JP3417000B2 - 静磁波素子 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は静磁波素子に関し、特
に、磁性ガーネット単結晶薄膜を材料とした静磁波素子
に関する。 【０００２】 【従来の技術】静磁波素子において、イットリウム・鉄
ガーネット（Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２：以下ＹＩＧと表す）に
代表される磁性ガーネット単結晶薄膜（Ｒ３Ｍ
５Ｏ１２）が重要な材料として使われている。この静磁
波素子においては、通常３つの静磁波モードが使われて
いる。第１の静磁波モードは、外部からの印加磁界の方
向が単結晶薄膜に平行で、静磁波の伝播方向が単結晶薄
膜に平行で、かつ印加磁界と垂直になる表面静磁波（Ｍ
ＳＳＷ）モードである。第２の静磁波モードは、外部か
らの印加磁界の方向が単結晶薄膜に垂直で、静磁波の伝
播方向が単結晶薄膜に平行になる体積前進静磁波（ＭＳ
ＦＶＷ）モードである。第３の静磁波モードは、外部か
らの印加磁界の方向が単結晶薄膜に平行で、静磁波の伝
播方向が単結晶薄膜に平行で、かつ印加磁界と平行にな
る体積後退静磁波（ＭＳＢＶＷ）モードである。 【０００３】従来、これらのどの静磁波モードで静磁波
素子を構成するにしても、磁性ガーネット単結晶薄膜と
しては［１１１］軸方向に成長させた（１１１）単結晶
薄膜が用いられている。この（１１１）単結晶薄膜は、
主にバブルメモリー用に開発されたものがそのまま用い
られたものである。この（１１１）単結晶薄膜を利用し
て静磁波素子を形成した場合、外部磁界が［１１１］軸
方向に印加されるＭＳＦＶＷモードの静磁波素子に関し
ては良好な特性が得られる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、外部磁
界が［１１１］軸方向に印加されない、ＭＳＳＷモード
やＭＳＢＶＷモードの静磁波素子では、作製された素子
間の特性のばらつきが大きいという問題があった。その
ため、素子の歩留りが悪く、さらに特性を調整するため
に多大の時間を必要としていた。 【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、特
性の安定したＭＳＳＷモードの静磁波素子を提供するこ
とである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】この発明は、その面方向
に外部磁界が印加されるガーネット構造を有する磁性単
結晶薄膜と、磁性単結晶薄膜の主面に形成され、信号入
力のための第１のトランスデューサと、第１のトランス
デューサと略平行に磁性単結晶薄膜の主面に形成され、
信号出力のための第２のトランスデューサとを含む静磁
波素子であって、第１のトランスデューサおよび第２の
トランスデューサは、磁性単結晶薄膜の磁化容易軸に対
して所定の角度を持って形成され、磁性単結晶薄膜の面
方向に印加される外部磁界の印加方向と、磁性単結晶薄
膜の磁化容易軸の方向とは、平行となるように形成され
ることを特徴とする、静磁波素子である。 【０００７】 【作用】本願発明者らは、ＭＳＳＷモードを用いた静磁
波素子の特性のばらつきの原因は、磁性単結晶薄膜の持
つ磁化容易軸と外部磁界Ｈの印加方向、および入力信号
波面の伝播方向の不適切によるものと考えた。そのため
に外部磁界Ｈを印加する方向が結晶軸のどの方向になる
かによって静磁波素子としての特性が変化すると考え
た。これまでのＭＳＳＷモードを用いた静磁波素子の設
計では、外部磁界Ｈの方向と単結晶薄膜の磁化容易軸の
方向とを考慮して設計していなかったために、作製され
た静磁波素子間で特性のばらつきが大きくなっていたも
のと考えられる。それに対して、本願発明のように、そ
の面方向に外部磁界が印加されるガーネット構造を有す
る磁性単結晶薄膜と、磁性単結晶薄膜の主面に形成さ
れ、信号入力のための第１のトランスデューサと、第１
のトランスデューサと略平行に磁性単結晶薄膜の主面に
形成され、信号出力のための第２のトランスデューサと
を含み、第１のトランスデューサおよび第２のトランス
デューサは、磁性単結晶薄膜の磁化容易軸に対して所定
の角度を持って形成され、磁性単結晶薄膜の面方向に印
加される外部磁界の印加方向と磁性単結晶薄膜の磁化容
易軸の方向とは、平行となるように形成されることによ
り、エネルギー的に安定した状態となり、ＭＳＳＷモー
ドの静磁波素子のフィルタ特性が安定し、作製される静
磁波素子間での特性のばらつきが小さくなる。この場
合、第１のトランスデューサおよび第２のトランスデュ
ーサが磁化容易軸に対して所定の角度を持って形成され
ることにより、有効磁界と自発磁化との方向が一致し、
静磁波素子の信号損失が小さくなる。 【０００８】 【発明の効果】この発明によれば、ＭＳＳＷモードの静
磁波素子のフィルタ特性を安定させることができる。さ
らに、この発明によれば、有効磁界と自発磁化との方向
が一致し、静磁波素子の信号損失が小さくすることがで
きる。そして、製造される静磁波素子のフィルタ特性を
均一化することができるので、歩留りが向上し、静磁波
素子の価格を低減させることができる。 【０００９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。 【００１０】 【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、図２はその概略的な平面図である。図１に示す静磁
波素子１０は、ガーネット構造を有するＧｄ３Ｇａ５Ｏ
１２（以下ＧＧＧと略す）単結晶基板１２を含む。ＧＧ
Ｇ単結晶基板１２は、［０１１］軸方向に成長させた、
直径２インチのＧＧＧ単結晶から（０１１）面を主面に
持つ、厚さ４５０μｍのウエハが切り出され、そのウエ
ハの（０１１）表面を鏡面に研磨することにより、作製
される。 【００１１】ＧＧＧ単結晶基板１２の（０１１）面上に
は、ガーネット構造を有するＹＩＧ単結晶薄膜１４が形
成される。このＹＩＧ単結晶薄膜１４は、その（０１
１）面が主面になるようにエピタキシャル成長される。
ＹＩＧ単結晶薄膜１４の厚みは、たとえば２５μｍに形
成される。 【００１２】ここで、ＹＩＧ単結晶薄膜１４の作製方法
についてさらに説明する。まず、溶質材料のＦｅ２Ｏ３
およびＹ２Ｏ３と、溶媒材料のＰｂＯおよびＢ２Ｏ３と
が混合され、白金製るつぼの中に充填される。白金製る
つぼの中に充填された混合物は、結晶成長温度である９
００°Ｃに加熱されて融液にされる。この融液は９００
°Ｃで安定に保たれる。この融液中にＧＧＧ単結晶基板
１２が浸漬される。こうして、ＹＩＧ単結晶薄膜１４
が、ＧＧＧ単結晶基板１２の（０１１）面上で、［０１
１］軸方向にエピタキシャル成長される。ＹＩＧ単結晶
薄膜が成長したＧＧＧ単結晶基板１２は、融液中から取
り出されて室温まで冷却される。そして、このＹＩＧ単
結晶薄膜１４の（０１１）表面は研磨される。図１に示
すように、ＹＩＧ単結晶薄膜１４の形成されたＧＧＧ単
結晶基板１２は、たとえば、［１００］軸方向に平行に
２０ｍｍ、それと直角の［０１］軸方向に５ｍｍの短
冊状に切り出される。 【００１３】このＹＩＧ単結晶薄膜１４は、その主面で
ある（０１１）面に平行で、かつＹＩＧ単結晶薄膜１４
の［０１］軸方向に平行に外部磁界１６が印加され
る。すると、図６（Ａ），図６（Ｂ）を参照しながら後
述するように、このＹＩＧ単結晶薄膜１４の磁化容易軸
１８は、外部磁界１６と平行に、［０１］軸方向に生
じる。 【００１４】また、図２に示すように、ＹＩＧ単結晶薄
膜１４上には、高周波信号入力用の第１のトランスデュ
ーサ２０が、外部磁界１６の印加方向、すなわちＹＩＧ
単結晶薄膜１４の［０１］軸方向に対して所定の角度
αをもって形成される。この角度αは、印加される外部
磁界１６の強さ、及び入力信号の大きさ、周波数を考慮
して決定される。この実施例では、α＝１度で形成され
る。さらに、ＹＩＧ単結晶薄膜１４上には、信号出力用
の第２のトランスデューサ２２が、入力用トランスデュ
ーサ２０と平行にたとえば１５ｍｍの間隔をおいて形成
される。 【００１５】次に、この静磁波素子１０のフィルタ特性
について説明する。まず、静磁波素子１０には、たとえ
ば３０ｍＴの外部磁界が短辺［０１］軸方向に平行に
印加された。次に、高周波信号が第１のトランスデュー
サ１８に入力され、フィルタとしての特性が測定され
た。このとき、入力信号は１〜１０ＧＨｚで、入力信号
強度は１００μＷとした。その結果、この静磁波素子１
０は、３．５ＧＨｚで動作する良好なフィルタ特性を示
した。さらに、上述と同様の構成で１０個の静磁波素子
１０が同じウエハから切りだされ作製された。そして、
それらの静磁波素子１０のフィルタ特性が測定された。
すると、１０個の静磁波素子１０は、全数無調整で３．
５ＧＨｚで動作することが確認された。 【００１６】この実施例はＭＳＳＷモードの静磁波素子
に関するものである。このＭＳＳＷモードは、外部磁界
Ｈの方向、および単結晶薄膜中を伝播する静磁波の伝播
方向が、それぞれ単結晶薄膜と平行になり、かつ、外部
磁界Ｈの印加方向と、静磁波の伝播方向とが垂直になる
ものである。ここで、外部磁界Ｈと、伝播する静磁波に
よる磁界Ｈｉとによって生じる有効磁界をＨｅｆｆとす
る。また、有効磁界Ｈｅｆｆによって単結晶薄膜の磁化
容易軸方向に生じる自発磁化をＭとする。この結果生じ
る磁気異方性エネルギーＵは、次式で示される。なお、
ここでＨｅｆｆ，Ｍは、共にベクトル表示である。 【００１７】 Ｕ＝−Ｈｅｆｆ・Ｍ＝−│Ｈｅｆｆ││Ｍ│ｃｏｓθ
（内積表示：θはＨｅｆｆとＭとのなす角度） 【００１８】したがって、たとえば、図１に示すような
長方形状に加工される静磁波素子の場合には、加工精度
のばらつきを考えると、磁化容易軸が単結晶薄膜に平行
に生じるように、単結晶薄膜を形成した時に、エネルギ
ー的に安定した状態になる。 【００１９】また、上記の式から、有効磁界Ｈｅｆｆ
と、磁化容易軸方向に生じる自発磁化Ｍとの方向が一致
した場合にエネルギー的には最も小さくなる。したがっ
て、有効磁界Ｈｅｆｆと自発磁化Ｍとの方向を一致させ
る手段として、トランスデューサ２０，２２を外部磁界
方向に対して角度αだけ傾けて形成することが有効であ
ると考えられる。 【００２０】そこで、トランスデューサ２０，２２と、
短辺［０１］軸方向すなわち磁化容易軸とのなす角度
αの異なる静磁波素子１０を５種類作製し、角度αと、
信号損失との関係を測定した。図３にその結果を示す。
横軸は角度αを示し、単位は度である。縦軸は信号損失
を示し、単位はｄＢである。図３に示すように、αを変
化させて、α＝−２度，−１度，０度，１度，および２
度の５種類の静磁波素子について、信号損失を測定した
ところ、１度のときの信号損失が最低であった。したが
って、この実施例では、α＝１度とした。 【００２１】次に、この実施例のＹＩＧ単結晶薄膜の自
発磁化の発生方向および磁化容易軸について理論的に説
明する。 【００２２】ガーネット構造を有する磁性結晶は、外部
から磁界が印加された場合、結晶対称性上の表記法によ
る立方晶の＜１１１＞軸に沿って、自発磁化を発生す
る。また、自発磁化が発生する軸は、外部磁界Ｈの印加
される方向によって異なり、＜１１１＞軸の内のいくつ
かの軸に沿って発生する。なお、この明細書において、
＜１１１＞と表記した場合には、［１１１］軸，［
］軸，［１１］軸，［１］軸，［１］軸，
［１１］軸，［１１］軸，［１］軸を全て含
む。 【００２３】本願発明者らは、これらの自発磁化による
磁化ベクトルを合成した方向が、ガーネット構造を有す
る磁性結晶の磁化容易軸と等価になると考えた。たとえ
ば、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、外部磁界Ｈ
を［１１１］軸に平行に印加すれば、自発磁化は、［１
１１］軸，［１１］軸，［１１］軸，［１１］軸
に沿って発生する。そして、磁化容易軸は、これらの４
つのベクトルの合成となるため、外部磁界Ｈと同じ［１
１１］軸となる。 【００２４】また、外部磁界Ｈを［１１１］軸と［１１
］軸とを含む面内（結晶面としては（１０）とな
る）で印加すると、磁化容易軸は、外部磁界Ｈ方向とは
異なるが、外部磁界Ｈと同一の（１０）平面内に存在
することとなる。この場合、単結晶薄膜の成長面を（
１０）とすれば、外部磁界Ｈをこの単結晶薄膜に平行に
印加したときに、磁化容易軸をこの単結晶薄膜と平行に
存在させることが可能になる。 【００２５】同様にして、図５（ａ），図５（ｂ）に外
部磁界Ｈを［００１］軸方向に印加した場合を示し、図
６（ａ），図６（ｂ）に外部磁界Ｈを［１１０］軸方向
に印加した場合を示す。なお、図６（ａ），図６（ｂ）
に２点鎖線で示したように、外部磁界Ｈの印加方向、す
なわち［１１０］軸方向と垂直になる自発磁化の方向が
存在するが、それらの自発磁化は互いに打ち消しあって
０となる。また、この図６（ａ），図６（ｂ）に示した
状態が、図１に示した実施例と等価な状態である。これ
らの場合においても、磁化容易軸はそれぞれ外部磁界Ｈ
の方向と一致し、上述と同様に単結晶薄膜と平行に磁化
容易軸の存在する面が求められる。 【００２６】なお、この実施例の静磁波素子は、（０１
１）基板を用いて形成されたが、これに限らず、（００
１）基板を用いて形成されてもよい。この場合には、外
部磁界が［０１１］軸方向あるいは［１００］軸方向に
印加され、静磁波が［０１］軸方向あるいは［０
０］軸方向に伝播するように静磁波素子を形成すること
により、上述と同様の効果が得られる。さらに、ガーネ
ット構造を有する磁性単結晶薄膜の材料としては、ＹＩ
Ｇを用いたが、これに限らず、ガーネット構造を有する
磁性材料すべてについて同様の効果が得られることは当
然のことである。また、この実施例において、角度αは
１度であったが、これに限定されるものではなく、外部
磁界Ｈの強さ、材料の持つ飽和磁界の強さ、入力信号の
周波数、信号強度、さらに、薄膜の厚さなどに応じて最
適値が選択される。
に、磁性ガーネット単結晶薄膜を材料とした静磁波素子
に関する。 【０００２】 【従来の技術】静磁波素子において、イットリウム・鉄
ガーネット（Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２：以下ＹＩＧと表す）に
代表される磁性ガーネット単結晶薄膜（Ｒ３Ｍ
５Ｏ１２）が重要な材料として使われている。この静磁
波素子においては、通常３つの静磁波モードが使われて
いる。第１の静磁波モードは、外部からの印加磁界の方
向が単結晶薄膜に平行で、静磁波の伝播方向が単結晶薄
膜に平行で、かつ印加磁界と垂直になる表面静磁波（Ｍ
ＳＳＷ）モードである。第２の静磁波モードは、外部か
らの印加磁界の方向が単結晶薄膜に垂直で、静磁波の伝
播方向が単結晶薄膜に平行になる体積前進静磁波（ＭＳ
ＦＶＷ）モードである。第３の静磁波モードは、外部か
らの印加磁界の方向が単結晶薄膜に平行で、静磁波の伝
播方向が単結晶薄膜に平行で、かつ印加磁界と平行にな
る体積後退静磁波（ＭＳＢＶＷ）モードである。 【０００３】従来、これらのどの静磁波モードで静磁波
素子を構成するにしても、磁性ガーネット単結晶薄膜と
しては［１１１］軸方向に成長させた（１１１）単結晶
薄膜が用いられている。この（１１１）単結晶薄膜は、
主にバブルメモリー用に開発されたものがそのまま用い
られたものである。この（１１１）単結晶薄膜を利用し
て静磁波素子を形成した場合、外部磁界が［１１１］軸
方向に印加されるＭＳＦＶＷモードの静磁波素子に関し
ては良好な特性が得られる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、外部磁
界が［１１１］軸方向に印加されない、ＭＳＳＷモード
やＭＳＢＶＷモードの静磁波素子では、作製された素子
間の特性のばらつきが大きいという問題があった。その
ため、素子の歩留りが悪く、さらに特性を調整するため
に多大の時間を必要としていた。 【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、特
性の安定したＭＳＳＷモードの静磁波素子を提供するこ
とである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】この発明は、その面方向
に外部磁界が印加されるガーネット構造を有する磁性単
結晶薄膜と、磁性単結晶薄膜の主面に形成され、信号入
力のための第１のトランスデューサと、第１のトランス
デューサと略平行に磁性単結晶薄膜の主面に形成され、
信号出力のための第２のトランスデューサとを含む静磁
波素子であって、第１のトランスデューサおよび第２の
トランスデューサは、磁性単結晶薄膜の磁化容易軸に対
して所定の角度を持って形成され、磁性単結晶薄膜の面
方向に印加される外部磁界の印加方向と、磁性単結晶薄
膜の磁化容易軸の方向とは、平行となるように形成され
ることを特徴とする、静磁波素子である。 【０００７】 【作用】本願発明者らは、ＭＳＳＷモードを用いた静磁
波素子の特性のばらつきの原因は、磁性単結晶薄膜の持
つ磁化容易軸と外部磁界Ｈの印加方向、および入力信号
波面の伝播方向の不適切によるものと考えた。そのため
に外部磁界Ｈを印加する方向が結晶軸のどの方向になる
かによって静磁波素子としての特性が変化すると考え
た。これまでのＭＳＳＷモードを用いた静磁波素子の設
計では、外部磁界Ｈの方向と単結晶薄膜の磁化容易軸の
方向とを考慮して設計していなかったために、作製され
た静磁波素子間で特性のばらつきが大きくなっていたも
のと考えられる。それに対して、本願発明のように、そ
の面方向に外部磁界が印加されるガーネット構造を有す
る磁性単結晶薄膜と、磁性単結晶薄膜の主面に形成さ
れ、信号入力のための第１のトランスデューサと、第１
のトランスデューサと略平行に磁性単結晶薄膜の主面に
形成され、信号出力のための第２のトランスデューサと
を含み、第１のトランスデューサおよび第２のトランス
デューサは、磁性単結晶薄膜の磁化容易軸に対して所定
の角度を持って形成され、磁性単結晶薄膜の面方向に印
加される外部磁界の印加方向と磁性単結晶薄膜の磁化容
易軸の方向とは、平行となるように形成されることによ
り、エネルギー的に安定した状態となり、ＭＳＳＷモー
ドの静磁波素子のフィルタ特性が安定し、作製される静
磁波素子間での特性のばらつきが小さくなる。この場
合、第１のトランスデューサおよび第２のトランスデュ
ーサが磁化容易軸に対して所定の角度を持って形成され
ることにより、有効磁界と自発磁化との方向が一致し、
静磁波素子の信号損失が小さくなる。 【０００８】 【発明の効果】この発明によれば、ＭＳＳＷモードの静
磁波素子のフィルタ特性を安定させることができる。さ
らに、この発明によれば、有効磁界と自発磁化との方向
が一致し、静磁波素子の信号損失が小さくすることがで
きる。そして、製造される静磁波素子のフィルタ特性を
均一化することができるので、歩留りが向上し、静磁波
素子の価格を低減させることができる。 【０００９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。 【００１０】 【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、図２はその概略的な平面図である。図１に示す静磁
波素子１０は、ガーネット構造を有するＧｄ３Ｇａ５Ｏ
１２（以下ＧＧＧと略す）単結晶基板１２を含む。ＧＧ
Ｇ単結晶基板１２は、［０１１］軸方向に成長させた、
直径２インチのＧＧＧ単結晶から（０１１）面を主面に
持つ、厚さ４５０μｍのウエハが切り出され、そのウエ
ハの（０１１）表面を鏡面に研磨することにより、作製
される。 【００１１】ＧＧＧ単結晶基板１２の（０１１）面上に
は、ガーネット構造を有するＹＩＧ単結晶薄膜１４が形
成される。このＹＩＧ単結晶薄膜１４は、その（０１
１）面が主面になるようにエピタキシャル成長される。
ＹＩＧ単結晶薄膜１４の厚みは、たとえば２５μｍに形
成される。 【００１２】ここで、ＹＩＧ単結晶薄膜１４の作製方法
についてさらに説明する。まず、溶質材料のＦｅ２Ｏ３
およびＹ２Ｏ３と、溶媒材料のＰｂＯおよびＢ２Ｏ３と
が混合され、白金製るつぼの中に充填される。白金製る
つぼの中に充填された混合物は、結晶成長温度である９
００°Ｃに加熱されて融液にされる。この融液は９００
°Ｃで安定に保たれる。この融液中にＧＧＧ単結晶基板
１２が浸漬される。こうして、ＹＩＧ単結晶薄膜１４
が、ＧＧＧ単結晶基板１２の（０１１）面上で、［０１
１］軸方向にエピタキシャル成長される。ＹＩＧ単結晶
薄膜が成長したＧＧＧ単結晶基板１２は、融液中から取
り出されて室温まで冷却される。そして、このＹＩＧ単
結晶薄膜１４の（０１１）表面は研磨される。図１に示
すように、ＹＩＧ単結晶薄膜１４の形成されたＧＧＧ単
結晶基板１２は、たとえば、［１００］軸方向に平行に
２０ｍｍ、それと直角の［０１］軸方向に５ｍｍの短
冊状に切り出される。 【００１３】このＹＩＧ単結晶薄膜１４は、その主面で
ある（０１１）面に平行で、かつＹＩＧ単結晶薄膜１４
の［０１］軸方向に平行に外部磁界１６が印加され
る。すると、図６（Ａ），図６（Ｂ）を参照しながら後
述するように、このＹＩＧ単結晶薄膜１４の磁化容易軸
１８は、外部磁界１６と平行に、［０１］軸方向に生
じる。 【００１４】また、図２に示すように、ＹＩＧ単結晶薄
膜１４上には、高周波信号入力用の第１のトランスデュ
ーサ２０が、外部磁界１６の印加方向、すなわちＹＩＧ
単結晶薄膜１４の［０１］軸方向に対して所定の角度
αをもって形成される。この角度αは、印加される外部
磁界１６の強さ、及び入力信号の大きさ、周波数を考慮
して決定される。この実施例では、α＝１度で形成され
る。さらに、ＹＩＧ単結晶薄膜１４上には、信号出力用
の第２のトランスデューサ２２が、入力用トランスデュ
ーサ２０と平行にたとえば１５ｍｍの間隔をおいて形成
される。 【００１５】次に、この静磁波素子１０のフィルタ特性
について説明する。まず、静磁波素子１０には、たとえ
ば３０ｍＴの外部磁界が短辺［０１］軸方向に平行に
印加された。次に、高周波信号が第１のトランスデュー
サ１８に入力され、フィルタとしての特性が測定され
た。このとき、入力信号は１〜１０ＧＨｚで、入力信号
強度は１００μＷとした。その結果、この静磁波素子１
０は、３．５ＧＨｚで動作する良好なフィルタ特性を示
した。さらに、上述と同様の構成で１０個の静磁波素子
１０が同じウエハから切りだされ作製された。そして、
それらの静磁波素子１０のフィルタ特性が測定された。
すると、１０個の静磁波素子１０は、全数無調整で３．
５ＧＨｚで動作することが確認された。 【００１６】この実施例はＭＳＳＷモードの静磁波素子
に関するものである。このＭＳＳＷモードは、外部磁界
Ｈの方向、および単結晶薄膜中を伝播する静磁波の伝播
方向が、それぞれ単結晶薄膜と平行になり、かつ、外部
磁界Ｈの印加方向と、静磁波の伝播方向とが垂直になる
ものである。ここで、外部磁界Ｈと、伝播する静磁波に
よる磁界Ｈｉとによって生じる有効磁界をＨｅｆｆとす
る。また、有効磁界Ｈｅｆｆによって単結晶薄膜の磁化
容易軸方向に生じる自発磁化をＭとする。この結果生じ
る磁気異方性エネルギーＵは、次式で示される。なお、
ここでＨｅｆｆ，Ｍは、共にベクトル表示である。 【００１７】 Ｕ＝−Ｈｅｆｆ・Ｍ＝−│Ｈｅｆｆ││Ｍ│ｃｏｓθ
（内積表示：θはＨｅｆｆとＭとのなす角度） 【００１８】したがって、たとえば、図１に示すような
長方形状に加工される静磁波素子の場合には、加工精度
のばらつきを考えると、磁化容易軸が単結晶薄膜に平行
に生じるように、単結晶薄膜を形成した時に、エネルギ
ー的に安定した状態になる。 【００１９】また、上記の式から、有効磁界Ｈｅｆｆ
と、磁化容易軸方向に生じる自発磁化Ｍとの方向が一致
した場合にエネルギー的には最も小さくなる。したがっ
て、有効磁界Ｈｅｆｆと自発磁化Ｍとの方向を一致させ
る手段として、トランスデューサ２０，２２を外部磁界
方向に対して角度αだけ傾けて形成することが有効であ
ると考えられる。 【００２０】そこで、トランスデューサ２０，２２と、
短辺［０１］軸方向すなわち磁化容易軸とのなす角度
αの異なる静磁波素子１０を５種類作製し、角度αと、
信号損失との関係を測定した。図３にその結果を示す。
横軸は角度αを示し、単位は度である。縦軸は信号損失
を示し、単位はｄＢである。図３に示すように、αを変
化させて、α＝−２度，−１度，０度，１度，および２
度の５種類の静磁波素子について、信号損失を測定した
ところ、１度のときの信号損失が最低であった。したが
って、この実施例では、α＝１度とした。 【００２１】次に、この実施例のＹＩＧ単結晶薄膜の自
発磁化の発生方向および磁化容易軸について理論的に説
明する。 【００２２】ガーネット構造を有する磁性結晶は、外部
から磁界が印加された場合、結晶対称性上の表記法によ
る立方晶の＜１１１＞軸に沿って、自発磁化を発生す
る。また、自発磁化が発生する軸は、外部磁界Ｈの印加
される方向によって異なり、＜１１１＞軸の内のいくつ
かの軸に沿って発生する。なお、この明細書において、
＜１１１＞と表記した場合には、［１１１］軸，［
］軸，［１１］軸，［１］軸，［１］軸，
［１１］軸，［１１］軸，［１］軸を全て含
む。 【００２３】本願発明者らは、これらの自発磁化による
磁化ベクトルを合成した方向が、ガーネット構造を有す
る磁性結晶の磁化容易軸と等価になると考えた。たとえ
ば、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、外部磁界Ｈ
を［１１１］軸に平行に印加すれば、自発磁化は、［１
１１］軸，［１１］軸，［１１］軸，［１１］軸
に沿って発生する。そして、磁化容易軸は、これらの４
つのベクトルの合成となるため、外部磁界Ｈと同じ［１
１１］軸となる。 【００２４】また、外部磁界Ｈを［１１１］軸と［１１
］軸とを含む面内（結晶面としては（１０）とな
る）で印加すると、磁化容易軸は、外部磁界Ｈ方向とは
異なるが、外部磁界Ｈと同一の（１０）平面内に存在
することとなる。この場合、単結晶薄膜の成長面を（
１０）とすれば、外部磁界Ｈをこの単結晶薄膜に平行に
印加したときに、磁化容易軸をこの単結晶薄膜と平行に
存在させることが可能になる。 【００２５】同様にして、図５（ａ），図５（ｂ）に外
部磁界Ｈを［００１］軸方向に印加した場合を示し、図
６（ａ），図６（ｂ）に外部磁界Ｈを［１１０］軸方向
に印加した場合を示す。なお、図６（ａ），図６（ｂ）
に２点鎖線で示したように、外部磁界Ｈの印加方向、す
なわち［１１０］軸方向と垂直になる自発磁化の方向が
存在するが、それらの自発磁化は互いに打ち消しあって
０となる。また、この図６（ａ），図６（ｂ）に示した
状態が、図１に示した実施例と等価な状態である。これ
らの場合においても、磁化容易軸はそれぞれ外部磁界Ｈ
の方向と一致し、上述と同様に単結晶薄膜と平行に磁化
容易軸の存在する面が求められる。 【００２６】なお、この実施例の静磁波素子は、（０１
１）基板を用いて形成されたが、これに限らず、（００
１）基板を用いて形成されてもよい。この場合には、外
部磁界が［０１１］軸方向あるいは［１００］軸方向に
印加され、静磁波が［０１］軸方向あるいは［０
０］軸方向に伝播するように静磁波素子を形成すること
により、上述と同様の効果が得られる。さらに、ガーネ
ット構造を有する磁性単結晶薄膜の材料としては、ＹＩ
Ｇを用いたが、これに限らず、ガーネット構造を有する
磁性材料すべてについて同様の効果が得られることは当
然のことである。また、この実施例において、角度αは
１度であったが、これに限定されるものではなく、外部
磁界Ｈの強さ、材料の持つ飽和磁界の強さ、入力信号の
周波数、信号強度、さらに、薄膜の厚さなどに応じて最
適値が選択される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。
【図２】図１に示す実施例の概略的な平面図である。
【図３】図１に示す実施例のトランスデューサと外部磁
界とのなす角度αと、損失特性との関係を示すグラフで
ある。 【図４】（Ａ）は、ＹＩＧ単結晶の［１１１］軸方向に
外部磁界をかけたときに発生する自発磁化の方向を示す
図解図である。（Ｂ）はその磁化ベクトルの関係を示す
図解図である。 【図５】（Ａ）は、ＹＩＧ単結晶の［００１］軸方向に
外部磁界をかけたときに発生する自発磁化の方向を示す
図解図である。（Ｂ）はその磁化ベクトルの関係を示す
図解図である。 【図６】（Ａ）は、ＹＩＧ単結晶の［１１０］軸方向に
外部磁界をかけたときに発生する自発磁化の方向を示す
図解図である。（Ｂ）はその磁化ベクトルの関係を示す
図解図である。 【符号の説明】 １０ 静磁波素子 １２ ＧＧＧ単結晶基板 １４ ＹＩＧ単結晶薄膜 １６ 外部磁界 １８ 磁化容易軸 ２０ 第１のトランスデューサ ２２ 第２のトランスデューサ
界とのなす角度αと、損失特性との関係を示すグラフで
ある。 【図４】（Ａ）は、ＹＩＧ単結晶の［１１１］軸方向に
外部磁界をかけたときに発生する自発磁化の方向を示す
図解図である。（Ｂ）はその磁化ベクトルの関係を示す
図解図である。 【図５】（Ａ）は、ＹＩＧ単結晶の［００１］軸方向に
外部磁界をかけたときに発生する自発磁化の方向を示す
図解図である。（Ｂ）はその磁化ベクトルの関係を示す
図解図である。 【図６】（Ａ）は、ＹＩＧ単結晶の［１１０］軸方向に
外部磁界をかけたときに発生する自発磁化の方向を示す
図解図である。（Ｂ）はその磁化ベクトルの関係を示す
図解図である。 【符号の説明】 １０ 静磁波素子 １２ ＧＧＧ単結晶基板 １４ ＹＩＧ単結晶薄膜 １６ 外部磁界 １８ 磁化容易軸 ２０ 第１のトランスデューサ ２２ 第２のトランスデューサ
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フロントページの続き
(72)発明者 水埜 嗣伸
京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株
式会社 村田製作所内
(72)発明者 関島 雄徳
京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株
式会社 村田製作所内
(72)発明者 近川 修
京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株
式会社 村田製作所内
(72)発明者 鷹木 洋
京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株
式会社 村田製作所内
(56)参考文献 特開 昭55−143009（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01F 10/00 - 10/32
H01F 41/14 - 41/34
H01P 1/20 - 1/219
H01P 7/00 - 7/10
H03H 3/08 - 3/10
H03H 9/25
H03H 9/145
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 その面方向に外部磁界が印加されるガー
ネット構造を有する磁性単結晶薄膜と、 前記磁性単結晶薄膜の主面に形成され、信号入力のため
の第１のトランスデューサと、 前記第１のトランスデューサと略平行に前記磁性単結晶
薄膜の主面に形成され、信号出力のための第２のトラン
スデューサとを含む静磁波素子であって、 前記第１のトランスデューサおよび前記第２のトランス
デューサは、磁性単結晶薄膜の磁化容易軸に対して所定
の角度を持って形成され、 前記磁性単結晶薄膜の面方向に印加される外部磁界の印
加方向と、前記磁性単結晶薄膜の磁化容易軸の方向と
は、平行となるように形成 されることを特徴とする、静
磁波素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22972793A JP3417000B2 (ja) | 1993-08-03 | 1993-08-03 | 静磁波素子 |
| US08/649,930 US5701108A (en) | 1993-08-03 | 1996-05-16 | Magnetostatic wave device with a magnetic field applied parallel to an axis of easy magnetization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22972793A JP3417000B2 (ja) | 1993-08-03 | 1993-08-03 | 静磁波素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0750215A JPH0750215A (ja) | 1995-02-21 |
| JP3417000B2 true JP3417000B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=16896754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22972793A Expired - Fee Related JP3417000B2 (ja) | 1993-08-03 | 1993-08-03 | 静磁波素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5701108A (ja) |
| JP (1) | JP3417000B2 (ja) |
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| JP3539322B2 (ja) * | 1999-12-09 | 2004-07-07 | 株式会社村田製作所 | 静磁波素子 |
| JP3642063B2 (ja) * | 2002-08-22 | 2005-04-27 | 株式会社村田製作所 | テルビウム・アルミニウム系常磁性ガーネット単結晶の製造方法 |
| US11349185B1 (en) * | 2019-05-10 | 2022-05-31 | Metamagnetics, Inc. | FSL having a free standing YIG film |
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| JPS55143009A (en) * | 1979-04-26 | 1980-11-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Material for surface static magnetic wave |
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| JP2636580B2 (ja) * | 1991-07-29 | 1997-07-30 | 株式会社村田製作所 | 静磁波装置 |
| JPH05191108A (ja) * | 1992-01-17 | 1993-07-30 | Nec Corp | 静磁波素子およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-08-03 JP JP22972793A patent/JP3417000B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-05-16 US US08/649,930 patent/US5701108A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5701108A (en) | 1997-12-23 |
| JPH0750215A (ja) | 1995-02-21 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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