JPH07105648B2 - Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 - Google Patents
Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置Info
- Publication number
- JPH07105648B2 JPH07105648B2 JP10003786A JP10003786A JPH07105648B2 JP H07105648 B2 JPH07105648 B2 JP H07105648B2 JP 10003786 A JP10003786 A JP 10003786A JP 10003786 A JP10003786 A JP 10003786A JP H07105648 B2 JPH07105648 B2 JP H07105648B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- magnetic
- yig
- yig thin
- frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、YIG（イットリウム・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。
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、これにバイアス磁界を印加する永久磁石より成
る磁気回路とを有するYIG薄膜マイクロ波装置におい
て、YIGのFe3+イオンの一部を非磁性イオンで置換した
構成とし、更に永久磁石として特定の磁気特性の磁石を
用い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。
素子と、これにバイアス磁界を印加する永久磁石より成
る磁気回路とを有するYIG薄膜マイクロ波装置におい
て、YIGのFe3+イオンの一部を非磁性イオンで置換した
構成とし、更に永久磁石として特定の磁気特性の磁石を
用い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、フェリ磁性体であるYI
G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
ッチングによって円形或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。
・ガーネット）非磁性基板上に、フェリ磁性体であるYI
G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
ッチングによって円形或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とフォト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。
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とフォト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YIG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。
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、YIG薄膜のフェリ磁性共鳴周波
数ｆの温度Ｔの依存性が大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。
したマイクロ波装置は、YIG薄膜のフェリ磁性共鳴周波
数ｆの温度Ｔの依存性が大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薄膜をその膜面に垂直に直流磁界が印加されるよう
に磁気回路のギャップ中に置いた場合、そのフェリ磁性
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、キッテル（Kittel）を式を用いて、次式
（１）のように表わすことができる。
に磁気回路のギャップ中に置いた場合、そのフェリ磁性
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、キッテル（Kittel）を式を用いて、次式
（１）のように表わすことができる。
ｆ（Ｔ）＝γ｛Hg（Ｔ）−NZ Y・４πS Y（Ｔ）｝ ‥‥（１） ここで、γは磁気回転比でγ＝2.8MHz/0e、Hgは直流ギ
ャップ磁界、NZ YはYIG薄膜の磁気共鳴反磁界係数で静磁
モード理論を用いて計算される値、４πMS YはYIGの飽和
磁化である。Hg,4πMS Yは共に温度Ｔの関数であるか
ら、共鳴周波数ｆも温度の関数となる。具体例として
は、アスペクト比（厚み／直径）が、0.01のYIG円板の
