(57)【要約】【課題】カットオフ周波数近傍における周波数特性に優れた磁気抵抗効果デバイスを提供する。【解決手段】この磁気抵抗効果デバイスは、第１のポートと、第２のポートと、前記第１のポートと前記第２のポートとの間に接続された第１回路ユニット及び第２回路ユニットと、基準電位端子と、直流印加端子と、を備え、前記第１回路ユニットは、第１磁気抵抗効果素子と、第１導体と、を備え、前記第２回路ユニットは、第２磁気抵抗効果素子を備え、前記直流印加端子を電源に接続した際に、前記第１磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第１磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第２磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第２磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が同じである。【選択図】図１
2019134113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のポートと、
第２のポートと、
前記第１のポートと前記第２のポートとの間に接続された第１回路ユニット及び第２回路ユニットと、
前記第１回路ユニット及び前記第２回路ユニットに、それぞれ又は共通して接続された基準電位端子と、
前記第１回路ユニットの第１磁気抵抗効果素子及び前記第２回路ユニットの第２磁気抵抗効果素子に、直流電流又は直流電圧を印加するための電源をそれぞれ又は共通して接続できる直流印加端子と、を備え、
前記第１回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第１磁気抵抗効果素子と、前記第１磁気抵抗効果素子の一端に接続された第１導体と、を備え、
前記第１導体は、高周波電流が前記第１磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第１導体の第１端部が高周波電流の入力側に接続され、前記第１導体の第２端部が前記基準電位端子に接続され、
前記第２回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第２磁気抵抗効果素子を備え、
前記第２磁気抵抗効果素子の一端は高周波電流の前記第２回路ユニットにおける入力側に接続され、前記第２磁気抵抗効果素子の他端が高周波電流の前記第２回路ユニットにおける出力側に接続され、
前記直流印加端子を電源に接続した際に、前記第１磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第１磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第２磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第２磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が同じである、磁気抵抗効果デバイス。
【請求項２】
第１のポートと、
第２のポートと、
前記第１のポートと前記第２のポートとの間に接続された第１回路ユニット及び第２回路ユニットと、
前記第１回路ユニット及び前記第２回路ユニットに、それぞれ又は共通して接続された基準電位端子と、
前記第１回路ユニットの第１磁気抵抗効果素子及び前記第２回路ユニットの第３磁気抵抗効果素子に、直流電流又は直流電圧を印加するための電源をそれぞれ又は共通して接続できる直流印加端子と、を備え、
前記第１回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第１磁気抵抗効果素子と、前記第１磁気抵抗効果素子の一端に接続された第１導体と、を備え、
前記第１導体は、高周波電流が前記第１磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第１導体の第１端部が高周波電流の入力側に接続され、前記第１導体の第２端部が前記基準電位端子に接続され、
前記第２回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第３磁気抵抗効果素子を備え、
前記第３磁気抵抗効果素子の一端は前記第２回路ユニットにおける高周波電流の入力側及び高周波電流の出力側に接続され、前記第３磁気抵抗効果素子の他端は前記基準電位端子に接続され、
前記直流印加端子を電源に接続した際に、前記第１磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第１磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第３磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第３磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が反対である、磁気抵抗効果デバイス。
【請求項３】
第１のポートと、
第２のポートと、
前記第１のポートと前記第２のポートとの間に接続された第１回路ユニット及び第２回路ユニットと、
前記第１回路ユニット及び前記第２回路ユニットに、それぞれ又は共通して接続された基準電位端子と、
前記第１回路ユニットの第１磁気抵抗効果素子及び前記第２回路ユニットの第２磁気抵抗効果素子に、直流電流又は直流電圧を印加するための電源をそれぞれ又は共通して接続できる直流印加端子と、を備え、
前記第１回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第１磁気抵抗効果素子と、前記第１磁気抵抗効果素子の一端に接続された第１導体と、を備え、
前記第１導体は、高周波電流が前記第１磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第１導体の第１端部が高周波電流の入力側に接続され、前記第１導体の第２端部が前記基準電位端子に接続され、
前記第２回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第２磁気抵抗効果素子を備え、
前記第２磁気抵抗効果素子の一端は高周波電流の前記第２回路ユニットにおける入力側に接続され、前記第２磁気抵抗効果素子の他端が高周波電流の前記第２回路ユニットにおける出力側に接続され、
前記第１磁気抵抗効果素子の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、前記第１磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第２磁気抵抗効果素子の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、前記第２磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が同じである、磁気抵抗効果デバイス。
【請求項４】
第１のポートと、
第２のポートと、
前記第１のポートと前記第２のポートとの間に接続された第１回路ユニット及び第２回路ユニットと、
前記第１回路ユニット及び前記第２回路ユニットに、それぞれ又は共通して接続された基準電位端子と、
前記第１回路ユニットの第１磁気抵抗効果素子及び前記第２回路ユニットの第３磁気抵抗効果素子に、直流電流又は直流電圧を印加するための電源をそれぞれ又は共通して接続できる直流印加端子と、を備え、
前記第１回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第１磁気抵抗効果素子と、前記第１磁気抵抗効果素子の一端に接続された第１導体と、を備え、
前記第１導体は、高周波電流が前記第１磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第１導体の第１端部が高周波電流の入力側に接続され、前記第１導体の第２端部が前記基準電位端子に接続され、
前記第２回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第３磁気抵抗効果素子を備え、
前記第３磁気抵抗効果素子の一端は前記第２回路ユニットにおける高周波電流の入力側及び高周波電流の出力側に接続され、前記第３磁気抵抗効果素子の他端は前記基準電位端子に接続され、
前記第１磁気抵抗効果素子の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、前記第１磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第３磁気抵抗効果素子の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、前記第３磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が反対である、磁気抵抗効果デバイス。
【請求項５】
前記第１のポートと前記第２のポートとの間に接続された第３回路ユニットをさらに備え、
前記第３回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える第４磁気抵抗効果素子と、前記第４磁気抵抗効果素子との間に絶縁体を介して離間して配置された第２導体とを備え、
前記第２導体の第１端部は、前記第２導体を流れる高周波電流により生じる高周波磁場が前記第４磁気抵抗効果素子の前記磁化自由層に印加されるように、高周波電流の入力側に接続され、
前記第４磁気抵抗効果素子は、前記第４磁気抵抗効果素子に直流電流又は直流電圧を印加するための電源を接続できる直流印加端子に接続されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイスと、
前記磁気抵抗効果デバイスの前記直流印加端子に接続された直流電流源又は直流電圧源と、を備える、磁気抵抗効果モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果デバイス及び磁気抵抗効果モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の移動通信端末の高機能化に伴い、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の帯域幅に比例するため、通信に必要な周波数バンドは増加している。それに伴い、移動通信端末に必要な高周波フィルタの搭載数も増加している。
【０００３】
近年新しい高周波用部品に応用できる可能性のある分野として研究されているのがスピントロニクスである。その中で注目されている現象の一つが、磁気抵抗効果素子による強磁性共鳴現象である。
【０００４】
磁気抵抗効果素子に含まれる強磁性層に交流電流または交流磁場を印加すると、強磁性層の磁化に強磁性共鳴を起こすことができる。強磁性共鳴が生じると、強磁性共鳴周波数で周期的に磁気抵抗効果素子の抵抗値が振動する。強磁性層に印加される磁場の強さによって、この強磁性共鳴周波数は変化し、一般的にその強磁性共鳴周波数は数〜数十ＧＨｚの高周波帯域である。
【０００５】
例えば特許文献１には、強磁性共鳴現象を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスとして利用できる磁気抵抗効果デバイスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−０６３３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、磁気抵抗効果デバイスを用いた高周波フィルタは、カットオフ周波数近傍における周波数特性（肩特性）が充分とは言えなかった。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、カットオフ周波数近傍における周波数特性に優れた磁気抵抗効果デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、所定の特性を示す回路ユニット（素子）を組み合わせることで、それぞれの特性が重なりあい、磁気抵抗効果デバイスの肩特性を向上させることができることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【００１０】
（１）第１の態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第１のポートと、第２のポートと、前記第１のポートと前記第２のポートとの間に接続された第１回路ユニット及び第２回路ユニットと、前記第１回路ユニット及び前記第２回路ユニットに、それぞれ又は共通して接続された基準電位端子と、前記第１回路ユニットの第１磁気抵抗効果素子及び前記第２回路ユニットの第２磁気抵抗効果素子に、直流電流又は直流電圧を印加するための電源をそれぞれ又は共通して接続できる直流印加端子と、を備え、前記第１回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第１磁気抵抗効果素子と、前記第１磁気抵抗効果素子の一端に接続された第１導体と、を備え、前記第１導体は、高周波電流が前記第１磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第１導体の第１端部が高周波電流の入力側に接続され、前記第１導体の第２端部が前記基準電位端子に接続され、前記第２回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第２磁気抵抗効果素子を備え、前記第２磁気抵抗効果素子の一端は高周波電流の前記第２回路ユニットにおける入力側に接続され、前記第２磁気抵抗効果素子の他端が高周波電流の前記第２回路ユニットにおける出力側に接続され、前記直流印加端子を電源に接続した際に、前記第１磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第１磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第２磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第２磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が同じである。
【００１１】
（２）第２の態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第１のポートと、第２のポートと、前記第１のポートと前記第２のポートとの間に接続された第１回路ユニット及び第２回路ユニットと、前記第１回路ユニット及び前記第２回路ユニットに、それぞれ又は共通して接続された基準電位端子と、前記第１回路ユニットの第１磁気抵抗効果素子及び前記第２回路ユニットの第３磁気抵抗効果素子に、直流電流又は直流電圧を印加するための電源をそれぞれ又は共通して接続できる直流印加端子と、を備え、前記第１回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第１磁気抵抗効果素子と、前記第１磁気抵抗効果素子の一端に接続された第１導体と、を備え、前記第１導体は、高周波電流が前記第１磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第１導体の第１端部が高周波電流の入力側に接続され、前記第１導体の第２端部が前記基準電位端子に接続され、前記第２回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第３磁気抵抗効果素子を備え、前記第３磁気抵抗効果素子の一端は前記第２回路ユニットにおける高周波電流の入力側及び高周波電流の出力側に接続され、前記第３磁気抵抗効果素子の他端は前記基準電位端子に接続され、前記直流印加端子を電源に接続した際に、前記第１磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第１磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第３磁気抵抗効果素子の内部を流れる直流電流の流れ方向に対する、前記第３磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が反対である。
【００１２】
（３）第３の態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第１のポートと、第２のポートと、前記第１のポートと前記第２のポートとの間に接続された第１回路ユニット及び第２回路ユニットと、前記第１回路ユニット及び前記第２回路ユニットに、それぞれ又は共通して接続された基準電位端子と、前記第１回路ユニットの第１磁気抵抗効果素子及び前記第２回路ユニットの第２磁気抵抗効果素子に、直流電流又は直流電圧を印加するための電源をそれぞれ又は共通して接続できる直流印加端子と、を備え、前記第１回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第１磁気抵抗効果素子と、前記第１磁気抵抗効果素子の一端に接続された第１導体と、を備え、前記第１導体は、高周波電流が前記第１磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第１導体の第１端部が高周波電流の入力側に接続され、前記第１導体の第２端部が前記基準電位端子に接続され、前記第２回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第２磁気抵抗効果素子を備え、前記第２磁気抵抗効果素子の一端は高周波電流の前記第２回路ユニットにおける入力側に接続され、前記第２磁気抵抗効果素子の他端が高周波電流の前記第２回路ユニットにおける出力側に接続され、前記第１磁気抵抗効果素子の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、前記第１磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第２磁気抵抗効果素子の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、前記第２磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が同じである。
【００１３】
（４）第４の態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第１のポートと、第２のポートと、前記第１のポートと前記第２のポートとの間に接続された第１回路ユニット及び第２回路ユニットと、前記第１回路ユニット及び前記第２回路ユニットに、それぞれ又は共通して接続された基準電位端子と、前記第１回路ユニットの第１磁気抵抗効果素子及び前記第２回路ユニットの第３磁気抵抗効果素子に、直流電流又は直流電圧を印加するための電源をそれぞれ又は共通して接続できる直流印加端子と、を備え、前記第１回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第１磁気抵抗効果素子と、前記第１磁気抵抗効果素子の一端に接続された第１導体と、を備え、前記第１導体は、高周波電流が前記第１磁気抵抗効果素子及び前記基準電位端子に対して分岐して流れるように、前記第１導体の第１端部が高周波電流の入力側に接続され、前記第１導体の第２端部が前記基準電位端子に接続され、前記第２回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える前記第３磁気抵抗効果素子を備え、前記第３磁気抵抗効果素子の一端は前記第２回路ユニットにおける高周波電流の入力側及び高周波電流の出力側に接続され、前記第３磁気抵抗効果素子の他端は前記基準電位端子に接続され、前記第１磁気抵抗効果素子の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、前記第１磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、前記第３磁気抵抗効果素子の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、前記第３磁気抵抗効果素子における前記磁化固定層、前記スペーサ層及び前記磁化自由層の位置関係と、が反対である。
【００１４】
（５）第５の態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、第１の態様〜第４の態様において、前記第１のポートと前記第２のポートとの間に接続された第３回路ユニットをさらに備え、前記第３回路ユニットは、磁化固定層と磁化自由層とこれらに挟まれたスペーサ層とを備える第４磁気抵抗効果素子と、前記第４磁気抵抗効果素子との間に絶縁体を介して離間して配置された第２導体とを備え、前記第２導体の第１端部は、前記第２導体を流れる高周波電流により生じる高周波磁場が前記第４磁気抵抗効果素子の前記磁化自由層に印加されるように、高周波電流の入力側に接続され、前記第４磁気抵抗効果素子は、前記第４磁気抵抗効果素子に直流電流又は直流電圧を印加するための電源を接続できる直流印加端子に接続されている。
【００１５】
（６）第６の態様にかかる磁気抵抗効果モジュールは、第１の態様〜第５の態様のいずれか一つの磁気抵抗効果デバイスと、前記磁気抵抗効果デバイスの前記直流印加端子に接続された直流電流源又は直流電圧源と、を備える。
【発明の効果】
【００１６】
上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスによれば、カットオフ周波数近傍における優れた周波数特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの回路構成を示した模式図である。
【図２】第１回路ユニット及び第２回路ユニットが単独の場合の信号特性と、これらを含む磁気抵抗効果モジュールの信号特性を示す模式図である。
【図３】第１回路ユニット及び第２回路ユニットが単独の場合の信号特性と、これらを含む磁気抵抗効果モジュールの信号特性を示す模式図である。
【図４】第１回路ユニット及び第２回路ユニットが単独の場合の信号特性と、これらを含む磁気抵抗効果モジュールの信号特性を示す模式図である。
【図５】第１回路ユニット及び第２回路ユニットが単独の場合の信号特性と、これらを含む磁気抵抗効果モジュールの信号特性を示す模式図である。
【図６】第１実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。
【図７】第１実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。
【図８】第１実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。
【図９】第１実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。
【図１０】第１実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。
【図１１】第２実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの回路構成を示した模式図である。
【図１２】第１回路ユニット、第２回路ユニット及び第３回路ユニットが単独の場合の信号特性と、これらを含む磁気抵抗効果モジュールの信号特性を示す模式図である。
【図１３】第１回路ユニット、第２回路ユニット及び第３回路ユニットの接続の仕方を示す模式図である。
【図１４】第２実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。
【図１５】第２実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。
【図１６】第２実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。
【図１７】第２実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。
【図１８】第２実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、磁気抵抗効果モジュールについて、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの回路構成を示した模式図である。磁気抵抗効果デバイスは、第１のポート１と、第２のポート２と、第１回路ユニット１０と、第２回路ユニット２０と、基準電位端子３と、直流印加端子４と、を備える。直流印加端子４に電源９０が接続されることで、磁気抵抗効果モジュール１００となる。磁気抵抗効果モジュール１００は、第１のポート１から信号が入力され、第２のポート２から信号を出力する。
【００２０】
＜第１のポート及び第２のポート＞
第１のポート１は、磁気抵抗効果モジュール１００の入力端子である。第１のポート１に交流信号源（図示略）を接続することで、磁気抵抗効果モジュール１００に交流信号（高周波信号）を印加できる。磁気抵抗効果モジュール１００に印加される高周波信号は、例えば、１００ＭＨｚ以上の周波数を有する信号である。
第２のポート２は、磁気抵抗効果モジュール１００の出力端子である。
【００２１】
＜第１回路ユニット＞
第１回路ユニット１０は、第１のポート１と第２のポート２との間に接続される。第１回路ユニット１０には、電流分岐型素子１１が組み込まれている。電流分岐型素子１１は、第１磁気抵抗効果素子１２と第１導体１４とを備える。第１導体１４は第１磁気抵抗効果素子１２の積層方向の一端に接続されている。第１導体１４の第１端部１４ａは第１回路ユニット１０の高周波電流の入力側に接続され、第１導体１４の第２端部１４ｂは基準電位端子３に接続されている。第１導体１４を流れる高周波電流ＩＲＣは、第１磁気抵抗効果素子１２及び基準電位端子３に分岐して流れる。
【００２２】
＜第１導体＞
第１導体１４は、高周波電流ＩＲＣを通電するための配線であると共に、第１磁気抵抗効果素子１２の積層方向に設けられた電極として機能する。第１導体１４は、導電性を有する材料により構成される。例えば第１導体１４には、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｕＣｕ、Ｒｕ、Ａｌ等を用いることができる。また第１磁気抵抗効果素子１２の積層方向の他端には、対向電極１５を設けてもよい。対向電極１５には、第１導体１４で例示したものと同様のものを用いることができる。第１磁気抵抗効果素子１２の積層方向の他端は、対向電極１５を介して第１回路ユニット１０における高周波電流ＩＲＣの出力側に接続されている。
【００２３】
＜磁気抵抗効果素子＞
第１磁気抵抗効果素子１２は、磁化固定層１２Ａと、磁化自由層１２Ｂと、スペーサ層１２Ｃとを有する。スペーサ層１２Ｃは、磁化固定層１２Ａと磁化自由層１２Ｂとの間に位置する。磁化固定層１２Ａの磁化は、磁化自由層１２Ｂの磁化より動きにくく、所定の磁場環境下では一方向に固定される。磁化固定層１２Ａの磁化の向きに対して磁化自由層１２Ｂの磁化の向きが相対的に変化することで、第１磁気抵抗効果素子１２として機能する。
【００２４】
磁化固定層１２Ａは、強磁性体材料で構成されている。磁化固定層１２Ａは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉとＦｅの合金、ＦｅとＣｏの合金、またはＦｅとＣｏとＢの合金などの高スピン分極率材料から構成されることが好ましい。これらの材料を用いることで、第１磁気抵抗効果素子１２の磁気抵抗変化率が大きくなる。また磁化固定層１２Ａは、ホイスラー合金で構成されても良い。磁化固定層１２Ａの膜厚は、１〜２０ｎｍとすることが好ましい。
【００２５】
磁化固定層１２Ａの磁化固定方法は、特に問わない。例えば、磁化固定層１２Ａの磁化を固定するために磁化固定層１２Ａに接するように反強磁性層を付加してもよい。また、結晶構造、形状などに起因する磁気異方性を利用して磁化固定層１２Ａの磁化を固定してもよい。反強磁性層には、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＦｅＳ２、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒまたはＭｎなどを用いることができる。磁化固定層１２Ａの一例として、ＣｏＦｅＢ合金あるいはＣｏＦｅ合金等の強磁性層と、Ｒｕの層と、ＣｏＦｅＢ合金あるいはＣｏＦｅ合金等の強磁性層の順序で、これら３個の層を積層したものが用いられることが好ましい。これら３個の層を積層したもののスペーサ層１２Ｃ側とは反対側の層に接するように、さらに反強磁性層としてＩｒＭｎの層が設けられることが好ましい。
【００２６】
磁化自由層１２Ｂは、外部印加磁場もしくはスピン偏極電子によってその磁化の方向が変化可能な強磁性体材料で構成されている。
【００２７】
磁化自由層１２Ｂの材料として、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、ＦｅＢ、Ｃｏ、ＣｏＣｒ系合金、Ｃｏ多層膜、ＣｏＣｒＰｔ系合金、ＦｅＰｔ系合金、希土類を含むＳｍＣｏ系合金またはＴｂＦｅＣｏ合金などを用いることができる。また、磁化自由層１２Ｂは、ホイスラー合金で構成されても良い。
【００２８】
磁化自由層１２Ｂの厚さは、０．５〜２０ｎｍ程度とすることが好ましい。また磁化自由層１２Ｂとスペーサ層１２Ｃとの間には、高スピン分極率材料を挿入しても良い。高スピン分極率材料を挿入することによって、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能となる。
【００２９】
高スピン分極率材料としては、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＢ合金などが挙げられる。ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＢ合金いずれの膜厚も０．２〜１．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００３０】
スペーサ層１２Ｃは、磁化固定層１２Ａと磁化自由層１２Ｂの間に配置される層（これらの間に挟まれる層）である。スペーサ層１２Ｃは、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、又は、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層で構成される。スペーサ層１２Ｃは、非磁性層であることが好ましい。
【００３１】
例えば、スペーサ層１２Ｃが絶縁体からなる場合は、第１磁気抵抗効果素子１２はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果素子となり、スペーサ層１２Ｃが金属からなる場合は巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果素子となる。
【００３２】
スペーサ層１２Ｃとして絶縁材料を適用する場合、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯまたはＭｇＡｌ２Ｏ４等の絶縁材料を用いることができる。磁化固定層１２Ａと磁化自由層１２Ｂとの間にコヒーレントトンネル効果が発現するように、スペーサ層１２Ｃの膜厚を調整することで高い磁気抵抗変化率が得られる。ＴＭＲ効果を効率よく利用するためには、スペーサ層１２Ｃの膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ程度が好ましい。
【００３３】
スペーサ層１２Ｃを導電材料で構成する場合、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ又はＲｕ等の導電材料を用いることができる。ＧＭＲ効果を効率よく利用するためには、スペーサ層１２Ｃの膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ程度が好ましい。
【００３４】
スペーサ層１２Ｃを半導体材料で構成する場合、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＧａＯｘ又はＧａ２Ｏｘ等の材料を用いることができる。この場合、スペーサ層１２Ｃの膜厚は１．０〜４．０ｎｍ程度が好ましい。
【００３５】
スペーサ層１２Ｃとして非磁性絶縁体中の導体によって構成される通電点を含む層を適用する場合、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯ等によって構成される非磁性絶縁体中に、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｃｕ、ＡｌまたはＭｇなどの導体によって構成される通電点を含む構造とすることが好ましい。この場合、スペーサ層１２Ｃの膜厚は、０．５〜２．０ｎｍ程度が好ましい。
【００３６】
磁化自由層１２Ｂのスペーサ層１２Ｃ側とは反対側（磁化自由層１２Ｂと第１導体１４との間）には、キャップ層を設けてもよい。磁化自由層１２Ｂとキャップ層は接していることが好ましい。また第１磁気抵抗効果素子１２と対向電極１５との間には、シード層またはバッファー層を配設しても良い。キャップ層、シード層またはバッファー層としては、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属膜、ＭｇＯ等の酸化物膜またはこれらの積層膜などが挙げられる。これらの層が酸化物膜からなる場合は、これらの層厚は電流を流すことができる程度に薄い。例えば、第１磁気抵抗効果素子１２の積層方向に３Ｖの電圧を印加した際に電流（トンネル電流を含む）が流れる程度の厚みであることが好ましく、具体的には５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
第１磁気抵抗効果素子１２の大きさは、第１磁気抵抗効果素子１２の平面視形状の長辺を５００ｎｍ以下にすることが望ましい。また、第１磁気抵抗効果素子１２の平面視形状の短辺は５０ｎｍ以上にすることが望ましい。第１磁気抵抗効果素子１２の平面視形状が長方形（正方形を含む）ではない場合は、第１磁気抵抗効果素子１２の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の長辺を、第１磁気抵抗効果素子１２の平面視形状の長辺と定義し、第１磁気抵抗効果素子１２の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の短辺を、第１磁気抵抗効果素子１２の平面視形状の短辺と定義する。
【００３８】
長辺が５００ｎｍ以下と小さい場合、磁化自由層１２Ｂの体積が小さくなり、高効率な強磁性共鳴現象の実現が可能となる。ここで、「平面視形状」とは、第１磁気抵抗効果素子１２を構成する各層の積層方向から見た形状のことである。
【００３９】
＜第２回路ユニット＞
第２回路ユニット２０は、第１のポート１と第２のポート２との間に接続される。図１における第２回路ユニット２０は、第１回路ユニット１０と第２のポート２との間に接続されており、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０とが直列に接続されている。第２回路ユニット２０は、第１のポート１と第１回路ユニット１０との間に接続されていてもよい。第２回路ユニット２０には、直列型の電流駆動型素子２１が組み込まれている。
【００４０】
電流駆動型素子２１は、第２磁気抵抗効果素子２２を備える。電流駆動型素子２１は、第２磁気抵抗効果素子２２の積層方向の一端の第１電極２４が基準電位端子３に直接接続されておらず、高周波電流ＩＲＣが基準電位端子３側に分岐せずに第２磁気抵抗効果素子２２内に流れる点で、電流分岐型素子と異なる。
【００４１】
第２磁気抵抗効果素子２２は、磁化固定層２２Ａと、磁化自由層２２Ｂと、スペーサ層２２Ｃとを有する。磁化自由層２２Ｂのスペーサ層２２Ｃ側とは反対側（磁化自由層２２Ｂと第１電極２４との間）には、キャップ層を設けてもよい。磁化自由層２２Ｂとキャップ層は接していることが好ましい。第２磁気抵抗効果素子２２の積層方向の一端には第１電極２４、積層方向の他端には対向電極２５が設けられている。第２磁気抵抗効果素子２２の積層方向の一端は第２回路ユニット２０における高周波電流ＩＲＣの入力側に接続され、第２磁気抵抗効果素子２２の積層方向の他端が第２回路ユニット２０における高周波電流ＩＲＣの出力側に接続されており、高周波電流ＩＲＣは、基準電位端子３側に分岐することなく第２磁気抵抗効果素子２２内を流れる。第１のポート１、第２磁気抵抗効果素子２２および第２のポート２はこの順に直列接続されている。図１の例では、第１回路ユニット１０から出力された高周波電流ＩＲＣが第２回路ユニット２０に入力される。
