JP2021152521A - Magnetoresistance effect device and sensor - Google Patents

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直通 出川
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哲也 柴田
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Abstract

To provide a magnetoresistance effect device and a sensor with excellent output characteristics of DC signals.SOLUTION: The magnetoresistance effect device comprises a magnetoresistance effect element, a first signal line, and an output port, wherein the magnetoresistance effect element includes a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, wherein the first signal line is separated from the magnetoresistance effect element via an insulator, and a high-frequency magnetic field caused by a first high-frequency current flowing in the first signal line is applied to the first ferromagnetic layer, wherein the high-frequency current flows in the magnetoresistance effect element, and wherein a signal including a DC signal component caused by an output from the magnetoresistance effect element is output from the output port.SELECTED DRAWING: Figure 1

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, Patent Document 1 describes a spin torque diode element utilizing the spin torque diode effect. Patent Document 1 describes that a spin torque diode element is used as a rectifier. The spin torque diode effect is a rectification effect that utilizes a change in the resistance of a magnetoresistive element.

国際公開第2013/108357号International Publication No. 2013/108357

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 Patent Document 1, the direction of magnetization of the magnetic layer of the TMR element is changed by the spin transfer torque generated by the alternating current flowing through the TMR element, and the changing resistance of the TMR element is multiplied by the alternating current. By matching, the DC voltage is output. However, the vibration of magnetization using spin transfer torque may have a small amplitude, and it may be difficult to output a large DC voltage.

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.

第1実施形態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。It is a figure which shows typically the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの磁気センサとしての動作の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the operation as the magnetic sensor of the magnetoresistive effect device which concerns on 1st Embodiment. 磁気センサにおける磁気抵抗効果素子の第1強磁性層及び第2強磁性層の磁化の状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the state of magnetization of the 1st ferromagnetic layer and the 2nd ferromagnetic layer of the magnetoresistive element in a magnetic sensor. 磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場の大きさと、第1高周波電流の位相と磁気抵抗効果素子の抵抗の位相との間の位相差Δθ(第2高周波電流の位相と磁気抵抗効果素子の抵抗の位相との間の位相差Δθ)と、の関係を示した図である。Phase difference between the magnitude of the external magnetic field applied to the magnetoresistive element and the phase of the first high-frequency current and the resistance phase of the magnetoresistive element Δθ 2 (Phase of the second high-frequency current and the magnetoresistive element) It is a figure which showed the relationship with the phase difference Δθ 1 ) with the phase of a resistor. 外部磁場の方向を検出する磁気センサにおける磁気抵抗効果素子の第1強磁性層及び第2強磁性層の磁化の状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the state of magnetization of the 1st ferromagnetic layer and the 2nd ferromagnetic layer of the magnetoresistive sensor in the magnetic sensor which detects the direction of an external magnetic field. 外部磁場の方向を検出する磁気センサにおける磁気抵抗効果素子の第1強磁性層及び第2強磁性層の磁化の状態の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the state of the magnetization of the 1st ferromagnetic layer and the 2nd ferromagnetic layer of the magnetoresistive sensor in the magnetic sensor which detects the direction of an external magnetic field. 第1パターンの磁気抵抗効果素子の抵抗の時間変化を示した図である。It is a figure which showed the time change of the resistance of the magnetoresistive element of the 1st pattern. 第2パターンの磁気抵抗効果素子の抵抗の時間変化を示した図である。It is a figure which showed the time change of the resistance of the magnetoresistive effect element of the 2nd pattern. 図5(a)および図5(b)に示す磁気抵抗効果素子の変形例の平面図である。5 is a plan view of a modified example of the magnetoresistive element shown in FIGS. 5A and 5B. 図5(a)および図5(b)に示す磁気抵抗効果素子の別の変形例の断面図である。It is sectional drawing of another modification of the magnetoresistive element shown in FIG. 5A and FIG. 5B. 外部磁場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の第1強磁性層及び第2強磁性層の磁化の状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the state of magnetization of the 1st ferromagnetic layer and the 2nd ferromagnetic layer of the magnetoresistive effect element in the magnetic sensor which detects the component of the stacking direction of an external magnetic field. 第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス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。It is a figure which shows typically an example of the circuit structure in the case where the magnetoresistive effect device which concerns on 1st Embodiment is used as a rectifier. 整流器における磁気抵抗効果素子の第1強磁性層及び第2強磁性層の磁化の状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the state of magnetization of the 1st ferromagnetic layer and the 2nd ferromagnetic layer of the magnetoresistive element in a rectifier. 整流器にける磁気抵抗効果素子の第1強磁性層及び第2強磁性層の磁化の状態の別の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the state of magnetization of the 1st ferromagnetic layer and the 2nd ferromagnetic layer of the magnetoresistive element in a rectifier. 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1の例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the first example in the case of using a magnetoresistive device as a dielectric sensor. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the 2nd example in the case of using a magnetoresistive device as a dielectric sensor. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the 3rd example in the case of using a magnetoresistive device as a dielectric sensor. 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。It is a figure which shows typically the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on the 1st modification. 第2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の近傍を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the vicinity of the magnetoresistive element of the magnetoresistive device which concerns on the 2nd modification. 第2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の近傍を平面視した図である。It is the figure which looked at the vicinity of the magnetoresistive element of the magnetoresistive device which concerns on the 2nd modification in plan view. 第2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の近傍を平面視した図の別の一例である。This is another example of a plan view of the vicinity of the magnetoresistive element of the magnetoresistive device according to the second modification. 第2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の近傍を示す斜視図の別の一例である。This is another example of a perspective view showing the vicinity of the magnetoresistive element of the magnetoresistive device according to the second modification. 第3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。It is a figure which shows typically the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on the 3rd modification. 第3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の近傍を平面視した図である。It is a figure which looked at the vicinity of the magnetoresistive element of the magnetoresistive device which concerns on the 3rd modification in plan view. 外部磁場の方向の変化に伴う、それぞれの磁気抵抗効果素子から出力される直流電圧に対応する値の変化と、それぞれの磁気抵抗効果素子から出力される直流電圧に対応する値の加算平均の変化を示す図である。The change in the value corresponding to the DC voltage output from each magnetoresistive sensor and the change in the added average of the values corresponding to the DC voltage output from each magnetoresistive sensor due to the change in the direction of the external magnetic field. It is a figure which shows. 第4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。It is a figure which shows typically the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on 4th modification. 第4変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの第1磁気抵抗効果素子及び第2磁気抵抗効果素子の近傍を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the vicinity of the 1st magnetoresistive element and the 2nd magnetoresistive element of the magnetoresistive device which concerns on 4th modification. 第4変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成の別の例を模式的に示す図である。It is a figure which shows another example of the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on 4th modification schematically. 第4変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成の別の例を模式的に示す図である。It is a figure which shows another example of the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on 4th modification schematically. 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の近傍を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the vicinity of the magnetoresistive element of the magnetoresistive device which concerns on 5th modification. 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模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの変形例の回路構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the circuit structure of the modification of the magnetoresistive effect device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の変形例の回路構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the circuit structure of another modification of the magnetoresistive effect device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の変形例の回路構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the circuit structure of another modification of the magnetoresistive effect device which concerns on 2nd Embodiment. 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模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態にかかる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模式図である。It is a schematic diagram in the case where the magnetoresistive effect device according to the 3rd Embodiment is used as a dielectric sensor. 第3実施形態にかかる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変形例の模式図である。It is a schematic diagram of the modification when the magnetoresistive effect device according to the 3rd Embodiment is used as a dielectric sensor. 第3実施形態にかかる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別の変形例の模式図である。It is a schematic diagram of another modification when the magnetoresistive effect device according to the third embodiment is used as a dielectric sensor. 第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの変形例の回路構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the circuit structure of the modification of the magnetoresistive effect device which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の変形例の回路構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the circuit structure of another modification of the magnetoresistive effect device which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の変形例の回路構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the circuit structure of another modification of the magnetoresistive effect device which concerns on 3rd Embodiment.

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 magnetoresistive device 100 according to the first embodiment. The magnetoresistive device 100 includes a magnetoresistive element 10, a first input port p1, a first signal line 20, a second input port p2, a second signal line 30, and an output port p3. The magnetoresistive device 100 shown in FIG. 1 also has lines 40 and 42, reference potential terminals pr1 and pr2, an inductor 91, and a capacitor 92.

<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 magnetoresistive element 10 includes a first ferromagnetic layer 1, a second ferromagnetic layer 2, and a spacer layer 3. The spacer layer 3 is located between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2. Hereinafter, the stacking direction of the first ferromagnetic layer 1, the second ferromagnetic layer 2, and the spacer layer 3 may be simply referred to as the “stacking direction”.

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 ferromagnetic layer 1 is, for example, a magnetization free layer (first magnetization free layer). The second ferromagnetic layer 2 is, for example, a magnetization fixed layer or a magnetization free layer (second magnetization free layer). When the second ferromagnetic layer 2 functions as a magnetization fixing layer, the coercive force of the second ferromagnetic layer 2 is larger than, for example, the coercive force of the first ferromagnetic layer 1. The magnetization free layer is a layer made of a magnetic material whose magnetization direction changes when a predetermined external force is applied, and the magnetization fixed layer has a magnetization direction different from that of the magnetization free layer when a predetermined external force is applied. Is a layer made of a magnetic material that does not easily change. The predetermined external force is, for example, an external force applied to the magnetization by an external magnetic field.

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 magnetoresistive element 10 causes a resistance value in the stacking direction (current flows in the stacking direction) according to a change in the relative angle between the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 1 and the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 2. (Reluctance value when this is done) changes. The second ferromagnetic layer 2 may be a fixed magnetization layer or a free magnetization layer as long as the relative angle of the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 1 to the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 2 changes.

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 ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 include a ferromagnetic material. For example, the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 can use a metal such as Cr, Mn, Co, Fe, or Ni, or an alloy containing one or more of these metal elements as a constituent material. Further, an alloy of the above-mentioned metal element and at least one or more elements selected from B, C and N may be used for the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2. For example, the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 may have a CoFeB alloy as a main component when functioning as a magnetization free layer. Each of the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 may be composed of a plurality of layers.

また第1強磁性層1及び第2強磁性層2は、XYZまたはXYZ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、CoFeSi、CoMnSi、CoMn1−aFeAlSi1−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 ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2, XYZ or X 2 YZ intermetallic compound represented by the chemical composition (Heusler alloy) may be used. X is a transition metal element or a noble metal element of the group Co, Fe, Ni or Cu on the periodic table. Y is a transition metal of the group Mn, V, Cr or Ti or an element represented by X. Z is a typical element of groups III to V. For example, Co 2 FeSi, Co 2 MnSi, Co 2 Mn 1-a Fe a Al b Si 1-b (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1) and the like are known as Whistler alloys.

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 ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 may be an in-plane magnetizing film having an easy-to-magnetize axis in the in-plane direction of the film, or a vertical magnetization film having an easy-to-magnetize axis in the direction perpendicular to the film surface.

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 ferromagnetic layer 1 or the second ferromagnetic layer 2 may be formed by a laminated film in which a layer of these materials in contact with the ferromagnetic layer is sandwiched between a plurality of ferromagnetic layers.

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、CuFeS、IrMn、FeMn、PtMn、CrまたはMnなどを用いることができる。 When the second ferromagnetic layer 2 functions as a magnetization fixing layer, an antiferromagnetic layer may be added so as to be in contact with the second ferromagnetic layer 2. Further, the magnetization of the second ferromagnetic layer 2 may be fixed by utilizing the magnetic anisotropy caused by the crystal structure, shape, and the like. For the antiferromagnetic layer, FeO, CoO, NiO, CuFeS 2 , IrMn, FeMn, PtMn, Cr, Mn or the like can be used.

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 spacer layer 3 is a non-magnetic layer arranged between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2. The spacer layer 3 is composed of a layer composed of a conductor, an insulator or a semiconductor, or a layer including an energizing point formed of a conductor in the insulator.

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 spacer layer 3 is made of an insulator, the magnetoresistive element 10 becomes a tunnel magnetoresistive (TMR) effect element, and when the spacer layer 3 is made of metal, it becomes a giant magnetoresistive (GMR). It becomes an effect element.

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 spacer layer 3 is made of an insulating material, a material such as aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide or silicon oxide can be used. A high reluctance rate of change can be obtained by adjusting the film thickness of the spacer layer 3 so that a high TMR effect is exhibited between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2. In order to efficiently utilize the TMR effect, the film thickness of the spacer layer 3 may be about 0.5 to 10.0 nm.

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 spacer layer 3 is made of a non-magnetic conductive material, a conductive material such as Cu, Ag, Au or Ru can be used. In order to efficiently utilize the GMR effect, the film thickness of the spacer layer 3 may be about 0.5 to 3.0 nm.

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 spacer layer 3 is made of a non-magnetic semiconductor material, a material such as zinc oxide, indium oxide, tin oxide, germanium oxide, gallium oxide or ITO can be used. In this case, the film thickness of the spacer layer 3 may be about 1.0 to 4.0 nm.

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 spacer layer 3, CoFe, CoFeB, CoFeSi, ComnGe, and ComnSi are contained in the non-magnetic insulator composed of aluminum oxide or magnesium oxide. , ComnAl, Fe, Co, Au, Cu, Al, Mg, and other conductors, preferably have a structure including a current-carrying point. In this case, the film thickness of the spacer layer 3 may be about 0.5 to 2.0 nm.

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 magnetoresistive element 10, electrodes may be provided on both sides of the magnetoresistive element 10 in the stacking direction. By providing electrodes on both end surfaces of the magnetoresistive element 10 in the stacking direction, the contact between each line and the magnetoresistive element 10 becomes a surface, and a signal can be obtained at any position in the in-plane direction of the magnetoresistive element 10. The flow of (current) follows the stacking direction.

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 magnetoresistive element 10 may have other layers. For example, the magnetoresistive element 10 may have a seed layer or a buffer layer on the surface of the second ferromagnetic layer 2 opposite to the first ferromagnetic layer 1. Further, the magnetoresistive element 10 may have a cap layer on the surface of the first ferromagnetic layer 1 opposite to the second ferromagnetic layer 2. Examples of the cap layer, seed layer or buffer layer include MgO, W, Mo, Ru, Ta, Cu, Cr and a laminated film thereof. The film thickness of each of these layers may be about 2 to 10 nm.

<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 magnetoresistive device 100. For example, an AC signal source, an antenna, or the like is connected to the first input port p1. If the antenna is integrated with the magnetoresistive device as part of the magnetoresistive device, the antenna will be the first input port. The first input port p1 is connected to the first signal line 20. The first input port p1 is connected to, for example, the end of the first signal line 20. A first high frequency signal is input to the first input port p1, and a first high frequency signal is input from the first input port p1 to the first signal line 20. The first high frequency signal produces a first high frequency current IR1 on the first signal line 20. The frequency of the first high frequency signal is, for example, a signal having a frequency of 100 MHz or more. The frequency of the first high frequency current IR1 coincides with the frequency of the first high frequency signal.

<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 first signal line 20 is a signal line through which the first high frequency current IR1 flows. The first signal line 20 shown in FIG. 1 is a line connecting the first input port p1 and the reference potential terminal pr1. The first signal line 20 shown in FIG. 1 electrically connects the first input port p1 and the reference potential terminal pr1.

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 first signal line 20 is separated from the magnetoresistive element 10 and the second signal line 30 via an insulator. The insulator may be an insulator or a space. The first signal line 20 is arranged at a position where the high frequency magnetic field Hrf generated by the first high frequency current IR1 flowing through the first signal line 20 can be applied to the first ferromagnetic layer 1. The high-frequency magnetic field Hrf caused by the first high-frequency current IR1 flowing through the first signal line 20 is applied to the first ferromagnetic layer 1. The magnetization of the first ferromagnetic layer 1 vibrates significantly when the frequency of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1 is close to the ferromagnetic resonance frequency of the first ferromagnetic layer 1. This phenomenon is a ferromagnetic resonance phenomenon. The frequency of the high frequency magnetic field Hrf coincides with the frequency of the first high frequency current IR1. The first signal line 20 is, for example, closer to the first ferromagnetic layer 1 than the second ferromagnetic layer 2.

<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 magnetoresistive device 100. For example, an AC signal source, an antenna, or the like is connected to the second input port p2. If the antenna is integrated with the magnetoresistive device as part of the magnetoresistive device, the antenna will be the second input port. The second input port p2 is connected to the second signal line 30. The second input port p2 is connected to, for example, the end of the second signal line 30. A second high frequency signal is input to the second input port p2, and a second high frequency signal is input from the second input port p2 to the second signal line 30. The second high frequency signal produces a second high frequency current IR2 on the second signal line 30. The frequency of the second high frequency signal is, for example, a signal having a frequency of 100 MHz or more. The frequency of the second high frequency current IR2 coincides with the frequency of the second high frequency signal.

<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 second signal line 30 is a signal line through which the second high frequency current IR2 flows. The second signal line 30 shown in FIG. 1 is a line connecting the second input port p2 and the magnetoresistive element 10. The second signal line 30 shown in FIG. 1 electrically connects the second input port p2 and the magnetoresistive element 10.

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 second signal line 30 is connected to the magnetoresistive element 10. The second high-frequency current IR2 flowing through the second signal line 30 flows through the magnetoresistive element 10. The amplitude of the magnetization of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 by the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1 is the spin transfer torque generated by the second high-frequency current IR2 flowing through the magnetic resistance effect element 10. 1 It is larger than the vibration amplitude of the magnetization of the ferromagnetic layer 1.

<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 magnetoresistive device 100. For example, a voltmeter for monitoring voltage or an ammeter for monitoring current is connected to the output port p3. The output port p3 shown in FIG. 1 is connected to a line 40 branching from the second signal line 30. The output port p3 is connected to the magnetoresistive effect element, and a signal including a DC signal component (DC voltage or DC current) caused by the output from the magnetoresistive effect element 10 is output from the output port p3.

<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 magnetoresistive device 100. The reference potential terminal pr1 is connected to the first signal line 20. The reference potential terminal pr2 is connected to the line 42 connected to the magnetoresistive element 10. The reference potential in FIG. 1 is ground G. The ground G may be provided outside the magnetoresistive device 100. The reference potential may be other than ground G.

(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 magnetoresistive element 10 and each terminal. The shape of the line may be defined as a microstrip line (MSL) type or a coplanar waveguide (CPW) type. When designing a microstrip line (MSL) type or a coplanar waveguide (CPW) type, the line width and the distance between grounds may be designed so that the characteristic impedance of the line and the impedance of the circuit system are equal to each other. By designing in this way, the transmission loss of the line can be suppressed.

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 line 40 is a line branched from the second signal line 30. The line 40 connects the second signal line 30 and the output port p3. The line 42 connects the magnetoresistive element 10 and the reference potential terminal pr2.

(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 inductor 91 cuts the high frequency component of the signal and passes the invariant component of the signal. The capacitor 92 passes the high frequency component of the signal and cuts the invariant component of the signal. The inductor 91 is arranged in a portion where the flow of high-frequency signals is desired to be suppressed, and the capacitor 92 is arranged in a portion where the flow of DC signals is desired to be suppressed.

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 inductor 91 in FIG. 1 is on the line 40. The inductor 91 suppresses the high frequency component of the output from the second high frequency current IR2 and the magnetoresistive element 10 from reaching the output port p3. As the inductor 91, a chip inductor, an inductor with a pattern line, a resistance element having an inductor component, or the like can be used. The inductance of the inductor 91 may be, for example, 10 nH or more. If the voltmeter or ammeter connected to the output port p3 has the function of cutting the high frequency component of the signal and at the same time passing the invariant component of the signal, the inductor 91 may be omitted.

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 capacitor 92 in FIG. 1 is on the second signal line 30. The capacitor 92 in FIG. 1 is on the second input port p2 side from the branch point of the second signal line 30 with the line 40. A known capacitor 92 can be used.

<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 magnetoresistive device 100 can be used, for example, in a sensor, a rectifier, or the like. Examples of the sensor include a magnetic sensor (magnetic field sensor) that detects a magnetic field, a dielectric sensor that uses a dielectric as an object to be measured, and the like. First, a case where it is used as a magnetic sensor will be described. Hereinafter, in the first embodiment, an example of a DC voltage will be described as a DC signal component output from the output port p3.

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 magnetoresistive device 100 according to the first embodiment as a magnetic sensor. 2 (a) is a magnetoresistive element 10, the first high-frequency current I R1 in a state where the external magnetic field of a certain magnitude is applied, the resistance R 10 of the magnetoresistive effect element 10, the second high-frequency current I R2 , And the time change of the DC voltage VDC output from the output port p3. FIG. 2B shows the first high-frequency current IR1 after the external magnetic field applied to the magnetoresistive sensor 10 has changed (increased), the resistance R10 of the magnetoresistive sensor 10 , and the second high-frequency current I. The time change of the DC voltage VDC output from R2 and the output port p3 is shown. The external magnetic field is a magnetic field applied to the magnetoresistive element 10 from other than each configuration of the magnetoresistive device 100. The arrows arrows and second high-frequency current I R2 of the first high-frequency current I R1 shown in FIG. 1, respectively, represent the positive direction of the current. The same applies to other drawings described later.

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 magnetoresistive element 10 will be described. When the first high frequency signal is input to the first input port p1 from the AC signal source connected to the first input port p1, the first high frequency current IR1 flows through the first signal line 20. The first high-frequency current I R1 produces a high-frequency magnetic field H rf. The high-frequency magnetic field Hrf is applied to the first ferromagnetic layer 1 of the magnetoresistive element 10.

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 ferromagnetic layer 1 vibrates by receiving a high-frequency magnetic field H rf due to the first high-frequency current I R1. FIG. 3 is a diagram showing an example of the states of the magnetizations M1 and M2 of the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 of the magnetoresistive sensor 10 in the magnetic sensor. The magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 vibrates (precession) due to the high frequency magnetic field Hrf. The second ferromagnetic layer 2 is a magnetization-fixed layer, and the direction of the magnetization M2 is fixed parallel to the vibration direction of the high-frequency magnetic field Hrf. The external magnetic field Hex is applied in the stacking direction, for example.

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 resistance effect element 10 changes, as an example, the ferromagnetic resonance frequency of the first ferromagnetic layer 1 is the high frequency magnetic field H applied to the first ferromagnetic layer 1. It is smaller than the frequency of rf. Resistance R 10 of the magnetoresistive effect element 10, the first magnetization of the ferromagnetic layer 1 is changed by vibration (vibrating). Phase and the resistor R 10 and the phase of the magneto-resistive element 10 of the first high-frequency current I R1, may be different, but shows an example in which matched in FIG 2 (a). Phase difference between the resistance R 10 of the first high-frequency current I R1 and the magnetoresistive element 10, the arrangement position of the first signal line 20 from the magnetoresistive element 10, the first input port p1 and the reference to the first signal line 20 It can be changed by the arrangement position of the potential terminal pr1 and the relative angle between the direction of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1 and the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 1.

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 second signal line 30. The second high-frequency current IR2 flows through the magnetoresistive element 10. The phase of the second high-frequency current I R2 and the phase of the first high-frequency current I R1 may be different, but FIGS. 2 (a) and 2 (b) show examples of matching. That is, in the example shown in FIG. 2 (a), are coincident with the phase of the resistance R 10 of phase and the magnetoresistive element 10 of the second high-frequency current I R2.

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 magnetoresistive element 10 is output from the output port p3.

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。
R2=A・sin(2πft)、
10=B・sin(2πft+Δθ)+R
とすると、
V=IR2×R10=(A・B/2)・{cos(Δθ)−cos(4πft+Δθ)}+A・R・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(Δθ)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、R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、Δθ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Δθ」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Δθとする(以下、単に「位相差Δθ」と称する場合がある)。
DC voltage V DC, the current flowing through the resistor R 10 and the magnetoresistive element 10 of the magnetoresistive element 10 changes at a high-frequency magnetic field H rf caused by the first high-frequency current I R1 is applied (second high-frequency current It is a DC component of the voltage V (output voltage from the magnetic resistance effect element 10) which is the product of IR2).
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 · R 0 · sin (2πft)
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 reluctance effect element 10, and R 0 is the first ferromagnetic of the resistance of the reluctance effect element 10. It is a resistance component that does not depend on the relative angle between the magnetization of layer 1 and the magnetization of the second ferromagnetic layer 2, f is frequency, t is time, and Δθ 1 is the phase and magnetoresistance of the second high-frequency current IR2. This is the phase difference from the phase of the resistor R 10 of the effect element 10. Hereinafter, it may be simply referred to as “phase difference Δθ 1”. Further, the phase difference between the phase of the resistance R 10 of phase and the magnetoresistive element 10 of the first high-frequency current I R1 and [Delta] [theta] 2 (hereinafter, simply referred to as "phase difference [Delta] [theta] 2").

図2(a)に示す場合、Δθ=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Δθ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(Δθ=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Δθ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Δθや位相差Δθが変化する。 Next, the state after the external magnetic field Hex applied to the magnetoresistive element 10 has changed (increased) will be described. When the external magnetic field Hex applied to the magnetoresistive element 10 changes, the state of vibration (age difference motion) of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 changes. As a result, the phase of the resistor R 10 of the magnetoresistive element 10 changes. Since the phase second high-frequency current I R2 does not change, between the second high-frequency current I R2 of the phase and of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 phase, occurs a phase difference [Delta] [theta] 1. So far, when the ferromagnetic resonance frequency of the first ferromagnetic layer 1 is sufficiently smaller than the frequency of the high frequency magnetic field Hrf (the frequency of the first high frequency current IR1 ), the phase of the first high frequency current IR1 and the magnetic resistance effect element. The example has been described in which the phases of the resistors R10 of 10 are in agreement (Δθ 2 = 0 (0 °)). In the case of this example, when the ferromagnetic resonance frequency of the first ferromagnetic layer 1 is sufficiently larger than the frequency of the high frequency magnetic field Hrf , the phase difference Δθ 2 becomes π (180 °). When the external magnetic field Hex applied to the magnetic resistance effect element 10 becomes large and the effective magnetic field inside the first ferromagnetic layer 1 becomes large, the ferromagnetic resonance frequency of the first ferromagnetic layer 1 becomes large. Therefore, in the case of this example, as shown in FIG. 4, the phase difference Δθ 2 and the phase difference Δθ 1 change according to the change in the magnitude of the external magnetic field applied to the magnetoresistive element 10.

上述のように、直流電圧VDCは(A・B/2)・cos(Δθ)であり、位相差Δθ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Δθが0(0°)である状態から、位相差Δθ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Δθ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 magnetoresistive device 100 can detect that the magnitude of the external magnetic field Hex has changed based on the DC voltage VDC output from the output port p3, and functions as a magnetic sensor. As an example, it is possible to detect a change from a state in which the phase difference Δθ 1 is 0 (0 °) to a state in which the phase difference Δθ 1 is π (180 °). The value of the phase difference Δθ 1 before and after the change in the magnitude of the external magnetic field Hex is not limited to 0 (0 °) or π (180 °), but can be any value between 0 and π (0 ° to 180 °). Values can be used. In Jiki resistance effect device 100, to vibrate the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 by a high-frequency magnetic field H rf that caused by the first high-frequency Denryu I R1, possible to increase the amplitude of the vibration of the first ferromagnetic layer 1 magnetized. When the amplitude of the magnetization vibration of the first ferromagnetic layer 1 becomes large, the amount of change (amplitude) of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 becomes large, and a large DC voltage VDC can be output from the output port p3.

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 magnetoresistive device 100 according to the present embodiment can detect the magnitude or direction of the applied external magnetic field, not limited to the change in the magnitude of the external magnetic field. Hereinafter, each detection method will be described in detail.

(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Δθや位相差Δθが変化する。位相差Δθや位相差Δθ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°)(Δθ、Δθ=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°)(Δθ、Δθ=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Δθ、Δθが1対1の関係にある。すなわち、位相差Δθ、Δθ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(Δθ)である。したがって、直流電圧VDCの値から位相差Δθを導出でき、位相差θ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Δθ、Δθ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 ferromagnetic layer 2 is oriented in the vibration direction of the high-frequency magnetic field Hrf , when the magnitude of the external magnetic field Hex changes, as shown in FIG. The phase difference Δθ 2 and the phase difference Δθ 1 change. The phase difference Δθ 2 and the phase difference Δθ 1 are, for example, 0 (0 °) (Δθ 1 , Δθ 2 = 0) when the magnitude of the external magnetic field Hex is less than the first value, and the external magnetic field Hex. When the magnitude of is larger than the second value (second value> first value), it is π (180 °) (Δθ 1 , Δθ 2 = π). When the magnitude of the external magnetic field Hex is equal to or greater than the first value and equal to or less than the second value, the magnitude of the external magnetic field Hex changes sharply. Therefore, the magnitude of the external magnetic field H ex is the second value following areas than the first value, magnitude and phase difference [Delta] [theta] 1 of the external magnetic field H ex, [Delta] [theta] 2 are in one-to-one relationship. That is, if the phase differences Δθ 1 and Δθ 2 are known, the magnitude of the external magnetic field Hex can be detected. As described above, the DC voltage VDC is (A · B / 2) · cos (Δθ 1 ). Therefore, the phase difference Δθ 1 can be derived from the value of the DC voltage VDC , and the magnitude of the external magnetic field can be detected from the phase difference θ 1. It is also possible to obtain the amount of change in the magnitude of the external magnetic field from the amount of change in the value of the DC voltage VDC. Further, the changes in the phase differences Δθ 1 and Δθ 2 with respect to the change in the external magnetic field Hex are steep, and the magnetic sensor can detect the difference in the magnitude of the external magnetic field Hex with high sensitivity.

(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 ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 of the magnetoresistive sensor 10 when detecting the direction of the external magnetic field Hex. It is a figure which shows an example of a state. FIG. 5A shows a state in which the direction of the external magnetic field Hex is the first direction, and FIG. 5B shows a state in which the direction of the external magnetic field Hex is different from the first direction.

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 ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 of the magnetoresistive sensor 10 when detecting the direction of the external magnetic field Hex. It is a figure which shows another example of the state of. FIG. 6A shows a state in which the direction of the external magnetic field Hex is the first direction, and FIG. 6B shows a state in which the direction of the external magnetic field Hex is different from the first direction.

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 ferromagnetic layer 1 is vibrated (aged) by the high-frequency magnetic field Hrf , and the external magnetic field Hex is applied to the second ferromagnetic layer 2, and the second ferromagnetic layer 2 The magnetization M2 is oriented in the direction of the external magnetic field Hex. The second ferromagnetic layer 2 is a second free magnetizing layer, and the direction of the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 changes according to the direction of the external magnetic field Hex. In the example of the first pattern, it is preferable that the first ferromagnetic layer 1 has an easy magnetization axis in the direction perpendicular to the film surface because the magnetization M1 is easily vibrated (precession) by the high frequency magnetic field Hrf. Further, in the example of the first pattern, it is preferable that the second ferromagnetic layer 2 has an easy magnetization axis in the in-plane direction of the film because the magnetization M2 is not easily affected by the high frequency magnetic field Hrf.

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 magnetoresistive element 10 of the first pattern. A first high-frequency signal is input to the first input port p1, and a first high-frequency current IR1 having a frequency f is passed through the first signal line 20. The first high-frequency current I R1 produces a high frequency magnetic field H rf of frequency f. The high-frequency magnetic field Hrf is applied to the first ferromagnetic layer 1 of the magnetoresistive element 10.

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 second signal line 30. The second high-frequency current IR2 flows through the magnetoresistive element 10. The phase of the second high frequency current IR2 is matched with, for example, the phase of the first high frequency current IR1. The phase of the second high frequency current IR2 may be different from the phase of the first high frequency current IR1.

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 magnetoresistive element 10 changes in response to changes in the first ferromagnetic layer 1 of the magnetization M1 relative angle of the second ferromagnetic layer 2 of the magnetization M2. FIG. 7 is a diagram showing a time change of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10. The upper graph of FIG. 7 is a graph showing the time change of the resistance R 10 of the magnetoresistive sensor 10 in the state where the external magnetic field Hex is applied in the first direction, and the lower graph of FIG. 7 is the graph showing the time change of the resistance R 10 in the first direction. It is a graph which shows the time change of the resistance R 10 of the magnetoresistive sensor 10 in the state where the external magnetic field Hex is applied in the direction different from the above.

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Δθ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 ferromagnetic layer 2 changes. As a result, the maximum resistance R 10 of the magnetoresistive element 10, the minimum and the timing is changed to become, as shown in the lower graph of FIG. 7, the phase of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 in FIG. 7 It changes from the example shown in the upper graph. When the phase of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 changes, the DC voltage phase difference [Delta] [theta] 1 between the phase and the second high-frequency current I R2 phase of the resistor R 10 is changed, is outputted from the output port p3 The value of VDC changes. That is, the magnetic sensor can detect the direction of the external magnetic field Hex applied to the magnetic sensor by reading the DC voltage VDC output from the output port p3.

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 ferromagnetic layer 1 vibrates (precession) due to the high frequency magnetic field Hrf. Further, in the second pattern, the second ferromagnetic layer 2 is a magnetization fixed layer, and the direction of the magnetization M2 is fixed in the stacking direction. In the second pattern, the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 have an easy magnetization axis in the direction perpendicular to the film surface.

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 magnetoresistive element 10 of the second pattern. A first high-frequency signal is input to the first input port p1, and a first high-frequency current IR1 having a frequency f is passed through the first signal line 20. The first high-frequency current I R1 produces a high frequency magnetic field H rf of frequency f. The high-frequency magnetic field Hrf is applied to the first ferromagnetic layer 1 of the magnetoresistive element 10.

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 second signal line 30. The second high-frequency current IR2 flows through the magnetoresistive element 10. The phase of the second high frequency current IR2 is matched with, for example, the phase of the first high frequency current IR1. The phase of the second high frequency current IR2 may be different from the phase of the first high frequency current IR1.

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 magnetoresistive element 10 changes in response to changes in the first ferromagnetic layer 1 of the magnetization M1 relative angle of the second ferromagnetic layer 2 of the magnetization M2. FIG. 8 is a diagram showing a time change of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10. The upper graph of FIG. 8 is a graph showing the time change of the resistance R 10 of the magnetoresistive sensor 10 in the state where the external magnetic field Hex is applied in the first direction, and the lower graph of FIG. 8 is the graph showing the time change of the resistance R 10 in the first direction. It is a graph which shows the time change of the resistance R 10 of the magnetoresistive sensor 10 in the state where the external magnetic field Hex is applied in the direction different from the above.

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Δθ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 magnetoresistive element 10, by the external magnetic field H ex is applied to the first ferromagnetic layer 1, the rotation axis of the first ferromagnetic layer 1 of the magnetization M1 is inclined. The inclination direction of the rotation axis of the magnetization M1 changes depending on the change in the direction of the external magnetic field Hex. When the direction of the rotation axis of the magnetization M1 changes, the timing at which the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 becomes maximum or minimum changes. As a result, as shown in the lower graph of FIG. 8, the phase of the resistor R 10 of the magnetoresistive element 10 changes from the example shown in the upper graph of FIG. When the phase of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 changes, the DC voltage phase difference [Delta] [theta] 1 between the phase and the second high-frequency current I R2 phase of the resistor R 10 is changed, is outputted from the output port p3 The value of VDC changes. That is, the magnetic sensor can detect the direction of the external magnetic field Hex applied to the magnetic sensor by reading the DC voltage VDC output from the output port p3.

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 ferromagnetic layer 2 is a magnetization fixing layer, and the direction of the magnetization M2 is fixed in any of the stacking directions. An external magnetic field Hex is applied to the first ferromagnetic layer 1 in the in-plane direction. The axis of rotation of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is tilted from the stacking direction by the external magnetic field Hex.

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 magnetoresistive element 10 becomes smaller.

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 resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 is a parameter that affects the DC voltage VDC output from the output port p3 as described above. As a result, when the magnitude of the external magnetic field Hex applied to the magnetoresistive sensor 10 changes, the value of the DC voltage VDC output from the output port p3 changes. That is, the magnetic sensor can detect the magnitude of the in- plane external magnetic field Hex applied to the magnetic sensor by reading the DC voltage VDC output from the output port p3.

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 magnetoresistive element 10 shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). The first ferromagnetic layer 1 shown in FIG. 9 is smaller than the second ferromagnetic layer 2 in a plan view from the film thickness direction. The first ferromagnetic layer 1 shown in FIG. 9 is included in the second ferromagnetic layer 2 in a plan view from the film thickness direction. As a result, the influence of the vibration of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 is less likely to extend to the entire second ferromagnetic layer 2.

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 magnetoresistive element 10 shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). The second ferromagnetic layer 2 shown in FIG. 10 has two ferromagnetic layers 2A and 2B and a non-magnetic layer 2C sandwiched between them. The non-magnetic layer 2C is, for example, Ru. The ferromagnetic layer 2A and the ferromagnetic layer 2B are interconnected with each other via the non-magnetic layer 2C. The magnetization M2A of the ferromagnetic layer 2A and the magnetization M2B of the ferromagnetic layer 2B are antiparallel.

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 ferromagnetic layer 2A and the saturation magnetization is different from the product of the film thickness of the ferromagnetic layer 2B and the saturation magnetization. When the product of the film thickness and the saturation magnetization is different between the two ferromagnetic layers 2A and 2B, the magnetization of the ferromagnetic layer having the larger product of the film thickness and the saturation magnetization has a smaller product of the film thickness and the saturation magnetization. It is easier to react to a magnetic field applied from the outside than the magnetization of the ferromagnetic layer, and the direction of magnetization of the second ferromagnetic layer 2 is more likely to change depending on the external magnetic field Hex.

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 ferromagnetic layer 2A and the film thickness of the ferromagnetic layer 2B are different. When the film thicknesses of the two ferromagnetic layers 2A and 2B are different, the product of the film thicknesses of the two ferromagnetic layers 2A and 2B and the saturation magnetization is often different. For example, the film thickness of the ferromagnetic layer 2B is thicker than the film thickness of the ferromagnetic layer 2A. For example, the film thickness of the ferromagnetic layer 2B is more than twice the film thickness of the ferromagnetic layer 2A. The product of the film thickness of the ferromagnetic layer 2B and the saturation magnetization is larger than the product of the film thickness of the ferromagnetic layer 2A and the saturation magnetization. The ferromagnetic layer 2B is located at a position away from the first ferromagnetic layer 1 and the first signal line 20 from the ferromagnetic layer 2A. The thickness of the ferromagnetic layer 2B is made thicker than the thickness of the ferromagnetic layer 2A, and among the ferromagnetic layers included in the second ferromagnetic layer 2, the ferromagnetic layer in which the magnetization easily reacts to the magnetic field applied from the outside. When is set to the ferromagnetic layer 2B, the influence of the vibration of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 and the influence of the high-frequency magnetic field from the first signal line 20 can be reduced. 2 It is possible to suppress the vibration of the magnetization of the ferromagnetic layer 2.

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 ferromagnetic layer 1 is smaller than the second ferromagnetic layer 2 in a plan view from the film thickness direction is presented, but the present invention is not limited to this case. Further, the ferromagnetic layer 2A and the ferromagnetic layer 2B may each be composed of a plurality of layers.

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 ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 of the magnetoresistive sensor 10 in the magnetic sensor that detects the component in the stacking direction of the external magnetic field Hex.

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 ferromagnetic layer 2 is a magnetization-fixed layer, and the direction of the magnetization M2 is fixed in any of the stacking directions. A static magnetic field H dc is applied to the first ferromagnetic layer 1. The axis of rotation of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is tilted from the stacking direction by the static magnetic field Hdc. The static magnetic field H dc is applied in a direction parallel to or antiparallel to the vibration direction of the high frequency magnetic field H rf. A high-frequency magnetic field H parallel or anti-parallel to the static magnetic field H dc and the vibration direction of the rf is applied along the direction in which the high-frequency magnetic field H rf in the first ferromagnetic layer 1 vibrates, the plane of the static magnetic field H dc The presence of a directional component. When the first direction of the vibration direction of the high-frequency magnetic field Hrf is specified, the case where the static magnetic field Hdc is applied in the same direction as the first direction is parallel, and the static magnetic field Hdc is opposite to the first direction. When applied in the direction, it is considered to be antiparallel.

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 magnetoresistive element 10 The magnitude of the amplitude of the resistor R 10 becomes smaller.

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 resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 is a parameter that affects the DC voltage VDC output from the output port p3 as described above. As a result, when the magnitude of the external magnetic field Hex applied to the magnetoresistive sensor 10 changes, the value of the DC voltage VDC output from the output port p3 changes. That is, the magnetic sensor can detect the magnitude and positive / negative directions of the external magnetic field Hex applied to the magnetic sensor by reading the DC voltage VDC output from the output port p3.

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H、第1強磁性層1における反磁場H、第1強磁性層1における交換結合磁場HEgからHeff=Hex+H+H+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H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H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 ferromagnetic layer 1 has been described as an example. However, it is not always necessary to apply the static magnetic field H dc to the first ferromagnetic layer 1, and the in- plane component of the effective magnetic field H eff in the first ferromagnetic layer 1 is applied to the first ferromagnetic layer 1. It may be parallel or antiparallel to the vibration direction of Hrf. The effective magnetic field H eff in the first ferromagnetic layer 1 is the external magnetic field Hex applied to the first ferromagnetic layer 1, the anisotropic magnetic field H k in the first ferromagnetic layer 1, and the anti-magnetic field H k in the first ferromagnetic layer 1. magnetic field H D, the exchange coupling field H Eg of the first ferromagnetic layer 1 obtained by H eff = H ex + H k + H D + H Eg. For example, when the shape of the first ferromagnetic layer 1 when viewed from the stacking direction has anisotropy, an anisotropic magnetic field Hk is generated in the longitudinal direction thereof. By directing the longitudinal direction of the first ferromagnetic layer 1 when viewed from the stacking direction to the vibration direction of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1, an anisotropic magnetic field is replaced with the static magnetic field Hdc. the H k may be generated in the first ferromagnetic layer 1.

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+Δθ)は、位相差Δθを含むため、この高周波成分から位相差Δθを導きだすことができる。位相差Δθが分かれば、位相差Δθ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 magnetoresistive device 100 is used as a magnetic sensor has been described. Next, a case where the magnetoresistive device 100 is used as a rectifier will be described.

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 magnetoresistive device 100 is used as a rectifier. As an example of using the magnetoresistive device 100 as a rectifier, an example in which the antenna at1 is connected to the first input port p1 and the antenna at2 is connected to the second input port p2 will be described. For example, the same signal is input to the antennas at1 and at2.

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 first signal line 20. Also the second high-frequency signal from the antenna at2 to the second input port p2 is input, a second high-frequency current I R2 flows through the second signal line 30. The first high-frequency current I R1 produces a high-frequency magnetic field H rf. The high-frequency magnetic field Hrf is applied to the first ferromagnetic layer 1 of the magnetoresistive element 10. The second high-frequency current IR2 flows through the magnetoresistive element 10. The phase of the second high-frequency current I R2 and the phase of the first high-frequency current I R1 may be different, but here, as an example, a matching example will be described.

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 ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 of the magnetoresistive element 10. FIG. 14 is a diagram showing another example of the states of the magnetizations M1 and M2 of the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 of the magnetoresistive element 10. In the examples of FIGS. 13 and 14, the second ferromagnetic layer 2 functions as a magnetization fixing layer.

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(Δθ)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、Δθ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Δθは位相差Δθ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Δθ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 ferromagnetic layer 1, the phase difference Δθ 1 is 0 (0 °) or ± π (± 180 °) by the configuration shown in FIG. ), Therefore, the magnitude of the DC voltage VDC output from the output port p3 becomes large.

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Δθ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 ferromagnetic layer 1, the phase difference Δθ 1 is 0 (0 °) or ± π (± 180 °) due to the configuration shown in FIG. ), Therefore, the magnitude of the DC voltage VDC output from the output port p3 becomes large.

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 ferromagnetic layer 2 is made orthogonal to the vibration direction of the high-frequency magnetic field Hrf in advance, but the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1 is the first. In the case of the ferromagnetic resonance frequency of the ferromagnetic layer 1, the direction of the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 and the vibration direction of the high-frequency magnetic field Hrf are parallel to each other, as in the configuration of FIG. the phase of the current I R2 No. 1 π / 2 (90 °) with respect to the phase of the high frequency current I R1 shifting may be. For example, by providing a phase shifter on at least one of the first signal line 20 and the second signal line 30, at least one of the phase of the first high frequency current IR1 and the phase of the second high frequency current IR2 can be adjusted. ..

<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 magnetoresistive device 100 is used as a dielectric sensor using a dielectric as an object to be measured will be described. The dielectric sensor is, for example, a sensor that determines the state of the object to be measured based on the difference in the dielectric constant of the object to be measured. The dielectric sensor is a sensor that utilizes the characteristic that the phase and amplitude of a signal propagating in a signal line change by bringing the dielectric close to the signal line or installing a dielectric in the signal propagation path. The dielectric sensor can measure the water content of these objects to be measured, for example, when vegetables, grains, skin and the like are used as the objects to be measured.

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 magnetoresistive device 100 is used as a dielectric sensor. The dielectric sensor shown in the first example includes an installation area A1 or an installation area A2. A part of the first signal line 20 formed of, for example, a microstrip line type or a coplanar waveguide type is arranged in the installation area A1. In the installation area A2, a part of the second signal line 30 formed of, for example, a microstrip line type or a coplanar waveguide type is arranged. A dielectric object to be measured is installed in either the installation area A1 or the installation area A2, and measurement is performed. The object to be measured is not particularly limited. As the magnetoresistive element 10 when the magnetoresistive device 100 is used as a dielectric sensor, for example, the same magnetoresistive element 10 as shown in FIG. 13 can be used.

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。
R2=A・sin(2πft)
R1=C・sin(2πft+Δθ
ここでΔθ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.

R1と磁気抵抗効果素子10の抵抗R10との位相差をΔθ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。
10=B・sin(2πft+Δθ+Δθ)+R
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 magnetoresistive element 10 and [Delta] [theta] 2, the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 is expressed by the following equation.
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Δθ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。
R1=C´・sin(2πft+Δθ+Δθ
10=B´・sin(2πft+Δθ+Δθ+Δθ)+R
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 + Δθ 3 + Δθ 4)
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(=Δθ+Δθ+Δθ)とすると、
10=B´・sin(2πft+Δθ)+R
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(Δθ)−cos(4πft+Δθ)}+A・R・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 resistance effect element 10 and the current (second high frequency current IR 2) flowing through the magnetic resistance effect element 10. It is a direct current component of V (output voltage from the magnetic resistance effect element 10), and has the following equation.
V = I R2 × R 10 = (A · B'/ 2) · {cos (Δθ 1) -cos (4πft + Δθ 1)} + A · R 0 · sin (2πft)

直流電圧VDCは、電圧Vの直流成分であり、(A・B´/2)・cos(Δθ)である。Δθ1=Δθ+Δθ+Δθであり、Δθ、Δθは一定なので、誘電率の変化に伴い変化するΔθ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Δθ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。
R2=A´・sin(2πft+Δθ
10=B・sin(2πft+Δθ+Δθ)+R
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。
R2=A´・sin(2πft)
10=B・sin(2πft+Δθ+Δθ−Δθ)+R
R1=C・sin(2πft+Δθ−Δθ
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(=Δθ+Δθ−Δθ)とすると、
10=B・sin(2πft+Δθ)+R
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 reluctance effect element 10 and the current (second high frequency current IR 2) flowing through the reluctance effect element 10. It is a direct current component of V (output voltage from the reluctance effect element 10), and the same relational expression as when the object to be measured is installed in the installation area A1 holds.

直流電圧VDCは、電圧Vの直流成分であり、(A´・B/2)・cos(Δθ)である。Δθ1=Δθ+Δθ−Δθであり、Δθ、Δθは一定なので、誘電率の変化に伴い変化するΔθ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atと受信アンテナatとを有し、設置領域A1は送信アンテナatと受信アンテナatとの間に挟まれた領域である。送信アンテナat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at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 magnetoresistive device 100A shown in the second example, the first signal line 20A has a transmitting antenna at T and a receiving antenna at R , and the installation area A1 is between the transmitting antenna at T and the receiving antenna at R. It is a sandwiched area. The transmitting antenna at T transmits the first high frequency signal transmitted through the first signal line to the receiving antenna at R. When the object to be measured is installed in the installation area A1, the phase and amplitude of IR1 change due to the change in the permittivity (change from the permittivity of air to the permittivity of the object to be measured). As a result, the magnitude of the DC voltage VDC output from the output port p3 changes. This principle is the same as the case where the object to be measured is installed in the installation area A1 in the first example described above. 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atと受信アンテナatとを有し、設置領域A2は送信アンテナatと受信アンテナatとの間に挟まれた領域である。送信アンテナat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at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 magnetoresistive device 100B shown in the third example, the second signal line 30B has a transmitting antenna at T and a receiving antenna at R , and the installation area A2 is between the transmitting antenna at T and the receiving antenna at R. It is a sandwiched area. The transmitting antenna at T transmits the second high frequency signal transmitted through the second signal line to the receiving antenna at R. When the object to be measured is installed in the installation area A2, the phase and amplitude of IR2 change due to the change in the permittivity (change from the permittivity of air to the permittivity of the object to be measured). As a result, the magnitude of the DC voltage VDC output from the output port p3 changes. This principle is the same as the case where the object to be measured is installed in the installation area A2 in the first example described above. 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.

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 magnetoresistance effect device 100 according to the first embodiment, for vibrating the first magnetization M1 of the ferromagnetic layer 1 by a high-frequency magnetic field H rf caused by the first high-frequency current I R1, the vibration of the magnetization M1 The amplitude of can be increased. When the amplitude of the vibration of the magnetization M1 becomes large, the amount of change (amplitude) of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 becomes large, and a large DC voltage VDC can be output from the output port p3. Further, as described above, the magnetoresistive device 100 according to the first embodiment can be used as a magnetic sensor, a rectifier, and a dielectric sensor using a dielectric as an object to be measured.

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 resistance effect element 10 is one example, but a plurality of magnetic resistance effect elements 10 are connected to the second signal line 30, and a second high frequency current is connected to the plurality of magnetic resistance effect elements 10. Even if IR2 is allowed to flow and a high-frequency magnetic field Hrf caused by the first high-frequency current IR1 flowing through the first signal line 20 is applied to the first ferromagnetic layer 1 of the plurality of magnetoresistive elements 10. good.

(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 magnetoresistive device 101 according to the first modification shown in FIG. 18 is different from the magnetoresistive device 100 shown in FIG. 1 in that it has a magnetic material portion 50. In the magnetoresistive device 101 shown in FIG. 18, the same reference numerals are given to the same configurations as the magnetoresistive device 100 shown in FIG. Further, the description of the configuration common to the magnetoresistive device 100 in the magnetoresistive device 101 according to the first modification will be omitted.

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 magnetic body portion 50 is located between the first signal line 20 and the magnetoresistive element 10. The magnetic body portion 50 is arranged apart from the first signal line 20 and the magnetoresistive element 10. For example, an insulator is provided between the magnetic material portion 50 and the first signal line 20 and between the magnetic material portion 50 and the magnetoresistive element 10.

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 magnetic material portion 50 includes a soft magnetic material. The magnetic material portion 50 is, for example, a magnetic material having an insulating property. The magnetic material portion 50 is, for example, a ceramic such as ferrite. The magnetic material portion 50 is, for example, a rare earth iron garnet (RIG). Yttrium iron garnet (YIG) is an example of rare earth iron garnet (RIG). The magnetic material portion 50 may be, for example, a metal such as permalloy.

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 first signal line 20 is applied to the magnetic material portion 50. The magnetization of the magnetic body portion 50 vibrates in response to the high frequency magnetic field H rf1. When the high-frequency magnetic field Hrf1 contains a signal having a frequency near the ferromagnetic resonance frequency of the magnetic body portion 50, the magnetization of the magnetic body portion 50 vibrates significantly at that frequency. The vibration of the magnetization of the magnetic material portion 50 generates a high frequency magnetic field H rf2.

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 magnetic material portion 50 is applied to the first ferromagnetic layer 1. The magnetization of the first ferromagnetic layer 1 is oscillated by the high frequency magnetic field Hrf2 generated by the magnetic body portion 50. That is, the high frequency magnetic field H rf2 due to high frequency magnetic field H rf1 the first high-frequency current I R1 through the first signal line 20 produces is applied to the first ferromagnetic layer 1. High frequency magnetic field H rf2 the magnetic unit 50 produces is an example of a high-frequency magnetic field caused by the first high-frequency current I R1 through the first signal line 20.

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 magnetoresistive effect element 10 varies with the vibration of the first ferromagnetic layer 1 magnetized (vibrates). When the second high frequency signal is input to the second input port p2, the second high frequency current IR2 flows through the second signal line 30. The second high-frequency current IR2 flows through the magnetoresistive element 10. From the output port p3 , a DC voltage VDC which is a DC component of the voltage which is the product of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 and the current (second high frequency current IR2 ) flowing through the magnetoresistive element 10 is output. NS. Although the example in which the magnetic material portion 50 is located between the first signal line 20 and the magnetic resistance effect element 10 has been described, the high-frequency magnetic field Hrf1 generated from the first signal line 20 is applied to the magnetic material portion 50 to cause magnetism. If the high-frequency magnetic field Hrf2 generated by the vibration of the magnetization of the body portion 50 is applied to the first ferromagnetic layer 1, the position of the magnetic material portion 50 is not limited to this, and for example, the first signal line 20 is the magnetic material portion. The magnetic material portion 50 may be arranged so as to be located between the 50 and the magnetic resistance effect element 10. Further, when a plurality of magnetoresistive elements 10 are used, a high-frequency magnetic field Hrf2 generated by the vibration of the magnetization of one magnetic body portion 50 is applied to the first ferromagnetic layer 1 of the plurality of magnetoresistive elements 10. Alternatively, a plurality of magnetic material portions 50 may be used to provide one magnetic material unit 50 for each magnetoresistive sensor 10.

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-resistance effect device 101 according to the first embodiment, for vibrating the first ferromagnetic layer 1 of the magnetization M1 by a high frequency magnetic field H rf2 caused by the first high-frequency current I R1, it can increase the amplitude of oscillation of the magnetization M1 .. When the amplitude of the vibration of the magnetization M1 becomes large, the amount of change (amplitude) of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 becomes large, and a large DC voltage VDC can be output from the output port p3. Further, the magnetoresistive device 101 according to the first modification can be used as a magnetic sensor, a rectifier, or a dielectric sensor using a dielectric as an object to be measured.

(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 magnetoresistive element 10 of the magnetoresistive device 102 according to the second modification. FIG. 20 is a plan view showing the vicinity of the magnetoresistive element 10 of the magnetoresistive device 102 according to the second modification. In FIGS. 19 and 20, the second signal line 30 connected to the first ferromagnetic layer 1 and the line 42 connected to the second ferromagnetic layer 2 are omitted. The magnetoresistive device 102 according to the second modification shown in FIGS. 19 and 20 is different from the magnetoresistive device 100 shown in FIG. 1 in that it has a yoke 60. In the magnetoresistive device 102 shown in FIGS. 19 and 20, the same reference numerals are given to the same configurations as the magnetoresistive device 100 shown in FIG. Further, the description of the configuration common to the magnetoresistive device 100 in the magnetoresistive device 102 according to the second modification will be omitted.

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 yoke 60 is closer to the second ferromagnetic layer 2 than the first ferromagnetic layer 1 in the stacking direction. The first ferromagnetic layer 1 of the magnetoresistive element 10 shown in FIGS. 19 and 20 is smaller than the second ferromagnetic layer 2 in a plan view from the stacking direction and is included in the second ferromagnetic layer 2. .. The yoke 60 is located on the opposite side of the first signal line 20 in the stacking direction, for example, with reference to the magnetoresistive element 10. The yoke 60 contains a soft magnetic material. The yoke 60 is, for example, an alloy of Fe, Co, Ni, Ni and Fe, an alloy of Fe and Co, an alloy of Fe and Co and B, and the like.

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 yoke 60 has a first portion 61 and a second portion 62. The first portion 61 and the second portion 62 are separated from each other to form a gap GA. The first portion 61 and the second portion 62 sandwich the magnetoresistive element 10 in the gap in a plan view from the stacking direction. The magnetic flux lines flow from the first portion 61 to the second portion 62, or from the second portion 62 to the first portion 61.

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 magnetoresistive device 102, the yoke 60 induces magnetic flux and concentrates it in the gap GA between the first portion 61 and the second portion 62. The yoke 60 applies a magnetic field generated in the gap GA by the external magnetic field Hex to the second ferromagnetic layer 2. The second ferromagnetic layer 2 is a second free magnetized layer, and the magnetized M2 of the second ferromagnetic layer 2 receives a magnetic field generated in the gap GA between the first portion 61 and the second portion 62. The direction changes. The direction of the magnetic field generated in the gap GA between the first portion 61 and the second portion 62 changes depending on the direction of the external magnetic field Hex. The magnetoresistive device 102 is particularly applicable to a magnetic sensor (see FIGS. 5A and 5B) using the first pattern magnetoresistive element 10 that detects the direction of the external magnetic field Hex.

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 magnetoresistive element 10 is not located in the gap GA of the yoke 60 in the stacking direction, but is a part of the magnetoresistive element 10 (for example, one of the second ferromagnetic layers 2). Part or all) may be located within the gap GA of the yoke 60 in the stacking direction. Further, in the example of FIG. 20, an example in which the first portion 61 and the second portion 62 of the yoke 60 sandwich the magnetoresistive element 10 in one direction is shown, but as shown in FIG. 21, a plan view from the stacking direction is shown. The yoke 60 may surround the magnetoresistive element 10.

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 yoke 60 may be closer to the first ferromagnetic layer 1 than the second ferromagnetic layer 2 in the stacking direction. FIG. 22 is a perspective view showing the vicinity of the magnetoresistive element 10 of the magnetoresistive device of another example according to the second modification. The yoke 60 applies a magnetic field generated in the gap GA by the external magnetic field Hex to the first ferromagnetic layer 1. The axis of rotation of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is tilted by receiving a magnetic field generated in the gap GA between the first portion 61 and the second portion 62. The direction of the magnetic field generated in the gap GA between the first portion 61 and the second portion 62 changes depending on the direction of the external magnetic field Hex. The magnetoresistive device shown in FIG. 22 is particularly suitable for a magnetic sensor (see FIGS. 6A and 6B) using the magnetoresistive element 10 of the second pattern for detecting the direction of the external magnetic field Hex. Applicable.

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 magnetoresistive element 10 is not located in the gap GA of the yoke 60 in the stacking direction, but is a part of the magnetoresistive element 10 (for example, one of the first ferromagnetic layers 1). Part or all) may be located within the gap GA of the yoke 60 in the stacking direction. Further, also in the example of FIG. 22, the yoke 60 may surround the magnetoresistive element 10 in a plan view from the stacking direction.

(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 magnetoresistive device 103 according to the third modification. The magnetoresistive device 103 according to the third modification shown in FIG. 23 is different from the magnetoresistive device 100 shown in FIG. 1 in that it has a plurality of magnetoresistive elements 10. In the magnetoresistive device 103 shown in FIG. 23, the same reference numerals are given to the same configurations as the magnetoresistive device 100 shown in FIG. Further, the description of the configuration common to the magnetoresistive device 100 in the magnetoresistive device 103 according to the third modification will be omitted.

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 magnetoresistive elements 10 is connected to the second signal line 30, and the magnetoresistive elements 10 are connected in series. Each magnetoresistive element 10 is separated from the first signal line 20 via an insulator. The first signal line 20 is arranged at a position where the high-frequency magnetic field Hrf generated by the first high-frequency current IR1 flowing through the first signal line 20 can be applied to the first ferromagnetic layer 1 of each magnetoresistive element 10. There is. The high-frequency magnetic field Hrf caused by the first high-frequency current IR1 flowing through the first signal line 20 is applied to each of the first ferromagnetic layers 1. The second ferromagnetic layer 2 of each magnetoresistive element 10 functions as a magnetization fixing layer. The directions of magnetization of the second ferromagnetic layer 2 of the plurality of magnetoresistive elements 10 are the same.

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 magnetoresistive element 10 of the magnetoresistive device 103 according to the third modification. In FIG. 24, only the magnetoresistive element 10 and the first signal line 20 are shown. A part of the first signal line 20 shown in FIG. 24 is annular in a plan view from the stacking direction. The magnetoresistive element 10 is located at a position where it overlaps with the first signal line 20 in a plan view from the stacking direction. As shown in FIG. 24, each magnetoresistive element 10 is located at a position deviated by a rotation angle φ with respect to the center of the annular first signal line 20. The rotation angle φ is, for example, 60 °. In FIG. 24, the angle α is the angle formed by the reference direction and the direction of the external magnetic field Hex . In FIG. 24, as an example, the direction in which the high-frequency magnetic field Hrf is applied to the magnetoresistive element 10 of one of the three magnetoresistive elements 10 is set as the reference direction.

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 first signal line 20 according to the right-handed screw rule. The directions of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1 of each magnetoresistive element 10 are different from each other among the plurality of magnetoresistive elements 10. As shown in FIG. 24, the direction of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1 of each magnetoresistive sensor 10 is the same angle as the rotation angle φ with the adjacent magnetoresistive element 10. Only out of alignment. The magnetoresistive effect device 103 includes a magnetic sensor (see FIGS. 5A and 5B) using the magnetoresistive element 10 of the first pattern for detecting the direction of the external magnetic field Hex, and a second pattern. It is particularly applicable to a magnetic sensor (see FIGS. 6 (a) and 6 (b)) using the magnetoresistive sensor 10 of the above.

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Δθ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(Δθ)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(Δθ)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 resistance effect element 10, the relative angle between the direction of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1 and the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 2 is the relative angle of the plurality of magnetic resistance effect elements 10. Since they are different from each other, the phase difference Δθ 2 in each magnetic resistance effect element 10 is different from each other among the plurality of magnetic resistance effect elements 10. FIG. 25 (a) is a graph showing a change in cos (Δθ 2 ) in each magnetoresistive element 10 with respect to a change in the direction of the external magnetic field Hex , and FIG. 25 (b) shows three magnetoresistive effects. It is a graph which shows the change of the addition average of cos (Δθ 2) of element 10. 25 (a) and 25 (b) are graphs when the three magnetoresistive elements 10 are arranged at different positions by 60 ° with respect to the center of the annular first signal line 20. The numbers in the legend of the graph of FIG. 25A are the values of the rotation angle φ of each magnetoresistive element 10.

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(Δθ)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(Δθ)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Δθとすると、Δθ=Δθ+Δθ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(Δθ+Δθ)に比例する。位相差Δθ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(Δθ+Δθ)の変化の外部磁場Hexの方向の変化に対する線形性は、cos(Δθ)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 magnetoresistive element 10 is not very linear with respect to the change in the direction of the external magnetic field Hex. The DC voltage output from each magnetoresistive element 10 is proportional to cos (Δθ 1) in each magnetoresistive element 10. Assuming that the phase difference between the second high-frequency current I R2 and the first high-frequency current I R1 is Δθ 3 , Δθ 1 = Δθ 2 + Δθ 3 , so that each magnetoresistive sensor 10 is output from the magnetoresistive element 10. The DC voltage is proportional to cos (Δθ 2 + Δθ 3). Since the phase difference Δθ 3 is constant, in each magnetoresistive element 10, the linearity of the change of cos (Δθ 2 + Δθ 3 ) with respect to the change in the direction of the external magnetic field Hex is the same as that of cos (Δθ 2 ). Become. Therefore, the linearity of the change in the DC voltage output from each magnetoresistive element 10 with respect to the change in the direction of the external magnetic field Hex is not very good.

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(Δθ)を加算した値(3つの磁気抵抗効果素子10のcos(Δθ+Δθ)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(Δθ+Δθ)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 magnetoresistive elements 10, the direction of the external magnetic field Hex of the change in the DC voltage VDC. The linearity with respect to the change of is improved.

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 resistance effect elements 10 are different from each other. By making the directions of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer different from each other, there is a certain effect that the linearity of the change of the DC voltage VDC with respect to the change of the direction of the external magnetic field Hex is improved. can get. By making the directions of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer of at least three magnetoresistive elements 10 different from each other, the change in the DC voltage VDC is linear with respect to the change in the direction of the external magnetic field Hex. You can improve your sex.

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 magnetoresistive sensor 10 in order to improve the linearity of the change of the DC voltage VDC with respect to the change in the direction of the external magnetic field Hex. May be different among the plurality of magnetoresistive elements 10. For example, the distance between the first ferromagnetic layer of each magnetoresistive element 10 and the first signal line 20 may be different among the plurality of magnetoresistive elements 10.

(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 magnetoresistive device 104 according to the fourth modification. The magnetoresistive device 104 according to the fourth modification shown in FIG. 26 is different from the magnetoresistive device 100 shown in FIG. 1 in that it has a plurality of second input ports p2, output ports p3, magnetic resistance effect elements 10, and the like. .. In the magnetoresistive device 104 shown in FIG. 26, the same reference numerals are given to the same configurations as the magnetoresistive device 100 shown in FIG. Further, the description of the configuration common to the magnetoresistive device 100 in the magnetoresistive device 104 according to the fourth modification will be omitted.

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 magnetoresistive element 10 of the magnetoresistive device 104 according to the fourth modification. There are two magnetoresistive elements 10, and they are referred to as a first magnetoresistive element 11 and a second magnetoresistive element 12, respectively.

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 first magnetoresistive element 11 and the second magnetoresistive element 12 is, as an example, the same as the first pattern shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Specifically, in each of the first magnetic resistance effect element 11 and the second magnetic resistance effect element 12, the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 are both free to magnetize in which the direction of magnetization changes. It is a layer, and the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 vibrates (age-difference motion) due to the high-frequency magnetic field Hrf. The configuration of the first magnetoresistive element 11 and the second magnetoresistive element 12 may be the same as the second pattern shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b).

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 first magnetoresistive element 11 and the second magnetoresistive element 12. The external magnetic field Hex is applied from a direction inclined with respect to the stacking direction of the first magnetoresistive element 11 or the second magnetoresistive element 12. The orientation direction of the magnetization of the second ferromagnetic layer 2 coincides with, for example, the direction in which the external magnetic field Hex is applied.

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 first signal line 20 is separated from each of the first magnetoresistive element 11 and the second magnetoresistive element 12 via an insulator. The first signal line 20 extends in the first extending direction at a position where the first magnetoresistive element 11 and the first magnetoresistive element 11 overlap in a plan view from the stacking direction. The first signal line 20 extends in the second extending direction at a position where the second magnetoresistive element 12 and the second magnetoresistive element 12 overlap in a plan view from the stacking direction. Unlike the first extending direction and the second extending direction, the angle between them is 90 °.

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 first magnetoresistive element 11 and the second magnetoresistive element 12 are connected to different output ports p3, respectively. Hereinafter, the output port p3 from which the voltage due to the output from the first magnetoresistive sensor 11 is output is the first output port p31, and the output port from which the voltage due to the output from the second magnetoresistive element 12 is output. p3 is referred to as a second output port p32.

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。
R2=A・sin(2πft)、
11=B・sin(2πft+Δθ)+R
V1=IR2×R11=(A・B/2)・{cos(Δθ)−cos(4πft+Δθ)}+A・R・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(Δθ)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 first magnetoresistive element 11 and the first magnetoresistive element 11 (second high-frequency current IR2 ). It is expressed by the product of and satisfies the following relationship.
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 · R 0 · sin (2πft)
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 second magnetoresistive sensor 12 is tilted by 90 ° with respect to the vibration direction of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the second magnetoresistive element 12. .. Therefore, the phase of the resistor R 12 of the second magnetoresistive element 12 is delayed by π / 2 (90 °) with respect to the phase of the resistor R 11 of the first magnetoresistive element 11.

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。
R2=A・sin(2πft)、
12=B・sin(2πft+Δθ−π/2)+R=−B・cos(2πft+Δθ)+R
V2=IR2×R12=(A・B/2)・{sin(Δθ)−sin(4πft+Δθ)}+A・R・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(Δθ)が出力される。
As a result, the voltage V2 output from the second magnetoresistive element 12 satisfies the following relationship.
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 · R 0 · sin (2πft)
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Δθ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+Δθ)」と、電圧V2の高周波成分である「−(A・B/2)・sin(4πft+Δθ)」と、を利用して、(A・B/2)及びΔθ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 ferromagnetic layer 1 with respect to the stacking direction changes. As a result, the amplitude A of the resistance value R 11 of the first magnetoresistive element 11 and the amplitude B of the resistance value R 12 of the second magnetoresistive element 12 change, and the values of (A and B / 2) change. ..

またΔθ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Δθ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Δθが変化する。なお、第4変形例の場合、Δθ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 ferromagnetic layer 2 with respect to the rotation axis of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is similar to the first pattern shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). This is because the direction of the magnetization M2 changes and the phase difference Δθ 1 changes. When the configurations of the first magnetoresistive element 11 and the second magnetoresistive element 12 are the same as the second pattern shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the magnetization M1 is the same as the second pattern. The tilt direction of the rotation axis of is changed by the change in the direction of the external magnetic field Hex , and the phase difference Δθ 1 is changed. In the case of the fourth modification, the value of Δθ 1 itself can be obtained, and the direction of the external magnetic field can be detected over the entire range of 360 degrees in the in-plane direction.

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 first magnetoresistive element 11 and the second magnetoresistive element 12. , The magnetoresistive device 104A shown in FIG. 28 may have one second input port p2. The second input port p2 in FIG. 28 is connected to each of the first magnetoresistive element 11 and the second magnetoresistive element 12. There is a directional coupler 93 between the first magnetoresistive element 11 and the second magnetoresistive element 12. Further, a plurality of first signal lines 20 may be provided as in the magnetoresistive device 104B shown in FIG. 29. 29, a first signal line 20 for applying a high-frequency magnetic field H rf to the first magneto-resistive element 11, a first signal line 20 for applying a high-frequency magnetic field H rf Second magneto-resistive element 12, the different ..

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 magnetic body portion 50 of the first modified example is provided in the second modified example or the third modified example, and the high frequency magnetic field Hrf2 generated by the vibration of the magnetization of the magnetic body portion 50 is applied to the first ferromagnetic layer 1. You may do so. Further, the yoke 60 of the second modification is provided in each magnetoresistive element 10 of the third modification, and the magnetic field generated in the gap GA is applied to the second ferromagnetic layer 2 of each magnetoresistive element 10. You may try to do it.

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 ferromagnetic layer 1. FIG. 30 is a perspective view showing the vicinity of the magnetoresistive element 10 of the magnetoresistive device according to the fifth modification.

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 first signal line 20 has an extending portion 21. The extending portion 21 extends in a direction intersecting the stacking direction in a plan view from the stacking direction of the magnetoresistive element 10. The extending portion 21 is located at a position where it does not overlap with the magnetoresistive element 10 in a plan view from the stacking direction. A part of the extending portion 21 overlaps with the magnetoresistive element 10 in a plan view from a direction perpendicular to the stacking direction. The magnetoresistive element 10 is not arranged at the end where the extending direction of the extending portion 21 is extended. That is, the extending portion 21 is arranged so as not to overlap with the magnetoresistive element 10 when viewed from the extending direction. The first signal line 20 surrounds the circumference of the first ferromagnetic layer 1 in a plan view from the stacking direction of the magnetoresistive element 10, for example.

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 portion 21, a high-frequency magnetic field Hrf is generated. The high frequency magnetic field Hrf is applied to the first ferromagnetic layer 1. The high-frequency magnetic field Hrf is applied to the first ferromagnetic layer 1 from the direction intersecting the in-plane where the first ferromagnetic layer 1 spreads. The high-frequency magnetic field Hrf is applied to the first ferromagnetic layer 1 in the stacking direction, for example. In this case, the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 has an in-plane component in which the second ferromagnetic layer 2 spreads. The magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 is oriented in one direction in the in-plane direction, for example. The magnetoresistive device also works in this configuration.

「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 magnetoresistive device 110 includes a magnetoresistive element 10, a first input port p11, a first signal line 70, and an output port p12. The magnetoresistive device 110 shown in FIG. 31 also has lines 80 and 82, a reference potential terminal pr3, an inductor 91, and a capacitor 92. In the magnetoresistive device 110 shown in FIG. 31, the same reference numerals are given to the same configurations as the magnetoresistive device 100 shown in FIG. Further, the description of the configuration common to the magnetoresistive device 100 in the magnetoresistive device 110 according to the second embodiment will be omitted.

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 magnetoresistive device 110. For example, an AC signal source, an antenna, or the like is connected to the first input port p11. The first input port p11 is connected to the first signal line 70. The first input port p11 is connected to, for example, the end of the first signal line 70. A first high frequency signal is input to the first input port p11, and a first high frequency signal is input from the first input port p11 to the first signal line 70. The first high frequency signal produces a first high frequency current IR1 on the first signal line 70.

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 first signal line 70 is a signal line through which the first high frequency current IR1 flows. The first signal line 70 shown in FIG. 31 is a line connecting the first input port p11 and the magnetoresistive element 10. The first signal line 70 shown in FIG. 31 electrically connects the first input port p11 and the magnetoresistive element 10.

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 first signal line 70 is arranged at a position where the high frequency magnetic field Hrf generated by the first high frequency current IR1 flowing through the first signal line 70 can be applied to the first ferromagnetic layer 1. The high-frequency magnetic field Hrf caused by the first high-frequency current IR1 flowing through the first signal line 70 is applied to the first ferromagnetic layer 1. The magnetization of the first ferromagnetic layer 1 is oscillated by the high frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1. The magnetization of the first ferromagnetic layer 1 vibrates significantly when the frequency of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1 is close to the ferromagnetic resonance frequency of the first ferromagnetic layer 1. The portion of the first signal line 20 where the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1 is mainly generated is, for example, closer to the first ferromagnetic layer 1 than the second ferromagnetic layer 2.

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 first signal line 70 is connected to the magnetoresistive element 10. The first high-frequency current IR1 flowing through the first signal line 70 flows through the magnetoresistive element 10. The amplitude of the magnetization of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 by the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1 is the spin transfer torque generated by the first high-frequency current IR1 flowing through the magnetic resistance effect element 10. 1 It is larger than the vibration amplitude of the magnetization of the ferromagnetic layer 1.

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 magnetoresistive device 110. For example, a voltmeter for monitoring voltage or an ammeter for monitoring current is connected to the output port p12. The output port p12 shown in FIG. 31 is connected to a line 80 branching from the first signal line 70. From the output port p12, a signal including a signal component (DC voltage or DC current) caused by the output from the magnetoresistive element 10 is output.

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 line 80 is a line branched from the first signal line 70. The line 80 connects the first signal line 70 and the output port p12. The line 82 connects the magnetoresistive element 10 and the reference potential terminal pr3.

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 inductor 91 in FIG. 31 is on the line 80. The inductor 91 suppresses the high frequency component of the output from the first high frequency current IR1 and the magnetoresistive element 10 from reaching the output port p12. The capacitor 92 in FIG. 31 is on the first signal line 70. The capacitor 92 in FIG. 31 is on the first input port p11 side from the branch point of the first signal line 70 with the line 80.

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 magnetoresistive device 110 will be described. Hereinafter, in the second embodiment, an example of a DC voltage will be described as a DC signal component output from the output port p3. When the first high frequency signal is input to the first input port p11, the first high frequency current IR1 flows through the first signal line 70. The first high-frequency current I R1 produces a high-frequency magnetic field H rf. The high-frequency magnetic field Hrf is applied to the first ferromagnetic layer 1 of the magnetoresistive element 10.

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 ferromagnetic layer 1 vibrates by receiving a high-frequency magnetic field H rf due to the first high-frequency current I R1. Resistance R 10 of the magnetoresistive effect element 10, the first magnetization of the ferromagnetic layer 1 is changed by vibration (vibrating).

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 magnetoresistive element 10. A DC voltage VDC is output from the output port p12. The DC voltage V DC is the voltage V (output voltage from the magnetic resistance effect element 10) which is the product of the resistance R 10 of the magnetic resistance effect element 10 and the current (first high frequency current IR 1) flowing through the magnetic resistance effect element 10. It is a DC component of.

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 magnetoresistive device 110 of the second embodiment can be used as a magnetic sensor or a rectifier like the magnetoresistive device 100 of the first embodiment. Also, when the magnetoresistive device 110 of the second embodiment is used as a magnetic sensor, it is possible to detect a change in the magnitude of the external magnetic field, the magnitude of the external magnetic field, or the direction of the external magnetic field, as in the first embodiment.

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Δθ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Δθに置き換えられ、直流電圧VDCは、(A・B/2)・cos(Δθ)で表される。 The operation of the magnetoresistive device 110 of the second embodiment as a magnetic sensor and a rectifier is almost the same as that of the magnetoresistive device 100 according to the first embodiment. However, since the first signal line 70 is connected to the magnetoresistive element 10 and the first high-frequency current IR1 flowing through the first signal line 70 flows through the magnetoresistive element 10, the magnetoresistive element 10 in the first embodiment In the second embodiment, the second high frequency current IR2 flowing through the inside is replaced with the first high frequency current IR1 flowing through the magnetoresistive element 10. The phase difference [Delta] [theta] 1 of the first embodiment is replaced with a phase difference [Delta] [theta] 2 and the phase of resistance R 10 of phase and the magnetoresistive element 10 of the first high-frequency current I R1, the DC voltage V DC is (A · B / 2) · cos (Δθ 2 ).

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 magnetoresistance effect device 110 according to the second embodiment, since the high-frequency magnetic field H rf by the first magnetization of the ferromagnetic layer 1 caused by the first high-frequency current I R1 is vibrated, can increase the amplitude of oscillation of the magnetization. When the amplitude of the magnetization vibration becomes large, the amount of change (amplitude) of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 becomes large, and a large DC voltage VDC can be output from the output port p12. Further, the magnetoresistive device 110 according to the second embodiment can be used as a magnetic sensor or a rectifier.

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 resistance effect element 10 is one example, but a plurality of magnetic resistance effect elements 10 are connected to the first signal line 20 and the first high frequency current is connected to the plurality of magnetic resistance effect elements 10. Even if the IR1 is allowed to flow and the high-frequency magnetic field Hrf caused by the first high-frequency current IR1 flowing through the first signal line 20 is applied to the first ferromagnetic layer 1 of the plurality of magnetoresistive elements 10. good.

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 magnetoresistive device 111 shown in FIG. 32, the magnetic body portion 50 may be provided so that a high-frequency magnetic field generated by the vibration of the magnetization of the magnetic body portion 50 is applied to the first ferromagnetic layer 1. good. Further, for example, as in the magnetic resistance effect device 112 shown in FIG. 33, a plurality of magnetic resistance effect elements 10 are provided, and the first strength of each magnetic resistance effect element 10 is the same as in the third modification of the first embodiment. The directions of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the magnetic layer 1 may be different from each other among the plurality of magnetoresistive elements 10. In the magnetoresistive device 112 shown in FIG. 33, the magnetoresistive element 10 is connected to the first signal line 70, and the magnetoresistive elements 10 are connected in series.

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 resistance effect device 113 shown in FIG. 34, a plurality of magnetic resistance effect elements are provided (the first magnetic resistance effect element 11 and the second magnetic resistance effect element 12 are provided), and the first embodiment is provided. Similar to the fourth modification, the angle formed by the first extending direction and the second extending direction may be 90 °.

「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 magnetoresistive device 120 includes a magnetoresistive element 10, a first input port p1, a first signal line 20, a second signal line 31, a line 43, a directional coupler 93, and an output port p3. In the magnetoresistive device 120 shown in FIG. 35, the first signal line 20 and the second signal line 31 are connected to the first input port p1 via the line 43 and the directional coupler 93, and have a second input port p2. It differs from the magnetoresistive device 100 shown in FIG. 1 in that it does not. In the magnetoresistive device 120 shown in FIG. 35, the same reference numerals are given to the same configurations as the magnetoresistive device 100 shown in FIG. Further, the description of the configuration common to the magnetoresistive device 100 in the magnetoresistive device 120 according to the third embodiment will be omitted.

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 second signal line 31 is connected to the first input port p1 and the magnetoresistive element 10. In the example shown in FIG. 35, the first input port p1 is connected to the first signal line 20 and the second signal line 31 via the line 43 and the directional coupler 93, and the first signal is connected to the first input port p1. A first high-frequency signal that produces a first high-frequency current IR1 on the line 20 and a second high-frequency current IR2 that produces a second high-frequency current IR2 is input to the second signal line 31. The second high-frequency current IR2 flowing through the second signal line 31 flows through the magnetoresistive element 10.

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 magnetoresistive device 110 will be described. Hereinafter, in the second embodiment, an example of a DC voltage will be described as a DC signal component output from the output port p3.

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Iが流れる。高周波電流I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 line 43. High frequency current I R is branched into a first signal line 20 by the directional coupler 93 and the second signal line 30, the first signal line 20 first high-frequency current I R1, the second signal line 31 first 2 High frequency current IR2 flows. The first high-frequency current I R1 produces a high-frequency magnetic field H rf. The high-frequency magnetic field Hrf is applied to the first ferromagnetic layer 1 of the magnetoresistive element 10.

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 ferromagnetic layer 1 vibrates by receiving a high-frequency magnetic field H rf due to the first high-frequency current I R1. Resistance R 10 of the magnetoresistive effect element 10, the first magnetization of the ferromagnetic layer 1 is changed by vibration (vibrating). The amplitude of the magnetization of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 by the high-frequency magnetic field Hrf applied to the first ferromagnetic layer 1 is the spin transfer torque generated by the second high-frequency current IR2 flowing through the magnetic resistance effect element 10. 1 It is larger than the vibration amplitude of the magnetization of the ferromagnetic layer 1.

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 magnetoresistive element 10. A DC voltage VDC is output from the output port p3. The DC voltage V DC is the voltage V (output voltage from the magnetic resistance effect element 10) which is the product of the resistance R 10 of the magnetic resistance effect element 10 and the current (second high frequency current IR 2) flowing through the magnetic resistance effect element 10. It is a DC component of.

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 magnetoresistive device 120 of the third embodiment can be used as a magnetic sensor or a rectifier like the magnetoresistive device 100 of the first embodiment. Also, when the magnetoresistive device 120 of the third embodiment is used as a magnetic sensor, it is possible to detect a change in the magnitude of the external magnetic field, the magnitude of the external magnetic field, or the direction of the external magnetic field, as in the first embodiment.

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 magnetoresistive device 110 of the third embodiment as a magnetic sensor and a rectifier is almost the same as that of the magnetoresistive device 100 according to the first embodiment.

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 magnetoresistance effect device 120 according to the third embodiment, since the high-frequency magnetic field H rf by the first magnetization of the ferromagnetic layer 1 caused by the first high-frequency current I R1 is vibrated, can increase the amplitude of oscillation of the magnetization. When the amplitude of the magnetization vibration becomes large, the amount of change (amplitude) of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 becomes large, and a large DC voltage VDC can be output from the output port p3. Further, the magnetoresistive device 120 according to the third embodiment can be used as a magnetic sensor and a rectifier.

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 magnetoresistive device 120 of the third embodiment can be used as a dielectric sensor like the magnetoresistive device 100 of the first embodiment. FIG. 36 is a schematic view when the magnetoresistive device 120 is used as a dielectric sensor. The dielectric sensor using the magnetoresistive device 120 includes an installation area A1 or an installation area A2. In the magnetoresistive device 120, a dielectric object to be measured is installed in either the installation area A1 or the installation area A2, and measurement is performed. The operating principle of the sensor is the same as that of the dielectric sensor of the first embodiment.

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atと受信アンテナatとを有し、設置領域A1は送信アンテナatと受信アンテナat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atと受信アンテナatとを有し、設置領域A2は送信アンテナatと受信アンテナat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 magnetoresistive device 120 is used as a dielectric sensor. In the magnetoresistive device 120A shown in FIG. 37, the first signal line 20A has a transmitting antenna at T and a receiving antenna at R , and the installation area A1 is sandwiched between the transmitting antenna at T and the receiving antenna at R. Area. In the magnetoresistive device 120B shown in FIG. 38, the second signal line 31B has a transmitting antenna at T and a receiving antenna at R , and the installation area A2 is sandwiched between the transmitting antenna at T and the receiving antenna at R. Area. In the magnetoresistive device 120A, a dielectric object to be measured is placed in the installation area A1 to perform measurement. In the magnetoresistive device 120B, a dielectric object to be measured is installed in the installation area A2 to perform measurement. The operating principle of the sensor is the same as that of the dielectric sensor of the first embodiment.

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 resistance effect element 10 is one example, but a plurality of magnetic resistance effect elements 10 are connected to the second signal line 31 to connect the plurality of magnetic resistance effect elements 10 to the second high frequency current. Even if IR2 is allowed to flow and a high-frequency magnetic field Hrf caused by the first high-frequency current IR1 flowing through the first signal line 20 is applied to the first ferromagnetic layer 1 of the plurality of magnetoresistive elements 10. good.

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 magnetoresistive device 121 shown in FIG. 39, even if the magnetic body portion 50 is provided so that a high-frequency magnetic field generated by the vibration of the magnetization of the magnetic body portion 50 is applied to the first ferromagnetic layer 1. good. Further, for example, as in the magnetic resistance effect device 122 shown in FIG. 40, a plurality of magnetic resistance effect elements 10 are provided, and the first strength of each magnetic resistance effect element 10 is the same as in the third modification of the first embodiment. The directions of the high-frequency magnetic field Hrf applied to the magnetic layer 1 may be different from each other among the plurality of magnetoresistive elements 10. In the magnetoresistive device 122 shown in FIG. 40, the magnetoresistive element 10 is connected to the second signal line 31, and the magnetoresistive elements 10 are connected in series.

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 resistance effect device 123 shown in FIG. 41, a plurality of magnetic resistance effect elements are provided (the first magnetic resistance effect element 11 and the second magnetic resistance effect element 12 are provided), and the first embodiment is provided. Similar to the fourth modification, the angle formed by the first extending direction and the second extending direction may be 90 °.

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 magnetoresistive element 10 may be provided in the vicinity of the magnetoresistive element 10. The magnetic field application unit is composed of, for example, an electromagnet type or stripline type magnetic field application mechanism capable of variably controlling the applied magnetic field strength by either voltage or current. Further, the magnetic field application unit may be configured by a combination of an electromagnet type or strip line type magnetic field application mechanism capable of variably controlling the applied magnetic field strength and a permanent magnet that supplies only a constant magnetic field.

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
rf,Hrf1,Hrf2 高周波磁場
R1 第1高周波電流
R2 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 ferromagnetic layer 2 2nd ferromagnetic layer 3 Spacer layer 10 Magnetic resistance effect element 11 1st magnetic resistance effect element 12 2nd magnetic resistance effect element 20, 20A, 70 1st signal line 21 Extended portion 30, 30B , 31, 31B 2nd signal line 40, 42, 43, 80, 82 Line 50 Magnetic material part 60 York 61 1st part 62 2nd part 91 inductor 92 Condenser 93 Directional coupler 100, 100A, 100B, 101, 102 , 103,104,104A, 104B, 110,111,112,113,120,120A, 120B , 121,122,123 magnetoresistive devices A1, A2 installation area G ground H rf, H rf1, H rf2 high frequency magnetic field I R1 1st high frequency current I R2 2nd high frequency current M1, M2 Magnetism p1, p11 1st input port p2 2nd input port p3, p12 Output port 1st output port p31
2nd output port p32
pr1, pr2, pr3 reference potential terminal

Claims (12)

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、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.
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. ..
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.
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.
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る、請求項1〜6のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。 The magnetoresistive effect device according to any one of claims 1 to 6, wherein the first signal line is closer to the first ferromagnetic layer than the second ferromagnetic layer. 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.
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る、請求項1〜10のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。 One of claims 1 to 10, wherein 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. The magnetoresistive effect device described. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイスを用いたセンサ。 A sensor using the magnetoresistive device according to any one of claims 1 to 11.
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