JP6617402B2 - Detector - Google Patents

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Description

本発明は、無配線信号伝達、通信用機能素子などに応用される検波器に関する。   The present invention relates to a detector applied to non-wired signal transmission, communication functional elements, and the like.

近年、無線通信システムの受信装置において、小型化、低消費電力化が求められ、多くの機能がIC化されている。その一方で、受信感度の高感度化も急速に進んでいて、検波回路の高感度化が受信装置を構成する上で重要な課題の一つとなっている。例えば、特許文献1には、位相比較器、ローパスフィルター、アンプ、CCO(Current Controlled Oscillator)およびFSK検波器電流源を有するFSK検波器が提案されている。   In recent years, in a receiving apparatus of a wireless communication system, miniaturization and low power consumption have been demanded, and many functions have been integrated into an IC. On the other hand, the increase in the sensitivity of reception is rapidly progressing, and the increase in the sensitivity of the detection circuit is one of the important issues in configuring the receiver. For example, Patent Document 1 proposes an FSK detector having a phase comparator, a low-pass filter, an amplifier, a CCO (Current Controlled Oscillator), and an FSK detector current source.

また、電子の電荷を応用したエレクトロニクスの分野に対して、電子の電荷とスピンを同時に利用するスピントロニクスの分野が、近年、注目されていて、高周波信号を直流電圧に整流するスピントルクダイオード効果が知られている(非特許文献1参照)。   In recent years, the field of spintronics, which uses the charge and spin of electrons simultaneously, has attracted much attention compared to the field of electronics that applies the charge of electrons, and the spin torque diode effect that rectifies high-frequency signals to DC voltage is known. (See Non-Patent Document 1).

特開2009−212901JP2009-212901

Nature, Vol. 438, No. 7066, pages 339−342 (2005)Nature, Vol. 438, no. 7066, pages 339-342 (2005)

特許文献1に記載のFSK検波器は、位相比較器、ローパスフィルター、アンプ、CCO(Current Controlled Oscillator)およびFSK検波器電流源を有する。位相比較器は、一例として、フリップフロップ回路とNAND回路で構成される。ローパスフィルターは、一例として、入力信号に対して並列接続されたコンデンサーと、入力信号に対して直列接続された抵抗とで構成される。アンプのゲインは、基準電源、外付け抵抗、トランジスター、定電流源、および外部調整端子を有する制御ブロックからの電流により制御される。CCOは、一例として、抵抗、コンデンサー、インダクター、トランジスターから構成される。従って、特許文献1に記載のFSK検波器には、回路構成が複雑になるという課題がある。この場合、製造コストのアップ、歩留りの低下といった問題を避けられない。   The FSK detector described in Patent Document 1 includes a phase comparator, a low-pass filter, an amplifier, a CCO (Current Controlled Oscillator), and an FSK detector current source. As an example, the phase comparator includes a flip-flop circuit and a NAND circuit. As an example, the low-pass filter includes a capacitor connected in parallel to the input signal and a resistor connected in series to the input signal. The gain of the amplifier is controlled by a current from a control block having a reference power source, an external resistor, a transistor, a constant current source, and an external adjustment terminal. As an example, the CCO includes a resistor, a capacitor, an inductor, and a transistor. Therefore, the FSK detector described in Patent Document 1 has a problem that the circuit configuration becomes complicated. In this case, problems such as an increase in manufacturing cost and a decrease in yield cannot be avoided.

前記課題を解決すべく本発明に係る検波器は、スペーサー層を介して配設された磁化固定層と磁化自由層とを備えた磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の積層方向に前記磁気抵抗効果素子を介して配設された一対の電極と、前記磁気抵抗効果素子に磁界を印加する磁界印加機構と、前記磁気抵抗効果素子に、少なくとも第1の周波数の成分と、前記第1の周波数とは異なる第2の周波数の成分を含む周波数変調信号を供給する入力端子と、前記磁気抵抗効果素子から出力電圧を取り出す出力端子と、前記出力電圧を検出する検出部と、を備え、前記一対の電極は、前記入力端子および前記出力端子と電気的に接続され、前記磁界印加機構は、前記第1の周波数に対応する前記出力電圧としての第1の出力電圧と前記第2の周波数に対応する前記出力電圧としての第2の出力電圧との電圧差が存在するような大きさの前記磁界を印加し、前記検出部は前記出力電圧に基づいて前記周波数変調信号を検波することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a detector according to the present invention includes a magnetoresistive effect element including a magnetization fixed layer and a magnetization free layer disposed via a spacer layer, and the magnetoresistive effect element in the stacking direction. A pair of electrodes disposed via a magnetoresistive effect element; a magnetic field applying mechanism for applying a magnetic field to the magnetoresistive effect element; the magnetoresistive effect element having at least a first frequency component; and the first An input terminal for supplying a frequency modulation signal including a second frequency component different from the frequency of the output, an output terminal for extracting an output voltage from the magnetoresistive element, and a detection unit for detecting the output voltage, The pair of electrodes are electrically connected to the input terminal and the output terminal, and the magnetic field application mechanism includes a first output voltage as the output voltage corresponding to the first frequency and the second frequency. Vs. The magnetic field having a magnitude such that there is a voltage difference from the second output voltage as the output voltage is applied, and the detection unit detects the frequency modulation signal based on the output voltage. To do.

上記特徴の本発明の検波器によれば、磁気抵抗効果素子の持つスピントルクダイオード効果を発現させることが可能になる。さらに、磁界印加機構が、第1の周波数に対応する第1の出力電圧と第2の周波数に対応する第2の出力電圧との電圧差が存在するような大きさの磁界を磁気抵抗効果素子に印加することで、電圧差を利用して、周波数変調信号の第1の周波数の成分と第2の周波数の成分とを区別して検波することが可能となる。従って、磁気抵抗効果素子を含む比較的簡素な回路構成で周波数変調信号を検波できる。   According to the detector of the present invention having the above characteristics, the spin torque diode effect of the magnetoresistive effect element can be expressed. Further, the magnetic field applying mechanism applies a magnetic field having a magnitude such that there is a voltage difference between the first output voltage corresponding to the first frequency and the second output voltage corresponding to the second frequency. By applying to, it is possible to distinguish and detect the first frequency component and the second frequency component of the frequency modulation signal using the voltage difference. Therefore, the frequency modulation signal can be detected with a relatively simple circuit configuration including the magnetoresistive effect element.

さらに本発明の検波器は、前記磁界印加機構が、前記磁化自由層の磁化の強磁性共鳴周波数を前記第1の周波数および前記第2の周波数のいずれか一方と一致させるような大きさの前記磁界を印加することを特徴とする。   Furthermore, in the detector according to the present invention, the magnetic field application mechanism is configured so that the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization of the magnetization free layer coincides with one of the first frequency and the second frequency. A magnetic field is applied.

上記特徴の本発明の検波器によれば、第1の周波数および第2の周波数のいずれか一方を、磁気抵抗効果素子に印加される磁界の大きさに依存する磁化自由層の磁化の強磁性共鳴周波数と同じにすることができるので、第1の出力電圧および第2の出力電圧のいずれか一方を大きくすることが可能となる。従って、第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差を大きくすることが可能となる。 According to the detector of the present invention having the above characteristics, the ferromagnetism of the magnetization of the magnetization free layer depending on the magnitude of the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element, either the first frequency or the second frequency. Since the resonance frequency can be the same, either the first output voltage or the second output voltage can be increased. Therefore, the voltage difference between the first output voltage and the second output voltage can be increased.

さらに本発明の検波器は、前記磁界印加機構が、前記磁気抵抗効果素子に印加する磁界を可変制御することを特徴とする。   Furthermore, the detector of the present invention is characterized in that the magnetic field application mechanism variably controls the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element.

上記特徴の本発明の検波器によれば、磁気抵抗効果素子が有するスピントルクダイオード効果の周波数特性をチューナブルに制御することが可能となる。従って、周波数変調信号の第1の周波数と第2の周波数がある程度変化したとしても、周波数変調信号の第1の周波数の成分と第2の周波数の成分とを区別して検波することができる。   According to the detector of the present invention having the above characteristics, it is possible to tuneably control the frequency characteristics of the spin torque diode effect of the magnetoresistive effect element. Therefore, even if the first frequency and the second frequency of the frequency modulation signal change to some extent, the first frequency component and the second frequency component of the frequency modulation signal can be distinguished and detected.

