(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に強磁性体を規則的に配列した不連続膜を静磁波を励起し伝搬する媒体として用い、該不連続膜に所定方向のバイアス磁界を印加する静磁波素子において、
前記強磁性体の平面形状が、前記所定方向のバイアス磁界が印加されたときに該バイアス磁界の印加方向に対して略垂直な辺を両端に有しない形状であることを特徴とする静磁波素子。
【請求項２】
前記強磁性体の平面形状が略円形の形状である請求項１に記載の静磁波素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の静磁波素子を用いたＳ／Ｎエンハンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタ、遅延素子、Ｓ／Ｎエンハンサ等に用いることができる静磁波素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報の高度化に伴って、マイクロ波帯での信号を処理するマイクロ波用デバイスの需要が増大している。特に、より高い周波数を使用することができる静磁波素子が近年注目されている。
【０００３】
静磁波素子は、磁性体における磁気モーメントの磁気共鳴現象を利用するものであり、磁性体における磁気スピン歳差共鳴の波であるスピン波が磁性体中を伝搬することを利用している。従来の静磁波素子においては、一般に、ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）単結晶基板の上に、液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）等によって膜状に成形したＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）薄膜が、静磁波を励起し伝搬するための磁性体として用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、特開平９−２９４００４号公報において、このような静磁波素子に用いる磁性体薄膜として、複数の配列したストライプ状磁性体薄膜を用いることを提案している。このようなストライプ状磁性体薄膜を用いることにより、ストライプ状磁性体薄膜間で生じる双極子相互作用により励起される磁気双極子定在波によって生じる静磁波の高次モードを利用することができる。
【０００５】
図１２は、このようなストライプ状磁性体薄膜を示す斜視図である。基板１の上には、ストライプ状磁性体薄膜２が、ストライプ状磁性体薄膜２の長手方向と略垂直な方向に配列している。このようなストライプ状磁性体薄膜２の配列に対して、ストライプ状磁性体薄膜２の長手方向に対し略垂直な方向にバイアス磁界Ｈｅｘを印加すると、各ストライプ状磁性体薄膜２の巨大磁気モーメント間に双極子相互作用が発現し、結果として巨大磁気モーメントの歳差運動の位相がずれ、モードの異なる複数の定在波が励起される。
【０００６】
ところで、静磁波素子は、マイクロ波帯での信号を処理するデバイスとして注目されており、携帯電話などの移動体通信等の用途での使用が期待されている。従って、小型軽量化を図ることができる素子構造が要望されている。
【０００７】
本発明の目的は、強磁性体を規則的に配列した不連続膜を静磁波伝搬媒体として用いる静磁波素子であって、小型軽量化が可能な静磁波素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記強磁性体の不連続膜を用いた静磁波素子において、小型軽量化を図るために、バイアス磁界を与える永久磁石に着目した。図１３は、バイアス磁界Ｈｅｘを印加したときのストライプ状磁性体薄膜内における分極状態を示す図である。図１３に示すように、バイアス磁界Ｈｅｘが印加されると、ストライプ状磁性体薄膜２内で分極が生じ、その結果として反磁界Ｈｒが生じる。このため大きなバイアス磁界Ｈｅｘが必要となり、大型の永久磁石が必要であった。本発明は、低磁界で動作可能な静磁波素子構造とすることにより、より小さな永久磁石でも動作可能とし、小型軽量化を可能とするものである。
【０００９】
本発明は、基板上に強磁性体が規則的に配列した不連続膜を静磁波を励起し伝搬する媒体として用い、該不連続膜にバイアス磁界を印加する静磁波素子において、強磁性体の平面形状が、上記所定方向のバイアス磁界が印加されたときに該強磁性体内で分極を生じにくい形状であることを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、強磁性体の平面形状が、分極を生じにくい形状を有しているので、バイアス磁界が印加されたときに生じる反磁界が小さい。このため、低磁界で動作させることができる。
【００１１】
分極を生じにくい形状としては、バイアス磁界の印加方向に対して略垂直な辺を両端に有しない形状が挙げられる。このような平面形状の具体例としては、略円形状、略楕円形状、三角形状、菱形形状、及び多角形状等が挙げられ、多角形状が偶数の辺を有する場合には、両端の辺がバイアス磁界の印加方向に対して略垂直とならないように配置することが好ましい。
【００１２】
特に平面形状が略円形状である場合には、強磁性体が規則的に配列した状態となる複数の方向から任意の方向を選択してバイアス磁界の印加方向とすることができる。
【００１３】
本発明のＳ／Ｎエンハンサは、上記本発明の静磁波素子を用いたことを特徴としている。従って、高い周波数帯域で使用することができ、小型軽量化が可能なＳ／Ｎエンハンサとすることができる。
【００１４】
本発明において、強磁性体の厚みは、特に限定されるものではないが、一般的には１〜１００μｍの厚みとなるように形成される。また、バイアス磁界の印加方向における強磁性体の幅は、一般には１〜２００μｍとなるように形成される。また、強磁性体間の距離は、一般には１〜２００μｍとなるように配置される。
【００１５】
本発明における強磁性体としては、フェリ磁性体が好ましく、特に好ましくはＹＩＧが用いられる。ＹＩＧとしては、ＹまたはＦｅを他の元素で置換したものを用いてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に従う一実施例の静磁波素子における強磁性体の配列を示す斜視図である。基板１の上には、円柱状の、すなわち平面形状が円形状の強磁性体２が配列するように設けられている。本実施例では、図１に矢印で示す方向にバイアス磁界Ｈｅｘが印加される。強磁性体２は、バイアス磁化の印加方向のみならず、磁界印加方向と略垂直な方向にも配列するよう設けられており、基板１上で強磁性体２がマトリックス状に配置されている。
【００１７】
図２は、本発明に従う一実施例の静磁波素子を示す斜視図であり、図１に示す強磁性体の配列を有した基板を誘電体基板上に載せた素子構造を示している。図２に示すように、誘電体基板３の一方主面上に、強磁性体２が下方に位置するように基板１が載せられている。誘電体基板３の一方主面には、入力トランスデューサ電極４及び出力トランスデューサ電極５が形成されている。強磁性体２の配列の一方端の強磁性体２の下方に入力トランスデューサ電極４が設けられており、この入力トランスデューサ電極４と結合するように配置されている。また配列の他方端の強磁性体２の下方に出力トランスデューサ電極５が設けられており、この出力トランスデューサ電極５と結合するように配置されている。また、誘電体基板３の下方には、接地電極６が形成されている。図２に示すように、静磁波の伝搬方向に沿う方向に、バイアス磁界Ｈｅｘが印加されている。
【００１８】
入力トランスデューサ電極４から導入された高周波は、静磁波に変換され、強磁性体２の配列からなる不連続な強磁性体膜を伝搬し、出力トランスデューサ電極５から高周波として出力される。
【００１９】
図３は、トランスデューサ電極と強磁性体との位置関係を示す平面図である。図２に示す実施例においては、図３に示すように、一方端の強磁性体２が入力トランスデューサ電極４と重なり、他方端の強磁性体２が出力トランスデューサ電極５と重なるように配置されている。しかしながら、必ずしもこのような配置関係に限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、他方端の強磁性体２の位置から離れた位置に出力トランスデューサ電極５を配置してもよい。
【００２０】
図５は、基板１上での強磁性体２の配列の状態を示す平面図である。上記実施例においては、図５に示す矢印Ａ方向にバイアス磁界を印加しているが、その他の方向においても強磁性体２が規則的に配列した構造となるので、必ずしもＡ方向にバイアス磁界を印加しなくてもよい。例えば、図５に示す矢印Ｂ、矢印Ｃ、または矢印Ｄ方向においても強磁性体２が規則的に配列した構造となるので、これらの方向に沿う方向でバイアス磁界を印加してもよい。
【００２１】
図６は、強磁性体２の他の配列状態を示す平面図である。図６に示す配列状態では、強磁性体２が千鳥格子状に配列している。
図７及び図８は、本発明における強磁性体を形成する製造工程の一例を示す断面図である。
【００２２】
図７（ａ）を参照して、基板１の上に強磁性体膜２を形成する。強磁性体膜２としては、ＹＩＧ薄膜が好ましく用いられる。従って、ＧＧＧなどのガーネット基板の上に液相エピタキシャル法によりＹＩＧ薄膜を形成することが好ましい。
【００２３】
図７（ｂ）を参照して、次に、強磁性体膜２の上にＳｉＯ２  膜７及びレジスト膜８を形成する。次に、図７（ｃ）に示すように、レジスト膜８をフォトリソグラフィ法によりパターニングする。レジスト膜８をマスクとして、ＨＦなどのエッチャントを用い、ＳｉＯ２  膜をエッチングし、図８（ｄ）に示す状態とする。
【００２４】
図８（ｅ）を参照して、次に、ＳｉＯ２  膜７をマスクとして、ウエットエッチングまたはドライエッチングなどの方法で、強磁性体膜２をエッチング除去し、所望のパターン形状の強磁性体２を形成する。
以上のように、フォトリソグラフィ法を用いることにより、所望の形状の強磁性体２を所望の配列状態で形成することができる。
【００２５】
図９及び図１０は、強磁性体２のその他の平面形状を示す平面図である。上記実施例においては、強磁性体２の平面形状として略円形状を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の形状の強磁性体２を用いることができる。図９及び図１０において、矢印はバイアス磁界の印加方向を示している。
【００２６】
図９（ａ）は略楕円形状の強磁性体２を示している。ここでは、楕円形状の長径がバイアス磁界の印加方向に沿うような配置状態を示しているが、楕円形状の長径がバイアス磁界の印加方向と略垂直な方向に沿うような配置状態であってもよいし、その他の配置状態であってもよい。
【００２７】
図９（ｂ）は、三角形状の強磁性体２を示している。三角形状の場合も、図示の状態から任意の角度回転させた状態で配置させることができる。また、その形状も正三角形に限定されるものではなく、その他の三角形状であってもよい。
【００２８】
図９（ｃ）は、菱形形状の強磁性体２を示している。図９（ｃ）に示す菱形形状は、４５度回転させると正方形となり、両端にバイアス磁界の印加方向に略垂直な辺が存在する形状となるので、このような配置状態での使用は好ましくない。従って、両端にバイアス磁界の印加方向に略垂直な辺が存在しないような位置状態で用いることが好ましい。また、その形状は正方形に限定されるものではなく、長方形やその他の四角形の形状であってもよい。
【００２９】
図９（ｄ）は、五角形の強磁性体２を示している。五角形が、図示するような正五角形の場合には任意の角度で回転させても、両端の辺が共にバイアス磁界の印加方向に対し略垂直方向となることはないので、任意の角度で回転させた配置状態であってもよい。また、その他の五角形状の場合には、両端の辺がバイアス磁界の印加方向に対し略垂直方向にならないような配置状態で用いることが好ましい。
【００３０】
図１０（ｅ）は六角形の強磁性体２を示し、図１０（ｆ）は八角形の強磁性体２を示している。一般にｎが偶数である正ｎ角形の場合、配置状態によっては、両端の辺がバイアス磁界の印加方向に略垂直となる場合があるので、そのような配置状態とならないように用いることが好ましい。但し、ｎが非常に大きくなると、辺の長さが短くなり円形状に近付くので、この限りではない。
【００３１】
図１１は、本発明に従うＳ／Ｎエンハンサの一実施例を示す構成図である。図１１に示すように、本実施例のＳ／Ｎエンハンサは、２個のフィルタ１２及び１３、２個の方向性結合器１１及び１６、減衰器１４及び位相器１５から構成されている。本実施例では、フィルタ１２及びフィルタ１３に、本発明に従う静磁波素子からなるフィルタが用いられている。入力端子から入力された信号は、方向性結合器１１によって電力レベルと異なる２つの信号に分配される。本実施例では３０ｄＢの差となるように分配されている。レベルの高い信号はライン１に沿ってフィルタ１２に、レベルの低い信号はライン２に沿って線形動作を行うフィルタ１３に入力される。
【００３２】
フィルタ１２からの出力は減衰器１４に与えられ、フィルタ１３からの出力は位相器１５に与えられる。位相器１５では、１８０度の位相差が与えられる。減衰器１４及び位相器１５からの出力は、入力側の方向性接合器１１と同じ結合度を持つ方向性結合器１６（入力側とは逆のレベル構成）によって再び合成される。
【００３３】
低レベルの入力信号の場合、フィルタ１２の系統を通過する信号と、フィルタ１３の系統を通過する信号の挿入損失は等しく、出力側の方向性結合器１６内では等レベルとなり、位相が反転しているので、合成信号はキャンセルされ、出力には極めて小さな信号しか現れない。従って、低レベルの入力信号の場合、挿入損失が極めて大きくなる。
【００３４】
一方、高レベルの入力信号の場合、フィルタ１２での挿入損失はフィルタ１３の挿入損失より大きくなり、出力側の方向性結合器１６内では等レベルとならず、挿入損失の小さいフィルタ１３の出力がほぼそのまま現れる。従って、高レベルの入力信号の場合、挿入損失が小さくなる。
【００３５】
従って、レベルの低い信号成分の挿入損失が大きく、レベルの高い信号成分の挿入損失が小さくなり、ＳＮ比を増大させることができ、Ｓ／Ｎエンハンサとして機能させることができる。
【００３６】
本発明のＳ／Ｎエンハンサとして、図１１に示す構成のものを例に説明したが、本発明のＳ／Ｎエンハンサは、これに限定されるものではなく、その他の構成のＳ／Ｎエンハンサであってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の静磁波素子によれば、低磁界で静磁波を励起することができ、従ってバイアス磁界の印加手段を従来よりも小型化することができる。従って、静磁波素子全体としての小型化及び軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う一実施例の静磁波素子に用いられる強磁性体の配列を示す斜視図。
【図２】本発明に従う一実施例の静磁波素子を示す斜視図。
【図３】入出力トランスデューサ電極の配置の一例を示す平面図。
【図４】入出力トランスデューサ電極の配置の他の例を示す平面図。
【図５】本発明における強磁性体の配列構造の一例を示す平面図。
【図６】本発明における強磁性体の配列構造の他の例を示す平面図。
【図７】本発明における強磁性体の製造工程の一例を示す断面図。
【図８】本発明における強磁性体の製造工程の一例を示す断面図。
【図９】本発明における強磁性体の平面形状の他の例を示す平面図。
【図１０】本発明における強磁性体の平面形状の他の例を示す平面図。
【図１１】本発明に従う一実施例のＳ／Ｎエンハンサを示す構成図。
【図１２】従来の静磁波素子における強磁性体の配列を示す斜視図。
【図１３】ストライプ状強磁性体にバイアス磁界を印加したときの分極状態を示す図。
【符号の説明】
１…基板
２…強磁性体
３…誘電体基板
４…入力トランスデューサ電極
５…出力トランスデューサ電極
６…接地電極
７…ＳｉＯ２  膜
８…レジスト膜
１１，１６…方向性結合器
１２，１３…フィルタ
１４…減衰器
１５…位相器
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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