(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロ波発振素子及びマイクロ波発振装置に関し、複雑な成膜工程や微細加工の必要がない簡単な素子構造によりマイクロ波発振を可能にする。【解決手段】強磁性体層１１とスピン軌道相互作用を有する金属層１２との積層構造からなり、金属層両端の端子１３１、１３２との間に電源１４から電圧を印加して、金属層１２に電流を流す事で、スピンホール効果により金属層１２から強磁性体層１１へ純スピン流が注入され、マイクロ波発振を励起する。【選択図】図１
2010245419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性体層と、スピン軌道相互作用を有する金属層との接合界面を有し、前記金属層から前記強磁性体層へ純スピン流を注入してマイクロ波発振を励起するマイクロ波発振素子。
【請求項２】
前記強磁性体層が強磁性誘電体層からなる請求項１に記載のマイクロ波発振素子。
【請求項３】
前記強磁性誘電体層が、Ｙ３Ｆｅ５−ｘＧａｘＯ１２（但し、０≦ｘ＜５）からなる請求項２に記載のマイクロ波発振素子。
【請求項４】
前記スピン軌道相互作用を有する金属層が、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｂｉ、或いは、ｆ軌道を有する元素のいずれかからなる金属層である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のマイクロ波発振素子。
【請求項５】
前記強磁性体層の前記金属層との接合界面の反対側の面に、前記強磁性体層に磁場方向をバイアスするバイアス層を設けた請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のマイクロ波発振素子。
【請求項６】
前記強磁性体層に可変外部磁界印加する外部磁界印加手段を設けた請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のマイクロ波発振素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のマイクロ波発振素子と、前記マイクロ波発振素子からのマイクロ波出力を増幅する増幅器を備えたマイクロ波発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波発振素子及びマイクロ波発振装置に関するものであり、簡単な素子構成で且つ低電流密度でマイクロ波発振するための構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の半導体装置等のエレトロニクス分野においては、電子の有する電荷の自由度を利用しているが、電子は電荷以外にスピンという自由度を有している。近年、このスピンの自由度を利用したスピントロニクスが次世代の情報技術の担い手として注目を集めている。このスピントロニクスでは電子の電荷とスピンの自由度を同時に利用することによって、従来にない機能や特性を得ることを目指している。
【０００３】
この様なスピントロニクスの初期的デバイスとしてはＧＭＲ（巨大磁気抵抗）素子が挙げられ、ＧＭＲ素子を流れるセンス電流の担い手となる電子のスピン、即ち、アップスピンかダウンスピンかにより、フリー層の磁化方向とピンド層の磁化方向との違いの影響を受けて抵抗の大きさが変化する現象を利用したものである。
【０００４】
近年このようなＧＭＲ素子やＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）素子をメモリセルとしたＭＲＡＭ（磁気ランダムアクセスメモリ）において、従来、配線層に電流を流すことによって発生した磁界によりフリー層の磁化方向を制御していたものを、ＧＭＲ素子或いはＴＭＲ素子に直接電流を流して電流の担い手となる電子のスピンによりフリー層の磁化方向を制御するスピンＲＡＭが提案されている（例えば、特許文献１或いは特許文献２参照）。
【０００５】
