JP4633689B2 - Microwave oscillation device, method for manufacturing the same, and microwave oscillation device including the microwave oscillation device - Google Patents
Microwave oscillation device, method for manufacturing the same, and microwave oscillation device including the microwave oscillation device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4633689B2 JP4633689B2 JP2006226480A JP2006226480A JP4633689B2 JP 4633689 B2 JP4633689 B2 JP 4633689B2 JP 2006226480 A JP2006226480 A JP 2006226480A JP 2006226480 A JP2006226480 A JP 2006226480A JP 4633689 B2 JP4633689 B2 JP 4633689B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- magnetization
- electrode
- nanoparticles
- microwave oscillation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 title claims description 165
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 65
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 372
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 claims description 90
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 73
- 239000011370 conductive nanoparticle Substances 0.000 claims description 50
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 45
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 26
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 14
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 13
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 13
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 427
- 239000010408 film Substances 0.000 description 41
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 25
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 25
- 239000002885 antiferromagnetic material Substances 0.000 description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 10
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 9
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910019041 PtMn Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 4
- 229910017107 AlOx Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002545 FeCoNi Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015136 FeMn Inorganic materials 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910004541 SiN Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910001291 heusler alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000009812 interlayer coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B15/00—Generation of oscillations using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, or using superconductivity effects
- H03B15/006—Generation of oscillations using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, or using superconductivity effects using spin transfer effects or giant magnetoresistance
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
Description
本発明は、マイクロ波発振素子、特にスピントルクを用いたマイクロ波発振素子及びその製造方法、並びに該マイクロ波発振素子を備えたマイクロ波発振装置に関するものである。 The present invention relates to a microwave oscillating element, in particular, a microwave oscillating element using spin torque, a method for manufacturing the same, and a microwave oscillating device including the microwave oscillating element.
近年、携帯電話を代表とする無線ネットワーク通信システム用携帯端末においては、WLAN、Blue tooth、RFID、GPSなど複数の通信機器に対応したものが多く商品化されている。これら多くの通信規格に対応した周波数を扱うためには、それぞれの周波数に対応した複数のRF回路が必要となる。しかしながら、複数のRF回路を一つの機器に取り入れようとすると、機器の大規模化へと繋がる。 In recent years, mobile terminals for wireless network communication systems typified by mobile phones have been commercialized in many cases corresponding to a plurality of communication devices such as WLAN, Blue tooth, RFID, and GPS. In order to handle frequencies corresponding to these many communication standards, a plurality of RF circuits corresponding to the respective frequencies are required. However, trying to incorporate a plurality of RF circuits into one device leads to an increase in the scale of the device.
小型・薄型な機器を実現するために、これら複数のRF回路を一つにまとめ、一つのRF回路で複数の周波数に対応しようとする技術の開発が精力的に行われている。これらは、チューナブルRF回路と呼ばれている。チューナブルRF回路を実現するための重要な技術の一つに、発振周波数を可変とすることのできるマイクロ波発振素子が挙げられる。 In order to realize a small and thin device, a technique for integrating these plural RF circuits into one and dealing with plural frequencies with one RF circuit has been vigorously developed. These are called tunable RF circuits. One of important techniques for realizing a tunable RF circuit is a microwave oscillating device that can vary the oscillation frequency.
最近、磁性多層膜を用いた素子に直流電流を流すと、スピントルクによりマイクロ波発振する現象が報告された。このスピントルクを用いたマイクロ波発振素子は、外部から印加する磁界および素子に流す電流値により発振周波数を変えることができるため、上記チューナブルRF回路を実現するためのマイクロ波発振素子としての応用が期待される。 Recently, it has been reported that when a direct current is passed through an element using a magnetic multilayer film, microwave oscillation is caused by spin torque. Since the microwave oscillation element using this spin torque can change the oscillation frequency according to the magnetic field applied from the outside and the current value flowing through the element, it can be used as a microwave oscillation element for realizing the tunable RF circuit. There is expected.
ここで、図11を参照して、このマイクロ波発振素子について説明する。図11は、スピントルクを用いたマイクロ波発振素子の原理を説明するための図である。マイクロ波発振素子100は、不図示の基板上に、第1の電極110aと、磁化方向が固定された磁化固定層112と、中間層113と、磁化方向を変化させることのできる磁化自由層114と、第2の電極110bとが、この順に積層されて構成されている。ここで、磁化固定層112と磁化自由層114の磁化方向は同じ方向とする。
Here, the microwave oscillation element will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram for explaining the principle of a microwave oscillation element using spin torque. The
この状態で、電極110aと電極110bとの間に電圧を印加し、第1の電極110aから第2の電極110bの方向に直流電流131を流す。このように直流電流131を流すことにより、電子132(電子の流れる方向は電流と逆向きとなる)は、第2の電極110bから第1の電極110aに流れる。
In this state, a voltage is applied between the
このとき、スピンの持つ磁気モーメントの方向が磁化固定層112及び磁化自由層114の磁化方向と同じ電子132は、磁化自由層114内の電子スピン及び磁化固定層112に接している中間層113と相互作用を及ぼすとことなく、スピンの向きを保ったまま、第1の電極110aに向かって流れることができる。
At this time,
一方、スピンの磁気モーメントの方向が磁化自由層114の磁化方向と反対の電子132’は、磁化自由層114中の電子のスピンと交換相互作用を起こす。このため、それぞれの電子のスピン間にはスピントルクが働き、磁化自由層114内の電子のスピンは反転しようと歳差運動を始める。発生するスピントルクが十分に大きい場合は、歳差運動が増幅され、磁化自由層114内の電子のスピンは反転(スピン注入磁化反転)する。一方、発生するスピントルクが小さい場合、もしくは、外部磁界、一軸異方性などによりスピントルクが抑制されている場合は、スピンは反転することができず、歳差運動を行うのみである。
On the other hand, the
このスピントルクを用いたマイクロ波発振素子は、磁化固定層112、中間層113及び磁化自由層114の多層膜に膜面垂直方向に電流を流すことのできる電極を設けた磁気抵抗素子であるともいえる。磁気抵抗素子は、磁化固定層112と磁化自由層114の磁化の相対角度に応じて抵抗の変化する素子である。
The microwave oscillation element using the spin torque may be a magnetoresistive element in which an electrode capable of flowing a current in a direction perpendicular to the film surface is provided in a multilayer film of the magnetization
従って、磁化自由層114内の電子のスピンがスピントルクによって歳差運動を始めると、磁化自由層114の磁化と磁化固定層112の磁化の相対角度が歳差運動の周波数(マイクロ波の領域)に応じて変化するため、マイクロ波発振素子の抵抗が歳差運動の周波数に応じて変化する。
Therefore, when the electron spin in the magnetization
図11に示すように素子に一定の直流電流を入力し、この抵抗変化を素子に印加されている電圧変化として出力すると、高周波で振動する電圧信号を得ることができる。 As shown in FIG. 11, when a constant direct current is input to the element and this resistance change is output as a voltage change applied to the element, a voltage signal oscillating at a high frequency can be obtained.
このマイクロ波発振素子の特徴としては、素子に流す電流の大きさや、外部より印加する磁界の大きさを変えることにより、スピントルクによる磁化自由層114の歳差運動の周波数を変化させることが可能なため、マイクロ波の発振周波数を連続的に且つ、幅広い周波数範囲で変化させることが可能である。
As a feature of this microwave oscillation element, it is possible to change the precession frequency of the magnetization
図12(a)及び(b)に、非特許文献1及び2に記載されているマイクロ波発振素子の構成を示す。
FIGS. 12A and 12B show the configuration of the microwave oscillation element described in
図12(a)に示すマイクロ波発振素子400は、磁化自由層114と第2の電極110bとが、ナノコンタクト118で電気的に接続されている。一方、図12(b)におけるマイクロ波発振素子500は、磁化自由層114と中間層113とが、100nm程度の大きさに加工されており、第2の電極10bとナノスケールで接続されている。すなわち、図12(a)・(b)のマイクロ波発振素子400及び500の両方とも、磁化自由層114に流れる電流の断面積をナノスケールのオーダーで制限している。これは、スピントルクによる磁化自由層114の歳差運動を誘起するために必要となる電流値は、電流の流れる磁化自由層114の体積に比例するためである。従って、断面積を小さくし電流密度を大きくすることは、マイクロ波発振に必要となる電流の低減につながり、素子としての消電力化に貢献する。
In the
しかしながら、図12(a)・(b)に示したマイクロ波発振素子400及び500の出力は1nW程度であり、実用化するためには更に出力を大きくする必要がある。
However, the outputs of the
出力を向上させるためには、図12において示したマイクロ波発振素子を複数並列に接続し、複数のマイクロ波発振素子の出力を合成することによって、高出力化する方法が非特許文献3及び4に述べられている。 In order to improve the output, a method of increasing the output by connecting a plurality of microwave oscillation elements shown in FIG. 12 in parallel and combining the outputs of the plurality of microwave oscillation elements is described in Non-Patent Documents 3 and 4 It is stated in.
図13(a)・(b)には、図12(a)・(b)に示したマイクロ波発振素子400・500を複数並列に接続した、マイクロ波発振素子400B・500Bを示している。このように、マイクロ波発振素子を並列に接続することにより、並列に接続した素子の数だけ出力を向上させることが可能となる。
FIGS. 13A and 13B show
また、非特許文献3及び4によると、並列接続したマイクロ波発振素子同士を近接させ動作させると、スピンの歳差運動が位相同期し、発生するマイクロ波の出力が接続したマイクロ波発振素子の数以上に大きくなることが述べられている。
上述したように、スピントルクを用いたマイクロ波発振素子は、マイクロ波の発振周波数を連続的に且つ、幅広い周波数範囲で変化させることができ、素子を並列に接続することにより高出力で発振させることが可能であるため、チューナブルRF回路を実現するためのマイクロ波発振素子としての応用が期待される。 As described above, the microwave oscillation element using the spin torque can change the oscillation frequency of the microwave continuously and in a wide frequency range, and oscillates at high output by connecting the elements in parallel. Therefore, application as a microwave oscillation element for realizing a tunable RF circuit is expected.
しかしながら、図13(a)・(b)に示した素子を作製するためには、電極とのナノコンタクト構造、もしくは、微細構造を有する磁化自由層を作製し、並列に素子を接続しなければならない。この様なナノスケールの微細構造を作製するための手段としては、EBリソグラフィなどの微細加工方法が挙げられるが、微細加工を行うためのプロセスが多くなり、コスト、量産性に課題がある。 However, in order to fabricate the element shown in FIGS. 13A and 13B, a magnetic free layer having a nanocontact structure or a fine structure with an electrode must be fabricated and the elements connected in parallel. Don't be. Examples of means for producing such a nanoscale microstructure include a microfabrication method such as EB lithography, but there are many processes for performing microfabrication, and there are problems in cost and mass productivity.
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、微細加工を用いることなく、より簡易な加工プロセス、成膜プロセスを用いて、電極とのナノコンタクト構造もしくは、磁化自由層の微細化構造を実現し、且つ、高出力、低コスト、及び、量産性に優れたマイクロ波発振素子及びその製造方法、並びに該マイクロ波発振素子を備えたマイクロ波発振装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to use a simple contact process or film formation process without using microfabrication, and a nanocontact structure with an electrode or a magnetization free layer. To provide a microwave oscillating device that realizes a miniaturized structure and has high output, low cost, and excellent mass productivity, a method for manufacturing the same, and a microwave oscillating device including the microwave oscillating device. .
本発明に係るマイクロ波発振素子は、上述した課題を解決するために、第1の電極と第2の電極との間に、磁化方向が固定された磁化固定層と、非磁性体もしくは絶縁体である中間層と、磁化方向を変化させることができる磁化自由層とを有し、上記中間層が、上記磁化固定層と上記磁化自由層によって挟持された構成であり、第1の電極から、該磁化固定層と中間層と磁化自由層とを介して、第2の電極に電流が流れるように構成されているマイクロ波発振素子において、上記電流の経路中に、上記磁化自由層内における所定領域に流れる上記電流の密度を、該所定領域以外の領域に流れる上記電流の密度よりも高くするためのナノ粒子を複数有していることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, a microwave oscillation device according to the present invention includes a magnetization fixed layer having a magnetization direction fixed between a first electrode and a second electrode, and a nonmagnetic material or an insulator. The intermediate layer and a magnetization free layer capable of changing the magnetization direction, and the intermediate layer is sandwiched between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer, and from the first electrode, In the microwave oscillating device configured to allow a current to flow to the second electrode via the magnetization fixed layer, the intermediate layer, and the magnetization free layer, a predetermined path in the magnetization free layer is formed in the current path. It is characterized by having a plurality of nanoparticles for making the density of the current flowing in the region higher than the density of the current flowing in the region other than the predetermined region.
上記の構成によれば、本発明は、高出力、低コスト及び量産性に優れたマイクロ波発振素子を、従来の構成と比較して著しく簡易な手法によって実現することができる。 According to the above configuration, the present invention can realize a microwave oscillating device excellent in high output, low cost, and mass productivity by a significantly simpler method as compared with the conventional configuration.
具体的には、本発明のマイクロ波発振素子は、上記電流の経路中に、上記磁化自由層内の所定領域に流れる上記電流の密度を、該磁化自由層内における該所定領域以外の領域に流れる上記電流の密度よりも高くするためのナノ粒子を用いている。 Specifically, in the microwave oscillation device of the present invention, the density of the current flowing in a predetermined region in the magnetization free layer in the current path is set in a region other than the predetermined region in the magnetization free layer. Nanoparticles for increasing the density of the flowing current are used.
上記したように、スピントルクによる磁化自由層の歳差運動を誘起するために必要となる電流値は、電流の流れる磁化自由層の体積に比例する。すなわち、磁化自由層に流れる電流の断面積を小さくし電流密度を大きくすることによって、マイクロ波発振に必要となる電流を低減させることができる。そこで、本発明のマイクロ波発振素子では、上記したナノ粒子を用いて、磁化自由層内の所定領域に流れる上記電流の密度を高めている。このように本発明は、従来のように電極とのナノコンタクト構造、もしくは微細構造を有する磁化自由層を作製することによって磁化自由層内の所定領域に流れる上記電流の密度を高める手法と比較して、ナノ粒子を備えるという著しく簡易な手法で、従来の構成と同じ効果を実現することができる。すなわち、上記の構成によれば、従来よりも低コストで、且つ量産性に優れたマイクロ波発振素子を提供することが可能となる。 As described above, the current value required to induce precession of the magnetization free layer due to spin torque is proportional to the volume of the magnetization free layer through which a current flows. That is, the current required for microwave oscillation can be reduced by reducing the cross-sectional area of the current flowing in the magnetization free layer and increasing the current density. Therefore, in the microwave oscillating device of the present invention, the above-described nanoparticles are used to increase the density of the current flowing in a predetermined region in the magnetization free layer. As described above, the present invention is compared with the conventional method of increasing the density of the current flowing in a predetermined region in the magnetization free layer by producing a magnetization free layer having a nano-contact structure or a fine structure with the electrode. Thus, the same effect as that of the conventional configuration can be realized by a remarkably simple method of providing nanoparticles. That is, according to the above configuration, it is possible to provide a microwave oscillation element that is lower in cost and superior in mass productivity.
特に、本発明では複数のナノ粒子を用いているので、高出力化のマイクロ波発振素子を実現でき、且つ複数の微細構造を設けなければならなかった従来構成の高出力対応のマイクロ波発振素子と比較して、格段に簡易な手法でこれを実現することができる。 In particular, since a plurality of nanoparticles are used in the present invention, a microwave oscillator with high output can be realized, and a microwave oscillator corresponding to a high output with a conventional configuration that has to be provided with a plurality of fine structures. This can be realized by a much simpler method than the above.
また、本発明に係るマイクロ波発振素子は、上記ナノ粒子が導電性ナノ粒子であり、上記第2の電極は、電極層と、上記ナノ粒子を絶縁体によって囲んだ接続層とを有しており、上記ナノ粒子が、上記電極層と上記磁化自由層とに接触していることが好ましい。具体的には、上記ナノ粒子は、金属ナノ粒子であることが好ましい。 In the microwave oscillation device according to the present invention, the nanoparticles are conductive nanoparticles, and the second electrode includes an electrode layer and a connection layer in which the nanoparticles are surrounded by an insulator. The nanoparticles are preferably in contact with the electrode layer and the magnetization free layer. Specifically, the nanoparticles are preferably metal nanoparticles.
上記の構成とすれば、第2の電極に構成されているナノ粒子と、磁化自由層との間にナノコンタクトを実現することができる。すなわち、上記の構成を採用することによって、磁化自由層に流れる電流の断面積をナノオーダーで制限することができる。これにより、磁化自由層の歳差運動を誘起するために必要となる電流値を低減することができる。 If it is said structure, a nano contact is realizable between the nanoparticle comprised by the 2nd electrode, and the magnetization free layer. That is, by adopting the above configuration, the cross-sectional area of the current flowing in the magnetization free layer can be limited on the nano order. As a result, the current value required to induce precession of the magnetization free layer can be reduced.
例えば、本発明に係るマイクロ波発振素子は、上記電極層と上記磁化自由層との上記ナノ粒子の接触面積が、0を超え、4900nm2 以下であることが好ましい。また、特に、上記接触面積は、0を超え、70nm×70nm以下であることが好ましい。 For example, in the microwave oscillation element according to the present invention, the contact area of the nanoparticles between the electrode layer and the magnetization free layer is preferably more than 0 and 4900 nm 2 or less. In particular, the contact area is preferably more than 0 and 70 nm × 70 nm or less.
そして、本発明に係るマイクロ波発振素子は、上記第1の電極と、磁化固定層と、中間層と、磁化自由層と、第2の電極とをこの順で設けることができる。 And the microwave oscillation element which concerns on this invention can provide the said 1st electrode, a magnetization fixed layer, an intermediate | middle layer, a magnetization free layer, and a 2nd electrode in this order.
また、本発明に係るマイクロ波発振素子は、上記ナノ粒子は、磁性ナノ粒子であり、上記磁化自由層は、上記磁性ナノ粒子を絶縁体によって囲んだ構成となっており、上記磁性ナノ粒子が、上記第2の電極と上記中間層とに接触していることが好ましい。 Further, in the microwave oscillation device according to the present invention, the nanoparticles are magnetic nanoparticles, and the magnetization free layer has a configuration in which the magnetic nanoparticles are surrounded by an insulator. The second electrode and the intermediate layer are preferably in contact with each other.
上記の構成とすれば、上記ナノ粒子が磁性ナノ粒子であり、上記磁化自由層は、上記磁性ナノ粒子を絶縁体によって囲んだ構成となっている。これにより、磁化自由層に流れる電流の断面積をナノオーダーで制限することができる。これにより、磁化自由層の歳差運動を誘起するために必要となる電流値を低減することができる。 With the above configuration, the nanoparticles are magnetic nanoparticles, and the magnetization free layer has a configuration in which the magnetic nanoparticles are surrounded by an insulator. Thereby, the cross-sectional area of the current flowing in the magnetization free layer can be limited in nano order. As a result, the current value required to induce precession of the magnetization free layer can be reduced.
また、本発明に係るマイクロ波発振素子は、上記ナノ粒子が磁性ナノ粒子であり、上記磁化自由層は、上記磁性ナノ粒子を絶縁体によって囲んだ構成となっており、上記磁化固定層は、互いに磁化方向が逆である第1の磁化固定層と第2の磁化固定層とを備えており、上記磁化自由層は、上記中間層を介して、上記第1の磁化固定層と上記第2の磁化固定層とに挟まれた構成となっており、上記磁性ナノ粒子は、各上記中間層と接触していることが好ましい。 Further, in the microwave oscillation device according to the present invention, the nanoparticles are magnetic nanoparticles, the magnetization free layer has a configuration in which the magnetic nanoparticles are surrounded by an insulator, and the magnetization fixed layer includes: The first magnetization fixed layer and the second magnetization fixed layer having opposite magnetization directions are provided, and the magnetization free layer includes the first magnetization fixed layer and the second magnetization layer via the intermediate layer. It is preferable that the magnetic nanoparticles are in contact with each of the intermediate layers.
上記のように、磁化方向が逆である第1の磁化固定層と第2の磁化固定層とを備えていることによって、単層の磁化固定層を用いた本発明のマイクロ波発振素子と比較して、より一層小さい電流値でマイクロ波発振することが可能となる。 As described above, by providing the first magnetization fixed layer and the second magnetization fixed layer whose magnetization directions are opposite to each other, it is compared with the microwave oscillation element of the present invention using a single magnetization fixed layer. As a result, microwave oscillation can be performed with a much smaller current value.
具体的には、上記の構成を有する本発明に係るマイクロ波発振素子では、第1の磁化固定層と、中間層と、磁化自由層と、中間層と、第2の磁化固定層とがこの順で配置しており、第1の電極と第2の電極とに電圧が印加されると、電子は、一方の磁化固定層(ここで仮に第2の磁化固定層とする)を通過して、中間層と通過し、磁化自由層に向かう。この際、電子は、第2の磁化固定層の磁化と同じ方向の磁気モーメントを有するスピンをもつようになる。このようなスピンを有する電子が磁化自由層中の磁性ナノ粒子内へ流れると、このスピンのもつ角運動量が磁性ナノ粒子へ伝達され、磁性ナノ粒子内の電子のスピンは反転しようと歳差運動を始める。 Specifically, in the microwave oscillation device according to the present invention having the above-described configuration, the first magnetization fixed layer, the intermediate layer, the magnetization free layer, the intermediate layer, and the second magnetization fixed layer include When a voltage is applied to the first electrode and the second electrode, electrons pass through one of the magnetization fixed layers (here, tentatively referred to as the second magnetization fixed layer). , Passes through the intermediate layer, and goes to the magnetization free layer. At this time, the electrons have a spin having a magnetic moment in the same direction as the magnetization of the second magnetization fixed layer. When electrons with such spins flow into the magnetic nanoparticles in the free magnetic layer, the angular momentum of the spins is transmitted to the magnetic nanoparticles, and the spins of the electrons in the magnetic nanoparticles try to reverse. Begin.
一方、第1の磁化固定層の磁化方向は、第2の磁化固定層の磁化とは逆向きである。このため、電子の流れが第1の磁化固定層へ入る界面において、第2の磁化固定層の磁化と同方向の磁気モーメントを有するスピンを持つ電子は、第1の磁化固定層に接した中間層で反射される。この反射されたスピンは、やはり磁性ナノ粒子内の磁化に作用する。 On the other hand, the magnetization direction of the first magnetization fixed layer is opposite to the magnetization of the second magnetization fixed layer. For this reason, an electron having a spin having a magnetic moment in the same direction as the magnetization of the second magnetization fixed layer is in contact with the first magnetization fixed layer at the interface where the electron flow enters the first magnetization fixed layer. Reflected by the layer. This reflected spin still affects the magnetization in the magnetic nanoparticles.
すなわち、第2の磁化固定層を通過してきた電子は、中間層で反射された後、磁性ナノ粒子の磁化に再び作用するため、マイクロ波を発生するための電流値を、磁化固定層のみを用いた本発明のマイクロ波発振素子と比較して小さい電流値で実施できることになる。 That is, the electrons that have passed through the second magnetization fixed layer are reflected by the intermediate layer and then act again on the magnetization of the magnetic nanoparticles, so that the current value for generating the microwave is applied only to the magnetization fixed layer. It can be implemented with a smaller current value than the microwave oscillation element of the present invention used.
また、本発明に係るマイクロ波発振素子は、上記磁性ナノ粒子の直径が、0を超えて、100nm以下であることが好ましい。 In the microwave oscillating device according to the present invention, the magnetic nanoparticles preferably have a diameter of more than 0 and 100 nm or less.
また、本発明に係るマイクロ波発振素子は、上記第1の電極と、上記磁化固定層との間に、反強磁性体層を有していることが好ましい。もしくは、本発明に係るマイクロ波発振素子は、上記第2の電極と第2の磁化固定層との間、及び、上記第1の磁化固定層と第1の電極との間に、反強磁性体層を有していることが好ましい。 The microwave oscillation element according to the present invention preferably has an antiferromagnetic layer between the first electrode and the fixed magnetization layer. Alternatively, the microwave oscillating device according to the present invention has an antiferromagnetic property between the second electrode and the second magnetization fixed layer and between the first magnetization fixed layer and the first electrode. It is preferable to have a body layer.
反強磁性体層を有していることにより、磁化固定層の磁化方向を所定の方向に確実に制御することができる。 By having the antiferromagnetic material layer, the magnetization direction of the magnetization fixed layer can be reliably controlled in a predetermined direction.
また、本発明に係るマイクロ波発振装置は、上記した構成を有するマイクロ波発振素子と、外部磁界発生部とを有する周波数可変部を備えていることを特徴としている。 In addition, a microwave oscillation device according to the present invention includes a frequency variable unit having a microwave oscillation element having the above-described configuration and an external magnetic field generation unit.
