JP3539322B2 - 静磁波素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は静磁波素子に関し、特にたとえば、マイクロ波を変換して磁性ガーネット単結晶膜に静磁波を伝播させ、その静磁波をさらにマイクロ波に変換して出力させる静磁波素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、この発明の背景となる静磁波素子の一例を示す図解図である。静磁波素子１０は、非磁性基板１２を含む。非磁性基板１２としては、たとえばガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）基板などが用いられる。非磁性基板１２上には、磁性ガーネット単結晶膜１４が形成される。磁性ガーネット単結晶膜１４としては、たとえばイットリウム・鉄・ガーネット（ＹＩＧ）膜などが用いられる。さらに、磁性ガーネット単結晶膜１４上には、互いに間隔を隔てて２つのマイクロストリップライン１６，１８が形成される。一方のマイクロストリップライン１６は信号入力用として用いられ、他方のマイクロストリップライン１８は信号出力用として用いられる。
【０００３】
このような静磁波素子１０を使用する場合、たとえばマイクロストリップライン１６，１８に平行な向きに磁界Ｈが印加される。そして、一方のマイクロストリップライン１６にマイクロ波信号が入力されると、静磁波に変換され、磁性ガーネット単結晶膜１４上を静磁波が伝播する。そして、他方のマイクロストリップライン１８でマイクロ波に変換され、マイクロ波出力信号として取り出される。
【０００４】
このような静磁波素子では、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、ある周波数ｆ0 において、ある値Ｐｓｈ以上の電力Ｐｉｎの入力信号を入力したとき、周波数ｆ0 の部分のみ、Ｐｉｎ−Ｐｓｈだけ入力信号より小さい電力の信号が出力される。このことを利用して、Ｓ／Ｎエンハンサやリミッタなどが作製される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、この静磁波素子においては、周波数ｆ0 において入力信号より小さい電力の出力信号が出力されるが、その前後においても、Ｐｓｈより小さい電力の入力信号に対して、出力信号が抑圧されるという現象がみられる。実用上では、Ｐｓｈ以下の電力の入力信号に対しては、出力信号が抑圧されないことが望ましいが、実際にはこのような現象があり、静磁波素子の特性を悪化させている。
【０００６】
良好な特性を有する静磁波素子として、Ｐｓｈ以下の電力の入力信号に対して、出力信号の抑圧される帯域幅の狭いものが望まれている。つまり、図２（Ｂ）に示すように、周波数ｆ0 を中心として出力信号が３ｄＢ以上抑圧された範囲の帯域幅をＢａとしたとき、帯域幅Ｂａの狭い静磁波素子が好ましい。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、ある電力Ｐｓｈ以下の入力信号に対して、周波数ｆ0 を中心として出力信号が３ｄＢ以上抑圧された範囲の帯域幅Ｂａの狭い静磁波素子を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、磁性ガーネット単結晶膜を含む静磁波素子であって、磁性ガーネット単結晶膜は、ＭｏＯ 3 を含む原料融液を用いた液相エピタキシャル法により非磁性基板上に形成されたものであり、磁性ガーネット単結晶膜に含まれるＰｂの量が５重量ｐｐｍ以下である、静磁波素子である
このような静磁波素子において、磁性ガーネット単結晶膜は、イットリウム・鉄・ガーネット系の単結晶膜とすることができる。
【０００９】
静磁波素子に用いられる磁性ガーネット単結晶膜としては、主として液相エピタキシャル法によって非磁性基板上に形成されたものが用いられている。非磁性基板上に磁性ガーネット単結晶膜を形成するには、溶質としての単結晶膜成分を溶媒成分に溶融した溶液を過飽和状態にし、これに非磁性基板を回転させながら接触させ、非磁性基板上に単結晶を成長させている。このとき、Ｐｂ化合物を溶媒の成分の一つとする方法が現在最も多く用いられており、このため、作製された磁性ガーネット単結晶膜には、磁性ガーネットの構成元素ではないＰｂが混入していた。
ところが、磁性ガーネツト単結晶膜に含まれるＰｂの量と、周波数ｆ0 を中心として出力信号が３ｄＢ以上抑圧された範囲の帯域幅Ｂａとの関係を調べたところ、図３に示すように、Ｐｂの含有量が少ないときに、Ｂａが小さくなることがわかった。そこで、磁性ガーネット単結晶膜にＰｂが含まれていないときに、良好な特性を有する静磁波素子を得ることができると考え、本発明に至った。なお、Ｐｂの含有量を５重量ｐｐｍ以下としたのは、磁性ガーネット単結晶膜に含まれるＰｂの量を測定するための誘導結合プラズマ発光分光法の検出限界が５重量ｐｐｍであるからである。
