JP2017216670A - 磁気抵抗効果デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等を実現する磁気抵抗効果デバイスを提供する。【解決手段】磁気抵抗効果デバイス１００は、磁化固定層２、スペーサ層３及び磁化自由層４を有する磁気抵抗効果素子１ａ、第１のポート９ａ、第２のポート９ｂ、信号線路７、インダクタ１０、直流電流入力端子１１とを有する。第１のポート、磁気抵抗効果素子および第２のポートが信号線路を介してこの順に直列接続される。インダクタは、磁気抵抗効果素子と第１のポート又は第２のポートとの間の信号線路とグラウンド８に接続可能であり、直流電流入力端子は、磁気抵抗効果素子を挟んでインダクタとは反対側の信号線路に接続され、磁気抵抗効果素子、信号線路、インダクタ、グラウンドおよび直流電流入力端子を含む閉回路が形成可能で、磁気抵抗効果素子は、直流電流入力端子からの直流電流が、磁化固定層から磁化自由層の方向に流れるように配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子を利用した磁気抵抗効果デバイスに関するものである。

近年、携帯電話等の移動通信端末の高機能化に伴い、無線通信の高速化が進められている。通信速度は使用する周波数の帯域幅に比例するため、通信に必要な周波数バンドは増加し、それに伴って、移動通信端末に必要な高周波フィルタの搭載数も増加している。また、近年新しい高周波用部品に応用できる可能性のある分野として研究されているのがスピントロニクスであり、その中で注目されている現象の一つが、磁気抵抗効果素子によるスピントルク共鳴現象である（非特許文献１参照）。磁気抵抗効果素子に交流電流を流すことで、磁気抵抗効果素子にスピントルク共鳴を起こすことが出来、スピントルク共鳴周波数に対応した周波数で周期的に磁気抵抗効果素子の抵抗値が振動する。磁気抵抗効果素子に印加される磁場の強さによって、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は変化し、一般的にその共鳴周波数は数〜数十ＧＨｚの高周波帯域である。

Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４３８、Ｎｏ．７０６６、ｐｐ．３３９−３４２、１７ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００５

磁気抵抗効果素子は、スピントルク共鳴現象を利用して高周波デバイスに応用することが考えられるが、高周波フィルタ等の高周波デバイスに応用するための具体的な構成は従来示されていない。本発明は、磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスを実現できる磁気抵抗効果デバイスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有する磁気抵抗効果素子と、高周波信号が入力される第１のポートと、高周波信号が出力される第２のポートと、信号線路と、インダクタまたは抵抗素子と、直流電流入力端子とを有し、前記第１のポート、前記磁気抵抗効果素子および前記第２のポートが前記信号線路を介してこの順に直列接続され、前記インダクタまたは前記抵抗素子は、前記磁気抵抗効果素子と前記第１のポートとの間の前記信号線路または前記磁気抵抗効果素子と前記第２のポートとの間の前記信号線路の一方に接続され、さらにグラウンドに接続可能であり、前記直流電流入力端子は、前記磁気抵抗効果素子と前記第１のポートとの間の前記信号線路または前記磁気抵抗効果素子と前記第２のポートとの間の前記信号線路の他方に接続され、前記磁気抵抗効果素子、前記信号線路、前記インダクタ、前記グラウンドおよび前記直流電流入力端子を含む閉回路、または、前記磁気抵抗効果素子、前記信号線路、前記抵抗素子、前記グラウンドおよび前記直流電流入力端子を含む閉回路が形成可能であり、前記磁気抵抗効果素子は、前記直流電流入力端子から入力される直流電流が、前記磁気抵抗効果素子の中を前記磁化固定層から前記磁化自由層の方向に流れるように配置されていることを第１の特徴とする。

上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、磁気抵抗効果素子に第１のポートから信号線路を介して高周波信号が入力されることにより、磁気抵抗効果素子にスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、磁気抵抗効果素子の中を磁化固定層から磁化自由層の方向に直流電流が流れることにより、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する素子インピーダンスが増加する。第１のポート、磁気抵抗効果素子および高周波信号が出力される第２のポートがこの順に直列接続されることにより、高周波信号を、磁気抵抗効果素子が低インピーダンス状態である非共鳴周波数では通過させ、磁気抵抗効果素子が高インピーダンス状態である共鳴周波数では遮断することが出来る。つまり、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことが可能となる。

また、直流電流入力端子から入力された直流電流は、磁気抵抗効果素子、信号線路、インダクタ、グラウンドおよび直流電流入力端子を含んで形成される閉回路、または、磁気抵抗効果素子、信号線路、抵抗素子、グラウンドおよび直流電流入力端子を含んで形成される閉回路を流れる。この閉回路により、磁気抵抗効果素子に効率的に直流電流を印加することが出来る。磁気抵抗効果素子は、この直流電流が印加されることにより、磁気抵抗効果素子の素子インピーダンスの変化量が増加するため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。

さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を設定可能な周波数設定機構を有することを第２の特徴とする。

上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を任意の周波数にすることができるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、任意の周波数帯のフィルタとして機能することが可能となる。

さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記周波数設定機構は、前記磁化自由層における有効磁場を設定可能な有効磁場設定機構であり、前記有効磁場を変化させて前記磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化可能であることを第３の特徴とする。

上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を可変制御することができるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。

さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の前記磁気抵抗効果素子同士が並列接続されていることを第４の特徴とする。

上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子同士が並列接続されているので、ある幅を持った遮断周波数帯域を設けることができる。

さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、複数の前記磁気抵抗効果素子同士が並列接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に前記周波数設定機構を複数有することを第５の特徴とする。

上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、複数の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構を複数有しているため、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を個別に制御することが可能となる。さらに、複数の磁気抵抗効果素子同士が並列接続されているので、ある幅を持った遮断周波数帯域を設けることができる。

さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の前記磁気抵抗効果素子同士が直列接続されていることを第６の特徴とする。

上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子同士が直列接続されているので、ある幅を持った遮断周波数帯域を設けることができる。

さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、複数の前記磁気抵抗効果素子同士が直列接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に前記周波数設定機構を複数有することを第７の特徴とする。

上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、複数の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構を複数有しているため、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を個別に制御することが可能となる。さらに、複数の磁気抵抗効果素子同士が直列接続されているので、ある幅を持った遮断周波数帯域を設けることができる。

さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる前記複数の磁気抵抗効果素子は、平面視形状のアスペクト比が互いに異なることを第８の特徴とする。ここで、「平面視形状」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に垂直な平面で見た形状のことである。また、「平面視形状のアスペクト比」とは、磁気抵抗効果素子の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の、短辺の長さに対する長辺の長さの比率のことである。

上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子は、平面視形状のアスペクト比が互いに異なるため、同一プロセスでスピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子を作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子の膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子を構成する層を一括で成膜形成することができる。

本発明によれば、磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスを実現できる磁気抵抗効果デバイスを提供することができる。

第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの直流電流に対する周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの磁場強度に対する周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの上面図である。 第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの上面図である。 第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第５の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第５の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。

