(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化固定層、磁化自由層、および前記磁化固定層と前記磁化自由層との間に配設された非磁性スペーサー層を備えた磁気抵抗効果素子と、
磁場発生用配線、当該磁場発生用配線に電流を供給する電流供給部、および前記電流が前記磁場発生用配線に流れたときに当該磁場発生用配線の周囲に発生する磁界に対する閉磁路を形成して前記磁化自由層に磁場を印加する磁気ヨークを有して、前記電流の電流値を変更することにより、前記磁化自由層に印加する前記磁場の強さを変更可能に構成された磁場印加部と、
前記磁気抵抗効果素子に交流信号が供給されたときに当該磁気抵抗効果素子の両端間に発生する電圧信号の絶対値信号および前記交流信号の絶対値信号を生成すると共に、当該生成された２つの絶対値信号の差分を検出して出力する信号処理部とを備え、
前記磁場印加部から前記磁気抵抗効果素子に印加する前記磁場の強さを変更することによって変更された当該磁気抵抗効果素子の共振周波数と同じ周波数成分を前記交流信号から抽出する信号抽出装置。
【請求項２】
前記磁場印加部は、印加する前記磁場の強さに対する漸増および漸減の少なくとも一方の制御が可能に構成されている請求項１記載の信号抽出装置。
【請求項３】
前記交流信号が供給される入力端子と前記磁気抵抗効果素子との間に直列に介装されたコンデンサを備え、
前記信号処理部は、前記コンデンサにおける前記磁気抵抗効果素子側の端子に発生する電圧信号を当該磁気抵抗効果素子の両端間に発生する前記電圧信号として前記絶対値信号を生成する請求項１または２に記載の信号抽出装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、前記２つの絶対値信号をそれぞれ生成する一対の絶対値演算回路、および当該２つの絶対値信号を入力信号として作動して当該両絶対値信号の差分を出力する差動増幅回路を備えている請求項１から３のいずれかに記載の信号抽出装置。
【請求項５】
前記絶対値演算回路は、抵抗およびトランジスタの直列回路が電源ラインと定電流回路との間に並列に一対接続されて構成された差動増幅回路と、当該各直列回路における当該抵抗と当該トランジスタとの接続点に発生する電圧信号のうちの電圧の高い電圧信号を出力する選択出力回路とを備えている請求項４記載の信号抽出装置。
【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備えた信号抽出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子として、磁化固定層と磁化自由層との間に非磁性材料で形成されたスペーサ層を介在させて構成されたＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子が知られている。このＴＭＲ素子では、電流を流したときにスピン偏極電子が流れて、磁化自由層内に蓄積されるスピン偏極電子の数に応じて磁化自由層の磁化の向きが変化する。一定の磁場内に配置された磁化自由層では、その磁化の向きを変更しようとしたときに、磁場によって拘束される安定な方向へ復元するようにトルクが働き、特定の力で揺らされたときに、スピン歳差運動と呼ばれる振動が発生する。
【０００３】
近年、ＴＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子に対して高い周波数の交流電流を流した場合において、磁化自由層に流れる交流電流の周波数と磁化の向きに戻ろうとするスピン歳差運動の振動数とが一致したときに、強い共振が発生する現象（スピントルク強磁性共鳴）が発見された（非特許文献１参照）。この共振が発生した状態においては、磁気抵抗効果素子における磁化自由層の磁化の向きは大きく振動し、これに伴い、磁気抵抗は大きく増減する。このため、磁気抵抗効果素子の両端には、スピントルクダイオード効果により、脈流電圧（＝電流×抵抗）が発生する。この非特許文献１では、この磁気抵抗効果素子の両端に発生する脈流電圧をバイアスＴのローパスフィルタを通過させることによって直流電圧に平滑している。
【非特許文献１】Nature, Vol.438, 17 November, 2005, pp.339-342
