(57)【要約】【課題】  準マイクロ波帯域で動作する電子デバイスや電子回路中に発生する、近傍界電磁波ノイズを高効率で抑制する、近傍界電磁波ノイズ抑制薄膜材料を提供すること．【解決手段】  準マイクロ波帯域で動作する、電子デバイスや電子回路中に発生するノイズを、その反射係数（Ｓ１１）を実用レベルである−１０ｄＢ以下に、同時に電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）を０．５以上にするために、薄膜材料の表面抵抗Ｒｓ（ρ／ｔ）を、空間の特性インピーダンスＺ（３７７Ω）と整合する、１０Ω／□以上、１０００Ω／□以下に制御することを特徴とする近傍界電磁波ノイズ抑制薄膜材料。また、以上の条件を満足し、且つ所望の周波数帯域に磁気共鳴周波数を有し、大きな抵抗損失と共に磁気損失を示す軟磁性薄膜材料からなる近傍界電磁波ノイズ抑制薄膜材料．【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
準マイクロ波帯域で発生する電磁波ノイズに対して、その反射係数（Ｓ１１）を実用レベルである−１０ｄＢ以下に、またノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）を０．５以上に抑制するために、薄膜材料の表面抵抗Ｒｓ（ρ／ｔ）を、空間の特性インピーダンスＺ（３７７Ω）と整合する、１０Ω／□以上、１０００Ω／□以下に制御することを特徴とする近傍界電磁波ノイズ抑制薄膜材料。
【請求項２】
準マイクロ波帯域で発生する電磁波ノイズに対して、その反射係数（Ｓ１１）を−１０ｄＢ以下に、またノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）を０．７以上に抑制するために、空間の特性インピーダンスＺ（３７７Ω）と同等の表面抵抗Ｒｓ（ρ／ｔ）を有することを特徴とする近傍界電磁波ノイズ抑制薄膜材料。
【請求項３】
利用周波数帯が１ＧＨｚ以上、２０ＧＨｚ以下であることを特徴とした請求項１〜２に記載の近傍界電磁波ノイズ抑制薄膜材料。
【請求項４】
抵抗損失を用いることを特徴とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の近傍界電磁波ノイズ抑制薄膜材料。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁波ノイズ抑制薄膜材料を電子回路上に密着またはその近傍に配設することを特徴とした近傍界電磁波ノイズ抑制材料。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜材料で、その透磁率の自然共鳴周波数が０．５ＧＨｚ以上、１０ＧＨｚ以下を有する電磁波ノイズ抑制導電性磁性薄膜で、抵抗損失と磁気損失の両者を利用し電磁波ノイズ抑制効果を得ることを特徴とする近傍界電磁波ノイズ抑制薄膜材料。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜材料で、その膜構造がナノグラニュラー構造またはナノヘテロ構造であることを特徴とした近傍界電磁波ノイズ抑制材料。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電磁波ノイズ抑制薄膜材料の寸法幅が、信号配線もしくは電子デバイス幅の２倍以上であることを特徴とした、近傍界電磁波ノイズ抑制材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は１ＧＨｚ以上、２０ＧＨｚ以下の高周波帯域における近傍界電磁波ノイズを抑制する導電性薄膜に関し、詳しくは高速動作する半導体素子あるいは高周波電子部品で問題となる近傍界電磁波ノイズの薄膜による抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年の高度情報化社会における電子機器は、動作周波数の高周波化が加速度的に進んでいる．代表的なものがパーソナルコンピュータであり、その中央演算処理装置の動作周波数は１ＧＨｚを超える．その他、通信機器では、携帯電話（０．９，１．５，１．９ＧＨｚ）、衛星放送（１１．７〜１９．０ＧＨｚ）、無線ＬＡＮ（２．４５，５．０，１９．０ＧＨｚ）などが実施、もしくは検討されている。さらに、高速道路交通システム（ＩＴＳ）におけるノンストップ自動料金収受システム（ＥＴＣ）（５．８ＧＨｚ）、追突防止レーダ（７．６ＧＨｚ）等が用いられるようになっており、今後ますますＧＨｚ帯域での高速な半導体集積素子の利用は増加することが予測される。【０００３】  また、高周波化に平行して電子機器の軽薄短小化も進行しており、使用される電子部品の小型化や半導体素子の高集積度化、電子部品実装基板の高密度化が著しく進んでいる。従って過密に集積および実装された電子部品や信号配線は共に近接する状況となり、前述の高周波化と融合して電磁波の不要輻射が発生しやすい状態となる。このことが機器の誤作動等を招き、機器の小型化や高性能化を阻害する重大な技術要因となっている。この問題に対して最近、不要輻射などのＥＭＩ（電磁波障害）が盛んに指摘されており、その総合的な対策としてＥＭＣ（電磁両立性）が重視され、この分野の研究が盛んになり始めている。駆動周波数が低周波〜数ＭＨｚまでの電子機器は、筐体などを軟磁性材料で覆う方法で対策がなされており、駆動周波数が１〜２ＧＨｚ程度の電子機器は、シート状の複合磁性体を電子部品や電磁波ノイズ発生源に、直接貼り付ける対策が施されている。
