(57)【要約】【課題】磁場印加機構として用いられる磁性部材と高周波信号線路との間に存在する、キャパシタンス成分を小さくすることが可能な、磁気抵抗効果デバイスを提供する。【解決手段】本発明の磁気抵抗効果デバイス１００は、第１強磁性層１０１Ａと第２強磁性層１０１Ｂとの間にスペーサ層１０１Ｃが配置されるように、積層してなる磁気抵抗効果素子１０１と、積層方向Ｌに平行な方向における磁気抵抗効果素子１０１の一方の側に配され、磁気抵抗効果素子１０１側に第１突出部１０５を有する第１磁性部材１０２と、積層方向Ｌに平行な方向において、第１突出部１０５よりも磁気抵抗効果素子１０１側に配された高周波信号線路１０３と、を備え、第１突出部１０５が第１突出部１０５の突出方向Ｄに垂直な面Ｓと重なる領域の面積が、第１突出部の先端１０５Ａにおいて後端１０５Ｂより小さくなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１強磁性層と第２強磁性層との間にスペーサ層が配置されるように、積層してなる磁気抵抗効果素子と、
積層方向に平行な方向における前記磁気抵抗効果素子の一方の側に配され、前記積層方向に平行な方向における前記磁気抵抗効果素子側に第１突出部を有する第１磁性部材と、
前記積層方向に平行な方向において、前記第１突出部よりも前記磁気抵抗効果素子側に配された高周波信号線路と、を備え、
前記第１突出部が前記積層方向に平行な方向に垂直な面と重なる領域の面積が、前記第１突出部の先端において後端より小さくなっており、
前記高周波信号線路に流れる高周波電流、及び前記高周波信号線路から発生する磁場の少なくとも一方が、前記磁気抵抗効果素子に印加されるように、または、前記磁気抵抗効果素子から出力される高周波電流が前記高周波信号線路に流れるように、構成されていることを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。
【請求項２】
前記第１突出部の周囲に巻回されたコイルを、さらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項３】
前記面積が、前記第１突出部の先端に近づくにつれて単調減少していることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項４】
前記第１突出部が、複数の部分が突出方向に積み重ねられてなる多段構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項５】
前記部分のテーパー角度が、段ごとに異なっていることを特徴とする請求項４に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項６】
前記コイルが一層のスパイラルコイルを含み、前記一層のスパイラルコイルが、積み重ねられている複数の前記部分のうち、少なくとも２つの前記部分の周囲に巻回されていることを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項７】
前記積層方向に平行な方向における前記磁気抵抗効果素子の他方の側に、第２磁性部材が配されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項８】
前記第２磁性部材が、前記磁気抵抗効果素子側に第２突出部を有し、前記第２突出部が前記積層方向に平行な方向に垂直な面と重なる領域の面積が、前記第２突出部の先端において後端より小さくなっていることを特徴とする請求項７に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【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利用した磁気抵抗効果デバイスに関する。
【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が増加し、それに伴って、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。また、新しい高周波用部品への応用が期待されるスピントロニクスの分野の研究が、盛んに行われている。その中で注目されている現象の一つに、磁気抵抗効果素子によるスピントルク共鳴現象がある（非特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、磁気抵抗効果素子に交流電流を流すのと同時に、磁場印加機構を用いて静磁場を印加することにより、磁気抵抗効果素子に含まれる磁化自由層の磁化に強磁性共鳴を起こすことができ、強磁性共鳴周波数に対応した周波数で周期的に、磁気抵抗効果素子の抵抗値が振動する。また、磁気抵抗効果素子の抵抗値は、磁気抵抗効果素子の磁化自由層に高周波磁場を印加することによっても、同様に振動する。磁気抵抗効果素子に印加される静磁場の強さによって、強磁性共鳴周波数は変化し、一般的にその共鳴周波数は数〜数十ＧＨｚの高周波帯域に含まれる。
【０００４】
特許文献１では、磁気抵抗効果素子に印加する磁場の強さを変えることにより、強磁性共鳴周波数を変化させる技術が開示されており、この技術を利用した高周波フィルタのようなデバイスが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−６３３９７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４３８、Ｎｏ．７０６６、ｐｐ．３３９−３４２、１７  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、磁気抵抗効果素子に磁場を印加するための磁場印加機構の例として、電磁石型、ストリップライン型が挙げられているが、その詳細な構成については開示されていない。磁気抵抗効果素子に磁場を印加する方法として、一般的には、ヨーク等の磁性部材から発生する磁場を、磁気抵抗効果素子に印加する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、磁性部材と高周波信号線路との間に存在するキャパシタンス成分により、デバイスとしての高周波特性が劣化してしまう虞があることが、本発明者の研究によって分かっている。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、磁場印加機構として用いられる磁性部材と高周波信号線路との間に存在する、キャパシタンス成分を小さくすることが可能な、磁気抵抗効果デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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）本発明の一態様に係る磁気抵抗効果デバイスは、第１強磁性層と第２強磁性層との間にスペーサ層が配置されるように、積層してなる磁気抵抗効果素子と、積層方向に平行な方向における前記磁気抵抗効果素子の一方の側に配され、前記積層方向に平行な方向における前記磁気抵抗効果素子側に第１突出部を有する第１磁性部材と、前記積層方向に平行な方向において、前記第１突出部よりも前記磁気抵抗効果素子側に配された高周波信号線路と、を備え、前記第１突出部が前記積層方向に平行な方向に垂直な面と重なる領域の面積が、前記第１突出部の先端において後端より小さくなっており、前記高周波信号線路に流れる高周波電流、及び前記高周波信号線路から発生する磁場の少なくとも一方が、前記磁気抵抗効果素子に印加されるように、または、前記磁気抵抗効果素子から出力される高周波電流が前記高周波信号線路に流れるように、構成されている。
