WO2017056560A1 - 磁気抵抗効果デバイス - Google Patents

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WO2017056560A1
WO2017056560A1 PCT/JP2016/066343 JP2016066343W WO2017056560A1 WO 2017056560 A1 WO2017056560 A1 WO 2017056560A1 JP 2016066343 W JP2016066343 W JP 2016066343W WO 2017056560 A1 WO2017056560 A1 WO 2017056560A1
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magnetoresistive effect
port
frequency
magnetoresistive
effect element
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PCT/JP2016/066343
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順一郎 占部
柴田　哲也
淳 志村
健量 山根
鈴木　健司
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Tdk株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetoresistive effect device using a magnetoresistive effect element.
  • spin torque resonance can be caused in the magnetoresistive effect element, and the resistance value of the magnetoresistive effect element oscillates periodically at a frequency corresponding to the spin torque resonance frequency.
  • the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element changes depending on the strength of the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element, and the resonance frequency is generally in a high frequency band of several to several tens GHz.
  • the magnetoresistive effect element can be applied to a high frequency device using the spin torque resonance effect, but a configuration for applying to a high frequency filter has not been shown heretofore.
  • An object of this invention is to provide the magnetoresistive effect device which can implement
  • a magnetoresistive effect device includes a magnetoresistive effect element having a magnetization fixed layer, a spacer layer, and a magnetization free layer capable of changing the direction of magnetization, and a high-frequency signal inputted thereto.
  • the magnetoresistive effect element is connected to the signal line and the ground in parallel to the second port, the direct current input terminal is connected to the signal line, the magnetoresistive effect element, A closed circuit including the signal line, the ground, and the direct current input terminal is formed, and the capacitor is connected between the closed circuit and the first port and between the closed circuit and the front circuit. At least one of between the second port, the first being connected via the signal line in series with said first port and said second port.
  • spin torque resonance can be induced in the magnetoresistive effect element by inputting a high frequency signal from the first port to the magnetoresistive effect element via the signal line. Due to the spin torque resonance, the magnetoresistive effect element can be treated as an element whose resistance value periodically oscillates at a frequency corresponding to the spin torque resonance frequency. By this effect, the element impedance with respect to the frequency in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element is reduced.
  • the magnetoresistive effect element Since the magnetoresistive effect element is connected to the signal line and the ground in parallel to the second port, the vicinity of the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element among the high frequency signals input from the first port The high-frequency signal having the frequency of becomes easy to flow to the magnetoresistive effect element and hardly flows to the second port. Thus, the high-frequency signal input from the first port can be blocked from the second port at a frequency near the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element. That is, the magnetoresistive effect device having the above characteristics can have frequency characteristics as a high frequency filter.
  • the direct current input from the direct current input terminal flows through a closed circuit including the magnetoresistive effect element, the signal line, the ground, and the direct current input terminal.
  • a direct current can be efficiently applied to the magnetoresistive element.
  • the magnetoresistive effect element increases the amount of change in the element impedance of the magnetoresistive effect element when this direct current is applied. Therefore, the magnetoresistive effect device having the above characteristics is a high-frequency filter having a large range of cutoff characteristics and pass characteristics. It becomes possible to function as.
  • the capacitor connected in series with the first port and the second port via the signal line prevents the direct current applied from the direct current input terminal from flowing out to the first port or the second port. Therefore, when another electronic circuit is connected to the first port or the second port, it is possible to prevent the direct current from being mixed into the other electronic circuit.
  • the magnetoresistive effect device has a second feature that it has a frequency setting mechanism capable of setting the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element.
  • the magnetoresistive effect device having the above characteristics can set the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element to an arbitrary frequency, the magnetoresistive effect device having the above characteristics can function as a filter in an arbitrary frequency band. It becomes.
  • the magnetoresistive effect device is an effective magnetic field setting mechanism in which the frequency setting mechanism can set an effective magnetic field in the magnetization free layer, and the effective magnetic field is changed to change the spin of the magnetoresistive effect element.
  • a third feature is that the torque resonance frequency can be changed.
  • 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.
  • the magnetoresistive effect device having the above characteristics, since a plurality of magnetoresistive effect elements having different spin torque frequencies are connected in parallel, a cut-off frequency band having a certain width can be provided.
  • the magnetoresistive effect device is configured such that the plurality of magnetoresistive effect elements are connected in parallel and the spin torque resonance frequency of each of the plurality of magnetoresistive effect elements can be individually set.
  • a fifth feature is to have a plurality of mechanisms.
  • each of the magnetoresistive effect elements has a plurality of frequency setting mechanisms so that the spin torque resonance frequency of each of the magnetoresistive effect elements can be individually set,
  • the torque resonance frequency can be individually controlled.
  • a cut-off frequency band having a certain width can be provided.
  • the magnetoresistive effect device is characterized in that a plurality of the magnetoresistive effect elements having different spin torque resonance frequencies are connected in series.
  • the magnetoresistive effect device having the above characteristics, since a plurality of magnetoresistive effect elements having different spin torque resonance frequencies are connected in series, a cut-off frequency band having a certain width can be provided.
  • the plurality of magnetoresistive effect elements are connected in series, and the frequency setting is performed so that the spin torque resonance frequency of each of the plurality of magnetoresistive effect elements can be individually set.
  • a seventh feature is to have a plurality of mechanisms.
  • each of the magnetoresistive effect elements has a plurality of frequency setting mechanisms so that the spin torque resonance frequency of each of the magnetoresistive effect elements can be individually set, The torque resonance frequency can be individually controlled. Furthermore, since a plurality of magnetoresistive elements are connected in series, a cut-off frequency band having a certain width can be provided.
  • the magnetoresistive effect device is characterized in that the plurality of magnetoresistive effect elements having different spin torque resonance frequencies have mutually different aspect ratios in a plan view.
  • the “planar shape” is a shape viewed in a plane perpendicular to the stacking direction of each layer constituting the magnetoresistive effect element.
  • the “aspect ratio of the planar view shape” is the ratio of the length of the long side to the length of the short side of the rectangle circumscribing the planar view shape of the magnetoresistive effect element with a minimum area.
  • the plurality of magnetoresistive effect elements having different spin torque resonance frequencies have different aspect ratios in the shape in plan view.
  • a resistance effect element can be manufactured. That is, since the film configuration of the plurality of magnetoresistive effect elements can be made the same, the layers constituting the plurality of magnetoresistive effect elements can be collectively formed.
  • the magnetoresistive effect device is characterized in that there is no magnetoresistive effect element connected in series with the first port and the second port via the signal line. .
  • the magnetoresistive effect device having the above characteristics since there is no magnetoresistive effect element connected in series with the first port and the second port via the signal line, the first port via the signal line and It is possible to prevent deterioration of pass characteristics due to loss due to the magnetoresistive effect element connected in series with the second port. As a result, the magnetoresistive device having the above characteristics can function as a high-frequency filter having good pass characteristics in the pass frequency band.
  • a magnetoresistive effect device capable of realizing a high frequency filter using a magnetoresistive effect element.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a magnetoresistive device 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the magnetoresistive effect device 100 includes a magnetoresistive effect element 101 having a magnetization fixed layer 102, a spacer layer 103, and a magnetization free layer 104, an upper electrode 105, a lower electrode 106, a signal line 107, a first port 109a, and a second port. 109b, a DC current input terminal 110, a capacitor 111, and a magnetic field supply mechanism 112 as a frequency setting mechanism.
  • the first port 109a and the second port 109b are connected via the signal line 107, and the magnetoresistive effect element 101 is connected to the signal line 107 and the ground 108 in parallel with the second port 109b.
  • the direct current input terminal 110 is connected to the signal line 107, and the direct current source 113 connected to the ground 108 is connected to the direct current input terminal 110, so that the magnetoresistive effect element 101, the signal line 107, the ground 108, and the direct current are connected.
  • a closed circuit 114 including a current input terminal 110 is formed.
  • the capacitor 111 includes a first port 109a and a second port 109b between the closed circuit 114 and the first port 109a and between the closed circuit 114 and the second port 109b via the signal line 107. Connected in series. Further, the magnetoresistive effect device 100 does not have a magnetoresistive effect element connected in series with the first port 109 a and the second port 109 b via the signal line 107.
  • the first port 109a is an input port to which a high-frequency signal that is an AC signal is input
  • the second port 109b is an output port to which a high-frequency signal is output.
  • the signal line 107 is electrically connected to the magnetoresistive effect element 101 via the upper electrode 105, and a part of the high frequency signal input from the first port 109 a is input to the magnetoresistive effect element 101, and Are output to the second port 109b.
  • the attenuation (S21), which is the dB value of the power ratio (output power / input power) when the high-frequency signal passes from the first port 109a to the second port 109b, is measured by a high-frequency measuring instrument such as a network analyzer. It can be measured.
  • the upper electrode 105 and the lower electrode 106 serve as a pair of electrodes, and are arranged via the magnetoresistive effect element 101 in the stacking direction of each layer constituting the magnetoresistive effect element 101. That is, the upper electrode 105 and the lower electrode 106 constitute a signal (current) in a direction intersecting the surface of each layer constituting the magnetoresistive effect element 101 with respect to the magnetoresistive effect element 101, for example, the magnetoresistive effect element 101. It functions as a pair of electrodes for flowing in a direction (stacking direction) perpendicular to the surface of each layer.
  • the upper electrode 105 and the lower electrode 106 are preferably made of Ta, Cu, Au, AuCu, Ru, or any two or more films of these materials.
  • One end (magnetization free layer 104 side) of the magnetoresistive effect element 101 is electrically connected to the signal line 107 via the upper electrode 105, and the other end (magnetization fixed layer 102 side) is grounded via the lower electrode 106. Is electrically connected.
  • the ground 108 functions as a reference potential.
  • the shapes of the signal line 107 and the ground 108 are preferably defined as a microstrip line (MSL) type or a coplanar waveguide (CPW) type.
  • MSL microstrip line
  • CPW coplanar waveguide
  • the signal line width of the signal line 107 and the distance between the grounds are designed so that the characteristic impedance of the signal line 107 is equal to the impedance of the circuit system.
  • the direct current input terminal 110 is connected to the signal line 107.
  • a direct current can be applied to the magnetoresistive effect element 101.
  • the magnetoresistive effect element 101 has a direct current input from the direct current input terminal 110 in the direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the magnetoresistive effect element 101. It is arranged to flow.
  • a choke coil (inductor) or a resistance element for cutting a high-frequency signal may be connected in series between the direct current input terminal 110 and the direct current source 113.
  • the direct current source 113 is connected to the ground 108 and the direct current input terminal 110, and from the direct current input terminal 110 to the closed circuit 114 including the magnetoresistive effect element 101, the signal line 107, the ground 108, and the direct current input terminal 110. Apply direct current.
  • the DC current source 113 is configured by a circuit of a combination of a variable resistor and a DC voltage source, for example, and is configured to be able to change the current value of the DC current.
  • the direct current source 113 may be configured by a circuit of a combination of a fixed resistor and a direct current voltage source that can generate a constant direct current.
  • the capacitor 111 has a function of cutting a direct current and simultaneously passing a high frequency current.
  • the capacitor 111 may be either a chip capacitor or a capacitor using a pattern line.
  • the capacitance value of the capacitor 111 is preferably 1 ⁇ F or more.
  • the capacitor 111 prevents the direct current from the direct current source 113 from leaking to other electronic circuits connected to the magnetoresistive effect device 100 via the first port 109a or the second port 109b.
  • a direct current can be efficiently applied to the magnetoresistive element 101. Further, the capacitor 111 can protect the magnetoresistive element 101 from an unnecessary direct current leaked from other electronic circuits.
  • the magnetic field supply mechanism 112 is disposed in the vicinity of the magnetoresistive effect element 101 and can set the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101 by applying a magnetic field to the magnetoresistive effect element 101.
  • the magnetic field supply mechanism 112 is configured as an electromagnet type or a stripline type that can variably control the applied magnetic field intensity by either voltage or current.
  • the magnetic field supply mechanism 112 may be configured by a combination of an electromagnet type or stripline type and a permanent magnet that supplies only a constant magnetic field. Further, the magnetic field supply mechanism 112 can change the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element 101 by changing the effective magnetic field in the magnetization free layer 104 by changing the magnetic field applied to the magnetoresistive element 101. Yes.
  • the magnetization fixed layer 102 is made of a ferromagnetic material, and its magnetization direction is substantially fixed in one direction.
  • the magnetization fixed layer 102 is preferably made of a high spin polarizability material such as Fe, Co, Ni, an alloy of Ni and Fe, an alloy of Fe and Co, or an alloy of Fe, Co and B. Thereby, a high magnetoresistance change rate can be obtained.
  • the magnetization fixed layer 102 may be made of a Heusler alloy.
  • the film thickness of the magnetization fixed layer 102 is preferably 1 to 10 nm. Further, an antiferromagnetic layer may be added so as to be in contact with the magnetization fixed layer 102 in order to fix the magnetization of the magnetization fixed layer 102.
  • the magnetization of the magnetization fixed layer 102 may be fixed using magnetic anisotropy due to the crystal structure, shape, or the like.
  • FeO, CoO, NiO, CuFeS 2 , IrMn, FeMn, PtMn, Cr, Mn, or the like can be used.
