JP2016207676A - 磁気抵抗効果発振器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発振閾値電流密度JOより大きな第1の電流密度を有する電流を時間TP間、磁気抵抗効果素子に印加する第1のステップを実行し、その後、第1の電流密度未満でかつ発振閾値電流密度JO以上の第2の電流密度JSを有する電流を磁気抵抗効果素子に印加する第2のステップを実行し、第1のステップにおける第1の電流密度の時間TP間の平均値をJP、磁気抵抗効果素子の磁化反転閾値電流密度をJR、磁気抵抗効果素子の磁化反転時間をTRとしたとき、式(1)、式(2)および式(3)または、式(1)および式(4)を満たす磁気抵抗効果発振器。
【選択図】図13
Description
図1に磁気抵抗効果発振器100の回路図を示す。磁気抵抗効果発振器100は磁気抵抗効果素子112と磁気抵抗効果素子112に電流を印加する電流印加部114を有する。電流印加部114は電流源113と制御部115を有する。電流源113は磁気抵抗効果素子112に電流を供給できるように接続される。制御部115は電流源113の動作を制御する。図2は磁気抵抗効果素子112の構成例を示す図である。磁気抵抗効果素子112は第1の磁性層101と、第2の磁性層102と、それらの間に配置されたスペーサ層103とを有する。第1の磁性層101は第1の電極110と、第2の磁性層102は第2の電極111と各々電気的に接続している。第1の電極110と第2の電極111に電流源113を接続する。第1の磁性層101および第2の磁性層102は、膜面内方向に磁化容易軸をもつ面内磁化膜である。第1の磁性層101の磁化方向104は固定されている。第2の磁性層102の磁化は、磁気抵抗効果素子112に電流を印加する前の状態では、第2の磁性層102における有効磁場の方向を向いており、矢印105は有効磁場の方向を示す。有効磁場は、第2の磁性層102内の異方性磁場、交換磁場、反磁場および外部磁場の和である。図2では、第1の磁性層101の磁化の方向と、第2の磁性層102における有効磁場の方向が、互いに反対方向を向いているが、これらの方向は互いに異なる方向であれば、これらの方向はこれに限られない。
(実施形態2)
実施形態1の磁気抵抗効果発振器100について、式(9)に基づいてシミュレーションを行い、磁気抵抗効果素子112の発振の立ち上がり時間について計算した。第2の磁性層102は長径135×短径65×厚さ2.5nm3の楕円形状とした。ここでx軸方向を長径方向、y軸方向を短径方向、z軸方向を厚み方向とする。第1の磁性層101の材料はFeCo、第2の磁性層102の材料はNi80Fe20とした。第1の磁性層101の磁化は第1の磁性層101の直下の、図示しない反強磁性体との交換結合によって固定されている。スペーサ層103の材料は非磁性金属のCuとした。
(シミュレーション例2)
(シミュレーション例3)
本シミュレーション例4において、第2の磁性層102の形状は直径100nmの円形で厚さ2.0nmとした。第1の磁性層101、第2の磁性層102の材料はCoFeBとした。第1の磁性層101の磁化は負のz軸方向に固定されている。スペーサ層103の材料は非磁性絶縁体のMgOとした。第2の磁性層102はz軸方向に磁気異方性を持ち、そのz軸方向の異方性磁場HKを1.2×106A/mとした。
磁気抵抗効果素子112に電流を印加する前の初期状態において、第2の磁性層102の磁化の向きは正のz軸方向(第1の磁性層101の磁化の向きと反平行の向き)とした。また、第2のステップでは電流密度JS=6.2×109[A/m2]を有する正の方向の電流を印加した。以上の点を除いて、シミュレーション例1と同様にしてシミュレーションを行った。
下地層(図示せず):Ta[5nm]/Ru[2nm]
反強磁性層(図示せず):IrMn[10nm]
第1の磁性層101:FeCo[3nm]
スペーサ層103:Cu[3nm]
第2の磁性層102:Ni80Fe20[2.5nm]
キャップ層(図示せず):Ta[5nm]
電極111:Cu[100nm]
Claims (5)
- 第1の磁性層と、第2の磁性層と、前記第1の磁性層と前記第2の磁性層に挟まれたスペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子に電流を印加する電流印加部とを有し、
前記電流印加部は、前記磁気抵抗効果素子の発振閾値電流密度JOより大きな第1の電流密度を有する電流を時間TP間、前記磁気抵抗効果素子に印加する第1のステップを実行し、
その後、前記磁気抵抗効果素子が所定の周波数で発振するように、前記第1の電流密度未満でかつ前記発振閾値電流密度JO以上の第2の電流密度JSを有する電流を前記磁気抵抗効果素子に印加する第2のステップを実行し、
前記第1のステップにおける前記第1の電流密度の時間TP間の平均値をJP、前記磁気抵抗効果素子の磁化反転閾値電流密度をJR、前記磁気抵抗効果素子の磁化反転時間をTRとしたとき、式(1)、式(2)および式(3)または、式(1)および式(4)を満たす磁気抵抗効果発振器。
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