このような磁性ガーネット単結晶膜を形成するには、液相エピタキシャル法が用いられるが、Ｐｂの含有量を５重量ｐｐｍ以下とするために、たとえばＭｏＯ3 を含む原料融液が用いられる。
また、磁性ガーネット単結晶膜としては、たとえばイットリウム・鉄・ガーネット系の単結晶膜が用いられる。
【００１０】
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発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の静磁波素子としては、図１に示すような構造の静磁波素子１０が用いられる。図１に示す構造の静磁波素子１０において、非磁性基板１２として、たとえばガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）基板が用いられ、磁性ガーネット単結晶膜１４として、たとえばイットリウム・鉄・ガーネット（ＹＩＧ）膜が用いられる。ここで、磁性ガーネット単結晶膜１４として、Ｐｂの含有量が５重量ｐｐｍ以下のものが用いられる。
【００１２】
このような磁性ガーネット単結晶膜１４を形成するために、Ｐｂ化合物を含まない溶媒成分に単結晶膜成分を溶融した溶液が準備される。この溶液を過飽和状態にし、この溶液に非磁性基板１２を回転させながら接触させることにより、非磁性基板１２上に磁性ガーネット単結晶膜１４が形成される。Ｐｂ化合物を含まない溶媒としては、たとえばＭｏＯ3 を主成分とした溶媒などを使用することができる。
【００１３】
このようにして得られた静磁波素子１０では、誘導プラズマ発光分光法によって磁性ガーネット単結晶膜１４中にＰｂが検出されず、周波数ｆ0 を中心として出力信号の電力が３ｄＢ以上抑圧された帯域幅Ｂａを小さくすることができた。それにより、周波数特性の良好な静磁波素子１０を得ることができる。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
まず、溶媒成分であるＭｏＯ3 ，Ｌｉ2 Ｏと、非磁性ガーネット単結晶膜を形成するためのＹＩＧ成分であるＦｅ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 とを、モル比でＭｏＯ3 ：Ｌｉ2 Ｏ：Ｙ2 Ｏ3 ：Ｆｅ2 Ｏ3 ＝３９．１：３７．５：１６．９：６．５となるように調合し、混合したものを原料溶液としてＰｔるつぼに充填した。この原料溶液を１２００℃で１２時間溶融したのち、１１００℃まで冷却し、原料溶液に直径５２ｍｍのＧＧＧ基板を２時間接触させて、膜厚が約５μｍのＹＩＧ単結晶膜を形成した。このＹＩＧ単結晶膜の組成を誘導結合プラズマ発光分光法により分析した結果、表１に示すように、単結晶成分であるＦｅ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 以外の成分としてＭｏ，Ｌｉ，Ｐｔが検出されたが、これらはいずれも４０重量ｐｐｍ以下と極めて微量であった。また、当然のことながら、この単結晶膜からは、Ｐｂは検出されなかった。
【００１５】
【表１】
【００１６】
このようにして形成したＹＩＧ単結晶膜を用いて図１に示すような静磁波素子を作製し、Ｂａを測定したところ、１．４ＭＨｚであった。ここで、入力信号の周波数ｆ0 を１．５ＧＨｚ、入力電力Ｐｉｎを−１７ｄＢｍ、印加磁界Ｈを８０００Ａ／ｍとした。この静磁波素子で得られたＢａ＝１．４ＭＨｚという値は、図３との比較からわかるように、Ｐｂを含有するＹＩＧ単結晶膜を用いた場合の１／５〜１／２と極めて良好なものであった。
【００１７】
（実施例２）
次に、溶媒成分であるＭｏＯ3 ，Ｋ2 Ｏと、ＹＩＧ成分であるＦｅ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 とを、モル比でＭｏＯ3 ：Ｋ2 Ｏ：Ｙ2 Ｏ3 ：Ｆｅ2 Ｏ3 ＝３９．１：３７．５：１６．９：６．５となるように調合し、混合したものを原料溶液としてＰｔるつぼに充填した。この原料溶液を１２００℃で１２時間溶融したのち、１１００℃まで冷却し、原料溶液に直径５２ｍｍのＧＧＧ基板を２時間接触させて、膜厚が約５μｍのＹＩＧ単結晶膜を形成した。このＹＩＧ単結晶膜の組成を誘導結合プラズマ発光分光法により分析した結果、表２に示すように、単結晶成分であるＦｅ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 以外の成分としてＭｏ，Ｋ，Ｐｔが検出されたが、これらはいずれも４０重量ｐｐｍ以下と極めて微量であった。また、当然のことながら、この単結晶膜からは、Ｐｂは検出されなかった。
