(57)【要約】【課題】本発明は、改良されたＱ値を有する無線周波数発振器を提供する。【解決手段】この無線周波数発振器は、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合により互いに結合された、少なくとも３つの強磁性またはフェリ磁性層を積層してなる自由層１０および／または参照層を有し、少なくとも２つの副層間は、反強磁性ＲＫＫＹ結合により、磁気的に互いに結合されている。【選択図】図１
2011101015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、
−  電流をスピン偏極することのできる固定された磁化方向を有する参照層である第１磁性層（８）と、
−  スピン偏極電流が通過することで磁化が振動する自由層である第２磁性層（１０）と、
−  前記２つの層間に挿入され、前記第1磁性層と前記第2磁性層とを磁気的に分離するように設計されたスペーサである非磁性層（１２）
とを有する積層体と、
−  前記各層に直交する前記層を流れる電流を生成する手段（４、６、６２、６、７２、６）とを備えるスピン偏極電流が流れる磁気抵抗素子を統合する無線周波数発振器において、
前記自由層（１０）および／または前記参照層は、少なくとも、３つの強磁性（２０〜２２、９２〜９５）、またはフェリ磁性副層の積層体により構成され、前記強磁性またはフェリ磁性副層間に導電性非磁性副層（２６、３０、９８、１００）が挿入され、前記強磁性またはフェリ磁性副層（２０〜２２、９２〜９５）は、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合により互いに結合され、少なくとも前記２つの強磁性またはフェリ磁性副層（２０〜２２、９２〜９５）間は、反強磁性ＲＫＫＹ結合により、互いに磁気的に結合されていることを特徴とする無線周波数発振器。
【請求項２】
前記積層体の各強磁性（２０〜２２）またはフェリ磁性副層は、反強磁性ＲＫＫＹ結合により、直上に配置される前記強磁性またはフェリ磁性副層に結合され、前記積層体が合成フェリ磁性となっていることを特徴とする請求項１記載の無線周波数発振器。
【請求項３】
前記副層は、強磁性副層であり、各強磁性副層（２０〜２２）の磁気モーメントは、互いに相殺し、前記積層体が合成反強磁性となっていることを特徴とする請求項２記載の無線周波数発振器。
【請求項４】
少なくとも２つの強磁性またはフェリ磁性副層（９３、９４）は、反強磁性ＲＫＫＹ結合により互いに結合され、少なくとも２つの強磁性（９２、９３、９４、９５）またはフェリ磁性副層は、強磁性ＲＫＫＹ結合により互いに結合されていることを特徴とする請求項１記載の無線周波数発振器。
【請求項５】
前記強磁性（２０〜２２）またはフェリ磁性副層の前記積層体は、３つの強磁性、またはフェリ磁性副層だけから形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線周波数発振器。
【請求項６】
非磁性層に最も接近する第１強磁性副層またはフェリ磁性副層の厚さは、１０ｎｍ未満であり、好適には、１ｎｍ〜４ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線周波数発振器。
【請求項７】
少なくとも前記自由層（１０）は、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合により互いに結合されている少なくとも３つの強磁性副層の積層体により形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線周波数発振器。
【請求項８】
前記発振器（１６）は、その磁性を固定する前記参照層（８）に直接接触する反強磁性層を有することを特徴とする請求項７記載の無線周波数発振器。
【請求項９】
前記参照層は、合成反強磁性であることを特徴とする請求項７または８記載の無線周波数発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線周波数発振器に関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、スピン偏極電流が流れる磁気抵抗素子を統合する無線周波数発振器に関する。
【背景技術】
【０００３】
このような発振器では、スピン偏極電流の流れが、磁気抵抗素子の抵抗値に周期的な変化を生じさせる。一般的に、周波数が１００ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚの範囲の高周波信号は、この周期的変化によって生成される。抵抗値の変化の周期および発振周波数は、磁気抵抗素子および／または外部磁場を横切るスピン偏極電流の大きさを利用して調整することができる。
【０００４】
