(57)【要約】【課題】従来の分解能がＮビットの抵抗ストリングス方式のＤ／Ａ変換器の構成では、２Ｎ個の抵抗の間から２Ｎ個のノードを取り出し、そのうちの１つのノードをスイッチにより選択し出力端子と接続して出力電圧を得るという構成であるため、高分解能になるにつれてノード数が増え回路面積が増大するという課題がある。【解決手段】可変電圧回路５０は、第１の電圧源１０１と第２の電圧源１０２の間に抵抗素子１０４、磁気抵抗効果素子１０８が直列に接続され、磁気抵抗効果素子１０８の近傍に磁気抵抗効果素子１０８に磁場を印加する磁場供給機構１２１を備え、磁場供給機構１２１は磁場を変化させて磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値を変化可能であり、抵抗素子１０４、磁気抵抗効果素子１０８の間のノード１０６が出力端子１０３に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電圧源と第２の電圧源の間に複数の抵抗素子が直列に接続され、前記複数の抵抗素子のうちの少なくとも１つはスペーサ層を介して磁化固定層と磁化自由層を備えた磁気抵抗効果素子であり、前記磁気抵抗効果素子の近傍に前記磁気抵抗効果素子に磁場を印加する磁場供給機構を備え、前記磁場供給機構は前記磁場を変化させて前記磁気抵抗効果素子の抵抗値を変化可能であり、前記複数の抵抗素子の間のノードのうちのひとつが出力端子に接続されることを特徴とする可変電圧回路。
【請求項２】
前記第１の電圧源と前記出力端子の間の第１の抵抗値と、前記第２の電圧源と前記出力端子の間の第２の抵抗値の少なくとも一方が、複数種類の抵抗値を得られるように構成され、前記第１の抵抗値と前記第２の抵抗値から得られる分圧比により、複数種類の出力電圧を得ることを特徴とする請求項１に記載の可変電圧回路。
【請求項３】
前記複数の抵抗素子として複数の前記磁気抵抗効果素子を含み、前記複数の磁気抵抗効果素子のうちの少なくとも２つは、前記磁化自由層の保磁力が互いに異なることを特徴とする請求項１または２に記載の可変電圧回路。
【請求項４】
前記複数の抵抗素子として複数の前記磁気抵抗効果素子を含み、前記磁場供給機構は、各々の前記磁気抵抗効果素子の近傍に１つ以上備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変電圧回路。
【請求項５】
前記磁場供給機構は、前記磁場により前記磁化自由層の磁化方向を変化させて前記磁気抵抗効果素子の抵抗値を変化可能であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の可変電圧回路。
【請求項６】
前記磁場供給機構は、前記磁化自由層に印加される磁場の強度を変化させて前記磁気抵抗効果素子の抵抗値を変化可能であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の可変電圧回路。
【請求項７】
前記複数の抵抗素子が直列に接続された直列抵抗部分を２つ有し、２つの前記直列抵抗部分が並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の可変電圧回路。
【請求項８】
前記磁場供給機構は、前記磁気抵抗効果素子に前記磁場を印加して前記磁気抵抗効果素子の抵抗値を維持することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の可変電圧回路。
【請求項９】
前記磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化方向と前記磁化自由層の磁化方向が、前記磁場供給機構から前記磁場が発生していない状態においても略平行状態もしくは略反平行状態を維持することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の可変電圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変電圧回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やスマートフォンなどの携帯端末の普及がめざましい。これらの携帯端末に採用されている液晶ディスプレイ等の表示装置の解像度は向上し、端末本体も小型化、薄型化が進んでいる。特許文献１に開示された表示装置は、その画素列ごとの信号線を駆動する水平駆動回路を有する。水平駆動回路にはデジタルの映像信号が入力され、それをアナログの画素駆動信号に変換するデジタル／アナログ変換器（以下Ｄ／Ａ変換器）が内蔵されている。
【０００３】
Ｄ／Ａ変換器の変換方式には、オペアンプによる演算機能を用い、抵抗のオンオフや電圧印加から目的の電圧を得る抵抗ラダー型や、抵抗を直列に接続し、アナログスイッチで必要な個所に接続する抵抗ストリング型が用いられることが多い。上記のＤ／Ａ変換回路では、複数の出力電圧を発生する電圧発生回路が必要で、この電圧発生回路は表示エリア部とは別に形成されており、他の半導体回路と併せて小型化、省スペース化が望まれている。
【０００４】
特許文献２には、Ｎビット抵抗ストリング型のＤ／Ａ変換器の構成例が示されている。
【０００５】
Ｖ１、Ｖ２はアナログ出力の基準となる第１、第２の基準電圧源であり、第１、第２の基準電圧源Ｖ１、Ｖ２の間には、分解能に応じて抵抗値が等しい抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、…、Ｒ２Ｎが２Ｎ個直列に接続されてなる抵抗ストリングスが設けられている。
【０００６】
また、第１の基準電圧源Ｖ１及び抵抗ストリングスの各抵抗の接続点からそれぞれ合計２Ｎ個のタップＴ１、Ｔ２、・・・、Ｔ２Ｎが引き出され、第１、第２の基準電圧源Ｖ１、Ｖ２の電圧を２Ｎ分割するように構成されており、出力ＶＯとタップＴ１、Ｔ２、・・・、Ｔ２Ｎを接続するための２Ｎ個のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷ２Ｎからなるデコードスイッチ群を備え、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷ２Ｎの一側端子は出力ＶＯに共通接続されている。
【０００７】
デジタル信号入力端子ＶＩから入力されたＮビットのデジタル入力信号を受け制御回路で入力されたデジタル値に対応してデコードスイッチ群のうちのひとつのスイッチを選択し、選択したスイッチを閉成させる（オン状態とする）ことにより、所望のアナログ出力を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１７５０２１号公報
【特許文献２】特開平８−３３０９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２に開示されている従来の抵抗ストリングス方式のＤ／Ａ変換器の構成では、分解能がＮビットの場合、２Ｎ個の抵抗を用い２Ｎ個のタップを取り出し、複数あるスイッチのうち１つのスイッチを選択することで所望の出力を得る構成であるため、高分解能になるにつれてスイッチ選択するデコード部の回路規模が増大し、回路面積が大きくなるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、少ない素子構成でＮビットＤ／Ａ変換器と同等の電圧出力機能を有しつつ回路規模縮小化を実現可能とする可変電圧回路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】
上記課題を解決するため、本発明の可変電圧回路は、第１の電圧源と第２の電圧源の間に複数の抵抗素子が直列に接続され、前記複数の抵抗素子のうちの少なくとも１つはスペーサ層を介して磁化固定層と磁化自由層を備えた磁気抵抗効果素子であり、前記磁気抵抗効果素子の近傍に前記磁気抵抗効果素子に磁場を印加する磁場供給機構を備え、前記磁場供給機構は前記磁場を変化させて前記磁気抵抗効果素子の抵抗値を変化可能であり、前記複数の抵抗素子の間のノードのうちのひとつが出力端子に接続されることを特徴とする。
【００１２】
上記特徴の可変電圧回路によれば、磁場供給機構が、第１の電圧源と第２の電圧源の間に直列に接続された複数の抵抗素子のうちの少なくとも１つである磁気抵抗効果素子に印加する磁場を変化させることで、磁気抵抗効果素子の抵抗値を変化させ、出力端子より得られる電圧を変化させることが可能になる。
【００１３】
磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化することで、上記特徴の可変電圧回路は、同じ数の固定抵抗で構成された従来の可変電圧回路で得られる電圧の種類よりも多くの種類の出力電圧を得ることができる。また、従来の可変電圧回路と同じ種類の出力電圧を出す場合には、従来の可変電圧回路に比べて使用する抵抗素子数やスイッチの数を減らすことができるため、回路規模を縮小した可変電圧回路を提供できる。
【００１４】
ここで示す「第１の電圧源」と「第２の電圧源」とは、どちらか一方がグランドである場合を含む。つまり、「第１の電圧源」と「第２の電圧源」との間に電位差が発生していればよい。また、「ノード」とは２つの抵抗が接続される点を指し、その点からスイッチや他の回路網に接続される。ノードは特許文献２に示されるタップと同一のものである。また「スイッチ」とはノードと出力端子の間に配置される開閉器で、スイッチを閉成する（オン状態とする）ことでノードと出力端子が導通状態になる。スイッチには、外部からの力を受け機械的に電気信号の切り替えを行う機械スイッチや、ＣＭＯＳトランジスタなどを用いて回路の接続と切断をする半導体スイッチがある。あるノードを選択するということは、そのノードに接続されたスイッチを閉成させて出力端子と導通させることを指し、そのノードは出力端子と同電位となる。「近傍」とは、磁場供給機構から発生した磁場を磁気抵抗効果素子に印加することのできる距離を示し、磁気抵抗効果素子側面と磁場供給機構の磁場発生端部の距離は５［ｎｍ］から１［μｍ］の範囲である。
【００１５】
また、本発明の可変電圧回路は、前記第１の電圧源と前記出力端子の間の第１の抵抗値と、前記第２の電圧源と前記出力端子の間の第２の抵抗値の少なくとも一方が、複数種類の抵抗値を得られるように構成され、前記第１の抵抗値と前記第２の抵抗値から得られる分圧比により、複数種類の出力電圧を得ることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の可変電圧回路は、前記複数の抵抗素子として複数の前記磁気抵抗効果素子を含み、前記複数の磁気抵抗効果素子のうちの少なくとも２つは、前記磁化自由層の保磁力が互いに異なることを特徴とする。
【００１７】
上記特徴の可変電圧回路によれば、磁化自由層の保磁力が異なる少なくとも２つの磁気抵抗効果素子に同じ磁場を印加する場合でも、磁場を変化させることにより、直列に接続された磁気抵抗効果素子全体の抵抗値の種類を増やすことができ、得られる出力電圧の種類を増やすことができる。
【００１８】
また、本発明の可変電圧回路は、前記複数の抵抗素子として複数の前記磁気抵抗効果素子を含み、前記磁場供給機構は、各々の前記磁気抵抗効果素子の近傍に１つ以上備えられていることを特徴とする。
【００１９】
上記特徴の可変電圧回路によれば、個別に磁気抵抗効果素子に印加される磁場を制御して各々の磁気抵抗効果素子の抵抗値を変化させることで、より多くの種類の出力電圧を得ることが可能になる。
【００２０】
また、本発明の可変電圧回路は、前記磁場供給機構は、前記磁場により前記磁化自由層の磁化方向を変化させて前記磁気抵抗効果素子の抵抗値を変化可能であることを特徴とする。
【００２１】
上記特徴の可変電圧回路によれば、磁化自由層の磁化方向を磁化固定層の磁化方向に対して略平行の状態と略反平行の状態の２つの状態に変化させる場合には、磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を大きくすることができるので、得られる複数種類の出力電圧の差を大きくすることができる。また、磁化自由層の磁化方向の磁化固定層の磁化方向に対する角度を任意の角度に変化させる場合には、磁気抵抗効果素子の抵抗値を任意の値に変化させることができ、多くの種類の出力電圧を得ることができる。
【００２２】
また、本発明の可変電圧回路は、前記磁場供給機構は、前記磁化自由層に印加される磁場の強度を変化させて前記磁気抵抗効果素子の抵抗値を変化可能であることを特徴とする。
【００２３】
上記特徴の可変電圧回路によれば、磁気抵抗効果素子の抵抗値を連続的に変化させることができ、多くの種類の出力電圧を得ることができる。
【００２４】
本発明の可変電圧回路は、前記複数の抵抗素子が直列に接続された直列抵抗部分を２つ有し、２つの前記直列抵抗部分が並列に接続されていることを特徴とする。
【００２５】
上記特徴の可変電圧回路によれば、分圧比の範囲を広くすることができるため、出力電圧範囲を広げることができる。
【００２６】
また、本発明の可変電圧回路は、前記磁場供給機構は、前記磁気抵抗効果素子に前記磁場を印加して前記磁気抵抗効果素子の抵抗値を維持することを特徴とする。
【００２７】
上記特徴の可変電圧回路によれば、磁気抵抗効果素子の抵抗値が安定することで安定した出力電圧を得ることができる。
【００２８】
また、本発明の可変電圧回路は、前記磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化方向と前記磁化自由層の磁化方向が、前記磁場供給機構から前記磁場が発生していない状態においても略平行状態もしくは略反平行状態を維持することを特徴とする。
【００２９】
ここで「略平行」もしくは「略反平行」とは、磁化固定層の磁化方向と磁化自由層の磁化方向のなす角度が０°と１８０°の場合のみに狭く限定解釈されるものではなく、機能面から、その角度が０°±２０°程度、１８０°±２０°程度の場合も含むものとして用いる。
【００３０】
上記特徴の可変電圧回路によれば、磁場供給機構から磁場が発生していない状態においても磁気抵抗効果素子の抵抗値が維持されるため、磁気抵抗効果素子に磁場印加するために磁場供給機構を駆動する電力を節約することが出来る。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、少ない素子構成でＮビットＤ／Ａ変換器と同等の電圧出力機能を有しつつ回路規模縮小化を実現可能とする可変電圧回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可変電圧回路の概略図である。
【図２】磁気抵抗効果素子の断面概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る可変電圧回路の概略図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る可変電圧回路の概略図である
【図５】本発明の第３の実施形態に係る磁気抵抗効果素子に印加する磁場の強度と磁気抵抗効果素子の抵抗値を表したグラフである。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る可変電圧回路の概略図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る可変電圧回路の概略図で、磁場供給機構のコイルを１本につなげた例の概略図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る可変電圧回路の概略図である。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る可変電圧回路の概略図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態に係る可変電圧回路の概略図である。
【図１１】本発明の第８の実施形態に係る可変電圧回路の概略図である。
【図１２】実施例の磁気抵抗効果素子の磁気特性を示した図である。
【図１３】実施例のコイルに流れる電流と発生する磁場の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。
【００３４】
本発明の第１の実施形態に係る可変電圧回路５０の構成について、図１を用いて説明する。
【００３５】
図１に示す可変電圧回路５０は、第１の電圧源１０１と第２の電圧源１０２の間に複数の抵抗素子が直列に接続されている。より具体的には、第１の電圧源１０１と第２の電圧源１０２を結ぶ配線上に抵抗素子１０４と抵抗素子としての磁気抵抗効果素子１０８を直列に配置している。抵抗素子１０４と磁気抵抗効果素子１０８の間にはノード１０６が設けられ、ノード１０６が出力端子１０３に接続されている。出力端子１０５は第２の電圧源１０２と同電位になっており、第１の電圧源１０１と第２の電圧源１０２の電位差が、抵抗素子１０４および磁気抵抗効果素子１０８によって分圧され、分圧比に応じた出力電圧は出力端子１０３と１０５の電位差となって出力される。
【００３６】
ここで示す「第１の電圧源」と「第２の電圧源」とは、どちらか一方がグランドである場合を含む。つまり、「第１の電圧源」と「第２の電圧源」との間に電位差が発生していればよい。
【００３７】
また、「ノード」とは２つの抵抗素子が接続される点を指し、その点からスイッチや他の回路網に接続される。ノードは特許文献２に示されるタップと同一のものである。
【００３８】
図１に示す可変電圧回路５０の磁気抵抗効果素子１０８の近傍には磁場供給機構１２１が設けられている。磁場供給機構１２１から発生する磁場は、磁気抵抗効果素子１０８に印加される。磁場供給機構１２１は、磁気抵抗効果素子１０８に印加される磁場を変化させて磁気抵抗効果素子１０８の磁化自由層の磁化方向を変化させ、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値を変化させることができる。
【００３９】
ここで「近傍」とは、磁場供給機構１２１から発生した磁場を磁気抵抗効果素子１０８に印加することのできる距離を示し、磁気抵抗効果素子側面と磁場供給機構の磁場発生端部の距離は５［ｎｍ］から１［μｍ］の範囲である。
【００４０】
図１に示す可変電圧回路５０は、第１の電圧源１０１と出力端子１０３の間の第１の抵抗値と、第２の電圧源１０２と出力端子１０３の間の第２の抵抗値の少なくとも一方（この例では第１の抵抗値）が、複数種類の抵抗値を得られるように構成され、第１の抵抗値と第２の抵抗値から得られる分圧比により、複数種類の出力電圧を得ることができる。
【００４１】
図２に磁気抵抗効果素子１０８の断面概略図を示す。磁気抵抗効果素子１０８は磁化自由層１１、スペーサ層１２および磁化固定層１３が電極１４と電極１５の間に積層された構造で構成され、電極１４と電極１５の積層方向に電流が流れる。磁化自由層１１は、例えば、ＣｏＦｅ合金、組成の異なるＣｏＦｅ合金の積層構造、またはＣｏＦｅＢ合金とＣｏＦｅ合金との積層構造とすることができる。スペーサ層１２の材料は、例えば、ＭｇОとすることができる。磁化固定層１３は、例えば、ＣｏＦｅ合金、組成の異なるＣｏＦｅ合金の積層構造、またはＣｏＦｅＢ合金とＣｏＦｅＢ合金との積層構造とすることができる。
【００４２】
磁気抵抗効果素子１０８は、磁場供給機構１２１から発生する外部磁界によって磁化自由層１１が影響を受ける。磁場供給機構１２１からの外部磁界によって、磁化自由層１１の磁化の向きは磁場供給機構１２１からの外部磁界の方向と同じ向きになるように変化する。この時、磁化固定層１３の磁化方向は、強磁性結合で磁化方向が決定されているため変化しない。磁気抵抗効果素子１０８の磁化自由層１１の磁化方向と磁化固定層１３の磁化方向から作られる角度が変化することで磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値が変化する。
【００４３】
磁場供給機構１２１は、パーマロイなどの磁性材料から構成される磁心と、磁心に導体を巻きつけたコイルを有し、コイルが電流発生源１０７に接続され、電流発生源１０７から導体に電流を流すことで発生する磁場を磁心に通して磁気抵抗効果素子１０８に印加する構造となっている。磁場供給機構１２１は、磁化自由層１１の磁化方向を磁化固定層１３の磁化方向に対して平行の状態と反平行の状態の２つの状態に変化させる。また、磁場供給機構１２１は、磁化自由層１１の磁化方向を変化させた後も磁気抵抗効果素子１０８に磁場を印加して磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値を維持する。
【００４４】
磁場供給機構１２１は、磁気抵抗効果素子１０８を形成する薄膜プロセスを用いて同時に形成可能である。そのため、磁場供給機構１２１のサイズは磁気抵抗効果素子１０８と同程度の大きさに収めることが可能で、そのサイズは２００ミクロン角程度の大きさに収めることができる。
【００４５】
磁場供給機構１２１の構造として、閉磁気回路を構成する磁心の一部を切断し、その間に磁気抵抗効果素子１０８を配置する構造が考えられる。磁気抵抗効果素子１０８を、磁束が伝わりやすい閉磁気回路を一部切断した内部に配置することで、磁心からの漏れ磁場を効率よく磁気抵抗効果素子１０８に印加することが可能である。電流発生源１０７からコイルに流す電流を変化させることで磁場強度を変化させることができる。
【００４６】
図２で示す磁気抵抗効果素子１０８において、上側の磁化自由層１１は磁化方向が変更可能である。下側の磁化固定層１３は反強磁性材料のＩｒＭｎを積層させ、磁化方向が変更不可能である。磁化自由層１１の磁化方向と磁化固定層１３の磁化方向が平行の場合、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値は最小値となる。また、磁化自由層１１の磁化方向と磁化固定層１３の磁化方向が反平行の場合、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値は最大値となる。
【００４７】
スペーサ層１２の材料はＭｇＯとしたが、非磁性スペーサ層１２の材料として絶縁体のＡｌＯＸ、ＴｉＯ、または金属のＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒのうち少なくとも１つ以上の元素を含む合金材料、または半導体の酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化錫、酸化インジウム、酸化インジウム錫を用いることもできる。
【００４８】
また、磁化固定層１３の磁化方向の固定のための反強磁性層の種類はＩｒＭｎに限定するものではない。
【００４９】
さらに、上部電極１４と下部電極１５の間に積層される磁化自由層１１と磁化固定層１３の積層順序が上下逆であっても良い。磁気抵抗効果素子１０８は、公知のＭＲＡＭやＨＤＤ読み出しヘッドなどで用いられる磁気抵抗効果素子と同様の構成をとることが可能である。
【００５０】
本発明における可変電圧回路では多様な分圧比を得るために、磁気抵抗効果素子１０８は、磁気抵抗比（ＭＲ比）が大きい磁気抵抗効果素子であることが好ましい。大きな磁気抵抗比が得られる磁気抵抗効果素子として巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｅｆｆｅｃｔ）素子やトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ  ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｅｆｆｅｃｔ）素子、ＣＰＰ−ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  ＧＭＲ）素子などがあり、特にＴＭＲ素子とＣＰＰ−ＧＭＲ素子は非磁性スペーサ層を介して磁化固定層と磁化自由層を積層しその積層方向に電流を印加することで大きな磁気抵抗比を得ることが出来る。
【００５１】
図１で示す第１の実施形態の可変電圧回路５０において、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値が最大値Ｒ３ｍａｘの場合、Ｒ３ｍａｘと抵抗素子１０４の抵抗値Ｒ２から分圧比が求められる。この場合に出力端子１０３から得られる出力電圧ＶＯＵＴｍａｘは、第１の電圧源１０１と第２の電圧源１０２の電位差ＶＨ−ＶＬと分圧比から［数１］で表される。
【００５２】
【数１】
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【００５３】
また、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値が最小値Ｒ３ｍｉｎの場合、Ｒ３ｍｉｎと抵抗素子１０４の抵抗値Ｒ２から分圧比が求められる。この場合に出力端子１０３より得られる出力電圧ＶＯＵＴｍｉｎは［数２］で表される。
【００５４】
【数２】
2015065651.tif 000004
【００５５】
固定抵抗を２個直列に接続した従来の電圧回路の場合、出力電圧は１種類しか得られないが、図１で示す可変電圧回路５０のように、２個直列に接続した固定抵抗のうちひとつを磁気抵抗効果素子１０８に変更し、磁気抵抗効果素子１０８の近傍に磁場供給機構１２１を配置し、磁場供給機構１２１から印加される磁場によって磁化自由層１１の磁化方向を変化させ、磁化自由層１１の磁化方向を磁化固定層１３の磁化方向に対して平行の状態と反平行の状態の２つの状態に変化させて、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値を最大値か最小値に変化させることで２種類の出力電圧を得ることが可能になる。
【００５６】
第１の実施形態の可変電圧回路５０は、磁場供給機構１２１が、第１の電圧源１０１と第２の電圧源１０２の間に直列に接続された複数の抵抗素子のうちの少なくとも１つである磁気抵抗効果素子１０８に印加する磁場を変化させることで、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値を変化させ、出力端子１０３より得られる電圧を変化させることが可能になる。
【００５７】
磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値が変化することで、第１の実施形態の可変電圧回路５０は、同じ数の固定抵抗で構成された従来の可変電圧回路で得られる電圧の種類よりも多くの種類の出力電圧を得ることができる。また、従来の可変電圧回路と同じ種類の出力電圧を出す場合には、従来の可変電圧回路に比べて使用する抵抗素子数やスイッチの数を減らすことができるため、回路規模を縮小した可変電圧回路を提供できる。
【００５８】
また、第１の実施形態の可変電圧回路５０は、磁場供給機構１２１が、磁化自由層１１の磁化方向を磁化固定層１３の磁化方向に対して平行の状態と反平行の状態の２つの状態に変化させて、磁気抵抗効果素子の抵抗値を変化可能であるので、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値の変化を大きくすることができ、得られる複数種類の出力電圧の差を大きくすることができる。
【００５９】
また、第１の実施形態の可変電圧回路５０は、磁場供給機構１２１が、磁気抵抗効果素子１０８に磁場を印加して磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値を維持するので、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値が安定することで安定した出力電圧を得ることができる。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る可変電圧回路５１の構成について、図３を用いて説明する。
【００６１】
第１の実施形態で示した磁場供給機構１２１は、磁化自由層１１の磁化方向を任意の方向に変化させることができない。第２の実施形態では、図３に示すように第１の実施形態の磁場供給機構１２１にかえて磁場供給機構１２２を用いる。その他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００６２】
図３に示すように、磁場供給機構１２２は、コイルが巻かれた磁心を２つ有し、それぞれの磁心の磁極が異なる向きに配置されることで、２つの磁心から印加される磁場の合成によって任意の方向に磁場を磁気抵抗効果素子１０８に印加することが可能となる。
【００６３】
磁場供給機構１２２を用いることで、磁化自由層１１の磁化方向を任意の方向に向けることが可能になり、磁化固定層１３の磁化方向と磁化自由層１１の磁化方向から成る角度に応じて磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値を任意の値にすることが可能になる。
【００６４】
２つの磁心のコイルに流す電流をそれぞれ変化させることで磁気抵抗効果素子１０８に印加される磁場の方向を任意に変化させて、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値を任意の値に変化させることで、［数１］と［数２］で示す出力電圧ＶＯＵＴｍａｘとＶＯＵＴｍｉｎの間で複数の出力電圧ＶＯＵＴを出力端子１０３から得ることが出来る。
【００６５】
その結果、第１の実施形態で得られる出力電圧の数よりも、多くの数の出力電圧を得ることができる。第１の実施形態では得られる出力電圧の数が２個だったものが、第２の実施形態では磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値を任意の値に設定できる数だけ出力電圧を得ることが可能になり、より多種類の出力電圧が得られる。
【００６６】
次に、本発明の第３の実施形態に係る可変電圧回路５２の構成について、図４を用いて説明する。
【００６７】
第１の実施形態で示した磁場供給機構１２１は、磁心の一部を切断してその間に磁気抵抗効果素子１０８を配置した構造になっている。磁場を効率的に印加するという点では有利であるが、磁心を磁気抵抗効果素子１０８の周囲に配置する必要があるため構造が複雑になる可能性がある。第３の実施形態では、磁気抵抗効果素子１０８を挟んだ片方にコイルが巻かれた磁心１２３を配置し、反対側に永久磁石１２４を配置した磁場供給機構１２５を用いる。その他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００６８】
磁心１２３は閉磁気回路構造を取っておらず、磁心１２３の磁極先端の片方を磁気抵抗効果素子１０８の近傍に配置する。
【００６９】
永久磁石１２４は、薄膜プロセスで形成する。薄膜永久磁石はＦｅＰｔや、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの材料にネオジム、サマリウムなどの希土類を添加したものなどが挙げられる。
【００７０】
磁心１２３から印加する磁場の方向と、永久磁石１２４から印加する磁場の方向は反対になっている。
【００７１】
図５に磁気抵抗効果素子１０８に印加される磁場と磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値の関係を表したグラフを示す。図５で横軸は磁場Ｈで、縦軸が抵抗値Ｒである。
【００７２】
図５の点１１１は、磁場供給機構１２３から磁場が印加されず永久磁石１２４からの磁場のみが磁気抵抗効果素子１０８に印加される場合を示している。この時の磁化自由層１１の磁化方向と磁化固定層１３の磁化方向は平行で、磁気抵抗効果素子１０８抵抗値は最小値となっている。この状態から、磁心１２３からの磁場を印加すると、永久磁石１２４からの磁場が磁心１２３から磁場によって弱められ、磁心１２３からの磁場強度を大きくしていくと、点１１２のように磁心１２３からの磁場と永久磁石１２４からの磁場が釣り合うポイントが出る。磁心１２３から印加される磁場をさらに強くすると、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値が連続的に変化し始める。磁心１２３から印加される磁場が永久磁石１２４から印加される磁場より十分大きくなると、磁化自由層１１の磁化方向が反転し、磁化自由層１１の磁化方向と磁化固定層１３の磁化方向は反平行となり、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値は最大値となる。
【００７３】
このように、第３の実施形態で示す可変電圧回路５２は、磁場供給機構１２５が、磁化自由層１１に印加される磁場の強度を変化させて磁気抵抗効果素子の抵抗値を変化可能であるので、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値を連続的に変化させることができ、［数１］と［数２］で示す出力電圧ＶＯＵＴｍａｘとＶＯＵＴｍｉｎの間で多くの種類の出力電圧ＶＯＵＴを出力端子１０３から得ることが出来る。
【００７４】
また、第３の実施形態で示す可変電圧回路５２によれば、第１の実施形態のように磁心の一部を切断してその間に磁気抵抗効果素子１０８を配置した構造の磁場供給機構と比較して、磁気抵抗効果素子１０８周辺の構造を簡素化することができるため、磁気抵抗効果素子１０８と磁場供給機構１２５を組み合わせた際の素子サイズをより小さくすることができる。
【００７５】
次に、本発明の第４の実施形態に係る可変電圧回路５３の構成について、図６を用いて説明する。
【００７６】
図６に示すように第４の実施形態では、第１の実施形態で示した可変電圧回路５０における抵抗素子１０４を磁気抵抗効果素子１０９に置き換え、磁気抵抗効果素子１０９の近傍にも磁場供給機構１２１を配置する。磁気抵抗効果素子１０８、１０９の間のノード１０６が出力端子１０３に接続されている。磁気抵抗効果素子１０９の膜構成は、磁気抵抗効果素子１０８で説明したものと同様のものを用いることができる。
【００７７】
磁気抵抗効果素子１０８、１０９に印加される磁場は各々の磁場供給機構１２１により個別に制御され、磁場供給機構１２１から印加される磁場によって磁気抵抗効果素子１０８、１０９の各々の磁化自由層１１が影響を受け、磁気抵抗効果素子１０８、１０９の磁化固定層１３の磁化の向きと磁化自由層１１の磁化の向きから作られる角度が変化することで磁気抵抗効果素子１０８、１０９の抵抗値が変化する。図６に示す可変電圧回路５３では、磁気抵抗効果素子１０８、１０９の抵抗値から得られる分圧比に応じた出力電圧が得られる。
【００７８】
第４の実施形態に係る可変電圧回路５３において、磁気抵抗効果素子１０８、１０９の抵抗値をＲ３、Ｒ４とする。Ｒ３とＲ４の抵抗値がそれぞれ最大になる場合と最小になる場合の組み合わせと、その時に出力端子１０３から得られる出力電圧ＶＯＵＴを表１に示す。
【００７９】
【表１】
2015065651.tif 000005
【００８０】
表１では、磁気抵抗効果素子１０８、１０９の抵抗値の最大値をＲ３ｍａｘ、Ｒ４ｍａｘとし、最小値をＲ３ｍｉｎ、Ｒ４ｍｉｎとした。磁気抵抗効果素子１０８、１０９の抵抗値から分圧比が決まり、分圧比に応じた出力電圧ＶＯＵＴを表１に示した。第１の実施形態の可変電圧回路５０では、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値が最大と最小の場合、２種類の出力電圧が得られたが、第４の実施形態の可変電圧回路５３では、磁気抵抗効果素子１０８、１０９の抵抗値が最大と最小になる時の抵抗値の組み合わせによって、Ｒ３ｍａｘ、Ｒ４ｍａｘ、Ｒ３ｍｉｎ、Ｒ４ｍｉｎの値がそれぞれ異なる場合には、４種類の出力電圧を得ることが可能になる。また、仮にＲ３ｍａｘ＝Ｒ４ｍａｘ、Ｒ３ｍｉｎ＝Ｒ４ｍｉｎであっても、３種類の出力電圧を得ることが可能になる。
【００８１】
このように、第４実施形態の可変電圧回路５３は、複数の磁気抵抗効果素子１０８、１０９を含み、磁場供給機構１２１は、各々の前記磁気抵抗効果素子に１つ以上備えられているので、磁場供給機構１２１が個別に磁気抵抗効果素子１０８、１０９に印加される磁場を制御して磁気抵抗効果素子１０８、１０９各々の抵抗値を変化させることで、より多くの種類の出力電圧を得ることが可能になる。
【００８２】
図６で示す第４の実施形態では、磁気抵抗効果素子１０８、１０９に磁場を印加する磁場供給機構１２１を個別に制御しているが、図７に示す可変電圧回路５４のように、磁場供給機構１２１のコイルを１つにつなぎ、一度に制御する方法も考えられる。この方法では、磁心に巻くコイルの巻き方向が磁気抵抗効果素子１０８近傍と磁気抵抗効果素子１０９近傍とで逆になるようにする。
【００８３】
図７で示す可変電圧回路５４の構成では、電流源１０７から磁場供給機構１２１のコイルに電流に流すことで、磁気抵抗効果素子１０８、１０９に逆向きの磁界を与えることができる。
【００８４】
次に本発明の第５の実施形態に係る可変電圧回路５５の構成について、図８を用いて説明する。
【００８５】
第５の実施形態の可変電圧回路５５では、複数の磁気抵抗効果素子１０８が直列に接続され、各々の磁気抵抗効果素子１０８の間にノード１０６が設けられ、各々のノード１０６には切り替えスイッチ１２６が接続されている。各スイッチ１２６のノード１０６に接続されていない側の端子は出力端子１０３に接続されており、スイッチ１２６のいずれか１つを閉接することで、閉接したスイッチ１２６と接続されるノード１０６と出力端子１０３が同電位となる。また、各々の磁気抵抗効果素子１０８の近傍に磁場供給機構１２１が１つずつ配置されており、各々の磁気抵抗効果素子１０８に印加される磁場は各々の磁場供給機構１２１により個別に制御され、各々の磁場供給機構１２１は各々の磁気抵抗効果素子１０８の各々の磁化自由層１１の磁化方向を変化させることができる。
【００８６】
ここで示す「スイッチ」とは、ノード１０６と出力端子１０３の間に配置される開閉器で、スイッチ１２６を閉成してオン状態とすることでノード１０６と出力端子１０３が導通状態になる。スイッチには、外部からの力を受け機械的に電気信号の切り替えを行う機械スイッチや、ＣＭＯＳトランジスタなどを用いて回路の接続と切断をする半導体スイッチがある。あるノードを選択するということは、そのノードに接続されたスイッチを閉成させて出力端子と導通させることを指し、そのノードは出力端子と同電位となる。
【００８７】
磁場供給機構１２１から印加される磁場を変化させることによって、磁気抵抗効果素子１０８の磁化自由層１１の磁化方向が変化し、磁化自由層１１の磁化方向と磁化固定層１３の磁化方向から作られる角度が変化する。磁化自由層１１の磁化方向と磁化固定層１３の磁化方向から作られる角度が変化することで磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値は変化する。磁気抵抗効果素子１１０の抵抗値を保持した状態で、スイッチ１２６のうちいずれか１つを閉接してノード１０６と出力端子１０３を同電位とし、第１の電圧源から閉接したスイッチ１２６に接続されたノード１０６までの第１の抵抗値と、第２の電圧源から閉接したスイッチ１２６に接続されたノード１０６までの第２の抵抗値から得られる分圧比に応じた出力電圧が得られる。
【００８８】
第５の実施形態における可変電圧回路５５において、各々の磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値が最大値もしくは最小値のいずれかの状態を保持するとする。その場合の、磁気抵抗効果素子１０８の数、スイッチ１２６の数、得られる出力電圧の数をまとめると表２のようになる。表２で磁気抵抗効果素子の数はＲＮ、スイッチの数はＳＮ、出力電圧の数はＶＮで示す。
【００８９】
【表２】
2015065651.tif 000006
【００９０】
第５の実施形態の可変電圧回路５５は、特許文献２で示した抵抗ストリング方式のＤ／Ａ変換器における２Ｎ段階の出力電圧と比較すると、（Ｎ−１）×２Ｎ倍の基準電圧数を得ることが出来る。
【００９１】
より具体的には、特許文献２で示した８ビットのＤ／Ａ変換器では、２８＝２５６個の固定抵抗が必要で、タップの位置を切り替えながら第１の電圧源からタップ位置までの抵抗値と、第２の電圧源からタップ位置までの抵抗値から得られる分圧比に対応した出力電圧を得る。一方、第５の実施形態で示した可変電圧回路５５では、磁気抵抗効果素子１０８の抵抗値を最大値、最小値の何れかに保持する事と、スイッチ１２６の切り替えとの２つの組み合わせにより、同じ抵抗素子数８個の磁気抵抗効果素子１０８を用いると、（８−１）×２８＝１７９２段階の出力電圧を得ることができる。
【００９２】
また、特許文献２で示した抵抗ストリング方式のＤ／Ａ変換器の２５６段階と同程度の出力電圧を得るためには、第５の実施形態で示した可変電圧回路５５では、６個の磁気抵抗効果素子があればよく、この場合、（６−１）×２６＝３２０段階の出力電圧を得ることができる。
【００９３】
以上のことから、第５の実施形態で示す可変電圧回路５５を用いれば、従来の可変電圧回路と同等の機能を実現しつつ、大幅な抵抗素子数の低減を実現することができる。
【００９４】
特許文献２で示したＤ／Ａ変換機に使用される電圧発生回路と、本発明における第５の実施形態に係る可変電圧回路５５を比較すると、第５の実施形態に係る可変電圧回路５５を用いることでより少ない部品点数で回路を構成することが出来る。８ビットのＤ／Ａ変換器を例にとると、特許文献２では抵抗素子数が２５６個に対して、第５の実施形態に係る可変電圧回路５５では磁気抵抗効果素子の数が６個と、約３％の抵抗素子数で同等の機能を有することができ、回路規模を小さくできる。回路規模を小さくできるという事は基板面積の縮小につながり、可変電圧回路の小型化が可能になる。
【００９５】
第５の実施形態の可変電圧回路５５は磁場供給機構１２１を備えているが、磁気抵抗効果素子１０８と磁場供給機構１２１を含めても０．２［ｍｍ］×０．２［ｍｍ］以下に収めることが可能である。このサイズは、従来の表面実装タイプの固定抵抗で最も小さい０４０２タイプと比較して、同等かそれ以上に小さい。そのため、従来の抵抗ストリング方式のＤ／Ａ変換器より第５の実施形態で示した可変電圧回路５５の方が小さい面積で回路を構成でき、より多くの出力電圧数を得ることができる。
【００９６】
次に本発明の第６の実施形態に係る可変電圧回路５６の構成について図９を用いて説明する。
【００９７】
図９に示す第６の実施形態の可変電圧回路５６は、第１の電圧源１０１と第２の電圧源１０２を結ぶ配線上に、磁気抵抗効果素子１１１、１１２が配置され、磁気抵抗効果素子１１１、１１２それぞれの近傍に磁場供給機構１２１が備えられている。磁気抵抗効果素子１１１、１１２の膜構成は、磁気抵抗効果素子１０８で説明したものと同様のものを用いることができる。
【００９８】
磁気抵抗効果素子１１１、１１２は、その磁化固定層１３の磁化方向が、磁場供給機構１２１が印加する磁場の方向に平行となっている。また、磁気抵抗効果素子１１１、１１２の磁化自由層１１は、磁気抵抗効果素子１１１、１１２の積層膜の積層方向に対して垂直な断面が楕円形になっている。したがって、磁気抵抗効果素子１１１、１１２の磁化自由層１１は形状磁気異方性を有している。また、その楕円形の長軸方向は、磁化固定層１３の磁化方向と平行になっている。
【００９９】
これにより、磁場供給機構１２１から磁場が印加されない場合にも、磁気抵抗効果素子１１１、１１２の磁化自由層１１の磁化の方向が保持され、磁気抵抗効果素子１１１、１１２の磁化固定層１３の磁化方向と磁化自由層１１の磁化方向が、略平行状態もしくは略反平行状態を維持される。
【０１００】
ここで「略平行」もしくは「略反平行」とは、磁化固定層１３の磁化方向と磁化自由層１１の磁化方向のなす角度が０°と１８０°の場合のみに狭く限定解釈されるものではなく、機能面から、その角度が０°±２０°程度、１８０°±２０°程度の場合も含むものとして用いる。
【０１０１】
したがって、第６の実施形態の可変電圧回路５６によれば、磁場供給機構１２１から磁場が発生していない状態においても磁気抵抗効果素子１１１、１１２の抵抗値が維持されるため、常に磁場供給機構１２１から磁場を印加する必要はなく、磁気抵抗効果素子１１１、１１２に磁場印加するために磁場供給機構１２１を駆動する電力を節約することが出来る。
【０１０２】
次に、本発明の第７の実施形態に係る可変電圧回路５７の構成について図１０を用いて説明する。
【０１０３】
図１０に示す第７の実施形態の可変電圧回路５７は、第１の電圧源１０１と第２の電圧源１０２を結ぶ配線上に、磁気抵抗効果素子１１３、１１４が配置され、磁気抵抗効果素子１１３、１１４の近傍に磁場供給機構１２７が備えられている。磁気抵抗効果素子１１３、１１４の膜構成は、磁気抵抗効果素子１０８で説明したものと同様のものを用いることができる。
【０１０４】
磁場供給機構１２７は、磁気抵抗効果素子１１３、１１４の近傍に配置されており、電流発生源１０７に接続されている。磁場供給機構１２７は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属やそれらを含む合金による導体であり、導体に電流が印加されると導体の周囲に磁場が発生する。
【０１０５】
電流発生源１０７は、定電流以外にパルス電流を磁場供給機構１２７に印加することが可能である。
【０１０６】
磁場供給機構１２７と磁気抵抗効果素子１１３、１１４は、一定距離の間隔が保持されて固定されている。磁場供給機構１２７は磁気抵抗効果素子１１３、１１４の磁化自由層１１に近い位置に配置されることが望ましい。
【０１０７】
電流発生源１０７から磁場供給機構１２７に電流を印加した場合、磁場供給機構１２７から磁場が発生し、磁気抵抗効果素子１１３、１１４の磁化自由層１１の磁化方向が変化し、磁気抵抗効果素子１１３、１１４の抵抗値から得られる分圧比に応じた出力電圧が得られる。
【０１０８】
磁気抵抗効果素子１１３、１１４の磁化固定層１３の磁化方向と磁場供給機構１２７が磁気抵抗効果素子１１３、１１４に印加する磁場の方向は平行となっている。
【０１０９】
また、磁気抵抗効果素子１１３、１１４は、それぞれの磁化自由層１１の保磁力が互いに異なっている。磁気抵抗効果素子１１３、１１４の磁化自由層１１は、磁気抵抗効果素子１１３、１１４の積層膜の積層方向に対して垂直な断面が楕円形になっている。したがって、磁気抵抗効果素子１１３、１１４の磁化自由層１１は形状磁気異方性を有している。また、その楕円形の長軸方向は、磁化固定層１３の磁化方向と平行になっている。その楕円形の短軸の長さに対する長軸の長さの比は、磁気抵抗効果素子１１３の方が磁気抵抗効果素子１１４よりも小さくなっている。すなわち、磁気抵抗効果素子１１３、１１４は、それぞれの磁化自由層１１の形状磁気異方性が異なっており、磁気抵抗効果素子１１３の磁化自由層１１の保磁力は、磁気抵抗効果素子１１４の磁化自由層１１の保磁力よりも小さくなっている。
【０１１０】
例えば、磁気抵抗効果素子１１３、１１４の磁化自由層１１の磁化方向が同じ方向を向いている状態に対して、磁化自由層１１の磁化方向とは反対の方向の磁場を磁場供給機構１２７から印加する場合を考える。この場合、印加する磁場強度が磁気抵抗効果素子１１３の磁化自由層１１の保磁力と磁気抵抗効果素子１１４の磁化自由層１１の保磁力の間の時には、磁気抵抗効果素子１１３の磁化自由層１１の磁化方向は反転するが磁気抵抗効果素子１１４の磁化自由層１１の磁化方向は反転しない。印加する磁場強度が磁気抵抗効果素子１１３の磁化自由層１１の保磁力と磁気抵抗効果素子１１４の磁化自由層１１の保磁力よりも大きい時には、磁気抵抗効果素子１１３、１１４の磁化自由層１１の磁化方向はともに反転する。
【０１１１】
このように、磁気抵抗効果素子１１３、１１４に同じ磁場を印加する場合でも、磁場を変化させることにより、磁気抵抗効果素子１１３、１１４の磁化自由層１１の磁化状態の複数種類の組み合わせが得られ、直列に接続された磁気抵抗効果素子１１３、１１４全体の抵抗値の種類を増やすことができ、その結果、第７の実施形態の可変電圧回路５７では、得られる出力電圧の種類を増やすことができる。
【０１１２】
また、磁気抵抗効果素子１１３、１１４も磁気抵抗効果素子１１１、１１２と同様に、その磁化自由層１１が形状磁気異方性を有しているので、磁場供給機構１２７から磁場が印加されない場合にも、磁化自由層１１の磁化の方向が保持され、常に磁場供給機構１２７から磁場を印加する必要はなく、磁気抵抗効果素子１１３、１１４に磁場印加するために磁場供給機構１２７を駆動する電力を節約することが出来る。
【０１１３】
また、図１０に示す第７の実施形態では、電流発生源１０７に接続される磁場供給機構１２７は１本の導線で構成され、磁気抵抗効果素子１１３、１１４の両方に印加される磁場を同時に制御しているが、磁場供給機構１２７を磁気抵抗効果素子１１３、１１４の各々の近傍に配置し、磁気抵抗効果素子１１３、１１４の両方に印加される磁場を個別に制御できるようにすることも可能である。
【０１１４】
次に、本発明の第８の実施形態に係る可変電圧回路５８の構成について図１１用いて説明する。
【０１１５】
第８の実施形態の可変電圧回路５８は、２つの磁気抵抗効果素子抵抗素子１１５、１１６が直列に接続された直列抵抗部分１３０と、２つの磁気抵抗効果素子抵抗素子１１７、１１８が直列に接続された直列抵抗部分１３１を有し、２つの直列抵抗部分が並列に接続されている。磁気抵抗効果素子１１５、１１６の間のノード１０６は出力端子１０３に接続され、磁気抵抗効果素子１１７、１１８の間のノード１１０は出力端子１０５に接続されている。並列に接続された直列抵抗部分１３０、１３１が、第１の電圧源１０１と第２の電圧源１０２の間で第１の電圧源１０１および第２の電圧源１０２に接続されている。各々の磁気抵抗効果素子１１５、１１６、１１７、１１８の近傍には各々の磁気抵抗効果素子１１５、１１６、１１７、１１８に磁場を印加する磁場供給機構１２１が配置されている。
【０１１６】
表３に、第２の実施形態で示す可変電圧回路５１を動作させた場合の出力電圧の例と、第８の実施形態の可変電圧回路５８を動作させた場合の出力電圧の例を比較したものを示す。ここで、磁気抵抗効果素子１０８、１１５、１１８は同一の素子とし、磁気抵抗効果素子１０９、１１６、１１７は同一の素子とした。
【０１１７】
磁気抵抗効果素子１０８、１１５、１１８はＭＲ比が１００％で抵抗値Ｒ３の最小値が９０[Ω]、磁気抵抗効果素子１０９、１１６、１１７はＭＲ比が１００％で抵抗値Ｒ４の最小値が２００[Ω]とした。第１の電圧源１０１と第２の電圧源１０２の電位差が１[Ｖ]の場合の出力電圧、すなわち出力端子１０３と出力端子１０５の電位差と、出力電圧の最大値と最小値の差を表３に示す。
【０１１８】
【表３】
2015065651.tif 000007
【０１１９】
表３より、第２の実施形態で示した可変電圧回路５１では、出力電圧の最大値と最小値の差ΔＶＯＵＴが０．２９[Ｖ]となっているのに対し、第８の実施形態で示した可変電圧回路５８では、出力電圧の最大値と最小値の差ΔＶＯＵＴが０．５８[Ｖ]で、その差は０．２９[Ｖ]であることがわかる。
【０１２０】
このように、複数の抵抗素子（磁気抵抗効果素子）が直列に接続された直列抵抗部分１３０、１３１を有し、２つの直列抵抗部分１３０、１３１が並列に接続されている第８の実施形態の可変電圧回路５８は、出力電圧範囲を広げることができる。
【０１２１】
出力電圧範囲が大きいということは、その範囲内でより多くの種類の電圧を出力することができるということを示している。各出力電圧間の差を大きくすると、出力電圧ばらつきに起因する誤差を抑えることができるため、出力電圧範囲が大きい方が可変電圧回路の機能として望ましい。
【０１２２】
上記した第４〜第６および第８の実施形態では、磁場印加機構として第１の実施形態で示した磁場印加機構１２１を用いた例で説明したが、磁場印加機構１２１にかえて、第２の実施形態で示した磁場印加機構１２２や第３の実施形態で示した磁場印加機構１２５を用いても良い。
【実施例】
【０１２３】
［実施例１］
上記した第６の実施形態の具体的な実施例を示す。
【０１２４】
磁場供給機構１２１はＮｉＦｅの磁極にＡｕのコイルを薄膜プロセスで形成したものを用いた。Ａｕのコイルは、Ａｕの幅１０［um］、厚さ２００［nm］、巻き数４巻である。磁場供給機構１２１は、磁極先端が磁気抵抗効果素子１１１、１１２のそれぞれから５０ｎｍ離れた位置にそれぞれ配置した。
【０１２５】
磁気抵抗効果素子１１１、１１２の磁化固定層１３の磁化方向と磁場供給機構１２１が印加する磁場の方向とは平行である。
【０１２６】
図１２のグラフは磁気抵抗効果素子１１１、１１２の磁気特性を示したもので、横軸が磁気抵抗効果素子に印加される磁場Ｈ、縦軸が磁気抵抗効果素子の素子抵抗Ｒである。磁気抵抗効果素子１１１はＭＲ比が１００％で抵抗値の最小値は２００［Ω］である。磁気特性は図１２に示す破線のようになっており、磁化自由層の磁化方向の反転磁界は４００［Ｏｅ］で、磁場供給機構１２１が印加する外部磁界強度が４００[Ｏe]以上で磁気抵抗効果素子１１１の抵抗値は最大値となる。また磁気抵抗効果素子１１２はＭＲ比が９０％で抵抗値の最小値は１５０［Ω］である。磁気特性は図１２に示す実線のようになっており、磁化自由層の磁化方向の反転磁界は５００［Ｏｅ］で、磁場供給機構１２１が印加する外部磁界強度が５００[Ｏe]以上で磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値は最大値となる。磁気抵抗効果素子１１１の磁化自由層の磁化を反転させるためには、４００［Ｏｅ］以上の磁場を磁気抵抗効果素子１１１の磁化自由層に印加する必要があるため、図１３に示す磁場供給機構１２１のコイルに流す電流と磁極先端部から発生する磁界の関係を示したグラフより、１５［ｍＡ］以上の電流を印加することで磁気抵抗効果素子１１１の磁化自由層の磁化を反転させることが出来る。
【０１２７】
また、図１３のグラフは磁場供給機構１２１の性能を示したもので、横軸が磁場供給機構のコイルに流す電流Ｉ、縦軸が磁心先端部から発生する磁場Ｈである。磁気抵抗効果素子１１２の磁化自由層の磁化方向の反転磁界は５００［Ｏｅ］であるため、図１３に示す磁場供給機構１２１のコイルに流す電流と磁極先端部から発生する磁界の関係を示したグラフより、１９［ｍＡ］以上の電流を印加することで磁気抵抗効果素子１１２の磁化自由層の磁化を反転させることが可能である。
【０１２８】
第１の電圧源１０１にＶＨ＝３［Ｖ］、第２の電圧源１０２にＶＬ＝０［Ｖ］の電圧がかかる時、磁気抵抗効果素子１１１の抵抗値Ｒ８、磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値Ｒ９を高抵抗状態（Ｈ）、低抵抗状態（Ｌ）に変化させると、出力端子１０３より得られる出力電圧ＶＯＵＴは、表４のように４種類の出力電圧が得られる。
【０１２９】
【表４】
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【符号の説明】
【０１３０】
１１  磁化自由層
１２  スペーサ層
１３  磁化固定層
５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８  可変電圧回路
１０１  第１の電圧源
１０２  第２の電圧源
１０３、１０５  出力端子
１０４  抵抗素子
１０６、１１０  ノード
１０７  電流発生源
１０８、１０９、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８  磁気抵抗効果素子
１２１、１２２、１２５、１２７  磁場供給機構
１３０、１３１  直列抵抗部分
【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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【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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