JP6717137B2 - Resonant element, resonator and magnetoresistive device - Google Patents
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Description
本発明は、磁気抵抗効果素子を利用した共振素子、共振器および磁気抵抗効果デバイスに関するものである。 The present invention relates to a resonance element, a resonator and a magnetoresistive effect device using a magnetoresistive effect element.
近年、携帯電話等の移動通信端末の高機能化に伴い、無線通信の高速化が進められている。通信速度は使用する周波数の帯域幅に比例するため、通信に必要な周波数バンドは増加し、それに伴って、移動通信端末に必要な高周波フィルタの搭載数も増加している。また、近年新しい高周波用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り、その中で注目されている現象の一つが、磁気抵抗効果素子によるスピントルク共鳴現象である(非特許文献1参照)。磁気抵抗効果素子に交流電流を流すことで、磁気抵抗効果素子にスピントルク共鳴を起こすことが出来、スピントルク共鳴周波数に対応した周波数で周期的に磁気抵抗効果素子の抵抗値が振動する。磁気抵抗効果素子に印加される磁場の強さによって、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は変化し、一般的にその共鳴周波数は数〜数十GHzの高周波帯域である。 2. Description of the Related Art In recent years, as mobile communication terminals such as mobile phones have become more sophisticated, the speed of wireless communication has been increased. Since the communication speed is proportional to the bandwidth of the frequency used, the frequency band required for communication is increasing, and the number of high frequency filters required for mobile communication terminals is increasing accordingly. Recently, spintronics has been studied as a field that has a possibility of being applied to new high frequency components, and one of the phenomena attracting attention is the spin torque resonance phenomenon due to a magnetoresistive effect element ( Non-Patent Document 1). By applying an alternating current to the magnetoresistive effect element, spin torque resonance can be generated in the magnetoresistive effect element, and the resistance value of the magnetoresistive effect element periodically oscillates at a frequency corresponding to the spin torque resonance frequency. The spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element changes depending on the strength of the magnetic field applied to the magnetoresistive element, and the resonance frequency is generally in a high frequency band of several to several tens GHz.
磁気抵抗効果素子は、スピントルク共鳴現象を利用して高周波デバイスに応用することが考えられるが、高周波フィルタ等の高周波デバイスに応用するための具体的な構成は従来示されていない。本発明は、磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスを実現できる磁気抵抗効果デバイスを提供することを目的とする。 The magnetoresistive effect element may be applied to a high frequency device by utilizing the spin torque resonance phenomenon, but a specific configuration for applying it to a high frequency device such as a high frequency filter has not been shown so far. An object of the present invention is to provide a magnetoresistive effect device capable of realizing a high frequency device such as a high frequency filter using a magnetoresistive effect element.
上記目的を達成するための本発明に係る共振器は、磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有する磁気抵抗効果素子と、前記磁化自由層が接続された磁化自由層接続電極と、前記磁化固定層が接続された磁化固定層接続電極とを有し、前記磁気抵抗効果素子は、前記磁化自由層接続電極と前記磁化固定層接続電極との間に配置され、前記磁化自由層接続電極は、前記磁化自由層接続電極が前記磁化自由層と接続された接続部を挟んで第1の電極端部および第2の電極端部を有し、前記磁化自由層接続電極の第1の電極端部は、第1の基準電圧端子に接続され、前記磁化自由層接続電極の第2の電極端部は、前記磁化自由層接続電極に直流電圧を入力する直流電圧入力端子に接続されたことを第1の特徴とする。 A resonator according to the present invention for achieving the above object is a magnetoresistive effect element having a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a spacer layer arranged therebetween, and a magnetization free layer to which the magnetization free layer is connected. A layer connection electrode and a magnetization fixed layer connection electrode to which the magnetization fixed layer is connected, wherein the magnetoresistive effect element is arranged between the magnetization free layer connection electrode and the magnetization fixed layer connection electrode, The magnetization free layer connection electrode has a first electrode end portion and a second electrode end portion with a connection portion where the magnetization free layer connection electrode is connected to the magnetization free layer sandwiched between the magnetization free layer connection electrode and the magnetization free layer connection electrode. A first electrode end of the electrode is connected to a first reference voltage terminal, and a second electrode end of the magnetization free layer connecting electrode is a DC voltage input for inputting a DC voltage to the magnetization free layer connecting electrode. The first feature is that it is connected to a terminal.
上記特徴の共振器によれば、磁気抵抗効果素子は、スピントルク共鳴周波数で、磁気抵抗効果素子のインピーダンスが大きく変化するため、上記特徴の共振器は、共振器としての周波数特性をもつことが可能となる。 According to the resonator having the above characteristics, since the magnetoresistive effect element has a large change in impedance of the magnetoresistive effect element at the spin torque resonance frequency, the resonator having the above characteristics may have frequency characteristics as a resonator. It will be possible.
さらに、本発明に係る共振器は、共振素子と、信号線路とを備え、前記磁気抵抗効果素子が前記信号線路に対して直列接続されていることを第2の特徴とする。 Further, the resonator according to the present invention is provided with a resonance element and a signal line, and the second feature is that the magnetoresistive effect element is connected in series to the signal line.
上記特徴の共振器によれば、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数での共振に対して、高周波信号を非共鳴周波数では第2のポートに対し遮断し、共鳴周波数では第2のポート側に通過させることが出来るため、上記特徴の共振器は、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことが可能となる。 According to the resonator having the above characteristics, with respect to the resonance of the magnetoresistive effect element at the spin torque resonance frequency, the high frequency signal is cut off to the second port at the non-resonance frequency, and is cut off to the second port side at the resonance frequency. Since it can be passed, the resonator having the above characteristics can have frequency characteristics as a high frequency filter.
さらに、本発明に係る共振器は、共振素子と、信号線路と、第2の基準電圧端子とを備え、前記磁気抵抗効果素子が前記信号線路に対して並列接続されていることを第3の特徴とする。 Further, the resonator according to the present invention includes a resonance element, a signal line, and a second reference voltage terminal, and the magnetoresistive effect element is connected in parallel to the signal line. It is a feature.
上記特徴の共振器によれば、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数での共振に対して、高周波信号を非共鳴周波数では第2のポートに対し通過し、共鳴周波数では第2のポート側に遮断させることが出来るため、上記特徴の共振器は、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことが可能となる。 According to the resonator having the above characteristics, with respect to the resonance of the magnetoresistive effect element at the spin torque resonance frequency, a high-frequency signal passes to the second port at the non-resonance frequency and is transmitted to the second port side at the resonance frequency. Since it can be cut off, the resonator having the above characteristics can have frequency characteristics as a high frequency filter.
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有する磁気抵抗効果素子と、前記磁化自由層が接続された磁化自由層接続電極と、前記磁化固定層が接続された磁化固定層接続電極と、高周波信号が入力される第1のポートと、高周波信号が出力される第2のポートと、信号線路と、第1のインダクタまたは抵抗素子と、第2のインダクタまたは抵抗素子と、直流電圧入力端子と、第1の基準電圧端子とを有し、前記磁気抵抗効果素子は、前記磁化自由層接続電極と前記磁化固定層接続電極との間に配置され、前記磁化自由層接続電極は、前記磁化自由層接続電極が前記磁化自由層と接続された接続部を挟んで第1の電極端部および第2の電極端部を有し、前記磁気抵抗効果素子は、前記磁化自由層接続電極の第1の電極端部と前記磁化固定層接続電極が前記信号線路を介して前記第1のポートおよび前記第2のポートに直列接続され、前記磁化自由層接続電極の第2の電極端部は、前記直流電圧入力端子に接続され、前記第1の基準電圧端子は、前記磁化自由層接続電極の第1の電極端部が接続された前記信号線路に前記第1のインダクタまたは前記第1の抵抗素子を介して接続され、前記第2のインダクタまたは前記第2の抵抗素子は、前記磁化固定層接続電極が接続された前記信号線路とグラウンドとに接続されたことを第4の特徴とする。 Further, the magnetoresistive effect device according to the present invention is a magnetoresistive effect element having a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a spacer layer arranged between these, and a magnetization free layer connection electrode to which the magnetization free layer is connected. A magnetization fixed layer connection electrode to which the magnetization fixed layer is connected, a first port to which a high frequency signal is input, a second port to output a high frequency signal, a signal line, a first inductor or A resistance element, a second inductor or a resistance element, a DC voltage input terminal, and a first reference voltage terminal, wherein the magnetoresistive effect element includes the magnetization free layer connection electrode and the magnetization fixed layer connection electrode. And the magnetization free layer connecting electrode has a first electrode end and a second electrode end sandwiching a connecting part where the magnetization free layer connecting electrode is connected to the magnetization free layer. In the magnetoresistive effect element, the first electrode end of the magnetization free layer connection electrode and the magnetization fixed layer connection electrode are connected in series to the first port and the second port via the signal line. And a second electrode end of the magnetization free layer connecting electrode is connected to the DC voltage input terminal, and a first reference voltage terminal is connected to a first electrode end of the magnetization free layer connecting electrode. The signal connected to the magnetization fixed layer connection electrode, the second inductor or the second resistance element being connected to the signal line via the first inductor or the first resistance element. The fourth feature is that the line is connected to the ground.
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、磁化自由層接続電極を平面に流れる直流電流によって、スピン軌道トルク(SOT)を誘起させ、磁化自由層接続電極から磁化固定層接続電極に流れる直流電流によってスピントランスファートルク(STT)を誘起させることが出来るため、スピントルク共鳴周波数での磁気抵抗効果素子の共振特性が向上し、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、通過特性がよく、通過特性と遮断特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。 The magnetoresistive device having the above characteristics induces a spin orbit torque (SOT) by a direct current flowing through a magnetization free layer connecting electrode in a plane, and spin transfer is performed by a direct current flowing from the magnetization free layer connecting electrode to a magnetization fixed layer connecting electrode. Since the torque (STT) can be induced, the resonance characteristic of the magnetoresistive effect element at the spin torque resonance frequency is improved, and the magnetoresistive effect device with the above characteristics has a good pass characteristic and a range between the pass characteristic and the cutoff characteristic. Can function as a large high-frequency filter.
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有する磁気抵抗効果素子と、前記磁化自由層が接続された磁化自由層接続電極と、前記磁化固定層が接続された磁化固定層接続電極と、高周波信号が入力される第1のポートと、高周波信号が出力される第2のポートと、信号線路と、第1のインダクタまたは抵抗素子と、直流電圧入力端子と、第1の基準電圧端子と、第2の基準電圧端子とを有し、前記磁気抵抗効果素子は、前記磁化自由層接続電極と前記磁化固定層接続電極との間に配置され、前記磁化自由層接続電極は、前記磁化自由層接続電極が前記磁化自由層と接続された接続部を挟んで第1の電極端部および第2の電極端部を有し、前記磁化自由層接続電極は、前記磁化自由層接続電極の第1の電極端部と前記磁化自由層接続電極の第2の電極端部が前記信号線路を介して前記第1のポートおよび前記第2のポートに直列接続され、前記第1の基準電圧端子は、前記磁化自由層接続電極の第1の電極端部が接続された前記信号線路に前記第1のインダクタまたは前記第1の抵抗素子を介して接続され、前記直流電圧入力端子は、前記磁化自由層接続電極の第2の電極端部が接続された前記信号線路に接続され、前記磁化固定層接続電極は、前記第2の基準電圧端子に接続されたことを第5の特徴とする。 Further, the magnetoresistive effect device according to the present invention is a magnetoresistive effect element having a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a spacer layer arranged between these, and a magnetization free layer connection electrode to which the magnetization free layer is connected. A magnetization fixed layer connection electrode to which the magnetization fixed layer is connected, a first port to which a high frequency signal is input, a second port to output a high frequency signal, a signal line, a first inductor or The magnetoresistive effect element has a resistance element, a DC voltage input terminal, a first reference voltage terminal, and a second reference voltage terminal, and the magnetoresistive effect element includes the magnetization free layer connection electrode and the magnetization fixed layer connection electrode. And the magnetization free layer connecting electrode has a first electrode end and a second electrode end sandwiching a connection part where the magnetization free layer connecting electrode is connected to the magnetization free layer. In the magnetization free layer connection electrode, a first electrode end of the magnetization free layer connection electrode and a second electrode end of the magnetization free layer connection electrode are connected to the first port and the first port via the signal line. The first reference voltage terminal is connected in series to a second port, and the first reference voltage terminal is connected to the signal line to which the first electrode end of the magnetization free layer connecting electrode is connected to the first inductor or the first resistor. Connected via an element, the DC voltage input terminal is connected to the signal line to which the second electrode end of the magnetization free layer connection electrode is connected, and the magnetization fixed layer connection electrode is connected to the second line. The fifth feature is that the connection is made to the reference voltage terminal.
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、磁化自由層接続電極を平面に流れる直流電流によって、スピン軌道トルクを誘起させ、磁化自由層接続電極から磁化固定層接続電極に流れる直流電流によってスピントランスファートルクを誘起させることが出来るため、スピントルク共鳴周波数での磁気抵抗効果素子の共振特性が向上し、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、遮断特性がよく、通過特性と遮断特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。 The magnetoresistive effect device having the above characteristics is a magnetoresistive effect device having the above characteristics, in which a spin orbit torque is induced by a direct current flowing in a plane through the magnetization free layer connection electrode, and the magnetization free layer connection electrode is changed to a magnetization fixed layer connection electrode. Since the spin transfer torque can be induced by the flowing DC current, the resonance characteristics of the magnetoresistive effect element at the spin torque resonance frequency are improved, and the magnetoresistive effect device with the above characteristics has a good cutoff characteristic, a pass characteristic and a cutoff characteristic. It is possible to function as a high frequency filter having a wide characteristic range.
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、スピントルク共鳴周波数を設定可能な周波数設定機構を有することを第6の特徴とする。 A sixth feature of the magnetoresistive effect device according to the present invention is that it has a frequency setting mechanism capable of setting the spin torque resonance frequency.
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を任意の周波数にすることができるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、任意の周波数帯のフィルタとして機能することが可能となる。 According to the magnetoresistive effect device having the above characteristics, since the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element can be set to an arbitrary frequency, the magnetoresistive effect device having the above characteristics can function as a filter in an arbitrary frequency band. Is possible.
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記周波数設定機構は、前記磁化自由層における有効磁場を設定可能な有効磁場設定機構であり、前記有効磁場を変化させて前記磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化可能であることを第7の特徴とする。 Further, in the magnetoresistive effect device according to the present invention, the frequency setting mechanism is an effective magnetic field setting mechanism capable of setting an effective magnetic field in the magnetization free layer, and the effective magnetic field is changed to spin the magnetoresistive element. The seventh feature is that the torque resonance frequency can be changed.
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を可変制御することができるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。 According to the magnetoresistive effect device having the above characteristics, since the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element can be variably controlled, the magnetoresistive effect device having the above characteristics can function as a frequency variable filter.
本発明によれば、磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスを実現できる磁気抵抗効果デバイスを提供することが出来る。 According to the present invention, it is possible to provide a magnetoresistive effect device capable of realizing a high-frequency device such as a high-frequency filter using a magnetoresistive effect element.
本発明を実施するための好適な形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。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。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことが出来る。 Preferred embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the contents described in the embodiments below. Further, the components described below include those that can be easily conceived by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that are within the equivalent range. Furthermore, the components described below can be combined as appropriate. Further, various omissions, substitutions or changes of the constituent elements can be made without departing from the scope of the present invention.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス101の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス101は、磁化固定層2、磁化自由層4およびこれらの間に配置されたスペーサ層3を有する磁気抵抗効果素子1と、磁化自由層4が接続された磁化自由層接続電極5と、磁化固定層2が接続された磁化固定層接続電極6と、磁化自由層4と接続された接続部を挟んだ磁化自由層接続電極5の一端である磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aと、磁化自由層4と接続された接続部を挟んだ磁化自由層接続電極5の他端である磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bと、高周波信号が入力される第1のポート9aと、高周波信号が出力される第2のポート9bと、信号線路7と、直流電圧入力端子11と、第1の基準電圧端子14aを有している。第1のポート9a、磁化自由層接続電極5、磁気抵抗効果素子1、磁化固定層接続電極6および第2のポート9bが信号線路7を介してこの順に直列接続されている。また、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aが第1の基準電圧端子14aを介してグラウンド8に接続され、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bが直流電圧入力端子11を介して直流電圧源13に接続されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
第1のポート9aは交流信号である高周波信号が入力される入力ポートであり、第2のポート9bは高周波信号が出力される出力ポートである。磁気抵抗効果素子1は、磁化自由層接続電極5および磁化固定層接続電極6を介して信号線路7と電気的に接続されている。第1のポート9aから入力される高周波信号は、磁気抵抗効果素子1を通過し第2のポート9bに出力される。また、高周波信号が第1のポート9aから第2のポート9bに通過する際の電力比(出力電力/入力電力)のdB値である減衰量(S21)は、ネットワークアナライザなどの高周波測定器により測定することが出来る。
The
磁化自由層接続電極5および磁化固定層接続電極6は、一対の電極としての役目を有し、磁気抵抗効果素子1を構成する各層の積層方向に磁気抵抗効果素子1を介して配設されている。つまり、磁化自由層接続電極5および磁化固定層接続電極6は、信号(電流)を磁気抵抗効果素子1に対して、磁気抵抗効果素子1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1を構成する各層の主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。磁気抵抗効果素子1は、一端(磁化自由層4側)が磁化自由層接続電極5を介して信号線路7に電気的に接続され、他端(磁化固定層2側)が磁化固定層接続電極6を介して信号線路7に電気的に接続されている。
The magnetization free
磁化固定層接続電極6は、電気伝導体金属で構成されることが好ましい。電気伝導体金属は、例えば、Ta、Cu、Au、AuCu、Ru、またはこれらの材料のいずれか2つ以上の膜で構成される。
The magnetization fixed
磁化自由層接続電極5は、重金属で構成されることが好ましい。重金属は、スピン軌道相互作用の大きい重金属、例えば、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Pb、あるいは、これらの合金から構成される。また、重金属として、導電性の材料に、これらの重金属又は合金をドープしたものを使用してもよい。また、所望の電気特性や構造を得るため、適宜、B、C、N、O、Al、Si、P、Ga、Ge等の材料を重金属に添加してもよい。
The magnetization free
グラウンド8は、基準電位として機能する。信号線路7とグラウンド8との形状は、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)型に規定することが好ましい。マイクロストリップライン形状やコプレーナウェーブガイド形状を設計する際、信号線路7の特性インピーダンスと回路系のインピーダンスが等しくなるように信号線路7の信号線幅やグラウンド間距離を設計することにより、信号線路7を伝送損失の少ない伝送線路とすることが可能となる。
The
直流電圧入力端子11は、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bを挟んで磁化自由層接続電極5に接続されている。直流電圧入力端子11に直流電圧源13が接続されることで、磁気抵抗効果素子1に直流電圧を印加し、直流電流を流すことが可能になる。また、直流電圧入力端子11と直流電圧源13との間に、高周波信号をカットするための、インダクタまたは抵抗素子が直列に接続されてもよい。
The DC
直流電圧源13は、グラウンド8及び直流電圧入力端子11に接続され、グラウンド8、第1の基準電圧端子14a、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5a、磁化自由層接続電極5、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bおよび直流電圧入力端子11を含む閉回路が形成されている。直流電圧源13は、直流電圧入力端子11から、上記の閉回路に、直流電圧を印加し、直流電流を入力する。直流電圧源13は、例えば、可変抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成され、直流電圧の電圧値を変化可能に構成されている。直流電圧源13は、一定の電圧電流を発生可能な、固定抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成されてもよい。
The
磁化固定層2は、強磁性体材料で構成されており、その磁化方向が実質的に一方向に固定されている。磁化固定層2は、Fe、Co、Ni、NiとFeの合金、FeとCoの合金、またはFeとCoとBの合金など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出来る。また、磁化固定層2は、ホイスラー合金で構成されても良い。また、磁化固定層2の膜厚は、1〜10nmとすることが好ましい。また、磁化固定層2の磁化を固定するために磁化固定層2に接するように反強磁性層を付加してもよい。または、結晶構造、形状などに起因する磁気異方性を利用して磁化固定層2の磁化を固定してもよい。反強磁性層には、FeO、CoO、NiO、CuFeS2、IrMn、FeMn、PtMn、CrまたはMnなどを用いることが出来る。
The magnetization fixed
スペーサ層3は、磁化固定層2と磁化自由層4の間に配置され、磁化固定層2の磁化と磁化自由層4の磁化が相互作用して磁気抵抗効果が得られる。スペーサ層3としては、導電体、絶縁体、半導体によって構成される層、または、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
スペーサ層3として非磁性導電材料を適用する場合、材料としてはCu、Ag、AuまたはRuなどが挙げられ、磁気抵抗効果素子には巨大磁気抵抗(GMR)効果が発現する。GMR効果を利用する場合、スペーサ層3の膜厚は、0.5〜3.0nm程度とすることが好ましい。
When a non-magnetic conductive material is used as the
スペーサ層3として非磁性絶縁材料を適用する場合、材料としてはAl2O3またはMgOなどが挙げられ、磁気抵抗効果素子にはトンネル磁気抵抗(TMR)効果が発現する。磁化固定層2と磁化自由層4との間にコヒーレントトンネル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効果を利用する場合、スペーサ層3の膜厚は、0.5〜3.0nm程度とすることが好ましい。
When a non-magnetic insulating material is used as the
スペーサ層3として非磁性半導体材料を適用する場合、材料としてはZnO、In2O3、SnO2、ITO、GaOxまたはGa2Oxなどが挙げられ、スペーサ層3の膜厚は1.0〜4.0nm程度とすることが好ましい。
When a non-magnetic semiconductor material is used as the
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、Al2O3またはMgO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程度とすることが好ましい。
When applying a layer comprising a conductive point constituted by the conductor of the non-magnetic insulator in a
磁化自由層4は、その磁化の方向が変化可能であり、強磁性材料で構成されている。磁化自由層4の磁化の方向は、例えば、外部印加磁場またはスピン偏極電子によって変化可能である。磁化自由層4は、膜面内方向に磁化容易軸を有する材料の場合、材料としてはCoFe、CoFeB、CoFeSi、CoMnGe、CoMnSiまたはCoMnAlなどが挙げられ、厚さは1〜10nm程度とすることが好ましい。磁化自由層4は、膜面法線方向に磁化容易軸を有する材料の場合、材料としてはCo、CoCr系合金、Co多層膜、CoCrPt系合金、FePt系合金、希土類を含むSmCo系合金またはTbFeCo合金などが挙げられる。また、磁化自由層4は、ホイスラー合金で構成されても良い。また、磁化自由層4とスペーサ層3との間に、高スピン分極率材料を挿入しても良い。これによって、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能となる。高スピン分極率材料としては、CoFe合金またはCoFeB合金などが挙げられる。CoFe合金またはCoFeB合金いずれの膜厚も0.2〜1.0nm程度とすることが好ましい。
The magnetization
また、磁化自由層接続電極5と磁気抵抗効果素子1との間、および磁化固定層接続電極6と磁気抵抗効果素子1との間にキャップ層、シード層またはバッファー層を配設しても良い。キャップ層、シード層またはバッファー層としては、Ru、Ta、Cu、Crまたはこれらの積層膜などが挙げられ、これらの層の膜厚は2〜10nm程度とすることが好ましい。
Further, a cap layer, a seed layer or a buffer layer may be provided between the magnetization free
尚、磁気抵抗効果素子の大きさは、平面視形状が長方形(正方形を含む)の場合、その長辺を100nm程度、または100nm以下にすることが望ましい。また、平面視形状が長方形ではない場合は、平面視形状に最小の面積で外接する長方形の長辺を、磁気抵抗効果素子の長辺と定義する。長辺が100nm程度と小さい場合、磁化自由層4の磁区の単磁区化が可能となり、高効率なスピントルク共鳴現象の実現が可能となる。ここで、「平面視形状」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に垂直な平面で見た形状のことである。
When the shape of the magnetoresistive effect element is a rectangle (including a square) in a plan view, it is desirable that its long side is about 100 nm or 100 nm or less. When the shape in plan view is not a rectangle, the long side of the rectangle circumscribing the shape in plan view with the smallest area is defined as the long side of the magnetoresistive effect element. When the long side is as small as about 100 nm, the magnetic domain of the magnetization
ここで、スピントルク共鳴現象について説明する。 Here, the spin torque resonance phenomenon will be described.
