JPH02298101A

JPH02298101A - 静磁波素子

Info

Publication number: JPH02298101A
Application number: JP1073044A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Murakami; 安英邑上; Shigeru Takeda; 茂武田; Kohei Ito; 康平伊藤; Yasuaki Kinoshita; 木下　康昭; Sadami Kubota; 窪田　定見
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Proterial Ltd
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1989-03-24
Publication date: 1990-12-10
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: US5053734A; JP2666910B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ＧＧＧ　（ガドリウム・ガリウム・ガーネッ
ト）等の非磁性基板上に形成したＹＩＧ（イツトリウム
・鉄・ガーネット）等の磁性薄膜の磁気スピン共鳴を利
用した静磁波素子に係わり、特に高周波回路に対し最適
なインピーダンスを持つ薄膜静磁波素子を容易に実現す
るための構造改良に関するものである。

［従来の技術］高周波発振回路、帯域フィルター等に使用される素子と
してＧＧＧ　（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）
非磁性基板の上に、液相エピタキシャル成長させたＹＩ
Ｇ（イツトリウム・鉄・ガーネット）薄膜を所要の形状
に加工した静磁波素子が提案されている（特開昭６３−
２４５７０４号公報など参照）第２図は従来の静磁波素子の一例を示す概略構成図であ
る。この図において静磁波素子１は、ＧＧＧ基板２の上
に、ＹＩＧ薄膜３を液相エピタキシャル法により形成し
、このＹＩＧ薄膜上に、ＡＵあるいはＡ１膜からなる複
数の電極指５、及びこれらの電極指５の両側にパッド電
極４ａ、４ｂを写真蝕刻技術により形成したものである
。静磁波共振子６と、静磁波共振子のＧＧＧ基板２の下
面に接して設けられた下部導体板７とで構成され、゛バ
ッド電極４ｂは下部導体板７にワイヤｗｂで接続されて
いるものである。

この静磁波素子１は図示しない磁石により静磁波共振子
６のストライブ電極指５の長子方向にバイアス磁場Ｈｏ
を印加されると。静磁表面波がＹＩＧ膜３膜上面上びに
ＹＩＧ薄膜とＧＧＧ基板２の境界面をＨｏと右ねじ方向
に伝播し、右端部では表面から界面へ、左端部では界面
から表面へと、時計方向に回転し、全回転具が波長の整
数倍に相当する周波数で共振する。したがって、例えば
、第３図で示すように負性抵抗回路の端子ａ、　　ｂに
に静磁波素子の入出力端ワイヤＷａｌ、Ｗａ２を接続す
ることにより高周波発振回路を構成することができるの
である。（特開昭６３−２２８８０２号公報参照）第３図は静磁波素子ｌを用いて構成したコルピッツ形の
高周波発振回路であり、端子１１はＤＣ入力、端子１２
は高周波出力である。

また、この回路において、コンデンサ９はトランジスタ
１０のコレクタ電流が接地されるのを防止するものであ
り、誘導性リアクタンス１９は高周波電流が電源回路に
流入するのを阻止するものである。

高周波発振回路についてはＤｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ　ａｎｄ　
０ｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ　ｂｙ　ｔｈｅＳ−Ｐａｒａｍ
ｅｔｅｒ　Ｍｅｔｈｏｄ。

Ｇｅｏｒｇｅ　Ｄ、’／ｅｎｄｅｌｉｎ　Ｐ、１３２−
１８３　　参照このような静磁波素子１を用いた高周波
発振回路は非常に高い選択性（Ｑ）を持ち、またバイア
ス磁場Ｈｏの強さを変えることにより、共振周波数を幅
広く変えられることが開示されている。

また、上記のＹＩＧ薄膜を用いる静磁波素子は、その共
鳴の機構から低温から使用可能であり、写真蝕刻技術に
より素子を作製するため比較的安価にできることも開示
されている。

また、上記公報には第３図に示すコンデンサ９を省略す
る方法として、電極指５を交互に切り離したものも開示
されている。

［発明が解決しようとする課題］第３図で示すような負性抵抗型高周波発振回路に静磁波
素子ｌを使用する場合、静磁波素子と負性抵抗回路の結
合点（第３図中ａ）を測定基準面とし、この基準面から
見た静磁波素子のインピーダンスをｒ’ｍ（絶対値Ｉ　
Ｉ’ＲＩ、位相ＯＲ）、負性抵抗回路のインピーダンス
をＳ’＋＋（絶対値ＩＳ″１．１、位相θ１．）とすれ
ば、測定を小信号レベルで行った場合、次式　　゛ｌｒ’ｍ１ｌｓ　’　＋１≧１　　カッｅｍ＋６＋＋＝
０の条件で発振が開始し、振幅が大きくなるに従いトラ
ンジスタの非線形性等により負性抵抗が小さくなって、
Ｆ＆・Ｓ’＋＋＝１となって安定に発振が継続される。

そこで、周波数特性等の最適条件を速やかに見出すため
に回路パターンのトリミング等を行いながら、静磁波素
子及び負性抵抗回路のインピーダンスを測定し、第４図
で示すようにスミスチャート上で負性抵抗回路のインピ
ーダンスの逆数１　／Ｓ　’　ｌ□を静磁波素子のイン
ピーダンス「１と比較することにより発振の可能性を知
ることができる。

一方、静磁波素子側でインピーダンスの調整を行う場合
は第４図に示した斜線部が負性抵抗回路側から見た発振
可能領域に静磁波素子のインピーダンスを持っていくよ
うに調整する必要がある。

実際には、第２図に示す静磁波素子１を第３図に示す高
周波発振回路に使用する場合、下部導体板７が接地され
る構造をとるため、静磁波素子１側のインピーダンスの
調整はパッド電極４ｂと下部導体板７を接続するワイヤ
ｗｂ及び負性抵抗回路とパッド電極４ａを接続している
ワイヤＷａｌの本数および長さを増減すること程度の調
整しかできなかった。

このため、負性抵抗回路側で静磁波素子側のインピーダ
ンスに整合する必要が有った。

しかし、負性抵抗回路側のインピーダンスはトランジス
タ等の半導体増幅素子の諸室数のバラツキ、回路パター
ン、抵抗及びコンデンサ等の定数のバラツキ等によって
微妙に変化するため、最適な状態で発振させることが困
難であった。

そのため、場合によっては電極寸法を変えた静磁波素子
を作成しなおさなければならなかった。

本発明の目的は、静磁波素子側のインピーダンスの調整
を容易行える構造を有する静磁波素子を提供することで
ある。

［課題を解決するための手段］　゛本発明はＧＧＧなどの非磁性基板上にＹＩＧなとの磁性
薄膜を形成し、前記磁性薄膜上に一本または複数本の電
極指とパッド電極を形成して、上記磁性薄膜の内部にマ
イクロ波にて峠磁波を励起、伝搬させ共鳴を起こさせる
構造とした磁性薄膜静磁波共振子を有する静磁波素子で
あ、って、静磁波素子のインピーダンスを調整する整合
用スタブが前記パッド電極の少なくともどちらか一方に
接続されていることを特徴とする静磁波素子である。

静磁波共振子のパッド電極に整合用スタブを設けること
により、静磁波素子側と負性抵抗回路側のインピーダン
スの整合を静磁波素子側で容易に行うことができる。整
合用スタブは形状、配置位置を変えることによって、静
磁波素子側のインピーダンスを変化させるものである。

例えば、整合用スタブとして、導体の板を用いる場合、
この導体の板の長さを調整することによりインピーダン
スを変化させ、負性抵抗回路側とのインピーダンスの整
合ができる。

また、本発明は導体面の一部を除去し直流的に断線した
マイクロストリップラインの該断線部に前記静磁波共振
子を設置し、前記導体部の一方を負性抵抗回路への接続
端、もう一方を静磁波素子のインピーダンスを調整する
整合用スタブとし、前記パッド電極の一方を前記接続端
に、もう一方。

を前記整合用スタブに接続して静磁波素子を構成するも
のである。

二のように、静磁波素子をマイクロストリップライン上
に形成することにより、同軸線路等で結線するよりも外
部からの衝撃に強いものとなり、安定した高周波の発振
ができる。

また、負性抵抗回路への接続端に直接整合用スタブを設
けても良い。この場合は新たな整合用スタブが不要であ
り小型化できる。

ここでマイクロストリップラインとは誘電体を挾んで一
方の面に導体板、もう一方の面に接地導体板が形成され
たものである。

上記の整合用スタブはマイクロストリップラインの導体
板であり、作製する時は長めに形成し、その長さを除去
していくことによって、インピーダンスの整合が行える
。

また、非磁性基板の下に下部導体板を設けることによっ
て、静磁波素子側のインピーダンスの位相を回転し、発
振周波数帯域をやや低周波側である静磁波素子でも整合
用スタブの調整により高周波回路とのインピーダンスの
整合ができる。

