JP6863156B2 - AC generator - Google Patents

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Description

本発明は、交流発生装置に関するものである。 The present invention relates to an AC generator.

近年、高周波技術の進歩により、周波数が30GHz〜300GHzのミリ波や、テラヘルツ波の利用が盛んになってきている。高周波を利用してレーダーやセンサを動作させるためには、位相の制御が必要になるが、位相の制御は利用周波数が増加するに従って難しくなる。 In recent years, with the progress of high frequency technology, the use of millimeter waves and terahertz waves having a frequency of 30 GHz to 300 GHz has become popular. In order to operate radars and sensors using high frequencies, phase control is required, but phase control becomes more difficult as the frequency used increases.

例えば、複数のアンテナと、各アンテナに1つずつ取り付けられてアンテナから発信される電磁波の位相を制御する移相器とを備えるフェーズドアレイレーダーが提案されているが、一般に高周波電磁波の位相を制御できる移相器は大型であり、高価でもある。 For example, a phased array radar including a plurality of antennas and a phase shifter attached to each antenna to control the phase of electromagnetic waves transmitted from the antennas has been proposed, but generally controls the phase of high-frequency electromagnetic waves. The phase shifters that can be made are large and expensive.

他に位相を制御する方法としては、マスターとなる高周波発振器からの高周波電流を、マスターとは別のスレーブとなる高周波発振器に注入するマスタースレーブ方式によって位相を制御する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As another method for controlling the phase, a method of controlling the phase by a master-slave method in which a high-frequency current from a high-frequency oscillator as a master is injected into a high-frequency oscillator as a slave different from the master has been proposed (for example). , Patent Document 1).

この方法では、スレーブはマスターと同期して、一定の周波数で発振するようになる。そして、これらが同期する前の周波数差は、位相差として現れる。また、一般に高周波発振器は電圧等の外力によって発振周波数を変化させることができる。そのため、同期状態のもと、スレーブに印加する電圧等を変化させた場合、周波数はマスターとの同期により固定されているため変化せず、位相のみが変化する。したがって、スレーブに印加する電圧等を変化させることにより、スレーブの位相を制御することができる。 In this method, the slave oscillates at a constant frequency in synchronization with the master. Then, the frequency difference before these are synchronized appears as a phase difference. Further, in general, a high frequency oscillator can change the oscillation frequency by an external force such as a voltage. Therefore, when the voltage applied to the slave is changed under the synchronized state, the frequency is fixed by the synchronization with the master, so that it does not change, and only the phase changes. Therefore, the phase of the slave can be controlled by changing the voltage applied to the slave or the like.

特許第4724864号公報Japanese Patent No. 4724864

しかしながら、高周波電流を注入するマスタースレーブ方式において複数のスレーブを用いる場合、マスターと各スレーブの経路誤差が各スレーブ間の位相誤差となる。特許文献1のように抵抗器、コイル、コンデンサ等を備える発振器をスレーブとして用いると、スレーブの体格からマスターとスレーブとを例えば数cmの配線で接続する必要がある。これにより経路誤差は少なくとも100μm程度となり、例えば発振周波数が79GHzのとき、各スレーブ間には10度程度の位相誤差が生じると予想される。 However, when a plurality of slaves are used in the master-slave system in which a high-frequency current is injected, the path error between the master and each slave becomes the phase error between each slave. When an oscillator including a resistor, a coil, a capacitor, or the like is used as a slave as in Patent Document 1, it is necessary to connect the master and the slave with a wiring of, for example, several cm due to the physique of the slave. As a result, the path error becomes at least about 100 μm. For example, when the oscillation frequency is 79 GHz, it is expected that a phase error of about 10 degrees will occur between each slave.

このような位相誤差は、各スレーブの位相を揃えてマスタースレーブ方式の交流発生装置を増幅器として用いる場合にも問題となる。なお、低い周波数で発振する発振器を用いてもマスタースレーブ方式で位相を制御することが可能であり、この場合にも位相誤差が小さいことが望ましい。 Such a phase error also becomes a problem when the phase of each slave is aligned and a master-slave type AC generator is used as an amplifier. It is possible to control the phase by the master-slave method even if an oscillator that oscillates at a low frequency is used, and it is desirable that the phase error is small also in this case.

本発明は上記点に鑑みて、位相誤差を低減することができる交流発生装置を提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide an AC generator capable of reducing a phase error.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、直流電流または直流電圧を交流電力に変換する複数の磁性発振素子(2)と、交流磁界を複数の磁性発振素子に印加する発振器(1)と、発振器に電気的に接続されるとともに複数の磁性発振素子と電気的に絶縁された導体部(31)と、導体部の表面に形成された絶縁層(33)と、を備え、発振器は、導体部に交流電流を流すことにより発生させた交流磁界を複数の磁性発振素子に印加し、複数の磁性発振素子は、絶縁層の表面に形成されており、磁性発振素子と発振器とを同期させる。 In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, a plurality of magnetic oscillating elements (2) for converting DC current or DC voltage into AC power, and an oscillator for applying an AC magnetic field to a plurality of magnetic oscillating elements ( 1), a conductor portion (31) electrically connected to an oscillator and electrically insulated from a plurality of magnetic oscillators, and an insulating layer (33) formed on the surface of the conductor portion are provided. The oscillator applies an alternating magnetic field generated by passing an alternating current through the conductor to a plurality of magnetic oscillating elements, and the plurality of magnetic oscillating elements are formed on the surface of the insulating layer. To synchronize.

複数の磁性発振素子(STO:Spin Torque Oscillator)を製造・配置する位置は、電子線リソグラフィ等の技術により高精度に制御することが可能である。したがって、スレーブとして磁性発振素子を用いることで、マスターである発振器から各スレーブに印加される交流磁界の各スレーブ間の位相誤差を低減し、各磁性発振素子が発生させる交流電力の位相誤差を低減することができる。 The position where a plurality of magnetic oscillators (STOs: Spin Torque Oscillators) are manufactured and arranged can be controlled with high accuracy by a technique such as electron beam lithography. Therefore, by using a magnetic oscillator as a slave, the phase error of the AC magnetic field applied to each slave from the master oscillator is reduced, and the phase error of the AC power generated by each magnetic oscillator is reduced. can do.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 The reference numerals in parentheses of each of the above means indicate an example of the correspondence with the specific means described in the embodiment described later.

第1実施形態にかかる交流発生装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the AC generator which concerns on 1st Embodiment. 磁性発振素子の断面図である。It is sectional drawing of the magnetic oscillator element. 第1実施形態の変形例の回路図である。It is a circuit diagram of the modification of 1st Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, parts that are the same or equal to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
第1実施形態について説明する。本実施形態の交流発生装置は、例えば増幅器に用いられる。
(First Embodiment)
The first embodiment will be described. The AC generator of this embodiment is used, for example, in an amplifier.

以下、図を参照して、本実施形態の交流発生装置について説明する。まず、図1を参照して、本実施形態の交流発生装置の全体構成について説明する。図1に示すように、本実施形態の交流発生装置100は、発振器1と、複数のSTO2と、接続部3と、電源4と、制御部5と、制御部6とを備えている。 Hereinafter, the AC generator of the present embodiment will be described with reference to the drawings. First, the overall configuration of the AC generator of the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the AC generator 100 of the present embodiment includes an oscillator 1, a plurality of STO2s, a connection unit 3, a power supply 4, a control unit 5, and a control unit 6.

発振器1は、電源4から制御部5を介して供給される直流電流・電圧を交流電流に変換して出力し、接続部3を介してSTO2に交流磁界を印加する装置である。 The oscillator 1 is a device that converts a direct current / voltage supplied from a power source 4 via a control unit 5 into an alternating current and outputs it, and applies an alternating magnetic field to the STO 2 via the connecting unit 3.

STO2は、供給された電気的エネルギーを交流電力に変換するものであり、複数の膜が積層されて構成されている。STO2の詳細については後述する。 The STO2 converts the supplied electrical energy into AC power, and is configured by laminating a plurality of films. Details of STO2 will be described later.

発振器1が出力する交流電流、STO2が出力する交流電力は、例えば10kHz以上の高周波電流、高周波電力とされる。ここでは、発振器1が高周波電流を出力し、STO2に高周波磁界が印加され、STO2が高周波電力を出力する場合について説明する。 The AC current output by the oscillator 1 and the AC power output by the STO2 are, for example, a high-frequency current of 10 kHz or higher and a high-frequency power. Here, a case where the oscillator 1 outputs a high-frequency current, a high-frequency magnetic field is applied to the STO2, and the STO2 outputs high-frequency power will be described.

接続部3は、発振器1とSTO2とを磁気的に接続するものであり、導体部31と、配線32と、絶縁層33とを備えている。導体部31は、例えばCu、Au等、一般に配線として用いられている導電率の高い材料で構成される。接続部3は、導体部31に電流が流れることで発生する磁界をSTO2に印加することにより、発振器1とSTO2とを磁気的に接続している。 The connection portion 3 magnetically connects the oscillator 1 and the STO 2, and includes a conductor portion 31, a wiring 32, and an insulating layer 33. The conductor portion 31 is made of a material having high conductivity, which is generally used as wiring, such as Cu and Au. The connection unit 3 magnetically connects the oscillator 1 and the STO 2 by applying a magnetic field generated by the current flowing through the conductor unit 31 to the STO 2.

具体的には、導体部31は板状とされており、長手方向の両端部において、配線32を介して発振器1に接続されている。また、導体部31の上には絶縁層33が積層されており、絶縁層33の上にはSTO2を構成する複数の膜が積層されている。これにより、導体部31はSTO2と電気的に絶縁されている。そして、導体部31には発振器1が出力する高周波電流が流れ、これにより発生する高周波磁界が複数のSTO2に印加される。 Specifically, the conductor portion 31 has a plate shape, and is connected to the oscillator 1 via wiring 32 at both ends in the longitudinal direction. Further, an insulating layer 33 is laminated on the conductor portion 31, and a plurality of films constituting STO2 are laminated on the insulating layer 33. As a result, the conductor portion 31 is electrically insulated from the STO2. Then, a high-frequency current output by the oscillator 1 flows through the conductor portion 31, and a high-frequency magnetic field generated by the high-frequency current is applied to the plurality of STO2s.

本実施形態では、導体部31に電流が流れることにより、STO2を構成する複数の膜の積層方向、および、導体部31において電流が流れる方向の両方に垂直な方向にSTO2を通る磁界が発生する。 In the present embodiment, when a current flows through the conductor portion 31, a magnetic field passing through the STO2 is generated in a direction perpendicular to both the stacking direction of the plurality of films constituting the STO2 and the direction in which the current flows in the conductor portion 31. ..

電源4は、制御部5、制御部6を介して発振器1、STO2に直流電流・電圧を供給するものである。制御部5は、電源4から発振器1に供給される直流電流・電圧の大きさを変化させることにより、発振器1が出力する高周波電流の周波数を調整する。 The power supply 4 supplies a direct current / voltage to the oscillator 1 and the STO 2 via the control unit 5 and the control unit 6. The control unit 5 adjusts the frequency of the high-frequency current output by the oscillator 1 by changing the magnitude of the direct current / voltage supplied from the power supply 4 to the oscillator 1.

制御部6は、電源4から供給された直流電流・電圧の大きさを調整してSTO2に供給する。また、制御部6は、STO2に供給する直流電流・電圧の大きさを変化させることにより、STO2が発生させる高周波電力の周波数を調整する。本実施形態では、制御部5、制御部6は、発振器1とSTO2とが同期するように、発振器1が出力する高周波電流とSTO2が発生させる高周波電力の周波数を調整する。複数のSTO2は、互いに電気的に絶縁された状態で制御部6に接続されている。 The control unit 6 adjusts the magnitude of the direct current / voltage supplied from the power supply 4 and supplies the DC current / voltage to the STO2. Further, the control unit 6 adjusts the frequency of the high frequency power generated by the STO2 by changing the magnitude of the direct current / voltage supplied to the STO2. In the present embodiment, the control unit 5 and the control unit 6 adjust the frequency of the high frequency current output by the oscillator 1 and the frequency of the high frequency power generated by the STO 2 so that the oscillator 1 and the STO 2 are synchronized with each other. The plurality of STO2s are connected to the control unit 6 in a state of being electrically isolated from each other.

つぎに、図2を参照して、STO2の詳細について説明する。STO2は、下部電極21と、下地層22と、反強磁性層23と、非発振層24と、中間層25と、発振層26と、キャップ層27と、上部電極28とを備えており、これらが順に絶縁層33上に積層されて構成されている。 Next, the details of STO2 will be described with reference to FIG. The STO2 includes a lower electrode 21, a base layer 22, an antiferromagnetic layer 23, a non-oscillating layer 24, an intermediate layer 25, an oscillating layer 26, a cap layer 27, and an upper electrode 28. These are sequentially laminated on the insulating layer 33.

下部電極21は、Ru、Cu、CuN、Au等の導電性材料で構成されており、絶縁層33上に薄膜状に形成されている。下地層22は、Ta、Ru等で構成されており、下部電極21上に薄膜状に形成されている。下地層22は、結晶性、配向性を向上させて反強磁性層23を成膜するための下地となるものである。 The lower electrode 21 is made of a conductive material such as Ru, Cu, CuN, and Au, and is formed in a thin film on the insulating layer 33. The base layer 22 is composed of Ta, Ru, etc., and is formed in a thin film shape on the lower electrode 21. The base layer 22 serves as a base for forming the antiferromagnetic layer 23 by improving crystallinity and orientation.

反強磁性層23は、IrMn、PtMn等で構成されており、下地層22上に薄膜状に形成されている。反強磁性層23は、交換結合により、非発振層24の磁化方向を固定するためのものである。 The antiferromagnetic layer 23 is composed of IrMn, PtMn, etc., and is formed in a thin film shape on the base layer 22. The antiferromagnetic layer 23 is for fixing the magnetization direction of the non-oscillating layer 24 by exchange coupling.

非発振層24は、Co、Fe、Ni等の強磁性材料で、または強磁性材料とBとで構成されており、反強磁性層23上に薄膜状に形成されている。非発振層24は、非発振層24の平面方向の磁化容易軸を有しており、反強磁性層23との交換結合により、非発振層24の磁化方向は、ここでは、非発振層24の平面方向に固定されている。なお、上記の材料に加え、Pt、Pdを用いて非発振層24を構成してもよい。また、GaMn、FePt(Pd)、CoPt(Pd、Ni)等の高磁気異方性材料を用いて非発振層24を構成してもよい。 The non-oscillating layer 24 is made of a ferromagnetic material such as Co, Fe, or Ni, or is composed of the ferromagnetic material and B, and is formed in a thin film on the antiferromagnetic layer 23. The non-oscillating layer 24 has an easy axis of magnetization in the plane direction of the non-oscillating layer 24, and the magnetization direction of the non-oscillating layer 24 is changed here by the non-oscillating layer 24 due to exchange coupling with the antiferromagnetic layer 23. Is fixed in the plane direction of. In addition to the above materials, Pt and Pd may be used to form the non-oscillating layer 24. Further, the non-oscillating layer 24 may be formed by using a highly magnetic anisotropy material such as GaMn, FePt (Pd), CoPt (Pd, Ni).

なお、図示しないが、下地層22と反強磁性層23との間には、NiFe等で構成される磁性層が形成されている。また、反強磁性層23と非発振層24との間には、CoFe等で構成される磁性層と、Ru等で構成され、上下に形成された磁性層の磁化方向をRKKY相互作用により固定する層が形成されている。 Although not shown, a magnetic layer made of NiFe or the like is formed between the base layer 22 and the antiferromagnetic layer 23. Further, between the antiferromagnetic layer 23 and the non-oscillating layer 24, the magnetization direction of the magnetic layer composed of CoFe or the like and the magnetic layer composed of Ru or the like and formed above and below is fixed by the RKKY interaction. Layer is formed.

つまり、反強磁性層23をIrMnで構成し、非発振層24をCoFeBで構成する場合、下地層22と中間層25に挟まれた層は、下地層22側から順に、NiFe/IrMn/CoFe/Ru/CoFeB等の積層構造とされている。 That is, when the antiferromagnetic layer 23 is composed of IrMn and the non-oscillating layer 24 is composed of CoFeB, the layers sandwiched between the base layer 22 and the intermediate layer 25 are arranged in order from the base layer 22 side, NiFe / IrMn / CoFe. It has a laminated structure such as / Ru / CoFeB.

本実施形態のSTO2は、このように、Ru等のRKKY相互作用を用い、複数の磁性層により構成されたシンセティックフェリ磁性層を含んでいる。シンセティックフェリ磁性層を用いた構成では、Ruを挟んで上下に形成された2つの磁性層の磁化の向きを互いに逆にすることで、これら2つの磁性層からの漏れ磁界が発振層26に与える影響を低減することができる。 As described above, STO2 of the present embodiment includes a synthetic ferrimagnetic layer composed of a plurality of magnetic layers by using RKKY interaction such as Ru. In the configuration using the synthetic ferrimagnetic layer, the magnetic fields leaked from these two magnetic layers are applied to the oscillation layer 26 by reversing the magnetization directions of the two magnetic layers formed above and below the Ru. The impact can be reduced.

中間層25は、MgO、Al−O、Cu、Ag等で構成され、非発振層24上に薄膜状に形成されている。非発振層24の磁化方向と発振層26の磁化方向との間の角度によって、STO2のうち非発振層24、中間層25、発振層26で構成される部分の抵抗値が変化する。中間層25をMgO、Al−O等の絶縁体で構成した場合、非発振層24、中間層25、発振層26の積層によりTMR(Tunneling Magneto Resistance)素子が構成される。また、中間層25をCu、Ag等の導体で構成した場合、非発振層24、中間層25、発振層26の積層によりGMR(Giant Magneto Resistance)素子が構成される。なお、ここでは中間層25を絶縁体や導体で構成する場合について説明したが、中間層25を半導体で構成することもできる。 The intermediate layer 25 is composed of MgO, Al— Ox , Cu, Ag, etc., and is formed in a thin film on the non-oscillating layer 24. The resistance value of the portion of STO2 composed of the non-oscillating layer 24, the intermediate layer 25, and the oscillating layer 26 changes depending on the angle between the magnetization direction of the non-oscillating layer 24 and the magnetization direction of the oscillating layer 26. Case where the intermediate layer 25 MgO, an insulator such as Al-O x, non-oscillating layer 24, intermediate layer 25, TMR (Tunneling Magneto Resistance) element is constituted by lamination of the oscillation layer 26. When the intermediate layer 25 is made of a conductor such as Cu or Ag, a GMR (Giant Magneto Resistance) element is formed by laminating the non-oscillating layer 24, the intermediate layer 25, and the oscillating layer 26. Although the case where the intermediate layer 25 is composed of an insulator or a conductor has been described here, the intermediate layer 25 may also be composed of a semiconductor.

発振層26は、Co、Fe、Ni等の強磁性材料で、または強磁性材料とBとで構成されており、中間層25上に薄膜状に形成されている。発振層26は、厚さ方向の磁化容易軸を有しており、外部磁界によって磁化方向が変化する。なお、上記の材料に加え、Pt、Pdを用いて発振層26を構成してもよい。また、GaMn、FePt(Pd)、CoPt(Pd、Ni)等の高磁気異方性材料を用いて発振層26を構成してもよい。また、発振層26を、CoFeB/GaMn、CoFeB/FePt等の積層構造としてもよい。また、発振層26を、CoFeB/Ta/GaMn等の積層構造としてもよい。 The oscillation layer 26 is made of a ferromagnetic material such as Co, Fe, or Ni, or is composed of the ferromagnetic material and B, and is formed in a thin film on the intermediate layer 25. The oscillation layer 26 has an easy-to-magnetize axis in the thickness direction, and the magnetization direction changes depending on an external magnetic field. In addition to the above materials, Pt and Pd may be used to form the oscillation layer 26. Further, the oscillation layer 26 may be formed by using a highly magnetic anisotropy material such as GaMn, FePt (Pd), CoPt (Pd, Ni). Further, the oscillation layer 26 may have a laminated structure of CoFeB / GaMn, CoFeB / FePt, or the like. Further, the oscillation layer 26 may have a laminated structure of CoFeB / Ta / GaMn or the like.

