CN108140726B - 磁电阻效应器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够利用磁电阻效应元件来实现高频滤波器的磁电阻效应器件。磁电阻效应器件的特征在于，包括：磁电阻效应元件、第一接口、第二接口、信号线路、直流电流输入端子、以及电容器，所述磁电阻效应元件包括磁化固定层、间隔层及磁化自由层，该磁化自由层的磁化方向是可变的，第一接口及第二接口通过信号线路连接，磁电阻效应元件以相对第二接口并联的方式连接于信号线路及地线，直流电流输入端子连接于信号线路，形成有包括磁电阻效应元件、信号线路、地线及直流电流输入端子的闭合电路，电容器在闭合电路与第一接口之间和闭合电路与第二接口之间中的至少一方通过信号线路与第一接口及第二接口串联连接。

Description

磁电阻效应器件
技术领域
本发明涉及一种利用磁电阻效应元件的磁电阻效应器件。
背景技术
近年，随着手机等移动通信终端的高功能化，无线通信越来越高速化。因为通信速度与所使用的频带成正比例，所以为通信所需的频带扩大，随之，移动通信终端所需的高频滤波器的安装数也增加。另外，近年，作为有可能能够应用于新颖的高频用部件的领域，展开了自旋电子学的研究，尤其引人注目的特有现象之一是磁电阻效应元件的自旋扭矩共振效应，该磁电阻效应元件具备隔着间隔层的磁化固定层和磁化自由层(参照非专利文献1)。通过使交流电流在该结构的磁电阻效应元件中流动，能够使磁电阻效应元件引起自旋扭矩共振，磁电阻效应元件的电阻值以与自旋扭矩共振频率对应的频率周期性地振动。磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率由于施加到磁电阻效应元件的磁场强度而发生变化，一般来说，其共振频率是几GHz至几十GHz的高频带。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Nature、Vol.438、No.7066、pp.339-342、17 November 2005
发明内容
发明要解决的问题
虽然想到了利用自旋扭矩共振效应将磁电阻效应元件应用于高频器件，但是为应用于高频滤波器所需的结构目前尚未见有相关研究。本发明的目的是提供一种能够利用磁电阻效应元件来实现高频滤波器的磁电阻效应器件。
用于解决问题的方案
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：本发明涉及的磁电阻效应器件的第一方面特征在于，包括：磁电阻效应元件、第一接口、第二接口、信号线路、直流电流输入端子、以及电容器，所述磁电阻效应元件包括磁化固定层、间隔层及磁化自由层，该磁化自由层的磁化方向是可变的，所述第一接口输入高频信号，所述第二接口输出高频信号，所述第一接口及所述第二接口通过所述信号线路连接，所述磁电阻效应元件以相对所述第二接口并联的方式连接于所述信号线路及地线，所述直流电流输入端子连接于所述信号线路，形成有包括所述磁电阻效应元件、所述信号线路、所述地线及所述直流电流输入端子的闭合电路，所述电容器在所述闭合电路与所述第一接口之间和所述闭合电路与所述第二接口之间中的至少一方通过所述信号线路与所述第一接口及所述第二接口串联连接。
根据上述特征的磁电阻效应器件，通过信号线路从第一接口对磁电阻效应元件输入高频信号，由此，能够使磁电阻效应元件引起自旋扭矩共振。由于自旋扭矩共振，磁电阻效应元件可作为其电阻值以对应于自旋扭矩共振频率的频率周期性地振动的元件而使用。由于该效应，对应于磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率附近的频率的元件阻抗减小。由于磁电阻效应元件以相对第二接口并联的方式连接于信号线路及地线，所以从第一接口输入的高频信号中磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率附近的频率的高频信号容易流向磁电阻效应元件，且难以流向第二接口。如上所述，能够以磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率附近的频率相对于第二接口截止从第一接口输入的高频信号。也就是说，具有上述特征的磁电阻效应器件能够具有作为高频滤波器的频率特性。
另外，从直流电流输入端子输入的直流电流在包括磁电阻效应元件、信号线路、地线及直流电流输入端子而形成的闭合电路中流动。通过该闭合电路，能够对磁电阻效应元件有效地施加直流电流。通过将该直流电流施加到磁电阻效应元件，使磁电阻效应元件的元件阻抗的变化量增加，因此，具有上述特征的磁电阻效应器件可起到截止特性和通过特性的范围大的高频滤波器的作用。
另外，因为通过信号线路与第一接口及第二接口串联连接的电容器能够阻止从直流电流输入端子施加的直流电流向第一接口或第二接口流出，所以在其他电子电路连接于第一接口或第二接口的情况下，能够防止直流电流混入其他电子电路。
另外，本发明涉及的磁电阻效应器件的第二方面特征在于，包括频率设定机构，该频率设定机构能够设定所述磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率。
具有上述特征的磁电阻效应器件能够将磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率设为任意的频率，因此，具有上述特征的磁电阻效应器件可起到任意的频带的滤波器的作用。
另外，本发明涉及的磁电阻效应器件的第三方面特征在于，所述频率设定机构是能够设定所述磁化自由层的有效磁场的有效磁场设定机构，能够改变所述有效磁场而改变所述磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率。
根据上述特征的磁电阻效应器件，能够可变地控制磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率，因此，具有上述特征的磁电阻效应器件可起到频率可变滤波器的作用。
另外，本发明涉及的磁电阻效应器件的第四方面特征在于，自旋扭矩共振频率彼此不同的多个所述磁电阻效应元件彼此并联连接。
根据上述特征的磁电阻效应器件，因为自旋扭矩频率彼此不同的多个磁电阻效应元件彼此并联连接，所以能够设置具有某个宽度的截止频带。
另外，本发明涉及的磁电阻效应器件的第五方面特征在于，多个所述磁电阻效应元件彼此并联连接，并且包括多个所述频率设定机构，以便可分别设定所述多个磁电阻效应元件的每个自旋扭矩共振频率。
根据上述特征的磁电阻效应器件，因为包括多个频率设定机构，以便可分别设定多个磁电阻效应元件的每个自旋扭矩共振频率，所以能够分别控制各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率。另外，因为多个磁电阻效应元件彼此并联连接，所以能够设置具有某个宽度的截止频带。
另外，本发明涉及的磁电阻效应器件的第六方面特征在于，自旋扭矩共振频率彼此不同的多个所述磁电阻效应元件彼此串联连接。
根据上述特征的磁电阻效应器件，因为自旋扭矩共振频率彼此不同的多个磁电阻效应元件彼此串联连接，所以能够设置具有某个宽度的截止频带。
另外，本发明涉及的磁电阻效应器件的第七方面特征在于，多个所述磁电阻效应元件彼此串联连接，而且包括多个所述频率设定机构，以便可分别设定所述多个磁电阻效应元件的每个自旋扭矩共振频率。
根据上述特征的磁电阻效应器件，因为包括多个频率设定机构，以便可分别设定多个磁电阻效应元件的每个自旋扭矩共振频率，所以能够分别控制各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率。另外，因为多个磁电阻效应元件彼此串联连接，所以能够设置具有某个宽度的截止频带。
另外，本发明涉及的磁电阻效应器件的第八方面特征在于，自旋扭矩共振频率彼此不同的所述多个磁电阻效应元件的俯视形状的纵横比彼此不同。在此，“俯视形状”是指在与构成磁电阻效应元件的各层的叠层方向垂直的平面观察到的形状。另外，“俯视形状的纵横比”是指以最小面积与磁电阻效应元件的俯视形状外接的长方形的长边长度与短边长度的比例。
根据上述特征的磁电阻效应器件，因为自旋扭矩共振频率彼此不同的多个磁电阻效应元件的俯视形状的纵横比彼此不同，所以可通过同一工序制作出自旋扭矩共振频率彼此不同的多个磁电阻效应元件。也就是说，因为能够使多个磁电阻效应元件的膜结构相同，所以能够一次成膜形成构成多个磁电阻效应元件的层。
另外，本发明涉及的磁电阻效应器件的第九方面特征在于，不存在通过所述信号线路与所述第一接口及所述第二接口串联连接的磁电阻效应元件。