磁気抵抗効果素子に、磁気抵抗効果素子の固有のスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、磁化自由層の磁化がスピントルク共鳴周波数で振動する。この現象をスピントルク共鳴現象と呼ぶ。磁気抵抗効果素子の素子抵抗値は、磁化固定層の磁化と磁化自由層の磁化との相対角で決まる。そのため、スピントルク共鳴時の磁気抵抗効果素子の抵抗値は、磁化自由層の磁化の振動に伴い、周期的に変化する。つまり、磁気抵抗効果素子は、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化する抵抗振動素子として取り扱うことが出来る。 When a high-frequency signal having the same frequency as the spin torque resonance frequency specific to the magnetoresistive effect element is input to the magnetoresistive effect element, the magnetization of the magnetization free layer oscillates at the spin torque resonance frequency. This phenomenon is called a spin torque resonance phenomenon. The element resistance value of the magnetoresistive effect element is determined by the relative angle between the magnetization of the magnetization fixed layer and the magnetization of the magnetization free layer. Therefore, the resistance value of the magnetoresistive effect element at the time of spin torque resonance changes periodically with the oscillation of the magnetization of the magnetization free layer. That is, the magnetoresistive effect element can be treated as a resistance oscillating element whose resistance value periodically changes at the spin torque resonance frequency.
また、磁気抵抗効果素子1に対し、磁化自由層4から磁化固定層2または、磁化固定層2から磁化自由層4に直流電流を流すことで、スピントランスファートルクを誘起させることが出来る。スピントランスファートルクにより、振動する磁化自由層の磁化の振動角を大きくすることが出来る。つまり、抵抗振動の振幅を増加させることが出来るため、共振特性の大きな共振器となる。
Further, a spin transfer torque can be induced in the magnetoresistive effect element 1 by causing a direct current to flow from the magnetization
さらに、磁化自由層4が接する磁化自由層接続電極5の中を水平面内(磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aから磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bまたは、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bから磁化自由層接続電極の第1の電極端部5a)に直流電流を流すことで、スピン軌道トルクを誘起させることが出来る。スピン軌道トルクにより、振動する磁化自由層の磁化の振動角を大きくすることが出来る。つまり、抵抗振動の振幅を増加させることが出来るため、共振特性の大きな共振器となる。
Further, the inside of the magnetization free
スピントルク共鳴現象により、第1のポート9aから入力された高周波信号の高周波成分の中で磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、低インピーダンス状態の磁気抵抗効果素子1を通過し、第2のポート9bに出力されやすくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の磁気抵抗効果素子1により、第2のポート9bに出力されにくくなる。つまり磁気抵抗効果素子は共振器として取り扱うことが出来る。
Due to the spin torque resonance phenomenon, among the high frequency components of the high frequency signal input from the
このように、磁気抵抗効果デバイス101では、第1のポート9aから入力された、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍でない高周波信号の周波数成分は、第2のポート9bに対し遮断され、スピントルク共鳴周波数の近傍の高周波信号の周波数成分は、第2のポート9bに対し通過する。つまり、磁気抵抗効果デバイス101は、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が通過帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス101は、帯域通過型のフィルタ(バンドパスフィルタ)となる。
As described above, in the
磁気抵抗効果デバイス101では、磁気抵抗効果素子1の非共鳴周波数の高周波信号に対するインピーダンス(すなわち、磁気抵抗効果素子1の抵抗値)は高いことが好ましい。
In the
また、磁気抵抗効果デバイス101は、直流電圧入力端子11から入力される直流電圧が一定以上の大きさの場合、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数において、第1のポート9aから入力される高周波信号の入力電力よりも、第2のポート9bから出力される出力電力を大きく(減衰量を0dB以上)することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス101は、増幅器(アンプ)として機能することも可能となる。
Further, in the
図2に、磁気抵抗効果デバイス101に入力される高周波信号の周波数と磁気抵抗効果デバイス101の磁気抵抗効果素子のインピーダンスとの関係を示したグラフを示す。図2の縦軸はインピーダンスZ(Ω)、横軸は周波数F(Hz)を表している。図2のプロット線100a1は、第1のポート9aおよび第2のポート9bに直列に接続された磁気抵抗効果素子1のインピーダンス特性が示されている。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the frequency of the high frequency signal input to the
図3に、磁気抵抗効果デバイス101に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図3の縦軸は減衰量IL(dB)、横軸は周波数F(Hz)を表している。
FIG. 3 shows a graph showing the relationship between the frequency and the attenuation amount of the high frequency signal input to the
図3に示されるように、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数でインピーダンスが小さくなるため、スピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号に対する磁気抵抗効果デバイス101の通過特性が向上する(減衰量の絶対値が減少する)。
As shown in FIG. 3, since the impedance becomes smaller at the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 1, the pass characteristic of the
(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス102の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス102において、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス101と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス101と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス102は、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス101に対し、さらに、2の基準電圧端子14bを有している。第1のポート9aは、信号線路7を介して第2のポート9bに接続されている。磁化自由層接続電極5は、信号線路7に接続され、磁化固定層接続電極6は、第2の基準電圧端子14bを介してグラウンド8に接続されている。また、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aが第1の基準電圧端子14aを介してグラウンド8に接続され、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bが直流電圧入力端子11を介して直流電圧源13に接続されている。磁気抵抗効果デバイス102のその他の構成は、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス101と同じである。
(Second embodiment)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the
直流電圧源13は、グラウンド8及び直流電圧入力端子11に接続され、グラウンド8、第1の基準電圧端子14a、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5a、磁化自由層接続電極5、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bおよび直流電圧入力端子11を含む閉回路が形成されている。また、グラウンド8、第2の基準電圧端子14b、磁化固定層接続電極6、磁気抵抗効果素子1、磁化自由層接続電極5、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bおよび直流電圧入力端子11を含む閉回路も形成されている。
The
図5に、磁気抵抗効果デバイス102に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図5の縦軸は減衰量IL(dB)、横軸は周波数F(Hz)を表している。
FIG. 5 shows a graph showing the relationship between the frequency and the attenuation amount of the high frequency signal input to the
図5に示されるように、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数でインピーダンスが小さくなるため、スピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号に対する磁気抵抗効果デバイス102の遮断特性が向上する(減衰量の絶対値が増加する)。
As shown in FIG. 5, since the impedance becomes smaller at the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 1, the cutoff characteristic of the
(第3の実施形態)
図6は、本発明の第3の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス103の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス103において、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス101と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス101と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス103は、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス101に対し、さらに第1のインダクタ10aと第2のインダクタ10bを有している。磁化自由層接続電極5は、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aを介して、第1のポート9a側の信号線路7に接続されている。第1のインダクタ10aは、第1の基準電圧端子14aを介してグラウンド8に接続され、第2のインダクタ10bは、磁化固定層接続電極6が接続された信号線路7とグラウンド8との間に接続されている。磁気抵抗効果素子1は磁化固定層2側が第2のポート9b側になるように信号線路7に接続されて、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子1の中を磁化自由層4から磁化固定層2の方向に流れるように配置されている。さらに、第1の基準電圧端子14aが第1のインダクタ10aを介して、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aが接続された信号線路7に接続され、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁化自由層接続電極5の中を磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bから磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aの方向に流れるように配置されている。磁気抵抗効果デバイス103のその他の構成は、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス101と同じである。
(Third Embodiment)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the
磁気抵抗効果素子1は、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子1の中を磁化自由層4から磁化固定層2の方向に流れるように配置されている。
The magnetoresistive effect element 1 is arranged so that a DC current input from the DC
第1のインダクタ10aおよび第2のインダクタ10bは、信号線路7とグラウンド8との間に接続され、インダクタ成分により電流の高周波成分をカットすると同時に電流の直流成分を通す機能を有する。第1のインダクタ10aおよび第2のインダクタ10bは、チップインダクタまたはパターン線路によるインダクタのどちらでもよい。また、インダクタ成分を有する抵抗素子でもよい。第1のインダクタ10aおよび第2のインダクタ10bのインダクタンス値は10nH以上であることが好ましい。第1のインダクタ10aにより、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5a、磁化自由層接続電極5、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5b、信号線路7、直流電圧入力端子11、直流電圧源13、第1のインダクタ10a、第1の基準電圧端子14a、およびグラウンド8を含む閉回路に、直流電圧入力端子11から印加された直流電流を流すことが出来る。また同時に、第2のインダクタ10bにより、磁化固定層接続電極6、磁気抵抗効果素子1、磁化自由層接続電極5、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5b、信号線路7、直流電圧入力端子11、直流電圧源13、第2のインダクタ10b、およびグラウンド8を含む閉回路に、直流電圧入力端子11から印加された直流電流を流すことも出来る。また、第1のインダクタ10aと第2のインダクタ10bの抵抗成分を調整することで、それぞれの閉回路に流れる電流量を調整することも出来る。
The
磁場印加機構12は、磁気抵抗効果素子1の近傍に配設され、磁気抵抗効果素子1に磁場を印加して、スピントルク共鳴周波数を設定可能となっている。例えば、磁場印加機構12は、電圧または電流のいずれかにより、印加磁場強度を可変制御できる電磁石型あるいはストリップライン型で構成される。また、磁場印加機構12は、電磁石型あるいはストリップライン型と一定の磁場のみを供給する永久磁石との組み合わせにより構成されていてもよい。磁場印加機構12は、磁気抵抗効果素子1に印加する磁場を変化させることで、磁化自由層4における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数を変化可能となっている。
The magnetic
ここで、スピントルク共鳴現象関係するトルクについて説明する。 Here, the torque related to the spin torque resonance phenomenon will be described.
