YIG単結晶薄膜を用いたマイクロインダクタの超高周波特性とその理論的解析

YIG单晶薄膜微电感的超高频特性及理论分析

基本信息

批准号：
05452912
负责人：
山口正洋
金额：
--
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

近年半導体を始め種々の電子デバイスの集積化が著しく進歩し、電子機器の小型化・軽量化が急速に実現しつつある。しかしインダクタンスを含む回路は集積化から取り残されている。このような状況に対し、最近高性能磁性薄膜の研究も大きな進展を見せ、微細加工技術を併用して小型で高周波帯域で使用可能なマイクロインダクタの開発が試みられるようになってきた。本研究は優れた絶縁特性を有し、超高周波帯域でも高い透磁率を示すことで知られる化学量論的組成を持つYIG単結晶の薄膜を、GGG基板上に厚さ約50μm程度エピタキシャル成長させ、薄膜面上に直接銅の平面コイルを微細加工技術を駆使して構成することにより、超高周波帯でも高いインダクタンス値を示す新型のマイクロインダクタを実現するとともにその設計指針を明らかにし、更にこれに関連する測定技術、高周波解析技術等についても併せて開発することを目的とした。その結果、まず導体幅30μm、導体厚1μm、導体間隔20μmの15往復のつづら折れコイルを膜厚20μm以上のYIGでサンドイッチした構造の磁性薄膜インダクタでは1μHに匹敵する高いインダクタンスが得られることを明らかにした。これはつづら折れコイルを用いた薄膜インダクタとしては極めて大きな値である。次いで、薄膜インダクタ中の磁束分布を簡便に表示可能なT型及びπ型等価回路を導出し、YIG単結晶膜による磁性薄膜インダクタのみならず、合金磁性薄膜インダクタについても適用可能であることを実験との対比から確認した。最後に以上の結果に基づき、YIG単結晶薄膜を用いたマイクロインダクタにおける特性の理論限界を求め、1mm角の大きさで、インダクタンスが0.5μH、100MHzにおけるQが100以になるとの注目すべき予測結果を得た。以上のように本研究は、ほぼ所期の目的を達成することができた。

背景技术近年来，以半导体为代表的各种电子器件的集成化取得了显着的进步，电子设备迅速小型化、轻量化。然而，包含电感的电路已被排除在集成之外。针对这种情况，高性能磁性薄膜的研究最近取得了很大进展，并尝试利用微加工技术开发结构紧凑、可用于高频段的微电感器。在这项研究中，具有化学计量组成的YIG单晶薄膜在超高频波段外延生长至约50μm的厚度，该薄膜已知具有优异的绝缘性能，并且即使在超高频段也表现出高磁导率。 GGG基板。采用微加工技术，将铜平面线圈直接放置在薄膜表面上。通过使用该技术，我们将实现即使在超高频段也能表现出高电感值的新型微电感器，明确其设计准则，并开发相关的测量技术、高频分析技术等。是为了结果首先揭示了一种磁性薄膜电感器，其结构为将导体宽度为30μm、导体厚度为1μm、导体间距为20μm的绞合线圈夹在YIG薄膜之间，绕15圈。膜厚为20μm以上时，可以获得与1μH相当的高电感。对于使用扭绞线圈的薄膜电感器来说，这是一个非常大的值。接下来，我们推导了可以轻松显示薄膜电感器中磁通量分布的T型和π型等效电路，并通过实验证明它们不仅适用于由YIG单晶薄膜制成的磁性薄膜电感器也通过比较证实了这一点。最后，基于上述结果，我们找到了使用YIG单晶薄膜的微电感特性的理论极限，并做出了惊人的预测：1mm见方的电感为0.5μH，Q为100或在 100 MHz 下得到更多结果。如上所述，这项研究能够实现大部分预期目标。