JPH06318517A - 静磁波素子用材料 - Google Patents

静磁波素子用材料

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JPH06318517A
JPH06318517A JP5131400A JP13140093A JPH06318517A JP H06318517 A JPH06318517 A JP H06318517A JP 5131400 A JP5131400 A JP 5131400A JP 13140093 A JP13140093 A JP 13140093A JP H06318517 A JPH06318517 A JP H06318517A
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JP
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single crystal
thin film
crystal thin
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yig
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JP5131400A
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English (en)
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Takashi Fujii
井 高 志 藤
Masaru Fujino
野 優 藤
Katsunori Sekijima
島 雄 徳 関
Hiroshi Takagi
木 洋 鷹
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/18Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
    • H01F10/20Ferrites
    • H01F10/24Garnets
    • H01F10/245Modifications for enhancing interaction with electromagnetic wave energy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/26Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
    • C04B35/2675Other ferrites containing rare earth metals, e.g. rare earth ferrite garnets

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気特性が改善された静磁波素子用材料を提
供する。 【構成】 Fe元素を含むガーネット単結晶薄膜におい
て、Zr元素およびHf元素の少なくとも一方が添加さ
れた、静磁波素子用材料である。

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用材料に関
し、特に磁性ガーネット単結晶薄膜の材料となる静磁波
素子用材料に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、静磁波素子において磁性ガーネッ
ト単結晶薄膜が、重要な材料として使われていた。この
中でも、イットリウム・鉄ガーネット(Y3 Fe
5 12:以下「YIG」と表す。)は、極端に強磁性半
値幅(ΔH)が小さく、YIGを用いた静磁波素子にお
いては、入力信号と出力信号との差を小さくできる。こ
のため、YIGは静磁波素子用材料として広く用いられ
てきた。さらに、YIGも含めて、鉄を含有する固溶体
の磁性ガーネット(以下「RIG」と表す。)単結晶薄
膜も、同様に静磁波素子用材料として用いられてきた。
【0003】静磁波素子の材料となるガーネット単結晶
薄膜は、一般的には、酸化鉛(PbO)と三酸化二硼素
(B2 3 )とを混合した溶媒に、たとえばYIG単結
晶を製造する場合には、三酸化二鉄(Fe2 3 )と三
酸化二イットリウム(Y2 3 )とを溶質として溶かし
込み、ガドリニウム・ガリウムガーネット(Gd3 Ga
5 12:以下「GGG」と表す。)単結晶基板上にRI
G単結晶薄膜を成長させる液相成長法(Liquid
Phase Epitaxy法:以下「LPE法」と略
す。)によって製造される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このR
IG単結晶薄膜を成長させたとき、同一の成長条件およ
び同一の成長後の温度履歴によっても、所望の磁気特性
が得られなかったり、また、作製した個々の単結晶薄膜
間での磁気特性の再現性がとれなかったりする場合があ
った。そして、成長したRIG単結晶薄膜内での磁気特
性に不均一が生じ、その結果として、このRIG単結晶
薄膜を用いて作製した静磁波素子の特性が劣化する場合
があった。
【0005】それゆえに、この発明の主たる目的は、磁
気特性が改善された静磁波素子用材料を提供することで
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、Fe元素を
含むガーネット単結晶薄膜において、Zr元素およびH
f元素の少なくとも一方が添加された、静磁波素子用材
料である。
【0007】
【作用】本発明者らは、ジルコニウム(Zr)およびハ
フニウム(Hf)の少なくとも一方を結晶成長段階で故
意に添加して、作製したRIG単結晶薄膜中に含有させ
ることによって、磁気特性が改善された静磁波素子用ガ
ーネット単結晶薄膜が得られることを見いだした。
【0008】一般に、鉄(Fe)を含んだガーネット単
結晶薄膜の磁気特性は、主成分であるFeの+3価イオ
ンが重要な役割を占める。しかし、Feイオンは、周囲
の環境に応じて、+2価イオンから+3価イオンに、あ
るいは、+3価イオンから+2価イオンに容易に変化す
る。このことから、本発明者らは、RIG中では本来+
3価イオンでなければならないRIGの構成要素である
Feイオンが、成長時の条件や成長後の温度履歴によっ
て容易に+2価イオンに変化するために、RIG単結晶
薄膜の磁気特性の不均一性が生じると考えた。
【0009】ここで、YIGを例にとって本発明の作用