垂直共鳴では、NZ Y＝0.9774であり、仮にバイアス磁界H
gが温度によらず一定とした場合、４πMS Yは、−20℃で
1916G（ガウス）、＋60℃では、1622Gとなるから共鳴周
波数ｆはこの温度範囲で、823MHzもの変化をする。
ャップ磁界、NZ YはYIG薄膜の磁気共鳴反磁界係数で静磁
モード理論を用いて計算される値、４πMS YはYIGの飽和
磁化である。Hg,4πMS Yは共に温度Ｔの関数であるか
ら、共鳴周波数ｆも温度の関数となる。具体例として
は、アスペクト比（厚み／直径）が、0.01のYIG円板の
垂直共鳴では、NZ Y＝0.9774であり、仮にバイアス磁界H
gが温度によらず一定とした場合、４πMS Yは、−20℃で
1916G（ガウス）、＋60℃では、1622Gとなるから共鳴周
波数ｆはこの温度範囲で、823MHzもの変化をする。
このようなYIG薄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、YIG
薄膜磁気共鳴素子を恒温槽内に配置して素子自体を一体
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。
による共鳴周波数の変動を回避する方法としては、YIG
薄膜磁気共鳴素子を恒温槽内に配置して素子自体を一体
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
波装置に適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
波装置に適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
ができるようするものである。
本発明の説明に先立って本発明の理解を容易にするため
に、永久磁石および磁気回路について説明する。
に、永久磁石および磁気回路について説明する。
磁性材料の磁気特性は、磁化曲線および磁気履歴曲線に
よりそのほとんどが示される。よく知られているよう
に、全く磁化されていない材料に外部から磁界を作用さ
せ、その磁界の強さを種々変えていくと、これによって
材料中に誘起される磁束密度の状況は、第６図に示す磁
化曲線に示す経路を辿り、いわゆる磁気履歴曲線すなわ
ち磁気ヒステリシス曲線を描くことになる。永久磁石
は、一旦飽和まで磁化されたのち、磁界を取り去ること
により、その残留している磁気を利用するものであるか
ら、その磁気的状態は、第６図中Br（このBrを残留磁束
密度ないしはレマネンスと呼ぶ）の状態にあると考えら
れる。
よりそのほとんどが示される。よく知られているよう
に、全く磁化されていない材料に外部から磁界を作用さ
せ、その磁界の強さを種々変えていくと、これによって
材料中に誘起される磁束密度の状況は、第６図に示す磁
化曲線に示す経路を辿り、いわゆる磁気履歴曲線すなわ
ち磁気ヒステリシス曲線を描くことになる。永久磁石
は、一旦飽和まで磁化されたのち、磁界を取り去ること
により、その残留している磁気を利用するものであるか
ら、その磁気的状態は、第６図中Br（このBrを残留磁束
密度ないしはレマネンスと呼ぶ）の状態にあると考えら
れる。
永久磁石は、外部に磁界を供給する目的で使用するもの
であるから、その磁気回路中には、必ず磁気空隙（磁気
ギャップ）が設けられるものであり、この磁気ギャップ
は磁石内部に反対方向の磁界すなわち反磁界を発生させ
ることになる。したがって、永久磁石の動作点は、第６
図の磁気履歴曲線の第２象限、すなわち減磁曲線と呼ば
れるレマネンスBr点から保磁力Hcに至る部分の曲線上に
くることになる。フェライトおよび希土類磁石の減磁特
性は、ほとんど真空の透磁率に等しい傾斜すなわちリコ
イル透磁率μｒをもつ直線部分と、急激に垂下していく
直線部分との２つからなっており、２部分を分つ屈曲点
をクニック点と呼ぶ。
であるから、その磁気回路中には、必ず磁気空隙（磁気
ギャップ）が設けられるものであり、この磁気ギャップ
は磁石内部に反対方向の磁界すなわち反磁界を発生させ
ることになる。したがって、永久磁石の動作点は、第６
図の磁気履歴曲線の第２象限、すなわち減磁曲線と呼ば
れるレマネンスBr点から保磁力Hcに至る部分の曲線上に
くることになる。フェライトおよび希土類磁石の減磁特
性は、ほとんど真空の透磁率に等しい傾斜すなわちリコ
イル透磁率μｒをもつ直線部分と、急激に垂下していく
直線部分との２つからなっており、２部分を分つ屈曲点
をクニック点と呼ぶ。
さらに、いま、第７図に示すようにヨーク３の磁気ギャ
ップｇに永久磁石４が配置されて閉磁路１が形成された
磁気回路２についての磁界計算について説明する。
ップｇに永久磁石４が配置されて閉磁路１が形成された
磁気回路２についての磁界計算について説明する。
この場合、マックスウエルの方程式 を第７図の回路に適用する。
ここで、永久磁石４の断面積をAm、磁気ギャップの断面
積をAg、永久磁石４の厚さをそれぞれ1/2lm、磁気ギャ
