JP2015201515A - Thin film magnetic element and high frequency device with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無配線信号伝達、通信用新機能素子などに応用される薄膜磁性素子およびそれを備えた高周波デバイスに関する。 The present invention relates to a thin film magnetic element applied to non-wired signal transmission, a new functional element for communication, and the like, and a high frequency device including the same.
今日までのエレクトロニクスの発展は、キャリアの電荷を用いた様々な半導体デバイスによってもたらされてきた。しかし近年、キャリアの電荷に加えてスピンも同時に利用するスピントロニクス(spin+electronics)という分野が注目されている。スピントロニクスでは巨大磁気抵抗(GMR)効果やトンネル磁気抵抗(TMR)効果を利用した磁気抵抗効果素子の急速な発達によって、ハードディスクドライブ(HDD)や磁気抵抗メモリ(MRAM)といった形態で、産業に大きく貢献してきた。 To date, the development of electronics has been brought about by various semiconductor devices using carrier charges. However, in recent years, the field of spintronics (spin + electronics) that uses spins in addition to carrier charges has attracted attention. Spintronics contributes greatly to the industry in the form of hard disk drives (HDD) and magnetoresistive memories (MRAM) due to the rapid development of magnetoresistive elements utilizing the giant magnetoresistive (GMR) effect and tunneling magnetoresistive (TMR) effect. I have done it.
磁気抵抗効果素子では、強磁性体のスピン偏極した電子が反平行に磁化した強磁性体に輸送されることで、強磁性体のスピンに歳差運動が起こり、スピン反転することが知られている。ここでスピンが反転する向きに磁場を加え、スピン偏極した電流と外部磁場に由来する2つのトルクを拮抗させたとき、スピンの歳差運動の周期に応じた発振現象が生じる。これらの現象を利用した、高周波の発振、検波、ミキサー、フィルターといったデバイスとしての産業利用が提案されている。 In magnetoresistive elements, it is known that spin-polarized electrons in a ferromagnet are transported to an antiparallel magnetized ferromagnet, causing precession in the spin of the ferromagnet and causing spin reversal. ing. Here, when a magnetic field is applied in the direction in which the spin is reversed, and the two torques derived from the spin-polarized current and the external magnetic field are antagonized, an oscillation phenomenon corresponding to the period of the spin precession occurs. Industrial applications as devices such as high-frequency oscillation, detection, mixers, and filters using these phenomena have been proposed.
磁気抵抗効果素子の高周波特性を利用する素子(以下、薄膜磁性素子)は、半導体で構成される高周波特性を利用する素子と比較し、小型化や伝送回路とのインピーダンスマッチングや周波数特性の可変性の点で有利とされ、実用化に向け、高出力化の研究が進められている。(特許文献1) An element that uses the high frequency characteristics of a magnetoresistive effect element (hereinafter referred to as a thin film magnetic element) is smaller in size, impedance matching with a transmission circuit, and variability in frequency characteristics than an element that uses high frequency characteristics made of semiconductor In view of this, research into higher output is underway for practical application. (Patent Document 1)
特許文献1では、磁化自由層および磁化固定層の垂直磁気異方性を制御し、磁性発振素子にかかる外部磁場を調節することで、発振の周波数を変化させることを可能としている。
In
特許文献2では、強磁性の一軸磁気異方性を利用し、外部磁場の方向を変えることで信号の周波数や振幅を変化させることのできる薄膜磁性素子が記載されている。
特許文献1、2では、磁性発振素子の発振特性を外部磁場の制御によって最適化している。しかしながら、外部磁場による制御には漏れ磁場の影響などといった課題が残る。
In
素子加工によるエッチングの際、原子の衝撃によって素子の加工端部において変質が発生する。磁化自由層の端部とエッチングの影響を受けにくい中央部ではスピンが異なる歳差運動を行い、それぞれ別の周波数帯をもった信号を発振することが知られているため、強磁性層の設計に対して、磁化自由層の中央部と端部の異なる周波数帯を組み合わせることにより、発振周波数を変化させることができる。 During etching by element processing, alteration occurs at the processed end of the element due to the impact of atoms. The design of the ferromagnetic layer is known to cause precession with different spins at the edge of the magnetization free layer and the central part that is not easily affected by etching, and to oscillate signals with different frequency bands. On the other hand, the oscillation frequency can be changed by combining different frequency bands at the center and end of the magnetization free layer.
そこで本発明では、狭小に加工した非磁性導電領域と複数のナノコンタクトホールを有する電流狭窄層を組み合わせた構造を用いることで、強磁性に流れる電流の領域を調節し、発振周波数を選択することが可能となる薄膜磁性素子を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, by using a structure in which a non-magnetic conductive region processed to be narrow and a current confinement layer having a plurality of nanocontact holes are used, the region of the ferromagnetic current is adjusted and the oscillation frequency is selected. An object of the present invention is to provide a thin film magnetic element capable of achieving the above.
上記目的を達成する本発明の第1の態様に係る薄膜磁性素子は、複数のナノコンタクトホールを有する電流狭窄層と、第1の強磁性層と、第2の強磁性層とが積層された薄膜磁性素子であって、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層の間に非磁性層とを有し、前記電流狭窄層と前記非磁性層との間に前記第1の強磁性層を有し、前記電流狭窄層と前記第1の強磁性層の間、または、前記電流狭窄層に対して前記第1の強磁性層と反対側に配置される非磁性導電領域とを備え、前記非磁性導電領域の、前記第1の強磁性層に対向する対向面の面積Seと、前記第1の強磁性層の積層方向に垂直な断面のうち、最小の面積をもつ最小断面の面積Sfが、Sf>Seの関係を満たしていることを第1の特徴とする薄膜磁性素子である。 The thin film magnetic element according to the first aspect of the present invention that achieves the above object includes a current confinement layer having a plurality of nanocontact holes, a first ferromagnetic layer, and a second ferromagnetic layer laminated. A thin film magnetic element comprising a nonmagnetic layer between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, and the first magnetic layer between the current confinement layer and the nonmagnetic layer. A nonmagnetic conductive region having a ferromagnetic layer and disposed between the current confinement layer and the first ferromagnetic layer, or disposed on the opposite side of the current confinement layer from the first ferromagnetic layer; A minimum area having a minimum area of a cross section perpendicular to the stacking direction of the first ferromagnetic layer and the area Se of the nonmagnetic conductive region facing the first ferromagnetic layer. The thin film magnetic element is characterized in that a cross-sectional area Sf satisfies a relationship of Sf> Se.
