(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層と、
電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層を少なくとも一層と、
電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層を少なくとも一層とを有し、
前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能と、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域複数個を磁気的に結合させる機能を備える手段とを備え、
前記電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層は強磁性層と非磁性層と強磁性層からなる３層膜からなり、
面積抵抗が１．１Ωμｍ２以下であるマイクロ波発振素子。
【請求項２】
下地層と、
スピン偏極電流のスピン偏極の方向を固定する機能を有する層を少なくとも一層と、
電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層を少なくとも一層と、
電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層を少なくとも一層とを有し、
前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能と、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域複数個を磁気的に結合させる機能を備える手段と、
マイクロ波発振周波数を変化させる手段とを設け、
前記電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層は強磁性層と非磁性層と強磁性層からなる３層膜からなり、
面積抵抗が１．１Ωμｍ２以下であることを特徴とするマイクロ波発振素子。
【請求項３】
前記磁気的に結合させる機能を備える手段は、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層におけるスピン波を介した相互作用、もしくは発振するマイクロ波を介した相互作用によることを特徴とする請求項２記載のマイクロ波発振素子。
【請求項４】
前記マイクロ波の発振周波数を変化させる手段は、磁場を加えるための手段を備えることを特徴とする請求項２記載のマイクロ波発振素子。
【請求項５】
下地層と、
スピン偏極電流のスピン偏極の方向を固定する機能を有する少なくとも一層と、
電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層を少なくとも一層と、
電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層と、
電流を狭窄する機能と該電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層とを備え、
前記電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層は強磁性層と非磁性層と強磁性層からなる３層膜からなり、
面積抵抗が１．１Ωμｍ２以下であることを特徴とするマイクロ波検出素子。
【請求項６】
請求項５に記載のマイクロ波検出素子が、信号電極と接地電極を有するマイクロ波伝送回路に、前記信号電極から前記マイクロ波検出素子を通って前記接地電極へ電流を流せる位置に形成されていることを特徴とするマイクロ波検出回路。
【請求項７】
請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロ波発振素子と、請求項６に記載のマイクロ波検出回路とを、同一モジュール内または同一基板上に有することを特徴とする、単一チップ型マイクロ波通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を発振することが可能なマイクロ波発振素子、マイクロ波を検出することが可能なマイクロ波検出素子、マイクロ波を使用した通信が可能なマイクロ波通信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子素子の高速化、小型化が進むにつれ、マイクロ波（１ＧＨｚ帯以上の周波数）の発振素子および検出素子の小型化、高効率化が重要な課題となっている。
【０００３】
代表的なマイクロ波の発振源としてはガン発振器がある。ガン発振器には、低電圧動作ができる、発振スペクトルの純度が良い（希望する発振周波数と異なる周波数成分の割合が少ない）という利点があるものの、構造上小型化が難しいこと、発振効率が悪いこと（出力電力／入力電力で１％以下）などの欠点がある。
【０００４】
現在はトランジスタやダイオードなどの半導体素子による発振を逓倍して、高周波を得る方法が主流となってきているが、高次逓倍で搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ比）が悪化する、逓倍回路が複雑になり小型化が難しいなどの欠点がある。
【０００５】
さらに、マイクロ波回路においては、発振器（または検出器）の発振効率（検出効率）の向上だけでは不十分であり、周波数が上昇するほどマイクロ波の伝送回路（ストリップラインや同軸ケーブルによる回路）の大きさが小さくなることにより（周波数が高くなると波長が短くなるため）、伝送回路でのインピーダンス・ミスマッチによる減衰が大きな問題になっている。
【０００６】
これまでに、伝送回路との結合効率を良くするために、ガン発振器とストリップラインとをモジュール化した発振素子（特許文献１）や、半導体素子をマイクロ波伝送回路上に形成した発振器（非特許文献１：平面基板上に作製できるフリップチップ型ガンダイオード）などが提案されているが、発振効率の点では旧来の技術に比べて著しい向上は困難である。
【０００７】
近年、面直通電型巨大磁気抵抗効果（ＣＰＰ−ＧＭＲ）素子において、電流による磁化自由層における磁化の共鳴振動の励起に伴うマイクロ波の発振が発見され、その周波数が磁場によって変化することが報告されている。非特許文献２では、Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏの３層から成るＣＰＰ−ＧＭＲ素子におけるマイクロ波の発振についての報告がなされている。
【０００８】
特許文献２ではこのＣＰＰ−ＧＭＲ素子をマイクロ波伝送回路上に配置したマイクロ波発振素子、マイクロ波検出素子の提案がなされている。
【０００９】
しかしながらこのＣＰＰ−ＧＭＲ素子におけるマイクロ波発振の出力は１ｎＷ以下と微弱なものである。
【００１０】
次に、マイクロ波の検出における問題点を説明する。マイクロ波の検波には、通常、半導体ダイオードの二乗検波特性が用いられる。高効率に検波を行うためには、半導体内において電子の運動の遅れがないことが必要であり、このために移動度の高い半導体やピンダイオードなどが利用されている。電子のチャネル長を短くすること（半導体を薄くすること）により高周波化することは可能であるが、そのような構造にすると接合容量の増大がさけられない。さらに、接合容量を小さくするために素子面積を小さくすると素子抵抗が増大し、伝送回路とのインピーダンス・ミスマッチにより感度が低下するという問題が起こる。
【００１１】
さらに、半導体ダイオードの二乗検波特性は温度に大きく依存するために、安定な感度を得ることが難しい。それ故、マイクロ波領域での半導体ダイオード検波における上記の問題（電子の運動の遅れ、接合容量およびインピーダンス・ミスマッチ）を解決した場合であっても、検波効率の特性は温度で限定されてしまうという問題が残る。