ップ長をlg永久磁石４及び磁気ギャップｇ内の磁束密度
を永久磁石４及び磁気ギャップｇ内の磁界をHm及びHgと
し、ヨークの透磁率を無限大と仮定すると、ヨーク内の
磁界は０であるから、 いまの場合Am＝Agであるから、 〔問題点を解決するための手段〕 第１図はYIG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（１）にバイアス磁界を与える磁気回路で、こ
の磁気回路（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1/2・lmの永久磁石
（４）が配置され、両磁石（４）及び（４）間に間隔lg
をもって磁気ギャップｇが形成され、この磁気ギャップ
ｇ内にマイクロ波素子（１）が配置される。
積をAg、永久磁石４の厚さをそれぞれ1/2lm、磁気ギャ
ップ長をlg永久磁石４及び磁気ギャップｇ内の磁束密度
を永久磁石４及び磁気ギャップｇ内の磁界をHm及びHgと
し、ヨークの透磁率を無限大と仮定すると、ヨーク内の
磁界は０であるから、 いまの場合Am＝Agであるから、 〔問題点を解決するための手段〕 第１図はYIG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（１）にバイアス磁界を与える磁気回路で、こ
の磁気回路（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1/2・lmの永久磁石
（４）が配置され、両磁石（４）及び（４）間に間隔lg
をもって磁気ギャップｇが形成され、この磁気ギャップ
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60−150431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、NZ YをYIG薄膜の反磁界係数、
▲４πＭ Y SO▼（ｏ）をYIGの後述するFe3+との非磁性
イオンの置換量を零とするときの室温における飽和磁
化、α1 Y（ｏ）を同様の置換量が零のときの室温付近に
おけるYIGの飽和磁化の１次の温度係数とするとき、室
温での永久磁石（４）のレマネンスBrが、 （fo/γ）＋NZ Y・▲４πＭ Y SO▼（ｏ）以上で、且つ室
温付近でのBrの１次の温度係数が 以上の永久磁石を用いる。
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、NZ YをYIG薄膜の反磁界係数、
▲４πＭ Y SO▼（ｏ）をYIGの後述するFe3+との非磁性
イオンの置換量を零とするときの室温における飽和磁
化、α1 Y（ｏ）を同様の置換量が零のときの室温付近に
おけるYIGの飽和磁化の１次の温度係数とするとき、室
温での永久磁石（４）のレマネンスBrが、 （fo/γ）＋NZ Y・▲４πＭ Y SO▼（ｏ）以上で、且つ室
温付近でのBrの１次の温度係数が 以上の永久磁石を用いる。
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指称す
る。
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指称す
る。
そして、特に本発明においては、マイクロ波素子（１）
のYIG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+,Al3+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YIGとして共鳴周波数の温度特性
を補償する。
のYIG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+,Al3+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YIG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ャ
ップｇ内を通り、このギャップ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、前述
したように、マックスウェルの方程式により次式が成り
立つ。但し、ここではc.g.s単位を用いた。
ップｇ内を通り、このギャップ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、前述
したように、マックスウェルの方程式により次式が成り
立つ。但し、ここではc.g.s単位を用いた。
Bm＝Bg ‥‥（２） lmHm＝lgHg ‥‥（３） 但し、Bm,Bgは、夫々永久磁石（４）、磁気ギャップ内
の磁束密度、Hm,Hgは、夫々同様に永久磁石（４）、磁
気ギャップｇ内の磁界で、Hmはその向きがHg,Bm,Bgの向
きと逆となる。
の磁束密度、Hm,Hgは、夫々同様に永久磁石（４）、磁
気ギャップｇ内の磁界で、Hmはその向きがHg,Bm,Bgの向
きと逆となる。
更に、第６図で定義したように、永久磁石（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
一定の減磁特性が直線性を示すものと定義すると、次式
（４）が成立する。
ック点を持たないものであって、リコイル透磁率μｒが
一定の減磁特性が直線性を示すものと定義すると、次式
（４）が成立する。
（３）及び（４）式より、この磁気回路（２）の磁気ギ
ャップｇ内の磁界Hgは温度Ｔの関数として次式のように
求まる。
ャップｇ内の磁界Hgは温度Ｔの関数として次式のように
求まる。
（１）及び（５）式から、共鳴周波数が温度Ｔによらず
一定値foになるためには、次式（６）が成立する必要が
ある。
一定値foになるためには、次式（６）が成立する必要が
ある。
一方、永久磁石（４）のレマネンスBr及びYIG薄膜マイ
クロ波素子（１）の飽和磁化４πMS Yは、室温Toを中心
として±数10℃の温度範囲では２次までの温度係数α1 B
及びα2 Bを考慮すれば充分に精度良く表わすことが可能
である。すなわち、 Br（Ｔ） ＝Br o｛１＋α1 B（Ｔ−To）＋α2 B（Ｔ−To）２｝ ‥‥
（７） ４πMS Y（Ｔ） ＝▲４πＭ Y SO▼｛１＋α1 Y（Ｔ−To）＋α2 Y（Ｔ−T
o）２｝ ‥‥（８） （６）式に、（７）式及び（８）式を代入し、両辺の温
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
ことにより次の式が求まる。
クロ波素子（１）の飽和磁化４πMS Yは、室温Toを中心
として±数10℃の温度範囲では２次までの温度係数α1 B
及びα2 Bを考慮すれば充分に精度良く表わすことが可能
である。すなわち、 Br（Ｔ） ＝Br o｛１＋α1 B（Ｔ−To）＋α2 B（Ｔ−To）２｝ ‥‥
（７） ４πMS Y（Ｔ） ＝▲４πＭ Y SO▼｛１＋α1 Y（Ｔ−To）＋α2 Y（Ｔ−T
o）２｝ ‥‥（８） （６）式に、（７）式及び（８）式を代入し、両辺の温
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
ことにより次の式が求まる。
（９）式より、永久磁石（４）の強度条件として、 Br o＞（fo/f）＋NZ Y・▲４πＭ Y SO▼の条件が必要であ
ることが分る。そして、（10）及び（11）式をみると、
Brの１次及び２次の温度係数の最適値は、共鳴周波数、
YIG薄膜の磁気共鳴反磁界係数,YIGの飽和磁化及びその
温度係数だけから求まることがわかる。具体例として、
アスペクト比（膜厚／直径）が、0.01のYIG円板の垂直
共鳴では、NZ Y＝0.9774であり、To＝20℃でのYIGの飽和
磁気及びその温度係数は、▲４πＭ Y SO▼＝1771.8G、
α1 Y＝−2.07×10-3,α2 Y＝−0.996×10-6となり、これ
らの値からBrの１次及び２次の温度係数を計算した結果
を第２図の表に示す。しかしながら、実際上、（10）式
と（11）式とを同時に満足するような永久磁石を用意す
ることは、至難なことであるから、ここでは少くともYI
G薄膜装置の温度特性の傾むきを零にする（10）式の条
件についてだけを考えてみる。α1 Bの値は、使用する永
久磁石で決ってしまうため、（10）式を満足する共鳴周
波数は一意的に決ってしまう。具体例を挙げると、温度
特性の傾きが零になる共鳴周波数は、α1 B＝1.12×10-3
のNd2Fe14Bによる永久磁石で4.11GHz、α1 B＝−0.9×10
-3のCeCo5による永久磁石で、6.30GHz、α1 B＝−0.5×1
0-3のSmCo5による永久磁石で15.2GHzとなる。このよう
に既存の永久磁石を用いた場合は、良好な温度特性を実
現できるYIG薄膜の使用周波数には制約があることにな
る。
ることが分る。そして、（10）及び（11）式をみると、
Brの１次及び２次の温度係数の最適値は、共鳴周波数、
YIG薄膜の磁気共鳴反磁界係数,YIGの飽和磁化及びその
温度係数だけから求まることがわかる。具体例として、
アスペクト比（膜厚／直径）が、0.01のYIG円板の垂直
共鳴では、NZ Y＝0.9774であり、To＝20℃でのYIGの飽和
磁気及びその温度係数は、▲４πＭ Y SO▼＝1771.8G、
α1 Y＝−2.07×10-3,α2 Y＝−0.996×10-6となり、これ
らの値からBrの１次及び２次の温度係数を計算した結果
を第２図の表に示す。しかしながら、実際上、（10）式
と（11）式とを同時に満足するような永久磁石を用意す
ることは、至難なことであるから、ここでは少くともYI
G薄膜装置の温度特性の傾むきを零にする（10）式の条
件についてだけを考えてみる。α1 Bの値は、使用する永
久磁石で決ってしまうため、（10）式を満足する共鳴周
波数は一意的に決ってしまう。具体例を挙げると、温度
特性の傾きが零になる共鳴周波数は、α1 B＝1.12×10-3
のNd2Fe14Bによる永久磁石で4.11GHz、α1 B＝−0.9×10
-3のCeCo5による永久磁石で、6.30GHz、α1 B＝−0.5×1
0-3のSmCo5による永久磁石で15.2GHzとなる。このよう
に既存の永久磁石を用いた場合は、良好な温度特性を実
現できるYIG薄膜の使用周波数には制約があることにな
る。
これに対し、本発明においては、YIG薄膜のFe3+イオン
への非磁性イオンの置換量δを制御するものであり、こ
れにより、既存の永久磁石を用いても広範な使用周波数
のYIG薄膜マイクロ波装置において良好な温度特性を実
現することができるのである。次にこのことについて説
明する。
への非磁性イオンの置換量δを制御するものであり、こ
れにより、既存の永久磁石を用いても広範な使用周波数
のYIG薄膜マイクロ波装置において良好な温度特性を実
現することができるのである。次にこのことについて説
明する。
先ず、YIGのFe3+イオンへの非磁性イオンの置換によるY
IG飽和磁化の変化について説明する。今、純粋なYIG単
結晶についてみると、Y3Fe5O12の中の５個のFe3+磁性イ
オンのうち、３個のFe3+イオンは四面体位置に入り、２
個のFe3+イオンは八面体位置に入り、四面体位置のFe3+
イオンと八面体位置のFe3+イオンとは強い超交換相互作
用によって反平行に配列している。この結果、差し引き
１個のFe3+イオンのもつ５ボーアマグネトン（５μＢ）
分の磁気モーメントが、YIG飽和磁化に寄与している。
今、YIGのFe3+イオンの一部を非磁性イオンである。Ga
3+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、Ga3+は100％四面体位置のFe3+と置き換わ
るから１分子式当りの磁気モーメントは、 ５μＢ×｛（３−δ）−２｝＝５（１−δ）μＢ となり、飽和磁化は減少する。Ga置換YIGの飽和磁化に
ついては、文献：ジャーナル・オブ・アプライドフィジ
ックスVol.45,No.6 PP2728〜2732,6月,1974で詳細に報
告されているところであり、同文献の（１）〜（４）式
を用いてY3Fe5−δ Ga12におけるGa置換量を変えて温度
変化に対する飽和磁化を計算した結果を第３図に示す。
そして、第４図にそのGa置換量δに対する中心温度20℃
での飽和磁化４πMS Yと、−20℃〜＋60℃での１次及び
２次の温度係数α1 Y,α2 Yの値を示す。第４図から明ら
かなように、室温でのYIGの飽和磁化の値は、置換量δ
が増すにしたがって単調に減少するが、飽和磁化の１次
の温度係数α1 Yの値は、置換量δによらずほぼ一定して
いる。
IG飽和磁化の変化について説明する。今、純粋なYIG単
結晶についてみると、Y3Fe5O12の中の５個のFe3+磁性イ
オンのうち、３個のFe3+イオンは四面体位置に入り、２
個のFe3+イオンは八面体位置に入り、四面体位置のFe3+
イオンと八面体位置のFe3+イオンとは強い超交換相互作
用によって反平行に配列している。この結果、差し引き
１個のFe3+イオンのもつ５ボーアマグネトン（５μＢ）
分の磁気モーメントが、YIG飽和磁化に寄与している。
今、YIGのFe3+イオンの一部を非磁性イオンである。Ga
3+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、Ga3+は100％四面体位置のFe3+と置き換わ
るから１分子式当りの磁気モーメントは、 ５μＢ×｛（３−δ）−２｝＝５（１−δ）μＢ となり、飽和磁化は減少する。Ga置換YIGの飽和磁化に
ついては、文献：ジャーナル・オブ・アプライドフィジ
ックスVol.45,No.6 PP2728〜2732,6月,1974で詳細に報
告されているところであり、同文献の（１）〜（４）式
を用いてY3Fe5−δ Ga12におけるGa置換量を変えて温度
変化に対する飽和磁化を計算した結果を第３図に示す。
そして、第４図にそのGa置換量δに対する中心温度20℃
での飽和磁化４πMS Yと、−20℃〜＋60℃での１次及び
２次の温度係数α1 Y,α2 Yの値を示す。第４図から明ら
かなように、室温でのYIGの飽和磁化の値は、置換量δ
が増すにしたがって単調に減少するが、飽和磁化の１次
の温度係数α1 Yの値は、置換量δによらずほぼ一定して
いる。
一方、永久磁石に対する条件式（９）及び（10）は、室
温におけるYIGの飽和磁化及び飽和磁化の１次の温度係
数を置換量δの関数として、それぞれ▲４πＭ Y SO▼
（δ），α1 Y（δ）としたとき以下のように書き直され
る。
温におけるYIGの飽和磁化及び飽和磁化の１次の温度係
数を置換量δの関数として、それぞれ▲４πＭ Y SO▼
（δ），α1 Y（δ）としたとき以下のように書き直され
る。
ここに▲４πＭ Y SO▼（δ）の値は、前述したように置
換量δを大きくするに従って単調減少するから、 の条件が成立すれば、δの値によらず（９′）式を満す
永久磁石の厚さlmの解が存在することになる。また、
（10′）式においてα1 B,α1 Y（δ）は、共に負の値を
とり、前述したようにα1 Y（δ）はδの値に依ることな
く殆んど一定しており、▲４πＭ Y SO▼（δ）は、δの
値に伴って単調減少するからα1 Y（δ）の係数NZ Y・▲
４πＭ Y SO▼（δ）／｛（fo/γ）＋HZ Y・▲４πＭ Y SO
▼（δ）｝の値は正で、且つδの増加に伴って単調減少
することがわかる。
換量δを大きくするに従って単調減少するから、 の条件が成立すれば、δの値によらず（９′）式を満す
永久磁石の厚さlmの解が存在することになる。また、
（10′）式においてα1 B,α1 Y（δ）は、共に負の値を
とり、前述したようにα1 Y（δ）はδの値に依ることな
く殆んど一定しており、▲４πＭ Y SO▼（δ）は、δの
値に伴って単調減少するからα1 Y（δ）の係数NZ Y・▲
４πＭ Y SO▼（δ）／｛（fo/γ）＋HZ Y・▲４πＭ Y SO
▼（δ）｝の値は正で、且つδの増加に伴って単調減少
することがわかる。
したがって、 の条件が成立すれば、置換量δを選ぶことによって（1
0′）式の条件を満足することが可能になる。つまり、
既存の永久磁石材料によっても、YIG薄膜のFe3+の非磁
性イオンの置換量δを調整することにより所要の温度特
性を実現できることになる。
0′）式の条件を満足することが可能になる。つまり、
既存の永久磁石材料によっても、YIG薄膜のFe3+の非磁
性イオンの置換量δを調整することにより所要の温度特
性を実現できることになる。
尚、α1 B,fo,HZ Yの値が与えられたとき、（10′）式を
満すδの値は、解析的には求められないので、コンピュ
ータシミュレーションで計算することになる。但しα1 Y
（δ）のδ依存性は小さいと仮定し、▲４πＭ Y SO▼
（δ）の変化を２次式 ▲４πＭ Y SO▼（δ） ＝▲４πＭ Y SO▼（ｏ）（１＋β１δ＋β２δ２）‥‥
（14） で近似すると、最適置換量δの概略の値は、次式から求
めることが可能となる。
満すδの値は、解析的には求められないので、コンピュ
ータシミュレーションで計算することになる。但しα1 Y
（δ）のδ依存性は小さいと仮定し、▲４πＭ Y SO▼
（δ）の変化を２次式 ▲４πＭ Y SO▼（δ） ＝▲４πＭ Y SO▼（ｏ）（１＋β１δ＋β２δ２）‥‥
（14） で近似すると、最適置換量δの概略の値は、次式から求
めることが可能となる。
〔実施例〕 第１図の構成において、磁気ギャップｇの間隔lgを3mm
とし、永久磁石（４）としてNd2Fe14B磁石、CeCo5磁
石、SmCo5磁石のいずれかを使用した。このときのYIG薄
膜マイクロ波装置の各使用周波数ｆに対する（15）式に
よるシミュレーション結果を第５図Ａ〜Ｃにそれぞれ示
す。ここでδはYIG薄膜マイクロ波装置の温度特性の傾
きを零にする最適の置換量、lmは必要な永久磁石（４）
の全体の厚さ、Δｆは−20℃〜＋60℃の温度範囲におけ
る２次の温度係数まで考慮した周波数変動である。この
第５図によれば、YIGのFe3+イオンの非磁性イオンの置
換量δを制御することにより、既存の永久磁石を用いて
広範囲な使用周波数のYIG薄膜装置に対して良好な温度
特性を実現することができることがわかる。
とし、永久磁石（４）としてNd2Fe14B磁石、CeCo5磁
石、SmCo5磁石のいずれかを使用した。このときのYIG薄
膜マイクロ波装置の各使用周波数ｆに対する（15）式に
よるシミュレーション結果を第５図Ａ〜Ｃにそれぞれ示
す。ここでδはYIG薄膜マイクロ波装置の温度特性の傾
きを零にする最適の置換量、lmは必要な永久磁石（４）
の全体の厚さ、Δｆは−20℃〜＋60℃の温度範囲におけ
る２次の温度係数まで考慮した周波数変動である。この
第５図によれば、YIGのFe3+イオンの非磁性イオンの置
換量δを制御することにより、既存の永久磁石を用いて
広範囲な使用周波数のYIG薄膜装置に対して良好な温度
特性を実現することができることがわかる。
尚、上述した例では、使用周波数が固定したマイクロ波
装置に本発明を適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適用することもでき
る。
装置に本発明を適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適用することもでき
る。
上述したように本発明によれば、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。
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図は各周波数についての永久磁石のとるべ
き温度係数を示す表図、第３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４図はYIGのGa置
換量に対する各値の関係を示す表図、第５図は周波数に
対するGa置換量，磁石の厚さ，周波数変動Δf,温度特性
曲線の湾曲形状を示す表図、第６図は磁化曲線図、第７
図は磁気回路図である。 （１）はマイクロ波素子、（２）は磁気回路、ｇはその
磁気ギャップ、（３）はヨーク、（４）は永久磁石であ
る。
構成図、第２図は各周波数についての永久磁石のとるべ
き温度係数を示す表図、第３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４図はYIGのGa置
換量に対する各値の関係を示す表図、第５図は周波数に
対するGa置換量，磁石の厚さ，周波数変動Δf,温度特性
曲線の湾曲形状を示す表図、第６図は磁化曲線図、第７
図は磁気回路図である。 （１）はマイクロ波素子、（２）は磁気回路、ｇはその
磁気ギャップ、（３）はヨーク、（４）は永久磁石であ
る。
フロントページの続き (56)参考文献 1979 ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ ＩＮＴＥ ＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ ＤＩＧＥＳＴ Ｐ Ｐ．160−161. Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ Ｖｏｌ．12，Ｎｕｍｂｅｒ ７，Ｊｕｌｙ，1977ＰＰ．735−740
Claims (1)
- 【請求項１】（ａ） YIG薄膜のフェリ磁性共鳴を利用
したマイクロ波素子と、 （ｂ） 該マイクロ波素子に直流磁界を印加する永久磁
石から成る磁気回路とを有し、 （ｃ） 上記マイクロ波素子を構成するYIG薄膜の組成
を、そのFe3+イオンの一部を非磁性イオンで置換し、 （ｄ） 上記永久磁石は、foを使用周波数（固定周波数
装置ではその周波数、可変周波数装置ではその周波数制
御用の電磁石コイルに電流を通じない状態での周波
数）、γを磁気回転比、NzYを上記YIG薄膜の磁気共鳴反
磁界係数、４πMsoY（０）を上記非磁性イオンの置換量
が零のときのYIG薄膜の室温における飽和磁化、α
1 Y（０）を上記置換量が零のときのYIG薄膜の室温付近
における飽和磁化の１次の温度係数としたとき、室温で
の上記永久磁石のレマネンスBrが（fo/γ）＋NzY・４π
MsoY（０）以上で、Brの室温付近での１次の温度係数が 〔NzY・４πMsoY（０）／｛（fo/γ）＋NzY・４πMsoY
（０）〕×α1 Y（０）以上としたことを特徴とするYIG
薄膜マイクロ波装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10003786A JPH07105648B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 |
| CA000513293A CA1266101A (en) | 1985-07-09 | 1986-07-08 | Yig thin film microwave apparatus |
| EP86305293A EP0208547B1 (en) | 1985-07-09 | 1986-07-09 | Yig thin film microwave apparatus |
| US06/883,605 US4745380A (en) | 1985-07-09 | 1986-07-09 | YIG thin film microwave apparatus |
| DE8686305293T DE3687929T2 (de) | 1985-07-09 | 1986-07-09 | Mikrowellenvorrichtung mit duennschichtigem yttrium-eisen-granat. |
| KR1019860005541A KR950005158B1 (ko) | 1985-07-09 | 1986-07-09 | Yig 박막 마이크로파 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10003786A JPH07105648B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62256501A JPS62256501A (ja) | 1987-11-09 |
| JPH07105648B2 true JPH07105648B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=14263326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10003786A Expired - Fee Related JPH07105648B2 (ja) | 1985-07-09 | 1986-04-30 | Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105648B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2745511B2 (ja) * | 1987-11-27 | 1998-04-28 | ソニー株式会社 | 同調発振器 |
