KR100385121B1 - 정자파 디바이스 - Google Patents

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KR100385121B1
KR100385121B1 KR10-2000-0011248A KR20000011248A KR100385121B1 KR 100385121 B1 KR100385121 B1 KR 100385121B1 KR 20000011248 A KR20000011248 A KR 20000011248A KR 100385121 B1 KR100385121 B1 KR 100385121B1
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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Abstract

본 발명은 일정한 외부 자계에서, 동시에 복수의 주파수 대역에서 동작가능한 정자파(magnetostatic wave; 靜磁波) 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 정자파 디바이스는 포화 자화(saturation magnetizations)가 다른 2층 이상으로 구성되는 자성 가닛(garnet) 단결정막을 포함한다. 자성 가닛 단결정막을 구성하는 층들중의 한 층의 두께는, 기판에 근접한 다른 층의 두께보다 얇은 것이 바람직하다.

Description

정자파 디바이스{Magnetostatic Wave Device}
본 발명은 자성 가닛 단결정막을 포함하는 정자파 디바이스에 관한 것이다.
종래부터, 자성 가닛(garnet) 단결정의 일종인 Y3Fe5O12(YIG라 약칭함) 단결정은 정자파(靜磁波) 디바이스를 제작하기 위한 중요한 물질이었다. YIG는 여러가지 유용한 특성을 가지고 있는데, 특히 뛰어난 특성은, 강자성 반치폭(△H)이 매우 작다는 것이다. YIG 결정으로 정자파 디바이스를 제작하는 경우, 소정의 주파수에서 전송되는 입력 신호와 출력 신호의 강도의 차를 작게 할 수 있다. YIG 결정의 다른 특성은 입력 신호에 대하여 비교적 작은 전력 레벨에서 포화 현상이 나타난다는 것이다. 이러한 특성 때문에, 리미터 및 노이즈 필터 등의 정자파 디바이스에서 YIG 단결정막이 널리 사용되고 있다.
마찬가지로, YIG 단결정막 이외의 자성 가닛 단결정막(예를 들면, Fe원소를 포함하는 가닛 단결정막)이 정자파 디바이스에서 사용되고 있다.
그러나, 종래의 정자파 디바이스에 있어서는, YIG막 등의 단층의 자성 가닛 단결정막을 사용하고 있기 때문에, 동작 주파수가 임의의 1주파수 대역에만 한정된다. 이러한 디바이스를 복수의 주파수 대역에서 동시에 동작시키기 위해서는, 복수의 정자파 디바이스를 필요로 한다고 하는 문제점을 갖는다.
이상으로부터, 일정한 외부 자계에서, 동시에 복수의 주파수 대역에서 동작가능한 정자파 디바이스가 필요하다.
도 1은 본 발명의 정자파 디바이스의 한 예를 나타낸 사시도이다.
도 2는 종래의 정자파 디바이스를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 정자파 디바이스의 마이크로파 투과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 종래의 정자파 디바이스의 마이크로파 투과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 종래의 다른 정자파 디바이스의 마이크로파 투과 특성을 나타낸 그래프이다.
(도면의 주요 부분에 있어서의 부호의 설명)
1: GGG기판
2, 3, 4: 자성 가닛 단결정막
5: 마이크로스트립 라인
6: 입력 단자
7: 출력 단자
따라서, 본 발명의 목적은, 기판과, 상기 기판에 배치된 제 1 및 제 2 자성 가닛 단결정막을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2층이 포화 자화(saturation magnetizations)가 다른 것을 특징으로 하는 정자파 디바이스를 제공하는데 있다.
그리고, 상기 자성 가닛 단결정막을 구성하는 층들중의 한 층의 두께는, 기판에 근접하는 다른 층의 두께보다 얇은 것이 바람직하다.
따라서, 자성 가닛 단결정막이 포화 자화가 다른 2층 이상의 적층막으로 형성되어 있으므로, 일정한 외부 자계에서, 동시에 복수의 주파수 대역에서 동작할 수 있는 정자파 디바이스를 얻을 수가 있다.
또한, 자성 가닛 단결정막을 구성하는 층들중의 한 층의 두께가 기판에 근접한 다른 층의 두께보다 얇기 때문에, 여러가지 요인(인가되는 외부 자계의 작용의 두께 방향으로의 차이 또는 정자파의 두께 방향으로의 전파 정도의 차이)의 영향을 보상하여, 모든 동작 주파수에서 삽입 손실 등의 특성을 각 구성층에 균일하게 부가하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조로 한 본 발명의 하기의 설명으로부터 자명할 것이다.
