(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子を用いたフィルタ装置であって、実用的なバンドパスフィルタとして動作させることのできるフィルタ装置を実現する。【解決手段】フィルタ装置１は、磁気抵抗効果素子２と、高周波入力信号が印加される入力ポート３と、高周波出力信号が現れる出力ポート４と、エネルギ付与部５を備えている。磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化を有する第１の磁化自由層２１と、第２の磁化を有する第２の磁化自由層２３を含んでいる。第１の磁化自由層２１と第２の磁化自由層２３の強磁性共鳴周波数は、互いに異なっている。エネルギ付与部５は、第１の磁化と第２の磁化に高周波入力信号に基づく振動を生じさせるためのエネルギを磁気抵抗効果素子２に付与する。高周波出力信号は、第１の磁化と第２の磁化の振動に起因する。【選択図】図１
2018121150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果素子と、
高周波入力信号が印加される入力ポートと、
高周波出力信号が現れる出力ポートと、
エネルギ付与部とを備えたフィルタ装置であって、
前記磁気抵抗効果素子は、第１の磁化を有する第１の磁化自由層と、第２の磁化を有する第２の磁化自由層とを含み、
前記第１の磁化の方向は、前記第１の磁化自由層に作用する第１の有効磁界の方向に応じて変化し、
前記第２の磁化の方向は、前記第２の磁化自由層に作用する第２の有効磁界の方向に応じて変化し、
前記エネルギ付与部は、前記第１の磁化と前記第２の磁化に前記高周波入力信号に基づく振動を生じさせるためのエネルギを前記磁気抵抗効果素子に付与するものであり、
前記高周波出力信号は、前記第１の磁化と前記第２の磁化の振動に起因することを特徴とするフィルタ装置。
【請求項２】
前記第１の磁化自由層と前記第２の磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なることを特徴とする請求項１記載のフィルタ装置。
【請求項３】
更に、前記第１の磁化自由層と前記第２の磁化自由層の少なくとも一方に対して外部磁界を印加する少なくとも１つの外部磁界印加部を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のフィルタ装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの外部磁界印加部は、前記第１の磁化自由層に対して第１の外部磁界を印加する第１の外部磁界印加部と、前記第２の磁化自由層に対して第２の外部磁界を印加する第２の外部磁界印加部であり、
前記第１の外部磁界と前記第２の外部磁界は、互いに大きさが異なることを特徴とする請求項３記載のフィルタ装置。
【請求項５】
前記第１の磁化自由層と前記第２の磁化自由層は、それらに作用する磁気異方性磁界の大きさが互いに異なることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフィルタ装置。
【請求項６】
前記エネルギ付与部は、前記高周波入力信号に基づいて発生された高周波磁界を、前記エネルギとして前記磁気抵抗効果素子に付与することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のフィルタ装置。
【請求項７】
前記エネルギ付与部は、前記高周波入力信号を、前記エネルギとして前記磁気抵抗効果素子に付与することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のフィルタ装置。
【請求項８】
前記磁気抵抗効果素子は、更に、前記第１の磁化自由層と前記第２の磁化自由層の間に配置されたスペーサ層を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のフィルタ装置。
【請求項９】
前記高周波出力信号は、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化に対応することを特徴とする請求項８記載のフィルタ装置。
【請求項１０】
前記磁気抵抗効果素子は、更に、前記第１の磁化自由層と前記第２の磁化自由層の間に配置された磁化固定部と、前記第１の磁化自由層と前記磁化固定部の間に配置された第１のスペーサ層と、前記第２の磁化自由層と前記磁化固定部の間に配置された第２のスペーサ層とを含み、
前記磁化固定部は、方向が固定された磁化を有する少なくとも１つの磁化固定層を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のフィルタ装置。
【請求項１１】
前記高周波出力信号は、前記磁化固定部、前記第１のスペーサ層および前記第１の磁化自由層を経由する第１の経路と、前記磁化固定部、前記第２のスペーサ層および前記第２の磁化自由層を経由する第２の経路からなる並列回路の抵抗値の変化に対応することを特徴とする請求項１０記載のフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子を用いたフィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等の移動体通信機器の高機能化に伴い、無線通信の高速化が進められている。通信速度は使用する周波数帯域の帯域幅に比例するため、通信に必要な周波数帯域の数は増加し、それに伴い、移動体通信機器に搭載されるバンドパスフィルタ等の高周波フィルタの数も増加している。
【０００３】
一方、近年、高周波フィルタ等の高周波デバイスへ応用できる可能性のある技術として、スピントロニクスが注目されている。スピントロニクスの中で特に注目されている技術の１つに、強磁性共鳴を利用した技術がある。磁界中に置かれた強磁性体の磁化は、磁化の方向が変化するような振動を行い得る。この磁化の振動は、例えば歳差運動である。強磁性共鳴は、特定の周波数で変動するエネルギの付与によって、その特定の周波数で磁化が振動し、且つ磁化の振動の振幅が最大になる現象である。以下、磁化の振動の振幅が最大になるときの磁化の振動の周波数を強磁性共鳴周波数と言う。強磁性共鳴を発生させるエネルギとしては、高周波磁界や高周波電流等がある。
【０００４】
以下、スピントロニクスを利用する素子をスピントロニクス素子と言う。代表的なスピントロニクス素子としては、磁化の方向が固定された磁化固定層と、外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する磁化自由層と、磁化固定層と磁化自由層の間に配置されたスペーサ層とを含む磁気抵抗効果素子が知られている。
【０００５】
特許文献１には、磁気抵抗効果素子からなる周波数変換素子と、周波数変換素子に磁界を印加するための機構と、周波数変換素子に局部発振信号を印加するための局部発振器と、周波数変換素子と電気的に接続され、且つ外部入力信号を入力するための入力端子とを備えた周波数変換装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１１９５６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
バンドパスフィルタとしては、弾性波共振器を用いて構成された弾性波フィルタが知られている。弾性波共振器とは、弾性波素子を用いて構成された共振器である。弾性波素子とは、弾性波を利用した素子である。弾性波素子には、弾性表面波を利用する弾性表面波素子や、バルク弾性波を利用するバルク弾性波素子がある。
【０００８】
弾性波フィルタに限らず、一般的なバンドパスフィルタでは、通過帯域を変えることはできない。
【０００９】
磁気抵抗効果素子の磁化自由層は強磁性共鳴を生じ得ることから、磁気抵抗効果素子を用いた共振器や、この共振器を用いた高周波フィルタを実現できる可能性がある。また、特許文献１に記載されているように、磁化自由層の強磁性共鳴周波数は、例えば、磁化自由層に印加される外部磁界の大きさを変えることによって変えることができる。そのため、磁気抵抗効果素子を用いて、通過帯域を変えることのできるバンドパスフィルタを実現できる可能性がある。
【００１０】
しかし、磁気抵抗効果素子を用いて、実用的なバンドパスフィルタを実現するためには、通過帯域をいかにして広くするかが問題となる。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気抵抗効果素子を用いたフィルタ装置であって、実用的なバンドパスフィルタとして動作させることのできるフィルタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のフィルタ装置は、磁気抵抗効果素子と、高周波入力信号が印加される入力ポートと、高周波出力信号が現れる出力ポートと、エネルギ付与部とを備えている。磁気抵抗効果素子は、第１の磁化を有する第１の磁化自由層と、第２の磁化を有する第２の磁化自由層とを含んでいる。第１の磁化の方向は、第１の磁化自由層に作用する第１の有効磁界の方向に応じて変化する。第２の磁化の方向は、第２の磁化自由層に作用する第２の有効磁界の方向に応じて変化する。エネルギ付与部は、第１の磁化と第２の磁化に高周波入力信号に基づく振動を生じさせるためのエネルギを磁気抵抗効果素子に付与するものである。高周波出力信号は、第１の磁化と第２の磁化の振動に起因するものである。
【００１３】
本発明のフィルタ装置において、第１の磁化自由層と第２の磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なっていてもよい。
【００１４】
また、本発明のフィルタ装置は、更に、第１の磁化自由層と第２の磁化自由層の少なくとも一方に対して外部磁界を印加する少なくとも１つの外部磁界印加部を備えていてもよい。少なくとも１つの外部磁界印加部は、第１の磁化自由層に対して第１の外部磁界を印加する第１の外部磁界印加部と、第２の磁化自由層に対して第２の外部磁界を印加する第２の外部磁界印加部であってもよい。第１の外部磁界と第２の外部磁界は、互いに大きさが異なっていてもよい。
【００１５】
また、本発明のフィルタ装置において、第１の磁化自由層と第２の磁化自由層は、それらに作用する磁気異方性磁界の大きさが互いに異なっていてもよい。
【００１６】
また、本発明のフィルタ装置において、エネルギ付与部は、高周波入力信号に基づいて発生された高周波磁界を、前記エネルギとして磁気抵抗効果素子に付与してもよい。あるいは、エネルギ付与部は、高周波入力信号を、前記エネルギとして磁気抵抗効果素子に付与してもよい。
【００１７】
また、本発明のフィルタ装置において、磁気抵抗効果素子は、更に、第１の磁化自由層と第２の磁化自由層の間に配置されたスペーサ層を含んでいてもよい。この場合、高周波出力信号は、磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化に対応するものであってもよい。
【００１８】
また、本発明のフィルタ装置において、磁気抵抗効果素子は、更に、第１の磁化自由層と第２の磁化自由層の間に配置された磁化固定部と、第１の磁化自由層と磁化固定部の間に配置された第１のスペーサ層と、第２の磁化自由層と磁化固定部の間に配置された第２のスペーサ層とを含んでいてもよい。磁化固定部は、方向が固定された磁化を有する少なくとも１つの磁化固定層を含んでいる。この場合、高周波出力信号は、磁化固定部、第１のスペーサ層および第１の磁化自由層を経由する第１の経路と、磁化固定部、第２のスペーサ層および第２の磁化自由層を経由する第２の経路からなる並列回路の抵抗値の変化に対応するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のフィルタ装置によれば、高周波入力信号の周波数と等しい周波数の高周波出力信号を得ることができると共に、バンドパスフィルタの通過帯域に相当する所定の周波数帯域において、高周波入力信号の電力に対する高周波出力信号の電力の比を大きくすることができる。従って、本発明のフィルタ装置は、バンドパスフィルタとして動作させることができる。また、本発明のフィルタ装置によれば、第１の磁化自由層の強磁性共鳴周波数と第２の磁化自由層の強磁性共鳴周波数を互いに異ならせることができる。これにより、本発明のフィルタ装置では、バンドパスフィルタとして動作させたときの通過帯域を広くすることができる。これらのことから、本発明によれば、実用的なバンドパスフィルタとして動作させることのできるフィルタ装置を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るフィルタ装置を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態おける磁気抵抗効果素子、第１の外部磁界印加部および第２の外部磁界印加部を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における第１の磁化の方向と第２の磁化の方向を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るフィルタ装置における入出力電力比の周波数特性を模式的に示す特性図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るフィルタ装置の製造方法における一工程を示す平面図である。
【図６】図５に続く工程を示す平面図である。
【図７】図６に続く工程を示す平面図である。
【図８】図７に続く工程を示す平面図である。
【図９】図８に続く工程を示す平面図である。
【図１０】図９に続く工程を示す平面図である。
【図１１】図１０に続く工程を示す平面図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係るフィルタ装置の主要部分を示す側面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態おける磁気抵抗効果素子の第１の例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態おける磁気抵抗効果素子の第２の例を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係るフィルタ装置を模式的に示す説明図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係るフィルタ装置を模式的に示す説明図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態おける磁気抵抗効果素子、第１の外部磁界印加部および第２の外部磁界印加部を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態における第１ないし第４の磁化の方向を示す説明図である。
【図１９】本発明の第５の実施の形態に係るフィルタ装置を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るフィルタ装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るフィルタ装置を模式的に示す説明図である。図２は、本実施の形態おける磁気抵抗効果素子、第１の外部磁界印加部および第２の外部磁界印加部を示す斜視図である。図１に示したように、本実施の形態に係るフィルタ装置１は、磁気抵抗効果素子２と、高周波入力信号が印加される入力ポート３と、高周波出力信号が現れる出力ポート４と、エネルギ付与部５とを備えている。
【００２２】
図１および図２に示したように、磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化を有する第１の磁化自由層２１と、第２の磁化を有する第２の磁化自由層２３と、第１の磁化自由層２１と第２の磁化自由層２３の間に配置されたスペーサ層２２とを含んでいる。また、磁気抵抗効果素子２は、磁気抵抗効果素子２を構成する複数の層の積層方向の両端に位置する第１の端面２ａと第２の端面２ｂを有している。第２の磁化自由層２３、スペーサ層２２および第１の磁化自由層２１は、第２の端面２ｂ側からこの順に積層されている。なお、図２には、磁気抵抗効果素子２の形状が円柱形状である例を示している。しかし、磁気抵抗効果素子２の形状は、直方体形状等の他の形状であってもよい。
【００２３】
磁気抵抗効果素子２では、第１の磁化と第２の磁化が相互作用することによって磁気抵抗効果が発現する。具体的に説明すると、第１の磁化の方向と第２の磁化の方向の相対角度が０°から１８０°に近づくに従って、磁気抵抗効果素子２の抵抗値が大きくなる。
【００２４】
エネルギ付与部５は、第１の磁化と第２の磁化に高周波入力信号に基づく振動を生じさせるためのエネルギを、磁気抵抗効果素子２に付与するものである。本実施の形態では、上記エネルギとして、高周波入力信号に基づいて発生された高周波磁界を用いる。エネルギ付与部５は、高周波磁界をエネルギとして磁気抵抗効果素子２に付与することができるように構成されている。具体的に説明すると、エネルギ付与部５は、入力ポート３に印加された高周波入力信号を伝送する線路部分５１，５２，５３，５４，５５を含んでいる。線路部分５１，５２，５３，５４，５５は、入力ポート３側からこの順に直列に接続されている。線路部分５２と線路部分５４は、スペーサ層２２の両面に平行な方向における磁気抵抗効果素子２の両側に配置されている。線路部分５２，５４は、高周波入力信号に基づいて高周波磁界を発生する。この高周波磁界が、磁気抵抗効果素子２に付与される。
【００２５】
フィルタ装置１は、更に、第１の磁化自由層２１と第２の磁化自由層２３の少なくとも一方に対して外部磁界を印加する少なくとも１つの外部磁界印加部を備えている。本実施の形態では特に、少なくとも１つの外部磁界印加部は、第１の磁化自由層２１に対して第１の外部磁界を印加する第１の外部磁界印加部６と、第２の磁化自由層２３に対して第２の外部磁界を印加する第２の外部磁界印加部７である。図２に示したように、第１の外部磁界印加部６は、第１の磁化自由層２１の近傍に配置された導線６１を含んでいる。第２の外部磁界印加部７は、第２の磁化自由層２３の近傍に配置された導線７１を含んでいる。導線６１，７１は、通電されることによって、その周りに磁界を発生する。導線６１によって発生された磁界の一部は第１の外部磁界となり、導線７１によって発生された磁界の一部は第２の外部磁界となる。
【００２６】
第１の外部磁界印加部６は、導線６１に流す電流の大きさを変えることによって、第１の外部磁界の大きさを変えることができる。同様に、第２の外部磁界印加部７は、導線７１に流す電流の大きさを変えることによって、第２の外部磁界の大きさを変えることができる。第１および第２の外部磁界印加部６，７によって変えることができる第１および第２の外部磁界の大きさの範囲は、例えば０〜１ｋＯｅ（１Ｏｅは７９．６Ａ／ｍ）である。
【００２７】
第１の磁化自由層２１には、高周波磁界と第１の外部磁界とが合成された磁界が印加される。第２の磁化自由層２３には、高周波磁界と第２の外部磁界とが合成された磁界が印加される。以下、高周波磁界と第１の外部磁界とが合成された磁界を第１の高周波重畳磁界と言い、高周波磁界と第２の外部磁界とが合成された磁界を第２の高周波重畳磁界と言う。
【００２８】
第１の磁化自由層２１の第１の磁化の方向は、第１の磁化自由層２１に作用する第１の有効磁界の方向に応じて変化する。第１の有効磁界は、第１の磁化に作用する全ての種類の磁界が合成されたものである。第１の磁化に作用する磁界には、上記の第１の高周波重畳磁界の他に、磁気異方性磁界、交換磁界、反磁界等がある。本実施の形態では、第１の有効磁界の方向は、第１の高周波重畳磁界の方向と一致するか、ほぼ一致する。
【００２９】
後で詳しく説明するが、高周波磁界は、第１の高周波重畳磁界の方向を、第１の外部磁界の方向を中心として振動させるように変化させる。第１の高周波重畳磁界の方向の変化の周波数は、高周波入力信号の周波数と等しい。第１の磁化は、高周波入力信号の周波数で振動する。
【００３０】
同様に、第２の磁化自由層２３の第２の磁化の方向は、第２の磁化自由層２３に作用する第２の有効磁界の方向に応じて変化する。第２の有効磁界は、第２の磁化に作用する全ての種類の磁界が合成されたものである。第２の磁化に作用する磁界には、上記の第２の高周波重畳磁界の他に、磁気異方性磁界、交換磁界、反磁界等がある。本実施の形態では、第２の有効磁界の方向は、第２の高周波重畳磁界の方向と一致するか、ほぼ一致する。
【００３１】
後で詳しく説明するが、高周波磁界は、第２の高周波重畳磁界の方向を、第２の外部磁界の方向を中心として振動させるように変化させる。第２の高周波重畳磁界の方向の変化の周波数は、高周波入力信号の周波数と等しい。第２の磁化は、高周波入力信号の周波数で振動する。
【００３２】
高周波出力信号は、第１の磁化と第２の磁化の振動に起因するものである。本実施の形態では特に、高周波出力信号は、磁気抵抗効果素子２の抵抗値の変化に対応するものである。すなわち、第１の磁化と第２の磁化が振動すると、第１の磁化の方向と第２の磁化の方向の相対角度が変化し、その結果、磁気抵抗効果素子２の抵抗値が変化する。高周波出力信号は、この磁気抵抗効果素子２の抵抗値の変化によって生成される。
【００３３】
フィルタ装置１は、更に、出力信号線路８を備えている。出力信号線路８は、磁気抵抗効果素子２において生成された高周波出力信号を、出力ポート４に伝送する。これにより、高周波出力信号が出力ポート４に現れる。
【００３４】
フィルタ装置１は、更に、第１の電極１１と、第２の電極１２と、グランド電極１３とを備えている。第１の電極１１と第２の電極１２は、それらの間に磁気抵抗効果素子２が介在するように設けられている。第１の電極１１と第２の電極１２は、後述する直流電流を、磁気抵抗効果素子２に流すために用いられる。第１の電極１１は、磁気抵抗効果素子２の第１の端面２ａに接している。第２の電極１２は、磁気抵抗効果素子２の第２の端面２ｂに接している。直流電流は、磁気抵抗効果素子２を構成する各層の面と交差する方向、例えば磁気抵抗効果素子２を構成する各層の面に対して垂直な方向に流れる。
【００３５】
図１に示した例では、入力ポート３は、一対の端子３１，３２を有している。線路部分５１，５２の接続点とは反対側の線路部分５１の端部は、端子３１に電気的に接続されている。
【００３６】
また、図１に示した例では、出力ポート４は、一対の端子４１，４２を有している。出力信号線路８の一端は、端子４１に電気的に接続されている。出力信号線路８の他端は、第１の電極１１に電気的に接続されている。高周波出力信号は、端子４１の電位の変化として現れる。
【００３７】
線路部分５４，５５の接続点とは反対側の線路部分５５の端部と、入力ポート３の端子３２と、出力ポート４の端子４２は、グランド電極１３に電気的に接続されている。グランド電極１３の電位は、基準電位として用いられる。
【００３８】
第１および第２の電極１１，１２は、例えば、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｕＣｕおよびＲｕのうちのいずれかよりなる単層の膜によって構成されていてもよいし、それぞれこれらの材料のうちのいずれかよりなる複数の膜の積層体によって構成されていてもよい。
【００３９】
フィルタ装置１は、更に、チョークコイル１４と、直流電流線路１５と、直流電流入力端子１６とを備えている。チョークコイル１４の一端は、出力信号線路８に電気的に接続されている。チョークコイル１４の他端は、グランド電極１３に電気的に接続されている。直流電流線路１５の一端は、第２の電極１２に電気的に接続されている。直流電流線路１５の他端は、直流電流入力端子１６に電気的に接続されている。回路構成上、磁気抵抗効果素子２は、直流電流入力端子１６とチョークコイル１４の間に位置している。直流電流入力端子１６には直流電流が入力され、この直流電流が磁気抵抗効果素子２に供給される。出力信号線路８および直流電流線路１５と、グランド電極１３は、マイクロストリップラインまたはコプレーナウェーブガイドによって構成されていてもよい。
【００４０】
チョークコイル１４は、インダクタンスを有している。これにより、チョークコイル１４のインピーダンスは、チョークコイル１４を通過する電流の周波数が高くなるほど大きくなる。従って、チョークコイル１４は、出力信号線路８を通過する直流電流を通過させてグランド電極１３に流すと共に、出力信号線路８を通過する高周波出力信号に対しては高いインピーダンスを示す。
【００４１】
チョークコイル１４としては、例えば、チップインダクタまたは線路が用いられる。チョークコイル１４のインダクタンスは、１０ｎＨ以上であることが好ましい。なお、フィルタ装置１は、チョークコイル１４の代わりに、インダクタンス成分を有する抵抗素子を備えていてもよい。
【００４２】
フィルタ装置１を動作させる際には、図１に示したように、直流電流入力端子１６とグランド電極１３の間に直流電流源１７が設けられる。これにより、直流電流源１７、直流電流入力端子１６、直流電流線路１５、磁気抵抗効果素子２、出力信号線路８、チョークコイル１４およびグランド電極１３を含む閉回路が形成される。直流電流源１７は、この閉回路を流れる直流電流を発生する。磁気抵抗効果素子２では、第２の磁化自由層２３から第１の磁化自由層２１に向かう方向に直流電流が流れる。
【００４３】
直流電流源１７は、例えば、直流電圧源と抵抗とを組み合わせた回路によって構成される。抵抗としては、可変抵抗または固定抵抗が用いられる。可変抵抗を用いた場合には、直流電流の大きさを変えることができる。固定抵抗を用いた場合には、直流電流は、一定値になる。
【００４４】
ここで、磁気抵抗効果素子２を構成する各層の材料について説明する。磁気抵抗効果素子２の第１および第２の磁化自由層２１，２３は、強磁性材料によって構成されている。第１および第２の磁化自由層２１，２３は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌまたはホイスラー合金よりなる膜によって構成することができる。この膜の厚みは、１〜１０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００４５】
磁気抵抗効果素子２のスペーサ層２２は、その全体が非磁性材料によって構成されていてもよい。スペーサ層２２を構成する非磁性材料は、導電材料でもよいし、絶縁材料でもよいし、半導体材料でもよい。スペーサ層２２を構成する非磁性の導電材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ等が挙げられる。スペーサ層２２を構成する非磁性の絶縁材料としては、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ等が挙げられる。スペーサ層２２の全体が非磁性の導電材料または絶縁材料によって構成されている場合、スペーサ層２２の厚みは、０．５〜３．０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００４６】
スペーサ層２２を構成する非磁性の半導体材料としては、例えば、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａのうちの１つ以上を含む酸化物半導体が挙げられる。スペーサ層２２の全体が非磁性の半導体材料によって構成されている場合、スペーサ層２２の厚みは、１．０〜４．０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００４７】
スペーサ層２２は、絶縁材料よりなる絶縁部と、導電材料よりなり、絶縁部中に設けられた１つ以上の通電部とを含んでいてもよい。絶縁部を構成する絶縁材料としては、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ等が挙げられる。通電部を構成する導電材料としては、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ等が挙げられる。この場合、スペーサ層２２の厚みは、０．５〜２．０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００４８】
次に、図２および図３を参照して、第１の磁化自由層２１の第１の磁化の方向と、第２の磁化自由層２３の第２の磁化の方向について説明する。以下の説明では、第１の磁化の方向を記号Ｄ１で表し、第２の磁化の方向を記号Ｄ２で表す。図３は、第１の磁化の方向Ｄ１と第２の磁化の方向Ｄ２を示している。
【００４９】
ここで、図２に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を定義する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。本実施の形態では、スペーサ層２２の両面に垂直な一方向（図２では上側に向かう方向）を、Ｚ方向とする。Ｘ方向とＹ方向は、いずれも、スペーサ層２２の両面に対して平行な方向である。図３にも、図２に示したＸ，Ｙ，Ｚの各方向を示している。
【００５０】
図２に示したように、第１の磁化自由層２１と第１の外部磁界印加部６の導線６１は、Ｚ方向にこの順に並んでいる。導線６１は、Ｘ方向に延びている。フィルタ装置１を動作させる際には、導線６１においてＸ方向に電流が流れるように、導線６１に電源Ｖ１が接続される。この場合、第１の外部磁界の方向は、Ｙ方向になる。図３には、第１の磁化の方向Ｄ１が、第１の外部磁界の方向（Ｙ方向）と一致している状態を示している。
【００５１】
また、図２に示したように、第２の外部磁界印加部７の導線７１と第２の磁化自由層２３は、Ｚ方向にこの順に並んでいる。導線７１は、Ｙ方向に延びている。フィルタ装置１を動作させる際には、導線７１においてＹ方向に電流が流れるように、導線７１に電源Ｖ２が接続される。この場合、第２の外部磁界の方向は、Ｘ方向になる。従って、第２の外部磁界の方向は、第１の外部磁界の方向に対して直交している。図３には、第２の磁化の方向Ｄ２が、第２の外部磁界の方向（Ｘ方向）と一致している状態を示している。
【００５２】
次に、本実施の形態に係るフィルタ装置１の作用および効果について説明する。始めに、第１の磁化自由層２１の第１の磁化と第２の磁化自由層２３の第２の磁化の挙動について説明する。一般的に、磁界が作用する強磁性体の磁化の挙動は、ＬＬＧ（Landau Lifshitz Gilbert）方程式を用いて表される。スピントランスファートルクを考慮したＬＬＧ方程式は、磁化に作用する歳差トルク、ダンピングトルクおよびスピントランスファートルクを表している。第１の磁化には第１の有効磁界が作用し、第２の磁化には第２の有効磁界が作用する。そのため、第１および第２の磁化の各々には、歳差トルクとダンピングトルクとが作用する。本実施の形態では、磁気抵抗効果素子２に直流電流が流される。これにより、第１および第２の磁化の各々には、更にスピントランスファートルクが作用する。スピントランスファートルクとは、スピン流の流入または流出が生じた強磁性体において、スピン流の変化分におけるスピン角運動量の変化と逆方向に強磁性体の磁化を回転させるように強磁性体の磁化に作用するトルクである。
【００５３】
本実施の形態では、エネルギ付与部５によって、第１および第２の磁化に高周波入力信号に基づく振動を生じさせるためのエネルギが磁気抵抗効果素子２に付与される。本実施の形態では、上記エネルギは高周波磁界である。本実施の形態では、高周波磁界の方向が第１の外部磁界の方向に対してなす角度と、高周波磁界の方向が第２の外部磁界の方向に対してなす角度は等しい。すなわち、これらの角度は、いずれも、４５°または１３５°である。
【００５４】
磁気抵抗効果素子２に高周波磁界が付与されると、第１および第２の有効磁界の方向が高周波入力信号の周波数で変化する。その結果、第１および第２の磁化に作用するそれぞれのダンピングトルクが変化する。これにより、第１および第２の磁化は、それらの方向が変化するように、高周波入力信号の周波数で振動する。これにより、第１の磁化の方向と第２の磁化の方向の相対角度が変化して、磁気抵抗効果素子２の抵抗値が変化する。その結果、高周波入力信号の周波数と等しい周波数の高周波出力信号が発生する。
【００５５】
本実施の形態に係るフィルタ装置１によれば、上述のように高周波入力信号の周波数と等しい周波数の高周波出力信号を得ることができる。また、このフィルタ装置１によれば、以下で説明するように、バンドパスフィルタの通過帯域に相当する所定の周波数帯域において、高周波入力信号の電力に対する高周波出力信号の電力の比を大きくすることができる。従って、フィルタ装置１は、バンドパスフィルタとして動作させることができる。
【００５６】
本実施の形態に係るフィルタ装置１では、第１の磁化自由層２１の強磁性共鳴周波数と第２の磁化自由層２３の強磁性共鳴周波数を互いに異ならせることができる。以下、これについて詳しく説明する。第１の磁化自由層２１は第１の強磁性共鳴周波数ｆ１を有し、第２の磁化自由層２３は第２の強磁性共鳴周波数ｆ２を有している。第１および第２の強磁性共鳴周波数ｆ１，ｆ２は、それぞれ第１および第２の有効磁界の大きさによって変化する。本実施の形態によれば、第１および第２の外部磁界の大きさを互いに異ならせることによって、第１および第２の有効磁界の大きさを互いに異ならせ、その結果、第１および第２の強磁性共鳴周波数ｆ１，ｆ２を互いに異ならせることができる。
【００５７】
高周波入力信号の周波数が第１の強磁性共鳴周波数ｆ１と等しい場合には、第１の磁化自由層２１において強磁性共鳴が生じて、第１の磁化の振動の振幅が最大になる。高周波入力信号の周波数が第２の強磁性共鳴周波数ｆ２と等しい場合には、第２の磁化自由層２３において強磁性共鳴が生じて、第２の磁化の振動の振幅が最大になる。
【００５８】
ここで、高周波入力信号の電力に対する高周波出力信号の電力の比を、入出力電力比と言う。図４は、フィルタ装置１における入出力電力比の周波数特性を模式的に示す特性図である。図４において、横軸は周波数を示し、縦軸は入出力電力比を示している。図４に示したように、入出力電力比の周波数特性は、第１の強磁性共鳴周波数ｆ１と第２の強磁性共鳴周波数ｆ２においてそれぞれ極大値をとる。
【００５９】
図４に示した入出力電力比の周波数特性において、入出力電力比が所定値以上となる周波数帯域は、バンドパスフィルタの通過帯域に相当する。所定値は、例えば、入出力電力比の最大値の１／２である。本実施の形態に係るフィルタ装置１によれば、図４に示したように、入出力電力比の周波数特性が２つの周波数ｆ１，ｆ２において極大値をとることにより、入出力電力比の周波数特性が１つの周波数のみにおいて極大値をとる場合に比べて、バンドパスフィルタの通過帯域に相当する所定の周波数帯域を広くすることができる。このように、本実施の形態に係るフィルタ装置１では、第１および第２の強磁性共鳴周波数ｆ１，ｆ２を互いに異ならせることにより、バンドパスフィルタとして動作させたときの通過帯域を広くすることができる。
【００６０】
以上のことから、本実施の形態によれば、実用的なバンドパスフィルタとして動作させることのできるフィルタ装置１を実現することができる。
【００６１】
また、本実施の形態によれば、第１および第２の外部磁界の大きさを変えることによって、第１および第２の強磁性共鳴周波数ｆ１，ｆ２を変えることができる。これにより、本実施の形態に係るフィルタ装置１によれば、バンドパスフィルタとして動作させたときの通過帯域を変えることができる。
【００６２】
また、本実施の形態における磁気抵抗効果素子２は、磁化固定層を含んでいない。そのため、本実施の形態に係るフィルタ装置１によれば、熱等の要因によって磁化固定層の磁化の方向が変化することによる機能の低下が生じることがない。
【００６３】
次に、図５ないし図１１を参照して、本実施の形態に係るフィルタ装置１の製造方法について説明する。図５ないし図１１は、フィルタ装置１の製造過程における積層体の上面の一部を示している。フィルタ装置１の製造方法では、まず、図示しない基板の上に、図示しない第１の絶縁層と線路部分５３を順に形成する。図５は、線路部分５３を形成した後の積層体を示している。
【００６４】
図６は、次の工程を示す。この工程では、まず、線路部分５３および第１の絶縁層を覆うように、絶縁層９１を形成する。次に、絶縁層９１の上に、第２の外部磁界印加部７の導線７１を形成する。
【００６５】
図７は、次の工程を示す。この工程では、まず、導線７１および絶縁層９１を覆うように、図示しない第２の絶縁層を形成する。次に、第２の絶縁層の上に、第２の電極１２を形成する。なお、第２の電極１２は、後述する第３、第４、第７および第８の孔が形成される予定の領域とその近傍の部分には形成されない。
【００６６】
図８は、次の工程を示す。この工程では、まず、第２の電極１２の上に、磁気抵抗効果素子２を形成する。磁気抵抗効果素子２は、例えば、後にパターニングされることによって磁気抵抗効果素子２となる積層膜を形成した後、この積層膜をパターニングすることによって形成される。次に、磁気抵抗効果素子２の周囲に、絶縁層９２を形成する。
【００６７】
図９は、次の工程を示す。この工程では、磁気抵抗効果素子２および絶縁層９２の上に、第１の電極１１を形成する。なお、第１の電極１１は、後述する第２ないし第４、第７、第８の孔が形成される予定の領域とその近傍の部分には形成されない。
【００６８】
図１０は、次の工程を示す。この工程では、まず、第１の電極１１および絶縁層９２の上に、絶縁層９３を形成する。次に、絶縁層９３の上に、第１の外部磁界印加部６の導線６１を形成する。
【００６９】
図１１は、次の工程を示す。この工程では、まず、導線６１および絶縁層９３を覆うように、絶縁層９４を形成する。次に、第１ないし第８の孔８Ｈ，１５Ｈ，５２Ｈ，５３Ｈ，６２Ｈ，６３Ｈ，７２Ｈ，７３Ｈを形成する。第１の孔８Ｈは、絶縁層９３，９４を貫通して、第１の電極１１を露出させる。第２の孔１５Ｈは、絶縁層９２〜９４を貫通して、第２の電極１２を露出させる。第３および第４の孔５２Ｈ，５３Ｈは、磁気抵抗効果素子２の近傍において絶縁層９１〜９４および第２の絶縁層を貫通して、線路部分５３を露出させる。第５および第６の孔６２Ｈ，６３Ｈは、絶縁層９４を貫通して、導線６１の長手方向の両端の近傍を露出させる。第７および第８の孔７２Ｈ，７３Ｈは、絶縁層９２〜９４および第２の絶縁層を貫通して、導線７１の長手方向の両端の近傍を露出させる。
【００７０】
次に、第１の電極１１に接続されるように、第１の孔８Ｈ内に、出力信号線路８の一部を形成する。また、第２の電極１２に接続されるように、第２の孔１５Ｈ内に、直流電流線路１５の一部を形成する。また、線路部分５３に接続されるように、第３および第４の孔５２Ｈ，５４Ｈ内に、それぞれ線路部分５２，５４を形成する。また、導線６１に接続されるように、第５および第６の孔６２Ｈ，６３Ｈ内に、それぞれ柱状導体部６２，６３を形成する。また、導線７１に接続されるように、第７および第８の孔７２Ｈ，７３Ｈ内に、それぞれ柱状導体部７２，７３を形成する。図２に示した電源Ｖ１は、柱状導体部６２，６３を介して導線６１に接続される。図２に示した電源Ｖ２は、柱状導体部７２，７３を介して導線７１に接続される。
【００７１】
図５に示した工程から図１１に示した工程までの一連の工程によって、フィルタ装置１の主要部分１Ｍが完成する。図１２は、フィルタ装置１の主要部分１Ｍを示す側面図である。なお、図１２では、絶縁層９１〜９４、第１の絶縁層、第２の絶縁層および基板を省略している。図１２に示したフィルタ装置１の主要部分１Ｍに、フィルタ装置１の残りの部分を接続することによって、フィルタ装置１が完成する。
【００７２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態では、磁気抵抗効果素子２の構成と形状が、第１の実施の形態と異なっている。以下、図１３および図１４を参照して、本実施の形態における磁気抵抗効果素子２の第１および第２の例について説明する。
【００７３】
図１３は、磁気抵抗効果素子２の第１の例を示している。図１４は、磁気抵抗効果素子２の第２の例を示している。図１３および図１４に示したように、磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化自由層２１、第２の磁化自由層２３およびスペーサ層２２の他に、第１の金属層２４と第２の金属層２５とを含んでいる。第１の金属層２４は、第１の磁化自由層２１と第１の電極１１（図１参照）の間に設けられている。第２の金属層２５は、第２の磁化自由層２３と第２の電極１２（図１参照）の間に設けられている。第１の金属層２４は、キャップ層として用いられている。第２の金属層２５は、シード層またはバッファ層として用いられている。第１および第２の金属層２４，２５は、例えば、Ｒｕ、Ｔａ、ＣｕおよびＣｒのうちの１つ以上を含む単層膜または多層膜によって構成されている。第１および第２の金属層２４，２５の厚みは、２〜１０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００７４】
図１３および図１４に示したように、磁気抵抗効果素子２の第１および第２の端面２ａ，２ｂの形状は、矩形である。本実施の形態では特に、第１の端面２ａの形状は長方形であり、第２の端面２ｂの形状は正方形または長方形である。
【００７５】
磁気抵抗効果素子２は、第１および第２の端面２ａ，２ｂの他に、Ｙ方向における互いに反対側に位置する２つの側面２ｃ，２ｄを有している。側面２ｃ，２ｄは、Ｙ方向に対して垂直である。図１３に示したように、第１の例では、側面２ｃ，２ｄの形状は、台形である。図１４に示したように、第２の例では、側面２ｃ，２ｄの形状は、２つの台形を積み重ねたような形状である。
【００７６】
本実施の形態では、第１の磁化自由層２１の下面の形状は長方形であり、第２の磁化自由層２３の下面の形状は正方形または長方形である。以下、第１の磁化自由層２１の下面のＸ方向の寸法とＹ方向の寸法をそれぞれ記号Ｘａ，Ｙａで表し、第２の磁化自由層２３の下面のＸ方向の寸法とＹ方向の寸法をそれぞれ記号Ｘｂ，Ｙｂで表す。ＸａはＸｂよりも小さい。Ｙａ，Ｙｂは互いに等しい。
【００７７】
比Ｙｂ／Ｘｂは、１であるか、１に近い値である。比Ｙａ／Ｘａは、１よりも大きく、且つ比Ｙｂ／Ｘｂよりも大きい。そのため、第１の磁化自由層２１の形状磁気異方性によって第１の磁化自由層２１に作用する磁気異方性磁界（以下、第１の磁気異方性磁界と言う。）は、第２の磁化自由層２３の形状磁気異方性によって第２の磁化自由層２３に作用する磁気異方性磁界（以下、第２の磁気異方性磁界と言う）よりも大きい。第１の磁気異方性磁界の方向は、Ｙ方向に対して平行な方向である。
【００７８】
図１３および図１４に示したように、第２の例における比Ｙａ／Ｘａは、第１の例における比Ｙａ／Ｘａよりも大きい。そのため、第２の例における第１の磁気異方性磁界は、第１の例における第１の磁気異方性磁界よりも大きくなる。
【００７９】
本実施の形態では、第１の磁気異方性磁界と第２の磁気異方性磁界の大きさが互いに異なる。本実施の形態では、これを利用して、第１の磁化自由層２１に作用する第１の有効磁界と第２の磁化自由層２３に作用する第２の有効磁界の大きさを互いに異ならせることが可能である。
【００８０】
本実施の形態では、第１および第２の外部磁界の大きさは、第１の実施の形態と同様に互いに異なっていてもよいし、等しくてもよい。本実施の形態では、第１および第２の外部磁界の大きさが等しい場合でも、第１および第２の磁気異方性磁界の大きさが互いに異なることから、第１および第２の有効磁界の大きさを互いに異ならせることができる。なお、第１の磁化自由層２１に第１の外部磁界が印加されない場合には、第１の磁気異方性磁界の方向は、Ｙ方向、またはＹ方向とは反対の方向になる。第１の実施の形態と同様に、第１の外部磁界の方向をＹ方向とした場合には、第１の磁気異方性磁界の方向はＹ方向となる。
【００８１】
また、本実施の形態に係るフィルタ装置１は、第１の実施の形態における第１の外部磁界印加部６（図１参照）を備えていなくてもよい。この場合、第１の磁化自由層２１には、第１の実施の形態における第１の外部磁界は印加されない。この場合、第１の有効磁界は、主に、第１の磁気異方性磁界と、エネルギ付与部５（図１参照）による高周波磁界とを合成したものとなる。この場合も、第１および第２の有効磁界の大きさを互いに異ならせることができる。また、第２の外部磁界の方向を、第１の磁気異方性磁界と異なる方向に設定することにより、第１および第２の有効磁界の方向も互いに異ならせることができる。
【００８２】
なお、第１の磁化自由層２１に第１の外部磁界が印加されない場合には、第１の磁化自由層２１に高周波磁界が印加されていない状態における第１の磁化の方向Ｄ１を、予め、Ｙ方向、またはＹ方向とは反対の方向に設定しておくことが好ましい。例えば、第１の磁化の方向Ｄ１を予めＹ方向に設定した場合には、第１の磁気異方性磁界の方向はＹ方向となる。
【００８３】
図１３および図１４には、第１の磁気異方性磁界の方向をＹ方向とした例を示している。また、図１３および図１４には、第１の磁化の方向Ｄ１が、第１の磁気異方性磁界の方向（Ｙ方向）と一致し、第２の磁化自由層２３の第２の磁化の方向Ｄ２が、第２の外部磁界の方向（Ｘ方向）と一致している状態を示している。
【００８４】
なお、本実施の形態において、第１および第２の磁気異方性磁界の大きさを互いに異ならせる方法としては、第１および第２の磁化自由層２１，２３の形状磁気異方性を異ならせることに加えて、あるいはそれに代えて、第１および第２の磁化自由層２１，２３の組成を異ならせることによって第１および第２の磁化自由層２１，２３の結晶磁気異方性を異ならせる方法を用いてもよい。
【００８５】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００８６】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。始めに、図１５を参照して、本実施の形態に係るフィルタ装置１の構成について説明する。本実施の形態に係るフィルタ装置１の構成は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態に係るフィルタ装置１は、第１の実施の形態におけるエネルギ付与部５の代わりに、エネルギ付与部１０５を備えている。また、本実施の形態では、第１の実施の形態における直流電流線路１５が設けられていない。
【００８７】
エネルギ付与部１０５は、第１の磁化と第２の磁化に高周波入力信号に基づく振動を生じさせるためのエネルギとして、高周波入力信号を、磁気抵抗効果素子２に付与するものである。エネルギ付与部１０５は、入力信号線路１５１を含んでいる。
【００８８】
入力信号線路１５１は、入力ポート３に印加された高周波入力信号を、磁気抵抗効果素子２に伝送する。本実施の形態では、入力信号線路１５１の一端は、入力ポート３の端子３１に電気的に接続されている。入力信号線路１５１の他端は、第２の電極１２に電気的に接続されている。入力信号線路１５１とグランド電極１３は、マイクロストリップラインまたはコプレーナウェーブガイドによって構成されていてもよい。
【００８９】
本実施の形態では、直流電流入力端子１６は、入力信号線路１５１に電気的に接続されている。フィルタ装置１を動作させる際には、図１５に示したように、直流電流入力端子１６とグランド電極１３の間に直流電流源１７が設けられる。これにより、直流電流源１７、直流電流入力端子１６、入力信号線路１５１、磁気抵抗効果素子２、出力信号線路８、チョークコイル１４およびグランド電極１３を含む閉回路が形成される。直流電流源１７は、この閉回路を流れる直流電流を発生する。
【００９０】
なお、本実施の形態では、磁気抵抗効果素子２の第１の磁化自由層２１には、第１の実施の形態で説明した高周波磁界は印加されない。第１の実施の形態で説明したように、第１の磁化自由層２１の第１の磁化の方向は、第１の磁化自由層２１に作用する第１の有効磁界の方向に応じて変化する。本実施の形態では、第１の有効磁界の方向は、第１の外部磁界印加部６によって第１の磁化自由層２１に印加される第１の外部磁界の方向と一致するか、ほぼ一致する。
【００９１】
また、本実施の形態では、磁気抵抗効果素子２の第２の磁化自由層２３には、第１の実施の形態で説明した高周波磁界は印加されない。第１の実施の形態で説明したように、第２の磁化自由層２３の第２の磁化の方向は、第２の磁化自由層２３に作用する第２の有効磁界の方向に応じて変化する。本実施の形態では、第２の有効磁界の方向は、第２の外部磁界印加部７によって第２の磁化自由層２３に印加される第２の外部磁界の方向と一致するか、ほぼ一致する。
【００９２】
次に、本実施の形態に係るフィルタ装置１の作用および効果について説明する。本実施の形態では、エネルギ付与部１０５によって、第１および第２の磁化に高周波入力信号に基づく振動を生じさせるためのエネルギが磁気抵抗効果素子２に付与される。本実施の形態では、上記エネルギは高周波入力信号である。高周波入力信号は、磁気抵抗効果素子２を流れる直流電流に重畳されて、磁気抵抗効果素子２に付与される。高周波入力信号が磁気抵抗効果素子２に付与されると、第１の磁化自由層２１における電流密度と第２の磁化自由層２３における電流密度が高周波入力信号の周波数で変化し、その結果、第１および第２の磁化に作用するそれぞれのスピントランスファートルクが、高周波入力信号の周波数で変化する。これにより、第１および第２の磁化は、それらの方向が変化するように、高周波入力信号の周波数で振動する。これにより、第１の磁化の方向と第２の磁化の方向の相対角度が変化して、磁気抵抗効果素子２の抵抗値が変化する。その結果、高周波入力信号の周波数と等しい周波数の高周波出力信号が発生する。
【００９３】
本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、第１および第２の外部磁界の大きさを変えることによって、第１および第２の強磁性共鳴周波数ｆ１，ｆ２を変えることができる。高周波入力信号の周波数が第１の強磁性共鳴周波数ｆ１と等しい場合には、第１の磁化自由層２１において強磁性共鳴が生じて、第１の磁化の振動の振幅が最大になる。高周波入力信号の周波数が第２の強磁性共鳴周波数ｆ２と等しい場合には、第２の磁化自由層２３において強磁性共鳴が生じて、第２の磁化の振動の振幅が最大になる。
【００９４】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００９５】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。始めに、図１６および図１７を参照して、本実施の形態に係るフィルタ装置１の構成について説明する。図１６は、フィルタ装置１を模式的に示す説明図である。図１７は、本実施の形態おける磁気抵抗効果素子、第１の外部磁界印加部および第２の外部磁界印加部を示す斜視図である。
【００９６】
本実施の形態に係るフィルタ装置１の構成は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態に係るフィルタ装置１は、第１の実施の形態における磁気抵抗効果素子２の代わりに、磁気抵抗効果素子１０２を備えている。図１６および図１７に示したように、磁気抵抗効果素子１０２は、第１の磁化を有する第１の磁化自由層１２１と、第２の磁化を有する第２の磁化自由層１２５と、第１の磁化自由層１２１と第２の磁化自由層１２５の間に配置された磁化固定部１２３と、第１の磁化自由層１２１と磁化固定部１２３の間に配置された第１のスペーサ層１２２と、第２の磁化自由層１２５と磁化固定部１２３の間に配置された第２のスペーサ層１２４とを含んでいる。
【００９７】
磁化固定部１２３は、方向が固定された磁化を有する少なくとも１つの磁化固定層を含んでいる。本実施の形態では、磁化固定部１２３は、方向が固定された第３の磁化を有する第１の磁化固定層１２３Ａと、方向が固定された第４の磁化を有する第２の磁化固定層１２３Ｃと、反強磁性層１２３Ｂとを含んでいる。第１の磁化固定層１２３Ａは、第１のスペーサ層１２２と反強磁性層１２３Ｂとの間に配置されている。第２の磁化固定層１２３Ｃは、第２のスペーサ層１２４と反強磁性層１２３Ｂとの間に配置されている。反強磁性層１２３Ｂは、第１の磁化固定層１２３Ａとの交換結合により第１の磁化固定層１２３Ａの第３の磁化の方向を固定し、第２の磁化固定層１２３Ｃとの交換結合により第２の磁化固定層１２３Ｃの第４の磁化の方向を固定する。
【００９８】
また、磁気抵抗効果素子１０２は、磁気抵抗効果素子１０２を構成する複数の層の積層方向の両端に位置する第１の端面１０２ａと第２の端面１０２ｂを有している。第２の磁化自由層１２５、第２のスペーサ層１２４、第２の磁化固定層１２３Ｃ、反強磁性層１２３Ｂ、第１の磁化固定層１２３Ａ、第１のスペーサ層１２２および第１の磁化自由層１２１は、第２の端面１０２ｂ側からこの順に積層されている。
【００９９】
磁気抵抗効果素子１０２は、磁化固定部１２３、第１のスペーサ層１２２および第１の磁化自由層１２１を経由する第１の経路と、磁化固定部１２３、第２のスペーサ層１２４および第２の磁化自由層１２５を経由する第２の経路からなる並列回路を構成する。磁気抵抗効果素子１０２では、第１の磁化自由層１２１の第１の磁化と第１の磁化固定層１２３Ａの第３の磁化が相互作用して、第１の磁化の方向が第３の磁化の方向に対してなす角度が０°から１８０°に近づくに従って、第１の経路の抵抗値が大きくなる。また、磁気抵抗効果素子１０２では、第２の磁化自由層１２５の第２の磁化と第２の磁化固定層１２３Ｃの第４の磁化が相互作用して、第２の磁化の方向が第４の磁化の方向に対してなす角度が０°から１８０°に近づくに従って、第２の経路の抵抗値が大きくなる。
【０１００】
本実施の形態では、エネルギ付与部５は、高周波磁界をエネルギとして磁気抵抗効果素子１０２に付与することができるように構成されている。エネルギ付与部５の具体的な構成と配置は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０１】
また、本実施の形態では、第１の外部磁界印加部６は、第１の磁化自由層１２１に対して第１の外部磁界を印加する。図１７に示したように、第１の外部磁界印加部６の導線６１は、第１の磁化自由層１２１の近傍に配置されている。また、第２の外部磁界印加部７は、第２の磁化自由層１２５に対して第２の外部磁界を印加する。図１７に示したように、第２の外部磁界印加部７の導線７１は、第２の磁化自由層１２５の近傍に配置されている。
【０１０２】
第１の磁化自由層１２１には、高周波磁界と第１の外部磁界とが合成された磁界、すなわち第１の高周波重畳磁界が印加される。第１の磁化自由層１２１の第１の磁化の方向は、第１の磁化自由層１２１に作用する第１の有効磁界の方向に応じて変化する。本実施の形態では、第１の有効磁界の方向は、第１の高周波重畳磁界の方向と一致するか、ほぼ一致する。
【０１０３】
第２の磁化自由層１２５には、高周波磁界と第２の外部磁界とが合成された磁界、すなわち第２の高周波重畳磁界が印加される。第２の磁化自由層１２５の第２の磁化の方向は、第２の磁化自由層１２５に作用する第２の有効磁界の方向に応じて変化する。本実施の形態では、第２の有効磁界の方向は、第２の高周波重畳磁界の方向と一致するか、ほぼ一致する。
【０１０４】
また、本実施の形態では、出力信号線路８の一端は、磁化固定部１２３の反強磁性層１２３Ｂに電気的に接続されている。出力信号線路８は、磁気抵抗効果素子１０２において生成された高周波出力信号を、出力ポート４に伝送する。
【０１０５】
また、本実施の形態では、直流電流線路１５は、第１の線路部分１５Ａと第２の線路部分１５Ｂとを含んでいる。第１の線路部分１５Ａの一端は、第１の電極１１に電気的に接続されている。第１の線路部分１５Ａの他端は、第２の電極１２に電気的に接続されている。第２の線路部分１５Ｂの一端は、第１の線路部分１５Ａにおける一端と他端の間の部分に電気的に接続されている。第２の線路部分１５Ｂの他端は、直流電流入力端子１６に電気的に接続されている。第１の電極１１は、磁気抵抗効果素子１０２の第１の端面１０２ａに接している。第２の電極１２は、磁気抵抗効果素子１０２の第２の端面１０２ｂに接している。回路構成上、磁気抵抗効果素子１０２は、直流電流入力端子１６とチョークコイル１４の間に位置している。直流電流入力端子１６には直流電流が入力され、この直流電流が磁気抵抗効果素子１０２に供給される。
【０１０６】
フィルタ装置１を動作させる際には、図１６に示したように、直流電流入力端子１６とグランド電極１３の間に直流電流源１７が設けられる。これにより、直流電流源１７、直流電流入力端子１６、直流電流線路１５、磁気抵抗効果素子１０２、出力信号線路８、チョークコイル１４およびグランド電極１３を含む閉回路が形成される。直流電流源１７は、この閉回路を流れる直流電流を発生する。磁気抵抗効果素子１０２に供給された直流電流は、第１の磁化自由層１２１から磁化固定部１２３に向かう方向に流れる電流と、第２の磁化自由層１２５から磁化固定部１２３に向かう方向に流れる電流とに分かれて、磁気抵抗効果素子１０２を通過する。
【０１０７】
ここで、磁気抵抗効果素子１０２を構成する各層の材料について説明する。磁気抵抗効果素子１０２の第１および第２の磁化自由層１２１，１２５は、第１の実施の形態における第１および第２の磁化自由層２１，２３と同様の強磁性材料によって構成されている。また、磁気抵抗効果素子１０２の第１および第２のスペーサ層１２２，１２４の材料は、第１の実施の形態におけるスペーサ層２２と同様である。
【０１０８】
磁化固定部１２３の第１および第２の磁化固定層１２３Ａ，１２３Ｃは、強磁性材料によって構成されている。第１および第２の磁化固定層１２３Ａ，１２３Ｃを構成する強磁性材料としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉＦｅ、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＢ等の高スピン分極率材料や、ホイスラー合金が用いられる。第１および第２の磁化固定層１２３Ａ，１２３Ｃの厚みは、１〜１０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【０１０９】
磁化固定部１２３の反強磁性層１２３Ｂは、反強磁性材料によって構成されている。反強磁性層１２３Ｂを構成する反強磁性材料としては、例えば、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＦｅＳ2、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒおよびＭｎのいずれかが用いられる。
【０１１０】
次に、図１７および図１８を参照して、第１ないし第４の磁化の方向について説明する。以下の説明では、第１ないし第４の磁化の方向を、それぞれ記号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４で表す。図１８は、第１ないし第４の磁化の方向Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を示している。図１７および図１８には、第１の実施の形態における図２に示したＸ，Ｙ，Ｚの各方向を示している。なお、本実施の形態では、磁化固定部１２３の両面に垂直な一方向（図１７では上側に向かう方向）を、Ｚ方向とする。
【０１１１】
図１７に示したように、第１の磁化自由層１２１と第１の外部磁界印加部６の導線６１は、Ｚ方向にこの順に並んでいる。導線６１は、Ｙ方向に延びている。フィルタ装置１を動作させる際には、導線６１においてＹ方向とは反対方向に電流が流れるように、導線６１に電源Ｖ１が接続される。この場合、第１の外部磁界の方向は、Ｘ方向になる。図１８には、第１の磁化の方向Ｄ１が、第１の外部磁界の方向（Ｘ方向）と一致している状態を示している。
【０１１２】
また、図１７に示したように、第２の外部磁界印加部７の導線７１と第２の磁化自由層１２５は、Ｚ方向にこの順に並んでいる。導線７１は、Ｙ方向に延びている。フィルタ装置１を動作させる際には、導線７１においてＹ方向に電流が流れるように、導線７１に電源Ｖ２が接続される。この場合、第２の外部磁界の方向は、Ｘ方向になる。従って、第２の外部磁界の方向は、第１の外部磁界の方向と一致している。図１８には、第２の磁化の方向Ｄ２が、第２の外部磁界の方向（Ｘ方向）と一致している状態を示している。
【０１１３】
図１８に示したように、第１の磁化固定層１２３Ａの第３の磁化の方向Ｄ３と、第２の磁化固定層１２３Ｃの第４の磁化の方向Ｄ４は、いずれもＹ方向である。従って、第１の外部磁界の方向は第３の磁化の方向Ｄ３と直交し、第２の外部磁界の方向は第４の磁化の方向Ｄ４と直交する。
【０１１４】
次に、本実施の形態に係るフィルタ装置１の作用および効果について説明する。本実施の形態では、エネルギ付与部５によって、第１および第２の磁化に高周波入力信号に基づく振動を生じさせるためのエネルギが磁気抵抗効果素子１０２に付与される。本実施の形態では、上記エネルギは高周波磁界である。高周波磁界の方向は、第１および第２の外部磁界の方向とは異なる方向、例えば第１および第２の外部磁界の方向と直交する方向である。
【０１１５】
磁気抵抗効果素子２に高周波磁界が付与されると、第１および第２の磁化に作用するそれぞれの有効磁界の方向が高周波入力信号の周波数で変化する。その結果、第１および第２の磁化に作用するそれぞれのダンピングトルクが変化する。これにより、第１および第２の磁化は、それらの方向Ｄ１，Ｄ２が変化するように、高周波入力信号の周波数で振動する。その結果、第１の磁化の方向Ｄ１と第３の磁化の方向Ｄ３の相対角度が変化して、第１の経路の抵抗値が変化すると共に、第２の磁化の方向Ｄ２と第４の磁化の方向Ｄ４の相対角度が変化して、第２の経路の抵抗値が変化する。高周波出力信号は、第１の経路と第２の経路からなる並列回路の抵抗値の変化に対応するものである。すなわち、第１の経路の抵抗値と第２の経路の抵抗値が変化すると、第１の経路と第２の経路からなる並列回路の抵抗値が変化する。その結果、高周波入力信号の周波数と等しい周波数の高周波出力信号が発生する。
【０１１６】
第１の磁化自由層１２１は第１の強磁性共鳴周波数ｆ１を有し、第２の磁化自由層１２５は第２の強磁性共鳴周波数ｆ２を有している。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、第１および第２の外部磁界の大きさを互いに異ならせることによって、第１および第２の有効磁界の大きさを互いに異ならせ、その結果、第１および第２の強磁性共鳴周波数ｆ１，ｆ２を互いに異ならせることができる。高周波入力信号の周波数が第１の強磁性共鳴周波数ｆ１と等しい場合には、第１の磁化自由層１２１において強磁性共鳴が生じて、第１の磁化の振動の振幅が最大になる。高周波入力信号の周波数が第２の強磁性共鳴周波数ｆ２と等しい場合には、第２の磁化自由層１２５において強磁性共鳴が生じて、第２の磁化の振動の振幅が最大になる。
【０１１７】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１１８】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。始めに、図１９を参照して、本実施の形態に係るフィルタ装置１の構成について説明する。本実施の形態に係るフィルタ装置１の構成は、以下の点で第３の実施の形態と異なっている。本実施の形態に係るフィルタ装置１は、第３の実施の形態における磁気抵抗効果素子２の代わりに、第４の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子１０２を備えている。
【０１１９】
また、本実施の形態では、エネルギ付与部１０５の入力信号線路１５１は、第１の線路部分１５１Ａと第２の線路部分１５１Ｂとを含んでいる。第１の線路部分１５１Ａの一端は、第１の電極１１に電気的に接続されている。第１の線路部分１５１Ａの他端は、第２の電極１２に電気的に接続されている。第２の線路部分１５１Ｂの一端は、第１の線路部分１５１Ａにおける一端と他端の間の部分に電気的に接続されている。第２の線路部分１５１Ｂの他端は、入力ポート３の端子３１に電気的に接続されている。第１の電極１１は、磁気抵抗効果素子１０２の第１の端面１０２ａに接している。第２の電極１２は、磁気抵抗効果素子１０２の第２の端面１０２ｂに接している。
【０１２０】
また、本実施の形態では、出力信号線路８の一端は、磁化固定部１２３の反強磁性層１２３Ｂに電気的に接続されている。出力信号線路８は、磁気抵抗効果素子１０２において生成された高周波出力信号を、出力ポート４に伝送する。
【０１２１】
また、本実施の形態では、直流電流入力端子１６は、入力信号線路１５１の第２の線路部分１５１Ｂに電気的に接続されている。フィルタ装置１を動作させる際には、図１９に示したように、直流電流入力端子１６とグランド電極１３の間に直流電流源１７が設けられる。これにより、直流電流源１７、直流電流入力端子１６、入力信号線路１５１、磁気抵抗効果素子１０２、出力信号線路８、チョークコイル１４およびグランド電極１３を含む閉回路が形成される。直流電流源１７は、この閉回路を流れる直流電流を発生する。磁気抵抗効果素子１０２に供給された直流電流は、第１の磁化自由層１２１から磁化固定部１２３に向かう方向に流れる電流と、第２の磁化自由層１２５から磁化固定部１２３に向かう方向に流れる電流とに分かれて、磁気抵抗効果素子１０２を通過する。
【０１２２】
次に、本実施の形態に係るフィルタ装置１の作用および効果について説明する。本実施の形態では、エネルギ付与部１０５によって、第１および第２の磁化に高周波入力信号に基づく振動を生じさせるためのエネルギが磁気抵抗効果素子１０２に付与される。本実施の形態では、上記エネルギは高周波入力信号である。高周波入力信号は、磁気抵抗効果素子１０２を流れる直流電流に重畳されて、磁気抵抗効果素子１０２に付与される。
【０１２３】
高周波入力信号が磁気抵抗効果素子１０２に付与されると、第１の磁化自由層１２１における電流密度と第２の磁化自由層１２５における電流密度が高周波入力信号の周波数で変化し、その結果、第１および第２の磁化に作用するそれぞれのスピントランスファートルクが、高周波入力信号の周波数で変化する。これにより、第１および第２の磁化は、それらの方向Ｄ１，Ｄ２が変化するように、高周波入力信号の周波数で振動する。その結果、第１の磁化の方向Ｄ１と第３の磁化の方向Ｄ３の相対角度が変化して、第１の経路の抵抗値が変化すると共に、第２の磁化の方向Ｄ２と第４の磁化の方向Ｄ４の相対角度が変化して、第２の経路の抵抗値が変化する。その結果、第１の経路と第２の経路からなる並列回路の抵抗値が変化して、高周波入力信号の周波数と等しい周波数の高周波出力信号が発生する。
【０１２４】
本実施の形態では、第４の実施の形態と同様に、第１および第２の外部磁界の大きさを変えることによって、第１および第２の強磁性共鳴周波数ｆ１，ｆ２を変えることができる。
【０１２５】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第３または第４の実施の形態と同様である。
【０１２６】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明における外部磁界印加部は、１つ以上の導線の代わりに、１つ以上の電磁石を含んでいてもよいし、１つ以上の永久磁石を含んでいてもよい。
【０１２７】
第４および第５の実施の形態では、第１の外部磁界の方向と第２の外部磁界の方向が一致しているため、第１および第２の外部磁界印加部６，７の代わりに、１つの外部磁界印加部を設けてもよい。
【０１２８】
また、第４および第５の実施の形態において、第２の外部磁界の方向を、第１の外部磁界の方向とは異なる方向、例えば第１の外部磁界の方向とは反対方向にしてもよい。
【符号の説明】
【０１２９】
１…フィルタ装置、２…磁気抵抗効果素子、３…入力ポート、４…出力ポート、５…エネルギ付与部、６…第１の外部磁界印加部、７…第２の外部磁界印加部、８…出力信号線路、１１…第１の電極、１２…第２の電極、１３…グランド電極、１４…チョークコイル、１５…直流電流線路、１６…直流電流入力端子、１７…直流電流源、２１…第１の磁化自由層、２２…スペーサ層、２３…第２の磁化自由層、５１，５２，５３，５４，５５…線路部分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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