JP2019134114A - Magnetoresistive device effect and magnetoresistive effect module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗効果デバイス及び磁気抵抗効果モジュールに関する。 The present invention relates to a magnetoresistive effect device and a magnetoresistive effect module.
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ている。それに伴い、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。 In recent years, with the enhancement of functions of mobile communication terminals such as mobile phones, the speed of wireless communication has been increased. Since the communication speed is proportional to the bandwidth of the frequency used, the frequency band required for communication is increasing. Accordingly, the number of high frequency filters required for mobile communication terminals is also increasing.
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る。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強磁性共鳴現象である。 In recent years, spintronics has been studied as a field that may be applied to new high-frequency components. One of the phenomena attracting attention among them is a ferromagnetic resonance phenomenon caused by a magnetoresistive effect element.
磁気抵抗効果素子に含まれる強磁性層に交流電流または交流磁場を印加すると、強磁性層の磁化に強磁性共鳴を起こすことができる。強磁性共鳴が生じると、強磁性共鳴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。強磁性層に印加される磁場の強さによって、この強磁性共鳴周波数は変化し、一般的にその強磁性共鳴周波数は数〜数十GHzの高周波帯域である。 When an alternating current or an alternating magnetic field is applied to the ferromagnetic layer included in the magnetoresistive element, ferromagnetic resonance can be caused in the magnetization of the ferromagnetic layer. When ferromagnetic resonance occurs, the resistance value of the magnetoresistive element periodically oscillates at the ferromagnetic resonance frequency. This ferromagnetic resonance frequency changes depending on the strength of the magnetic field applied to the ferromagnetic layer, and generally the ferromagnetic resonance frequency is a high frequency band of several to several tens GHz.
例えば特許文献1には、強磁性共鳴現象を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスとして利用できる磁気抵抗効果デバイスが記載されている。
For example,
しかしながら、磁気抵抗効果デバイスを用いた高周波フィルタは、カットオフ周波数近傍における周波数特性(肩特性)が充分とは言えなかった。 However, the high frequency filter using the magnetoresistive effect device cannot be said to have sufficient frequency characteristics (shoulder characteristics) in the vicinity of the cutoff frequency.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、カットオフ周波数近傍における周波数特性に優れた磁気抵抗効果デバイスを提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a magnetoresistive effect device having excellent frequency characteristics in the vicinity of a cutoff frequency.
上記課題を解決するため、所定の特性を示す回路ユニット(素子)を組み合わせることで、それぞれの特性が重なりあい、磁気抵抗効果デバイスの肩特性を向上させることができることを見出した。
すなわち、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。
In order to solve the above problems, it has been found that by combining circuit units (elements) exhibiting predetermined characteristics, the respective characteristics are overlapped, and the shoulder characteristics of the magnetoresistive effect device can be improved.
That is, this invention provides the following means in order to solve the said subject.
(1)第1の態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第1のポートと、第2のポートと、前記第1のポートと前記第2のポートとの間に接続された第1回路ユニット及び第2回路ユニットと、前記第1回路ユニット及び前記第2回路ユニットに、それぞれ又は共通して接続された基準電位端子と、前記第1回路ユニットの第1磁気抵抗効果素子及び前記第2回路ユニットの第2磁気抵抗効果素子に、直流電流又は直流電圧を印加するための電源をそれぞれ又は共通して接続できる直流印加端子と、を備え、前記第1回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第1磁気抵抗効果素子と、前記第1磁気抵抗効果素子の一端に接続された第1導体と、を備え、前記第1導体は、高周波電流が前記第1磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第1導体の第1端部が高周波電流の入力側に接続され、前記第1導体の第2端部が前記基準電位端子に接続され、前記第2回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第2磁気抵抗効果素子と、前記第2磁気抵抗効果素子との間に絶縁体を介して離間して配置された第2導体とを備え、前記第2導体の第1端部は、前記第2導体を流れる高周波電流により生じる高周波磁場が前記第2磁気抵抗効果素子の前記磁化自由層に印加されるように、高周波電流の入力側に接続され、前記第2磁気抵抗効果素子は前記直流印加端子に接続されている、磁気抵抗効果デバイス。 (1) A magnetoresistive effect device according to a first aspect includes a first port, a second port, a first circuit unit connected between the first port and the second port, and A second circuit unit; a reference potential terminal connected to or in common with the first circuit unit and the second circuit unit; the first magnetoresistive element of the first circuit unit; and the second circuit unit. A DC application terminal to which a power source for applying a DC current or a DC voltage can be connected in common or in common to the second magnetoresistive element, wherein the first circuit unit includes a magnetization fixed layer and a magnetization free layer And a first conductor connected to one end of the first magnetoresistance effect element, the first conductor having a high-frequency current The first magnet The first end of the first conductor is connected to the input side of the high-frequency current, and the second end of the first conductor is connected to the reference potential so as to branch and flow with respect to the resistance effect element and the reference potential terminal. The second circuit unit is connected to the terminal, and the second circuit unit is provided between the second magnetoresistive effect element and the second magnetoresistive effect element, each including a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a spacer layer sandwiched therebetween. A second conductor spaced apart via an insulator, and the first end of the second conductor has a high-frequency magnetic field generated by a high-frequency current flowing through the second conductor. A magnetoresistive effect device connected to an input side of a high-frequency current so as to be applied to the magnetization free layer, and the second magnetoresistive effect element being connected to the DC application terminal.
(2)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、前記第1のポートと前記第2のポートとの間に接続された第3回路ユニットをさらに備え、前記第3回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える第3磁気抵抗効果素子と、前記第3磁気抵抗効果素子の一端に接続された第3導体と、を備え、前記第3導体は、高周波電流が前記第3磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第3導体の第1端部が高周波電流の入力側に接続され、前記第3導体の第2端部が前記基準電位端子に接続され、前記直流印加端子を電源に接続した際に、前記第1磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第1磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第3磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第3磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が反対であってもよい。 (2) The magnetoresistance effect device according to the above aspect further includes a third circuit unit connected between the first port and the second port, and the third circuit unit includes a magnetization fixed layer, A third magnetoresistive element including a magnetization free layer and a spacer layer sandwiched between them, and a third conductor connected to one end of the third magnetoresistive element, wherein the third conductor is a high frequency The first end of the third conductor is connected to the input side of the high-frequency current so that the current branches and flows with respect to the third magnetoresistance effect element and the reference potential terminal, and the second end of the third conductor When the end portion is connected to the reference potential terminal and the DC application terminal is connected to a power supply, the first magnetoresistive effect element in the first magnetoresistive effect element with respect to the flow direction of the direct current flowing through the first magnetoresistive effect element Magnetization fixed layer, The magnetization fixed layer, the spacer layer, and the magnetization free layer in the third magnetoresistive effect element with respect to the positional relationship between the magnetic layer and the magnetization free layer and the flow direction of the direct current flowing through the third magnetoresistive effect element The positional relationship of the layers may be opposite.
(3)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、前記第1のポートと前記第2のポートとの間に接続された第3回路ユニットをさらに備え、前記第3回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える第3磁気抵抗効果素子と、前記第3磁気抵抗効果素子の一端に接続された第3導体と、を備え、前記第3導体は、高周波電流が前記第3磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第3導体の第1端部は高周波電流の入力側に接続され、前記第3導体の第2端部は前記基準電位端子に接続され、前記第1磁気抵抗効果素子の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、前記第1磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第3磁気抵抗効果素子の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、前記第3磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が反対であってもよい。 (3) The magnetoresistive effect device according to the aspect further includes a third circuit unit connected between the first port and the second port, and the third circuit unit includes a magnetization fixed layer, A third magnetoresistive element including a magnetization free layer and a spacer layer sandwiched between them, and a third conductor connected to one end of the third magnetoresistive element, wherein the third conductor is a high frequency The first end of the third conductor is connected to the input side of the high-frequency current so that the current branches and flows with respect to the third magnetoresistance effect element and the reference potential terminal, and the second end of the third conductor. The end portion is connected to the reference potential terminal, and the magnetization fixed layer and the spacer in the first magnetoresistive effect element are based on the connection point of the DC current or DC voltage input side of the first magnetoresistive effect element. Layer and the position of the magnetization free layer And the positions of the magnetization fixed layer, the spacer layer, and the magnetization free layer in the third magnetoresistance effect element based on the relationship and the connection point on the input side of the DC current or DC voltage of the third magnetoresistance effect element The relationship may be the opposite.
(4)第2の態様にかかる磁気抵抗効果モジュールは、上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスと、前記磁気抵抗効果デバイスの前記直流印加端子に接続された直流電流源又は直流電圧源と、を備える。 (4) A magnetoresistive effect module according to a second aspect includes the magnetoresistive effect device according to the above aspect, and a DC current source or a DC voltage source connected to the DC application terminal of the magnetoresistive effect device. .
上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスによれば、カットオフ周波数近傍における優れた周波数特性を得ることができる。 According to the magnetoresistive effect device according to the above aspect, excellent frequency characteristics in the vicinity of the cutoff frequency can be obtained.
以下、磁気抵抗効果モジュールについて、図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、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など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 magnetoresistive effect module will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings used in the following description, in order to make the features easier to understand, the portions that become the features may be shown in an enlarged manner for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components may differ from the actual ones. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to these, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the effects of the present invention.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの回路構成を示した模式図である。磁気抵抗効果デバイスは、第1のポート1と、第2のポート2と、第1回路ユニット10と、第2回路ユニット20と、基準電位端子3と、直流印加端子4と、を備える。直流印加端子4に電源90が接続されることで、磁気抵抗効果モジュール100となる。磁気抵抗効果モジュール100は、第1のポート1から信号が入力され、第2のポート2から信号を出力する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive effect module according to the first embodiment. The magnetoresistive effect device includes a
<第1のポート及び第2のポート>
第1のポート1は、磁気抵抗効果モジュール100の入力端子である。第1のポート1に交流信号源(図示略)を接続することで、磁気抵抗効果モジュール100に交流信号(高周波信号)を印加できる。磁気抵抗効果モジュール100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。第2のポート2は、磁気抵抗効果モジュール100の出力端子である。
<First port and second port>
The
<第1回路ユニット>
第1回路ユニット10は、第1のポート1と第2のポート2との間に接続される。第1回路ユニット10には、電流分岐型素子11が組み込まれている。電流分岐型素子11は、第1磁気抵抗効果素子12と第1導体14とを備える。第1導体14は第1磁気抵抗効果素子12の積層方向の一端に接続されている。第1導体14の第1端部14aは第1回路ユニット10の高周波電流の入力側に接続され、第1導体14の第2端部14bは基準電位端子3に接続されている。第1導体14を流れる高周波電流IRCは、第1磁気抵抗効果素子12及び基準電位端子3に分岐して流れる。
<First circuit unit>
The
<第1導体>
第1導体14は、高周波電流IRCを通電するための配線であると共に、第1磁気抵抗効果素子12の積層方向に設けられた電極として機能する。第1導体14は、導電性を有する材料により構成される。例えば第1導体14には、Ta、Cu、Au、AuCu、Ru、Al等を用いることができる。また第1磁気抵抗効果素子12の積層方向の他端には、対向電極15を設けてもよい。対向電極15には、第1導体14で例示したものと同様のものを用いることができる。第1磁気抵抗効果素子12の積層方向の他端は、対向電極15を介して第1回路ユニット10における高周波電流IRCの出力側に接続されている。
<First conductor>
The
<磁気抵抗効果素子>
第1磁気抵抗効果素子12は、磁化固定層12Aと、磁化自由層12Bと、スペーサ層12Cとを有する。スペーサ層12Cは、磁化固定層12Aと磁化自由層12Bとの間に位置する。磁化固定層12Aの磁化は、磁化自由層12Bの磁化より動きにくく、所定の磁場環境下では一方向に固定される。磁化固定層12Aの磁化の向きに対して磁化自由層12Bの磁化の向きが相対的に変化することで、第1磁気抵抗効果素子12として機能する。
<Magnetoresistance effect element>
The first
磁化固定層12Aは、強磁性体材料で構成されている。磁化固定層12A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。これらの材料を用いることで、第1磁気抵抗効果素子12の磁気抵抗変化率が大きくなる。また磁化固定層12Aは、ホイスラー合金で構成されても良い。磁化固定層12Aの膜厚は、1〜20nmとすることが好ましい。
The magnetization fixed
磁化固定層12Aの磁化固定方法は、特に問わない。例えば、磁化固定層12Aの磁化を固定するために磁化固定層12A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12A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。
The magnetization pinning method of the magnetization pinned
磁化自由層12Bは、外部印加磁場もしくはスピン偏極電子によってその磁化の方向が変化可能な強磁性体材料で構成されている。
The magnetization
磁化自由層12Bの材料として、CoFe、CoFeB、CoFeSi、CoMnGe、CoMnSi、CoMnAl、FeB、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合金などを用いることができる。また、磁化自由層12Bは、ホイスラー合金で構成されても良い。
As a material for the magnetization
磁化自由層12Bの厚さは、0.5〜20nm程度とすることが好ましい。また磁化自由層12Bとスペーサ層12Cとの間には、高スピン分極率材料を挿入しても良い。高スピン分極率材料を挿入することによって、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能となる。
The thickness of the magnetization
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。 Examples of the high spin polarizability material include a CoFe alloy and a CoFeB alloy. The film thickness of either the CoFe alloy or the CoFeB alloy is preferably about 0.2 to 1.0 nm.
スペーサ層12Cは、磁化固定層12Aと磁化自由層12Bの間に配置される層である。スペーサ層12Cは、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、又は、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12Cは、非磁性層であることが好ましい。
The
例えば、スペーサ層12Cが絶縁体からなる場合は、第1磁気抵抗効果素子12はトンネル磁気抵抗(TMR:Tunneling Magnetoresistance)効果素子となり、スペーサ層12Cが金属からなる場合は巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magnetoresistance)効果素子となる。
For example, when the
スペーサ層12Cとして絶縁材料を適用する場合、Al2O3、MgO又はMgAl2O4等の絶縁材料を用いることができる。磁化固定層12Aと磁化自由層12B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12C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12Cの膜厚は、0.5〜3.0nm程度が好ましい。
When an insulating material is applied as the
スペーサ層12Cを導電材料で構成する場合、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12Cの膜厚は、0.5〜3.0nm程度が好ましい。
When the
スペーサ層12Cを半導体材料で構成する場合、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12Cの膜厚は1.0〜4.0nm程度が好ましい。
When the
スペーサ層12C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、Al2O3またはMgO等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12Cの膜厚は、0.5〜2.0nm程度が好ましい。
When a layer including a conduction point constituted by a conductor in the nonmagnetic insulator is applied as the
磁化自由層12Bのスペーサ層12C側とは反対側(磁化自由層12Bと第1導体14との間)には、キャップ層を設けてもよい。磁化自由層12Bとキャップ層は接していることが好ましい。また第1磁気抵抗効果素子12と対向電極15との間には、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等の金属膜、MgO等の酸化物膜またはこれらの積層膜などが挙げられる。これらの層が酸化物膜からなる場合は、これらの層厚は電流を流すことができる程度に薄い。例えば、第1磁気抵抗効果素子12の積層方向に3Vの電圧を印加した際に電流(トンネル電流を含む)が流れる程度の厚みであることが好ましく、具体的には5nm以下であることが好ましい。
A cap layer may be provided on the opposite side of the magnetization
第1磁気抵抗効果素子12の大きさは、第1磁気抵抗効果素子12の平面視形状の長辺を500nm以下にすることが望ましい。また、第1磁気抵抗効果素子12の平面視形状の短辺は50nm以上にすることが望ましい。第1磁気抵抗効果素子12の平面視形状が長方形(正方形を含む)ではない場合は、第1磁気抵抗効果素子12の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の長辺を、第1磁気抵抗効果素子12の平面視形状の長辺と定義し、第1磁気抵抗効果素子12の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の短辺を、第1磁気抵抗効果素子12の平面視形状の短辺と定義する。
As for the size of the
長辺が500nm以下と小さい場合、磁化自由層12Bの体積が小さくなり、高効率な強磁性共鳴現象の実現が可能となる。ここで、「平面視形状」とは、第1磁気抵抗効果素子12を構成する各層の積層方向から見た形状のことである。
When the long side is as small as 500 nm or less, the volume of the magnetization
<第2回路ユニット>
第2回路ユニット20は、第1のポート1と第2のポート2との間に接続される。図1における第2回路ユニット20は、第1回路ユニット10と第2のポート2との間に接続されているが、第1のポート1と第1回路ユニット10との間に接続されていてもよい。第2回路ユニット20には、磁場駆動型素子21が組み込まれている。磁場駆動型素子21は、第2磁気抵抗効果素子22と第2導体24とを備える。
<Second circuit unit>
The
第2磁気抵抗効果素子22は、磁化固定層22Aと、磁化自由層22Bと、スペーサ層22Cとを有する。第2磁気抵抗効果素子22の積層方向の一端には第1電極27、積層方向の他端には対向電極28が設けられている。第2磁気抵抗効果素子22は、第2磁気抵抗効果素子22に直流電流又は直流電圧を印加するための電源90を接続できる直流印加端子4に接続されている。
The second
第2導体24は、第2磁気抵抗効果素子22との間に絶縁体26を介して離間して配置されている。絶縁体26は、第2導体24と第1電極27間の絶縁性を維持できる程度に厚い。例えば、第2磁気抵抗効果素子22の積層方向に4.5Vの電圧を印加した際に電流(トンネル電流を含む)が流れない程度の厚みであることが好ましく、具体的には10nm以上であることが好ましい。第2導体24の第1端部24aは、第2回路ユニット20における高周波電流IRCの入力側に接続されている。第2導体24に高周波電流IRCが流れることで高周波磁場が発生し、発生した高周波磁場は、第2磁気抵抗効果素子22の磁化自由層22Bに印加される。高周波磁場が第2磁気抵抗効果素子22の磁化自由層22Bに効率よく印加されるためには絶縁体26の厚みは1000nm以下であることが好ましい。
The
<基準電位端子>
基準電位端子3は、第1回路ユニット10及び第2回路ユニット20に接続される。基準電位端子3は基準電位に接続され、磁気抵抗効果モジュール100の基準電位を決める。図1では、基準電位としてグラウンドGNDに接続している。グラウンドGNDは磁気抵抗効果モジュール100の外部に設けられる。第1のポート1に入力される高周波電流IRCは、基準電位端子3の基準電位との電位差に応じて、第1回路ユニット10及び第2回路ユニット20内を流れる。図1では、基準電位端子3を第1回路ユニット10及び第2回路ユニット20に対して共通に一つにまとめているが、第1回路ユニット10及び第2回路ユニット20のそれぞれに対して分けて設けてもよい。
<Reference potential terminal>
The reference
<直流印加端子>
直流印加端子4は、電源90に接続され、第1磁気抵抗効果素子12及び第2磁気抵抗効果素子22の積層方向に直流電流又は直流電圧を印加する。第1磁気抵抗効果素子12は、第1磁気抵抗効果素子12に直流電流又は直流電圧を印加するための電源90を接続できる直流印加端子4に接続されている。第2磁気抵抗効果素子22は、第2磁気抵抗効果素子22に直流電流又は直流電圧を印加するための電源90を接続できる直流印加端子4に接続されている。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90は直流電流源でも、直流電圧源でもよい。電源90は、一定の直流電流を発生可能な直流電流源でも、一定の直流電圧を発生可能な直流電圧源でもよい。また、電源90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もよく、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もよい。
<DC application terminal>
The
第1磁気抵抗効果素子12及び第2磁気抵抗効果素子22に印加される直流電流の電流密度は、第1磁気抵抗効果素子12及び第2磁気抵抗効果素子22の発振閾値電流密度よりも小さいことが好ましい。第1磁気抵抗効果素子12及び第2磁気抵抗効果素子22の発振閾値電流密度とは、この値以上の電流密度の電流が印加されることにより、磁化自由層12B、22B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、第1磁気抵抗効果素子12及び第2磁気抵抗効果素子22が発振する(第1磁気抵抗効果素子12及び第2磁気抵抗効果素子22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。
The current density of the direct current applied to the first
図1に示すように電源90が直流電流源の場合は、直流電流IDCが第1磁気抵抗効果素子12の中を磁化自由層12Bから磁化固定層12Aに向かって流れるように、電源90を直流印加端子4に接続する。また電源90が直流電圧源の場合は、第1磁気抵抗効果素子12において磁化自由層12Bが磁化固定層12Aより高電位となる直流電圧が直流印加端子4から印加されるように、電源90を直流印加端子4に接続する。また、図1に示す例では、直流電流IDCが第2磁気抵抗効果素子22の中を磁化固定層22Aから磁化自由層22Bに向かって流れるように、電源90を直流印加端子4に接続しているが、第2磁気抵抗効果素子22に印加される電流の流れ方向は、特に問わない。
As shown in FIG. 1, when the
<その他の構成>
磁気抵抗効果モジュール100には、インダクタ92及びコンデンサ94が配設されている。インダクタ92は、電流の高周波成分をカットし、電流の不変成分を通す。コンデンサ94は、電流の高周波成分を通し、電流の不変成分をカットする。インダクタ92は高周波電流IRCの流れを抑制したい部分に配設し、コンデンサ94は直流電流IDCの流れを抑制したい部分に配設する。図1ではインダクタ92により、対向電極15から出力された高周波電流IRCは分岐することなく第2導体24に流れるように制御され、第2導体24を流れた高周波電流IRCは基準電位端子3に流れるように制御されている。またコンデンサ94により、第1磁気抵抗効果素子12内を流れる直流電流IDCは第1のポート1及び第2磁気抵抗効果素子22に流れることが抑制され、第2磁気抵抗効果素子22内を流れる直流電流IDCは第2のポート2に流れることが抑制されている。
<Other configurations>
The
インダクタ92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92のインダクタンスは10nH以上であることが好ましい。コンデンサ94には、公知のものを用いることができる。
As the
各回路ユニット及び各端子は、信号線路によって接続されている。信号線路の形状は、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(MSL)型やコプレーナウェーブガイド(CPW)型に設計する場合、信号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信号線路の伝送損失を抑えることができる。 Each circuit unit and each terminal are connected by a signal line. The shape of the signal line is preferably defined as a microstrip line (MSL) type or a coplanar waveguide (CPW) type. When designing the microstrip line (MSL) type or the coplanar waveguide (CPW) type, it is preferable to design the line width and the distance between the grounds so that the characteristic impedance of the signal line is equal to the impedance of the circuit system. . By designing in this way, the transmission loss of the signal line can be suppressed.
また磁気抵抗効果モジュール100は、周波数設定機構80を有することが好ましい。周波数設定機構80は、第1磁気抵抗効果素子12及び第2磁気抵抗効果素子22に静磁場である外部磁場を印加する磁場印加機構である。周波数設定機構80は、第1磁気抵抗効果素子12及び第2磁気抵抗効果素子22の磁化自由層12B、22Bの強磁性共鳴周波数を設定する。磁気抵抗効果モジュール100が出力する信号の周波数は、磁化自由層12B、22Bの強磁性共鳴周波数により変動する。つまり、周波数設定機構80により出力信号の周波数を設定できる。
The
周波数設定機構80は、第1磁気抵抗効果素子12と第2磁気抵抗効果素子22のそれぞれに設けてもよいし、共通して設けてもよい。周波数設定機構80は、例えば、電圧又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又はストリップライン型の磁場印加機構で構成される。また、印加磁場強度を可変制御できる電磁石型又はストリップライン型の磁場印加機構と、一定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もよい。
The
<磁気抵抗効果デバイスの機能>
磁気抵抗効果モジュール100に第1のポート1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IRCが第1回路ユニット10に流れる。高周波電流IRCは、第1磁気抵抗効果素子12と基準電位端子3とに分岐して流れる。
<Function of magnetoresistive device>
When a high frequency signal is input to the
磁化自由層12Bの磁化は、主に、第1導体14を流れる高周波電流IRCが生み出す高周波磁場を受けて振動する。強磁性共鳴現象により磁化自由層12Bの磁化は、高周波電流IRCの周波数が、磁化自由層12Bの強磁性共鳴周波数の近傍の場合に大きく振動する。磁化自由層12Bの磁化の振動が大きくなると、第1磁気抵抗効果素子12における抵抗値変化が大きくなる。この抵抗値変化は、第1磁気抵抗効果素子12の積層方向に直流電流IDCを印加することで、第1磁気抵抗効果素子12(第1回路ユニット10)から出力される。この強磁性共鳴現象に起因した抵抗値変化による出力と、第1磁気抵抗効果素子12に分岐して流れる高周波電流IRCによる出力との和が、第1磁気抵抗効果素子12(第1回路ユニット10)から出力される。
The magnetization of the magnetization
次いで、第1回路ユニット10から出力された高周波電流IRCは、コンデンサ94を通過し、第2回路ユニット20に流れる。第2回路ユニット20の第2導体24に高周波電流IRCが流れることで高周波磁場が発生する。発生した高周波磁場は、第2磁気抵抗効果素子22の磁化自由層22Bに印加される。磁化自由層22Bの磁化は、第2導体24を流れる高周波電流IRCが生み出す高周波磁場を受けて振動する。磁化自由層22Bの磁化は、高周波電流IRCの周波数が、磁化自由層22Bの強磁性共鳴周波数の近傍の場合に大きく振動する。
Next, the high-frequency current I RC output from the
磁化自由層22Bの磁化の振動が大きくなると、第2磁気抵抗効果素子22における抵抗値変化が大きくなる。この抵抗値変化は、第2磁気抵抗効果素子22の積層方向に直流電流IDCを印加することで、第2磁気抵抗効果素子22(第2回路ユニット20)から出力され、第2のポート2から出力される。
When the vibration of magnetization of the magnetization
すなわち、第1のポート1から入力された高周波信号の周波数が磁化自由層12B、22Bの強磁性共鳴周波数近傍の場合は、第1磁気抵抗効果素子12及び第2磁気抵抗効果素子22の抵抗値の変動量が大きく、第2のポート2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磁化自由層12B、22Bの強磁性共鳴周波数から外れている場合は、第1磁気抵抗効果素子12及び第2磁気抵抗効果素子22の抵抗値の変動量が小さく、第2のポート2から信号がほとんど出力されない。
That is, when the frequency of the high-frequency signal input from the
図2は、第1回路ユニット10及び第2回路ユニット20が単独の場合の信号特性と、これらを含む磁気抵抗効果モジュール100の信号特性を示す模式図である。信号特性は、入力電力に対する出力電力の比に対応する。図2(a)に示すように、第1回路ユニット10は単独ではアンチローレンチアン状の信号特性を示す。アンチローレンチアンの信号特性とは、反対称型のコーシー・ローレンツ分布によりフィッティングできる信号特性であり、アンチローレンチアン状の信号特性とは、通過特性が向上するピーク(上に凸のピーク)と低下するピーク(下に凸のピーク)との二つのピークを有する信号特性である。第1回路ユニット10が単独の場合の信号特性は、上に凸のピークと下に凸のピークとの間で急峻に変化する。他方、第2回路ユニット20は、単独ではローレンチアン状の信号特性を示す。ローレンチアンの信号特性は、コーシー・ローレンツ分布によりフィッティングできる信号特性であり、ローレンチアン状の信号特性は通過特性が向上するピーク又は低下するピークのいずれか一方を有する信号特性である。第1回路ユニット10との信号特性の違いは、素子構成、磁気抵抗効果素子に対する高周波電流の流れ方の違い等に起因すると考えられる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing signal characteristics when the
第1回路ユニット10の信号特性と第2回路ユニット20の信号特性とが重ね合わさると、磁気抵抗効果モジュール100の信号特性が得られる。図2に示すように、磁気抵抗効果モジュール100の信号特性は、第1回路ユニット10の信号ピーク位置(上に凸のピーク)と第2回路ユニット20の信号ピーク位置との近傍に、高周波数側の肩特性に優れた通過帯域を有するものとなる。この信号特性を利用して、磁気抵抗効果モジュール100(または磁気抵抗効果デバイス)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用いることができる。
When the signal characteristics of the
第1回路ユニット10の信号ピーク位置(第1磁気抵抗効果素子12の磁化自由層12Bの強磁性共鳴周波数)と、第2回路ユニット20の信号ピーク位置(第2磁気抵抗効果素子22の磁化自由層22Bの強磁性共鳴周波数)とは一致していても異なっていてもよい。信号ピーク位置が異なる場合、2つの信号ピークの周波数の差は、信号ピークの中心周波数(2つの信号ピークの周波数の平均値)に対して15%以下の範囲であることが好ましく、7.5%以下の範囲であることがより好ましい。また2つの信号ピークの周波数の差は、具体的な数値で言うと、200MHz以下であることが好ましく、100MHz以下であることがより好ましい。また2つの信号ピークの周波数の差は、中心周波数に対して0.5%以上の範囲であることが好ましく、5MHz以上であることが好ましい。アンチローレンチアン状の信号特性において信号ピークは上に凸のピークと下に凸のピークがあるが、この2つの信号ピークの周波数の差は下に凸の2つのピークの周波数に対する差とした。
The signal peak position of the first circuit unit 10 (ferromagnetic resonance frequency of the magnetization
直流電流IDCが第1磁気抵抗効果素子12の中を磁化自由層12Bから磁化固定層12Aに向かって流れる場合、第1回路ユニット10は単独では図2(a)に示すような信号特性を示すが、この場合は、第1磁気抵抗効果素子12の磁化自由層12Bの強磁性共鳴周波数は、第2磁気抵抗効果素子22の磁化自由層22Bの強磁性共鳴周波数よりも高いか、同じであることが好ましい。第1回路ユニット10及び第2回路ユニット20の信号ピーク位置は、周波数設定機構80により制御できる。また、回路ユニットの信号ピークの位置(磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数)は、磁気抵抗効果素子の平面視形状や、磁気抵抗効果素子の層構成によっても変化させることができる。
When the DC current I DC flows toward the fixed
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the configurations and combinations of the embodiments in the embodiments are examples, and the addition and omission of configurations are within the scope not departing from the gist of the present invention. , Substitutions, and other changes are possible.
図3は、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。図3において、図1と同様の構成には同一の符号を付す。図3に示す磁気抵抗効果モジュール101は、電流分岐型素子11と磁場駆動型素子21とで、直流印加端子4及び電源90を共有している点が、図1に示す磁気抵抗効果モジュール100と異なる。図3に示すように直流印加端子4及び電源90を共有する場合でも、信号特性に変化は生じない。そのため、第1回路ユニット10と第2回路ユニット20の信号特性が重ね合わさり、磁気抵抗効果モジュール101の優れた信号特性の肩特性が得られる。
FIG. 3 is a schematic view showing a circuit configuration of another example of the magnetoresistive effect module according to the first embodiment. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The
また図4は、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。図4において、図1と同様の構成には同一の符号を付す。図4に示す磁気抵抗効果モジュール102は、第1回路ユニット10と第2回路ユニット20とが第1のポート1に対して互いに並列に接続されている点が、図1に示す磁気抵抗効果モジュール100と異なる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a circuit configuration of another example of the magnetoresistive effect module according to the first embodiment. In FIG. 4, the same components as those in FIG. The
図4に示すように、第1回路ユニット10と第2回路ユニット20とは直列接続ではなく、並列接続でもよい。図4に示す磁気抵抗効果モジュール102においても、第1回路ユニット10と第2回路ユニット20の信号特性が重ね合わさり、信号特性の肩特性が向上する。
As shown in FIG. 4, the
なお、ここまで直流電流IDCが第1磁気抵抗効果素子12の中を磁化自由層12Bから磁化固定層12Aに向かって流れる場合を例に説明したが、直流電流IDCの流れ方向を反転させても、信号特性の肩特性を向上することができる。図5は、第1回路ユニット10及び第2回路ユニット20が単独の場合の信号特性(図5(a))と、これらを含む磁気抵抗効果モジュール100の信号特性(図5(b))を示す模式図である。第1磁気抵抗効果素子12の中を流れる直流電流IDCの方向が、磁化固定層12Aから磁化自由層12Bに向かう向きである点が、図2と異なる。図5(a)に示すように、第1回路ユニット10が単独の場合の信号特性の傾向は、図2(a)に示すものから反転したものとなる。図5(b)に示すように、この場合の磁気抵抗効果モジュール100の信号特性は、低周波数側の肩特性に優れた通過帯域を有するものとなる。
Although direct current I DC is described an example in which flow toward the fixed
また直流電流IDCが第1磁気抵抗効果素子12の中を磁化固定層12Aから磁化自由層12Bに向かって流れる場合、第1磁気抵抗効果素子12の磁化自由層12Bの強磁性共鳴周波数は、第2磁気抵抗効果素子22の磁化自由層22Bの強磁性共鳴周波数よりも低いか、同じであることが好ましい。なお、ローレンチアン状の信号特性を示す第2回路ユニット20は、直流電流IDCの印加方向を変えても、信号特性は反転しない。
When the direct current I DC flows through the
(第2実施形態)
図6は、第2実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの回路構成を示した模式図である。図6に示す磁気抵抗効果モジュールは、第3回路ユニット30が接続されている点が、図1に示す磁気抵抗効果モジュール100と異なる。図6において、図1と同一の構成については、同一の符号を付す。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a schematic diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive effect module according to the second embodiment. The magnetoresistive effect module shown in FIG. 6 is different from the
図6に示す第3回路ユニット30は、第1のポート1と第2のポート2との間に接続され、第1のポート1に対して第1回路ユニット10と第2回路ユニット20と直列に接続されている。第3回路ユニット30には、第1回路ユニット10と同様の電流分岐型素子31が組み込まれている。
The
電流分岐型素子31は、第3磁気抵抗効果素子32と、第3導体34とを備える。第3磁気抵抗効果素子32は、磁化固定層32Aと磁化自由層32Bとこれらの間に設けられたスペーサ層32Cとを備える。第3導体34は、第3磁気抵抗効果素子32の一端に接続されている。第3磁気抵抗効果素子32の第3導体34と対向する端部には、対向電極35が設けられている。第3導体34の第1端部34aは第3回路ユニット30の高周波電流の入力側に接続され、第3導体34の第2端部34bは基準電位端子3に接続されている。第3導体34を流れる高周波電流IRCは、第3磁気抵抗効果素子32及び基準電位端子3に分岐して流れる。第3磁気抵抗効果素子32の積層方向の他端は、対向電極35を介して第3回路ユニット30における高周波電流IRCの出力側に接続されている。
The current branching
図6に示すように電源90が直流電流源の場合は、直流電流IDCが第1磁気抵抗効果素子12の中を磁化自由層12Bから磁化固定層12Aに向かって流れ、第3磁気抵抗効果素子32の中を磁化固定層32Aから磁化自由層32Bに向かって流れるように、電源90を直流印加端子4に接続する。すなわち、直流印加端子4を電源90に接続した際に、第1磁気抵抗効果素子12の内部を流れる直流電流IDCの流れ方向に対する、第1磁気抵抗効果素子12における磁化固定層12A、スペーサ層12C及び磁化自由層12Bの位置関係と、第3磁気抵抗効果素子32の内部を流れる直流電流IDCの流れ方向に対する、第3磁気抵抗効果素子32における磁化固定層32A、スペーサ層32C及び磁化自由層32Bの位置関係と、が反対となっている。
If the
また電源90が直流電圧源の場合は、第1磁気抵抗効果素子12において磁化自由層12Bが磁化固定層12Aより高電位となる直流電圧が直流印加端子4から印加され、第3磁気抵抗効果素子32において磁化固定層32Aが磁化自由層32Bより高電位となる直流電圧が直流印加端子4から印加されるように、電源90を直流印加端子4に接続する。
When the
また第1磁気抵抗効果素子12の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、第1磁気抵抗効果素子12における磁化固定層12A、スペーサ層12C及び磁化自由層12Bの位置関係と、第3磁気抵抗効果素子32の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、第3磁気抵抗効果素子32における磁化固定層32A、スペーサ層32C及び磁化自由層32Bの位置関係と、が反対となっている。
The positional relationship of the magnetization fixed
「直流電流又は直流電圧の入力側の接続点」は、回路ユニットに対して直流電流が印加される側の接続点又は直流電圧源により高電位となる側の接続点である。図6に示す例では、第1回路ユニット10の電流分岐型素子11においては第1導体14の第2端部14bであり、第3回路ユニット30の電流分岐型素子31においては対向電極35の一端である。第1磁気抵抗効果素子12は、第1導体14を基準に、磁化自由層12B、スペーサ層12C、磁化固定層12Aの順に配置されている。第3磁気抵抗効果素子32は、対向電極35を基準に、磁化固定層32A、スペーサ層32C、磁化自由層32Bの順に配置されている。つまり、第1磁気抵抗効果素子12と第3磁気抵抗効果素子32とは、直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準に、磁化固定層12A,32A、スペーサ層12C,32C及び磁化自由層12B,32Bの配置の順が逆となっている。
The “connection point on the DC current or DC voltage input side” is a connection point on the side where a DC current is applied to the circuit unit or a connection point on the side that becomes a high potential by a DC voltage source. In the example shown in FIG. 6, the current branching
第1回路ユニット10から出力された高周波電流IRCは、コンデンサ94を通過し、第3回路ユニット30に流れる。第3回路ユニット30においても第1回路ユニット10と同様に、高周波電流IRCは、第3磁気抵抗効果素子32と基準電位端子3とに分岐して流れる。そして、磁化自由層32Bの磁化は、主に、第3導体34を流れる高周波電流IRCが生み出す高周波磁場を受けて振動する。強磁性共鳴現象により磁化自由層32Bの磁化は、高周波電流IRCの周波数が、磁化自由層32Bの強磁性共鳴周波数の近傍の場合に大きく振動する。磁化自由層32Bの磁化の振動が大きくなると、第3磁気抵抗効果素子32における抵抗値変化が大きくなる。この抵抗値変化は、第3磁気抵抗効果素子32の積層方向に直流電流IDCを印加することで、第3磁気抵抗効果素子32(第3回路ユニット30)から出力される。この強磁性共鳴現象に起因した抵抗値変化による出力と、第3磁気抵抗効果素子32に分岐して流れる高周波電流IRCによる出力との和が、第3磁気抵抗効果素子32(第3回路ユニット30)から出力される。
The high-frequency current I RC output from the
図7は、第1回路ユニット10、第2回路ユニット20及び第3回路ユニット30が単独の場合の信号特性と、これらを含む磁気抵抗効果モジュール103の信号特性を示す模式図である。図7(a)は第1回路ユニット10、第2回路ユニット20及び第3回路ユニット30が単独の場合の信号特性であり、図7(b)は磁気抵抗効果モジュール103の信号特性である。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating signal characteristics when the
上述のように、第1回路ユニット10及び第3回路ユニット30は、単独ではアンチローレンチアン状の信号特性を示す。これに対し、第2回路ユニット20は、単独ではローレンチアン状の信号特性を示す。
As described above, the
第1磁気抵抗効果素子12と第3磁気抵抗効果素子32は、内部を流れる直流電流IDCの向きとこれらを構成する磁化固定層12A,32A、スペーサ層12C,32C及び磁化自由層12B,32Bの配置との関係が反対である。そのため、第1回路ユニット10の信号特性と第3回路ユニット30の信号特性とは、概ね線対称な関係となる。
The
第1回路ユニット10の信号特性、第2回路ユニット20の信号特性及び第3回路ユニット30の信号特性が重ね合わさると、磁気抵抗効果モジュール103の信号特性が得られる。これらの3つの信号特性が重ね合わさることで、磁気抵抗効果モジュール103の信号特性は、低周波数側及び高周波数側の肩特性に優れた通過帯域を有するものとなる。
When the signal characteristics of the
第1回路ユニット10の信号ピーク位置(第1磁気抵抗効果素子12の磁化自由層12Bの強磁性共鳴周波数)と、第3回路ユニット30の信号ピーク位置(第3磁気抵抗効果素子32の磁化自由層32Bの強磁性共鳴周波数)とは異なっており、第1磁気抵抗効果素子12の磁化自由層12Bの強磁性共鳴周波数は、第3磁気抵抗効果素子32の磁化自由層32Bの強磁性共鳴周波数よりも大きくなっている。第2回路ユニット20の信号ピーク位置(第2磁気抵抗効果素子22の磁化自由層22Bの強磁性共鳴周波数)は、第1回路ユニット10の信号ピーク位置と第3回路ユニット30の信号ピーク位置との間に位置することが好ましい。
The signal peak position of the first circuit unit 10 (ferromagnetic resonance frequency of the magnetization
第1回路ユニット10の信号ピーク位置の周波数と、第3回路ユニット30の信号ピーク位置の周波数との差(信号ピークの周波数の差)は、2つの信号ピークの中心周波数に対して30%以下の範囲であることが好ましく、15%以下の範囲であることがより好ましい。また2つの信号ピークの周波数の差は、具体的な数値で言うと、400MHz以下であることが好ましく、200MHz以下であることがより好ましい。また2つの信号ピークの周波数の差は、中心周波数に対して0.5%以上の範囲であることが好ましく、5MHz以上であることが好ましい。アンチローレンチアン状の信号特性において信号ピークは上に凸のピークと下に凸のピークがあるが、この2つの信号ピークの周波数の差は下に凸の2つのピークの周波数間の差とした。第1回路ユニット10、第2回路ユニット20及び第3回路ユニット30の信号ピーク位置は、周波数設定機構80により自由に制御できる。また、回路ユニットの信号ピークの位置(磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数)は、磁気抵抗効果素子の平面視形状や、磁気抵抗効果素子の層構成によっても変化させることができる。
The difference between the frequency of the signal peak position of the
図6に示す磁気抵抗効果モジュール103は、第3回路ユニット30が、高周波電流IRCの流れ方向において、第1回路ユニット10及び第2回路ユニット20に対し直列に接続されている。第3回路ユニット30は、第1回路ユニット10と第2回路ユニット20とのうち少なくとも一方と、直列又は並列に接続されていればよく、図6に示す磁気抵抗効果モジュール103に限られない。
In the
図8は、第1回路ユニット10、第2回路ユニット20及び第3回路ユニット30の接続の仕方を示す模式図である。図8(a)は、全てが直列に接続されている。直列の接続順は問わないため、図6に対応する。図8(b)は、第1回路ユニット10と第2回路ユニット20とが直列に接続され、第3回路ユニット30は第1回路ユニット10のみと並列な関係にある。図8(c)は、第1回路ユニット10と第2回路ユニット20とが直列に接続され、第3回路ユニット30は第2回路ユニット20のみと並列な関係にある。図8(d)は、第1回路ユニット10と第2回路ユニット20が直列に接続され、第3回路ユニット30は第1回路ユニット10及び第2回路ユニット20と並列な関係にある。図8(e)は、全てが並列に接続されている。図8(f)は、第1回路ユニット10と第2回路ユニット20が並列に接続され、第3回路ユニット30は第1回路ユニット10及び第2回路ユニット20と直列な関係にある。図8(g)は、第1回路ユニット10と第2回路ユニット20が並列に接続され、第3回路ユニット30は第2回路ユニット20のみと直列な関係にある。図8(h)は、第1回路ユニット10と第2回路ユニット20が並列に接続され、第3回路ユニット30は第1回路ユニット10のみと直列な関係にある。
FIG. 8 is a schematic diagram showing how to connect the
また図9に示す磁気抵抗効果モジュール104のように、第1磁気抵抗効果素子12、第2磁気抵抗効果素子22及び第3磁気抵抗効果素子32とで、直流印加端子4及び電源90を共有してもよい。また図9では、第3導体34と対向電極28とをインダクタ92を介して接続し、第1電極27と基準電位端子3とを接続し、対向電極28と第2のポート2とをコンデンサ94を介して接続したが、第3導体34と第1電極27とをインダクタ92を介して接続し、対向電極28と基準電位端子3とを接続し、第1電極27と第2のポート2とをコンデンサ94を介して接続してもよい。この場合、第2磁気抵抗効果素子22の内部を流れる直流電流IDCの流れ方向が反転する。
Further, like the
また図9において、第1回路ユニット10の第1磁気抵抗効果素子12の「直流電流又は直流電圧の入力側の接続点」は、電流分岐型素子11における第1導体14の第1端部14aであり、第3回路ユニット30の第3磁気抵抗効果素子32の「直流電流又は直流電圧の入力側の接続点」は、電流分岐型素子31における対向電極35の端部である。第3導体34の第1端部34aと直流印加端子4との間にはコンデンサ94が存在するため、第3導体34の第1端部34aは「直流電流又は直流電圧の入力側の接続点」とはならない。
In FIG. 9, “the connection point on the DC current or DC voltage input side” of the first
第1磁気抵抗効果素子12の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、第1磁気抵抗効果素子12における磁化固定層12A、スペーサ層12C及び磁化自由層12Bの位置関係と、第3磁気抵抗効果素子32の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、第3磁気抵抗効果素子32における磁化固定層32A、スペーサ層32C及び磁化自由層32Bの位置関係と、が反対となっている。
The positional relationship of the magnetization fixed
また図9では、高周波電流IRCの入力側である第1のポート1側に直流印加端子4及び電源90を接続したが、図10に示す磁気抵抗効果モジュール104Aのように高周波電流IRCの出力側である第2のポート2側に直流印加端子4及び電源90を接続してもよい。
In FIG. 9, although the connection of the
また図9、図10では一つの電源90(直流電流IDCの流れ方向)に対して、第1磁気抵抗効果素子12、第2磁気抵抗効果素子22及び第3磁気抵抗効果素子32が直列な位置関係となっている。これに対し、図11に示す磁気抵抗効果モジュール104Bのように、一つの電源90(直流電流IDCの流れ方向)に対して、第1磁気抵抗効果素子12、第2磁気抵抗効果素子22及び第3磁気抵抗効果素子32が並列な位置関係となっていてもよい。この場合、それぞれの磁気抵抗効果素子に同じ電圧が印加されるため、電源90を直流電圧源とすると、制御が容易になる。
The Figure 9, for one of the
また図8に示す回路ユニットの各接続状態においても、直流印加端子4及び電源90を共有できる。図12に示す磁気抵抗効果モジュール104Cは、図8(e)の接続状態において直流印加端子4及び電源90を共有した例であり、図12に示す磁気抵抗効果モジュール104Dは、図8(h)の接続状態において直流印加端子4及び電源90を共有した例である。また基準電位端子3は、第1回路ユニット10、第2回路ユニット20及び第3回路ユニット30で共有してもよいし、それぞれに設けてもよい。
Further, the
上述のように、本実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュール104、104A〜Dによると、磁気抵抗効果モジュール104、104A〜Dの優れた肩特性が得られる。第3回路ユニット30のアンチローレンチアン状の信号特性が重ね合わさることで、磁気抵抗効果モジュール104、104A〜Dの信号特性を、低周波数側及び高周波数側の肩特性に優れた通過帯域を有するものとすることができる。
As described above, according to the
上記実施形態におけるインダクタ92は、抵抗素子に変えることができる。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もよい。この抵抗素子の抵抗値は、磁気抵抗効果素子から出力される信号線路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の場合は、45%の高周波電力が抵抗素子によりカットできる。また信号線路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の場合は、90%の高周波電力を抵抗素子によりカットできる。この場合でも、磁気抵抗効果素子から出力された出力信号を第2のポート2に効率的に流すことができる。
The
また、上記実施形態において、直流印加端子4に接続される電源90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92は無くても良い。この場合でも、磁気抵抗効果素子から出力された出力信号を第2のポート2に効率的に流すことができる。
In the above embodiment, when the
また、上記実施形態では、周波数設定機構80を磁場印加機構とする例を基に説明したが、周波数設定機構80には以下のような他の例も用いることができる。例えば、周波数設定機構として磁気抵抗効果素子に電場を印加する電場印加機構を用いてもよい。電場印加機構により、磁気抵抗効果素子の磁化自由層に印加される電場を変化させると、磁化自由層における異方性磁場が変化し、磁化自由層における有効磁場が変化する。そして、磁化自由層の強磁性共鳴周波数が設定される。
Moreover, although the said embodiment demonstrated based on the example which uses the
また例えば、周波数設定機構として圧電体と電場印加機構を組み合わせてもよい。磁気抵抗効果素子の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する。電場が印加された圧電体は変形し、磁化自由層を歪ませる。磁化自由層が歪むと、磁化自由層における異方性磁場が変化し、磁化自由層における有効磁場が変化する。そして、磁化自由層の強磁性共鳴周波数が設定される。 For example, a piezoelectric body and an electric field application mechanism may be combined as the frequency setting mechanism. A piezoelectric body is provided in the vicinity of the magnetization free layer of the magnetoresistive effect element, and an electric field is applied to the piezoelectric body. The piezoelectric body to which the electric field is applied is deformed and distorts the magnetization free layer. When the magnetization free layer is distorted, the anisotropic magnetic field in the magnetization free layer changes, and the effective magnetic field in the magnetization free layer changes. Then, the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer is set.
また例えば、周波数設定機構として、電気磁気効果を有する反強磁性体又はフェリ磁性体である制御膜、制御膜に磁場を印加する機構、及び、制御膜に電場を印加する機構を用いてもよい。磁化自由層と磁気的に結合するように設けられた制御膜に電場及び磁場を印加する。制御膜に印加する電場及び磁場の少なくとも一方を変化させると、磁化自由層における交換結合磁場が変化し、磁化自由層における有効磁場が変化する。そして、磁化自由層の強磁性共鳴周波数が設定される。 For example, as the frequency setting mechanism, a control film that is an antiferromagnetic material or a ferrimagnetic material having an electromagnetic effect, a mechanism that applies a magnetic field to the control film, and a mechanism that applies an electric field to the control film may be used. . An electric field and a magnetic field are applied to a control film provided to be magnetically coupled to the magnetization free layer. When at least one of an electric field and a magnetic field applied to the control film is changed, the exchange coupling magnetic field in the magnetization free layer changes, and the effective magnetic field in the magnetization free layer changes. Then, the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer is set.
また周波数設定機構80が無くても(磁場印加機構から静磁場が印加されなくても)、磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数が所望の周波数である場合は、周波数設定機構80を有さなくてもよい。
Further, even if there is no frequency setting mechanism 80 (even if a static magnetic field is not applied from the magnetic field application mechanism), if the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer of the magnetoresistive effect element is a desired frequency, the
<他の用途>
また上記では磁気抵抗効果デバイスを高周波フィルタとして用いる場合を例に提示したが、磁気抵抗効果デバイスは増幅器(アンプ)等の高周波デバイスとしても利用できる。
<Other uses>
Moreover, although the case where a magnetoresistive effect device is used as a high frequency filter was shown as an example above, the magnetoresistive effect device can also be used as a high frequency device such as an amplifier.
また磁気抵抗効果デバイスを増幅器として用いる場合は、電源90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1から入力される信号より第2のポート2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 magnetoresistive effect device is used as an amplifier, the direct current or direct current voltage applied from the
上述のように、磁気抵抗効果デバイスは、増幅器等の高周波デバイスとして機能できる。 As described above, the magnetoresistive effect device can function as a high-frequency device such as an amplifier.
1 第1のポート
2 第2のポート
3 基準電位端子
4 直流印加端子
10 第1回路ユニット
20 第2回路ユニット
30 第3回路ユニット
11、31 電流分岐型素子
21 磁場駆動型素子
12 第1磁気抵抗効果素子
22 第2磁気抵抗効果素子
32 第3磁気抵抗効果素子
12A、22A、32A 磁化固定層
12B、22B、32B 磁化自由層
12C、22C、32C スペーサ層
14 第1導体
24 第2導体
34 第3導体
14a、24a、34a 第1端部
14b、34b 第2端部
26 絶縁体
27 第1電極
15、28、35 対向電極
80 周波数設定機構
90 電源
92 インダクタ
94 コンデンサ
100、101、102、103、104、104A、104B、104C、104D 磁気抵抗効果モジュール
DESCRIPTION OF
Claims (4)
第2のポートと、
前記第1のポートと前記第2のポートとの間に接続された第1回路ユニット及び第2回路ユニットと、
前記第1回路ユニット及び前記第2回路ユニットに、それぞれ又は共通して接続された基準電位端子と、
前記第1回路ユニットの第1磁気抵抗効果素子及び前記第2回路ユニットの第2磁気抵抗効果素子に、直流電流又は直流電圧を印加するための電源をそれぞれ又は共通して接続できる直流印加端子と、を備え、
前記第1回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第1磁気抵抗効果素子と、前記第1磁気抵抗効果素子の一端に接続された第1導体と、を備え、
前記第1導体は、高周波電流が前記第1磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第1導体の第1端部が高周波電流の入力側に接続され、前記第1導体の第2端部が前記基準電位端子に接続され、
前記第2回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第2磁気抵抗効果素子と、前記第2磁気抵抗効果素子との間に絶縁体を介して離間して配置された第2導体とを備え、
前記第2導体の第1端部は、前記第2導体を流れる高周波電流により生じる高周波磁場が前記第2磁気抵抗効果素子の前記磁化自由層に印加されるように、高周波電流の入力側に接続されている、磁気抵抗効果デバイス。 A first port;
A second port;
A first circuit unit and a second circuit unit connected between the first port and the second port;
A reference potential terminal connected to or in common with each of the first circuit unit and the second circuit unit;
A direct current application terminal capable of connecting a power source for applying a direct current or a direct voltage to the first magnetoresistive element of the first circuit unit and the second magnetoresistive element of the second circuit unit, respectively, or in common; With
The first circuit unit includes a first magnetoresistive element including a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a spacer layer sandwiched therebetween, and a first conductor connected to one end of the first magnetoresistive element And comprising
The first conductor has a first end of the first conductor connected to a high-frequency current input side so that a high-frequency current flows in a branched manner with respect to the first magnetoresistive element and the reference potential terminal; A second end of the first conductor is connected to the reference potential terminal;
The second circuit unit includes an insulator between the second magnetoresistance effect element including a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a spacer layer sandwiched therebetween, and the second magnetoresistance effect element. A second conductor spaced apart, and
The first end of the second conductor is connected to the input side of the high-frequency current so that a high-frequency magnetic field generated by the high-frequency current flowing through the second conductor is applied to the magnetization free layer of the second magnetoresistive element. A magnetoresistive effect device.
前記第3回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える第3磁気抵抗効果素子と、前記第3磁気抵抗効果素子の一端に接続された第3導体と、を備え、
前記第3導体は、高周波電流が前記第3磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第3導体の第1端部が高周波電流の入力側に接続され、前記第3導体の第2端部が前記基準電位端子に接続され、
前記直流印加端子を電源に接続した際に、前記第1磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第1磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第3磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第3磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が反対である、請求項1に記載の磁気抵抗効果デバイス。 A third circuit unit connected between the first port and the second port;
The third circuit unit includes a third magnetoresistive element including a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a spacer layer sandwiched therebetween, a third conductor connected to one end of the third magnetoresistive element, With
The third conductor has a first end of the third conductor connected to a high-frequency current input side so that a high-frequency current flows in a branched manner with respect to the third magnetoresistive element and the reference potential terminal; A second end of the third conductor is connected to the reference potential terminal;
When the DC application terminal is connected to a power source, the magnetization fixed layer, the spacer layer, and the magnetization free layer in the first magnetoresistive element with respect to the direction of the DC current flowing through the first magnetoresistive element. The positional relationship of the layers, and the positional relationship of the magnetization fixed layer, the spacer layer, and the magnetization free layer in the third magnetoresistance effect element with respect to the flow direction of a direct current flowing through the third magnetoresistance effect element; The magnetoresistive device of claim 1, wherein
前記第3回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える第3磁気抵抗効果素子と、前記第3磁気抵抗効果素子の一端に接続された第3導体と、を備え、
前記第3導体は、高周波電流が前記第3磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第3導体の第1端部は高周波電流の入力側に接続され、前記第3導体の第2端部は前記基準電位端子に接続され、
前記第1磁気抵抗効果素子の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、前記第1磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第3磁気抵抗効果素子の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、前記第3磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が反対である、請求項1に記載の磁気抵抗効果デバイス。 A third circuit unit connected between the first port and the second port;
The third circuit unit includes a third magnetoresistive element including a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a spacer layer sandwiched therebetween, a third conductor connected to one end of the third magnetoresistive element, With
The third conductor has a first end connected to a high-frequency current input side so that a high-frequency current flows in a branched manner with respect to the third magnetoresistance effect element and the reference potential terminal; A second end of the third conductor is connected to the reference potential terminal;
The positional relationship of the magnetization fixed layer, the spacer layer, and the magnetization free layer in the first magnetoresistance effect element, with reference to the connection point on the input side of the DC current or DC voltage of the first magnetoresistance effect element, The positional relationship of the magnetization fixed layer, the spacer layer, and the magnetization free layer in the third magnetoresistance effect element, with reference to the connection point on the input side of the DC current or DC voltage of the third magnetoresistance effect element, The magnetoresistive device of claim 1, wherein
前記磁気抵抗効果デバイスの前記直流印加端子に接続された直流電流源又は直流電圧源と、を備える、磁気抵抗効果モジュール。 The magnetoresistance effect device according to any one of claims 1 to 3,
A magnetoresistive effect module comprising: a DC current source or a DC voltage source connected to the DC application terminal of the magnetoresistive effect device.
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