| WO2000065613A1 (fr) * | 1999-04-22 | 2000-11-02 | Tdk Corporation | Dispositif d'ondes magnetostatiques |
-
1986
- 1986-04-30 JP JP10003786A patent/JPH07105648B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| １９７９ＩＥＥＥＭＴＴ−ＳＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＭＩＣＲＯＷＡＶＥＳＹＭＰＯＳＩＵＭＤＩＧＥＳＴＰＰ．１６０−１６１． |
| ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＢｕｌｌｅｔｉｎ，ＰｅｒｇａｍｏｎＰｒｅｓｓＶｏｌ．１２，Ｎｕｍｂｅｒ７，Ｊｕｌｙ，１９７７ＰＰ．７３５−７４０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62256501A (ja) | 1987-11-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR940000431B1 (ko) | 신호 변환기 | |
| US4701729A (en) | Magnetic apparatus including thin film YIG resonator | |
| US2958055A (en) | Nonreciprocal wave transmission | |
| US4745380A (en) | YIG thin film microwave apparatus | |
| JPH07105648B2 (ja) | Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 | |
| JPH0738528B2 (ja) | Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 | |
| KR950005157B1 (ko) | Yig 박막 마이크로파 장치 | |
| JPH0738527B2 (ja) | Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 | |
| Geiler et al. | Low Bias Field Hexagonal Y-Type Ferrite Phase Shifters at ${K} _ {U} $-Band | |
| Murakami et al. | A bandpass filter using YIG film grown by LPE | |
| JP2694440B2 (ja) | 磁気装置 | |
| Koledintseva et al. | Gyromagnetic Properties of Ferrites | |
| US3063028A (en) | Enhanced gyromagnetic effect in nonreciprocal wave transmission | |
| Nilsen et al. | Microwave Properties of a Calcium‐Vanadium‐Bismuth Garnet | |
| JPS62200709A (ja) | Ｙｉｇ薄膜マイクロ波装置 | |
| KR960006463B1 (ko) | 강자성 공명 장치 및 필터 장치 | |
| JP2672434B2 (ja) | 磁気装置 | |
| JP4412549B2 (ja) | 分布定数型非可逆素子及び分布定数型非可逆素子用ガーネット単結晶 | |
| JP2723374B2 (ja) | 静磁波素子 | |
| JP2517913B2 (ja) | 強磁性共鳴装置 | |
| JPH03223199A (ja) | 磁性ガーネット単結晶およびマイクロ波素子材料 | |
| JP2508424B2 (ja) | 強磁性共鳴装置 | |
| JPH04346089A (ja) | 複合永久磁石および磁気装置 | |
| HJ et al. | Proposal of Multi-frequency-band Operation of Bottom Mounting Type Isolator | |
| Schiefer | Broadband circulators for VHF and UHF |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |