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JP2019102116A - Magnetoresistance effect device - Google Patents

Magnetoresistance effect device Download PDF

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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
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magnetoresistive
magnetoresistance effect
free layer
magnetization free
magnetic field
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JP2018150429A
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Japanese (ja)
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明政 海津
Akimasa Kaizu
明政 海津
直通 出川
Naomichi Degawa
直通 出川
六本木 哲也
Tetsuya Roppongi
哲也 六本木
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Abstract

To provide a magnetoresistance effect device in which a magnetic field can be applied to a magnetization free layer of a magnetoresistance effect element in an oblique direction.SOLUTION: The magnetoresistance effect device includes a magnetoresistance effect element and a magnetic field application mechanism applying magnetic field to the magnetoresistance effect element. The magnetic field application mechanism includes a first ferromagnetic member having a protrusion protruding toward the side of the magnetoresistance effect element in a stacking direction of the magnetoresistance effect element, a second ferromagnetic member sandwiching the magnetoresistance effect element with the first ferromagnetic member, and a coil wound around the first ferromagnetic member. The first magnetization free layer has a portion free from overlapping with at least one of a second surface on the magnetoresistance effect element side and a third surface on the magnetoresistance effect element side of the second ferromagnetic member when viewed in the stacking direction. The center of gravity of the first magnetization free layer is positioned within a region connecting the second surface and the third surface to each other.SELECTED DRAWING: Figure 1

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, Patent Document 1 describes a high frequency device using the ferromagnetic resonance phenomenon of a magnetoresistive effect element. A high frequency signal is applied to the ferromagnetic layer included in the magnetoresistive element to cause ferromagnetic resonance of the magnetization of the ferromagnetic layer. When ferromagnetic resonance occurs, the resistance value of the magnetoresistive element periodically vibrates at the ferromagnetic resonance frequency. The high frequency device described in Patent Document 1 functions as a high frequency filter by utilizing this resistance value change.

特開2017−063397号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2017-063397

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.

第1実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the magnetoresistive effect device concerning 1st Embodiment. 図1に示す磁気抵抗効果デバイスを平面視した図である。It is the figure which planarly viewed the magnetoresistive effect device shown in FIG. 第1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。It is the cross-sectional schematic diagram which expanded the principal part of another example of the magnetoresistance effect device concerning 1st Embodiment. 第1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。It is the cross-sectional schematic diagram which expanded the principal part of another example of the magnetoresistance effect device concerning 1st Embodiment. 第1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。It is the cross-sectional schematic diagram which expanded the principal part of another example of the magnetoresistance effect device concerning 1st Embodiment. 第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの一例であり、凸部の重心位置と開口部の重心位置及び第1端部との位置関係を変えた例の平面図である。It is an example of the magnetoresistance effect device concerning a 1st embodiment, and is a top view of the example which changed the physical relationship between the gravity center position of a convex part, the gravity center position of an opening, and the 1st end. 第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの一例であり、凸部の重心位置と開口部の重心位置及び第1端部との位置関係を変えた例の断面模式図である。It is an example of the magnetoresistive device concerning 1st Embodiment, and is a cross-sectional schematic diagram of the example which changed the positional relationship of the gravity center position of a convex part, the gravity center position of an opening, and the 1st end. 第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例を平面視した模式図である。It is the schematic diagram which planarly viewed another example of the magnetoresistive effect device concerning 1st Embodiment. 第2強磁性体が凹部を有する磁気抵抗効果デバイスの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the magnetoresistive effect device in which a 2nd ferromagnetic body has a recessed part. 第2強磁性体が開口部も凹部も有さない磁気抵抗効果デバイスの別の例の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of another example of the magnetoresistance effect device in which the second ferromagnetic body has neither an opening nor a recess. 第1強磁性体が第2開口部を有する磁気抵抗効果デバイスの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the magnetoresistive effect device in which a 1st ferromagnetic body has a 2nd opening part. 第1強磁性体が第2凹部を有する磁気抵抗効果デバイスの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the magnetoresistive effect device in which a 1st ferromagnetic body has a 2nd recessed part. 第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの一例であり、多段形状の突出構造を備える例の要部を拡大した断面模式図である。It is an example of the magnetoresistance effect device according to the first embodiment, and is a schematic cross-sectional view enlarging an essential part of an example including a multistage projecting structure. 第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例を平面視した模式図である。It is the schematic diagram which planarly viewed another example of the magnetoresistive effect device concerning 1st Embodiment. 第1実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの別の例を平面視した模式図である。It is the schematic diagram which planarly viewed another example of the magnetoresistive effect device concerning 1st Embodiment. 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の回路構成を示した模式図である。It is the model which showed the circuit structure of the high frequency device which used the magnetoresistive effect device concerning 2nd Embodiment. 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の別の例の回路構成を示した模式図である。It is the model which showed the circuit configuration of another example of the high frequency device using the magnetoresistive effect device concerning 2nd Embodiment. 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の別の例の回路構成を示した模式図である。It is the model which showed the circuit configuration of another example of the high frequency device using the magnetoresistive effect device concerning 2nd Embodiment. 実施例にかかる磁気抵抗効果デバイスを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the magnetoresistive effect device concerning an Example. 実施例1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。It is a figure which shows the magnetic field intensity of the magnetic field which the magnetic field application mechanism shown in Example 1 produces, and the angle of a magnetic field. 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。It is a figure which shows the magnetic field intensity of the magnetic field which the magnetic field application mechanism shown in Example 3 produces, and the angle of a magnetic field. 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。FIG. 16 is a view showing the magnetic field strength of the magnetic field generated by the magnetic field application mechanism shown in Example 4 and the angle of the magnetic field.

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 magnetoresistive effect device 100 shown in FIG. 1 includes a magnetoresistive effect element 10 and a magnetic field application mechanism 20.
Hereinafter, in the description of the drawings, the stacking direction of the magnetoresistive effect element 10 is the z direction, and any in-plane direction of the plane perpendicular to the z direction is the direction orthogonal to any of the x direction, the x direction and the z direction. y direction.

<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 magnetoresistive effect element 10 includes a first layer (magnetization fixed layer) 11, a second layer (magnetization free layer) 12, and a spacer layer 13. The spacer layer 13 is located between the magnetization fixed layer 11 and the magnetization free layer 12. The magnetization of the magnetization fixed layer 11 is less likely to move than the magnetization of the magnetization free layer 12, and is fixed in one direction under a predetermined magnetic field environment. The orientation of the magnetization of the magnetization free layer 12 is changed relative to the orientation of the magnetization of the magnetization fixed layer 11 to function as the magnetoresistive effect element 10.

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 layer 11 is made of a ferromagnetic material. The magnetization fixed layer 11 is preferably made of a high spin polarization material such as Fe, Co, Ni, an alloy of Ni and Fe, an alloy of Fe and Co, or an alloy of Fe, Co and B. By using these materials, the rate of change in magnetoresistance of the magnetoresistance effect element 10 is increased. The magnetization fixed layer 11 may be made of Heusler alloy. The thickness of the magnetization fixed layer 11 is preferably 1 to 10 nm.