磁気抵抗効果素子1の中を磁化自由層4から磁化固定層2の方向に流れる直流電流を磁気抵抗効果素子1に印加しながら、磁気抵抗効果素子1にスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、磁気抵抗効果素子1は、スピントランスファートルクにより、入力された高周波信号と同位相の状態で、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化し、この高周波信号に対するインピーダンスは減少する。つまり、磁気抵抗効果素子1は、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが減少する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
A high-frequency signal having the same frequency as the spin torque resonance frequency is applied to the magnetoresistive effect element 1 while applying a direct current flowing in the magnetoresistive effect element 1 in the direction from the magnetization
さらに、磁化自由層4が接する磁化自由層接続電極5の中を、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bから磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aに直流電流を流すことで、スピントランスファートルクと同じ方向に、スピン軌道トルクを誘起させることが出来る。スピントランスファートルクとスピン軌道トルクの合成により、振動する磁化自由層の磁化の振幅を更に大きくすることが出来る。つまり、抵抗振動の振幅を増加させることが出来るため、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが、更に大きく減少する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
Further, a direct current is caused to flow from the second
スピントルク共鳴周波数は、磁化自由層4における有効磁場によって変化する。磁化自由層4における有効磁場Heffは、磁化自由層4に印加される外部磁場HE、磁化自由層4における異方性磁場Hk、磁化自由層4における反磁場HD、磁化自由層4における交換結合磁場HEXを用いて、
Heff=HE+Hk+HD+HEX
で表される。磁場印加機構12は、磁気抵抗効果素子1に磁場を印加し、磁化自由層4に外部磁場HEを印加することにより、磁化自由層4における有効磁場Heffを設定可能な有効磁場設定機構である。有効磁場設定機構である磁場印加機構12は、磁気抵抗効果素子1に印加する磁場を変化させることで、磁化自由層4における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数を変化させることが出来る。このように、磁気抵抗効果素子1に印加される磁場を変化させると、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数は変化する。
The spin torque resonance frequency changes depending on the effective magnetic field in the magnetization
Heff=HE+Hk+HD+HEX
It is represented by. The magnetic
また、スピントルク共鳴時に磁気抵抗効果素子1に直流電流が印加されることにより、スピントランスファートルクが増加して、振動する抵抗値の振幅が増加する。振動する抵抗値の振幅が増加することにより、磁気抵抗効果素子1の素子インピーダンスの変化量が増加する。また、印加される直流電流の電流密度を変化させると、スピントルク共鳴周波数は変化する。したがって、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数は、磁場印加機構12からの磁場を変化させるか、直流電圧入力端子11から入力される印加直流電流を変化させることにより変化させることが出来る。磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流の電流密度は、それぞれ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直流電流の印加により、磁気抵抗効果素子の磁化自由層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。
Further, when a DC current is applied to the magnetoresistive effect element 1 at the time of spin torque resonance, the spin transfer torque increases and the amplitude of the oscillating resistance value increases. As the amplitude of the oscillating resistance value increases, the amount of change in the element impedance of the magnetoresistive effect element 1 increases. Further, when the current density of the applied direct current is changed, the spin torque resonance frequency changes. Therefore, the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 1 can be changed by changing the magnetic field from the magnetic
また、同一の磁場および同一の電流密度の直流電流が磁気抵抗効果素子に印加された状態で考えると、磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比が大きくなるに従って磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は高くなる。ここで「平面視形状のアスペクト比」とは、磁気抵抗効果素子の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の、短辺の長さに対する長辺の長さの比率のことである。 Further, when a DC current having the same magnetic field and the same current density is applied to the magnetoresistive effect element, the spin torque resonance of the magnetoresistive effect element increases as the aspect ratio of the magnetoresistive effect element in plan view increases. The frequency will be higher. Here, the “aspect ratio of the plan view shape” is the ratio of the length of the long side to the length of the short side of the rectangle circumscribing the plan view shape of the magnetoresistive effect element in the minimum area.
磁場印加機構12から磁気抵抗効果素子1に印加される磁場角度(磁化固定層の磁化と磁化自由層の磁化の相対角度)は、90°以上が好ましい。磁場角度が90°以上の場合、スピントランスファートルクおよびスピン軌道トルクと逆方向で磁化自由層の磁化が歳差運動を維持することが出来る。つまり、抵抗振動の振幅を増加させることが出来るため、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが、更に大きく変化する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
The magnetic field angle (the relative angle between the magnetization of the magnetization fixed layer and the magnetization of the magnetization free layer) applied to the magnetoresistive effect element 1 from the magnetic
このように、磁気抵抗効果デバイス103では、第1のポート9aから入力された、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍でない高周波信号の周波数成分は、第2のポート9bに対し遮断され、スピントルク共鳴周波数の近傍の高周波信号の周波数成分は、第2のポート9bに対し通過する。つまり、磁気抵抗効果デバイス101は、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が通過帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス103は、帯域通過型のフィルタ(バンドパスフィルタ)となる。
As described above, in the
図7および図8に、磁気抵抗効果デバイス103に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図7および図8の縦軸は減衰量IL(dB)、横軸は周波数F(Hz)を表している。図7は、磁気抵抗効果素子1に印加された磁場が一定の時のグラフである。図7のプロット線100d1は、直流電圧入力端子11から磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流値がId1の時のものであり、プロット線100d2は直流電圧入力端子11から磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流値がId2の時のものである。この時の直流電流値の関係は、Id1<Id2である。また、図8は、磁気抵抗効果素子1に印加された直流電流が一定の時のグラフである。図8のプロット線100e1は、磁場印加機構12から磁気抵抗効果素子1に印加される磁場強度がHe1の時のものであり、プロット線100e2は磁場印加機構12から磁気抵抗効果素子1に印加される磁場強度がHe2の時のものである。この時の磁場強度の関係は、He1<He2である。
7 and 8 are graphs showing the relationship between the frequency and the attenuation of the high frequency signal input to the
例えば、図7に示されるように、直流電圧入力端子11から磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流値をId1からId2に大きくした場合、電流値の変化に伴い磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数(通過帯域の周波数)での、磁気抵抗効果素子1の素子インピーダンスの変化量が増加することで、第2のポート9bから出力される高周波信号がさらに大きくなり、通過損失が小さくなる。したがって、磁気抵抗効果デバイス103は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタを実現することが可能となる。また、直流電流値をId1からId2に大きくすると磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数はfd1からfd2にシフトする。すなわち通過周波数帯域は低周波数側へシフトする。つまり、磁気抵抗効果デバイス103は、通過周波数帯域の周波数を変化可能な高周波フィルタとして機能することも出来る。
For example, as shown in FIG. 7, when the DC current value applied from the DC
さらに、例えば、図8に示されるように、磁場印加機構12から印加される磁場強度をHe1からHe2に強くした場合、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数はfe1からfe2にシフトする。すなわち、通過周波数帯域は高周波数側へシフトする。また、磁場強度(磁化自由層4における有効磁場Heff)を変化させる方が、直流電流値を変化させるよりも大きく通過周波数帯域をシフトさせることができる。つまり、磁気抵抗効果デバイス103は、通過周波数帯域の周波数を変化可能な高周波フィルタとして機能することが出来る。
Further, for example, as shown in FIG. 8, when the magnetic field strength applied from the magnetic
なお、磁気抵抗効果素子1に印加される外部磁場HE(磁化自由層4における有効磁場Heff)が大きくなるに従って、磁気抵抗効果素子1の振動する抵抗値の振幅が小さくなるので、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場HE(磁化自由層4における有効磁場Heff)を大きくするのに伴い、磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流の電流密度を大きくすることが好ましい。 As the external magnetic field H E (effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 4) applied to the magnetoresistive effect element 1 increases, the amplitude of the oscillating resistance value of the magnetoresistive effect element 1 decreases. It is preferable to increase the current density of the direct current applied to the magnetoresistive effect element 1 as the external magnetic field H E (effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 4) applied to the effect element is increased.
このように、磁気抵抗効果デバイス103は、磁化固定層2、磁化自由層4およびこれらの間に配置されたスペーサ層3を有する磁気抵抗効果素子1と、磁化自由層4が接続され磁化自由層接続電極5と、磁化固定層2が接続された磁化固定層接続電極6と、磁化自由層4と接続された接続部を挟んだ磁化自由層接続電極5の一端である磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aと、磁化自由層4と接続された接続部を挟んだ磁化自由層接続電極5の他端である磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bと、高周波信号が入力される第1のポート9aと、高周波信号が出力される第2のポート9bと、信号線路7と、直流電圧入力端子11と、第1の基準電圧端子14a、第1のインダクタ10aと第2のインダクタ10bを有し、第1のインダクタ10aは、第1の基準電圧端子14を介してグラウンド8に間に接続され、第2のインダクタ10bは、磁化固定層接続電極6が接続された信号線路7とグラウンド8との間に接続されている。磁気抵抗効果素子1は磁化固定層2側が第2のポート9b側になるように信号線路7に接続されて、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子1の中を磁化自由層4から磁化固定層2の方向に流れるように配置されている。さらに、第1の基準電圧端子14aが第1のインダクタ10aを介して、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aが接続された信号線路7に接続され、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁化自由層接続電極5の中を磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bから磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aの方向に流れるように配置されている。
As described above, in the
したがって、磁気抵抗効果素子1に第1のポート9aから信号線路7を介して高周波信号が入力されることにより、磁気抵抗効果素子1にスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、磁気抵抗効果素子1の中を磁化自由層4から磁化固定層2の方向に直流電流が流れることにより、スピントランスファートルクを誘起させることが出来、磁気抵抗効果素子1は、第1のポートから入力された高周波信号と同位相の状態で、スピントルク共鳴周波数に対応した周波数で周期的に抵抗値が振動する素子として扱うことが出来る。さらに、磁化自由層接続電極5の中を、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bから磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aに直流電流を流すことで、スピントランスファートルクと同じ方向に、スピン軌道トルクを誘起させることが出来、振動する抵抗の振幅を大きくすることが出来る。この効果により、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する磁気抵抗効果素子1の素子インピーダンスが大きく減少する。つまり、磁気抵抗効果デバイス103は、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことが可能となる。
Therefore, by inputting a high frequency signal from the
さらに、遮断特性と通過特性のレンジを大きくするためには、磁化自由層4が膜面法線方向に磁化容易軸を有し、磁化固定層2が膜面方向に磁化容易軸を有する構成とすることが好ましい。
Further, in order to increase the range of the cutoff characteristic and the pass characteristic, the magnetization
また、直流電圧入力端子11から印加される直流電流を変化させることにより、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数を可変制御することができるため、磁気抵抗効果デバイス103は、周波数可変フィルタとして機能することも可能となる。
Further, since the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 1 can be variably controlled by changing the DC current applied from the DC
さらに、磁気抵抗効果デバイス103は、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数を設定可能な周波数設定機構としての磁場印加機構12を有するので、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数を任意の周波数にすることができる。したがって、磁気抵抗効果デバイス103は、任意の周波数帯のフィルタとして機能することが可能となる。
Further, since the
さらに、磁気抵抗効果デバイス103は、磁場印加機構12が、磁化自由層4における有効磁場を設定可能な有効磁場設定機構であり、磁化自由層4における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数を変化可能であるので、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
Further, in the
また、磁気抵抗効果デバイス103では、第1のポート9a側の信号線路7が磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aに接続されている例で説明したが、信号線路7が直接、磁化自由層接続電極5に接続されてもよい。
In the
(第4の実施形態)
図9は、本発明の第4の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス104の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス104において、第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス103と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス103と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス104は、第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス103に対し、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子1の中を磁化固定層2から磁化自由層4の方向に流れるように配置されている。さらに、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁化自由層接続電極5の中を磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aから磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bの方向に流れるように配置されている。磁気抵抗効果デバイス104のその他の構成は、第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス103と同じである。
(Fourth Embodiment)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the
磁気抵抗効果素子1は、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子1の中を磁化固定層2から磁化自由層4の方向に流れるように配置されている。
The magnetoresistive effect element 1 is arranged so that a DC current input from the DC
ここで、スピントルク共鳴現象関係するトルクについて説明する。 Here, the torque related to the spin torque resonance phenomenon will be described.
磁気抵抗効果素子1の中を磁化固定層2から磁化自由層4の方向に流れる直流電流を磁気抵抗効果素子1に印加しながら、磁気抵抗効果素子1にスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、磁気抵抗効果素子1は、スピントランスファートルクにより、入力された高周波信号とは位相が180°異なる状態で、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化し、この高周波信号に対するインピーダンスは増加する。つまり、磁気抵抗効果素子1は、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが増加する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
A high-frequency signal having the same frequency as the spin torque resonance frequency is applied to the magnetoresistive effect element 1 while applying a direct current flowing in the magnetoresistive effect element 1 in the direction from the magnetization fixed
さらに、磁化自由層4が接する磁化自由層接続電極5の中を、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aから磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bに直流電流を流すことで、スピントランスファートルクと同じ方向に、スピン軌道トルクを誘起させることが出来る。スピントランスファートルクとスピン軌道トルクの合成により、振動する磁化自由層の磁化の振幅を更に大きくすることが出来る。つまり、抵抗振動の振幅を増加させることが出来るため、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが、更に大きく増加する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
Further, a direct current is caused to flow from the first
磁場印加機構12から磁気抵抗効果素子1に印加される磁場角度(磁化固定層の磁化と磁化自由層の磁化の相対角度)は、90°以下が好ましい。磁場角度が90°以下の場合、スピントランスファートルクおよびスピン軌道トルクと逆方向で磁化自由層の磁化が歳差運動を維持することが出来る。つまり、抵抗振動の振幅を増加させることが出来るため、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが、更に大きく変化する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
The magnetic field angle (relative angle between the magnetization of the magnetization fixed layer and the magnetization of the magnetization free layer) applied to the magnetoresistive effect element 1 from the magnetic
このように、磁気抵抗効果デバイス104では、第1のポート9aから入力された、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍でない高周波信号の周波数成分は、第2のポート9bに対し通過され、スピントルク共鳴周波数の近傍の高周波信号の周波数成分は、第2のポート9bに対し遮断する。つまり、磁気抵抗効果デバイス104は、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス104は、帯域遮断型のフィルタ(バンドエリミネーションフィルタ)となる。
As described above, in the
図10および図11に、磁気抵抗効果デバイス104に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図10および図11の縦軸は減衰量IL(dB)、横軸は周波数F(Hz)を表している。図10は、磁気抵抗効果素子1に印加された磁場が一定の時のグラフである。図10のプロット線100g1は、直流電圧入力端子11から磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流値がIg1の時のものあり、プロット線100g2は直流電圧入力端子11から磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流値がIg2の時のものである。この時の直流電流値の関係は、Ig1<Ig2である。また、図11は、磁気抵抗効果素子1に印加された直流電流が一定の時のグラフである。図11のプロット線100h1は、磁場印加機構12から磁気抵抗効果素子1に印加される磁場強度がHh1の時のものであり、プロット線100h2は磁場印加機構12から磁気抵抗効果素子1に印加される磁場強度がHh2の時のものである。この時の磁場強度の関係は、Hh1<Hh2である。
10 and 11 are graphs showing the relationship between the frequency and the attenuation amount of the high frequency signal input to the
例えば、図11に示されるように、直流電圧入力端子11から磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流値をIg1からIg2に大きくした場合、電流値の変化に伴い磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数(遮断帯域の周波数)での、磁気抵抗効果素子1の素子インピーダンスの変化量が増加することで、第2のポート9bから出力される高周波信号がさらに小さくなり、通過損失が大きくなる。したがって、磁気抵抗効果デバイス104は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタを実現することが可能となる。また、直流電流値をIg1からIg2に大きくすると磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数はfg1からfg2にシフトする。すなわち通過周波数帯域は低周波数側へシフトする。つまり、磁気抵抗効果デバイス104は、遮断周波数帯域の周波数を変化可能な高周波フィルタとして機能することも出来る。
For example, as shown in FIG. 11, when the DC current value applied from the DC
さらに、例えば、図11に示されるように、磁場印加機構12から印加される磁場強度をHh1からHh2に強くした場合、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数はfh1からfh2にシフトする。すなわち、遮断周波数帯域は高周波数側へシフトする。また、磁場強度(磁化自由層4における有効磁場Heff)を変化させる方が、直流電流値を変化させるよりも大きく遮断周波数帯域をシフトさせることができる。つまり、磁気抵抗効果デバイス104は、遮断周波数帯域の周波数を変化可能な高周波フィルタとして機能することが出来る。
Further, for example, as shown in FIG. 11, when the magnetic field strength applied from the magnetic
このように、磁気抵抗効果デバイス104は、磁化固定層2、磁化自由層4およびこれらの間に配置されたスペーサ層3を有する磁気抵抗効果素子1と、磁化自由層4が接続され磁化自由層接続電極5と、磁化固定層2が接続された磁化固定層接続電極6と、磁化自由層4と接続された接続部を挟んだ磁化自由層接続電極5の一端である磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aと、磁化自由層4と接続された接続部を挟んだ磁化自由層接続電極5の他端である磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bと、高周波信号が入力される第1のポート9aと、高周波信号が出力される第2のポート9bと、信号線路7と、直流電圧入力端子11と、第1の基準電圧端子14a、第1のインダクタ10aと第2のインダクタ10bを有し、第1のインダクタ10aは、第1の基準電圧端子14aを介しグラウンド8に間に接続され、第2のインダクタ10bは、磁化固定層接続電極6が接続された信号線路7とグラウンド8との間に接続されている。磁気抵抗効果素子1は磁化固定層2側が第2のポート9b側になるように信号線路7に接続されて、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子1の中を磁化固定層2から磁化自由層4の方向に流れるように配置されている。さらに、第1の基準電圧端子14aが第1のインダクタ10aを介して、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aが接続された信号線路7に接続され、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁化自由層接続電極5の中を磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aから磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bの方向に流れるように配置されている。
As described above, in the
したがって、磁気抵抗効果素子1に第1のポート9aから信号線路7を介して高周波信号が入力されることにより、磁気抵抗効果素子1にスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、磁気抵抗効果素子1の中を磁化固定層2から磁化自由層4の方向に直流電流が流れることにより、スピントランスファートルクを誘起させることが出来、磁気抵抗効果素子1は、第1のポートから入力された高周波信号と180°位相が異なった状態で、スピントルク共鳴周波数に対応した周波数で周期的に抵抗値が振動する素子として扱うことが出来る。さらに、磁化自由層接続電極5の中を、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aから磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bに直流電流を流すことで、スピントランスファートルクと同じ方向に、スピン軌道トルクを誘起させることが出来、振動する抵抗の振幅を大きくすることが出来る。この効果により、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する磁気抵抗効果素子1の素子インピーダンスが大きく増加する。つまり、磁気抵抗効果デバイス104は、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことが可能となる。
Therefore, by inputting a high frequency signal from the
(第5の実施形態)
図12は、本発明の第5の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス105の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス105において、第2の実施形態の磁気抵抗効果デバイス102と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第2の実施形態の磁気抵抗効果デバイス102と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス105は、第2の実施形態の磁気抵抗効果デバイス103に対し、さらに第1のインダクタ10aと、第2の基準電圧端子14bとを有している。第1のポート9a、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5a、磁化自由層接続電極5、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bおよび第2のポート9bが信号線路7を介してこの順に直列接続されている。第1の基準電圧端子14aは、第1のインダクタ10aを介して、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aが接続された信号線路7に接続され、直流電圧入力端子11は、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bが接続された信号線路7に接続されている。第1のインダクタ10aは、第1の基準電圧端子14aを介してグラウンド8に接続されている。磁気抵抗効果素子1は磁化固定層2側が第2の基準電圧端子14bを介し、グラウンド8に接続されて、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子1の中を磁化自由層4から磁化固定層2の方向に流れるように配置されている。さらに、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁化自由層接続電極5の中を磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bから磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aの方向に流れるように配置されている。磁気抵抗効果デバイス105のその他の構成は、第2の実施形態の磁気抵抗効果デバイス102と同じである。
(Fifth Embodiment)
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the
磁気抵抗効果素子1は、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子1の中を磁化自由層4から磁化固定層2の方向に流れるように配置されている。
The magnetoresistive effect element 1 is arranged so that a DC current input from the DC
第1のインダクタ10aは、信号線路7とグラウンド8との間に接続され、インダクタ成分により電流の高周波成分をカットすると同時に電流の直流成分を通す機能を有する。第1のインダクタ10aは、チップインダクタまたはパターン線路によるインダクタのどちらでもよい。また、インダクタ成分を有する抵抗素子でもよい。第1のインダクタ10aのインダクタンス値は10nH以上であることが好ましい。第1のインダクタ10aにより、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5a、磁化自由層接続電極5、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5b、信号線路7、直流電圧入力端子11、直流電圧源13、第1のインダクタ10a、第1の基準電圧端子14a、およびグラウンド8を含む閉回路に、直流電圧入力端子11から印加された直流電流を流すことが出来る。また、第1のインダクタ10aの抵抗成分と磁気抵抗効果素子1および磁化固定層接続電極6とグラウンド8間の抵抗成分を調整することで、磁化自由層接続電極の中に流れる電流量を調整することも出来る。
The
磁場印加機構12は、磁気抵抗効果素子1の近傍に配設され、磁気抵抗効果素子1に磁場を印加して、スピントルク共鳴周波数を設定可能となっている。例えば、磁場印加機構12は、電圧または電流のいずれかにより、印加磁場強度を可変制御できる電磁石型あるいはストリップライン型で構成される。また、磁場印加機構12は、電磁石型あるいはストリップライン型と一定の磁場のみを供給する永久磁石との組み合わせにより構成されていてもよい。磁場印加機構12は、磁気抵抗効果素子1に印加する磁場を変化させることで、磁化自由層4における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数を変化可能となっている。
The magnetic
ここで、スピントルク共鳴現象関係するトルクについて説明する。 Here, the torque related to the spin torque resonance phenomenon will be described.
磁気抵抗効果素子1の中を磁化自由層4から磁化固定層2の方向に流れる直流電流を磁気抵抗効果素子1に印加しながら、磁気抵抗効果素子1にスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、磁気抵抗効果素子1は、スピントランスファートルクにより、入力された高周波信号と同位相の状態で、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化し、この高周波信号に対するインピーダンスは減少する。つまり、磁気抵抗効果素子1は、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが減少する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
A high-frequency signal having the same frequency as the spin torque resonance frequency is applied to the magnetoresistive effect element 1 while applying a direct current flowing in the magnetoresistive effect element 1 in the direction from the magnetization
さらに、磁化自由層4が接する磁化自由層接続電極5の中を、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bから磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aに直流電流を流すことで、スピントランスファートルクと同じ方向に、スピン軌道トルクを誘起させることが出来る。スピントランスファートルクとスピン軌道トルクの合成により、振動する磁化自由層の磁化の振幅を更に大きくすることが出来る。つまり、抵抗振動の振幅を増加させることが出来るため、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが、更に大きく減少する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
Further, a direct current is caused to flow from the second
スピントルク共鳴周波数は、磁化自由層4における有効磁場によって変化する。磁化自由層4における有効磁場Heffは、磁化自由層4に印加される外部磁場HE、磁化自由層4における異方性磁場Hk、磁化自由層4における反磁場HD、磁化自由層4における交換結合磁場HEXを用いて、
Heff=HE+Hk+HD+HEX
で表される。磁場印加機構12は、磁気抵抗効果素子1に磁場を印加し、磁化自由層4に外部磁場HEを印加することにより、磁化自由層4における有効磁場Heffを設定可能な有効磁場設定機構である。有効磁場設定機構である磁場印加機構12は、磁気抵抗効果素子1に印加する磁場を変化させることで、磁化自由層4における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数を変化させることが出来る。このように、磁気抵抗効果素子1に印加される磁場を変化させると、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数は変化する。
The spin torque resonance frequency changes depending on the effective magnetic field in the magnetization
Heff=HE+Hk+HD+HEX
It is represented by. The magnetic
また、スピントルク共鳴時に磁気抵抗効果素子1に直流電流が印加されることにより、スピントランスファートルクが増加して、振動する抵抗値の振幅が増加する。振動する抵抗値の振幅が増加することにより、磁気抵抗効果素子1の素子インピーダンスの変化量が増加する。また、印加される直流電流の電流密度を変化させると、スピントルク共鳴周波数は変化する。したがって、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数は、磁場印加機構12からの磁場を変化させるか、直流電圧入力端子11から入力される印加直流電流を変化させることにより変化させることが出来る。磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流の電流密度は、それぞれ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直流電流の印加により、磁気抵抗効果素子の磁化自由層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。
Further, when a DC current is applied to the magnetoresistive effect element 1 at the time of spin torque resonance, the spin transfer torque increases and the amplitude of the oscillating resistance value increases. As the amplitude of the oscillating resistance value increases, the amount of change in the element impedance of the magnetoresistive effect element 1 increases. Further, when the current density of the applied direct current is changed, the spin torque resonance frequency changes. Therefore, the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 1 can be changed by changing the magnetic field from the magnetic
また、同一の磁場および同一の電流密度の直流電流が磁気抵抗効果素子に印加された状態で考えると、磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比が大きくなるに従って磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は高くなる。ここで「平面視形状のアスペクト比」とは、磁気抵抗効果素子の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の、短辺の長さに対する長辺の長さの比率のことである。 Further, when a DC current having the same magnetic field and the same current density is applied to the magnetoresistive effect element, the spin torque resonance of the magnetoresistive effect element increases as the aspect ratio of the magnetoresistive effect element in plan view increases. The frequency will be higher. Here, the “aspect ratio of the plan view shape” is the ratio of the length of the long side to the length of the short side of the rectangle circumscribing the plan view shape of the magnetoresistive effect element in the minimum area.
磁場印加機構12から磁気抵抗効果素子1に印加される磁場角度(磁化固定層の磁化と磁化自由層の磁化の相対角度)は、90°以上が好ましい。磁場角度が90°以上の場合、スピントランスファートルクおよびスピン軌道トルクと逆方向で磁化自由層の磁化が歳差運動を維持することが出来る。つまり、抵抗振動の振幅を増加させることが出来るため、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが、更に大きく変化する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
The magnetic field angle (the relative angle between the magnetization of the magnetization fixed layer and the magnetization of the magnetization free layer) applied to the magnetoresistive effect element 1 from the magnetic
このように、磁気抵抗効果デバイス105では、第1のポート9aから入力された、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍でない高周波信号の周波数成分は、高インピーダンス状態の磁気抵抗効果素子1を通ることなく、第2のポート9bに対し通過する。また、第1のポート9aから入力された、スピントルク共鳴周波数の近傍の高周波信号の周波数成分は、低インピーダンス状態の磁気抵抗効果素子1を通りグランド8に流れ、第2のポート9bに対し遮断する。つまり、磁気抵抗効果デバイス105は、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス105は、帯域遮断型のフィルタ(バンドエリミネーションフィルタ)となる。
As described above, in the
図13および図14に、磁気抵抗効果デバイス105に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図13および図14の縦軸は減衰量IL(dB)、横軸は周波数F(Hz)を表している。図13は、磁気抵抗効果素子1に印加された磁場が一定の時のグラフである。図13のプロット線100i1は、直流電圧入力端子11から磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流値がIi1の時のものあり、プロット線100i2は直流電圧入力端子11から磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流値がIi2の時のものである。この時の直流電流値の関係は、Ii1<Ii2である。また、図14は、磁気抵抗効果素子1に印加された直流電流が一定の時のグラフである。図14のプロット線100j1は、磁場印加機構12から磁気抵抗効果素子1に印加される磁場強度がHj1の時のものであり、プロット線100j2は磁場印加機構12から磁気抵抗効果素子1に印加される磁場強度がHj2の時のものである。この時の磁場強度の関係は、Hj1<Hj2である。
13 and 14 are graphs showing the relationship between the frequency and the attenuation amount of the high frequency signal input to the
例えば、図13に示されるように、直流電圧入力端子11から磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流値をIi1からIi2に大きくした場合、電流値の変化に伴い磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数(遮断帯域の周波数)での、磁気抵抗効果素子1の素子インピーダンスの変化量が増加することで、第2のポート9bから出力される高周波信号がさらに小さくなり、通過損失が大きくなる。したがって、磁気抵抗効果デバイス105は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタを実現することが可能となる。また、直流電流値をIi1からIi2に大きくすると磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数はfi1からfi2にシフトする。すなわち通過周波数帯域は低周波数側へシフトする。つまり、磁気抵抗効果デバイス105は、遮断周波数帯域の周波数を変化可能な高周波フィルタとして機能することも出来る。
For example, as shown in FIG. 13, when the DC current value applied from the DC
さらに、例えば、図14に示されるように、磁場印加機構12から印加される磁場強度をHj1からHj2に強くした場合、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数はfj1からfj2にシフトする。すなわち、遮断周波数帯域は高周波数側へシフトする。また、磁場強度(磁化自由層4における有効磁場Heff)を変化させる方が、直流電流値を変化させるよりも大きく遮断周波数帯域をシフトさせることができる。つまり、磁気抵抗効果デバイス105は、遮断周波数帯域の周波数を変化可能な高周波フィルタとして機能することが出来る。
Further, for example, as shown in FIG. 14, when the magnetic field strength applied from the magnetic
なお、磁気抵抗効果素子1に印加される外部磁場HE(磁化自由層4における有効磁場Heff)が大きくなるに従って、磁気抵抗効果素子1の振動する抵抗値の振幅が小さくなるので、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場HE(磁化自由層4における有効磁場Heff)を大きくするのに伴い、磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流の電流密度を大きくすることが好ましい。 As the external magnetic field H E (effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 4) applied to the magnetoresistive effect element 1 increases, the amplitude of the oscillating resistance value of the magnetoresistive effect element 1 decreases. It is preferable to increase the current density of the direct current applied to the magnetoresistive effect element 1 as the external magnetic field H E (effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 4) applied to the effect element is increased.