上記の構成によれば、本発明は、高出力、低コスト及び量産性に優れたマイクロ波発振装置を、従来の構成と比較して著しく簡易な手法によって実現することができる。 According to the above configuration, the present invention can realize a microwave oscillating device excellent in high output, low cost, and mass productivity by a remarkably simple technique as compared with the conventional configuration.
また、本発明に係るマイクロ波発振素子の製造方法は、上述した課題を解決するために、第1の電極と第2の電極との間に、磁化方向が固定された磁化固定層と、非磁性体もしくは絶縁体である中間層と、磁化方向を変化させることのできる磁化自由層とを有し、上記中間層が、上記磁化固定層と上記磁化自由層によって挟持された構成であり、第1の電極から、該磁化固定層及び磁化自由層を介して、第2の電極に電流が流れるように構成されているマイクロ波発振素子の製造方法であって、電極層を有する第2の電極と、磁化自由層とを隣接させて互いを電気的に導通させる導通工程を含み、上記導通工程は、上記磁化自由層及び上記電極層の何れか一方の層上に、複数の導電性ナノ粒子を形成する粒子形成工程と、粒子形成工程によって形成された上記導電性ナノ粒子の表面の少なくとも一部分を絶縁体で覆う絶縁体形成工程と、上記磁化自由層及び上記電極層のうちの他方の層と、上記導電性ナノ粒子とを電気的に導通させるために、上記絶縁体形成工程で形成された上記絶縁体の一部を除去して該導電性ナノ粒子の表面を露出する露出工程とを含むことを特徴としている。 In addition, in order to solve the above-described problem, a method for manufacturing a microwave oscillating device according to the present invention includes a magnetization fixed layer having a magnetization direction fixed between a first electrode and a second electrode, An intermediate layer that is a magnetic body or an insulator and a magnetization free layer capable of changing a magnetization direction, and the intermediate layer is sandwiched between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer; A method of manufacturing a microwave oscillation element configured to allow a current to flow from one electrode to a second electrode through the magnetization fixed layer and the magnetization free layer, the second electrode having an electrode layer And a conduction step of electrically connecting each other with the magnetization free layer adjacent to each other, wherein the conduction step includes a plurality of conductive nanoparticles on one of the magnetization free layer and the electrode layer. Particles forming process, and particle forming process An insulator forming step of covering at least a part of the surface of the formed conductive nanoparticles with an insulator, the other of the magnetization free layer and the electrode layer, and the conductive nanoparticles electrically In order to make it conduct | electrically_connecting, the exposure process which removes a part of said insulator formed at the said insulator formation process and exposes the surface of this electroconductive nanoparticle is included.
上記の構成によれば、本発明は、高出力、低コスト及び量産性に優れたマイクロ波発振素子を、従来の構成と比較して著しく簡易な手法によって実現することができる。 According to the above configuration, the present invention can realize a microwave oscillating device excellent in high output, low cost, and mass productivity by a significantly simpler method as compared with the conventional configuration.
上記したように、スピントルクによる磁化自由層の歳差運動を誘起するために必要となる電流値は、電流の流れる磁化自由層の体積に比例する。すなわち、磁化自由層に流れる電流の断面積を小さくし電流密度を大きくすることによって、マイクロ波発振に必要となる電流を低減させることができる。 As described above, the current value required to induce precession of the magnetization free layer due to spin torque is proportional to the volume of the magnetization free layer through which a current flows. That is, the current required for microwave oscillation can be reduced by reducing the cross-sectional area of the current flowing in the magnetization free layer and increasing the current density.
そこで、本発明の製造方法を用いれば、第2の電極に構成されているナノ粒子と、磁化自由層との間にナノコンタクトを実現することができる。すなわち、上記の構成を採用することによって、磁化自由層に流れる電流の断面積をナノオーダーで制限することができる。これにより、磁化自由層の歳差運動を誘起するために必要となる電流値を低減することができる。このように本発明は、従来のように電極とのナノコンタクト構造、もしくは微細構造を有する磁化自由層を作製することによって、磁化自由層内の所定領域に流れる上記電流の密度を高める手法と比較して、ナノ粒子を備えるという著しく簡易な手法で、低コスト及び量産性に優れたマイクロ波発振素子を実現できる。 Then, if the manufacturing method of this invention is used, a nano contact can be implement | achieved between the nanoparticle comprised by the 2nd electrode, and a magnetization free layer. That is, by adopting the above configuration, the cross-sectional area of the current flowing in the magnetization free layer can be limited on the nano order. As a result, the current value required to induce precession of the magnetization free layer can be reduced. As described above, the present invention is compared with the conventional method of increasing the density of the current flowing in a predetermined region in the magnetization free layer by producing a magnetization free layer having a nano-contact structure or a fine structure with the electrode. Thus, a microwave oscillation device excellent in low cost and mass productivity can be realized by a remarkably simple method of providing nanoparticles.
特に、本発明では複数の導電性ナノ粒子を形成するので、高出力化のマイクロ波発振素子を実現でき、且つ複数の微細構造を設けなければならなかった従来構成の高出力対応のマイクロ波発振素子と比較して、簡易な手法でこれを実現することができる。 In particular, according to the present invention, since a plurality of conductive nanoparticles are formed, a microwave oscillator with high output can be realized, and a microwave oscillation corresponding to a high output of a conventional configuration in which a plurality of fine structures must be provided. This can be realized by a simpler method compared to the element.
また、本発明に係る他のマイクロ波発振素子の製造方法は、上述した課題を解決するために、第1の電極と第2の電極との間に、磁化方向が固定された磁化固定層と、非磁性体もしくは絶縁体である中間層と、磁化方向を変化させることのできる磁化自由層とを有し、上記中間層が、上記磁化固定層と上記磁化自由層によって挟持された構成であり、第1の電極から、該磁化固定層と中間層と磁化自由層とを介して、第2の電極に電流が流れるように構成されているマイクロ波発振素子の製造方法であって、上記磁化自由層を形成する磁化自由層形成工程を含み、上記磁化自由層形成工程は、上記第2の電極もしくは上記中間層の上に、複数の磁性ナノ粒子を形成する粒子形成工程と、粒子形成工程によって形成された上記磁性ナノ粒子の表面の少なくとも一部分を絶縁体で覆う絶縁体形成工程と、上記絶縁体形成工程で形成された上記絶縁体の一部を除去して該導電性ナノ粒子の表面を露出する露出工程とを含むことを特徴としている。 In addition, in order to solve the above-described problem, another method for manufacturing a microwave oscillation device according to the present invention includes a magnetization fixed layer having a magnetization direction fixed between a first electrode and a second electrode. A nonmagnetic or insulating intermediate layer and a magnetization free layer capable of changing the magnetization direction, wherein the intermediate layer is sandwiched between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer. A method of manufacturing a microwave oscillation device configured to allow a current to flow from a first electrode to a second electrode through the magnetization fixed layer, an intermediate layer, and a magnetization free layer, wherein the magnetization A magnetization free layer forming step of forming a free layer, wherein the magnetization free layer forming step includes: a particle forming step of forming a plurality of magnetic nanoparticles on the second electrode or the intermediate layer; and a particle forming step Table of the above magnetic nanoparticles formed by An insulator forming step of covering at least a part of the insulator with an insulator, and an exposing step of removing a part of the insulator formed in the insulator forming step to expose the surface of the conductive nanoparticles. It is a feature.
上記の構成によれば、本発明は、高出力、低コスト及び量産性に優れたマイクロ波発振素子を、従来の構成と比較して著しく簡易な手法によって実現することができる。 According to the above configuration, the present invention can realize a microwave oscillating device excellent in high output, low cost, and mass productivity by a significantly simpler method as compared with the conventional configuration.
上記したように、スピントルクによる磁化自由層の歳差運動を誘起するために必要となる電流値は、電流の流れる磁化自由層の体積に比例する。すなわち、磁化自由層に流れる電流の断面積を小さくし電流密度を大きくすることによって、マイクロ波発振に必要となる電流を低減させることができる。 As described above, the current value required to induce precession of the magnetization free layer due to spin torque is proportional to the volume of the magnetization free layer through which a current flows. That is, the current required for microwave oscillation can be reduced by reducing the cross-sectional area of the current flowing in the magnetization free layer and increasing the current density.
そこで、本発明の製造方法を用いれば、磁性ナノ粒子を用いて磁化自由層を形成している。すなわち、この構成を採用することによって、磁化自由層に流れる電流の断面積をナノオーダーで制限することができる。これにより、磁化自由層の歳差運動を誘起するために必要となる電流値を低減することができる。このように本発明は、従来のように電極とのナノコンタクト構造、もしくは微細構造を有する磁化自由層を作製することによって、磁化自由層内の所定領域に流れる上記電流の密度を高める手法と比較して、ナノ粒子を備えるという著しく簡易な手法で、低コスト及び量産性に優れたマイクロ波発振素子を実現できる。 Therefore, if the manufacturing method of the present invention is used, the magnetic free layer is formed using magnetic nanoparticles. That is, by adopting this configuration, the cross-sectional area of the current flowing in the magnetization free layer can be limited on the nano order. As a result, the current value required to induce precession of the magnetization free layer can be reduced. As described above, the present invention is compared with the conventional method of increasing the density of the current flowing in a predetermined region in the magnetization free layer by producing a magnetization free layer having a nano-contact structure or a fine structure with the electrode. Thus, a microwave oscillation device excellent in low cost and mass productivity can be realized by a remarkably simple method of providing nanoparticles.
特に、本発明では複数の磁性ナノ粒子を形成するので、高出力化のマイクロ波発振素子を実現でき、且つ複数の微細構造を設けなければならなかった従来構成の高出力対応のマイクロ波発振素子と比較して、簡易な手法でこれを実現することができる。 In particular, since a plurality of magnetic nanoparticles are formed in the present invention, a microwave oscillator having a high output can be realized, and a microwave oscillator corresponding to a high output having a conventional configuration that has to be provided with a plurality of fine structures. This can be realized by a simple method compared to the above.
また、本発明に係る他のマイクロ波発振素子の製造方法は、上述した課題を解決するために、第1の電極と第2の電極との間に、磁化方向が固定された磁化固定層と、非磁性体もしくは絶縁体である中間層と、磁化方向を変化させることのできる磁化自由層とを有し、上記中間層が、上記磁化固定層と上記磁化自由層によって挟持された構成であり、第1の電極から、該磁化固定層と中間層と磁化自由層とを介して、第2の電極に電流が流れるように構成されているマイクロ波発振素子の製造方法であって、上記第2の電極もしくは上記磁化固定層の何れか一つの層の上に、絶縁体マトリックスと磁性ナノ粒子の原料とを含む材料を塗布し、該絶縁体マトリックスによって磁性ナノ粒子が上記磁化固定層と離間されるように、該原料から磁性ナノ粒子を形成して、上記中間層および上記磁化自由層を形成する工程と、上記工程によって形成された上記磁性ナノ粒子の表面の少なくとも一部分の上記絶縁体を除去して該導電性ナノ粒子の表面を露出する露出工程とを含むことを特徴としている。 In addition, in order to solve the above-described problem, another method for manufacturing a microwave oscillation device according to the present invention includes a magnetization fixed layer having a magnetization direction fixed between a first electrode and a second electrode. A nonmagnetic or insulating intermediate layer and a magnetization free layer capable of changing the magnetization direction, wherein the intermediate layer is sandwiched between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer. A method for manufacturing a microwave oscillation device configured to allow a current to flow from a first electrode to a second electrode through the magnetization fixed layer, the intermediate layer, and the magnetization free layer, A material containing an insulator matrix and a magnetic nanoparticle raw material is applied on any one of the two electrodes or the magnetization fixed layer, and the magnetic nanoparticles are separated from the magnetization fixed layer by the insulator matrix. Magnetic material from the raw material Forming the intermediate layer and the magnetization free layer, and removing the insulator on at least a part of the surface of the magnetic nanoparticle formed by the step to remove the conductive nanoparticle. And an exposure step for exposing the surface.
上記の構成とすれば、上記中間層および上記磁化自由層を同時に、すなわち一工程で形成することができることから、上記中間層と上記磁化自由層とを各々の工程で形成する方法に比べて、製造工程を簡素化することが可能となる。 With the above configuration, since the intermediate layer and the magnetization free layer can be formed simultaneously, that is, in one step, compared to the method of forming the intermediate layer and the magnetization free layer in each step, The manufacturing process can be simplified.
