WO2025009154A1 - スピンインダクタ - Google Patents

スピンインダクタ Download PDF

Info

Publication number
WO2025009154A1
WO2025009154A1 PCT/JP2023/025134 JP2023025134W WO2025009154A1 WO 2025009154 A1 WO2025009154 A1 WO 2025009154A1 JP 2023025134 W JP2023025134 W JP 2023025134W WO 2025009154 A1 WO2025009154 A1 WO 2025009154A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
spin
inductor
heat dissipation
wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2023/025134
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
英治 鈴木
智生 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to PCT/JP2023/025134 priority Critical patent/WO2025009154A1/ja
Publication of WO2025009154A1 publication Critical patent/WO2025009154A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type

Definitions

  • This disclosure relates to a spin inductor.
  • Inductors along with resistors and capacitors, are major electronic components and are used in a variety of electronic devices.
  • a coil is one example of an inductor. There is a trade-off between the size of a coil and the strength of its inductance, and it is difficult to achieve large inductance with a small coil.
  • Patent Document 1 Non-Patent Document 1
  • Non-Patent Document 2 disclose new inductors that utilize spin vibrations (hereinafter referred to as spin inductors).
  • Spin inductors have attracted attention because the smaller the element size, the stronger the inductance strength, making it possible to achieve both miniaturization and inductance strength.
  • This disclosure has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a spin inductor with high heat dissipation efficiency.
  • this disclosure provides the following means.
  • a spin inductor includes a wiring layer, a first ferromagnetic layer, and a first heat dissipation layer.
  • the first ferromagnetic layer is in contact with a first surface of the wiring layer.
  • the first heat dissipation layer and the wiring layer sandwich the first ferromagnetic layer in the stacking direction.
  • the spin inductor according to the above aspect may further include a first insulating layer.
  • the first insulating layer may be located between the first ferromagnetic layer and the first heat dissipation layer in the stacking direction.
  • the first insulating layer may contain at least one oxide or nitride selected from the group consisting of Si, Ta, Al, Mg, Si, and Ti.
  • the first heat dissipation layer may cover the entire wiring layer and the first ferromagnetic layer when viewed from the stacking direction.
  • the spin inductor according to the above aspect may further include a second heat dissipation layer.
  • the first heat dissipation layer and the second heat dissipation layer may sandwich the wiring layer and the first ferromagnetic layer in the stacking direction.
  • the spin inductor according to the above aspect may further include a first via wiring and a second via wiring.
  • the first via wiring and the second via wiring may each be connected to the wiring layer, and the second heat dissipation layer may be between the first via wiring and the second via wiring.
  • the longitudinal direction of the first heat dissipation layer may be a first direction, and the longitudinal direction of the second heat dissipation layer may intersect with the first direction.
  • the wiring layer may include a main portion through which a current flows in a first direction and a first branch portion branching off from the main portion. At least a portion of the first branch portion may be configured to extend along the main portion at a position shifted in a second direction intersecting the first direction.
  • the wiring layer may further include a second branch portion. At least a portion of the second branch portion may be shifted in a second direction intersecting the first direction and extend along the main portion, and there may be a gap between the first branch portion and the second branch portion.
  • the spin inductor according to the above aspect may further include a first connection portion connecting the first heat dissipation layer and the wiring layer.
  • the spin inductor according to the above aspect may further include a first connection portion connecting the first heat dissipation layer and the wiring layer, and the first connection portion may be connected to the first branch portion of the wiring layer.
  • the spin inductor according to the above aspect may further include a second connection portion connecting the first heat dissipation layer and the second heat dissipation layer.
  • the spin inductor according to the above aspect may further include a third connection portion connecting the wiring layer, the first heat dissipation layer, and the second heat dissipation layer.
  • the first heat dissipation layer may include any one selected from the group consisting of Ta, NiCr, Ti, SiN, TiN, ferrite, Ni, and Fe.
  • the wiring layer may be configured to be able to inject spins into the first ferromagnetic layer, and the magnetization of the first ferromagnetic layer may be configured to precess due to the injected spins.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a spin inductor according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view of a spin inductor according to a first embodiment.
  • 3A to 3C are schematic diagrams for explaining the function of the spin inductor according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a spin inductor according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view of a spin inductor according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a spin inductor according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a spin inductor according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a spin inductor according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a spin inductor according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a first modified example of the spin inductor according to the fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a second modified example of the spin inductor according to the fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a spin inductor according to a sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a spin inductor according to a sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a spin inductor according to a seventh embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a spin inductor according to a seventh embodiment.
  • FIG. 23 is a plan view of a first modified example of the spin inductor according to the seventh embodiment.
  • 1 is a diagram illustrating an example of application of the spin inductor according to the present embodiment.
  • One direction of the plane in which each layer extends is the x-direction, and the direction perpendicular to the x-direction is the y-direction.
  • the first direction connecting the first via wiring 50 and the second via wiring 60 along the wiring layer 10 is the x-direction.
  • the second direction perpendicular to the x-direction is, for example, the y-direction.
  • the thickness direction of each layer is the z-direction.
  • the x-direction and y-directions are perpendicular to the z-direction.
  • the z-direction is an example of a stacking direction.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a spin inductor 100 according to the first embodiment.
  • Fig. 1 is a view of the spin inductor 100 cut along an xz plane passing through the center of the wiring layer 10 in the y direction.
  • Fig. 2 is a plan view of the spin inductor 100 according to the first embodiment. In Fig. 2, components located below the first heat dissipation layer 30 are illustrated by dotted lines.
  • the spin inductor 100 comprises a wiring layer 10, a first ferromagnetic layer 20, a first heat dissipation layer 30, a first insulating layer 40, a first via wiring 50, and a second via wiring 60.
  • the spin inductor 100 is surrounded by an insulating layer 90.
  • the insulating layer 90 is an insulating layer that provides insulation between wirings in a multilayer wiring and between elements.
  • the insulating layer 90 can be made of a material similar to that used for insulating layers in semiconductor devices.
  • the insulating layer 90 can be made of, for example, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride (CrN), silicon carbonitride ( SiCN ), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or zirconium oxide (ZrO x ).
  • the spin inductor 100 is an inductor that operates by vibration of magnetization in a magnetic material.
  • the spin inductor 100 cuts the high-frequency components of the current and passes the constant components of the current.
  • the current flows along the wiring layer 10 between the first via wiring 50 and the second via wiring 60.
  • the spin inductor 100 is disposed in a portion where it is desired to cut off the high-frequency current.
  • the high-frequency current is cut by the spin inductor 100, but a direct current flows through the spin inductor 100.
  • the spin inductor 100 is a resistor.
  • the spin inductor 100 may have multiple inductor layers each consisting of a wiring layer 10 and a first ferromagnetic layer 20.
  • a spacer layer is sandwiched between adjacent inductor layers.
  • the spacer layer may be a conductor, a semiconductor, or an insulator.
  • the wiring layer 10 includes any of a metal, alloy, intermetallic compound, metal boride, metal carbide, metal silicide, and metal phosphide that has the function of generating a spin current by the spin Hall effect when a current flows.
  • the wiring layer 10 is sometimes called spin orbit torque wiring.
  • the wiring layer 10 may contain a magnetic metal.
  • the magnetic metal is a ferromagnetic metal or an antiferromagnetic metal.
  • a small amount of magnetic metal contained in a nonmagnetic material becomes a scattering factor for spin.
  • a small amount is, for example, 3% or less of the total molar ratio of the elements constituting the wiring layer.
  • the wiring layer 10 may include a topological insulator.
  • a topological insulator is a material in which the interior is an insulator or a high resistance material, but a spin-polarized metallic state occurs on its surface.
  • an internal magnetic field is generated due to spin-orbit interaction.
  • a new topological phase appears due to the effect of spin-orbit interaction even in the absence of an external magnetic field.
  • a topological insulator can generate pure spin current with high efficiency due to strong spin-orbit interaction and the breaking of inversion symmetry at the edges.
  • current flows only on the surface, so a high current density can be achieved with a small amount of current.
  • topological insulators examples include Sn, SnTe, Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3 , TlBiSe2 , Bi2Te3 , Bi1 -xSbx , ( Bi1 -xSbx ) 2Te3 , etc. Topological insulators are capable of generating spin currents with high efficiency.
  • the first ferromagnetic layer 20 contacts the first surface of the wiring layer 10.
  • the first ferromagnetic layer 20 contacts, for example, the top surface of the wiring layer 10.
  • the first ferromagnetic layer 20 is a ferromagnetic material.
  • the ferromagnetic material is, for example, a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe, and Ni, an alloy containing one or more of these metals, or an alloy containing these metals and at least one of the elements B, C, and N.
  • the ferromagnetic material is, for example, Co-Fe, Co-Fe-B, Ni-Fe, Co-Ho alloy, Sm-Fe alloy, Fe-Pt alloy, Co-Pt alloy, CoCrPt alloy.
  • the CoCrPt alloy and the L10 type CoFe alloy have large saturation magnetization and strong magnetic anisotropy, and when these are used for the first ferromagnetic layer 20, the resonant frequency of the spin inductor 100 becomes high.
  • the first ferromagnetic layer 20 may also be a magnetic insulator.
  • the wiring layer 10 is a topological insulator. Since current flows only at the junction between the magnetic insulator and the topological insulator, current loss can be reduced, and energy loss due to heat generation, etc. can be reduced.
  • the spin Hall effect is a phenomenon in which, when electric current is passed, a spin current is induced in a direction perpendicular to the direction of electric current flow (for example, the z direction) due to spin-orbit interaction.
  • the spin Hall effect is similar to the regular Hall effect in that the direction of movement of moving charges (electrons) can be bent.
  • the regular Hall effect the direction of movement of charged particles moving in a magnetic field is bent by the Lorentz force.