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、CuFeS、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 layer 11 is not particularly limited. For example, an antiferromagnetic layer may be added to be in contact with the magnetization fixed layer 11 in order to fix the magnetization of the magnetization fixed layer 11. In addition, the magnetization of the magnetization fixed layer 11 may be fixed by utilizing the magnetic anisotropy caused by the crystal structure, the shape, and the like. For the antiferromagnetic layer, FeO, CoO, NiO, CuFeS 2 , IrMn, FeMn, PtMn, Cr or Mn can be used.

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 free layer 12 is made of a ferromagnetic material whose direction of magnetization can be changed by an external magnetic field or a spin polarization current.

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 free layer 12 can use CoFe, CoFeB, CoFeSi, CoMnGe, CoMnSi, CoMnSi or the like as a material in the case where the magnetization easy axis is in the in-plane direction perpendicular to the stacking direction in which the magnetization free layer 12 is stacked. Co, CoCr-based alloy, Co multilayer film, CoCrPt-based alloy, FePt-based alloy, SmCo-based alloy containing rare earth, TbFeCo alloy, etc. may be used as the material in the case of having the magnetization easy axis in the lamination direction it can. The magnetization free layer 12 may be made of a Heusler alloy.

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 free layer 12 is preferably about 1 to 10 nm. A high spin polarization material may be inserted between the magnetization free layer 12 and the spacer layer 13. By inserting a high spin polarization material, it is possible to obtain a high rate of change in magnetoresistance.

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 spacer layer 13 is a layer disposed between the magnetization fixed layer 11 and the magnetization free layer 12. The spacer layer 13 is formed of a layer formed of a conductor, an insulator or a semiconductor, or a layer including a conduction point formed of a conductor in the insulator. The spacer layer 13 is preferably a nonmagnetic layer.

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 spacer layer 13 is made of an insulator, the magnetoresistance effect element 10 becomes a tunneling magnetoresistance (TMR) effect element, and when the spacer layer 13 is made of a metal, giant magnetoresistance (GMR). It becomes an effect element.

スペーサ層13として絶縁材料を適用する場合、Al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 spacer layer 13, an insulating material such as Al 2 O 3 or MgO can be used. By adjusting the film thickness of the spacer layer 13 so that a coherent tunnel effect is expressed between the magnetization fixed layer 11 and the magnetization free layer 12, a high magnetoresistance change rate can be obtained. In order to use the TMR effect efficiently, the film thickness of the spacer layer 13 is preferably about 0.5 to 3.0 nm.

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 spacer layer 13 is made of a conductive material, a conductive material such as Cu, Ag, Au or Ru can be used. In order to use the GMR effect efficiently, the thickness of the spacer layer 13 is preferably about 0.5 to 3.0 nm.

スペーサ層13を半導体材料で構成する場合、ZnO、In、SnO、ITO、GaO又はGa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 spacer layer 13 is formed of a semiconductor material, a material such as ZnO, In 2 O 3 , SnO 2 , ITO, GaO x, or Ga 2 O x can be used. In this case, the film thickness of the spacer layer 13 is preferably about 1.0 to 4.0 nm.

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、Al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 spacer layer 13, CoFe, CoFeB, CoFeSi, CoMnGe, CoMnSi, CoMnSi, CoMnSi, CoMnSi, or the like in the insulator formed of Al 2 O 3 or MgO. It is preferable to have a structure including a conduction point constituted by a conductor such as Fe, Co, Au, Cu, Al or Mg. In this case, the film thickness of the spacer layer 13 is preferably about 0.5 to 2.0 nm.

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 magnetoresistive effect element 10 in plan view is rectangular (including a square), the length of the magnetoresistive effect element 10 is preferably 300 nm or less. When the plan view shape of the magnetoresistive effect element 10 is not rectangular, the long side of the rectangle circumscribing the minimum planar area of the magnetoresistive effect element 10 is defined as the long side of the magnetoresistive effect element 10.

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 free layer 12 is reduced, and the highly efficient ferromagnetic resonance phenomenon can be realized. Here, the “planar shape” is a shape as viewed from the stacking direction of each layer constituting the magnetoresistive effect element 10.

<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 field application mechanism 20 shown in FIG. 1 includes a first ferromagnetic body 21, a second ferromagnetic body 22 and a coil 23. The coil 23 is wound around the convex portion 21A. The coil 23 induces a magnetic flux, and the induced magnetic flux concentrates on the convex portion 21A to form a magnetic field directed to the opposing second ferromagnetic body 22. In FIG. 1, the coil 23 is a spiral coil wound in a spiral manner around the convex portion 21A. In FIG. 1, although the coil 23 is one layer in the z direction, it may be laminated in two or more layers.

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 ferromagnetic body 21 and the second ferromagnetic body 22 are made of magnetic material. For the first ferromagnetic body 21 and the second ferromagnetic body 22, for example, Fe, Co, Ni, an alloy of Ni and Fe, an alloy of Fe and Co, or an alloy of Fe and Co and B can be used. . The coil 23 is made of a highly conductive wiring pattern, and for example, copper, aluminum or the like can be used.

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 ferromagnetic body 21 includes a convex portion 21A which protrudes from the first surface 21a. The first ferromagnetic body 21 shown in FIG. 1 is composed of a convex portion 21A, a main portion 21B and a support portion 21C. The main portion 21B is a main portion of the first ferromagnetic body 21, and in FIG. 1, is a portion extending in the xy-plane direction. The support portion 21C is a portion connecting the first ferromagnetic body 21 and the second ferromagnetic body 22 and is a portion for stabilizing the flow of the magnetic field. The convex portion 21A is a portion where magnetic flux lines flow out from the surface or magnetic flux lines flow into the surface. Further, the magnetic flux lines flowing out of the convex portion 21A or the inflowing magnetic flux lines are mainly responsible for the magnetic flux lines applied from the first ferromagnetic body and the second ferromagnetic body to the magnetization free layer. Here, "supporting the main" means supporting the main in terms of the strength of the magnetic field (magnetic flux density). The number of convex portions 21A is not limited to one, and may be plural. In the example shown in FIG. 1, the first surface 21a is the surface on the second ferromagnetic body 22 side of the main portion 21B. The shape of the first surface 21a does not matter.

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 ferromagnetic body 22 is disposed at a position sandwiching the magnetoresistive effect element 10 with the first ferromagnetic body 21. The second ferromagnetic body 22 shown in FIG. 1 has an opening 25. FIG. 2 is a plan view of the magnetoresistive device 100 shown in FIG. The opening 25 is formed inside the coil 23.

<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 magnetoresistance effect element 10 and the magnetic field application mechanism 20>
The magnetoresistive effect element 10 and the magnetic field application mechanism 20 are manufactured by a lamination process in the z direction. In the in-plane direction (xy plane) of the magnetoresistance effect element 10 by controlling the positional relationship between each configuration of the magnetic field application mechanism 20 and the magnetoresistance effect element 10 despite the fact that such a lamination process has been performed. On the other hand, an oblique magnetic field can be easily applied to the magnetization free layer 12.

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 free layer 12 of the magnetoresistive element 10 shown in FIG. 1 has a portion not overlapping the second surface 21Aa of the convex portion 21A and the third surface 22a of the second ferromagnetic body 22 when viewed in plan from the z direction. Have. Here, the second surface 21Aa is a surface on the magnetoresistance effect element 10 side in the z direction (the stacking direction of the magnetoresistance effect element 10) of the convex portion 21A (see FIG. 1). The third surface 22a is the surface on the magnetoresistance effect element 10 side in the z direction of the second ferromagnetic body 22 (the lamination direction of the magnetoresistance effect element 10) (see FIG. 1). The shapes of the second surface 21Aa and the third surface 22a do not matter. The center of gravity of the magnetization free layer 12 is located in the area A connecting the second surface 21Aa and the third surface 22a.

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 free layer 12 is disposed at a position satisfying the above relationship with respect to the second surface 21Aa and the third surface 22a, the direction from the first end 21Ae of the second surface 21Aa to the first end 22e of the third surface 22a A magnetic field is mainly applied to the magnetization free layer 12. In the magnetic field application mechanism 20 shown in FIG. 1, the magnetic field from the first end 21Ae to the first end 22e is inclined at a predetermined angle with respect to the xy plane. Therefore, the magnetic field applied to the magnetization free layer 12 is oblique to the in-plane direction (xy plane) of the magnetization free layer 12.

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 first end portion 22e have the convex portion 21A and the second strong portion in a cross section cut along a plane including a line segment passing through the center of gravity of the convex portion 21A and the magnetization free layer 12. These are corner portions of the magnetic body 22 on the magnetoresistance effect element 10 side. Here, in FIG. 1, the first end 21 </ b> Ae and the first end 22 e are illustrated as corners of two line segments orthogonal to each other. However, in an actual element, the second surface 21Aa of the convex portion 21A and the side surface may be connected by a gentle curved surface. In this case, a portion where the inclination angle with respect to the in-plane direction (xy plane) of the tangent of the curved surface is 10 degrees is defined as the boundary between the second surface 21Aa and the side surface. The same applies to the third surface 22a.

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 magnetoresistive effect device 100 shown in FIG. 1 is an embodiment for applying a magnetic field in a direction oblique to the in-plane direction of the magnetization free layer 12, and it is not necessary to satisfy this configuration. For example, although the magnetoresistive effect device 100 shown in FIG. 1 has a configuration in which the magnetization free layer 12 does not overlap with any of the second surface 21Aa and the third surface 22a when viewed in plan from the z direction, The effect device may be configured to have a portion in which the magnetization free layer 12 does not overlap with only one of the surfaces.

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 free layer 12 in the magnetoresistive effect device 101 shown in FIG. 3A has a portion that does not overlap with the second surface 21Aa in plan view from the z direction, but overlaps with the third surface 22a on the entire surface. On the other hand, the magnetization free layer 12 in the magnetoresistive device 102 shown in FIG. 3B overlaps the entire second surface 21Aa in plan view from the z direction but does not overlap the third surface 22a. . The center of gravity of the magnetization free layer 12 is located in an area A connecting the second surface 21Aa and the third surface 22a in any of FIGS. 3 (a) and 3 (b).

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 magnetoresistive effect device 101 shown in FIG. 3A, the magnetic flux lines that flowed out from the first end 21Ae of the second surface 21Aa flow into the third surface 22a of the second ferromagnetic body 22. The area of the second surface 21Aa is smaller than the area of the third surface 22a. Therefore, the magnetic flux lines are formed in the direction which spreads from the first end 21Ae to the third surface 22a. The magnetic field spreading from the first end 21Ae toward the third surface 22a has a component oblique to the xy plane. Therefore, also in the magnetoresistance effect device 101 shown in FIG. 3A, the magnetic field can be applied obliquely to the magnetization free layer 12.

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 magnetoresistance effect device 102 shown in FIG. 3B, the stray magnetic field between the second surface 21Aa and the third surface 22a is strong in the region A connecting the second surface 21Aa and the third surface 22a. It occurs. For example, in FIG. 3B, the magnetic flux lines that flowed out from the second end 21Af opposite to the first end 21Ae flow into the third surface 22a of the second ferromagnetic body 22. Under the condition that the center of gravity of the magnetization free layer 12 exists in the region A, when the magnetization free layer 12 and the third surface 22 a are disposed so as not to overlap with each other when viewed from the z direction, the second surface 21 Aa and the Magnetic flux lines generated in a region A connecting the three surfaces 22 a are applied to the magnetization free layer 12. Therefore, also in the magnetoresistance effect device 101 shown in FIG. 3B, a magnetic field can be applied in an oblique direction to the magnetization free layer 12.

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 free layer 12 and the direction in which the magnetic field is applied, a first perpendicular extending in the z direction through the center of gravity of the magnetization free layer 12 It is preferable to control the positional relationship between C1 and the protrusion 21A and the opening 25.

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 magnetoresistive device 103 shown in FIG. 4A, the first perpendicular C1 overlaps the second surface 21Aa and the third surface 22a in a plan view from the z direction. In the magnetoresistive device 104 shown in FIG. 4B, the first perpendicular C1 does not overlap the second surface 21Aa in plan view from the z direction, but overlaps the third surface 22a. In the magnetoresistive device 105 shown in FIG. 5A, the first perpendicular C1 overlaps the second surface 21Aa and does not overlap the third surface 22a in a plan view from the z direction. In the magnetoresistive device 106 shown in FIG. 5B, the first perpendicular C1 does not overlap with any of the second surface 21Aa and the third surface 22a in a plan view from the z direction.

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 third surface 22a in plan view from the z direction (FIG. 4A), the position of the shortest distance between the second surface 21Aa and the third surface 22a (second Since the magnetoresistive effect element 10 is disposed at the position of the perpendicular from the surface 21Aa to the third surface 22a, the application angle of the magnetic field becomes an angle close to 90 °. In addition, since a part of the magnetization free layer 12 has a portion which does not overlap with the second surface 21Aa when viewed from the z direction, the application angle is not completely 90 °.

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 free layer 12 at the shortest distance between the second surface 21Aa and the third surface 22a It is arrange | positioned by the position shifted from the position of the perpendicular line which went down to 3rd surface 22a from 2 surface 21Aa. Therefore, the application angle can be smaller than in the case of FIG. 4A, and the magnetic field in the oblique direction can be applied to the magnetization free layer 12 more.

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 third surface 22a in plan view from the z direction (FIG. 5A), the shortest distance between the second surface 21Aa and the third surface 22a is oblique to the xy plane . That is, the diagonal component of the stray magnetic field generated between the second surface 21Aa and the third surface 22a increases. Therefore, the application angle can be smaller than in the case of FIG. 4A, and the magnetic field in the oblique direction can be applied to the magnetization free layer 12 more.

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 third surface 22a in plan view from the z direction (FIG. 5B), the configuration of FIG. 4B and FIG. Therefore, the application angle is smaller. As a result, the application angle of the magnetic field to the magnetization free layer 12 can be reduced to about 45 °.

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 convex portion 21A and the opening 25, the z-direction distance (d1) between the second surface 21Aa and the third surface 22a, and the first end of the second surface 21Aa The application angle of the magnetic field to the magnetization free layer 12 may be controlled by the distance (d2) in the orthogonal direction (for example, the x direction) orthogonal to the z direction of the first end 22e of the third surface 22a. By adjusting the relationship between these distances, the angle (application angle) between the in-plane direction (xy plane) of the magnetoresistive element 10 and the direction in which the magnetic field is applied to the magnetization free layer 12 can be freely set. Can. In order to make the application angle in the range of 45 ° to 80 °, it is preferable to satisfy | d2 / d1 | ≦ 2.5.

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 convex portion 21A and the center of gravity C3 of the opening 25 and the positional relationship between them and the first end 22e. The center of gravity of the opening 25 means the position of the center of gravity when the opening 25 is filled with a uniform medium. 6 and 7 show an example of the magnetoresistance effect device according to this embodiment, where the positional relationship between the center of gravity C2 of the convex portion 21A and the center of gravity C3 of the opening 25 and the positional relationship between them and the first end 22e are described. Here is an example that has changed. 6 is a plan view from the z direction, and FIG. 7 is a schematic view cut along a plane passing through the center of gravity C2 of the convex portion 21A and the center of gravity of the magnetization free layer 12.

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 magnetoresistance effect devices 100 and 107 shown in FIGS. 6 and 7, the center of gravity C3 of the opening 25 is located on the opposite side of the magnetoresistance effect element 10 with respect to the center of gravity C2 of the convex portion 21A. Here, “located on the opposite side” means the opening when it is orthogonal to the line connecting the center of gravity C3 of the opening 25 and the magnetoresistance effect element 10 and divided by a straight line passing through the center of gravity C2 of the convex portion 21A. This means that the center of gravity C3 of 25 and the magnetoresistance effect element 10 exist in different regions. On the other hand, in the magnetoresistive effect device 100 shown in FIGS. 6A and 7A, the end 25e of the opening 25 (the first end 22e of the third surface 22a) is the center of gravity C2 of the convex portion 21A. While the magnetoresistive effect device 107 shown in FIGS. 6B and 7B is closer to the magnetoresistive effect element 10, the end 25e of the opening 25 is closer to the magnetic center C2 of the convex portion 21A. It is on the opposite side to the resistance effect element 10.

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 magnetoresistance effect device 100 shown in FIGS. 6A and 7A, the end 25 e of the opening 25 is close to the magnetoresistance effect element 10 side. Therefore, when viewed from the z direction, the magnetoresistive effect element 10 and the third surface 22a are not easily superimposed. That is, the diagonal component of the magnetic field applied to the magnetoresistance effect element 10 can be increased. Further, when the convex portion 21A is disposed so as to be included in the opening 25 when viewed from the z direction, the component of the magnetic field applied to the magnetoresistance effect element 10 in the oblique direction can be further increased.

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 magnetoresistance effect devices 100 to 107 exemplified in the present embodiment, the magnetic field application mechanism 20 has the convex portion 21A and the opening 25 and the positional relationship between them and the magnetoresistance effect element 10 is controlled It is done. Therefore, although the magnetoresistive effect element 10 and the magnetic field application mechanism 20 are manufactured by the lamination process in the z direction, the magnetic field is applied obliquely to the in-plane direction (xy plane) of the magnetization free layer 12 can do.

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 convex portion 21A and the opening 25 are viewed in plan from the z direction is not limited to the rectangle as shown in FIG. FIG. 8 is a schematic view of another example of the magnetoresistance effect device viewed in plan from the z direction. The plan view shape of the convex portion 21A and the opening 25 may be circular as shown in FIG. 8 (a), or may be semi-moon shaped as shown in FIG. 8 (b). In addition to these, the shape in plan view may be an elliptical shape, a polygonal shape or the like. Further, as shown in FIG. 8B, the shapes of the convex portion 21A and the opening 25 do not have to be similar.

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 convex portion 21A and the opening portion 25, it is preferable that the first side surface 25b of the opening portion 25 and the second side surface 21Ab of the convex portion 21A be parallel. Here, the first side surface 25b and the second side surface 21Ab are side surfaces sandwiching the magnetoresistive effect element 10 when viewed in plan from the z direction. As shown to Fig.8 (a), when planar view shape of convex part 21A and the opening part 25 is circular, the semicircle by the side of the magnetoresistive effect element 10 respond | corresponds to 1st side 25b and 2nd side 21Ab. That is, parallel may be either a parallel straight line or a parallel curve.

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 first side surface 25b and the second side surface 21Ab are parallel to each other, the magnetic field distribution formed between the first side surface 25b and the second side surface 21Ab becomes uniform. A magnetic field is formed between the convex portion 21A and the second ferromagnetic body 22. If the first side surface 25b and the second side surface 21Ab are parallel, the distance between the first side surface 25b and the second side surface 21Ab becomes constant. Therefore, the magnetic field strength between them becomes constant. That is, the magnetic field strength applied to the magnetoresistive effect element 10 is constant even if the magnetoresistive effect element 10 is provided at any position between them, and the positional accuracy of the magnetoresistive effect element 10 can be relaxed.

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 first side surface 25b and the second side surface 21Ab are preferably straight as shown in FIGS. 2 and 8 (b). When the side surfaces are straight in plan view, the magnetic field strength between the first side surface 25b and the second side surface 21Ab can be made more constant.

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 ferromagnetic body 22 has the opening 25. However, instead of the opening 25 as in the magnetoresistive device 110 shown in FIG. A recess 26 may be provided which is recessed from the three surfaces 22 a to the opposite side to the magnetoresistive effect element 10. As in the case of the opening 25, the center of gravity of the recess 26 is the center of gravity when filled with a uniform medium.

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 ferromagnetic body 21 and the second ferromagnetic body 22 are concentrated between the second surface 21Aa and the third surface 22a. Therefore, even if the opening 25 is replaced with the recess 26, the flow of magnetic flux lines does not change significantly. That is, the magnetoresistive effect device 110 shown in FIG. 9 can apply an oblique magnetic field to the magnetization free layer 12. Also, for the preferred configuration for controlling the angle (application angle) between the in-plane direction (xy plane) of the magnetization free layer 12 and the direction in which the magnetic field is applied, the "opening 25" is replaced with the "recess 26". The same configuration can be selected.

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 ferromagnetic body 22 may not have the opening 25 or the recess 26. FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of the magnetoresistance effect device 111 having neither a recess nor an opening. In this case, the magnetoresistive element 10 and the third surface 22 a of the second ferromagnetic body 22 always overlap in a plan view from the z direction. Therefore, the magnetization free layer 12 of the magnetoresistive effect element 10 needs to have a portion which does not overlap with the second surface 21Aa of the convex portion 21A in plan view from the z direction.

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 third surface 22a. Therefore, the magnetic flux lines spread from the second surface 21Aa toward the third surface 22a. That is, the stray magnetic field between the second surface 21Aa and the third surface 22a is generated in the area A connecting the second surface 21Aa and the third surface 22a.

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 magnetoresistive element 10 not overlapping the second surface 21Aa in a plan view from the z direction is a magnetic field generated so as to spread from the second surface 21Aa to the third surface 22a. This magnetic field has a component oblique to the xy plane. Therefore, also in the magnetoresistance effect device 111 shown in FIG. 10, a magnetic field can be applied obliquely to the magnetization free layer 12.

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 magnetoresistive effect device 100 shown in FIG. 1 in that the first ferromagnetic body 21 has a second opening 27 outside the convex portion 21A. The magnetoresistive device shown in FIG. 12 is the magnetoresistive device shown in FIG. 1 in that the first ferromagnetic body 21 has a second recess 28 recessed from the first surface 21 a to the opposite side of the magnetoresistive device 10. Different from the effect device 100. The second opening 27 and the second recess 28 are both provided inside the coil 23 when viewed from the z direction.

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 ferromagnetic body 21 has the second opening 27 or the second recess 28, the magnetic field distribution in the vicinity of the magnetoresistance effect element 10 becomes uniform, and a magnetic field can be applied to the magnetoresistance effect element 10 at a desired application angle. It is considered that the flow of the magnetic flux lines becomes constant by reducing the amount of the magnetic material disposed in the vicinity of the magnetoresistance effect element 10.

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 free layer 12 from the step portion at the first stage (the side far from the magnetoresistance effect element 10) is small, and the flux lines applied to the magnetization free layer 12 The main flow direction of does not change significantly with or without the first stage. Therefore, in the case of FIG. 13A, the portion at the second stage is the convex portion 21A, and the portion at the first stage belongs to the main portion 21B. On the other hand, in the case of FIG. 13B, the density of the magnetic flux lines applied from the first step to the magnetization free layer 12 is large, and the main flow direction of the magnetic flux lines applied to the magnetization free layer 12 is It fluctuates greatly with the presence or absence of the 1st stage. Therefore, in the case of FIG. 13B, the portions of the first and second stages become the convex portions 21A.

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 convex portion 21A has a multistage structure, the magnetization free layer 12 has a portion not overlapping the predetermined portion in the second surface 21Aa when viewed in plan from the z direction. The center of gravity of the magnetization free layer 12 is preferably located in an area A connecting a predetermined portion of the second surface 21Aa and the third surface 22a.

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 main portion 21B side (the surface on the magnetoresistance effect element 10 side in the z direction) and the end of the third surface 22a is In the case where the second surface 21Aa is closer or equal to the shortest distance between the surface of the (n-1) -th stage and the third surface 22a, the magnetoresistive effect element 10 in the z direction from the surface of the n-th stage from the main portion 21B side It is preferable that the surface up to the surface closest to the above be the above-mentioned predetermined part and the above relationship be satisfied. For example, when the convex portion 21A has a two-step structure, the shortest distance between the end of the surface of the second step from the main portion 21B and the end of the third surface 22a is the surface of the first step from the main portion 21B. If the distance is shorter than or equal to the shortest distance to the third surface 22a, the surface of the second step from the main portion 21B and the surface closest to the magnetoresistive element 10 in the z direction are the same surface. It is preferable that the surface of the second stage from the side of the portion 21B (the surface closest to the magnetoresistive effect element 10 in the z direction) be the above-described predetermined portion and the above relationship be satisfied.

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 third surface 22a) When the shortest distance to the part E2) is farther than the shortest distance between the surface S1 of the first step and the third surface 22a, a predetermined relationship is satisfied between the entire second surface 21Aa including the first step Is preferred.

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 magnetoresistive effect device 100 shown in FIG. 2 in that a plurality of magnetoresistive effect elements 10 are provided.

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 magnetoresistive effect device 112 shown in FIG. 14 has a magnetoresistive effect element row in which three magnetoresistive effect elements 10 are arranged in a line. The magnetoresistive effect device 112 shown in FIG. 15 has three magnetoresistive element rows in which three magnetoresistive effect elements 10 are arranged in a line. In the magnetoresistance effect element array, three magnetoresistance effect elements 10 are arranged side by side along the first side surface 25b of the opening 25 and the second side surface 21Ab of the convex portion 21A. The first side surface 25b and the second side surface 21Ab are parallel to each other.

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 magnetoresistive effect device 112 shown in FIG. 14 can apply a magnetic field in an oblique direction to the magnetization free layer 12 of each magnetoresistive effect element 10. Further, the magnitudes and directions of the magnetic fields applied to the three magnetoresistance effect elements 10 can be made substantially the same.

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 magnetoresistive effect device 113 shown in FIG. 15 can apply a magnetic field in an oblique direction to the magnetization free layer 12 of each magnetoresistive effect element 10. In addition, magnetic fields having different magnitudes and / or directions can be applied to the respective magnetoresistive element arrays.

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 magnetoresistive elements 10, the number of magnetoresistive elements 10 in one magnetoresistive element array may be plural. Is optional. Further, the number of magnetoresistive element rows is also arbitrary.

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 free layer 12.

(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 high frequency device 200 using a magnetoresistance effect device according to the second embodiment. The high frequency device 200 shown in FIG. 16 includes a magnetoresistive effect element 10, a magnetic field application mechanism 20, a first signal line 30, and a DC application terminal 40. The high frequency device 200 receives a signal from the first port 1 and outputs a signal from the second port 2.

<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 magnetoresistance effect element 10 and the magnetic field application mechanism 20, one satisfying the configuration of the magnetoresistance effect device according to the above-mentioned first embodiment is used. Only the main part of the magnetic field application mechanism 20 shown in FIG. 16 is shown. The magnetoresistive effect element 10 is provided with a lower electrode 14 and an upper electrode 15 in order to enhance the conductivity.

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 field application mechanism 20 can set the frequency of the output signal. The frequency of the output signal varies with the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12. The ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12 is changed by the effective magnetic field in the magnetization free layer 12. The effective magnetic field in the magnetization free layer 12 is affected by the external magnetic field. Therefore, by changing the magnitude of the external magnetic field (static magnetic field) applied from the magnetic field application mechanism 20 to the magnetization free layer 12, the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12 can be changed.

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 high frequency device 200 operating in a high frequency band (preferably 5 GHz or more, more preferably 10 GHz or more), it is necessary to shift the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12 to a higher frequency side. It has now been found that when an external magnetic field is applied to the magnetization free layer 12 in an oblique direction, the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12 can be shifted to a higher frequency side. The configuration of a preferable magnetic field application mechanism 20 capable of applying an external magnetic field to the magnetization free layer 12 in an oblique direction is the configuration shown in the first embodiment.

<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 first port 1 is an input terminal of the high frequency device 200. The first port 1 corresponds to one end of the first signal line 30. By connecting an alternating current signal source (not shown) to the first port 1, an alternating current signal (high frequency signal) can be applied to the high frequency device 200. The high frequency signal applied to the high frequency device 200 is, for example, a signal having a frequency of 100 MHz or more.

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 second port 2 is an output terminal of the high frequency device 200. The second port 2 corresponds to one end of an output signal line (second signal line) 50 that transmits a signal output from the magnetoresistive element 10.

<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 first signal line 30 in FIG. 16 is connected to the first port 1. Further, the high frequency device 200 is used by connecting the other end of the first signal line 30 to the reference potential via the reference potential terminal 32. In FIG. 16, it is connected to the ground G as a reference potential. The ground G can be external to the high frequency device 200. A high frequency current flows in the first signal line 30 in accordance with the potential difference between the high frequency signal input to the first port 1 and the ground G. When a high frequency current flows in the first signal line 30, a high frequency magnetic field is generated from the first signal line 30. The high frequency magnetic field is applied to the magnetization free layer 12 of the magnetoresistive effect element 10.

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 first signal line 30 is not limited to one signal line, and may be a plurality of signal lines. In this case, it is preferable to arrange a plurality of signal lines at positions where the high frequency magnetic fields generated from the respective signal lines strengthen each other at the position of the magnetoresistance effect element 10.

<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 output signal line 50 propagates the signal output from the magnetoresistive element 10. The signal output from the magnetoresistive element 10 is a signal of a frequency selected using the ferromagnetic resonance of the magnetization free layer 12. One end of the output signal line 50 in FIG. 16 is connected to the magnetoresistive element 10, and the other end is connected to the second port 2. That is, the output signal line 50 in FIG. 1 connects the magnetoresistive effect element 10 and the second port 2.

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 output signal line 50 between a portion forming a closed circuit formed by the power supply 41, the output signal line 50, the magnetoresistive effect element 10, the line 51, and the ground G and the second port 2 (as an example, the output of the inductor 42 The output signal line 50) between the connection to the signal line 50 and the second port 2 may be provided with a capacitor. By providing a capacitor in the relevant portion, it is possible to prevent the invariance component of the current from being added to the output signal output from the second port 2.

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 line 51 is connected to the magnetoresistive element 10. Further, the high frequency device 200 is used by connecting the other end of the line 51 to the reference potential via the reference potential terminal 52. In FIG. 16, the line 51 is connected to the ground G common to the reference potential of the first signal line 30, but may be connected to another reference potential. In order to simplify the circuit configuration, it is preferable that the reference potential of the first signal line 30 and the reference potential of the line 51 be common.

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 DC application terminal 40 is connected to the power supply 41 and applies a DC current or a DC voltage in the stacking direction of the magnetoresistance effect element 10. In the present specification, a direct current is a current whose direction does not change with time, and includes a current whose magnitude changes with time. Further, the DC voltage is a voltage whose direction does not change with time, and includes a voltage whose magnitude changes with time. The power supply 41 may be a DC current source or a DC voltage source.

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 power source 41 may be a direct current source capable of generating a constant direct current or a direct current voltage source capable of generating a constant direct current voltage. Further, the power supply 41 may be a direct current source whose magnitude of the generated direct current value can change, or a direct current voltage source whose magnitude of the generated direct current voltage value can change.

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 magnetoresistance effect element 10 is preferably smaller than the oscillation threshold current density of the magnetoresistance effect element 10. With the oscillation threshold current density of the magnetoresistance effect element 10, the magnetization of the magnetization free layer 12 of the magnetoresistance effect element 10 is precessed with a constant frequency and a constant amplitude by applying a current having a current density higher than this value. It is a threshold current density at which movement starts and the magnetoresistance effect element 10 oscillates (the output (resistance value of the magnetoresistance effect element 10 fluctuates at a constant frequency and a constant amplitude).

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 inductor 42 is disposed between the DC application terminal 40 and the output signal line 50. The inductor 42 cuts high frequency components of the current and passes invariant components of the current. The output signal (high frequency signal) output from the magnetoresistive element 10 by the inductor 42 efficiently flows to the second port 2. Further, due to the inductor 42, the invariable component of the current flows in a closed circuit such as the power supply 41, the output signal line 50, the magnetoresistance effect element 10, the line 51, and the ground G.

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 inductor 42, a chip inductor, an inductor with a pattern line, a resistive element having an inductor component, or the like can be used. The inductance of the inductor 42 is preferably 10 nH or more.

<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 high frequency device 200 from the first port 1, a high frequency current corresponding to the high frequency signal flows in the first signal line 30. A high frequency magnetic field generated by a high frequency current flowing in the first signal line 30 is applied to the magnetization free layer 12 of the magnetoresistive element 10.

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 free layer 12 largely oscillates when the frequency of the high frequency magnetic field applied to the magnetization free layer 12 by the first signal line 30 is near the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12. This phenomenon is a ferromagnetic resonance phenomenon.

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 free layer 12 becomes large, the resistance value change in the magnetoresistance effect element 10 becomes large. For example, when a constant direct current is applied to the magnetoresistance effect element 10 from the DC application terminal 40, the change in resistance value of the magnetoresistance effect element 10 is a change in the potential difference between the lower electrode 14 and the upper electrode 15. It is output from the second port 2. Further, for example, when a constant DC voltage is applied to the magnetoresistance effect element 10 from the DC application terminal 40, the resistance value change of the magnetoresistance effect element 10 is determined by the current flowing between the lower electrode 14 and the upper electrode 15. Output from the second port 2 as a change in value.

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 first port 1 is in the vicinity of the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12, the variation of the resistance value of the magnetoresistance effect element 10 is large, and from the second port 2 A large signal is output. On the other hand, when the frequency of the high frequency signal deviates from the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12, the variation of the resistance value of the magnetoresistance effect element 10 is small, and the signal is hardly output from the second port 2. . That is, the high frequency device 200 functions as a high frequency filter that can selectively pass a high frequency signal of a specific frequency.

<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 second port 2. Even when a signal is input from the second port 2, it is not output from the first port 1, and thus functions as an isolator.

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 power supply 41 is set to a predetermined value or more. By doing this, the signal output from the second port 2 becomes larger than the signal input from the first port 1 and functions as an amplifier.

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 high frequency device 200 according to the second embodiment can function as a high frequency device such as a high frequency filter, an isolator, a phase shifter, or an amplifier.

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 magnetoresistive element 10 is illustrated in FIG. 16 as an example, a plurality of magnetoresistive elements 10 may be provided. In this case, the plurality of magnetoresistance effect elements 10 may be connected in parallel to each other, may be connected in series, or may be connected in combination of the parallel connection and the series connection. For example, by using a plurality of magnetoresistive effect elements 10 having different ferromagnetic resonance frequencies, it is possible to widen the band (pass frequency band) of the selected frequency. Further, the high frequency magnetic field generated in the output signal line 50 which outputs the output signal output from one magnetoresistive element may be applied to another magnetoresistive element. With such a configuration, the output signal is filtered a plurality of times. Therefore, the filtering accuracy of the high frequency signal can be enhanced.

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 magnetoresistance effect elements 10 are provided, the magnetoresistance effect elements 10 may be disposed as shown in FIG. 14 and FIG. When viewed in plan from the Z direction, the plurality of magnetoresistive elements 10 are arranged along the first side surface 25b of the opening 25 and the second side surface 21Ab of the convex portion 21A. In the same manner, the magnetoresistive element 10 is disposed. The respective magnetoresistance effect elements 10 may be connected in parallel to each other, may be connected in series, or may be connected in combination of parallel connection and series connection.

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 free layers 12 of the respective magnetoresistance effect elements 10. When the magnetoresistive elements 10 having the same characteristics are connected in parallel or in series, the S / N ratio of the output of the high frequency device is improved. While the output signals from the respective magnetoresistive elements 10 are in phase and in an mutually reinforcing relationship, the phase of the noise is random and is not as strong as the output signal. Further, by connecting the magnetoresistance effect elements 10 in parallel or in series, the current or voltage applied to each of the magnetoresistance effect elements 10 is reduced, and the current resistance or voltage resistance of the magnetoresistance effect element 10 is improved. Do.

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 free layer 12 of each of the magnetoresistance effect elements 10 of different magnetoresistance effect element rows. By making the magnetic fields applied to the respective magnetoresistive elements 10 different and making the ferromagnetic resonance frequencies of the respective magnetoresistive elements 10 different, the bandwidth of the high frequency device can be expanded. Further, by connecting the magnetoresistance effect elements 10 in parallel or in series, the current or voltage applied to each of the magnetoresistance effect elements 10 is reduced, and the current resistance or voltage resistance of the magnetoresistance effect element 10 is improved. Do.

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 high frequency device 200 shown in FIG. 16 is a magnetic field drive type high frequency device driven by applying a high frequency magnetic field from the first signal line 30 to the magnetization free layer 12. The high frequency device is not limited to the magnetic field drive type, and may be a current drive type. FIG. 17 is a schematic view showing a circuit configuration of a current drive type high frequency device using the magnetoresistance effect device according to the second embodiment.

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 high frequency device 300 shown in FIG. 17 includes a magnetoresistive effect element 10, a magnetic field application mechanism 20, a DC application terminal 40, an input signal line 60, and an output signal line 70. Also in FIG. 17, only the main part of the magnetic field application mechanism 20 is shown. The same reference numerals are given to the same components as those of the high frequency device 200 shown in FIG. The input signal line 60 is a wiring between the first port 1 and the upper electrode 15, and the output signal line 70 is a wiring between the second port 2 and the lower electrode 14.

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 high frequency device 300 receives a signal from the first port 1 and outputs a signal from the second port 2. In the high frequency device 300 shown in FIG. 17, the magnetization of the magnetization free layer 12 vibrates due to the spin transfer torque generated by flowing a current in the stacking direction of the magnetoresistive effect element 10. When the input high frequency signal is in the vicinity of the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12 (in this case, also referred to as the spin torque resonance frequency of the magnetoresistance effect element 10), the magnetization of the magnetization free layer 12 vibrates largely. By periodically vibrating the magnetization of the magnetization free layer 12, the resistance value of the magnetoresistance effect element 10 changes periodically.

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 first port 1 is in the vicinity of the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12, the variation of the resistance value of the magnetoresistance effect element 10 is large, and from the second port 2 A signal is output. On the other hand, when the frequency of the high frequency signal deviates from the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12, the variation of the resistance value of the magnetoresistance effect element 10 is small, and the signal is hardly output from the second port 2. . That is, the high frequency device 300 can also function as a high frequency filter which can selectively pass a high frequency signal of a specific frequency.

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 high frequency device 300 in FIG. 17, the frequency of the output signal can be set by the magnetic field application mechanism 20. The magnetic field application mechanism 20 can apply an external magnetic field to the magnetoresistance effect element 10 in an oblique direction. Therefore, the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12 can be set to a higher frequency side.

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 high frequency devices 200 and 300 according to the present embodiment, a magnetic field can be applied to the magnetization free layer 12 from an oblique direction. Therefore, the ferromagnetic resonance frequency of the magnetization free layer 12 can be shifted to a higher frequency side, and a high frequency device which can be driven at a high frequency can be realized.

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 first signal line 30 may double as the lower electrode 14 or the upper electrode 15 connected to the magnetoresistive effect element 10. FIG. 18 is a schematic view of a high frequency device in which the first signal line 30 doubles as the upper electrode 15 connected to the magnetoresistance effect element 10. In the high frequency device shown in FIG. 18, the first signal line 30 is connected to the magnetization free layer 12 of the magnetoresistive element 10. In this case, the magnetization of the magnetization free layer 12 can be oscillated using the high frequency magnetic field generated by the high frequency current flowing in the first signal line 30 and applied to the magnetization free layer 12. Alternatively, the magnetization of the magnetization free layer 12 may be oscillated using spin transfer torque generated by a high frequency current flowing from the first signal line 30 in the stacking direction of the magnetoresistance effect element 10. The magnetization of the magnetization free layer 12 is oscillated by using spin orbit torque due to spin current generated in a direction orthogonal to the flowing direction of the high frequency current flowing in the portion corresponding to the upper electrode 15 of the first signal line 30. It is also good. That is, the magnetization of the magnetization free layer 12 can be oscillated using at least one of the high frequency magnetic field, the spin transfer torque, and the spin orbit torque.

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 high frequency devices 200 and 300, the direct current application terminal 40 may be connected between the inductor 42 and the ground G, or may be connected between the upper electrode 15 and the ground G.

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 inductor 42 in the above embodiment, a resistive element may be used. The resistance element has a function of cutting high frequency components of the current by the resistance component. This resistance element may be either a chip resistance or a resistance due to a patterned line. The resistance value of the resistance element is preferably equal to or greater than the characteristic impedance of the output signal line 50. For example, when the characteristic impedance of the output signal line 50 is 50Ω and the resistance value of the resistance element is 50Ω, high frequency power of 45% can be cut by the resistance element. When the characteristic impedance of the output signal line 50 is 50Ω and the resistance value of the resistor is 500Ω, high frequency power of 90% can be cut by the resistor. Also in this case, the output signal output from the magnetoresistance effect element 10 can be efficiently flowed to the second port 2.

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 power supply 41 connected to the direct current application terminal 40 has a function of cutting high frequency components of current and passing invariant components of current at the same time, the inductor 42 may be omitted. Also in this case, the output signal output from the magnetoresistance effect element 10 can be efficiently flowed to the second port 2.

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 ferromagnetic body 21 having a rectangular convex portion 21A, a second ferromagnetic body 22 having a rectangular opening 25 and a coil 23 wound around the convex portion 21A. The shape in plan view of the first ferromagnetic body 21 and the second ferromagnetic body 22 is a rectangle of 80 μm × 80 μm. The shape of the convex portion 21A in plan view is a rectangle of 2.5 μm × 5 μm, and the height of the convex portion 21A from the first surface 21a is 750 nm. The shape of the opening 25 in plan view is 6 μm × 10 μm. The convex portion 21A of the first ferromagnetic body 21 overlaps the opening 25 in plan view and is contained. The thickness of the coil 23 was set to 420 nm, and the coil was wound 30 times around the convex portion 21A.

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 convex portion 21A and the third surface 22a of the second ferromagnetic body 22 in the z direction is 800 nm, and the first end 21Ae of the second surface 21Aa and the first end of the third surface 22a The distance d2 in the x direction with 22e is 800 nm. Then, the magnetic field strength and the angle of the magnetic field at a position along the diagonal direction from the first end 21Ae of the second surface 21Aa to the first end 22e of the third surface 22a were determined. The magnetic field strength and the angle of the magnetic field were determined at a position where the distance in the x direction from the first end 21Ae of the second surface 21Aa was the same as the distance in the z direction. The position in the y direction is the same as the y direction position of the center of gravity of the convex portion 21A.

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 first end 22e of the third surface 22a in the arrangement of Example 1, and the angle of the magnetic field It is. The horizontal axis is the distance in the x direction or the distance in the z direction from the first end 21Ae of the second surface 21Aa, and the vertical axis is the magnetic field strength or the angle of the magnetic field. The angle of the magnetic field is the angle to the xy plane. As shown in FIG. 20, when the center of gravity of the magnetization free layer 12 is disposed at these positions, a magnetic field can be applied to the magnetization free layer 12 from an oblique direction in the range of about 45 ° to 55 °.

(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 protrusion 21A and the third surface 22a of the second ferromagnetic body 22 is fixed at 800 nm, and the first end 21Ae of the second surface 21Aa and the second end 21Ae are fixed. When the distance d2 in the x direction with the first end 22e of the three faces 22a was changed, the application angle of the magnetic field applied to the magnetization free layer 12 was determined. In Example 2-1 and Example 2-2, the first perpendicular C1 is the midpoint position in the x direction between the first end 21Ae of the second surface 21Aa and the first end 22e of the third surface 22a. Set to pass through. In Examples 2-3 to 2-7, the first perpendicular C1 is at the same position as the first end 21Ae of the second surface 21Aa. The position of the center of gravity of the magnetization free layer 12 in the z direction is 400 nm from the second surface 21Aa and the third surface 22a. The position of the center of gravity of the magnetization free layer 12 in the y direction is the same as the position of the center of gravity of the convex portion 21A in the y direction. The other conditions were the same as in Example 1, and the angle of the magnetic field at the position of the center of gravity of the magnetization free layer 12 was determined. The results are shown in Table 1. The distance d2 is represented as minus when the second surface 21Aa of the convex portion 21A and the third surface 22a of the second ferromagnetic body 22 overlap.

Figure 2019102116
Figure 2019102116

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 free layer 12 by changing the distance d2 in the x direction between the first end 21Ae of the second surface 21Aa and the first end 22e of the third surface 22a. Can be designed freely. Further, by satisfying | d2 / d1 | ≦ 2.5, the application angle can be in the range of 45 ° to 80 °.

(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 convex portion 21A and the third surface 22a of the second ferromagnetic body 22 in the z direction is fixed at 800 nm, and the second surface 21Aa The distance d2 in the x direction between the first end 21Ae and the first end 22e of the third surface 22a was changed. The second surface 21Aa of the convex portion 21A and the third surface 22a of the second ferromagnetic member 22 do not overlap when viewed from the z direction, and the distance d2 is 0.3 μm (Example 3-1), 0.6 μm (Example 3-2), 0.8 μm (Example 3-3), and 1.0 μm (Example 3-4). Then, depending on the position in the x direction (the position in the z direction is fixed at a position of 400 nm from the second surface 21Aa and the third surface 22a), to confirm how the magnetic field strength and the magnetic field angle change The magnetic field strength and the angle of the magnetic field in a range of 2.0 times the distance d2 from the first end 21Ae of the two surfaces 21Aa to the first end 22e of the third surface 22a were determined. The other conditions were the same as in Example 1.

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 first end 22e of the third surface 22a in the x direction from the first end 21Ae of the second surface 21Aa. It is a standardized value. The vertical axis is the magnetic field strength in FIG. 21 (a) and the angle of the magnetic field in FIG. 21 (b).

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 free layer 12 can be changed by changing the position in the x direction where the center of gravity of the magnetization free layer 12 is set. When the distance from the first end 21Ae of the second surface 21Aa of the convex portion 21A exceeds 1.0 times the distance d2, the magnetic field strength decreases. Placing the center of gravity of the magnetization free layer 12 at a position where the distance from the first end 21Ae of the second surface 21Aa of the convex portion 21A exceeds 1.0 times the distance d2 corresponds to the third surface 22a and the magnetization free layer It means that 12 and at least one part overlap in the z direction.

(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 first end 22e of the third surface 22a is fixed at 800 nm, and the second surface 21Aa of the convex portion 21A and the second surface 21Aa are fixed. The distance d1 in the z direction with the third surface 22a of the ferromagnetic body 22 was changed. The second surface 21Aa of the convex portion 21A and the third surface 22a of the second ferromagnetic body 22 do not overlap when viewed from the z direction. The distance d1 was 0.3 μm (Example 4-1), 0.6 μm (Example 4-2), 0.8 μm (Example 4-3), and 1.0 μm (Example 4-4). And depending on the position in the z direction (the position in the x direction is fixed at a position 400 nm from the first end 21Ae of the second surface 21Aa and the first end 22e of the third surface 22a) In order to confirm whether the change occurred, the magnetic field strength and the angle of the magnetic field in the range of the z direction from the second surface 21Aa to the third surface 22a were determined. The other conditions were the same as in Example 1.

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 free layer 12 at each position shown in FIG. 22, it is possible to apply an oblique magnetic field to the magnetization free layer 12 in any of the embodiments 4-1 to 4-4.

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 first port 2 second port 10 magnetoresistance effect element 11 magnetization fixed layer 12 magnetization free layer 13 spacer layer 20 magnetic field application mechanism 21 first ferromagnetic body 21a first surface 21A convex portion 21Aa second surface 21Ae first End portion 21B Flat portion 21C Support portion 22 Second ferromagnetic body 22a Third surface 22e First end 23 Coil 25 Opening 26 Recess 27 Second opening 28 Second opening 30 First signal line 32, 52 Reference potential Terminal 40 DC applied terminal 41 Power supply 42 Inductor 50 Output signal line (second signal line)
51 line 60 input signal line 70 output signal line 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 110, 111, 112, 113 magnetoresistance effect device 200, 300 high frequency device A area C1 first perpendicular C2, C3 center of gravity

Claims (13)

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、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する、請求項1に記載の磁気抵抗効果デバイス。   2. The magnetoresistive effect device according to claim 1, wherein the first magnetization free layer of the magnetoresistive effect element has a portion that does not overlap with the second surface when viewed in plan from the stacking direction. 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する、請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果デバイス。   3. The magnetoresistive effect device according to claim 1, wherein the first magnetization free layer of the magnetoresistive effect element has a portion that does not overlap with the third surface when viewed in plan from the stacking direction. 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、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。   When the magnetoresistive effect 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 is at least one of the second surface and the third surface. The magnetoresistive effect device as described in any one of Claims 1-3 which does not overlap with one side. 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、請求項4に記載の磁気抵抗効果デバイス。   The magnetoresistance effect device according to claim 4, wherein the first perpendicular does not overlap with the second surface when the magnetoresistance effect element is viewed in plan from the stacking direction. 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する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。   The second ferromagnetic body has an opening that opens when viewed in plan from the stacking direction, or a concave that is recessed from the third surface to the opposite side to the magnetoresistive element. 6. The magnetoresistive device according to any one of 6. 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.
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る、請求項8に記載の磁気抵抗効果デバイス。   The magnetoresistance effect device according to claim 8, wherein the convex portion is included in the opening or the concave portion when viewed in plan from the stacking direction. 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、平行である、請求項7〜9のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。   10. The method according to claim 7, wherein the first side face of the opening or the recess sandwiching the magnetoresistive element and the second side face of the protrusion are parallel to each other when viewed in plan from the stacking direction. The magnetoresistance effect device according to one item. 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側面が直線である、請求項10に記載の磁気抵抗効果デバイス。   The magnetoresistance effect device according to claim 10, wherein the first side surface and the second side surface are straight when viewed in plan from the stacking direction. 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する、請求項10又は11に記載の磁気抵抗効果デバイス。   The magnetoresistance effect element array according to claim 10, further comprising a magnetoresistive effect element array in which a plurality of the magnetoresistive effect elements are arranged side by side along the first side surface and the second side surface when viewed in plan from the stacking direction. Magnetoresistive device as described. 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凹部を有する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。   The first ferromagnetic body is recessed outward of the protrusion from the second opening or the first surface toward the opposite side of the magnetoresistive element when viewed in plan from the stacking direction. The magnetoresistance effect device according to any one of claims 1 to 12, having a recess.
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