このようなスピントロニクスにおいては、スピン緩和という概念が非常に重要になり、スピン緩和はスピン或いは磁気モーメントの運動の減衰を意味するものである。スピンは磁気モーメントを持ち、強磁性体中で巨視的な秩序が磁化 vＭとなって現れる。この磁化 vＭを磁場 vＨ中に置くと、磁場 vＨとの相互作用が磁化にトルクとして作用し、磁化は磁場によって決まる周波数で歳差運動する。なお、ここでは、明細書作成の都合上、ＭやＨのベクトル記号の表記に、「 vＭ」或いは「 vＨ」を用いる。
【０００６】
この歳差運動は緩和により角運動量が散逸して減衰し、最終的には磁化は磁場の方向を向くことになる。このような磁化の運動は、磁場方向を回転軸とする歳差運動の基本方程式に減衰項を加えた下記に示すＬａｎｄａｕ−Ｌｉｆｓｈｉｔｚ−Ｇｉｌｂｅｒｔ（ＬＬＧ）方程式で表される。
ｄ vＭ／ｄｔ＝−γ vＭ× vＨ＋（α／Ｍｓ ） vＭ×（ｄ vＭ／ｄｔ）
但し、γは磁気回転比、Ｍｓは飽和磁化、αはＧｉｌｂｅｒｔの緩和定数である。
【０００７】
このＬＬＧ方程式における右辺の第２項が減衰を表し、これがスピン或いは磁気モーメントの角運動量の散逸を表す。スピン或いは磁気モーメントは物質毎に決まる緩和時間の後に vＨの方向に整列するとともに、その際にスピン或いは磁気モーメントの角運動量の散逸が生じる。この角運動量の散逸はスピン流として外部に取り出すことが可能であり、この現象はスピンポンピングとして知られている。
【０００８】
近年、ＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｌａｒ  ｔｏ  Ｐｌａｎｅ）型のＧＭＲ素子やＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）素子にスピン偏極電流を流すことによりマイクロ波発振することが報告されている（例えば、非特許文献１、特許文献３乃至特許文献６参照）。
【０００９】
図１０は、従来のＣＰＰ型マイクロ波発振器の概念的構成図であり、下部電極５１上に強磁性体からなるピンド層５２、非磁性中間層５３、強磁性体からなるフリー層５４、キャップ層５５及び上部電極５６を設けたものである。このＣＰＰ型マイクロ波発振器に電流を流すとピンド層５２のフィルタ作用によってフリー層５４にスピン偏極電流が流れ、このスピン偏極電流のスピンがフリー層５４の磁化に作用して磁化が歳差運動を始め、マイクロ波発振が生じる。
【００１０】
図１１は、スピントルクによるマイクロ波発振原理の説明図であり、磁性体にスピン偏極電流或いは純スピン流を流すと、局在スピンにスピントルクがかかる。このスピントルクは上記のＬＬＧ方程式の第２項で表される緩和トルクと反対方向に作用して緩和トルクを減ずる。その結果、
スピントルク＞緩和トルク
の条件を満たす量のスピン偏極電流或いは純スピン流を磁性体に注入した場合に、緩和トルクを表すＬＬＧ方程式の第２項が実効的に０或いは負になり、局在スピンは歳差運動を開始し、マイクロ波の発振を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３０５３３７号公報
【特許文献２】特開２００７−０５９８７９号公報
【特許文献３】特開２００８−０５３９１５号公報
【特許文献４】特開２００７−１２４３４０号公報
【特許文献５】特開２００８−０７１７２０号公報
【特許文献６】特開２００７−１８４９２３号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｓ．Ｉ．Ｋｉｓｅｌｅｖ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４２５，ｐｐ．３８０−３８３，２００３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、従来のＣＰＰ型のＧＭＲ素子やＴＭＲ素子は、多層の成膜工程が必要になるとともに、緩和係数αの大きな強磁性金属を利用している。したがって、強磁性金属に非常に大きな電流を流す必要があり、このために強磁性体層の面直方向の微小面積に電流を流すための微細加工が必要になるという問題がある。また、強磁性体層の面直方向の微小面積に電流を流す結果、充分なマイクロ波出力を得ることができないという問題もある。
