JP2018186266A - Magnetoresistive effect device and high frequency device - Google Patents
Magnetoresistive effect device and high frequency device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018186266A JP2018186266A JP2018037911A JP2018037911A JP2018186266A JP 2018186266 A JP2018186266 A JP 2018186266A JP 2018037911 A JP2018037911 A JP 2018037911A JP 2018037911 A JP2018037911 A JP 2018037911A JP 2018186266 A JP2018186266 A JP 2018186266A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetoresistive effect
- magnetic field
- effect element
- signal line
- frequency
- 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.)
- Pending
Links
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 281
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 140
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 16
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 15
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 11
- 238000003475 lamination Methods 0.000 abstract 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 55
- 230000005350 ferromagnetic resonance Effects 0.000 description 25
- 230000008859 change Effects 0.000 description 19
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 7
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 3
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 229910001291 heusler alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015371 AuCu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019222 CoCrPt Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000684 Cobalt-chrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015136 FeMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005335 FePt Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 ITO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019041 PtMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000010952 cobalt-chrome Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗効果デバイス及び高周波デバイスに関する。 The present invention relates to a magnetoresistive effect device and a high frequency device.
近年、携帯電話等の移動通信端末の高機能化に伴い、無線通信の高速化が進められている。通信速度は使用する周波数の帯域幅に比例するため、通信に必要な周波数バンドは増加している。それに伴い、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。 In recent years, with the enhancement of functions of mobile communication terminals such as mobile phones, the speed of wireless communication has been increased. Since the communication speed is proportional to the bandwidth of the frequency used, the frequency band required for communication is increasing. Accordingly, the number of high frequency filters required for mobile communication terminals is also increasing.
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る。その中で注目されている現象の一つとして、磁気抵抗効果素子による強磁性共鳴現象がある(非特許文献1参照)。 In recent years, spintronics has been studied as a field that may be applicable to new high-frequency components. One of the phenomena attracting attention is a ferromagnetic resonance phenomenon caused by a magnetoresistive effect element (see Non-Patent Document 1).
磁気抵抗効果素子に交流電流を流すのと同時に、磁場印加機構によって磁場を印加することで、磁気抵抗効果素子に強磁性共鳴を起こすことができる。強磁性共鳴が生じると、強磁性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強磁性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。 By applying an alternating current to the magnetoresistive effect element and applying a magnetic field by the magnetic field applying mechanism, ferromagnetic resonance can be caused in the magnetoresistive effect element. When ferromagnetic resonance occurs, the resistance value of the magnetoresistive element periodically oscillates at a frequency corresponding to the ferromagnetic resonance frequency. The ferromagnetic 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.
上述のように、強磁性共鳴現象を利用した高周波発振素子の検討は進められている。しかしながら、強磁性共鳴現象のその他の応用用途についての具体的な検討はまだ十分とは言えない。 As described above, studies on a high-frequency oscillation element using the ferromagnetic resonance phenomenon are in progress. However, it cannot be said that specific studies on other applications of the ferromagnetic resonance phenomenon are sufficient.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、強磁性共鳴現象を利用して高周波フィルタ等の高周波デバイスとして機能する磁気抵抗効果デバイスを提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a magnetoresistive effect device that functions as a high-frequency device such as a high-frequency filter using a ferromagnetic resonance phenomenon.
上記課題を解決するため、強磁性共鳴現象を利用した磁気抵抗効果デバイスを、高周波デバイスとして利用する方法を検討した。その結果、強磁性共鳴現象により生じる磁気抵抗効果素子の抵抗値変化を利用した磁気抵抗効果デバイスを見出し、この磁気抵抗効果デバイスが高周波デバイスとして機能することを見出した。 In order to solve the above problems, a method of using a magnetoresistive effect device using a ferromagnetic resonance phenomenon as a high frequency device was examined. As a result, they found a magnetoresistive effect device that utilizes a change in the resistance value of the magnetoresistive effect element caused by the ferromagnetic resonance phenomenon, and found that this magnetoresistive effect device functions as a high-frequency device.
また高周波デバイスの出力特性を向上させるためには、磁気抵抗効果素子に効率的に大きな高周波磁場を印加し、磁気抵抗効果素子の抵抗値変化量を大きくすることが好ましい。そこで、磁気抵抗効果素子に効率的に大きな高周波磁場を印加できる磁気抵抗効果デバイスの構成を見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
In order to improve the output characteristics of the high-frequency device, it is preferable to efficiently apply a large high-frequency magnetic field to the magnetoresistive effect element to increase the amount of change in the resistance value of the magnetoresistive effect element. Accordingly, the inventors have found a configuration of a magnetoresistive device that can efficiently apply a large high-frequency magnetic field to the magnetoresistive device.
That is, this invention provides the following means in order to solve the said subject.
(1)第1の態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、信号が入力される第1のポートと、信号が出力される第2のポートと、第1強磁性層と、第2強磁性層と、第1強磁性層と第2強磁性層の間に挟持されたスペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子と、前記第1のポートに接続され、前記第1のポートから入力される信号に対応した高周波電流が流れ、前記磁気抵抗効果素子に高周波磁場を印加する第1の信号線路と、前記第2のポートと前記磁気抵抗効果素子とを繋ぐ第2の信号線路と、前記磁気抵抗効果素子の積層方向に直流電流又は直流電圧を印加する電源を接続できる直流印加端子と、を備え、前記第1の信号線路は、前記磁気抵抗効果素子に高周波磁場を印加できる複数の高周波磁場印加領域を有し、前記第1の信号線路において前記複数の高周波磁場印加領域は、それぞれの高周波磁場印加領域で生じる高周波磁場同士が前記磁気抵抗効果素子において強めあう位置に設けられている。 (1) A magnetoresistive effect device according to a first aspect includes a first port for inputting a signal, a second port for outputting a signal, a first ferromagnetic layer, and a second ferromagnetic layer. A magnetoresistive effect element having a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, and a signal connected to the first port and corresponding to a signal input from the first port A first signal line for applying a high-frequency magnetic field to the magnetoresistive effect element, a second signal line connecting the second port and the magnetoresistive effect element, and the magnetoresistive effect element A DC application terminal capable of connecting a power source for applying a DC current or DC voltage in the stacking direction, and the first signal line includes a plurality of high-frequency magnetic field application regions that can apply a high-frequency magnetic field to the magnetoresistive element. And having the first signal line Serial plurality of high-frequency magnetic field application region has a high-frequency magnetic field with each other resulting in the respective high frequency magnetic field application region provided at a position constructive in the magnetoresistive element.