この第1の態様に係る薄膜磁性素子によれば、SeがSfより小さいため、第1の強磁性層内に流れる電流領域を、Seに対応した範囲に規定できる。第1の強磁性層の端部では加工による変質が発生し、飽和磁化Msが低下する。飽和磁化Msの低下により、発振周波数の低下が起こり、第1の強磁性層の中央部と端部では発振の周波数が異なる。従って、Seの領域における第1強磁性層の端部と中央部の比率を変化させることにより、信号の発振周波数を選択する事が可能となる。 According to the thin film magnetic element according to the first aspect, since Se is smaller than Sf, the current region flowing in the first ferromagnetic layer can be defined in a range corresponding to Se. At the end of the first ferromagnetic layer, alteration due to processing occurs, and the saturation magnetization Ms decreases. A decrease in the saturation magnetization Ms causes a decrease in the oscillation frequency, and the oscillation frequency differs between the central portion and the end portion of the first ferromagnetic layer. Therefore, it is possible to select the oscillation frequency of the signal by changing the ratio between the end portion and the center portion of the first ferromagnetic layer in the Se region.
また、非磁性導電領域に電流狭窄層を組み合わせることで、第1の強磁性層を流れる電流の拡散を低減させることが可能となり、Seに対応した範囲の電流を精度良く第1の強磁性層に流すことが可能となる。 Further, by combining the current confinement layer with the nonmagnetic conductive region, it becomes possible to reduce the diffusion of the current flowing through the first ferromagnetic layer, and the current in the range corresponding to Se can be accurately supplied to the first ferromagnetic layer. It becomes possible to flow.
本発明の第2の態様に係る薄膜磁性素子は、第1の態様に係る前記第1の強磁性層の周縁部が、前記対向面を前記第1の強磁性層の前記対向面側の界面上に投影した第1の投影面に対して、環状に露出するように前記非磁性導電領域が配置されていることを第2の特徴とする薄膜磁性素子である。 In the thin film magnetic element according to the second aspect of the present invention, the peripheral portion of the first ferromagnetic layer according to the first aspect is such that the opposing surface is the interface on the opposing surface side of the first ferromagnetic layer. The thin film magnetic element is characterized in that the nonmagnetic conductive region is arranged so as to be exposed in an annular shape with respect to the first projection surface projected above.
本発明における露出とは外気に晒されているということではなく、積層方向から第1の投影面を、第1の投影面から上部の層を透過して眺めたとき、前記第1の強磁性層の周辺部が環状に確認できる状態を指している。 The exposure in the present invention does not mean that it is exposed to the outside air, but when the first projection surface is viewed from the stacking direction and the upper layer is viewed from the first projection surface, the first ferromagnetic material is observed. This indicates a state in which the periphery of the layer can be confirmed in an annular shape.
この第2の態様に係る薄膜磁性素子によれば、非磁性導電領域が第1の強磁性層の周縁部を環状に露出させるように配置されているため、第1の強磁性層の端部を通過する電流量の割合は小さくなる。その結果、信号の発振周波数を高くすることが可能となる。 According to the thin film magnetic element according to the second aspect, since the nonmagnetic conductive region is disposed so as to expose the peripheral portion of the first ferromagnetic layer in an annular shape, the end portion of the first ferromagnetic layer The ratio of the amount of current passing through is small. As a result, the signal oscillation frequency can be increased.
本発明の第3の態様に係る薄膜磁性素子は、前記対向面を前記最小断面上に投影した第2の投影面が、前記最小断面に内包されることを第3の特徴とする薄膜磁性素子である。 A thin film magnetic element according to a third aspect of the present invention is characterized in that a second projection surface obtained by projecting the opposing surface onto the minimum cross section is included in the minimum cross section. It is.
この第3の態様に係る薄膜磁性素子によれば、非磁性導電領域が前記最小断面の周縁部を環状に露出させるように配置されているため、電流は第1の強磁性層内のより中央部に対応した領域を通過する。第1の強磁性層の端部を通過する電流量の割合がより小さくなるため、信号の発振周波数をより高くすることが可能となる。 According to the thin film magnetic element according to the third aspect, since the nonmagnetic conductive region is arranged so as to expose the peripheral portion of the minimum cross section in an annular shape, the current is more central in the first ferromagnetic layer. It passes through the area corresponding to the part. Since the ratio of the amount of current passing through the end of the first ferromagnetic layer is smaller, the signal oscillation frequency can be further increased.
本発明の第4の態様に係る薄膜磁性素子は、前記第2の投影面の端部から前記最小断面の端部までの距離の最小値leoと、前記対向面から前記第1の強磁性層の前記非磁性層側の界面までの厚さから前記電流狭窄層の膜厚を除いた厚さdfが、leo>dfの関係を満たすことを第4の特徴とする薄膜磁性素子である。 The thin film magnetic element according to the fourth aspect of the present invention includes a minimum value leo of a distance from an end of the second projection surface to an end of the minimum cross section, and the first ferromagnetic layer from the facing surface. The thin film magnetic element according to the fourth feature is that a thickness df obtained by removing a film thickness of the current confinement layer from a thickness up to the interface on the nonmagnetic layer side satisfies a relationship of leo> df.
この第4の態様に係る薄膜磁性素子によれば、前記非磁性導電領域Seを規定する領域により狭窄される電子の流れは、前記第1の強磁性層のSeの面積に対応した領域を通過する。dfがleoよりも小さく規定されていることによって、前記非磁性導電領域から前記第1の強磁性層に通過する電子の流れは、前記第1の強磁性層の加工端部の領域まで拡散されずに通過するため、信号の発振周波数はさらに高くなる。 According to the thin film magnetic element of the fourth aspect, the flow of electrons confined by the region defining the nonmagnetic conductive region Se passes through a region corresponding to the area of Se of the first ferromagnetic layer. To do. Since df is defined to be smaller than leo, the flow of electrons passing from the nonmagnetic conductive region to the first ferromagnetic layer is diffused to the region of the processed end of the first ferromagnetic layer. The signal oscillation frequency is further increased.
本発明の第5の態様に係る薄膜磁性素子は、前記非磁性導電領域を複数有しており、最近接する前記非磁性導電領域間の最短距離leiがlei/2>dfの関係を満たすことを第5の特徴とする薄膜磁性素子である。 The thin film magnetic element according to the fifth aspect of the present invention has a plurality of the nonmagnetic conductive regions, and the shortest distance lei between the nonmagnetic conductive regions that are closest to each other satisfies the relationship of lei / 2> df. A thin film magnetic element according to a fifth feature.
