JPH0247881B2 - - Google Patents
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- JPH0247881B2 JPH0247881B2 JP57214426A JP21442682A JPH0247881B2 JP H0247881 B2 JPH0247881 B2 JP H0247881B2 JP 57214426 A JP57214426 A JP 57214426A JP 21442682 A JP21442682 A JP 21442682A JP H0247881 B2 JPH0247881 B2 JP H0247881B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
- H01P1/215—Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material
Landscapes
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はマイクロ波素子に使用して好適なフ
エリ磁性薄膜を用いてなる磁気共鳴装置に関し、
とくにスプリアス・レスポンスを抑圧しうるよう
にしたものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a magnetic resonance apparatus using a ferrimagnetic thin film suitable for use in a microwave element.
In particular, it is designed to suppress spurious responses.
磁気バルブ記憶素子の開発を通じて近年盛んに
なつたガドリニウム・ガリウム・ガーネツト
（GGG）基板上にガーネツト磁性薄膜を液相エピ
タキシヤル成長させる技術により、結晶性の良好
なイツトリウム・鉄・ガーネツト（YIG）薄膜を
作製することが可能である。このYIG薄膜を選択
エツチングにより円形あるいは矩形等に加工し、
そのフエリ磁性共鳴を利用することによつてマイ
クロ波素子を構成することができる。この場合に
は、通常のフオト・リングラフイ技術が利用でき
ることから加工性に優れ、しかも一枚のGGG基
板から多数の素子が取れるので量産性にも優れて
いる。さらに薄膜材料であることから、マイクロ
ストリツプ・ラインなどを伝送線路としてマイク
ロ波集積回路（MIC）化することが容易である
という利点がある。 A yttrium-iron-garnet (YIG) thin film with good crystallinity has been produced by liquid-phase epitaxial growth of a garnet magnetic thin film on a gadolinium-gallium-garnet (GGG) substrate, which has become popular in recent years through the development of magnetic valve memory elements. It is possible to create This YIG thin film is processed into a circular or rectangular shape by selective etching.
A microwave device can be constructed by utilizing the Ferrimagnetic resonance. In this case, ordinary photolithography technology can be used, so processability is excellent, and since a large number of elements can be obtained from a single GGG substrate, it is also excellent in mass production. Furthermore, since it is a thin film material, it has the advantage that it can be easily integrated into a microwave integrated circuit (MIC) using a microstrip line or the like as a transmission line.
周知のとおりフエリ磁性共鳴を利用したマイク
ロ波素子は小型化および尖鋭度の点で優れ、従前
ではYIG単結晶球がこのようなマイクロ波素子と
して実用に供されていた。このYIG単結晶球に
は、静磁モードが励振されにくく、一様歳差モー
ドによる唯一の共振モードが得られるという利点
がある。しかし、このYIG単結晶球には加工性や
量産性にネツクがあり、このためYIG薄膜を用い
て磁気共鳴装置を構成することが要望されてい
た。 As is well known, microwave elements using Ferrimagnetic resonance are superior in terms of miniaturization and sharpness, and YIG single crystal spheres have previously been put to practical use as such microwave elements. This YIG single-crystal sphere has the advantage that the magnetostatic mode is less likely to be excited, and that the only resonant mode is the uniform precession mode. However, these YIG single crystal spheres have problems in processability and mass production, and for this reason, it has been desired to construct a magnetic resonance apparatus using YIG thin films.
ところで、YIG薄膜は高周波磁界の一様性の良
い場所に置かれても、内部直流磁界が一様でない
ために、静磁モードが多数励振されてしまうとい
う問題点を有していた。すなわち、円板状フエリ
磁性体試料の試料面に垂直に直流磁界を印加した
ときの静磁モードについては文献（Journal of
Applied Physics、Vol.48、July 1977、PP.3001
〜3007）で解析されており、各モードは（ｎ、
Ｎ）ｍで表示される。ただし、（ｎ、Ｎ）ｍモー
ドは円周方向にｎ個の節を持ち、直径方向にＮ個
の節をもち、厚さ方向に（ｍ−１）個の節をもつ
モードである。試料にわたつて高周波磁界の一様
性が良い場合には、（１、Ｎ）1系列が主要な静磁
モードとなる。第１図は、9GHzの空胴共振器中
で測定された円形薄膜試料のフエリ磁性共鳴の測
定結果で、（１、Ｎ）1系列の静磁モードが多数励
振されている様子が示されている。この試料を用
いてバンドパス・フイルタなどのマイクロ波素子
を構成する場合には、主共鳴モードである（１、
１）1モードを利用することになり、このとき他の
静磁モードはすべてスプリアス・レスポンスとな
る。 By the way, even if the YIG thin film is placed in a place where the high-frequency magnetic field is uniform, the problem is that many magnetostatic modes are excited because the internal DC magnetic field is not uniform. In other words, the magnetostatic mode when a DC magnetic field is applied perpendicular to the sample surface of a disk-shaped ferrimagnetic sample is described in the literature (Journal of
Applied Physics, Vol.48, July 1977, PP.3001
~3007), and each mode is (n,
N) is displayed in m. However, the (n, N)m mode is a mode that has n nodes in the circumferential direction, N nodes in the diametrical direction, and (m-1) nodes in the thickness direction. If the high-frequency magnetic field has good uniformity across the sample, the (1,N) 1 series becomes the main magnetostatic mode. Figure 1 shows the Ferrimagnetic resonance measurement results of a circular thin film sample measured in a 9GHz cavity resonator, showing that many (1,N) 1 series magnetostatic modes are excited. There is. When constructing a microwave device such as a bandpass filter using this sample, the main resonance mode (1,
1) One mode will be used, and at this time all other magnetostatic modes will become spurious responses.
この発明はこのような事情を考慮してなされた
ものであり、主共鳴モードを損うことなく、スプ
リアス・レスポンスとなる静磁モードの励振を十
分に抑えることのできるフエリ磁性薄膜からなる
磁気共鳴装置を提供することを目的としている。 This invention was made in consideration of these circumstances, and is a magnetic resonance system made of a ferrimagnetic thin film that can sufficiently suppress the excitation of the magnetostatic mode, which causes spurious responses, without impairing the main resonance mode. The purpose is to provide equipment.
本発明者はこのような目的を達成するために鋭
意研究を重ね、その結果、各静磁モードの間で高
周波磁化成分の試料内分布が異なることを着目す
るにいたつた。ここでは、このことを第２図およ
び第３図について考える。第２図は厚さｔ、直径
Ｄ（半径Ｒ）のYIG円板の面に垂直な方向に直流
磁界を印加したときの内部直流磁界Hiの様子を
示したものである。ただし、ここでは形状比ｔ／
Ｄ（以下アスペクト・レイシヨという）が十分に
小さい場合を考えているので試料の厚さ方向での
磁界分布は無視できる。反磁界は円板の内側で大
きく周辺になるほど急に小さくなるため、内部直
流磁界は中央付近で小さく外周付近で急に大きく
なつている。ところで上記文献の解析結果によれ
ば、Hi＝ω／γとなる位置でのｒ／Ｒの値をξ
とすれば、静磁モードは０ｒ／Ｒξの領域に
存在する。ただしωは静磁モードの共鳴角周波数
であり、γは磁気回転比である。磁界を固定した
ときにはモードナンバーＮが大きくなるにつれて
共鳴周波数は高くなり、第３図Ａに示したように
静磁モードの領域はだんだん外側まで広がること
になる。第３図Ｂは、（１、Ｎ）1モードの低次の
３個のモードについて高周波磁化の試料内分布を
示したもので、絶対値は高周波磁化の大きさを、
符号は高周波磁化の位相関係を示している。第３
図から理解されるように静磁モードの間で高周波
磁化成分は異なつた態様となつており、これを利
用すれば、主共振モードにはほとんど影響を与え
ることなく、スプリアス・レスポンスとなる静磁
モードの励振を抑圧することが可能である。 The inventors of the present invention have conducted extensive research in order to achieve such an objective, and as a result, they have come to notice that the distribution of high-frequency magnetization components in a sample differs between each magnetostatic mode. This will now be considered with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 shows the internal DC magnetic field Hi when a DC magnetic field is applied in a direction perpendicular to the surface of a YIG disk having a thickness t and a diameter D (radius R). However, here, the shape ratio t/
Since we are considering the case where D (hereinafter referred to as aspect ratio) is sufficiently small, the magnetic field distribution in the thickness direction of the sample can be ignored. The demagnetizing field is large on the inside of the disk and rapidly decreases toward the periphery, so the internal DC magnetic field is small near the center and suddenly increases near the outer periphery. By the way, according to the analysis results in the above literature, the value of r/R at the position where Hi=ω/γ is ξ
Then, the magnetostatic mode exists in the region 0r/Rξ. However, ω is the resonance angular frequency of the magnetostatic mode, and γ is the gyromagnetic ratio. When the magnetic field is fixed, the resonance frequency increases as the mode number N increases, and the magnetostatic mode region gradually expands to the outside as shown in FIG. 3A. Figure 3B shows the distribution of high-frequency magnetization within the sample for the three low-order modes of (1, N) 1 mode, and the absolute value indicates the magnitude of high-frequency magnetization.
The symbols indicate the phase relationship of high frequency magnetization. Third
As can be understood from the figure, the high-frequency magnetization components are in different forms between the magnetostatic modes, and if this is used, the magnetostatic components that cause spurious responses can be eliminated without having almost any effect on the main resonance mode. It is possible to suppress mode excitation.
この発明では、フエリ磁性薄膜の表面に溝を形
成して、上述スプリアス・レスポンスとなる静磁
モードの励振のみを抑圧するようにしている。 In this invention, grooves are formed on the surface of the ferrimagnetic thin film to suppress only the excitation in the magnetostatic mode that causes the above-mentioned spurious response.
以下、この発明を詳細に説明する。 This invention will be explained in detail below.
この発明の磁気共鳴装置では、第４図に示すよ
うに、基板１の一主面１ａ上にフエリ磁性層２を
所定パターンに形成する。フエリ磁性層２の内部
には環状の配置で溝２ａを形成する。そして、図
示しないけれども、この基板１に垂直に磁場を印
加する。 In the magnetic resonance apparatus of the present invention, as shown in FIG. 4, a ferrimagnetic layer 2 is formed in a predetermined pattern on one main surface 1a of a substrate 1. Grooves 2a are formed in the ferrimagnetic layer 2 in an annular arrangement. Although not shown, a magnetic field is applied perpendicularly to this substrate 1.
基板１としてはたとえばGGG基板を用いえ、
この場合、液相エピタキシヤル成長によりYIG薄
膜を形成し、そののちフオト・リングラフイ技術
によりフエリ磁性層２を形成しうる。もちろんバ
ルクの材料を加工してフエリ磁性層２を構成して
もよい。フエリ磁性層２の形状としては円形、正
方形、長方形等が考えられる。フエリ磁性層２の
厚さは十分に小さくし（アスペクト・レイシヨが
小さい）、フエリ磁性層２の厚さ方向での磁界分
布を一様とする。この場合、静磁モードは（１、
Ｎ）1モードである。 For example, a GGG substrate can be used as the substrate 1,
In this case, the YIG thin film can be formed by liquid phase epitaxial growth, and then the ferrimagnetic layer 2 can be formed by photolithography technology. Of course, the ferrimagnetic layer 2 may be formed by processing a bulk material. The shape of the ferrimagnetic layer 2 may be circular, square, rectangular, or the like. The thickness of the ferrimagnetic layer 2 is made sufficiently small (aspect ratio is small), and the magnetic field distribution in the thickness direction of the ferrimagnetic layer 2 is made uniform. In this case, the magnetostatic mode is (1,
N) 1 mode.
溝２ａは（１、１）1モードの高周波磁化がゼロ
になる位置に同心円状に形成する。溝２ａは一体
に連がつていても、不連続であつてもよい。 The groove 2a is formed concentrically at a position where the high frequency magnetization of the (1, 1) 1 mode becomes zero. The grooves 2a may be continuous or discontinuous.
また、溝２ａで囲まれる領域を第５図に示すよ
うに外がわ領域に較べて薄くなるようにしてもよ
い。この場合、溝２ａに近接する内がわ領域で反
磁界が持ち上げられ、この範囲まで反磁界がほぼ
一様になる。換言すれば、第３図Ａに一点鎖線で
示すように内部直流磁界が径方向の広範囲にわた
つてほぼ一様になる。したがつて、主共鳴モード
以外の静磁モードの励振を一層抑圧することが可
能となる。 Further, the area surrounded by the groove 2a may be made thinner than the outer area, as shown in FIG. In this case, the demagnetizing field is lifted in the inner region close to the groove 2a, and the demagnetizing field becomes substantially uniform within this range. In other words, the internal DC magnetic field is substantially uniform over a wide range in the radial direction, as shown by the dashed line in FIG. 3A. Therefore, it becomes possible to further suppress excitation of magnetostatic modes other than the main resonance mode.
このような磁気共鳴装置では、溝２ａによつて
磁化が拘束（pin）される。この場合、（１、１）1
モードに対しては高周波磁化がゼロになる位置に
溝２ａがあるため、（１、１）1モードの励振は影
響を受けない。他方、他の静磁モードに対しては
溝２ａの位置が本来高周波磁化がゼロでない位置
にあるため、部分的に磁化が拘束されることとな
り、この結果、これらのモードの励振が弱められ
ることとなる。したがつて、主共鳴モードを損う
ことなくスプリアス・レスポンスを抑圧すること
ができる。 In such a magnetic resonance apparatus, magnetization is pinned by the groove 2a. In this case, (1, 1) 1
Since the groove 2a is located at the position where the high frequency magnetization becomes zero for the mode, the excitation of the (1, 1) 1 mode is not affected. On the other hand, for other magnetostatic modes, since the groove 2a is located at a position where the high-frequency magnetization is not originally zero, the magnetization is partially restrained, and as a result, the excitation of these modes is weakened. becomes. Therefore, spurious responses can be suppressed without damaging the main resonance mode.
なお、フエリ磁性層２における高周波磁化の分
布（第３図Ｂ参照）は試料の飽和磁化の大きさに
全く依存せず、しかもアスペクト・レイシヨにも
大きく依存しない。したがつて、この発明ではフ
エリ磁性層２の飽和磁化や膜厚などが相当にばら
ついても、溝２ａの位置をそれに応じて変える必
要がないという利点がある。リソグラフイ等の場
合に実効がある。 Note that the distribution of high-frequency magnetization in the ferrimagnetic layer 2 (see FIG. 3B) does not depend at all on the magnitude of the saturation magnetization of the sample, and also does not depend greatly on the aspect ratio. Therefore, the present invention has the advantage that even if the saturation magnetization, film thickness, etc. of the ferrimagnetic layer 2 vary considerably, there is no need to change the position of the groove 2a accordingly. It is effective in cases such as lithography.
以下、実施例を示してこの発明を詳細に説明す
る。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail by showing examples.
実施例
YIG薄膜から作製した膜厚20μｍ、半径１mmの
YIG円板に、半径0.8mmの位置に深さ2μｍの溝を
形成し、これについてマイクロストリツプ・ライ
ンを用いてフエリ磁性共鳴の測定を行つた。挿入
損失の測定結果を第６図に示す。また、無負荷Ｑ
値は775であつた。Example A film with a thickness of 20 μm and a radius of 1 mm made from a YIG thin film.
A groove with a depth of 2 μm was formed at a radius of 0.8 mm on a YIG disk, and the ferrimagnetic resonance was measured using a microstrip line. Figure 6 shows the measurement results of insertion loss. Also, no load Q
The value was 775.
なお、YIG円板ではｒ／Ｒ＝0.8の位置で（１、
１）1モードの高周波磁化がゼロになる。 In addition, in the YIG disk, at the position of r/R = 0.8 (1,
1) High-frequency magnetization in one mode becomes zero.
比較例
実施例と同一のYIG薄膜から作製した膜厚20μ
ｍ、半径１mmのYIG円板（溝なし）についてマイ
クロストリツプ・ラインを用いてフエリ磁性共鳴
の測定を行つた。挿入損失の測定結果を第７図に
示す。また、無負荷Ｑ値は660であつた。Comparative example Film thickness 20μ made from the same YIG thin film as in the example
Ferrimagnetic resonance was measured using a microstrip line on a YIG disk (without grooves) with a diameter of 1 mm and a radius of 1 mm. Figure 7 shows the measurement results of insertion loss. In addition, the no-load Q value was 660.
実施例および比較例の比較から理解されるよう
に、この発明では（１、１）1モード以外の静磁モ
ードの励振を抑えられ、スプリアス・レスポンス
を抑圧することができる。また主共鳴モードを損
うことがないので無負荷Ｑ値を損うこともない。 As can be understood from the comparison of the examples and comparative examples, the present invention can suppress the excitation of magnetostatic modes other than the (1, 1) 1 mode, and can suppress spurious responses. Furthermore, since the main resonance mode is not impaired, the no-load Q value is not impaired.
第１図はこの発明の説明に供する円形フエリ磁
性薄膜における静磁モードの発生の状態を示すグ
ラフ、第２図は同様にこの発明の説明に供する円
形フエリ磁性薄膜の内部直流磁界の分布を示すグ
ラフ、第３図は同様にこの発明の説明に供する円
形フエリ磁性薄膜の内部直流磁界の分布と静磁モ
ードとの関係を示すグラフ、第４図はこの発明を
示す斜視図、第５図は同様の断面図、第６図はこ
の発明の実施例の挿入損失を示すグラフ、第７図
は比較例の挿入損失を示すグラフである。
１は基板、１ａは基板１の一主面、２はフエリ
磁性層、２ａはフエリ磁性層２の溝である。
FIG. 1 is a graph showing the state of magnetostatic mode generation in a circular ferrimagnetic thin film used for explaining the present invention, and FIG. 2 is a graph showing the distribution of the internal DC magnetic field of the circular ferrimagnetic thin film also used for explaining the present invention. Similarly, FIG. 3 is a graph showing the relationship between the distribution of the internal DC magnetic field and the magnetostatic mode of a circular ferrimagnetic thin film, which is used to explain the present invention, FIG. 4 is a perspective view showing the present invention, and FIG. Similar sectional views, FIG. 6 is a graph showing the insertion loss of the embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a graph showing the insertion loss of the comparative example. 1 is a substrate, 1a is one main surface of the substrate 1, 2 is a ferrimagnetic layer, and 2a is a groove in the ferrimagnetic layer 2.
Claims (1)
磁性共鳴を行うフエリ磁性体よりなるフエリ磁性
層と、上記基板の一主面に垂直に磁場を印加する
手段と、上記フエリ磁性層に、強磁性共鳴の
（１、１）1モードの高周波磁化がほぼゼロとなる
位置に高周波磁化が拘束されるに充分な幅と深さ
を有するフエリ磁性体の厚みの小さい部分を連続
または不連続に設けてなる磁気共鳴装置。1 a substrate, a ferrimagnetic layer made of a ferrimagnetic material that performs ferromagnetic resonance formed on one main surface of the substrate, means for applying a magnetic field perpendicular to the one main surface of the substrate, and the ferrimagnetic layer In this case, a thin part of the ferrimagnetic material with a width and depth sufficient to constrain the high-frequency magnetization of the (1,1) 1 mode of ferromagnetic resonance to a position where it becomes almost zero is formed continuously or discontinuously. A magnetic resonance device that is installed continuously.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21442682A JPS59103403A (en) | 1982-12-06 | 1982-12-06 | Magnetic resonator |
| CA000442441A CA1204181A (en) | 1982-12-06 | 1983-12-02 | Ferromagnetic resonator |
| US06/557,953 US4547754A (en) | 1982-12-06 | 1983-12-05 | Ferromagnetic resonator |
| DE19833344079 DE3344079A1 (en) | 1982-12-06 | 1983-12-06 | FERROMAGNETIC RESONATOR |
| GB08332472A GB2132822B (en) | 1982-12-06 | 1983-12-06 | Ferromagnetic resonators |
| NL8304200A NL8304200A (en) | 1982-12-06 | 1983-12-06 | FERROMAGNETIC RESONATOR. |
| FR8319515A FR2537346B1 (en) | 1982-12-06 | 1983-12-06 | FERROMAGNETIC RESONATOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21442682A JPS59103403A (en) | 1982-12-06 | 1982-12-06 | Magnetic resonator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59103403A JPS59103403A (en) | 1984-06-14 |
| JPH0247881B2 true JPH0247881B2 (en) | 1990-10-23 |
Family
ID=16655589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21442682A Granted JPS59103403A (en) | 1982-12-06 | 1982-12-06 | Magnetic resonator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59103403A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51146154A (en) * | 1975-05-10 | 1976-12-15 | Tsukasa Nagao | Complex type resonator |
-
1982
- 1982-12-06 JP JP21442682A patent/JPS59103403A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51146154A (en) * | 1975-05-10 | 1976-12-15 | Tsukasa Nagao | Complex type resonator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59103403A (en) | 1984-06-14 |
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