圧電駆動型磁気光学効果を用いた超高速空間光多値変調マイクロデバイス

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14040213
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 井上 光輝 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (90159997)
• 研究分担者: 西村 一寛 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (60343216)
• キーワード: 空間光変調器(SLM) / 磁気光学空間光変調器(MOSLM) / PZT薄膜 / 圧電駆動型MOSLM / ゾルゲル法

研究概要

PZT圧電薄膜を用いて電圧により直接磁化を駆動する電圧駆動型磁気光学空間光変調デバイス(Magneto-Optic Spatial Light Modulator : MOSLM)の開発を行った。これは、磁性ガーネット上にPZT圧電薄膜を形成し、PZTに電圧を印加することで発生する歪を介してガーネット内の磁化方位を制御しようとするものである。
圧電駆動型MOSLMの原理の証明として、ゾルゲル法によるPZT薄膜の作製を試みた。Pt下地層を用いることで高配向した(111)PZT膜を作製し、実際に5×5ピクセルをもつMOSLMでの駆動を行った。Pt薄膜はPZT駆動用の電極としても動作する。PZT薄膜の厚さは約700nmであった。PZT駆動用の上部電極にはAlを用いた。この素子の特定ピクセル電極に、ピーク値8V、周波数10MHzのパルス状電圧を印加することでピクセルの磁化の反転を確認した。
この結果を元に、様々な膜厚、構造等についてのコンピュータ・シミュレーションによる解析を行う事によって、電流損失が少なく、製作しやすい構造を明らかにすることを目的として以下を有限要素シミュレーションによって行った。
(1)電極幅は、減少にともない応力の集中が行われることがわかり電極幅5μmで応力の極大値が得られることを導き出した。
(2)電圧大きさは、圧電現象は理論的には電圧と圧電体の変位量は比例関係のため電圧とストレスが比例関係であることが確認できた。
(3)圧電膜厚は、理論的には変位量と電界は比例関係となり、電界は距離の2乗に反比例するため膜厚の増加に伴ないストレスの減少を伴なう。
(4)電極膜厚は、電極幅の増加とともにストレスの減少が生じている。これは、電極幅が大きくなるほど電極の硬化が生じるため、圧電膜の固定およびGarnetまでの応力が減少するためであると考察される。
(5)最小電力は、電極の減少にともない電力の減少を生じている。
今後は、この解析結果を元にMOSLMを試作し、更にピクセル数の多いMOSLMを試作し構造解析、駆動速度を検討していく予定である。

研究成果

• [文献書誌] J.H.Park, H.Takagi, J.H.Park, J.K.Cho, K.Nishimura, H.Uchida, M.Inoue: "Novel Magneto-optic spatial light modulators driven by an electric field"J.Appl.Phys.. (in press). (2003)
• [文献書誌] J.H.Park, H.Takagi, D.H.Lee, J.K.Cho, K.Nishimura, H.Uchida, M.Inoue: "Magnetic softening of switching field of magnetic garnet films by controlling groove depth"J.Appl.Phys.. (in press). (2003)
• [文献書誌] J.H.Park, H.Takagi, J.H.Park, J.K.Cho, K.Nishimura, H.Uchida, M.Inoue: "Magneto-optic spatial light modulator array fabricated by IR annealing"Jpn.J.Appl.Phys.. (in press). (2003)
• [文献書誌] J.H.Park, M.Inoue, J.K.Cho, H.Uchida, K.Nishimura: "An optical micro-magnetic device : magnetic-spatial light modulator"Korean J. Magnetics. (in press). (2003)