さらに本発明の検波器は、前記磁気抵抗効果素子にバイアス電流を印加するバイアス電流印加機構を有することを特徴とする。   Furthermore, the detector of the present invention has a bias current application mechanism for applying a bias current to the magnetoresistive effect element.

上記特徴の本発明の検波器によれば、磁化自由層の磁化に働くスピントランスファートルクを大きくすることが可能で、スピントルクダイオード感度を大きくすることが可能となる。従って、周波数変調信号の第1の周波数と第2の周波数の周波数差に対応した電圧差を大きくすることが可能となる。   According to the detector of the present invention having the above characteristics, the spin transfer torque acting on the magnetization of the magnetization free layer can be increased, and the sensitivity of the spin torque diode can be increased. Therefore, the voltage difference corresponding to the frequency difference between the first frequency and the second frequency of the frequency modulation signal can be increased.

さらに本発明の検波器は、前記バイアス電流が、前記磁化自由層から前記磁化固定層の方向に印加されることを特徴とする。   Furthermore, the detector of the present invention is characterized in that the bias current is applied in a direction from the magnetization free layer to the magnetization fixed layer.

上記特徴の本発明の検波器によれば、磁化固定層から磁化自由層に電子が流れるので、磁化自由層の磁化に働くスピントランスファートルクをより大きく働かせることが可能となり、スピントルクダイオード感度をより大きくすることが可能となる。従って、第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差をより大きくすることが可能となる。   According to the detector of the present invention having the above characteristics, since electrons flow from the magnetization fixed layer to the magnetization free layer, the spin transfer torque acting on the magnetization of the magnetization free layer can be exerted more and the spin torque diode sensitivity can be further increased. It becomes possible to enlarge. Therefore, the voltage difference between the first output voltage and the second output voltage can be further increased.

さらに本発明の検波器は、前記磁化自由層の膜厚をt1、前記磁化固定層の膜厚をt2とした場合、0.4nm<t1<t2を満たすことを特徴とする。   Furthermore, the detector of the present invention is characterized in that 0.4 nm <t1 <t2 is satisfied, where t1 is the thickness of the magnetization free layer and t2 is the thickness of the magnetization fixed layer.

上記特徴の本発明の検波器によれば、t1<t2とすることで、磁化自由層の磁化に効率的にスピントランスファートルクが働き、スピントルクダイオード効果を効率的に発現させることが可能となる。また、0.4nm<t1とすることで、磁化自由層の飽和磁化低減を防止することができ、スピントルクダイオード効果を効率的に発現させることが可能となる。従って、第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差を大きくすることが可能となる。 According to the detector of the present invention having the above characteristics, by setting t1 <t2, the spin transfer torque works efficiently on the magnetization of the magnetization free layer, and the spin torque diode effect can be efficiently expressed. . Further, by setting 0.4 nm <t1, saturation magnetization reduction of the magnetization free layer can be prevented, and the spin torque diode effect can be efficiently expressed. Therefore, the voltage difference between the first output voltage and the second output voltage can be increased.

本発明によれば、無配線信号伝達、通信用機能素子などに応用される検波器の回路の簡素化が実現できる。   According to the present invention, it is possible to simplify the circuit of a detector applied to non-wired signal transmission, a communication functional element, and the like.

本発明の第1の実施形態に係る検波器100の概略図である。1 is a schematic diagram of a detector 100 according to a first embodiment of the present invention. スピントルクダイオード効果の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of a spin torque diode effect. 図1に記載の磁気抵抗効果素子3の断面図である。It is sectional drawing of the magnetoresistive effect element 3 of FIG. 本発明の第1の実施形態における出力電圧と周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output voltage and frequency in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における出力電圧と周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output voltage and frequency in the 1st Embodiment of this invention. バイアス電流とスピントルクダイオード感度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a bias current and a spin torque diode sensitivity. 周波数変調信号の時間波形を示す図である。It is a figure which shows the time waveform of a frequency modulation signal. 出力電圧の時間依存性を示す図である。It is a figure which shows the time dependence of an output voltage. 本発明の第2の実施形態に係る検波器102の概略図である。It is the schematic of the detector 102 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態における出力電圧と周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output voltage and frequency in the 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。さらに、本実施形態はその趣旨を逸脱しない限り、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. Furthermore, the present embodiment can be added, omitted, replaced, and otherwise changed without departing from the spirit of the present embodiment.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る検波器100の概略図である。検波器100は、入力端子1、下部電極2、磁気抵抗効果素子3、上部電極4、磁界印加機構5、バイアス電流印加機構6、出力端子7および検出部8を備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of a detector 100 according to the first embodiment of the present invention. The detector 100 includes an input terminal 1, a lower electrode 2, a magnetoresistive effect element 3, an upper electrode 4, a magnetic field application mechanism 5, a bias current application mechanism 6, an output terminal 7, and a detection unit 8.

入力端子1は、上部電極4に電気的に接続され、少なくとも第1の周波数の成分と、第1の周波数とは異なる第2の周波数の成分を含む周波数変調信号を磁気抵抗効果素子3に供給する機能を有する。以降、第1の周波数をf1、第2の周波数をf2と表記することもある。検波器100はグランド端子12を備え、グランド端子12はグランドに接続され、入力端子1の基準電位として機能する。 The input terminal 1 is electrically connected to the upper electrode 4 and supplies the magnetoresistive effect element 3 with a frequency modulation signal including at least a first frequency component and a second frequency component different from the first frequency. It has the function to do. Hereinafter, the first frequency may be expressed as f1, and the second frequency may be expressed as f2. The detector 100 includes a ground terminal 12, and the ground terminal 12 is connected to the ground and functions as a reference potential of the input terminal 1.

出力端子7は、上部電極4と電気的に接続され、磁気抵抗効果素子3で発生した第1の周波数に対応する第1の出力電圧と第2の周波数に対応する第2の出力電圧を取り出す機能を有する。検波器100はグランド端子72を備え、グランド端子72はグランドに接続され、出力端子7の基準電位として機能する。 The output terminal 7 is electrically connected to the upper electrode 4 and takes out a first output voltage corresponding to the first frequency generated in the magnetoresistive effect element 3 and a second output voltage corresponding to the second frequency. It has a function. The detector 100 includes a ground terminal 72, and the ground terminal 72 is connected to the ground and functions as a reference potential for the output terminal 7.

検出部8は、出力端子7から取り出される出力電圧を検出する機能を有する。第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差(以降ΔVとも呼ぶ)があれば、周波数変調信号の第1の周波数の成分と第2の周波数の成分とを区別して検波することが可能となる。 The detection unit 8 has a function of detecting an output voltage taken out from the output terminal 7. If there is a voltage difference (hereinafter also referred to as ΔV) between the first output voltage and the second output voltage, the first frequency component and the second frequency component of the frequency modulation signal can be distinguished and detected. It becomes possible.

下部電極2および上部電極4は、一対の電極としての役目を備え、磁気抵抗効果素子3の積層方向に磁気抵抗効果素子3を介して配設されている。つまり、電流を磁気抵抗効果素子3に対して、磁気抵抗効果素子3を構成する各層の面と交差する方向、例えば、磁気抵抗効果素子3を構成する各層の面に対して垂直な方向(積層方向)に流すための一対の電極としての機能を有している。下部電極2はグランドに接続される。また、下部電極2は磁気抵抗効果素子3を介して入力端子1および出力端子7に電気的に接続されている。 The lower electrode 2 and the upper electrode 4 serve as a pair of electrodes, and are disposed via the magnetoresistive effect element 3 in the stacking direction of the magnetoresistive effect element 3. That is, the direction of the current with respect to the magnetoresistive effect element 3 in the direction intersecting the surface of each layer constituting the magnetoresistive effect element 3, for example, the direction perpendicular to the surface of each layer constituting the magnetoresistive effect element 3 It functions as a pair of electrodes for flowing in the direction). The lower electrode 2 is connected to the ground. The lower electrode 2 is electrically connected to the input terminal 1 and the output terminal 7 via the magnetoresistive effect element 3.