本発明に係るマイクロ波発振素子は、以上のように、上記電流の経路中に、上記磁化自由層内の所定領域に流れる上記電流の密度を、該磁化自由層内における該所定領域以外の領域に流れる上記電流の密度よりも高くするためのナノ粒子を複数有していることを特徴としている。また、本発明に係るマイクロ波発振素子の製造方法は、以上のように、第1の電極と第2の電極との間に、磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化方向を変化させることのできる磁化自由層とを有し、第1の電極から、該磁化固定層及び磁化自由層を介して、第2の電極に電流が流れるように構成されているマイクロ波発振素子の製造方法であって、電極層を有する第2の電極と、磁化自由層とを隣接させて互いを電気的に導通させる導通工程を含み、上記導通工程は、上記磁化自由層及び上記電極層の何れか一方の層上に、複数の導電性ナノ粒子を形成する粒子形成工程と、粒子形成工程によって形成された上記導電性ナノ粒子の表面の少なくとも一部分を絶縁体で覆う絶縁体形成工程と、上記磁化自由層及び上記電極層のうちの他方の層と、上記導電性ナノ粒子とを電気的に導通させるために、上記絶縁体形成工程で形成された上記絶縁体の一部を除去して該導電性ナノ粒子の表面を露出する露出工程とを含むことを特徴としている。また、本発明に係る他のマイクロ波発振素子の製造方法は、以上のように、第1の電極と第2の電極との間に、磁化方向が固定された磁化固定層と、非磁性である中間層と、磁化方向を変化させることのできる磁化自由層とを有し、第1の電極から、該磁化固定層と中間層と磁化自由層とを介して、第2の電極に電流が流れるように構成されているマイクロ波発振素子の製造方法であって、上記磁化自由層を形成する磁化自由層形成工程を含み、上記磁化自由層形成工程は、上記第2の電極、上記磁化固定層及び上記中間層の何れか一つの層の上に、複数の磁性ナノ粒子を形成する粒子形成工程と、粒子形成工程によって形成された上記磁性ナノ粒子の表面の少なくとも一部分を絶縁体で覆う絶縁体形成工程と、上記絶縁体形成工程で形成された上記絶縁体の一部を除去して該導電性ナノ粒子の表面を露出する露出工程とを含むことを特徴としている。さらに、本発明に係る他のマイクロ波発振素子の製造方法は、以上のように、第1の電極と第2の電極との間に、磁化方向が固定された磁化固定層と、非磁性体もしくは絶縁体である中間層と、磁化方向を変化させることのできる磁化自由層とを有し、上記中間層が、上記磁化固定層と上記磁化自由層によって挟持された構成であり、第1の電極から、該磁化固定層と中間層と磁化自由層とを介して、第2の電極に電流が流れるように構成されているマイクロ波発振素子の製造方法であって、上記第2の電極もしくは上記磁化固定層の何れか一つの層の上に、絶縁体マトリックスと磁性ナノ粒子の原料とを含む材料を塗布し、該絶縁体マトリックスによって磁性ナノ粒子が上記磁化固定層と離間されるように、該原料から磁性ナノ粒子を形成して、上記中間層および上記磁化自由層を形成する工程と、上記工程によって形成された上記磁性ナノ粒子の表面の少なくとも一部分の上記絶縁体を除去して該導電性ナノ粒子の表面を露出する露出工程とを含むことを特徴としている。 As described above, the microwave oscillating device according to the present invention is configured such that the density of the current flowing in a predetermined region in the magnetization free layer in the current path is changed to a region other than the predetermined region in the magnetization free layer. It has a feature that it has a plurality of nanoparticles for making the density higher than the current flowing through the. In addition, as described above, the method for manufacturing a microwave oscillating device according to the present invention changes the magnetization direction between the first electrode and the second electrode, and the magnetization fixed layer in which the magnetization direction is fixed. A method of manufacturing a microwave oscillation device comprising a magnetization free layer capable of flowing current from a first electrode to a second electrode via the magnetization fixed layer and the magnetization free layer And a conduction step in which the second electrode having the electrode layer and the magnetization free layer are adjacent to each other to electrically conduct each other, and the conduction step is one of the magnetization free layer and the electrode layer. A particle forming step of forming a plurality of conductive nanoparticles on one layer, an insulator forming step of covering at least a part of the surface of the conductive nanoparticles formed by the particle forming step with an insulator, and the magnetization The other of the free layer and the electrode layer And exposing the surface of the conductive nanoparticles by removing a part of the insulator formed in the insulator forming step in order to electrically connect the conductive nanoparticles. It is characterized by including. In addition, as described above, another method for manufacturing a microwave oscillating device according to the present invention includes a magnetization fixed layer having a magnetization direction fixed between a first electrode and a second electrode, a non-magnetic An intermediate layer and a magnetization free layer capable of changing the magnetization direction, and current is passed from the first electrode to the second electrode via the magnetization fixed layer, the intermediate layer, and the magnetization free layer. A method of manufacturing a microwave oscillation element configured to flow, the method including a magnetization free layer forming step of forming the magnetization free layer, wherein the magnetization free layer forming step includes the second electrode, the magnetization fixed A particle forming step of forming a plurality of magnetic nanoparticles on any one of the layer and the intermediate layer, and insulation covering at least a portion of the surface of the magnetic nanoparticles formed by the particle forming step with an insulator Formed in the body forming step and the insulator forming step. It was is characterized by comprising an exposure step of exposing the surface of the part was removed conductive nanoparticles of the insulator. Furthermore, as described above, another method for manufacturing a microwave oscillation device according to the present invention includes a magnetization fixed layer having a magnetization direction fixed between the first electrode and the second electrode, and a nonmagnetic material. Alternatively, an intermediate layer that is an insulator and a magnetization free layer that can change the magnetization direction, and the intermediate layer is sandwiched between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer, A method for manufacturing a microwave oscillation device configured to allow a current to flow from an electrode to a second electrode via the magnetization fixed layer, the intermediate layer, and the magnetization free layer, wherein the second electrode or A material containing an insulator matrix and a magnetic nanoparticle material is applied on any one of the magnetization fixed layers, and the magnetic nanoparticles are separated from the magnetization fixed layer by the insulator matrix. , Forming magnetic nanoparticles from the raw material Forming the intermediate layer and the magnetization free layer, and exposing the surface of the conductive nanoparticles by removing the insulator on at least a part of the surface of the magnetic nanoparticles formed by the step. And a process.
また、本発明に係るマイクロ波発振装置は、以上のように、上記した構成を有するマイクロ波発振素子と、外部磁界発生部とを有する周波数可変部を備えていることを特徴としている。 In addition, as described above, the microwave oscillation device according to the present invention is characterized by including the frequency variable unit including the microwave oscillation element having the above-described configuration and the external magnetic field generation unit.
以上の構成とすれば、本発明は、高出力、低コスト及び量産性に優れたマイクロ波発振素子、もしくはマイクロ波装置を、従来の構成と比較して著しく簡易な手法によって実現することができる。 With the above configuration, the present invention can realize a microwave oscillating device or a microwave device excellent in high output, low cost, and mass productivity by a significantly simpler method compared to the conventional configuration. .
〔実施の形態1〕
本発明に係るマイクロ波発振素子、及びマイクロ波発振装置についての一実施形態を説明する。なお、以下の説明では、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲が以下の実施形態および図面に限定されるものではない。
[Embodiment 1]
An embodiment of a microwave oscillation device and a microwave oscillation device according to the present invention will be described. In the following description, various technically preferable limitations for implementing the present invention are given, but the scope of the present invention is not limited to the following embodiments and drawings.
まず、図1ないし図3(a)・(b)に基づいて本発明に係るマイクロ波発振素子を説明する。 First, a microwave oscillation device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3A and 3B.
図1は、本実施形態におけるマイクロ波発振素子の構成を示した断面図である。図1に示すように、本実施の形態にかかるマイクロ波発振素子50aは、第1の電極10aと、反強磁性体層11と、磁化が一方向に固定された磁化固定層12と、中間層13と、磁化方向が可変な磁化自由層14と、第2の電極10bとがこの順で積層されることにより形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the microwave oscillating device according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the
第2の電極10bは、磁化自由層14と接している面に絶縁体層15に囲まれた複数の導電性ナノ粒子16を含んだ層と、電極層17とで構成されている。そして、この導電性ナノ粒子16は、磁化自由層14と電極層17とをナノコンタクト18で接続している。すなわち、磁化自由層14と第2の電極10bとは、導電性ナノ粒子16によって電気的にナノコンタクトしている。
The
磁化固定層12の磁化は、反強磁性体層11によって一方向に固定されている。
The magnetization of the magnetization fixed
尚、反強磁性体層11によって磁化固定層12の磁化を固定する代わりに、磁化反転が起こりにくい硬磁性材料のみで磁化固定層12を形成してもよい。
Instead of fixing the magnetization of the magnetization fixed
図1に示す本実施の形態におけるマイクロ波発振素子50aは、図13(a)で示したマイクロ波発振素子400Bと同様の等価回路を持つ。そのため、図13(a)のマイクロ波発振素子400B同様、図12(a)で示したマイクロ波発振素子400に比べ、大きな出力で発振することが可能となる。このことについて、以下に詳細に述べる。
The
図1に示したマイクロ波発振素子50aにおいて点線で囲まれた箇所は、図12(a)に示した従来のマイクロ波発振素子400と同様に、導電性ナノ粒子16によって磁化自由層14と第2の電極10bがナノコンタクト18で接続されている。すなわち、点線で囲まれた箇所においては、図12(a)で示した従来のマイクロ波発振素子400と同様な等価回路を持ち、同じようにマイクロ波発振を行うことができる。
A portion surrounded by a dotted line in the
更に、本実施の形態におけるマイクロ波発振素子50aは、複数の導電性ナノ粒子16により、磁化自由層14と多数のナノコンタクト18を形成している。従って、マイクロ波発振素子50aは、図13(a)で示したマイクロ波発振素子400Bと同様に、複数の図12(a)で示したマイクロ波発振素子400を並列に接続した構造をとっていることになる。図1のマイクロ波発振素子50aの等価回路は、図13(a)に示したマイクロ波発振素子400Bと同様なものとなり、図12(a)のマイクロ波発振素子400よりも大きな出力を得ることが可能となる。
Furthermore, in the
また、上述のように、導電性ナノ粒子16の間隔を狭くしていくと、並列に接続しているマイクロ波発振素子同士が位相同期して発振する。すなわち、導電性ナノ粒子16の間隔を狭くすると、ナノコンタクト18の直下で誘起される磁化自由層14の電子のスピンの歳差運動は、隣り合うナノコンタクト部分で位相同期する。このことにより、更に大きな出力でマイクロ波を発振させることが可能となる。
Further, as described above, when the interval between the
次に、本実施の形態におけるマイクロ波発振素子50aの各要素を形成する材料について詳述する。
Next, materials for forming each element of the
磁化固定層12及び磁化自由層14の材料としては、以下の(1)〜(3)のうちいずれかを用いることができる。
(1)Fe、Co、Ni、または、Fe、Co、Ni、Mn及びCrよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む合金
(2)「パーマロイ」と呼ばれるNiFe系合金、CoNbZr系合金、FeTaC系合金、CoTaZr系合金、FeAlSi系合金、FeB系合金、CoFeB系合金などの軟磁性材料
(3)ホイスラー合金、CrO2 、Fe3 O4 、La1―X SrX MnO3 などのハーフメタル磁性材料
磁化固定層12、磁化自由層14の材料としては、これらのうちから用途に応じた磁気特性を有するものを適宜選択して用いればよい。
As a material of the magnetization fixed
(1) An alloy containing at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, or Fe, Co, Ni, Mn, and Cr. (2) NiFe-based alloy called “Permalloy”, CoNbZr-based alloy. , FeTaC alloys, CoTaZr alloys, FeAlSi alloys, FeB alloys, CoFeB alloys, and other soft magnetic materials (3) Heusler alloys, CrO 2 , Fe 3 O 4 , La 1-X Sr X MnO 3, etc. Metal Magnetic Material As materials for the magnetization fixed
また、中間層13の材料としては、以下のものを用いることができる。
(1)Cu、Au、Ag、Ruあるいはこれらのいずれか一種以上を含む合金
(2)Al、Ti、Ta、Co、Ni、Si、Mn及びFeよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物あるいは窒化物
(3)フッ化物からなる絶縁体
尚、中間層13には、酸素等の異種元素が添加されていてもよい。
Moreover, as the material of the
(1) Cu, Au, Ag, Ru, or an alloy containing at least one of these (2) At least one element selected from the group consisting of Al, Ti, Ta, Co, Ni, Si, Mn, and Fe Insulator made of oxide or nitride containing (3) fluoride. The
第1の電極10a、及び第2の電極10bの電極層17の材料としては、従来公知の電極材料を用いることができる。
As a material of the
また、導電性ナノ粒子16の材料としては、導電性を有しているものであれば良く、例えばPt、Au、Cu等を用いることができる。
Moreover, as a material of the
導電性ナノ粒子16の形状については、磁化自由層14と第2の電極10bとにナノコンタクトできるものであれば特に制限はなく、球状、楕円体であってもよく、多面体であってもよい。
The shape of the
絶縁体層15の材料としては、例えばSiO2、Al2O3、SiN等を用いることができる。その中でも、SiO2等と比較して、膜中のH2Oの割合が少ない、外部からのO2、H2Oの侵入を防ぐ効果に優れている点からSiNが好適である。
As a material of the insulating
本実施の形態においては、磁化固定層12の磁化を、反強磁性体層11により固定している。この場合に用いることができる反強磁性体層11の材料としては、FeMn、PtMn、PdMn、PdPtMn、IrMn、PtIrMnなどが望ましい。また、層間結合を使って固着させる際の中間層(磁化固定層12と反強磁性体層11との間に配設)としては、Cu、Au、Ag、Ruあるいはこれらのいずれか2種以上を含む合金が好ましい。
In the present embodiment, the magnetization of the magnetization fixed
以下に、本実施の形態にかかるマイクロ波発振素子50aの作製方法について述べる。
A method for manufacturing the
図2は、本実施の形態にかかるマイクロ波発振素子の作製方法を説明するための図である。 FIG. 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing the microwave oscillating device according to this embodiment.
まず、Siなどの基板上に、第1の電極10aとしてCu(膜厚60nm)を成膜する(図2(a))。具体的には、図2(a)’に示した上面図の通り、Cu(膜厚60nm)を成膜した後、レジストを塗布し、パターニングして、イオンミリングを用いて所定の寸法(例えば、2つの電極パット部80μm×80μmの間に、幅30μm×長さ100μmの細線が形成されているもの)に加工する。
First, Cu (film thickness: 60 nm) is formed as a
次に、第1の電極10aの上に反強磁性体層11としてIrMn合金層(膜厚15nm)を形成する。さらにその上に、磁化固定層12として、飽和磁化Bsが約1Tの軟磁性体であるNiFe合金層(膜厚5nm)を形成する。さらに、AlOx 層(膜厚1.4nm)を中間層13として形成し、その上に、磁化自由層14として飽和磁束密度2.3Tを有するFeCoNi合金層(膜厚5nm)を形成する。
Next, an IrMn alloy layer (film thickness: 15 nm) is formed as the
次に、保護層としてTa層を5nm成膜する。 Next, a 5 nm Ta layer is formed as a protective layer.
次に、絶縁体層15に囲まれた導電性ナノ粒子16を含んだ層を形成する。導電性ナノ粒子は、薄膜成長過程の初期に出現するいわゆるSK(Stranski-Krastanov)モード、VW(Volmer-Weber)モード成長を利用する方法を用いる。SKモード、VWモード共に薄膜成長過程においては、結晶核が生成および成長して(島状成長して)一体となることにより薄膜となる。この結晶核の成長過程において薄膜生成を止めると、結晶核が成長してできた無数のナノ粒子を基板表面に得ることができる。また、このナノ粒子の大きさは、多少の分布があるが大きさを揃えて形成することができることが最近の半導体プロセスで証明されている。また、微粒子間隔・位置を制御するためには、基板表面に応力分布や転位などをいれる方法が考案されているが、本実施の形態においては、粒子間距離・位置に関しては特に問題とはならない。これは、粒子間距離・位置にばらつきがあっても、導電性ナノ粒子によって、マイクロ波発振素子は並列に接続されるからである。この方法では、電子線リソグラフィやエッチングなどの微細加工を必要とせず、簡単なプロセスでナノ粒子を形成することができる。SKモードもしくはVWモード成長を利用して、Ptを直径50nm〜100nm程度のナノ粒子状に形成した後、導電性ナノ粒子16を覆うように、絶縁体層15としてSiNを成膜する。SiNの厚さは、数nm程度である。
Next, a layer including the
絶縁体層15に覆われた導電性ナノ粒子16を含んだ層を形成するための他の方法としては、「グラニュラー構造体」と呼ばれる、アモルファスマトリックス中に金属粒子が析出あるいは形成されてなる複合体構造を用いることが挙げられる。「グラニュラー構造体」は、Cu、Ptなどの金属材料とSiO2 、Al2 O3 などの絶縁体をスパッタ法で同時に成膜することで得ることができる。従って、「グラニュラー構造体」を用いてマイクロ波発振素子に必要となる絶縁体層15に覆われた導電性ナノ粒子16を含んだ層を形成する場合は、導電性ナノ粒子16と絶縁体層15を同時に形成することができる。従って、上記で説明したSKモード及びVWモードで導電性ナノ粒子16を作成し、その後絶縁層を形成する方法よりも工程が一つ少なくなる。
Another method for forming a layer including the
次に、第1の電極10aと同様に所定の寸法にイオンミリングを用いて、第1の電極10a上に成膜した反強磁性体層11から絶縁体層15に囲まれた導電性ナノ粒子を含んだ層までを所定の寸法(例えば、50μm×50μm)に加工する(図2(b))。
Next, the conductive nanoparticles surrounded by the
次に、第2の電極10bとのショートを防ぐため、先に加工した反強磁性体層11から絶縁体層15に囲まれた導電性ナノ粒子16を含んだ層を覆う様に絶縁膜20としてSiNを形成する。
Next, in order to prevent a short circuit with the
その後、第2の電極10bにおける電極層17と導電性ナノ粒子16とのコンタクトホール21を作成する。コンタクトホール21は、レジストを塗布してパターニングし、フッ酸によるウエットエッチング、もしくは、イオンミリングなどで絶縁膜を取り除くことにより形成する。このとき、導電性ナノ粒子16を覆っている絶縁体層15の表面部分も取り除き、導電性ナノ粒子16の一部を表面に露出させる(図2(c))。ここで、露出した導電性ナノ粒子16の面積がナノコンタクト18の接触面積となる。前述したように、電流パスの断面積を小さくした場合は、電流密度が大きくなるため、マイクロ波発振に必要となる電流の大きさを低減する効果を持つため、接触面積は小さい方が望ましい。
Thereafter, a
本実施の形態の場合は、ナノコンタクト18から磁化自由層14内の電流分布を考慮に入れてナノコンタクトの接触面積を決定した。一般的にスピントルクを働かせるのに必要な電流密度の値は、107 A/cm3 程度と報告されており、並列に接続されている素子一つに流す電流値を0.5mA程度とすれば、接触面積は70nm×70nmと求められる。これに、上記電流分布、すなわち磁化自由層14内の電流の広がりを考慮すると、少なくとも70nm×70nm以下のナノコンタクトの接合面積が必要となる。上記で述べたように、ナノコンタクト18を形成する導電性ナノ粒子16の直径は、50nm〜100nm程度であるため、絶縁膜20と、導電性ナノ粒子16を覆っている絶縁体層15の表面部分とを取り除くことにより、70nm×70nm以下のサイズを有するナノコンタクトを形成することができる。尚、必要があれば、所望のサイズのナノコンタクトが形成されているか否かをAFM(原子間力顕微鏡)などを用いて粒子形状を見ることにより確認してもよい。
In the case of the present embodiment, the contact area of the nanocontact is determined in consideration of the current distribution in the magnetization
最後に、第2の電極10bにおける電極層17を成膜し、第1の電極10aと同じく、所定の寸法に加工する(図2(d))。
Finally, the
尚、本実施形態において説明した製造方法は、第1の電極10aから第2の電極10bに向けて積層する方法であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、第2の電極10bから第1の電極10aに向けて積層する方法であってもよい。
The manufacturing method described in the present embodiment is a method of stacking from the
以上説明してきたように、本実施の形態におけるマイクロ波発振素子50aは、磁化自由層14と第2の電極10bとは複数の導電性ナノ粒子16によって、電気的に複数のナノコンタクトを形成している。これらは、図12(a)に示すマイクロ波発振素子400を並列に接続した図13(a)に示すマイクロ波発振素子400Bと等価であり、大きな出力を示す。
As described above, in the
また、本実施の形態におけるマイクロ波発振素子50aにおいては、複数の導電性ナノ粒子16を用いて、複数のナノコンタクト18を形成するため、ナノスケールの精度を要求される微細加工が不要となり、低コストで量産性の優れた素子を作製することが可能となる。
Further, in the
次に、本実施の形態におけるマイクロ波発振素子を備えた発振装置について述べる。 Next, an oscillation device provided with the microwave oscillation element in the present embodiment will be described.
図3(a)・(b)は、本発明の実施形態のマイクロ波発振素子50aを備えたマイクロ波発振装置である。図3(a)は、本発明のマイクロ波発振素子50aを用いたマイクロ波発振装置60の構成を示している。マイクロ波発振装置60は、電源部51と周波数可変部52と信号増幅部53から構成される。電源部51には、電圧(電流)を任意に制御可能な4つの電源V1、V2、V3およびV4がある。電源V1、V2およびV3は周波数可変部52に接続しており、電源V4は信号増幅部53に接続されている。また、周波数可変部52から信号増幅部53に交流信号54が出力されている。
3 (a) and 3 (b) show a microwave oscillation device including the
図3(b)は、図3(a)中の周波数可変部52について、より詳細に示している。周波数可変部52は、図3(b)に示すように本実施の形態におけるマイクロ波発振素子50aを備えており、それ以外に少なくとも外部磁界発生部56(例えばCu細線、又はCu細線で形成されたコイル)を有している。マイクロ波発振素子50aの第1の電極10aには、電源V1が接続されており、このV1を制御することにより、印加電圧の大きさ、すなわち素子電流を制御する。外部磁界発生部56には、電源V2およびV3が接続されており、マイクロ波発振素子50aに印加する外部磁場の大きさおよび印加方向を制御することができる。これら電源V1、V2およびV3を制御することによって、発振周波数を変化させる。この周波数可変部52からの出力は、信号増幅部53によって、所定の信号出力として使用される。基準となる周波数を造るこのような装置としては、VCO(電圧制御発振器)が携帯電話に用いられている。
FIG. 3B shows the
尚、本発明に係るマイクロ波発振素子及びこれを用いたマイクロ波発振装置は、以下の構成を特徴としていると換言することができる。
すなわち、マイクロ波発振素子及びこれを用いたマイクロ波発振装置は、第1の電極と、磁化方向が固定された磁化固定層と、非磁性である中間層と、磁化方向を変化させることのできる磁化自由層と、第2の電極とが、この順に積層されて構成されるマイクロ波発振素子において、前記第2の電極にナノ粒子を含むことを特徴としていると換言することができる。
また、上記の構成においては、前記第2の電極は、前記磁化自由層と接している面に絶縁体に囲まれた複数の導電性ナノ粒子を有しており、前記磁化自由層と前記第2の電極とが前記導電性ナノ粒子、又は凝集したナノ粒子の塊によって、電気的に複数のナノコンタクトを形成していることが好ましい。
さらに、上記の構成においては、前記ナノコンタクトの接触面積は、70nm×70nm以下であることが好ましい。
また、上記の場合においては、前記導電性ナノ粒子が金属粒子であることが好ましい。
In other words, it can be said that the microwave oscillation device and the microwave oscillation device using the same according to the present invention are characterized by the following configurations.
That is, the microwave oscillating element and the microwave oscillating device using the same can change the magnetization direction of the first electrode, the magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, the non-magnetic intermediate layer, and the like. In other words, in the microwave oscillation element in which the magnetization free layer and the second electrode are stacked in this order, the second electrode includes nanoparticles.
In the above configuration, the second electrode includes a plurality of conductive nanoparticles surrounded by an insulator on a surface in contact with the magnetization free layer, and the magnetization free layer and the first electrode It is preferable that the two electrodes form a plurality of nanocontacts electrically by the conductive nanoparticles or the aggregated aggregated nanoparticles.
Furthermore, in said structure, it is preferable that the contact area of the said nano contact is 70 nm x 70 nm or less.
Moreover, in said case, it is preferable that the said electroconductive nanoparticle is a metal particle.
〔実施の形態2〕
本発明にかかる他の実施の形態について、図4ないし図6に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、本実施の形態では、上記実施の形態1との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態1で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
Another embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, in order to explain differences from the first embodiment, members having the same functions as the members described in the first embodiment are denoted by the same member numbers for convenience of explanation. The description is omitted.
図4は、本実施の形態にかかるマイクロ波発振素子の構成を示した断面図である。図4に示すように、本実施の形態にかかるマイクロ波発振素子50bは、第1の電極10aと、反強磁性体層11と、磁化が一方向に固定された磁化固定層12と、中間層13と、磁化方向が可変な磁化自由層24と、第2の電極10bとがこの順で積層されることにより形成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the microwave oscillating device according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the
また、本実施の形態における磁化自由層24は、絶縁体層25に囲まれた磁性ナノ粒子26で構成されている。磁性ナノ粒子26は、図12(b)及び図13(b)に示しているマイクロ波発振素子500、500Bにおける、ナノスケールに加工された磁化自由層114と同様な役割を持つ。
In addition, the magnetization
また、磁化固定層12の磁化は、反強磁性体層11によって一方向に固定されている。尚、反強磁性体層11によって、磁化固定層12の磁化を固定する代わりに、磁化反転が起こりにくい硬磁性材料のみで磁化固定層12を形成してもよい。
Further, the magnetization of the magnetization fixed
図4に示す本実施の形態におけるマイクロ波発振素子50bは、図13(b)で示したマイクロ波発振素子500Bと同様の等価回路を持つ。そのため、図13(b)のマイクロ波発振素子500B同様、図12(b)で示したマイクロ波発振素子500に比べ大きな出力で発振することが可能となる。このことについて、以下に詳細に述べる。
The
図4に示したマイクロ波発振素子50bにおいて点線で囲まれた箇所では、磁性ナノ粒子26と第2の電極10bとが電気的に接続されている。図12(b)では、ナノスケールに微細加工された磁化自由層と第2の電極がナノスケールで電気的に接続されている。上述したように、本実施の形態では、磁性ナノ粒子26と図12で示す磁化自由層114とは同じものとみなすことができることから、点線で囲まれた箇所においては、図12(b)で示した従来のマイクロ波発振素子500と同様な等価回路を持ち、同じようにマイクロ波発振を行うことができる。
In the
更に、本実施の形態におけるマイクロ波発振素子50bは、複数の磁性ナノ粒子26と第2の電極10bとが電気的に接続している。従って、マイクロ波発振素子50bは、図13(b)で示したマイクロ波発振素子500Bと同様に、複数の図12(b)で示したマイクロ波発振素子500を並列に接続した構造をとっている。図4のマイクロ波発振素子50bの等価回路は、図13(b)に示したマイクロ波発振素子500Bと同様なものとなり、図12で示したマイクロ波発振素子500よりも大きな出力を得ることができる。
Furthermore, in the
また、磁性ナノ粒子26の間隔を狭くしていくと、並列に接続しているマイクロ波発振素子同士が位相同期して発振する。すなわち、磁性ナノ粒子26の間隔を狭くすると、磁化自由層14内の隣り合う磁性ナノ粒子26の電子のスピンの歳差運動は、位相同期する。このことにより、更に大きな出力で発振させることが可能となる。
Further, as the interval between the
次に、本実施の形態におけるマイクロ波発振素子50bの各要素を形成する材料について述べる。
Next, materials for forming each element of the
磁性ナノ粒子26は、実施の形態1において述べた磁化自由層14と同様の材料からなる。
The
絶縁体層25も、実施の形態1において述べた絶縁体層15と同様の材料を用いることができる。
The
また、その他の箇所に用いた材料についても、実施の形態1と同様である。 Further, the materials used for other portions are the same as those in the first embodiment.
以下に、本実施の形態にかかるマイクロ波発振素子50bの作製方法について述べる。
Hereinafter, a method for manufacturing the
図5は、本実施の形態にかかるマイクロ波発振素子50bの作製方法を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the
最初に、Siなどの基板19上に、第1の電極10aとしてCu(膜厚60nm)を成膜する(図5(a))。具体的には、図5(a)’に示した上面図のように、Cu(膜厚60nm)を成膜した後、レジストを塗布し、パターニングして、イオンミリングを用いて所定の寸法(例えば、2つの電極パット部80μm×80μmの間に、幅30μm×長さ100μmの細線が形成されているもの)に加工する。
First, Cu (
次に、第1の電極10aの上に反強磁性体層11としてIrMn合金層(膜厚15nm)を形成する。さらにその上に、磁化固定層12として、飽和磁化Bsが約1Tの軟磁性体であるNiFe合金層(膜厚5nm)を形成する。さらに、AlOx層(膜厚1.4nm)を中間層13として形成する。
Next, an IrMn alloy layer (film thickness: 15 nm) is formed as the
次に、絶縁体層25に囲まれた磁性ナノ粒子26を含んだ層を形成する。
Next, a layer including
磁性ナノ粒子26は、薄膜成長過程の初期に出現するいわゆるSKモード、VWモード成長を利用する方法を用いる。この方法では、電子線リソグラフィやエッチングなどの微細加工を必要とせず、簡単なプロセスでナノ粒子を形成することができる。SKモードもしくはVWモード成長を利用して、FeCoNiをナノ粒子状に形成した後、この磁性ナノ粒子26を囲むように、絶縁体層25としてのSiNを成膜する。また、ナノ粒子間隔・位置を制御するためには、基板表面に応力分布や転移などをいれる方法が考案されているが、本実施の形態においては、実施の形態1と同様にナノ粒子間距離・位置に関しては特に問題とはならない。これは、粒子間距離・位置にばらつきがあっても、磁性ナノ粒子によって、マイクロ波発振素子は並列に接続されるからである。
The
絶縁体層25に覆われた磁性ナノ粒子26を含んだ層を形成する他の方法としては、「グラニュラー膜」と呼ばれる、アモルファスマトリックス中に磁性ナノ粒子26が析出あるいは形成されてなる複合体構造を用いることが挙げられる。「グラニュラー膜」は、本実施の形態における磁性ナノ粒子26を構成する強磁性金属とAl2 O3 をスパッタ法などで同時に成膜することで得ることができる。「グラニュラー膜」を用いた場合は、Al2 O3 からなる中間層13を形成する必要が無くなる。何故なら、グラニュラー膜中の磁性ナノ粒子26は、Al2 O3 からなるアモルファスマトリックスに覆われているためである。従って、グラニュラー膜を成膜した時に、磁化固定層12と磁性ナノ粒子26との間にAl2 O3 が形成されて中間層13の役割を果たす。その為、前もって中間層13としてAl2 O3 を成膜する必要が無くなる。
As another method for forming a layer including the
図6は、グラニュラー膜を用いたマイクロ波発振素子50b’であり、図5で示したマイクロ波発振素子50bと比較して、中間層13が省略されている。
ここで、磁性ナノ粒子26のサイズについて述べる。上述したように、図12(b)、図13(b)のマイクロ波発振素子500、500Bにおいては、磁化自由層114を微細化し電流パスの断面積を小さくしている。これにより、電流密度が大きくなるため、マイクロ波発振に必要となる電流の大きさを低減する効果を持つ。また、磁化自由層14を微細化する理由として、磁化自由層14の単磁区化と電流分布およびジュール熱による温度分布の均一化が挙げられる。本実施の形態の場合は、磁性ナノ粒子26の寸法が電流パスの断面積を決定することになる。また、磁性ナノ粒子26を単磁区にするための寸法は、直径100nm程度である。従って、磁性ナノ粒子26を単磁区にし、且つ、電流密度を大きくしてマイクロ波発振に必要な電流を低減する為には、磁性ナノ粒子26の直径を100nm以下にする必要がある。
FIG. 6 shows a
Here, the size of the
次に、第1の電極10aと同様に所定の寸法にイオンミリングを用いて、反強磁性体層11から絶縁体層15に囲まれた導電性ナノ粒子を含んだ層までを所定の寸法(例えば、50μm×50μm)に加工する。(図5(b))
次に、第2の電極10bとのショートを防ぐため、反強磁性体層11から絶縁体層25に囲まれた磁性ナノ粒子26を含んだ層を覆う様に絶縁膜20としてSiNを形成する。
Next, as with the
Next, in order to prevent a short circuit with the
その後、第2の電極10bにおける電極層17と磁性ナノ粒子26とのコンタクトホール21を作成する。コンタクトホール21は、レジストを塗布してパターニングし、フッ酸によるウエットエッチング、もしくは、イオンミリングなどで絶縁膜を取り除くことにより形成する。このとき、磁性ナノ粒子26を覆っている絶縁体層15の表面部分(磁化自由層14の表面部分)も取り除き、磁性ナノ粒子の一部を表面に露出させる(図5(c))。
Thereafter, a
最後に、第2の電極10bを成膜し、第1の電極10aと同じく、所定の寸法に加工する(図5(d))。
Finally, the
以上で説明してきたように、本実施の形態におけるマイクロ波発振素子においては、複数の磁性ナノ粒子26と第2の電極10bとが電気的に接続している。これらは、図12(b)に示すマイクロ波発振素子500を並列に接続した図13(b)に示すマイクロ波発振素子500Bと等価であり、大きな出力を示す。
As described above, in the microwave oscillation element in the present embodiment, the plurality of
また、本実施の形態におけるマイクロ波発振素子50bにおいては、複数の磁性ナノ粒子26が、図13(b)における微細加工された磁化自由層114と同等の機能を果たすため、ナノスケールの精度を要求される微細加工が不要となり、低コストで量産性の優れた素子を作製することが可能となる。
In the
尚、本発明に係るマイクロ波発振素子及びこれを用いたマイクロ波発振装置は、以下の構成を特徴としていると換言することができる。
すなわち、マイクロ波発振素子及びこれを用いたマイクロ波発振装置は、第1の電極と、磁化方向が固定された磁化固定層と、非磁性である中間層と、磁化方向を変化させることのできる磁化自由層と、第2の電極とが、この順に積層されて構成されるマイクロ波発振素子において、前記磁化自由層にナノ粒子を含むことを特徴としていると換言することができる。
また、上記の構成においては、前記磁化自由層が絶縁体に囲まれた複数の磁性微粒子からなり、前記第2の電極と前記磁性微粒子とが電気的に複数のナノコンタクトを形成していることが好ましい。
In other words, it can be said that the microwave oscillation device and the microwave oscillation device using the same according to the present invention are characterized by the following configurations.
That is, the microwave oscillating element and the microwave oscillating device using the same can change the magnetization direction of the first electrode, the magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, the non-magnetic intermediate layer, and the like. In other words, in the microwave oscillation element configured by laminating the magnetization free layer and the second electrode in this order, it can be said that the magnetization free layer includes nanoparticles.
In the above configuration, the magnetization free layer is composed of a plurality of magnetic fine particles surrounded by an insulator, and the second electrode and the magnetic fine particles electrically form a plurality of nanocontacts. Is preferred.
〔実施の形態3〕
本発明にかかる他の実施の形態について、図7ないし図10に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、本実施の形態では、上記実施の形態2との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態2で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
Another embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, in order to explain the difference from the second embodiment, for the sake of convenience of explanation, members having the same functions as those described in the second embodiment are denoted by the same member numbers. The description is omitted.
図7は、本実施の形態にかかるマイクロ波発振素子の構成を示した断面図である。本実施の形態のマイクロ波発振素子50cは、実施の形態2の図4において記載したマイクロ波発振素子50bの磁化自由層14と第2の電極10bの間に、中間層22と、第2の反強磁性体層11bと、磁化固定層12bとを形成した構成となっている。
FIG. 7 is a sectional view showing the configuration of the microwave oscillating device according to the present embodiment. The
すなわち、本実施の形態にかかるマイクロ波発振素子50cは、図7に示すように、第1の電極10aと、第1の反強磁性体層11aと、磁化が一方向に固定された第1の磁化固定層12aと、中間層22と、磁化方向が可変な磁化自由層24と、中間層22と、第2の磁化固定層12bと、第2の反強磁性体層11bと、第2の電極10bとがこの順で積層されることにより形成されている。
That is, as shown in FIG. 7, the
また、本実施の形態における磁化自由層24は、絶縁体層25に囲まれた磁性ナノ粒子26で構成されている。
In addition, the magnetization
また、磁化固定層12a及び12bの磁化方向は互いに逆向きになっており、反強磁性体層11a及び11bによって固定されている。尚、反強磁性体層11a及び11bによって、磁化固定層12a及び12bの磁化を固定する代わりに、磁化反転が起こりにくい硬磁性材料のみで磁化固定層12a及び12bを形成してもよい。
The magnetization directions of the magnetization fixed
第2の磁化固定層12bの材料は、第1の磁化固定層12aと同じ材料からなり、実施の形態1で説明した磁化固定層12の材料を用いることができる。
The material of the second magnetization fixed
また、本実施形態では、第1の反強磁性体層11aとしてPtMn合金層、第2の反強磁性体層11bとして、IrMn合金層を用いることができる。
In the present embodiment, a PtMn alloy layer can be used as the first
また、中間層22は、実施の形態1で説明した中間層13の材料を用いることができる。
For the
尚、本実施の形態における磁化自由層24は、上述したグラニュラー膜を用いて構成することも可能である。グラニュラー膜を成膜した時に、第1・第2の磁化固定層12a・12bと、磁性ナノ粒子26との間にAl2 O3 が形成されて中間層22の役割を果たす。その為、前もって中間層22としてAl2 O3 を成膜する必要が無くなる(図8参照)。
In addition, the magnetization
図7に示す本実施の形態におけるマイクロ波発振素子50cは、実施の形態2におけるマイクロ波発振素子50b及び50b’(図4及び図6)と比較して、より小さい電流値においてマイクロ波発振することが可能となる点において優れている。このことについて、以下に詳細に述べる。
The
図9は、本実施の形態におけるマイクロ波の発生原理を説明するための図である。尚、図9においては、説明を分かりやすくするために、図7におけるマイクロ波発振素子の一部分を拡大して記載し、その他の部分については示していない。 FIG. 9 is a diagram for explaining the principle of microwave generation in this embodiment. In FIG. 9, for easy understanding, a part of the microwave oscillation element in FIG. 7 is shown in an enlarged manner, and the other parts are not shown.
マイクロ波を発生させるためには、電極10aと電極10bとの間に電圧を印加し、電極10aから、反強磁性体層11a、磁化固定層12aを介して磁化自由層24の方向に電流31を流す。このように電流31を流すことにより、磁化固定層12bを通過した電子32(電子の流れる方向は電流と逆向きとなる)は、磁化固定層12bの磁化と同じ方向の磁気モーメントを有するスピン(同図においては左向き)をもつようになる。このようなスピンを有する電子が磁化自由層24中の磁性ナノ粒子26内へ流れると、このスピンのもつ角運動量が磁性ナノ粒子26へ伝達され、磁性ナノ粒子26内の電子のスピンは反転しようと歳差運動を始める。
In order to generate a microwave, a voltage is applied between the
一方、もう一つの磁化固定層12aの磁化方向は、磁化固定層12bの磁化とは逆向きである。このため、電子の流れが磁化固定層12aへ入る界面において、磁化固定層12bの磁化と同方向の磁気モーメントを有するスピンを持つ電子は、磁化固定層12aに接した中間層で反射される。この反射されたスピンは、やはり磁性ナノ粒子26内の磁化に作用する。
On the other hand, the magnetization direction of the other magnetization fixed
すなわち、磁化固定層12bを通過してきた電子は、中間層22で反射された後、磁性ナノ粒子26の磁化に再び作用するため、マイクロ波を発生するための電流値を、実施の形態2よりも小さい電流値で実施できることになる。
That is, since the electrons that have passed through the magnetization fixed
本実施の形態においても、実施の形態2と同様に複数の磁性ナノ粒子26を用いてマイクロ波発振素子を作製している。従って、マイクロ波発振素子が並列接続している構造をとり、大きな出力を示す。また、磁性ナノ粒子26を用いているため、微細加工することなくマイクロ波発振素子を形成することができる。
Also in the present embodiment, a microwave oscillation element is manufactured using a plurality of
尚、本実施の形態におけるマイクロ波発振素子50cの各要素を形成する材料のうち上記した以外の構成も、実施の形態2の材料と同様のものを用いることができる。
In addition, among the materials forming the elements of the
図10は、本実施の形態に関わるマイクロ波発振素子の作製方法を説明するための図である。以下に、本実施の形態にかかるマイクロ波発振素子50cの作製方法について述べる。
FIG. 10 is a diagram for explaining a method for manufacturing a microwave oscillation element according to this embodiment. A method for manufacturing the
最初に、Siなどの基板19上に、第1の電極10aとしてCu(膜厚60nm)を成膜する(図10(a))。具体的には、図10(a)’に示した上面図のように、Cu(膜厚60nm)を成膜した後、レジストを塗布し、パターニングして、イオンミリングを用いて所定の寸法(例えば、2つの電極パット部80μm×80μmの間に、幅30μm×長さ100μmの細線が形成されているもの)に加工する。
First, Cu (
次に、第1の電極10aの上に第1の反強磁性体層11aとしてPtMn合金層(膜厚15nm)を形成する。さらにその上に、第1の磁化固定層12aとして、飽和磁化Bsが約1Tの軟磁性体であるNiFe合金層(膜厚5nm)を形成する。さらに、AlOx層(膜厚1.4nm)を中間層22として形成する。
Next, a PtMn alloy layer (film thickness: 15 nm) is formed as the first
次に、絶縁体層25に囲まれた磁性ナノ粒子26を含んだ層を形成する。磁性ナノ粒子26は、薄膜成長過程の初期に出現するいわゆるSKモード、VWモード成長を利用する方法を用いる。この方法では、電子線リソグラフィやエッチングなどの微細加工を必要とせず、簡単なプロセスでナノ粒子を形成することができる。SKモードもしくはVWモード成長を利用して、FeCoNiをナノ粒子上に形成した後、この磁性ナノ粒子を覆うように、SiNを成膜する。また、ナノ粒子間隔・位置を制御するためには、基板表面に応力分布や転位などをいれる方法が考案されているが、本実施の形態においては、実施の形態1、2と同様にナノ粒子間距離・位置に関しては特に問題とはならない。これは、粒子間距離・位置にばらつきがあっても、磁性ナノ粒子によって、マイクロ波発振素子は並列に接続されるからである。
Next, a layer including
尚、上述したように、絶縁体層25に覆われた磁性ナノ粒子26を含んだ層を、グラニュラー膜として形成してもよい。
As described above, the layer containing the
ここで、磁性ナノ粒子26のサイズについて述べる。
Here, the size of the
上述したように、図12(b)・図13(b)のマイクロ波発振素子500、500Bにおいては、磁化自由層114を微細化し電流パスの断面積を小さくしている。これにより、電流密度が大きくなるため、マイクロ波発振に必要となる電流の大きさを低減する効果を持つ。また、磁化自由層を微細化する理由として、磁化自由層の単磁区化と電流分布およびジュール熱による温度分布の均一化が挙げられる。本実施の形態の場合は、磁性ナノ粒子26の寸法が電流パスの断面積を決定することになる。また、磁性ナノ粒子26を単磁区にするための寸法は直径100nm程度である。従って、磁性ナノ粒子26を単磁区にし、且つ、電流密度を大きくしてマイクロ波発振に必要な電流を低減する為には、磁性ナノ粒子26の寸法を100nm以下にする必要がある。
As described above, in the
次に、AlOx層(膜厚1.4nm)を中間層22として形成する。そして、第2の磁化固定層12bとして、飽和磁化Bsが約1TのNiFe合金層(膜厚5nm)からなる軟磁性体により、第2の磁化固定層12bを形成する。さらに、第2の反強磁性体層11bとして、IrMn合金層(膜厚15nm)を形成する。
Next, an AlOx layer (film thickness 1.4 nm) is formed as the
次に、基板19面内に外部磁場を印加しながら熱処理を行う。すなわち、図10において右方向に10kOeの外部磁界を印加しながら270℃で10時間の加熱処理を行う。これにより、第1の反強磁性体層(PtMn合金層)11aに隣接した第1の磁化固定層12a(軟磁性体のNiFe合金層)の磁化を、図面右方向に固定することができる。
Next, heat treatment is performed while applying an external magnetic field in the plane of the
更に、図10において左方向に外部磁界を印加しながら、200℃で1時間の熱処理を加える。これにより、第2の反強磁性体層(IrMn合金層)11bに隣接した第2の磁化固定層(軟磁性体のNiFe合金層)12bの磁化を、図面左方向に固定することができる。 Further, in FIG. 10, heat treatment is applied at 200 ° C. for 1 hour while applying an external magnetic field in the left direction. Thereby, the magnetization of the second magnetization fixed layer (soft magnetic NiFe alloy layer) 12b adjacent to the second antiferromagnetic material layer (IrMn alloy layer) 11b can be fixed in the left direction of the drawing.
次に、第1の電極10aと同様に所定の寸法にイオンミリングを用いて、第1の反強磁性体層11aから第2の反強磁性体層11bまでを所定の寸法(例えば、100μm×100μm)に加工する(図10(b))。
Next, similarly to the
次に、先に加工した第1の反強磁性体層11aから第2の反強磁性体層11bを覆う様に、第2の電極10bとのショートを防ぐためSiNを絶縁膜20として形成する。
Next, SiN is formed as an insulating
その後、第2の電極10bと反強磁性体層11bとを繋ぐコンタクトホール21を作成する。コンタクトホール21は、レジストを塗布してパターニングし、フッ酸によるウエットエッチング、もしくは、イオンミリングなどで絶縁膜を取り除くことにより形成する(図10(c))。
Thereafter, a
最後に、第2の電極10bを成膜し、第1の電極10aと同じく、所定の寸法に加工する(図10(d))。
Finally, the
以上で説明したように、2つの磁化方向が反平行である第1の磁化固定層12a、第2の磁化固定層12bを用いることにより、第1・第2の磁化固定層12a・12bを通過した電子のスピンがもつ角運動量を、磁性ナノ粒子26の磁化に効率的に作用させ、マイクロ波発振に必要となる電流値を低減することができる様な構造においても、磁性ナノ粒子26を用いてマイクロ波発振素子50cを作製しているため、ナノスケールの精度を要求される微細加工が不要となり、低コストで素子を作製することが可能となる。
As described above, by using the first magnetization fixed
尚、本発明に係るマイクロ波発振素子は、以下の構成を特徴としていると換言することができる。
すなわち、マイクロ波発振素子は、第1の電極と、磁化方向が固定された磁化固定層と、非磁性である中間層と、磁化方向を変化させることのできる磁化自由層と、第2の電極とが、この順に積層されて構成されるマイクロ波発振素子において、前記磁化自由層にナノ粒子を含み、前記磁化自由層が絶縁体に囲まれた複数の磁性微粒子からなり、前記第2の電極と前記磁化自由層との間に、磁化方向が固定された第2の磁化固定層を配置していることを特徴としていると換言することができる。
In other words, it can be said that the microwave oscillation device according to the present invention is characterized by the following configuration.
That is, the microwave oscillation element includes a first electrode, a magnetization fixed layer with a fixed magnetization direction, a nonmagnetic intermediate layer, a magnetization free layer capable of changing the magnetization direction, and a second electrode. In the microwave oscillation device configured by stacking in this order, the magnetization free layer includes nanoparticles, and the magnetization free layer includes a plurality of magnetic fine particles surrounded by an insulator, and the second electrode In other words, a second magnetization fixed layer having a fixed magnetization direction is arranged between the magnetization free layer and the magnetization free layer.
また、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明によれば、マイクロ波の出力を向上させることができ、さらに、低コスト、量産性に優れた方法でマイクロ波発振素子を作製することが可能となる。従って、複数の周波数に対応可能なRF回路に用いるマイクロ波発振素子として、本発明のスピントルクを用いたマイクロ波発振素子が搭載される可能性を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the output of microwaves, and it is possible to manufacture a microwave oscillation element by a method that is excellent in low cost and mass productivity. Therefore, it is possible to improve the possibility that the microwave oscillation element using the spin torque of the present invention is mounted as a microwave oscillation element used in an RF circuit capable of dealing with a plurality of frequencies.
よって、マイクロ波領域で発振可能であるので、ミリ波レーダー、ミリ波を用いた過熱装置等、ミリ波を用いた各種装置の実用化に寄与できる。 Therefore, since it can oscillate in the microwave region, it can contribute to the practical application of various devices using millimeter waves, such as millimeter wave radars and superheaters using millimeter waves.
1a マイクロ波発振素子
1b・b’ マイクロ波発振素子
1c マイクロ波発振素子
10a 第1の電極
10b 第2の電極
11 反強磁性体層
11a 第1の反強磁性体層
11b 第2の反強磁性体層
12 磁化固定層
12a 第1の磁化固定層
12b 第2の磁化固定層
13 中間層
14 磁化自由層
15 絶縁体層
16 導電性ナノ粒子
17 電極層
18 ナノコンタクト
19 基板
20 絶縁膜
21 コンタクトホール
22 中間層
24 磁化自由層
25 絶縁体層
26 磁性ナノ粒子
31 電流
32 電子
51 電源部
52 周波数可変部
53 信号増幅部
54 交流信号
56 外部磁界発生部
60 マイクロ波発振装置
Bs 飽和磁化
V1〜V4 電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Microwave oscillator 1b * b 'Microwave oscillator
Claims (15)
磁化方向が固定された磁化固定層と、
非磁性体もしくは絶縁体である中間層と、
磁化方向を変化させることができる磁化自由層とを有し、
上記中間層が、上記磁化固定層と上記磁化自由層によって挟持された構成であり、
第1の電極から、該磁化固定層と中間層と磁化自由層とを介して、第2の電極に電流が流れるように構成されているマイクロ波発振素子において、
上記電流の経路中に、上記磁化自由層内における所定領域に流れる上記電流の密度を、該所定領域以外の領域に流れる上記電流の密度よりも高くするためのナノ粒子を複数有していることを特徴とするマイクロ波発振素子。 Between the first electrode and the second electrode,
A magnetization fixed layer with a fixed magnetization direction;
A non-magnetic or insulating intermediate layer;
A magnetization free layer capable of changing the magnetization direction,
The intermediate layer is sandwiched between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer,
In the microwave oscillation device configured to allow a current to flow from the first electrode to the second electrode via the magnetization fixed layer, the intermediate layer, and the magnetization free layer,
The current path has a plurality of nanoparticles for making the density of the current flowing in a predetermined region in the magnetization free layer higher than the density of the current flowing in a region other than the predetermined region. A microwave oscillation element characterized by the above.
上記第2の電極は、電極層と、上記ナノ粒子を絶縁体によって囲んだ接続層とを有しており、
上記ナノ粒子が、上記電極層と上記磁化自由層とに電気的に接触していることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波発振素子。 The nanoparticles are conductive nanoparticles,
The second electrode has an electrode layer and a connection layer in which the nanoparticles are surrounded by an insulator,
The microwave oscillation element according to claim 1, wherein the nanoparticles are in electrical contact with the electrode layer and the magnetization free layer.
上記磁化自由層は、上記磁性ナノ粒子を絶縁体によって囲んだ構成となっており、
上記磁性ナノ粒子が、上記第2の電極と上記中間層とに接触していることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波発振素子。 The nanoparticles are magnetic nanoparticles,
The magnetization free layer has a configuration in which the magnetic nanoparticles are surrounded by an insulator,
The microwave oscillation element according to claim 1, wherein the magnetic nanoparticles are in contact with the second electrode and the intermediate layer.
上記磁化自由層は、上記磁性ナノ粒子を絶縁体によって囲んだ構成となっており、
上記磁化固定層は、互いに磁化方向が逆である第1の磁化固定層と第2の磁化固定層とを備えており、
上記磁化自由層は、上記中間層を介して、上記第1の磁化固定層と上記第2の磁化固定層とに挟まれた構成となっており、
上記磁性ナノ粒子は、各上記中間層と接触していることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波発振素子。 The nanoparticles are magnetic nanoparticles,
The magnetization free layer has a configuration in which the magnetic nanoparticles are surrounded by an insulator,
The magnetization fixed layer includes a first magnetization fixed layer and a second magnetization fixed layer whose magnetization directions are opposite to each other,
The magnetization free layer is configured to be sandwiched between the first magnetization fixed layer and the second magnetization fixed layer via the intermediate layer,
The microwave oscillation element according to claim 1, wherein the magnetic nanoparticles are in contact with the intermediate layers.
電極層を有する第2の電極と、磁化自由層とを隣接させて互いを電気的に導通させる導通工程を含み、
上記導通工程は、
上記磁化自由層及び上記電極層の何れか一方の層上に、複数の導電性ナノ粒子を形成する粒子形成工程と、
粒子形成工程によって形成された上記導電性ナノ粒子の表面の少なくとも一部分を絶縁体で覆う絶縁体形成工程と、
上記磁化自由層及び上記電極層のうちの他方の層と、上記導電性ナノ粒子とを電気的に導通させるために、上記絶縁体形成工程で形成された上記絶縁体の一部を除去して該導電性ナノ粒子の表面を露出する露出工程とを含むことを特徴とするマイクロ波発振素子の製造方法。 Between the first electrode and the second electrode, a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, an intermediate layer that is a non-magnetic material or an insulator, and a magnetization free layer that can change the magnetization direction And the intermediate layer is sandwiched between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer, and the second electrode passes through the magnetization fixed layer, the intermediate layer, and the magnetization free layer from the first electrode. A method of manufacturing a microwave oscillation device configured to allow current to flow through an electrode,
A conduction step of causing the second electrode having the electrode layer and the magnetization free layer to be adjacent to each other and electrically conducting each other;
The conduction step is
A particle forming step of forming a plurality of conductive nanoparticles on one of the magnetization free layer and the electrode layer;
An insulator forming step of covering at least a part of the surface of the conductive nanoparticles formed by the particle forming step with an insulator;
In order to electrically connect the other layer of the magnetization free layer and the electrode layer and the conductive nanoparticles, a part of the insulator formed in the insulator formation step is removed. An exposure step of exposing the surface of the conductive nanoparticles.
上記磁化自由層を形成する磁化自由層形成工程を含み、
上記磁化自由層形成工程は、
上記第2の電極もしくは上記中間層の上に、複数の磁性ナノ粒子を形成する粒子形成工程と、
粒子形成工程によって形成された上記磁性ナノ粒子の表面の少なくとも一部分を絶縁体で覆う絶縁体形成工程と、
上記絶縁体形成工程で形成された上記絶縁体の一部を除去して該導電性ナノ粒子の表面を露出する露出工程とを含むことを特徴とするマイクロ波発振素子の製造方法。 Between the first electrode and the second electrode, a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, an intermediate layer that is a non-magnetic material or an insulator, and a magnetization free layer that can change the magnetization direction And the intermediate layer is sandwiched between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer, and the second electrode passes through the magnetization fixed layer, the intermediate layer, and the magnetization free layer from the first electrode. A method of manufacturing a microwave oscillation device configured to allow current to flow through an electrode,
Including a magnetization free layer forming step of forming the magnetization free layer,
The magnetization free layer forming step includes
A particle forming step of forming a plurality of magnetic nanoparticles on the second electrode or the intermediate layer;
An insulator forming step of covering at least a part of the surface of the magnetic nanoparticles formed by the particle forming step with an insulator;
And a exposing step of exposing a surface of the conductive nanoparticles by removing a part of the insulator formed in the insulator forming step.
上記第2の電極もしくは上記磁化固定層の何れか一つの層の上に、絶縁体マトリックスと磁性ナノ粒子の原料とを含む材料を塗布し、該絶縁体マトリックスによって磁性ナノ粒子が上記磁化固定層と離間されるように、該原料から磁性ナノ粒子を形成して、上記中間層および上記磁化自由層を形成する工程と、
上記工程によって形成された上記磁性ナノ粒子の表面の少なくとも一部分の上記絶縁体を除去して該導電性ナノ粒子の表面を露出する露出工程とを含むことを特徴とするマイクロ波発振素子の製造方法。 Between the first electrode and the second electrode, a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, an intermediate layer that is a non-magnetic material or an insulator, and a magnetization free layer that can change the magnetization direction And the intermediate layer is sandwiched between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer, and the second electrode passes through the magnetization fixed layer, the intermediate layer, and the magnetization free layer from the first electrode. A method of manufacturing a microwave oscillation device configured to allow current to flow through an electrode,
A material containing an insulator matrix and a raw material of magnetic nanoparticles is applied on any one of the second electrode and the magnetization fixed layer, and the magnetic nanoparticles are converted into the magnetization fixed layer by the insulator matrix. Forming magnetic nanoparticles from the raw material so as to be spaced apart from each other, and forming the intermediate layer and the magnetization free layer;
And a step of exposing the surface of the conductive nanoparticles by removing the insulator on at least a part of the surface of the magnetic nanoparticles formed by the step. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006226480A JP4633689B2 (en) | 2006-08-23 | 2006-08-23 | Microwave oscillation device, method for manufacturing the same, and microwave oscillation device including the microwave oscillation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006226480A JP4633689B2 (en) | 2006-08-23 | 2006-08-23 | Microwave oscillation device, method for manufacturing the same, and microwave oscillation device including the microwave oscillation device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008053915A JP2008053915A (en) | 2008-03-06 |
JP4633689B2 true JP4633689B2 (en) | 2011-02-16 |
Family
ID=39237541
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006226480A Expired - Fee Related JP4633689B2 (en) | 2006-08-23 | 2006-08-23 | Microwave oscillation device, method for manufacturing the same, and microwave oscillation device including the microwave oscillation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4633689B2 (en) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4996187B2 (en) * | 2006-09-25 | 2012-08-08 | 株式会社東芝 | Magnetic oscillation element |
EP2209143A4 (en) * | 2007-10-15 | 2011-08-17 | Fuji Electric Holdings | Spin-valve element |
JP5278876B2 (en) * | 2007-10-31 | 2013-09-04 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Microwave oscillation element and detection element |
JP5443783B2 (en) | 2009-02-24 | 2014-03-19 | 株式会社東芝 | Magnetic oscillation element |
CN102067441B (en) * | 2009-09-02 | 2013-06-12 | 佳能安内华股份有限公司 | Frequency conversion device |
US8164861B2 (en) * | 2009-12-11 | 2012-04-24 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Spin torque oscillator sensor employing antiparallel coupled oscilation layers |
JP5515044B2 (en) * | 2010-01-07 | 2014-06-11 | 学校法人 工学院大学 | Magnetic recording device |
KR101676809B1 (en) | 2010-08-13 | 2016-11-16 | 삼성전자주식회사 | Oscillator and method of operating the same |
KR101676808B1 (en) | 2010-08-25 | 2016-11-17 | 삼성전자 주식회사 | Oscillator and method of operating the same |
KR101701979B1 (en) | 2010-09-02 | 2017-02-03 | 삼성전자 주식회사 | Oscillator and method of operating the same |
KR101740485B1 (en) | 2010-09-16 | 2017-05-29 | 삼성전자 주식회사 | Oscillator and methods of manufacturing and operating the same |
KR101777264B1 (en) | 2010-11-09 | 2017-09-12 | 삼성전자 주식회사 | Oscillator and method of operating the same |
JP5135419B2 (en) | 2010-12-03 | 2013-02-06 | 株式会社東芝 | Spin torque oscillator, manufacturing method thereof, magnetic recording head, magnetic head assembly, magnetic recording apparatus |
JPWO2013065751A1 (en) * | 2011-10-31 | 2015-04-02 | 国立大学法人九州大学 | Spin oscillation device and manufacturing method thereof |
JP6267871B2 (en) * | 2013-04-18 | 2018-01-24 | Tdk株式会社 | Oscillator, rectifier and transmission / reception device |
US9744620B2 (en) * | 2015-04-06 | 2017-08-29 | Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. | Control of processing machines with redundant actuators |
JP2023059471A (en) * | 2021-10-15 | 2023-04-27 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Storage element and storage device |
CN114866056B (en) * | 2022-04-27 | 2023-05-12 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | Piezoelectric driven zinc oxide nanowire resonator |
CN118437561B (en) * | 2024-07-08 | 2024-10-25 | 溧阳晟达能源科技有限公司 | Spraying equipment and spraying method for power battery shell |
-
2006
- 2006-08-23 JP JP2006226480A patent/JP4633689B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008053915A (en) | 2008-03-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4633689B2 (en) | Microwave oscillation device, method for manufacturing the same, and microwave oscillation device including the microwave oscillation device | |
JP5036585B2 (en) | Magnetic oscillation element, magnetic head having the magnetic oscillation element, and magnetic recording / reproducing apparatus | |
JP5321851B2 (en) | Magnetic oscillation element and spin wave device | |
JP5526141B2 (en) | Magnetic oscillation element | |
WO2020105139A1 (en) | Reservoir element and neuromorphic element | |
JP5278876B2 (en) | Microwave oscillation element and detection element | |
JP2009130216A (en) | Magnetic device and frequency detector | |
JP2007184923A (en) | Oscillator | |
CN102637939B (en) | Spinning microwave oscillator based on vertical magnetizing free layer and manufacturing method thereof | |
JP2010205975A (en) | Signal processing device using magnetic film, and signal processing method | |
WO2018052062A1 (en) | Magnetoresistance effect device and magnetoresistance effect module | |
JP6186879B2 (en) | Thin film magnetic element | |
US8917152B2 (en) | Spin wave device | |
JP2011101015A (en) | Radio frequency oscillator | |
JP5443783B2 (en) | Magnetic oscillation element | |
JP5680903B2 (en) | Oscillator and operation method thereof | |
JP4599256B2 (en) | Magnetic switching element and signal processing apparatus using the same | |
US9083279B2 (en) | Oscillator using spin transfer torque | |
US10984938B2 (en) | Magnetoresistance effect device | |
WO2021002115A1 (en) | Random number generating unit and computing system | |
JP2007005664A (en) | Spin implantation magnetization reversal element | |
JP5535316B2 (en) | Oscillation element and method for manufacturing the oscillation element | |
WO2018139092A1 (en) | Resonator | |
JP2015201515A (en) | Thin film magnetic element and high frequency device with the same | |
WO2024181923A1 (en) | A magnon-mediated spin torque switching device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080806 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101116 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101117 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131126 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |