態の圧電体前駆体膜を形成する。このアモルフ
ァス状態の圧電体前駆体膜を加熱して焼結し、結晶化さ
せる。この焼結処理は、酸素雰囲気中（例えば、酸素中
または酸素とアルゴン等の不活性ガスの混合ガス）にお
いて、圧電体前駆体膜を５００℃乃至７００℃の温度で
加熱して行う。この工程で圧電体前駆体膜は、結晶粒子
径０．１μｍ乃至０．４μｍ程度の圧電体薄膜１０３に
なる。
膜する場合、所定の成分のＰＺＴ―ＰＭＮ焼結体をター
ゲットとして下部電極上にスパッタリングによりアモル
ファス状態の圧電体前駆体膜を形成する。このアモルフ
ァス状態の圧電体前駆体膜を加熱して焼結し、結晶化さ
せる。この焼結処理は、酸素雰囲気中（例えば、酸素中
または酸素とアルゴン等の不活性ガスの混合ガス）にお
いて、圧電体前駆体膜を５００℃乃至７００℃の温度で
加熱して行う。この工程で圧電体前駆体膜は、結晶粒子
径０．１μｍ乃至０．４μｍ程度の圧電体薄膜１０３に
なる。
【００４７】なお下部電極１０２上にイリジウムからな
る薄膜を形成してもよい。この薄膜はスパッタ法を用い
て、例えば、２０ｎｍの厚みに成膜される。下部電極１
０２と圧電体薄膜１０３の間にイリジウム層を介在させ
ることで、圧電体薄膜からの酸素の抜け出しをさらに効
率良く防ぐことができる。これにより電磁変換素子１０
０の経年劣化を抑えることができる。
る薄膜を形成してもよい。この薄膜はスパッタ法を用い
て、例えば、２０ｎｍの厚みに成膜される。下部電極１
０２と圧電体薄膜１０３の間にイリジウム層を介在させ
ることで、圧電体薄膜からの酸素の抜け出しをさらに効
率良く防ぐことができる。これにより電磁変換素子１０
０の経年劣化を抑えることができる。
【００４８】圧電体薄膜１０３が結晶化できたら、その
上に導電性材料を使用して上部電極１０４を形成する。
例えば、導電性材料としてイリジウムを用いて、スパッ
タ法により１００ｎｍ程度の厚みの上部電極１０４を形
成する。
上に導電性材料を使用して上部電極１０４を形成する。
例えば、導電性材料としてイリジウムを用いて、スパッ
タ法により１００ｎｍ程度の厚みの上部電極１０４を形
成する。
【００４９】磁性体部形成工程（図５（ｂ））： 本工
程は、圧電体部１１０上に、当該圧電体部１１０に生じ
た歪の変化を透磁率の変化に変換する磁気機械変換作用
を示す磁性体薄膜１０６を備えている磁性体部１２０を
形成する工程である。
程は、圧電体部１１０上に、当該圧電体部１１０に生じ
た歪の変化を透磁率の変化に変換する磁気機械変換作用
を示す磁性体薄膜１０６を備えている磁性体部１２０を
形成する工程である。
【００５０】上部電極１０４上にＣＶＤ法等公知の方法
を用いて二酸化珪素からなる絶縁膜１０５を形成する。
その厚みは圧電体部１１０と磁性体部１２０との間で絶
縁性を確保できる程度、例えば５００ｎｍ〜１０００ｎ
ｍ程度にする。
を用いて二酸化珪素からなる絶縁膜１０５を形成する。
その厚みは圧電体部１１０と磁性体部１２０との間で絶
縁性を確保できる程度、例えば５００ｎｍ〜１０００ｎ
ｍ程度にする。
【００５１】絶縁膜１０５の形成後、絶縁膜１０５上に
磁性体膜１０６を形成する。磁性体薄膜１０６の材料と
しては、鉄を含む合金材料、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ
−Ｃｏ−Ｎｉ、Ｔｂ−ＦｅおよびＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ
の各合金で構成される群の中から選択されるものを利用
する。磁性体薄膜の形成には、スパッタ法、イオンビー
ム蒸着法または電子ビーム蒸着法等の公知の金属元素蒸
着法を適用する。磁性体薄膜１０６の厚みは十分な磁歪
作用を奏する程度の厚みであって、所望のインピーダン
スが得られるような断面積となるように設定する。例え
ば磁性体薄膜１０６の厚みが２００ｎｍ〜２０００ｎｍ
程度の厚みになると、効率良く電磁変換が行われる。
磁性体膜１０６を形成する。磁性体薄膜１０６の材料と
しては、鉄を含む合金材料、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ
−Ｃｏ−Ｎｉ、Ｔｂ−ＦｅおよびＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ
の各合金で構成される群の中から選択されるものを利用
