JP2019103086A - Magnetic resistance effect device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a magnetoresistive effect device using a magnetoresistive effect element.
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が増加し、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、新しい高周波用部品への応用が期待されるスピントロニクスの分野の研究が、盛んに行われている。その中で注目されている現象の一つに、磁気抵抗効果素子によるスピントルク共鳴現象がある(非特許文献1参照)。 In recent years, with the advancement of mobile communication terminals such as mobile phones, speeding up of wireless communication has been promoted. Since the communication speed is proportional to the bandwidth of the frequency used, the frequency band required for communication increases, and accordingly, the number of high frequency filters required for the mobile communication terminal also increases. In addition, research in the field of spintronics, which is expected to be applied to new high frequency components, is actively conducted. Among them, one of the phenomena that has attracted attention is the spin torque resonance phenomenon due to the magnetoresistance effect element (see Non-Patent Document 1).
例えば、磁気抵抗効果素子に交流電流を流すのと同時に、磁場印加機構を用いて静磁場を印加することにより、磁気抵抗効果素子に含まれる磁化自由層の磁化に強磁性共鳴を起こすことができ、強磁性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。また、磁気抵抗効果素子の抵抗値は、磁気抵抗効果素子の磁化自由層に高周波磁場を印加することによっても、同様に振動する。磁気抵抗効果素子に印加される静磁場の強さによって、強磁性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の高周波帯域に含まれる。 For example, ferromagnetic resonance can be generated in the magnetization of the magnetization free layer included in the magnetoresistive element by applying a static magnetic field using a magnetic field application mechanism simultaneously with flowing an alternating current to the magnetoresistive element. The resistance value of the magnetoresistive element vibrates periodically at a frequency corresponding to the ferromagnetic resonance frequency. Further, the resistance value of the magnetoresistive element is similarly vibrated by applying a high frequency magnetic field to the magnetization free layer of the magnetoresistive element. The ferromagnetic resonance frequency changes depending on the strength of the static magnetic field applied to the magnetoresistive element, and the resonance frequency is generally included in a high frequency band of several to several tens of GHz.
特許文献1では、磁気抵抗効果素子に印加する磁場の強さを変えることにより、強磁性共鳴周波数を変化させる技術が開示されており、この技術を利用した高周波フィルタのようなデバイスが提案されている。 Patent Document 1 discloses a technology for changing the ferromagnetic resonance frequency by changing the strength of the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element, and a device such as a high frequency filter using this technology is proposed. There is.
特許文献1では、磁気抵抗効果素子に磁場を印加するための磁場印加機構の例として、電磁石型、ストリップライン型が挙げられているが、その詳細な構成については開示されていない。磁気抵抗効果素子に磁場を印加する方法として、一般的には、ヨーク等の磁性部材から発生する磁場を、磁気抵抗効果素子に印加する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、磁性部材と高周波信号線路との間に存在するキャパシタンス成分により、デバイスとしての高周波特性が劣化してしまう虞があることが、本発明者の研究によって分かっている。 Although the electromagnet type and the strip line type are mentioned as an example of a magnetic field application mechanism for applying a magnetic field to a magnetoresistive effect element in patent documents 1, about the detailed composition, it is not indicated. Generally as a method of applying a magnetic field to a magnetoresistive effect element, the method of applying the magnetic field which generate | occur | produces from magnetic members, such as a yoke, to a magnetoresistive effect element can be considered. However, according to the present inventor's research, it has been found that, with this method, there is a possibility that the high frequency characteristics of the device may be deteriorated due to the capacitance component existing between the magnetic member and the high frequency signal line.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、磁場印加機構として用いられる磁性部材と高周波信号線路との間に存在する、キャパシタンス成分を小さくすることが可能な、磁気抵抗効果デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a magnetoresistance effect device that can reduce the capacitance component, which is present between a magnetic member used as a magnetic field application mechanism and a high frequency signal line. The purpose is
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 The present invention provides the following means in order to solve the above problems.
(1)本発明の一態様に係る磁気抵抗効果デバイスは、第1強磁性層と第2強磁性層との間にスペーサ層が配置されるように、積層してなる磁気抵抗効果素子と、積層方向に平行な方向における前記磁気抵抗効果素子の一方の側に配され、前記積層方向に平行な方向における前記磁気抵抗効果素子側に第1突出部を有する第1磁性部材と、前記積層方向に平行な方向において、前記第1突出部よりも前記磁気抵抗効果素子側に配された高周波信号線路と、を備え、前記第1突出部が前記積層方向に平行な方向に垂直な面と重なる領域の面積が、前記第1突出部の先端において後端より小さくなっており、前記高周波信号線路に流れる高周波電流、及び前記高周波信号線路から発生する磁場の少なくとも一方が、前記磁気抵抗効果素子に印加されるように、または、前記磁気抵抗効果素子から出力される高周波電流が前記高周波信号線路に流れるように、構成されている。 (1) A magnetoresistive effect element according to an aspect of the present invention is a magnetoresistive effect element formed by laminating such that a spacer layer is disposed between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer. A first magnetic member disposed on one side of the magnetoresistive element in a direction parallel to the stacking direction and having a first protrusion on the side of the magnetoresistive element in a direction parallel to the stacking direction; And a high-frequency signal line disposed closer to the magnetoresistive element than the first protrusion, and the first protrusion overlaps a plane perpendicular to the direction parallel to the stacking direction. The area of the region is smaller at the front end of the first protrusion than at the rear end, and at least one of the high frequency current flowing through the high frequency signal line and the magnetic field generated from the high frequency signal line is the magnetoresistive element. Applied In so that, or the like a high-frequency current output from the magnetoresistive element flows through the high-frequency signal transmission line it is constituted.
(2)上記(1)に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第1突出部の周囲に巻回されたコイルを、さらに備えていてもよい。 (2) In the magnetoresistive device according to (1), a coil wound around the first protrusion may be further provided.
(3)上記(1)または(2)のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、 前記面積が、前記第1突出部の先端に近づくにつれて単調減少していることが好ましい。 (3) In the magnetoresistive device according to any one of (1) and (2), it is preferable that the area decreases monotonously as it approaches the tip of the first protrusion.
(4)上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第1突出部が、複数の部分が突出方向に積み重ねられてなる多段構造を有していてもよい。 (4) In the magnetoresistive device according to any one of the above (1) to (3), the first protrusion has a multistage structure in which a plurality of portions are stacked in the protrusion direction. It is also good.
(5)上記(4)に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記部分のテーパー角度が、段ごとに異なっていてもよい。 (5) In the magnetoresistive device according to (4), the taper angle of the portion may be different for each step.
(6)上記(4)または(5)のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記コイルが、一層のスパイラルコイルを含み、前記一層のスパイラルコイルが、積み重ねられている複数の前記部分のうち、少なくとも2つの前記部分の周囲に巻回されていることが好ましい。 (6) In the magnetoresistive device according to any one of (4) and (5), the coil includes one layer of spiral coil, and the one layer of spiral coil includes a plurality of stacked portions. Preferably, at least two of the portions are wound around.
(7)上記(1)〜(6)のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記積層方向に平行な方向における前記磁気抵抗効果素子の他方の側に、第2磁性部材が配されていてもよい。 (7) In the magnetoresistive device according to any one of the above (1) to (6), the second magnetic member is disposed on the other side of the magnetoresistive element in the direction parallel to the stacking direction. It may be done.
(8)上記(7)に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第2磁性部材が、前記磁気抵抗効果素子側に第2突出部を有し、前記第2突出部が前記積層方向に平行な方向に垂直な面と重なる領域の面積が、前記第2突出部の先端において後端より小さくなっていることが好ましい。 (8) In the magnetoresistive device according to (7), the second magnetic member has a second protrusion on the side of the magnetoresistive device, and the second protrusion is parallel to the stacking direction. It is preferable that the area of the region overlapping the plane perpendicular to the direction be smaller at the front end of the second protrusion than at the rear end.
本発明の磁気抵抗効果デバイスでは、磁場印加機構を担う磁性部材(第1磁性部材)が突出部(第1突出部)を有しており、高周波信号線路に近い位置にある突出部の先端の面積が小さくなっている。そのため、高周波信号線路と磁性部材との間に存在するキャパシタンス成分は小さくなる。したがって、本発明の磁気抵抗効果デバイスでは、全体として、高周波特性の劣化を抑えることができる。 In the magnetoresistance effect device according to the present invention, the magnetic member (first magnetic member) carrying the magnetic field application mechanism has the protrusion (first protrusion), and the tip of the protrusion near the high frequency signal line The area is getting smaller. Therefore, the capacitance component existing between the high frequency signal line and the magnetic member is reduced. Therefore, in the magnetoresistance effect device of the present invention, deterioration of the high frequency characteristics can be suppressed as a whole.
また、本発明の磁気抵抗効果デバイスでは、磁性部材が有する突出部の後端の面積が、先端の面積に比べて大きくなっており、その分、突出部の後端における磁気抵抗を低減させることができる。したがって、磁束を増加させることができ、磁気抵抗効果素子に対して強い磁場を印加することができる。 In the magnetoresistive device of the present invention, the area of the rear end of the protrusion of the magnetic member is larger than the area of the front end, and accordingly, the magnetic resistance at the rear end of the protrusion is reduced. Can. Therefore, the magnetic flux can be increased, and a strong magnetic field can be applied to the magnetoresistive element.
以下、本発明について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. The drawings used in the following description may show enlarged features for convenience for the purpose of making the features of the present invention easier to understand, and the dimensional ratio of each component may be different from the actual one. is there. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them, and can be appropriately modified and implemented within the scope of the effects of the present invention.
<第一実施形態>
図1(a)は、本発明の第一実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス100の構成例を、模式的に示す断面図である。磁気抵抗効果デバイス100は、少なくとも、磁気抵抗効果素子(MR素子)101と、第1磁性部材102と、高周波電流が流れる高周波信号線路103と、を備えている。磁気抵抗効果デバイス100は、高周波信号線路103から発生する磁場(高周波磁場)、および、第1磁性部材102から発生する磁場(静磁場)が、磁気抵抗効果素子101に印加されるように構成されている。
First Embodiment
FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a
磁気抵抗効果素子101は、第1強磁性層101Aと第2強磁性層101Bとの間にスペーサ層(非磁性層等)101Cが配置されるように、積層されてなる。第1強磁性層101Aと第2強磁性層101Bとは、一方が磁化固定層として機能し、他方が磁化自由層として機能する。この場合、磁化固定層の磁化の向きに対して磁化自由層の磁化の向きが相対的に変化する。第1強磁性層101Aと第2強磁性層101Bとは、保磁力が互いに異なっており、磁化固定層として機能する層の保磁力の方が磁化自由層として機能する層の保磁力よりも大きい。第1強磁性層101A、第2強磁性層101Bの厚さは、1〜10nm程度とすることが好ましい。
The
第1強磁性層101A、第2強磁性層101Bは、互いに保磁力が異なるように、強磁性を有する公知の材料、例えば、Cr、Mn、Co、Fe、Ni等の金属、およびこれらの金属を1種類以上含む強磁性合金等から選択される材料からなる。また、第1強磁性層101A、第2強磁性層101Bは、これらの金属と、B、C、およびNのうち、少なくとも1種類以上の元素とを含む合金(具体的には、Co−FeやCo−Fe−B)等からなる場合もある。
The first
また、より高い出力を得るためには、Co2FeSi等のホイスラー合金を用いることが好ましい。ホイスラー合金は、X2YZの化学組成をもつ金属間化合物を含む。Xは、周期表上でCo、Fe、Ni、あるいはCu族の遷移金属元素または貴金属元素であり、Yは、Mn、V、CrあるいはTi族の遷移金属、または、Xと同じ元素であり、Zは、III族からV族の典型元素である。ホイスラー合金としては、例えば、Co2FeSi、Co2MnSiやCo2Mn1−aFeaAlbSi1−b等が挙げられる。 Moreover, in order to obtain a higher output, it is preferable to use a Heusler alloy such as Co 2 FeSi. The Heusler alloy comprises an intermetallic compound having a chemical composition of X 2 YZ. X is a transition metal element or noble metal element of Co, Fe, Ni or Cu group on the periodic table, Y is a transition metal of Mn, V, Cr or Ti group or the same element as X, Z is a typical element of Group III to Group V. Examples of the Heusler alloy include Co 2 FeSi, Co 2 MnSi, and Co 2 Mn 1-a Fe a Al b Si 1-b .
磁化固定層として機能する強磁性層(磁化固定層)の磁化を固定するために、磁化固定層に接するように反強磁性層を付加してもよい。また、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の磁化を固定してもよい。反強磁性層には、FeO、CoO、NiO、CuFeS2、IrMn、FeMn、PtMn、CrまたはMnなどを用いることができる。 In order to fix the magnetization of the ferromagnetic layer (magnetization fixed layer) functioning as the magnetization fixed layer, an antiferromagnetic layer may be added to be in contact with the magnetization fixed layer. In addition, the magnetization of the magnetization fixed layer may be fixed by utilizing the magnetic anisotropy caused by the crystal structure, the shape, and the like. For the antiferromagnetic layer, FeO, CoO, NiO, CuFeS 2 , IrMn, FeMn, PtMn, Cr or Mn can be used.
スペーサ層101Cには、非磁性の材料を用いることが好ましい。スペーサ層101Cは、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、または、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層によって構成されている。
It is preferable to use a nonmagnetic material for the
例えば、スペーサ層101Cが絶縁体によって構成される場合は、磁気抵抗効果素子101はトンネル磁気抵抗(TMR:Tunneling Magnetoresistance)効果素子となり、スペーサ層101Cが金属によって構成される場合は巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magnetoresistance)効果素子となる。
For example, in the case where the
スペーサ層101Cとして絶縁材料を適用する場合、Al2O3またはMgO等の絶縁材料を用いることができる。第1強磁性層101Aと第2強磁性層101B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101C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効果を効率よく利用するためには、スペーサ層101Cの厚さは、0.5〜3.0nm程度であることが好ましい。
When an insulating material is applied as the
スペーサ層101Cが導電材料によって構成される場合、Cu、Ag、Au又はRu等の導電材料を用いることができる。GMR効果を効率よく利用するためには、スペーサ層101Cの厚さは、0.5〜3.0nm程度であることが好ましい。
When the
スペーサ層101Cが半導体によって構成される場合、ZnO、In2O3、SnO2、ITO、GaOx又はGa2Ox等の材料を用いることができる。この場合、スペーサ層101Cの厚さは、1.0〜4.0nm程度であることが好ましい。
When the
スペーサ層101Cとして、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、Al2O3またはMgOによって構成される絶縁体中に、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101Cの厚さは、0.5〜2.0nm程度であることが好ましい。
In the case where a layer including a conduction point constituted by a conductor in the insulator is applied as the
磁気抵抗効果素子101は、第1強磁性層101A、第2強磁性層101Bの両方ともを磁化自由層とし、2つの磁化自由層とこれら2つの磁化自由層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することもできる。この場合、第1強磁性層101Aと第2強磁性層101Bは、互いの磁化方向が相対的に変化可能である。一例として、2つの磁化自由層同士が、スペーサ層を介して磁気的に結合した磁気抵抗効果素子を挙げることができる。より具体的には、外部磁場が印加されない状態で2つの磁化自由層の磁化の方向が互いに反平行になるように、2つの磁化自由層同士がスペーサ層を介して磁気的に結合する例が挙げられる。
In the
第1磁性部材102は、磁気抵抗効果素子101に対して静磁場を印加するための、磁場印加機構として機能する部材であり、基部104と、積層方向Lに平行な方向における磁気抵抗効果素子101側(基部の一面104A側)に第1突出部105と、を有している。第1突出部105は、基部の一面104Aから、積層方向Lに平行な方向における磁気抵抗効果素子101側に突出している。第1磁性部材102は、積層方向Lに平行な方向における磁気抵抗効果素子101の一方の側(図1(a)では上側)に配されている。基部104と第1突出部105とは、一体であってもよいし、別体であってもよい。
The first
図1(b)は、第1突出部105の拡大斜視図である。積層方向Lに平行な方向に垂直な面S(この例では、第1突出部105の突出方向Dに垂直な面S)と、第1突出部105とを積層方向Lに平行な方向から平面視したときに、第1突出部105のうち面Sと重なる領域の面積は、第1突出部105の先端105Aにおいて後端105Bより小さくなっている。つまり、図1(b)に示すように、面Sと第1突出部105の先端105Aとが重なる領域S1の面積が、面Sと第1突出部105の後端105Bとが重なる領域S2の面積より小さくなっている。
FIG. 1 (b) is an enlarged perspective view of the
本実施形態では、第1突出部105のうち面Sと重なる領域の面積が、第1突出部の先端105Aに近づくにつれて単調減少している場合を例示しているが、先端105Aと後端105Bの間においては、面Sと重なる領域の面積の増減が制限されることはない。つまり、先端105Aと後端105Bの間の任意の位置において、面Sと重なる領域の面積が、領域S1の面積より小さくなっていてもよいし、領域S2の面積より大きくなっていてもよい。
In the present embodiment, the area of the area of the
積層方向Lに平行な方向における、第1磁性部材102と高周波信号線路103との最短距離を距離dとする。距離dは、積層方向Lに平行な方向成分の距離である。第1突出部105は、積層方向Lに平行な方向における磁気抵抗効果素子101側に向く面(図1では下側に向く面、すなわち、第1突出部の先端105Aおよび傾斜面105C)として、高周波信号線路103からの積層方向Lに平行な方向成分の距離が、この距離dの2倍以上となる面を有することが好ましい。積層方向Lに平行な方向からの平面視において、このような面の部分の面積は、第1突出部105の面積(この例では領域S2の面積に等しくなる)の1/5以上あることが好ましい。
The shortest distance between the first
第1磁性部材102の材料としては、軟磁性体、硬磁性体のいずれであってもよい。図1では、第1磁性部材102として軟磁性体(ヨーク)を用いる場合について例示しており、第1突出部105の周囲に、磁気抵抗効果素子に磁場を印加するためのコイル106が巻かれている。この例では、コイル106は金属パターンを渦巻き状に巻回させたスパイラルコイルの例を示しているが、コイル106の種類については限定されない。ここでは、コイル106の奥行き部分の図示を省略している。また、コイル106に流す電流値を調整することにより、磁気抵抗効果素子101に印加される静磁場の大きさを変化させることができる。
The material of the first
なお、図1では、第1突出部105の周囲にコイル106が巻かれている例を示しているが、コイル106は、第1磁性部材102の他の部分に巻かれていてもよい。
Although FIG. 1 shows an example in which the
第1磁性部材102を軟磁性体とする場合には、その材料として、Fe、NiおよびCoのうちの少なくとも1つを含む金属又は合金等の軟磁性材料(一例として、NiFe合金やCoFe合金等)を用いることができる。
When the first
第1磁性部材102を硬磁性体とする場合には、図1(a)のように第1磁性部材102の周囲にコイル106を巻いてもよいし、巻かなくてもよい。第1磁性部材102として硬磁性体を用いる場合には、その材料として、CoPt合金、FePt合金、CoCrPt合金等を用いることができる。また、上記した軟磁性材料にIrMn等の反強磁性体を磁気的に結合させ、軟磁性材料の磁化の方向を固定したものも、第1磁性部材102として用いることができる。その場合には、図1(a)のように第1磁性部材102の周囲にコイルを巻いてもよいし、巻かなくてもよい。
When the first
高周波信号線路103は、積層方向Lに平行な方向において、第1突出部105(具体的にはその先端105A)よりも磁気抵抗効果素子101側に配されている。積層方向Lからの平面視において、高周波信号線路103は、磁気抵抗効果素子101の一部または全部と重なっていてもよいし、重なっていなくてもよい。
The high
高周波信号線路103の本数が限定されることはなく、1本であってもよいし、複数本であってもよい。複数本である場合、高周波信号線路103は、それぞれから発生する高周波磁場が磁気抵抗効果素子101の位置で強め合うように、配置されることが好ましい。
The number of high
磁気抵抗効果素子101の積層方向Lの両端には、それぞれ、線路107、108が接続されている。線路107および線路108の少なくとも一方を介して、磁気抵抗効果素子101に電流又は電圧が印加される。また、線路107および線路108の少なくとも一方は、磁気抵抗効果素子101から出力される信号を伝える。例えば、磁気抵抗効果素子101には、線路107および線路108を介して直流電流又は直流電圧が印加される。また、例えば、信号線路108は、磁気抵抗効果素子101から出力される信号(高周波電流または高周波電圧)を伝える。磁気抵抗効果素子101への通電性を高める上で、磁気抵抗効果素子101の両端に、電極が設けられていることが好ましい。ここでは、磁気抵抗効果素子101の積層方向における上端に設けられた電極を上部電極109、下端に設けられた電極を下部電極110と呼ぶ。線路107、線路108、上部電極109および下部電極110の材料としては、例えば、Ta、Cu、Au、AuCu、Ru、Al等の導電性を有するものを用いることができる。
磁性部材と高周波信号線路との間に存在するキャパシタンス成分の影響によって、磁性部材と高周波信号線路との間に高周波電流が流れる経路ができるため、このキャパシタン成分が大きいと磁気抵抗効果デバイスの高周波特性が劣化することがある。例えば、高周波信号線路を流れる高周波電流の一部が、磁性部材側に分流してしまい、磁気抵抗効果素子に印加される高周波信号(高周波磁界や後述する高周波電流)の強度が低下することがある。また、分流した高周波電流が磁気抵抗効果素子を経由せずに出力側に流れてしまうこともある。そのため、磁気抵抗効果デバイスを例えば後述する高周波フィルタに適用する場合には、高周波フィルタの通過特性や遮断特性が劣化することがある。 There is a path through which a high frequency current flows between the magnetic member and the high frequency signal line due to the influence of the capacitance component existing between the magnetic member and the high frequency signal line, so if this capacitive component is large, the high frequency of the magnetoresistive device The characteristics may deteriorate. For example, part of the high frequency current flowing through the high frequency signal line may be diverted to the magnetic member side, and the strength of the high frequency signal (high frequency magnetic field or high frequency current to be described later) applied to the magnetoresistive element may be reduced. . Also, there are cases where the split high frequency current flows to the output side without passing through the magnetoresistance effect element. Therefore, when the magnetoresistive effect device is applied to, for example, a high frequency filter to be described later, the pass characteristics and the blocking characteristics of the high frequency filter may be deteriorated.
これに対し、本実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス100では、磁場印加機構を担う第1磁性部材102が第1突出部105を有しており、高周波信号線路103に近い位置にある第1突出部105の先端105A(領域S1)の面積が後端105B(領域S2)の面積よりも小さくなっている。そのため、高周波信号線路103と第1磁性部材102との間に存在するキャパシタンス成分は小さくなる。したがって、本実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス100では、全体として、上述した高周波特性(通過特性、遮断特性)の劣化を抑えることができる。
On the other hand, in the
積層方向Lに平行な方向からの平面視において、第1突出部105の先端105Aが、高周波信号線路103と重なっていない場合であっても、面Sと先端105Aとが重なる領域S1の面積が、面Sと後端105Bとが重なる領域S2の面積より小さくなっていれば、キャパシタンス成分が小さくなる効果を得ることができる。キャパシタンス成分を小さくする効果は、積層方向Lに平行な方向からの平面視における、第一突出部105の高周波信号線路103と重なっている部分において、面Sと先端105Aとが重なる領域の面積が、面Sと後端105Bとが重なる領域の面積より小さくなる構成とすることによって、より顕著なものとなる。この場合、積層方向Lに平行な方向からの平面視における、第一突出部105の高周波信号線路103と重なっている部分において、第1突出部105のうち面Sと重なる領域の面積が、第1突出部の先端105Aに近づくにつれて単調減少していてもよい。
In plan view from a direction parallel to the stacking direction L, the area of the area S 1 where the surface S and the
また、本実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス100では、第1磁性部材102が有する第1突出部の後端105B(領域S2)の面積が、先端105A(領域S1)の面積に比べて大きくなっており、その分、第1突出部の後端105Bにおける磁気抵抗を低減させることができる。したがって、磁束を増加させることができ、磁気抵抗効果素子101に対して強い磁場を印加することができる。
Further, in the
(変形例1)
図2は、本実施形態の変形例1に係る磁気抵抗効果デバイス150の構成を、模式的に示す断面図である。図1に示す第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果デバイス150では、第1磁性部材102の第1突出部105の先端105Aが尖っている。第1突出部105以外の構成については、上述した本実施形態の磁気抵抗効果デバイス100の構成(図1)と同様である。
(Modification 1)
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
この場合にも、第1突出部105を積層方向Lに平行な方向から平面視したときに、第1突出部105のうち、積層方向Lに平行な方向に垂直な面(この例では、突出方向Dに垂直な面)と重なる領域の面積は、第1突出部105の先端105Aにおいて後端105Bより小さくなっている。つまり、第1突出部105の先端105Aの面積が、0nm2あるいはそれに近い値を示すことになり、後端105Bの面積(断面積)より小さくなっている。
Also in this case, when the
変形例1の磁気抵抗効果デバイス150では、図1の磁気抵抗効果デバイス100のように、第1突出部の先端105Aが面を形成している場合に比べて、キャパシタンス成分を小さくすることができ、高周波特性の劣化をより抑えることができる。
In the
<第二実施形態>
図3は、本発明の第二実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス200の構成例を、模式的に示す断面図である。第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果デバイス200では、磁気抵抗効果素子101に高周波電流を流すために、磁気抵抗効果素子101の積層方向Lの両端に、それぞれ高周波信号線路111、112が接続されており、高周波信号線路111または高周波信号線路112を流れる高周波電流が磁気抵抗効果素子101に印加される。磁気抵抗効果素子101への通電性を高める上で、第1実施形態と同様に、磁気抵抗効果素子101の両端に、上部電極109、下部電極110が設けられていることが好ましい。磁気抵抗効果デバイス200は、第一実施形態での高周波信号線路103に対応する構成要素を有しておらず、線路107、108が高周波信号線路111、112に置き換わっている点以外の構成については、第1実施形態の磁気抵抗効果デバイス100の構成(図1)と同様であり、高周波特性の劣化を抑えることに関して、磁気抵抗効果デバイス100と同様の効果を奏する。
Second Embodiment
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of the
<第三実施形態>
図4は、本発明の第三実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス210の構成例を、模式的に示す断面図である。第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果デバイス210では、第1突出部105は、複数の部分113、114が突出方向Dに積み重ねられてなる多段構造を有する。図4では、第1突出部105が2段構造を有している場合を例示しているが、3段以上の構造を有していてもよい。コイル106は、金属パターンを渦巻き状に巻回させた一層のスパイラルコイルで構成され、一層のスパイラルコイルが、積み重ねられている複数の部分113、114の周囲に跨って巻回されている。第1突出部105が3つ以上の複数の部分を積み重ねた多段構造を有している場合、当該一層のスパイラルコイルは、この複数の部分のうち、少なくとも2つの部分の周囲に跨って巻回されている。
Third Embodiment
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of the
第1突出部105が多段構造である場合、第1突出部105の体積を大きくすることができ、第1突出部105の磁気抵抗を低減させることができるため、磁気抵抗効果素子101に対して強い磁場を印加することができる。第1突出部105以外の構成については、第1実施形態の磁気抵抗効果デバイス100の構成(図1)と同様であり、高周波特性の劣化を抑えることに関して、磁気抵抗効果デバイス100と同様の効果を奏する。
When the
<第四実施形態>
図5は、本発明の第四実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス220の構成を、模式的に示す断面図である。第一、第三実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。第1突出部105が多段構造を有する場合であっても、第1突出部105の各段を構成する部分113、114の側壁は、それぞれテーパー形状を有していてもよく、その場合、部分113、114の側壁のテーパー角度は、段ごとに異なっていてもよい。本実施形態の磁気抵抗効果デバイス150では、段差部分115を境にして、部分113の側壁と部分114の側壁とでテーパー角度が異なっている。第1突出部105の側壁のテーパー角度以外の構成については、上述した第三実施形態の磁気抵抗効果デバイス400の構成(図4)と同様である。
Fourth Embodiment
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a
この場合にも、第1突出部105を積層方向Lに平行な方向から平面視したときに、第1突出部105のうち、積層方向Lに平行な方向に垂直な面(この例では、突出方向Dに垂直な面)と重なる領域の面積は、第1突出部105の先端105Aにおいて後端105Bより小さくなっている。したがって、本実施形態の磁気抵抗効果デバイス220でも、上述した実施形態と同様にキャパシタンス成分を小さくすることができ、高周波特性の劣化を抑えることができる。
Also in this case, when the
<第五実施形態>
図6は、本発明の第五実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス230の構成を、模式的に示す断面図である。第一実施形態と同じ箇所は、同じ符号で示している。本実施形態の磁気抵抗効果デバイス230では、積層方向Lに平行な方向における磁気抵抗効果素子101の他方の側(図6では下側)、すなわち、磁気抵抗効果素子101を挟んで第1磁性部材102の反対側に、第2磁性部材116が配されている。第1磁性部材102と第2磁性部材116とは、コイル106の外周部より外側の領域において、直接または他の磁性部材を介して連結されていることが好ましい。
Fifth Embodiment
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
第2磁性部材116は、磁気抵抗効果素子101に対して静磁場を印加するための、磁場印加機構として機能する部材であり、第1磁性部材102と同様の材料で構成されている。第2磁性部材116以外の構成については、上述した第一実施形態の磁気抵抗効果デバイス100の構成(図1)と同様である。
The second
第2磁性部材116が配されていることにより、第1磁性部材102から発生する磁束の多くが、この第2磁性部材116に向かって延び、その途中にある磁気抵抗効果素子101を貫通する。その結果として、磁気抵抗効果素子101に対してさらに強い磁場が印加されることになり、その分、第1磁性部材102と高周波信号線路103との距離をさらに広げることができる。したがって、第1磁性部材102と高周波信号線路103との間に存在するキャパシタンス成分をさらに減らすことができる。
By arranging the second
<第六実施形態>
図7は、本発明の第六実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス240の構成を、模式的に示す断面図である。本実施形態の磁気抵抗効果デバイス240でも、第五実施形態と同様に、磁気抵抗効果素子101の他方の側に第2磁性部材116が配されている。ただし、本実施形態の第2磁性部材116は、基部117と、基部の一面117Aから磁気抵抗効果素子101側に突出する第2突出部118とを有し、第2突出部118が積層方向Lに平行な方向に垂直な面(この例では、第2突出部118の突出方向D2に垂直な面)と重なる領域の面積が、第2突出部の先端118Aにおいて後端118Bより小さくなっている。
Sixth Embodiment
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
本実施形態では、第2磁性部材116が、第1磁性部材102と同様の構成の突出部118を有している。そのため、高周波信号線路103と第2磁性部材116との間に存在するキャパシタンス成分を小さくすることができる。
In the present embodiment, the second
(適用例1)
図8は、上記磁気抵抗効果デバイス100を適用した、高周波デバイス250の回路の一例を示している。磁気抵抗効果デバイス100を、変形例1の磁気抵抗効果デバイス150または、他の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス210、220、230、240に置き換えてもよい。なお、上述した磁気抵抗効果素子、高周波信号線路、第1磁性部材とともに、他の回路素子等が組み込まれた高周波デバイス250を総称して、磁気抵抗効果デバイスと呼ぶことがある。高周波デバイス250は、磁気抵抗効果素子101と、第1磁性部材(磁場印加機構)102と、高周波信号線路103と、直流印加端子119とを備える。高周波デバイス250は、第1のポート120から信号が入力され、第2のポート121から信号を出力する。
Application Example 1
FIG. 8 shows an example of a circuit of a
<磁気抵抗効果素子、磁場印加機構>
磁気抵抗効果素子101と第1磁性部材102には、一例として、上述の第一実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100の構成を満たすものが用いられる。本適用例1では、第1強磁性層101Aが磁化固定層として機能し、第2強磁性層101Bが磁化自由層として機能する例で説明する。後述する適用例2〜5についても同様である。
<Magnetoresistance effect element, magnetic field application mechanism>
As the
第1磁性部材102を用いて、出力信号の周波数を設定することができる。出力信号の周波数は、磁化自由層として機能する第2強磁性層101Bの強磁性共鳴周波数によって変化する。第2強磁性層101Bの強磁性共鳴周波数は、第2強磁性層101Bにおける有効磁場によって変化する。第2強磁性層101Bにおける有効磁場は、外部磁場(静磁場)の影響を受ける。そのため、第1磁性部材102から第2強磁性層101Bに印加する外部磁場の大きさを変えることで、第2強磁性層101Bの強磁性共鳴周波数を変えることができる。
The first
<第1のポート及び第2のポート>
第1のポート120は、高周波デバイス250の入力端子である。第1のポート120は、高周波信号線路103の一端に対応する。第1のポート120に交流信号源(図示略)を接続することで、高周波デバイス250に交流信号(高周波信号)を印加することができる。高周波デバイス250に印加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。
<First port and second port>
The
第2のポート121は、高周波デバイス250の出力端子である。第2のポート121は、磁気抵抗効果素子101から出力される信号を伝える出力信号線路122の一端に対応する。出力信号線路122は、図1に示した線路108に対応する。
The
<高周波信号線路>
図8における高周波信号線路103は、一端が第1のポート120に接続されている。また、高周波デバイス250は、高周波信号線路103の他端が基準電位端子123を介して基準電位に接続されて用いられる。図8では、基準電位としてグラウンドGに接続している。グラウンドGは、高周波デバイス250の外部に付設されるものとすることができる。第1のポート120に入力される高周波信号とグラウンドGとの電位差に応じて、高周波信号線路103内に高周波電流が流れる。高周波信号線路103内に高周波電流が流れると、高周波信号線路103から高周波磁場が発生する。磁気抵抗効果素子101の第2強磁性層101Bには、この高周波磁場が印加される。
<High frequency signal line>
One end of the high
<出力信号線路、線路>
出力信号線路122は、磁気抵抗効果素子101から出力された信号を伝播する。磁気抵抗効果素子101から出力される信号は、磁化自由層として機能する第2強磁性層101Bの強磁性共鳴を利用して選択された周波数の信号である。図8における出力信号線路122は、一端が磁気抵抗効果素子101に接続され、他端が第2のポート121に接続されている。すなわち、図8における出力信号線路122は、磁気抵抗効果素子101と第2のポート121とを繋ぐ。
<Output signal line, line>
The
また、電源127、出力信号線路122、磁気抵抗効果素子101、線路124、グラウンドGによる閉回路を構成する部分と、第2のポート121との間の出力信号線路122(一例として、インダクタ125の出力信号線路122への接続箇所と第2のポート121との間の出力信号線路122)には、コンデンサを設けてもよい。当該部分にコンデンサを設けることで、第2のポート121から出力される出力信号に、電流の不変成分が加わることを避けることができる。
Further, an
線路124は、一端が磁気抵抗効果素子101に接続されている。線路124は、図1に示した線路107に対応する。また、高周波デバイス250は、線路124の他端が基準電位端子126を介して基準電位に接続されて用いられる。図8では線路124を、高周波信号線路103の基準電位と共通のグラウンドGに接続しているが、その他の基準電位に接続してもよい。回路構成を簡便にするためには、高周波信号線路103の基準電位と線路124の基準電位とは共通していることが好ましい。
One end of the
各線路及びグラウンドGの形状としては、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)型を適用することが好ましい。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)型を適用する場合、線路の特性インピーダンスと、回路系のインピーダンスとが等しくなるように、線路幅やグラウンド間距離を設計することが好ましい。このように設計することによって、線路の伝送損失を抑えることができる。 As a shape of each line and ground G, it is preferable to apply a micro strip line (MSL) type or a coplanar waveguide (CPW) type. When the microstrip line (MSL) type or the coplanar waveguide (CPW) type is applied, it is preferable to design the line width and the distance between the grounds so that the characteristic impedance of the line and the impedance of the circuit system become equal. By designing in this manner, the transmission loss of the line can be suppressed.
<直流印加端子>
直流印加端子119は、電源127に接続され、磁気抵抗効果素子101の積層方向に直流電流又は直流電圧を印加する。本明細書において直流電流とは、時間によって方向が変化しない電流であり、時間によって大きさが変化する電流を含む。また、直流電圧とは、時間によって方向が変化しない電圧であり、時間によって大きさが変化する電圧も含む。電源127は、直流電流源であってもよいし、直流電圧源であってもよい。
<DC application terminal>
The
電源127は、一定の直流電流を発生可能な直流電流源であってもよいし、一定の直流電圧を発生可能な直流電圧源であってもよい。また、電源127は、発生する直流電流値の大きさが変化可能な直流電流源であってもよいし、発生する直流電圧値の大きさが変化可能な直流電圧源であってもよい。
The
磁気抵抗効果素子101に印加される電流の電流密度は、磁気抵抗効果素子101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、磁気抵抗効果素子の磁化自由層として機能する強磁性層の磁化が、一定周波数およ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)閾値となる電流密度を意味している。
The current density of the current applied to the
直流印加端子119と出力信号線路122との間には、インダクタ125が配設されている。インダクタ125は、電流の高周波成分をカットし、電流の不変成分を通す。インダクタ125により磁気抵抗効果素子101から出力された出力信号(高周波信号)は第2のポート121に効率的に流れる。また、インダクタ125により、電流の不変成分は、電源127、出力信号線路122、磁気抵抗効果素子101、線路124、グラウンドGで構成される閉回路を流れる。
An
インダクタ125には、チップインダクタ、パターン線路によるインダクタ、インダクタ成分を有する抵抗素子等を用いることができる。インダクタ125のインダクタンスは10nH以上であることが好ましい。
For the
<高周波デバイスの機能>
高周波デバイス250に第1のポート120から高周波信号が入力されると、高周波信号に対応する高周波電流が高周波信号線路103内を流れる。高周波信号線路103内を流れる高周波電流により発生する高周波磁場が、磁気抵抗効果素子101の第2強磁性層101Bに印加される。
<Function of high frequency device>
When a high frequency signal is input to the
磁化自由層として機能する第2強磁性層101Bの磁化は、高周波信号線路103により第2強磁性層101Bに印加された高周波磁場の周波数が、第2強磁性層101Bの強磁性共鳴周波数に近い場合に大きく振動する。この現象が、強磁性共鳴現象である。
In the magnetization of the second
第2強磁性層101Bの磁化の振動が大きくなると、磁気抵抗効果素子101における抵抗値変化が大きくなる。例えば、直流印加端子119から、一定の直流電流が磁気抵抗効果素子101に印加される場合には、磁気抵抗効果素子101の抵抗値変化は、上部電極109と下部電極110との間の電位差の変化として、第2のポート121から出力される。また、例えば、直流印加端子119から一定の直流電圧が磁気抵抗効果素子101に印加される場合には、磁気抵抗効果素子101の抵抗値変化は、下部電極110と上部電極109との間を流れる電流値の変化として第2のポート121から出力される。
When the oscillation of the magnetization of the second
すなわち、第1のポート120から入力された高周波信号の周波数が、第2強磁性層101Bの強磁性共鳴周波数に近い周波数である場合には、磁気抵抗効果素子101の抵抗値の変動量が大きく、第2のポート121から大きな信号が出力される。これに対し、高周波信号の周波数が、第2強磁性層101Bの強磁性共鳴周波数から外れている場合には、磁気抵抗効果素子101の抵抗値の変動量が小さく、第2のポート121から信号がほとんど出力されない。すなわち、高周波デバイス250は、特定の周波数の高周波信号を選択的に通過させることができる高周波フィルタとして機能する。
That is, when the frequency of the high frequency signal input from the
<他の用途>
また、上記適用例では、高周波デバイス250を高周波フィルタとして用いる場合を提示したが、高周波デバイス250はアイソレータ、フェイズシフタ、増幅器(アンプ)等の高周波デバイスにも適用することができる。
<Other use>
Further, in the application example described above, the
高周波デバイス250をアイソレータとして用いる場合には、第2のポート121から信号を入力する。第2のポート121から信号を入力しても、第1のポート1から出力されることはないため、アイソレータとして機能する。
When the
また、高周波デバイス250をフェイズシフタとして用いる場合は、出力される周波数帯域が変化する場合において、出力される周波数帯域の任意の1点の周波数に着目する。出力される周波数帯域が変化する際に、特定の周波数における位相は変化するため、フェイズシフタとして機能する。
When the
また、高周波デバイス250を増幅器として用いる場合には、電源127から印加する直流電流又は直流電圧を所定の大きさ以上にする。このようにすることで、第1のポート120から入力される信号より、第2のポート121から出力される信号が大きくなり、増幅器として機能する。
When the
上述のように、高周波デバイス250は、高周波フィルタ、アイソレータ、フェイズシフタ、増幅器等の高周波デバイスとして機能させることができる。
As described above, the
図8では磁気抵抗効果素子101が一つである場合を例示したが、磁気抵抗効果素子101は複数あってもよい。この場合、複数の磁気抵抗効果素子101は、互いに並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよい。例えば、強磁性共鳴周波数の異なる磁気抵抗効果素子101を複数利用することで、選択周波数の帯域(通過周波数帯域)を広くすることができる。また、一つの磁気抵抗効果素子100からの出力信号を出力する出力信号線路122で発生した高周波磁場を、別の磁気抵抗効果素子101に印加する構成としてもよい。このような構成にすると、出力される信号が複数回に渡ってフィルタリングされるため、高周波信号のフィルタリング精度を高めることができる。
Although the case where the number of the
(適用例2)
図8で示した高周波デバイス250は、高周波信号線路103からの高周波磁場を第2強磁性層101Bに印加することで駆動するタイプのものであったが、高周波デバイスは、このタイプに限られない。図9は、第二実施形態として上述したように、高周波信号線路に流れる高周波電流を磁気抵抗効果素子101に印加することによって、駆動するタイプの高周波デバイス260の回路の一例を示している。本適用例2では、第二実施形態として上述した磁性部材(第1磁性部材102)を適用している。上述した図8に示す高周波デバイス250と同様の構成については、同様の符号を付す。第一実施形態の変形例1および第三〜第六実施形態として上述した磁性部材(第1磁性部材102または第2磁性部材116)の構成のいずれかを適用してもよい。後述する適用例3〜5についても同様である。
Application Example 2
The
高周波デバイス260は、磁気抵抗効果素子101と、第1磁性部材(磁場印加機構)102と、直流印加端子119と、入力信号線路128と、出力信号線路129とを備える。入力信号線路128、出力信号線路129は、それぞれ図3に示した高周波信号線路111、112に対応する。入力信号線路128は、第1のポート120と上部電極109の間の配線であり、出力信号線路129は、第2のポート121と下部電極110との間の配線である。
The
高周波デバイス260は、第1のポート120から信号が入力され、第2のポート121から信号を出力する。図9に示す高周波デバイス260では、磁気抵抗効果素子101の積層方向Lに高周波電流を流すことで生じるスピントランスファートルクにより、第2強磁性層101Bの磁化が振動する。入力される高周波信号が、第2強磁性層101Bの強磁性共鳴周波数(この場合、磁気抵抗効果素子101のスピントルク共鳴周波数ともいう)と同じである場合、第2強磁性層101Bの磁化は大きく振動する。第2強磁性層101Bの磁化が周期的に振動することで、磁気抵抗効果素子101の抵抗値が周期的に変化する。
The
図9に示すように、直流電流が磁気抵抗効果素子101の中を磁化自由層から磁化固定層の方向に流れるように、直流印加端子119から直流電流又は直流電圧を印加する場合には、磁気抵抗効果素子101の抵抗値は高周波電流と同位相で周期的に変化する。このため、磁気抵抗効果素子101の抵抗値の変動量が大きいほど、第2のポート121から大きな出力信号(出力電力)が得られる。
As shown in FIG. 9, when applying a direct current or a direct voltage from the direct
つまり、第1のポート120から入力された高周波信号の周波数が、第2強磁性層101Bの強磁性共鳴周波数に近い周波数である場合には、磁気抵抗効果素子101の抵抗値の変動量が大きく、第2のポート121から大きな信号が出力される。これに対し、高周波信号の周波数が第2強磁性層101Bの強磁性共鳴周波数から外れている場合は、磁気抵抗効果素子101の抵抗値の変動量が小さく、第2のポート121から信号がほとんど出力されない。すなわち、高周波デバイス260も、特定の周波数の高周波信号を選択的に通過させる高周波フィルタとして機能させることができる。
That is, when the frequency of the high frequency signal input from the
また、直流電流が磁気抵抗効果素子101の中を磁化固定層から磁化自由層の方向に流れるように、直流印加端子119から直流電流又は直流電圧を印加する場合には、磁気抵抗効果素子101の抵抗値は高周波電流から180°ずれた位相で周期的に変化する。この場合、磁気抵抗効果素子101の抵抗値の変動量が大きいほど、第2のポート121からの出力信号(出力電力)が小さくなるようにすることもできる。この場合、高周波デバイス260を、特定の周波数の高周波信号を選択的に遮断する高周波フィルタとして機能させることができる。
When a direct current or a direct current voltage is applied from the direct
(適用例3)
例えば、図10に示すように、第1のポート120と基準電位端子123に接続された高周波信号線路130が、磁気抵抗効果素子101に接続された下部電極110又は上部電極109を兼ねてもよい。図10は、高周波信号線路130が、磁気抵抗効果素子101に接続された上部電極109を兼ねる高周波デバイス270の模式図である。この場合、高周波信号線路130内を流れる高周波電流により高周波信号線路130から発生し磁気抵抗効果素子101(第2強磁性層101B)に印加される高周波磁場を利用して、第2強磁性層101Bの磁化を振動させることができる。また、高周波信号線路130から印加され、磁気抵抗効果素子101の積層方向Lに流れる高周波電流により生じるスピントランスファートルクを利用して第2強磁性層101Bの磁化を振動させてもよい。また、高周波信号線路130の上部電極に相当する部分を流れる高周波電流の流れる向きと直交する方向に生じるスピン流によるスピンオービットトルクを利用して、第2強磁性層101Bの磁化を振動させてもよい。つまり、これら高周波磁場、スピントランスファートルクおよびスピンオービットトルクのうち少なくとも1つを利用して、第2強磁性層101Bの磁化を振動させることができる。
Application Example 3
For example, as shown in FIG. 10, the high
上記適用例1〜3において、直流印加端子119は、それぞれインダクタ125とグラウンドGとの間に接続されてもよいし、上部電極109とグラウンドGとの間に接続されてもよい。
In the first to third applications, the
また、上記適用例1〜3におけるインダクタ125にかえて、抵抗素子を用いてもよい。この抵抗素子は、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いずれであってもよい。この抵抗素子の抵抗値は、出力信号線路122、129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、出力信号線路122、129の特性インピーダンスが50Ωであり、抵抗素子の抵抗値が50Ωである場合は、45%の高周波電力を抵抗素子によりカットすることができる。また、出力信号線路122、129の特性インピーダンスが50Ωであり、抵抗素子の抵抗値が500Ωである場合は、90%の高周波電力を抵抗素子によりカットすることができる。この場合でも、磁気抵抗効果素子101から出力された出力信号を、第2のポート121に効率的に流すことができる。
Also, in place of the
また、上記適用例1〜3において、直流印加端子119に接続される電源127が、電流の高周波成分をカットすると同時に、電流の不変成分を通す機能を有する場合、インダクタ125は無くても良い。この場合でも、磁気抵抗効果素子101から出力された出力信号を、第2のポート121に効率的に流すことができる。
In the first to third applications, when the
(適用例4)
以上では、本発明の磁気抵抗効果デバイスをフィルタとして用いる場合について例示したが、本発明の磁気抵抗効果デバイスは、磁気抵抗効果素子に直流電流を印加することにより、磁化自由層の磁化に振動が発生するスピントルク発振効果を利用した、発振器にも適用可能である。図11は、本発明の磁気抵抗効果デバイスを発振器として適用した、高周波デバイス280の回路の構成例を示す図である。適用例1〜3と同じ箇所については、同じ符号で示している。
Application Example 4
Although the case where the magnetoresistive device of the present invention is used as a filter has been described above, in the magnetoresistive device of the present invention, vibration is caused in the magnetization of the magnetization free layer by applying a direct current to the magnetoresistive device. The present invention can also be applied to an oscillator utilizing the generated spin torque oscillation effect. FIG. 11 is a view showing a configuration example of a circuit of a
高周波デバイス280では、磁気抵抗効果素子101に直流電流を印加した際に発生するスピントルクにより、磁化自由層として機能する第2強磁性層101Bの磁化が振動(発振)する。このとき、磁気抵抗効果素子101から、第2強磁性層101Bの強磁性共鳴周波数に対応した高周波電圧が発生し、磁気抵抗効果素子101に接続された第2のポート(出力ポート)121側の高周波信号線路131に、磁気抵抗効果素子101から出力される高周波電流が流れる。図11の例では、直流入力端子119側の線路132にインダクタ125が接続され、高周波信号線路131にコンデンサ133が接続されている。
In the
(適用例5)
また、本発明の磁気抵抗効果デバイスは、磁気抵抗効果素子に高周波電流(交流電流)を印加した際に直流電圧が発生するスピントルクダイオード効果を用いた整流器や検波器にも適用可能である。図12は、本発明の磁気抵抗効果デバイスを整流器として適用した、高周波デバイス290の回路の構成例を示す図である。適用例1〜3と同じ箇所については、同じ符号で示している。
Application Example 5
The magnetoresistance effect device of the present invention is also applicable to a rectifier or a detector using a spin torque diode effect that generates a DC voltage when a high frequency current (AC current) is applied to the magnetoresistance effect element. FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a circuit of a
高周波デバイス290では、磁気抵抗効果素子101に、第1のポート(入力ポート)120から交流電流(高周波電流)が印加され、第1のポート(入力ポート)120側の高周波信号線路134を流れる高周波電流が磁気抵抗効果素子101に印加された際に、磁気抵抗効果素子101から直流電圧が発生し、線路135を介して第2のポート(出力ポート)121から直流電圧が出力される。図12の例では、高周波信号線路134にコンデンサ133が接続され、線路135にインダクタ125が接続されている。
In the
100、150、200、210、220、230、240・・・磁気抵抗効果デバイス
101・・・磁気抵抗効果素子
102・・・第1磁性部材
103・・・高周波信号線路
104・・・基部
105・・・突出部
105A・・・先端
105B・・・後端
106・・・コイル
107、108・・・線路
109・・・上部電極
110・・・下部電極
111、112・・・高周波信号線路
113、114・・・部分
115・・・段差部分
116・・・第2磁性部材
117・・・基部
118・・・第2突出部
119・・・直流印加端子
120・・・第1のポート
121・・・第2のポート
122・・・出力信号線路
123、126・・・基準電位端子
124・・・線路
125・・・インダクタ
127・・・電源
128・・・入力信号線路
129・・・出力信号線路
130、131、134・・・高周波信号線路
132、135・・・線路
133・・・コンデンサ
250、260、270、280、290・・・高周波デバイス
D、D1、D2・・・突出方向
d・・・距離
L・・・積層方向
S・・・面
S1、S2・・・領域
100, 150, 200, 210, 220, 230, 240 ...
Claims (8)
積層方向に平行な方向における前記磁気抵抗効果素子の一方の側に配され、前記積層方向に平行な方向における前記磁気抵抗効果素子側に第1突出部を有する第1磁性部材と、
前記積層方向に平行な方向において、前記第1突出部よりも前記磁気抵抗効果素子側に配された高周波信号線路と、を備え、
前記第1突出部が前記積層方向に平行な方向に垂直な面と重なる領域の面積が、前記第1突出部の先端において後端より小さくなっており、
前記高周波信号線路に流れる高周波電流、及び前記高周波信号線路から発生する磁場の少なくとも一方が、前記磁気抵抗効果素子に印加されるように、または、前記磁気抵抗効果素子から出力される高周波電流が前記高周波信号線路に流れるように、構成されていることを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。 A magnetoresistive effect element formed by laminating such that a spacer layer is disposed between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer;
A first magnetic member disposed on one side of the magnetoresistive element in a direction parallel to the stacking direction and having a first protrusion on the magnetoresistive element side in a direction parallel to the stacking direction;
And a high frequency signal line disposed closer to the magnetoresistive element than the first protrusion in the direction parallel to the stacking direction.
The area of a region where the first projecting portion overlaps a plane perpendicular to the direction parallel to the stacking direction is smaller at the front end of the first projecting portion than at the rear end,
The high frequency current output from the magnetoresistive element is applied such that at least one of the high frequency current flowing through the high frequency signal line and the magnetic field generated from the high frequency signal line is applied to the magnetoresistive element. A magnetoresistive effect device configured to flow to a high frequency signal line.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017235228A JP2019103086A (en) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | Magnetic resistance effect device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017235228A JP2019103086A (en) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | Magnetic resistance effect device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2019103086A true JP2019103086A (en) | 2019-06-24 |
Family
ID=66974384
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017235228A Pending JP2019103086A (en) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | Magnetic resistance effect device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019103086A (en) |
-
2017
- 2017-12-07 JP JP2017235228A patent/JP2019103086A/en active Pending
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