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出来る。
Preferred embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. The components described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that have an equivalent range. Further, the components described below can be appropriately combined. Further, various omissions, substitutions, or changes of the components can be made without departing from the spirit of the present invention.
(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102(第1の磁化固定層)、磁化自由層104(第1の磁化自由層)およびこれらの間に配置されたスペーサ層103(第1のスペーサ層)を有する2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと、磁化固定層102(第2の磁化固定層)、磁化自由層104(第2の磁化自由層)およびこれらの間に配置されたスペーサ層103(第2のスペーサ層)を有する第2の磁気抵抗効果素子101cと、高周波信号が入力される第1のポート109aと、高周波信号が出力される第2のポート109bと、信号線路107と、直流印加端子の一例としての直流電流入力端子110とを有している。第1のポート109a、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続されている。第2の磁気抵抗効果素子101cは、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されている。より具体的には、磁気抵抗効果デバイス100は基準電位端子114を有しており、第2の磁気抵抗効果素子101cの一端(磁化自由層104側)が、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、第2の磁気抵抗効果素子101cの他端(磁化固定層102側)が、基準電位端子114に接続されて基準電位端子114を介してグラウンド108に接続可能になっている。グラウンド108は磁気抵抗効果デバイス100の外部のものとすることができる。第2の磁気抵抗効果素子101cは、第2のポート109bに対して並列に、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2のポート109bとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2のポート109bとの間の信号線路107の一方)に接続されており、直流電流入力端子110は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第1のポート109aとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2のポート109bとの間の信号線路107の他方)に接続されている。磁気抵抗効果デバイス100は、基準電位端子114がグラウンド108に接続され、直流電流源112が直流電流入力端子110とグラウンド108に接続されて用いられる。直流電流源112が直流電流入力端子110とグラウンド108に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス100は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101c、信号線路107、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路を形成可能となっている。(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic sectional view of a magnetoresistive device 100 according to the first embodiment of the present invention. The magnetoresistance effect device 100 includes a magnetization fixed layer 102 (first magnetization fixed layer), a magnetization free layer 104 (first magnetization free layer), and a spacer layer 103 (first spacer layer) disposed therebetween. , The magnetization fixed layer 102 (second magnetization fixed layer), the magnetization free layer 104 (second magnetization free layer), and the spacers disposed therebetween. A second magnetoresistive element 101c having a layer 103 (second spacer layer); a first port 109a to which a high-frequency signal is input; a second port 109b to which a high-frequency signal is output; And a DC current input terminal 110 as an example of a DC application terminal. The first port 109a, the two first magnetoresistive elements 101a and 101b, and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107. The second magnetoresistive element 101c is connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b. More specifically, the magnetoresistive device 100 has a reference potential terminal 114, and one end (the side of the magnetization free layer 104) of the second magnetoresistive device 101c is connected to two first magnetoresistive devices. The other end (on the magnetization fixed layer 102 side) of the second magnetoresistive element 101c is connected to the reference potential terminal 114, and is connected to the signal line 107 between 101a and 101b and the second port 109b. It can be connected to the ground 108 via the terminal 114. Ground 108 may be external to magnetoresistive device 100. The second magnetoresistive element 101c is connected in parallel with the second port 109b to a signal line 107 (first signal line) between the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second port 109b. Connection to one of the signal lines 107 between the magnetoresistive elements 101a and 101b and the first port 109a or the signal line 107 between the first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second port 109b) The DC current input terminal 110 is connected to a signal line 107 between the two first magnetoresistive elements 101 a and 101 b and the first port 109 a (the first magnetoresistive elements 101 a and 101 b and the first Signal line 107 between the first port 109a and the other signal line 107 between the first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second port 109b). It is connected. The magnetoresistance effect device 100 is used with a reference potential terminal 114 connected to the ground 108 and a DC current source 112 connected to the DC current input terminal 110 and the ground 108. When the DC current source 112 is connected to the DC current input terminal 110 and the ground 108, the magnetoresistive effect device 100 includes two first magnetoresistive devices 101a and 101b, a second magnetoresistive device 101c, and a signal. A closed circuit including the line 107, the ground 108, and the DC current input terminal 110 can be formed.
第1の磁気抵抗効果素子101a、101bは、それぞれの一端側(この例では磁化自由層104側)が直流電流入力端子110側になり、それぞれの他端側(この例では磁化固定層102側)が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子114に接続されている。第2の磁気抵抗効果素子101cは、その一端側(この例では磁化自由層104側)が直流電流入力端子110側になり、その他端側(この例では磁化固定層102側)が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子114に接続されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス100では、第1の磁気抵抗効果素子101a、101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2の磁気抵抗効果素子101cとで同じになるように形成(配置)されている。この例では、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2の磁気抵抗効果素子101cにおいて、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとが、同じ向きの関係になっている。
In the first magnetoresistance effect elements 101a and 101b, one end side (in this example, the magnetization free layer 104 side) is on the DC current input terminal 110 side, and the other end side (in this example, on the magnetization fixed layer 102 side). ) Are connected to the DC current input terminal 110 and the reference potential terminal 114 so that the reference potential terminal 114 is on the reference potential terminal 114 side. The second magnetoresistive element 101c has one end (in this example, the magnetization free layer 104) on the DC current input terminal 110 side and the other end (in this example, magnetization fixed layer 102) on the reference potential terminal. It is connected to the DC current input terminal 110 and the reference potential terminal 114 so as to be on the 114 side. That is, in the magnetoresistive device 100, the first magnetoresistive devices 101a and 101b and the second magnetoresistive device 101c are oriented from one end to the other end and from the respective magnetization free layers 104. The two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c are formed (arranged) so as to have the same relationship with the direction toward the magnetization fixed layer 102. In this example, in each of the first and second magnetoresistance effect elements 101a and 101b and the second magnetoresistance effect element 101c, the direction from one end to the other end and the direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 are changed. Is in the same direction.
第1の磁気抵抗効果素子101aは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101aの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成(配置)されている。第1の磁気抵抗効果素子101bは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101bの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成(配置)されている。第2の磁気抵抗効果素子101cは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101cの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成(配置)されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス100では、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層102、スペーサ層103および磁化自由層104の配置順との関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cで同じになっている。なお、本明細書において直流電流とは、時間によって方向が変化しない電流であり、時間によって大きさが変化する電流を含む。また、本明細書において直流電圧とは、時間によって方向が変化しない電圧であり、時間によって大きさが変化する電圧を含む。
The first magnetoresistance effect element 101a is formed such that a DC current input from the DC current input terminal 110 flows in the first magnetoresistance effect element 101a from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102. (Placed). The first magnetoresistance effect element 101b is formed such that a direct current input from the direct current input terminal 110 flows in the direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the first magnetoresistance effect element 101b. (Placed). The second magnetoresistance effect element 101c is formed such that a direct current input from the direct current input terminal 110 flows in the first magnetoresistance effect element 101c from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102. (Placed). That is, in the magnetoresistive device 100, the direction of the DC current flowing through each of the first magnetoresistive device 101a, the first magnetoresistive device 101b, and the second magnetoresistive device 101c, The relationship between the arrangement order of the fixed layer 102, the spacer layer 103, and the magnetization free layer 104 is the same for the first magnetoresistance effect element 101a, the first magnetoresistance effect element 101b, and the second magnetoresistance effect element 101c. ing. Note that, in this specification, the direct current is a current whose direction does not change with time, and includes a current whose magnitude changes with time. In this specification, a DC voltage is a voltage whose direction does not change with time, and includes a voltage whose magnitude changes with time.
さらに、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっている。磁気抵抗効果デバイス100では、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数よりも高い、または、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
Further, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b, and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c are different from each other. In the magneto-resistance effect device 100, the spin torque resonance frequency of the second magneto-resistance effect element 101c is larger than the spin torque resonance frequency of the first magneto-resistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magneto-resistance effect element 101b. Is higher or lower than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b.
第1のポート109a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り、第2のポート109bは高周波信号が出力される出力ポートである。第1のポート109aに入力される高周波信号及び第2のポート109b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の磁気抵抗効果素子101a、101bはそれぞれ、上部電極105および下部電極106を介して信号線路107と電気的に接続され、第2の磁気抵抗効果素子101cは、上部電極105を介して信号線路107と電気的に接続され、下部電極106と基準電位端子114を介してグラウンド108と電気的に接続されている。第1のポート109aから入力される高周波信号は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを通過した後、その一部の高周波信号は第2の磁気抵抗効果素子101cに流され、残りの高周波信号は第2のポート109bに出力される。また、高周波信号が第1のポート109aから第2のポート109bに通過する際の電力比(出力電力/入力電力)のdB値である減衰量(S21)は、ネットワークアナライザなどの高周波測定器により測定することが出来る。
The first port 109a is an input port to which a high-frequency signal that is an AC signal is input, and the second port 109b is an output port to which a high-frequency signal is output. The high-frequency signal input to the first port 109a and the high-frequency signal output from the second port 109b are, for example, signals having a frequency of 100 MHz or more. The first magnetoresistive elements 101a and 101b are electrically connected to the signal line 107 via the upper electrode 105 and the lower electrode 106, respectively, and the second magnetoresistive element 101c is connected to the signal via the upper electrode 105. It is electrically connected to the line 107, and is electrically connected to the ground 108 via the lower electrode 106 and the reference potential terminal 114. After the high-frequency signal input from the first port 109a passes through the two first magnetoresistive elements 101a and 101b, a part of the high-frequency signal flows to the second magnetoresistive element 101c, Is output to the second port 109b. The attenuation (S21), which is the dB value of the power ratio (output power / input power) when the high-frequency signal passes from the first port 109a to the second port 109b, is measured by a high-frequency measuring device such as a network analyzer. Can be measured.
上部電極105および下部電極106は、一対の電極としての役目を有し、各磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に各磁気抵抗効果素子を介して配設されている。つまり、上部電極105および下部電極106は、信号(電流)を各磁気抵抗効果素子に対して、各磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向、例えば、各磁気抵抗効果素子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105および下部電極106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。2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bはそれぞれ、一端(磁化自由層104側)が上部電極105を介して信号線路107に電気的に接続され、他端(磁化固定層102側)が下部電極106を介して信号線路107に電気的に接続されている。また、第2の磁気抵抗効果素子101cは、一端(磁化自由層104側)が上部電極105を介して信号線路107に電気的に接続され、他端(磁化固定層102側)が下部電極106を介してグラウンド108に電気的に接続されている。
The upper electrode 105 and the lower electrode 106 have a role as a pair of electrodes, and are arranged in the laminating direction of each layer constituting each magnetoresistive element via each magnetoresistive element. That is, the upper electrode 105 and the lower electrode 106 apply a signal (current) to each magnetoresistive element in a direction intersecting the plane of each layer constituting each magnetoresistive element, for example, constituting each magnetoresistive element. It has a function as a pair of electrodes for flowing in a direction (lamination direction) perpendicular to the surface of each layer to be formed. The upper electrode 105 and the lower electrode 106 are preferably made of Ta, Cu, Au, AuCu, Ru, or a film of any two or more of these materials. Each of the two first magnetoresistance effect elements 101a and 101b has one end (on the magnetization free layer 104 side) electrically connected to the signal line 107 via the upper electrode 105, and the other end (on the magnetization fixed layer 102 side). It is electrically connected to the signal line 107 via the lower electrode 106. The second magnetoresistance effect element 101 c has one end (on the magnetization free layer 104 side) electrically connected to the signal line 107 via the upper electrode 105, and the other end (on the magnetization fixed layer 102 side) has a lower electrode 106. Is electrically connected to the ground 108 via
グラウンド108は、基準電位として機能する。信号線路107とグラウンド108との形状は、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、信号線路107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信号線路107の信号線幅やグラウンド間距離を設計することにより、信号線路107を伝送損失の少ない伝送線路とすることが可能となる。
The ground 108 functions as a reference potential. It is preferable that the shapes of the signal line 107 and the ground 108 be defined as a microstrip line (MSL) type or a coplanar waveguide (CPW) type. When designing a microstrip line shape or a coplanar waveguide shape, the signal line width and the distance between grounds of the signal line 107 are designed so that the characteristic impedance of the signal line 107 and the impedance of the circuit system become equal. Can be a transmission line with little transmission loss.
直流電流入力端子110は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを挟んで第2の磁気抵抗効果素子101cの信号線路107への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路107に接続されている。より具体的には、直流電流入力端子110は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている。直流電流入力端子110に直流電流源112が接続されることで、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに対して、それぞれの積層方向に直流電流を印加することが可能になる。また、直流電流入力端子110と直流電流源112との間に、高周波信号をカットするための、インダクタまたは抵抗素子が直列に接続されてもよい。
The DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 at a location opposite to the location where the second magnetoresistance effect element 101c is connected to the signal line 107 across the two first magnetoresistance effect elements 101a and 101b. Have been. More specifically, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the first port 109a. By connecting the DC current source 112 to the DC current input terminal 110, a DC current is supplied to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c in the respective laminating directions. It becomes possible to apply. Further, an inductor or a resistance element for cutting a high-frequency signal may be connected in series between the DC current input terminal 110 and the DC current source 112.
直流電流源112は、グラウンド108及び直流電流入力端子110に接続され、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、信号線路107、第2の磁気抵抗効果素子101c、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路が形成されている。直流電流源112は、直流電流入力端子110から、上記の閉回路に直流電流を印加する。直流電流源112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112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。
The DC current source 112 is connected to the ground 108 and the DC current input terminal 110, and is connected to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b, the signal line 107, the second magnetoresistive element 101c, the ground 108, and the DC current input. A closed circuit including the terminal 110 is formed. The DC current source 112 applies a DC current from the DC current input terminal 110 to the closed circuit. The DC current source 112 is configured by, for example, a combination circuit of a variable resistor and a DC voltage source, and is configured to be able to change the current value of the DC current. The DC current source 112 may be configured by a combination of a fixed resistor and a DC voltage source that can generate a constant DC current.
磁場印加機構111は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cの近傍に配設され、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに磁場(静磁場)を印加して、各磁気抵抗効果素子のスピントルク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111は、電圧もしく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またはストリップライン型で構成される。また、磁場印加機構111は、電磁石型またはストリップライン型と一定の磁場のみを供給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111は、各磁気抵抗効果素子に個別に配置され、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を、独立に設定可能な構造でもよい。磁場印加機構111は、各磁気抵抗効果素子に印加する磁場を変化させることで、磁化自由層104における有効磁場を変化させて各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化可能となっている。
The magnetic field applying mechanism 111 is disposed near the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c, and the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second By applying a magnetic field (static magnetic field) to the magnetoresistive element 101c, the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element can be set. For example, the magnetic field applying mechanism 111 is configured of an electromagnet type or a strip line type that can variably control the intensity of an applied magnetic field by either voltage or current. Further, the magnetic field applying mechanism 111 may be configured by a combination of an electromagnet type or a strip line type and a permanent magnet that supplies only a constant magnetic field. Further, the magnetic field applying mechanism 111 may be arranged separately for each magnetoresistive element, and may have a structure in which the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element can be set independently. The magnetic field applying mechanism 111 changes the effective magnetic field in the magnetization free layer 104 by changing the magnetic field applied to each magnetoresistive element, thereby changing the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element.
磁化固定層102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102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出来る。また、磁化固定層102は、ホイスラー合金で構成されても良い。また、磁化固定層102の膜厚は、1〜10nmとすることが好ましい。また、磁化固定層102の磁化を固定するために磁化固定層102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102の磁化を固定してもよい。反強磁性層には、FeO、CoO、NiO、CuFeS2、IrMn、FeMn、PtMn、CrまたはMnなどを用いることが出来る。The magnetization fixed layer 102 is made of a ferromagnetic material, and its magnetization direction is substantially fixed in one direction. The magnetization fixed layer 102 is preferably made of a high spin polarizability material such as Fe, Co, Ni, an alloy of Ni and Fe, an alloy of Fe and Co, or an alloy of Fe, Co, and B. Thereby, a high rate of change in magnetoresistance can be obtained. Further, the magnetization fixed layer 102 may be made of a Heusler alloy. Further, the thickness of the magnetization fixed layer 102 is preferably set to 1 to 10 nm. Further, an antiferromagnetic layer may be added so as to be in contact with the magnetization fixed layer 102 in order to fix the magnetization of the magnetization fixed layer 102. Alternatively, the magnetization of the magnetization fixed layer 102 may be fixed using magnetic anisotropy caused by a crystal structure, a shape, or the like. For the antiferromagnetic layer, FeO, CoO, NiO, CuFeS 2 , IrMn, FeMn, PtMn, Cr or Mn can be used.
スペーサ層103は、磁化固定層102と磁化自由層104の間に配置され、磁化固定層102の磁化と磁化自由層104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103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。
The spacer layer 103 is arranged between the magnetization fixed layer 102 and the magnetization free layer 104, and the magnetization of the magnetization fixed layer 102 and the magnetization of the magnetization free layer 104 interact to obtain a magnetoresistance effect. The spacer layer 103 is formed of a layer formed of a conductor, an insulator, or a semiconductor, or a layer including a conductive point formed of a conductor in the insulator.
スペーサ層103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103の膜厚は、0.5〜3.0nm程度とすることが好ましい。
When a non-magnetic conductive material is used as the spacer layer 103, the material includes Cu, Ag, Au, Ru, or the like, and a giant magnetoresistance (GMR) effect is exhibited in the magnetoresistance effect element. When the GMR effect is used, the thickness of the spacer layer 103 is preferably set to about 0.5 to 3.0 nm.
スペーサ層103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、磁気抵抗効果素子にはトンネル磁気抵抗(TMR)効果が発現する。磁化固定層102と磁化自由層104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103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103の膜厚は、0.5〜3.0nm程度とすることが好ましい。When a non-magnetic insulating material is used as the spacer layer 103, the material includes Al 2 O 3 or MgO, and a tunnel magneto-resistance (TMR) effect appears in the magneto-resistance effect element. By adjusting the thickness of the spacer layer 103 so that a coherent tunnel effect is generated between the magnetization fixed layer 102 and the magnetization free layer 104, a high magnetoresistance ratio can be obtained. When the TMR effect is used, the thickness of the spacer layer 103 is preferably set to about 0.5 to 3.0 nm.
スペーサ層103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103の膜厚は1.0〜4.0nm程度とすることが好ましい。When a non-magnetic semiconductor material is used for the spacer layer 103, the material includes ZnO, In 2 O 3 , SnO 2 , ITO, GaO x, Ga 2 O x, and the like. It is preferable to set it to about 4.0 nm.
スペーサ層103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103の膜厚は、0.5〜2.0nm程度とすることが好ましい。When applying a layer comprising a conductive point constituted by the conductor of the non-magnetic insulator in a spacer layer 103, the nonmagnetic insulator during constituted by Al 2 O 3 or MgO, CoFe, CoFeB, CoFeSi, CoMnGe, It is preferable to adopt a structure including a conduction point constituted by a conductor such as CoMnSi, CoMnAl, Fe, Co, Au, Cu, Al or Mg. In this case, the thickness of the spacer layer 103 is preferably about 0.5 to 2.0 nm.
磁化自由層104は、その磁化の方向が変化可能であり、強磁性材料で構成されている。磁化自由層104の磁化の方向は、例えば、外部印加磁場またはスピン偏極電子によって変化可能である。磁化自由層104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104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104は、ホイスラー合金で構成されても良い。また、磁化自由層104とスペーサ層103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。
The magnetization free layer 104 can change its magnetization direction, and is made of a ferromagnetic material. The direction of magnetization of the magnetization free layer 104 can be changed by, for example, an externally applied magnetic field or spin-polarized electrons. When the magnetization free layer 104 is a material having an easy axis of magnetization in the in-plane direction of the film, examples of the material include CoFe, CoFeB, CoFeSi, CoMnGe, CoMnSi, and CoMnAl, and the thickness is about 1 to 30 nm. preferable. When the magnetization free layer 104 is made of a material having an easy axis of magnetization in the normal direction of the film surface, the material may be Co, a CoCr-based alloy, a Co multilayer film, a CoCrPt-based alloy, a FePt-based alloy, a SmCo-based alloy containing a rare earth element, or TbFeCo. Alloys and the like. Further, the magnetization free layer 104 may be made of a Heusler alloy. Further, a material having a high spin polarizability may be inserted between the magnetization free layer 104 and the spacer layer 103. This makes it possible to obtain a high magnetoresistance change rate. Examples of the high spin polarizability material include a CoFe alloy or a CoFeB alloy. It is preferable that both the CoFe alloy and the CoFeB alloy have a thickness of about 0.2 to 1.0 nm.
また、上部電極105と各磁気抵抗効果素子との間、および下部電極106と各磁気抵抗効果素子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。
Further, a cap layer, a seed layer, or a buffer layer may be provided between the upper electrode 105 and each magneto-resistance effect element and between the lower electrode 106 and each magneto-resistance effect element. Examples of the cap layer, the seed layer, or the buffer layer include Ru, Ta, Cu, Cr, and a stacked film thereof, and the thickness of these layers is preferably about 2 to 10 nm.
尚、各磁気抵抗効果素子の大きさは、平面視形状が長方形(正方形を含む)の場合、長辺を100nm程度、或いは100nm以下にすることが望ましい。また、平面視形状が長方形ではない場合は、平面視形状に最小の面積で外接する長方形の長辺を、各磁気抵抗効果素子の長辺と定義する。長辺が100nm程度と小さい場合、磁化自由層104の磁区の単磁区化が可能となり、高効率なスピントルク共鳴現象の実現が可能となる。ここで、「平面視形状」とは、各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。
When the shape of each magnetoresistive effect element is rectangular (including a square) in plan view, it is desirable that the long side be about 100 nm or less. When the shape in plan view is not a rectangle, the long side of the rectangle circumscribing the plan view shape with the minimum area is defined as the long side of each magnetoresistive element. When the long side is as small as about 100 nm, the magnetic domain of the magnetization free layer 104 can be made into a single magnetic domain, and a highly efficient spin torque resonance phenomenon can be realized. Here, the “planar shape” refers to a shape viewed on a plane perpendicular to the laminating direction of each layer constituting each magnetoresistive element.
ここで、スピントルク共鳴現象について説明する。
Here, the spin torque resonance phenomenon will be described.
磁気抵抗効果素子に、磁気抵抗効果素子の固有のスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、磁化自由層の磁化がスピントルク共鳴周波数で振動する。この現象をスピントルク共鳴現象と呼ぶ。磁気抵抗効果素子の素子抵抗値は、磁化固定層と磁化自由層との磁化の相対角で決まる。そのため、スピントルク共鳴時の磁気抵抗効果素子の抵抗値は、磁化自由層の磁化の振動に伴い、周期的に変化する。つまり、磁気抵抗効果素子は、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化する抵抗振動素子として取り扱うことが出来る。
When a high frequency signal having the same frequency as the intrinsic spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element is input to the magnetoresistive element, the magnetization of the magnetization free layer vibrates at the spin torque resonance frequency. This phenomenon is called a spin torque resonance phenomenon. The element resistance of the magnetoresistive element is determined by the relative angle of magnetization between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer. Therefore, the resistance value of the magnetoresistive element at the time of spin torque resonance changes periodically with the oscillation of the magnetization of the magnetization free layer. That is, the magnetoresistance effect element can be treated as a resistance oscillation element whose resistance value periodically changes at the spin torque resonance frequency.
各磁気抵抗効果素子の中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れる直流電流を各磁気抵抗効果素子に印加しながら、各磁気抵抗効果素子にスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、各磁気抵抗効果素子は、入力された高周波信号と同位相の状態で、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化し、この高周波信号に対するインピーダンスは減少する。つまり、磁気抵抗効果デバイス100において、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cは、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが減少する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
A high-frequency signal having the same frequency as the spin torque resonance frequency is applied to each magnetoresistive element while applying a direct current flowing in the direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in each magnetoresistive element. , The resistance of each magnetoresistive element changes periodically at the spin torque resonance frequency in the same phase as the input high-frequency signal, and the impedance for the high-frequency signal decreases. That is, in the magnetoresistive device 100, the two first magnetoresistive devices 101a and 101b and the second magnetoresistive device 101c reduce the impedance of the high-frequency signal at the spin torque resonance frequency due to the spin torque resonance phenomenon. It can be handled as a resistance element.
スピントルク共鳴周波数は、磁化自由層104における有効磁場によって変化する。磁化自由層104における有効磁場Heffは、磁化自由層104に印加される外部磁場HE、磁化自由層104における異方性磁場Hk、磁化自由層104における反磁場HD、磁化自由層104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111は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに磁場を印加し、各磁化自由層104に外部磁場HEを印加することにより、各磁化自由層104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111は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに印加する磁場を変化させることで、各磁化自由層104における有効磁場を変化させて、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cのそれぞれのスピントルク共鳴周波数を変化させることが出来る。このように、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに印加される磁場を変化させると、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cのそれぞれのスピントルク共鳴周波数は変化する。The spin torque resonance frequency changes depending on the effective magnetic field in the magnetization free layer 104. The effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 104 includes an external magnetic field H E applied to the magnetization free layer 104, an anisotropic magnetic field H k in the magnetization free layer 104, a demagnetizing field H D in the magnetization free layer 104, and the magnetization free layer 104. Using the exchange coupling magnetic field H EX at
H eff = H E + H k + H D + H EX
It is represented by Magnetic field applying mechanism 111, by two first magnetoresistance effect elements 101a, a magnetic field is applied to 101b and second magnetoresistive elements 101c, applying an external magnetic field H E to each magnetization free layer 104, the This is an effective magnetic field setting mechanism that can set the effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 104. The magnetic field applying mechanism 111, which is an effective magnetic field setting mechanism, changes the magnetic field applied to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c, thereby changing the effective magnetic layer in each magnetization free layer 104. By changing the magnetic field, it is possible to change the spin torque resonance frequency of each of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c. As described above, when the magnetic field applied to the first magnetoresistance effect element 101a, the first magnetoresistance effect element 101b, and the second magnetoresistance effect element 101c is changed, the first magnetoresistance effect elements 101a and 101b are changed. And the spin torque resonance frequency of each of the second magnetoresistive elements 101c changes.
また、スピントルク共鳴時に2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに直流電流が印加されることにより、スピントルクが増加して、振動する抵抗値の振幅が増加する。振動する抵抗値の振幅が増加することにより、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cのそれぞれの素子インピーダンスの変化量が増加する。また、印加される直流電流の電流密度を変化させると、スピントルク共鳴周波数は変化する。したがって、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cのそれぞれのスピントルク共鳴周波数は、磁場印加機構111からの磁場を変化させるか、直流電流入力端子110からの印加直流電流を変化させることにより変化させることが出来る。2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cのそれぞれに印加される直流電流の電流密度は、それぞれ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。
In addition, when a DC current is applied to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c during spin torque resonance, the spin torque increases and the amplitude of the oscillating resistance value increases. Increase. As the amplitude of the oscillating resistance value increases, the amount of change in the element impedance of each of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c increases. Also, when the current density of the applied direct current is changed, the spin torque resonance frequency changes. Therefore, the spin torque resonance frequency of each of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c can be changed by changing the magnetic field from the magnetic field applying mechanism 111 or from the DC current input terminal 110. Can be changed by changing the applied direct current. The current density of the DC current applied to each of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c is preferably smaller than the respective oscillation threshold current densities. With the oscillation threshold current density of the magnetoresistive element, the magnetization of the magnetization free layer of the magnetoresistive element starts precession at a constant frequency and a constant amplitude by applying a DC current having a current density higher than this value. The threshold current density at which the magnetoresistive element oscillates (the output (resistance value) of the magnetoresistive element fluctuates at a constant frequency and a constant amplitude).
また、同一の磁場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スピントルク共鳴周波数は高くなる。ここで「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。例えば、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1の磁気抵抗効果素子101bと第2の磁気抵抗効果素子101cについて、膜構成が互いに同じで、平面視形状はいずれも長方形であるが、平面視形状のアスペクト比が互いに異なるようにすることで、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるようにすることができる。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。
Considering that a DC current having the same magnetic field and the same current density is applied to the magnetoresistive element, as the aspect ratio of the magnetoresistive element in a plan view increases, the spin torque resonance of the magnetoresistive element increases. The frequency will be higher. Here, the “aspect ratio in plan view shape” refers to the ratio of the length of the long side to the length of the short side of the rectangle circumscribing the shape of the magnetoresistive element in plan view with the minimum area. For example, the first magnetoresistive element 101a, the first magnetoresistive element 101b, and the second magnetoresistive element 101c have the same film configuration and have a rectangular shape in plan view, but are rectangular in plan view. By making the shape aspect ratios different from each other, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b, and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c are increased. The spin torque resonance frequencies can be different from each other. Here, “the film configuration is the same” means that the materials and the film thicknesses of the respective layers constituting the magnetoresistive effect element are the same, and that the layers are stacked in the same order.
スピントルク共鳴現象により、第1のポート109aから入力された高周波信号の高周波成分の中で第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、低インピーダンス状態の第1の磁気抵抗効果素子101aを通過し、第2のポート109bに出力されやすくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第1の磁気抵抗効果素子101aにより、第2のポート109bに出力されにくくなる。同様に、第1のポート109aから入力された高周波信号の高周波成分の中で第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、低インピーダンス状態の第1の磁気抵抗効果素子101bを通過し、第2のポート109bに出力されやすくなり、高周波信号の高周波成分の中で第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第1の磁気抵抗効果素子101aにより、第2のポート109bに出力されにくくなる。
Due to the spin torque resonance phenomenon, a frequency component that matches or is close to the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a in the high frequency component of the high frequency signal input from the first port 109a Pass through the first magnetoresistive element 101a in a low impedance state, and are easily output to the second port 109b. On the other hand, the high frequency component of the high frequency signal that is not near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a is connected to the second port 109b by the first magnetoresistive element 101a in a high impedance state. It becomes difficult to output. Similarly, in the high-frequency component of the high-frequency signal input from the first port 109a, the frequency component that matches the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b or is close to the spin torque resonance frequency is low. It easily passes through the first magnetoresistance effect element 101b in an impedance state and is output to the second port 109b, and is not close to the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b in the high-frequency component of the high-frequency signal. The frequency component is less likely to be output to the second port 109b by the first magneto-resistance effect element 101a in the high impedance state.
さらに、スピントルク共鳴現象により、第1のポート109aから入力された高周波信号(2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを通過した高周波信号)の高周波成分の中で第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第2のポート109bに並列に接続された、低インピーダンス状態の第2の磁気抵抗効果素子101cを通過してグラウンド108に流れ、第2のポート109bに出力されにくくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第2の磁気抵抗効果素子101cによりグラウンド108から遮断され、第2のポート109bに出力されやすくなる。
Further, due to the spin torque resonance phenomenon, the second magnetoresistance effect in the high frequency components of the high frequency signal input from the first port 109a (the high frequency signal passing through the two first magnetoresistance elements 101a and 101b). A frequency component that matches or is close to the spin torque resonance frequency of the element 101c passes through the low impedance second magnetoresistance effect element 101c connected in parallel to the second port 109b. And flows to the ground 108, and becomes difficult to be output to the second port 109b. On the other hand, a frequency component that is not near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c among the high frequency components of the high frequency signal is cut off from the ground 108 by the second magnetoresistance effect element 101c in the high impedance state. 2 is easily output to the port 109b.
