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JP2019129164A - 磁気抵抗効果デバイス - Google Patents

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JP2019129164A JP2018007710A JP2018007710A JP2019129164A JP 2019129164 A JP2019129164 A JP 2019129164A JP 2018007710 A JP2018007710 A JP 2018007710A JP 2018007710 A JP2018007710 A JP 2018007710A JP 2019129164 A JP2019129164 A JP 2019129164A
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晋治 原
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Abstract

【課題】磁気抵抗効果素子に対して、積層面内方向の磁場をより均一に印加することが可能な磁気抵抗効果デバイスを提供する。【解決手段】本発明の磁気抵抗効果デバイス１００は、第１の磁化自由層１０１Ｂと、磁化固定層１０１Ａ又は第２の磁化自由層１０１Ａと、第１の磁化自由層１０１Ｂと磁化固定層１０１Ａ又は第２の磁化自由層１０１Ａとの間に挟持されたスペーサ層１０１Ｃとを有する磁気抵抗効果素子１０１と、磁気抵抗効果素子１０１に磁場を印加する磁性体部１０２と、を備え、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌからの平面視において、磁性体部１０２が、磁気抵抗効果素子１０１の外周を囲むように配されている。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果デバイスに関する。
近年、携帯電話等の移動通信端末の高機能化に伴い、無線通信の高速化が進められている。通信速度は使用する周波数の帯域幅に比例するため、通信に必要な周波数バンドが増加し、それに伴って、移動通信端末に必要な高周波フィルタの搭載数も増加している。また、新しい高周波用部品への応用が期待されるスピントロニクスの分野の研究が、盛んに行われている。その中で注目されている現象の一つに、磁気抵抗効果素子による強磁性共鳴現象がある（非特許文献１参照）。
例えば、磁気抵抗効果素子に交流電流を流すのと同時に、磁場印加機構を用いて静磁場を印加することにより、磁気抵抗効果素子に含まれる磁化自由層の磁化に強磁性共鳴を起こすことができる。このとき、強磁性共鳴周波数に対応した周波数で周期的に、磁気抵抗効果素子の抵抗値が振動する。磁気抵抗効果素子に印加される静磁場の強さによって、強磁性共鳴周波数は変化し、一般的にその共鳴周波数は数〜数十ＧＨｚの高周波帯域に含まれる（特許文献１参照）。
特開２０１７−６３３９７号公報 特許第５８５２８５６号公報
Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４３８、Ｎｏ．７０６６、ｐｐ．３３９−３４２、１７ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００５
磁気ヘッド等を構成する従来の磁気抵抗効果デバイスでは、磁気抵抗効果素子に磁場を印加する２つのバイアス部の磁性体部が、磁気抵抗効果素子を挟んで対向するように配置されていることが一般的である（特許文献１、２参照）。このような配置の場合、磁性体部から磁気抵抗効果素子に印加される、積層面内方向の磁場の磁気抵抗効果素子における分布の偏りが大きくなり、その結果として、磁化自由層の磁化の分布に偏りが生じ、ドメインが形成され、磁化の挙動（例えば強磁性共鳴周波数）がドメインごとに異なったものとなり、例えば共振特性のＱ値が低下してしまうことがわかった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、磁気抵抗効果素子に対して、積層面内方向の磁場をより均一に印加することが可能な磁気抵抗効果デバイスを提供することを目的とする。
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。
（１）本発明の一態様に係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に磁場を印加する磁性体部と、を備え、前記磁気抵抗効果素子の積層方向からの平面視において、前記磁性体部が、前記磁気抵抗効果素子の外周を囲むように配されている。
（２）上記（１）に記載の磁気抵抗効果デバイスの前記積層方向からの平面視において、前記磁性体部が、前記磁気抵抗効果素子の全周を囲むように配されていることが好ましい。
（３）上記（１）に記載の磁気抵抗効果デバイスの前記積層方向からの平面視において、前記磁気抵抗効果素子の外周のうち一部が前記磁性体部に囲まれないように、ギャップ部を有し、当該平面視におけるギャップ部の幅が、前記ギャップ部の幅の方向に平行な方向の前記磁気抵抗効果素子の幅より小さくてもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記磁性体部が、少なくとも前記第１の磁化自由層の外周を囲むように配されていることが好ましい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記磁性体部が、硬磁性体を含んでもよい。
（６）上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記磁性体部が、磁気的に結合した軟磁性体と反強磁性体とを含んでもよい。
（７）上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記磁性体部が軟磁性体を含み、前記軟磁性体の少なくとも一部にコイルが巻かれていてもよい。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記磁気抵抗効果素子に対し、前記積層方向の成分を有する磁場を印加する磁場印加機構を、さらに備えていてもよい。
本発明の磁気抵抗効果デバイスでは、磁気抵抗効果素子の積層方向からの平面視において、磁性体部が、磁気抵抗効果素子の外周を囲むように配されることで、磁気抵抗効果素子に印加される積層面内方向の磁場が均一化される。
（ａ）本発明の第一実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。（ｂ）本発明の第一実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す平面図である。 磁性体部が、図１に示すものと異なる形状である場合における、磁性体部の周辺の構成を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）第一実施形態の変形例１に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す平面図である。 本発明の第二実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第四実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第五実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第六実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。 第一実施形態に係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。 第一実施形態に係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。 第一実施形態に係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。 （ａ）〜（ｃ）本発明の実施例１、２、比較例１に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）本発明の実施例１、２、比較例１に係る、磁気抵抗効果素子のＸ方向、Ｙ方向における磁場の分布を示すグラフである。
以下、本発明について、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、本発明の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等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。本発明の素子において、本発明の効果を奏する範囲で他の層を備えてもよい。
＜第一実施形態＞
（磁気抵抗効果デバイスの構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第一実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００の構成を模式的に示す断面図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＥＥ’線を通る断面を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）の積層方向Ｌにおける一端側から見た平面を示している。磁気抵抗効果デバイス１００は、少なくとも、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）１０１と、磁気抵抗効果素子１０１に磁場を印加する磁性体部１０２と、を備えている。
＜磁気抵抗効果素子＞
磁気抵抗効果素子１０１は、第１層（磁化固定層）１０１Ａと、第２層（磁化自由層）１０１Ｂと、スペーサ層１０１Ｃと、を有する。スペーサ層１０１Ｃは、磁化固定層１０１Ａと磁化自由層１０１Ｂとの間に位置する。磁化固定層１０１Ａの磁化は、磁化自由層１０１Ｂ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１０１Ａの磁化の向きに対して磁化自由層１０１Ｂ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１０１として機能する。
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あってもよい。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。
磁化固定層１０１Ａは、強磁性体材料で構成されている。磁化固定層１０１Ａ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１０１の磁気抵抗変化率が大きくなる。また磁化固定層１０１Ａは、ホイスラー合金で構成されても良い。磁化固定層１０１Ａの膜厚は、１〜２０ｎｍとすることが好ましい。
磁化固定層１０１Ａの磁化固定方法は、特に問わない。例えば、磁化固定層１０１Ａの磁化を固定するために、磁化固定層１０１Ａに接するように反強磁性層を付加してもよい。また、結晶構造、形状などに起因する磁気異方性を利用して、磁化固定層１１の磁化を固定してもよい。反強磁性層には、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＦｅＳ２、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒまたはＭｎなどを用いることができる。
磁化自由層１０１Ｂは、外部磁場もしくはスピン偏極電子によって、その磁化の方向が変化可能な強磁性体材料で構成されている。
磁化自由層１０１Ｂは、磁化自由層１０１Ｂ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１０１Ｂ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１０１Ｂは、ホイスラー合金で構成されても良い。
磁化自由層１０１Ｂの厚さは、０．５〜２０ｎｍ程度とすることが好ましい。また、磁化自由層１０１Ｂとスペーサ層１０１Ｃ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。
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。
スペーサ層１０１Ｃには、非磁性の材料を用いることが好ましい。スペーサ層１０１Ｃは、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、または、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層によって構成されている。
例えば、スペーサ層１０１Ｃが絶縁体によって構成される場合は、磁気抵抗効果素子１０１はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子となり、スペーサ層１０１Ｃが金属によって構成される場合は巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子となる。
