(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子への大きな強度の磁場印加と電極配線の低抵抗化が両立された磁気抵抗効果デバイスを提供することである。【解決手段】本発明の磁気抵抗効果デバイス１００は、磁気抵抗効果素子１０１の第１強磁性層１０１Ａ側に配され、磁気抵抗効果素子１０１に磁場を印加する第１磁性部材１０２と、第１強磁性層１０１Ａ側に接続された第１電極配線７と、を備え、第１磁性部材１０２は、積層方向Ｌにおける磁気抵抗効果素子１０１側の面が、第１強磁性層１０１Ａの第１磁性部材１０２側の面を含む第１の仮想平面Ｖ−Ｖ’との距離が変動するように形成されてなり、第１電極配線７は、積層方向Ｌから平面視して第１磁性部材１０２と重なる範囲において、第１磁性部材１０２の磁気抵抗効果素子側の面と第１の仮想平面との距離が最も近接する第１の最近接範囲における部分７Ａよりも厚い部分７Ｂを前記第１の最近接範囲の範囲外に有する。【選択図】図３
2019179899.tif 000002
【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、
前記磁気抵抗効果素子の前記第１強磁性層側に配され、前記磁気抵抗効果素子に磁場を印加する第１磁性部材と、
前記磁気抵抗効果素子の前記第１強磁性層側に接続された第１電極配線と、を備え、
前記第１磁性部材は、積層方向における前記磁気抵抗効果素子側の面が、前記第１強磁性層の前記第１磁性部材側の面を含む第１の仮想平面との距離が変動するように形成されてなり、
前記第１電極配線は、前記積層方向から平面視して前記第１磁性部材と重なる範囲において、前記第１磁性部材の前記磁気抵抗効果素子側の面と前記第１の仮想平面との距離が最も近接する第１の最近接範囲における部分よりも厚い部分を前記第１の最近接範囲の外に有する、磁気抵抗効果デバイス。
【請求項２】
前記第１磁性部材は、前記積層方向における前記磁気抵抗効果素子側に階段状に突出する突出部を有し、前記突出部の前記磁気抵抗効果素子側の面の少なくとも一部が前記第１の仮想平面に最も近接している、請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項３】
前記第１電極配線は、互いに厚みが異なる部分間で厚みが漸次近づいて連結されている、請求項１又は２のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項４】
前記積層方向から平面視して前記第１磁性部材と重ならない領域において、
前記第１電極配線と電気的に接続されると共に、外部と電気的に接続できるように厚さが前記第１電極配線よりも厚い第１パッド部を備える、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】
前記磁気抵抗効果素子の前記第２強磁性層側に配され、前記磁気抵抗効果素子に磁場を印加する第２磁性部材と、
前記磁気抵抗効果素子の前記第２強磁性層側に接続された第２電極配線と、を備え、
前記第２磁性部材は、積層方向における前記磁気抵抗効果素子側の面が、前記第２強磁性層の前記第２磁性部材側の面を含む第２の仮想平面との距離が変動するように形成されてなり、
前記第２電極配線は、前記積層方向から平面視して前記第２磁性部材と重なる範囲において、前記第２磁性部材の前記磁気抵抗効果素子側の面と前記第２の仮想平面との距離が最も近接する第２の最近接範囲における部分よりも厚い部分を前記第２の最近接範囲の外に有する、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】
前記積層方向から平面視して前記第２磁性部材と重ならない領域において、
前記第２電極配線と電気的に接続されると共に、外部と電気的に接続できるように厚さが前記第２電極配線よりも厚い第２パッド部を備える、請求項５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。
【０００８】
ここで、磁気抵抗効果素子に電流又は電圧を印加するため、又は、磁気抵抗効果素子から出力される信号を伝えるために、素子の上端及び下端には線路（導電性を高める目的等で磁気抵抗効果素子の上端及び下端にそれぞれ電極が設けられることがあるが、以下では、この電極も含めて当該線路を「電極配線」という）が接続される。
図１は、磁気抵抗効果素子近傍の構成を模式的に示す断面図である。
図１（ａ）に示すヨーク（磁性部材）１０２は、基部１０２Ａの磁気抵抗効果素子１０１側に突出部１０２Ｂを備える構成である。符号１０６はコイルであり、磁気抵抗効果素子１０１は、第１強磁性層１０１Ａ、第２強磁性層１０１Ｂ、スペーサ層１０１Ｃを含んでなる。電極配線１０７及び電極配線１０８は、磁気抵抗効果素子１０１の上端及び下端に接続され、電極配線１０７及び電極配線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、電極配線１０７及び電極配線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。
【０００９】
ここで、磁気抵抗効果素子１０１にかかる磁場を大きくするためには、図１（ｂ）に示すように、磁性部材１０２に近い側の電極配線１０７を薄く形成することによって、磁性部材１０２（この図の構成では、突出部１０２Ｂ）と磁気抵抗効果素子１０１（この図の構成では、第１強磁性層１０１Ａ）との間隔ｄを縮めることが好ましい。しかしながら、電気抵抗（以下、単に「抵抗」ということがある）は断面積に反比例することから、電極配線１０７を薄くすると電極配線１０７の抵抗が大きくなってしまい、高周波特性が劣化してしまう。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、磁気抵抗効果素子への大きな強度の磁場印加と電極配線の低抵抗化が両立された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】
【００１１】
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。
【００１２】
（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、前記磁気抵抗効果素子の前記第１強磁性層側に配され、前記磁気抵抗効果素子に磁場を印加する第１磁性部材と、前記磁気抵抗効果素子の前記第１強磁性層側に接続された第１電極配線と、を備え、前記第１磁性部材は、積層方向における前記磁気抵抗効果素子側の面が、前記第１強磁性層の前記第１磁性部材側の面を含む第１の仮想平面との距離が変動するように形成されてなり、前記第１電極配線は、前記積層方向から平面視して前記第１磁性部材と重なる範囲において、前記第１磁性部材の前記磁気抵抗効果素子側の面と前記第１の仮想平面との距離が最も近接する第１の最近接範囲における部分よりも厚い部分を前記第１の最近接範囲の外に有する。
ここで、「第１強磁性層側に接続された第１電極配線」とは、第１強磁性層に直接接続された場合と他の層を介して間接的に接続された場合とを両方含む。
【００１３】
（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磁性部材は、前記積層方向における前記磁気抵抗効果素子側に階段状に突出する突出部を有し、前記突出部の前記磁気抵抗効果素子側の面の少なくとも一部が前記第１の仮想平面に最も近接していてもよい。
【００１４】
（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、前記第１電極配線は、互いに厚みが異なる部分間で厚みが漸次近づいて連結されていてもよい。
【００１５】
（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、前記積層方向から平面視して前記第１磁性部材と重ならない領域において、前記第１電極配線と電気的に接続されると共に、外部と電気的に接続できるように厚さが前記第１電極配線よりも厚い第１パッド部を備えてもよい。
【００１６】
（５）上記（１）〜（４）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、前記磁気抵抗効果素子の前記第２強磁性層側に配され、前記磁気抵抗効果素子に磁場を印加する第２磁性部材と、前記磁気抵抗効果素子の前記第２強磁性層側に接続された第２電極配線と、を備え、前記第２磁性部材は、積層方向における前記磁気抵抗効果素子側の面が、前記第２強磁性層の前記第２磁性部材側の面を含む第２の仮想平面との距離が変動するように形成されてなり、前記第２電極配線は、前記積層方向から平面視して前記第２磁性部材と重なる範囲において、前記第２磁性部材の前記前記磁気抵抗効果素子側の面と前記第２の仮想平面との距離が最も近接する第２の最近接範囲における部分よりも厚い部分を前記第２の最近接範囲の外に有してもよい。
ここで、「第２強磁性層側に接続された第２電極配線」とは、第２強磁性層に直接接続された場合と他の層を介して間接的に接続された場合とを両方含む。
【００１７】
（６）上記（５）に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記積層方向から平面視して前記第２磁性部材と重ならない領域において、前記第２電極配線と電気的に接続されると共に、外部と電気的に接続できるように厚さが前記第２電極配線よりも厚い第２パッド部を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の磁気抵抗効果デバイスでは、磁気抵抗効果素子への大きな強度の磁場印加と電極配線の低抵抗化が両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】磁気抵抗効果素子近傍の構成を模式的に示す断面図であり、（ａ）は電極配線が厚い場合であり、（ｂ）は、電極配線が薄い場合である。
【図２】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。
【図３】図２に示した磁気抵抗効果デバイス１００の磁気抵抗効果素子近傍を拡大した断面模式図である。
【図４】（ａ）は、図３で示した磁気抵抗効果デバイス１００の断面模式図において、第１磁性部材１０２のみを抽出した断面模式図であり、（ｂ）は、磁性部材の形状の変形例を示す断面模式図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００についてさらに詳細に説明するための断面模式図である。
【図６】図２に示した発明の第一実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００の変形例を、模式的に示す断面模式図である。
【図７】本発明の第一実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００の他の構成例を、模式的に示す断面図である。
【図８】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。
【図９】本発明の第三実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス３００の構成例を、模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の第四実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス４００の構成例を、模式的に示す断面図である。
【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。
【図１３】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１４】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１５】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】
【００２０】
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。
【００２１】
「第一実施形態」
図２は、第一実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの構成例を模式的に示す断面模式図であり、要部の拡大図も図示している。図３は、図２に示した磁気抵抗効果デバイスの磁気抵抗効果素子近傍を拡大した断面模式図である。
図２に示す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１０１（ＭＲ素子）と、磁場印加機構２０と、第１電極配線７と、第２電極配線８と、を備える。なお、電極配線７、８は要部拡大図にのみ図示している。
