DE4121550A1 - Magnetoelastische wellenvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetoelastische Wellenvorrichtung, wie beispielsweise einen Phasenschieber, eine veränderliche Verzögerungsschaltung, einen Tuner, einen Oszillator oder ein Filter, die elastische Volumenwellen oder akustische Oberflächenwellen verwendet.

Magnetoelastische Wellenvorrichtungen, welche magnetostriktive Eigenschaften verwenden, wurden bereits untersucht. Bei diesen Vorrichtungen werden deren Eingangs/Ausgangs-Kennlinien auf einen gewünschten Wert verändert, wenn an ihnen ein Magnetfeld liegt, um dadurch die Schallgeschwindigkeit zu verändern. Unter diesen Vorrichtungen ist ein in IEEE Trans. Mag., MAG-16 (1980), Seite 916, beschriebenes Verzögerungselement zu erwähnen, das ein LiNbO₃-Substrat und eine amorphe magnetostriktive Legierungsschicht aus TbFe₂ umfaßt.

Alle bisher entwickelten magnetoelastischen Wellenvorrichtungen leiden in der Praxis unter zwei Gesichtspunkten: Zunächst verändert sich die Schallgeschwindigkeit um lediglich höchstens 0,3%. Sodann ist der Ausbreitungsverlust der Energie (also die Dämpfung) groß.

Ein anderer Typ einer magnetoelastischen Wellenvorrichtung ist in D. C. Webb, K. L. Davis, N. C. Koon und A. K. Ganguly, "Magnetoelastic Surface Wave Propagation in a Low-anisotropy Rare-earth-iron Compound at 80 MHz", Applied Physics Lettres, Vol. 31, Nr. 4, 15. August 1987, Seiten 245-247 und auch in A. K. Ganguly, K. L. Davis and D. C. Webb, "Magnetoelastic Surface Wave on the (110)-Plane of Highly Magnetostrictive Cubic Crystal", J. Appl. Phys., 49 (2), Februar 1978, Seiten 759-767, beschrieben. Magnetoelastische Wellenvorrichtungen dieser Art sind bisher in der Praxis noch nicht verwirklicht worden, da sie zwei Forderungen nicht erfüllen, d. h. (i) hohe Verhältnisse der Schallgeschwindigkeit und (ii) einen kleinen Ausbreitungsverlust.

Wie oben erläutert wurde, können die bisher entwickelten magnetoelastischen Wellenvorrichtungen, obwohl sie keinen praktischen Wert zu haben scheinen, als Tuner arbeiten, sofern ihre Eingangs/Ausgangs-Kennlinien verändert werden, indem ein Magnetfeld an diese gelegt wird. Bekanntlich sind magnetoelastische Wellenvorrichtungen sehr klein. Daher wird die Entwicklung einer magnetoelastischen Wellenvorrichtung, die als ein Tuner arbeitet, und deren Einbau in ein System anstrebt, so daß das System in seinen Abmessungen verringert werden kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetoelastische Wellenvorrichtung zu schaffen, die mit einem Magnetfeld geringer Stärke angesteuert werden kann und die einen kleinen Ausbreitungsverlust aufweist, und insbesondere eine magnetoelastische Wellenvorrichtung anzugeben, die magnetostriktiv ist und deren Eingangs/Ausgangs-Kennlinie verändert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine magnetoelastische Wellenvorrichtung nach dem Patentanspruch 1 bzw. 9 bzw. 14 bzw. 15 vor.

Es ist also eine magnetoelastische Wellenvorrichtung mit einem Substrat, einem über dem Substrat gebildeten magnetostriktiven Film, einem Modulationsmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt zum Erzeugen eines Modulationsmagnetfeldes, einem Wellenerzeugungsabschnitt zum Erzeugen einer an den magnetostriktiven Film zu legenden magnetoelastischen Welle und einem Wellenempfangsabschnitt zum Empfangen der durch den magnetostriktiven Film laufenden magnetoelastischen Welle vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der magnetostriktive Film entweder ein Einkristallfilm oder ein polykristalliner ausgerichteter Film, dessen Achse der schwachen Magnetisierung ⟨uv0⟩ ist und sich parallel zu seinen Hauptflächen erstreckt, ist.