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−３５３９２０号公報
【特許文献２】特開２００６−２９５９０８号公報
【非特許文献１】フリップチップ型ガンダイオード、中川敦・渡辺健一、「フリップチップガンダイオード」応用物理、６９巻、２号、（２０００）１８２ページ
【非特許文献２】ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に於ける直流電流によるマイクロ波の発振実験、S.  I.  Kiselev,  J.  C.  Sankey,  I.  N.  Krivorotov,  N.  C.  Emley,  R.  J.  Schoelkopf,  R.  A.  Buhrman  and  D.  C.  Ralph,  “Microwave  oscillations  of  a  nanomagnet  driven  by  a  spin-polarized  current,”  Nature  vol.  425,  (2003)  pp.  380.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、マイクロ波発振素子の小型化、マイクロ波発振素子における発振効率の向上、マイクロ波発振素子における搬送波対雑音比の向上、マイクロ波発振素子とマイクロ波伝送回路とのインピーダンス・マッチング、マイクロ波検出素子の小型化、マイクロ波検出素子における検波効率の向上、マイクロ波検出における信号対雑音比(S/N比)の向上、マイクロ波検出素子とマイクロ波伝送回路とのインピーダンス・マッチング、マイクロ波通信モジュールの小型化を可能とするマイクロ波発振素子及び検出素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らはこれまでに電流狭窄構造薄膜を有する磁気抵抗素子の開発を行ってきた。本発明者らは、上記電流狭窄構造薄膜をマイクロ波発振素子およびマイクロ波検出素子として用いることにより、従来のマイクロ波発振素子およびマイクロ波検出素子が有する上記の問題点を解決しうることを見出した。本発明はこの知見によりなすに至ったものである。
すなわち本発明は、
（１）下地層と、電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層を少なくとも一層と、電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層を少なくとも一層とを有し、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能と、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域複数個を磁気的に結合させる機能を備え、前記電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層は強磁性層と非磁性層と強磁性層からなる３層膜からなり、面積抵抗が１．１Ωμｍ２以下であるマイクロ波発振素子、
（２）下地層と、スピン偏極電流のスピン偏極の方向を固定する機能を有する層を少なくとも一層と、電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層を少なくとも一層と、電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層を少なくとも一層とを有し、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能と、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域複数個を磁気的に結合させる機能を備える手段と、マイクロ波発振周波数を変化させる手段とを設け、前記電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層は強磁性層と非磁性層と強磁性層からなる３層膜からなり、面積抵抗が１．１Ωμｍ２以下であるマイクロ波発振素子、
（３）前記磁気的に結合させる機能を備える手段は、前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層におけるスピン波を介した相互作用、もしくは発振するマイクロ波を介した相互作用による（２）に記載のマイクロ波発振素子、
（４）前記マイクロ波の発振周波数を変化させる手段は、磁場を加えるための手段を備える（２）に記載のマイクロ波発振素子、
（５）下地層と、スピン偏極電流のスピン偏極の方向を固定する機能を有する少なくとも一層と、電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層を少なくとも一層と、電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層と、電流を狭窄する機能と該電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層とを備え、前記電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層は強磁性層と非磁性層と強磁性層からなる３層膜からなり、面積抵抗が１．１Ωμｍ２以下であるマイクロ波検出素子、
（６）（５）に記載のマイクロ波検出素子が、信号電極と接地電極を有するマイクロ波伝送回路に、前記信号電極から前記マイクロ波検出素子を通って前記接地電極へ電流を流せる位置に形成されているマイクロ波検出回路、
（７）（１）から（４）のいずれか一項に記載のマイクロ波発振素子と、（６）に記載のマイクロ波検出回路とを、同一モジュール内または同一基板上に有する単一チップ型マイクロ波通信モジュール
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
（１）に記載のマイクロ波発振素子では、マイクロ波発振素子の小型化、マイクロ波発振素子における発振効率の向上、マイクロ波発振素子における搬送波対雑音比の向上、マイクロ波発振素子とマイクロ波伝送回路とのインピーダンス・マッチングという利点がある。
【００１６】
（２）に記載のマイクロ波発振素子には、マイクロ波発振素子の小型化、マイクロ波発振素子における発振効率の向上、マイクロ波発振素子における搬送波対雑音比の向上、マイクロ波発振素子とマイクロ波伝送回路とのインピーダンス・マッチングという利点がある。
【００１７】
また、スピン偏極電流のスピン偏極方向が固定されるため、スピントランスファートルクの揺らぎがなくなり、（１）に記載のマイクロ波発振素子よりも搬送波対雑音比が向上するという利点がある。
【００１８】
さらに、マイクロ波発振素子に磁場を加えることによりマイクロ波を発振する領域の磁気構造を変化させることが出来る。発振するマイクロ波の周波数はマイクロ波発振領域の磁気構造に依存するため、（１）に記載のマイクロ波発振素子に加えて、発振するマイクロ波の周波数を変化させることが出来るという利点がある。
【００１９】
（５）に記載のマイクロ波検出素子には、マイクロ波検出素子の小型化、マイクロ波検出素子における検波効率の向上、マイクロ波検出における信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）の向上、マイクロ波検出素子とマイクロ波伝送回路とのインピーダンス・マッチングという利点がある。
【００２０】
また、スピン偏極電流のスピン偏極方向が固定されるため、磁化の共鳴振動による検波作用によって生じる電圧の揺らぎが少なくなり、請求項５に記載のマイクロ波検出素子よりも信号対雑音比が向上するという利点がある。
【００２１】
さらに、マイクロ波検出素子に磁場を加えることによりマイクロによって共鳴振動する領域の磁気構造を変化させることが出来る。共鳴振動するマイクロ波の周波数はマイクロ波検出領域の磁気構造に依存するため、請求項５から請求項６に記載のマイクロ波検出素子に加えて、検波可能なマイクロ波の周波数を変化させることが出来るという利点がある。
【００２２】
（６）に記載のマイクロ波検出回路では、信号電極に照射されたマイクロ波を請求項５から７に記載のマイクロ波検出素子を用いて検出できるという利点がある。
【００２３】
（７）に記載の単一チップ型マイクロ波通信モジュールは、このモジュールを用いることにより、マイクロ波を用いた通信が可能になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の原理を説明する。
【００２５】
本発明者らはこれまで、絶縁体薄膜中にナノメートルサイズの電気伝導領域が複数埋め込まれた「電流狭窄構造薄膜」と呼ばれる構造薄膜を自己組織化の技術を用いて作製する技術を開発し、前記電流狭窄構造薄膜を用いた磁気抵抗素子の開発を行ってきた。
【００２６】
本発明者らは、前記電流狭窄構造薄膜を用いることによりスピントランスファートルクによるマイクロ波発振が可能であることに思い至った。
【００２７】
本発明のマイクロ波発振素子は前記電流狭窄構造薄膜中を流れるスピン偏極した電流によって磁化に及ぼされるトルク（スピントランスファートルク）によって引き起こされる電子スピンの集団運動によるものであることを特徴とする。
【００２８】
電流狭窄構造薄膜におけるマイクロ波発振機構は電子スピンの集団運動であるために本質的にＱ値（共鳴回路の共鳴の鋭さを表す指数）が高くなることが期待される。そのため、この共鳴振動をマイクロ波の発振源として、利用することができれば、今までのマイクロ波発振源に比べて効率が高くなることが期待される。
【００２９】
電流狭窄構造薄膜におけるマイクロ波発振は、マイクロ波を発振する領域が直径数ナノメートルの領域であるため素子面積を数十ナノメートル角まで小型化することが可能である。そのため、電流狭窄構造薄膜をマイクロ波の発振源として利用することができれば、今までのマイクロ波発振源に比べて小型化できることが期待される。
【００３０】
本発明者らは、前記電流狭窄構造薄膜を有するマイクロ波発振素子をマイクロ波伝送回路上に配置することによって、上記に示されるマイクロ波発振素子における課題を解決することができることに思い至った。
【００３１】
本発明のマイクロ波発振素子では、マイクロ波発振を行う磁化が位相を揃えた運動を行うことによりマイクロ波発振の効率が良いことを特徴とする。
【００３２】
本発明のマイクロ波発振素子は、磁場を加えることにより素子の磁化が変化し、マイクロ波の発振周波数が変化することを特徴とする。
【００３３】
本発明のマイクロ波発振素子は、電流の大きさを変化させることによりマイクロ波の発振周波数が変化することを特徴とする。
【００３４】
本発明のマイクロ波検出素子は、マイクロ波によって素子の磁化が変化し、前記素子の磁化の変化により電気抵抗が変化することを特徴とする。
【００３５】
本発明のマイクロ波検出素子は、前記素子の磁化の固有振動周波数とマイクロ波の周波数が一致した場合に、電気抵抗の変化が特に大きくなることを特徴とする。
【００３６】
本発明のマイクロ波検出素子は、膜面垂直方向に電流を流し磁気構造に依存した電気抵抗を測定することにより、前記素子の磁化の固有振動周波数と同じ振動数を持つマイクロ波を検出することが出来ることを特徴とする。
【００３７】
本発明のマイクロ波検出素子は、電流狭窄構造薄膜を用いることによりマイクロ波による電気抵抗の変化が大きく、マイクロ波の検出効率が高いことを特徴とする。
【００３８】
本発明のマイクロ波検出素子は、磁場を加えることにより前記素子の磁化の固有振動周波数が変化し、検出できるマイクロ波の周波数が変化することを特徴とする。
【００３９】
本発明のマイクロ波検出素子は、電流の大きさを変化させることにより検出できるマイクロ波の周波数が変化することを特徴とする。
【００４０】
本発明に用いることができる強磁性金属としては、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉなどが挙げられる。
本発明に用いることができる強磁性合金としては、Ｆｅ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｐｔ，Ｃｏ−Ｐｔ，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔなどが挙げられる。
本発明に用いることができるフェリ磁性体としては、Ｆｅ３Ｏ４，ＤｙＦｅ２などが挙げられる。
本発明に用いることができる強磁性絶縁体としては、ＣｒＯ２，Ｆｅ３Ｏ４などが挙げられる。
本発明に用いることができる反強磁性金属としては、Ｃｒ，Ｍｎなどが挙げられる。
また、本発明に用いることができる反強磁性合金としては、Ｆｅ−Ｍｎ，Ｐｔ−Ｍｎなどが挙げられる。
本発明に用いることができる非磁性金属としては、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇなどが挙げられる。
また、本発明に用いることができる非磁性合金としては、Ｃｕ−Ａｕ，Ｃｕ−Ａｇ，Ａｕ−Ａｇなどが挙げられる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の好ましい態様を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
本発明の第１実施態様による、マイクロ波発振素子の実施例を図１の概略断面図に示す。本実施態様によるマイクロ波発振素子は、下地層１上に設けられたバッファー層２と、バッファー層２上に設けられた反強磁性層（スピン偏極電流のスピン偏極の方向を固定する機能を有する層）３と、反強磁性層３上に設けられた磁化の向きが固着された磁化固着層（電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層）４と、磁化固着層４上に設けられた電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層５と、電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層５上に設けられた電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層６と、電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層６上に設けられた防護機能を有する金属保護層７とを備えており、積層方向に電流を流すことによりマイクロ波を発振する。
【００４３】
電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域複数個を磁気的に結合させる機能は、電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層６におけるスピン波を介した相互作用、もしくは発振するマイクロ波を介した相互作用によって実現される。
【００４４】