【００１８】
【表２】
【００１９】
このようにして形成したＹＩＧ単結晶膜を用いて図１に示すような静磁波素子を作製し、Ｂａを測定したところ、１．６ＭＨｚであった。ここで、入力信号の周波数ｆ0 を１．５ＧＨｚ、入力電力Ｐｉｎを−１７ｄＢｍ、印加磁界Ｈを８０００Ａ／ｍとした。この静磁波素子で得られたＢａ＝１．６ＭＨｚという値は、図３との比較からわかるように、Ｐｂを含有するＹＩＧ単結晶膜を用いた場合の１／５〜１／２と極めて良好なものであった。
【００２０】
このように、誘導結合プラズマ発光分光法によって磁性ガーネット単結晶膜中にＰｂ成分が検出されないとき、すなわちＰｂ量が誘導結合プラズマ発光分光法による検出限界である５重量ｐｐｍ以下のときに、周波数特性の良好な静磁波素子が得られることが確認できた。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、非磁性基板上に形成された磁性ガーネット単結晶膜に含まれるＰｂの量を５重量ｐｐｍ以下とすることにより、周波数ｆ0 を中心として出力信号の電力が３ｄＢ以上抑圧された範囲の帯域幅Ｂａを小さくすることができ、周波数特性の良好な静磁波素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の背景となる静磁波素子の構造を示す図解図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、図１に示す静磁波素子を用いた場合における入力信号と出力信号との関係を示す図である。
【図３】図１に示す静磁波素子において、磁性ガーネット単結晶膜に含まれるＰｂ不純物量と帯域幅Ｂａとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ 静磁波素子
１２ 非磁性基板
１４ 磁性ガーネット単結晶膜
１６，１８ マイクロストリップライン
【発明の属する技術分野】
この発明は静磁波素子に関し、特にたとえば、マイクロ波を変換して磁性ガーネット単結晶膜に静磁波を伝播させ、その静磁波をさらにマイクロ波に変換して出力させる静磁波素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、この発明の背景となる静磁波素子の一例を示す図解図である。静磁波素子１０は、非磁性基板１２を含む。非磁性基板１２としては、たとえばガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）基板などが用いられる。非磁性基板１２上には、磁性ガーネット単結晶膜１４が形成される。磁性ガーネット単結晶膜１４としては、たとえばイットリウム・鉄・ガーネット（ＹＩＧ）膜などが用いられる。さらに、磁性ガーネット単結晶膜１４上には、互いに間隔を隔てて２つのマイクロストリップライン１６，１８が形成される。一方のマイクロストリップライン１６は信号入力用として用いられ、他方のマイクロストリップライン１８は信号出力用として用いられる。
【０００３】
このような静磁波素子１０を使用する場合、たとえばマイクロストリップライン１６，１８に平行な向きに磁界Ｈが印加される。そして、一方のマイクロストリップライン１６にマイクロ波信号が入力されると、静磁波に変換され、磁性ガーネット単結晶膜１４上を静磁波が伝播する。そして、他方のマイクロストリップライン１８でマイクロ波に変換され、マイクロ波出力信号として取り出される。
【０００４】
このような静磁波素子では、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、ある周波数ｆ0 において、ある値Ｐｓｈ以上の電力Ｐｉｎの入力信号を入力したとき、周波数ｆ0 の部分のみ、Ｐｉｎ−Ｐｓｈだけ入力信号より小さい電力の信号が出力される。このことを利用して、Ｓ／Ｎエンハンサやリミッタなどが作製される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、この静磁波素子においては、周波数ｆ0 において入力信号より小さい電力の出力信号が出力されるが、その前後においても、Ｐｓｈより小さい電力の入力信号に対して、出力信号が抑圧されるという現象がみられる。実用上では、Ｐｓｈ以下の電力の入力信号に対しては、出力信号が抑圧されないことが望ましいが、実際にはこのような現象があり、静磁波素子の特性を悪化させている。
【０００６】
