JP2022075040A - Magnetoresistive effect device, magnetic sensor, frequency converter, and filter - Google Patents

Magnetoresistive effect device, magnetic sensor, frequency converter, and filter Download PDF

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Abstract

To provide low power-consumption magnetoresistive device, magnetometer, frequency converter, filter, and oscillator.SOLUTION: A magnetoresistive device includes a magnetoresistive element and a first ferromagnetic layer, and the magnetoresistive element includes a second ferromagnetic layer, a third ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer, and the high-frequency magnetic field is generated in the first ferromagnetic layer by applying a high-frequency voltage, and the high-frequency magnetic field is applied to the second ferromagnetic layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、磁気抵抗効果デバイス、磁気センサ、周波数変換器およびフィルタに関する。 The present invention relates to magnetoresistive devices, magnetic sensors, frequency converters and filters.

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、高周波電流を利用した磁気デバイスが記載されている。特許文献1に記載の磁気デバイスは、高周波電流により発生する高周波磁場が磁気抵抗効果素子の磁化自由層に印加されて動作する。 For example, Patent Document 1 describes a magnetic device using a high frequency current. The magnetic device described in Patent Document 1 operates by applying a high-frequency magnetic field generated by a high-frequency current to the magnetization free layer of the magnetoresistive sensor.

特開2017-153066号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-153066

特許文献1の磁気デバイスは、大きな高周波磁場を印加して出力を大きくするために大きな高周波電流が必要であり、消費電力が大きくなる。 The magnetic device of Patent Document 1 requires a large high-frequency current in order to apply a large high-frequency magnetic field to increase the output, resulting in high power consumption.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、消費電力が小さい磁気抵抗効果デバイス、磁気センサ、周波数変換器およびフィルタ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, a magnetic sensor, a frequency converter, and a filter having low power consumption.

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強磁性層とを備え、前記磁気抵抗効果素子は、第2強磁性層と、第3強磁性層と、前記第2強磁性層と前記第3強磁性層との間に挟まれたスペーサ層と、を備え、前記第1強磁性層は、高周波電圧が印加されることで高周波磁場を生じ、前記高周波磁場は、前記第2強磁性層に印加される。 (1) The magnetic resistance effect device according to the first aspect includes a magnetic resistance effect element and a first ferromagnetic layer, and the magnetic resistance effect element includes a second ferromagnetic layer, a third ferromagnetic layer, and the like. A spacer layer sandwiched between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer is provided, and the first ferromagnetic layer generates a high-frequency magnetic field by applying a high-frequency voltage, and the high-frequency field is generated. The magnetic field is applied to the second ferromagnetic layer.

(2)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強磁性層は、前記磁気抵抗効果素子の積層方向の少なくとも一方側にあってもよい。 (2) In the magnetoresistive effect device according to the above aspect, the first ferromagnetic layer may be on at least one side in the laminating direction of the magnetoresistive element.

(3)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、金属層と絶縁層とをさらに備えてもよく、前記金属層は、前記絶縁層と前記第1強磁性層とに挟まれ、前記金属層は、5d遷移金属元素を含んでもよい。 (3) The magnetic resistance effect device according to the above embodiment may further include a metal layer and an insulating layer, the metal layer is sandwiched between the insulating layer and the first ferromagnetic layer, and the metal layer is formed. It may contain 5d transition metal elements.

(4)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、絶縁層と電極とをさらに備え、前記電極は、前記磁気抵抗効果素子の積層方向において、前記第1強磁性層を基準に前記磁気抵抗効果素子と反対側にあり、前記絶縁層は、前記電極と前記第1強磁性層との間に挟まれてもよい。 (4) The magnetoresistive device according to the above embodiment further includes an insulating layer and an electrode, and the electrode is the magnetoresistive element with reference to the first ferromagnetic layer in the stacking direction of the magnetoresistive element. The insulating layer may be sandwiched between the electrode and the first ferromagnetic layer.

(5)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、非磁性層と第4強磁性層とをさらに備え、前記第4強磁性層は、前記磁気抵抗効果素子と前記第1強磁性層との間に挟まれ、前記非磁性層は、前記第1強磁性層と前記第4強磁性層との間に挟まれ、前記第4強磁性層は、前記第1強磁性層より厚くてもよい。 (5) The magnetic resistance effect device according to the above aspect further includes a non-magnetic layer and a fourth ferromagnetic layer, and the fourth ferromagnetic layer is between the magnetic resistance effect element and the first ferromagnetic layer. The non-magnetic layer may be sandwiched between the first ferromagnetic layer and the fourth ferromagnetic layer, and the fourth ferromagnetic layer may be thicker than the first ferromagnetic layer.

(6)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記非磁性層は、マグネシウムを含む酸化物を含んでもよい。 (6) In the magnetoresistive device according to the above aspect, the non-magnetic layer may contain an oxide containing magnesium.

(7)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第5強磁性層をさらに備え、前記第5強磁性層は、前記磁気抵抗効果素子の積層方向と直交する面内のいずれかの方向から見て、前記磁気抵抗効果素子と重なる位置にあってもよい。 (7) The magnetoresistive effect device according to the above aspect further includes a fifth ferromagnetic layer, and the fifth ferromagnetic layer is viewed from any direction in the plane orthogonal to the stacking direction of the magnetoresistive element. Therefore, it may be located at a position where it overlaps with the magnetoresistive element.

(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に高周波電流が印加されてもよい。 (8) In the magnetoresistive device according to the above aspect, a high frequency current may be applied to the magnetoresistive element.

(9)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入力ポートとをさらに備え、前記第1入力ポートは前記第1強磁性層に接続され、前記第1入力ポートに入力される第1高周波信号により前記第1強磁性層に前記高周波電圧が印加され、前記第2入力ポートは前記磁気抵抗効果素子に接続され、前記第2入力ポートに入力される第2高周波信号により前記磁気抵抗効果素子に前記高周波電流が印加されてもよい。 (9) The magnetic resistance effect device according to the above embodiment further includes a first input port and a second input port, and the first input port is connected to the first ferromagnetic layer and inputs to the first input port. The high frequency voltage is applied to the first ferromagnetic layer by the first high frequency signal to be generated, the second input port is connected to the magnetoresistive effect element, and the second high frequency signal input to the second input port causes the second input port. The high frequency current may be applied to the magnetoresistive effect element.

(10)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強磁性層及び前記磁気抵抗効果素子に接続され、前記第1入力ポートに入力される第1高周波信号により前記第1強磁性層に前記高周波電圧が印加され、前記第1入力ポートに入力される前記第1高周波信号により前記磁気抵抗効果素子に前記高周波電流が印加されてもよい。 (10) The magnetic resistance effect device according to the above embodiment further includes a first input port, and the first input port is connected to the first ferromagnetic layer and the magnetic resistance effect element to the first input port. The high frequency voltage is applied to the first ferromagnetic layer by the input first high frequency signal, and the high frequency current is applied to the magnetic resistance effect element by the first high frequency signal input to the first input port. May be good.

(11)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入力ポート、前記第1強磁性層及び前記磁気抵抗効果素子が、直列接続されていてもよい。 (11) In the magnetoresistive device according to the above aspect, the first input port, the first ferromagnetic layer, and the magnetoresistive element may be connected in series.

(12)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第1信号線路と第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信号線路は、前記第1強磁性層に接続され、前記第2信号線路は、前記磁気抵抗効果素子に接続されていてもよい。 (12) The magnetoresistive effect device according to the above embodiment further includes a first signal line and a second signal line, and the first input port is connected to the first signal line and the second signal line. The first signal line may be connected to the first ferromagnetic layer, and the second signal line may be connected to the magnetoresistive effect element.

(13)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、ヨークをさらに備え、前記ヨークは、前記第1強磁性層の面直方向から見て前記第1強磁性層を挟み、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。 (13) The magnetoresistive device according to the above aspect further includes a yoke, in which the yoke sandwiches the first ferromagnetic layer when viewed from the plane direction of the first ferromagnetic layer, and a magnetic field generated in the gap is generated. It may be applied to the first ferromagnetic layer.

(14)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前記第1強磁性層とに接続された信号線路と、前記磁気抵抗効果素子から出力された信号が出力される出力ポートと、前記磁気抵抗効果素子に直流電流又は直流電圧を印加するための電源を接続できる直流印加端子と、をさらに備えてもよい。 (14) The magnetic resistance effect device according to the above embodiment is a signal line connected to the magnetic resistance effect element and the first ferromagnetic layer, and an output port from which a signal output from the magnetic resistance effect element is output. And a DC application terminal to which a power source for applying a DC current or a DC voltage can be connected to the magnetic resistance effect element may be further provided.

(15)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前記第1強磁性層とをそれぞれ有するユニットを複数有し、前記複数のユニットのそれぞれの前記磁気抵抗効果素子に接続され、異なるユニットの間をそれぞれ接続する複数の信号線路と、前記複数のユニットのいずれかから出力された信号が出力される出力ポートと、一つの直流印加端子又は複数の直流印加端子と、を備え、前記複数のユニットのそれぞれの前記磁気抵抗効果素子は、前記一つの直流印加端子又は前記複数の直流印加端子のうちの一つと接続され、前記一つの直流印加端子又は前記複数の直流印加端子は、接続された前記磁気抵抗効果素子に直流電流又は直流電圧を印加するための電源を接続でき、前記複数の信号線路のそれぞれは、異なるユニットの前記磁気抵抗効果素子と前記第1強磁性層とを接続し、前記複数のユニットは、前記複数の信号線路によって環状に接続されてもよい。 (15) The magnetic resistance effect device according to the above aspect has a plurality of units each having the magnetic resistance effect element and the first ferromagnetic layer, and is connected to the magnetic resistance effect element of each of the plurality of units. , A plurality of signal lines connecting different units, an output port for outputting a signal output from any of the plurality of units, and one DC application terminal or a plurality of DC application terminals. The magnetic resistance effect element of each of the plurality of units is connected to one of the one DC application terminal or the plurality of DC application terminals, and the one DC application terminal or the plurality of DC application terminals is connected. A power source for applying a direct current or a direct current can be connected to the connected magnetic resistance effect element, and each of the plurality of signal lines has the magnetic resistance effect element of a different unit and the first ferromagnetic layer. The plurality of units may be connected in an annular shape by the plurality of signal lines.

(16)第2の態様にかかる磁気センサは、上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスを有する。 (16) The magnetic sensor according to the second aspect has the magnetoresistive effect device according to the above aspect.

(17)第3の態様にかかる周波数変換器は、上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスを有する。 (17) The frequency converter according to the third aspect has the magnetoresistive effect device according to the above aspect.

(18)第4の態様にかかるフィルタは、上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスを有する。 (18) The filter according to the fourth aspect has 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、磁気センサ、周波数変換器およびフィルタは、消費電力が小さい。 The magnetoresistive effect device, magnetic sensor, frequency converter and filter according to the above aspect consume low power consumption.

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別の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 example 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 magnetic resistance effect element and the phase of the first high frequency current and the phase of the resistance of the magnetic resistance effect element Δθ 2 (Phase of the second high frequency current and the phase of the magnetic resistance effect 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の動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the operation of 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の動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the operation of the magnetic sensor which detects the direction of an external magnetic field. 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示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on the 1st modification. 第1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の拡大図である。It is an enlarged view of the vicinity of the magnetoresistive effect element 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の拡大図である。It is an enlarged view of the vicinity of the magnetoresistive effect element of the magnetoresistive effect device which concerns on the 2nd 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の拡大図である。It is an enlarged view of the vicinity of the magnetoresistive effect element 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別の例の磁気抵抗効果素子の近傍の拡大図である。It is an enlarged view of the vicinity of the magnetoresistive effect element of another example of the magnetoresistive effect device which concerns on the 3rd modification. 第4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の拡大図である。It is an enlarged view of the vicinity of the magnetoresistive effect element of the magnetoresistive effect device which concerns on the 4th modification. 第4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、磁気抵抗効果素子の積層方向から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 4th modification from the stacking direction of a magnetoresistive element. 第4変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例を磁気抵抗効果素子の積層方向から平面視した図である。Another example of the magnetoresistive effect device according to the fourth modification is a plan view from the stacking direction of the magnetoresistive effect elements. 第4変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例の磁気抵抗効果素子の近傍の拡大図である。It is an enlarged view of the vicinity of the magnetoresistive effect element of another example of the magnetoresistive effect device which concerns on the 4th modification. 第5変形例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。It is a figure which shows the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on 5th modification. 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、磁気抵抗効果素子の積層方向から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 5th modification from the stacking direction of a magnetoresistive element. 第5変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例の磁気抵抗効果素子の近傍を、磁気抵抗効果素子の積層方向から平面視した図である。It is a figure which looked at the vicinity of the magnetoresistive element of another example of the magnetoresistive device which concerns on 5th modification from the stacking direction of the magnetoresistive element. 第6変形例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。It is a figure which shows the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on the 6th 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の別の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 example of the magnetoresistive effect device which concerns on 3rd Embodiment. 第7変形例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。It is a figure which shows the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on 7th modification. 第7変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of another example of the magnetoresistive effect device which concerns on 7th modification. 第8変形例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。It is a figure which shows the circuit structure of the magnetoresistive effect device which concerns on 8th modification. 第4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 4th Embodiment. 第9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 9th modification. 第10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 10th modification. 第11変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例の回路構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows schematically the circuit structure of another example of the magnetoresistive effect device which concerns on 11th modification.

以下、磁気抵抗効果デバイス等について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the magnetoresistive effect device and the like 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, and the like 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」
(磁気抵抗効果デバイス)
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強磁性層20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、第1入力ポートp1と第2入力ポートp2と出力ポートp3と基準電位端子pr1,pr2とコンデンサCとフィルタFと信号線路L1~L5とを有する。図1に示す高周波電流Iの矢印は、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。
"First embodiment"
(Magnetic resistance effect device)
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive device 100 according to the first embodiment. The magnetoresistive effect device 100 includes a magnetoresistive effect element 10 and a first ferromagnetic layer 20. The magnetoresistive device 100 shown in FIG. 1 also includes a first input port p1, a second input port p2, an output port p3, a reference potential terminal pr1, pr2, a capacitor C, a filter F, and signal lines L1 to L5. Have. The arrow of the high frequency current IR shown in FIG. 1 indicates the positive direction of the current. The same applies to other drawings described later.

図1において、信号線路L1は、第1入力ポートp1と第1強磁性層20とを接続する。本明細書において「接続する」とは、2つの物体が直接的に接続されている場合に限られない。例えば、物体Aを流れる信号に起因した電圧又は電流が物体Bに印加されれば、物体Aと物体Bとが接続されていると言える。第1入力ポートp1は、信号線路L1を介して第1強磁性層20に接続されている。信号線路L2は、第1強磁性層20と基準電位端子pr1とを接続する。信号線路L3は、第2入力ポートp2と磁気抵抗効果素子10とを接続する。第2入力ポートp2は、信号線路L3を介して磁気抵抗効果素子10と接続されている。信号線路L4は、信号線路L3と出力ポートp3とを接続する。信号線路L5は、磁気抵抗効果素子10と基準電位端子pr2とを接続する。コンデンサCは、信号線路L3上における信号線路L4との分岐点より第2入力ポートp2側にある。フィルタFは、信号線路L4上にある。 In FIG. 1, the signal line L1 connects the first input port p1 and the first ferromagnetic layer 20. As used herein, "connecting" is not limited to the case where two objects are directly connected. For example, if a voltage or current caused by a signal flowing through the object A is applied to the object B, it can be said that the object A and the object B are connected. The first input port p1 is connected to the first ferromagnetic layer 20 via the signal line L1. The signal line L2 connects the first ferromagnetic layer 20 and the reference potential terminal pr1. The signal line L3 connects the second input port p2 and the magnetoresistive effect element 10. The second input port p2 is connected to the magnetoresistive effect element 10 via the signal line L3. The signal line L4 connects the signal line L3 and the output port p3. The signal line L5 connects the magnetoresistive effect element 10 and the reference potential terminal pr2. The capacitor C is on the second input port p2 side from the branch point with the signal line L4 on the signal line L3. The filter F is on the signal line L4.