磁気抵抗効果デバイス１００は、磁場印加機構２０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。
なお、高周波電流が流れる高周波信号線路をさらに備え、この高周波信号線路から発生する磁場（高周波磁場）も、磁気抵抗効果素子１０１に印加されるように構成されてもよい。
以下、図の説明において、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向をｚ方向、ｚ方向と垂直な平面の面内方向のうち任意の方向をｘ方向、ｘ方向及びｚ方向のいずれとも直交する方向をｙ方向とする。
【００２２】
＜磁気抵抗効果素子＞
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。例えば、第１強磁性層１０１Ａが磁化自由層として機能し、第２強磁性層１０１Ｂが磁化固定層として機能する。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）等が挙げられる。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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：Ｔｕｎｎｅｌ  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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
＜磁場印加機構＞
図２に示す磁場印加機構２０は、第１磁性部材１０２と第２磁性部材１０４と支持部１１３とコイル１０６とを備える。第１磁性部材１０２は、磁気抵抗効果素子１０１の第１強磁性層１０１Ａ側に配されており、第２磁性部材１０４は、磁気抵抗効果素子１０１の第２強磁性層１０１Ｂ側に配されている。コイル１０６は突出部１０２Ｂの周囲に巻回されている。コイル１０６は磁束を誘起し、誘起された磁束は突出部１０２Ｂに集中し、対向する第２磁性部材１０４に向かう磁場を形成する。図２では、コイル１０６は、突出部１０２Ｂの周囲に渦巻き状に巻回されたスパイラルコイルである。図２では、コイル１０６はｚ方向に１層としたが、２層以上に積層してもよい。
図２に示す磁場印加機構２０では、第２磁性部材１０４とコイル１０６を備えるが、いずれか一方を、又は、両方を備えなくてもよい。また、図２に示す磁場印加機構２０では、支持部１１３を備えるが、支持部１１３を備えなくてもよい。
【００３４】
第１磁性部材１０２、支持部１１３及び第２磁性部材１０４は、磁性体により構成されている。第１磁性部材１０２、支持部１１３及び第２磁性部材１０４には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉとＦｅの合金、ＦｅとＣｏの合金、またはＦｅとＣｏとＢの合金などを用いることができる。コイル１０６は、導電性の高い配線パターンからなり、例えば銅、アルミニウム等を用いることができる。
【００３５】
第１磁性部材１０２は、素子側面１０２Ａａから突出する突出部１０２Ｂを備える。図２に示す第１磁性部材１０２は、突出部１０２Ｂと基部１０２Ａとからなる。基部１０２Ａは、第１磁性部材１０２の主要部であり、図２ではｘｙ面内方向に延在している部分である。
支持部１１３は、第１磁性部材１０２と第２磁性部材１０４とを繋ぐ部分であり、磁場の流れを安定化させるための部分である。突出部１０２Ｂは、その表面から磁束線が流れ出る又はその表面に磁束線が流れ込む部分である。また突出部１０２Ｂから流れ出る磁束線又は流れ込む磁束線は、第１磁性部材１０２及び第２磁性部材１０４から磁化自由層に印加される磁束線の主を担う。ここで「主を担う」とは、磁場の強度（磁束密度）の観点で主を担うことを意味する。
突出部１０２Ｂは、一つに限られず複数あってもよい。図２に示す例においては、素子側面１０２Ａａは、基部１０２Ａの第２磁性部材１０４側の面である。素子側面１０２Ａａの形状は問わない。
【００３６】
第２磁性部材１０４は、第１磁性部材１０２との間に磁気抵抗効果素子１０１を挟む位置に配設されている。
【００３７】
＜第１磁性部材＞
図３及び図４を参照して、第１磁性部材について説明する。
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、磁気抵抗効果素子１０１の第１強磁性層１０１Ａ側に配されている。
図３及び図４に示す例では、第１磁性部材１０２は、水平断面（積層方向Ｌに対して直交する断面）の面積が一定である基部１０２Ａと、基部１０２Ａの磁気抵抗効果素子１０１側に配設され、基部１０２Ａの水平断面積よりも小さな水平断面積を有する素子側部分１０２Ｂとからなる。図３を用いて説明すると、基部１０２Ａの最も磁気抵抗効果素子１０１側に配置される部位は符号１０２Ａａで示した面であり、素子側部分１０２Ｂはその面１０２Ａａから磁気抵抗効果素子１０１側に延在する部分である。
以下、第１磁性部材１０２の、積層方向Ｌにおける磁気抵抗効果素子側の面を、「第１磁性部材の素子側の面」と略称する場合がある。「第１磁性部材の素子側の面」とは、素子側部分１０２Ｂのすべての面（露出面）（図４（ａ）では、面１０２Ｓ２、面１０２Ｓ４及び面１０２Ｓ５を指し、また、図４（ｂ）では、面１０２ＢＳ１、面１０２ＢＳ２及び面１０２ＢＳ３を指す。）、及び、基部１０２Ａの露出面のうち、積層方向Ｌにおける磁気抵抗効果素子側の面（図４（ａ）では、面１０２Ｓ１及び面１０２Ｓ３を指す。図４（ｂ）ではこれに相当する面はない。）を意味する。すなわち、図４（ａ）では符号１０２Ｓで指す面、図４（ｂ）では符号１０２ＢＳで指す面が、「第１磁性部材の素子側の面」である。
【００３８】
第１磁性部材１０２は、積層方向Ｌにおける磁気抵抗効果素子側の面１０２Ｓ（図４（ａ））、１０２ＢＳ（図４（ｂ））が、第１強磁性層１０１Ａの第１磁性部材１０２側の面１０１Ａａを含む第１の仮想平面Ｖ−Ｖ’（図示の都合上、第１の仮想平面全体を示すことができず、Ｖで示す点線とＶ’で示す点線とは離間しているが、それぞれの点線は第１の仮想平面の一部の断面を示したものである。）との距離が変動するように形成されてなる。
ここで、第１の仮想平面Ｖ−Ｖ’は、第１強磁性層１０１Ａの第１磁性部材１０２側の面１０１Ａａを含む仮想的な平面である。換言すると、第１強磁性層１０１Ａの第１磁性部材１０２側の面１０１Ａａに平行であってかつ面１０１Ａａを含む仮想的な平面である。
【００３９】
基部の代表的な形状としては例えば、円柱状、楕円柱状、角柱状のものが挙げられる。
また、素子側部分は第１磁性部材の素子側の面と第１の仮想平面との距離の変動を担う部分であり、素子側部分の形状はその限りにおいて特に限定はされず、素子側部分の形状が、積層方向Ｌにおける磁気抵抗効果素子側に階段状に突出する形状の場合（本明細書において、かかる形状の素子側部分を「突出部」という。）、その代表的な形状としては例えば、円柱状、楕円柱状、角柱状、半月柱状のものが挙げられる。
【００４０】
図４（ａ）は、図２で示した磁気抵抗効果デバイス１００の断面模式図において、第１磁性部材１０２のみを抽出した断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１００において基部及び素子側部分はいずれも円柱状のものとして説明する。
図４（ａ）において、基部１０２Ａは積層方向Ｌに平行な側面１０２Ａｂを有し、基部の水平断面の直径はＤであり、突出部１０２Ｂの水平断面の直径はＤよりも小さいＤ１である。
素子側部分は、基部の水平断面積よりも小さな水平断面積を有する形状であれば、特に制限はなく、例えば、図４（ｂ）のように、連続的に縮径する形状でもよい。図４（ｂ）に示す第１磁性部材１０２は、図４（ａ）と同形状の基部１０２Ａと、円錐台形状の素子側部分１０２ＢＢとからなる。この場合、図４（ｂ）のように同じ割合で縮径する形状でもよいし、異なる割合で縮径する形状でもよい。
【００４１】
次に、図４を用いて、「第１磁性部材の素子側の面」の範囲について説明する。
本発明の第１磁性部材は、素子側の面が、第１強磁性層の第１磁性部材側の面を含む第１の仮想平面との距離が変動するように形成されてなるから、基部の磁気抵抗効果素子側の面（図４に示す例では、面１０２Ａａ）よりも磁気抵抗効果素子側に磁気抵抗効果素子に近い部分（図４に示す例では、素子側部分１０２Ｂ（突出部１０２Ｂ）、１０２ＢＢ）を必ず有する。
当該部分が構成する磁気抵抗効果素子側のすべての表面が、素子側の面の一部を構成する。図４（ａ）で示した例では、突出部１０２Ｂがその部分であり、突出部１０２Ｂを構成する磁気抵抗効果素子１０１側のすべての面（１０２Ｓ２、１０２Ｓ４、１０２Ｓ５）が素子側の面の一部を構成する。
さらに、基部１０２Ａの素子側面１０２Ａａのうち、突出部１０２Ｂに覆われておらずに露出している部分も素子側の面の一部を構成する。図４（ａ）で示した例では、面１０２Ｓ１、面１０２Ｓ３も素子側の面の一部を構成する。
以上、図４（ａ）に示した例では、第１磁性部材１０２の素子側の面１０２Ｓは面１０２Ｓ１〜面１０２Ｓ５で構成される。
【００４２】
また、図４（ｂ）に示した例では、素子側の面１０２ＢＳは面１０２ＢＳ１〜面１０２ＢＳ３で構成される。なお、図４（ｂ）に示した例では、基部１０２Ａの素子側面１０２Ａａは素子側部分１０２ＢＢで覆われているので、基部１０２Ａの素子側面１０２Ａａで露出している部分はない。
【００４３】
基部１０２Ａと突出部１０２Ｂとは、一体であってもよいし、別体であってもよい。
突出部１０２Ｂは、複数の突出部分が突出方向に積み重ねられてなる多段構造（例えば、異なる直径の円柱群が、直径が大きい順に基部１０２Ａ側から積み重ねられてなる多段構造）を有してもよい（２段の場合、図６を参照）。
突出部は、突出方向に直交する面の断面積が連続的に変化するものでもよいし、そのような断面積が連続的に変化する部分と、図２に示すような、突出方向に直交する面の断面積が一定の突出部分とからなるものでもよい。
【００４４】
素子側部分の素子側の面の少なくとも一部は、第１の仮想平面Ｖ−Ｖ’に平行に対向する平面であってもよい。例えば、図４（ａ）でいうと、面１０２Ｓ２、図４（ｂ）でいうと、面１０２ＢＳ２である。
【００４５】
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２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、突出部１０２Ｂ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。
【００４６】
なお、図２では、突出部１０２Ｂ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。
【００４７】
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。
【００４８】
第１磁性部材１０２を硬磁性体とする場合には、図２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２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。
【００４９】
＜高周波信号線路＞
高周波信号線路を第１電極配線７及び第２電極配線８とは別に設けてもよい。積層方向Ｌからの平面視において、高周波信号線路は、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。高周波信号線路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。
【００５０】
＜電極配線＞
図３に示すように、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌの両端すなわち、第１強磁性層１０１Ａ、第２強磁性層１０１Ｂにそれぞれ、第１電極配線７、第２電極配線８が直接接続されている。第１電極配線７及び第２電極配線８は他の層を介して間接的に第１強磁性層１０１Ａ、第２強磁性層１０１Ｂに接続されてもよい。
第１電極配線７および第２電極配線８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、第１電極配線７および第２電極配線８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、第１電極配線７および第２電極配線８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、第１電極配線７が磁気抵抗効果素子１０１から出力される信号（高周波電圧または高周波電流）を伝える構成を採用することで、第１電極配線７が低抵抗化されたことによる高周波特性の劣化が防止される。一方、第１電極配線７が磁気抵抗効果素子１０１に入力される信号（高周波電圧または高周波電流）を伝える構成を採用することで、第１電極配線７が低抵抗化されたことによる高周波特性の劣化が防止される。
【００５１】
第１電極配線７及び第２電極配線８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。
【００５２】
図５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についてさらに詳細に説明するための断面模式図である。なお、図５において支持部１１３は図示を省略している（図７〜図１０についても同様）。
図５において、Ｒ０〜Ｒ４は、積層方向Ｌから平面視したときの範囲を示すものであり、Ｒ１〜Ｒ４の配置は単に図面作成上の都合による。ここで、Ｒ０の幅は、第１磁性部材１０２の基部１０２Ａが図示のように垂直側面を有する構造の場合には基部１０２Ａの水平方向の幅（基部が円柱の場合には直径）に相当する。また、Ｒ２の幅は、第１磁性部材１０２の突出部１０２Ｂが図示のように垂直側面を有する構造の場合には突出部１０２Ｂの水平方向の幅（突出部が円柱の場合には直径）に相当する。
図５において、第１電極配線７は、厚さで分けると、部分７Ａ（薄い部分）と部分７Ｂ（最も厚い部分）とそれらの間において厚さが漸次変わって部分７Ａと部分７Ｂとを連結する部分７Ｃとからなる。
第１電極配線７は、積層方向Ｌから平面視して第１磁性部材１０２と重なる範囲Ｒ０において、第１磁性部材１０２の素子側の面１０２Ｓと第１の仮想平面Ｖ−Ｖ’との距離が最も近接する最近接範囲（第１の最近接範囲）Ｒ２における部分である部分７Ａよりも厚い部分７Ｂをその最近接範囲Ｒ２の外に有する。
より詳細に説明すると、図２〜図５に示した構成において、第１電極配線７のうち、積層方向Ｌから平面視して、第１磁性部材１０２と重なる範囲は、図５において範囲Ｒ１で示す部分（すなわち、部分７Ａと連結部分７Ｂと部分７Ｂの一部とからなる部分）である。また、積層方向Ｌから平面視して、第１磁性部材１０２と第１の仮想平面Ｖ−Ｖ’との距離が最も近接する範囲は、第１磁性部材１０２の素子側の面１０２Ｓのうち、突出部１０２Ｂの磁気抵抗効果素子１０１側の面である面１０２Ｓ２に対応する範囲Ｒ２である。さらに、最近接範囲Ｒ２のうち、積層方向Ｌから平面視して、第１電極配線７が第１磁性部材１０２と重なる範囲は範囲Ｒ３である。第１電極配線７の最近接範囲Ｒ２における部分は符号７Ａの部分（第１電極配線７の範囲Ｒ３における部分）であり、第１電極配線７は、その部分７Ａよりも厚い部分７Ｂを最近接範囲Ｒ２の外に有する。
第１磁性部材１０２のうち、突出部１０２Ｂの磁気抵抗効果素子１０１側の面の少なくとも一部（図５に示す例では、面１０２Ｓ２の全面）が第１の仮想平面Ｖ−Ｖ’に最も近接している。
【００５３】
第１電極配線７のうち、部分７Ａの厚みは限定するものでないが、例示すると、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。
【００５４】
また、第１電極配線７のうち、最も厚い部分７Ｂの厚みは限定するものでないが、例示すると、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度である。
【００５５】
図２〜図５に示した構成においては、第１電極配線７は、部分７Ａと７Ｂとの間において、厚さが漸次変わって部分７Ａと部分７Ｂとを連結する部分７Ｃを有するものとしたが、連結する部分７Ｃを有さなくもよい。
連結する部分７Ｃは有さずにその部分を最も厚い部分とした構成とした場合には、低抵抗範囲が広くなるという効果を奏する。
一方、厚さが漸次変わって部分７Ａと部分７Ｂとを連結する部分７Ｃを有する構成の場合には、厚さが急峻に変わる場合に比べて、高周波信号の伝達のロスが低減するという効果を奏する。
【００５６】
図２〜図５に示した構成においては最も厚い部分が１つしかないが、複数あってもよい。
また、第１電極配線７の最近接範囲Ｒ２における部分よりも厚い部分については、その厚さは１種類に限らず、複数であってもよい。
最近接範囲Ｒ２の外において、部分７Ｂが部分７Ａよりも第１磁性部材１０２側に突出する部分を有する（部分７Ｂが部分７Ａよりも、少なくとも第１磁性部材１０２側に厚さが大きくなっている）ことが好ましい。
【００５７】
図６は、図３で示した磁気抵抗効果デバイス１００において、第１電極配線の形状の変形例を示す断面模式図である。
図６に示す磁気抵抗効果デバイス１００’の第１電極配線７’では、平面視して磁気抵抗効果素子１０１を挟んで両側に、第１の最近接範囲における部分７Ａ’よりも厚い部分７B、７B’を有する。すなわち、第１電極配線７’は、厚さで分けると、部分７Ａ’（薄い部分）と、それを挟むように部分７B、７B’（最も厚い部分）と、それらの間において厚さが漸次変わって部分７Ａと部分７Ｂとを連結する部分７Ｃ、７Ｃ’とからなる。
【００５８】
図７に示す例は、第１磁性部材が３段である（突出部は２段である）場合である。
第１磁性部材１１２は、基部１１２Ａと、第１突出部１０２Ｂと、第２突出部１１２Ｃとからなる。
この例では、第１電極配線１７は、部分１７Ａ（薄い部分）と部分１７Ｂ（最も厚い部分）とそれらの間において厚さが漸次変わって部分１７Ａと部分１７Ｂとを連結する部分１７Ｃとからなる。
第１電極配線１７は、積層方向Ｌから平面視して、第１磁性部材１１２と重なる範囲Ｒ０であってかつ第１磁性部材１１２の素子側の面１１２と第１の仮想平面Ｖ−Ｖ’との距離が最も近接する最近接範囲（第１の最近接範囲）Ｒ５における部分である部分１７Ａよりも厚い部分１７Ｂをその最近接範囲Ｒ５の外に有する。
【００５９】
図７に示す例では、最も厚い部分１７Ｂは、積層方向Ｌの両側（図で上側及び下側）に厚さが大きくなっているが、部分１７Ａに対して厚くなる態様には特に限定はない。最近接範囲Ｒ５の外において、部分１７Ｂが部分１７Ａよりも第１磁性部材１１２側に突出する部分を有する（部分１７Ｂが部分１７Ａよりも、少なくとも第１磁性部材１１２側に厚さが大きくなっている）ことが好ましい。
【００６０】
「第二実施形態」
図８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。
磁気抵抗効果デバイス２００は、第一実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００で示した構成に加えて、積層方向Ｌから平面視して第１磁性部材１０２と重ならない領域（図５で示す範囲Ｒ０以外の領域）において、第１電極配線７と電気的に接続されると共に、外部と電気的に接続できるように厚さが第１電極配線７よりも厚い第１パッド部１２０をさらに備える点が異なる。図８に示す例では、第１パッド部１２０は積層方向Ｌに延在している。
【００６１】
第１パッド部１２０は、積層方向Ｌの端面の少なくとも一部が露出しており、外部接続用ワイヤ又はバンプをボンディングするボンディング用パッドとして用いたり、また、製造工程中の検査において、その第１パッド部にプローブ（検査針）を当てて検査を行うことができる。
【００６２】
第１パッド部１２０の形状は、上記目的を果たす限り、特に限定はされない。
第１パッド部１２０の機能に基づくと、第１パッド部１２０の平面視のサイズは限定するものではないが、例えば、平面視が円形状である場合、その直径を例示すると、５０μｍ〜１５０μｍ程度であり、また、その厚み（積層方向Ｌの厚さ）は限定するものではないが、例示すると、２μｍ〜５０μｍ程度である。
【００６３】
第１パッド部１２０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。
【００６４】
「第三実施形態」
図９は、本発明の第三実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス３００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３００は、第一実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００で示した構成に加えて、磁気抵抗効果素子１０１の第２強磁性層１０１Ｂ側に配され、磁気抵抗効果素子１０１に磁場を印加する第２磁性部材１０４が突出部１０４Ｂをさらに備えると共に、第２電極配線１８についても第１電極配線と同様に、積層方向Ｌから平面視して第２磁性部材１０４と重なる範囲であってかつ第２磁性部材１０４の素子側の面１０４Ｓと第２の仮想平面Ｖ１−Ｖ１’との距離が最も近接する最近接範囲（第２の最近接範囲）における部分である部分１８Ａよりも厚い部分１８Ｂをその最近接範囲の外に有する点が異なる。図９において、第２電極配線１８は、互いに厚みの異なる部分１８Ａと部分１８Ｂと、それらの間において厚さが漸次変わって部分１８Ａと部分１８Ｂとを連結する部分１８Ｃとからなる。
ここで、第２の仮想平面Ｖ１−Ｖ１’は、第２強磁性層１０１Ｂの第２磁性部材１０４側の面１０１Ｂａを含む仮想的な平面である。
第２磁性部材１０４の材料としては、第１磁性部材１０２の材料として例示したものと同様なものを用いることができる。また、第２磁性部材１０４の材料と第１磁性部材１０２の材料は同じであっても異なっていてもよい。また、図９においては第２磁性部材１０４の周囲にコイルが巻かれていない例を示しているが、突出部１０４Ｂの周囲や第２磁性部材１０４のその他の部分に巻かれていてもよい。第２磁性部材１０４及びコイルについては、第一実施形態及び第二実施形態で第１磁性部材１０２及びコイルについて記載したことを適用可能である。
【００６５】
「第四実施形態」
図１０は、本発明の第四実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス４００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４００は、第三実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス３００で示した構成に加えて、積層方向Ｌから平面視して第１磁性部材１０２と重ならない領域（図５で示す範囲Ｒ０以外の領域）において、第１電極配線７と電気的に接続されると共に、外部と電気的に接続できるように厚さが第１電極配線７よりも厚い第１パッド部１２０と、積層方向Ｌから平面視して第２磁性部材１０４と重ならない領域において、第２電極配線１８と電気的に接続されると共に、外部と電気的に接続できるように厚さが第２電極配線１８よりも厚い第２パッド部１３０とをさらに備える点が異なる。図１０に示す例では、第１パッド部１２０及び第２パッド部１３０は積層方向Ｌに延在している。
【００６６】
第２パッド部１３０も、積層方向Ｌの端面の少なくとも一部が露出しており、第１パッド部１２０と同様な機能を有するものであり、そのサイズや厚みも同程度とすることができる。
第２パッド部１３０も第１パッド部１２０と同様に、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。
【００６７】
（適用例１）
図１１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、他の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス２００、３００、４００に置き換えてもよい。なお、上述した磁気抵抗効果素子、電極配線、高周波信号線路、第１磁性部材、第２磁性部材、支持部、コイルとともに、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１０２と、第２磁性部材１０４と、支持部（図１１〜図１５では図示省略）と、コイル１０６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１５０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。
【００６８】
＜磁気抵抗効果素子、磁場印加機構＞
図１１に示す例では磁気抵抗効果素子１０１の両端に上部電極１０９と下部電極１１０とが形成されている。本適用例１では、第２強磁性層１０１Ｂが磁化固定層として機能し、第１強磁性層１０１Ａ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。
【００６９】
図１１に示す第１磁性部材１０２は、基部１０２Ａと、積層方向Ｌにおける磁気抵抗効果素子１０１側（基部の一面１０２Ａａ側）に突き出た突出部１０２Ｂと、を有している。突出部１０２Ｂは、基部の一面１０２Ａａから、積層方向Ｌにおける磁気抵抗効果素子１０１側に突出している。
【００７０】
磁場印加機構（第１磁性部材１０２、第２磁性部材１０４、支持部及びコイル１０６）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１強磁性層１０１Ａの強磁性共鳴周波数によって変化する。第１強磁性層１０１Ａの強磁性共鳴周波数は、第１強磁性層１０１Ａにおける有効磁場によって変化する。第１強磁性層１０１Ａにおける有効磁場は、外部磁場（静磁場）によって変えることができる。そのため、磁場印加機構から第１強磁性層１０１Ａに印加する外部磁場の大きさを変えることで、第１強磁性層１０１Ａの強磁性共鳴周波数を変えることができる。
【００７１】
＜第１のポート及び第２のポート＞
第１のポート１５０は、高周波デバイス２５０の入力端子である。第１のポート１５０は、高周波信号線路１０３の一端に対応する。第１のポート１５０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。
【００７２】
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８に対応する。
【００７３】
＜高周波信号線路＞
図１１における高周波信号線路１０３は、一端が第１のポート１５０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１１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１５０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１強磁性層１０１Ａには、この高周波磁場が印加される。
【００７４】
＜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。出力信号線路１２２及び上部電極１０９は、図３に示した第１電極配線７に対応する。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１強磁性層１０１Ａ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１１における出力信号線路１２２は、一端が上部電極１０９を介して磁気抵抗効果素子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１１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。
【００７５】
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。
【００７６】
線路１２４は、一端が下部電極１１０を介して磁気抵抗効果素子１０１に接続されている。線路１２４及び下部電極１１０は、図３に示した第２電極配線８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１１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。
【００７７】
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。
【００７８】
＜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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
＜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１５０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１強磁性層１０１Ａに印加される。
【００８４】
磁化自由層として機能する第１強磁性層１０１Ａの磁化は、高周波信号線路１０３により第１強磁性層１０１Ａに印加された高周波磁場の周波数が、第１強磁性層１０１Ａ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。
【００８５】
第１強磁性層１０１Ａ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。
【００８６】
すなわち、第１のポート１５０から入力された高周波信号の周波数が、第１強磁性層１０１Ａ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１強磁性層１０１Ａ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。
【００８７】
＜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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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１５０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。
【００９１】
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。
【００９２】
図１１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。
【００９３】
（適用例２）
図１１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１強磁性層１０１Ａ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１１は、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。上述した図１１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。後述する適用例３〜５についても同様である。
【００９４】
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１０２と、第２磁性部材１０４と、支持部と、コイル１０６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及び上部電極１０９は、図３に示した第１電極配線７に対応する。出力信号線路１２９及び下部電極１１０は、図３に示した第２電極配線８に対応する。入力信号線路１２８は、第１のポート１５０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。
【００９５】
高周波デバイス２６０は、第１のポート１５０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１２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１強磁性層１０１Ａの磁化が振動する。入力される高周波信号が、第１強磁性層１０１Ａ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１強磁性層１０１Ａの磁化は大きく振動する。第１強磁性層１０１Ａ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。
【００９６】
図１２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。
【００９７】
つまり、第１のポート１５０から入力された高周波信号の周波数が、第１強磁性層１０１Ａ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１強磁性層１０１Ａ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。
【００９８】
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。
【００９９】
高周波デバイス２６０は、高周波デバイス２５０と同様に、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もできる。
【０１００】
（適用例３）
例えば、図１３に示すように、第１のポート１５０と基準電位端子１２３に接続された高周波信号線路１６０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１３は、高周波信号線路１６０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。高周波信号線路１６０及び上部電極１０９は、図７に示した第１電極配線７’に対応する。高周波信号線路１２２及び下部電極１１０は、図７に示した第２電極配線８に対応する。この場合、高周波信号線路１６０内を流れる高周波電流により高周波信号線路１６０から発生し磁気抵抗効果素子１０１（第１強磁性層１０１Ａ）に印加される高周波磁場を利用して、第１強磁性層１０１Ａの磁化を振動させることができる。また、高周波信号線路１６０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１強磁性層１０１Ａの磁化を振動させてもよい。また、高周波信号線路１６０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１強磁性層１０１Ａ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１強磁性層１０１Ａの磁化を振動させることができる。
【０１０１】
高周波デバイス２７０は、高周波デバイス２５０と同様に、高周波フィルタ、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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
（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１４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。
【０１０６】
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１強磁性層１０１Ａ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１強磁性層１０１Ａ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１４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。高周波信号線路１３１及び上部電極１０９は、図３に示した第１電極配線７に対応する。線路１３６及び下部電極１１０は、図３に示した第２電極配線８に対応する。
【０１０７】
（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１５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。
【０１０８】
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１５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。高周波信号線路１３４及び上部電極１０９は、図３に示した第１電極配線７に対応する。線路１３７及び下部電極１１０は、図３に示した第２電極配線８に対応する。
【符号の説明】
【０１０９】
７、７’、１７  第１電極配線
７Ａ、１７Ａ  第１の最近接範囲における部分
７B、７B’、１７B  第１の最近接範囲における部分よりも厚い部分
８、１８  第２電極配線
１８Ａ  第２の最近接範囲における部分
１８B  第２の最近接範囲における部分よりも厚い部分
２０  磁場印加機構
１００、２００、３００、４００  磁気抵抗効果デバイス
１０１  磁気抵抗効果素子
１０１Ａ  第１強磁性層
１０１Ｂ  第２強磁性層
１０１Ｃ  スペーサ層
１０２、１１２  第１磁性部材
１０２Ａ  基部
１０２Ａａ  素子側面
１０２Ｂ  突出部
１０２Ｓ、１０２ＢＳ  素子側の面
１０４  第２磁性部材
１０４Ａ  基部
１０４Ｂ  突出部
１２０  第１パッド部
１３０  第２パッド部
Ｖ−Ｖ’  第１の仮想平面
Ｖ１−Ｖ１’   第２の仮想平面
【図１】
2019179899.tif 000003
【図２】
2019179899.tif 000004
【図３】
2019179899.tif 000005
【図４】
2019179899.tif 000006
【図５】
2019179899.tif 000007
【図６】
2019179899.tif 000008
【図７】
2019179899.tif 000009
【図８】
2019179899.tif 000010
【図９】
2019179899.tif 000011
【図１０】
2019179899.tif 000012
【図１１】
2019179899.tif 000013
【図１２】
2019179899.tif 000014
【図１３】
2019179899.tif 000015
【図１４】
2019179899.tif 000016
【図１５】
2019179899.tif 000017