を説明する。YIG単結晶薄膜中のすべてのFeイオン
のうちxだけがFe2+に変化したとすると、電荷中性の
条件から次の(1)式が得られる。 Y3+ 3 Fe2+ x Fe3+ 5-x -2 12-x/20 x/2 ・・・(1)
【0010】(1)式において、正の電荷と負の電荷と
の和は0となる。ここで、YIGを構成する元素のう
ち、イットリウム(Y)は+3価をとり、酸素(O)は
−2価をとる。しかし、電荷中性の条件からだけだと、
本来酸素の格子位置にはいるべき酸素原子がx/2だけ
不足する。その酸素原子の不足分を補うために、結晶中
に(1)式で□0 で表される電荷0の点欠陥が、必ずx
/2存在することとなる。このような点欠陥は、いわゆ
るショットキー欠陥と称されているもので、本来原子が
占めるべき格子位置に原子が入らず、空になってしまう
欠陥である。Fe2+が含まれているYIG単結晶薄膜に
おいては、電荷中性の条件から、このような点欠陥が存
在する方が化学的に安定な状態となる。このような点欠
陥が結晶中に存在すると、局在的な核スピンが発生し、
YIGの静磁波特性を著しく阻害する結果となる。ここ
で、本発明者が提案するように、Zr元素(イオン価数
は+4)をFe2+と同量結晶中に含有させると、(1)
式は次の(2)式のように表される。 Y3+ 3 Fe2+ x Fe3+ 5-2xZr4+ x -2 12 ・・・(2)
【0011】(2)式においては、点欠陥は存在せず、
電荷中性の条件も満足している。なお、(2)式はZr
の場合であるが、Hfの場合も全く同様である。ここ
で、Zr元素およびHf元素は、+4価のイオン状態が
非常に安定した状態で、他の価数に変化することはな
い。また、ZrおよびHfの原子半径は、共に0.15
5nmであり、Feの原子半径の0.14nmと比較し
て、若干大きいだけなので、Zr元素およびHf元素は
Feサイトに安定に占めることができる。それに対し、
同様に+4価となる他の元素、たとえばZrおよびHf
と同族のTiについては、原子半径はFeと同じ0.1
4nmであるが、環境によって+3価と+4価とが併存
してしまうために、ZrおよびHfのような効果が現れ
ない。安定して+4価の状態をもつ元素としては、Si
およびGeが存在するが、Siの原子半径は0.11n
mであり、Geの原子半径は0.125nmであり、S
iおよびGeの原子半径は、Feの原子半径と比較して
小さい。そのため、SiおよびGeは安定してFeのサ
イトを占めることができない。すなわち、Fe元素を含
むガーネット単結晶薄膜において、Zr元素またはHf
元素を添加することによって、ガーネット単結晶薄膜に
おいて安定した状態となるため、磁気特性の優れた静磁
波素子用材料が得られる。
【0012】
【発明の効果】この発明によれば、Feを含むガーネッ
ト単結晶薄膜の磁気特性が大きく改善される。そして、
このガーネット単結晶薄膜などを用いて、より安定した
特性の静磁波素子を高歩留りで安価に製造することがで
きる。
【0013】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。
【0014】
【実施例】この発明の実施例をYIG単結晶薄膜を例に
とって以下に示す。
【0015】溶質材料として、Fe2 3 とY2 3
にZrO2 を加え、溶媒材料であるPbO+B2 3
合物と混合して、白金製坩堝の中に充填させた。この白
金製坩堝をLPE炉内に設置し、1200℃まで昇温し
て、原料を均一に融解したのち、結晶成長温度である9
00℃まで降温し、安定させた。そののち、この融液中
にGGG結晶基板を浸漬させて、YIG単結晶薄膜を成
長させたのち取り出して、室温まで冷却して、試料を得
た。
【0016】この試料を用いて、電子スピン共鳴(ES
R)装置によって、強磁性共鳴スペクトルを観察した。
別に、上記の条件でZrO2 を加えずに、YIG単結晶
薄膜を成長させ、比較のための試料とした。
【0017】図1はこの発明の実施例のYIG単結晶薄
膜の強磁性共鳴スペクトル(ローレンツ型)を示すグラ
フである。また、図2はZrO2 を加えない条件で得ら
れた比較例のYIG単結晶薄膜の強磁性共鳴スペクトル
(ローレンツ型)を示すグラフである。
【0018】図1および図2から明らかなように、比較
例のYIG単結晶薄膜の強磁性共鳴スペクトルでは、2
つのピークが観察されているが、この発明の実施例のY
IG単結晶薄膜の強磁性共鳴スペクトルでは、単一ピー
クとなっている。
【0019】さらに、比較例のYIG単結晶薄膜では、
大気中950℃、6時間の熱処理を施すことによって、
強磁性共鳴スペクトルが変化した。それに対し、この発
明のYIG単結晶薄膜では、同様の熱処理を施しても、
強磁性共鳴スペクトルはほとんど変化しなかった。
【0020】なお、確認のために、この発明の実施例の
YIG単結晶薄膜を分析したところ、約20ppmwの
Zrが検出された。
【0021】このように、この実施例によれば、YIG
単結晶薄膜の磁気特性が大きく改善される。そして、こ
のYIG単結晶薄膜を用いて、より安定した特性の静磁
波素子を高歩留りで安価に製造することができる。
【0022】なお、この実施例では、Fe元素を含むガ
ーネット単結晶薄膜において、Zr元素を添加したが、
Hf元素を添加し、または、Zr元素およびHf元素を
添加しても同様の効果が得られる。また、この実施例
は、YIG単結晶薄膜についてであるが、Feを主成分
とする他のガーネット単結晶薄膜や、Rが複数の元素で
形成されたガーネット単結晶薄膜や、Feの位置に他の
元素が置換されたFeを含む固溶体ガーネット単結晶薄
膜についても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のYIG単結晶薄膜の強磁性共鳴スペ
クトル(ローレンツ型)を示すグラフである。
【図2】ZrO2 を加えない条件で得られたYIG単結
晶薄膜の強磁性共鳴スペクトル(ローレンツ型)を示す
グラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Fe元素を含むガーネット単結晶薄膜に
    おいて、Zr元素およびHf元素の少なくとも一方が添
    加された、静磁波素子用材料。
JP5131400A 1993-05-07 1993-05-07 静磁波素子用材料 Pending JPH06318517A (ja)

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