【発明開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  今後、駆動周波数の高速化および機器の更なる軽薄短小化が進めば、電磁波の波長がプリント配線とほぼ同等のスケールになるために、従来の方法では対策が難しくなり、微細な部分から発生する電磁波ノイズを対策できる技術が（マイクロＥＭＣ）が求められてくる。
【０００５】  現在マイクロＥＭＣ技術として提案されているのが、磁性薄膜を用いた電磁波ノイズ抑制技術であり、プリント基板作製時に電磁波ノイズ抑制性能を有する薄膜を同時に集積する方法である．薄膜を近傍界電磁波ノイズ抑制に用いる場合には、薄膜のインピーダンスに起因した反射が問題となり、この反射が大きいと電磁波ノイズの一部が信号源に戻ってしまい、信号源で二次障害が発生する。この反射は−１０ｄＢ以下が実用上必要なレベルとされている。
【０００６】  近傍界電磁波ノイズ対策への薄膜の応用は、大きな磁気損失（μ”）を利用したナノグラニュラー軟磁性薄膜の検討がなされている。しかしながら、ナノグラニュラーは電気比抵抗がおよそ数百μΩｃｍと小さいために、インピーダンスミスマッチングの問題から、反射が大きくなってしまい、電波吸収特性に対する大きなμ”の効果が、十分に得られない等の問題がある。よって、この材料では反射低減に関して、薄膜を短冊状にパターニングすることにより、薄膜全体のインピーダンスを制御する対策がなされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明者らは上記の事情を鑑みて、薄膜のインピーダンスを決定するパラーメーターとして薄膜の比抵抗（ρ）と膜厚（ｔ）から決定される表面抵抗Ｒｓ（Ω／□）に注目し、表面抵抗（Ｒｓ）と反射（Ｓ１１）および近傍界電磁波ノイズ抑制効果（Ｐｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）の関係について、誠意努力して検討を進めた結果、導電性薄膜の表面抵抗Ｒｓ（Ω／□）を空間の特性インピーダンス（〜３７７Ω）と整合が起きる、５０Ω／□以上に制御することにより反射を実用レベルの−１０ｄＢ以下に低減できることを見出した。さらに、表面抵抗（Ｒｓ）を、空間の特性インピーダンスＺ（〜３７７Ω）とほぼ同等の値に制御すると、両者が完全に整合して、不要輻射が高効率で薄膜内に吸収されたのち、薄膜の抵抗損失および磁気損失により高効率で損失され、非常に大きな近傍界電磁波ノイズ抑制効果が得られることを見出した。これまで、薄膜による近傍界電磁波ノイズ対策において、表面抵抗Ｒｓを空間のインピーダンスＺと整合させる、という観点から検討された報告はない。
【０００８】  本発明は、導電性薄膜の表面抵抗（Ｒｓ）を制御することで反射および電磁波ノイズを抑制する方法であり、近傍界電磁波ノイズ抑制への薄膜の応用化を目的として検討されたものである。
【０００９】  本発明が特徴とするところは次の通りである。第１の発明は、準マイクロ波帯域で発生する電磁波ノイズに対して、その反射係数（Ｓ１１）を実用レベルである−１０ｄＢ以下に、またノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）を０．５以上に抑制するために、薄膜材料の表面抵抗Ｒｓ（ρ／ｔ）を、空間の特性インピーダンスＺ（３７７Ω）と整合する、１０Ω／□以上、１０００Ω／□以下に制御することを特徴とした近傍界電磁波ノイズ抑制薄膜材料に関する。
【００１０】  第２の発明は、準マイクロ波帯域で発生する電磁波ノイズに対して、その反射係数（Ｓ１１）を−１０ｄＢ以下に、またノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）を０．７以上に抑制するために、空間の特性インピーダンスＺ（３７７Ω）と同等の表面抵抗Ｒｓ（ρ／ｔ）を有することを特徴とした近傍界電磁波ノイズの抑制薄膜材料に関する。
【００１１】  第３の発明は、利用周波数帯が１ＧＨｚ以上、２０ＧＨｚ以下であることを特徴とする第１および第２の発明に関する。
【００１２】  第４の発明は、抵抗損失を利用して近傍界電磁波ノイズを損失させることを特徴とする第１および第３の発明に関する。
【００１３】  第５の発明は、電磁波ノイズ抑制薄膜を電子回路上に密着またはその近傍に配設することを特徴とした第１ないし第４の発明に関する。
【００１４】  第６の発明は、透磁率の自然共鳴周波数が０．５ＧＨｚ以上、１０ＧＨｚ以下を有する電磁波ノイズ抑制導電性磁性薄膜を用い、抵抗損失と磁気損失の両者を利用し電磁波ノイズ抑制効果を得ることを特徴とした第１ないし第５の発明に関する。
【００１５】  第７の発明は、ナノグラニュラー構造またはナノヘテロ構造を有する、電磁波ノイズ抑制導電性薄膜を用いることを特徴とした第１ないし第６の発明に関する
【００１６】  第８の発明は、ノイズ発生部に対策する電磁波ノイズ抑制導電性薄膜の寸法幅が信号配線幅の２倍以上であることを特徴とした第１ないし第７の発明に関する。
【発明の効果】
【００１７】  高速動作する半導体内部のような微小回路から発生する電磁波ノイズを抑制するために、薄膜による対策が急務となっている現在、本発明では、導電性薄膜の表面抵抗（Ｒｓ）を制御することで、反射（Ｓ１１）が実用レベルまで抑制され、また空間のインピーダンスＺ（３７７Ω）との整合状態により大きな電磁波ノイズ抑制効果が得られることを説明した．これらの結果は、近傍界電磁波ノイズ抑制対策への薄膜材料の応用化に向けた基本技術であり、薄膜電磁波ノイズ抑制体の応用化を実現可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  以下、本発明に実施の形態について説明する．はじめに、本発明において用いている薄膜は、スパッタ法によりガラス基板上に作製したＡｌ−Ｏ導電性薄膜である．ＲＦマグネトロンスパッタを用いてＡｌターゲットをＡｒ＋Ｏ２混合ガス雰囲気中での反応性スパッタ法により以下の条件で、含有酸素量が異なり任意の比抵抗（ρ）を有するＡｌ−Ｏ導電性薄膜を作製した。【００１９】            スパッタガス圧  ：    ５×１０−３Ｔｏｒｒ
投入電力        ：    １５０Ｗ
基板            ：    Ｃｏｒｎｉｎｇ＃７０５９
酸素流量比      ：    １．０〜１．６％
膜  厚          ：    〜１μｍ【００２０】  得られた試料について直流４端子法により電気比抵抗（ρ）の測定を行い、その値と膜厚からＲｓ＝ρ／ｔにより表面抵抗Ｒｓ（Ω／□）を求めた。【００２１】  得られた試料の電磁波ノイズ抑制効果は図１に示す電磁波ノイズ評価系を用いて調べた。図１を参照すると、電磁波ノイズ抑制効果の評価系は裏面が全面地導体である誘電基板１上に形成されたマイクロストリップライン（ＭＳＬ）１ａ上の両端を同軸ケーブル２ａ，２ｂで介してネットワークアナライザ４に接続した構成であり、試料３は１５×３５ｍｍになるように切り出しＭＳＬ上に膜面が接する形で配置される。  ここで評価に用いたＭＳＬの線幅は３．５ｍｍであり線長は４０ｍｍである。
【実施例】
【００２２】  図２に表面抵抗Ｒｓの異なるＡｌ−Ｏ導電性薄膜の電磁波ノイズ抑制特性の評価結果を示す。点線がＭＳＬ単独の特性を表し、プロット形により表面抵抗Ｒｓの大きさを区別している。図２から実用レベルの−１０ｄＢ以下の反射（Ｓ１１）を示す表面抵抗は５０Ω／□以上であることが分かる。また、１ＧＨｚ以下ではＲｓが５０Ω／□以上であっても周波数の波長に起因した問題からＳ１１は−１０ｄＢ以下とはならず、この結果から対応周波数は１ＧＨｚ以上であることが分かる。さらに、Ｒｓが５０および２００Ω／□では透過（Ｓ２１）が大きく減衰しており、それらの値から１−［｜Ｓ１１｜２＋｜Ｓ２１｜２］により電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）を求めると０．６を超える非常に大きな電磁波ノイズ抑制効果が得られる．以上の結果から、１ＧＨｚ以上での反射（Ｓ１１）を−１０ｄＢ以下に抑制するためには表面抵抗を５０Ω／□以上に制御した導電性薄膜が有効であることが分かる。【００２３】  図３は各周波数での電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）の表面抵抗（Ｒｓ）依存性をまとめた結果である。図３によれば、各周波数ともＲｓが１０２Ω／□付近に近いほど電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）は増加するような挙動を示している。１ＧＨｚはブロードな変化であるが、２ＧＨｚおよび６ＧＨｚが共に顕著に現れている。これは、〜１０２Ω／□のＲｓと空間のインピーダンスＺ（３７７Ω）との整合状態を表しており、すなわちＲｓが最も空間のインピーダンスＺ（３７７Ω）に近い時に両者が完全に整合し、低反射（Ｓ１１）で導電性薄膜に導入された電磁波ノイズは導電性薄膜の抵抗損失により高効率で損失されている状態を表している。【００２４】  また図４は、構成元素、膜厚、比抵抗の異なる多種の導電性薄膜について６ＧＨｚでの電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）の表面抵抗（Ｒｓ）依存性をまとめた結果である。何れの場合でも、比抵抗（ρ）と膜厚（ｔ）から決定されるＲｓ（ρ／ｔ）で整理すると、Ｒｓ＝〜１０２Ω／□にピークを持つ曲線にほぼ一致する。【００２５】  以上の結果から、電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）はＲｓに依存性を持つために、より大きな電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）を得るためには、Ｒｓが空間のインピーダンスＺ（３７７Ω）と完全に整合するように制御することが重要である。【００２６】  図５は、Ｒｓが同様なＡｌ−Ｏ非磁性膜と〜２ＧＨｚに透磁率の自然共鳴周波数を有するＣｏＡｌＯ磁性膜の各周波数での電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）のＲｓ依存性をまとめた結果である。ＣｏＡｌＯ磁性膜の１ＧＨｚおよび２ＧＨｚをＡｌ−Ｏ非磁性膜と比較すると、ピーク位置が低Ｒｓ側にシフトし電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）が増大する。また、６ＧＨｚでは両者ともほぼ同様の結果となる。以上のことから、自然共鳴周波数付近では抵抗損失に加え磁気損失も電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）に大きく寄与することがわかる。【００２７】  図６は、空間のインピーダンスＺ（３７７Ω）とＲｓが整合している高い電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）を示すＡｌ−Ｏ導電性薄膜につ��て、１．０ｍｍと３．５ｍｍ幅のマイクロストリップラインを用いて、信号線幅に対する試料幅の関係を調べた結果である。この結果から、信号線幅が１ｍｍおよび３．５ｍｍと異なった場合でも、信号線幅の〜２倍の試料幅を設ければ、高い電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）が保持できることが分かる。【００２８】  比較のため、図７に強磁性微粉末をポリマー中に高密度に分散させた複合磁性体シート（市販の電磁波ノイズ抑制体）について、実施例と同様な方法で評価を行なった。今回検討を行った代表的なＡｌ−Ｏ導電性薄膜（Ｒｓ＝２００Ω／□，ρ＝２．５×１０４μΩｃｍ，ｔ＝１．２５μｍ）と複合磁性体シート（ｔ＝５０μｍ）を比較すると、反射（Ｓ１１）の値は〜１ＧＨｚ以上で見ると両者とも実用レベルの−１０ｄＢはクリアされており同様の結果であるが、透過（Ｓ２１）には大きな差が見られている。これらから求まる電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）で比較するとＡｌ−Ｏ導電性薄膜のほうが２〜３倍大きな値となっている。また、両者の厚さはＡｌ−Ｏ導電性薄膜が〜１μｍ、複合磁性体シートが〜５０μｍであるので、Ａｌ−Ｏ導電性薄膜は複合磁性体シートに比べて〜５０分の１の厚さで２〜３倍の性能を示している。
【産業上の利用可能性】
【００２９】  高速動作する半導体内部のような微小回路から発生する電磁波ノイズを抑制するために、薄膜による対策が急務となっている現在、本発明では、導電性薄膜の表面抵抗（Ｒｓ）を制御することで、反射（Ｓ１１）が実用レベルまで抑制され、また空間のインピーダンスＺ（３７７Ω）との整合状態により大きな電磁波ノイズ抑制効果が得られることを説明した。これらの結果は、近傍界電磁波ノイズ抑制対策として薄膜材料を適用する場合の基本技術であり、これらによって薄膜電磁波ノイズ抑制体の実現を可能とすることが期待され、産業上の利用可能性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】  電磁波ノイズ抑制効果の評価系である。
【図２】  表面抵抗Ｒｓの異なるＡｌ−Ｏ導電性薄膜の電磁波ノイズ抑制特性の評価結果である。
【図３】  Ａｌ−Ｏ導電性薄膜における各周波数での電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）の表面抵抗（Ｒｓ）依存性である。
【図４】  多種の導電性薄膜について６ＧＨｚでの電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）の表面抵抗（Ｒｓ）依存性をまとめた結果である。
【図５】  Ｒｓが同様なＡｌ−Ｏ非磁性膜と〜２ＧＨｚに透磁率の自然共鳴周波数を有するＣｏＡｌＯ磁性膜の各周波数での電磁波ノイズ抑制効果（ΔＰｌｏｓｓ／Ｐｉｎ）のＲｓ依存性をまとめた結果である。
【図６】  信号線幅に対する試料幅の関係を調べた結果である。
【図７】  本導電性薄膜と複合磁性体シートの比較を行なった結果である。
【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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