【００４２】
また第２磁気抵抗効果素子２２の大きさは、第２磁気抵抗効果素子２２の平面視形状の長辺を２５０ｎｍ以下にすることが望ましい。また、第２磁気抵抗効果素子２２の平面視形状の短辺は２０ｎｍ以上にすることが望ましい。電流駆動型素子２１の場合、第２磁気抵抗効果素子２２の大きさは小さい方が好ましい。第２磁気抵抗効果素子２２の大きさが小さい方が、スピントランスファートルクの効果が大きくなり、高効率な強磁性共鳴現象が得られる。第２磁気抵抗効果素子２２の平面視形状の面積は、第１磁気抵抗効果素子１２の平面視形状の面積よりも小さいことが好ましい。
【００４３】
ここで、電流駆動型素子２１の材料としては、例えば、電流分岐型素子１１について説明したものと同様で良いが、好ましい材料を示しておく。
電流駆動型素子２１の磁化固定層２２Ａの材料としては、ＣｏＦｅＢ合金あるいはＣｏＦｅ合金等の強磁性層と、Ｒｕの層と、ＣｏＦｅＢ合金あるいはＣｏＦｅ合金等の強磁性層の順序で、これら３個の層を積層したものが用いられることが好ましい。これら３個の層を積層したもののスペーサ層２２Ｃ側とは反対側の層に接するように、さらに反強磁性層としてＩｒＭｎの層が設けられることが好ましい。
電流駆動型素子２１の磁化自由層２２Ｂの材料としては、ＣｏＦｅＢ合金あるいはＦｅＢ合金等（いずれも、０．５〜１０ｎｍ）が用いられることが好ましい。
電流駆動型素子２１のスペーサ層２２Ｃの材料としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯｘ）（厚さ１．５〜３．０ｎｍ）が用いられることが好ましい。
電流駆動型素子２１のキャップ層の材料としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯｘ）（厚さ１．０〜３．０ｎｍ）の層と、Ｒｕ（厚さ８〜１２ｎｍ）の層の順序で、これら２個の層を積層したものが用いられることが好ましい。この場合、例えば、磁化自由層２２Ｂ、酸化マグネシウム（ＭｇＯｘ）の層、Ｒｕの層の順序で積層される。
なお、直列型の電流駆動型素子２１の代わりに、後述する並列型の電流駆動型素子が用いられる場合においても、好ましい材料については同様である。
【００４４】
＜基準電位端子＞
基準電位端子３は、第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０に接続される。基準電位端子３は基準電位に接続され、磁気抵抗効果モジュール１００の基準電位を決める。図１では、基準電位としてグラウンドＧＮＤに接続している。グラウンドＧＮＤは磁気抵抗効果モジュール１００の外部に設けられる。第１のポート１に入力される高周波電流ＩＲＣは、基準電位端子３の基準電位との電位差に応じて、第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０内を流れる。図１では、基準電位端子３を第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０に対して共通に一つにまとめているが、第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０のそれぞれに対して分けて設けてもよい。
【００４５】
＜直流印加端子＞
直流印加端子４は、電源９０に接続され、第１磁気抵抗効果素子１２及び第２磁気抵抗効果素子２２の積層方向に直流電流又は直流電圧を印加する。第１磁気抵抗効果素子１２は、第１磁気抵抗効果素子１２に直流電流又は直流電圧を印加するための電源９０を接続できる直流印加端子４に接続されている。第２磁気抵抗効果素子２２は、第２磁気抵抗効果素子２２に直流電流又は直流電圧を印加するための電源９０を接続できる直流印加端子４に接続されている。本明細書において直流電流とは、時間によって方向が変化しない電流であり、時間によって大きさが変化する電流を含む。また、直流電圧とは、時間によって方向が変化しない電圧であり、時間によって大きさが変化する電圧も含む。電源９０は直流電流源でも、直流電圧源でもよい。電源９０は、一定の直流電流を発生可能な直流電流源でも、一定の直流電圧を発生可能な直流電圧源でもよい。また、電源９０は、発生する直流電流値の大きさが変化可能な直流電流源でもよく、発生する直流電圧値の大きさが変化可能な直流電圧源でもよい。
【００４６】
第１磁気抵抗効果素子１２及び第２磁気抵抗効果素子２２に印加される直流電流の電流密度は、第１磁気抵抗効果素子１２及び第２磁気抵抗効果素子２２の発振閾値電流密度よりも小さいことが好ましい。第１磁気抵抗効果素子１２及び第２磁気抵抗効果素子２２の発振閾値電流密度とは、この値以上の電流密度の電流が印加されることにより、磁化自由層１２Ｂ、２２Ｂの磁化が一定周波数及び一定の振幅で歳差運動を開始し、第１磁気抵抗効果素子１２及び第２磁気抵抗効果素子２２が発振する（第１磁気抵抗効果素子１２及び第２磁気抵抗効果素子２２の出力（抵抗値）が一定周波数及び一定の振幅で変動する）閾値の電流密度のことである。
【００４７】
図１に示すように電源９０が直流電流源の場合は、直流電流ＩＤＣが第１磁気抵抗効果素子１２の中を磁化自由層１２Ｂから磁化固定層１２Ａに向かって流れ、第２磁気抵抗効果素子２２の中を磁化自由層２２Ｂから磁化固定層２２Ａに向かって流れるように、電源９０を直流印加端子４に接続する。すなわち、直流印加端子４を電源９０に接続した際に、第１磁気抵抗効果素子１２の内部を流れる直流電流ＩＤＣの流れ方向に対する、第１磁気抵抗効果素子１２における磁化固定層１２Ａ、スペーサ層１２Ｃ及び磁化自由層１２Ｂの位置関係と、第２磁気抵抗効果素子２２の内部を流れる直流電流ＩＤＣの流れ方向に対する、第２磁気抵抗効果素子２２における磁化固定層２２Ａ、スペーサ層２２Ｃ及び磁化自由層２２Ｂの位置関係と、が同じとなっている。
【００４８】
また電源９０が直流電圧源の場合は、第１磁気抵抗効果素子１２において磁化自由層１２Ｂが磁化固定層１２Ａより高電位となる直流電圧が直流印加端子４から印加され、第２磁気抵抗効果素子２２において磁化自由層２２Ｂが磁化固定層２２Ａより高電位となる直流電圧が直流印加端子４から印加されるように、電源９０を直流印加端子４に接続する。
【００４９】
また第１磁気抵抗効果素子１２の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、第１磁気抵抗効果素子１２における磁化固定層１２Ａ、スペーサ層１２Ｃ及び磁化自由層１２Ｂの位置関係と、第２磁気抵抗効果素子２２の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、第２磁気抵抗効果素子２２における磁化固定層２２Ａ、スペーサ層２２Ｃ及び磁化自由層２２Ｂの位置関係と、が同じとなっている。
【００５０】
「直流電流又は直流電圧の入力側の接続点」は、回路ユニットに対して直流電流が印加される側の接続点又は直流電圧源により高電位となる側の接続点である。図１に示す例では、第１回路ユニット１０の電流分岐型素子１１においては第１導体１４の第２端部１４ｂであり、第２回路ユニット２０の電流駆動型素子２１においては第１電極２４の一端である。第１磁気抵抗効果素子１２は、第１導体１４を基準に、磁化自由層１２Ｂ、スペーサ層１２Ｃ、磁化固定層１２Ａの順に配置されている。第２磁気抵抗効果素子２２は、第１電極２４を基準に、磁化自由層２２Ｂ、スペーサ層２２Ｃ、磁化固定層２２Ａの順に配置されている。つまり、第１磁気抵抗効果素子１２と第２磁気抵抗効果素子２２とは、直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準に、磁化固定層１２Ａ，２２Ａ、スペーサ層１２Ｃ，２２Ｃ及び磁化自由層１２Ｂ，２２Ｂの配置の順が同じとなっている。
【００５１】
一方で、磁気抵抗効果モジュール１００の製造工程を考慮すると、第１磁気抵抗効果素子１２と第２磁気抵抗効果素子２２とで、磁化固定層１２Ａ、２２Ａ、スペーサ層１２Ｃ、２２Ｃ、磁化自由層１２Ｂ、２２Ｂの積層順が同じである。すなわち、第１磁気抵抗効果素子１２及び第２磁気抵抗効果素子２２となる層を積層した後に、フォトリソグラフィー等の技術により不要部を除去することで、第１磁気抵抗効果素子１２及び第２磁気抵抗効果素子２２を一度に製造できる。
【００５２】
＜その他の構成＞
磁気抵抗効果モジュール１００には、インダクタ９２及びコンデンサ９４が配設されている。インダクタ９２は、電流の高周波成分をカットし、電流の不変成分を通す。コンデンサ９４は、電流の高周波成分を通し、電流の不変成分をカットする。インダクタ９２は高周波電流ＩＲＣの流れを抑制したい部分に配設し、コンデンサ９４は直流電流ＩＤＣの流れを抑制したい部分に配設する。図１ではインダクタ９２により、対向電極１５から出力された高周波電流ＩＲＣは分岐することなく第１電極２４に流れるように制御され、対向電極２５から出力された高周波電流ＩＲＣは分岐することなく第２のポート２に流れるように制御されている。またコンデンサ９４により、第１磁気抵抗効果素子１２内を流れる直流電流ＩＤＣは第１のポート１及び第２磁気抵抗効果素子２２に流れることが抑制され、第２磁気抵抗効果素子２２内を流れる直流電流ＩＤＣは第２のポート２及び第１磁気抵抗効果素子１２に流れることが抑制されている。
【００５３】
インダクタ９２には、チップインダクタ、パターン線路によるインダクタ、インダクタ成分を有する抵抗素子等を用いることができる。インダクタ９２のインダクタンスは１０ｎＨ以上であることが好ましい。コンデンサ９４には、公知のものを用いることができる。
【００５４】
各回路ユニット及び各端子は、信号線路によって接続されている。信号線路の形状は、マイクロストリップライン（ＭＳＬ）型やコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）型に規定することが好ましい。マイクロストリップライン（ＭＳＬ）型やコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）型に設計する場合、信号線路の特性インピーダンスと、回路系のインピーダンスとが等しくなるように、線路幅やグラウンド間距離を設計することが好ましい。このように設計することによって信号線路の伝送損失を抑えることができる。
【００５５】
また磁気抵抗効果モジュール１００は、周波数設定機構８０を有することが好ましい。周波数設定機構８０は、第１磁気抵抗効果素子１２及び第２磁気抵抗効果素子２２に静磁場である外部磁場を印加する磁場印加機構である。周波数設定機構８０は、第１磁気抵抗効果素子１２及び第２磁気抵抗効果素子２２の磁化自由層１２Ｂ、２２Ｂの強磁性共鳴周波数を設定する。磁気抵抗効果モジュール１００が出力する信号の周波数は、磁化自由層１２Ｂ、２２Ｂの強磁性共鳴周波数により変動する。つまり、周波数設定機構８０により出力信号の周波数を設定できる。
【００５６】
周波数設定機構８０は、第１磁気抵抗効果素子１２と第２磁気抵抗効果素子２２のそれぞれに設けてもよいし、共通して設けてもよい。周波数設定機構８０は、例えば、電圧又は電流のいずれかにより印加磁場強度を可変制御できる電磁石型又はストリップライン型の磁場印加機構で構成される。また、印加磁場強度を可変制御できる電磁石型又はストリップライン型の磁場印加機構と、一定磁場のみを供給する永久磁石と、の組み合わせにより構成されてもよい。
【００５７】
＜磁気抵抗効果デバイスの機能＞
磁気抵抗効果モジュール１００に第１のポート１から高周波信号が入力されると、高周波信号に対応する高周波電流ＩＲＣが第１回路ユニット１０に流れる。高周波電流ＩＲＣは、第１磁気抵抗効果素子１２と基準電位端子３とに分岐して流れる。
【００５８】
