(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁区壁を持つ自由層と、
前記自由層上に備えられた分離層と、
前記分離層上に前記磁区壁に対応するように備えられた固定層と、を備え、
前記磁区壁の磁気モーメントの歳差運動を利用して信号を発生させ、
前記自由層が、所定間隔をおいて平行に延びた第１及び第２トラック領域と、前記第１及び第２トラック領域の間にこれらを連結する複数の連結領域とを備え、
前記複数の連結領域それぞれに前記磁区壁が備えられたことを特徴とする発振器。
【請求項２】
前記自由層は、垂直磁気異方性を持ち、前記固定層は、水平磁気異方性を持つことを特徴とする請求項１に記載の発振器。
【請求項３】
前記分離層は、絶縁層または導電層であることを特徴とする請求項１に記載の発振器。
【請求項４】
前記自由層は、第１領域と、前記第１領域の両側に延びて前記第１領域より幅の広い第２領域とを備え、
前記磁区壁は、前記第１領域内に位置することを特徴とする請求項１に記載の発振器。
【請求項５】
前記自由層の前記第１領域に、前記磁区壁のピニングのためのノッチが備えられたことを特徴とする請求項４に記載の発振器。
【請求項６】
前記自由層に、前記磁区壁のピニングのためのノッチが備えられたことを特徴とする請求項１に記載の発振器。
【請求項７】
前記自由層は、前記磁区壁を複数備えることを特徴とする請求項１に記載の発振器。
【請求項８】
前記自由層は、第１方向に延び、
前記複数の磁区壁は、前記第１方向に互いに離隔して配されたことを特徴とする請求項７に記載の発振器。
【請求項９】
前記自由層上に、前記分離層と前記固定層とで構成された積層構造物が複数備えられ、
前記各積層構造物は、前記各磁区壁に対応するように備えられたことを特徴とする請求項８に記載の発振器。
【請求項１０】
前記分離層と前記固定層とは、トラック形状を持ち、前記複数の磁区壁をカバーするように備えられたことを特徴とする請求項８に記載の発振器。
【請求項１１】
磁区壁を持つ自由層、前記自由層上に備えられた分離層及び前記分離層上に前記磁区壁に対応するように備えられた固定層を備え、前記自由層が、所定間隔をおいて平行に延びた第１及び第２トラック領域と、前記第１及び第２トラック領域の間にこれらを連結する複数の連結領域とを備え、前記複数の連結領域それぞれに前記磁区壁が備えられた発振器の動作方法において、
前記磁区壁の磁気モーメントを歳差運動させるステップと、
前記歳差運動による前記自由層と前記固定層との間の抵抗変化を検出するステップと、を含むことを特徴とする発振器の動作方法。
【請求項１２】
前記自由層は、垂直磁気異方性を持ち、前記固定層は、水平磁気異方性を持つことを特徴とする請求項１１に記載の発振器の動作方法。
【請求項１３】
前記磁区壁の磁気モーメントを歳差運動させるステップは、前記発振器に電流を印加するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の発振器の動作方法。
【請求項１４】
前記電流を、前記磁区壁を通過するように、前記自由層の両端間に印加することを特徴とする請求項１３に記載の発振器の動作方法。
【請求項１５】
前記電流を、前記自由層と前記固定層との間に印加することを特徴とする請求項１３に記載の発振器の動作方法。
【請求項１６】
前記磁区壁の磁気モーメントを歳差運動させるステップは、前記自由層に電流及び磁場を印加するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の発振器の動作方法。
【請求項１７】
前記磁場を、前記自由層に垂直な方向に印加することを特徴とする請求項１６に記載の発振器の動作方法。
【請求項１８】
前記磁区壁の磁気モーメントを歳差運動させるステップは、前記自由層に磁場を印加するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の発振器の動作方法。
【請求項１９】
前記自由層は、前記磁区壁を複数備えることを特徴とする請求項１１に記載の発振器の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発振器及びその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発振器は一定の周期の信号を発生させる装置であって、主に移動通信端末機、衛星及びレーダー通信機器、無線ネットワーク機器、自動車用通信機器などの無線通信システムに使われ、アナログ音響合成装置などにも使われる。あらゆる移動通信機器は特定周波数帯域の情報を伝達するが、ここで特定周波数帯域を作る部品が電圧制御発振器（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：ＶＣＯ）である。
【０００３】
発振器における重要な要素には、品質係数、出力電力及び位相ノイズなどがある。品質係数と出力電力とは高いほど、位相ノイズは小さいほど発振器の特性は優れたものとなる。最近、通信機器の高性能化及び小型化の要求が高まり、動作周波数帯域が高くなるにつれて、小型でありつつ高い品質係数及び低い位相ノイズを持つ高出力発振器の開発が要求されている。
【０００４】
スピン転移トルク現象を利用するスピントルク発振器が提案されている。既提案のスピントルク発振器には、ナノ柱（ｎａｎｏ  ｐｉｌｌａｒ）構造とポイントコンタクト構造とがある。これらのスピントルク発振器は、既存のＬＣ発振器及びＦＢＡＲ（Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）発振器に比べて非常に小さな超薄型に製造でき、また比較的高い品質係数を持つなどの長所がある。
【０００５】
しかし、従来のスピントルク発振器は、磁気モーメント、すなわち、スピンの歳差運動角度が小さくて出力電力が低いという問題がある。また前記ポイントコンタクト構造のスピントルク発振器の場合、スピンの歳差運動に必要な臨界電流が高くて、電力消費が大きくなるという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、小型でありつつ出力電力及び品質係数が高い発振器を提供する。
【０００７】
本発明はまた、前記発振器の動作方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態は、磁区壁を持つ自由層と、前記自由層上に備えられた分離層と、前記分離層上に前記磁区壁に対応するように備えられた固定層と、を備え、前記磁区壁の磁気モーメントの歳差運動を利用して信号を発生させる発振器を提供する。
【０００９】
前記自由層は、垂直磁気異方性を持ち、前記固定層は、水平磁気異方性を持つ。
【００１０】
前記分離層は、絶縁層または導電層である。
【００１１】
前記自由層は、第１領域と、前記第１領域の両側に延びて前記第１領域より幅の広い第２領域とを備え、前記磁区壁は、前記第１領域内に位置する。
【００１２】
前記自由層の前記第１領域に、前記磁区壁のピニングのためのノッチが備えられる。
【００１３】
前記自由層に、前記磁区壁のピニングのためのノッチが備えられる。
【００１４】
前記自由層は、前記磁区壁を複数備える。
【００１５】
前記自由層は、第１方向に延び、前記複数の磁区壁は、前記第１方向に互いに離隔して配される。
【００１６】
前記自由層上に、前記分離層と前記固定層とで構成された積層構造物が複数備えられ、前記各積層構造物は、前記各磁区壁に対応するように備えられる。
【００１７】
前記分離層と前記固定層とは、トラック形状を持ち、前記複数の磁区壁をカバーするように備えられる。
【００１８】
前記自由層は、幅の広い領域と幅の狭い領域とが交互に反復して配されるトラック形状を持ち、前記幅の狭い領域それぞれに前記磁区壁が備えられる。
【００１９】
前記自由層は、所定間隔をおいて平行に延びた第１及び第２トラック領域と、前記第１及び第２トラック領域の間にこれらを連結する複数の連結領域とを備え、前記複数の連結領域それぞれに前記磁区壁が備えられる。
【００２０】
本発明の他の実施形態は、磁区壁を持つ自由層、前記自由層上に備えられた分離層及び前記分離層上に前記磁区壁に対応するように備えられた固定層を備える発振器の動作方法において、前記磁区壁の磁気モーメントを歳差運動させるステップと、前記歳差運動による前記自由層と前記固定層との間の抵抗変化を検出するステップと、を含む発振器の動作方法を提供する。
【００２１】
前記自由層は、垂直磁気異方性を持ち、前記固定層は、水平磁気異方性を持つ。
【００２２】
前記磁区壁の磁気モーメントを歳差運動させるステップは、前記自由層に電流と磁場とを印加するステップを含む。
【００２３】
前記電流を、前記磁区壁を通過するように前記自由層の両端間に印加する。
【００２４】
前記電流を、前記自由層と前記固定層との間に印加する。
【００２５】
前記磁区壁の磁気モーメントを歳差運動させるステップは、前記自由層に電流及び磁場を印加するステップを含む。
【００２６】
前記磁場を、前記自由層にそれと垂直な方向に印加する。
【００２７】
前記磁区壁の磁気モーメントを歳差運動させるステップは、前記自由層に磁場を印加するステップを含む。
【００２８】
前記自由層は、前記磁区壁を複数備えることができ、本実施形態の動作方法は、前記複数の磁区壁の磁気モーメントを歳差運動させるステップを含むことができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の実施形態によれば、磁区壁の磁気モーメントの歳差運動を用いた発振器を具現できる。かかる発振器は、高い出力電力及び品質係数を持つことができ、発振のための臨界電流が低くて電力消耗が少ない。
【００３０】
また、本発明の実施形態による発振器は、周波数可変発振器でありうる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態による発振器を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１の発振器の自由層と固定層との平面図である。
【図３】図２の磁区壁の磁気モーメントが歳差運動する態様を示す平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態による発振器に使われうる自由層を示す平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態による発振器に使われうる自由層を示す平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態による発振器に使われうる自由層を示す平面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による発振器を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態による発振器を示す断面図である。
【図９】図７及び図８の発振器に使われうる自由層の平面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による発振器に使われうる自由層の平面図である。
【図１１】図１の構造を持つ発振器で磁区壁の磁気モーメントを歳差運動させた場合における、経時的な前記磁区壁の磁化量変化を示すグラフである。
【図１２】図１１をフーリエ変換で変換したグラフである。
【図１３】図１の発振器で自由層に印加する電流の強度による発振周波数の変化を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施形態による発振器の動作方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態による発振器及びその動作方法を、添付した図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に図示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために多少誇張して図示されたものである。詳細な説明全体にわたって同じ参照番号は、同じ構成要素を表す。
【００３３】
図１は、本発明の実施形態による発振器を示す斜視図である。
【００３４】
図１を参照すれば、所定の基板（図示せず）上に自由層１００が備えられうる。自由層１００は、中央に第１領域１０及びその両側に延びた第２領域２０を備えることができる。第２領域２０の幅は、第１領域１０の幅より大きい。言い換えれば、互いに離隔した二つの第２領域２０の間に、相対的に幅の狭い第１領域１０が備えられうる。第１領域１０は、二つの第２領域２０の中央部を連結できるが、端部を連結することもできる。図１に示したように、第１領域１０が第２領域２０の中央部を連結するように備えられた場合、自由層１００は、その両側面に互いに対向する方形溝を持つといえる。
【００３５】
相対的に幅の狭い第１領域１０内に磁区壁ＤＷ１が位置できる。磁区壁ＤＷ１は、互いに逆方向に磁化した隣接した二つの磁区の境界部でありうる。したがって、磁区壁ＤＷ１の両側の自由層１００に、互いに逆方向に磁化した磁区（図２のＤ１、Ｄ２）が備えられうる。自由層１００は、例えば、垂直磁気異方性を持つことができる。自由層１００が垂直磁気異方性を持つ場合、自由層１００を構成する磁区（図２のＤ１、Ｄ２）は垂直、すなわち、Ｚ軸に平行な磁化方向を持つことができる。一方、磁区壁ＤＷ１は水平、すなわち、Ｚ軸に垂直な磁化方向を持つことができる。ここで図示した自由層１００の形態は一例に過ぎず、多様に変形できる。
【００３６】
第１領域１０上に分離層１５０が備えられうる。分離層１５０は、非磁性層でありうる。例えば、分離層１５０は、ＭｇＯなどの酸化物で形成された絶縁層でありうる。分離層１５０は、酸化物以外の他の絶縁物質で形成されるか、または導電物質で形成されることもある。分離層１５０が絶縁層である場合、電子のトンネリングの可能な厚さに形成できる。
【００３７】
分離層１５０上に固定層２００が備えられうる。固定層２００は、磁化方向が特定方向に固定された強磁性層であって、全体的に一つの固定された磁化方向を持つことができる。固定層２００は、例えば、水平磁気異方性を持つことができる。すなわち、固定層２００は、Ｚ軸に垂直な磁化方向を持つことができる。この場合、固定層２００の磁化方向は、磁区壁ＤＷ１の磁化方向と平行になりうる。
【００３８】
図１では、分離層１５０と固定層２００とが第１領域１０の上側にのみ備えられる構成を示したが、分離層１５０と固定層２００との形成範囲はさらに広くなりうる。一方、図１に図示されていないが、自由層１００の両端及び固定層２００それぞれにコンタクトされた電極がさらに備えられうる。
【００３９】
図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１の自由層１００と固定層２００との平面図である。
【００４０】
図２の（Ａ）を参照すれば、自由層１００の第１領域１０に磁区壁ＤＷ１が位置することがわかる。例えば、第１領域１０の中央部に磁区壁ＤＷ１が位置できる。磁区壁ＤＷ１は、Ｘ軸と平行な磁化方向を持つことができる。磁区壁ＤＷ１に示した矢印は、その磁化方向を表す。自由層１００の第１領域１０の中央部に磁区壁ＤＷ１が存在することにより、磁区壁ＤＷ１の両側の自由層１００に互いに逆方向に磁化した二つの磁区（以下、第１及び第２磁区）Ｄ１、Ｄ２が存在することになる。第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２の磁化方向は、Ｚ軸と平行になりうる。例えば、第１磁区Ｄ１は、Ｚ軸方向に磁化され、第２磁区Ｄ２はＺ軸の逆方向に磁化される。第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２に示した表示、
【数１】
0005593137.tif 000002
及び
【数２】
0005593137.tif 000003
は、これらＤ１、Ｄ２の磁化方向を表す。
【００４１】
一方、図２の（Ｂ）を参照すれば、固定層２００の磁化方向はＸ軸と平行することがわかる。固定層２００に示した矢印は、その磁化方向を表す。図２に示した第１及び第２磁区Ｄ１、Ｄ２、磁区壁ＤＷ１及び固定層２００の磁化方向は一例にすぎない。
【００４２】
以上で説明した本発明の実施形態による発振器は、磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントの歳差運動（ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）を利用して、特定周波数帯域の信号を発生させることができる。磁気モーメントの歳差運動は、磁気モーメントの軸が特定軌道を描きつつ回転することを意味する。ここで、磁気モーメントの軸方向は、磁化方向と同じであると見ることができる。したがって、磁気モーメントの歳差運動は、磁化方向の回転に対応しうる。磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントが歳差運動することによって、自由層１００と固定層２００との電気抵抗が周期的に変化でき、その結果、特定周波数帯域の信号を発振しうる。これについては、図３を参照してさらに詳細に説明する。
【００４３】
図３は、図２の磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントが歳差運動する態様を概念的に示したものである。
【００４４】
図３を参照すれば、自由層１００に電流を印加することによって、磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントの歳差運動を誘導できる。すなわち、磁区壁ＤＷ１の磁化方向を回転させることができる。ここでは、自由層１００の両端間に所定の電流を印加して、すなわち、自由層１００の一端から他端に磁区壁ＤＷ１を通過する電子ｅ−を流すことによって、磁区壁ＤＷ１の磁化方向を回転させた場合が図示されている。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。自由層１００の両端間に電流を印加する代わりに、自由層１００と固定層２００との間に電流を印加して、磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントの歳差運動を誘導することもできる。
【００４５】
磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントは、３６０゜の回転角をもって回転しうる。この時、磁区壁ＤＷ１はＺ軸方向の磁化成分を含まないため、磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントは、ＸＹ平面と平行を維持しつつ回転できる。したがって、歳差運動の角度は非常に大きい。前述したように、本実施形態では、磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントがＸＹ平面と平行を維持しつつ回転できる。したがって、自由層１００の磁化方向と固定層２００の磁化方向とが同じになる平行状態と、自由層１００の磁化方向と固定層２００の磁化方向とが逆になる反平行状態が周期的に反復される。前記平行状態で自由層１００と固定層２００との電気抵抗は最小になり、前記反平行状態で自由層１００と固定層２００との電気抵抗は最大になりうる。このように、磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントはＸＹ平面上で３６０゜回転するので、自由層１００と固定層２００との電気抵抗は最小値と最大値とを反復的に往来することができる。したがって、本発明の実施形態による発振器は、従来に比較して高い出力電力を持つことができる。
【００４６】
前述した本実施形態の歳差運動は電流の印加だけで誘導できる。仮に、歳差運動の角度を増大させるために外部磁場を使用する場合、発振器の構成及び動作方法が複雑になりうる。しかし、本実施形態では、電流の印加だけで最大角度の歳差運動を容易に誘導できる。しかし、本願で前記歳差運動を誘導するための手段として磁場の利用を除外するものではない。すなわち、場合によっては、本実施形態でも、磁場を利用して歳差運動を誘導することもできる。また、磁場と電流とを共に利用することもできる。
【００４７】
本実施形態では、磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントを歳差運動させるため、磁区の磁気モーメントを歳差運動させる場合より、発振のための臨界電流を顕著に低くすることができる。これは、磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントはイン・プレーン（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）上で回転できるが、磁区の磁気モーメントはイン・プレーン上で回転できず、垂直方向、すなわち、Ｚ軸方向に回転するためである。
【００４８】
加えて、本発明の実施形態による発振器は、発振周波数の調整が可能な周波数可変発振器でありうる。さらに具体的に説明すれば、本発明の実施形態による発振器では、印加電流や磁場の強度によって、そして自由層１００の形状、サイズ、物性（例：減衰定数）などによって発振周波数が調整される。
【００４９】
図１の自由層１００の形態は多様に変形できる。図４ないし図６は、多様な形態の自由層１００ａ、１００ｂ、１００ｃを示す。
【００５０】
図４を参照すれば、第１領域１０ａの両側面にノッチｎ１、ｎ２が形成されうる。ノッチｎ１、ｎ２は、磁区壁ＤＷ１の位置固定のためのピニング地点として作用できる。これは、磁区壁ＤＷ１は、相対的に幅の狭い領域、すなわち、ノッチｎ１、ｎ２が形成された領域に位置する場合に、エネルギー的に安定しうるためである。
【００５１】
図４では、ノッチｎ１、ｎ２を比較的小さく示したが、そのサイズは、図５に示したように大きくなりうる。図５で、ノッチｎ１’、ｎ２’のＹ軸長は第１領域１０ｂのＹ軸長と類似している。
【００５２】
図４及び図５のように、第１領域１０ａ、１０ｂにノッチｎ１、ｎ１’、ｎ２、ｎ２’が備えられた場合、ノッチｎ１、ｎ１’、ｎ２、ｎ２’により磁区壁ＤＷ１がピニングされうるので、第２領域２０のように幅の広い領域は不要である。したがって、図６のような形態の自由層１００ｃも可能である。
【００５３】
図６を参照すれば、自由層１００ｃは方形、例えば、長方形であり、その両側面に互いに対向するノッチｎ１’’、ｎ２’’が備えられうる。
【００５４】
図４ないし図６では、自由層１００ａ、１００ｂ、１００ｃの中央の両側面それぞれにノッチが備えられた場合を示したが、両側面ではない一側面のみにノッチを備えることもある。そして、磁区壁ＤＷ１のピニングのためにノッチ以外に他の方法を使用することもできる。例えば、自由層の一部領域に不純物を注入して物性を変化させれば、前記不純物が注入された領域に磁区壁がピニングされうる。したがって、図６の自由層１００ｃでノッチｎ１’’、ｎ２’’のない構造も可能でありうる。
【００５５】
一方、図１のように、第１領域１０にノッチが形成されていない場合、電流または磁場により磁区壁ＤＷ１の位置が多少移動しうる。だが、このような磁区壁ＤＷ１の移動は、第１領域１０内で行われうる。すなわち、磁区壁ＤＷ１が、幅の狭い第１領域１０を外れて幅の広い第２領域２０に移動することはない。このように、磁区壁ＤＷ１は、固定層２００とオーバーラップされた第１領域１０内でのみ移動できるので、磁区壁ＤＷ１が移動しても発振器の動作には問題がない。
【００５６】
本発明の他の実施形態による発振器では、複数の磁区壁を利用できる。その例が図７ないし図１０に図示されている。
【００５７】
図７は、本発明の他の実施形態による発振器の断面図である。
【００５８】
図７を参照すれば、基板（図示せず）上に第１導電層Ｃ１が備えられ、第１導電層Ｃ１上に自由層１０００が備えられうる。自由層１０００は、所定方向、例えば、Ｙ軸方向に延びたトラック形状を持つことができる。自由層１０００は、その延長方向に沿って一列に配列された複数の磁区Ｄを備えることができ、隣接した二つの磁区Ｄ間に磁区壁ＤＷを備えることができる。したがって、複数の磁区壁ＤＷが、自由層１０００の延長方向に沿って離隔して一列に配されうる。自由層１０００の平面構造については後述する。自由層１０００上に複数の積層構造物Ｓ１が備えられうる。積層構造物Ｓ１は、分離層１５００と固定層２０００とが積層された構造を持つことができ、磁区壁ＤＷに一つずつ対応するように備えられうる。分離層１５００と固定層２０００とは、それぞれ図１の分離層１５０及び固定層２００と同一でありうる。さらに、複数の積層構造物Ｓ１間の空間を充填する層間絶縁層２５００が備えられうる。層間絶縁層２５００上に、複数の固定層２０００と共通にコンタクトされる第２導電層Ｃ２が備えられうる。第１及び第２導電層Ｃ１、Ｃ２は電極として使われうる。また、自由層１０００と固定層２０００との一部が電極としても使われうるので、第１及び第２導電層Ｃ１、Ｃ２のうち少なくとも一つを備えなくてもよい。すなわち、第１及び第２導電層Ｃ１、Ｃ２が備えられることは選択的である。
【００５９】
図７では、複数の磁区壁ＤＷに一対一対応するように複数の固定層２０００が備えられるが、他の実施形態では、固定層がトラック形態に延びた構造を持つことができる。この時、分離層も固定層と類似した形態を持つことができる。トラック形態の分離層及び固定層が使われた例が、図８に図示されている。
【００６０】
図８を参照すれば、自由層１０００上に分離層１５００’と固定層２０００’とが順に備えられうる。分離層１５００’と固定層２０００’とは、自由層１０００の延長方向と同じ方向に延びたトラック形態を持つことができる。この時、分離層１５００’と固定層２０００’とは、上から見た時、少なくとも複数の磁区壁ＤＷをカバーする幅及び長さを持つことができる。
【００６１】
図７及び図８において、自由層１０００は多様な平面構造を持つことができる。一例として、自由層１０００は図９のような平面構造を持つことができる。
【００６２】
図９を参照すれば、自由層１０００は、幅の狭い第１領域１０’と幅の広い第２領域２０’とが交互に反復されるトラック形状を持つことができる。自由層１０００の両端は第２領域２０’でありうる。複数の第１領域１０’それぞれに磁区壁ＤＷが位置でき、その両側に磁区Ｄが備えられうる。図９で、一つの第１領域１０’とその両側の第２領域２０’とが一つの単位構造を構成するとすれば、前記単位構造は、図１の自由層１００と類似している。前記単位構造は、図４ないし図６のような構造に変形できる。
【００６３】
本発明の他の実施形態によれば、図１０のような平面構造を持つ自由層１０００’も可能である。
【００６４】
図１０を参照すれば、自由層１０００’は、所定間隔をおいて互いに平行に延びた第１及び第２トラック領域２０Ａ、２０Ｂと、これらの間に備えられた複数の連結領域１０Ａとを備えることができる。複数の連結領域１０Ａそれぞれに磁区壁ＤＷ’が備えられうる。複数の磁区壁ＤＷ’の一側に、すなわち、第１トラック領域２０Ａ側に第１磁区Ｄ１’が備えられ、複数の磁区壁ＤＷ’の他側に、すなわち、第２トラック領域２０Ｂ側に第２磁区Ｄ２’が備えられうる。第１及び第２磁区Ｄ１’、Ｄ２’は、互いに逆の磁化方向を持つことができる。図示していないが、分離層と固定層とは、図７または図８と類似した形態で備えられうる。
【００６５】
図７ないし図１０を参照して説明した通り、本発明の実施形態による発振器が複数の磁区壁を備える場合、複数の磁区壁から発生する共振周波数を利用して、すなわち、複数の磁区壁から発生するスピン波動の同調を利用して、出力電力を大きく増大させることができる。出力電力は、磁区壁数の自乗に比例して増大できる。
【００６６】
図１１は、図１の構造を持つ発振器で、磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントを歳差運動させた場合（図３のように）、経時的な磁区壁ＤＷ１の磁化量変化を示すグラフである。この時、自由層１００としては垂直磁気異方性を持つＣｏ／Ｐｔ層を使用し、分離層１５０としてはＭｇＯ層を使用し、固定層２００としては水平磁気異方性を持つＣｏＦｅＢ層を使用した。図１１で、第１グラフＧ１はＸ軸成分の磁化量の変化を、第２グラフＧ２はＹ軸成分の磁化量の変化を示す。
【００６７】
図１１を参照すれば、第１及び第２グラフＧ１、Ｇ２は一定の周期を持って振動することがわかる。第１及び第２グラフＧ１、Ｇ２の振動周期は約１２００ｐｓ、すなわち、約１．２ｎｓと同一であった。これは、磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントが約１．２ｎｓ周期で回転することを意味する。これを周波数で換算すれば、約９００ＭＨｚに該当する。
【００６８】
図１２は、図１１をフーリエ変換を使用して変換した結果である。
【００６９】
図１２を参照すれば、基本モード（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  ｍｏｄｅ）周波数は９００ＭＨｚほどであることが分かる。これは、図１１での計算により得た結果と同一である。
【００７０】
図１３は、図１の発振器で、自由層１００に印加する電流の強度による発振周波数の変化を示すグラフである。この時、自由層１００としてはＣｏ／Ｐｔ層を、分離層１５０としてはＭｇＯ層を、固定層２００としてはＣｏＦｅＢ層を使用した。そして、自由層１００の両側面に形成された溝の深さ（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）は、約１０ｎｍであった。
【００７１】
図１３を参照すれば、歳差運動のための電流の強度が増大するほど発振周波数が増大することが分かる。電流が増大するにつれて、発振周波数はほぼ直線的に増大した。これらの結果から、本発明の実施形態による発振器は、周波数可変発振器として使われうることが分かる。
【００７２】
以下では、本発明の実施形態による発振器の動作方法を簡略に説明する。本動作方法については、前述した図３についての説明において既に言及済みである。
【００７３】
図１４は、本発明の実施形態による発振器の動作方法を説明するためのフローチャートである。図１４は、図１及び図７と関連付けて説明する。
【００７４】
図１４を参照すれば、磁区壁の磁気モーメントを歳差運動させる（Ｓ１０）。図１の場合、自由層１００の一端から他端に磁区壁ＤＷ１を通過する所定の電流を印加するか、自由層１００と固定層２００との間に電流を印加することによって、磁区壁ＤＷ１の磁気モーメントを歳差運動させることができる。または、自由層１００に磁場を印加して前記歳差運動を誘導することもできる。前記磁場は、前記自由層１００に垂直な方向（すなわち、Ｚ軸方向）に印加することができる。場合によっては、前記電流と磁場とを共に印加して前記歳差運動を誘導することもできる。図７の場合にも、自由層１０００の一端と他端との間、または自由層１０００と固定層２０００との間に電流を印加するか、自由層１０００に磁場を印加するか、または前記電流と前記磁場とを共に印加して、磁区壁ＤＷの磁気モーメントを歳差運動させることができる。
【００７５】
磁区壁ＤＷ１、ＤＷの磁気モーメントが歳差運動する間、自由層１００、１０００と固定層２００、２０００との間の電気抵抗の変化を検出できる（Ｓ２０）。前記歳差運動により、自由層１００、１０００と固定層２００、２０００との間の電気抵抗は周期的に変化しうる。これについては、図３を参照して説明したところ、重複する説明は省略する。
【００７６】
前記自由層１００、１０００と固定層２００、２０００との間の電気抵抗の変化により、所定の周波数を持つ信号が発生しうる（Ｓ３０）。前記歳差運動のための電流や磁場の強度を調節することによって、または自由層１００、１０００の形態、サイズ、物性などを調節することによって、発振される周波数が変わりうる。
【００７７】
前記の説明において多くの事項が具体的に記載されているが、これらは発明の範囲を限定するものというより、具体的な実施形態の例示として解釈されねばならない。例えば、当業者ならば、図１ないし図１０の構造は多様に変形できることが分かり、その動作方法も多様に変化できることを理解できるであろう。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、移動通信端末機、衛星及びレーダー通信機器、無線ネットワーク機器、自動車用通信機器などの無線通信システムに使われ、アナログ音響合成装置などにも使われる。
【符号の説明】
【００７９】
１０、１０ａ、１０ｂ  自由層の第１領域
２０  自由層の第２領域
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ  自由層
１５０  分離層
２００  固定層
１０００、１０００’  自由層
１５００、１５００’  分離層
２０００、２０００’  固定層
２５００  層間絶縁層
Ｃ１、Ｃ２  導電層
Ｄ、Ｄ１、Ｄ１’、Ｄ２’、Ｄ２  磁区
ＤＷ、ＤＷ’、ＤＷ１  磁区壁
ｎ１、ｎ１’、ｎ１’’、ｎ２、ｎ２’、ｎ２’’  ノッチ
【図１】
0005593137.tif 000004
【図２】
0005593137.tif 000005
【図３】
0005593137.tif 000006
【図４】
0005593137.tif 000007
【図５】
0005593137.tif 000008
【図６】
0005593137.tif 000009
【図７】
0005593137.tif 000010
【図８】
0005593137.tif 000011
【図９】
0005593137.tif 000012
【図１０】
0005593137.tif 000013
【図１１】
0005593137.tif 000014
【図１２】
0005593137.tif 000015
【図１３】
0005593137.tif 000016
【図１４】
0005593137.tif 000017