JPH08306531A - 静磁波デバイス - Google Patents

静磁波デバイス

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JPH08306531A
JPH08306531A JP7111625A JP11162595A JPH08306531A JP H08306531 A JPH08306531 A JP H08306531A JP 7111625 A JP7111625 A JP 7111625A JP 11162595 A JP11162595 A JP 11162595A JP H08306531 A JPH08306531 A JP H08306531A
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crystal film
wave device
garnet single
magnetostatic wave
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JP7111625A
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Masaru Fujino
優 藤野
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Murata Manufacturing Co Ltd
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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
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H2/00Networks using elements or techniques not provided for in groups H03H3/00 - H03H21/00
    • H03H2/001Networks using elements or techniques not provided for in groups H03H3/00 - H03H21/00 comprising magnetostatic wave network elements
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Abstract

(57)【要約】 【目的】飽和磁化を小さくした磁性ガーネット単結晶膜
を用いることによって、動作周波数即ち伝搬帯域の周波
数を小さく制御することができる静磁波デバイスを提供
する。 【構成】一般式R3-x Cax Ma5-2y+xZry Mby-x
12で表したとき、RがY、La、Bi、Gd、Lu及
びScのうち少なくとも1種類、MaがFe、Ga及び
AlのうちFeを必ず含む少なくとも1種類、MbがM
g及びMnのうち少なくとも1種類であり、かつ、0≦
x≦1、0.1≦y≦1、x≦yである磁性ガーネット
単結晶膜よりなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁性ガーネット単結晶
膜が用いられた静磁波デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】静磁波デバイス用材料として、Fe元素
を含む磁性ガーネット単結晶が用いられている。特に、
3 Fe5 12(以下、YIGと称す)単結晶は強磁性
半値幅(ΔH)が小さいため、静磁波デバイスとしたと
き、入力信号と出力信号との差を小さくできる特徴を有
しており、広く用いられている。
【0003】そして、この種のガーネット単結晶は、例
えば液相エピタキシャル成長法により、Ga3 Gd5
12(以下、GGGと称す)などの基板上に膜として成長
させて得られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】YIG単結晶を用いた
静磁波デバイスの動作周波数は2GHz程度である。し
かしながら、BSチューナーにノイズ除去フィルタなど
として使用するためには、数百MHz〜千数百MHzで
動作させる必要がある。
【0005】ところで、静磁波(MSW)モードの中
で、体積前進波(MSFVW)モードを使用した場合、
デバイスの動作周波数は次の関係式で表される。 ω=γ(Hex−N・4πMs) ・・・(1) ω:周波数、γ:磁気回転比、Hex:印加磁界、N:反
磁界係数 4πMs:飽和磁化。
【0006】また、表面波(MSSW)モードを使用し
た場合には、デバイスの動作周波数は次の関係式で表さ
れる。 ω=γ{Hi (Hi +4πMs)}1/2 ・・・(2) Hi=Hex−N・4πMs+Ha ・・・(3) Hi:内部磁界、Hex:印加磁界、N:反磁界係数 4πMs:飽和磁化、Ha:異方性磁界。
【0007】したがって、静磁波デバイスの動作周波数
を小さくするには外部磁界を小さくするか、飽和磁化を
小さくする必要がある。
【0008】そこで、本発明の目的は、飽和磁化を小さ
くした磁性ガーネット単結晶膜を用いることによって、
動作周波数即ち伝搬帯域の周波数を小さく制御すること
ができる静磁波デバイスを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の静磁波デバイスは、一般式R3-x Cax
5-2y+xZry Mby-x 12で表したとき、RがY、L
a、Bi、Gd、Lu及びScのうち少なくとも1種
類、MaがFe、Ga及びAlのうちFeを必ず含む少
なくとも1種類、MbがMg及びMnのうち少なくとも
1種類であり、かつ、0≦x≦1、0.1≦y≦1、x
≦yである磁性ガーネット単結晶膜よりなる。
【0010】そして、上記磁性ガーネット単結晶膜は、
Gd3 Ga5 12基板、Sm3 Ga5 12基板及びNd
3 Ga5 12基板のうちいずれかに形成されていること
を特徴とする。
【0011】
【作用】磁性ガーネット単結晶膜の組成を上述の範囲内
とすることにより、飽和磁化及び強磁性半値幅の小さい
磁性ガーネット単結晶膜が得られる。
【0012】そして、この飽和磁化及び強磁性半値幅の
小さい磁性ガーネット単結晶膜は、GGG基板、Sm3
Ga5 12(以下、SGGと称す)基板及びNd3 Ga
5 12(以下、NGGと称す)基板のうちいずれかの上
に形成させることにより得られる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の静磁波デバイスについて、液
相エピタキシャル成長法で磁性ガーネット単結晶膜を形
成し、それを用いて静磁波デバイスを作製する場合を例
として説明する。
【0014】(実施例1)まず、GGG基板をガーネッ
ト単結晶膜を形成するための基板として準備した。又、
ガーネット単結晶膜の原料であるFe2 3 、Y
2 3 、CaCO3 、Sc2 3 、Lu2 3 、Ga2
3 、Al2 3 、ZrO2 、MnOおよびMgOを用
意した。その後、表1に示す組成のガーネット単結晶が
得られるように、上記原料と、溶剤であるPbOとB2
3 とを混合し、縦型電気炉内に保持された白金坩堝に
充填した後、約1200℃で均質化を行い融液化した。
【0015】その後、このガーネット原料融液を約90
0℃前後の一定温度に保持して過飽和状態にした後、こ
の融液中にGGG基板を浸漬し、回転させながら所定時
間成長を行った。その後、この基板を融液から引き上
げ、高速度で回転させてガーネット単結晶膜上の付着融
液を遠心力により振り切ることによってガーネット単結
晶膜を形成した。なお、表1において、*印を付したも
のは本発明の範囲外のものである。
【0016】次に、得られたガーネット単結晶膜につい
て、電子スピン共鳴(ESR)装置によって、飽和磁化
(4πMs)と強磁性半値幅(ΔH)を測定した。又、
X線回折によって格子定数を測定した。これらの結果を
表1に示す。
【0017】又、図1に示すように、GGG基板1のガ
ーネット単結晶膜2の上に電極3を形成して静磁波デバ
イスを作製し、そのフィルタ特性を測定し動作周波数を
求めた。その結果を表1に示す。なお、表1の静磁波デ
バイスの動作周波数の欄の−印は、静磁波デバイスとし
たとき、フィルタでの入力電力の損失が大きくなってフ
ィルタ特性を示さなかったことを示す。
【0018】なお、図1において、Hはフィルタ特性測
定時の外部磁界の印加方向、Iinはマイクロ波の入力方
向、Wは表面波(MSSW)の伝播方向、Iout はマイ
クロ波の出力方向である。
【0019】
【表1】
【0020】表1から明らかなように、本発明の組成範
囲内のガーネット単結晶膜は、試料番号1に示す従来の
YIG単結晶膜と比較して、4πMsが1460〜37
0Gと小さく、ΔHもほとんど変わらない。このため、
静磁波デバイスとしたときの動作周波数を1500〜4
00MHzと小さくすることができる。
【0021】これに対して、試料番号22に示すよう
に、Ca量xが1.0を超える場合は、ΔHが大幅に大
きくなり、静磁波デバイスとしたときにフィルタ特性を
示さない。
【0022】又、試料番号2、6、10、14及び18
に示すように、Zr量yが0.1未満の場合は、4πM
sがYIGの場合とほとんど変わらず好ましくない。一
方、試料番号5、9、13、17及び21に示すよう
に、Zr量yが1.0を超える場合は、ΔHが3.5O
e以上になり、静磁波デバイスにしたときフィルタでの
入力電力の損失が大きくなってフィルタ特性を示さなく
なり、静磁波デバイスとして使用できない。
【0023】(実施例2)NGG基板をガーネット単結
晶膜を形成するための基板として準備した。又、ガーネ
ット単結晶膜の原料であるFe2 3 、Y2 3 、Gd
2 3 、Lu2 3 、ZrO2 、MnOおよびMgOを
用意した。その後、表2に示す組成のガーネット単結晶
が得られるように、上記原料と、溶剤であるPbOとB
2 3 とを混合し、縦型電気炉内に保持された白金坩堝
に充填した後、約1200℃で均質化を行い融液化し
た。
【0024】その後、このガーネット原料融液を約90
0℃前後の一定温度に保持して過飽和状態にした後、こ
の融液中にNGG基板を浸漬し、回転させながら所定時
間成長を行った。その後、この基板を融液から引き上
げ、高速度で回転させてガーネット単結晶膜上の付着融
液を遠心力により振り切ることによってガーネット単結
晶膜を形成した。なお、表2において、*印を付したも
のは本発明の範囲外のものである。
【0025】次に、得られたガーネット単結晶膜につい
て、実施例1と同様にして、飽和磁化(4πMs)、強
磁性半値幅(ΔH)及び格子定数を測定した。これらの
結果を表2に示す。
【0026】又、実施例1と同様にして、得られたガー
ネット単結晶膜を用いて静磁波デバイスを作製し、その
フィルタ特性を測定し動作周波数を求めた。その結果を
表2に示す。なお、表2の静磁波デバイスの動作周波数
の欄の−印は、静磁波デバイスにしたとき、フィルタで
の入力電力の損失が大きくなってフィルタ特性を示さな
かったことを示す。
【0027】
【表2】
【0028】表2から明らかなように、本発明の組成範
囲内のガーネット単結晶膜は、従来のYIG単結晶膜
(実施例1の試料番号1参照)と比較して、4πMsが
1410〜500Gと小さく、ΔHもほとんど変わらな
い。このため、静磁波デバイスとしたときの動作周波数
を1500〜600MHzと小さくすることができる。
【0029】これに対して、試料番号23に示すよう
に、Zr量yが0.1未満の場合は、4πMsがYIG
の場合とほとんど変わらず好ましくない。一方、試料番
号26に示すように、Zr量yが1.0を超える場合
は、ΔHが4.4Oeと大きくなってフィルタ特性を示
さなくなり、静磁波デバイスとして使用できない。
【0030】(実施例3)SGG基板をガーネット単結
晶膜を形成するための基板として準備した。又、ガーネ
ット単結晶膜の原料であるFe2 3 、Y2 3 、Bi
2 3 、La2 3 、Lu2 3 、ZrO2 、MnOお
よびMgOを用意した。その後、表3に示す組成のガー
ネット単結晶が得られるように、上記原料と、溶剤であ
るPbOとB2 3 とを混合し、縦型電気炉内に保持さ
れた白金坩堝に充填した後、約1200℃で均質化を行
い融液化した。
【0031】次に、このガーネット原料融液を約900
℃前後の一定温度に保持して過飽和状態にした後、この
融液中にSGG基板を浸漬し、回転させながら所定時間
成長を行った。その後、この基板を融液から引き上げ、
高速度で回転させてガーネット単結晶膜上の付着融液を
遠心力により振り切ることによってガーネット単結晶膜
を形成した。なお、表3において、*印を付したものは
本発明の範囲外のものである。
【0032】次に、得られたガーネット単結晶膜につい
て、実施例1と同様にして、飽和磁化(4πMs)、強
磁性半値幅(ΔH)及び格子定数を測定した。これらの
結果を表3に示す。
【0033】又、実施例1と同様にして、得られたガー
ネット単結晶膜を用いて静磁波デバイスを作製し、その
フィルタ特性を測定し動作周波数を求めた。その結果を
表3に示す。なお、表3の静磁波デバイスの動作周波数
の欄の−印は、静磁波デバイスにしたとき、フィルタで
の入力電力の損失が大きくなってフィルタ特性を示さな
かったことを示す。
【0034】
【表3】
【0035】表3から明らかなように、本発明の組成範
囲内のガーネット単結晶膜は、従来のYIG単結晶膜
(実施例1の試料番号1参照)と比較して、4πMsが
1400〜480Gと小さく、ΔHもほとんど変わらな
い。このため、静磁波デバイスとしたときの動作周波数
を1500〜600MHzと小さくすることができる。
【0036】これに対して、試料番号27及び31に示
すように、Zr量yが0.1未満の場合は、4πMsが
YIGの場合とほとんど変わらず好ましくない。一方、
試料番号30及び34に示すように、Zr量yが1.0
を超える場合は、ΔHが4.0Oe以上と大きくなって
フィルタ特性を示さなくなり、静磁波デバイスとして使
用できない。
【0037】なお、上記実施例においては、液相エピタ
キシャル成長法で磁性ガーネット単結晶膜を作製する場
合について説明したが、本発明はこれのみに限定される
ものではない。即ち、その他の磁性ガーネットの作製方
法、例えばスパッタ法、CVD法、レーザー・アブレー
ション法などの場合においても同様の効果を得ることが
できる。
【0038】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、磁性ガ
ーネット単結晶膜の組成を上述の本発明の範囲内とする
ことにより、飽和磁化(4πMs)をYIGより小さく
することができる。
【0039】したがって、この磁性ガーネット単結晶膜
を用いることによって、動作周波数即ち伝搬帯域の周波
数を小さく制御することができる静磁波デバイスを得る
ことができる、
【図面の簡単な説明】
【図1】静磁波フィルタの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 基板 2 ガーネット単結晶膜 3 電極 H 外部磁界の印加方向 Iin マイクロ波の入力方向 W 表面波の伝播方向 Iout マイクロ波の出力方向

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式R3-x Cax Ma5-2y+xZry
    y-x 12で表したとき、RがY、La、Bi、Gd、
    Lu及びScのうち少なくとも1種類、MaがFe、G
    a及びAlのうちFeを必ず含む少なくとも1種類、M
    bがMg及びMnのうち少なくとも1種類であり、か
    つ、0≦x≦1、0.1≦y≦1、x≦yである磁性ガ
    ーネット単結晶膜よりなる静磁波デバイス。
  2. 【請求項2】 磁性ガーネット単結晶膜は、Gd3 Ga
    5 12基板、Sm3Ga5 12基板及びNd3 Ga5
    12基板のうちいずれかに形成されていることを特徴とす
    る請求項1記載の静磁波デバイス。
JP7111625A 1995-05-10 1995-05-10 静磁波デバイス Pending JPH08306531A (ja)

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