Brevet FR2790769A1 — publié le 20000915

La présente invention concerne un dispositif à onde magnétostatique comprenant une pellicule monocristalline de grenat magnétique. Classiquement, le monocristal de Y3Fe5Oi2 (en abrégé, YIG), qui est un type de monocristal de grenat magnétique, a été une substance importante pour la fabrication des dispositifs à onde magnétostatique. L'YIG présente diverses propriétés utiles; la plus remarquable d'entre elles est une très faible demi-largeur de ferroaimantation (DHI). Ceci entraîne une minimisation de la différence entre les intensités du signal d'entrée et du signal de sortie devant être transmis à une fréquence prédéterminée lorsqu'on fabrique un dispositif à onde magnétostatique à partir d'un cristal de YIG. Une autre propriété des cristaux de YIG est qu'ils saturent à des niveaux de puissance électrique qui sont relativement faibles par rapport au signal d'entrée. Du fait de cette propriété, on a largement utilisé les pellicules monocristallines de YIG dans des dispositifs à onde magnétostatique tels que des limiteurs et des filtres de bruit. De la même façon, on a utilisé, dans des dispositifs à onde magnéto- statique, des pellicules monocristallines de grenat magnétique (par exemple des pellicules monocristallines de grenat contenant Fe) autres que la pellicule mono- cristalline de YIG. Toutefois, puisqu'un dispositif à onde magnétostatique classique emploie une unique couche d'une pellicule monocristalline de grenat magnétique, comme par exemple une pellicule de YIG, la fréquence de fonctionnement est exclusivement limitée à une seule région de fréquence arbitraire. Pour pouvoir faire fonctionner un tel dispositif en même temps dans plusieurs bandes de fréquence, il faut plusieurs dispositifs à onde magnétostatique, ce qui constitue un inconvénient. Eu égard à ce qui précède, le besoin existe encore pour un dispositif à onde magnétostatique qui peut fonctionner simultanément dans plusieurs bandes de fréquence avec application d'un champ magnétique externe constant. Ainsi, c'est un but de l'invention de produire un dispositif à onde magnétostatique comprenant un substrat, ainsi que des première et deuxième pellicules monocristallines de grenat magnétique disposées sur le substrat, les première et deuxième couches ayant des saturations magnétiques différentes. De préférence, l'épaisseur de l'une des couches constituant la pellicule monocristalline de grenat magnétique est plus mince que celle de l'autre des couches, laquelle est plus rapprochée du substrat. Ainsi, la pellicule monocristalline de grenat magnétique est formée d'une pellicule empilée contenant au moins deux couches d'aimantations de satu- ration différentes, si bien qu'il est produit un dispositif à onde magnétostatique qui peut fonctionner simultanément dans plusieurs bandes de fréquence avec applica- tion d'un champ magnétique externe constant. De plus, puisque l'épaisseur de l'une des couches constituant la pellicule monocristalline de grenat magnétique est plus mince que l'autre des couches, celle qui est la plus rapprochée du substrat, l'influence de divers facteurs (par exemple la différence intervenant dans l'effet du champ magnétique externe appliqué ou le degré de propagation d'une onde magnétostatique suivant la direction de l'épaisseur) est compensée de façon à conférer des caractéristiques uniformes, comme les pertes d'insertion, à chaque couche composante pour toutes les fréquences de fonctionnement. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure I est une vue en perspective montrant un exemple du dispositif à onde magnétostatique selon l'invention; la figure 2 est une vue en perspective montrant un dispositif à onde magnétostatique selon la technique antérieure; la figure 3 et un graphe montrant la caractéristique de transmission d'hperfréquences du dispositif à onde magnétostatique selon la présente inven- tion; la figure 4 est un graphe montrant la caractéristique de transmission d'hyperfréquences d'un dispositif à onde magnétostatique selon la technique antérieure; et la figure 5 est un graphe montrant la caractéristique de transmission d'hyperfréquences d'un autre dispositif à onde magnétostatique selon la technique antérieure. On va décrire l'invention de manière plus détaillée en faisant référence à un exemple. On comprendra naturellement que l'invention n'est pas limitée à cet exemple. Exemple On fournit un substrat de Gd3Ga5Ol2 (en abrégé, GGG) comme substrat destiné à la formation d'une pellicule monocristalline de grenat magné- tique par épitaxie en phase liquide (LPE). On pèse et on mélange ensemble Fe203 (7,5 % en poids), Y203 (0,5 % en poids), La203 (0,1 % en poids), Ga203 (0,4 % en poids), B203 (2,0 % en poids) et PbO (89,5 % en poids), tous ces composés ayant une pureté de 99,99 %. On charge le mélange dans un creuset de platine placé dans un four électrique vertical, et on fait fondre à environ I 200 C de manière à homogénéiser le mélange liquide. On maintient le liquide fondu à une température d'environ 890 C, de manière à sursaturer le liquide fondu avec les composants de la matière du grenat. Ensuite, on trempe un substrat de GGG dans le liquide fondu et on fait tourner pendant environ 10 min pour effectuer une croissance cristalline. Une fois achevée la croissance cristalline, on retire le substrat de GGG du liquide fondu et on le fait tourner à 500 tr/min afin de retirer, par centrifugation, le liquide adhérent à la pellicule de grenat magnétique résultante. Ainsi, on forme sur le substrat de GGG une pellicule monocristalline de Y2,9La0,1Fe4,7Ga0,3012, qui est une pellicule d'un certain type de monocristaux de grenat magnétique, possédant une épaisseur d'environ 5 pm. Ensuite, on forme par LPE une autre pellicule monocristalline de grenat magnétique sur le substrat de GGG sur lequel la pellicule monocristalline de Y2,9La0,1Fe4,7Ga0o,3012 a été formée. On pèse et on mélange ensemble Fe203 (7,5 % en poids), Y203 (0,5 % en poids), B203 (2,0 % en poids) et PbO (90,0 % en poids), tous ces composés ayant une pureté de 99,99 %. On charge le mélange dans un creuset de platine placé dans un four électrique vertical, et on fait fondre à environ 1 200 C afin d'homogénéiser le mélange liquide. On maintient le liquide fondu à une tempéra- ture constante d'environ 900 C, de manière à sursaturer le liquide fondu avec les composants du matériau du grenat. Ensuite, on trempe dans le liquide fondu le substrat de GGG sur lequel la pellicule monocristalline de Y2,9Lao,,Fe4,7Gao,3O12 et on le fait tourner pendant environ 10 min de manière à effectuer une croissance cristalline. Une fois achevée la croissance cristalline, on retire le substrat de GGG du liquide fondu et on le fait tourner à 500 tr/min, de manière à retirer par centri- fugation le liquide adhérant sur la pellicule de grenat magnétique résultante. On forme ainsi une pellicule monocristalline de Y3Fe5Oi2, qui est une pellicule d'un type de monocristaux de grenat magnétique, d'une épaisseur d'environ 5 pm, sur la pellicule monocristalline de Y2, 9La0,lFe4,7Ga0,3O12 qui a été formée sur le substrat de GGG. On fabrique ensuite un dispositif à onde magnétostatique tel que représenté sur la figure 1 en utilisant la pellicule empilée obtenue de monocristaux de grenat magnétique. On applique un champ magnétique externe de 240 mT perpendiculairement aux plans des pellicules monocristallines de grenat magnétique et on mesure la caractéristique de transmission des hyperfréquences dans la gamme de 1,5 à 3,5 GHz. La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif à onde magnéto- statique. Sur la figure 1, le numéro de référence 1 désigne un substrat de GGG; 2 désigne une première pellicule monocristalline de grenat magnétique, représentée par Y2,9Lao,lFe4,7Gao,3012; 3 désigne une deuxième pellicule mono- cristalline de grenat magnétique représentée par Y3Fe5O12 (qui est de préférence plus mince que la première pellicule); 5 désigne une ligne microruban; 6 désigne une borne d'entrée; et 7 désigne une borne de sortie. La caractéristique de transmission du dispositif à onde magnétosta- tique selon le présent Exemple est représentée sur la figure 3. Comme on peut le voir sur la figure 3, on observe deux pics d'absorption, respectivement à 1,7 GHz environ et à 3,3 GHz environ, ce qui confirme que le dispositif peut fonctionner dans les deux bandes de fréquence. La pellicule monocristalline de grenat magné- tique du présent exemple consiste en deux couches, une ayant la composition Y2,9La0,1Fe4,7Ga0,3O12 et l'autre ayant la composition Y3Fe5012, tandis que les deux couches ont des aimantations de saturation différentes. Exemple comparatif 1 On fournit un substrat de GGG comme substrat destiné à la formation d'une pellicule monocristalline de grenat magnétique par épitaxie en phase liquide (LPE). Ensuite, on pèse et on mélange ensemble Fe203 (7,5 % en poids), Y203 (0,5 % en poids), B203 (2,0 % en poids) et PbO (90,0 % en poids), tous ces composés ayant une pureté de 99,99 %. On charge le mélange dans un creuset de platine placé dans un four électrique vertical et on fait fondre à environ 1 200 C afin d'homogénéiser le mélange liquide. On maintient le liquide fondu à une température constante d'environ 900 C de manière à sursaturer le liquide fondu avec les composants du matériau du grenat. Ensuite, on trempe le substrat de GGG dans le liquide fondu et on fait tourner pendant environ 20 min afin d'effectuer une croissance cristalline. Une fois la croissance cristalline achevée, on retire le substrat de GGG du liquide fondu et on le fait tourner à 500 tr/min, de manière à éliminer par centrifugation le liquide adhérant à la pellicule de grenat magnétique résultante. Ainsi, une pellicule monocristalline de Y3Fe5Ol2, qui est une pellicule d'un type de monocristaux de grenat magnétique, d'une épaisseur d'environ 10 pm, a été formée sur le substrat de GGG. Ensuite, on fabrique un dispositif à onde magnétostatique tel que représenté sur la figure 2 en utilisant la pellicule monocristalline de Y3Fe5Ol2 obtenue. De la même manière que pour l'Exemple, on applique un champ magné- tique extérieur de 240 mT perpendiculairement au plan de la pellicule monocris- talline de grenat magnétique, et on mesure la caractéristique de transmission des hyperfréquences dans la gamme de 1,5 à 3,5 GHz. La figure 2 est une vue en perspective montrant le dispositif à onde magnétostatique de l'exemple comparatif 1. Sur la figure 2, le numéro de réfé- rence 1 désigne un substrat de GGG; 4 désigne une pellicule monocristalline de grenat magnétique représentée par Y3Fe5012; 5 désigne une ligne microruban 6 désigne une borne d'entrée; et 7 désigne une borne de sortie. La caractéristique de transmission du dispositif à onde magnéto- statique de l'exemple comparatif 1 est représentée sur la figure 4. Comme on peut le voir sur la figure 4, on observe un seul pic d'absorption, à environ 1,7 GHz, ce qui confirme que le dispositif ne peut fonctionner que dans une seule bande de fréquence. L'aimantation à saturation de la pellicule monocristalline de Y3Fe5Ol2, qui a été mesurée au moyen d'un magnétomètre du type à vibration d'échantillon, était de 176 mT. Exemple comparatif 2 On fournit un substrat de GGG comme substrat destiné à la formation d'une pellicule monocristalline de grenat magnétique par épitaxie en phase liquide (LPE). On a pesé et mélangé ensemble Fe203 (7,5 % en poids), Y203 (0,5 % en poids), La303 (0,1 % en poids), Ga203 (0,4 % en poids), B203 (2,0 % en poids) et PbO (89,5 % en poids). On charge le mélange dans un creuset de platine placé dans un four électrique vertical, et on fait fondre à environ 1 200 C de manière à homogénéiser le mélange liquide. On maintient le liquide fondu à environ 890 C, de manière qu'il soit sursaturé par les composants du matériau de grenat. Ensuite, on trempe le substrat de GGG dans le liquide fondu et on fait tourner pendant environ 10 min de manière à effectuer une croissance cristalline. Une fois la croissance cristalline achevée, on retire le substrat de GGG du liquide fondu et on fait tourner à 500 tr/min, de manière à éliminer par centrifugation le liquide adhérant à la pellicule de grenat magnétique résultante. Ainsi, une pellicule mono- cristalline de Y2.9Lao,Fe4,7Ga0,3012, qui est une pellicule d'un type de monocristaux de grenat magnétique, d'une épaisseur d'environ 10 p.m, a été produite sur le substrat de GGG. Ensuite, on fabrique un dispositif à onde magnétostatique, en utilisant la pellicule monocristalline de Y29LaoiFe47Ga0,3O12 obtenue, dans des conditions analogues à celles employées pour l'exemple comparatif 1. De la même manière que dans le cas de l'Exemple, on applique un champ magnétique externe de 240 mT perpendiculairement au plan de la pellicule monocristalline de grenat magnétique, et on mesure la caractéristique de transmission des hyperfréquences dans la gamme de 1,5 à 3,5 GHz. La caractéristique de transmission du dispositif à onde magnéto- statique de l'exemple comparatif 2 est présentée sur la figure 5. Comme on peut le voir sur la figure 5, on observe un seul pic d'absorption, à environ 3,3 GHz, ce qui confirme que le dispositif ne peut fonctionner que dans une seule bande de fréquence. L'aimantation à saturation de la pellicule monocristalline de Y29Lao,0Fe47Gao3O02, mesurée au moyen d'un magnétomètre du type à vibration d'échantillon, était de 125 mT. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif à onde magnétostatique, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat (1); et des première et deuxième couches (2 et 3) de pellicule monocristalline de grenat magnétique disposées sur le substrat, chacune des couches ayant des saturations magnétiques différentes. 2. Dispositif à onde magnétostatique selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le substrat et les première et deuxième couches sont empilées les uns au-dessus des autres. 3. Dispositif à onde magnétostatique selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la première couche est plus proche du substrat que la deuxième couche et en ce que l'épaisseur de la deuxième couche est plus petite que l'épais- seur de la première couche. 4. Dispositif à onde magnétostatique selon la revendication 2, caracté- risé en ce que ladite deuxième couche est la couche située le plus sur le dessus, entre lesdites première et deuxième couches, et en ce qu'elle porte une ligne microruban (6).