JP2019102116A - Magnetoresistance effect device - Google Patents
Magnetoresistance effect device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019102116A JP2019102116A JP2018150429A JP2018150429A JP2019102116A JP 2019102116 A JP2019102116 A JP 2019102116A JP 2018150429 A JP2018150429 A JP 2018150429A JP 2018150429 A JP2018150429 A JP 2018150429A JP 2019102116 A JP2019102116 A JP 2019102116A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetoresistive
- magnetoresistance effect
- free layer
- magnetization free
- magnetic field
- 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 248
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 192
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 180
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 69
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 51
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 34
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 21
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 claims description 3
- 230000005307 ferromagnetism Effects 0.000 claims 1
- 230000005350 ferromagnetic resonance Effects 0.000 description 23
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 20
- 230000008859 change Effects 0.000 description 17
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001291 heusler alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- OHVLMTFVQDZYHP-UHFFFAOYSA-N 1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-2-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)C(CN1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)=O OHVLMTFVQDZYHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HMUNWXXNJPVALC-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)C(CN1CC2=C(CC1)NN=N2)=O HMUNWXXNJPVALC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound C1CN(CC2=NNN=C21)CC(=O)N3CCN(CC3)C4=CN=C(N=C4)NCC5=CC(=CC=C5)OC(F)(F)F LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WZFUQSJFWNHZHM-UHFFFAOYSA-N 2-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)CC(=O)N1CC2=C(CC1)NN=N2 WZFUQSJFWNHZHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IHCCLXNEEPMSIO-UHFFFAOYSA-N 2-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperidin-1-yl]-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C1CCN(CC1)CC(=O)N1CC2=C(CC1)NN=N2 IHCCLXNEEPMSIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019222 CoCrPt Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000684 Cobalt-chrome Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 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
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010952 cobalt-chrome Substances 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/80—Constructional details
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗効果デバイスに関する。 The present invention relates to magnetoresistive devices.
磁性体が有するスピンを利用した素子は、様々な用途で用いられている。例えば、強磁性層と非磁性層の多層膜からなる巨大磁気抵抗(GMR)素子、非磁性層に絶縁層(トンネルバリア層、バリア層)を用いたトンネル磁気抵抗(TMR)素子等の磁気抵抗効果素子が知られている。磁気抵抗効果素子は、磁気センサ、高周波部品、磁気ヘッド、及び不揮発性ランダムアクセスメモリ(MRAM)等に利用されている。 Devices using spin possessed by magnetic materials are used in various applications. For example, a magnetoresistance such as a giant magnetoresistance (GMR) element comprising a multilayer film of a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer, and a tunnel magnetoresistance (TMR) element using an insulating layer (tunnel barrier layer, barrier layer) as the nonmagnetic layer Effect elements are known. The magnetoresistance effect element is used for a magnetic sensor, a high frequency component, a magnetic head, a non-volatile random access memory (MRAM), and the like.
例えば、特許文献1には、磁気抵抗効果素子の強磁性共鳴現象を利用した高周波デバイスが記載されている。磁気抵抗効果素子に含まれる強磁性層に高周波信号を印加し、強磁性層の磁化を強磁性共鳴させる。強磁性共鳴が生じると、強磁性共鳴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。この抵抗値変化を利用して、特許文献1に記載の高周波デバイスは高周波フィルタとして機能する。
For example,
磁気抵抗効果素子は数nm程度の非常に薄い層を積層して得られる。磁気抵抗効果素子の性能は、磁気抵抗効果素子を積層する積層面の影響を受ける。そのため、傾斜した積層面上に、磁気抵抗効果素子を積層することは難しい。つまり、磁気抵抗効果デバイスの作製プロセスにおいて積層方向が斜め方向となるプロセスを設けることは難しく、磁気抵抗効果素子に対して斜め方向の磁場を印加できる磁気抵抗効果デバイスを簡便に実現することは難しかった。 The magnetoresistance effect element is obtained by laminating a very thin layer of about several nm. The performance of the magnetoresistive element is affected by the lamination surface on which the magnetoresistive element is laminated. Therefore, it is difficult to stack the magnetoresistive element on the inclined stacking surface. That is, it is difficult to provide a process in which the stacking direction is oblique in the manufacturing process of the magnetoresistive effect device, and it is difficult to easily realize a magnetoresistive effect device capable of applying an oblique magnetic field to the magnetoresistive effect element. The
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、磁気抵抗効果素子の磁化自由層に対して斜め方向に磁場を印加することができ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 magnetoresistance effect device capable of applying a magnetic field in an oblique direction to the magnetization free layer of the magnetoresistance effect element.
磁気抵抗効果素子を挟む2つの強磁性体と磁気抵抗効果素子との位置関係を制御することで、磁気抵抗効果素子の磁化自由層に対して斜め方向の磁場を印加することができる磁気抵抗効果デバイスを提供できることを見出した。また強磁性共鳴現象を利用した高周波デバイスにおいて磁気抵抗効果素子の磁化自由層に対して斜めに磁場を印加すると、周波数帯域を高周波側まで広げることができることを見出した。
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。
A magnetoresistive effect capable of applying an oblique magnetic field to the magnetization free layer of the magnetoresistive element by controlling the positional relationship between the two ferromagnetic bodies sandwiching the magnetoresistive element and the magnetoresistive element I found that I could provide a device. It has also been found that, in a high frequency device utilizing ferromagnetic resonance phenomenon, when a magnetic field is applied obliquely to the magnetization free layer of the magnetoresistive element, the frequency band can be expanded to the high frequency side.
That is, the present invention provides the following means in order to solve the above problems.
(1)第1の態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第1の磁化自由層と、磁化固定層又は第2の磁化自由層と、前記第1の磁化自由層と前記磁化固定層又は第2の磁化自由層と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、前記磁気抵抗効果素子の少なくとも前記第1の磁化自由層に磁場を印加する磁場印加機構と、を備え、前記磁場印加機構は、前記磁気抵抗効果素子の積層方向において前記磁気抵抗効果素子側に第1面から突出する凸部を有する第1強磁性体と、前記磁気抵抗効果素子を前記第1強磁性体と挟む第2強磁性体と、前記第1強磁性体に巻回されたコイルと、を備え、前記磁気抵抗効果素子の前記第1の磁化自由層は、前記積層方向から平面視した際に、前記凸部の前記積層方向において前記磁気抵抗効果素子側の第2面と、前記第2強磁性体の前記積層方向において前記磁気抵抗効果素子側の第3面と、のうち少なくとも一方と重畳しない部分を有し、かつ、前記磁気抵抗効果素子の前記第1の磁化自由層の重心は、前記第2面と前記第3面とを結ぶ領域内に位置する。 (1) A magnetoresistance effect device according to a first aspect includes a first magnetization free layer, a magnetization fixed layer or a second magnetization free layer, the first magnetization free layer, and the magnetization fixed layer or a second And a magnetic field application mechanism for applying a magnetic field to at least the first magnetization free layer of the magnetoresistive effect element, and The magnetic field application mechanism includes: a first ferromagnetic body having a convex portion protruding from a first surface on the side of the magnetoresistive element in the stacking direction of the magnetoresistive element; and the magnetoresistive element as the first ferromagnetic body And a coil wound around the first ferromagnetic body, wherein the first magnetization free layer of the magnetoresistive element is viewed in plan from the stacking direction. The magnetoresistive effect in the stacking direction of the protrusions A portion not overlapping with at least one of the second surface on the element side and the third surface on the side of the magnetoresistive element in the stacking direction of the second ferromagnetic body, and the magnetoresistive element The center of gravity of the first magnetization free layer is located in a region connecting the second surface and the third surface.
(2)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記磁気抵抗効果素子の前記第1の磁化自由層は、前記積層方向から平面視した際に、前記第2面と重畳しない部分を有してもよい。 (2) In the magnetoresistance effect device according to the above aspect, the first magnetization free layer of the magnetoresistance effect element has a portion that does not overlap with the second surface when viewed in plan from the stacking direction. It is also good.
(3)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記磁気抵抗効果素子の前記第1の磁化自由層は、前記積層方向から平面視した際に、前記第3面と重畳しない部分を有してもよい。 (3) In the magnetoresistance effect device according to the above aspect, the first magnetization free layer of the magnetoresistance effect element has a portion that does not overlap with the third surface when viewed in plan from the stacking direction. It is also good.
(4)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記磁気抵抗効果素子を前記積層方向から平面視した際に、前記第1の磁化自由層の重心を通り前記積層方向に延びる第1垂線が、前記第2面と前記第3面とのうち少なくとも一方と重畳しない構成でもよい。 (4) In the magnetoresistive element according to the above aspect, when the magnetoresistive element is viewed in plan from the stacking direction, a first perpendicular extending in the stacking direction through the center of gravity of the first magnetization free layer, It may be configured not to overlap with at least one of the second surface and the third surface.
(5)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記磁気抵抗効果素子を前記積層方向から平面視した際に、前記第1垂線が前記第2面と重畳しない構成でもよい。 (5) In the magnetoresistance effect device according to the above aspect, the first perpendicular may not overlap with the second surface when the magnetoresistance effect element is viewed in plan from the stacking direction.
(6)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記凸部の重心及び前記第1の磁化自由層の重心を通り、前記積層方向に沿って切断した切断面において、前記第2面と前記第3面との前記積層方向の距離をd1、前記第2面及び前記第3面の前記磁気抵抗効果素子側の端部間の前記積層方向と直交する直交方向における距離をd2とした際に、d2/d1≦2.5を満たしてもよい。 (6) In the magnetoresistance effect device according to the above aspect, the second surface and the first surface are cut along the stacking direction, passing through the center of gravity of the convex portion and the center of gravity of the first magnetization free layer. Assuming that the distance between the three surfaces in the stacking direction is d1, and the distance between the second surface and the end of the third surface on the magnetoresistive element side in the orthogonal direction orthogonal to the stacking direction is d2. It may satisfy d2 / d1 ≦ 2.5.
(7)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第2強磁性体は、前記積層方向から平面視した際に開口する開口部、又は、前記第3面から前記磁気抵抗効果素子と反対側に向って窪む凹部を有してもよい。 (7) In the magnetoresistance effect device according to the above aspect, the second ferromagnetic body is an opening that opens when viewed in plan in the stacking direction, or an opposite side to the magnetoresistance effect element from the third surface. It may have a recess that is recessed toward the end.
(8)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記積層方向から平面視した際に、前記開口部又は前記凹部の重心が、前記凸部の重心を基準に前記磁気抵抗効果素子と反対側に位置し、前記開口部又は前記凹部の前記磁気抵抗効果素子側の端部が、前記凸部の重心より前記磁気抵抗効果素子側に位置してもよい。 (8) In the magnetoresistive device according to the above aspect, the center of gravity of the opening or the recess is on the opposite side to the magnetoresistive device with respect to the center of gravity of the protrusion when viewed in plan from the stacking direction. The position may be, and the end on the side of the magnetoresistive effect element of the opening or the recess may be located on the side of the magnetoresistive effect element with respect to the center of gravity of the protrusion.
(9)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記積層方向から平面視した際に、前記凸部が前記開口部又は前記凹部に内包されてもよい。 (9) In the magnetoresistive device according to the above aspect, the convex portion may be included in the opening or the concave portion when viewed in plan from the stacking direction.
(10)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記積層方向から平面視した際に、前記磁気抵抗効果素子を挟む前記開口部又は前記凹部の第1側面と前記凸部の第2側面とが、平行であってもよい。 (10) In the magnetoresistance effect device according to the above aspect, when viewed in plan from the stacking direction, the first side surface of the opening or the concave portion sandwiching the magnetoresistance effect element and the second side surface of the convex portion , May be parallel.
(11)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記積層方向から平面視した際に、前記第1側面及び第2側面が直線であってもよい。 (11) In the magnetoresistive device according to the above aspect, the first side surface and the second side surface may be straight when viewed in plan from the stacking direction.
(12)上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記積層方向から平面視した際に、複数の前記磁気抵抗効果素子が前記第1側面と前記第2側面とに沿って並んで配置された磁気抵抗効果素子列を有してもよい。 (12) In the magnetoresistance effect device according to the above aspect, when viewed in plan from the stacking direction, a plurality of the magnetoresistance effect elements are arranged side by side along the first side surface and the second side surface. It may have a resistive effect element array.
(13)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強磁性体は、前記積層方向から平面視した際に、前記凸部の外側に、第2開口部又は前記第1面から前記磁気抵抗効果素子と反対側に向って窪む第2凹部を有してもよい。 (13) In the magnetoresistance effect device according to the above aspect, the first ferromagnetic body has the magnetism from the second opening or the first surface outside the convex portion when viewed in plan from the stacking direction. You may have a 2nd recessed part dented on the opposite side to a resistive effect element.
上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスによれば、磁気抵抗効果素子の磁化自由層に対して斜め方向に磁場を印加することができる。 According to the magnetoresistance effect device of the above aspect, the magnetic field can be applied in an oblique direction to the magnetization free layer of the magnetoresistance 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 easy to understand, the features that are the features may be enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratio of each component may be different from the actual one. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them, and can be appropriately modified and implemented 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断面模式図であり、要部の拡大図も図示している。図1に示す磁気抵抗効果デバイス100は、磁気抵抗効果素子10と磁場印加機構20とを備える。
以下、図の説明において、磁気抵抗効果素子10の積層方向をz方向、z方向と垂直な平面の面内方向のうち任意の方向をx方向、x方向及びz方向のいずれとも直交する方向をy方向とする。
First Embodiment
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the magnetoresistive device according to the first embodiment, and an enlarged view of the main part is also illustrated. A
Hereinafter, in the description of the drawings, the stacking direction of the
<磁気抵抗効果素子>
磁気抵抗効果素子10は、第1層(磁化固定層)11と、第2層(磁化自由層)12と、スペーサ層13と、を有する。スペーサ層13は、磁化固定層11と磁化自由層12との間に位置する。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
以下の説明では、上記のように第1層が磁化固定層、第2層が磁化自由層の場合を例として説明する。一方で、第1層と第2層は、いずれか一方が必ず磁化固定層となっている必要はなく、第1層と第2層のいずれもが磁化自由層でもよい。この場合、第1層と第2層のいずれか一方が第1の磁化自由層となり、他方が第2の磁化自由層となる。第1層と第2層は互いの磁化方向が相対的に変化可能である。一例として、2つの磁化自由層同士がスペーサ層を介して磁気的に結合した磁気抵抗効果素子を挙げることができる。より具体的には、外部磁場が印加されない状態で2つの磁化自由層の磁化の方向が互いに反平行になるように、2つの磁化自由層同士がスペーサ層を介して磁気的に結合する例が挙げられる。 In the following description, as described above, the case where the first layer is a magnetization fixed layer and the second layer is a magnetization free layer will be described as an example. On the other hand, one of the first layer and the second layer does not necessarily have to be the magnetization fixed layer, and both the first layer and the second layer may be the magnetization free layer. In this case, one of the first layer and the second layer is the first magnetization free layer, and the other is the second magnetization free layer. The magnetization directions of the first and second layers can be changed relative to each other. As an example, a magnetoresistive effect element in which two magnetization free layers are magnetically coupled via a spacer layer can be mentioned. More specifically, there is an example in which two magnetization free layers are magnetically coupled to each other through a spacer layer such that the magnetization directions of the two magnetization free layers are antiparallel to each other in the state where no external magnetic field is applied. It can be mentioned.
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 fixing method of the magnetization fixed
磁化自由層12は、外部磁場もしくはスピン偏極電流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。
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。 As the high spin polarization material, a CoFe alloy or a CoFeB alloy may, for example, be mentioned. The film thickness of each of 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の間に配置される層である。スペーサ層13は、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、又は、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層で構成される。スペーサ層13は、非磁性層であることが好ましい。
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)効果素子となり、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)効果素子となる。
For example, when the
スペーサ層13として絶縁材料を適用する場合、Al2O3またはMgO等の絶縁材料を用いることができる。磁化固定層11と磁化自由層12との間にコヒーレントトンネル効果が発現するように、スペーサ層13の膜厚を調整することで高い磁気抵抗変化率が得られる。TMR効果を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 an insulating material is applied as the
スペーサ層13を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。
In the case of applying a layer including a conduction point formed of a conductor in the insulator as 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。
When the 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
<磁場印加機構>
図1に示す磁場印加機構20は、第1強磁性体21と第2強磁性体22とコイル23とを備える。コイル23は凸部21Aの周囲に巻回されている。コイル23は磁束を誘起し、誘起された磁束は凸部21Aに集中し、対向する第2強磁性体22に向かう磁場を形成する。図1では、コイル23は、凸部21Aの周囲に渦巻き状に巻回されたスパイラルコイルである。図1では、コイル23はz方向に1層としたが、2層以上に積層してもよい。
<Magnetic field application mechanism>
The magnetic
第1強磁性体21及び第2強磁性体22は、磁性体により構成されている。第1強磁性体21及び第2強磁性体22には、例えば、Fe、Co、Ni、NiとFeの合金、FeとCoの合金、またはFeとCoとBの合金などを用いることができる。コイル23は、導電性の高い配線パターンからなり、例えば銅、アルミニウム等を用いることができる。
The first
第1強磁性体21は、第1面21aから突出する凸部21Aを備える。図1に示す第1強磁性体21は、凸部21Aと主要部21Bと支持部21Cとからなる。主要部21Bは、第1強磁性体21の主要部であり、図1ではxy面内方向に延在している部分である。支持部21Cは、第1強磁性体21と第2強磁性体22とを繋ぐ部分であり、磁場の流れを安定化させるための部分である。凸部21Aは、その表面から磁束線が流れ出る又はその表面に磁束線が流れ込む部分である。また凸部21Aから流れ出る磁束線又は流れ込む磁束線は、第1強磁性体及び第2強磁性体から磁化自由層に印加される磁束線の主を担う。ここで「主を担う」とは、磁場の強度(磁束密度)の観点で主を担うことを意味する。凸部21Aは、一つに限られず複数あってもよい。図1に示す例においては、第1面21aは、主要部21Bの第2強磁性体22側の表面である。第1面21aの形状は問わない。
The first
第2強磁性体22は、第1強磁性体21との間に磁気抵抗効果素子10を挟む位置に配設されている。図1に示す第2強磁性体22は開口部25を有する。図2は、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100を平面視した図である。開口部25はコイル23の内側に形成されている。
The second
<磁気抵抗効果素子10と磁場印加機構20の位置関係>
磁気抵抗効果素子10及び磁場印加機構20は、z方向への積層プロセスにより製造されている。このような積層プロセスを経ているにも関わらず、磁場印加機構20の各構成と磁気抵抗効果素子10との位置関係を制御することで、磁気抵抗効果素子10の面内方向(xy平面)に対して斜め方向の磁場を磁化自由層12に容易に印加できる。
<Positional relationship between the
The
図1に示す磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12は、z方向から平面視した際に、凸部21Aの第2面21Aa及び第2強磁性体22の第3面22aと重畳しない部分を有する。ここで、第2面21Aaは、凸部21Aのz方向(磁気抵抗効果素子10の積層方向)において磁気抵抗効果素子10側の表面である(図1参照)。また第3面22aは、第2強磁性体22のz方向(磁気抵抗効果素子10の積層方向)において磁気抵抗効果素子10側の表面である(図1参照)。第2面21Aa及び第3面22aの形状は問わない。また磁化自由層12の重心は、第2面21Aaと第3面22aとを結ぶ領域A内に位置する。
The magnetization
磁化自由層12を第2面21Aa及び第3面22aに対して上記の関係を満たす位置に配置すると、第2面21Aaの第1端部21Aeから第3面22aの第1端部22eに向かう磁場が主に磁化自由層12に印加される。図1に示す磁場印加機構20において、第1端部21Aeから第1端部22eに向かう磁場はxy平面に対して所定の角度で傾いている。そのため、磁化自由層12に印加される磁場は、磁化自由層12の面内方向(xy平面)に対して斜め方向となる。
When the magnetization
ここで、図1において、第1端部21Ae及び第1端部22eは、凸部21A及び磁化自由層12の重心を通る線分を含む平面で切断した断面において、凸部21A及び第2強磁性体22の磁気抵抗効果素子10側の角部である。ここで、図1では第1端部21Ae及び第1端部22eを直交する2つの線分の角部として図示した。しかしながら、実際の素子において凸部21Aの第2面21Aaと側面とはなだらかな曲面によって接続されている場合がある。この場合、その曲面の接線の面内方向(xy平面)に対する傾斜角が10度となる部分を、第2面21Aaと側面との境界とする。なお、第3面22aについても同様とする。
Here, in FIG. 1, the first end portion 21Ae and the
図1に示す磁気抵抗効果デバイス100は、磁化自由層12の面内方向に対して斜め方向から磁場を印加するための一実施形態であり、必ずしもこの構成を満たす必要はない。例えば、図1に示す磁気抵抗効果デバイス100は、z方向から平面視した際に磁化自由層12が第2面21Aa及び第3面22aのいずれとも重畳しない部分を有する構成であるが、磁気抵抗効果デバイスは、磁化自由層12がいずれか一方の面のみと重畳しない部分を有する構成でもよい。
The
図3は、本実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例の要部を拡大した断面模式図である。図3(a)に示す磁気抵抗効果デバイス101における磁化自由層12は、z方向から平面視で第2面21Aaとは重畳しない部分を有するが、第3面22aとは全面で重畳する。これと反対に、図3(b)に示す磁気抵抗効果デバイス102における磁化自由層12は、z方向から平面視で第2面21Aaとは全面で重畳するが、第3面22aとは重畳しない。なお、磁化自由層12の重心は、図3(a)及び図3(b)のいずれにおいても、第2面21Aaと第3面22aとを結ぶ領域A内に位置する。
FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of the main part of another example of the magnetoresistance effect device according to the present embodiment. The magnetization
図3(a)に示す磁気抵抗効果デバイス101において、第2面21Aaの第1端部21Aeから流れ出た磁束線は、第2強磁性体22の第3面22aに流れ込む。第2面21Aaの面積は第3面22aの面積より小さい。そのため磁束線は、第1端部21Aeから第3面22aに向かって広がる方向に形成される。第1端部21Aeから第3面22aに向かって広がる磁場は、xy平面に対して斜めの成分を有する。従って、図3(a)に示す磁気抵抗効果デバイス101においても、磁化自由層12に対して斜め方向に磁場を印加することができる。
In the
また図3(b)に示す磁気抵抗効果デバイス102においても、第2面21Aaと第3面22aとの間の漏れ磁場は、第2面21Aaと第3面22aとを結ぶ領域A内に強く生じる。例えば、図3(b)において第1端部21Aeと反対側の第2端部21Afから流れ出た磁束線は、第2強磁性体22の第3面22aに流れ込む。磁化自由層12の重心が領域A内に存在するという条件のもとで、z方向から見て磁化自由層12と第3面22aとを重畳させないように配設すると、第2面21Aaと第3面22aとを結ぶ領域A内に生じる磁束線が磁化自由層12に印加される。従って、図3(b)に示す磁気抵抗効果デバイス101においても、磁化自由層12に対して斜め方向に磁場を印加することができる。
Also in the
また磁化自由層12の面内方向(xy平面)と磁場が印加される方向とのなす角(印加角度)を制御するためには、磁化自由層12の重心を通りz方向に延びる第1垂線C1と凸部21A及び開口部25との位置関係を制御することが好ましい。
In order to control the angle (application angle) between the in-plane direction (xy plane) of the magnetization
図4及び図5は、本実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例の要部を拡大した断面模式図である。図4(a)に示す磁気抵抗効果デバイス103は、z方向からの平面視で第1垂線C1が第2面21Aa及び第3面22aと重畳している。図4(b)に示す磁気抵抗効果デバイス104は、z方向からの平面視で第1垂線C1が第2面21Aaとは重畳せず、第3面22aと重畳している。図5(a)に示す磁気抵抗効果デバイス105は、z方向からの平面視で第1垂線C1が第2面21Aaと重畳し、第3面22aと重畳していない。図5(b)に示す磁気抵抗効果デバイス106は、z方向からの平面視で第1垂線C1が第2面21Aa及び第3面22aのいずれとも重畳していない。
FIGS. 4 and 5 are enlarged schematic cross-sectional views of the main parts of another example of the magnetoresistive effect device according to the present embodiment. In the
z方向からの平面視で第1垂線C1が第2面21Aa及び第3面22aと重畳する場合(図4(a))、第2面21Aaと第3面22aの最短距離の位置(第2面21Aaから第3面22aに下した垂線の位置)に磁気抵抗効果素子10が配設されるため、磁場の印加角度は90°に近い角度となる。なお、磁化自由層12の一部はz方向から見て第2面21Aaと重畳しない部分を有するため、印加角度は完全に90°にはならない。
When the first perpendicular C1 overlaps the second surface 21Aa and the
またz方向からの平面視で第1垂線C1が第2面21Aaと重畳しない場合(図4(b))、磁化自由層12が第2面21Aaと第3面22aの最短距離の位置(第2面21Aaから第3面22aに下した垂線の位置)からずれた位置に配設される。そのため、印加角度を図4(a)の場合より小さくでき、より磁化自由層12に対して斜め方向の磁場を印加できる。
When the first perpendicular C1 does not overlap the second surface 21Aa in plan view from the z direction (FIG. 4B), the position of the magnetization
またz方向からの平面視で第1垂線C1が第3面22aと重畳しない場合(図5(a))、第2面21Aaと第3面22aの最短距離がxy平面に対して斜めになる。つまり、第2面21Aaと第3面22aとの間に生じる漏れ磁場の斜め方向の成分が増加する。そのため、印加角度を図4(a)の場合より小さくでき、より磁化自由層12に対して斜め方向の磁場を印加できる。
When the first perpendicular C1 does not overlap the
最後に、z方向からの平面視で第1垂線C1が第2面21Aa及び第3面22aと重畳しない場合(図5(b))は、図4(b)及び図5(a)の構成をいずれも満たすため、印加角度はより小さくなる。その結果、磁化自由層12に対する磁場の印加角度を45°程度まで倒すことができる。
Finally, in the case where the first perpendicular C1 does not overlap with the second surface 21Aa and the
また第1垂線C1と凸部21A及び開口部25との位置関係以外に、第2面21Aaと第3面22aとのz方向の距離(d1)、及び、第2面21Aaの第1端部21Aeと第3面22aの第1端部22eのz方向と直交する直交方向(例えば、x方向)の距離(d2)によって磁化自由層12に対する磁場の印加角度を制御してもよい。これらの距離の関係を調整することで、磁気抵抗効果素子10の面内方向(xy平面)と磁化自由層12に磁場が印加される方向とのなす角(印加角度)を自由に設定することができる。印加角度を45°から80°の範囲内にするためには、|d2/d1|≦2.5を満たすことが好ましい。
In addition to the positional relationship between the first perpendicular C1 and the
またこれらの関係以外に、凸部21Aの重心C2と開口部25の重心C3の位置関係及びこれらと第1端部22eとの位置関係を制御することで、印加角度を制御してもよい。なお、開口部25の重心とは、開口部25を均一な媒体で埋めたとした場合の重心位置を意味する。図6及び図7は、本実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの一例であり、凸部21Aの重心C2と開口部25の重心C3の位置関係及びこれらと第1端部22eとの位置関係を変えた例である。図6はz方向から平面視した図であり、図7は凸部21Aの重心C2及び磁化自由層12の重心を通る平面で切断した模式図である。
In addition to these relationships, the application angle may be controlled by controlling the positional relationship between the center of gravity C2 of the
図6及び図7に示す磁気抵抗効果デバイス100、107はいずれも、開口部25の重心C3が凸部21Aの重心C2を基準に磁気抵抗効果素子10と反対側に位置する。ここで「反対側に位置する」とは、開口部25の重心C3と磁気抵抗効果素子10とを結ぶ線分と直交し、凸部21Aの重心C2を通る直線で区切った際に、開口部25の重心C3と磁気抵抗効果素子10とが異なる領域に存在することを意味する。一方で、図6(a)及び図7(a)に示す磁気抵抗効果デバイス100は、開口部25の端部25e(第3面22aの第1端部22e)が、凸部21Aの重心C2より磁気抵抗効果素子10側にあるのに対し、図6(b)及び図7(b)に示す磁気抵抗効果デバイス107は、開口部25の端部25eが、凸部21Aの重心C2より磁気抵抗効果素子10とは反対側にある。
In each of the
図6(a)及び図7(a)に示す磁気抵抗効果デバイス100は、開口部25の端部25eが磁気抵抗効果素子10側に近い。そのため、z方向から見て磁気抵抗効果素子10と第3面22aとが重畳しない構成にし易い。つまり、磁気抵抗効果素子10に印加される磁場の斜め方向の成分を大きくすることができる。またz方向から見て凸部21Aが開口部25に内包されるように配設すると、より磁気抵抗効果素子10に印加される磁場の斜め方向の成分を大きくすることができる。
In the
上述のように、本実施形態に例示した磁気抵抗効果デバイス100〜107は、磁場印加機構20が凸部21Aと開口部25とを有し、これらと磁気抵抗効果素子10との位置関係が制御されている。そのため、磁気抵抗効果素子10及び磁場印加機構20がz方向への積層プロセスにより製造されているにも関わらず、磁化自由層12の面内方向(xy平面)に対して斜め方向に磁場を印加することができる。
As described above, in the
また、本実施形態について図面を参照して詳述したが、本実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 Further, although the present embodiment has been described in detail with reference to the drawings, each configuration and the combination thereof in the present embodiment are an example, and addition, omission, and replacement of the configuration are possible without departing from the spirit of the present invention. And other changes are possible.
例えば、凸部21A及び開口部25をz方向から平面視した際の形状は、図2に示すような矩形に限られない。図8は、磁気抵抗効果デバイスの別の例をz方向から平面視した模式図である。凸部21A及び開口部25の平面視形状は、図8(a)に示すように円形でもよいし、図8(b)に示すように半月状でもよい。またこの他、これらの平面視形状は、楕円状、多角形状等でもよい。また図8(b)に示すように凸部21Aと開口部25の形状は相似形でなくてもよい。
For example, the shape when the
凸部21A及び開口部25の平面視形状において、開口部25の第1側面25bと凸部21Aの第2側面21Abとは平行であることが好ましい。ここで、第1側面25bと第2側面21Abとは、z方向から平面視した際に磁気抵抗効果素子10を挟む側の側面である。図8(a)に示すように、凸部21A及び開口部25の平面視形状が円形の場合は、磁気抵抗効果素子10側の半円が第1側面25b、第2側面21Abに対応する。すなわち、平行とは平行直線又は平行曲線のいずれでもよい。
In the plan view shape of the
第1側面25bと第2側面21Abとが平行な場合、第1側面25bと第2側面21Abの間に形成される磁場分布が均一化する。磁場は、凸部21Aと第2強磁性体22との間に形成される。第1側面25bと第2側面21Abとが平行であれば、第1側面25bと第2側面21Abとの距離が一定になる。従って、これらの間の磁場強度が一定になる。すなわち、磁気抵抗効果素子10をこれらの間のいずれの位置に設けても磁気抵抗効果素子10に印加される磁場強度は一定であり、磁気抵抗効果素子10の位置精度を緩和できる。
When the
また第1側面25b及び第2側面21Abは、図2及び図8(b)に示すように、直線であることが好ましい。これらの側面が平面視直線であると、第1側面25bと第2側面21Abとの間の磁場強度をより一定にできる。
The
また上述の実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第2強磁性体22が開口部25を有していたが、図9に示す磁気抵抗効果デバイス110のように開口部25に代えて、第3面22aから磁気抵抗効果素子10と反対側に向って窪む凹部26を設けてもよい。なお、凹部26の重心は、開口部25と同様に、均一な媒体で埋めた場合の重心位置とする。
In the magnetoresistive device according to the above-described embodiment, the second
第1強磁性体21と第2強磁性体22の間の磁束線は、第2面21Aaと第3面22aとの間に集中する。従って、開口部25が凹部26に代わっても磁束線の流れは大きく変化しない。つまり、図9に示す磁気抵抗効果デバイス110は、磁化自由層12に対して斜め方向の磁場を印加することができる。また磁化自由層12の面内方向(xy平面)と磁場が印加される方向とのなす角(印加角度)を制御するための好ましい構成についても、「開口部25」を「凹部26」に置き換えることで同様の構成を選択することができる。
The magnetic flux lines between the first
また第2強磁性体22は、開口部25又は凹部26を有していなくてもよい。図10は、凹部も開口部も有さない磁気抵抗効果デバイス111の一例を模式的に示した断面図である。この場合、磁気抵抗効果素子10と第2強磁性体22の第3面22aとは、z方向からの平面視において必ず重畳する。そのため、z方向からの平面視において磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12は、凸部21Aの第2面21Aaと重畳しない部分を有する必要がある。
The second
第2面21Aaの面積は第3面22aの面積より小さい。そのため磁束線は、第2面21Aaから第3面22aに向かって広がっていく。すなわち、第2面21Aaと第3面22aとの間の漏れ磁場は、第2面21Aaと第3面22aとを結ぶ領域A内に生じる。
The area of the second surface 21Aa is smaller than the area of the
z方向から平面視において、磁気抵抗効果素子10の第2面21Aaとは重畳しない部分に印加される磁場は、第2面21Aaから第3面22aに向かって広がるように生じる磁場である。この磁場は、xy平面に対して斜めの成分を有する。従って、図10に示す磁気抵抗効果デバイス111においても、磁化自由層12に対して斜め方向に磁場を印加することができる。
The magnetic field applied to the portion of the
また図11及び図12は、本実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例を模式的に示した図である。図11に示す磁気抵抗効果デバイスは、第1強磁性体21が凸部21Aの外側に第2開口部27を有する点が図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と異なる。また図12に示す磁気抵抗効果デバイスは、第1強磁性体21が第1面21aから磁気抵抗効果素子10と反対側に向って窪む第2凹部28を有する点が図1に示す磁気抵抗効果デバイス100と異なる。第2開口部27及び第2凹部28は、いずれもz方向から見てコイル23の内側に設けられている。
11 and 12 schematically show another example of the magnetoresistance effect device according to the present embodiment. The magnetoresistive effect device shown in FIG. 11 is different from the
第1強磁性体21が第2開口部27又は第2凹部28を有すると、磁気抵抗効果素子10近傍の磁場分布が均一化し、所望の印加角度で磁気抵抗効果素子10に磁場を印加できる。磁気抵抗効果素子10の近傍に配設される磁性体の量を少なくすることで、磁束線の流れが一定になるためと考えられる。
When the first
また図13は、本実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例を模式的に示した図である。図13に示す磁気抵抗効果デバイスは、中央部に2段の段差を備える突出構造を有する。図13(a)の場合、1段目(磁気抵抗効果素子10から遠い側)の段差部から磁化自由層12に印加される磁束線の密度は小さく、磁化自由層12に印加される磁束線の主の流れ方向は1段目の有無で大きく変動しない。そのため、図13(a)の場合は、2段目の部分が凸部21Aであり、一段目の部分は主要部21Bに属する。これに対し、図13(b)の場合、1段目の段差部から磁化自由層12に印加される磁束線の密度が大きく、磁化自由層12に印加される磁束線の主の流れ方向は1段目の有無で大きく変動する。そのため、図13(b)の場合は、1段目及び2段目の部分が凸部21Aとなる。
FIG. 13 is a view schematically showing another example of the magnetoresistance effect device according to the present embodiment. The magnetoresistive effect device shown in FIG. 13 has a projecting structure including two steps in the center. In the case of FIG. 13A, the density of the magnetic flux lines applied to the magnetization
図13(b)に示すように凸部21Aが多段構造の場合は、z方向から平面視した際に、磁化自由層12は、第2面21Aaのうち所定の部分と重畳しない部分を有することが好ましく、磁化自由層12の重心は、第2面21Aaのうち所定の部分と第3面22aとを結ぶ領域A内に位置することが好ましい。
As shown in FIG. 13B, in the case where the
例えば、主要部21B側からn段目(nは2以上の整数)の表面(z方向において磁気抵抗効果素子10側の表面)の端部と第3面22aの端部との最短距離が、n−1段目の表面と第3面22aとの最短距離より近いまたは等しい場合は、第2面21Aaのうち、主要部21B側からn段目の表面から、z方向において磁気抵抗効果素子10に最も近い側の表面までの表面を上記の所定の部分として上記の関係を満たすことが好ましい。例えば凸部21Aが2段構造の場合に、主要部21B側から2段目の表面の端部と第3面22aの端部との最短距離が、主要部21B側から1段目の表面と第3面22aとの最短距離より近いまたは等しい場合は、主要部21B側から2段目の表面と、z方向において磁気抵抗効果素子10に最も近い側の表面とは同じ表面になるため、主要部21B側から2段目の表面(z方向において磁気抵抗効果素子10に最も近い側の表面)を上記の所定の部分として上記の関係を満たすことが好ましい。
For example, the shortest distance between the end of the surface of the nth step (n is an integer of 2 or more) from the
他方、この最短距離同士の関係を満たさない場合、例えば、図13(b)の例のように、2段目の表面S2の端部(角部E1)と第3面22aの端部(角部E2)との最短距離が、1段目の表面S1と第3面22aとの最短距離より遠い場合は、1段目を含めた第2面21Aa全面との間で、所定の関係を満たすことが好ましい。
On the other hand, if the relationship between the shortest distances is not satisfied, for example, as in the example of FIG. 13B, the end (corner E1) of the surface S2 of the second stage and the end (corner of the
また図14及び図15は、本実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例を模式的に示した図である。図14及び図15に示す磁気抵抗効果デバイスは、磁気抵抗効果素子10を複数有する点が図2に示す磁気抵抗効果デバイス100と異なる。
14 and 15 schematically show another example of the magnetoresistance effect device according to the present embodiment. The magnetoresistive effect device shown in FIGS. 14 and 15 differs from the
図14に示す磁気抵抗効果デバイス112は、3つの磁気抵抗効果素子10が一列に並んだ磁気抵抗効果素子列を有している。図15に示す磁気抵抗効果デバイス112は、3つの磁気抵抗効果素子10が一列に並んだ磁気抵抗効果素子列を3列有している。磁気抵抗効果素子列は、3つの磁気抵抗効果素子10が、開口部25の第1側面25bと凸部21Aの第2側面21Abとに沿って並んで配置されている。第1側面25bと第2側面21Abとは平行である。
The
図14に示す磁気抵抗効果デバイス112は、それぞれの磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12に対して斜め方向に磁場を印加することができる。また3つの磁気抵抗効果素子10に印加される磁場の大きさ及び方向を略同一にできる。
The
図15に示す磁気抵抗効果デバイス113は、それぞれの磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12に対して斜め方向に磁場を印加することができる。またそれぞれの磁気抵抗効果素子列に、大きさ及び方向の少なくとも一方が異なる磁場を印加できる。
The
図14及び図15では、3つの磁気抵抗効果素子10で一つの磁気抵抗効果素子列を形成する例を図示したが、一つの磁気抵抗効果素子列における磁気抵抗効果素子10の数は複数であれば任意である。また磁気抵抗効果素子列の数も任意である。
Although FIGS. 14 and 15 show an example in which one magnetoresistive element array is formed by three
上述のように、本実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスによれば、磁化自由層12の面内方向(xy平面)に対して斜め方向に磁場を印加することができる。
As described above, according to the magnetoresistive effect device according to the present embodiment, the magnetic field can be applied in the oblique direction with respect to the in-plane direction (xy plane) of the magnetization
(第2実施形態)
図16は、第2実施形態にかかる、磁気抵抗効果デバイスを用いた高周波デバイス200の回路構成を示した模式図である。図16に示す高周波デバイス200は、磁気抵抗効果素子10と、磁場印加機構20と、第1の信号線路30と、直流印加端子40とを備える。高周波デバイス200は、第1のポート1から信号が入力され、第2のポート2から信号を出力する。
Second Embodiment
FIG. 16 is a schematic view showing a circuit configuration of a
<磁気抵抗効果素子、磁場印加機構>
磁気抵抗効果素子10と磁場印加機構20は上述の第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの構成を満たすものが用いられる。図16に示す磁場印加機構20は要部のみを図示している。磁気抵抗効果素子10には、通電性を高めるために下部電極14と上部電極15とが設けられている。
<Magnetoresistance effect element, magnetic field application mechanism>
As the
磁場印加機構20は、出力信号の周波数を設定できる。出力信号の周波数は、磁化自由層12の強磁性共鳴周波数によって変化する。磁化自由層12の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における有効磁場は、外部磁場の影響を受ける。そのため、磁場印加機構20から磁化自由層12に印加する外部磁場(静磁場)の大きさを変えることで、磁化自由層12の強磁性共鳴周波数を変えることができる。
The magnetic
一方で、高周波帯域(好ましくは5GHz以上、より好ましくは10GHz以上)で動作する高周波デバイス200を得るためには、磁化自由層12の強磁性共鳴周波数をより高周波側にシフトさせる必要がある。今回、磁化自由層12に対して斜め方向から外部磁場を印加すると、磁化自由層12の強磁性共鳴周波数をより高周波側にシフトできることを見出した。磁化自由層12に対して斜め方向から外部磁場を印加できる好ましい磁場印加機構20の構成が、第1実施形態で示した構成である。
On the other hand, in order to obtain the
<第1のポート及び第2のポート>
第1のポート1は、高周波デバイス200の入力端子である。第1のポート1は、第1の信号線路30の一端に対応する。第1のポート1に交流信号源(図示略)を接続することで、高周波デバイス200に交流信号(高周波信号)を印加できる。高周波デバイス200に印加される高周波信号は、例えば、100MHz以上の周波数を有する信号である。
<First port and second port>
The
第2のポート2は、高周波デバイス200の出力端子である。第2のポート2は、磁気抵抗効果素子10から出力する信号を伝える出力信号線路(第2の信号線路)50の一端に対応する。
The
<第1の信号線路>
図16における第1の信号線路30は、一端が第1のポート1に接続されている。また、高周波デバイス200は、第1の信号線路30の他端が基準電位端子32を介して基準電位に接続されて用いられる。図16では、基準電位としてグラウンドGに接続している。グラウンドGは高周波デバイス200の外部のものとすることができる。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30内に高周波電流が流れる。第1の信号線路30内に高周波電流が流れると、第1の信号線路30から高周波磁場が発生する。磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12には、この高周波磁場が印加される。
<First signal line>
One end of the
第1の信号線路30は、一本の信号線路に限られず、複数本の信号線路でもよい。この場合、各信号線路から発生する高周波磁場が磁気抵抗効果素子10の位置で強めあう位置に、複数の信号線路を配設することが好ましい。
The
<出力信号線路、線路>
出力信号線路50は、磁気抵抗効果素子10から出力された信号を伝播する。磁気抵抗効果素子10から出力される信号は、磁化自由層12の強磁性共鳴を利用して選択された周波数の信号である。図16における出力信号線路50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、図1における出力信号線路50は、磁気抵抗効果素子10と第2のポート2とを繋ぐ。
<Output signal line, line>
The
また、電源41、出力信号線路50、磁気抵抗効果素子10、線路51、グラウンドGによる閉回路を構成する部分と第2のポート2との間の出力信号線路50(一例として、インダクタ42の出力信号線路50への接続箇所と第2のポート2との間の出力信号線路50)には、コンデンサを設けてもよい。当該部分にコンデンサを設けることで、第2のポート2から出力される出力信号に、電流の不変成分が加わることを避けることができる。
In addition, an
線路51は、一端が磁気抵抗効果素子10に接続されている。また、高周波デバイス200は、線路51の他端が基準電位端子52を介して基準電位に接続されて用いられる。図16では線路51を、第1の信号線路30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30の基準電位と線路51の基準電位とは共通していることが好ましい。
One end of the
各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、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、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線路の伝送損失を抑えることができる。 The shape of each line and ground G is preferably defined in a microstrip line (MSL) type or coplanar waveguide (CPW) type. When designing as a microstrip line (MSL) type or coplanar waveguide (CPW) type, it is preferable to design the line width and the distance between the grounds so that the characteristic impedance of the line and the impedance of the circuit system become equal. By designing in this manner, the transmission loss of the 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。本明細書において直流電流とは、時間によって方向が変化しない電流であり、時間によって大きさが変化する電流を含む。また、直流電圧とは、時間によって方向が変化しない電圧であり、時間によって大きさが変化する電圧も含む。電源41は直流電流源でも、直流電圧源でもよい。
<DC application terminal>
The
電源41は、一定の直流電流を発生可能な直流電流源でも、一定の直流電圧を発生可能な直流電圧源でもよい。また、電源41は、発生する直流電流値の大きさが変化可能な直流電流源でもよく、発生する直流電圧値の大きさが変化可能な直流電圧源でもよい。
The
磁気抵抗効果素子10に印加される電流の電流密度は、磁気抵抗効果素子10の発振閾値電流密度よりも小さいことが好ましい。磁気抵抗効果素子10の発振閾値電流密度とは、この値以上の電流密度の電流が印加されることにより、磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12の磁化が一定周波数及び一定の振幅で歳差運動を開始し、磁気抵抗効果素子10が発振する(磁気抵抗効果素子10の出力(抵抗値)が一定周波数及び一定の振幅で変動する)閾値の電流密度のことである。
The current density of the current applied to the
直流印加端子40と出力信号線路50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、電流の不変成分を通す。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(高周波信号)は第2のポート2に効率的に流れる。またインダクタ42により電流の不変成分は、電源41、出力信号線路50、磁気抵抗効果素子10、線路51、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。
For the
<高周波デバイスの機能>
高周波デバイス200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30内を流れる。第1の信号線路30内を流れる高周波電流により発生する高周波磁場が、磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12に印加される。
<Function of high frequency device>
When a high frequency signal is input to the
磁化自由層12の磁化は、第1の信号線路30により磁化自由層12に印加された高周波磁場の周波数が、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の磁化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。例えば直流印加端子40から一定の直流電流が磁気抵抗効果素子10に印加される場合には、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との間の電位差の変化として第2のポート2から出力される。また、例えば直流印加端子40から一定の直流電圧が磁気抵抗効果素子10に印加される場合には、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との間を流れる電流値の変化として第2のポート2から出力される。
When the oscillation of the magnetization of the magnetization
すなわち、第1のポート1から入力された高周波信号の周波数が磁化自由層12の強磁性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、高周波信号の周波数が磁化自由層12の強磁性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。すなわち、高周波デバイス200は特定の周波数の高周波信号を選択的に通過させることができる高周波フィルタとして機能する。
That is, when the frequency of the high frequency signal input from the
<他の用途>
また上記では高周波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。
<Other use>
Further, although the case where the high frequency device is used as the high frequency filter has been presented as an example, the magnetoresistive effect device can also be used as a high frequency device such as an isolator, a phase shifter, and an amplifier.
高周波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 high frequency device is used as an isolator, a signal is input from the
また高周波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 high frequency device is used as a phase shifter, when the output frequency band changes, the frequency of one arbitrary point in the output frequency band is focused. When the output frequency band changes, the phase at a specific frequency changes, and thus functions as a phase shifter.
また高周波デバイスを増幅器として用いる場合は、電源41から印加する直流電流又は直流電圧を所定の大きさ以上にする。このようにすることで、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 a high frequency device is used as an amplifier, the DC current or DC voltage applied from the
上述のように、第2実施形態にかかる高周波デバイス200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
また図16では磁気抵抗効果素子10を一つの場合を例に図示したが、磁気抵抗効果素子10を複数有してもよい。この場合、複数の磁気抵抗効果素子10は互いに並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよいし、並列接続と直列接続とを組み合わせて接続してもよい。例えば、強磁性共鳴周波数の異なる磁気抵抗効果素子10を複数利用することで、選択周波数の帯域(通過周波数帯域)を広くできる。また一つの磁気抵抗効果素子から出力された出力信号を出力する出力信号線路50で発生した高周波磁場を別の磁気抵抗効果素子に印加する構成としてもよい。このような構成にすると、出力される信号が複数回に渡ってフィルタリングされる。したがって、高周波信号のフィルタリング精度を高めることができる。
Although one
また磁気抵抗効果素子10を複数設ける場合、図14及び図15に示すように磁気抵抗効果素子10を配置してもよい。Z方向から平面視した際に、複数の磁気抵抗効果素子10が、開口部25の第1側面25bと凸部21Aの第2側面21Abとに沿って並んで配置された磁気抵抗効果素子列をなすように、磁気抵抗効果素子10を配置する。それぞれの磁気抵抗効果素子10は互いに並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよいし、並列接続と直列接続とを組み合わせて接続してもよい。
When a plurality of
上述のように図14の構成の場合、それぞれの磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12に対して略同一の大きさ及び方向の磁場を印加できる。同じ特性の磁気抵抗効果素子10が並列または直列に接続されると、高周波デバイスの出力のS/N比が向上する。それぞれの磁気抵抗効果素子10からの出力信号は同位相であり互いに強め合う関係にある一方で、ノイズの位相はランダムであり出力信号ほど強め合うことは無いためである。また磁気抵抗効果素子10が並列または直列に接続されることで、それぞれの磁気抵抗効果素子10に印加される電流又は電圧が小さくなり、磁気抵抗効果素子10の耐電流性又は耐電圧性が向上する。
As described above, in the case of the configuration of FIG. 14, magnetic fields of substantially the same magnitude and direction can be applied to the magnetization
また図15の構成の場合、異なる磁気抵抗効果素子列のそれぞれの磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12に対して大きさ及び方向のうち少なくとも一方が異なる磁場を印加できる。それぞれの磁気抵抗効果素子10に印加される磁場を異なるものとし、それぞれの磁気抵抗効果素子10の強磁性共鳴周波数を異なるものとすることで、高周波デバイスの帯域幅を広げることができる。また磁気抵抗効果素子10が並列または直列に接続されることで、それぞれの磁気抵抗効果素子10に印加される電流又は電圧が小さくなり、磁気抵抗効果素子10の耐電流性又は耐電圧性が向上する。
Further, in the case of the configuration of FIG. 15, it is possible to apply a magnetic field different in at least one of the size and the direction to the magnetization
ここで、図16に示す高周波デバイス200は、第1の信号線路30からの高周波磁場を磁化自由層12に印加することで駆動する磁場駆動型の高周波デバイスである。高周波デバイスは、磁場駆動型に限られず、電流駆動型でもよい。図17は、第2実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスを用いた電流駆動型の高周波デバイスの回路構成を示した模式図である。
Here, the
図17に示す高周波デバイス300は、磁気抵抗効果素子10と、磁場印加機構20と、直流印加端子40と、入力信号線路60と、出力信号線路70とを備える。図17においても、磁場印加機構20は要部のみを図示している。また図16に示す高周波デバイス200と同様の構成については、同様の符号を付す。入力信号線路60は、第1のポート1と上部電極15の間の配線であり、出力信号線路70は、第2のポート2と下部電極14の間の配線である。
A
高周波デバイス300は、第1のポート1から信号が入力され、第2のポート2から信号を出力する。図17に示す高周波デバイス300では、磁気抵抗効果素子10の積層方向に電流を流すことで生じるスピントランスファートルクにより磁化自由層12の磁化が振動する。入力される高周波信号が、磁化自由層12の強磁性共鳴周波数(この場合、磁気抵抗効果素子10のスピントルク共鳴周波数ともいう)の近傍の場合、磁化自由層12の磁化は大きく振動する。磁化自由層12の磁化が周期的に振動することで、磁気抵抗効果素子10の抵抗値が周期的に変化する。
The
つまり第1のポート1から入力された高周波信号の周波数が磁化自由層12の強磁性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、高周波信号の周波数が磁化自由層12の強磁性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。すなわち、高周波デバイス300も特定の周波数の高周波信号を選択的に通過させることができる高周波フィルタとして機能できる。
That is, when the frequency of the high frequency signal input from the
図17における高周波デバイス300においても、磁場印加機構20により出力信号の周波数を設定できる。磁場印加機構20は、磁気抵抗効果素子10に対して斜め方向から外部磁場を印加できる。そのため、磁化自由層12の強磁性共鳴周波数をより高周波側に設定できる。
Also in the
上述のように本実施形態にかかる高周波デバイス200、300によれば、磁化自由層12に斜め方向から磁場を印加することができる。従って、磁化自由層12の強磁性共鳴周波数をより高周波側にシフトさせることができ、高周波で駆動できる高周波デバイスを実現できる。
As described above, according to the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, but the respective configurations and the combinations thereof and the like in the respective embodiments are merely examples, and additions and omissions of configurations are possible within the scope of the present invention. , Permutations, and other modifications are possible.
例えば、第1の信号線路30が、磁気抵抗効果素子10に接続された下部電極14又は上部電極15を兼ねてもよい。図18は、第1の信号線路30が、磁気抵抗効果素子10に接続された上部電極15を兼ねる高周波デバイスの模式図である。図18に示す高周波デバイスは、第1の信号線路30が、磁気抵抗効果素子10の磁化自由層12に接続されている。この場合、第1の信号線路30内を流れる高周波電流により発生し磁化自由層12に印加される高周波磁場を利用して、磁化自由層12の磁化を振動させることができる。また、第1の信号線路30から磁気抵抗効果素子10の積層方向に流れる高周波電流により生じるスピントランスファートルクを利用して磁化自由層12の磁化を振動させてもよい。また、第1の信号線路30の上部電極15に相当する部分を流れる高周波電流の流れる向きと直交する方向に生じるスピン流によるスピンオービットトルクを利用して、磁化自由層12の磁化を振動させてもよい。つまり、これら高周波磁場、スピントランスファートルクおよびスピンオービットトルクのうち少なくとも1つを利用して、磁化自由層12の磁化を振動させることができる。
For example, the
また高周波デバイス200、300において、直流印加端子40は、インダクタ42とグラウンドGとの間に接続されてもよいし、上部電極15とグラウンドGとの間に接続してもよい。
In the
また、上記実施形態におけるインダクタ42にかえて、抵抗素子を用いてもよい。この抵抗素子は、抵抗成分により電流の高周波成分をカットする機能を有する。この抵抗素子は、チップ抵抗またはパターン線路による抵抗のいずれでもよい。この抵抗素子の抵抗値は、出力信号線路50の特性インピーダンス以上であることが好ましい。例えば、出力信号線路50の特性インピーダンスが50Ωであり、抵抗素子の抵抗値が50Ωの場合は、45%の高周波電力が抵抗素子によりカットできる。また出力信号線路50の特性インピーダンスが50Ωであり、抵抗素子の抵抗値が500Ωの場合は、90%の高周波電力を抵抗素子によりカットできる。この場合でも、磁気抵抗効果素子10から出力された出力信号を第2のポート2に効率的に流すことができる。
Also, in place of the
また、上記実施形態において、直流印加端子40に接続される電源41が、電流の高周波成分をカットすると同時に電流の不変成分を通す機能を有する場合、インダクタ42は無くても良い。この場合でも、磁気抵抗効果素子10から出力された出力信号を第2のポート2に効率的に流すことができる。
Further, in the above embodiment, when the
本実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスは、磁気抵抗効果素子に直流電流を印加することで磁化自由層の磁化に振動が発生するスピントルク発振効果を用いた発振器にも適用可能である。また本実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスは、磁気抵抗効果素子に高周波電流(交流電流)を印加した際に、磁化自由層の磁化が振動することに起因して直流電圧が発生するスピントルクダイオード効果を用いた整流器や検波器にも適用可能である。 The magnetoresistance effect device according to this embodiment is also applicable to an oscillator using a spin torque oscillation effect in which vibration is generated in the magnetization of the magnetization free layer by applying a direct current to the magnetoresistance effect element. In the magnetoresistive device according to the present embodiment, when a high frequency current (AC current) is applied to the magnetoresistive element, a spin torque diode generates a DC voltage due to the oscillation of the magnetization of the magnetization free layer. The present invention is also applicable to rectifiers and detectors using effects.
またここでは磁気抵抗効果デバイスの一例として高周波デバイスとして用いることを記載したが、磁気抵抗効果素子の積層方向・積層面に対して斜めに磁場を印加することが有用であれば、磁気センサなどの他のデバイスにも適用可能である。 In addition, although the use as a high frequency device is described as an example of the magnetoresistive effect device here, if it is useful to apply a magnetic field obliquely to the stacking direction and the stacking surface of the magnetoresistive effect element, such as a magnetic sensor It is applicable also to other devices.
(実施例1)
図19に示すような磁場印加機構を用いた場合に、所定の位置における磁場強度及びその位置おける磁場の角度をシミュレーションにより求めた。
磁場印加機構は、矩形の凸部21Aを備える第1強磁性体21と、矩形の開口部25を有する第2強磁性体22と、凸部21Aの周囲を巻回するコイル23とからなる。第1強磁性体21及び第2強磁性体22の平面視の形状は、80μm×80μmの矩形とした。また凸部21Aの平面視の形状は2.5μm×5μmの矩形とし、凸部21Aの第1面21aからの高さを750nmとした。また開口部25の平面視の形状は6μm×10μmとした。第1強磁性体21の凸部21Aは、平面視で開口部25と重畳し、内包されている。またコイル23の厚みは420nmとし、凸部21Aの周囲を30周巻いた。
Example 1
When the magnetic field application mechanism as shown in FIG. 19 was used, the magnetic field strength at a predetermined position and the angle of the magnetic field at that position were obtained by simulation.
The magnetic field application mechanism includes a first
凸部21Aの第2面21Aaと第2強磁性体22の第3面22aとのz方向の距離d1は800nm、第2面21Aaの第1端部21Aeと第3面22aの第1端部22eとのx方向の距離d2は800nmである。そして、第2面21Aaの第1端部21Aeから第3面22aの第1端部22eに向かう斜め方向に沿った位置の磁場強度及び磁場の角度を求めた。磁場強度及び磁場の角度は、第2面21Aaの第1端部21Aeからのx方向の距離とz方向の距離とが同じになる位置で求めた。y方向の位置は、凸部21Aの重心のy方向位置と同じである。
The distance d1 between the second surface 21Aa of the
図20は、実施例1の配置において第2面21Aaの第1端部21Aeから第3面22aの第1端部22eに向かう斜め方向に沿った位置の磁場強度と、磁場の角度を示す図である。横軸は、第2面21Aaの第1端部21Aeからのx方向の距離又はz方向の距離であり、縦軸は磁場強度又は磁場の角度である。磁場の角度はxy平面に対する角度である。図20に示すように、磁化自由層12の重心をこれらの位置に配置すると、45°〜55°程度の範囲の斜め方向から磁化自由層12に対して磁場を印加することができる。
FIG. 20 is a diagram showing the magnetic field strength at a position along the diagonal direction from the first end 21Ae of the second surface 21Aa to the
(実施例2)
実施例2では、凸部21Aの第2面21Aaと第2強磁性体22の第3面22aとのz方向の距離d1を800nmで固定し、第2面21Aaの第1端部21Aeと第3面22aの第1端部22eとのx方向の距離d2を変更した際に、磁化自由層12に印加される磁場の印加角度を求めた。実施例2−1及び実施例2−2では、第1垂線C1が、第2面21Aaの第1端部21Aeと第3面22aの第1端部22eとの間のx方向の中点位置を通るように設定した。実施例2−3〜2−7では、第1垂線C1が第2面21Aaの第1端部21Aeと同じ位置とした。また磁化自由層12のz方向の重心位置は、第2面21Aa及び第3面22aからそれぞれ400nmの位置とした。磁化自由層12のy方向の重心位置は、凸部21Aの重心のy方向位置と同じである。その他の条件は、実施例1と同じとし、磁化自由層12の重心位置における磁場の角度を求めた。その結果を、表1に示す。距離d2は、凸部21Aの第2面21Aaと第2強磁性体22の第3面22aが重畳する場合をマイナスとして表記する。
(Example 2)
In the second embodiment, the distance d1 in the z direction between the second surface 21Aa of the
上記表1に示すように、第2面21Aaの第1端部21Aeと第3面22aの第1端部22eとのx方向の距離d2を変更することで、磁化自由層12に印加する磁場の印加角度を自由に設計することができる。また、|d2/d1|≦2.5を満たすようにすることで、印加角度を45°から80°の範囲内にすることができる。
As shown in Table 1 above, the magnetic field applied to the magnetization
(実施例3)
実施例3では、実施例2と同様に、凸部21Aの第2面21Aaと第2強磁性体22の第3面22aとのz方向の距離d1を800nmで固定し、第2面21Aaの第1端部21Aeと第3面22aの第1端部22eとのx方向の距離d2を変更した。凸部21Aの第2面21Aaと第2強磁性体22の第3面22aとはz方向から見て重畳しないものとし、その距離d2を0.3μm(実施例3−1)、0.6μm(実施例3−2)、0.8μm(実施例3−3)、1.0μm(実施例3−4)とした。そしてx方向の位置によって(z方向の位置は、第2面21Aa及び第3面22aから400nmの位置で固定)、磁場強度及び磁場の角度がどのように変化するかを確認するために、第2面21Aaの第1端部21Aeから第3面22aの第1端部22eの方向に距離d2の2.0倍の距離の範囲における磁場強度及び磁場の角度を求めた。その他の条件は実施例1と同様にした。
(Example 3)
In the third embodiment, as in the second embodiment, the distance d1 between the second surface 21Aa of the
図21は、実施例3に示す磁場印加機構が生じる磁場の磁場強度及び磁場の角度を示す図である。横軸は第2面21Aaの第1端部21Aeからのx方向の距離を、第2面21Aaの第1端部21Aeと第3面22aの第1端部22eとのx方向の距離d2で規格化した値である。縦軸は図21(a)においては磁場強度であり、図21(b)においては磁場の角度である。
FIG. 21 is a diagram showing the magnetic field strength of the magnetic field generated by the magnetic field application mechanism shown in Example 3 and the angle of the magnetic field. The horizontal axis is the distance d2 between the first end 21Ae of the second surface 21Aa and the
図21に示すように、磁化自由層12の重心を設置するx方向の位置を変えることで、磁化自由層12に印加される磁場の印加角度を変えることができる。また凸部21Aの第2面21Aaの第1端部21Aeからの距離が距離d2の1.0倍を超えると磁場強度が低下する。凸部21Aの第2面21Aaの第1端部21Aeからの距離が距離d2の1.0倍を超える位置に磁化自由層12の重心を設置するということは、第3面22aと磁化自由層12とがz方向から見て少なくとも一部で重畳していることを意味する。
As shown in FIG. 21, the application angle of the magnetic field applied to the magnetization
(実施例4)
実施例4では、第2面21Aaの第1端部21Aeと第3面22aの第1端部22eとのx方向の距離d2を800nmで固定し、凸部21Aの第2面21Aaと第2強磁性体22の第3面22aとのz方向の距離d1を変更した。凸部21Aの第2面21Aaと第2強磁性体22の第3面22aとはz方向から見て重畳しないものとした。距離d1は、0.3μm(実施例4−1)、0.6μm(実施例4−2)、0.8μm(実施例4−3)、1.0μm(実施例4−4)とした。そしてz方向の位置によって(x方向の位置は、第2面21Aaの第1端部21Ae及び第3面22aの第1端部22eから400nmの位置で固定)、磁場強度及び磁場の角度がどのように変化するかを確認するために、第2面21Aaから第3面22aまでのz方向の範囲における磁場強度及び磁場の角度を求めた。その他の条件は実施例1と同様にした。
(Example 4)
In the fourth embodiment, the distance d2 between the first end 21Ae of the second surface 21Aa and the
図22は、実施例4に示す磁場印加機構が生じる磁場の磁場強度及び磁場の角度を示す図である。横軸は第2面21Aaからのz方向の距離をz方向の距離d1で規格化した値である。縦軸は図22(a)においては磁場強度であり、図22(b)においては磁場の角度である。図22に示す各位置に磁化自由層12の重心を配置することで、実施例4−1〜4−4のいずれにおいても、磁化自由層12に斜め方向の磁場を印加することができる。
FIG. 22 is a diagram showing the magnetic field strength of the magnetic field and the angle of the magnetic field generated by the magnetic field application mechanism shown in the fourth embodiment. The horizontal axis is a value obtained by standardizing the distance in the z direction from the second surface 21Aa by the distance d1 in the z direction. The vertical axis is the magnetic field strength in FIG. 22 (a) and the angle of the magnetic field in FIG. 22 (b). By arranging the center of gravity of the magnetization
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
20 磁場印加機構
21 第1強磁性体
21a 第1面
21A 凸部
21Aa 第2面
21Ae 第1端部
21B 平面部
21C 支持部
22 第2強磁性体
22a 第3面
22e 第1端部
23 コイル
25 開口部
26 凹部
27 第2開口部
28 第2凹部
30 第1の信号線路
32、52 基準電位端子
40 直流印加端子
41 電源
42 インダクタ
50 出力信号線路(第2の信号線路)
51 線路
60 入力信号線路
70 出力信号線路
100、101、102、103、104、105、106、107、110、111、112、113 磁気抵抗効果デバイス
200、300 高周波デバイス
A 領域
C1 第1垂線
C2、C3 重心
1
51
Claims (13)
前記磁気抵抗効果素子の少なくとも前記第1の磁化自由層に磁場を印加する磁場印加機構と、を備え、
前記磁場印加機構は、前記磁気抵抗効果素子の積層方向において前記磁気抵抗効果素子側に第1面から突出する凸部を有する第1強磁性体と、前記磁気抵抗効果素子を前記第1強磁性体と挟む第2強磁性体と、前記第1強磁性体に巻回されたコイルと、を備え、
前記磁気抵抗効果素子の前記第1の磁化自由層は、前記積層方向から平面視した際に、前記凸部の前記積層方向において前記磁気抵抗効果素子側の第2面と、前記第2強磁性体の前記積層方向において前記磁気抵抗効果素子側の第3面と、のうち少なくとも一方と重畳しない部分を有し、かつ、
前記磁気抵抗効果素子の前記第1の磁化自由層の重心は、前記第2面と前記第3面とを結ぶ領域内に位置する、磁気抵抗効果デバイス。 A first magnetization free layer, a magnetization fixed layer or a second magnetization free layer, and a spacer layer sandwiched between the first magnetization free layer and the magnetization fixed layer or the second magnetization free layer A magnetoresistance effect element,
A magnetic field application mechanism for applying a magnetic field to at least the first magnetization free layer of the magnetoresistive element;
The magnetic field application mechanism includes: a first ferromagnetic body having a convex portion protruding from a first surface on a side of the magnetoresistive element in the stacking direction of the magnetoresistive element; and the magnetoresistive element as the first ferromagnetic material A second ferromagnetic body sandwiching the body, and a coil wound around the first ferromagnetic body,
The first magnetization free layer of the magnetoresistance effect element has a second surface on the magnetoresistance effect element side in the lamination direction of the convex portion when viewed in plan from the lamination direction, and the second ferromagnetism And a portion not overlapping with at least one of the third surface on the magnetoresistive element side in the stacking direction of the body, and
The magnetoresistive effect device, wherein a center of gravity of the first magnetization free layer of the magnetoresistive effect element is located in a region connecting the second surface and the third surface.
前記第2面と前記第3面との前記積層方向の距離をd1、前記第2面及び前記第3面の前記磁気抵抗効果素子側の端部間の前記積層方向と直交する直交方向における距離をd2とした際に、d2/d1≦2.5を満たす、請求項1〜5のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。 In a cut surface cut along the stacking direction, passing through the center of gravity of the convex portion and the center of gravity of the first magnetization free layer,
The distance in the stacking direction between the second surface and the third surface is d1, and the distance in the orthogonal direction orthogonal to the stacking direction between the second surface and the end of the third surface on the side of the magnetoresistive element The magnetoresistance effect device according to any one of claims 1 to 5, wherein d2 / d112.5 is satisfied, where d2 is d2.
前記開口部又は前記凹部の前記磁気抵抗効果素子側の端部が、前記凸部の重心より前記磁気抵抗効果素子側に位置する、請求項7に記載の磁気抵抗効果デバイス。 When viewed in plan from the stacking direction, the center of gravity of the opening or the recess is located on the opposite side of the magnetoresistive element with respect to the center of gravity of the protrusion,
The magnetoresistance effect device according to claim 7, wherein an end of the opening or the recess on the side of the magnetoresistance effect element is positioned closer to the magnetoresistance effect element than a center of gravity of the projection.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/204,502 US10559412B2 (en) | 2017-12-07 | 2018-11-29 | Magnetoresistance effect device |
CN201811479123.2A CN110034230B (en) | 2017-12-07 | 2018-12-05 | Magnetoresistance effect device |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017235229 | 2017-12-07 | ||
JP2017235229 | 2017-12-07 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019102116A true JP2019102116A (en) | 2019-06-24 |
Family
ID=66973965
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018150429A Pending JP2019102116A (en) | 2017-12-07 | 2018-08-09 | Magnetoresistance effect device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019102116A (en) |
CN (1) | CN110034230B (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008198326A (en) * | 2007-01-17 | 2008-08-28 | Hitachi Ltd | Magnetic head and magnetic disk unit equipped with the same |
US8014108B2 (en) * | 2008-02-08 | 2011-09-06 | Tdk Corporation | Magnetoresistive device of the CPP type, utilizing insulating layers interposed in shield layers to form a closed magnetic path usable in a disk system |
US9948267B2 (en) * | 2016-02-23 | 2018-04-17 | Tdk Corporation | Magnetoresistive effect device |
JP2017153066A (en) * | 2016-02-23 | 2017-08-31 | Tdk株式会社 | Magnetoresistive effect device |
-
2018
- 2018-08-09 JP JP2018150429A patent/JP2019102116A/en active Pending
- 2018-12-05 CN CN201811479123.2A patent/CN110034230B/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110034230A (en) | 2019-07-19 |
CN110034230B (en) | 2023-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6738612B2 (en) | Magnetoresistive device | |
WO2018052062A1 (en) | Magnetoresistance effect device and magnetoresistance effect module | |
JP6511532B2 (en) | Magnetoresistance effect device | |
WO2018084007A1 (en) | Magnetoresistive effect device | |
US10439592B2 (en) | Magnetoresistance effect device and high frequency device | |
US10559412B2 (en) | Magnetoresistance effect device | |
JP2017153066A (en) | Magnetoresistive effect device | |
JP6511531B2 (en) | Magnetoresistance effect device | |
JP2019179901A (en) | Magnetoresistance effect device | |
JP2019179902A (en) | Magnetoresistance effect device | |
US10984938B2 (en) | Magnetoresistance effect device | |
CN106559039B (en) | Magnetoresistance effect device | |
US10818990B2 (en) | Magnetoresistance effect device and magnetoresistance effect module | |
CN110034230B (en) | Magnetoresistance effect device | |
JP6569350B2 (en) | Magnetoresistive device | |
JP7087587B2 (en) | Magnetoresistive device | |
JP2017157581A (en) | Magnetic resistance effective device | |
JP7091783B2 (en) | Magnetoresistive device | |
JP2019186270A (en) | Magnetoresistive effect device | |
JP2019186280A (en) | Magnetoresistive effect device | |
JP6822301B2 (en) | Magnetoresistive device and high frequency 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 | |
JP6569349B2 (en) | Magnetoresistive device |