図2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減衰量との関係を示したグラフを示す。図2の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図2のプロット線220は、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに印加された磁場が一定で、且つ、印加された直流電流が一定の時のグラフである。faは第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数であり、fbは第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数であり、fcは第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数である。図2では、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数より低い場合の例を示している。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the frequency of a high-frequency signal input to the magnetoresistive device 100 and the amount of attenuation. The vertical axis in FIG. 2 represents the attenuation, and the horizontal axis represents the frequency. The plot line 220 in FIG. 2 is a graph when the magnetic field applied to the first magnetoresistance effect elements 101a and 101b and the second magnetoresistance effect element 101c is constant and the applied DC current is constant. is there. fa is the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, fb is the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b, and fc is the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c. Frequency. In FIG. 2, the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is lower than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b. An example is shown.
図2のプロット線220に示されるように、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が通過帯域となる。また、第2の磁気抵抗効果素子101cにより、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の低周波数側(上記の通過帯域の低周波数側)において、高周波信号を第2のポート109bに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、この場合の磁気抵抗効果デバイス100は、図2のプロット線220に示されるような、通過帯域の低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能する。この場合、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、高周波信号の減衰量の周波数に対する変化が急峻であるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数を、使用する通過帯域の下限周波数に一致させることが好ましい。
2, a band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and a band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b are passbands. Becomes Further, the second magnetoresistance effect element 101c allows the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b to be on the lower frequency side (lower than the above passband). (Frequency side), the high-frequency signal can be cut off to the second port 109b. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive element 101c where the high-frequency signal is cut off, the ratio of the attenuation of the high-frequency signal to the attenuation of the high-frequency signal in the pass band can be further increased. The shoulder characteristics on the low frequency side of the passband formed near the spin torque resonance frequency of the resistance effect element 101a and near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b can be made steep. That is, the magnetoresistive device 100 in this case functions as a bandpass filter having a steep shoulder characteristic on the low frequency side of the passband, as shown by the plot line 220 in FIG. In this case, the change in the amount of attenuation of the high-frequency signal with respect to the frequency is sharp near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c. It is preferable to match the lower limit frequency of the pass band used.
同様にして、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数より高い場合には、磁気抵抗効果デバイス100は、通過帯域の高周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能する。この場合、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数を、使用する通過帯域の上限周波数に一致させることが好ましい。
Similarly, when the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is higher than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b. The device 100 functions as a bandpass filter having a steep shoulder characteristic on the high frequency side of the passband. In this case, it is preferable that the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive element 101c is made to coincide with the upper limit frequency of the pass band to be used.
図3および図4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減衰量との関係を示したグラフを示す。図3および図4の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図3は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに印加された磁場が一定の時のグラフである。図3のプロット線131は、直流電流入力端子110から2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101c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132は直流電流入力端子110から2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101c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4は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに印加された直流電流が一定の時のグラフである。図4のプロット線141は、磁場印加機構111から2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに印加される磁場強度がHb1の時のものであり、プロット線142は磁場印加機構111から2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに印加される磁場強度が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。
3 and 4 are graphs showing the relationship between the frequency of a high-frequency signal input to the magnetoresistive device 100 and the amount of attenuation. 3 and 4, the vertical axis represents the attenuation, and the horizontal axis represents the frequency. FIG. 3 is a graph when the magnetic field applied to the two first magnetoresistance elements 101a and 101b and the second magnetoresistance element 101c is constant. A plot line 131 in FIG. 3 is obtained when the DC current value applied from the DC current input terminal 110 to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c is Ia1. The plot line 132 is obtained when the DC current value applied from the DC current input terminal 110 to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c is Ia2. The relationship between the DC current values at this time is Ia1 <Ia2. FIG. 4 is a graph when the DC current applied to the two first magnetoresistance effect elements 101a and 101b and the second magnetoresistance effect element 101c is constant. A plot line 141 in FIG. 4 is obtained when the magnetic field intensity applied from the magnetic field applying mechanism 111 to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c is Hb1. A line 142 is when the magnetic field intensity applied to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c from the magnetic field applying mechanism 111 is Hb2. The relationship of the magnetic field strength at this time is Hb1 <Hb2.
例えば、図3に示されるように、直流電流入力端子110から2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101c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2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数での素子インピーダンスの変化量が増加することで、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域(通過帯域)において、第2のポート109bから出力される高周波信号がさらに大きくなり、通過損失が小さくなる。それと同時に、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域において、第2のポート109bから出力される高周波信号がさらに小さくなる。したがって、磁気抵抗効果デバイス101は、遮断特性と通過特性のレンジが大きく、さらに急峻な肩特性を持つ高周波フィルタを実現することが可能となる。また、直流電流値をIa1からIa2に大きくすると、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数はfd1からfd2に、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数はfe1からfe2に、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数はfg1からfg2にシフトする。すなわち通過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、通過帯域の周波数を変化可能な急峻な肩特性を持つ高周波フィルタとして機能することも出来る。
For example, as shown in FIG. 3, the DC current value applied from the DC current input terminal 110 to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c is increased from Ia1 to Ia2. In this case, the amount of change in the element impedance of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c at a frequency near the spin torque resonance frequency increases with a change in the current value. The output from the second port 109b in a band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a and in a band (pass band) near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101b. The high-frequency signal to be transmitted is further increased, and the passage loss is reduced. At the same time, in a band near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, the high-frequency signal output from the second port 109b is further reduced. Therefore, the magnetoresistive effect device 101 can realize a high-frequency filter having a wide range of cutoff characteristics and pass characteristics and further having a steep shoulder characteristic. When the DC current value is increased from Ia1 to Ia2, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a changes from fd1 to fd2, and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b changes from fe1 to fe2. The spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive element 101c shifts from fg1 to fg2. That is, the pass band shifts to the lower frequency side. That is, the magnetoresistance effect device 100 can also function as a high-frequency filter having a steep shoulder characteristic that can change the frequency of the pass band.
さらに、例えば、図4に示されるように、磁場印加機構111から印加される磁場強度をHb1からHb2に強くした場合、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数はfh1からfh2に、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数はfi1からfi2に、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数はfj1からfj2にシフトする。すなわち、通過帯域は高周波数側へシフトする。また、磁場強度(磁化自由層104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、通過帯域の周波数を変化可能な急峻な肩特性を持つ高周波フィルタとして機能することが出来る。Further, for example, as shown in FIG. 4, when the magnetic field intensity applied from the magnetic field applying mechanism 111 is increased from Hb1 to Hb2, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is changed from fh1 to fh2, The spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b shifts from fi1 to fi2, and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c shifts from fj1 to fj2. That is, the pass band shifts to the higher frequency side. Also, changing the magnetic field strength (effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 104) can shift the passband to a greater extent than changing the DC current value. That is, the magnetoresistive device 100 can function as a high-frequency filter having a steep shoulder characteristic that can change the frequency of the pass band.
なお、各磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場HE(磁化自由層104における有効磁場Heff)が大きくなるに従って、各磁気抵抗効果素子の振動する抵抗値の振幅が小さくなるので、各磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場HE(磁化自由層104における有効磁場Heff)を大きくするのに伴い、各磁気抵抗効果素子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。Note that, as the external magnetic field H E (effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 104) applied to each magnetoresistive element increases, the amplitude of the oscillating resistance value of each magnetoresistive element decreases. As the external magnetic field H E (effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 104) applied to the resistance effect element is increased, it is preferable to increase the current density of the DC current applied to each magneto-resistance effect element.
また、磁気抵抗効果デバイス100では、第1の磁気抵抗効果素子は1個(第1の磁気抵抗効果素子101a、101bのいずれか一方)としてもよい。
Further, in the magnetoresistive device 100, the number of the first magnetoresistive devices may be one (one of the first magnetoresistive devices 101a and 101b).
このように、磁気抵抗効果デバイス100は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと、第2の磁気抵抗効果素子101cと、高周波信号が入力される第1のポート109aと、高周波信号が出力される第2のポート109bと、信号線路107と、直流電流入力端子110(直流印加端子)とを有し、第1のポート109a、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続され、第2の磁気抵抗効果素子101cは、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続され、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cは、それぞれ磁化固定層102、磁化自由層104およびこれらの間に配置されたスペーサ層103を有し、第1の磁気抵抗効果素子101a、101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cは、それぞれの一端側が直流電流入力端子110(直流印加端子)側になり、それぞれの他端側が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110(直流印加端子)および基準電位端子114に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a、101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2の磁気抵抗効果素子101cとで同じになるように形成されている。また、第1の磁気抵抗効果素子101aは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101aの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成され、第1の磁気抵抗効果素子101bは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101bの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成され、第2の磁気抵抗効果素子101cは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第2の磁気抵抗効果素子101cの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成され、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっており、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっている。
As described above, the magnetoresistive device 100 includes two first magnetoresistive devices 101a and 101b, a second magnetoresistive device 101c, a first port 109a to which a high-frequency signal is input, and a high-frequency signal. Is output, a signal line 107, and a DC current input terminal 110 (DC application terminal). The first port 109a, the two first magnetoresistive elements 101a, 101b, and The second port 109b is connected in series in this order via the signal line 107, and the second magnetoresistive element 101c is connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b and the two first The magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c are respectively provided with a magnetization fixed layer 102, a magnetization free layer 104, and a space between them. The first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c have one end on the DC current input terminal 110 (DC application terminal) side. The first and second magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element are connected to the DC current input terminal 110 (DC applying terminal) and the reference potential terminal 114 such that the other end is on the reference potential terminal 114 side. 101c indicates the relationship between the direction from one end side to the other end side and the direction from each magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102. The first magnetoresistance effect elements 101a and 101b and the second magnetic field The resistance effect element 101c is formed to be the same. Further, the first magnetoresistance effect element 101a is configured such that a direct current input from a direct current input terminal 110 (direct current application terminal) flows from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the first magnetoresistance effect element 101a. The first magnetoresistive element 101b is formed so that a direct current input from a direct current input terminal 110 (direct current application terminal) flows through the first magnetoresistive element 101b. The second magnetoresistance effect element 101c is formed so as to flow in the direction from the layer 104 to the magnetization fixed layer 102, and the DC current input from the DC current input terminal 110 (DC application terminal) is applied to the second magnetoresistance effect element. The first magnetoresistance effect element 101a is formed so as to flow in the direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the element 101c. Spin torque resonance frequencies of the magnetoresistive element 101c is different from each other, the spin torque resonant frequency of the spin torque resonant frequency and the second magnetoresistance effect element 101c of the first magnetoresistive element 101b are different each other.
したがって、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cに第1のポート109aから信号線路107を介して高周波信号が入力されることにより、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの中を第1の磁化自由層から第1の磁化固定層の方向に直流電流が流れることにより、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第1の磁気抵抗効果素子101aの素子インピーダンスが減少し、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第1の磁気抵抗効果素子101bの素子インピーダンスが減少する。同様に、スピントルク共鳴と同時に、第2の磁気抵抗効果素子101cの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に直流電流が流れることにより、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第2の磁気抵抗効果素子101cの素子インピーダンスが減少する。
Therefore, when a high-frequency signal is input from the first port 109a to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c via the signal line 107, the two first magnetoresistive elements 101a and 101b are connected to each other. Spin torque resonance can be induced in the magnetoresistance effect elements 101a and 101b and the second magnetoresistance effect element 101c. At the same time as the spin torque resonance, a DC current flows from the first magnetization free layer to the first magnetization fixed layer in the two first magnetoresistance elements 101a and 101b, so that the first magnetoresistance The element impedance of the first magnetoresistive element 101a at the same frequency as the spin torque resonance frequency of the effect element 101a decreases, and the first magnetoresistance effect at the same frequency as the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101b. The element impedance of the element 101b decreases. Similarly, at the same time as the spin torque resonance, a DC current flows from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the second magnetoresistance effect element 101c, so that the spin torque of the second magnetoresistance effect element 101c is increased. The element impedance of the second magnetoresistance effect element 101c for the same frequency as the resonance frequency decreases.
第1のポート109a、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2のポート109bがこの順に直列接続されることにより、高周波信号を、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bが高インピーダンス状態である非共鳴周波数では第2のポート109bに対し遮断し、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bが低インピーダンス状態である共鳴周波数では第2のポート109b側に通過させることが出来る。さらに、第2の磁気抵抗効果素子101cが、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されることにより、高周波信号を、第2の磁気抵抗効果素子101cが低インピーダンス状態である共鳴周波数では第2のポート109bに対し遮断し、第2の磁気抵抗効果素子101cが高インピーダンス状態である非共鳴周波数では第2のポート109b側に通過させることが出来る。このように、磁気抵抗効果デバイス100は、第1のポート109aから入力された高周波信号を、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第2のポート109b側に通過させることが出来、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第2のポート109bに対して遮断することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス100は、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数で高周波信号の通過量の極大値を持ち、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数で高周波信号の通過量の極小値を持ち、高周波フィルタとして機能する。
Since the first port 109a, the two first magnetoresistive elements 101a and 101b, and the second port 109b are connected in series in this order, the first magnetoresistive elements 101a and 101b transmit high-frequency signals. The second port 109b can be cut off at a non-resonant frequency in an impedance state, and can be passed to the second port 109b at a resonance frequency in a low impedance state of the first magnetoresistive elements 101a and 101b. Furthermore, since the second magneto-resistance effect element 101c is connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b, the second magneto-resistance effect element 101c is in a low impedance state. At the resonance frequency, the second port 109b can be cut off, and at the non-resonance frequency where the second magnetoresistive element 101c is in a high impedance state, it can pass through the second port 109b. As described above, the magnetoresistance effect device 100 converts the high frequency signal input from the first port 109a into a frequency near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the first magnetoresistance effect element 101b. Can be passed to the second port 109b side at a frequency near the spin torque resonance frequency, and can be passed to the second port 109b at a frequency near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c. Can be shut off. That is, the magnetoresistive effect device 100 has the maximum value of the amount of passing of the high-frequency signal at the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b. At the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101c, and functions as a high frequency filter.
磁気抵抗効果デバイス100では、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域または第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が通過帯域となる。第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため(第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため)、第1の磁気抵抗効果素子101aスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第2のポートに対し遮断することができる。また、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため(第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため)、第1の磁気抵抗効果素子101bスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第2のポートに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍または第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の高周波数側または低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス100は、通過帯域の高周波数側または低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
In the magnetoresistance effect device 100, a band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a or a band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b is a passband. Since the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c are different from each other (the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is the first Since the spin torque resonance frequency is higher or lower than the spin torque resonance frequency of the magneto-resistance effect element 101a), the high-frequency signal is cut off to the second port on the high frequency side or the low frequency side of the first magneto-resistance effect element 101a. can do. Further, since the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c are different from each other (the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is High frequency signal is higher or lower than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101b), so that the high frequency signal is supplied to the second port on the high frequency side or the low frequency side of the first magnetoresistance effect element 101b. Can be blocked. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive element 101c where the high-frequency signal is cut off, the ratio of the attenuation of the high-frequency signal to the attenuation of the high-frequency signal in the pass band can be further increased. The shoulder characteristic on the high frequency side or the low frequency side of the pass band formed near the spin torque resonance frequency of the resistance effect element 101a or near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b can be sharpened. Will be possible. That is, the magnetoresistive effect device 100 can function as a bandpass filter having a steep shoulder characteristic on the high frequency side or the low frequency side of the passband.
さらに、磁気抵抗効果デバイス100は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを有し、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの各々のスピントルク共鳴周波数より高い、または2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの各々のスピントルク共鳴周波数より低いので、広い通過帯域を持ち、通過帯域の高周波数側または低周波数側における肩特性が急峻である帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
Further, the magnetoresistive device 100 has two first magnetoresistive devices 101a and 101b having different spin torque resonance frequencies, and the second magnetoresistive device 101c has two spin torque resonance frequencies. It has a wide pass band because it is higher than the spin torque resonance frequency of each of the first magnetoresistive elements 101a and 101b or lower than the spin torque resonance frequency of each of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b. It is possible to function as a band-pass filter having a steep shoulder characteristic on the high frequency side or the low frequency side of the band.
さらに、遮断特性と通過特性のレンジを大きく、肩特性を急峻にするためには、磁化自由層104が膜面法線方向に磁化容易軸を有し、磁化固定層102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。
Further, in order to increase the range of the cutoff characteristic and the pass characteristic and to sharpen the shoulder characteristic, the magnetization free layer 104 has an easy axis of magnetization in the normal direction of the film surface, and the magnetization fixed layer 102 has the magnetization in the direction of the film surface. It is preferable to have a configuration having an easy axis.
また、直流電流入力端子110から印加される直流電流を変化させることにより、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク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、周波数可変フィルタとして機能することも可能となる。
Further, by changing the DC current applied from the DC current input terminal 110, the spin torque resonance frequencies of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c are variably controlled. Therefore, the magnetoresistive effect device 100 can also function as a frequency variable filter.
さらに、磁気抵抗効果デバイス100は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク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111を有するので、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク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として機能することが可能となる。
Further, the magnetoresistance effect device 100 has a magnetic field application mechanism 111 as a frequency setting mechanism capable of setting the spin torque resonance frequency of the two first magnetoresistance elements 101a and 101b and the second magnetoresistance element 101c. Therefore, the spin torque resonance frequencies of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c can be set to any frequencies. Therefore, the magnetoresistance effect device 100 can function as a filter in an arbitrary frequency band.
さらに、磁気抵抗効果デバイス100は、磁場印加機構111が、磁化自由層104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104における有効磁場を変化させて2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数を変化可能であるので、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
Further, in the magnetoresistive effect device 100, the magnetic field applying mechanism 111 is an effective magnetic field setting mechanism capable of setting an effective magnetic field in the magnetization free layer 104. Since the spin torque resonance frequencies of the resistance effect elements 101a and 101b and the second magnetoresistance effect element 101c can be changed, it becomes possible to function as a frequency variable filter.
また、以上の説明では、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bが互いに直列に接続されている例で説明したが、第1の磁気抵抗効果素子は3個以上であってもよい。また、複数の第1の磁気抵抗効果素子同士が互いに並列に接続されていても良い。これらの場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、第1のポート109a、各々の第1の磁気抵抗効果素子および第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス100と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
Further, in the above description, an example has been described in which the two first magnetoresistive elements 101a and 101b are connected in series with each other. However, three or more first magnetoresistive elements may be provided. Further, a plurality of first magnetoresistive elements may be connected in parallel with each other. Even in the magnetoresistive device in these cases, the first port 109a, each of the first magnetoresistive elements and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107. Similar to the magnetoresistive effect device 100, it can have frequency characteristics as a high frequency filter.
また、以上の説明では、第2の磁気抵抗効果素子101cが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている例で説明したが、第2の磁気抵抗効果素子101cが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続されるようにしてもよい。より具体的には、第2の磁気抵抗効果素子101cの一端が第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、第2の磁気抵抗効果素子101cの他端が、基準電位端子114に接続されて基準電位端子114を介してグラウンド108に接続されるようにしてもよい。
In the above description, the second magnetoresistive element 101c is connected in parallel to the second port 109b to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101b and the second port 109b. In the example described above, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magneto-resistance effect element 101a and the first port 109a, but the second magneto-resistance effect element 101c Is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a in parallel with the second port 109b, and the DC current input terminal 110 is connected to the first magnetoresistive element. It may be connected to the signal line 107 between the effect element 101b and the second port 109b. More specifically, one end of the second magnetoresistance effect element 101c is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first port 109a, and the second magnetoresistance effect element 101c May be connected to the reference potential terminal 114 to be connected to the ground 108 via the reference potential terminal 114.
また、磁気抵抗効果デバイス100は、直流電流入力端子110から入力される直流電流が一定以上の大きさの場合、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数において、第1のポート109a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109bから出力される出力電力を大きくする(減衰量を0dB以上とする)ことが出来る。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可能となる。
In addition, when the DC current input from the DC current input terminal 110 is equal to or larger than a certain value, the magnetoresistance effect device 100 controls the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the first magnetoresistance effect element. At the spin torque resonance frequency of 101b, the output power output from the second port 109b is set to be larger than the input power of the high frequency signal input from the first port 109a (the attenuation is set to 0 dB or more). I can do it. That is, the magnetoresistance effect device 100 can also function as an amplifier (amplifier).
(第2の実施形態)
図5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200の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス200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200は、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス100に対し、さらにインダクタ113と基準電位端子115を有している。インダクタ113は、第2のポート109bに対して並列に、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第1のポート109aとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2のポート109bとの間の信号線路107の一方)に接続され、さらに基準電位端子115に接続されて基準電位端子115を介してグラウンド108に接続可能になっている。直流電流入力端子110は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2のポート109bとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2のポート109bとの間の信号線路107の他方)に接続されている。第2の磁気抵抗効果素子101cは、第2のポート109bに対して並列に、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの少なくとも1つを挟んでインダクタ113の信号線路107への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路107に接続されている。より具体的には、第2の磁気抵抗効果素子101cの一端(磁化自由層104側)が第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、第2の磁気抵抗効果素子101cの他端(磁化固定層102側)が、基準電位端子114に接続されて基準電位端子114を介してグラウンド108に接続可能になっている。直流電流源112が直流電流入力端子110とグラウンド108に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス200は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、信号線路107、インダクタ113、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路と、第2の磁気抵抗効果素子101c、信号線路107、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路を形成可能となっている。(Second embodiment)
FIG. 5 is a schematic sectional view of a magnetoresistive effect device 200 according to the second embodiment of the present invention. In the magnetoresistive device 200, the points different from the magnetoresistive device 100 of the first embodiment will be mainly described, and the common items will not be described. Elements common to the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the common elements will be omitted. The magnetoresistive device 200 has an inductor 113 and a reference potential terminal 115 in addition to the components of the magnetoresistive device 100 of the first embodiment. The inductor 113 is connected in parallel with the second port 109b to the signal line 107 (the first magnetoresistance effect element 101a, 101b) between the two first magnetoresistance effect elements 101a, 101b and the first port 109a. Signal line 107 between the first port 101b and the first port 109a, or one of the signal lines 107 between the first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second port 109b), and a reference potential terminal. It is connected to the ground 115 via the reference potential terminal 115. The DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second port 109b (the first magnetoresistive elements 101a and 101b and the first port 109a are connected to each other). (The other of the signal lines 107 between the first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second port 109b). The second magnetoresistive element 101c is connected to the signal line 107 of the inductor 113 in parallel with the second port 109b with at least one of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b interposed therebetween. Is connected to the signal line 107 on the opposite side of the signal line 107. More specifically, one end (on the side of the magnetization free layer 104) of the second magnetoresistance effect element 101c is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101b and the second port 109b. The other end (the magnetization fixed layer 102 side) of the second magnetoresistive element 101c is connected to a reference potential terminal 114 and can be connected to the ground 108 via the reference potential terminal 114. When the DC current source 112 is connected to the DC current input terminal 110 and the ground 108, the magnetoresistive effect device 200 includes the two first magnetoresistive elements 101a and 101b, the signal line 107, the inductor 113, the ground 108, and A closed circuit including the DC current input terminal 110 and a closed circuit including the second magnetoresistive element 101c, the signal line 107, the ground 108, and the DC current input terminal 110 can be formed.
第1の磁気抵抗効果素子101a、101bは、それぞれの一端側(この例では磁化自由層104側)が直流電流入力端子110側になり、それぞれの他端側(この例では磁化固定層102側)が基準電位端子115側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子115に接続されている。第2の磁気抵抗効果素子101cは、その一端側(この例では磁化自由層104側)が直流電流入力端子110側になり、その他端側(この例では磁化固定層102側)が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子114に接続されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス200では、第1の磁気抵抗効果素子101a、101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2の磁気抵抗効果素子101cとで同じになるように形成(配置)されている。
In the first magnetoresistance effect elements 101a and 101b, one end side (in this example, the magnetization free layer 104 side) is on the DC current input terminal 110 side, and the other end side (in this example, on the magnetization fixed layer 102 side). ) Is connected to the DC current input terminal 110 and the reference potential terminal 115 so that the reference potential terminal 115 is on the reference potential terminal 115 side. The second magnetoresistive element 101c has one end (in this example, the magnetization free layer 104) on the DC current input terminal 110 side and the other end (in this example, magnetization fixed layer 102) on the reference potential terminal. It is connected to the DC current input terminal 110 and the reference potential terminal 114 so as to be on the 114 side. That is, in the magnetoresistive device 200, the first magnetoresistive devices 101a and 101b and the second magnetoresistive device 101c are oriented from one end to the other end and from the respective magnetization free layers 104. The two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c are formed (arranged) so as to have the same relationship with the direction toward the magnetization fixed layer 102.
第1の磁気抵抗効果素子101aは磁化固定層102側が第1のポート109a側になるように信号線路107に接続されて、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101aの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成(配置)されている。第1の磁気抵抗効果素子101bは磁化固定層102側が第1のポート109a側になるように信号線路107に接続されて、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101bの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成(配置)されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス200では、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層102、スペーサ層103および磁化自由層104の配置順との関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cで同じになっている。磁気抵抗効果デバイス200のその他の構成は、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス100と同じである。
The first magnetoresistance effect element 101a is connected to the signal line 107 such that the magnetization fixed layer 102 side is on the first port 109a side, and the DC current input from the DC current input terminal 110 is applied to the first magnetoresistance element 101a. It is formed (arranged) so as to flow in the direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the effect element 101a. The first magnetoresistance effect element 101b is connected to the signal line 107 such that the magnetization fixed layer 102 side is on the first port 109a side, and a DC current input from the DC current input terminal 110 is applied to the first magnetoresistance element 101b. It is formed (arranged) so as to flow in the direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the effect element 101b. That is, in the magnetoresistance effect device 200, the direction of the DC current flowing in each of the first magnetoresistance effect element 101a, the first magnetoresistance effect element 101b, and the second magnetoresistance effect element 101c, and the magnetization of each The relationship between the arrangement of the fixed layer 102, the spacer layer 103, and the magnetization free layer 104 is the same for the first magnetoresistive element 101a, the first magnetoresistive element 101b, and the second magnetoresistive element 101c. ing. Other configurations of the magnetoresistive device 200 are the same as those of the magnetoresistive device 100 of the first embodiment.
直流電流源112は、グラウンド108及び直流電流入力端子110に接続され、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、信号線路107、インダクタ113、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路が形成されている。また、第2の磁気抵抗効果素子101c、信号線路107、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路が形成されている。
The DC current source 112 is connected to the ground 108 and the DC current input terminal 110, and includes a closed circuit including the two first magnetoresistive elements 101a and 101b, the signal line 107, the inductor 113, the ground 108, and the DC current input terminal 110. Is formed. Further, a closed circuit including the second magnetoresistance effect element 101c, the signal line 107, the ground 108, and the DC current input terminal 110 is formed.
インダクタ113は、信号線路107とグラウンド108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不変成分を通す機能を有する。インダクタ113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113のインダクタンス値は10nH以上であることが好ましい。このインダクタ113により、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを通過する高周波信号の特性を劣化させることなく、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、信号線路107、インダクタ113、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路に、直流電流入力端子110から印加された直流電流を流すことができる。
The inductor 113 is connected between the signal line 107 and the ground 108 and has a function of cutting a high-frequency component of the current by the inductor component and passing an invariant component of the current. The inductor 113 may be either a chip inductor or an inductor using a pattern line. Further, a resistance element having an inductor component may be used. It is preferable that the inductance value of the inductor 113 is 10 nH or more. The two inductors 113a and 101b, the signal line 107, the inductor 113, A DC current applied from the DC current input terminal 110 can flow through a closed circuit including the ground 108 and the DC current input terminal 110.
また、以上の説明では、第2の磁気抵抗効果素子101cが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続されている例で説明したが、第2の磁気抵抗効果素子101cと直流電流入力端子110のいずれか一方が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1の磁気抵抗効果素子101bとの間の信号線路107に接続されるようにしてもよい。
In the above description, the second magnetoresistive element 101c is connected in parallel to the second port 109b to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101b and the second port 109b. In the example described above, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magneto-resistance effect element 101b and the second port 109b, but the second magneto-resistance effect element 101c One of the DC current input terminal 110 and the DC current input terminal 110 may be connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first magnetoresistance effect element 101b.
磁気抵抗効果デバイス200は、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス100と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
The magnetoresistive device 200 can have frequency characteristics as a high-frequency filter, similar to the magnetoresistive device 100 of the first embodiment.
第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス100および第2の実施形態の磁気抵抗効果デバイス200において、さらに、通過帯域を広く、肩特性を急峻にするためには、肩特性を急峻にする第2の磁気抵抗効果素子101cのQ値を、通過帯域を形成する第1の磁気抵抗効果素子101aと第1の磁気抵抗効果素子101bの少なくとも一方のQ値よりも大きくすることが好ましい。ここでQ値とは、磁気抵抗効果素子のインピーダンスの絶対値が、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数f0におけるインピーダンスの絶対値から3dB減少または増加する、周波数f0の両側の周波数f1、f2(f1<f2)を用いて、
Q=f0/(f2−f1)
で表される。スピントルク共鳴時の磁気抵抗効果素子のQ値は、磁気抵抗効果素子に印加される直流電流の電流密度に比例するため、例えば、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1の磁気抵抗効果素子101bと第2の磁気抵抗効果素子101cが互いに直列接続されている場合には、第2の磁気抵抗効果素子101cの平面視形状の面積を、第1の磁気抵抗効果素子101a(第1の磁気抵抗効果素子101b)の平面視形状の面積よりも小さくすることにより、第2の磁気抵抗効果素子101cのQ値を、第1の磁気抵抗効果素子101a(第1の磁気抵抗効果素子101b)のQ値よりも大きくすることができる。In the magnetoresistive device 100 according to the first embodiment and the magnetoresistive device 200 according to the second embodiment, in order to further increase the passband and sharpen the shoulder characteristics, the shoulder characteristics must be sharpened. It is preferable that the Q value of the magnetoresistive element 101c is larger than the Q value of at least one of the first magnetoresistive element 101a and the first magnetoresistive element 101b forming the pass band. Here, the Q value means that the absolute value of the impedance of the magnetoresistive element decreases or increases by 3 dB from the absolute value of the impedance at the spin torque resonance frequency f0 of the magnetoresistive element, and the frequencies f1 and f2 ( f1 <f2),
Q = f0 / (f2-f1)
It is represented by Since the Q value of the magnetoresistive element at the time of spin torque resonance is proportional to the current density of the direct current applied to the magnetoresistive element, for example, the first magnetoresistive element 101a and the first magnetoresistive element When the first magnetoresistive element 101c and the second magnetoresistive element 101c are connected in series with each other, the area of the second magnetoresistive element 101c in plan view is changed to the first magnetoresistive element 101a (first magnetic element). By making the area of the resistive effect element 101b) smaller than the area of the planar shape, the Q value of the second magnetoresistive effect element 101c can be changed to the first magnetoresistive effect element 101a (first magnetoresistive effect element 101b). It can be larger than the Q value.
(第3の実施形態)
図6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300の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス300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300は、磁化固定層102(第1の磁化固定層)、磁化自由層104(第1の磁化自由層)およびこれらの間に配置されたスペーサ層103(第1のスペーサ層)を有する第1の磁気抵抗効果素子101aと、磁化固定層102(第2の磁化固定層)、磁化自由層104(第2の磁化自由層)およびこれらの間に配置されたスペーサ層103(第2のスペーサ層)を有する2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dと、高周波信号が入力される第1のポート109aと、高周波信号が出力される第2のポート109bと、信号線路107と、直流電流入力端子110とを有している。第1のポート109a、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続されている。2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dは、互いに直列接続されており、直列接続された2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dは、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されている。第2の磁気抵抗効果素子101dは、第2の磁気抵抗効果素子101cと同様に、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続されている。より具体的には、第2の磁気抵抗効果素子101cの磁化自由層104側が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、第2の磁気抵抗効果素子101dの磁化固定層102側が、基準電位端子114に接続されて基準電位端子114を介してグラウンド108に接続可能になっている。(Third embodiment)
FIG. 6 is a schematic sectional view of a magnetoresistive effect device 300 according to the third embodiment of the present invention. In the magnetoresistive device 300, the points different from the magnetoresistive device 100 of the first embodiment will be mainly described, and the common items will not be described. Elements common to the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the common elements will be omitted. The magnetoresistance effect device 300 includes a magnetization fixed layer 102 (first magnetization fixed layer), a magnetization free layer 104 (first magnetization free layer), and a spacer layer 103 (first spacer layer) disposed therebetween. , A magnetization fixed layer 102 (second magnetization free layer), a magnetization free layer 104 (second magnetization free layer), and a spacer layer 103 (second Two second magnetoresistive elements 101c and 101d having two spacer layers), a first port 109a for inputting a high-frequency signal, a second port 109b for outputting a high-frequency signal, and a signal line 107. And a DC current input terminal 110. The first port 109a, the first magnetoresistive element 101a, and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107. The two second magnetoresistive elements 101c and 101d are connected in series with each other, and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d connected in series signal in parallel to the second port 109b. It is connected to the line 107. Like the second magnetoresistance effect element 101c, the second magnetoresistance effect element 101d is provided between the first magnetoresistance effect element 101a and the second port 109b in parallel with the second port 109b. Is connected to the signal line 107. More specifically, the magnetization free layer 104 side of the second magnetoresistance effect element 101c is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the second port 109b, The magnetization fixed layer 102 side of the resistance effect element 101d is connected to the reference potential terminal 114 and can be connected to the ground 108 via the reference potential terminal 114.
第2の磁気抵抗効果素子101cと同様に、第2の磁気抵抗効果素子101dは、その一端側(この例では磁化自由層104側)が直流電流入力端子110側になり、その他端側(この例では磁化固定層102側)が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子114に接続されており、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第2の磁気抵抗効果素子101dの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成(配置)されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス300では、第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、第1の磁気抵抗効果素子101aと2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dとで同じになるように形成(配置)されている。また、磁気抵抗効果デバイス300では、第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層102、スペーサ層103および磁化自由層104の配置順との関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dで同じになっている。
Similarly to the second magnetoresistance effect element 101c, the second magnetoresistance effect element 101d has one end side (in this example, the magnetization free layer 104 side) on the DC current input terminal 110 side and the other end side (this side). The DC current input terminal 110 and the reference potential terminal 114 are connected such that the magnetization fixed layer 102 side (in the example, the magnetization fixed layer 102 side) is on the reference potential terminal 114 side. Is formed (arranged) so as to flow in the direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the magnetoresistance effect element 101d. That is, in the magnetoresistive effect device 300, the first magnetoresistive effect element 101a and the two second magnetoresistive effect elements 101c and 101d are oriented from one end to the other end, and each magnetization free layer is formed. The first magnetoresistance effect element 101a and the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d are formed (arranged) so that the relationship from 104 to the magnetization fixed layer 102 is the same. In the magnetoresistive device 300, the direction of the direct current flowing in each of the first magnetoresistive device 101a and the two second magnetoresistive devices 101c and 101d, the magnetization fixed layer 102, the spacer The relationship between the arrangement order of the layer 103 and the magnetization free layer 104 is the same for the first magnetoresistive element 101a and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d.
さらに、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっている。磁気抵抗効果デバイス300では、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも高い、または、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
Further, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d are different from each other. In the magneto-resistance effect device 300, the spin torque resonance frequency of the first magneto-resistance effect element 101a is larger than the spin torque resonance frequency of the second magneto-resistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magneto-resistance effect element 101d. Is higher or lower than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d.
第1のポート109aから入力される高周波信号は、第1の磁気抵抗効果素子101aを通過した後、その一部の高周波信号は2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに流され、残りの高周波信号は第2のポート109bに出力される。
After the high-frequency signal input from the first port 109a passes through the first magneto-resistance effect element 101a, a part of the high-frequency signal flows to the two second magneto-resistance effect elements 101c and 101d, and Is output to the second port 109b.
第2の磁気抵抗効果素子101dは、一端(磁化自由層104側)が上部電極105を介して信号線路107(第2の磁気抵抗効果素子101c)に電気的に接続され、他端(磁化固定層102側)が下部電極106と基準電位端子114を介してグラウンド108に電気的に接続されている。
One end (on the magnetization free layer 104 side) of the second magnetoresistive element 101d is electrically connected to the signal line 107 (second magnetoresistive element 101c) via the upper electrode 105, and the other end (magnetization fixed). The layer 102 is electrically connected to the ground 108 via the lower electrode 106 and the reference potential terminal 114.
直流電流入力端子110は、第1の磁気抵抗効果素子101aを挟んで2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの信号線路107への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路107に接続されている。より具体的には、直流電流入力端子110は、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている。直流電流入力端子110に直流電流源112が接続されることで、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに直流電流を印加することが可能になる。
The DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 on the opposite side of the connection point of the two second magnetoresistive elements 101c and 101d to the signal line 107 across the first magnetoresistive element 101a. Have been. More specifically, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first port 109a. By connecting the DC current source 112 to the DC current input terminal 110, a DC current can be applied to the first magnetoresistive element 101a and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d.
直流電流源112は、グラウンド108及び直流電流入力端子110に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a、信号線路107、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101d、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路が形成されている。直流電流源112は、直流電流入力端子110から、上記の閉回路に直流電流を印加する。
The DC current source 112 is connected to the ground 108 and the DC current input terminal 110, and is connected to the first magnetoresistive element 101a, the signal line 107, the two second magnetoresistive elements 101c and 101d, the ground 108, and the DC current input. A closed circuit including the terminal 110 is formed. The DC current source 112 applies a DC current from the DC current input terminal 110 to the closed circuit.
磁場印加機構111は、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの近傍に配設され、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに磁場を印加して、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を設定可能となっている。
The magnetic field applying mechanism 111 is disposed near the first magnetoresistive element 101a and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d. By applying a magnetic field to the effect elements 101c and 101d, the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element can be set.
磁気抵抗効果デバイス300のその他の構成は、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス100と同じである。
Other configurations of the magnetoresistive device 300 are the same as those of the magnetoresistive device 100 of the first embodiment.
スピントルク共鳴現象により、第1のポート109aから入力された高周波信号の高周波成分の中で第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、低インピーダンス状態の第1の磁気抵抗効果素子101aを通過し、第2のポート109bに出力されやすくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第1の磁気抵抗効果素子101aにより、第2のポート109bに出力されにくくなる。
Due to the spin torque resonance phenomenon, a frequency component that matches or is close to the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a in the high frequency component of the high frequency signal input from the first port 109a Pass through the first magnetoresistive element 101a in a low impedance state, and are easily output to the second port 109b. On the other hand, the high frequency component of the high frequency signal that is not near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a is connected to the second port 109b by the first magnetoresistive element 101a in a high impedance state. It becomes difficult to output.
さらに、スピントルク共鳴現象により、第1のポート109aから入力された高周波信号(第1の磁気抵抗効果素子101aを通過した高周波信号)の高周波成分の中で第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第2のポート109bに並列に接続された、低インピーダンス状態の第2の磁気抵抗効果素子101cを通過してグラウンド108に流れ、第2のポート109bに出力されにくくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第2の磁気抵抗効果素子101cによりグラウンド108から遮断され、第2のポート109bに出力されやすくなる。同様に、第1のポート109aから入力された高周波信号(第1の磁気抵抗効果素子101aを通過した高周波信号)の高周波成分の中で第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第2のポート109bに並列に接続された、低インピーダンス状態の第2の磁気抵抗効果素子101dを通過してグラウンド108に流れ、第2のポート109bに出力されにくくなり、高周波信号の高周波成分の中で第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第2の磁気抵抗効果素子101cによりグラウンド108から遮断され、第2のポート109bに出力されやすくなる。
Further, due to the spin torque resonance phenomenon, the spin of the second magnetoresistive element 101c in the high-frequency components of the high-frequency signal input from the first port 109a (the high-frequency signal passed through the first magnetoresistive element 101a). A frequency component that matches the torque resonance frequency or is near the spin torque resonance frequency passes through the low impedance second magnetoresistive element 101c connected in parallel to the second port 109b to the ground 108. Flow and output to the second port 109b becomes difficult. On the other hand, a frequency component that is not near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c among the high frequency components of the high frequency signal is cut off from the ground 108 by the second magnetoresistance effect element 101c in the high impedance state. 2 is easily output to the port 109b. Similarly, the high-frequency component of the high-frequency signal input from the first port 109a (the high-frequency signal passed through the first magneto-resistance effect element 101a) matches the spin torque resonance frequency of the second magneto-resistance effect element 101d. Or the frequency component near the spin torque resonance frequency flows to the ground 108 through the low impedance second magnetoresistance effect element 101d connected in parallel to the second port 109b, and The frequency component that is difficult to be output to the port 109b and is not close to the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d among the high frequency components of the high frequency signal is grounded by the second magnetoresistance effect element 101c in the high impedance state. 108, and it is easy to output to the second port 109b.
図7に、磁気抵抗効果デバイス300に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図7の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図7のプロット線320は、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに印加された磁場が一定で、且つ、印加された直流電流が一定の時のグラフである。faは第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数であり、fcは第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数であり、fdは第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数である。図7では、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数より低い場合の例を示している。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the frequency of a high-frequency signal input to the magnetoresistive device 300 and the amount of attenuation. The vertical axis in FIG. 7 represents the attenuation, and the horizontal axis represents the frequency. The plot line 320 in FIG. 7 shows the case where the magnetic field applied to the first magnetoresistive element 101a and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d is constant and the applied DC current is constant. It is a graph. fa is the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, fc is the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, and fd is the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. Frequency. In FIG. 7, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is lower than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c. An example is shown.
図7のプロット線320に示されるように、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が遮断帯域となる。また、第1の磁気抵抗効果素子101aにより、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の低周波数側(上記の遮断帯域の低周波数側)において、高周波信号を第2のポート109b側に通過させることができる。高周波信号が通過する第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、この場合の磁気抵抗効果デバイス300は、図7のプロット線320に示されるような、通過帯域の低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能する。この場合、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、高周波信号の減衰量の周波数に対する変化が急峻であるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数を、使用する遮断帯域の下限周波数に一致させることが好ましい。
As shown by the plot line 320 in FIG. 7, the band near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the band near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d are cutoff bands. Becomes Further, the first magnetoresistance effect element 101a allows the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d to be on the lower frequency side (lower than the above cutoff band). (Frequency side), a high-frequency signal can be passed to the second port 109b side. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a through which the high-frequency signal passes, the ratio of the attenuation of the high-frequency signal to the attenuation of the high-frequency signal in the cutoff band can be further reduced. The shoulder characteristics on the low frequency side of the cutoff band formed near the spin torque resonance frequency of the effect element 101c and near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d can be made steep. That is, the magnetoresistive effect device 300 in this case functions as a band rejection filter having a steep shoulder characteristic on the low frequency side of the pass band as shown by the plot line 320 in FIG. In this case, the change in the amount of attenuation of the high-frequency signal with respect to the frequency is sharp near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a. It is preferable to match the lower limit frequency of the cutoff band used.
同様にして、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数より高い場合には、磁気抵抗効果デバイス300は、遮断帯域の高周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能する。この場合、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数を、使用する遮断帯域の上限周波数に一致させることが好ましい。
Similarly, when the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is higher than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. In other words, the magnetoresistive device 300 functions as a band rejection filter having a steep shoulder characteristic on the high frequency side of the rejection band. In this case, it is preferable that the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a is made to coincide with the upper limit frequency of the cutoff band used.
さらに、第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに印加される直流電流、または磁場印加機構111が第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに印加する磁場を変化させることで、遮断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300は、遮断帯域の周波数を変化可能な急峻な肩特性を持つ高周波フィルタとして機能することが出来る。
Further, the direct current applied to the first magnetoresistance effect element 101a and the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d, or the magnetic field application mechanism 111 is connected to the first magnetoresistance effect element 101a and the two second magnetoresistance effect elements 101a and 101d. The cutoff band can be shifted by changing the magnetic field applied to the magnetoresistive elements 101c and 101d. That is, the magnetoresistive effect device 300 can function as a high-frequency filter having a steep shoulder characteristic that can change the frequency of the stop band.
また、磁気抵抗効果デバイス300では、第2の磁気抵抗効果素子は1個(第2の磁気抵抗効果素子101c、101dのいずれか一方)としてもよい。
Further, in the magnetoresistance effect device 300, the number of the second magnetoresistance effect elements may be one (one of the second magnetoresistance effect elements 101c and 101d).
このように、磁気抵抗効果デバイス300は、第1の磁気抵抗効果素子101aと、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dと、高周波信号が入力される第1のポート109aと、高周波信号が出力される第2のポート109bと、信号線路107と、直流電流入力端子110(直流印加端子)とを有し、第1のポート109a、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続され、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dは、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dは、それぞれ磁化固定層102、磁化自由層104およびこれらの間に配置されたスペーサ層103を有し、第1の磁気抵抗効果素子101a及び第2の磁気抵抗効果素子101c、101dは、それぞれの一端側が直流電流入力端子110(直流印加端子)側になり、それぞれの他端側が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110(直流印加端子)および基準電位端子114に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a及び第2の磁気抵抗効果素子101c、101dは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2の磁気抵抗効果素子101c、101dとで同じになるように形成されている。また、第1の磁気抵抗効果素子101aは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101aの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成され、第2の磁気抵抗効果素子101cは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第2の磁気抵抗効果素子101cの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成され、第2の磁気抵抗効果素子101dは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第2の磁気抵抗効果素子101dの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成され、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっており、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっている。
As described above, the magnetoresistance effect device 300 includes the first magnetoresistance effect element 101a, the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d, the first port 109a to which a high-frequency signal is input, and the high-frequency signal. , A signal line 107, and a DC current input terminal 110 (DC application terminal). The first port 109a, the first magnetoresistive element 101a, and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107, and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d are connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b, and the first magnetoresistance The effect element 101a and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d are respectively provided with the magnetization fixed layer 102, the magnetization free layer 104, and the The first magnetoresistive element 101a and the second magnetoresistive elements 101c and 101d each have one end on the DC current input terminal 110 (DC application terminal) side. The first and second magnetoresistance effect elements 101a and 101c are connected to the DC current input terminal 110 (DC application terminal) and the reference potential terminal 114 such that the other end is on the reference potential terminal 114 side. 101d indicates the relationship between the direction from one end side to the other end side and the direction from each magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102. The first magnetoresistance effect element 101a and the second magnetoresistance effect The elements 101c and 101d are formed so as to be the same. The first magnetoresistance effect element 101a is configured such that a direct current input from a direct current input terminal 110 (direct current application terminal) flows from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the first magnetoresistance effect element 101a. The second magnetoresistive element 101c is formed so that a direct current input from a direct current input terminal 110 (direct current application terminal) is free to magnetize in the second magnetoresistive element 101c. The second magnetoresistance effect element 101d is formed so as to flow in the direction from the layer 104 to the magnetization fixed layer 102. The DC current input from the DC current input terminal 110 (DC application terminal) is It is formed so as to flow from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the element 101d, and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the second Spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element 101c are different from each other, the spin torque resonance frequency of the spin torque resonance frequency and the second magnetoresistive element 101d of the first magnetoresistive element 101a are different from each other.
したがって、第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに第1のポート109aから信号線路107を介して高周波信号が入力されることにより、第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、第1の磁気抵抗効果素子101aの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に直流電流が流れることにより、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第1の磁気抵抗効果素子101aの素子インピーダンスが減少する。同様に、スピントルク共鳴と同時に、第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に直流電流が流れることにより、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第2の磁気抵抗効果素子101cの素子インピーダンスが減少し、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第2の磁気抵抗効果素子101dの素子インピーダンスが減少する。
Therefore, when a high-frequency signal is input from the first port 109a to the first magnetoresistive element 101a and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d via the signal line 107, the first magnetoresistive element Spin torque resonance can be induced in the effect element 101a and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d. At the same time as the spin torque resonance, a DC current flows from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the first magnetoresistance effect element 101a, so that the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is increased. The element impedance of the first magnetoresistance effect element 101a for the same frequency as that of the first element decreases. Similarly, a DC current flows from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the second magnetoresistance effect elements 101c and 101d simultaneously with the spin torque resonance, so that the second magnetoresistance effect element 101c The element impedance of the second magnetoresistance effect element 101c with respect to the same frequency as the spin torque resonance frequency decreases, and the element of the second magnetoresistance effect element 101d with respect to the same frequency as the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. The impedance decreases.
第1のポート109a、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第2のポート109bがこの順に直列接続されることにより、高周波信号を、第1の磁気抵抗効果素子101aが高インピーダンス状態である非共鳴周波数では第2のポート109bに対し遮断し、第1の磁気抵抗効果素子101aが低インピーダンス状態である共鳴周波数では第2のポート109b側に通過させることが出来る。さらに、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されることにより、高周波信号を、第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが低インピーダンス状態である共鳴周波数では第2のポート109bに対し遮断し、第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが高インピーダンス状態である非共鳴周波数では第2のポート109b側に通過させることが出来る。このように、磁気抵抗効果デバイス300は、第1のポート109aから入力された高周波信号を、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第2のポート109b側に通過させることが出来、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第2のポート109bに対して遮断することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス300は、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数で高周波信号の通過量の極大値を持ち、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数で高周波信号の通過量の極小値を持ち、高周波フィルタとして機能する。
Since the first port 109a, the first magnetoresistive element 101a, and the second port 109b are connected in series in this order, a high-frequency signal can be transmitted to a non-resonant state where the first magnetoresistive element 101a is in a high impedance state. At the frequency, the second port 109b can be cut off, and at the resonance frequency where the first magnetoresistive element 101a is in a low impedance state, it can be passed to the second port 109b. Further, by connecting the two second magneto-resistance effect elements 101c and 101d to the signal line 107 in parallel with the second port 109b, high-frequency signals can be transmitted to the second magneto-resistance effect elements 101c and 101d. Can be cut off to the second port 109b at a resonance frequency in a low impedance state, and can be passed to the second port 109b side at a non-resonance frequency at a high impedance state of the second magnetoresistive elements 101c and 101d. I can do it. As described above, the magnetoresistive device 300 transmits the high-frequency signal input from the first port 109a to the second port 109b at a frequency near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a. The second port 109b can be cut off at a frequency near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. Can be done. That is, the magnetoresistive device 300 has the maximum value of the amount of passing of the high-frequency signal at the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a, the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive element 101c and the second value. At the spin torque resonance frequency of the magneto-resistance effect element 101d, and functions as a high-frequency filter.
磁気抵抗効果デバイス300では、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域または第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が遮断帯域となる。第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため(第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため)、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第2のポートに通過させることができる。また、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため(第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため)、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第2のポートに通過させることができる。高周波信号が通過する第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍または第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の高周波数側または低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス300は、遮断帯域の高周波数側または低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
In the magnetoresistive device 300, a band near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c or a band near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d is a cutoff band. Since the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c are different from each other (the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is Since the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element 101c is higher or lower than the spin torque resonance frequency), the high frequency signal passes through the second port on the high frequency side or the low frequency side of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c. Can be done. Further, since the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d are different from each other (the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is 2 is higher or lower than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive element 101d), and the high frequency signal is transmitted to the second port on the high frequency side or the low frequency side of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. Can be passed through. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a through which the high-frequency signal passes, the ratio of the attenuation of the high-frequency signal to the attenuation of the high-frequency signal in the cutoff band can be further reduced. The shoulder characteristics on the high frequency side or the low frequency side of the stop band formed near the spin torque resonance frequency of the effect element 101c or near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive effect element 101d can be made steep. become. That is, the magnetoresistive device 300 can function as a band-stop filter having a steep shoulder characteristic on the high frequency side or the low frequency side of the stop band.
さらに、磁気抵抗効果デバイス300は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dを有し、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数は、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの各々のスピントルク共鳴周波数より高い、または2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの各々のスピントルク共鳴周波数より低いので、広い遮断帯域を持ち、遮断帯域の高周波数側または低周波数側における肩特性が急峻である帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
Further, the magnetoresistance effect device 300 has two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d having different spin torque resonance frequencies from each other, and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is two It has a wide cut-off band because it is higher than the spin torque resonance frequency of each of the two magnetoresistive elements 101c and 101d or lower than the spin torque resonance frequency of each of the two second magnetoresistive elements 101c and 101d. It becomes possible to function as a band rejection filter having a steep shoulder characteristic on the high frequency side or the low frequency side of the band.
また、以上の説明では、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが互いに直列に接続されている例で説明したが、第2の磁気抵抗効果素子は3個以上であってもよい。また、複数の第2の磁気抵抗効果素子同士が互いに並列に接続されていても良い。これらの場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、各々の第2の磁気抵抗効果素子が第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス300と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
Further, in the above description, an example has been described in which the two second magnetoresistance elements 101c and 101d are connected to each other in series. However, three or more second magnetoresistance elements may be provided. Further, a plurality of second magnetoresistive elements may be connected in parallel with each other. Even in the magnetoresistive device in these cases, each of the second magnetoresistive elements is connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b, so that the device is similar to the magnetoresistive device 300. Can have a frequency characteristic as a high-frequency filter.
また、以上の説明では、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている例で説明したが、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続されるようにしてもよい。より具体的には、第2の磁気抵抗効果素子101cの磁化自由層104側が第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、第2の磁気抵抗効果素子101dの磁化固定層102側が、基準電位端子114に接続されて基準電位端子114を介してグラウンド108に接続されるようにしてもよい。
In the above description, the two second magnetoresistance elements 101c and 101d are connected in parallel with the second port 109b between the first magnetoresistance element 101a and the second port 109b. Although the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 and the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a, the two second Are connected to the signal line 107 between the first magneto-resistance effect element 101a and the first port 109a in parallel with the second port 109b, and the DC current input terminal 110 may be connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the second port 109b. More specifically, the magnetization free layer 104 side of the second magnetoresistance effect element 101c is connected to a signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first port 109a, and the second magnetoresistance element The magnetization fixed layer 102 side of the effect element 101d may be connected to the reference potential terminal 114 and connected to the ground 108 via the reference potential terminal 114.
また、第2の実施形態と同様にして、第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス300に対して、インダクタ113が、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107の一方)に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107の他方)に接続され、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aを挟んでインダクタ113の信号線路107への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路107に接続されるようにしてもよい。
In the same manner as in the second embodiment, the inductor 113 is connected to the first magnetoresistance effect element 101a in parallel with the second port 109b in the magnetoresistance effect device 300 of the third embodiment. Signal line 107 between the first port 109a and the first port 109a (the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a, or the first magnetoresistive element 101a and the second port DC signal input terminal 110 is connected to signal line 107 (first magnetoresistive effect) between first magnetoresistive element 101a and second port 109b. Connected to the signal line 107 between the element 101a and the first port 109a or the other of the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the second port 109b). Where the two second magnetoresistive elements 101c and 101d are connected in parallel to the second port 109b and the connection point of the inductor 113 to the signal line 107 across the first magnetoresistive element 101a. The connection may be made to the signal line 107 on the opposite side.
第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス300において、さらに、遮断帯域を広く、肩特性を急峻にするためには、肩特性を急峻にする第1の磁気抵抗効果素子101aのQ値を、遮断帯域を形成する第2の磁気抵抗効果素子101cと第2の磁気抵抗効果素子101dの少なくとも一方のQ値よりも大きくすることが好ましい。スピントルク共鳴時の磁気抵抗効果素子のQ値は、磁気抵抗効果素子に印加される直流電流の電流密度に比例するため、例えば、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2の磁気抵抗効果素子101cと第2の磁気抵抗効果素子101dが互いに直列接続されている場合には、第1の磁気抵抗効果素子101aの平面視形状の面積を、第2の磁気抵抗効果素子101c(第2の磁気抵抗効果素子101d)の平面視形状の面積よりも小さくすることにより、第1の磁気抵抗効果素子101aのQ値を、第2の磁気抵抗効果素子101c(第2の磁気抵抗効果素子101d)のQ値よりも大きくすることができる。
In the magnetoresistive device 300 of the third embodiment, in order to further widen the cutoff band and sharpen the shoulder characteristics, the Q value of the first magnetoresistance effect element 101a that sharpens the shoulder characteristics is cut off. It is preferable to make the Q value larger than at least one of the second magnetoresistance effect element 101c and the second magnetoresistance effect element 101d forming the band. Since the Q value of the magnetoresistive element at the time of spin torque resonance is proportional to the current density of the DC current applied to the magnetoresistive element, for example, the first magnetoresistive element 101a and the second magnetoresistive element When the first magneto-resistance effect element 101c and the second magneto-resistance effect element 101d are connected in series, the area of the first magneto-resistance effect element 101a in plan view is changed to the second magneto-resistance effect element 101c (the second magnetic resistance effect element 101c). By making the area of the resistive effect element 101d) smaller than the area of the planar view shape, the Q value of the first magnetoresistive effect element 101a is changed to the second magnetoresistive effect element 101c (second magnetoresistive effect element 101d). It can be larger than the Q value.
(第4の実施形態)
図8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400の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス400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400は、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス100に対し、さらに第3の磁気抵抗効果素子101eを有している。第3の磁気抵抗効果素子101eは、磁化固定層102(第3の磁化固定層)、磁化自由層104(第3の磁化自由層)およびこれらの間に配置されたスペーサ層103(第3のスペーサ層)を有している。第3の磁気抵抗効果素子101eは、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されている。第3の磁気抵抗効果素子101eは、第2の磁気抵抗効果素子101cと同様に、第2のポート109bに対して並列に、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続されている。より具体的には、第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eは互いに直列接続されており、第3の磁気抵抗効果素子101eの一端(磁化自由層104側)が、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107(第2の磁気抵抗効果素子101c)に接続され、第3の磁気抵抗効果素子101eの他端(磁化固定層102側)が、基準電位端子114に接続されて基準電位端子114を介してグラウンド108に接続可能になっている。(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a schematic sectional view of a magnetoresistive device 400 according to the fourth embodiment of the present invention. In the magnetoresistive device 400, points that are different from the magnetoresistive device 100 of the first embodiment will be mainly described, and common items will not be described. Elements common to the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the common elements will be omitted. The magnetoresistive device 400 further includes a third magnetoresistive element 101e with respect to the magnetoresistive device 100 of the first embodiment. The third magnetoresistive element 101e includes a magnetization fixed layer 102 (third magnetization fixed layer), a magnetization free layer 104 (third magnetization free layer), and a spacer layer 103 (third magnetization free layer) disposed therebetween. Spacer layer). The third magnetoresistive element 101e is connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b. Similarly to the second magnetoresistance effect element 101c, the third magnetoresistance effect element 101e is connected in parallel with the second port 109b to the two first magnetoresistance effect elements 101a and 101b and the second port 109b. The signal line 107 is connected to the signal line 107b. More specifically, the second magnetoresistance effect element 101c and the third magnetoresistance effect element 101e are connected in series with each other, and one end (on the magnetization free layer 104 side) of the third magnetoresistance effect element 101e is The other end of the third magnetoresistance effect element 101e (the magnetization fixed layer) is connected to the signal line 107 (second magnetoresistance effect element 101c) between the first magnetoresistance effect element 101b and the second port 109b. 102 side) is connected to the reference potential terminal 114 and can be connected to the ground 108 via the reference potential terminal 114.
第3の磁気抵抗効果素子101eは、その一端側(この例では磁化自由層104側)が直流電流入力端子110側になり、その他端側(この例では磁化固定層102側)が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子114に接続されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス400では、第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101c及び第3の磁気抵抗効果素子101eは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eとで同じになるように形成(配置)されている。この例では、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eにおいて、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとが、同じ向きの関係になっている。
The third magnetoresistance effect element 101e has one end side (in this example, the magnetization free layer 104 side) on the DC current input terminal 110 side and the other end side (in this example, the magnetization fixed layer 102 side) on the reference potential terminal. It is connected to the DC current input terminal 110 and the reference potential terminal 114 so as to be on the 114 side. That is, in the magnetoresistance effect device 400, the first magnetoresistance effect elements 101a and 101b, the second magnetoresistance effect element 101c, and the third magnetoresistance effect element 101e are oriented from one end to the other. And the relationship between the directions from the respective magnetization free layers 104 to the magnetization pinned layers 102, the two first magnetoresistance elements 101a and 101b, the second magnetoresistance element 101c, and the third magnetoresistance element. It is formed (arranged) so as to be the same as 101e. In this example, in each of the first magnetoresistance effect elements 101a and 101b, the second magnetoresistance effect element 101c, and the third magnetoresistance effect element 101e, the direction from one end to the other end and the magnetization The direction from the free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 has the same direction.
第3の磁気抵抗効果素子101eは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第3の磁気抵抗効果素子101eの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成(配置)されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス400では、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101b、第2の磁気抵抗効果素子101c及び第3の磁気抵抗効果素子101eのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層102、スペーサ層103および磁化自由層104の配置順との関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101b、第2の磁気抵抗効果素子101c及び第3の磁気抵抗効果素子101eで同じになっている。さらに、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの各々のスピントルク共鳴周波数よりも高く、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの各々のスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
The third magnetoresistance effect element 101e is formed such that a DC current input from the DC current input terminal 110 flows in the direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the third magnetoresistance effect element 101e. (Placed). That is, in the magnetoresistive device 400, it flows through each of the first magnetoresistive device 101a, the first magnetoresistive device 101b, the second magnetoresistive device 101c, and the third magnetoresistive device 101e. The relationship between the direction of the DC current and the arrangement order of the magnetization fixed layer 102, the spacer layer 103, and the magnetization free layer 104 depends on the first magnetoresistance effect element 101a, the first magnetoresistance effect element 101b, and the second magnetoresistance effect element 101b. The same applies to the magneto-resistance effect element 101c and the third magneto-resistance effect element 101e. Further, the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is higher than the spin torque resonance frequency of each of the two first magnetoresistance effect elements 101a and 101b, and the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e is increased. The torque resonance frequency is lower than the spin torque resonance frequency of each of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b.
第1のポート109aから入力される高周波信号は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを通過した後、その一部の高周波信号は第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eに流され、残りの高周波信号は第2のポート109bに出力される。
After the high-frequency signal input from the first port 109a passes through the two first magnetoresistive elements 101a and 101b, a part of the high-frequency signal is transmitted to the second magnetoresistive element 101c and the third magnetic element. The remaining high-frequency signal is sent to the resistance effect element 101e and output to the second port 109b.
第3の磁気抵抗効果素子101eは、一端(磁化自由層104側)が上部電極105を介して信号線路107(第2の磁気抵抗効果素子101c)に電気的に接続され、他端(磁化固定層102側)が下部電極106と基準電位端子114を介してグラウンド108に電気的に接続されている。
The third magnetoresistance effect element 101e has one end (on the magnetization free layer 104 side) electrically connected to the signal line 107 (second magnetoresistance effect element 101c) via the upper electrode 105, and the other end (magnetization fixed). The layer 102 is electrically connected to the ground 108 via the lower electrode 106 and the reference potential terminal 114.
直流電流入力端子110は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを挟んで第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eの信号線路107への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路107に接続されている。より具体的には、直流電流入力端子110は、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている。直流電流入力端子110に直流電流源112が接続されることで、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eに直流電流を印加することが可能になる。
The DC current input terminal 110 is opposite to the connection point of the second magnetoresistance effect element 101c and the third magnetoresistance effect element 101e to the signal line 107 across the two first magnetoresistance effect elements 101a and 101b. It is connected to the signal line 107 on the side. More specifically, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first port 109a. When the DC current source 112 is connected to the DC current input terminal 110, the DC current is supplied to the two first magnetoresistance elements 101a and 101b, the second magnetoresistance element 101c, and the third magnetoresistance element 101e. Can be applied.
直流電流源112は、グラウンド108及び直流電流入力端子110に接続され、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、信号線路107、第2の磁気抵抗効果素子101c、第3の磁気抵抗効果素子101e、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路が形成されている。直流電流源112は、直流電流入力端子110から、上記の閉回路に直流電流を印加する。
The DC current source 112 is connected to the ground 108 and the DC current input terminal 110, and is connected to the two first magnetoresistance elements 101a and 101b, the signal line 107, the second magnetoresistance element 101c, and the third magnetoresistance effect. A closed circuit including the element 101e, the ground 108, and the DC current input terminal 110 is formed. The DC current source 112 applies a DC current from the DC current input terminal 110 to the closed circuit.
磁場印加機構111は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eの近傍に配設され、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eに磁場を印加して、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を設定可能となっている。
The magnetic field applying mechanism 111 is disposed near the two first magnetoresistive elements 101a and 101b, the second magnetoresistive element 101c, and the third magnetoresistive element 101e, and includes two first magnetoresistive elements 101a and 101b. By applying a magnetic field to the effect elements 101a and 101b, the second magnetoresistance effect element 101c, and the third magnetoresistance effect element 101e, the spin torque resonance frequency of each magnetoresistance effect element can be set.
磁気抵抗効果デバイス400のその他の構成は、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス100と同じである。
Other configurations of the magnetoresistive device 400 are the same as those of the magnetoresistive device 100 of the first embodiment.
磁気抵抗効果デバイス400において、第3の磁気抵抗効果素子101eは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第3の磁気抵抗効果素子101eの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成されているので、第2の磁気抵抗効果素子101cと同様に、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが減少する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
In the magneto-resistance effect device 400, the third magneto-resistance effect element 101e is configured such that the DC current input from the DC current input terminal 110 flows through the third magneto-resistance effect element 101e from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102. In the same manner as the second magnetoresistance effect element 101c, it can be treated as a resistance element in which the impedance of the high-frequency signal decreases at the spin torque resonance frequency due to the spin torque resonance phenomenon.
スピントルク共鳴現象により、第1のポート109aから入力された高周波信号(2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを通過した高周波信号)の高周波成分の中で第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第2のポート109bに並列に接続された、低インピーダンス状態の第3の磁気抵抗効果素子101eによりグラウンド108に流れやすくなり、第2のポート109bに出力されにくくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第3の磁気抵抗効果素子101eによりグラウンド108から遮断され、第2のポート109bに出力されやすくなる。
Due to the spin torque resonance phenomenon, the third magneto-resistance effect element 101e is included in the high-frequency components of the high-frequency signal input from the first port 109a (the high-frequency signal passing through the two first magneto-resistance elements 101a and 101b). The frequency component that matches or is close to the spin torque resonance frequency flows to the ground 108 by the low impedance third magnetoresistive element 101e connected in parallel to the second port 109b. This makes it difficult to output to the second port 109b. On the other hand, a frequency component that is not near the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistive effect element 101e among the high frequency components of the high frequency signal is cut off from the ground 108 by the third magnetoresistive effect element 101e in a high impedance state. 2 is easily output to the port 109b.
図9に、磁気抵抗効果デバイス400に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図9の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図9のプロット線420は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eに印加された磁場が一定で、且つ、印加された直流電流が一定の時のグラフである。faは第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数であり、fbは第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数であり、fcは第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数であり、feは第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数である。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the frequency of a high-frequency signal input to the magnetoresistive device 400 and the amount of attenuation. The vertical axis in FIG. 9 represents the attenuation, and the horizontal axis represents the frequency. The plot line 420 in FIG. 9 indicates that the magnetic field applied to the two first magnetoresistance effect elements 101a and 101b, the second magnetoresistance effect element 101c, and the third magnetoresistance effect element 101e is constant and the applied magnetic field is constant. 7 is a graph when the applied DC current is constant. fa is the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, fb is the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b, and fc is the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c. And fe is the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e.
図9のプロット線420に示されるように、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が通過帯域となる。また、第2の磁気抵抗効果素子101cにより、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の高周波数側(上記の通過帯域の高周波数側)において、高周波信号を第2のポート109bに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の高周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。また、第3の磁気抵抗効果素子101eにより、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の低周波数側(上記の通過帯域の低周波数側)において、高周波信号を第2のポート109bに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス400は、図9のプロット線420に示されるような、通過帯域の低周波数側および高周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能する。この場合、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍および第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、高周波信号の減衰量の周波数に対する変化が急峻であるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数を、使用する通過帯域の上限周波数に一致させ、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数を、使用する通過帯域の下限周波数に一致させることが好ましい。
As shown by the plot line 420 in FIG. 9, the band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b are the passbands. Becomes Further, the second magnetoresistance effect element 101c allows the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b to be on the higher frequency side (higher than the above passband). (Frequency side), the high-frequency signal can be cut off to the second port 109b. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive element 101c where the high-frequency signal is cut off, the ratio of the attenuation of the high-frequency signal to the attenuation of the high-frequency signal in the pass band can be further increased. The shoulder characteristics on the high frequency side of the pass band formed near the spin torque resonance frequency of the resistance element 101a and near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance element 101b can be made steep. Further, the third magnetoresistance effect element 101e allows the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b to be on the lower frequency side (lower than the above passband). (Frequency side), the high-frequency signal can be cut off to the second port 109b. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistive element 101e from which the high-frequency signal is cut off, the ratio of the attenuation of the high-frequency signal to the attenuation of the high-frequency signal in the pass band can be further increased. The shoulder characteristics on the low frequency side of the passband formed near the spin torque resonance frequency of the resistance effect element 101a and near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b can be made steep. That is, the magnetoresistive device 400 functions as a bandpass filter having a steep shoulder characteristic on both the low frequency side and the high frequency side of the passband, as shown by the plot line 420 in FIG. In this case, in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the vicinity of the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e, the change of the amount of attenuation of the high-frequency signal with respect to the frequency is sharp. Therefore, the spin torque resonance frequency of the second magneto-resistance effect element 101c is made to match the upper limit frequency of the pass band to be used, and the spin torque resonance frequency of the third magneto-resistance effect element 101e is set to the lower limit frequency of the pass band to be used. Preferably.
また、磁気抵抗効果デバイス400では、第1の磁気抵抗効果素子は1個(第1の磁気抵抗効果素子101a、101bのいずれか一方)としてもよい。
Further, in the magneto-resistance effect device 400, the number of the first magneto-resistance effect element may be one (one of the first magneto-resistance effect elements 101a and 101b).
このように、磁気抵抗効果デバイス400は、第3の磁気抵抗効果素子101eを磁気抵抗効果デバイス100に対してさらに有し、第3の磁気抵抗効果素子101eは、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続され、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eは、それぞれ磁化固定層102、磁化自由層104およびこれらの間に配置されたスペーサ層103を有し、第3の磁気抵抗効果素子101eは、その一端側が直流電流入力端子110(直流印加端子)側になり、その他端側が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110(直流印加端子)および基準電位端子114に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101c及び第3の磁気抵抗効果素子101eは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eとで同じになるように形成されている。また、第3の磁気抵抗効果素子101eは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第3の磁気抵抗効果素子101eの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成され、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数は、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっており、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数は、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
As described above, the magnetoresistive device 400 further includes the third magnetoresistive device 101 e with respect to the magnetoresistive device 100, and the third magnetoresistive device 101 e is configured with respect to the second port 109 b. The two first magnetoresistive elements 101a and 101b, the second magnetoresistive element 101c, and the third magnetoresistive element 101e, which are connected in parallel to the signal line 107, include a magnetization fixed layer 102 and a magnetization free layer. The third magnetoresistive element 101e has a DC current input terminal 110 (DC application terminal) at one end and a reference potential terminal 114 at the other end. Side, is connected to the DC current input terminal 110 (DC application terminal) and the reference potential terminal 114 so that the first magnetoresistive element 10 a, 101b, the second magnetoresistive element 101c, and the third magnetoresistive element 101e each have a direction from one end to the other end and a direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102. Are formed to be the same in the first magnetoresistive elements 101a and 101b, the second magnetoresistive element 101c, and the third magnetoresistive element 101e. The third magnetoresistance effect element 101e is configured such that a direct current input from a direct current input terminal 110 (direct current application terminal) flows from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the third magnetoresistance effect element 101e. The spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is higher than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, and the third magnetoresistance effect element 101e has The spin torque resonance frequency is lower than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is lower than that of the first magnetoresistance effect element 101b. The spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e is higher than the spin torque resonance frequency, It is lower than the spin torque resonance frequency of 101b.
したがって、第3の磁気抵抗効果素子101eに第1のポート109aから信号線路107を介して高周波信号が入力されることにより、第3の磁気抵抗効果素子101eにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、第3の磁気抵抗効果素子101eの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に直流電流が流れることにより、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第3の磁気抵抗効果素子101eの素子インピーダンスが減少する。
Therefore, when a high-frequency signal is input to the third magnetoresistance effect element 101e from the first port 109a via the signal line 107, spin torque resonance can be induced in the third magnetoresistance effect element 101e. . At the same time as the spin torque resonance, a DC current flows from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the third magnetoresistance effect element 101e, so that the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e is increased. The element impedance of the third magnetoresistive element 101e with respect to the same frequency as that of the first element decreases.
第3の磁気抵抗効果素子101eが、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されることにより、高周波信号を、第3の磁気抵抗効果素子101eが低インピーダンス状態である共鳴周波数では第2のポート109bに対し遮断し、第3の磁気抵抗効果素子101eが高インピーダンス状態である非共鳴周波数では第2のポート109b側に通過させることが出来る。
By connecting the third magnetoresistive element 101e to the signal line 107 in parallel with the second port 109b, the third magnetoresistive element 101e transmits a high-frequency signal to the resonance frequency at which the third magnetoresistive element 101e is in a low impedance state. In this case, the second port 109b can be cut off and the third magnetoresistance effect element 101e can be passed to the second port 109b at a non-resonant frequency in a high impedance state.
第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数が第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数よりも低いため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の高周波数側および低周波数側において、高周波信号を第2のポートに対し遮断することができる。また、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数が第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数よりも低いため、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の高周波数側および低周波数側において、高周波信号を第2のポートに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍および第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍または第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の高周波数側および低周波数側の両方の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス400は、通過帯域の高周波数側および低周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
The spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is higher than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, and the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e is higher than the first magnetic field. Since the spin torque resonance frequency of the resistance effect element 101a is lower than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, it is possible to cut off the high frequency signal from the second port on the high frequency side and the low frequency side of the spin torque resonance frequency. it can. Further, the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is higher than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b, and the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e is the first. Is lower than the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element 101b, the high frequency signal is cut off to the second port on the high frequency side and the low frequency side of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b. be able to. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c where the high frequency signal is cut off and in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e, the attenuation with respect to the attenuation of the high frequency signal in the pass band. Since the ratio of the amounts can be further increased, the pass band formed near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a or near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b is reduced. It becomes possible to sharpen the shoulder characteristics on both the high frequency side and the low frequency side. That is, the magnetoresistive effect device 400 can function as a bandpass filter having steep shoulder characteristics on both the high frequency side and the low frequency side of the passband.
さらに、磁気抵抗効果デバイス400は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを有するので、広い通過帯域を持ち、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの各々のスピントルク共鳴周波数よりも高く、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数が、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの各々のスピントルク共鳴周波数よりも低いため、通過帯域の高周波数側及び低周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
Further, since the magnetoresistive device 400 has two first magnetoresistive devices 101a and 101b having different spin torque resonance frequencies, the device 400 has a wide pass band and the spin torque resonance of the second magnetoresistive device 101c. The frequency is higher than the spin torque resonance frequency of each of the two first magnetoresistance elements 101a and 101b, and the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance element 101e is two first magnetoresistance elements. Since it is lower than the spin torque resonance frequency of each of 101a and 101b, it becomes possible to function as a band-pass filter having a steep shoulder characteristic on both the high frequency side and the low frequency side of the pass band.
また、以上の説明では、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bが互いに直列に接続されている例で説明したが、第1の磁気抵抗効果素子は3個以上であってもよい。また、複数の第1の磁気抵抗効果素子同士が互いに並列に接続されていても良い。これらの場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、第1のポート109a、各々の第1の磁気抵抗効果素子および第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス400と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
Further, in the above description, an example has been described in which the two first magnetoresistive elements 101a and 101b are connected in series with each other. However, three or more first magnetoresistive elements may be provided. Further, a plurality of first magnetoresistive elements may be connected in parallel with each other. Even in the magnetoresistive device in these cases, the first port 109a, the respective first magnetoresistive elements, and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107. It can have the same frequency characteristics as a high-frequency filter similar to the magnetoresistive device 400.
また、以上の説明では、第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eが互いに直列に接続されている例で説明したが、第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eが互いに並列に接続されていても良い。この場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eが、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス400と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
Further, in the above description, the example in which the second magnetoresistance effect element 101c and the third magnetoresistance effect element 101e are connected in series has been described. However, the second magnetoresistance effect element 101c and the third The magnetoresistance effect elements 101e may be connected in parallel with each other. Even in this case, the second magnetoresistance effect element 101c and the third magnetoresistance effect element 101e are connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b. The same as the magnetoresistive device 400, it can have a frequency characteristic as a high frequency filter.
また、以上の説明では、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている例で説明したが、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続されるようにしてもよい。より具体的には、第2の磁気抵抗効果素子101cの磁化自由層104側が第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、第3の磁気抵抗効果素子101eの磁化固定層102側が、基準電位端子114に接続されて基準電位端子114を介してグラウンド108に接続されるようにしてもよい。
Further, in the above description, the second magnetoresistance effect element 101c and the third magnetoresistance effect element 101e are connected in parallel to the second port 109b, and the first magnetoresistance effect element 101b and the second In the example described above, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a. , The second magneto-resistance effect element 101c and the third magneto-resistance effect element 101e are connected in parallel with the second port 109b to generate a signal between the first magneto-resistance effect element 101a and the first port 109a. The DC current input terminal 110 connected to the line 107 may be connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101b and the second port 109b.More specifically, the magnetization free layer 104 side of the second magnetoresistance effect element 101c is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first port 109a, and the third magnetoresistance element The magnetization fixed layer 102 side of the effect element 101e may be connected to the reference potential terminal 114 and connected to the ground 108 via the reference potential terminal 114.
また、以上の説明では、磁気抵抗効果デバイス400として、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス100に対して第3の磁気抵抗効果素子101eが追加された例で説明しているが、第2の実施形態の磁気抵抗効果デバイス200に対して第3の磁気抵抗効果素子101eが同様に追加された形態でもよい。
Further, in the above description, as the magnetoresistive device 400, an example is described in which the third magnetoresistive effect element 101e is added to the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment. The third magneto-resistance effect element 101e may be similarly added to the magneto-resistance effect device 200 of the embodiment.
第4の実施形態の磁気抵抗効果デバイス400において、さらに、通過帯域を広く、肩特性を急峻にするためには、肩特性を急峻にする第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eのそれぞれのQ値を、通過帯域を形成する第1の磁気抵抗効果素子101aと第1の磁気抵抗効果素子101bの少なくとも一方のQ値よりも大きくすることが好ましい。スピントルク共鳴時の磁気抵抗効果素子のQ値は、磁気抵抗効果素子に印加される直流電流の電流密度に比例するため、例えば、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1の磁気抵抗効果素子101bと第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eが互いに直列接続されている場合には、第2の磁気抵抗効果素子101cの平面視形状の面積と第3の磁気抵抗効果素子101eの平面視形状の面積を、第1の磁気抵抗効果素子101a(第1の磁気抵抗効果素子101b)の平面視形状の面積よりも小さくすることにより、第2の磁気抵抗効果素子101cのQ値と第3の磁気抵抗効果素子101eのQ値を、第1の磁気抵抗効果素子101a(第1の磁気抵抗効果素子101b)のQ値よりも大きくすることができる。
In the magnetoresistive device 400 of the fourth embodiment, in order to further increase the passband and sharpen the shoulder characteristics, the second magnetoresistive effect element 101c for making the shoulder characteristics sharp and the third magnetoresistance It is preferable that each Q value of the effect element 101e is larger than at least one of the first magnetoresistance effect element 101a and the first magnetoresistance effect element 101b that form the pass band. Since the Q value of the magnetoresistive element at the time of spin torque resonance is proportional to the current density of the direct current applied to the magnetoresistive element, for example, the first magnetoresistive element 101a and the first magnetoresistive element When the first magnetoresistance effect element 101b, the second magnetoresistance effect element 101c, and the third magnetoresistance effect element 101e are connected in series with each other, the area of the second magnetoresistance effect element 101c in a plan view shape and the third magnetoresistance By making the area of the effect element 101e in plan view smaller than the area of the first magnetoresistive element 101a (first magnetoresistive element 101b) in plan view, the second magnetoresistive element 101c is formed. And the Q value of the third magnetoresistance effect element 101e can be made larger than the Q value of the first magnetoresistance effect element 101a (the first magnetoresistance effect element 101b).
(第5の実施形態)
図10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500の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス500において、第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス300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および第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス300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500は、第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス300に対し、さらに第4の磁気抵抗効果素子101fを有している。第4の磁気抵抗効果素子101fは、磁化固定層102(第4の磁化固定層)、磁化自由層104(第4の磁化自由層)およびこれらの間に配置されたスペーサ層103(第4のスペーサ層)を有している。第1のポート109a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続されている。より具体的には、第1の磁気抵抗効果素子101aと第4の磁気抵抗効果素子101fは互いに直列接続されている。(Fifth embodiment)
FIG. 10 is a schematic sectional view of a magnetoresistive device 500 according to the fifth embodiment of the present invention. In the magnetoresistive device 500, points that are different from the magnetoresistive device 300 of the third embodiment will be mainly described, and common items will not be further described. Elements common to the magnetoresistive device 100 of the first embodiment and the magnetoresistive device 300 of the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the common elements is omitted. The magnetoresistive device 500 further includes a fourth magnetoresistive element 101f in addition to the magnetoresistive device 300 of the third embodiment. The fourth magnetoresistance effect element 101f includes a magnetization fixed layer 102 (fourth magnetization fixed layer), a magnetization free layer 104 (fourth magnetization free layer), and a spacer layer 103 (fourth magnetization free layer) disposed therebetween. Spacer layer). The first port 109a, the fourth magnetoresistive element 101f, and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107. More specifically, the first magnetoresistance effect element 101a and the fourth magnetoresistance effect element 101f are connected to each other in series.
第4の磁気抵抗効果素子101fは、その一端側(この例では磁化自由層104側)が直流電流入力端子110側になり、その他端側(この例では磁化固定層102側)が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子114に接続されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス500では、第1の磁気抵抗効果素子101a、第2の磁気抵抗効果素子101c、101d及び第4の磁気抵抗効果素子101fは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、第1の磁気抵抗効果素子101aと2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dと第4の磁気抵抗効果素子101fとで同じになるように形成(配置)されている。この例では、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2の磁気抵抗効果素子101c、101dと第4の磁気抵抗効果素子101fにおいて、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとが、同じ向きの関係になっている。
The fourth magnetoresistance effect element 101f has one end side (in this example, the magnetization free layer 104 side) on the DC current input terminal 110 side, and the other end side (in this example, the magnetization fixed layer 102 side) on the reference potential terminal. It is connected to the DC current input terminal 110 and the reference potential terminal 114 so as to be on the 114 side. That is, in the magnetoresistive device 500, the first magnetoresistive device 101a, the second magnetoresistive devices 101c and 101d, and the fourth magnetoresistive device 101f are oriented from one end to the other end. The relationship between the direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 is that the first magnetoresistive element 101a, the two second magnetoresistive elements 101c and 101d, and the fourth magnetoresistive element It is formed (arranged) so as to be the same as 101f. In this example, in the first magnetoresistive element 101a, the second magnetoresistive elements 101c and 101d, and the fourth magnetoresistive element 101f, the direction from one end to the other end and the magnetization The direction from the free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 has the same direction.
第4の磁気抵抗効果素子101fは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第4の磁気抵抗効果素子101fの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成(配置)されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス500では、第1の磁気抵抗効果素子101a、第2の磁気抵抗効果素子101c、第2の磁気抵抗効果素子101d及び第4の磁気抵抗効果素子101fのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層102、スペーサ層103および磁化自由層104の配置順との関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a、第2の磁気抵抗効果素子101c、第2の磁気抵抗効果素子101d及び第4の磁気抵抗効果素子101fで同じになっている。さらに、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
The fourth magnetoresistance effect element 101f is formed such that a DC current input from the DC current input terminal 110 flows in the direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the fourth magnetoresistance effect element 101f. (Placed). That is, in the magnetoresistance effect device 500, the current flows through each of the first magnetoresistance effect element 101a, the second magnetoresistance effect element 101c, the second magnetoresistance effect element 101d, and the fourth magnetoresistance effect element 101f. The relationship between the direction of the DC current and the arrangement order of the respective magnetization fixed layers 102, spacer layers 103, and magnetization free layers 104 depends on the first magnetoresistance effect element 101a, the second magnetoresistance effect element 101c, and the second magnetoresistance effect element 101c. The same applies to the magnetoresistance effect element 101d and the fourth magnetoresistance effect element 101f. Further, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is higher than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d, The spin torque resonance frequency of the magnetoresistance effect element 101f is lower than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d.
第1のポート109aから入力される高周波信号は、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fを通過した後、その一部の高周波信号は2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに流され、残りの高周波信号は第2のポート109bに出力される。
After the high-frequency signal input from the first port 109a passes through the first magnetoresistance effect element 101a and the fourth magnetoresistance effect element 101f, part of the high-frequency signal is converted into two second magnetoresistance effects. The remaining high-frequency signals passed through the elements 101c and 101d are output to the second port 109b.
第4の磁気抵抗効果素子101fは、一端(磁化自由層104側)が上部電極105を介して信号線路107に電気的に接続され、他端(磁化固定層102側)が下部電極106を介して信号線路107に電気的に接続されている。
The fourth magnetoresistance effect element 101f has one end (on the magnetization free layer 104 side) electrically connected to the signal line 107 via the upper electrode 105, and the other end (on the magnetization fixed layer 102 side) via the lower electrode 106. And is electrically connected to the signal line 107.
直流電流入力端子110は、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fを挟んで2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの信号線路107への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路107に接続されている。より具体的には、直流電流入力端子110は、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている。直流電流入力端子110に直流電流源112が接続されることで、第1の磁気抵抗効果素子101a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに直流電流を印加することが可能になる。
The DC current input terminal 110 is opposite to the connection point of the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d to the signal line 107 with the first magnetoresistance effect element 101a and the fourth magnetoresistance effect element 101f interposed therebetween. It is connected to the signal line 107 on the side. More specifically, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first port 109a. When the DC current source 112 is connected to the DC current input terminal 110, the DC current is supplied to the first magnetoresistance effect element 101a, the fourth magnetoresistance effect element 101f, and the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d. Can be applied.
直流電流源112は、グラウンド108及び直流電流入力端子110に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a、第4の磁気抵抗効果素子101f、信号線路107、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101d、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路が形成されている。直流電流源112は、直流電流入力端子110から、上記の閉回路に直流電流を印加する。
The DC current source 112 is connected to the ground 108 and the DC current input terminal 110, and has a first magnetoresistance effect element 101a, a fourth magnetoresistance effect element 101f, a signal line 107, and two second magnetoresistance effect elements 101c. , 101d, the ground 108 and the DC current input terminal 110 are formed. The DC current source 112 applies a DC current from the DC current input terminal 110 to the closed circuit.
磁場印加機構111は、第1の磁気抵抗効果素子101a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの近傍に配設され、第1の磁気抵抗効果素子101a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに磁場を印加して、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を設定可能となっている。
The magnetic field applying mechanism 111 is disposed near the first magnetoresistive element 101a, the fourth magnetoresistive element 101f, and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d. By applying a magnetic field to 101a, the fourth magnetoresistive element 101f, and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d, the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element can be set.
磁気抵抗効果デバイス500のその他の構成は、第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス300と同じである。
Other configurations of the magnetoresistive device 500 are the same as those of the magnetoresistive device 300 of the third embodiment.
磁気抵抗効果デバイス500において、第4の磁気抵抗効果素子101fは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第4の磁気抵抗効果素子101fの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成されているので、第1の磁気抵抗効果素子101aと同様に、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが減少する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
In the magneto-resistance effect device 500, the fourth magneto-resistance effect element 101f is configured such that a DC current input from the DC current input terminal 110 is transmitted from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the fourth magneto-resistance effect element 101f. In the same manner as the first magnetoresistance effect element 101a, it can be handled as a resistance element in which the impedance of a high-frequency signal decreases at the spin torque resonance frequency due to the spin torque resonance phenomenon.
スピントルク共鳴現象により、第1のポート109aから入力された高周波信号の高周波成分の中で第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、低インピーダンス状態の第4の磁気抵抗効果素子101fを通過し、第2のポート109bに出力されやすくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第4の磁気抵抗効果素子101fにより、第2のポート109bに出力されにくくなる。
Due to the spin torque resonance phenomenon, a frequency component that matches the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistive element 101f or is close to the spin torque resonance frequency in the high frequency components of the high frequency signal input from the first port 109a. Pass through the fourth magnetoresistive element 101f in a low impedance state, and are easily output to the second port 109b. On the other hand, in the high frequency component of the high frequency signal, a frequency component that is not near the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistive element 101f is connected to the second port 109b by the fourth magnetoresistive element 101f in a high impedance state. It becomes difficult to output.
図11に、磁気抵抗効果デバイス500に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図11の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図11のプロット線520は、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101d、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fに印加された磁場が一定で、且つ、印加された直流電流が一定の時のグラフである。fcは第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数であり、fdは第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数であり、faは第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数であり、ffは第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数である。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the frequency of a high-frequency signal input to the magnetoresistive device 500 and the amount of attenuation. In FIG. 11, the vertical axis represents attenuation, and the horizontal axis represents frequency. A plot line 520 in FIG. 11 indicates that the magnetic field applied to the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d, the first magnetoresistance effect element 101a, and the fourth magnetoresistance effect element 101f is constant and the applied magnetic field is constant. 7 is a graph when the applied DC current is constant. fc is the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, fd is the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d, and fa is the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a. And ff is the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f.
図11のプロット線520に示されるように、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が遮断帯域となる。また、第1の磁気抵抗効果素子101aにより、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の高周波数側(上記の遮断帯域の高周波数側)において、高周波信号を第2のポート109b側に通過させることができる。高周波信号が通過する第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の高周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。また、第4の磁気抵抗効果素子101fにより、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の低周波数側(上記の遮断帯域の低周波数側)において、高周波信号を第2のポート109bに対し通過させることができる。高周波信号が通過する第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス500は、図11のプロット線520に示されるような、遮断帯域の低周波数側および高周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能する。この場合、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍および第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、高周波信号の減衰量の周波数に対する変化が急峻であるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数を、使用する遮断帯域の上限周波数に一致させ、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数を、使用する遮断帯域の下限周波数に一致させることが好ましい。
As shown by the plot line 520 in FIG. 11, the band near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the band near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d are cutoff bands. Becomes Further, the first magnetoresistance effect element 101a allows the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d to be on the higher frequency side (higher than the above cutoff band). (Frequency side), a high-frequency signal can be passed to the second port 109b side. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a through which the high-frequency signal passes, the ratio of the attenuation of the high-frequency signal to the attenuation of the high-frequency signal in the cutoff band can be further reduced. This makes it possible to sharpen the shoulder characteristics on the high frequency side of the cutoff band formed near the spin torque resonance frequency of the effect element 101c and near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. In addition, the fourth magnetoresistance effect element 101f allows the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d to be on the lower frequency side (lower than the above cutoff band). On the frequency side), a high-frequency signal can be passed to the second port 109b. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistive element 101f through which the high-frequency signal passes, the ratio of the attenuation of the high-frequency signal to the attenuation of the high-frequency signal in the cutoff band can be further reduced. The shoulder characteristics on the low frequency side of the cutoff band formed near the spin torque resonance frequency of the effect element 101c and near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d can be made steep. That is, the magnetoresistive device 500 functions as a band rejection filter having a steep shoulder characteristic on both the low frequency side and the high frequency side of the stop band, as shown by the plot line 520 in FIG. In this case, in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f, the change of the attenuation amount of the high frequency signal with respect to the frequency is sharp. Therefore, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is made to match the upper limit frequency of the cutoff band to be used, and the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f is set to the lower limit frequency of the cutoff band to be used. Preferably.
また、磁気抵抗効果デバイス500では、第2の磁気抵抗効果素子は1個(第2の磁気抵抗効果素子101c、101dのいずれか一方)としてもよい。
Further, in the magnetoresistance effect device 500, the number of the second magnetoresistance effect element may be one (one of the second magnetoresistance effect elements 101c and 101d).
このように、磁気抵抗効果デバイス500は、第4の磁気抵抗効果素子101fを磁気抵抗効果デバイス300に対してさらに有し、第1のポート109a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dおよび第4の磁気抵抗効果素子101fは、それぞれ磁化固定層102、磁化自由層104およびこれらの間に配置されたスペーサ層103を有し、第4の磁気抵抗効果素子101fは、その一端側が直流電流入力端子110(直流印加端子)側になり、その他端側が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110(直流印加端子)および基準電位端子114に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a、第2の磁気抵抗効果素子101c、101d及び第4の磁気抵抗効果素子101fは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、第1の磁気抵抗効果素子101aと2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dと第4の磁気抵抗効果素子101fとで同じになるように形成されている。また、第4の磁気抵抗効果素子101fは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第4の磁気抵抗効果素子101fの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に流れるように形成され、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっており、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
As described above, the magnetoresistance effect device 500 further includes the fourth magnetoresistance effect element 101f with respect to the magnetoresistance effect device 300, and the first port 109a, the fourth magnetoresistance effect element 101f, and the second The port 109b is connected in series via the signal line 107 in this order. The fourth magnetoresistive element 101f includes a layer 102, a magnetization free layer 104, and a spacer layer 103 disposed therebetween. One end of the fourth magnetoresistance effect element 101f is located on a DC current input terminal 110 (DC application terminal) side. The DC current input terminal 110 (DC application terminal) and the reference potential terminal 114 are connected so that the end side is on the reference potential terminal 114 side. , The first magnetoresistive element 101a, the second magnetoresistive elements 101c and 101d, and the fourth magnetoresistive element 101f, each of which has a direction from one end to the other end and a magnetization free layer 104. From the first to the magnetization fixed layer 102 so that the first magnetoresistance effect element 101a, the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d, and the fourth magnetoresistance effect element 101f have the same relationship. Is formed. The fourth magneto-resistance effect element 101f is configured such that a DC current input from a DC current input terminal 110 (DC application terminal) flows through the fourth magneto-resistance effect element 101f from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102. , The spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is higher than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, and the The spin torque resonance frequency is lower than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is lower than that of the second magnetoresistance effect element 101d. The spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f is higher than the spin torque resonance frequency, It is lower than the spin torque resonance frequency of the 101d.
したがって、第4の磁気抵抗効果素子101fに第1のポート109aから信号線路107を介して高周波信号が入力されることにより、第4の磁気抵抗効果素子101fにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、第4の磁気抵抗効果素子101fの中を磁化自由層104から磁化固定層102の方向に直流電流が流れることにより、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第4の磁気抵抗効果素子101fの素子インピーダンスが減少する。
Therefore, when a high-frequency signal is input to the fourth magnetoresistive element 101f from the first port 109a via the signal line 107, spin torque resonance can be induced in the fourth magnetoresistive element 101f. . At the same time as the spin torque resonance, a DC current flows from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 in the fourth magnetoresistance effect element 101f, so that the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f is increased. The element impedance of the fourth magnetoresistive element 101f with respect to the same frequency as that of the fourth magnetoresistance effect element 101f decreases.
第1のポート109a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび第2のポート109bがこの順に直列接続されることにより、高周波信号を、第4の磁気抵抗効果素子101fが低インピーダンス状態である共鳴周波数では第2のポート109b側に通過させ、第4の磁気抵抗効果素子101fが高インピーダンス状態である非共鳴周波数では第2のポート109bに対し遮断することが出来る。
Since the first port 109a, the fourth magnetoresistive element 101f, and the second port 109b are connected in series in this order, the high-frequency signal is transmitted to the resonance frequency when the fourth magnetoresistive element 101f is in the low impedance state. In this case, the signal can be passed to the second port 109b side and cut off from the second port 109b at the non-resonant frequency where the fourth magnetoresistance effect element 101f is in a high impedance state.
第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数が第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数よりも低いため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の高周波数側および低周波数側において、高周波信号を第2のポート109b側に通過させることができる。また、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数が第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも低いため、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の高周波数側および低周波数側において、高周波信号を第2のポート109b側に通過させることができる。高周波信号が通過する第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍および第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍または第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の高周波数側および低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス500は、遮断帯域の高周波数側および低周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
The spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is higher than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, and the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f is the second magnetoresistance effect. Since the spin torque resonance frequency of the effect element 101c is lower than that of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive element 101c, a high-frequency signal can be passed to the second port 109b on the high frequency side and the low frequency side of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c. it can. Further, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is higher than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d, and the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f is the second. Since the spin torque resonance frequency of the magnetoresistance effect element 101d is lower than that of the spin torque resonance frequency, the high frequency signal is passed to the second port 109b on the high frequency side and the low frequency side of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. be able to. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a through which the high frequency signal passes and in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f, the attenuation amount relative to the attenuation amount of the high frequency signal in the cutoff band. Of the second magnetoresistive effect element 101c or near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive effect element 101d. It becomes possible to sharpen the shoulder characteristics on the frequency side and the low frequency side. That is, the magnetoresistive effect device 500 can function as a band rejection filter having a steep shoulder characteristic on both the high frequency side and the low frequency side of the rejection band.
さらに、磁気抵抗効果デバイス500は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dを有するので、広い遮断帯域を持ち、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの各々のスピントルク共鳴周波数よりも高く、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数が、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの各々のスピントルク共鳴周波数よりも低いため、遮断帯域の高周波数側及び低周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
Furthermore, since the magnetoresistive device 500 has two second magnetoresistive devices 101c and 101d having different spin torque resonance frequencies from each other, it has a wide cut-off band, and has a spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive device 101a. The frequency is higher than the spin torque resonance frequency of each of the two second magnetoresistance elements 101c and 101d, and the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance element 101f is two second magnetoresistance elements. Since it is lower than the spin torque resonance frequency of each of 101c and 101d, it becomes possible to function as a band rejection filter having a steep shoulder characteristic on both the high frequency side and the low frequency side of the rejection band.
また、以上の説明では、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが互いに直列に接続されている例で説明したが、第2の磁気抵抗効果素子は3個以上であってもよい。また、複数の第2の磁気抵抗効果素子同士が互いに並列に接続されていても良い。これらの場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、各々の第2の磁気抵抗効果素子が第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス500と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
Further, in the above description, an example has been described in which the two second magnetoresistance elements 101c and 101d are connected to each other in series. However, three or more second magnetoresistance elements may be provided. Further, a plurality of second magnetoresistive elements may be connected in parallel with each other. Even in the magnetoresistive device in these cases, each of the second magnetoresistive elements is connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b, so that the device is similar to the magnetoresistive device 500. Can have a frequency characteristic as a high-frequency filter.
また、以上の説明では、第1の磁気抵抗効果素子101aと第4の磁気抵抗効果素子101fが互いに直列に接続されている例で説明したが、第1の磁気抵抗効果素子101aと第4の磁気抵抗効果素子101fが互いに並列に接続されていても良い。この場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、第1のポート109a、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続され、第1のポート109a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス500と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
Further, in the above description, an example is described in which the first magnetoresistance effect element 101a and the fourth magnetoresistance effect element 101f are connected to each other in series. However, the first magnetoresistance effect element 101a and the fourth The magnetoresistive elements 101f may be connected in parallel with each other. Even in the magnetoresistive device in this case, the first port 109a, the first magnetoresistive element 101a, and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107, and the first port 109a Since the fourth magnetoresistive element 101f and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107, the same frequency characteristics as a high-frequency filter as in the magnetoresistive effect device 500 can be obtained. it can.
また、以上の説明では、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に、第4の磁気抵抗効果素子101fと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている例で説明したが、第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第4の磁気抵抗効果素子101fと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続されるようにしてもよい。より具体的には、第2の磁気抵抗効果素子101cの磁化自由層104側が第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、第2の磁気抵抗効果素子101dの磁化固定層102側が、基準電位端子114に接続されて基準電位端子114を介してグラウンド108に接続されるようにしてもよい。
In the above description, the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d are connected in parallel with the second port 109b between the fourth magnetoresistance effect element 101f and the second port 109b. Although the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 and the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a, the second magnetic field The resistance effect elements 101c and 101d are connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first port 109a in parallel with the second port 109b, and the DC current input terminal 110 , May be connected to the signal line 107 between the fourth magnetoresistive element 101f and the second port 109b. More specifically, the magnetization free layer 104 side of the second magnetoresistance effect element 101c is connected to a signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first port 109a, and the second magnetoresistance element The magnetization fixed layer 102 side of the effect element 101d may be connected to the reference potential terminal 114 and connected to the ground 108 via the reference potential terminal 114.
また、第2の実施形態と同様にして、第5の実施形態の磁気抵抗効果デバイス500に対して、インダクタ113が、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fと第2のポート109bとの間の信号線路107の一方)に接続され、直流電流入力端子110が、第4の磁気抵抗効果素子101fと第2のポート109bとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fと第2のポート109bとの間の信号線路107の他方)に接続され、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fの少なくとも1つを挟んでインダクタ113の信号線路107への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路107に接続されるようにしてもよい。
In the same manner as in the second embodiment, the inductor 113 is connected to the first magnetoresistive element 101a in parallel with the second port 109b with respect to the magnetoresistive device 500 of the fifth embodiment. Line 107 between the first port 109a and the first port 109a (the signal line 107 between the first and fourth magnetoresistive elements 101a and 101f and the first port 109a, or the first magnetic field). One of the signal lines 107 between the resistance effect element 101a and the fourth magnetoresistance effect element 101f and the second port 109b), and the DC current input terminal 110 is connected to the fourth magnetoresistance effect element 101f. The signal line 107 between the first port 109a and the signal line 107 (the signal between the first and fourth magnetoresistive elements 101a and 101f and the first port 109a). Line 107 or the other of the signal line 107 between the first and fourth magnetoresistive elements 101a and 101f and the second port 109b) and two second magnetoresistive elements. 101c and 101d are connected to the signal line 107 of the inductor 113 in parallel with the second port 109b with at least one of the first and fourth magnetoresistive elements 101a and 101f interposed therebetween. May be connected to the signal line 107 on the opposite side.
第5の実施形態の磁気抵抗効果デバイス500において、さらに、遮断帯域を広く、肩特性を急峻にするためには、肩特性を急峻にする第1の磁気抵抗効果素子101aと第4の磁気抵抗効果素子101fのそれぞれのQ値を、遮断帯域を形成する第2の磁気抵抗効果素子101cと第2の磁気抵抗効果素子101dの少なくとも一方のQ値よりも大きくすることが好ましい。スピントルク共鳴時の磁気抵抗効果素子のQ値は、磁気抵抗効果素子に印加される直流電流の電流密度に比例するため、例えば、第1の磁気抵抗効果素子101aと第4の磁気抵抗効果素子101fと第2の磁気抵抗効果素子101cと第2の磁気抵抗効果素子101dが互いに直列接続されている場合には、第1の磁気抵抗効果素子101aの平面視形状の面積と第4の磁気抵抗効果素子101fの平面視形状の面積を、第2の磁気抵抗効果素子101c(第2の磁気抵抗効果素子101d)の平面視形状の面積よりも小さくすることにより、第1の磁気抵抗効果素子101aのQ値と第4の磁気抵抗効果素子101fのQ値を、第2の磁気抵抗効果素子101c(第2の磁気抵抗効果素子101d)のQ値よりも大きくすることができる。
In the magnetoresistive device 500 according to the fifth embodiment, in order to further increase the cutoff band and sharpen the shoulder characteristics, the first magnetoresistive element 101a and the fourth magnetoresistive element having the steep shoulder characteristics are provided. It is preferable that the Q value of each of the effect elements 101f be larger than the Q value of at least one of the second magnetoresistance effect element 101c and the second magnetoresistance effect element 101d that form the cutoff band. Since the Q value of the magnetoresistive element at the time of spin torque resonance is proportional to the current density of the DC current applied to the magnetoresistive element, for example, the first magnetoresistive element 101a and the fourth magnetoresistive element When the first magnetoresistance effect element 101f, the second magnetoresistance effect element 101c, and the second magnetoresistance effect element 101d are connected in series to each other, the area of the first magnetoresistance effect element 101a in plan view and the fourth magnetoresistance By making the area of the effect element 101f in plan view smaller than the area of the second magnetoresistance effect element 101c (second magnetoresistance effect element 101d) in plan view, the first magnetoresistance effect element 101a is formed. And the Q value of the fourth magnetoresistance effect element 101f can be made larger than the Q value of the second magnetoresistance effect element 101c (the second magnetoresistance effect element 101d).
(第6の実施形態)
図12は、本発明の第6の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス600の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス600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600は、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス100に対し、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの中を流れる直流電流の向きおよび第2の磁気抵抗効果素子101cの中を流れる直流電流の向きが異なる。磁気抵抗効果デバイス600では、第1の磁気抵抗効果素子101aは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101aの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成(配置)されている。第1の磁気抵抗効果素子101bは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101bの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成(配置)されている。第2の磁気抵抗効果素子101cは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101cの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成(配置)されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス600では、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層102、スペーサ層103および磁化自由層104の配置順との関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cで同じになっている。磁気抵抗効果デバイス600のその他の構成は、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス100と同じである。(Sixth embodiment)
FIG. 12 is a schematic sectional view of a magnetoresistive device 600 according to the sixth embodiment of the present invention. In the magnetoresistive effect device 600, points different from the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment will be mainly described, and description of common items will be omitted as appropriate. Elements common to the magnetoresistive effect device 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the common elements will be omitted. The magnetoresistive device 600 is different from the magnetoresistive device 100 of the first embodiment in the direction of the DC current flowing through the two first magnetoresistive devices 101a and 101b and the second magnetoresistive device 101c. The direction of the direct current flowing through the inside is different. In the magneto-resistance effect device 600, the first magneto-resistance effect element 101a is configured such that a DC current input from the DC current input terminal 110 flows through the first magneto-resistance effect element 101a from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104. (Flow direction). The first magnetoresistance effect element 101b is formed such that a direct current input from the direct current input terminal 110 flows through the first magnetoresistance effect element 101b from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104. (Placed). The second magnetoresistance effect element 101c is formed so that a direct current input from the direct current input terminal 110 flows in the first magnetoresistance effect element 101c from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104. (Placed). That is, in the magnetoresistance effect device 600, the direction of the DC current flowing in each of the first magnetoresistance effect element 101a, the first magnetoresistance effect element 101b, and the second magnetoresistance effect element 101c, and the respective magnetization directions The relationship between the arrangement of the fixed layer 102, the spacer layer 103, and the magnetization free layer 104 is the same for the first magnetoresistive element 101a, the first magnetoresistive element 101b, and the second magnetoresistive element 101c. ing. Other configurations of the magnetoresistive device 600 are the same as those of the magnetoresistive device 100 of the first embodiment.
各磁気抵抗効果素子の中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れる直流電流を各磁気抵抗効果素子に印加しながら、各磁気抵抗効果素子にスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、各磁気抵抗効果素子は、入力された高周波信号と位相が180°異なる状態で、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化し、この高周波信号に対するインピーダンスは増加する。つまり、磁気抵抗効果デバイス600において、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cは、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが増加する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
A high-frequency signal having the same frequency as the spin torque resonance frequency is applied to each magnetoresistive element while applying a direct current flowing in the direction from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in each magnetoresistive element. Is input, the resistance value of each magnetoresistive element changes periodically at the spin torque resonance frequency in a state where the phase differs from that of the input high-frequency signal by 180 °, and the impedance to the high-frequency signal increases. That is, in the magnetoresistive device 600, the two first magnetoresistive devices 101a and 101b and the second magnetoresistive device 101c increase the impedance of the high-frequency signal at the spin torque resonance frequency due to the spin torque resonance phenomenon. It can be handled as a resistance element.
スピントルク共鳴現象により、第1のポート109aから入力された高周波信号の高周波成分の中で第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、高インピーダンス状態の第1の磁気抵抗効果素子101aにより、第2のポート109bに出力されにくくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、低インピーダンス状態の第1の磁気抵抗効果素子101aを通過し、第2のポート109bに出力されやすくなる。同様に、第1のポート109aから入力された高周波信号の高周波成分の中で第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、高インピーダンス状態の第1の磁気抵抗効果素子101bにより、第2のポート109bに出力されにくくなり、高周波信号の高周波成分の中で第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、低インピーダンス状態の第1の磁気抵抗効果素子101bを通過し、第2のポート109bに出力されやすくなる。
Due to the spin torque resonance phenomenon, a frequency component that matches or is close to the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a in the high frequency component of the high frequency signal input from the first port 109a Is hardly output to the second port 109b by the first magnetoresistive element 101a in a high impedance state. On the other hand, a frequency component that is not near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a in the high frequency signal of the high frequency signal passes through the first magnetoresistance effect element 101a in the low impedance state, and the second port 109b. Similarly, in the high-frequency component of the high-frequency signal input from the first port 109a, the frequency component that matches or is close to the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101b is high. The first magnetoresistance effect element 101b in the impedance state makes it difficult to output to the second port 109b, and a frequency component of the high frequency component of the high frequency signal that is not near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b. Pass through the first magnetoresistive element 101b in a low impedance state and are easily output to the second port 109b.
さらに、スピントルク共鳴現象により、第1のポート109aから入力された高周波信号(2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを通過した高周波信号)の高周波成分の中で第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第2のポート109bに並列に接続された、高インピーダンス状態の第2の磁気抵抗効果素子101cによりグラウンド108から遮断され、第2のポート109bに出力されやすくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第2の磁気抵抗効果素子101cを通過してグラウンド108に流れ、第2のポート109bに出力されにくくなる。
Further, due to the spin torque resonance phenomenon, the second magnetoresistance effect in the high frequency components of the high frequency signal input from the first port 109a (the high frequency signal passing through the two first magnetoresistance elements 101a and 101b). A frequency component that matches or is close to the spin torque resonance frequency of the element 101c is grounded by the high impedance second magnetoresistive element 101c connected in parallel to the second port 109b. From the second port 109b. On the other hand, frequency components that are not near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c among the high frequency components of the high frequency signal flow to the ground 108 through the high impedance second magnetoresistance effect element 101c. , It is difficult to output to the second port 109b.
図13に、磁気抵抗効果デバイス600に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図13の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図13のプロット線620は、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに印加された磁場が一定で、且つ、印加された直流電流が一定の時のグラフである。faは第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数であり、fbは第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数であり、fcは第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数である。図13では、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数より低い場合の例を示している。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the frequency of a high-frequency signal input to the magnetoresistive device 600 and the amount of attenuation. In FIG. 13, the vertical axis represents the attenuation, and the horizontal axis represents the frequency. A plot line 620 in FIG. 13 is a graph when the magnetic field applied to the first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c is constant and the applied DC current is constant. is there. fa is the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, fb is the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b, and fc is the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c. Frequency. In FIG. 13, the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is lower than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b. An example is shown.
図13のプロット線620に示されるように、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が遮断帯域となる。また、第2の磁気抵抗効果素子101cにより、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の低周波数側(上記の遮断帯域の低周波数側)において、高周波信号を第2のポート109b側に通過させることができる。高周波信号が通過する第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、この場合の磁気抵抗効果デバイス600は、図13のプロット線620に示されるような、遮断帯域の低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能する。この場合、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、高周波信号の減衰量の周波数に対する変化が急峻であるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数を、使用する遮断帯域の下限周波数に一致させることが好ましい。
As shown by the plot line 620 in FIG. 13, the band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a and the band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101b are cutoff bands. Becomes In addition, the second magnetoresistance effect element 101c allows the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b to be on the lower frequency side (lower than the above cutoff band). (Frequency side), a high-frequency signal can be passed to the second port 109b side. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c through which the high frequency signal passes, the ratio of the attenuation of the high frequency signal to the attenuation of the high frequency signal in the cutoff band can be further reduced. The shoulder characteristics on the low frequency side of the cutoff band formed near the spin torque resonance frequency of the effect element 101a and near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b can be made steep. That is, the magnetoresistive effect device 600 in this case functions as a band rejection filter having a steep shoulder characteristic on the low frequency side of the rejection band as shown by the plot line 620 in FIG. In this case, the change in the amount of attenuation of the high-frequency signal with respect to the frequency is sharp near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c. It is preferable to match the lower limit frequency of the cutoff band used.
同様にして、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数より高い場合には、磁気抵抗効果デバイス600は、遮断帯域の高周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能する。この場合、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数を、使用する遮断帯域の上限周波数に一致させることが好ましい。
Similarly, when the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is higher than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b. In other words, the magnetoresistive device 600 functions as a band rejection filter having a steep shoulder characteristic on the high frequency side of the rejection band. In this case, it is preferable that the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive element 101c is made to coincide with the upper limit frequency of the cutoff band to be used.
図14および図15に、磁気抵抗効果デバイス600に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図14および図15の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図14は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに印加された磁場が一定の時のグラフである。図14のプロット線631は、直流電流入力端子110から2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101c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632は直流電流入力端子110から2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101c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15は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに印加された直流電流が一定の時のグラフである。図15のプロット線641は、磁場印加機構111から2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに印加される磁場強度がHb1の時のものであり、プロット線642は磁場印加機構111から2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cに印加される磁場強度が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。
14 and 15 are graphs showing the relationship between the frequency of a high-frequency signal input to the magnetoresistive device 600 and the amount of attenuation. 14 and 15, the vertical axis represents the attenuation, and the horizontal axis represents the frequency. FIG. 14 is a graph when the magnetic field applied to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c is constant. A plot line 631 in FIG. 14 is obtained when the DC current value applied from the DC current input terminal 110 to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c is Ia1. , Plot line 632 is when the DC current value applied from the DC current input terminal 110 to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c is Ia2. The relationship between the DC current values at this time is Ia1 <Ia2. FIG. 15 is a graph when the DC current applied to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c is constant. A plot line 641 in FIG. 15 is obtained when the magnetic field intensity applied from the magnetic field applying mechanism 111 to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c is Hb1. A line 642 is when the magnetic field intensity applied to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c from the magnetic field applying mechanism 111 is Hb2. The relationship of the magnetic field strength at this time is Hb1 <Hb2.
例えば、図14に示されるように、直流電流入力端子110から2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101c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2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数での素子インピーダンスの変化量が増加することで、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域(遮断帯域)において、第2のポート109bから出力される高周波信号がさらに小さくなり、通過損失が大きくなる。それと同時に、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域において、第2のポート109bから出力される高周波信号がさらに大きくなる。したがって、磁気抵抗効果デバイス600は、遮断特性と通過特性のレンジが大きく、さらに急峻な肩特性を持つ高周波フィルタを実現することが可能となる。また、直流電流値をIa1からIa2に大きくすると、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数はfd1からfd2に、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数はfe1からfe2に、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数はfg1からfg2にシフトする。すなわち遮断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、遮断帯域の周波数を変化可能な急峻な肩特性を持つ高周波フィルタとして機能することも出来る。
For example, as shown in FIG. 14, the DC current value applied from the DC current input terminal 110 to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c is increased from Ia1 to Ia2. In this case, the amount of change in the element impedance of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c at a frequency near the spin torque resonance frequency increases with a change in the current value. The output from the second port 109b in a band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a and in a band (cutoff band) near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101b. The high-frequency signal to be transmitted is further reduced, and the transmission loss is increased. At the same time, in a band near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, the high-frequency signal output from the second port 109b further increases. Therefore, the magnetoresistive effect device 600 can realize a high-frequency filter having a wide range of cutoff characteristics and pass characteristics and further having a steep shoulder characteristic. When the DC current value is increased from Ia1 to Ia2, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a changes from fd1 to fd2, and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b changes from fe1 to fe2. The spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive element 101c shifts from fg1 to fg2. That is, the stop band shifts to the lower frequency side. That is, the magnetoresistive effect device 100 can also function as a high-frequency filter having a steep shoulder characteristic that can change the frequency of the stop band.
さらに、例えば、図15に示されるように、磁場印加機構111から印加される磁場強度をHb1からHb2に強くした場合、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数はfh1からfh2に、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数はfi1からfi2に、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数はfj1からfj2にシフトする。すなわち、遮断帯域は高周波数側へシフトする。また、磁場強度(磁化自由層104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遮断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600は、遮断帯域の周波数を変化可能な急峻な肩特性を持つ高周波フィルタとして機能することが出来る。Further, for example, as shown in FIG. 15, when the magnetic field intensity applied from the magnetic field applying mechanism 111 is increased from Hb1 to Hb2, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is changed from fh1 to fh2, The spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b shifts from fi1 to fi2, and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c shifts from fj1 to fj2. That is, the stop band shifts to the higher frequency side. Further, changing the magnetic field strength (effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 104) can shift the stop band to a greater extent than changing the DC current value. That is, the magnetoresistive device 600 can function as a high-frequency filter having a steep shoulder characteristic that can change the frequency of the cutoff band.
なお、各磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場HE(磁化自由層104における有効磁場Heff)が大きくなるに従って、各磁気抵抗効果素子の振動する抵抗値の振幅が小さくなるので、各磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場HE(磁化自由層104における有効磁場Heff)を大きくするのに伴い、各磁気抵抗効果素子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。Note that, as the external magnetic field H E (effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 104) applied to each magnetoresistive element increases, the amplitude of the oscillating resistance value of each magnetoresistive element decreases. As the external magnetic field H E (effective magnetic field H eff in the magnetization free layer 104) applied to the resistance effect element is increased, it is preferable to increase the current density of the DC current applied to each magneto-resistance effect element.
また、磁気抵抗効果デバイス600では、第1の磁気抵抗効果素子は1個(第1の磁気抵抗効果素子101a、101bのいずれか一方)としてもよい。
Further, in the magnetoresistive device 600, the number of the first magnetoresistive elements may be one (one of the first magnetoresistive elements 101a and 101b).
このように、磁気抵抗効果デバイス600は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと、第2の磁気抵抗効果素子101cと、高周波信号が入力される第1のポート109aと、高周波信号が出力される第2のポート109bと、信号線路107と、直流電流入力端子110(直流印加端子)とを有し、第1のポート109a、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続され、第2の磁気抵抗効果素子101cは、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続され、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2の磁気抵抗効果素子101cは、それぞれ磁化固定層102、磁化自由層104およびこれらの間に配置されたスペーサ層103を有し、第1の磁気抵抗効果素子101a、101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cは、それぞれの一端側が直流電流入力端子110(直流印加端子)側になり、それぞれの他端側が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110(直流印加端子)および基準電位端子114に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a、101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2の磁気抵抗効果素子101cとで同じになるように形成されている。また、第1の磁気抵抗効果素子101aは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101aの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成され、第1の磁気抵抗効果素子101bは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101bの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成され、第2の磁気抵抗効果素子101cは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第2の磁気抵抗効果素子101cの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成され、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっており、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっている。
As described above, the magnetoresistive device 600 includes two first magnetoresistive devices 101a and 101b, a second magnetoresistive device 101c, a first port 109a to which a high-frequency signal is input, and a high-frequency signal. Is output, a signal line 107, and a DC current input terminal 110 (DC application terminal). The first port 109a, the two first magnetoresistive elements 101a, 101b, and The second port 109b is connected in series in this order via the signal line 107, and the second magnetoresistive element 101c is connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b and the two first The magneto-resistance effect elements 101a and 101b and the second magneto-resistance effect element 101c are respectively provided with a magnetization fixed layer 102, a magnetization free layer 104, and The first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c have one end on the DC current input terminal 110 (DC application terminal) side. The first and second magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element are connected to the DC current input terminal 110 (DC applying terminal) and the reference potential terminal 114 such that the other end is on the reference potential terminal 114 side. 101c indicates the relationship between the direction from one end side to the other end side and the direction from each magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102. The first magnetoresistance effect elements 101a and 101b and the second magnetic field The resistance effect element 101c is formed to be the same. The first magnetoresistance effect element 101a is configured such that a direct current input from a direct current input terminal 110 (direct current application terminal) flows from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the first magnetoresistance effect element 101a. The first magnetoresistance effect element 101b is formed so that a direct current input from a direct current input terminal 110 (direct current application terminal) is magnetized in the first magnetoresistance effect element 101b. The second magnetoresistance effect element 101c is formed so as to flow in the direction from the layer 102 to the magnetization free layer 104. It is formed so as to flow from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the element 101c. Spin torque resonance frequencies of the magnetoresistive element 101c is different from each other, the spin torque resonant frequency of the spin torque resonant frequency and the second magnetoresistance effect element 101c of the first magnetoresistive element 101b are different each other.
したがって、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cに第1のポート109aから信号線路107を介して高周波信号が入力されることにより、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に直流電流が流れることにより、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第1の磁気抵抗効果素子101aの素子インピーダンスが増加し、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第1の磁気抵抗効果素子101bの素子インピーダンスが増加する。同様に、スピントルク共鳴と同時に、第2の磁気抵抗効果素子101cの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に直流電流が流れることにより、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第2の磁気抵抗効果素子101cの素子インピーダンスが増加する。
Therefore, when a high-frequency signal is input from the first port 109a to the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c via the signal line 107, the two first magnetoresistive elements 101a and 101b are connected to each other. Spin torque resonance can be induced in the magnetoresistance effect elements 101a and 101b and the second magnetoresistance effect element 101c. Simultaneously with the spin torque resonance, a DC current flows from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the two first magnetoresistive elements 101a and 101b. The element impedance of the first magnetoresistance effect element 101a with respect to the same frequency as the spin torque resonance frequency increases, and the element of the first magnetoresistance effect element 101b with respect to the same frequency as the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b. The impedance increases. Similarly, at the same time as the spin torque resonance, a DC current flows from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the second magnetoresistance effect element 101c, so that the spin torque of the second magnetoresistance effect element 101c is increased. The element impedance of the second magnetoresistance effect element 101c for the same frequency as the resonance frequency increases.
第1のポート109a、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bおよび第2のポート109bがこの順に直列接続されることにより、高周波信号を、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bが低インピーダンス状態である非共鳴周波数では第2のポート109b側に通過させ、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bが高インピーダンス状態である共鳴周波数では第2のポート109bに対して遮断することが出来る。さらに、第2の磁気抵抗効果素子101cが、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されることにより、高周波信号を、第2の磁気抵抗効果素子101cが高インピーダンス状態である共鳴周波数では第2のポート109b側に通過させ、第2の磁気抵抗効果素子101cが低インピーダンス状態である非共鳴周波数では第2のポート109bに対して遮断することが出来る。このように、磁気抵抗効果デバイス600は、第1のポート109aから入力された高周波信号を、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第2のポート109bに対して遮断することが出来、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第2のポート109b側に通過させることが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス600は、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数で高周波信号の通過量の極小値を持ち、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数で高周波信号の通過量の極大値を持ち、高周波フィルタとして機能する。
Since the first port 109a, the two first magnetoresistive elements 101a and 101b, and the second port 109b are connected in series in this order, the first magnetoresistive elements 101a and 101b output low-frequency signals. At the non-resonant frequency in the impedance state, the signal can pass to the second port 109b side, and at the resonance frequency when the first magnetoresistive elements 101a and 101b are in the high impedance state, the signal can be cut off from the second port 109b. . Further, since the second magneto-resistance effect element 101c is connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b, the second magneto-resistance effect element 101c is in a high impedance state. At the resonance frequency, it can be passed to the second port 109b side, and at the non-resonance frequency where the second magnetoresistive element 101c is in a low impedance state, it can be cut off to the second port 109b. As described above, the magnetoresistance effect device 600 converts the high-frequency signal input from the first port 109a into a frequency near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the first magnetoresistance effect element 101b. Can be cut off at the frequency near the spin torque resonance frequency of the second port 109b, and at the frequency near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive element 101c, Can be passed through. That is, the magnetoresistive device 600 has the minimum value of the amount of passage of the high-frequency signal at the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b. At the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101c, and functions as a high frequency filter.
磁気抵抗効果デバイス600では、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域または第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が遮断帯域となる。第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため(第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため)、第1の磁気抵抗効果素子101aスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第2のポート109b側に通過させることができる。また、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため(第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため)、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第2のポート109b側に通過させることができる。高周波信号が通過する第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍または第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の高周波数側または低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス600は、遮断帯域の高周波数側または低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
In the magnetoresistance effect device 600, a band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a or a band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b is a cutoff band. Since the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c are different from each other (the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is the first Since the frequency is higher or lower than the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element 101a), the high frequency signal is transmitted to the second port 109b on the high frequency side or the low frequency side of the first magnetoresistance effect element 101a. Can be passed. Further, since the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c are different from each other (the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is High frequency signal is higher or lower than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b), and the high frequency signal is transmitted to the second port on the high frequency side or low frequency side of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b. 109b side. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c through which the high frequency signal passes, the ratio of the attenuation of the high frequency signal to the attenuation of the high frequency signal in the cutoff band can be further reduced. The shoulder characteristic on the high frequency side or the low frequency side of the cutoff band formed near the spin torque resonance frequency of the effect element 101a or near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b can be sharpened. become. That is, the magnetoresistive effect device 600 can function as a band rejection filter having a steep shoulder characteristic on the high frequency side or the low frequency side of the rejection band.
さらに、磁気抵抗効果デバイス600は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを有し、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの各々のスピントルク共鳴周波数より高い、または2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの各々のスピントルク共鳴周波数より低いので、広い遮断帯域を持ち、遮断帯域の高周波数側または低周波数側における肩特性が急峻である帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
Furthermore, the magnetoresistance effect device 600 has two first magnetoresistance effect elements 101a and 101b having different spin torque resonance frequencies from each other, and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is two Since the spin torque resonance frequency of each of the first magneto-resistance effect elements 101a and 101b is higher than the spin torque resonance frequency of each of the two first magneto-resistance effect elements 101a and 101b, it has a wide cut-off band. It becomes possible to function as a band rejection filter having a steep shoulder characteristic on the high frequency side or the low frequency side of the band.
また、以上の説明では、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bが互いに直列に接続されている例で説明したが、第1の実施形態で説明した場合と同様にして、第1の磁気抵抗効果素子は3個以上であってもよい。また、複数の第1の磁気抵抗効果素子同士が互いに並列に接続されていても良い。これらの場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、第1のポート109a、各々の第1の磁気抵抗効果素子および第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス600と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
Further, in the above description, the example in which the two first magnetoresistive elements 101a and 101b are connected to each other in series has been described. The number of magnetoresistive elements may be three or more. Further, a plurality of first magnetoresistive elements may be connected in parallel with each other. Even in the magnetoresistive device in these cases, the first port 109a, the respective first magnetoresistive elements, and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107. Similar to the magnetoresistive device 600, it can have a frequency characteristic as a high frequency filter.
また、以上の説明では、第2の磁気抵抗効果素子101cが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている例で説明したが、第1の実施形態で説明した場合と同様にして、第2の磁気抵抗効果素子101cが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続されるようにしてもよい。
In the above description, the second magnetoresistive element 101c is connected in parallel to the second port 109b to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101b and the second port 109b. In the example described above, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a. Similarly to the case, the second magneto-resistance effect element 101c is connected to the signal line 107 between the first magneto-resistance effect element 101a and the first port 109a in parallel with the second port 109b. Then, the DC current input terminal 110 may be connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101b and the second port 109b.
(第7の実施形態)
図16は、本発明の第7の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス700の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス700において、第6の実施形態の磁気抵抗効果デバイス600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6の実施形態の磁気抵抗効果デバイス600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700は、第6の実施形態の磁気抵抗効果デバイス600に対し、さらにインダクタ113と基準電位端子115を有している。インダクタ113は、第2のポート109bに対して並列に、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第1のポート109aとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2のポート109bとの間の信号線路107の一方)に接続され、さらに基準電位端子115に接続されて基準電位端子115を介してグラウンド108に接続可能になっている。直流電流入力端子110は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2のポート109bとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2のポート109bとの間の信号線路107の他方)に接続されている。第2の磁気抵抗効果素子101cは、第2のポート109bに対して並列に、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの少なくとも1つを挟んでインダクタ113の信号線路107への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路107に接続されている。より具体的には、第2の磁気抵抗効果素子101cの一端(磁化自由層104側)が第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、第2の磁気抵抗効果素子101cの他端(磁化固定層102側)が、基準電位端子114に接続されて基準電位端子114を介してグラウンド108に接続可能になっている。直流電流源112が直流電流入力端子110とグラウンド108に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス700は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、信号線路107、インダクタ113、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路と、第2の磁気抵抗効果素子101c、信号線路107、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路を形成可能となっている。(Seventh embodiment)
FIG. 16 is a schematic sectional view of a magnetoresistive device 700 according to the seventh embodiment of the present invention. In the magnetoresistive device 700, the points different from the magnetoresistive device 600 of the sixth embodiment will be mainly described, and the common items will not be further described. Elements common to the magnetoresistive device 600 of the sixth embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions of common elements are omitted. The magnetoresistive device 700 has an inductor 113 and a reference potential terminal 115 in addition to the components of the magnetoresistive device 600 of the sixth embodiment. The inductor 113 is connected in parallel with the second port 109b to the signal line 107 (the first magnetoresistance effect element 101a, 101b) between the two first magnetoresistance effect elements 101a, 101b and the first port 109a. Signal line 107 between the first port 101b and the first port 109a, or one of the signal lines 107 between the first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second port 109b), and a reference potential terminal. It is connected to the ground 115 via the reference potential terminal 115. The DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second port 109b (the first magnetoresistive elements 101a and 101b and the first port 109a are connected to each other). (The other of the signal lines 107 between the first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second port 109b). The second magnetoresistive element 101c is connected to the signal line 107 of the inductor 113 in parallel with the second port 109b with at least one of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b interposed therebetween. Is connected to the signal line 107 on the opposite side of the signal line 107. More specifically, one end (on the side of the magnetization free layer 104) of the second magnetoresistance effect element 101c is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101b and the second port 109b. The other end (the magnetization fixed layer 102 side) of the second magnetoresistive element 101c is connected to a reference potential terminal 114 and can be connected to the ground 108 via the reference potential terminal 114. When the DC current source 112 is connected to the DC current input terminal 110 and the ground 108, the magnetoresistive device 700 is configured to have two first magnetoresistive elements 101a and 101b, the signal line 107, the inductor 113, the ground 108, and A closed circuit including the DC current input terminal 110 and a closed circuit including the second magnetoresistive element 101c, the signal line 107, the ground 108, and the DC current input terminal 110 can be formed.
第1の磁気抵抗効果素子101a、101bは、それぞれの一端側(この例では磁化自由層104側)が直流電流入力端子110側になり、それぞれの他端側(この例では磁化固定層102側)が基準電位端子115側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子115に接続されている。第2の磁気抵抗効果素子101cは、その一端側(この例では磁化自由層104側)が直流電流入力端子110側になり、その他端側(この例では磁化固定層102側)が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子114に接続されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス700では、第1の磁気抵抗効果素子101a、101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2の磁気抵抗効果素子101cとで同じになるように形成(配置)されている。
In the first magnetoresistance effect elements 101a and 101b, one end side (in this example, the magnetization free layer 104 side) is on the DC current input terminal 110 side, and the other end side (in this example, on the magnetization fixed layer 102 side). ) Is connected to the DC current input terminal 110 and the reference potential terminal 115 so that the reference potential terminal 115 is on the reference potential terminal 115 side. The second magnetoresistive element 101c has one end (in this example, the magnetization free layer 104) on the DC current input terminal 110 side and the other end (in this example, magnetization fixed layer 102) on the reference potential terminal. It is connected to the DC current input terminal 110 and the reference potential terminal 114 so as to be on the 114 side. That is, in the magneto-resistance effect device 700, the first magneto-resistance effect elements 101a and 101b and the second magneto-resistance effect element 101c are oriented from one end to the other end and from the respective magnetization free layers 104. The two first magnetoresistive elements 101a and 101b and the second magnetoresistive element 101c are formed (arranged) so that the relationship with the direction toward the magnetization fixed layer 102 is the same for the two first magnetoresistive elements 101a and 101b.
第1の磁気抵抗効果素子101aは磁化固定層102側が第1のポート109a側になるように信号線路107に接続されて、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101aの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成(配置)されている。第1の磁気抵抗効果素子101bは磁化固定層102側が第1のポート109a側になるように信号線路107に接続されて、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101bの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成(配置)されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス700では、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層102、スペーサ層103および磁化自由層104の配置順との関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101b及び第2の磁気抵抗効果素子101cで同じになっている。磁気抵抗効果デバイス700のその他の構成は、第6の実施形態の磁気抵抗効果デバイス600と同じである。
The first magnetoresistance effect element 101a is connected to the signal line 107 such that the magnetization fixed layer 102 side is on the first port 109a side, and the DC current input from the DC current input terminal 110 is applied to the first magnetoresistance element 101a. It is formed (arranged) so as to flow in the direction from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the effect element 101a. The first magnetoresistance effect element 101b is connected to the signal line 107 such that the magnetization fixed layer 102 side is on the first port 109a side, and a DC current input from the DC current input terminal 110 is applied to the first magnetoresistance element 101b. It is formed (arranged) so as to flow in the direction from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the effect element 101b. That is, in the magnetoresistance effect device 700, the direction of the DC current flowing in each of the first magnetoresistance effect element 101a, the first magnetoresistance effect element 101b, and the second magnetoresistance effect element 101c, and the respective magnetizations The relationship between the arrangement of the fixed layer 102, the spacer layer 103, and the magnetization free layer 104 is the same for the first magnetoresistive element 101a, the first magnetoresistive element 101b, and the second magnetoresistive element 101c. ing. Other configurations of the magnetoresistive device 700 are the same as those of the magnetoresistive device 600 of the sixth embodiment.
直流電流源112は、グラウンド108及び直流電流入力端子110に接続され、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、信号線路107、インダクタ113、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路が形成されている。また、第2の磁気抵抗効果素子101c、信号線路107、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路が形成されている。
The DC current source 112 is connected to the ground 108 and the DC current input terminal 110, and includes a closed circuit including the two first magnetoresistive elements 101a and 101b, the signal line 107, the inductor 113, the ground 108, and the DC current input terminal 110. Is formed. Further, a closed circuit including the second magnetoresistance effect element 101c, the signal line 107, the ground 108, and the DC current input terminal 110 is formed.
インダクタ113は、第2の実施形態で説明したのと同様に、信号線路107とグラウンド108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不変成分を通す機能を有する。このインダクタ113により、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを通過する高周波信号の特性を劣化させることなく、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、信号線路107、インダクタ113、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路に、直流電流入力端子110から印加された直流電流を流すことができる。
As described in the second embodiment, the inductor 113 is connected between the signal line 107 and the ground 108 and has a function of cutting a high-frequency component of the current by the inductor component and passing an invariant component of the current. . The two inductors 113a and 101b, the signal line 107, the inductor 113, A DC current applied from the DC current input terminal 110 can flow through a closed circuit including the ground 108 and the DC current input terminal 110.
また、以上の説明では、第2の磁気抵抗効果素子101cが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101bと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている例で説明したが、第2の磁気抵抗効果素子101cと直流電流入力端子110のいずれか一方が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1の磁気抵抗効果素子101bとの間の信号線路107に接続されるようにしてもよい。
In the above description, the second magnetoresistive element 101c is connected in parallel to the second port 109b to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101b and the second port 109b. Although the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101b and the first port 109a, the second direct current input terminal 110 is connected to the second magnetoresistive element 101c. One of the DC current input terminal 110 and the DC current input terminal 110 may be connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first magnetoresistance effect element 101b.
磁気抵抗効果デバイス700は、第6の実施形態の磁気抵抗効果デバイス600と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
The magnetoresistive device 700 can have a frequency characteristic as a high-frequency filter, similar to the magnetoresistive device 600 of the sixth embodiment.
第6の実施形態の磁気抵抗効果デバイス600および第7の実施形態の磁気抵抗効果デバイス700において、さらに、遮断帯域を広く、肩特性を急峻にするためには、肩特性を急峻にする第2の磁気抵抗効果素子101cのQ値を、遮断帯域を形成する第1の磁気抵抗効果素子101aと第1の磁気抵抗効果素子101bの少なくとも一方のQ値よりも大きくすることが好ましい。
In the magnetoresistive device 600 according to the sixth embodiment and the magnetoresistive device 700 according to the seventh embodiment, in order to further increase the cut-off band and sharpen the shoulder characteristics, the second step is to make the shoulder characteristics sharp. Is preferably larger than the Q value of at least one of the first magnetoresistive element 101a and the first magnetoresistive element 101b forming the cutoff band.
(第8の実施形態)
図17は、本発明の第8の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス800の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス800において、第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス300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3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス300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800は、第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス300に対し、第1の磁気抵抗効果素子101aの中を流れる直流電流の向きおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの中を流れる直流電流の向きが異なる。磁気抵抗効果デバイス800では、第1の磁気抵抗効果素子101aは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101aの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成(配置)されている。第2の磁気抵抗効果素子101cは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101bの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成(配置)されている。第2の磁気抵抗効果素子101dは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第2の磁気抵抗効果素子101dの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成(配置)されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス800では、第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層102、スペーサ層103および磁化自由層104の配置順との関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dで同じになっている。磁気抵抗効果デバイス800のその他の構成は、第3の実施形態の磁気抵抗効果デバイス300と同じである。(Eighth embodiment)
FIG. 17 is a schematic sectional view of a magnetoresistance effect device 800 according to the eighth embodiment of the present invention. In the magnetoresistive device 800, points different from the magnetoresistive device 300 of the third embodiment will be mainly described, and description of common items will be omitted as appropriate. Elements common to the magnetoresistive device 300 of the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the common elements is omitted. The magnetoresistive device 800 is different from the magnetoresistive device 300 of the third embodiment in the direction of the DC current flowing in the first magnetoresistive device 101a and the two second magnetoresistive devices 101c and 101d. The direction of the direct current flowing through the inside is different. In the magneto-resistance effect device 800, the first magneto-resistance effect element 101a is configured such that a direct current input from the direct-current input terminal 110 flows through the first magneto-resistance effect element 101a from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104. (Flow direction). The second magnetoresistance effect element 101c is formed such that a direct current input from the direct current input terminal 110 flows in the first magnetoresistance effect element 101b from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104. (Placed). The second magnetoresistance effect element 101d is formed such that a DC current input from the DC current input terminal 110 flows through the second magnetoresistance effect element 101d from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104. (Placed). That is, in the magnetoresistance effect device 800, the direction of the DC current flowing in each of the first magnetoresistance effect element 101a and the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d, the respective magnetization fixed layers 102, and the spacers The relationship between the arrangement order of the layer 103 and the magnetization free layer 104 is the same for the first magnetoresistance effect element 101a and the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d. Other configurations of the magnetoresistive device 800 are the same as those of the magnetoresistive device 300 of the third embodiment.
第6の実施形態で説明したように、磁気抵抗効果デバイス800において、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dは、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが増加する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
As described in the sixth embodiment, in the magneto-resistance effect device 800, the first magneto-resistance effect element 101a and the two second magneto-resistance effect elements 101c and 101d are caused by spin torque resonance due to spin torque resonance. It can be handled as a resistance element in which the impedance of a high-frequency signal increases with frequency.
スピントルク共鳴現象により、第1のポート109aから入力された高周波信号の高周波成分の中で第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、高インピーダンス状態の第1の磁気抵抗効果素子101aにより、第2のポート109bに出力されにくくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、低インピーダンス状態の第1の磁気抵抗効果素子101aを通過し、第2のポート109bに出力されやすくなる。
Due to the spin torque resonance phenomenon, a frequency component that matches or is close to the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a in the high frequency component of the high frequency signal input from the first port 109a Is hardly output to the second port 109b by the first magnetoresistive element 101a in a high impedance state. On the other hand, a frequency component that is not near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a in the high frequency signal of the high frequency signal passes through the first magnetoresistance effect element 101a in the low impedance state, and the second port 109b.
さらに、スピントルク共鳴現象により、第1のポート109aから入力された高周波信号(第1の磁気抵抗効果素子101aを通過した高周波信号)の高周波成分の中で第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第2のポート109bに並列に接続された、高インピーダンス状態の第2の磁気抵抗効果素子101cによりグラウンド108から遮断され、第2のポート109bに出力されやすくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、低インピーダンス状態の第2の磁気抵抗効果素子101cを通過してグラウンド108に流れ、第2のポート109bに出力されにくくなる。同様に、第1のポート109aから入力された高周波信号(第1の磁気抵抗効果素子101aを通過した高周波信号)の高周波成分の中で第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第2のポート109bに並列に接続された、高インピーダンス状態の第2の磁気抵抗効果素子101dによりグラウンド108から遮断され、第2のポート109bに出力されやすくなり、高周波信号の高周波成分の中で第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、低インピーダンス状態の第2の磁気抵抗効果素子101cを通過してグラウンド108に流れ、第2のポート109bに出力されにくくなる。
Further, due to the spin torque resonance phenomenon, the spin of the second magnetoresistive element 101c in the high-frequency components of the high-frequency signal input from the first port 109a (the high-frequency signal passed through the first magnetoresistive element 101a). A frequency component that matches the torque resonance frequency or is near the spin torque resonance frequency is cut off from the ground 108 by the high impedance second magnetoresistance effect element 101c connected in parallel to the second port 109b, It becomes easier to output to the second port 109b. On the other hand, a frequency component of the high-frequency signal that is not near the spin torque resonance frequency of the second magneto-resistance effect element 101c flows through the low-impedance second magneto-resistance effect element 101c to the ground 108. , It is difficult to output to the second port 109b. Similarly, the high-frequency component of the high-frequency signal input from the first port 109a (the high-frequency signal passed through the first magneto-resistance effect element 101a) matches the spin torque resonance frequency of the second magneto-resistance effect element 101d. Or a frequency component near the spin torque resonance frequency is cut off from the ground 108 by the second magnetoresistive element 101d in a high impedance state, which is connected in parallel to the second port 109b. Frequency components that are not near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d among the high frequency components of the high frequency signal pass through the low impedance state second magnetoresistance effect element 101c. It flows to the ground 108 and becomes difficult to be output to the second port 109b.
図18に、磁気抵抗効果デバイス800に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図18の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図18のプロット線820は、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに印加された磁場が一定で、且つ、印加された直流電流が一定の時のグラフである。faは第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数であり、fcは第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数であり、fdは第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数である。図18では、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数より低い場合の例を示している。
FIG. 18 is a graph showing the relationship between the frequency of a high-frequency signal input to the magnetoresistive device 800 and the amount of attenuation. The vertical axis in FIG. 18 represents the attenuation, and the horizontal axis represents the frequency. A plot line 820 in FIG. 18 indicates a case where the magnetic field applied to the first magnetoresistance effect element 101a and the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d is constant and the applied DC current is constant. It is a graph. fa is the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, fc is the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, and fd is the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. Frequency. In FIG. 18, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is lower than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. An example is shown.
図18のプロット線820に示されるように、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が通過帯域となる。また、第1の磁気抵抗効果素子101aにより、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の低周波数側(上記の通過帯域の低周波数側)において、高周波信号を第2のポート109bに対して遮断することができる。高周波信号が遮断される第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、この場合の磁気抵抗効果デバイス800は、図18のプロット線820に示されるような、通過帯域の低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能する。この場合、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、高周波信号の減衰量の周波数に対する変化が急峻であるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数を、使用する通過帯域の下限周波数に一致させることが好ましい。
As shown by the plot line 820 in FIG. 18, the band near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the band near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d are the passbands. Becomes Further, the first magnetoresistance effect element 101a allows the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d to be on the lower frequency side (lower than the above passband). (Frequency side), the high-frequency signal can be cut off to the second port 109b. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a where the high-frequency signal is cut off, the ratio of the attenuation of the high-frequency signal to the attenuation of the high-frequency signal in the pass band can be further increased. The shoulder characteristics on the low frequency side of the passband formed near the spin torque resonance frequency of the resistance effect element 101c and near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d can be made steep. That is, the magnetoresistive effect device 800 in this case functions as a bandpass filter having a steep shoulder characteristic on the low frequency side of the passband as shown by the plot line 820 in FIG. In this case, the change in the amount of attenuation of the high-frequency signal with respect to the frequency is sharp near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a. It is preferable to match the lower limit frequency of the pass band used.
同様にして、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数より高い場合には、磁気抵抗効果デバイス800は、通過帯域の高周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能する。この場合、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数を、使用する通過帯域の上限周波数に一致させることが好ましい。
Similarly, when the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is higher than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. In other words, the magnetoresistive device 800 functions as a bandpass filter having a steep shoulder characteristic on the high frequency side of the passband. In this case, it is preferable to make the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a coincide with the upper limit frequency of the pass band to be used.
さらに、第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに印加される直流電流、または磁場印加機構111が第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに印加する磁場を変化させることで、通過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800は、通過帯域の周波数を変化可能な急峻な肩特性を持つ高周波フィルタとして機能することが出来る。
Further, the DC current applied to the first magnetoresistance effect element 101a and the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d, or the magnetic field applying mechanism 111 is connected to the first magnetoresistance effect element 101a and the two second magnetoresistance effect elements. The pass band can be shifted by changing the magnetic field applied to the magnetoresistive elements 101c and 101d. That is, the magnetoresistive device 800 can function as a high-frequency filter having a steep shoulder characteristic that can change the frequency of the pass band.
また、磁気抵抗効果デバイス800では、第2の磁気抵抗効果素子は1個(第2の磁気抵抗効果素子101c、101dのいずれか一方)としてもよい。
Further, in the magneto-resistance effect device 800, the number of the second magneto-resistance effect element may be one (one of the second magneto-resistance effect elements 101c and 101d).
このように、磁気抵抗効果デバイス800は、第1の磁気抵抗効果素子101aと、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dと、高周波信号が入力される第1のポート109aと、高周波信号が出力される第2のポート109bと、信号線路107と、直流電流入力端子110(直流印加端子)とを有し、第1のポート109a、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続され、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dは、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dは、それぞれ磁化固定層102、磁化自由層104およびこれらの間に配置されたスペーサ層103を有し、第1の磁気抵抗効果素子101a及び第2の磁気抵抗効果素子101c、101dは、それぞれの一端側が直流電流入力端子110(直流印加端子)側になり、それぞれの他端側が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110(直流印加端子)および基準電位端子114に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a及び第2の磁気抵抗効果素子101c、101dは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2の磁気抵抗効果素子101c、101dとで同じになるように形成されている。また、第1の磁気抵抗効果素子101aは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第1の磁気抵抗効果素子101aの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成され、第2の磁気抵抗効果素子101cは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第2の磁気抵抗効果素子101cの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成され、第2の磁気抵抗効果素子101dは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第2の磁気抵抗効果素子101dの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成され、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっており、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっている。
As described above, the magnetoresistance effect device 800 includes the first magnetoresistance effect element 101a, the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d, the first port 109a to which a high-frequency signal is input, and the high-frequency signal. , A signal line 107, and a DC current input terminal 110 (DC application terminal). The first port 109a, the first magnetoresistive element 101a, and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107, and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d are connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b, and the first magnetoresistance The effect element 101a and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d are respectively provided with the magnetization fixed layer 102, the magnetization free layer 104, and the The first magnetoresistive element 101a and the second magnetoresistive elements 101c and 101d each have one end on the DC current input terminal 110 (DC application terminal) side. The first and second magnetoresistance effect elements 101a and 101c are connected to the DC current input terminal 110 (DC application terminal) and the reference potential terminal 114 such that the other end is on the reference potential terminal 114 side. 101d indicates the relationship between the direction from one end side to the other end side and the direction from each magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102. The first magnetoresistance effect element 101a and the second magnetoresistance effect The elements 101c and 101d are formed so as to be the same. The first magnetoresistance effect element 101a is configured such that a direct current input from a direct current input terminal 110 (direct current application terminal) flows from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the first magnetoresistance effect element 101a. The second magnetoresistance effect element 101c is formed so that a direct current input from a direct current input terminal 110 (direct current application terminal) is magnetized in the second magnetoresistance effect element 101c. The second magnetoresistance effect element 101d is formed so as to flow in the direction from the layer 102 to the magnetization free layer 104. The DC current input from the DC current input terminal 110 (DC application terminal) is applied to the second magnetoresistance effect element. It is formed so as to flow in the direction from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the element 101d. Spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element 101c are different from each other, the spin torque resonance frequency of the spin torque resonance frequency and the second magnetoresistive element 101d of the first magnetoresistive element 101a are different from each other.
したがって、第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに第1のポート109aから信号線路107を介して高周波信号が入力されることにより、第1の磁気抵抗効果素子101a及び2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、第1の磁気抵抗効果素子101aの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に直流電流が流れることにより、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第1の磁気抵抗効果素子101aの素子インピーダンスが増加する。同様に、スピントルク共鳴と同時に、第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に直流電流が流れることにより、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第2の磁気抵抗効果素子101cの素子インピーダンスが増加し、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第2の磁気抵抗効果素子101dの素子インピーダンスが増加する。
Therefore, when a high-frequency signal is input from the first port 109a to the first magnetoresistive element 101a and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d via the signal line 107, the first magnetoresistive element Spin torque resonance can be induced in the effect element 101a and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d. Simultaneously with the spin torque resonance, a DC current flows from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the first magnetoresistance effect element 101a, so that the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is increased. The element impedance of the first magnetoresistive element 101a for the same frequency as that of the first element increases. Similarly, a DC current flows from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the second magnetoresistance effect elements 101c and 101d at the same time as the spin torque resonance, so that the second magnetoresistance effect element 101c The element impedance of the second magnetoresistance effect element 101c for the same frequency as the spin torque resonance frequency increases, and the element of the second magnetoresistance effect element 101d for the same frequency as the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. The impedance increases.
第1のポート109a、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第2のポート109bがこの順に直列接続されることにより、高周波信号を、第1の磁気抵抗効果素子101aが低インピーダンス状態である非共鳴周波数では第2のポート109b側に通過させ、第1の磁気抵抗効果素子101aが高インピーダンス状態である共鳴周波数では第2のポート109bに対して遮断することが出来る。さらに、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されることにより、高周波信号を、第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが高インピーダンス状態である共鳴周波数では第2のポート109b側に通過させ、第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが低インピーダンス状態である非共鳴周波数では第2のポート109bに対して遮断することが出来る。このように、磁気抵抗効果デバイス800は、第1のポート109aから入力された高周波信号を、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第2のポート109bに対して遮断することが出来、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第2のポート109b側に通過させることが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス800は、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数で高周波信号の通過量の極小値を持ち、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数で高周波信号の通過量の極大値を持ち、高周波フィルタとして機能する。
Since the first port 109a, the first magnetoresistive element 101a, and the second port 109b are connected in series in this order, the high-frequency signal is transmitted to the non-resonant state where the first magnetoresistive element 101a is in a low impedance state. At the frequency, it can be passed to the second port 109b side, and at the resonance frequency where the first magnetoresistive element 101a is in a high impedance state, it can be cut off to the second port 109b. Further, by connecting the two second magneto-resistance effect elements 101c and 101d to the signal line 107 in parallel with the second port 109b, high-frequency signals can be transmitted to the second magneto-resistance effect elements 101c and 101d. Is passed to the second port 109b side at the resonance frequency where the impedance is in the high impedance state, and cut off to the second port 109b at the non-resonance frequency where the second magnetoresistive elements 101c and 101d are in the low impedance state. Can be done. As described above, the magnetoresistance effect device 800 converts the high frequency signal input from the first port 109a to the second port 109b at a frequency near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a. At a frequency near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. Can be done. In other words, the magnetoresistance effect device 800 has a minimum value of the amount of passing of the high-frequency signal at the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, and the second At the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101d, and functions as a high frequency filter.
磁気抵抗効果デバイス800では、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域または第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が通過帯域となる。第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため(第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため)、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第2のポート109bに対して遮断することができる。また、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数と第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため(第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため)、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第2のポート109bに対して遮断することができる。高周波信号が遮断される第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍または第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の高周波数側または低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス800は、通過帯域の高周波数側または低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
In the magneto-resistance effect device 800, a band near the spin torque resonance frequency of the second magneto-resistance effect element 101c or a band near the spin torque resonance frequency of the second magneto-resistance effect element 101d is a pass band. Since the spin torque resonance frequency of the first magneto-resistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the second magneto-resistance effect element 101c are different from each other (the spin torque resonance frequency of the first magneto-resistance effect element 101a is Since the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element 101c is higher or lower than the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive effect element 101c), a high frequency signal is supplied to the second port 109b on the high frequency side or the low frequency side of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive effect element 101c. Can be blocked. Further, since the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d are different from each other (the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is 2 is higher or lower than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistive element 101d), and the high frequency signal is transmitted to the second port on the high frequency side or the low frequency side of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. 109b. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a where the high-frequency signal is cut off, the ratio of the attenuation of the high-frequency signal to the attenuation of the high-frequency signal in the pass band can be further increased. The shoulder characteristic on the high frequency side or the low frequency side of the passband formed near the spin torque resonance frequency of the resistance effect element 101c or near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d can be made steep. Will be possible. That is, the magnetoresistive device 800 can function as a bandpass filter having a steep shoulder characteristic on the high frequency side or the low frequency side of the passband.
さらに、磁気抵抗効果デバイス800は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dを有し、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数は、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの各々のスピントルク共鳴周波数より高い、または2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの各々のスピントルク共鳴周波数より低いので、広い通過帯域を持ち、通過帯域の高周波数側または低周波数側における肩特性が急峻である帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
Furthermore, the magnetoresistance effect device 800 has two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d having different spin torque resonance frequencies from each other, and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is It has a wider pass band since it is higher than the spin torque resonance frequency of each of the two magnetoresistive elements 101c and 101d or lower than the spin torque resonance frequency of each of the two second magnetoresistive elements 101c and 101d. It is possible to function as a band-pass filter having a steep shoulder characteristic on the high frequency side or the low frequency side of the band.
また、以上の説明では、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが互いに直列に接続されている例で説明したが、第3の実施形態で説明した場合と同様にして、第2の磁気抵抗効果素子は3個以上であってもよい。また、複数の第2の磁気抵抗効果素子同士が互いに並列に接続されていても良い。これらの場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、各々の第2の磁気抵抗効果素子が第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス800と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
Further, in the above description, the example in which the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d are connected in series has been described. The number of magnetoresistive elements may be three or more. Further, a plurality of second magnetoresistive elements may be connected in parallel with each other. Even in the magnetoresistive device in these cases, each of the second magnetoresistive elements is connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b. Can have a frequency characteristic as a high-frequency filter.
また、以上の説明では、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている例で説明したが、第3の実施形態で説明した場合と同様にして、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続されるようにしてもよい。
In the above description, the two second magnetoresistance elements 101c and 101d are connected in parallel with the second port 109b between the first magnetoresistance element 101a and the second port 109b. In the third embodiment, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107, and the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a. Similarly to the case described in the embodiment, the two second magneto-resistance effect elements 101c and 101d are connected in parallel with the second port 109b, and the first magneto-resistance effect element 101a and the first port 109a are connected to each other. And the DC current input terminal 110 may be connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the second port 109b. .
また、第7の実施形態と同様にして、第8の実施形態の磁気抵抗効果デバイス800に対して、インダクタ113が、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107の一方)に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107の他方)に接続され、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aを挟んでインダクタ113の信号線路107への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路107に接続されるようにしてもよい。
In the same manner as in the seventh embodiment, with respect to the magnetoresistance effect device 800 of the eighth embodiment, the inductor 113 is connected in parallel with the second port 109b to the first magnetoresistance effect element 101a. Signal line 107 between the first port 109a and the first port 109a (the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a, or the first magnetoresistive element 101a and the second port DC signal input terminal 110 is connected to signal line 107 (first magnetoresistive effect) between first magnetoresistive element 101a and second port 109b. Connected to the signal line 107 between the element 101a and the first port 109a or the other of the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the second port 109b). Where the two second magnetoresistive elements 101c and 101d are connected in parallel to the second port 109b and the connection point of the inductor 113 to the signal line 107 across the first magnetoresistive element 101a. The connection may be made to the signal line 107 on the opposite side.
第8の実施形態の磁気抵抗効果デバイス800において、さらに、通過帯域を広く、肩特性を急峻にするためには、肩特性を急峻にする第1の磁気抵抗効果素子101aのQ値を、通過帯域を形成する第2の磁気抵抗効果素子101cと第2の磁気抵抗効果素子101dの少なくとも一方のQ値よりも大きくすることが好ましい。
In the magnetoresistance effect device 800 according to the eighth embodiment, in order to further increase the pass band and sharpen the shoulder characteristics, the Q value of the first magnetoresistance effect element 101a that sharpens the shoulder characteristics is passed. It is preferable that the Q value of at least one of the second magnetoresistance effect element 101c and the second magnetoresistance effect element 101d that form the band be larger than the Q value.
(第9の実施形態)
図19は、本発明の第9の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス900の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス900において、第6の実施形態の磁気抵抗効果デバイス600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6の実施形態の磁気抵抗効果デバイス600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900は、第6の実施形態の磁気抵抗効果デバイス600に対し、さらに第3の磁気抵抗効果素子101eを有している。第3の磁気抵抗効果素子101eは、磁化固定層102(第3の磁化固定層)、磁化自由層104(第3の磁化自由層)およびこれらの間に配置されたスペーサ層103(第3のスペーサ層)を有している。第3の磁気抵抗効果素子101eは、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されている。第3の磁気抵抗効果素子101eは、第2の磁気抵抗効果素子101cと同様に、第2のポート109bに対して並列に、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続されている。より具体的には、第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eは互いに直列接続されており、第3の磁気抵抗効果素子101eの一端(磁化自由層104側)が、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107(第2の磁気抵抗効果素子101c)に接続され、第3の磁気抵抗効果素子101eの他端(磁化固定層102側)が、基準電位端子114に接続されて基準電位端子114を介してグラウンド108に接続可能になっている。(Ninth embodiment)
FIG. 19 is a schematic sectional view of a magnetoresistance effect device 900 according to the ninth embodiment of the present invention. In the magnetoresistive device 900, the points different from the magnetoresistive device 600 of the sixth embodiment will be mainly described, and the common items will not be described. Elements common to the magnetoresistive device 600 of the sixth embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions of common elements are omitted. The magnetoresistance effect device 900 further includes a third magnetoresistance effect element 101e in addition to the magnetoresistance effect device 600 of the sixth embodiment. The third magnetoresistive element 101e includes a magnetization fixed layer 102 (third magnetization fixed layer), a magnetization free layer 104 (third magnetization free layer), and a spacer layer 103 (third magnetization free layer) disposed therebetween. Spacer layer). The third magnetoresistive element 101e is connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b. Similarly to the second magnetoresistance effect element 101c, the third magnetoresistance effect element 101e is connected in parallel with the second port 109b to the two first magnetoresistance effect elements 101a and 101b and the second port 109b. The signal line 107 is connected to the signal line 107b. More specifically, the second magnetoresistance effect element 101c and the third magnetoresistance effect element 101e are connected in series with each other, and one end (on the magnetization free layer 104 side) of the third magnetoresistance effect element 101e is The other end of the third magnetoresistance effect element 101e (the magnetization fixed layer) is connected to the signal line 107 (second magnetoresistance effect element 101c) between the first magnetoresistance effect element 101b and the second port 109b. 102 side) is connected to the reference potential terminal 114 and can be connected to the ground 108 via the reference potential terminal 114.
第3の磁気抵抗効果素子101eは、その一端側(この例では磁化自由層104側)が直流電流入力端子110側になり、その他端側(この例では磁化固定層102側)が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子114に接続されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス900では、第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101c及び第3の磁気抵抗効果素子101eは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eとで同じになるように形成(配置)されている。この例では、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eにおいて、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとが、同じ向きの関係になっている。
The third magnetoresistance effect element 101e has one end side (in this example, the magnetization free layer 104 side) on the DC current input terminal 110 side and the other end side (in this example, the magnetization fixed layer 102 side) on the reference potential terminal. It is connected to the DC current input terminal 110 and the reference potential terminal 114 so as to be on the 114 side. That is, in the magnetoresistance effect device 900, the first magnetoresistance effect elements 101a and 101b, the second magnetoresistance effect element 101c, and the third magnetoresistance effect element 101e are oriented from one end to the other. And the relationship between the directions from the respective magnetization free layers 104 to the magnetization pinned layers 102, the two first magnetoresistance elements 101a and 101b, the second magnetoresistance element 101c, and the third magnetoresistance element. It is formed (arranged) so as to be the same as 101e. In this example, in each of the first magnetoresistance effect elements 101a and 101b, the second magnetoresistance effect element 101c, and the third magnetoresistance effect element 101e, the direction from one end to the other end and the magnetization The direction from the free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 has the same direction.
第3の磁気抵抗効果素子101eは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第3の磁気抵抗効果素子101eの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成(配置)されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス900では、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101b、第2の磁気抵抗効果素子101c及び第3の磁気抵抗効果素子101eのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層102、スペーサ層103および磁化自由層104の配置順との関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a、第1の磁気抵抗効果素子101b、第2の磁気抵抗効果素子101c及び第3の磁気抵抗効果素子101eで同じになっている。さらに、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの各々のスピントルク共鳴周波数よりも高く、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの各々のスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
The third magnetoresistance effect element 101e is formed such that a DC current input from the DC current input terminal 110 flows in the direction from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the third magnetoresistance effect element 101e. (Placed). That is, in the magnetoresistance effect device 900, the current flows through each of the first magnetoresistance effect element 101a, the first magnetoresistance effect element 101b, the second magnetoresistance effect element 101c, and the third magnetoresistance effect element 101e. The relationship between the direction of the DC current and the arrangement order of the magnetization fixed layer 102, the spacer layer 103, and the magnetization free layer 104 depends on the first magnetoresistance effect element 101a, the first magnetoresistance effect element 101b, and the second magnetoresistance effect element 101b. The same applies to the magneto-resistance effect element 101c and the third magneto-resistance effect element 101e. Further, the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is higher than the spin torque resonance frequency of each of the two first magnetoresistance effect elements 101a and 101b, and the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e is increased. The torque resonance frequency is lower than the spin torque resonance frequency of each of the two first magnetoresistive elements 101a and 101b.
第1のポート109aから入力される高周波信号は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを通過した後、その一部の高周波信号は第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eに流され、残りの高周波信号は第2のポート109bに出力される。
After the high-frequency signal input from the first port 109a passes through the two first magnetoresistive elements 101a and 101b, a part of the high-frequency signal is transmitted to the second magnetoresistive element 101c and the third magnetic element. The remaining high-frequency signal is sent to the resistance effect element 101e and output to the second port 109b.
第3の磁気抵抗効果素子101eは、一端(磁化自由層104側)が上部電極105を介して信号線路107(第2の磁気抵抗効果素子101c)に電気的に接続され、他端(磁化固定層102側)が下部電極106をと基準電位端子114を介してグラウンド108に電気的に接続されている。
The third magnetoresistance effect element 101e has one end (on the magnetization free layer 104 side) electrically connected to the signal line 107 (second magnetoresistance effect element 101c) via the upper electrode 105, and the other end (magnetization fixed). The layer 102 side) is electrically connected to the ground 108 via the lower electrode 106 and the reference potential terminal 114.
直流電流入力端子110は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを挟んで第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eの信号線路107への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路107に接続されている。より具体的には、直流電流入力端子110は、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている。直流電流入力端子110に直流電流源112が接続されることで、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eに直流電流を印加することが可能になる。
The DC current input terminal 110 is opposite to the connection point of the second magnetoresistance effect element 101c and the third magnetoresistance effect element 101e to the signal line 107 across the two first magnetoresistance effect elements 101a and 101b. It is connected to the signal line 107 on the side. More specifically, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first port 109a. When the DC current source 112 is connected to the DC current input terminal 110, the DC current is supplied to the two first magnetoresistance elements 101a and 101b, the second magnetoresistance element 101c, and the third magnetoresistance element 101e. Can be applied.
直流電流源112は、グラウンド108及び直流電流入力端子110に接続され、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、信号線路107、第2の磁気抵抗効果素子101c、第3の磁気抵抗効果素子101e、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路が形成されている。直流電流源112は、直流電流入力端子110から、上記の閉回路に直流電流を印加する。
The DC current source 112 is connected to the ground 108 and the DC current input terminal 110, and is connected to the two first magnetoresistance elements 101a and 101b, the signal line 107, the second magnetoresistance element 101c, and the third magnetoresistance effect. A closed circuit including the element 101e, the ground 108, and the DC current input terminal 110 is formed. The DC current source 112 applies a DC current from the DC current input terminal 110 to the closed circuit.
磁場印加機構111は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eの近傍に配設され、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eに磁場を印加して、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を設定可能となっている。
The magnetic field applying mechanism 111 is disposed near the two first magnetoresistive elements 101a and 101b, the second magnetoresistive element 101c, and the third magnetoresistive element 101e, and includes two first magnetoresistive elements 101a and 101b. By applying a magnetic field to the effect elements 101a and 101b, the second magnetoresistance effect element 101c, and the third magnetoresistance effect element 101e, the spin torque resonance frequency of each magnetoresistance effect element can be set.
磁気抵抗効果デバイス900のその他の構成は、第6の実施形態の磁気抵抗効果デバイス600と同じである。
Other configurations of the magnetoresistance effect device 900 are the same as those of the magnetoresistance effect device 600 of the sixth embodiment.
磁気抵抗効果デバイス900において、第3の磁気抵抗効果素子101eは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第3の磁気抵抗効果素子101eの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成されているので、第2の磁気抵抗効果素子101cと同様に、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが増加する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
In the magneto-resistance effect device 900, the third magneto-resistance effect element 101e is configured such that a DC current input from the DC current input terminal 110 flows through the third magneto-resistance effect element 101e from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104. , And can be treated as a resistance element whose impedance of a high-frequency signal increases at the spin torque resonance frequency due to the spin torque resonance phenomenon, similarly to the second magnetoresistance effect element 101c.
スピントルク共鳴現象により、第1のポート109aから入力された高周波信号(2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを通過した高周波信号)の高周波成分の中で第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第2のポート109bに並列に接続された、高インピーダンス状態の第3の磁気抵抗効果素子101eによりグラウンド108から遮断され、第2のポート109bに出力されやすくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、低インピーダンス状態の第3の磁気抵抗効果素子101eを通過し、グラウンド108に流れ、第2のポート109bに出力されにくくなる。
Due to the spin torque resonance phenomenon, the third magneto-resistance effect element 101e is included in the high-frequency components of the high-frequency signal input from the first port 109a (the high-frequency signal passing through the two first magneto-resistance elements 101a and 101b). The frequency component that matches or is close to the spin torque resonance frequency is cut off from the ground 108 by the high impedance third magnetoresistive element 101e connected in parallel to the second port 109b. Thus, the data is easily output to the second port 109b. On the other hand, among the high frequency components of the high frequency signal, the frequency components that are not near the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e pass through the low impedance state third magnetoresistance effect element 101e and flow to the ground 108. , It is difficult to output to the second port 109b.
図20に、磁気抵抗効果デバイス900に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図20の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図20のプロット線920は、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eに印加された磁場が一定で、且つ、印加された直流電流が一定の時のグラフである。faは第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数であり、fbは第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数であり、fcは第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数であり、feは第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数である。
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the frequency of a high-frequency signal input to the magnetoresistance effect device 900 and the amount of attenuation. In FIG. 20, the vertical axis represents the attenuation, and the horizontal axis represents the frequency. The plot line 920 in FIG. 20 indicates that the magnetic field applied to the two first magnetoresistance effect elements 101a and 101b, the second magnetoresistance effect element 101c, and the third magnetoresistance effect element 101e is constant and the applied magnetic field is constant. 7 is a graph when the applied DC current is constant. fa is the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, fb is the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b, and fc is the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c. And fe is the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e.
図20のプロット線920に示されるように、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が遮断帯域となる。また、第2の磁気抵抗効果素子101cにより、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の高周波数側(上記の遮断帯域の高周波数側)において、高周波信号を第2のポート109b側に通過させることができる。高周波信号が通過する第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の高周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。また、第3の磁気抵抗効果素子101eにより、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の低周波数側(上記の遮断帯域の低周波数側)において、高周波信号を第2のポート109b側に通過させることができる。高周波信号が通過する第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍および第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス900は、図20のプロット線920に示されるような、遮断帯域の低周波数側および高周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能する。この場合、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍および第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、高周波信号の減衰量の周波数に対する変化が急峻であるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数を、使用する遮断帯域の上限周波数に一致させ、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数を、使用する遮断帯域の下限周波数に一致させることが好ましい。
As shown by the plot line 920 in FIG. 20, the band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a and the band near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101b are cutoff bands. Becomes Further, the second magnetoresistance effect element 101c allows the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b to be on the higher frequency side (higher than the above cutoff band). (Frequency side), a high-frequency signal can be passed to the second port 109b side. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c through which the high frequency signal passes, the ratio of the attenuation of the high frequency signal to the attenuation of the high frequency signal in the cutoff band can be further reduced. This makes it possible to sharpen the shoulder characteristics on the high frequency side of the stop band formed near the spin torque resonance frequency of the effect element 101a and near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101b. Further, the third magnetoresistance effect element 101e allows the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b to be on the lower frequency side (lower than the above cutoff band). (Frequency side), a high-frequency signal can be passed to the second port 109b side. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e through which the high frequency signal passes, the ratio of the attenuation of the high frequency signal to the attenuation of the high frequency signal in the cutoff band can be further reduced. The shoulder characteristics on the low frequency side of the cutoff band formed near the spin torque resonance frequency of the effect element 101a and near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101b can be made steep. That is, the magnetoresistive effect device 900 functions as a band rejection filter having a steep shoulder characteristic on both the low frequency side and the high frequency side of the stop band, as shown by the plot line 920 in FIG. In this case, in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the vicinity of the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e, the change of the attenuation amount of the high frequency signal with respect to the frequency is sharp. Therefore, the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is made to match the upper limit frequency of the cutoff band to be used, and the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e is set to the lower limit frequency of the cutoff band to be used. Preferably.
また、磁気抵抗効果デバイス900では、第1の磁気抵抗効果素子は1個(第1の磁気抵抗効果素子101a、101bのいずれか一方)としてもよい。
Further, in the magnetoresistance effect device 900, the first magnetoresistance effect element may be one (one of the first magnetoresistance effect elements 101a and 101b).
このように、磁気抵抗効果デバイス900は、第3の磁気抵抗効果素子101eを磁気抵抗効果デバイス600に対してさらに有し、第3の磁気抵抗効果素子101eは、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続され、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eは、それぞれ磁化固定層102、磁化自由層104およびこれらの間に配置されたスペーサ層103を有し、第3の磁気抵抗効果素子101eは、その一端側が直流電流入力端子110(直流印加端子)側になり、その他端側が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110(直流印加端子)および基準電位端子114に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、第2の磁気抵抗効果素子101c及び第3の磁気抵抗効果素子101eは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a、101bと第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eとで同じになるように形成されている。また、第3の磁気抵抗効果素子101eは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第3の磁気抵抗効果素子101eの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成され、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数は、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっており、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数は、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数は、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
As described above, the magnetoresistive device 900 further includes the third magnetoresistive device 101 e with respect to the magnetoresistive device 600, and the third magnetoresistive device 101 e is connected to the second port 109 b. The two first magnetoresistive elements 101a and 101b, the second magnetoresistive element 101c, and the third magnetoresistive element 101e, which are connected in parallel to the signal line 107, include a magnetization fixed layer 102 and a magnetization free layer. The third magnetoresistive element 101e has a DC current input terminal 110 (DC application terminal) at one end and a reference potential terminal 114 at the other end. Side, is connected to a DC current input terminal 110 (DC application terminal) and a reference potential terminal 114 so that the first a, 101b, the second magnetoresistive element 101c, and the third magnetoresistive element 101e each have a direction from one end to the other end and a direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102. Are formed to be the same in the first magnetoresistive elements 101a and 101b, the second magnetoresistive element 101c, and the third magnetoresistive element 101e. The third magnetoresistance effect element 101e is configured such that a direct current input from a direct current input terminal 110 (direct current application terminal) flows from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the third magnetoresistance effect element 101e. The spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is higher than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, and the third magnetoresistance effect element 101e has The spin torque resonance frequency is lower than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is lower than that of the first magnetoresistance effect element 101b. The spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e is higher than the spin torque resonance frequency, It is lower than the spin torque resonance frequency of 101b.
したがって、第3の磁気抵抗効果素子101eに第1のポート109aから信号線路107を介して高周波信号が入力されることにより、第3の磁気抵抗効果素子101eにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、第3の磁気抵抗効果素子101eの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に直流電流が流れることにより、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第3の磁気抵抗効果素子101eの素子インピーダンスが増加する。
Therefore, when a high-frequency signal is input to the third magnetoresistance effect element 101e from the first port 109a via the signal line 107, spin torque resonance can be induced in the third magnetoresistance effect element 101e. . At the same time as the spin torque resonance, a DC current flows from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the third magnetoresistance effect element 101e, so that the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e is increased. The element impedance of the third magnetoresistive element 101e with respect to the same frequency increases.
第3の磁気抵抗効果素子101eが、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されることにより、高周波信号を、第3の磁気抵抗効果素子101eが高インピーダンス状態である共鳴周波数では第2のポート109b側に通過させ、第3の磁気抵抗効果素子101eが低インピーダンス状態である非共鳴周波数では第2のポート109bに対して遮断することが出来る。
By connecting the third magnetoresistive element 101e to the signal line 107 in parallel with the second port 109b, the third magnetoresistive element 101e transmits a high-frequency signal to the resonance frequency at which the third magnetoresistive element 101e is in a high impedance state. Then, the light can be passed to the second port 109b side and cut off from the second port 109b at a non-resonant frequency where the third magnetoresistive element 101e is in a low impedance state.
第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数が第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数よりも低いため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の高周波数側および低周波数側において、高周波信号を第2のポート側に通過させることができる。また、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数が第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数よりも低いため、第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の高周波数側および低周波数側において、高周波信号を第2のポート側に通過させることができる。高周波信号が通過する第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍および第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍または第1の磁気抵抗効果素子101bのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の高周波数側および低周波数側の両方の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス400は、遮断帯域の高周波数側および低周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
The spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is higher than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a, and the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e is higher than the first magnetic field. Since the spin torque resonance frequency of the resistance effect element 101a is lower than that of the first magnetoresistance effect element 101a, the high frequency signal can be passed to the second port side on the high frequency side and the low frequency side of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a. it can. Further, the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c is higher than the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b, and the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e is the first. Is lower than the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element 101b, the high frequency signal is passed to the second port side on the high frequency side and the low frequency side of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101b. be able to. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c through which the high frequency signal passes and in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance effect element 101e, the attenuation of the high frequency signal in the cutoff band with respect to the attenuation. Of the first magnetoresistive element 101a or near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101b. It becomes possible to sharpen the shoulder characteristics on both the frequency side and the low frequency side. That is, the magnetoresistive device 400 can function as a band-stop filter having a steep shoulder characteristic on both the high frequency side and the low frequency side of the cut-off band.
さらに、磁気抵抗効果デバイス900は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを有するので、広い遮断帯域を持ち、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数が、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの各々のスピントルク共鳴周波数よりも高く、第3の磁気抵抗効果素子101eのスピントルク共鳴周波数が、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bの各々のスピントルク共鳴周波数よりも低いため、遮断帯域の高周波数側及び低周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
Furthermore, since the magnetoresistive device 900 has two first magnetoresistive devices 101a and 101b having different spin torque resonance frequencies, it has a wide cut-off band and the spin torque resonance of the second magnetoresistive device 101c. The frequency is higher than the spin torque resonance frequency of each of the two first magnetoresistance elements 101a and 101b, and the spin torque resonance frequency of the third magnetoresistance element 101e is two first magnetoresistance elements. Since it is lower than the spin torque resonance frequency of each of 101a and 101b, it is possible to function as a band rejection filter having a steep shoulder characteristic on both the high frequency side and the low frequency side of the rejection band.
また、以上の説明では、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bが互いに直列に接続されている例で説明したが、第4の実施形態で説明した場合と同様にして、第1の磁気抵抗効果素子は3個以上であってもよい。また、複数の第1の磁気抵抗効果素子同士が互いに並列に接続されていても良い。これらの場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、第1のポート109a、各々の第1の磁気抵抗効果素子および第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス900と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
Further, in the above description, an example has been described in which the two first magnetoresistive elements 101a and 101b are connected to each other in series. The number of magnetoresistive elements may be three or more. Further, a plurality of first magnetoresistive elements may be connected in parallel with each other. Even in the magnetoresistive device in these cases, the first port 109a, each of the first magnetoresistive elements and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107. Similar to the magnetoresistive device 900, it can have frequency characteristics as a high frequency filter.
また、以上の説明では、第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eが互いに直列に接続されている例で説明したが、第4の実施形態で説明した場合と同様にして、第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eが互いに並列に接続されていても良い。この場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eが、第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス900と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
Further, in the above description, the example in which the second magnetoresistance effect element 101c and the third magnetoresistance effect element 101e are connected in series has been described, but the same as in the case described in the fourth embodiment. Thus, the second magnetoresistance effect element 101c and the third magnetoresistance effect element 101e may be connected in parallel with each other. Even in this case, the second magnetoresistance effect element 101c and the third magnetoresistance effect element 101e are connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b. As with the magnetoresistive device 900, it can have frequency characteristics as a high-frequency filter.
また、以上の説明では、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている例で説明したが、第4の実施形態で説明した場合と同様にして、第2の磁気抵抗効果素子101cおよび第3の磁気抵抗効果素子101eが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101bと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続されるようにしてもよい。より具体的には、第2の磁気抵抗効果素子101cの磁化自由層104側が第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、第3の磁気抵抗効果素子101eの磁化固定層102側が、基準電位端子114に接続されて基準電位端子114を介してグラウンド108に接続されるようにしてもよい。
Further, in the above description, the second magnetoresistance effect element 101c and the third magnetoresistance effect element 101e are connected in parallel to the second port 109b, and the first magnetoresistance effect element 101b and the second In the example described above, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a. Similarly to the case described in the fourth embodiment, the second magneto-resistance effect element 101c and the third magneto-resistance effect element 101e are connected in parallel to the second port 109b by the first magneto-resistance effect element. The DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the effect element 101a and the first port 109a, and is connected between the first magnetoresistive element 101b and the second port 109b. It may be connected to the No. line 107. More specifically, the magnetization free layer 104 side of the second magnetoresistance effect element 101c is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first port 109a, and the third magnetoresistance element The magnetization fixed layer 102 side of the effect element 101e may be connected to the reference potential terminal 114 and connected to the ground 108 via the reference potential terminal 114.
また、以上の説明では、磁気抵抗効果デバイス900として、第1の実施形態の磁気抵抗効果デバイス600に対して第3の磁気抵抗効果素子101eが追加された例で説明しているが、第7の実施形態の磁気抵抗効果デバイス700に対して第3の磁気抵抗効果素子101eが同様に追加された形態でもよい。
In the above description, as the magnetoresistance effect device 900, an example is described in which the third magnetoresistance effect element 101e is added to the magnetoresistance effect device 600 of the first embodiment. The third magneto-resistance effect element 101e may be similarly added to the magneto-resistance effect device 700 of the embodiment.
第9の実施形態の磁気抵抗効果デバイス900において、さらに、遮断帯域を広く、肩特性を急峻にするためには、肩特性を急峻にする第2の磁気抵抗効果素子101cと第3の磁気抵抗効果素子101eのそれぞれのQ値を、遮断帯域を形成する第1の磁気抵抗効果素子101aと第1の磁気抵抗効果素子101bの少なくとも一方のQ値よりも大きくすることが好ましい。
In the magnetoresistive device 900 of the ninth embodiment, in order to further increase the cutoff band and sharpen the shoulder characteristics, the second magnetoresistive element 101c having the steep shoulder characteristics and the third magnetoresistance It is preferable that the Q value of each of the effect elements 101e be larger than the Q value of at least one of the first magnetoresistance effect element 101a and the first magnetoresistance effect element 101b that form the cutoff band.
(第10の実施形態)
図21は、本発明の第10の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス1000の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス1000において、第8の実施形態の磁気抵抗効果デバイス800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および第8の実施形態の磁気抵抗効果デバイス800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1000は、第8の実施形態の磁気抵抗効果デバイス800に対し、さらに第4の磁気抵抗効果素子101fを有している。第4の磁気抵抗効果素子101fは、磁化固定層102(第4の磁化固定層)、磁化自由層104(第4の磁化自由層)およびこれらの間に配置されたスペーサ層103(第4のスペーサ層)を有している。第1のポート109a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続されている。より具体的には、第1の磁気抵抗効果素子101aと第4の磁気抵抗効果素子101fは互いに直列接続されている。(Tenth embodiment)
FIG. 21 is a schematic sectional view of a magnetoresistive device 1000 according to the tenth embodiment of the present invention. In the magnetoresistive device 1000, the points different from the magnetoresistive device 800 of the eighth embodiment will be mainly described, and the common items will not be further described. Elements common to the magnetoresistive device 100 of the first embodiment and the magnetoresistive device 800 of the eighth embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the common elements is omitted. The magnetoresistance effect device 1000 further includes a fourth magnetoresistance effect element 101f in addition to the magnetoresistance effect device 800 of the eighth embodiment. The fourth magnetoresistance effect element 101f includes a magnetization fixed layer 102 (fourth magnetization fixed layer), a magnetization free layer 104 (fourth magnetization free layer), and a spacer layer 103 (fourth magnetization free layer) disposed therebetween. Spacer layer). The first port 109a, the fourth magnetoresistive element 101f, and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107. More specifically, the first magnetoresistance effect element 101a and the fourth magnetoresistance effect element 101f are connected to each other in series.
第4の磁気抵抗効果素子101fは、その一端側(この例では磁化自由層104側)が直流電流入力端子110側になり、その他端側(この例では磁化固定層102側)が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子114に接続されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス1000では、第1の磁気抵抗効果素子101a、第2の磁気抵抗効果素子101c、101d及び第4の磁気抵抗効果素子101fは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、第1の磁気抵抗効果素子101aと2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dと第4の磁気抵抗効果素子101fとで同じになるように形成(配置)されている。この例では、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2の磁気抵抗効果素子101c、101dと第4の磁気抵抗効果素子101fにおいて、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとが、同じ向きの関係になっている。
The fourth magnetoresistance effect element 101f has one end side (in this example, the magnetization free layer 104 side) on the DC current input terminal 110 side, and the other end side (in this example, the magnetization fixed layer 102 side) on the reference potential terminal. It is connected to the DC current input terminal 110 and the reference potential terminal 114 so as to be on the 114 side. That is, in the magnetoresistive device 1000, the first magnetoresistive device 101a, the second magnetoresistive devices 101c and 101d, and the fourth magnetoresistive device 101f are oriented from one end to the other end. And the direction from the magnetization free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 is determined by the relationship between the first magnetoresistive element 101a, the two second magnetoresistive elements 101c and 101d, and the fourth magnetoresistive element. It is formed (arranged) so as to be the same as 101f. In this example, in the first magnetoresistive element 101a, the second magnetoresistive elements 101c and 101d, and the fourth magnetoresistive element 101f, the direction from one end to the other end and the magnetization The direction from the free layer 104 to the magnetization fixed layer 102 has the same direction.
第4の磁気抵抗効果素子101fは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第4の磁気抵抗効果素子101fの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成(配置)されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス1000では、第1の磁気抵抗効果素子101a、第2の磁気抵抗効果素子101c、第2の磁気抵抗効果素子101d及び第4の磁気抵抗効果素子101fのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層102、スペーサ層103および磁化自由層104の配置順との関係が、第1の磁気抵抗効果素子101a、第2の磁気抵抗効果素子101c、第2の磁気抵抗効果素子101d及び第4の磁気抵抗効果素子101fで同じになっている。さらに、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
The fourth magnetoresistance effect element 101f is formed such that a DC current input from the DC current input terminal 110 flows in the direction from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the fourth magnetoresistance effect element 101f. (Placed). That is, in the magnetoresistive device 1000, it flows through each of the first magnetoresistive device 101a, the second magnetoresistive device 101c, the second magnetoresistive device 101d, and the fourth magnetoresistive device 101f. The relationship between the direction of the DC current and the arrangement order of the respective magnetization fixed layers 102, spacer layers 103, and magnetization free layers 104 depends on the first magnetoresistance effect element 101a, the second magnetoresistance effect element 101c, and the second magnetoresistance effect element 101c. The same applies to the magnetoresistance effect element 101d and the fourth magnetoresistance effect element 101f. Further, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is higher than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d, The spin torque resonance frequency of the magnetoresistance effect element 101f is lower than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d.
第1のポート109aから入力される高周波信号は、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fを通過した後、その一部の高周波信号は2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに流され、残りの高周波信号は第2のポート109bに出力される。
After the high-frequency signal input from the first port 109a passes through the first magnetoresistance effect element 101a and the fourth magnetoresistance effect element 101f, part of the high-frequency signal is converted into two second magnetoresistance effects. The remaining high-frequency signals passed through the elements 101c and 101d are output to the second port 109b.
第4の磁気抵抗効果素子101fは、一端(磁化自由層104側)が上部電極105を介して信号線路107に電気的に接続され、他端(磁化固定層102側)が下部電極106を介して信号線路107に電気的に接続されている。
The fourth magnetoresistance effect element 101f has one end (on the magnetization free layer 104 side) electrically connected to the signal line 107 via the upper electrode 105, and the other end (on the magnetization fixed layer 102 side) via the lower electrode 106. And is electrically connected to the signal line 107.
直流電流入力端子110は、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fを挟んで2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの信号線路107への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路107に接続されている。より具体的には、直流電流入力端子110は、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている。直流電流入力端子110に直流電流源112が接続されることで、第1の磁気抵抗効果素子101a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに直流電流を印加することが可能になる。
The DC current input terminal 110 is opposite to the connection point of the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d to the signal line 107 with the first magnetoresistance effect element 101a and the fourth magnetoresistance effect element 101f interposed therebetween. It is connected to the signal line 107 on the side. More specifically, the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first port 109a. When the DC current source 112 is connected to the DC current input terminal 110, the DC current is supplied to the first magnetoresistance effect element 101a, the fourth magnetoresistance effect element 101f, and the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d. Can be applied.
直流電流源112は、グラウンド108及び直流電流入力端子110に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a、第4の磁気抵抗効果素子101f、信号線路107、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101d、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路が形成されている。直流電流源112は、直流電流入力端子110から、上記の閉回路に直流電流を印加する。
The DC current source 112 is connected to the ground 108 and the DC current input terminal 110, and has a first magnetoresistance effect element 101a, a fourth magnetoresistance effect element 101f, a signal line 107, and two second magnetoresistance effect elements 101c. , 101d, the ground 108 and the DC current input terminal 110 are formed. The DC current source 112 applies a DC current from the DC current input terminal 110 to the closed circuit.
磁場印加機構111は、第1の磁気抵抗効果素子101a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの近傍に配設され、第1の磁気抵抗効果素子101a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dに磁場を印加して、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を設定可能となっている。
The magnetic field applying mechanism 111 is disposed near the first magnetoresistive element 101a, the fourth magnetoresistive element 101f, and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d. By applying a magnetic field to 101a, the fourth magnetoresistive element 101f, and the two second magnetoresistive elements 101c and 101d, the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element can be set.
磁気抵抗効果デバイス1000のその他の構成は、第8の実施形態の磁気抵抗効果デバイス800と同じである。
Other configurations of the magnetoresistive device 1000 are the same as those of the magnetoresistive device 800 of the eighth embodiment.
磁気抵抗効果デバイス1000において、第4の磁気抵抗効果素子101fは、直流電流入力端子110から入力される直流電流が、第4の磁気抵抗効果素子101fの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成されているので、第1の磁気抵抗効果素子101aと同様に、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが増加する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
In the magneto-resistance effect device 1000, the fourth magneto-resistance effect element 101f is configured such that a DC current input from the DC current input terminal 110 flows through the fourth magneto-resistance effect element 101f from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104. Is formed so that the impedance of the high-frequency signal increases at the spin torque resonance frequency due to the spin torque resonance phenomenon, similarly to the first magnetoresistance effect element 101a.
スピントルク共鳴現象により、第1のポート109aから入力された高周波信号の高周波成分の中で第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、高インピーダンス状態の第4の磁気抵抗効果素子101fにより、第2のポート109bに出力されにくくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、低インピーダンス状態の第4の磁気抵抗効果素子101fを通過し、第2のポート109bに出力されやすくなる。
Due to the spin torque resonance phenomenon, a frequency component that matches the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistive element 101f or is close to the spin torque resonance frequency in the high frequency components of the high frequency signal input from the first port 109a. Is hardly output to the second port 109b by the fourth magnetoresistive element 101f in a high impedance state. On the other hand, a frequency component of the high-frequency signal that is not near the spin torque resonance frequency of the fourth magneto-resistance effect element 101f passes through the low-impedance fourth magneto-resistance effect element 101f and passes through the second port. 109b.
図22に、磁気抵抗効果デバイス1000に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図22の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図22のプロット線1020は、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101d、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fに印加された磁場が一定で、且つ、印加された直流電流が一定の時のグラフである。fcは第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数であり、fdは第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数であり、faは第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数であり、ffは第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数である。
FIG. 22 is a graph showing the relationship between the frequency of a high-frequency signal input to the magnetoresistive device 1000 and the amount of attenuation. In FIG. 22, the vertical axis represents the attenuation, and the horizontal axis represents the frequency. The plot line 1020 in FIG. 22 indicates that the magnetic field applied to the two second magnetoresistance effect elements 101c and 101d, the first magnetoresistance effect element 101a, and the fourth magnetoresistance effect element 101f is constant and the applied magnetic field is constant. 7 is a graph when the applied DC current is constant. fc is the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, fd is the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d, and fa is the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a. And ff is the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f.
図22のプロット線1020に示されるように、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が通過帯域となる。また、第1の磁気抵抗効果素子101aにより、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の高周波数側(上記の通過帯域の高周波数側)において、高周波信号を第2のポート109bに対して遮断することができる。高周波信号が遮断される第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の高周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。また、第4の磁気抵抗効果素子101fにより、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の低周波数側(上記の遮断帯域の低周波数側)において、高周波信号を第2のポート109bに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍および第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス1000は、図22のプロット線1020に示されるような、通過帯域の低周波数側および高周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能する。この場合、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍および第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、高周波信号の減衰量の周波数に対する変化が急峻であるため、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数を、使用する通過帯域の上限周波数に一致させ、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数を、使用する通過帯域の下限周波数に一致させることが好ましい。
As shown by a plot line 1020 in FIG. 22, the band near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the band near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d are the passbands. Becomes Further, the first magnetoresistance effect element 101a allows the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d to be on the higher frequency side (higher than the above passband). (Frequency side), the high-frequency signal can be cut off to the second port 109b. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a where the high-frequency signal is cut off, the ratio of the attenuation of the high-frequency signal to the attenuation of the high-frequency signal in the pass band can be further increased. The shoulder characteristics on the high frequency side of the passband formed near the spin torque resonance frequency of the resistance effect element 101c and near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d can be made steep. In addition, the fourth magnetoresistance effect element 101f allows the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c and the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d to be on the lower frequency side (lower than the above cutoff band). (Frequency side), the high-frequency signal can be cut off to the second port 109b. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistive element 101f where the high-frequency signal is cut off, the ratio of the attenuation of the high-frequency signal to the attenuation of the high-frequency signal in the pass band can be further increased. The shoulder characteristics on the low frequency side of the passband formed near the spin torque resonance frequency of the resistance element 101c and near the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance element 101d can be made steep. That is, the magnetoresistive device 1000 functions as a bandpass filter having a steep shoulder characteristic on both the low frequency side and the high frequency side of the passband, as shown by the plot line 1020 in FIG. In this case, near the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a and near the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistive element 101f, the change of the amount of attenuation of the high-frequency signal with respect to the frequency is sharp. Therefore, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a is made to match the upper limit frequency of the pass band to be used, and the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistive element 101f is set to the lower limit frequency of the pass band to be used. Preferably.
また、磁気抵抗効果デバイス1000では、第2の磁気抵抗効果素子は1個(第2の磁気抵抗効果素子101c、101dのいずれか一方)としてもよい。
Further, in the magnetoresistance effect device 1000, the number of the second magnetoresistance effect element may be one (one of the second magnetoresistance effect elements 101c and 101d).
このように、磁気抵抗効果デバイス1000は、第4の磁気抵抗効果素子101fを磁気抵抗効果デバイス800に対してさらに有し、第1のポート109a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dおよび第4の磁気抵抗効果素子101fは、それぞれ磁化固定層102、磁化自由層104およびこれらの間に配置されたスペーサ層103を有し、第4の磁気抵抗効果素子101fは、その一端側が直流電流入力端子110(直流印加端子)側になり、その他端側が基準電位端子114側になるように、直流電流入力端子110(直流印加端子)および基準電位端子114に接続され、第1の磁気抵抗効果素子101a、第2の磁気抵抗効果素子101c、101d及び第4の磁気抵抗効果素子101fは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層104から磁化固定層102への向きとの関係が、第1の磁気抵抗効果素子101aと2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dと第4の磁気抵抗効果素子101fとで同じになるように形成されている。また、第4の磁気抵抗効果素子101fは、直流電流入力端子110(直流印加端子)から入力される直流電流が、第4の磁気抵抗効果素子101fの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に流れるように形成され、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっており、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数は、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
As described above, the magnetoresistance effect device 1000 further includes the fourth magnetoresistance effect element 101f with respect to the magnetoresistance effect device 800, and includes the first port 109a, the fourth magnetoresistance effect element 101f, and the second The port 109b is connected in series via the signal line 107 in this order. The fourth magnetoresistive element 101f includes a layer 102, a magnetization free layer 104, and a spacer layer 103 disposed therebetween. Connected to the DC current input terminal 110 (DC application terminal) and the reference potential terminal 114 so that the end side is on the side of the reference potential terminal 114 The first magnetoresistive element 101a, the second magnetoresistive elements 101c and 101d, and the fourth magnetoresistive element 101f have respective directions from one end to the other end, and respective magnetization free layers. The relationship between the direction from 104 to the magnetization fixed layer 102 is the same for the first magnetoresistive element 101a, the two second magnetoresistive elements 101c and 101d, and the fourth magnetoresistive element 101f. Is formed. The fourth magnetoresistance effect element 101f is configured such that a DC current input from a DC current input terminal 110 (DC application terminal) flows through the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the fourth magnetoresistance effect element 101f. , The spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is higher than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, and the The spin torque resonance frequency is lower than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, and the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is lower than that of the second magnetoresistance effect element 101d. The spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f is higher than the spin torque resonance frequency, It is lower than the spin torque resonance frequency of the 101d.
したがって、第4の磁気抵抗効果素子101fに第1のポート109aから信号線路107を介して高周波信号が入力されることにより、第4の磁気抵抗効果素子101fにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、第4の磁気抵抗効果素子101fの中を磁化固定層102から磁化自由層104の方向に直流電流が流れることにより、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第4の磁気抵抗効果素子101fの素子インピーダンスが増加する。
Therefore, when a high-frequency signal is input to the fourth magnetoresistive element 101f from the first port 109a via the signal line 107, spin torque resonance can be induced in the fourth magnetoresistive element 101f. . At the same time as the spin torque resonance, a DC current flows from the magnetization fixed layer 102 to the magnetization free layer 104 in the fourth magnetoresistance effect element 101f, so that the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f is increased. The element impedance of the fourth magnetoresistive element 101f for the same frequency as that of the first element increases.
第1のポート109a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび第2のポート109bがこの順に直列接続されることにより、高周波信号を、第4の磁気抵抗効果素子101fが高インピーダンス状態である共鳴周波数では第2のポート109bに対し遮断し、第4の磁気抵抗効果素子101fが低インピーダンス状態である非共鳴周波数では第2のポート109b側に通過させることが出来る。
The first port 109a, the fourth magnetoresistive element 101f, and the second port 109b are connected in series in this order, so that a high frequency signal can be transmitted to the resonance frequency when the fourth magnetoresistive element 101f is in a high impedance state. In this case, the second port 109b can be cut off, and can be passed to the second port 109b side at a non-resonant frequency where the fourth magnetoresistance effect element 101f is in a low impedance state.
第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数が第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数よりも低いため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の高周波数側および低周波数側において、高周波信号を第2のポート109bに対し遮断することができる。また、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数が第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数よりも低いため、第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の高周波数側および低周波数側において、高周波信号を第2のポート109bに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数の近傍および第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第2の磁気抵抗効果素子101cのスピントルク共鳴周波数の近傍または第2の磁気抵抗効果素子101dのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の高周波数側および低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス1000は、通過帯域の高周波数側および低周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
The spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is higher than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c, and the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f is the second magnetoresistance effect. Since the spin torque resonance frequency of the effect element 101c is lower than the spin torque resonance frequency, the high-frequency signal can be cut off to the second port 109b on the high frequency side and the low frequency side of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101c. it can. Further, the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistance effect element 101a is higher than the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d, and the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance effect element 101f is the second. Since the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element 101d is lower than the spin torque resonance frequency, the high frequency signal is cut off to the second port 109b on the high frequency side and the low frequency side of the spin torque resonance frequency of the second magnetoresistance effect element 101d. be able to. In the vicinity of the spin torque resonance frequency of the first magnetoresistive element 101a where the high frequency signal is cut off and in the vicinity of the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistive element 101f, the attenuation with respect to the attenuation of the high frequency signal in the pass band. Since the ratio of the amounts can be further increased, the pass band formed near the spin torque resonance frequency of the second magneto-resistance effect element 101c or near the spin torque resonance frequency of the second magneto-resistance effect element 101d is reduced. The shoulder characteristics on the high frequency side and the low frequency side can be made steep. That is, the magnetoresistive effect device 1000 can function as a bandpass filter having a steep shoulder characteristic on both the high frequency side and the low frequency side of the passband.
さらに、磁気抵抗効果デバイス1000は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dを有するので、広い通過帯域を持ち、第1の磁気抵抗効果素子101aのスピントルク共鳴周波数が、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの各々のスピントルク共鳴周波数よりも高く、第4の磁気抵抗効果素子101fのスピントルク共鳴周波数が、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dの各々のスピントルク共鳴周波数よりも低いため、通過帯域の高周波数側及び低周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
Furthermore, since the magnetoresistive device 1000 has two second magnetoresistive devices 101c and 101d having different spin torque resonance frequencies, it has a wide pass band, and the spin torque resonance of the first magnetoresistive device 101a. The frequency is higher than the spin torque resonance frequency of each of the two second magnetoresistance elements 101c and 101d, and the spin torque resonance frequency of the fourth magnetoresistance element 101f is two. Since it is lower than the spin torque resonance frequency of each of 101c and 101d, it becomes possible to function as a band-pass filter having a steep shoulder characteristic on both the high frequency side and the low frequency side of the pass band.
また、以上の説明では、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが互いに直列に接続されている例で説明したが、第5の実施形態で説明した場合と同様にして、第2の磁気抵抗効果素子は3個以上であってもよい。また、複数の第2の磁気抵抗効果素子同士が互いに並列に接続されていても良い。これらの場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、各々の第2の磁気抵抗効果素子が第2のポート109bに対して並列に信号線路107に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス1000と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
Further, in the above description, an example has been described in which the two second magnetoresistance elements 101c and 101d are connected in series with each other. The number of magnetoresistive elements may be three or more. Further, a plurality of second magnetoresistive elements may be connected in parallel with each other. Even in the magnetoresistive device in these cases, each of the second magnetoresistive elements is connected to the signal line 107 in parallel with the second port 109b, so that the device is similar to the magnetoresistive device 1000. Can have a frequency characteristic as a high-frequency filter.
また、以上の説明では、第1の磁気抵抗効果素子101aと第4の磁気抵抗効果素子101fが互いに直列に接続されている例で説明したが、第5の実施形態で説明した場合と同様にして、第1の磁気抵抗効果素子101aと第4の磁気抵抗効果素子101fが互いに並列に接続されていても良い。この場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、第1のポート109a、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続され、第1のポート109a、第4の磁気抵抗効果素子101fおよび第2のポート109bが信号線路107を介してこの順に直列接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス1000と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
Further, in the above description, an example was described in which the first magnetoresistive element 101a and the fourth magnetoresistive element 101f were connected in series with each other, but the same as in the case described in the fifth embodiment. Thus, the first magnetoresistive element 101a and the fourth magnetoresistive element 101f may be connected in parallel with each other. Even in the magnetoresistive device in this case, the first port 109a, the first magnetoresistive element 101a, and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107, and the first port 109a Since the fourth magnetoresistive element 101f and the second port 109b are connected in series in this order via the signal line 107, the fourth magnetoresistive effect element 101f and the second port 109b have the same frequency characteristics as a high-frequency filter similar to the magnetoresistive effect device 1000. it can.
また、以上の説明では、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に、第4の磁気抵抗効果素子101fと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続されている例で説明したが、第5の実施形態で説明した場合と同様にして、第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、直流電流入力端子110が、第4の磁気抵抗効果素子101fと第2のポート109bとの間の信号線路107に接続されるようにしてもよい。より具体的には、第2の磁気抵抗効果素子101cの磁化自由層104側が第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、第2の磁気抵抗効果素子101dの磁化固定層102側が、基準電位端子114に接続されて基準電位端子114を介してグラウンド108に接続されるようにしてもよい。
In the above description, the two second magnetoresistive elements 101c and 101d are connected in parallel with the second port 109b between the fourth magnetoresistive element 101f and the second port 109b. Although the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 and the DC current input terminal 110 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a, the fifth embodiment has been described. Similarly to the case described in the embodiment, the second magneto-resistance effect elements 101c and 101d are connected in parallel with the second port 109b between the first magneto-resistance effect element 101a and the first port 109a. And the DC current input terminal 110 may be connected to the signal line 107 between the fourth magnetoresistive element 101f and the second port 109b. More specifically, the magnetization free layer 104 side of the second magnetoresistance effect element 101c is connected to a signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the first port 109a, and the second magnetoresistance element The magnetization fixed layer 102 side of the effect element 101d may be connected to the reference potential terminal 114 and connected to the ground 108 via the reference potential terminal 114.
また、第7の実施形態と同様にして、第10の実施形態の磁気抵抗効果デバイス1000に対して、インダクタ113が、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fと第2のポート109bとの間の信号線路107の一方)に接続され、直流電流入力端子110が、第4の磁気抵抗効果素子101fと第2のポート109bとの間の信号線路107(第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fと第1のポート109aとの間の信号線路107、または第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fと第2のポート109bとの間の信号線路107の他方)に接続され、2つの第2の磁気抵抗効果素子101c、101dが、第2のポート109bに対して並列に、第1の磁気抵抗効果素子101aおよび第4の磁気抵抗効果素子101fの少なくとも1つを挟んでインダクタ113の信号線路107への接続箇所とは反対側の箇所の信号線路107に接続されるようにしてもよい。
In the same manner as in the seventh embodiment, the inductor 113 is connected in parallel with the second port 109b to the first magnetoresistive element 101a in the magnetoresistive device 1000 of the tenth embodiment. Line 107 between the first port 109a and the first port 109a (the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the fourth magnetoresistance effect element 101f and the first port 109a, or the first magnetic field One of the signal lines 107 between the resistance effect element 101a and the fourth magnetoresistance effect element 101f and the second port 109b), and the DC current input terminal 110 is connected to the fourth magnetoresistance effect element 101f and the fourth Signal line 107 between the second port 109b (between the first and fourth magnetoresistive elements 101a and 101f and the first port 109a). Signal line 107 or the other of the signal line 107 between the first and fourth magnetoresistive elements 101a and 101f and the second port 109b) and two second magnetoresistive effects. Elements 101c and 101d are connected in parallel with second port 109b to signal line 107 of inductor 113 across at least one of first and fourth magnetoresistive elements 101a and 101f. The connection may be made to the signal line 107 on the opposite side of the location.
第10の実施形態の磁気抵抗効果デバイス1000において、さらに、通過帯域を広く、肩特性を急峻にするためには、肩特性を急峻にする第1の磁気抵抗効果素子101aと第4の磁気抵抗効果素子101fのそれぞれのQ値を、通過帯域を形成する第2の磁気抵抗効果素子101cと第2の磁気抵抗効果素子101dの少なくとも一方のQ値よりも大きくすることが好ましい。
In the magnetoresistive device 1000 according to the tenth embodiment, in order to further increase the passband and sharpen the shoulder characteristics, the first magnetoresistive element 101a and the fourth magnetoresistive device having the steep shoulder characteristics are provided. It is preferable that the Q value of each of the effect elements 101f is larger than the Q value of at least one of the second magnetoresistance effect element 101c and the second magnetoresistance effect element 101d that form the pass band.
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や構成要素の追加を行うことが可能である。例えば、第1のポート109a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、第1、第3、第4、第5、第6および第8、第9及び第10の実施形態における直流電流入力端子110と信号線路107との接続部と第1のポート109aとの間の信号線路107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。同様に、第2および第7の実施形態におけるインダクタ113と信号線路107との接続部と第1のポート109aとの間の信号線路107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。また、第2のポート109b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、第1、第3、第4、第5、第6、第8、第9および第10の実施形態における第2の磁気抵抗効果素子101cと信号線路107との接続部と第2のポート109bとの間の信号線路107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。同様に、第2および第7の実施形態における直流電流入力端子110と信号線路107との接続部と第2のポート109bとの間の信号線路107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。
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described. However, other than the above-described embodiments, changes and additions of components can be made. For example, in order to prevent a DC signal from flowing through a high-frequency circuit connected to the first port 109a, the first, third, fourth, fifth, sixth, eighth, ninth, and tenth embodiments may be used. A capacitor for cutting a DC signal may be connected in series to the signal line 107 between the connection between the DC current input terminal 110 and the signal line 107 and the first port 109a. Similarly, a capacitor for cutting off a DC signal is connected in series to the signal line 107 between the connection between the inductor 113 and the signal line 107 in the second and seventh embodiments and the first port 109a. You may. In order to prevent a DC signal from flowing to the high-frequency circuit connected to the second port 109b, the first, third, fourth, fifth, sixth, eighth, ninth, and ninth embodiments are used. A capacitor for cutting off a DC signal may be connected in series to the signal line 107 between the connection between the second magnetoresistive element 101c and the signal line 107 and the second port 109b. Similarly, a capacitor for cutting a DC signal is connected in series to the signal line 107 between the connection between the DC current input terminal 110 and the signal line 107 and the second port 109b in the second and seventh embodiments. May be connected.
また、第2および第7の実施形態では、インダクタ113が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107と基準電位端子115(グラウンド108)とに接続され、第2の磁気抵抗効果素子101cの一端が第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bの間の信号線路107に接続され、第2の磁気抵抗効果素子101cの他端が基準電位端子114(グラウンド108)に接続され、直流入力端子111が第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bの間の信号線路107に接続されている例で説明したが、インダクタ113が、第1の磁気抵抗効果素子101aと第2のポート109bとの間の信号線路107と基準電位端子115(グラウンド108)とに接続され、第2の磁気抵抗効果素子101cの一端が第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aとの間の信号線路107に接続され、第2の磁気抵抗効果素子101bの他端が基準電位端子114(グラウンド108)に接続され、直流入力端子111が第1の磁気抵抗効果素子101aと第1のポート109aの間の信号線路107に接続されるようにしてもよい。
In the second and seventh embodiments, the inductor 113 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a and the reference potential terminal 115 (ground 108). One end of the second magnetoresistance effect element 101c is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistance effect element 101a and the second port 109b, and the other end of the second magnetoresistance effect element 101c is connected to the reference potential. In the example described above, the DC input terminal 111 is connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the second port 109b, and the inductor 113 is connected to the terminal 114 (ground 108). A signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the second port 109b and a reference potential terminal 115 (ground 108), One end of the second magnetoresistive element 101c is connected to a signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a, and the other end of the second magnetoresistive element 101b is connected to a reference potential terminal. 114 (ground 108), and the DC input terminal 111 may be connected to the signal line 107 between the first magnetoresistive element 101a and the first port 109a.
また、第2および第7の実施形態では、インダクタ113を用いた例で説明したが、インダクタ113にかえて、抵抗素子を用いても良い。この場合、抵抗素子は、信号線路107と基準電位端子115(グラウンド108)との間に接続され、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、信号線路107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、信号線路107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。この抵抗素子により、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101bを通過する高周波信号の特性を劣化させることなく、第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、信号線路107、抵抗素子、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路に、直流電流入力端子110から印加された直流電流を流すことができる。
In the second and seventh embodiments, the example using the inductor 113 has been described. However, a resistor may be used instead of the inductor 113. In this case, the resistance element is connected between the signal line 107 and the reference potential terminal 115 (ground 108), and has a function of cutting a high frequency component of the current by a resistance component. This resistance element may be either a chip resistance or a resistance by a pattern line. It is preferable that the resistance value of the resistance element be equal to or more than the characteristic impedance of the signal line 107. For example, when the characteristic impedance of the signal line 107 is 50Ω, the high frequency power of 45% is cut by the resistance element when the resistance value of the resistance element is 50Ω, and the high frequency power is 90% when the resistance value of the resistance element is 500Ω. Can be cut by the resistance element. With this resistance element, the first magnetoresistance effect elements 101a, 101b, the signal line 107, the resistance element, and the ground 108 are not deteriorated without deteriorating the characteristics of the high-frequency signal passing through the two first magnetoresistance effect elements 101a, 101b. The DC current applied from the DC current input terminal 110 can flow through the closed circuit including the DC current input terminal 110.
インダクタ113にかえて抵抗素子を用いる場合は、抵抗素子(または直流電流入力端子11)の信号線路107への接続部と第1のポート109aとの間の信号線路107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、および、直流電流入力端子110(または抵抗素子)の信号線路107への接続部と第2のポート109bとの間の信号線路107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、2つの第1の磁気抵抗効果素子101a、101b、信号線路107、抵抗素子、グラウンド108および直流電流入力端子110を含む閉回路に、直流電流入力端子110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。
When a resistance element is used instead of the inductor 113, a DC signal is cut on the signal line 107 between the connection of the resistance element (or the DC current input terminal 11) to the signal line 107 and the first port 109a. Signals are connected in series, and the DC signal is cut to the signal line 107 between the connection of the DC current input terminal 110 (or the resistance element) to the signal line 107 and the second port 109b. A series connection of a capacitor for connecting a DC current input terminal 110 to a closed circuit including two first magnetoresistive elements 101a and 101b, a signal line 107, a resistance element, a ground 108, and a DC current input terminal 110. This is preferable in that the direct current applied from can efficiently flow.
また、第1〜第10の実施形態において、各磁気抵抗効果素子の中を流れる高周波信号の各磁気抵抗効果素子に対する向きが、第1〜第10の実施形態の説明の中で図示されている向きとは反対になるように各磁気抵抗効果素子が形成(配置)されていても良い。例えば、第1、第3、第4、第5、第6、第8、第9および第10の実施形態では、各磁気抵抗効果素子は、磁化自由層104側が第1のポート109a側に接続されているが、各磁気抵抗効果素子は、磁化固定層102側が第1のポート109a側に接続されるようにしてもよい。これらの場合は、直流電流源112から直流電流入力端子110に入力される直流電流の向きを、各実施形態の説明の中で図示されている向きとは反対になるようにすればよい。
Also, in the first to tenth embodiments, the directions of the high-frequency signals flowing through the respective magneto-resistance effect elements with respect to the respective magneto-resistance effect elements are illustrated in the description of the first to tenth embodiments. Each magnetoresistive element may be formed (arranged) so as to be opposite to the direction. For example, in the first, third, fourth, fifth, sixth, eighth, ninth, and tenth embodiments, in each of the magnetoresistive elements, the magnetization free layer 104 side is connected to the first port 109a side. However, in each magnetoresistive element, the magnetization fixed layer 102 side may be connected to the first port 109a side. In these cases, the direction of the DC current input from the DC current source 112 to the DC current input terminal 110 may be opposite to the direction illustrated in the description of each embodiment.
また、第1〜第10の実施形態において、第1の磁気抵抗効果素子101a(101b)、第2の磁気抵抗効果素子101c(101d)、第3の磁気抵抗効果素子101e及び第4の磁気抵抗効果素子101fは、それぞれの磁化自由層104側が直流電流入力端子110側になり、それぞれの磁化固定層102側が基準電位端子114(115)側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子114(115)に接続されているが、第1の磁気抵抗効果素子101a(101b)、第2の磁気抵抗効果素子101c(101d)、第3の磁気抵抗効果素子101e及び第4の磁気抵抗効果素子101fは、それぞれの磁化固定層102側が直流電流入力端子110側になり、それぞれの磁化自由層104側が基準電位端子114(115)側になるように、直流電流入力端子110および基準電位端子114(115)に接続されるようにしてもよい。
In the first to tenth embodiments, the first magnetoresistance effect element 101a (101b), the second magnetoresistance effect element 101c (101d), the third magnetoresistance effect element 101e, and the fourth magnetoresistance element The effect element 101f has a DC current input terminal 110 and a reference potential terminal such that each magnetization free layer 104 side is a DC current input terminal 110 side and each magnetization fixed layer 102 side is a reference potential terminal 114 (115) side. 114 (115), the first magnetoresistance effect element 101a (101b), the second magnetoresistance effect element 101c (101d), the third magnetoresistance effect element 101e, and the fourth magnetoresistance effect. In the element 101f, each magnetization fixed layer 102 side is the DC current input terminal 110 side, and each magnetization free layer 104 side is the reference potential terminal. 14 (115) so that the side, may also be connected to the direct current input terminal 110 and the reference potential terminal 114 (115).
また、第1〜第10の実施形態では、直流電流源112からの直流電流が、直流印加端子の一例である直流電流入力端子110から入力され、各磁気抵抗効果素子(第1〜第4の磁気抵抗効果素子)に印加される例で説明したが、直流電流源112にかえて直流電圧源を直流印加端子に接続し、直流印加端子から直流電圧が各磁気抵抗効果素子(第1〜第4の磁気抵抗効果素子)に対してそれぞれの積層方向に印加されて、各磁気抵抗効果素子の中を直流電流が流れるようにしてもよい。つまり、直流印加端子は、各磁気抵抗効果素子(第1〜第4の磁気抵抗効果素子)に直流電流または直流電圧を印加可能であればよい。直流電圧源は、一定の直流電圧を発生可能な直流電圧源でもよく、発生する直流電圧値の大きさが変化可能な直流電圧源でもよい。
In the first to tenth embodiments, a DC current from a DC current source 112 is input from a DC current input terminal 110 which is an example of a DC application terminal, and each of the magnetoresistive elements (first to fourth As described above, the DC voltage source is connected to the DC application terminal in place of the DC current source 112, and the DC voltage is applied from the DC application terminal to each of the magnetoresistive elements (first to first). 4 may be applied in the respective laminating directions so that a direct current flows through each magnetoresistive element. That is, the DC application terminal only needs to be able to apply a DC current or a DC voltage to each of the magnetoresistive elements (first to fourth magnetoresistive elements). The DC voltage source may be a DC voltage source that can generate a constant DC voltage, or a DC voltage source that can change the magnitude of the generated DC voltage value.
また、第1〜第10の実施形態では、磁気抵抗効果デバイス100(200、300、400、500、600、700、800、900、1000)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111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スピントルク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スピントルク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スピントルク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。In the first to tenth embodiments, the magnetoresistive device 100 (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000) uses a magnetic field applying mechanism as a frequency setting mechanism (effective magnetic field setting mechanism). Although the example having 111 has been described, the frequency setting mechanism (effective magnetic field setting mechanism) may be another example as described below. For example, by applying an electric field to the magnetoresistance effect element and changing the electric field, the effective magnetic field in the magnetization free layer is changed by changing the anisotropic magnetic field H k in the magnetization free layer, and the spin of the magnetoresistance effect element is changed. The torque resonance frequency can be changed. In this case, a mechanism for applying an electric field to the magnetoresistive element is a frequency setting mechanism (effective magnetic field setting mechanism). Further, a piezoelectric body is provided in the vicinity of the magnetization free layer, and an electric field is applied to the piezoelectric body to deform the piezoelectric body, thereby distorting the magnetization free layer, thereby changing the anisotropic magnetic field H k in the magnetization free layer. Thus, the effective magnetic field in the magnetization free layer can be changed to change the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element. In this case, the mechanism for applying an electric field to the piezoelectric body and the piezoelectric body serve as a frequency setting mechanism (effective magnetic field setting mechanism). Further, a control film made of an antiferromagnetic material or a ferrimagnetic material having an electromagnetic effect is provided so as to be magnetically coupled to the magnetization free layer, and a magnetic field and an electric field are applied to the control film, and a magnetic field applied to the control film and By changing at least one of the electric fields, the exchange coupling magnetic field H EX in the magnetization free layer is changed to change the effective magnetic field in the magnetization free layer, thereby changing the spin torque resonance frequency of the magnetoresistive element. In this case, the mechanism for applying a magnetic field to the control film, the mechanism for applying an electric field to the control film, and the control film serve as a frequency setting mechanism (effective magnetic field setting mechanism).
また、周波数設定機構が無くても(磁場印加機構111からの磁場が印加されなくても)、各磁気抵抗効果素子のスピントルク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111)は無くてもよい。
Even if there is no frequency setting mechanism (even if the magnetic field is not applied from the magnetic field applying mechanism 111), if the spin torque resonance frequency of each magnetoresistive element is a desired frequency, the frequency setting mechanism (magnetic field The application mechanism 111) may not be provided.