このような発振器は、大きいＱ値を有する周波数の広い帯域を生成できるため、例えば、無線テレビ通信における利用のために設計される。
【０００５】
「Ｑ値」の用語は、次の比率を表す。
Ｑ＝ｆ／Δｆ
ここで、ＱはＱ値、ｆは発振器の発振周波数、Δｆは、この発振器のパワースペクトルにおける周波数ｆの中央値の半値幅である。
【０００６】
ある無線周波数発振器は、スピントロニクスから得られる。
【０００７】
スピントロニクスでは、新しい効果を得るため、追加される自由度として電子のスピンを利用する。電流のスピン偏極は、スピンアップ型の伝導電子（すなわち、局所磁化に平行）の拡散と、スピンダウン型の伝導電子（すなわち、局所磁化に反平行）の拡散との間の非対称性に起因する。この非対称性は、スピンアップとスピンダウンのチャネル間での非対称な伝導性をもたらし、従って、電流の鮮明なスピン偏極が生じる。
【０００８】
この電流のスピン偏極は、巨大磁気抵抗（非特許文献１）、またはトンネル磁気抵抗（非特許文献２）等の磁性多重層における磁気抵抗現象を生じさせる。
【０００９】
さらに、スピン偏極電流が薄い磁性層を通過することにより、外部磁場が存在していないときに、磁化の反転を誘起可能であることが観察されている（非特許文献３）。
【００１０】
また、偏極電流は、特に振動として知られる継続する磁気励起を生成することができる（非特許文献４）。磁気抵抗素子に継続する磁気励起を発生させる効果を利用することにより、この効果を、電子回路に直接適用可能な電気抵抗の変調に変換することが可能となり、その必然的帰結として、周波数レベルでの直接介入が可能である。特許文献１には、上述した物理原理を利用した種々の成果が開示されている。特に、スピン偏極電流が通過する磁性層の磁化の歳差運動について開示されている。また、特許文献２には、使用される専門用語とともに、利用される物理原理について開示されている。
【００１１】
これらの無線周波数発振器の発振周波数は、通過する電流の大きさ、および、必要に応じて、外部磁場を動かすことで調整される。
【００１２】
特許文献２には、少なくとも、
−  電流をスピン偏極することのできる固定された磁化方向を有する「参照層」である第１磁性層と、
−  スピン偏極電流が通過することで磁化が振動する自由層である第２磁性層と、
−  前記２つの層間に挿入され、前記第1磁性層と前記第2磁性層とを磁気的に分離するように設計されたスペーサである非磁性層
とを有する積層体と、
−  前記各層に直交して流れる電流を生成する手段
とを備える無線周波数発振器が開示されている。
【００１３】
特許文献２は、歳差運動の一貫性（コンシステンシー）を改良するため、合成反強磁性からなる強磁性副層の積層体を用いた自由層とすることが有利であることを示している。
【００１４】
「歳差運動の一貫性（コンシステンシー）」の用語は、相互に一貫性のない多数の小さな励起を発生させることとは対照的に、構造体を通過する電流シートの広がりに対して（すなわち、ピラー構造を有するピラーの断面に対して、また、ナノコンタクト構造を有する場合には自由層の円錐状電流の断面に対して）、１つのブロックとして磁化がそろって動くということを意味する。
【００１５】
「合成反強磁性」（synthetic antiferromagnetic：ＳＡＦ）または人工反強磁性の用語は、反強磁性ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合により、近接した強磁性副層が磁気的に結合される少なくとも２つの強磁性副層の積層体のことを意味する。さらに、合成反強磁性の強磁性副層は、外部磁場がない場合、合成反強磁性の全体の磁化はゼロである。
【００１６】
ＲＫＫＹ結合を得るため、強磁性副層は、薄い非磁性副層によって互いに分離される。
【００１７】
非磁性副層の厚さに依存して、得られるＲＫＫＹ結合は、
−  「反強磁性」、すなわち、２つの結合された副層の磁気モーメントが反平行であるか、または、
−  「強磁性」、すなわち、２つの結合された副層の磁気モーメントが平行である。
【００１８】
合成反強磁性では、非磁性副層または副層の厚さは、反強磁性ＲＫＫＹ結合を得るため、規定どおりに選択される。
【００１９】
ＲＫＫＹ結合におけるさらなる情報として、２つの論文（非特許文献５、６）を参照することができる。
【００２０】
全体として磁化ゼロを得るため、各強磁性副層の磁気モーメントは、相互に補正される。例えば、２つの強磁性副層を有する合成反強磁性の場合、以下の関係がある。
（M1・t1−M2・t2）／（t1＋t2）＝０
ここで、
−  M1およびt1は、それぞれ、第１磁性層の磁気モーメントおよび厚さであり、また、
−  M2およびt2は、それぞれ、第２磁性層の磁気モーメントおよび厚さである。
【００２１】
合成反強磁性は、特定の合成フェリ磁性である。合成フェリ磁性は、ＳＹＦの頭字語で知られている。合成フェリ磁性は、反強磁性ＲＫＫＹ結合の手段により非磁性層を介して互いに結合された、少なくとも２つの強磁性またはフェリ磁性副層の積層体である。合成強磁性の場合とは異なり、積層体の磁化の結果は、ゼロである必要はない。
