JP4551973B1 - 周波数変換装置 - Google Patents
周波数変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4551973B1 JP4551973B1 JP2009548523A JP2009548523A JP4551973B1 JP 4551973 B1 JP4551973 B1 JP 4551973B1 JP 2009548523 A JP2009548523 A JP 2009548523A JP 2009548523 A JP2009548523 A JP 2009548523A JP 4551973 B1 JP4551973 B1 JP 4551973B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency conversion
- frequency
- magnetic field
- magnetoresistive element
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 86
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 67
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000005350 ferromagnetic resonance Effects 0.000 claims description 30
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 10
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 153
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 12
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 82
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 230000006870 function Effects 0.000 description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 11
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 230000009021 linear effect Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000005293 ferrimagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019041 PtMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B15/00—Generation of oscillations using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, or using superconductivity effects
- H03B15/006—Generation of oscillations using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, or using superconductivity effects using spin transfer effects or giant magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D7/00—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
【選択図】図1
Description
非線形素子により周波数変換が行なわれる最も簡単な例として、非線形抵抗r(i)に電流を印加した場合を考える。非線形抵抗の電流-電圧特性が、動作点(i0,v0)のまわりでx = i - i0についてテイラー展開ができ
このような非線形抵抗素子に周波数ωの正弦波であらわされる電流
そこで、図2を参照して、中間層としてMgO障壁層を有するトンネル磁気抵抗素子を用いた、周波数変換素子の構造を説明する。ただし、本発明を実施するにあたり、用いる磁気抵抗素子は上述の磁気抵抗素子のみに限定されるものではない。
図2を参照して各層の具体的構成を説明する。下部電極層2の上に反強磁性層3が形成され、該反強磁性層3上に磁化固定層4が形成されている。該磁化固定層4のうち、符号4bが磁化固定層に相当する。該磁化固定層4上にはトンネルバリア層(中間層)5が形成され、該トンネルバリア層5上には磁化自由層6が形成され、該磁化自由層6上には保護層7が形成されている。本実施形態では、反強磁性層3がPtMn(15nm)である。また、磁化固定層4がCoFe(2.5nm)/Ru(0.85nm)/CoFeB(3nm)からなる積層フェリ固定層であり、該積層フェリ固定層の上層であるCoFeBが磁化固定層4bに相当する。トンネルバリア層(中間層)5がMgO(1.0nm)である。磁化自由層6がCoFeB(2nm)である。保護層7としては、Ta(5nm)/Ru(7nm)の積層構造を使用する。尚、( )内は膜厚を示す。
実際に、中間層としてのMgOの膜厚と素子サイズとを変化させて素子抵抗を40Ωにした試料と、300Ωにした試料とを用意し、それぞれについてS11(反射率)測定を行い、伝送特性の評価を行った。結果を図4A、4Bに示す。この結果が示すように、明らかにインピーダンス整合の良い方(図4A)が、伝送特性が良い事が分かる。素子抵抗が40Ωの試料では0〜20GHzまでの全周波数領域で伝送効率が0.8以上であるのに対して、素子抵抗が300Ωの試料では伝送効率が0.4を下回ってしまう。
図5Bにおいて、下部電極51上に磁化固定層52が形成され、該磁化固定層52上に中間層53が形成され、該中間層53上に磁化自由層54が形成され、該磁化自由層54上に上部電極56が形成されている。
また、本発明では、磁気抵抗素子30の構造は、図5Bに示す構造に限定されない。
なお、図9では周波数変換装置の片側に一つだけ永久磁石151を配置したが、永久磁石151を両側に配置しても構わない。
ひとつは、常に周波数変換素子10に適当な外部磁界が印加され周波数変換効果が得られる状態(スイッチングオン)から、この外部磁界を変化させることによって周波数変換効果を得られない状態(スイッチングオフ)、もしくは強磁性共鳴周波数帯をずらして、周波数変換された信号の周波数を所望の周波数帯からずらす方法がある。この方法は、通常状態で周波数変換機能が働いている状態なのでノーマリーオンと定義する。
周波数変換素子10の強磁性共鳴周波数が4.72GHzになるように、電流誘起磁界を発生させるためのコイル21に印加する電流値を設定する。コイル21の配置は、磁化自由層6が平行を好む向きで、かつ磁化固定層4の容易軸から30°傾けた方向となっている。この状態の(ノーマリーオン)周波数変換素子10に3GHz(高周波信号f1)と4.72GHz(高周波信号f2)の信号を入力したところ、図10と同様に1.72GHzの差信号周波数を観測することができた。
このように、磁場印加機構を適当に選択することで、ノーマリーオンおよびノーマリーオフの両方に対応可能な周波数変換装置が実現することができる。