【００１１】
（２）上記（１）に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第１突出部の周囲に巻回されたコイルを、さらに備えていてもよい。
【００１２】
（３）上記（１）または（２）のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、  前記面積が、前記第１突出部の先端に近づくにつれて単調減少していることが好ましい。
【００１３】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第１突出部が、複数の部分が突出方向に積み重ねられてなる多段構造を有していてもよい。
【００１４】
（５）上記（４）に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記部分のテーパー角度が、段ごとに異なっていてもよい。
【００１５】
（６）上記（４）または（５）のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記コイルが、一層のスパイラルコイルを含み、前記一層のスパイラルコイルが、積み重ねられている複数の前記部分のうち、少なくとも２つの前記部分の周囲に巻回されていることが好ましい。
【００１６】
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記積層方向に平行な方向における前記磁気抵抗効果素子の他方の側に、第２磁性部材が配されていてもよい。
【００１７】
（８）上記（７）に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記第２磁性部材が、前記磁気抵抗効果素子側に第２突出部を有し、前記第２突出部が前記積層方向に平行な方向に垂直な面と重なる領域の面積が、前記第２突出部の先端において後端より小さくなっていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の磁気抵抗効果デバイスでは、磁場印加機構を担う磁性部材（第１磁性部材）が突出部（第１突出部）を有しており、高周波信号線路に近い位置にある突出部の先端の面積が小さくなっている。そのため、高周波信号線路と磁性部材との間に存在するキャパシタンス成分は小さくなる。したがって、本発明の磁気抵抗効果デバイスでは、全体として、高周波特性の劣化を抑えることができる。
【００１９】
また、本発明の磁気抵抗効果デバイスでは、磁性部材が有する突出部の後端の面積が、先端の面積に比べて大きくなっており、その分、突出部の後端における磁気抵抗を低減させることができる。したがって、磁束を増加させることができ、磁気抵抗効果素子に対して強い磁場を印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）本発明の第一実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。（ｂ）（ａ）の磁気抵抗効果デバイスを構成する第１突出部の拡大斜視図である。
【図２】第一実施形態の変形例１に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第四実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の第五実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の第六実施形態に係る、磁気抵抗効果デバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の磁気抵抗効果デバイスを適用した、高周波デバイスの回路の構成例を示す図である。
【図９】本発明の磁気抵抗効果デバイスを適用した、高周波デバイスの回路の他の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の磁気抵抗効果デバイスを適用した、高周波デバイスの回路の他の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の磁気抵抗効果デバイスを適用した、高周波デバイスの回路の他の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の磁気抵抗効果デバイスを適用した、高周波デバイスの回路の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明について、図面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、本発明の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等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。
【００２２】
＜第一実施形態＞
図１（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００の構成例を、模式的に示す断面図である。磁気抵抗効果デバイス１００は、少なくとも、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）１０１と、第１磁性部材１０２と、高周波電流が流れる高周波信号線路１０３と、を備えている。磁気抵抗効果デバイス１００は、高周波信号線路１０３から発生する磁場（高周波磁場）、および、第１磁性部材１０２から発生する磁場（静磁場）が、磁気抵抗効果素子１０１に印加されるように構成されている。
【００２３】
磁気抵抗効果素子１０１は、第１強磁性層１０１Ａと第２強磁性層１０１Ｂとの間にスペーサ層（非磁性層等）１０１Ｃが配置されるように、積層されてなる。第１強磁性層１０１Ａと第２強磁性層１０１Ｂとは、一方が磁化固定層として機能し、他方が磁化自由層として機能する。この場合、磁化固定層の磁化の向きに対して磁化自由層の磁化の向きが相対的に変化する。第１強磁性層１０１Ａと第２強磁性層１０１Ｂとは、保磁力が互いに異なっており、磁化固定層として機能する層の保磁力の方が磁化自由層として機能する層の保磁力よりも大きい。第１強磁性層１０１Ａ、第２強磁性層１０１Ｂの厚さは、１〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００２４】
第１強磁性層１０１Ａ、第２強磁性層１０１Ｂは、互いに保磁力が異なるように、強磁性を有する公知の材料、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属、およびこれらの金属を１種類以上含む強磁性合金等から選択される材料からなる。また、第１強磁性層１０１Ａ、第２強磁性層１０１Ｂは、これらの金属と、Ｂ、Ｃ、およびＮのうち、少なくとも１種類以上の元素とを含む合金（具体的には、Ｃｏ−ＦｅやＣｏ−Ｆｅ−Ｂ）等からなる場合もある。
【００２５】