【００２２】
非磁性層または非磁性材料の用語は、ゼロの場においていかなる測定可能な磁性も有していない層または材料を意味する。従って、それは、磁気特性を有していない材料、非磁性材料、反磁性材料または常磁性材料である。
【００２３】
特許文献２は、無線周波数発振器の自由層を構成する合成反強磁性の使用を開示する。この合成反強磁性は、２つの強磁性副層だけで形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】米国特許５６９５８６４号公報
【特許文献２】仏国特許公開第２８９２８７１号明細書
【特許文献３】仏国特許公開第２８１７９９８号明細書
【非特許文献】
【００２５】
【非特許文献１】バイビヒ，M．，ブロト，Ｊ．Ｍ．，フェルト，エイ．，グエン  バン  デュー，エフ．，ペトロフ，エチエンヌ，ピー．，クルツェット，ジー．，フリーデルヒ，エイ．，チェゼラス，ジェイ．，「磁気超格子（００１）Ｆｅ／（００１）Ｃｒの巨大磁気抵抗」，フィジカル  レビュー  レターズ，１９８８年，６１巻，２４７２頁（Baibich, M., Broto, J.M., Fert, A., Nguyen Van Dau, F., Petroff, F., Etienne, P., Creuzet, G., Friederch, A. and Chazelas, J., " Giant magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr magnetic superlattices ", Phys.Rev.Lett., 61 (1988) 2472）
【非特許文献２】モードラ，ジェイエス．，キンダー，エルアール．，ウォン，ティーエム．，メザーベイ，アール．，「強磁性薄膜トンネル接合における室温での巨大磁気抵抗」フィジカル  レビュー  レターズ，１９９５年，７４巻，３２７３−６頁（Moodera, JS., Kinder, LR., Wong, TM. and Meservey, R."Large magnetoresistance at room temperature in ferromagnetic thin-film tunnel junctions", Phys.Rev.Lett 74, (1995) 3273-6）
【非特許文献３】カティーン，ジェイ．エイ．，アルバート，エフ．ジェイ．，バーマン，アール．エイ．，マイアーズ，イー．ビー．，ラルフ，ディー．シー．，「Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏピラーにおける電流駆動磁化反転およびスピン波励起」フィジカル  レビュー  レターズ，２０００年，８４巻，３１４９頁（Katine, J.A., Albert, F.J., Buhrman, R.A., Myers, E.B., and Ralph, D.C., "Current-Driven Magnetization Reversal and Spin-Wave Excitations in Co /Cu /Co Pillars ", Phys.Rev.Lett. 84, 3149 (2000)）
【非特許文献４】キセレフ，エス．アイ．，サンケイ，ジェイ．シー．，クリボロトフ，エル．エヌ．，エムレイ，エヌ．シー．，ショールコフ，アール．ジェイ．，バーマン，アール．エイ．，ラルフ，ディー．シー．，「スピン偏極電流によるナノ磁石駆動のマイクロ波発振」ネーチャー，２００３年，４２５巻，３８０頁（Kiselev, S.I., Sankey, J.C., Krivorotov, LN., Emley, N.C., Schoelkopf, R.J., Buhrman, R.A., and Ralph, D.C., "Microwave oscillations of a nanomagnet driven by a spin-polarized current", Nature, 425, 380 (2003)）
【非特許文献５】エス．パーキン他，フィジカル  レビュー  ビー，１９９１年，４４巻，１３号（S. Parkin et al., Physical Review B 44 N°13 (1991)）