図14に示すように、周波数変換素子10の近傍には、コイル21と、コイル21に印加する電流を制御することができる制御用電源(制御部)25とが配置されている。また、周波数変換素子10の出力側と電気的に接続され、かつコイル制御用電源25と電気的に接続されたフィードバック回路35が設けられている。
Claims (5)
- 第1の周波数を有する入力信号を受信する入力端子、
該入力端子に接続され、該入力信号が印加される磁気抵抗素子であって、磁化自由層、中間層及び磁化固定層を含む磁気抵抗素子、
第2の周波数の局部発振信号を生成し、該局部発振信号を該入力信号と共に該磁気抵抗素子に印加している局部発振器、
該磁気抵抗素子に外部磁界を印加する磁界印加手段、及び
該磁気抵抗素子の出力に接続された出力端子とからなり、
前記局部発振器は、自身の抵抗変化に応じて交流電圧を出力することにより前記局部発振信号を発振可能な磁気抵抗素子を含み、
該磁界印加手段は、該磁化固定層の容易軸方向と角度をなした方向の磁界であって該磁気抵抗素子が該第1又は第2の周波数に等しい強磁性共鳴周波数を有するような強度の磁界である第1の磁界と、該磁化固定層の容易軸と平行又は反平行である第2の磁界との間でコントロールする制御手段を含み、
該第1の磁界印加時に該出力端子に該第1と第2の周波数の差信号又は該第1と第2の周波数の和信号を出力するスイッチングオン状態と、該第2の磁界印加時に該出力端子に該差信号又は該和信号の出力をしないスイッチングオフ状態とを、該制御手段により切り替えているスイッチング装置。 - 前記磁気抵抗素子の素子サイズが0.04μm2以下である請求項1に記載のスイッチング装置。
- 前記中間層は、酸化マグネシウムを有する請求項1に記載のスイッチング装置。
- 前記磁界印加手段は、永久磁石と磁界発生コイルとからなる請求項1に記載のスイッチング装置。
- 前記磁気抵抗素子の素子抵抗が40Ωである請求項1に記載のスイッチング装置。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2009/065304 WO2011027423A1 (ja) | 2009-09-02 | 2009-09-02 | 周波数変換装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP4551973B1 true JP4551973B1 (ja) | 2010-09-29 |
JPWO2011027423A1 JPWO2011027423A1 (ja) | 2013-01-31 |
Family
ID=42978731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009548523A Expired - Fee Related JP4551973B1 (ja) | 2009-09-02 | 2009-09-02 | 周波数変換装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8131249B2 (ja) |
JP (1) | JP4551973B1 (ja) |
KR (1) | KR101132718B1 (ja) |
CN (1) | CN102067441B (ja) |
WO (1) | WO2011027423A1 (ja) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101107155B1 (ko) * | 2009-04-17 | 2012-01-31 | 캐논 아네르바 가부시키가이샤 | 주파수 변환 장치 및 방법 |
JP5535316B2 (ja) | 2010-06-10 | 2014-07-02 | キヤノンアネルバ株式会社 | 発振素子および発振素子の製造方法 |
FR2974468B1 (fr) * | 2011-04-20 | 2013-05-31 | Commissariat Energie Atomique | Demodulateur d'un signal electrique module en frequence |
FR2974467B1 (fr) | 2011-04-20 | 2013-05-31 | Commissariat Energie Atomique | Synthetiseur d'un signal oscillant |
JP5790359B2 (ja) | 2011-09-16 | 2015-10-07 | Tdk株式会社 | 混合器 |
JP5796431B2 (ja) * | 2011-09-16 | 2015-10-21 | Tdk株式会社 | 周波数変換装置 |
JP5790360B2 (ja) | 2011-09-16 | 2015-10-07 | Tdk株式会社 | 周波数選択性を有する混合器 |
KR101490999B1 (ko) | 2013-08-12 | 2015-02-09 | 한국과학기술원 | 다중대역 주파수와 진폭을 동시에 변조하는 스핀트로닉스 무선통신 시스템 |
JP6225748B2 (ja) * | 2014-02-26 | 2017-11-08 | 株式会社デンソー | 磁気センサ |
JP6776677B2 (ja) * | 2015-07-21 | 2020-10-28 | Tdk株式会社 | マイクロ波受信装置および磁気抵抗効果デバイス |
US9966922B2 (en) * | 2016-05-25 | 2018-05-08 | Tdk Corporation | Magnetoresistive effect device |
JP6897702B2 (ja) * | 2019-03-20 | 2021-07-07 | Tdk株式会社 | 磁場検出装置および磁場検出方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006295908A (ja) * | 2005-03-18 | 2006-10-26 | Japan Science & Technology Agency | マイクロ波伝送回路一体型マイクロ波発生素子及びマイクロ波伝送回路一体型マイクロ波検出素子 |
JP2007184923A (ja) * | 2005-12-30 | 2007-07-19 | Tdk Corp | 発振器 |
JP2008053915A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-03-06 | Sharp Corp | マイクロ波発振素子及びその製造方法、並びに該マイクロ波発振素子を備えたマイクロ波発振装置 |
JP2009515406A (ja) * | 2005-11-02 | 2009-04-09 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | スピン偏極電流を利用する無線周波数発振器 |
JP2009246615A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Tdk Corp | 混合器および周波数変換装置 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0628332B2 (ja) * | 1984-06-05 | 1994-04-13 | ソニー株式会社 | 受信機 |
US5630225A (en) * | 1992-08-17 | 1997-05-13 | Motorola, Inc. | Dielectric resonator image reject mixer and method |
JPH07321514A (ja) * | 1994-05-25 | 1995-12-08 | Sony Corp | 強磁性磁気共鳴装置 |
US6529720B1 (en) * | 1998-12-29 | 2003-03-04 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Integrated circuit of inductive elements |
JP4886268B2 (ja) * | 2005-10-28 | 2012-02-29 | 株式会社東芝 | 高周波発振素子、ならびにそれを用いた車載レーダー装置、車間通信装置および情報端末間通信装置 |
JP2007235119A (ja) * | 2006-02-03 | 2007-09-13 | Kyoto Univ | 強磁性細線 |
KR101107155B1 (ko) * | 2009-04-17 | 2012-01-31 | 캐논 아네르바 가부시키가이샤 | 주파수 변환 장치 및 방법 |
-
2009
- 2009-09-02 KR KR1020107008186A patent/KR101132718B1/ko active IP Right Grant
- 2009-09-02 WO PCT/JP2009/065304 patent/WO2011027423A1/ja active Application Filing
- 2009-09-02 JP JP2009548523A patent/JP4551973B1/ja not_active Expired - Fee Related
- 2009-09-02 CN CN2009801012588A patent/CN102067441B/zh active Active
-
2010
- 2010-03-10 US US12/720,823 patent/US8131249B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006295908A (ja) * | 2005-03-18 | 2006-10-26 | Japan Science & Technology Agency | マイクロ波伝送回路一体型マイクロ波発生素子及びマイクロ波伝送回路一体型マイクロ波検出素子 |
JP2009515406A (ja) * | 2005-11-02 | 2009-04-09 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | スピン偏極電流を利用する無線周波数発振器 |
JP2007184923A (ja) * | 2005-12-30 | 2007-07-19 | Tdk Corp | 発振器 |
JP2008053915A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-03-06 | Sharp Corp | マイクロ波発振素子及びその製造方法、並びに該マイクロ波発振素子を備えたマイクロ波発振装置 |
JP2009246615A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Tdk Corp | 混合器および周波数変換装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US8131249B2 (en) | 2012-03-06 |
JPWO2011027423A1 (ja) | 2013-01-31 |
CN102067441B (zh) | 2013-06-12 |
US20110051481A1 (en) | 2011-03-03 |
KR101132718B1 (ko) | 2012-04-06 |
KR20110031408A (ko) | 2011-03-28 |
WO2011027423A1 (ja) | 2011-03-10 |
CN102067441A (zh) | 2011-05-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4551973B1 (ja) | 周波数変換装置 | |
JP4551972B1 (ja) | 周波数変換装置、及び周波数変換方法 | |
JP4677589B2 (ja) | 伝送回路一体型マイクロ波発生素子並びにマイクロ波検出方法、マイクロ波検出回路、マイクロ波検出素子及び伝送回路一体型マイクロ波検出素子 | |
Villard et al. | A GHz spintronic-based RF oscillator | |
EP1704638B1 (en) | Tuneable spin torque device for generating an oscillating signal and method for tuning | |
US7991377B2 (en) | Mixer and frequency converting apparatus | |
JPWO2018052062A1 (ja) | 磁気抵抗効果デバイスおよび磁気抵抗効果モジュール | |
CN101685901A (zh) | 自旋微波振荡器和自旋微波检测器 | |
US8766733B2 (en) | Magnetoresistive radiofrequency oscillator | |
JP2007235119A (ja) | 強磁性細線 | |
US8823460B2 (en) | Magnetoresistive radiofrequency oscillator and method for generating an oscillating signal | |
US10984938B2 (en) | Magnetoresistance effect device | |
JP2010252296A (ja) | 周波数変換装置、及び周波数変換方法 | |
US20180267087A1 (en) | Microwave sensor and microwave imaging device | |
JP2017157581A (ja) | 磁気抵抗効果デバイス | |
Grimaldi et al. | Sub-harmonic excitation in passive spintronic diodes based on magnetic tunnel junctions | |
JP2018085633A (ja) | 増幅器 | |
JPWO2018116656A1 (ja) | 磁気抵抗効果デバイス | |
Windbacher | EH-03. Microwave emissions in CoFeB-MgO tunnel junctions with perpendicular-anisotropy free layer at ultralow current densities. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100614 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100712 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4551973 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130716 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |