(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子に強度の大きな高周波磁場を印加可能な高周波信号線路を備え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と、高周波信号線路１０３と、を備え、高周波信号線路１０３は、積層方向Ｌから平面視して、磁気抵抗効果素子１０１と重なる位置に配置される重畳部分１０３Ａと、磁気抵抗効果素子１０１と重ならない位置に配置される非重畳部分１０３Ｂとからなり、重畳部分１０３Ａが積層方向Ｌにおける磁気抵抗効果素子１０１の上側にあるとしたときに、非重畳部分１０３Ｂの少なくとも一部は、重畳部分１０３Ａよりも積層方向Ｌにおける下側に配置される。【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、
高周波信号線路と、を備え、
前記高周波信号線路は、積層方向から平面視して、前記磁気抵抗効果素子と重なる位置に配置される重畳部分と、前記磁気抵抗効果素子と重ならない位置に配置される非重畳部分とからなり、
前記重畳部分が前記積層方向における前記磁気抵抗効果素子の上側にあるとしたときに、前記非重畳部分の少なくとも一部は、前記重畳部分よりも前記積層方向における下側に配置される、磁気抵抗効果デバイス。
【請求項２】
前記重畳部分よりも前記積層方向における下側に配置される、前記非重畳部分の少なくとも一部が、前記積層方向において、前記第１強磁性層と同じ位置に配置される、請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項３】
前記重畳部分よりも前記積層方向における下側に配置される、前記非重畳部分の少なくとも一部が、前記第１強磁性層の位置よりも前記積層方向における下側に配置される、請求項１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静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２０１７−１５３０６６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には、高周波信号線路に高周波電流を流し、この高周波信号線路から発生する高周波磁場を磁気抵抗効果素子に印加することが開示されている。しかし、開示された構成の高周波信号線路では、磁気抵抗効果素子に印加される高周波磁場の強度が十分でない場合があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、磁気抵抗効果素子に強度の大きな高周波磁場を印加可能な高周波信号線路を備え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】
【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、高周波信号線路と、を備え、前記高周波信号線路は、積層方向から平面視して、前記磁気抵抗効果素子と重なる位置に配置される重畳部分と、前記磁気抵抗効果素子と重ならない位置に配置される非重畳部分とからなり、前記重畳部分が前記積層方向における前記磁気抵抗効果素子の上側にあるとしたときに、前記非重畳部分の少なくとも一部は、前記重畳部分よりも前記積層方向における下側に配置される。
【００１１】
（２）上記（１）に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記重畳部分よりも前記積層方向における下側に配置される、前記非重畳部分の少なくとも一部が、前記積層方向において、前記第１強磁性層と同じ位置に配置されてもよい。
【００１２】
（３）上記（１）に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記重畳部分よりも前記積層方向における下側に配置される、前記非重畳部分の少なくとも一部が、前記第１強磁性層の位置よりも前記積層方向における下側に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の磁気抵抗効果デバイスでは、磁気抵抗効果素子により大きな高周波磁場を印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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２】高周波信号線路が湾曲している部分がない構成の場合の断面模式図である。
【図３】高周波信号線路の積層方向Ｌにおける下側の面が積層方向Ｌにおいて、第１強磁性層と同じ位置に配置されていることを説明するための断面模式図である。
【図４】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５】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６】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７】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他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
「第一実施形態」
図１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、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に高周波電流が流れることにより高周波信号線路１０３から発生する磁場（高周波磁場）、および、図示していない磁場印加機構（例えば磁性部材）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。
【００１７】
図１において、磁気抵抗効果素子を構成する各層が積層する方向をＬとし、そのうち、図の上側へ向かう向き（第２強磁性層１０１Ｂから第１強磁性層１０１Ａに向かう向き）をＬｕ、図の下側へ向かう向き（第１強磁性層１０１Ａから第２強磁性層１０１Ｂに向かう向き）をＬｄ、とする。
【００１８】
＜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は磁化自由層として機能し、第２強磁性層１０１Ｂは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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
＜高周波信号線路＞
高周波信号線路１０３は、高周波電流が流れることで高周波磁場を発生し、その少なくとも一部から発生する高周波磁場を第１強磁性層１０１Ａに印加する。
【００３０】
高周波信号線路１０３は、積層方向Ｌから平面視して、磁気抵抗効果素子１０１と重なる位置に配置される重畳部分１０３Ａと、磁気抵抗効果素子１０１と重ならない位置に配置される非重畳部分１０３Ｂ（１０３Ｂａａ、１０３Ｂａｂ、１０３Ｂｂａ、１０３Ｂｂｂ）とからなる。重畳部分１０３Ａは、絶縁体を介して磁気抵抗効果素子１０１から積層方向Ｌに離間して配置されている。
非重畳部分１０３Ｂのうち、符号１０３Ｂａａで示す部分及び符号１０３Ｂｂａで示す部分は、重畳部分１０３Ａと平行な方向に延在する部分である。
一方、符号１０３Ｂａｂで示す部分及び符号１０３Ｂｂｂで示す部分は、符号１０３Ｂａａで示す部分及び符号１０３Ｂｂａで示す部分と重畳部分１０３Ａとを連結する部分であり、積層方向Ｌに対して傾斜して配置される。
以下、符号１０３Ｂａａで示す部分及び符号１０３Ｂｂａで示す部分を、平行部分ということがある。また、符号１０３Ｂａｂで示す部分及び符号１０３Ｂｂｂで示す部分を、傾斜連結部分ということがある。
図１で示す構成では、平行部分１０３Ｂａａと平行部分１０３Ｂｂａは、積層方向Ｌにおいて同じ位置に配置され、同じ厚さで形成されたものであるが、積層方向Ｌにおいて異なる位置に配置されてもよいし、厚さも異なってもよい。
【００３１】
図１に示す配置のとき、重畳部分１０３Ａが積層方向Ｌにおける磁気抵抗効果素子の「上側」にあるとすると、Ｌｕの向きを「積層方向における上側」、Ｌｄの向きを「積層方向における下側」というものとする。
図１において、符号１０３ＢａａＳは非重畳部分１０３Ｂの平行部分１０３Ｂａａの積層方向Ｌにおける下側の面を指し、符号１０３ＢａｂＳは非重畳部分１０３Ｂの傾斜連結部分１０３Ｂａｂの積層方向Ｌにおける下側の面を指す。符号１０３ＢｂａＳは非重畳部分１０３Ｂの平行部分１０３Ｂｂａの積層方向Ｌにおける下側の面を指し、符号１０３ＢｂｂＳは非重畳部分１０３Ｂの傾斜連結部分１０３Ｂｂｂの積層方向Ｌにおける下側の面を指す。符号１０３ＢＳはこれら４つの面１０３ＢａａＳ、１０３ＢａｂＳ、１０３ＢｂａＳ及び１０３ＢｂｂＳを合わせて指すものである。また、符号１０３ＡＳは重畳部分１０３Ａの積層方向Ｌにおける下側の面を指すものである。符号１０３Ｓは、高周波信号線路１０３の積層方向Ｌにおける下側の面全体すなわち、重畳部分１０３Ａの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＡＳと、非重畳部分１０３Ｂの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢＳとを合わせて指すものである。
符号Ｘ−Ｘ’で示す点線は、重畳部分１０３Ａの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＡＳを含む仮想的な面を指すものである。符号Ｙで示す点線は、非重畳部分１０３Ｂの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢＳのうち、平行部分１０３Ｂａａの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢａａＳ及び平行部分１０３Ｂｂａの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢｂａＳを含む仮想的な面を指すものである。
【００３２】
高周波信号線路１０３の積層方向Ｌにおける下側の面１０３Ｓのうち、非重畳部分１０３Ｂの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢＳは、積層方向Ｌにおいて、重畳部分１０３Ａの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＡＳよりも積層方向Ｌにおける下側に配置される。すなわち、非重畳部分１０３Ｂの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢａａＳ、積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢａｂＳ、積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢｂａＳ、積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢｂｂＳは、重畳部分１０３Ａの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＡＳよりも積層方向Ｌにおける下側に配置される。
より詳細にいうと、非重畳部分１０３Ｂの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢＳのうち、平行部分１０３Ｂａａの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢａａＳ、及び、平行部分１０３Ｂｂａの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢｂａＳは、距離ｄ（仮想平面Ｘ−Ｘ’と仮想平面Ｙとの距離）だけＬｄ側に配置される。また、非重畳部分１０３Ｂの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢＳのうち、傾斜連結部分１０３Ｂａｂの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢａｂＳ、及び、傾斜連結部分１０３Ｂｂｂの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢｂｂＳは、０〜ｄの距離だけＬｄ側に配置される。
【００３３】
本発明の効果は、重畳部分１０３Ａが積層方向Ｌにおける磁気抵抗効果素子１０１の上側にあるとしたときに、非重畳部分１０３Ｂの少なくとも一部が、重畳部分１０３Ａよりも積層方向Ｌにおける下側に配置されれば足りるが、非重畳部分１０３Ｂの一部が磁気抵抗効果素子１０１に近いほど、高周波磁場の強度を強くする効果が大きい。
図３に示す高周波信号線路１０３では、非重畳部分１０３Ｂの少なくとも一部である、平行部分１０３Ｂａａの一部、及び、平行部分１０３Ｂｂａの一部が、重畳部分１０３Ａよりも積層方向Ｌにおける下側、より具体的には、第１強磁性層１０１Ａと同じ位置に配置されており（図３では、符号Ｙで示した点線を第１強磁性層１０１Ａまで延長した）、高周波磁場の強度を強くする効果がより大きくされている。
この構成について、部分の面を用いて説明すると、非重畳部分１０３Ｂの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢＳの少なくとも一部である、平行部分１０３Ｂａａの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢａａＳ、及び、平行部分１０３Ｂｂａの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＢｂａＳが、重畳部分１０３Ａの積層方向Ｌにおける下側の面１０３ＡＳよりも積層方向Ｌにおける下側、より具体的には、第１強磁性層１０１Ａと同じ位置に配置されている。
【００３４】
非重畳部分１０３Ｂの少なくとも一部が、積層方向Ｌにおいて、第１強磁性層１０１Ａと同じ位置に配置される構成であれば好ましく、非重畳部分１０３Ｂの少なくとも一部が、第１強磁性層１０１Ａの位置よりも積層方向Ｌにおける下側に配置される構成であればより好ましい（図４参照）。
【００３５】
＜線路＞
磁気抵抗効果素子１０１の積層方向Ｌの両端すなわち、スペーサ層１０１Ｃからみて第１強磁性層１０１Ａ側および第２強磁性層１０１Ｂ側にそれぞれ、第１線路１０７、第２線路１０８が接続されている。
第１線路１０７および第２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、第１線路１０７および第２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、第１線路１０７および第２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、第２線路１０８は、磁気抵抗効果素子１０１から出力される信号（高周波電圧または高周波電流）を伝える。
【００３６】
第１線路１０７および第２線路１０８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。
【００３７】
（作用効果）
図２は、高周波信号線路が湾曲している部分がない構成の場合の断面模式図である。図２において、符号３は高周波信号線路、符号７及び符号８は線路である。
高周波信号線路に流れる電流が第１強磁性層１０１Ａに作る高周波磁場の強度は、高周波信号線路からの距離に依存する。距離が近ければ高周波磁場の強度は強くなり、第１強磁性層１０１Ａの磁化が大きく振動する一方、距離が遠ければ高周波磁場の強度は弱くなり、第１強磁性層１０１Ａの磁化振動は小さくなる。
【００３８】
高周波信号線路のうち、重畳部分については、図１で示す構成と図２で示す高周波信号線路が湾曲している部分がない構成とで、第１強磁性層１０１Ａまでの距離Ｄ０に差はない。これに対して、非重畳部分では、第１強磁性層１０１Ａまでの代表的な距離をそれぞれ、ＤＢ、ＤＮＢで示したが、図１で示す構成は図２で示す構成に比べて、非重畳部分が第１強磁性層１０１Ａに近づくことになる。
【００３９】
「第二実施形態」
図４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。
【００４０】
磁気抵抗効果デバイス２００では、高周波信号線路２０３は磁気抵抗効果素子１０１のスペーサ層１０１Ｃからみて第１強磁性層１０１Ａ側（図４の例では、第１強磁性層１０１Ａのスペーサ層とは反対側の面１０１Ａａ）に接続されており、高周波信号線路２０３を流れる高周波電流の一部が磁気抵抗効果素子１０１に印加される。
【００４１】
高周波信号線路２０３は、積層方向Ｌから平面視して、磁気抵抗効果素子１０１と重なる位置に配置される重畳部分２０３Ａと、磁気抵抗効果素子１０１と重ならない位置に配置される非重畳部分２０３Ｂ（２０３Ｂａａ、２０３Ｂａｂ、２０３Ｂｂａ、２０３Ｂｂｂ）とからなる。
高周波信号線路２０３は、図１に示した高周波信号線路１０３と同様の構成を有しているが、図１で示した線路１０７がなく、高周波信号線路２０３の重畳部分２０３Ａが磁気抵抗効果素子１０１と電気的に接続している点が、図１で示した磁気抵抗効果デバイス１００と異なる。
【００４２】
図４において、符号２０３ＡＳ、符号２０３ＢａａＳ、符号２０３ＢａｂＳ、符号２０３ＢｂａＳ、符号２０３ＢｂｂＳで示す面はそれぞれ、重畳部分２０３Ａ、非重畳部分２０３Ｂａａ、２０３Ｂａｂ、２０３Ｂｂａ、２０３Ｂｂｂの積層方向Ｌにおける下側の面である。
図４で示す構成においても、高周波信号線路が湾曲している部分がない構成と比べて、少なくとも非重畳部分の積層方向Ｌにおける下側の面２０３ＢａｂＳ、２０３ＢｂｂＳがより第１強磁性層１０１Ａに近づくことになり、その結果、高周波信号線路の非重畳部分から第１強磁性層１０１Ａに印加される高周波磁場が大きくなる。
【００４３】
「第三実施形態」
図５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。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。
第一実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００においては、高周波信号線路１０３は、積層方向Ｌにおける下側の面の曲がりパターンと、積層方向Ｌにおける上側の面の曲がりパターンとが同様であって、厚みが同じように形成されてなるものであり、積層方向Ｌにおける下側の面の位置と上側の面の位置との積層方向Ｌにおける平均の位置（中間の厚みの位置）が、非重畳部分１０３Ｂの少なくとも一部において重畳部分１０３Ａよりも積層方向Ｌにおける下側に位置している。これに対し、第三実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス３００では、高周波信号線路３０３は、その厚みが重畳部分３０３Ａと非重畳部分３０３Ｂとで異なっている。
【００４４】
高周波信号線路３０３は、積層方向Ｌから平面視して、磁気抵抗効果素子１０１と重なる位置に配置される重畳部分３０３Ａと、磁気抵抗効果素子１０１と重ならない位置に配置される非重畳部分３０３Ｂ（３０３Ｂａａ、３０３Ｂａｂ、３０３Ｂｂａ、３０３Ｂｂｂ）とからなる。図５で示す構成においても、高周波信号線路３０３は、積層方向Ｌにおける下側の面の位置と上側の面の位置との積層方向Ｌにおける平均の位置（中間の厚みの位置）が、非重畳部分３０３Ｂの少なくとも一部（例えば、図５中の符号ＰＢの位置）において重畳部分５０３Ａ（例えば、図５中の符号PＡの位置）よりも積層方向Ｌにおける下側に位置している。
【００４５】
図５において、符号３０３ＡＳ、符号３０３ＢａａＳ、符号３０３ＢａｂＳ、符号３０３ＢｂａＳ、符号３０３ＢｂｂＳで示す面はそれぞれ、重畳部分３０３Ａ、非重畳部分３０３Ｂａａ、３０３Ｂａｂ、３０３Ｂｂａ、３０３Ｂｂｂの積層方向Ｌにおける下側の面である。
図５で示す構成においても、高周波信号線路が湾曲している部分がない構成と比べて、少なくとも非重畳部分の積層方向Ｌにおける下側の面３０３ＢａｂＳ、３０３ＢｂｂＳがより第１強磁性層１０１Ａに近づくことになり、その結果、高周波信号線路の非重畳部分から第１強磁性層１０１Ａに印加される高周波磁場が大きくなる。
【００４６】
「第四実施形態」
図６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。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。
【００４７】
磁気抵抗効果デバイス４００では、高周波信号線路４０３は磁気抵抗効果素子１０１のスペーサ層１０１Ｃからみて第１強磁性層１０１Ａ側（図６の例では、第１強磁性層１０１Ａのスペーサ層とは反対側の面１０１Ａａ）に接続されており、高周波信号線路４０３を流れる高周波電流の一部が磁気抵抗効果素子１０１に印加される。
【００４８】
高周波信号線路４０３は、積層方向Ｌから平面視して、磁気抵抗効果素子１０１と重なる位置に配置される重畳部分４０３Ａと、磁気抵抗効果素子１０１と重ならない位置に配置される非重畳部分４０３Ｂ（４０３Ｂａａ、４０３Ｂａｂ、４０３Ｂｂａ、４０３Ｂｂｂ）とからなる。
高周波信号線路４０３は、図５に示した高周波信号線路３０３と同様の構成を有しているが、図５で示した線路１０７がなく、高周波信号線路４０３の重畳部分４０３Ａが磁気抵抗効果素子１０１と電気的に接続している点が、図５で示した磁気抵抗効果デバイス３００と異なる。
【００４９】
図６において、符号４０３ＡＳ、符号４０３ＢａａＳ、符号４０３ＢａｂＳ、符号４０３ＢｂａＳ、符号４０３ＢｂｂＳで示す面はそれぞれ、重畳部分４０３Ａ、非重畳部分４０３Ｂａａ、４０３Ｂａｂ、４０３Ｂｂａ、４０３Ｂｂｂの積層方向Ｌにおける下側の面である。
図６で示す構成においても、高周波信号線路が湾曲している部分がない構成と比べて、少なくとも非重畳部分の積層方向Ｌにおける下側の面４０３ＢａｂＳ、４０３ＢｂｂＳがより第１強磁性層１０１Ａに近づくことになり、その結果、高周波信号線路の非重畳部分から第１強磁性層１０１Ａに印加される高周波磁場が大きくなる。
【００５０】
（適用例１）
図７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３００に置き換えてもよい。なお、上述した磁気抵抗効果素子、高周波信号線路とともに、下述する磁場印加機構や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、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１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。
【００５１】
＜磁気抵抗効果素子、磁場印加機構＞
磁気抵抗効果素子１０１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。図７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についても同様である。
【００５２】
図７に示す第１磁性部材１０２は、基部１０２Ａ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では上側）に配されている。
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。
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、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。突出部１０２Ｂの周囲にはコイル１０６が巻回されている。第２磁性部材１０４は、磁気抵抗効果素子１０１から見て第１磁性部材１０２とは反対側に配置されている。第１磁性部材１０２と第２磁性部材１０４とは、図示しない磁性部材により図の外側の領域で連結されている。第１磁性部材１０２、第２磁性部材１０４及びコイル１０６が、磁気抵抗効果素子１０１に外部磁場（静磁場）を印加する磁場印加機構を構成している。
【００５３】
磁場印加機構（第１磁性部材１０２、第２磁性部材１０４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。
【００５４】
＜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。
【００５５】
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及び下部電極１１０は、図１に示した線路１０８に対応する。
【００５６】
＜高周波信号線路＞
図７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７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１強磁性層１０１Ａには、この高周波磁場が印加される。
【００５７】
＜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７における出力信号線路１２２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、他端が第２のポート１２１に接続されている。すなわち、図７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。
【００５８】
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。
【００５９】
線路１２４は、一端が上部電極１０９を介して磁気抵抗効果素子１０１に接続されている。線路１２４及び上部電極１０９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７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。
【００６０】
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。
【００６１】
＜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Ｌ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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
＜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１強磁性層１０１Ａに印加される。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
＜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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
図７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。
【００７６】
（適用例２）
図８は、上記磁気抵抗効果デバイス２００を適用した、高周波デバイス２７０の回路の一例を示している。磁気抵抗効果デバイス２００を、他の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス４００に置き換えてもよい。
なお図８では、高周波信号線路２０３の磁気抵抗効果素子１０１の近傍の一部を上部電極１０９として描いている。この場合、高周波信号線路２０３内を流れる高周波電流により高周波信号線路２０３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２０３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２０３の上部電極１０９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。
【００７７】
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。
【００７８】
上記適用例１〜２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。
【００７９】
また、上記適用例１〜２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。
【００８０】
また、上記適用例１〜２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。
【符号の説明】
【００８１】
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
１０３、２０３、３０３、４０３  高周波信号線路
１０３Ａ、２０３Ａ、３０３Ａ、４０３Ａ  重畳部分
１０３Ｂ、２０３Ｂ、２０３Ｂ、２０３Ｂ  非重畳部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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