JPS62200709A - Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 - Google Patents
Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置Info
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Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ＹＩＧ （イツトリウム・鉄・ガーネット
）薄膜のフェリ磁性共鳴を用いたマイクロ波素子に直流
バイアス磁界を印加する手段を具備するＹＩＧ薄膜マイ
クロ波装置に係わる。
）薄膜のフェリ磁性共鳴を用いたマイクロ波素子に直流
バイアス磁界を印加する手段を具備するＹＩＧ薄膜マイ
クロ波装置に係わる。
本発明はＹＩＧ薄膜のフェリ磁性共鳴を用いたマイクロ
波素子と、これに直流バイアス磁界を印加する磁気回路
とを有するＹＩＧ薄膜マイクロ波装置においてそのＹＩ
ＧのＦｅ３＋イオンの一部を非磁性イオンで置換するこ
とによって温度特性の極めて良好なＹＩＧ薄膜マイクロ
波装置を構成する。
波素子と、これに直流バイアス磁界を印加する磁気回路
とを有するＹＩＧ薄膜マイクロ波装置においてそのＹＩ
ＧのＦｅ３＋イオンの一部を非磁性イオンで置換するこ
とによって温度特性の極めて良好なＹＩＧ薄膜マイクロ
波装置を構成する。
マイクロ波装置として、ＧＧＧ （ガドリニウム・ガ
リウム・ガーネット）非磁性基板上に、フヱリ磁性体で
あるＹＩＧ （イツトリウム・鉄・ガーネット）薄膜
を液相エピタキシャル成長（以下ＬＰＥという）させた
ＹＩＧ 薄膜をフォトリソグラフィー技術による選択的
エツチングによって円形成いは矩形等の所要形状に加工
し、これのフェリ磁性共鳴を利用することによってフィ
ルタ、オシレータ等のマイクロ波装置を構成するものが
提案されている。これらマイクロ波装置は、マイクロス
トリップライン等を伝送線路としてマイクロ波集積回路
を作成することが可能であり、他のマイクロ波集積回路
とハイブリッド接続を容易に行うことができるという利
点がある。また、ＹＩＧ薄膜磁気共鳴によるマイクロ波
素子は、上述したようにＬＰＥとリソグラフィー技術に
よって作製することができることから量産性にすぐれて
いる。
リウム・ガーネット）非磁性基板上に、フヱリ磁性体で
あるＹＩＧ （イツトリウム・鉄・ガーネット）薄膜
を液相エピタキシャル成長（以下ＬＰＥという）させた
ＹＩＧ 薄膜をフォトリソグラフィー技術による選択的
エツチングによって円形成いは矩形等の所要形状に加工
し、これのフェリ磁性共鳴を利用することによってフィ
ルタ、オシレータ等のマイクロ波装置を構成するものが
提案されている。これらマイクロ波装置は、マイクロス
トリップライン等を伝送線路としてマイクロ波集積回路
を作成することが可能であり、他のマイクロ波集積回路
とハイブリッド接続を容易に行うことができるという利
点がある。また、ＹＩＧ薄膜磁気共鳴によるマイクロ波
素子は、上述したようにＬＰＥとリソグラフィー技術に
よって作製することができることから量産性にすぐれて
いる。
このようにＹｒＧ薄膜磁気共鳴素子によるマイクロ波装
置は、従前のＹＩＧ球を用いたものに比し、実用上の多
くの利点を有する。
置は、従前のＹＩＧ球を用いたものに比し、実用上の多
くの利点を有する。
ところが、このようなＹＩＧ薄膜のフェリ磁性共鳴を利
用したマイクロ波装置は、ｙｒｃｉ膜のフェリ磁性共鳴
周波数ｆの温度Ｔの依存性が人であることから温度特性
が悪いという実用上に大きな問題点がある。
用したマイクロ波装置は、ｙｒｃｉ膜のフェリ磁性共鳴
周波数ｆの温度Ｔの依存性が人であることから温度特性
が悪いという実用上に大きな問題点がある。
以下、これについて説明する。
ＹＩＧ薄膜のフェリ磁性共鳴周波数ｆは、異方性磁界の
寄与が小さいとしてこれを無視すると、キソテル（Ｋｉ
ｔｔｅｌ）の式を用いて、次式（１１のように表わすこ
とができる。
寄与が小さいとしてこれを無視すると、キソテル（Ｋｉ
ｔｔｅｌ）の式を用いて、次式（１１のように表わすこ
とができる。
ｆ （Ｔ） ＝γ （Ｉｌｇ （Ｔ） −Ｎ−、’
４πＭＳＹ（Ｔ））・・（１） 但し、γは磁気回転比でｒ ＝ ２．８ＭＨｚ ／ Ｏ
ｅ、 Ｈｇは直流バイアス磁界、Ｎ２ＹはＹＩＧ薄膜の
反磁界係数で静磁モード理論を用いて計算される値、４
πＭ 、ＹはＹＩＧの飽和磁化である。ｆ、 Ｈｇ、
４πＭｓＹは全て温度Ｔの関数となる。具体例としては
、アスペクト比（厚み／直径）が、０．０１のＹｒＧ円
板の垂直共鳴では、Ｎ ２Ｙ＝ ０．９７７４であり、
仮にバイアス磁界１１ｇが温度によらず一定とした場合
、４πＭＳＹは、−２０℃で１９１６Ｇ （ガウス）
、＋６０°Ｃでは、１６２２Ｇとなるから共鳴周波数ｆ
はこの温度範囲で、８２ａＭｔｌｚもの変化をする。
４πＭＳＹ（Ｔ））・・（１） 但し、γは磁気回転比でｒ ＝ ２．８ＭＨｚ ／ Ｏ
ｅ、 Ｈｇは直流バイアス磁界、Ｎ２ＹはＹＩＧ薄膜の
反磁界係数で静磁モード理論を用いて計算される値、４
πＭ 、ＹはＹＩＧの飽和磁化である。ｆ、 Ｈｇ、
４πＭｓＹは全て温度Ｔの関数となる。具体例としては
、アスペクト比（厚み／直径）が、０．０１のＹｒＧ円
板の垂直共鳴では、Ｎ ２Ｙ＝ ０．９７７４であり、
仮にバイアス磁界１１ｇが温度によらず一定とした場合
、４πＭＳＹは、−２０℃で１９１６Ｇ （ガウス）
、＋６０°Ｃでは、１６２２Ｇとなるから共鳴周波数ｆ
はこの温度範囲で、８２ａＭｔｌｚもの変化をする。
このようなｙｔｃｉ膜マイクロ波装置において、外囲温
度による共鳴周波数の変動を回避する方法としては、ｙ
ｒａ薄膜磁気共鳴素子を恒温槽内に配置して素子自体を
一定の温度に保持するとか電磁石によって温度に依存し
て磁界を変化させて素子の共鳴周波数を一定に保持させ
るなどの方法が考えられているが、これらは、電流制御
などの外部からのエネルギー供給を必要とすることから
その構成は複雑となる。
度による共鳴周波数の変動を回避する方法としては、ｙ
ｒａ薄膜磁気共鳴素子を恒温槽内に配置して素子自体を
一定の温度に保持するとか電磁石によって温度に依存し
て磁界を変化させて素子の共鳴周波数を一定に保持させ
るなどの方法が考えられているが、これらは、電流制御
などの外部からのエネルギー供給を必要とすることから
その構成は複雑となる。
本発明は上述した問題点が解消された、すなわち、温度
特性を補償するための外部回路を必要とせず、更にこれ
に伴って温度特性を補償するための電力消費がなく、し
かも固定周波数、可変周波数の両方のＹＩＧ薄膜マイク
ロ波装置に通用できて広範囲の使用周波数のＹＩＧ薄膜
マイクロ波装置において、温度特性の補償を良好に行う
ことができるようにするものである。
特性を補償するための外部回路を必要とせず、更にこれ
に伴って温度特性を補償するための電力消費がなく、し
かも固定周波数、可変周波数の両方のＹＩＧ薄膜マイク
ロ波装置に通用できて広範囲の使用周波数のＹＩＧ薄膜
マイクロ波装置において、温度特性の補償を良好に行う
ことができるようにするものである。
第１図はＹｒＧ薄膜マイクロ波装置の構成図で、図中（
１）はＹＩＧ薄膜によるマイクロ波素子、（２）はこの
マイクロ波素子＋１１にバイアス磁界を与える磁気回路
で、この磁気回路で２）は、例えばコ字状ヨーク（３）
とその両端部の相対向する面に、夫々厚さＩＩＩ＋の永
久磁石（４）とソフトフェライトより成る厚さＩＸの整
磁板（５）とが配置され、両整磁板（５）間に間隔１ｇ
をもって磁気ギャップｇが形成され、この磁気ギヤツブ
ｇ内にマイクロ波素子（１）が配置される。
１）はＹＩＧ薄膜によるマイクロ波素子、（２）はこの
マイクロ波素子＋１１にバイアス磁界を与える磁気回路
で、この磁気回路で２）は、例えばコ字状ヨーク（３）
とその両端部の相対向する面に、夫々厚さＩＩＩ＋の永
久磁石（４）とソフトフェライトより成る厚さＩＸの整
磁板（５）とが配置され、両整磁板（５）間に間隔１ｇ
をもって磁気ギャップｇが形成され、この磁気ギヤツブ
ｇ内にマイクロ波素子（１）が配置される。
そして、本出願人の出願に係る特願昭６０−１５０４３
１号出願で提案したように、この磁気回路（２）中に、
ｆｏを使用周波数、γを磁気回転比、Ｎ２ＹをＹｒＧ薄
膜の反磁界係数、４πＭｓざを室温におけるＹＩＧの飽
和磁化、αＩＹを室温付近におけるＹＩＧの飽和磁化の
１次の温度係数とするとき、室温でのレマネンスＢｒ或
いは平均レマネンスＢｒが、（ｆｏ／ ｒ ） ＋ Ｎ
ｚ’ ４ ｙｃ Ｍｓ’１以上で、且つ室温付近でのＢ
ｒ或いはＢｒの１次の温度係数がと、室温での飽和磁化
、或いは平均飽和磁化が（ｆｏ／γ） ＋ＮｚＹ４πＭ
ｓ、以上で、且つ室温付近での飽和磁化或いは平均飽和
磁化の１次の温度係トフエライト整磁板とを組合せ用い
る。
１号出願で提案したように、この磁気回路（２）中に、
ｆｏを使用周波数、γを磁気回転比、Ｎ２ＹをＹｒＧ薄
膜の反磁界係数、４πＭｓざを室温におけるＹＩＧの飽
