(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスを実現できる磁気抵抗効果デバイスを提供する。【解決手段】磁気抵抗効果デバイス１００は、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化自由層４を有する磁気抵抗効果素子１ａと、第１のポート９ａと、第２のポート９ｂと、第１のポート９ａに接続され第１のポート９ａに入力された高周波信号に対応した高周波電流が流れる第１の信号線路７ａと、第２の信号線路７ｂと、直流電流入力端子１１とを有し、磁気抵抗効果素子１ａは、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が磁化自由層４に印加されるように配置され、磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ｂが第２の信号線路７ｂを介して接続され、直流電流入力端子１１は磁気抵抗効果素子１ａに接続されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化固定層、スペーサ層および磁化の方向が変化可能である磁化自由層を有する磁気抵抗効果素子と、高周波信号が入力される第１のポートと、高周波信号が出力される第２のポートと、前記第１のポートに接続され前記第１のポートに入力された高周波信号に対応した高周波電流が流れる第１の信号線路と、第２の信号線路と、直流電流入力端子とを有し、
前記磁気抵抗効果素子は、前記第１の信号線路から発生する高周波磁場が前記磁化自由層に印加されるように配置され、
前記磁気抵抗効果素子と前記第２のポートが前記第２の信号線路を介して接続され、
前記直流電流入力端子は前記磁気抵抗効果素子に接続されていることを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。
【請求項２】
前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数を設定可能な周波数設定機構を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項３】
前記周波数設定機構は、前記磁化自由層における有効磁場を設定可能な有効磁場設定機構であり、前記有効磁場を変化させて前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数を変化可能であることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項４】
前記磁化固定層の磁化方向に平行な直線と前記磁化自由層における前記高周波磁場の方向に平行な直線とのなす角の角度が５度以上、６５度以下であることを特徴とする請求項１乃至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】
前記角度が２０度以上、５５度以下であることを特徴とする請求項４に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項６】
前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なる複数の前記磁気抵抗効果素子同士が並列接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項７】
複数の前記磁気抵抗効果素子同士が並列接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の各々の前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数を個別に設定可能な様に前記周波数設定機構を複数有することを特徴とする請求項２または３に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項８】
前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なる複数の前記磁気抵抗効果素子同士が直列接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項９】
複数の前記磁気抵抗効果素子同士が直列接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の各々の前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数を個別に設定可能な様に前記周波数設定機構を複数有することを特徴とする請求項２または３に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項１０】
前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なる前記複数の磁気抵抗効果素子は、平面視形状のアスペクト比が互いに異なることを特徴とする請求項６または８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ものである。
【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は増加し、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、近年新しい高周波用部品に応用できる可能性のある分野として研究されているのがスピントロニクスであり、その中で注目されている現象の一つが、磁気抵抗効果素子による強磁性共鳴現象である（非特許文献１参照）。磁気抵抗効果素子の強磁性膜に交流磁場を印加することで、強磁性膜の磁化に強磁性共鳴を起こすことが出来、強磁性共鳴周波数の近傍にある周波数で強磁性膜の磁化が大きく振動する。強磁性膜の強磁性共鳴周波数は、一般的に数〜数十ＧＨｚの高周波帯域である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ９９、０８Ｎ５０３、１７  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２００６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気抵抗効果素子は、強磁性共鳴現象を利用して高周波デバイスに応用することが考えられるが、高周波フィルタ等の高周波デバイスに応用するための具体的な構成は従来示されていない。本発明は、磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスを実現できる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】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、磁化固定層、スペーサ層および磁化の方向が変化可能である磁化自由層を有する磁気抵抗効果素子と、高周波信号が入力される第１のポートと、高周波信号が出力される第２のポートと、前記第１のポートに接続され前記第１のポートに入力された高周波信号に対応した高周波電流が流れる第１の信号線路と、第２の信号線路と、直流電流入力端子とを有し、前記磁気抵抗効果素子は、前記第１の信号線路から発生する高周波磁場が前記磁化自由層に印加されるように配置され、前記磁気抵抗効果素子と前記第２のポートが前記第２の信号線路を介して接続され、前記直流電流入力端子は前記磁気抵抗効果素子に接続されていることを第１の特徴とする。
【０００６】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、磁化自由層の強磁性共鳴周波数の近傍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の周波数特性をもつことが可能となる。また、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、アイソレータとしても機能することが出来る。また、直流電流入力端子から印加される直流電流を変化させることにより、磁化自由層の強磁性共鳴周波数を可変制御することができるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、周波数可変のフィルタまたはアイソレータ等として機能することも可能となり、さらには、信号の位相を変化可能なフェイズシフタ、信号の増幅が可能な増幅器またはバランとして機能することも可能となる。
【０００７】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数を設定可能な周波数設定機構を有することを第２の特徴とする。
【０００８】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、磁化自由層の強磁性共鳴周波数を任意の周波数にすることができるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、任意の周波数帯のフィルタまたはアイソレータ等として機能することが可能となる。
【０００９】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記周波数設定機構は、前記磁化自由層における有効磁場を設定可能な有効磁場設定機構であり、前記有効磁場を変化させて前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数を変化可能であることを第３の特徴とする。
【００１０】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、周波数可変のフィルタまたはアイソレータ等として機能することが可能となる。
【００１１】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記磁化固定層の磁化方向に平行な直線と前記磁化自由層における前記高周波磁場の方向に平行な直線とのなす角の角度が５度以上、６５度以下であることを第４の特徴とする。なお、本発明において、「磁化方向に平行な直線と高周波磁場の方向に平行な直線とのなす角の角度」とは、磁化方向に平行な直線と高周波磁場の方向に平行な直線とのなす角の角度のうち小さいほうの角度である。
【００１２】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、磁化自由層の強磁性共鳴周波数の近傍において、より強度の大きな高周波信号が磁気抵抗効果素子から第２のポートに出力される。
【００１３】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記磁化固定層の磁化方向に平行な直線と前記磁化自由層における前記高周波磁場の方向に平行な直線とのなす角の角度が２０度以上、５５度以下であることを第５の特徴とする。
【００１４】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、磁化自由層の強磁性共鳴周波数の近傍において、より一層強度の大きな高周波信号が磁気抵抗効果素子から第２のポートに出力される。
【００１５】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なる複数の前記磁気抵抗効果素子同士が並列接続されていることを第６の特徴とする。
【００１６】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、ある幅を持った通過周波数帯域を設けることができる。このことにより、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、ある幅を持った通過周波数帯域をもつフィルタまたはアイソレータ等として機能することが可能となり、さらには、この通過周波数帯域を動作帯域とするフェイズシフタ増幅器またはバランとして機能することも可能となる。
【００１７】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、複数の前記磁気抵抗効果素子同士が並列接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の各々の前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数を個別に設定可能な様に前記周波数設定機構を複数有することを第７の特徴とする。
【００１８】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、ある幅を持った通過周波数帯域を設けることができる。このことにより、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、ある幅を持った通過周波数帯域をもつフィルタまたはアイソレータ等として機能することが可能となり、さらには、この通過周波数帯域を動作帯域とするフェイズシフタ、増幅器またはバランとして機能することも可能となる。
【００１９】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なる複数の前記磁気抵抗効果素子同士が直列接続されていることを第８の特徴とする。
【００２０】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、ある幅を持った通過周波数帯域を設けることができる。このことにより、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、ある幅を持った通過周波数帯域をもつフィルタまたはアイソレータ等として機能することが可能となり、さらには、この通過周波数帯域を動作帯域とするフェイズシフタ、増幅器またはバランとして機能することも可能となる。
【００２１】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、複数の前記磁気抵抗効果素子同士が直列接続され、前記複数の磁気抵抗効果素子の各々の前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数を個別に設定可能な様に前記周波数設定機構を複数有することを第９の特徴とする。
【００２２】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、ある幅を持った通過周波数帯域を設けることができる。このことにより、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、ある幅を持った通過周波数帯域をもつフィルタまたはアイソレータ等として機能することが可能となり、さらには、この通過周波数帯域を動作帯域とするフェイズシフタ、増幅器またはバランとして機能することも可能となる。
【００２３】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なる前記複数の磁気抵抗効果素子は、平面視形状のアスペクト比が互いに異なることを第１０の特徴とする。ここで、「平面視形状」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に垂直な平面で見た形状のことである。また、「平面視形状のアスペクト比」とは、磁気抵抗効果素子の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の、短辺の長さに対する長辺の長さの比率のことである。
【００２４】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、同一プロセスで磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子を作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子の膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子を構成する層を一括で成膜形成することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスを実現できる磁気抵抗効果デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構造を示した模式図である。
【図３】第１実施形態において、磁気抵抗効果素子に第１の信号線路から高周波磁界が印加されていない時の、磁気抵抗効果素子の磁化状態の模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの直流電流に対する周波数と出力電圧の振幅との関係を示したグラフである。
【図５】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの磁場強度に対する周波数と出力電圧の振幅との関係を示したグラフである。
【図６】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスのθ１と強磁性共鳴周波数における出力電圧の振幅との関係を示したグラフである
【図７】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスのθ１が０度の場合の構造を示した模式図である。
【図８】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスのθ１が９０度の場合の構造を示した模式図である。
【図９】第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。
【図１０】第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの上面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と出力電圧の振幅との関係を示したグラフである。
【図１２】第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。
【図１３】第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と出力電圧の振幅との関係を示したグラフである。
【図１４】第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。
【図１５】第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの上面図である。
【図１６】第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と出力電圧の振幅との関係を示したグラフである。
【図１７】第５の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。
【図１８】第５の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と出力電圧の振幅との関係を示したグラフである。
【図１９】第１の実施形態の変形例に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明を実施するための好適な形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が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、均等の範囲のものが含まれる。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可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１００は、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化の方向が変化可能である磁化自由層４を有する磁気抵抗効果素子１ａと、上部電極５と、下部電極６と、高周波信号が入力される第１のポート９ａと、高周波信号が出力される第２のポート９ｂと、第１の信号線路７ａと、第２の信号線路７ｂと、インダクタ１０と、直流電流入力端子１１と、周波数設定機構としての磁場印加機構１２とを有している。第１のポート９ａに入力される高周波信号および第２のポート９ｂから出力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。第１の信号線路７ａは第１のポート９ａに接続され、第１の信号線路７ａには第１のポート９ａに入力された高周波信号に対応した高周波電流が流れる。磁気抵抗効果素子１ａは、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が磁化自由層４に印加されるように配置されている。磁気抵抗効果素子１ａの一端（磁化固定層２側）と第２のポート９ｂは、下部電極６および第２の信号線路７ｂを介して接続され、磁気抵抗効果素子１ａの他端（磁化自由層４側）は、上部電極５および基準電位端子３０を介してグラウンド８に電気的に接続可能になっている。インダクタ１０は、第２のポート９ｂに対して並列に、第２の信号線路７ｂに接続されている。磁気抵抗効果素子１ａに直流電流を印加可能なように、直流電流入力端子１１は磁気抵抗効果素子１ａに接続されている。より具体的には、図１に示すように、直流電流入力端子１１はインダクタ１０とグラウンド８との間に接続されている。つまり、直流電流入力端子１１は、第２のポート９ｂに対して並列に、インダクタ１０を介して第２の信号線路７ｂに接続され、磁気抵抗効果素子１ａとインダクタ１０に直列に接続されている。直流電流源１３が直流電流入力端子１１とグラウンド８に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁気抵抗効果素子１ａ、第２の信号線路７ｂ、直流電流入力端子１１およびグラウンド８を含む閉回路を形成可能となっている。また、磁気抵抗効果デバイス１００には、第２のポート９ｂに対して並列に第２の信号線路７ｂおよびグラウンド８に接続された磁気抵抗効果素子が存在しない。
【００２９】
第１のポート９ａは交流信号である高周波信号が入力される入力ポートである。第１の信号線路７ａは、第１のポート９ａに接続され、さらに基準電位端子３０を介してグラウンド８に接続可能になっており、第１のポート９ａに高周波信号が入力されると、第１の信号線路７ａには第１のポート９ａに入力された高周波信号に対応した高周波電流が流れ、入力された高周波信号に対応した高周波磁場が第１の信号線路７ａから発生する。この第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が磁化自由層４に印加され、磁化自由層４の磁化は第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場に対応して振動する。磁気抵抗効果により、この磁化自由層４の磁化の振動に対応して、磁気抵抗効果素子１ａの抵抗値が入力された高周波信号に対応して振動する。また、第２のポート９ｂは高周波信号が出力される出力ポートである。直流電流入力端子１１より直流電流が印加されると、磁気抵抗効果素子１ａの振動する抵抗値と磁気抵抗効果素子１ａを流れる直流電流との積である電圧として、入力された高周波信号に対応する高周波信号が磁気抵抗効果素子１ａから第２のポート９ｂに出力される。
【００３０】
上部電極５および下部電極６は、一対の電極としての役目を有し、磁気抵抗効果素子１ａを構成する各層の積層方向に磁気抵抗効果素子１ａを介して配設されている。つまり、上部電極５および下部電極６は、高周波電流および直流電流を磁気抵抗効果素子１ａに対して、磁気抵抗効果素子１ａを構成する各層の面と交差する方向、例えば、磁気抵抗効果素子１ａを構成する各層の面に対して垂直な方向（積層方向）に流すための一対の電極としての機能を有している。上部電極５および下部電極６は、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｕＣｕ、Ｒｕ、またはこれらの材料のいずれか２つ以上の膜で構成されることが好ましい。
【００３１】
図２は磁気抵抗効果デバイス１００の構造を示した模式図である。磁気抵効果素子１ａは、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化自由層４がこの順に積層されて構成されており、上部電極５と下部電極６に挟まれる構造となっている。上部電極５と第１の信号線路７ａとの間には絶縁体１５が存在し、第１の信号線路７ａと上部電極５は電気的に隔離されている。図３は磁気抵抗効果素子１ａに第１の信号線路７ａから高周波磁界が印加されていない時の、磁気抵抗効果素子１ａの磁化状態の模式図である。図２、３に示されるように、磁化固定層２の磁化１６の方向に平行な直線２ａと、第１の信号線路７ａから発生する磁化自由層４における高周波磁場の方向に平行な直線１４とのなす角の角度θ１が５度以上６５度以下になるように、第１の信号線路７ａが磁気抵抗効果素子１ａに対して配置されることが好ましい。角度θ１は、２０度以上５５度以下であることがより好ましい。また、第１の信号線路７ａと平行な方向に直流磁場１２ａが磁化自由層４に印加されるように、磁場印加機構１２が配置されている。第１の信号線路７ａから高周波磁界が印加されていない時、磁場印加機構１２から印加される直流磁場１２ａに対し、磁化自由層４の磁化１７は同じ方向を向いている。また、直流磁場１２ａは、その方向が磁化自由層４における高周波磁場の方向に平行な直線１４に対して直交するように磁場印加機構１２より印加される。
【００３２】
グラウンド８は、基準電位として機能する。第１の信号線路７ａ、第２の信号線路７ｂおよびグラウンド８の形状は、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）型に規定することが好ましい。マイクロストリップライン形状やコプレーナウェーブガイド形状を設計する際、第１の信号線路７ａまたは第２の信号線路７ｂの特性インピーダンスと回路系のインピーダンスが等しくなるように第１の信号線路７ａまたは第２の信号線路７ｂの信号線幅やグラウンド間距離を設計することにより、第１の信号線路７ａまたは第２の信号線路７ｂを伝送損失の少ない伝送線路とすることが可能となる。第１の信号線路７ａおよび第２の信号線路７ｂは、Ａｕ、Ｃｕ、ＡｕＣｕ、Ａｇ、またはＡｌ等の電気伝導率の高い材料で構成されることが望ましい。
【００３３】
インダクタ１０は、第２の信号線路７ｂとグラウンド８との間に接続され、インダクタ成分により電流の高周波成分をカットすると同時に電流の直流成分を通す機能を有する。インダクタ１０は、チップインダクタまたはパターン線路によるインダクタのどちらでもよい。また、インダクタ成分を有する抵抗素子でもよい。インダクタ１０のインダクタンス値は１０ｎＨ以上であることが好ましい。インダクタ１０は、高周波信号は通さずに直流信号を選択的にグラウンド８に流すことが出来る。直流電流入力端子１１から入力された直流電流は、磁気抵抗効果素子１ａ、第２の信号線路７ｂ、インダクタ１０、直流電流入力端子１１およびグラウンド８を含んで形成される閉回路を流れる。この閉回路により、磁気抵抗効果素子１ａに効率的に直流電流を印加することができる。
【００３４】
直流電流入力端子１１は、インダクタ１０とグラウンド８との間に接続されている。直流電流入力端子１１に直流電流源１３が接続されることで、磁気抵抗効果素子１ａに直流電流を印加することが可能になる。
【００３５】
直流電流源１３は、直流電流入力端子１１とグラウンド８に接続される。直流電流入力端子１１から、磁気抵抗効果素子１ａ、第２の信号線路７ｂ、直流電流入力端子１１およびグラウンド８を含む閉回路に、直流電流が印加される。直流電流源１３は、例えば、可変抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成され、直流電流の電流値を変化可能に構成されている。直流電流源１３は、一定の直流電流を発生可能な、固定抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成されてもよい。
【００３６】
磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａの近傍に配設され、磁気抵抗効果素子１ａに直流磁場１２ａを印加して、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を設定可能となっている。例えば、磁場印加機構１２は、電圧または電流のいずれかにより、印加磁場強度を可変制御できる電磁石型あるいはストリップライン型で構成される。また、磁場印加機構１２は、電磁石型あるいはストリップライン型と一定の磁場のみを印加する永久磁石との組み合わせにより構成されていてもよい。また、磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場を変化させることで、磁化自由層４における有効磁場を変化させて磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を変化可能となっている。
【００３７】
磁化固定層２は、強磁性体材料で構成されており、その磁化方向が実質的に一方向に固定されている。磁化固定層２は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉとＦｅの合金、ＦｅとＣｏの合金、またはＦｅとＣｏとＢの合金などの高スピン分極率材料から構成されることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。また、磁化固定層２は、ホイスラー合金で構成されても良い。また、磁化固定層２の膜厚は、１〜１０ｎｍとすることが好ましい。また、磁化固定層２の磁化１６を固定するために磁化固定層２に接するように反強磁性層を付加してもよい。或いは、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２の磁化１６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出来る。
【００３８】
スペーサ層３は、磁化固定層２と磁化自由層４の間に配置され、磁化固定層２の磁化１６と磁化自由層４の磁化が相互作用して磁気抵抗効果が得られる。スペーサ層３としては、導電体、絶縁体、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で構成される。
【００３９】
スペーサ層３として非磁性導電材料を適用する場合、材料としてはＣｕ、Ａｇ、ＡｕまたはＲｕなどが挙げられ、磁気抵抗効果素子１ａには巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果が発現する。ＧＭＲ効果を利用する場合、スペーサ層３の膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００４０】
スペーサ層３として非磁性絶縁材料を適用する場合、材料としてはＡｌ２Ｏ３またはＭｇＯなどが挙げられ、磁気抵抗効果素子１ａにはトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果が発現する。磁化固定層２と磁化自由層４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３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効果を利用する場合、スペーサ層３の膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００４１】
スペーサ層３として非磁性半導体材料を適用する場合、材料としてはＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＧａＯｘまたはＧａ２Ｏｘなどが挙げられ、スペーサ層３の膜厚は１．０〜４．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００４２】
スペーサ層３として非磁性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非磁性絶縁体中に、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３の膜厚は、０．５〜２．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００４３】
磁化自由層４は、外部印加磁場またはスピン偏極電子によってその磁化の方向が変化可能であり、強磁性体材料で構成されている。磁化自由層４は、膜面内方向に磁化容易軸を有する材料の場合、材料としてはＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉまたはＣｏＭｎＡｌなどが挙げられ、厚さは１〜３０ｎｍ程度とすることが好ましい。磁化自由層４は、膜面法線方向に磁化容易軸を有する材料の場合、材料としてはＣｏ、ＣｏＣｒ系合金、Ｃｏ多層膜、ＣｏＣｒＰｔ系合金、ＦｅＰｔ系合金、希土類を含むＳｍＣｏ系合金またはＴｂＦｅＣｏ合金などが挙げられる。また、磁化自由層４は、ホイスラー合金で構成されても良い。また、磁化自由層４とスペーサ層３との間に、高スピン分極率材料を挿入しても良い。これによって、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能となる。高スピン分極率材料としては、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＢ合金などが挙げられる。ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＢ合金いずれの膜厚も０．２〜１．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００４４】
また、上部電極５と磁気抵抗効果素子１ａとの間、および下部電極６と磁気抵抗効果素子１ａとの間にキャップ層、シード層またはバッファー層を配設しても良い。キャップ層、シード層またはバッファー層としては、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒまたはこれらの積層膜などが挙げられ、これらの層の膜厚は２〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００４５】
尚、磁気抵抗効果素子１ａの大きさは、磁気抵抗効果素子１ａの長辺を１００ｎｍ程度、或いは１００ｎｍ以下にすることが望ましい。磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状が長方形（正方形を含む）ではない場合は、磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状に最小の面積で外接する長方形の長辺を、磁気抵抗効果素子１ａの長辺と定義する。長辺が１００ｎｍ程度と小さい場合、磁化自由層４の磁区の単磁区化が可能となり、高効率な強磁性共鳴現象の実現が可能となる。ここで、「平面視形状」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に垂直な平面で見た形状のことである。
【００４６】
ここで、強磁性共鳴現象について説明する。
【００４７】
第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が磁化自由層４に印加された場合、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場のうち、周波数が磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍であるものに対しては、磁化自由層４の磁化は大きく振動する。この現象を強磁性共鳴現象と呼ぶ。強磁性共鳴周波数は、磁化自由層４における有効磁場によって変化する。磁化自由層４における有効磁場Ｈｅｆｆは、磁化自由層４に印加される外部磁場ＨＥ、磁化自由層４における異方性磁場Ｈｋ、磁化自由層４における反磁場ＨＤ、磁化自由層４における交換結合磁場ＨＥＸを用いて、
Ｈｅｆｆ＝ＨＥ＋Ｈｋ＋ＨＤ＋ＨＥＸ
で表される。磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａに磁場を印加し、磁化自由層４に外部磁場ＨＥを印加することにより、磁化自由層４における有効磁場Ｈｅｆｆを設定可能な有効磁場設定機構である。有効磁場設定機構である磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場を変化させることで、磁化自由層４における有効磁場を変化させて磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を変化させることが出来る。このように、磁気抵抗効果素子１ａに印加される磁場を変化させると、磁気抵抗効果素子１ａ磁化自由層４の強磁性共鳴周波数は変化する。一般的な場合、磁気抵抗効果素子（磁化自由層４）に印加される直流磁場が強くなるに従って、強磁性共鳴周波数は高くなる。
【００４８】
また、磁気抵抗効果素子に印加される直流電流の電流密度を変化させると、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数は変化する。一般的な場合、磁気抵抗効果素子に印加される直流電流の電流密度が大きくなるに従って、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数は低くなる。したがって、磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａ（磁化自由層４）に印加される直流磁場を変化させるか、直流電流入力端子１１から磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流を変化させることにより、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を可変制御することができる。磁気抵抗効果素子に印加される直流電流の電流密度は、磁気抵抗効果素子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、この値以上の電流密度の直流電流の印加により、磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化が一定周波数及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）閾値の電流密度のことである。
【００４９】
また、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場の周波数は第１のポート９ａより入力された高周波信号の周波数に対応する。第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が磁化自由層４に印加されると、磁化自由層４の強磁性共鳴効果により、入力された高周波信号のうち、周波数が磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍であるものに対しては、磁化自由層４の磁化は大きく振動して磁気抵抗効果素子１ａの抵抗値が大きく振動するため、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数の高周波信号は、他の周波数の高周波信号に比べて大きな強度で磁気抵抗効果素子１ａから第２のポート９ｂに出力される。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数（通過帯域の周波数）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の周波数特性をもつことが可能となる。
【００５０】
また、第２のポート９ｂから第１のポート９ｂに高周波信号を入力しても、第１のポート９ａから高周波信号は出力されないため、磁気抵抗効果デバイス１００はアイソレータとしても機能することが出来る。
【００５１】
図４および図５に、磁気抵抗効果デバイス１００に入力される高周波信号の周波数と出力電圧の振幅との関係を示したグラフを示す。図４および図５の縦軸は出力電圧の振幅、横軸は周波数を表している。図４は、磁気抵抗効果素子１ａに印加された直流磁場１２ａが一定の時のグラフである。図４のプロット線１００ａ１は、直流電流入力端子１１から磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流値がＩａ１の時のものであり、プロット線１００ａ２は直流電流入力端子１１から磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流値がＩａ２の時のものである。この時の直流電流値の関係は、Ｉａ１＜Ｉａ２である。また、図５は、磁気抵抗効果素子１ａに印加された直流電流が一定の時のグラフである。図５のプロット線１００ｂ１は、磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流磁場１２ａの強度がＨｂ１の時のものであり、プロット線１００ｂ２は磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流磁場１２ａの強度がＨｂ２の時のものである。この時の磁場強度の関係は、Ｈｂ１＜Ｈｂ２である。
【００５２】
例えば、図４に示されるように、直流電流入力端子１１から磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流値をＩａ１からＩａ２に大きくした場合、電流値の変化に伴い、磁気抵抗効果素子１ａの振動する抵抗値と磁気抵抗効果素子１ａを流れる直流電流との積である出力電圧の振幅が大きくなるため、第２のポート９ｂから出力される高周波信号の強度は大きくなる。また、直流電流値をＩａ１からＩａ２に大きくすると磁化自由層４の強磁性共鳴周波数はｆａ１からｆａ２にシフトする。すなわち通過周波数帯域は低周波数側へシフトする。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、通過周波数帯域の周波数を変化可能な高周波フィルタまたはアイソレータとして機能することも出来る。
【００５３】
さらに、例えば、図５に示されるように、磁場印加機構１２から印加される直流磁場１２ａの強度をＨｂ１からＨｂ２に強くした場合、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数はｆｂ１からｆｂ２にシフトする。すなわち、通過周波数帯域は高周波数側へシフトする。また、直流磁場１２ａの強度（磁化自由層４における有効磁場Ｈｅｆｆ）を変化させる方が、直流電流値を変化させるよりも大きく通過周波数帯域をシフトさせることができる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、通過周波数帯域の周波数を変化可能な高周波フィルタまたはアイソレータとして機能することが出来る。
【００５４】
さらに、通過周波数帯域が変化する際、通過周波数帯域の任意の周波数１点に注目すると、通過信号の位相が変化する。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、通過周波数帯域（動作帯域）の周波数の信号の位相を変化可能なフェイズシフタとして機能することも出来る。
【００５５】
また、直流電流入力端子１１から入力される直流電流が一定以上の大きさの場合、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数において、第１のポート９ａから入力される高周波信号の入力電力よりも、第２のポート９ｂから出力される出力電力を大きくすることができる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、増幅器（アンプ）として機能することも出来る。
【００５６】
なお、磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流外部磁場ＨＥ（磁化自由層４における有効磁場Ｈｅｆｆ）が大きくなるに従って、磁気抵抗効果素子１ａの振動する抵抗値の振幅が小さくなるので、磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流外部磁場ＨＥ（磁化自由層４における有効磁場Ｈｅｆｆ）を大きくするのに伴い、磁気抵抗効果素子１ａに印加される直流電流の電流密度を大きくすることが好ましい。
【００５７】
また、高周波フィルタとしての遮断特性と通過特性のレンジを大きくするためには、磁化自由層４が膜面法線方向に磁化容易軸を有し、磁化固定層２が膜面方向に磁化容易軸を有する構成とすることが好ましい。
【００５８】
図６に、磁気抵抗効果デバイス１００における、磁化固定層２の磁化１６方向に平行な直線２ａと、第１の信号線路７ａから発生する磁化自由層４における高周波磁場の方向に平行な直線１４とのなす角の角度θ１と、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数における出力電圧の振幅との関係を示したグラフを示す。図６の縦軸は出力電圧の振幅、横軸はθ１を表している。ここでは、第１のポート９ａより５ｍＶの高周波信号が入力されている。図６に示されるように、同じ大きさの高周波信号が第１のポート９ａに入力された時、θ１を５度以上６５度以下にすると出力電圧の振幅を大きくすることが出来、θ１を２０度以上５５度以下にすると出力電圧の振幅をさらに大きくすることが出来る。
【００５９】
図７は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００のθ１が０度の場合の構造を示した模式図である。また、図８は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００のθ１が９０度の場合の構造を示した模式図である。
【００６０】