磁化自由層１２Ｂの磁化は、主に、第１導体１４を流れる高周波電流ＩＲＣが生み出す高周波磁場を受けて振動する。強磁性共鳴現象により、磁化自由層１２Ｂの磁化は、高周波電流ＩＲＣの周波数が、磁化自由層１２Ｂの強磁性共鳴周波数の近傍の場合に大きく振動する。磁化自由層１２Ｂの磁化の振動が大きくなると、第１磁気抵抗効果素子１２における抵抗値変化が大きくなる。この抵抗値変化は、第１磁気抵抗効果素子１２の積層方向に直流電流ＩＤＣを印加することで、第１磁気抵抗効果素子１２（第１回路ユニット１０）から出力される。この強磁性共鳴現象に起因した抵抗値変化による出力と、第1磁気抵抗効果素子１２に分岐して流れる高周波電流ＩＲＣによる出力との和が、第１磁気抵抗効果素子１２（第１回路ユニット１０）から出力される。
【００５９】
次いで、第１回路ユニット１０から出力された高周波電流ＩＲＣは、コンデンサ９４を通過し、第２回路ユニット２０に流れる。第２回路ユニット２０においては、高周波電流ＩＲＣは、基準電位端子３側に分岐せずに、第２磁気抵抗効果素子２２を流れる。磁化自由層２２Ｂの磁化は、第２磁気抵抗効果素子２２内を流れる高周波電流ＩＲＣに伴うスピントランスファートルクを受けて振動する。そして、磁化自由層２２Ｂの磁化は、高周波電流ＩＲＣの周波数が、磁化自由層２２Ｂの強磁性共鳴周波数の近傍の場合に大きく振動する。
【００６０】
磁化自由層２２Ｂの磁化の振動が大きくなると、第２磁気抵抗効果素子２２における抵抗値変化が大きくなる。この抵抗値変化は、第２磁気抵抗効果素子２２の積層方向に直流電流ＩＤＣを印加することで、第２磁気抵抗効果素子２２（第２回路ユニット２０）から出力される。この強磁性共鳴現象に起因した抵抗値変化による出力と、第２磁気抵抗効果素子２２に流れる高周波電流ＩＲＣによる出力との和が、第２磁気抵抗効果素子２２（第２回路ユニット２０）から出力され、第２のポート２から出力される。
【００６１】
すなわち、第１のポート１から入力された高周波信号の周波数が磁化自由層１２Ｂ、２２Ｂの強磁性共鳴周波数近傍の場合は、第１磁気抵抗効果素子１２及び第２磁気抵抗効果素子２２の抵抗値の変動量が大きく、第２のポート２から大きな信号が出力される。これに対し、高周波信号の周波数が磁化自由層１２Ｂ、２２Ｂの強磁性共鳴周波数から外れている場合は、第１磁気抵抗効果素子１２及び第２磁気抵抗効果素子２２の抵抗値の変動量が小さく、第２のポート２から信号がほとんど出力されない。
【００６２】
図２は、第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０が単独の場合の信号特性と、これらを含む磁気抵抗効果モジュール１００の信号特性を示す模式図である。信号特性は、入力電力に対する出力電力の比に対応する。図２（ａ）に示すように、第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０は、単独ではアンチローレンチアン状の信号特性を示す。アンチローレンチアンの信号特性とは、反対称型のコーシー・ローレンツ分布によりフィッティングできる信号特性であり、アンチローレンチアン状の信号特性とは、通過特性が向上するピーク（上に凸のピーク）と低下するピーク（下に凸のピーク）との二つのピークを有する信号特性である。第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０が単独の場合の信号特性は、上に凸のピークと下に凸のピークとの間で急峻に変化する。第１磁気抵抗効果素子１２と第２磁気抵抗効果素子２２は、内部を流れる直流電流ＩＤＣの向きとこれらを構成する磁化固定層１２Ａ、２２Ａ、スペーサ層１２Ｃ、２２Ｃ及び磁化自由層１２Ｂ、２２Ｂの配置との関係が同じである。第1回路ユニット１０の信号特性と第２回路ユニット２０の信号特性とは、概ね線対称な関係となる。
【００６３】
第１回路ユニット１０の信号ピーク位置（第１磁気抵抗効果素子１２の磁化自由層１２Ｂの強磁性共鳴周波数）と、第２回路ユニット２０の信号ピーク位置（第２磁気抵抗効果素子２２の磁化自由層２２Ｂの強磁性共鳴周波数）とは異なっており、第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数（第１磁気抵抗効果素子１２の磁化自由層１２Ｂの強磁性共鳴周波数）は、第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数（第２磁気抵抗効果素子２２の磁化自由層２２Ｂの強磁性共鳴周波数）よりも高くなっている。２つの信号ピークの周波数の差は、２つの信号ピークの中心周波数（２つの信号ピークの周波数の平均値）に対して１０％以下の範囲であることが好ましく、５％以下の範囲であることがより好ましい。また２つの信号ピークの周波数の差は、具体的な数値で言うと、２００ＭＨｚ以下であることが好ましく、１００ＭＨｚ以下であることがより好ましい。また２つの信号ピークの周波数の差は、中心周波数に対して０．５％以上の範囲であることが好ましく、５ＭＨｚ以上であることが好ましい。アンチローレンチアン状の信号特性において信号ピークは上に凸のピークと下に凸のピークがあるが、上述した２つの信号ピークの周波数の差は下に凸の２つのピークの周波数間の差とした。第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０の信号ピーク位置は、それぞれ、周波数設定機構８０により制御できる。また、回路ユニットの信号ピークの位置（磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数）は、磁気抵抗効果素子の平面視形状や、磁気抵抗効果素子の層構成によっても変化させることができる。
【００６４】
第１回路ユニット１０の信号特性と第２回路ユニット２０の信号特性とが重ね合わさると、磁気抵抗効果モジュール１００の信号特性が得られる。図２（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果モジュール１００の信号特性は、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０のそれぞれにおける上に凸の信号ピーク位置の近傍に、肩特性に優れた通過帯域を有するものとなる。この信号特性を利用して、磁気抵抗効果モジュール１００（または磁気抵抗効果デバイス）は、特定の周波数の高周波信号を選択的に通過させることができる高周波フィルタとして用いることができる。
【００６５】
ここで、図２では、帯域通過型の信号特性について説明したが、２素子の磁化自由層（第１磁気抵抗効果素子１２の磁化自由層１２Ｂ、第２磁気抵抗効果素子２２の磁化自由層２２Ｂ）の強磁性共鳴周波数の大小を入れ替えることで、磁気抵抗効果モジュール１００の信号特性は帯域遮断型になる。図３は、図２（ａ）に示される信号ピーク位置の周波数の大小関係に対して、第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数（第１磁気抵抗効果素子１２の磁化自由層１２Ｂの強磁性共鳴周波数）と、第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数（第２磁気抵抗効果素子２２の磁化自由層２２Ｂの強磁性共鳴周波数）の大小を入れ替えた場合の信号特性を示す模式図である。この場合、磁気抵抗効果モジュール１００の信号特性は、図３（ｂ）に示されるように、帯域遮断型となる。
帯域遮断型では、図３（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果モジュール１００の信号特性は、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０のそれぞれにおける下に凸の信号ピーク位置の近傍に、肩特性に優れた遮断帯域を有するものとなる。この信号特性を利用して、磁気抵抗効果モジュール１００（または磁気抵抗効果デバイス）は、特定の周波数の高周波信号を選択的に遮断することができる高周波フィルタとして用いることができる。
【００６６】
また、第１回路ユニット１０の第１磁気抵抗効果素子１２と、第２回路ユニット２０の第２磁気抵抗効果素子２２との両方について、それぞれ、直流電流が流れる方向（又は直流電圧の方向）を反対にすると、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示される信号特性の傾向が縦軸（上下）に関して反転し、磁気抵抗効果モジュール１００の信号特性は帯域遮断型になる。図４は、図１に示される直流電流ＩＤＣに対して、第１回路ユニット１０の第１磁気抵抗効果素子１２と、第２回路ユニット２０の第２磁気抵抗効果素子２２との両方について、それぞれ、直流電流が流れる方向（又は直流電圧の方向）を反対にした場合の信号特性を示す模式図である。この場合、磁気抵抗効果モジュール１００の信号特性は、図４（ｂ）に示されるように、帯域遮断型となる。
【００６７】
帯域遮断型の場合、第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数（第１磁気抵抗効果素子１２の磁化自由層１２Ｂの強磁性共鳴周波数）と、第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数（第２磁気抵抗効果素子２２の磁化自由層２２Ｂの強磁性共鳴周波数）と、の差は、帯域通過型の場合と同様の範囲であることが好ましい。帯域遮断型の場合の２つの信号ピークの周波数の差は、上に凸の２つのピークの周波数間の差を意味する。
【００６８】
また、図５は、図２（ａ）に示される信号ピーク位置の周波数の大小関係に対して第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数と第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数の大小を入れ替えることと、図１に示される直流電流ＩＤＣに対して第１回路ユニット１０の第１磁気抵抗効果素子１２と第２回路ユニット２０の第２磁気抵抗効果素子２２との両方について、それぞれ、直流電流が流れる方向（又は直流電圧の方向）を反対にすることとの両方が行われた場合の信号特性を示す模式図である。この場合、磁気抵抗効果モジュール１００の信号特性は、図５（ｂ）に示されるように、帯域通過型となる。
なお、図３（a）、図４（a）及び図５（a）は、それぞれ、第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０が単独の場合の信号特性を示す模式図であり、図３（ｂ）、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は、それぞれ、これらを含む磁気抵抗効果モジュール１００の信号特性を示す模式図である。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
【００７０】
図６は、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。図６において、図１と同様の構成には同一の符号を付す。図６に示す磁気抵抗効果モジュール１０１は、第１磁気抵抗効果素子１２と第２磁気抵抗効果素子２２とで、直流印加端子４及び電源９０を共有している点が、図１に示す磁気抵抗効果モジュール１００と異なる。
【００７１】
図６に示す磁気抵抗効果モジュール１０１においても、直流印加端子４を電源９０に接続した際に、第１磁気抵抗効果素子１２の内部を流れる直流電流ＩＤＣの流れ方向に対する、第１磁気抵抗効果素子１２における磁化固定層１２Ａ、スペーサ層１２Ｃ及び磁化自由層１２Ｂの位置関係と、第２磁気抵抗効果素子２２の内部を流れる直流電流ＩＤＣの流れ方向に対する、第２磁気抵抗効果素子２２における磁化固定層２２Ａ、スペーサ層２２Ｃ及び磁化自由層２２Ｂの位置関係と、が同じとなっている。第１磁気抵抗効果素子１２内において直流電流ＩＤＣは、磁化自由層１２Ｂ、スペーサ層１２Ｃ、磁化固定層１２Ａの順に流れ、第２磁気抵抗効果素子２２内において直流電流ＩＤＣは、磁化自由層２２Ｂ、スペーサ層２２Ｃ、磁化固定層２２Ａの順に流れる。従って、第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０の信号特性が重ね合わさり、磁気抵抗効果モジュール１０１において優れた肩特性を持つ信号特性が得られる。
【００７２】
また図６において、第１回路ユニット１０の第１磁気抵抗効果素子１２の「直流電流又は直流電圧の入力側の接続点」は、電流分岐型素子１１における第１導体１４の第１端部１４ａであり、第２回路ユニット２０の第２磁気抵抗効果素子２２の「直流電流又は直流電圧の入力側の接続点」は、電流駆動型素子２１における第１電極２４の一部である。この一部は、図６では、第１電極２４の面の中央部である。
【００７３】
第１磁気抵抗効果素子１２の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、第１磁気抵抗効果素子１２における磁化固定層１２Ａ、スペーサ層１２Ｃ及び磁化自由層１２Ｂの位置関係と、第２磁気抵抗効果素子２２の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、第２磁気抵抗効果素子２２における磁化固定層２２Ａ、スペーサ層２２Ｃ及び磁化自由層２２Ｂの位置関係と、が同じとなっている。
【００７４】
図７は、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。図７において、図１と同様の構成には同一の符号を付す。図７に示す磁気抵抗効果モジュール１０２は、第２回路ユニット２０に並列型の電流駆動型素子３１が組み込まれている点が、図１に示す磁気抵抗効果モジュール１００と異なる。
【００７５】
電流駆動型素子３１は、第３磁気抵抗効果素子３２を備える。
第３磁気抵抗効果素子３２は、磁化固定層３２Ａと、磁化自由層３２Ｂと、スペーサ層３２Ｃとを有する。磁化自由層３２Ｂのスペーサ層３２Ｃ側とは反対側（磁化自由層３２Ｂと第１電極３４との間）には、キャップ層を設けてもよい。磁化自由層３２Ｂとキャップ層は接していることが好ましい。第３磁気抵抗効果素子３２の積層方向の一端には第１電極３４、積層方向の他端には対向電極３５が設けられている。第３磁気抵抗効果素子３２の一端は第２回路ユニット２０における高周波電流ＩＲＣの入力側及び出力側（第２のポート２）に接続され、第３磁気抵抗効果素子３２の他端は基準電位端子３に接続されている。第２回路ユニット２０における高周波電流ＩＲＣの入力側から見て高周波電流ＩＲＣの出力側（第２のポート２）と基準電位端子３とは並列な位置関係にある。つまり、高周波電流ＩＲＣにとって、第２のポート２と基準電位端子３とは並列な位置関係にある。言い換えると、第３磁気抵抗効果素子３２は、第１のポート１及び第２のポート２に対して並列に接続されている。高周波電流ＩＲＣは、第２回路ユニット２０における高周波電流ＩＲＣの出力側と第３磁気抵抗効果素子３２に分岐して流れる。図７の例では、第１回路ユニット１０から出力された高周波電流ＩＲＣが第２回路ユニット２０に入力される。また、第３磁気抵抗効果素子３２は、第３磁気抵抗効果素子３２に直流電流又は直流電圧を印加するための電源９０を接続できる直流印加端子４に接続されている。図７に示す電流駆動型素子３１において、直流電流ＩＤＣは第３磁気抵抗効果素子３２の中を磁化固定層３２Ａから磁化自由層３２Ｂに向かって流れる。
【００７６】
図７に示す磁気抵抗効果モジュール１０２においては、直流印加端子４を電源９０に接続した際に、第１磁気抵抗効果素子１２の内部を流れる直流電流ＩＤＣの流れ方向に対する、第１磁気抵抗効果素子１２における磁化固定層１２Ａ、スペーサ層１２Ｃ及び磁化自由層１２Ｂの位置関係と、第３磁気抵抗効果素子３２の内部を流れる直流電流ＩＤＣの流れ方向に対する、第３磁気抵抗効果素子３２における磁化固定層３２Ａ、スペーサ層３２Ｃ及び磁化自由層３２Ｂの位置関係と、が反対となっている。第１磁気抵抗効果素子１２内において直流電流ＩＤＣは、磁化自由層１２Ｂ、スペーサ層１２Ｃ、磁化固定層１２Ａの順に流れ、第３磁気抵抗効果素子３２内において直流電流ＩＤＣは、磁化固定層３２Ａ、スペーサ層３２Ｃ、磁化自由層３２Ｂの順に流れる。
【００７７】
また図７において、第１回路ユニット１０の第１磁気抵抗効果素子１２の「直流電流又は直流電圧の入力側の接続点」は、電流分岐型素子１１における第１導体１４の第２端部１４ｂであり、第２回路ユニット２０の第３磁気抵抗効果素子３２の「直流電流又は直流電圧の入力側の接続点」は、電流駆動型素子３１における対向電極３５の一部である。この一部は、図７では、対向電極３５の面の中央部である。
【００７８】
第１磁気抵抗効果素子１２の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、第１磁気抵抗効果素子１２における磁化固定層１２Ａ、スペーサ層１２Ｃ及び磁化自由層１２Ｂの位置関係と、第３磁気抵抗効果素子３２の直流電流又は直流電圧の入力側の接続点を基準にした、第３磁気抵抗効果素子３２における磁化固定層３２Ａ、スペーサ層３２Ｃ及び磁化自由層３２Ｂの位置関係と、が反対となっている。
【００７９】
磁化自由層３２Ｂの磁化は、第３磁気抵抗効果素子３２内を流れる高周波電流ＩＲＣに伴うスピントランスファートルクを受けて振動する。磁化自由層３２Ｂの磁化は、高周波電流ＩＲＣの周波数が、磁化自由層３２Ｂの強磁性共鳴周波数の近傍の場合に大きく振動する。磁化自由層３２Ｂの磁化の振動が大きくなると、第３磁気抵抗効果素子３２における抵抗値変化が大きくなる。この抵抗値変化は、第３磁気抵抗効果素子３２の積層方向に直流電流ＩＤＣを印加することで、第３磁気抵抗効果素子３２から出力される。この強磁性共鳴現象に起因した抵抗値変化による出力と、第２回路ユニット２０における高周波電流ＩＲＣの出力側に流れる高周波電流ＩＲＣによる出力との和が、第２回路ユニット２０から出力される。
【００８０】
また第３磁気抵抗効果素子３２の大きさは、第３磁気抵抗効果素子３２の平面視形状の長辺を２５０ｎｍ以下にすることが望ましい。また、第３磁気抵抗効果素子３２の平面視形状の短辺は２０ｎｍ以上にすることが望ましい。電流駆動型素子３１の場合、第３磁気抵抗効果素子３２の大きさは小さい方が好ましい。第３磁気抵抗効果素子３２の大きさが小さい方が、スピントランスファートルクの効果が大きくなり、高効率な強磁性共鳴現象が得られる。第３磁気抵抗効果素子３２の平面視形状の面積は、第１磁気抵抗効果素子１２の平面視形状の面積よりも小さいことが好ましい。
【００８１】
第１回路ユニット１０の信号ピーク位置（第１磁気抵抗効果素子１２の磁化自由層１２Ｂの強磁性共鳴周波数）と、第２回路ユニット２０の信号ピーク位置（第３磁気抵抗効果素子３２の磁化自由層３２Ｂの強磁性共鳴周波数）とは異なっており、第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数（第１磁気抵抗効果素子１２の磁化自由層１２Ｂの強磁性共鳴周波数）は、第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数（第３磁気抵抗効果素子３２の磁化自由層３２Ｂの強磁性共鳴周波数）よりも高くなっている。２つの信号ピークの周波数の差は、２つの信号ピークの中心周波数（２つの信号ピークの周波数の平均値）に対して１０％以下の範囲であることが好ましく、５％以下の範囲であることがより好ましい。また２つの信号ピークの周波数の差は、具体的な数値で言うと、２００ＭＨｚ以下であることが好ましく、１００ＭＨｚ以下であることがより好ましい。また２つの信号ピークの周波数の差は、中心周波数に対して０．５％以上の範囲であることが好ましく、５ＭＨｚ以上であることが好ましい。アンチローレンチアン状の信号特性において信号ピークは上に凸のピークと下に凸のピークがあるが、上述した２つの信号ピークの周波数の差は下に凸の２つのピークの周波数間の差とした。第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０の信号ピーク位置は、それぞれ、周波数設定機構８０により制御できる。また、回路ユニットの信号ピークの位置（磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数）は、磁気抵抗効果素子の平面視形状や、磁気抵抗効果素子の層構成によっても変化させることができる。
【００８２】
図７に示す第２回路ユニット２０の並列型の電流駆動型素子３１の第３磁気抵抗効果素子３２は、図１に示す第２回路ユニット２０の直列型の電流駆動型素子２１の第２磁気抵抗効果素子２２とは、第２回路ユニット２０における高周波電流の入力側及び出力側に対する接続のされ方が異なるが、第２磁気抵抗効果素子２２の内部を流れる直流電流ＩＤＣの流れ方向に対する、第２磁気抵抗効果素子２２における磁化固定層２２Ａ、スペーサ層２２Ｃ及び磁化自由層２２Ｂの位置関係と、第３磁気抵抗効果素子３２の内部を流れる直流電流ＩＤＣの流れ方向に対する、第３磁気抵抗効果素子３２における磁化固定層３２Ａ、スペーサ層３２Ｃ及び磁化自由層３２Ｂの位置関係とは反対になっているため、図７に示す第２回路ユニット２０が単独の場合の信号特性は、図１に示す第２回路ユニット２０が単独の場合の信号特性と同様のものになる。
【００８３】
図７に示すように、第２回路ユニット２０に組み込まれる素子は直列型の電流駆動型素子ではなく、並列型の電流駆動型素子３１でもよい。図７に示す磁気抵抗効果モジュール１０２においても、図１に示す磁気抵抗効果モジュール１００と同様に、電流分岐型素子１１及び電流駆動型素子３１の信号特性が重ね合わさり、優れた肩特性を持つ信号特性が得られる。
【００８４】
ここで、図７に示す磁気抵抗効果モジュール１０２においても、図１に示す磁気抵抗効果モジュール１００と同様に、帯域遮断型の信号特性となるように変更することができる。上述した磁気抵抗効果モジュール１０２の信号ピーク位置の周波数の大小関係に対して、第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数（第１磁気抵抗効果素子１２の磁化自由層１２Ｂの強磁性共鳴周波数）と、第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数（第３磁気抵抗効果素子３２の磁化自由層３２Ｂの強磁性共鳴周波数）の大小を入れ替える（第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数を、第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数よりも低くする）ことで、磁気抵抗効果モジュール１０２の信号特性は帯域遮断型になる。
また、図７に示される直流電流ＩＤＣに対して、第１回路ユニット１０の第１磁気抵抗効果素子１２と、第２回路ユニット２０の第３磁気抵抗効果素子３２との両方について、それぞれ、直流電流が流れる方向（又は直流電圧の方向）を反対にすることで、磁気抵抗効果モジュール１０２の信号特性は帯域遮断型になる。
帯域遮断型の場合、第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数（第１磁気抵抗効果素子１２の磁化自由層１２Ｂの強磁性共鳴周波数）と、第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数（第３磁気抵抗効果素子３２の磁化自由層３２Ｂの強磁性共鳴周波数）と、の差は、帯域通過型の場合と同様の範囲であることが好ましい。帯域遮断型の場合の２つの信号ピークの周波数の差は、上に凸の２つのピークの周波数間の差を意味する。
また、上述した磁気抵抗効果モジュール１０２の信号ピーク位置の周波数の大小関係に対して、第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数と第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数の大小を入れ替える（第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数を、第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数よりも低くする）ことと、図７に示される直流電流ＩＤＣに対して第１回路ユニット１０の第１磁気抵抗効果素子１２と第２回路ユニット２０の第３磁気抵抗効果素子３２との両方について、それぞれ、直流電流が流れる方向（又は直流電圧の方向）を反対にすることとの両方を行うと、磁気抵抗効果モジュール１０２の信号特性は帯域通過型となる。