  • the spacer layer 103 is disposed between the magnetization fixed layer 102 and the magnetization free layer 104, and the magnetization of the magnetization fixed layer 102 and the magnetization of the magnetization free layer 104 interact to obtain a magnetoresistance effect.
  • the spacer layer 103 includes a layer formed of a conductor, an insulator, and a semiconductor, or a layer including a conduction point formed of a conductor in the insulator.
  • the spacer layer 103 When a nonmagnetic conductive material is applied as the spacer layer 103, examples of the material include Cu, Ag, Au, Ru, and the like, and the magnetoresistive element 101 exhibits a giant magnetoresistance (GMR) effect.
  • GMR giant magnetoresistance
  • the thickness of the spacer layer 103 is preferably about 0.5 to 3.0 nm.
  • the spacer layer 103 When a nonmagnetic insulating material is applied as the spacer layer 103, examples of the material include Al 2 O 3 or MgO, and the magnetoresistive element 1a exhibits a tunnel magnetoresistance (TMR) effect.
  • TMR tunnel magnetoresistance
  • a high magnetoresistance change rate can be obtained by adjusting the film thickness of the spacer layer 103 so that a coherent tunnel effect appears between the magnetization fixed layer 102 and the magnetization free layer 104.
  • the thickness of the spacer layer 103 is preferably about 0.5 to 3.0 nm.
  • the spacer layer 103 When a nonmagnetic semiconductor material is used for the spacer layer 103, examples of the material include ZnO, In 2 O 3 , SnO 2 , ITO, GaO x, and Ga 2 O x, and the thickness of the spacer layer 103 is 1.0. It is preferable that the thickness is about 4.0 nm.
  • the spacer layer 103 When a layer including a conduction point constituted by a conductor in a nonmagnetic insulator is applied as the spacer layer 103, in the nonmagnetic insulator constituted by Al 2 O 3 or MgO, CoFe, CoFeB, CoFeSi, CoMnGe, A structure including a conduction point constituted by a conductor such as CoMnSi, CoMnAl, Fe, Co, Au, Cu, Al, or Mg is preferable. In this case, the thickness of the spacer layer 103 is preferably about 0.5 to 2.0 nm.
  • the magnetization free layer 104 can be changed in its magnetization direction by an externally applied magnetic field or spin-polarized electrons, and is made of a ferromagnetic material.
  • the magnetization free layer 104 is a material having an axis of easy magnetization in the in-plane direction
  • examples of the material include CoFe, CoFeB, CoFeSi, CoMnGe, CoMnSi, and CoMnAl, and the thickness is about 1 to 10 nm. preferable.
  • the magnetization free layer 104 is a material having an axis of easy magnetization in the normal direction of the film surface
  • the material is Co, CoCr alloy, Co multilayer film, CoCrPt alloy, FePt alloy, SmCo alloy containing rare earth, or TbFeCo. An alloy etc. are mentioned.
  • the magnetization free layer 104 may be made of a Heusler alloy.
  • a high spin polarizability material may be inserted between the magnetization free layer 104 and the spacer layer 103. This makes it possible to obtain a high magnetoresistance change rate.
  • the high spin polarizability material include a CoFe alloy and a CoFeB alloy.
  • the film thickness of either the CoFe alloy or the CoFeB alloy is preferably about 0.2 to 1.0 nm.
  • a cap layer, a seed layer, or a buffer layer may be provided between the upper electrode 105 and the magnetoresistive effect element 101 and between the lower electrode 106 and the magnetoresistive effect element 101.
  • the cap layer, seed layer, or buffer layer include Ru, Ta, Cu, Cr, or a laminated film thereof. The thickness of these layers is preferably about 2 to 10 nm.
  • the magnetoresistive effect element 101 preferably has a long side of about 100 nm or less than 100 nm when the plan view shape of the magnetoresistive effect element 101 is rectangular (including a square). Further, when the planar view shape of the magnetoresistive effect element 101 is not rectangular, the long side of the rectangle circumscribing the planar view shape of the magnetoresistive effect element 101 with the minimum area is defined as the long side of the magnetoresistive effect element 101. To do. When the long side is as small as about 100 nm, the magnetic domain of the magnetization free layer 104 can be made into a single domain, and a highly sensitive spin torque resonance phenomenon can be realized.
  • the “planar shape” is a shape viewed in a plane perpendicular to the stacking direction of each layer constituting the magnetoresistive effect element.
  • the magnetoresistive effect element 101 When a high frequency signal having the same frequency as the intrinsic spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101 is input to the magnetoresistive effect element 101, the magnetization of the magnetization free layer 104 vibrates at the spin torque resonance frequency. This phenomenon is called a spin torque resonance phenomenon.
  • the element resistance value of the magnetoresistive effect element 101 is determined by the relative angle of magnetization between the magnetization fixed layer 102 and the magnetization free layer 104. Therefore, the resistance value of the magnetoresistive effect element 101 at the time of spin torque resonance periodically changes with the vibration of magnetization of the magnetization free layer 104. That is, the magnetoresistive effect element 101 can be handled as a resistance vibration element whose resistance value periodically changes at the spin torque resonance frequency.
  • the magnetoresistive effect element 101 can be handled as a resistance element that reduces the impedance of a high-frequency signal at the spin torque resonance frequency due to the spin torque resonance phenomenon.
  • the spin torque resonance frequency changes depending on the effective magnetic field in the magnetization free layer 104.
  • the effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 104 includes an external magnetic field H E applied to the magnetization free layer, an anisotropic magnetic field H k in the magnetization free layer 104, a demagnetizing field H D in the magnetization free layer 104, and in the magnetization free layer 104.
  • H eff H E + H k + H D + H EX
  • Magnetic field supply mechanism 112 by applying an external magnetic field H E the magnetization free layer 104 by applying a magnetic field to the magnetoresistive element 101, the effective magnetic field H eff a settable effective magnetic field setting mechanism in the magnetization free layer 104 is there.
  • the magnetic field supply mechanism 112 which is an effective magnetic field setting mechanism, changes the spin magnetic resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101 by changing the effective magnetic field in the magnetization free layer 104 by changing the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 101. Can be made. As described above, when the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 101 is changed, the spin torque resonance frequency changes.
  • the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101 can be changed by changing the magnetic field from the magnetic field supply mechanism 112 or changing the applied DC current from the DC current input terminal 110.
  • the current density of the direct current applied to the magnetoresistive effect element 101 is preferably smaller than the oscillation threshold current density of the magnetoresistive effect element 101.
  • the oscillation threshold current density of the magnetoresistive effect element is the precession of the magnetization of the magnetization free layer of the magnetoresistive effect element at a constant frequency and a constant amplitude by applying a direct current with a current density equal to or higher than this value. This is the threshold current density at which the magnetoresistive effect element oscillates (the output (resistance value) of the magnetoresistive effect element fluctuates at a constant frequency and a constant amplitude).
  • the magnetoresistive effect device 100 can have the function of a high-frequency filter whose frequency near the spin torque resonance frequency is in the cutoff frequency band.
  • the magnetoresistive effect device 100 is a band cutoff filter (band elimination filter).
  • the impedance of the magnetoresistive effect element 101 is connected to the second port 109b at a frequency that coincides with or near the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101 (frequency in the cutoff band). It is desirable that the impedance be smaller than the impedance of other electronic circuits to be used.
  • the impedance of the magnetoresistive effect element 101 is the impedance of the other electronic circuit connected to the second port 109b at frequencies other than the spin torque resonance frequency and frequencies in the vicinity of the spin torque resonance frequency (passband frequency). It is desirable to be larger.
  • FIG. 2 and 3 are graphs showing the relationship between the frequency of the high-frequency signal input to the magnetoresistive effect device 100 and the amount of attenuation. 2 and 3, the vertical axis represents the amount of attenuation, and the horizontal axis represents the frequency.
  • FIG. 2 is a graph when the magnetic field applied to the magnetoresistive element 101 is constant.
  • the plot line 121 in FIG. 2 is the one when the DC current value applied from the DC current input terminal 110 to the magnetoresistive effect element 101 is I0, and the plot line 122 is from the DC current input terminal 110 to the magnetoresistive effect element.
  • the value of the direct current applied to 101 is I1 (> I0).
  • FIG. 3 is a graph when the direct current applied to the magnetoresistive element 101 is constant.
  • a plot line 123 in FIG. 3 is obtained when the magnetic field strength applied from the magnetic field supply mechanism 112 is H0, and a plot line 124 is obtained when the magnetic field strength applied from the magnetic field supply mechanism 112 is H1 (> H0). belongs to.
  • FIG. 2 when the direct current value applied from the direct current input terminal 110 to the magnetoresistive effect element 101 is increased from I0 to I1, the spin of the magnetoresistive effect element 101 is changed with the change in the current value.
  • the attenuation amount absolute value of the attenuation amount.
  • the magnetoresistive effect device 100 can realize a high-frequency filter having a large range of cutoff characteristics and pass characteristics. Further, when the direct current value is increased, the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101 is shifted from the frequency f0 to the frequency f1, that is, the low frequency side, and the cutoff frequency band is the low frequency side from the frequency band 120a to the frequency band 120b. Shift to. That is, the magnetoresistive effect device 100 can also function as a high-frequency filter that can change the frequency of the cutoff frequency band.
  • the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101 is changed from the frequency f2 to the frequency f3, that is, Shifting to the high frequency side, the cut-off frequency band shifts from the frequency band 120c to the frequency band 120d to the high frequency side.
  • changing the magnetic field strength (effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 104) can shift the cutoff frequency band more than changing the direct current value. That is, the magnetoresistive effect device 100 can function as a high frequency filter capable of changing the frequency of the cutoff frequency band.
  • the amplitude of the resistance value oscillating of the magnetoresistive effect element 101 decreases.
  • the current density of the direct current applied to the magnetoresistive effect element 101 is preferably increased.
  • the magnetoresistive effect device 100 includes the magnetoresistive element 101 having the magnetization fixed layer 102, the spacer layer 103, and the magnetization free layer 104 in which the direction of magnetization can be changed, the first port 109a, the second port Port 109b, signal line 107, DC current input terminal 110, and capacitor 111, the first port 109a and the second port 109b are connected via the signal line 107, and the magnetoresistive element 101 Is connected in parallel to the second port 109b to the signal line 107 and the ground 108, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107, the magnetoresistive effect element 101, the signal line 107, the ground 108 and the DC A closed circuit 114 including a current input terminal 110 is formed, and the capacitor 111 includes a closed circuit 114 and During and between closed circuit 114 with port 109a of one and the second port 109b, is connected to the first port 109a and second port 109b and the series via the signal line 107.
  • a spin torque resonance can be induced in the magnetoresistive effect element 101 by inputting a high frequency signal from the first port 109a to the magnetoresistive effect element 101 via the signal line 107. Due to the spin torque resonance, the magnetoresistive effect element 101 can be handled as an element whose resistance value periodically oscillates at a frequency corresponding to the spin torque resonance frequency. By this effect, the element impedance with respect to the frequency in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101 is reduced. Since the magnetoresistive effect element 101 is connected to the signal line 107 and the ground 108 in parallel to the second port 109b, the magnetoresistive effect element 101 of the high-frequency signal input from the first port 109a is connected.
  • a high-frequency signal having a frequency in the vicinity of the spin torque resonance frequency is likely to flow to the magnetoresistive effect element 101 and is difficult to flow to the second port 109b.
  • the high-frequency signal input from the first port 109 a can be blocked from the second port 109 b at a frequency near the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101. That is, the magnetoresistive effect device 100 can have frequency characteristics as a high frequency filter.
  • the direct current input from the direct current input terminal 110 flows through a closed circuit 114 formed including the magnetoresistive effect element 101, the signal line 107, the ground 108, and the direct current input terminal 110.
  • a direct current can be efficiently applied to the magnetoresistive effect element 101.
  • the spin torque is increased and the amplitude of the oscillating resistance value is increased.
  • the magnetoresistive effect device 100 functions as a high-frequency filter having a large range of cutoff characteristics and pass characteristics. Is possible.
  • the magnetization free layer 104 has an easy axis in the film surface normal direction
  • the magnetization fixed layer 102 has an easy axis in the film surface direction. Is preferred.
  • the capacitor 111 connected in series with the first port 109a and the second port 109b via the signal line 107 is connected to the first port 109a or the second port of the DC current applied from the DC current input terminal 110. Since the outflow to the port 109b can be prevented, when another electronic circuit is connected to the first port 109a or the second port 109b, it is possible to prevent a direct current from being mixed into the other electronic circuit. It becomes possible.
  • the magnetoresistive effect device 100 since the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101 can be variably controlled by changing the direct current applied from the direct current input terminal 110, the magnetoresistive effect device 100 functions as a frequency variable filter. It is also possible to do.
  • the magnetoresistive effect device 100 since the magnetoresistive effect device 100 has the magnetic field supply mechanism 112 as a frequency setting mechanism capable of setting the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101, the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101 is set to an arbitrary frequency. Can be. Therefore, the magnetoresistive effect device 100 can function as a filter of an arbitrary frequency band.
  • the magnetoresistive effect device 100 is an effective magnetic field setting mechanism in which the magnetic field supply mechanism 112 can set an effective magnetic field in the magnetization free layer 104, and the effective magnetic field in the magnetization free layer 104 is changed to change the magnetoresistive effect element 101. Since the spin torque resonance frequency can be changed, it can function as a frequency variable filter.
  • the magnetoresistive effect device 100 does not have a magnetoresistive effect element connected in series with the first port 109 a and the second port 109 b via the signal line 107, the first element via the signal line 107 It is possible to prevent deterioration of pass characteristics due to a loss caused by the magnetoresistive effect element connected in series with the port 109a and the second port 109b.
  • the magnetoresistive effect device 100 can function as a high frequency filter having good pass characteristics in the pass frequency band.
  • the capacitor 111 is described as being connected to both the closed circuit 114 and the first port 109a and between the closed circuit 114 and the second port 109b.
  • the capacitor 111 may be connected to only one of them. Even in this case, the direct current applied from the direct current input terminal 110 can be prevented from flowing out to either the first port 109a or the second port 109b.
  • an example is described in which one capacitor 111 is connected between the closed circuit 114 and the first port 109a and between the closed circuit 114 and the second port 109b.
  • a plurality of capacitors 111 may be connected at each location.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a magnetoresistive effect device 200 according to the second embodiment of the present invention.
  • the magnetoresistive effect device 200 differences from the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment will be mainly described, and description of common matters will be omitted as appropriate.
  • Elements common to the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the common elements is omitted.
  • the magnetoresistive effect device 200 includes two magnetoresistive effect elements 101a and 101b having a magnetization fixed layer 102, a spacer layer 103, and a magnetization free layer 104, an upper electrode 105, a lower electrode 106, a signal line 107, a first port 109a, It has a second port 109b, a direct current input terminal 110, a capacitor 111, and two magnetic field supply mechanisms 112a and 112b as frequency setting mechanisms.
  • the two magnetoresistive elements 101 a and 101 b have the same configuration, and the two magnetoresistive elements 101 a and 101 b are connected in parallel between the upper electrode 105 and the lower electrode 106.
  • Each of the magnetic field supply mechanisms 112a and 112b has the same configuration as the magnetic field supply mechanism 112 of the first embodiment.
  • the magnetic field supply mechanism 112a applies a magnetic field to the magnetoresistive effect element 101a
  • the magnetic field supply mechanism 112b has a magnetoresistive effect.
  • a magnetic field is applied to the element 101b.
  • the magnetoresistive effect device 200 has the magnetic field supply mechanisms 112a and 112b as frequency setting mechanisms so that the spin torque resonance frequencies of the magnetoresistive effect elements 101a and 101b can be individually set.
  • the first port 109a and the second port 109b are connected via the signal line 107, and the two magnetoresistive elements 101a and 101b are connected in parallel to the second port 109b. And ground 108.
  • the direct current terminal 110 is connected to the signal line 107, and the direct current source 113 connected to the ground 108 is connected to the direct current input terminal 110, whereby the magnetoresistive effect element 101 a, the magnetoresistive effect element 101 b, and the signal line 107.
  • the closed circuit 214 including the ground 108 and the direct current input terminal 110 is formed.
  • the direct current input from the direct current input terminal 110 flows through the closed circuit 214, and the direct current is applied to the magnetoresistive effect element 101a and the magnetoresistive effect element 101b.
  • the capacitor 111 is connected between the closed circuit 214 and the first port 109a and between the closed circuit 214 and the second port 109b via the signal line 107, and the first port 109a and the second port 109b. Connected in series.
  • the high-frequency signal input from the first port 109a passes through the magnetoresistive effect element 101a and the magnetoresistive effect element 101b that are partially connected in parallel to flow to the ground 108, and the rest is output from the second port 109b.
  • the high frequency component of the high frequency signal input from the first port 109a matches the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101a or the magnetoresistive effect element 101b, or the magnetoresistance Since the frequency component in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the effect element 101a or the magnetoresistive effect element 101b tends to flow to the magnetoresistive effect element 101a or the magnetoresistive effect element 101b connected in parallel with the combined impedance being low, It is difficult to output to the second port 109b. That is, the magnetoresistive effect device 200 can have a function of a high frequency filter whose frequency near the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101a or the magnetoresistive effect element 101b is
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the frequency of the high-frequency signal input to the magnetoresistive device 200 and the attenuation.
  • the vertical axis in FIG. 5 represents the attenuation, and the horizontal axis represents the frequency.
  • the magnetic field strength applied to the magnetoresistive effect element 101a is When the intensity of the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 101b is large, fa ⁇ fb.
  • the two magnetoresistive effect elements 101a and 101b are connected in parallel, when at least one of the magnetoresistive effect element 101a and the magnetoresistive effect element 101b becomes in a low impedance state due to the spin torque resonance phenomenon, Since the combined impedance of the magnetoresistive effect element 101a and the magnetoresistive effect element 101b connected in parallel is lower than that in the case where both of the resistance effect elements 101a and 101b do not cause spin torque resonance, the input is made from the first port 109a. The high-frequency signal thus made becomes difficult to be output to the second port 109b. Therefore, as shown in FIG. 5, a part of the frequency (the cutoff frequency band 220a shown in FIG.
  • the device 200 can have a wider cutoff frequency band (the cutoff frequency band 220 shown in FIG. 5) than the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment.
  • the magnetoresistive effect device 200 can function as a frequency variable filter that can arbitrarily change the cutoff frequency band.
  • the magnetoresistive effect device 200 has the magnetic field supply mechanisms 112a and 112b as frequency setting mechanisms so that the spin torque resonance frequencies of the magnetoresistive effect elements 101a and 101b can be individually set.
  • the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element can be individually controlled.
  • the magnetoresistive effect elements 101a and 101b are connected in parallel, the plurality of magnetoresistive effect elements 101a and 101b connected in parallel in the vicinity of the same frequency as the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive effect element. Since the combined impedance can be reduced, the cut-off frequency band 220 having a certain width can be provided.
  • the band can be arbitrarily changed by changing the direct current applied to the magnetoresistive effect elements 101a and 101b or the magnetic field applied to the magnetoresistive effect elements 101a and 101b by the magnetic field supply mechanisms 112a and 112b. It becomes possible.
  • the magnetoresistive effect device 200 has a cut-off frequency band having a certain width, and can function as a frequency variable filter that can arbitrarily change the band of the pass frequency.
  • the two magnetoresistive elements 101a and 101b are connected in parallel so that the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element can be set individually.
  • two frequency setting mechanisms magnetic field supply mechanisms 112a and 112b
  • three or more magnetoresistive elements are connected in parallel, and the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element is individually set.
  • Three or more frequency setting mechanisms may be provided so that setting is possible. In this case, the width of the cut-off frequency band can be further expanded.
  • the two magnetoresistive elements 101a and 101b have the same configuration, but the plurality of magnetoresistive elements may have different configurations.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a magnetoresistive effect device 300 according to the third embodiment of the present invention.
  • the magnetoresistive effect device 300 will be described mainly with respect to differences from the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment, and description of common matters will be omitted as appropriate.
  • Elements common to the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the common elements is omitted.
  • the magnetoresistive effect device 300 includes two magnetoresistive effect elements 301a and 301b having a magnetization fixed layer 102, a spacer layer 103, and a magnetization free layer 104, an upper electrode 105, a lower electrode 106, a signal line 107, a first port 109a, It has a second port 109b, a direct current input terminal 110, a capacitor 111, and a magnetic field supply mechanism 112 as a frequency setting mechanism.
  • the magnetoresistive elements 301 a and 301 b are connected in parallel between the upper electrode 105 and the lower electrode 106.
  • the magnetoresistive elements 301a and 301b have different spin torque resonance frequencies in a state where a direct current having the same magnetic field and the same current density is applied.
  • the magnetoresistive effect elements 301a and 301b have the same film configuration and are both rectangular in plan view, but have different aspect ratios in the plan view.
  • the film configuration is the same means that the material and film thickness of each layer constituting the magnetoresistive effect element are the same, and the stacking order of each layer is the same.
  • the “planar shape” is a shape viewed in a plane perpendicular to the stacking direction of each layer constituting the magnetoresistive effect element.
  • the “aspect ratio of the planar view shape” is the ratio of the length of the long side to the length of the short side of the rectangle circumscribing the planar view shape of the magnetoresistive effect element with a minimum area.
  • the first port 109a and the second port 109b are connected via the signal line 107, and the magnetoresistive effect element 301a and the magnetoresistive effect element 301b are connected in parallel to the second port 109b, the signal line 107 and the ground. 108 is connected.
  • the direct current input terminal 110 is connected to the signal line 107, and the direct current source 113 connected to the ground 108 is connected to the direct current input terminal 110, so that the magnetoresistive effect element 301a, the magnetoresistive effect element 301b, and the signal line are connected.
  • a closed circuit 314 including a ground 108 and a direct current input terminal 110 is formed.
  • the direct current input from the direct current input terminal 110 flows through the closed circuit 314, and the direct current is applied to the magnetoresistive effect element 301a and the magnetoresistive effect element 301b.
  • the capacitor 111 includes a first port 109a and a second port 109b between the closed circuit 314 and the first port 109a and between the closed circuit 314 and the second port 109b via the signal line 107. Connected in series.
  • the magnetic field supply mechanism 112 is disposed in the vicinity of the magnetoresistive effect elements 301a and 301b, and applies the same magnetic field to the magnetoresistive effect elements 301a and 301b simultaneously.
  • the magnetic field supply mechanism 112 changes the effective magnetic field in the magnetization free layer 104 of the magnetoresistive effect elements 301a and 301b by changing the magnetic field applied to the magnetoresistive effect elements 301a and 301b, thereby changing the magnetoresistive effect elements 301a and 301b.
  • the spin torque resonance frequency of 301b can be changed.
  • FIG. 7 is a top view of the magnetoresistive effect device 300.
  • the magnetoresistive element 301a, dimension Y 0 in the Y direction is a short side direction of the plan view shape of 301b but is the same in the longitudinal direction of the plan view shape of the magnetoresistive element 301a
  • a dimension Xa in a certain X direction is different from a dimension Xb in the X direction that is a long side direction of the planar view shape of the magnetoresistive effect element 301b, and Xa ⁇ Xb.
  • the aspect ratio of the plan view shape of the magnetoresistive element 301b (Xb / Y 0) is large.
  • the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element increases as the aspect ratio of the planar shape of the magnetoresistive effect element increases. Therefore, the spin torque resonance frequency fb of the magnetoresistive effect element 301b is higher than the spin torque resonance frequency fa of the magnetoresistive effect element 301a.
  • the spin torque resonance frequencies can be made different from each other even if the film configurations are the same.
  • a plurality of magnetoresistive elements having different spin torque resonance frequencies in the process can be produced. That is, since the film configuration of the plurality of magnetoresistive effect elements can be made the same, the layers constituting the plurality of magnetoresistive effect elements can be collectively formed.
  • the high-frequency signal input from the first port 109a flows through the magnetoresistive effect element 301a and the magnetoresistive effect element 301b, which are partially connected in parallel, to the ground 108, and the rest is output from the second port 109b.
  • the high frequency component of the high frequency signal input from the first port 109a matches the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 301a or the magnetoresistive effect element 301b, or magnetoresistive Since the frequency component in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the effect element 301a or the magnetoresistive effect element 301b is likely to flow to the parallel-connected magnetoresistive effect element 301a or magnetoresistive effect element 301b having a low combined impedance state.
  • the magnetoresistive effect device 300 can have a function of a high frequency filter whose frequency near the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 301a or the magnetoresistive effect element 301b is a cutoff frequency band.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the frequency of the high-frequency signal input to the magnetoresistive effect device 300 and the amount of attenuation.
  • the vertical axis represents attenuation
  • the horizontal axis represents frequency. Since the two magnetoresistive effect elements 301a and 301b are connected in parallel, when at least one of the magnetoresistive effect element 301a and the magnetoresistive effect element 301b is in a low impedance state due to the spin torque resonance phenomenon, the magnetoresistive effect element Compared to the case where both 301a and 301b do not cause spin torque resonance, the combined impedance of the magnetoresistive effect element 301a and the magnetoresistive effect element 301b connected in parallel is lower, and therefore the high frequency input from the first port 109a.
  • the signal is less likely to be output to the second port 109b. Therefore, as shown in FIG. 8, a part of the frequency (the cutoff frequency band 320a shown in FIG. 8) in the vicinity of the spin torque resonance frequency fa of the magnetoresistive effect element 301a and the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 301b.
  • the aspect ratios of the magnetoresistive effect elements 301a and 301b in plan view are made different so that a part of the frequency in the vicinity of fb (the cut-off frequency band 320b shown in FIG. 8) overlaps, the magnetoresistive effect device 300 becomes as shown in FIG.
  • the magnetoresistive effect device 300 can function as a variable frequency filter that can arbitrarily change the band of the cutoff frequency.
  • the magnetoresistive effect device 300 since the magnetoresistive effect elements 301a and 301b having different spin torque frequencies are connected in parallel, the vicinity of a plurality of frequencies that are the same as the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive effect element. Since the combined impedance of the plurality of magnetoresistive elements 301a and 301b connected in parallel can be reduced, a cut-off frequency band 320 having a certain width can be provided. Furthermore, the position of the cut-off frequency band can be changed by changing the direct current applied to the magnetoresistive effect elements 301a and 301b or the magnetic field applied by the magnetic field supply mechanism 112 to the magnetoresistive effect elements 301a and 301b. It becomes possible. Thus, the magnetoresistive effect device 300 has a cut-off frequency band having a certain width, and can function as a frequency variable filter that can change the position of the cut-off frequency band.
  • the magnetoresistive effect device 300 has different aspect ratios in the plan view of the magnetoresistive effect elements 301a and 301b, a plurality of magnetoresistive effect elements 301a and 301b having different spin torque resonance frequencies are manufactured in the same process. It becomes possible. That is, since the film configurations of the plurality of magnetoresistive elements can be made the same, the layers constituting the plurality of magnetoresistive elements 301a and 301b can be collectively formed.
  • magnetoresistive effect device 300 In the magnetoresistive effect device 300 according to the third embodiment, two magnetoresistive effect elements 301a and 301b having different spin torque resonance frequencies are connected in parallel.
  • the above magnetoresistive elements may be connected in parallel. In this case, the width of the cut-off frequency band can be further expanded.
  • the film configurations of the two magnetoresistive effect elements 301a and 301b are the same, but the plurality of magnetoresistive effect elements may have different film configurations. Good.
  • the spin torque resonance frequencies of the plurality of magnetoresistance effect elements may be made different from each other by making the film configurations different from each other while making the aspect ratios of the plurality of magnetoresistance effect elements the same in plan view.
  • the magnetic field supply mechanism 112 applies the same magnetic field to the magnetoresistive elements 301a and 301b at the same time.
  • a magnetic field supply mechanism for individually applying a magnetic field to the resistance effect element may be provided.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a magnetoresistive effect device 400 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the magnetoresistive effect device 400 points different from the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment will be mainly described, and description of common matters will be omitted as appropriate.
  • Elements common to the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the common elements is omitted.
  • the magnetoresistive effect device 400 includes two magnetoresistive effect elements 101 a and 101 b having a magnetization fixed layer 102, a spacer layer 103, and a magnetization free layer 104, upper electrodes 105 a and 105 b, lower electrodes 106 a and 106 b, a signal line 107, and a first signal line 107.
  • the upper electrode 105a and the lower electrode 106a are disposed so as to sandwich the magnetoresistive element 101a, and the upper electrode 105b and the lower electrode 106b are disposed so as to sandwich the magnetoresistive element 101b.
  • the two magnetoresistive elements 101a and 101b have the same configuration, and the two magnetoresistive elements 101a and 101b are connected in series.
  • Each of the magnetic field supply mechanisms 112a and 112b has the same configuration as the magnetic field supply mechanism 112 of the first embodiment.
  • the magnetic field supply mechanism 112a applies a magnetic field to the magnetoresistive effect element 101a, and the magnetic field supply mechanism 112b has a magnetoresistive effect.
  • a magnetic field is applied to the element 101b.
  • the magnetoresistive effect device 400 includes the magnetic field supply mechanisms 112a and 112b as frequency setting mechanisms so that the spin torque resonance frequencies of the magnetoresistive effect elements 101a and 101b can be individually set.
  • the first port 109a and the second port 109b are connected via the signal line 107, and the two magnetoresistive effect elements 101a and 101b connected in series are parallel to the second port 109b.
  • the signal line 107 and the ground 108 are connected.
  • the direct current terminal 110 is connected to the signal line 107, and the direct current source 113 connected to the ground 108 is connected to the direct current input terminal 110, so that the magnetoresistive effect elements 101 a and 101 b, the signal line 107, the ground 108, and A closed circuit 414 including the direct current input terminal 110 is formed.
  • the direct current input from the direct current input terminal 110 flows through the closed circuit 414, and the direct current is applied to the magnetoresistive effect element 101a and the magnetoresistive effect element 101b.
  • the capacitor 111 includes a first port 109a and a second port 109b between the closed circuit 414 and the first port 109a and between the closed circuit 414 and the second port 109b via the signal line 107. Connected
  • the high-frequency signal input from the first port 109a passes through the magnetoresistive effect element 101a and the magnetoresistive effect element 101b that are partially connected in series, flows to the ground 108, and the rest is output from the second port 109b.
  • the high frequency component of the high frequency signal input from the first port 109a matches the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101a or the magnetoresistive effect element 101b, or the magnetoresistance Since the frequency component in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the effect element 101a or the magnetoresistive effect element 101b easily flows to the magnetoresistive effect elements 101a and 101b connected in series with the combined impedance being low, the second port It becomes difficult to output to 109b. That is, the magnetoresistive effect device 400 can have a function of a high frequency filter whose frequency near the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101a or the magnetoresistive effect element 101b is a cutoff frequency band.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the frequency of the high-frequency signal input to the magnetoresistive device 400 and the attenuation.
  • the vertical axis represents attenuation
  • the horizontal axis represents frequency.
  • the magnetic field strength applied to the magnetoresistive effect element 101a is When the intensity of the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 101b is large, fa ⁇ fb.
  • the two magnetoresistive effect elements 101a and 101b are connected in series, when at least one of the magnetoresistive effect element 101a and the magnetoresistive effect element 101b is in a low impedance state due to the spin torque resonance phenomenon, Since the combined impedance of the magnetoresistive effect element 101a and the magnetoresistive effect element 101b connected in series is lower than that in the case where both of the resistance effect elements 101a and 101b do not cause spin torque resonance, the input impedance is input from the first port 109a. The high-frequency signal thus made becomes difficult to be output to the second port 109b. Therefore, as shown in FIG. 10, a part of the frequency (the cutoff frequency band 420a shown in FIG.
  • the device 400 can have a wider cutoff frequency band (the cutoff frequency band 420 shown in FIG. 10) than the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment.
  • the magnetoresistive effect device 400 can function as a frequency variable filter that can arbitrarily change the band of the cutoff frequency.
  • the magnetoresistive effect device 400 includes the magnetic field supply mechanisms 112a and 112b as frequency setting mechanisms so that the spin torque resonance frequencies of the magnetoresistive effect elements 101a and 101b can be individually set.
  • the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element can be individually controlled.
  • the magnetoresistive effect elements 101a and 101b are connected in series, a plurality of magnetoresistive effect elements 101a and 101b connected in series in the vicinity of the same frequency as the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive effect element. Since the combined impedance can be reduced, a cut-off frequency band 420 having a certain width can be provided.
  • the band can be arbitrarily changed by changing the direct current applied to the magnetoresistive effect elements 101a and 101b or the magnetic field applied to the magnetoresistive effect elements 101a and 101b by the magnetic field supply mechanisms 112a and 112b. It becomes possible. Accordingly, the magnetoresistive effect device 400 has a cut-off frequency band having a certain width, and can function as a frequency variable filter that can arbitrarily change the cut-off frequency band.
  • the two magnetoresistive effect elements 101a and 101b are connected in series so that the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element can be set individually.
  • two frequency setting mechanisms magnetic field supply mechanisms 112a and 112b
  • three or more magnetoresistive elements are connected in series, and the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element is individually set.
  • Three or more frequency setting mechanisms may be provided so that setting is possible. In this case, the width of the cut-off frequency band can be further expanded.
  • the configurations of the two magnetoresistive effect elements 101a and 101b are the same, but the configuration of the plurality of magnetoresistive effect elements may be different from each other.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a magnetoresistive effect device 500 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the magnetoresistive effect device 500 will be described mainly with respect to differences from the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment, and description of common matters will be omitted as appropriate.
  • Elements common to the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the common elements is omitted.
  • the magnetoresistive effect device 500 includes two magnetoresistive elements 501a and 501b, upper electrodes 105a and 105b, lower electrodes 106a and 106b, a signal line 107, a first line having a magnetization fixed layer 102, a spacer layer 103, and a magnetization free layer 104.
  • Port 109a, second port 109b, DC current input terminal 110, capacitor 111, and magnetic field supply mechanism 112 as a frequency setting mechanism.
  • the upper electrode 105a and the lower electrode 106a are disposed so as to sandwich the magnetoresistive element 501a, and the upper electrode 105b and the lower electrode 106b are disposed so as to sandwich the magnetoresistive element 501b.
  • Magnetoresistive elements 501a and 501b are connected in series.
  • the magnetoresistive elements 501a and 501b have different spin torque resonance frequencies in a state where a direct current having the same magnetic field and the same current density is applied.
  • the magnetoresistive elements 501a and 501b have the same film configuration and are both rectangular in plan view, but have different aspect ratios in the plan view.
  • “the film configuration is the same” means that the material and film thickness of each layer constituting the magnetoresistive effect element are the same, and the stacking order of each layer is the same.
  • the “planar shape” is a shape viewed in a plane perpendicular to the stacking direction of each layer constituting the magnetoresistive effect element.
  • the “aspect ratio of the planar view shape” is the ratio of the length of the long side to the length of the short side of the rectangle circumscribing the planar view shape of the magnetoresistive effect element with a minimum area.
  • the first port 109a and the second port 109b are connected via the signal line 107, and the magnetoresistive effect element 501a and the magnetoresistive effect element 501b are connected in parallel to the second port 109b and the signal line 107 and the ground. 108 is connected.
  • the direct current input terminal 110 is connected to the signal line 107, and the direct current source 113 connected to the ground 108 is connected to the direct current input terminal 110, so that the magnetoresistive effect element 501 a, magnetoresistive effect element 501 b, signal line 107, a closed circuit 514 including a ground 108 and a direct current input terminal 110 is formed.
  • the direct current input from the direct current input terminal 110 flows through the closed circuit 514, and the direct current is applied to the magnetoresistive effect element 501a and the magnetoresistive effect element 501b.
  • the capacitor 111 is connected in series between the closed circuit 514 and the first port 109a and between the closed circuit 514 and the second port 109b via the signal line 107 and the second port 109a and the second port 109b. It is connected to the port 109b.
  • the magnetic field supply mechanism 112 is disposed in the vicinity of the magnetoresistive effect elements 501a and 501b, and simultaneously applies a magnetic field of the same intensity to the magnetoresistive effect elements 501a and 501b.
  • the magnetic field supply mechanism 112 changes the effective magnetic field in the magnetization free layer 104 of the magnetoresistive effect elements 501a and 501b by changing the magnetic field applied to the magnetoresistive effect elements 501a and 501b, thereby changing the magnetoresistive effect elements 501a and 501b.
  • the spin torque resonance frequency of 501b can be changed.
  • FIG. 12 is a top view of the magnetoresistive effect device 500.
  • the magnetoresistive element 501a, dimension Y 0 in the Y direction is a short side direction of the plan view shape of 501b is the same, in the longitudinal direction of the plan view shape of the magnetoresistive element 501a
  • the dimension Xa in a certain X direction and the dimension Xb in the X direction, which is the long side direction of the planar view shape of the magnetoresistive effect element 501b, are different and Xa ⁇ Xb.
  • the aspect ratio of the plan view shape of the magnetoresistive element 501b (Xb / Y 0) is large.
  • the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element increases as the aspect ratio of the planar shape of the magnetoresistive effect element increases. Therefore, the spin torque resonance frequency fb of the magnetoresistive effect element 501b is higher than the spin torque resonance frequency fa of the magnetoresistive effect element 501a.
  • the spin torque resonance frequencies can be made different from each other even if the film configurations are the same.
  • a plurality of magnetoresistive elements having different spin torque resonance frequencies in the process can be produced. That is, since the film configuration of the plurality of magnetoresistive effect elements can be made the same, the layers constituting the plurality of magnetoresistive effect elements can be collectively formed.
  • the magnetoresistive effect elements 501a and 501b are connected in series, and the magnetoresistive effect element 501a has a cross-sectional area perpendicular to the direction in which the direct current flows.
  • the magnetoresistive effect element 501a has a higher current density than the magnetoresistive effect element 501b. Accordingly, when the current density of the applied DC current increases, the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element decreases, or the difference in the current density of the applied DC current depends on the spin torque resonance of the magnetoresistive effect element. If the difference in the aspect ratio of the magnetoresistive effect element in plan view has a greater effect on the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element than the effect on frequency, the aspect ratio of the plan view shape is Since the resistance effect element 501a and the magnetoresistance effect element 501b are different, fa ⁇ fb.
  • the high-frequency signal input from the first port 109a passes through the magnetoresistive effect element 501a and the magnetoresistive effect element 501b that are partially connected in series, flows to the ground 108, and the rest is output from the second port 109b.
  • the high frequency component of the high frequency signal input from the first port 109a coincides with the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 501a or magnetoresistive effect element 501b, or the magnetoresistance
  • the frequency component in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the effect element 501a or the magnetoresistive effect element 501b tends to flow to the serially connected magnetoresistive effect elements 501a and 501b having a low combined impedance state.
  • the magnetoresistive effect device 500 can have a function of a high frequency filter whose frequency near the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 501a or the magnetoresistive effect element 501b is a cutoff frequency band.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the frequency of the high-frequency signal input to the magnetoresistive effect device 500 and the amount of attenuation.
  • the vertical axis represents attenuation
  • the horizontal axis represents frequency. Since the two magnetoresistive effect elements 501a and 501b are connected in series, when at least one of the magnetoresistive effect element 501a and the magnetoresistive effect element 501b becomes in a low impedance state due to the spin torque resonance phenomenon, the magnetoresistive effect element Since the combined impedance of the magnetoresistive effect element 501a and the magnetoresistive effect element 501b connected in series is lower than when both 501a and 501b do not cause spin torque resonance, the high frequency input from the first port 109a is low.
  • the magnetoresistive device 500 has the structure shown in FIG. As shown in FIG. 6, the device can have a wider cut-off frequency band (cut-off frequency band 520 shown in FIG. 13) than the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment.
  • the magnetoresistive effect device 500 can function as a frequency variable filter that can arbitrarily change the band of the cutoff frequency.
  • the magnetoresistive effect elements 501a and 501b having different spin torque frequencies are connected in series with each other, so that the magnetoresistive effect element 500 is in the vicinity of a plurality of frequencies that are the same as the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive effect element. Since the combined impedance of the plurality of magnetoresistive elements 501a and 501b connected in series can be reduced, a cut-off frequency band 520 having a certain width can be provided.
  • the position of the cut-off frequency band can be changed by changing the direct current applied to the magnetoresistive effect elements 501a and 501b or the magnetic field applied by the magnetic field supply mechanism 112 to the magnetoresistive effect elements 501a and 501b. It becomes possible.
  • the magnetoresistive effect device 500 has a cut-off frequency band having a certain width, and can function as a frequency variable filter that can change the position of the cut-off frequency band.
  • the magnetoresistive effect device 500 has different aspect ratios in the plan view of the magnetoresistive effect elements 501a and 501b, a plurality of magnetoresistive effect elements 501a and 501b having different spin torque resonance frequencies are manufactured in the same process. It becomes possible. That is, since the film configuration of the plurality of magnetoresistive elements can be made the same, the layers constituting the plurality of magnetoresistive elements 501a and 501b can be collectively formed.
  • magnetoresistive effect device 500 of the fifth embodiment two magnetoresistive elements 501a and 501b having different spin torque resonance frequencies are connected in series.
  • the above magnetoresistive elements may be connected in series. In this case, the width of the cut-off frequency band can be further expanded.
  • the film configurations of the two magnetoresistance effect elements 501a and 501b are the same, but the plurality of magnetoresistance effect elements may have different film configurations. Good.
  • the spin torque resonance frequencies of the plurality of magnetoresistance effect elements may be made different from each other by making the film configurations different from each other while making the aspect ratios of the plurality of magnetoresistance effect elements the same in plan view.
  • the magnetic field supply mechanism 112 applies the same magnetic field to the magnetoresistive elements 501a and 501b at the same time.
  • a magnetic field supply mechanism for individually applying a magnetic field to the resistance effect element may be provided.
  • the magnetoresistive effect device 100 (300, 500) is described as an example having the magnetic field supply mechanism 112 as a frequency setting mechanism (effective magnetic field setting mechanism).
  • the frequency setting mechanism (effective magnetic field setting mechanism) may be another example as shown below.
  • the effective magnetic field in the magnetization free layer is changed by changing the anisotropic magnetic field H k in the magnetization free layer, and the spin of the magnetoresistive effect element The torque resonance frequency can be changed.
  • a mechanism for applying an electric field to the magnetoresistive effect element is a frequency setting mechanism (effective magnetic field setting mechanism).
  • the piezoelectric body is provided in the vicinity of the magnetization free layer, the piezoelectric deforming the piezoelectric element by applying an electric field to, by distorting the magnetization free layer, changing the anisotropy field H k in the magnetization free layer
  • the effective magnetic field in the magnetization free layer can be changed, and the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element can be changed.
  • the mechanism for applying an electric field to the piezoelectric body and the piezoelectric body serve as a frequency setting mechanism (effective magnetic field setting mechanism).
  • a control film that is an antiferromagnetic material or a ferrimagnetic material having an electromagnetic effect is provided so as to be magnetically coupled to the magnetization free layer, and a magnetic field and an electric field are applied to the control film, By changing at least one of the electric fields, the exchange coupling magnetic field H EX in the magnetization free layer can be changed to change the effective magnetic field in the magnetization free layer, thereby changing the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element.
  • the mechanism for applying a magnetic field to the control film, the mechanism for applying an electric field to the control film, and the control film serve as a frequency setting mechanism (effective magnetic field setting mechanism).
  • the frequency setting mechanism (magnetic field) The supply mechanism 112) may be omitted.

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Abstract

磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタを実現できる磁気抵抗効果デバイスを提供する。 磁気抵抗効果デバイスは、磁化固定層、スペーサ層および磁化の方向が変化可能である磁化自由層を有する磁気抵抗効果素子と、第１のポートと、第２のポートと、信号線路と、直流電流入力端子と、コンデンサとを有し、第１のポートおよび第２のポートが信号線路を介して接続され、磁気抵抗効果素子は、第２のポートに対して並列に、信号線路およびグラウンドに接続され、直流電流入力端子は信号線路に接続され、磁気抵抗効果素子、信号線路、グラウンドおよび直流電流入力端子を含む閉回路が形成され、コンデンサは、閉回路と第１のポートとの間および閉回路と第２のポートとの間の少なくとも一方に、信号線路を介して第１のポートおよび第２のポートと直列に接続されることを特徴とする。

Description

磁気抵抗効果デバイス
　本発明は、磁気抵抗効果素子を利用した磁気抵抗効果デバイスに関するものである。
　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帯に比例するため、通信に必要な周波数帯は拡大し、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特有の現象の一つが、スペーサ層を介して磁化固定層と磁化自由層を備えた磁気抵抗効果素子によるスピントルク共鳴効果である（非特許文献１参照）。この構造の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でき、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。
Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４３８、Ｎｏ．７０６６、ｐｐ．３３９－３４２、１７　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２００５
　磁気抵抗効果素子は、スピントルク共鳴効果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、高周波フィルタに応用するための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。
　上記目的を達成するための本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、磁化固定層、スペーサ層および磁化の方向が変化可能である磁化自由層を有する磁気抵抗効果素子と、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、直流電流入力端子と、コンデンサとを有し、前記第１のポートおよび前記第２のポートが前記信号線路を介して接続され、前記磁気抵抗効果素子は、前記第２のポートに対して並列に、前記信号線路およびグラウンドに接続され、前記直流電流入力端子は前記信号線路に接続され、前記磁気抵抗効果素子、前記信号線路、前記グラウンドおよび前記直流電流入力端子を含む閉回路が形成され、前記コンデンサは、前記閉回路と前記第１のポートとの間および前記閉回路と前記第２のポートとの間の少なくとも一方に、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のポートと直列に接続されることを第１の特徴とする。
　上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、磁気抵抗効果素子に第１のポートから信号線路を介して高周波信号が入力されることにより、磁気抵抗効果素子にスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。スピントルク共鳴により、磁気抵抗効果素子は、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。この効果により、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数に対する素子インピーダンスが減少する。磁気抵抗効果素子は、第２のポートに対して並列に、信号線路およびグラウンドに接続されているので、第１のポートから入力された高周波信号のうち磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数の高周波信号は、磁気抵抗効果素子に流れやすくなり、第２のポートには流れにくくなる。このように、第１のポートから入力された高周波信号を、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第２のポートに対して遮断することが出来る。つまり、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、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。
　また、直流電流入力端子から入力された直流電流は、磁気抵抗効果素子、信号線路、グラウンドおよび直流電流入力端子を含んで形成される閉回路を流れる。この閉回路により、磁気抵抗効果素子に効率的に直流電流を印加することが出来る。磁気抵抗効果素子はこの直流電流が印加されることにより、磁気抵抗効果素子の素子インピーダンスの変化量が増加するため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。
　また、信号線路を介して第１のポートおよび第２のポートと直列に接続されたコンデンサは、直流電流入力端子から印加された直流電流の第１のポートまたは第２のポートへの流出を阻止することができるため、第１のポートまたは第２のポートに他の電子回路が接続された場合に、他の電子回路への直流電流の混入を防ぐことが可能となる。
　さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記磁気抵抗効果素子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を有することを第２の特徴とする。
　上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、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。
　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３の特徴とする。
　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。
　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が互いに異なる複数の前記磁気抵抗効果素子同士が並列接続されていることを第４の特徴とする。
　上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、互いにスピントルク周波数の異なる複数の磁気抵抗効果素子同士が並列接続されているので、ある幅を持った遮断周波数帯域を設けることができる。
　さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、複数の前記磁気抵抗効果素子同士が並列接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に前記周波数設定機構を複数有することを第５の特徴とする。
　上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、複数の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構を複数有しているため、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を個別に制御することが可能となる。さらに、複数の磁気抵抗効果素子同士が並列接続されているので、ある幅を持った遮断周波数帯域を設けることができる。
　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が互いに異なる複数の前記磁気抵抗効果素子同士が直列接続されていることを第６の特徴とする。
　上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子同士が直列接続されているので、ある幅を持った遮断周波数帯域を設けることができる。
　さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、複数の前記磁気抵抗効果素子同士が直列接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に前記周波数設定機構を複数有することを第７の特徴とする。
　上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、複数の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構を複数有しているため、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を個別に制御することが可能となる。さらに、複数の磁気抵抗効果素子同士が直列接続されているので、ある幅を持った遮断周波数帯域を設けることができる。
　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が互いに異なる前記複数の磁気抵抗効果素子は、平面視形状のアスペクト比が互いに異なることを第８の特徴とする。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。また、「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。
　上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子は、平面視形状のアスペクト比が互いに異なるため、同一プロセスでスピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子を作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子の膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子を構成する層を一括で成膜形成することができる。
　さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、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のポートと直列に接続された磁気抵抗効果素子が存在しないことを第９の特徴とする。
　上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、信号線路を介して第１のポートおよび第２のポートと直列に接続された磁気抵抗効果素子が存在しないため、信号線路を介して第１のポートおよび第２のポートと直列に接続された磁気抵抗効果素子による損失に起因した、通過特性の悪化を防ぐことができる。このことにより、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、通過周波数帯域での通過特性がよい高周波フィルタとして機能することが可能となる。
　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を実現できる磁気抵抗効果デバイスを提供することができる。
第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの上面図である。 第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第５の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第５の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの上面図である。 第５の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。
　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できる。
（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１００の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１００は、磁化固定層１０２、スペーサ層１０３および磁化自由層１０４を有する磁気抵抗効果素子１０１、上部電極１０５、下部電極１０６、信号線路１０７、第１のポート１０９ａ、第２のポート１０９ｂ、直流電流入力端子１１０、コンデンサ１１１および周波数設定機構としての磁場供給機構１１２を有している。第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂが信号線路１０７を介して接続され、磁気抵抗効果素子１０１は、第２のポート１０９ｂに対して並列に、信号線路１０７およびグラウンド１０８に接続されている。直流電流入力端子１１０は信号線路１０７に接続され、直流電流入力端子１１０にグラウンド１０８に接続された直流電流源１１３が接続されることにより、磁気抵抗効果素子１０１、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路１１４が形成される。また、コンデンサ１１１は、閉回路１１４と第１のポート１０９ａとの間および閉回路１１４と第２のポート１０９ｂとの間に、信号線路１０７を介して第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂと直列に接続されている。また、磁気抵抗効果デバイス１００には、信号線路１０７を介して第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂと直列に接続された磁気抵抗効果素子が存在しない。
　第１のポート１０９ａ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１０９ｂは高周波信号が出力される出力ポートである。信号線路１０７は、上部電極１０５を介して磁気抵抗効果素子１０１に電気的に接続されており、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号の一部が磁気抵抗効果素子１０１に入力され、一部が第２のポート１０９ｂに出力される。また、高周波信号が第１のポート１０９ａから第２のポート１０９ｂ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。
　上部電極１０５および下部電極１０６は、一対の電極としての役目を有し、磁気抵抗効果素子１０１を構成する各層の積層方向に磁気抵抗効果素子１０１を介して配設されている。つまり、上部電極１０５および下部電極１０６は、信号（電流）を磁気抵抗効果素子１０１に対して、磁気抵抗効果素子１０１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１０１を構成する各層の面に対して垂直な方向（積層方向）に流すための一対の電極としての機能を有している。上部電極１０５および下部電極１０６は、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｕＣｕ、Ｒｕ、もしくはこれらの材料のいずれか２つ以上の膜で構成されることが好ましい。磁気抵抗効果素子１０１は、一端（磁化自由層１０４側）が上部電極１０５を介して信号線路１０７に電気的に接続され、他端（磁化固定層１０２側）が下部電極１０６を介してグラウンド１０８に電気的に接続されている。
　また、グラウンド１０８は基準電位として機能する。信号線路１０７とグラウンド１０８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１０７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１０７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１０７を伝送損失の少ない伝送線路とすることが可能となる。
　直流電流入力端子１１０は、信号線路１０７に接続されている。直流電流入力端子１１０に直流電流源１１３が接続されることで、磁気抵抗効果素子１０１に直流電流を印加することが可能になる。図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００では、磁気抵抗効果素子１０１は、直流電流入力端子１１０から入力される直流電流が、磁気抵抗効果素子１０１の中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に流れるように配置されている。また、直流電流入力端子１１０と直流電流源１１３の間には、高周波信号をカットするためのチョークコイル（インダクタ）または抵抗素子が直列に接続されてもよい。
　直流電流源１１３は、グラウンド１０８及び直流電流入力端子１１０に接続され、直流電流入力端子１１０から、磁気抵抗効果素子１０１、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路１１４に、直流電流を印加する。直流電流源１１３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、直流電流の電流値を変化可能に構成されている。直流電流源１１３は、一定の直流電流を発生可能な、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。
　コンデンサ１１１は、直流電流をカットすると同時に、高周波電流を通す機能を有する。コンデンサ１１１は、チップコンデンサまたはパターン線路によるコンデンサのどちらでもよい。コンデンサ１１１の容量値は１μＦ以上であることが好ましい。このコンデンサ１１１により、磁気抵抗効果デバイス１００に第１のポート１０９ａもしくは第２のポート１０９ｂを介して接続されている他の電子回路に直流電流源１１３からの直流電流が漏洩することを防止し、磁気抵抗効果素子１０１に効率的に直流電流を印加することができる。また、コンデンサ１１１により、他の電子回路から漏洩した不要な直流電流から磁気抵抗効果素子１０１を保護することもできる。
　磁場供給機構１１２は、磁気抵抗効果素子１０１の近傍に配設され、磁気抵抗効果素子１０１に磁場を印加して、磁気抵抗効果素子１０１の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、磁場供給機構１１２は、電圧もしく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、磁場供給機構１１２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。また、磁場供給機構１１２は、磁気抵抗効果素子１０１に印加する磁場を変化させることで、磁化自由層１０４における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子１０１のスピントルク共鳴周波数を変化可能となっている。
　磁化固定層１０２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１０２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できる。また、磁化固定層１０２は、ホイスラー合金で構成されても良い。また、磁化固定層１０２の膜厚は、１～１０ｎｍとすることが好ましい。また、磁化固定層１０２の磁化を固定するために磁化固定層１０２に接するように反強磁性層を付加してもよい。或いは、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１０２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。
　スペーサ層１０３は、磁化固定層１０２と磁化自由層１０４の間に配置され、磁化固定層１０２の磁化と磁化自由層１０４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１０３としては、導電体、絶縁体、半導体によって構成される層、もしくは、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。
　スペーサ層１０３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１０１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１０３の膜厚は、０．５～３．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
　スペーサ層１０３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１ａにはトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果が発現する。磁化固定層１０２と磁化自由層１０４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１０３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１０３の膜厚は、０．５～３．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
　スペーサ層１０３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１０３の膜厚は１．０～４．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
　スペーサ層１０３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１０３の膜厚は、０．５～２．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
　磁化自由層１０４は、外部印加磁場もしくはスピン偏極電子によって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１０４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１０４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１０４は、ホイスラー合金で構成されても良い。また、磁化自由層１０４とスペーサ層１０３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。
　また、上部電極１０５と磁気抵抗効果素子１０１との間、および下部電極１０６と磁気抵抗効果素子１０１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。
　尚、磁気抵抗効果素子１０１の大きさは、磁気抵抗効果素子１０１の平面視形状が長方形（正方形を含む）の場合、長辺を１００ｎｍ程度、或いは１００ｎｍ以下にすることが望ましい。また、磁気抵抗効果素子１０１の平面視形状が長方形ではない場合は、磁気抵抗効果素子１０１の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１０１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１０４の磁区の単磁区化が可能となり、高感度の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。
　ここで、スピントルク共鳴現象について説明する。
　磁気抵抗効果素子１０１に、磁気抵抗効果素子１０１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１０４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１０１の素子抵抗値は、磁化固定層１０２と磁化自由層１０４との磁化の相対角で決まる。そのため、スピントルク共鳴時の磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値は、磁化自由層１０４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１０１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。さらに、抵抗振動素子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、それぞれの位相が同期し、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１０１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低減する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
スピントルク共鳴周波数は、磁化自由層１０４における有効磁場によって変化する。磁化自由層１０４における有効磁場Ｈｅｆｆは、磁化自由層に印加される外部磁場ＨＥ、磁化自由層１０４における異方性磁場Ｈｋ、磁化自由層１０４における反磁場ＨＤ、磁化自由層１０４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。磁場供給機構１１２は、磁気抵抗効果素子１０１に磁場を印加して磁化自由層１０４に外部磁場ＨＥを印加することにより、磁化自由層１０４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供給機構１１２は、磁気抵抗効果素子１０１に印加する磁場を変化させることで、磁化自由層１０４における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子１０１のスピントルク共鳴周波数を変化させることができる。このように、磁気抵抗効果素子１０１に印加される磁場を変化させると、スピントルク共鳴周波数は変化する。
　また、スピントルク共鳴時に磁気抵抗効果素子１０１に直流電流が印加されることにより、スピントルクが増加して、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１０１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１０１のスピントルク共鳴周波数は、磁場供給機構１１２からの磁場を変化させるか、直流電流入力端子１１０からの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できる。磁気抵抗効果素子１０１に印加される直流電流の電流密度は、磁気抵抗効果素子１０１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。
　第１のポート１０９ａから入力された高周波信号は、一部が磁気抵抗効果素子１０１を通過してグラウンド１０８に流れ、残りが第２のポート１０９ｂから出力される。この時、スピントルク共鳴現象により、第１のポート１０９ａ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１０１のスピントルク共鳴周波数と一致する、もしく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１０１に流れやすくなるため、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。このように、磁気抵抗効果デバイス１００は、スピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断周波数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１００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。ここで、磁気抵抗効果素子１０１のスピントルク共鳴周波数と一致する、もしくは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）において、磁気抵抗効果素子１０１のインピーダンスは、第２のポート１０９ｂに接続される他の電子回路のインピーダンスより小さいことが望ましい。また、スピントルク共鳴周波数およびスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数を除く周波数（通過帯域の周波数）において、磁気抵抗効果素子１０１のインピーダンスは、第２のポート１０９ｂに接続される他の電子回路のインピーダンスより大きいことが望ましい。
　図２および図３に、磁気抵抗効果デバイス１００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２および図３の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図２は、磁気抵抗効果素子１０１に印加された磁場が一定の時のグラフである。図２のプロット線１２１は、直流電流入力端子１１０から磁気抵抗効果素子１０１に印加される直流電流値がＩ０の時のものであり、プロット線１２２は、直流電流入力端子１１０から磁気抵抗効果素子１０１に印加される直流電流値がＩ１（＞Ｉ０）の時のものである。また、図３は、磁気抵抗効果素子１０１に印加された直流電流が一定の時のグラフである。図３のプロット線１２３は、磁場供給機構１１２から印加される磁場強度がＨ０の時のものであり、プロット線１２４は、磁場供給機構１１２から印加される磁場強度がＨ１（＞Ｈ０）の時のものである。例えば、図２に示されるように、直流電流入力端子１１０から磁気抵抗効果素子１０１に印加される直流電流値をＩ０からＩ１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１０１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）での素子インピーダンスの低下量が増加することで、第２のポート１０９ｂから出力される高周波信号がさらに少なくなり、減衰量（減衰量の絶対値）が大きくなる。したがって、磁気抵抗効果デバイス１００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、直流電流値を大きくすると磁気抵抗効果素子１０１のスピントルク共鳴周波数は周波数ｆ０から周波数ｆ１に、すなわち低周波数側へシフトし、遮断周波数帯域は周波数帯域１２０ａから周波数帯域１２０ｂへと低周波数側へシフトする。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００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。
　さらに、例えば、図３に示されるように、磁場供給機構１１２から印加される磁場強度をＨ０からＨ１に強くした場合、磁気抵抗効果素子１０１のスピントルク共鳴周波数は周波数ｆ２から周波数ｆ３に、すなわち高周波数側へシフトし、遮断周波数帯域は周波数帯域１２０ｃから周波数帯域１２０ｄへと高周波数側へシフトする。また、磁場強度（磁化自由層１０４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１００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。
　なお、磁気抵抗効果素子１０１に印加される外部磁場ＨＥ（磁化自由層１０４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１０１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１０１に印加される外部磁場ＨＥ（磁化自由層１０４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１０１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。
　このように、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁化固定層１０２、スペーサ層１０３および磁化の方向が変化可能である磁化自由層１０４を有する磁気抵抗効果素子１０１と、第１のポート１０９ａと、第２のポート１０９ｂと、信号線路１０７と、直流電流入力端子１１０と、コンデンサ１１１とを有し、第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂが信号線路１０７を介して接続され、磁気抵抗効果素子１０１は、第２のポート１０９ｂに対して並列に、信号線路１０７およびグラウンド１０８に接続され、直流電流入力端子１１０は信号線路１０７に接続され、磁気抵抗効果素子１０１、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路１１４が形成され、コンデンサ１１１は、閉回路１１４と第１のポート１０９ａとの間および閉回路１１４と第２のポート１０９ｂとの間に、信号線路１０７を介して第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂと直列に接続されている。
　したがって、磁気抵抗効果素子１０１に第１のポート１０９ａから信号線路１０７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１０１にスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。スピントルク共鳴により、磁気抵抗効果素子１０１は、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。この効果により、磁気抵抗効果素子１０１のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数に対する素子インピーダンスが減少する。磁気抵抗効果素子１０１は、第２のポート１０９ｂに対して並列に、信号線路１０７およびグラウンド１０８に接続されているので、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号のうち磁気抵抗効果素子１０１のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数の高周波信号は、磁気抵抗効果素子１０１に流れやすくなり、第２のポート１０９ｂには流れにくくなる。このように、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号を、磁気抵抗効果素子１０１のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第２のポート１０９ｂに対して遮断することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００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。
　また、直流電流入力端子１１０から入力された直流電流は、磁気抵抗効果素子１０１、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含んで形成される閉回路１１４を流れる。この閉回路１１４により、磁気抵抗効果素子１０１に効率的に直流電流を印加することが出来る。磁気抵抗効果素子１０１はこの直流電流が印加されることにより、スピントルクが増加して、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１０１の素子インピーダンスの変化量が増加するため、磁気抵抗効果デバイス１００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として機能することが可能となる。
　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１０４が膜面法線方向に磁化容易軸を有し、磁化固定層１０２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。
　また、信号線路１０７を介して第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂと直列に接続されたコンデンサ１１１は、直流電流入力端子１１０から印加された直流電流の第１のポート１０９ａまたは第２のポート１０９ｂへの流出を阻止することができるため、第１のポート１０９ａまたは第２のポート１０９ｂに他の電子回路が接続された場合に、他の電子回路への直流電流の混入を防ぐことが可能となる。
　さらに、直流電流入力端子１１０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１０１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１００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。
　さらに、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁気抵抗効果素子１０１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供給機構１１２を有するので、磁気抵抗効果素子１０１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１００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。
　さらに、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁場供給機構１１２が、磁化自由層１０４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１０４における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子１０１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。
　さらに、磁気抵抗効果デバイス１００は、信号線路１０７を介して第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂと直列に接続された磁気抵抗効果素子が存在しないため、信号線路１０７を介して第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂと直列に接続された磁気抵抗効果素子による損失に起因した、通過特性の悪化を防ぐことができる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス１００は、通過周波数帯域での通過特性がよい高周波フィルタとして機能することが可能となる。
　また、第１の実施形態では、コンデンサ１１１が閉回路１１４と第１のポート１０９ａとの間および閉回路１１４と第２のポート１０９ｂとの間の両方に接続されている例で説明したが、どちらか一方のみにコンデンサ１１１が接続されている形態でもよい。この場合でも、直流電流入力端子１１０から印加された直流電流の、第１のポート１０９ａまたは第２のポート１０９ｂのいずれか一方への流出を阻止することができる。また、第１の実施形態では、コンデンサ１１１が閉回路１１４と第１のポート１０９ａとの間および閉回路１１４と第２のポート１０９ｂとの間に１個ずつ接続されている例で説明したが、コンデンサ１１１はそれぞれの箇所において、複数個接続されていても良い。
（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２００の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス２００において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００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１００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２００は、磁化固定層１０２、スペーサ層１０３および磁化自由層１０４を有する２つの磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、上部電極１０５、下部電極１０６、信号線路１０７、第１のポート１０９ａ、第２のポート１０９ｂ、直流電流入力端子１１０、コンデンサ１１１および２つの周波数設定機構としての磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂを有している。２つの磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂはその構成が互いに同じであり、２つの磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ同士は上部電極１０５と下部電極１０６との間に並列接続されている。磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂは、それぞれ、第１の実施形態の磁場供給機構１１２と同じ構成であり、磁場供給機構１１２ａは磁気抵抗効果素子１０１ａに磁場を印加し、磁場供給機構１１２ｂは磁気抵抗効果素子１０１ｂに磁場を印加する。このように、磁気抵抗効果デバイス２００は、磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構としての磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂを有している。第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂが信号線路１０７を介して接続され、２つの磁気抵抗効果素子１０１ａおよび磁気抵抗効果素子１０１ｂは、第２のポート１０９ｂに対して並列に、信号線路１０７およびグラウンド１０８に接続されている。直流電流端子１１０は信号線路１０７に接続され、直流電流入力端子１１０にグラウンド１０８に接続された直流電流源１１３が接続されることにより、磁気抵抗効果素子１０１ａ、磁気抵抗効果素子１０１ｂ、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路２１４が形成される。直流電流入力端子１１０から入力された直流電流は閉回路２１４を流れ、磁気抵抗効果素子１０１ａおよび磁気抵抗効果素子１０１ｂに直流電流が印加される。また、コンデンサ１１１は、閉回路２１４と第１のポート１０９ａとの間および閉回路２１４と第２のポート１０９ｂとの間に、信号線路１０７を介して第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂと直列に接続されている。
　第１のポート１０９ａから入力された高周波信号は、一部が並列接続された磁気抵抗効果素子１０１ａと磁気抵抗効果素子１０１ｂを通過してグラウンド１０８に流れ、残りが第２のポート１０９ｂから出力される。この時、スピントルク共鳴現象により、第１のポート１０９ａ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１０１ａまたは磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数と一致する、もしくは、磁気抵抗効果素子１０１ａまたは磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、合成インピーダンスが低インピーダンス状態の、並列接続された磁気抵抗効果素子１０１ａまたは磁気抵抗効果素子１０１ｂに流れやすくなるため、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。つまり、磁気抵抗効果デバイス２００は、磁気抵抗効果素子１０１ａまたは磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断周波数帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。
　図５に、磁気抵抗効果デバイス２００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、横軸は周波数を表している。例えば、図５に示すように、磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数をｆａ，磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数をｆｂとすると、磁気抵抗効果素子１０１ａに印加されている磁場強度より磁気抵抗効果素子１０１ｂに印加されている磁場強度が大きい場合、ｆａ＜ｆｂとなる。ここで、２つの磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ同士が並列接続されているので、磁気抵抗効果素子１０１ａおよび磁気抵抗効果素子１０１ｂのうち、少なくとも１つがスピントルク共鳴現象により低インピーダンス状態になると、磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの両方がスピントルク共鳴を起こさない場合に比べて、並列接続された磁気抵抗効果素子１０１ａと磁気抵抗効果素子１０１ｂの合成インピーダンスは低くなるため、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号は第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。したがって、図５に示されるように、磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数ｆａの近傍の周波数（図５に示す遮断周波数帯域２２０ａ）の一部と、磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数ｆｂの近傍の周波数（図５に示す遮断周波数帯域２２０ｂ）の一部が重なるように磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂが磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加する磁場強度を調整することによって、磁気抵抗効果デバイス２００は、図５に示されるように、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００よりも広帯域の遮断周波数帯域（図５に示す遮断周波数帯域２２０）を持つことができる。さらに、磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場供給機構１１２ａ，１１２ｂが磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加する磁場を変化させることで、その帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス２００は、遮断周波数の帯域を任意に変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
　このように、磁気抵抗効果デバイス２００は、磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構としての磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂを有しているため、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を個別に制御することができる。さらに磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ同士が並列接続されているので、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と同じ複数の周波数の近傍における、並列接続された複数の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの合成インピーダンスを減少させることが出来るため、ある幅を持った遮断周波数帯域２２０を設けることができる。さらに、磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂが磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加する磁場を変化させることで、その帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス２００は、ある幅を持った遮断周波数帯域を備え、通過周波数の帯域を任意に変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
　また、第２の実施形態の磁気抵抗効果デバイス２００では、２つの磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ同士が並列に接続されており、各磁気抵抗素子のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に２つの周波数設定機構（磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂ）が備えられているが、３つ以上の磁気抵抗効果素子同士が並列に接続されており、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に３つ以上の周波数設定機構（磁場供給機構）が備えられていてもよい。この場合、遮断周波数帯域の幅をさらに広げることが可能となる。
　また、第２の実施形態の磁気抵抗効果デバイス２００では、２つの磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの構成が互いに同じであるが、複数の磁気抵抗効果素子は、構成が互いに異なっていてもよい。
（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３００の概略断面図である。磁気抵抗効果デバイス３００において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００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１００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３００は、磁化固定層１０２、スペーサ層１０３および磁化自由層１０４を有する２つの磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂ、上部電極１０５、下部電極１０６、信号線路１０７、第１のポート１０９ａ、第２のポート１０９ｂ、直流電流入力端子１１０、コンデンサ１１１および周波数設定機構としての磁場供給機構１１２を有している。磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂ同士は上部電極１０５と下部電極１０６との間に並列接続されている。磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂは、同一の磁場および同一の電流密度の直流電流が印加された状態でのスピントルク共鳴周波数が互いに異なる。より具体的には、磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂは、膜構成が互いに同じで、平面視形状はともに長方形であるが、平面視形状のアスペクト比が互いに異なっている。ここで「膜構成が同じ」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の材料および膜厚が同じであり、さらに各層の積層順が同じであることを意味する。また、「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。また、「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。
　第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂが信号線路１０７を介して接続され、磁気抵抗効果素子３０１ａおよび磁気抵抗効果素子３０１ｂは、第２のポート１０９ｂに対して並列に、信号線路１０７およびグラウンド１０８に接続されている。直流電流入力端子１１０は信号線路１０７に接続され、直流電流入力端子１１０にグラウンド１０８に接続された直流電流源１１３が接続されることにより、磁気抵抗効果素子３０１ａ、磁気抵抗効果素子３０１ｂ、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路３１４が形成される。直流電流入力端子１１０から入力された直流電流は閉回路３１４を流れ、磁気抵抗効果素子３０１ａおよび磁気抵抗効果素子３０１ｂに直流電流が印加される。また、コンデンサ１１１は、閉回路３１４と第１のポート１０９ａとの間および閉回路３１４と第２のポート１０９ｂとの間に、信号線路１０７を介して第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂと直列に接続されている。
　磁場供給機構１１２は、磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂの近傍に配設され、磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂに同時に同一の磁場を印加する。また、磁場供給機構１１２は、磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂに印加する磁場を変化させることで、磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂの磁化自由層１０４における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂのスピントルク共鳴周波数を変化可能となっている。
　磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂの膜構成は第１の実施形態の磁気抵抗効果素子１０１と同じである。図７は、磁気抵抗効果デバイス３００の上面図である。図７に示すように、磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂの平面視形状の短辺方向であるＹ方向の寸法Ｙ０は同じであるが、磁気抵抗効果素子３０１ａの平面視形状の長辺方向であるＸ方向の寸法Ｘａと磁気抵抗効果素子３０１ｂの平面視形状の長辺方向であるＸ方向の寸法Ｘｂは異なっており、Ｘａ＜Ｘｂであることから、磁気抵抗効果素子３０１ａの平面視形状のアスペクト比（Ｘａ／Ｙ０）より、磁気抵抗効果素子３０１ｂの平面視形状のアスペクト比（Ｘｂ／Ｙ０）は大きい。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ため、磁気抵抗効果素子３０１ｂのスピントルク共鳴周波数ｆｂは磁気抵抗効果素子３０１ａのスピントルク共鳴周波数ｆａよりも高くなる。このように、複数の磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比を互いに異ならせることで、膜構成が互いに同じであってもスピントルク共鳴周波数を互いに異ならせることができるため、同一の成膜プロセスでスピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子を作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子の膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子を構成する層を一括で成膜形成することができる。
　第１のポート１０９ａから入力された高周波信号は、一部が並列接続された磁気抵抗効果素子３０１ａと磁気抵抗効果素子３０１ｂを通過してグラウンド１０８に流れ、残りが第２のポート１０９ｂから出力される。この時、スピントルク共鳴現象により、第１のポート１０９ａ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３０１ａまたは磁気抵抗効果素子３０１ｂのスピントルク共鳴周波数と一致する、もしくは、磁気抵抗効果素子３０１ａまたは磁気抵抗効果素子３０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、合成インピーダンスが低インピーダンス状態の、並列接続された磁気抵抗効果素子３０１ａまたは磁気抵抗効果素子３０１ｂに流れやすくなるため、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。つまり、磁気抵抗効果デバイス３００は、磁気抵抗効果素子３０１ａまたは磁気抵抗効果素子３０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断周波数帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。
　図８に、磁気抵抗効果デバイス３００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８の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。２つの磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂ同士が並列接続されているので、磁気抵抗効果素子３０１ａおよび磁気抵抗効果素子３０１ｂのうち、少なくとも１つがスピントルク共鳴現象により低インピーダンス状態になると、磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂの両方がスピントルク共鳴を起こさない場合に比べて、並列接続された磁気抵抗効果素子３０１ａと磁気抵抗効果素子３０１ｂの合成インピーダンスは低くなるため、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号は第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。したがって、図８に示されるように、磁気抵抗効果素子３０１ａのスピントルク共鳴周波数ｆａの近傍の周波数（図８に示す遮断周波数帯域３２０ａ）の一部と、磁気抵抗効果素子３０１ｂのスピントルク共鳴周波数ｆｂの近傍の周波数（図８に示す遮断周波数帯域３２０ｂ）の一部が重なるように磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂの平面視形状のアスペクト比を異ならせると、磁気抵抗効果デバイス３００は、図８に示されるように、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００よりも広帯域の遮断周波数帯域（図８に示す遮断周波数帯域３２０）を持つことができる。
さらに、磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場供給機構１１２が磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂに印加する磁場を変化させることで、その帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス３００は、遮断周波数の帯域を任意に変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
　このように、磁気抵抗効果デバイス３００は、互いにスピントルク周波数の異なる磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂ同士が並列接続されているので、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と同じ複数の周波数の近傍における、並列接続された複数の磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂの合成インピーダンスを減少させることが出来るため、ある幅を持った遮断周波数帯域３２０を設けることができる。さらに、磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場供給機構１１２が磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂに印加する磁場を変化させることで、その遮断周波数帯域の位置を変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス３００は、ある幅を持った遮断周波数帯域を備え、遮断周波数帯域の位置を変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
　さらに、磁気抵抗効果デバイス３００は、磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂの平面視形状のアスペクト比が互いに異なるため、同一プロセスでスピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂを作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子の膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂを構成する層を一括で成膜形成することができる。
　また、第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス３００では、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる２つの磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂ同士が並列に接続されているが、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる３つ以上の磁気抵抗効果素子同士が並列に接続されていてもよい。この場合、遮断周波数帯域の幅をさらに広げることが可能となる。
　また、第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス３００では、２つの磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂの膜構成は互いに同じであるが、複数の磁気抵抗効果素子は、膜構成が互いに異なっていてもよい。この場合、複数の磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比を互いに同じにしつつ膜構成を互いに異ならせて、複数の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を互いに異ならせるようにしても良い。
　また、第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス３００では、磁場供給機構１１２が磁気抵抗効果素子３０１ａ、３０１ｂに同時に同一の磁場を印加しているが、第２の実施形態と同様に、各磁気抵抗効果素子に個別に磁場を印加するための磁場供給機構が備えられていても良い。
（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４００の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス４００において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００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１００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４００は、磁化固定層１０２、スペーサ層１０３および磁化自由層１０４を有する２つの磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、上部電極１０５ａ、１０５ｂ、下部電極１０６ａ、１０６ｂ、信号線路１０７、第１のポート１０９ａ、第２のポート１０９ｂ、直流電流入力端子１１０、コンデンサ１１１および２つの周波数設定機構としての磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂを有している。上部電極１０５ａおよび下部電極１０６ａは磁気抵抗効果素子１０１ａを挟むように配置され、上部電極１０５ｂおよび下部電極１０６ｂは磁気抵抗効果素子１０１ｂを挟むように配置されている。２つの磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂはその構成が互いに同じであり、２つの磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ同士は直列接続されている。磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂは、それぞれ、第１の実施形態の磁場供給機構１１２と同じ構成であり、磁場供給機構１１２ａは磁気抵抗効果素子１０１ａに磁場を印加し、磁場供給機構１１２ｂは磁気抵抗効果素子１０１ｂに磁場を印加する。このように、磁気抵抗効果デバイス４００は、磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構としての磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂを有している。第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂが信号線路１０７を介して接続され、直列接続された２つの磁気抵抗効果素子１０１ａおよび磁気抵抗効果素子１０１ｂは、第２のポート１０９ｂに対して並列に、信号線路１０７およびグラウンド１０８に接続されている。直流電流端子１１０は信号線路１０７に接続され、直流電流入力端子１１０にグラウンド１０８に接続された直流電流源１１３が接続されることにより、磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路４１４が形成される。直流電流入力端子１１０から入力された直流電流は閉回路４１４を流れ、磁気抵抗効果素子１０１ａおよび磁気抵抗効果素子１０１ｂに直流電流が印加される。また、コンデンサ１１１は、閉回路４１４と第１のポート１０９ａとの間および閉回路４１４と第２のポート１０９ｂとの間に、信号線路１０７を介して第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂと直列に接続されている。
　第１のポート１０９ａから入力された高周波信号は、一部が直列接続された磁気抵抗効果素子１０１ａおよび磁気抵抗効果素子１０１ｂを通過してグラウンド１０８に流れ、残りが第２のポート１０９ｂから出力される。この時、スピントルク共鳴現象により、第１のポート１０９ａ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１０１ａまたは磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数と一致する、もしくは、磁気抵抗効果素子１０１ａまたは磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、合成インピーダンスが低インピーダンス状態の、直列接続された磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに流れやすくなるため、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。つまり、磁気抵抗効果デバイス４００は、磁気抵抗効果素子１０１ａまたは磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断周波数帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。
　図１０に、磁気抵抗効果デバイス４００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の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。例えば、図１０に示すように、磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数をｆａ、磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数をｆｂとすると、磁気抵抗効果素子１０１ａに印加されている磁場強度より磁気抵抗効果素子１０１ｂに印加されている磁場強度が大きい場合、ｆａ＜ｆｂとなる。ここで、２つの磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ同士が直列接続されているので、磁気抵抗効果素子１０１ａおよび磁気抵抗効果素子１０１ｂのうち、少なくとも１つがスピントルク共鳴現象により低インピーダンス状態になると、磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの両方がスピントルク共鳴を起こさない場合に比べて、直列接続された磁気抵抗効果素子１０１ａと磁気抵抗効果素子１０１ｂの合成インピーダンスは低くなるため、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号は第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。したがって、図１０に示されるように、磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数ｆａの近傍の周波数（図１０に示す遮断周波数帯域４２０ａ）の一部と、磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数ｆｂの近傍の周波数（図５に示す遮断周波数帯域４２０ｂ）の一部が重なるように磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂが磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加する磁場強度を調整することによって、磁気抵抗効果デバイス４００は、図１０に示されるように、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００よりも広帯域の遮断周波数帯域（図１０に示す遮断周波数帯域４２０）を持つことができる。さらに、磁場供給機構１１２ａ，１１２ｂが磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加する磁場を変化させることで、その帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス４００は、遮断周波数の帯域を任意に変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
　このように、磁気抵抗効果デバイス４００は、磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構としての磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂを有しているため、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を個別に制御することができる。さらに磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ同士が直列接続されているので、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と同じ複数の周波数の近傍における、直列接続された複数の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの合成インピーダンスを減少させることが出来るため、ある幅を持った遮断周波数帯域４２０を設けることができる。さらに、磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂが磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加する磁場を変化させることで、その帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス４００は、ある幅を持った遮断周波数帯域を備え、遮断周波数の帯域を任意に変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
　また、第４の実施形態の磁気抵抗効果デバイス４００では、２つの磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ同士が直列に接続されており、各磁気抵抗素子のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に２つの周波数設定機構（磁場供給機構１１２ａ、１１２ｂ）が備えられているが、３つ以上の磁気抵抗効果素子同士が直列に接続されており、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に３つ以上の周波数設定機構（磁場供給機構）が備えられていてもよい。この場合、遮断周波数帯域の幅をさらに広げることが可能となる。
　また、第４の実施形態の磁気抵抗効果デバイス４００では、２つの磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの構成が互いに同じであるが、複数の磁気抵抗効果素子は、構成が互いに異なっていてもよい。
（第５の実施形態）
　図１１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５００の概略断面図である。磁気抵抗効果デバイス５００において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００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１００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５００は、磁化固定層１０２、スペーサ層１０３および磁化自由層１０４を有する２つの磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂ、上部電極１０５ａ、１０５ｂ、下部電極１０６ａ、１０６ｂ、信号線路１０７、第１のポート１０９ａ、第２のポート１０９ｂ、直流電流入力端子１１０、コンデンサ１１１および周波数設定機構としての磁場供給機構１１２を有している。上部電極１０５ａおよび下部電極１０６ａは磁気抵抗効果素子５０１ａを挟むように配置され、上部電極１０５ｂおよび下部電極１０６ｂは磁気抵抗効果素子５０１ｂを挟むように配置されている。磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂ同士は直列接続されている。磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂは、同一の磁場および同一の電流密度の直流電流が印加された状態でのスピントルク共鳴周波数が互いに異なる。より具体的には、磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂは、膜構成が互いに同じで、平面視形状はともに長方形であるが、平面視形状のアスペクト比が互いに異なっている。ここで「膜構成が同じ」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の材料および膜厚が同じであり、さらに各層の積層順が同じであることを意味する。また、「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。また、「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。
　第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂが信号線路１０７を介して接続され、磁気抵抗効果素子５０１ａおよび磁気抵抗効果素子５０１ｂは、第２のポート１０９ｂに対して並列に、信号線路１０７およびグラウンド１０８に接続されている。直流電流入力端子１１０は信号線路１０７に接続され、直流電流入力端子１１０にグラウンド１０８に接続された直流電流源１１３が接続されることにより、磁気抵抗効果素子５０１ａ、磁気抵抗効果素子５０１ｂ、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路５１４が形成される。直流電流入力端子１１０から入力された直流電流は閉回路５１４を流れ、磁気抵抗効果素子５０１ａおよび磁気抵抗効果素子５０１ｂに直流電流が印加される。また、コンデンサ１１１は、閉回路５１４と第１のポート１０９ａとの間および閉回路５１４と第２のポート１０９ｂとの間に直列に、信号線路１０７を介して第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂと接続されている。
　磁場供給機構１１２は、磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂの近傍に配設され、磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂに同時に同じ強度の磁場を印加する。また、磁場供給機構１１２は、磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂに印加する磁場を変化させることで、磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂの磁化自由層１０４における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂのスピントルク共鳴周波数を変化可能となっている。
　磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂの膜構成は第１の実施形態の磁気抵抗効果素子１０１と同じである。図１２は、磁気抵抗効果デバイス５００の上面図である。図１２に示すように、磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂの平面視形状の短辺方向であるＹ方向の寸法Ｙ０は同じであるが、磁気抵抗効果素子５０１ａの平面視形状の長辺方向であるＸ方向の寸法Ｘａと磁気抵抗効果素子５０１ｂの平面視形状の長辺方向であるＸ方向の寸法Ｘｂは異なっており、Ｘａ＜Ｘｂであることから、磁気抵抗効果素子５０１ａの平面視形状のアスペクト比（Ｘａ／Ｙ０）より、磁気抵抗効果素子５０１ｂの平面視形状のアスペクト比（Ｘｂ／Ｙ０）は大きい。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ため、磁気抵抗効果素子５０１ｂのスピントルク共鳴周波数ｆｂは磁気抵抗効果素子５０１ａのスピントルク共鳴周波数ｆａよりも高くなる。このように、複数の磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比を互いに異ならせることで、膜構成が互いに同じであってもスピントルク共鳴周波数を互いに異ならせることができるため、同一の成膜プロセスでスピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子を作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子の膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子を構成する層を一括で成膜形成することができる。さらに、磁気抵抗効果デバイス５００では、磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂ同士は直列接続されており、直流電流の流れる方向に垂直な断面の面積は、磁気抵抗効果素子５０１ａの方が磁気抵抗効果素子５０１ｂよりも小さいので、印加される直流電流の電流密度は、磁気抵抗効果素子５０１ａの方が磁気抵抗効果素子５０１ｂよりも大きくなる。したがって、印加される直流電流の電流密度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が低くなる場合、または、印加される直流電流の電流密度の違いが磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数に与える影響よりも、磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比の違いが磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数に与える影響の方が大きい場合には、平面視形状のアスペクト比が、磁気抵抗効果素子５０１ａと磁気抵抗効果素子５０１ｂとで異なることにより、ｆａ＜ｆｂとなる。
　第１のポート１０９ａから入力された高周波信号は、一部が直列接続された磁気抵抗効果素子５０１ａおよび磁気抵抗効果素子５０１ｂを通過してグラウンド１０８に流れ、残りが第２のポート１０９ｂから出力される。この時、スピントルク共鳴現象により、第１のポート１０９ａ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５０１ａまたは磁気抵抗効果素子５０１ｂのスピントルク共鳴周波数と一致する、もしくは、磁気抵抗効果素子５０１ａまたは磁気抵抗効果素子５０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、合成インピーダンスが低インピーダンス状態の、直列接続された磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂに流れやすくなるため、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。つまり、磁気抵抗効果デバイス５００は、磁気抵抗効果素子５０１ａまたは磁気抵抗効果素子５０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断周波数帯域の高周波フィルタの機能を有することが出来る。
　図１３に、磁気抵抗効果デバイス５００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の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。２つの磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂ同士が直列接続されているので、磁気抵抗効果素子５０１ａおよび磁気抵抗効果素子５０１ｂのうち、少なくとも１つがスピントルク共鳴現象により低インピーダンス状態になると、磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂの両方がスピントルク共鳴を起こさない場合に比べて、直列接続された磁気抵抗効果素子５０１ａと磁気抵抗効果素子５０１ｂの合成インピーダンスは低くなるため、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号は第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。したがって、図１３に示されるように、磁気抵抗効果素子５０１ａのスピントルク共鳴周波数ｆａの近傍の周波数（図１３に示す遮断周波数帯域５２０ａ）の一部と、磁気抵抗効果素子５０１ｂのスピントルク共鳴周波数ｆｂの近傍の周波数（図１３に示す遮断周波数帯域５２０ｂ）の一部が重なるように磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂの平面視形状のアスペクト比を異ならせると、磁気抵抗効果デバイス５００は、図１３に示されるように、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００よりも広帯域の遮断周波数帯域（図１３に示す遮断周波数帯域５２０）を持つことができる。
　さらに、磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場供給機構１１２が磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂに印加する磁場を変化させることで、その帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス５００は、遮断周波数の帯域を任意に変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
　このように、磁気抵抗効果デバイス５００は、互いにスピントルク周波数の異なる磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂ同士が直列接続されているので、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と同じ複数の周波数の近傍における、直列接続された複数の磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂの合成インピーダンスを減少させることが出来るため、ある幅を持った遮断周波数帯域５２０を設けることができる。さらに、磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場供給機構１１２が磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂに印加する磁場を変化させることで、その遮断周波数帯域の位置を変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス５００は、ある幅を持った遮断周波数帯域を備え、遮断周波数帯域の位置を変更することが出来る周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
　さらに、磁気抵抗効果デバイス５００は、磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂの平面視形状のアスペクト比が互いに異なるため、同一プロセスでスピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂを作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子の膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂを構成する層を一括で成膜形成することができる。
　また、第５の実施形態の磁気抵抗効果デバイス５００では、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる２つの磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂ同士が直列に接続されているが、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる３つ以上の磁気抵抗効果素子同士が直列に接続されていてもよい。この場合、遮断周波数帯域の幅をさらに広げることが可能となる。
　また、第５の実施形態の磁気抵抗効果デバイス５００では、２つの磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂの膜構成は互いに同じであるが、複数の磁気抵抗効果素子は、膜構成が互いに異なっていてもよい。この場合、複数の磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比を互いに同じにしつつ膜構成を互いに異ならせて、複数の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を互いに異ならせるようにしても良い。
　また、第５の実施形態の磁気抵抗効果デバイス５００では、磁場供給機構１１２が磁気抵抗効果素子５０１ａ、５０１ｂに同時に同一の磁場を印加しているが、第２の実施形態と同様に、各磁気抵抗効果素子に個別に磁場を印加するための磁場供給機構が備えられていても良い。
　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することが可能である。例えば、第１、第３および第５の実施形態では、磁気抵抗効果デバイス１００（３００、５００）が周波数設定機構（有効磁場設定機構）として磁場供給機構１１２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。
また、周波数設定機構が無くても（磁場供給機構１１２からの磁場が印加されなくても）、各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（磁場供給機構１１２）は無くてもよい。
１００，２００、３００、４００、５００　磁気抵抗効果デバイス
１０１，１０１ａ、１０１ｂ、３０１ａ、３０１ｂ、５０１ａ、５０１ｂ　磁気抵抗効果素子
１０２　磁化固定層
１０３　スペーサ層
１０４　磁化自由層
１０５、１０５ａ、１０５ｂ　上部電極
１０６、１０６ａ、１０６ｂ　下部電極
１０７　信号線路
１０８　グラウンド
１０９ａ　第１のポート
１０９ｂ　第２のポート
１１０　直流電流入力端子
１１１　コンデンサ
１１２、１１２ａ、１１２ｂ　磁場供給機構
１１３　直流電流源
１１４、２１４、３１４、４１４、５１４　閉回路

Claims (9)

  1. 　磁化固定層、スペーサ層および磁化の方向が変化可能である磁化自由層を有する磁気抵抗効果素子と、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、直流電流入力端子と、コンデンサとを有し、
    　前記第１のポートおよび前記第２のポートが前記信号線路を介して接続され、
    　前記磁気抵抗効果素子は、前記第２のポートに対して並列に、前記信号線路およびグラウンドに接続され、
    　前記直流電流入力端子は前記信号線路に接続され、
    　前記磁気抵抗効果素子、前記信号線路、前記グラウンドおよび前記直流電流入力端子を含む閉回路が形成され、
    　前記コンデンサは、前記閉回路と前記第１のポートとの間および前記閉回路と前記第２のポートとの間の少なくとも一方に、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のポートと直列に接続されることを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。
  2. 　前記磁気抵抗効果素子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を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  3. 　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特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  4. 　スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の前記磁気抵抗効果素子同士が並列接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  5. 　複数の前記磁気抵抗効果素子同士が並列接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に前記周波数設定機構を複数有することを特徴とする請求項２または３に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  6. 　スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の前記磁気抵抗効果素子同士が直列接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  7. 　複数の前記磁気抵抗効果素子同士が直列接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数を個別に設定可能な様に前記周波数設定機構を複数有することを特徴とする請求項２または３に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  8. 　スピントルク共鳴周波数が互いに異なる前記複数の磁気抵抗効果素子は、平面視形状のアスペクト比が互いに異なることを特徴とする請求項４または６に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  9. 　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のポートと直列に接続された磁気抵抗効果素子が存在しないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
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