【非特許文献６】エス．パーキン他，フィジカル  レビュー  レターズ，１９９０年，６４巻，１９号（S. Parkin et al. Physical Review Letters 64 N°19 (1990)）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、改良されたＱ値を有する無線周波数発振器を提供するものである。従って、本発明の目的は、自由層および／または参照層は、少なくとも、３つの強磁性、またはフェリ磁性副層の積層体により構成され、前記強磁性またはフェリ磁性副層は、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合により互いに結合され、前記２つの強磁性、またはフェリ磁性副層間が反強磁性ＲＫＫＹ結合により、互いに磁気的に結合される無線周波数発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
発振周波数ｆにおける無線周波数発振器の半値幅Δｆは、自由層または参照層の磁性材料の体積（以下、有効体積といい、Ｖeffと記す。）に逆比例することが知られている。ＲＫＫＹ結合によって互いに磁気的に結合された少なくとも３つの強磁性、またはフェリ磁性副層の積層体により、自由層または参照層を形成することで、この層の有効体積は増大する。
【００２８】
実際、自由層または参照層の有効体積は、これを構成する強磁性、またはフェリ磁性の各副層の体積の総和に対応する。この有効体積の増加は、半値幅Δｆを減少させ、従って、発振器のＱ値を改良する。
【００２９】
さらに、ＲＫＫＹ結合によって磁気的に結合された副層の積層体として、自由層または参照層を作成することにより、
−  如何なる質の低下もなく、あるいは、この層に保持される歳差運動の一貫性を改良することなく、また、
−  発振器の保持された発振を行わせるために必要な臨界電流Ｉcの大きさを変更し、または、減少させることなく、
半値幅Δｆが減少する。
【００３０】
また、この無線周波数発振器の実施形態では、以下の１つ以上の特徴を備えることができる。
・前記積層体の各強磁性またはフェリ磁性副層は、前記積層体が合成フェリ磁性であるため、反強磁性ＲＫＫＹ結合により直上に配置される前記強磁性またはフェリ磁性副層に結合される。
・前記副層は、強磁性副層であり、各強磁性副層の磁気モーメントは、前記積層体が合成反強磁性であるため、互いに相殺される。
・少なくとも２つの強磁性またはフェリ磁性副層は、反強磁性ＲＫＫＹ結合により互いに結合され、少なくとも２つの強磁性またはフェリ磁性副層は、強磁性ＲＫＫＹ結合により互いに結合される。
・前記強磁性またはフェリ磁性副層の前記積層体は、３つの強磁性またはフェリ磁性副層だけから形成される。
・非磁性層に最も接近する第１強磁性副層またはフェリ磁性副層の厚みは、１０ｎｍ未満であり、好適には、１ｎｍ〜４ｎｍの範囲である。
・少なくとも前記自由層は、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合により互いに結合される、少なくとも３つの強磁性副層の積層体により形成される。
・前記発振器は、その磁性を固定する前記参照層に直接接触する反強磁性層を有する。
・前記参照層は、合成反強磁性である。
【００３１】
前記無線周波数発振器のこれらの実施形態は、さらに次の利点を有する。
−  全体の磁気モーメントが明らかにゼロである積層体を用いることにより、他の磁性層に放射される双極子場を弱め、または、除去することにより、発振器の安定性が増大する。
−  前記第１強磁性副層の厚さを４ｎｍ未満とすることにより、臨界電流Ｉcの大きさが減少する。実際、この電流は、前記第１強磁性副層の厚さに正比例する。また、
−  前記参照層を反強磁性層で固定するか、または、合成反強磁性層により参照層を形成することにより、前記参照層の磁性の安定性が増加する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明は、制限されない実施形態に関する添付の図面を参照して、以下の説明を読みことにより、明確に理解することができると思う。
【図１】無線周波数発振器の概略図である。
【図２】図１の無線周波数発振器の他の実施形態の概略図である。
【図３】図１の無線周波数発振器の他の実施形態の概略図である。
【図４】図１の無線周波数発振器の他の実施形態の概略図である。
【図５】図１の無線周波数発振器の他の実施形態の概略図である。
【図６】図１〜図５の発振器の１つを構成する利用可能な合成反強磁性体の概略図である。
【図７】図１〜図５の発振器の１つを構成する利用可能な強磁性副層の積層体の概略図である。
【００３３】
これらの図において、同じ要素には同じ符号を付してある。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下の記載において、当業者に周知の特徴および機能については、詳細に記載しない。
【００３５】
図１は、無線周波数発振器２を示す。この無線周波数発振器２は、スピン偏極電流が流れる磁気抵抗素子を統合する。この磁気抵抗素子は、ＣＰＰ（current perpendicular to plane geometry）として知られる構造からなっている。より具体的には、図１において、磁気抵抗素子は、いわゆる、「ナノピラー」構造からなっている。このナノピラーは、互いの上に同じ水平断面を有する水平層を積層して形成されている。
【００３６】
さらに、無線周波数発振器２は、前記ナノピラーの各端部に導電性電極４、６をそれぞれ備えている。これらの電極は、磁気抵抗素子を構成する異なる層を垂直に横切る電流を生成するために用いられる。この電流の大きさが臨界電流Ｉcの大きさを超えると、これらの導電性電極４、６間の電圧が導電性電極４、６を横切る電流に依存する周波数で振動を開始する。この電圧は、例えば、参照信号を生成するため、それを処理する電子機器７に送信される。
【００３７】
これらの導電性電極４、６間において、ピラーは、主として、参照層８、自由層１０、および、参照層８と自由層１０との間に挿入される非磁性層１２の３つの層を有する。非磁性層１２は、スペーサとして知られている。
【００３８】
これらの参照層８、自由層１０および非磁性層１２は、磁気抵抗特性、すなわち、参照層８および自由層１０の磁化方向の関数として、ピラーの抵抗変化が現れるように設計されている。
【００３９】
ピラーを構成する各層の幅Ｌは、一定である。ここで、幅Ｌは、１μｍよりも小さく、一般的には、２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲である。
【００４０】
参照層８は、導電性磁性体から形成されている。その上面には、スペーサ１２が直接接触する。参照層８は、その層の平面に含まれる軟磁化方向を有する。
【００４１】
参照層８は、それを横切る電流の電子をスピン偏極させる機能を有する。従って、参照層８は、この機能を達成するのに充分な厚さを有する。一般的には、参照層８の厚さは、スピン拡散長（この用語の定義は、例えば、特許文献２参照）よりも確実に大きい。
【００４２】
例えば、参照層８は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、または、これらの合金（ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ等）から形成されている。参照層８の厚さは、数ｎｍのオーダである。参照層８には、スピン拡散長を減少させる０．２ｎｍ〜０．５ｎｍのオーダの厚さからなる銅、銀、または金の非常に薄い２〜３（一般的には２〜４）の層を被覆することができる。また、参照層８は、ＳＹＦまたはＳＡＦから形成することができる。図１では、理解を容易にするため、各層の厚さの比率にこだわっていない。
【００４３】
ここで、参照層８は、磁化の方向が固定されている。「固定された磁化方向」の用語は、自由層１０の磁気モーメントの方向よりも参照層８の磁気モーメントの方向を変更することが困難である、ということを表している。そのため、参照層８の磁化は、例えば、参照層８と導電性電極６との間に挿入される導電性反強磁性層１６によって固定される。導電性反強磁性層１６の上面は、例えば、参照層８の下面に直接接触する。
【００４４】
一般的に、導電性反強磁性層１６の厚さは、５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲である。導電性反強磁性層１６は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＦｅＭｎ等の合金の１つであるマンガン合金から形成することができる。例えば、導電性反強磁性層１６は、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎを含む群から選択される一の材料から形成される。
【００４５】
スペーサ１２は、非磁性層である。このスペーサ１２は、偏極損失を規制して、参照層８から自由層１０にスピン偏極電流が流れるために充分に薄い。その一方で、スペーサ１２の厚さは、参照層８と自由層１０との間の磁気的分離を得るための充分な厚さを有する。
【００４６】
例えば、スペーサ１２は、銅（Ｃｕ）のような導電材料から形成される。ピラーの磁気抵抗特性は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）の特質として適している。この場合、スペーサ１２の厚さは、一般的には２ｎｍよりも厚い。通常、その厚さは、２ｎｍ〜４０ｎｍの範囲であり、好適には、５ｎｍ±２５％である。
【００４７】
また、スペーサ１２は、酸化物または窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化タンタル、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）等のような絶縁体材料から形成される。ピラーは、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）特性を有する。この場合、スペーサ１２の厚さは、一般的には０．５ｎｍ〜３ｎｍの範囲である。
【００４８】