(발명의 실시형태의 바람직한 설명)
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하겠다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
먼저, Gd3Ga5O12(GGG이라 약칭함) 기판을, 액상 에피택셜 성장법(LPE법)에 의해 자성 가닛 단결정막을 형성하기 위한 기판으로 준비하였다.
다음으로, 원료인 순도 99.99%의 Fe2O3(7.5중량%), Y2O3(0.5중량%), La2O3(0.1중량%), Ga2O3(0.4중량%), B2O3(2.0중량%) 및 PbO(89.5중량%)를 칭량하고 서로 혼합하였다. 이 혼합물을 종형 전기로내에 놓여진 백금 도가니에 충전하고, 대략 1200℃에서 용융하여, 액상 혼합물을 균질화하였다. 이 용융액을 대략 890℃로 유지하고, 용융액중의 가닛 재료 성분을 과포화 상태로 하였다. 그 후, 이 용융액중에 GGG기판을 침지하고, 회전시키면서 약 10분간 결정 성장을 행하였다. 결정 성장을 완료한 후, 이 GGG기판을 용융액으로부터 끌어올리고, 500rpm으로 회전시켜서, 얻어진 자성 가닛막상에 부착된 용융액을 원심력에 의하여 제거하였다. 따라서, GGG기판상에, 자성 가닛 단결정의 일종인, 두께 약 5μm의 Y2.9La0.1Fe4.7Ga0.3O12단결정막을 형성하였다.
다음으로, Y2.9La0.1Fe4.7Ga0.3O12단결정막이 형성된 GGG기판상에, LPE법에 의해 다른 자성 가닛 단결정막을 형성하였다.
즉, 먼저 원료인 순도 99.99%의 Fe2O3(7.5중량%), Y2O3(0.5중량%), B2O3(2.0중량%) 및 PbO(90.0중량%)를 칭량하고 서로 혼합하였다. 이 혼합물을 종형 전기로내에 놓여진 백금 도가니에 충전하고, 대략 1200℃에서 융융하여, 액상 혼합물을 균질화하였다. 이 용융액을 약 900℃의 일정 온도로 유지하여, 용융액중의 가닛 재료성분을 과포화 상태로 하였다. 그 후, 이 용융액중에 Y2.9La0.1Fe4.7Ga0.3O12단결정막이 형성된 GGG기판을 침지하고, 회전시키면서 약 10분간 결정 성장을 행하였다. 결정 성장을 완료한 후, 이 GGG 기판을 용융액으로부터 끌어올리고, 500rpm으로 회전시켜서, 얻어진 자성 가닛막상에 부착된 용융액을 원심력에 의하여 제거하였다. 따라서, GGG기판상에 형성된 Y2.9La0.1Fe4.7Ga0.3O12단결정막상에, 자성 가닛 단결정의 일종인, 두께 약 5μm의 Y3Fe5O12단결정막을 형성하였다.
다음으로, 얻어진 자성 가닛 단결정의 적층막을 사용하여, 도 1에 나타낸 정자파 디바이스를 제작하였다. 자성 가닛 단결정막의 면에 수직으로 240mT의 외부 자계를 인가하여, 1.5∼3.5GHz 대역에서 마이크로파 투과 특성을 측정하였다.
도 1은 정자파 디바이스를 나타내는 사시도이다. 도 1에 있어서, 참조번호 1은 GGG기판, 2는 Y2.9La0.1Fe4.7Ga0.3O12로 표현되는 제 1 자성 가닛 단결정막, 3은 Y3Fe5O12로 표현되는 제 2 자성 가닛 단결정막(제 1막보다 얇은 것이 바람직하다), 5는 마이크로스트립 라인, 6은 입력 단자, 7은 출력 단자이다.
본 실시예의 정자파 디바이스의 투과 특성을 도 3에 나타낸다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 약 1.7GHz 및 약 3.3GHz에서 2개의 흡수 피크가 나타나고, 상기 디바이스가 2개의 주파수 대역에서 동작할 수 있다는 것이 확인되었다. 본 실시예의 자성 가닛 단결정막은 2층으로 이루어지며, 한 층은 Y2.9La0.1Fe4.7Ga0.3O12의 조성을 가지며 다른 층은 Y3Fe5O12의 조성을 가지며, 또한 상기 2층은 포화 자화가 다르다.
(비교예 1)
먼저, GGG기판을, LPE법에 의해 자성 가닛 단결정막을 형성하기 위한 기판으로 준비하였다.
다음으로, 원료인 순도 99.99%의 Fe2O3(7.5중량%), Y2O3(0.5중량%), B2O3(2.0중량%) 및 PbO(90.0중량%)를 칭량하고 서로 혼합하였다. 이 혼합물을 종형 전기로내에 놓여진 백금 도가니에 충전하고, 약 1200℃에서 용융하여, 액상 혼합물을 균질화하였다. 이 용융액을 약 900℃의 일정 온도로 유지하여, 융액중의 가닛 재료 성분을 과포화 상태로 하였다. 그 후, 이 용융액중에 GGG기판을 침지하고, 회전시키면서 약 20분간 결정 성장을 행하였다. 결정 성장을 완료한 후, 이 GGG기판을 용융액으로부터 끌어올리고, 500rpm으로 회전시켜서, 얻어진 자성 가닛막상에 부착된 융융액을 원심력에 의하여 제거하였다. 따라서, GGG기판상에, 자성 가닛 단결정막의 일종인, 두께 약 10μm의 Y3Fe5O12단결정막을 형성하였다.