本実施態様のマイクロ波発振素子は、例えばスパッタリング法等の薄膜作製方法を用いて以下のように作製される。まず、基板上に下地層１として膜厚５ナノメートルのＴａ薄膜を作製する。次に前記下地層上にバッファー層２として７ナノメートルＮｉＦｅＣｒ薄膜を作製する。次に前記バッファー層２上に反強磁性層３として１０ナノメートルのＩｒＭｎ薄膜を作製する。次に前記反強磁性層３上に磁化固着層４として膜厚７ナノメートルの人工反強磁性薄膜を作製する。次に前記人工反強磁性薄膜上に電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層５としてＡｌとＯとＦｅおよびＣｏの元素からなる膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜を作製する。次に前記電流狭窄構造薄膜上に電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層６として膜厚２．５ナノメートルのＣｏＦｅ薄膜を作製する。最後に前記電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層６上に金属保護層７として膜厚１ナノメートルのＣｕと膜厚５ナノメートルのＴａからなる積層薄膜を作製する。
【００４５】
上記の方法で作製した多層薄膜を、例えばリソグラフィー法等の微細加工技術を用いてマイクロ波発振素子形状に加工し、多層薄膜の膜面に垂直な方向に電流が流れるように下地層と金属保護層に電極を取り付けることによりマイクロ波発振素子を作製する。
【００４６】
本実施態様のマイクロ波発振素子において磁化固着層４を実現する人工反強磁性薄膜について、図２の概略断面図を参照して詳しく説明する。
【００４７】
人工反強磁性薄膜は強磁性層１０１／非磁性層１０２／強磁性層１０３からなる３層膜によって実現され、２つの強磁性層の磁化の向きが逆であることを特徴とする。本実施態様では、例えば、下部の磁性層として膜厚３．５ナノメートルのＣｏＦｅ薄膜を用い、中間の非磁性層として膜厚１ナノメートルのＲｕ薄膜を用い、上部の磁性層として膜厚２．５ナノメートルのＣｏＦｅを用いる。
【００４８】
本実施態様のマイクロ波発振素子において電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層５を実現する、ＡｌとＯとＦｅおよびＣｏの元素からなる膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜について図３の斜視図による説明図と図４の概略断面図を参照して詳しく説明する。
【００４９】
まず、例えば人工反強磁性薄膜上に膜厚１ナノメートルのＣｏＦｅ薄膜を作製し、次に前記ＣｏＦｅ薄膜上に膜厚１ナノメートルのＡｌ薄膜を作製する。次にイオンアシスト法、自然酸化法、ラジカル酸化法等の酸化方法を用いて酸化することにより、図３に示されるように、ＡｌＯ絶縁体薄膜中にＣｏＦｅからなる直径１ナノメートルから３ナノメートルの電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域８が複数個形成され、膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜が形成される。図４に示されるように各電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域８は電気絶縁領域９で分離されている。
【００５０】
本実施態様のマイクロ波発振素子は、人工反強磁性薄膜の電流狭窄構造薄膜に隣接する磁性層の磁化の向きと、電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層の磁化の向きが同じではなく、電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の全てにおいて磁化の向きが空間的に非一様であることを特徴とする。
【００５１】
空間的に非一様な磁化の向きを有する領域にスピン偏極電流が流れるため、電流狭窄構造薄膜中の磁化に対してスピントランスファートルクが働き、マイクロ波を発振する。
【００５２】
電流狭窄構造薄膜中のマイクロ波発振を行う磁化の運動は、電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層に発生するスピン波を介した相互作用またはマイクロ波を介した相互作用によって位相を揃えた運動を行い、素子のマイクロ波発振強度が増大する。
【００５３】
次に本実施態様のマイクロ波発振素子を用いて行ったマイクロ波発振の実験結果を図５と図６とを参照して詳しく述べる。
【００５４】
本実施態様のマイクロ波発振素子のマイクロ波発信強度をスペクトルアナライザーを用いて測定した。上記測定において正の電流方向は図１において金属保護層７から下地層１へ電流が流れる方向である。上記測定において負の電流方向は図１において下地層１から金属保護層７へ電流が流れる方向である。
【００５５】
本実施態様のマイクロ波発振素子におけるマイクロ波の発振強度の周波数依存性を図５に示す。図示されるように磁場の強度によって発振周波数とＱ値を変化させることが可能である。
【００５６】
本実施態様のマイクロ波発振素子におけるマイクロ波の発振強度の面積抵抗依存性を図６に示す。本実施態様のマイクロ波発振素子は面積抵抗が１．１Ωμｍ２以下において発振する。面積抵抗によってマイクロ波発振の性能を規定することが可能である。
【００５７】
本実施態様の素子は、電流の大きさを変化させることによりマイクロ波の発振周波数が変化することを特徴とする。
【００５８】
本実施態様のマイクロ波発振素子に正の電流を印加した場合の発振周波数の変化を図７に示す。電流の符号は図１において金属保護層７から下地層１へ流れる向きを正とする。図７に示されるように印加電流の絶対値を大きくすることにより、発振周波数を低下させることが可能である。
【００５９】
本実施態様のマイクロ波発振素子に負の電流を印加した場合の発振周波数の変化を図８に示す。電流の符号は図１において下地層１から金属保護層７へ流れる向きを負とする。図８に示されるように印加電流の絶対値を大きくすることにより、発振周波数を増大させることが可能である。
【００６０】
本実施態様の素子は、磁場を加えることにより電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きが変化し、マイクロ波の発振周波数が変化することを特徴とする。
【００６１】
本実施態様のマイクロ波発振素子に２７ｍＡの電流を印加した状態での発振周波数の外部磁場依存性を図９に示す。電流の符号は図１において金属保護層７から下地層１へ流れる向きを正とする。外部磁場は磁化固着層の磁化の向きと逆方向に印加する。図９に示されるように、正の電流を印加した状態では、外部磁場の値を大きくすることにより、発振周波数を低下させることが可能である。
【００６２】
本実施態様のマイクロ波発振素子に−１９ｍＡの電流を印加した状態での発振周波数の外部磁場依存性を図１０に示す。電流の符号は図１において下地層１から金属保護層７へ流れる向きを負とする。外部磁場は磁化固着層の磁化の向きと逆方向に印加する。図１０に示されるように、負の電流を印加した状態では、外部磁場の値を大きくすることにより、発振周波数を増大させることが可能である。
【００６３】
（実施例２）
本発明の第２実施態様による、マイクロ波発振素子の実施例を図１１の概略断面図に示す。本実施態様によるマイクロ波発振素子は、下地層１上に設けられたバッファー層２と、バッファー層２上に設けられた反強磁性層３と、反強磁性層３上に設けられた磁化の向きが固着された磁化固着層４と、磁化固着層４上に設けられた電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０と、電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０上に設けられた狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層１１と、狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層１１上に設けられた防護機能を有する金属保護層７とを備えており、積層方向に電流を流すことによりマイクロ波を発振する。
【００６４】
本実施態様のマイクロ波発振素子は、例えばスパッタリング法等の薄膜作製方法を用いて以下のように作製される。まず、基板上に下地層１として膜厚５ナノメートルのＴａ薄膜を作製する。次に前記下地層１上にバッファー層２として７ナノメートルＮｉＦｅＣｒ薄膜を作製する。次に前記バッファー層２上に反強磁性層３として１０ナノメートルのＩｒＭｎ薄膜を作製する。次に前記反強磁性層３上に磁化固着層４として膜厚７ナノメートルの人工反強磁性薄膜を作製する。次に前記人工反強磁性薄膜上に電流を狭窄する機能を複数個有する層１０としてＡｌとＯとＣｕの元素からなる膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜を作製する。次に前記電流狭窄構造薄膜上に電流を狭窄されたスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる層１１として膜厚２．５ナノメートルのＣｏＦｅ薄膜を作製する。最後に前記狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層１１上に金属保護層７として膜厚１ナノメートルのＣｕと膜厚５ナノメートルのＴａからなる積層薄膜を作製する。
【００６５】
上記の方法で作製した多層薄膜を、例えばリソグラフィー法等の微細加工技術を用いてマイクロ波発振素子形状に加工し、多層薄膜の膜面に垂直な方向に電流が流れるように下地層と金属保護層に電極を取り付けることによりマイクロ波発振素子を作製する。
【００６６】
本実施態様のマイクロ波発振素子において磁化固着層４を実現する人工反強磁性薄膜は実施態様１で図２を参照して詳しく説明したものと同一である。
【００６７】
本実施態様のマイクロ波発振素子において電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０を実現する、ＡｌとＯとＣｕの元素からなる膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜について図１２の斜視図による説明図と図１３の概略断面図を参照して詳しく説明する。
【００６８】
まず、例えば、人工反強磁性薄膜上に膜厚１ナノメートルのＣｕ薄膜を作製し、次に前記Ｃｕ薄膜上に膜厚１ナノメートルのＡｌ薄膜を作製する。次にイオンアシスト法、自然酸化法、ラジカル酸化法等の酸化方法を用いて酸化することにより、図１２に示されるようにＡｌＯ絶縁体薄膜中にＣｕからなる直径１ナノメートルから３ナノメートルの電流を狭窄する機能を有する領域１２が複数個形成され、膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜が形成される。図１３に示されるように各電流を狭窄する機能を有する領域１２は電気絶縁領域９で分離されている。
【００６９】
本実施態様のマイクロ波発振素子は、人工反強磁性薄膜の電流狭窄構造薄膜に隣接する磁性層の磁化の向きと、狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層の磁化の向きが同じではないことを特徴とする。
【００７０】
磁化の向きが同じでない２つの強磁性層薄膜を膜面に垂直な方向にスピン流が流れるため、狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層の磁化に対してスピントランスファートルクが働き、マイクロ波を発振する。
【００７１】
狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層においてマイクロ波発振を行う磁化の運動はスピン偏極した電流を狭窄する機能を有する領域の近傍で発生するが、狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層に発生するスピン波を介した相互作用、もしくは発振するマイクロ波を介した相互作用により磁化の運動の位相は揃い、素子のマイクロ波発振強度は増大する。
【００７２】
本実施態様の素子は、磁場を加えることにより、スピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の固有振動周波数が変化するために発振するマイクロ波の周波数が変化することを特徴とする。
【００７３】
本実施態様の素子は、電流の大きさを変化させることによりマイクロ波の発振周波数が変化することを特徴とする。
【００７４】
（実施例３）
本発明の第３実施態様による、マイクロ波発振素子の実施例を図１４の概略断面図に示す。本実施態様によるマイクロ波発振素子は、下地層１上に設けられたバッファー層２と、バッファー層２上に設けられた反強磁性層３と、反強磁性層３上に設けられた磁化の向きが固着された磁化固着層４と、磁化固着層４上に設けられたスペーサー層１３と、スペーサー層１３上に設けられた狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層１１と、狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層１１上に設けられた電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０と、電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０上に設けられた防護機能を有する金属保護層７とを備えており、積層方向に電流を流すことによりマイクロ波を発振する。
【００７５】
本実施態様のマイクロ波発振素子は、例えばスパッタリング法等の薄膜作製方法を用いて以下のように作製される。まず、基板上に下地層１として膜厚５ナノメートルのＴａ薄膜を作製する。次に前記下地層１上にバッファー層２として７ナノメートルＮｉＦｅＣｒ薄膜を作製する。次に前記バッファー層２上に反強磁性層３として１０ナノメートルのＩｒＭｎ薄膜を作製する。次に前記反強磁性層３上に磁化固着層４として膜厚７ナノメートルの人工反強磁性薄膜を作製する。次に前記磁化固着層４上にスペーサー層１３として膜厚５ナノメートルのＣｕ薄膜を作製する。次に前記スペーサー層１３上に狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層１１として膜厚２．５ナノメートルのＣｏＦｅ薄膜を作製する。次に前記狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層１１上に電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０としてＡｌとＯとＣｕの元素からなる膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜を作製する。次に前記電流狭窄構造薄膜上に金属保護層７として膜厚１ナノメートルのＣｕと膜厚５ナノメートルのＴａからなる積層薄膜を作製する。
【００７６】
上記の方法で作製した多層薄膜を、例えばリソグラフィー法等の微細加工技術を用いてマイクロ波発振素子形状に加工し、多層薄膜の膜面に垂直な方向に電流が流れるように下地層と金属保護層に電極を取り付けることによりマイクロ波発振素子を作製する。
【００７７】
本実施態様のマイクロ波発振素子において磁化固着層４を実現する人工反強磁性薄膜は実施態様１で図２を参照して詳しく説明したものと同一である。
【００７８】
本実施態様のマイクロ波発振素子において電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０を実現する、ＡｌとＯとＣｕの元素からなる膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜は実施例２において図１２と図１３を参照して詳しく説明したものと同一である。
【００７９】
本実施態様のマイクロ波発振素子は、人工反強磁性薄膜の電流狭窄構造薄膜に隣接する磁性層の磁化の向きと、狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層の磁化の向きが同じではないことを特徴とする。
【００８０】
磁化の向きが同じでない２つの強磁性層薄膜を膜面に垂直な方向にスピン流が流れるため、狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層の磁化に対してスピントランスファートルクが働き、マイクロ波を発振する。
【００８１】
狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層においてマイクロ波発振を行う磁化の運動はスピン偏極した電流を狭窄する機能を有する領域の近傍で発生するが、狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層に発生するスピン波を介した相互作用、もしくは発振するマイクロ波を介した相互作用により磁化の運動の位相は揃い、素子のマイクロ波発振強度は増大する。
【００８２】
本実施態様の素子は、磁場を加えることにより、スピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の固有振動周波数が変化するために発振するマイクロ波の周波数が変化することを特徴とする。
【００８３】
本実施態様の素子は、電流の大きさを変化させることによりマイクロ波の発振周波数が変化することを特徴とする。
【００８４】
（実施例４）
本発明の第４実施態様による、マイクロ波検出素子の実施例を図１５の概略断面図に示す。本実施態様によるマイクロ波検出素子は、下地層１上に設けられたバッファー層２と、バッファー層２上に設けられた反強磁性層３と、反強磁性層３上に設けられた磁化の向きが固着された磁化固着層４と、磁化固着層４上に設けられた電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層１４と、電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層１４上に設けられた電流を狭窄する機能と電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層１５と、電流を狭窄する機能と電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層１５上に設けられた防護機能を有する金属保護層７とを備えており、電気抵抗を測定することによりマイクロ波を検出できる。
【００８５】
本実施態様のマイクロ波検出素子は、例えばスパッタリング法等の薄膜作製方法を用いて以下のように作製される。まず、基板上に下地層１として膜厚５ナノメートルのＴａ薄膜を作製する。次に前記下地層１上にバッファー層２として７ナノメートルＮｉＦｅＣｒ薄膜を作製する。次に前記バッファー層２上に反強磁性層３として１０ナノメートルのＩｒＭｎ薄膜を作製する。次に前記反強磁性層３上に磁化固着層４として膜厚７ナノメートルの人工反強磁性薄膜を作製する。次に前記人工反強磁性薄膜上に電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層１４としてＡｌとＯとＦｅおよびＣｏの元素からなる膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜を作製する。次に前記電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層１４上に電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層１５として膜厚２．５ナノメートルのＣｏＦｅ薄膜を作製する。最後に前記電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層１５上に金属保護層７として膜厚１ナノメートルのＣｕと膜厚５ナノメートルのＴａからなる積層薄膜を作製する。
【００８６】
上記の方法で作製した多層薄膜を、例えばリソグラフィー法等の微細加工技術を用いてマイクロ波発振素子形状に加工し、多層薄膜の膜面に垂直な方向に電流が流れるように下地層１と金属保護層７に電極を取り付けることによりマイクロ波検出素子を作製する。
【００８７】
本実施態様のマイクロ波検出素子において磁化固着層４を実現する人工反強磁性薄膜は実施例１において図２を参照して詳しく説明したものと同一である。
【００８８】
本実施態様のマイクロ波検出素子において電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層１４を実現する、ＡｌとＯとＦｅおよびＣｏの元素からなる膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜について図１６の斜視図による説明図と図１７の概略断面図を参照して詳しく説明する。
【００８９】
まず、例えば、人工反強磁性薄膜上に膜厚１ナノメートルのＣｏＦｅ薄膜を作製し、次に前記ＣｏＦｅ薄膜上に膜厚１ナノメートルのＡｌ薄膜を作製する。次にイオンアシスト法、自然酸化法、ラジカル酸化法等の酸化方法を用いて酸化することにより、図１６に示されるように、ＡｌＯ絶縁体薄膜中にＣｏＦｅからなる直径１ナノメートルから３ナノメートルの電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域１６が複数個形成され、膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜が形成される。図１７に示されるように各電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域１６は電気絶縁領域９で分離されている。
【００９０】
本実施態様のマイクロ波検出素子は、人工反強磁性薄膜の電流狭窄構造薄膜に隣接する磁性層の磁化の向きと、電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層の磁化の向きが同じではなく、電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の全てにおいて磁化の向きが空間的に非一様であることを特徴とする。
【００９１】
本実施態様のマイクロ波検出素子にマイクロ波を照射することにより、電流狭窄構造薄膜中の電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域における磁化の空間分布が変化し、素子の電気抵抗が変化する。
【００９２】
電流狭窄構造薄膜中の電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域における磁化の固有振動周波数とマイクロ波の周波数が一致した場合に、電気抵抗の変化が特に大きくなる。
【００９３】
素子の膜面垂直方向に電流を流し磁気構造に依存した電気抵抗を測定することにより、電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域における磁化の固有振動周波数と同じ振動数を持つマイクロ波を検出することが出来る。
【００９４】
本実施態様のマイクロ波検出素子は、電流狭窄構造薄膜を用いることによりマイクロ波による電気抵抗の変化が大きいことを特徴とする。
【００９５】
本実施態様の素子は、磁場を加えることにより電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の固有振動周波数が変化し、検出できるマイクロ波の周波数が変化することを特徴とする。
【００９６】
本実施態様の素子は、電流の大きさを変化させることにより検出できるマイクロ波の周波数が変化することを特徴とする。
【００９７】
（実施例５）
本発明の第５実施態様による、マイクロ波検出素子の実施例を図１８の概略断面図に示す。本実施態様によるマイクロ波検出素子は、下地層１上に設けられたバッファー層２と、バッファー層２上に設けられた反強磁性層３と、反強磁性層３上に設けられた磁化の向きが固着された磁化固着層４と、磁化固着層４上に設けられた電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０と、電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０上に設けられたマイクロ波によって磁化が変化する層１７と、前記マイクロ波によって磁化が変化する層１７上に設けられた防護機能を有する金属保護層７とを備えており、電気抵抗を測定することによりマイクロ波を検出できる。
【００９８】
本実施態様のマイクロ波検出素子は、例えばスパッタリング法等の薄膜作製方法を用いて以下のように作製される。まず、基板上に下地１層として膜厚５ナノメートルのＴａ薄膜を作製する。次に前記下地層１上にバッファー層２として７ナノメートルＮｉＦｅＣｒ薄膜を作製する。次に前記バッファー層２上に反強磁性層３として１０ナノメートルのＩｒＭｎ薄膜を作製する。次に前記反強磁性層３上に磁化固着層４として膜厚７ナノメートルの人工反強磁性薄膜を作製する。次に前記人工反強磁性薄膜上に電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０としてＡｌとＯとＣｕの元素からなる膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜を作製する。次に前記電流狭窄構造薄膜上にマイクロ波によって磁化が変化する層１７として膜厚２．５ナノメートルのＣｏＦｅ薄膜を作製する。最後に前記マイクロ波によって磁化が変化する層１７上に金属保護層７として膜厚１ナノメートルのＣｕと膜厚５ナノメートルのＴａからなる積層薄膜を作製する。
【００９９】
上記の方法で作製した多層薄膜を、例えばリソグラフィー法等の微細加工技術を用いてマイクロ波発振素子形状に加工し、多層薄膜の膜面に垂直な方向に電流が流れるように下地層１と金属保護層７に電極を取り付けることによりマイクロ波検出素子を作製する。
【０１００】
本実施態様のマイクロ波検出素子において磁化固着層４を実現する人工反強磁性薄膜は実施態様１で図２を参照して詳しく説明したものと同一である。
【０１０１】
本実施態様のマイクロ波検出素子において電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０は、実施態様２において図１２と図１３を参照して詳しく説明したものと同一である。
【０１０２】
本実施態様のマイクロ波検出素子にマイクロ波を照射することにより、マイクロ波によって磁化が変化する層の磁化が変化し、素子の電気抵抗が変化する。
【０１０３】
マイクロ波によって磁化が変化する層１７における磁化の固有振動周波数とマイクロ波の周波数が一致した場合に、電気抵抗の変化が特に大きくなる。
【０１０４】
本実施態様のマイクロ波検出素子に膜面垂直方向に電流を流し磁気構造に依存した電気抵抗を測定することにより、マイクロ波によって磁化が変化する層１７における磁化の固有振動周波数のマイクロ波を検出することが出来る。
【０１０５】
本実施態様のマイクロ波検出素子は、電流狭窄構造薄膜を用いることによりマイクロ波による電気抵抗の変化が大きいことを特徴とする。
【０１０６】
本実施態様の素子は、磁場を加えることによりマイクロ波によって磁化が変化する層１７の磁化の固有振動周波数が変化し、検出できるマイクロ波の周波数が変化することを特徴とする。
【０１０７】
本実施態様の素子は、電流の大きさを変化させることにより検出できるマイクロ波の周波数が変化することを特徴とする。
【０１０８】
（実施例６）
本発明の第６実施態様による、マイクロ波検出素子の実施例を図１９の概略断面図に示す。本実施態様によるマイクロ波検出素子は、下地層１上に設けられたバッファー層２と、バッファー層２上に設けられた反強磁性層３と、反強磁性層３上に設けられた磁化の向きが固着された磁化固着層４と、磁化固着層４上に設けられたスペーサー層１３と、スペーサー層１３上に設けられたマイクロ波によって磁化が変化する層１７と、前記マイクロ波によって磁化が変化する層１７上に設けられた電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０と、電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０上に設けられた防護機能を有する金属保護層７とを備えており、電気抵抗を測定することによりマイクロ波を検出できる。
【０１０９】
本実施態様のマイクロ波検出素子は、例えばスパッタリング法等の薄膜作製方法を用いて以下のように作製される。まず、基板上に下地層１として膜厚５ナノメートルのＴａ薄膜を作製する。次に前記下地層１上にバッファー層２として７ナノメートルＮｉＦｅＣｒ薄膜を作製する。次に前記バッファー層２上に反強磁性層３として１０ナノメートルのＩｒＭｎ薄膜を作製する。次に前記反強磁性層３上に磁化固着層４として膜厚７ナノメートルの人工反強磁性薄膜を作製する。次に前記磁化固着層４上にスペーサー層１３として膜厚５ナノメートルのＣｕ薄膜を作製する。次に前記スペーサー層１３上にマイクロ波によって磁化が変化する層１７として膜厚２．５ナノメートルのＣｏＦｅ薄膜を作製する。次に前記マイクロ波によって磁化が変化する層１７上に電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０としてＡｌとＯとＣｕの元素からなる膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜を作製する。次に前記電流狭窄構造薄膜上に金属保護層７として膜厚１ナノメートルのＣｕと膜厚５ナノメートルのＴａからなる積層薄膜を作製する。
【０１１０】
上記の方法で作製した多層薄膜を、例えばリソグラフィー法等の微細加工技術を用いてマイクロ波発振素子形状に加工し、多層薄膜の膜面に垂直な方向に電流が流れるように下地層１と金属保護層７に電極を取り付けることによりマイクロ波検出素子を作製する。
【０１１１】
本実施態様のマイクロ波検出素子において磁化固着層を実現する人工反強磁性薄膜は実施態様１で図２を参照して詳しく説明したものと同一である。
【０１１２】
本実施態様のマイクロ波検出素子において電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層１０を実現する、ＡｌとＯとＣｕの元素からなる膜厚２ナノメートルの電流狭窄構造薄膜は実施例２において図１２と図１３を参照して詳しく説明したものと同一である。
【０１１３】
本実施態様のマイクロ波検出素子にマイクロ波を照射することにより、マイクロ波によって磁化が変化する層１７の磁化が変化し、素子の電気抵抗が変化する。
【０１１４】
マイクロ波によって磁化が変化する層１７における磁化の固有振動周波数とマイクロ波の周波数が一致した場合に、電気抵抗の変化が特に大きくなる。
【０１１５】
本実施態様のマイクロ波検出素子に膜面垂直方向に電流を流し磁気構造に依存した電気抵抗を測定することにより、マイクロ波によって磁化が変化する層における磁化の固有振動周波数のマイクロ波を検出することが出来る。
【０１１６】
本実施態様のマイクロ波検出素子は、電流狭窄構造薄膜を用いることによりマイクロ波による電気抵抗の変化が大きいことを特徴とする。
【０１１７】
本実施態様の素子は、磁場を加えることによりマイクロ波によって磁化が変化する層の磁化の固有振動周波数が変化し、検出できるマイクロ波の周波数が変化することを特徴とする。
【０１１８】
本実施態様の素子は、電流の大きさを変化させることにより検出できるマイクロ波の周波数が変化することを特徴とする。
【０１１９】
（実施例７）
本発明の第７実施態様による、マイクロ波検出回路の実施例を図２０の説明図に示す。本実施態様によるマイクロ波検出回路は、実施例４から６のいずれかのマイクロ波検出素子４１が、信号電極４２と接地電極４３を有するマイクロ波伝送回路に、前記信号電極４２から前記マイクロ波検出素子４１を通って前記接地電極４３へ電流を流せる位置に形成されていることを特徴とする。また、図中、４４は検出用電圧計を示す。
【０１２０】
（実施例８）
本発明の第８実施態様による、単一チップ型マイクロ波通信モジュールの実施例を図２１の説明図に示す。本実施態様による単一チップ型マイクロ波通信モジュール５１は、実施例１から３までのいずれかのマイクロ波発振回路５２と、実施例７のマイクロ波検出回路５３を、同一モジュール内または同一基板上に有することを特徴とする。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明によるマイクロ波発振素子およびマイクロ波検出素子は、情報通信産業に於けるマイクロ波を利用する電子回路（発振器、検出器、通信機）などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】実施例１のマイクロ波発振素子の概略断面図である。
【図２】実施例１から３のマイクロ波発振素子と、実施例４から６のマイクロ波検出素子とが有する人工反強磁性構造薄膜を用いた磁化固着層の概略断面図である。
【図３】実施例１のマイクロ波発振素子が有する電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層の斜視図による説明図である。
【図４】実施例１のマイクロ波発振素子が有する電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層の概略断面図である。
【図５】実施例１のマイクロ波発振素子を用いたマイクロ波発振実験の結果の１例を示すグラフであって、発振強度の周波数、磁場依存性を表す。
【図６】実施例１のマイクロ波発振素子を用いたマイクロ波発振実験の結果の１例を示すグラフであって、発振強度の面積抵抗（ＲＡ）依存性を表す。
【図７】実施例１のマイクロ波発振素子を用いたマイクロ波発振実験の結果の１例を示すグラフであって、正の電流を流した場合の発振周波数変化を表す。
【図８】実施例１のマイクロ波発振素子を用いたマイクロ波発振実験の結果の１例を示すグラフであって、負の電流を流した場合の発振周波数変化を表す。
【図９】実施例１のマイクロ波発振素子を用いたマイクロ波発振実験の結果の１例を示すグラフであって、電流を２７ｍＡ流した場合の発振周波数の外部磁場依存性を表す。
【図１０】実施例１のマイクロ波発振素子を用いたマイクロ波発振実験の結果の１例を示すグラフであって、電流を−１９ｍＡ流した場合の発振周波数の外部磁場依存性を表す。
【図１１】実施例２のマイクロ波発振素子の概略断面図である。
【図１２】実施例２のマイクロ波発振素子と、実施例３のマイクロ波発振素子が有する電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層の斜視図による説明図である。
【図１３】実施例２のマイクロ波発振素子と、実施例３のマイクロ波発振素子が有する電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層の概略断面図である。
【図１４】実施例３のマイクロ波発振素子の概略断面図である。
【図１５】実施例４のマイクロ波検出素子の概略断面図である。
【図１６】実施例４のマイクロ波検出素子が有する電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層の斜視図による説明図である。
【図１７】実施例４のマイクロ波検出素子が有する電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層の概略断面図である。
【図１８】実施例５のマイクロ波検出素子の概略断面図である。
【図１９】実施例６のマイクロ波検出素子の概略断面図である。
【図２０】実施例７のマイクロ波検出回路の一実施態様を表す説明図である。
【図２１】実施例８の単一チップ型マイクロ波モジュールの説明図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１  下地層
２  バッファー層
３  反強磁性層（スピン偏極電流のスピン偏極の方向を固定する機能を有する層）
４  磁化固着層（電流をスピン偏極させる機能またはスピン偏極電流を生成する機能を有する層）
５  電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域を複数個有する層
６  電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層
７  防護機能を有する金属保護層
８  電流を狭窄する機能とスピン偏極電流によりマイクロ波を発振させる機能を有する領域
９  電気絶縁領域
１０  電流を狭窄する機能を有する領域を複数個有する層
１１  狭窄されたスピン偏極電流によってマイクロ波を発振する層
１２  電流を狭窄する機能を有する領域
１３  スペーサー層
１４  電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域を複数個有する層
１５  電流を狭窄する機能と電流を狭窄する機能とマイクロ波によって磁化の空間分布が変化する機能を有する領域の磁化の向きを空間的に非一様にする機能を有する層
１７  マイクロ波によって磁化が変化する層
４１  実施例４〜６のいずれかのマイクロ波検出素子
４２  信号電極
４３  接地電極
４４  検出用電圧計
５１  単一チップ型マイクロ波通信モジュール
５２  実施例１〜３のいずれかのマイクロ波発振素子を有するマイクロ波発振回路
５３  実施例７のマイクロ波検出回路
１０１  磁性層
１０２  非磁性層
１０３  磁性層
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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