自由層１０は、参照層８の磁化よりも容易に磁化が回転または歳差運動する導電性磁性層である。
【００４９】
この自由層１０は、３つの強磁性副層２０〜２２の積層体で構成されている。強磁性副層２０と２１、２１と２２は、反強磁性ＲＫＫＹ結合によって互いに結合されている。従って、強磁性副層２０〜２２の積層体は、合成フェリ磁性である。これらの強磁性副層２０〜２２の軟磁化方向は、強磁性副層２０〜２２の平面に含まれる。
【００５０】
強磁性副層２０の下面は、スペーサ１２の上面に直接接触する。強磁性副層２０の厚さｔ1は、可能な限り薄い。実際、この厚さｔ1が規制されるほど、臨界電流Ｉcが小さくなる。例えば、厚さｔ1は、１ｎｍ〜６ｎｍの範囲であり、好適には、１ｎｍ〜４ｎｍの範囲である。
【００５１】
この強磁性副層２０は、コバルト、ニッケル、鉄、または、これらの各金属の合金（例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ等）のような強磁性材料から形成されている。
【００５２】
スピン偏極電流または外部磁場電流が存在しないとき、強磁性副層２０の全体の磁気モーメントは、この強磁性副層２０の平面に平行となる。この磁気モーメントの方向は、図１における矢印２４で示されている。
【００５３】
強磁性副層２０の磁気モーメントの大きさは、強磁性副層２０に使用される強磁性材料の磁化Ｍ1に厚さｔ1を乗算した値に比例する。強磁性副層２０は、体積Ｖ1を占める。磁気モーメントｍは、磁化Ｍ1にこの体積Ｖ1を乗算した結果に等しく、従って、Ｍ1・ｔ1に比例する。
【００５４】
強磁性副層２０、２１をＲＫＫＹ結合するため、導電性非磁性副層２６が、これらの２つの強磁性副層２０、２１間に挿入されている。この導電性非磁性副層２６の厚さは、強磁性副層２０、２１に対して反強磁性的に結合されるのに充分に薄い。「反強磁性結合」の用語は、強磁性副層２０、２１の磁気モーメントが反平行であることを意味する。
【００５５】
例えば、導電性非磁性副層２６は、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、銅（Ｃｕ）クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）または銀（Ａｇ）のような材料から形成されている。ＲＫＫＹ結合を達成するために使用される厚さは、導電性非磁性副層２６を形成するために選択される材料に依存し、同じではない。例えば、導電性非磁性副層２６がクロムから形成される場合、厚さは、４．５ｎｍ以下である。導電性非磁性副層２６が銅から形成される場合、厚さは、１．５ｎｍ未満である。
【００５６】
導電性非磁性副層２６の厚さは、数Å、すなわち、１Å〜５０Åの範囲であることが好ましい。ここでの厚さは、例えば、８Åである。
【００５７】
強磁性副層２１の下面は、導電性非磁性副層２６の上に直接接触している。この強磁性副層２１は、強磁性副層２２と同様に、反強磁性ＲＫＫＹ結合により強磁性副層２０に磁気的に結合されている。従って、矢印２８で示されるその磁気モーメントの方向は、強磁性副層２０、２２の磁気モーメントとは反対である。
【００５８】
この実施形態において、強磁性副層２１の厚さｔ2は、自由層１０の有効体積Ｖeffをさらに増加させるため、厚さｔ1よりも確実に大きくなるように選択される。実際、自由層１０の有効体積Ｖeffの増加が大きくなれば、半値幅Δｆの減少も大きくなる。例えば、厚さｔ2は、強磁性副層２１の体積Ｖ2が強磁性副層２０の体積Ｖ1よりも、少なくとも１０％〜２５％だけ大きくなるように選択される。
【００５９】
さらに、強磁性副層２１は、合成反強磁性を得るため、強磁性副層２０、２２の磁気モーメントを相殺するように設計されている。自由層１０を形成するために補正された合成反強磁性を使用することにより、他の磁性層から放射される双極子場が減少し、発振器の安定性は増加する。
【００６０】
ここに記述した特定の場合では、強磁性副層２１は、強磁性副層２０、２２と同じ反強磁性材料から形成されている。従って、その磁気モーメントは、磁化Ｍ1に厚さｔ2を乗算した値に比例する。このことは、強磁性副層２０、２２の磁気モーメントを相殺するため、厚さｔ2が厚さｔ1の２倍に等しくなるように選択することを意味する。
【００６１】
導電性非磁性副層３０は、２つの強磁性副層２１、２２を反強磁性ＲＫＫＹ結合するため、これらの強磁性副層２１、２２間に挿入されている。導電性非磁性副層３０は、例えば、導電性非磁性副層２６と同じである。
【００６２】
強磁性副層２２の下面は、導電性非磁性副層３０の上面に直接接触する。強磁性副層２２は、例えば、強磁性副層２０と同じである。ここで、磁気モーメントの方向は、矢印３２で示されている。
【００６３】
図２は、反強磁性層４４が自由層１０の上に配置されていることを除き、無線周波数発振器２と同じである無線周波数発振器４０を示す。従って、反強磁性層４４は、一方の導電性電極４と他方の自由層１０との間に挿入されている。この反強磁性層４４は、例えば、導電性反強磁性層１６に使用することができるものと同じ材料から形成されている。この反強磁性層４４は、自由層１０の磁化の相対的な自由を低下させる。しかしながら、反強磁性層４４の厚さを利用することで、用いる磁気結合は、参照層８および導電性反強磁性層１６を用いるものよりも小さくなることが保証される。このように、自由層１０の磁化は、歳差運動にもかかわらず、反強磁性層４４の固有の結合がこの磁化の一貫性を維持するのに貢献する。
【００６４】
図３は、反強磁性層４４が、スペーサ５４により自由層１０から分離された偏極子（polarizer）５２によって置き換えられた点を除き、図２のものと同じである無線周波数発振器５０を示す。偏極子５２は、磁化が層の平面の外側にあり、好ましくは、層の平面に直交する１つの層または磁性マルチ層である。偏極子５２は、それを横切る電流をスピン偏極させる。一般的には、偏極子５２は、例えば、磁性層および金属層（例えば、（Ｃｏ／Ｐｔ）n）を選択的に互いに重畳した複数の副層により形成されている。ここで、偏極子５２については、より詳細には記載していない。偏極子５２についてのさらなる情報としては、特許文献３を参照されたい。
【００６５】
ここで、偏極子５２は、導電性電極４の下に直接積層されている。この偏極子５２の磁気モーメントは、層の平面に直交している。
【００６６】
スペーサ５４は、偏極子５２の下に直接積層されている。スペーサ５４は、スペーサ１２と同じ機能を有する。
【００６７】
偏極子５２は、その外側の自由層１０の磁化の歳差運動を得るためのものである。このことは、例えば、ゼロ場、すなわち、外部磁場のない場合において作用する振動を発生させることを可能とする。
【００６８】
図４は、Ｑ値が図１を参照して得られるものと同じ技術を使用することにより改良される無線周波数発振器６０を示す。なお、無線周波数発振器６０は、「ナノコンタクト（nanocontact）」または「ポイントコンタクト（point contact）」積層体として知られている構造からなっている。このような構造は、特許文献２に記載されているため、ここでは、詳細には記載しない。
【００６９】
従って、無線周波数発振器６０は、導電性電極４が電極６２によって置き換えられている点を除き、無線周波数発振器２と同じである。
【００７０】
参照層８、自由層１０、スペーサ１２および導電性反強磁性層１６と同様に、導電性電極６は、幅Ｌの同じ水平断面を有する。この幅Ｌは、一般的には、１００ｎｍよりも大きい。それは、数μｍに達してもよい。
【００７１】
電極６２は、自由層１０の上面に直接接触する幅Ｌpの先端部６４を有する。幅Ｌpは、導電性電極４、６間を流れる電流の電子が、参照層８、自由層１０、スペーサ１２および導電性反強磁性層１６の積層体において、本質的に円錐状に分布するように、幅Ｌよりも確実に小さい。幅Ｌpは、幅Ｌよりも数分の１（例えば、５分の１）だけ小さい方が好ましい。例えば、幅Ｌpは、数ｎｍ〜２０ｎｍまたは２００ｎｍの範囲である。
【００７２】
図５は、電極６２が偏極子７４およびスペーサ７６の上に重畳される電極７２に置き換えられている点を除き、無線周波数発振器６０と同じである無線周波数発振器７０を示す。例えば、偏極子７４およびスペーサ７６は、幅Ｌpが参照層８、自由層１０およびスペーサ１２の幅Ｌよりも数分の１だけ小さい点を除き、それぞれが偏極子５２およびスペーサ５４と同じである。一般的には、幅Ｌpと幅Ｌとの比率は、図４に記載されたものと同じである。例えば、幅Ｌpは、先端部６４と同じである。
【００７３】
無線周波数発振器は、多数の実施形態が可能である。例えば、上記の実施形態は、自由層が３つの強磁性副層を有する合成反強磁性を用いて形成される特定の場合のものである。しかしながら、磁気モーメントが互いに補正されるように寸法が設定されるのであれば、強磁性副層は必要ではない。このように、変形例として、副層の積層体は、単純な合成強磁性として形成することができる。
【００７４】
合成強磁性は、ｎ強磁性副層を備えることができる。ここで、ｎは、３よりも大きい整数である。実際には、ｎは、１０よりも小さい。３つよりも多い強磁性副層を有する合成強磁性からなる実施形態を、図６に示す。ここで、ＦＭiは、底部から始まる積層体のｉ番目の強磁性副層であり、ＮＭiは、強磁性副層ＦＭiとＦＭi+1との間に配設されたｉ番目の非磁性副層である。
【００７５】
それぞれにおいて、非磁性副層ＮＭiの厚さは、強磁性副層ＦＭiとＦＭi+1との間の反強磁性ＲＫＫＹ結合により生成することができる。
【００７６】
磁気歳差運動の一貫性を低下させることなく、自由層の有効体積Ｖeffを増加させるため、強磁性副層の積層体を合成フェリ磁性とする必要はない。変形例として、例えば、上述した合成フェリ磁性は、ＲＫＫＹ結合によって相互に結合された強磁性副層の積層体によって置き換えられる。ここで、ＲＫＫＹ結合は、他の直上の少なくとも２つの強磁性副層を強磁性ＲＫＫＹ結合によって結合するもの、および、他の直上の少なくとも２つの強磁性副層を反強磁性ＲＫＫＹ結合によって結合するものがある。
【００７７】
「他の直上の１つ」の用語は、２つの強磁性副層が、２つの強磁性副層間の所望のＲＫＫＹ結合を生成する形状の非磁性副層によって互いに分離されていることを意味する。
【００７８】
一旦、積層体が強磁性ＲＫＫＹ結合により結合された２以上の強磁性副層が形成されると、前記の定義からなる合成強磁性をこれ以上構成することはない。
【００７９】
例えば、図７は、間に非磁性副層９８〜１００が挿入される４つの強磁性副層９２〜９５からなる積層体９０である。非磁性副層９８の厚さは、強磁性ＲＫＫＹ結合により強磁性副層９２、９３の磁気的な結合のために選択される。同様に、非磁性副層１００の厚さは、強磁性副層９４、９５間の強磁性ＲＫＫＹ結合を得るために選択される。図６において、各強磁性副層の磁気モーメントの方向は、対応する副層の中に記載された矢印によって示されている。湾曲する矢印は、積層体の外のいくつかの磁力線の方向を示す。
【００８０】
積層体９０は、全磁気モーメントがゼロとなるように補正されることが好ましい。この目的を達成するために、各強磁性副層の体積を利用することができる。
【００８１】
しかしながら、無線周波数発振器のＱ値を改良するためには、合成強磁性または使用する積層体９０を補正する必要はない。
【００８２】
また、無線周波数発振器のＱ値の改良は、合成フェリ磁性、または、積層体９０のようなＲＫＫＹ結合によって結合される少なくとも３つの強磁性層の積層体によってなされる。このように、変形例として、Ｑ値を改良するため、参照層および自由層は、ともにこの種の積層体によって形成される。他の変形例においては、これらの２つの層の１つだけが上述した積層体の１つによって形成される。
【００８３】
偏極子は、反強磁性材料によって固定することができるが、外部磁場が存在しない場合には、測定可能な磁化がないため、補正することができる。
【００８４】
図１〜図５を参照して記載された発振器の各層の積層の順番は、示されている積層の順番と反対にすることができる。
【００８５】
強磁性層または強磁性副層は、例えば、特許文献２の１３頁、第１行目〜第１０行目に記載されるようにして被覆することができる。スペーサを構成する層に近接する強磁性副層だけを被覆することが好ましい。
【００８６】
変形例として、スペーサに最も近い第１副層と他の副層の１つのとの間の体積の差は、第１副層の水平の面積の少なくとも１つを減少させることにより得られる。
【００８７】
また、歳差運動の一貫性を増加させるため、希土類、特に、０．０１％〜２％（原子％）の範囲で比例するテルビウムに基づく不純物を、強磁性副層の少なくとも１つに添加することが可能である。
【００８８】
より一般的には、全ての実施形態において、強磁性副層は、フェリ磁性副層に置き換えることができる。
【００８９】
強磁性またはフェリ磁性副層の少なくとも１つに利用される磁性材料は、高い交換スティフネス定数を有することが好ましい。この目的を達成するために、本発明では、第３の材料、特に、コバルトまたはコバルトリッチ合金を利用する。
【００９０】
また、強磁性またはフェリ磁性副層は、例えば、スピンバルブに共通に用いられるＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ（共に強磁性）の二重層またはＴｂＣｏ／ＣｏＦｅＢ（共に強磁性）の二重層とともに、直接互いに重畳された複数の強磁性またはフェリ磁性ストリップの組から構成することができる。
【００９１】
また、参照層の磁化は、外部の磁場によってピラーに固定することができる。
【００９２】
また、自由層は、層の平面または層の平面の外で歳差運動する磁化を有することができる。また、自由層の軟磁化方向は、その層の平面の外であって、平面に直交する方向であることが好ましい。
【符号の説明】
【００９３】
２、４０、５０  無線周波数発振器
４、６  導電性電極
７  電子機器
８  参照層
１０  自由層
１２  非磁性層（スペーサ）
１６  導電性反強磁性層
２０〜２２  強磁性副層
２６  導電性非磁性副層
３０  導電性非磁性副層
４４  反強磁性層
５２、７４  偏極子
５４、７６  スペーサ
６２  電極
９０  積層体
９２〜９５  強磁性副層
９８〜１００  非磁性副層
【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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【外国語明細書】
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