する。磁性体薄膜の形成には、スパッタ法、イオンビー
ム蒸着法または電子ビーム蒸着法等の公知の金属元素蒸
着法を適用する。磁性体薄膜１０６の厚みは十分な磁歪
作用を奏する程度の厚みであって、所望のインピーダン
スが得られるような断面積となるように設定する。例え
ば磁性体薄膜１０６の厚みが２００ｎｍ〜２０００ｎｍ
程度の厚みになると、効率良く電磁変換が行われる。
【００５２】磁性体薄膜１０６の蒸着時、回転磁場中で
熱が加わるようにすることは好ましい。回転磁場中で熱
処理すれば、磁性体薄膜の長手方向と幅方向との双方で
均等な面内磁気異方性が保てるからである。逆に長手方
向のみに磁気異方性も持たせたい場合にはこの方向に磁
場を印加する直流磁場中で熱処理する。
熱が加わるようにすることは好ましい。回転磁場中で熱
処理すれば、磁性体薄膜の長手方向と幅方向との双方で
均等な面内磁気異方性が保てるからである。逆に長手方
向のみに磁気異方性も持たせたい場合にはこの方向に磁
場を印加する直流磁場中で熱処理する。
【００５３】磁性体薄膜１０６上に磁性体を保護するた
めの保護膜１０７を形成する。磁性体材料と密着性のよ
い材料、例えばＴｉＮ，ＴａＮ、ＳｉＣ等をスパッタ法
等で蒸着する。その厚みは、保護膜として十分機能する
程度、例えば５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度にする。
めの保護膜１０７を形成する。磁性体材料と密着性のよ
い材料、例えばＴｉＮ，ＴａＮ、ＳｉＣ等をスパッタ法
等で蒸着する。その厚みは、保護膜として十分機能する
程度、例えば５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度にする。
【００５４】成形工程（図５（ｃ））： 本工程は、圧
電体部１１０および磁性体部１２０を同一平面形状に成
形する工程である。
電体部１１０および磁性体部１２０を同一平面形状に成
形する工程である。
【００５５】電磁変換素子１００の平面形状に合せて保
護膜１０７上にレジストを塗布する。塗布はスピンナー
法、スプレー法等の適当な方法で行う。レジスト塗布後
に露光・現像して電磁変換素子の平面形状に合わせたレ
ジストを残す。このレジストをマスクとして、保護膜１
０７、磁性体薄膜１０６、絶縁膜１０５、上部電極１０
４および圧電体薄膜１０３をドライエッチングして、電
磁変換素子形状を形成する。ドライエッチングは、各層
材料に対する選択性のあるガスを適宜選択し切り替えな
がら行う。
護膜１０７上にレジストを塗布する。塗布はスピンナー
法、スプレー法等の適当な方法で行う。レジスト塗布後
に露光・現像して電磁変換素子の平面形状に合わせたレ
ジストを残す。このレジストをマスクとして、保護膜１
０７、磁性体薄膜１０６、絶縁膜１０５、上部電極１０
４および圧電体薄膜１０３をドライエッチングして、電
磁変換素子形状を形成する。ドライエッチングは、各層
材料に対する選択性のあるガスを適宜選択し切り替えな
がら行う。
【００５６】本実施形態１によれば、従来品とは異なり
バルクのＰＺＴを圧電体として用いていないので、従来
品に比べ低電圧駆動が可能（２５Ｖ程度）な電磁変換素
子を提供可能である。本実施形態１によれば、従来品と
は異なり圧電体薄膜として３成分ＰＺＴ圧電性セラミッ
クスを用いているので、従来品に比べ圧電体の歪と印加
電圧とのヒステリシスループが相対的に狭く、好適な電
磁変換特性を備えている。本実施形態１によれば、圧電
体部を薄膜で形成したので、従来品よりコストを下げる
ことが可能である。本実施形態１によれば、電界制御に
よりインピーダンスや透磁率を変化させることが可能
な、特殊な電子素子を提供可能である。本実施形態１に
よれば、電磁変換機能を備えているので、可変マイクロ
・インダクタや高感度歪センサ、センサ・アクチュエー
タとして機能させることが可能である。
バルクのＰＺＴを圧電体として用いていないので、従来
品に比べ低電圧駆動が可能（２５Ｖ程度）な電磁変換素
子を提供可能である。本実施形態１によれば、従来品と
は異なり圧電体薄膜として３成分ＰＺＴ圧電性セラミッ
クスを用いているので、従来品に比べ圧電体の歪と印加
電圧とのヒステリシスループが相対的に狭く、好適な電
磁変換特性を備えている。本実施形態１によれば、圧電
体部を薄膜で形成したので、従来品よりコストを下げる
ことが可能である。本実施形態１によれば、電界制御に