また、より高い出力を得るためには、Ｃｏ２ＦｅＳｉ等のホイスラー合金を用いることが好ましい。ホイスラー合金は、Ｘ２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物を含む。Ｘは、周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、あるいはＣｕ族の遷移金属元素または貴金属元素であり、Ｙは、Ｍｎ、Ｖ、ＣｒあるいはＴｉ族の遷移金属、または、Ｘと同じ元素であり、Ｚは、ＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。ホイスラー合金としては、例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＳｉやＣｏ２Ｍｎ１−ａＦｅａＡｌｂＳｉ１−ｂ等が挙げられる。
【００２６】
磁化固定層として機能する強磁性層（磁化固定層）の磁化を固定するために、磁化固定層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。
【００２７】
スペーサ層１０１Ｃには、非磁性の材料を用いることが好ましい。スペーサ層１０１Ｃは、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、または、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層によって構成されている。
【００２８】
例えば、スペーサ層１０１Ｃが絶縁体によって構成される場合は、磁気抵抗効果素子１０１はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果素子となり、スペーサ層１０１Ｃが金属によって構成される場合は巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果素子となる。
【００２９】
スペーサ層１０１Ｃとして絶縁材料を適用する場合、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯ等の絶縁材料を用いることができる。第１強磁性層１０１Ａと第２強磁性層１０１Ｂ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１０１Ｃ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１０１Ｃの厚さは、０．５〜３．０ｎｍ程度であることが好ましい。
【００３０】
スペーサ層１０１Ｃが導電材料によって構成される場合、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１０１Ｃの厚さは、０．５〜３．０ｎｍ程度であることが好ましい。
【００３１】
スペーサ層１０１Ｃが半導体によって構成される場合、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１０１Ｃの厚さは、１．０〜４．０ｎｍ程度であることが好ましい。
【００３２】
スペーサ層１０１Ｃとして、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によって構成される絶縁体中に、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１０１Ｃの厚さは、０．５〜２．０ｎｍ程度であることが好ましい。
【００３３】
磁気抵抗効果素子１０１は、第１強磁性層１０１Ａ、第２強磁性層１０１Ｂの両方ともを磁化自由層とし、２つの磁化自由層とこれら２つの磁化自由層の間に配置されたスペーサ層を有する磁気抵抗効果素子とすることもできる。この場合、第１強磁性層１０１Ａと第２強磁性層１０１Ｂは、互いの磁化方向が相対的に変化可能である。一例として、２つの磁化自由層同士が、スペーサ層を介して磁気的に結合した磁気抵抗効果素子を挙げることができる。より具体的には、外部磁場が印加されない状態で２つの磁化自由層の磁化の方向が互いに反平行になるように、２つの磁化自由層同士がスペーサ層を介して磁気的に結合する例が挙げられる。
【００３４】
第１磁性部材１０２は、磁気抵抗効果素子１０１に対して静磁場を印加するための、磁場印加機構として機能する部材であり、基部１０４と、積層方向Ｌに平行な方向における磁気抵抗効果素子１０１側（基部の一面１０４Ａ側）に第１突出部１０５と、を有している。第１突出部１０５は、基部の一面１０４Ａから、積層方向Ｌに平行な方向における磁気抵抗効果素子１０１側に突出している。第１磁性部材１０２は、積層方向Ｌに平行な方向における磁気抵抗効果素子１０１の一方の側（図１（ａ）では上側）に配されている。基部１０４と第１突出部１０５とは、一体であってもよいし、別体であってもよい。
【００３５】
図１（ｂ）は、第１突出部１０５の拡大斜視図である。積層方向Ｌに平行な方向に垂直な面Ｓ（この例では、第１突出部１０５の突出方向Ｄに垂直な面Ｓ）と、第１突出部１０５とを積層方向Ｌに平行な方向から平面視したときに、第１突出部１０５のうち面Ｓと重なる領域の面積は、第１突出部１０５の先端１０５Ａにおいて後端１０５Ｂより小さくなっている。つまり、図１（ｂ）に示すように、面Ｓと第１突出部１０５の先端１０５Ａとが重なる領域Ｓ１の面積が、面Ｓと第１突出部１０５の後端１０５Ｂとが重なる領域Ｓ２の面積より小さくなっている。
【００３６】
本実施形態では、第１突出部１０５のうち面Ｓと重なる領域の面積が、第１突出部の先端１０５Ａに近づくにつれて単調減少している場合を例示しているが、先端１０５Ａと後端１０５Ｂの間においては、面Ｓと重なる領域の面積の増減が制限されることはない。つまり、先端１０５Ａと後端１０５Ｂの間の任意の位置において、面Ｓと重なる領域の面積が、領域Ｓ１の面積より小さくなっていてもよいし、領域Ｓ２の面積より大きくなっていてもよい。
【００３７】
積層方向Ｌに平行な方向における、第１磁性部材１０２と高周波信号線路１０３との最短距離を距離ｄとする。距離ｄは、積層方向Ｌに平行な方向成分の距離である。第１突出部１０５は、積層方向Ｌに平行な方向における磁気抵抗効果素子１０１側に向く面（図１では下側に向く面、すなわち、第１突出部の先端１０５Ａおよび傾斜面１０５Ｃ）として、高周波信号線路１０３からの積層方向Ｌに平行な方向成分の距離が、この距離ｄの２倍以上となる面を有することが好ましい。積層方向Ｌに平行な方向からの平面視において、このような面の部分の面積は、第１突出部１０５の面積（この例では領域Ｓ２の面積に等しくなる）の１／５以上あることが好ましい。
【００３８】
第１磁性部材１０２の材料としては、軟磁性体、硬磁性体のいずれであってもよい。図１では、第１磁性部材１０２として軟磁性体（ヨーク）を用いる場合について例示しており、第１突出部１０５の周囲に、磁気抵抗効果素子に磁場を印加するためのコイル１０６が巻かれている。この例では、コイル１０６は金属パターンを渦巻き状に巻回させたスパイラルコイルの例を示しているが、コイル１０６の種類については限定されない。ここでは、コイル１０６の奥行き部分の図示を省略している。また、コイル１０６に流す電流値を調整することにより、磁気抵抗効果素子１０１に印加される静磁場の大きさを変化させることができる。
【００３９】
なお、図１では、第１突出部１０５の周囲にコイル１０６が巻かれている例を示しているが、コイル１０６は、第１磁性部材１０２の他の部分に巻かれていてもよい。
【００４０】
第１磁性部材１０２を軟磁性体とする場合には、その材料として、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏのうちの少なくとも1つを含む金属又は合金等の軟磁性材料（一例として、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等）を用いることができる。