良好な特性を有する静磁波素子として、Ｐｓｈ以下の電力の入力信号に対して、出力信号の抑圧される帯域幅の狭いものが望まれている。つまり、図２（Ｂ）に示すように、周波数ｆ0 を中心として出力信号が３ｄＢ以上抑圧された範囲の帯域幅をＢａとしたとき、帯域幅Ｂａの狭い静磁波素子が好ましい。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、ある電力Ｐｓｈ以下の入力信号に対して、周波数ｆ0 を中心として出力信号が３ｄＢ以上抑圧された範囲の帯域幅Ｂａの狭い静磁波素子を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、磁性ガーネット単結晶膜を含む静磁波素子であって、磁性ガーネット単結晶膜は、ＭｏＯ 3 を含む原料融液を用いた液相エピタキシャル法により非磁性基板上に形成されたものであり、磁性ガーネット単結晶膜に含まれるＰｂの量が５重量ｐｐｍ以下である、静磁波素子である
このような静磁波素子において、磁性ガーネット単結晶膜は、イットリウム・鉄・ガーネット系の単結晶膜とすることができる。
【０００９】
静磁波素子に用いられる磁性ガーネット単結晶膜としては、主として液相エピタキシャル法によって非磁性基板上に形成されたものが用いられている。非磁性基板上に磁性ガーネット単結晶膜を形成するには、溶質としての単結晶膜成分を溶媒成分に溶融した溶液を過飽和状態にし、これに非磁性基板を回転させながら接触させ、非磁性基板上に単結晶を成長させている。このとき、Ｐｂ化合物を溶媒の成分の一つとする方法が現在最も多く用いられており、このため、作製された磁性ガーネット単結晶膜には、磁性ガーネットの構成元素ではないＰｂが混入していた。
ところが、磁性ガーネツト単結晶膜に含まれるＰｂの量と、周波数ｆ0 を中心として出力信号が３ｄＢ以上抑圧された範囲の帯域幅Ｂａとの関係を調べたところ、図３に示すように、Ｐｂの含有量が少ないときに、Ｂａが小さくなることがわかった。そこで、磁性ガーネット単結晶膜にＰｂが含まれていないときに、良好な特性を有する静磁波素子を得ることができると考え、本発明に至った。なお、Ｐｂの含有量を５重量ｐｐｍ以下としたのは、磁性ガーネット単結晶膜に含まれるＰｂの量を測定するための誘導結合プラズマ発光分光法の検出限界が５重量ｐｐｍであるからである。
このような磁性ガーネット単結晶膜を形成するには、液相エピタキシャル法が用いられるが、Ｐｂの含有量を５重量ｐｐｍ以下とするために、たとえばＭｏＯ3 を含む原料融液が用いられる。
また、磁性ガーネット単結晶膜としては、たとえばイットリウム・鉄・ガーネット系の単結晶膜が用いられる。
【００１０】
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発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の静磁波素子としては、図１に示すような構造の静磁波素子１０が用いられる。図１に示す構造の静磁波素子１０において、非磁性基板１２として、たとえばガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）基板が用いられ、磁性ガーネット単結晶膜１４として、たとえばイットリウム・鉄・ガーネット（ＹＩＧ）膜が用いられる。ここで、磁性ガーネット単結晶膜１４として、Ｐｂの含有量が５重量ｐｐｍ以下のものが用いられる。
【００１２】
このような磁性ガーネット単結晶膜１４を形成するために、Ｐｂ化合物を含まない溶媒成分に単結晶膜成分を溶融した溶液が準備される。この溶液を過飽和状態にし、この溶液に非磁性基板１２を回転させながら接触させることにより、非磁性基板１２上に磁性ガーネット単結晶膜１４が形成される。Ｐｂ化合物を含まない溶媒としては、たとえばＭｏＯ3 を主成分とした溶媒などを使用することができる。
【００１３】
このようにして得られた静磁波素子１０では、誘導プラズマ発光分光法によって磁性ガーネット単結晶膜１４中にＰｂが検出されず、周波数ｆ0 を中心として出力信号の電力が３ｄＢ以上抑圧された帯域幅Ｂａを小さくすることができた。それにより、周波数特性の良好な静磁波素子１０を得ることができる。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