(2)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第1の信号線路は、前記磁気抵抗効果素子を所定の方向から見た際に前記磁気抵抗効果素子を囲んでおり、前記複数の高周波磁場印加領域のうち少なくとも二つの高周波磁場印加領域は、前記磁気抵抗効果素子を基準に対向する位置にあってもよい。 (2) In the magnetoresistance effect device according to the above aspect, the first signal line surrounds the magnetoresistance effect element when the magnetoresistance effect element is viewed from a predetermined direction, and the plurality of high-frequency magnetic fields Of the application regions, at least two high-frequency magnetic field application regions may be at positions facing the magnetoresistive element as a reference.
(3)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第1の信号線路は、前記磁気抵抗効果素子を通り前記所定の方向に延在する軸線の周囲を巻回していてもよい。 (3) In the magnetoresistance effect device according to the above aspect, the first signal line may be wound around an axis extending through the magnetoresistance effect element in the predetermined direction.
(4)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第1の信号線路は、複数の信号線路に分岐し、分岐した前記複数の信号線路のうち同一方向に高周波電流が流れる信号線路は、いずれも前記磁気抵抗効果素子の同一面側に配設されていてもよい。 (4) In the magnetoresistive effect device according to the above aspect, the first signal line is branched into a plurality of signal lines, and a signal line through which a high-frequency current flows in the same direction among the branched signal lines May be arranged on the same surface side of the magnetoresistive element.
(5)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第1の信号線路の一部は、前記磁気抵抗効果素子の積層方向に前記直流印加端子から入力された直流電流又は直流電圧を印加する上部電極又は下部電極を兼ねていてもよい。 (5) In the magnetoresistive effect device according to the aspect described above, a part of the first signal line is an upper portion that applies a DC current or a DC voltage input from the DC application terminal in the stacking direction of the magnetoresistive effect element. It may also serve as an electrode or a lower electrode.
(6)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値が20Ω以上であってもよい。 (6) In the magnetoresistive effect device according to the above aspect, a resistance value of the magnetoresistive effect element may be 20Ω or more.
(7)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記磁気抵抗効果素子に外部磁場を印加し、前記磁気抵抗効果素子の共鳴周波数を変調する磁場印加機構をさらに有してもよい。 (7) The magnetoresistive effect device according to the above aspect may further include a magnetic field applying mechanism that applies an external magnetic field to the magnetoresistive effect element and modulates a resonance frequency of the magnetoresistive effect element.
(8)第2の態様にかかる高周波デバイスは、上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスを用いている。 (8) The high frequency device according to the second aspect uses the magnetoresistive effect device according to the above aspect.
上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスによれば、強磁性共鳴現象を利用した磁気抵抗効果デバイスを、高周波フィルタや増幅器等の高周波デバイスとして用いることができる。 According to the magnetoresistive effect device according to the above aspect, the magnetoresistive effect device using the ferromagnetic resonance phenomenon can be used as a high frequency device such as a high frequency filter or an amplifier.
また上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスによれば、磁気抵抗効果素子に効率的に大きな高周波磁場を印加することができる。 Moreover, according to the magnetoresistive effect device concerning the said aspect, a big high frequency magnetic field can be efficiently applied to a magnetoresistive effect element.
以下、磁気抵抗効果デバイスについて、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、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明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。 Hereinafter, the magnetoresistive effect device will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings used in the following description, in order to make the features easier to understand, the portions that become the features may be shown in an enlarged manner for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components may differ from the actual ones. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to these, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the effects of the present invention.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を示した模式図である。図1に示す磁気抵抗効果デバイス100は、第1のポート1と、第2のポート2と、磁気抵抗効果素子10と、第1の信号線路20と、第2の信号線路30と、第3の信号線路31と、直流印加端子40と、磁場印加機構50とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a circuit configuration of the magnetoresistive effect device according to the first embodiment. A
<第1のポート及び第2のポート>
第1のポート1は、磁気抵抗効果デバイス100の入力端子である。第1のポート1は、第1の信号線路20の一端に対応する。第1のポート1に交流信号源(図視略)を接続することで、磁気抵抗効果デバイス100に交流信号を印加できる。
<First port and second port>
The first port 1 is an input terminal of the
第2のポート2は、磁気抵抗効果デバイス100の出力端子である。第2のポート2は、第2の信号線路30の一端に対応する。第2のポート2に高周波測定器(図視略)を接続することで、磁気抵抗効果デバイス100から出力される信号を測定できる。高周波測定器には、例えば、ネットワークアナライザ等を用いることができる。
The
<磁気抵抗効果素子>
磁気抵抗効果素子10は、第1強磁性層11と、第2強磁性層12と、第1強磁性層11と第2強磁性層12の間に挟持されたスペーサ層13とを有する。以下、第1強磁性層を磁化固定層とし、第2強磁性層を磁化自由層として説明するが、第1強磁性層及び第2強磁性層はいずれとして機能してもよい。磁化固定層11の磁化は、磁化自由層12の磁化より動きにくく、所定の磁場環境下では一方向に固定される。磁化固定層11の磁化の向きに対して磁化自由層12の磁化の向きが相対的に変化することで、磁気抵抗効果素子10として機能する。
<Magnetoresistance effect element>
The
磁化固定層11は、強磁性体材料で構成されている。磁化固定層11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。これらの材料を用いることで、磁気抵抗効果素子10の磁気抵抗変化率が大きくなる。また磁化固定層11は、ホイスラー合金で構成されても良い。磁化固定層11の膜厚は、1〜10nmとすることが好ましい。
The magnetization fixed
磁化固定層11の磁化固定方法は、特に問わない。例えば、磁化固定層11の磁化を固定するために磁化固定層11に接するように反強磁性層を付加してもよい。また、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11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できる。
The magnetization pinning method of the magnetization pinned
磁化自由層12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な強磁性体材料で構成されている。
The magnetization
磁化自由層12は、磁化自由層12を積層する積層方向と垂直な面内方向に磁化容易軸を有する場合の材料として、CoFe、CoFeB、CoFeSi、CoMnGe、CoMnSiまたはCoMnAlなどを用いることができ、磁化自由層12の積層方向に磁化容易軸を有する場合の材料として、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合金などを用いることができる。また、磁化自由層12は、ホイスラー合金で構成されても良い。
For the magnetization
磁化自由層12の厚さは、1〜10nm程度とすることが好ましい。また磁化自由層12とスペーサ層13との間には、高スピン分極率材料を挿入しても良い。高スピン分極率材料を挿入することによって、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能となる。
The thickness of the magnetization
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。 Examples of 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.
