(57)【要約】  本発明は、電磁波の反射を減衰するための装置に関する。該電磁波は、該装置に当たった電磁波であり、該装置は基板上に設けられており、強磁性材料またはフェリ磁性材料から成る層を有し、該層に構造体が設けられ、該構造体より下方に、該強磁性材料またはフェリ磁性材料から成る一続きの層が形成されるように構成されることにより、該構造体が形成された該層が、相互に異なる少なくとも２つの共鳴周波数を有する。本発明はまた、上記装置の製造方法と、電子的コンポーネントに該装置を使用することにも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波の反射を減衰するための装置において、
該電磁波は、該装置に当たった電磁波であり、
該装置は基板上に設けられており、強磁性材料またはフェリ磁性材料から成る層を有し、
該層に構造体が設けられ、該構造体より下方に、該強磁性材料またはフェリ磁性材料から成る一続きの層が形成されるように構成されることにより、該構造体が形成された該層が、相互に異なる少なくとも２つの共鳴周波数を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記構造体は周期的であり、１０μｍ〜２５０μｍの間の周期を有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記構造体は、２０μｍ〜５０μｍの間の周期を有する、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記構造体は、相互に隣接して設けられた等しい寸法のオブジェクトから構成されている、請求項２または３記載の装置。
【請求項５】
前記構造体は、相互に隣り合うオブジェクトから構成されており、各オブジェクトとそれぞれ隣より向こう側のオブジェクトとが等しい寸法を有する、請求項２または３記載の装置。
【請求項６】
前記層の厚さは５０ｎｍ〜２μｍの間である、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記層の厚さは２００ｎｍ〜１μｍの間である、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記電磁波は、１ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの間の周波数を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記電磁波は２５０ＭＨｚ〜５ＧＨｚの間の周波数を有する、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項記載の装置を製造する方法において、
強磁性材料またはフェリ磁性材料から成る層を基板上に設け、その後、前記構造体が形成されて該構造体より下方に該強磁性材料またはフェリ磁性材料から成る一続きの層が残されるように、該層を部分的に除去することを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記層を、基板である電子的コンポーネントのケーシング上に設ける、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
請求項１から９までのいずれか１項記載の装置を電子的コンポーネントの遮蔽に使用することを特徴とする使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置に当たった電磁波の反射を減衰するための装置と、該装置の製造方法と、該装置の使用とに関する。
【０００２】
電磁波は主に、銅またはアルミニウムから成る１重のメタライジングによって遮蔽される。その際には、電磁波はほぼ完全に反射され、該電磁波のエネルギーは散逸されない。非磁性の金属は電磁波を、低いエネルギー損失で反射するだけであり、散逸はほとんど生じない。
【０００３】
たとえばＦｅＮｉから成るフィルム等の磁性層は、強磁性共鳴またはフェリ磁性共鳴の際に、電磁エネルギーの部分的な吸収と別のエネルギー形態への変換とを引き起こし、とりわけ熱への変換を引き起こすことにより、電磁波は減衰される。しかし、その際にはエネルギー散逸の周波数領域は制限されており、基本的には低いＭＨｚ領域とｋＨｚ領域をカバーする。電磁波の遮蔽は透磁性によって改善することができ、いわゆる表皮効果が、ケーシング内部への電磁波のより深い侵入を阻止する。しかしここでの欠点は、最大エネルギー吸収領域を調整できないことである。
【０００４】
H. Okumura, D.J. Twisselmann, R.D. McMichael, M.Q. Huang, Y.N. Hsu, D.E. Laughlin および M.E. McHenry による『Magnetic and structural characterization and ferromagnetic resonance study of thin film HITPERM soft magnetic materials for data storage applications』（J. Appl. Phys. 93, 2003）第６５２８〜６５３０頁から、非晶質の磁性材料から成る単層または多層の薄層から構成された装置が公知である。ここでは、各層はそれぞれ共鳴周波数を有する。
【０００５】
O. Acher, C. Boscher, B. Brule, G. Perrin, N. Vukadinovic, G. Suran および H. Joisten は『Microwave permeability of ferromagnetic thin fllms with stripe domain structure』（J. Appl. Phys. 81, 1997）第４０５７〜４０５９頁において、ストライプ磁区を有する扁平な非晶質の強磁性フィルムを開示している。
【０００６】
G. Perrin, J.C. Peuzin, および O. Acher による『Control of the resonance frequency of soft ferromagnetic amorphous thin fllms by strip patterning』（J. Appl. Phys. 81, 1997）第５１６６〜５１６８頁、および M. Vroubel, Y. Zhuang, B. Rejaei および J. Burghartz による『Patterned FeNi thin film for RF and microwave components』（J. Magnetism and Magn. Materials 258-259）第１６７〜１６９頁によれば、フォトリソグラフィによって、非晶質の強磁性フィルムから成る薄い平行なストライプが基板上に設けられる。こうすることにより、フィルムの強磁性共鳴の周波数がより高い値にシフトされる。
【０００７】
上記のことを基礎として、本発明の課題は、上記の欠点および制限を有さない強磁性層またはフェリ磁性層と、該強磁性層またはフェリ磁性層の製造方法と、該強磁性層またはフェリ磁性層の使用とを提供することである。とりわけ、強磁性およびフェリ磁性の薄層による電磁波の反射および透過を幅広い周波数領域にわたって、または離散的な周波数で減衰する装置と、該装置の製造方法と、該装置の使用とを提供しなければならない。
【０００８】
前記課題は、請求項１の構成と、請求項１０の構成を有する方法と、請求項１２の使用とによって解決される。従属請求項にそれぞれ、本発明の有利な実施形態が記載されている。
【０００９】
本発明による装置は、本装置に当たった電磁波の反射を減衰するために使用され、この電磁波は有利には１ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの間の周波数を有し、特に有利には２５０ＭＨｚ〜５ＧＨｚの間の周波数を有する。
【００１０】
本発明による装置は基板上に設けられる。こうするために使用される材料は、該材料上に強磁性またはフェリ磁性の材料が付着される限り、任意である。このような材料にはたとえば、シリコンウェハまたは電子的コンポーネントのケーシングが挙げられる。
【００１１】
本発明による装置は、強磁性材料またはフェリ磁性材料から成る一続きの層から成り、該層は有利には５０ｎｍ〜２μｍの間の厚さを有し、特に有利には２００ｎｍ〜１μｍの間の厚さを有する。強磁性材料ないしはフェリ磁性材料の選定により、必要な場合には、層平面において単軸異方性も引き起こすことにより、第１の強磁性共鳴周波数が得られ、共鳴時にはこの強磁性共鳴周波数によって、電磁エネルギーが材料に吸収され、該電磁エネルギーは離散的または周波数スペクトルにわたって、別のエネルギー形態に変換され、たとえば熱に変換される。
【００１２】
さらに、この層には本発明では、次のように構造化が施される。すなわち、この構造化部の下方に強磁性材料またはフェリ磁性材料から成る一続きの層が形成されるように、構造化が施される。このような構造化によって、少なくとも１つの別の強磁性共鳴周波数が得られ、共鳴時にはこの強磁性共鳴周波数によっても、電磁エネルギーが材料に吸収され、別のエネルギー形態に変換される。このようにして、上記のような構造化された層は、相互に異なる少なくとも２つの共鳴周波数を有する。
【００１３】
複数の共鳴周波数は、特定の遮蔽問題に適合された層構成によって得られる。このことにより、それぞれ異なる周波数を有する複数の電磁波が反射減衰または透過減衰される。
【００１４】
１つの有利な構成では、前記構造化部は層に周期的に配置されており、有利には１０μｍ〜２５０μｍの間の周期を有し、特に有利には２０μｍ〜５０μｍの間の周期を有する。
【００１５】
特別な構成では構造化部は、ほぼ等しい寸法を有しそれぞれ相互に隣接して設けられたオブジェクトから構成される。こうするためには、強磁性材料またはフェリ磁性材料から成る層をすべてまたは部分的に構造化して、たとえば正方形、矩形、多角形、楕円形または円形等のマイクロ磁性オブジェクトを形成する。その際に重要なのは、選択された磁区構造が所望の周波数スペクトルに相応するようにすることである。
【００１６】
別の構成では、このようなオブジェクトは相互に隣接して設けられているが、それぞれ隣接するオブジェクトより向こう側のオブジェクト同士がほぼ等しい寸法を有する。このような構成の形式は、次の点で一般化することができる。すなわち構造化部が、相互に隣接して設けられたオブジェクトから構成され、各オブジェクトとそれぞれｎ番目に隣接するオブジェクトとは、ほぼ等しい寸法を有し、ｎは、有利には２〜２０の間の自然数であるという点で一般化することができる。
【００１７】
本発明による強磁性層またはフェリ磁性層は薄層法によって、単軸異方性を有するかまたは有しない単層または多層として、ないしは絶縁性または導電性の中間層を有するかまたは有しない単層または多層として基板上に、たとえばウェハ上に設けられ、または有利には、電子的コンポーネントのケーシング表面上にも同様に設けられる。
【００１８】
次に層は、マイクロ構造技術によって構造化され、個々の領域が形成される。このように生成されたオブジェクトは任意の形状および寸法を有し、たとえば正方形、矩形、円形、楕円形または環状の幾何学的形状を有する。特定の周波数スペクトルを得るためには、異なる横方向寸法を有する異なる層および幾何学的形状を形成して組み合わせる。その際には、層の磁区構造の形状および化学的組成の双方が、実際の周波数特性および減衰特性を決定する。
【００１９】
本発明による装置の利点は、高周波コンポーネントによる電磁波の放出時に、隣接するコンポーネントの妨害が多重反射の減少によって低減されることである。このようにして本発明では、最大減衰の周波数を設定することにより、１つまたは複数の周波数領域が抑圧ないしは減衰されるようにすることができる。さらに、本発明による装置の寸法および重量が小さくされる。それゆえ本発明は、エレクトロニクス産業、通信業、自動車産業および航空産業において、前記少なくとも２つの共鳴周波数の前後の周波数領域にわたって電子的コンポーネントを遮蔽するのに使用することができる。
【００２０】
本発明を以下で、下記の図面を用いた実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図面
図１  本発明による装置の一例の概略図である。
図２  未構造化の層の周波数の関数として透磁率を示す図である（比較テスト）。
図３  本発明にしたがって構造化された層の周波数の関数として透磁率を示す図である。
【００２２】
基板として使用されたのは、図１に概略的に示されているように、市販のシリコンウェハ１である。このシリコンウェハ１の表面には、ＳｉＯ２から成る１μｍの厚さの層が設けられた。その上にマグネトロンスパッタリングによって、強磁性材料ＦｅＣｏＴａＮから成る約３００ｎｍの厚さの層２が被着された。
【００２３】
次に、この層にエッチングによって、側縁長ｄ＝４０μｍを有する正方形３，３′，３″．．．が間隔ｅ＝５μｍで相互に隣接して、ｐ＝ｄ＋ｅ＝４５μｍの周期を有する周期的な構造体として、相互に垂直な２つの方向に配置されて形成されている。このエッチングプロセスは、正方形３，３′，３″，．．．が、未だ約２００ｎｍの厚さである残りの層２より約１００ｎｍ上回る高さｈを有するようになった際に終了された。
【００２４】
周波数ｆの関数である透磁率μｒの実数部Ｒｅおよび虚数部Ｉｍに基づいて、構造化部を有さない強磁性材料の共鳴周波数と構造化部を有する強磁性材料の共鳴周波数とを求めた。図２および３に示された関数は、ストリップライン透磁率計によって記録されたものである。
【００２５】
図２には比較テストとして、未構造化の層の透磁率μｒの実数部Ｒｅおよび虚数部Ｉｍが周波数ｆの関数として示されている。虚数部Ｉｍでは、約２ＧＨｚの値で層２の最大強磁性共鳴が明確に識別できる。
【００２６】
図３は、上記のように製造され本発明にしたがって構造化された層の透磁率μｒの実数部Ｒｅおよび虚数部Ｉｍを周波数ｆの関数として示す。虚数部Ｉｍでは、約２．２ＧＨｚおよび２．８ＧＨｚの値で、構造化された層の２つの最大値が非常に顕著に識別できる。一方の最大値は層２の強磁性共鳴によって引き起こされ、第２の最大値は、該層に設けられた周期的な構造化部によって引き起こされる。両最大値のこのような配置により、約１．５ＧＨｚ〜３．５ＧＨｚの間の領域にわたる周波数で、装置にあたった電磁波の反射の減衰が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による装置の一例の概略図である。
【図２】未構造化の層の周波数の関数として透磁率を示す図である（比較テスト）。
【図３】本発明にしたがって構造化された層の周波数の関数として透磁率を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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