このように、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化の方向が変化可能である磁化自由層４を有する磁気抵抗効果素子１ａと、高周波信号が入力される第１のポート９ａと、高周波信号が出力される第２のポート９ｂと、第１の信号線路７ａと、第２の信号線路７ｂと、直流電流入力端子１１とを有している。第１の信号線路７ａは第１のポート９ａに接続され、第１の信号線路７ａには第１のポート９ａに入力された高周波信号に対応した高周波電流が流れ、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が磁化自由層４に印加される。磁気抵抗効果素子１ａと第２のポート９ａが、第２の信号線路７ｂを介して接続され、直流電流入力端子１１は磁気抵抗効果素子１ａに接続されている。
【００６１】
したがって、第１のポート９ａに高周波信号が入力されると、第１の信号線路７ａに高周波電流が流れる。そのため、入力された高周波信号に対応した第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が第１の信号線路７ａから磁化自由層４に印加され、磁化自由層４の磁化は第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場に対応して振動する。磁気抵抗効果により、この磁化自由層４の磁化の振動に対応して、磁気抵抗効果素子１ａの抵抗値が入力された高周波信号に対応して振動する。直流電流入力端子１１より直流電流が印加されると、磁気抵抗効果素子１ａの振動する抵抗値と磁気抵抗効果素子１ａを流れる直流電流との積である電圧として、入力された高周波信号に対応する高周波信号が磁気抵抗効果素子１ａから第２のポート９ｂに出力される。磁化自由層４の強磁性共鳴効果により、入力された高周波信号のうち、周波数が磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍であるものに対しては、磁化自由層４の磁化は大きく振動するため、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数の高周波信号は、他の周波数の高周波信号に比べて大きな強度で磁気抵抗効果素子１ａから第２のポート９ｂに出力される。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍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の周波数特性をもつことが可能となる。
【００６２】
また、第２のポート９ｂから第１のポート９ｂに高周波信号を入力しても、第１のポート９ａから高周波信号は出力されないため、磁気抵抗効果デバイス１００はアイソレータとしても機能することが出来る。
【００６３】
また、直流電流入力端子１１から印加される直流電流を変化させることにより、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を可変制御することができるため、磁気抵抗効果デバイス１００は、周波数可変のフィルタまたはアイソレータとして機能することも可能となり、さらには、信号の位相を変化可能なフェイズシフタまたは、信号の増幅が可能な増幅器として機能することも可能となる。  
【００６４】
さらに、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を設定可能な周波数設定機構としての磁場印加機構１２を有するので、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を任意の周波数にすることができる。したがって、磁気抵抗効果デバイス１００は、任意の周波数帯のフィルタまたはアイソレータ等として機能することが可能となる。
【００６５】
さらに、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁場印加機構１２が、磁化自由層４における有効磁場を設定可能な有効磁場設定機構であり、磁化自由層４における有効磁場を変化させて磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を変化可能であるので、周波数可変のフィルタまたはアイソレータとして機能することが可能となり、さらには、信号の位相を変化可能なフェイズシフタまたは、信号の増幅が可能な増幅器として機能することも可能となる。
【００６６】
さらに、磁気抵抗効果デバイス１００は、第２のポート９ｂに対して並列に第２の信号線路７ｂおよびグラウンド８に接続された磁気抵抗効果素子が存在しないため、高周波信号が、第２のポート９ｂに対して並列に第２の信号線路７ｂおよびグラウンド８に接続された磁気抵抗効果素子に流入せずに、高周波信号の損失増加を防ぐことが出来る。
【００６７】
以上説明した第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００に対しては、様々な構成要素を追加することができる。例えば、第２のポート９ｂに接続された高周波回路に直流信号が流れるのを防ぐために、直流電流入力端子１１（またはインダクタ１０）の第２の信号線路７ｂへの接続部と第２のポート９ｂとの間の第２の信号線路７ｂに直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続してもよい。
【００６８】
（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１０１の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１０１において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス１０１は、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化自由層４を有する２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ、上部電極５、下部電極６、第１のポート９ａ、第２のポート９ｂ、第１の信号線路７ａ、第２の信号線路７ｂ、インダクタ１０、直流電流入力端子１１および周波数設定機構としての磁場印加機構１２を有している。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場がそれぞれの磁化自由層４に印加されるように配置されている。磁気抵抗効果素子１ａと磁気抵抗効果素子１ｂ同士は、上部電極５と下部電極６との間に並列接続されており、磁気抵抗効果素子１ａと磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４は同一の上部電極５に接続されており、また磁化固定層２は同一の下部電極６に接続されている。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの一端（磁化固定層２側）と第２のポート９ｂは、下部電極６および第２の信号線路７ｂを介して接続され、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの他端（磁化自由層４側）は、上部電極５および基準電位端子３０を介してグラウンド８に電気的に接続可能になっている。
【００６９】
磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、同一の直流磁場１２ａおよび同一の電流密度の直流電流が印加された状態での磁化自由層４の強磁性共鳴周波数が互いに異なる。より具体的には、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、膜構成が互いに同じで、平面視形状はともに長方形であるが、平面視形状のアスペクト比が互いに異なっている。ここで「膜構成が同じ」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の材料および膜厚が同じであり、さらに各層の積層順が同じであることを意味する。また、「平面視形状」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に垂直な平面で見た形状のことである。また、「平面視形状のアスペクト比」とは、磁気抵抗効果素子の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の、短辺の長さに対する長辺の長さの比率のことである。
【００７０】
インダクタ１０は、第２の信号線路７ｂとグラウンド８との間に接続されている。直流電流入力端子１１は、並列接続された磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂとインダクタ１０に直列に接続されており、第２のポート９ｂに対して並列に、インダクタ１０を介して第２の信号線路７ｂに接続されている。直流電流源１３が直流電流入力端子１１とグラウンド８に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス１０１は、磁気抵抗効果素子１ａ、磁気抵抗効果素子１ｂ、第２の信号線路７ｂ、直流電流入力端子１１およびグラウンド８を含む閉回路を形成可能となっており、直流電流入力端子１１から入力された直流電流はこの閉回路を流れ、磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂに直流電流が入力される。
【００７１】
磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの近傍に配設され、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに同時に同一の直流磁場１２ａを印加して、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を設定可能となっている。また、磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加する磁場を変化させることで、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々の磁化自由層４における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を変化可能となっている。
【００７２】
磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの膜構成は第１の実施形態の磁気抵抗効果素子１ａと同じである。図１０は、磁気抵抗効果デバイス１０１の上面図である。図１０に示すように、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの平面視形状の短辺方向であるＹ方向の寸法Ｙ０は同じであるが、磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状の長辺方向であるＸ方向の寸法Ｘａと磁気抵抗効果素子１ｂの平面視形状の長辺方向であるＸ方向の寸法Ｘｂは異なっており、Ｘａ＜Ｘｂであることから、磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状のアスペクト比（Ｘａ／Ｙ０）より、磁気抵抗効果素子１ｂの平面視形状のアスペクト比（Ｘｂ／Ｙ０）は大きい。同一の直流磁場１２ａおよび同一の電流密度の直流電流が磁気抵抗効果素子に印加された状態で考えると、磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比が大きくなるに従って磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数は高くなるため、磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数ｆｂは磁気抵抗効果素子１ａの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数ｆａよりも高くなる。このように、複数の磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比を互いに異ならせることで、膜構成が互いに同じであっても磁化自由層の強磁性共鳴周波数を互いに異ならせることができるため、同一の成膜プロセスで磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子を作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子の膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子を構成する層を一括で成膜形成することができる。
【００７３】
第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に同時に印加され、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４の磁化は第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場に対応して振動する。磁気抵抗効果により、これらの磁化自由層４の磁化の振動に対応して、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの抵抗値が入力された高周波信号に対応して振動する。直流電流入力端子１１より直流電流が印加されると、磁気抵抗効果素子１ａの振動する抵抗値と磁気抵抗効果素子１ａを流れる直流電流との積である電圧として、第１のポート９ａに入力された高周波信号に対応する高周波信号が、磁気抵抗効果素子１ａから第２のポート９ｂに出力される。同様に、直流電流入力端子１１より直流電流が印加されると、磁気抵抗効果素子１ｂの振動する抵抗値と磁気抵抗効果素子１ｂを流れる直流電流との積である電圧として、第１のポート９ａに入力された高周波信号に対応する高周波信号が、磁気抵抗効果素子１ｂから第２のポート９ｂに出力される。
【００７４】
磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化固定層２の磁化１６の方向は同じになっている。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂについて、磁化固定層２の磁化１６の方向に平行な直線２ａと、第１の信号線路７ａから発生する磁化自由層４における高周波磁場の方向に平行な直線１４とのなす角の角度が５度以上６５度以下になるように、第１の信号線路７ａが磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに対して配置されることが好ましい。この角度は、２０度以上５５度以下であることがより好ましい。また、第１の信号線路７ａと平行な方向に直流磁場１２ａが磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に印加されるように、磁場印加機構１２が配置されている。
【００７５】
第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場の周波数は第１のポート９ａより入力された高周波信号の周波数に対応する。第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に印加されると、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴効果により、入力された高周波信号のうち、周波数が磁気抵抗効果素子１ａまたは１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍であるものに対しては、磁化自由層４の磁化は大きく振動して磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂの抵抗値が大きく振動するため、磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数の高周波信号は、他の周波数の高周波信号に比べて大きな強度で磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂから第２のポート９ｂに出力される。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０１は、磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数（通過帯域の周波数）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の周波数特性をもつことが可能となる。
【００７６】
また、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、磁気抵抗効果デバイス１０１はアイソレータとしても機能することが出来る。
【００７７】
図１１に、磁気抵抗効果デバイス１０１に入力される高周波信号の周波数と出力電圧の振幅との関係を示したグラフを示す。図１１の縦軸は出力電圧の振幅、横軸は周波数を表している。図１１に示されるように、磁気抵抗効果素子１ａの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数ｆａの近傍の周波数（図１１に示す通過周波数帯域２００ａ）の一部と、磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数ｆｂの近傍の周波数（図１１に示す通過周波数帯域２００ｂ）の一部が重なるように磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの平面視形状のアスペクト比を異ならせると、磁気抵抗効果デバイス１０１は、図１１に示されるように、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００よりも広帯域の通過周波数帯域（図１１に示す通過周波数帯域２００）を持つことができる。
【００７８】
さらに、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される磁場強度を変化させることでその帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス１０１は、通過周波数帯域２００を任意に変更することが出来る周波数可変のフィルタまたはアイソレータとして機能することが可能となり、さらには、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、通過周波数帯域２００を動作帯域とする、信号の位相を変化可能なフェイズシフタまたは、信号の増幅が可能な増幅器として機能することも可能となる。
【００７９】
このように、磁気抵抗効果デバイス１０１は、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士が並列接続されているので、各磁気抵抗効果素子の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数と同じ複数の周波数の近傍において、強度の大きな高周波信号が第２のポート９ｂに出力されるため、ある幅を持った通過周波数帯域２００を設けることができる。さらに、磁気抵抗効果素子に印加される直流電流、あるいは磁場を変化させることで、通過周波数帯域２００の位置を変更することが可能となる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０１は、通過周波数帯域２００の位置を変更することが出来る周波数可変のフィルタまたはアイソレータとして機能することが可能となり、さらには、通過周波数帯域２００を動作帯域とするフェイズシフタまたは増幅器として機能することも可能となる。
【００８０】
さらに、磁気抵抗効果デバイス１０１は、複数の磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの平面視形状のアスペクト比が互いに異なるため、同一プロセスで磁化自由層４の強磁性共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂを作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂを構成する層を一括で成膜形成することができる。
【００８１】
また、第２の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０１では、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数が互いに異なる２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂが並列に接続されているが、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数が互いに異なる３つ以上の磁気抵抗効果素子が並列に接続されていてもよい。この場合、通過周波数帯域の幅をさらに広げることが可能となる。
【００８２】
また、第２の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０１では、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの膜構成は互いに同じであるが、複数の磁気抵抗効果素子は、膜構成が互いに異なっていてもよい。この場合、複数の磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比を互いに同じにしつつ膜構成を互いに異ならせて、複数の磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数を互いに異ならせるようにしても良い。
【００８３】
また、第２の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０１では、磁場印加機構１２が磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに同時に同一の磁場を印加しているが、各磁気抵抗効果素子に個別に磁場を印加するための磁場印加機構が備えられていても良い。
【００８４】
（第３の実施形態）
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１０２の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１０２において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス１０２は、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化自由層４を有する２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ、上部電極５、下部電極６、第１のポート９ａ、第２のポート９ｂ、第１の信号線路７ａ、第２の信号線路７ｂ、インダクタ１０、直流電流入力端子１１および２つの周波数設定機構としての２つの磁場印加機構１２を有している。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場がそれぞれの磁化自由層４に印加されるように配置されている。２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂはその構成が互いに同じであり、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士は、上部電極５と下部電極６との間に並列接続されている。磁気抵抗効果素子１ａと磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４は同一の上部電極５に接続されており、また磁化固定層２は同一の下部電極６に接続されている。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの一端（磁化固定層２側）と第２のポート９ｂは、下部電極６および第２の信号線路７ｂを介して接続され、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの他端（磁化自由層４側）は、上部電極５および基準電位端子３０を介してグラウンド８に電気的に接続可能になっている。各々の磁場印加機構１２は、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々に個別の直流磁場１２ａを印加する。このように、磁気抵抗効果デバイス１０２は、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構としての磁場印加機構１２を２つ備えている。
【００８５】
インダクタ１０は、第２の信号線路７ｂとグラウンド８との間に接続されている。直流電流入力端子１１は、並列接続された磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂとインダクタ１０に直列に接続されており、第２のポート９ｂに対して並列に、インダクタ１０を介して第２の信号線路７ｂに接続されている。直流電流源１３が直流電流入力端子１１とグラウンド８に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス１０２は、磁気抵抗効果素子１ａ、磁気抵抗効果素子１ｂ、第２の信号線路７ｂ、直流電流入力端子１１およびグラウンド８を含む閉回路を形成可能となっており、直流電流入力端子１１から入力された直流電流はこの閉回路を流れ、磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂに直流電流が入力される。
【００８６】
磁気抵抗効果デバイス１０２では、各々の磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々に個別に直流磁場１２ａが印加された状態で、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が、２つの磁気抵抗効果素子１ａ，１ｂの磁化自由層４に同時に印加される。例えば、磁気抵抗効果素子１ａに印加する直流磁場１２ａの強度を磁気抵抗効果素子１ｂに印加する直流磁場１２ａの強度よりも小さくする。この場合、磁気抵抗効果素子１ａの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数は、磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数よりも低くなる。
【００８７】
第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に同時に印加され、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４の磁化は第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場に対応して振動する。磁気抵抗効果により、これらの磁化自由層４の磁化の振動に対応して、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの抵抗値が入力された高周波信号に対応して振動する。直流電流入力端子１１より直流電流が印加されると、磁気抵抗効果素子１ａの振動する抵抗値と磁気抵抗効果素子１ａを流れる直流電流との積である電圧として、第１のポート９ａに入力された高周波信号に対応する高周波信号が、磁気抵抗効果素子１ａから第２のポート９ｂに出力される。同様に、直流電流入力端子１１より直流電流が印加されると、磁気抵抗効果素子１ｂの振動する抵抗値と磁気抵抗効果素子１ｂを流れる直流電流との積である電圧として、第１のポート９ａに入力された高周波信号に対応する高周波信号が、磁気抵抗効果素子１ｂから第２のポート９ｂに出力される。
【００８８】
磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化固定層２の磁化１６の方向は同じになっている。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂについて、磁化固定層２の磁化１６の方向に平行な直線２ａと、第１の信号線路７ａから発生する磁化自由層４における高周波磁場の方向に平行な直線１４とのなす角の角度が５度以上６５度以下になるように、第１の信号線路７ａが磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに対して配置されることが好ましい。この角度は、２０度以上５５度以下であることがより好ましい。また、第１の信号線路７ａと平行な方向に直流磁場１２ａが磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に印加されるように、各々の磁場印加機構１２が配置されている。
【００８９】
第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場の周波数は第１のポート９ａより入力された高周波信号の周波数に対応する。各々の磁場印加機構１２から各々の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに個別に直流磁場１２ａが印加された状態で、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に印加されると、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴効果により、入力された高周波信号のうち、周波数が磁気抵抗効果素子１ａまたは１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍であるものに対しては、磁化自由層４の磁化は大きく振動して磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂの抵抗値が大きく振動するため、磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数の高周波信号は、他の周波数の高周波信号に比べて大きな強度で磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂから第２のポート９ｂに出力される。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０２は、磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数（通過帯域の周波数）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の周波数特性をもつことが可能となる。
【００９０】
また、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、磁気抵抗効果デバイス１０２はアイソレータとしても機能することが出来る。
【００９１】
図１３に、磁気抵抗効果デバイス１０２に入力される高周波信号の周波数と出力電圧の振幅との関係を示したグラフを示す。図１３の縦軸は出力電圧の振幅、横軸は周波数を表している。例えば図１３に示すように、磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場を他方の磁気抵抗効果素子１ｂに印加する磁場強度よりも小さくした場合の、磁気抵抗効果素子１ａの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数をｆ１、磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数をｆ２とすると、ｆ１＜ｆ２となる。図１３に示されるように、磁気抵抗効果素子１ａの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数ｆ１の近傍の周波数（図１３に示す通過周波数帯域３００ａ）の一部と、磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数ｆ２の近傍の周波数（図１３に示す通過周波数帯域３００ｂ）の一部が重なるように各々の磁場印加機構１２が磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々に印加する磁場強度を調整すると、磁気抵抗効果デバイス１０２は、図１３に示されるように、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００よりも広帯域の通過周波数帯域（図１３に示す通過周波数帯域３００）を持つことができる。
【００９２】
さらに、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される直流電流、あるいは各々の磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々に印加される磁場強度を変化させることでその帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス１０２は、通過周波数帯域３００を任意に変更することが出来る周波数可変のフィルタまたはアイソレータとして機能することが可能となり、さらには、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、通過周波数帯域３００を動作帯域とする、信号の位相を変化可能なフェイズシフタまたは、信号の増幅が可能な増幅器として機能することも可能となる。
【００９３】
このように、磁気抵抗効果デバイス１０２は、複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構としての磁場印加機構１２を複数有しているため、各磁気抵抗効果素子の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を個別に制御することが可能となる。さらに、複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士が並列接続されているので、各磁気抵抗効果素子の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数と同じ複数の周波数の近傍において、強度の大きな高周波信号が第２のポート９ｂに出力されるため、ある幅を持った通過周波数帯域３００を設けることができる。さらに、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場を変化させることで、その帯域を任意に変更することが可能となる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０２は、通過周波数帯域３００を任意に変更することが出来る、周波数可変のフィルタまたはアイソレータとして機能することが可能となり、さらには、通過周波数帯域３００を動作帯域とするフェイズシフタまたは増幅器として機能することも可能となる。
【００９４】
また、第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０２では、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士が並列に接続されており、各磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を個別に設定可能な様に２つの周波数設定機構（磁場印加機構１２）が備えられているが、３つ以上の磁気抵抗効果素子同士が並列に接続されており、各磁気抵抗効果素子の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を個別に設定可能な様に３つ以上の周波数設定機構（磁場印加機構１２）が備えられていてもよい。この場合、通過周波数帯域の幅をさらに広げることが可能となる。
【００９５】
また、第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０２では、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの構成が互いに同じであるが、複数の磁気抵抗効果素子は、構成が互いに異なっていてもよい。
【００９６】
（第４の実施形態）
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１０３の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１０３において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス１０３は、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化自由層４を有する２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ、上部電極５ａ、５ｂ、下部電極６、第１のポート９ａ、第２のポート９ｂ、第１の信号線路７ａ、第２の信号線路７ｂ、インダクタ１０、直流電流入力端子１１および周波数設定機構としての磁場印加機構１２を有している。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場がそれぞれの磁化自由層４に印加されるように配置されている。上部電極５ａおよび下部電極６ａは磁気抵抗効果素子１ａを挟むように配置され、上部電極５ｂおよび下部電極６ｂは磁気抵抗効果素子１ｂを挟むように配置されている。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士は直列接続されており、磁気抵抗効果素子１ｂの一端（磁化固定層２側）と第２のポート９ｂは、下部電極６ｂおよび第２の信号線路７ｂを介して接続され、磁気抵抗効果素子１ａの一端（磁化固定層２側）と磁気抵抗効果素子１ｂの他端（磁化自由層４側）は、下部電極６ａおよび上部電極５ｂを介して電気的に接続され、磁気抵抗効果素子１ａの他端（磁化自由層４側）は、上部電極５ａおよび基準電位端子３０を介してグラウンド８に電気的に接続可能になっている。
【００９７】
磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、同一の直流磁場１２ａおよび同一の電流密度の直流電流が印加された状態での磁化自由層４の強磁性共鳴周波数が互いに異なる。より具体的には、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、膜構成が互いに同じで、平面視形状はともに長方形であるが、平面視形状のアスペクト比が互いに異なっている。ここで「膜構成が同じ」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の材料および膜厚が同じであり、さらに各層の積層順が同じであることを意味する。また、「平面視形状」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に垂直な平面で見た形状のことである。また、「平面視形状のアスペクト比」とは、磁気抵抗効果素子の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の、短辺の長さに対する長辺の長さの比率のことである。
【００９８】
インダクタ１０は、第２の信号線路７ｂとグラウンド８との間に接続されている。直流電流入力端子１１は、直列接続された磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂとインダクタ１０に直列に接続されており、第２のポート９ｂに対して並列に、インダクタ１０を介して第２の信号線路７ｂに接続されている。直流電流源１３が直流電流入力端子１１とグラウンド８に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス１０３は、磁気抵抗効果素子１ａ、磁気抵抗効果素子１ｂ、第２の信号線路７ｂ、直流電流入力端子１１およびグラウンド８を含む閉回路を形成可能となっており、直流電流入力端子１１から入力された直流電流はこの閉回路を流れ、磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂに直流電流が入力される。
【００９９】
磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの近傍に配設され、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに同時に同一の直流磁場１２ａを印加して、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を設定可能となっている。また、磁場印加機構１２は、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加する磁場を変化させることで、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々の磁化自由層４における有効磁場を変化させて磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を変化可能となっている。
【０１００】
磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの膜構成は第１の実施形態の磁気抵抗効果素子１ａと同じである。図１５は、磁気抵抗効果デバイス１０３の上面図である。図１５に示すように、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの平面視形状の短辺方向であるＹ方向の寸法Ｙ０は同じであるが、磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状の長辺方向であるＸ方向の寸法Ｘａと磁気抵抗効果素子１ｂの平面視形状の長辺方向であるＸ方向の寸法Ｘｂは異なっており、Ｘａ＜Ｘｂであることから、磁気抵抗効果素子１ａの平面視形状のアスペクト比（Ｘａ／Ｙ０）より、磁気抵抗効果素子１ｂの平面視形状のアスペクト比（Ｘｂ／Ｙ０）は大きい。同一の直流磁場１２ａおよび同一の電流密度の直流電流が磁気抵抗効果素子に印加された状態で考えると、磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比が大きくなるに従って磁気抵抗効果素子の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数は高くなるため、磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数ｆｂは磁気抵抗効果素子１ａの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数ｆａよりも高くなる。このように、複数の磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比を互いに異ならせることで、膜構成が互いに同じであっても磁化自由層の強磁性共鳴周波数を互いに異ならせることができるため、同一の成膜プロセスで磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子を作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子の膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子を構成する層を一括で成膜形成することができる。さらに、磁気抵抗効果デバイス１０３では、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士は直列接続されており、直流電流の流れる方向に垂直な断面の面積は、磁気抵抗効果素子１ａの方が磁気抵抗効果素子１ｂよりも小さいので、印加される直流電流の電流密度は、磁気抵抗効果素子１ａの方が磁気抵抗効果素子１ｂよりも大きくなる。したがって、印加される直流電流の電流密度が大きくなるに従って、磁化自由層の強磁性共鳴周波数が低くなる場合、または、印加される直流電流の電流密度の違いが磁化自由層の強磁性共鳴周波数に与える影響よりも、磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比の違いが磁化自由層の強磁性共鳴周波数に与える影響の方が大きい場合には、平面視形状のアスペクト比が、磁気抵抗効果素子１ａと磁気抵抗効果素子１ｂとで異なることにより、ｆａ＜ｆｂとなる。
【０１０１】
第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に同時に印加され、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４の磁化は第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場に対応して振動する。磁気抵抗効果により、これらの磁化自由層４の磁化の振動に対応して、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの抵抗値が入力された高周波信号に対応して振動する。直流電流入力端子１１より直流電流が印加されると、磁気抵抗効果素子１ａの振動する抵抗値と磁気抵抗効果素子１ａを流れる直流電流との積である電圧として、第１のポート９ａに入力された高周波信号に対応する高周波信号が、磁気抵抗効果素子１ａから第２のポート９ｂに出力される。同様に、直流電流入力端子１１より直流電流が印加されると、磁気抵抗効果素子１ｂの振動する抵抗値と磁気抵抗効果素子１ｂを流れる直流電流との積である電圧として、第１のポート９ａに入力された高周波信号に対応する高周波信号が、磁気抵抗効果素子１ｂから第２のポート９ｂに出力される。
【０１０２】
磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化固定層２の磁化１６の方向は同じになっている。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂについて、磁化固定層２の磁化１６の方向に平行な直線２ａと、第１の信号線路７ａから発生する磁化自由層４における高周波磁場の方向に平行な直線１４とのなす角の角度が５度以上６５度以下になるように、第１の信号線路７ａが磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに対して配置されることが好ましい。この角度は、２０度以上５５度以下であることがより好ましい。また、第１の信号線路７ａと平行な方向に直流磁場１２ａが磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に印加されるように、磁場印加機構１２が配置されている。
【０１０３】
第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場の周波数は第１のポート９ａより入力された高周波信号の周波数に対応する。第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に印加されると、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴効果により、入力された高周波信号のうち、周波数が磁気抵抗効果素子１ａまたは１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍であるものに対しては、磁化自由層４の磁化は大きく振動して磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂの抵抗値が大きく振動するため、磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数の高周波信号は、他の周波数の高周波信号に比べて大きな強度で磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂから第２のポート９ｂに出力される。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０３は、磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数（通過帯域の周波数）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の周波数特性をもつことが可能となる。
【０１０４】
また、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、磁気抵抗効果デバイス１０３はアイソレータとしても機能することが出来る。
【０１０５】
図１６に、磁気抵抗効果デバイス１０３に入力される高周波信号の周波数と出力電圧の振幅との関係を示したグラフを示す。図１６の縦軸は出力電圧の振幅、横軸は周波数を表している。図１６に示されるように、磁気抵抗効果素子１ａの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数ｆａの近傍の周波数（図１６に示す通過周波数帯域４００ａ）の一部と、磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数ｆｂの近傍の周波数（図１６に示す通過周波数帯域４００ｂ）の一部が重なるように磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの平面視形状のアスペクト比を異ならせると、磁気抵抗効果デバイス１０３は、図１６に示されるように、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００よりも広帯域の通過周波数帯域（図１６に示す通過周波数帯域４００）を持つことができる。
【０１０６】
さらに、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される磁場強度を変化させることでその帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス１０３は、通過周波数帯域４００を任意に変更することが出来る周波数可変のフィルタまたはアイソレータとして機能することが可能となり、さらには、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、通過周波数帯域４００を動作帯域とする、信号の位相を変化可能なフェイズシフタまたは信号の増幅が可能な増幅器として機能することも可能となる。
【０１０７】
このように、磁気抵抗効果デバイス１０３は、磁化自由層４の強磁性共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士が直列接続されているので、各磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数と同じ複数の周波数の近傍において、強度の大きな高周波信号が第２のポート９ｂに出力されるため、ある幅を持った通過周波数帯域４００を設けることができる。さらに、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場を変化させることで、通過周波数帯域４００の位置を変更することが可能となる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０３は、通過周波数帯域４００の位置を変更することが出来る周波数可変のフィルタまたはアイソレータとして機能することが可能となり、さらには、通過周波数帯域４００を動作帯域とするフェイズシフタまたは増幅器として機能することも可能となる。
【０１０８】
さらに、磁気抵抗効果デバイス１０３は、複数の磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの平面視形状のアスペクト比が互いに異なるため、同一プロセスで磁化自由層４の強磁性共鳴周波数が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂを作製することが可能となる。即ち、複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの膜構成を同じにすることができるため、複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂを構成する層を一括で成膜形成することができる。
【０１０９】
また、第４の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０３では、磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なる２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂが直列に接続されているが、磁化自由層の強磁性共鳴周波数が互いに異なる３つ以上の磁気抵抗効果素子が直列に接続されていてもよい。この場合、通過周波数帯域の幅をさらに広げることが可能となる。
【０１１０】
また、第４の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０３では、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの膜構成は互いに同じであるが、複数の磁気抵抗効果素子は、膜構成が互いに異なっていてもよい。この場合、複数の磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比を互いに同じにしつつ膜構成を互いに異ならせて、複数の磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数を互いに異ならせるようにしても良い。
【０１１１】
また、第４の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０３では、磁場印加機構１２が磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに同時に同一の磁場を印加しているが、第３の実施形態と同様に、各磁気抵抗効果素子に個別に磁場を印加するための磁場印加機構が備えられていても良い。
【０１１２】
（第５の実施形態）
図１７は、本発明の第５の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１０４の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１０４において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス１０４は、磁化固定層２、スペーサ層３および磁化自由層４を有する２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ、上部電極５ａ、５ｂ、下部電極６、第１のポート９ａ、第２のポート９ｂ、第１の信号線路７ａ、第２の信号線路７ｂ、インダクタ１０、直流電流入力端子１１および２つの周波数設定機構としての２つの磁場印加機構１２を有している。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場がそれぞれの磁化自由層４に印加されるように配置されている。２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂはその構成が互いに同じである。上部電極５ａおよび下部電極６ａは磁気抵抗効果素子１ａを挟むように配置され、上部電極５ｂおよび下部電極６ｂは磁気抵抗効果素子１ｂを挟むように配置されている。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士は直列接続されており、磁気抵抗効果素子１ｂの一端（磁化固定層２側）と第２のポート９ｂは、下部電極６ｂおよび第２の信号線路７ｂを介して接続され、磁気抵抗効果素子１ａの一端（磁化固定層２側）と磁気抵抗効果素子１ｂの他端（磁化自由層４側）は、下部電極６ａおよび上部電極５ｂを介して電気的に接続され、磁気抵抗効果素子１ａの他端（磁化自由層４側）は、上部電極５ａおよび基準電位端子３０を介してグラウンド８に電気的に接続可能になっている。各々の磁場印加機構１２は、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々に個別の直流磁場１２ａを印加する。このように、磁気抵抗効果デバイス１０４は、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構としての磁場印加機構１２を２つ備えている。
【０１１３】
インダクタ１０は、第２の信号線路７ｂとグラウンド８との間に接続されている。直流電流入力端子１１は、直列接続された磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂとインダクタ１０に直列に接続されており、第２のポート９ｂに対して並列に、インダクタ１０を介して第２の信号線路７ｂに接続されている。直流電流源１３が直流電流入力端子１１とグラウンド８に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス１０４は、磁気抵抗効果素子１ａ、磁気抵抗効果素子１ｂ、第２の信号線路７ｂ、直流電流入力端子１１およびグラウンド８を含む閉回路を形成可能となっており、直流電流入力端子１１から入力された直流電流はこの閉回路を流れ、磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂに直流電流が入力される。
【０１１４】
磁気抵抗効果デバイス１０４では、各々の磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々に個別に直流磁場１２ａが印加された状態で、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に同時に印加される。例えば、磁気抵抗効果素子１ａに印加する直流磁場１２ａの強度を磁気抵抗効果素子１ｂに印加する直流磁場１２ａの強度よりも小さくする。この場合、磁気抵抗効果素子１ａの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数は、磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数よりも低くなる。
【０１１５】
第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に同時に印加され、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４の磁化は第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場に対応して振動する。磁気抵抗効果により、これらの磁化自由層４の磁化の振動に対応して、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの抵抗値が入力された高周波信号に対応して振動する。直流電流入力端子１１より直流電流が印加されると、磁気抵抗効果素子１ａの振動する抵抗値と磁気抵抗効果素子１ａを流れる直流電流との積である電圧として、第１のポート９ａに入力された高周波信号に対応する高周波信号が、磁気抵抗効果素子１ａから第２のポート９ｂに出力される。同様に、直流電流入力端子１１より直流電流が印加されると、磁気抵抗効果素子１ｂの振動する抵抗値と磁気抵抗効果素子１ｂを流れる直流電流との積である電圧として、第１のポート９ａに入力された高周波信号に対応する高周波信号が、磁気抵抗効果素子１ｂから第２のポート９ｂに出力される。
【０１１６】
磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化固定層２の磁化１６の方向は同じになっている。磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂについて、磁化固定層２の磁化１６の方向に平行な直線２ａと、第１の信号線路７ａから発生する磁化自由層４における高周波磁場の方向に平行な直線１４とのなす角の角度が５度以上６５度以下になるように、第１の信号線路７ａが磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに対して配置されることが好ましい。この角度は、２０度以上５５度以下であることがより好ましい。また、第１の信号線路７ａと平行な方向に直流磁場１２ａが磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に印加されるように、各々の磁場印加機構１２が配置されている。
【０１１７】
第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場の周波数は第１のポート９ａより入力された高周波信号の周波数に対応する。各々の磁場印加機構１２から各々の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに個別に直流磁場１２ａが印加された状態で、第１の信号線路７ａから発生する高周波磁場が磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４に印加されると、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴効果により、入力された高周波信号のうち、周波数が磁気抵抗効果素子１ａまたは１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍であるものに対しては、磁化自由層４の磁化は大きく振動して磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂの抵抗値が大きく振動するため、磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数の高周波信号は、他の周波数の高周波信号に比べて大きな強度で磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂから第２のポート９ｂに出力される。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０４は、磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数（通過帯域の周波数）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の周波数特性をもつことが可能となる。
【０１１８】
また、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、磁気抵抗効果デバイス１０４はアイソレータとしても機能することが出来る。
【０１１９】
図１８に、磁気抵抗効果デバイス１０４に入力される高周波信号の周波数と出力電圧の振幅との関係を示したグラフを示す。図１８の縦軸は出力電圧の振幅、横軸は周波数を表している。例えば図１８に示すように、磁気抵抗効果素子１ａに印加する磁場を磁気抵抗効果素子１ｂに印加する磁場強度よりも小さくした場合の、磁気抵抗効果素子１ａの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数をｆ１、磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数をｆ２とすると、ｆ１＜ｆ２となる。図１８に示されるように、磁気抵抗効果素子１ａの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数ｆ１の近傍の周波数（図１８に示す通過周波数帯域５００ａ）の一部と、磁気抵抗効果素子１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数ｆ２の近傍の周波数（図１８に示す通過周波数帯域５００ｂ）の一部が重なるように各々の磁場印加機構１２が磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々に印加する磁場強度を調整すると、磁気抵抗効果デバイス１０４は、図１３に示されるように、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００よりも広帯域の通過周波数帯域（図１８に示す通過周波数帯域５００）を持つことができる。
【０１２０】
さらに、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される直流電流、あるいは各々の磁場印加機構１２から磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々に印加される磁場強度を変化させることでその帯域を任意に変更することが可能となる。このことにより、磁気抵抗効果デバイス１０４は、通過周波数帯域５０
０を任意に変更することが出来る周波数可変のフィルタまたはアイソレータとして機能することが可能となり、さらには、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、通過周波数帯域５００を動作帯域とする、信号の位相を変化可能なフェイズシフタまたは、信号の増幅が可能な増幅器として機能することも可能となる。
【０１２１】
このように、磁気抵抗効果デバイス１０４は、複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を個別に設定可能な様に周波数設定機構としての磁場印加機構１２を複数有しているため、各磁気抵抗効果素子の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を個別に制御することが可能となる。さらに、複数の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士が直列接続されているので、各磁気抵抗効果素子の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数と同じ複数の周波数の近傍において、強度の大きな高周波信号が第２のポート９ｂに出力されるため、ある幅を持った通過周波数帯域５００を設けることができる。さらに、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される直流電流、あるいは磁場を変化させることで、その帯域を任意に変更することが可能となる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１０４は、通過周波数帯域５００を任意に変更することが出来る、周波数可変のフィルタまたはアイソレータとして機能することが可能となり、さらには、通過周波数帯域５００を動作帯域とするフェイズシフタまたは増幅器として機能することも可能となる。
【０１２２】
また、第５の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０４では、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ同士が直列に接続されており、各磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を個別に設定可能な様に２つの周波数設定機構（磁場印加機構１２）が備えられているが、３つ以上の磁気抵抗効果素子同士が直列に接続されており、各磁気抵抗効果素子の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数を個別に設定可能な様に３つ以上の周波数設定機構（磁場印加機構１２）が備えられていてもよい。この場合、通過周波数帯域の幅をさらに広げることが可能となる。
【０１２３】
また、第５の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１０４では、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの構成が互いに同じであるが、複数の磁気抵抗効果素子は、構成が互いに異なっていてもよい。
【０１２４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上記で説明した実施形態以外にも変更することが可能である。例えば、第１〜第５の実施形態では、直流電流入力端子１１がインダクタ１０とグラウンド８との間に接続されている例で説明したが、直流電流入力端子１１が、磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）に直列に接続されるように、上部電極５（５ａ）とグラウンド８との間に接続され、直流電流源１３が直流電流入力端子１１とグラウンド８に接続され、インダクタ１０が、第２のポート９ｂに対して並列に第２の信号線路７ｂに接続されるように、第２の信号線路７ｂに接続され、さらに基準電位端子３０を介してグラウンド８に接続可能になるようにしてもよい。
【０１２５】
また、第１〜第５の実施形態におけるインダクタ１０にかえて、抵抗素子を用いても良い。この場合、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どちらでもよい。この抵抗素子の抵抗値は、第２の信号線路７ｂ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、第２の信号線路７ｂの特性インピーダンスが５０Ωの場合、抵抗素子の抵抗値が５０Ωの時は４５％の高周波電力を抵抗素子によりカットし、抵抗素子の抵抗値が５００Ωの時は９０％の高周波電力を抵抗素子によりカットすることが可能となる  。直流電流入力端子１１から入力された直流電流は、磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）、第２の信号線路７ｂ、抵抗素子、直流電流入力端子１１およびグラウンド８を含んで形成される閉回路を流れる。この閉回路により、磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）に効率的に直流電流を印加することができる。
【０１２６】
第１〜第５の実施形態におけるインダクタ１０にかえて抵抗素子を用いる場合は、抵抗素子の第２の信号線路７ｂへの接続部と第２のポート９ｂとの間の第２の信号線路７ｂに直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続することが、磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）、第２の信号線路７ｂ、抵抗素子、直流電流入力端子１１およびグラウンド８を含んで形成される閉回路に、直流電流入力端子１１から印加された直流電流を効率的に流すことができる点で好ましい。
【０１２７】
また、第１〜第５の実施形態において、直流電流入力端子１１に接続される直流電流源１３が、電流の高周波成分をカットすると同時に電流の直流成分を通す機能を有していれば、インダクタ１０は無くても良い。この場合でも、直流電流入力端子１１から入力された直流電流は、磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）、第２の信号線路７ｂ、直流電流入力端子１１およびグラウンド８を含んで形成される閉回路を流れる。この閉回路により、磁気抵抗効果素子１ａ（１ｂ）に効率的に直流電流を印加することが出来る。
【０１２８】
また、第１〜第５の実施形態では、磁気抵抗効果デバイス１００（１０１、１０２、１０３、１０４）が周波数設定機構（有効磁場設定機構）として磁場印加機構１２を有する例で説明しているが、周波数設定機構（有効磁場設定機構）は、以下に示すような他の例でも良い。例えば、磁気抵抗効果素子に電場を印加し、その電場を変化させることにより、磁化自由層における異方性磁場Ｈｋを変化させて磁化自由層における有効磁場を変化させ、磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数を変化させることができる。この場合、磁気抵抗効果素子に電場を印加する機構が、周波数設定機構（有効磁場設定機構）となる。また、磁化自由層の近傍に圧電体を設け、その圧電体に電場を印加して圧電体を変形させ、磁化自由層を歪ませることにより、磁化自由層における異方性磁場Ｈｋを変化させて磁化自由層における有効磁場を変化させ、磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数を変化させることができる。この場合、圧電体に電場を印加する機構および圧電体が、周波数設定機構（有効磁場設定機構）となる。また、電気磁気効果を有する反強磁性体またはフェリ磁性体である制御膜を磁化自由層に磁気的に結合するように設け、制御膜に磁場および電場を印加し、制御膜に印加する磁場および電場の少なくとも一方を変化させることにより、磁化自由層における交換結合磁場ＨＥＸを変化させて磁化自由層における有効磁場を変化させ、磁気抵抗効果素子の磁化自由層の強磁性共鳴周波数を変化させることができる。この場合、制御膜に磁場を印加する機構、制御膜に電場を印加する機構および制御膜が、周波数設定機構（有効磁場設定機構）となる。
【０１２９】
また、周波数設定機構が無くても（磁場印加機構１２からの直流磁場が印加されなくても）、各磁気抵抗効果素子の磁化自由層４の強磁性共鳴周波数が所望の周波数である場合には、周波数設定機構（磁場印加機構１２）は無くてもよい。
【０１３０】
また、第１〜第５の実施形態では、磁気抵抗効果デバイス１００（１０１、１０２、１０３、１０４）が、第１の信号線路７ａに接続された抵抗素子、インダクタおよびキャパシタの少なくとも１つを有していても良く、これらによりインピーダンスの調整を行うことにより、第１のポート９ａにおけるインピーダンスマッチングを行うことが出来る。
【０１３１】
また、第１〜第５の実施形態では、磁気抵抗効果デバイス１００（１０１、１０２、１０３、１０４）として、第１のポート９ａにシングルエンド信号の高周波信号が入力される形態の例で説明したが、第１のポート９ａに差動信号の高周波信号が入力される形態としても良い。この場合でも、磁気抵抗効果デバイス１００（１０１、１０２、１０３、１０４）が、第１の信号線路７ａに接続された抵抗素子、インダクタおよびキャパシタの少なくとも１つを有していても良く、これらによりインピーダンスの調整を行うことにより、第１のポート９ａにおけるインピーダンスマッチングを行うことが出来る。図１９に、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００を変形して、第１のポート９ａに差動信号の高周波信号が入力される形態とした磁気抵抗効果デバイス１０５の断面模式図を示す。磁気抵抗効果デバイス１０５では、第１の信号線路７ａは、グラウンド８には接続されずに、差動信号の高周波信号が入力される第１のポート９ａに接続され、第１の信号線路７ａには抵抗素子３１が接続されている。磁気抵抗効果デバイス１０５では、第１のポート９ａに差動信号の高周波信号が入力され、第２のポート９ｂからシングルエンド信号の高周波信号が出力されるため、磁気抵抗効果デバイス１０５はバランとして機能することができる。同様に、磁気抵抗効果デバイス１０１、１０２、１０３、１０４を、第１のポート９ａに差動信号の高周波信号が入力される形態に変形したものも、バランとして機能することが出来る。
【符号の説明】
【０１３２】
１ａ、１ｂ  磁気抵抗効果素子
２  磁化固定層
２ａ  磁化固定層の磁化方向に平行な直線
３  スペーサ層
４  磁化自由層
５、５ａ、５ｂ  上部電極
６、６ａ、６ｂ  下部電極
７ａ  第１の信号線路
７ｂ  第２の信号線路
８  グラウンド
９ａ  第１のポート
９ｂ  第２のポート
１０  インダクタ
１１  直流電流入力端子
１２  磁場印加機構
１２ａ  直流磁場
１３  直流電流源
１４  高周波磁場の方向に平行な直線
１５  絶縁体
１６  磁化固定層の磁化
１７  磁化自由層の磁化
３０  基準電位端子
３１  抵抗素子
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５  磁気抵抗効果デバイス
【図１】
2017153066.tif 000003
【図２】
2017153066.tif 000004
【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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