スペーサ層13は、磁化固定層11と磁化自由層12の間に配置される非磁性層である。スペーサ層13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。
The
例えば、スペーサ層13が絶縁体からなる場合は、磁気抵抗効果素子10はトンネル磁気抵抗(TMR:Tunneling Magnetoresistance)素子となり、スペーサ層13が金属からなる場合は巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magnetoresistance)素子となる。
For example, when the
スペーサ層13を非磁性導電材料で構成する場合、Cu、Ag、Au又はRu等の導電材料を用いることができる。GMR効果を効率よく利用するためには、スペーサ層13の膜厚は、0.5〜3.0nm程度が好ましい。
When the
スペーサ層13を非磁性半導体材料で構成する場合、ZnO、In2O3、SnO2、ITO、GaOx又はGa2Ox等の材料を用いることができる。この場合、スペーサ層13の膜厚は1.0〜4.0nm程度が好ましい。
When the
スペーサ層13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13の膜厚は、0.5〜2.0nm程度が好ましい。
When a layer including a conduction point constituted by a conductor in a nonmagnetic insulator is applied as the
磁気抵抗効果素子10への通電性を高めるためには、磁気抵抗効果素子10の積層方向の両面に電極を設けることが好ましい。以下、磁気抵抗効果素子10の積層方向の下部に設けられた電極を下部電極14、上部に設けられた電極を上部電極15という。下部電極14及び上部電極15を設けることで、第2の信号線路30及び第3の信号線路31と磁気抵抗効果素子10の接触が面になり、磁気抵抗効果素子10の面内方向いずれの位置においても、信号(電流)の流れが積層方向に沿う。
In order to improve the electrical conductivity to the
下部電極14及び上部電極15は、導電性を有する材料により構成される。例えば、Ta、Cu、Au、AuCu、Ru等を下部電極14及び上部電極15に用いることができる。
The
また磁気抵抗効果素子10と下部電極14又は上部電極15との間には、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る。これらの層の膜厚は、それぞれ2〜10nm程度とすることが好ましい。
A cap layer, seed layer, or buffer layer may be disposed between the
磁気抵抗効果素子10の大きさは、磁気抵抗効果素子10の平面視形状が長方形(正方形を含む)の場合、長辺を300nm程度、又は300nm以下にすることが望ましい。
磁気抵抗効果素子10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10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10の長辺と定義する。
As for the size of the
When the planar view shape of the
長辺が300nm程度と小さい場合、磁化自由層12の体積が小さくなり、高効率な強磁性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10を構成する各層の積層方向から見た形状のことである。
When the long side is as small as about 300 nm, the volume of the magnetization
<第1の信号線路>
第1の信号線路20は、一端が第1のポート1に接続され、他端が基準電位に接続されている。図1では、基準電位としてグラウンドGに接続している。第1のポート1に入力される高周波信号とグラウンドGとの電位差に応じて、第1の信号線路20内に高周波電流が流れる。第1の信号線路20内に高周波電流が流れると、第1の信号線路20から高周波磁場が発生する。磁気抵抗効果素子10には、この高周波磁場が印加される。
<First signal line>
The
図2は、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100の磁気抵抗効果素子10近傍の斜視模式図である。以下、磁気抵抗効果素子10の積層方向をz方向、z方向と直交する面内の一方向をx方向、x方向及びz方向に直交する方向をy方向と言う。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the vicinity of the
図2に示す第1の信号線路20は、磁気抵抗効果素子10の+z方向の位置にx方向に沿って延在する第1配線21と、磁気抵抗効果素子10を基準に第1配線21と対向する位置に設けられた第2配線23と、第1配線21と第2配線23とを繋ぐビア配線22とを有する。第1の信号線路20は、磁気抵抗効果素子10をy方向から見た際に、磁気抵抗効果素子10を囲んでいる。
A
高周波電流は、第1の信号線路20内を一方向に流れる。第1配線21内を流れる高周波電流I1の向きと第2配線23内を流れる高周波電流I2との向きは、互いに逆向きとなる。ここで「高周波電流の向き」とは、交流信号である高周波電流のある時点に着目した時の電流の向きを意味する。第1配線21内を流れる高周波電流I1は、第1配線21を中心軸として磁場H1を発生する。同様に、第2配線23内を流れる高周波電流I2は、第2配線23を中心軸として磁場H2を発生する。
The high-frequency current flows in the
磁気抵抗効果素子10に加わる磁場H1と磁場H2の方向は、ある瞬間においていずれも+y方向であり、別の瞬間においていずれも−y方向である。すなわち、第1配線21で生じる磁場H1と、第2配線23で生じる磁場H2とは、磁気抵抗効果素子10の位置において重畳され、互いに強めあう。
Direction of the magnetic field H 1 and the magnetic field H 2 applied to the
つまり第1の信号線路20を磁気抵抗効果素子10に対して所定の配置にすることで、磁気抵抗効果素子10に対して高周波磁場を印加する高周波磁場印加領域(図2における第1配線21及び第2配線23)を複数設けることができ、互いの高周波磁場同士が強めあうことで、磁気抵抗効果素子10に大きな高周波磁場を印加できる。
That is, by arranging the
<第2の信号線路、第3の信号線路>
第2の信号線路30は、一端が磁気抵抗効果素子10に接続され、他端が第2のポート2に接続されている。すなわち、第2の信号線路30は、磁気抵抗効果素子10と第2のポート2とを繋ぐ。第2の信号線路30は、磁気抵抗効果素子10の強磁性共鳴を利用して選択された周波数の信号を第2のポート2から出力する。
<Second signal line, third signal line>
The
第3の信号線路31は、一端が磁気抵抗効果素子10に接続され、他端が基準電位に接続されている。図1では第3の信号線路31を、第1の信号線路20の基準電位と共通のグラウンドGに接続しているが、その他の基準電位に接続してもよい。回路構成を簡便にするためには、第1の信号線路20の基準電位と第3の信号線路31の基準電位とは共通していることが好ましい。
The
各信号線路及びグラウンドG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(MSL)型やコプレーナウェーブガイド(CPW)型に設計する場合、信号線路の特性インピーダンスと、回路系のインピーダンスとが等しくなるように、信号線路幅やグラウンド間距離を設計することが好ましい。このように設計することによって信号線路の伝送損失を抑えることができる。 The shape of each signal line and ground G is preferably defined as a microstrip line (MSL) type or a coplanar waveguide (CPW) type. When designing a microstrip line (MSL) type or a coplanar waveguide (CPW) type, the signal line width and the ground-to-ground distance can be designed so that the characteristic impedance of the signal line is equal to the impedance of the circuit system. preferable. By designing in this way, the transmission loss of the signal line can be suppressed.
