(57)【要約】【課題】磁性酸化物単結晶に形成される溝の条件を設定することにより、磁性酸化物単結晶に磁界を印加するための磁界発生器を省略して、小型で軽量の磁気デバイスを得る。【解決手段】磁気デバイス１０は、基板１４上に磁性酸化物単結晶膜１６が形成された磁気素子１２を含む。磁性酸化物単結晶膜１６上に、磁性酸化物単結晶膜１６の磁区幅の２．５倍以下の周期で複数の溝を形成し、溝の溝幅を磁区幅以下とし、かつ溝の深さを磁区幅の１／５以上で磁性酸化物単結晶膜１６の厚み以下とする。磁性酸化物単結晶膜１６上にマイクロストリップライン２０を形成し、その両端側に入力端子２２および出力端子２４を形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性酸化物単結晶を用いた磁気素子を含む磁気デバイスにおいて、
前記磁性酸化物単結晶の表面に、
前記磁性酸化物単結晶の磁区幅の２．５倍以下の周期で複数の溝が形成されており、
前記溝の溝幅は前記磁区幅以下であり、かつ前記溝の深さは前記磁区幅の１／５以上かつ前記磁性酸化物単結晶の厚み以下であることを特徴とする、磁気デバイス。
【請求項２】
前記磁気デバイスが、前記磁性酸化物単結晶に磁界を印加するための磁界発生器を有しないことを特徴とする、請求項１に記載の磁気デバイス。
【請求項３】
前記磁性酸化物単結晶は磁性ガーネット単結晶である、請求項１または請求項２に記載の磁気デバイス。
【請求項４】
前記磁性酸化物単結晶は、基板上に薄膜状に形成されたものである、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁気デバイス。
【請求項５】
前記磁性酸化物単結晶は液相エピタキシャル成長法によって育成されたものである、請求項４に記載の磁気デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気デバイスに関し、特に、たとえば磁性酸化物単結晶を用いたマイクロ波デバイスや磁気光学デバイスなどの磁気デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の磁気デバイスの一例としての静磁波装置を示す図解図である。静磁波装置１は、静磁波素子２を含む。静磁波素子２は、たとえばＧＧＧ（ガドリニウム−ガリウム−ガーネット）基板上に、磁性酸化物単結晶であるＹＩＧ（イットリウム−鉄−ガーネット）薄膜を形成したものである。そして、ＹＩＧ薄膜上には、マイクロストリップラインが形成される。このマイクロストリップラインには高周波信号が伝送され、このマイクロストリップラインが高周波信号を静磁波に変換するトランスデューサとして用いられる。
【０００３】
さらに、静磁波装置１は、ＹＩＧ薄膜に磁界を印加するための磁界発生器３を含む。磁界発生器３は、たとえば磁性体で形成されたヨーク４と、永久磁石５とで形成される。ヨーク４は、閉磁路を形成するように４角形の環状に形成される。ヨーク４の１辺の内側中央部に突出部４ａが形成され、突出部４ａに対向するようにして永久磁石５が配置される。そして、ヨーク４の突出部４ａと永久磁石５との間に、静磁波素子２が配置される。
【０００４】
このような配置とすることにより、静磁波素子２のＹＩＧ薄膜に直流磁界が印加され、ＹＩＧ薄膜の磁区の自発磁化が１方向に揃えられる。この状態で、静磁波素子２のマイクロストリップラインに高周波信号が伝送されると、ＹＩＧ薄膜に静磁波が発生する。このような静磁波装置１は、たとえばフィルタなどとして使用される。
【０００５】
このような磁気デバイスにおいて、磁性酸化物単結晶膜に溝加工を施したデバイスが開示されている（特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−５３５０４号公報
【非特許文献１】
Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．２９，  Ｎｏ．６  （１９７６）  ３８８−３９０
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような磁気デバイスを機能させるために、磁性酸化物単結晶に磁界を印加するための永久磁石や電磁石などを用いた磁界発生器が必要である。ここで、磁界発生器とは、磁性酸化物単結晶に磁界を印加するために必要なものを示し、ヨークで形成された磁気回路などもこれに含まれる。なお、特許文献１や非特許文献１には、磁性酸化物単結晶に溝を形成することが開示されているが、別途磁界発生器を設けることが必要なものである。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、磁性酸化物単結晶に形成される溝の条件を設定することにより、磁性酸化物単結晶に磁界を印加するための磁界発生器を省略して、小型で軽量の磁気デバイスを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、磁性酸化物単結晶を用いた磁気素子を含む磁気デバイスにおいて、磁性酸化物単結晶の表面に、磁性酸化物単結晶の磁区幅の２．５倍以下の周期で複数の溝が形成されており、溝の溝幅は磁区幅以下であり、かつ溝の深さは磁区幅の１／５以上かつ磁性酸化物単結晶の厚み以下であることを特徴とする、磁気デバイスである。
この磁気デバイスは、磁性酸化物単結晶に磁界を印加するための磁界発生器を有しない。
このような磁気デバイスにおいて、磁性酸化物単結晶として、磁性ガーネット単結晶を用いることができる。
また、磁性酸化物単結晶は、基板上に薄膜状に形成されることが好ましい。
ここで、薄膜状の磁性酸化物単結晶は、液相エピタキシャル成長法によって育成させることができる。
【００１０】
本願発明者は、磁性酸化物単結晶の表面に複数の溝を形成し、その条件を上述のような範囲に設定することにより、磁性酸化物単結晶の磁区の自発磁化の方向を揃えることができ、従来の磁気デバイスで必要であった磁界発生器を省略することができることを見出した。
磁性酸化物単結晶としては、磁性ガーネット単結晶を用いることができる。
なお、磁性酸化物単結晶を薄膜状とすることにより、自発磁化の制御が容易となり好ましい。
薄膜状の磁性酸化物単結晶は、液相エピタキシャル成長法によって形成することができる。
【００１１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の磁気デバイスの一例を示す斜視図である。磁気デバイス１０は、磁気素子１２を含む。磁気素子１２は、たとえばＧＧＧ（ガドリニウム−ガリウム−ガーネット）などで形成された基板１４を含む。基板１４の一方面上には、磁性酸化物単結晶膜１６が形成される。磁性酸化物単結晶膜１６としては、たとえばＹＩＧ単結晶薄膜などが用いられる。磁性酸化物単結晶膜１６は、たとえば液相エピタキャル成長法によって形成される。
【００１３】
磁性酸化物単結晶膜１６の表面には、図２に示すように、複数の溝１８が形成される。ここで、磁性酸化物単結晶膜１６の磁区幅をＸ、膜厚をｈ、溝幅をｗ、溝１８を設ける周期をｐ、磁性酸化物単結晶膜１６の表面からの溝１８の深さをｄとしたとき、ｗ≦Ｘ、ｐ≦２．５Ｘ、０．２Ｘ≦ｄ≦ｈの関係が成り立つように溝１８が形成される。
【００１４】
ここで、磁区とは、磁性酸化物単結晶膜１６の内部において、自発磁化の向きが揃っている領域のことである。そして、磁区幅Ｘは磁区の幅を示し、Ｘ＝３．０４×１０−３×γ１／２×ｔ１／２×Ｍｓ−１で表される。この式において、γは、磁壁（磁区と磁区との境目）の表面エネルギーを示し、単結晶膜の方位および結晶性などによって決まるものである。また、ｔは、酸化物単結晶膜１６の膜厚である。さらに、Ｍｓは、磁性酸化物単結晶膜１６の飽和磁化であり、材料によって決まるものである。このように、磁区幅Ｘは、磁性酸化物単結晶膜１６の膜厚や飽和磁化が同じであっても、結晶性などによって左右される。
【００１５】
このように、磁性酸化物単結晶膜１６の磁区幅を基準として、溝１８の幅、周期、深さを設定することにより、磁性酸化物単結晶膜１６の磁区の自発磁化の方向を揃えることができる。
【００１６】
さらに、磁性酸化物単結晶膜１６上には、直線状のマイクロストリップライン２０が形成される。マイクロストリップライン２０は、たとえば導電材料を用いて、蒸着などの方法で形成される。マイクロストリップライン２０は、高周波の伝送線路であるが、この磁気デバイス１０においては、高周波信号を静磁波に変換するためのトランスデューサとして用いられる。なお、マイクロストリップライン２０を高周波信号の伝送線路とするために、基板１４の他方面上に、導電層（図示せず）が形成される。マイクロストリップライン２０の一端側には、入力端子２２が接続され、他端側には、出力端子２４が接続される。
【００１７】
この磁気デバイス１０は、たとえば静磁波フィルタとして用いられる。この場合、入力端子２２に高周波信号が入力され、この高周波信号がマイクロストリップライン２０を伝送して出力端子２４から出力される。高周波信号がマイクロストリップライン２０を伝送する際、特定の周波数帯の信号が静磁波に変換され、この静磁波が磁性酸化物単結晶膜１６に拡散する。そのため、静磁波に変換された周波数帯の信号のエネルギーが減少し、出力端子２４側に伝達されなくなって、フィルタとしての機能が発揮される。
【００１８】
この磁気デバイス１０では、溝１８が形成されることにより、磁性酸化物単結晶膜１６の磁区の自発磁化の方向が揃っているため、磁界を印加するための磁界発生器が不要である。そのため、従来の磁気デバイスで必要であった磁界発生器のスペースが不要となり、磁気デバイスの小型化および軽量化を図ることができる。
【００１９】
なお、磁性酸化物単結晶膜１６に設けられる溝１８の周期ｐは、できるだけ大きいほうが単位面積当たりの加工量を減らすことができ、コストの低減を図ることができる。また、溝１８の深さｄは、できるだけ浅いほうが加工量を減らすことができ、コストの低減を図ることができる。したがって、上述の範囲内において、溝１８の周期ｐを大きくし、深さｄを浅くすることが好ましい。また、上述の磁性デバイス１０では、磁性酸化物単結晶膜１６が用いられており、薄膜状とすることにより磁化の制御が容易であるため好ましいが、バルク状の磁性酸化物単結晶を用いてもよい。さらに、磁性酸化物単結晶の材料としては、強磁性単結晶、例えばＹＩＧ単結晶、およびＹＩＧ単結晶のＹの一部をＢｉ及び希土類元素に置換したもの、またはＦｅの一部をＧａ、Ａｌ、Ｓｃ、及びＩｎに置換したもの等を用いることができる。また、ＺｎＦｅ２  Ｏ４  、ＮｉＦｅ２  Ｏ４  等も用いることができるが、この限りではない。
【００２０】
このように、磁性酸化物単結晶に溝を形成することにより、磁界発生器をなくすことができる。なお、この発明は、静磁波フィルタなどの静磁波装置に限らず、磁気光学デバイスなどのような、従来においては磁界を印加することにより磁性酸化物単結晶の自発磁化の方向を揃えていた磁気デバイスに適用することができる。
【００２１】
【実施例】
基板としてＧｄ３  Ｇａ５  Ｏ１２単結晶基板を用い、液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）によって、厚み１０〜１００μｍのＹ３  Ｆｅ５  Ｏ１２単結晶膜を形成した。このＹ３  Ｆｅ５  Ｏ１２単結晶膜上に、集束イオンビーム加工（ＦＩＢ加工）により、表１に示す幅（ｗ）、周期（ｐ）、深さ（ｄ）の溝を形成した。ここで、溝の幅（ｗ）、周期（ｐ）、深さ（ｄ）の関係は、図２に示すものである。
【００２２】
溝加工を施したＹ３  Ｆｅ５  Ｏ１２単結晶膜上にマイクロストリップラインおよび入出力端子を形成して、図１に示すような磁気デバイスを作製した。得られた磁気デバイスに外部磁界を印加せずに、入力端子に１〜５ＧＨｚのマイクロ波を入力し、出力端子から出力される信号からマイクロ波の吸収特性を測定した。そして、溝加工を施した本発明の磁気デバイスのマイクロ波吸収特性を図３に示し、溝加工を施していない磁気デバイスのマイクロ波吸収特性を図４に示した。また、溝加工の状態とマイクロ波吸収特性との関係を測定し、その結果を表１に示した。なお、表１において、試料番号に＊印を付したものは本発明の範囲外のものであり、その他のものは本発明の範囲内のものである。
【００２３】
【表１】
2004153108.tif 000003
【００２４】
表１において、試料番号１、１２のように、溝を形成していないものについては、図４に示すように、磁気デバイスとしてマイクロ波の吸収特性を示さない。また、試料番号５、１６に示すように、溝の周期ｐが磁区幅Ｘの２．５倍より大きい場合、磁気デバイスとしてマイクロ波吸収特性を示さない。さらに、試料番号６、１７に示すように、溝の深さｄが磁区幅Ｘの１／５より浅い場合、磁気デバイスとしてマイクロ波の吸収特性を示さない。また、試料番号１１、２２に示すように、溝幅ｗが磁区幅Ｘより大きくなると、磁気デバイスとして動作するが、マイクロ波吸収量が小さく、磁気デバイス特性が悪くなる。
【００２５】
それに対して、本発明の条件を満たす磁気デバイスでは、１０ｄＢ以上のマイクロ波吸収量を得ることができ、良好な磁気デバイス特性を示している。このことから、本発明の条件を満たす条件で磁性酸化物単結晶に溝を形成することにより、外部から磁界が印加されなくても、磁区の自発磁化の方向が揃っていることがわかる。したがって、本発明の磁気デバイスでは、磁界発生器が不要となり、小型で軽量の磁気デバイスとすることができる。
【００２６】
【発明の効果】この発明によれば、磁性酸化物単結晶の表面に所定の条件で溝を形成することにより、磁区の自発磁化の方向を揃えることができる。そのため、磁性酸化物単結晶に磁界を印加するための磁界発生器が不要となり、小型で軽量の磁気デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の磁気デバイスの一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す磁気デバイスの磁性酸化物単結晶膜に形成される溝を示す図解図である。
【図３】実施例において、磁性酸化物単結晶膜に所定の条件で溝を形成した場合のマイクロ波吸収特性を示す特性図である。
【図４】実施例において、磁性酸化物単結晶膜に溝を形成していない場合のマイクロ波吸収特性を示す特性図である。
【図５】従来の磁気デバイスの一例を示す図解図である。
【符号の説明】
１０  磁気デバイス
１２  磁気素子
１４  基板
１６  磁性酸化物単結晶膜
１８  溝
２０  マイクロストリップライン
２２  入力端子
２４  出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004153108.tif 000006
【図４】
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【図５】
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