JPH06318517A - 静磁波素子用材料 - Google Patents
静磁波素子用材料Info
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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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- crystal thin
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
- H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
- H01F10/18—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
- H01F10/20—Ferrites
- H01F10/24—Garnets
- H01F10/245—Modifications for enhancing interaction with electromagnetic wave energy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/26—Shaped 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
- C04B35/2675—Other 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。
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
【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。
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 O12: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。
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 O12: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 O3 )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 O3 )と三
酸化二イットリウム(Y2 O3 )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 O12: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。
薄膜は、一般的には、酸化鉛(PbO)と三酸化二硼素
(B2 O3 )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 O3 )と三
酸化二イットリウム(Y2 O3 )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 O12: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。
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。
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。
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。
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。
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 O-2 12-x/2□0 x/2 ・・・(1)
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 O-2 12-x/2□0 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 O-2 12 ・・・(2)
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 O-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。
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。
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。
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。
とって以下に示す。
【0015】溶質材料として、Fe2 O3 とY2 O3 と
にZrO2 を加え、溶媒材料であるPbO+B2 O3 混
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。
にZrO2 を加え、溶媒材料であるPbO+B2 O3 混
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5131400A JPH06318517A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 静磁波素子用材料 |
US08/238,252 US5466388A (en) | 1993-05-07 | 1994-05-04 | Material for magnetostatic-wave devices |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5131400A JPH06318517A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 静磁波素子用材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06318517A true JPH06318517A (ja) | 1994-11-15 |
Family
ID=15057095
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5131400A Pending JPH06318517A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 静磁波素子用材料 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5466388A (ja) |
JP (1) | JPH06318517A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0743660A1 (en) * | 1995-05-10 | 1996-11-20 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Magnetostatic wave device and material for the same |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100208882B1 (ko) * | 1996-01-11 | 1999-07-15 | . | 정자파 장치 |
JP3772933B2 (ja) * | 1996-03-22 | 2006-05-10 | 株式会社村田製作所 | 3価のセリウムを含む磁性ガーネット単結晶の製造方法 |
JP3389814B2 (ja) * | 1997-04-10 | 2003-03-24 | 株式会社村田製作所 | 静磁波装置 |
JP3699629B2 (ja) * | 2000-02-22 | 2005-09-28 | Tdk株式会社 | 磁性ガーネット材料及びそれを用いた磁気光学素子 |
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 |
JP5697209B2 (ja) * | 2011-06-09 | 2015-04-08 | Fdk株式会社 | 常磁性ガーネット単結晶及びその製造方法 |
US10180489B2 (en) | 2016-11-02 | 2019-01-15 | David Tropper | MPERS with remote conversion of GPS |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3006854A (en) * | 1959-04-29 | 1961-10-31 | Bell Telephone Labor Inc | Ferrimagnetic garnet |
NL160659C (nl) * | 1972-01-08 | 1979-11-15 | Philips Nv | Magneto-optische inrichting. |
JPS6011450B2 (ja) * | 1976-10-08 | 1985-03-26 | 株式会社日立製作所 | 泡磁区素子用ガ−ネツト単結晶膜 |
US4337521A (en) * | 1979-12-26 | 1982-06-29 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Advantageous garnet based devices |
US4968954A (en) * | 1988-09-30 | 1990-11-06 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Epitaxial layer-bearing wafer of rare earth gallium garnet for MSW device |
-
1993
- 1993-05-07 JP JP5131400A patent/JPH06318517A/ja active Pending
-
1994
- 1994-05-04 US US08/238,252 patent/US5466388A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0743660A1 (en) * | 1995-05-10 | 1996-11-20 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Magnetostatic wave device and material for the same |
US5879824A (en) * | 1995-05-10 | 1999-03-09 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Magnetostatic wave device and material for the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5466388A (en) | 1995-11-14 |
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