JP2021010091A - Transmission circuit integrated microwave generation element - Google Patents

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山川 博幸
Hiroyuki Yamakawa
博幸 山川
慎太朗 日向
Shintaro Hyuga
慎太朗 日向
バン ド
Bang Do
バン ド
増田 幸雄
Yukio Masuda
幸雄 増田
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Abstract

To provide a transmission circuit integrated microwave generation element that can increase the output of microwaves without using an amplifier.SOLUTION: A transmission circuit integrated microwave generation element includes a ferromagnetic multilayer magnetoresistive sensor, and a lower stripline and an upper stripline for transmitting microwaves oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element, and the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element is 500 Ω or more, and the impedances in the lower and upper strip lines are converted such that the output impedance of the transmission circuit integrated microwave generation element is 15% or less of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetoresistive sensor, and the microwave oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element is transmitted by using the lower and upper strip lines.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、伝送回路一体型マイクロ波発生素子に関する。 The present invention relates to a transmission circuit integrated microwave generator.

携帯電話やタブレットなどの電子素子は、直流電源である電池によって駆動するが、内部の発振器によって100MHz〜200GHz前後の高周波数の電磁波を生成して、高速な無線通信等を行っている。このような高周波数の電磁波を用いた通信技術は、IoT(Internet of Things)社会化に伴う通信情報量の爆発的増加に対応するために特に重要である。そして、このような通信の高速化が進むにつれ、高周波数の電磁波の発振器の小型化や高能率化が重要な課題となってきている。 Electronic elements such as mobile phones and tablets are driven by a battery that is a DC power source, but an internal oscillator generates high-frequency electromagnetic waves of around 100 MHz to 200 GHz to perform high-speed wireless communication and the like. Communication technology using such high-frequency electromagnetic waves is particularly important in order to cope with the explosive increase in the amount of communication information accompanying the socialization of IoT (Internet of Things). As the speed of communication increases, miniaturization and high efficiency of oscillators for high-frequency electromagnetic waves have become important issues.

近年では、このような高周波数の電磁波の発振器として、マイクロ波の発振が可能でありかつ小型化が容易であることから、スピントルクオシレータ(STO:スピントルク発振器)が注目されている。スピントルクオシレータは、磁気抵抗素子(いわゆるMR素子)を発振源とするマイクロ波発振素子であり、基本構造として磁化自由層/スペーサ層/磁化固定層の順に積層された3層構造を有する。そして、電源により磁気抵抗素子の磁化自由層から磁化固定相へと直流電流Iが流されると、磁化固定層及び絶縁層によりスピンを偏極された電子から、磁化自由層の磁化がスピントルクを受けて、磁化自由層のラーモア周波数(GHz帯)で振動し、磁化自由層の磁化と、磁化固定層の磁化とのなす角度θが時間変化を起こす。このような角度θによって定まるスピンバルブ磁気抵抗効果が時間変化を起こし、電圧の交流成分がGHz帯の信号として現れることにより、マイクロ波が現れる。 In recent years, as an oscillator for such high-frequency electromagnetic waves, a spin torque oscillator (STO: spin torque oscillator) has attracted attention because it can oscillate microwaves and is easily miniaturized. The spin torque oscillator is a microwave oscillating element that uses a magnetoresistive element (so-called MR element) as an oscillation source, and has a three-layer structure in which a magnetization free layer / spacer layer / magnetization fixed layer are laminated in this order as a basic structure. Then, when a DC current I is passed from the magnetized free layer of the magnetic resistance element to the magnetized fixed phase by a power source, the magnetization of the magnetized free layer exerts a spin torque from electrons whose spins are polarized by the magnetized fixed layer and the insulating layer. In response, it vibrates at the Lamore frequency (GHz band) of the magnetization free layer, and the angle θ formed by the magnetization of the magnetization free layer and the magnetization of the magnetization fixed layer changes with time. The spin valve magnetoresistive effect determined by such an angle θ changes with time, and the AC component of the voltage appears as a signal in the GHz band, so that microwaves appear.

このような磁気抵抗素子を用いたマイクロ波発生素子としては、例えば、特開2006−295908号公報(特許文献1)に、強磁性多層膜磁気抵抗素子と、該強磁性多層膜磁気抵抗素子を挟むように設けられた下部ストリップラインおよび上部ストリップラインとを備える伝送回路一体型マイクロ波発生素子が開示されている。しかしながら、上記特許文献1に記載のような従来の伝送回路一体型マイクロ波発生素子は、マイクロ波の高出力化の点では未だ十分なものではなかった。 Examples of the microwave generating element using such a magnetic resistance element include a ferromagnetic multilayer magnetic resistance element and the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-295908 (Patent Document 1). A transmission circuit-integrated microwave generating element including a lower strip line and an upper strip line provided so as to sandwich the microwave is disclosed. However, the conventional microwave generation element integrated with a transmission circuit as described in Patent Document 1 has not yet been sufficient in terms of increasing the output of microwaves.

特開2006−295908号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-295908

本発明は、前記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、増幅器を利用しなくてもマイクロ波の高出力化を図ることが可能な伝送回路一体型マイクロ波発生素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and provides a transmission circuit-integrated microwave generator capable of increasing the output of microwaves without using an amplifier. With the goal.

本発明者らは、前記目的を達成すべく、先ず、従来のマイクロ波発生素子について検討を重ねたところ、以下のような知見を得た。すなわち、先ず、一般に、強磁性多層膜磁気抵抗素子において、スピントルクによるマイクロ波の発振を生じさせるためには、直流電流Iの大きさを強磁性多層膜の構造および周囲の磁場環境に依存して定まる閾値電流Ic以上の値としなければならない。ここで、強磁性多層膜磁気抵抗素子からの発振出力Pは、直流電流I、磁気抵抗比の2乗の値、素子抵抗等に比例するものであるため、直流電流Iが大きくなるのに伴って、その発振出力Pは大きくなる(後述の式(1)参照)。 In order to achieve the above object, the present inventors first repeatedly studied conventional microwave generating elements, and obtained the following findings. That is, first, in general, in a ferromagnetic multilayer magnetoresistive sensor, in order to generate microwave oscillation due to spin torque, the magnitude of the DC current I depends on the structure of the ferromagnetic multilayer film and the surrounding magnetic field environment. The value must be equal to or greater than the threshold current Ic determined. Here, since the oscillation output P from the ferromagnetic multilayer film magnetoresistive element is proportional to the DC current I, the square value of the magnetic resistance ratio, the element resistance, etc., as the DC current I increases. Therefore, the oscillation output P becomes large (see equation (1) described later).

しかしながら、強磁性多層膜磁気抵抗素子を利用する際に、実際に、直流電流Iを大きくするために素子印加電圧Vを大きくしてしまうと、スペーサ層(例えば、MgOを用いているスペーサ層)の絶縁破壊が生じてしまうことから、素子印加電圧Vの大きさは絶縁破壊が生じない範囲に制限する必要がある。そのため、強磁性多層膜磁気抵抗素子を用いる場合においては、スペーサ層の絶縁破壊を抑えながら高出力化を図る必要があるものと考えられる。 However, when using a ferromagnetic multilayer magnetoresistive element, if the element applied voltage V is actually increased in order to increase the DC current I, a spacer layer (for example, a spacer layer using MgO) is used. Therefore, it is necessary to limit the magnitude of the element applied voltage V to a range in which dielectric breakdown does not occur. Therefore, when a ferromagnetic multilayer magnetoresistive element is used, it is considered necessary to increase the output while suppressing dielectric breakdown of the spacer layer.

ここで、このような絶縁破壊を抑えつつ高出力化を図るための方法としては、例えば、スペーサ層の膜厚を増加させて、スペーサ層(絶縁層)中の結晶の欠陥と、該絶縁層と強磁性層の界面との間の距離を取ることが考えられる。しかしながら、スペーサ層の膜厚を増加させた場合、強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスが膜厚に対し指数関数的に増加してしまい、負荷側とのインピーダンス不整合が増加してしまうことから、単純に膜厚を増加させると、却って伝送効率が下がり、狙い通りの発振出力が得られないという問題が生じる。また、このようにして負荷側とのインピーダンス不整合が増加した場合において、そのインピーダンス不整合に起因した電力ロスにより温度上昇が起こると(熱が発生すると)、素子中の磁化自由層の結晶磁気異方性が低下してしまうため、ラーモア周波数(素子の発振周波数)が低下してしまうという問題も生じるものと考えられる。 Here, as a method for increasing the output while suppressing such dielectric breakdown, for example, the film thickness of the spacer layer is increased to cause crystal defects in the spacer layer (insulating layer) and the insulating layer. It is conceivable to take a distance between the surface and the interface of the ferromagnetic layer. However, when the film thickness of the spacer layer is increased, the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element increases exponentially with respect to the film thickness, and the impedance mismatch with the load side increases. Therefore, if the film thickness is simply increased, the transmission efficiency is rather lowered, and there arises a problem that the desired oscillation output cannot be obtained. Further, when the impedance mismatch with the load side is increased in this way and the temperature rises due to the power loss caused by the impedance mismatch (when heat is generated), the crystal magnetism of the magnetization free layer in the element is generated. Since the anisotropy is lowered, it is considered that there is a problem that the Larmor frequency (the oscillation frequency of the element) is lowered.

一方、絶縁破壊の生じない低電圧で強磁性多層膜磁気抵抗素子を駆動させる場合、マイクロ波の伝送路に増幅器に接続して、その後続の増幅器で出力を増幅させることにより素子から発せられるマイクロ波の高出力化を図ることも考えられる。しかしながら、マイクロ波の増幅器が、通常、縦横の大きさがそれぞれ約数十mm程度と大きなものであることから、通信機器等に利用する際に、小サイズな強磁性多層膜磁気抵抗素子を用いても、かかる機器の小型化を図ることができないという問題が生じる。このように、通信機器の小型化等を図るといった観点からは、強磁性多層膜磁気抵抗素子を利用しながら、増幅器を利用せずにマイクロ波の高出力化を図ることが可能な技術の出現が望まれる。 On the other hand, when driving a ferromagnetic multilayer magnetoresistive sensor at a low voltage that does not cause dielectric breakdown, the micro is emitted from the device by connecting to an amplifier in the microwave transmission line and amplifying the output with the subsequent amplifier. It is also possible to increase the output of the waves. However, since microwave amplifiers are usually large in length and width of about several tens of mm, small-sized ferromagnetic multilayer magnetoresistive elements are used when used in communication equipment and the like. However, there arises a problem that such equipment cannot be miniaturized. In this way, from the viewpoint of downsizing communication equipment, etc., the emergence of technology that can increase the output of microwaves without using an amplifier while using a ferromagnetic multilayer magnetoresistive element. Is desired.

このような従来技術が有する課題等を鑑みて、本発明者らが、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、伝送回路一体型マイクロ波発生素子を、強磁性多層膜磁気抵抗素子と、該強磁性多層膜磁気抵抗素子から発振されるマイクロ波を伝送するための下部ストリップライン及び上部ストリップラインとを備えるものとし、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスを500Ω以上とし、更に、前記下部及び前記上部ストリップラインにおいて、前記伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンス(前記下部及び前記上部ストリップラインからなる伝送回路のマイクロ波の出力側(負荷側)のインピーダンス)が、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下のインピーダンスになるようにインピーダンス変換することにより、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子から発振されたマイクロ波を前記下部及び前記上部ストリップラインを利用して効率よく伝送(伝搬)させることが可能となり、増幅器を利用することなくマイクロ波の高出力化を図ることが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。 In view of the problems of the prior art, the present inventors have conducted diligent research to achieve the above object, and as a result, the transmission circuit-integrated microwave generating element has been referred to as a ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element. A lower strip line and an upper strip line for transmitting microwaves oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element are provided, and the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element is set to 500Ω or more. In the lower part and the upper stripline, the output impedance of the microwave generation element integrated with the transmission circuit (the impedance of the microwave output side (load side) of the transmission circuit including the lower part and the upper stripline) is the said. By converting the impedance so that it becomes 15% or less of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element, the microwave oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element is used in the lower and upper strip lines. As a result, it has been found that efficient transmission (propagation) is possible, and it is possible to increase the output of microwaves without using an amplifier, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子は、強磁性多層膜磁気抵抗素子と、該強磁性多層膜磁気抵抗素子から発振されるマイクロ波を伝送するための下部ストリップライン及び上部ストリップラインとを備える伝送回路一体型マイクロ波発生素子であり、
前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスが500Ω以上であり、かつ、
前記下部及び前記上部ストリップラインにおいて、前記伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンスが前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下のインピーダンスになるようにインピーダンス変換して、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子から発振されたマイクロ波を前記下部及び前記上部ストリップラインを利用して伝送するものであることを特徴とするものである。
That is, the transmission circuit-integrated microwave generating element of the present invention includes a ferromagnetic multilayer magnetoresistive element and a lower stripline and an upper stripline for transmitting microwaves oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element. It is a transmission circuit integrated microwave generator equipped with
The output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element is 500Ω or more, and
In the lower part and the upper strip line, impedance conversion is performed so that the output impedance of the microwave generation element integrated with the transmission circuit becomes 15% or less of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element, and the strength is changed. It is characterized in that microwaves oscillated from a magnetic multilayer film magnetic resistance element are transmitted by using the lower portion and the upper strip line.

このように、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、前記下部及び前記上部ストリップラインにおいて、前記伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンス(該伝送回路一体型マイクロ波発生素子中の強磁性多層膜磁気抵抗素子から見た場合の負荷側のインピーダンス:下部ストリップライン及び上部ストリップラインにおけるマイクロ波の出力側のインピーダンス)が、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンス(500Ω以上)の15%以下のインピーダンスになるように、インピーダンス変換を行う(なお、このようなインピーダンス変換における、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスに対する変換後のインピーダンスの割合(15%以下)を、以下、場合により、単に「インピーダンスの変換割合」と称する)。ここで、強磁性多層膜磁気抵抗素子として出力インピーダンスが500Ω以上の素子を利用し、負荷側のインピーダンスを前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下とするような構成は、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力とそれに接続される負荷とにおいてインピーダンス不整合(ミスマッチ)が生じることが明らかであることから、従来技術に基いて実際に設計して利用することなど想起できない。また、従来の伝送回路に、単に出力インピーダンスが500Ω以上の強磁性多層膜磁気抵抗素子を利用しようとしても、公知の外部アンテナのインピーダンスが一般的に50Ω又は75Ω程度であること等から、負荷側(例えば外部アンテナ等)とのインピーダンスの不整合により、マイクロ波の高出力化を図ることは困難である。これに対して、本発明においては、マイクロ波の高出力化を図るといった観点から、500Ω以上の出力インピーダンスを有する強磁性多層膜磁気抵抗素子を利用するため、前記下部及び前記上部ストリップラインにおける前記インピーダンスの変換割合を、15%以下としている(なお、このようなインピーダンスの変換割合は、10%以下であることがより好ましく、5%以下であることが更に好ましい)。なお、このようなインピーダンスの変換割合の下限値は、強磁性多層膜磁気抵抗素子のスペーサ層の厚さがトンネリング可能な範囲に制限される点を考慮すれば、強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの大きさに応じて適宜変更できるものではあるが、例えば、0.001%程度とすることが考えられる。そして、上述のようなインピーダンスの変換割合で、前記下部及び前記上部ストリップラインにおいてインピーダンス変換を行うことで、500Ω以上(例えば、数kΩ)の出力インピーダンスを有する強磁性多層膜磁気抵抗素子を利用した場合であって、かつ、伝送回路一体型マイクロ波発生素子に、インピーダンスが50Ωや75Ω程度の公知の外部アンテナ(一般的なアンテナ等)を接続した場合においても、反射波の発生を十分に抑制しながら、より効率よく、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子から発振されたマイクロ波を前記下部及び前記上部ストリップラインを利用して伝送(伝搬)させることが可能となる。 As described above, in the transmission circuit integrated microwave generating element of the present invention, the output impedance of the transmission circuit integrated microwave generating element (in the transmission circuit integrated microwave generating element) in the lower part and the upper strip line. Impedance on the load side when viewed from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element: Impedance on the output side of microwaves in the lower strip line and upper strip line) is the output impedance (500Ω or more) of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element. ) Is subjected to impedance conversion so that the impedance is 15% or less (Note that the ratio of the converted impedance (15% or less) to the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element in such impedance conversion is determined. , Hereinafter, in some cases, simply referred to as "impedance conversion ratio"). Here, the configuration in which an element having an output impedance of 500 Ω or more is used as the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element and the impedance on the load side is 15% or less of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element is described above. Since it is clear that impedance mismatch (mismatch) occurs between the output of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element and the load connected to it, it cannot be recalled that it is actually designed and used based on the prior art. Further, even if a ferromagnetic multilayer magnetic resistance element having an output impedance of 500 Ω or more is simply used for a conventional transmission circuit, the impedance of a known external antenna is generally about 50 Ω or 75 Ω, so that the load side Due to the impedance mismatch with (for example, an external antenna), it is difficult to increase the output of microwaves. On the other hand, in the present invention, from the viewpoint of increasing the output of microwaves, in order to utilize a ferromagnetic multilayer magnetoresistive element having an output impedance of 500 Ω or more, the said in the lower part and the upper stripline. The impedance conversion ratio is set to 15% or less (note that such an impedance conversion ratio is more preferably 10% or less, further preferably 5% or less). Considering that the lower limit of the impedance conversion ratio is limited to the range in which the spacer layer of the ferromagnetic multilayer magnetoresistive sensor can be tunneled, the lower limit of the impedance conversion ratio of the ferromagnetic multilayer magnetoresistive sensor Although it can be appropriately changed according to the magnitude of the output impedance, it is conceivable to set it to about 0.001%, for example. Then, by performing impedance conversion in the lower portion and the upper strip line at the impedance conversion ratio as described above, a ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element having an output impedance of 500 Ω or more (for example, several kΩ) was used. In this case, even when a known external antenna (general antenna or the like) having an impedance of about 50Ω or 75Ω is connected to the microwave generation element integrated with the transmission circuit, the generation of reflected waves is sufficiently suppressed. At the same time, it becomes possible to more efficiently transmit (propagate) the microwave oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element by using the lower portion and the upper strip line.

また、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、高出力化の観点から、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子として、出力インピーダンスが500Ω以上(より好ましくは800Ω以上、更に好ましくは1000Ω以上50kΩ以下)のものを利用する。なお、このような強磁性多層膜磁気抵抗素子に関して、一般的に強磁性多層膜磁気抵抗素子の駆動に必要な電流密度を得るためには通常数mAの電流を流す必要があること、一般的に強磁性多層膜磁気抵抗素子の駆動に利用される電圧の大きさが5V以下程度であること、等から、かかる条件下においても十分に高出力化を図るといった観点も併せ考慮して、出力インピーダンスが500Ω以上の素子(例えば、出力インピーダンスが数kΩの素子等)を利用することとしている。 Further, in the transmission circuit integrated microwave generating element of the present invention, the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element is 500Ω or more (more preferably 800Ω or more, still more preferably 1000Ω or more) from the viewpoint of increasing the output. (50 kΩ or less) is used. Regarding such a ferromagnetic multilayer magnetic resistance element, it is generally necessary to pass a current of several mA in order to obtain the current density required for driving the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element. In addition, since the magnitude of the voltage used to drive the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element is about 5V or less, the output is also taken into consideration from the viewpoint of achieving sufficiently high output even under such conditions. An element having an impedance of 500Ω or more (for example, an element having an output impedance of several kΩ) is used.

これに対して、上記特許文献1においては、磁気抵抗素子の抵抗値の望ましい範囲が1Ω〜1kΩである旨や、素子の抵抗値としては直流抵抗値において1Ω以上、10kΩ以下であることが好ましい旨が記載されている。しかしながら、そのような磁気抵抗素子の抵抗値に関して、同文献の段落[0021]には「磁気抵抗素子とマイクロ波伝送回路での接合部におけるインピーダンス・ミスマッチによる損失を最小とするために、磁気抵抗素子の抵抗値を、マイクロ波伝送回路のインピーダンス値に一致させることが望ましい」と記載されている。このように、上記特許文献1においては、磁気抵抗素子の抵抗値をマイクロ波伝送回路のインピーダンス値に一致させるといった技術が明示されているに過ぎず、500Ω以上の出力インピーダンスを有する磁気抵抗素子を利用した場合に、インピーダンスの整合の観点から、伝送回路(下部ストリップラインおよび上部ストリップライン)において、インピーダンスの変換割合が15%以下となるようにインピーダンスを変換するといった技術的な思想までは開示されていない。 On the other hand, in Patent Document 1, it is preferable that the desired range of the resistance value of the magnetoresistive element is 1Ω to 1kΩ, and that the resistance value of the element is 1Ω or more and 10kΩ or less in terms of the DC resistance value. It is stated to that effect. However, regarding the resistance value of such a magnetoresistive sensor, paragraph [0021] of the same document states, "In order to minimize the loss due to the impedance mismatch at the junction between the magnetoresistive sensor and the microwave transmission circuit, the magnetoresistive sensor. It is desirable to match the resistance value of the element with the impedance value of the microwave transmission circuit. " As described above, in Patent Document 1, the technique of matching the resistance value of the magnetoresistive element with the impedance value of the microwave transmission circuit is merely specified, and the magnetoresistive element having an output impedance of 500Ω or more is defined. From the viewpoint of impedance matching when used, the technical idea of converting impedance so that the impedance conversion ratio is 15% or less in the transmission circuit (lower strip line and upper strip line) is disclosed. Not.

このように、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスが500Ω以上でありながら、上述のようなインピーダンスの変換割合で、前記下部及び前記上部ストリップラインを利用してインピーダンス変換を行うため、前記下部及び前記上部ストリップラインにより、伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンスと、負荷側(外部アンテナ等)のインピーダンスとの間においてインピーダンスの整合を図ることが可能となり、これにより前記下部及び前記上部ストリップラインを介して、効率よく負荷側にマイクロ波を伝送(伝搬)させることを可能として、外部にマイクロ波を高出力で発振(出力)することを可能とする。なお、本発明においては、上述のようなインピーダンスの変換割合で、前記下部及び前記上部ストリップラインを利用してインピーダンス変換を行うため、出力インピーダンスが500Ω以上の強磁性多層膜磁気抵抗素子から発振される高出力のマイクロ波を、伝送効率が40%以上(より好ましくは60%以上、更に好ましくは80%以上)となるような割合で、前記下部及び前記上部ストリップラインを介して負荷側に伝送(伝搬)させることも可能である(なお、ここにいう伝送効率としては、測定装置としてベクトルネットワークアナライザ(通称「VNA」:例えば、キーエンス社製の商品名「E5071C」等)を用いて測定できるSパラメータのうち、S21の値を利用して、かかるS21のピーク値を2乗することにより(式:[伝送効率]=(S21ピーク)を計算することにより)求められる値を採用する)。 As described above, in the transmission circuit integrated microwave generating element of the present invention, while the output impedance of the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element is 500Ω or more, the lower part and the upper part have the above impedance conversion ratio. Since impedance conversion is performed using the strip line, the lower and upper strip lines match the impedance between the output impedance of the microwave generator with integrated transmission circuit and the impedance on the load side (external antenna, etc.). This makes it possible to efficiently transmit (propagate) microwaves to the load side via the lower part and the upper strip line, and oscillates (outputs) microwaves to the outside with high output. It is possible to do. In the present invention, since impedance conversion is performed using the lower portion and the upper strip line at the impedance conversion ratio as described above, the impedance is oscillated from a ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element having an output impedance of 500 Ω or more. High-power microwaves are transmitted to the load side via the lower and upper strip lines at a ratio such that the transmission efficiency is 40% or more (more preferably 60% or more, further preferably 80% or more). (Propagation) is also possible (Note that the transmission efficiency referred to here can be measured using a vector network analyzer (commonly known as "VNA": for example, a trade name "E5071C" manufactured by Keyence) as a measuring device). Among the S-parameters, the value obtained by squaring the peak value of S21 using the value of S21 (formula: [transmission efficiency] = (S21 peak) 2 is calculated) is adopted). ..

このように、本発明においては、強磁性多層膜磁気抵抗素子として、出力インピーダンスが500Ω以上の素子を利用しながら、負荷側のインピーダンスの大きさに応じて、伝送回路(前記下部及び前記上部ストリップライン)において、前述のような割合でインピーダンス変換して、出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの整合を図るものである。そのため、本発明によれば、高出力化のために別途増幅器を利用する必要がなく、出力インピーダンスが十分に高い強磁性多層膜磁気抵抗素子(出力インピーダンスが500Ω以上の素子)を利用してマイクロ波の高出力化を図ることができることから、マイクロ波の高出力化と、伝送回路一体型マイクロ波発生素子を組み込んだ発振装置の小型化を効率よく図ることが可能である。従って、例えば、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子を通信機器等に利用する場合等に、その通信機器の小型化を図りつつ、マイクロ波の高出力化を図ることが可能となり、通信の高速化と小型化を図る上で有用である。なお、本発明において「マイクロ波」とは、周波数が300MHz〜300GHzの電磁波を意味する。 As described above, in the present invention, while using an element having an output impedance of 500Ω or more as the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element, the transmission circuit (the lower part and the upper strip) is used according to the magnitude of the impedance on the load side. In the line), impedance conversion is performed at the ratio as described above to match the output impedance and the load impedance. Therefore, according to the present invention, it is not necessary to use a separate amplifier to increase the output, and a ferromagnetic multilayer magnetic resistance element (element having an output impedance of 500Ω or more) having a sufficiently high output impedance is used for microwaves. Since it is possible to increase the output of the wave, it is possible to efficiently increase the output of the microwave and reduce the size of the oscillating device incorporating the microwave generation element integrated with the transmission circuit. Therefore, for example, when the transmission circuit integrated microwave generator of the present invention is used for a communication device or the like, it is possible to increase the output of the microwave while reducing the size of the communication device and perform communication. It is useful for speeding up and downsizing. In the present invention, the "microwave" means an electromagnetic wave having a frequency of 300 MHz to 300 GHz.

また、このような本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、前記下部及び前記上部ストリップラインのうちの少なくとも一方が、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子から出力されるマイクロ波の周波数に対して反共振の第一伝送線路と、前記マイクロ波の周波数に対して共振の第二伝送線路とを磁気共鳴するように組み合わせてなることがより好ましい。このように、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子から出力されるマイクロ波の周波数に対して反共振の第一伝送線路と、該所定の周波数のマイクロ波に対して共振の第二伝送線路とを組み合わせて、磁気共鳴により電力伝送を行なうことで、第一伝送線路と第二伝送線路とをそれぞれ共振器のように利用(第一伝送線路が並列共振器(第一の共振器)、第二伝送線路が直列共振器(第二の共振器)となるように利用)して、交流信号の伝達が可能になるとともに共振器の構成要件、具体的には並列共振、直列共振やそれらを構成するインダクタンスとキャパシタンスの比に応じたインピーダンスの変換が可能となる。そのため、別途、共振器(インピーダンス変換器)や増幅器などを利用しなくても、高出力のマイクロ波を、より効率よく取り出すことができる。なお、従来の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、取り出す出力信号は交流成分と直流成分が重畳したものとなっているのに対して、上述のように磁気共鳴を利用してマイクロ波を出力する場合には、第一伝送路と第二伝送線路とが直接電気的に導通していないため交流成分だけを取り出して出力することも可能となり、この点においても、より効率よくマイクロ波を取り出すことが可能となる。また、このような第一伝送線路及び第二伝送線路の反共振や共振に関する「強磁性多層膜磁気抵抗素子から出力されるマイクロ波の周波数」は、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子により外部に出力することを目的とするマイクロ波の周波数である(強磁性多層膜磁気抵抗素子が備える磁化自由層のラーモア周波数(素子の発振周波数)であり、目的に応じて強磁性多層膜磁気抵抗素子および外部磁界の設計を変更することで所望の周波数とすることができる)。ここにおいて、強磁性多層膜磁気抵抗素子から出力されるマイクロ波には、その設計上、基本的に目的とする発振周波数(磁化自由層のラーモア周波数)と異なる周波数成分の割合が少ないものと考えられるため、強磁性多層膜磁気抵抗素子から発振されるマイクロ波の周波数帯の中で強度が最も高い周波数を「前記強磁性多層膜磁気抵抗素子から出力されるマイクロ波の周波数」と判断してもよい。 Further, in such a transmission circuit integrated microwave generating element of the present invention, at least one of the lower portion and the upper strip line has a microwave frequency output from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element. On the other hand, it is more preferable that the anti-resonant first transmission line and the resonating second transmission line are combined so as to magnetically resonate with respect to the frequency of the microwave. In this way, the first transmission line that is anti-resonant with respect to the frequency of the microwave output from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element and the second transmission line that resonates with respect to the microwave of the predetermined frequency are provided. By combining and performing power transmission by magnetic resonance, the first transmission line and the second transmission line are used like resonators (the first transmission line is a parallel resonator (first resonator), the second is a second. The transmission line can be used as a series resonator (second resonator) to enable transmission of AC signals, and the constituent requirements of the resonator, specifically parallel resonance, series resonance, and their constituents. It is possible to convert the impedance according to the ratio of the resonance to the capacitance. Therefore, high-output microwaves can be extracted more efficiently without using a resonator (impedance converter) or an amplifier separately. In the conventional microwave generation element integrated with a transmission circuit, the output signal to be taken out is a superposition of an AC component and a DC component, whereas as described above, the microwave is generated by using magnetic resonance. When outputting, since the first transmission line and the second transmission line are not directly electrically connected, it is possible to extract and output only the AC component, and in this respect as well, microwaves can be output more efficiently. It can be taken out. Further, the "frequency of the microwave output from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element" relating to the anti-resonance and resonance of the first transmission line and the second transmission line is the microwave generation element integrated with the transmission circuit of the present invention. It is the frequency of the microwave intended to be output to the outside by (the Ramore frequency of the magnetization free layer (the oscillation frequency of the element) of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element, and the ferromagnetic multilayer magnetism depending on the purpose. The desired frequency can be obtained by changing the design of the resistance element and the external magnetic field). Here, it is considered that the microwave output from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element has a small proportion of frequency components different from the basically target oscillation frequency (Lamore frequency of the free-magnetized layer) due to its design. Therefore, the frequency with the highest intensity in the frequency band of the microwave oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element is determined as "the frequency of the microwave output from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element". May be good.

また、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子が、上述のように、前記下部及び前記上部ストリップラインのうちの少なくとも一方が、前記マイクロ波の周波数に対して反共振の第一伝送線路と、前記マイクロ波の周波数に対して共振の第二伝送線路とを磁気共鳴するように組み合わせて利用するものである場合においては、例えば、前記第一伝送線路と前記第二伝送線路との間の距離を調整することにより、インピーダンス変換割合を変えることができる。したがって、上述のように前記第一伝送線路と前記第二伝送線路を利用する場合には、例えば、前記第一伝送線路と前記第二伝送線路との間の距離の設計を適宜変更すること等によって、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスと負荷側のインピーダンスとの整合を図ることが可能となる。 Further, in the transmission circuit integrated microwave generation element of the present invention, as described above, at least one of the lower portion and the upper strip line is a first transmission line that is anti-resonant with respect to the microwave frequency. In the case where the second transmission line that resonates with respect to the frequency of the microwave is used in combination so as to magnetically resonate, for example, between the first transmission line and the second transmission line. By adjusting the distance, the impedance conversion ratio can be changed. Therefore, when the first transmission line and the second transmission line are used as described above, for example, the design of the distance between the first transmission line and the second transmission line may be appropriately changed. This makes it possible to match the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element with the impedance on the load side.

本発明によれば、増幅器を利用しなくてもマイクロ波の高出力化を図ることが可能な伝送回路一体型マイクロ波発生素子を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a microwave generation element integrated with a transmission circuit capable of increasing the output of microwaves without using an amplifier.

本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子の好適な一実施形態を模式的に上面側から示す模式上面図である。It is a schematic top view which shows typically one preferable embodiment of the transmission circuit integrated microwave generation element of this invention from the top surface side. 図1に示す実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子のAA’断面を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the AA'cross section of the transmission circuit integrated microwave generation element of the embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子のBB’断面を模式的に示す断面図であるIt is sectional drawing which shows typically the BB'cross section of the microwave generation element integrated with the transmission circuit of embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子のCC’断面を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the CC'cross section of the transmission circuit integrated microwave generation element of the embodiment shown in FIG. 図2中に示される強磁性多層膜磁気抵抗素子を拡大して模式的に示す斜視図である。It is an enlarged perspective view which shows typically the ferromagnetic multilayer film magnetoresistive element shown in FIG. 図1に示す実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子が備える、第一伝送線路と第二伝送線路の部分のみを拡大して模式的に示す上面図である。FIG. 5 is a top view schematically showing an enlarged portion of only a portion of a first transmission line and a second transmission line included in the transmission circuit integrated microwave generator of the embodiment shown in FIG. 1. 図1に示す実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子を備えるマイクロ波の発振器の好適な一実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of a preferred embodiment of a microwave oscillator including the transmission circuit integrated microwave generator of the embodiment shown in FIG. 1. 伝送線路(ストリップライン)の設計のフローチャートの好適な一実施形態を示す図面である。It is a drawing which shows one preferable embodiment of the flowchart of the design of a transmission line (strip line). 上部ストリップラインの好適な実施形態(直線状の第一伝送と、直線状の第二伝送線路を有する実施形態)中の第一伝送線路と第二伝送線路の関係を模式的に示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing the relationship between the first transmission line and the second transmission line in a preferred embodiment of the upper stripline (an embodiment having a linear first transmission line and a linear second transmission line). is there. 上部ストリップラインの好適な実施形態(第二伝送線路を並列化した構成の実施形態)中の第一伝送線路と第二伝送線路の関係を模式的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows typically the relationship between the 1st transmission line and the 2nd transmission line in the preferable embodiment of the upper strip line (the embodiment of the configuration in which the 2nd transmission line is parallelized). 上部ストリップラインの好適な実施形態(第一伝送線路と第二伝送線路をそれぞれ折れ線状の形状とした構成の実施形態)中の第一伝送線路と第二伝送線路の関係を模式的に示す模式図である。A model schematically showing the relationship between the first transmission line and the second transmission line in a preferred embodiment of the upper strip line (an embodiment in which the first transmission line and the second transmission line are each formed into a polygonal line shape). It is a figure. 上部ストリップライン及び下部ストリップラインとを同じ形状とした伝送線路の好適な実施形態を模式的に示す模式図である。It is a schematic diagram schematically showing a preferable embodiment of a transmission line having the same shape as the upper strip line and the lower strip line. 一部が短絡した構成の伝送線路の好適な実施形態における上部ストリップラインと下部ストリップラインの関係を概念的に示す模式図である。It is a schematic diagram conceptually showing the relationship between the upper strip line and the lower strip line in a preferred embodiment of a transmission line having a partially short-circuited configuration. 実施例1で行った各種測定で用いた測定用試料(ただし、測定用試料(A)及び(B)を除く)の上部ストリップラインを模式的に示す上面図である。It is a top view which shows typically the upper strip line of the measurement sample (however, excluding measurement samples (A) and (B)) used in various measurements performed in Example 1. FIG. 実施例1で測定された、出力インピーダンスを50Ωとした際の第一伝送線路及び第二伝送線路の間の距離(ギャップ)と、入力インピーダンス[単位:Ω]との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the distance (gap) between the first transmission line and the second transmission line when the output impedance is 50Ω, and the input impedance [unit: Ω], which was measured in the first embodiment. 実施例1で測定された、出力インピーダンスを50Ωとした際の第一伝送線路及び第二伝送線路の線幅と、入力インピーダンス[単位:Ω]との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the line widths of the first transmission line and the second transmission line when the output impedance is 50Ω and the input impedance [unit: Ω] measured in the first embodiment. 測定用試料(A)の上部ストリップラインを模式的に示す上面図である。It is a top view which shows typically the upper strip line of the measurement sample (A). 測定用試料(B)の上部ストリップラインを模式的に示す上面図である。It is a top view which shows typically the upper strip line of the measurement sample (B). 測定に利用したマイクロ波の周波数と、測定用試料(A)のインピーダンス及び測定用試料(B)のインピーダンスとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the frequency of the microwave used for measurement, the impedance of the measurement sample (A), and the impedance of the measurement sample (B). 測定時に素子(測定用試料(X)及び(Y))へ入力されたマイクロ波の周波数と、各測定用試料の伝送効率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the frequency of the microwave input to the element (measurement sample (X) and (Y)) at the time of measurement, and the transmission efficiency of each measurement sample.

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description and drawings, the same or corresponding elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

図1は、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子の好適な一実施形態を模式的に上面側から示す模式上面図である。図2は、図1に示す実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子のAA’断面を模式的に示す断面図である。また、図3は、図1に示す実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子のBB’断面を模式的に示す断面図である。さらに、図4は、図1に示す実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子のCC’断面を模式的に示す断面図である。また、図5は、図2中に示される強磁性多層膜磁気抵抗素子を模式的に示す斜視図である。 FIG. 1 is a schematic top view schematically showing a preferred embodiment of the transmission circuit integrated microwave generator of the present invention from the top side. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an AA'cross section of the transmission circuit integrated microwave generator of the embodiment shown in FIG. Further, FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a BB'cross section of the transmission circuit integrated microwave generator of the embodiment shown in FIG. Further, FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a CC'cross section of the transmission circuit integrated microwave generator of the embodiment shown in FIG. Further, FIG. 5 is a perspective view schematically showing the ferromagnetic multilayer film magnetoresistive element shown in FIG. 2.

図1〜4に示す実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子1(以下、便宜上、場合により単に「マイクロ波発生素子1」と称する)は、強磁性多層膜磁気抵抗素子10(以下、便宜上、場合により単に「磁気抵抗素子10」と称する)と、入力側の上部電極(入力側電極)11と、第一伝送線路(入力側伝送線路)12と、第二伝送線路(出力側伝送線路)13と、出力側の上部電極14と、絶縁層15と、入力側の下部電極(グラウンド電極)16Aと、出力側の下部電極(グラウンド電極)16Bと、下部ストリップライン17と、基板18とを備える。また、本実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子1においては、入力側の上部電極(入力側電極)11と、入力側の下部電極(グラウンド電極)16Aとからなる一対の電極により、強磁性多層膜磁気抵抗素子10に通電することが可能なように構成されている。なお、本実施形態の素子1において、強磁性多層膜磁気抵抗素子10は、下部ストリップライン(グラウンドプレーン)17上に配置されおり、その下部ストリップライン17が図1〜4に示すように入力側の下部電極(グラウンド電極)16Aと接続されていることから、例えば、入力側の上部電極(入力側電極)11と、入力側の下部電極(グラウンド電極)16Aとを電源に電気的に接続することで、強磁性多層膜磁気抵抗素子10に通電することが可能である。 The transmission circuit-integrated microwave generating element 1 (hereinafter, for convenience, sometimes simply referred to as “microwave generating element 1”) of the embodiment shown in FIGS. 1 to 4 is a ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element 10 (hereinafter, for convenience). , In some cases simply referred to as "magnetic resistance element 10"), the input side upper electrode (input side electrode) 11, the first transmission line (input side transmission line) 12, and the second transmission line (output side transmission line). ) 13, the output side upper electrode 14, the insulating layer 15, the input side lower electrode (ground electrode) 16A, the output side lower electrode (ground electrode) 16B, the lower strip line 17, and the substrate 18. To be equipped. Further, in the transmission circuit integrated microwave generating element 1 of the present embodiment, a pair of electrodes including an upper electrode (input side electrode) 11 on the input side and a lower electrode (ground electrode) 16A on the input side makes the device stronger. It is configured so that the magnetic multilayer film magnetoresistive element 10 can be energized. In the element 1 of the present embodiment, the ferromagnetic multilayer film magnetoresistive element 10 is arranged on the lower strip line (ground plane) 17, and the lower strip line 17 is on the input side as shown in FIGS. 1 to 4. Since it is connected to the lower electrode (ground electrode) 16A of the above, for example, the upper electrode (input side electrode) 11 on the input side and the lower electrode (ground electrode) 16A on the input side are electrically connected to the power supply. As a result, it is possible to energize the ferromagnetic multilayer film magnetoresistive element 10.

また、伝送回路一体型マイクロ波発生素子1は、下部ストリップライン17上に設けられた絶縁層15により、第一伝送線路(入力側伝送線路)12と第二伝送線路(出力側伝送線路)13とからなる上部ストリップラインと、下部ストリップライン(グラウンドプレーン)17とが電気的に絶縁された構成を有する。また、絶縁層15は、磁気抵抗素子10の周囲を囲むように、下部ストリップライン17上に形成された層となっている。また、第二伝送線路(出力側伝送線路)13は出力側の上部電極14に接続され、更に、下部ストリップライン17は出力側の下部電極(グラウンド電極)16Bに接続されている。このような出力側の上部電極14及び出力側の下部電極(グラウンド電極)16Bは、負荷側(出力側)の一対の電極となる。 Further, in the microwave generation element 1 integrated with the transmission circuit, the first transmission line (input side transmission line) 12 and the second transmission line (output side transmission line) 13 are provided by the insulating layer 15 provided on the lower strip line 17. The upper strip line and the lower strip line (ground plane) 17 are electrically insulated from each other. Further, the insulating layer 15 is a layer formed on the lower strip line 17 so as to surround the periphery of the magnetoresistive element 10. Further, the second transmission line (output side transmission line) 13 is connected to the output side upper electrode 14, and the lower strip line 17 is connected to the output side lower electrode (ground electrode) 16B. The output side upper electrode 14 and the output side lower electrode (ground electrode) 16B form a pair of electrodes on the load side (output side).

このような伝送回路一体型マイクロ波発生素子1に用いられる強磁性多層膜磁気抵抗素子10は、基本構造として、磁化自由層10Aと、スペーサ層10Bと、磁化固定相10Cとを備えるものである。このように、強磁性多層膜を有する磁気抵抗素子10は基本構造として、磁化自由層10A/スペーサ層10B/磁化固定層10Cの3層構造を有する。なお、このような磁気抵抗素子10は、該素子10に電流を通電することにより、磁化自由層10Aの磁化の方向が変化して、結果として素子10の抵抗値が変化する。すなわち、例えば、電源により磁気抵抗素子10の強磁性多層膜に直流電流を通電した場合を検討すると、磁化自由層10Aと磁化固定層10Bの間のスピントランスファ効果により磁化自由層内の磁化が振動し、磁化自由層の磁化と磁化固定層の磁化のなす角度θが時々刻々変化する。この時の角度θの変化に伴い、主にスピンバルブ磁気抵抗効果により素子10の低抗値(素子抵抗)が時々刻々変化する。このような素子抵抗が時々刻々変化する現象を「磁気抵抗」という。なお、このような素子抵抗の変化に伴って、その素子から電圧の交流成分が現れ、その交流成分を取り出すことにより、マイクロ波のシグナルを得ることができる。このような磁気抵抗素子10としては、いわゆるトンネル磁気抵抗(TMR)効果を用いた公知の強磁性多層膜磁気抵抗素子(例えば、国際公開第2011/039843号に記載の磁気抵抗素子、特開2006−295908号公報に記載の磁気抵抗素子等)を適宜利用することができる。 The ferromagnetic multilayer film magnetoresistive element 10 used in such a transmission circuit-integrated microwave generating element 1 includes a magnetization free layer 10A, a spacer layer 10B, and a magnetization fixed phase 10C as a basic structure. .. As described above, the magnetoresistive element 10 having the ferromagnetic multilayer film has a three-layer structure of a magnetization free layer 10A / spacer layer 10B / magnetization fixed layer 10C as a basic structure. In such a magnetoresistive element 10, when a current is applied to the element 10, the direction of magnetization of the magnetization free layer 10A changes, and as a result, the resistance value of the element 10 changes. That is, for example, when a case where a DC current is applied to the ferromagnetic multilayer film of the magnetic resistance element 10 by a power source is examined, the magnetization in the magnetic free layer vibrates due to the spin transfer effect between the magnetic free layer 10A and the magnetization fixed layer 10B. However, the angle θ formed by the magnetization of the free magnetized layer and the magnetism of the fixed magnetized layer changes from moment to moment. With the change of the angle θ at this time, the low resistance value (element resistance) of the element 10 changes from moment to moment mainly due to the spin valve magnetoresistive effect. Such a phenomenon in which the element resistance changes from moment to moment is called "magnetic resistance". Along with such a change in element resistance, an AC component of voltage appears from the element, and a microwave signal can be obtained by extracting the AC component. As such a magnetoresistive element 10, a known ferromagnetic multilayer film magnetoresistive element using the so-called tunnel magnetic resistance (TMR) effect (for example, the magnetoresistive element described in International Publication No. 2011/039843, JP-A-2006 -The magnetoresistive element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. -295908, etc.) can be appropriately used.

また、このような磁気抵抗素子10においては、磁化自由層10A及び磁化固定相10Cが、いずれも強磁性体からなる層となっている。このような磁化自由層10Aや磁化固定相10Cは、それぞれ、公知の強磁性多層膜磁気抵抗素子において用いられる強磁性体からなるものを適宜利用できる。このような強磁性体としては、フェロ磁性体やフェリ磁性体を挙げることができる。ここで、フェロ磁性体とは、ある巨視的サイズ(磁区)中でその物質すべてのスピンの向きが一方向に揃う性質の物質を指す。このようなフェロ磁性体としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケルなどの磁性金属、鉄−コバルト、鉄−ニッケル合金などを例示できる。また、フェリ磁性体とは、その物質のスピンが複数の成分(副格子)から構成され、ある磁区中でそれぞれの成分のスピンの向きが反平行であるが、それらの大きさが一様でないため、物質全体では有限の磁化を発生する性質の物質を指す。 Further, in such a magnetoresistive element 10, the magnetization free layer 10A and the magnetization fixed phase 10C are both layers made of a ferromagnetic material. As the magnetization free layer 10A and the magnetization fixed phase 10C, those made of a ferromagnetic material used in a known ferromagnetic multilayer magnetoresistive sensor can be appropriately used. Examples of such a ferromagnet include a ferromagnet and a ferrimagnet. Here, the ferromagnetic substance refers to a substance having the property that the spin directions of all the substances are aligned in one direction in a certain macroscopic size (magnetic domain). Examples of such a ferromagnetic material include magnetic metals such as iron, cobalt and nickel, iron-cobalt and iron-nickel alloys. Further, in a ferrimagnetic substance, the spins of the substance are composed of a plurality of components (sub-lattices), and the spin directions of the respective components are antiparallel in a certain magnetic domain, but their sizes are not uniform. Therefore, it refers to a substance that has the property of generating finite magnetization in the whole substance.

また、磁化自由層10Aや磁化固定相10Cの材料としては特に制限されるものではないが、Co、Ni、Fe又はそれらを含む合金(例えば、コバルト−鉄、コバルト−鉄−ボロン)からなるものとすることが好ましい。また、磁化自由層10Aとしては、その構成を、強磁性膜と非磁性膜とが積層された多層膜(例えば、Feからなる膜とCrからなる膜の積層体、Coからなる膜とCuからなる膜の積層体)としたものを適宜用いてもよい。また、磁化自由層10A等においてフェリ磁性体を利用する場合、フェライト、鉄ガーネットなどの公知のフェリ磁性体を適宜利用してもよい。 The material of the magnetization free layer 10A and the magnetization stationary phase 10C is not particularly limited, but is made of Co, Ni, Fe or an alloy containing them (for example, cobalt-iron, cobalt-iron-boron). Is preferable. The magnetization free layer 10A is composed of a multilayer film in which a ferromagnetic film and a non-magnetic film are laminated (for example, a laminate of a film made of Fe and a film made of Cr, a film made of Co, and Cu. A laminate of films) may be appropriately used. When a ferrimagnetic material is used in the magnetization free layer 10A or the like, a known ferrimagnetic material such as ferrite or iron garnet may be appropriately used.

なお、磁気抵抗素子10において、磁化の共鳴振動を起こす割合は、磁化自由層10Aの全体(100%)でなくてもよい。例えば、磁化自由層10Aの70〜80%が共鳴すれば、磁化の状態を巨視的に変化させることができるため、マイクロ波を発振する上では十分な性能を得ることが可能である。 In the magnetoresistive element 10, the ratio of causing resonance vibration of magnetization does not have to be the entire magnetization free layer 10A (100%). For example, if 70 to 80% of the magnetization free layer 10A resonates, the state of magnetization can be changed macroscopically, so that sufficient performance can be obtained for oscillating microwaves.

また、スペーサ層10Bは、素子10において磁化自由層10Aと磁化固定相10Cの間の中間層である。このようなスペーサ層10Bは、MgO(酸化マグネシウム)又はAlO(酸化アルミニウム)からなる層であることが好ましく、磁気抵抗(Magneto−Resistance:MR)比が大きくなり、より高い出力を得ることが可能となることから、MgOからなる層であることが特に好ましい。このように、磁気抵抗素子10として、MgOからなるスペーサ層10Bを備えるものとした場合には、かかる素子10を、MgOをトンネルバリアとして有するトンネル磁気抵抗素子とすることができる。このようなMgOトンネルバリアを持つトンネル磁気抵抗素子を、磁気抵抗素子10として用いた場合には、スピン依存トンネル伝導を利用できるため、該素子が高いMR(磁気抵抗)比を持つため、かかる素子10の発振効率をより高くすることも可能である。 Further, the spacer layer 10B is an intermediate layer between the magnetization free layer 10A and the magnetization fixed phase 10C in the element 10. Such a spacer layer 10B is preferably a layer made of MgO (magnesium oxide) or AlO (aluminum oxide), and has a large magneto-resistance (MR) ratio, so that a higher output can be obtained. Therefore, it is particularly preferable that the layer is made of MgO. As described above, when the magnetoresistive element 10 includes the spacer layer 10B made of MgO, the element 10 can be a tunnel magnetoresistive element having MgO as a tunnel barrier. When a tunnel magnetoresistive element having such an MgO tunnel barrier is used as the magnetoresistive element 10, spin-dependent tunnel conduction can be utilized, and the element has a high MR (magnetic resistance) ratio. It is also possible to increase the oscillation efficiency of 10.

また、磁気抵抗素子10の高さ(厚み)Hは、10〜100nmであることが好ましい。また、このような高さHが前記下限未満では磁化が不十分となる傾向にあり、他方、前記上限を超えるとMR比が小さくなる傾向にある。 The height (thickness) H of the magnetoresistive element 10 is preferably 10 to 100 nm. Further, when the height H is less than the lower limit, the magnetization tends to be insufficient, while when the height H exceeds the upper limit, the MR ratio tends to be small.

また、このような磁気抵抗素子10において、スペーサ層10Bの厚み(高さ)Tは、1〜2.5nm(より好ましくは1.4〜1.6nm)であることが好ましい。このような厚みTが前記下限未満では、高出力化を図ろうとして素子10への入力電圧を上げると絶縁破壊が生じ素子が破損する傾向にあり、他方、前記上限を超えるとインピーダンスの増加により電流の通電に必要な電圧が数十kV以上となり、素子の駆動電圧が各種デバイスで通常使用される現実的な電圧の範疇から外れる傾向にある。 Further, in such a magnetoresistive element 10, the thickness (height) T of the spacer layer 10B is preferably 1 to 2.5 nm (more preferably 1.4 to 1.6 nm). If the thickness T is less than the lower limit, if the input voltage to the element 10 is increased in an attempt to increase the output, dielectric breakdown tends to occur and the element tends to be damaged. On the other hand, if the thickness exceeds the upper limit, the impedance increases. The voltage required to energize the current is several tens of kV or more, and the drive voltage of the element tends to deviate from the practical voltage range normally used in various devices.

なお、磁気抵抗素子10は、スペーサ層10Bの厚み(高さ)Tを調整することにより、素子10の抵抗値(出力インピーダンス)を自由に設定することが可能であり、厚みをより厚くすることで出力インピーダンスをより大きな値とすることができる。例えば、スペーサ層10BがMgOからなる層である場合、厚みTが1nmから1.4nmに変化すると、出力インピーダンスZが約50Ωから約1000Ωに変化する。ここで、強磁性多層膜磁気抵抗素子10から発振されるマイクロ波の出力Pは、素子10の出力インピーダンスZの大きさに伴って大きくなる。なお、出力Pと素子10の出力インピーダンスZとの関係は下記式(1): In the magnetoresistive element 10, the resistance value (output impedance) of the element 10 can be freely set by adjusting the thickness (height) T of the spacer layer 10B, and the thickness can be made thicker. The output impedance can be made larger. For example, when the spacer layer 10B is a layer made of MgO, when the thickness T changes from 1 nm to 1.4 nm, the output impedance Z changes from about 50 Ω to about 1000 Ω. Here, the output P of the microwave oscillated from the ferromagnetic multilayer film magnetoresistive element 10 increases with the magnitude of the output impedance Z of the element 10. The relationship between the output P and the output impedance Z of the element 10 is based on the following equation (1):

(なお、Pはマイクロ波の出力を示し、Iは電流の大きさを示し、ηはスピントルク分極率を示し、MR’は素子10の磁気抵抗比を示し、θは磁化自由層の磁化と磁化固定層の磁化とのなす角度を示し、θは未通電時の磁化自由層の磁化と磁化固定層の磁化とのなす角度を示し、Δθは磁化自由層の磁化がスピントルクを受けてθの角度を中心に歳差運動する角度を示し、R(θ)は素子10の出力インピーダンスZ(スペーサ層の抵抗値)を示す。)
で表わすことができる。そのため、例えば、磁気抵抗素子10の出力インピーダンスZ(R(θ))の大きさの変化のみを考えた場合においても、上述のように厚みTを1nmから1.4nmに変化させて、該素子の出力インピーダンスZを約50Ωから約1000Ωに変化させた場合には、出力インピーダンスZ(R(θ))の大きさが約20倍となることから、出力Pは、上記式から計算すると約100倍となり、磁気抵抗素子10からのマイクロ波の出力Pを十分に増大させることができる。なお、従来の伝送回路一体型マイクロ波発生素子において、そのような素子抵抗の大きな高出力の強磁性多層膜磁気抵抗素子を利用した場合には、負荷側とのインピーダンスミスマッチにより負荷側への伝送効率が低くなり、強磁性多層膜磁気抵抗素子からの出力が負荷側に十分に伝送できなかった。しかしながら、本発明においては、素子抵抗の大きな高出力の強磁性多層膜磁気抵抗素子を利用した場合においても、ストリップラインにおいて、伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンスと負荷側のインピーダンスとを一致(整合)させるべく、伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンスが強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下(かかる15%以下というインピーダンスの変換割合は、強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスと負荷側のインピーダンスとの関係に応じて、10%以下としてもよく、場合により5%以下としてもよく、更には1%以下としてもよい)のインピーダンスとなるようにインピーダンス変換するため、負荷側にマイクロ波を効率よく伝送することが可能であり、素子抵抗の大きな高出力の強磁性多層膜磁気抵抗素子を利用することによって、増幅器を利用することなく、伝送回路一体型マイクロ波発生素子の高出力化を効率よく図ることを可能とする。
(Note that P indicates the output of the microwave, I indicates the magnitude of the current, η indicates the spin torque polarization rate, MR'indicates the magnetic resistance ratio of the element 10, and θ indicates the magnetization of the magnetization free layer. The angle formed by the magnetization of the magnetized fixed layer is indicated, θ 0 indicates the angle formed by the magnetization of the magnetized free layer when not energized and the magnetization of the magnetized fixed layer, and Δθ indicates that the magnetization of the magnetized free layer receives spin torque. The angle of aging movement around the angle of θ 0 is indicated, and R (θ 0 ) indicates the output impedance Z (resistance value of the spacer layer) of the element 10.)
Can be represented by. Therefore, for example, even when only the change in the magnitude of the output impedance Z (R (θ 0 )) of the magnetoresistive element 10 is considered, the thickness T is changed from 1 nm to 1.4 nm as described above. When the output impedance Z of the element is changed from about 50Ω to about 1000Ω, the magnitude of the output impedance Z (R (θ 0 )) becomes about 20 times. Therefore, the output P is calculated from the above formula. It becomes about 100 times, and the output P of the microwave from the magnetoresistive element 10 can be sufficiently increased. When a high-power ferromagnetic multilayer magnetic resistance element with a large element resistance is used in a conventional microwave generation element with an integrated transmission circuit, it is transmitted to the load side due to an impedance mismatch with the load side. The efficiency became low, and the output from the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element could not be sufficiently transmitted to the load side. However, in the present invention, even when a high-output ferromagnetic multilayer magnetic resistance element having a large element resistance is used, the output impedance of the transmission circuit integrated microwave generator and the impedance on the load side are set in the strip line. In order to match (match), the output impedance of the transmission circuit integrated microwave generator is 15% or less of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element (the impedance conversion ratio of 15% or less is ferromagnetic multilayer magnetism). Depending on the relationship between the output impedance of the resistance element and the impedance on the load side, the impedance may be 10% or less, 5% or less in some cases, or even 1% or less). Therefore, it is possible to efficiently transmit microwaves to the load side, and by using a high-output ferromagnetic multilayer magnetic resistance element with a large element resistance, the transmission circuit is integrated without using an amplifier. It is possible to efficiently increase the output of the microwave generating element.

本発明においては、高出力化の観点から、強磁性多層膜磁気抵抗素子10として、出力インピーダンスが500Ω以上(より好ましくは800Ω以上、更に好ましくは1000Ω以上、最も好ましくは5000Ω以上)の強磁性多層膜磁気抵抗素子を利用する。なお、このような強磁性多層膜磁気抵抗素子10の出力インピーダンスの上限値は特に制限されないが、かかる出力インピーダンスは50kΩ以下であることが好ましい。このような出力インピーダンスが前記下限未満では素子10からのマイクロ波の出力が低くなって高出力化を図ることが困難となるか、絶縁破壊が生じ素子が破損する傾向にあり、他方、前記上限を超えるとインピーダンスの増加により電流の通電に必要な電圧が数十kV以上となり、素子の駆動電圧が各種デバイスで通常使用される現実的な電圧の範疇から外れる傾向にある。 In the present invention, from the viewpoint of increasing the output, the ferromagnetic multilayer film magnetoresistive element 10 has a ferromagnetic multilayer with an output impedance of 500 Ω or more (more preferably 800 Ω or more, further preferably 1000 Ω or more, most preferably 5000 Ω or more). A membrane magnetoresistive element is used. The upper limit of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element 10 is not particularly limited, but the output impedance is preferably 50 kΩ or less. If the output impedance is less than the lower limit, the output of the microwave from the element 10 becomes low and it becomes difficult to increase the output, or dielectric breakdown tends to occur and the element tends to be damaged. If it exceeds, the voltage required to energize the current becomes several tens of kV or more due to the increase in impedance, and the drive voltage of the element tends to deviate from the practical voltage range normally used in various devices.

また、このような磁気抵抗素子10としては、磁場に依存して変化する最大の抵抗値と最小の抵抗値の比(MR比[(最大の抵抗値)/(最小の抵抗値)])が200%以上であることが好ましく、500〜2000%であることがより好ましい。このようなMR比が前記下限未満では出力が小さくなる傾向にある。 Further, as such a magnetoresistive element 10, the ratio of the maximum resistance value to the minimum resistance value (MR ratio [(maximum resistance value) / (minimum resistance value)]), which changes depending on the magnetic field, is It is preferably 200% or more, and more preferably 500 to 2000%. If such an MR ratio is less than the lower limit, the output tends to be small.

また、磁化自由層10A/スペーサ層10B/磁化固定層10Cの3層構造を有する強磁性多層膜磁気抵抗素子10は、入力側の上部電極(入力側電極)11と、下部電極(グラウンド電極)16Aとに電気的に接続されている。ここにおいて、入力側の上部電極(入力側電極)11は磁化自由層10Aに接している。一方、下部電極(グラウンド電極)16Aは、下部ストリップライン(グラウンドプレーン)17を介して前記磁化固定層10Cに電気的に接続されている。このように、本実施形態においては、下部ストリップライン(グラウンドプレーン)17は、磁性多層膜磁気抵抗素子10の下部電極の一部としても機能する。そのため、入力側の上部電極11と、入力側の下部電極(グラウンド電極)16Aとを、直流電源に電気的に接続することで、強磁性多層膜磁気抵抗素子10に直流電流を通電することができる。このように、本実施形態において、入力側の上部電極11と、入力側の下部電極(グラウンド電極)16Aは、磁気抵抗素子10の一対の電極として機能する。 Further, the ferromagnetic multilayer film magnetoresistive element 10 having a three-layer structure of a magnetization free layer 10A / spacer layer 10B / magnetization fixed layer 10C has an upper electrode (input side electrode) 11 on the input side and a lower electrode (ground electrode). It is electrically connected to 16A. Here, the upper electrode (input side electrode) 11 on the input side is in contact with the magnetization free layer 10A. On the other hand, the lower electrode (ground electrode) 16A is electrically connected to the magnetization fixing layer 10C via the lower strip line (ground plane) 17. As described above, in the present embodiment, the lower strip line (ground plane) 17 also functions as a part of the lower electrode of the magnetic multilayer film magnetoresistive element 10. Therefore, by electrically connecting the upper electrode 11 on the input side and the lower electrode (ground electrode) 16A on the input side to a DC power source, a DC current can be applied to the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element 10. it can. As described above, in the present embodiment, the upper electrode 11 on the input side and the lower electrode (ground electrode) 16A on the input side function as a pair of electrodes of the magnetoresistive element 10.

また、本実施形態のマイクロ波発生素子1においては、強磁性多層膜磁気抵抗素子10から発振されるマイクロ波を、入力側の上部電極11を介して伝送可能なように、入力側の上部電極11に第一伝送線路(入力側伝送線路)12が接続されている。そして、本実施形態のマイクロ波発生素子1においては、かかる第一伝送線路(入力側伝送線路)12と、第二伝送線路(出力側伝送線路)13とにより上部ストリップラインが形成される。このように、第一伝送線路12と第二伝送線路13とからなる上部ストリップラインと、下部ストリップライン17が、強磁性多層膜磁気抵抗素子10に直接又は電極を介して接続されているため、かかる上部ストリップラインと下部ストリップライン(グラウンドプレーン)17とにより、強磁性多層膜磁気抵抗素子10から発振されたマイクロ波を伝送することが可能となる。 Further, in the microwave generating element 1 of the present embodiment, the microwave generated from the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element 10 can be transmitted via the upper electrode 11 on the input side so that the upper electrode on the input side can be transmitted. The first transmission line (input side transmission line) 12 is connected to 11. Then, in the microwave generating element 1 of the present embodiment, the upper strip line is formed by the first transmission line (input side transmission line) 12 and the second transmission line (output side transmission line) 13. As described above, since the upper strip line composed of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 and the lower strip line 17 are connected to the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element 10 directly or via an electrode. The upper strip line and the lower strip line (ground plane) 17 make it possible to transmit microwaves oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element 10.

また、このような上部ストリップラインの第二伝送線路13は出力側の上部電極14に接続され、他方、下部ストリップライン17は出力側の下部電極(グラウンド電極)16Bに接続されており、これにより、かかる上部ストリップラインと下部ストリップライン(グラウンドプレーン)17とを介して伝送されたマイクロ波を、外部(負荷側)に取り出すことを可能としている。なお、本実施形態の下部ストリップライン17は、図1〜4に示すように、入力側の一部の領域を除いて、基本的に絶縁層15の一面を覆うような形状となっている。 Further, the second transmission line 13 of such an upper strip line is connected to the upper electrode 14 on the output side, while the lower strip line 17 is connected to the lower electrode (ground electrode) 16B on the output side. , The microwave transmitted via the upper strip line and the lower strip line (ground plane) 17 can be taken out to the outside (load side). As shown in FIGS. 1 to 4, the lower strip line 17 of the present embodiment is basically shaped to cover one surface of the insulating layer 15 except for a part of the input side.

このような電極11、第一伝送線路12、第二伝送線路13、電極14、電極16A、電極16B及び下部ストリップライン(グラウンドプレーン)17を形成するための材料は特に制限されず、公知のものを適宜利用でき、例えば、金、銅、白金、チタン、アルミニウム、クロム、鉄等が挙げられる。なお、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の共振特性のQ値が、マイクロ波の伝送線路の効率に影響を与えるため、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の材料には、できるだけ電気抵抗の小さい材料(例えば、金、銅、アルミニウムを好適なものとして例示できる)を用いることがより好ましい。 Materials for forming such an electrode 11, a first transmission line 12, a second transmission line 13, an electrode 14, an electrode 16A, an electrode 16B, and a lower strip line (ground plane) 17 are not particularly limited and are known. Can be appropriately used, and examples thereof include gold, copper, platinum, titanium, aluminum, chromium, and iron. Since the Q value of the resonance characteristics of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 affects the efficiency of the microwave transmission line, the materials of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are used. It is more preferable to use a material having as little electrical resistance as possible (for example, gold, copper, aluminum can be exemplified as suitable).

また、第一伝送線路12及び第二伝送線路13からなる上部ストリップラインと、下部ストリップライン17とは、絶縁層15により電気的に絶縁されている。このような絶縁層15を形成する材料としては特に制限されず、誘電正接(tanδ)の値が低い材料(より好ましくは、GHz帯における誘電正接(tanδ)の値が0.01以下の材料)を好適に利用することができる。このような絶縁層15を形成する材料としては、誘電正接(tanδ)の観点から、例えば、アルミナ、シリカ、フッ素系樹脂、ガラス繊維樹脂、イットリウム鉄ガーネット(YIG)を好適に利用できる。なお、強磁性多層膜磁気抵抗素子10の近傍に磁性体からなる材料を利用して絶縁層15を形成すると、その磁性体中の磁化と強磁性多層膜中の磁化とが相互作用を起こし損失を生じさせるため、絶縁層15を形成する際に磁性体を利用する場合には、絶縁層15の強磁性多層膜磁気抵抗素子10の近傍部分を磁性体以外の材料からなるものとすることが好ましい(すなわち、絶縁層15の材料の一つとしてYIGを利用する場合には、絶縁層15の強磁性多層膜磁気抵抗素子10の近傍部分はYIG以外の材料からなるものとし、それ例外の部分をYIGからなるものとすることが好ましい)。 Further, the upper strip line composed of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 and the lower strip line 17 are electrically insulated by the insulating layer 15. The material for forming such an insulating layer 15 is not particularly limited, and a material having a low dielectric loss tangent (tan δ) value (more preferably, a material having a dielectric loss tangent (tan δ) value of 0.01 or less in the GHz band). Can be preferably used. As a material for forming such an insulating layer 15, for example, alumina, silica, a fluororesin, a glass fiber resin, and yttrium iron garnet (YIG) can be preferably used from the viewpoint of dielectric loss tangent (tan δ). When the insulating layer 15 is formed in the vicinity of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element 10 by using a material made of a magnetic material, the magnetization in the magnetic material and the magnetization in the ferromagnetic multilayer film interact with each other and a loss occurs. When a magnetic material is used when forming the insulating layer 15, the portion of the insulating layer 15 in the vicinity of the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element 10 may be made of a material other than the magnetic material. It is preferable (that is, when YIG is used as one of the materials of the insulating layer 15, the portion in the vicinity of the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element 10 of the insulating layer 15 is made of a material other than YIG, and the exception portion thereof. Is preferably composed of YIG).

さらに、このような絶縁層15は、比誘電率εが2〜10であることが好ましく、3〜5であることがより好ましい。このような比誘電率が前記下限未満では素子サイズが大きくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると誘電正接(tanδ)が大きくなるため損失が大きくなる傾向にある。 Further, such an insulating layer 15 preferably has a relative permittivity ε r of 2 to 10, and more preferably 3 to 5. If the relative permittivity is less than the lower limit, the element size tends to increase, while if it exceeds the upper limit, the dielectric loss tangent (tan δ) tends to increase and the loss tends to increase.

また、このような絶縁層15の厚みは、強磁性多層膜磁気抵抗素子10(STO)の厚みHと一致していることが好ましい。 Further, it is preferable that the thickness of such an insulating layer 15 matches the thickness H of the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element 10 (STO).

また、本実施形態のマイクロ波発生素子1においては、第一伝送線路12及び第二伝送線路13からなる上部ストリップライン及び下部ストリップライン17において、マイクロ波発生素子1の出力インピーダンスが、強磁性多層膜磁気抵抗素子10の出力インピーダンスの15%以下のインピーダンスになるように、インピーダンス変換を行うといった観点から、第一伝送線路12を強磁性多層膜磁気抵抗素子10から出力されるマイクロ波の周波数に対して反共振の伝送線路とし、第二伝送線路13を強磁性多層膜磁気抵抗素子10から出力されるマイクロ波の周波数に対して共振の伝送線路として、第一伝送線路12と第二伝送線路13とを磁気共鳴するように組み合わせている。ここで、第一伝送線路12と第二伝送線路13との関係を説明するため、絶縁層15上に形成された第一伝送線路12と第二伝送線路13の部分のみを拡大して模式的に示す上面図を図6に示す。 Further, in the microwave generating element 1 of the present embodiment, in the upper strip line and the lower strip line 17 composed of the first transmission line 12 and the second transmission line 13, the output impedance of the microwave generating element 1 is set to a ferromagnetic multilayer. From the viewpoint of performing impedance conversion so that the impedance is 15% or less of the output impedance of the membrane magnetic resistance element 10, the first transmission line 12 is set to the frequency of the microwave output from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element 10. On the other hand, the first transmission line 12 and the second transmission line are used as anti-resonant transmission lines, and the second transmission line 13 is used as a transmission line that resonates with respect to the frequency of the microwave output from the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element 10. 13 is combined so as to magnetically resonate. Here, in order to explain the relationship between the first transmission line 12 and the second transmission line 13, only the portions of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 formed on the insulating layer 15 are enlarged and schematically. The top view shown in FIG. 6 is shown in FIG.

本実施形態のマイクロ波発生素子1においては、図1や図6に示すように、第一伝送線路12と第二伝送線路13は平行に離間して(それぞれ非接触状態で)配置されており且つ電極と接触していない終端の部分がいずれも解放されている。このような第一伝送線路12は、強磁性多層膜磁気抵抗素子10から出力されるマイクロ波の周波数に対して反共振の伝送線路とするために、電気長(electrical length)L1を強磁性多層膜磁気抵抗素子10から発振されるマイクロ波の波長の2分の1波長(λ/2)とすることが好ましい。また、第二伝送線路13は、強磁性多層膜磁気抵抗素子10から出力されるマイクロ波の周波数に対して共振の伝送線路とするために、電気長L2を強磁性多層膜磁気抵抗素子10から発振されるマイクロ波の波長の4分の1波長(λ/4)とすることが好ましい。なお、このような第一伝送線路12の電気長(線路長)L1と、第二伝送線路13の電気長(線路長)L2に関して、マイクロ波の伝送回路の実効比誘電率εとし、強磁性多層膜磁気抵抗素子10から発振されるマイクロ波の波長をλとした場合に、それぞれ、下記式: In the microwave generating element 1 of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 6, the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are arranged in parallel and separated from each other (in a non-contact state). Moreover, all the end portions that are not in contact with the electrodes are released. Such a first transmission line 12 has a ferromagnetic multilayer film L1 in order to make the transmission line anti-resonant with respect to the frequency of the microwave output from the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element 10. It is preferable that the wavelength is half the wavelength (λ / 2) of the microwave oscillated from the magnetoresistive sensor 10. Further, in order to make the second transmission line 13 a transmission line that resonates with respect to the frequency of the microwave output from the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element 10, the electric length L2 is set from the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element 10. It is preferable that the wavelength is one-fourth (λ / 4) of the wavelength of the oscillated microwave. With respect to the electric length (line length) L1 of the first transmission line 12 and the electric length (line length) L2 of the second transmission line 13, the effective relative permittivity ε e of the microwave transmission circuit is set to be strong. When the wavelength of the microwave oscillated from the magnetic multilayer film magnetic resistance element 10 is λ, the following equations:

に記載の条件を満たす場合に、電気長L1が「マイクロ波の波長の2分の1波長(λ/2)」となっているものと判断してもよく、電気長L2が「マイクロ波の波長の4分の1波長(λ/4)」となっているものと判断してもよい。このような式(2)や式(3)に記載のように、マイクロストリップラインの電気長(線路長)は、基本的に、伝送回路一体型マイクロ波発生素子の実効誘電率に応じた波長短縮率を乗じた長さとすることが好ましい。ここにおいて、波長短縮率は、式: When the condition described in the above is satisfied, it may be determined that the electric length L1 is "half the wavelength of the microwave (λ / 2)", and the electric length L2 is "of the microwave". It may be determined that the wavelength is one-fourth of the wavelength (λ / 4). As described in such equations (2) and (3), the electrical length (line length) of the microstrip line is basically a wavelength corresponding to the effective permittivity of the microwave generation element integrated with the transmission circuit. It is preferable that the length is multiplied by the shortening rate. Here, the wavelength shortening rate is expressed by the formula:

により求められる値である。また、実効比誘電率εは、第一伝送線路12と第二伝送線路13の幅をいずれもWとし、絶縁層15の厚みをhとし、絶縁層15の比誘電率をεとすると、下記式: It is a value obtained by. Further, in the effective relative permittivity ε e , assuming that the widths of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are both W, the thickness of the insulating layer 15 is h, and the relative permittivity of the insulating layer 15 is ε r. , The following formula:

を計算することで求めることができる。 Can be calculated by calculating.

このような観点から、第一伝送線路12の電気長L1は上記式(2)に記載の条件を満たすことが好ましく、また、第二伝送線路13の電気長L2は上記式(3)に記載の条件を満たすことが好ましい。また、伝送回路一体型マイクロ波発生素子1においては、計算式(2)〜(6)を利用して、第一伝送線路12の電気長(線路長)L1が上記式(2)に記載の条件を満たすように設計し、かつ、第二伝送線路13の電気長(線路長)L2が上記式(3)に記載の条件を満たすように設計することが好ましい。 From this point of view, it is preferable that the electric length L1 of the first transmission line 12 satisfies the condition described in the above formula (2), and the electric length L2 of the second transmission line 13 is described in the above formula (3). It is preferable to satisfy the above conditions. Further, in the transmission circuit integrated microwave generating element 1, the electric length (line length) L1 of the first transmission line 12 is described in the above formula (2) by using the calculation formulas (2) to (6). It is preferable to design so as to satisfy the conditions and to design the electric length (line length) L2 of the second transmission line 13 so as to satisfy the conditions described in the above formula (3).

第一伝送線路12と第二伝送線路13の線幅W(マイクロストリップラインの線幅)は特に制限されず、用途等に応じて適宜任意の大きさとすることができ、それぞれ、10μm〜1mmとすることが好ましく、0.1〜0.5mmとすることがより好ましい。このような線幅Wが前記下限未満ではQ値が低下する傾向にある。なお、線幅Wを大きくなるほど素子サイズが大きくなるため、用途等に応じた目標サイズの範囲内でより大きくすることが好ましい。 The line width W (line width of the microstrip line) of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is not particularly limited, and can be appropriately set to an arbitrary size depending on the application and the like, and each is 10 μm to 1 mm. It is preferably 0.1 to 0.5 mm, and more preferably 0.1 to 0.5 mm. If the line width W is less than the lower limit, the Q value tends to decrease. Since the element size increases as the line width W increases, it is preferable to increase the line width W within the range of the target size according to the application and the like.

また、第一伝送線路12の厚み及び第二伝送線路13の厚みは、それぞれ、表皮効果による表皮深さよりも厚いことが好ましく、中でも、表皮効果による表皮深さよりも2倍以上厚いことがより好ましい。例えば、波長1GHzでの表皮効果による表皮深さが5μmである場合において、波長1GHzのマイクロ波を伝送する場合には、伝送線路12及び13の厚みは、それぞれ、10μm以上とすることがより好ましい。 Further, the thickness of the first transmission line 12 and the thickness of the second transmission line 13 are each preferably thicker than the skin depth due to the skin effect, and more preferably twice or more thicker than the skin depth due to the skin effect. .. For example, when the skin depth due to the skin effect at a wavelength of 1 GHz is 5 μm and the microwave of the wavelength 1 GHz is transmitted, the thickness of the transmission lines 12 and 13 is more preferably 10 μm or more, respectively. ..

また、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の間の距離(ギャップ)Dは、上部ストリップライン及び下部ストリップラインにおけるインピーダンスの変換割合(変換レート)が所望の変換レートとなるように、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の線幅及び厚みを考慮して、設計することが好ましい。このような第一伝送線路12及び第二伝送線路13間の距離Dに応じてインピーダンスの変換レートが変化する理由は、2つの伝送線路12及び13間の磁気共鳴の結合係数kが距離Dに応じて変化するためである。 Further, the distance (gap) D between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is set so that the impedance conversion ratio (conversion rate) in the upper strip line and the lower strip line becomes a desired conversion rate. It is preferable to design in consideration of the line width and thickness of the one transmission line 12 and the second transmission line 13. The reason why the impedance conversion rate changes according to the distance D between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is that the coupling coefficient k of the magnetic resonance between the two transmission lines 12 and 13 becomes the distance D. This is because it changes accordingly.

なお、このような第一伝送線路12と第二伝送線路13との間の磁気共鳴は、電磁波の漏洩をより低減させて、より効率よくマイクロ波の出力向上を図るといった観点から、偶モード(Even Mode)の結合状態となっていることが好ましい。なお、ここにいう「偶モード」とは電気壁を構成する状態の結合モードをいう。また、上述のように、第一伝送線路12と第二伝送線路13とを磁気共鳴させて、ストリップラインにおいてインピーダンス変換を行ってマイクロ波を出力する場合には、強磁性多層膜磁気抵抗素子10の出力インピーダンスZを500Ω以上と大きくした場合においても、負荷側のインピーダンスとインピーダンスの整合を図ることができ、増幅器などを利用しなくても高出力のマイクロ波を、より効率よく取り出すことができる。 In addition, such magnetic resonance between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is an even mode (even mode) from the viewpoint of further reducing the leakage of electromagnetic waves and improving the microwave output more efficiently. It is preferable that the Even Mode) is in a bound state. The "even mode" referred to here refers to a coupling mode in which an electric wall is formed. Further, as described above, when the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are magnetically resonated to perform impedance conversion on the strip line and output microwaves, the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element 10 is used. Even when the output impedance Z of the above is increased to 500Ω or more, the impedance on the load side can be matched with the impedance, and high-output microwaves can be extracted more efficiently without using an amplifier or the like. ..

また、本実施形態のマイクロ波発生素子1は、図1に示すように、基板18上に形成されてなる。このような基板18としては特に制限されず、公知の基板を適宜利用でき、例えば、シリコン基板、熱酸化膜付きシリコン基板、酸化物基板(酸化マグネシウム、サファイヤ、アルミナ等)、プラスチック基板、ポリイミド基板等を適宜利用することができる。 Further, the microwave generating element 1 of the present embodiment is formed on the substrate 18 as shown in FIG. The substrate 18 is not particularly limited, and a known substrate can be appropriately used. For example, a silicon substrate, a silicon substrate with a thermal oxide film, an oxide substrate (magnesium oxide, sapphire, alumina, etc.), a plastic substrate, a polyimide substrate, etc. Etc. can be used as appropriate.

ここで、図7を参照しながら、伝送回路一体型マイクロ波発生素子1から外部にマイクロ波を出力する場合に好適に採用することが可能な方法を簡単に説明する。なお、図7は、上記伝送回路一体型マイクロ波発生素子1を備えるマイクロ波の発振器(発振装置)の好適な一実施形態を模式的に示す模式図である。このような発振器においては、伝送回路一体型マイクロ波発生素子1の一端が直流電源20に電気的に接続されかつその他端がフィルタ30に接続されている。また、かかるフィルタ30はマイクロ波の送信用のアンテナ40(外部アンテナ)に接続されている。なお、このような発振器においては、直流電源20に伝送回路一体型マイクロ波発生素子1の入力側の上部電極11及び入力側の下部電極16Aが電気的に接続されて、直流電源20から伝送回路一体型マイクロ波発生素子1中の強磁性多層膜磁気抵抗素子10に電流を通電することを可能としている。また、このような発振器においては、フィルタ30の入力ポートに伝送回路一体型マイクロ波発生素子1の出力側の上部電極14及び出力側の下部電極16Bが接続されており、伝送回路一体型マイクロ波発生素子1の出力側の上部電極14及び出力側の下部電極16Bがフィルタを介してアンテナ(負荷側)40に接続された構成となっている。 Here, with reference to FIG. 7, a method that can be suitably adopted when a microwave is output from the transmission circuit-integrated microwave generating element 1 to the outside will be briefly described. Note that FIG. 7 is a schematic diagram schematically showing a preferred embodiment of a microwave oscillator (oscillator) including the transmission circuit-integrated microwave generating element 1. In such an oscillator, one end of the transmission circuit-integrated microwave generating element 1 is electrically connected to the DC power supply 20, and the other end is connected to the filter 30. Further, the filter 30 is connected to an antenna 40 (external antenna) for transmitting microwaves. In such an oscillator, the upper electrode 11 on the input side and the lower electrode 16A on the input side of the microwave generation element 1 integrated with the transmission circuit are electrically connected to the DC power supply 20, and the transmission circuit is transmitted from the DC power supply 20. It is possible to energize the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element 10 in the integrated microwave generating element 1. Further, in such an oscillator, the output-side upper electrode 14 and the output-side lower electrode 16B of the transmission circuit-integrated microwave generating element 1 are connected to the input port of the filter 30, and the transmission circuit-integrated microwave is connected. The output-side upper electrode 14 and the output-side lower electrode 16B of the generating element 1 are connected to the antenna (load side) 40 via a filter.

このような直流電源20としては、特に制限されず、公知のものを適宜利用できるが、強磁性多層膜磁気抵抗素子10として出力インピーダンスの高い素子を利用した場合においても電流を通電可能なものとし、かつ、高い電流を付与してより高出力化を図るといった観点から、電圧が0.1〜10Vの電源を利用することが好ましい。また、このような直流電源20より通電する電流Iの大きさは、高出力化を図るといった観点から、1mA〜10mA程度となるようにすることが好ましい。 The DC power supply 20 is not particularly limited, and a known one can be appropriately used. However, even when an element having a high output impedance is used as the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element 10, a current can be applied. Moreover, from the viewpoint of applying a high current to increase the output, it is preferable to use a power supply having a voltage of 0.1 to 10 V. Further, the magnitude of the current I energized from the DC power supply 20 is preferably set to about 1 mA to 10 mA from the viewpoint of increasing the output.

また、フィルタ30としては、特に制限されず、公知のものを適宜利用でき、例えば、一般的なバンドパスフィルタであってもよい。さらに、アンテナ40としても特に制限されず、強磁性多層膜磁気抵抗素子10から発振されたマイクロ波を外部に出力することが可能な公知の構成の外部アンテナを適宜利用できる。このようなアンテナ40は、例えば、パッチアンテナ等であってもよい。 Further, the filter 30 is not particularly limited, and a known filter can be appropriately used. For example, a general bandpass filter may be used. Further, the antenna 40 is not particularly limited, and an external antenna having a known configuration capable of outputting microwaves oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element 10 to the outside can be appropriately used. Such an antenna 40 may be, for example, a patch antenna or the like.

なお、このような発振器においては、伝送回路一体型マイクロ波発生素子1中の強磁性多層膜磁気抵抗素子10の出力インピーダンスが500Ω以上であるが、かかる素子10の出力インピーダンスが負荷側のアンテナ40のインピーダンスよりも大きくても、前述のように、伝送回路一体型マイクロ波発生素子1中の下部及び上部ストリップライン(マイクロストリップライン)において、伝送回路一体型マイクロ波発生素子1の出力インピーダンス(上記実施形態の素子1の第二伝送線路13の出力インピーダンス)が、強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下のインピーダンスとなるように、インピーダンス変換して、負荷側のアンテナ40との間でインピーダンスの整合を図ることが可能であるため、強磁性多層膜磁気抵抗素子10の出力インピーダンスを500Ω以上として、素子10からのマイクロ波の出力を十分に高いものとしているにもかかわらず、最終的なマイクロ波の出力の向上を図ることができ、十分に高い出力でマイクロ波を発振することができる。なお、本発明においては、出力インピーダンスが500Ω以上(例えば1000Ω等)となるような、十分に高い素子抵抗を有する強磁性多層膜磁気抵抗素子10を利用するが、仮に、負荷側のアンテナ40のインピーダンスが50Ωと小さなインピーダンスである場合においても、例えば、上記実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子1においては、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の間の距離Dを適宜調整する等して、インピーダンス変換割合を適宜調整することができるため、第一及び第二伝送線路の設計により入力側と負荷側のインピーダンスの整合を図って、高出力のマイクロ波を効率よく発振することができる。これにより素子10から発振されるマイクロ波の出力Pを十分に大きなものとすることができ(上記式(1)参照)、結果的に、伝送回路一体型マイクロ波発生素子1から非常に高い出力でマイクロ波を発振することが可能となる。 In such an oscillator, the output impedance of the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element 10 in the transmission circuit integrated microwave generating element 1 is 500Ω or more, but the output impedance of the element 10 is the load side antenna 40. Even if it is larger than the impedance of, as described above, in the lower and upper strip lines (microstrip lines) of the transmission circuit integrated microwave generating element 1, the output impedance of the transmission circuit integrated microwave generating element 1 (above). The output impedance of the second transmission line 13 of the element 1 of the embodiment) is converted into an impedance of 15% or less of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element, and is connected to the load side antenna 40. Since it is possible to match the impedances between them, the output impedance of the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element 10 is set to 500Ω or more, and the microwave output from the element 10 is sufficiently high. The final microwave output can be improved, and the microwave can be oscillated at a sufficiently high output. In the present invention, the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element 10 having a sufficiently high element resistance such that the output impedance is 500Ω or more (for example, 1000Ω or the like) is used, but it is assumed that the antenna 40 on the load side is used. Even when the impedance is as small as 50Ω, for example, in the transmission circuit integrated microwave generator 1 of the above embodiment, the distance D between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is appropriately adjusted. Since the impedance conversion ratio can be adjusted as appropriate, the impedances on the input side and load side should be matched by designing the first and second transmission lines, and high-output microwaves should be oscillated efficiently. Can be done. As a result, the output P of the microwave oscillated from the element 10 can be made sufficiently large (see the above equation (1)), and as a result, the output is very high from the microwave generating element 1 integrated with the transmission circuit. It is possible to oscillate microwaves with.

次いで、上記伝送回路一体型マイクロ波発生素子1における伝送線路(ストリップライン)の設計フローを図8を参照しながら簡単に説明する。 Next, the design flow of the transmission line (strip line) in the transmission circuit integrated microwave generation element 1 will be briefly described with reference to FIG.

このような伝送線路(ストリップライン)の設計のためには、先ず、ステップS1において、目的とするマイクロ波の周波数や出力の大きさ等から、伝送回路一体型マイクロ波発生素子1に利用する強磁性多層膜磁気抵抗素子10の種類(設計等)を決定する。なお、このような強磁性多層膜磁気抵抗素子10の設計のために、予め、用いるスペーサ層10Bの材料(例えばMgO等)に応じて、層10Bの厚みと出力の関係や、出力インピーダンスと磁気抵抗素子10からのマイクロ波の出力の関係等を明らかにしておき、所望の出力が得られるように利用する素子10の条件(出力インピーダンスの大きさ等)を決定してもよい。 In order to design such a transmission line (strip line), first, in step S1, the strength to be used for the microwave generation element 1 integrated with the transmission circuit is determined based on the target microwave frequency, output size, and the like. The type (design, etc.) of the magnetic multilayer film magnetoresistive element 10 is determined. For the design of such a ferromagnetic multilayer magnetoresistive element 10, the relationship between the thickness and output of the layer 10B and the output impedance and magnetism are determined in advance according to the material (for example, MgO) of the spacer layer 10B to be used. The relationship between the output of the microwave from the resistance element 10 and the like may be clarified, and the conditions (magnitude of output impedance, etc.) of the element 10 to be used may be determined so that a desired output can be obtained.

次に、ステップS2において、用いる強磁性多層膜磁気抵抗素子10から発振されるマイクロ波の周波数と、伝送線路を形成するための絶縁層(絶縁基板)15の比誘電率や厚み等の情報に基づいて、第一伝送線路12及び第二伝送線路13において効率よく磁気共鳴することが可能となるように、第一伝送線路12の電気長L1及び第二伝送線路13の電気長L2を決定する。すなわち、ステップS2においては、上記式(2)〜(6)に示す関係を考慮する等して、素子10の設計などに応じた適切な長さとなるように、電気長L1及びL2を決定する。次いで、ステップS3において、第一伝送線路12及び第二伝送線路13に関して、伝送効率を考慮して、Q値が十分な値となるように、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の線幅を決定する。なお、ステップS2において上記式(2)〜(6)に示す関係を考慮する場合、線幅Wの情報を利用することから、ステップS2及びS3は同時に行ってもよい。 Next, in step S2, information such as the frequency of the microwave oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element 10 used and the relative permittivity and thickness of the insulating layer (insulating substrate) 15 for forming the transmission line is obtained. Based on this, the electric length L1 of the first transmission line 12 and the electric length L2 of the second transmission line 13 are determined so that magnetic resonance can be efficiently performed on the first transmission line 12 and the second transmission line 13. .. That is, in step S2, the electrical lengths L1 and L2 are determined so as to have appropriate lengths according to the design of the element 10 and the like in consideration of the relationships shown in the above equations (2) to (6). .. Next, in step S3, with respect to the first transmission line 12 and the second transmission line 13, the lines of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are set so that the Q value becomes a sufficient value in consideration of the transmission efficiency. Determine the width. When considering the relationships shown in the above equations (2) to (6) in step S2, steps S2 and S3 may be performed at the same time because the information of the line width W is used.

次いで、ステップS4において、強磁性多層膜磁気抵抗素子10の出力インピーダンスと、負荷側のインピーダンスの大きさに応じて、第一伝送線路12と第二伝送線路13の間の距離(ギャップ)の大きさを決定する。このようにして、第一伝送線路12と第二伝送線路13の設計を決定することで、第一伝送線路12と第二伝送線路13を上部ストリップラインとして利用し、かかる上部ストリップラインと、前述の下部ストリップライン17とにおいて、インピーダンス変換を行って、用いる強磁性多層膜磁気抵抗素子10の出力インピーダンスが大きな値を有する場合においても、その素子10に応じた、目的の周波数及び出力のマイクロ波を出力することが可能となる。 Next, in step S4, the size of the distance (gap) between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is large according to the magnitude of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element 10 and the impedance on the load side. To determine. By determining the design of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 in this way, the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are used as the upper strip line, and the upper strip line and the above-mentioned upper strip line are used. Even when the output impedance of the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element 10 to be used has a large value by performing impedance conversion on the lower strip line 17 of the above, microwaves having a target frequency and output according to the element 10 are used. Can be output.

なお、このような伝送回路一体型マイクロ波発生素子の製造方法は特に制限されず、例えば、上記本発明の条件を満たすことが可能となるように、上部ストリップライン及び下部ストリップラインを設計する以外は、公知の方法(公知の強磁性多層膜磁気抵抗素子の製造方法、公知の絶縁層の製造方法、公知のストリップラインの製造方法等)を適宜利用して製造すればよい。例えば、絶縁層や下部ストリップライン等の各層の成膜にCVD法やスパッタ法等を適宜利用してもよく、電極や伝送線路のパターニングに、フォトリソグラフィー法やエッチング法等を適宜組み合わせて利用してもよい。 The method for manufacturing such a transmission circuit-integrated microwave generator is not particularly limited, except that the upper stripline and the lower stripline are designed so as to enable the above-mentioned conditions of the present invention to be satisfied. May be appropriately produced by using a known method (a known method for producing a ferromagnetic multilayer magnetoresistive element, a known method for producing an insulating layer, a known method for producing a stripline, etc.). For example, a CVD method, a sputtering method, or the like may be appropriately used for film formation of each layer such as an insulating layer or a lower strip line, and a photolithography method, an etching method, or the like may be appropriately used in combination for patterning electrodes and transmission lines. You may.

以上、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子の好適な実施形態やその利用方法として好適な方法等(該素子から外部にマイクロ波を出力する場合に好適に採用することが可能な方法等)について、図1〜7を参照して説明したが、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子や、その利用方法等は、上記実施形態のものに限定されるものではない。 As described above, a preferred embodiment of the transmission circuit integrated microwave generator of the present invention, a method suitable for its use, and the like (a method that can be suitably adopted when a microwave is output from the device to the outside, etc.) ) Have been described with reference to FIGS. 1 to 7, but the transmission circuit-integrated microwave generator of the present invention, its usage, and the like are not limited to those of the above-described embodiment.

例えば、上記実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、上部ストリップラインが第一伝送線路12と第二伝送線路13とにより形成され、かかる第一伝送線路12と第二伝送線路13とが、図1及び図6に示すように、直線状でかつ平行になるように配線された構成となっているが、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子において、上部ストリップラインとして第一伝送線路12と第二伝送線路13を利用する場合、かかる上部ストリップラインの構成は、上記実施形態のものに制限されるものではなく、例えば、第一伝送線路12と第二伝送線路13の一方又は双方を並列化した配線とした構成としてもよい。ここにいう「並列化した配線」に関して、図9及び図10を参照しながら簡単に説明する。図9は、直線状の第一伝送線路12と直線状の第二伝送線路13の関係を模式的に示す図面である(図1に示す伝送線路を、簡略化して模式的に表現したものである)。ここで、図9中のポート(ターミナル)P1は入力側の磁気抵抗素子10の電極部分との接続点(端部)を概念的に示し、ポート(ターミナル)P2は出力側の上部電極14との接続点(端部)を概念的に示す。他方、図10は、第二伝送線路13を並列化した構成とした場合の第一伝送線路12と第二伝送線路13の関係を模式的に記載した模式図である(P1及びP2は図9と同義である)。図10に示す実施形態においては、第二伝送線路13が並列化された配線となっている。なお、第二伝送線路13の並列化された各線は、磁気共鳴の観点から、図10に示すように、その少なくとも一部が第一伝送線路12と平行に配線されている。このように配線を並列化した場合には、磁気共鳴の結合係数をより向上させることが可能となり、マイクロ波の伝送効率がより向上する傾向にある。そのため、マイクロ波の伝送効率の観点からは、第一伝送線路12及び/又は第二伝送線路13を並列化することが好ましいといえる。また、第一伝送線路12及び/又は第二伝送線路13を並列化した場合においても、第一伝送線路12と第二伝送線路13とを効率よく磁気共鳴させるといった観点からは、並列化された第二伝送線路の各線の開放端から、電極部分との接続点(端部)までの電気長を、それぞれ、上述の式(2)や(3)に記載の条件を満たすものとすることが好ましい。 For example, in the transmission circuit integrated microwave generator of the above embodiment, the upper strip line is formed by the first transmission line 12 and the second transmission line 13, and the first transmission line 12 and the second transmission line 13 However, as shown in FIGS. 1 and 6, the wiring is linear and parallel to each other. However, in the transmission circuit integrated microwave generator of the present invention, the first upper strip line is used. When the transmission line 12 and the second transmission line 13 are used, the configuration of the upper strip line is not limited to that of the above embodiment, and for example, one of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is used. Alternatively, the wiring may be configured in which both are parallelized. The "parallel wiring" referred to here will be briefly described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a drawing schematically showing the relationship between the linear first transmission line 12 and the linear second transmission line 13 (the transmission line shown in FIG. 1 is simplified and schematically represented. is there). Here, the port (terminal) P1 in FIG. 9 conceptually shows the connection point (end) with the electrode portion of the magnetoresistive element 10 on the input side, and the port (terminal) P2 is the upper electrode 14 on the output side. The connection point (end) of is conceptually shown. On the other hand, FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing the relationship between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 when the second transmission line 13 is arranged in parallel (P1 and P2 are FIGS. 9). Is synonymous with). In the embodiment shown in FIG. 10, the second transmission line 13 is a parallel wiring. As shown in FIG. 10, at least a part of each of the parallelized lines of the second transmission line 13 is wired in parallel with the first transmission line 12. From the viewpoint of magnetic resonance. When the wiring is parallelized in this way, the coupling coefficient of magnetic resonance can be further improved, and the microwave transmission efficiency tends to be further improved. Therefore, from the viewpoint of microwave transmission efficiency, it can be said that it is preferable to parallelize the first transmission line 12 and / or the second transmission line 13. Further, even when the first transmission line 12 and / or the second transmission line 13 are parallelized, they are parallelized from the viewpoint of efficiently magnetically resonating the first transmission line 12 and the second transmission line 13. The electrical length from the open end of each line of the second transmission line to the connection point (end) with the electrode portion may satisfy the conditions described in the above equations (2) and (3), respectively. preferable.

また、上記実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、上部ストリップラインを構成する第一伝送線路12と第二伝送線路13とが直線状のものとなっているが、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子に、第一伝送線路12と第二伝送線路13を上部ストリップラインとして利用する場合において、これらの伝送線路の形状は、上記形状に特に制限されるものではなく、例えば、前述のように(図10に示すように)、第一伝送線路12と第二伝送線路13の少なくとも一方を並列化した形状としてもよく、更には、第一伝送線路12と第二伝送線路13をそれぞれ、曲線状としたり、折れ線状の形状としてもよい。なお、図11に、第一伝送線路12と第二伝送線路13をそれぞれ折れ線状の形状とした場合の第一伝送線路12と第二伝送線路13の関係を模式的に示す。図11に示すように、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の形状を直線状以外の形状とした場合においても、第一伝送線路12と第二伝送線路13とを効率よく磁気共鳴させることが可能であり、かかる形状とした場合においても、前記下部及び前記上部ストリップラインにおいて、伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンスが、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下のインピーダンスになるようにインピーダンス変換することが可能である。また、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の形状を、直線状以外の形状とした場合においても、第一伝送線路12と第二伝送線路13との間において効率よく磁気共鳴させるといった観点からは、各伝送線路(並列化した場合には一本ごとの線路)の一端(例えば、図10や図11のポートP1又はP2)から他端(開放端)までの電気長を、それぞれ、上述の式(2)や(3)に記載の条件を満たすものとすることが好ましい。また、第一伝送線路12の解放端は第二伝送線路の始点(ポートP2)に位置を合わせることが望ましい。このように、第一伝送線路12と第二伝送線路13は、それらを磁気共鳴させることが可能な構成であれば、適宜、その形状等を変更して利用できる。 Further, in the transmission circuit integrated microwave generator of the above embodiment, the first transmission line 12 and the second transmission line 13 constituting the upper strip line are linear, but the transmission of the present invention When the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are used as the upper strip lines in the circuit-integrated microwave generator, the shapes of these transmission lines are not particularly limited to the above shapes, for example. As described above (as shown in FIG. 10), at least one of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 may be arranged in parallel, and further, the first transmission line 12 and the second transmission line 12 may be arranged in parallel. Each of 13 may have a curved shape or a broken line shape. Note that FIG. 11 schematically shows the relationship between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 when the first transmission line 12 and the second transmission line 13 have a polygonal line shape, respectively. As shown in FIG. 11, even when the shapes of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are not linear, the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are efficiently magnetically resonated. Even in such a shape, the output impedance of the transmission circuit-integrated microwave generating element is 15% of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element in the lower and upper strip lines. Impedance conversion is possible so that the impedance is as follows. Further, even when the shapes of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are not linear, the viewpoint of efficiently magnetically resonating between the first transmission line 12 and the second transmission line 13. From one end (for example, ports P1 or P2 in FIGS. 10 and 11) to the other end (open end) of each transmission line (in the case of parallelization, each line) It is preferable that the conditions described in the above formulas (2) and (3) are satisfied. Further, it is desirable that the open end of the first transmission line 12 is aligned with the start point (port P2) of the second transmission line. As described above, the first transmission line 12 and the second transmission line 13 can be used by appropriately changing their shapes and the like as long as they have a configuration capable of magnetically resonating them.

また、上記実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、上部ストリップラインを第一伝送線路12と第二伝送線路13とからなるものとし、下部ストリップラインを平面状のもの(グランドプレーン)としているが、上部ストリップライン及び下部ストリップラインの構造は上記形態に制限されるものではなく、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、前記下部及び前記上部ストリップラインにおいて、該伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンスが、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下のインピーダンスになるようにインピーダンス変換することが可能な構造とすればよく、例えば、下部ストリップラインを第一伝送線路12と第二伝送線路13とからなるものとしてもよい。 Further, in the transmission circuit integrated microwave generator of the above embodiment, the upper strip line is composed of the first transmission line 12 and the second transmission line 13, and the lower strip line is a flat one (ground plane). However, the structures of the upper stripline and the lower stripline are not limited to the above-described form, and in the transmission circuit integrated microwave generator of the present invention, the transmission circuit is used in the lower part and the upper stripline. The structure may be such that the output impedance of the integrated microwave generating element can be impedance-converted so as to be 15% or less of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element, for example, the lower strip line. May consist of a first transmission line 12 and a second transmission line 13.

また、上記実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、下部ストリップラインを平面状のもの(グランドプレーン)として利用しており、第一伝送線路12と第二伝送線路13とからなる上部ストリップラインと、下部ストリップラインとにおいて構造が異なるものとなっているが、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、上部ストリップライン及び下部ストリップラインの構造は上記形態に制限されるものではなく、例えば、図12に示すように上部ストリップライン及び下部ストリップラインとを同じ形状として、いわゆるダイポールアンテナのようにして利用してもよい。なお、図12において、符号12は上部ストリップラインの第一伝送線路を示し、符号13は上部ストリップラインの第二伝送線路を示し、符号P1は磁気抵抗素子10の上側の電極部分との接続点(ポート(ターミナル))を概念的に示し、符号P2は出力側の上部電極14との接続点(ポート(ターミナル))を概念的に示す。また、図12において、符号12’は下部ストリップラインの入力側の伝送線路を示し、符号13’は下部ストリップラインの出力側の伝送線路を示し、符号P3は磁気抵抗素子10の下側の電極部分との接続点(ポート(ターミナル))を概念的に示し、符号P4は出力側の下部電極(グラウンド電極)16Bとの接続点(ポート(ターミナル))を概念的に示す。このような図12に示す上部ストリップライン及び下部ストリップラインを形成する各伝送線路は、絶縁層を介して鏡像の状態となるように配線されている。このように、いわゆるダイポールアンテナのようにして、上部ストリップライン及び下部ストリップラインを利用した場合においても、上記実施形態と同様に、第一伝送線路及び第二伝送線路の設計を適切なものとすることで、かかる下部ストリップライン及び上部ストリップラインにおいて、伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンスが、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下のインピーダンスになるように、インピーダンス変換させることが可能である。 Further, in the transmission circuit integrated microwave generator of the above embodiment, the lower strip line is used as a flat line (ground plane), and the upper part including the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is used. The structure of the strip line and that of the lower strip line are different, but in the transmission circuit integrated microwave generator of the present invention, the structures of the upper strip line and the lower strip line are limited to the above-mentioned form. Instead, for example, as shown in FIG. 12, the upper strip line and the lower strip line may have the same shape and may be used like a so-called dipole antenna. In FIG. 12, reference numeral 12 indicates a first transmission line of the upper strip line, reference numeral 13 indicates a second transmission line of the upper strip line, and reference numeral P1 indicates a connection point with the upper electrode portion of the magnetic resistance element 10. (Port (terminal)) is conceptually shown, and reference numeral P2 conceptually indicates a connection point (port (terminal)) with the upper electrode 14 on the output side. Further, in FIG. 12, reference numeral 12'indicates a transmission line on the input side of the lower strip line, reference numeral 13'indicates a transmission line on the output side of the lower strip line, and reference numeral P3 is an electrode on the lower side of the magnetic resistance element 10. The connection point (port (terminal)) with the portion is conceptually shown, and the reference numeral P4 conceptually indicates the connection point (port (terminal)) with the lower electrode (ground electrode) 16B on the output side. Each transmission line forming the upper strip line and the lower strip line shown in FIG. 12 is wired so as to be in a mirror image state via an insulating layer. In this way, even when the upper strip line and the lower strip line are used as in the so-called dipole antenna, the design of the first transmission line and the second transmission line is appropriate as in the above embodiment. Therefore, in the lower strip line and the upper strip line, impedance conversion is performed so that the output impedance of the microwave generation element integrated with the transmission circuit becomes an impedance of 15% or less of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element. It is possible to make it.

このように、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、前記下部及び前記上部ストリップラインにおいて、伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンスが、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下のインピーダンスになるようにインピーダンス変換することが可能であれば、前記下部及び前記上部ストリップラインのうちのどちらか一方を、又はこれらの双方をそれぞれ、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子から出力されるマイクロ波の周波数に対して反共振の第一伝送線路と、前記マイクロ波の周波数に対して共振の第二伝送線路とを磁気共鳴するように組み合わせたものとしてもよい。 As described above, in the transmission circuit integrated microwave generating element of the present invention, the output impedance of the transmission circuit integrated microwave generating element is the output of the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element in the lower part and the upper strip line. If it is possible to perform impedance conversion so that the impedance is 15% or less of the impedance, either one of the lower and upper strip lines, or both of them, is the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance. The first transmission line that is anti-resonant with respect to the frequency of the microwave output from the element and the second transmission line that resonates with respect to the frequency of the microwave may be combined so as to magnetically resonate.

また、上記実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、第一伝送線路12と、第二伝送線路13は、いずれも端部(終端部)が開放の状態となっているが、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子に、第一伝送線路12と第二伝送線路13を上部ストリップラインとして利用する場合において、第一伝送線路12の終端部と第二伝送線路13の終端部の状態は、それぞれ独立に、開放の状態となっていてもよく、あるいは、短絡の状態となっていてもよい。この点について、図13を用いて簡単に説明する。図13は、上部ストリップラインと下部ストリップライン(グランドプレーン)の関係を概念的に示す模式図である。なお、図13においては、上部ストリップラインと下部ストリップラインの関係が分かり易いように、絶縁層の図示を省略しているが、上部ストリップライン及び下部ストリップラインは、図1〜4に示す形態のものと同様に、絶縁層(絶縁基板)の両面に別々に形成されたものである。ここで、図13に示す実施形態においては、第一伝送線路12と下部ストリップライン(グランドプレーン)17は、第一伝送線路12のポートP1と反対側の端部(終端部)が短絡Sしている(なお、図13において、符号Sを付した点線は短絡した状態を概念的に表現したものである)。このような短絡した状態は、例えば、上部ストリップラインと下部ストリップライン(グランドプレーン)との間に存在する絶縁層の第一伝送線路12の終端部において、ビアホールを形成すること等によって容易に形成することが可能である。一方、図13において、第二伝送線路13のポートP2と反対側の端部(終端部)は開放状態となっている。このように、図13に示す実施形態の上部ストリップラインと下部ストリップライン(グランドプレーン)においては、第一伝送線路12の終端部が短絡の状態、第二伝送線路13の終端部が開放の状態となっている。なお、このような第一伝送線路12及び第二伝送線路13の終端部における短絡と開放の状態に関して、下部ストリップライン及び上部ストリップラインにおいて、伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンスが、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下のインピーダンスになるようにインピーダンス変換することが可能であれば、P1及びP2以外の終端部は、いずれの部位が開放又は短絡の状態であってもよい。すなわち、上部ストリップラインを形成する第一伝送線路12及び第二伝送線路13のP1及びP2以外の終端部における短絡と開放の状態は、下記(I)〜(IV):
(I)第一伝送線路12の終端部及び第二伝送線路13の終端部の双方が開放の状態(図1参照);
(II)第一伝送線路12の終端部が開放の状態でかつ第二伝送線路13の終端部が短絡の状態;
(III)第一伝送線路12の終端部が短絡の状態でかつ第二伝送線路13の終端部が開放の状態(図13参照);
(IV)第一伝送線路12の終端部及び第二伝送線路13の終端部の双方が短絡の状態;
のいずれの状態であってもよい。
Further, in the transmission circuit-integrated microwave generating element of the above embodiment, both the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are in an open state at the end (termination). When the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are used as upper strip lines in the transmission circuit integrated microwave generating element of the present invention, the end portion of the first transmission line 12 and the end portion of the second transmission line 13. The states of may be independently open or short-circuited. This point will be briefly described with reference to FIG. FIG. 13 is a schematic diagram conceptually showing the relationship between the upper strip line and the lower strip line (ground plane). Although the insulating layer is not shown in FIG. 13 so that the relationship between the upper strip line and the lower strip line can be easily understood, the upper strip line and the lower strip line are in the form shown in FIGS. 1 to 4. Similar to the one, it is formed separately on both sides of the insulating layer (insulating substrate). Here, in the embodiment shown in FIG. 13, the first transmission line 12 and the lower strip line (ground plane) 17 are short-circuited at the end (terminating portion) on the opposite side of the first transmission line 12 from the port P1. (Note that in FIG. 13, the dotted line with the reference numeral S is a conceptual representation of the short-circuited state). Such a short-circuited state is easily formed, for example, by forming a via hole at the terminal portion of the first transmission line 12 of the insulating layer existing between the upper strip line and the lower strip line (ground plane). It is possible to do. On the other hand, in FIG. 13, the end portion (termination portion) of the second transmission line 13 on the opposite side to the port P2 is in an open state. As described above, in the upper strip line and the lower strip line (ground plane) of the embodiment shown in FIG. 13, the end portion of the first transmission line 12 is short-circuited and the end portion of the second transmission line 13 is open. It has become. Regarding the short-circuited and opened states at the end portions of the first transmission line 12 and the second transmission line 13, the output impedance of the transmission circuit-integrated microwave generator in the lower strip line and the upper strip line is described above. If it is possible to convert the impedance so that the impedance is 15% or less of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element, any part of the terminal other than P1 and P2 is open or short-circuited. You may. That is, the short-circuited and opened states of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 forming the upper strip line other than P1 and P2 are described in the following (I) to (IV):
(I) Both the terminal portion of the first transmission line 12 and the terminal portion of the second transmission line 13 are open (see FIG. 1);
(II) The end of the first transmission line 12 is open and the end of the second transmission line 13 is short-circuited;
(III) The end of the first transmission line 12 is short-circuited and the end of the second transmission line 13 is open (see FIG. 13).
(IV) Both the end of the first transmission line 12 and the end of the second transmission line 13 are short-circuited;
It may be in any of the above states.

なお、上部ストリップラインを形成する第一伝送線路12及び第二伝送線路13の終端部における短絡と開放の状態が、上記(I)の状態(第一伝送線路12及び第二伝送線路13の双方が開放の状態)にある場合、より効率よく第一伝送線路12及び第二伝送線路13を共振させて磁気共鳴させるといった観点から、前述のように(上記図1に示す実施形態において説明したように)、第一伝送線路12の電気長を強磁性多層膜磁気抵抗素子10から発振されるマイクロ波の波長の2分の1波長(λ/2)とするとすることが好ましく、また、第二伝送線路13の電気長を強磁性多層膜磁気抵抗素子10から発振されるマイクロ波の波長の4分の1波長(λ/4)とすることが好ましい。このような第一伝送線路12及び第二伝送線路13の終端部の短絡と開放の状態(上記(I)〜(IV)の状態)と、各伝送線路の好適な電気長との関係を表1に示す。なお、表中のλは、伝送するマイクロ波の波長を示す。 The short-circuit and open states at the ends of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 forming the upper strip line are the states of (I) above (both the first transmission line 12 and the second transmission line 13). Is in the open state), as described above (as described in the embodiment shown in FIG. 1 above) from the viewpoint of more efficiently resonating the first transmission line 12 and the second transmission line 13 to cause magnetic resonance. In), it is preferable that the electric length of the first transmission line 12 is half the wavelength (λ / 2) of the wavelength of the microwave oscillated from the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element 10, and the second It is preferable that the electric length of the transmission line 13 is one-fourth the wavelength (λ / 4) of the wavelength of the microwave oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element 10. The relationship between the short-circuited and open states (states (I) to (IV) above) of the terminal portions of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 and the suitable electrical length of each transmission line is shown. Shown in 1. Note that λ in the table indicates the wavelength of the microwave to be transmitted.

このように、上記(I)〜(IV)に示す短絡と開放の状態にある場合には、上部ストリップラインを形成する第一伝送線路12及び第二伝送線路13の電気長は、それぞれ、表1に示すような電気長とすることが好ましく、かかる条件を満たす場合には、より効率よく第一伝送線路12と第二伝送線路13とにおいて共振させて磁気共鳴させることが可能となり、前記下部及び前記上部ストリップラインにおいて前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下のインピーダンスになるようにインピーダンス変換することが可能となる。このように、本発明においては、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の終端部の短絡と開放の状態(上記(I)〜(IV)の状態)に応じて電気長を適宜設定すること等により、前記下部及び前記上部ストリップラインのうちの少なくとも一方が、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子から出力されるマイクロ波の周波数に対して共振又は反共振の第一伝送線路と、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子から出力されるマイクロ波の周波数に対して共振又は反共振の第二伝送線路とを磁気共鳴するように組み合わせてなるもとしてもよい。このように、本発明においては、終端部の状態等に応じて、前記下部及び前記上部ストリップラインのうちの少なくとも一方において、互いに離間した(直接電気的に導通していない)第一伝送線路12及び第二伝送線路13を磁気共鳴するように組み合わせてもよい。 In this way, in the short-circuit and open states shown in (I) to (IV) above, the electrical lengths of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 forming the upper strip line are shown in the table, respectively. It is preferable to have an electric length as shown in 1, and when such a condition is satisfied, it becomes possible to more efficiently resonate the first transmission line 12 and the second transmission line 13 to cause magnetic resonance. In the upper strip line, impedance conversion can be performed so that the impedance is 15% or less of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element. As described above, in the present invention, the electric length is appropriately set according to the short-circuited and opened states (states (I) to (IV) above) of the terminal portions of the first transmission line 12 and the second transmission line 13. As a result, at least one of the lower and upper strip lines resonates or anti-resonates with respect to the frequency of the microwave output from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element, and the strong. The magnetic multilayer film may be combined so as to magnetically resonate with a resonance or anti-resonant second transmission line with respect to the frequency of the microwave output from the magnetic resistance element. As described above, in the present invention, the first transmission line 12 is separated from each other (not directly electrically conducted) at at least one of the lower portion and the upper strip line depending on the state of the terminal portion and the like. And the second transmission line 13 may be combined so as to magnetically resonate.

また、上記実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、強磁性多層膜磁気抵抗素子として、上から磁化自由層10A/スペーサ層10B/磁化固定層10Cの順で積層された磁気抵抗素子10を利用しているが、本発明において利用可能な強磁性多層膜磁気抵抗素子の構成は、上記実施形態のものに制限されるものではなく、例えば、磁化自由層と磁化固定層の上下位置が反対になってもよく、また、強磁性多層膜磁気抵抗素子に利用することが可能な他の層(例えば、素子自体に直接形成された取出し電極層、磁化固定層の磁化方向を保持すべく支援する支援層、磁化自由層の磁化方向を調整するための支援層、キャッピング層など)を適宜積層した構成としてもよい。例えば、素子10自体が上部電極/磁化自由層10A/スペーサ層10B/磁化固定層10C/下部電極の積層構造を有するものとなるように設計してもよい。 Further, in the transmission circuit integrated microwave generating element of the above embodiment, as the ferromagnetic multilayer film magnetic resistance element, the magnetic resistance element in which the magnetizing free layer 10A / spacer layer 10B / magnetizing fixing layer 10C is laminated in this order from above. Although No. 10 is used, the configuration of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element that can be used in the present invention is not limited to that of the above embodiment, and for example, the vertical positions of the magnetized free layer and the magnetized fixed layer are not limited to those of the above embodiment. May be reversed, and other layers that can be used for the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element (for example, the extraction electrode layer directly formed on the element itself, the magnetization direction of the magnetization fixing layer are retained. A support layer for supporting the magnetism, a support layer for adjusting the magnetization direction of the free magnetizing layer, a capping layer, etc.) may be appropriately laminated. For example, the element 10 itself may be designed to have a laminated structure of an upper electrode / a magnetization free layer 10A / a spacer layer 10B / a magnetization fixing layer 10C / a lower electrode.

さらに、上記図7に示す実施形態においては、伝送回路一体型マイクロ波発生素子1にフィルタ等を接続してマイクロ波を出力しているが、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子を用いてマイクロ波を出力する方法は、これに制限されず、例えば、フィルタを利用せずに出力してもよい。また、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子は、これを用いてマイクロ波を出力するために、他の構成物(アンテナ等)は必ずしも利用しなくてもよく、例えば、上部ストリップライン及び下部ストリップラインからなるストリップライン(マイクロストリップライン)が、アンテナとしても機能するような構成として、外部にマイクロ波を出力してもよい。このように、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子は、用途に応じて、公知の強磁性多層膜磁気抵抗素子を利用したマイクロ波の発振器として利用し得る構成とすることができ、場合に応じて、他の構成物(アンテナやフィルタ等)を適宜利用すればよい。 Further, in the embodiment shown in FIG. 7, a filter or the like is connected to the transmission circuit integrated microwave generating element 1 to output microwaves, but the transmission circuit integrated microwave generating element of the present invention is used. The method of outputting microwaves is not limited to this, and for example, it may be output without using a filter. Further, in the transmission circuit integrated microwave generation element of the present invention, other components (antenna, etc.) do not necessarily have to be used in order to output microwaves by using the microwave generation element, for example, the upper strip line and the upper strip line. A strip line (microstrip line) composed of a lower strip line may output microwaves to the outside so as to function as an antenna. As described above, the transmission circuit-integrated microwave generator of the present invention can be configured to be usable as a microwave oscillator using a known ferromagnetic multilayer magnetoresistive sensor, depending on the application. Depending on the situation, other components (antenna, filter, etc.) may be used as appropriate.

また、上部ストリップラインが第一伝送線路と第二伝送線路からなる上記実施形態の伝送回路一体型マイクロ波発生素子においては、電極との接続部位から開放端までの長さL1及びL2に基づいて、伝送線路の好適な電気長を説明しているが、上部ストリップライン等の構成は、上記実施形態に示すものに制限されるものではなく、例えば、第一伝送線路と第二伝送線路を利用する場合においても、図14に示す実施形態(後述の実施例1参照)のように、第二伝送線路13に、磁気共鳴に関与しない配線(符号13Lで示される部分)が更に結合しているような構成とする等、適宜、他の伝送線路と組み合わせてもよい。なお、この場合においては、磁気共鳴に関与する部分(符号13や符合12で示される伝送線路:ここにいう「磁気共鳴に関与する部分」とは、伝送線路のうちの磁気共鳴をさせるために必要となる部分をいう)の電気長が、上述の電気長L1及びL2の条件を満たすように設計することが好ましい。このように、上部ストリップラインが第一伝送線路と第二伝送線路を含む場合においても、上部ストリップラインの構成は、図1や図6に示すようなものに限定されるものではなく、本発明の効果を損なわない範囲で、電極と、第一及び/又は第二伝送線路との間の接続線(太さの異なる配線等)を適宜利用する等、その設計は適宜変更することができる。 Further, in the transmission circuit integrated microwave generator of the above embodiment in which the upper strip line is composed of the first transmission line and the second transmission line, the lengths L1 and L2 from the connection portion with the electrode to the open end are used. Although the preferable electric length of the transmission line is described, the configuration of the upper strip line and the like is not limited to that shown in the above embodiment, and for example, the first transmission line and the second transmission line are used. Even in the case of this, as in the embodiment shown in FIG. 14 (see Example 1 described later), the wiring not involved in magnetic resonance (the portion indicated by reference numeral 13L) is further coupled to the second transmission line 13. It may be combined with other transmission lines as appropriate, such as in such a configuration. In this case, the part involved in magnetic resonance (transmission line indicated by reference numeral 13 or code 12: the "part involved in magnetic resonance" here means to cause magnetic resonance in the transmission line. It is preferable that the electrical length of (referring to the required portion) is designed so as to satisfy the above-mentioned electrical lengths L1 and L2. As described above, even when the upper strip line includes the first transmission line and the second transmission line, the configuration of the upper strip line is not limited to that shown in FIGS. 1 and 6, and the present invention is not limited to that shown. The design can be appropriately changed, for example, by appropriately using a connection line (wiring having a different thickness, etc.) between the electrode and the first and / or second transmission lines, as long as the effect of the above is not impaired.

以上、説明したように、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子は、強磁性多層膜磁気抵抗素子と、該強磁性多層膜磁気抵抗素子から発振されるマイクロ波を伝送するための下部ストリップライン及び上部ストリップラインとを備える伝送回路一体型マイクロ波発生素子であり、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスが500Ω以上であり、かつ、前記下部及び前記上部ストリップラインにおいて、前記伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンスが前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下のインピーダンスになるようにインピーダンス変換して、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子から発振されたマイクロ波を前記下部及び前記上部ストリップラインを利用して伝送するものであればよく、その具体的な形状や設計等は、上記実施形態のものに制限されるものではない。 As described above, the transmission circuit-integrated microwave generating element of the present invention includes a ferromagnetic multilayer magnetic resistance element and a lower strip for transmitting microwaves oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element. A transmission circuit-integrated microwave generating element including a line and an upper strip line, the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element is 500Ω or more, and the transmission circuit in the lower and upper strip lines. Microwaves oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element by impedance conversion so that the output impedance of the integrated microwave generator is 15% or less of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element. Is transmitted using the lower part and the upper strip line, and the specific shape, design, and the like thereof are not limited to those of the above embodiment.

このような本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子は、500Ω以上の出力インピーダンスを有する強磁性多層膜磁気抵抗素子(より好ましくは出力インピーダンスが1000Ω以上の強磁性多層膜磁気抵抗素子)を利用した場合においても、前記下部及び前記上部ストリップラインにおいて、インピーダンス変換してマイクロ波を前記下部及び前記上部ストリップラインを利用して伝送(伝搬)することが可能である。そのため、本発明によれば、強磁性多層膜磁気抵抗素子からのマイクロ波の出力Pを大きなものとして、伝送回路一体型マイクロ波発生素子から発振するマイクロ波の出力の向上を図ることが可能である。そして、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子は、微小な強磁性多層膜磁気抵抗素子と、マイクロ波の伝送回路とを一体としたものであり、他に増幅器などを利用しなくても出力の向上を図ることが可能なものであるため、これを利用して通信装置の高出力化と小型化を図ることも可能とする。このように、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子は、増幅器を利用しなくてもマイクロ波の高出力化を図ることが可能なものであるため、例えば、携帯電話、無線通信、車載レーダ、衛星放送等で使用されるマイクロ波の発振器等に好適に利用することができる。 Such a transmission circuit-integrated microwave generating element of the present invention utilizes a ferromagnetic multilayer magnetic resistance element having an output impedance of 500Ω or more (more preferably, a ferromagnetic multilayer magnetic resistance element having an output impedance of 1000Ω or more). Even in such a case, it is possible to perform impedance conversion in the lower portion and the upper strip line to transmit (propagate) the microwave using the lower portion and the upper strip line. Therefore, according to the present invention, it is possible to improve the output of the microwave oscillated from the microwave generation element integrated with the transmission circuit by increasing the output P of the microwave from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element. is there. The transmission circuit-integrated microwave generating element of the present invention integrates a minute ferromagnetic multilayer magnetoresistive element and a microwave transmission circuit, without using an amplifier or the like. Since it is possible to improve the output, it is also possible to increase the output and reduce the size of the communication device by using this. As described above, the microwave generation element integrated with the transmission circuit of the present invention can increase the output of microwaves without using an amplifier. Therefore, for example, a mobile phone, wireless communication, or an in-vehicle device. It can be suitably used for a microwave oscillator or the like used in radar, satellite broadcasting, or the like.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

(実施例1)
[伝送線路の設計のための検討事項(1)]
上述のように、図6に示すような第一伝送線路12及び第二伝送線路13を利用する場合、第一伝送線路12の電気長L1が式(2)を満たしかつ第二伝送線路13の電気長L2が上記式(3)を満たすように設計することが好ましい。そこで、例えば、後述のように、比誘電率εが3.55でありかつ厚みが0.5mmの絶縁基板(材料:ガラス繊維樹脂)の一方の面に、長さが約100mm、幅Wが0.3mm、厚みが20μmの条件を満たす銅からなる第一伝送線路12と、長さが約50mm、幅Wが0.3mm、厚みが20μmの条件を満たす銅からなる第二伝送線路13を形成し、かつ、該絶縁基板のもう一方の面の一面に厚みが20μmの条件を満たす銅の薄膜を形成する場合について、上記式(2)及び(3)の記載に基づいて計算すると、上述のような条件を満たす第一伝送線路12及び第二伝送線路13を組み合わせる場合、これらの伝送線路により最も効率よく伝送することが可能なマイクロ波は、周波数が873MHz(λが343mm)のマイクロ波となることが分かる。すなわち、仮にターゲットとなるマイクロ波の周波数が873MHzとなる場合、理論上、長さが約100mm、幅Wが0.3mm、厚みが20μmの条件を満たす第一伝送線路12は、電気長L1が上記式(2)を満たすもの(マイクロ波の波長の2分の1波長(λ/2)のもの)であると判断することができ、また、長さが約50mm、幅Wが0.3mm、厚みが20μmの条件を満たす第二伝送線路13は、電気長L2が上記式(3)を満たすもの(マイクロ波の波長の4分の1波長(λ/4)のもの)であると判断できる。このような検討事項からも明らかなように、目的の周波数の大きさや基板の比誘電率等のデータから、上記式(2)及び(3)を利用して伝送線路の電気長L1やL2を設計することができ、反対に、伝送線路の特性や基板の誘電率などのデータから、上記式(2)及び(3)を利用して、その伝送線路において伝送するのに最適な周波数を計算することも可能である。また、後述の伝送線路の設計のための検討事項(2)〜(3)等も併せ勘案して、目的に応じた最適な設計を適宜検討することも可能である。
(Example 1)
[Considerations for designing transmission lines (1)]
As described above, when the first transmission line 12 and the second transmission line 13 as shown in FIG. 6 are used, the electrical length L1 of the first transmission line 12 satisfies the equation (2) and the second transmission line 13 It is preferable to design so that the electric length L2 satisfies the above formula (3). Therefore, for example, as described later, on one surface of an insulating substrate (material: glass fiber resin) having a relative permittivity ε r of 3.55 and a thickness of 0.5 mm, a length of about 100 mm and a width of W The first transmission line 12 made of copper satisfying the conditions of 0.3 mm and a thickness of 20 μm, and the second transmission line 13 made of copper satisfying the conditions of a length of about 50 mm, a width W of 0.3 mm and a thickness of 20 μm. A case where a copper thin film satisfying the condition of a thickness of 20 μm is formed on one surface of the other surface of the insulating substrate is calculated based on the above equations (2) and (3). When the first transmission line 12 and the second transmission line 13 satisfying the above conditions are combined, the microwave that can be transmitted most efficiently by these transmission lines is a microwave having a frequency of 873 MHz (λ is 343 mm). You can see that it becomes a wave. That is, if the frequency of the target microwave is 873 MHz, theoretically, the first transmission line 12 satisfying the conditions of a length of about 100 mm, a width W of 0.3 mm, and a thickness of 20 μm has an electric length L1. It can be determined that the wavelength satisfies the above equation (2) (half the wavelength of the microwave (λ / 2)), the length is about 50 mm, and the width W is 0.3 mm. The second transmission line 13 satisfying the condition of the thickness of 20 μm is determined to have an electric length L2 satisfying the above equation (3) (one-fourth wavelength (λ / 4) of the microwave wavelength). it can. As is clear from such considerations, the electrical lengths L1 and L2 of the transmission line can be determined using the above equations (2) and (3) from the data such as the target frequency magnitude and the relative permittivity of the substrate. It can be designed, and conversely, the optimum frequency for transmission on the transmission line is calculated using the above equations (2) and (3) from data such as the characteristics of the transmission line and the permittivity of the substrate. It is also possible to do. In addition, it is also possible to appropriately consider the optimum design according to the purpose, taking into consideration the items (2) to (3) to be examined for the design of the transmission line, which will be described later.

[伝送線路の設計のための検討事項(2)]
ターゲットとするマイクロ波に対して最適な伝送線路を設計するために、図14に模式的に示すような測定用試料を6個形成し(なお、測定用試料ごとに、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の間の距離Dの大きさが異なるものとした)、ベクトルネットワークアナライザ(通称「VNA」:キーエンス社製の商品名「E5071C」)を用いて、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の間の距離(ギャップ)Dと、マイクロ波の入力側(ポートP1側)のポートインピーダンスの最適値[単位:Ω]との関係を測定した。なお、図14に示すような測定用試料中の第一伝送線路12及び第二伝送線路13の関係は、概念的には、図6に示すものと同様であるため、以下、図6と同様の符号を使用する。
[Considerations for designing transmission lines (2)]
In order to design the optimum transmission line for the target microwave, six measurement samples as schematically shown in FIG. 14 are formed (note that the first transmission line 12 and each measurement sample are formed. Using a vector network analyzer (commonly known as "VNA": trade name "E5071C" manufactured by Keyence Co., Ltd.), the first transmission line 12 and the first transmission line 12 and the second transmission line 12 The relationship between the distance (gap) D between the two transmission lines 13 and the optimum value [unit: Ω] of the port impedance on the microwave input side (port P1 side) was measured. Since the relationship between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 in the measurement sample as shown in FIG. 14 is conceptually the same as that shown in FIG. 6, the same applies hereinafter to FIG. Use the code of.

先ず、厚みが0.5mmでかつ比誘電率が3.55である絶縁基板(材料:ガラス繊維樹脂)を用い、該基板の一方の面に、図14に示すような形態の第一伝送線路12及び第二伝送線路13を材料として銅を用いて形成することにより該基板の一方の面に第一伝送線路12及び第二伝送線路13からなる上部ストリップラインを形成するとともに、該基板のもう一方の面に、その面の全体に亘って厚みが20μmの銅からなる下部ストリップライン(グランドプレーン)を形成して、第一伝送線路12と第二伝送線路13の間の距離(ギャップ)Dの大きさのみが異なる測定用試料を6個形成した。ここで、製造した6個の測定用試料において、第一伝送線路12と第二伝送線路13は、第一伝送線路12と第二伝送線路13の間の最近接の線路同士の距離Dの大きさが、それぞれ0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mmとなるようにして平行に配置した(最近接の線路部分が平行となるようにした)。なお、各測定用試料において、符号P1は第一伝送線路12に接続された入力側のポートを示し、符号P2は第二伝送線路13に接続された出力側(負荷側)のポートを示し、符合13Lの部位は、第二伝送線路13とポートP2とを接続する接続線(ポートP2への接続部)であって、第二伝送線路13の磁気共鳴させる部位とは線幅の異なる部位(図1の上部電極14に相当する部位)となるように形成した伝送線路とした。また、このような接続線13Lは、50Ωのインピーダンスの接続線とした(これは、第一伝送線路12と第二伝送線路13の間の距離(ギャップ)Dが短いため、そのままでは第一伝送線路12に接触することなく、ベクトルネットワークアナライザ(VNA)のコネクタをポートP2の部位に接続することが困難となるため、接続先であるポートP2のポートインピーダンス(50Ω)に合わせたインピーダンスを有する接続線を接続して、ポートP2と第二伝送線路13との接続点を引き出すために利用したものである。なお、50Ωというインピーダンスの値は、測定時にベクトルネットワークアナライザに接続するポートP2のインピーダンスを50Ωとすることから、それに併せたものである。以下、かかる接続線13Lを「50Ω接続線13L」と称する)。ここで、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の各線の線幅はいずれも0.3mmとし、各線の厚さをいずれも20μmとした。さらに、第一伝送線路12は、ポートP1から開放端までの長さXが約100mmとなるようにした(理論上、波長343mmのマイクロ波の2分の1波長の長さ(λ/2)の電気長(上記式(2)により算出される長さL2)を有する伝送線路である:上記検討事項(1)を参照)。さらに、第二伝送線路13(接続部分13Lを除く部分)は、接続線13Lとの接続点から開放端までの長さYが約50mmとなるようにした(理論上、波長343mmのマイクロ波の4分の1波長の長さ(λ/4)の電気長(上記式(3)により算出される長さL2)を有する伝送線路である:上記検討事項(1)を参照)。また、ポートP2に接続されている50Ω接続線13Lは、幅が1.0mm、厚さが20μm、長さZは10mmのもの(材料:銅)とした。 First, an insulating substrate (material: glass fiber resin) having a thickness of 0.5 mm and a specific dielectric constant of 3.55 is used, and a first transmission line having a form as shown in FIG. 14 is formed on one surface of the substrate. By forming the 12 and the second transmission line 13 using copper as a material, an upper strip line composed of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is formed on one surface of the substrate, and the other side of the substrate is formed. A lower strip line (ground plane) made of copper having a thickness of 20 μm is formed on one surface over the entire surface, and a distance (gap) D between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is formed. Six measurement samples were formed, which differed only in the size of. Here, in the six measurement samples manufactured, the first transmission line 12 and the second transmission line 13 have a large distance D between the closest lines between the first transmission line 12 and the second transmission line 13. They were arranged in parallel so that the distances were 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, and 0.6 mm, respectively (the closest line portion was made parallel). .. In each measurement sample, reference numeral P1 indicates an input side port connected to the first transmission line 12, and reference numeral P2 indicates an output side (load side) port connected to the second transmission line 13. The portion of the code 13L is a connection line (connection portion to the port P2) connecting the second transmission line 13 and the port P2, and has a different line width from the portion of the second transmission line 13 to be magnetically resonated (a portion). The transmission line was formed so as to be a portion corresponding to the upper electrode 14 in FIG. Further, such a connection line 13L is a connection line having an impedance of 50Ω (this is because the distance (gap) D between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is short, so that the first transmission is carried out as it is. Since it is difficult to connect the connector of the vector network analyzer (VNA) to the part of port P2 without contacting the line 12, the connection has an impedance that matches the port impedance (50Ω) of the port P2 to which it is connected. It was used to connect the wires and draw out the connection point between the port P2 and the second transmission line 13. The impedance value of 50Ω is the impedance of the port P2 connected to the vector network analyzer at the time of measurement. Since it is 50Ω, it is combined with it. Hereinafter, such a connection line 13L will be referred to as a “50Ω connection line 13L”). Here, the line width of each of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is 0.3 mm, and the thickness of each line is 20 μm. Further, the first transmission line 12 has a length X from the port P1 to the open end of about 100 mm (theoretically, a half wavelength length (λ / 2) of a microwave having a wavelength of 343 mm). It is a transmission line having the electrical length (length L2 calculated by the above equation (2)): see the above consideration (1)). Further, the second transmission line 13 (the portion excluding the connection portion 13L) has a length Y from the connection point with the connection line 13L to the open end of about 50 mm (theoretically, a microwave having a wavelength of 343 mm). A transmission line having an electrical length of a quarter wavelength length (λ / 4) (length L2 calculated by equation (3) above: see item (1) above). The 50Ω connecting wire 13L connected to the port P2 has a width of 1.0 mm, a thickness of 20 μm, and a length Z of 10 mm (material: copper).

次に、かかる6個の測定用試料をそれぞれ用い、測定用試料に対して、ベクトルネットワークアナライザ(通称「VNA」:キーエンス社製の商品名「E5071C」)を用いて、周波数:0.1GHz〜1.5GHzの高周波を入力して、ベクトルネットワークアナライザで測定されるSパラメータのS21の値のピークが最も高くなるポートP1側のポートインピーダンスをポートインピーダンス変換機能を使用して求めることにより、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の間の距離(ギャップ)と、マイクロ波の入力側(ポートP1側)のポートインピーダンスZの最適値[単位:Ω]との関係を測定した。なお、測定に際してベクトルネットワークアナライザのポートP2側のインピーダンスは50Ωとした。得られた結果を図15に示す。 Next, using each of the six measurement samples, a vector network analyzer (commonly known as "VNA": trade name "E5071C" manufactured by Keyence Co., Ltd.) was used for the measurement samples, and the frequency: 0.1 GHz to By inputting a high frequency of 1.5 GHz and using the port impedance conversion function to obtain the port impedance on the port P1 side where the peak of the value of S21 of the S parameter measured by the vector network analyzer is the highest, the first The relationship between the distance (gap) between the transmission line 12 and the second transmission line 13 and the optimum value [unit: Ω] of the port impedance Z on the microwave input side (port P1 side) was measured. At the time of measurement, the impedance on the port P2 side of the vector network analyzer was set to 50Ω. The obtained results are shown in FIG.

図15に示す結果から、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の線幅W及び厚みを固定した系において、距離(ギャップ)Dの大きさを変化させることで、出力インピーダンスを50Ωとした際のマイクロ波の入力側(ポートP1側)のポートインピーダンスZの最適値を変化させることが可能となることが分かった。このような事実から、強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの大きさ及び負荷側のインピーダンスの大きさに応じて、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の間の距離(ギャップ)Dの大きさを変化させて、磁気共鳴の結合係数を調整することが可能となり、強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスと負荷側のインピーダンスインピーダンスの整合を容易に図ることが可能となることも分かる。また、このような結果から、利用する伝送線路の設計に応じて、予め、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の間の距離(ギャップ)Dと、出力インピーダンスを50Ωとした際のマイクロ波の入力側のポートインピーダンスの最適値との関係を求めておくことで、目的とする周波数や出力に応じた回路の設計をすることも可能となることが分かる。 From the results shown in FIG. 15, in a system in which the line width W and the thickness of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are fixed, the output impedance is set to 50Ω by changing the size of the distance (gap) D. It was found that the optimum value of the port impedance Z on the input side (port P1 side) of the microwave can be changed. Based on these facts, the distance (gap) D between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 depends on the magnitude of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element and the magnitude of the impedance on the load side. It is possible to adjust the coupling coefficient of magnetic resonance by changing the magnitude of, and it is also possible to easily match the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element with the impedance impedance on the load side. I understand. Further, from such a result, according to the design of the transmission line to be used, the distance (gap) D between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 and the micro when the output impedance is set to 50Ω are obtained in advance. It can be seen that it is possible to design a circuit according to the target frequency and output by finding the relationship with the optimum value of the port impedance on the input side of the wave.

[伝送線路の設計のための検討事項(3)]
上記検討事項(2)とは別に、図14に示すような測定用試料を6個形成し(測定用試料はそれぞれ線幅Wの異なるものとした)、ベクトルネットワークアナライザ(通称「VNA」:キーエンス社製の商品名「E5071C」)を用いて、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の線幅と、出力インピーダンスを50Ωとした際のマイクロ波の入力側(ポートP1側)のポートインピーダンスZ[単位:Ω]との関係を測定した(なお、図14に示すような測定用試料中の第一伝送線路12及び第二伝送線路13の関係は、概念的には、図6に示すものと同様であるため、以下、図6と同様の符号を使用する)。なお、このような測定に際しては、距離(ギャップ)Dを0.4mmに固定し、距離(ギャップ)Dの代わりに、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の線幅Wを測定用試料ごとにそれぞれ0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mmとした以外は、上記検討事項(2)の測定で使用した測定用試料と同様の構成の測定用試料(6個)を製造した。そして、かかる測定用試料(6個)を利用する以外は、上記検討事項(2)の測定でポートインピーダンスZの最適値を測定した際に採用した方法と同様にして、マイクロ波の入力側(ポートP1側)のポートインピーダンスZの最適値を測定した。得られた結果を図16に示す。
[Considerations for designing transmission lines (3)]
Apart from the above consideration (2), six measurement samples as shown in FIG. 14 were formed (measurement samples had different line widths W), and a vector network analyzer (commonly known as "VNA": Keyence). The line width of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 and the port impedance of the microwave input side (port P1 side) when the output impedance is 50Ω, using the product name “E5071C” manufactured by the company). The relationship with Z [unit: Ω] was measured (the relationship between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 in the measurement sample as shown in FIG. 14 is conceptually shown in FIG. Since it is the same as that of the above, the same reference numerals as those in FIG. 6 are used below). In such a measurement, the distance (gap) D is fixed at 0.4 mm, and the line width W of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is used as the measurement sample instead of the distance (gap) D. The configuration is the same as that of the measurement sample used in the measurement of the above examination item (2), except that each is set to 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, and 0.6 mm, respectively. Measurement samples (6 pieces) were produced. Then, except that the measurement samples (6 pieces) are used, the microwave input side (similar to the method adopted when the optimum value of the port impedance Z is measured in the measurement of the above examination item (2)) The optimum value of the port impedance Z on the port P1 side) was measured. The obtained results are shown in FIG.

図16に示す結果から、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の間の距離Dや各線の厚みを固定した系において、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の線幅Wの大きさを変化させることで、出力インピーダンスを50Ωとした際のマイクロ波の入力側(ポートP1側)のポートインピーダンスZの最適値を変化させることが可能となることが分かった。このような事実から、強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの大きさ及び負荷側のインピーダンスの大きさに応じて、距離(ギャップ)Dの大きさを考慮して、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の間の線幅Wの大きさを変化させることで、強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスと負荷側のインピーダンスインピーダンスの整合を図ることが可能となることも分かる。また、このような結果から、利用する伝送線路の設計に応じて、予め、第一伝送線路12及び第二伝送線路13の線幅Wとインピーダンスの関係を求めておくことで、目的とする周波数や出力に応じた回路の設計をすることも可能となることが分かる。 From the results shown in FIG. 16, in a system in which the distance D between the first transmission line 12 and the second transmission line 13 and the thickness of each line are fixed, the size of the line width W of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 is large. It was found that by changing the value, it is possible to change the optimum value of the port impedance Z on the input side (port P1 side) of the microwave when the output impedance is 50Ω. Based on these facts, the first transmission line 12 and the first transmission line 12 and the size of the distance (gap) D are taken into consideration according to the size of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element and the size of the impedance on the load side. It can also be seen that by changing the magnitude of the line width W between the second transmission lines 13, it is possible to match the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element with the impedance impedance on the load side. Further, from such a result, the target frequency is obtained by obtaining the relationship between the line width W of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 and the impedance in advance according to the design of the transmission line to be used. It can be seen that it is also possible to design the circuit according to the output.

また、このような図15や図16に示すデータ等を適宜利用することで、例えば、上述の図8に示すような設計フローで、目的とする周波数や出力、負荷側のインピーダンスの大きさ等に応じて、適切な設計の第一伝送線路12及び第二伝送線路13を形成することが可能となり、このような測定を、利用する材料(例えば絶縁基板や伝送線路の材料)等に応じて適宜行うことで、より効率のよい伝送回路の設計を行うことも可能となることが分かる。なお、マイクロ波の入力側のポートインピーダンスの最適値と、強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの大きさを一致させた場合には、強磁性多層膜磁気抵抗素子を効率よく出力させることが可能となることは明らかである。 Further, by appropriately using the data shown in FIGS. 15 and 16, for example, in the design flow shown in FIG. 8 described above, the target frequency, output, magnitude of impedance on the load side, etc. It becomes possible to form the first transmission line 12 and the second transmission line 13 of an appropriately designed design according to the above, and such measurement can be performed according to the material to be used (for example, the material of the insulating substrate or the transmission line). It can be seen that it is possible to design a more efficient transmission circuit by performing it appropriately. When the optimum value of the port impedance on the input side of the microwave and the magnitude of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element are matched, the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element can be efficiently output. It is clear that it will be possible.

[伝送線路の設計のための検討事項(4)]
図17に示すように、上記検討事項(2)の測定で使用した測定用試料において製造した第一伝送線路12と同様の設計の伝送線路を、厚みが0.5mmでかつ比誘電率が3.55である絶縁基板(材料:ガラス繊維樹脂)の一方の面に形成し、かつ、該基板の他方の面には全体に亘って厚みが20μmの銅からなる下部ストリップライン(グランドプレーン)を形成して、測定用試料(A)とした。そして、このような測定用試料(A)を用いて伝送線路のインピーダンス特性を、ベクトルネットワークアナライザ(キーエンス社製の商品名「E5071C」)を用いてSパラメータのS11を測定し、これをインピーダンスに変換することにより求めた。なお、測定は、周波数:0.1GHz〜1.5GHzの範囲で行った。このようにして、第一伝送線路12のインピーダンス特性を求めた。
[Considerations for designing transmission lines (4)]
As shown in FIG. 17, a transmission line having the same design as the first transmission line 12 manufactured in the measurement sample used in the measurement of the above examination item (2) has a thickness of 0.5 mm and a relative permittivity of 3. A lower strip line (ground plane) made of copper having a thickness of 20 μm is formed on one surface of an insulating substrate (material: glass fiber resin) of .55 and has a thickness of 20 μm on the other surface of the substrate. It was formed and used as a measurement sample (A). Then, the impedance characteristic of the transmission line is measured using such a measurement sample (A), and the S parameter S11 is measured using a vector network analyzer (trade name "E5071C" manufactured by Keyence Co., Ltd.), and this is used as the impedance. Obtained by conversion. The measurement was performed in the frequency range of 0.1 GHz to 1.5 GHz. In this way, the impedance characteristics of the first transmission line 12 were obtained.

また、図18に示すように、上記検討事項(2)の測定で使用した測定用試料において製造した第二伝送線路13と同様の設計の伝送線路を、厚みが0.5mmでかつ比誘電率が3.55であるガラス繊維樹脂からなる絶縁基板(絶縁層)の一方の面に形成し、かつ、該基板の他方の面には全体に亘って厚みが20μmの銅からなる下部ストリップライン(グランドプレーン)を形成して、測定用試料(B)とした。そして、このような測定用試料(B)を用いて、伝送線路のインピーダンス特性を、ベクトルネットワークアナライザ(キーエンス社製の商品名「E5071C」)を用いてSパラメータのS11を測定し、これをインピーダンスに変換することにより求めた。なお、測定は、周波数:0.1GHz〜1.5GHzの範囲で行った。このようにして、第二伝送線路13のインピーダンス特性を求めた。 Further, as shown in FIG. 18, a transmission line having the same design as the second transmission line 13 manufactured in the measurement sample used in the measurement of the above examination item (2) has a thickness of 0.5 mm and a relative permittivity. A lower strip line made of copper having a thickness of 20 μm formed on one surface of an insulating substrate (insulating layer) made of glass fiber resin having a thickness of 3.55 and having a thickness of 20 μm on the other surface of the substrate. A ground plane) was formed and used as a measurement sample (B). Then, using such a measurement sample (B), the impedance characteristic of the transmission line is measured by using a vector network analyzer (trade name "E5071C" manufactured by Keyence Co., Ltd.) to measure the S-parameter S11, and this is used as the impedance. Obtained by converting to. The measurement was performed in the frequency range of 0.1 GHz to 1.5 GHz. In this way, the impedance characteristics of the second transmission line 13 were obtained.

これらの測定によって得られた結果(測定用試料(A)及び(B)にそれぞれ形成された伝送線路のインピーダンス特性:各測定用試料に形成された伝送線路のインピーダンスと周波数との関係を示すグラフ)のうち、周波数:0.1GHz〜1.1GHzの範囲の測定結果を図19に示す。 Results obtained by these measurements (impedance characteristics of transmission lines formed in the measurement samples (A) and (B), respectively: a graph showing the relationship between the impedance and frequency of the transmission lines formed in each measurement sample. ), The measurement result in the frequency range of 0.1 GHz to 1.1 GHz is shown in FIG.

図19に示す結果から、マイクロ波の周波数が約0.8GHz(約800MHz)にある場合に、前記測定用試料(A)に形成した第一伝送線路12(上記検討事項(2)の測定で使用した測定用試料に形成した第一伝送線路12と同様の構成である)は、いわゆる反共振の伝送線路となり、かつ、前記測定用試料(B)に形成した伝送線路(上記検討事項(2)の測定で使用した測定用試料に形成した第二伝送線路13と同様の構成である)は、いわゆる共振の伝送線路となることが分かる。なお、絶縁基板の比誘電率等が、インピーダンス特性の測定時の測定環境下においても変化しないとすると、理論上は、マイクロ波の周波数が873MHzとなる場合に、長さが約100mmの第一伝送線路12は、電気長L1が上記式(2)を満たすもの(マイクロ波の波長の2分の1波長(λ/2)のもの)であると判断でき、また、長さが約50mmの第二伝送線路13は、電気長L2が上記式(3)を満たすもの(マイクロ波の波長の4分の1波長(λ/4)のもの)であると判断できる(上記検討事項(1)を参照)。しかしながら、実際の測定では、図19に示す結果から、測定用試料(A)及び(B)は約800MHz付近にピークがあり、873MHzの周波数とは、周波数に若干のずれが生じていることが分かる。なお、このような周波数のずれは、測定環境(湿度、温度等)によって、絶縁基板の比誘電率等が変化すること、等により生じたものと考えられ(なお、上記絶縁基板の比誘電率の数値:3.55はカタログ値である)、上述のようなインピーダンス特性の測定環境下では、図19に示すピーク位置(約800MHzの位置)の周波数のマイクロ波に対して、長さ:約100mmの第一伝送線路12の電気長L1が反共振の伝送線路(上記式(2)を満たすもの:マイクロ波の波長の2分の1波長(λ/2)のもの)となり、かつ、長さ:約50mmの第二伝送線路13の電気長L2が共振の伝送線路(上記式(3)を満たすもの:マイクロ波の波長の4分の1波長(λ/4)のもの)となっているものと考えられる。このような結果から、使用環境に応じたデータを測定して、目的とする周波数や伝送線路の電気長の最適な設計をすることも可能であることが分かる。すなわち、このようなデータに基づいて、測定環境と同じ条件下で利用する場合に、目的とするマイクロ波の周波数を約800MHzとした場合の伝送線路の設計を行うことも可能であることが分かる。 From the results shown in FIG. 19, when the microwave frequency is at about 0.8 GHz (about 800 MHz), the measurement of the first transmission line 12 formed on the measurement sample (A) (the above-mentioned examination item (2)). The first transmission line 12 formed on the measurement sample used) is a so-called anti-resonant transmission line, and the transmission line formed on the measurement sample (B) (the above-mentioned examination item (2). ) Has the same configuration as the second transmission line 13 formed on the measurement sample used in the measurement of), it can be seen that it is a so-called resonance transmission line. Assuming that the specific dielectric constant of the insulating substrate does not change even under the measurement environment at the time of measuring the impedance characteristics, theoretically, when the microwave frequency is 873 MHz, the first length is about 100 mm. It can be determined that the transmission line 12 has an electric length L1 satisfying the above equation (2) (half the wavelength of the microwave (λ / 2)), and has a length of about 50 mm. It can be determined that the second transmission line 13 has an electric length L2 satisfying the above equation (3) (one-fourth wavelength (λ / 4) of the microwave wavelength) (the above-mentioned examination item (1)). See). However, in the actual measurement, from the results shown in FIG. 19, the measurement samples (A) and (B) have a peak near about 800 MHz, and the frequency is slightly different from the frequency of 873 MHz. I understand. It is considered that such a wavelength shift is caused by a change in the specific dielectric constant of the insulating substrate or the like depending on the measurement environment (humidity, temperature, etc.) (Note that the specific dielectric constant of the insulating substrate is described above). Numerical value: 3.55 is a catalog value), under the above-mentioned measurement environment of impedance characteristics, the length: about the wavelength of the wavelength at the peak position (position of about 800 MHz) shown in FIG. The electric length L1 of the first transmission line 12 of 100 mm is an anti-resonant transmission line (satisfying the above equation (2): half the wavelength of the microwave (λ / 2)) and has a length. S: The electric length L2 of the second transmission line 13 of about 50 mm becomes a resonance transmission line (satisfying the above equation (3): one-fourth wavelength (λ / 4) of the wavelength of the microwave). It is thought that there is. From these results, it can be seen that it is possible to measure the data according to the usage environment and design the optimum frequency and the electrical length of the transmission line. That is, based on such data, it is possible to design a transmission line when the target microwave frequency is set to about 800 MHz when used under the same conditions as the measurement environment. ..

[伝送効率の測定]
上記検討事項(2)〜(4)を踏まえて、上記検討事項(2)において形成した測定用試料のうち、距離Dが0.3mmの測定用試料(以下、便宜上、場合により単に「測定用試料(X)」と称する)を用いて、ベクトルネットワークアナライザ(キーエンス社製の商品名「E5071C」)のポートインピーダンス変換機能を使用して、ポートP1のポートインピーダンスを800Ωとし、ポートP2のインピーダンスを50Ωとして、ポートP1からポートP2に、周波数0.1GHz〜1.5GHzのマイクロ波を入力して、マイクロ波の伝送効率を求めた。このようにして、測定用試料(X)の伝送効率を測定した。このような測定の結果のうち、周波数:0.5GHz〜1.2GHzの範囲の測定結果を図20に示す。なお、ここにいう伝送効率としては、ベクトルネットワークアナライザで測定されるSパラメータのS21の値を利用し、S21のピーク値を2乗することにより(式:[伝送効率]=(S21ピーク)を計算することにより)求められる値を採用した。
[Measurement of transmission efficiency]
Among the measurement samples formed in the above examination item (2) based on the above examination items (2) to (4), the measurement sample having a distance D of 0.3 mm (hereinafter, for convenience, simply "for measurement" in some cases. Using the port impedance conversion function of a vector network analyzer (trade name "E5071C" manufactured by Keyence Co., Ltd.) using a sample (X), the port impedance of port P1 is set to 800Ω and the impedance of port P2 is set to 800Ω. A microwave with a frequency of 0.1 GHz to 1.5 GHz was input from the port P1 to the port P2 with 50 Ω, and the transmission efficiency of the microwave was obtained. In this way, the transmission efficiency of the measurement sample (X) was measured. Among the results of such measurements, FIG. 20 shows the measurement results in the frequency range of 0.5 GHz to 1.2 GHz. As the transmission efficiency referred to here, the value of S21 of the S parameter measured by the vector network analyzer is used, and the peak value of S21 is squared (formula: [transmission efficiency] = (S21 peak) 2 ). The value obtained (by calculating) was adopted.

なお、測定用試料(X)との対比のために、ポートP1との接続点から、ポートP2の接続線13Lの接続点との間を連続した一本の伝送線路で接続した測定用試料(一本の伝送線路からなる上部ストリップラインが形成された測定用試料:以下、便宜上、場合により単に「測定用試料(Y)」と称する)を用いた以外は、上述の測定用試料(X)の伝送効率の測定方法と同様にして、測定用試料(Y)のポートP1からポートP2にマイクロ波を入力させた場合のマイクロ波の伝送効率を、周波数:0.1GHz〜1.5GHzの範囲で求めた。このような測定の結果のうち、周波数:0.5GHz〜1.2GHzの範囲の測定結果を図20に示す。 For comparison with the measurement sample (X), the measurement sample connected from the connection point with the port P1 to the connection point of the connection line 13L of the port P2 with a continuous transmission line ( Measurement sample (X) described above, except that the measurement sample (hereinafter, for convenience, simply referred to as "measurement sample (Y)") in which the upper strip line consisting of one transmission line is formed is used. In the same manner as the method for measuring the transmission efficiency of the measurement sample (Y), the transmission efficiency of the microwave when the microwave is input from the port P1 to the port P2 of the measurement sample (Y) is in the frequency range of 0.1 GHz to 1.5 GHz. I asked for it. Among the results of such measurements, FIG. 20 shows the measurement results in the frequency range of 0.5 GHz to 1.2 GHz.

図20に示す結果からも明らかなように、測定用試料(X)においては、周波数が約0.8GHz(約800MHz)のマイクロ波を入射させた場合の伝送効率の値が81%となっており、非常に高い値となっているのに対して、測定用試料(Y)においては、0.5GHz〜1.2GHzの範囲のいずれの周波数においても伝送効率の値が30%程度となっていた。このような結果から、測定用試料(X)においては、周波数が約0.8GHzのマイクロ波の伝送に際して、第一伝送線路12と第二伝送線路13とが磁気共鳴(カップリング)し、第一伝送線路12と第二伝送線路13とからなる上部ストリップラインと、下部ストリップラインとにより、ポート1のインピーダンス800Ωが小さくなる方向にインピーダンス変換され、ポート2の負荷50Ωへと近づいた結果、各ポートのインピーダンスの整合が図られ、効率よくマイクロ波が伝送されたものと考えられる。これに対して、測定用試料(Y)においては、インピーダンス変換が行われなかったため、ポート1のインピーダンス800Ωとポート2のインピーダンス50Ωとで不整合(ミスマッチ)が生じたことに起因して0.5GHz〜1.2GHzの範囲のいずれの周波数においても伝送効率が30%と低かったものと考えられる。 As is clear from the results shown in FIG. 20, in the measurement sample (X), the value of the transmission efficiency when a microwave having a frequency of about 0.8 GHz (about 800 MHz) is incident is 81%. In contrast to the extremely high value, in the measurement sample (Y), the transmission efficiency value is about 30% at any frequency in the range of 0.5 GHz to 1.2 GHz. It was. From these results, in the measurement sample (X), when the microwave having a frequency of about 0.8 GHz is transmitted, the first transmission line 12 and the second transmission line 13 magnetically resonate (coupling), and the first is The upper strip line consisting of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 and the lower strip line convert the impedance in the direction in which the impedance of port 1 becomes smaller by 800Ω, and as a result of approaching the load of port 2 to 50Ω, each It is considered that the impedance of the port was matched and the microwave was transmitted efficiently. On the other hand, in the measurement sample (Y), since the impedance conversion was not performed, a mismatch (mismatch) occurred between the impedance of 800Ω of the port 1 and the impedance of 50Ω of the port 2. It is probable that the transmission efficiency was as low as 30% at any frequency in the range of 5 GHz to 1.2 GHz.

この点に関して、図19に示す結果も併せ参照しながら検討すると、図19に示す結果から、前述のように、目的とするマイクロ波の周波数が約0.8GHzであると考慮した場合に、測定用試料(A)の伝送線路(測定用試料(X)の第一伝送線路12と同様の構成である)は、いわゆる反共振の伝送線路となることが明らかであり、他方、測定用試料(B)の伝送線路(測定用試料(X)の第二伝送線路13と同様の構成である)は、いわゆる共振の伝送線路であることが明らかである。なお、測定用試料(X)においては、第一伝送線路12と第二伝送線路13の線幅はそれぞれ0.3mmであり、それらの間の距離(ギャップ)が0.3mmであり、ベクトルネットワークアナライザで測定されるSパラメータのピークが最も高くなるポートインピーダンスの最適値は、図15に示すように約800Ωである。 Considering this point with reference to the result shown in FIG. 19, the measurement is performed when the target microwave frequency is considered to be about 0.8 GHz as described above from the result shown in FIG. It is clear that the transmission line of the sample (A) for measurement (having the same configuration as the first transmission line 12 of the sample (X) for measurement) is a so-called anti-resonant transmission line, while the sample for measurement (X) It is clear that the transmission line of B) (having the same configuration as the second transmission line 13 of the measurement sample (X)) is a so-called resonant transmission line. In the measurement sample (X), the line widths of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 are each 0.3 mm, the distance (gap) between them is 0.3 mm, and the vector network. The optimum value of the port impedance at which the peak of the S parameter measured by the analyzer is the highest is about 800Ω as shown in FIG.

これらの点を併せ勘案すれば、上記測定用試料(X)を用いることで、周波数が約0.8GHzのマイクロ波を伝送する際に、第一伝送線路12と第二伝送線路13とからなる上部ストリップラインと、前記下部ストリップラインとにおいて、高周波の入力側のインピーダンス(ポートP1側のポートインピーダンス:800Ω)の15%以下(実際には約6%(50Ω/800Ωを計算して求めることができる))のインピーダンスになるように、マイクロ波の入力側(ポートP1側)と出力側(ポートP2側)との間で、インピーダンス変換がなされていることは明らかである。そして、このような結果から、上記測定用試料(X)においては、第一伝送線路12と第二伝送線路13とが、それぞれ、周波数が約0.8GHz(約800MHz)のマイクロ波に対して、並列共振器(第一の共振器)、直列共振器(第二の共振器)のように機能していることは明らかであり、これにより下部及び上部ストリップラインにおいて、インピーダンス変換がなされ、ポートP1のインピーダンスとポートP2のインピーダンスとの整合を図ることが可能となったため、上記測定用試料(Y)と対比して、周波数が約0.8GHzのマイクロ波に対する伝送効率が大幅に改善されたと考えられる。 Taking these points into consideration, the measurement sample (X) is composed of a first transmission line 12 and a second transmission line 13 when transmitting a microwave having a frequency of about 0.8 GHz. In the upper strip line and the lower strip line, 15% or less (actually, about 6% (50Ω / 800Ω) of the impedance on the high frequency input side (port impedance on the port P1 side: 800Ω) can be calculated and obtained. It is clear that impedance conversion is performed between the input side (port P1 side) and the output side (port P2 side) of the microwave so that the impedance becomes (possible)). Based on these results, in the measurement sample (X), the first transmission line 12 and the second transmission line 13 each have a frequency of about 0.8 GHz (about 800 MHz) with respect to microwaves. It is clear that it functions like a parallel resonator (first resonator), a series resonator (second resonator), which causes impedance conversion in the lower and upper strip lines and ports. Since it became possible to match the impedance of P1 with the impedance of port P2, the transmission efficiency for microwaves having a frequency of about 0.8 GHz was significantly improved as compared with the measurement sample (Y). Conceivable.

以上、説明したような様々な測定結果等から、上記測定用試料(X)において形成した第一伝送線路12と第二伝送線路13とからなる上部ストリップラインは、伝送線路に入力されるマイクロ波の周波数が約0.8GHz(約800MHz)である場合に、該マイクロ波に対して反共振の伝送線路(第一伝送線路)と、該マイクロ波に対して共振の伝送線路(第二伝送線路)とを組み合わせてなるものとなることは明らかであり(図19参照)、これにより磁気共鳴を利用して、周波数が約800MHzのマイクロ波を効率よく伝送することが可能となって、十分に効率よくマイクロ波を出力することが可能となることが分かる(図20参照)。そして、このような結果から、本発明によれば、所望の周波数のマイクロ波の高出力化を図ることが可能となることは明らかである。 Based on the various measurement results as described above, the upper strip line consisting of the first transmission line 12 and the second transmission line 13 formed in the measurement sample (X) is the microwave input to the transmission line. When the frequency of is about 0.8 GHz (about 800 MHz), a transmission line that is anti-resonant with respect to the microwave (first transmission line) and a transmission line that resonates with respect to the microwave (second transmission line). ) And (see FIG. 19), which makes it possible to efficiently transmit microwaves with a frequency of about 800 MHz using magnetic resonance, which is sufficient. It can be seen that microwaves can be output efficiently (see FIG. 20). From such a result, it is clear that according to the present invention, it is possible to increase the output of microwaves having a desired frequency.

以上説明したように、本発明によれば、増幅器を利用しなくてもマイクロ波の高出力化を図ることが可能な伝送回路一体型マイクロ波発生素子を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a microwave generation element integrated with a transmission circuit capable of increasing the output of microwaves without using an amplifier.

したがって、本発明の伝送回路一体型マイクロ波発生素子は、携帯電話、無線通信、車載レーダ、衛星放送等で使用されるマイクロ波の発振器等として有用である。 Therefore, the transmission circuit integrated microwave generator of the present invention is useful as a microwave oscillator or the like used in mobile phones, wireless communications, in-vehicle radars, satellite broadcasting, and the like.

1…伝送回路一体型マイクロ波発生素子、10…強磁性多層膜磁気抵抗素子、10A…磁化自由層、10B…スペーサ層、10C…磁化固定相、11…入力側の上部電極(入力側電極)、12…第一伝送線路(入力側伝送線路)、13…第二伝送線路(出力側伝送線路)、14…出力側の上部電極、15…絶縁層、16A…入力側の下部電極(グラウンド電極)、16B…出力側の下部電極(グラウンド電極)、17…下部ストリップライン、18…基板、L1…第一伝送線路の電気長(線路長)、L2…第二伝送線路の電気長(線路長)、W…線幅、D…第一伝送線路と第二伝送線路との間の距離(ギャップ)、H…強磁性多層膜磁気抵抗素子の高さ(厚み)、T…強磁性多層膜磁気抵抗素子中のスペーサ層の厚み、R…強磁性多層膜磁気抵抗素子中の磁化自由層の上面の直径、20…直流電源、30…フィルタ、40…アンテナ、P1〜P4…伝送回路のポート(ターミナル)、12’ …下部ストリップラインの入力側の伝送線路、13’…下部ストリップラインの出力側の伝送線路、13L…ポートP2と第二伝送線路の接続線。 1 ... Transmission circuit integrated microwave generator, 10 ... ferromagnetic multilayer magnetic resistance element, 10A ... magnetized free layer, 10B ... spacer layer, 10C ... magnetized stationary phase, 11 ... input side upper electrode (input side electrode) , 12 ... 1st transmission line (input side transmission line), 13 ... 2nd transmission line (output side transmission line), 14 ... output side upper electrode, 15 ... insulation layer, 16A ... input side lower electrode (ground electrode) ), 16B ... Lower electrode (ground electrode) on the output side, 17 ... Lower strip line, 18 ... Substrate, L1 ... Electric length of the first transmission line (line length), L2 ... Electric length of the second transmission line (line length) ), W ... line width, D ... distance (gap) between the first transmission line and the second transmission line, H ... ferromagnetic multilayer film height (thickness) of magnetic resistance element, T ... ferromagnetic multilayer film magnetism Thickness of spacer layer in resistance element, R ... ferromagnetic multilayer film Diameter of upper surface of magnetization free layer in magnetic resistance element, 20 ... DC power supply, 30 ... filter, 40 ... antenna, P1 to P4 ... transmission circuit port ( Terminal), 12'... transmission line on the input side of the lower strip line, 13' ... transmission line on the output side of the lower strip line, 13L ... connection line between port P2 and the second transmission line.

Claims (2)

強磁性多層膜磁気抵抗素子と、該強磁性多層膜磁気抵抗素子から発振されるマイクロ波を伝送するための下部ストリップライン及び上部ストリップラインとを備える伝送回路一体型マイクロ波発生素子であり、
前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスが500Ω以上であり、かつ、
前記下部及び前記上部ストリップラインにおいて、前記伝送回路一体型マイクロ波発生素子の出力インピーダンスが前記強磁性多層膜磁気抵抗素子の出力インピーダンスの15%以下のインピーダンスになるようにインピーダンス変換して、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子から発振されたマイクロ波を前記下部及び前記上部ストリップラインを利用して伝送するものであることを特徴とする伝送回路一体型マイクロ波発生素子。
A transmission circuit-integrated microwave generating element including a ferromagnetic multilayer magnetic resistance element and a lower stripline and an upper stripline for transmitting microwaves oscillated from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element.
The output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetoresistive element is 500Ω or more, and
In the lower part and the upper strip line, impedance conversion is performed so that the output impedance of the microwave generation element integrated with the transmission circuit becomes 15% or less of the output impedance of the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element, and the strength is changed. A microwave generation element integrated with a transmission circuit, characterized in that microwaves oscillated from a magnetic multilayer film magnetic resistance element are transmitted by using the lower portion and the upper strip line.
前記下部及び前記上部ストリップラインのうちの少なくとも一方が、前記強磁性多層膜磁気抵抗素子から出力されるマイクロ波の周波数に対して反共振の第一伝送線路と、前記マイクロ波の周波数に対して共振の第二伝送線路とを磁気共鳴するように組み合わせてなることを特徴とする請求項1に記載の伝送回路一体型マイクロ波発生素子。 At least one of the lower part and the upper strip line is a first transmission line anti-resonant with respect to the frequency of the microwave output from the ferromagnetic multilayer magnetic resistance element, and with respect to the frequency of the microwave. The transmission circuit-integrated microwave generator according to claim 1, wherein the second transmission line of resonance is combined so as to magnetically resonate.
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