よりインピーダンスや透磁率を変化させることが可能
な、特殊な電子素子を提供可能である。本実施形態１に
よれば、電磁変換機能を備えているので、可変マイクロ
・インダクタや高感度歪センサ、センサ・アクチュエー
タとして機能させることが可能である。
【００５７】（実施形態２）本発明の実施形態２は、実
施形態１における電磁変換素子をコアとして備える可変
インダクタ素子である薄膜トランスに関する。
施形態１における電磁変換素子をコアとして備える可変
インダクタ素子である薄膜トランスに関する。
【００５８】図６に本実施形態の薄膜トランス２００の
斜視図一部断面図を示す。本薄膜トランス２００は、基
板２０３上に、コアである本発明の電磁変換素子１０
０、その周囲につづら折れ形型に配線された１次コイル
２０１と二次コイル２０２が、絶縁体２０４中に形成さ
れて構成されている。
斜視図一部断面図を示す。本薄膜トランス２００は、基
板２０３上に、コアである本発明の電磁変換素子１０
０、その周囲につづら折れ形型に配線された１次コイル
２０１と二次コイル２０２が、絶縁体２０４中に形成さ
れて構成されている。
【００５９】基板２０３は、シリコンやガラスなどで形
成されている。絶縁体２０４は、二酸化珪素などをバイ
アススパッタ法等で堆積して平坦化して形成されてい
る。一次コイル２０１および二次コイル２０２は、つづ
ら折れ数が数回である。一次コイル２０１と二次コイル
２０２とは交互に電磁変換素子１００を取り巻いて配線
されている。コイルのターン数は例えば十数回程度であ
る。
成されている。絶縁体２０４は、二酸化珪素などをバイ
アススパッタ法等で堆積して平坦化して形成されてい
る。一次コイル２０１および二次コイル２０２は、つづ
ら折れ数が数回である。一次コイル２０１と二次コイル
２０２とは交互に電磁変換素子１００を取り巻いて配線
されている。コイルのターン数は例えば十数回程度であ
る。
【００６０】電磁変換素子１００は、トランスのコアと
して機能可能に成形されている。図示しない配線により
圧電体部の電極間に所定の電圧が印加されるようになっ
ている。一次コイルと二次コイルは絶縁体２０４に設け
られたスルーホールで上限のパターンが連結されてい
る。
して機能可能に成形されている。図示しない配線により
圧電体部の電極間に所定の電圧が印加されるようになっ
ている。一次コイルと二次コイルは絶縁体２０４に設け
られたスルーホールで上限のパターンが連結されてい
る。
【００６１】上記構成において、一次コイル２０１と二
次コイル２０２とも、コアである電磁変換素子１００が
磁性体として機能するため、自己インダクタンスが向上
している。また両コイル間の相互インダクタンスも向上
している。
次コイル２０２とも、コアである電磁変換素子１００が
磁性体として機能するため、自己インダクタンスが向上
している。また両コイル間の相互インダクタンスも向上
している。
【００６２】ここで電磁変換素子１００の圧電体部に印
加する電圧を変化させると、上記実施形態１で説明した
作用により磁性体部の透磁率が変化する。透磁率が変化
するため、薄膜トランスのインダクタンスや周波数特性
を電圧制御できることになる。またインダクタンスが可
変であるため、コイルの交流インピーダンスを電圧制御
できることになる。
加する電圧を変化させると、上記実施形態１で説明した
作用により磁性体部の透磁率が変化する。透磁率が変化
するため、薄膜トランスのインダクタンスや周波数特性
を電圧制御できることになる。またインダクタンスが可
変であるため、コイルの交流インピーダンスを電圧制御
できることになる。
【００６３】本実施形態２によれば、インダクタンスを
電圧制御可能な構造を備えているので、結合定数、交流
インピーダンスや周波数特性を変更するあらゆる用途に
使用可能である。本実施形態２によれば、電磁変換素子
を薄膜で構成したので小型に構成でき、チップインダク
タ、携帯機器のＤＣ−ＤＣコンバータや電源用トラン
ス、磁気集積回路上のトランスとして適用可能である。
電圧制御可能な構造を備えているので、結合定数、交流
インピーダンスや周波数特性を変更するあらゆる用途に
使用可能である。本実施形態２によれば、電磁変換素子
を薄膜で構成したので小型に構成でき、チップインダク
タ、携帯機器のＤＣ−ＤＣコンバータや電源用トラン
ス、磁気集積回路上のトランスとして適用可能である。
【００６４】（実施形態３）本発明の実施形態３は、実
施形態２とは異なる構造の薄膜トランスに関する。図７
に本実施形態の薄膜トランス３００の分解斜視図を示
す。本薄膜トランス３００は、円形スパイラル形のコイ
ルを電磁変換素子で挟んだ外鉄型の薄膜マイクロトラン
スとしての構造を備えている。すなわち薄膜トランス３
００は、一次コイル３０１と二次コイル３０２とを本発
明の電磁変換素子１００が形成された基板３０３と３０
４とで挟み込んで構成されている。
施形態２とは異なる構造の薄膜トランスに関する。図７
に本実施形態の薄膜トランス３００の分解斜視図を示
す。本薄膜トランス３００は、円形スパイラル形のコイ
ルを電磁変換素子で挟んだ外鉄型の薄膜マイクロトラン
スとしての構造を備えている。すなわち薄膜トランス３
００は、一次コイル３０１と二次コイル３０２とを本発
明の電磁変換素子１００が形成された基板３０３と３０
４とで挟み込んで構成されている。
【００６５】基板３０３や３０４は、シリコンやガラス
などで形成されている。一次コイル３０１と二次コイル
３０２からはそれぞれ引き出し線３０５が引き出されて
いる。両コイルの間は、例えばフォトレジストなどの絶
縁膜が形成されている。電磁変換素子１００の厚みは１
０μｍ程度にする。クラック発生を防止し有効に歪むこ
とができるように、幾つかの領域に分割されていること
が好ましい。
などで形成されている。一次コイル３０１と二次コイル
３０２からはそれぞれ引き出し線３０５が引き出されて
いる。両コイルの間は、例えばフォトレジストなどの絶
縁膜が形成されている。電磁変換素子１００の厚みは１
０μｍ程度にする。クラック発生を防止し有効に歪むこ
とができるように、幾つかの領域に分割されていること
が好ましい。
【００６６】上記構成において、本発明の電磁変換素子
１００は、磁性体として機能するので空心トランスに比
べ漏れインダクタンスが少ない。実施形態２と同様にコ
イルのインダクタンスや周波数特性を電圧制御可能であ
る。またインダクタンスが可変であるため、コイルの交
流インピーダンスを電圧制御できることになる。
１００は、磁性体として機能するので空心トランスに比
べ漏れインダクタンスが少ない。実施形態２と同様にコ
イルのインダクタンスや周波数特性を電圧制御可能であ
る。またインダクタンスが可変であるため、コイルの交
流インピーダンスを電圧制御できることになる。
【００６７】本実施形態３によれば、インダクタンスを
電圧制御可能な構造を備えているので、結合定数、交流
インピーダンスや周波数特性を変更するあらゆる用途に
使用可能である。本実施形態３によれば、電磁変換素子
を薄膜で構成したので小型に構成でき、チップインダク
タ、携帯機器のＤＣ−ＤＣコンバータや電源用トラン
ス、磁気集積回路上のトランスとして適用可能である。
電圧制御可能な構造を備えているので、結合定数、交流
インピーダンスや周波数特性を変更するあらゆる用途に
使用可能である。本実施形態３によれば、電磁変換素子
を薄膜で構成したので小型に構成でき、チップインダク
タ、携帯機器のＤＣ−ＤＣコンバータや電源用トラン
ス、磁気集積回路上のトランスとして適用可能である。
【００６８】（その他の変形例）本発明は上記各実施形
態に限定されること無く種々に変形して適用することが
可能である。例えば本発明の電磁変換素子は、実施形態
１における層構造に限定されることなく、用途に応じて
種々に変形可能である。圧電体部の歪を効率良く磁性体
部に伝達可能な構造を備えていればよい。例えば、歪を
大きくするために複数の圧電体部で磁性体部を挟むよう
に構成することができる。逆に圧電体部を磁性体部で挟
持する構成とし、磁歪変換効率を上げるように構成する
ことも可能である。透磁率を挙げるために、上記例示以
外の素材を使用することが可能である。例えば本発明の
可変インダクタ素子は、薄膜トランスのみならず、透磁
率やインピーダンスを変更することが好ましいあらゆる
部品の磁性体材料として利用することが可能である。例
えば、上記したような薄膜トランスのみならず、自己イ
ンダクタンスを可変にするマイクロコイルとして構成し
てもよい。
態に限定されること無く種々に変形して適用することが
可能である。例えば本発明の電磁変換素子は、実施形態
１における層構造に限定されることなく、用途に応じて
種々に変形可能である。圧電体部の歪を効率良く磁性体
部に伝達可能な構造を備えていればよい。例えば、歪を
大きくするために複数の圧電体部で磁性体部を挟むよう
に構成することができる。逆に圧電体部を磁性体部で挟
持する構成とし、磁歪変換効率を上げるように構成する
ことも可能である。透磁率を挙げるために、上記例示以
外の素材を使用することが可能である。例えば本発明の
可変インダクタ素子は、薄膜トランスのみならず、透磁
率やインピーダンスを変更することが好ましいあらゆる
部品の磁性体材料として利用することが可能である。例
えば、上記したような薄膜トランスのみならず、自己イ
ンダクタンスを可変にするマイクロコイルとして構成し
てもよい。
【００６９】
【発明の効果】本願発明によれば、３成分系ＰＺＴ圧電
体薄膜を備えているので、低電圧駆動が可能でヒステリ
シスの少ない電磁変換素子およびその製造方法を提供す
ることが可能である。本願発明によれば、圧電体薄膜を
備えた電磁変換素子をコアとして備えたので、インダク
タンスを変更可能な可変インダクタ素子を提供すること
が可能である。
体薄膜を備えているので、低電圧駆動が可能でヒステリ
シスの少ない電磁変換素子およびその製造方法を提供す
ることが可能である。本願発明によれば、圧電体薄膜を
備えた電磁変換素子をコアとして備えたので、インダク
タンスを変更可能な可変インダクタ素子を提供すること
が可能である。
【００７０】
【図１】実施形態1の電磁変換素子の構造を説明する平
面図および断面図である。
面図および断面図である。
【図２】本発明の圧電体薄膜における印加電圧と歪の関
係図である。
係図である。
【図３】本発明の磁性体薄膜における歪と透磁率の関係
図である。
図である。
【図４】本発明の電磁変換素子における印加電圧と透磁
率の関係図である。
率の関係図である。
【図５】電磁変換素子の製造工程断面図である。
【図６】実施形態２の薄膜トランスの構造説明図であ
る。
る。
【図７】実施形態３の薄膜トランスの構造説明図であ
る。
る。
１００ 電磁変換素子 １０１ 基板 １０２ 下部電極 １０３ 圧電体薄膜 １０４ 上部電極 １０５ 絶縁膜 １０６ 磁性体膜 １０７ 保護膜 ２００、３００ 薄膜トランス
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/187 Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｚ 41/22 Ｃ０４Ｂ 35/49 Ｒ // Ｃ０４Ｂ 35/49 (72)発明者 西脇 学 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF55 AF93 AG44 AM03 AP02 AP14 AQ01 AQ02 AR06 BA04 BA14 4G031 AA03 AA11 AA12 AA14 AA18 AA23 AA32 AA39 BA10 CA01 CA02 4K029 AA04 AA06 BA13 BA17 BA41 BA48 BA56 BA58 BA60 BD01 CA03 CA05 DB20 HA07
Claims (16)
- 【請求項１】 厚み方向に相対的に高い配向性を有する
ペロブスカイト結晶構造を備えた電気機械変換作用を示
す圧電体薄膜を備えた圧電体部と、 前記圧電体部に生じた歪の変化を透磁率の変化に変換す
る磁気機械変換作用を示す磁性体薄膜を備えた磁性体部
と、を備えたことを特徴とする電磁変換素子。 - 【請求項２】 前記圧電体薄膜の歪と印加電圧とのヒス
テリシスは、相対的に狭いヒステリシスループを有する
請求項１に記載の電磁変換素子。 - 【請求項３】 前記圧電体薄膜は、３成分系のＰＺＴ圧
電体セラミックスで形成されている請求項１に記載の電
磁変換素子。 - 【請求項４】 前記圧電体薄膜は、チタン酸ジルコン酸
鉛の中に、Ｎｉ、Ｗ、ＭｇおよびＮｂで形成される群の
中から選択されるいずれか二つの元素を含んでいる３成
分系のＰＺＴ圧電体セラミックスで構成されている請求
項１に記載の電磁変換素子。 - 【請求項５】 前記磁性体薄膜は、鉄を含む合金材料で
構成されている請求項１に記載の電磁変換素子。 - 【請求項６】 前記磁性体薄膜は、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−
Ｃｏ−Ｎｉ、Ｔｂ−ＦｅおよびＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂの
各合金で構成される群の中から選択されるものである請
求項１に記載の電磁変換素子。 - 【請求項７】 前記磁性体部は、前記圧電体部との間に
設けられる絶縁膜と、前記磁性体薄膜を保護する保護膜
と、を備えている請求項１に記載の電磁変換素子。 - 【請求項８】 前記磁性体部は、前記磁性体薄膜の両端
が所定のインピーダンスとなる形状にパターンニングさ
れており、前記圧電体部に生じた歪によって前記インピ
ーダンスを変化させることが可能に構成されている請求
項１に記載の電磁変換素子。 - 【請求項９】 前記磁性体部の長手方向に所定のバイア
ス磁界を印加する手段をさらに備える請求項１に記載の
電磁変換素子。 - 【請求項１０】 前記圧電体部は、 上部電極と前記圧電体薄膜と下部電極とで構成されてお
り、 前記磁性体部は、 絶縁膜と前記磁性体薄膜と保護膜とで構成されている請
求項１に記載の電磁変換素子。 - 【請求項１１】 アモルファス状態の圧電体薄膜前駆体
から結晶成長させた圧電体薄膜を含む圧電体部を形成す
る工程と、 前記圧電体部上に、当該圧電体部に生じた歪の変化を透
磁率の変化に変換する磁気機械変換作用を示す磁性体薄
膜を備えている磁性体部を形成する工程と、を備えたこ
とを特徴とする電磁変換素子の製造方法。 - 【請求項１２】 前記圧電体薄膜の出発材料として、チ
タン酸ジルコン酸鉛の中にＮｉ、Ｗ、ＭｇおよびＮｂで
形成される群の中から選択されるいずれか二つの元素を
含んでいる３成分系のＰＺＴ圧電体セラミックスを構成
する金属を含む溶液を用いる請求項１１に記載の電磁変
換素子の製造方法。 - 【請求項１３】 前記磁性体部を形成する工程は、鉄を
含む合金材料をスパッタ法、イオンビーム蒸着法または
電子ビーム蒸着法のいずれか一の方法で蒸着する工程で
ある請求項１１に記載の電磁変換素子の製造方法。 - 【請求項１４】 前記磁性体部を形成する工程は、前記
圧電体部上に絶縁膜を形成する工程と、当該絶縁膜上に
前記磁性体薄膜を形成する工程と、当該磁性体薄膜上に
保護膜を形成する工程と、を備えている請求項１１に記
載の電磁変換素子の製造方法。 - 【請求項１５】 前記圧電体部および前記磁性体部を同
一平面形状に成形する工程をさらに備えている請求項１
１に記載の電磁変換素子の製造方法。 - 【請求項１６】 請求項１乃至請求項１０のいずれか一
項に記載の磁性体薄膜素子をコアとして備えていること
を特徴とする可変インダクタ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10812399A JP2000296612A (ja) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | 電磁変換素子、その製造方法および可変インダクタ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10812399A JP2000296612A (ja) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | 電磁変換素子、その製造方法および可変インダクタ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000296612A true JP2000296612A (ja) | 2000-10-24 |
Family
ID=14476524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10812399A Pending JP2000296612A (ja) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | 電磁変換素子、その製造方法および可変インダクタ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000296612A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-04-15 JP JP10812399A patent/JP2000296612A/ja active Pending
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