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技術 静磁波素子用磁性ガーネット単結晶膜の処理方法およびその処理手段を備えた磁性ガーネット単結晶膜の製造装置

出願人 株式会社村田製作所
発明者 藤井高志藤野優熊取谷誠人関島雄徳鷹木洋
出願日 1994年11月18日 (26年1ヶ月経過) 出願番号 1994-285320
公開日 1996年6月7日 (24年6ヶ月経過) 公開番号 1996-148335
状態 特許登録済
技術分野 結晶、結晶のための後処理 磁性薄膜
主要キーワード 中心磁界 度周波数特性 半月形 高周波出力端子 磁化処理 価格低減 磁化軸 高周波入力端子
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この項目の情報は公開日時点(1996年6月7日)のものです。
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図面 (4)

目的

初期特性が経時的に変化しない静磁波素子磁性ガーネット単結晶膜を得るための、磁性ガーネット単結晶膜の処理方法およびその処理手段を備えた磁性ガーネット単結晶膜の製造装置を提供する

構成

静磁波素子として用いる前の磁性ガーネット単結晶膜に、予め直流磁界を加えて磁化処理を行なう。そして、その磁化処理の手段21が、磁性ガーネット単結晶膜の製造装置の該磁性ガーネット単結晶膜の冷却部に付設されている。

概要

背景

従来より静磁波素子には、Fe元素を含む磁性ガーネット単結晶膜一般式、R13-x R2xFe5-y My O12(以下RM・RIGと称す)}が、重要な材料として使われている。この中でもイットリウム・鉄ガーネット(Y3 Fe5 O12:以下YIGと称す)は、極端強磁性半値幅(ΔH)が小さく、静磁波素子としたときに、入力信号出力信号との差を小さくできるため、広く用いられている。

そして一般的に、これらRM・RIG単結晶膜は、PbOとB2 O3 とを混合した溶媒に、例えば、YIG単結晶を製造する場合には、Fe2 O3 とY2 03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 Ga5 O12、以下GGGと称す)単結晶基板上に、900℃前後でYIG単結晶薄膜成長させる液相エピタキシャル法(以下LPE法と称す)によって製造されている。

概要

初期特性が経時的に変化しない静磁波素子用磁性ガーネット単結晶膜を得るための、磁性ガーネット単結晶膜の処理方法およびその処理手段を備えた磁性ガーネット単結晶膜の製造装置を提供する

静磁波素子として用いる前の磁性ガーネット単結晶膜に、予め直流磁界を加えて磁化処理を行なう。そして、その磁化処理の手段21が、磁性ガーネット単結晶膜の製造装置の該磁性ガーネット単結晶膜の冷却部に付設されている。

目的

そこで、本発明の目的は、初期特性が経時的に変化しない静磁波素子用磁性ガーネット単結晶膜を得るための、磁性ガーネット単結晶膜の処理方法およびその処理手段を備えた磁性ガーネット単結晶膜の製造装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

静磁波素子として用いる前の磁性ガーネット単結晶膜に、予め直流磁界を加えて磁化処理を行なうことを特徴とする静磁波素子用磁性ガーネット単結晶膜の処理方法

請求項2

磁性ガーネット単結晶膜は、一般式R13-x R2xFe5-yMy O12(但し、R1はYまたはTbのいずれか、R2はBi,B,Sbおよびランタン遷移元素のうち少なくとも1種類であり、MはGa,Al,In,Tl,CoおよびNiのうち少なくとも1種類、または、MはZrおよびSiのうち少なくとも1種類とMgであり、0≦x<3,0≦y<5)で表されるものであることを特徴とする請求項1記載の静磁波素子用磁性ガーネット単結晶膜の処理方法。

請求項3

磁性ガーネット単結晶膜は、Y3 Fe5 O12であることを特徴とする請求項1記載の静磁波素子用磁性ガーネット単結晶膜の処理方法。

請求項4

磁性ガーネット単結晶膜の製造装置の該磁性ガーネット単結晶膜の冷却部に、該磁性ガーネット単結晶膜を磁化処理する手段が付設されていることを特徴とする磁性ガーネット単結晶膜の製造装置。

請求項5

磁性ガーネット単結晶膜の製造装置は、縦型炉芯管構造の液相エピタキシャル成長装置であり、該縦型炉芯管の磁性ガーネット単結晶膜の冷却部の周囲に磁化処理手段として電磁石が付設されていることを特徴とする請求項4記載の磁性ガーネット単結晶膜の製造装置。

