JPS60190001A - マイクロ波回路応用機器におけるガーネツト薄膜内の静磁波抑制制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業」―の利用分野） 本発明はプレーナ技術を用いて静磁モートを部分的に又
は全体的に抑制する手段を提供する技術に関する。プレ
ーナ技術はマイクロ波信号処理装置を構成する材料技術
、特にレーダーシステム。

電子戦争、電子通信衛星、アビオニクス及びこれらの関
連機器に関する材料技術にみることができる。

く背景波（・順 上記各種技術には高動作周波数と広帯域性とがめられて
いる。これは信号処理のための新技術模索の誘因となっ
て作用する。新しいアリ−ログ技術はこのような状況に
おいてマイクロ波分野に有効に作用するものとして注目
されている。このアナログ技術とは、液相エピタキシ（
ＬＰＥ）によるものと認識されている低１１失のイツト
リウム・鉄・ガーネット型のフェリ（（１性薄膜（ＹＩ
Ｇ、Ｙ。

Ｆｅ５０．、及びＬａ、Ｇａ　：ＹＩＧのような陽イオ
ン置換誘導体）内の静磁波（Ｍ　Ｓ　Ｗ）伝搬に基づく
。静磁波（ＭＳＷ）は、磁気的にバイアスされたフェラ
イト内をマイクロ波周波数で伝搬する低速型Ｃ５１波で
ある。静磁波（Ｍ　Ｓ　Ｗ）の特徴点を次に述べる。

電力レベル　二メ１Ｆ〜ｍＷのオーダー周波数帯域　：
　０．５〜２０　Ｇ１１ｚ速度域：　３〜３００　ｍｍ
／　ｐ　ｓｅｃ結合性：高 伝１１ａ　ｌｊ’を失　：　０．０２　ｄＢ／μｓｅｃ
まで低下帯　域　幅　：　ＩＧｔｌｚまで 遅延時間　：　ｌ　〜１０００１ｔｓｅｃバイアス磁界
’　０．１〜１０　ＫＯｅ静磁波（ＭＳＷ）はバイアス
磁界（Ｈｏ）を変化さセることにより全てのマイクロ波
周波数に変えることが可能である。第１図に大略示すよ
うにバイアス磁界（Ｈｏ）の方向に依存して、サンプル
平面に関し、表面モード（ＭＳＳＷ）を発生させること
ができ、これに加えてまたはこれとは別に順方向内部伝
搬（ＭＳＦＶＷ）モードと逆方向内部伝１１ｉ（ＭＳＢ
ＶＷ）モードも発生させることができる。

表面モード（ＭＳＳＷ）を用いる素子は、次式によって
夫々与えられる遮断周波数を有する。

Ｔ（Ｈｏ＋２πＭ＝）、（低）及び γ、／Ｖｒ６−ロ＋　Ｏ＋　４　ｒｃ　Ｍ７万一、＜高
）ここでγばジャイロ磁気定数（ＹＩＧの場合２゜８１
ＭＩＩｚ１０ｅ）　、４πＭｓは周囲温度におけるＹＩ
Ｇの場合の飽和磁化（＝１．７５０　Ｇ）。

内部伝搬モート−で作動する素子は夫々次式で与え・ら
れる遮断周波数をイ１する。

γｆ丁ＩＯＨＯ＋　πＭｓ　、及び γ　Ｈ。

第２図は一例として固定周波数９．２６　Ｇ１１ｚ方形
チツプ（２，３Ｘ　２．３ｍｍ２）上の代表的なフェリ
磁性共ＪＪｉ　（ＦＭＲ）のスペクトルを示す。

ここでバイアス磁界Ｈｏは薄膜平面に対してＴ行に与え
られる。このような状態では表面モード（ＭＳＳＷ）と
逆方向内部伝搬モード（ＭＳｒ３ＶＷ）が同時に励振さ
れる。これら夫々のモードには薄膜平面に対して平行な
波ベクトルに関して夫々の波数（ｎｙ１１２）が次式に
より与えられる。

Ｋ　ｙ　”　ｎ　ｙ　／　Ｉ！ｙ Ｋｚ　””　ｎｚ　／　ｌｚ ここでｘ、、ｇ、はチップの横方向長さである。

フェリ磁性共振（ＦＭＲ）を感知するために典型的な実
験装置の概略を第３図に示す。゛上記の結果、バイアス
磁界（Ｈ’ｏ）、周波数及４び伝搬ベクトル！（を変化
させるごとにより、多くの静磁モードの磁気洩れを表す
曲線を完全にセントすることができる。