根据上述特征的磁电阻效应器件，因为不存在通过信号线路与第一接口及第二接口串联连接的磁电阻效应元件，所以可防止因通过信号线路与第一接口和第二接口串联连接的磁电阻效应元件引起的损耗而导致的通过特性的恶化。由此，具有上述特征的磁电阻效应器件可起到在通过频带中具有良好通过特性的高频滤波器的作用。
发明效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够提供一种能够利用磁电阻效应元件来实现高频滤波器的磁电阻效应器件。
附图说明
图1是示出第一实施方式涉及的磁电阻效应器件的结构的截面示意图；
图2是示出第一实施方式涉及的磁电阻效应器件的频率与衰减量的关系的曲线图；
图3是示出第一实施方式涉及的磁电阻效应器件的频率与衰减量的关系的曲线图；
图4是示出第二实施方式涉及的磁电阻效应器件的结构的截面示意图；
图5是示出第二实施方式涉及的磁电阻效应器件的频率与衰减量的关系的曲线图；
图6是示出第三实施方式涉及的磁电阻效应器件的结构的截面示意图；
图7是第三实施方式涉及的磁电阻效应器件的俯视图；
图8是示出第三实施方式涉及的磁电阻效应器件的频率与衰减量的关系的曲线图；
图9是示出第四实施方式涉及的磁电阻效应器件的结构的截面示意图；
图10是示出第四实施方式涉及的磁电阻效应器件的频率与衰减量的关系的曲线图；
图11是示出第五实施方式涉及的磁电阻效应器件的结构的截面示意图；
图12是第五实施方式涉及的磁电阻效应器件的俯视图；以及
图13是示出第五实施方式涉及的磁电阻效应器件的频率与衰减量的关系的曲线图。
具体实施方式
下面参照附图对用于实施本发明的优选实施方式作详细说明。本发明不局限于以下实施方式的内容。另外，以下记载的构成要素包括所属领域的普通技术人员容易想到的、实质上同一的、以及均等范围的要素。另外，可以适当地组合以下记载的构成要素。此外，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以省略、置换或改变构成要素。
(第一实施方式)
图1是本发明的第一实施方式涉及的磁电阻效应器件100的截面示意图。磁电阻效应器件100包括磁电阻效应元件101、上部电极105、下部电极106、信号线路107、第一接口109a、第二接口109b、直流电流输入端子110、电容器111、以及作为频率设定机构的磁场供给机构112，所述磁电阻效应元件101包括磁化固定层102、间隔层103及磁化自由层104。第一接口109a及第二接口109b通过信号线路107连接，磁电阻效应元件101以相对第二接口109b并联的方式连接于信号线路107及地线108。直流电流输入端子110连接于信号线路107，与地线108连接的直流电流源113连接到直流电流输入端子110，由此，形成包括磁电阻效应元件101、信号线路107、地线108及直流电流输入端子110的闭合电路114。另外，电容器111在闭合电路114与第一接口109a之间和闭合电路114与第二接口109b之间通过信号线路107与第一接口109a及第二接口109b串联连接。另外，在磁电阻效应器件100中，不存在通过信号线路107与第一接口109a及第二接口109b串联连接的磁电阻效应元件。
第一接口109a是输入作为交流信号的高频信号的输入接口，第二接口109b是输出高频信号的输出接口。信号线路107通过上部电极105与磁电阻效应元件101电连接，从第一接口109a输入的高频信号的一部分输入到磁电阻效应元件101，一部分输出到第二接口109b。另外，衰减量(S21)，即高频信号从第一接口109a向第二接口109b通过时的电力比(输出电力/输入电力)的dB值，可以利用网路分析仪等高频测量仪器测量。
上部电极105和下部电极106具有作为一对电极的功能，并且在构成磁电阻效应元件101的各层的叠层方向上隔着磁电阻效应元件101配设。也就是说，上部电极105和下部电极106具有如下作为一对电极的功能，即，在与构成磁电阻效应元件101的各层的面交叉的方向上，例如与构成磁电阻效应元件101的各层的面垂直的方向(叠层方向)上，使信号(电流)流向磁电阻效应元件101。上部电极105和下部电极106优选由Ta、Cu、Au、AuCu、Ru、或这些材料的任何两个以上的膜构成。磁电阻效应元件101的一端(磁化自由层104一侧)通过上部电极105电连接于信号线路107，另一端(磁化固定层102一侧)通过下部电极106电连接于地线108。
另外，地线108起到参考电位的作用。信号线路107和地线108的形状优选规定为微带线(MSL)型或共面波导(CPW)型。在设计微带线形状或共面波导形状时，以信号线路107的特性阻抗和电路系统的阻抗相同的方式设计信号线路107的信号线宽度或离地线108的距离，从而使得信号线路107可成为传送损失少的传送线路。
直流电流输入端子110连接于信号线路107。直流电流源113连接到直流电流输入端子110，从而可对磁电阻效应元件101施加直流电流。在图1所示的磁电阻效应器件100中，磁电阻效应元件101以从直流电流输入端子110输入的直流电流在磁电阻效应元件101中从磁化自由层104流向磁化固定层102的方式配置。另外，也可以在直流电流输入端子110和直流电流源113之间串联连接用来切断高频信号的扼流圈(电感器)或电阻元件。
直流电流源113连接于地线108及直流电流输入端子110，并且从直流电流输入端子110对闭合电路114施加直流电流，该闭合电路114包括磁电阻效应元件101、信号线路107、地线108及直流电流输入端子110。直流电流源113例如由可变电阻器和直流电压源的组合电路构成，并且以可改变直流电流的电流值的方式构成。直流电流源113也可以由能够引起恒定直流电流的、固定电阻器与直流电压源的组合电路构成。
电容器111具有切断直流电流且使高频电流通过的功能。电容器111可以是贴片电容器或利用图案线路的电容器中的任何一种。电容器111的电容值优选为1μF以上。通过该电容器111，能够防止来自直流电流源113的直流电流泄漏到通过第一接口109a或第二接口109b连接于磁电阻效应器件100的其他电子电路，并可对磁电阻效应元件101有效地施加直流电流。另外，通过该电容器111，还能够保护磁电阻效应元件101免受从其他电子电路泄漏的不必要的直流电流。
磁场供给机构112配设在磁电阻效应元件101附近，可对磁电阻效应元件101施加磁场并设定磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率。例如，磁场供给机构112由能够利用电压或电流中的任一种可变地控制施加磁场强度的电磁铁型或带线型构成。另外，磁场供给机构112也可以由电磁铁型或带线型与仅供给恒定磁场的永磁铁的组合构成。另外，磁场供给机构112通过改变对磁电阻效应元件101施加的磁场，改变磁化自由层104中的有效磁场，从而能够改变磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率。
磁化固定层102由铁磁体材料构成，其磁化方向实质上被固定为一个方向。磁化固定层102优选由Fe、Co、Ni、Ni和Fe的合金、Fe和Co的合金或Fe、Co和B的合金等高自旋极化率材料构成。由此能够得到高磁电阻变化率。另外，磁化固定层102也可以由赫斯勒合金构成。另外，磁化固定层102的厚度优选为1至10nm。此外，为了固定磁化固定层102的磁化，也可以附加与磁化固定层102接触的反铁磁层。或者，也可以利用起因于结晶结构、形状等的磁各向异性来固定磁化固定层102的磁化。作为反铁磁层可以使用FeO、CoO、NiO、CuFeS2、IrMn、FeMn、PtMn、Cr或Mn等。
间隔层103配置在磁化固定层102和磁化自由层104之间，磁化固定层102的磁化和磁化自由层104的磁化相互作用而得到磁电阻效应。间隔层103可以是由导电体、绝缘体、半导体构成的层，或可以由在绝缘体中包括由导体构成的通电点的层而构成。
在作为间隔层103使用非磁性导电材料的情况下，作为其材料可以举出Cu、Ag、Au或Ru等，在磁电阻效应元件101中产生巨磁电阻(GMR)效应。在利用GMR效应的情况下，间隔层103的厚度优选为0.5至3.0nm左右。
在作为间隔层103使用非磁性绝缘材料的情况下，作为其材料可以举出Al2O3、MgO等，在磁电阻效应元件1a中产生隧道磁电阻(TMR)效应。通过调节间隔层103的厚度，以便在磁化固定层102和磁化自由层104之间产生相干隧道效应，可以获得高磁电阻变化率。在利用TMR效应的情况下，间隔层103的厚度优选为0.5至3.0nm左右。
在作为间隔层103使用非磁性半导体材料的情况下，作为其材料可以举出ZnO、In2O3、SnO2、ITO、GaOx或Ga2Ox等，间隔层103的厚度优选为1.0至4.0nm左右。