後述するように、発振層26は高周波磁界によって共鳴する。発振層26を非発振層24よりも薄く形成することにより、非発振層24よりも発振層26の方が高周波磁界によって共鳴しやすくなるが、発振層26の厚さが非発振層24の厚さ以上とされていてもよい。 As will be described later, the oscillating layer 26 resonates with a high frequency magnetic field. By forming the oscillating layer 26 thinner than the non-oscillating layer 24, the oscillating layer 26 is more likely to resonate due to the high frequency magnetic field than the non-oscillating layer 24, but the thickness of the oscillating layer 26 is the thickness of the non-oscillating layer 24. It may be more than that.

キャップ層27は、Ta、Ru等で構成されており、発振層26上に薄膜状に形成されている。キャップ層27は、発振層26を保護するためのものである。また、後述するように発振層26にCoFeB等を用いる場合は、CoFeB中のBを拡散させるための吸収層としての役割も担う。 The cap layer 27 is made of Ta, Ru, etc., and is formed in a thin film on the oscillation layer 26. The cap layer 27 is for protecting the oscillation layer 26. Further, when CoFeB or the like is used for the oscillation layer 26 as described later, it also serves as an absorption layer for diffusing B in CoFeB.

上部電極28は、Au、Cu、CuN、Ru等の導電性材料で構成されており、キャップ層27上に薄膜状に形成されている。このようなSTO2は、絶縁層33上に各層を順に成膜していくことで製造できる。 The upper electrode 28 is made of a conductive material such as Au, Cu, CuN, and Ru, and is formed in a thin film on the cap layer 27. Such STO2 can be manufactured by forming each layer on the insulating layer 33 in order.

非発振層24や発振層26にCoFeBを用いる場合は、まずCoFeBをアモルファス状に成膜する。ただし、Bを入れているので、特に何もしなくてもアモルファスとなる。そのアモルファスCoFeB上にMgOを(001)配向して成膜する。その上にCoFeBをアモルファス状に成膜し、キャップ層27を成膜する。その後、300〜350℃で熱処理を行うことで、CoFeB中のBがMgO層やキャップ層27、または下地層22に拡散し、アモルファスからbcc(001)配向に結晶化する。このようにCoFeB/MgO/CoFeBが結晶化することで、高いMR比(磁気抵抗比)、すなわち高周波電力の高出力化につながる。 When CoFeB is used for the non-oscillating layer 24 and the oscillating layer 26, CoFeB is first formed into an amorphous film. However, since B is included, it becomes amorphous without any special action. MgO is oriented (001) on the amorphous CoFeB to form a film. CoFeB is formed into an amorphous film on the film, and the cap layer 27 is formed. Then, by performing a heat treatment at 300 to 350 ° C., B in CoFeB diffuses into the MgO layer, the cap layer 27, or the base layer 22, and crystallizes from amorphous to bcc (001) orientation. Crystallization of CoFeB / MgO / CoFeB in this way leads to a high MR ratio (magnetoresistive ratio), that is, a high output of high-frequency power.

交流発生装置100の動作について説明する。交流発生装置100は、発振器1をマスターとし、STO2をスレーブとしたマスタースレーブ方式により、複数のSTO2を同期させる。 The operation of the AC generator 100 will be described. The AC generator 100 synchronizes a plurality of STO2s by a master-slave method in which the oscillator 1 is the master and the STO2 is the slave.

まず、電源4と制御部5により発振器1に直流電流・電圧が供給され、発振器1は供給された直流電流・電圧を高周波電流に変換して出力する。発振器1が出力した高周波電流は導体部31を流れ、これにより発生した高周波磁界がSTO2に印加される。 First, the power supply 4 and the control unit 5 supply a direct current / voltage to the oscillator 1, and the oscillator 1 converts the supplied direct current / voltage into a high-frequency current and outputs the current. The high-frequency current output by the oscillator 1 flows through the conductor section 31, and the high-frequency magnetic field generated thereby is applied to the STO2.

また、電源4と制御部6によりSTO2に直流電圧が印加され、STO2に直流電流が流れる。この直流電流は、本実施形態では、非発振層24から発振層26の向きに流れる。このとき、電子は発振層26から非発振層24へ移動する。 Further, a DC voltage is applied to the STO2 by the power supply 4 and the control unit 6, and a DC current flows through the STO2. In this embodiment, this direct current flows from the non-oscillating layer 24 to the oscillating layer 26. At this time, the electrons move from the oscillating layer 26 to the non-oscillating layer 24.

発振層26の磁化は、電子のスピントルクにより歳差運動している。そして、発振層26の磁化が歳差運動することで、MR効果によりSTO2の抵抗は常に変化し、STO2の両端には高周波電流・電圧が生じており、これによる高周波電力が生じる。つまり、直流電流・電圧が高周波電力に変換される。 The magnetization of the oscillating layer 26 is precessed by the spin torque of electrons. Then, as the magnetization of the oscillation layer 26 precesses, the resistance of the STO2 constantly changes due to the MR effect, and high-frequency currents and voltages are generated at both ends of the STO2, and high-frequency power is generated by this. That is, the direct current / voltage is converted into high frequency power.

この高周波電力の周波数は、STO2を構成する材料と、制御部6から供給される電流・電圧の大きさによって変化する。また、発振器1が出力する高周波電流、および、この高周波電流が導体部31を流れることにより発生する高周波磁界の周波数は、制御部5から供給される電流・電圧の大きさによって変化する。発振器1が出力する高周波電流の周波数をf1とし、STO2が発生させる高周波電力の周波数をf2とし、m、nを自然数とすると、制御部5および制御部6は、f2=f1・n/mとなるように、発振器1および複数のSTO2に供給する電流・電圧の大きさを変化させる。これにより、発振層26が高周波磁界によって共鳴し、発振器1とSTO2とが同期する。 The frequency of this high-frequency power changes depending on the material constituting STO2 and the magnitude of the current / voltage supplied from the control unit 6. Further, the frequency of the high-frequency current output by the oscillator 1 and the frequency of the high-frequency magnetic field generated by the high-frequency current flowing through the conductor unit 31 change depending on the magnitude of the current / voltage supplied from the control unit 5. Assuming that the frequency of the high-frequency current output by the oscillator 1 is f1, the frequency of the high-frequency power generated by STO2 is f2, and m and n are natural numbers, the control unit 5 and the control unit 6 have f2 = f1 · n / m. Therefore, the magnitudes of the currents and voltages supplied to the oscillator 1 and the plurality of STO2s are changed. As a result, the oscillation layer 26 resonates with the high-frequency magnetic field, and the oscillator 1 and STO2 are synchronized.

なお、発振器1とSTO2は、m=1、すなわちf2=f1・nのとき、および、n=1、すなわちf2=f1/mのときに同期しやすく、さらに、m、nが小さいほど同期しやすい。具体的には、発振器1とSTO2は、周波数f2がf1/4、f1/3、f1/2、f1、2f1、3f1、4f1のいずれかに等しいときに同期しやすい。そして、発振器1とSTO2は、周波数f2がf1/2、f1、2f1のいずれかに等しいときに、より同期しやすく、f2=f1のとき特に同期しやすい。本実施形態では、制御部5および制御部6は、f2=f1となるように、発振器1およびSTO2に供給する直流電流・電圧の大きさを調整する。 The oscillator 1 and STO2 are easily synchronized when m = 1, that is, f2 = f1 · n, and when n = 1, that is, f2 = f1 / m, and further, the smaller m and n, the more synchronized. Cheap. Specifically, the oscillator 1 and STO2 are likely to be synchronized when the frequency f2 is equal to any one of f1 / 4, f1 / 3, f1 / 2, f1, 2f1, 3f1, and 4f1. Then, the oscillator 1 and the STO2 are more easily synchronized when the frequency f2 is equal to any of f1 / 2, f1 and 2f1, and are particularly easy to be synchronized when f2 = f1. In the present embodiment, the control unit 5 and the control unit 6 adjust the magnitudes of the direct current and voltage supplied to the oscillator 1 and the STO 2 so that f2 = f1.

これらが同期した状態は、複数のSTO2が同期した状態でもある。この状態において、複数のSTO2が発生させる高周波電力を合成することにより、高出力の高周波電力を得ることができる。 The state in which these are synchronized is also the state in which a plurality of STO2s are synchronized. In this state, high-output high-frequency power can be obtained by synthesizing high-frequency power generated by a plurality of STO2s.

抵抗器、コイル、コンデンサ等を備える発振器をスレーブとして用いる従来の交流発生装置では、スレーブの体格からマスターとスレーブとを例えば数cmの配線で接続する必要がある。これによりマスターと各スレーブの経路誤差は少なくとも100μm程度となり、例えば発振周波数が79GHzのとき、各スレーブ間には10度程度の位相誤差が生じると予想される。 In a conventional AC generator that uses an oscillator equipped with a resistor, a coil, a capacitor, or the like as a slave, it is necessary to connect the master and the slave with a wiring of, for example, several cm due to the physique of the slave. As a result, the path error between the master and each slave is at least about 100 μm. For example, when the oscillation frequency is 79 GHz, it is expected that a phase error of about 10 degrees will occur between each slave.

これに対し本実施形態では、スレーブとしてSTO2を用いており、複数のSTO2を製造・配置する位置は、電子線リソグラフィ等の技術により高精度に制御することができる。例えば、STO2の位置を数nm以下の精度で制御することが可能であり、f1=79GHzの場合、STO2間の距離によって生じるSTO2間の位相誤差を0.001度以下とすることができる。したがって、本実施形態では、各STO2が発生させる高周波電力の位相誤差を従来に比べて低減することができる。また、これにより、交流発生装置100を増幅器として用いた場合に出力を大きくすることができる。 On the other hand, in the present embodiment, STO2 is used as a slave, and the position where a plurality of STO2s are manufactured and arranged can be controlled with high accuracy by a technique such as electron beam lithography. For example, the position of STO2 can be controlled with an accuracy of several nm or less, and when f1 = 79 GHz, the phase error between STO2 caused by the distance between STO2 can be set to 0.001 degree or less. Therefore, in the present embodiment, the phase error of the high frequency power generated by each STO2 can be reduced as compared with the conventional case. Further, as a result, the output can be increased when the AC generator 100 is used as an amplifier.

また、各スレーブがマスターと電気的に接続された構成では、マスターの電力が各スレーブで消費されるため、マスターの消費電力はスレーブの数に応じて大きくなる。これに対して、マスターである発振器1とスレーブである各STO2とが電気的に絶縁され、磁気的に接続された構成の本実施形態では、マスターの電力がスレーブで消費されないため、マスターの消費電力の増加を抑制することができる。 Further, in the configuration in which each slave is electrically connected to the master, the power consumption of the master is consumed by each slave, so that the power consumption of the master increases according to the number of slaves. On the other hand, in the present embodiment in which the oscillator 1 which is the master and each STO2 which is the slave are electrically isolated and magnetically connected, the power of the master is not consumed by the slave, so that the master is consumed. The increase in power can be suppressed.

なお、発振器1と各STO2とが同期した状態において、制御部6がSTO2に供給する直流電流・電圧の大きさをわずかに変化させると、これらの同期により高周波電力の周波数f2は変化せず、位相が変化する。 When the oscillator 1 and each STO2 are synchronized, if the magnitude of the DC current / voltage supplied by the control unit 6 to the STO2 is slightly changed, the frequency f2 of the high frequency power does not change due to these synchronizations. The phase changes.

制御部6が各STO2に供給する直流電流・電圧の大きさを個別に変化させる構成とすれば、このような位相の変化を利用して、交流発生装置100を、例えば車車間通信や路車間通信のためのフェーズドアレイレーダーとして用いることができる。すなわち、STO2にアンテナを接続して、このアンテナから高周波電磁波が発信される構成とし、さらに各STO2が発生させる高周波電力の位相を個別に調整することにより、複数のアンテナ全体から発信される高周波電磁波の指向性を制御することができる。 If the control unit 6 is configured to individually change the magnitudes of the direct current and voltage supplied to each STO 2, the AC generator 100 can be used, for example, between vehicle-to-vehicle communication and road-to-vehicle distance, by utilizing such a phase change. It can be used as a phased array radar for communication. That is, an antenna is connected to STO2 so that high-frequency electromagnetic waves are emitted from this antenna, and further, by individually adjusting the phase of the high-frequency power generated by each STO2, the high-frequency electromagnetic waves transmitted from the entire plurality of antennas. The directivity of the can be controlled.

図3は、STO2にアンテナを接続する場合の回路の一例を示した図である。図3に示すように、STO2には、STO2に入力される直流電流とSTO2が出力する高周波電流とを分けるバイアスティ回路7が接続されている。バイアスティ回路7は、インダクタ71と、キャパシタ72とを備えており、STO2と制御部6との間にインダクタ71が接続されており、STO2はキャパシタ72を介してアンテナ8に接続されている。このような構成により、制御部6からの直流電流がアンテナ8に流れ込むことが抑制され、アンテナ8には、STO2が出力する高周波電力のみが供給される。そして、STO2が出力する高周波電流がアンテナ8に流れることにより、高周波電磁波が発信される。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a circuit when an antenna is connected to STO2. As shown in FIG. 3, a bias circuit 7 that separates the direct current input to the STO2 and the high-frequency current output by the STO2 is connected to the STO2. The bias circuit 7 includes an inductor 71 and a capacitor 72, an inductor 71 is connected between the STO 2 and the control unit 6, and the STO 2 is connected to the antenna 8 via the capacitor 72. With such a configuration, the direct current from the control unit 6 is suppressed from flowing into the antenna 8, and only the high frequency power output by the STO 2 is supplied to the antenna 8. Then, the high-frequency current output by the STO2 flows through the antenna 8, so that the high-frequency electromagnetic wave is transmitted.

(他の実施形態)
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified within the scope of the claims.

例えば、上記第1実施形態では、絶縁層33の表面に下部電極21を形成し、下部電極21の上に下地層22から上部電極28までを積層したが、絶縁層33の表面に上部電極28を形成し、キャップ層27から下部電極21までを上部電極28の上に積層してもよい。 For example, in the first embodiment, the lower electrode 21 is formed on the surface of the insulating layer 33, and the base layer 22 to the upper electrode 28 are laminated on the lower electrode 21, but the upper electrode 28 is formed on the surface of the insulating layer 33. May be formed and the cap layer 27 to the lower electrode 21 may be laminated on the upper electrode 28.

また、上記第1実施形態では、絶縁層33の上にSTO2を構成する複数の膜を積層したが、STO2の上に絶縁層33および導体部31を積層してもよい。また、STO2に磁界を印加することができる他の位置に導体部31および絶縁層33を配置してもよい。 Further, in the first embodiment, a plurality of films constituting STO2 are laminated on the insulating layer 33, but the insulating layer 33 and the conductor portion 31 may be laminated on the STO2. Further, the conductor portion 31 and the insulating layer 33 may be arranged at other positions where a magnetic field can be applied to the STO2.

また、STO2が下地層22、反強磁性層23、キャップ層27を備えていなくてもよい。また、上記第1実施形態では、非発振層24は平面方向の磁化容易軸を有し、発振層26は厚さ方向の磁化容易軸を有しているが、非発振層24、発振層26が他の方向の磁化容易軸を有していてもよい。例えば、非発振層24が厚さ方向の磁化容易軸を有し、発振層26が平面方向の磁化容易軸を有していてもよい。 Further, the STO2 does not have to include the base layer 22, the antiferromagnetic layer 23, and the cap layer 27. Further, in the first embodiment, the non-oscillating layer 24 has an easy magnetization axis in the plane direction, and the oscillation layer 26 has an easy magnetization axis in the thickness direction. However, the non-oscillation layer 24 and the oscillation layer 26 May have an easy axis of magnetization in other directions. For example, the non-oscillating layer 24 may have an easy-to-magnetize axis in the thickness direction, and the oscillating layer 26 may have an easy-to-magnetize axis in the plane direction.

また、発振器1とSTO2はm=1またはn=1のときに同期しやすいが、m≠1かつn≠1、例えばf2=f1・2/3となるように、f1およびf2を調整してもよい。 Further, the oscillator 1 and STO2 are easy to synchronize when m = 1 or n = 1, but f1 and f2 are adjusted so that m ≠ 1 and n ≠ 1, for example, f2 = f1 ・ 2/3. May be good.

また、発振器1が出力する交流電流、STO2に印加される交流磁界、STO2が出力する交流電力が、10kHz未満の交流電流、交流磁界、交流電力であってもよい。 Further, the AC current output by the oscillator 1, the AC magnetic field applied to the STO2, and the AC power output by the STO2 may be an AC current of less than 10 kHz, an AC magnetic field, or an AC power.

1 発振器
2 STO
1 oscillator 2 STO

Claims (5)

直流電流または直流電圧を交流電力に変換する複数の磁性発振素子(2)と、
交流磁界を前記複数の磁性発振素子に印加する発振器(1)と、
前記発振器に電気的に接続されるとともに前記複数の磁性発振素子と電気的に絶縁された導体部(31)と、
前記導体部の表面に形成された絶縁層(33)と、を備え、
前記発振器は、前記導体部に交流電流を流すことにより発生させた交流磁界を前記複数の磁性発振素子に印加し、
前記複数の磁性発振素子は、前記絶縁層の表面に形成されており、
前記磁性発振素子と前記発振器とを同期させる交流発生装置。
A plurality of magnetic oscillator elements (2) that convert DC current or DC voltage into AC power,
An oscillator (1) that applies an alternating magnetic field to the plurality of magnetic oscillator elements,
A conductor portion (31) electrically connected to the oscillator and electrically insulated from the plurality of magnetic oscillator elements.
An insulating layer (33) formed on the surface of the conductor portion is provided.
The oscillator applies an alternating magnetic field generated by passing an alternating current through the conductor portion to the plurality of magnetic oscillator elements.
The plurality of magnetic oscillator elements are formed on the surface of the insulating layer.
An AC generator that synchronizes the magnetic oscillator element with the oscillator.
前記発振器の出力の周波数をf1とし、
前記複数の磁性発振素子が発生させる交流電力の周波数をf2としたとき、
前記周波数f2は、f1/4、f1/3、f1/2、f1、2f1、3f1、4f1のいずれかに等しい請求項1に記載の交流発生装置。
The frequency of the output of the oscillator is set to f1.
When the frequency of the AC power generated by the plurality of magnetic oscillators is f2,
The AC generator according to claim 1, wherein the frequency f2 is equal to any one of f1 / 4, f1 / 3, f1 / 2, f1, 2f1, 3f1, and 4f1.
前記複数の磁性発振素子は、それぞれ、前記発振器により印加される交流磁界によって共鳴する発振層(26)を備える請求項1または2に記載の交流発生装置。 The AC generator according to claim 1 or 2, wherein each of the plurality of magnetic oscillating elements includes an oscillating layer (26) that resonates with an alternating magnetic field applied by the oscillator. 前記複数の磁性発振素子に直流電流または直流電圧を供給するとともに、該直流電流または直流電圧の大きさを変化させることにより前記複数の磁性発振素子が発生させる交流電力の周波数を調整し、前記磁性発振素子と前記発振器とを同期させる制御部(6)を備える請求項1ないし3のいずれか1つに記載の交流発生装置。 The frequency of the AC power generated by the plurality of magnetic oscillators is adjusted by supplying a DC current or a DC voltage to the plurality of magnetic oscillators and changing the magnitude of the DC current or the DC voltage to adjust the frequency of the AC power generated by the plurality of magnetic oscillators. The AC generator according to any one of claims 1 to 3, further comprising a control unit (6) that synchronizes an oscillating element with the oscillator. 前記発振器の出力の周波数を調整し、前記磁性発振素子と前記発振器とを同期させる制御部(5)を備える請求項1ないし4のいずれか1つに記載の交流発生装置。 The AC generator according to any one of claims 1 to 4, further comprising a control unit (5) that adjusts the output frequency of the oscillator and synchronizes the magnetic oscillator element with the oscillator.
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