<磁気抵抗効果素子>
磁気抵抗効果素子10は、第2強磁性層1と第3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2強磁性層1と第3強磁性層2との間に位置する。以下、第2強磁性層1、第3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 second ferromagnetic layer 1, a third ferromagnetic layer 2, and a spacer layer 3. The spacer layer 3 is located between the second ferromagnetic layer 1 and the third ferromagnetic layer 2. Hereinafter, the stacking direction of the second ferromagnetic layer 1, the third ferromagnetic layer 2, and the spacer layer 3 may be simply referred to as a “stacking direction”.

第2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3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3強磁性層2が磁化固定層として機能する場合、第3強磁性層2の保磁力は、例えば、第2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 second ferromagnetic layer 1 is, for example, a magnetization free layer (first magnetization free layer). The third ferromagnetic layer 2 is, for example, a fixed magnetization layer or a free magnetization layer (second free magnetization layer). When the third ferromagnetic layer 2 functions as a magnetization fixed layer, the coercive force of the third ferromagnetic layer 2 is larger than, for example, the coercive force of the second 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2強磁性層1の磁化の向きと第3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3強磁性層2の磁化の向きに対する第2強磁性層1の磁化の向きの相対角が変化すれば、第3強磁性層2は磁化固定層でも磁化自由層でもよい。 The magnetic resistance effect 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 second ferromagnetic layer 1 and the magnetization direction of the third ferromagnetic layer 2. (Resistance value when this is done) changes. The third 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 second ferromagnetic layer 1 to the magnetization direction of the third ferromagnetic layer 2 changes.

第2強磁性層1及び第3強磁性層2は、強磁性体を含む。例えば第2強磁性層1及び第3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2強磁性層1及び第3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2強磁性層1及び第3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2強磁性層1及び第3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 second ferromagnetic layer 1 and the third ferromagnetic layer 2 include a ferromagnet. For example, the second ferromagnetic layer 1 and the third 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 element selected from B, C and N may be used for the second ferromagnetic layer 1 and the third ferromagnetic layer 2. For example, the second ferromagnetic layer 1 and the third ferromagnetic layer 2 may have a CoFeB alloy as a main component when functioning as a magnetization free layer. The second ferromagnetic layer 1 and the third ferromagnetic layer 2 may each be composed of a plurality of layers.

また第2強磁性層1及び第3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の族の遷移金属元素または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。 Further, the second ferromagnetic layer 1 and the third ferromagnetic layer 2 may be an intermetallic compound (Whisler alloy) represented by a chemical composition of XYZ or X2YZ . 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 element 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2強磁性層1及び第3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 second ferromagnetic layer 1 and the third 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2強磁性層1又は第3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 the material that does not easily develop interfacial magnetic anisotropy include Ru and Cu. On the other hand, in order to make the ferromagnetic layer a vertical magnetization film, the layer in contact with the ferromagnetic layer is made of a material that easily develops interfacial magnetic anisotropy. Examples of the material that easily develops interfacial magnetic anisotropy include MgO, W, Ta, Mo and the like. The layer of these materials in contact with the ferromagnetic layer may be provided on one side of the ferromagnetic layer in the direct direction of the film surface. Further, the second ferromagnetic layer 1 or the third 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3強磁性層2が磁化固定層として機能する場合、第3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3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 third ferromagnetic layer 2 functions as a fixed magnetization layer, an antiferromagnetic layer may be added so as to be in contact with the third ferromagnetic layer 2. Further, the magnetization of the third 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2強磁性層1と第3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 second ferromagnetic layer 1 and the third ferromagnetic layer 2. The spacer layer 3 is composed of a layer made of a conductor, an insulator or a semiconductor, or a layer containing an energizing point made 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 effect element 10 becomes a tunnel magnetoresistive (TMR: Tunnel Magnetoresistion) effect element, and when the spacer layer 3 is made of metal, a giant magnetoresistive (GMR: Giant Magnetoresisment). 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2強磁性層1と第3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 rate of change in magnetic resistance can be obtained by adjusting the film thickness of the spacer layer 3 so that a high TMR effect is exhibited between the second ferromagnetic layer 1 and the third 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 or Mg, it is preferable to have a structure including a current-carrying point composed of a conductor. 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 to 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 ends 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) is along 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3強磁性層2の第2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2強磁性層1の第3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 sensor 10 may have another layer. For example, the magnetoresistive element 10 may have a seed layer or a buffer layer on the surface of the third ferromagnetic layer 2 opposite to the second ferromagnetic layer 1. Further, the magnetoresistive element 10 may have a cap layer on the surface of the second ferromagnetic layer 1 opposite to the third ferromagnetic layer 2. Examples of the cap layer, the seed layer or the buffer layer include MgO, W, Mo, Ru, Ta, Cu, Cr or a laminated film thereof. The film thickness of each of these layers may be about 2 to 10 nm.

<第1強磁性層>
第1強磁性層20は、高周波電圧が印加されることで高周波磁場を生じる。例えば、図1において、第1入力ポートp1に第1高周波信号Sが入力されると、基準電位に対する第1入力ポートp1の電位が変動し、第1強磁性層20に高周波電圧Vが印加される。第1強磁性層20の磁気異方性は、電圧制御磁気異方性(VCMA:Voltage-Controlled Magnetic Anisotropy)効果により、電界によって変化する。従って、第1強磁性層20の磁気異方性は、高周波電圧Vにより周期的に変化し、第1強磁性層20の磁化は歳差運動する。第1強磁性層20の磁化の歳差運動は、高周波磁場Hを生じる。第1強磁性層20は、高周波電圧Vにより高周波磁場Hを生じる。第1強磁性層20で生じた高周波磁場Hは、磁気抵抗効果素子10の第2強磁性層1に印加される。第1強磁性層20は、第2強磁性層1に高周波磁場Hを印加する磁場印加層と称してもよい。
<First ferromagnetic layer>
The first ferromagnetic layer 20 generates a high frequency magnetic field by applying a high frequency voltage. For example, in FIG. 1, when the first high frequency signal S1 is input to the first input port p1, the potential of the first input port p1 with respect to the reference potential fluctuates, and the high frequency voltage VR is applied to the first ferromagnetic layer 20. Applied. The magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 20 is changed by an electric field due to the effect of voltage-controlled magnetic anisotropy (VCMA). Therefore, the magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 20 changes periodically by the high frequency voltage VR , and the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 undergoes a aging motion. The precession of the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 produces a high frequency magnetic field HR . The first ferromagnetic layer 20 generates a high frequency magnetic field HR by the high frequency voltage VR . The high-frequency magnetic field HR generated in the first ferromagnetic layer 20 is applied to the second ferromagnetic layer 1 of the magnetoresistive sensor 10. The first ferromagnetic layer 20 may be referred to as a magnetic field application layer in which a high frequency magnetic field HR is applied to the second ferromagnetic layer 1.

第1強磁性層20は、磁気抵抗効果素子10の積層方向の少なくとも一方側にある。第1強磁性層20は、例えば、磁気抵抗効果素子10の第2強磁性層1側にある。第1強磁性層20と第2強磁性層1との距離が近いと、第1強磁性層20で生じた高周波磁場Hを第2強磁性層1に効率的に印加できる。図1では、第1強磁性層20は、磁気抵抗効果素子10と離間している。後述するが、第1強磁性層20と磁気抵抗効果素子10とは、接していてもよい。 The first ferromagnetic layer 20 is on at least one side of the magnetoresistive element 10 in the stacking direction. The first ferromagnetic layer 20 is, for example, on the second ferromagnetic layer 1 side of the magnetoresistive element 10. When the distance between the first ferromagnetic layer 20 and the second ferromagnetic layer 1 is short, the high-frequency magnetic field HR generated in the first ferromagnetic layer 20 can be efficiently applied to the second ferromagnetic layer 1. In FIG. 1, the first ferromagnetic layer 20 is separated from the magnetoresistive element 10. As will be described later, the first ferromagnetic layer 20 and the magnetoresistive element 10 may be in contact with each other.

第1強磁性層20は、例えば、磁気抵抗効果素子10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強磁性層20は、高周波電圧が印加されることで生じる高周波磁場Hを第2強磁性層1に印加できる位置に配置されている。 The first ferromagnetic layer 20 is separated from the magnetoresistive element 10 via an insulator, for example. The insulator may be an insulator or a space. The first ferromagnetic layer 20 is arranged at a position where a high frequency magnetic field HR generated by applying a high frequency voltage can be applied to the second ferromagnetic layer 1.

第1強磁性層20は、例えば、軟磁性体を含む。第1強磁性層20は、例えば、絶縁性を有する強磁性体である。第1強磁性層20は、例えば、フェライト等のセラミックスである。第1強磁性層20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。第1強磁性層20は、例えば、パーマロイ等の金属でもよい。第1強磁性層20は、例えば、Cr、Mn、Co、Fe、Ni等の金属、または、これらの金属元素を1種以上含む合金でもよい。第1強磁性層20は、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20は、CoFeB合金を主成分として有してもよい。 The first ferromagnetic layer 20 contains, for example, a soft magnetic material. The first ferromagnetic layer 20 is, for example, a ferromagnet having an insulating property. The first ferromagnetic layer 20 is, for example, a ceramic such as ferrite. The first ferromagnetic layer 20 is, for example, a rare earth iron garnet (RIG). Yttrium iron garnet (YIG) is an example of rare earth iron garnet (RIG). The first ferromagnetic layer 20 may be a metal such as permalloy. The first ferromagnetic layer 20 may be, for example, a metal such as Cr, Mn, Co, Fe, or Ni, or an alloy containing one or more of these metal elements. The first ferromagnetic layer 20 may use an alloy of the above-mentioned metal element and at least one element selected from B, C and N. For example, the first ferromagnetic layer 20 may have a CoFeB alloy as a main component.

図2は、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例の回路構成を示す図である。図2は、第1強磁性層20が導電性を有する場合の例である。図2に示す磁気抵抗効果デバイス101は、絶縁層30と電極40とを有する。 FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of another example of the magnetoresistive device according to the first embodiment. FIG. 2 is an example of the case where the first ferromagnetic layer 20 has conductivity. The magnetoresistive device 101 shown in FIG. 2 has an insulating layer 30 and an electrode 40.

第1強磁性層20が導電性を有する場合は、例えば、信号線路L1と信号線路L2との間に絶縁層30を設ける。絶縁層30は、例えば、電極40と第1強磁性層20との間に挟まれる。電極40は、例えば、積層方向において、第1強磁性層20を基準に磁気抵抗効果素子10と反対側にある。電極40が第1強磁性層20を基準に磁気抵抗効果素子10と反対側にあると、第1強磁性層20と第2強磁性層1との距離が近づき、第1強磁性層20で生じた高周波磁場Hを第2強磁性層1に効率的に印加できる。 When the first ferromagnetic layer 20 has conductivity, for example, an insulating layer 30 is provided between the signal line L1 and the signal line L2. The insulating layer 30 is sandwiched between, for example, the electrode 40 and the first ferromagnetic layer 20. The electrode 40 is, for example, on the opposite side of the magnetoresistive element 10 with respect to the first ferromagnetic layer 20 in the stacking direction. When the electrode 40 is on the opposite side of the magnetic resistance effect element 10 with respect to the first ferromagnetic layer 20, the distance between the first ferromagnetic layer 20 and the second ferromagnetic layer 1 becomes closer, and the first ferromagnetic layer 20 becomes closer. The generated high-frequency magnetic field HR can be efficiently applied to the second ferromagnetic layer 1.

<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。
<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.

第1入力ポートp1には第1高周波信号Sが入力される。第1高周波信号Sは、第1強磁性層20に、高周波電圧Vを生みだす。第1高周波信号Sの周波数は、例えば、100MHz以上の周波数を有する信号である。高周波電圧Vの周波数は、第1高周波信号Sの周波数と一致する。 The first high frequency signal S1 is input to the first input port p1. The first high frequency signal S 1 produces a high frequency voltage VR in the first ferromagnetic layer 20. The frequency of the first high frequency signal S 1 is, for example, a signal having a frequency of 100 MHz or more. The frequency of the high frequency voltage VR coincides with the frequency of the first high frequency signal S1.

<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。
<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 becomes the second input port.

第2入力ポートp2には第2高周波信号Sが入力される。第2入力ポートに入力される第2高周波信号Sは、信号線路L3を介して、高周波電流Iとして磁気抵抗効果素子10に印加される。高周波電流Iは、磁気抵抗効果素子10を流れる。第2強磁性層1に印加される高周波磁場Hによる第2強磁性層1の磁化の振動の振幅は、磁気抵抗効果素子10を流れる高周波電流により発生するスピントランスファートルクによる第2強磁性層1の磁化の振動の振幅よりも大きい。第2高周波信号Sの周波数は、例えば、100MHz以上の周波数を有する信号である。高周波電流Iの周波数は、第2高周波信号Sの周波数と一致する。 The second high frequency signal S2 is input to the second input port p2. The second high-frequency signal S 2 input to the second input port is applied to the magnetoresistive element 10 as a high-frequency current IR via the signal line L3. The high frequency current IR flows through the magnetoresistive element 10. The amplitude of the vibration of the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 due to the high-frequency magnetic field HR applied to the second ferromagnetic layer 1 is the second ferromagnetic layer due to the spin transfer torque generated by the high-frequency current flowing through the magnetic resistance effect element 10. It is larger than the amplitude of the vibration of the magnetization of 1. The frequency of the second high frequency signal S 2 is, for example, a signal having a frequency of 100 MHz or more. The frequency of the high frequency current IR coincides with the frequency of the second high frequency signal S 2 .

<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、出力された信号を処理する信号処理装置、電圧をモニターする例えば電圧計、電流をモニターする電流計又は外部に高周波信号を出力するアンテナ等が接続される。出力ポートp3は、信号線路L3,L4及びフィルタFを介して磁気抵抗効果素子10に接続されている。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信号が出力される。
<Output port>
The output port p3 is an output terminal of the magnetoresistive device 100. To the output port p3, for example, a signal processing device for processing the output signal, for example, a voltmeter for monitoring the voltage, an ammeter for monitoring the current, an antenna for outputting a high frequency signal to the outside, and the like are connected. The output port p3 is connected to the magnetoresistive effect element 10 via the signal lines L3 and L4 and the filter F. A signal caused by the output from the magnetoresistive sensor 10 is output from the output port p3.

<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、信号線路L2に接続されている。基準電位端子pr2は、信号線路L5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。
<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 signal line L2. The reference potential terminal pr2 is connected to the signal line L5. 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.

<コンデンサ>
コンデンサC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。コンデンサCは直流信号の流れを抑制したい部分に配置する。図1におけるコンデンサCは、信号線路L3上にある。コンデンサCは、信号線路L3の信号線路L4との分岐点より第2入力ポートp2側にある。コンデンサCには、公知のものを用いることができる。
<Capacitor>
The capacitor C passes the high frequency component of the signal and cuts the invariant component of the signal. The capacitor C is arranged in a portion where the flow of the DC signal is to be suppressed. The capacitor C in FIG. 1 is on the signal line L3. The capacitor C is on the second input port p2 side from the branch point of the signal line L3 with the signal line L4. A known capacitor C can be used.

<フィルタF>
フィルタFは、磁気抵抗効果素子10と出力ポートp3との間にある。フィルタFは、例えば、信号線路L4上にある。フィルタFは、特定の周波数の信号をカットし、特定の周波数の信号のみを通過させる。例えば、磁気抵抗効果デバイス100が、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)を含む信号を出力する場合、フィルタFは信号の高周波信号成分をカットし、直流信号成分を通過させる。フィルタFは、例えば、インダクタ、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドエリミネーションフィルタである。インダクタは、例えば、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でもよい。インダクタ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、フィルタ機能を有する場合、フィルタFは無くてもよい。
<Filter F>
The filter F is located between the magnetoresistive sensor 10 and the output port p3. The filter F is, for example, on the signal line L4. The filter F cuts a signal of a specific frequency and passes only a signal of a specific frequency. For example, when the magnetic resistance effect device 100 outputs a signal including a DC signal component (DC voltage or DC current) caused by the output from the magnetic resistance effect element 10, the filter F cuts the high frequency signal component of the signal. Pass the DC signal component. The filter F is, for example, an inductor, a high-pass filter, a low-pass filter, and a band elimination filter. The inductor may be, for example, a chip inductor, an inductor with a pattern line, a resistance element having an inductor component, or the like. The inductance of the inductor may be, for example, 10 nH or more. If the voltmeter or ammeter connected to the output port p3 has a filter function, the filter F may be omitted.

<信号線路>
信号線路L1~L5は、磁気抵抗効果デバイス100の構成要素と端子との間又は構成要素間を接続する。信号線路L1~L5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、信号線路L1~L5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信号線路L1~L5の伝送損失を抑えることができる。
<Signal line>
The signal lines L1 to L5 connect between the components of the magnetoresistive device 100 and the terminals or between the components. The shape of the signal lines L1 to L5 may be defined as a microstrip line (MSL) type or a coplanar waveguide (CPW) type. When designing a microstrip line (MSL) type or coplanar waveguide (CPW) type, design the line width and ground-to-ground distance so that the characteristic impedance of the signal lines L1 to L5 and the impedance of the circuit system are equal. May be. By designing in this way, the transmission loss of the signal lines L1 to L5 can be suppressed.

(磁気抵抗効果デバイスの用途及び動作)
磁気抵抗効果デバイス100,101は、例えば、磁気センサ、周波数変換器として用いることができる。
(Use and operation of magnetoresistive device)
The magnetoresistive effect devices 100 and 101 can be used, for example, as a magnetic sensor and a frequency converter.

<磁気センサ>
磁気抵抗効果デバイス100,101の磁気センサとしての用途及び動作について説明する。以下、出力ポートp3から出力される信号が、直流電圧の例を基に説明する。磁気センサは、例えば、印加される外部磁場の大きさの変化、外部磁場の値、外部磁場の方向を検出できる。
<Magnetic sensor>
The applications and operations of the magnetoresistive devices 100 and 101 as magnetic sensors will be described. Hereinafter, the signal output from the output port p3 will be described with reference to an example of a DC voltage. The magnetic sensor can detect, for example, a change in the magnitude of the applied external magnetic field, a value of the external magnetic field, and a direction of the external magnetic field.

「外部磁場の大きさの変化のセンシング」
図3(a)および図3(b)は、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3(a)及び図3(b)はそれぞれ、第1強磁性層20に印加される高周波電圧V、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10、磁気抵抗効果素子10に印加される高周波電流I、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3(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(変化前の状態)であり、図3(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)後の状態である。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。
"Sensing changes in the magnitude of the external magnetic field"
3A and 3B are schematic views for explaining the operation of the magnetoresistive device 100 as a magnetic sensor. 3A and 3B show a high-frequency voltage VR applied to the first ferromagnetic layer 20, a resistance R10 of the magnetoresistive sensor 10 , and a high-frequency current applied to the magnetoresistive sensor 10, respectively. The time change of the DC voltage VDC output from the IR and the output port p3 is shown. FIG. 3A shows a state in which an external magnetic field having a magnitude of that is applied to the magnetoresistive effect element 10 (state before the change), and FIG. 3B shows a state in which the magnetoresistive effect element 10 is applied. This is the state after the external magnetic field has changed (increased). The external magnetic field is a magnetic field applied to the magnetoresistive element 10 from other than each configuration of the magnetoresistive device 100.

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Sを入力すると、第1強磁性層20に高周波電圧Vが印加される。第1強磁性層20への高周波電圧Vの印加により、高周波磁場Hが生じる。高周波磁場Hは、磁気抵抗効果素子10の第2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 effect element 10 will be described. When the first high frequency signal S1 is input to the first input port p1 from the AC signal source connected to the first input port p1, the high frequency voltage VR is applied to the first ferromagnetic layer 20. By applying the high frequency voltage VR to the first ferromagnetic layer 20, a high frequency magnetic field HR is generated. The high frequency magnetic field HR is applied to the second ferromagnetic layer 1 of the magnetoresistive sensor 10.

第2強磁性層1の磁化は、高周波磁場Hを受けて振動する。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おいて、一例として、第2強磁性層1の強磁性共鳴周波数は、第2強磁性層1に印加される高周波磁場Hの周波数よりも小さい。磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は、第2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)。高周波電圧V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3(a)では一致させた例を示す。高周波電圧Vと磁気抵抗効果素子10の抵抗R10との位相差は、各構成要素の位置、及び、第2強磁性層1に印加される高周波磁場Hの方向と第3強磁性層2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。 The magnetization of the second ferromagnetic layer 1 vibrates under the high frequency magnetic field HR . In the state before the external magnetic field applied to the magnetic resistance effect element 10 changes, as an example, the ferromagnetic resonance frequency of the second ferromagnetic layer 1 is the high frequency magnetic field HR applied to the second ferromagnetic layer 1. Less than the frequency. The resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 changes (vibrates) due to the vibration of the magnetization of the second ferromagnetic layer 1. The phase of the high frequency voltage VR and the phase of the resistance R 10 of the magnetoresistive effect element 10 may be different, but FIG. 3A shows an example of matching. The phase difference between the high-frequency voltage VR and the resistance R 10 of the magnetoresistive sensor 10 is the position of each component, the direction of the high-frequency magnetic field HR applied to the second ferromagnetic layer 1, and the third ferromagnetic layer. It can be changed by the relative angle with the direction of magnetization of 2.

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Sを入力すると、磁気抵抗効果素子10に高周波電流Iが流れる。高周波電流Iの位相と高周波電圧Vの位相とは、異なってもよいが、図3(a)および図3(b)では一致させた例を示す。つまり、図3(a)に示す例では、高周波電流I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 the second high frequency signal S2 is input to the second input port p2 from the AC signal source connected to the second input port p2, the high frequency current IR flows through the magnetoresistive effect element 10. The phase of the high frequency current IR and the phase of the high frequency voltage VR may be different, but FIGS. 3 (a) and 3 (b) show examples of matching. That is, in the example shown in FIG. 3A, the phase of the high frequency current IR and the phase of the resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 coincide with each other.

磁気抵抗効果デバイス100に、第1高周波信号S及び第2高周波信号S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 signal S1 and the second high frequency signal S2 are input to the magnetoresistive effect device 100, the DC voltage VDC caused by the output from the magnetoresistive effect element 10 is output from the output port p3.

直流電圧VDCは、第1強磁性層20に高周波磁場H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(高周波電流I)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。
=A・sin(2πft)、
10=B・sin(2πft+Δθ)+R
とすると、
V=I×R10=(A・B/2)・{cos(Δθ)-cos(4πft+Δθ)}+A・R・sin(2πft)
である。
The DC voltage VDC is the resistance R 10 of the magnetic resistance effect element 10 and the current (high frequency current IR) flowing through the magnetic resistance effect element 10 that changes when the high frequency magnetic field HR is applied to the first ferromagnetic layer 20. It is a DC component of the voltage V (output voltage from the magnetic resistance effect element 10) which is the product of.
IR = A · sin ( 2πft ),
R 10 = B · sin (2πft + Δθ 1 ) + R 0
Then
V = IR x R 10 = (A · B / 2) · {cos (Δθ 1 ) -cos (4πft + Δθ 1 )} + A · R 0 · sin (2πft)
Is.

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。Aは高周波電流I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2強磁性層1の磁化と第3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は高周波電流I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、高周波電圧V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)。 The DC voltage V DC is a DC component of the voltage V, and is (A · B / 2) · cos (Δθ 1 ). A is the amplitude of the high-frequency current IR, B is the amplitude of the resistance R 10 of the magnetic resistance effect element 10, and R 0 is the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 of the resistance of the magnetic resistance effect element 10. The resistance component does not depend on the relative angle of the magnetization of the third ferromagnetic layer 2, f is the frequency, t is the time, Δθ 1 is the phase of the high frequency current IR and the resistance R 10 of the magnetic resistance effect element 10. Is the phase difference from the phase of. Hereinafter, it may be simply referred to as “phase difference Δθ 1 ”. Further, the phase difference between the phase of the high frequency voltage VR and the phase of the resistance R 10 of the magnetoresistive effect element 10 is Δθ 2 (hereinafter, may be simply referred to as “phase difference Δθ 2 ”).

図3(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. 3A, 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が変化すると、第2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。高周波電流Iの位相は変化しないため、高周波電流I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。 Next, the state after the external magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 10 has changed (increased) will be described. When the external magnetic field applied to the magnetoresistive element 10 changes, the state of vibration (age difference motion) of the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 changes. As a result, the phase of the resistance R 10 of the magnetoresistive effect element 10 changes. Since the phase of the high frequency current IR does not change, a phase difference Δθ 1 occurs between the phase of the high frequency current IR and the phase of the resistor R 10 of the magnetoresistive sensor 10.

ここまで、第2強磁性層1の強磁性共鳴周波数が高周波磁場Hの周波数(高周波電圧Vの周波数)よりも十分小さい時に、高周波電圧V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2強磁性層1の強磁性共鳴周波数が高周波磁場H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が大きくなり、第2強磁性層1の内部の有効磁場が大きくなると、第2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。 So far, when the ferromagnetic resonance frequency of the second ferromagnetic layer 1 is sufficiently smaller than the frequency of the high frequency magnetic field HR (frequency of the high frequency voltage VR ), the phase of the high frequency voltage VR and the resistance R of the magnetic resistance effect element 10 The example has been described in which the phases of 10 are in agreement (Δθ 2 = 0 (0 °)). In the case of this example, when the ferromagnetic resonance frequency of the second ferromagnetic layer 1 is sufficiently larger than the frequency of the high frequency magnetic field HR , the phase difference Δθ 2 becomes π (180 °). When the external magnetic field applied to the magnetic resistance effect element 10 becomes large and the effective magnetic field inside the second ferromagnetic layer 1 becomes large, the ferromagnetic resonance frequency of the second 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 effect 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、高周波電圧Vに起因する高周波磁場Hによって第2強磁性層1の磁化を振動させるため、第2強磁性層1の磁化の振動の振幅を大きくできる。第2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。また、磁気抵抗効果デバイス100では、第2強磁性層1に大きな高周波磁場を印加するために大きな高周波電流を流す必要がないため、高周波磁場Hを発生させるのに必要な消費電力を抑制することができる。 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 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 is not limited to 0 (0 °) or π (180 °), but can be any value between 0 and π (0 ° to 180 °). Can be used. In the magnetic resistance effect device 100, since the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 is vibrated by the high frequency magnetic field HR caused by the high frequency voltage VR , the amplitude of the magnetization of the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 can be increased. When the amplitude of the magnetization vibration of the second ferromagnetic layer 1 becomes large, the amount of change (amplitude) of the resistance R 10 of the magnetoresistive effect element 10 becomes large, and a large DC voltage VDC can be output from the output port p3. Further, in the magnetoresistive device 100, since it is not necessary to pass a large high-frequency current in order to apply a large high-frequency magnetic field to the second ferromagnetic layer 1, the power consumption required to generate the high-frequency magnetic field HR is suppressed. be able to.

「外部磁場の値のセンシング」
また磁気抵抗効果デバイス100は、外部磁場の値(具体的な大きさ)を求めることもできる。図4に示すように、位相差Δθや位相差Δθは、例えば、外部磁場の大きさが第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、外部磁場の大きさは急峻に変化する。外部磁場の大きさが第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、外部磁場の具体的な大きさを検出することができる。位相差Δθは、直流電圧VDCの値から導出できる。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の大きさの変化を検出できる。
"Sensing of external magnetic field values"
The magnetoresistive device 100 can also obtain the value (specific magnitude) of the external magnetic field. As shown in FIG. 4, 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 is less than the first value. When the magnitude of the external magnetic field 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 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 changes sharply. In the region where the magnitude of the external magnetic field 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 and the phase differences Δθ 1 and Δθ 2 have a one-to-one relationship. That is, if the phase differences Δθ 1 and Δθ 2 are known, the specific magnitude of the external magnetic field can be detected. The phase difference Δθ 1 can be derived from the value of the DC voltage VDC . 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 are steep, and the magnetic sensor can detect the change in the magnitude of the external magnetic field with high sensitivity.

「外部磁場の方向のセンシング」
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及び図6は、外部磁場Hの方向を検出する際において、第1強磁性層20、第2強磁性層1及び第3強磁性層2の磁化の状態の一例を示す図である。図5、図6において強磁性体の磁化を矢印で表す。図5は外部磁場Hの方向が第1方向である状態であり、図6は外部磁場Hの方向が第1方向と異なる方向である状態である。図5及び図6のそれぞれは、高周波電圧Vの正負が異なり、時間軸の異なるタイミングの2状態を図示している。第3強磁性層2の磁化は、例えば、面内の一方向に固定されている。第1強磁性層20および第2強磁性層1は、例えば、膜面直方向に磁化容易軸を有する。
"Sensing of the direction of the external magnetic field"
Next, a method of detecting the direction of the external magnetic field will be described. 5 and 6 are diagrams showing an example of the magnetization state of the first ferromagnetic layer 20, the second ferromagnetic layer 1 and the third ferromagnetic layer 2 when detecting the direction of the external magnetic field He. .. In FIGS. 5 and 6, the magnetization of the ferromagnet is represented by an arrow. FIG. 5 shows a state in which the direction of the external magnetic field He is the first direction, and FIG. 6 shows a state in which the direction of the external magnetic field He is different from the first direction. 5 and 6 each illustrate two states in which the high frequency voltage VR has different positive and negative values and different timings on the time axis. The magnetization of the third ferromagnetic layer 2 is fixed, for example, in one direction in the plane. The first ferromagnetic layer 20 and the second ferromagnetic layer 1 have, for example, an easy-to-magnetize axis in the direction perpendicular to the film surface.

第1入力ポートp1に第1高周波信号Sを入力し、第1強磁性層20に周波数fの高周波電圧Vが印加される。高周波電圧Vは第1強磁性層20の磁気異方性Hを周期的に変化させ、第1強磁性層20の磁化が歳差運動する。第1強磁性層20の磁化の歳差運動は、周波数fの高周波磁場Hを生じる。高周波磁場Hは、磁気抵抗効果素子10の第2強磁性層1に印加される。 The first high frequency signal S1 is input to the first input port p1, and the high frequency voltage VR having a frequency f is applied to the first ferromagnetic layer 20. The high-frequency voltage VR periodically changes the magnetic anisotropy Hk of the first ferromagnetic layer 20, and the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 undergoes an aging motion. The precession of the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 produces a high frequency magnetic field HR at frequency f. The high frequency magnetic field HR is applied to the second ferromagnetic layer 1 of the magnetoresistive sensor 10.

第2入力ポートp2に第2高周波信号Sを入力し、周波数fの高周波電流Iを磁気抵抗効果素子10に流す。高周波電流Iの位相は、例えば、高周波電圧Vの位相と一致させる。高周波電流Iの位相は、高周波電圧Vの位相と異なっていてもよい。 The second high frequency signal S2 is input to the second input port p2 , and the high frequency current IR of the frequency f is passed through the magnetoresistive effect element 10. The phase of the high frequency current IR is matched with, for example, the phase of the high frequency voltage VR . The phase of the high frequency current IR may be different from the phase of the high frequency voltage VR .

磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は、第2強磁性層1の磁化と第3強磁性層2の磁化との相対角の変化に応じて変化する。図5及び図6には、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の時間変化も示している。 The resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 changes according to the change in the relative angle between the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 and the magnetization of the third ferromagnetic layer 2. 5 and 6 also show the time change of the resistance R 10 of the magnetoresistive effect element 10.

図5及び図6に示す例では、第1強磁性層20が外部磁場の方向を検出する検出層として機能する。外部磁場Hの方向が変化すると、第1強磁性層20の磁化の振動の中心軸(歳差運動の回転軸、以下、単に「磁化の回転軸」と称する場合がある)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5及び図6に示すように、磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の位相が変化する。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Hの方向を検出できる。 In the examples shown in FIGS. 5 and 6, the first ferromagnetic layer 20 functions as a detection layer for detecting the direction of the external magnetic field. When the direction of the external magnetic field He changes, the direction of the central axis of the vibration of the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 (the axis of rotation of the age difference motion, hereinafter may be simply referred to as the "axis of rotation of magnetization") changes. do. As a result, the timing at which the resistance R 10 of the magnetoresistive effect element 10 becomes maximum or minimum changes, and as shown in FIGS. 5 and 6, the phase of the resistance R 10 of the magnetoresistive effect element 10 changes. When the phase of the resistor R 10 of the magnetic resistance effect element 10 changes, the phase difference Δθ 1 between the phase of the resistor R 10 and the phase of the second high frequency current IR 2 changes, and the DC voltage output from the output port p3. The value of VDC changes. That is, the magnetic sensor can detect the direction of the external magnetic field He applied to the magnetic sensor by reading the DC voltage VDC output from the output port p3 .

また、ここまで外部磁場の大きさの変化、外部磁場の値、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から外部磁場の大きさを検出することができる。また外部磁場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の大きさの違いを検出できる。 Further, the example in which the DC component of the voltage V (output voltage from the magnetic resistance effect element 10) is used for detecting the change in the magnitude of the external magnetic field, the value of the external magnetic field, and the direction of the external magnetic field has been shown. High frequency components of voltage may be used. Since-(A · B / 2) · cos (4πft + Δθ 1 ), which is a high frequency component of the voltage V, contains the phase difference Δθ 1 , the phase difference Δθ 1 can be derived from this high frequency component. If the phase difference Δθ 1 is known, the magnitude of the external magnetic field can be detected from the phase difference Δθ 1 . Further, the changes in the phase difference Δθ 1 and Δθ 2 with respect to the change in the external magnetic field are steep, and the magnetic sensor can detect the difference in the magnitude of the external magnetic field with high sensitivity.

<周波数変換器>
次いで、磁気抵抗効果デバイス100,101の周波数変換器としての用途及び動作について説明する。
<Frequency changer>
Next, applications and operations of the magnetoresistive devices 100 and 101 as frequency converters will be described.

第1入力ポートp1に周波数fの第1高周波信号Sを入力すると、第1強磁性層20に周波数fの高周波電圧Vが印加される。高周波電圧Vは第1強磁性層20の磁気異方性Hを周期的に変化させ、第1強磁性層20の磁化が歳差運動する。第1強磁性層20の磁化の歳差運動は、周波数fの高周波磁場Hを生じる。高周波磁場Hは、磁気抵抗効果素子10の第2強磁性層1に印加される。 When the first high frequency signal S1 having a frequency f1 is input to the first input port p1, a high frequency voltage VR having a frequency f1 is applied to the first ferromagnetic layer 20. The high-frequency voltage VR periodically changes the magnetic anisotropy Hk of the first ferromagnetic layer 20, and the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 undergoes an aging motion. The precession of the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 produces a high frequency magnetic field HR of frequency f1. The high frequency magnetic field HR is applied to the second ferromagnetic layer 1 of the magnetoresistive sensor 10.

磁気抵抗効果素子10の抵抗は、高周波磁場H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は、例えば、R10=C・sin(2πft)+Rと表される。Cは磁気抵抗効果素子10の抵抗R10の振幅である。Rは、磁気抵抗効果素子10の抵抗のうち、第2強磁性層1の磁化と第3強磁性層2の磁化の相対角に依存しない抵抗成分である。 The resistance of the magnetoresistive effect element 10 changes when a high-frequency magnetic field HR is applied. The resistance R 10 of the magnetoresistive effect element 10 is expressed as, for example, R 10 = C · sin (2πf 1 t) + R 0 . C is the amplitude of the resistance R 10 of the magnetoresistive sensor 10. R 0 is a resistance component of the resistance of the magnetoresistive element 10 that does not depend on the relative angle between the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 and the magnetization of the third ferromagnetic layer 2.

第2入力ポートp2に周波数fの第2高周波信号Sを入力すると、磁気抵抗効果素子10に高周波電流Iが流れる。高周波電流Iは、例えば、I=D・sin(2πft)で表される。Cは高周波電流Iの振幅であり、fは第2高周波信号Sの周波数である。 When the second high frequency signal S2 having a frequency f2 is input to the second input port p2, a high frequency current IR flows through the magnetoresistive sensor 10. The high frequency current IR is represented by, for example, IR = D · sin (2πf 2 t). C is the amplitude of the high frequency current IR, and f 2 is the frequency of the second high frequency signal S 2 .

磁気抵抗効果素子10は、変動する抵抗R10と磁気抵抗効果素子10を流れる高周波電流Iに起因して、電圧Vを出力する。電圧Vは、オームの法則から以下の式で表される。
V=I×R10
=(C・D/2)・cos(2π・(f-f)・t)-(C・D/2)・cos(2π・(f+f)・t)+D・R・sin(2πft)
The magnetoresistive sensor 10 outputs a voltage V due to the fluctuating resistance R10 and the high-frequency current IR flowing through the magnetoresistive sensor 10 . The voltage V is expressed by the following equation from Ohm's law.
V = IR x R 10
= (C ・ D / 2) ・ cos (2π ・ (f2 - f 1 ) ・ t)-(C ・ D / 2) ・ cos (2π ・ (f 2 + f 1 ) ・ t) + D ・ R 0・sin (2πf 2 t)

|f-f|の周波数の信号が通過し、f+fの周波数の信号がカットされるようにフィルタFの通過周波数を設定すると、電圧Vのうち、上式の右辺第1項である(C・D/2)・cos(2π・(f-f)・t)を出力ポートp3から取り出すことができる。 When the passing frequency of the filter F is set so that the signal of the frequency of | f 2 -f 1 | passes and the signal of the frequency of f 2 + f 1 is cut, the first term on the right side of the above equation is set in the voltage V. (C · D / 2 ) · cos (2π · (f2 −f 1 ) · t) can be taken out from the output port p3.

+fの周波数の信号が通過し、|f-f|の周波数の信号がカットされるようにフィルタFの通過周波数を設定すると、電圧Vのうち、上式の右辺第2項である-(C・D/2)・cos(2π・(f+f)・t)を出力ポートp3から取り出すことができる。 When the passing frequency of the filter F is set so that the signal of the frequency of f 2 + f 1 passes and the signal of the frequency of | f 2 −f 1 | is cut, the second term on the right side of the above equation is obtained in the voltage V. -(C · D / 2) · cos (2π · (f 2 + f 1 ) · t) can be taken out from the output port p3.

上述のように、磁気抵抗効果デバイス100,101は、第1入力ポートp1及び第2入力ポートp2から2つの周波数の高周波信号が入力され、2つの周波数の差分又は和分の周波数の信号が出力ポートp3から出力されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス100,101は、周波数変換器として機能している。 As described above, in the magnetic resistance effect devices 100 and 101, high frequency signals of two frequencies are input from the first input port p1 and the second input port p2, and a signal of the difference or sum of the two frequencies is output. It is output from port p3. That is, the magnetoresistive effect devices 100 and 101 function as frequency converters.

以上、上述の磁気抵抗効果デバイス100,101を例に、第1実施形態について図面を参照して詳述したが、第1実施形態はこの例に限られるものではない。 As described above, the first embodiment has been described in detail with reference to the drawings by taking the above-mentioned magnetoresistive devices 100 and 101 as an example, but the first embodiment is not limited to this example.

(第1変形例)
図7は、第1変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス102の回路構成を示す図である。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100,101と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
(First modification)
FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive effect device 102 according to the first modification. In the magnetoresistive effect device 102, the same components as those of the magnetoresistive effect devices 100 and 101 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

磁気抵抗効果デバイス102において、磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20とは接している。 In the magnetoresistive effect device 102, the magnetoresistive element 10 and the first ferromagnetic layer 20 are in contact with each other.

磁気抵抗効果デバイス102は、信号線路L1~L4を備える。図7において信号線路L2は、第1強磁性層20と基準電位端子pr1とを接続し、かつ、磁気抵抗効果素子10と基準電位端子pr1とを接続する。信号線路L2は、図1における信号線路L2及び信号線路L5の機能を兼ねている。 The magnetoresistive device 102 includes signal lines L1 to L4. In FIG. 7, the signal line L2 connects the first ferromagnetic layer 20 and the reference potential terminal pr1, and also connects the magnetoresistive element 10 and the reference potential terminal pr1. The signal line L2 also has the functions of the signal line L2 and the signal line L5 in FIG.

図8は、第1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の近傍の拡大図である。第1強磁性層20は、磁気抵抗効果素子10の積層方向の少なくとも一方側にある。 FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of the magnetoresistive element 10 of the magnetoresistive device 102 according to the first modification. The first ferromagnetic layer 20 is on at least one side of the magnetoresistive element 10 in the stacking direction.

磁気抵抗効果デバイス102は、絶縁層30と電極40,41,42とを有する。絶縁層30は絶縁性を有するものであればよく、電極40,41,42は導体であればよい。絶縁層30は、例えば、電極40と第1強磁性層20との間に挟まれる。絶縁層30は、例えば、非磁性体であり、酸化マグネシウム(MgO)、スピネル(MgAl)等のマグネシウムを含む酸化物である。電極40は、例えば、積層方向において、第1強磁性層20を基準に磁気抵抗効果素子10と反対側にある。電極41は、磁気抵抗効果素子10の第1強磁性層20と接する面と反対側の面に接する。電極42は、第1強磁性層20と接する。電極40は、例えば、信号線路L1と接続される。電極41は、例えば、信号線路L3と接続される。電極42は、例えば、信号線路L2と接続される。電極40と電極42との間に高周波電圧Vが印加され、電極41と電極42との間を高周波電流Iが流れる。 The magnetoresistive device 102 has an insulating layer 30 and electrodes 40, 41, 42. The insulating layer 30 may be any as long as it has an insulating property, and the electrodes 40, 41, 42 may be conductors. The insulating layer 30 is sandwiched between, for example, the electrode 40 and the first ferromagnetic layer 20. The insulating layer 30 is, for example, a non-magnetic material and is an oxide containing magnesium such as magnesium oxide (MgO) and spinel (MgAl 2O 4 ). The electrode 40 is, for example, on the opposite side of the magnetoresistive element 10 with respect to the first ferromagnetic layer 20 in the stacking direction. The electrode 41 is in contact with a surface of the magnetoresistive element 10 opposite to the surface in contact with the first ferromagnetic layer 20. The electrode 42 is in contact with the first ferromagnetic layer 20. The electrode 40 is connected to, for example, the signal line L1. The electrode 41 is connected to, for example, the signal line L3. The electrode 42 is connected to, for example, the signal line L2. A high frequency voltage VR is applied between the electrode 40 and the electrode 42, and a high frequency current IR flows between the electrode 41 and the electrode 42.

第1変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス102は、磁気抵抗効果デバイス100,101と同様に、磁気センサ、周波数変換器として利用できる。また第1変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス102は、高周波磁場Hを第1強磁性層20に印加される高周波電圧Vを用いて生じさせるため、消費電力を小さくできる。さらに、第1変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス102は、高周波磁場Hによって第2強磁性層1を振動させることで第2強磁性層1の磁化の振幅を大きくでき、出力ポートp3からの出力を大きくできる。 The magnetoresistive effect device 102 according to the first modification can be used as a magnetic sensor and a frequency converter in the same manner as the magnetoresistive effect devices 100 and 101. Further, since the magnetoresistive device 102 according to the first modification generates the high frequency magnetic field HR by using the high frequency voltage VR applied to the first ferromagnetic layer 20, the power consumption can be reduced. Further, the magnetoresistive device 102 according to the first modification can increase the magnetization amplitude of the second ferromagnetic layer 1 by vibrating the second ferromagnetic layer 1 by the high frequency magnetic field HR , and can increase the magnetization amplitude from the output port p3. The output can be increased.

(第2変形例)
図9は、第2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の近傍の拡大図である。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102と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
(Second modification)
FIG. 9 is an enlarged view of the vicinity of the magnetoresistive element 10 of the magnetoresistive device 103 according to the second modification. In the magnetoresistive effect device 103, the same components as those of the magnetoresistive effect device 102 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

磁気抵抗効果デバイス103は、金属層50を有する。金属層50は、絶縁層30と第1強磁性層20との間に挟まれる。金属層50は、5d遷移金属元素を有する。5d遷移金属元素としては、例えば、Pt、Au、W、Ta、Ir、Gd等が挙げられる。金属層50は、絶縁層30と第1強磁性層20とに接している。例えば、絶縁層30は、酸化マグネシウム(MgO)、スピネル(MgAl)等のマグネシウムを含む酸化物である。 The magnetoresistive effect device 103 has a metal layer 50. The metal layer 50 is sandwiched between the insulating layer 30 and the first ferromagnetic layer 20. The metal layer 50 has a 5d transition metal element. Examples of the 5d transition metal element include Pt, Au, W, Ta, Ir, Gd and the like. The metal layer 50 is in contact with the insulating layer 30 and the first ferromagnetic layer 20. For example, the insulating layer 30 is an oxide containing magnesium such as magnesium oxide (MgO) and spinel ( MgAl2O4 ).

第2変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス103は、第1変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス102と同様の効果が得られる。またスピン軌道相互作用が大きい金属層50が絶縁層30と第1強磁性層20との間に存在することで、高周波電圧Vが印加された際における第1強磁性層20の磁気異方性の変化量が大きくなる。第1強磁性層20の磁化は磁気異方性の変化に基づいて歳差運動を行うため、磁気異方性の変化量が大きくなると、第1強磁性層20で生じる高周波磁場Hが大きくなる。その結果、高周波磁場Hによる第2強磁性層1の磁化の振幅を大きくでき、出力ポートp3からの出力を大きくできる。 The magnetoresistive effect device 103 according to the second modification has the same effect as the magnetoresistive device 102 according to the first modification. Further, since the metal layer 50 having a large spin-orbit interaction exists between the insulating layer 30 and the first ferromagnetic layer 20, the magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 20 when a high frequency voltage VR is applied. The amount of change in sex increases. Since the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 undergoes a aging motion based on the change in magnetic anisotropy, when the amount of change in magnetic anisotropy becomes large, the high-frequency magnetic field HR generated in the first ferromagnetic layer 20 becomes large. Become. As a result, the amplitude of the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 by the high frequency magnetic field HR can be increased, and the output from the output port p3 can be increased.

ここでは、磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20とが接する構造に金属層50を適用する例を説明したが、磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20とが離れている第1実施形態における磁気抵抗効果デバイス101に、金属層50を適用してもよい。 Here, an example in which the metal layer 50 is applied to the structure in which the magnetic resistance effect element 10 and the first ferromagnetic layer 20 are in contact with each other has been described, but the magnetic resistance effect element 10 and the first ferromagnetic layer 20 are separated from each other. The metal layer 50 may be applied to the magnetoresistive effect device 101 in one embodiment.

(第3変形例)
図10は、第3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の近傍の拡大図である。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102と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
(Third modification example)
FIG. 10 is an enlarged view of the vicinity of the magnetoresistive element 10 of the magnetoresistive device 104 according to the third modification. In the magnetoresistive device 104, the same components as those of the magnetoresistive device 102 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

磁気抵抗効果デバイス104は、非磁性層21と第4強磁性層22とを有する。第4強磁性層22は、磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20との間に挟まれる。非磁性層21は、第1強磁性層20と第4強磁性層22との間に挟まれる。 The magnetoresistive effect device 104 has a non-magnetic layer 21 and a fourth ferromagnetic layer 22. The fourth ferromagnetic layer 22 is sandwiched between the magnetoresistive element 10 and the first ferromagnetic layer 20. The non-magnetic layer 21 is sandwiched between the first ferromagnetic layer 20 and the fourth ferromagnetic layer 22.

非磁性層21は、例えば、スペーサ層3と同様の材料を用いることができる。非磁性層21は、例えば、マグネシウムを含む酸化物を含む。非磁性層21がマグネシウムを含む酸化物を含むと、第1強磁性層20及び第4強磁性層22の磁気異方性を大きくなる。非磁性層21は、例えば、酸化マグネシウム(MgO)、スピネル(MgAl)等のマグネシウムを含む酸化物である。第4強磁性層22は、例えば、第1強磁性層20と同様の材料を用いることができるが、第1強磁性層20よりも飽和磁化が大きいことが好ましい。強磁性層の飽和磁化は、例えば合金の組成を変えることで変化させることができる。 For the non-magnetic layer 21, for example, the same material as the spacer layer 3 can be used. The non-magnetic layer 21 contains, for example, an oxide containing magnesium. When the non-magnetic layer 21 contains an oxide containing magnesium, the magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 20 and the fourth ferromagnetic layer 22 is increased. The non-magnetic layer 21 is an oxide containing magnesium such as magnesium oxide (MgO) and spinel (MgAl 2O 4 ). For the fourth ferromagnetic layer 22, for example, the same material as the first ferromagnetic layer 20 can be used, but it is preferable that the saturation magnetization is larger than that of the first ferromagnetic layer 20. The saturation magnetization of the ferromagnetic layer can be changed, for example, by changing the composition of the alloy.

第1強磁性層20と第4強磁性層22とは磁気結合している。第1強磁性層20は、高周波電圧Vが印加されることで磁気異方性が変化し、高周波磁場Hを生じる。第4強磁性層22の磁化は、第1強磁性層20の磁化に従って歳差運動する。第4強磁性層22の磁化は、第1強磁性層20で生じた高周波磁場Hを受けて歳差運動し、高周波磁場HR1を生じる。第4強磁性層22で生じた高周波磁場HR1は、第2強磁性層1の磁化を歳差運動させる。 The first ferromagnetic layer 20 and the fourth ferromagnetic layer 22 are magnetically coupled. The magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 20 changes when a high frequency voltage VR is applied, and a high frequency magnetic field HR is generated. The magnetization of the fourth ferromagnetic layer 22 precesses according to the magnetization of the first ferromagnetic layer 20. The magnetization of the fourth ferromagnetic layer 22 receives the high-frequency magnetic field HR generated in the first ferromagnetic layer 20 and undergoes aging motion to generate the high-frequency magnetic field HR 1. The high-frequency magnetic field HR1 generated in the fourth ferromagnetic layer 22 causes the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 to precess.

高周波電圧Vによる第1強磁性層20の磁気異方性の変化は、第1強磁性層20の厚みが薄いほど大きくなる。他方、第4強磁性層22の磁化量が多いほど高周波磁場HR1は大きくなる。したがって、第4強磁性層22は、例えば、第1強磁性層20より厚いことが好ましい。 The change in the magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 20 due to the high frequency voltage VR becomes larger as the thickness of the first ferromagnetic layer 20 becomes thinner. On the other hand, the higher the amount of magnetization of the fourth ferromagnetic layer 22, the larger the high frequency magnetic field HR1 . Therefore, it is preferable that the fourth ferromagnetic layer 22 is thicker than the first ferromagnetic layer 20, for example.

第3変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス104は、第1変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス102と同様の効果が得られる。また磁気抵抗効果デバイス104が第1強磁性層20と第4強磁性層22とを有することで、磁気異方性の変化により高周波磁場Hを生み出す部分と、第2強磁性層1に印加する高周波磁場HR1を生み出す部分とで機能を分けることができる。その結果、それぞれの機能に適した材料、構成を第1強磁性層20及び第4強磁性層22に適用できる。その結果、高周波磁場H,HR1による第2強磁性層1の磁化の振幅を大きくでき、出力ポートp3からの出力を大きくできる。 The magnetoresistive effect device 104 according to the third modification has the same effect as the magnetoresistive device 102 according to the first modification. Further, since the magnetic resistance effect device 104 has the first ferromagnetic layer 20 and the fourth ferromagnetic layer 22, it is applied to a portion where a high-frequency magnetic field HR is generated by a change in magnetic anisotropy and a second ferromagnetic layer 1. The function can be divided into the part that produces the high-frequency magnetic field HR1 . As a result, materials and configurations suitable for each function can be applied to the first ferromagnetic layer 20 and the fourth ferromagnetic layer 22. As a result, the amplitude of the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 by the high-frequency magnetic fields HR and HR1 can be increased, and the output from the output port p3 can be increased.

ここでは、磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20とが接する構造に非磁性層21及び第4強磁性層22を適用する例を説明したが、磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20とが離れている第1実施形態における磁気抵抗効果デバイス100、101に非磁性層21及び第4強磁性層22を適用してもよい。 Here, an example in which the non-magnetic layer 21 and the fourth ferromagnetic layer 22 are applied to the structure in which the magnetic resistance effect element 10 and the first ferromagnetic layer 20 are in contact with each other has been described, but the magnetic resistance effect element 10 and the first ferromagnetic layer 22 have been described. The non-magnetic layer 21 and the fourth ferromagnetic layer 22 may be applied to the magnetic resistance effect devices 100 and 101 in the first embodiment, which are separated from the layer 20.

また図11に示す磁気抵抗効果デバイス104Aのように、絶縁層30と第1強磁性層20との間、第1強磁性層20と非磁性層21の間、非磁性層21と第4強磁性層22との間に、第2変形例における金属層50を設けてもよい。金属層50は、これらの間の全てにある必要はなく、いずれかの間にのみあってもよい。金属層50により第1強磁性層20及び第4強磁性層22の磁気異方性の変化量が大きくなる。 Further, as in the magnetoresistive effect device 104A shown in FIG. 11, between the insulating layer 30 and the first ferromagnetic layer 20, between the first ferromagnetic layer 20 and the non-magnetic layer 21, the non-magnetic layer 21 and the fourth strength. The metal layer 50 in the second modification may be provided between the magnetic layer 22 and the magnetic layer 22. The metal layer 50 does not have to be all between them, but may be only between them. The metal layer 50 increases the amount of change in the magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 20 and the fourth ferromagnetic layer 22.

(第4変形例)
図12は、第4変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス105の磁気抵抗効果素子10の近傍の拡大図である。磁気抵抗効果デバイス105において、磁気抵抗効果デバイス104と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
(Fourth modification)
FIG. 12 is an enlarged view of the vicinity of the magnetoresistive element 10 of the magnetoresistive device 105 according to the fourth modification. In the magnetoresistive device 105, the same components as those of the magnetoresistive device 104 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

磁気抵抗効果デバイス105は、第5強磁性層23を有する。第5強磁性層23は、磁気抵抗効果素子10の積層方向と直交する面内のいずれかの方向から見て、磁気抵抗効果素子10と重なる位置にある。図13は、磁気抵抗効果デバイス105を積層方向の磁気抵抗効果素子10側から見た図である。図13に示すように、第5強磁性層23は、磁気抵抗効果素子10の周囲を囲んでもよい。また図14に示すように、第5強磁性層23は、磁気抵抗効果素子10を挟む構造でもよい。図13及び図14において、電極41と電極42は省略している。第5強磁性層23は、例えば、第4強磁性層22と同様の材料を用いることができる。第5強磁性層23の磁化は、第1強磁性層20で生じた高周波磁場Hを受けて歳差運動し、高周波磁場を生じる。第5強磁性層23で生じた高周波磁場は、第2強磁性層1の磁化を歳差運動させる。 The magnetoresistive device 105 has a fifth ferromagnetic layer 23. The fifth ferromagnetic layer 23 is located at a position overlapping the magnetoresistive element 10 when viewed from any direction in the plane orthogonal to the laminating direction of the magnetoresistive element 10. FIG. 13 is a view of the magnetoresistive effect device 105 as viewed from the side of the magnetoresistive effect element 10 in the stacking direction. As shown in FIG. 13, the fifth ferromagnetic layer 23 may surround the magnetoresistive element 10. Further, as shown in FIG. 14, the fifth ferromagnetic layer 23 may have a structure that sandwiches the magnetoresistive element 10. In FIGS. 13 and 14, the electrode 41 and the electrode 42 are omitted. For the fifth ferromagnetic layer 23, for example, the same material as the fourth ferromagnetic layer 22 can be used. The magnetization of the fifth ferromagnetic layer 23 receives the high-frequency magnetic field HR generated in the first ferromagnetic layer 20 and undergoes an aging motion to generate a high-frequency magnetic field. The high-frequency magnetic field generated in the fifth ferromagnetic layer 23 causes the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 to precess.

第4変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス105は、第3変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス104と同様の効果が得られる。また磁気抵抗効果デバイス105は第5強磁性層23を有することで、第2強磁性層1により大きな高周波磁場を印加することができる。その結果、第4変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス105は、第2強磁性層1の磁化の振幅をより大きくでき、出力ポートp3からの出力を大きくできる。 The magnetoresistive effect device 105 according to the fourth modification has the same effect as the magnetoresistive device 104 according to the third modification. Further, since the magnetoresistive device 105 has the fifth ferromagnetic layer 23, a larger high frequency magnetic field can be applied to the second ferromagnetic layer 1. As a result, the magnetoresistive device 105 according to the fourth modification can increase the amplitude of the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 and increase the output from the output port p3.

図14では、磁気抵抗効果素子10と第4強磁性層22とが接している例を示したが、これらは互いに離れていてもよい。例えば、図15に示す磁気抵抗効果デバイス105Aは、第4強磁性層22と磁気抵抗効果素子10との間に非磁性層24をさらに有する。非磁性層24は、例えば、第4強磁性層22と第5強磁性層23との間にも挟まれる。第4強磁性層22と磁気抵抗効果素子10とが離れている場合は、第4強磁性層22と第5強磁性層23とは離れていることが好ましい。当該構成により第4強磁性層22から第2強磁性層1に印加される高周波磁場と、第5強磁性層23から第2強磁性層1に印加される高周波磁場とが、互いに強め合う関係になる。 Although FIG. 14 shows an example in which the magnetoresistive element 10 and the fourth ferromagnetic layer 22 are in contact with each other, they may be separated from each other. For example, the magnetoresistive device 105A shown in FIG. 15 further has a non-magnetic layer 24 between the fourth ferromagnetic layer 22 and the magnetoresistive element 10. The non-magnetic layer 24 is also sandwiched between, for example, the fourth ferromagnetic layer 22 and the fifth ferromagnetic layer 23. When the fourth ferromagnetic layer 22 and the magnetoresistive element 10 are separated from each other, it is preferable that the fourth ferromagnetic layer 22 and the fifth ferromagnetic layer 23 are separated from each other. With this configuration, the high-frequency magnetic field applied from the 4th ferromagnetic layer 22 to the 2nd ferromagnetic layer 1 and the high-frequency magnetic field applied from the 5th ferromagnetic layer 23 to the 2nd ferromagnetic layer 1 strengthen each other. become.

(第5変形例)
図16は、第5変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス106の回路構成を模式的に示す図である。磁気抵抗効果デバイス106において、磁気抵抗効果デバイス100と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
(Fifth modification)
FIG. 16 is a diagram schematically showing a circuit configuration of the magnetoresistive effect device 106 according to the fifth modification. In the magnetoresistive device 106, the same components as those of the magnetoresistive device 100 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

磁気抵抗効果デバイス106は、ヨークYを備える。ヨークYは、第1強磁性層20の面直方向から見て、第1強磁性層20を挟む。ヨークYは、軟磁性体を含む。ヨークY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 magnetoresistive device 106 includes a yoke Y. The yoke Y sandwiches the first ferromagnetic layer 20 when viewed from the plane perpendicular direction of the first ferromagnetic layer 20. The yoke Y contains a soft magnetic material. The yoke Y is, for example, Fe, Co, Ni, an alloy of Ni and Fe, an alloy of Fe and Co, an alloy of Fe and Co and B, and the like.

図17は、磁気抵抗効果デバイス106の第1強磁性層20の近傍を第1強磁性層20の面直方向から見た図である。図17に示すように、ヨークYは、第1強磁性層20の周囲を囲んでもよい。また図18に示すように、ヨークYは、第1強磁性層20を挟む構造でもよい。第1強磁性層20の面直方向から見て、ヨークYの間には、ギャップGpがある。 FIG. 17 is a view of the vicinity of the first ferromagnetic layer 20 of the magnetoresistive effect device 106 as viewed from the plane direction of the first ferromagnetic layer 20. As shown in FIG. 17, the yoke Y may surround the first ferromagnetic layer 20. Further, as shown in FIG. 18, the yoke Y may have a structure that sandwiches the first ferromagnetic layer 20. When viewed from the plane direction of the first ferromagnetic layer 20, there is a gap Gp between the yokes Y.

磁気抵抗効果デバイス106に外部磁場Hが印加されると、ヨークYが磁束を誘導し、ギャップGp内に磁束を集中させる。ヨークYは、外部磁場HによってギャップGp内に生じる磁場を第1強磁性層20に印加する。第1強磁性層20の磁化は、ギャップGp内に生じる磁場の影響を受ける。ギャップGp内に生じる磁場の方向は、外部磁場Hの方向に応じて変化する。磁気抵抗効果デバイス106は、外部磁場Hの方向を検知する磁気センサに特に適用できる。 When an external magnetic field He is applied to the magnetoresistive device 106, the yoke Y induces a magnetic flux and concentrates the magnetic flux in the gap Gp. The yoke Y applies a magnetic field generated in the gap Gp by the external magnetic field He to the first ferromagnetic layer 20. The magnetization of the first ferromagnetic layer 20 is affected by the magnetic field generated in the gap Gp. The direction of the magnetic field generated in the gap Gp changes according to the direction of the external magnetic field He. The magnetoresistive effect device 106 is particularly applicable to a magnetic sensor that detects the direction of an external magnetic field He.

(第6変形例)
図19は、第6変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス107の回路構成を模式的に示す図である。磁気抵抗効果デバイス107において、磁気抵抗効果デバイス100と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。
(6th modification)
FIG. 19 is a diagram schematically showing a circuit configuration of the magnetoresistive effect device 107 according to the sixth modification. In the magnetoresistive effect device 107, the same components as those of the magnetoresistive effect device 100 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

磁気抵抗効果デバイス107は、第1強磁性層20が磁気抵抗効果素子10の積層方向と異なる位置にある。第1強磁性層20は、例えば、第1強磁性層20の面直方向から見て、磁気抵抗効果素子10を挟む。第1強磁性層20は、例えば、磁気抵抗効果素子10の周囲を囲んでいてもよい。 In the magnetoresistive effect device 107, the first ferromagnetic layer 20 is located at a position different from the stacking direction of the magnetoresistive element 10. The first ferromagnetic layer 20 sandwiches the magnetoresistive element 10 when viewed from the plane perpendicular direction of the first ferromagnetic layer 20, for example. The first ferromagnetic layer 20 may surround the magnetoresistive element 10, for example.

第6変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス107は、第1変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス100と同様の効果が得られる。第1強磁性層20が磁気抵抗効果素子10の積層方向にある方が第1強磁性層20で生じた高周波磁場Hによって第2強磁性層1の磁化を効率的に歳差運動させることができるが、第1強磁性層20が磁気抵抗効果素子10の積層方向と異なる位置にある場合でも、高周波磁場Hによって第2強磁性層1の磁化を効率的に歳差運動させることができる。 The magnetoresistive effect device 107 according to the sixth modification has the same effect as the magnetoresistive device 100 according to the first modification. When the first ferromagnetic layer 20 is in the stacking direction of the magnetic resistance effect element 10, the magnetism of the second ferromagnetic layer 1 is efficiently age-shifted by the high-frequency magnetic field HR generated in the first ferromagnetic layer 20. However, even when the first ferromagnetic layer 20 is located at a position different from the stacking direction of the magnetic resistance effect element 10, the magnetism of the second ferromagnetic layer 1 can be efficiently age-shifted by the high-frequency magnetic field HR . can.

「第2実施形態」
図20は、第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス110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強磁性層20と第1入力ポートp1と第2入力ポートp21と出力ポートp3と基準電位端子pr1,pr2とコンデンサCとインダクタLと信号線路L1~L5とを有する。インダクタLは、フィルタFの一態様である。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と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
"Second embodiment"
FIG. 20 is a diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive device 110 according to the second embodiment. The magnetoresistive effect device 110 includes a magnetoresistive effect element 10, a first ferromagnetic layer 20, a first input port p1, a second input port p21, an output port p3, a reference potential terminal pr1, pr2, a capacitor C, an inductor L, and a signal. It has lines L1 to L5. The inductor L is one aspect of the filter F. In the magnetoresistive effect device 110, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the magnetoresistive effect device 100, and the description thereof will be omitted.

第2入力ポートp21には、直流電流Iが入力される。第2入力ポートp21は、直流電流Iが入力されるという点で、第2高周波信号Sが入力される第1実施形態にかかる第2入力ポートp2と異なる。第2入力ポートp21には、例えば、直流電源PSが接続される。直流電源PSは、直流電流源でも、直流電圧源でもよい。第2入力ポートp21は、磁気抵抗効果素子10に直流電流又は直流電圧を印加するための電源を接続できる直流印加端子である。 A direct current ID is input to the second input port p21. The second input port p21 is different from the second input port p2 according to the first embodiment in which the second high frequency signal S2 is input in that the direct current ID is input. For example, a DC power supply PS is connected to the second input port p21. The DC power supply PS may be a DC current source or a DC voltage source. The second input port p21 is a DC application terminal to which a power source for applying a DC current or a DC voltage can be connected to the magnetoresistive effect element 10.

本明細書において直流電流とは、時間によって方向が変化しない電流であり、時間によって大きさが変化する電流を含む。また、直流電圧とは、時間によって極性が変化しない電圧であり、時間によって大きさが変化する電圧も含む。 As used herein, the direct current is a current whose direction does not change with time, and includes a current whose magnitude changes with time. Further, the DC voltage is a voltage whose polarity does not change with time, and includes a voltage whose magnitude changes with time.

第2入力ポートp21に入力された直流電流Iは、信号線路L3を介して、磁気抵抗効果素子10に印加される。図20では、直流電流Iを磁気抵抗効果素子10に印加する例を示したが、直流電圧を磁気抵抗効果素子10に印加してもよい。磁気抵抗効果素子10に印加される直流電流の電流密度は、磁気抵抗効果素子10の発振閾値電流密度よりも小さいことが好ましい。磁気抵抗効果素子の発振閾値電流密度とは、この値以上の電流密度の電流が印加されることにより、磁気抵抗効果素子の第2強磁性層1の磁化が一定周波数及び一定の振幅で歳差運動を開始し、磁気抵抗効果素子が発振する(磁気抵抗効果素子の出力(抵抗値)が一定周波数及び一定の振幅で変動する)閾値の電流密度のことである。 The direct current ID input to the second input port p21 is applied to the magnetoresistive element 10 via the signal line L3. Although FIG. 20 shows an example in which the DC current ID is applied to the magnetoresistive effect element 10, a DC voltage may be applied to the magnetoresistive effect element 10. The current density of the direct current applied to the magnetoresistive sensor 10 is preferably smaller than the oscillation threshold current density of the magnetoresistive sensor 10. The oscillation threshold current density of the magnetic resistance effect element is that when a current with a current density equal to or higher than this value is applied, the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 of the magnetic resistance effect element is aged at a constant frequency and a constant amplitude. It is the current density of the threshold at which the motion is started and the magnetic resistance effect element oscillates (the output (resistance value) of the magnetic resistance effect element fluctuates at a constant frequency and a constant amplitude).

<フィルタ>
第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス110は、例えば、フィルタとして機能する。
<Filter>
The magnetoresistive device 110 according to the second embodiment functions as, for example, a filter.

第1入力ポートp1に第1高周波信号Sを入力すると、第1強磁性層20に高周波電圧Vが印加される。高周波電圧Vは第1強磁性層20の磁気異方性Hを周期的に変化させ、第1強磁性層20の磁化が歳差運動する。第1強磁性層20の磁化の歳差運動は、高周波磁場Hを生じる。高周波磁場Hは、磁気抵抗効果素子10の第2強磁性層1に印加される。 When the first high frequency signal S1 is input to the first input port p1, a high frequency voltage VR is applied to the first ferromagnetic layer 20. The high-frequency voltage VR periodically changes the magnetic anisotropy Hk of the first ferromagnetic layer 20, and the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 undergoes an aging motion. The precession of the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 produces a high frequency magnetic field HR . The high frequency magnetic field HR is applied to the second ferromagnetic layer 1 of the magnetoresistive sensor 10.

第2強磁性層1の磁化は、第2強磁性層1に印加された高周波磁場Hの周波数が、第2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。また、第1入力ポートp1から入力された第1高周波信号Sの周波数が第1強磁性層20の強磁性共鳴周波数の近傍の場合にも、第2強磁性層1に印加される高周波磁場Hが大きくなり、第2強磁性層1の磁化は大きく振動する。 The magnetization of the second ferromagnetic layer 1 vibrates significantly when the frequency of the high-frequency magnetic field HR applied to the second ferromagnetic layer 1 is close to the ferromagnetic resonance frequency of the second ferromagnetic layer 1. Further, even when the frequency of the first high frequency signal S1 input from the first input port p1 is close to the ferromagnetic resonance frequency of the first ferromagnetic layer 20, the high frequency magnetic field applied to the second ferromagnetic layer 1 The HR becomes large, and the magnetism of the second ferromagnetic layer 1 vibrates greatly.

第2強磁性層1の磁化の振動が大きくなると、磁気抵抗効果素子10における抵抗値変化が大きくなる。例えば第2入力ポートp21から一定の直流電流Iが磁気抵抗効果素子10に印加される場合には、磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化は、磁気抵抗効果素子10の積層方向の電位差の変化として出力ポートp3から出力される。また、例えば第2入力ポートp2から一定の直流電圧が磁気抵抗効果素子10に印加される場合には、磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化は、磁気抵抗効果素子10を流れる電流値の変化として出力ポートp3から出力される。つまり、出力ポートp3からは、第2強磁性層1の磁化の振動に起因した信号が出力される。 When the vibration of the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 becomes large, the change in the resistance value in the magnetoresistive element 10 becomes large. For example, when a constant DC current ID is applied to the magnetoresistive sensor 10 from the second input port p21, the change in the resistance value of the magnetoresistive sensor 10 is a change in the potential difference in the stacking direction of the magnetoresistive element 10. Is output from the output port p3. Further, for example, when a constant DC voltage is applied to the magnetoresistive effect element 10 from the second input port p2, the change in the resistance value of the magnetoresistive effect element 10 is regarded as a change in the current value flowing through the magnetoresistive effect element 10. It is output from the output port p3. That is, a signal caused by the vibration of the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 is output from the output port p3.

すなわち、第1入力ポートp1から入力された第1高周波信号Sの周波数が第2強磁性層1又は第1強磁性層20の強磁性共鳴周波数近傍の場合は、磁気抵抗効果素子10の抵抗値の変動量が大きく、出力ポートp3から大きな信号が出力される。これに対し、第1高周波信号Sの周波数が第2強磁性層1及び第1強磁性層20の強磁性共鳴周波数から外れている場合は、磁気抵抗効果素子10の抵抗値の変動量が小さく、出力ポートp3から信号がほとんど出力されない。すなわち、磁気抵抗効果デバイス100は特定の周波数の高周波信号を選択的に通過させることができる高周波フィルタとして機能する。 That is, when the frequency of the first high frequency signal S1 input from the first input port p1 is close to the ferromagnetic resonance frequency of the second ferromagnetic layer 1 or the first ferromagnetic layer 20, the resistance of the magnetic resistance effect element 10 The amount of fluctuation of the value is large, and a large signal is output from the output port p3. On the other hand, when the frequency of the first high frequency signal S 1 deviates from the ferromagnetic resonance frequency of the second ferromagnetic layer 1 and the first ferromagnetic layer 20, the fluctuation amount of the resistance value of the magnetic resistance effect element 10 increases. It is small and almost no signal is output from the output port p3. That is, the magnetoresistive device 100 functions as a high-frequency filter capable of selectively passing a high-frequency signal of a specific frequency.

以上、上述の磁気抵抗効果デバイス110を例に、第2実施形態について図面を参照して詳述したが、第2実施形態はこの例に限られるものではない。 Although the second embodiment has been described in detail with reference to the drawings by taking the above-mentioned magnetoresistive device 110 as an example, the second embodiment is not limited to this example.

「第3実施形態」
図21は、第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス120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強磁性層20と第1入力ポートp1とコンデンサCとフィルタFと信号線路L1,L6~L8とを備える。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と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
"Third embodiment"
FIG. 21 is a diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive device 120 according to the third embodiment. The magnetoresistive device 120 includes a magnetoresistive element 10, a first ferromagnetic layer 20, a first input port p1, a capacitor C, a filter F, and signal lines L1, L6 to L8. In the magnetoresistive device 120, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the magnetoresistive device 100, and the description thereof will be omitted.

信号線路L1は、第1入力ポートp1と第1強磁性層20とを接続する。信号線路L6は、信号線路L1と磁気抵抗効果素子10とを接続する。信号線路L7は、磁気抵抗効果素子10と出力ポートp3とを接続する。信号線路L8は、信号線路L7と基準電位端子pr3とを接続する。基準電位端子pr3は、基準電位端子pr1と同様である。 The signal line L1 connects the first input port p1 and the first ferromagnetic layer 20. The signal line L6 connects the signal line L1 and the magnetoresistive effect element 10. The signal line L7 connects the magnetoresistive effect element 10 and the output port p3. The signal line L8 connects the signal line L7 and the reference potential terminal pr3. The reference potential terminal pr3 is the same as the reference potential terminal pr1.

第1入力ポートp1は、第1強磁性層20及び磁気抵抗効果素子10に接続されている。第1入力ポートp1と第1強磁性層20とは、信号線路L1で接続されている。第1入力ポートp1と磁気抵抗効果素子10とは、信号線路L1の一部及び信号線路L6で接続されている。 The first input port p1 is connected to the first ferromagnetic layer 20 and the magnetoresistive element 10. The first input port p1 and the first ferromagnetic layer 20 are connected by a signal line L1. The first input port p1 and the magnetoresistive sensor 10 are connected by a part of the signal line L1 and the signal line L6.

第1入力ポートp1に入力される第1高周波信号Sにより第1強磁性層20に高周波電圧Vが印加される。第1入力ポートp1に第1高周波信号Sが入力されると、基準電位端子pr3に対する第1入力ポートp1の電位が変動する。基準電位端子pr3に対する第1入力ポートp1の電位の変動により、第1強磁性層20に高周波電圧Vが印加される。第1強磁性層20に印加された高周波電圧Vにより、高周波磁場Hが生じる。高周波磁場Hは、第2強磁性層1に印加される。 A high frequency voltage VR is applied to the first ferromagnetic layer 20 by the first high frequency signal S1 input to the first input port p1. When the first high frequency signal S1 is input to the first input port p1, the potential of the first input port p1 with respect to the reference potential terminal pr3 fluctuates. A high frequency voltage VR is applied to the first ferromagnetic layer 20 due to the fluctuation of the potential of the first input port p1 with respect to the reference potential terminal pr3. A high frequency magnetic field HR is generated by the high frequency voltage VR applied to the first ferromagnetic layer 20. The high frequency magnetic field HR is applied to the second ferromagnetic layer 1.

第2強磁性層1の磁化は、高周波電圧Vに起因した高周波磁場Hを受けて振動する。磁気抵抗効果素子10の抵抗R10は、第2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 second ferromagnetic layer 1 vibrates in response to the high frequency magnetic field HR caused by the high frequency voltage VR . The resistance R 10 of the magnetoresistive element 10 changes (vibrates) due to the vibration of the magnetization of the second ferromagnetic layer 1.

また第1入力ポートp1に入力される第1高周波信号Sにより磁気抵抗効果素子10に高周波電流Iが印加される。第1入力ポートp1に第1高周波信号Sが入力されると、信号線路L6に高周波電流Iが流れる。高周波電流I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からの出力に起因する信号が出力される。 Further, a high frequency current IR is applied to the magnetoresistive element 10 by the first high frequency signal S1 input to the first input port p1. When the first high frequency signal S1 is input to the first input port p1, a high frequency current IR flows through the signal line L6. The high frequency current IR flows through the magnetoresistive element 10. A signal caused by the output from the magnetoresistive sensor 10 is output from the output port p3.

第3実施形態の磁気抵抗効果デバイス120は、第1強磁性層20に印加される高周波電圧V及び磁気抵抗効果素子10に印加される高周波電流Iがいずれも第1高周波信号Sに起因している。第1高周波信号Sは、信号線路L1と信号線路L6に分岐し、第1強磁性層20及び磁気抵抗効果素子10に入力される。第1実施形態の磁気抵抗効果デバイス100は、第1強磁性層20に印加される高周波電圧Vは第1高周波信号Sに起因し、磁気抵抗効果素子10に印加される高周波電流Iは第2高周波信号Sに起因しており、この点が第3実施形態の磁気抵抗効果デバイス120と異なる。第3実施形態の磁気抵抗効果デバイス120は、高周波電流Iの発生源は第1実施形態とは異なっているが、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスと同様の効果が得られる。 In the magnetoresistive device 120 of the third embodiment, the high-frequency voltage VR applied to the first ferromagnetic layer 20 and the high-frequency current IR applied to the magnetoresistive element 10 are both transmitted to the first high-frequency signal S1. It is caused. The first high frequency signal S 1 is branched into a signal line L1 and a signal line L6, and is input to the first ferromagnetic layer 20 and the magnetoresistive element 10. In the magnetic resistance effect device 100 of the first embodiment, the high frequency voltage VR applied to the first ferromagnetic layer 20 is caused by the first high frequency signal S 1 , and the high frequency current IR applied to the magnetic resistance effect element 10 Is due to the second high frequency signal S2, which is different from the magnetoresistive effect device 120 of the third embodiment. The magnetoresistive device 120 of the third embodiment has a different source of the high frequency current IR from the first embodiment, but has the same effect as the magnetoresistive device of the first embodiment.

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、磁気センサまたは周波数変換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 frequency converter 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.

また図22に示す磁気抵抗効果デバイス120Aのように、各構成要素の接続関係を変更してもよい。信号線路L9は、第1強磁性層20と基準電位端子pr4とを接続する。信号線路L10は、信号線路L9と磁気抵抗効果素子10とを接続する。基準電位端子pr4は、基準電位端子pr1と同様である。 Further, as in the magnetoresistive device 120A shown in FIG. 22, the connection relationship of each component may be changed. The signal line L9 connects the first ferromagnetic layer 20 and the reference potential terminal pr4. The signal line L10 connects the signal line L9 and the magnetoresistive effect element 10. The reference potential terminal pr4 is the same as the reference potential terminal pr1.

(第7変形例)
図23は、第7変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス121の回路構成を示す図である。磁気抵抗効果デバイス121は、磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20と第1入力ポートp1とコンデンサCとフィルタFと信号線路L1,L5,L11,L12とを備える。磁気抵抗効果デバイス121において、磁気抵抗効果デバイス100と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
(7th modification)
FIG. 23 is a diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive effect device 121 according to the seventh modification. The magnetoresistive device 121 includes a magnetoresistive element 10, a first ferromagnetic layer 20, a first input port p1, a capacitor C, a filter F, and signal lines L1, L5, L11, and L12. In the magnetoresistive effect device 121, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the magnetoresistive effect device 100, and the description thereof will be omitted.

信号線路L1は、第1入力ポートp1と第1強磁性層20とを接続する。信号線路L11は、第1強磁性層20と磁気抵抗効果素子10とを接続する。信号線路L5は、磁気抵抗効果素子10と基準電位端子pr2とを接続する。第1入力ポートp1と第1強磁性層20と磁気抵抗効果素子10とは、信号線路L1,L11,L5によって直列に接続されている。信号線路L12は、信号線路L11と出力ポートp3とを接続する。 The signal line L1 connects the first input port p1 and the first ferromagnetic layer 20. The signal line L11 connects the first ferromagnetic layer 20 and the magnetoresistive element 10. The signal line L5 connects the magnetoresistive effect element 10 and the reference potential terminal pr2. The first input port p1, the first ferromagnetic layer 20, and the magnetoresistive element 10 are connected in series by signal lines L1, L11, and L5. The signal line L12 connects the signal line L11 and the output port p3.

第1入力ポートp1は、第1強磁性層20及び磁気抵抗効果素子10に接続されている。第1入力ポートp1と第1強磁性層20とは、信号線路L1で接続されている。第1入力ポートp1と磁気抵抗効果素子10とは、信号線路L1,L11で接続されている。第1入力ポートp1に入力される第1高周波信号Sにより第1強磁性層20に高周波電圧Vが印加される。また第1入力ポートp1に入力される第1高周波信号Sにより磁気抵抗効果素子10に高周波電流Iが印加される。 The first input port p1 is connected to the first ferromagnetic layer 20 and the magnetoresistive element 10. The first input port p1 and the first ferromagnetic layer 20 are connected by a signal line L1. The first input port p1 and the magnetoresistive sensor 10 are connected by signal lines L1 and L11. A high frequency voltage VR is applied to the first ferromagnetic layer 20 by the first high frequency signal S1 input to the first input port p1. Further, a high frequency current IR is applied to the magnetoresistive element 10 by the first high frequency signal S1 input to the first input port p1.

第7変形例の磁気抵抗効果デバイス121は、磁気抵抗効果デバイス100と同様の効果が得られる。 The magnetoresistive effect device 121 of the seventh modification has the same effect as the magnetoresistive effect device 100.

また図24に示す磁気抵抗効果デバイス121Aのように、磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20とを直接接続してもよい。 Further, as in the magnetoresistive device 121A shown in FIG. 24, the magnetoresistive element 10 and the first ferromagnetic layer 20 may be directly connected.

(第8変形例)
図25は、第8変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス122の回路構成を示す図である。磁気抵抗効果デバイス122は、磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20と第1入力ポートp1とコンデンサCとフィルタFと分岐部Dと信号線路L2,L13,L14,L15,L4,L5とを備える。磁気抵抗効果デバイス122において、磁気抵抗効果デバイス100と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
(8th modification)
FIG. 25 is a diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive effect device 122 according to the eighth modification. The magnetoresistive device 122 includes a magnetoresistive element 10, a first ferromagnetic layer 20, a first input port p1, a capacitor C, a filter F, a branch D, and a signal line L2, L13, L14, L15, L4, L5. To be equipped. In the magnetoresistive effect device 122, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the magnetoresistive effect device 100, and the description thereof will be omitted.

分岐部Dは、信号を分岐する。分岐部Dは、例えば、方向性結合器である。信号線路L13は、第1入力ポートp1と分岐部Dとに接続されている。信号線路L14は、分岐部Dと第1強磁性層20とに接続されている。信号線路L15は、分岐部Dと磁気抵抗効果素子10とに接続されている。信号線路L14は、第1信号線路の一例である。信号線路L15は、第2信号線路の一例である。第1入力ポートp1は、分岐部Dを介して信号線路L14と信号線路L15とに接続されている。 The branch portion D branches the signal. The branch D is, for example, a directional coupler. The signal line L13 is connected to the first input port p1 and the branch portion D. The signal line L14 is connected to the branch portion D and the first ferromagnetic layer 20. The signal line L15 is connected to the branch portion D and the magnetoresistive sensor 10. The signal line L14 is an example of the first signal line. The signal line L15 is an example of a second signal line. The first input port p1 is connected to the signal line L14 and the signal line L15 via the branch portion D.

第1入力ポートp1は、第1強磁性層20及び磁気抵抗効果素子10に接続されている。第1入力ポートp1と第1強磁性層20とは、信号線路L13,L14及び分岐部Dを介して、接続されている。第1入力ポートp1と磁気抵抗効果素子10とは、信号線路L13,L15及び分岐部Dを介して、接続されている。第1入力ポートp1に入力される第1高周波信号Sにより第1強磁性層20に高周波電圧Vが印加される。また第1入力ポートp1に入力される第1高周波信号Sにより磁気抵抗効果素子10に高周波電流Iが印加される。 The first input port p1 is connected to the first ferromagnetic layer 20 and the magnetoresistive element 10. The first input port p1 and the first ferromagnetic layer 20 are connected to each other via signal lines L13 and L14 and a branch portion D. The first input port p1 and the magnetoresistive sensor 10 are connected to each other via signal lines L13 and L15 and a branch portion D. A high frequency voltage VR is applied to the first ferromagnetic layer 20 by the first high frequency signal S1 input to the first input port p1. Further, a high frequency current IR is applied to the magnetoresistive element 10 by the first high frequency signal S1 input to the first input port p1.

第8変形例の磁気抵抗効果デバイス122は、磁気抵抗効果デバイス100と同様の効果が得られる。 The magnetoresistive effect device 122 of the eighth modification has the same effect as the magnetoresistive effect device 100.

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実施形態はこの例に限られるものではない。例えば、第1実施形態にかかる変形例のそれぞれは、第3実施形態においても適用可能である。例えば、第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいても、絶縁層30、電極40、金属層50、第4強磁性層22、第5強磁性層23またはヨークYを適用できる。 Although the third embodiment has been described in detail with reference to the drawings, the third embodiment is not limited to this example. For example, each of the modifications according to the first embodiment is also applicable to the third embodiment. For example, in the magnetoresistive device according to the third embodiment, the insulating layer 30, the electrode 40, the metal layer 50, the fourth ferromagnetic layer 22, the fifth ferromagnetic layer 23, or the yoke Y can be applied.

「第4実施形態」
図26は、第4実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス200の回路構成を示す図である。磁気抵抗効果デバイス200は、磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20と第1入力ポートp11とコンデンサCとインダクタLと信号線路L5,L16~L18と出力ポートp3とを備える。磁気抵抗効果デバイス200において、磁気抵抗効果デバイス100と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
"Fourth Embodiment"
FIG. 26 is a diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive device 200 according to the fourth embodiment. The magnetoresistive device 200 includes a magnetoresistive element 10, a first ferromagnetic layer 20, a first input port p11, a capacitor C, an inductor L, signal lines L5, L16 to L18, and an output port p3. In the magnetoresistive device 200, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the magnetoresistive device 100, and the description thereof will be omitted.

信号線路L16は、磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20とを接続する。信号線路L16は、フィードバックの信号線路である。信号線路L17は、第1強磁性層20と出力ポートp3とを接続する。信号線路L18は、第1入力ポートp11と信号線路L16とを接続する。出力ポートp3は、磁気抵抗効果素子10から出力された信号が出力される。 The signal line L16 connects the magnetoresistive element 10 and the first ferromagnetic layer 20. The signal line L16 is a feedback signal line. The signal line L17 connects the first ferromagnetic layer 20 and the output port p3. The signal line L18 connects the first input port p11 and the signal line L16. The output port p3 outputs the signal output from the magnetoresistive sensor 10.

第1入力ポートp11は、磁気抵抗効果素子10に直流電流又は直流電圧を印加するための直流電源PSを接続できる直流印加端子である。第1入力ポートp11には、例えば、直流電源PSが接続され、直流電流Iが入力される。直流電源PSは、直流電流源でも、直流電圧源でもよい。第1入力ポートp11に入力された直流電流Iは、信号線路L18及び信号線路L16の一部を介して、磁気抵抗効果素子10に印加される。 The first input port p11 is a DC application terminal to which a DC power supply PS for applying a DC current or a DC voltage can be connected to the magnetoresistive effect element 10. For example, a DC power supply PS is connected to the first input port p11, and a DC current ID is input. The DC power supply PS may be a DC current source or a DC voltage source. The direct current ID input to the first input port p11 is applied to the magnetoresistive element 10 via a part of the signal line L18 and the signal line L16.

第4実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス200は、例えば、発振器として機能する。 The magnetoresistive device 200 according to the fourth embodiment functions as, for example, an oscillator.

磁気抵抗効果デバイス200の動作について説明する。まず信号線路L16に高周波信号である最初の信号Sgが生じる。高周波信号は、例えば、100MHz以上の周波数を有する信号である。最初の信号Sgは、例えば、ノイズである。ノイズは、例えば、電源を第1入力ポートp11に接続した際に生じる。信号Sgにより、第1強磁性層20に高周波電圧Vが印加される。高周波電圧Vは、高周波磁場Hを生じる。 The operation of the magnetoresistive effect device 200 will be described. First, the first signal Sg 1 , which is a high frequency signal, is generated in the signal line L16. The high frequency signal is, for example, a signal having a frequency of 100 MHz or more. The first signal Sg 1 is, for example, noise. Noise is generated, for example, when a power source is connected to the first input port p11. A high frequency voltage VR is applied to the first ferromagnetic layer 20 by the signal Sg 1 . The high frequency voltage VR produces a high frequency magnetic field HR .

高周波磁場Hは、第2強磁性層1に印加される。第2強磁性層1の磁化は、高周波磁場Hを受けて振動する。磁気抵抗効果素子10の抵抗値は、第2強磁性層1の磁化の振動により変化する。第1入力ポートp11は、磁気抵抗効果素子10に直流電流Iを印加する。直流電流Iは、磁気抵抗効果素子10の積層方向に流れる。直流電流Iは、信号線路L5を通りグラウンドGへ流れる。磁気抵抗効果素子10の電位は、オームの法則に従い変化する。磁気抵抗効果素子10の電位の変化(抵抗値の変化)に応じて高周波信号である信号Sgが生じる。信号Sgは、磁気抵抗効果素子10から信号線路L16に出力される。 The high frequency magnetic field HR is applied to the second ferromagnetic layer 1. The magnetization of the second ferromagnetic layer 1 vibrates under the high frequency magnetic field HR . The resistance value of the magnetoresistive element 10 changes due to the vibration of the magnetization of the second ferromagnetic layer 1. The first input port p11 applies a direct current ID to the magnetoresistive element 10. The direct current ID flows in the stacking direction of the magnetoresistive element 10. The direct current ID flows through the signal line L5 to the ground G. The potential of the magnetoresistive sensor 10 changes according to Ohm's law. The signal Sg 2 , which is a high-frequency signal, is generated according to the change in the potential (change in the resistance value) of the magnetoresistive element 10. The signal Sg 2 is output from the magnetoresistive effect element 10 to the signal line L16.

信号Sgにより、第1強磁性層20に高周波電圧Vが印加され、第1強磁性層20は高周波磁場Hを生じる。磁気抵抗効果素子10は、高周波磁場Hを受けて高周波信号である信号Sgを信号線路L16に出力する。信号Sgにより、再び第1強磁性層20に高周波電圧Vが印加され、第1強磁性層20は再び高周波磁場Hを生じる。磁気抵抗効果デバイス200は、このサイクルを繰り返す。 A high frequency voltage VR is applied to the first ferromagnetic layer 20 by the signal Sg 2 , and the first ferromagnetic layer 20 generates a high frequency magnetic field HR . The magnetoresistive sensor 10 receives the high-frequency magnetic field HR and outputs the signal Sg 3 , which is a high-frequency signal, to the signal line L16. The signal Sg 3 applies a high frequency voltage VR to the first ferromagnetic layer 20 again, and the first ferromagnetic layer 20 again generates a high frequency magnetic field HR . The magnetoresistive device 200 repeats this cycle.

高周波信号により第1強磁性層20に高周波電圧Vが印加され、その高周波電圧Vに起因する高周波磁場Hが第2強磁性層1に印加され、磁気抵抗効果素子10が高周波信号を信号線路L16に出力するサイクルを1サイクルとする。 A high-frequency voltage VR is applied to the first ferromagnetic layer 20 by the high-frequency signal, a high-frequency magnetic field HR caused by the high-frequency voltage VR is applied to the second ferromagnetic layer 1, and the magnetic resistance effect element 10 transmits the high-frequency signal. The cycle of output to the signal line L16 is defined as one cycle.

磁気抵抗効果デバイス200は、第2強磁性層1又は第1強磁性層20の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数で出力が大きく、その他の周波数では出力が小さい。したがって、各サイクルを行うたびに、強磁性共鳴周波数の近傍から外れた周波数の信号に対する強磁性共鳴周波数近傍の周波数の信号の相対強度が増大する(周波数のフィルタリングがされる)。 The magnetoresistive device 200 has a large output at a frequency near the ferromagnetic resonance frequency of the second ferromagnetic layer 1 or the first ferromagnetic layer 20, and has a small output at other frequencies. Therefore, with each cycle, the relative intensity of the signal at the frequency near the ferromagnetic resonance frequency increases (frequency filtering is performed) with respect to the signal at the frequency outside the vicinity of the ferromagnetic resonance frequency.

また出力ポートp3から出力される信号の強度は、一定の条件のもと、サイクルを繰り返すたびに増幅される。磁気抵抗効果デバイス200は、磁気抵抗効果素子10からの出力信号(例えば、信号Sg(nは2以上の自然数))の強度が磁気抵抗効果素子10の出力飽和値に至ると、強磁性共鳴周波数近傍の周波数において安定した強度の信号を出力ポートp3から出力する。このように、磁気抵抗効果デバイス200は、発振帯域とその他の帯域の出力特性の差が大きい発振器として機能する。 Further, the strength of the signal output from the output port p3 is amplified every time the cycle is repeated under certain conditions. In the magnetoresistive sensor 200, when the intensity of the output signal (for example, signal Sgn ( n is a natural number of 2 or more)) from the magnetoresistive element 10 reaches the output saturation value of the magnetoresistive element 10, ferromagnetic resonance occurs. A signal with stable intensity at a frequency near the frequency is output from the output port p3. As described above, the magnetoresistive device 200 functions as an oscillator having a large difference in output characteristics between the oscillation band and other bands.

以上、第4実施形態について図面を参照して詳述したが、第4実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 Although the fourth embodiment has been described in detail with reference to the drawings, the configurations and combinations thereof in the fourth embodiment are examples, and the configurations may be added or omitted within a range not deviating from the gist of the present invention. , Replacements, and other changes are possible.

(第9変形例)
図27は、第9変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス201の回路構成を模式的に示す図である。図27に示す第9変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス201は、信号線路L16が分岐部Dを有し、出力ポートp3が信号線路L19を介して分岐部Dに接続されている点が、図26に示す磁気抵抗効果デバイス200と異なる。図27に示す磁気抵抗効果デバイス201において、図26に示す磁気抵抗効果デバイス200と同一の構成については同一の符号を付し、共通の構成については説明を省く。
(9th modification)
FIG. 27 is a diagram schematically showing a circuit configuration of the magnetoresistive device 201 according to the ninth modification. In the magnetoresistive device 201 according to the ninth modification shown in FIG. 27, the signal line L16 has a branch portion D, and the output port p3 is connected to the branch portion D via the signal line L19. It is different from the magnetoresistive effect device 200 shown in 26. In the magnetoresistive device 201 shown in FIG. 27, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the magnetoresistive effect device 200 shown in FIG. 26, and the description of the common configurations is omitted.

分岐部Dは、信号線路L16にある。分岐部Dは、信号線路L16と信号線路L19とが接続する接続点を含む部分である。分岐部Dは、信号を分岐できるものであればよい。分岐部Dは、例えば、方向性結合器である。第1強磁性層20には、出力ポートp3に接続される信号線路L17にかえて、基準電位端子pr1に接続される信号線路L2が接続されている。磁気抵抗効果素子10から出力された信号は、信号線路L16を流れ、その一部は分岐部Dで出力ポートp3に至る。 The branch portion D is on the signal line L16. The branch portion D is a portion including a connection point where the signal line L16 and the signal line L19 are connected. The branch portion D may be any as long as it can branch the signal. The branch D is, for example, a directional coupler. The first ferromagnetic layer 20 is connected to the signal line L2 connected to the reference potential terminal pr1 instead of the signal line L17 connected to the output port p3. The signal output from the magnetoresistive effect element 10 flows through the signal line L16, and a part of the signal reaches the output port p3 at the branch portion D.

第9変形例に係る磁気抵抗効果デバイス201は、磁気抵抗効果デバイス200と同様の効果が得られる。 The magnetoresistive effect device 201 according to the ninth modification has the same effect as the magnetoresistive effect device 200.

(第10変形例)
図28は、第10変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス202の回路構成を示す図である。第10変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス202は、磁気抵抗効果素子10及び第1強磁性層20を含むユニットU1~U4を複数有する。磁気抵抗効果デバイス202において、磁気抵抗効果デバイス200と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
(10th modification)
FIG. 28 is a diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive effect device 202 according to the tenth modification. The magnetoresistive effect device 202 according to the tenth modification has a plurality of units U1 to U4 including the magnetoresistive effect element 10 and the first ferromagnetic layer 20. In the magnetoresistive device 202, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the magnetoresistive device 200, and the description thereof will be omitted.

ユニットU1は、例えば、磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20とインダクタLと第1入力ポートp11と基準電位端子pr2と出力ポートp3と信号線路L5,L16,L17,L18を有する。ユニットU2~U4は、ユニットU1の出力ポートp3にかえて基準電位端子pr1、ユニットU1の信号線路L17にかえて信号線路L2を有する。ユニットU1~U4の数は問わない。それぞれのユニットU1~U4は、信号線路L16によって環状に接続される。信号線路L16は、異なるユニットの磁気抵抗効果素子10と第1強磁性層20とを接続する。出力ポートp3は、少なくとも一つのユニットU1の第1強磁性層20に接続されている。 The unit U1 has, for example, a magnetoresistive element 10, a first ferromagnetic layer 20, an inductor L, a first input port p11, a reference potential terminal pr2, an output port p3, and signal lines L5, L16, L17, and L18. The units U2 to U4 have a reference potential terminal pr1 instead of the output port p3 of the unit U1, and a signal line L2 instead of the signal line L17 of the unit U1. The number of units U1 to U4 does not matter. The units U1 to U4 are connected in a ring shape by the signal line L16. The signal line L16 connects the magnetoresistive element 10 of different units and the first ferromagnetic layer 20. The output port p3 is connected to the first ferromagnetic layer 20 of at least one unit U1.

まずいずれかの信号線路L16に高周波信号である最初の信号Ssが流れる。信号Ssにより、第1強磁性層20に高周波電圧Vが印加される。高周波電圧Vが印加された第1強磁性層20は、高周波磁場Hを生じる。高周波磁場Hは、ユニットU1の第2強磁性層1に印加される。第2強磁性層1の磁化が振動することで、磁気抵抗効果素子10の電位が変化(抵抗値の変化)し、高周波信号である信号SgAが生じる。信号SgAは、信号線路L16に出力される。 First, the first signal Ss, which is a high-frequency signal, flows through one of the signal lines L16. A high frequency voltage VR is applied to the first ferromagnetic layer 20 by the signal Ss. The first ferromagnetic layer 20 to which the high frequency voltage VR is applied generates a high frequency magnetic field HR . The high frequency magnetic field HR is applied to the second ferromagnetic layer 1 of the unit U1. When the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 vibrates, the potential of the magnetoresistive effect element 10 changes (change in resistance value), and the signal SgA 1 which is a high frequency signal is generated. The signal SgA 1 is output to the signal line L16.

信号SgAは、ユニットU2に入力される。ユニットU2は、信号SgBを出力する。また信号SgBは、ユニットU3に入力され、ユニットU3は、信号SgCを出力する。また信号SgCは、ユニットU4に入力され、ユニットU4は、信号SgDを出力する。ユニットU2~U4のそれぞれの動作は、ユニットU1の動作と同様である。 The signal SgA 1 is input to the unit U2. The unit U2 outputs the signal SgB 1 . Further, the signal SgB 1 is input to the unit U3, and the unit U3 outputs the signal SgC 1 . Further, the signal SgC 1 is input to the unit U4, and the unit U4 outputs the signal SgD 1 . The operation of each of the units U2 to U4 is the same as the operation of the unit U1.

信号SgDは、ユニットU1の第1強磁性層20において、高周波磁場Hを生じる。高周波磁場Hは、ユニットU1の第2強磁性層1に印加される。第2強磁性層1の磁化が振動することで、磁気抵抗効果素子10の電位が変化(抵抗値が変化)し、高周波信号である信号SgAが生じる。磁気抵抗効果デバイス202は、このサイクルを繰り返す。 The signal SgD 1 produces a high frequency magnetic field HR in the first ferromagnetic layer 20 of the unit U1. The high frequency magnetic field HR is applied to the second ferromagnetic layer 1 of the unit U1. When the magnetization of the second ferromagnetic layer 1 vibrates, the potential of the magnetoresistive effect element 10 changes (the resistance value changes), and the signal SgA 2 , which is a high frequency signal, is generated. The magnetoresistive device 202 repeats this cycle.

磁気抵抗効果デバイス202のそれぞれのユニットU1~U4は、第2強磁性層1又は第1強磁性層20の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数で出力が大きく、その他の周波数では出力が小さい。したがって、信号がユニットU1~U4のそれぞれを通過するたびに、第2強磁性層1及び第1強磁性層20の強磁性共鳴周波数の近傍から外れた周波数の信号に対する第2強磁性層1又は第1強磁性層20の強磁性共鳴周波数近傍の周波数の信号の相対強度が増大する(周波数のフィルタリングがされる)。その結果、磁気抵抗効果デバイス202の周波数選択性が向上する。つまり、磁気抵抗効果デバイス202は、発振帯域とその他の帯域の出力特性の差が大きい発振器として機能する。 Each unit U1 to U4 of the magnetoresistive device 202 has a large output at a frequency near the ferromagnetic resonance frequency of the second ferromagnetic layer 1 or the first ferromagnetic layer 20, and has a small output at other frequencies. Therefore, each time the signal passes through each of the units U1 to U4, the second ferromagnetic layer 1 or the second ferromagnetic layer 1 or the signal having a frequency deviating from the vicinity of the ferromagnetic resonance frequency of the second ferromagnetic layer 1 and the first ferromagnetic layer 20. The relative intensity of the signal at a frequency near the ferromagnetic resonance frequency of the first ferromagnetic layer 20 is increased (frequency filtering is performed). As a result, the frequency selectivity of the magnetoresistive device 202 is improved. That is, the magnetoresistive device 202 functions as an oscillator having a large difference in output characteristics between the oscillation band and other bands.

また図29に示す磁気抵抗効果デバイス203のように、信号線路L16の一つ以上が、出力ポートp3へ至る分岐部Dを有してもよい。また、図28、図29において、磁気抵抗効果デバイス202、203は複数の第1入力ポートp11(直流印加端子)を有し、各ユニットの磁気抵抗効果素子10は複数の第1入力ポートp11のうちの一つと接続されているが、磁気抵抗効果デバイスが複数のユニットで共通の第1入力ポートp11(直流印加端子)を一つ有し、各ユニットの磁気抵抗効果素子10は、その一つの共通の第1入力ポートp11と接続されるようにしてもよい。 Further, as in the magnetoresistive device 203 shown in FIG. 29, one or more of the signal lines L16 may have a branch portion D leading to the output port p3. Further, in FIGS. 28 and 29, the magnetoresistive effect devices 202 and 203 have a plurality of first input ports p11 (DC application terminals), and the magnetoresistive element 10 of each unit has a plurality of first input ports p11. Although connected to one of them, the magnetoresistive device has one first input port p11 (DC application terminal) common to a plurality of units, and the magnetoresistive element 10 of each unit is one of them. It may be connected to a common first input port p11.

1 第2強磁性層
2 第3強磁性層
3 スペーサ層
10 磁気抵抗効果素子
20 第1強磁性層
21、24 非磁性層
22 第4強磁性層
23 第5強磁性層
30 絶縁層
40、41、42 電極
50 金属層
100、101、102、103、104、104A、105、105A、106、107、110、120、120A、121、121A、122、200、201、202、203 磁気抵抗効果デバイス
C コンデンサ
D 分岐部
F フィルタ
G グラウンド
Gp ギャップ
、HR1 高周波磁場
L インダクタ
L1~L19 信号線路
p1、p11 第1入力ポート
p2、p21 第2入力ポート
p3 出力ポート
PS 直流電源
pr1~pr4 基準電位端子
U1~U4 ユニット
Y ヨーク
1 2nd ferromagnetic layer 2 3rd ferromagnetic layer 3 Spacer layer 10 Magnetic resistance effect element 20 1st ferromagnetic layer 21, 24 Non-magnetic layer 22 4th ferromagnetic layer 23 5th ferromagnetic layer 30 Insulation layer 40, 41 , 42 Electrode 50 Metal layer 100, 101, 102, 103, 104, 104A, 105, 105A, 106, 107, 110, 120, 120A, 121, 121A, 122, 200, 201, 202, 203 Magnetic resistance effect device C Condenser D Branch F Filter G Ground Gp Gap HR , HR1 High frequency magnetic field L inductor L1 to L19 Signal line p1, p11 1st input port p2, p21 2nd input port p3 Output port PS DC power supply pr1 to pr4 Reference potential terminal U1 to U4 unit Y yoke

Claims (18)

磁気抵抗効果素子と第1強磁性層とを備え、
前記磁気抵抗効果素子は、第2強磁性層と、第3強磁性層と、前記第2強磁性層と前記第3強磁性層との間に挟まれたスペーサ層と、を備え、
前記第1強磁性層は、高周波電圧が印加されることで高周波磁場を生じ、
前記高周波磁場は、前記第2強磁性層に印加される、磁気抵抗効果デバイス。
It is equipped with a magnetoresistive element and a first ferromagnetic layer.
The magnetoresistive sensor includes a second ferromagnetic layer, a third ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the second ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer.
The first ferromagnetic layer generates a high-frequency magnetic field when a high-frequency voltage is applied.
The high-frequency magnetic field is a magnetoresistive effect device applied to the second ferromagnetic layer.
前記第1強磁性層は、前記磁気抵抗効果素子の積層方向の少なくとも一方側にある、請求項1に記載の磁気抵抗効果デバイス。 The magnetoresistive effect device according to claim 1, wherein the first ferromagnetic layer is on at least one side in the laminating direction of the magnetoresistive element. 金属層と絶縁層とをさらに備え、
前記金属層は、前記絶縁層と前記第1強磁性層との間に挟まれ、
前記金属層は、5d遷移金属元素を含む、請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果デバイス。
Further equipped with a metal layer and an insulating layer,
The metal layer is sandwiched between the insulating layer and the first ferromagnetic layer.
The magnetoresistive effect device according to claim 1 or 2, wherein the metal layer contains a 5d transition metal element.
絶縁層と電極とをさらに備え、
前記電極は、前記磁気抵抗効果素子の積層方向において、前記第1強磁性層を基準に前記磁気抵抗効果素子と反対側にあり、
前記絶縁層は、前記電極と前記第1強磁性層との間に挟まれる、請求項2に記載の磁気抵抗効果デバイス。
Further equipped with an insulating layer and electrodes,
The electrode is on the opposite side of the magnetoresistive element with respect to the first ferromagnetic layer in the stacking direction of the magnetoresistive element.
The magnetoresistive effect device according to claim 2, wherein the insulating layer is sandwiched between the electrode and the first ferromagnetic layer.
非磁性層と第4強磁性層とをさらに備え、
前記第4強磁性層は、前記磁気抵抗効果素子と前記第1強磁性層との間に挟まれ、
前記非磁性層は、前記第1強磁性層と前記第4強磁性層との間に挟まれ、
前記第4強磁性層は、前記第1強磁性層より厚い、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。
Further provided with a non-magnetic layer and a fourth ferromagnetic layer,
The fourth ferromagnetic layer is sandwiched between the magnetoresistive element and the first ferromagnetic layer.
The non-magnetic layer is sandwiched between the first ferromagnetic layer and the fourth ferromagnetic layer.
The magnetoresistive effect device according to any one of claims 1 to 4, wherein the fourth ferromagnetic layer is thicker than the first ferromagnetic layer.
前記非磁性層は、マグネシウムを含む酸化物を含む、請求項5に記載の磁気抵抗効果デバイス。 The magnetoresistive device according to claim 5, wherein the non-magnetic layer contains an oxide containing magnesium. 第5強磁性層をさらに備え、
前記第5強磁性層は、前記磁気抵抗効果素子の積層方向と直交する面内のいずれかの方向から見て、前記磁気抵抗効果素子と重なる位置にある、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。
Further equipped with a fifth ferromagnetic layer,
One of claims 1 to 6, wherein the fifth ferromagnetic layer is located at a position overlapping the magnetoresistive element when viewed from any direction in the plane orthogonal to the laminating direction of the magnetoresistive element. The magnetoresistive effect device described in the section.
前記磁気抵抗効果素子に高周波電流が印加される、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。 The magnetoresistive device according to any one of claims 1 to 7, wherein a high frequency current is applied to the magnetoresistive element. 第1入力ポートと第2入力ポートとをさらに備え、
前記第1入力ポートは前記第1強磁性層に接続され、前記第1入力ポートに入力される第1高周波信号により前記第1強磁性層に前記高周波電圧が印加され、
前記第2入力ポートは前記磁気抵抗効果素子に接続され、前記第2入力ポートに入力される第2高周波信号により前記磁気抵抗効果素子に前記高周波電流が印加される、請求項8に記載の磁気抵抗効果デバイス。
Further equipped with a first input port and a second input port,
The first input port is connected to the first ferromagnetic layer, and the high frequency voltage is applied to the first ferromagnetic layer by the first high frequency signal input to the first input port.
The magnetism according to claim 8, wherein the second input port is connected to the magnetoresistive element, and the high-frequency current is applied to the magnetoresistive element by a second high-frequency signal input to the second input port. Resistive effect device.
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強磁性層及び前記磁気抵抗効果素子に接続され、
前記第1入力ポートに入力される第1高周波信号により前記第1強磁性層に前記高周波電圧が印加され、
前記第1入力ポートに入力される前記第1高周波信号により前記磁気抵抗効果素子に前記高周波電流が印加される、請求項8に記載の磁気抵抗効果デバイス。
With a first input port
The first input port is connected to the first ferromagnetic layer and the magnetoresistive element.
The high frequency voltage is applied to the first ferromagnetic layer by the first high frequency signal input to the first input port.
The magnetoresistive device according to claim 8, wherein the high-frequency current is applied to the magnetoresistive element by the first high-frequency signal input to the first input port.
前記第1入力ポート、前記第1強磁性層及び前記磁気抵抗効果素子が、直列接続されている、請求項10に記載の磁気抵抗効果デバイス。 The magnetoresistive device according to claim 10, wherein the first input port, the first ferromagnetic layer, and the magnetoresistive element are connected in series. 第1信号線路と第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信号線路は、前記第1強磁性層に接続され、
前記第2信号線路は、前記磁気抵抗効果素子に接続されている、請求項10に記載の磁気抵抗効果デバイス。
Further equipped with a first signal line and a second signal line,
The first input port is connected to the first signal line and the second signal line.
The first signal line is connected to the first ferromagnetic layer.
The magnetoresistive effect device according to claim 10, wherein the second signal line is connected to the magnetoresistive element.
ヨークをさらに備え、
前記ヨークは、前記第1強磁性層の面直方向から見て前記第1強磁性層を挟み、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1~12のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
With more yoke
One of claims 1 to 12, wherein the yoke sandwiches the first ferromagnetic layer when viewed from the plane direction of the first ferromagnetic layer, and applies a magnetic field generated in the gap to the first ferromagnetic layer. The magnetoresistive effect device according to paragraph 1.
前記磁気抵抗効果素子と前記第1強磁性層とに接続された信号線路と、
前記磁気抵抗効果素子から出力された信号が出力される出力ポートと、
前記磁気抵抗効果素子に直流電流又は直流電圧を印加するための電源を接続できる直流印加端子と、をさらに備える、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 signal line connected to the magnetoresistive element and the first ferromagnetic layer,
An output port to which the signal output from the magnetoresistive sensor is output, and an output port.
The magnetoresistive device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a direct current application terminal to which a power source for applying a direct current or a direct current voltage can be connected to the magnetoresistive element.
前記磁気抵抗効果素子と前記第1強磁性層とをそれぞれ有するユニットを複数有し、
前記複数のユニットのそれぞれの前記磁気抵抗効果素子に接続され、異なるユニットの間をそれぞれ接続する複数の信号線路と、
前記複数のユニットのいずれかから出力された信号が出力される出力ポートと、
一つの直流印加端子又は複数の直流印加端子と、を備え、
前記複数のユニットのそれぞれの前記磁気抵抗効果素子は、前記一つの直流印加端子又は前記複数の直流印加端子のうちの一つと接続され、
前記一つの直流印加端子又は前記複数の直流印加端子は、接続された前記磁気抵抗効果素子に直流電流又は直流電圧を印加するための電源を接続でき、
前記複数の信号線路のそれぞれは、異なるユニットの前記磁気抵抗効果素子と前記第1強磁性層とを接続し、前記複数のユニットは、前記複数の信号線路によって環状に接続される、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。
It has a plurality of units having the magnetoresistive element and the first ferromagnetic layer, respectively.
A plurality of signal lines connected to the magnetoresistive sensor of each of the plurality of units and connected between different units, respectively.
An output port to which a signal output from any of the plurality of units is output, and an output port.
With one DC application terminal or multiple DC application terminals,
The magnetoresistive sensor of each of the plurality of units is connected to one of the one DC application terminal or the plurality of DC application terminals.
The one DC application terminal or the plurality of DC application terminals can be connected to a power source for applying a DC current or a DC voltage to the connected magnetoresistive element.
Claim 1 in which each of the plurality of signal lines connects the magnetoresistive element of a different unit and the first ferromagnetic layer, and the plurality of units are annularly connected by the plurality of signal lines. The magnetoresistive effect device according to any one of 7 to 7.
請求項1~13のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイスを有する磁気センサ。 A magnetic sensor having the magnetoresistive effect device according to any one of claims 1 to 13. 請求項1~13のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイスを有する周波数変換器。 A frequency converter having the magnetoresistive effect device according to any one of claims 1 to 13. 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を有するフィルタ。 A filter having the magnetoresistive effect device according to any one of claims 1 to 7.
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