다음으로, 얻어진 Y3Fe5O12단결정막을 사용하여, 도 2에 나타낸 정자파 디바이스를 제작하였다. 그 후, 실시예와 동일하게 하여, 자성 가닛 단결정막의 면에 수직으로 240mT의 외부 자계를 인가하여, 1.5∼3.5GHz의 대역에서 마이크로파 투과 특성을 측정하였다.
도 2는 비교예 1의 정자파 디바이스를 나타내는 사시도이다. 도 2에 있어서, 참조번호 1은 GGG기판, 4는 Y3Fe5O12로 표현되는 자성 가닛 단결정막, 5는 마이크로스트립 라인, 6은 입력 단자, 7은 출력 단자이다.
비교예 1의 정자파 디바이스의 투과 특성을 도 4에 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 약 1.7GHz에서 하나의 흡수 피크가 나타나고, 상기 디바이스가 1개의 주파수 대역에서만 동작할 수 있다는 것이 확인되었다. 또한, 시료 진동형 자력계를 이용하여 측정된 Y3Fe5O12단결정막의 포화 자화는 176mT이었다.
(비교예 2)
먼저, GGG기판을, LPE법에 의해 자성 가닛 단결정막을 형성하기 위한 기판으로 준비하였다.
다음으로, 원료인 Fe2O3(7.5중량%), Y2O3(0.5중량%), La2O3(0.1중량%), Ga2O3(0.4중량%), B2O3(2.0중량%) 및 PbO(89.5중량%)를 칭량하고 서로 혼합하였다. 이 혼합물을 종형 전기로내에 놓여진 백금 도가니에 충전하고, 약 1200℃에서 용융하여, 액상 혼합물을 균질화하였다. 이 용융액을 약 890℃의 온도로 유지하여, 융액중의 가닛 재료 성분을 과포화 상태로 하였다. 그 후, 이 용융액중에 GGG기판을 침지하고, 회전시키면서 약 10분간 결정 성장을 행하였다. 결정 성장을 완료한 후, 이 GGG기판을 용융액으로부터 끌어올리고, 500rpm으로 회전시켜서, 얻어진 자성 가닛막상에 부착된 용융액을 원심력에 의하여 제거하였다. 따라서, GGG기판상에, 자성 가닛 단결정막의 일종인, 두께 약 10μm의 Y2.9La0.1Fe4.7Ga0.3O12단결정막을 형성하였다.
다음으로, 얻어진 Y2.9La0.1Fe4.7Ga0.3O12단결정막을 사용하고 그 외는 비교예 1과 동일하게 하여, 정자파 디바이스를 제작하였다. 그 후, 실시예와 동일하게 하여, 자성 가닛 단결정막의 면에 수직으로 240mT의 외부 자계를 인가하여, 1.5∼3.5GHz의 대역에서 마이크로파 투과 특성을 측정하였다.
비교예 2의 정자파 디바이스의 투과 특성을 도 5에 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 약 3.3GHz에서 하나의 흡수 피크가 나타나고, 상기 디바이스가 1개의 주파수 대역에서만 동작할 수 있다는 것이 확인되었다. 또한, 시료 진동형 자력계를 이용하여 측정된 Y2.9La0.1Fe4.7Ga0.3O12단결정막의 포화 자화는 125mT이었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태를 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 한 여러가지 변형이 가능하다는 것을 알 것이다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면, 자성 가닛 단결정막이 포화 자화가 다른 2층 이상의 적층막으로 형성되어 있으므로, 일정한 외부 자계에서, 동시에 복수의 주파수 대역에서 동작할 수 있는 정자파 디바이스를 얻을 수가 있다.
또한, 자성 가닛 단결정막을 구성하는 층들중의 한 층의 두께가 기판에 근접한 다른 층의 두께보다 얇기 때문에, 여러가지 요인(인가되는 외부 자계의 작용의 두께 방향으로의 차이 또는 정자파의 두께 방향으로의 전파 정도의 차이)의 영향을 보상하여, 모든 동작 주파수에서 삽입 손실 등의 특성을 각 구성층에 균일하게 부가하는 것이 가능해진다.

Claims (4)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 자성 가닛 단결정막; 및
    상기 제1 자성 가닛 단결정막 상에 배치되고 상기 제1 자성 가닛 단결정막과는 포화 자화가 다른 제 2 자성 가닛 단결정막;을 포함하며,
    상기 제2 자성 가닛 단결정막의 두께가 상기 제1 자성 가닛 단결정막의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 정자파 디바이스.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 자성 가닛 단결정막 상에 마이크로스트립 라인이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정자파 디바이스.
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