技術分野

0001

本発明は、静磁波素子用材料として有用な磁性ガーネット単結晶膜処理方法、およびその処理手段を備えた磁性ガーネット単結晶膜の製造装置に関する。

背景技術

0002

従来より静磁波素子には、Fe元素を含む磁性ガーネット単結晶膜{一般式、R13-x R2xFe5-y My O12(以下RM・RIGと称す)}が、重要な材料として使われている。この中でもイットリウム・鉄ガーネット(Y3 Fe5 O12:以下YIGと称す)は、極端強磁性半値幅(ΔH)が小さく、静磁波素子としたときに、入力信号出力信号との差を小さくできるため、広く用いられている。

0003

そして一般的に、これらRM・RIG単結晶膜は、PbOとB2 O3 とを混合した溶媒に、例えば、YIG単結晶を製造する場合には、Fe2 O3 とY2 03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 Ga5 O12、以下GGGと称す)単結晶基板上に、900℃前後でYIG単結晶薄膜成長させる液相エピタキシャル法(以下LPE法と称す)によって製造されている。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、このようにして得られたRM・RIG単結晶膜を用いて静磁波素子を作製した場合、作製直後からRM・RIG単結晶膜の周波数特性が経時的に徐々に変化し、数100時間経過後にほぼ一定値になり安定するという現象が観察されている。

0005

そのため、静磁波素子として作製した後、ある時間を経てから再度周波数特性を調整するために、静磁波素子に周波数調整機能を付加しておく必要があり、これが静磁波素子の価格低減の妨げの1つとなっている。

0006

そこで、本発明の目的は、初期特性が経時的に変化しない静磁波素子用磁性ガーネット単結晶膜を得るための、磁性ガーネット単結晶膜の処理方法およびその処理手段を備えた磁性ガーネット単結晶膜の製造装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するため、本発明の静磁波素子用磁性ガーネット単結晶膜の処理方法は、静磁波素子として用いる前の磁性ガーネット単結晶膜に、予め直流磁界を加えて磁化処理を行なうことを特徴とする。

0008

そして、磁性ガーネット単結晶膜は、一般式R13-x R2xFe5-y My O12(但し、R1はYまたはTbのいずれか、R2はBi,B,Sbおよびランタン遷移元素のうち少なくとも1種類であり、MはGa,Al,In,Tl,CoおよびNiのうち少なくとも1種類、または、MはZrおよびSiのうち少なくとも1種類とMgであり、0≦x<3,0≦y<5)で表されるものであることを特徴とする。

0009

さらに、磁性ガーネット単結晶膜は、Y3 Fe5 O12であることを特徴とする。

0010

また、磁性ガーネット単結晶膜の製造装置は、その製造装置の該磁性ガーネット単結晶膜の冷却部に、該磁性ガーネット単結晶膜を磁化処理する手段が付設されていることを特徴とする。

0011

そして、磁性ガーネット単結晶膜の製造装置は、縦型炉芯管構造の液相エピタキシャル成長装置であり、該縦型炉芯管の磁性ガーネット単結晶膜の冷却部の周囲に磁化処理手段として電磁石が付設されていることを特徴とする。

0012

RM・RIG単結晶の属するガーネット結晶系は、立方晶系に属し、その単位格子立方体を形成している。ここで、磁性ガーネット結晶磁化軸は、この立方体単位格子の4本の対角線上に等価に存在し、この対角線上での磁化ベクトルの方向は正方向、逆方向とも同じ割合で存在する。通常、磁性ガーネットキュリー点より高温で単結晶膜の作製が行われる。そのため、作製されたRM・RIG単結晶膜は磁化ベクトルが任意の方向を向いており、静磁波素子として直流磁界中に配置された場合、初期の段階では、磁化ベクトルが完全に磁化の方向にそろっていないと考えられる。そして、時間とともに磁化ベクトルの方位外部磁界の方向に整列し、これが静磁波素子としたときの経時変化の原因となっているものと推定される。

0013

以上のメカニズム裏付ける如く、磁性ガーネット単結晶膜に、予め直流磁界を加えて磁化処理を行なって磁化ベクトルを特定方向に揃えておくことによって、静磁波素子としたときの初期特性の経時的変化を抑えることができる。

0014

そして、このような磁化処理手段を磁性ガーネット単結晶膜の製造装置の磁性ガーネット単結晶膜の冷却部に付設しておくことによって、単結晶膜の製造に引き続いて同一装置内で連続して磁化処理を行なうことができる。

0015

以下、本発明の静磁波素子用磁性ガーネット単結晶膜の処理方法およびその処理手段を備えた磁性ガーネット単結晶膜の製造装置について、その実施例を説明する。

0016

(実施例1)まず、LPE法により、直径50mmのGGG基板の(111)面上に膜厚30μmのYIG単結晶膜を作製した。次に、このYIG単結晶膜を半月形に切断し、その一方を、膜面に垂直に500mTの磁界中に置いて磁化処理を行なった。このときの温度は25℃であり、時間は1時間であった。

0017

このようにして得られたYIG単結晶膜を5mm×25mmに切り出し、図1に示す構成の2GHz帯フィルタを作製し、中心周波数の経時変化を2000時間まで測定した。なお、図1は平面断面図であり、1はYIG単結晶膜、2は入力トランスデューサ、3は出力トランスデューサ、4は磁気シールド、5は磁石、6は高周波入力端子、7は高周波出力端子である。比較のために、同じYIG単結晶膜の残り半分から同様にフィルタを作製し、中心周波数の経時変化を測定した。これらの結果を図2に示す。

0018

図2から明らかなように、YIG単結晶膜の磁化処理を行なわなかったものは、500時間程度までは時間の経過とともに中心周波数が徐々に低下して行き、その後、1.9GHz弱で安定している。これに対して、予めYIG単結晶膜の磁化処理を行なったものは、初期に設定した中心周波数2GHzが2000時間経過後まで変化していない。このように、本発明の磁性ガーネット単結晶膜の処理方法により、経時変化のない静磁波素子を得ることができる。

0019

(実施例2)まず、LPE法により、直径50mmのGGG基板の(111)面上に膜厚30μmのY2.9 Bi0.1 Fe4.6 Ga0.4 O12、Y2.5 Bi0.5 Fe5 O12、Y2.96La0.04Fe4.7 Ga0.3 O12、Y2.8 La0.2 Fe4.7 Al0.3 O12およびTb1.8 B1.2 Fe5 O12膜をそれぞれ作製した。次にこれらRM・RIG単結晶膜を半月形に切断し、その一方を、実施例1と同様に、膜面に垂直に500mTの磁界中に置いて磁化処理を行なった。

0020

その後、実施例1と同様に、2GHz帯のフィルタを作製して中心周波数の経時変化を測定した。その結果、RM・RIG単結晶膜の磁化処理を行なわなかったものは、最初のうちは時間の経過とともに中心周波数が徐々に低下する傾向を示した。これに対して、予めRM・RIG単結晶膜の磁化処理を行なったものは、初期に設定した中心周波数2GHzが2000時間経過後まで変化しなかった。

0021

(実施例3)まず、実施例1と同様に、LPE法により、直径50mmのGGG基板の(111)面上に膜厚30μmのYIG単結晶膜を作製した。次に、このYIG単結晶膜を、膜面に垂直に100mTの磁界中に置いて磁化処理を行なった。このとき、この単結晶膜の周囲に加熱装置を配置しておいて、この加熱装置で室温から500℃まで1時間かけて加熱し、500℃に達した後直ちに冷却を始めて室温に戻し、その後磁界からYIG単結晶膜を取り出した。

0022

その後、実施例1と同様にしてフィルタを作製し、中心周波数の経時変化を2000時間まで測定した。その結果、実施例1と同様に、初期特性変化のない静磁波素子が得られた。

0023

(実施例4)図3は、縦型炉芯管構造の液相エピタキシャル成長装置であって、磁化処理手段を取り付けたものを示す断面図である。同図において、11はアルミナ製の縦型筒状の炉芯管、12a,12b,12cは炉芯管11の周囲に設けたヒータ、13は炉芯管11の周囲を包囲する炉体、14は炉芯管11の内部への空気の侵入を抑制するシャッター、15は磁性ガーネット単結晶膜の原料溶液、16は磁性ガーネット膜の原料を収容する白金製の坩堝、17は坩堝16を支持する支持台、18は下地基板に形成された磁性ガーネット単結晶膜、19は磁性ガーネット単結晶膜18を水平に保持する基板保持具、20は回転方向および上下方向に駆動される支持棒、21は炉体13の上部の冷却部に取り付けられた垂直方向に50mTの中心磁界をかけることができる電磁石である。