【００１４】
ＴＭＲ素子の場合にはトンネル絶縁膜を介して電流を流しているため高抵抗となり、流す電流に限界があるとともに、高抵抗に起因してジュール熱の発生量が多くなり、温度変化により発振周波数が不安定になるという問題がある。
【００１５】
また、ＣＰＰ型のＧＭＲ素子の場合には、スピン偏極電流によるフリー層の磁化反転を防止するために、出力を大きくしようとすると、強磁性体層の面直方向に複数の微小電流通路を形成する必要があり、より精度の高い微細加工が必要になる。
【００１６】
したがって、本発明は、複雑な成膜工程や微細加工の必要がない簡単な素子構造によりマイクロ波発振を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明は、マイクロ波発振素子であって、スピン軌道相互作用を有する金属層との接合界面を有し、前記金属層から前記強磁性体層へ純スピン流を注入してマイクロ波発振を励起する。
【００１８】
このように、金属層に電流を流しスピンホール効果により純スピン流を生成し、生成した純スピン流を強磁性体層へ注入し、強磁性体層において緩和トルクを純スピン流の注入によるスピントルクにより打ち消すことによってマイクロ波発振が可能になる。この場合、金属層と強磁性体層の簡単な積層構造であるので、複雑な成膜工程や微細加工が不要になる。
【００１９】
また、電流は面内方向に流すので、素子サイズは自由に大きくすることが可能であり、マイクロ波発振の大出力化が容易になる。さらに、電流は面内方向に流れるため低抵抗となり且つ金属層から強磁性体層へ注入するのは、スピン偏極電流と異なり電流を伴わない純スピン流であるので、純スピン流の注入に伴って発熱が生ずることがないので、発振周波数が安定になる。
【００２０】
このような強磁性体層としては、緩和係数αが金属強磁性体より小さな、ＹＩＧ、フェライト酸化物、或いは、ペロブスカイトＭｎ酸化物等の強磁性誘電体層を用いることが望ましい。緩和係数αが小さいので、小さな電流密度でＬＬＧ方程式の第２項で表されるαに比例する緩和トルクを相殺することが可能になる。
【００２１】
また、強磁性誘電体層には電流が流れない結果、電流による加熱、化学変化、或いは、エレクトロマイグレーションなどが発生しないので、素子劣化を大幅に低減することができる。また、強磁性誘電体層でジュール熱は発生しないので発振周波数が安定になる。
【００２２】
また、強磁性誘電体層としては、入手が容易で且つ緩和定数αの小さなＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）やイットリウムガリウム鉄ガーネット、即ち、一般式で表記するとＹ３Ｆｅ５−ｘＧａｘＯ１２（但し、０≦ｘ＜５）を用いることが望ましい。
【００２３】
また、金属層としては、スピン軌道相互作用の大きなＰｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｂｉ、或いは、ｆ軌道を有する元素のいずれかを用いることが望ましい。これらの元素はスピン軌道相互作用が大きいので、スピンホール効果による純スピン流の生成を高効率に行い、強磁性体層により多くの純スピン流を注入することができ、それによって、より低しきい値電流密度でのマイクロ波発振が可能になる。
【００２４】
マイクロ波発振は強磁性体層が有する自己の磁化だけでも起こるので磁界の印加は必須ではないが、強磁性体層の前記金属層との接合界面の反対側の面に、前記強磁性体層に磁場方向をバイアスするバイアス層を設けても良い。発振周波数は磁界強度依存性を有するので、バイアス磁界によって発振周波数を制御することができる。
【００２５】
さらに、強磁性体層に可変外部磁界印加する外部磁界印加手段、例えば、バイアス磁化を発生させるための配線や、電磁石等を設けても良い。このような配線や、電磁石等により発生させる外部磁界を変化させることによって、発振周波数を任意に制御することが可能になる。
【００２６】
また、上述のマイクロ波発振素子と、マイクロ波発振素子からのマイクロ波出力を増幅する増幅器を備えることによって高出力・高性能のマイクロ波発振装置を構成することが可能になる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、金属層と強磁性体層の簡単な積層構造だけであるので、複雑な成膜工程や微細加工の必要がなく、大出力化が可能になる。
【００２８】
特に、強磁性体層として緩和係数αの小さな強磁性誘電体層を用いた場合には、低しきい値電流密度での発振が可能になるとともに、さらなる大出力化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態のマイクロ波発振素子の概念的構成図である。
【図２】本発明の実施の形態のマイクロ波発振素子におけるスピン注入現象の説明図である。
【図３】本発明の実施例１のマイクロ波発振素子の概念的斜視図である。
【図４】マイクロ波発振強度の磁場強度依存性、電流依存性の説明図である。
【図５】マイクロ波発振しきい値電流特性の説明図である。
【図６】マイクロ波発振周波数の磁場強度依存性の説明図である。
【図７】本発明の実施例２のマイクロ波発振素子の概念的構成説明図である。
【図８】本発明の実施例３のマイクロ波発振素子の概念的構成説明図である。
【図９】本発明の実施例４のマイクロ波発振装置の概念的構成説明図である。
【図１０】従来のＣＰＰ型マイクロ波発振器の概念的構成図である。
【図１１】スピントルクによるマイクロ波発振原理の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態のマイクロ波発振素子を説明する。図１は、本発明の実施の形態のマイクロ波発振素子の概念的構成図であり、強磁性体層１１とスピン軌道相互作用を有する金属層１２との積層構造からなる。この金属層１２の両端に端子１３１，１３２を設けて、電源１４により電圧を印加して金属層１２に電流を流すことによってマイクロ波発振が得られる。
【００３１】
この場合の強磁性体層１１としては、緩和係数αの小さなＹＩＧ、即ち、Ｙ３Ｆｅ５−ｘＧａｘＯ１２（０≦ｘ＜５）、フェライト酸化物、或いは、ペロブスカイトＭｎ酸化物等の強磁性誘電体が望ましいが、ＣｏＦｅやＣｏＦｅＢ等の金属強磁性体でも良い。
【００３２】
また、スピン軌道相互作用を有する金属層１２としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｂｉ、或いは、ｆ軌道を有する元素等のスピン軌道相互作用が大きな元素からなる単体でも、これらの合金でも良く、さらには、これらの単体或いは合金に不純物をドープしたものでも良い。
【００３３】
また、強磁性体層１１の厚さは、厚さが薄いほどマイクロ波発振しきい値電流密度が低くなるので、強磁性体層１１が強磁性体としての特性を発現するための厚さがあれば良く、そのためには、約５ｎｍ程度の膜厚が必要になる。また、強磁性体層１１の厚さを厚くするとマイクロ波発振しきい値電流密度は高くなるが、マイクロ波の発振出力は大きくなる。
【００３４】
また、金属層１２の厚さは任意であるが、スピンホール効果による純スピン流の生成効率には物質毎に最適値が存在し、厚くしすぎるとバックフロー電流により効率が悪くなる。また、あまり薄すぎると高抵抗になり、金属層１２側でのジュール熱の発生量が増大するので、例えば、Ｐｔを用いる場合には５〜２０ｎｍ程度の厚さが望ましい。
【００３５】
また、強磁性体層１１の成膜方法としては、金属強磁性体であればめっき法或いはスパッタ法を用いれば良い。また、強磁性誘電体を用いる場合には、液相成長法、スパッタ法、ＭＯＤ法（Ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ：有機金属塗布熱分解法）、或いは、ゾル−ゲル法のいずれを用いても良い。また、強磁性体層１１の結晶性としては単結晶でも良いし或いは多結晶でも良い。
【００３６】
例えば、ＭＯＤ法を用いる場合には、例えば、（株）高純度化学研究所製のＭＯＤ溶液を用い、１５０℃に加熱したホットプレート上で５分間乾燥させて、ＭＯＤ溶液に含まれる余分な有機溶媒を蒸発させたのち、電気炉中において、例えば、５５０℃で５分間加熱する仮焼成によって酸化物層とする。次いで、電気炉中において、７５０℃で１〜２時間加熱する本焼成において酸化物層の結晶化を進めてＹＩＧ層とすれば良い。
【００３７】
図２は本発明の実施の形態のマイクロ波発振素子におけるスピン注入現象の説明図である。図に示すように、金属層１２に電流Ｊｃを流した場合、スピンホール効果により電流Ｊｃと垂直方向にアップスピンとダウンスピンの逆向きの流れが生じ、電流Ｊｃと垂直方向に純スピン流Ｊｓが誘起されて強磁性体層１１中に注入される。この時、純スピン流Ｊｓのスピンの向きσは電流Ｊｃと純スピン流Ｊｃの両方に対して垂直になる。
【００３８】
強磁性体層１１に注入された純スピン流Ｊｓ によるスピントルクが、ＬＬＧ方程式の第２項の緩和トルクを上回った時点から強磁性体層１１の磁化Ｍは面直方向に立ち上がって自発的歳差運動を始めて強磁性体層１１からマイクロ波を発振することになる。発生したマイクロ波は電流Ｊｃと直交する方向に放出される。
【００３９】
発生したマイクロ波は、素子形状を考慮することによってそのまま空間に放出することもできるし、或いは、マイクロ波回路を伝播して最終的にはアンテナから放出するようにしても良い。
【００４０】
この場合、強磁性体層１１は固有の磁化Ｍを持っているので外部磁界Ｈを印加しなくてもマイクロ波発振は可能である。マイクロ波発振の周波数は、強磁性体層１１を構成する物質の飽和磁化Ｍｓに依存しており、金属強磁性体のＣｏを用いた場合には数１０ＧＨｚの発振が得られ、一方、強磁性誘電体であるＹＩＧを用いた場合には数ＧＨｚの発振が得られる。
【００４１】
なお、一般にマイクロ波発振の周波数を小さくしたい場合には飽和磁化Ｍｓの小さい物質を、一方、マイクロ波発振の周波数を大きくしたい場合には飽和磁化Ｍｓの大きな物質を選択すれば良い。例えば、ＹＩＧ〔Ｙ３Ｆｅ５−ｘＧａｘＯ１２（０≦ｘ＜５）〕の場合に、Ｆｅの量が少なくなると飽和磁化Ｍｓは小さくなるので、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２の代わりにＹ３Ｆｅ５−ｘＧａｘＯ１２（０＜ｘ＜５）を用いることで発振周波数を小さくすることができる。
【００４２】
また、マイクロ波発振しきい値電流密度は、ＬＬＧ方程式の第２項から明らかなように緩和係数αに依存するので、緩和係数αが小さいほど発振しきい値電流密度は小さくなり、この点からは緩和係数αの小さな強磁性誘電体が好適となる。
【００４３】
因に、従来のＣＰＰ型ＧＭＲ素子における発振しきい値電流密度が試料サイズが１３０ｎｍ×７０ｎｍで２．２×１０11Ａ／ｍ2 であったものが、ＹＩＧを用いた場合には、４．４×１０8 Ａ／ｍ2 となり従来の０．２％になった。なお、強磁性誘電体を用いた場合には、強磁性体層１１には電流が流れないので、電流による加熱、化学変化、或いは、エレクトロマイグレーションなどが発生せず、素子劣化を大幅に低減することができる。
【００４４】
また、このマイクロ波発振素子に外部磁界Ｈを印加した場合には、マイクロ波発振周波数は、印加した外部磁界Ｈの強度にほぼ比例した関係を有することになる。したがって、外部磁界Ｈを印加することによってマイクロ波発振周波数を制御することが可能になる。
【００４５】
外部磁界Ｈを印加する手段としては、強磁性体層１１の金属層１２との接合面と反対側の面に反強磁性層や強磁性体層からなるバイアス層を設けても良く、それによって、バイアス層による磁界に依存した周波数のマイクロ波が得られる。
【００４６】
したがって、複数のマイクロ波発振素子を設けておき、バイアス層から印加される磁界が互いに異なるようにバイアス層の磁化を設定し、所定のマイクロ波発振素子をスイッチング素子により任意に選択することによって所望の周波数のマイクロ波が得られることになる。
【００４７】
あるいは、従来の磁場書込型のＭＲＡＭと同様に強磁性体層１１に平行に外部磁場印加のための配線を設け、電流に伴って発生する磁界を印加しても良く、この場合には配線に流す電流によってマイクロ波発振周波数を可変にすることができる。
【００４８】
さらには、個々のマイクロ波発振素子或いはマイクロ波発振素子装置の両端に、永久磁石や電磁石を配置することによっても外部磁場の印加は可能であり、電磁石の場合にはマイクロ波発振周波数を可変にすることができる。
【実施例１】
【００４９】
以上を前提として、次に、図３乃至図６を参照して、本発明の実施例１のマイクロ波発振素子を説明する。図３は本発明の実施例１のマイクロ波発振素子の概念的斜視図であり、ＧＧＧ単結晶基板２１上に液相成長法により、厚さが、例えば、１．５μｍのＹ３Ｆｅ５Ｏ１２組成のＹＩＧ層２２を形成し、その上に厚さが、例えば、１０ｎｍのＰｔ膜をスパッタ法で堆積してＰｔ層２３とする。なお、この実施例１に使用したＹＩＧ結晶は、ＦＤＫ株式会社製のものを用いた。
【００５０】
次いで、２ｍｍ×５ｍｍのサイズに切り出したのち、Ｐｔ層２３の長手方向の両端に端子２４１，２４２を設けることで、本発明の実施例１のマイクロ波発振素子の基本構成が完成する。このマイクロ波発振素子に端子２４１，２４２を介して電流を流すとともに、電流と垂直方向に外部磁界Ｈを印加することによってマイクロ波発振を観測した。
【００５１】
図４は、マイクロ波発振強度Ｉの磁場強度依存性、電流依存性の説明図であり、マイクロ波発振強度Ｉはバックグラウンドノイズを相殺するために、互いに逆方向に電流を流した場合の強度の差〔Ｉ（＋Ｊ）−Ｉ（−Ｊ）〕で表している。図における複雑なスパイクはＹＩＧ層２２の形状等に起因して多数のモードで発振していることを表している。なお、ここでは示していないが、１００ｍＡの電流を流した場合に数１０ｐＷの出力が得られた。
【００５２】
図５は、マイクロ波発振しきい値電流特性の説明図であり、図３に示した試料サイズにおいて、マイクロ波発振しきい値電流は約４０ｍＡであった。この値は、Ｐｔ層２３に４０ｍＡの電流を流すことによってＹＩＧ層２２に注入される純スピン流によるスピントルクが緩和トルクより上回ったことを表している。これを電流密度に換算すると、約４．４×１０8 Ａ／ｍ2 となる。したがって、従来のＣＰＰ型ＧＭＲ素子に比べて３桁以上しきい値電流密度が低下したことが確認された。なお、縦軸のＳは、図４における電流波形におけるピーク−ピークの値である。
【００５３】
図６は、マイクロ波発振周波数の磁場強度依存性の説明図であり、１００ｍＴの外部磁場を印加することによって約５ＧＨｚの周波数でマイクロ波発振が起こっており、発振周波数が、外部印加磁場にほぼ比例することが確認された。
【実施例２】
【００５４】
次に、図７を参照して、本発明の実施例２のマイクロ波発振素子を説明する。図７は本発明の実施例２のマイクロ波発振素子の概念的構成説明図であり、シリコン基板３１上に下地絶縁膜３２を介して、マスクスパッタ法を用いてＴａ下地層３３、ＩｒＭｎからなる反強磁性層３４、ＹＩＧ層３５、及び、Ｐｔ層３６を順次成膜して、Ｐｔ層３６の両端に端子３７１，３７２を設けたものである。なお、反強磁性層３４を成膜する際に、両方の端子３７１ ，３７２を結ぶ線に直交する方向に磁界を印加しながら成膜する。
【００５５】
この実施例２のマイクロ波発振素子においては、反強磁性層３４を磁界バイアス層としているので、反強磁性層３４を予め所定の強度に磁化しておくことによって、マイクロ波発振周波数を所定の値に設定することが可能になる。
【実施例３】
【００５６】
次に、図８を参照して、本発明の実施例３のマイクロ波発振素子を説明する。図８は本発明の実施例３のマイクロ波発振素子の概念的構成説明図であり、図８（ａ）は概念的側面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概念的断面図である。図に示すように、シリコン基板３１上に下地絶縁膜３２を介して下層配線３８を設ける。次いで、層間絶縁膜３９を介して、マスクスパッタ法を用いてＴａ下地層３３、ＹＩＧ層３５、及び、Ｐｔ層３６を順次成膜する。
【００５７】
次いで、層間絶縁膜４０を設けてＰｔ層３６の表面が露出するまで平坦化研磨したのち、マスクスパッタ法を用いて露出したＰｔ層３６の両端に端子３７１，３７２を設ける。次いで、層間絶縁膜４１を介して上層配線４２を形成する。
【００５８】
図８（ｃ）に示すように、下層配線３８と上層配線４２に互いに逆方向の電流を流すことによって、ＹＩＧ層３５に対して図において左向きの外部磁界が印加される。したがって、この下層配線３８と上層配線４２に流す電流を制御することによって外部磁界の強度が制御され、それによって、マイクロ波発振周波数を可変にすることが可能になる。
【実施例４】
【００５９】
次に、図９を参照して、本発明の実施例４のマイクロ波発振装置を説明する。図９は本発明の実施例４のマイクロ波発振装置の概念的構成説明図であり、マイクロ波発振素子３０１ ，３０２，・・３０ｎと増幅器４３１ ，４３２，・・４３ｎとの直列接続回路が、選択回路４４を介して並列に接続されてマイクロ波発振装置を構成する。
【００６０】
この場合の各マイクロ波発振素子３０１ ，３０２，・・３０ｎの構成は例えば、上記の実施例２と同様の構成になっており、各マイクロ波発振素子３０１ ，３０２，・・３０ｎを構成するバイアス層の磁化の大きさを素子毎に異なるように設定している。したがって、選択回路４４によって電流を流すマイクロ波発振素子３０１ ，３０２，・・３０ｎを切り替えることによって所望の周波数のマイクロ波を発振することができる。
【００６１】
マイクロ波は、当該マイクロ波発振素子３０ｉに接続されている増幅器４３ｉによって増幅され、図示を省略した所定のマイクロ波回路を経てアンテナから放出されることになる。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態及び各実施例を説明したが、本発明は実施の形態及び各実施例に記載された構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。例えば、上記の各実施例においては、金属層としてＰｔを用いているが、Ｐｔに限られるものではなく、Ｐｔと同様にスピン軌道相互作用の大きなＰｄや、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｉや、その他のｆ軌道を有する元素を用いても良い。さらには、単体金属である必要はなく、これらの合金でも良く、さらには、これらの単体金属或いは合金に不純物を添加したものを用いても良い。
【００６３】
また、上記の実施例２或いは実施例４においては、ＹＩＧ層に磁化方向のバイアスするためにＩｒＭｎ等の反強磁性層を設けているが、ＣｏＦｅＢ等の金属強磁性体を用いても良い。
【００６４】
また、上記の各実施例においては、強磁性誘電体として、Ｙ３Ｆｅ５−ｘＧａｘＯ１２（但し、０≦ｘ＜５）を用いているが、純粋なＹ３Ｆｅ５−ｘＧａｘＯ１２に限られるものではなく、ＢｉやＳｉ等の不純物をドープしたものでも良い。さらには、Ｙ３Ｆｅ５−ｘＧａｘＯ１２以外の強磁性誘電体を用いても良い。
【００６５】
また、上記の実施例３においては、バイアス磁界発生用の配線を上下に二本設けているが、配線はどちらか一本でも良い。
【符号の説明】
【００６６】
１１  強磁性体層
１２  金属層
１３１，１３２端子
１４  電源
２１  ＧＧＧ単結晶基板
２２  ＹＩＧ層
２３  Ｐｔ層
２４１ ，２４２   端子
３０ｉ   マイクロ波発振素子
３１  シリコン基板
３２  下地絶縁膜
３３  Ｔａ下地層
３４  反強磁性層
３５  ＹＩＧ層
３６  Ｐｔ層
３７１ ，３７２   端子
３８  下層配線
３９  層間絶縁膜
４０  層間絶縁膜
４１  層間絶縁膜
４２  上層配線
４３ｉ   増幅器
４４  選択回路
５１  下部電極
５２  ピンド層
５３  非磁性中間層
５４  フリー層
５５  キャップ層
５６  上部電極
【図１】
2010245419.tif 000003
【図２】
2010245419.tif 000004
【図３】
2010245419.tif 000005
【図４】
2010245419.tif 000006
【図５】
2010245419.tif 000007
【図６】
2010245419.tif 000008
【図７】
2010245419.tif 000009
【図８】
2010245419.tif 000010
【図９】
2010245419.tif 000011
【図１０】
2010245419.tif 000012
【図１１】
2010245419.tif 000013