スペーサ層１０１Ｃとして絶縁材料を適用する場合、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯ等の絶縁材料を用いることができる。磁化固定層１０１Ａと磁化自由層１０１Ｂ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１０１Ｃ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１０１Ｃの厚さは、０．５〜３．０ｎｍ程度であることが好ましい。
スペーサ層１０１Ｃが導電材料によって構成される場合、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１０１Ｃの厚さは、０．５〜３．０ｎｍ程度であることが好ましい。
スペーサ層１０１Ｃが半導体によって構成される場合、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＧａＯｘ又はＧａ２Ｏｘ等の材料を用いることができる。この場合、スペーサ層１０１Ｃの厚さは、１．０〜４．０ｎｍ程度であることが好ましい。
スペーサ層１０１Ｃとして、絶縁体中の導体によって構成される通電点を含む層を適用する場合、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯによって構成される絶縁体中に、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｃｕ、ＡｌまたはＭｇなどの導体によって構成される通電点を含む構造とすることが好ましい。この場合、スペーサ層１０１Ｃの厚さは、０．５〜２．０ｎｍ程度であることが好ましい。
＜磁性体部＞
磁性体部１０２は、磁性体によって構成され、磁気抵抗効果素子の積層方向Ｌからの平面視において、磁気抵抗効果素子１０１の外周を囲むように配されている。磁性体部１０２の積層方向Ｌの位置についての制限はないが、磁化自由層１０１Ｂの外周を囲むように配されていることが好ましい。
また、磁性体部１０２は、磁気抵抗効果素子の積層面内方向成分を有する磁化Ｍを有している。これにより、磁性体部１０２は磁気抵抗効果素子１０１に対して、磁気抵抗効果素子の積層面内方向成分を有する磁場を印加する。また、磁性体部１０２は、磁気抵抗効果素子１０１に一定の向きの磁場を印加する。磁性体部１０２は、実質的に一方向に磁化されていることが好ましい。また、磁性体部１０２は、その磁化容易軸が磁気抵抗効果素子の積層面内方向に平行な方向にあることが好ましい。
図１（ａ）の磁性体部１０２は、磁化自由層１０１Ｂの周囲から、積層方向Ｌと略直交する方向に延在しているが、異なる方向に延在していてもよい。図２は、異なる方向に磁性体部１０２が延在する一例を示す図である。例えば図２に示すように、磁性体部１０２は、磁化自由層１０１Ｂの周囲から離れるにつれて、積層方向Ｌに曲がるように延在していてもよい。この場合、磁化自由層１０１Ｂの周囲（積層方向Ｌと略直交する方向）には、磁性体部１０２の少なくとも一部が存在していることが好ましいが、存在する磁性体部の幅１０２Ａは１．０ｎｍ以上であることがより好ましい。
磁性体部１０２を構成する磁性体としては、例えば硬磁性体（磁石）を用いることができ、その材料として、ＣｏＰｔ合金、ＦｅＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金等を用いることができる。磁性体部１０２を構成する磁性体の他の例については、他の実施形態の説明として後述する。
磁気抵抗効果素子１０１と磁性体部１０２との間には、絶縁部（絶縁層）１０３が設けられている。絶縁部１０３の材料としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化マグネシウムまたは酸化ニオブ等を用いることができる。
積層方向Ｌからの平面視において、絶縁部１０３の幅１０３Ａは、０．５ｎｍ以上であることが好ましく、１．０〜２０．０ｎｍであればより好ましく、１．５〜１０．０ｎｍであればさらに好ましい。また、積層方向Ｌからの平面視において、磁気抵抗効果素子１０１の中心（重心）を通る任意の方向における幅（ここでは直径）１０１Ｄに対する、同方向における絶縁部の幅１０３Ａの比率は、０．１％以上であることが好ましく、０．２〜５０％であればより好ましく、０．３〜２５％であればさらに好ましい。当該比率が０．１％未満であると、磁気抵抗効果素子１０１と磁性体部１０２とが導通してしまう虞があるので、好ましくない。
磁性体部１０２は、積層方向Ｌからの平面視において、磁気抵抗効果素子１０１の外周を囲むように配されている。磁気抵抗効果素子１０１の外周のうち磁性体部１０２に囲まれている部分は、多いほど好ましく、当該平面視において、磁気抵抗効果素子１０１の全周が磁性部材１０２に囲まれていれば、より好ましい。図１（ｂ）は、当該平面視において、磁性体部１０２が、磁気抵抗効果素子１０１の全周を囲むように配されている場合について、例示している。
磁気抵抗効果素子１０１に対する磁性体部１０２の等方性を高める観点から、絶縁部の幅１０３Ａは、磁気抵抗効果素子１０１の全周にわたって揃っていればより好ましい。
磁気抵抗効果素子１０１への通電性を高める上で、磁気抵抗効果素子１０１の両端に、電極が設けられていることが好ましい。ここでは、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向において、上端に設けられた電極を上部電極１０６、下端に設けられた電極を下部電極１０７と呼ぶ。上部電極１０６および下部電極１０７の材料としては、例えば、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｕＣｕ、Ｒｕ、Ａｌ等の導電性を有するものを用いることができる。
図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の変形例１〜３に係る磁気抵抗効果デバイス１１０、１２０、１３０を、上部電極１０６側から見た場合の平面図である。
（変形例１）