下部電極2および上部電極4は、Cu、Au、AuCu等の高導電率材料から構成されることが好ましい。また、下部電極2および上部電極4の平面視形状は、マイクロストリップライン型やコプレーナウエーブガイド型に規定することが好ましい。これにより、周波数変調信号の伝送損失低減が可能となる。 The lower electrode 2 and the upper electrode 4 are preferably made of a high conductivity material such as Cu, Au, AuCu. Moreover, it is preferable to prescribe | regulate the planar view shape of the lower electrode 2 and the upper electrode 4 in a microstrip line type or a coplanar wave guide type. As a result, transmission loss of the frequency modulation signal can be reduced.

磁気抵抗効果素子3は、入力端子1から入力された周波数変調信号を、スピントルクダイオード効果により、第1の周波数に対応する第1の出力電圧と第2の周波数に対応する第2の出力電圧に変換する機能を有する。磁気抵抗効果素子3は、磁化固定層31、スペーサー層32、磁化自由層33を備えており、磁化固定層31と磁化自由層33は、スペーサー層32を介して配設されている。また、磁気抵抗効果素子3は、周知のフォトリソグラフィー法およびエッチング法により、その平面視形状が円形、楕円形、正方形、長方形等の形状になるように加工される。さらに、平面視形状が円形の場合にはその直径、楕円形の場合にはその短軸と長軸のうち少なくとも短軸、正方形の場合にはその一辺、長方形の場合にはその短辺と長辺のうち少なくとも短辺は、100nm以下とすることが好ましい。これにより、磁化自由層33の磁区の単磁区化が可能となり、スピントルクダイオード効果を効果的に発現させることが可能となる。 The magnetoresistive effect element 3 converts the frequency modulation signal input from the input terminal 1 into a first output voltage corresponding to the first frequency and a second output voltage corresponding to the second frequency by the spin torque diode effect. It has the function to convert to. The magnetoresistive effect element 3 includes a magnetization fixed layer 31, a spacer layer 32, and a magnetization free layer 33, and the magnetization fixed layer 31 and the magnetization free layer 33 are disposed via the spacer layer 32. In addition, the magnetoresistive effect element 3 is processed by a known photolithography method and etching method so that the shape in plan view becomes a circular shape, an elliptical shape, a square shape, a rectangular shape, or the like. Furthermore, when the shape in plan view is a circle, the diameter is used. When the shape is elliptical, at least the short axis of the short axis and the long axis. At least the short side of the sides is preferably 100 nm or less. Thereby, the magnetic domain of the magnetization free layer 33 can be changed to a single domain, and the spin torque diode effect can be effectively expressed.

ここで、スピントルクダイオード効果について説明する。 Here, the spin torque diode effect will be described.

磁気抵抗効果素子3に高周波信号を入力すると、信号の振幅の2乗に比例する直流電圧(以降、出力電圧と呼ぶ)が発生する。この整流作用がスピントルクダイオード効果である。図2は、スピントルクダイオード効果の周波数特性を示す図である。横軸は高周波信号の周波数、縦軸は出力電圧である。図2から分かる通り、高周波電流の周波数の成分が磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数(以降、f0とも呼ぶ)と一致すると大きな出力電圧が発生する。この作用をスピントルク強磁性共鳴と呼び、出力電圧は、磁気抵抗効果素子3の磁気抵抗変化率に比例して大きくなる。また、入力した高周波信号の電力に対する出力電圧の比をスピントルクダイオード感度と呼ぶ。 When a high frequency signal is input to the magnetoresistive element 3, a DC voltage (hereinafter referred to as an output voltage) proportional to the square of the amplitude of the signal is generated. This rectifying action is the spin torque diode effect. FIG. 2 is a diagram illustrating frequency characteristics of the spin torque diode effect. The horizontal axis represents the frequency of the high frequency signal, and the vertical axis represents the output voltage. As can be seen from FIG. 2, when the frequency component of the high-frequency current matches the ferromagnetic resonance frequency of magnetization of the magnetization free layer 33 (hereinafter also referred to as f0), a large output voltage is generated. This action is called spin torque ferromagnetic resonance, and the output voltage increases in proportion to the magnetoresistance change rate of the magnetoresistive element 3. The ratio of the output voltage to the power of the input high frequency signal is called spin torque diode sensitivity.

ここで、強磁性共鳴周波数f0について説明する。f0は以下の式(1)として表すことができる。

Figure 0006617402
ここで、γは磁気ジャイロ定数、Msは磁化自由層33の飽和磁化、Hkは磁化自由層33の異方性磁界、Hextは磁化自由層33に印加される外部磁界である。 Here, the ferromagnetic resonance frequency f0 will be described. f0 can be expressed as the following formula (1).
Figure 0006617402
Here, γ is a magnetic gyro constant, Ms is a saturation magnetization of the magnetization free layer 33, Hk is an anisotropic magnetic field of the magnetization free layer 33, and Hext is an external magnetic field applied to the magnetization free layer 33.

次に、磁化固定層31、スペーサー層32、磁化自由層33について説明する。 Next, the magnetization fixed layer 31, the spacer layer 32, and the magnetization free layer 33 will be described.

磁化固定層31は、その磁化の方向が磁界印加機構5から発生する磁界によって変化しない機能を有する。磁化固定層31は、Fe、Co、Ni、FeCo、CoFeB等の高スピン分極率材料から構成されることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。また、磁化固定層31の膜厚は、1nm〜10nmとすることが好ましい。膜厚が薄すぎると磁気抵抗変化率が減少する傾向が生じ、膜厚が厚すぎると磁化固定層31の磁化の方向が磁界印加機構5から発生する磁界によって変化しやすくなる。また、図示しないが、磁化固定層31と下部電極2の間に、PtMn、FeMn、IrMn等の材料から構成される反強磁性層を挿入しても良い。これにより、磁化固定層31の磁化の方向の固定強度を強くすることが可能となる。 The magnetization fixed layer 31 has a function in which the magnetization direction is not changed by a magnetic field generated from the magnetic field application mechanism 5. The magnetization fixed layer 31 is preferably composed of a high spin polarizability material such as Fe, Co, Ni, FeCo, CoFeB. Thereby, a high magnetoresistance change rate can be obtained. The thickness of the magnetization fixed layer 31 is preferably 1 nm to 10 nm. If the film thickness is too thin, the magnetoresistance change rate tends to decrease. If the film thickness is too thick, the magnetization direction of the magnetization fixed layer 31 is likely to change due to the magnetic field generated from the magnetic field application mechanism 5. Although not shown, an antiferromagnetic layer made of a material such as PtMn, FeMn, or IrMn may be inserted between the fixed magnetization layer 31 and the lower electrode 2. As a result, the fixed strength in the magnetization direction of the magnetization fixed layer 31 can be increased.

スペーサー層32は、磁化固定層31の磁化と磁化自由層33の磁化を相互作用させて磁気抵抗効果を得る機能を有する。スペーサー層32はCu、Ag等の非磁性の導電材料で構成されても良いし、AlOx(酸化アルミニウム)、MgO(酸化マグネシウム)、MgAl2O4等の非磁性の絶縁材料で構成されても良い。スペーサ―層32が導電材料で構成される場合、磁気抵抗効果素子3には巨大磁気抵抗(GMR)効果が発現し、スペーサー層32が絶縁材料で構成される場合、磁気抵抗効果素子3にはトンネル磁気抵抗(TMR)効果が発現する。高い磁気抵抗変化率を得るためには、TMR効果を利用した方が好ましい。TMR効果を利用する場合、スペーサー層32の膜厚は、0.5nm〜3.0nm程度とすることが好ましい。膜厚が薄すぎると、スペーサー層32にピンホールが生じるとリーク電流が流れてしまい好ましくない。膜厚が厚すぎると、磁気抵抗効果素子3の抵抗値が大きくなるため、入力端子1のインピーダンスと磁気抵抗効果素子3のインピーダンスとの差が大きくなる。そのため、入力端子1と磁気抵抗効果素子3とのインピーダンス整合が取りにくくなり、入力端子1から入力される周波数変調信号が磁気抵抗効果素子3で反射してしまい、周波数変調信号が磁気抵抗効果素子3に十分入力されなくなる。 The spacer layer 32 has a function of obtaining a magnetoresistance effect by causing the magnetization of the magnetization fixed layer 31 and the magnetization of the magnetization free layer 33 to interact with each other. The spacer layer 32 may be made of a nonmagnetic conductive material such as Cu or Ag, or may be made of a nonmagnetic insulating material such as AlOx (aluminum oxide), MgO (magnesium oxide), or MgAl2O4. When the spacer layer 32 is made of a conductive material, the magnetoresistive effect element 3 exhibits a giant magnetoresistance (GMR) effect. When the spacer layer 32 is made of an insulating material, the magnetoresistive effect element 3 has The tunnel magnetoresistance (TMR) effect appears. In order to obtain a high magnetoresistance change rate, it is preferable to use the TMR effect. When utilizing the TMR effect, the thickness of the spacer layer 32 is preferably about 0.5 nm to 3.0 nm. If the film thickness is too thin, if a pinhole is generated in the spacer layer 32, a leakage current flows, which is not preferable. If the film thickness is too thick, the resistance value of the magnetoresistive effect element 3 increases, and therefore the difference between the impedance of the input terminal 1 and the impedance of the magnetoresistive effect element 3 increases. Therefore, impedance matching between the input terminal 1 and the magnetoresistive effect element 3 is difficult to take, and the frequency modulation signal input from the input terminal 1 is reflected by the magnetoresistive effect element 3, and the frequency modulation signal is reflected by the magnetoresistive effect element. 3 is not input enough.

さらに、スペーサ―層32は、絶縁層中に電流狭窄パスが存在する電流狭窄構造としても良い。この場合、絶縁層としてAlOxやMgOなどを用いることができ、電流狭窄パスとしてCu、Ag、Au、Ruなどの非磁性の導電材料や、FeとCoの合金、FeとCoとAlの合金、FeとCoとAlとSiの合金などの磁性の導電材料を用いることができる。 Further, the spacer layer 32 may have a current confinement structure in which a current confinement path exists in the insulating layer. In this case, AlOx, MgO, or the like can be used as the insulating layer, and a non-magnetic conductive material such as Cu, Ag, Au, or Ru, an alloy of Fe and Co, an alloy of Fe, Co, and Al, as a current confinement path, A magnetic conductive material such as an alloy of Fe, Co, Al, and Si can be used.

磁化自由層33は、その磁化の方向が磁界印加機構5から発生する磁界によって変化する機能を有する。磁化自由層33は、Fe、Co、Ni、FeCo、CoFeB等の高スピン分極率材料から構成されることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。図3は、図1に記載の磁気抵抗効果素子3の断面図である。磁化自由層33の膜厚をt1として、磁化固定層31の膜厚をt2とした場合、0.4nm<t1<t2とすることが好ましい。t1が0.4nmより小さくなると、磁化自由層33の飽和磁化量が著しく減少するため、磁気抵抗変化率が著しく減少する。t1がt2より大きくなると、スピントルクが磁化自由層33の磁化ではなく磁化固定層31の磁化に働くように作用するため、磁化自由層33においてスピントルクダイオード効果が十分得られなくなる。 The magnetization free layer 33 has a function of changing the magnetization direction by a magnetic field generated from the magnetic field application mechanism 5. The magnetization free layer 33 is preferably made of a high spin polarizability material such as Fe, Co, Ni, FeCo, or CoFeB. Thereby, a high magnetoresistance change rate can be obtained. FIG. 3 is a sectional view of the magnetoresistive element 3 shown in FIG. When the film thickness of the magnetization free layer 33 is t1 and the film thickness of the magnetization fixed layer 31 is t2, it is preferable that 0.4 nm <t1 <t2. When t1 becomes smaller than 0.4 nm, the saturation magnetization amount of the magnetization free layer 33 is remarkably reduced, so that the magnetoresistance change rate is remarkably reduced. When t1 becomes larger than t2, the spin torque acts not on the magnetization of the magnetization free layer 33 but on the magnetization of the magnetization fixed layer 31, so that the spin torque diode effect cannot be sufficiently obtained in the magnetization free layer 33.

また、図示しないが、下部電極2と磁気抵抗効果素子3との間、および磁気抵抗効果素子3と上部電極4との間にキャップ層、シード層またはバッファー層などを含んでも良い。キャップ層、シード層またはバッファー層は、Ru、Ta、Cu、Cr、およびこれらの積層膜などから構成されることが好ましい。 Although not shown, a cap layer, a seed layer, or a buffer layer may be included between the lower electrode 2 and the magnetoresistive effect element 3 and between the magnetoresistive effect element 3 and the upper electrode 4. The cap layer, seed layer, or buffer layer is preferably composed of Ru, Ta, Cu, Cr, and a laminated film thereof.

磁界印加機構5は、磁気抵抗効果素子3に磁界を印加する。磁気抵抗効果素子3に磁界が印加された状態で磁気抵抗効果素子3に周波数変調信号が入力されると、磁気抵抗効果素子3は出力端子7から周波数変調信号の第1の周波数に対応する第1の出力電圧と第2の周波数に対応する第2の出力電圧を出力する。さらに磁界印加機構5は、第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVが存在するような大きさの磁界を磁気抵抗効果素子3に印加する機能を有する。 The magnetic field application mechanism 5 applies a magnetic field to the magnetoresistive effect element 3. When a frequency modulation signal is input to the magnetoresistive effect element 3 in a state in which a magnetic field is applied to the magnetoresistive effect element 3, the magnetoresistive effect element 3 receives the first corresponding to the first frequency of the frequency modulation signal from the output terminal 7. The first output voltage and the second output voltage corresponding to the second frequency are output. Further, the magnetic field application mechanism 5 has a function of applying a magnetic field having such a magnitude that a voltage difference ΔV between the first output voltage and the second output voltage exists to the magnetoresistive element 3.

磁界印加機構5は、図1に示す通り、コイル51、コイル電流源511および軟磁性層52とで構成される。さらに、コイル51は軟磁性層52に巻かれている。この場合、コイル電流源511からコイル51に電流を流すと、電流に比例した磁束がコイル51に発生し、この磁束は軟磁性層52へ伝搬し、磁気抵抗効果素子3の近傍に配置された軟磁性層52の先端部で集中し、軟磁性層52の先端部から発生した磁界が磁気抵抗効果素子3に印加される。 As shown in FIG. 1, the magnetic field application mechanism 5 includes a coil 51, a coil current source 511, and a soft magnetic layer 52. Further, the coil 51 is wound around the soft magnetic layer 52. In this case, when a current is passed from the coil current source 511 to the coil 51, a magnetic flux proportional to the current is generated in the coil 51, and this magnetic flux propagates to the soft magnetic layer 52 and is arranged in the vicinity of the magnetoresistive effect element 3. A magnetic field concentrated at the tip of the soft magnetic layer 52 and generated from the tip of the soft magnetic layer 52 is applied to the magnetoresistive element 3.

コイル51は、Au、Cu、AuCuなどの高導電性材料から構成されることが好ましい。これにより、所望の磁界を得るためにコイル51に流す電流を低くすることが可能となる。また軟磁性層52は、NiFe、NiFeCo等のNiFe合金や、FeCo合金等の低保磁力且つ高飽和磁化の特性を有する材料が好ましい。これにより、コイル51で発生した磁束をより多く軟磁性層52に取り込むことが可能となるので、磁気抵抗効果素子3に印加する磁界を大きくすることが可能となる。 The coil 51 is preferably made of a highly conductive material such as Au, Cu, or AuCu. This makes it possible to reduce the current flowing through the coil 51 in order to obtain a desired magnetic field. The soft magnetic layer 52 is preferably made of a NiFe alloy such as NiFe or NiFeCo, or a material having low coercive force and high saturation magnetization characteristics such as an FeCo alloy. As a result, more magnetic flux generated in the coil 51 can be taken into the soft magnetic layer 52, so that the magnetic field applied to the magnetoresistive element 3 can be increased.

本第1の実施形態では、磁界印加機構5は、図4Aおよび図4Bに示す通り、磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数(f0)を第1の周波数(f1)および第2の周波数(f2)のいずれか一方(図4Aおよび図4Bに示す例ではf2)と、磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数(f0)を一致させるような大きさの磁界を磁気抵抗効果素子3に印加する。これにより、第2の周波数に対応する第2の出力電圧を大きくすることが可能となる。従って、周波数変調信号の第1の周波数に対応する第1の出力電圧と第2の周波数に対応する第2の出力電圧との電圧差ΔVを大きくすることが可能となる。   In the first embodiment, as shown in FIGS. 4A and 4B, the magnetic field application mechanism 5 changes the ferromagnetic resonance frequency (f0) of the magnetization of the magnetization free layer 33 to the first frequency (f1) and the second frequency. A magnetic field having such a magnitude that either one of (f2) (f2 in the examples shown in FIGS. 4A and 4B) and the ferromagnetic resonance frequency (f0) of the magnetization of the magnetization free layer 33 coincide with each other is applied. Apply to. As a result, the second output voltage corresponding to the second frequency can be increased. Therefore, the voltage difference ΔV between the first output voltage corresponding to the first frequency of the frequency modulation signal and the second output voltage corresponding to the second frequency can be increased.

また、磁界印加機構5は、コイル51に流す電流の量を調整することで、磁気抵抗効果素子3に印加する磁界を可変制御することができる。従って、磁気抵抗効果素子3のスピントルクダイオード効果の周波数特性をチューナブルに制御することが可能となる。図4Aおよび図4Bを参照してこの説明を行う。例えば、周波数変調信号の第2の周波数(f2)が比較的低い場合、コイル51に流す電流を小さくして磁気抵抗効果素子3に印加する磁界を小さくすることで、磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数f0を低く設定することが可能となる。その結果、図4Aの通り、磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数f0とf2を一致させることができる。一方、周波数変調信号の第2の周波数(f2)が比較的高い場合、コイル51に流す電流を大きくして磁気抵抗効果素子3に印加する磁界を大きくすることで、磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数f0を高く設定することが可能となる。その結果、図4Bの通り、磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数f0とf2を一致させることができる。従って、f2がある程度変化したとしてもf2とf0を一致させることができるので、f2に対応する第2の出力電圧を大きくすることが可能となる。従って、周波数変調信号の第1の周波数に対応する第1の出力電圧と第2の周波数に対応する第2の出力電圧との電圧差ΔVを大きくすることが可能となる。さらに、f2とf0を一致させた後に、外乱等の影響で両者の周波数がずれてしまった場合でも、コイル51に流す電流の量を再度調整することにより、再び両者の周波数を一致させることが可能となる。従って、外乱等の影響を受けたとしてもΔVを大きい状態に維持することができる。 The magnetic field application mechanism 5 can variably control the magnetic field applied to the magnetoresistive element 3 by adjusting the amount of current flowing through the coil 51. Therefore, the frequency characteristic of the spin torque diode effect of the magnetoresistive effect element 3 can be controlled in a tunable manner. This will be described with reference to FIGS. 4A and 4B. For example, when the second frequency (f2) of the frequency modulation signal is relatively low, the magnetization of the magnetization free layer 33 can be reduced by reducing the current flowing through the coil 51 and reducing the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 3. The ferromagnetic resonance frequency f0 can be set low. As a result, as shown in FIG. 4A, the ferromagnetic resonance frequencies f0 and f2 of the magnetization of the magnetization free layer 33 can be matched. On the other hand, when the second frequency (f2) of the frequency modulation signal is relatively high, the current flowing through the coil 51 is increased to increase the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 3, whereby the magnetization of the magnetization free layer 33 is increased. The ferromagnetic resonance frequency f0 can be set high. As a result, as shown in FIG. 4B, the ferromagnetic resonance frequencies f0 and f2 of the magnetization of the magnetization free layer 33 can be matched. Therefore, even if f2 changes to some extent, f2 and f0 can be matched, so that the second output voltage corresponding to f2 can be increased. Therefore, the voltage difference ΔV between the first output voltage corresponding to the first frequency of the frequency modulation signal and the second output voltage corresponding to the second frequency can be increased. Further, even if f2 and f0 are matched, and both frequencies are shifted due to the influence of disturbance or the like, the frequency of both can be matched again by adjusting the amount of current flowing through the coil 51 again. It becomes possible. Therefore, ΔV can be maintained in a large state even if it is affected by a disturbance or the like.

本第1の実施形態では、周波数変調信号の第2の周波数(f2)と磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数(f0)を一致させるような大きさの磁界を磁気抵抗効果素子3に印加する例で説明をしたが、周波数変調信号の第1の周波数(f1)と磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数(f0)を一致させるような大きさの磁界を磁気抵抗効果素子3に印加するようにしてしても良い。 In the first embodiment, the magnetoresistive effect element 3 is provided with a magnetic field having such a magnitude as to match the second frequency (f2) of the frequency modulation signal and the ferromagnetic resonance frequency (f0) of the magnetization of the magnetization free layer 33. As described in the application example, the magnetoresistive effect element 3 applies a magnetic field having such a magnitude as to match the first frequency (f1) of the frequency modulation signal and the ferromagnetic resonance frequency (f0) of the magnetization of the magnetization free layer 33. You may make it apply to.

また、本第1の実施形態では、磁界印加機構5においてコイル51を用いたが、コイル51にかえてワイアーを用いても良い。この場合、ワイアーを軟磁性層52近傍に配設させて、ワイアーと軟磁性層52とを磁気的に接続すれば良い。 In the first embodiment, the coil 51 is used in the magnetic field application mechanism 5, but a wire may be used instead of the coil 51. In this case, a wire may be disposed near the soft magnetic layer 52 and the wire and the soft magnetic layer 52 may be magnetically connected.

バイアス電流印加機構6は、バイアス電流源61から下部電極2、上部電極4を介して磁気抵抗効果素子3に直流のバイアス電流を印加する機能を有する。図5は、バイアス電流とスピントルクダイオード感度との関係を示す図である。ここで、バイアス電流の符号は、磁化自由層33から磁化固定層31へバイアス電流を印加する場合を正、磁化固定層31から磁化自由層33へバイアス電流を印加する場合を負とした。図5から分かるように、バイアス電流を印加することで、バイアス電流が0の場合と比較してスピントルクダイオード感度が大きくなることが分かる。特に、バイアス電流が正、すなわち磁化自由層33から磁化固定層31へバイアス電流を印加した場合のスピントルクダイオード感度が、バイアス電流が負、すなわち、磁化固定層31から磁化自由層33へバイアス電流を印加した場合のスピントルクダイオード感度より大きくなることが分かる。これは、バイアス電流が正の場合、磁化固定層31でスピン偏極された電子が磁化自由層33へ注入されるので、磁化自由層33の磁化に働くスピントランスファートルクをより大きく働かせることが可能となるからである。スピントルクダイオード感度が大きくなることで、第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVを大きくすることが可能となる。 The bias current application mechanism 6 has a function of applying a DC bias current from the bias current source 61 to the magnetoresistive element 3 via the lower electrode 2 and the upper electrode 4. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the bias current and the spin torque diode sensitivity. Here, the sign of the bias current is positive when a bias current is applied from the magnetization free layer 33 to the magnetization fixed layer 31 and negative when a bias current is applied from the magnetization fixed layer 31 to the magnetization free layer 33. As can be seen from FIG. 5, by applying the bias current, the sensitivity of the spin torque diode increases as compared with the case where the bias current is zero. Particularly, the spin torque diode sensitivity when the bias current is positive, that is, when the bias current is applied from the magnetization free layer 33 to the magnetization fixed layer 31 is negative, that is, the bias current from the magnetization fixed layer 31 to the magnetization free layer 33 is negative. It can be seen that the sensitivity is higher than the spin torque diode sensitivity when. This is because, when the bias current is positive, electrons spin-polarized by the magnetization fixed layer 31 are injected into the magnetization free layer 33, so that the spin transfer torque acting on the magnetization of the magnetization free layer 33 can be exerted more greatly. Because it becomes. By increasing the spin torque diode sensitivity, the voltage difference ΔV between the first output voltage and the second output voltage can be increased.

出力端子7は、磁気抵抗効果素子3で発生した第1の周波数に対応する第1の出力電圧と第2の周波数に対応する第2の出力電圧を取り出す機能を有し、検出部8は出力端子7から出力される出力電圧を検出する機能を有するので、第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVがあれば、周波数変調信号の第1の周波数の成分と第2の周波数の成分とを区別して検波することが可能となる。従って、入力端子1に、図6Aに示すような少なくとも第1の周波数(f1)の成分と、f1とは異なる第2の周波数(f2)の成分を含む周波数変調信号が入力されると、検出部8は、図6Bに示す通り、f1に対応する第1の出力電圧(V1)とf2に対応する第2の出力電圧(V2)を検出することができる。 The output terminal 7 has a function of taking out a first output voltage corresponding to the first frequency generated in the magnetoresistive effect element 3 and a second output voltage corresponding to the second frequency. Since it has a function of detecting the output voltage output from the terminal 7, if there is a voltage difference ΔV between the first output voltage and the second output voltage, the first frequency component of the frequency modulation signal and the second It becomes possible to detect the frequency components separately. Therefore, when a frequency modulation signal including at least a first frequency (f1) component and a second frequency (f2) component different from f1 as shown in FIG. As shown in FIG. 6B, the unit 8 can detect the first output voltage (V1) corresponding to f1 and the second output voltage (V2) corresponding to f2.

すなわち、検波器100では、周波数変調信号の第1の周波数の成分に対応する第1の出力電圧と、第2の周波数の成分に対応する第2の出力電圧とを検出することが可能となる。従って、第1の出力電圧と第2の出力電圧の電圧差ΔVがあれば周波数変調信号を検波することが可能となる。 That is, the detector 100 can detect the first output voltage corresponding to the first frequency component of the frequency modulation signal and the second output voltage corresponding to the second frequency component. . Therefore, if there is a voltage difference ΔV between the first output voltage and the second output voltage, the frequency modulation signal can be detected.

このように、検波器100は、スペーサー層32を介して配設された磁化固定層31と磁化自由層33とを備えた磁気抵抗効果素子3と、磁気抵抗効果素子3の積層方向に磁気抵抗効果素子3を介して配設された一対の電極(下部電極2および上部電極4)と、磁気抵抗効果素子3に磁界を印加する磁界印加機構5と、磁気抵抗効果素子3に、少なくとも第1の周波数(f1)の成分と、f1とは異なる第2の周波数(f2)の成分を含む周波数変調信号を供給する入力端子1と、磁気抵抗効果素子3から出力電圧を取り出す出力端子7と、出力電圧を検出する検出部8と、を備え、下部電極2および上部電極4は、入力端子1および出力端子7と電気的に接続され、磁界印加機構5は、f1に対応する第1の出力電圧とf2に対応する第2の出力電圧との電圧差ΔVが存在するような大きさの磁界を磁気抵抗効果素子3に印加し、検出部8は出力電圧に基づいて周波数変調信号を検波する。 As described above, the detector 100 includes the magnetoresistive effect element 3 including the magnetization fixed layer 31 and the magnetization free layer 33 disposed via the spacer layer 32, and the magnetoresistance effect in the stacking direction of the magnetoresistive effect element 3. A pair of electrodes (lower electrode 2 and upper electrode 4) disposed via the effect element 3, a magnetic field application mechanism 5 that applies a magnetic field to the magnetoresistive effect element 3, and the magnetoresistive effect element 3 are at least first. An input terminal 1 for supplying a frequency modulation signal including a component of frequency (f1) and a component of a second frequency (f2) different from f1, an output terminal 7 for extracting an output voltage from the magnetoresistive element 3, A detection unit 8 for detecting an output voltage, the lower electrode 2 and the upper electrode 4 are electrically connected to the input terminal 1 and the output terminal 7, and the magnetic field application mechanism 5 has a first output corresponding to f1. Second corresponding to voltage and f2 Applying a size field, such as the voltage difference ΔV exists between the output voltage to the magnetoresistive element 3, the detection unit 8 detects the frequency-modulated signal based on the output voltage.

検波器100は、磁界印加機構5が、第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVが存在するような大きさの磁界を磁気抵抗効果素子3に印加することで、電圧差ΔVを利用して、周波数変調信号の第1の周波数の成分と第2の周波数の成分とを区別して検波することが可能となる。従って、磁気抵抗効果素子3を含む比較的簡素な回路構成で周波数変調信号を検波できる。 In the detector 100, the magnetic field application mechanism 5 applies a magnetic field having a magnitude such that there is a voltage difference ΔV between the first output voltage and the second output voltage to the magnetoresistive effect element 3, so that the voltage difference is increased. By using ΔV, it is possible to distinguish and detect the first frequency component and the second frequency component of the frequency modulation signal. Therefore, the frequency modulation signal can be detected with a relatively simple circuit configuration including the magnetoresistive element 3.

さらに検波器100は、磁界印加機構5が、磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数(f0)を第1の周波数(f1)および第2の周波数(f2)のいずれか一方と一致させるような大きさの磁界を印加することで、第1の出力電圧および第2の出力電圧のいずれか一方を大きくすることが可能となる。従って、第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVを大きくすることが可能となる。 Furthermore, the detector 100 causes the magnetic field application mechanism 5 to match the ferromagnetic resonance frequency (f0) of the magnetization of the magnetization free layer 33 with one of the first frequency (f1) and the second frequency (f2). By applying a magnetic field having a large magnitude, it is possible to increase either the first output voltage or the second output voltage. Therefore, the voltage difference ΔV between the first output voltage and the second output voltage can be increased.

さらに検波器100は、磁界印加機構5が、磁気抵抗効果素子3に印加する磁界を可変制御することで、磁気抵抗効果素子3が有するスピントルクダイオード効果の周波数特性をチューナブルに制御することが可能となる。従って、周波数変調信号の第1の周波数(f1)または第2の周波数(f2)がある程度変化したとしても、周波数変調信号の第1の周波数(f1)の成分および第2の周波数(f2)の成分のいずれか一方を磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数(f0)と一致させることができ、第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVを大きくすることが可能となる。 Further, the detector 100 can tunably control the frequency characteristics of the spin torque diode effect of the magnetoresistive effect element 3 by variably controlling the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 3 by the magnetic field applying mechanism 5. It becomes possible. Therefore, even if the first frequency (f1) or the second frequency (f2) of the frequency modulation signal changes to some extent, the components of the first frequency (f1) and the second frequency (f2) of the frequency modulation signal One of the components can be matched with the ferromagnetic resonance frequency (f0) of the magnetization of the magnetization free layer 33, and the voltage difference ΔV between the first output voltage and the second output voltage can be increased. Become.

さらに検波器100は、磁気抵抗効果素子3に直流のバイアス電流を印加するバイアス電流印加機構6を有することで、磁化自由層33の磁化に働くスピントランスファートルクを大きくすることが可能で、スピントルクダイオード感度を大きくすることが可能となる。従って、周波数変調信号の第1の周波数(f1)と第2の周波数(f2)の周波数差に対応した電圧差ΔVを大きくすることが可能となる。 Furthermore, the detector 100 includes the bias current application mechanism 6 that applies a DC bias current to the magnetoresistive effect element 3, so that the spin transfer torque acting on the magnetization of the magnetization free layer 33 can be increased. The diode sensitivity can be increased. Accordingly, the voltage difference ΔV corresponding to the frequency difference between the first frequency (f1) and the second frequency (f2) of the frequency modulation signal can be increased.

さらに検波器100は、バイアス電流印加機構6が印加するバイアス電流が、磁化自由層33から磁化固定層31の方向に印加されることで、磁化固定層31から磁化自由層33に電子が流れるので、磁化自由層33の磁化に働くスピントランスファートルクをより大きく働かせることが可能となり、スピントルクダイオード感度をより大きくすることが可能となる。従って、第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVをより大きくすることが可能となる。 Further, in the detector 100, the bias current applied by the bias current applying mechanism 6 is applied in the direction from the magnetization free layer 33 to the magnetization fixed layer 31, so that electrons flow from the magnetization fixed layer 31 to the magnetization free layer 33. Thus, the spin transfer torque acting on the magnetization of the magnetization free layer 33 can be increased, and the spin torque diode sensitivity can be further increased. Therefore, the voltage difference ΔV between the first output voltage and the second output voltage can be further increased.

さらに検波器100は、磁化自由層33の膜厚をt1、磁化固定層31の膜厚をt2とした場合、0.4nm<t1<t2を満たすことで、スピントルクダイオード効果を効率的に発現させることが可能となる。従って、第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVを大きくすることが可能となる。 Furthermore, the detector 100 efficiently exhibits the spin torque diode effect by satisfying 0.4 nm <t1 <t2, where the thickness of the magnetization free layer 33 is t1 and the thickness of the magnetization fixed layer 31 is t2. It becomes possible to make it. Therefore, the voltage difference ΔV between the first output voltage and the second output voltage can be increased.

以上、本発明をその好適な実施の形態を参照して具体的に示し説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。 Although the present invention has been specifically shown and described with reference to preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to those embodiments and is within the scope of the gist of the invention described in the claims. Various changes can be made.

例えば、第1の実施形態では、磁化固定層31の膜厚t2と磁化自由層33の膜厚t1との関係を0.4nm<t1<t2としたが、これに限定されなくても良い。この場合、第1の実施形態と比較して、磁化自由層33においてスピントルクダイオード効果が十分得られなくなるため、第1の出力電圧および第2の出力電圧は小さくなり、従って第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVも小さくなるが、周波数変調信号の第1の周波数の成分と第2の周波数の成分とを区別して検波することは可能である。   For example, in the first embodiment, the relationship between the film thickness t2 of the magnetization fixed layer 31 and the film thickness t1 of the magnetization free layer 33 is 0.4 nm <t1 <t2, but the present invention is not limited to this. In this case, since the spin torque diode effect cannot be sufficiently obtained in the magnetization free layer 33 as compared with the first embodiment, the first output voltage and the second output voltage become small, and therefore the first output voltage. The voltage difference ΔV between the first output voltage and the second output voltage is also reduced, but it is possible to detect the first frequency component and second frequency component of the frequency modulation signal separately.

例えば、第1の実施形態では、バイアス電流を正としたが、バイアス電流を負、すなわち磁化固定層31から磁化自由層33の方向にバイアス電流を印加しても良い。この場合、図5に示す通り、第1の実施形態と比較して、スピントルクダイオード感度が低下するため、第1の出力電圧および第2の出力電圧は小さくなり、従って第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVも小さくなるが、周波数変調信号の第1の周波数の成分と第2の周波数の成分とを区別して検波することは可能である。   For example, although the bias current is positive in the first embodiment, the bias current may be negative, that is, the bias current may be applied in the direction from the magnetization fixed layer 31 to the magnetization free layer 33. In this case, as shown in FIG. 5, since the sensitivity of the spin torque diode is lowered as compared with the first embodiment, the first output voltage and the second output voltage are reduced, and therefore the first output voltage and Although the voltage difference ΔV from the second output voltage is also small, it is possible to detect the first frequency component and the second frequency component of the frequency modulation signal separately.

例えば、第1の実施形態では、バイアス電流印加機構6が配設されているが、バイアス電流印加機構6が配設されていなくても良い。この場合、磁気抵抗効果素子3にバイアス電流を印加できないので、図5に示す通り、バイアス電流を印加する場合と比較してスピントルクダイオード感度は低くなる。そのため、第1の実施形態と比較して第1の出力電圧および第2の出力電圧は小さくなり、従って第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVも小さくなるが、周波数変調信号の第1の周波数の成分と第2の周波数の成分とを区別して検波することは可能である。   For example, in the first embodiment, the bias current application mechanism 6 is provided, but the bias current application mechanism 6 may not be provided. In this case, since a bias current cannot be applied to the magnetoresistive effect element 3, as shown in FIG. Therefore, compared with the first embodiment, the first output voltage and the second output voltage are reduced, and thus the voltage difference ΔV between the first output voltage and the second output voltage is also reduced, but the frequency modulation is performed. It is possible to distinguish and detect the first frequency component and the second frequency component of the signal.

例えば、第1の実施形態では、磁界印加機構5はコイル51と軟磁性層52とで構成されているが、図7の概略図で示される本発明の第2の実施形態に係る検波器102のように、磁界印加機構5はハードバイアス層53で構成されていても良い。検波器102は、磁界印加機構5を除いて第1の実施形態の検波器100と同じ構成である。 For example, in the first embodiment, the magnetic field application mechanism 5 includes the coil 51 and the soft magnetic layer 52, but the detector 102 according to the second embodiment of the present invention shown in the schematic diagram of FIG. As described above, the magnetic field application mechanism 5 may be configured by the hard bias layer 53. The detector 102 has the same configuration as the detector 100 of the first embodiment except for the magnetic field application mechanism 5.

ここで、ハードバイアス層53は、CoPtCr合金、CoPt合金などで構成されても良いし、軟磁性材料と反強磁性材料からなる交換結合膜で構成されても良い。 Here, the hard bias layer 53 may be made of a CoPtCr alloy, a CoPt alloy, or the like, or may be made of an exchange coupling film made of a soft magnetic material and an antiferromagnetic material.

この場合、ハードバイアス層53の材料および形状を適切に設計することで磁気抵抗効果素子3に印加する磁界(Hext)を設定することができるので、数式(1)に記述される通り、磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数(f0)を設定することができる。従って、一例として周波数変調信号の第2の周波数(f2)と、磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数(f0)を一致させることが可能となる。その結果、第2の周波数に対応する第2の出力電圧を第1の実施形態と同程度とすることが可能となる。従って、周波数変調信号の第1の周波数に対応する第1の出力電圧と第2の周波数に対応する第2の出力電圧との電圧差ΔVも第1の実施形態と同程度とすることが可能となる。 In this case, since the magnetic field (Hext) to be applied to the magnetoresistive effect element 3 can be set by appropriately designing the material and shape of the hard bias layer 53, the magnetization free as described in the equation (1). The ferromagnetic resonance frequency (f0) of the magnetization of the layer 33 can be set. Therefore, as an example, the second frequency (f2) of the frequency modulation signal can be matched with the ferromagnetic resonance frequency (f0) of the magnetization of the magnetization free layer 33. As a result, the second output voltage corresponding to the second frequency can be set to the same level as in the first embodiment. Therefore, the voltage difference ΔV between the first output voltage corresponding to the first frequency of the frequency modulation signal and the second output voltage corresponding to the second frequency can be set to the same level as in the first embodiment. It becomes.

また、例えば、第1の実施形態では、磁界印加機構5が、周波数変調信号の第2の周波数(f2)と磁化自由層33の磁化の強磁性共鳴周波数(f0)を一致させるように磁気抵抗効果素子3に磁界を印加したが、f2とf0を一致させなくても良い。図8に本発明の第3の実施形態における出力電圧と周波数の関係を示す。第3の実施形態では、磁界印加機構5は、周波数変調信号の第1の周波数(f1)に対応する第1の出力電圧とf2に対応する第2の出力電圧との電圧差ΔVが存在するような大きさの磁界を磁気抵抗効果素子3に印加しているが、f1およびf2はf0と一致させていない。第3の実施形態の検波器は、磁界印加機構5が印加する磁界を除いて、第1の実施形態の検波器100と同じ構成である。図8に示す通り、周波数変調信号の第1の周波数(f1)に対応する第1の出力電圧とf2に対応する第2の出力電圧との電圧差ΔVが存在するような大きさの磁界を磁気抵抗効果素子3に印加する限りにおいては、磁気抵抗効果素子3に印加する磁界は、f1およびf2のいずれか一方とf0が一致するような磁界である必要はない。この場合、第1の実施形態と比較して第1の出力電圧および第2の出力電圧は小さくなり、従って第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVも小さくなるが、周波数変調信号の第1の周波数の成分と第2の周波数の成分とを区別して検波することは可能である。 Further, for example, in the first embodiment, the magnetic field application mechanism 5 is configured so that the second frequency (f2) of the frequency modulation signal matches the ferromagnetic resonance frequency (f0) of the magnetization of the magnetization free layer 33. Although a magnetic field is applied to the effect element 3, it is not necessary to make f2 and f0 coincide. FIG. 8 shows the relationship between the output voltage and the frequency in the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the magnetic field application mechanism 5 has a voltage difference ΔV between the first output voltage corresponding to the first frequency (f1) of the frequency modulation signal and the second output voltage corresponding to f2. A magnetic field having such a magnitude is applied to the magnetoresistive element 3, but f1 and f2 do not coincide with f0. The detector of the third embodiment has the same configuration as that of the detector 100 of the first embodiment, except for the magnetic field applied by the magnetic field application mechanism 5. As shown in FIG. 8, a magnetic field having such a magnitude that there is a voltage difference ΔV between the first output voltage corresponding to the first frequency (f1) of the frequency modulation signal and the second output voltage corresponding to f2. As long as it is applied to the magnetoresistive effect element 3, the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 3 does not have to be a magnetic field in which f0 matches one of f1 and f2. In this case, the first output voltage and the second output voltage are smaller than in the first embodiment, and thus the voltage difference ΔV between the first output voltage and the second output voltage is also smaller. It is possible to distinguish and detect the first frequency component and the second frequency component of the modulation signal.

第3の実施形態においても、磁界印加機構5が磁気抵抗効果素子3に印加する磁界を可変制御することで、磁気抵抗効果素子3が有するスピントルクダイオード効果の周波数特性をチューナブルに制御することが可能となる。従って、周波数変調信号の第1の周波数(f1)と第2の周波数(f2)がある程度変化したとしても、その変化に応じて、検波するために必要とされる第1の出力電圧と第2の出力電圧との電圧差ΔVが得られるように、磁界印加機構5が磁気抵抗効果素子3に印加する磁界を変化させることで、周波数変調信号の第1の周波数の成分と第2の周波数の成分とを区別して検波することができる。 Also in the third embodiment, the frequency characteristic of the spin torque diode effect of the magnetoresistive effect element 3 can be tunably controlled by variably controlling the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 3 by the magnetic field application mechanism 5. Is possible. Therefore, even if the first frequency (f1) and the second frequency (f2) of the frequency modulation signal change to some extent, the first output voltage and the second output voltage required for detection are changed according to the change. The magnetic field applying mechanism 5 changes the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 3 so that a voltage difference ΔV with respect to the output voltage of the first frequency component of the frequency modulation signal is obtained. It is possible to detect the component separately.

また、第1の実施形態は、第1の周波数(f1)の成分と第2の周波数(f2)の2つの異なる周波数の成分を含む周波数変調信号を磁気抵抗効果素子3に供給する例で説明したが、磁気抵抗効果素子3に供給する周波数変調信号は、それぞれ異なる3つ以上の周波数の成分を含んでいても良い。この場合、それぞれの周波数に対応した磁気抵抗効果素子3からの出力電圧がそれぞれ異なるような大きさの磁界を磁界印加機構5が磁気抵抗効果素子3に印加することにより、それぞれの周波数の成分を区別して検波することができる。 Further, the first embodiment is described with an example in which a frequency modulation signal including two different frequency components of the first frequency (f1) and the second frequency (f2) is supplied to the magnetoresistive effect element 3. However, the frequency modulation signal supplied to the magnetoresistive effect element 3 may include three or more different frequency components. In this case, the magnetic field applying mechanism 5 applies a magnetic field having a magnitude different from the output voltage from the magnetoresistive effect element 3 corresponding to each frequency to the magnetoresistive effect element 3, so that the component of each frequency is obtained. It can be distinguished and detected.

1 入力端子
12 グランド端子
2 下部電極
3 磁気抵抗効果素子
31 磁化固定層
32 スペーサー層
33 磁化自由層
4 上部電極
5 磁界印加機構
51 コイル
511 コイル電流源
52 軟磁性層
53 ハードバイアス層
6 バイアス電流印加機構
61 バイアス電流源
7 出力端子
72 グランド端子
8 検出部
100、102 検波器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input terminal 12 Ground terminal 2 Lower electrode 3 Magnetoresistive element 31 Magnetization fixed layer 32 Spacer layer 33 Magnetization free layer 4 Upper electrode 5 Magnetic field application mechanism 51 Coil 511 Coil current source 52 Soft magnetic layer 53 Hard bias layer 6 Bias current application Mechanism 61 Bias current source 7 Output terminal 72 Ground terminal 8 Detector 100, 102 Detector

Claims (6)

スペーサー層を介して配設された磁化固定層と磁化自由層とを備えた磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の積層方向に前記磁気抵抗効果素子を介して配設された一対の電極と、
前記磁気抵抗効果素子に磁界を印加する磁界印加機構と、
前記磁気抵抗効果素子に、少なくとも第1の周波数の成分と、前記第1の周波数とは異なる第2の周波数の成分を含む周波数変調信号を供給する入力端子と、
前記磁気抵抗効果素子から出力電圧を取り出す出力端子と、前記出力電圧を検出する検出部と、を備え、
前記一対の電極は、前記入力端子および前記出力端子と電気的に接続され、
前記磁界印加機構は、前記第1の周波数に対応する前記出力電圧としての第1の出力電圧と前記第2の周波数に対応する前記出力電圧としての第2の出力電圧との電圧差が存在するような大きさの前記磁界を印加し、
前記出力電圧に基づいて前記周波数変調信号の前記第1の周波数の成分と前記第2の周波数の成分とを区別して検波し、前記第1の周波数の成分の検波と前記第2の周波数の成分の検波は、前記磁気抵抗効果素子に同じ大きさの前記磁界が印加されている状態で行われることを特徴とする検波器。
A magnetoresistive effect element comprising a magnetization fixed layer and a magnetization free layer disposed via a spacer layer;
A pair of electrodes disposed via the magnetoresistive element in the stacking direction of the magnetoresistive element;
A magnetic field application mechanism for applying a magnetic field to the magnetoresistive element;
An input terminal that supplies a frequency modulation signal including at least a first frequency component and a second frequency component different from the first frequency to the magnetoresistive element;
An output terminal for extracting an output voltage from the magnetoresistive element, and a detection unit for detecting the output voltage,
The pair of electrodes are electrically connected to the input terminal and the output terminal,
The magnetic field application mechanism has a voltage difference between a first output voltage as the output voltage corresponding to the first frequency and a second output voltage as the output voltage corresponding to the second frequency. Applying the magnetic field of such a magnitude,
Based on the output voltage, the first frequency component and the second frequency component of the frequency modulation signal are distinguished and detected , and the first frequency component detection and the second frequency component are detected. The detection is performed in a state where the same magnetic field is applied to the magnetoresistive effect element .
前記磁界印加機構は、前記磁化自由層の磁化の強磁性共鳴周波数を前記第1の周波数および前記第2の周波数のいずれか一方と一致させるような大きさの前記磁界を印加することを特徴とする請求項1に記載の検波器。 The magnetic field application mechanism applies the magnetic field having a magnitude that causes a ferromagnetic resonance frequency of magnetization of the magnetization free layer to coincide with one of the first frequency and the second frequency. The detector according to claim 1. 前記磁界印加機構は、前記磁気抵抗効果素子に印加する磁界を可変制御することを特徴とする請求項1または2に記載の検波器。 The detector according to claim 1, wherein the magnetic field application mechanism variably controls a magnetic field applied to the magnetoresistive effect element. 前記検波器は、前記磁気抵抗効果素子にバイアス電流を印加するバイアス電流印加機構を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の検波器。 The said detector has a bias current application mechanism which applies a bias current to the said magnetoresistive effect element, The detector as described in any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. 前記バイアス電流は、磁化自由層から磁化固定層の方向に印加されることを特徴とする請求項4に記載の検波器。 The detector according to claim 4, wherein the bias current is applied in a direction from the magnetization free layer to the magnetization fixed layer. 前記磁化自由層の膜厚をt1、前記磁化固定層の膜厚をt2とした場合、0.4nm<t1<t2を満たすことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の検波器。 The film thickness of the magnetization free layer is t1, and the film thickness of the magnetization fixed layer is t2, satisfying 0.4 nm <t1 <t2. Detector.
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