本発明を実施するための好適な形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１００は、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化自由層４を有する磁気抵抗効果素子１ａ、上部電極５、下部電極６、第１のポート９ａ、第２のポート９ｂ、信号線路７、インダクタ１０、直流電流入力端子１１および周波数設定機構としての磁場印加機構１２を有している。第１のポート９ａ、磁気抵抗効果素子１ａおよび第２のポート９ｂが信号線路７を介してこの順に直列接続されている。インダクタ１０は、磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂとの間の信号線路７（磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７または磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂとの間の信号線路７の一方）に接続され、さらに基準電位端子２０を介してグラウンド８に接続可能になっている。直流電流入力端子１１は、磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７（磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７または磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂとの間の信号線路７の他方）に接続されている。つまり、直流電流入力端子１１は、磁気抵抗効果素子１ａを挟んでインダクタ１０とは反対側の信号線路７に接続されている。磁気抵抗効果デバイス１００は、グラウンド８に接続された時に、磁気抵抗効果素子１ａ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路を形成可能になっている。より具体的には、磁気抵抗効果デバイス１００は、インダクタ１０が基準電位端子２０を介してグラウンド８に接続され、直流電流入力端子１１に、グラウンド８に接続された直流電流源１３が接続されることにより、磁気抵抗効果素子１ａ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路が形成可能になっている。

第１のポート９ａは交流信号である高周波信号が入力される入力ポートであり、第２のポート９ｂは高周波信号が出力される出力ポートである。第１のポート９ａに入力される高周波信号及び第２のポート９ｂから出力される高周波信号は、例えば、１００ＭＨｚ以上の周波数を有する信号である。信号線路７は、磁気抵抗効果素子１ａを挟むように、上部電極５および下部電極６を介して磁気抵抗効果素子１ａに電気的に接続され、第１のポート９ａから入力された高周波信号は磁気抵抗効果素子１ａに流され、第２のポート９ｂに出力される。また、高周波信号が第１のポート９ａから第２のポート９ｂに通過する際の電力比（出力電力／入力電力）のｄＢ値である減衰量（Ｓ２１）は、ネットワークアナライザなどの高周波測定器により測定することが出来る。

上部電極５および下部電極６は、一対の電極としての役目を有し、磁気抵抗効果素子１ａを構成する各層の積層方向に磁気抵抗効果素子１ａを介して配設されている。つまり、上部電極５および下部電極６は、信号（電流）を磁気抵抗効果素子１ａに対して、磁気抵抗効果素子１ａを構成する各層の面と交差する方向、例えば、磁気抵抗効果素子１ａを構成する各層の面に対して垂直な方向（積層方向）に流すための一対の電極としての機能を有している。上部電極５および下部電極６は、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｕＣｕ、Ｒｕ、もしくはこれらの材料のいずれか２つ以上の膜で構成されることが好ましい。磁気抵抗効果素子１ａは、一端（磁化固定層２側）が上部電極５を介して信号線路７に電気的に接続され、他端（磁化自由層４側）が下部電極６を介して信号線路７に電気的に接続されている。

グラウンド８は、基準電位として機能する。信号線路７とグラウンド８との形状は、マイクロストリップライン（ＭＳＬ）型やコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）型に規定することが好ましい。マイクロストリップライン形状やコプレーナウェーブガイド形状を設計する際、信号線路７の特性インピーダンスと回路系のインピーダンスが等しくなるように信号線路７の信号線幅やグラウンド間距離を設計することにより、信号線路７を伝送損失の少ない伝送線路とすることが可能となる。

インダクタ１０は、信号線路７とグラウンド８との間に接続され、インダクタ成分により電流の高周波成分をカットすると同時に電流の直流成分を通す機能を有する。インダクタ１０は、チップインダクタまたはパターン線路によるインダクタのどちらでもよい。また、インダクタ成分を有する抵抗素子でもよい。インダクタ１０のインダクタンス値は１０ｎＨ以上であることが好ましい。このインダクタ１０により、磁気抵抗効果素子１ａを通過する高周波信号の特性を劣化させることなく、磁気抵抗効果素子１ａ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路に、直流電流入力端子１１から印加された直流電流を流すことができる。

直流電流入力端子１１は、磁気抵抗効果素子１ａに対してインダクタ１０の信号線路７への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路７に接続されている。より具体的には、直流電流入力端子１１は、磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７に接続されている。直流電流入力端子１１に直流電流源１３が接続されることで、磁気抵抗効果素子１ａに直流電流を印加することが可能になる。磁気抵抗効果素子１ａは、直流電流入力端子１１から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子１ａの中を磁化固定層２から磁化自由層４の方向に流れるように配置されている。また、直流電流入力端子１１と直流電流源１３との間に、高周波信号をカットするための、インダクタまたは抵抗素子が直列に接続されてもよい。

直流電流源１３は、グラウンド８及び直流電流入力端子１１に接続され、直流電流入力端子１１から、磁気抵抗効果素子１ａ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路に、直流電流を印加する。直流電流源１３は、例えば、可変抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成され、直流電流の電流値を変化可能に構成されている。直流電流源１３は、一定の直流電流を発生可能な、固定抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成されてもよい。

磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａの近傍に配設され、磁気抵抗効果素子１ａに磁場を印加して、磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を設定可能となっている。例えば、磁場印加機構１２は、電圧もしくは電流のいずれかにより、印加磁場強度を可変制御できる電磁石型あるいはストリップライン型で構成される。また、磁場印加機構１２は、電磁石型あるいはストリップライン型と一定の磁場のみを供給する永久磁石との組み合わせにより構成されていてもよい。また、磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場を変化させることで、磁化自由層４における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を変化可能となっている。

磁化固定層２は、強磁性体材料で構成されており、その磁化方向が実質的に一方向に固定されている。磁化固定層２は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉとＦｅの合金、ＦｅとＣｏの合金、またはＦｅとＣｏとＢの合金などの高スピン分極率材料から構成されることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。また、磁化固定層２は、ホイスラー合金で構成されても良い。また、磁化固定層２の膜厚は、１〜１０ｎｍとすることが好ましい。また、磁化固定層２の磁化を固定するために磁化固定層２に接するように反強磁性層を付加してもよい。或いは、結晶構造、形状などに起因する磁気異方性を利用して磁化固定層２の磁化を固定してもよい。反強磁性層には、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＦｅＳ_２、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒまたはＭｎなどを用いることが出来る。

スペーサ層３は、磁化固定層２と磁化自由層４の間に配置され、磁化固定層２の磁化と磁化自由層４の磁化が相互作用して磁気抵抗効果が得られる。スペーサ層３としては、導電体、絶縁体、半導体によって構成される層、もしくは、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層で構成される。

スペーサ層３として非磁性導電材料を適用する場合、材料としてはＣｕ、Ａｇ、ＡｕまたはＲｕなどが挙げられ、磁気抵抗効果素子１ａには巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果が発現する。ＧＭＲ効果を利用する場合、スペーサ層３の膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ程度とすることが好ましい。

スペーサ層３として非磁性絶縁材料を適用する場合、材料としてはＡｌ_２Ｏ_３またはＭｇＯなどが挙げられ、磁気抵抗効果素子１ａにはトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果が発現する。磁化固定層２と磁化自由層４との間にコヒーレントトンネル効果が発現するように、スペーサ層３の膜厚を調整することで高い磁気抵抗変化率が得られる。ＴＭＲ効果を利用する場合、スペーサ層３の膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ程度とすることが好ましい。

スペーサ層３として非磁性半導体材料を適用する場合、材料としてはＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ＧａＯ_ｘまたはＧａ_２Ｏ_ｘなどが挙げられ、スペーサ層３の膜厚は１．０〜４．０ｎｍ程度とすることが好ましい。

スペーサ層３として非磁性絶縁体中の導体によって構成される通電点を含む層を適用する場合、Ａｌ_２Ｏ_３またはＭｇＯによって構成される非磁性絶縁体中に、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｃｕ、ＡｌまたはＭｇなどの導体によって構成される通電点を含む構造とすることが好ましい。この場合、スペーサ層３の膜厚は、０．５〜２．０ｎｍ程度とすることが好ましい。

磁化自由層４は、その磁化の方向が変化可能であり、強磁性材料で構成されている。磁化自由層４の磁化の方向は、例えば、外部印加磁場もしくはスピン偏極電子によって変化可能である。磁化自由層４は、膜面内方向に磁化容易軸を有する材料の場合、材料としてはＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉまたはＣｏＭｎＡｌなどが挙げられ、厚さは１〜３０ｎｍ程度とすることが好ましい。磁化自由層４は、膜面法線方向に磁化容易軸を有する材料の場合、材料としてはＣｏ、ＣｏＣｒ系合金、Ｃｏ多層膜、ＣｏＣｒＰｔ系合金、ＦｅＰｔ系合金、希土類を含むＳｍＣｏ系合金またはＴｂＦｅＣｏ合金などが挙げられる。また、磁化自由層４は、ホイスラー合金で構成されても良い。また、磁化自由層４とスペーサ層３との間に、高スピン分極率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。高スピン分極率材料としては、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＢ合金などが挙げられる。ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＢ合金いずれの膜厚も０．２〜１．０ｎｍ程度とすることが好ましい。

また、上部電極５と磁気抵抗効果素子１ａとの間、および下部電極６と磁気抵抗効果素子１ａとの間にキャップ層、シード層またはバッファー層を配設しても良い。キャップ層、シード層またはバッファー層としては、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒまたはこれらの積層膜などが挙げられ、これらの層の膜厚は２〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。

尚、磁気抵抗効果素子１ａの大きさは、磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状が長方形（正方形を含む）の場合、長辺を１００ｎｍ程度、或いは１００ｎｍ以下にすることが望ましい。また、磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状が長方形ではない場合は、磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状に最小の面積で外接する長方形の長辺を、磁気抵抗効果素子１ａの長辺と定義する。長辺が１００ｎｍ程度と小さい場合、磁化自由層４の磁区の単磁区化が可能となり、高効率なスピントルク共鳴現象の実現が可能となる。ここで、「平面視形状」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に垂直な平面で見た形状のことである。

ここで、スピントルク共鳴現象について説明する。

磁気抵抗効果素子１ａに、磁気抵抗効果素子１ａの固有のスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、磁化自由層４の磁化がスピントルク共鳴周波数で振動する。この現象をスピントルク共鳴現象と呼ぶ。磁気抵抗効果素子１ａの素子抵抗値は、磁化固定層２と磁化自由層４との磁化の相対角で決まる。そのため、スピントルク共鳴時の磁気抵抗効果素子１ａの抵抗値は、磁化自由層４の磁化の振動に伴い、周期的に変化する。つまり、磁気抵抗効果素子１ａは、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化する抵抗振動素子として取り扱うことが出来る。さらに、磁気抵抗効果素子１ａの中を磁化固定層２から磁化自由層４の方向に流れる直流電流を磁気抵抗効果素子１ａに印加しながら、磁気抵抗効果素子１ａにスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、磁気抵抗効果素子１ａは、入力された高周波信号とは位相が１８０°異なる状態で、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化し、この高周波信号に対するインピーダンスは増加する。つまり、磁気抵抗効果素子１ａは、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが増加する抵抗素子として取り扱うことが出来る。

スピントルク共鳴周波数は、磁化自由層４における有効磁場によって変化する。磁化自由層４における有効磁場Ｈ_ｅｆｆは、磁化自由層に印加される外部磁場Ｈ_Ｅ、磁化自由層４における異方性磁場Ｈ_ｋ、磁化自由層４における反磁場Ｈ_Ｄ、磁化自由層４における交換結合磁場Ｈ_ＥＸを用いて、
Ｈ_ｅｆｆ＝Ｈ_Ｅ＋Ｈ_ｋ＋Ｈ_Ｄ＋Ｈ_ＥＸ
で表される。磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａに磁場を印加して磁化自由層４に外部磁場Ｈ_Ｅを印加することにより、磁化自由層４における有効磁場Ｈ_ｅｆｆを設定可能な有効磁場設定機構である。有効磁場設定機構である磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場を変化させることで、磁化自由層４における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を変化させることができる。このように、磁気抵抗効果素子１ａに印加される磁場を変化させると、スピントルク共鳴周波数は変化する。

また、スピントルク共鳴時に磁気抵抗効果素子１ａに直流電流が印加されることにより、スピントルクが増加して、振動する抵抗値の振幅が増加する。振動する抵抗値の振幅が増加することにより、磁気抵抗効果素子１ａの素子インピーダンスの変化量が増加する。また、印加される直流電流の電流密度を変化させると、スピントルク共鳴周波数は変化する。したがって、磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数は、磁場印加機構１２からの磁場を変化させるか、直流電流入力端子１１からの印加直流電流を変化させることにより変化させることができる。磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流の電流密度は、磁気抵抗効果素子１ａの発振閾値電流密度よりも小さいことが好ましい。磁気抵抗効果素子の発振閾値電流密度とは、この値以上の電流密度の直流電流の印加により、磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化が一定周波数及び一定の振幅で歳差運動を開始し、磁気抵抗効果素子が発振する（磁気抵抗効果素子の出力（抵抗値）が一定周波数及び一定の振幅で変動する）閾値の電流密度のことである。

スピントルク共鳴現象により、第１のポート９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数と一致する、もしくはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、高インピーダンス状態の磁気抵抗効果素子１ａに遮断され、第２のポート９ｂに出力されにくくなる。このように、磁気抵抗効果デバイス１００は、スピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、帯域遮断型のフィルタ（バンドエリミネーションフィルタ）となる。

図２および図３に、磁気抵抗効果デバイス１００に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図２および図３の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図２は、磁気抵抗効果素子１ａに印加された磁場が一定の時のグラフである。図２のプロット線１００ａ１は、直流電流入力端子１１から磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流値がＩａ１の時のものであり、プロット線１００ａ２は直流電流入力端子１１から磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流値がＩａ２の時のものである。この時の印直流電流値の関係は、Ｉａ１＜Ｉａ２である。また、図３は、磁気抵抗効果素子１ａに印加された直流電流が一定の時のグラフである。図３のプロット線１００ｂ１は、磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａに印加される磁場強度がＨｂ１の時のものであり、プロット線１００ｂ２は磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａに印加される磁場強度がＨｂ２の時のものである。この時の磁場強度の関係は、Ｈｂ１＜Ｈｂ２である。

例えば、図２に示されるように、直流電流入力端子１１から磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流値をＩａ１からＩａ２に大きくした場合、電流値の変化に伴い磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数（遮断帯域の周波数）での素子インピーダンスの増加量が増加することで、第２のポート９ｂから出力される高周波信号がさらに小さくなり、減衰量（減衰量の絶対値）が大きくなる。したがって、磁気抵抗効果デバイス１００は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタを実現することが可能となる。また、直流電流値をＩａ１からＩａ２に大きくすると磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数はｆａ１からｆａ２にシフトする。すなわち遮断周波数帯域は低周波数側へシフトする。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、遮断周波数帯域の周波数を変化可能な高周波フィルタとして機能することも出来る。

さらに、例えば、図３に示されるように、磁場印加機構１２から印加される磁場強度をＨｂ１からＨｂ２に強くした場合、磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数はｆｂ１からｆｂ２にシフトする。すなわち、遮断周波数帯域は高周波数側へシフトする。また、磁場強度（磁化自由層４における有効磁場Ｈ_ｅｆｆ）を変化させる方が、直流電流値を変化させるよりも大きく遮断周波数帯域をシフトさせることができる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、遮断周波数帯域の周波数を変化可能な高周波フィルタとして機能することが出来る。

なお、磁気抵抗効果素子１ａに印加される外部磁場Ｈ_Ｅ（磁化自由層４における有効磁場Ｈ_ｅｆｆ）が大きくなるに従って、磁気抵抗効果素子１ａの振動する抵抗値の振幅が小さくなるので、磁気抵抗効果素子１ａに印加される外部磁場Ｈ_Ｅ（磁化自由層４における有効磁場Ｈ_ｅｆｆ）を大きくするのに伴い、磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流の電流密度を大きくすることが好ましい。

このように、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁化固定層２、磁化自由層４およびこれらの間に配置されたスペーサ層３を有する磁気抵抗効果素子１ａと、第１のポート９ａと、第２のポート９ｂと、信号線路７と、インダクタ１０と、直流電流入力端子１１とを有し、第１のポート９ａ、磁気抵抗効果素子１ａおよび第２のポート９ｂが信号線路７を介してこの順に直列接続され、インダクタ１０は、磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂとの間の信号線路７（磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７または磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂとの間の信号線路７の一方）に接続され、さらにグラウンド８に接続可能であり、直流電流入力端子１１は、磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７（磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７または磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂとの間の信号線路７の他方）に接続され、磁気抵抗効果素子１ａ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路が形成可能であり、磁気抵抗効果素子１ａは、直流電流入力端子１１から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子１ａの中を磁化固定層２から磁化自由層４の方向に流れるように配置されている。

したがって、磁気抵抗効果素子１ａに第１のポート９ａから信号線路７を介して高周波信号が入力されることにより、磁気抵抗効果素子１ａにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、磁気抵抗効果素子１ａの中を磁化固定層２から磁化自由層４の方向に直流電流が流れることにより、磁気抵抗効果素子１ａは、第１のポートから入力された高周波信号とは位相が１８０°異なる状態で、スピントルク共鳴周波数に対応した周波数で周期的に抵抗値が振動する素子として扱うことが出来る。この効果により、磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する素子インピーダンスが増加する。第１のポート９ａ、磁気抵抗効果素子１ａおよび第２のポート９ｂがこの順に直列接続されることにより、高周波信号を、磁気抵抗効果素子１ａが低インピーダンス状態である非共鳴周波数では通過させ、磁気抵抗効果素子１ａが高インピーダンス状態である共鳴周波数では遮断することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことが可能となる。

また、信号線路７とグラウンド８とに接続されるインダクタ１０は、高周波信号は通さずに直流信号を選択的にグラウンドに流すことが出来る。このことにより、直流電流入力端子１１から入力された直流電流は、磁気抵抗効果素子１ａ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含んで形成される閉回路を流れる。この閉回路により、磁気抵抗効果素子１ａに効率的に直流電流を印加することが出来る。磁気抵抗効果素子１ａは、この直流電流が印加されることにより、スピントルクが増加して、振動する抵抗値の振幅が増加する。振動する抵抗値の振幅が増加することにより、磁気抵抗効果素子１ａの素子インピーダンスの変化量が増加するため、磁気抵抗効果デバイス１００は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。

遮断特性と通過特性のレンジを大きくするためには、磁化自由層４が膜面法線方向に磁化容易軸を有し、磁化固定層２が膜面方向に磁化容易軸を有する構成とすることが好ましい。

また、直流電流入力端子１１から印加される直流電流を変化させることにより、磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を可変制御することができるため、磁気抵抗効果デバイス１００は、周波数可変フィルタとして機能することも可能となる。

さらに、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を設定可能な周波数設定機構としての磁場印加機構１２を有するので、磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を任意の周波数にすることができる。したがって、磁気抵抗効果デバイス１００は、任意の周波数帯のフィルタとして機能することが可能となる。

さらに、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁場印加機構１２が、磁化自由層４における有効磁場を設定可能な有効磁場設定機構であり、磁化自由層４における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を変化可能であるので、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。

以上説明した第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００に対しては、様々な構成要素を追加することができる。例えば、第１のポート９ａに接続された高周波回路に直流信号が流れるのを防ぐために、直流電流入力端子１１の信号線路７への接続部と第１のポート９ａとの間の信号線路７に、直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続してもよい。また、第２のポート９ｂに接続された高周波回路に直流信号が流れるのを防ぐために、インダクタ１０の信号線路７への接続部と第２のポート９ｂとの間の信号線路７に、直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続してもよい。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１０１の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１０１において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス１０１は、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化自由層４を有する２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ、上部電極５、下部電極６、第１のポート９ａ、第２のポート９ｂ、信号線路７、インダクタ１０、直流電流入力端子１１および周波数設定機構としての磁場印加機構１２を有している。また、磁気抵抗効果素子１ａと磁気抵抗効果素子１ｂ同士は、上部電極５と下部電極６との間に並列接続されており、第１のポート９ａ、磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂ、および第２のポート９ｂが信号線路７を介してこの順に直列接続されている。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、同一の磁場および同一の電流密度の直流電流が印加された状態でのスピントルク共鳴周波数が互いに異なる。より具体的には、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、膜構成が互いに同じで、平面視形状はともに長方形であるが、平面視形状のアスペクト比が互いに異なっている。ここで「膜構成が同じ」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の材料および膜厚が同じであり、さらに各層の積層順が同じであることを意味する。また、「平面視形状」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に垂直な平面で見た形状のことである。また、「平面視形状のアスペクト比」とは、磁気抵抗効果素子の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の、短辺の長さに対する長辺の長さの比率のことである。

インダクタ１０は、並列接続された磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと第２のポート９ｂとの間の信号線路７（磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと第１のポート９ａとの間の信号線路７または磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと第２のポート９ｂとの間の信号線路７の一方）に接続され、さらに基準電位端子２０を介してグラウンド８に接続可能になっている。直流電流入力端子１１は、並列接続された磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと第１のポート９ａとの間の信号線路７（磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと第１のポート９ａとの間の信号線路７または磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと第２のポート９ｂとの間の信号線路７の他方）に接続されている。つまり、直流電流入力端子１１は、磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂを挟んでインダクタ１０とは反対側の信号線路７に接続されている。磁気抵抗効果デバイス１０１は、グラウンド８に接続された時に、磁気抵抗効果素子１ａ、磁気抵抗効果素子１ｂ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路を形成可能になっている。より具体的には、磁気抵抗効果デバイス１０１は、インダクタ１０が基準電位端子２０を介してグラウンド８に接続され、直流電流入力端子１１に、グラウンド８に接続された直流電流源１３が接続されることにより、磁気抵抗効果素子１ａ、磁気抵抗効果素子１ｂ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路が形成可能になっており、直流電流入力端子１１から入力された直流電流はこの閉回路を流れ、磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂに直流電流が印加される。磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂは、直流電流入力端子１１から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂの中を磁化固定層２から磁化自由層４の方向に流れるように配置されている。

磁気抵抗効果素子１ａと磁気抵抗効果素子１ｂの磁化固定層２は同一の上部電極５に接続されおり、また磁化自由層４は同一の下部電極６に接続されている。

磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの近傍に配設され、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに同時に同一の磁場を印加する。また、磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加する磁場を変化させることで、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂのスピントルク共鳴周波数を変化可能となっている。

磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの膜構成は第１の実施形態の磁気抵抗効果素子１ａと同じである。図５は、磁気抵抗効果デバイス１０１の上面図である。図５に示すように、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの平面視形状の短辺方向であるＹ方向の寸法Ｙ_０は同じであるが、磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状の長辺方向であるＸ方向の寸法Ｘａと磁気抵抗効果素子１ｂの平面視形状の長辺方向であるＸ方向の寸法Ｘｂは異なっており、Ｘａ＜Ｘｂであることから、磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状のアスペクト比（Ｘａ／Ｙ_０）より、磁気抵抗効果素子１ｂの平面視形状のアスペクト比（Ｘｂ／Ｙ_０）は大きい。同一の磁場および同一の電流密度の直流電流が磁気抵抗効果素子に印加された状態で考えると、磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比が大きくなるに従って磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は高くなるため、磁気抵抗効果素子１ｂのスピントルク共鳴周波数ｆｂは磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数ｆａよりも高くなる。このように、複数の磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比を互いに異ならせることで、膜構成が互いに同じであってもスピントルク共鳴周波数を互いに異ならせることができるため、同一の成膜プロセスでスピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子を作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子の膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子を構成する層を一括で成膜形成することができる。

スピントルク共鳴現象により、第１のポート９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂのスピントルク共鳴周波数と一致する、もしくは磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、合成インピーダンスが高インピーダンス状態の、並列接続された磁気抵抗効果素子１ａと磁気抵抗効果素子１ｂに遮断され、第２のポート９ｂに出力されにくくなる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０１は、磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。

図６に、磁気抵抗効果デバイス１０１に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図６の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図６に示されるように、磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数ｆａの近傍の周波数（図６に示す遮断周波数帯域２００ａ）の一部と、磁気抵抗効果素子１ｂのスピントルク共鳴周波数ｆｂの近傍の周波数（図６に示す遮断周波数帯域２００ｂ）の一部が重なるように磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの平面視形状のアスペクト比を異ならせると、磁気抵抗効果デバイス１０１は、図６に示されるように、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００よりも広帯域の遮断周波数帯域（図６に示す遮断周波数帯域２００）を持つことができる。

さらに、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される磁場強度を変化させることでその帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス１０１は、遮断周波数の帯域を任意に変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。

このように、磁気抵抗効果デバイス１０１は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士が並列接続されているので、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と同じ複数の周波数の近傍におけるインピーダンスを増加させることが出来るため、ある幅を持った遮断周波数帯域２００を設けることができる。さらに、磁気抵抗効果素子に印加される直流電流、あるいは磁場を変化させることで、その遮断周波数帯域の位置を変更することが可能となる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０１は、遮断周波数帯域の位置を変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。

さらに、磁気抵抗効果デバイス１０１は、複数の磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの平面視形状のアスペクト比が互いに異なるため、同一プロセスでスピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂを作製することが可能となる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０１は、複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂを構成する層を一括で成膜形成することができ、製造コストを抑えることが可能となる。

また、第２の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０１では、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂが並列に接続されているが、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる３つ以上の磁気抵抗効果素子が並列に接続されていてもよい。この場合、遮断周波数帯域の幅をさらに広げることが可能となる。

また、第２の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０１では、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの膜構成は互いに同じであるが、複数の磁気抵抗効果素子は、膜構成が互いに異なっていてもよい。この場合、複数の磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比を互いに同じにしつつ膜構成を互いに異ならせて、複数の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を互いに異ならせるようにしても良い。

また、第２の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０１では、磁場印加機構１２が磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに同時に同一の磁場を印加しているが、各磁気抵抗効果素子に個別に磁場を印加するための磁場印加機構が備えられていても良い。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１０２の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１０２において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス１０２は、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化自由層４を有する２つの磁気抵抗効果素子１ａ、上部電極５、下部電極６、第１のポート９ａ、第２のポート９ｂ、信号線路７、インダクタ１０、直流電流入力端子１１および２つの周波数設定機構としての磁場印加機構１２を有している。２つの磁気抵抗効果素子１ａはその構成が互いに同じであり、２つの磁気抵抗効果素子１ａ同士は、上部電極５と下部電極６との間に並列接続されている。第１のポート９ａ、並列に接続された２つの磁気抵抗効果素子１ａおよび第２のポート９ｂは信号線路７を介してこの順に直列接続されている。各々の磁場印加機構１２は、２つの磁気抵抗効果素子１ａの各々に個別の磁場を印加する。このように、磁気抵抗効果デバイス１０２は、２つの磁気抵抗効果素子１ａの各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に２つの磁場印加機構１２を備えている。インダクタ１０は、並列に接続された２つの磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂとの間の信号線路７（２つの磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７または２つの磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂとの間の信号線路７の一方）に接続され、さらに基準電位端子２０を介してグラウンド８とに接続可能になっている。直流電流入力端子１１は、並列接続された２つの磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７（２つの磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７または２つの磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂとの間の信号線路７の他方）に接続されている。つまり、直流電流入力端子１１は、並列に接続された２つの磁気抵抗効果素子１ａを挟んでインダクタ１０とは反対側の信号線路７に接続されている。磁気抵抗効果デバイス１０２は、グラウンド８に接続された時に、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路を形成可能になっている。より具体的には、磁気抵抗効果デバイス１０２は、インダクタ１０が基準電位端子２０を介してグラウンド８に接続され、直流電流入力端子１１に、グラウンド８に接続された直流電流源１３が接続されることにより、磁気抵抗効果素子１ａ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路が形成可能になっており、直流電流入力端子１１から入力された直流電流はこの閉回路を流れ、２つの磁気抵抗効果素子１ａに直流電流が印加される。

２つの磁気抵抗効果素子１ａの磁化固定層２は同一の上部電極５に接続されおり、また磁化自由層４は同一の下部電極６に接続されている。

磁気抵抗効果デバイス１０２では、各々の磁場印加機構１２から各々の磁気抵抗効果素子１ａに個別に磁場が印加された状態で、２つの磁気抵抗効果素子１ａに信号線路７を介して高周波信号が入力される。例えば、一方の磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場強度を他方の磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場強度よりも小さくする。この場合、２つの磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数は互いに異なる状態になる。

スピントルク共鳴現象により、第１のポート９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で２つの磁気抵抗効果素子１ａのいずれかのスピントルク共鳴周波数と一致する、もしくは２つの磁気抵抗効果素子１ａのいずれかのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、合成インピーダンスが高インピーダンス状態の、並列接続された２つの磁気抵抗効果素子１ａに遮断され、第２のポート９ｂに出力されにくくなる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０２は、２つの磁気抵抗効果素子１ａのいずれかのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。

図８に、磁気抵抗効果デバイス１０２に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。この図の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。例えば図８に示すように、一方の磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場を他方の磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場強度よりも小さくした場合の、一方の磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数をｆ１、他方の磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数をｆ２とすると、ｆ１＜ｆ２となる。したがって、図８に示されるように、一方の磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数ｆ１の近傍の周波数（図８に示す遮断周波数帯域３００ａ）の一部と、他方の磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数ｆ２の近傍の周波数（図８に示す遮断周波数帯域３００ｂ）の一部が重なるように各々の磁場印加機構１２が各々の磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場強度を調整することによって、磁気抵抗効果デバイス１０２は、図８に示されるように、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００よりも広帯域の遮断周波数帯域（図８に示す遮断周波数帯域３００）を持つことができる。

さらに、各々の磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流、あるいは各々の磁場印加機構１２から各々の磁気抵抗効果素子１ａに印加される磁場強度を変化させることでその帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス１０２は、遮断周波数の帯域を任意に変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。

このように、磁気抵抗効果デバイス１０２は、複数の磁気抵抗効果素子１ａの各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構としての磁場印加機構１２を複数有しているため、各磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を個別に制御することが可能となる。さらに、複数の磁気抵抗効果素子１ａが並列接続されているので、各磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数と同じ複数の周波数の近傍におけるインピーダンスを増加させることが出来るため、ある幅を持った遮断周波数帯域３００を設けることができる。さらに、各磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流、あるいは磁場を変化させることで、その帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス１０２は、遮断周波数の帯域を任意に変更することが出来る、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。

また、第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０２では、２つの磁気抵抗効果素子１ａが並列に接続されており、各磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に２つの周波数設定機構（磁場印加機構１２）が備えられているが、３つ以上の磁気抵抗効果素子１ａが並列に接続されており、各磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に３つ以上の周波数設定機構（磁場印加機構１２）が備えられていてもよい。この場合、遮断周波数帯域の幅をさらに広げることが可能となる。

また、第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０２では、２つの磁気抵抗効果素子１ａの構成が互いに同じであるが、複数の磁気抵抗効果素子は、構成が互いに異なっていてもよい。

（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１０３の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１０３において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス１０３は、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化自由層４を有する２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ、上部電極５ａ、５ｂ、下部電極６ａ、６ｂ、第１のポート９ａ、第２のポート９ｂ、信号線路７、インダクタ１０、直流電流入力端子１１および周波数設定機構としての磁場印加機構１２を有している。また、上部電極５ａおよび下部電極６ａは磁気抵抗効果素子１ａを挟むように配置され、上部電極５ｂおよび下部電極６ｂは磁気抵抗効果素子１ｂを挟むように配置されている。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士は直列接続されており、第１のポート９ａ、磁気抵抗効果素子１ａ、磁気抵抗効果素子１ｂ、および第２のポート９ｂが信号線路７を介してこの順に直列接続されている。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、同一の磁場および同一の電流密度の直流電流が印加された状態でのスピントルク共鳴周波数が互いに異なる。より具体的には、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、膜構成が互いに同じで、平面視形状はともに長方形であるが、平面視形状のアスペクト比が互いに異なっている。ここで「膜構成が同じ」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の材料および膜厚が同じであり、さらに各層の積層順が同じであることを意味する。また、「平面視形状」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に垂直な平面で見た形状のことである。また、「平面視形状のアスペクト比」とは、磁気抵抗効果素子の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の、短辺の長さに対する長辺の長さの比率のことである。

インダクタ１０は、磁気抵抗効果素子１ｂと第２のポート９ｂとの間の信号線路７（磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと第１のポート９ａとの間の信号線路７または磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと第２のポート９ｂとの間の信号線路７の一方）に接続され、さらに基準電位端子２０を介してグラウンド８に接続可能になっている。直流電流入力端子１１は、直列接続された磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと第１のポート９ａとの間の信号線路７（磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと第１のポート９ａとの間の信号線路７または磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと第２のポート９ｂとの間の信号線路７の他方）に接続されている。つまり、直流電流入力端子１１は、磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂを挟んでインダクタ１０とは反対側の信号線路７に接続されている。磁気抵抗効果デバイス１０３は、グラウンド８に接続された時に、磁気抵抗効果素子１ａ、磁気抵抗効果素子１ｂ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路を形成可能になっている。より具体的には、磁気抵抗効果デバイス１０３は、インダクタ１０が基準電位端子２０を介してグラウンド８に接続され、直流電流入力端子１１に、グラウンド８に接続された直流電流源１３が接続されることにより、磁気抵抗効果素子１ａ、磁気抵抗効果素子１ｂ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路が形成可能になっており、直流電流入力端子１１から入力された直流電流はこの閉回路を流れ、磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂに直流電流が印加される。磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂは、直流電流入力端子１１から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂの中を磁化固定層２から磁化自由層４の方向に流れるように配置されている。

磁気抵抗効果素子１ａの磁化自由層４が接続されている下部電極６ａと、磁気抵抗効果素子１ｂの磁化固定層２が接続されている上部電極５ｂとが電気的に接続されており、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士は直列接続されている。

磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの近傍に配設され、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに同時に同一の磁場を印加する。また、磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加する磁場を変化させることで、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂのスピントルク共鳴周波数を変化可能となっている。

磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの膜構成は第１の実施形態の磁気抵抗効果素子１ａと同じである。図１０は、磁気抵抗効果デバイス１０３の上面図である。図１０に示すように、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの平面視形状の短辺方向であるＹ方向の寸法Ｙ_０は同じであるが、磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状の長辺方向であるＸ方向の寸法Ｘａと磁気抵抗効果素子１ｂの平面視形状の長辺方向であるＸ方向の寸法Ｘｂは異なっており、Ｘａ＜Ｘｂであることから、磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状のアスペクト比（Ｘａ／Ｙ_０）より、磁気抵抗効果素子１ｂの平面視形状のアスペクト比（Ｘｂ／Ｙ_０）は大きい。同一の磁場および同一の電流密度の直流電流が磁気抵抗効果素子に印加された状態で考えると、磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比が大きくなるに従って磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は高くなるため、磁気抵抗効果素子１ｂのスピントルク共鳴周波数ｆｂは磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数ｆａよりも高くなる。このように、複数の磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比を互いに異ならせることで、膜構成が互いに同じであってもスピントルク共鳴周波数を互いに異ならせることができるため、同一の成膜プロセスでスピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子を作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子の膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子を構成する層を一括で成膜形成することができる。さらに、磁気抵抗効果デバイス１０３では、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士は直列接続されており、直流電流の流れる方向に垂直な断面の面積は、磁気抵抗効果素子１ａの方が磁気抵抗効果素子１ｂよりも小さいので、印加される直流電流の電流密度は、磁気抵抗効果素子１ａの方が磁気抵抗効果素子１ｂよりも大きくなる。したがって、印加される直流電流の電流密度が大きくなるに従って、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が低くなる場合、または、印加される直流電流の電流密度の違いが磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数に与える影響よりも、磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比の違いが磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数に与える影響の方が大きい場合には、平面視形状のアスペクト比が、磁気抵抗効果素子１ａと磁気抵抗効果素子１ｂとで異なることにより、ｆａ＜ｆｂとなる。

スピントルク共鳴現象により、第１のポート９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂのスピントルク共鳴周波数と一致する、もしくは磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、合成インピーダンスが高インピーダンス状態の、直列接続された磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂに遮断され、第２のポート９ｂに出力されにくくなる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０３は、磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。

図１１に、磁気抵抗効果デバイス１０３に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図１１の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図１１に示されるように、磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数ｆａの近傍の周波数（図１１に示す遮断周波数帯域４００ａ）の一部と、磁気抵抗効果素子１ｂのスピントルク共鳴周波数ｆｂの近傍の周波数（図１１に示す遮断周波数帯域４００ｂ）の一部が重なるように磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの平面視形状のアスペクト比を異ならせると、磁気抵抗効果デバイス１０３は、図１１に示されるように、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００よりも広帯域の遮断周波数帯域（図１１に示す遮断周波数帯域４００）を持つことができる。

さらに、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される磁場強度を変化させることでその帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス１０３は、遮断周波数の帯域を任意に変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。

このように、磁気抵抗効果デバイス１０３は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士が直列接続されているので、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と同じ複数の周波数の近傍におけるインピーダンスを増加させることが出来るため、ある幅を持った遮断周波数帯域４００を設けることができる。さらに、磁気抵抗効果素子に印加される直流電流、あるいは磁場を変化させることで、その遮断周波数帯域の位置を変更することが可能となる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０３は、遮断周波数帯域の位置を変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。

さらに、磁気抵抗効果デバイス１０３は、複数の磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの平面視形状のアスペクト比が互いに異なるため、同一プロセスでスピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂを作製することが可能となる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０３は、複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂを構成する層を一括で成膜形成することができ、製造コストを抑えることが可能となる。

また、第４の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０３では、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂが直列に接続されているが、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる３つ以上の磁気抵抗効果素子が直列に接続されていてもよい。この場合、遮断周波数帯域の幅をさらに広げることが可能となる。

また、第４の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０３では、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの膜構成は互いに同じであるが、複数の磁気抵抗効果素子は、膜構成が互いに異なっていてもよい。この場合、複数の磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比を互いに同じにしつつ膜構成を互いに異ならせて、複数の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を互いに異ならせるようにしても良い。

また、第４の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０３では、磁場印加機構１２が磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに同時に同一の磁場を印加しているが、第３の実施形態と同様に、各磁気抵抗効果素子に個別に磁場を印加するための磁場印加機構が備えられていても良い。

（第５の実施形態）
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１０４の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１０４において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス１０４は、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化自由層４を有する２つの磁気抵抗効果素子１ａ、上部電極５ａ、５ｂ、下部電極６ａ、６ｂ、第１のポート９ａ、第２のポート９ｂ、信号線路７、インダクタ１０、直流電流入力端子１１および２つの周波数設定機構としての磁場印加機構１２を有している。また、２つの磁気抵抗効果素子１ａはその構成が互いに同じであり、上部電極５ａおよび下部電極６ａは一方の磁気抵抗効果素子１ａを挟むように配置され、上部電極５ｂおよび下部電極６ｂは他方の磁気抵抗効果素子１ａを挟むように配置されている。２つの磁気抵抗効果素子１ａ同士は直列接続されており、第１のポート９ａ、磁気抵抗効果素子１ａおよび第２のポート９ｂが信号線路７を介してこの順に直列接続されている。各々の磁場印加機構１２は、２つの磁気抵抗効果素子１ａの各々に個別の磁場を印加する。このように、磁気抵抗効果デバイス１０４は、２つの磁気抵抗効果素子１ａの各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に２つの磁場印加機構１２を備えている。インダクタ１０は、直列に接続された２つの磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂとの間の信号線路７（２つの磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７または２つの磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂとの間の信号線路７の一方）に接続され、さらに基準電位端子２０を介してグラウンド８に接続可能になっている。直流電流入力端子１１は、直列接続された２つの磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７（２つの磁気抵抗効果素子１ａと第１のポート９ａとの間の信号線路７または２つの磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂとの間の信号線路７の他方）に接続されている。つまり、直流電流入力端子１１は、直列接続された２つの磁気抵抗効果素子１ａを挟んでインダクタ１０とは反対側の信号線路７に接続されている。磁気抵抗効果デバイス１０４は、グラウンド８に接続された時に、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路を形成可能になっている。より具体的には、磁気抵抗効果デバイス１０４は、インダクタ１０が基準電位端子２０を介してグラウンド８に接続され、直流電流入力端子１１に、グラウンド８に接続された直流電流源１３が接続されることにより、直列接続された２つの磁気抵抗効果素子１ａ、信号線路７、インダクタ１０、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路が形成可能になっており、直流電流入力端子１１から入力された直流電流はこの閉回路を流れ、２つの磁気抵抗効果素子１ａに直流電流が印加される。

一方の磁気抵抗効果素子１ａの磁化自由層４が接続されている下部電極６ａと、他方の磁気抵抗効果素子１ａの磁化固定層２が接続されている上部電極５ｂとが電気的に接続されており、２つの磁気抵抗効果素子１ａ同士は直列接続されている。

磁気抵抗効果デバイス１０４では、各々の磁場印加機構１２から各々の磁気抵抗効果素子１ａに個別に磁場が印加された状態で、２つの磁気抵抗効果素子１ａに信号線路７を介して高周波信号が入力される。例えば、一方の磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場強度を他方の磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場強度よりも小さくする。この場合、２つの磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数は互いに異なる状態になる。

スピントルク共鳴現象により、第１のポート９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で２つの磁気抵抗効果素子１ａのいずれかのスピントルク共鳴周波数と一致する、もしくは２つの磁気抵抗効果素子１ａのいずれかのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、合成インピーダンスが高インピーダンス状態の、直列接続された２つの磁気抵抗効果素子１ａに遮断され、第２のポート９ｂに出力されにくくなる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０４は、２つの磁気抵抗効果素子１ａのいずれかのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。

図１３に、磁気抵抗効果デバイス１０４に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。この図の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。例えば図１３に示すように、一方の磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場を他方の磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場強度よりも小さくした場合の、一方の磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数をｆ１、他方の磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数をｆ２とすると、ｆ１＜ｆ２となる。したがって、図１３に示されるように、一方の磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数ｆ１の近傍の周波数（図１３に示す遮断周波数帯域５００ａ）の一部と、他方の磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数ｆ２の近傍の周波数（図１３に示す遮断周波数帯域５００ｂ）の一部が重なるように各々の磁場印加機構１２が各々の磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場強度を調整することによって、磁気抵抗効果デバイス１０４は、図１３に示されるように、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００よりも広帯域の遮断周波数帯域（図１３に示す遮断周波数帯域５００）を持つことができる。

さらに、各々の磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流、あるいは各々の磁場印加機構１２から各々の磁気抵抗効果素子１ａに印加される磁場強度を変化させることでその帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス１０４は、遮断周波数の帯域を任意に変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。

このように、磁気抵抗効果デバイス１０４は、複数の磁気抵抗効果素子１ａの各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構としての磁場印加機構１２を複数有しているため、各磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を個別に制御することが可能となる。さらに、複数の磁気抵抗効果素子１ａが直列接続されているので、各磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数と同じ複数の周波数の近傍におけるインピーダンスを増加させることが出来るため、ある幅を持った遮断周波数帯域５００を設けることができる。さらに、各磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流、あるいは磁場を変化させることで、その帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス１０４は、遮断周波数の帯域を任意に変更することが出来る、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。

また、第５の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０４では、２つの磁気抵抗効果素子１ａ同士が直列に接続されており、各磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に２つの周波数設定機構（磁場印加機構１２）が備えられているが、３つ以上の磁気抵抗効果素子１ａが直列に接続されており、各磁気抵抗効果素子１ａのスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に３つ以上の周波数設定機構（磁場印加機構１２）が備えられていてもよい。この場合、遮断周波数帯域の幅をさらに広げることが可能となる。

また、第５の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０４では、２つの磁気抵抗効果素子１ａの構成が互いに同じであるが、複数の磁気抵抗効果素子は、構成が互いに異なっていてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上記で説明した実施形態以外にも変更することが可能である。例えば、第１〜第５の実施形態では、インダクタ１０が、磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）と第２のポート９ｂとの間の信号線路７に接続され、直流電流入力端子１１が磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）と第１のポート９ａとの間の信号線路７に接続されている例で説明したが、インダクタ１０が、磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）と第１のポート９ａとの間の信号線路７に接続され、直流電流入力端子１１が磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）と第２のポート９ｂとの間の信号線路７に接続されるようにしてもよい。

また、第１〜第５の実施形態では、インダクタ１０を用いた例で説明したが、インダクタ１０にかえて、抵抗素子を用いても良い。この場合、抵抗素子は、信号線路７とグラウンド８との間に接続され、抵抗成分により電流の高周波成分をカットする機能を有する。この抵抗素子は、チップ抵抗またはパターン線路による抵抗のどちらでもよい。この抵抗素子の抵抗値は、信号線路７の特性インピーダンス以上であることが好ましい。例えば、信号線路７の特性インピーダンスが５０Ωの場合、抵抗素子の抵抗値が５０Ωの時は４５％の高周波電力を抵抗素子によりカットし、抵抗素子の抵抗値が５００Ωの時は９０％の高周波電力を抵抗素子によりカットすることが可能となる。この抵抗素子により、磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）を通過する高周波信号の特性を劣化させることなく、磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）、信号線路７、抵抗素子、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路に、直流電流入力端子１１から印加された直流電流を流すことができる。

インダクタ１０にかえて抵抗素子を用いる場合は、直流電流入力端子１１（または抵抗素子）の信号線路７への接続部と第１のポート９ａとの間の信号線路７に、直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続すること、および、抵抗素子（または直流電流入力端子１１）の信号線路７への接続部と第２のポート９ｂとの間の信号線路７に、直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続することが、磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）、信号線路７、抵抗素子、グラウンド８および直流電流入力端子１１を含む閉回路に、直流電流入力端子１１から印加された直流電流を効率的に流すことができる点で好ましい。

また、第１〜第５の実施形態では、磁気抵抗効果デバイス１００（１０１、１０２、１０３、１０４）が周波数設定機構（有効磁場設定機構）として磁場印加機構１２を有する例で説明しているが、周波数設定機構（有効磁場設定機構）は、以下に示すような他の例でも良い。例えば、磁気抵抗効果素子に電場を印加し、その電場を変化させることにより、磁化自由層における異方性磁場Ｈ_ｋを変化させて磁化自由層における有効磁場を変化させ、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化させることができる。この場合、磁気抵抗効果素子に電場を印加する機構が、周波数設定機構（有効磁場設定機構）となる。また、磁化自由層の近傍に圧電体を設け、その圧電体に電場を印加して圧電体を変形させ、磁化自由層を歪ませることにより、磁化自由層における異方性磁場Ｈ_ｋを変化させて磁化自由層における有効磁場を変化させ、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化させることができる。この場合、圧電体に電場を印加する機構および圧電体が、周波数設定機構（有効磁場設定機構）となる。また、電気磁気効果を有する反強磁性体またはフェリ磁性体である制御膜を磁化自由層に磁気的に結合するように設け、制御膜に磁場および電場を印加し、制御膜に印加する磁場および電場の少なくとも一方を変化させることにより、磁化自由層における交換結合磁場Ｈ_ＥＸを変化させて磁化自由層における有効磁場を変化させ、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化させることができる。この場合、制御膜に磁場を印加する機構、制御膜に電場を印加する機構および制御膜が、周波数設定機構（有効磁場設定機構）となる。

また、周波数設定機構が無くても（磁場印加機構１２からの磁場が印加されなくても）、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が所望の周波数である場合には、周波数設定機構（磁場印加機構１２）は無くてもよい。

１ａ、１ｂ 磁気抵抗効果素子
２ 磁化固定層
３ スペーサ層
４ 磁化自由層
５、５ａ、５ｂ 上部電極
６、６ａ、６ｂ 下部電極
７ 信号線路
８ グラウンド
９ａ 第１のポート
９ｂ 第２のポート
１０ インダクタ
１１ 直流電流入力端子
１２ 磁場印加機構
１３ 直流電流源
２０ 基準電位端子
１００、１０１、１０２、１０３、１０４ 磁気抵抗効果デバイス

Claims (8)

1. 磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有する磁気抵抗効果素子と、高周波信号が入力される第１のポートと、高周波信号が出力される第２のポートと、信号線路と、インダクタまたは抵抗素子と、直流電流入力端子とを有し、
   前記第１のポート、前記磁気抵抗効果素子および前記第２のポートが前記信号線路を介してこの順に直列接続され、
   前記インダクタまたは前記抵抗素子は、前記磁気抵抗効果素子と前記第１のポートとの間の前記信号線路または前記磁気抵抗効果素子と前記第２のポートとの間の前記信号線路の一方に接続され、さらにグラウンドに接続可能であり、
   前記直流電流入力端子は、前記磁気抵抗効果素子と前記第１のポートとの間の前記信号線路または前記磁気抵抗効果素子と前記第２のポートとの間の前記信号線路の他方に接続され、
   前記磁気抵抗効果素子、前記信号線路、前記インダクタ、前記グラウンドおよび前記直流電流入力端子を含む閉回路、または、前記磁気抵抗効果素子、前記信号線路、前記抵抗素子、前記グラウンドおよび前記直流電流入力端子を含む閉回路が形成可能であり、
   前記磁気抵抗効果素子は、前記直流電流入力端子から入力される直流電流が、前記磁気抵抗効果素子の中を前記磁化固定層から前記磁化自由層の方向に流れるように配置されていることを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。
2. 前記磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を設定可能な周波数設定機構を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
3. 前記周波数設定機構は、前記磁化自由層における有効磁場を設定可能な有効磁場設定機構であり、前記有効磁場を変化させて前記磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化可能であることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果デバイス。
4. スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の前記磁気抵抗効果素子同士が並列接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
5. 複数の前記磁気抵抗効果素子同士が並列接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に前記周波数設定機構を複数有することを特徴とする請求項２または３に記載の磁気抵抗効果デバイス。
6. スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の前記磁気抵抗効果素子同士が直列接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
7. 複数の前記磁気抵抗効果素子同士が直列接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に前記周波数設定機構を複数有することを特徴とする請求項２または３に記載の磁気抵抗効果デバイス。
8. スピントルク共鳴周波数が互いに異なる前記複数の磁気抵抗効果素子は、平面視形状のアスペクト比が互いに異なることを特徴とする請求項４または６に記載の磁気抵抗効果デバイス。

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