まず、溶媒成分であるＭｏＯ3 ，Ｌｉ2 Ｏと、非磁性ガーネット単結晶膜を形成するためのＹＩＧ成分であるＦｅ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 とを、モル比でＭｏＯ3 ：Ｌｉ2 Ｏ：Ｙ2 Ｏ3 ：Ｆｅ2 Ｏ3 ＝３９．１：３７．５：１６．９：６．５となるように調合し、混合したものを原料溶液としてＰｔるつぼに充填した。この原料溶液を１２００℃で１２時間溶融したのち、１１００℃まで冷却し、原料溶液に直径５２ｍｍのＧＧＧ基板を２時間接触させて、膜厚が約５μｍのＹＩＧ単結晶膜を形成した。このＹＩＧ単結晶膜の組成を誘導結合プラズマ発光分光法により分析した結果、表１に示すように、単結晶成分であるＦｅ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 以外の成分としてＭｏ，Ｌｉ，Ｐｔが検出されたが、これらはいずれも４０重量ｐｐｍ以下と極めて微量であった。また、当然のことながら、この単結晶膜からは、Ｐｂは検出されなかった。
【００１５】
【表１】
このようにして形成したＹＩＧ単結晶膜を用いて図１に示すような静磁波素子を作製し、Ｂａを測定したところ、１．４ＭＨｚであった。ここで、入力信号の周波数ｆ0 を１．５ＧＨｚ、入力電力Ｐｉｎを−１７ｄＢｍ、印加磁界Ｈを８０００Ａ／ｍとした。この静磁波素子で得られたＢａ＝１．４ＭＨｚという値は、図３との比較からわかるように、Ｐｂを含有するＹＩＧ単結晶膜を用いた場合の１／５〜１／２と極めて良好なものであった。
【００１７】
（実施例２）
次に、溶媒成分であるＭｏＯ3 ，Ｋ2 Ｏと、ＹＩＧ成分であるＦｅ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 とを、モル比でＭｏＯ3 ：Ｋ2 Ｏ：Ｙ2 Ｏ3 ：Ｆｅ2 Ｏ3 ＝３９．１：３７．５：１６．９：６．５となるように調合し、混合したものを原料溶液としてＰｔるつぼに充填した。この原料溶液を１２００℃で１２時間溶融したのち、１１００℃まで冷却し、原料溶液に直径５２ｍｍのＧＧＧ基板を２時間接触させて、膜厚が約５μｍのＹＩＧ単結晶膜を形成した。このＹＩＧ単結晶膜の組成を誘導結合プラズマ発光分光法により分析した結果、表２に示すように、単結晶成分であるＦｅ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 以外の成分としてＭｏ，Ｋ，Ｐｔが検出されたが、これらはいずれも４０重量ｐｐｍ以下と極めて微量であった。また、当然のことながら、この単結晶膜からは、Ｐｂは検出されなかった。
【００１８】
【表２】
このようにして形成したＹＩＧ単結晶膜を用いて図１に示すような静磁波素子を作製し、Ｂａを測定したところ、１．６ＭＨｚであった。ここで、入力信号の周波数ｆ0 を１．５ＧＨｚ、入力電力Ｐｉｎを−１７ｄＢｍ、印加磁界Ｈを８０００Ａ／ｍとした。この静磁波素子で得られたＢａ＝１．６ＭＨｚという値は、図３との比較からわかるように、Ｐｂを含有するＹＩＧ単結晶膜を用いた場合の１／５〜１／２と極めて良好なものであった。
【００２０】
このように、誘導結合プラズマ発光分光法によって磁性ガーネット単結晶膜中にＰｂ成分が検出されないとき、すなわちＰｂ量が誘導結合プラズマ発光分光法による検出限界である５重量ｐｐｍ以下のときに、周波数特性の良好な静磁波素子が得られることが確認できた。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、非磁性基板上に形成された磁性ガーネット単結晶膜に含まれるＰｂの量を５重量ｐｐｍ以下とすることにより、周波数ｆ0 を中心として出力信号の電力が３ｄＢ以上抑圧された範囲の帯域幅Ｂａを小さくすることができ、周波数特性の良好な静磁波素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の背景となる静磁波素子の構造を示す図解図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、図１に示す静磁波素子を用いた場合における入力信号と出力信号との関係を示す図である。
【図３】図１に示す静磁波素子において、磁性ガーネット単結晶膜に含まれるＰｂ不純物量と帯域幅Ｂａとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ 静磁波素子
１２ 非磁性基板
１４ 磁性ガーネット単結晶膜
１６，１８ マイクロストリップライン
Claims (2)
- 磁性ガーネット単結晶膜を含む静磁波素子であって、
前記磁性ガーネット単結晶膜は、ＭｏＯ 3 を含む原料融液を用いた液相エピタキシャル法により非磁性基板上に形成されたものであり、前記磁性ガーネット単結晶膜に含まれるＰｂの量が５重量ｐｐｍ以下である、静磁波素子。 - 前記磁性ガーネット単結晶膜は、イットリウム・鉄・ガーネット系の単結晶膜である、請求項１に記載の静磁波素子。
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