この第5の態様に係る薄膜磁性素子によれば、各非磁性導電領域がlei/2>dfを満たすことによって、各非磁性導電領域により狭窄された電子の流れが拡散により合成されることなく、第1の強磁性層の中央部を通過する。狭窄された電流により発生した信号がフェイズロックを起こすことで、信号の発振周波数帯を狭め、かつ信号を高出力化させることが可能となる。 According to the thin film magnetic element according to the fifth aspect, since each nonmagnetic conductive region satisfies lei / 2> df, the flow of electrons confined by each nonmagnetic conductive region is not synthesized by diffusion. , Passing through the center of the first ferromagnetic layer. Since the signal generated by the constricted current causes phase lock, it is possible to narrow the oscillation frequency band of the signal and increase the output of the signal.
本発明の第6の態様に係る薄膜磁性素子は、互いに隣接している前記ナノコンタクトホールの、それぞれの中心間の平均距離dncが、dnc/2>dfの関係を満たしていることを第6の特徴とする薄膜磁性素子である。 In the thin film magnetic element according to the sixth aspect of the present invention, the average distance dnc between the centers of the nanocontact holes adjacent to each other satisfies the relationship of dnc / 2> df. It is the thin film magnetic element characterized by these.
この第6の態様に係る薄膜磁性素子によれば、dnc/2>dfの関係を満たしていることで、ナノコンタクトホールにより狭窄された電子の流れが第1の強磁性層に流れる際、拡散により合成されることなく、電流密度の向上およびフェイズロックの発生により、信号の発振周波数帯を狭め、信号をさらに高出力化させることが可能となる。 According to the thin film magnetic element according to the sixth aspect, since the relationship of dnc / 2> df is satisfied, diffusion of the electron flow constricted by the nano contact hole flows in the first ferromagnetic layer. Thus, the signal oscillation frequency band can be narrowed and the signal output can be further increased by improving the current density and generating a phase lock.
本発明によれば、磁気抵抗効果素子の高周波特性を利用する薄膜磁性素子において、外部磁場を用いずに狭小に加工した非磁性導電領域と複数のナノコンタクトホールを有する電流狭窄層を組み合わせた構造を用いることにより、発振周波数の選択が可能な素子構造を提供することができる。 According to the present invention, in a thin film magnetic element utilizing the high frequency characteristics of a magnetoresistive effect element, a structure in which a nonmagnetic conductive region processed narrowly without using an external magnetic field and a current confinement layer having a plurality of nanocontact holes are combined By using, an element structure capable of selecting an oscillation frequency can be provided.
以下、本発明における好ましい実施形態を示す。しかし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、形態が本発明の技術的思想を有するものである限り、本発明の範囲に含まれる。各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせなどは一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to these embodiments, and is included in the scope of the present invention as long as the form has the technical idea of the present invention. Each configuration in each embodiment, a combination thereof, and the like are examples, and the addition, omission, replacement, and other changes of the configuration can be made without departing from the spirit of the present invention. Further, the present invention is not limited by the embodiments, and is limited only by the scope of the claims.
(実施形態1)
図1は実施形態1に係る、薄膜磁性素子1の詳細積層構造を示す断面図である。実施形態1の薄膜磁性素子1は、第2の強磁性層2、非磁性層3、第1の強磁性層4、複数のナノコンタクトホール5を含む電流狭窄層6、非磁性導電領域7がこの順に配置されており、各層の周縁部を囲むように絶縁体8が配置されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a detailed laminated structure of a thin film
なお本発明においては、薄膜磁性素子1の積層構造は実施形態1の限りではなく、積層の順序を逆にしてもよく、本発明の効果が得られる場合において各層の間に薄い層を配置してもよい。
In the present invention, the laminated structure of the thin-film
非磁性導電領域7は電極としての役割を有しており、第2の強磁性層2から電流狭窄層6を挟持するように非磁性導電領域7と対をなす位置に、下部電極9が配置されている。一対の電極に電流を流した場合、素子を構成する各層の面と交差する方向、例えば、薄膜磁性素子1を構成する各層の面に対して垂直な方向(積層方向)に通過する構造となる。
The nonmagnetic
前記一対の電極は、例えばスパッタリング装置によって作製され、Ta、Cu、Au、AuCu、Ruもしくは前記のいずれか2つ以上の膜で構成されており、膜厚は5nm〜500nmであることが望ましい。 The pair of electrodes is made of, for example, a sputtering apparatus and is composed of Ta, Cu, Au, AuCu, Ru, or any two or more of the above films, and the film thickness is desirably 5 nm to 500 nm.
第2の強磁性層2、非磁性層3、第1の強磁性層4の各層は、例えばスパッタリング装置を用いて成膜する。スパッタリング装置としては、複数の物理蒸着(PVD:Physical Vapor Deposition)チャンバ、酸化チャンバとを有する装置が好ましい。複数のPVDチャンバのうちの少なくとも一つは同時スパッタリングが可能であることが好ましい。スパッタ成膜は、例えば、Arスパッタガスを用いて金属または合金からなるターゲットをスパッタして、超高真空下で基板上に成膜することにより行う。このとき、Arガスの流量は1〜300sccm、基板とターゲット間の印加電力は50〜500W、真空度は5.0×10−6Pa以下であることが好ましい。
Each of the second
下部電極層9と第2の強磁性層2との間に下部電極層9のラフネスを改善するためのバッファ層や、下部電極の結晶性を遮断することにより、第2の強磁性層の配向・粒径を制御する機能を持たせたシード層を配置しても良い。バッファ層およびシード層の材料は、例えばTaとNiCrとの膜や、TaとRuとの膜が好ましい。バッファ層およびシード層の各膜厚は、例えば2〜6nm程度とすることが好ましい。いずれも膜厚が小さすぎると所望の効果が得られず、大きすぎると磁気抵抗効果に寄与しない寄生抵抗が増加してしまう。
The buffer layer for improving the roughness of the
第2の強磁性層2は、交換結合によって一方向磁気異方性を付与させた強磁性層を配置させることを目的とする。好適な形態として、図示しない反強磁性層、アウター層、非磁性中間層およびインナー層が順次積層された構成、すなわちシンセティックピンド層を構成している。
The purpose of the second
インナー層およびアウター層は、例えば、CoやFeを含む強磁性材料からなる強磁性層を有して構成される。インナー層とアウター層は、非磁性中間層によって反強磁性的に結合し、互いの磁化の方向が逆方向になるように固定されている。 The inner layer and the outer layer are configured to include a ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material containing Co or Fe, for example. The inner layer and the outer layer are antiferromagnetically coupled by the nonmagnetic intermediate layer, and are fixed so that the directions of magnetization are opposite to each other.
インナー層およびアウター層は、例えば、CoFe合金、組成の異なるCoFe合金の積層構造、およびCoFeB合金とCoFe合金との積層構造とすることが好ましい。インナー層の膜厚は2〜10nm、アウター層の膜厚は1〜7nm程度とすることが好ましい。インナー層には、ホイスラー合金を含んでいても良い。 The inner layer and the outer layer are preferably, for example, a CoFe alloy, a laminated structure of CoFe alloys having different compositions, and a laminated structure of a CoFeB alloy and a CoFe alloy. The thickness of the inner layer is preferably 2 to 10 nm, and the thickness of the outer layer is preferably about 1 to 7 nm. The inner layer may contain a Heusler alloy.
非磁性中間層は、例えば、Ru、Rh、Ir、Re、Cr、Zr、Cuのグループから選ばれた少なくとも1種を含む非磁性材料から構成される。非磁性中間層の膜厚は、例えば0.35nm〜1.0nm程度とされる。非磁性中間層は、インナー層の磁化とアウター層の磁化とを互いに逆方向に固定するために設けられており、膜厚が大きすぎると、非磁性中間層を介したインナー層とアウター層の磁気結合が弱くなる。「磁化が互いに逆方向」というのは、これらの2つの磁化が互いに180°異なる場合のみに狭く限定解釈されることなく、180°±20°異なる場合をも含む広い概念である。 The nonmagnetic intermediate layer is made of, for example, a nonmagnetic material containing at least one selected from the group of Ru, Rh, Ir, Re, Cr, Zr, and Cu. The film thickness of the nonmagnetic intermediate layer is, for example, about 0.35 nm to 1.0 nm. The nonmagnetic intermediate layer is provided to fix the magnetization of the inner layer and the magnetization of the outer layer in opposite directions. If the film thickness is too large, the inner layer and the outer layer are interposed via the nonmagnetic intermediate layer. Magnetic coupling is weakened. The “magnetization is opposite to each other” is a wide concept including the case where these two magnetizations differ from each other by 180 ° ± 20 ° without being narrowly interpreted as being narrowly limited.
反強磁性層の材料は、例えば、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni、Cu、Ir、CrおよびFeのグループの中から選ばれた少なくとも1種からなる元素と、Mnとを含む反強磁性材料から構成される。Mnの含有量は35〜95at%とすることが好ましい。 The material of the antiferromagnetic layer is, for example, an antiferromagnetic material containing at least one element selected from the group consisting of Pt, Ru, Rh, Pd, Ni, Cu, Ir, Cr and Fe, and Mn. Consists of materials. The Mn content is preferably 35 to 95 at%.
また、反強磁性層の代わりにハード磁性層を配置してもよい。ハード磁性層材料としては、CoPt、FePt等が好ましい。 A hard magnetic layer may be disposed instead of the antiferromagnetic layer. As the hard magnetic layer material, CoPt, FePt or the like is preferable.
非磁性層3は、第1の強磁性層4と第2の強磁性層2の磁化を相互作用させて磁気抵抗効果を得るための役割を有しており、絶縁体でも金属でもよく、絶縁体であればAl2O3、単結晶MgOx(001)が好ましく、膜厚は0.5〜2.5nm程度とすることが望ましい。
The
また非磁性絶縁体中に、導体によって構成される導電領域を含む層を適用する場合、Al2O3や酸化マグネシウム(MgO)によって構成される非磁性絶縁体に、CoFe、CoFeB、CoFeSi、CoMnGe、CoMnSi、CoMnAl、Fe、Co、Au、Cu、Al、Mgなどの導体によって構成される導電領域を含む構造とすることが好ましい。絶縁体および導電領域の膜厚は、0.5〜2.5nm程度とすることが好ましい。 In addition, when a layer including a conductive region constituted by a conductor is applied to the nonmagnetic insulator, the nonmagnetic insulator constituted by Al 2 O 3 or magnesium oxide (MgO) is added to CoFe, CoFeB, CoFeSi, CoMnGe. , CoMnSi, CoMnAl, Fe, Co, Au, Cu, Al, Mg, and the like. The thickness of the insulator and the conductive region is preferably about 0.5 to 2.5 nm.
第1の強磁性層4は、外部磁界もしくはスピン偏極電流によって磁化の向きが変化する、第2の強磁性層2より保磁力の小さい層である。膜面内方向に磁化容易軸を有する材料を選定する場合、例えば、CoFe、CoFeB、CoFeSi、CoMnGe、CoMnSi、CoMnAl等からなる厚さ1〜15nm程度の膜により構成される。前記膜に、磁歪調整層として例えばNiFe等からなる厚さ1〜9nm程度の軟磁性膜を付加してもよい。
The first
第1の強磁性層4は、膜面法線方向に磁化容易軸を有する材料を選定する場合、例えば、Co、Co/非磁性層積層膜、CoCr系合金、Co多層膜、CoCrPt系合金、FePt系合金、希土類を含むSmCo系合金、TbFeCo合金、ホイスラー合金により構成される。
When the first
また、第1の強磁性層4と非磁性層3との間に、高スピン分極材料を挿入しても良い。これによって、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能となる。高スピン分極材料としては、CoFe合金、CoFeB合金が挙げられる。CoFe合金、CoFeB合金、いずれの膜厚も0.2nm以上1nm以下とすることが好ましい。
Further, a high spin polarization material may be inserted between the first
また、第1の強磁性層4の成膜時に膜面垂直方向に一定磁界を印加することにより誘導磁気異方性を導入しても良い。
Further, induced magnetic anisotropy may be introduced by applying a constant magnetic field in the direction perpendicular to the film surface when the first
電流狭窄層6は、複数のナノコンタクトホール5と絶縁体10によって構成されており、電流による電子の流れをナノコンタクトホール5に狭窄させることで電流密度の大きい電流を第1の強磁性層4に流し、信号を高出力化させる役割を有している。ナノコンタクトホール5の材料としてはAl、Cuなどに代表される非磁性の導電材料、絶縁体の材料としてはAl2O3や酸化マグネシウム(MgO)、SiO2などが望ましい。
The
絶縁体10に酸化物を用いる場合、非磁性金属を成膜後、自然酸化あるいはIon−Assisted−Oxidation(IAO)処理によって酸化させてもよい。自然酸化は例えば、IBD装置内で非磁性金属を成膜後、IBD装置内に酸素ガスを流すことにより行う。IAO処理は例えば、IBD装置内に酸素ガスあるいは酸素イオンを非磁性金属に照射すると同時に低エネルギーのArイオンを非磁性金属に照射することにより行う。自然酸化の場合、酸素流量1〜10sccmもしくは酸素分圧1.0×10-3Pa〜5.0×10-1Pa条件下で5sec〜200sec放置することが望ましい。IAO処理の場合、酸素流量1sccm〜5sccm、処理時間を5sec〜100secとすることが望ましい。
When an oxide is used for the
ナノコンタクトホール5は、電流狭窄層6の積層方向に接する層を構成している非磁性の導体を利用することが望ましい。
The
ナノコンタクトホール5の直径は0.1nm〜20nmであることが望ましく、ナノコンタクトホール5の間隔は10nm〜100nmであることが望ましい。 The diameter of the nano contact holes 5 is desirably 0.1 nm to 20 nm, and the interval between the nano contact holes 5 is desirably 10 nm to 100 nm.
非磁性導電領域7は、第1の強磁性層4の所望の領域に電流を流す役割を有している。
非磁性導電領域7の材料は非磁性かつ導電性を有したものであればよく、例えばPt、Au、Cu、Alなどを用いることができる。非磁性導電領域7の厚みは、1〜20nmとすることが望ましい。
The nonmagnetic
Any material can be used for the nonmagnetic
非磁性導電領域7の成膜後、磁化固着のために磁場中熱処理を行う。磁場中熱処理は、真空度1.0×10−3Pa以下のもと、温度は250℃〜300℃、時間は1時間〜5時間、印加磁界は3kOe〜10kOeで行うことが好ましい。
After the formation of the nonmagnetic
磁場中熱処理後、非磁性導電領域7、電流狭窄層6、第1の強磁性層4、非磁性層3、第2の強磁性層2を所望の形状にするため、第1のレジストパターニング、イオンビームエッチングを実施し、除去された領域にスパッタリング装置などにより絶縁体8を配置する。絶縁体8の材料はSiO2、Al2O3などが望ましい
After the heat treatment in the magnetic field, in order to make the nonmagnetic
第1のイオンビームエッチングにより、Sfに対応する最終形状が規定される。 The final shape corresponding to Sf is defined by the first ion beam etching.
次に、第2のレジストパターニング、イオンビームエッチングにより、非磁性導電領域7を所望の形状にした後、除去された領域にスパッタリング装置などにより絶縁体8を配置する。絶縁体8の材料はSiO2、Al2O3などが望ましい。
Next, after the nonmagnetic
第2のイオンビームエッチングにより、Seに対応する最終形状が規定される。 The final shape corresponding to Se is defined by the second ion beam etching.
非磁性導電領域7および第1の強磁性層4の積層方向に対して垂直な面の形状は、特に限定されず円でも楕円でも、多角形でもよい。
The shape of the surface perpendicular to the stacking direction of the nonmagnetic
SeはSfより小さく規定されている。第1の強磁性層4の端部と中央部では発振する信号の周波数帯が異なるため、Seの領域における第1強磁性層4の端部と中央部の比率を変化させることにより、発振する信号の周波数帯を制御することができる。
Se is defined to be smaller than Sf. Since the frequency band of the oscillating signal is different between the end portion and the central portion of the first
本発明の第1の実施の形態は、2回のフォトレジストパターニング、イオンビームエッチングにより、非磁性導電領域7から第2の強磁性層2までの形状を規定しているが、本発明ではそれに限定されない。SeがSfより小さくなる関係を満たす限り、フォトレジストパターニング、およびイオンビームエッチングのいずれか、もしくは双方を3回以上実施することにより非磁性導電領域7から第2の強磁性層2の形状を規定しても、同様の効果が得られる。
In the first embodiment of the present invention, the shape from the nonmagnetic
なお、薄膜磁性素子に対する電流の流れは下部電極9から非磁性導電領域7に限定するものではなく、逆方向に流した場合でも効果は得られる。
The flow of current to the thin film magnetic element is not limited to the nonmagnetic
(実施形態2)
図2は実施形態2による薄膜磁性素子1の詳細積層構造を示す断面図および非磁性導電領域7の、第1の強磁性4に対向する対向面10を第1の強磁性層4の界面上に投影した第1の投影面11を示した図である。図1に示す実施形態1に係る薄膜磁性素子1との異なる点は、第1の強磁性層4の積層方向に垂直な断面の断面積が均一でない点である。それ以外の点は実施形態1に係る薄膜磁性素子1と同様であり、発振特性を変化させる効果、および発現原理も同様である。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed laminated structure of the thin film
第1の強磁性層4の周縁部が、第1の投影面11に対して環状に露出するように非磁性導電領域7を配置する場合、電流は第1の強磁性層4の中央部に対応した領域を通過する。これにより、第1の強磁性層4の端部を通過する電流量の割合が小さくなり、発振する信号の周波数帯を狭め、信号を高出力化することが可能である。
When the nonmagnetic
また、図3は実施形態2による薄膜磁性素子1の詳細断面図および、非磁性導電領域7の第1の強磁性4に対向する対向面10を、第1の強磁性層4の積層方向に垂直な断面のうち最小の面積をもつ最小断面13上に投影した第2の投影面12を表した図である。
3 is a detailed cross-sectional view of the thin-film
対向面10を第1の強磁性層4の積層方向に垂直な最小断面13に投影した第2の投影面12が、最小断面13に内包される場合、最小断面13の周縁部が環状に露出するように非磁性導電領域7は配置されているため、電流は第1の強磁性層4のより中央部に対応した領域を通過する。これにより、第1の強磁性層4の端部を通過する電流量の割合が小さくなり、発振する信号の周波数帯をさらに狭め、信号を高出力化することが可能である。
When the
また、第2の投影面12の端部から最小断面13の端部までの距離の最小値leoと、対向面10から第1の強磁性層4の非磁性層3側の界面までの厚さに対して、電流狭窄層6の膜厚を除いた厚さdfが、leo>dfの関係を満たすように規定されている場合、非磁性導電領域7から第1の強磁性層4に流れる電子の流れが、第1の強磁性層4の加工端部の領域まで拡散されることなく通過するため、発振周波数帯をさらに狭め、信号をより高出力化することも可能である。
Further, the minimum value leo of the distance from the end of the
(実施形態3)
図4は本発明の実施形態3に係る薄膜磁性素子1の詳細積層構成を示す断面図である。実施形態3に係る薄膜磁性素子1は、第2の強磁性層2、非磁性層3、第1の強磁性層4、非磁性導電領域7、複数のナノコンタクトホール5を含む電流狭窄層6がこの順に配置されている。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a sectional view showing a detailed laminated structure of the thin-film
それ以外の点は図1に示す実施形態1に係る薄膜磁性素子1と同様であり、発振周波数を変化させる効果、および発現原理も同様である。
The other points are the same as those of the thin film
実施形態3では対向面10から第1の強磁性層4の非磁性層3側の界面までの間に電流狭窄層6が存在しないため、dfに対して電流狭窄層6の膜厚の差引は不要である。
In the third embodiment, since the
(実施形態4)
図5は本発明の実施形態4に係る薄膜磁性素子1の詳細積層構成を示す断面図である。図1に示す実施形態1に係る薄膜磁性素子1との異なる点は、非磁性導電領域7が電流狭窄層6の端部に接するように配置されている点である。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a sectional view showing a detailed laminated structure of the thin film
その他の点は実施形態1に係る薄膜磁性素子1と同様であり、発現原理も同様である。
Other points are the same as those of the thin film
薄膜磁性素子1を流れる電流の大部分は、第1強磁性層4の端部を通過する。第1の強磁性層4の端部はイオンミリングによる変質を受けており、飽和磁化Msが低下しているため、信号の発振周波数を実施形態1に対して低くすることが可能となる。
Most of the current flowing through the thin film
(実施形態5)
図6は本発明の実施形態5に係る薄膜磁性素子1の詳細積層構成を示す断面図である。図1に示す実施形態1に係る薄膜磁性素子1との異なる点は、薄膜磁性素子の断面を見た際に、第2の強磁性層2から電流狭窄層6までの形状が略台形になっている点である。その他の点は実施形態1に係る薄膜磁性素子1と同様であり、発振原理も同様である。
(Embodiment 5)
FIG. 6 is a sectional view showing a detailed laminated structure of the thin film
(実施形態6)
図7は本発明の実施形態6に係る薄膜磁性素子1の詳細積層構成を示す断面図である。図1に示す実施形態1に係る薄膜磁性素子1との異なる点は、非磁性導電領域7を複数有しているという点である。非磁性導電領域7において狭窄された電子の流れによる信号がフェイズロックを起こすことにより、信号の発振周波数帯を狭め、かつ高出力化させることが可能である。
(Embodiment 6)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a detailed laminated structure of the thin film
また、最近接する非磁性導電領域7の間の最短距離leiが、lei/2>dfの関係を満たす場合、狭窄された電子の流れは合流せず、電流密度が向上し、さらに信号を高出力化させることが可能であるため、より好ましい。
(実施形態7)
In addition, when the shortest distance lei between the nonmagnetic
(Embodiment 7)
図8は本発明の実施形態1に係る薄膜磁性素子1であって、無配線信号伝達に用いられる発振装置14である。発振装置14には、薄膜磁性素子1と磁場印加機構15を含んだ信号発生部16、電源部17と信号増幅部18を有している。電源部17の出力を制御することで、薄膜磁性素子1に印加する電流、磁場印加機構15にかける電流を各々制御できる。電源部17による印加電流により発振する薄膜磁性素子1からの信号は、信号増幅部16により所望の出力に増幅し、信号伝達に使用される。
FIG. 8 shows the thin film
次に、実施例を挙げて本発明の実施の形態を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Next, the embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
上記本発明の第1の実施の形態において説明した薄膜磁性素子1を作製した。熱酸化Si基板上に、下部電極9としてCu(100nm)を、スパッタリング装置を用いて成膜した。その後、フォトリソグラフィーおよびイオンミリングによりCPW形状に形成した。
(Example 1)
The thin film
次に、スパッタリング装置およびIBD装置を用いてバッファ層、シード層、第2の強磁性層2、非磁性層3、第1の強磁性層4、電流狭窄層6、非磁性導電領域7、キャップ層をこの順に成膜した。各層の膜構成は、バッファ層をTa(2nm)、シード層をRu(2nm)、第2の強磁性層2をIrMn(7nm)/90CoFe2.4(nm)、非磁性層3をMgO(1.5nm)、第1の強磁性層4を90CoFe(10nm)、電流狭窄層6をAl(1.5nm)/IAO処理(Arガス10sccm、20sec)、非磁性導電領域7をCu(100nm)、キャップ層をRu(2nm)とした。
Next, using a sputtering apparatus and an IBD apparatus, a buffer layer, a seed layer, a second
次に、第1のフォトリソグラフィーおよびイオンミリングを行い、キャップ層からバッファ層までの各層の大きさをφ300nmの円形にパターニングした。続いて、スパッタ法、リフトオフにより絶縁体8を形成した。絶縁体8にはAl2O3を用いた。
Next, first photolithography and ion milling were performed, and the size of each layer from the cap layer to the buffer layer was patterned into a circle of φ300 nm. Subsequently, the
次に、第2のフォトリソグラフィーおよびイオンミリングを行い、キャップ層から非磁性導電領域7までの各層をφ100nmの円形にパターニングした。円形の中心軸と、第1の強磁性層4の中心軸が一致するように作製した。
Next, second photolithography and ion milling were performed, and each layer from the cap layer to the nonmagnetic
次に、フォトリソグラフィー、スパッタ法およびリフトオフ法により上部電極層を形成した。上部電極層はCu(20nm)とした。 Next, an upper electrode layer was formed by photolithography, sputtering, and lift-off. The upper electrode layer was Cu (20 nm).
以上の手法で作製した薄膜磁性素子1に対して、電流量及び外部磁場の大きさ、磁場印加方向を選択しながら、発振出力の測定を行った。
With respect to the thin film
薄膜磁性素子1に印加する電流を3mAに設定し、スペアナのRBW(Resolution Band Width)は3MHzとして発振出力を測定した。その結果、得られた最大のピークに対して、RBWおよび半値全福を考慮して発振出力を計算した結果、発振出力は110[nW]となった。
The current applied to the thin film
(実施例2〜6)
上記本発明の第1の実施の形態において説明した薄膜磁性素子1を、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、および実施例6として作製した。図1に示されているように、第1の強磁性層4の積層方向に垂直な面の中心軸を基点とし、非磁性導電領域7における積層方向に垂直な面の中心軸までの距離Xを変化させた点を除いて、いずれも実施例1と同様の構成とした。作成した素子に対して発振出力を測定した。距離X、発振出力の結果を表1に示す。
(Examples 2 to 6)
The thin film
(実施例7〜11)
上記本発明の第1の実施の形態において説明した薄膜磁性素子1を、実施例7、実施例8、実施例9、実施例10、および、実施例11として作製した。実施例1と一部異なり、dfを変化させる目的で電流狭窄層6と第1の強磁性層4の間に非磁性の導電層を配置した。非磁性の導電層をCuとし、膜厚を幾つかの条件に設定した。作成した素子に対して発振出力を測定した。df、leo/df、および発振出力の結果を表2に示す。
(Examples 7 to 11)
The thin film
(実施例12〜16)
上記本発明の第6の実施の形態において説明した薄膜磁性素子1を、実施例12、実施例13、実施例14、実施例15、および、実施例16として作製した。作製方法は実施例1と一部異なり、dfを変化させる目的で電流狭窄層6と第1の強磁性層4の間に非磁性の導電層を配置した点と、第2のフォトリソグラフィーにおいて、2つの非磁性導電領域7をパターニングした点である。
(Examples 12 to 16)
The thin film
非磁性の導電層の材料はCuとし、膜厚を幾つかの条件に設定した。また、2つの非磁性導電領域7のそれぞれのサイズをφ80nmとし、非磁性領域間の最短距離を40nmとなるようにした。なお、いずれの非磁性導電領域7も、leo>dfを満たすようにパターニングしている。続いて、スパッタ法、リフトオフ法により絶縁体8を形成した。絶縁体8にはAl2O3を用いた。
The material of the nonmagnetic conductive layer was Cu, and the film thickness was set to several conditions. Further, the size of each of the two nonmagnetic
次に、フォトリソグラフィー、スパッタ法およびリフトオフ法により上部電極層を形成した。上部電極層はCu(20nm)とした。 Next, an upper electrode layer was formed by photolithography, sputtering, and lift-off. The upper electrode layer was Cu (20 nm).
以上の手法で作製した薄膜磁性素子1に対して、発振出力を測定した。df、(lei/2)/df、および発振出力の結果を表3に示す。
The oscillation output was measured for the thin film
(実施例17〜21)
上記本発明の第1の実施の形態において説明した薄膜磁性素子1を、実施例17、実施例18、実施例19、実施例20、および、実施例21として作製した。作製方法は実施例1と一部異なり、ナノコンタクトホール5の個数、最近接するナノコンタクトホール5の間の平均距離を変化させる目的で、電流狭窄層6の作製におけるIAOの処理時間を変化させた。
(Examples 17 to 21)
The thin film
ナノコンタクトホール5の個数の計測は、conductive−AFM(以下c−AFM)により行う。ナノコンタクトホール5と絶縁層8では流れる電流量が異なるため、導電プローブを電流狭窄層6まで作製した試料表面に接触させ、導通している部分の領域をナノコンタクトホール5とみなし、その領域の個数をナノコンタクトホール5の個数とし、最近接するナノコンタクトホール5間の平均距離を求めている。なお、計測は、試料表面の酸化を防ぐため、電流狭窄層6の形成後は高真空の環境を維持した状態でc−AFM測定を行うことが望ましい。
The number of
次に、非磁性導電領域7を形成し、第1のフォトリソグラフィー、イオンミリングにより、電流狭窄層6から下部の形状をφ300nmで規定し、第2のフォトリソグラフィー、イオンミリングにより、非磁性導電領域7の形状をφ100nmで規定した。削除した領域においてはスパッタ法、リフトオフ法により絶縁体8を形成した。絶縁体8にはAl2O3を用いた。
Next, the nonmagnetic
次に、フォトリソグラフィー、スパッタ法およびリフトオフ法により上部電極層を形成した。上部電極層はCu(20nm)とした。 Next, an upper electrode layer was formed by photolithography, sputtering, and lift-off. The upper electrode layer was Cu (20 nm).
以上の手法で作製した薄膜磁性素子1に対して、発振出力を測定した。dnc、(dnc/2)/df、および、発振出力の結果を表4に示す。
The oscillation output was measured for the thin film
(比較例1)
図9に示す薄膜磁性素子1を比較例1として作製した。Seの面積をSfの面積と等しくさせた以外は、実施例1と同様の構成とした。作成した素子に対して発振周波数を測定した。その結果、発振周波数は4.8GHzとなった。
(Comparative Example 1)
A thin film
(比較例2〜6)
図10に示す薄膜磁性素子1を比較例2、比較例3、比較例4、比較例5、および、比較例6として作製した。図1に示されているように、第1の強磁性層4の積層方向に垂直な面の中心軸を基点とし、非磁性導電領域7における積層方向に垂直な面の中心軸までの距離Xを変化させた点、および電流狭窄層6を作製していない点を除いて、実施例1と同様の構成とした。作成した素子に対して発振出力を測定した。作成した素子に対して発振出力を測定した。距離X、発振出力の結果を表5に示す。
(Comparative Examples 2-6)
The thin film
図11は実施例1〜6の発振出力の測定結果に対して、出力された信号の発振周波数と、距離Xの関係を示している。 FIG. 11 shows the relationship between the oscillation frequency of the output signal and the distance X with respect to the measurement results of the oscillation outputs of Examples 1 to 6.
Xが0nm〜75nmの範囲では、発振周波数はあまり変化せず、75nm〜100nmの範囲で低下していることがわかる。 It can be seen that when X is in the range of 0 nm to 75 nm, the oscillation frequency does not change much and decreases in the range of 75 nm to 100 nm.
第1の強磁性層の端部ではイオンミリングの加工によって変質が生じ、飽和磁化Msが低下する。飽和磁化Msの低下により発振周波数が低下することから、第1の強磁性層の中央部と端部では発振の周波数が異なっている。従って、Seの領域における第1強磁性層の端部と中央部の比率を変化させたことで、信号の周波数帯が変化したと考えられる。 At the end of the first ferromagnetic layer, alteration occurs due to ion milling, and the saturation magnetization Ms decreases. Since the oscillation frequency decreases due to the decrease of the saturation magnetization Ms, the oscillation frequency differs between the central portion and the end portion of the first ferromagnetic layer. Therefore, it is considered that the frequency band of the signal is changed by changing the ratio between the end portion and the center portion of the first ferromagnetic layer in the Se region.
今回、Xが75nmより小さい領域では、非磁性導電領域7により狭窄された電子の流れが第1の強磁性層4の端部の領域を通過しておらず、発振周波数が大きく変化しなかったと考えられる。Xが75nmより大きい領域では、電流の拡散により第1の強磁性層4の端部の領域を通過する電流量の割合が増加し、次第に発振周波数が低くなったと考えられる。
This time, in the region where X is less than 75 nm, the flow of electrons confined by the nonmagnetic
図12は実施例7〜11の発振出力の測定結果に対して、leo/dfと信号の発振出力との関係を示している。 FIG. 12 shows the relationship between leo / df and the signal oscillation output for the measurement results of the oscillation outputs of Examples 7-11.
図12より、leo>dfの範囲では信号の出力はあまり変化せず、leo<dfの範囲になると出力が減少することが確認できる。dfがleoより小さい範囲では第1の強磁性層4の端部の領域を電流がほとんど通過しないため、信号の出力は大きく変化せず、leoを超えたときは第1の強磁性層4の端部の領域を通過する電流量が増加し、信号の出力が低下したと考えられる。
From FIG. 12, it can be confirmed that the output of the signal does not change much in the range of leo> df, and the output decreases in the range of leo <df. In the range where df is smaller than leo, the current hardly passes through the end region of the first
図13は実施例12〜16の発振出力の測定結果に対して、(lei/2)/dfと信号の発振出力との関係を示している。 FIG. 13 shows the relationship between (lei / 2) / df and the oscillation output of the signal with respect to the measurement results of the oscillation outputs of Examples 12-16.
図13より、lei/2>dfの範囲では発振出力はあまり変化せず、lei/2<dfの範囲では小さくなっていることがわかる。lei/2がdfより大きくなると複数の非磁性導電領域7に分割され、狭窄された電子の流れが第1の強磁性層4で合流せずにフェイズロックが生じたことで高い出力を示したと考えられるが、lei/2がdfより小さくなると、第1の強磁性層4の中で合流してしまい信号の出力が大きく低下したと考えられる。
From FIG. 13, it can be seen that the oscillation output does not change much in the range of lei / 2> df, and is small in the range of lei / 2 <df. When lei / 2 is larger than df, it is divided into a plurality of nonmagnetic
図14は実施例17〜21における発振出力の測定結果に対して、(dnc/2)/dfと信号の発振出力との関係を表している。 FIG. 14 shows the relationship between (dnc / 2) / df and the oscillation output of the signal with respect to the measurement results of the oscillation output in Examples 17-21.
図14よりdnc/2<dfの範囲では発振出力は小さく、dnc/2>dfの範囲では急激に出力が増加していることがわかる。dnc/2がdfより小さい範囲では、複数のナノコンタクトホール5に分割され、狭窄された電子の流れが第1の強磁性層4で合流したため電流密度が向上せず、低い出力を示したと考えられるが、dfより大きい範囲では第1の強磁性層4の内部で合流せずに電流密度が向上し、信号の出力が増加したと考えられる。
FIG. 14 shows that the oscillation output is small in the range of dnc / 2 <df, and the output is rapidly increased in the range of dnc / 2> df. In the range where dnc / 2 is smaller than df, it is considered that the current density is not improved because the flow of the confined electrons divided into the plurality of
図15は比較例2〜6の発振出力の測定結果に対して、出力された信号の発振周波数と、距離Xの関係を示している。 FIG. 15 shows the relationship between the oscillation frequency of the output signal and the distance X with respect to the measurement results of the oscillation outputs of Comparative Examples 2-6.
図11の結果と比較して、図15では周波数の上限および下限が小さく、Xに対する変化量が小さくなっていることがわかる。比較例2〜6では、電流狭窄層6による電流の狭窄の効果がないために、第1の強磁性層4を通過する際に電流がより拡散してしまい、第1の強磁性層4に対して一様に電流が流れやすくなったことが考えられる。従って、第1の強磁性層4の中央部および端部による、異なる周波数の発振が混合しやすくなり、周波数が大きく変化しなかったと考えられる。
Compared with the result of FIG. 11, it can be seen that in FIG. 15, the upper and lower limits of the frequency are small and the amount of change with respect to X is small. In Comparative Examples 2 to 6, since there is no current confinement effect by the
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、上記で説明した実施例以外にも変更することが可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, modifications other than those described above can be made.
以上のように、本発明に係る薄膜磁性素子は、磁気抵抗効果素子の高周波特性を利用して、発振器、検波器、ミキサー、フィルターといったデバイスとして利用可能である。既存の半導体で構成される高周波特性を利用する高周波デバイスと比較し、小型化や伝送回路とのインピーダンスマッチングや、本発明による周波数特性の可変性により利点があり、本発明による高出力化によっても、代用可能となる。 As described above, the thin film magnetic element according to the present invention can be used as a device such as an oscillator, a detector, a mixer, and a filter by utilizing the high frequency characteristics of the magnetoresistive effect element. Compared with high-frequency devices that use high-frequency characteristics composed of existing semiconductors, there are advantages due to miniaturization, impedance matching with transmission circuits, and variable frequency characteristics according to the present invention. , Can be substituted.
1・・・薄膜磁性素子
2・・・第2の強磁性層
3・・・非磁性層
4・・・第1の強磁性層
5・・・ナノコンタクトホール
6・・・電流狭窄層
7・・・非磁性導電領域
8・・・絶縁体
9・・・下部電極
10・・・対向面
11・・・第1の投影面
12・・・第2の投影面
13・・・最小断面
14・・・発振装置
15・・・磁場印加機構
16・・・信号発生部
17・・・電源部
18・・・信号増幅部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層の間に非磁性層とを有し、
前記電流狭窄層と前記非磁性層との間に前記第1の強磁性層を有し、
前記電流狭窄層と前記第1の強磁性層の間、または前記電流狭窄層に対して前記第1の強磁性層と反対側に配置される非磁性導電領域とを備え、
前記非磁性導電領域の、前記第1の強磁性層に対向する対向面の面積Seと、前記第1の強磁性層の、積層方向に垂直な断面のうち最小の面積をもつ最小断面の面積Sfが、Sf>Seの関係を満たしている特徴とする薄膜磁性素子。 A thin film magnetic element in which a current confinement layer having a plurality of nanocontact holes, a first ferromagnetic layer, and a second ferromagnetic layer are laminated,
A nonmagnetic layer between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer;
The first ferromagnetic layer between the current confinement layer and the nonmagnetic layer;
A nonmagnetic conductive region disposed between the current confinement layer and the first ferromagnetic layer, or a nonmagnetic conductive region disposed on the opposite side of the current confinement layer from the first ferromagnetic layer;
The area Se of the facing surface of the nonmagnetic conductive region facing the first ferromagnetic layer and the area of the smallest cross section having the smallest area among the cross sections perpendicular to the stacking direction of the first ferromagnetic layer. A thin film magnetic element characterized in that Sf satisfies a relationship of Sf> Se.
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