(57)【要約】イットリウムの一部をガドリニウムに置換したイットリウム・鉄・ガーネットの単結晶が球状に成形されたＹＩＧ結晶体１６と、ＹＩＧ結晶体１６に磁界を印加してＹＩＧ結晶体１６を共振する磁界印加手段２６とを有する共振器を有している。これにより、磁気共鳴半値幅が小さく、共鳴飽和が生じる限界電力が大きいＹＩＧデバイスを提供することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
イットリウムの一部をガドリニウムに置換したガドリニウム置換イットリウム・鉄・ガーネットの単結晶よりなることを特徴とする磁性ガーネット単結晶。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載の磁性ガーネット単結晶において、
前記ガドリニウム置換イットリウム・鉄・ガーネットの組成をＹ３−ｘＧｄｘＦｅ５Ｏ１２として、ガドリニウムの組成比ｘが、０＜ｘ＜０．１の範囲である
ことを特徴とする磁性ガーネット単結晶。
【請求項３】
請求の範囲第１項又は第２項記載の磁性ガーネット単結晶において、
鉄の一部が、３価の遷移金属元素及びＩＩＩ属元素を含むグループから選択される少なくとも一の元素に置換されている
ことを特徴とする磁性ガーネット単結晶。
【請求項４】
請求の範囲第３項記載の磁性ガーネット単結晶において、
前記ガドリニウム置換イットリウム・鉄・ガーネットの組成をＹ３−ｘＧｄｘＦｅ５−ｙＭｙＯ１２として、鉄の置換元素Ｍの組成比ｙが、０≦ｙ＜１．５の範囲である
ことを特徴とする磁性ガーネット単結晶。
【請求項５】
イットリウムの一部をガドリニウムに置換したイットリウム・鉄・ガーネットの単結晶が球状に成形されてなることを特徴とするＹＩＧ結晶体。
【請求項６】
イットリウムの一部をガドリニウムに置換したイットリウム・鉄・ガーネットの単結晶が球状に成形されたＹＩＧ結晶体と、
前記ＹＩＧ結晶体に磁界を印加して前記ＹＩＧ結晶体を共振する磁界印加手段と
を有することを特徴とする共振器。
【請求項７】
イットリウムの一部をガドリニウムに置換したイットリウム・鉄・ガーネットの単結晶が球状に成形されたＹＩＧ結晶体と、前記ＹＩＧ結晶体に磁界を印加して前記ＹＩＧ結晶体を共振する磁界印加手段とを有する共振器を含むことを特徴とするＹＩＧデバイス。
【請求項８】
イットリウムの一部をガドリニウムに置換したイットリウム・鉄・ガーネットの単結晶をＴＳＦＺ法により育成することを特徴とする磁性ガーネット単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、磁性ガーネット単結晶及びＹＩＧデバイスに係り、特に、磁気共鳴半値幅が小さく共鳴飽和が生じる限界電力が大きい磁性ガーネット単結晶及びこのような磁性ガーネット単結晶を用いたＹＩＧデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】  マイクロ波周波数帯における発振器やフィルタとしては、ＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）デバイスが知られている。ＹＩＧデバイスは、フェライトの一種であるイットリウム・鉄・ガーネットの３金属フェリ磁性共鳴のＱ値が非常に高い特性を利用した、マイクロ波帯の可変同調共振器や可変同調発振器用のデバイスである。【０００３】  ＹＩＧデバイスは、スペクトラム・アナライザやネットワーク・アナライザ等の計測器のローカル発振器やフィルタに用いられており、それら計測器の性能を左右する重要な構成部品となっている。【０００４】  ＹＩＧデバイスを構成する中心的な素子が、ＹＩＧ結晶体である。ＹＩＧ結晶体は、その基本組成がＹ３Ｆｅ５Ｏ１２の化学式で表される磁性ガーネット材料からなり、この結晶が球状に加工されたものである。【０００５】  ＹＩＧデバイスでは、ＹＩＧ結晶体の特性として、磁気共鳴スペクトルの半値幅（以下、磁気共鳴半値幅という）ΔＨが小さいことが要求される。磁性ガーネット材料の磁気共鳴半値幅ΔＨは、一般に、
ΔＨ＝ΔＨｉ＋ΔＨｐ＋ΔＨａ
として表される。ここで、ΔＨｉは、同一組成における単結晶の磁気共鳴半値幅ΔＨであり、材料固有の値である。ΔＨｐは、気孔や異相周辺での反磁場による寄与分であり、焼結体中に存在する気孔の影響分である。また、ΔＨａは、結晶磁気異方性に基づく内部磁場による寄与分であり、多結晶材料では必然的に生じるものである。【０００６】  また、ＹＩＧ結晶体の結晶格子に欠陥が存在すると、ＹＩＧ結晶体内部のスピンの歳差運動が一様でなくなってしまい、それはＱ値の悪化、スプリアスの発生、寄生共振の発生等、ＲＦ特性の悪化として現れる。【０００７】  したがって、磁気共鳴半値幅ΔＨが小さいことが要求されるＹＩＧデバイスでは、結晶性に優れた磁性ガーネット単結晶によりＹＩＧ結晶体を構成することが望ましい。
【特許文献１】特開平０９−２７０６０５号公報
【特許文献２】特開平０６−２３６８１４号公報
【特許文献３】特開平０８−１６５１９７号公報
【特許文献４】特開平１０−２３３３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  ＹＩＧ結晶体に印加する入力パワーを増加することにより、ＹＩＧデバイスの出力パワーを増加することができる。しかしながら、入力パワーがある閾値（限界電力）を超えると、出力パワーの増加割合が小さくなり、最終的に出力パワーがある値に漸近する現象（共鳴飽和現象）が生じる。【０００９】  この共鳴飽和現象を共振状態の観点からみると、入力パワーの増加とともにＱ値が劣化していく。これは、スピンの歳差運動が一様でなくなり、損失が大きくなるためである。更に入力パワーを増加していくと、入力パワーを増大するほどに磁気共鳴スペクトルがブロードとなり、共振周波数の半分の周波数でも共振が生じるようになる。【００１０】  共鳴飽和現象は、磁気共鳴半値幅ΔＨが小さい素子ほど生じやすく、磁気共鳴半値幅ΔＨが小さい単結晶材料を用いるＹＩＧデバイスでは特に重要である。しかしながら、従来は、ＹＩＧ結晶体の共鳴飽和現象に対する十分な検討及び対策は行われていなかった。【００１１】  本発明の目的は、磁気共鳴半値幅が小さく共鳴飽和が生じる限界電力が大きい磁性ガーネット単結晶及びこのような磁性ガーネット単結晶を用いたＹＩＧデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本発明の一観点によれば、イットリウムの一部をガドリニウムに置換したガドリニウム置換イットリウム・鉄・ガーネットの単結晶よりなることを特徴とする磁性ガーネット単結晶が提供される。【００１３】  また、上記の磁性ガーネット単結晶において、前記ガドリニウム置換イットリウム・鉄・ガーネットの組成をＹ３−ｘＧｄｘＦｅ５Ｏ１２として、ガドリニウムの組成比ｘは、０＜ｘ＜０．１の範囲であってもよい。【００１４】  また、上記の磁性ガーネット単結晶において、鉄の一部が、３価の遷移金属元素及びＩＩＩ属元素を含むグループから選択される少なくとも一の元素に置換されてもよい。【００１５】  また、上記の磁性ガーネット単結晶において、前記ガドリニウム置換イットリウム・鉄・ガーネットの組成をＹ３−ｘＧｄｘＦｅ５−ｙＭｙＯ１２として、鉄の置換元素Ｍの組成比ｙは、０≦ｙ＜１．５の範囲であってもよい。【００１６】  また、本発明の他の観点によれば、イットリウムの一部をガドリニウムに置換したイットリウム・鉄・ガーネットの単結晶が球状に成形されてなることを特徴とするＹＩＧ結晶体が提供される。【００１７】  また、本発明の更に他の観点によれば、イットリウムの一部をガドリニウムに置換したイットリウム・鉄・ガーネットの単結晶が球状に成形されたＹＩＧ結晶体と、前記ＹＩＧ結晶体に磁界を印加して前記ＹＩＧ結晶体を共振する磁界印加手段とを有することを特徴とする共振器が提供される。【００１８】  また、本発明の更に他の観点によれば、イットリウムの一部をガドリニウムに置換したイットリウム・鉄・ガーネットの単結晶が球状に成形されたＹＩＧ結晶体と、前記ＹＩＧ結晶体に磁界を印加して前記ＹＩＧ結晶体を共振する磁界印加手段とを有する共振器を含むことを特徴とするＹＩＧデバイスが提供される。【００１９】  また、本発明の更に他の観点によれば、イットリウムの一部をガドリニウムに置換したイットリウム・鉄・ガーネットの単結晶をＴＳＦＺ法により育成することを特徴とする磁性ガーネット単結晶の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】  本発明によれば、イットリウムの一部をガドリニウムにより置換したＹＩＧ単結晶によりＹＩＧ結晶体を構成するので、磁気共鳴半値幅ΔＨを小さくできるとともに、共鳴飽和が生じる限界電力を増大することができる。また、ＹＩＧ結晶体をＹ３−ｘＧｄｘＦｅ５Ｏ１２として、ガドリニウムの組成比ｘを０＜ｘ＜０．１の範囲に設定することにより、磁気共鳴半値幅ΔＨの増加を小さく抑えつつ、共鳴飽和が生じる限界電力を増加することができる。また、磁気共鳴半値幅ΔＨの温度依存性を小さくすることができる。また、ガドリニウムの組成比ｘを０．０５近傍に設定することにより、ＹＩＧデバイスの一般的使用温度範囲における磁気共鳴半値幅ΔＨをほぼ一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態によるＹＩＧデバイスの構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＹＩＧデバイスにおける発振回路の構成図である。
【図３】限界電力と周波数との関係を示すグラフである。
【図４】磁気共鳴半値幅の温度依存性を示すグラフである。
【図５】限界電力とガドリニウム組成比との関係及び磁気共鳴半値幅とガドリニウム組成比との関係を示すグラフである。
【図６】ＴＳＦＺ法による結晶成長に用いる赤外線集中加熱炉を示す概略断面図である。
【図７】ＴＳＦＺ法により形成したＹＩＧ結晶体及びフラックス法により形成したＹＩＧ結晶体における磁気共鳴半値幅のばらつきを示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態の変形例によるＹＩＧデバイスの構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２２】１０…つぼ形磁気コア
１２…中心コア
１４…板状磁気コア
１６…ＹＩＧ結晶体
１８…支持棒
２０…固定具
２２…集積回路基板
２４…結合コイル
２６…励磁コイル
２８…電源端子
３０…同軸コネクタ
３２…共振器
３４…トランジスタ
３６…インダクタ
３８…整合器
４０…原料支持具
４２…結晶原料棒
４４…種結晶支持具
４６…種結晶
４８…上主軸
５０…下主軸
５２…石英ガラス管
５４…雰囲気ガス入口
５６…雰囲気ガス出口
５８…楕円面鏡
６０…ハロゲンランプ
６２…溶融帯
６４…ＣＣＤカメラ
６６…入力結合ループ
６８…出力結合ループ
７０…電磁石
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】  本発明の一実施形態によるＹＩＧデバイスについて図１乃至図７を用いて説明する。【００２４】  図１は本実施形態によるＹＩＧデバイスの構造を示す断面図、図２は本実施形態によるＹＩＧデバイスにおける発振回路の構成図、図３は限界電力と周波数との関係を示すグラフ、図４は磁気共鳴半値幅の温度依存性を示すグラフ、図５は限界電力とガドリニウム組成比との関係及び磁気共鳴半値幅とガドリニウム組成比との関係を示すグラフ、図６はＴＳＦＺ法による結晶成長に用いる赤外線集中加熱炉を示す概略断面図、図７はＴＳＦＺ法により形成したＹＩＧ結晶体及びフラックス法により形成したＹＩＧ結晶体における磁気共鳴半値幅のばらつきを示すグラフである。【００２５】  はじめに、本実施形態によるＹＩＧデバイスの構造及び動作について図１及び図２を用いて説明する。【００２６】  つぼ形磁気コア１０の内部には、中心コア１２が設けられている。つぼ形磁気コア１０の上方部には板状磁気コア１４が設けられており、つぼ形磁気コア１０の開口部が板状磁気コア１４により塞がれている。中心コア１２には、励磁コイル２６が巻回されている。励磁コイル２６には、電源端子２８を介して外部から直流電圧を印加できるようになっている。【００２７】  中心コア１２の先端面と板状磁気コア１４との間には、球状に成形されたＹＩＧ結晶体（以下、ＹＩＧ球という）１６が配置されている。ＹＩＧ球１６は、板状磁気コア１４の内面に平行な支持棒１８の一端に取り付けられている。支持棒１８の他端は、固定具２０により板状磁気コア１４の内面に固定されている。【００２８】  板状磁気コア１４の内面には、また、集積回路基板２２が固定されている。集積回路基板２２上には、ＹＩＧ球１６が中心部に位置するように、半円形をした結合コイル２４が取り付けられている（図１（ｂ）参照）。【００２９】  集積回路基板２２には、例えば図２に示すような発振回路が形成されている。ＹＩＧ球１６と励磁コイル２６とにより共振器３２が構成されており、ＹＩＧ球１６には、結合コイル２４が磁気結合されている。結合コイル２４には、トランジスタ３４のエミッタ電極が接続されている。トランジスタ３４のベース電極は、インダクタ３６を介して接地されている。トランジスタ３４のコレクタ電極には整合器３８が接続されている。整合器３８の出力は、発振器の出力となっている。【００３０】  集積回路基板２２は、板状磁気コア１４の外部に設けられた同軸コネクタ３０に接続されており、集積回路基板２２との間で信号の入出力ができるようになっている。【００３１】  電源端子２８を介して外部から直流電圧を印加して励磁コイル２６に直流電流を流すことにより、ＹＩＧ球１６には直流磁界が印加される。この印加磁界により、ＹＩＧ球１６は共振する。ＹＩＧ球１６の共振周波数はＹＩＧ球１６に印加される磁界の強度に比例するため、励磁コイル２６に流す電流を適宜制御することにより、所望の共振周波数を得ることができる。【００３２】  ＹＩＧ球１６は、結合コイル２４によって磁気結合された集積回路基板２２上の能動回路とともに発信回路を構成する。ＹＩＧ球１６に印加する磁界を変化させることにより、発信周波数を変化することができる���発振出力は、板状磁気コア１４取り付けられた同軸コネクタ３０から外部に出力することができる。【００３３】  ここで、本実施形態によるＹＩＧデバイスは、ＹＩＧデバイスを構成する中心的な素子であるＹＩＧ球１６が、イットリウム（Ｙ）の一部をガドリニウム（Ｇｄ）により置換したＹＩＧ単結晶により構成されていることを主たる特徴としている。具体的には、ＹＩＧ球１６は、Ｙ３−ｘＧｄｘＦｅ５Ｏ１２の組成で表される材料により構成されている。イットリウムの一部置換に加え、鉄（Ｆｅ）の一部を３価の遷移金属元素又はＩＩＩ族元素（Ｍで表す）で置換し、Ｙ３−ｘＧｄｘＦｅ５−ｙＭｙＯ１２の組成で表される材料により構成してもよい。２種以上の３価の遷移金属元素又はＩＩＩ族元素により、鉄の一部を置換するようにしてもよい。【００３４】  ＹＩＧ球１６のイットリウムを一部ガドリニウムに置換することにより、共鳴飽和が生じる印加電力（限界電力）を増加できるとともに、磁気共鳴半値幅ΔＨに対する温度係数を制御することができる。【００３５】  図３は、限界電力と周波数との関係を示すグラフである。縦軸の単位であるｄＢｍは、ｍＷの指数表記に対応し、−１０ｄＢｍが０．１ｍＷ、０ｄＢｍが１ｍＷ、１０ｄＢｍが１０ｍＷである。なお、図３は、飽和磁化８００ガウスのＹＩＧ結晶体を３００μｍφの球状に加工した素子での測定結果である。【００３６】  図示するように、イットリウムの一部をガドリニウムに置換した本実施形態の素子（図中、特性Ａ）及びイットリウムをガドリニウムにより置換していない素子（図中、特性Ｂ）のいずれの場合にも、同調下限周波数以上の周波数では共振状態となり、周波数の増加とともに限界電力も増加している。同一周波数において限界電力Ｐｔｈを比較すると、イットリウムの一部をガドリニウムに置換した本実施形態の素子（図中、特性Ａ）は、イットリウムをガドリニウムにより置換していない素子（図中、特性Ｂ）よりも限界電力Ｐｔｈが大きくなっている。すなわち、イットリウムの一部をガドリニウムに置換することにより、共鳴飽和が生じにくくなっていることが判る。【００３７】  図４は、磁気共鳴半値幅ΔＨの温度依存性を示すグラフである。図中、◆印はガドリニウム組成比ｘがｘ＝０（Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２）の場合、●印はガドリニウム組成比ｘがｘ＝０．０５（Ｙ２．９５Ｇｄ０．０５Ｆｅ５Ｏ１２）の場合、×印はガドリニウム組成比ｘがｘ＝０．１０（Ｙ２．９Ｇｄ０．１Ｆｅ５Ｏ１２）の場合である。【００３８】  図示するように、ガドリニウムを含まないＹＩＧ結晶体（◆印）では、磁気共鳴半値幅ΔＨが温度の増加とともに急激に増加する傾向を示している。ＹＩＧデバイスの一般的な使用温度域である室温〜４００Ｋ程度の温度範囲における磁気共鳴半値幅ΔＨの変動も極めて大きく、好ましくない。【００３９】  一方、ガドリニウムを含むＹＩＧ結晶体では、ガドリニウム組成比ｘが増加するほどに温度に対する磁気共鳴半値幅ΔＨの増加割合が低下する。そして、ガドリニウム組成比ｘが０．０５のＹＩＧ結晶体（●印）では、磁気共鳴半値幅ΔＨの温度依存性はほとんど見られず、ＹＩＧデバイスの一般的な使用温度域である室温〜４００Ｋ程度の温度範囲ではほぼフラットな特性と��る。ガドリニウム組成比ｘが０．１０のＹＩＧ結晶体（×印）の場合には、磁気共鳴半値幅ΔＨの温度依存性は逆転し、磁気共鳴半値幅ΔＨが温度の増加とともに減少する傾向を示すようになる。【００４０】  図５は、限界電力とガドリニウム組成比との関係及び磁気共鳴半値幅とガドリニウム組成比との関係を示すグラフである。図中、●印は限界電力とガドリニウム組成比との関係を示しており、◆印は磁気共鳴半値幅とガドリニウム組成比との関係を示している。【００４１】  図示するように、ガドリニウム組成比ｘを増加することにより、限界電力Ｐｔｈを増加することができる。その一方、ガドリニウム組成比ｘを増加することにより、磁気共鳴半値幅ΔＨは増加する。ガドリニウム組成比ｘが０．１以上になると、磁気共鳴半値幅ΔＨがガドリニウムを含まない場合の４倍以上の値となり、好ましくない。【００４２】  ＹＩＧデバイスに用いるＹＩＧ球１６としては、限界電力が大きく、磁気共鳴半値幅が小さいことが望ましい。しかしながら、図５に示すように、限界電力及び磁気共鳴半値幅は、ともにガドリニウム組成比ｘの増加に伴って増加する。したがって、ガドリニウム組成比ｘは、限界電力と磁気共鳴半値幅とを比較考量し、所望するＹＩＧ球１６の特性に応じて適宜選択することが望ましい。【００４３】  図４及び図５の結果を考え合わせると、ＹＩＧ球１６中のガドリニウムの含有量は、Ｙ３−ｘＧｄｘＦｅ５Ｏ１２として、ガドリニウム組成比ｘを、０＜ｘ＜０．１の範囲に設定することが望ましく、一般的な使用温度範囲で磁気共鳴半値幅ΔＨの変動が極めて小さいｘ≒０．０５近傍に設定することが更に望ましい。【００４４】  なお、多結晶のＹＩＧ結晶体の場合、磁気共鳴半値幅ΔＨがもともと大きく、ガドリニウム添加による磁気共鳴半値幅ΔＨへの影響は小さい。しかしながら、磁気共鳴半値幅ΔＨが狭いことが要求される単結晶のＹＩＧ結晶体では、磁気共鳴半値幅ΔＨの増加を抑えるためにガドリニウムの添加量をごく微量に制限する必要がある。【００４５】  本実施形態によるＹＩＧデバイスに用いるＹＩＧ球１６は、イットリウムのガドリニウムによる一部置換に加え、鉄の一部を少なくとも１種の３価遷移金属元素又はＩＩＩ族元素（Ｍで表す）で置換し、Ｙ３−ｘＧｄｘＦｅ５−ｙＭｙＯ１２の組成で表される材料により構成するようにしてもよい。【００４６】  鉄と置換する３価遷移金属元素又はＩＩＩ族元素元素としては、アルミ（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）等を適用することができる。鉄の一部をこれら元素で置換することにより、飽和磁化を適宜制御することができる。【００４７】  元素Ｍの組成比ｙは、０≦ｙ＜１．５に設定することが望ましい。元素Ｍの組成比ｙをｙ＞１．５とするのは、組成比ｙが１．５を越えると磁気秩序転位温度（キュリー温度）が室温以下となり、使用温度範囲で磁性体ではなくなってしまうからである。また、素子を冷却してキュリー温度以下に保ったとしても、添加量が多いため磁気共鳴半値幅ΔＨが広く（Ｑ値が低いため）共振素子として使用できないからである。【００４８】  本実施形態によるＹＩＧ球１６は、ＴＳＦＺ（移動帯溶融：Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ  Ｓｏｌｖｅｎｔ  Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）法により結晶成���することが望ましい。【００４９】  従来、単結晶ＹＩＧ結晶体は、フラックス法により育成されていた。フラックス法とは、るつぼ内に結晶原料とフラックス（融剤）とを入れて溶融した後、徐冷し或いはフラックスを揮発させることにより、単結晶成長させる方法である。しかしながら、フラックス法による結晶成長では、育成中における温度や組成の変動により結晶内部で添加物に分布が生じることがあり、微量添加物の制御が困難であった。このため、本実施形態によるＹＩＧデバイスに用いるＹＩＧ球１６のように微量なガドリニウムを含む単結晶材料は、フラックス法により成長することは困難である。【００５０】  一方、ＴＳＦＺ法は、予め所望の量の添加物を混入した結晶原料棒を溶融し、種結晶上にエピタキシャル成長させる方法であり、微量な添加物を含む単結晶の成長も可能である。したがって、ＴＳＦＺ法は、本実施形態によるＹＩＧデバイスに用いるＹＩＧ球１６のように微量なガドリニウムを含む単結晶材料の育成に好適である。【００５１】  図６は、ＴＳＦＺ法による結晶成長に用いる赤外線集中加熱炉を示す図である。【００５２】  原料支持具４０に保持された結晶原料棒４２と、種結晶支持具４４に保持された種結晶４６とは、同一軸芯上に支持されている。結晶原料棒４２及び種結晶４６は、上主軸４８及び下主軸５０によりそれぞれ支持されており、軸芯方向に移動できるようになっている。【００５３】  結晶原料棒４２及び種結晶４６は石英ガラス管５２内に配置されている。石英ガラス管５２には、雰囲気ガス入口５４と雰囲気ガス出口５６とが設けられており、これらの間で所定の雰囲気ガスを流すことにより、石英ガラス管５２内を所望の雰囲気に制御できるようになっている。【００５４】  石英ガラス管５２の周囲には、石英ガラス管５２を囲むように楕円面鏡５８が設けられている。楕円面鏡５８の一方の焦点にはハロゲンランプ６０が配置されている。楕円面鏡５８の他方の焦点には、結晶原料棒４２の先端部分が位置するように配置されており、ハロゲンランプ６０から放出された熱線が結晶原料棒４２の先端部分に照射されるようになっている。【００５５】  ハロゲンランプ６０から放出された熱線が楕円面鏡５８により集光されて結晶原料棒４２に照射され、結晶原料棒４２の上部に溶融帯６２が形成される。この状態で、種結晶４６を溶融帯６２に接触後、種結晶４６を回転しながら種結晶４６及び結晶原料棒４２を僅かずつ下に向かって移動させることにより、溶融帯６２中の溶融原料が種結晶４６上に単結晶成長する。単結晶の成長過程は、ＣＣＤカメラ６４によってモニタすることができる。【００５６】  上述のＴＳＦＺ法では、結晶原料棒４２の組成及び溶融帯６２中の溶融組成を適切に選定することにより、所望の組成の単結晶を育成することができる。また、ＴＳＦＺ法によれば、フラックス法等と比較して不純物の混入を大幅に低減することができ、混入したい添加物に対しては微量であっても精度よく混入させることができる。【００５７】  図７は、ＴＳＦＺ法により形成したＹＩＧ結晶体及びフラックス法により形成したＹＩＧ結晶体における磁気共鳴半値幅のばらつきを示すグラフである。横軸は磁気共鳴半値幅の値を示し、縦軸は���体に占める割合を示している。【００５８】  図示するように、ＴＳＦＺ法により形成したＹＩＧ結晶体は、フラックス法により形成したＹＩＧ結晶体と比較して、より小さい磁気共鳴半値幅ΔＨを有している。また、磁気共鳴半値幅ΔＨのばらつきも小さく、安定した特性を有するＹＩＧ結晶体を形成できることが判る。【００５９】  このように、ＴＳＦＺ法は、本実施形態によるＹＩＧデバイスに用いる単結晶のＹＩＧ球１６を育成するために極めて有効である。【００６０】  このように、本実施形態によれば、イットリウムの一部をガドリニウムにより置換したＹＩＧ単結晶によりＹＩＧ結晶体を構成するので、共鳴飽和が生じる限界電力を増加することができる。また、ＹＩＧ結晶体をＹ３−ｘＧｄｘＦｅ５Ｏ１２として、ガドリニウムの組成比ｘを０＜ｘ＜０．１の範囲に設定することにより、磁気共鳴半値幅ΔＨの増加を小さく抑えつつ、限界電力を増加することができる。また、磁気共鳴半値幅ΔＨの温度依存性を小さくすることができる。また、ガドリニウムの組成比ｘを０．０５近傍に設定することにより、ＹＩＧデバイスの一般的使用温度範囲における磁気共鳴半値幅ΔＨをほぼ一定にすることができる。【００６１】  また、共鳴飽和が生じる限界電力が増加することにより、ＹＩＧ結晶体に印加する入力パワーを大きくすることが可能となる。これにより、高発信出力・広帯域の発振器を実現することができる。【００６２】  本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。【００６３】  例えば、上記実施形態では、本発明のＹＩＧ結晶体を適用するＹＩＧデバイスの一例としてＹＩＧ同調発振器を示したが、他のＹＩＧデバイスに適用することも可能である。例えば、ＹＩＧ同調フィルタ等、他のＹＩＧデバイスに適用してもよい。【００６４】  ＹＩＧ同調フィルタは、例えば図８に示すように、ＹＩＧ球１６と、ＹＩＧ球１６に所定の磁界を印加する電磁石７０と、ＹＩＧ球１６に磁気結合された入力結合ループ６６及び出力結合ループ６８とにより構成することができる。【００６５】  また、上記実施形態では、ＹＩＧ結晶体を球状に成形した例を示したが、ＹＩＧ結晶体は必ずしも球状である必要はない。一般に、ＹＩＧ結晶体を球状にすると共振周波数ｆと外部磁界Ｈとがｆ＝γＨの関係となるためデバイス設計が容易であるが、円板状や針状の共振器を形成することも可能である。特に、円板状のＹＩＧ結晶体は、共振周波数ｆがｆ＝γ（Ｈ−４πＭｓ）で表され、球状の場合よりも低いため、低周波素子へ適用することができる。但し、共振周波数ｆが４πＭｓに依存し、飽和磁化（Ｍｓ）の温度変化が直接共振周波数の温度変化となるため、温度安定化のための工夫が必要である。また、共振器としての応用ではなくサーキュレータや遅延線等の応用では、平板状のＹＩＧ結晶体を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】  本発明によるＹＩＧ結晶体は、磁気共鳴半値幅ΔＨが小さくその温度依存性も小さい。また、高い限界電力を有している。したがって、高発振出力・広帯域が要求されるＹＩＧデバイス、このようなＹＩＧデバイスを用いたスペクトラム・アナライザやネットワーク・アナライザ等への適用に極めて有用である。
【図１】
2005019507.tif 000002
【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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【国際調査報告】
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