【００８５】
図８は、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。図８において、図７と同様の構成には同一の符号を付す。図８に示す磁気抵抗効果モジュール１０３は、第１磁気抵抗効果素子１２と第３磁気抵抗効果素子３２とで、直流印加端子４及び電源９０を共有している点が、図７に示す磁気抵抗効果モジュール１０２と異なる。また、図８に示す磁気抵抗効果モジュール１０３では、第２回路ユニット２０における高周波電流の入力側及び高周波電流の出力側に接続された第３磁気抵抗効果素子３２の積層方向の一端には対向電極３５が設けられ、基準電位端子３に接続された第３磁気抵抗効果素子３２の積層方向の他端には第１電極３４が設けられている。
【００８６】
図８に示す磁気抵抗効果モジュール１０３においても、直流印加端子４を電源９０に接続した際に、第１磁気抵抗効果素子１２の内部を流れる直流電流ＩＤＣの流れ方向に対する、第１磁気抵抗効果素子１２における磁化固定層１２Ａ、スペーサ層１２Ｃ及び磁化自由層１２Ｂの位置関係と、第３磁気抵抗効果素子３２の内部を流れる直流電流ＩＤＣの流れ方向に対する、第３磁気抵抗効果素子３２における磁化固定層３２Ａ、スペーサ層３２Ｃ及び磁化自由層３２Ｂの位置関係と、が反対となっている。第１磁気抵抗効果素子１２内において直流電流ＩＤＣは、磁化自由層１２Ｂ、スペーサ層１２Ｃ、磁化固定層１２Ａの順に流れ、第３磁気抵抗効果素子３２内において直流電流ＩＤＣは、磁化固定層３２Ａ、スペーサ層３２Ｃ、磁化自由層３２Ｂの順に流れる。従って、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０との信号特性が重ね合わさり、磁気抵抗効果モジュール１０３の優れた肩特性を持つ信号特性が得られる。
【００８７】
また図８において、第１回路ユニット１０の第１磁気抵抗効果素子１２の「直流電流又は直流電圧の入力側の接続点」は、電流分岐型素子１１における第１導体１４の第１端部１４ａであり、第２回路ユニット２０の第３磁気抵抗効果素子３２の「直流電流又は直流電圧の入力側の接続点」は、電流駆動型素子３１における対向電極３５の一部である。この一部は、図８では、対向電極３５の面の中央部である。
【００８８】
また図９は、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。図９において、図１と同様の構成には同一の符号を付す。図９に示す磁気抵抗効果モジュール１０４は、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０とが互いに並列に接続されている点が、図１に示す磁気抵抗効果モジュール１００と異なる。
【００８９】
図９に示すように、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０とは直列接続ではなく、並列接続でもよい。図９に示す磁気抵抗効果モジュール１０４においても、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０の信号特性が重ね合わさり、優れた肩特性を持つ信号特性が得られる。
【００９０】
また図１０は、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの別の例の回路構成を示した模式図である。図１０において、図７と同様の構成には同一の符号を付す。図１０に示す磁気抵抗効果モジュール１０５は、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０とが互いに並列に接続されている点が、図７に示す磁気抵抗効果モジュール１０２と異なる。
【００９１】
図１０に示すように、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０とは直列接続ではなく、並列接続でもよい。図１０に示す磁気抵抗効果モジュール１０５においても、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０の信号特性が重ね合わさり、優れた肩特性を持つ信号特性が得られる。
【００９２】
（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュールの回路構成を示した模式図である。図１１に示す磁気抵抗効果モジュール１０６は、第３回路ユニット３０が接続されている点が、図１に示す磁気抵抗効果モジュール１００と異なる。図１１において、図１と同一の構成については、同一の符号を付す。
【００９３】
図１１に示す第３回路ユニット３０は、第１のポート１と第２のポート２との間に接続される。図１１における第３回路ユニット３０は、第２回路ユニット２０と第２のポート２との間に接続されており、第１回路ユニット１０、第２回路ユニット２０および第３回路ユニット３０が直列に接続されている。図１１では、一例として第１回路ユニット１０、第２回路ユニット２０、第３回路ユニット３０の順で接続したが、これらの接続順は問わない。第３回路ユニット３０には、磁場駆動型素子４１が組み込まれている。磁場駆動型素子４１は、第４磁気抵抗効果素子４２と第２導体４４とを備える。
【００９４】
第４磁気抵抗効果素子４２は、磁化固定層４２Ａと、磁化自由層４２Ｂと、スペーサ層４２Ｃとを有する。第４磁気抵抗効果素子４２の積層方向の一端には第１電極４７、積層方向の他端には対向電極４８が設けられている。第４磁気抵抗効果素子４２は、第４磁気抵抗効果素子４２に直流電流又は直流電圧を印加するための電源９０を接続できる直流印加端子４に接続されている。第４磁気抵抗効果素子４２の大きさは、第４磁気抵抗効果素子４２の平面視形状の長辺を５００ｎｍ以下にすることが望ましい。また、第４磁気抵抗効果素子４２の平面視形状の短辺は５０ｎｍ以上にすることが望ましい。第２磁気抵抗効果素子２２の平面視形状の面積は、第４磁気抵抗効果素子４２の平面視形状の面積よりも小さいことが好ましい。
【００９５】
第２導体４４は、第４磁気抵抗効果素子４２との間に絶縁体４６を介して離間して配置されている。絶縁体４６は、第２導体４４と第１電極４７間の絶縁性を維持できる程度に厚い。例えば、第４磁気抵抗効果素子４２の積層方向に４．５Ｖの電圧を印加した際に電流（トンネル電流を含む）が流れない程度の厚みであることが好ましく、具体的には１０ｎｍ以上であることが好ましい。第２導体４４の第１端部４４ａは、第３回路ユニット３０における高周波電流ＩＲＣの入力側に接続されている。図１１の例では、第２回路ユニット２０から出力された高周波電流ＩＲＣが第３回路ユニット３０に入力される。第２導体４４に高周波電流ＩＲＣが流れることで高周波磁場が発生し、発生した高周波磁場は、第４磁気抵抗効果素子４２の磁化自由層４２Ｂに印加される。高周波磁場が第４磁気抵抗効果素子４２の磁化自由層４２Ｂに効率よく印加されるためには絶縁体４６の厚みは１０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００９６】
磁化自由層４２Ｂの磁化は、第２導体４４を流れる高周波電流ＩＲＣが生み出す高周波磁場を受けて振動する。磁化自由層４２Ｂの磁化は、高周波電流ＩＲＣの周波数が、磁化自由層４２Ｂの強磁性共鳴周波数の近傍の場合に大きく振動する。磁化自由層４２Ｂの磁化の振動が大きくなると、第４磁気抵抗効果素子４２における抵抗値変化が大きくなる。この抵抗値変化は、第４磁気抵抗効果素子４２の積層方向に直流電流ＩＤＣを印加することで、第４磁気抵抗効果素子４２（第３回路ユニット３０）から出力される。
【００９７】
図１２は、第１回路ユニット１０、第２回路ユニット２０及び磁場駆動型素子４１が組み込まれた第３回路ユニット３０が単独の場合の信号特性と、これらを含む磁気抵抗効果モジュール１０６の信号特性を示す模式図である。信号特性は、入力電力に対する出力電力の比に対応する。図１２（ａ）は第１回路ユニット１０、第２回路ユニット２０及び磁場駆動型素子４１が組み込まれた第３回路ユニット３０が単独の場合の信号特性であり、図１２（ｂ）は磁気抵抗効果モジュール１０６の信号特性である。
【００９８】
上述のように、第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０は、単独ではアンチローレンチアン状の信号特性を示す。これに対し、磁場駆動型素子４１が組み込まれた第３回路ユニット３０は、単独ではローレンチアン状の信号特性を示す。ローレンチアンの信号特性は、コーシー・ローレンツ分布によりフィッティングできる信号特性であり、ローレンチアン状の信号特性は通過特性が向上するピーク又は低下するピークのいずれか一方を有する信号特性である。第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０に対する第３回路ユニット３０の信号特性の違いは、素子構成、磁気抵抗効果素子に対する高周波電流の流れ方の違い等に起因すると考えられる。
【００９９】
第１回路ユニット１０の信号特性、第２回路ユニット２０の信号特性及び磁場駆動型素子４１が組み込まれた第３回路ユニット３０の信号特性が重ね合わさると、磁気抵抗効果モジュール１０６の信号特性が得られる。磁場駆動型素子４１のローレンチアン状の信号特性が重ね合わさることで、磁気抵抗効果モジュール１０６の帯域幅を広くできる。第３回路ユニット３０の信号ピーク位置の周波数は、第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数と、第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数の間の周波数であることが好ましい。つまり、磁場駆動型素子４１における第４磁気抵抗効果素子４２の磁化自由層４２Ｂの強磁性共鳴周波数は、第１磁気抵抗効果素子１２の磁化自由層１２Ｂの強磁性共鳴周波数と第２磁気抵抗効果素子２２の磁化自由層２２Ｂの強磁性共鳴周波数との間の周波数であることが好ましい。
【０１００】
また磁場駆動型素子４１のローレンチアン状の信号特性が加わることで、第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数（第１磁気抵抗効果素子１２の磁化自由層１２Ｂの強磁性共鳴周波数）と、第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数（第２磁気抵抗効果素子２２の磁化自由層２２Ｂの強磁性共鳴周波数）と、の差を大きくすることができる。これら２つの信号ピークの周波数の差は、２つの信号ピークの中心周波数に対して３０％以下の範囲であることが好ましく、１５％以下の範囲であることがより好ましい。また２つの信号ピークの周波数の差は、具体的な数値で言うと、４００ＭＨｚ以下であることが好ましく、２００ＭＧＨｚ以下であることがより好ましい。また２つの信号ピークの周波数の差は、中心周波数に対して０．５％以上の範囲であることが好ましく、５ＭＨｚ以上であることが好ましい。アンチローレンチアン状の信号特性において信号ピークは上に凸のピークと下に凸のピークがあるが、上述した２つの信号ピークの周波数の差は、下に凸の２つのピークの周波数間の差とした。第１回路ユニット１０、第２回路ユニット２０及び磁場駆動型素子４１が組み込まれた第３回路ユニット３０の信号ピーク位置は、周波数設定機構８０により制御できる。また、回路ユニットの信号ピークの位置（磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数）は、磁気抵抗効果素子の平面視形状や、磁気抵抗効果素子の層構成によっても変化させることができる。
【０１０１】
図１１に示す磁場駆動型素子４１において、直流電流ＩＤＣは第４磁気抵抗効果素子４２の中を磁化固定層４２Ａから磁化自由層４２Ｂに向かって流れる。直流電流ＩＤＣの流れ方向を逆転させても、磁場駆動型素子４１の信号特性は反転しない。
【０１０２】
図１１に示す磁気抵抗効果モジュール１０６は、第３回路ユニット３０が、高周波電流ＩＲＣの流れ方向において、第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０に対し直列に接続されている。第３回路ユニット３０は、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０とのうち少なくとも一方と、直列又は並列に接続されていればよく、図１１に示す磁気抵抗効果モジュール１０６に限られない。
【０１０３】
図１３は、第１回路ユニット１０、第２回路ユニット２０及び第３回路ユニット３０の接続の仕方を示す模式図である。図１３（ａ）は、全てが直列に接続されており、図１１に対応する。図１３（ｂ）は、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０とが直列に接続され、第３回路ユニット３０は第１回路ユニット１０のみと並列な関係にある。図１３（ｃ）は、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０とが直列に接続され、第３回路ユニット３０は第２回路ユニット２０のみと並列な関係にある。図１３（ｄ）は、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０が直列に接続され、第３回路ユニット３０は第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０と並列な関係にある。図１３（ｅ）は、全てが並列に接続されている。図１３（ｆ）は、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０が並列に接続され、第３回路ユニット３０は第１回路ユニット１０及び第２回路ユニット２０と直列な関係にある。図１３（ｇ）は、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０が並列に接続され、第３回路ユニット３０は第２回路ユニット２０のみと直列な関係にある。図１３（ｈ）は、第１回路ユニット１０と第２回路ユニット２０が並列に接続され、第３回路ユニット３０は第１回路ユニット１０のみと直列な関係にある。
【０１０４】
また図１４に示す磁気抵抗効果モジュール１０７のように、第１磁気抵抗効果素子１２、第２磁気抵抗効果素子２２及び第４磁気抵抗効果素子４２とで、直流印加端子４及び電源９０を共有してもよい。また図１４では、対向電極２５と対向電極４８とをインダクタ９２を介して接続し、第１電極４７と基準電位端子３とを接続し、対向電極４８と第２のポート２とをコンデンサ９４を介して接続したが、対向電極２５と第１電極４７とをインダクタ９２を介して接続し、対向電極４８と基準電位端子３とを接続し、第１電極４７と第２のポート２とをコンデンサ９４を介して接続してもよい。この場合、第４磁気抵抗効果素子４２の内部を流れる直流電流ＩＤＣの流れ方向が反転する。
【０１０５】
また図１４では、高周波電流ＩＲＣの入力側である第１のポート１側に直流印加端子４及び電源９０を接続したが、図１５に示す磁気抵抗効果モジュール１０８のように高周波電流ＩＲＣの出力側である第２のポート２側に直流印加端子４及び電源９０を接続してもよい。図１５に示す磁気抵抗効果モジュール１０８では、第２回路ユニット２０における高周波電流の入力側に接続された第２磁気抵抗効果素子２２の積層方向の一端には対向電極２５が設けられ、第２回路ユニット２０における高周波電流の出力側に接続された第２磁気抵抗効果素子２２の積層方向の他端には第１電極２４が設けられている。
【０１０６】
また図１４、図１５では一つの電源９０（直流電流ＩＤＣの流れ方向）に対して、第１磁気抵抗効果素子１２、第２磁気抵抗効果素子２２及び第４磁気抵抗効果素子４２が直列な位置関係となっている。これに対し、図１６に示す磁気抵抗効果モジュール１０９のように、一つの電源９０（直流電流ＩＤＣの流れ方向）に対して、第１磁気抵抗効果素子１２、第２磁気抵抗効果素子２２及び第４磁気抵抗効果素子４２が並列な位置関係となっていてもよい。この場合、それぞれの磁気抵抗効果素子に同じ電圧が印加されるため、電源９０を直流電圧源とすると、制御が容易になる。図１６に示す磁気抵抗効果モジュール１０９では、第２回路ユニット２０における高周波電流の入力側に接続された第２磁気抵抗効果素子２２の積層方向の一端には対向電極２５が設けられ、第２回路ユニット２０における高周波電流の出力側に接続された第２磁気抵抗効果素子２２の積層方向の他端には第１電極２４が設けられている。
【０１０７】
また、図１１及び図１４〜図１６では、直列型の電流駆動型素子２１を備えた第２回路ユニット２０が用いられる構成を示したが、その代わりに、例えば図１７に示されるように、並列型の電流駆動型素子３１を備えた第２回路ユニット２０が用いられる構成であってもよい。この場合、第３磁気抵抗効果素子３２の平面視形状の面積は、第４磁気抵抗効果素子４２の平面視形状の面積よりも小さいことが好ましい。図１７に示す磁気抵抗効果モジュール１１０では、第１磁気抵抗効果素子１２、第３磁気抵抗効果素子３２及び第４磁気抵抗効果素子４２とで、直流印加端子４及び電源９０を共有している。図１７に示す磁気抵抗効果モジュール１１０では、第２回路ユニット２０における高周波電流の入力側及び高周波電流の出力側に接続された第３磁気抵抗効果素子３２の積層方向の一端には対向電極３５が設けられ、基準電位端子３に接続された第３磁気抵抗効果素子３２の積層方向の他端には第１電極３４が設けられている。
このように、電流駆動型素子としては、直列型のものと、並列型のものとで、任意のものを用いることができる。
【０１０８】
また図１３に示す回路ユニットの各接続状態においても、直流印加端子４及び電源９０を共有できる。図１８に示す磁気抵抗効果モジュール１１１は、第２回路ユニット２０が並列型の電流駆動型素子３１を備え、図１３（ｄ）の接続状態において直流印加端子４及び電源９０を共有した例である。図１８に示す磁気抵抗効果モジュール１１１では、第２回路ユニット２０における高周波電流の入力側及び高周波電流の出力側に接続された第３磁気抵抗効果素子３２の積層方向の一端には対向電極３５が設けられ、基準電位端子３に接続された第３磁気抵抗効果素子３２の積層方向の他端には第１電極３４が設けられている。
また基準電位端子３は、第１回路ユニット１０、第２回路ユニット２０及び第３回路ユニット３０で共有してもよいし、それぞれに設けてもよい。
【０１０９】
なお、第１のポート１と第２のポート２との間に接続される第１回路ユニット１０、第２回路ユニット２０及び第３回路ユニット３０の接続順は、任意の順序としてもよい。
また第１回路ユニット１０、第２回路ユニット２０、第３回路ユニット３０の各磁気抵抗効果素子に直流電流又は直流電圧を印加するための電源としては、例えば、それぞれが独立な電源であってもよく、二つのみが共通な電源であってもよく、あるいは、三つの全てが共通な電源であってもよい。
【０１１０】
また、図１１及び図１４〜図１８に示される例について、図１１及び図１４〜図１８に示される直流電流ＩＤＣに対して、第１回路ユニット１０の第１磁気抵抗効果素子１２と第２回路ユニット２０の第２磁気抵抗効果素子２２（又は第３磁気抵抗効果素子３２）との両方について、それぞれ、直流電流が流れる方向（又は直流電圧の方向）を反対にすることと、第１回路ユニット１０の信号ピーク位置の周波数と第２回路ユニット２０の信号ピーク位置の周波数の大小を入れ替えることとの両方を行ってもよい。
【０１１１】
上述のように、本実施形態にかかる磁気抵抗効果モジュール１０６〜１１１によると、磁気抵抗効果モジュール１０６〜１１１の優れた肩特性が得られる。また磁場駆動型素子４１のローレンチアン状の信号特性が重ね合わさることで、磁気抵抗効果モジュール１０６〜１１１の帯域幅を広くすることができる。
【０１１２】
上記実施形態におけるインダクタ９２は、抵抗素子に変えることができる。この抵抗素子は、抵抗成分により電流の高周波成分をカットする機能を有する。この抵抗素子は、チップ抵抗またはパターン線路による抵抗のいずれでもよい。この抵抗素子の抵抗値は、磁気抵抗効果素子から出力される信号線路の特性インピーダンス以上であることが好ましい。例えば、信号線路の特性インピーダンスが５０Ωであり、抵抗素子の抵抗値が５０Ωの場合は、４５％の高周波電力を抵抗素子によりカットできる。また信号線路の特性インピーダンスが５０Ωであり、抵抗素子の抵抗値が５００Ωの場合は、９０％の高周波電力を抵抗素子によりカットできる。この場合でも、磁気抵抗効果素子から出力された出力信号を第２のポート２に効率的に流すことができる。
【０１１３】
また、上記実施形態において、直流印加端子４に接続される電源９０が、電流の高周波成分をカットすると同時に電流の不変成分を通す機能を有する場合、インダクタ９２は無くても良い。この場合でも、磁気抵抗効果素子から出力された出力信号を第２のポート２に効率的に流すことができる。
【０１１４】
また、上記実施形態では、周波数設定機構８０を磁場印加機構とする例を基に説明したが、周波数設定機構８０には以下のような他の例も用いることができる。例えば、周波数設定機構として磁気抵抗効果素子に電場を印加する電場印加機構を用いてもよい。電場印加機構により、磁気抵抗効果素子の磁化自由層に印加される電場を変化させると、磁化自由層における異方性磁場が変化し、磁化自由層における有効磁場が変化する。そして、磁化自由層の強磁性共鳴周波数が設定される。
【０１１５】
また例えば、周波数設定機構として圧電体と電場印加機構を組み合わせてもよい。磁気抵抗効果素子の磁化自由層の近傍に圧電体を設け、その圧電体に電場を印加する。電場が印加された圧電体は変形し、磁化自由層を歪ませる。磁化自由層が歪むと、磁化自由層における異方性磁場が変化し、磁化自由層における有効磁場が変化する。そして、磁化自由層の強磁性共鳴周波数が設定される。
【０１１６】
また例えば、周波数設定機構として、電気磁気効果を有する反強磁性体又はフェリ磁性体である制御膜、制御膜に磁場を印加する機構、及び、制御膜に電場を印加する機構を用いてもよい。磁化自由層と磁気的に結合するように設けられた制御膜に電場及び磁場を印加する。制御膜に印加する電場及び磁場の少なくとも一方を変化させると、磁化自由層における交換結合磁場が変化し、磁化自由層における有効磁場が変化する。そして、磁化自由層の強磁性共鳴周波数が設定される。
【０１１７】
また周波数設定機構８０が無くても（磁場印加機構から静磁場が印加されなくても）、磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数が所望の周波数である場合は、周波数設定機構８０を有さなくてもよい。
【０１１８】
＜他の用途＞
また上記では磁気抵抗効果デバイスを高周波フィルタとして用いる場合を例に提示したが、磁気抵抗効果デバイスは増幅器（アンプ）等の高周波デバイスとしても利用できる。
【０１１９】
また磁気抵抗効果デバイスを増幅器として用いる場合は、電源９０から印加する直流電流又は直流電圧を所定の大きさ以上にする。このようにすることで、第１のポート１から入力される信号より第２のポート２から出力される信号が大きくなり、増幅器として機能する。
【０１２０】
上述のように、磁気抵抗効果デバイスは、増幅器等の高周波デバイスとして機能できる。
【符号の説明】
【０１２１】
１  第１のポート
２  第２のポート
３  基準電位端子
４  直流印加端子
１０  第１回路ユニット
２０  第２回路ユニット
３０  第３回路ユニット
１１  電流分岐型素子
２１  電流駆動型素子（直列型）
３１  電流駆動型素子（並列型）
４１  磁場駆動型素子
１２  第１磁気抵抗効果素子
２２  第２磁気抵抗効果素子
３２  第３磁気抵抗効果素子
４２  第４磁気抵抗効果素子
１２Ａ、２２Ａ、３２Ａ、４２Ａ  磁化固定層
１２Ｂ、２２Ｂ、３２Ｂ、４２Ｂ  磁化自由層
１２Ｃ、２２Ｃ、３２Ｃ、４２Ｃ  スペーサ層
１４  第１導体
１４ａ、４４ａ  第１端部
１４ｂ、４４ｂ  第２端部
２４、３４  第１電極
１５、２５、３５、４８  対向電極
４４  第２導体
４６  絶縁体
８０  周波数設定機構
９０  電源
９２  インダクタ
９４  コンデンサ
１００〜１１１  磁気抵抗効果モジュール
【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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