<直流印加端子>
直流印加端子40は、電源41に接続され、磁気抵抗効果素子10の積層方向に直流電流又は直流電圧を印加する。電源41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。また電源41は直流電流源でも、直流電圧源でもよい。
<DC application terminal>
The
直流印加端子40と第2の信号線路30との間には、インダクタ42が配設されている。インダクタ42は、電流の高周波成分をカットし、電流の直流成分のみを通す。インダクタ42により磁気抵抗効果素子10から出力された出力信号は第2のポート2に効率的に流れる。また直流電流はインダクタ42を通過できるため、直流電流は直流電流源41、第2の信号線路30、磁気抵抗効果素子10、第3の信号線路31、グラウンドGという閉回路を流れる。
An
インダクタ42には、チップインダクタ、パターン線路によるインダクタ、インダクタ成分を有する抵抗素子等を用いることができる。インダクタ42のインダクタンスは10nH以上であることが好ましい。
As the
<磁場印加機構>
磁場印加機構50は、磁気抵抗効果素子10に外部磁場を印加し、磁気抵抗効果素子10の共鳴周波数を変調する。磁気抵抗効果デバイス100が出力する信号は、磁気抵抗効果素子10の共鳴周波数により変動する。出力信号を可変にするためには、磁場印加機構をさらに有することが好ましい。
<Magnetic field application mechanism>
The magnetic
磁場印加機構50は、磁気抵抗効果素子10の近傍に配設されることが好ましい。磁場印加機構50は、例えば、電圧又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又はストリップライン型で構成される。また、印加磁場強度を可変制御できる電磁石型又はストリップライン型と、一定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もよい。
The magnetic
「磁気抵抗効果デバイスの機能」
磁気抵抗効果デバイス100に第1のポート1から高周波信号が入力されると、高周波信号に対応する高周波電流が第1の信号線路20内を流れる。第1の信号線路20内を流れる高周波電流は、磁気抵抗効果素子10に高周波磁場を印加する。
"Function of magnetoresistive device"
When a high frequency signal is input to the
図2に示すように、第1の信号線路20は、複数の高周波磁場印加領域(第1配線21及び第2配線23)を有し、それぞれの高周波磁場印加領域で発生した高周波磁場同士が強めあう。そのため、磁気抵抗効果素子10には、大きな高周波磁場が印加される。
As shown in FIG. 2, the
磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12の磁化は、第1の信号線路20により磁気抵抗効果素子10に印加された高周波磁場が、磁化自由層12の強磁性共鳴周波数の近傍の場合に大きく振動する。この現象が、強磁性共鳴現象である。
The magnetization of the magnetization
磁化自由層12の振動が大きくなると、磁気抵抗効果素子10における抵抗値変化が大きくなる。磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化は、下部電極14と上部電極15との間の電位差として第2のポート2から出力される。
When the vibration of the magnetization
第1のポート1から入力された高周波信号が磁化自由層12の共鳴周波数近傍の場合は、磁気抵抗効果素子10の抵抗値の変動量が大きく、第2のポート2から大きな信号が出力される。これに対し、高周波信号が磁化自由層12の共鳴周波数から外れている場合は、磁気抵抗効果素子10の抵抗値の変動量が小さく、第2のポート2から信号がほとんど出力されない。磁気抵抗効果デバイス100は特定の周波数の高周波信号のみを選択的に通過できる高周波フィルタとして機能する。
When the high-frequency signal input from the first port 1 is in the vicinity of the resonance frequency of the magnetization
磁気抵抗効果デバイス100が選択する周波数は、磁化自由層12の強磁性共鳴周波数を変えることで変調できる。強磁性共鳴周波数は、磁化自由層12における有効磁場によって変化する。磁化自由層12における有効磁場Heffは、磁化自由層12に印加される外部磁場をHE、磁化自由層12における異方性磁場をHk、磁化自由層12における反磁場をHD、磁化自由層12における交換結合磁場をHEXとすると、以下の式で表される。
Heff=HE+Hk+HD+HEX
The frequency selected by the
H eff = H E + H k + H D + H EX
上式で示すように、磁化自由層12における有効磁場は、外部磁場HEの影響を受ける。外部磁場HEの大きさは、磁場印加機構50により調整できる。図3は、磁気抵抗効果素子10に印加される直流電流が一定の場合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出力される電圧の振幅との関係を示す図である。
As shown by the above equation, the effective magnetic field in the magnetization
磁気抵抗効果素子10に任意の外部磁場が印加されると、磁化自由層12の強磁性共鳴周波数は外部磁場の影響を受けて変化する。この際の強磁性共鳴周波数をfb1とする。磁化自由層12の強磁性共鳴周波数がfb1であるため、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がfb1の際に出力電圧の振幅が大きくなる。そのため、図3に示すプロット線100b1のグラフが得られる。
When an arbitrary external magnetic field is applied to the
次いで印加する外部磁場を大きくすると、外部磁場の影響を受けて強磁性共鳴周波数がfb1からfb2にシフトする。この際、出力電圧の振幅が大きくなる周波数もfb1からfb2にシフトする。その結果、図3に示すプロット線100b2のグラフが得られる。このように、磁場印加機構50は、磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12に印加される有効磁場Heffを調整し、強磁性共鳴周波数を変調できる。
Next, when the external magnetic field to be applied is increased, the ferromagnetic resonance frequency is shifted from fb1 to fb2 under the influence of the external magnetic field. At this time, the frequency at which the amplitude of the output voltage increases is also shifted from fb1 to fb2. As a result, the graph of the plot line 100b2 shown in FIG. 3 is obtained. In this manner, the magnetic
また電源41から磁気抵抗効果素子10に印加される直流電流の電流密度を変えることで、強磁性共鳴周波数を変調することもできる。図4は、磁気抵抗効果素子10に印加される外部磁場が一定の場合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出力される電圧の振幅との関係を示す図である。
The ferromagnetic resonance frequency can also be modulated by changing the current density of the direct current applied from the
磁気抵抗効果デバイス100の第2のポート2から出力される出力電圧は、磁気抵抗効果素子10において振動する抵抗値と、磁気抵抗効果素子10に流れる直流電流の積で表される。磁気抵抗効果素子に流れる直流電流が大きくなると、出力電圧の振幅(出力信号)は大きくなる。
The output voltage output from the
また磁気抵抗効果素子10に流れる直流電流量が変わると、磁化自由層12における磁化の状態が変化し、磁化自由層12における異方性磁場Hk、反磁場HD、磁交換結合磁場HEXの大きさが変化する。その結果、直流電流が大きくなると強磁性共鳴周波数は低くなる。つまり、図4に示すように直流電流量が大きくなると、プロット線100a1からプロット線100a2にシフトする。このように、直流電流源41から磁気抵抗効果素子10に印加する電流量を変えることで、強磁性共鳴周波数を変調できる。
When the amount of direct current flowing through the
また上記では磁気抵抗効果デバイスを高周波フィルタとして用いる場合を例に提示したが、磁気抵抗効果デバイスはアイソレータ、フェイズシフタ、増幅器(アンプ)等の高周波デバイスとしても利用できる。 In the above description, the magnetoresistive effect device is used as a high frequency filter. However, the magnetoresistive effect device can also be used as a high frequency device such as an isolator, a phase shifter, and an amplifier.
磁気抵抗効果デバイスをアイソレータとして用いる場合は、第2のポート2から信号を入力する。第2のポート2から信号を入力しても第1のポート1から出力されることはないため、アイソレータとして機能する。
When the magnetoresistive effect device is used as an isolator, a signal is input from the
また磁気抵抗効果デバイスをフェイズシフタとして用いる場合は、出力される周波数帯域が変化する場合において、出力される周波数帯域の任意の1点の周波数に着目する。出力される周波数帯域が変化する際に、特定の周波数における位相は変化するため、フェイズシフタとして機能する。 When the magnetoresistive effect device is used as a phase shifter, attention is paid to the frequency at an arbitrary point in the output frequency band when the output frequency band changes. Since the phase at a specific frequency changes when the output frequency band changes, it functions as a phase shifter.
また磁気抵抗効果デバイスを増幅器として用いる場合は、磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化量を大きくする。磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化量は、電源41から入力する直流電流を所定の大きさ以上にしたり、第1の信号線路20が磁気抵抗効果素子10に印加する高周波磁場を大きくすることで、大きくなる。磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化量が大きくなると、第1のポート1から入力される信号より第2のポート2から出力される信号が大きくなり、増幅器として機能する。
When the magnetoresistive effect device is used as an amplifier, the resistance value change amount of the
上述のように、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100は、高周波フィルタ、アイソレータ、フェイズシフタ、増幅器等の高周波デバイスとして機能できる。
As described above, the
また第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100は、磁気抵抗効果素子10に対して高周波磁場を印加する高周波磁場印加領域(図2における第1配線21及び第2配線23)を複数有している。これらの高周波磁場印加領域から発生する高周波磁場同士は、互いに強めあう位置にあるため、磁気抵抗効果素子10に大きな高周波磁場を印加できる。その結果、磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化量を大きくなり、出力特性に優れる磁気抵抗効果デバイス100が得られる。
Further, the
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス101の磁気抵抗効果素子10近傍の斜視模式図である。第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス101は、第1の信号線路60が磁気抵抗効果素子10をy方向から見た際に磁気抵抗効果素子10を囲んでいる点は第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と一致するが、第1の信号線路60が磁気抵抗効果素子10を通りy方向に沿って延在する軸線の周囲を巻回している点が第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と異なる。図5において、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と同一の構成については同一の符号を付している。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic perspective view of the vicinity of the
図5に示すように、第1の信号線路60は、磁気抵抗効果素子10の+z方向の位置にx方向に沿って延在する複数の第1配線61と、磁気抵抗効果素子10を基準に第1配線61と対向する位置に設けられた複数の第2配線63と、を有し、第1配線61のそれぞれと第2配線63のそれぞれとは磁気抵抗効果素子10をy軸方向に延在する軸線を中心に巻回するように複数のビア配線62で接続されている。
As shown in FIG. 5, the
高周波電流は、第1の信号線路60内を一方向に流れる。そのため、第1配線61内を流れる高周波電流の向きと第2配線63内を流れる高周波電流の向きは、互いに逆向きとなる。複数の第1配線61のそれぞれはアンペールの法則から磁気抵抗効果素子10に−y方向の磁場をある瞬間に印加する。また同様に複数の第2配線63のそれぞれも磁気抵抗効果素子10に−y方向の磁場をある瞬間に印加する。すなわち、第1配線61で生じる磁場と、第2配線63で生じる磁場とは、磁気抵抗効果素子10の位置において重畳され、互いに強めあう。
The high frequency current flows in one direction in the
ここで第1配線61及び第2配線63はy方向に並列している。そのため、第1配線61及び第2配線63のうちの一部がある瞬間に磁気抵抗効果素子10に印加する磁場の向きは、厳密には−y方向から傾いている。この場合でも、それぞれの磁場はy方向の成分を有しているため、互いに強めあっていると言える。
Here, the
つまり「磁場同士が強めあう」とは、互いに同一方向の成分を有していることを意味し、一つの発生源から発生する磁場の所定の位置におけるベクトルの向きと、別の発生源から発生する磁場の所定の位置におけるベクトルの向きとのなす角が鋭角の場合に磁場同士が強めあうと言える。 In other words, “strengthening between magnetic fields” means that they have components in the same direction, and the direction of the vector at a given position of the magnetic field generated from one source and the source from another source. It can be said that the magnetic fields strengthen each other when the angle formed by the direction of the vector at a predetermined position of the magnetic field is an acute angle.