Das Substrat der Vorrichtung ist aus Glas, Metall, einem magnetischen Material, einem piezoelektrischen Material, einem magnetostriktiven Material u. dgl. hergestellt. Wenn das Substrat magnetoelastische Wellen anregen soll, muß das Substrat entweder aus einem piezoelektrischen Material (beispielsweise LiNbO₃, ZnO usw.) hergestellt oder mit einem Film eines piezoelektrischen Materials bedeckt sein. Falls das Substrat nicht ein piezoelektrisches Material ist, kann die gleiche Wirkung durch ein piezoelektrisches Material abgeleitet werden, das über dem magnetostriktiven Film ausgebildet ist, der über dem Substrat vorgesehen ist.

Der magnetostriktive Film ist ein ausgerichteter Film, der aus einem Einkristall oder einem polykristallinen Material hergestellt ist, weist eine Achse der schwachen Magnetisierung mit ⟨uv0⟩ auf, wie beispielsweise eine Achse ⟨100⟩, wobei "u" und "v" von "0" verschieden sind, und die Achse der schwachen Magnetisierung erstreckt sich parallel zu seinen Hauptflächen. Der magnetostriktive Film sollte vorzugsweise aus einem Material hergestellt sein, das eine niedrige magnetische Anisotropie aufweist und aus kubischen Kristallen gebildet ist, eine gute Kristallsymmetrie zeigen.

Vorzugsweise haben die λ₁₀₀-, λ₁₁₀- und λ₁₁₁-Kristalle dieses Materials ein Magnetostriktionsverhältnis von 10 oder weniger. Je kleiner der Magnetostriktionswert des Filmes ist, desto geringer ist die Wirksamkeit der Magnetfeldmodulation. Damit sollte der Film besser eine "Super"-Magnetostriktion zeigen, d. h. eine Magnetostriktion von 100×10^-6 oder mehr. Magnetoelastische Wellen können sich in jeder Richtung unter einem Winkel von 0° bis 90° zur Achse der schwachen Magnetisierung ausbreiten.

Das magnetostriktive Material ist eine Laves-Typ-Verbindung auf der Basis Seltenerde-Eisen, ein künstlicher Gitterfilm aus einem Seltenerde-Element (oder einer Legierung hiervon) und einem Übergangsmaterial (oder einer Legierung hiervon) oder ein zusammengesetztes oder mehrlagiges Material aus einem Seltenerde-Metall (oder einer Legierung hiervon) und Oxid, Borid oder Nitrid. Insbesondere werden durch folgende allgemeinen Formeln gegebene Seltenerde-Eisen-Kobalt-Legierungen bevorzugt:

• 1. Formel (Verhältnis in Atomgewicht) R (Co_1-xFe_x)_z
  mit 0,001x0,8
  0,2z10R: wenigstens ein Element, das aus der aus Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb und Lu bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
• 2. Formel (Verhältnis in Atomgewicht) R (Co_1-xFe_x)_z
  mit 0,001x0,8
  0,2z10R: wenigstens ein Element, das aus der aus Y, und einem Seltenerde-Element bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

Auch ist das magnetostriktive Material vorzugsweise eine Seltenerde-Kobalt-Legierung, das eine "super"-magnetostriktive Legierung ist und dessen Achse der schwachen Magnetisierung im wesentlichen durch ⟨100⟩ oder ⟨110⟩ gegeben ist.

Wenn der Wert für z, der das Verhältnis in Atomgewicht zwischen dem Seltenerde-Element und dem Übergangsmetall bezeichnet, größer als 10 ist, kann das Material kaum eine "Super"-Magnetostriktion von 10^-4 oder mehr aufweisen. Wenn andererseits der Wert von z kleiner als 0,2 ist, kann keine wirksame Substitution von Eisen beobachtet werden. Vorzugsweise gilt 1,5z5. Wenn der Wert von x, der die Menge an substituierten Eisen bezeichnet, kleiner als 0,001 ist, wird keine wirksame Substitution von Eisen beobachtet. Wenn andererseits x größer als 0,8 ist, trägt Eisen (d. h. ein Übergangsmetall) zur Magnetostriktion zu stark bei, was zwangsläufig die Magnetostriktion umgekehrt proportional zur Temperatur vermindert. Vorzugsweise gilt 0,1x0,5.

Die Komponente (Co_1-xFe_x)_z kann durch eine Komponente (Co_1-x-yFe_xM_y)_z, ersetzt werden, wobei M durch Ni oder Mn gegeben ist. Das Element M sollte in einer solchen Menge substituiert werden, daß die Eigenschaften der anderen Elemente voll ausgenutzt werden können. Das heißt, y sollte gleich oder kleiner als 0,5 sein, so daß vorzugsweise y0,5 gilt.

Der ausgerichtete Film, der entweder polykristallin ist oder aus einem Einkristall besteht, kann kaum mittels gewöhnlichen Sputterns bzw. Zerstäubens (beispielsweise Gleichstrom-Sputtern, Magnetron-Sputtern o. dgl.) oder mittels gewöhnlicher Dampfabscheidung gebildet werden. Der Film sollte besser durch Molekularstrahl-Epitaxie, CVD (=chemische Dampfabscheidung), MO-CVD, Ionenstrahl-Sputtern, ECR-Plasmamethode, Cluster-Ionenstrahlmethode (Cluster=Klumpen) o. dgl. hergestellt werden. Wenn die Ionenstrahlmethode mit niederenergetischen Teilchen verwendet wird, wird ein Film mit guter Kristallinität und damit guter Wellenausbreitungseigenschaft erfolgreich gebildet.

Der Modulationsmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt kann eine Spule o. dgl. sein. Dieser Abschnitt ist nahe bei dem magnetostriktiven Film vorgesehen, so daß das Modulationsmagnetfeld wirksam an den Film gelegt wird. Die Eigenschaften des magnetostriktiven Materials, wie beispielsweise seine Linearität, hängen von dem an dem Film liegenden Vorspann-Magnetfeld ab. Damit kann die magnetoelastische Wellenvorrichtung eine Einrichtung zum Anlegen eines Vorspann-Magnetfeldes derart aufweisen, daß das Modulationsmagnetfeld am Film zu einer gewünschten Zeit liegt. Die Einrichtung zum Anlegen des Vorspann-Magnetfeldes kann entweder getrennt von dem Modulationsmagnet-Erzeugungsabschnitt vorgesehen oder in diesem enthalten sein.

Der Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt und der Wellen-Empfangsabschnitt haben beide einen Interdigitalwandler des Typs, der gewöhnlich in elastischen Wellenvorrichtungen verwendet wird.

Wegen ihrer oben beschriebenen spezifischen Struktur kann die erfindungsgemäße magnetoelastische Wellenvorrichtung wirksam elastische Wellen ausbreiten und wirksam ein Modulationsmagnetfeld anlegen. Die Vorrichtung hat einen Ausbreitungsverlust von lediglich 10 dB oder weniger und kann die Schallgeschwindigkeit um 10% Dämpfung oder mehr für elastische Wellen mit einer Frequenz, die in das 100 MHz-Band bis GHz-Band fällt, verändern. Zusätzlich kann eine derart große Änderung in der Schallgeschwindigkeit erreicht werden, indem ein Modulationsmagnetfeld einer relativ niedrigen Stärke an den magnetostriktiven Film angelegt wird.

Wie aus den obigen Erläuterungen zu ersehen ist, kann die erfindungsgemäße magnetoelastische Wellenvorrichtung die Schallgeschwindigkeit durch Anlegen eines Modulationsmagnetfeldes geringer Stärke verändern, was mit den herkömmlichen elastischen Wellenvorrichtungen nicht zu erreichen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher als ein Tuner in jedem Gerät, das einen Tuner erfordert, wie beispielsweise als ein abstimmbares Filter, verwendet werden. Daher kann sie zum Aufbau neuartiger elektronischer Schaltungen für Kommunikationsgeräte beitragen, was stark die Kommunikationsindustrie fördert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1A einen Teilabschnitt einer magnetoelastischen Wellenvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 1B ein Diagramm mit dem Wellenerzeugungsabschnitt und dem Wellenempfangsabschnitt, die beide in der in Fig. 1A dargestellten Vorrichtung enthalten sind,

Fig. 2A einen Schnitt einer magnetoelastischen Wellenvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2B ein Diagramm mit der Mäander-Elektrode, die in der in Fig. 2A dargestellten Vorrichtung verwendet wird,

Fig. 3A einen Schnitt einer magnetoelastischen Wellenvorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich durch Dünnfilmkomponenten auszeichnet,

Fig. 3B einen Schnitt einer magnetoelastischen Wellenvorrichtung nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich durch Dünnfilmkomponenten und einen die Ränder der Dünnfilme bedeckenden weichen Magnetfilm auszeichnet,

Fig. 4A eine Draufsicht einer magnetoelastischen Wellenvorrichtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und

Fig. 4B einen Schnitt entlang einer Linie 4B-4B in Fig. 4A der Vorrichtung von Fig. 4A.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1A zeigt eine magnetoelastische Wellenvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in Fig. 1A dargestellt ist, umfaßt die magnetoelastische Wellenvorrichtung ein Substrat 10, einen magnetostriktiven Film 20, der auf dem Substrat 10 ausgebildet ist, einen Wellenerzeugungsabschnitt 40, der auf einem Endteil des Filmes 20 angebracht ist, einen Wellenempfangsabschnitt 50, der auf dem anderen Endteil des Filmes 20 befestigt ist und dem Abschnitt 40 gegenüberliegt, einen Modulationsmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt 50, der das Substrat 10 umgibt, und einen Vorspannmagnetfeld- Erzeugungsabschnitt 60 nahe den beiden Seiten des Substrates 10.

Wie in der Fig. 1B gezeigt ist, können die Abschnitte 40 und 50 jeweils ein Interdigitalwandler sein. Die Abschnitte 50 und 60, die eine Spule bzw. einen Dauermagneten umfassen, können weggelassen werden.

Im Betrieb regt der Wellenerzeugungsabschnitt 30 den magnetostriktiven Film 20 an, wodurch der Film 20 Oberflächenwellen erzeugt. Der Wellenempfangsabschnitt 40 erfaßt die Oberflächenwellen und setzt diese in elektrische Signale um. Das Substrat 10 kann aus einem piezoelektrischen Material oder einem magnetostriktiven Material hergestellt sein, und es kann daher direkt die durch den magnetostriktiven Film 20 erzeugten Oberflächenwellen anregen. Der Vorspannmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt 60 moduliert den magnetostriktiven Film 20, um dadurch den Arbeitspunkt der magnetoelastischen Wellenvorrichtung zu bestimmen. Der Modulationsmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt 50, der eine Spule umfaßt, kann ein Vorspannmagnetfeld erzeugen, wenn eine Gleichstromkomponente an ihm anliegt. Damit kann der Vorspannmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt 60 weggelassen werden.

Ein durch den Abschnitt 50 erzeugtes Modulationsmagnetfeld 52, ein durch den Abschnitt 50 oder 60 erzeugtes Vorspannmagnetfeld 62 und die durch den Film 20 erzeugten magnetoelastischen Wellen können sich in jeder Richtung ausbreiten. Dennoch ist es wünschenswert, daß sich alle diese Wellen parallel zu dem magnetostriktiven Film 20 ausbreiten.

Fig. 2A zeigt eine magnetoelastische Wellenvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die meisten Bauteile dieser Vorrichtung sind identisch zu denjenigen der in Fig. 1A gezeigten Vorrichtung, so daß die gleichen Bezugszeichen in Fig. 2A nicht näher in Einzelheiten beschrieben werden. Die Vorrichtung zeichnet sich unter zwei Gesichtspunkten aus. Zunächst sind, wie in Fig. 2A gezeigt ist, der Wellenerzeugungsabschnitt 30 und der Wellenempfangsabschnitt 40 beide auf dem magnetostriktiven Film 20 und nicht auf dem Substrat 10 angebracht. Sodann können die Abschnitte 30 und 40 jeweils eine Mäander-Elektrode des in Fig. 2B dargestellten Typs umfassen.

Fig. 3A zeigt eine magnetoelastische Wellenvorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in Fig. 3A dargestellt ist, umfaßt diese Vorrichtung ein Substrat 10, einen auf dem Substrat 10 gebildeten Vorspannmagnetfeld- Erzeugungsabschnitt 60, einen auf dem Abschnitt 60 gebildeten ersten Isolationsfilm 70, einen auf dem ersten Isolationsfilm 70 gebildeten Modulationsmagnetfeld- Erzeugungsabschnitt 50, einen auf dem Abschnitt 70 gebildeten zweiten Isolationsfilm 70, einen auf dem zweiten Isolationsfilm 70 gebildeten magnetostriktiven Film 20, einen auf dem Film 20 gebildeten piezoelektrischen (magnetostriktiven) Film 25, einen auf einem Endteil des Filmes 25 befestigten Wellenerzeugungsabschnitt 30 und einen auf dem Endteil des Filmes 25 befestigten Wellenempfangsabschnitt 40. Wie aus der Fig. 3A hervorgeht, sind die Abschnitte 50 und 60 Schichten. Der Abschnitt 50 umfaßt eine planare oder ebene Spule, und der Abschnitt 60 umfaßt eine planare oder ebene elektromagnetische Spule.

Der Abschnitt 50 ist elektrisch von dem Abschnitt 60 durch den ersten Isolationsfilm 70 und auch von dem magnetostriktiven Film 20 durch den zweiten Isolationsfilm 70 isoliert. Der magnetostriktive Film 20 und der Vorspannmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt 60 können aus isolierendem Material hergestellt sein. Wenn sie elektrisch isolierend sind, können die Isolationsfilme 70 weggelassen werden.

Wie oben beschrieben wurde, ist der piezoelektrische (magnetostriktive) Film 25 auf dem magnetostriktiven Film 20 gebildet, und eine Oberflächenwelle wird über den piezoelektrischen Film erzeugt. Statt dessen kann der Wellenerzeugungsabschnitt 30 direkt auf dem Film 20 angebracht sein, um damit Oberflächenwellen über dem magnetostriktiven Film 20 gerade in der gleichen Weise zu erzeugen wie dies in Fig. 1A gezeigt ist.

Bei der in Fig. 3A dargestellten magnetoelastischen Wellenvorrichtung ist es schwierig, das durch den Abschnitt 60 erzeugte Magnetfeld in einer Richtung parallel zur Oberfläche des magnetostriktiven Filmes 20 anzulegen. Fig. 3B zeigt eine magnetoelastische Wellenvorrichtung, die ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist und die derart ausgelegt ist, daß sich das Magnetfeld des Abschnittes 60 parallel zur Oberfläche des magnetostriktiven Films 20 erstreckt. Das heißt, wie in Fig. 3B gezeigt ist, bedeckt ein weicher Magnetfilm 80 die Ränder des Filmes 20, des Abschnittes 50 und des Abschnittes 60, um so magnetisch den Film 20 und den Abschnitt 60 zu koppeln. Damit liegt das Magnetfeld, das der Abschnitt erzeugt, parallel zur Oberfläche des magnetostriktiven Filmes 20.

In den in den Fig. 3A und 3B gezeigten Vorrichtungen ist es wünschenswert, daß der Modulationsmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt 50 eine Mäanderspule des in der Fig. 2B dargestellten Typs anstelle einer planaren oder ebenen Spule aufweist. Wenn der Abschnitt 50 eine planare oder ebene Spule umfaßt, erzeugt er ein Modulationsmagnetfeld, das sich rechtwinklig zur Oberfläche des magnetostriktiven Films 20 erstreckt. Wenn dagegen der Abschnitt 50 eine Mäanderspule umfaßt, so erzeugt er ein Modulationsmagnetfeld, das sich parallel zur Oberfläche des Filmes 20 ausdehnt.

In der Vorrichtung von Fig. 3A und in der Vorrichtung von Fig. 3B sind der Modulationsmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt 50 und der Vorspannmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt 60 beide auf dem Substrat 10 übereinander ausgebildet. Erfindungsgemäß können diese Abschnitte 50 und 60 in der gleichen Ebene gebildet sein, wie dies in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist.

Die Fig. 4A und 4B zeigen eine magnetoelastische Wellenvorrichtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie aus diesen Figuren zu ersehen ist, umfaßt diese Vorrichtung ein Substrat 10, einen Isolationsfilm 70, der auf dem Substrat 10 gebildet ist, einen magnetostriktiven Film 20, der auf einem Teil des Filmes 70 gebildet ist, einen Wellenerzeugungsabschnitt 30, der auf einem Endteil des Filmes 20 angebracht ist, einen Wellenempfangsabschnitt 40, der auf dem anderen Endteil des Filmes 20 befestigt ist, einen auf einem Teil des Filmes 70 angebrachten und dem magnetostriktiven Film 20 gegenüberliegenden dünnen Magneten 90 und zwei Joche 95, die aus einem weichen magnetischen Material, wie beispielsweise einer Legierung auf amorpher Basis, bestehen, auf dem Isolationsfilm 70 ausgebildet sind und einander gegenüberliegen. Jedes Joch 95 verbindet elektrisch den Film 20 und den dünnen Magneten 90, so daß der Magnet 90 ein Vorspannmagnetfeld an den magnetostriktiven Film 20 anlegt.

Wie aus der Fig. 4B zu ersehen ist, liegt ein Modulationsmagnetfeld- Erzeugungsabschnitt 50 mit einer Mäanderspule des in Fig. 2B gezeigten Typs unter dem magnetostriktiven Film 20, wobei sie von diesem durch den Isolationsfilm 70 isoliert ist. Der die Mäanderspule von dem Film 20 isolierende Isolationsfilm 70 muß nicht in der gleichen Weise wie in dem anhand der Fig. 3A erläuterten Ausführungsbeispiel gebildet werden.

Jedes oben beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung kann weiterhin einen Absorber zum Absorbieren überschüssiger magnetoelastischer Wellen, ein Bauteil zum Verhindern einer Reflexion von magnetoelastischen Wellen, einen Stützplatz zur Temperaturkompensation, eine Einrichtung zum Abschirmen externen Rauschens u. dgl. aufweisen, wobei alle diese Mittel von der Art sind, wie diese in herkömmlichen magnetoelastischen Vorrichtungen, wie beispielsweise akustische Oberflächenwellenfilter (SAW-Filter), eingesetzt werden.

Die Erfinder bauten eine magnetoelastische Wellenvorrichtung nach der Erfindung. Zuerst wurde eine Masse aus Gd_0,2Dy_0,8(Fe_0,2Co_0,8)₂ vorbereitet und in eine Legierung in einem Hochfrequnez-Vakuumofen überführt. Die so erzeugte Legierung wurde zuerst in einem Plasmabogenofen und dann in einem Fließbandofen gefrischt oder aufbereitet. Die gefrischte Legierung wurde als Material für den magnetostriktiven Film verwendet.

Dann wurde ein Substrat vorbereitet. Das heißt, ein ⟨YZ⟩LiNbO_3P-Einkristall zum Ausbreiten von magnetoelastischen Wellen in Z-Achsenrichtung wurde einem Y-Achsen-Schneiden unterworfen. Die Schnittfläche des Einkristalles wurde poliert, wodurch die Oberflächenrauhigkeit auf einige Angström (10^-10m) vermindert wird, und dann gewaschen. Als Ergebnis wurde ein LiNbO₃-Substrat mit glatter und reiner Oberfläche erhalten.

Danach wurde auf dem Substrat ein hochkristalliner Film aus in einer ⟨100⟩-Ebene ausgerichteten Kristallen bestehender Film mittels der Legierung in einem Molekularstrahl- Epitaxie-Aufwachsgerät gebildet, in welchem ein Vakuum bei 10^-11 Torr gehalten ist. Der so erzeugte Film hatte eine Dicke von 5000 Angström (500 nm) und bestand aus kleinen Kristallen mit einem Durchmesser von einigen 10 bis einigen 100 Angström.

Zwei Interdigitalelektroden, eine für eine Eingangselektrode und die andere für eine Ausgangselektrode, wurden auf dem Substrat gebildet, um so eine magnetoelastische Wellenvorrichtung fertigzustellen. Die Vorrichtung wurde angesteuert, und es wurden magnetoelastische Wellen bei der Frequenz von 500 MHz erzeugt. Wenn ein Modulationsmagnetfeld einer niedrigen Stärke von etwa 10 Oe an den magnetostriktiven Film (im MHz-Band) gelegt wurde, so wurde die Schallgeschwindigkeit um 15% bis etwa 400 m/sec verändert. Die Dämpfung betrug nur etwa 5 dB. Das angelegte Vorspannmagnetfeld betrug 500 Oe.

Claims (15)

1. Magnetoelastische Wellenvorrichtung mit:
einem Substrat (10) mit einem ersten und einem zweiten Endteil;
gekennzeichnet durch
einen magnetostriktiven ausgerichteten Film (20), der über dem Substrat (10) gebildet ist und eine Achse einer schwachen Magnetisierung hat, die im wesentlichen eine ⟨100⟩-Achse oder eine ⟨110⟩-Achse ist und sich parallel zu den Hauptflächen des Filmes (20) erstreckt;
einen Wellenerzeugungsabschnitt (30), der über dem ersten Endteil des Substrates (10) befestigt ist, um eine magnetoelastische Welle zu erzeugen;
einen Wellenempfangsabschnitt (40), der über dem zweiten Endteil des Substrates (10) und gegenüber zu dem Wellenerzeugungsabschnitt (30) befestigt ist, wobei der magnetostriktive Film (20) zwischen dem Wellenerzeugungsabschnitt (30) und dem Wellenempfangsabschnitt (40) gelegen ist; und
einen Modulationsmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt (50) zum Erzeugen eines Modulationsmagnetfeldes, das an den magnetostriktiven Film (20) zu legen ist.

2. Magnetoelastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenerzeugungsabschnitt (30) und der Wellenempfangsabschnitt (40) auf dem magnetostriktiven Film (20) gebildet sind.

3. Magnetoelastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) entweder aus einem piezoelektrischen Material oder einem magnetostriktiven Material hergestellt ist.

4. Magnetoelastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch entweder einen piezoelektrischen oder einen magnetostriktiven Film, die über dem Substrat (10) gebildet sind.

5. Magnetoelastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenerzeugungsabschnitt (30) und der Wellenempfangsabschnitt (40) über dem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Film gelegen sind.

6. Magnetoelastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetostriktive Film (20) aus einer Seltenerde-Eisen-Kobalt-Legierung hergestellt ist.

7. Magnetoelastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetostriktive Film aus einem Material hergestellt ist, das durch die folgende allgemeine Formel festgelegt ist: R (Co_1-xFe_x)_z
mit 0,001x0,8
0,2z10R: wenigstens ein Element ausgewählt aus der aus Y und einem Seltenerde-Element bestehenden Gruppe.

8. Magnetoelastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Vorspannmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt (60) zum Anlegen eines Vorspannmagnetfeldes an den magnetostriktiven Film (20).

9. Magnetoelastische Wellenvorrichtung mit:
einem Substrat (10);
einem Modulationsmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt (50), der über dem Substrat (10) gelegen ist;
einem auf dem Modulationsmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt (50) gebildeten Isolationsfilm (70);
einem auf dem Isolationsfilm (70) gebildeten magnetostriktiven Film (20);
einem Wellenerzeugungsabschnitt (30), der auf dem magnetostriktiven Film (20) befestigt ist; und
einem Wellenempfangsabschnitt (40), der auf dem magnetostriktiven Film (20) befestigt ist und dem Wellenerzeugungsabschnitt (30) gegenüberliegt.

10. Magnetoelastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Vorspannmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt (60) zum Anlegen eines Vorspannmagnetfeldes an den magnetostriktiven Film (20).

11. Magnetoelastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen Film (25).

12. Magnetoelastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Film (25) aus einem magnetostriktiven Material hergestellt ist.

13. Magnetoelastische Wellenvorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen weichen magnetischen Film (80), der den Rand des Vorspannmagnetfeld-Erzeugungsabschnittes (60), den Rand des Modulationsmagnetfeld-Erzeugungsabschnittes (50), den Rand des Isolationsfilmes (70) und den Rand des magnetostriktiven Filmes (20) überdeckt.

14. Magnetoelastische Wellenvorrichtung mit:
einem Substrat (10) mit ersten und zweiten Teilen;
einem magnetostriktiven ausgerichteten Film (20), der über dem Substrat (10) gebildet ist und eine Achse einer leichten Magnetisierung hat, die im wesentlichen eine ⟨uv0⟩-Achse ist und sich parallel zu den Hauptflächen des magnetostriktiven Filmes (20) erstreckt;
einem Wellenerzeugungsabschnitt (30), der auf dem ersten Endteil des Substrates (10), befestigt ist;
einem Wellenempfangsabschnitt (40), der auf dem zweiten Endteil des Substrates (10) befestigt ist und dem Wellenerzeugungsabschnitt (30) gegenüberliegt, wobei der magnetostriktive Film (20) zwischen dem Wellenerzeugungsabschnitt (30) und dem Wellenempfangsabschnitt (40) gelegen ist; und
einem Modulationsmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt (50) zum Anlegen eines Modulationsmagnetfeldes an den magnetostriktiven Film (20).

15. Magnetoelastische Wellenvorrichtung mit:
einem Substrat (10) mit ersten und zweiten Endteilen;
einem magnetostriktiven ausgerichteten Film (20), der über dem Substrat (10) ausgebildet ist und eine Achse einer schwachen Magnetisierung hat, die im wesentlichen eine ⟨uv0⟩-Achse ist und sich parallel zu den Hauptflächen des magnetostriktiven Filmes (20) erstreckt, und der aus einem Material hergestellt ist, das durch die folgende allgemeine Formel gegeben ist: R (Co_1-xFe_x)_z
mit 0,001x0,8
0,2z10R: wenigstens ein Element, das aus der aus Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb und Lu bestehenden Gruppe ausgewählt ist;
einem Wellenerzeugungsabschnitt (30), der auf dem ersten Endteil des Substrates (10) befestigt ist;
einem Wellenempfangsabschnitt (40), der auf dem zweiten Endteil des Substrates (10) befestigt ist und dem Wellenerzeugungsabschnitt (30) gegenüberliegt, wobei der magnetostriktive Film (20) zwischen dem Wellenerzeugungsabschnitt (30) und dem Wellenempfangsabschnitt (40) gelegen ist; und
einem Modulationsmagnetfeld-Erzeugungsabschnitt (50) zum Anlegen eines Modulationsmagnetfeldes an den magnetostriktiven Film (20).