この事実にＪとづく最も直接的な影響は、磁気薄１漠上
により、好ましくは磁気薄膜に面する一１ルミナ栽板」
二に直接置かれたマイクロ波トランスデユー−りにより
、適当な方法で、エピタキシ４・ル薄１１り内に人ル１
されるマイクロ波信−弓を遅延できること−Ｃある。

他への応用としては、低磁気損失故に、フィルり、共振
器及び発振器の分野が挙げられる。

回路構成（例えばフィルタ）によって番よ、静Ｌｉｔ帯
域の単一のモード又は全領域を減衰又番よ抑制°ツーる
必要が／、Ｉｉ　シーζくる可能性がある。

〈発明の目的〉 本発明は、素子挿入損失のｌ１人を防止し、帯域幅内に
おいて不都合とされるスプリアスを確実Ｇこ排除できる
ように、静磁帯域の上記二〔−ドを部分的に若しくは全
体的に減衰又は抑制することを目的とする。

〈発明の概要〉 」１記目的達成のために、本発明では、種々の磁性緩和
特性を有するエビクキシャル磁性薄膜の１貞層構造を用
いて静磁性スペクトルを変更する。

多くの物理的処理を行うことによゲこ、結晶格子内の１
つの磁性イオンを緩和すること＆；ｔ、　４Ｊ“ンプル
内におりる全仏ＦＣＩｉｉ失を左右すること（参Ｊ′Ｊ
文献■）が知られている。

従って本発明では、液相エピタキシャル（Ｌｌ）Ｅ）の
成長によって、低（員失静硼性力゛−ネ・）Ｉ・Ｍ膜（
例えばＹＩＧ、またはＬ　ａ　、　Ｇ　ａ　：　Ｙ　Ｉ
　Ｇ　）に対し、高Ｇｉｌ性緩和イオン（例えばｒ　ｅ
４　＊　、　Ｆｅ２　＋。

ｃ　ｏ　２４．希土類等）をドーピングした力゛−ネッ
トの吸収層に積層することをｗ本釣内容とする。

これにより、フェリ磁性共振（１”　Ｍ　Ｒ）試験を行
うと、静θり外層に関するモードと、吸収層にＩＭＩす
る損失領域に一致した磁場に符合するモーＦ°とが部分
的に減衰され或いは全体にわたり抑制され２る（第４図
参照）。

物理的観点からすると、前記吸収層の磁気損失は、Ｆｅ
４＋又はＦｅ２＋イオンのためであって、主としてうず
電流緩和プロセス（参名文献２）に拮づく、該プロセス
はガーネｙｌ（純ガーネ月・のσ〜１０−”　／Ωｃｍ
に対してσ＆１０−’／Ωｃｍ）内に大きな′Ｊｙ電イ
シσを導く前記イオンの存在によって４１−しる。

１１：１記プ１，１セスは、緩和イオンの数１周波数、
導電；ｆ−（及びチップ表面積の作用であるから、吸収
層に関する１ｊ１失領域は、上記各パラメータに基づい
て演算するごとにより、テーラ−級数的に都合良く増大
する。

ｊｉｌ−・又は積層吸収層内におりる緩和イオンは、液
相エピタキシャル（Ｌ　Ｐ　Ｅ）成長におりる種々の不
純物に依存して増加する。

全体的に電荷補償をするには、例えばＦｅ　４　＋イオ
ンば、ガーネット内において、ｃａ”（部分的に効果あ
り）％　ＭＢ”、Ｂｅ”＋　Ｚｎ”又はＳｒ”のような
２価の非番２１性イオンと部分置換すればよい。一方Ｆ
ｅ　Ｋｌイオンの場合には、逆にＧ　ｅ　”ＩＳ　ｉ　
”、　ｉ’　ｈ　”、ＩＩ　Ｂ　’°＋　Ｚ　ｒ　”＋
　’ｌ”　ｓ　’４又はＳ１〕４゛のような４価の非磁
性イオンとの置換またはｖ”、　Ｎｂ”又はＴａ”のよ
うな５価の或いはＬｌのような１価の非番２１性イオン
とのＷＩＮを行うことによって電荷補償を行う。

また例えばＣｏ”及び希土類（ｒ＜　ｒ　：ｌ、Ｉｔ　
ｏ　１ＺＤｙ３４等、ただしＬ　ａ　”、Ｌ　ｕ　”を
除く）等のイオンを直接結合しても著しい緩和効果が（
ｌ−）られる。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を添付図面に括づいて説明する。

ただし本実施例５は限定的なものではない。

第１図は静磁波素子の概略原理を示す。図において、Ｇ
ＧＧはガドリニ萱シム・ガラ１ンｌトガーネツト凸板（
Ｇｄ：＋Ｇａ５０＋□）を示し、その」二にイソトリウ
ｌ、・鉄・ガーネット　（Ｙ　Ｉ　Ｇ）静磁層が液相エ
ピタキシにより成長される。静磁波ベクトルＫに対する
バイアス静磁界ＨＯの３つの方向が示されており、これ
ら３方向は、無線周波数によるＹＩＧ膜の励磁のもとで
、夫々（ａｌ静磁波表面モード（ＭＳＳＷ）、（ｂｌ逆
方向内部伝搬モード（ＭＳＢＶＷ）又はｆＣ１順方向内
部伝搬−’Ｅ　−１（Ｍ　Ｓ　ｌ１ＶＷ）を示している
。

゛　第２Ｍは代表的なフェリ磁性共振（Ｆ　Ｍ　Ｒ）ス
ペクトルを示す。該スペクトルは薄１模平面に対して″
［行なバイアス磁界が付−リされた９、２［１Ｇｌｌｚ
　Ｙ　ＩＧチップ（２，３Ｘ　２．３ｍｍ”）上に得ら
れる。平行波数（ｎ、、ｎ、）は各モードの次に示され
ている。

応答は吸収信号の１次導関数である。

第３図はフ、Ｔ、す磁性共振（Ｆ　Ｍ　Ｒ）測定用に設
＋Ｊた代表的な実験装置を示す。図において、実験装置
は、信号発生１．減衰器２．波長計３．サーキル−タ４
．整流ダイオード１３及び中空導波管７を含んで構成さ
れる。中空導波管７は監視下においたサンプルを収納し
ている。更に上記装置は、電子制御増幅器１０．前置増
幅器９．保持回路１１及びプロッタ出力ライン１２を備
える。Ｇｉｌ界は、電磁石５によっ゛Ｃ印加されかつコ
イル６により変調され、これをガウスメータ８で計測す
る。

第４図は第２図におりる条件と同一条件下のフェリ磁性
共振（ＦＭＲ）スペクトルを示す。

第４図ｆａ）においては、裸ＹＩ　Ｇ　（Ｙ３Ｆ　ｅ　
５０＋２）薄膜（感度スケール×１）のフェリ磁性共振
（■パＭ　Ｒ）　スペクトルが示されており、１６は表
面モード（ＭＳＳＷ）、１７ば逆方向内部伝搬モード（
ＭＳＢＶＷ）である。

第４図ｆｂｌにおいては裸吸収層（例えばＣａｏ、ｚＹ
ｚ、５ＦｅｓＯ＋ｚ）のフェリ磁１１共振（ＦＭ　Ｒ）
スペクトル（感度スケール×２０）を示す。

第４図＋Ｃ）ではＹＩＧ薄膜」二に成長された単一吸収
層（例えばＣａ　ｏ、ｚＹｚ、ＢＦ　ｅ　５０１２）か
らなる複合体のフェリ磁性共振（Ｆ　Ｍ　Ｒ）スペクト
ルを示す。図において２１はＧＧＧ非磁性暴板、２２は
Ｙ■Ｇ磁性層、２３は吸収層である。

第５図では静磁モード抑制用に使用され得る素子の構成
例を示す。

第５図（ａｌに示す素子は２層構造である。３１は不活
性誘電体裁板（一般にＧＧＧにより構成される）を示す
。これは液相１ピタキシヤル成長に必要である。３２及
び３３は夫々静磁性層（ＹＩＧ又は［−ａ　。

Ｇａ：ＹＩＧ）及び吸収層（Ｃａ　Ｙ）３（Ｇ　ａ　Ｆ
　ｅ）ｓｏ、２を示す。

第５図ｆｂｌに示す素子は多重積層構造である。３３は
静磁性層、３３．３４は吸収層である。

第５図ｔＣ）は妨害静磁モード抑制のための消費形銘０
：ｉ；構成の概略を示す。妨害静磁モードは低ＩＲ失ガ
ーネット薄１１りの周囲領域からの反射に関連するもの
で、前記消費形終端の構成は、遅延線路、共振器１発振
器及びフィルタのようなマイクロ波信−′Ｔ」処理用に
用いられる。

第６図は、フェリ磁性共振（ＦＭＲ）スペクトル（第２
図に示すものと同様）の代表的な変更態様を示す。この
ものは第５図Ｔａ）に示す層３３内に２神のカルシウム
を集中的に注入することにより（１）成したものであり
、表面モード（第６図（ａ））及び内部伝搬モード（第
６図（ｂ））を抑制する。

第６図（ａ＋は、０．２８　Ｘ　０．２０ｃ礒寸法大の
サンプル２５上に、９．２６Ｇｌ＋２　’（：平行状態
に得られる表面モード抑制を示す。内部伝１般モード（
図で右側）は抑制されていない。

第６図（ｂｌは、０．２２Ｘ０．２１ｃｎｆ寸法大のサ
ンプル２８」に、」−記と同一条件でｉ：）られる内部
伝搬モード抑制を示す。表面モード（図の左側）は抑制
されていない。

第５図（ａ）の層３３内に注入するカルシラ１，１に応
じ、第６図に示ず静磁モード帯域の制御された抑制のよ
うな相異なったタイプの応答がみられる。

層数及び構成に制限のない例えば第５図に示すようなよ
り複雑な構成にすると、予め選ばれた単一のモードを選
択して静磁モードのローパスフィルタ機能を得ることが
できる。

第５図ｔＣ）は妨害静磁モード抑制のための消費形終端
の構成を示している。妨害静磁モードは、遅延線路、共
振器１発振器、フィルタのようなマイクロ波信号処理手
段を構成するために用いられる低損失ガーネット薄１１
り内におりる周辺反射に法づくものであるつ本発明は、
数１０ＭｌＩ２のオーダーにおける選択性を与えるもの
であって、更にその平面配置は、遅延線路１共振器１発
振器等のより複雑な構成内での組立てを容易にするもの
である。

本発明の対象とする積層エピタキシャル薄膜）１４或は
、既知の異種磁化層（やはり低磁気１ｉ１人がある）を
積層してなる他の構成を利用する必要がない。また裁板
は、工業的に構成できないという不都合がないし、静磁
性膜の境界条件を設定するだりで、静磁モードの消失特
性をこれらモードの減衰又は抑制を行うことなく改良す
る。

ｔ〕、Ｖ、文山Ｊ、 （１１１３，１、ａｘ　ａｎｄ　Ｋ、　Ｊ、　Ｂｕｔｔ
ｏｎ著１マイク−＝Ｉ波ソエライト及びフェリ磁性」　
（旧ｃｒｏ−ｗ；＋ｖｅ　Ｆｅｒｒｉｔｅｓ　ａｎｄ　
Ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｉｃｓ）マグロ−ヒル社（Ｍｃ
Ｇｒｏｗ−１１ｉ１１）　ニューヨーク１９６２ｆ２１
ｃ、　１ｌｏｒＲＩ＋ｅｓｃ　ａｎｄ　ｌ’、　Ｄｅ　
Ｇａ５ｐｅｒｉｓ　著［マイクロ波スペクトルの性質及
びガーネットフィルムをドーピングされた誘電体Ｆｅ　
４＋におりる！表相Ｊ　ＩＩＥＩＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｍ
ＡＧ−１８（６）　１６２４（１９８２）

【図面の簡単な説明】

第１図は静磁波素子の概略原理を説明する図で、ｆｆ１
ｌは表面波モード、（ｂ）は逆方向内部伝搬モード。 ｆｅ）は順方向内部伝搬モードを夫々示す、第２図は代
表的なフェリ磁性共振スペクトルを示すグラフ、第３図
はフェリ磁性測定用の実験装置を示ず構成図、第４図は
本発明のフェリ磁性共振スペクトルを示すグラフで、ｆ
ａｌは裸ＹＩＧ薄膜のフェリ磁性共振スペクトル、（１
））は裸吸収層のソエリ磁打共振スペクトル、（Ｃ）は
複合体のフェリ磁性共振スペクトルを示す、第５図（ａ
ｌ〜（Ｃ１は人々本発明に係る静磁モート抑制素子の１
１・）成例を示す図、第６図は本発明のフェリ磁性共振
スペクトルの代表的変更態様を示し、（ａｌは表面モー
ト抑制を示すグラフ、（ＩＩ）は内部伝搬モード抑制を
示すグラフである。 ２１・・・非磁性Ｗ仮　２２・・・磁性層　２３・・・
吸収層３１・・・不活性誘電体Ｗ板　３２・・・静磁外
層３３、３４・・・吸収層　Ｍ　Ｓ　Ｓ　Ｗ・・・表面
モードＭＳＢＶＷ・・・逆方向内部伝搬モードＭＳＦＶ
Ｗ・・・順方向内部伝搬モード代理人　弁理士　笹　島
　冨二ｈ１１ く　く 刷　耽 第１頁の続き ０発　明　者　力ルロ　ディ　グレゴ リオ ｏ発　明　者　ジュゼツペ　ミツ３９ ＠発　明　者　リツ力ルド　ロヴエダ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）低磁気損失ガーネット薄膜（Ｙ　Ｉ　Ｇ、又はＬ
   ａ。 Ｇａ：ＹＩＧ）と、これと同−若しくは近似する磁化特
   性を有する高磁気損失分−ネット薄膜と、の複数のエピ
   タキシ中ル積層を使用することを特１１ｉ１１．とする
   マイクロ波回路応用機器におけるガーネ、／］・薄膜内
   の静磁波抑制制御方法。 （２）靜磁気ｔｎ失ガーネットｇ１１１Ｓ！は、磁性緩
   和イオンＦｃ”又はＦｅ　４　＋を発生させることによ
   り形成されることを特徴とする特許請求の範囲第り項に
   記載のマイクロ波回路応用機器におけるガーネット薄膜
   内の静磁波抑制制御方法。 （３１硼性緩和イオンＦｅ”又はＦｅ４＋の発生は、１
   価（Ｌ　ｉ　”）又は２価ＣＣａ”、Ｍｇ”ｌＢｅ”１
   ｚ　ｎ　ｔ　＋、又はＳｒ”）又は４価（Ｇｅ”、Ｓｉ
   ’″″。 Ｔ　ｈ”、Ｅｌ　Ｆ　４４ｒ　Ｚ　ｒ”＋　Ｔ　＋　’
   、”又はＳｍ”）又は５価（Ｖ”、Ｎｂ”又はＴ　ａ　
   ”）の少なくとも１つの非６’ｔｌ性イオンの存在下で
   全体の電荷補ｉｊ’ｔを行うことに基づくことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載のマイクロ波回路応用
   機器におりるガーネット薄膜内の静磁波抑制制御方法。 （４）高磁気損失ガーネフ１４ｊ７膜は、磁性緩和イオ
   ンＣｏ　ｔ”″又は希土ｍ　（Ｅ　ｒ　３＋、　Ｈｏ　
   ３″″又はＩ）ｙ１４）の直接４人によりその磁性緩和
   特性をｌ）ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に
   記載のマイクロ波回路応用機器におりるガーネット薄膜
   内の１−７１磁波抑制制御方法。 （５）高磁気損失ガーネット薄膜は、イオン注入によっ
   て得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   マイクロ波回路応用機器におりるガーネット薄膜内の静
   磁波抑制制御方法。 （６）マイクロ波回路機能の形成のため、共振器、安定
   発振器、高選択性同調フィルタのような＋Ｍ成を用いる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項のいず
   れか１つに記載のマイクロ波回路応用機器におけるガー
   ネット薄膜内の静磁波抑制制御方法。 （７団１失柊端４１・１造及び低磁気Ｉ員失ガーネット
   薄膜の周辺領域の静ルｉｌモード抑制構造及び遅延線路
   。 共振器１発振器、フィルタ等を使用するマイクロ波信号
   処理装置の′ｉＲ子的数的改良用することを特徴とする
   ’ｔ、＋＋、！’ｌ請求の範囲第１項〜第５項のいずれ
   かｌ−）に記載のマイク１−１波回路応用機器における
   ガーネノｌ−薄膜内の静磁波抑制制御方法。