和磁化、αＩＹを室温付近におけるＹＩＧの飽和磁化の
１次の温度係数とするとき、室温でのレマネンスＢｒ或
いは平均レマネンスＢｒが、（ｆｏ／ ｒ ） ＋ Ｎ
ｚ’ ４ ｙｃ Ｍｓ’１以上で、且つ室温付近でのＢ
ｒ或いはＢｒの１次の温度係数がと、室温での飽和磁化
、或いは平均飽和磁化が（ｆｏ／γ） ＋ＮｚＹ４πＭ
ｓ、以上で、且つ室温付近での飽和磁化或いは平均飽和
磁化の１次の温度係トフエライト整磁板とを組合せ用い
る。
尚、ここに使用周波数ｆｏとは、マイクロ波装置の使用
周波数が固定である場合は、この周波数を指称し、可変
とするときは、固定のバイアス磁界に重畳して磁気回路
に図示していないが電磁コイルへの通電制御によってバ
イアス磁界が可変されるようになされているが、この電
磁コイルへの通電電流をオフとしたときの周波数を上杵
する。
周波数が固定である場合は、この周波数を指称し、可変
とするときは、固定のバイアス磁界に重畳して磁気回路
に図示していないが電磁コイルへの通電制御によってバ
イアス磁界が可変されるようになされているが、この電
磁コイルへの通電電流をオフとしたときの周波数を上杵
する。
そして、特に本発明においては、マイクロ波素子のＹＩ
Ｇ組成を、そのＦｅ３＋イオンの一部を非磁性イオンで
置換するいわゆる置換型ＹＩＧ、すなわちＦｅ３＋イオ
ンの一部を３価の非磁性イオンの例えばＧａ３＋、
Ａｌ１３＋等によって置換したもの、或いは２価のイオ
ン例えばＣａ２＋と４価のイオン例えばＧｅ４＋とを組
合せて置換し３価のイオンと置換したと等価の置換型Ｙ
ＩＧとして共鳴周波数の温度特性を補償する。
Ｇ組成を、そのＦｅ３＋イオンの一部を非磁性イオンで
置換するいわゆる置換型ＹＩＧ、すなわちＦｅ３＋イオ
ンの一部を３価の非磁性イオンの例えばＧａ３＋、
Ａｌ１３＋等によって置換したもの、或いは２価のイオ
ン例えばＣａ２＋と４価のイオン例えばＧｅ４＋とを組
合せて置換し３価のイオンと置換したと等価の置換型Ｙ
ＩＧとして共鳴周波数の温度特性を補償する。
第１図に示す磁気回路において、磁束はすべて磁気ギヤ
ツブｇ内を通り、このギヤツブｇ内の磁界は一様であり
、またヨークの透磁率が無限大であるとすると、マンス
フウェルの方程式により次式が成り立つ。
ツブｇ内を通り、このギヤツブｇ内の磁界は一様であり
、またヨークの透磁率が無限大であるとすると、マンス
フウェルの方程式により次式が成り立つ。
Ｂｍ−Ｂｘ＝ Ｂｇ ・・” （２１
Ｑｍ Ｈｍ＝ ＩＩ！ｇ Ｈｇ＋ Ｑｘ Ｈｘ
・・＝ ｆ３１但し、Ｂｍ、 Ｂｘ及びＢｇは
、夫々永久磁石（４）、整磁板（５）及び磁気ギヤツブ
内の磁束密度、Ｈｍ、 Ｈｘ及びＨｇは、夫々同様に永
久磁石い）、整磁Ｆｉ（５１及び磁気ギヤツブｇ内の磁
界で、ｔｌｍはその向きがｌ１ｇ、 ｌｘ。
Ｑｍ Ｈｍ＝ ＩＩ！ｇ Ｈｇ＋ Ｑｘ Ｈｘ
・・＝ ｆ３１但し、Ｂｍ、 Ｂｘ及びＢｇは
、夫々永久磁石（４）、整磁板（５）及び磁気ギヤツブ
内の磁束密度、Ｈｍ、 Ｈｘ及びＨｇは、夫々同様に永
久磁石い）、整磁Ｆｉ（５１及び磁気ギヤツブｇ内の磁
界で、ｔｌｍはその向きがｌ１ｇ、 ｌｘ。
Ｂｍ、 Ｂｘ、 Ｂｇの向きと逆となる。
更に、永久硝石（４）がクニック点を持たないものであ
って、リコイル透磁率μｒが一定、つまり減磁特性が直
線性を示すものと仮定すると、次式（４）が成立する。
って、リコイル透磁率μｒが一定、つまり減磁特性が直
線性を示すものと仮定すると、次式（４）が成立する。
今、フェライト整磁板（５）は充分に飽和していると仮
定し、その飽和磁化を４ｇＭｓＸとし、その反磁界係数
をＮ２Ｘとすると、フェライト整磁板の内磁界Ｈｘは次
式（５）で表せる。
定し、その飽和磁化を４ｇＭｓＸとし、その反磁界係数
をＮ２Ｘとすると、フェライト整磁板の内磁界Ｈｘは次
式（５）で表せる。
Ｈｘ＝ Ｈｇ ・Ｎ２Ｘ４πＭｓＸ・・（５）今、熱膨
張による磁気回路の寸法変化の寄与は、充分小さく無視
できると仮定すると、（３）式、（４）式及び（５）式
より、この磁気回路（２）のギャップ磁界Ｈｇは、温度
Ｔの関数として、次式（６）として求められる。
張による磁気回路の寸法変化の寄与は、充分小さく無視
できると仮定すると、（３）式、（４）式及び（５）式
より、この磁気回路（２）のギャップ磁界Ｈｇは、温度
Ｔの関数として、次式（６）として求められる。
一方、永久磁石のレマネンスＢｒ及びＹＩＧの飽和磁化
４πＭｓＹは、室温Ｔｏを中心として上数十℃の温度範
囲で、具体的には±４０℃の温度範囲では、夫々磁石、
ＹＩＧ 、フェライト整磁板の２次までの温度係数α
１Ｂ、α２Ｂ、αＩＹ、α２Ｙ＋ αＩＸ、α２８を
考ＬｒＥ、すれば、充分精度良く表現することが可能で
ある。
４πＭｓＹは、室温Ｔｏを中心として上数十℃の温度範
囲で、具体的には±４０℃の温度範囲では、夫々磁石、
ＹＩＧ 、フェライト整磁板の２次までの温度係数α
１Ｂ、α２Ｂ、αＩＹ、α２Ｙ＋ αＩＸ、α２８を
考ＬｒＥ、すれば、充分精度良く表現することが可能で
ある。
Ｂｒ■＝ＢｒＯ（１＋αｔ” （Ｔ−Ｔｏ） ＋α２
Ｂ（Ｔ−Ｔｏ）２）・・（７） ４ πＭＳＹ（Ｔ）＝４ πＭｓざ （１＋αＩＹ
（Ｔ−ＴＯ）＋α２Ｙ（Ｔ・Ｔｏ）２）・・（８） ４ｇＭＳＸ（Ｔ）＝４πＭＪ（１＋αＬＸ（Ｔ−Ｔｏ）
＋ α２Ｘ（Ｔ−Ｔｏ）２１ ・・” （９１
（１１式及び（６）式から共鳴周波数「 （Ｔ）が温度
Ｔに依存せず、一定の値ｆＯになるためには、（１）式
と（６）式とにより次式ＱＯ）が成立する必要がある。
Ｂ（Ｔ−Ｔｏ）２）・・（７） ４ πＭＳＹ（Ｔ）＝４ πＭｓざ （１＋αＩＹ
（Ｔ−ＴＯ）＋α２Ｙ（Ｔ・Ｔｏ）２）・・（８） ４ｇＭＳＸ（Ｔ）＝４πＭＪ（１＋αＬＸ（Ｔ−Ｔｏ）
＋ α２Ｘ（Ｔ−Ｔｏ）２１ ・・” （９１
（１１式及び（６）式から共鳴周波数「 （Ｔ）が温度
Ｔに依存せず、一定の値ｆＯになるためには、（１）式
と（６）式とにより次式ＱＯ）が成立する必要がある。
（ＱｍＢｒ■／ ｐ ｒ ） ＋ＱｘＮｚＸ４πＭ
ｓＸ（Ｔ）Ｑｇ＋＜ｌＬｍ／μｒ）＋＋Ｌｘ ＝（ｆｏ／γ）＋Ｎ２Ｙ４πＭ ｓ’ （Ｔ）
” ・・００）この００式に、（７）式、（８）
式及び（９）式を代入し、温度Ｔについての０次、１次
、及び２次の各項を等しいとすることにより次式が求め
られる。
ｓＸ（Ｔ）Ｑｇ＋＜ｌＬｍ／μｒ）＋＋Ｌｘ ＝（ｆｏ／γ）＋Ｎ２Ｙ４πＭ ｓ’ （Ｔ）
” ・・００）この００式に、（７）式、（８）
式及び（９）式を代入し、温度Ｔについての０次、１次
、及び２次の各項を等しいとすることにより次式が求め
られる。
（ＡｒａＢｒＯ／ＩＪ ｒ ）４（！ｘＮｚＸ４ πＭ
ｇ１＝ 包針（Ｑｍ／’μｒ ）ｌｘｌ （（ｆｏ／
ｒ）＋Ｎ２１’ ４ πＭ−ＪＪ・・（１１） （１１ｍ１３１０（ｌｒｚ”／μｒ ）＋ＱｘＮｚＸ４
πＭｓｌαＩＸ＝ （Ｑｇ＋（Ａｍ／μｒ 汗−ＮｚＹ
４πＭｓＸαＩＹ・・（１２） （ｈＢｒ０α２Ｂ／μｒ）＋１！ＸＮｚＸ４πｋｌα２
Ｘ＝ （ｆ１ｇ＋（ｆｌｖ’μｒ ）＋ＱＸＩ Ｎ２Ｙ
４πＭＪα２７・・（１３） 今、主要項である０次と１次の係数が等しくなる、すな
わち（１１）式と（１２）式とを満す１２ｍと、１Ｍと
を求めると以下のようになる。
ｇ１＝ 包針（Ｑｍ／’μｒ ）ｌｘｌ （（ｆｏ／
ｒ）＋Ｎ２１’ ４ πＭ−ＪＪ・・（１１） （１１ｍ１３１０（ｌｒｚ”／μｒ ）＋ＱｘＮｚＸ４
πＭｓｌαＩＸ＝ （Ｑｇ＋（Ａｍ／μｒ 汗−ＮｚＹ
４πＭｓＸαＩＹ・・（１２） （ｈＢｒ０α２Ｂ／μｒ）＋１！ＸＮｚＸ４πｋｌα２
Ｘ＝ （ｆ１ｇ＋（ｆｌｖ’μｒ ）＋ＱＸＩ Ｎ２Ｙ
４πＭＪα２７・・（１３） 今、主要項である０次と１次の係数が等しくなる、すな
わち（１１）式と（１２）式とを満す１２ｍと、１Ｍと
を求めると以下のようになる。
（１４）式及び（１５）式より１ｍ、１ｘが正の解をも
つには、以下の条件が成立する必要があることが分る。
つには、以下の条件が成立する必要があることが分る。
ＢｒＯ＞ （ｆｏ／ｒ）＋Ｎｚ’４πＭｓざ ・・−
（１６）ＮｚＸ４πＭｓｌ＜ （ｆｏ／γ）十Ｎ２Ｙ４
πＭＳざ・・（１７） （１７）式Ｔ： Ｎ Ｘ ’Ｆ、 ｌ テあるから、次
式（２０） ０）条件が成立すれば（１７）式は常に成
立することが分る。
（１６）ＮｚＸ４πＭｓｌ＜ （ｆｏ／γ）十Ｎ２Ｙ４
πＭＳざ・・（１７） （１７）式Ｔ： Ｎ Ｘ ’Ｆ、 ｌ テあるから、次
式（２０） ０）条件が成立すれば（１７）式は常に成
立することが分る。
４πＭｓｌ＜ （ｆｏ／γ）十Ｎ２Ｙ４πＭｓざ・・
（２０） したがって、室内でのレマネンスＢｒが（ｆｏ／γ）十
Ｎ２Ｙ４πＭ ｓｏｌよりも大きく、且つ室温付近での
レマネンスＢｒの１次の温度係数αＩＢが、久磁石材料
と、室温での飽和磁化４πＭ ｓｌが、（ｆｏ／ｒ）＋
Ｎ２Ｙ４πＭ ｓｏｌよりも小さく、且つ室温付近での
飽和磁化４πＭＳＸの１次の温度係数α１×いわゆるソ
フトフェライト整磁板とを組み合せて温度特性の傾きを
補償することができる。
（２０） したがって、室内でのレマネンスＢｒが（ｆｏ／γ）十
Ｎ２Ｙ４πＭ ｓｏｌよりも大きく、且つ室温付近での
レマネンスＢｒの１次の温度係数αＩＢが、久磁石材料
と、室温での飽和磁化４πＭ ｓｌが、（ｆｏ／ｒ）＋
Ｎ２Ｙ４πＭ ｓｏｌよりも小さく、且つ室温付近での
飽和磁化４πＭＳＸの１次の温度係数α１×いわゆるソ
フトフェライト整磁板とを組み合せて温度特性の傾きを
補償することができる。
すなわち、上述したように（１１）式及び（１２）式を
満す１ｍとｉｘとを決定すれば、共鳴周波数の温度特性
の傾きをＯにすることができることになる。しかしなが
ら、この条件だけでは、温度特性の湾曲を補償すること
はできない。すなわち第１図に示す構成において、整磁
板（５）として第２図に示すような温度特性を有するＭ
ｇＭｎＡ ｌフェライトを用い、永久磁石（４）として
ＮｄｔＦ ｅ １４ Ｂ磁石を用いた中心周波数１゜５
７５ＧＩＩｚＯＹｒＧ薄股マイクロ波装置の磁気回路と
した。このときの−５５℃〜＋７０℃での中心周波数の
温度による変動をみると、第３図に示すように上に凸の
２６．５ＭＨｚもの変化をもって湾曲した温度特性を有
する。これは、ＹＩＧ薄膜マイクロ波装置の中心周波数
が低くなるほどフェライトによる温特禎償分を大きくす
る必要がありこの結果、フェライトのもつ上に凸の温度
特性の湾曲がＹＩＧ薄膜マイクロ波装置の温度特性に強
く反映されるからである。本発明においては、上述した
ように、マイクロ波素子（１）を置換型ＹＩＧによって
構成することによってフェライトによる温特補償分を減
らし、置換量δが０のとき上に凸の温度特性の湾曲をＯ
にすることができる。すなわち、置換型ＹＩＧの置換量
δの選定、更に上述の永久磁石の厚さａｍ、ソフトフェ
ライト整磁板の厚さＪｘとの３つの未知数を（１１）
（１２）及び（１３）の３・つの方程式を同時に満足
するように決定することができ、これにより上述した温
度特性の傾きと共に、湾曲をも０にすることができる。
満す１ｍとｉｘとを決定すれば、共鳴周波数の温度特性
の傾きをＯにすることができることになる。しかしなが
ら、この条件だけでは、温度特性の湾曲を補償すること
はできない。すなわち第１図に示す構成において、整磁
板（５）として第２図に示すような温度特性を有するＭ
ｇＭｎＡ ｌフェライトを用い、永久磁石（４）として
ＮｄｔＦ ｅ １４ Ｂ磁石を用いた中心周波数１゜５
７５ＧＩＩｚＯＹｒＧ薄股マイクロ波装置の磁気回路と
した。このときの−５５℃〜＋７０℃での中心周波数の
温度による変動をみると、第３図に示すように上に凸の
２６．５ＭＨｚもの変化をもって湾曲した温度特性を有
する。これは、ＹＩＧ薄膜マイクロ波装置の中心周波数
が低くなるほどフェライトによる温特禎償分を大きくす
る必要がありこの結果、フェライトのもつ上に凸の温度
特性の湾曲がＹＩＧ薄膜マイクロ波装置の温度特性に強
く反映されるからである。本発明においては、上述した
ように、マイクロ波素子（１）を置換型ＹＩＧによって
構成することによってフェライトによる温特補償分を減
らし、置換量δが０のとき上に凸の温度特性の湾曲をＯ
にすることができる。すなわち、置換型ＹＩＧの置換量
δの選定、更に上述の永久磁石の厚さａｍ、ソフトフェ
ライト整磁板の厚さＪｘとの３つの未知数を（１１）
（１２）及び（１３）の３・つの方程式を同時に満足
するように決定することができ、これにより上述した温
度特性の傾きと共に、湾曲をも０にすることができる。
すなわち、永久磁石材料、フェライト４７４料、ＹＩＧ
薄膜の形状、共鳴周波数、ギャップ間隔などが予め与え
られたとすると、Ｂ ｒｏ、α１８．α２８１μｍ 、
４ πＭｓｌ。
薄膜の形状、共鳴周波数、ギャップ間隔などが予め与え
られたとすると、Ｂ ｒｏ、α１８．α２８１μｍ 、
４ πＭｓｌ。
αＩＸ＋ α２Ｘ＋ Ｎｚ’ ＋ ｆｏ／ ｒ ＋
ｊ２ ｇなどは予め与えられた定数となる。また、Ｎ
２Ｙもフェライト厚みｌχから決まるので独立変数でな
い。更にＹｒＧのＦｅ’＋イオンへの非磁性イオンの置
換量δが決まると、４πＭ ｓｌ 、 αＩＹ、α２
Ｙも決定されるので結局、独立した未知数はδ、βｍ、
ｊ！ｘの３つとなる。
ｊ２ ｇなどは予め与えられた定数となる。また、Ｎ
２Ｙもフェライト厚みｌχから決まるので独立変数でな
い。更にＹｒＧのＦｅ’＋イオンへの非磁性イオンの置
換量δが決まると、４πＭ ｓｌ 、 αＩＹ、α２
Ｙも決定されるので結局、独立した未知数はδ、βｍ、
ｊ！ｘの３つとなる。
したがって前記（１１）式、 （１２）式及び（１３
）式の３つの方程式からδ、１ｍ、！！ｘの３つの未知
数が決定されれば、それらは２次までの温度特性を考慮
した一定の共鳴周波数ｔｏを得ることの条件となる。つ
まり、置換型ＹＩＧ薄膜マイクロ波素子を用いその置換
量δの選定によれば温度特性の湾曲の補償をもなし得る
ことになる。
）式の３つの方程式からδ、１ｍ、！！ｘの３つの未知
数が決定されれば、それらは２次までの温度特性を考慮
した一定の共鳴周波数ｔｏを得ることの条件となる。つ
まり、置換型ＹＩＧ薄膜マイクロ波素子を用いその置換
量δの選定によれば温度特性の湾曲の補償をもなし得る
ことになる。
第１図の構成においてマイクロ波素子（１）を置換型Ｙ
ＩＧ薄膜、特にＹＩＧのＦｅ３＋の一部を３（ｉｌ［ｉ
の非磁性イオンの例えばＧａ３＋、 Δ１３＋等によ
って置換するとか、或いは２ （ｉｌｌｉと４価の非磁
性イオンＣａ’＋とＧｅ’十とを組合せることによって
等測的に３価のイオンと置換したと同等の効果を得るよ
うにした非磁性イオンの置換によるＹＩＧ薄膜によって
構成する。
ＩＧ薄膜、特にＹＩＧのＦｅ３＋の一部を３（ｉｌ［ｉ
の非磁性イオンの例えばＧａ３＋、 Δ１３＋等によ
って置換するとか、或いは２ （ｉｌｌｉと４価の非磁
性イオンＣａ’＋とＧｅ’十とを組合せることによって
等測的に３価のイオンと置換したと同等の効果を得るよ
うにした非磁性イオンの置換によるＹＩＧ薄膜によって
構成する。
このような置換型ＹＩＧ 、つまりＹＩＧのＦｅ３＋イ
オンに対する非磁性イオンの置換による飽和磁化の変化
についてみる。先ず、最初に純粋なＹＩＧ単結晶につい
てみる。この純粋なＹＩＧ単結晶Ｙｌ Ｆｅ５０１２に
おいて、その５個のＦｅ３＋磁性イオンのうち、３個の
Ｆｅ’＋イオンは四面体位置にあり、２個のＦｅ ３＋
イオンは八面体位置にあって四面体位置のＦｅ３＋と八
面体位置のＦｅ’＋とは強い負の超交換相互作用によっ
て反平行に配列している。その結果、反平行状態にある
Ｆｅ３＋イオンの差し引きによって１個分のＦｅ３＋の
もつ５ボーア・マグネトン（５μＢ）なる磁気モーメン
トが、ＹＩＧの飽和磁化を決めることになる。ところで
、今この純粋のＹＩＧのＦｅ３＋イオンの一部を３価の
非磁性イオンの例えば前述したＧａ３＋で置換した場合
を考えると、置換量δが余り大きくないときには、非磁
性イオンは１００％四面体位置のＦｅ３＋と置き換わる
ので、１分子式当りの磁気モーメントは、 ５μＢＸ（（３−δ） −２） ＝５ （１−δ）μＢ
となり、飽和磁化は減少する。ここにＧａ置換ＹＩＧの
飽和磁化についは、文献：ジャーナル・オプ・アプライ
ド・フィジフクスＶｏｌ ４５． ｌｌ＆１６６月 １
９７４゜Ｐ ２７２８〜２７３０に報告されているとこ
ろであり、この文献中の（１１〜（４）式を用いてＧａ
置換量を変えて飽和磁化の温度変化を研潜すると、第２
図に示す特性が得られる。第４図中、曲線（２１）〜（
２９）は夫々置換量δを、δ＝ ０．０．３．０．４．
０．４５．０．５゜０．５５．０．６．０．７．０．８
に変化させた場合である。
オンに対する非磁性イオンの置換による飽和磁化の変化
についてみる。先ず、最初に純粋なＹＩＧ単結晶につい
てみる。この純粋なＹＩＧ単結晶Ｙｌ Ｆｅ５０１２に
おいて、その５個のＦｅ３＋磁性イオンのうち、３個の
Ｆｅ’＋イオンは四面体位置にあり、２個のＦｅ ３＋
イオンは八面体位置にあって四面体位置のＦｅ３＋と八
面体位置のＦｅ’＋とは強い負の超交換相互作用によっ
て反平行に配列している。その結果、反平行状態にある
Ｆｅ３＋イオンの差し引きによって１個分のＦｅ３＋の
もつ５ボーア・マグネトン（５μＢ）なる磁気モーメン
トが、ＹＩＧの飽和磁化を決めることになる。ところで
、今この純粋のＹＩＧのＦｅ３＋イオンの一部を３価の
非磁性イオンの例えば前述したＧａ３＋で置換した場合
を考えると、置換量δが余り大きくないときには、非磁
性イオンは１００％四面体位置のＦｅ３＋と置き換わる
ので、１分子式当りの磁気モーメントは、 ５μＢＸ（（３−δ） −２） ＝５ （１−δ）μＢ
となり、飽和磁化は減少する。ここにＧａ置換ＹＩＧの
飽和磁化についは、文献：ジャーナル・オプ・アプライ
ド・フィジフクスＶｏｌ ４５． ｌｌ＆１６６月 １
９７４゜Ｐ ２７２８〜２７３０に報告されているとこ
ろであり、この文献中の（１１〜（４）式を用いてＧａ
置換量を変えて飽和磁化の温度変化を研潜すると、第２
図に示す特性が得られる。第４図中、曲線（２１）〜（
２９）は夫々置換量δを、δ＝ ０．０．３．０．４．
０．４５．０．５゜０．５５．０．６．０．７．０．８
に変化させた場合である。
そして、これにより最小２乗法により、各Ｇａ置換量δ
に対する中心温度７６５℃での飽和磁化の大きさ、４π
ＭｓＫ及び−５５℃〜＋７０℃での１次及び２次の温度
係数αＩＹ＋ α２Ｙの値を求めた結果を第５図の表に
示す。そして、第１図において整磁板（５）を第２図の
温度特性を有するＭｇＭｎＡ１フェライトによって構成
し、永久磁石（４）を、Ｎｄ２Ｆｅ １４ Ｂ ＋ Ｃ
ｅＣｏ５＋ＳｍＣｏ５のうちの１種類によって構成して
中心周波数１．５７５ＧｌｌｚのＹＩＧ ａｌｌＩＪフ
ィルタを構成する。この構成において、第５図の表によ
る値を用いて、必要な永久磁石の厚さ１ ｍ ％フェラ
イトの厚さ１ｘと、−５５℃〜＋７０℃での周波数変動
Δｆの計算結果を、第６図Ａ−Ｃに示す。また、Ｇａ置
換量δによる周波数変動Δｆの変化をプロットした結果
を第７図に示す。同図中、（７０Ｍ ） （７０Ｂ
）及び（７０Ｃ）の各曲線は夫々Ｎｄ２Ｆｅ １４ Ｂ
磁石を用いた場合、ＣｅＣｏ５磁石を用いた場合、Ｓｍ
Ｃｏ５磁石を用いた場合で、いずれもδ−０では、Δｒ
が正で温度特性曲線が上に凸の湾曲を示したものがδが
大きくなるにつれて、Δｆが小さくなり、更にδを大と
するとΔｒが負となって下に凸の特性を示し、δを選定
することによってΔ「〜０の温度特性を示すことができ
ることがわかる。つまり、本発明構成によれば永久磁石
材料、整磁板材料によってマイクロ波素子のＹＩＧ！膜
のＦｅ３＋との非磁性イオンの置換量を選定することに
よって、ＹＩＧ夫々の共鳴周波数の温度特性の１￥４き
と湾曲とを共にＯとすることが可能となる。
に対する中心温度７６５℃での飽和磁化の大きさ、４π
ＭｓＫ及び−５５℃〜＋７０℃での１次及び２次の温度
係数αＩＹ＋ α２Ｙの値を求めた結果を第５図の表に
示す。そして、第１図において整磁板（５）を第２図の
温度特性を有するＭｇＭｎＡ１フェライトによって構成
し、永久磁石（４）を、Ｎｄ２Ｆｅ １４ Ｂ ＋ Ｃ
ｅＣｏ５＋ＳｍＣｏ５のうちの１種類によって構成して
中心周波数１．５７５ＧｌｌｚのＹＩＧ ａｌｌＩＪフ
ィルタを構成する。この構成において、第５図の表によ
る値を用いて、必要な永久磁石の厚さ１ ｍ ％フェラ
イトの厚さ１ｘと、−５５℃〜＋７０℃での周波数変動
Δｆの計算結果を、第６図Ａ−Ｃに示す。また、Ｇａ置
換量δによる周波数変動Δｆの変化をプロットした結果
を第７図に示す。同図中、（７０Ｍ ） （７０Ｂ
）及び（７０Ｃ）の各曲線は夫々Ｎｄ２Ｆｅ １４ Ｂ
磁石を用いた場合、ＣｅＣｏ５磁石を用いた場合、Ｓｍ
Ｃｏ５磁石を用いた場合で、いずれもδ−０では、Δｒ
が正で温度特性曲線が上に凸の湾曲を示したものがδが
大きくなるにつれて、Δｆが小さくなり、更にδを大と
するとΔｒが負となって下に凸の特性を示し、δを選定
することによってΔ「〜０の温度特性を示すことができ
ることがわかる。つまり、本発明構成によれば永久磁石
材料、整磁板材料によってマイクロ波素子のＹＩＧ！膜
のＦｅ３＋との非磁性イオンの置換量を選定することに
よって、ＹＩＧ夫々の共鳴周波数の温度特性の１￥４き
と湾曲とを共にＯとすることが可能となる。
尚、上述した例では、使用周波数が固定したマイクロ波
装置に本発明を通用した場合であるが、磁気回路（２）
のヨーク（３）に図示しないが、コイルが巻装された可
変型のＹＩＧ薄膜マイクロ波装置に通用することもでき
る。
装置に本発明を通用した場合であるが、磁気回路（２）
のヨーク（３）に図示しないが、コイルが巻装された可
変型のＹＩＧ薄膜マイクロ波装置に通用することもでき
る。
上述したように本発明によれば、温度特性の傾きと湾曲
の双方を補償した良好な温度特性を有するマイクロ波装
置が実現できるので、冒頭に述べたように量産性にすぐ
れたＹＩＧ薄膜によるマイクロ波装置の特徴を活かして
、よりその利用度が高められ、その工業的利益は大であ
る。
の双方を補償した良好な温度特性を有するマイクロ波装
置が実現できるので、冒頭に述べたように量産性にすぐ
れたＹＩＧ薄膜によるマイクロ波装置の特徴を活かして
、よりその利用度が高められ、その工業的利益は大であ
る。
第１図は本発明によるＹＩＧ薄膜マイクロ波装置の一例
の構成図、第２図はそのフェライト整磁板の温度特性曲
線図、第３図は中心周波数の温度に対する変化を示す曲
線図、第４図は置換量δをパラメータとする飽和磁化の
温度特性曲線図、第５図及び第６図は夫々ＹＩＧのＧａ
置換量に対する各値の関係を示す表図、第７図はＧａ置
換量による周波数変動Δｆの変化を示す図である。 （１）はマイクロ波素子、（２）は磁気回路、ｇはその
磁気ギヤツブ、（３）はヨーク、（４）は永久磁石、（
５）はソフトフェライト整磁板である。
の構成図、第２図はそのフェライト整磁板の温度特性曲
線図、第３図は中心周波数の温度に対する変化を示す曲
線図、第４図は置換量δをパラメータとする飽和磁化の
温度特性曲線図、第５図及び第６図は夫々ＹＩＧのＧａ
置換量に対する各値の関係を示す表図、第７図はＧａ置
換量による周波数変動Δｆの変化を示す図である。 （１）はマイクロ波素子、（２）は磁気回路、ｇはその
磁気ギヤツブ、（３）はヨーク、（４）は永久磁石、（
５）はソフトフェライト整磁板である。
Claims (1)
- ＹＩＧ薄膜のフェリ磁性共鳴を利用したマイクロ波素
子と、該マイクロ波素子に直流磁界を印加する永久磁石
及びソフトフェライト磁整板から成る磁気回路とを有し
、上記マイクロ波素子を構成するＹＩＧ薄膜の組成を、
そのＦｅ＾３＾＋イオンの一部を非磁性イオンで置換し
て共鳴周波数の温度特性を補償することを特徴とするＹ
ＩＧ薄膜マイクロ波装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61043206A JPS62200709A (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 |
| CA000513289A CA1266100A (en) | 1985-07-09 | 1986-07-08 | Yig thin film microwave apparatus |
| DE8686305294T DE3687930T2 (de) | 1985-07-09 | 1986-07-09 | Mikrowellenvorrichtung mit duennschichtigem yttrium-eisen-granat. |
| US06/883,603 US4746884A (en) | 1985-07-09 | 1986-07-09 | YIG thin film microwave apparatus |
| KR1019860005540A KR950005157B1 (ko) | 1985-07-09 | 1986-07-09 | Yig 박막 마이크로파 장치 |
| EP86305294A EP0208548B1 (en) | 1985-07-09 | 1986-07-09 | Yig thin film microwave apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61043206A JPS62200709A (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62200709A true JPS62200709A (ja) | 1987-09-04 |
Family
ID=12657446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61043206A Pending JPS62200709A (ja) | 1985-07-09 | 1986-02-28 | Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62200709A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0265308A (ja) * | 1988-08-31 | 1990-03-06 | Fujitsu Ltd | 静磁波デバイス用ガーネット膜 |
| KR20030070389A (ko) * | 2002-02-25 | 2003-08-30 | 주식회사 하이닉스반도체 | 마이크로파 자성체 조성물 및 그의 제조 방법 |
-
1986
- 1986-02-28 JP JP61043206A patent/JPS62200709A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0265308A (ja) * | 1988-08-31 | 1990-03-06 | Fujitsu Ltd | 静磁波デバイス用ガーネット膜 |
| KR20030070389A (ko) * | 2002-02-25 | 2003-08-30 | 주식회사 하이닉스반도체 | 마이크로파 자성체 조성물 및 그의 제조 방법 |
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