在作为间隔层103使用在非磁性绝缘体中包括由导体构成的通电点的层的情况下，优选采用在由Al2O3或MgO构成的非磁性绝缘体中包括由CoFe、CoFeB、CoFeSi、CoMnGe、CoMnSi、CoMnAl、Fe、Co、Au、Cu、Al或Mg等导体构成的通电点的结构。在此情况下，间隔层103的厚度优选为0.5至2.0nm左右。
磁化自由层104可利用外加磁场或自旋偏极电子改变其磁化方向，由铁磁材料构成。在作为磁化自由层104利用在膜面内方向上具有易磁化轴的材料的情况下，作为其材料可以举出CoFe、CoFeB、CoFeSi、CoMnGe、CoMnSi或CoMnAl等，磁化自由层104的厚度优选为1至10nm左右。在作为磁化自由层104利用在膜面法线方向上具有易磁化轴的材料的情况下，作为其材料可以举出Co、CoCr类合金、Co多层膜、CoCrPt类合金、FePt类合金、包含稀土类的SmCo类合金或TbFeCo合金等。此外，磁化自由层104也可以由赫斯勒合金构成。此外，也可以在磁化自由层104和间隔层103之间插入高自旋极化率材料层。由此能够得到高磁电阻变化率。作为高自旋极化率材料可以举出CoFe合金或CoFeB合金等。CoFe合金或CoFeB合金的任何一种的厚度都优选为0.2至1.0nm左右。
另外，也可以在上部电极105与磁电阻效应元件101之间及下部电极106与磁电阻效应元件101之间配设覆盖层、种子层或缓冲层。作为覆盖层、种子层或缓冲层可以举出Ru、Ta、Cu、Cr或这些材料的叠层膜等，这些层的厚度优选为2至10nm左右。
此外，关于磁电阻效应元件101的尺寸，在磁电阻效应元件101的俯视形状是长方形(包括正方形)的情况下，其长边优选为100nm左右或100nm以下。另外，在磁电阻效应元件101的俯视形状不是长方形的情况下，将以最小面积与磁电阻效应元件101的俯视形状外接的长方形的长边定义为磁电阻效应元件101的长边。在长边是100nm左右等小的情况下，能够实现磁化自由层104的磁区的单磁区化，并且能够实现高灵敏度的自旋扭矩共振现象。在此，“俯视形状”是指在与构成磁电阻效应元件的各层的叠层方向垂直的平面观察到的形状。
在此，对自旋扭矩共振现象进行说明。
在对磁电阻效应元件101输入与磁电阻效应元件101独有的自旋扭矩共振频率相同的频率的高频信号时，磁化自由层104的磁化以自旋扭矩共振频率振动。将该现象称为自旋扭矩共振现象。磁电阻效应元件101的元件电阻值根据磁化固定层102的磁化和磁化自由层104的磁化的相对角而确定。因此，自旋扭矩共振时的磁电阻效应元件101的电阻值随着磁化自由层104的磁化振动而周期性地变化。也就是说，磁电阻效应元件101可作为其电阻值以自旋扭矩共振频率周期性地变化的电阻振动元件而使用。另外，当对电阻振动元件输入与自旋扭矩共振频率相同的频率的高频信号时，各自的相位同步，且对该高频信号的阻抗减小。也就是说，磁电阻效应元件101可作为高频信号的阻抗由自旋扭矩共振现象以自旋扭矩共振频率减小的电阻元件而使用。
自旋扭矩共振频率因磁化自由层104的有效磁场而变化。磁化自由层104的有效磁场Heff通过使用施加到磁化自由层的外加磁场HE、磁化自由层104的各向异性磁场Hk、磁化自由层104的反磁场HD以及磁化自由层104的交换耦合磁场HEX表示为：Heff＝HE+Hk+HD+HEX。磁场供给机构112是有效磁场设定机构，通过对磁电阻效应元件101施加磁场并对磁化自由层104施加外加磁场HE，能够设定磁化自由层104的有效磁场Heff。作为有效磁场设定机构的磁场供给机构112通过改变对磁电阻效应元件101施加的磁场，能够改变磁化自由层104的有效磁场而改变磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率。如上所述，当改变对磁电阻效应元件101施加的磁场时，自旋扭矩共振频率发生变化。
另外，通过在自旋扭矩共振时对磁电阻效应元件101施加直流电流，自旋扭矩增加，振动的电阻值的振幅增加。通过振动的电阻值的振幅增加，磁电阻效应元件101的元件阻抗的变化量增加。另外，当改变被施加的直流电流的电流密度时，自旋扭矩共振频率发生变化。因此，能够通过改变来自磁场供给机构112的磁场或者通过改变来自直流电流输入端子110的施加直流电流来改变磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率。对磁电阻效应元件101施加的直流电流的电流密度优选比磁电阻效应元件101的振荡阈值电流密度小。磁电阻效应元件的振荡阈值电流密度是指：通过施加该值以上的电流密度的直流电流，磁电阻效应元件的磁化自由层的磁化以恒定频率及恒定振幅开始进动，磁电阻效应元件振荡(磁电阻效应元件的输出(电阻值)以恒定频率及恒定振幅变动)的阈值的电流密度。
从第一接口109a输入的高频信号的一部分通过磁电阻效应元件101流向地线108，剩余部分从第二接口109b输出。此时，由于自旋扭矩共振现象，在从第一接口109a输入的高频信号的高频成分中与磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率相同的频率成分、或者自旋扭矩共振频率附近的频率成分容易流向低阻抗状态的磁电阻效应元件101，因此难以输出到第二接口109b。如上所述，磁电阻效应器件100能够具有自旋扭矩共振频率附近的频率是截止频带的高频滤波器的功能。也就是说，磁电阻效应器件100成为带截止型的滤波器(带阻滤波器)。在此，在与磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率相同的频率或自旋扭矩共振频率附近的频率(截止频带的频率)中，磁电阻效应元件101的阻抗优选比连接于第二接口109b的其他电子电路的阻抗小。另外，在除自旋扭矩共振频率及自旋扭矩共振频率附近的频率之外的频率(通过频带的频率)中，磁电阻效应元件101的阻抗优选比连接于第二接口109b的其他电子电路的阻抗大。
在图2及图3中，示出表示输入到磁电阻效应器件100的高频信号的频率与衰减量的关系的曲线图。在图2及图3中，纵轴表示衰减量，横轴表示频率。图2是施加到磁电阻效应元件101的磁场为恒定时的曲线图。图2的描点曲线121表示从直流电流输入端子110施加于磁电阻效应元件101的直流电流值为I0时的曲线，描点曲线122表示从直流电流输入端子110施加到磁电阻效应元件101的直流电流值为I1(＞I0)时的曲线。另外，图3是施加到磁电阻效应元件101的直流电流为恒定时的曲线图。图3的描点曲线123是从磁场供给机构112施加的磁场强度是H0时的曲线，而描点曲线124是从磁场供给机构112施加的磁场强度是H1(＞H0)时的曲线。例如，如图2所示，在使从直流电流输入端子110施加到磁电阻效应元件101的直流电流值从I0增大为I1的情况下，随着电流值的变化，磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率附近的频率(截止频带的频率)的元件阻抗的降低量增加，由此，从第二接口109b输出的高频信号进一步减少，衰减量(衰减量的绝对值)增大。因此，磁电阻效应器件100能够实现截止特性和通过特性的范围大的高频滤波器。另外，当使直流电流值增大时，磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率从频率f0向频率f1，即低频一侧位移，且截止频带从频带120a向频带120b，即低频一侧位移。也就是说，磁电阻效应器件100还可起到能够改变截止频带的频率的高频滤波器的作用。
另外，例如，如图3所示，在使从磁场供给机构112施加的磁场强度从H0增强为H1的情况下，磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率从频率f2向频率f3，即高频一侧位移，且截止频带从频带120c向频带120d，即高频一侧位移。另外，改变磁场强度(磁化自由层104的有效磁场Heff)能够比改变直流电流值更大地使截止频带位移。也就是说，磁电阻效应器件100可起到能够改变截止频带的频率的高频滤波器的作用。
另外，因为随着施加到磁电阻效应元件101的外加磁场HE(磁化自由层104的有效磁场Heff)增大而磁电阻效应元件101的振动的电阻值的振幅变小，所以，优选地是，随着使施加到磁电阻效应元件101的外加磁场HE(磁化自由层104的有效磁场Heff)增大而使施加到磁电阻效应元件101的直流电流的电流密度增大。
如上所述，磁电阻效应器件100包括磁电阻效应元件101、第一接口109a、第二接口109b、信号线路107、直流电流输入端子110、以及电容器111，所述磁电阻效应元件101包括磁化固定层102、间隔层103及磁化自由层104，该磁化自由层104的磁化方向是可变的，第一接口109a及第二接口109b通过信号线路107连接，磁电阻效应元件101以相对第二接口109b并联的方式连接于信号线路107及地线108，直流电流输入端子110连接于信号线路107，形成有包括磁电阻效应元件101、信号线路107、地线108及直流电流输入端子110的闭合电路114，电容器111在闭合电路114与第一接口109a之间和闭合电路114与第二接口109b之间通过信号线路107与第一接口109a及第二接口109b串联连接。
因此，通过信号线路107从第一接口109a对磁电阻效应元件101输入高频信号，能够使磁电阻效应元件101引起自旋扭矩共振。通过自旋扭矩共振，磁电阻效应元件101可作为电阻值以对应于自旋扭矩共振频率的频率周期性地振动的元件而使用。由于该效应，对应于磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率附近的频率的元件阻抗减小。因为磁电阻效应元件101以相对第二接口109b并联的方式连接于信号线路107及地线108，所以从第一接口109a输入的高频信号中磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率附近的频率的高频信号容易流向磁电阻效应元件101，且难以流向第二接口109b。如上所述，能够以磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率附近的频率相对于第二接口109b截止从第一接口109a输入的高频信号。也就是说，磁电阻效应器件100能够具有作为高频滤波器的频率特性。
另外，从直流电流输入端子110输入的直流电流在包括磁电阻效应元件101、信号线路107、地线108及直流电流输入端子110而形成的闭合电路114中流动。通过该闭合电路114，能够对磁电阻效应元件101有效地施加直流电流。磁电阻效应元件101通过被施加该直流电流，自旋扭矩增加，且振动的电阻值的振幅增加。通过振动的电阻值的振幅增加，磁电阻效应元件101的元件阻抗的变化量增加，因此，磁电阻效应器件100可起到截止特性和通过特性的范围大的高频滤波器的作用。
为了加大截止特性和通过特性的范围，优选采用磁化自由层104在膜面法线方向上具有易磁化轴且磁化固定层102在膜面方向上具有易磁化轴的结构。
另外，因为通过信号线路107与第一接口109a及第二接口109b串联连接的电容器111能够阻止从直流电流输入端子110施加的直流电流向第一接口109a或第二接口109b流出，所以在其他电子电路连接于第一接口109a或第二接口109b的情况下，能够防止直流电流混入其他电子电路。
另外，通过改变从直流电流输入端子110施加的直流电流，能够可变地控制磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率，因此，磁电阻效应器件100可起到频率可变滤波器的作用。
另外，因为磁电阻效应器件100包括作为能够设定磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率的频率设定机构的磁场供给机构112，所以能够将磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率设为任意的频率。因此，磁电阻效应器件100可起到任意的频带的滤波器的作用。
另外，在磁电阻效应器件100中，磁场供给机构112是能够设定磁化自由层104的有效磁场的有效磁场设定机构，并能够通过改变磁化自由层104的有效磁场而改变磁电阻效应元件101的自旋扭矩共振频率，因此，磁电阻效应器件100可起到频率可变滤波器的作用。
另外，因为在磁电阻效应器件100中不存在通过信号线路107与第一接口109a及第二接口109b串联连接的磁电阻效应元件，所以可防止因通过信号线路107与第一接口109a和第二接口109b串联连接的磁电阻效应元件引起的损耗而导致的通过特性的恶化。由此，磁电阻效应器件100可起到在通过频带中具有良好通过特性的高频滤波器的作用。
另外，在第一实施方式中，以电容器111连接于闭合电路114与第一接口109a之间及闭合电路114与第二接口109b之间的双方为例进行了说明，但也可以采用电容器111只连接于上述任何一方的方式。即使在此情况下，也能够阻止从直流电流输入端子110施加的直流电流向第一接口109a或第二接口109b的任何一方流出。另外，在第一实施方式中，以在闭合电路114与第一接口109a之间及闭合电路114与第二接口109b之间各连接有一个电容器111为例进行了说明，但也可以在各处分别连接有多个电容器111。
(第二实施方式)
图4是本发明的第二实施方式涉及的磁电阻效应器件200的截面示意图。对于磁电阻效应器件200，主要说明与第一实施方式的磁电阻效应器件100不同的部分，并适当省略相同部分的说明。与第一实施方式的磁电阻效应器件100相同的要素使用相同的符号，并省略相同要素的说明。磁电阻效应器件200包括两个磁电阻效应元件101a、101b、上部电极105、下部电极106、信号线路107、第一接口109a、第二接口109b、直流电流输入端子110、电容器111、以及两个作为频率设定机构的磁场供给机构112a、112b，所述两个磁电阻效应元件101a及101b都包括磁化固定层102、间隔层103及磁化自由层104。两个磁电阻效应元件101a、101b的结构彼此相同，且两个磁电阻效应元件101a、101b在上部电极105与下部电极106之间彼此并联连接。磁场供给机构112a、112b的各自的结构与第一实施方式的磁场供给机构112的结构相同，且磁场供给机构112a对磁电阻效应元件101a施加磁场，磁场供给机构112b对磁电阻效应元件101b施加磁场。如上所述，磁电阻效应器件200包括作为频率设定机构的磁场供给机构112a、112b，以便可分别设定磁电阻效应元件101a、101b的每个自旋扭矩共振频率。第一接口109a及第二接口109b通过信号线路107连接，两个磁电阻效应元件101a及磁电阻效应元件101b以相对第二接口109b并联的方式连接于信号线路107及地线108。直流电流端子110连接于信号线路107，且与地线108连接的直流电流源113连接到直流电流输入端子110，由此，形成包括磁电阻效应元件101a、磁电阻效应元件101b、信号线路107、地线108及直流电流输入端子110的闭合电路214。从直流电流输入端子110输入的直流电流在闭合电路214中流动，对磁电阻效应元件101a和磁电阻效应元件101b施加直流电流。另外，电容器111在闭合电路214与第一接口109a之间和闭合电路214与第二接口109b之间通过信号线路107与第一接口109a及第二接口109b串联连接。
从第一接口109a输入的高频信号的一部分通过并联连接的磁电阻效应元件101a和磁电阻效应元件101b流向地线108，剩余部分从第二接口109b输出。此时，由于自旋扭矩共振现象，在从第一接口109a输入的高频信号的高频成分中与磁电阻效应元件101a或磁电阻效应元件101b的自旋扭矩共振频率相同的频率成分、或者磁电阻效应元件101a或磁电阻效应元件101b的自旋扭矩共振频率附近的频率成分容易流向其合成阻抗处于低阻抗状态的并联连接的磁电阻效应元件101a或磁电阻效应元件101b，因此难以输出到第二接口109b。也就是说，磁电阻效应器件200能够具有磁电阻效应元件101a或磁电阻效应元件101b的自旋扭矩共振频率附近的频率是截止频带的高频滤波器的功能。
在图5中，示出表示输入到磁电阻效应器件200的高频信号的频率与衰减量的关系的曲线图。在图5中，纵轴表示衰减量，横轴表示频率。例如，如图5所示，当将磁电阻效应元件101a的自旋扭矩共振频率设为fa，并将磁电阻效应元件101b的自旋扭矩共振频率设为fb时，在对磁电阻效应元件101b施加的磁场强度比对磁电阻效应元件101a施加的磁场强度大的情况下，fa＜fb。在此，因为两个磁电阻效应元件101a、101b彼此并联连接，所以当磁电阻效应元件101a及磁电阻效应元件101b中的至少一个由于自旋扭矩共振现象而成为低阻抗状态时，与磁电阻效应元件101a、101b双方都不产生自旋扭矩共振的情况相比，因为并联连接的磁电阻效应元件101a和磁电阻效应元件101b的合成阻抗变低，所以从第一接口109a输入的高频信号难以输出到第二接口109b。因此，如图5所示，调节各磁场供给机构112a、112b分别对磁电阻效应元件101a、101b施加的磁场强度，以使磁电阻效应元件101a的自旋扭矩共振频率fa附近的频率(图5所示的截止频带220a)的一部分与磁电阻效应元件101b的自旋扭矩共振频率fb附近的频率(图5所示的截止频带220b)的一部分重叠，由此，如图5所示，磁电阻效应器件200能够具有比第一实施方式的磁电阻效应器件100宽的截止频带(图5所示的截止频带220)。另外，通过改变对磁电阻效应元件101a、101b施加的直流电流，或通过改变各磁场供给机构112a、112b分别对磁电阻效应元件101a、101b的施加磁场，可任意改变其频带。由此，磁电阻效应器件200可起到能够任意改变截止频带的频率可变滤波器的作用。
如上所述，磁电阻效应器件200因为包括作为频率设定机构的磁场供给机构112a、112b，以便可分别设定磁电阻效应元件101a、101b的每个自旋扭矩共振频率，所以能够分别控制各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率。另外，因为磁电阻效应元件101a、101b彼此并联连接，所以能够使与各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率相同的多个频率附近的并联连接的多个磁电阻效应元件101a、101b的合成阻抗减小，从而能够设置具有某个宽度的截止频带220。另外，通过改变对磁电阻效应元件101a、101b施加的直流电流，或通过改变各磁场供给机构112a、112b分别对磁电阻效应元件101a、101b施加的磁场，可任意改变其频带。由此，磁电阻效应器件200可具备具有某个宽度的截止频带，起到能够任意改变通过频带的频率可变滤波器的作用。
另外，虽然在第二实施方式的磁电阻效应器件200中，两个磁电阻效应元件101a、101b彼此并联连接，且磁电阻效应器件200包括两个频率设定机构(磁场供给机构112a、112b)，以便可分别设定各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率，但也可以采用如下结构：三个以上的磁电阻效应元件彼此并联连接，且磁电阻效应器件包括三个以上的频率设定机构(磁场供给机构)，以便可分别设定各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率。在此情况下，能够进一步扩大截止频带的宽度。
另外，虽然在第二实施方式的磁电阻效应器件200中，两个磁电阻效应元件101a、101b的结构彼此相同，但多个磁电阻效应元件的结构也可以彼此不同。
(第三实施方式)
图6是本发明的第三实施方式涉及的磁电阻效应器件300的概略截面图。对于磁电阻效应器件300，主要说明与第一实施方式的磁电阻效应器件100不同的部分，并适当省略相同部分的说明。与第一实施方式的磁电阻效应器件100相同的要素使用相同的符号，并省略相同要素的说明。磁电阻效应器件300包括两个磁电阻效应元件301a、301b、上部电极105、下部电极106、信号线路107、第一接口109a、第二接口109b、直流电流输入端子110、电容器111、以及作为频率设定机构的磁场供给机构112，所述两个磁电阻效应元件301a、301b都包括磁化固定层102、间隔层103及磁化自由层104。磁电阻效应元件301a、301b在上部电极105与下部电极106之间彼此并联连接。在被施加了同一磁场及同一电流密度的直流电流的状态下，磁电阻效应元件301a、301b的自旋扭矩共振频率彼此不同。更具体而言，磁电阻效应元件301a、301b虽然膜结构彼此相同，且俯视形状都是长方形，但俯视形状的纵横比彼此不同。在此，“膜结构相同”是指构成磁电阻效应元件的各层的材料及膜厚度相同，并且各层的层叠顺序相同。另外，“俯视形状”是指在与构成磁电阻效应元件的各层的叠层方向垂直的平面观察到的形状。另外，“俯视形状的纵横比”是指以最小面积与磁电阻效应元件的俯视形状外接的长方形的长边长度与短边长度的比例。
第一接口109a及第二接口109b通过信号线路107连接，磁电阻效应元件301a及磁电阻效应元件301b以相对第二接口109b并联的方式连接于信号线路107及地线108。直流电流输入端子110连接于信号线路107，且与地线108连接的直流电流源113连接到直流电流输入端子110，由此，形成包括磁电阻效应元件301a、磁电阻效应元件301b、信号线路107、地线108及直流电流输入端子110的闭合电路314。从直流电流输入端子110输入的直流电流在闭合电路314中流动，对磁电阻效应元件301a和磁电阻效应元件301b施加直流电流。另外，电容器111在闭合电路314与第一接口109a之间和闭合电路314与第二接口109b之间通过信号线路107与第一接口109a及第二接口109b串联连接。
磁场供给机构112配设在磁电阻效应元件301a、301b附近，对磁电阻效应元件301a、301b同时施加同一磁场。另外，磁场供给机构112通过改变对磁电阻效应元件301a、301b施加的磁场，改变磁电阻效应元件301a、301b的磁化自由层104中的有效磁场，从而能够改变磁电阻效应元件301a、301b的自旋扭矩共振频率。
磁电阻效应元件301a、301b的膜结构与第一实施方式的磁电阻效应元件101相同。图7是磁电阻效应器件300的俯视图。如图7所示，磁电阻效应元件301a、301b的俯视形状的短边方向即Y方向的尺寸Y0相同，但磁电阻效应元件301a的俯视形状的长边方向即X方向的尺寸Xa与磁电阻效应元件301b的俯视形状的长边方向即X方向的尺寸Xb不同，为Xa＜Xb，因此，磁电阻效应元件301b的俯视形状的纵横比(Xb/Y0)比磁电阻效应元件301a的俯视形状的纵横比(Xa/Y0)大。当以对磁电阻效应元件施加了同一磁场及同一电流密度的直流电流的状态来考虑时，磁电阻效应元件的俯视形状的纵横比越大，磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率越高，因此，磁电阻效应元件301b的自旋扭矩共振频率fb比磁电阻效应元件301a的自旋扭矩共振频率fa高。如上所述，通过使多个磁电阻效应元件的俯视形状的纵横比彼此不同，即使膜结构彼此相同，也可使自旋扭矩共振频率彼此不同，因此，可通过同一成膜工序制作出自旋扭矩共振频率彼此不同的多个磁电阻效应元件。也就是说，因为能够使多个磁电阻效应元件的膜结构相同，所以能够一次成膜形成构成多个磁电阻效应元件的层。
从第一接口109a输入的高频信号的一部分通过并联连接的磁电阻效应元件301a和磁电阻效应元件301b流向地线108，剩余部分从第二接口109b输出。此时，由于自旋扭矩共振现象，在从第一接口109a输入的高频信号的高频成分中与磁电阻效应元件301a或磁电阻效应元件301b的自旋扭矩共振频率相同的频率成分、或者磁电阻效应元件301a或磁电阻效应元件301b的自旋扭矩共振频率附近的频率成分容易流向其合成阻抗处于低阻抗状态的并联连接的磁电阻效应元件301a或磁电阻效应元件301b，因此难以输出到第二接口109b。也就是说，磁电阻效应器件300能够具有磁电阻效应元件301a或磁电阻效应元件301b的自旋扭矩共振频率附近的频率是截止频带的高频滤波器的功能。
在图8中，示出表示输入到磁电阻效应器件300的高频信号的频率与衰减量的关系的曲线图。在图8中，纵轴表示衰减量，横轴表示频率。因为两个磁电阻效应元件301a、301b彼此并联连接，所以当磁电阻效应元件301a及磁电阻效应元件301b中的至少一个由于自旋扭矩共振现象而成为低阻抗状态时，与磁电阻效应元件301a、301b的双方都不产生自旋扭矩共振的情况相比，因为并联连接的磁电阻效应元件301a和磁电阻效应元件301b的合成阻抗变低，所以从第一接口109a输入的高频信号难以输出到第二接口109b。因此，如图8所示，当使磁电阻效应元件301a、301b的俯视形状的纵横比不同，以使磁电阻效应元件301a的自旋扭矩共振频率fa附近的频率(图8所示的截止频带320a)的一部分与磁电阻效应元件301b的自旋扭矩共振频率fb附近的频率(图8所示的截止频带320b)的一部分重叠时，如图8所示，磁电阻效应器件300能够具有比第一实施方式的磁电阻效应器件100宽的截止频带(图8所示的截止频带320)。
另外，通过改变对磁电阻效应元件301a、301b施加的直流电流，或通过改变磁场供给机构112对磁电阻效应元件301a、301b施加的磁场，可任意改变其频带。由此，磁电阻效应器件300可起到能够任意改变截止频带的频率可变滤波器的作用。
如上所述，磁电阻效应器件300因为自旋扭矩频率彼此不同的磁电阻效应元件301a、301b彼此并联连接，所以能够使与各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率相同的多个频率附近的并联连接的多个磁电阻效应元件301a、301b的合成阻抗减小，从而能够设置具有某个宽度的截止频带320。另外，通过改变对磁电阻效应元件301a、301b施加的直流电流，或通过改变磁场供给机构112对磁电阻效应元件301a、301b施加的磁场，可改变其截止频带的位置。由此，磁电阻效应器件300可具备具有某个宽度的截止频带，起到能够改变截止频带的位置的频率可变滤波器的作用。
另外，在磁电阻效应器件300中，因为磁电阻效应元件301a、301b的俯视形状的纵横比彼此不同，所以可通过同一工序制作出自旋扭矩共振频率彼此不同的多个磁电阻效应元件301a、301b。也就是说，因为能够使多个磁电阻效应元件的膜结构相同，所以能够一次成膜形成构成多个磁电阻效应元件301a、301b的层。
另外，虽然在第三实施方式的磁电阻效应器件300中，自旋扭矩共振频率彼此不同的两个磁电阻效应元件301a、301b彼此并联连接，但也可以采用自旋扭矩共振频率彼此不同的三个以上的磁电阻效应元件彼此并联连接的结构。在此情况下，能够进一步扩大截止频带的宽度。
另外，在第三实施方式的磁电阻效应器件300中，两个磁电阻效应元件301a、301b的膜结构彼此相同，但多个磁电阻效应元件的膜结构也可以彼此不同。在此情况下，也可以在使多个磁电阻效应元件的俯视形状的纵横比彼此相同的同时，使膜结构彼此不同，并使多个磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率彼此不同。
另外，在第三实施方式的磁电阻效应器件300中，磁场供给机构112对磁电阻效应元件301a、301b同时施加同一磁场，但也可以与第二实施方式同样地，具备用于对各磁电阻效应元件分别施加磁场的磁场供给机构。
(第四实施方式)
图9是本发明的第四实施方式涉及的磁电阻效应器件400的截面示意图。对于磁电阻效应器件400，主要说明与第一实施方式的磁电阻效应器件100不同的部分，并适当省略相同部分的说明。与第一实施方式的磁电阻效应器件100相同的要素使用相同的符号，并省略相同要素的说明。磁电阻效应器件400包括两个磁电阻效应元件101a、101b、上部电极105a、105b、下部电极106a、106b、信号线路107、第一接口109a、第二接口109b、直流电流输入端子110、电容器111、以及两个作为频率设定机构的磁场供给机构112a、112b，所述两个磁电阻效应元件101a及101b都包括磁化固定层102、间隔层103及磁化自由层104。上部电极105a和下部电极106a以隔着磁电阻效应元件101a的方式配置，而上部电极105b和下部电极106b以隔着磁电阻效应元件101b的方式配置。两个磁电阻效应元件101a、101b的结构彼此相同，且两个磁电阻效应元件101a、101b彼此串联连接。磁场供给机构112a、112b的各自的结构与第一实施方式的磁场供给机构112的结构相同，且磁场供给机构112a对磁电阻效应元件101a施加磁场，磁场供给机构112b对磁电阻效应元件101b施加磁场。如上所述，磁电阻效应器件400包括作为频率设定机构的磁场供给机构112a、112b，以便可分别设定磁电阻效应元件101a、101b的每个自旋扭矩共振频率。第一接口109a及第二接口109b通过信号线路107连接，串联连接的两个磁电阻效应元件101a及磁电阻效应元件101b以相对第二接口109b并联的方式连接于信号线路107及地线108。直流电流端子110连接于信号线路107，且与地线108连接的直流电流源113连接到直流电流输入端子110，由此，形成包括磁电阻效应元件101a、101b、信号线路107、地线108及直流电流输入端子110的闭合电路414。从直流电流输入端子110输入的直流电流在闭合电路414中流动，对磁电阻效应元件101a和磁电阻效应元件101b施加直流电流。另外，电容器111在闭合电路414与第一接口109a之间和闭合电路414与第二接口109b之间通过信号线路107与第一接口109a及第二接口109b串联连接。
从第一接口109a输入的高频信号的一部分通过串联连接的磁电阻效应元件101a及磁电阻效应元件101b流向地线108，剩余部分从第二接口109b输出。此时，由于自旋扭矩共振现象，在从第一接口109a输入的高频信号的高频成分中与磁电阻效应元件101a或磁电阻效应元件101b的自旋扭矩共振频率相同的频率成分、或者磁电阻效应元件101a或磁电阻效应元件101b的自旋扭矩共振频率附近的频率成分容易流向其合成阻抗处于低阻抗状态的串联连接的磁电阻效应元件101a、101b，因此难以输出到第二接口109b。也就是说，磁电阻效应器件400能够具有磁电阻效应元件101a或磁电阻效应元件101b的自旋扭矩共振频率附近的频率是截止频带的高频滤波器的功能。
在图10中，示出表示输入到磁电阻效应器件400的高频信号的频率与衰减量的关系的曲线图。在图10中，纵轴表示衰减量，横轴表示频率。例如，如图10所示，当将磁电阻效应元件101a的自旋扭矩共振频率设为fa，并将磁电阻效应元件101b的自旋扭矩共振频率设为fb时，在对磁电阻效应元件101b施加的磁场强度比对磁电阻效应元件101a施加的磁场强度大的情况下，fa＜fb。在此，因为两个磁电阻效应元件101a、101b彼此串联连接，所以当磁电阻效应元件101a及磁电阻效应元件101b中的至少一个由于自旋扭矩共振现象而成为低阻抗状态时，与磁电阻效应元件101a、101b的双方都不产生自旋扭矩共振的情况相比，由于串联连接的磁电阻效应元件101a和磁电阻效应元件101b的合成阻抗变低，所以从第一接口109a输入的高频信号难以输出到第二接口109b。因此，如图10所示，调节各磁场供给机构112a、112b分别对磁电阻效应元件101a、101b施加的磁场强度，以使磁电阻效应元件101a的自旋扭矩共振频率fa附近的频率(图10所示的截止频带420a)的一部分与磁电阻效应元件101b的自旋扭矩共振频率fb附近的频率(图5所示的截止频带420b)的一部分重叠，由此，如图10所示，磁电阻效应器件400能够具有比第一实施方式的磁电阻效应器件100宽的截止频带(图10所示的截止频带420)。另外，通过改变磁场供给机构112a、112b分别对磁电阻效应元件101a、101b施加的磁场，可任意改变其频带。由此，磁电阻效应器件400可起到能够任意改变截止频带的频率可变滤波器的作用。
如上所述，磁电阻效应器件400因为包括作为频率设定机构的磁场供给机构112a、112b，以便可分别设定磁电阻效应元件101a、101b的每个自旋扭矩共振频率，所以能够分别控制各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率。另外，因为磁电阻效应元件101a、101b彼此串联连接，所以能够使与各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率相同的多个频率附近的串联连接的多个磁电阻效应元件101a、101b的合成阻抗减小，从而能够设置具有某个宽度的截止频带420。另外，通过改变对磁电阻效应元件101a、101b施加的直流电流，或者通过改变磁场供给机构112a、112b分别对磁电阻效应元件101a、101b施加的磁场，可任意改变其频带。由此，磁电阻效应器件400可具备具有某个宽度的截止频带，起到能够任意改变截止频带的频率可变滤波器的作用。
另外，虽然在第四实施方式的磁电阻效应器件400中，两个磁电阻效应元件101a、101b彼此串联连接，且磁电阻效应器件400包括两个频率设定机构(磁场供给机构112a、112b)，以便可分别设定各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率，但也可以采用如下结构：三个以上的磁电阻效应元件彼此串联连接，且磁电阻效应器件包括三个以上的频率设定机构(磁场供给机构)，以便可分别设定各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率。在此情况下，能够进一步扩大截止频带的宽度。
另外，虽然在第四实施方式的磁电阻效应器件400中，两个磁电阻效应元件101a、101b的结构彼此相同，但多个磁电阻效应元件的结构也可以彼此不同。
(第五实施方式)
图11是本发明的第五实施方式涉及的磁电阻效应器件500的概略截面图。对于磁电阻效应器件500，主要说明与第一实施方式的磁电阻效应器件100不同的部分，并适当省略相同部分的说明。与第一实施方式的磁电阻效应器件100相同的要素使用相同的符号，并省略相同要素的说明。磁电阻效应器件500包括两个磁电阻效应元件501a、501b、上部电极105a、105b、下部电极106a、106b、信号线路107、第一接口109a、第二接口109b、直流电流输入端子110、电容器111、以及作为频率设定机构的磁场供给机构112，所述两个磁电阻效应元件501a及501b都包括磁化固定层102、间隔层103及磁化自由层104。上部电极105a和下部电极106a以隔着磁电阻效应元件501a的方式配置，而上部电极105b和下部电极106b以隔着磁电阻效应元件501b的方式配置。磁电阻效应元件501a、501b彼此串联连接。在被施加了同一磁场及同一电流密度的直流电流的状态下，磁电阻效应元件501a、501b的自旋扭矩共振频率彼此不同。更具体而言，磁电阻效应元件501a、501b的膜结构彼此相同，俯视形状都是长方形，但俯视形状的纵横比彼此不同。在此，“膜结构相同”是指构成磁电阻效应元件的各层的材料及膜厚度相同，并且各层的层叠顺序相同。另外，“俯视形状”是指在与构成磁电阻效应元件的各层的叠层方向垂直的平面观察到的形状。另外，“俯视形状的纵横比”是指以最小面积与磁电阻效应元件的俯视形状外接的长方形的长边长度与短边长度的比例。
第一接口109a及第二接口109b通过信号线路107连接，磁电阻效应元件501a及磁电阻效应元件501b以相对第二接口109b并联的方式连接于信号线路107及地线108。直流电流输入端子110连接于信号线路107，且与地线108连接的直流电流源113连接到直流电流输入端子110，由此，形成包括磁电阻效应元件501a、磁电阻效应元件501b、信号线路107、地线108及直流电流输入端子110的闭合电路514。从直流电流输入端子110输入的直流电流在闭合电路514中流动，对磁电阻效应元件501a和磁电阻效应元件501b施加直流电流。另外，电容器111在闭合电路514与第一接口109a之间和闭合电路514与第二接口109b之间通过信号线路107与第一接口109a及第二接口109b串联连接。
磁场供给机构112配设在磁电阻效应元件501a、501b附近，且对磁电阻效应元件501a、501b同时施加相同强度的磁场。另外，磁场供给机构112通过改变对磁电阻效应元件501a、501b施加的磁场，改变磁电阻效应元件501a、501b的磁化自由层104中的有效磁场，从而能够改变磁电阻效应元件501a、501b的自旋扭矩共振频率。
磁电阻效应元件501a、501b的膜结构与第一实施方式的磁电阻效应元件101相同。图12是磁电阻效应器件500的俯视图。如图12所示，磁电阻效应元件501a、501b的俯视形状的短边方向即Y方向的尺寸Y0相同，但磁电阻效应元件501a的俯视形状的长边方向即X方向的尺寸Xa与磁电阻效应元件501b的俯视形状的长边方向即X方向的尺寸Xb不同，为Xa＜Xb，因此，磁电阻效应元件501b的俯视形状的纵横比(Xb/Y0)比磁电阻效应元件501a的俯视形状的纵横比(Xa/Y0)大。当以对磁电阻效应元件施加了同一磁场及同一电流密度的直流电流的状态来考虑时，磁电阻效应元件的俯视形状的纵横比越大，磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率越高，因此，磁电阻效应元件501b的自旋扭矩共振频率fb比磁电阻效应元件501a的自旋扭矩共振频率fa高。如上所述，通过使多个磁电阻效应元件的俯视形状的纵横比彼此不同，即使膜结构彼此相同，也可以使自旋扭矩共振频率彼此不同，因此，可通过同一成膜工序制作出自旋扭矩共振频率彼此不同的多个磁电阻效应元件。也就是说，因为能够使多个磁电阻效应元件的膜结构相同，所以能够一次成膜形成构成多个磁电阻效应元件的层。另外，在磁电阻效应器件500中，磁电阻效应元件501a、501b彼此串联连接，关于与直流电流的流动方向垂直的截面的面积，磁电阻效应元件501a的面积比磁电阻效应元件501b的面积小，因此，关于被施加的直流电流的电流密度，磁电阻效应元件501a的电流密度比磁电阻效应元件501b的电流密度大。因此，在随着被施加的直流电流的电流密度增大，磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率降低的情况下，或者在磁电阻效应元件的俯视形状的纵横比的差异对磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率产生的影响比被施加的直流电流的电流密度的差异对磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率产生的影响大的情况下，磁电阻效应元件501a和磁电阻效应元件501b的俯视形状的纵横比彼此不同，由此，fa＜fb。
从第一接口109a输入的高频信号的一部分通过串联连接的磁电阻效应元件501a及磁电阻效应元件501b流向地线108，剩余部分从第二接口109b输出。此时，由于自旋扭矩共振现象，在从第一接口109a输入的高频信号的高频成分中与磁电阻效应元件501a或磁电阻效应元件501b的自旋扭矩共振频率相同的频率成分、或者磁电阻效应元件501a或磁电阻效应元件501b的自旋扭矩共振频率附近的频率成分容易流向其合成阻抗处于低阻抗状态的串联连接的磁电阻效应元件501a、501b，因此难以输出到第二接口109b。也就是说，磁电阻效应器件500能够具有磁电阻效应元件501a或磁电阻效应元件501b的自旋扭矩共振频率附近的频率是截止频带的高频滤波器的功能。
在图13中，示出表示输入到磁电阻效应器件500的高频信号的频率与衰减量的关系的曲线图。在图13中，纵轴表示衰减量，横轴表示频率。因为两个磁电阻效应元件501a、501b彼此串联连接，所以当磁电阻效应元件501a及磁电阻效应元件501b中的至少一个由于自旋扭矩共振现象而成为低阻抗状态时，与磁电阻效应元件501a、501b的双方都不产生自旋扭矩共振的情况相比，由于串联连接的磁电阻效应元件501a和磁电阻效应元件501b的合成阻抗变低，所以从第一接口109a输入的高频信号难以输出到第二接口109b。因此，如图13所示，当使磁电阻效应元件501a、501b的俯视形状的纵横比不同，以使磁电阻效应元件501a的自旋扭矩共振频率fa附近的频率(图13所示的截止频带520a)的一部分与磁电阻效应元件501b的自旋扭矩共振频率fb附近的频率(图13所示的截止频带520b)的一部分重叠时，如图13所示，磁电阻效应器件500能够具有比第一实施方式的磁电阻效应器件100宽的截止频带(图13所示的截止频带520)。
另外，通过改变对磁电阻效应元件501a、501b施加的直流电流，或者通过改变磁场供给机构112对磁电阻效应元件501a、501b施加的磁场，可任意改变其频带。由此，磁电阻效应器件500可起到能够任意改变截止频带的频率可变滤波器的作用。
如上所述，磁电阻效应器件500因为自旋扭矩频率彼此不同的磁电阻效应元件501a、501b彼此串联连接，所以能够使与各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率相同的多个频率附近的串联连接的多个磁电阻效应元件501a、501b的合成阻抗减小，从而能够设置具有某个宽度的截止频带520。另外，通过改变对磁电阻效应元件501a、501b施加的直流电流，或者通过改变磁场供给机构112对磁电阻效应元件501a、501b施加的磁场，可改变其截止频带的位置。由此，磁电阻效应器件500可具备具有某个宽度的截止频带，起到能够改变截止频带的位置的频率可变滤波器的作用。
另外，在磁电阻效应器件500中，因为磁电阻效应元件501a、501b的俯视形状的纵横比彼此不同，所以可通过同一工序制作出自旋扭矩共振频率彼此不同的多个磁电阻效应元件501a、501b。也就是说，因为能够使多个磁电阻效应元件的膜结构相同，所以能够一次成膜形成构成多个磁电阻效应元件501a、501b的层。
另外，虽然在第五实施方式的磁电阻效应器件500中，自旋扭矩共振频率彼此不同的两个磁电阻效应元件501a、501b彼此串联连接，但也可以采用自旋扭矩共振频率彼此不同的三个以上的磁电阻效应元件彼此串联连接的结构。在此情况下，能够进一步扩大截止频带的宽度。
另外，在第五实施方式的磁电阻效应器件500中，两个磁电阻效应元件501a、501b的膜结构彼此相同，但多个磁电阻效应元件的膜结构也可以彼此不同。在此情况下，也可以在使多个磁电阻效应元件的俯视形状的纵横比彼此相同的同时，使膜结构彼此不同，并使多个磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率彼此不同。
另外，在第五实施方式的磁电阻效应器件500中，虽然磁场供给机构112对磁电阻效应元件501a、501b同时施加同一磁场，但也可以与第二实施方式同样地，具备用于对各磁电阻效应元件分别施加磁场的磁场供给机构。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但除了以上所说明的实施方式以外，还可以进行变更。例如，在第一、第三及第五实施方式中，对作为频率设定机构(有效磁场设定机构)，磁电阻效应器件100(300、500)包括磁场供给机构112的例子进行了说明，但频率设定机构(有效磁场设定机构)也可以为以下所示的其他例。例如，通过对磁电阻效应元件施加电场并改变该电场，能够改变磁化自由层的各向异性磁场Hk而改变磁化自由层的有效磁场，从而改变磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率。在此情况下，对磁电阻效应元件施加电场的机构成为频率设定机构(有效磁场设定机构)。另外，通过在磁化自由层附近设置压电体，并对该压电体施加电场而使压电体变形，从而使磁化自由层扭曲，能够改变磁化自由层的各向异性磁场Hk而改变磁化自由层的有效磁场，从而改变磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率。在此情况下，对压电体施加电场的机构及压电体成为频率设定机构(有效磁场设定机构)。另外，通过以与磁化自由层磁耦合的方式设置具有电磁效应的反铁磁性物质或亚铁磁性物质的控制膜，并对该控制膜施加磁场及电场，改变施加到控制膜的磁场和电场中的至少一个，能够改变磁化自由层的交换耦合磁场HEX而改变磁化自由层的有效磁场，从而改变磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率。在此情况下，对控制膜施加磁场的机构、对控制膜施加电场的机构及控制膜成为频率设定机构(有效磁场设定机构)。
另外，在即使不包括频率设定机构(即使不施加来自磁场供给机构112的磁场)各磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率也是所期望的频率的情况下，也可以不包括频率设定机构(磁场供给机构112)。
附图标记说明
100、200、300、400、500：磁电阻效应器件
101、101a、101b、301a、301b、501a、501b：磁电阻效应元件
102：磁化固定层
103：间隔层
104：磁化自由层
105、105a、105b：上部电极
106、106a、106b：下部电极
107：信号线路
108：地线
109a：第一接口
109b：第二接口
110：直流电流输入端子
111：电容器
112、112a、112b：磁场供给机构
113：直流电流源
114、214、314、414、514：闭合电路

Claims (18)

1.一种磁电阻效应器件，其特征在于，
包括：磁电阻效应元件、第一接口、第二接口、信号线路、以及直流电流输入端子，所述磁电阻效应元件包括磁化固定层、间隔层及磁化自由层，该磁化自由层的磁化方向是可变的，所述第一接口输入高频信号，所述第二接口输出高频信号，
所述第一接口及所述第二接口通过所述信号线路连接，
所述磁电阻效应元件以相对所述第二接口并联的方式连接于所述信号线路及地线，
所述直流电流输入端子连接于所述信号线路，
形成有包括所述磁电阻效应元件、所述信号线路、所述地线及所述直流电流输入端子的闭合电路，
所述磁电阻效应元件包括频率设定机构，该频率设定机构能够设定所述磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率，
所述频率设定机构是能够设定所述磁化自由层的有效磁场的有效磁场设定机构，且能够改变所述有效磁场而改变所述磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率。
2.根据权利要求1所述的磁电阻效应器件，其特征在于，自旋扭矩共振频率彼此不同的多个所述磁电阻效应元件彼此并联连接。
3.根据权利要求1所述的磁电阻效应器件，其特征在于，多个所述磁电阻效应元件彼此并联连接，且包括多个所述频率设定机构，以便可分别设定所述多个磁电阻效应元件的每个自旋扭矩共振频率。
4.根据权利要求1所述的磁电阻效应器件，其特征在于，自旋扭矩共振频率彼此不同的多个所述磁电阻效应元件彼此串联连接。
5.根据权利要求1所述的磁电阻效应器件，其特征在于，多个所述磁电阻效应元件彼此串联连接，且包括多个所述频率设定机构，以便可分别设定所述多个磁电阻效应元件的每个自旋扭矩共振频率。
6.根据权利要求2所述的磁电阻效应器件，其特征在于，自旋扭矩共振频率彼此不同的所述多个磁电阻效应元件的俯视形状的纵横比彼此不同。
7.根据权利要求4所述的磁电阻效应器件，其特征在于，自旋扭矩共振频率彼此不同的所述多个磁电阻效应元件的俯视形状的纵横比彼此不同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的磁电阻效应器件，其特征在于，不存在通过所述信号线路与所述第一接口及所述第二接口串联连接的磁电阻效应元件。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的磁电阻效应器件，其特征在于，包括电容器，所述电容器在所述闭合电路与所述第一接口之间和所述闭合电路与所述第二接口之间中的至少一方通过所述信号线路与所述第一接口及所述第二接口串联连接。
10.根据权利要求8所述的磁电阻效应器件，其特征在于，包括电容器，所述电容器在所述闭合电路与所述第一接口之间和所述闭合电路与所述第二接口之间中的至少一方通过所述信号线路与所述第一接口及所述第二接口串联连接。
11.一种磁电阻效应器件，其特征在于，
包括：磁电阻效应元件、第一接口、第二接口、信号线路、以及直流电流输入端子，所述磁电阻效应元件包括磁化固定层、间隔层及磁化自由层，该磁化自由层的磁化方向是可变的，所述第一接口输入高频信号，所述第二接口输出高频信号，
所述第一接口及所述第二接口通过所述信号线路连接，
所述磁电阻效应元件以相对所述第二接口并联的方式连接于所述信号线路及地线，
所述直流电流输入端子连接于所述信号线路，
形成有包括所述磁电阻效应元件、所述信号线路、所述地线及所述直流电流输入端子的闭合电路，
自旋扭矩共振频率彼此不同的多个所述磁电阻效应元件彼此串联连接。
12.根据权利要求11所述的磁电阻效应器件，其特征在于，自旋扭矩共振频率彼此不同的所述多个磁电阻效应元件的俯视形状的纵横比彼此不同。
13.根据权利要求11或12所述的磁电阻效应器件，其特征在于，不存在通过所述信号线路与所述第一接口及所述第二接口串联连接的磁电阻效应元件。
14.根据权利要求11或12所述的磁电阻效应器件，其特征在于，包括电容器，所述电容器在所述闭合电路与所述第一接口之间和所述闭合电路与所述第二接口之间中的至少一方通过所述信号线路与所述第一接口及所述第二接口串联连接。
15.根据权利要求13所述的磁电阻效应器件，其特征在于，包括电容器，所述电容器在所述闭合电路与所述第一接口之间和所述闭合电路与所述第二接口之间中的至少一方通过所述信号线路与所述第一接口及所述第二接口串联连接。
16.一种磁电阻效应器件，其特征在于，
包括：磁电阻效应元件、第一接口、第二接口、信号线路、以及直流电流输入端子，所述磁电阻效应元件包括磁化固定层、间隔层及磁化自由层，该磁化自由层的磁化方向是可变的，所述第一接口输入高频信号，所述第二接口输出高频信号，
所述第一接口及所述第二接口通过所述信号线路连接，
所述磁电阻效应元件以相对所述第二接口并联的方式连接于所述信号线路及地线，
所述直流电流输入端子连接于所述信号线路，
形成有包括所述磁电阻效应元件、所述信号线路、所述地线及所述直流电流输入端子的闭合电路，
所述磁电阻效应元件包括频率设定机构，该频率设定机构能够设定所述磁电阻效应元件的自旋扭矩共振频率，
多个所述磁电阻效应元件彼此串联连接，且包括多个所述频率设定机构，以便可分别设定所述多个磁电阻效应元件的每个自旋扭矩共振频率。
17.根据权利要求16所述的磁电阻效应器件，其特征在于，不存在通过所述信号线路与所述第一接口及所述第二接口串联连接的磁电阻效应元件。
18.根据权利要求16或17所述的磁电阻效应器件，其特征在于，包括电容器，所述电容器在所述闭合电路与所述第一接口之间和所述闭合电路与所述第二接口之间中的至少一方通过所述信号线路与所述第一接口及所述第二接口串联连接。
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