0024

以下に、本エピタキシャル成長装置を用いたYIG単結晶膜の作製方法とその後の磁化処理方法を示す。まず、従来と同様の方法でYIG単結晶膜を作製した。即ち、坩堝16内でPbO、B2 O3 を溶媒とし、単結晶膜原料のFe2 O3 、Y2 O3 を加熱溶融させ均一化した後、液相線固相線の間の温度、即ち約900℃前後の一定温度に保持して過冷却状態にした。その後、基板保持具19で保持したGGG下地基板を浸漬してYIG単結晶膜18の育成を行なった。そして、原料の溶液15内よりYIG単結晶膜を引き上げて余分の付着溶液振り切った。

0025

次に、このYIG単結晶膜18を電磁石21の中心位置に置き、20mTの磁界を印加しながら室温まで冷却させていった。

0026

その後、実施例1と同様にしてフィルタを作製し、中心周波数の経時変化を2000時間まで測定した。その結果、実施例1と同様に、初期特性変化のない静磁波素子が得られた。

0027

なお、本実施例4においては、縦型炉芯管構造を有する液相エピタキシャル成長装置によって磁性ガーネット単結晶膜を作製し、得られた磁性ガーネット単結晶膜を引き続き磁化処理する例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等の気相成長法の場合においても、それら装置の冷却部に磁化処理手段を取り付けて行なうことができる。

0028

なお、上記実施例においては、磁性ガーネット単結晶膜がY3 Fe5 O12、Y2.9 Bi0.1 Fe4.6 Ga0.4 O12、Y2.5 Bi0.5 Fe5 O12、Y2.96La0.04Fe4.7 Ga0.3 O12、Y2.8 La0.2 Fe4.7 Al0.3 O12およびTb1.8B1.2 Fe5 O12の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、あらゆる磁性ガーネット単結晶膜について、例えば、一般式R13-x R2xFe5-y My O12(但し、0≦x<3,0≦y<5)で表されるRM・RIGにおいて、R1がYまたはTbのいずれかであり、R2がBi,B,Sbおよびランタン系遷移元素のうち少なくとも1種類であり、MがGa,Al,In,Tl,CoおよびNiのうち少なくとも1種類、または、MがZrおよびSiのうち少なくとも1種類とMgであるものについて同様の効果を得ることができる。

0029

また、上記磁化処理条件において、外部磁界の強さ、磁界の印加時間、磁界印加時の温度、膜面に対する磁界の方向等は密接に関係しており、また、磁性ガーネット単結晶膜の材料系によっても異なってくる。一般的な傾向としては、外部磁界を強くすれば時間を短くでき、温度を高くすると外部磁界を小さくできる。また、材料の物性値である飽和磁化(4πMs)が小さいほど外部磁界を小さくできる。

発明の効果

0030

以上の説明で明らかなように、磁性ガーネット単結晶膜に、予め直流磁界を加えて磁化処理を行なって磁化ベクトルを特定方向に揃えておくことによって、初期特性が経時的に変化しない静磁波素子用磁性ガーネット単結晶膜を得ることができる。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り、初期特性の経時変化がない静磁波素子を得ることができる。

0031

また、この磁化処理は、磁性ガーネット単結晶膜の製造装置の磁性ガーネット単結晶膜の冷却部に磁化処理手段を付設しておくことにより、単結晶膜の製造に引き続いて、同一装置内で連続して磁化処理を行なうことができる。

図面の簡単な説明

0032

図1静磁波フィルタの一例を示す平面断面図である。
図2図1に示す静磁波フィルタの中心周波数の経時変化を示すグラフである。
図3本発明の磁性ガーネット単結晶膜の製造装置の一例を示す断面図である。

--

0033

1YIG単結晶膜
2入力トランスデューサ
3出力トランスデューサ
4磁気シールド
5磁石
6高周波入力端子
7高周波出力端子
11炉芯管
12a,12b,12cヒータ
13炉体
14シャッター
15原料の溶液
16坩堝
17支持台
18磁性ガーネット単結晶膜
19基板保持具
20支持棒
21 電磁石

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