この下部導体板とマイクロストリップラインの接地導体
板をスルーホール等により直流的に接続することによっ
て、静磁波素子側のインピーダンスの位相を回転し、発
振周波数帯域が高周波側である静磁波素子でも整合用ス
タブの調整により高周波回路とのインピーダンスの整合
ができる。

上記のスルーホールや下部導体板によって静磁波素子の
インピーダンスを変更して、発振させる場合はそれに適
合するようなインピーダンスを有する負性抵抗回路の設
計が必要である。整合用スタブでの調整はインピーダン
スの整合のための微調整である。

上記の静磁波素子でパッド電極と整合用スタブあるいは
負性抵抗回路との接続端となる導体板との接合は、ワイ
ヤボンディングよりも導体の接続板で接合する方が、外
部からの衝撃によるインピーダンスの変動が少なく強度
の面からも好ましい。

また、上記静磁波素子において静磁波共振子のパッド電
極とマイクロストリップラインの接地導体板を直流的に
接続しない場合は、上記従来必要であった第３図に示す
コンデンサ９が不要であるという利点もある。

［実施例］以下、本発明を実施例に基づいて詳しく説明する。

（実施例１）第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す説明図である。

第１図（ｂ）は第１図（ａ）で使用する静磁波共振子の
説明図である。

静磁波共振子６は長さくＱ、）５ｍｍ、幅（Ｗｌ）２１
１１１１１゜厚さくｔ　＋）０．５１１１ｍのＧＧＧ基
板２に液相エピタキシャル成長法により４０μ０厚のＹ
ＩＧ膜３を形成し、その後ＹＩＧ膜上にＡｕ膜を蒸着法
により作製し、写真蝕刻法によりＡｕ膜を除去すること
によって幅３０ＪＩ１１、長さ３ｍｆｆ１の電極指５を
５本およびパッド電極４ａ、４ｂを作製したものである
。

両面の導体板により誘電体１７を挾んでいるマイクロス
トリップライン１８はエツチングにより静磁波共振子６
の長さＱｌよりも大なるギャップｇを形成し、負性抵抗
回路への接続端となる銅製の導体板１３と、整合用スタ
ブ８を作製した。

ギャップｇの部分に静磁波共振子６をエポキシ樹脂で固
定し、パッド電極４ａと導体板１３を銅製の接続板１４
ａでハンダにより接合し、パッド電極４ｂと長さくＱ、
）９ＩＩ＋ａ＋幅、（Ｗ、）２ｍｍの整合用スタブ８を
銅製の接続板１４ｂでハンダにより接合し、第１図（ａ
）で示す静磁波素子ｌを作製した。

ここで、１７はポリテトラフルオロエチレン樹脂の誘電
体、１５はマイクロストリップライン１８の銅の接地導
体板、ｇｌ、ｇ２はそれぞれ０　、５ｏ＋ｍで作製され
たギャップである。

この静磁波素子１のバイアス磁界Ｈａを可変することに
より共振周波数を５ｆ０．４ＧＩｌｚに可変することを
目的としたものである。

このインピーダンスに適合するように第３図で示す負性
抵抗回路を作製した。

インピーダンスの微調整を行うために整合用スタブ８の
Ｑ、を第１図（ａ）の向かって右側より逐次除去してい
き、負性抵抗回路側と静磁波素子１側のインピーダンス
の整合を行った。

インピーダンスの整合は静磁波素子に印加するバイアス
磁界Ｈ０を３３００〜３７００Ｇに変化させ、発振周波
数を測定し、目的の周波数帯で共振するところをインピ
ーダンスの整合点とした。

この整合用スタブ８の調整によって得られた発振可能な
周波数帯は５土０．５ＧＨｚであった。

このように整合用スタブ８の長さＱ２を調整することに
より簡単にインピーダンスの整合ができ、目的の周波数
の発振が行えることが確認された。

（実施例２）第５図は実施例１のスタブ８及び接続板１４ｂを除去し
、代わりに導体板１３に長さくＬ）２ｍｍ。

幅（Ｗｓ）２ｆｆｉｍの整合用スタブ８を作製したもの
である。

この静磁波素子の共振周波数は５ｆ０．４Ｇ）Ｉｚで可
変することが期待できるものであった。

このインピーダンスに適合するように第３図で示す負性
抵抗回路を設計し、高周波発振回路を作製した。

インピーダンスの微調整を行うために整合用スタブ８の
１３を逐次除去していき、負性抵抗回路と静磁波素子１
のインピーダンスの整合を行った。

整合点の確認、印加するバイアス磁界Ｈ０および測定方
法は実施例１と同じである。

この整合用スタブ８の調整によって得られた共振周波数
は５±０．５ＧＨｚであった。

これより、整合用スタブ８を静磁波共振子６の前に作製
してもインピーダンスの調整が可能であることが確認で
きた。

このような構成をとることにより、実施例１の場合より
静磁波素子を小型化できる。

但し、実施例１に示す接続端の導体板１３とスタブ８が
独立したものに比べて、共振周波数帯がスタブ８の調整
に対して大きく変動するため、実施例１に比べて調整が
やや難しいものであった。

（実施例３）第６図は実施例２と同様、導体板１３に整合用スタブ８
を設け、さらに上部導体板２０を介してパッド電極４ｂ
をマイクロストリップラインの接地導体板１５とスルー
ホール１６によって直流的に接続したものである。スタ
ブ８及び静磁波共振子６は実施例２と同様である。

この静磁波素子の共振周波数は４土０．４ＧＨｚが期待
できるものであった。

インピーダンスの微調整を行うために整合用スータブ８
の１．を逐次除去していき、負性抵抗回路と静磁波素子
１のインピーダンスの整合を行った。

この整合用スタブ８の調整によって得られた共振周波数
は４土０．５ＧＨｚであった。

これより、低周波側で共振する構造でも整合用スタブ８
によってインピーダンスの整合ができることがわかる。

（実施例４）第７図は実施例１の静磁波共振子６の下のマイクロスト
リップラインの導体板を除去しないで下部導体板７とし
たものである。この下部導体板７の寸法は静磁波共振子
６の設置面と同じとした。

他の寸法、材質等は実施例１と全く同じである。

この静磁波素子１は共振周波数は４．５ｆ０．４ＧＨｚ
が期待できるものであった。実施例１と同様に第３図の
高周波発振回路を設計作製した。

インピーダンスの微調整を行うために整合用スタブ８の
Ｑ２を逐次除去していき、負性抵抗回路と静磁波素子１
のインピーダンスの整合を行った。

この整合用スタブ８の調整によって得られた共振周波数
は４．５±０．５ＧＨｚであった。

このような構造とすることにより、静磁波共振子ｌの構
造を変えること無く、実施例１の静磁波素子１に比べて
、低周波側で共振できることがわかる。

、（実施例５）第８図は実施例４の下部導体板７をマイクロストリップ
ラインの接地導体板１５とスルーホール１６によって直
流的に結合したものを説明した図である。

この静磁波素子は接地面となるのが実施例４の場合の接
地導体板１５ではなく下部導体板７となるため静磁波共
振子６と接地面との静電容量は大きくなるため高周波側
の共振が期待できる。

この場合の静磁波素子１の共振周波数は５．５士０゜４
ＧＨｚが期待できるものであった。

インピーダンスの微調整を行うために整合用スタブ８の
０．を逐次除去していき、負性抵抗回路と静磁波素子ｌ
のインピーダンスの整合を行った。

整合点の確認、印加するバイアス磁界Ｈ，および測定方
法は実施例１と同じである。

この整合用スタブ８の調整によって得られた共振周波数
は５．５ｆ０．５ＧＩＩｚであった。

これより、実施例１の静磁波共振子１の構造を変えるこ
と無く、実施例１の静磁波素子１に比べて、高周波側で
共振できることが確認できた。

上記実施例の他に第９図に示す導体板１３に整合用スタ
ブ８を設けるとともに、下部導体板７を設け、さらに上
部導体板２０を介してパッド電極４ｂとマイクロストリ
ップラインの接地導体板１５をスルーホールで結合した
ものでも整合用スタブ８調整によりインピーダンスの整
合を行うことができる。

また、第１０図に示すような実施例６の下部導体板７と
マイクロストリップラインの接地導体板１をスルーホー
ルで結合したものにも適応できる。

以上の実施例ではマイクロストリップラインを使用する
場合についてのみ記載したが、整合用スタブ８として、
たとえばパッド電極に直接銅線を接地Ｑその長さを調節
するものであっても良い。

また、実施例１のように整合用スタブ８を別に設ける場
合、導体板１３は必ずしも導体板である必要はなく、パ
ッド電極４ａに直接同軸線等を用いて負性抵抗回路と接
続してもよい。

また、上記実施例では整合用スタブとして整合用スタブ
が直接接地されていないいわゆるオーブンスタブを示し
たが、たとえば第１図の整合用スタブ８に接地導体板１
５と直流的に接続するスルーホールを設け、スルーホー
ルの形成位置を変えることにより、接続板１４ｂから接
地されるまでの距離を変えることによりインピーダンス
の調整を行ういわゆるショートスタブであっても良い。

［発明の効果］本発明によれば、インピーダンスの整合を静磁波素子側
で容易に行うことができるため、高周波発振回路の周波
数調整を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す説明図、第２図
は第１図（ｂ）は静磁波共振子素子の説明図、第２図は
従来の静磁波素子の一例を示した図、第３図は従来の静
磁波素子を用いた高周波発振回路の一例を示した図、第
４図は本発明の静磁波素子側と負性抵抗回路側のインピ
ーダンスの一例を示した図、第５図、第６図、第７図、
第８図、第９図及び第１０図は本発明の別の実施例を示
す斜視図である。ｌ：静磁波素子、２：ＧＧＧ基板、３：ＹＩＧ薄膜　　
′４ａ、４ｂ：バッド電極、５：電極指、６：静磁波共
振子７：下部導体板、８：整合用スタブ、９：コンデン
サ１０：トランジスタ、１３導体板、１４ａ、１４ｂ：
接続板１５：接地導体板、１６：スルーホール、１７：
誘電体１８：マイクロストリップライン第１図（ａ）第１図（ｂ）第２図第３図第４図第６図ｍ　７　図手続補正書彷式）１．７．１４平成　　　年　　　月　　　日１、事件の表示平成　１年特許願第　７３０４４号２、発明の名称静磁波素子３、補正をする者事件との関係　　　特　許　出願人性　所　　　東京都千代田区丸の内二丁目１番２号４、
補正命令の日付　　　平成１年７月４日（発送日）５、
補正の対象明細書の「図面の簡単な説明」の欄６、補正の内容明ａｌＦ、第２０頁第１６行「第２図は」とあるのを削
除する。？≦？−−Ｃ引＼　　　　以上手続ネ市正書（自発）１．１０．２７平成　年　月　　日平成１年特許願第７３０４４号発明の名称静磁波素子補正をする者事件との関係　　特許出願人住所　東京都千代田区丸の内二丁目１番２号名称　（５
０８）日立金属株式会社明細書の「発明の詳細な説明」の欄。補正の内容（１）第４頁１３行の「印加されること。」を「印加さ
れること、Ｊと訂正する。（２）第５頁１８行の「共振周波」を「発振周波」と訂
正する。（３）第８頁２行の「有った。」を「あった。」と訂正
する。（４）第８頁９行の「なおさなければ」を「直さなけれ
ば」と訂正する。（５）第８頁１１行の「容易行えるＪを「容易に行える
」と訂正する。（６）第１０頁１７行の「周波数帯域を」を「周波数帯
域が」と訂正する。（７）第１３頁４行のｒ９［ｌｏｎ幅、」を１９ｍｍ、
幅」と訂正する。以上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非磁性基板上に磁性薄膜を形成し、前記磁性薄膜
上に一本または複数本の電極指とパッド電極を形成して
、上記磁性薄膜の内部にマイクロ波にて静磁波を励起、
伝搬させ共鳴を起こさせる構造とした磁性薄膜静磁波共
振子を有する静磁波素子であって、静磁波素子のインピ
ーダンスを調整する整合用スタブが前記パッド電極の少
なくともどちらか一方に接続されていることを特徴とす
る静磁波素子。
（２）導体板の一部を除去し直流的に断線したマイクロ
ストリップラインの該断線部に前記静磁波共振子が設置
され、前記導体板の一方を負性抵抗回路への接続端、も
う一方を静磁波素子のインピーダンスを調整する整合用
スタブとし、前記パッド電極の一方を前記接続端に、も
う一方を前記整合用スタブに接続したことを特徴とする
請求項１に記載の静磁波素子。
（３）導体板の一部を除去し直流的に断線したマイクロ
ストリップラインの該断線部に前記静磁波共振子が設置
され、前記導体板は負性抵抗回路への接続端とし、該接
続端は整合用スタブを有し、かつ前記接続端と前記パッ
ド電極のどちらか一方が接続されていることを特徴とす
る請求項１に記載の静磁波素子。
（４）前記パッド電極の一方が前記接続端と接続され、
もう一方はマイクロストリップラインの接地導体板と直
流的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載
の静磁波素子。
（５）ＧＧＧ基板の下に下部導体板を有することを特徴
とする請求項１ないし４のいずれかに記載の静磁波素子
。
（６）前記下部導体板とマイクロストリップラインの接
地導体板が直流的に接続されていることを特徴とする請
求項５に記載の静磁波素子。
（７）前記パッド電極と前記接続端ないし整合用スタブ
は導体の接続板で結合されていることを特徴とする請求
項１ないし６のいずれかに記載の静磁波素子。