JP5278876B2 - マイクロ波発振素子および検出素子 - Google Patents
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- 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
Description
すなわち本発明は、
(1)下地層と、電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層を少なくとも一層と、電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層を少なくとも一層とを有し、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能と、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域複数個を磁気的に結合させる機能を備え、前記電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層は強磁性層と非磁性層と強磁性層からなる3層膜からなり、面積抵抗が1.1Ωμm 2 以下であるマイクロ波発振素子、
(2)下地層と、スピン偏極電流のスピン偏極の方向を固定する機能を有する層を少なくとも一層と、電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層を少なくとも一層と、電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層を少なくとも一層とを有し、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能と、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域複数個を磁気的に結合させる機能を備える手段と、マイクロ波発振周波数を変化させる手段とを設け、前記電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層は強磁性層と非磁性層と強磁性層からなる3層膜からなり、面積抵抗が1.1Ωμm 2 以下であるマイクロ波発振素子、
(3)前記磁気的に結合させる機能を備える手段は、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層におけるスピン波を介した相互作用、もしくは発振するマイクロ波を介した相互作用による(2)に記載のマイクロ波発振素子、
(4)前記マイクロ波の発振周波数を変化させる手段は、磁場を加えるための手段を備える(2)に記載のマイクロ波発振素子、
(5)下地層と、スピン偏極電流のスピン偏極の方向を固定する機能を有する少なくとも一層と、電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層を少なくとも一層と、電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層と、電流を狭窄する機能と該電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層とを備え、前記電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層は強磁性層と非磁性層と強磁性層からなる3層膜からなり、面積抵抗が1.1Ωμm 2 以下であるマイクロ波検出素子、
(6)(5)に記載のマイクロ波検出素子が、信号電極と接地電極を有するマイクロ波伝送回路に、前記信号電極から前記マイクロ波検出素子を通って前記接地電極へ電流を流せる位置に形成されているマイクロ波検出回路、
(7)(1)から(4)のいずれか一項に記載のマイクロ波発振素子と、(6)に記載のマイクロ波検出回路とを、同一モジュール内または同一基板上に有する単一チップ型マイクロ波通信モジュール
を提供するものである。
本発明に用いることができる強磁性合金としては、Fe−Co,Ni−Fe,Ni−Co,Fe−Si,Fe−Al,Fe−Pt,Co−Pt,Co−Cr−Ptなどが挙げられる。
本発明に用いることができるフェリ磁性体としては、Fe3O4,DyFe2などが挙げられる。
本発明に用いることができる強磁性絶縁体としては、CrO2,Fe3O4などが挙げられる。
本発明に用いることができる反強磁性金属としては、Cr,Mnなどが挙げられる。
また、本発明に用いることができる反強磁性合金としては、Fe−Mn,Pt−Mnなどが挙げられる。
本発明に用いることができる非磁性金属としては、Cu,Au,Agなどが挙げられる。
また、本発明に用いることができる非磁性合金としては、Cu−Au,Cu−Ag,Au−Agなどが挙げられる。
本発明の第1実施態様による、マイクロ波発振素子の実施例を図1の概略断面図に示す。本実施態様によるマイクロ波発振素子は、下地層1上に設けられたバッファー層2と、バッファー層2上に設けられた反強磁性層(スピン偏極電流のスピン偏極の方向を固定する機能を有する層)3と、反強磁性層3上に設けられた磁化の向きが固着された磁化固着層(電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層)4と、磁化固着層4上に設けられた電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層5と、電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層5上に設けられた電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層6と、電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層6上に設けられた防護機能を有する金属保護層7とを備えており、積層方向に電流を流すことによりマイクロ波を発振する。
本発明の第2実施態様による、マイクロ波発振素子の実施例を図11の概略断面図に示す。本実施態様によるマイクロ波発振素子は、下地層1上に設けられたバッファー層2と、バッファー層2上に設けられた反強磁性層3と、反強磁性層3上に設けられた磁化の向きが固着された磁化固着層4と、磁化固着層4上に設けられた電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層10と、電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層10上に設けられた狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層11と、狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層11上に設けられた防護機能を有する金属保護層7とを備えており、積層方向に電流を流すことによりマイクロ波を発振する。
本発明の第3実施態様による、マイクロ波発振素子の実施例を図14の概略断面図に示す。本実施態様によるマイクロ波発振素子は、下地層1上に設けられたバッファー層2と、バッファー層2上に設けられた反強磁性層3と、反強磁性層3上に設けられた磁化の向きが固着された磁化固着層4と、磁化固着層4上に設けられたスペーサー層13と、スペーサー層13上に設けられた狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層11と、狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層11上に設けられた電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層10と、電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層10上に設けられた防護機能を有する金属保護層7とを備えており、積層方向に電流を流すことによりマイクロ波を発振する。
本発明の第4実施態様による、マイクロ波検出素子の実施例を図15の概略断面図に示す。本実施態様によるマイクロ波検出素子は、下地層1上に設けられたバッファー層2と、バッファー層2上に設けられた反強磁性層3と、反強磁性層3上に設けられた磁化の向きが固着された磁化固着層4と、磁化固着層4上に設けられた電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層14と、電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層14上に設けられた電流を狭窄する機能と電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層15と、電流を狭窄する機能と電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層15上に設けられた防護機能を有する金属保護層7とを備えており、電気抵抗を測定することによりマイクロ波を検出できる。
本発明の第5実施態様による、マイクロ波検出素子の実施例を図18の概略断面図に示す。本実施態様によるマイクロ波検出素子は、下地層1上に設けられたバッファー層2と、バッファー層2上に設けられた反強磁性層3と、反強磁性層3上に設けられた磁化の向きが固着された磁化固着層4と、磁化固着層4上に設けられた電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層10と、電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層10上に設けられたマイクロ波によって磁化が変化する層17と、前記マイクロ波によって磁化が変化する層17上に設けられた防護機能を有する金属保護層7とを備えており、電気抵抗を測定することによりマイクロ波を検出できる。
本発明の第6実施態様による、マイクロ波検出素子の実施例を図19の概略断面図に示す。本実施態様によるマイクロ波検出素子は、下地層1上に設けられたバッファー層2と、バッファー層2上に設けられた反強磁性層3と、反強磁性層3上に設けられた磁化の向きが固着された磁化固着層4と、磁化固着層4上に設けられたスペーサー層13と、スペーサー層13上に設けられたマイクロ波によって磁化が変化する層17と、前記マイクロ波によって磁化が変化する層17上に設けられた電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層10と、電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層10上に設けられた防護機能を有する金属保護層7とを備えており、電気抵抗を測定することによりマイクロ波を検出できる。
本発明の第7実施態様による、マイクロ波検出回路の実施例を図20の説明図に示す。本実施態様によるマイクロ波検出回路は、実施例4から6のいずれかのマイクロ波検出素子41が、信号電極42と接地電極43を有するマイクロ波伝送回路に、前記信号電極42から前記マイクロ波検出素子41を通って前記接地電極43へ電流を流せる位置に形成されていることを特徴とする。また、図中、44は検出用電圧計を示す。
本発明の第8実施態様による、単一チップ型マイクロ波通信モジュールの実施例を図21の説明図に示す。本実施態様による単一チップ型マイクロ波通信モジュール51は、実施例1から3までのいずれかのマイクロ波発振回路52と、実施例7のマイクロ波検出回路53を、同一モジュール内または同一基板上に有することを特徴とする。
2 バッファー層
3 反強磁性層(スピン偏極電流のスピン偏極の方向を固定する機能を有する層)
4 磁化固着層(電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層)
5 電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層
6 電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層
7 防護機能を有する金属保護層
8 電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域
9 電気絶縁領域
10 電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層
11 狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層
12 電流を狭窄する機能を有する領域
13 スペーサー層
14 電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層
15 電流を狭窄する機能と電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層
17 マイクロ波によって磁化が変化する層
41 実施例4〜6のいずれかのマイクロ波検出素子
42 信号電極
43 接地電極
44 検出用電圧計
51 単一チップ型マイクロ波通信モジュール
52 実施例1〜3のいずれかのマイクロ波発振素子を有するマイクロ波発振回路
53 実施例7のマイクロ波検出回路
101 磁性層
102 非磁性層
103 磁性層
Claims (7)
- 下地層と、
電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層を少なくとも一層と、
電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層を少なくとも一層とを有し、
前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能と、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域複数個を磁気的に結合させる機能を備える手段とを備え、
前記電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層は強磁性層と非磁性層と強磁性層からなる3層膜からなり、
面積抵抗が1.1Ωμm 2 以下であるマイクロ波発振素子。 - 下地層と、
スピン偏極電流のスピン偏極の方向を固定する機能を有する層を少なくとも一層と、
電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層を少なくとも一層と、
電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層を少なくとも一層とを有し、
前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能と、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域複数個を磁気的に結合させる機能を備える手段と、
マイクロ波発振周波数を変化させる手段とを設け、
前記電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層は強磁性層と非磁性層と強磁性層からなる3層膜からなり、
面積抵抗が1.1Ωμm 2 以下であることを特徴とするマイクロ波発振素子。 - 前記磁気的に結合させる機能を備える手段は、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層におけるスピン波を介した相互作用、もしくは発振するマイクロ波を介した相互作用によることを特徴とする請求項2記載のマイクロ波発振素子。
- 前記マイクロ波の発振周波数を変化させる手段は、磁場を加えるための手段を備えることを特徴とする請求項2記載のマイクロ波発振素子。
- 下地層と、
スピン偏極電流のスピン偏極の方向を固定する機能を有する少なくとも一層と、
電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層を少なくとも一層と、
電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層と、
電流を狭窄する機能と該電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層とを備え、
前記電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層は強磁性層と非磁性層と強磁性層からなる3層膜からなり、
面積抵抗が1.1Ωμm 2 以下であることを特徴とするマイクロ波検出素子。 - 請求項5に記載のマイクロ波検出素子が、信号電極と接地電極を有するマイクロ波伝送回路に、前記信号電極から前記マイクロ波検出素子を通って前記接地電極へ電流を流せる位置に形成されていることを特徴とするマイクロ波検出回路。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載のマイクロ波発振素子と、請求項6に記載のマイクロ波検出回路とを、同一モジュール内または同一基板上に有することを特徴とする、単一チップ型マイクロ波通信モジュール。
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