  • the direction of spin movement can be bent simply by moving electrons (current flow) even in the absence of a magnetic field.
  • the spin S1 polarized in the -y direction is bent in the +z direction relative to the direction of travel
  • the spin S2 polarized in the +y direction is bent in the -z direction relative to the direction of travel.
  • the spins S1 generated in the wiring layer 10 are injected into the first ferromagnetic layer 20.
  • the distance between the wiring layer 10 and the first ferromagnetic layer 20 equal to or less than the spin diffusion length of the spins S1
  • the spins S1 generated in the wiring layer 10 can be efficiently injected into the first ferromagnetic layer 20.
  • Another layer may be inserted between the wiring layer 10 and the first ferromagnetic layer 20.
  • the magnetization M20 of the first ferromagnetic layer 20 precesses due to the spins S1 injected from the wiring layer 10.
  • the coercive force of the magnetization M20 and the magnitude of the current flowing through the wiring layer 10 are adjusted so that the magnetization M20 precesses without being reversed due to the injected spins S1.
  • the magnetization M20 in the initial state in which neither an external magnetic field nor a current is applied to the spin inductor 100, the magnetization M20 preferably has a component oriented in the z direction or the x direction, and is more preferably oriented in the z direction.
  • no current flows refers to a state in which no potential difference is applied to the wiring layer 10.
  • no external magnetic field is applied refers to a state in which no magnetic field is intentionally applied to the first ferromagnetic layer 20.
  • magnetization M20 When magnetization M20 is oriented in the y direction, magnetization reversal may occur even when no external magnetic field is applied, and the precession of magnetization may not be maintained. When magnetization M20 is oriented in the x or z direction, magnetization reversal is unlikely to occur in the absence of a magnetic field. Since the spin inductor 100 exhibits its inductor function by utilizing energy conversion between a magnetic moment and a current, when the precession of magnetization stops, the inductor function is not fully exhibited.
  • the spin inductor 100 generates a resonance phenomenon at the ferromagnetic resonance frequency of the first ferromagnetic layer 20, so it is difficult for the spin inductor 100 to operate stably as an inductor near the resonance frequency. Therefore, the spin inductor 100 is used at a frequency sufficiently lower or sufficiently higher than the ferromagnetic resonance frequency of the spin inductor 100. This sufficiently low or sufficiently high frequency generally indicates a frequency that is deviated from the ferromagnetic resonance frequency by 5% or more, based on the ferromagnetic resonance frequency.
  • the spin inductor 100 can generate inductance even at frequencies exceeding, for example, 10 GHz or 1 THz. Furthermore, the inductance generated by the spin inductor 100 functions satisfactorily even at 1 nH or less.
  • the spin inductor 100 exhibits an inductance of several nH to several hundred nH.
  • the spin inductor 100 functions as an inductor as the magnetization M20 of the first ferromagnetic layer 20 precesses due to the spins injected from the wiring layer 10.
  • This spin inductor 100 operates on a different principle than a coil and can be made smaller. For example, even if the maximum width of the spin inductor 100 when viewed in a plane from the z direction is 0.003 mm or less, it can achieve an inductance of 0.1 ⁇ H or more and 10 ⁇ H or less. Small inductance elements are particularly in demand in areas where it is difficult to incorporate large elements, such as space and cryogenic temperatures.
  • the inductor 100 can efficiently dissipate heat from the first heat dissipation layer 30 even if heat is generated in the thin-film inductor layer.
  • Fig. 4 is a cross-sectional view of the spin inductor 101 according to the second embodiment.
  • Fig. 5 is a plan view of the spin inductor 101 according to the second embodiment.
  • the same components as those in the spin inductor 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and will not be described.
  • the spin inductor 101 includes a wiring layer 10, a first ferromagnetic layer 20, a first heat dissipation layer 30, a first insulating layer 40, a first via wiring 50, a second via wiring 60, and a second heat dissipation layer 70.
  • the spin inductor 101 is surrounded by an insulating layer 90.
  • the spin inductor 101 differs from the spin inductor 100 according to the first embodiment in that it includes a second heat dissipation layer 70.
  • the second heat dissipation layer 70 is located below the wiring layer 10.
  • the second heat dissipation layer 70 and the first heat dissipation layer 30 sandwich the wiring layer 10 and the first ferromagnetic layer 20 in the z direction.
  • the second heat dissipation layer 70 is located between the first via wiring 50 and the second via wiring 60 in the x direction.
  • the second heat dissipation layer 70 is surrounded by an insulating layer 90, and the second heat dissipation layer 70 is insulated from the wiring layer 10, the first via wiring 50, and the second via wiring 60.
  • the longitudinal direction of the second heat dissipation layer 70 is the y direction.
  • the second heat dissipation layer 70 is, for example, a rectangle with the longitudinal direction in the y direction.
  • the longitudinal direction of the second heat dissipation layer 70 may be different from the longitudinal direction of the first heat dissipation layer 30.
  • the longitudinal direction of the first heat dissipation layer 30 may be the x direction
  • the longitudinal direction of the second heat dissipation layer 70 may be the y direction.
  • the spin inductor 101 according to the second embodiment has the same effect as the spin inductor 100 according to the first embodiment.
  • the heat dissipation efficiency of the spin inductor 101 can be further improved.
  • Fig. 6 is a plan view of the spin inductor 102 according to the third embodiment.
  • the cross section of the spin inductor 102 according to the third embodiment is equivalent to that of Fig. 1.
  • the same components as those in the spin inductor 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the spin inductor 102 includes a wiring layer 10A, a first ferromagnetic layer 20A, a first heat dissipation layer 30, a first insulating layer 40, a first via wiring 50, and a second via wiring 60.
  • the shapes of the wiring layer 10A and the first ferromagnetic layer 20A of the spin inductor 102 are different from those of the wiring layer 10 and the first ferromagnetic layer 20 of the spin inductor 100 according to the first embodiment.
  • the branch portion 12 has a first portion 121 and a second portion 122.
  • the first portion 121 is positioned offset in the y direction from the main portion 11 and extends along the main portion 11.
  • the first portion 121 may extend in a direction tilted from the x direction.
  • the second portion 122 is a portion that connects the main portion 11 and the first portion 121.
  • the second portion 122 protrudes from the main portion 11 with a y direction component.
  • the branch portion 13 has a first portion 131 and a second portion 132.
  • the first portion 131 is positioned offset in the y direction from the main portion 11 and extends along the main portion 11.
  • the first portion 131 may extend in a direction tilted from the x direction.
  • the second portion 132 is a portion that connects the main portion 11 and the first portion 131.
  • the second portion 132 protrudes from the main portion 11 with a y direction component.
  • the current flows through the main portion 11, and almost no current flows through the branch portions 12 and 13.
  • the current flows in the x direction.
  • the current density in the branch portions 12 and 13 is, for example, 1 A/cm2 or less , and preferably 0.1 A/ cm2 or less. Therefore, even when a current is passed through the wiring layer 10A, the branch portions 12 and 13 do not generate much heat.
  • the branch portions 12 and 13 dissipate the heat generated in the main portion 11.
  • the first ferromagnetic layer 20A also has a main portion 21 and branch portions 22 and 23.
  • the main portion 21 is a portion that connects the first via wiring 50 and the second via wiring 60.
  • the branch portions 22 and 23 are each a portion that branches off from the main portion 21.
  • the branch portion 22 has a first portion 221 and a second portion 222.
  • the first portion 221 is positioned offset in the y direction from the main portion 21 and extends along the main portion 21.
  • the first portion 221 may extend in a direction tilted from the x direction.
  • the second portion 222 is a portion that connects the main portion 21 and the first portion 221.
  • the second portion 222 protrudes from the main portion 21 with a y direction component.
  • the branch portion 23 has a first portion 231 and a second portion 232.
  • the first portion 231 is positioned offset in the y direction from the main portion 21 and extends along the main portion 21.
  • the first portion 231 may extend in a direction tilted from the x direction.
  • the second portion 232 is a portion that connects the main portion 21 and the first portion 231.
  • the second portion 232 protrudes from the main portion 21 with a y direction component.
  • the current flows through the main portion 21, and almost no current flows through the branch portions 22 and 23.
  • the current flows in the x direction.
  • the current density in the branch portions 22 and 23 is, for example, 1 A/ cm2 or less, and preferably 0.1 A/cm2 or less.
  • the branch portions 22 and 23 dissipate heat generated in the main portion 21.
  • the spin inductor 102 according to the third embodiment has the same effect as the spin inductor 100 according to the first embodiment.
  • the branch portions 12, 13, 22, and 23 function as a heat dissipation path for heat generated in the wiring layer 10A. Therefore, the spin inductor 102 according to the third embodiment has excellent heat dissipation properties. Furthermore, since almost no current flows through the branch portions 12, 13, 22, and 23, the spin inductor 102 having the branch portions 12, 13, 22, and 23 does not significantly reduce the current density of the current flowing through the main portions 11 and 21.
  • both the wiring layer 10A and the first ferromagnetic layer 20A have a branch portion, but only one of them may have a branch portion. That is, the wiring layer 10A may be replaced with the wiring layer 10, and the first ferromagnetic layer 20A may be replaced with the first ferromagnetic layer 20.
  • Fig. 7 is a plan view of a spin inductor 103 according to a fourth embodiment.
  • the cross section of the spin inductor 103 according to the fourth embodiment is equivalent to that of Fig. 1.
  • the same components as those in the spin inductor 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the spin inductor 103 according to the fourth embodiment includes a wiring layer 10B, a first ferromagnetic layer 20B, a first heat dissipation layer 30, a first insulating layer 40, a first via wiring 50, and a second via wiring 60.
  • the shapes of the wiring layer 10B and the first ferromagnetic layer 20B of the spin inductor 100 according to the first embodiment are different from those of the wiring layer 10 and the first ferromagnetic layer 20 of the spin inductor 100 according to the first embodiment.
  • the wiring layer 10B has a main portion 11 and branch portions 12, 13, 14, and 15.
  • the main portion 11 is a portion that connects the first via wiring 50 and the second via wiring 60.
  • the branch portions 12, 13, 14, and 15 are each portions that branch off from the main portion 11.
  • the branch portions 12, 13, 14, and 15 are each positioned offset in the y direction from the main portion 11, and have a portion that extends along the main portion 11.
  • Each of the branch portions 12 and 13 is an example of a first branch portion.
  • Each of the branch portions 14 and 15 is an example of a second branch portion.
  • Branch portions 12 and 13 branch off from a first end of main portion 11.
  • Branch portions 14 and 15 branch off from a second end of main portion 11.
  • the current flows in the x direction.
  • the current density in the branch portions 12, 13, 14, and 15 is, for example, 1 A/cm2 or less, and 0.1 A/ cm2 or less. Therefore, even when a current is passed through the wiring layer 10B, the branch portions 12, 13, 14, and 15 do not generate much heat.
  • the branch portions 12, 13, 14, and 15 dissipate the heat generated in the main portion 11.
  • the first ferromagnetic layer 20B has a main portion 21 and branch portions 22, 23, 24, and 25.
  • the main portion 21 is a portion that connects the first via wiring 50 and the second via wiring 60.
  • the branch portions 22, 23, 24, and 25 are each portions that branch off from the main portion 21.
  • the branch portions 22, 23, 24, and 25 are each positioned offset from the main portion 21 in the y direction, and each have a portion that extends along the main portion 21.
  • Branch portions 22 and 23 branch off from a first end of main portion 21.
  • Branch portions 24 and 25 branch off from a second end of main portion 21.
  • There is a gap G between branch portion 22 and branch portion 24, and branch portion 22 and branch portion 24 are not electrically connected.
  • branch portion 23 and branch portion 25 are not electrically connected.
  • the branch portions 22, 23, 24, and 25 In the first ferromagnetic layer 20B, most of the current flows through the main portion 21, and almost no current flows through the branch portions 22, 23, 24, and 25. In the main portion 21, the current flows in the x direction.
  • the current density in the branch portions 22, 23, 24, and 25 is, for example, 1 A/cm 2 or less, and 0.1 A/cm 2 or less. Therefore, even when a current is passed through the first ferromagnetic layer 20B, the branch portions 22, 23, 24, and 25 do not generate much heat.
  • the branch portions 22, 23, 24, and 25 dissipate the heat generated in the main portion 21.
  • the spin inductor 103 according to the fourth embodiment has the same effect as the spin inductor 100 according to the first embodiment.
  • the branch portions 12, 13, 14, 15, 22, 23, 24, and 25 function as a heat dissipation path for heat generated in the wiring layer 10B. Therefore, the spin inductor 103 according to the fourth embodiment has excellent heat dissipation properties.
  • both the wiring layer 10B and the first ferromagnetic layer 20B have branch portions, but only one of them may have a branch portion. That is, the wiring layer 10B may be replaced with the wiring layer 10, and the first ferromagnetic layer 20B may be replaced with the first ferromagnetic layer 20. Furthermore, since almost no current flows through the branch portions 12, 13, 14, 15, 22, 23, 24, and 25, the spin inductor 103 having the branch portions 12, 13, 14, 15, 22, 23, 24, and 25 does not significantly reduce the current density of the current flowing through the main portions 11 and 21.
  • Fig. 8 is a cross-sectional view of the spin inductor 104 according to the fifth embodiment.
  • Fig. 8 is a view of the spin inductor 104 cut along an xz plane passing through the center of the wiring layer 10A in the y direction.
  • components on the front side of the paper are indicated by dotted lines.
  • Fig. 9 is a plan view of the spin inductor 104 according to the fifth embodiment.
  • components located below the first heat dissipation layer 30 are indicated by dotted lines.
  • components similar to those in the spin inductor 102 according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals and will not be described.
  • the connection portion 81 connects the wiring layer 10A and the first heat dissipation layer 30.
  • the connection portion 81 is an example of a first connection portion.
  • the connection portion 81 connects, for example, the branch portion 12 and the first heat dissipation layer 30.
  • the connection portion 81 also connects, for example, the branch portion 13 and the first heat dissipation layer 30. Since almost no current flows through the branch portions 12 and 13, almost no current flows through the connection portion 81 and the first heat dissipation layer 30. Therefore, in the current flowing between the first via wiring 50 and the second via wiring 60, no current path is formed that flows in the order of the branch portion 12 or branch portion 13, the connection portion 81, and the first heat dissipation layer 30.
  • connection part 81 dissipates heat from the branch parts 12 and 13 toward the first heat dissipation layer 30. Therefore, the connection part 81 prevents heat generated in the main part 11 from accumulating in the branch parts 12 and 13.
  • the spin inductor 104 according to the fifth embodiment has the same effect as the spin inductor 100 according to the first embodiment.
  • the branch portions 12, 13, 22, and 23 function as a heat dissipation path for heat generated in the wiring layer 10A.
  • the connection portion 81 also dissipates heat toward the first heat dissipation layer 30, thereby preventing heat from accumulating in the branch portions 12, 13, 22, and 23.
  • the spin inductor 104 according to the fifth embodiment has excellent heat dissipation properties.
  • connection part 81 an example is shown in which the wiring layer 10A and the first heat dissipation layer 30 are connected by a connection part 81, but the spin inductor according to the fifth embodiment is not limited to this example.
  • the spin inductor 104A has a connection portion 81 that connects the wiring layer 10 and the first heat dissipation layer 30.
  • the connection portion 81 is preferably located at a position offset in the y direction from the straight line connecting the first via wiring 50 and the second via wiring 60.
  • the spin inductor 104 of the first modified example can also efficiently transfer heat generated in the wiring layer 10 to the first heat dissipation layer 30.
  • the spin inductor 104A has high heat dissipation properties, although current loss occurs through the connection portion 81.
  • the spin inductor 104B has a connection part 81 that connects the wiring layer 10B and the first heat dissipation layer 30.
  • the connection part 81 connects, for example, the branch part 12 or the branch part 13 and the first heat dissipation layer 30.
  • the other connection part is connected to the branch part 13.
  • a current path is formed from the first via wiring 50, the branch part 12, the first heat dissipation layer 30, the connection part 81, the branch part 15, and the second via wiring 60, resulting in current loss.
  • the first heat dissipation layer 30 may also be divided into multiple regions, and each region may be electrically insulated. In this case, the current that reaches a portion of the first heat dissipation layer 30 from the connection portion 81 cannot reach other regions, making it difficult for a current path that causes current loss to form.
  • Fig. 12 is a cross-sectional view of the spin inductor 105 according to the sixth embodiment.
  • Fig. 12 is a view of the spin inductor 105 cut along the xz plane passing through the center of the wiring layer 10 in the y direction.
  • components on the front side of the paper are indicated by dotted lines.
  • Fig. 13 is a plan view of the spin inductor 104 according to the fifth embodiment.
  • components located below the first heat dissipation layer 30 are indicated by dotted lines.
  • components similar to those of the spin inductor 101 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals and will not be described.
  • the spin inductor 105 includes a wiring layer 10, a first ferromagnetic layer 20, a first heat dissipation layer 30, a first insulating layer 40, a first via wiring 50, a second via wiring 60, a second heat dissipation layer 70, and a connection portion 82.
  • the spin inductor 105 differs from the spin inductor 101 according to the second embodiment in that it includes the connection portion 82.
  • connection portion 82 connects the first heat dissipation layer 30 and the second heat dissipation layer 70.
  • the connection portion 82 is an example of a second connection portion.
  • the connection portion 82 conducts heat between the first heat dissipation layer 30 and the second heat dissipation layer 70.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the spin inductor 106 according to the seventh embodiment.
  • FIG. 14 is a view of the spin inductor 106 cut along an xz plane passing through the center of the wiring layer 10A in the y direction.
  • components on the front side of the paper are indicated by dotted lines.
  • FIG. 15 is a plan view of the spin inductor 106 according to the seventh embodiment.
  • components located below the first heat dissipation layer 30 are indicated by dotted lines.
  • components similar to those in the spin inductor 101 according to the second embodiment and the spin inductor 102 according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals and will not be described.
  • the spin inductor 106 includes a wiring layer 10A, a first ferromagnetic layer 20A, a first heat dissipation layer 30, a first insulating layer 40, a first via wiring 50, a second via wiring 60, a second heat dissipation layer 70, and a connection portion 83.
  • the spin inductor 106 differs from the spin inductor 102 according to the third embodiment in that it includes a second heat dissipation layer 70 and a connection portion 83.
  • connection portion 83 connects the wiring layer 10A to the first heat dissipation layer 30 and the second heat dissipation layer 70.
  • the connection portion 83 is an example of a third connection portion.
  • the connection portion 83 connects, for example, each of the branch portions 12 and 13 to the first heat dissipation layer 30 and the second heat dissipation layer 70. Since almost no current flows through the branch portions 12 and 13, almost no current flows through the connection portion 81, the first heat dissipation layer 30, and the second heat dissipation layer 70. Therefore, the current flowing between the first via wiring 50 and the second via wiring 60 almost never reaches the first heat dissipation layer 30 and the second heat dissipation layer 70 via the connection portion 83.
  • connection portion 83 dissipates heat from the branch portions 12 and 13 toward the first heat dissipation layer 30 and the second heat dissipation layer 70. Therefore, the connection portion 83 prevents heat generated in the main portion 11 from accumulating in the branch portions 12 and 13.
  • the spin inductor 106 according to the seventh embodiment has the same effect as the spin inductor 100 according to the first embodiment.
  • the branch portions 12, 13, 22, and 23 function as a heat dissipation path for heat generated in the wiring layer 10A.
  • the connection portion 83 also dissipates heat toward the first heat dissipation layer 30 and the second heat dissipation layer 70, thereby preventing heat from accumulating in the branch portions 12, 13, 22, and 23.
  • the spin inductor 106 according to the seventh embodiment has excellent heat dissipation properties.
  • the spin inductor according to the seventh embodiment is not limited to this example.
  • FIG. 16 is a plan view of a first modified example of the spin inductor according to the seventh embodiment.
  • the spin inductor 106B according to the first modified example differs from the spin inductor 106 shown in FIG. 15 in that the wiring layer 10A is wiring layer 10B and the first ferromagnetic layer 20A is first ferromagnetic layer 20B.
  • the configurations of the wiring layer 10B and the first ferromagnetic layer 20B are the same as those in FIG. 7.
  • the spin inductor 106A has a connection portion 83 that connects the wiring layer 10B, the first heat dissipation layer 30, and the second heat dissipation layer 70.
  • the connection portion 83 connects, for example, the branch portion 12 or the branch portion 13, the first heat dissipation layer 30, and the second heat dissipation layer 70.
  • the other connection portion 83 is connected to the branch portion 13.
  • the first heat dissipation layer 30 may also be divided into multiple regions, and each region may be electrically insulated. In this case, the current that reaches a portion of the first heat dissipation layer 30 from the connection portion 81 cannot reach other regions, making it difficult for a current path that causes current loss to form.
  • the first to seventh embodiments have been illustrated above, and the specific configuration of the spin inductor has been described.
  • the spin inductor according to the present disclosure is not limited to these exemplary configurations, and various modifications are possible within the scope of the purpose.
  • the spin inductor according to the present disclosure can be incorporated into a module, for example, for use.
  • Figure 17 shows an example of the use of the spin inductor according to this embodiment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

このスピンインダクタは、配線層と、第１強磁性層と、第１放熱層と、を備える。前記第１強磁性層は、前記配線層の第１面に接する。前記第１放熱層と前記配線層は、積層方向において、前記第１強磁性層を挟む。

Description

スピンインダクタ
　本開示は、スピンインダクタに関する。
　インダクタは、抵抗やキャパシタと並んで主要な電子部品であり、様々な電子機器に用いられている。コイルは、インダクタの一例である。コイルの大きさとインダクタンスの強度とはトレードオフの関係にあり、小型のコイルで大きなインダクタンスを実現することは難しい。
　近年、コイルを用いない新たな形態のインダクタに注目が集まっている。コイルを用いない新たな形態のインダクタは、創発インダクタと称される場合がある。例えば、特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２には、スピンの振動を利用した新たなインダクタ（以下、スピンインダクタと称する。）が開示されている。スピンインダクタは、素子サイズが小さいほどインダクタンス強度が強くなり、小型化とインダクタンス強度の両立が可能であるとして注目されている。
国際公開第２０２２／１８１０６９号
Yuta Yamane, Shunsuke Fukami, and Junichi Ieda, Physical Review Letters 128,147201 (202). Yasufumi Arai and Jun'ichi Ieda, Journal of the Physical Society of Japan 92, 074705 (2023).
　小型で大きなインダクタンスを示すインダクタが求められている。スピンインダクタを含む創発インダクタは、まだ研究の途中であり、様々な問題を抱えている。その一つがスピンインダクタの放熱性である。スピンインダクタは、薄膜を積層した構造を有し、その薄膜を流れる電流により生じる熱を無視できない。
　本開示は上記事情に鑑みてなされたものであり、放熱効率の高いスピンインダクタを提供することを目的とする。
　本開示は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（１）第１の態様に係るスピンインダクタは、配線層と、第１強磁性層と、第１放熱層と、を備える。前記第１強磁性層は、前記配線層の第１面に接する。前記第１放熱層と前記配線層は、積層方向において、前記第１強磁性層を挟む。
（２）上記態様に係るスピンインダクタは、第１絶縁層をさらに備えてもよい。前記第１絶縁層は、積層方向において、前記第１強磁性層と前記第１放熱層との間にあってもよい。
（３）上記態様に係るスピンインダクタにおいて、前記第１絶縁層は、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ及びＴｉからなる群から選択された少なくとも一つの酸化物又は窒化物を含んでもよい。
（４）上記態様に係るスピンインダクタにおいて、前記積層方向から見て、前記第１放熱層は、前記配線層及び前記第１強磁性層の全てを覆ってもよい。
（５）上記態様に係るスピンインダクタは、第２放熱層をさらに備えてもよい。前記第１放熱層と前記第２放熱層は、前記積層方向において、前記配線層及び前記第１強磁性層を挟んでもよい。
（６）上記態様に係るスピンインダクタは、第１ビア配線と第２ビア配線とをさらに備えてもよい。前記第１ビア配線及び前記第２ビア配線はそれぞれ、前記配線層に接続され、前記第２放熱層は、前記第１ビア配線と前記第２ビア配線との間にあってもよい。
（７）上記態様に係るスピンインダクタにおいて、前記第１放熱層の長手方向は、第１方向であり、前記第２放熱層の長手方向は、前記第１方向と交差していてもよい。
（８）上記態様に係るスピンインダクタにおいて、前記配線層は、第１方向に電流が流れる主要部と、前記主要部から分岐する第１分岐部とを備えてもよい。前記第１分岐部の少なくとも一部は、前記第１方向と交差する第２方向にずれた位置で、前記主要部に沿う構成でもよい。
（９）上記態様に係るスピンインダクタにおいて、前記配線層は、第２分岐部をさらに備えてもよい。前記第２分岐部の少なくとも一部は、前記第１方向と交差する第２方向にずれた位置で、前記主要部に沿い、前記第１分岐部と前記第２分岐部との間には、ギャップがあってもよい。
（１０）上記態様に係るスピンインダクタは、前記第１放熱層と前記配線層とを繋ぐ第１接続部をさらに備えてもよい。
（１１）上記態様に係るスピンインダクタは、前記第１放熱層と前記配線層とを繋ぐ第１接続部をさらに備え、前記第１接続部は、前記配線層の前記第１分岐部に接続されていてもよい。
（１２）上記態様に係るスピンインダクタは、前記第１放熱層と前記第２放熱層とを繋ぐ第２接続部をさらに備えてもよい。
（１３）上記態様に係るスピンインダクタは、前記配線層と前記第１放熱層と前記第２放熱層とを繋ぐ第３接続部をさらに備えてもよい。
（１４）上記態様に係るスピンインダクタにおいて、前記第１放熱層は、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、フェライト、Ｎｉ及びＦｅからなる群から選択されるいずれか一つを含んでもよい。
（１５）上記態様に係るスピンインダクタにおいて、前記配線層は、前記第１強磁性層にスピンを注入できるように構成され、前記第１強磁性層の磁化は、注入されたスピンによって歳差運動するように構成されていてもよい。
第１実施形態に係るスピンインダクタの断面図である。 第１実施形態に係るスピンインダクタの平面図である。 第１施形態に係るスピンインダクタの機能を説明するための模式図である。 第２実施形態に係るスピンインダクタの断面図である。 第２実施形態に係るスピンインダクタの平面図である。 第３実施形態に係るスピンインダクタの平面図である。 第４実施形態に係るスピンインダクタの平面図である。 第５実施形態に係るスピンインダクタの断面図である。 第５実施形態に係るスピンインダクタの平面図である。 第５実施形態に係るスピンインダクタの第１変形例の平面図である。 第５実施形態に係るスピンインダクタの第２変形例の平面図である。 第６実施形態に係るスピンインダクタの断面図である。 第６実施形態に係るスピンインダクタの平面図である。 第７実施形態に係るスピンインダクタの断面図である。 第７実施形態に係るスピンインダクタの平面図である。 第７実施形態に係るスピンインダクタの第１変形例の平面図である。 本実施形態に係るスピンインダクタの活用例である。
　以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本開示はそれらに限定されるものではなく、本開示の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
　まず方向について定義する。各層が広がる面の一方向をｘ方向、ｘ方向に対して直交する方向をｙ方向とする。例えば、配線層１０に沿って第１ビア配線５０と第２ビア配線６０とを繋ぐ第１方向をｘ方向とする。ｘｙ面内において、ｘ方向と直交する第２方向を例えばｙ方向とする。また各層の厚み方向をｚ方向とする。ｘ方向及びｙ方向は、ｚ方向に対して直交する。ｚ方向は、積層方向の一例である。
「第１実施形態」
　図１は、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００の断面図である。図１は、配線層１０のｙ方向の中心を通るｘｚ面に沿ってスピンインダクタ１００を切断した図である。図２は、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００の平面図である。図２では、第１放熱層３０の下方に位置する構成要素を点線で図示する。
　スピンインダクタ１００は、配線層１０と第１強磁性層２０と第１放熱層３０と第１絶縁層４０と第１ビア配線５０と第２ビア配線６０とを備える。
　スピンインダクタ１００の周囲は、絶縁層９０で被覆されている。絶縁層９０は、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁層である。絶縁層９０は、半導体デバイスの絶縁層に適用されているものと同様の材料を用いることができる。絶縁層９０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）である。
　スピンインダクタ１００は、磁性体中の磁化の振動によって動作するインダクタである。スピンインダクタ１００は、電流の高周波成分をカットし、電流の不変成分を通す。電流は、配線層１０に沿って、第１ビア配線５０と第２ビア配線６０との間に流れる。スピンインダクタ１００は、高周波電流をカットしたい部分に配設される。高周波電流はスピンインダクタ１００でカットされるが、直流電流はスピンインダクタ１００を流れる。直流電流にとってスピンインダクタ１００は、抵抗である。
　スピンインダクタ１００は、配線層１０と第１強磁性層２０とからなるインダクタ層を複数有してもよい。隣接するインダクタ層の間には、例えば、スペーサ層が挟まれる。スペーサ層は、導体でも、半導体でも、絶縁体でもよい。
　配線層１０は、電流が流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させる機能を有する金属、合金、金属間化合物、金属硼化物、金属炭化物、金属珪化物、金属燐化物のいずれかを含む。配線層１０は、スピン軌道トルク配線と呼ばれる場合もある。
　配線層１０は、例えば、主成分として非磁性の重金属を含む。重金属は、イットリウム（Ｙ）以上の比重を有する金属を意味する。非磁性の重金属は、例えば、最外殻にｄ電子又はｆ電子を有する原子番号３９以上の原子番号が大きい非磁性金属である。配線層１０は、例えば、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗからなる。非磁性の重金属は、その他の金属よりスピン軌道相互作用が強く生じる。スピンホール効果はスピン軌道相互作用により生じる。スピンホール効果によって配線層１０内でスピンが偏在しやすくなると、スピン流ＪＳが発生しやすくなる。
　配線層１０は、磁性金属を含んでもよい。磁性金属は、強磁性金属又は反強磁性金属である。非磁性体に含まれる微量な磁性金属は、スピンの散乱因子となる。微量とは、例えば、配線層を構成する元素の総モル比の３％以下である。スピンが磁性金属により散乱するとスピン軌道相互作用が増強され、電流に対するスピン流の生成効率が高くなる。
　配線層１０は、トポロジカル絶縁体を含んでもよい。トポロジカル絶縁体は、物質内部が絶縁体又は高抵抗体であるが、その表面にスピン偏極した金属状態が生じている物質である。トポロジカル絶縁体は、スピン軌道相互作用により内部磁場が生じる。トポロジカル絶縁体は、外部磁場が無くてもスピン軌道相互作用の効果で新たなトポロジカル相が発現する。トポロジカル絶縁体は、強いスピン軌道相互作用とエッジにおける反転対称性の破れにより純スピン流を高効率に生成できる。またトポロジカル絶縁体は、表面にのみ電流が流れるため、少ない電流量で高い電流密度を実現できる。
　トポロジカル絶縁体は、例えば、Ｓｎ、ＳｎＴｅ、Ｂｉ１．５Ｓｂ０．５Ｔｅ１．７Ｓｅ１．３、ＴｌＢｉＳｅ２、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｂｉ１－ｘＳｂｘ、（Ｂｉ１－ｘＳｂｘ）２Ｔｅ３などである。トポロジカル絶縁体は、高効率にスピン流を生成することが可能である。
　第１強磁性層２０は、配線層１０の第１面と接する。第１強磁性層２０は、例えば、配線層１０の上面と接する。
　第１強磁性層２０は、強磁性体である。強磁性体は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等である。
　強磁性体は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｈｏ合金、Ｓｍ－Ｆｅ合金、Ｆｅ－Ｐｔ合金、Ｃｏ－Ｐｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金である。ＣｏＣｒＰｔ合金、Ｌ１０型のＣｏＦｅ合金は、飽和磁化が大きく、かつ、磁気異方性も強く、これらを第１強磁性層２０に用いると、スピンインダクタ１００の共鳴周波数が高くなる。
　また第１強磁性層２０は、磁性絶縁体でもよい。第１強磁性層２０が磁性絶縁体の場合、配線層１０はトポロジカル絶縁体であることが特に好ましい。磁性絶縁体とトポロジカル絶縁体の接合面のみに電流が流れるため、電流損失を抑え、発熱等によるエネルギー損失を抑えることができる。
　また第１強磁性層２０は、フェリ磁性絶縁体や反強磁性絶縁体でもよい。第１強磁性層２０が反強磁性絶縁体の場合、配線層１０はトポロジカル絶縁体であることが特に好ましい。反強磁性絶縁体とトポロジカル絶縁体の接合面のみに電流が流れるため、電流損失を抑え、発熱等によるエネルギー損失を抑えることができる。さらに、第１強磁性層２０が反強磁性絶縁体である場合、第１強磁性層２０の共鳴周波数が高くなり、１０ＧＨｚ以上の高周波の領域でも、スピンインダクタは共鳴を起こさない。そのため、第１強磁性層２０が反強磁性絶縁体であるスピンインダクタは、広い帯域において、安定的にインダクタンスを示す。例えば、反強磁性絶縁体は、ＮｉＯ、ＭｎＯ、Ｃｒ２Ｏ３、フェライトやガーネットなどの磁性元素を含んだ酸化物、ＭｎＳなどの磁性元素を含んだ硫化物、ＦｅＣｌ２などの磁性元素を含んだ塩化物などである。
　第１放熱層３０は、インダクタ層で生じた熱の放熱を補助する層である。第１放熱層３０と配線層１０とは、ｚ方向において、第１強磁性層２０を挟む。第１放熱層３０は、例えば、第１絶縁層４０を挟んで、第１強磁性層２０に近接する。
　第１放熱層３０は、例えば、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、フェライト、Ｎｉ及びＦｅからなる群から選択されるいずれか一つを含む。
　第１放熱層３０は、例えば、ｚ方向から見て、配線層１０及び第１強磁性層２０を覆う。第１放熱層３０が配線層１０及び第１強磁性層２０を覆うことで、配線層１０及び第１強磁性層２０で生じた熱の排熱効率が高まる。
　第１絶縁層４０は、第１強磁性層２０と第１放熱層３０との間にある。第１絶縁層４０は、例えば、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｇ及びＴｉからなる群から選択された少なくとも一つの酸化物又は窒化物を含む。第１絶縁層４０は、熱伝導率が高いものが好ましく、例えば、ＭｇＯ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＴｉＮである。
　第１放熱層３０が絶縁体の場合は、第１絶縁層４０は無くてもよい。第１放熱層３０が導電体の場合は、第１絶縁層４０を設けることが好ましい。第１絶縁層４０が第１放熱層３０と第１強磁性層２０との間にあると、配線層１０を流れる電流の一部が第１放熱層３０に分流することを防ぎ、配線層１０を流れる電流の電流密度が低下することを抑制できる。
　第１ビア配線５０及び第２ビア配線６０は、導電性を有する材料を含む。第１ビア配線５０及び第２ビア配線６０は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等である。第１ビア配線５０は、配線層１０と接する。第２ビア配線６０は、第１ビア配線５０と異なる位置で、配線層１０と接する。第１ビア配線５０は、例えば、配線層１０の第１端に接続され、第２ビア配線６０は、配線層１０の第２端に接続される。第１ビア配線５０及び第２ビア配線６０は、ｚ方向に延びる。
　スピンインダクタ１００は、第１ビア配線５０及び第２ビア配線６０に代えて、インダクタ層の側面に接する第１端子と第２端子とを有してもよい。また第１ビア配線５０及び第２ビア配線６０のそれぞれは、インダクタ層の上面と接してもよい。
　本実施形態に係るスピンインダクタ１００は、各層を積層する積層工程と、各層を所定の形状に加工する加工工程とを繰り返すことで作製できる。積層工程は、例えば、スパッタリング法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）、原子レーザデポジッション法等を用いることができる。加工工程は、例えば、フォトリソグラフィー法等を用いて行うことができる。
　次いで、スピンインダクタ１００の機能について説明する。図３は、スピンインダクタ１００の機能を説明するための模式図である。
　スピンインダクタ１００は、配線層１０に沿って電流が流れた際にインダクタとして機能する。第１ビア配線５０と第２ビア配線６０との間に電流を印加すると、配線層１０の面内に電流が流れる。
　配線層１０内を流れる電流は、スピンホール効果によってスピン流を発生させる。
　スピンホール効果は、電流を流した場合にスピン軌道相互作用に基づき、電流の流れる方向と直交する方向（例えば、ｚ方向）にスピン流が誘起される現象である。スピンホール効果は、運動（移動）する電荷（電子）が運動（移動）方向を曲げられる点で、通常のホール効果と共通する。通常のホール効果は、磁場中で運動する荷電粒子の運動方向がローレンツ力によって曲げられる。これに対し、スピンホール効果は磁場が存在しなくても、電子が移動するだけ（電流が流れるだけ）でスピンの移動方向が曲げられる。
　例えば、配線層１０のｘ方向に電流が流れると、例えば、－ｙ方向に偏極したスピンＳ１は進行方向に対して＋ｚ方向に曲げられ、＋ｙ方向に偏極したスピンＳ２は進行方向に対して－ｚ方向に曲げられる。
　配線層１０で生じたスピンＳ１は、第１強磁性層２０に注入される。配線層１０と第１強磁性層２０との距離がスピンＳ１のスピン拡散長以下であることで、配線層１０で生じたスピンＳ１を第１強磁性層２０に効率的に注入できる。配線層１０と第１強磁性層２０との間には、他の層が挿入されていてもよい。
　第１強磁性層２０の磁化Ｍ２０は、配線層１０から注入されるスピンＳ１によって歳差運動する。磁化Ｍ２０の保磁力と配線層１０に流す電流の大きさは調整されており、注入されるスピンＳ１によって磁化Ｍ２０が反転せずに歳差運動するように構成されている。
　第１強磁性層２０の磁化Ｍ２０が歳差運動すると、磁気モーメントと電流との間でエネルギー変換が生じ、スピンインダクタ１００はインダクタ機能を発現する。
　磁化Ｍ２０の歳差運動を保つという観点で、磁化Ｍ２０は、スピンインダクタ１００に外部磁場も電流も印加されていない初期状態で、ｚ方向又はｘ方向に配向する成分を有することが好ましく、ｚ方向に配向していることがより好ましい。ここで、「電流が流れていない」とは、配線層１０に電位差を印加していない状態を意味する。また「外部磁場が印加されていない」とは、第１強磁性層２０に意図的な磁場を印加していない状態を意味する。
　磁化Ｍ２０がｙ方向に配向している場合、外部磁場が印加されていない状態でも、磁化反転が生じ、磁化の歳差運動が維持されない場合がある。磁化Ｍ２０がｘ方向又はｚ方向に配向している場合は、無磁場下では磁化反転が生じにくい。スピンインダクタ１００は、磁気モーメントと電流との間のエネルギー変換を利用してインダクタ機能を発現するため、磁化の歳差運動が止まると、インダクタ機能が十分発現されない。
　なお、磁化Ｍ２０がｙ方向に配向する場合でも、配線層１０を流れる電流密度を調整することで磁化の歳差運動を維持することは可能である。
　スピンインダクタ１００は、第１強磁性層２０の強磁性共鳴の周波数で共鳴現象を生じるため、共鳴周波数近傍ではインダクタとしての安定的な動作が困難である。したがって、スピンインダクタ１００は、スピンインダクタ１００の強磁性共鳴周波数よりも十分低い周波数、または、十分高い周波数で使用される。この十分低い周波数、又は、十分高い周波数は、概ね、強磁性共鳴周波数を基準に、強磁性共鳴周波数から５％以上ずれた周波数を示す。スピンインダクタ１００は、例えば、１０ＧＨｚや１ＴＨｚを超える周波数でもインダクタンスを発生させることが可能である。またスピンインダクタ１００で生じるインダクタンスは、１ｎＨ以下でも十分に機能する。
　スピンインダクタ１００は、電流と磁気モーメントとの間のエネルギー変換を利用してインダクタ機能を発現するため、小型でも強いインダクタンスを発現できる。例えば、ｚ方向から平面視した際のスピンインダクタ１００の最大幅が０．００３ｍｍ以下でも、０．１μＨ以上１０μＨ以下のインダクタンスを発現できる。小型のインダクタンス素子は、宇宙、極低温等の大型の素子を組み込むことが困難な領域で、特に求められている。また、ｚ方向から平面視した際のスピンインダクタ１００の最大幅が数十ｎｍで、長さが数百ｎｍサイズでも、スピンインダクタ１００は、数ｎＨ～数百ｎＨのインダクタンスを示す。
　上述のように、本実施形態に係るスピンインダクタ１００は、配線層１０から注入されるスピンによって第１強磁性層２０の磁化Ｍ２０が歳差運動することで、インダクタとして機能する。このスピンインダクタ１００は、コイルとは異なる原理で動作し、小型化が可能である。例えば、ｚ方向から平面視した際のスピンインダクタ１００の最大幅が０．００３ｍｍ以下でも、０．１μＨ以上１０μＨ以下のインダクタンスを発現できる。小型のインダクタンス素子は、宇宙、極低温等の大型の素子を組み込むことが困難な領域で、特に求められている。
　また本実施形態に係るインダクタ１００は、薄膜のインダクタ層で熱が生じた場合でも、第１放熱層３０から熱を効率的に逃がすことができる。
「第２実施形態」
　図４は、第２実施形態に係るスピンインダクタ１０１の断面図である。図５は、第２実施形態に係るスピンインダクタ１０１の平面図である。第２実施形態に係るスピンインダクタ１０１において、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
　第２実施形態に係るスピンインダクタ１０１は、配線層１０と第１強磁性層２０と第１放熱層３０と第１絶縁層４０と第１ビア配線５０と第２ビア配線６０と第２放熱層７０とを備える。スピンインダクタ１０１の周囲は絶縁層９０で覆われている。スピンインダクタ１０１は、第２放熱層７０を有する点で、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００と異なる。
　第２放熱層７０は、配線層１０の下方に位置する。第２放熱層７０と第１放熱層３０は、ｚ方向に配線層１０及び第１強磁性層２０を挟む。第２放熱層７０は、ｘ方向において、第１ビア配線５０と第２ビア配線６０との間にある。
　第２放熱層７０の周囲は、絶縁層９０で被覆され、第２放熱層７０は、配線層１０、第１ビア配線５０及び第２ビア配線６０と絶縁されている。
　ｚ方向から見て、第２放熱層７０の長手方向はｙ方向である。第２放熱層７０は、例えば、ｙ方向が長手方向である長方形である。第２放熱層７０の長手方向は、第１放熱層３０の長手方向と異なっていてもよい。例えば、図５に示すように、第１放熱層３０の長手方向がｘ方向で、第２放熱層７０の長手方向がｙ方向でもよい。第２放熱層７０をｙ方向が長手方向の長方形とすることで、第１ビア配線５０と第２ビア配線６０との間の限られた空間に、大きな面積の第２放熱層７０を配置できる。
　第２実施形態に係るスピンインダクタ１０１は、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００と同様の効果を奏する。また発熱しやすいインダクタ層を第１放熱層３０と第２放熱層７０とで挟むことで、スピンインダクタ１０１の排熱効率をより高めることができる。
「第３実施形態」
　図６は、第３実施形態に係るスピンインダクタ１０２の平面図である。第３実施形態に係るスピンインダクタ１０２の断面は、図１と同等である。第３実施形態に係るスピンインダクタ１０２において、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
　第３実施形態に係るスピンインダクタ１０２は、配線層１０Ａと第１強磁性層２０Ａと第１放熱層３０と第１絶縁層４０と第１ビア配線５０と第２ビア配線６０とを備える。スピンインダクタ１０２は、配線層１０Ａ及び第１強磁性層２０Ａの形状が、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００の配線層１０及び第１強磁性層２０と異なる。
　配線層１０Ａは、主要部１１と分岐部１２、１３とを有する。主要部１１は、第１ビア配線５０と第２ビア配線６０とを繋ぐ部分である。分岐部１２、１３はそれぞれ、主要部１１から分岐した部分である。分岐部１２、１３のそれぞれは、第１分岐部の一例である。
　分岐部１２は、第１部分１２１と第２部分１２２とを有する。第１部分１２１は、主要部１１からｙ方向にずれた位置にあり、主要部１１に沿って延びる。第１部分１２１は、ｘ方向から傾いた方向に延びていてもよい。第２部分１２２は、主要部１１と第１部分１２１とを繋ぐ部分である。第２部分１２２は、主要部１１からｙ方向の成分をもって突出している。
　同様に、分岐部１３は、第１部分１３１と第２部分１３２とを有する。第１部分１３１は、主要部１１からｙ方向にずれた位置にあり、主要部１１に沿って延びる。第１部分１３１は、ｘ方向から傾いた方向に延びていてもよい。第２部分１３２は、主要部１１と第１部分１３１とを繋ぐ部分である。第２部分１３２は、主要部１１からｙ方向の成分をもって突出している。
　配線層１０Ａにおいて、電流の多くは主要部１１を流れ、分岐部１２、１３にはほとんど電流は流れない。主要部１１において、電流はｘ方向に流れる。分岐部１２、１３における電流密度は、例えば、１Ａ／ｃｍ２以下であり、好ましくは０．１Ａ／ｃｍ２以下である。そのため、配線層１０Ａに電流を流した場合でも、分岐部１２、１３はあまり発熱しない。分岐部１２、１３は、主要部１１で生じた熱を放熱する。
　また第１強磁性層２０Ａは、主要部２１と分岐部２２、２３とを有する。主要部２１は、第１ビア配線５０と第２ビア配線６０とを繋ぐ部分である。分岐部２２、２３はそれぞれ、主要部２１から分岐した部分である。
　分岐部２２は、第１部分２２１と第２部分２２２とを有する。第１部分２２１は、主要部２１からｙ方向にずれた位置にあり、主要部２１に沿って延びる。第１部分２２１は、ｘ方向から傾いた方向に延びていてもよい。第２部分２２２は、主要部２１と第１部分２２１とを繋ぐ部分である。第２部分２２２は、主要部２１からｙ方向の成分をもって突出している。
　同様に、分岐部２３は、第１部分２３１と第２部分２３２とを有する。第１部分２３１は、主要部２１からｙ方向にずれた位置にあり、主要部２１に沿って延びる。第１部分２３１は、ｘ方向から傾いた方向に延びていてもよい。第２部分２３２は、主要部２１と第１部分２３１とを繋ぐ部分である。第２部分２３２は、主要部２１からｙ方向の成分をもって突出している。
　第１強磁性層２０Ａにおいて、電流の多くは主要部２１を流れ、分岐部２２、２３にはほとんど電流は流れない。主要部２１において、電流はｘ方向に流れる。分岐部２２、２３における電流密度は、例えば、１Ａ／ｃｍ２以下であり、好ましくは０．１Ａ／ｃｍ２以下である。分岐部２２、２３は、主要部２１で生じた熱を放熱する。
　第３実施形態に係るスピンインダクタ１０２は、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００と同様の効果を奏する。また分岐部１２、１３、２２、２３は、配線層１０Ａで生じた熱の放熱経路として機能する。そのため、第３実施形態に係るスピンインダクタ１０２は、放熱性に優れる。また分岐部１２、１３、２２、２３にはほとんど電流は流れないため、スピンインダクタ１０２が分岐部１２、１３、２２、２３を有することで、主要部１１、２１を流れる電流の電流密度が大きく下がることもない。
　ここでは、配線層１０Ａ及び第１強磁性層２０Ａの両方が分岐部を有する例を示したが、いずれか一方のみが分岐部を有する構成でもよい。すなわち、配線層１０Ａを配線層１０に置き換えてもよいし、第１強磁性層２０Ａを第１強磁性層２０に置き換えてもよい。
「第４実施形態」
　図７は、第４実施形態に係るスピンインダクタ１０３の平面図である。第４実施形態に係るスピンインダクタ１０３の断面は、図１と同等である。第４実施形態に係るスピンインダクタ１０３において、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
　第４実施形態に係るスピンインダクタ１０３は、配線層１０Ｂと第１強磁性層２０Ｂと第１放熱層３０と第１絶縁層４０と第１ビア配線５０と第２ビア配線６０とを備える。スピンインダクタ１０３は、配線層１０Ｂ及び第１強磁性層２０Ｂの形状が、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００の配線層１０及び第１強磁性層２０と異なる。
　配線層１０Ｂは、主要部１１と分岐部１２、１３、１４、１５とを有する。主要部１１は、第１ビア配線５０と第２ビア配線６０とを繋ぐ部分である。分岐部１２、１３、１４、１５はそれぞれ、主要部１１から分岐した部分である。分岐部１２、１３、１４、１５はそれぞれ、主要部１１からｙ方向にずれた位置にあり、主要部１１に沿って延びる部分を有する。分岐部１２、１３のそれぞれは、第１分岐部の一例である。分岐部１４、１５のそれぞれは、第２分岐部の一例である。
　分岐部１２、１３は、主要部１１の第１端から分岐する。分岐部１４、１５は、主要部１１の第２端から分岐する。分岐部１２と分岐部１４との間にはギャップＧがあり、分岐部１２と分岐部１４とは電気的に接続されていない。そのため、第１ビア配線５０と第２ビア配線６０との間に、分岐部１２及び分岐部１４を介した電流経路は形成されない。同様に、分岐部１３と分岐部１５との間にはギャップＧがあり、分岐部１３と分岐部１５とは電気的に接続されていない。そのため、第１ビア配線５０と第２ビア配線６０との間に、分岐部１３及び分岐部１５を介した電流経路は形成されない。
　配線層１０Ｂにおいて、電流の多くは主要部１１を流れ、分岐部１２、１３、１４、１５にはほとんど電流は流れない。主要部１１において、電流はｘ方向に流れる。分岐部１２、１３、１４、１５における電流密度は、例えば、１Ａ／ｃｍ２以下であり、０．１Ａ／ｃｍ２以下である。そのため、配線層１０Ｂに電流を流した場合でも、分岐部１２、１３、１４、１５はあまり発熱しない。分岐部１２、１３、１４、１５は、主要部１１で生じた熱を放熱する。
　第１強磁性層２０Ｂは、主要部２１と分岐部２２、２３、２４、２５とを有する。主要部２１は、第１ビア配線５０と第２ビア配線６０とを繋ぐ部分である。分岐部２２、２３、２４、２５はそれぞれ、主要部２１から分岐した部分である。分岐部２２、２３、２４、２５はそれぞれ、主要部２１からｙ方向にずれた位置にあり、主要部２１に沿って延びる部分を有する。
　分岐部２２、２３は、主要部２１の第１端から分岐する。分岐部２４、２５は、主要部２１の第２端から分岐する。分岐部２２と分岐部２４との間にはギャップＧがあり、分岐部２２と分岐部２４とは電気的に接続されていない。同様に、分岐部２３と分岐部２５との間にはギャップＧがあり、分岐部２３と分岐部２５とは電気的に接続されていない。
　第１強磁性層２０Ｂにおいて、電流の多くは主要部２１を流れ、分岐部２２、２３、２４、２５にはほとんど電流は流れない。主要部２１において、電流はｘ方向に流れる。分岐部２２、２３、２４、２５における電流密度は、例えば、１Ａ／ｃｍ２以下であり、０．１Ａ／ｃｍ２以下である。そのため、第１強磁性層２０Ｂに電流を流した場合でも、分岐部２２、２３、２４、２５はあまり発熱しない。分岐部２２、２３、２４、２５は、主要部２１で生じた熱を放熱する。
　第４実施形態に係るスピンインダクタ１０３は、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００と同様の効果を奏する。また分岐部１２、１３、１４、１５、２２、２３、２４，２５は、配線層１０Ｂで生じた熱の放熱経路として機能する。そのため、第４実施形態に係るスピンインダクタ１０３は、放熱性に優れる。
　ここでは、配線層１０Ｂ及び第１強磁性層２０Ｂの両方が分岐部を有する例を示したが、いずれか一方のみが分岐部を有する構成でもよい。すなわち、配線層１０Ｂを配線層１０に置き換えてもよいし、第１強磁性層２０Ｂを第１強磁性層２０に置き換えてもよい。また分岐部１２、１３、１４、１５、２２、２３、２４、２５にはほとんど電流は流れないため、スピンインダクタ１０３が分岐部１２、１３、１４、１５、２２、２３、２４、２５を有することで、主要部１１、２１を流れる電流の電流密度が大きく下がることもない。
「第５実施形態」
　図８は、第５実施形態に係るスピンインダクタ１０４の断面図である。図８は、配線層１０Ａのｙ方向の中心を通るｘｚ面に沿ってスピンインダクタ１０４を切断した図である。図８において、紙面手前側の構成要素を点線で図示する。図９は、第５実施形態に係るスピンインダクタ１０４の平面図である。図９では、第１放熱層３０の下方に位置する構成要素を点線で図示する。第５実施形態に係るスピンインダクタ１０４において、第３実施形態に係るスピンインダクタ１０２と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
　第５実施形態に係るスピンインダクタ１０４は、配線層１０Ａと第１強磁性層２０Ａと第１放熱層３０と第１絶縁層４０と第１ビア配線５０と第２ビア配線６０と接続部８１とを備える。スピンインダクタ１０４は、接続部８１を有する点が、第３実施形態に係るスピンインダクタ１０２と異なる。
　接続部８１は、配線層１０Ａと第１放熱層３０とを繋ぐ。接続部８１は、第１接続部の一例である。接続部８１は、例えば、分岐部１２と第１放熱層３０とを繋ぐ。また接続部８１は、例えば、分岐部１３と第１放熱層３０とを繋ぐ。分岐部１２、１３にはほとんど電流が流れないため、接続部８１及び第１放熱層３０にもほとんど電流は流れない。そのため、第１ビア配線５０と第２ビア配線６０との間に流れる電流において、分岐部１２又は分岐部１３、接続部８１、第１放熱層３０の順に流れる電流経路は形成されない。
　接続部８１は、分岐部１２、１３から熱を第１放熱層３０に向かって逃がす。そのため、接続部８１は、主要部１１で生じた熱が分岐部１２、１３に蓄積することを抑制する。
　第５実施形態に係るスピンインダクタ１０４は、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００と同様の効果を奏する。また分岐部１２、１３、２２、２３は、配線層１０Ａで生じた熱の放熱経路として機能する。また接続部８１は、熱を第１放熱層３０に向かって逃がすため、分岐部１２、１３、２２、２３に熱が蓄積されることを抑制する。第５実施形態に係るスピンインダクタ１０４は、放熱性に優れる。
　ここでは、配線層１０Ａと第１放熱層３０とを接続部８１で繋ぐ例を示したが、第５実施形態に係るスピンインダクタはこの例に限られない。
　図１０は、第５実施形態に係るスピンインダクタの第１変形例の平面図である。第１変形例に係るスピンインダクタ１０４Ａは、配線層１０Ａが配線層１０であり、第１強磁性層２０Ａが第１強磁性層２０である点が図９に示すスピンインダクタ１０４と異なる。
　スピンインダクタ１０４Ａは、配線層１０と第１放熱層３０とを繋ぐ接続部８１を有する。接続部８１は、第１ビア配線５０と第２ビア配線６０とを繋ぐ直線からｙ方向にずれた位置にあることが好ましい。第１変形例に係るスピンインダクタ１０４においても、配線層１０で生じた熱を効率的に第１放熱層３０に伝えることができる。スピンインダクタ１０４Ａは、接続部８１を介した電流ロスが生じるものの、高い放熱性を有している。
　図１１は、第５実施形態に係るスピンインダクタの第２変形例の平面図である。第２変形例に係るスピンインダクタ１０４Ｂは、配線層１０Ａが配線層１０Ｂであり、第１強磁性層２０Ａが第１強磁性層２０Ｂである点が図９に示すスピンインダクタ１０４と異なる。配線層１０Ｂ、第１強磁性層２０Ｂの構成は、図７と同等である。
　スピンインダクタ１０４Ｂは、配線層１０Ｂと第１放熱層３０とを繋ぐ接続部８１を有する。接続部８１は、例えば、分岐部１２又は分岐部１３と第１放熱層３０とを繋ぐ。例えば、一方の接続部８１を分岐部１２と接続した場合、もう一方の接続部は分岐部１３と接続することが好ましい。例えば、一方の接続部８１を分岐部１２と接続し、他方の接続部８１を分岐部１５と接続した場合、第１ビア配線５０、分岐部１２、第１放熱層３０、接続部８１、分岐部１５、第２ビア配線６０という電流経路が形成され、電流ロスが生じるためである。
　また第１放熱層３０を複数の領域に区分し、それぞれの領域を電気的に絶縁してもよい。この場合、接続部８１から第１放熱層３０の一部の領域に至った電流が他の領域に至ることはできないため、電流ロスの原因と成る電流経路が形成されにくくなる。
「第６実施形態」
　図１２は、第６実施形態に係るスピンインダクタ１０５の断面図である。図１２は、配線層１０のｙ方向の中心を通るｘｚ面に沿ってスピンインダクタ１０５を切断した図である。図１２において、紙面手前側の構成要素を点線で図示する。図１３は、第５実施形態に係るスピンインダクタ１０４の平面図である。図１３では、第１放熱層３０の下方に位置する構成要素を点線で図示する。第６実施形態に係るスピンインダクタ１０５において、第２実施形態に係るスピンインダクタ１０１と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
　第６実施形態に係るスピンインダクタ１０５は、配線層１０と第１強磁性層２０と第１放熱層３０と第１絶縁層４０と第１ビア配線５０と第２ビア配線６０と第２放熱層７０と接続部８２とを備える。スピンインダクタ１０５は、接続部８２を有する点が、第２実施形態に係るスピンインダクタ１０１と異なる。
　接続部８２は、第１放熱層３０と第２放熱層７０とを繋ぐ。接続部８２は、第２接続部の一例である。接続部８２は、第１放熱層３０と第２放熱層７０との間で熱を伝導する。接続部８２で第１放熱層３０と第２放熱層７０とを繋ぐことで、第１放熱層３０又は第２放熱層７０に熱が蓄積されることをより抑制できる。
　第６実施形態に係るスピンインダクタ１０５は、第２実施形態に係るスピンインダクタ１００と同様の効果を奏する。また接続部８２は、第１放熱層３０と第２放熱層７０との間の熱伝導を担うため、熱が局所的に蓄積されることを防ぐ。そのため、第６実施形態に係るスピンインダクタ１０５は、放熱性に優れる。
「第７実施形態」
　図１４は、第７実施形態に係るスピンインダクタ１０６の断面図である。図１４は、配線層１０Ａのｙ方向の中心を通るｘｚ面に沿ってスピンインダクタ１０６を切断した図である。図１４において、紙面手前側の構成要素を点線で図示する。図１５は、第７実施形態に係るスピンインダクタ１０６の平面図である。図１５では、第１放熱層３０の下方に位置する構成要素を点線で図示する。第７実施形態に係るスピンインダクタ１０６において、第２実施形態に係るスピンインダクタ１０１及び第３実施形態に係るスピンインダクタ１０２と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
　第７実施形態に係るスピンインダクタ１０６は、配線層１０Ａと第１強磁性層２０Ａと第１放熱層３０と第１絶縁層４０と第１ビア配線５０と第２ビア配線６０と第２放熱層７０と接続部８３とを備える。スピンインダクタ１０６は、第２放熱層７０及び接続部８３を有する点が、第３実施形態に係るスピンインダクタ１０２と異なる。
　接続部８３は、配線層１０Ａと第１放熱層３０と第２放熱層７０とを繋ぐ。接続部８３は、第３接続部の一例である。接続部８３は、例えば、分岐部１２、１３のそれぞれと第１放熱層３０と第２放熱層７０とを繋ぐ。分岐部１２、１３にはほとんど電流が流れないため、接続部８１、第１放熱層３０及び第２放熱層７０にもほとんど電流は流れない。そのため、第１ビア配線５０と第２ビア配線６０との間に流れる電流が接続部８３を介して、第１放熱層３０及び第２放熱層７０に至ることはほとんどない。
　接続部８３は、分岐部１２、１３から熱を第１放熱層３０及び第２放熱層７０に向かって逃がす。そのため、接続部８３は、主要部１１で生じた熱が分岐部１２、１３に蓄積することを抑制する。
　第７実施形態に係るスピンインダクタ１０６は、第１実施形態に係るスピンインダクタ１００と同様の効果を奏する。また分岐部１２、１３、２２、２３は、配線層１０Ａで生じた熱の放熱経路として機能する。また接続部８３は、熱を第１放熱層３０及び第２放熱層７０に向かって逃がすため、分岐部１２、１３、２２、２３に熱が蓄積されることを抑制する。第７実施形態に係るスピンインダクタ１０６は、放熱性に優れる。
　ここでは、配線層１０Ａと第１放熱層３０と第２放熱層７０とを接続部８３で繋ぐ例を示したが、第７実施形態に係るスピンインダクタはこの例に限られない。
　図１６は、第７実施形態に係るスピンインダクタの第１変形例の平面図である。第１変形例に係るスピンインダクタ１０６Ｂは、配線層１０Ａが配線層１０Ｂであり、第１強磁性層２０Ａが第１強磁性層２０Ｂである点が図１５に示すスピンインダクタ１０６と異なる。配線層１０Ｂ、第１強磁性層２０Ｂの構成は、図７と同等である。
　スピンインダクタ１０６Ａは、配線層１０Ｂと第１放熱層３０と第２放熱層７０とを繋ぐ接続部８３を有する。接続部８３は、例えば、分岐部１２又は分岐部１３と第１放熱層３０と第２放熱層７０とを繋ぐ。例えば、一方の接続部８３を分岐部１２と接続した場合、もう一方の接続部８３は分岐部１３と接続することが好ましい。
　また第１放熱層３０を複数の領域に区分し、それぞれの領域を電気的に絶縁してもよい。この場合、接続部８１から第１放熱層３０の一部の領域に至った電流が他の領域に至ることはできないため、電流ロスの原因と成る電流経路が形成されにくくなる。
　以上、第１実施形態から第７実施形態を例示し、スピンインダクタの具体的な構成について説明した。本開示に係るスピンインダクタは、これらの例示される構成に限られず、趣旨を満たす範囲で様々な変更が可能である。また本開示に係るスピンインダクタは、例えば、モジュールに組み込んで活用することができる。図１７は、本実施形態に係るスピンインダクタの活用例を示す。
　近年、半導体回路とメモリなどの特定の機能を持ったデバイスを一つのチップ化する検討がされている。半導体回路とメモリなどのデバイスをワンチップ化する技術は、「チップレット」や「ヘテロインテグレーション」と呼ばれている。これらをワンチップ化することで、レイテンシを低減し、消費電力を削減し、コストを削減できる。これらの技術を用いた場合であっても、チップが動作するためにはチップの周辺に受動部品を別途に配置する必要がある。したがって、チップを高集積化しても受動部品がモジュールの微細化の課題となりえる。受動部品をチップレットやヘテロインテグレーションに組み込むことで、モジュールの更なる微細化が期待される。
　図１７に示すチップＣは、半導体回路Ｌ１、接続層Ｌ２、配線層Ｌ３、メモリ層Ｌ４、センサ層Ｌ５、ＬＣＲ（受動部品）層Ｌ６、全固体薄膜バッテリ層Ｌ７を有し、これらが順に積層されている。各層の層間は接合されワンチップ化されているが、図１７では理解を容易にするために間隔をあけている。本開示にかかるスピンインダクタは例えばＬＣＲ層Ｌ６に形成される。ＬＣＲ層Ｌ６は、従来の電子部品であるインダクタンス、キャパシタンス、抵抗などの受動部品だけでなく、スピンインダクタやスピン可変キャパシタンスなどを形成してもよい。ＬＣＲ層Ｌ６は、他の層とのコンタクトビアで接続され、チップＣ全体で一つのモジュールとして活用される。本開示に係るスピンインダクタは、図１７に示すようなセンサや電源も有し、自律的に情報収集ができるデバイスに適用できる。
　以上、本実施形態のいくつかの例を具体的に説明したが、本開示はこれらの具体例に限られるものではない。たとえば、それぞれの実施形態の特徴的な構成を組み合わせてもよい。
１０、１０Ａ、１０Ｂ　配線層
１１、２１　主要部
１２、１３、１４、１５、２１、２２、２３、２４、２５　分岐部
２０、２０Ａ、２０Ｂ　第１強磁性層
３０　第１放熱層
４０　第１絶縁層
５０　第１ビア配線
６０　第２ビア配線
７０　第２放熱層
８１、８２、８３　接続部
９０　絶縁層
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０４Ａ、１０４Ｂ、１０５、１０６，１０６Ａ、１０６Ｂ　スピンインダクタ
１２１、１３１、２２１、２３１　第１部分
１２２、１３２、２２２、２３２　第２部分
Ｇ　ギャップ

Claims (15)

  1. 　配線層と、第１強磁性層と、第１放熱層と、を備え、
    　前記第１強磁性層は、前記配線層の第１面に接し、
    　前記第１放熱層と前記配線層は、積層方向において、前記第１強磁性層を挟む、スピンインダクタ。
  2. 　第１絶縁層をさらに備え、
    　前記第１絶縁層は、積層方向において、前記第１強磁性層と前記第１放熱層との間にある、請求項１に記載のスピンインダクタ。
  3. 　前記第１絶縁層は、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｇ及びＴｉからなる群から選択された少なくとも一つの酸化物又は窒化物を含む、請求項２に記載のスピンインダクタ。
  4. 　前記積層方向から見て、前記第１放熱層は、前記配線層及び前記第１強磁性層の全てを覆う、請求項１に記載のスピンインダクタ。
  5. 　第２放熱層をさらに備え、
    　前記第１放熱層と前記第２放熱層は、前記積層方向において、前記配線層及び前記第１強磁性層を挟む、請求項１に記載のスピンインダクタ。
  6. 　第１ビア配線と第２ビア配線とをさらに備え、
    　前記第１ビア配線及び前記第２ビア配線はそれぞれ、前記配線層に接続され、
    　前記第２放熱層は、前記第１ビア配線と前記第２ビア配線との間にある、請求項５に記載のスピンインダクタ。
  7. 　前記第１放熱層の長手方向は、第１方向であり、
    　前記第２放熱層の長手方向は、前記第１方向と交差している、請求項５に記載のスピンインダクタ。
  8. 　前記配線層は、第１方向に電流が流れる主要部と、前記主要部から分岐する第１分岐部とを備え、
    　前記第１分岐部の少なくとも一部は、前記第１方向と交差する第２方向にずれた位置で、前記主要部に沿う、請求項１に記載のスピンインダクタ。
  9. 　前記配線層は、第２分岐部をさらに備え、
    　前記第２分岐部の少なくとも一部は、前記第１方向と交差する第２方向にずれた位置で、前記主要部に沿い、
    　前記第１分岐部と前記第２分岐部との間には、ギャップがある、請求項８に記載のスピンインダクタ。
  10. 　前記第１放熱層と前記配線層とを繋ぐ第１接続部をさらに備える、請求項１に記載のスピンインダクタ。
  11. 　前記第１放熱層と前記配線層とを繋ぐ第１接続部をさらに備え、
    　前記第１接続部は、前記配線層の前記第１分岐部に接続されている、請求項８に記載のスピンインダクタ。
  12. 　前記第１放熱層と前記第２放熱層とを繋ぐ第２接続部をさらに備える、請求項５に記載のスピンインダクタ。
  13. 　前記配線層と前記第１放熱層と前記第２放熱層とを繋ぐ第３接続部をさらに備える、請求項５に記載のスピンインダクタ。
  14. 　前記第１放熱層は、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、フェライト、Ｎｉ及びＦｅからなる群から選択されるいずれか一つを含む、請求項１に記載のスピンインダクタ。
  15. 　前記配線層は、前記第１強磁性層にスピンを注入できるように構成され、
    　前記第１強磁性層の磁化は、注入されたスピンによって歳差運動するように構成されている、請求項１に記載のスピンインダクタ。
PCT/JP2023/025134 2023-07-06 2023-07-06 スピンインダクタ Ceased WO2025009154A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2023/025134 WO2025009154A1 (ja) 2023-07-06 2023-07-06 スピンインダクタ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2023/025134 WO2025009154A1 (ja) 2023-07-06 2023-07-06 スピンインダクタ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025009154A1 true WO2025009154A1 (ja) 2025-01-09

Family

ID=94171403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/025134 Ceased WO2025009154A1 (ja) 2023-07-06 2023-07-06 スピンインダクタ

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2025009154A1 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019046993A (ja) * 2017-09-04 2019-03-22 株式会社村田製作所 インダクタ部品
WO2022181069A1 (ja) * 2021-02-26 2022-09-01 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 薄膜インダクタ素子及び薄膜可変インダクタ素子

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019046993A (ja) * 2017-09-04 2019-03-22 株式会社村田製作所 インダクタ部品
WO2022181069A1 (ja) * 2021-02-26 2022-09-01 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 薄膜インダクタ素子及び薄膜可変インダクタ素子

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7287593B1 (ja) スピンインダクタ
CN109427965B (zh) 自旋流磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件
KR20070024525A (ko) 스핀 배리어 강화형 듀얼 자기저항 효과 요소 및 그 요소를이용한 자기 메모리
Rementer et al. Tuning static and dynamic properties of FeGa/NiFe heterostructures
US20100289608A1 (en) Semiconductor device
JP2011101015A (ja) 無線周波数発振器
TW202414452A (zh) 自旋電感器
US5609946A (en) High frequency, high density, low profile, magnetic circuit components
US10559412B2 (en) Magnetoresistance effect device
JP2019179902A (ja) 磁気抵抗効果デバイス
JP2002184945A (ja) 磁気素子一体型半導体デバイス
WO2018146713A1 (ja) 熱電変換素子およびその製造方法
JP2019179901A (ja) 磁気抵抗効果デバイス
WO2025009050A1 (ja) スピンインダクタ
WO2025009065A1 (ja) スピンインダクタ及びスピンインダクタデバイスの製造方法
WO2026033583A1 (ja) スピンインダクタ
WO2026033584A1 (ja) スピンインダクタ
KR102959253B1 (ko) 스핀 인덕터
JP7780690B1 (ja) スピントルクダイオード電源
US20040060164A1 (en) High-performance substrate for magnetic isolator
CN1883018B (zh) 高频薄膜电路元件
US20100194510A1 (en) Inductive Electrical Device
US10818990B2 (en) Magnetoresistance effect device and magnetoresistance effect module
JP7087587B2 (ja) 磁気抵抗効果デバイス
EP4503067B1 (en) Spin transducer

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18860156

Country of ref document: US

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23944401

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE