JP2001148596A - 電波吸収体 - Google Patents

電波吸収体

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JP2001148596A
JP2001148596A JP33147199A JP33147199A JP2001148596A JP 2001148596 A JP2001148596 A JP 2001148596A JP 33147199 A JP33147199 A JP 33147199A JP 33147199 A JP33147199 A JP 33147199A JP 2001148596 A JP2001148596 A JP 2001148596A
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magnetic
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resonance
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Katsumi Okayama
克巳 岡山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄型で且つ吸収周波数を任意に制御可能な電
波吸収体を提供する。 【解決手段】 電磁波が入射したときにスピン波共鳴が
誘起される磁性薄膜6からなる電波吸収体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電波吸収体に関す
る。より詳しくは、スピン波共鳴を利用して薄型化を図
った電波吸収体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子機器や通信装置あるいは建物等にお
いて、外乱となる外部からの電波や内部から漏洩する電
波等を吸収してノイズや電波障害を防止し安定した機能
を図るためのEMI(Electromagnetic Interference)
対策として電波吸収体が用いられている。
【0003】従来、このような電波吸収体として、IC
からの不要輻射等を抑えるために、磁壁の共鳴による電
磁波吸収機構を応用した電波吸収体や、回転磁化の共鳴
による電磁波吸収機構を応用した電波吸収体が用いられ
ている。これらの電波吸収体は、図8(A)に示すよう
に、基板1上に搭載されたIC部品2を全体的に覆うペ
ースト状電波吸収体3として用いたり、同図(B)に示
すように、IC部品2の上面を覆うシート状電波吸収体
4として用いられていた。このようなペースト状あるい
はシート状の電波吸収体は、スピネル型フェライトある
いは扁平な軟磁性金属片粒子を樹脂と混合して形成され
ていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電波吸収体では充分な電波吸収量を確保するためには、
その厚さが厚くなり、例えばICからの放射電磁界を抑
制するためのシート等では少なくとも厚さが1mm程度
は必要となり、厚さを薄くすると電波吸収量が少なくな
るという関係にあった。
【0005】一般に、電波吸収エネルギーは次式で表わ
される。
【0006】
【数1】
【0007】ただし、P:電波吸収エネルギー(W/m
3 )、ω:角周波数(rad/sec)、μr :比透磁率、H:
磁界強度(T)である。Pは単位体積あたりの吸収量で
あるから、体積(すなわちシート状の吸収体ではシート
厚さに相当)が大きい程吸収量が増加することになり、
換言すれば、薄型の電波吸収体では充分な吸収量が得ら
れないという問題があった。
【0008】最近のエレクトロニクスの進展により、電
子機器のいっそうの小型化が進んでいる。したがって、
電磁環境を適正に保つためのEMC対策(電磁的両立
性)に割くことができる機器の空間は非常に限られ、体
積の大きな対策部品や吸収体シート等は、一層の小型
化、高性能化が求められている。
【0009】本発明は、上記従来技術を考慮したもので
あって、薄型で且つ吸収周波数を任意に制御可能な電波
吸収体の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、電磁波が入射したときにスピン波共鳴
が誘起される磁性薄膜からなることを特徴とする電波吸
収体を提供する。
【0011】この構成によれば、スピン波共鳴を利用す
ることにより、非常に薄い磁性薄膜を用いて吸収周波数
に対応した電波吸収体が得られる。
【0012】ここで、スピン波共鳴について以下に説明
する。磁性体の磁化過程において、一般に、磁化は同一
の時間に一斉に起こるのではなくて、波が伝わるように
隣のスピンへと磁化が伝わっていく。このスピンの伝わ
る波をスピン波と呼んでいる。これを模式的に描くと、
図1のようになる。スピン波は普通の力学的な波動と同
様に数式化される波動現象であり、波の重ね合せ、干
渉、共鳴現象などの現象を呈することが周知の事実であ
る。このスピン波による波動現象のうち、共鳴に関する
ものを特にスピン波共鳴と称している。スピン波共鳴に
おいては、他の共鳴現象と同様に外部から加えられる電
磁波エネルギーの吸収が起こることが知られている。
【0013】このスピン波共鳴による電波の吸収につい
て説明する。上述のように、スピン波は、普通の波動力
学と同様に扱うことが可能である。スピン波の場合、波
数kは、このスピン波の波長λと次式によって関係付け
られる。
【0014】
【数2】
【0015】ただし、k:波数、λ:スピン波の波長、
K :単位ベクトルである。k=0はスピン波が成り立
っていない状態を表わし、例えば、λ=2π・iK であ
れば、波数k=1のスピン波が立つことを意味する。
【0016】このようなスピン波は周知の事実であり、
磁性薄膜に垂直に直流磁界を加え、面に平行に高周波磁
界を加えたときに観察される。スピン波共鳴も周知の事
実である。
【0017】図2に、Walker,Andersonらによって報告
された390nmのパーマロイ薄膜において観察された
スピン波共鳴による多くの共鳴吸収線を示す(Phys.Re
v.101(1956) p903, Phys.Chem.Solids1(1956) p129)。
同様の現象は、Tannenwaldによって249nmのCo薄
膜についても報告されている(Phys.Rev.121(1961) p71
5)。このような多くの共鳴吸収線は、膜面に垂直に走る
スピン波の干渉によって、定常波がいくつもできるため
であると説明されている。
【0018】このようなスピン波共鳴を利用した磁性薄
膜の好ましい構成例では、Fe,Co,Niを1つ以上
含む膜組成、またはホイスラー合金あるいはフェライト
からなる強磁性体若しくはフェリ磁性体であり、吸収す
べき電磁波の周波数に対応して該磁性薄膜の材料および
その膜厚を選定したことを特徴としている。
【0019】このような磁性薄膜を用いることにより、
吸収すべき電磁波の周波数に対応して材料および膜厚を
適宜選定して吸収周波数の制御を行うことができる。
【0020】好ましい構成例では、複数の異なる材料か
らなる磁性薄膜層を積層したことを特徴としている。
【0021】この構成によれば、各種材料の組合せによ
り吸収周波数に対応して最適効率で薄型の電波吸収体を
形成することができる。
【0022】さらに好ましい構成例では、前記磁性薄膜
として磁気異方性を有する磁性材料を用いたことを特徴
としている。
【0023】この構成によれば、磁気異方性磁性材料を
用いることにより、電波吸収周波数特性を任意に変更可
能で且つ高周波数まで対応できる電波吸収体が得られ
る。
【0024】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図3は、本発明の実施の形態
に係る電波吸収体を設けた電子部品の斜視図である。こ
の実施形態は、電磁波の発生源となるICベアチップ5
の表面に本発明の磁性薄膜6を付着させたものである。
磁性薄膜6の組成は、78Ni−22Feパーマロイ合
金で膜厚は390nmである。なお、スピン共鳴を利用
した電波吸収体を作製する場合、磁気モーメントを有す
ることが要求されており(すなわち、強磁性あるいはフ
ェリ磁性であることが必要であり)、材料としては、上
記パーマロイ合金に限定されず、Fe,Co,Niを1
つ以上含む磁性薄膜あるいはCu2MnAl やMnBi
等のホイスラー合金薄膜、あるいはフェライト等の磁性
酸化物薄膜を用いることができる。
【0025】このような構造の電波吸収体において、I
Cベアチップ5から発生する外部高周波磁界により、磁
性薄膜6にスピン波が励起される。なお、スピン波共鳴
は、通常膜に垂直に直流磁界を印加することで共鳴周波
数を制御している。本実施例では、パーマロイの自発磁
化によるスピンの整列を利用しているため、共鳴磁界が
低く、吸収周波数帯は数10MHz以下の低周波数領域
にある。これにより、膜厚がナノメートルオーダーの極
く薄い薄膜により低周波数の電磁波を有効に吸収するこ
とができる。
【0026】図4は本発明の別の実施の形態の構成図で
ある。この実施形態は、多層型電波吸収体を示す。IC
部品11上に、鉄薄膜層7、コバルト薄膜層8およびパ
ーマロイ薄膜層9の3層構造からなる電波吸収体10が
形成される。各薄膜層7,8,9は、スパッタ、CV
D、蒸着、メッキ等の公知の成膜方法を材料に合わせて
適宜選択してIC部品11上に形成する。このように組
成や膜厚の異なる膜で多層化することにより、吸収周波
数帯域幅の拡大あるいは吸収量の増加が可能になる。組
成や膜厚は、吸収したい電磁波の波長に合わせて適宜選
択する。
【0027】各薄膜層7,8,9においてそれぞれスピ
ン波が励起され、共鳴周波数に等しい波長の電波を吸収
する。これにより、共鳴周波数の広帯域化が可能にな
る。
【0028】なお、上記各実施形態において、必要に応
じて、磁性薄膜の表面を薄い保護膜で覆い、磁性薄膜の
酸化防止を図ってもよい。このための保護膜としては、
例えば、窒化珪素系の化合物が好適である。
【0029】図5および図6は、本発明のさらに別の実
施の形態に係るスピン共鳴発生手段を説明するための図
である。前述の各実施形態においては、スピン波共鳴を
起こすに当って、外部直流磁界を膜面に垂直に印加して
スピン波を揃え、スピン波共鳴を起こさせている。スピ
ン波共鳴周波数は、印加する直流磁界に比例する。前述
の実施形態はこのスピン波共鳴時に起こるエネルギー吸
収現象を電波吸収体に応用したものである。
【0030】このような実施形態の電波吸収体では、吸
収周波数を変更するために外部磁界を必要とする。この
ため、電磁石あるいは永久磁石等の磁界発生装置が必要
であり、電波吸収体の構成が複雑になる。また自発磁化
の配向を利用しただけの電波吸収体では、吸収周波数が
数10MHz以下であり、近年のエレクトロニクス製品
から放射されるノイズの周波数より低い場合がある。
【0031】最近のエレクトロニクス技術の進展によ
り、電子機器の小型化および高周波数化が進んでいる。
本実施形態はこのような事情を考慮して、薄型で高周波
数まで対応可能な電波吸収体を実現するものである。
【0032】本実施形態は、スピンの方向を揃えるため
に、電磁石や永久磁石などの直流磁界発生装置を用いず
に、磁性薄膜の組成を異方性をもつ組成とし、膜自体で
配向することによりスピンの方向を揃えるようにしたも
のである。
【0033】図5は、外部磁界により磁気モーメントを
一定に揃える実施形態の説明図である。磁性薄膜11
は、例えば鉄、フェライトその他の磁性材料からなり、
その磁気モーメント12は(A)に示すように任意の方
向に向いている。この磁性薄膜11に(B)に示すよう
に外部直流磁界13を印加することにより、磁気モーメ
ント12が一定の方向に揃えられる。
【0034】図6は、本実施形態を示す図である。磁性
薄膜14は例えば後述の表1に示すような磁気異方性を
有する材料からなる。図示したように、この磁性薄膜1
4はその磁気異方性のため磁気モーメント12が膜自体
の配向性に基づいて一定の方向に揃っている。
【0035】次に、周波数変更方法について述べる。前
述の図5の例では、印加磁界を変化させることにより、
磁気モーメントの束縛の強さを変更して共鳴周波数を変
更する。一方、図6の本実施形態では、異方性磁界の大
きさを変更することにより共鳴周波数を変更する。この
異方性磁界の大きさは、磁気モーメントの束縛の強さに
相当する。
【0036】共鳴周波数frと異方性磁界HA との間に
は fr∞HA の関係がある。したがって、異方性磁界の大きな膜では
高周波数まで共鳴を起こさせることが可能である。
【0037】本実施形態の磁性体の例としては、磁気異
方性をもつ磁性体は全て用いることができ、強磁性体や
フェリ磁性体等を用いることができる。その具体例を表
1に示す。
【0038】
【表1】
【0039】図7は、図6の実施形態を利用した別の実
施形態を示す。この実施形態は、共鳴周波数の異なる複
数の磁性薄膜14a,14b,14c,・・・14nを
積層したものである。これにより、外部電磁石や外部永
久磁石等の直流磁界発生源を用いることなく、簡単な構
造で異なる複数の周波数の電波の吸収が可能になり、吸
収周波数帯域の広域化が可能になる。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、スピ
ン波共鳴を利用することにより、非常に薄い磁性薄膜を
用いて吸収周波数に対応した電波吸収体が得られ、超薄
型の電波吸収体によりEMIを効果的に抑えることが可
能になる。これにより、従来EMC対策に費やしていた
コストや工程等を、本発明による薄型電波吸収体を用い
ることで節約できる。すなわち、薄膜プロセスで形成さ
れる本発明の電波吸収体は、従来の電波吸収体に比べ格
段に薄型であるため、電波吸収体のための配置スペース
がほとんど不要となり、電子機器の小型化に寄与し、コ
ストの低減が図られる。また、電子機器の筐体の内側等
に成膜しておけば、吸収体を後から貼り付ける等の面倒
な作業が不要になる。
【0041】磁気異方性磁性材料を用いることにより、
電波吸収周波数特性を任意に変更可能で且つ高周波数ま
で対応できる電波吸収体が得られる。
【0042】また、複数の周波数の電磁波を吸収したい
場合には、膜組成や膜厚の異なる複数の層からなる構造
とすることで、簡単に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 スピン波形成の説明図。
【図2】 スピン波共鳴による吸収線のグラフ。
【図3】 本発明の実施の形態の斜視図。
【図4】 本発明の別の実施の形態の断面図。
【図5】 本発明の実施形態における磁気モーメント配
向の説明図。
【図6】 本発明の別の実施形態における磁気モーメン
ト配向の説明図。
【図7】 図6の実施形態を利用した別の実施形態の構
成図。
【図8】 従来の電波吸収体の使用状態の説明図。
【符号の説明】
1:基板、2:IC部品、3:ペースト状電波吸収体、
4:シート状電波吸収体、5:ICベアチップ、6:磁
性薄膜、7:鉄薄膜層、8:コバルト薄膜層、9:パー
マロイ薄膜層、10:電波吸収体、11:磁性薄膜、1
2:磁気モーメント、13:外部直流磁界、14,14
a,14b,14c,14n:磁性薄膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電磁波が入射したときにスピン波共鳴が誘
    起される磁性薄膜からなることを特徴とする電波吸収
    体。
  2. 【請求項2】前記磁性薄膜は、Fe,Co,Niを1つ
    以上含む膜組成、またはホイスラー合金あるいはフェラ
    イトからなる強磁性体若しくはフェリ磁性体であり、吸
    収すべき電磁波の周波数に対応して該磁性薄膜の材料お
    よびその膜厚を選定したことを特徴とする請求項1に記
    載の電波吸収体。
  3. 【請求項3】複数の異なる材料からなる磁性薄膜層を積
    層したことを特徴とする請求項1に記載の電波吸収体。
  4. 【請求項4】前記磁性薄膜として磁気異方性を有する磁
    性材料を用いたことを特徴とする請求項1に記載の電波
    吸収体。
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