【００４１】
第１磁性部材１０２を硬磁性体とする場合には、図１（ａ）のように第１磁性部材１０２の周囲にコイル１０６を巻いてもよいし、巻かなくてもよい。第１磁性部材１０２として硬磁性体を用いる場合には、その材料として、ＣｏＰｔ合金、ＦｅＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金等を用いることができる。また、上記した軟磁性材料にＩｒＭｎ等の反強磁性体を磁気的に結合させ、軟磁性材料の磁化の方向を固定したものも、第１磁性部材１０２として用いることができる。その場合には、図１（ａ）のように第１磁性部材１０２の周囲にコイルを巻いてもよいし、巻かなくてもよい。
【００４２】
高周波信号線路１０３は、積層方向Ｌに平行な方向において、第１突出部１０５（具体的にはその先端１０５Ａ）よりも磁気抵抗効果素子１０１側に配されている。積層方向Ｌからの平面視において、高周波信号線路１０３は、磁気抵抗効果素子１０１の一部または全部と重なっていてもよいし、重なっていなくてもよい。
【００４３】
高周波信号線路１０３の本数が限定されることはなく、１本であってもよいし、複数本であってもよい。複数本である場合、高周波信号線路１０３は、それぞれから発生する高周波磁場が磁気抵抗効果素子１０１の位置で強め合うように、配置されることが好ましい。
【００４４】
磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌの両端には、それぞれ、線路１０７、１０８が接続されている。線路１０７および線路１０８の少なくとも一方を介して、磁気抵抗効果素子１０１に電流又は電圧が印加される。また、線路１０７および線路１０８の少なくとも一方は、磁気抵抗効果素子１０１から出力される信号を伝える。例えば、磁気抵抗効果素子１０１には、線路１０７および線路１０８を介して直流電流又は直流電圧が印加される。また、例えば、信号線路１０８は、磁気抵抗効果素子１０１から出力される信号（高周波電流または高周波電圧）を伝える。磁気抵抗効果素子１０１への通電性を高める上で、磁気抵抗効果素子１０１の両端に、電極が設けられていることが好ましい。ここでは、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向における上端に設けられた電極を上部電極１０９、下端に設けられた電極を下部電極１１０と呼ぶ。線路１０７、線路１０８、上部電極１０９および下部電極１１０の材料としては、例えば、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｕＣｕ、Ｒｕ、Ａｌ等の導電性を有するものを用いることができる。
【００４５】
磁性部材と高周波信号線路との間に存在するキャパシタンス成分の影響によって、磁性部材と高周波信号線路との間に高周波電流が流れる経路ができるため、このキャパシタン成分が大きいと磁気抵抗効果デバイスの高周波特性が劣化することがある。例えば、高周波信号線路を流れる高周波電流の一部が、磁性部材側に分流してしまい、磁気抵抗効果素子に印加される高周波信号（高周波磁界や後述する高周波電流）の強度が低下することがある。また、分流した高周波電流が磁気抵抗効果素子を経由せずに出力側に流れてしまうこともある。そのため、磁気抵抗効果デバイスを例えば後述する高周波フィルタに適用する場合には、高周波フィルタの通過特性や遮断特性が劣化することがある。
【００４６】
これに対し、本実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００では、磁場印加機構を担う第１磁性部材１０２が第１突出部１０５を有しており、高周波信号線路１０３に近い位置にある第１突出部１０５の先端１０５Ａ（領域Ｓ１）の面積が後端１０５Ｂ（領域Ｓ２）の面積よりも小さくなっている。そのため、高周波信号線路１０３と第１磁性部材１０２との間に存在するキャパシタンス成分は小さくなる。したがって、本実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００では、全体として、上述した高周波特性（通過特性、遮断特性）の劣化を抑えることができる。
【００４７】
積層方向Ｌに平行な方向からの平面視において、第１突出部１０５の先端１０５Ａが、高周波信号線路１０３と重なっていない場合であっても、面Ｓと先端１０５Ａとが重なる領域Ｓ１の面積が、面Ｓと後端１０５Ｂとが重なる領域Ｓ２の面積より小さくなっていれば、キャパシタンス成分が小さくなる効果を得ることができる。キャパシタンス成分を小さくする効果は、積層方向Ｌに平行な方向からの平面視における、第一突出部１０５の高周波信号線路１０３と重なっている部分において、面Ｓと先端１０５Ａとが重なる領域の面積が、面Ｓと後端１０５Ｂとが重なる領域の面積より小さくなる構成とすることによって、より顕著なものとなる。この場合、積層方向Ｌに平行な方向からの平面視における、第一突出部１０５の高周波信号線路１０３と重なっている部分において、第１突出部１０５のうち面Ｓと重なる領域の面積が、第１突出部の先端１０５Ａに近づくにつれて単調減少していてもよい。
【００４８】
また、本実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００では、第１磁性部材１０２が有する第１突出部の後端１０５Ｂ（領域Ｓ２）の面積が、先端１０５Ａ（領域Ｓ１）の面積に比べて大きくなっており、その分、第１突出部の後端１０５Ｂにおける磁気抵抗を低減させることができる。したがって、磁束を増加させることができ、磁気抵抗効果素子１０１に対して強い磁場を印加することができる。
【００４９】
（変形例１）
図２は、本実施形態の変形例１に係る磁気抵抗効果デバイス１５０の構成を、模式的に示す断面図である。図１に示す第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果デバイス１５０では、第１磁性部材１０２の第１突出部１０５の先端１０５Ａが尖っている。第１突出部１０５以外の構成については、上述した本実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００の構成（図１）と同様である。
【００５０】
この場合にも、第１突出部１０５を積層方向Ｌに平行な方向から平面視したときに、第１突出部１０５のうち、積層方向Ｌに平行な方向に垂直な面（この例では、突出方向Ｄに垂直な面）と重なる領域の面積は、第１突出部１０５の先端１０５Ａにおいて後端１０５Ｂより小さくなっている。つまり、第１突出部１０５の先端１０５Ａの面積が、０ｎｍ２あるいはそれに近い値を示すことになり、後端１０５Ｂの面積（断面積）より小さくなっている。
【００５１】
変形例１の磁気抵抗効果デバイス１５０では、図１の磁気抵抗効果デバイス１００のように、第１突出部の先端１０５Ａが面を形成している場合に比べて、キャパシタンス成分を小さくすることができ、高周波特性の劣化をより抑えることができる。
【００５２】
＜第二実施形態＞
図３は、本発明の第二実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス２００の構成例を、模式的に示す断面図である。第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果デバイス２００では、磁気抵抗効果素子１０１に高周波電流を流すために、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌの両端に、それぞれ高周波信号線路１１１、１１２が接続されており、高周波信号線路１１１または高周波信号線路１１２を流れる高周波電流が磁気抵抗効果素子１０１に印加される。磁気抵抗効果素子１０１への通電性を高める上で、第１実施形態と同様に、磁気抵抗効果素子１０１の両端に、上部電極１０９、下部電極１１０が設けられていることが好ましい。磁気抵抗効果デバイス２００は、第一実施形態での高周波信号線路１０３に対応する構成要素を有しておらず、線路１０７、１０８が高周波信号線路１１１、１１２に置き換わっている点以外の構成については、第１実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００の構成（図１）と同様であり、高周波特性の劣化を抑えることに関して、磁気抵抗効果デバイス１００と同様の効果を奏する。
【００５３】
＜第三実施形態＞
図４は、本発明の第三実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス２１０の構成例を、模式的に示す断面図である。第一実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。磁気抵抗効果デバイス２１０では、第１突出部１０５は、複数の部分１１３、１１４が突出方向Ｄに積み重ねられてなる多段構造を有する。図４では、第１突出部１０５が２段構造を有している場合を例示しているが、３段以上の構造を有していてもよい。コイル１０６は、金属パターンを渦巻き状に巻回させた一層のスパイラルコイルで構成され、一層のスパイラルコイルが、積み重ねられている複数の部分１１３、１１４の周囲に跨って巻回されている。第１突出部１０５が３つ以上の複数の部分を積み重ねた多段構造を有している場合、当該一層のスパイラルコイルは、この複数の部分のうち、少なくとも２つの部分の周囲に跨って巻回されている。
【００５４】
第１突出部１０５が多段構造である場合、第１突出部１０５の体積を大きくすることができ、第１突出部１０５の磁気抵抗を低減させることができるため、磁気抵抗効果素子１０１に対して強い磁場を印加することができる。第１突出部１０５以外の構成については、第１実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００の構成（図１）と同様であり、高周波特性の劣化を抑えることに関して、磁気抵抗効果デバイス１００と同様の効果を奏する。
【００５５】
＜第四実施形態＞
図５は、本発明の第四実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス２２０の構成を、模式的に示す断面図である。第一、第三実施形態と同じ箇所は、形状の違いによらず、同じ符号で示している。第１突出部１０５が多段構造を有する場合であっても、第１突出部１０５の各段を構成する部分１１３、１１４の側壁は、それぞれテーパー形状を有していてもよく、その場合、部分１１３、１１４の側壁のテーパー角度は、段ごとに異なっていてもよい。本実施形態の磁気抵抗効果デバイス１５０では、段差部分１１５を境にして、部分１１３の側壁と部分１１４の側壁とでテーパー角度が異なっている。第１突出部１０５の側壁のテーパー角度以外の構成については、上述した第三実施形態の磁気抵抗効果デバイス４００の構成（図４）と同様である。
【００５６】
この場合にも、第１突出部１０５を積層方向Ｌに平行な方向から平面視したときに、第１突出部１０５のうち、積層方向Ｌに平行な方向に垂直な面（この例では、突出方向Ｄに垂直な面）と重なる領域の面積は、第１突出部１０５の先端１０５Ａにおいて後端１０５Ｂより小さくなっている。したがって、本実施形態の磁気抵抗効果デバイス２２０でも、上述した実施形態と同様にキャパシタンス成分を小さくすることができ、高周波特性の劣化を抑えることができる。
【００５７】
＜第五実施形態＞
図６は、本発明の第五実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス２３０の構成を、模式的に示す断面図である。第一実施形態と同じ箇所は、同じ符号で示している。本実施形態の磁気抵抗効果デバイス２３０では、積層方向Ｌに平行な方向における磁気抵抗効果素子１０１の他方の側（図６では下側）、すなわち、磁気抵抗効果素子１０１を挟んで第１磁性部材１０２の反対側に、第２磁性部材１１６が配されている。第１磁性部材１０２と第２磁性部材１１６とは、コイル１０６の外周部より外側の領域において、直接または他の磁性部材を介して連結されていることが好ましい。
【００５８】
第２磁性部材１１６は、磁気抵抗効果素子１０１に対して静磁場を印加するための、磁場印加機構として機能する部材であり、第１磁性部材１０２と同様の材料で構成されている。第２磁性部材１１６以外の構成については、上述した第一実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００の構成（図１）と同様である。
【００５９】
第２磁性部材１１６が配されていることにより、第１磁性部材１０２から発生する磁束の多くが、この第２磁性部材１１６に向かって延び、その途中にある磁気抵抗効果素子１０１を貫通する。その結果として、磁気抵抗効果素子１０１に対してさらに強い磁場が印加されることになり、その分、第１磁性部材１０２と高周波信号線路１０３との距離をさらに広げることができる。したがって、第１磁性部材１０２と高周波信号線路１０３との間に存在するキャパシタンス成分をさらに減らすことができる。
【００６０】
＜第六実施形態＞
図７は、本発明の第六実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス２４０の構成を、模式的に示す断面図である。本実施形態の磁気抵抗効果デバイス２４０でも、第五実施形態と同様に、磁気抵抗効果素子１０１の他方の側に第２磁性部材１１６が配されている。ただし、本実施形態の第２磁性部材１１６は、基部１１７と、基部の一面１１７Ａから磁気抵抗効果素子１０１側に突出する第２突出部１１８とを有し、第２突出部１１８が積層方向Ｌに平行な方向に垂直な面（この例では、第２突出部１１８の突出方向Ｄ２に垂直な面）と重なる領域の面積が、第２突出部の先端１１８Ａにおいて後端１１８Ｂより小さくなっている。
【００６１】
本実施形態では、第２磁性部材１１６が、第１磁性部材１０２と同様の構成の突出部１１８を有している。そのため、高周波信号線路１０３と第２磁性部材１１６との間に存在するキャパシタンス成分を小さくすることができる。
【００６２】
（適用例１）
図８は、上記磁気抵抗効果デバイス１００を適用した、高周波デバイス２５０の回路の一例を示している。磁気抵抗効果デバイス１００を、変形例１の磁気抵抗効果デバイス１５０または、他の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス２１０、２２０、２３０、２４０に置き換えてもよい。なお、上述した磁気抵抗効果素子、高周波信号線路、第１磁性部材とともに、他の回路素子等が組み込まれた高周波デバイス２５０を総称して、磁気抵抗効果デバイスと呼ぶことがある。高周波デバイス２５０は、磁気抵抗効果素子１０１と、第１磁性部材（磁場印加機構）１０２と、高周波信号線路１０３と、直流印加端子１１９とを備える。高周波デバイス２５０は、第１のポート１２０から信号が入力され、第２のポート１２１から信号を出力する。
【００６３】
＜磁気抵抗効果素子、磁場印加機構＞
磁気抵抗効果素子１０１と第１磁性部材１０２には、一例として、上述の第一実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス１００の構成を満たすものが用いられる。本適用例１では、第１強磁性層１０１Ａが磁化固定層として機能し、第２強磁性層１０１Ｂが磁化自由層として機能する例で説明する。後述する適用例２〜５についても同様である。
【００６４】
第１磁性部材１０２を用いて、出力信号の周波数を設定することができる。出力信号の周波数は、磁化自由層として機能する第２強磁性層１０１Ｂの強磁性共鳴周波数によって変化する。第２強磁性層１０１Ｂの強磁性共鳴周波数は、第２強磁性層１０１Ｂにおける有効磁場によって変化する。第２強磁性層１０１Ｂにおける有効磁場は、外部磁場（静磁場）の影響を受ける。そのため、第１磁性部材１０２から第２強磁性層１０１Ｂに印加する外部磁場の大きさを変えることで、第２強磁性層１０１Ｂの強磁性共鳴周波数を変えることができる。
【００６５】
＜第１のポート及び第２のポート＞
第１のポート１２０は、高周波デバイス２５０の入力端子である。第１のポート１２０は、高周波信号線路１０３の一端に対応する。第１のポート１２０に交流信号源（図示略）を接続することで、高周波デバイス２５０に交流信号（高周波信号）を印加することができる。高周波デバイス２５０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。
【００６６】
第２のポート１２１は、高周波デバイス２５０の出力端子である。第２のポート１２１は、磁気抵抗効果素子１０１から出力される信号を伝える出力信号線路１２２の一端に対応する。出力信号線路１２２は、図１に示した線路１０８に対応する。
【００６７】
＜高周波信号線路＞
図８における高周波信号線路１０３は、一端が第１のポート１２０に接続されている。また、高周波デバイス２５０は、高周波信号線路１０３の他端が基準電位端子１２３を介して基準電位に接続されて用いられる。図８では、基準電位としてグラウンドＧに接続している。グラウンドＧは、高周波デバイス２５０の外部に付設されるものとすることができる。第１のポート１２０に入力される高周波信号とグラウンドＧとの電位差に応じて、高周波信号線路１０３内に高周波電流が流れる。高周波信号線路１０３内に高周波電流が流れると、高周波信号線路１０３から高周波磁場が発生する。磁気抵抗効果素子１０１の第２強磁性層１０１Ｂには、この高周波磁場が印加される。
【００６８】
＜出力信号線路、線路＞
出力信号線路１２２は、磁気抵抗効果素子１０１から出力された信号を伝播する。磁気抵抗効果素子１０１から出力される信号は、磁化自由層として機能する第２強磁性層１０１Ｂの強磁性共鳴を利用して選択された周波数の信号である。図８における出力信号線路１２２は、一端が磁気抵抗効果素子１０１に接続され、他端が第２のポート１２１に接続されている。すなわち、図８における出力信号線路１２２は、磁気抵抗効果素子１０１と第２のポート１２１とを繋ぐ。
【００６９】
また、電源１２７、出力信号線路１２２、磁気抵抗効果素子１０１、線路１２４、グラウンドＧによる閉回路を構成する部分と、第２のポート１２１との間の出力信号線路１２２（一例として、インダクタ１２５の出力信号線路１２２への接続箇所と第２のポート１２１との間の出力信号線路１２２）には、コンデンサを設けてもよい。当該部分にコンデンサを設けることで、第２のポート１２１から出力される出力信号に、電流の不変成分が加わることを避けることができる。
【００７０】
線路１２４は、一端が磁気抵抗効果素子１０１に接続されている。線路１２４は、図１に示した線路１０７に対応する。また、高周波デバイス２５０は、線路１２４の他端が基準電位端子１２６を介して基準電位に接続されて用いられる。図８では線路１２４を、高周波信号線路１０３の基準電位と共通のグラウンドＧに接続しているが、その他の基準電位に接続してもよい。回路構成を簡便にするためには、高周波信号線路１０３の基準電位と線路１２４の基準電位とは共通していることが好ましい。
【００７１】
各線路及びグラウンドＧの形状としては、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）型を適用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）型を適用する場合、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、線路の伝送損失を抑えることができる。
【００７２】
＜直流印加端子＞
直流印加端子１１９は、電源１２７に接続され、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向に直流電流又は直流電圧を印加する。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１２７は、直流電流源であってもよいし、直流電圧源であってもよい。
【００７３】
電源１２７は、一定の直流電流を発生可能な直流電流源であってもよいし、一定の直流電圧を発生可能な直流電圧源であってもよい。また、電源１２７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あってもよいし、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あってもよい。
【００７４】
磁気抵抗効果素子１０１に印加される電流の電流密度は、磁気抵抗効果素子１０１の発振閾値電流密度よりも小さいことが好ましい。磁気抵抗効果素子の発振閾値電流密度とは、磁気抵抗効果素子の磁化自由層として機能する強磁性層の磁化が、一定周波数および一定の振幅で歳差運動を開始し、磁気抵抗効果素子が発振する（磁気抵抗効果素子の出力（抵抗値）が一定周波数及び一定の振幅で変動する）閾値となる電流密度を意味している。
【００７５】
直流印加端子１１９と出力信号線路１２２との間には、インダクタ１２５が配設されている。インダクタ１２５は、電流の高周波成分をカットし、電流の不変成分を通す。インダクタ１２５により磁気抵抗効果素子１０１から出力された出力信号（高周波信号）は第２のポート１２１に効率的に流れる。また、インダクタ１２５により、電流の不変成分は、電源１２７、出力信号線路１２２、磁気抵抗効果素子１０１、線路１２４、グラウンドＧで構成される閉回路を流れる。
【００７６】
インダクタ１２５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１２５のインダクタンスは１０ｎＨ以上であることが好ましい。
【００７７】
＜高周波デバイスの機能＞
高周波デバイス２５０に第１のポート１２０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が高周波信号線路１０３内を流れる。高周波信号線路１０３内を流れる高周波電流により発生する高周波磁場が、磁気抵抗効果素子１０１の第２強磁性層１０１Ｂに印加される。
【００７８】
磁化自由層として機能する第２強磁性層１０１Ｂの磁化は、高周波信号線路１０３により第２強磁性層１０１Ｂに印加された高周波磁場の周波数が、第２強磁性層１０１Ｂの強磁性共鳴周波数に近い場合に大きく振動する。この現象が、強磁性共鳴現象である。
【００７９】
第２強磁性層１０１Ｂの磁化の振動が大きくなると、磁気抵抗効果素子１０１における抵抗値変化が大きくなる。例えば、直流印加端子１１９から、一定の直流電流が磁気抵抗効果素子１０１に印加される場合には、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値変化は、上部電極１０９と下部電極１１０との間の電位差の変化として、第２のポート１２１から出力される。また、例えば、直流印加端子１１９から一定の直流電圧が磁気抵抗効果素子１０１に印加される場合には、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値変化は、下部電極１１０と上部電極１０９との間を流れる電流値の変化として第２のポート１２１から出力される。
【００８０】
すなわち、第１のポート１２０から入力された高周波信号の周波数が、第２強磁性層１０１Ｂの強磁性共鳴周波数に近い周波数である場合には、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値の変動量が大きく、第２のポート１２１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、第２強磁性層１０１Ｂの強磁性共鳴周波数から外れている場合には、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値の変動量が小さく、第２のポート１２１から信号がほとんど出力されない。すなわち、高周波デバイス２５０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機能する。
【００８１】
＜他の用途＞
また、上記適用例では、高周波デバイス２５０を高周波フィルタとして用いる場合を提示したが、高周波デバイス２５０はアイソレータ、フェイズシフタ、増幅器（アンプ）等の高周波デバイスにも適用することができる。
【００８２】
高周波デバイス２５０をアイソレータとして用いる場合には、第２のポート１２１から信号を入力する。第２のポート１２１から信号を入力しても、第１のポート１から出力されることはないため、アイソレータとして機能する。
【００８３】
また、高周波デバイス２５０をフェイズシフタとして用いる場合は、出力される周波数帯域が変化する場合において、出力される周波数帯域の任意の１点の周波数に着目する。出力される周波数帯域が変化する際に、特定の周波数における位相は変化するため、フェイズシフタとして機能する。
【００８４】
また、高周波デバイス２５０を増幅器として用いる場合には、電源１２７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１２０から入力される信号より、第２のポート１２１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。
【００８５】
上述のように、高周波デバイス２５０は、高周波フィルタ、アイソレータ、フェイズシフタ、増幅器等の高周波デバイスとして機能させることができる。
【００８６】
図８では磁気抵抗効果素子１０１が一つである場合を例示したが、磁気抵抗効果素子１０１は複数あってもよい。この場合、複数の磁気抵抗効果素子１０１は、互いに並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよい。例えば、強磁性共鳴周波数の異なる磁気抵抗効果素子１０１を複数利用することで、選択周波数の帯域（通過周波数帯域）を広くすることができる。また、一つの磁気抵抗効果素子１００からの出力信号を出力する出力信号線路１２２で発生した高周波磁場を、別の磁気抵抗効果素子１０１に印加する構成としてもよい。このような構成にすると、出力される信号が複数回に渡ってフィルタリングされるため、高周波信号のフィルタリング精度を高めることができる。
【００８７】
（適用例２）
図８で示した高周波デバイス２５０は、高周波信号線路１０３からの高周波磁場を第２強磁性層１０１Ｂに印加することで駆動するタイプのものであったが、高周波デバイスは、このタイプに限られない。図９は、第二実施形態として上述したように、高周波信号線路に流れる高周波電流を磁気抵抗効果素子１０１に印加することによって、駆動するタイプの高周波デバイス２６０の回路の一例を示している。本適用例２では、第二実施形態として上述した磁性部材（第１磁性部材１０２）を適用している。上述した図８に示す高周波デバイス２５０と同様の構成については、同様の符号を付す。第一実施形態の変形例１および第三〜第六実施形態として上述した磁性部材（第１磁性部材１０２または第２磁性部材１１６）の構成のいずれかを適用してもよい。後述する適用例３〜５についても同様である。
【００８８】
高周波デバイス２６０は、磁気抵抗効果素子１０１と、第１磁性部材（磁場印加機構）１０２と、直流印加端子１１９と、入力信号線路１２８と、出力信号線路１２９とを備える。入力信号線路１２８、出力信号線路１２９は、それぞれ図３に示した高周波信号線路１１１、１１２に対応する。入力信号線路１２８は、第１のポート１２０と上部電極１０９の間の配線であり、出力信号線路１２９は、第２のポート１２１と下部電極１１０との間の配線である。
【００８９】
高周波デバイス２６０は、第１のポート１２０から信号が入力され、第２のポート１２１から信号を出力する。図９に示す高周波デバイス２６０では、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌに高周波電流を流すことで生じるスピントランスファートルクにより、第２強磁性層１０１Ｂの磁化が振動する。入力される高周波信号が、第２強磁性層１０１Ｂの強磁性共鳴周波数（この場合、磁気抵抗効果素子１０１のスピントルク共鳴周波数ともいう）と同じである場合、第２強磁性層１０１Ｂの磁化は大きく振動する。第２強磁性層１０１Ｂの磁化が周期的に振動することで、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値が周期的に変化する。
【００９０】
図９に示すように、直流電流が磁気抵抗効果素子１０１の中を磁化自由層から磁化固定層の方向に流れるように、直流印加端子１１９から直流電流又は直流電圧を印加する場合には、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値は高周波電流と同位相で周期的に変化する。このため、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値の変動量が大きいほど、第２のポート１２１から大きな出力信号（出力電力）が得られる。
【００９１】
つまり、第１のポート１２０から入力された高周波信号の周波数が、第２強磁性層１０１Ｂの強磁性共鳴周波数に近い周波数である場合には、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値の変動量が大きく、第２のポート１２１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第２強磁性層１０１Ｂの強磁性共鳴周波数から外れている場合は、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値の変動量が小さく、第２のポート１２１から信号がほとんど出力されない。すなわち、高周波デバイス２６０も、特定の周波数の高周波信号を選択的に通過させる高周波フィルタとして機能させることができる。
【００９２】
また、直流電流が磁気抵抗効果素子１０１の中を磁化固定層から磁化自由層の方向に流れるように、直流印加端子１１９から直流電流又は直流電圧を印加する場合には、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値は高周波電流から１８０°ずれた位相で周期的に変化する。この場合、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値の変動量が大きいほど、第２のポート１２１からの出力信号（出力電力）が小さくなるようにすることもできる。この場合、高周波デバイス２６０を、特定の周波数の高周波信号を選択的に遮断する高周波フィルタとして機能させることができる。
【００９３】
（適用例３）
例えば、図１０に示すように、第１のポート１２０と基準電位端子１２３に接続された高周波信号線路１３０が、磁気抵抗効果素子１０１に接続された下部電極１１０又は上部電極１０９を兼ねてもよい。図１０は、高周波信号線路１３０が、磁気抵抗効果素子１０１に接続された上部電極１０９を兼ねる高周波デバイス２７０の模式図である。この場合、高周波信号線路１３０内を流れる高周波電流により高周波信号線路１３０から発生し磁気抵抗効果素子１０１（第２強磁性層１０１Ｂ）に印加される高周波磁場を利用して、第２強磁性層１０１Ｂの磁化を振動させることができる。また、高周波信号線路１３０から印加され、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌに流れる高周波電流により生じるスピントランスファートルクを利用して第２強磁性層１０１Ｂの磁化を振動させてもよい。また、高周波信号線路１３０の上部電極に相当する部分を流れる高周波電流の流れる向きと直交する方向に生じるスピン流によるスピンオービットトルクを利用して、第２強磁性層１０１Ｂの磁化を振動させてもよい。つまり、これら高周波磁場、スピントランスファートルクおよびスピンオービットトルクのうち少なくとも１つを利用して、第２強磁性層１０１Ｂの磁化を振動させることができる。
【００９４】
上記適用例１〜３において、直流印加端子１１９は、それぞれインダクタ１２５とグラウンドＧとの間に接続されてもよいし、上部電極１０９とグラウンドＧとの間に接続されてもよい。
【００９５】
また、上記適用例１〜３におけるインダクタ１２５にかえて、抵抗素子を用いてもよい。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あってもよい。この抵抗素子の抵抗値は、出力信号線路１２２、１２９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、出力信号線路１２２、１２９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である場合は、４５％の高周波電力を抵抗素子によりカットすることができる。また、出力信号線路１２２、１２９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である場合は、９０％の高周波電力を抵抗素子によりカットすることができる。この場合でも、磁気抵抗効果素子１０１から出力された出力信号を、第２のポート１２１に効率的に流すことができる。
【００９６】
また、上記適用例１〜３において、直流印加端子１１９に接続される電源１２７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１２５は無くても良い。この場合でも、磁気抵抗効果素子１０１から出力された出力信号を、第２のポート１２１に効率的に流すことができる。
【００９７】
（適用例４）
以上では、本発明の磁気抵抗効果デバイスをフィルタとして用いる場合について例示したが、本発明の磁気抵抗効果デバイスは、磁気抵抗効果素子に直流電流を印加することにより、磁化自由層の磁化に振動が発生するスピントルク発振効果を利用した、発振器にも適用可能である。図１１は、本発明の磁気抵抗効果デバイスを発振器として適用した、高周波デバイス２８０の回路の構成例を示す図である。適用例１〜３と同じ箇所については、同じ符号で示している。
【００９８】
高周波デバイス２８０では、磁気抵抗効果素子１０１に直流電流を印加した際に発生するスピントルクにより、磁化自由層として機能する第２強磁性層１０１Ｂの磁化が振動（発振）する。このとき、磁気抵抗効果素子１０１から、第２強磁性層１０１Ｂの強磁性共鳴周波数に対応した高周波電圧が発生し、磁気抵抗効果素子１０１に接続された第２のポート（出力ポート）１２１側の高周波信号線路１３１に、磁気抵抗効果素子１０１から出力される高周波電流が流れる。図１１の例では、直流入力端子１１９側の線路１３２にインダクタ１２５が接続され、高周波信号線路１３１にコンデンサ１３３が接続されている。
【００９９】
（適用例５）
また、本発明の磁気抵抗効果デバイスは、磁気抵抗効果素子に高周波電流（交流電流）を印加した際に直流電圧が発生するスピントルクダイオード効果を用いた整流器や検波器にも適用可能である。図１２は、本発明の磁気抵抗効果デバイスを整流器として適用した、高周波デバイス２９０の回路の構成例を示す図である。適用例１〜３と同じ箇所については、同じ符号で示している。
【０１００】
高周波デバイス２９０では、磁気抵抗効果素子１０１に、第１のポート（入力ポート）１２０から交流電流（高周波電流）が印加され、第１のポート（入力ポート）１２０側の高周波信号線路１３４を流れる高周波電流が磁気抵抗効果素子１０１に印加された際に、磁気抵抗効果素子１０１から直流電圧が発生し、線路１３５を介して第２のポート（出力ポート）１２１から直流電圧が出力される。図１２の例では、高周波信号線路１３４にコンデンサ１３３が接続され、線路１３５にインダクタ１２５が接続されている。
【符号の説明】
【０１０１】
１００、１５０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０・・・磁気抵抗効果デバイス
１０１・・・磁気抵抗効果素子
１０２・・・第１磁性部材
１０３・・・高周波信号線路
１０４・・・基部
１０５・・・突出部
１０５Ａ・・・先端
１０５Ｂ・・・後端
１０６・・・コイル
１０７、１０８・・・線路
１０９・・・上部電極
１１０・・・下部電極
１１１、１１２・・・高周波信号線路
１１３、１１４・・・部分
１１５・・・段差部分
１１６・・・第２磁性部材
１１７・・・基部
１１８・・・第２突出部
１１９・・・直流印加端子
１２０・・・第１のポート
１２１・・・第２のポート
１２２・・・出力信号線路
１２３、１２６・・・基準電位端子
１２４・・・線路
１２５・・・インダクタ
１２７・・・電源
１２８・・・入力信号線路
１２９・・・出力信号線路
１３０、１３１、１３４・・・高周波信号線路
１３２、１３５・・・線路
１３３・・・コンデンサ
２５０、２６０、２７０、２８０、２９０・・・高周波デバイス
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２・・・突出方向
ｄ・・・距離
Ｌ・・・積層方向
Ｓ・・・面
Ｓ１、Ｓ２・・・領域
【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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