JP2021152521A - Magnetoresistance effect device and sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗効果デバイスおよびセンサに関する。 The present invention relates to magnetoresistive devices and sensors.
近年の高度情報化社会に伴い、GHzの高周波帯域の高周波部品に注目が集まっている。新しい高周波部品に応用できる可能性のある分野として研究されているのがスピントロニクスである。 With the recent advanced information society, attention is focused on high-frequency components in the high-frequency band of GHz. Spintronics is being researched as a field that has the potential to be applied to new high-frequency components.
例えば、特許文献1には、スピントルクダイオード効果を利用したスピントルクダイオード素子が記載されている。特許文献1には、スピントルクダイオード素子を整流器として用いることが記載されている。スピントルクダイオード効果は、磁気抵抗効果素子の抵抗変化を利用した整流効果である。
For example,
特許文献1に記載のスピントルクダイオード素子は、TMR素子を流れる交流電流により発生するスピントランスファートルクによってTMR素子の磁性層の磁化の向きを変化させ、変化するTMR素子の抵抗と交流電流とを掛け合わせることで、直流電圧を出力している。しかしながら、スピントランスファートルクを用いた磁化の振動は振幅が小さいことがあり、大きな直流電圧を出力することが難しいことがある。
In the spin torque diode element described in
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、直流信号の出力特性に優れる磁気抵抗効果デバイスおよび磁気センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a magnetoresistive device and a magnetic sensor having excellent output characteristics of a DC signal.
上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 The following means are provided to solve the above problems.
(1)第1の態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、磁気抵抗効果素子と、第1信号線路と、出力ポートと、を備え、前記磁気抵抗効果素子は、第1強磁性層と、第2強磁性層と、前記第1強磁性層と前記第2強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を備え、前記第1信号線路は、前記磁気抵抗効果素子と絶縁体を介して離間し、前記第1信号線路を流れる第1高周波電流に起因する高周波磁場は前記第1強磁性層に印加され、前記磁気抵抗効果素子には高周波電流が流れ、前記出力ポートからは、前記磁気抵抗効果素子からの出力に起因する直流信号成分を含む信号が出力される。 (1) The magnetic resistance effect device according to the first aspect includes a magnetic resistance effect element, a first signal line, and an output port, and the magnetic resistance effect element includes a first ferromagnetic layer and a second. A ferromagnetic layer and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer are provided, and the first signal line is separated from the magnetic resistance effect element via an insulator. A high-frequency magnetic field caused by the first high-frequency current flowing through the first signal line is applied to the first ferromagnetic layer, a high-frequency current flows through the magnetic resistance effect element, and the magnetic resistance effect is transmitted from the output port. A signal including a DC signal component resulting from the output from the element is output.
(2)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第1入力ポートと、第2入力ポートと、第2信号線路と、をさらに備え、前記第1入力ポートは前記第1信号線路に接続され、前記第1入力ポートには、前記第1信号線路に前記第1高周波電流を生み出す第1高周波信号が入力され、前記第1信号線路は、前記第2信号線路と絶縁体を介して離間し、前記第2入力ポートは前記第2信号線路に接続され、前記第2入力ポートには、前記第2信号線路に第2高周波電流を生み出す第2高周波信号が入力され、前記第2信号線路は前記磁気抵抗効果素子に接続され、前記第2信号線路を流れる前記第2高周波電流は前記高周波電流として前記磁気抵抗効果素子を流れてもよい。 (2) The magnetic resistance effect device according to the above aspect further includes a first input port, a second input port, and a second signal line, and the first input port is connected to the first signal line. A first high-frequency signal that produces the first high-frequency current is input to the first signal line to the first input port, and the first signal line is separated from the second signal line via an insulator. The second input port is connected to the second signal line, a second high frequency signal that generates a second high frequency current is input to the second signal line, and the second signal line is the second signal line. The second high-frequency current connected to the magnetic resistance effect element and flowing through the second signal line may flow through the magnetic resistance effect element as the high-frequency current.
(3)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第1入力ポートをさらに備え、前記第1入力ポートは前記第1信号線路に接続され、前記第1入力ポートには、前記第1信号線路に前記第1高周波電流を生み出す第1高周波信号が入力され、前記第1信号線路は前記磁気抵抗効果素子に接続され、前記第1信号線路を流れる前記第1高周波電流は前記高周波電流として前記磁気抵抗効果素子を流れてもよい。 (3) The magnetoresistive effect device according to the above aspect further includes a first input port, the first input port is connected to the first signal line, and the first input port is connected to the first signal line. A first high-frequency signal that produces the first high-frequency current is input, the first signal line is connected to the magnetic resistance effect element, and the first high-frequency current flowing through the first signal line is the magnetic resistance as the high-frequency current. It may flow through the effect element.
(4)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第1入力ポートと、第2信号線路と、をさらに備え、前記第1入力ポートは前記第1信号線路及び前記第2信号線路に接続され、前記第1入力ポートには、前記第1信号線路に前記第1高周波電流を生み出すとともに前記第2信号線路に第2高周波電流を生み出す第1高周波信号が入力され、前記第2信号線路は、前記磁気抵抗効果素子に接続され、前記第2信号線路を流れる前記第2高周波電流は前記高周波電流として前記磁気抵抗効果素子を流れてもよい。 (4) The magnetic resistance effect device according to the above aspect further includes a first input port and a second signal line, and the first input port is connected to the first signal line and the second signal line. A first high-frequency signal that produces the first high-frequency current in the first signal line and a second high-frequency current that produces a second high-frequency current is input to the first input port, and the second signal line is the second signal line. The second high-frequency current connected to the magnetic resistance effect element and flowing through the second signal line may flow through the magnetic resistance effect element as the high-frequency current.
(5)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、前記磁気抵抗効果素子の積層方向からの平面視で、ギャップ内に前記磁気抵抗効果素子を挟むヨークをさらに備え、前記ヨークは、前記第1強磁性層より前記第2強磁性層の近くにあり、前記ヨークは、外部磁場によって前記ギャップ内に生じる磁場を前記第2強磁性層に印加してもよい。 (5) The magnetic resistance effect device according to the above aspect further includes a yoke that sandwiches the magnetic resistance effect element in a gap in a plan view from the stacking direction of the magnetic resistance effect element, and the yoke is the first strong. The yoke is closer to the second ferromagnetic layer than the magnetic layer, and the yoke may apply a magnetic field generated in the gap by an external magnetic field to the second ferromagnetic layer.
(6)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、前記磁気抵抗効果素子の積層方向からの平面視で、ギャップ内に前記磁気抵抗効果素子を挟むヨークをさらに備え、前記ヨークは、前記第2強磁性層より前記第1強磁性層の近くにあり、前記ヨークは、外部磁場によって前記ギャップ内に生じる磁場を前記第1強磁性層に印加してもよい。 (6) The magnetic resistance effect device according to the above aspect further includes a yoke that sandwiches the magnetic resistance effect element in a gap in a plan view from the stacking direction of the magnetic resistance effect element, and the yoke is the second strong. The yoke is closer to the first ferromagnetic layer than the magnetic layer, and the yoke may apply a magnetic field generated in the gap by an external magnetic field to the first ferromagnetic layer.
(7)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第1信号線路は、前記第2強磁性層より前記第1強磁性層の近くにあってもよい。 (7) In the magnetoresistive device according to the above aspect, the first signal line may be closer to the first ferromagnetic layer than to the second ferromagnetic layer.
(8)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、前記磁気抵抗効果素子と接続された1以上の磁気抵抗効果素子をさらに有し、少なくとも2つの磁気抵抗効果素子において、第1強磁性層に印加される前記高周波磁場の方向は互いに異なってもよい。 (8) The magnetoresistive device according to the above aspect further includes one or more magnetoresistive elements connected to the magnetoresistive element, and is applied to the first ferromagnetic layer in at least two magnetoresistive elements. The directions of the high-frequency magnetic fields generated may be different from each other.
(9)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第1信号線路は、前記磁気抵抗効果素子の積層方向からの平面視において、前記積層方向と交差する方向に延在する延在部分を有し、前記延在部分は、前記積層方向からの平面視において前記磁気抵抗効果素子と重ならず、かつ、前記積層方向と垂直な方向からの平面視においてその一部が前記磁気抵抗効果素子と重なり、前記延在部分を流れる高周波電流に起因する前記高周波磁場は、前記第1強磁性層に印加されてもよい。 (9) In the magnetoresistive effect device according to the above aspect, the first signal line has an extending portion extending in a direction intersecting the laminating direction in a plan view from the laminating direction of the magnetic resistance effect element. However, the extending portion does not overlap with the magnetoresistive sensor in the plan view from the stacking direction, and a part of the extending portion does not overlap with the magnetoresistive sensor in the plan view from the direction perpendicular to the stacking direction. The high-frequency magnetic field that overlaps and is caused by the high-frequency current flowing through the extending portion may be applied to the first ferromagnetic layer.
(10)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記磁気抵抗効果素子を複数備え、前記第1信号線路を1つ又は複数備え、前記磁気抵抗効果素子のうちの第1磁気抵抗効果素子と前記第1磁気抵抗効果素子の積層方向からの平面視において重なる位置で前記第1信号線路が延びる第1延在方向と、前記磁気抵抗効果素子のうちの第2磁気抵抗効果素子と前記第2磁気抵抗効果素子の積層方向からの平面視において重なる位置で前記第1信号線路が延びる第2延在方向と、のなす角が90°であってもよい。 (10) In the magnetic resistance effect device according to the above aspect, the magnetic resistance effect element is provided, the first signal line is provided one or more, and the first magnetic resistance effect element among the magnetic resistance effect elements and the said. The first extending direction in which the first signal line extends at overlapping positions in a plan view from the stacking direction of the first reluctance effect element, and the second reluctance effect element and the second magnetism of the reluctance effect elements. The angle formed by the second extending direction in which the first signal line extends at a position where the resistance effect elements overlap in a plan view from the stacking direction may be 90 °.
(11)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、前記第1強磁性層における有効磁場の面内成分が、前記第1強磁性層に印加される前記高周波磁場の振動方向と平行又は反平行であってもよい。 (11) In the magnetoresistive device according to the above aspect, the in-plane component of the effective magnetic field in the first ferromagnetic layer is parallel or antiparallel to the vibration direction of the high frequency magnetic field applied to the first ferromagnetic layer. There may be.
(12)第2の態様にかかるセンサは、上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスを用いたものである。 (12) The sensor according to the second aspect uses the magnetoresistive effect device according to the above aspect.
上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、直流信号の出力特性に優れる。 The magnetoresistive device according to the above aspect is excellent in the output characteristics of a DC signal.
以下、磁気抵抗効果デバイスについて、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the magnetoresistive device will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings used in the following description, the featured portion may be enlarged for convenience in order to make the feature easy to understand, and the dimensional ratio of each component may be different from the actual one. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited thereto, and can be appropriately modified and carried out within the range in which the effects of the present invention are exhibited.
「第1実施形態」
図1は、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100の回路構成を示す図である。磁気抵抗効果デバイス100は、磁気抵抗効果素子10と第1入力ポートp1と第1信号線路20と第2入力ポートp2と第2信号線路30と出力ポートp3とを備える。図1に示す磁気抵抗効果デバイス100は、その他に、線路40,42と基準電位端子pr1,pr2とインダクタ91とコンデンサ92とを有する。
"First embodiment"
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of the
<磁気抵抗効果素子>
磁気抵抗効果素子10は、第1強磁性層1と第2強磁性層2とスペーサ層3とを備える。スペーサ層3は、第1強磁性層1と第2強磁性層2との間に位置する。以下、第1強磁性層1、第2強磁性層2及びスペーサ層3の積層方向を単に「積層方向」という場合がある。
<Magnetic resistance effect element>
The
第1強磁性層1は、例えば、磁化自由層(第1の磁化自由層)である。第2強磁性層2は、例えば、磁化固定層又は磁化自由層(第2の磁化自由層)である。第2強磁性層2が磁化固定層として機能する場合、第2強磁性層2の保磁力は、例えば、第1強磁性層1の保磁力よりも大きい。磁化自由層は、所定の外力が印加された際に磁化の向きが変化する磁性体からなる層であり、磁化固定層は、所定の外力が印加された際に磁化の向きが磁化自由層よりも変化しにくい磁性体からなる層である。所定の外力は、例えば外部磁場により磁化に印加される外力である。
The first
磁気抵抗効果素子10は、第1強磁性層1の磁化の向きと第2強磁性層2の磁化の向きとの相対角の変化に応じて、積層方向の抵抗値(積層方向に電流を流した場合の抵抗値)が変化する。第2強磁性層2の磁化の向きに対する第1強磁性層1の磁化の向きの相対角が変化すれば、第2強磁性層2は磁化固定層でも磁化自由層でもよい。
The
第1強磁性層1及び第2強磁性層2は、強磁性体を含む。例えば第1強磁性層1及び第2強磁性層2は、Cr、Mn、Co、Fe、Ni等の金属、または、これらの金属元素を1種以上含む合金を構成材料として用いることができる。また第1強磁性層1及び第2強磁性層2に、上記の金属元素と、B、C及びNから選択される少なくとも1種以上の元素と、の合金を用いてもよい。例えば、第1強磁性層1及び第2強磁性層2は、磁化自由層として機能する場合にはCoFeB合金を主成分として有してもよい。第1強磁性層1及び第2強磁性層2はそれぞれ、複数の層から構成されていてもよい。
The first
また第1強磁性層1及び第2強磁性層2は、XYZまたはX2YZの化学組成で表される金属間化合物(ホイスラー合金)でもよい。Xは周期表上でCo、Fe、Ni又はCuの族の遷移金属元素または貴金属元素である。YはMn、V、Cr又はTiの族の遷移金属またはXで表記される元素である。ZはIII族からV族の典型元素である。例えば、Co2FeSi、Co2MnSi、Co2Mn1−aFeaAlbSi1−b(0≦a≦1、0≦b≦1)等が、ホイスラー合金として知られている。
The first
第1強磁性層1及び第2強磁性層2は、膜面内方向に磁化容易軸を有する面内磁化膜でも、膜面直方向に磁化容易軸を有する垂直磁化膜でもよい。
The first
強磁性層を面内磁化膜とするためには、強磁性層に接触する層を界面磁気異方性を発現させにくい材料で構成する。界面磁気異方性を発現させにくい材料は、例えばRu、Cu等が挙げられる。一方、強磁性層を垂直磁化膜とするためには、強磁性層に接触する層を界面磁気異方性を発現させやすい材料で構成する。界面磁気異方性を発現させやすい材料は、例えばMgO、W、Ta、Mo等が挙げられる。強磁性層に接触するこれらの材料の層は、強磁性層の膜面直方向の一方側に設けてもよい。また、強磁性層に接触するこれらの材料の層を複数の強磁性層の間に挟んだ積層膜により、第1強磁性層1又は第2強磁性層2を構成するようにしてもよい。
In order to use the ferromagnetic layer as an in-plane magnetization film, the layer in contact with the ferromagnetic layer is made of a material that does not easily exhibit interfacial magnetic anisotropy. Examples of materials that do not easily exhibit interfacial magnetic anisotropy include Ru and Cu. On the other hand, in order to make the ferromagnetic layer a perpendicular magnetization film, the layer in contact with the ferromagnetic layer is made of a material that easily exhibits interfacial magnetic anisotropy. Examples of materials that easily exhibit interfacial magnetic anisotropy include MgO, W, Ta, and Mo. The layer of these materials in contact with the ferromagnetic layer may be provided on one side of the ferromagnetic layer in the direction perpendicular to the film surface. Further, the first
第2強磁性層2が磁化固定層として機能する場合、第2強磁性層2に接するように反強磁性層を付加してもよい。また、結晶構造、形状などに起因する磁気異方性を利用して第2強磁性層2の磁化を固定してもよい。反強磁性層には、FeO、CoO、NiO、CuFeS2、IrMn、FeMn、PtMn、CrまたはMnなどを用いることができる。
When the second
スペーサ層3は、第1強磁性層1と第2強磁性層2との間に配置される非磁性層である。スペーサ層3は、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、又は、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層で構成される。
The
例えば、スペーサ層3が絶縁体からなる場合は、磁気抵抗効果素子10はトンネル磁気抵抗(TMR:Tunnel Magnetoresistance)効果素子となり、スペーサ層3が金属からなる場合は巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magnetoresistance)効果素子となる。
For example, when the
スペーサ層3が絶縁材料で構成される場合、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン又は酸化シリコン等の材料を用いることができる。第1強磁性層1と第2強磁性層2との間に高いTMR効果が発現するようにスペーサ層3の膜厚を調整することで、高い磁気抵抗変化率が得られる。TMR効果を効率よく利用するためには、スペーサ層3の膜厚は、0.5〜10.0nm程度としてもよい。
When the
スペーサ層3を非磁性導電材料で構成する場合、Cu、Ag、Au又はRu等の導電材料を用いることができる。GMR効果を効率よく利用するためには、スペーサ層3の膜厚は、0.5〜3.0nm程度としてもよい。
When the
スペーサ層3を非磁性半導体材料で構成する場合、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、酸化ゲルマニウム、酸化ガリウム又はITO等の材料を用いることができる。この場合、スペーサ層3の膜厚は1.0〜4.0nm程度としてもよい。
When the
スペーサ層3として非磁性絶縁体中の導体によって構成される通電点を含む層を適用する場合、酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウムによって構成される非磁性絶縁体中に、CoFe、CoFeB、CoFeSi、CoMnGe、CoMnSi、CoMnAl、Fe、Co、Au、Cu、AlまたはMgなどの導体によって構成される通電点を含む構造とすることが好ましい。この場合、スペーサ層3の膜厚は、0.5〜2.0nm程度としてもよい。
When a layer including a current-carrying point composed of a conductor in a non-magnetic insulator is applied as the
磁気抵抗効果素子10への通電性を高めるために、磁気抵抗効果素子10の積層方向の両面に電極を設けてもよい。磁気抵抗効果素子10の積層方向における両端面に電極を設けることで、各線路と磁気抵抗効果素子10との接触が面になり、磁気抵抗効果素子10の面内方向いずれの位置においても、信号(電流)の流れが積層方向に沿う。
In order to increase the electrical conductivity of the
磁気抵抗効果素子10は、その他の層を有してもよい。例えば、磁気抵抗効果素子10は、第2強磁性層2の第1強磁性層1と反対側の面に、シード層又はバッファ層を有してもよい。また磁気抵抗効果素子10は、第1強磁性層1の第2強磁性層2と反対側の面に、キャップ層を有してもよい。キャップ層、シード層またはバッファ層としては、MgO、W、Mo、Ru、Ta、Cu、Crまたはこれらの積層膜などが挙げられる。これらの層の膜厚は、それぞれ2〜10nm程度としてもよい。
The
<第1入力ポート>
第1入力ポートp1は、磁気抵抗効果デバイス100の一つ目の入力端子である。第1入力ポートp1には、例えば、交流信号源、アンテナ等が接続される。アンテナが磁気抵抗効果デバイスの一部として磁気抵抗効果デバイスと一体化している場合は、アンテナが第1入力ポートとなる。第1入力ポートp1は、第1信号線路20に接続されている。第1入力ポートp1は、例えば、第1信号線路20の端部と接続されている。第1入力ポートp1には第1高周波信号が入力され、第1入力ポートp1から第1信号線路20に第1高周波信号が入力される。第1高周波信号は、第1信号線路20に、第1高周波電流IR1を生み出す。第1高周波信号の周波数は、例えば、100MHz以上の周波数を有する信号である。第1高周波電流IR1の周波数は、第1高周波信号の周波数と一致する。
<1st input port>
The first input port p1 is the first input terminal of the
<第1信号線路>
第1信号線路20は、第1高周波電流IR1が流れる信号線路である。図1に示す第1信号線路20は、第1入力ポートp1と基準電位端子pr1との間を繋ぐ線路である。図1に示す第1信号線路20は、第1入力ポートp1と基準電位端子pr1とを電気的に接続する。
<1st signal line>
The
第1信号線路20は、磁気抵抗効果素子10及び第2信号線路30と絶縁体を介して離間している。絶縁体は、絶縁物でも、空間でもよい。第1信号線路20は、第1信号線路20を流れる第1高周波電流IR1が生み出す高周波磁場Hrfを第1強磁性層1に印加できる位置に配置されている。第1信号線路20を流れる第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場Hrfは、第1強磁性層1に印加される。第1強磁性層1の磁化は、第1強磁性層1に印加された高周波磁場Hrfの周波数が、第1強磁性層1の強磁性共鳴周波数の近傍の場合に大きく振動する。この現象が、強磁性共鳴現象である。高周波磁場Hrfの周波数は、第1高周波電流IR1の周波数と一致する。第1信号線路20は、例えば、第2強磁性層2より第1強磁性層1の近くにある。
The
<第2入力ポート>
第2入力ポートp2は、磁気抵抗効果デバイス100の二つ目の入力端子である。第2入力ポートp2には、例えば、交流信号源、アンテナ等が接続される。アンテナが磁気抵抗効果デバイスの一部として磁気抵抗効果デバイスと一体化している場合は、アンテナが第2入力ポートとなる。第2入力ポートp2は、第2信号線路30に接続されている。第2入力ポートp2は、例えば、第2信号線路30の端部と接続されている。第2入力ポートp2には第2高周波信号が入力され、第2入力ポートp2から第2信号線路30に第2高周波信号が入力される。第2高周波信号は、第2信号線路30に、第2高周波電流IR2を生み出す。第2高周波信号の周波数は、例えば、100MHz以上の周波数を有する信号である。第2高周波電流IR2の周波数は、第2高周波信号の周波数と一致する。
<Second input port>
The second input port p2 is the second input terminal of the
<第2信号線路>
第2信号線路30は、第2高周波電流IR2が流れる信号線路である。図1に示す第2信号線路30は、第2入力ポートp2と磁気抵抗効果素子10との間を繋ぐ線路である。図1に示す第2信号線路30は、第2入力ポートp2と磁気抵抗効果素子10とを電気的に接続する。
<Second signal line>
The
第2信号線路30は、磁気抵抗効果素子10に接続される。第2信号線路30を流れる第2高周波電流IR2は、磁気抵抗効果素子10を流れる。第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfによる第1強磁性層1の磁化の振動の振幅は、磁気抵抗効果素子10を流れる第2高周波電流IR2により発生するスピントランスファートルクによる第1強磁性層1の磁化の振動の振幅よりも大きい。
The
<出力ポート>
出力ポートp3は、磁気抵抗効果デバイス100の出力端子である。出力ポートp3には、例えば、電圧をモニターする例えば電圧計、または電流をモニターする電流計が接続される。図1に示す出力ポートp3は、第2信号線路30から分岐する線路40に接続されている。出力ポートp3は磁気抵抗効果素子に接続され、出力ポートp3からは、磁気抵抗効果素子10からの出力に起因する直流信号成分(直流電圧または直流電流)を含む信号が出力される。
<Output port>
The output port p3 is an output terminal of the
<その他の構成>
(基準電位端子)
基準電位端子pr1,pr2は基準電位に接続され、磁気抵抗効果デバイス100の基準電位を決める。基準電位端子pr1は、第1信号線路20に接続されている。基準電位端子pr2は、磁気抵抗効果素子10に接続される線路42に接続されている。図1における基準電位は、グラウンドGである。グラウンドGは磁気抵抗効果デバイス100の外部に設けられてもよい。基準電位は、グラウンドG以外でもよい。
<Other configurations>
(Reference potential terminal)
The reference potential terminals pr1 and pr2 are connected to the reference potential and determine the reference potential of the
(線路)
各端子の間及び磁気抵抗効果素子10と各端子との間は、線路によって接続されている。線路の形状は、マイクロストリップライン(MSL)型やコプレーナウェーブガイド(CPW)型に規定してもよい。マイクロストリップライン(MSL)型やコプレーナウェーブガイド(CPW)型に設計する場合、線路の特性インピーダンスと、回路系のインピーダンスとが等しくなるように、線路幅やグラウンド間距離を設計してもよい。このように設計することによって線路の伝送損失を抑えることができる。
(line)
The lines are connected between the terminals and between the
線路40は、第2信号線路30から分岐した線路である。線路40は、第2信号線路30と出力ポートp3との間を繋ぐ。線路42は、磁気抵抗効果素子10と基準電位端子pr2との間を繋ぐ。
The
(インダクタ、コンデンサ)
インダクタ91は、信号の高周波成分をカットし、信号の不変成分を通す。コンデンサ92は、信号の高周波成分を通し、信号の不変成分をカットする。インダクタ91は高周波信号の流れを抑制したい部分に配置し、コンデンサ92は直流信号の流れを抑制したい部分に配置する。
(Inductor, capacitor)
The
図1におけるインダクタ91は、線路40上にある。インダクタ91は、第2高周波電流IR2及び磁気抵抗効果素子10からの出力の高周波成分が出力ポートp3に至ることを抑制する。インダクタ91には、チップインダクタ、パターン線路によるインダクタ、インダクタ成分を有する抵抗素子等を用いることができる。インダクタ91のインダクタンスは、例えば10nH以上としてもよい。出力ポートp3に接続される電圧計または電流計が、信号の高周波成分をカットすると同時に、信号の不変成分を通す機能を有する場合、インダクタ91は無くてもよい。
The
図1におけるコンデンサ92は、第2信号線路30上にある。図1におけるコンデンサ92は、第2信号線路30の線路40との分岐点より第2入力ポートp2側にある。コンデンサ92には、公知のものを用いることができる。
The
<磁気センサ>
磁気抵抗効果デバイス100は、例えば、センサ、整流器等に用いることができる。センサの例としては、磁場を検出する磁気センサ(磁場センサ)、誘電体を被測定物とする誘電体センサ等が挙げられる。まず磁気センサとして用いる場合について説明する。以下、第1実施形態において、出力ポートp3から出力される直流信号成分として直流電圧の例で説明する。
<Magnetic sensor>
The
図2(a)および図2(b)は、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100の磁気センサとしての動作を説明するための模式図である。図2(a)は、磁気抵抗効果素子10に、ある大きさの外部磁場が印加されている状態の第1高周波電流IR1、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10、第2高周波電流IR2、及び出力ポートp3から出力される直流電圧VDCの時間変化を示す。図2(b)は、磁気抵抗効果素子10に印加された外部磁場が変化した(大きくなった)後の第1高周波電流IR1、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10、第2高周波電流IR2、及び出力ポートp3から出力される直流電圧VDCの時間変化を示す。外部磁場は、磁気抵抗効果デバイス100の各構成以外から磁気抵抗効果素子10に印加された磁場である。なお、図1に示す第1高周波電流IR1の矢印および第2高周波電流IR2の矢印は、それぞれ、電流の正の向きを表している。後述する他の図面についても同様である。
2 (a) and 2 (b) are schematic views for explaining the operation of the
まず磁気抵抗効果素子10に印加された外部磁場が変化する前の状態について説明する。第1入力ポートp1に接続された交流信号源から第1入力ポートp1に第1高周波信号を入力すると、第1信号線路20に第1高周波電流IR1が流れる。第1高周波電流IR1は、高周波磁場Hrfを生じる。高周波磁場Hrfは、磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に印加される。
First, the state before the change of the external magnetic field applied to the
第1強磁性層1の磁化は、第1高周波電流IR1に起因した高周波磁場Hrfを受けて振動する。図3は、磁気センサにおける磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1及び第2強磁性層2の磁化M1,M2の状態の一例を示す図である。第1強磁性層1の磁化M1が高周波磁場Hrfにより振動(歳差運動)する。第2強磁性層2は磁化固定層であり、磁化M2の方向は高周波磁場Hrfの振動方向に平行に固定されている。外部磁場Hexは、例えば、積層方向に印加されている。
The magnetization of the first
磁気抵抗効果素子10に印加された外部磁場Hexが変化する前の状態において、一例として、第1強磁性層1の強磁性共鳴周波数は、第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfの周波数よりも小さくなっている。磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は、第1強磁性層1の磁化が振動することにより変化する(振動する)。第1高周波電流IR1の位相と磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相とは、異なってもよいが、図2(a)では一致させた例を示す。第1高周波電流IR1と磁気抵抗効果素子10の抵抗R10との位相差は、磁気抵抗効果素子10に対する第1信号線路20の配置位置、第1信号線路20に対する第1入力ポートp1及び基準電位端子pr1の配置位置、及び、第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfの方向と第2強磁性層の磁化の方向との相対角などにより変えることができる。
In the state before the external magnetic field Hex applied to the magnetic
第2入力ポートp2に接続された交流信号源から第2入力ポートp2に第2高周波信号を入力すると、第2信号線路30に第2高周波電流IR2が流れる。第2高周波電流IR2は、磁気抵抗効果素子10を流れる。第2高周波電流IR2の位相と第1高周波電流IR1の位相とは、異なってもよいが、図2(a)および図2(b)では一致させた例を示す。つまり、図2(a)に示す例では、第2高周波電流IR2の位相と磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相とは一致している。
When a second high-frequency signal is input to the second input port p2 from an AC signal source connected to the second input port p2, a second high-frequency current IR2 flows through the
磁気抵抗効果デバイス100に、第1高周波電流IR1及び第2高周波電流IR2が入力されると、出力ポートp3から磁気抵抗効果素子10からの出力に起因する直流電圧VDCが出力される。
When the first high-frequency current IR1 and the second high-frequency current IR2 are input to the magnetoresistive device 100, the DC voltage VDC caused by the output from the
直流電圧VDCは、第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場Hrfが印加されることで変化する磁気抵抗効果素子10の抵抗R10と磁気抵抗効果素子10を流れる電流(第2高周波電流IR2)との積である電圧V(磁気抵抗効果素子10からの出力電圧)の直流成分である。
IR2=A・sin(2πft)、
R10=B・sin(2πft+Δθ1)+R0
とすると、
V=IR2×R10=(A・B/2)・{cos(Δθ1)−cos(4πft+Δθ1)}+A・R0・sin(2πft)
である。
直流電圧VDCは、電圧Vの直流成分であり、(A・B/2)・cos(Δθ1)である。
ここで、Aは第2高周波電流IR2の振幅であり、Bは磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の振幅であり、R0は、磁気抵抗効果素子10の抵抗のうち、第1強磁性層1の磁化と第2強磁性層2の磁化の相対角に依存しない抵抗成分であり、fは周波数であり、tは時間であり、Δθ1は第2高周波電流IR2の位相と磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相との位相差である。以下、単に「位相差Δθ1」と称する場合がある。また、第1高周波電流IR1の位相と磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相との位相差をΔθ2とする(以下、単に「位相差Δθ2」と称する場合がある)。
DC voltage V DC, the current flowing through the resistor R 10 and the
I R2 = A · sin (2πft ),
R 10 = B · sin (2πft + Δθ 1 ) + R 0
Then
V = I R2 × R 10 = (A · B / 2) · {cos (Δθ 1) -cos (4πft + Δθ 1)} + A ·
Is.
The DC voltage V DC is a DC component of the voltage V, and is (A · B / 2) · cos (Δθ 1 ).
Here, A is the amplitude of the second high-frequency current I R2 , B is the amplitude of the resistance R 10 of the
図2(a)に示す場合、Δθ1=0(0°)であり、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCは、A・B/2となる。 In the case shown in FIG. 2A, Δθ 1 = 0 (0 °), and the DC voltage VDC output from the output port p3 is A / B / 2.
次に、磁気抵抗効果素子10に印加される外部磁場Hexが変化した(大きくなった)後の状態について説明する。磁気抵抗効果素子10に印加される外部磁場Hexが変化すると、第1強磁性層1の磁化の振動(歳差運動)の状態が変化する。その結果、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相は変化する。第2高周波電流IR2の位相は変化しないため、第2高周波電流IR2の位相と磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相との間に、位相差Δθ1が生じる。ここまで、第1強磁性層1の強磁性共鳴周波数が高周波磁場Hrfの周波数(第1高周波電流IR1の周波数)よりも十分小さい時に、第1高周波電流IR1の位相と磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相とが一致している(Δθ2=0(0°)である)例で説明してきた。この例の場合、第1強磁性層1の強磁性共鳴周波数が高周波磁場Hrfの周波数よりも十分大きい時には、位相差Δθ2はπ(180°)になる。磁気抵抗効果素子10に印加される外部磁場Hexが大きくなり、第1強磁性層1の内部の有効磁場が大きくなると、第1強磁性層1の強磁性共鳴周波数は大きくなる。従って、この例の場合、図4に示すように、磁気抵抗効果素子10に印加される外部磁場の大きさの変化に応じて、位相差Δθ2や位相差Δθ1が変化する。
Next, the state after the external magnetic field Hex applied to the
上述のように、直流電圧VDCは(A・B/2)・cos(Δθ1)であり、位相差Δθ1が変化すると、直流電圧VDCの出力値は変化する。つまり、磁気抵抗効果デバイス100は、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCに基づいて、外部磁場Hexの大きさが変化したことを検出することができ、磁気センサとして機能する。一例として、位相差Δθ1が0(0°)である状態から、位相差Δθ1がπ(180°)である状態への変化を検出するようにすることができる。外部磁場Hexの大きさの変化の前後における位相差Δθ1の値は、0(0°)やπ(180°)に限られず、0〜π(0°〜180°)の間の任意の値を用いることができる。磁気抵抗効果デバイス100では、第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場Hrfによって第1強磁性層1の磁化を振動させるため、第1強磁性層1の磁化の振動の振幅を大きくできる。第1強磁性層1の磁化の振動の振幅が大きくなると、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の変化量(振幅)が大きくなり、出力ポートp3から大きな直流電圧VDCを出力できる。
As described above, the DC voltage VDC is (A · B / 2) · cos (Δθ 1 ), and when the phase difference Δθ 1 changes, the output value of the DC voltage VDC changes. That is, the
また本実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス100は、外部磁場の大きさの変化に限られず、印加される外部磁場の大きさまたは方向を検出できる。以下、それぞれの検出方法について詳述する。
Further, the
(外部磁場の大きさの検出)
まず外部磁場の大きさを検出する方法について説明する。例えば図3に示すように、第2強磁性層2の磁化M2が高周波磁場Hrfの振動方向に配向する場合には、外部磁場Hexの大きさが変化すると、図4に示すように、位相差Δθ2や位相差Δθ1が変化する。位相差Δθ2や位相差Δθ1は、例えば、外部磁場Hexの大きさが第1の値未満の場合は0(0°)(Δθ1、Δθ2=0)であり、外部磁場Hexの大きさが第2の値(第2の値>第1の値)より大きい場合はπ(180°)(Δθ1、Δθ2=π)である。そして、外部磁場Hexの大きさが第1の値以上第2の値以下の場合は、外部磁場Hexの大きさは急峻に変化する。そのため、この外部磁場Hexの大きさが第1の値以上第2の値以下の領域では、外部磁場Hexの大きさと位相差Δθ1、Δθ2が1対1の関係にある。すなわち、位相差Δθ1、Δθ2が分かれば、外部磁場Hexの大きさを検出することができる。上述のように、直流電圧VDCは(A・B/2)・cos(Δθ1)である。したがって、直流電圧VDCの値から位相差Δθ1を導出でき、位相差θ1から外部磁場の大きさを検出することができる。また直流電圧VDCの値の変化量から、外部磁場の大きさの変化量を求めることもできる。また外部磁場Hexの変化に対する位相差Δθ1、Δθ2の変化は急峻であり、磁気センサは高感度に外部磁場Hexの大きさの違いを検出できる。
(Detection of the magnitude of the external magnetic field)
First, a method of detecting the magnitude of the external magnetic field will be described. For example, as shown in FIG. 3, when the magnetization M2 of the second
(外部磁場の方向の検出)
次いで、外部磁場の方向を検出する方法について説明する。図5(a)および図5(b)は、外部磁場Hexの方向を検出する際において、磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1及び第2強磁性層2の磁化M1,M2の状態の一例を示す図である。図5(a)は外部磁場Hexの方向が第1方向である状態であり、図5(b)は外部磁場Hexの方向が第1方向と異なる方向である状態である。
(Detection of the direction of the external magnetic field)
Next, a method of detecting the direction of the external magnetic field will be described. 5 (a) and 5 (b) show the magnetizations M1 and M2 of the first
また図6(a)および図6(b)は、外部磁場Hexの方向を検出する際において、磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1及び第2強磁性層2の磁化M1,M2の状態の別の例を示す図である。図6(a)は外部磁場Hexの方向が第1方向である状態であり、図6(b)は外部磁場Hexの方向が第1方向と異なる方向である状態である。
6 (a) and 6 (b) show the magnetizations M1 and M2 of the first
外部磁場の方向を検出する場合について、図5(a)と図5(b)の組及び図6(a)と図6(b)の組の2つのパターンで説明する。 The case of detecting the direction of the external magnetic field will be described with two patterns, a set of FIGS. 5 (a) and 5 (b) and a set of FIGS. 6 (a) and 6 (b).
まず図5(a)および図5(b)に示す第1パターンについて説明する。第1パターンにおいて、第1強磁性層1の磁化M1が高周波磁場Hrfにより振動(歳差運動)し、外部磁場Hexが第2強磁性層2に印加され、第2強磁性層2の磁化M2は外部磁場Hexの方向に配向している。第2強磁性層2は第2の磁化自由層であり、第2強磁性層2の磁化M2の方向は外部磁場Hexの方向に応じて変化する。第1パターンの例において、第1強磁性層1は、膜面直方向に磁化容易軸を有することが、磁化M1が高周波磁場Hrfにより振動(歳差運動)し易い点で好ましい。また、第1パターンの例において、第2強磁性層2は、膜面内方向に磁化容易軸を有することが、磁化M2が高周波磁場Hrfの影響を受けにくい点で好ましい。
First, the first pattern shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b) will be described. In the first pattern, the magnetization M1 of the first
磁気センサは、例えば、第1パターンの磁気抵抗効果素子10により外部磁場Hexの方向を検出する。第1入力ポートp1に第1高周波信号を入力し、周波数fの第1高周波電流IR1を第1信号線路20に流す。第1高周波電流IR1は、周波数fの高周波磁場Hrfを生じる。高周波磁場Hrfは、磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に印加される。
The magnetic sensor detects the direction of the external magnetic field Hex by, for example, the
第2入力ポートp2に第2高周波信号を入力し、周波数fの第2高周波電流IR2を第2信号線路30に流す。第2高周波電流IR2は、磁気抵抗効果素子10を流れる。第2高周波電流IR2の位相は、例えば、第1高周波電流IR1の位相と一致させる。第2高周波電流IR2の位相は、第1高周波電流IR1の位相と異なっていてもよい。
A second high-frequency signal is input to the second input port p2, and a second high-frequency current IR2 having a frequency f is passed through the
磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は、第1強磁性層1の磁化M1と第2強磁性層2の磁化M2の相対角の変化に応じて変化する。図7は、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の時間変化を示した図である。図7の上側のグラフは第1方向に外部磁場Hexが印加された状態の磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の時間変化を示すグラフであり、図7の下側のグラフは第1方向と異なる方向に外部磁場Hexが印加された状態の磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の時間変化を示すグラフである。
Resistance R 10 of the
外部磁場Hexの方向が変化すると、第1強磁性層1の磁化M1の振動の中心軸(歳差運動の回転軸、以下、単に「磁化M1の回転軸」と称する場合がある)に対する第2強磁性層2の磁化M2の向きが変化する。その結果、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10が最大、最小となるタイミングが変化し、図7の下側のグラフに示すように、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相が図7の上側のグラフに示す例から変化する。磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相が変化すると、抵抗R10の位相と第2高周波電流IR2の位相との間の位相差Δθ1が変化し、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCの値が変化する。すなわち、磁気センサは、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCを読み出すことで磁気センサに印加された外部磁場Hexの方向を検出できる。
When the direction of the external magnetic field Hex changes, the first axis with respect to the central axis of vibration of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 (the rotation axis of the aging motion, hereinafter, may be simply referred to as the "rotation axis of the magnetization M1"). 2 The direction of the magnetization M2 of the
次いで、図6(a)および図6(b)に示す第2パターンについて説明する。第2パターンにおいて、第1強磁性層1の磁化M1は高周波磁場Hrfにより振動(歳差運動)する。また第2パターンにおいて、第2強磁性層2は磁化固定層であり、磁化M2の方向は積層方向に固定されている。第2パターンにおいて、第1強磁性層1及び第2強磁性層2は、膜面直方向に磁化容易軸を有している。
Next, the second pattern shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) will be described. In the second pattern, the magnetization M1 of the first
磁気センサは、例えば、第2パターンの磁気抵抗効果素子10により外部磁場Hexの方向を検出する。第1入力ポートp1に第1高周波信号を入力し、周波数fの第1高周波電流IR1を第1信号線路20に流す。第1高周波電流IR1は、周波数fの高周波磁場Hrfを生じる。高周波磁場Hrfは、磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に印加される。
The magnetic sensor detects the direction of the external magnetic field Hex by, for example, the
第2入力ポートp2に第2高周波信号を入力し、周波数fの第2高周波電流IR2を第2信号線路30に流す。第2高周波電流IR2は、磁気抵抗効果素子10を流れる。第2高周波電流IR2の位相は、例えば、第1高周波電流IR1の位相と一致させる。第2高周波電流IR2の位相は、第1高周波電流IR1の位相と異なっていてもよい。
A second high-frequency signal is input to the second input port p2, and a second high-frequency current IR2 having a frequency f is passed through the
磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は、第1強磁性層1の磁化M1と第2強磁性層2の磁化M2の相対角の変化に応じて変化する。図8は、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の時間変化を示した図である。図8の上側のグラフは第1方向に外部磁場Hexが印加された状態の磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の時間変化を示すグラフであり、図8の下側のグラフは第1方向と異なる方向に外部磁場Hexが印加された状態の磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の時間変化を示すグラフである。
Resistance R 10 of the
磁気抵抗効果素子10に外部磁場Hexを印加し、第1強磁性層1に外部磁場Hexが印加されることで、第1強磁性層1の磁化M1の回転軸が傾く。磁化M1の回転軸の傾き方向は、外部磁場Hexの方向の変化によって変化する。磁化M1の回転軸の方向が変化すると、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10が最大、最小となるタイミングが変化する。その結果、図8の下側のグラフに示すように、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相が図8の上側のグラフに示す例から変化する。磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相が変化すると、抵抗R10の位相と第2高周波電流IR2の位相との間の位相差Δθ1が変化し、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCの値が変化する。すなわち、磁気センサは、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCを読み出すことで磁気センサに印加された外部磁場Hexの方向を検出できる。
The external magnetic field H ex is applied to the
図6(a)、(b)に示す磁気センサを用いれば、磁気センサが外部磁場Hexの面内方向(磁気抵抗効果素子10の積層方向に垂直な方向)の成分の大きさを検出できる。図6(a)、(b)において、第2強磁性層2は磁化固定層であり、磁化M2の方向は積層方向のいずれかの方向に固定されている。第1強磁性層1には面内方向に外部磁場Hexが印加されている。第1強磁性層1の磁化M1の回転軸は、外部磁場Hexによって積層方向から傾いている。
By using the magnetic sensors shown in FIGS. 6A and 6B, the magnetic sensor can detect the size of the component in the in-plane direction of the external magnetic field Hex (the direction perpendicular to the laminating direction of the magnetoresistive element 10). .. In FIGS. 6A and 6B, the second
外部磁場Hexの大きさが変化すると、磁化M1の回転軸の積層方向に対する傾き角が変化する。例えば、図6(a)又は図6(b)に示す構成において、外部磁場Hexの大きさが大きくなると、磁化M1の回転軸の積層方向に対する傾き角が大きくなる。また例えば、図6(a)又は図6(b)に示す構成において、外部磁場Hexの大きさが小さくなると、磁化M1の回転軸の積層方向に対する傾き角が小さくなる。 When the magnitude of the external magnetic field Hex changes, the tilt angle of the rotation axis of the magnetization M1 with respect to the stacking direction changes. For example, in the configuration shown in FIG. 6A or FIG. 6B, as the magnitude of the external magnetic field Hex increases, the tilt angle of the rotation axis of the magnetization M1 with respect to the stacking direction increases. Further, for example, in the configuration shown in FIG. 6A or FIG. 6B, when the magnitude of the external magnetic field Hex becomes small, the inclination angle of the rotation axis of the magnetization M1 with respect to the stacking direction becomes small.
磁化M1の回転軸の積層方向に対する傾き角が変化すると、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の振幅の大きさが変化する。例えば、図6(a)又は図6(b)に示す構成の場合、磁化M1の回転軸の積層方向に対する傾き角が小さくなると、磁化M1の配向方向と磁化M2の配向方向とが平行な状態に近づき、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の振幅の大きさが小さくなる。
When the inclination angle of the rotation axis of the magnetization M1 with respect to the stacking direction changes, the magnitude of the amplitude of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 changes. For example, in the case of the configuration shown in FIG. 6A or FIG. 6B, when the inclination angle of the rotation axis of the magnetization M1 with respect to the stacking direction becomes small, the orientation direction of the magnetization M1 and the orientation direction of the magnetization M2 are parallel to each other. The magnitude of the amplitude of the resistor R 10 of the
磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は、上述のように出力ポートp3から出力される直流電圧VDCに影響を及ぼすパラメータである。その結果、磁気抵抗効果素子10に印加される外部磁場Hexの大きさが変化すると、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCの値が変化する。すなわち、磁気センサは、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCを読み出すことで磁気センサに印加された面内方向の外部磁場Hexの大きさを検出できる。
The
また図9は、図5(a)および図5(b)に示す磁気抵抗効果素子10の変形例の平面図である。図9に示す第1強磁性層1は、膜厚方向からの平面視において、第2強磁性層2よりも小さい。図9に示す第1強磁性層1は、膜厚方向からの平面視において、第2強磁性層2に内包されている。これにより、第1強磁性層1の磁化の振動の影響が第2強磁性層2の全体に及びにくくなる。
Further, FIG. 9 is a plan view of a modified example of the
また図10は、図5(a)および図5(b)に示す磁気抵抗効果素子10の別の変形例の断面図である。図10に示す第2強磁性層2は、2つの強磁性層2A、2Bとこれらに挟まれる非磁性層2Cとを有する。非磁性層2Cは、例えば、Ruである。強磁性層2Aと強磁性層2Bとは、非磁性層2Cを介して層間交換結合している。強磁性層2Aの磁化M2Aと強磁性層2Bの磁化M2Bとは、反平行である。
Further, FIG. 10 is a cross-sectional view of another modified example of the
強磁性層2Aの膜厚と飽和磁化との積は、強磁性層2Bの膜厚と飽和磁化との積と異なる。膜厚と飽和磁化との積が2つの強磁性層2A、2Bで異なると、膜厚と飽和磁化との積が大きい方の強磁性層の磁化が、膜厚と飽和磁化との積が小さい方の強磁性層の磁化よりも、外部から印加される磁場に反応し易くなり、第2強磁性層2の磁化の方向が外部磁場Hexによって変わりやすくなる。
The product of the film thickness of the
例えば、強磁性層2Aの膜厚と強磁性層2Bの膜厚とは異なる。2つの強磁性層2A、2Bの膜厚が異なると、2つの強磁性層2A、2Bの膜厚と飽和磁化との積が異なる場合が多い。例えば、強磁性層2Bの膜厚は、強磁性層2Aの膜厚より厚い。例えば、強磁性層2Bの膜厚は、強磁性層2Aの膜厚の2倍以上である。強磁性層2Bの膜厚と飽和磁化との積は、強磁性層2Aの膜厚と飽和磁化との積よりも大きい。強磁性層2Bは、強磁性層2Aより第1強磁性層1及び第1信号線路20から離れた位置にある。強磁性層2Bの膜厚を強磁性層2Aの膜厚よりも厚くし、第2強磁性層2に含まれる強磁性層のうち、外部から印加される磁場に磁化が反応し易い強磁性層を強磁性層2Bにすると、第1強磁性層1の磁化の振動の影響や第1信号線路20からの高周波磁場による影響を低減でき、第2強磁性層2全体で見た際に、第2強磁性層2の磁化の振動を抑えることができる。
For example, the film thickness of the
図10では、膜厚方向からの平面視において、第1強磁性層1が第2強磁性層2よりも小さい例を提示したが、この場合に限られるものではない。また強磁性層2A及び強磁性層2Bはそれぞれ、複数の層から構成されていてもよい。
In FIG. 10, an example in which the first
ここまで磁気センサが外部磁場Hexの面内方向(磁気抵抗効果素子10の積層方向に垂直な方向)の成分を検出する方法をいくつか説明したが、磁気センサは外部磁場Hexの積層方向の成分も検出できる。図11は、外部磁場Hexの積層方向の成分を検出する磁気センサにおける磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1及び第2強磁性層2の磁化の状態の一例を示す図である。
Up to this point, some methods have been described in which the magnetic sensor detects components in the in-plane direction of the external magnetic field Hex (direction perpendicular to the stacking direction of the magnetoresistive sensor 10), but the magnetic sensor has described the stacking direction of the external magnetic field Hex. The components of can also be detected. FIG. 11 is a diagram showing an example of the magnetization state of the first
第2強磁性層2は磁化固定層であり、磁化M2の方向は積層方向のいずれかの方向に固定されている。第1強磁性層1には静磁場Hdcが印加されている。第1強磁性層1の磁化M1の回転軸は、静磁場Hdcによって積層方向から傾いている。静磁場Hdcは、高周波磁場Hrfの振動方向と平行又は反平行な方向に印加される。高周波磁場Hrfの振動方向と平行又は反平行に静磁場Hdcが印加されるとは、第1強磁性層1において高周波磁場Hrfが振動する方向に沿って、静磁場Hdcの面内方向成分が存在することである。高周波磁場Hrfの振動方向のうち第1の方向を規定した場合に、静磁場Hdcが第1の方向と同じ方向に印加される場合を平行、静磁場Hdcが第1の方向と反対方向に印加される場合を反平行とする。
The second
外部磁場Hexの大きさ又は正負の方向が変化すると、磁化M1の回転軸の積層方向に対する傾き角が変化する。例えば、図11に示す構成において、外部磁場Hexの大きさが大きくなると、磁化M1の回転軸の積層方向に対する傾き角が小さくなる。また例えば、図11に示す構成において、外部磁場Hexの大きさが小さくなる、又は、外部磁場Hexの方向が反対向きになると、磁化M1の回転軸の積層方向に対する傾き角が大きくなる。 When the magnitude or positive / negative direction of the external magnetic field Hex changes, the inclination angle of the rotation axis of the magnetization M1 with respect to the stacking direction changes. For example, in the configuration shown in FIG. 11, as the magnitude of the external magnetic field Hex increases, the tilt angle of the rotation axis of the magnetization M1 with respect to the stacking direction decreases. Further, for example, in the configuration shown in FIG. 11, when the magnitude of the external magnetic field Hex becomes small or the direction of the external magnetic field Hex is opposite, the inclination angle of the rotation axis of the magnetization M1 with respect to the stacking direction becomes large.
磁化M1の回転軸の積層方向に対する傾き角が変化すると、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の振幅の大きさが変化する。例えば、図11に示す構成の場合、磁化M1の回転軸の積層方向に対する傾き角が小さくなると、磁化M1の配向方向と磁化M2の配向方向とが平行な状態に近づき、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の振幅の大きさが小さくなる。
When the inclination angle of the rotation axis of the magnetization M1 with respect to the stacking direction changes, the magnitude of the amplitude of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 changes. For example, in the case of the configuration shown in FIG. 11, when the inclination angle of the rotation axis of the magnetization M1 with respect to the stacking direction becomes small, the orientation direction of the magnetization M1 and the orientation direction of the magnetization M2 approach a parallel state, and the
磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は、上述のように出力ポートp3から出力される直流電圧VDCに影響を及ぼすパラメータである。その結果、磁気抵抗効果素子10に印加される外部磁場Hexの大きさが変化すると、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCの値が変化する。すなわち、磁気センサは、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCを読み出すことで磁気センサに印加された外部磁場Hexの大きさおよび正負の方向を検出できる。
The
ここで、図11では、第1強磁性層1に静磁場Hdcを印加する場合を例に説明した。しかしながら、必ずしも第1強磁性層1に静磁場Hdcを印加する必要はなく、第1強磁性層1における有効磁場Heffの面内成分を、第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfの振動方向と平行又は反平行とすればよい。第1強磁性層1における有効磁場Heffは、第1強磁性層1に印加される外部磁場Hex、第1強磁性層1における異方性磁場Hk、第1強磁性層1における反磁場HD、第1強磁性層1における交換結合磁場HEgからHeff=Hex+Hk+HD+HEgで求められる。例えば、積層方向から見た際の第1強磁性層1の形状が異方性を有する場合、その長手方向に異方性磁場Hkが生じる。積層方向から見た際の第1強磁性層1の長手方向を第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfの振動方向に向けることで、静磁場Hdcにかえて異方性磁場Hkを第1強磁性層1に生じさせてもよい。
Here, in FIG. 11, a case where a static magnetic field Hdc is applied to the first
ここまで外部磁場の大きさの変化、外部磁場の大きさ、外部磁場の方向の検出に、電圧V(磁気抵抗効果素子10からの出力電圧)の直流成分を利用する例を示したが、電圧の高周波成分を利用してもよい。電圧Vの高周波成分である−(A・B/2)・cos(4πft+Δθ1)は、位相差Δθ1を含むため、この高周波成分から位相差Δθ1を導きだすことができる。位相差Δθ1が分かれば、位相差Δθ1から外部磁場を検出することができる。 Up to this point, an example has been shown in which the DC component of the voltage V (output voltage from the magnetic resistance effect element 10) is used to detect the change in the magnitude of the external magnetic field, the magnitude of the external magnetic field, and the direction of the external magnetic field. The high frequency component of the above may be used. Is a high frequency component of the voltage V - (A · B / 2 ) · cos (4πft + Δθ 1) , since a phase difference [Delta] [theta] 1, it is possible to derive the phase difference [Delta] [theta] 1 from the high-frequency component. If the phase difference Δθ 1 is known, the external magnetic field can be detected from the phase difference Δθ 1.
<整流器>
ここまで、磁気抵抗効果デバイス100を磁気センサとして用いる場合について説明した。次いで、磁気抵抗効果デバイス100を整流器として用いる場合について説明する。
<Rectifier>
Up to this point, the case where the
図12は、磁気抵抗効果デバイス100を整流器として用いる場合の回路構成の一例を模式的に示す図である。磁気抵抗効果デバイス100を整流器として用いる例として、第1入力ポートp1にアンテナat1が接続され、第2入力ポートp2にアンテナat2が接続された例で説明する。アンテナat1,at2には、例えば同じ信号が入力される。
FIG. 12 is a diagram schematically showing an example of a circuit configuration when the
アンテナat1から第1入力ポートp1に第1高周波信号が入力されると、第1信号線路20に第1高周波電流IR1が流れる。またアンテナat2から第2入力ポートp2に第2高周波信号が入力されると、第2信号線路30に第2高周波電流IR2が流れる。第1高周波電流IR1は、高周波磁場Hrfを生じる。高周波磁場Hrfは、磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に印加される。第2高周波電流IR2は、磁気抵抗効果素子10を流れる。第2高周波電流IR2の位相と第1高周波電流IR1の位相とは、異なってもよいが、ここでは一例として、一致している例で説明する。
When the first high-frequency signal is inputted from the antenna at1 to the first input port p1, the first high-frequency current I R1 flows through the
図13は、磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1及び第2強磁性層2の磁化M1,M2の状態の一例を示す図である。図14は、磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1及び第2強磁性層2の磁化M1,M2の状態の別の一例を示す図である。図13及び図14の例においては、第2強磁性層2は磁化固定層として機能する。
FIG. 13 is a diagram showing an example of the states of the magnetizations M1 and M2 of the first
高周波磁場Hrfの周波数が第1強磁性層1の強磁性共鳴周波数とは異なる周波数の場合(第1強磁性層1の強磁性共鳴周波数の近傍でない周波数の場合)には、一例として、図13に示すように、磁化M2の方向と高周波磁場Hrfの振動方向を平行にする。高周波磁場Hrfの周波数が第1強磁性層の強磁性共鳴周波数の場合には、一例として、図14に示すように、磁化M2の方向と高周波磁場Hrfの振動方向を直交させる。 When the frequency of the high-frequency magnetic field Hrf is different from the ferromagnetic resonance frequency of the first ferromagnetic layer 1 (when the frequency is not in the vicinity of the ferromagnetic resonance frequency of the first ferromagnetic layer 1), the figure is shown as an example. As shown in 13, the direction of the magnetization M2 and the vibration direction of the high-frequency magnetic field Hrf are made parallel. When the frequency of the high-frequency magnetic field Hrf is the ferromagnetic resonance frequency of the first ferromagnetic layer, as an example, the direction of the magnetization M2 and the vibration direction of the high-frequency magnetic field Hrf are orthogonal to each other, as shown in FIG.
出力ポートp3から出力される直流電圧VDCの大きさは、cos(Δθ1)に比例する。直流電圧VDCの大きさ(絶対値)を大きくするためには、Δθ1が0(0°)または±π(±180°)となることが好ましい。第1高周波電流IR1の位相と第2高周波電流IR2の位相が一致しているため、位相差Δθ2は位相差Δθ1と一致する。 The magnitude of the DC voltage VDC output from the output port p3 is proportional to cos (Δθ 1). In order to increase the magnitude (absolute value) of the DC voltage VDC , it is preferable that Δθ 1 is 0 (0 °) or ± π (± 180 °). Since the phase of the first high-frequency current I R1 and the phase of the second high-frequency current I R2 match, the phase difference Δθ 2 coincides with the phase difference Δθ 1.
高周波磁場Hrfの周波数が第1強磁性層1の強磁性共鳴周波数の近傍でない周波数の場合、図13の構成とすることで位相差Δθ1は0(0°)又は±π(±180°)となるため、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCの大きさが大きくなる。
When the frequency of the high-frequency magnetic field Hrf is not in the vicinity of the ferromagnetic resonance frequency of the first
これに対し、高周波磁場Hrfの周波数が第1強磁性層1の強磁性共鳴周波数の場合、図14の構成とすることで位相差Δθ1は0(0°)又は±π(±180°)となるため、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCの大きさが大きくなる。
On the other hand, when the frequency of the high-frequency magnetic field Hrf is the ferromagnetic resonance frequency of the first
また図14では、第2強磁性層2の磁化M2の方向を予め高周波磁場Hrfの振動方向と直交させる例を示したが、第1強磁性層1に印加する高周波磁場Hrfが第1強磁性層1の強磁性共鳴周波数の場合は、図13の構成と同様に、第2強磁性層2の磁化M2の方向と高周波磁場Hrfの振動方向を平行にした構成とし、第2高周波電流IR2の位相を第1高周波電流IR1の位相に対してπ/2(90°)ずらしてもよい。例えば、第1信号線路20及び第2信号線路30の少なくとも一方にフェイズシフタを設けることで、第1高周波電流IR1の位相および第2高周波電流IR2の位相の少なくとも一方を調整することができる。
Further, in FIG. 14, an example is shown in which the direction of the magnetization M2 of the second
<誘電体センサ>
次に、磁気抵抗効果デバイス100を、誘電体を被測定物とする誘電体センサとして用いる場合について説明する。誘電体センサは、例えば、被測定物の誘電率の違いに基づき、被測定物の状態を判断するセンサである。誘電体センサは、信号線路に誘電体を近づける、又は、信号の伝搬経路に誘電体を設置することで、信号線路を伝播する信号の位相と振幅が変化する特性を利用したセンサである。誘電体センサは、例えば、野菜、穀物、皮膚等を被測定物とした場合に、これらの被測定物の水分量を測定できる。
<Dielectric sensor>
Next, a case where the
図15は、磁気抵抗効果デバイス100を誘電体センサとして用いる場合の第1の例を説明するための模式図である。第1の例に示す誘電体センサは、設置領域A1又は設置領域A2を備える。設置領域A1には、例えばマイクロストリップライン型又はコプレーナウェーブガイド型で形成された第1信号線路20の一部が配置されている。設置領域A2には、例えばマイクロストリップライン型又はコプレーナウェーブガイド型で形成された第2信号線路30の一部が配置されている。設置領域A1と設置領域A2のいずれか一方に、誘電体の被測定物を設置して、測定を行う。被測定物は、特に問わない。磁気抵抗効果デバイス100を誘電体センサとして用いる場合の磁気抵抗効果素子10としては、例えば、図13に示すものと同じものを用いることができる。
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining a first example when the
まず設置領域A1に被測定物を設置した場合におけるセンサの動作について説明する。
被測定物の設置前の状態の第1高周波電流IR1及び第2高周波電流IR2を以下とする。
IR2=A・sin(2πft)
IR1=C・sin(2πft+Δθ3)
ここでΔθ3は、IR1とIR2との位相差であり、一定である。
First, the operation of the sensor when the object to be measured is installed in the installation area A1 will be described.
Or less of the first high-frequency current I R1 and the second high-frequency current I R2 of the previous installation of the object to be measured state.
I R2 = A · sin (2πft )
I R1 = C · sin (2πft + Δθ 3)
Here [Delta] [theta] 3 is the phase difference between the I R1 and I R2, is constant.
IR1と磁気抵抗効果素子10の抵抗R10との位相差をΔθ2とすると、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は、以下の式で表される。
R10=B・sin(2πft+Δθ2+Δθ3)+R0
ここで外部磁場が一定の条件で測定を行うため、Δθ2は一定である。
When the phase difference between the resistance R 10 of I R1 and the
R 10 = B · sin (2πft + Δθ 2 + Δθ 3 ) + R 0
Here, Δθ 2 is constant because the measurement is performed under the condition that the external magnetic field is constant.
被測定物を設置領域A1に設置すると、誘電率の変化(空気の誘電率から被測定物の誘電率への変化)により、IR1の位相がΔθ4だけずれ、IR1の振幅がC´に変化する。
その結果、第1高周波電流IR1及び磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は以下となる。
IR1=C´・sin(2πft+Δθ3+Δθ4)
R10=B´・sin(2πft+Δθ2+Δθ3+Δθ4)+R0
When installing the measured object in the installation area A1, the change in dielectric constant (variation of the dielectric constant of the object to be measured from the dielectric constant of air), shift the phase of the I R1 only [Delta] [theta] 4, the amplitude of the I R1 is C' Changes to.
As a result, the first high-frequency current IR1 and the resistance R10 of the magnetoresistive element 10 are as follows.
I R1 = C'· sin (2πft +
R 10 = B'・ sin (2πft + Δθ 2 + Δθ 3 + Δθ 4 ) + R 0
ここで、IR1とR10との位相差をΔθ1(=Δθ2+Δθ3+Δθ4)とすると、
R10=B´・sin(2πft+Δθ1)+R0
で表される。
Here, when the phase difference between the I R1 and R 10 and Δθ 1 (= Δθ 2 + Δθ 3 + Δθ 4),
R 10 = B'・ sin (2πft + Δθ 1 ) + R 0
It is represented by.
上述のように、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCは、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10と磁気抵抗効果素子10を流れる電流(第2高周波電流IR2)との積である電圧V(磁気抵抗効果素子10からの出力電圧)の直流成分であり、以下の式となる。
V=IR2×R10=(A・B´/2)・{cos(Δθ1)−cos(4πft+Δθ1)}+A・R0・sin(2πft)
As described above, the DC voltage VDC output from the output port p3 is the product of the resistance R 10 of the magnetic
V = I R2 × R 10 = (A · B'/ 2) · {cos (Δθ 1) -cos (4πft + Δθ 1)} + A ·
直流電圧VDCは、電圧Vの直流成分であり、(A・B´/2)・cos(Δθ1)である。Δθ1=Δθ2+Δθ3+Δθ4であり、Δθ2、Δθ3は一定なので、誘電率の変化に伴い変化するΔθ4とB´の値に対応した直流出力成分が出力ポートp3から出力される。この結果を基に、被測定物の誘電率に関連したパラメータ(例えば、被測定物の水分量)を測定できる。 The DC voltage V DC is a DC component of the voltage V, and is (A · B ′ / 2) · cos (Δθ 1 ). Since Δθ 1 = Δθ 2 + Δθ 3 + Δθ 4 , and Δθ 2 and Δθ 3 are constant, the DC output component corresponding to the values of Δθ 4 and B ′ that change with the change of the dielectric constant is output from the output port p3. .. Based on this result, parameters related to the dielectric constant of the object to be measured (for example, the amount of water in the object to be measured) can be measured.
次いで、設置領域A2に被測定物を設置した場合におけるセンサの動作について説明する。被測定物の設置前の状態は、上記の設置領域A1に被測定物を設置した場合と同じである。 Next, the operation of the sensor when the object to be measured is installed in the installation area A2 will be described. The state before installation of the object to be measured is the same as the case where the object to be measured is installed in the above-mentioned installation area A1.
被測定物を設置領域A2に設置すると、誘電率の変化(空気の誘電率から被測定物の誘電率への変化)により、IR2の位相がΔθ4だけずれ、IR2の振幅がA´に変化する。
その結果、第2高周波電流IR2及び磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は以下となる。
IR2=A´・sin(2πft+Δθ4)
R10=B・sin(2πft+Δθ2+Δθ3)+R0
When installing the measured object in the installation area A2, the change in dielectric constant (variation of dielectric constant of air into the dielectric constant of the object to be measured), phase shifted in I R2 only [Delta] [theta] 4, the amplitude of the I R2 is A' Changes to.
As a result, the second high-frequency current IR2 and the resistance R10 of the magnetoresistive element 10 are as follows.
I R2 = A'· sin (2πft + Δθ 4)
R 10 = B · sin (2πft + Δθ 2 + Δθ 3 ) + R 0
ここで、数学的な取り扱いの関係上、設置領域A2に被測定物を設置後のIR2の位相を基準にして表記をし直すと以下になる。
IR2=A´・sin(2πft)
R10=B・sin(2πft+Δθ2+Δθ3−Δθ4)+R0
IR1=C・sin(2πft+Δθ3−Δθ4)
Here, due to mathematical handling, the notation is rewritten with reference to the phase of IR2 after the object to be measured is installed in the installation area A2 as follows.
I R2 = A'· sin (2πft )
R 10 = B · sin (2πft + Δθ 2 + Δθ 3 − Δθ 4 ) + R 0
I R1 = C · sin (2πft + Δθ 3 -Δθ 4)
ここで、IR1とR10との位相差をΔθ1(=Δθ2+Δθ3−Δθ4)とすると、
R10=B・sin(2πft+Δθ1)+R0
で表される。
Here, when the phase difference between the I R1 and R 10 and Δθ 1 (= Δθ 2 + Δθ 3 -Δθ 4),
R 10 = B · sin (2πft + Δθ 1 ) + R 0
It is represented by.
上述のように、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCは、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10と磁気抵抗効果素子10を流れる電流(第2高周波電流IR2)との積である電圧V(磁気抵抗効果素子10からの出力電圧)の直流成分であり、設置領域A1に被測定物を設置した場合と同様の関係式が成り立つ。
As described above, the DC voltage VDC output from the output port p3 is the product of the resistance R 10 of the
直流電圧VDCは、電圧Vの直流成分であり、(A´・B/2)・cos(Δθ1)である。Δθ1=Δθ2+Δθ3−Δθ4であり、Δθ2、Δθ3は一定なので、誘電率の変化に伴い変化するΔθ4とA´の値に対応した直流出力成分が出力ポートp3から出力される。この結果を基に、被測定物の誘電率に関連したパラメータ(例えば、被測定物の水分量)を測定できる。 The DC voltage V DC is a DC component of the voltage V, and is (A'・ B / 2) ・ cos (Δθ 1 ). Since Δθ 1 = Δθ 2 + Δθ 3 − Δθ 4 , and Δθ 2 and Δθ 3 are constant, the DC output component corresponding to the values of Δθ 4 and A ′ that change as the dielectric constant changes is output from the output port p3. NS. Based on this result, parameters related to the dielectric constant of the object to be measured (for example, the amount of water in the object to be measured) can be measured.
また図16は、磁気抵抗効果デバイスを誘電体センサとして用いる場合の第2の例を説明するための模式図である。第2の例に示す磁気抵抗効果デバイス100Aは、第1信号線路20Aが送信アンテナatTと受信アンテナatRとを有し、設置領域A1は送信アンテナatTと受信アンテナatRとの間に挟まれた領域である。送信アンテナatTは、第1信号線路を伝わる第1高周波信号を受信アンテナatRに伝える。被測定物を設置領域A1に設置すると、誘電率の変化(空気の誘電率から被測定物の誘電率への変化)により、IR1の位相と振幅が変化する。その結果、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCの大きさが変化する。この原理は、上述の第1の例において設置領域A1に被測定物を設置した場合と同様である。この結果を基に、被測定物の誘電率に関連したパラメータ(例えば、被測定物の水分量)を測定できる。
Further, FIG. 16 is a schematic diagram for explaining a second example when the magnetoresistive device is used as a dielectric sensor. In the
また図17は、磁気抵抗効果デバイスを誘電体センサとして用いる場合の第3の例を説明するための模式図である。第3の例に示す磁気抵抗効果デバイス100Bは、第2信号線路30Bが送信アンテナatTと受信アンテナatRとを有し、設置領域A2は送信アンテナatTと受信アンテナatRとの間に挟まれた領域である。送信アンテナatTは、第2信号線路を伝わる第2高周波信号を受信アンテナatRに伝える。被測定物を設置領域A2に設置すると、誘電率の変化(空気の誘電率から被測定物の誘電率への変化)により、IR2の位相と振幅が変化する。その結果、出力ポートp3から出力される直流電圧VDCの大きさが変化する。この原理は、上述の第1の例において設置領域A2に被測定物を設置した場合と同様である。この結果を基に、被測定物の誘電率に関連したパラメータ(例えば、被測定物の水分量)を測定できる。
Further, FIG. 17 is a schematic diagram for explaining a third example when the magnetoresistive device is used as a dielectric sensor. In the
上述のように、第1実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス100は、第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場Hrfによって第1強磁性層1の磁化M1を振動させるため、磁化M1の振動の振幅を大きくできる。磁化M1の振動の振幅が大きくなると、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の変化量(振幅)が大きくなり、出力ポートp3から大きな直流電圧VDCを出力できる。また上述のように、第1実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス100は、磁気センサ、整流器、誘電体を被測定物とする誘電体センサとして利用することができる。
As described above, the
以上、第1実施形態について図面を参照して詳述したが、第1実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。例えば、第1実施形態では、磁気抵抗効果素子10は1つの例であるが、複数の磁気抵抗効果素子10を第2信号線路30に接続して複数の磁気抵抗効果素子10に第2高周波電流IR2が流れるようにし、複数の磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に、第1信号線路20を流れる第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場Hrfを印加するようにしてもよい。
The first embodiment has been described in detail with reference to the drawings. However, each configuration and a combination thereof in the first embodiment are examples, and the configurations are added or omitted within a range that does not deviate from the gist of the present invention. , Replacements, and other changes are possible. For example, in the first embodiment, the magnetic
(第1変形例)
図18は、第1変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。図18に示す第1変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス101は、磁性体部50を有する点が、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と異なる。図18に示す磁気抵抗効果デバイス101において、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と同一の構成については同一の符号を付す。また第1変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス101において、磁気抵抗効果デバイス100と共通の構成については説明を省く。
(First modification)
FIG. 18 is a diagram schematically showing a circuit configuration of the magnetoresistive device according to the first modification. The
磁性体部50は、第1信号線路20と磁気抵抗効果素子10との間にある。磁性体部50は、第1信号線路20及び磁気抵抗効果素子10と離間して配置される。磁性体部50と第1信号線路20との間及び磁性体部50と磁気抵抗効果素子10との間には、例えば、絶縁体が設けられている。
The
磁性体部50は、軟磁性体を含む。磁性体部50は、例えば、絶縁性を有する磁性体である。磁性体部50は、例えば、フェライト等のセラミックスである。磁性体部50は、例えば、希土類鉄ガーネット(RIG)である。イットリウム鉄ガーネット(YIG)は、希土類鉄ガーネット(RIG)の一例である。磁性体部50は、例えば、パーマロイ等の金属でもよい。
The
磁性体部50には、第1信号線路20から生じた高周波磁場Hrf1が印加される。磁性体部50の磁化は、高周波磁場Hrf1を受けて振動する。磁性体部50の磁化は、高周波磁場Hrf1が磁性体部50の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数の信号を含む場合に、その周波数で大きく振動する。磁性体部50の磁化の振動は、高周波磁場Hrf2を生じる。
A high-frequency magnetic field Hrf1 generated from the
磁性体部50の磁化の振動によって生じた高周波磁場Hrf2は、第1強磁性層1に印加される。第1強磁性層1の磁化は、磁性体部50が生み出す高周波磁場Hrf2によって振動する。すなわち、第1信号線路20を流れる第1高周波電流IR1が生み出す高周波磁場Hrf1に起因した高周波磁場Hrf2が第1強磁性層1に印加される。磁性体部50が生み出す高周波磁場Hrf2は、第1信号線路20を流れる第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場の一例である。
The high-frequency magnetic field Hrf2 generated by the vibration of the magnetization of the
磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は、第1強磁性層1の磁化の振動により変化する(振動する)。第2入力ポートp2に第2高周波信号を入力すると、第2信号線路30に第2高周波電流IR2が流れる。第2高周波電流IR2は、磁気抵抗効果素子10を流れる。出力ポートp3からは、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10と磁気抵抗効果素子10を流れる電流(第2高周波電流IR2)との積である電圧の直流成分である直流電圧VDCが出力される。磁性体部50が、第1信号線路20と磁気抵抗効果素子10との間にある例で説明したが、第1信号線路20から生じた高周波磁場Hrf1が磁性体部50に印加され、磁性体部50の磁化の振動によって生じた高周波磁場Hrf2が第1強磁性層1に印加されれば、磁性体部50の位置はこれに限られず、例えば、第1信号線路20が磁性体部50と磁気抵抗効果素子10との間に位置するように磁性体部50を配置してもよい。また、複数の磁気抵抗効果素子10を用いる場合、1つの磁性体部50の磁化の振動によって生じた高周波磁場Hrf2が、複数の磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に印加されるようにしてもよいし、複数の磁性体部50を用いて、それぞれの磁気抵抗効果素子10に対して1つの磁性体部50を設けるようにしてもよい。
Resistance R 10 of the
第1実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス101も、第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場Hrf2によって第1強磁性層1の磁化M1を振動させるため、磁化M1の振動の振幅を大きくできる。磁化M1の振動の振幅が大きくなると、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の変化量(振幅)が大きくなり、出力ポートp3から大きな直流電圧VDCを出力できる。また第1変形例に係る磁気抵抗効果デバイス101は、磁気センサ、整流器または誘電体を被測定物とする誘電体センサとして利用することができる。
Also magneto-
(第2変形例)
図19は、第2変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス102の磁気抵抗効果素子10の近傍を示す斜視図である。図20は、第2変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス102の磁気抵抗効果素子10の近傍を示す平面図である。図19、図20では、第1強磁性層1に接続される第2信号線路30及び第2強磁性層2に接続される線路42を省略している。図19、図20に示す第2変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス102は、ヨーク60を有する点が、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と異なる。図19、図20に示す磁気抵抗効果デバイス102において、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と同一の構成については同一の符号を付す。また第2変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス102において、磁気抵抗効果デバイス100と共通の構成については説明を省く。
(Second modification)
FIG. 19 is a perspective view showing the vicinity of the
ヨーク60は、積層方向において、第1強磁性層1より第2強磁性層2の近くにある。図19、図20に示す磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1は、積層方向からの平面視において、第2強磁性層2よりも小さく、第2強磁性層2に内包されている。ヨーク60は、例えば、磁気抵抗効果素子10を基準に、積層方向において第1信号線路20とは反対側に位置している。ヨーク60は、軟磁性体を含む。ヨーク60は、例えば、Fe、Co、Ni、NiとFeの合金、FeとCoの合金、またはFeとCoとBの合金等である。
The
ヨーク60は、第1部分61と第2部分62とを有する。第1部分61と第2部分62とは、互いに離間し、ギャップGAを形成する。第1部分61と第2部分62とは、積層方向からの平面視で、ギャップ内に磁気抵抗効果素子10を挟む。磁束線は、第1部分61から第2部分62に流れ込む、又は、第2部分62から第1部分61に流れ込む。
The
磁気抵抗効果デバイス102に外部磁場Hexが印加されると、ヨーク60が磁束を誘導し、第1部分61と第2部分62との間のギャップGA内に集中させる。ヨーク60は、外部磁場HexによってギャップGA内に生じる磁場を第2強磁性層2に印加する。第2強磁性層2は第2の磁化自由層であり、第2強磁性層2の磁化M2は、第1部分61と第2部分62との間のギャップGA内に生じる磁場を受けてその方向が変化する。第1部分61と第2部分62との間のギャップGA内に生じる磁場の方向は、外部磁場Hexの方向に応じて変化する。磁気抵抗効果デバイス102は、外部磁場Hexの方向を検知する、第1パターンの磁気抵抗効果素子10を用いた磁気センサ(図5(a)および図5(b)参照)に特に適用できる。
When an external magnetic field Hex is applied to the
図19に示す例では、磁気抵抗効果素子10は、積層方向においてヨーク60のギャップGA内には位置していないが、磁気抵抗効果素子10の一部(例えば、第2強磁性層2の一部又は全部)が、積層方向においてヨーク60のギャップGA内に位置していてもよい。また図20の例では、ヨーク60の第1部分61と第2部分62とが磁気抵抗効果素子10を一方向に挟む例を示したが、図21に示すように、積層方向からの平面視でヨーク60が磁気抵抗効果素子10の周囲を囲んでいてもよい。
In the example shown in FIG. 19, the
また図22に示すように、ヨーク60は、積層方向において、第2強磁性層2より第1強磁性層1の近くにあってもよい。図22は、第2変形例にかかる別の例の磁気抵抗効果デバイスの磁気抵抗効果素子10の近傍を示す斜視図である。ヨーク60は、外部磁場HexによってギャップGA内に生じる磁場を第1強磁性層1に印加する。第1強磁性層1の磁化M1の回転軸は、第1部分61と第2部分62との間のギャップGA内に生じる磁場を受けて傾く。第1部分61と第2部分62との間のギャップGA内に生じる磁場の方向は、外部磁場Hexの方向に応じて変化する。図22に示す磁気抵抗効果デバイスは、外部磁場Hexの方向を検知する、第2パターンの磁気抵抗効果素子10を用いた磁気センサ(図6(a)および図6(b)参照)に特に適用できる。
Further, as shown in FIG. 22, the
図22に示す例では、磁気抵抗効果素子10は、積層方向においてヨーク60のギャップGA内には位置していないが、磁気抵抗効果素子10の一部(例えば、第1強磁性層1の一部又は全部)が、積層方向においてヨーク60のギャップGA内に位置していてもよい。また図22の例でも、積層方向からの平面視でヨーク60が磁気抵抗効果素子10の周囲を囲んでいてもよい。
In the example shown in FIG. 22, the
(第3変形例)
図23は、第3変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス103の回路構成を模式的に示す図である。図23に示す第3変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス103は、磁気抵抗効果素子10を複数有する点が、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と異なる。図23に示す磁気抵抗効果デバイス103において、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と同一の構成については同一の符号を付す。また第3変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス103において、磁気抵抗効果デバイス100と共通の構成については説明を省く。
(Third modification example)
FIG. 23 is a diagram schematically showing a circuit configuration of the
磁気抵抗効果素子10は、それぞれ第2信号線路30に接続され、磁気抵抗効果素子10同士は直列に接続されている。それぞれの磁気抵抗効果素子10は、第1信号線路20と絶縁体を介して離間している。第1信号線路20は、第1信号線路20を流れる第1高周波電流IR1が生み出す高周波磁場Hrfを、それぞれの磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に印加できる位置に配置されている。第1信号線路20を流れる第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場Hrfは、それぞれの第1強磁性層1に印加される。それぞれの磁気抵抗効果素子10の第2強磁性層2は、磁化固定層として機能する。複数の磁気抵抗効果素子10の第2強磁性層2の磁化の方向は同じ方向である。
Each of the
図24は、第3変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス103の磁気抵抗効果素子10の近傍を平面視した図である。図24では、磁気抵抗効果素子10と第1信号線路20のみを図示している。図24に示す第1信号線路20の一部は、積層方向からの平面視で円環状である。磁気抵抗効果素子10は、それぞれ積層方向からの平面視で第1信号線路20と重なる位置にある。図24に示すように、それぞれの磁気抵抗効果素子10は、円環状の第1信号線路20の中心を基準として回転角φだけずれた位置にある。回転角φは、例えば、60°である。図24において角度αは、基準の方向と外部磁場Hexの方向とのなす角である。図24では、一例として、3つの磁気抵抗効果素子10のうち一つの磁気抵抗効果素子10に対して高周波磁場Hrfが印加される方向を基準の方向としている。
FIG. 24 is a plan view of the vicinity of the
高周波磁場Hrfは、右ねじの法則に従い、第1信号線路20の周囲に生じる。それぞれの磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfの方向は、複数の磁気抵抗効果素子10の間で互いに異なる。図24に示すように、それぞれの磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfの方向は、隣接する磁気抵抗効果素子10との間で回転角φと同じ角度だけずれている。磁気抵抗効果デバイス103は、外部磁場Hexの方向を検知する、第1パターンの磁気抵抗効果素子10を用いた磁気センサ(図5(a)および図5(b)参照)と、第2パターンの磁気抵抗効果素子10を用いた磁気センサ(図6(a)および図6(b)参照)に特に適用できる。
The high frequency magnetic field Hrf is generated around the
それぞれの磁気抵抗効果素子10における、第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfの方向と第2強磁性層2の磁化の方向との相対角が、複数の磁気抵抗効果素子10の間で互いに異なるので、それぞれの磁気抵抗効果素子10における位相差Δθ2は、複数の磁気抵抗効果素子10の間で互いに異なる。図25(a)は、外部磁場Hexの方向の変化に対する、それぞれの磁気抵抗効果素子10におけるcos(Δθ2)の変化を示すグラフであり、図25(b)は、3つの磁気抵抗効果素子10のcos(Δθ2)の加算平均の変化を示すグラフである。図25(a)および図25(b)は、3つの磁気抵抗効果素子10を円環状の第1信号線路20の中心を基準として回転角60°ずつ異なる位置に配置した場合のグラフである。図25(a)のグラフの凡例の数字は、それぞれの磁気抵抗効果素子10の回転角φの値である。
In each magnetic
図25(a)のグラフに示すように、それぞれの磁気抵抗効果素子10におけるcos(Δθ2)の変化は、外部磁場Hexの方向の変化に対する線形性があまり良くない。それぞれの磁気抵抗効果素子10から出力される直流電圧は、それぞれの磁気抵抗効果素子10におけるcos(Δθ1)に比例する。第2高周波電流IR2と第1高周波電流IR1の位相差をΔθ3とすると、Δθ1=Δθ2+Δθ3となるので、それぞれの磁気抵抗効果素子10において、磁気抵抗効果素子10から出力される直流電圧はcos(Δθ2+Δθ3)に比例する。位相差Δθ3は一定であるので、それぞれの磁気抵抗効果素子10において、cos(Δθ2+Δθ3)の変化の外部磁場Hexの方向の変化に対する線形性は、cos(Δθ2)と同様になる。したがって、それぞれの磁気抵抗効果素子10から出力される直流電圧の変化の、外部磁場Hexの方向の変化に対する線形性があまり良くない。
As shown in the graph of FIG. 25 (a), the change in cos (Δθ 2 ) in each
これに対し、図25(b)のグラフに示すように、3つの磁気抵抗効果素子10のcos(Δθ2)を加算した値(3つの磁気抵抗効果素子10のcos(Δθ2+Δθ3)を加算した値)の変化の外部磁場Hexの方向の変化に対する線形性が良好となる。出力ポートp3から出力される直流電圧VDCは、3つの磁気抵抗効果素子10のcos(Δθ2+Δθ3)を加算した値に比例するので、直流電圧VDCの変化の外部磁場Hexの方向の変化に対する線形性が良好となる。
On the other hand, as shown in the graph of FIG. 25 (b), the value obtained by adding the cos (Δθ 2 ) of the three magnetoresistive elements 10 (cos (Δθ 2 + Δθ 3 ) of the three magnetoresistive elements 10) is obtained. The linearity of the change in the (added value) with respect to the change in the direction of the external magnetic field Hex becomes good. Since the DC voltage VDC output from the output port p3 is proportional to the sum of the cos (Δθ 2 + Δθ 3 ) of the three
図23〜25に示す例では、3つの磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層に印加される高周波磁場Hrfの方向が互いに異なる例で説明したが、少なくとも2つの磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層に印加される高周波磁場Hrfの方向が互いに異なるようにすることで、直流電圧VDCの変化の外部磁場Hexの方向の変化に対する線形性が良好となる一定の効果が得られる。少なくとも3つの磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層に印加される高周波磁場Hrfの方向が互いに異なるようにすることで、直流電圧VDCの変化の外部磁場Hexの方向の変化に対する線形性をより高めることができる。
In the examples shown in FIGS. 23 to 25, the directions of the high-frequency magnetic fields Hrf applied to the first ferromagnetic layer of the three magnetic
また、直流電圧VDCの変化の外部磁場Hexの方向の変化に対する線形性を改善するために、それぞれの磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層に印加される高周波磁場Hrfの大きさを、複数の磁気抵抗効果素子10の間で異ならせてもよい。例えば、それぞれの磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層と第1信号線路20との距離を、複数の磁気抵抗効果素子10の間で異ならせてもよい。
Further, the magnitude of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer of each
(第4変形例)
図26は、第4変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス104の回路構成を模式的に示す図である。図26に示す第4変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス104は、第2入力ポートp2、出力ポートp3、磁気抵抗効果素子10等を複数有する点が、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と異なる。図26に示す磁気抵抗効果デバイス104において、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と同一の構成については同一の符号を付す。また第4変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス104において、磁気抵抗効果デバイス100と共通の構成については説明を省く。
(Fourth modification)
FIG. 26 is a diagram schematically showing a circuit configuration of the
図27は、第4変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス104の磁気抵抗効果素子10の近傍を拡大した斜視図である。磁気抵抗効果素子10は2つあり、それぞれを第1磁気抵抗効果素子11、第2磁気抵抗効果素子12と称する。
FIG. 27 is an enlarged perspective view of the vicinity of the
第1磁気抵抗効果素子11と第2磁気抵抗効果素子12の構成は、一例として、図5(a)および図5(b)に示す第1パターンと同様である。具体的には、第1磁気抵抗効果素子11及び第2磁気抵抗効果素子12のそれぞれにおいて、第1強磁性層1と第2強磁性層2とは、いずれも磁化の向きが変化する磁化自由層であり、第1強磁性層1の磁化M1は高周波磁場Hrfにより振動(歳差運動)する。第1磁気抵抗効果素子11と第2磁気抵抗効果素子12の構成は、図6(a)および図6(b)に示す第2パターンと同様でもよい。
The configuration of the
第1磁気抵抗効果素子11及び第2磁気抵抗効果素子12のそれぞれには、外部磁場Hexが印加されている。外部磁場Hexは、第1磁気抵抗効果素子11又は第2磁気抵抗効果素子12の積層方向に対して傾いた方向から印加されている。第2強磁性層2の磁化の配向方向は、例えば、外部磁場Hexが印加される方向と一致している。
An external magnetic field Hex is applied to each of the
第1信号線路20は、第1磁気抵抗効果素子11及び第2磁気抵抗効果素子12のそれぞれと絶縁体を介して離間する。第1信号線路20は、第1磁気抵抗効果素子11と第1磁気抵抗効果素子11の積層方向からの平面視において重なる位置で、第1延在方向に延びる。第1信号線路20は、第2磁気抵抗効果素子12と第2磁気抵抗効果素子12の積層方向からの平面視において重なる位置で、第2延在方向に延びる。第1延在方向と第2延在方向とは異なり、これらのなす角は90°である。
The
第1磁気抵抗効果素子11と第2磁気抵抗効果素子12とはそれぞれ、異なる出力ポートp3に接続されている。以下、第1磁気抵抗効果素子11からの出力に起因する電圧が出力される出力ポートp3を第1出力ポートp31、第2磁気抵抗効果素子12からの出力に起因する電圧が出力される出力ポートp3を第2出力ポートp32と称する。
The
第1磁気抵抗効果素子11から出力される電圧V1は、上述のように、第1磁気抵抗効果素子11の抵抗R11と第1磁気抵抗効果素子11を流れる電流(第2高周波電流IR2)との積で表され、以下の関係を満たす。
IR2=A・sin(2πft)、
R11=B・sin(2πft+Δθ1)+R0
V1=IR2×R11=(A・B/2)・{cos(Δθ1)−cos(4πft+Δθ1)}+A・R0・sin(2πft)
第1出力ポートp31からは、電圧V1の直流成分である(A・B/2)・cos(Δθ1)が出力される。
As described above, the voltage V1 output from the first magnetoresistive sensor 11 is the current flowing through the resistor R 11 of the
I R2 = A · sin (2πft ),
R 11 = B · sin (2πft + Δθ 1 ) + R 0
V1 = I R2 × R 11 = (A · B / 2) · {cos (Δθ 1) -cos (4πft + Δθ 1)} + A ·
From the first output port p31, (A · B / 2) · cos (Δθ 1 ), which is a DC component of the voltage V1, is output.
これに対し、第2磁気抵抗効果素子12に印加される高周波磁場Hrfの振動方向は、第2磁気抵抗効果素子12に印加される高周波磁場Hrfの振動方向に対して90°傾いている。したがって、第2磁気抵抗効果素子12の抵抗R12の位相は、第1磁気抵抗効果素子11の抵抗R11の位相に対してπ/2(90°)遅れる。
On the other hand, the vibration direction of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the
その結果、第2磁気抵抗効果素子12から出力される電圧V2は、以下の関係を満たす。
IR2=A・sin(2πft)、
R12=B・sin(2πft+Δθ1−π/2)+R0=−B・cos(2πft+Δθ1)+R0
V2=IR2×R12=(A・B/2)・{sin(Δθ1)−sin(4πft+Δθ1)}+A・R0・sin(2πft)
第2出力ポートp32からは、電圧V2の直流成分である(A・B/2)・sin(Δθ1)が出力される。
As a result, the voltage V2 output from the
I R2 = A · sin (2πft ),
R 12 = B · sin (2πft + Δθ 1 −π / 2) + R 0 = −B · cos (2πft + Δθ 1 ) + R 0
V2 = I R2 × R 12 = (A · B / 2) · {sin (Δθ 1) -sin (4πft + Δθ 1)} + A ·
From the second output port p32, (A · B / 2) · sin (Δθ 1 ), which is a DC component of the voltage V2, is output.
第1出力ポートp31から出力される電圧V1の直流成分と、第2出力ポートp32から出力される電圧V2の直流成分と、を利用すれば、(A・B/2)及びΔθ1の具体値を求めることができる。なお、電圧V1の高周波成分である「−(A・B/2)・cos(4πft+Δθ1)」と、電圧V2の高周波成分である「−(A・B/2)・sin(4πft+Δθ1)」と、を利用して、(A・B/2)及びΔθ1の具体値を求めることもできる。 If the DC component of the voltage V1 output from the first output port p31 and the DC component of the voltage V2 output from the second output port p32 are used, the specific values of (AB / 2) and Δθ 1 are used. Can be sought. It should be noted that the high frequency component of the voltage V1 "-(A · B / 2) · cos (4πft + Δθ 1 )" and the high frequency component of the voltage V2 "-(A · B / 2) · sin (4πft + Δθ 1 )". If, by using, it is also possible to determine the specific value of (a · B / 2) and [Delta] [theta] 1.
(A・B/2)の値からは、例えば、外部磁場Hexの大きさを検出できる。外部磁場Hexの大きさが変わると、(A・B/2)の値が変化するためである。具体的には、外部磁場Hexの大きさが変わると、第1強磁性層1の磁化M1の回転軸の積層方向に対する傾き角が変化する。その結果、第1磁気抵抗効果素子11の抵抗値R11の振幅A及び第2磁気抵抗効果素子12の抵抗値R12の振幅Bが変化し、(A・B/2)の値が変化する。
From the values of (A and B / 2), for example, the magnitude of the external magnetic field Hex can be detected. This is because the value of (A / B / 2) changes when the magnitude of the external magnetic field Hex changes. Specifically, when the magnitude of the external magnetic field Hex changes, the inclination angle of the magnetization M1 of the first
またΔθ1からは、例えば、外部磁場Hexの角度を検出できる。外部磁場Hexの角度が変わると、図5(a)および図5(b)に示す第1パターンと同様に、第1強磁性層1の磁化M1の回転軸に対する第2強磁性層2の磁化M2の向きが変化し、位相差Δθ1が変化するためである。第1磁気抵抗効果素子11と第2磁気抵抗効果素子12の構成が図6(a)および図6(b)に示す第2パターンと同様の場合には、第2パターンと同様に、磁化M1の回転軸の傾き方向が外部磁場Hexの方向の変化によって変化し、位相差Δθ1が変化する。なお、第4変形例の場合、Δθ1の値そのものを求めることができ、面内方向の360度の全域にわたって外部磁場の方向を検出できる。
Further, from Δθ 1 , for example, the angle of the external magnetic field Hex can be detected. When the angle of the external magnetic field Hex changes, the second
図26では、第2入力ポートp2が2つあり、第1磁気抵抗効果素子11と第2磁気抵抗効果素子12のそれぞれに第2入力ポートp2が一つずつ接続されている例を示したが、図28に示す磁気抵抗効果デバイス104Aのように、第2入力ポートp2は一つでもよい。図28における第2入力ポートp2は、第1磁気抵抗効果素子11と第2磁気抵抗効果素子12のそれぞれに接続されている。第1磁気抵抗効果素子11と第2磁気抵抗効果素子12との間には、方向性結合器93がある。また図29に示す磁気抵抗効果デバイス104Bのように、第1信号線路20を複数設けてもよい。図29において、第1磁気抵抗効果素子11に高周波磁場Hrfを印加する第1信号線路20と、第2磁気抵抗効果素子12に高周波磁場Hrfを印加する第1信号線路20と、は異なる。
FIG. 26 shows an example in which there are two second input ports p2, and one second input port p2 is connected to each of the
ここまで第1実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスのいくつかの変形例について説明をした。第1実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの変形例は、これらに限られるものではなく、それぞれの変形例を組み合わせてもよい。例えば、第1変形例の磁性体部50を第2変形例または第3変形例に設けて、磁性体部50の磁化の振動によって生じた高周波磁場Hrf2が第1強磁性層1に印加されるようにしてもよい。また、第2変形例のヨーク60を第3変形例のそれぞれの磁気抵抗効果素子10に設けて、ギャップGA内に発生する磁場をそれぞれの磁気抵抗効果素子10の第2強磁性層2に印加するようにしてもよい。
Up to this point, some modifications of the magnetoresistive device according to the first embodiment have been described. The modification of the magnetoresistive device according to the first embodiment is not limited to these, and each modification may be combined. For example, the
また図30に示すように、高周波磁場Hrfは、第1強磁性層1の積層方向に印加されてもよい。図30は、第5変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの磁気抵抗効果素子10の近傍を示す斜視図である。
Further, as shown in FIG. 30, the high frequency magnetic field Hrf may be applied in the stacking direction of the first
第1信号線路20は、延在部分21を有する。延在部分21は、磁気抵抗効果素子10の積層方向からの平面視において、積層方向と交差する方向に延びる。延在部分21は、積層方向からの平面視において磁気抵抗効果素子10と重ならない位置にある。また延在部分21は、積層方向と垂直な方向からの平面視において、その一部が磁気抵抗効果素子10と重なる。延在部分21の延在方向を延ばした先には、磁気抵抗効果素子10が配置されていない。すなわち、延在部分21は、その延在方向から見て、磁気抵抗効果素子10と重ならないように、配置されている。第1信号線路20は、例えば、磁気抵抗効果素子10の積層方向からの平面視において第1強磁性層1の周囲を囲む。
The
延在部分21に高周波電流が流れると、高周波磁場Hrfが生じる。高周波磁場Hrfは、第1強磁性層1に印加される。高周波磁場Hrfは、第1強磁性層1が広がる面内と交差する方向から第1強磁性層1に印加される。高周波磁場Hrfは、例えば、第1強磁性層1に対して積層方向に印加される。この場合、第2強磁性層2の磁化M2は、第2強磁性層2の広がる面内方向の成分を有する。第2強磁性層2の磁化M2は、例えば、面内方向の一方向に配向する。当該構成でも磁気抵抗効果デバイスは動作する。
When a high-frequency current flows through the extending
「第2実施形態」
図31は、第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を示す図である。磁気抵抗効果デバイス110は、磁気抵抗効果素子10と第1入力ポートp11と第1信号線路70と出力ポートp12とを備える。図31に示す磁気抵抗効果デバイス110は、その他に、線路80,82と基準電位端子pr3とインダクタ91とコンデンサ92とを有する。図31に示す磁気抵抗効果デバイス110において、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と同一の構成については同一の符号を付す。また第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス110において、磁気抵抗効果デバイス100と共通の構成については説明を省く。
"Second embodiment"
FIG. 31 is a diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive device according to the second embodiment. The
第1入力ポートp11は、磁気抵抗効果デバイス110の入力端子である。第1入力ポートp11には、例えば、交流信号源、アンテナ等が接続される。第1入力ポートp11は、第1信号線路70に接続されている。第1入力ポートp11は、例えば、第1信号線路70の端部と接続されている。第1入力ポートp11には第1高周波信号が入力され、第1入力ポートp11から第1信号線路70に第1高周波信号が入力される。第1高周波信号は、第1信号線路70に、第1高周波電流IR1を生み出す。
The first input port p11 is an input terminal of the
第1信号線路70は、第1高周波電流IR1が流れる信号線路である。図31に示す第1信号線路70は、第1入力ポートp11と磁気抵抗効果素子10との間を繋ぐ線路である。図31に示す第1信号線路70は、第1入力ポートp11と磁気抵抗効果素子10とを電気的に接続する。
The
第1信号線路70は、第1信号線路70を流れる第1高周波電流IR1が生み出す高周波磁場Hrfを第1強磁性層1に印加できる位置に配置されている。第1信号線路70を流れる第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場Hrfは、第1強磁性層1に印加される。第1強磁性層1の磁化は、第1強磁性層1に印加された高周波磁場Hrfによって振動する。第1強磁性層1の磁化は、第1強磁性層1に印加された高周波磁場Hrfの周波数が、第1強磁性層1の強磁性共鳴周波数の近傍の場合に大きく振動する。第1信号線路20のうち第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfが主として発生する部分は、例えば、第2強磁性層2より第1強磁性層1の近くにある。
The
また第1信号線路70は、磁気抵抗効果素子10に接続されている。第1信号線路70を流れる第1高周波電流IR1は、磁気抵抗効果素子10を流れる。第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfによる第1強磁性層1の磁化の振動の振幅は、磁気抵抗効果素子10を流れる第1高周波電流IR1により発生するスピントランスファートルクによる第1強磁性層1の磁化の振動の振幅よりも大きい。
The
出力ポートp12は、磁気抵抗効果デバイス110の出力端子である。出力ポートp12には、例えば、電圧をモニターする例えば電圧計、または電流をモニターする電流計が接続される。図31に示す出力ポートp12は、第1信号線路70から分岐する線路80に接続されている。出力ポートp12からは、磁気抵抗効果素子10からの出力に起因する信号成分(直流電圧または直流電流)を含む信号が出力される。
The output port p12 is an output terminal of the
線路80は、第1信号線路70から分岐した線路である。線路80は、第1信号線路70と出力ポートp12との間を繋ぐ。線路82は、磁気抵抗効果素子10と基準電位端子pr3との間を繋ぐ。
The
また、図31におけるインダクタ91は、線路80上にある。インダクタ91は、第1高周波電流IR1及び磁気抵抗効果素子10からの出力の高周波成分が出力ポートp12に至ることを抑制する。図31におけるコンデンサ92は、第1信号線路70にある。図31におけるコンデンサ92は、第1信号線路70の線路80との分岐点より第1入力ポートp11側にある。
Further, the
次いで、磁気抵抗効果デバイス110の動作を説明する。以下、第2実施形態において、出力ポートp3から出力される直流信号成分として直流電圧の例で説明する。第1入力ポートp11に第1高周波信号を入力すると、第1信号線路70に第1高周波電流IR1が流れる。第1高周波電流IR1は、高周波磁場Hrfを生じる。高周波磁場Hrfは、磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に印加される。
Next, the operation of the
第1強磁性層1の磁化は、第1高周波電流IR1に起因した高周波磁場Hrfを受けて振動する。磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は、第1強磁性層1の磁化が振動することにより変化する(振動する)。
The magnetization of the first
また、第1高周波電流IR1は、磁気抵抗効果素子10を流れる。出力ポートp12からは、直流電圧VDCが出力される。直流電圧VDCは、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10と磁気抵抗効果素子10を流れる電流(第1高周波電流IR1)との積である電圧V(磁気抵抗効果素子10からの出力電圧)の直流成分である。
Further, the first high frequency current IR1 flows through the
第2実施形態の磁気抵抗効果デバイス110は、第1実施形態の磁気抵抗効果デバイス100と同様に、磁気センサまたは整流器として利用できる。また第2実施形態の磁気抵抗効果デバイス110を磁気センサとして用いる場合も、第1実施形態と同様に、外部磁場の大きさの変化、外部磁場の大きさまたは外部磁場の方向を検出できる。
The
第2実施形態の磁気抵抗効果デバイス110の磁気センサ及び整流器としての動作は、第1実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス100とほとんど同様である。ただし、第1信号線路70が磁気抵抗効果素子10に接続され、第1信号線路70を流れる第1高周波電流IR1が磁気抵抗効果素子10を流れるため、第1実施形態における磁気抵抗効果素子10の中を流れる第2高周波電流IR2は、第2実施形態では磁気抵抗効果素子10を流れる第1高周波電流IR1に置き換えられる。第1実施形態における位相差Δθ1は、第1高周波電流IR1の位相と磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相との位相差Δθ2に置き換えられ、直流電圧VDCは、(A・B/2)・cos(Δθ2)で表される。
The operation of the
第2実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス110では、第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場Hrfによって第1強磁性層1の磁化が振動するため、磁化の振動の振幅を大きくできる。磁化の振動の振幅が大きくなると、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の変化量(振幅)が大きくなり、出力ポートp12から大きな直流電圧VDCを出力できる。また第2実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス110は、磁気センサまたは整流器として利用することができる。
In the
以上、第2実施形態について図面を参照して詳述したが、第2実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。例えば、第2実施形態では、磁気抵抗効果素子10は1つの例であるが、複数の磁気抵抗効果素子10を第1信号線路20に接続して複数の磁気抵抗効果素子10に第1高周波電流IR1が流れるようにし、複数の磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に、第1信号線路20を流れる第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場Hrfを印加するようにしてもよい。
The second embodiment has been described in detail with reference to the drawings. However, each configuration and a combination thereof in the second embodiment are examples, and the configurations are added or omitted within a range that does not deviate from the gist of the present invention. , Replacements, and other changes are possible. For example, in the second embodiment, the magnetic
例えば、第2実施形態においても、第1実施形態と同様の変形及び変形例を適用でき、それぞれの変形及び変形例を組み合わせることができる。例えば、図32に示す磁気抵抗効果デバイス111のように、磁性体部50を設けて、磁性体部50の磁化の振動によって生じる高周波磁場が第1強磁性層1に印加されるようにしてもよい。また例えば、図33に示す磁気抵抗効果デバイス112のように、磁気抵抗効果素子10を複数設けて、第1実施形態の第3変形例と同様に、それぞれの磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfの方向が、複数の磁気抵抗効果素子10の間で互いに異なるようにしてもよい。図33に示す磁気抵抗効果デバイス112において、磁気抵抗効果素子10は、それぞれ第1信号線路70に接続され、磁気抵抗効果素子10同士は直列に接続されている。
For example, in the second embodiment, the same modifications and modifications as in the first embodiment can be applied, and the respective modifications and modifications can be combined. For example, as in the
また例えば、図34に示す磁気抵抗効果デバイス113のように、磁気抵抗効果素子を複数設けて(第1磁気抵抗効果素子11と第2磁気抵抗効果素子12を設けて)、第1実施形態の第4変形例と同様に、第1延在方向と第2延在方向とのなす角が90°でもよい。
Further, for example, as in the magnetic
「第3実施形態」
図35は、第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を示す図である。磁気抵抗効果デバイス120は、磁気抵抗効果素子10と第1入力ポートp1と第1信号線路20と第2信号線路31と線路43と方向性結合器93と出力ポートp3とを備える。図35に示す磁気抵抗効果デバイス120は、第1信号線路20及び第2信号線路31が線路43及び方向性結合器93を介して第1入力ポートp1に接続され、第2入力ポートp2を有さない点が、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と異なる。図35に示す磁気抵抗効果デバイス120において、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と同一の構成については同一の符号を付す。また第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス120において、磁気抵抗効果デバイス100と共通の構成については説明を省く。
"Third embodiment"
FIG. 35 is a diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive device according to the third embodiment. The
第2信号線路31は、第1入力ポートp1と磁気抵抗効果素子10に接続される。図35に示す例では、第1入力ポートp1は線路43及び方向性結合器93を介して第1信号線路20及び第2信号線路31に接続され、第1入力ポートp1には、第1信号線路20に第1高周波電流IR1を生み出すとともに第2信号線路31に第2高周波電流IR2を生み出す第1高周波信号が入力される。第2信号線路31を流れる第2高周波電流IR2は、磁気抵抗効果素子10を流れる。
The
次いで、磁気抵抗効果デバイス110の動作を説明する。以下、第2実施形態において、出力ポートp3から出力される直流信号成分として直流電圧の例で説明する。
Next, the operation of the
第1入力ポートp1に第1高周波信号を入力すると、線路43に高周波電流IRが流れる。高周波電流IRは、方向性結合器93で第1信号線路20と第2信号線路30とに分岐し、第1信号線路20には第1高周波電流IR1、第2信号線路31には第2高周波電流IR2が流れる。第1高周波電流IR1は、高周波磁場Hrfを生じる。高周波磁場Hrfは、磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に印加される。
When inputting the first high-frequency signal to the first input port p1, the high-frequency current I R flows through the
第1強磁性層1の磁化は、第1高周波電流IR1に起因した高周波磁場Hrfを受けて振動する。磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は、第1強磁性層1の磁化が振動することにより変化する(振動する)。第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfによる第1強磁性層1の磁化の振動の振幅は、磁気抵抗効果素子10を流れる第2高周波電流IR2により発生するスピントランスファートルクによる第1強磁性層1の磁化の振動の振幅よりも大きい。
The magnetization of the first
第2高周波電流IR2は、磁気抵抗効果素子10を流れる。出力ポートp3からは、直流電圧VDCが出力される。直流電圧VDCは、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10と磁気抵抗効果素子10を流れる電流(第2高周波電流IR2)との積である電圧V(磁気抵抗効果素子10からの出力電圧)の直流成分である。
The second high-frequency current IR2 flows through the
第3実施形態の磁気抵抗効果デバイス120は、第1実施形態の磁気抵抗効果デバイス100と同様に、磁気センサや整流器として利用できる。また第3実施形態の磁気抵抗効果デバイス120を磁気センサとして用いる場合も、第1実施形態と同様に、外部磁場の大きさの変化、外部磁場の大きさまたは外部磁場の方向を検出できる。
The
第3実施形態の磁気抵抗効果デバイス110の磁気センサ及び整流器としての動作は、第1実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス100とほとんど同様である。
The operation of the
第3実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス120では、第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場Hrfによって第1強磁性層1の磁化が振動するため、磁化の振動の振幅を大きくできる。磁化の振動の振幅が大きくなると、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の変化量(振幅)が大きくなり、出力ポートp3から大きな直流電圧VDCを出力できる。また第3実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス120は、磁気センサ、整流器として利用することができる。
In the
また第3実施形態の磁気抵抗効果デバイス120は、第1実施形態の磁気抵抗効果デバイス100と同様に、誘電体センサとして利用できる。図36は、磁気抵抗効果デバイス120を誘電体センサとして用いる場合の模式図である。磁気抵抗効果デバイス120を用いた誘電体センサは、設置領域A1又は設置領域A2を備える。磁気抵抗効果デバイス120において、設置領域A1と設置領域A2のいずれか一方に、誘電体の被測定物を設置して、測定を行う。センサの動作原理は、第1実施形態の誘電体センサと同様である。
Further, the
また図37及び図38は、磁気抵抗効果デバイス120を誘電体センサとして用いる場合の別の例の模式図である。図37に示す磁気抵抗効果デバイス120Aは、第1信号線路20Aが送信アンテナatTと受信アンテナatRとを有し、設置領域A1は送信アンテナatTと受信アンテナatRとの間に挟まれた領域である。図38に示す磁気抵抗効果デバイス120Bは、第2信号線路31Bが送信アンテナatTと受信アンテナatRとを有し、設置領域A2は送信アンテナatTと受信アンテナatRとの間に挟まれた領域である。磁気抵抗効果デバイス120Aにおいて、設置領域A1に誘電体の被測定物を設置して、測定を行う。磁気抵抗効果デバイス120Bにおいて、設置領域A2に誘電体の被測定物を設置して、測定を行う。センサの動作原理は、第1実施形態の誘電体センサと同様である。
Further, FIGS. 37 and 38 are schematic views of another example in which the
以上、第3実施形態について図面を参照して詳述したが、第3実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。例えば、第3実施形態では、磁気抵抗効果素子10は1つの例であるが、複数の磁気抵抗効果素子10を第2信号線路31に接続して複数の磁気抵抗効果素子10に第2高周波電流IR2が流れるようにし、複数の磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に、第1信号線路20を流れる第1高周波電流IR1に起因する高周波磁場Hrfを印加するようにしてもよい。
The third embodiment has been described in detail with reference to the drawings. However, each configuration and a combination thereof in the third embodiment are examples, and the configurations are added or omitted within a range that does not deviate from the gist of the present invention. , Replacements, and other changes are possible. For example, in the third embodiment, the magnetic
例えば、第3実施形態においても、第1実施形態と同様の変形及び変形例を適用でき、それぞれの変形及び変形例を組み合わせることができる。例えば、図39に示す磁気抵抗効果デバイス121のように、磁性体部50を設けて、磁性体部50の磁化の振動によって生じる高周波磁場が第1強磁性層1に印加されるようにしてもよい。また例えば、図40に示す磁気抵抗効果デバイス122のように、磁気抵抗効果素子10を複数設けて、第1実施形態の第3変形例と同様に、それぞれの磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層1に印加される高周波磁場Hrfの方向が、複数の磁気抵抗効果素子10の間で互いに異なるようにしてもよい。図40に示す磁気抵抗効果デバイス122において、磁気抵抗効果素子10は、それぞれ第2信号線路31に接続され、磁気抵抗効果素子10同士は直列に接続されている。
For example, in the third embodiment, the same modifications and modifications as in the first embodiment can be applied, and the respective modifications and modifications can be combined. For example, as in the
また例えば、図41に示す磁気抵抗効果デバイス123のように、磁気抵抗効果素子を複数設けて(第1磁気抵抗効果素子11と第2磁気抵抗効果素子12を設けて)、第1実施形態の第4変形例と同様に、第1延在方向と第2延在方向とのなす角が90°でもよい。
Further, for example, as in the magnetic
また、第1〜第3実施形態において、磁気抵抗効果素子10に静磁場を印加する磁場印加部を、磁気抵抗効果素子10の近傍に設けてもよい。磁場印加部は、例えば、電圧又は電流のいずれかにより印加磁場強度を可変制御できる電磁石型又はストリップライン型の磁場印加機構で構成される。また、磁場印加部は、印加磁場強度を可変制御できる電磁石型又はストリップライン型の磁場印加機構と、一定磁場のみを供給する永久磁石と、の組み合わせにより構成されてもよい。
Further, in the first to third embodiments, a magnetic field application unit that applies a static magnetic field to the
第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態の磁気センサは、例えば、地磁気センサ、ハードディスクドライブ等の磁気記録再生装置の磁気ヘッドの読み取り用素子、物体の角度位置を検出する角度センサ等に用いることができる。 The magnetic sensors of the first embodiment, the second embodiment and the third embodiment include, for example, a geomagnetic sensor, a reading element of a magnetic head of a magnetic recording / reproducing device such as a hard disk drive, an angle sensor for detecting an angular position of an object, and the like. Can be used for.
1 第1強磁性層
2 第2強磁性層
3 スペーサ層
10 磁気抵抗効果素子
11 第1磁気抵抗効果素子
12 第2磁気抵抗効果素子
20,20A,70 第1信号線路
21 延在部分
30,30B,31,31B 第2信号線路
40,42,43,80,82 線路
50 磁性体部
60 ヨーク
61 第1部分
62 第2部分
91 インダクタ
92 コンデンサ
93 方向性結合器
100,100A,100B,101,102,103,104,104A,104B,110,111,112,113,120,120A,120B,121,122,123 磁気抵抗効果デバイス
A1,A2 設置領域
G グラウンド
Hrf,Hrf1,Hrf2 高周波磁場
IR1 第1高周波電流
IR2 第2高周波電流
M1,M2 磁化
p1,p11 第1入力ポート
p2 第2入力ポート
p3,p12 出力ポート
第1出力ポート p31
第2出力ポート p32
pr1,pr2,pr3 基準電位端子
1 1st
2nd output port p32
pr1, pr2, pr3 reference potential terminal
Claims (12)
前記磁気抵抗効果素子は、第1強磁性層と、第2強磁性層と、前記第1強磁性層と前記第2強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を備え、
前記第1信号線路は、前記磁気抵抗効果素子と絶縁体を介して離間し、前記第1信号線路を流れる第1高周波電流に起因する高周波磁場は前記第1強磁性層に印加され、
前記磁気抵抗効果素子には高周波電流が流れ、
前記出力ポートからは、前記磁気抵抗効果素子からの出力に起因する直流信号成分を含む信号が出力される、磁気抵抗効果デバイス。 It is equipped with a magnetoresistive element, a first signal line, and an output port.
The magnetoresistive sensor includes a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
The first signal line is separated from the magnetoresistive element via an insulator, and a high-frequency magnetic field caused by a first high-frequency current flowing through the first signal line is applied to the first ferromagnetic layer.
A high-frequency current flows through the magnetoresistive element,
A magnetoresistive device in which a signal including a DC signal component resulting from an output from the magnetoresistive element is output from the output port.
前記第1入力ポートは前記第1信号線路に接続され、前記第1入力ポートには、前記第1信号線路に前記第1高周波電流を生み出す第1高周波信号が入力され、
前記第1信号線路は、前記第2信号線路と絶縁体を介して離間し、
前記第2入力ポートは前記第2信号線路に接続され、前記第2入力ポートには、前記第2信号線路に第2高周波電流を生み出す第2高周波信号が入力され、
前記第2信号線路は前記磁気抵抗効果素子に接続され、前記第2信号線路を流れる前記第2高周波電流は前記高周波電流として前記磁気抵抗効果素子を流れる、請求項1に記載の磁気抵抗効果デバイス。 Further provided with a first input port, a second input port, and a second signal line,
The first input port is connected to the first signal line, and a first high frequency signal that produces the first high frequency current is input to the first input port.
The first signal line is separated from the second signal line via an insulator.
The second input port is connected to the second signal line, and a second high frequency signal that produces a second high frequency current is input to the second input port.
The magnetoresistive device according to claim 1, wherein the second signal line is connected to the magnetoresistive element, and the second high-frequency current flowing through the second signal line flows through the magnetoresistive element as the high-frequency current. ..
前記第1入力ポートは前記第1信号線路に接続され、前記第1入力ポートには、前記第1信号線路に前記第1高周波電流を生み出す第1高周波信号が入力され、
前記第1信号線路は前記磁気抵抗効果素子に接続され、
前記第1信号線路を流れる前記第1高周波電流は前記高周波電流として前記磁気抵抗効果素子を流れる、請求項1に記載の磁気抵抗効果デバイス。 Equipped with a first input port
The first input port is connected to the first signal line, and a first high frequency signal that produces the first high frequency current is input to the first input port.
The first signal line is connected to the magnetoresistive element, and the first signal line is connected to the magnetoresistive element.
The magnetoresistive device according to claim 1, wherein the first high-frequency current flowing through the first signal line flows through the magnetoresistive element as the high-frequency current.
前記第1入力ポートは前記第1信号線路及び前記第2信号線路に接続され、前記第1入力ポートには、前記第1信号線路に前記第1高周波電流を生み出すとともに前記第2信号線路に第2高周波電流を生み出す第1高周波信号が入力され、
前記第2信号線路は、前記磁気抵抗効果素子に接続され、前記第2信号線路を流れる前記第2高周波電流は前記高周波電流として前記磁気抵抗効果素子を流れる、請求項1に記載の磁気抵抗効果デバイス。 Further equipped with a first input port and a second signal line,
The first input port is connected to the first signal line and the second signal line, and the first input port generates the first high frequency current in the first signal line and the second signal line. 2 The first high frequency signal that produces high frequency current is input,
The magnetoresistive effect according to claim 1, wherein the second signal line is connected to the magnetoresistive element, and the second high-frequency current flowing through the second signal line flows through the magnetoresistive element as the high-frequency current. device.
前記ヨークは、前記第1強磁性層より前記第2強磁性層の近くにあり、
前記ヨークは、外部磁場によって前記ギャップ内に生じる磁場を前記第2強磁性層に印加する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。 A yoke for sandwiching the magnetoresistive element in the gap is further provided in a plan view from the stacking direction of the magnetoresistive element.
The yoke is closer to the second ferromagnetic layer than the first ferromagnetic layer.
The magnetoresistive device according to any one of claims 1 to 4, wherein the yoke applies a magnetic field generated in the gap by an external magnetic field to the second ferromagnetic layer.
前記ヨークは、前記第2強磁性層より前記第1強磁性層の近くにあり、
前記ヨークは、外部磁場によって前記ギャップ内に生じる磁場を前記第1強磁性層に印加する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。 A yoke for sandwiching the magnetoresistive element in the gap is further provided in a plan view from the stacking direction of the magnetoresistive element.
The yoke is closer to the first ferromagnetic layer than the second ferromagnetic layer.
The magnetoresistive device according to any one of claims 1 to 4, wherein the yoke applies a magnetic field generated in the gap by an external magnetic field to the first ferromagnetic layer.
少なくとも2つの磁気抵抗効果素子において、第1強磁性層に印加される前記高周波磁場の方向は互いに異なる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。 Further having one or more magnetoresistive elements connected to the magnetoresistive element,
The magnetoresistive device according to any one of claims 1 to 7, wherein in at least two magnetoresistive elements, the directions of the high-frequency magnetic fields applied to the first ferromagnetic layer are different from each other.
前記延在部分は、前記積層方向からの平面視において前記磁気抵抗効果素子と重ならず、かつ、前記積層方向と垂直な方向からの平面視においてその一部が前記磁気抵抗効果素子と重なり、
前記延在部分を流れる高周波電流に起因する前記高周波磁場は、前記第1強磁性層に印加される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。 The first signal line has an extending portion extending in a direction intersecting the stacking direction in a plan view from the stacking direction of the magnetoresistive element.
The extending portion does not overlap with the magnetoresistive element in a plan view from the stacking direction, and a part thereof overlaps with the magnetoresistive element in a plan view from a direction perpendicular to the stacking direction.
The magnetoresistive device according to any one of claims 1 to 8, wherein the high-frequency magnetic field caused by the high-frequency current flowing through the extending portion is applied to the first ferromagnetic layer.
前記第1信号線路を1つ又は複数備え、
前記磁気抵抗効果素子のうちの第1磁気抵抗効果素子と前記第1磁気抵抗効果素子の積層方向からの平面視において重なる位置で前記第1信号線路が延びる第1延在方向と、前記磁気抵抗効果素子のうちの第2磁気抵抗効果素子と前記第2磁気抵抗効果素子の積層方向からの平面視において重なる位置で前記第1信号線路が延びる第2延在方向と、のなす角が90°である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。 A plurality of the magnetoresistive elements are provided.
With one or more of the first signal lines,
The first extending direction in which the first signal line extends at a position where the first magnetic resistance effect element of the magnetic resistance effect elements and the first magnetic resistance effect element overlap in a plan view from the stacking direction, and the magnetic resistance. The angle formed by the second magnetoresistive element of the effect elements and the second extending direction in which the first signal line extends at a position where they overlap in a plan view from the stacking direction of the second magnetoresistive element is 90 °. The magnetoresistive sensor according to any one of claims 1 to 7.
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