第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス101は、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と同一の機能を示すため、第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス101も、高周波フィルタ、アイソレータ、フェイズシフタ、増幅器等の高周波デバイスとして機能できる。
Since the
また第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100は、磁気抵抗効果素子10に対して高周波磁場を印加する高周波磁場印加領域(図5における複数の第1配線61及び複数の第2配線63)を複数有している。これらの高周波磁場印加領域から発生する高周波磁場同士は、互いに強めあう位置にあるため、磁気抵抗効果素子10に大きな高周波磁場を印加できる。その結果、磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化量を大きくなり、出力特性に優れる磁気抵抗効果デバイス101が得られる。
Further, the
(第3実施形態)
図6は、第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス102の磁気抵抗効果素子10近傍の斜視模式図である。第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス102は、第1の信号線路70は途中で複数の信号線路71、72、73に分岐しており、分岐した複数の信号線路71、72、73が磁気抵抗効果素子10を基準に同一面側(+z方向)に存在している点が、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と異なる。図6において、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と同一の構成については同一の符号を付している。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a schematic perspective view of the vicinity of the
図6に示すように、第1の信号線路70は、磁気抵抗効果素子10の+z方向の位置にx方向に沿って延在する。第1の信号線路70は、途中で複数の信号線路71、72、73に分岐し、その後合流している。複数の信号線路71、72、73は、磁気抵抗効果素子10をz方向から見た際に重畳する位置に並列配置されている。
As shown in FIG. 6, the
高周波電流は、第1の信号線路70内を一方向に流れる。そのため、分岐した複数の信号線路71、72、73内を流れる高周波電流の向きは、それぞれ同一となる。複数の信号線路71、72、73のそれぞれはアンペールの法則から磁気抵抗効果素子10にy方向の磁場をある瞬間に印加する。すなわち、それぞれの信号線路71、72、73で生じる磁場は、磁気抵抗効果素子10の位置において重畳され、互いに強めあう。
The high frequency current flows in one direction in the
第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス102は、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と同一の機能を示すため、第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス101も、高周波フィルタ、アイソレータ、フェイズシフタ、増幅器等の高周波デバイスとして機能できる。
Since the
また第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス102は、磁気抵抗効果素子10に対して高周波磁場を印加する高周波磁場印加領域(図6における複数の信号線路71、72、73)を複数有している。これらの高周波磁場印加領域から発生する高周波磁場同士は、互いに強めあう位置にあるため、磁気抵抗効果素子10に大きな高周波磁場を印加できる。その結果、磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化量を大きくなり、出力特性に優れる磁気抵抗効果デバイス102が得られる。
The
なお、第3実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス102では、第1の信号線路70が3本の信号線路71、72、73に分岐しているが、分岐の数はこの場合に限られず、2本の信号線路に分岐してもよいし、3本より多くの信号線路に分岐してもよい。
In the
(第4実施形態)
図7は、第4実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス103の磁気抵抗効果素子10近傍の斜視模式図である。第4実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス103は、第1の信号線路80が磁気抵抗効果素子10をy方向から見た際に磁気抵抗効果素子10を囲んでいる点は第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と一致する。一方で、第4実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス103は、第1の信号線路80が途中に分岐している点が第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と異なる。図7において、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と同一の構成については同一の符号を付している。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a schematic perspective view of the vicinity of the
図7に示すように、第1の信号線路80は、磁気抵抗効果素子10の+z方向の位置にx方向に沿って延在する第1配線81と、磁気抵抗効果素子10を基準に第1配線81と対向する位置に設けられた第2配線83と、を有し、第1配線81と第2配線83とはビア配線82で接続されている。
As shown in FIG. 7, the
また第1配線81は3つの信号線路81a、81b、81cに分岐した後合流し、第2配線83も3つの信号線路83a、83b、83cに分岐した後合流している。第1配線81が分岐した3つの信号線路81a、81b、81cは、磁気抵抗効果素子10の+z方向の位置に配設されており、第2配線83が分岐した3つの信号線路83a、83b、83cは、磁気抵抗効果素子の−z方向の位置に配設されている。
The
高周波電流は、第1の信号線路80内を一方向に流れる。そのため、第1配線81内を流れる高周波電流の向きと第2配線83内を流れる高周波電流の向きとは、互いに逆向きとなる。一方で、第1配線81内において分岐する3つの信号線路81a、81b、81cに流れる高周波電流の向きは同一方向であり、第2配線83内において分岐する3つの信号線路83a、83b、83cに流れる高周波電流の向きは同一方向である。すなわち、磁気抵抗効果素子10を基準に同一面側に位置する信号線路は同一方向に高周波電流が流れている。
The high frequency current flows in one direction in the
第1配線81の3つの信号線路81a、81b、81cのそれぞれはアンペールの法則から磁気抵抗効果素子10にy方向の磁場をある瞬間に印加する。また同様に複数の第2配線83の3つの信号線路83a、83b、83cのそれぞれも磁気抵抗効果素子10にy方向の磁場をある瞬間に印加する。すなわち、第1配線81で生じる磁場と、第2配線83で生じる磁場とは、磁気抵抗効果素子10の位置において重畳され、互いに強めあう。
Each of the three
第4実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス103は、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と同一の機能を示すため、第4実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス103も、高周波フィルタ、アイソレータ、フェイズシフタ、増幅器等の高周波デバイスとして機能できる。
Since the
また第4実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス103は、磁気抵抗効果素子10に対して高周波磁場を印加する高周波磁場印加領域(図7における第1配線81中の複数の信号線路81a、81b、81c及び第2配線83中の複数の信号線路83a、83b、83c)を複数有している。これらの高周波磁場印加領域から発生する高周波磁場同士は、互いに強めあう位置にあるため、磁気抵抗効果素子10に大きな高周波磁場を印加できる。その結果、磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化量を大きくなり、出力特性に優れる磁気抵抗効果デバイス103が得られる。
The
なお、第4実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス103において第1配線81及び第2配線83の分岐数は、図7の場合に限られず、2本の信号線路に分岐してもよいし、3本より多くの信号線路に分岐してもよい。また第1配線81の分岐数と第2配線83の分岐数とは、異なっていてもよい。
In the
(第5実施形態)
図8は、第5実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス104の磁気抵抗効果素子10近傍の斜視模式図である。第5実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス104は、第1の信号線路90が磁気抵抗効果素子10をy方向から見た際に磁気抵抗効果素子10を囲んでいる点は第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と一致する。一方で、第4実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス104は、第1の信号線路90の一部が下部電極14を兼ねている点が第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と異なる。図8において、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と同一の構成については同一の符号を付している。
(Fifth embodiment)
FIG. 8 is a schematic perspective view of the vicinity of the
図8に示すように、第1の信号線路90は、磁気抵抗効果素子10の+z方向の位置にx方向に沿って延在する第1配線91と、磁気抵抗効果素子10を基準に第1配線91と対向する位置に設けられた第2配線93と、を有し、第1配線91と第2配線93とはビア配線92で接続されている。また第2配線93は、磁気抵抗効果素子10に接続され、磁気抵抗効果素子10の積層方向に電流を流す下部電極14の役割も担っている。
As shown in FIG. 8, the
第1のポート1(図1参照)から入力された高周波信号は、第1の信号線路90内の第1配線91、ビア配線92、第2配線93の順に流れる。そのため、第1配線91内を流れる高周波電流の向きと第2配線93内を流れる高周波電流の向きとは、互いに逆向きとなる。アンペールの法則から第1配線91及び第2配線93が磁気抵抗効果素子10に印加する磁場の向き(y方向)は一致し、それぞれの磁場が互いに強めあう。
A high-frequency signal input from the first port 1 (see FIG. 1) flows in the order of the
これに対し、信号を出力する際は、磁気抵抗効果素子10の積層方向に電流を流し、磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化を第2のポート2(図1参照)から読み出す。抵抗値変化を読み出すための直流電流は、上部電極15、磁気抵抗効果素子10、下部電極14(第2配線93)を流れ、第2のポート2から出力される。
On the other hand, when outputting a signal, a current flows in the stacking direction of the
第1の信号線路90が磁気抵抗効果素子10の下部電極14を兼ねると、磁気抵抗効果デバイス104内の配線数が減少する。磁気抵抗効果デバイス104は、フォトリソグラフィー法等を用いて作製される。そのため、配線数が少なくなると作製時の工程数が大幅に減少し、磁気抵抗効果デバイス104の製造時間及び製造費用を低減できる。また磁気抵抗効果デバイス104を構成する部品点数が少なくなり、磁気抵抗効果デバイス104の集積性が高まる。
When the
磁気抵抗効果素子10の積層方向の抵抗値は、第1の信号線路90の抵抗値より大きいことが好ましい。第1のポート1から入力された信号が、磁気抵抗効果素子10を介して上部電極15に流れることが抑制される。第1の信号線路90は金属等の導電性に優れる材料により構成され、第1の信号線路90の抵抗値は数Ω程度である。磁気抵抗効果素子10の積層方向の抵抗値は、具体的には20Ω以上であることが好ましい。
一方で、第1の信号線路90を流れる高周波電流の一部は、上部電極15側に流れてもよい。この場合、磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12の磁化は、第1の信号線路90を流れる高周波電流が生み出す磁場と、磁気抵抗効果素子10の積層方向に流れる高周波電流が生み出すスピントランスファートルクと、により振動する。
The resistance value in the stacking direction of the
On the other hand, a part of the high-frequency current flowing through the
また第1配線91又はビア配線92の抵抗値を第2配線93の抵抗値より大きくしておくことが好ましい。抵抗値変化を読み出す直流電流がビア配線92及び第1配線91に流れることを抑制できる。すなわち、第1配線91又はビア配線92の抵抗値を第2配線93の抵抗値より大きくしておくこと、第2のポート2から出力される信号の劣化を抑制できる。
Further, it is preferable that the resistance value of the
ここでは、第1の信号線路90が磁気抵抗効果素子10の下部電極14を兼ねる構成について説明したが、直流電流の流れ方向を逆にし、第1の信号線路90が磁気抵抗効果素子10の上部電極15を兼ねる構成としてもよい。
Here, the configuration in which the
第5実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス104は、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と同一の機能を示すため、第5実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス104も、高周波フィルタ、アイソレータ、フェイズシフタ、増幅器等の高周波デバイスとして機能できる。
Since the
また第5実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス104は、磁気抵抗効果素子10に対して高周波磁場を印加する高周波磁場印加領域(図8における第1配線91及び第2配線93)を複数有している。これらの高周波磁場印加領域から発生する高周波磁場同士は、互いに強めあう位置にあるため、磁気抵抗効果素子10に大きな高周波磁場を印加できる。その結果、磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化量を大きくなり、出力特性に優れる磁気抵抗効果デバイス104が得られる。
Further, the
また第5実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス104は、第1の信号線路90が磁気抵抗効果素子10の下部電極14を兼ねているため、構成する部品点数が少なく、作製が容易であり、かつ、集積性も高い。
In the
(第6実施形態)
図9は、第6実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス105の磁気抵抗効果素子10近傍の斜視模式図である。第6実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス105は、第1の信号線路が複数の高周波磁場印加領域を複数有するのではなく、第1の信号線路が複数ある点が第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と異なる。図9において、第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス100と同一の構成については同一の符号を付している。
(Sixth embodiment)
FIG. 9 is a schematic perspective view of the vicinity of the
第6実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス105は、磁気抵抗効果素子10の+z方向の位置にx方向に延在する第1の信号線路110と、磁気抵抗効果素子10の−z方向の位置にx方向に延在する第1の信号線路111と、を有する。第1の信号線路110を流れる高周波電流の向きと第1の信号線路111を流れる高周波電流の向きとは、異なる。
The
第1の信号線路110及び第1の信号線路111は、いずれもアンペールの法則から磁気抵抗効果素子10の+y方向に磁場を印加する。すなわち、それぞれの第1の信号線路110、111により生じた磁場同士は、磁気抵抗効果素子10の位置で強めあう。
Both the
第6実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス105は、磁気抵抗効果素子10に対して高周波磁場を印加する第1の信号線路110、111が、これらにより発生する高周波磁場同士が互いに強めあう位置にあり、磁気抵抗効果素子10に大きな高周波磁場を印加できる。その結果、磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化量を大きくなり、出力特性に優れる磁気抵抗効果デバイス105が得られる。一方で、磁気抵抗効果デバイス105を構成する配線数が多く、集積性を高めることが難しい。
In the
本発明は、上記実施形態として示す磁気抵抗効果デバイスの構成に必ずしも限定されるものではない。磁気抵抗効果デバイスは、第1の信号線路が磁気抵抗効果素子に高周波磁場を印加する高周波磁場印加領域を複数有し、第1の信号線路における複数の高周波磁場印加領域が、それぞれの高周波磁場印加領域で生じる高周波磁場が磁気抵抗効果素子において強めあう位置にある構成であればよい。 The present invention is not necessarily limited to the configuration of the magnetoresistive device shown as the above embodiment. The magnetoresistive effect device has a plurality of high-frequency magnetic field application regions in which the first signal line applies a high-frequency magnetic field to the magnetoresistive effect element, and the plurality of high-frequency magnetic field application regions in the first signal line have their respective high-frequency magnetic field applications. Any structure may be used as long as the high-frequency magnetic field generated in the region is in a position where the magnetoresistive effect element is strengthened.
例えば、第1の信号線路は、磁気抵抗効果素子をy方向から見た際に磁気抵抗効果素子10を囲んでいる図2の構成に限られず、任意の方向から見た際に磁気抵抗効果素子10を囲む構成でもよい。
For example, the first signal line is not limited to the configuration of FIG. 2 that surrounds the
また複数の高周波磁場印加領域は、磁気抵抗効果素子10から等距離に存在する必要はなく、それぞれ異なる距離に設けられていてもよい。
The plurality of high-frequency magnetic field application regions do not have to be equidistant from the
1…第1のポート、2…第2のポート、10…磁気抵抗効果素子、11…磁化固定層、12…磁化自由層、13…スペーサ層、14…下部電極、15…上部電極、20,60,70,90,110,111…第1の信号線路、21,61,81,91…第1配線、22,62,82,92…ビア配線、23,63,83,93…第2配線、30…第2の信号線路、31…第3の信号線路、40…直流印加端子、41…直流電流源、42…インダクタ、71,72,73,81a,81b,81c,83a,83b,83c…信号線路、G…グラウンド、100,101,102,103,104,105…磁気抵抗効果デバイス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st port, 2 ... 2nd port, 10 ... Magnetoresistance effect element, 11 ... Magnetization fixed layer, 12 ... Magnetization free layer, 13 ... Spacer layer, 14 ... Lower electrode, 15 ... Upper electrode, 20, 60, 70, 90, 110, 111 ... first signal line, 21, 61, 81, 91 ... first wiring, 22, 62, 82, 92 ... via wiring, 23, 63, 83, 93 ... second wiring , 30 ... second signal line, 31 ... third signal line, 40 ... DC application terminal, 41 ... DC current source, 42 ... inductor, 71, 72, 73, 81a, 81b, 81c, 83a, 83b, 83c ... Signal line, G ... Ground, 100, 101, 102, 103, 104, 105 ... Magnetoresistive device
Claims (8)
信号が出力される第2のポートと、
第1強磁性層と、第2強磁性層と、第1強磁性層と第2強磁性層の間に挟持されたスペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子と、
前記第1のポートに接続され、前記第1のポートから入力される信号に対応した高周波電流が流れ、前記磁気抵抗効果素子に高周波磁場を印加する第1の信号線路と、
前記第2のポートと前記磁気抵抗効果素子とを繋ぐ第2の信号線路と、
前記磁気抵抗効果素子の積層方向に直流電流又は直流電圧を印加する電源を接続できる直流印加端子と、を備え、
前記第1の信号線路は、前記磁気抵抗効果素子に高周波磁場を印加できる複数の高周波磁場印加領域を有し、
前記第1の信号線路において前記複数の高周波磁場印加領域は、それぞれの高周波磁場印加領域で生じる高周波磁場同士が前記磁気抵抗効果素子において強めあう位置に設けられている、磁気抵抗効果デバイス。 A first port into which a signal is input;
A second port from which a signal is output;
A magnetoresistive element having a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer;
A first signal line connected to the first port, a high-frequency current corresponding to a signal input from the first port flows, and a high-frequency magnetic field is applied to the magnetoresistive element;
A second signal line connecting the second port and the magnetoresistive element;
A DC application terminal capable of connecting a power source for applying a DC current or a DC voltage in the stacking direction of the magnetoresistive effect element, and
The first signal line has a plurality of high-frequency magnetic field application regions capable of applying a high-frequency magnetic field to the magnetoresistive effect element,
In the first signal line, the plurality of high-frequency magnetic field application regions are provided at positions where high-frequency magnetic fields generated in the respective high-frequency magnetic field application regions are strengthened in the magnetoresistive effect element.
前記複数の高周波磁場印加領域のうち少なくとも二つの高周波磁場印加領域は、前記磁気抵抗効果素子を基準に対向する位置にある、請求項1に記載の磁気抵抗効果デバイス。 The first signal line surrounds the magnetoresistive element when the magnetoresistive element is viewed from a predetermined direction.
2. The magnetoresistive effect device according to claim 1, wherein at least two high frequency magnetic field application regions of the plurality of high frequency magnetic field application regions are at positions facing each other with respect to the magnetoresistive effect element.
分岐した前記複数の信号線路のうち同一方向に高周波電流が流れる信号線路は、いずれも前記磁気抵抗効果素子の同一面側に配設されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。 The first signal line branches into a plurality of signal lines;
4. The signal line through which a high-frequency current flows in the same direction among the plurality of branched signal lines is disposed on the same surface side of the magnetoresistive effect element. 5. Magnetoresistive device.
A high-frequency device using the magnetoresistive effect device according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/962,587 US10608309B2 (en) | 2017-04-27 | 2018-04-25 | Magnetoresistance effect device and high-frequency device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017088449 | 2017-04-27 | ||
| JP2017088449 | 2017-04-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018186266A true JP2018186266A (en) | 2018-11-22 |
Family
ID=64355163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018037911A Pending JP2018186266A (en) | 2017-04-27 | 2018-03-02 | Magnetoresistive effect device and high frequency device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2018186266A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113497182A (en) * | 2020-03-18 | 2021-10-12 | Tdk株式会社 | Magnetoresistive effect device and sensor |
-
2018
- 2018-03-02 JP JP2018037911A patent/JP2018186266A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113497182A (en) * | 2020-03-18 | 2021-10-12 | Tdk株式会社 | Magnetoresistive effect device and sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6738612B2 (en) | Magnetoresistive device | |
| US10608309B2 (en) | Magnetoresistance effect device and high-frequency device | |
| CN107104181A (en) | Magneto-resistance effect device | |
| US10957962B2 (en) | Magnetoresistive effect device | |
| US10483458B2 (en) | Magnetoresistive effect device | |
| JP2019033159A (en) | Magnetic resistance effect device and high frequency device | |
| US10804870B2 (en) | Magnetoresistance effect device and high frequency device | |
| US10885934B2 (en) | Magnetoresistance effect device with shaped high-frequency signal line overlapping magnetoresistance effect element | |
| JP2017153066A (en) | Magnetoresistive effect device | |
| JP6511531B2 (en) | Magnetoresistance effect device | |
| US10984938B2 (en) | Magnetoresistance effect device | |
| JP2018186266A (en) | Magnetoresistive effect device and high frequency device | |
| CN106559039A (en) | Magneto-resistance effect device | |
| JP2017157581A (en) | Magnetic resistance effective device | |
| JP6822301B2 (en) | Magnetoresistive device and high frequency device | |
| JP2019186280A (en) | Magnetoresistive effect device | |
| JP2019186270A (en) | Magnetoresistive effect device | |
| JP2017216670A (en) | Magnetic resistance effect device | |
| JP2019134409A (en) | Magnetoresistive effect device and magnetoresistive effect module | |
| JP2019134408A (en) | Magnetoresistive effect device and magnetoresistive effect module | |
| JP2019134415A (en) | Magnetoresistive effect device and magnetoresistive effect module | |
| JP2018085633A (en) | amplifier | |
| JP2019134114A (en) | Magnetoresistive device effect and magnetoresistive effect module | |
| JP2019134112A (en) | Magnetoresistive effect device and magnetoresistive effect module | |
| JP2019134113A (en) | Magnetoresistive effect device and magnetoresistive effect module |