磁気抵抗効果素子１０１の外周のうち一部が、磁性体部１０２に囲まれていなくてもよい。図３（ａ）は、磁気抵抗効果素子１０１の外周の２箇所が、磁性体部１０２に囲まれていない場合の磁気抵抗効果デバイス１１０について、例示している。第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果デバイス１１０は、積層方向Ｌからの平面視において、磁気抵抗効果素子１０１の外周のうち一部が磁性体部１０２に囲まれないように、ギャップ部１０２Ｇを有しており、当該平面視におけるギャップ部１０２Ｇの幅Ｗ１が、ギャップ部１０２Ｇの幅Ｗ１の方向に平行な方向の磁気抵抗効果素子１０１の幅Ｗ２より小さくなっている。ギャップ部１０２Ｇは、磁性体部１０２の間に設けられている。図３（a）に示す例では、ギャップ部１０２Ｇは磁性体部１０２を分割するように設けられているが、ギャップ部１０２Ｇが磁性体部１０２を完全には分割せず、ギャップ部１０２Ｇを挟む磁性体部１０２同士が一部でつながっていても良い。磁気抵抗効果デバイス１１０では、全周にわたって囲まれている場合に比べて、磁性体部の等方性が崩れる分、磁気抵抗効果素子１０１における磁場の分布が若干乱れることにはなるが、囲まれていない部分が十分小さければ問題ない。具体的には、ギャップ部１０２Ｇの幅Ｗ１が、磁気抵抗効果素子１０１の幅Ｗ２の６０％以下であることが好ましい。また、磁気抵抗効果素子１０１の外周の３０％以上が、磁性体部１０２に囲まれていることが好ましい。
（変形例２、３）
図３（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、積層方向Ｌの平面視における磁気抵抗効果素子１０１および磁性体部１０２の形状に関する変形例として、磁気抵抗効果デバイス１２０、１３０を示している。第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果素子および磁性体部の形状が限定されることはなく、図３（ｂ）のように矩形であってもよいし、図３（ｃ）のように楕円形であってもよい。ただし、磁気抵抗効果素子の外周と磁性体部の内周との距離は、全周にわたって同程度の大きさであることが好ましい。
（磁気抵抗効果デバイスの製造方法）
本実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００は、一例として、次のように製造することができる。
まず、下地となる層または基材に対し、磁化固定層、スペーサ層、磁化自由層等の必要な層を積層し、不要な部分をエッチング除去して磁気抵抗効果素子１０１を形成する。各層の積層は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の公知の成膜法を用いて行うことができる。続いて、所望の厚さの絶縁層を全面に形成し、その上に、磁性体部１０２となる部分を含む磁性層を形成した後に、絶縁層および磁性層の不要な部分をエッチング除去することによって、本実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００を得ることができる。絶縁層、磁性層についても、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の公知の成膜法を用いて行うことができる。
なお、上記製造方法において、磁気抵抗効果素子１０１を形成した後に、磁性層を全面に形成してから、磁気抵抗効果素子１０１の周囲に所定の幅の溝を形成し、そこに絶縁層を埋め込み形成することによっても、同様に磁気抵抗効果デバイス１００を得ることができる。
本実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００では、磁性体部１０２が、磁気抵抗効果素子１０１の外周を囲むように配されており、従来構造のように２方向から挟む場合に比べて、磁気抵抗効果素子１０１に対する磁性体部１０２の等方性が高くなっている。したがって、積層方向の平面視における磁気抵抗効果素子に対して、印加される積層面内方向の磁場が均一化される。
＜第二実施形態＞
図４は、本発明の第二実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイス１４０の構成を模式的に示す断面図である。第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果デバイス１４０では、磁性体部１０２を構成する磁性体が、軟磁性体１０２Ａに反強磁性体１０２Ｂを磁気的に結合させ、軟磁性体１０２Ａの磁化を固定したものとなっている。反強磁性体２０２Ｂは、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌにおいて、軟磁性体２０２Ａのいずれの側にあってもよい。
図４に示すように、磁性体部２０２のうち少なくとも軟磁性体１０２Ａの一部が、積層方向Ｌからの平面視において、磁気抵抗効果素子２０１を構成する２つの強磁性層のうち、磁化自由層１０１Ｂの外周を囲むように配されていることが好ましい。
軟磁性体２０２Ａの材料としては、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏのうちの少なくとも１つを含む金属又は合金等の軟磁性材料（一例として、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等）を用いることができる。反強磁性体２０２Ｂの材料としては、ＩｒＭｎ等を用いることができる。
本実施形態の磁気抵抗効果デバイス１４０は、磁性体１０２以外の構成については、第一実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００の構成と同様であり、磁化自由層１０１Ｂに印加される積層面内方向の磁場が均一化されることにより、磁気抵抗効果デバイス１００と同等の効果を奏する。
＜第三実施形態＞
図５は、本発明の第三実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイス１５０の構成を模式的に示す断面図である。第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果デバイス１５０は、第１軟磁性体１０２Ｃと第２軟磁性体１０２Ｄとで構成される磁性体部１０２と、コイル１０４と、を備えている。
第１軟磁性体１０２Ｃの少なくとも一部は、第一、第二実施形態の磁性体部１０２と同様に、磁化自由層１０１Ｂの外周を囲むように配されている。第２軟磁性体１０２Ｄは、第１軟磁性体１０２Ｃの一方の端部Ｐ１側と他方の端部Ｐ２側とを、中央部Ｐ３を介さずに直接連結するように配されている。コイル１０４は、第２軟磁性体１０２Ｄの周りの少なくとも一部分に巻かれている。コイル１０４を周りに巻いた第２軟磁性体３０２Ｂは、複数備わっていてもよい。
第１軟磁性体１０２Ｃの材料、第２軟磁性体１０２Ｄの材料としては、それぞれ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏのうちの少なくとも１つを含む金属又は合金等の軟磁性材料（一例として、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等）を用いることができる。第１軟磁性体１０２Ｃと第２軟磁性体１０２Ｄとは、一体であってもよいし、別体であってもよい。
本実施形態の磁気抵抗効果デバイス１５０は、磁性体部１０２以外の構成については、第一、第二実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００、１４０の構成と同様であり、磁化自由層１０１Ｂに印加される積層面内方向の磁場が均一化されることにより、磁気抵抗効果デバイス１００、１４０と同等の効果を奏する。
＜第四実施形態＞
図６は、本発明の第四実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイス１６０の構成を模式的に示す断面図である。第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果デバイス１６０では、第一実施形態と同様に磁気抵抗効果素子１０１の外周を囲むように配された磁性体部１０２とは別に、磁場印加機構１０５を備えている。磁場印加機構１０５は、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌにおいて、各端部（図６では上部電極１０６、下部電極１０７）と対向する位置に配されており、磁気抵抗効果素子１０１に対し、積層方向Ｌの成分を有する磁場を印加することができる。
磁場印加機構１０５は、硬磁性体で構成されており、その材料としては、ＣｏＰｔ合金、ＦｅＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金等を用いることができる。磁場印加機構１０５は、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌと略平行な方向の磁化Ｍ２を有している。これにより、磁場印加機構１０５は磁気抵抗効果素子１０１に対して、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌの成分を有する磁場を印加する。また、磁場印加機構１０５は、磁気抵抗効果素子１０１に一定の向きの磁場を印加する。また、磁場印加機構１０５は、その磁化容易軸が磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌに平行な方向であることが好ましい。図６の例では、磁場印加機構１０５の磁化Ｍ２の方向は、磁性体部１０２の磁化Ｍ１の方向と直交している。なお、本実施形態において、磁場印加機構１０５は、軟磁性体と反強磁性体とを磁気的に結合させ、軟磁性体の磁化を固定したもので構成されるようにしてもよい。
本実施形態の磁気抵抗効果デバイス１６０は、磁場印加機構１０５以外の構成については、第一〜第三実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００、１４０、１５０の構成と同様である。磁気抵抗効果デバイス１６０は、磁化方向が直交する、磁性体部１０２および磁場印加機構１０５を備えているため、用途に応じて、磁気抵抗効果素子１０１の積層面内方向及び積層方向Ｌに対して斜めの方向に磁場を印加することができる。
＜第五実施形態＞
図７は、本発明の第五実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイス１７０の構成を模式的に示す断面図である。第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果デバイス１７０は、第一実施形態と同様に配された磁性体部１０２と、磁場印加機構１０８とを備えている。磁性体部１０２を構成する磁性体は硬磁性体であり、磁場印加機構１０８の一部（後述する部分Ｓ１〜Ｓ３）を構成する磁性体は軟磁性体である。
第四実施形態の磁場印加機構１０５は、磁気抵抗効果素子１０１の各端部と対向する側に、分離して配されているが、本実施形態の磁場印加機構１０８は、両者が連結されている。具体的には、磁場印加機構１０８は、積層方向Ｌにおける磁気抵抗効果素子１０１の一方の端部（図７では上部電極１０６）と対向する側に配された部分Ｓ１、他方の端部（図７では下部電極１０７）と対向する側に配された部分Ｓ２、部分Ｓ１と部分Ｓ２を連結する部分Ｓ３及びコイル１０４によって構成されている。コイル１０４は、部分Ｓ３の少なくとも一部の周りに巻かれている。コイル１０４から発生する磁束が部分Ｓ３、部分Ｓ１及び部分Ｓ２及び部分Ｓ３を伝わり、磁場印加機構は磁気抵抗効果素子１０１に対して、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌの成分を有する磁場を印加する。
本実施形態の磁気抵抗効果デバイス１７０は、磁場印加機構１０８以外の構成については、第四実施形態の磁気抵抗効果デバイス１６０の構成と同様であり、磁気抵抗効果デバイス１６０と同等の効果を奏する。
＜第六実施形態＞
図８は、本発明の第六実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイス１８０の構成を模式的に示す断面図である。第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果デバイス１８０は、第一実施形態と同様に配された磁性体部１０２と、磁場印加機構１０９とを備えている。
磁場印加機構１０９は、積層方向Ｌにおける磁気抵抗効果素子１０１の一方の端部（図８では上部電極１０６）と対向する側に配された部分Ｔ１、他方の端部（図８では下部電極１０７）と対向する側に配された部分Ｔ２、部分Ｔ１と部分Ｔ２を連結する部分Ｔ３、部分Ｔ３の少なくとも一部に含まれた硬磁性体Ｔ４と、で構成されている。磁場印加機構１０９のうちＴ４を除いた部分は、軟磁性体で構成されている。硬磁性体Ｔ４は実質的に一方向に磁化Ｍ３を有しており、これにより部分Ｔ１及び部分Ｔ２は磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌと略平行な方向の磁化Ｍ２を有するように磁化される。これにより、磁場印加機構１０９は、磁気抵抗効果素子１０１に対して、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌの成分を有する磁場を印加する。なお、本実施形態において、硬磁性体Ｔ４の部分は、軟磁性体と反強磁性体とを磁気的に結合させ、軟磁性体の磁化を固定したもので置き換えてもよい。
本実施形態の磁気抵抗効果デバイス１８０は、磁場印加機構１０９以外の構成については、第五実施形態の磁気抵抗効果デバイス１７０の構成と同様であり磁気抵抗効果デバイス１７０と同等の効果を奏する。
＜第七実施形態＞
図９は、第一実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスを用いた第七実施形態に係る高周波デバイス２００の回路構成を示した模式図である。図９に示す高周波デバイス２００は、磁気抵抗効果素子１０１と、磁性体部１０２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。
＜磁気抵抗効果素子、磁場印加機構＞
磁気抵抗効果素子１０１と磁性体部２０は、上述の第一実施形態に係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９に示す磁性体部１０２は、要部のみを図示している。
＜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。
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１０１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。
＜第１の信号線路＞
図９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９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１０１の磁化自由層１０１Ｂには、この高周波磁場が印加される。
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１０１の位置で強めあうように、複数の信号線路を配設することが好ましい。
＜出力信号線路、線路＞
出力信号線路５０は、磁気抵抗効果素子１０１から出力された信号を伝播する。磁気抵抗効果素子１０１から出力される信号は、磁化自由層１０１Ｂ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９における出力信号線路５０は、一端が磁気抵抗効果素子１０１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９における出力信号線路５０は、磁気抵抗効果素子１０１と第２のポート２とを繋ぐ。
また、電源４１、出力信号線路５０、磁気抵抗効果素子１０１、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。
線路５１は、一端が磁気抵抗効果素子１０１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９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。
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。
＜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１０１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。
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。
磁気抵抗効果素子１０１に印加される電流の電流密度は、磁気抵抗効果素子１０１の発振閾値電流密度よりも小さいことが好ましい。磁気抵抗効果素子１０１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１０１の磁化自由層１０１Ｂ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１０１が発振する（磁気抵抗効果素子１０１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。
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１０１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１０１、線路５１、グラウンドＧという閉回路を流れる。
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。
＜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１０１の磁化自由層１０１Ｂに印加される。
磁化自由層１０１Ｂの磁化は、第１の信号線路３０により磁化自由層１０１Ｂに印加された高周波磁場の周波数が、磁化自由層１０１Ｂ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。
磁化自由層１０１Ｂの磁化の振動が大きくなると、磁気抵抗効果素子１０１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１０１に印加される場合には、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値変化は、下部電極１０７と上部電極１０６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１０１に印加される場合には、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値変化は、下部電極１０７と上部電極１０６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。
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１０１Ｂの強磁性共鳴周波数近傍の場合は、磁気抵抗効果素子１０１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１０１Ｂ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１０１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。
＜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。
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。
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。
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。
上述のように、第七実施形態に係る高周波デバイス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。
また、図９では磁気抵抗効果素子１０１が一つである場合を例示したが、磁気抵抗効果素子１０１は複数あってもよい。この場合、複数の磁気抵抗効果素子１０１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。例えば、強磁性共鳴周波数の異なる磁気抵抗効果素子１０１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。
ここで、図９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１０１Ｂ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、電流駆動型であってもよい。図１０は、第一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。
図１０に示す高周波デバイス３００は、磁気抵抗効果素子１０１と、磁性体部１０２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１０においても、磁性体部１０２は要部のみを図示している。また、図９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１０６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１０７の間の配線である。
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１０に示す高周波デバイス３００では、磁気抵抗効果素子１０１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１０１Ｂの磁化が振動する。入力される高周波信号が、磁化自由層１０１Ｂの強磁性共鳴周波数（この場合、磁気抵抗効果素子１０１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１０１Ｂの磁化は大きく振動する。磁化自由層１０１Ｂの磁化が周期的に振動することで、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値が周期的に変化する。
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１０１Ｂの強磁性共鳴周波数近傍の場合は、磁気抵抗効果素子１０１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１０１Ｂ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１０１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。
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。
例えば、第１の信号線路３０が、磁気抵抗効果素子１０１に接続された下部電極１０７又は上部電極１０６を兼ねてもよい。図１１は、第１の信号線路３０が、磁気抵抗効果素子１０１に接続された上部電極１０６を兼ねる高周波デバイスの模式図である。図１１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１０１の磁化自由層１０１Ｂ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１０１Ｂに印加される高周波磁場を利用して、磁化自由層１０１Ｂ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１０１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１０１Ｂ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１０６に相当する部分を流れる高周波電流の向きと直交する方向に、スピン流が生じる。この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１０１Ｂ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１０１Ｂの磁化を振動させることができる。
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１０６とグラウンドＧとの間に接続されてもよい。
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あってもよい。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である場合は、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１０１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。
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１０１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。
本実施形態に係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、本実施形態に係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。
第七実施形態では、高周波デバイスに対し、第一実施形態の磁気抵抗効果デバイスを適用した場合を例に挙げて説明したが、他の実施形態の磁気抵抗効果デバイスも同様に適用することができる。また、第三、第五実施形態のようにコイルを有する形態を適用した場合には、磁気抵抗効果素子に印加される静磁場の強度を変化させることができるので、磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数を制御することができる。
また、ここでは、一例として、磁気抵抗効果デバイスを高周波デバイスとして用いることを記載したが、磁気センサなどの他のデバイスにも適用可能である。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
磁性体部の構成に応じて、磁気抵抗効果素子（磁化自由層）に形成される磁場の分布について、シミュレーションを行った。ここでは、磁気抵抗効果素子の積層面内において、互いに直交する２つの方向をＸ方向、Ｙ方向とする。
（実施例１）
図１２（ａ）は、第一実施形態（図１（ｂ））の磁気抵抗効果デバイス１００を、磁化自由層１０１Ｂを通る面で切断した場合の断面図であり、磁性体部１０２を用いて、磁化自由層１０１Ｂに磁場を印加した状態の磁場分布を示している。磁性体部１０２は、いずれの部分もＸ方向（ここでは右方向）に磁化している（矢印で表示）。シミュレーションの設定条件として、磁気抵抗効果素子１０１の直径１０１Ｄを１２０ｎｍとし、絶縁部１０３の幅１０３Ａを４０ｎｍとし、磁性体部１０２の磁化の大きさを、１．５ｋＧとした。
（実施例２）
図１２（ｂ）は、第一実施形態の変形例１（図３（ａ））の磁気抵抗効果デバイス１１０を、磁化自由層１０１Ｂを通る面で切断した場合の断面図であり、磁性体部１０２を用いて、磁化自由層１０１Ｂに磁場を印加した状態を、実施例１と同様に示している。磁性体部１０２は、いずれの部分もＸ方向（ここでは右方向）に磁化している（矢印で表示）。シミュレーションの設定条件として、磁気抵抗効果素子１０１の直径１０１Ｄを１２０ｎｍとし、磁化自由層１０１Ｂと磁性体部１０２との間、磁性体部１０２同士の間の絶縁部１０３の幅１０３Ａ、１０３Ｂを、いずれも４０ｎｍとし、磁性体部１０２の磁化の大きさを１．５ｋＧとした。
（比較例１）
図１２（ｃ）は、比較例１の磁気抵抗効果デバイスの断面図であり、磁性体部３０２を用いて、磁化自由層３０１Ｂに磁場を印加した状態を、実施例１、２と同様に示している。比較例１の磁気抵抗効果デバイスは、２つの磁性体部３０２が、磁気抵抗効果素子（磁化自由層３０１Ｂ）を挟んで対向するように構成されている。磁性体部３０２は、いずれの部分もＸ方向（ここでは右方向）に磁化している（矢印で表示）。シミュレーションの設定条件として、磁化自由層の直径３０１Ｄを１２０ｎｍとし、磁性体部３０２同士の間の絶縁部３０３の幅３０３Ｂを２００ｎｍとし、磁性体部３０２の磁化の大きさを１．５ｋＧとした。
図１３（ａ）、（ｂ）は、実施例１、２、比較例１の磁化自由層に印加される磁場の分布について、シミュレーションを行った結果を示すグラフである。図１３（ａ）のグラフでは、横軸が、Ｘ方向における磁化自由層の中心Ｏからの距離を示し、縦軸が、中心Ｏを含む面内において、磁化自由層に印加される磁場のＸ成分Ｈｘを示している。図１３（ｂ）のグラフでは、横軸が、Ｙ方向における磁化自由層の中心Ｏからの距離を示し、縦軸が、中心Ｏを含む面内において、磁化自由層に印加される磁場のＸ成分Ｈｘを示している。
図１３（ａ）では、Ｘ方向において、実施例１、２の磁場のＸ成分Ｈｘが、比較例１の磁場のＸ成分Ｈｘに比べて広い範囲で均一に分布している。図１３（ｂ）では、Ｙ方向において、実施例１、２の磁場のＹ成分Ｈｙが、比較例１の磁場のＹ成分Ｈｙに比べて広い範囲で均一に分布している。これらの結果から、実施例１、２においては、Ｘ方向及びＹ方向における磁場の均一性が、比較例１に比べて改善されており、磁化自由層にドメインが形成されにくいことが分かる。
なお、実施例２で磁化自由層に印加される磁場は、Ｘ方向、Ｙ方向の両方において実施例１と同様の分布を示している。この結果から、磁性体部が磁気抵抗効果素子の全周にわたって形成されていなくても、形成されていない範囲が十分小さければ、実施例１と同等の磁場分布を得ることができることが分かる。
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０・・・磁気抵抗効果デバイス
１６０、１７０、１８０・・・磁気抵抗効果デバイス
１０１・・・磁気抵抗効果素子
１０１Ａ・・・磁化固定層
１０１Ｂ、３０１Ｂ・・・磁化自由層
１０１Ｃ・・・スペーサ層
１０１Ｄ、３０１Ｄ・・・直径
１０２、３０２・・・磁性体部
１０２Ａ・・・軟磁性体
１０２Ｂ・・・反強磁性体
１０２Ｃ・・・第１軟磁性体
１０２Ｄ・・・第２軟磁性体
１０２Ｆ・・・第１磁性体部
１０２Ｇ・・・ギャップ部
１０３、３０３・・・絶縁部
１０３Ａ、・・・幅
１０３Ｂ、３０３Ｂ・・・幅
１０４・・・コイル
１０５・・・磁場印加機構
１０６・・・上部電極
１０７・・・下部電極
１０８、１０９・・・磁場印加機構
２００、３００・・・高周波デバイス
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、７０・・・出力信号線路
５１・・・線路
６０・・・入力信号線路
１・・・第１のポート
２・・・第２のポート
Ｇ・・・グラウンド
Ｌ・・・積層方向
Ｍ・・・磁化
Ｐ１、Ｐ２・・・端部
Ｐ３・・・中央部
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４・・・部分
Ｗ１、Ｗ２・・・幅

Claims (8)

  1. 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に磁場を印加する磁性体部と、を備え、
    前記磁気抵抗効果素子の積層方向からの平面視において、
    前記磁性体部が、前記磁気抵抗効果素子の外周を囲むように配されていることを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。
  2. 前記積層方向からの平面視において、前記磁性体部が、前記磁気抵抗効果素子の全周を囲むように配されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  3. 前記積層方向からの平面視において、前記磁気抵抗効果素子の外周のうち一部が前記磁性体部に囲まれないように、ギャップ部を有し、
    当該平面視におけるギャップ部の幅が、前記ギャップ部の幅の方向に平行な方向の前記磁気抵抗効果素子の幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  4. 前記磁性体部が、少なくとも前記第１の磁化自由層の外周を囲むように配されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  5. 前記磁性体部が、硬磁性体を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  6. 前記磁性体部が、磁気的に結合した軟磁性体と反強磁性体とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  7. 前記磁性体部が軟磁性体を含み、前記軟磁性体の少なくとも一部にコイルが巻かれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  8. 前記磁気抵抗効果素子に対し、前記積層方向の成分を有する磁場を印加する磁場印加機構を、さらに備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
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