(57)【要約】【課題】  磁気コンデンサーに関し、特に磁気コンデンサーの誘電体層に垂直な磁気ダイポールがある電極を有する磁気コンデンサーを提供する。【解決手段】  磁気コンデンサーは第１の表面と第１の表面に反対する第２の表面を有する誘電体層と、誘電体層の前記第１の表面に配置された第１の電極と、誘電体層の前記第２の表面に配置された第２の電極とを具備する。第１の電極には同じ第１の方向がある複数の第１の磁気ダイポールを有し、そして第１の磁気ダイポールの第１の方向が誘電体層に垂直である。【選択図】図２
2010199579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面と前記第１の表面に反対する第２の表面を有する誘電体層と、
前記誘電体層の前記第１の表面に配置された第１の電極と、
前記第１の電極が複数の第１の磁気ダイポールを有し、前記第１の磁気ダイポールが同じ
第１の方向を有し、そして前記第１の磁気ダイポールの前記第１の方向が誘電体層に垂直で、
前記誘電体層の前記第２の表面に配置された第２の電極と、を具備する磁気コンデンサー。
【請求項２】
前記第１の電極は、導電性を持つ磁性材料によって構成される、請求項１に記載の磁気コンデンサー。
【請求項３】
前記磁性材料は、ＦｅとＰｔの合金又はＣｏとＰｔの合金である、請求項２に記載の磁気コンデンサー。
【請求項４】
前記第１の電極は、複数の第１の磁気セクションを具備し、各前記第１の磁気セクションはそれぞれ各第１の磁気ダイポールを有する、請求項１に記載の磁気コンデンサー。
【請求項５】
前記第１の電極は、さらに前記第１の常磁性層を具備し、そして前記第１の磁気セクションは前記第１の常磁性層と前記誘電体層の間に配置される、請求項４に記載の磁気コンデンサー。
【請求項６】
前記第１の電極は、さらに第１の導電層を具備し、そして前記第１の磁気セクションは前記第１の導電層と前記誘電体層の間に配置される、請求項５に記載の磁気コンデンサー。
【請求項７】
前記第１の電極が多層構造である、請求項１に記載の磁気コンデンサー。
【請求項８】
前記第２の電極は同じ第２の方向がある複数の第２の磁気ダイポールを有し、そして前記第２の電極が磁性材料によって構成される、請求項１に記載の磁気コンデンサー。
【請求項９】
前記第２の磁気ダイポールの前記第２の方向は、前記第１の磁気ダイポールの前記第１の方向と同じである、請求項８に記載の磁気コンデンサー。
【請求項１０】
前記第２の磁気ダイポールの前記第２の方向は、前記第１の磁気ダイポールの前記第１の方向の逆方向である、請求項８に記載の磁気コンデンサー。
【請求項１１】
前記磁性材料は、Ｆｅ  とＰｔの合金又はＣｏとＰｔの合金である、請求項８に記載の磁気コンデンサー。
【請求項１２】
前記第２の電極は複数の第２の磁気セクションを具備し、そして各第２の磁気セクションはそれぞれ各第２の磁気ダイポールを有する、請求項８に記載の磁気コンデンサー。
【請求項１３】
前記第２電極はさらに第２の常磁性層を具備し、そして前記第２の磁気セクションは、前記第２の常磁性層と前記誘電体層の間に配置される、請求項１２に記載の磁気コンデンサー。
【請求項１４】
前記第２の電極は、さらに第２の導電層を具備し、そして前記第２の磁気セクションは、前記第２の導電層と前記誘電体層の間に配置される、請求項１３に記載の磁気コンデンサー。
【請求項１５】
前記第２の電極が多層構造である、請求項８に記載の磁気コンデンサー。
【請求項１６】
前記誘電体層が多層構造である、請求項１に記載の磁気コンデンサー。
【請求項１７】
前記誘電体層は、第１の誘電体層と２個の第２の誘電体層を具備し、そして前記第１の誘電体層は、前記第２の誘電体層の間に配置される、請求項１６に記載の磁気コンデンサー。
【請求項１８】
前記第１の誘電体層が酸化ケイ素によって構成される、請求項１７に記載の磁気コンデンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気コンデンサーに関し、特に磁気コンデンサーの誘電体層に垂直な磁気ダイポールがある電極を有する磁気コンデンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサーは、交流が通るのを許容している間、直流の流れを妨げるのに電子回路で広く使用して、エネルギー貯蔵装置として電子装置で使用できる。従来のコンデンサーの断面図を例示する図面である図１を参照する。図１に示されているように、従来のコンデンサー１０は、２つの電極１２、１４と誘電体層１６を含め、そして、誘電体層１６は電極１２、１４の間に配置される。  誘電体層１６は真空、水又は酸化アルミニウムなどの絶縁体によって構成される。電極１２、１４は金属などの導電性材料によって構成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、バッテリーと対照して、従来のコンデンサーのエネルギー貯蔵はかなりわずかである。そして、従来のコンデンサーのエネルギー蓄積能力が増加するべきであるとき、従来のコンデンサーのサイズと重さは、それに従って増加する必要がある。したがって、従来のコンデンサーを含む電子装置のボリュームと重さが増加する。この理由で、従来のコンデンサーのアプリケーションが限られている。固定サイズの下で従来のコンデンサーの静電容量を増大させるのは、産業で重要な目標である。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、磁気コンデンサーの静電容量を増加させるように、誘電体層に垂直な磁気ダイポールがある電極を有する磁気コンデンサーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、磁気コンデンサーを開示している。磁気コンデンサーは、第１の表面と第１の表面に反対する第２の表面を有する誘電体層と、誘電体層の第１の表面に配置された第１の電極と、誘電体層の第２の表面に配置された第２の電極によって構成される。第１の電極には同じ第１の方向の複数の第１の磁気ダイポールがあり、そして、第１の磁気ダイポールの第１の方向は誘電体層に垂直である。
【０００６】
本発明の磁気コンデンサーの誘電体層には、同じ方向の複数の磁気ダイポールを有する１つの電極が配置されて、磁場を発生させるのに磁気ダイポールを利用します。したがって、誘電体層に磁場が印加されて、磁場のために、誘電体層の誘電率を増加させることができる。それによって、磁気コンデンサーの静電容量が増加できる。
本発明のこれらおよび他の目的は、間違いなくこれらの一般的な当業者には、さまざまな図面に示されている好ましい実施態様は、以下の詳細な説明により明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来のコンデンサーの断面図を例示する略図である。
【図２】本発明の第１の好ましい実施態様による磁気コンデンサーの断面図を例示する略図である。
【図３】平坦な磁石を例示する略図である。
【図４】本発明の第２の好ましい実施態様による磁気コンデンサーの断面図を例示する略図である。
【図５】本発明の第３の好ましい実施態様による磁気コンデンサーの断面図を例示する略図である。
【図６】本発明の第４の好ましい実施態様による磁気コンデンサーの断面図を例示する略図である。
【図７】本発明の第５の好ましい実施態様による磁気コンデンサーの断面図を例示する略図である。
【図８】本発明の第６の好ましい実施態様による磁気コンデンサーの断面図を例示する略図である。
【図９】図４に示されていた第２の好ましい実施態様の等価回路を例示する略図である。
【図１０】第２の好ましい実施態様の誘電率の実数部対磁場のない誘電率の実数部の比率と周波数との関係を例示する略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図２を参照する。図２は、本発明の第１の好ましい実施態様による磁気コンデンサーの断面図を例示する略図である。この実施態様の磁気コンデンサー１００は、図２に示されているように、第１の表面１０４と第１の表面１０４に反対する第２の表面１０６を有する誘電体層１０２と、誘電体層１０２の第１の表面１０４に配置された第１の電極１０８と、誘電体層１０２の第２の表面１０６に配置された第２の電極１１０とを具備する。第２の電極１１０が第１の電極１０８に平行である。この実施態様では、第１の電極１０８は複数の磁気セクション１１２を含め、ＦｅとＰｔの合金、ＣｏとＰｔの合金、又はそれらの組み合わせの合金などの導電性を持つ磁性材料によって構成される。従って、第１の電極１０８には、複数の磁気ダイポール１１４があり、しかも、各磁気セクション１１２にはそれぞれ各第１の磁気ダイポール１１４がある。
【０００９】
第１の磁気ダイポール１１４は、図２の矢印で示されているような第１の方向をもち、第１の磁気ダイポール１１４の第１の方向が誘電体層１０２に垂直である。第１の磁気ダイポールが発生する磁場は、第１の電極１０８に近い誘電体層１０２に印加され、しかも、第１の磁気ダイポール１０８の磁場が第１の電極１０８と誘電体１０２の間のインタフェースに垂直である。誘電体層に垂直な第１の磁気ダイポールを有する第１の電極は、第１の電極がＦｅとＰｔの合金又はＣｏとＰｔの合金によって構成されるとき、スパッタリング・プロセスによって形成される。
【００１０】
その上、この実施態様の第２の電極１１０は、Ｐｔ又は他の導電性の金属などの磁気のない導電性材料によって構成された導電層である。誘電体層１０２は、二酸化ケイ素、二酸化チタン、絶縁材、セラミック材料、磁性誘電体材料、およびそれらの組み合わせから選択された誘電体材料によって構成できて、ただ一つの層状構造又は多層構造ができる。
【００１１】
さらに、第１の電極１０８は、スパッタリング・プロセス又はＩＢＤ（Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）  プロセスを介して誘電体層１０２上に磁性材料をコーティング又は堆積させながら形成され、次に、第１の電極１０８には、第１の電極１０８の第１の磁気ダイポール１１４を整然とアレンジするために、外部磁場が印加されてアニールされる。したがって、第１の電極１０８の磁気ダイポール１１４は、第１の電極１０８と誘電体１０２の間のインタフェースに垂直な同じ第１の方向を持つことができる。その後、第２の電極１１０は、誘電体層１０２の第２の表面１０６上に、化学デポジション・プロセス又は物理デポジション・プロセスのようなデポジション・プロセスによって、形成することができる。第１の電極１０８はより厚い厚さができるように、スパッタリング・プロセス又はＩＢＤプロセスはアニール・プロセスと組み合わせて、順番に複数回実行することができる。第１の電極１０８は、ことため、多層構造を持つことができる。これは、第１の電極１０８は複数の磁気層を含めることができ、しかも、磁気層が順次に誘電体層１０２上に形成していることを意味する。本発明はこれに限定されていないし、第１の電極１０８が単層構造であることもできる。注目されるのは、誘電体層１０２の第１の表面１０４が平坦だので、その誘電体層１０２の第１の表面１０４に接触しているの第１の電極１０８の表面も平坦である。そのうえ、第１の電極１０８によって生成された磁場は、第１の電極１０８と誘電体１０２の間のインタフェースに垂直である。したがって、第１の電極１０８と第２の電極１１０の間に、磁気コンデンサーが不均一な誘電体層を有するための電気漏れを避けることができる。
【００１２】
そのうえ、図３を参照する。図３は、平坦な磁石を例示する略図である。図３と図２に示されているように、平坦な磁石１２０は、北極１２２と南極１２４を持って、磁気線１２６を北極１２２から南極１２４まで発生させます。平坦な磁石１２０の中央表面には、平坦な磁石１２０の縁よりまばらな磁気線１２６があり、平坦な磁石１２０の北極１２２と南極１２４の間の境界に近くの磁場が平坦な磁石１２０の面積拡大と同時に減少する。この実施態様では、第１の磁気ダイポール１１４の第１の方向が誘電体層１０２に垂直に配置されているため、第１の電極１０８の中央表面に近くの磁場が減少しない。それで、磁気コンデンサー１００の面積拡大と同時に、第１の電極１０８の中央表面に近くの磁場の強度は、第１の電極１０８の縁の磁場の強度に対して減少することがない。したがって、磁気コンデンサー１００は上記の問題を解決できる。そのうえ、磁場のない従来のコンデンサーと対照して、この実施態様では、磁気コンデンサー１００の誘電体層１０２に磁場が印加されるのは、第１の電極１０８に近い誘電体層１０２の一部の誘電率を増加させることができる。したがって、誘電体層１０２の誘電率が増加し、その結果、この実施態様の磁気コンデンサー１００の静電容量が式に応じて増加する。
Ｃ＝εＡ／ｄ
ここで、Ｃは磁気コンデンサー１００の静電容量である。εは誘電体層１０２の誘電率である。Ａは磁気コンデンサー１００の面積である。そして、ｄは、誘電体層１０２の厚さである。
【００１３】
さらに、本発明の第２電極は磁場のない導電性材料によって構成されることが制限されなく、第２の電極は導電性を持つ磁性材料によって構成されることもできる。
【００１４】
図４を参照する。図４は、本発明の第２の好ましい実施態様による磁気コンデンサーの断面図を例示する略図である。実施態様の違いを比較するために、第１の好ましい実施の形態と同じ構造は、同じ符号が割り当てられているので、同じ構造は再び説明されない。図４に示されているように、第２の実施態様における磁気コンデンサー２００の第２の電極２０２は、複数の第２の磁気ダイポール２０４を有し、そして第２の電極２０２は、複数の第２の磁気セクション２０６を含める。それぞれの第２の磁気セクション２０６は、ＦｅとＰｔの合金、ＣｏとＰｔの合金、又はそれらの組み合わせなどの磁性材料によって構成され、各第２の磁気セクション２０６がそれぞれ各第２の磁気ダイポール２０４を有する。第２の磁気ダイポール２０４は、同じ第２の方向性をもって、しかも第２の磁気ダイポール２０４の第２の方向は、第１の磁気ダイポール１１４の第１の方向と同じである。また、磁気ダイポール２０４が第１の磁気ダイポール１１４と相互に作用する。したがって、この実施態様では、第１の磁気ダイポール１１４の１つおよび第２の磁気ダイポール２０４の１つによって生成された磁気線２０８は、第２の磁気ダイポール２０４の北極から第１の磁気ダイポール１１４の南極までのように、誘電体層１０２を通すことができる。第１の電極１０８と第２の電極２０２の両方が磁場を生成することができるため、誘電体層１０２に印加される磁場の強度が第１の実施態様における磁場の強度よりも大きいである。それに従って、この実施態様の誘電体層の誘電率は、第１の好ましい実施態様の誘電体層１０２の誘電率よりも大きいで、そのため、この実施態様の磁気コンデンサー２００の静電容量は、第１の好ましい実施態様の磁気コンデンサーの静電容量よりも大きい。
【００１５】
図５を参照する。図５は、本発明の第３の好ましい実施態様による磁気コンデンサーの断面図を例示する略図である。図５に示されているように、第２の好ましい実施態様と比べて、この実施態様の磁気コンデンサー２５０において、第２の磁気ダイポール２５２の第２の方向は、第１の磁気ダイポール１１４の第１の方向の逆方向にすることができる。
【００１６】
図６を参照する。図６は、本発明の第４の好ましい実施態様による磁気コンデンサーの断面図を例示する略図である。  図６に示されているように、第２の好ましい実施態様と比べて、この実施態様の磁性コンデンサー３００においては、第１の電極３０２はさらに第１の常磁性層３０４を含まれ、第２の電極３０６はさらに第２の常磁性層３０８が含まれる。第１の磁気セクション１１２は第１の常磁性層３０４と誘電体層１０２の間に配置され、第２の磁気セクション２０６  は第２の常磁性層３０６と誘電体層１０２の間に配置される。第１の常磁性層３０４と第２の常磁性層３０８は、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｎなどのような常磁性の材料によって構成されることができる。さらに、本発明は、第１の電極と第２の電極の両方が磁性層を含むことに限定されなく、本発明における第１の電極と第２の電極のうちの１つだけ常磁性層を含むこともできる。
【００１７】
図７を参照する。図７は、本発明の第５の好ましい実施態様による磁気コンデンサーの断面図を例示する略図である。図７に示されているように、第４の好ましい実施態様と比べて、この実施態様の磁気コンデンサー３５０では、第１の電極３５２がさらに第１の導電層３５４を含め、第２の電極３５６がさらに第２の導電層３５８を含む。第１の常磁性層３０４は第１の導電層３５４と誘電体層１０２の間に配置され、第２の常磁性層３０８は第２の導電層３５８と誘電体層１０２の間に配置される。第１の導電層３５４と第２の導電層３５８は、金属などの磁性のない導電性材料によって構成される。さらに、本発明は、第１の電極と第２の電極の両方が導電層を含むことに限定されなく、本発明における第１の電極と第２の電極のうちの１つだけ導電層を含むこともできる。
【００１８】
図８を参照する。図８は、本発明の第６の好ましい実施態様による磁気コンデンサーの断面図を例示する略図である。図８に示されているように、第１の好ましい実施態様と比べて、この実施態様では、磁気コンデンサー４００の誘電体層４０２は多層構造で、第１の誘電性層４０４と２個の第２の誘電体層４０６、４０８を含め、また第１の誘電体層４０４が第２の誘電体層４０６、４０８の間に配置される。誘電体層４０２を介してリーク電流の通過を避けることができるように、第１の絶縁層４０４は酸化ケイ素又は高い誘電率がある材料によって構成されることができる。第２の誘電体層４０６、４０８の第１の磁気セクションとの相互作用となるように、第２の誘電体層４０６、４０８は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、又はＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３のようなＬＳＭＯ（Ｌａ（ｙ）Ｓｒ（１−ｙ）ＭｎＯ３  ）、Ｐｂ（Ｌａ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３のようなＰＺＴ  （Ｐｂ（Ｚｒ（ｙ）Ｔｉ（１−ｙ））Ｏ３によって構成されることができる。その結果、磁気コンデンサー４００の静電容量がさらに増加することができる。本発明の誘電体層４０２は、３つの層しか有しないように制限されないで、多くの層を有することもできる。
【００１９】
磁場の誘電率に影響を与えることを証明するには、以下、第２の好ましい実施態様を例として、磁場のある磁気コンデンサーの誘電率が磁場のない磁気コンデンサーの誘電率よりも大きいことを示すように記述する。図９と図１０を参照し、そして、もう一度図１と図４を参照する。図９は、図４に示されていた第２の好ましい実施の形態の等価回路を例示する略図である。図１０は、第２の好ましい実施態様の誘電率の実数部対磁場のない誘電率の実数部の比率と周波数との関係を例示する略図である。図９、図１、および図４に示されているように、磁場を発生する第１の電極１０８と第２の電極２０２の影響のため、誘電体層１０２は、それぞれのバルク部分と界面部分である２つの部分に分割することができる。この界面部分は、誘電体層１０２の第１の電極１０８と第２の電極２０２の影響をうけた部分である。したがって、第２の好ましい実施態様の磁気コンデンサー２００は、バルク部分４５２と界面部分４５４のシリアル回路である等価回路４５０で表されることができる。バルク部分４５２のバルク抵抗器４５２ａとバルク・コンデンサー４５２ｂは電気的に並列に接続され、そして、界面部分４５４の界面抵抗器４５４ａと界面コンデンサー４５４ｂは電気的に並列に接続される。マクスウェル−ワグナー模型（Ｍａｘｗｅｌｌ−Ｗａｇｎｅｒ  Ｍｏｄｅｌ）によると、以下の等式になるように磁気コンデンサーのインピーダンスＺを引き出すことができる。
【００２０】
【数１】
2010199579.tif 000003
ここで、Ｚは磁気コンデンサー２００のインピーダンス、ωは角周波数、Ｒｂはバルク抵抗器４５２ａの抵抗値、Ｒｉは界面抵抗器４５４ａの抵抗値、Ｃｂはバルク・コンデンサー４５２ｂの静電容量、そして、ＣＩは界面コンデンサー４５４ｂの静電容量である。第２の好ましい実施態様は、第１の電極１０８と第２の電極２０２がＦｅとＰｔの合金によって構成され、誘電体層１０２が酸化マグネシウムによって構成されるのを例として、第２の好ましい実施態様における誘電体層１０２の厚さが実質的に２００Åである。磁気のない従来のコンデンサー１０は参照としてみなされ、そして、第１の電極１２と第２の電極１４がＰｔによって構成され、誘電体層１６が酸化マグネシウムによって構成されるのは例として扱われる。参照の誘電体層１６の厚さは実質的に１００Åである。第２の好ましい実施態様の誘電率の実数部はε’（ω）として表され、参照の誘電率の実数部はε’０（ω）として表される。図１０に示されているように、第２の実施態様の誘電率のε’（ω）の実数部対参照の誘電率ε’０（ω）の実数部の比率はε’（ω）／ε’０（ω）  として表され、そして１を超えて、それで、磁場のある誘電率が磁場のない誘電率より大きいである。したがって、第２の好ましい実施態様の磁気コンデンサーの静電容量は参照のコンデンサーの静電容量より実質的に２０％大きいである。さらに、０Ｈｚの周波数では、第２の好ましい実施態様の誘電率ε’（ω）対参照の誘電率ε’０（ω）の比率’は、１．２を超えている。これは、第２の好ましい実施態様では、ＤＣ運転モードによる磁気コンデンサーの誘電率がＡＣ運転モードによる誘電率より大きいことを意味する。
【００２１】
上記の説明として、本発明の磁気コンデンサーでは、少なくとも１つの電極が誘電体層における同じ方向がありかつ誘電体層に垂直な磁気ダイポールを有するように配置されて、磁場を発生させるのに磁気ダイポールを利用する。  したがって、誘電体層には磁場を印することができて、磁場のために、誘電体層の誘電率を増加させることができる。それによって、磁気コンデンサーの静電容量は増加することができる。
【００２２】
当業者は、本発明に関する教えを保有している間、装置と方法の様々な改良及び変更は容易に観測される。  それに従って、上記の公開は追加された特許請求の範囲によってのみ限定されると理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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