このように、磁気抵抗効果デバイス105は、磁化固定層2、磁化自由層4およびこれらの間に配置されたスペーサ層3を有する磁気抵抗効果素子1と、磁化自由層4が接続され磁化自由層接続電極5と、磁化固定層2が接続された磁化固定層接続電極6と、磁化自由層4と接続された接続部を挟んだ磁化自由層接続電極5の一端である磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aと、磁化自由層4と接続された接続部を挟んだ磁化自由層接続電極5の他端である磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bと、高周波信号が入力される第1のポート9aと、高周波信号が出力される第2のポート9bと、信号線路7と、直流電圧入力端子11と、第1の基準電圧端子14a、第2の基準電圧端子14b、第1のインダクタ10aを有し、第1のインダクタ10aは、第1の基準電圧端子14aを介し、グラウンド8に接続されている。磁気抵抗効果素子1は磁化固定層2側が第2の基準電圧端子14bを介し、グラウンド8に接続されて、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子1の中を磁化自由層4から磁化固定層2の方向に流れるように配置されている。さらに、第1の基準電圧端子14aが第1のインダクタ10aを介して、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aが接続された信号線路7に接続され、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁化自由層接続電極5の中を磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bから磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aの方向に流れるように配置されている。
Thus, in the
したがって、磁気抵抗効果素子1に第1のポート9aから信号線路7を介して高周波信号が入力されることにより、磁気抵抗効果素子1にスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、磁気抵抗効果素子1の中を磁化自由層4から磁化固定層2の方向に直流電流が流れることにより、スピントランスファートルクを誘起させることが出来、磁気抵抗効果素子1は、第1のポートから入力された高周波信号と同位相の状態で、スピントルク共鳴周波数に対応した周波数で周期的に抵抗値が振動する素子として扱うことが出来る。さらに、磁化自由層接続電極5の中を、磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bから磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aに直流電流を流すことで、スピントランスファートルクと同じ方向に、スピン軌道トルクを誘起させることが出来、振動する抵抗の振幅を大きくすることが出来る。この効果により、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する磁気抵抗効果素子1の素子インピーダンスが減少する。つまり、磁気抵抗効果デバイス105は、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことが可能となる。
Therefore, by inputting a high frequency signal from the
さらに、遮断特性と通過特性のレンジを大きくするためには、磁化自由層4が膜面法線方向に磁化容易軸を有し、磁化固定層2が膜面方向に磁化容易軸を有する構成とすることが好ましい。
Further, in order to increase the range of the cutoff characteristic and the pass characteristic, the magnetization
また、直流電圧入力端子11から印加される直流電流を変化させることにより、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数を可変制御することができるため、磁気抵抗効果デバイス105は、周波数可変フィルタとして機能することも可能となる。
Further, since the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 1 can be variably controlled by changing the direct current applied from the DC
さらに、磁気抵抗効果デバイス105は、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数を設定可能な周波数設定機構としての磁場印加機構12を有するので、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数を任意の周波数にすることができる。したがって、磁気抵抗効果デバイス105は、任意の周波数帯のフィルタとして機能することが可能となる。
Further, since the
さらに、磁気抵抗効果デバイス105は、磁場印加機構12が、磁化自由層4における有効磁場を設定可能な有効磁場設定機構であり、磁化自由層4における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数を変化可能であるので、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
Further, in the
また、磁気抵抗効果デバイス105では、第1のポート9a側の信号線路7が磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aに接続されている例で説明したが、信号線路7が直接、磁化自由層接続電極5に接続されてもよい。
In the
(第6の実施形態)
図15は、本発明の第6の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス106の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス106において、第5の実施形態の磁気抵抗効果デバイス105と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第5の実施形態の磁気抵抗効果デバイス105と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス106は、第5の実施形態の磁気抵抗効果デバイス105に対し、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子1の中を磁化固定層2から磁化自由層4の方向に流れるように配置されている。さらに、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁化自由層接続電極5の中を磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aから磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bの方向に流れるように配置されている。磁気抵抗効果デバイス106のその他の構成は、第5の実施形態の磁気抵抗効果デバイス105と同じである。
(Sixth Embodiment)
FIG. 15 is a schematic sectional view of the
磁気抵抗効果素子1は、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子1の中を磁化固定層2から磁化自由層4の方向に流れるように配置されている。
The magnetoresistive effect element 1 is arranged so that a DC current input from the DC
ここで、スピントルク共鳴現象関係するトルクについて説明する。 Here, the torque related to the spin torque resonance phenomenon will be described.
磁気抵抗効果素子1の中を磁化固定層2から磁化自由層4の方向に流れる直流電流を磁気抵抗効果素子1に印加しながら、磁気抵抗効果素子1にスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、磁気抵抗効果素子1は、スピントランスファートルクにより、入力された高周波信号とは位相が180°異なる状態で、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化し、この高周波信号に対するインピーダンスは増加する。つまり、磁気抵抗効果素子1は、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが増加する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
A high-frequency signal having the same frequency as the spin torque resonance frequency is applied to the magnetoresistive effect element 1 while applying a direct current flowing in the magnetoresistive effect element 1 in the direction from the magnetization fixed
さらに、磁化自由層4が接する磁化自由層接続電極5の中を、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aから磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bに直流電流を流すことで、スピントランスファートルクと同じ方向に、スピン軌道トルクを誘起させることが出来る。スピントランスファートルクとスピン軌道トルクの合成により、振動する磁化自由層の磁化の振幅を更に大きくすることが出来る。つまり、抵抗振動の振幅を増加させることが出来るため、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが、更に大きく増加する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
Further, in the magnetization free
磁場印加機構12から磁気抵抗効果素子1に印加される磁場角度(磁化固定層の磁化と磁化自由層の磁化の相対角度)は、90°以下が好ましい。磁場角度が90°以下の場合、スピントランスファートルクおよびスピン軌道トルクと逆方向で磁化自由層の磁化が歳差運動を維持することが出来る。つまり、抵抗振動の振幅を増加させることが出来るため、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが、更に大きく変化する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
The magnetic field angle (relative angle between the magnetization of the magnetization fixed layer and the magnetization of the magnetization free layer) applied to the magnetoresistive effect element 1 from the magnetic
このように、磁気抵抗効果デバイス106では、第1のポート9aから入力された、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍でない高周波信号の周波数成分は、低インピーダンス状態の磁気抵抗効果素子1を通りグランド8に流れ、第2のポート9bに対し遮断する。また、第1のポート9aから入力された、スピントルク共鳴周波数の近傍の高周波信号の周波数成分は、高インピーダンス状態の磁気抵抗効果素子1を通ることなく、第2のポート9bに対し通過する。つまり、磁気抵抗効果デバイス106は、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が通過帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス106は、帯域通過型のフィルタ(バンドパスフィルタ)となる。
As described above, in the
図16および図17に、磁気抵抗効果デバイス106に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図16および図17の縦軸は減衰量IL(dB)、横軸は周波数F(Hz)を表している。図16は、磁気抵抗効果素子1に印加された磁場が一定の時のグラフである。図16のプロット線100k1は、直流電圧入力端子11から磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流値がIk1の時のものあり、プロット線100k2は直流電圧入力端子11から磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流値がIk2の時のものである。この時の直流電流値の関係は、Ik1<Ik2である。また、図17は、磁気抵抗効果素子1に印加された直流電流が一定の時のグラフである。図17のプロット線100l1は、磁場印加機構12から磁気抵抗効果素子1に印加される磁場強度がHl1の時のものであり、プロット線100l2は磁場印加機構12から磁気抵抗効果素子1に印加される磁場強度がHl2の時のものである。この時の磁場強度の関係は、Hl1<Hl2である。
16 and 17 are graphs showing the relationship between the frequency and the amount of attenuation of the high frequency signal input to the
例えば、図16に示されるように、直流電圧入力端子11から磁気抵抗効果素子1に印加される直流電流値をIk1からIk2に大きくした場合、電流値の変化に伴い磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数(通過帯域の周波数)での、磁気抵抗効果素子1の素子インピーダンスの変化量が増加することで、第2のポート9bから出力される高周波信号がさらに大きくなり、通過損失が小さくなる。したがって、磁気抵抗効果デバイス106は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタを実現することが可能となる。また、直流電流値をIk1からIk2に大きくすると磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数はfk1からfk2にシフトする。すなわち通過周波数帯域は低周波数側へシフトする。つまり、磁気抵抗効果デバイス106は、通過周波数帯域の周波数を変化可能な高周波フィルタとして機能することも出来る。
For example, as shown in FIG. 16, when the DC current value applied from the DC
さらに、例えば、図17に示されるように、磁場印加機構12から印加される磁場強度をHl1からHl2に強くした場合、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数はfl1からfl2にシフトする。すなわち、通過周波数帯域は高周波数側へシフトする。また、磁場強度(磁化自由層4における有効磁場Heff)を変化させる方が、直流電流値を変化させるよりも大きく通過周波数帯域をシフトさせることができる。つまり、磁気抵抗効果デバイス106は、通過周波数帯域の周波数を変化可能な高周波フィルタとして機能することが出来る。
Further, for example, as shown in FIG. 17, when the magnetic field strength applied from the magnetic
このように、磁気抵抗効果デバイス106は、磁化固定層2、磁化自由層4およびこれらの間に配置されたスペーサ層3を有する磁気抵抗効果素子1と、磁化自由層4が接続され磁化自由層接続電極5と、磁化固定層2が接続された磁化固定層接続電極6と、磁化自由層4と接続された接続部を挟んだ磁化自由層接続電極5の一端である磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aと、磁化自由層4と接続された接続部を挟んだ磁化自由層接続電極5の他端である磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bと、高周波信号が入力される第1のポート9aと、高周波信号が出力される第2のポート9bと、信号線路7と、直流電圧入力端子11と、第1の基準電圧端子14aと、第2の基準電圧端子14bと、第1のインダクタ10aを有し、第1のインダクタ10aは、第1の基準電圧端子14aを介し、グラウンド8に接続されている。磁気抵抗効果素子1は磁化固定層2側がグラウンド8に接続されて、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子1の中を磁化固定層2から磁化自由層4の方向に流れるように配置されている。さらに、第1の基準電圧端子14aが第1のインダクタ10aを介して、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aが接続された信号線路7に接続され、直流電圧入力端子11から入力される直流電流が、磁化自由層接続電極5の中を磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aから磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bの方向に流れるように配置されている。
As described above, in the
したがって、磁気抵抗効果素子1に第1のポート9aから信号線路7を介して高周波信号が入力されることにより、磁気抵抗効果素子1にスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、磁気抵抗効果素子1の中を磁化固定層2から磁化自由層4の方向に直流電流が流れることにより、スピントランスファートルクを誘起させることが出来、磁気抵抗効果素子1は、第1のポートから入力された高周波信号と180°位相が異なった状態で、スピントルク共鳴周波数に対応した周波数で周期的に抵抗値が振動する素子として扱うことが出来る。さらに、磁化自由層接続電極5の中を、磁化自由層接続電極の第1の電極端部5aから磁化自由層接続電極の第2の電極端部5bに直流電流を流すことで、スピントランスファートルクと同じ方向に、スピン軌道トルクを誘起させることが出来、振動する抵抗の振幅を大きくすることが出来る。この効果により、磁気抵抗効果素子1のスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する磁気抵抗効果素子1の素子インピーダンスが大きく増加する。つまり、磁気抵抗効果デバイス106は、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことが可能となる。
Therefore, by inputting a high frequency signal from the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上記で説明した実施形態以外にも変更や構成要素の追加を行うことが可能である。例えば、第1のポート9aに接続された高周波回路に直流信号が流れるのを防ぐために、第1〜第6の実施形態における第1のインダクタ10aと信号線路7との接続部と第1のポート9aとの間の信号線路7に、直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続してもよい。また、第2のポート9bに接続された高周波回路に直流信号が流れるのを防ぐために、第1〜第6の実施形態における直流電圧入力端子11と信号線路7との接続部と第2のポート9bとの間の信号線路7に、直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続してもよい。
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, it is possible to make changes and add components other than the above-described embodiment. For example, in order to prevent a DC signal from flowing in the high-frequency circuit connected to the
また、第3〜第6の実施形態では、インダクタ10を用いた例で説明したが、インダクタ10にかえて、抵抗素子を用いても良い。この場合、抵抗素子は、信号線路7とグラウンド8との間に接続され、抵抗成分により電流の高周波成分をカットする機能を有する。この抵抗素子は、チップ抵抗またはパターン線路による抵抗のどちらでもよい。この抵抗素子の抵抗値は、信号線路7の特性インピーダンス以上であることが好ましい。例えば、信号線路7の特性インピーダンスが50Ωの場合、抵抗素子の抵抗値が50Ωの時は45%の高周波電力を抵抗素子によりカットし、抵抗素子の抵抗値が500Ωの時は90%の高周波電力を抵抗素子によりカットすることが可能となる。この抵抗素子により、磁気抵抗効果素子1を通過する高周波信号の特性を劣化させることなく、磁気抵抗効果素子1、信号線路7、抵抗素子、グラウンド8および直流電圧入力端子11を含む閉回路に、直流電圧入力端子11から印加された直流電流を流すことができる。
Further, in the third to sixth embodiments, the example using the inductor 10 has been described, but a resistor element may be used instead of the inductor 10. In this case, the resistance element is connected between the
インダクタ10にかえて抵抗素子を用いる場合は、抵抗素子(または第1の基準電圧端子14a)の信号線路7への接続部と第1のポート9aとの間の信号線路7に、直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続すること、および、直流電圧入力端子11(または抵抗素子)の信号線路7への接続部と第2のポート9bとの間の信号線路7に、直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続することが、磁気抵抗効果素子1、信号線路7、抵抗素子、グラウンド8および直流電圧入力端子11を含む閉回路に、直流電圧入力端子11から印加された直流電流を効率的に流すことができる点で好ましい。
When a resistance element is used instead of the inductor 10, a DC signal is applied to the
また、第1〜第6の実施形態において、磁気抵抗効果素子の中を流れる高周波信号の磁気抵抗効果素子に対する向きが、第1〜第6の実施形態の説明の中で図示されている向きとは反対になるように磁気抵抗効果素子が配置されていても良い。例えば、第1、第3および第4の実施形態では、磁気抵抗効果素子1の磁化自由層4側が第1のポート9a側に接続され、磁化固定層2側が第2のポート9b側に接続されているが、磁気抵抗効果素子1の磁化固定層2側が第1のポート9a側に接続され、磁化自由層4側が第2のポート9b側に接続されるようにしてもよい。
In addition, in the first to sixth embodiments, the orientation of the high-frequency signal flowing in the magnetoresistive effect element with respect to the magnetoresistive effect element is the same as the orientation illustrated in the description of the first to sixth embodiments. The magnetoresistive effect element may be arranged so as to be opposite. For example, in the first, third and fourth embodiments, the magnetization
また、第3〜第6の実施形態では、磁気抵抗効果デバイス103(104、105、106)が周波数設定機構(有効磁場設定機構)として磁場印加機構12を有する例で説明しているが、周波数設定機構(有効磁場設定機構)は、以下に示すような他の例でも良い。例えば、磁気抵抗効果素子に電場を印加し、その電場を変化させることにより、磁化自由層における異方性磁場Hkを変化させて磁化自由層における有効磁場を変化させ、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化させることができる。この場合、磁気抵抗効果素子に電場を印加する機構が、周波数設定機構(有効磁場設定機構)となる。また、磁化自由層の近傍に圧電体を設け、その圧電体に電場を印加して圧電体を変形させ、磁化自由層を歪ませることにより、磁化自由層における異方性磁場Hkを変化させて磁化自由層における有効磁場を変化させ、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化させることができる。この場合、圧電体に電場を印加する機構および圧電体が、周波数設定機構(有効磁場設定機構)となる。また、電気磁気効果を有する反強磁性体またはフェリ磁性体である制御膜を磁化自由層に磁気的に結合するように設け、制御膜に磁場および電場を印加し、制御膜に印加する磁場および電場の少なくとも一方を変化させることにより、磁化自由層における交換結合磁場HEXを変化させて磁化自由層における有効磁場を変化させ、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化させることができる。この場合、制御膜に磁場を印加する機構、制御膜に電場を印加する機構および制御膜が、周波数設定機構(有効磁場設定機構)となる。
Further, in the third to sixth embodiments, the magnetoresistive effect device 103 (104, 105, 106) is described as an example having the magnetic
また、周波数設定機構が無くても(磁場印加機構12からの磁場が印加されなくても)、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が所望の周波数である場合には、周波数設定機構(磁場印加機構12)は無くてもよい。
Further, even if there is no frequency setting mechanism (even if the magnetic field from the magnetic
1 磁気抵抗効果素子
2 磁化固定層
3 スペーサ層
4 磁化自由層
5 磁化自由層接続電極
5a 磁化自由層接続電極の第1の電極端部
5b 磁化自由層接続電極の第2の電極端部
6 磁化固定層接続電極
7 信号線路
8 グラウンド
9a 第1のポート
9b 第2のポート
10a 第1のインダクタ
10b 第2のインダクタ
11 直流電圧入力端子
12 磁場印加機構
13 直流電圧源
14a 第1の基準電圧端子
14b 第2の基準電圧端子
101、102、103、104、105、106 磁気抵抗効果デバイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記磁化自由層接続電極は、高周波信号を入力する第1のポートに接続されている、共振素子。 Magnetoresistive element having a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a spacer layer arranged therebetween, a magnetization free layer connecting electrode to which the magnetization free layer is connected, and a magnetization fixed to which the magnetization fixed layer is connected. A layer connection electrode, the magnetoresistive effect element is arranged between the magnetization free layer connection electrode and the magnetization fixed layer connection electrode, and the magnetization free layer connection electrode is the magnetization free layer connection electrode. The magnetic free layer has a first electrode end and a second electrode end sandwiching a connection part connected to the magnetization free layer, and the first electrode end of the magnetization free layer connection electrode has a first reference voltage. And a second electrode end of the magnetization free layer connecting electrode connected to a DC voltage input terminal for inputting a DC voltage to the magnetization free layer connecting electrode ,
A resonance element in which the magnetization free layer connection electrode is connected to a first port for inputting a high frequency signal .
前記磁気抵抗効果素子は、前記磁化自由層接続電極と前記磁化固定層接続電極との間に配置され、前記磁化自由層接続電極は、前記磁化自由層接続電極が前記磁化自由層と接続された接続部を挟んで第1の電極端部および第2の電極端部を有し、
前記磁気抵抗効果素子は、前記磁化自由層接続電極の第1の電極端部と前記磁化固定層接続電極が前記信号線路を介して前記第1のポートおよび前記第2のポートに直列接続され、前記磁化自由層接続電極の第2の電極端部は、前記直流電圧入力端子に接続され、前記第1の基準電圧端子は、前記磁化自由層接続電極の第1の電極端部が接続された前記信号線路に前記第1のインダクタまたは前記第1の抵抗素子を介して接続され、前記第2のインダクタまたは前記第2の抵抗素子は、前記磁化固定層接続電極が接続された前記信号線路とグラウンドとに接続されたことを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。 Magnetoresistive element having a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a spacer layer arranged therebetween, a magnetization free layer connecting electrode to which the magnetization free layer is connected, and a magnetization fixed to which the magnetization fixed layer is connected. A layer connection electrode, a first port for inputting a high frequency signal, a second port for outputting a high frequency signal, a signal line, a first inductor or a first resistance element, a second inductor or A second resistance element, a DC voltage input terminal, and a first reference voltage terminal,
The magnetoresistive effect element is arranged between the magnetization free layer connection electrode and the magnetization fixed layer connection electrode, and the magnetization free layer connection electrode has the magnetization free layer connection electrode connected to the magnetization free layer. Having a first electrode end and a second electrode end with the connection part interposed therebetween,
In the magnetoresistive effect element, the first electrode end of the magnetization free layer connection electrode and the magnetization fixed layer connection electrode are connected in series to the first port and the second port via the signal line, The second electrode end of the magnetization free layer connecting electrode is connected to the DC voltage input terminal, and the first reference voltage terminal is connected to the first electrode end of the magnetization free layer connecting electrode. The signal line is connected to the signal line via the first inductor or the first resistance element, and the second inductor or the second resistance element is connected to the signal line to which the magnetization fixed layer connection electrode is connected. A magnetoresistive effect device characterized by being connected to the ground.
前記磁気抵抗効果素子は、前記磁化自由層接続電極と前記磁化固定層接続電極との間に配置され、前記磁化自由層接続電極は、前記磁化自由層接続電極が前記磁化自由層と接続された接続部を挟んで第1の電極端部および第2の電極端部を有し、
前記磁化自由層接続電極は、前記磁化自由層接続電極の第1の電極端部と前記磁化自由層接続電極の第2の電極端部が前記信号線路を介して前記第1のポートおよび前記第2のポートに直列接続され、前記第1の基準電圧端子は、前記磁化自由層接続電極の第1の電極端部が接続された前記信号線路に前記第1のインダクタまたは前記第1の抵抗素子を介して接続され、前記直流電圧入力端子は、前記磁化自由層接続電極の第2の電極端部が接続された前記信号線路に接続され、前記磁化固定層接続電極は、前記第2の基準電圧端子に接続されたことを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。 Magnetoresistive element having a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a spacer layer arranged therebetween, a magnetization free layer connecting electrode to which the magnetization free layer is connected, and a magnetization fixed to which the magnetization fixed layer is connected. A layer connection electrode, a first port for inputting a high frequency signal, a second port for outputting a high frequency signal, a signal line, a first inductor or a first resistance element, and a DC voltage input terminal. , Having a first reference voltage terminal and a second reference voltage terminal,
The magnetoresistive effect element is arranged between the magnetization free layer connection electrode and the magnetization fixed layer connection electrode, and the magnetization free layer connection electrode has the magnetization free layer connection electrode connected to the magnetization free layer. Having a first electrode end and a second electrode end with the connection part interposed therebetween,
In the magnetization free layer connection electrode, a first electrode end of the magnetization free layer connection electrode and a second electrode end of the magnetization free layer connection electrode are connected to the first port and the first port via the signal line. 2 is connected in series to the first reference voltage terminal, and the first reference voltage terminal is connected to the signal line to which the first electrode end of the magnetization free layer connection electrode is connected to the first inductor or the first resistance element. The DC voltage input terminal is connected to the signal line to which the second electrode end of the magnetization free layer connection electrode is connected, and the magnetization fixed layer connection electrode is connected to the second reference line. A magnetoresistive device characterized by being connected to a voltage terminal.
ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の磁気抵抗効果デバイス。 The magnetoresistive effect device according to claim 4 or 5, further comprising a frequency setting mechanism capable of setting a spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element.
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