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のようなＴＭＲ素子の現象が知られつつも、このような現象を工業的に利用できる磁気デバイスは知られておらず、発見の応用が期待されていた。このため、本願出願人は、鋭意研究を重ねることにより、磁気抵抗効果素子の磁化自由層に印加する磁場の強さを変えることにより、上記した共振の周波数の電圧ピークが変化することを見い出し、これを利用して、入力された交流信号に含まれている特定の周波数成分の電圧値をモニタし得る周波数アナライザに適用することを提案している。
【０００５】
ところで、このような本願出願人の提案に対して、入力された交流信号に含まれている特定の周波数成分についての電圧値のモニタだけではなく、この特定の周波数成分（この特定の周波数の交流信号）を交流信号から抽出したいという要請も存在している。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、入力されている交流信号の中から所望の周波数成分を抽出し得る信号抽出装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく本発明に係る信号抽出装置は、磁化固定層、磁化自由層、および前記磁化固定層と前記磁化自由層との間に配設された非磁性スペーサー層を備えた磁気抵抗効果素子と、磁場発生用配線、当該磁場発生用配線に電流を供給する電流供給部、および前記電流が前記磁場発生用配線に流れたときに当該磁場発生用配線の周囲に発生する磁界に対する閉磁路を形成して前記磁化自由層に磁場を印加する磁気ヨークを有して、前記電流の電流値を変更することにより、前記磁化自由層に印加する前記磁場の強さを変更可能に構成された磁場印加部と、前記磁気抵抗効果素子に交流信号が供給されたときに当該磁気抵抗効果素子の両端間に発生する電圧信号の絶対値信号および前記交流信号の絶対値信号を生成すると共に、当該生成された２つの絶対値信号の差分を検出して出力する信号処理部とを備え、前記磁場印加部から前記磁気抵抗効果素子に印加する前記磁場の強さを変更することによって変更された当該磁気抵抗効果素子の共振周波数と同じ周波数成分を前記交流信号から抽出する。
【０００９】
また、本発明に係る信号抽出装置は、前記磁場印加部は、印加する前記磁場の強さに対する漸増および漸減の少なくとも一方の制御が可能に構成されている。
【００１０】
さらに、本発明に係る信号抽出装置は、前記交流信号が供給される入力端子と前記磁気抵抗効果素子との間に直列に介装されたコンデンサを備え、前記信号処理部は、前記コンデンサにおける前記磁気抵抗効果素子側の端子に発生する電圧信号を当該磁気抵抗効果素子の両端間に発生する前記電圧信号として前記絶対値信号を生成する。
【００１１】
また、本発明に係る信号抽出装置は、前記信号処理部は、前記２つの絶対値信号をそれぞれ生成する一対の絶対値演算回路、および当該２つの絶対値信号を入力信号として作動して当該両絶対値信号の差分を出力する差動増幅回路を備えている。
【００１２】
また、本発明に係る信号抽出装置は、前記絶対値演算回路は、抵抗およびトランジスタの直列回路が電源ラインと定電流回路との間に並列に一対接続されて構成された差動増幅回路と、当該各直列回路における当該抵抗と当該トランジスタとの接続点に発生する電圧信号のうちの電圧の高い電圧信号を出力する選択出力回路とを備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る信号抽出装置では、信号処理部が、一例として、入力した信号の絶対値信号を生成する一対の絶対値演算回路、およびこの２つの絶対値信号を入力信号として作動して両絶対値信号の差分を出力する差動増幅回路を備えて構成されて、交流信号が供給されたときに磁気抵抗効果素子の両端間に発生する電圧信号の絶対値信号および交流信号の絶対値信号を生成すると共に、この２つの絶対値信号の差分を検出して出力する。この場合、磁気抵抗効果素子は、交流信号に含まれている共振周波数と同じ周波数成分に対してのみ共振して、この共振によって発生した共振周波数の２倍の周波数の脈流電圧（直流電圧）を交流信号に重畳させた電圧をその両端間に電圧信号として発生させる。このため、この両端間に発生する電圧信号の絶対値信号では、共振周波数の２倍の周波数成分については、その波形が、一周期毎に、交流信号の絶対値信号の同じ周波数成分（共振周波数と同じ周波数成分）の波形に対して振幅が大きくなる状態と、振幅が小さくなる状態とを繰り返す脈流電圧波形となる。また、両端間に発生する電圧信号の絶対値信号の電圧波形は、共振周波数の２倍の周波数成分以外の周波数成分については、交流信号の絶対値信号の同じ周波数成分の波形とほぼ等しい電圧波形となる。
【００１４】
したがって、この信号抽出装置によれば、このような２つの絶対値信号の差分を信号処理部が検出して出力することにより、交流信号に含まれている共振周波数と同じ周波数成分を抽出して出力信号として出力することができる。
【００１５】
また、この信号抽出装置によれば、磁場発生用配線に流れる電流の電流値を変更することによって磁気抵抗効果素子の磁化自由層に印加する磁場の強さを変更可能に磁場印加部を構成したことにより、磁気抵抗効果素子に印加する磁場の強さを変更することによって磁気抵抗効果素子の共振周波数を変更することができるため、交流信号から抽出する周波数成分を任意に変更することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る信号抽出装置によれば、印加する磁場の強さに対する漸増および漸減の少なくとも一方の制御が可能に磁場印加部を構成したことにより、交流信号に含まれている所望の周波数成分以外の周波数成分をモニタしつつ（存否を確認しつつ）、所望の周波数成分を抽出することができる。
【００１７】
また、本発明に係る信号抽出装置によれば、入力端子と磁気抵抗効果素子との間に直列にコンデンサを介装し、このコンデンサを介して磁気抵抗効果素子に交流信号を印加する構成としたことにより、コンデンサを使用するという簡易な構成でありながら、コンデンサにおける磁気抵抗効果素子側の端部に、共振周波数の２倍の周波数の脈流電圧（直流電圧）を交流信号に重畳させた電圧波形の電圧信号を確実に発生させることができる。
【００１８】
また、本発明に係る信号抽出装置によれば、抵抗およびトランジスタの直列回路が電源ラインと定電流回路との間に並列に一対接続されて構成された差動増幅回路と、各直列回路における抵抗とトランジスタとの接続点に発生する電圧信号のうちの電圧の高い電圧信号を出力する選択出力回路とを備えて絶対値演算回路を構成したことにより、簡易な構成でありながら、この絶対値演算回路において各絶対値信号を確実に生成させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る信号抽出装置の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２０】
最初に、信号抽出装置１の構成について、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１に示す信号抽出装置１は、図１に示すように、磁気抵抗効果素子２、磁場印加部３、入力端子４ａ，４ｂ（以下、特に区別しないときには入力端子４ともいう）、コンデンサ５、信号処理部６および出力端子７ａ，７ｂ（以下、特に区別しないときには出力端子７ともいう）を備え、入力端子４から入力した交流信号（複数の周波数成分を含む交流信号）Ｓ１に含まれている所望の周波数の信号（所望の周波数成分）を抽出して出力信号Ｓ２として出力可能に構成されている。なお、図１に示す信号抽出装置１は、図２に示すような等価回路で表される。
【００２２】
磁気抵抗効果素子２は、一例として、図３，５に示すように、磁化自由層２１を含むＴＭＲ素子で構成されている。具体的には、磁気抵抗効果素子２は、磁化自由層２１、スペーサ層２２、磁化固定層２３および反強磁性層２４を備え、この順に積層された状態で、上部電極２５と下部電極２６との間に、磁化自由層２１が上部電極２５に接続され、かつ反強磁性層２４が下部電極２６に接続された状態で配設されている。この場合、磁化自由層２１は、強磁性材料で感磁層として構成されている。スペーサ層２２は、本発明における非磁性スペーサ層であって、絶縁性を有する非磁性材料で構成されて、トンネルバリア層として機能する。なお、スペーサ層２２は、通常１ｎｍ以下の厚みで形成される。また、下部電極２６はグランドに接続されている。
【００２３】
磁化固定層２３は、一例として、図３，５に示すように、磁化方向が固定された強磁性層（第２磁性層）２３ａ、Ｃｕなどの金属からなる非磁性層２３ｂ、および磁化方向が強磁性層２３ａと逆向きとなるように固定された他の強磁性層（第１磁性層）２３ｃとを備え、強磁性層２３ｃが反強磁性層２４の上部に位置するように各層がこの順に積層されて構成されている。この場合、一対の強磁性層２３ａ，２３ｃは、その磁化方向が各磁気抵抗効果素子２の厚み方向（Ｚ軸方向）と垂直に設定されている。また、反強磁性層２４は、下側の強磁性層２３ｃに交換結合されている。
【００２４】
また、磁気抵抗効果素子２は、磁化自由層２１において磁化の向きの共振が発生し易いように、図４に示すように、磁化自由層２１における容易磁化軸Ｆの向きと、磁場印加部３の後述する底部磁性体３２ｆ，３２ｇから印加される磁場Ｈの向きとが、Ｘ−Ｙ平面内において、所定の角度θ（好ましくは５°〜１７５°の範囲の角度）で交差するように、磁気抵抗効果素子２と磁場印加部３との位置関係が予め規定されている。
【００２５】
磁場印加部３は、図１，５に示すように、磁場発生用配線３１、磁気ヨーク３２および電流供給部３３を備えている。磁場発生用配線３１は、図５に示すように、上部電極２５を介して磁気抵抗効果素子２の上方に配設されている。磁気ヨーク３２は、頂部磁性体３２ａ、側面部磁性体３２ｂ，３２ｃ、下部磁性体３２ｄ，３２ｅ、および底部磁性体３２ｆ，３２ｇを備えている。この場合、頂部磁性体３２ａは、磁場発生用配線３１の上方に配設されている。側面部磁性体３２ｂは、磁場発生用配線３１の一方の側方（一例として、図５では右側方）に配設されて、頂部磁性体３２ａに接続されている。また、側面部磁性体３２ｃは、磁場発生用配線３１の他方の側方（一例として、図５では左側方）に配設されて、頂部磁性体３２ａに接続されている。下部磁性体３２ｄは、磁気抵抗効果素子２の一方の側方（一例として、図５では右側方）に配設されて、側面部磁性体３２ｂに接続されている。また、下部磁性体３２ｅは、磁気抵抗効果素子２の他方の側方（一例として、図５では左側方）に配設されて、側面部磁性体３２ｃに接続されている。この構成により、下部磁性体３２ｅ、側面部磁性体３２ｃ、頂部磁性体３２ａ、側面部磁性体３２ｂおよび下部磁性体３２ｄは、この順に連結されて全体として平面視短冊状に形成され、かつ図１に示すように磁場発生用配線３１を跨ぐようにして磁気抵抗効果素子２の上方に配設されている。
【００２６】
底部磁性体３２ｆは、図１，５に示すように、下部磁性体３２ｄに接続された状態で下部磁性体３２ｄの下方に配設されている。また、底部磁性体３２ｆは、その磁気抵抗効果素子２方向の端部側が、磁気抵抗効果素子２の上部電極２５および下部電極２６間にこれらと絶縁された状態で進入すると共に、磁化自由層２１における一方の側面近傍に達している。底部磁性体３２ｇは、下部磁性体３２ｅに接続された状態で下部磁性体３２ｅの下方に配設されている。また、底部磁性体３２ｇも、その磁気抵抗効果素子２方向の端部側が、上部電極２５および下部電極２６間にこれらと絶縁された状態で進入すると共に、磁化自由層２１における他方の側面近傍に達している。
【００２７】
磁気ヨーク３２は、上記の構成により、磁場発生用配線３１に電流Ｉが流れたときに磁場発生用配線３１の周囲に発生する磁界に対する閉磁路を形成して、図４に示すように、この閉磁路のギャップとなる部位（一対の底部磁性体３２ｆ，３２ｇ間の隙間）に配設された磁化自由層２１に対して磁場Ｈを印加する。また、本例では、一例として、上述した磁場印加部３の磁場発生用配線３１および磁気ヨーク３２は、磁気抵抗効果素子２と共に、公知の半導体製造プロセスを利用して、シリコンウェハ上に形成される。
【００２８】
電流供給部３３は、頂部磁性体３２ａの両側から延出する磁場発生用配線３１の各端部に接続されて、磁場発生用配線３１に電流Ｉを供給する。また、電流供給部３３は、この電流Ｉの電流値を変更可能に構成されている。したがって、磁場印加部３は、電流供給部３３から出力される電流Ｉの電流値を変更することにより、磁気抵抗効果素子２に印加する磁場Ｈの強さを変更可能となっている。なお、本例では、磁気ヨーク３２内を通過する磁場発生用配線３１の数は１つに形成されているが、磁場発生用配線３１をコイル状に形成して、磁気ヨーク３２内を通過する磁場発生用配線３１の数を複数とする構成を採用することにより、磁場Ｈの強さを強めることもできる。
【００２９】
入力端子４ａは、図１に示すように、コンデンサ５を介して上部電極２５に接続されている。一方、入力端子４ｂはグランドに接続されている。したがって、入力端子４ｂは、グランドを介して、下部電極２６に接続されている。この構成により、コンデンサ５は、図１，２に示すように、磁気抵抗効果素子２と直列に接続された状態で、入力端子４とグランドとの間に配設されている。
【００３０】
信号処理部６は、図１，２に示すように、一対の絶対値演算回路６ａ，６ｂおよび差動増幅回路６ｃを備えている。具体的には、絶対値演算回路６ａ，６ｂは、一例として図６に示すように、差動増幅回路６１および選択出力回路６２をそれぞれ備えて、同一に構成されている。差動増幅回路６１は、一例として、一対の直列回路（抵抗６１ａおよびトランジスタ６１ｂの直列回路と、抵抗６１ｃおよびトランジスタ６１ｄの直列回路）が、電源電圧Ｖｃｃが供給される電源ラインＶＬと定電流回路６１ｅとの間に並列に接続されて構成されている。
【００３１】
本例では、各トランジスタ６１ｂ，６１ｄは、ＮＰＮ型のトランジスタで構成されて、一方のトランジスタ６１ｂのベース端子が絶対値演算回路６ａ，６ｂの入力端子として機能する。本例では、絶対値演算回路６ａの入力端子（トランジスタ６１ｂのベース端子）は、図１，２に示すように、コンデンサ５における磁気抵抗効果素子２側の端子（本例では、コンデンサ５のこの端子に接続されている上部電極２５）に接続され、また絶対値演算回路６ｂの入力端子（トランジスタ６１ｂのベース端子）は、各同図に示すように、入力端子４に接続されている。また、他方のトランジスタ６１ｄのベース端子には基準電位Ｖｒが印加されている。基準電位Ｖｒは、入力端子から入力される信号のゼロレベルを規定するためのものであり、一例として、本例ではグランド電位に規定されている。
【００３２】
選択出力回路６２は、一例として、電源電圧Ｖｃｃにコレクタ端子がそれぞれ接続されると共にエミッタ端子がそれぞれ定電流回路６２ｃに接続され、かつトランジスタ６１ｂ，６１ｄのコレクタにベース端子がそれぞれ接続された一対のＮＰＮ型トランジスタ６２ａ，６２ｂを備え、差動増幅回路６１における一方の直列回路の抵抗６１ａとトランジスタ６１ｂとの接続点に発生する電圧信号Ｖａ、および他方の直列回路の抵抗６１ｃとトランジスタ６１ｄとの接続点に発生する電圧信号Ｖｂのうちの電圧の高い電圧信号を出力する。この構成により、絶対値演算回路６ａは、入力端子４を介して磁気抵抗効果素子２に交流信号Ｓ１が供給されたときに磁気抵抗効果素子２の両端間に発生する電圧信号Ｖを入力して、この電圧信号Ｖの絶対値に相当する絶対値信号Ｓｚ１を出力する。また、絶対値演算回路６ｂは、入力端子４から入力された交流信号Ｓ１の絶対値に相当する絶対値信号Ｓｚ２を出力する。
【００３３】
また、信号処理部６の差動増幅回路６ｃは、一対の直列回路（抵抗６３ａおよびトランジスタ６３ｂの直列回路と、抵抗６３ｃおよびトランジスタ６３ｄの直列回路）が、電源電圧Ｖｃｃが供給される電源ラインＶＬと定電流回路６３ｅとの間に並列に接続されて構成されている。また、差動増幅回路６ｃは、トランジスタ６３ｂのベース端子に絶対値演算回路６ａから絶対値信号Ｓｚ１が入力され、トランジスタ６３ｄのベース端子に絶対値演算回路６ｂから絶対値信号Ｓｚ２が入力される。この構成により、差動増幅回路６ｃは、各絶対値信号Ｓｚ１，Ｓｚ２の差分を検出して出力信号Ｓ２として出力端子７に出力する。
【００３４】
次に、信号抽出装置１の動作について説明する。なお、一例として、磁気抵抗効果素子２は、図７に示すように、磁場Ｈの強さをＨｗ，Ｈｘ，Ｈｙ（Ｈｗ＜Ｈｘ＜Ｈｙ）というように変更することにより、共振周波数をｆｗ，ｆｘ，ｆｙ（ｆｗ＜ｆｘ＜ｆｙ）というように変化させることができ、本例では、その共振周波数がｆ０（ｆｗ≦ｆ０≦ｆｙ）となるように、電流供給部３３から磁場発生用配線３１に供給される電流Ｉが予め設定されているものとする。
【００３５】
信号抽出装置１の作動状態において、入力端子４から交流信号Ｓ１が入力されると、この交流信号Ｓ１は、コンデンサ５および磁気抵抗効果素子２を経由してグランドに至る経路に流れる。
【００３６】
この状態における磁気抵抗効果素子２の両端間に発生する直流電圧Ｖｄｃについて説明する。
【００３７】
図８は、交流信号Ｓ１が単一の周波数成分で構成されているときの周波数ｆと磁気抵抗効果素子２の両端間に発生する直流電圧（具体的には脈流電圧）Ｖｄｃのピーク値（波高値）との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、交流信号Ｓ１の周波数ｆを変化させた（掃引操作した）場合、交流信号Ｓ１の周波数成分の周波数ｆが磁気抵抗効果素子２の共振周波数ｆ０と一致したときに磁気抵抗効果素子２の両端間に発生する直流電圧Ｖｄｃのピーク値は大きな電圧値を示すが、共振周波数ｆ０とは異なる周波数（例えば、ｆ１（＜ｆ０）やｆ２（＞ｆ０）など）では小さな電圧値となる。
【００３８】
実際に周波数がｆ１，ｆ０，ｆ２の各交流信号（正弦波信号）Ｓ１を入力したときの磁気抵抗効果素子２の両端間電圧Ｖ（磁気抵抗効果素子２における入力端子４ａ側の端部の電圧。図２参照）の電圧波形はそれぞれ図９，１０，１１に示すようになる。この場合、周波数ｆ０の交流信号Ｓ１のときには、図１０に示すように、磁気抵抗効果素子２の共振によって発生した大きな直流電圧Ｖｄｃ（ピーク値：約１ｍＶ）が重畳することにより、磁気抵抗効果素子２の両端間電圧Ｖの電圧波形は、正側のピーク値が交流信号Ｓ１よりも大きくなり、負側のピーク値が交流信号Ｓ１よりも小さくなる。これに対して、共振周波数ｆ０とは異なる周波数ｆ１，ｆ２の交流信号Ｓ１のときには、磁気抵抗効果素子２が共振しないため、図９，１１に示すように、磁気抵抗効果素子２の両端間電圧Ｖの電圧波形は、交流信号Ｓ１とほぼ同じ波形、すなわち正側および負側の各ピーク値がほぼ等しくなる波形となっている。
【００３９】
詳細には、交流信号Ｓ１（図１２における１段目の波形）の周波数が磁気抵抗効果素子２の共振周波数ｆ０と一致しているときには、磁気抵抗効果素子２において共振が発生する。このため、磁気抵抗効果素子２の抵抗値は共振周波数ｆ０で大きく増減し、これによって磁気抵抗効果素子２の両端には、スピントルクダイオード効果により、図１２における２段目の波形図において破線で示すような整流された脈流電圧としての直流電圧Ｖｄｃ（周波数：２×ｆ０）が発生する。したがって、コンデンサ５における磁気抵抗効果素子２側の端部の電圧波形（磁気抵抗効果素子２の両端間電圧Ｖの電圧波形）は、同図における２段目の波形図において実線で示すように、交流信号Ｓ１にこの整流された脈流電圧（直流電圧Ｖｄｃ）が重畳した波形となる。一方、周波数がｆ０と異なる交流信号（正弦波信号）Ｓ１を入力したときには、磁気抵抗効果素子２が共振しないため、その両端には脈流電圧（直流電圧Ｖｄｃ）はほとんど発生しない。これにより、磁気抵抗効果素子２の両端間電圧Ｖの電圧波形は、交流信号Ｓ１とほぼ同じ波形となる。
【００４０】
信号処理部６では、上記したように、絶対値演算回路６ａがコンデンサ５における磁気抵抗効果素子２側の端部の電圧（すなわち、磁気抵抗効果素子２の両端間電圧Ｖ）についての絶対値を演算して、絶対値信号Ｓｚ１として出力し、また絶対値演算回路６ｂが交流信号Ｓ１についての絶対値を演算して、絶対値信号Ｓｚ２として出力する。この場合、周波数ｆ０以外の周波数成分については、磁気抵抗効果素子２が共振せず、脈流電圧（直流電圧Ｖｄｃ）もほとんど発生しないため、磁気抵抗効果素子２の両端間電圧Ｖは交流信号Ｓ１とほぼ同じ電圧波形となる。この結果、各絶対値演算回路６ａ，６ｂは、ほぼ同じ電圧波形となる絶対値信号Ｓｚ１，Ｓｚ２を出力し、これにより、差動増幅回路６ｃは振幅がほぼゼロとなる出力信号Ｓ２を出力する。
【００４１】
一方、周波数ｆ０の周波数成分については、磁気抵抗効果素子２が共振して、脈流電圧（直流電圧Ｖｄｃ）が発生するため、磁気抵抗効果素子２の両端間電圧Ｖは、図１０、および図１２中の２段目の波形図に示すように直流電圧（脈流電圧）Ｖｄｃが重畳した電圧波形、つまり上記したように、正側のピーク値が交流信号Ｓ１よりも大きくなり、負側のピーク値が交流信号Ｓ１よりも小さくなる電圧波形（脈流電圧波形）となる。この結果、絶対値演算回路６ａは、図１２中の３段目の波形図において破線で示すように、直流電圧（脈流電圧）Ｖｄｃの一周期毎に、絶対値演算回路６ｂから出力される絶対値信号Ｓｚ２（同図中の実線で示す波形）に対して振幅が常に大きくなる状態（詳細には、ゼロの状態から徐々に増加して、一周期の半分の時点で最大（絶対値信号Ｓｚ２の最大値よりも大きな振幅）となり、その後徐々に減少して再度ほぼゼロとなる状態）と、絶対値信号Ｓｚ２に対して振幅が常に小さくなる状態（詳細には、ゼロの状態から徐々に増加して、一周期の半分の時点で最大（絶対値信号Ｓｚ２の最大値よりも小さな振幅）となり、その後徐々に減少して再度ほぼゼロとなる状態）とを繰り返す絶対値信号Ｓｚ１を出力する。すなわち、絶対値演算回路６ａから出力される絶対値信号Ｓｚ１は、絶対値信号Ｓｚ２に対する差分に着目したときに、その差分が、直流電圧（脈流電圧）Ｖｄｃの一周期毎に、ほぼゼロの状態から徐々にプラス側に増加して、一周期の半分の時点でプラスの値として最大となり、その後徐々に減少して再度ほぼゼロとなる状態と、差分がほぼゼロの状態から徐々にマイナス側に増加して、一周期の半分の時点でマイナスの値として最大となり、その後徐々に減少して再度ほぼゼロとなる状態とを繰り返す信号となる。これにより、差動増幅回路６ｃは、同図の４段目の波形図に示すように、周波数がｆ０の交流信号を出力信号Ｓ２として出力する。これにより、交流信号Ｓ１に含まれている交流成分のうちの周波数ｆ０の交流信号のみが出力信号Ｓ２として抽出される。
【００４２】
このように、この信号抽出装置１では、信号処理部６が、一例として、入力した信号の絶対値信号を生成する一対の絶対値演算回路６ａ，６ｂ、およびこの２つの絶対値信号を入力信号として作動して両絶対値信号の差分を出力する差動増幅回路６ｃを備えて構成されて、交流信号Ｓ１が供給されたときに磁気抵抗効果素子２の両端間に発生する電圧信号Ｖの絶対値信号Ｓｚ１および交流信号Ｓ１の絶対値信号Ｓｚ２を生成すると共に、この２つの絶対値信号Ｓｚ１，Ｓｚ２の差分を検出して出力する。この場合、磁気抵抗効果素子２は、交流信号Ｓ１に含まれている共振周波数ｆ０と同じ周波数成分に対してのみ共振して、この共振によって発生した共振周波数ｆ０の２倍の周波数の脈流電圧（直流電圧）Ｖｄｃを交流信号Ｓ１に重畳させた電圧をその両端間に電圧信号Ｖとして発生させる。このため、この電圧信号Ｖの絶対値信号Ｓｚ１では、共振周波数ｆ０の２倍の周波数成分については、その波形が、一周期毎に、絶対値信号Ｓｚ２の同じ周波数成分（共振周波数ｆ０と同じ周波数成分）の波形に対して振幅が大きくなる状態と、振幅が小さくなる状態とを繰り返す脈流電圧波形となる。また、絶対値信号Ｓｚ１の電圧波形は、共振周波数ｆ０の２倍の周波数成分以外の周波数成分については、絶対値信号Ｓｚ２の同じ周波数成分の波形とほぼ等しい電圧波形となる。したがって、この信号抽出装置１によれば、このような絶対値信号Ｓｚ１，Ｓｚ２の差分を信号処理部６が検出して出力することにより、交流信号Ｓ１に含まれている共振周波数ｆ０と同じ周波数成分を抽出して出力信号Ｓ２として出力することができる。
【００４３】
また、この信号抽出装置１では、磁場発生用配線３１に供給する電流Ｉの電流値を変更可能に電流供給部３３が構成されて、磁気抵抗効果素子２に印加する磁場Ｈの強さを変更可能に磁場印加部３が構成されている。したがって、この信号抽出装置１によれば、磁気抵抗効果素子２に印加する磁場Ｈの強さを変更することによって磁気抵抗効果素子２の共振周波数を変更することができるため、入力端子４に入力される交流信号Ｓ１に含まれている任意の周波数成分を抽出することができる。
【００４４】
さらに、この信号抽出装置１では、入力端子４と磁気抵抗効果素子２との間に直列に介装されたコンデンサ５を介して交流信号Ｓ１が磁気抵抗効果素子２に印加される。したがって、この信号抽出装置１によれば、コンデンサ５を使用するという簡易な構成でありながら、コンデンサ５における磁気抵抗効果素子２側の端部に、共振周波数ｆ０の２倍の周波数の脈流電圧（直流電圧）Ｖｄｃを交流信号Ｓ１に重畳させた電圧波形の電圧信号Ｖを確実に発生させることができる。
【００４５】
また、この信号抽出装置１によれば、一対の直列回路（抵抗６１ａおよびトランジスタ６１ｂの直列回路と、抵抗６１ｃおよびトランジスタ６１ｄの直列回路）が電源電圧Ｖｃｃの電源ラインＶＬと定電流回路６１ｅとの間に並列に接続されて構成された差動増幅回路６１と、各直列回路における抵抗とトランジスタとの接続点に発生する電圧信号Ｖａ，Ｖｂのうちの電圧の高い電圧信号を出力する選択出力回路６２とで各絶対値演算回路６ａ，６ｂを構成したことにより、各絶対値信号Ｓｚ１，Ｓｚ２を簡易な構成でありながら、確実に生成することができる。
【００４６】
なお、本発明は上記の構成に限定されない。例えば、磁気抵抗効果素子２としてＴＭＲ素子を使用した例について上記したが、他の磁気抵抗効果素子を使用することもできる。具体的には、図１３に示す構成のＣＰＰ−ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ  ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子を磁気抵抗効果素子２として使用することができる。このＣＰＰ−ＧＭＲ素子の概要について説明すると、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、同図に示すように、キャップ層４１、磁化自由層４２、スペーサ層（本発明における非磁性スペーサ層）４３、磁化固定層４４、反強磁性層４５、バッファ層４６を備え、この順に積層された状態で、上部電極２５と下部電極２６との間に、キャップ層４１が上部電極２５に接続され、かつバッファ層４６が下部電極２６に接続された状態で上部電極２５と下部電極２６との間に配設されている。この場合、磁化固定層４４は、一例として同図に示すように、磁化方向が固定された強磁性層（第２磁性層）４４ａ、Ｒｕなどの金属からなる非磁性層４４ｂ、および磁化方向が強磁性層（第２磁性層）４４ａと逆向きとなるように固定された他の強磁性層（第１磁性層）４４ｃとを備え、強磁性層４４ｃが反強磁性層４５の上部に位置するように各層がこの順に積層されて構成されている。磁気抵抗効果素子２としてＣＰＰ−ＧＭＲ素子を使用する構成では、ＴＭＲ素子を使用する構成と比較して、共振する周波数帯域が一層狭くなるため、交流信号Ｓ１に含まれている所望の周波数成分をより精度良く抽出することができる。
【００４７】
また、電流供給部３３から供給される電流Ｉの電流値を漸増または／および漸減させて、磁気抵抗効果素子２に印加される磁場Ｈの強さを漸増または／および漸減させる構成を採用することもできる。この構成によれば、交流信号Ｓ１に含まれている所望の周波数成分以外の周波数成分をモニタしつつ（存否を確認しつつ）、所望の周波数成分を抽出することができる。
【００４８】
また、上記の例では、磁場印加部３の磁場発生用配線３１、磁気ヨーク３２および磁気抵抗効果素子２を、公知の半導体製造プロセスを利用してシリコンウェハ上に形成しているが、磁場印加部３を構成する電流供給部３３、コンデンサ５および信号処理部６を同じシリコンウェハ上に一体的に形成することもできる。また、上記の例では、電流供給部３３から出力される電流Ｉの電流値を変更することにより、磁場印加部３が磁気抵抗効果素子２に印加する磁場Ｈの強さを変更可能に構成されているが、これに限らない。例えば、電流供給部３３から出力される電流Ｉの電流値を固定の一定値に規定しておく構成を採用することもできる。また、電流供給部３３を用いることなく、磁気素子を配設して磁気抵抗効果素子２に固定磁場を印加しておく構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】信号抽出装置１の構成を示す構成図である。
【図２】図１の等価回路図である。
【図３】磁気抵抗効果素子２（ＴＭＲ素子）近傍の斜視図である。
【図４】磁気抵抗効果素子２の磁化自由層２１近傍の斜視図である。
【図５】磁気抵抗効果素子２の磁場発生用配線３１と直交する方向に沿った断面図である。
【図６】信号処理部６の回路図である。
【図７】磁気抵抗効果素子２に印加する磁場Ｈを変化させたときの共振周波数ｆと磁気抵抗効果素子２の両端間の直流電圧Ｖｄｃのピーク値との関係を示す波形図である。
【図８】磁気抵抗効果素子２に印加する磁場Ｈを一定としたときの周波数ｆと磁気抵抗効果素子２の両端間の直流電圧Ｖｄｃとの関係図である。
【図９】周波数がｆ１の交流信号Ｓ１を供給したときの磁気抵抗効果素子２の両端間電圧Ｖの波形図である。
【図１０】周波数がｆ０の交流信号Ｓ１を供給したときの磁気抵抗効果素子２の両端間電圧Ｖの波形図である。
【図１１】周波数がｆ２の交流信号Ｓ１を供給したときの磁気抵抗効果素子２の両端間電圧Ｖの波形図である。
【図１２】信号抽出装置１の動作を説明するための波形図である。
【図１３】磁気抵抗効果素子２（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）近傍の斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  信号抽出装置
２  磁気抵抗効果素子
３  磁場印加部
４ａ，４ｂ  入力端子
５  コンデンサ
６  信号処理部
６ａ，６ｂ  絶対値演算回路
６ｃ  差動増幅回路
２１，４２  磁化自由層
２２，４３  スペーサ層
２３，４４  磁化固定層
６１  差動増幅回路
６１ａ，６１ｃ  抵抗
６１ｂ，６１ｄ  トランジスタ
６２  選択出力回路
Ｓ１  交流信号
Ｓ２  出力信号
Ｓｚ１，Ｓｚ２  絶対値信号
【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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