磁阻效应装置以及磁阻效应模块的制作方法

本发明涉及一种利用了磁阻效应元件的磁阻效应装置以及磁阻效应模块。

本申请是基于在2016年9月14日在日本申请的日本特愿2016-179124号主张优选权并将其内容引用于此。

背景技术

近年来，伴随着手机等的移动通讯终端的高功能化而不断推进着无线通讯的高速化。通讯速度因为与所使用的频率的带宽成比例，所以通讯所需的频带增加。伴随于此，对于移动通讯终端来说必要的高频滤波器的搭载数量也会有所增加。

另外，作为有可能可以应用于近年来新的高频用部件的领域被研究的是自旋电子学。作为其中受人注目的现象之一，有由磁阻效应元件产生的自旋转矩共振现象(参照非专利文献1)。

在交流电流流到磁阻效应元件的同时，通过由磁场施加机构来施加磁场，从而就能够在磁阻效应元件发生自旋转矩共振。此时，磁阻效应元件的电阻值以对应于自旋转矩共振频率的频率进行周期性地振动。磁阻效应元件的自旋转矩共振频率根据被施加于磁阻效应元件的磁场的强度而发生变化，一般来说共振频率为数～数十ghz的高频带。

现有专利文献

非专利文献

非专利文献1：nature,vol.438,no.7066,pp.339-342,17november2005

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

如上所述，利用了自旋转矩共振现象的高频振荡元件的研讨正在不断发展。然而，关于对于自旋转矩共振现象的其它应用用途的具体结构，还未进行充分地研究。

本发明是鉴于上述技术问题而做出的，其目的在于提供一种用于使利用了自旋转矩共振现象的磁阻效应装置以及磁阻效应模块作为高频滤波器或放大器起作用的结构。

解决技术问题的手段

本发明为了解决上述技术问题而发现将利用了自旋轨道转矩共振现象的磁阻效应装置以及磁阻效应模块作为高频滤波器或放大器起作用。

即，本发明为了解决上述技术问题而提供了以下的手段。

本发明的第1实施方式所涉及的磁阻效应装置，其特征在于：所述磁阻效应装置具备：具有第1磁化自由层、第1磁化固定层以及第1间隔层的第1磁阻效应元件、金属层、第1电极、输入端子、输出端子以及基准电位端子，所述金属层、所述第1磁化自由层、所述第1间隔层、所述第1磁化固定层以及所述第1电极以该顺序配置，所述第1磁化固定层与所述第1电极电接触，所述第1电极被连接于输出高频信号的输出端子，所述金属层具有从所述第1磁化自由层的层叠方向来看重叠的第1区域，所述金属层以从所述输入端子流到所述金属层的高频信号经由所述第1区域而流到所述基准电位端子的方式被连接于所述输入端子和所述基准电位端子，所述磁阻效应装置具备用于将直流电流或者直流电压施加于所述第1磁阻效应元件的施加端子。

根据上述实施方式所涉及的磁阻效应装置，通过来自输入端子的信号流到金属层的第1区域从而发生自旋霍尔效应(spinhalleffect)，自旋极化后的自旋流被注入到第1磁化自由层。经过自旋极化的自旋流作为自旋轨道矩作用于第1磁化自由层的磁化，并且第1磁化自由层的磁化改变了方向。此时，通过高频信号流到金属层，从而被注入到第1磁化自由层的自旋的方向以高频变化。如果高频信号是与第1磁化自由层的共振频率相同的频率，则第1磁化自由层的磁化发生共振，并且强烈地振动。通过第1磁化自由层的磁化强烈地振动，从而第1磁化自由层的磁化与第1磁化固定层的磁化的相对角度振动，并且第1磁阻效应元件的电阻值以与高频信号相同的频率进行振动。振动的电阻通过施加于第1磁阻效应元件的直流电流或者直流电压而变成交流信号并被输出至输出端子。在高频信号为偏离第1磁化自由层的共振频率的频率的情况下，第1磁化自由层的磁化由于进行了自旋极化的自旋流而不发生强烈振动，且第1磁阻效应元件不产生如上所述的交流信号。因此，磁阻效应装置传输共振频率中的信号，并且作为衰减偏离共振频率的信号的带通滤波器来进行工作。

进一步，上述实施方式所涉及的磁阻效应装置中，所述第1磁阻效应元件的阻抗可以大于所述金属层的阻抗。

根据该磁阻效应装置，因为高频信号通过基准电位端子而多数从金属层流出，所以即使将强度大的高频信号输入到磁阻效应装置，也难以破坏第1磁阻效应元件，并且磁阻效应装置作为对应于输入功率大的情况下的带通滤波器进行工作。再有，因为高频信号通过基准电位端子而大量流动，所以频带外的截止特性提高。

再有，上述实施方式所涉及的磁阻效应装置也可以进一步具备能够改变所述第1磁化自由层的共振频率的频率设定机构。

根据该磁阻效应装置，通过由频率设定机构来改变第1磁化自由层的共振频率，从而磁阻效应装置作为频率可变频带截止滤波器进行工作。

再有，上述实施方式所涉及的磁阻效应装置具有第2磁阻效应元件，所述第2磁阻效应元件具有第2磁化自由层、第2间隔层以及第2磁化固定层，所述金属层、所述第2磁化自由层、所述第2间隔层、所述第2磁化固定层、所述第1电极以该顺序被配置，所述金属层具有从第2磁化自由层的层叠方向来看重叠的第2区域，所述金属层也可以以从所述输入端子流到所述金属层的高频信号经由所述第2区域而流到所述基准电位端子的方式被连接于所述输入端子和所述基准电位端子。

根据该磁阻效应装置，通过多个磁阻效应元件的磁化自由层由于高频信号而共振，从而产生更大的交流信号，并且磁阻效应装置所输出的信号强度提高。

再有，上述实施方式所涉及的磁阻效应装置中，所述第1磁化自由层和所述第2磁化自由层的共振频率也可以不同。

根据该磁阻效应装置，通过多个磁化自由层的共振频率不同，从而进行共振的频带增宽，并且磁阻效应装置作为宽频带的带通滤波器进行工作。

再有，上述实施方式所涉及的磁阻效应装置也可以具有第2电极和第3磁阻效应元件，所述第3磁阻效应元件具有第3磁化自由层、第3间隔层以及第3磁化固定层，所述第3磁化固定层与所述第2电极电接触，所述第1磁化自由层、所述金属层、所述第3磁化自由层、所述第3间隔层、所述第3磁化固定层、所述第2电极以该顺序被配置，所述金属层具有从所述第3磁化自由层的层叠方向来看重叠的第3区域，所述金属层以从所述输入端子流到所述金属层的高频信号经由所述第3区域而流到所述基准电位端子的方式被连接于所述输入端子和所述基准电位端子，所述第2电极被连接于所述输出端子，所述磁阻效应装置具有用于将直流电流或者直流电压施加于所述第3磁阻效应元件的机构。

根据该磁阻效应装置，进行了自旋极化的自旋流通过自旋霍尔效应而流到金属层的上下表面。通过流到上下表面的自旋流分别被注入到第1磁化自由层和第3磁化自由层，从而使更大的交流信号发生，并且磁阻效应装置的输出的信号强度提高。

本发明的第2实施方式所涉及的磁阻效应模块，其特征在于：具备第1实施方式所涉及的磁阻效应装置，将直流电流源或者直流电压源连接于所述施加端子。

根据上述实施方式所涉及的磁阻效应模块，将直流电流或者直流电压施加于磁阻效应装置，磁阻效应模块作为带通滤波器或者放大器起作用。

本发明的第3实施方式所涉及的高频滤波器使用了第1实施方式所涉及的磁阻效应装置。

上述实施方式所涉及的磁阻效应装置中，所述第1磁化自由层的磁化方向与流到所述金属层的高频电流的方向的相对角也可以为150度以上180度以下，或者0度以上30度以下。

上述实施方式所涉及的磁阻效应装置中，所述第1磁化自由层的磁化方向与所述第1磁化固定层的磁化方向的相对角也可以为90度以上150度以下。

本发明的第4实施方式所涉及的磁阻效应装置，其特征在于：所述磁阻效应装置具备：具有第1铁磁性层、第2铁磁性层以及第1间隔层的第1磁阻效应元件、金属层、第1电极、输入端子、输出端子、以及基准电位端子，所述第1铁磁性层、所述第1间隔层、所述第2铁磁性层以及所述第1电极以该顺序被配置，所述第2铁磁性层与所述第1电极电接触，所述第1电极被连接于输出高频信号的输出端子，所述金属层以从所述输入端子流到所述金属层的高频信号流到所述基准电位端子的方式被连接于所述输入端子和所述基准电位端子，所述第1铁磁性层与所述基准电位端子电接触，所述磁阻效应装置具备用于将直流电流或者直流电压施加于所述第1磁阻效应元件的施加端子。

根据该磁阻效应装置，为了在磁阻效应元件发生自旋转矩共振，能够利用通过来自输入端子的高频电流流过金属层从而基于自旋霍尔效应生成的自旋方向在高频下发生变化的纯自旋流作为自旋轨道矩(sot)作用于铁磁性层的磁化的效果(高频sot的效果)、通过来自输入端子的高频电流流过金属层从而生成的高频磁场作用于铁磁性层的磁化的效果(高频磁场(rf磁场)的效应)、用于将磁阻效应元件的电阻的振动作为高频信号从输出端子提取的直流电流或者直流电压作为自旋转移矩(stt)作用于铁磁性层的磁化的效果(直流stt的效果)、通过来自输入端子的高频电流流到磁阻效应元件从而作为自旋转移矩(stt)作用于铁磁性层的磁化的效果(高频stt的效果)、用于将磁阻效应元件的电阻的振动作为高频信号从输出端子提取的直流电流流到金属层由此发生的自旋轨道矩(sot)作用于铁磁性层的磁化的效果(直流sot的效果)。

上述实施方式所涉及的磁阻效应装置中，所述输入端子与所述输出端子之间的阻抗也可以高于所述输入端子与所述基准电位端子之间的阻抗。

上述实施方式所涉及的磁阻效应装置中，所述磁性层1以高频信号从所述输入端子经由所述第1磁阻效应元件而流到所述输出端子的方式与所述金属层电连接，且第1磁阻效应元件的电阻rmtj、所述金属层的电阻rlead、特性阻抗z0可以满足式(1)。

上述实施方式所涉及的磁阻效应装置中，所述金属层具有从所述磁性层1的层叠方向来看重叠的第1区域，从所述输入端子流到所述金属层的高频电流中，所述磁性层1的所述第1区域以外的第2区域的电流密度也可以大于所述第1区域的电流密度。

上述实施方式所涉及的磁阻效应装置中，所述金属层也可以经由电容器而与所述基准电位端子连接。

上述实施方式所涉及的磁阻效应装置中，所述金属层具有从所述第1铁磁性层的层叠方向来看重叠的第1区域，所述金属层以从所述输入端子流到所述金属层的高频信号经由所述第1区域而流到所述基准电位端子的方式被连接于所述输入端子和所述基准电位端子，第2铁磁性层的磁化方向相对于从所述输入端子被输入的高频电流流向所述金属层与所述电容器电连接的连接点的方向也可以逆时针倾斜90度。

上述实施方式所涉及的磁阻效应装置也可以进一步具备能够改变所述第1磁阻效应元件的共振频率的频率设定机构。

上述实施方式所涉及的磁阻效应装置具备：具有第3铁磁性层、第4铁磁性层以及第2间隔层的第2磁阻效应元件，所述金属层、所述第3铁磁性层、所述第2间隔层、所述第4铁磁性层以及所述第1电极以该顺序被配置，所述第4铁磁性层与所述第1电极电接触，且所述第3铁磁性层也可以与所述基准电位端子电接触。

上述实施方式所涉及的磁阻效应装置也可以具有第2电极、第3磁阻效应元件，所述第3磁阻效应元件具有第5铁磁性层、第3间隔层、第6铁磁性层，所述金属层、所述第5铁磁性层、所述第2间隔层、所述第6铁磁性层、所述第2电极以该顺序被配置，所述第6铁磁性层与所述第2电极电接触，所述第2电极被连接于所述输出端子，所述磁阻效应装置具有用于将直流电流或者直流电压施加于所述第3磁阻效应元件的机构。

上述实施方式所涉及的磁阻效应装置中，所述第1铁磁性层、所述第2铁磁性层、所述第3铁磁性层、所述第4铁磁性层、所述第5铁磁性层、所述第6铁磁性层的共振频率中至少1个可以与其它的共振频率不同。

本发明的第5实施方式所涉及的高频滤波器使用了第4实施方式所涉及的磁阻效应装置。

本发明的第6实施方式所涉及的磁阻效应模块具有第4实施方式所涉及的磁阻效应装置、和直流电流源或者直流电压源，将所述直流电流源或者所述直流电压源连接于所述施加端子。

发明的效果

根据本发明，能够将利用了高频的自旋轨道矩(sot)共振现象的磁阻效应装置以及磁阻效应模块用作高频滤波器或放大器。

根据本发明，能够将利用了高频的自旋轨道矩(sot)共振现象、高频磁场共振现象、高频的自旋转移矩(stt)共振现象、基于直流电流的自旋转移矩(stt)、基于直流电流的自旋轨道矩(sot)的磁阻效应装置以及磁阻效应模块用作高频滤波器或放大器。

附图说明

图1是第1实施方式所涉及的磁阻效应装置的示意图。

图2是第2实施方式所涉及的磁阻效应装置的示意图。

图3是第3实施方式所涉及的磁阻效应装置的示意图。

图4是第3实施方式所涉及的磁阻效应装置的变形例的示意图。

图5是在磁化固定层以及磁化自由层在膜面内方向上具有易磁化轴的情况下，通过llg模拟来就磁阻效应元件的电阻值的振动大小调查了相对于sot自旋方向与磁化自由层的磁化方向的相对角、以及磁化固定层的磁化方向与磁化自由层的磁化方向的相对角的依赖性的结果。

图6是在磁化固定层以及磁化自由层在膜法线方向上具有易磁化轴的情况下，通过llg模拟来就磁阻效应元件的电阻值的振动大小调查了相对于sot自旋方向与磁化自由层的磁化方向的相对角、以及磁化固定层的磁化方向与磁化自由层的磁化方向的相对角的依赖性的结果。

图7是第4实施方式所涉及的磁阻效应装置的一个例子的示意图。

图8是在图7所示的例子的磁阻效应装置中，表示了高频电流的流动方向以及直流电流的流动方向的示意图。

图9是磁阻效应装置的简易的等效电路。

图10是第4实施方式所涉及的磁阻效应装置的其它例子的示意图。

图11是用于说明相对于磁化自由层的磁化，由直流电流引起的stt效应和由直流电流引起的sot效应互相加强的条件的示意图，(a)是顺时针流通直流电流的情况(使直流电流从磁化自由层流到磁化固定层的情况)，(b)是逆时针流通直流电流的情况(使直流电流从磁化固定层流到磁化自由层的情况)。

图12是用于说明相对于磁化自由层的磁化，由高频电流引起的stt效应和由高频电流引起的sot效应互相加强的条件的示意图，(a)是顺时针瞬间流通高频电流时(高频电流从磁化自由层瞬间流到磁化固定层时)，(b)是逆时针瞬间流通高频电流时(高频电流从磁化固定层瞬间流到磁化自由层时)。

图13是第5实施方式所涉及的磁阻效应装置的一个例子的示意图。

图14是第6实施方式所涉及的磁阻效应装置的一个例子的示意图。

实施方式

以下，一边适当参照附图一边就磁阻效应装置进行详细地说明。在以下的说明过程中所使用的附图为了容易理解特征，有时方便起见放大成为特征的部分来进行表示，并且有时各个结构要素的尺寸比率等与实际不同。在以下的说明过程中被例示的材料、尺寸等为一个例子，本发明并不限定于这些例子，可以在能够取得本发明的效果的范围内作适当变更来实施。

(第1实施方式)

图1表示第1实施方式所涉及的磁阻效应装置的电路结构的示意图。图1所示的磁阻效应装置100具备磁阻效应元件(第1磁阻效应元件)1、金属层11、电极(第1电极)7、输入端子8、输出端子9、基准电位端子10以及施加端子6。磁阻效应元件1具有磁化自由层2、间隔层3、磁化固定层4。

＜磁化自由层＞

磁化自由层其磁化方向可以根据外部施加磁场或者自旋极化电子而变化，并且由铁磁性材料构成。在磁化自由层为在膜面内方向上具有易磁化轴的材料的情况下，作为材料，可以列举cofe、cofeb、cofesi、comnge、comnsi或者comnal等，厚度优选为1～10nm的程度。在磁化自由层为在膜面法线方向(垂直于膜面的方向)上具有易磁化轴的材料的情况下，作为材料，可以列举co、cocr系合金、co多层膜、cocrpt系合金、fept系合金、含有稀土类的smco系合金或者tbfeco合金等。另外，磁化自由层也可以由哈斯勒合金构成。另外，也可以将高自旋极化率材料插入到磁化自由层与间隔层之间。由此，可以获得高磁阻变化率。作为高自旋极化率材料，可以列举cofe合金或者cofeb合金等。cofe合金或者cofeb合金的膜厚都优选为0.2～1.0nm的程度。

＜磁化固定层＞

磁化固定层由铁磁性体材料构成，其磁化方向实质上被固定于一个方向。磁化固定层优选由fe、co、ni、ni和fe的合金、fe和co的合金、或者fe和co和b的合金等的高自旋极化率材料构成。由此，能够获得高磁阻变化率。另外，磁化固定层也可以由哈斯勒合金构成。另外，磁化固定层的膜厚优选为1～10nm。另外，也可以为了固定磁化固定层的磁化而以与磁化固定层接触的方式附加反铁磁性层。或者，也可以依次配置磁化固定层、中间层、铁磁性层、反铁磁性层，形成层叠体，通过磁化固定层与铁磁性层的rkky相互作用来固定磁化固定层的磁化。或者，也可以利用起因于晶体结构、形状等磁各向异性来固定磁化固定层的磁化。对于反铁磁性层，能够使用feo、coo、nio、cufes2、irmn、femn、ptmn、cr或者mn等。

＜间隔层＞

间隔层被配置于磁化自由层与磁化固定层之间，磁化自由层的磁化和磁化固定层的磁化相互作用从而获得磁阻效应。作为间隔层，以由导电体、绝缘体、半导体构成的层、或者在绝缘体中包含由导体构成的通电点的层来构成。

在作为间隔层适用非磁性导电材料的情况下，作为材料，可以列举cu、ag、au或者ru等，在磁阻效应元件中表现出巨磁阻(gmr：giantmagnetoresistance)效应。在利用gmr效应的情况下，间隔层的膜厚优选为0.5～3.0nm的程度。

在作为间隔层适用非磁性绝缘材料的情况下，作为材料，可以列举al2o3或者mgo等，在磁阻效应元件中表现出隧道磁阻(tmr：tunnelingmagnetoresistance)效应。通过以在磁化固定层与磁化自由层之间表现出相干隧道效应的方式调整间隔层的膜厚，从而可以获得高磁阻变化率。在利用tmr效应的情况下，间隔层的膜厚优选为0.5～3.0nm的程度。

在作为间隔层适用非磁性半导体材料的情况下，作为材料，可以列举zno、in2o3、sno2、ito、gaox或者ga2ox等，间隔层的膜厚选为1.0～4.0nm的程度。

在作为间隔层适用非磁性绝缘体中包含由导体构成的通电点的层的情况下，优选做成在由al2o3或者mgo构成的非磁性绝缘体中包含由cofe、cofeb、cofesi、comnge、comnsi、comnal、fe、co、au、cu、al或者mg等导体构成的通电点的结构。在此情况下，间隔层的膜厚优选为0.5～2.0nm的程度。

另外，也可以在电极与磁阻效应元件之间、或者金属层11与磁阻效应元件之间配设覆盖层(caplayer)、种子层(seedlayer)或者缓冲层。作为覆盖层、种子层或者缓冲层，可以列举ru、ta、cu、cr或者这些的层叠膜等，这些层的膜厚优选为2～10nm的程度。

＜磁阻效应元件＞

磁阻效应元件的大小在俯视形状为长方形(包括正方形)的情况下，优选将长边控制在300nm以下。另外，在俯视形状不是长方形的情况下，将俯视形状中以最小的面积外接的长方形的长边定义为磁阻效应元件的长边。在长边小至100nm左右的情况下，磁化自由层的磁畴的单磁畴化成为可能，能够实现高效率的自旋转矩共振现象。在此，“俯视形状”是在与构成磁阻效应元件的各层的层叠方向垂直的平面上看到的形状。

磁阻效应元件具有磁化自由层、磁化固定层、被夹持在磁化自由层与磁化固定层之间的间隔层。

磁化固定层的磁化被固定在一个方向上。通过相对于磁化固定层的磁化方向相对地改变磁化自由层的磁化方向，从而作为磁阻效应元件起作用。

从输入端子8被输入的高频信号经由金属层11的区域(第1区域)5流到基准电位端子10。

＜高频信号＞

高频信号为具有100mhz以上频率分量的信号。高频信号的功率大致为-150dbm～40dbm的范围。高频信号为调制信号，是由振幅或频率、相位、或者振幅与相位的组合等来进行调制。

＜电极＞

电极7以及金属层11具有作为一对电极的作用，并且在构成磁阻效应元件1的各层的层叠方向上经由磁阻效应元件1被配设。即，电极7以及金属层11具有作为用于在相对于磁阻效应元件1与构成的各层的面相交叉的方向，例如与构成的各层的面垂直的方向(层叠方向)上使信号(电流)流动的一对电极的功能。电极7优选由ta、cu、au、aucu、ru、或者这些材料中的任意2种以上的膜构成。

＜端子＞

磁阻效应元件1其一端(磁化自由层2侧)经由金属层11被电连接于输入端子8、基准电位端子10，其另一端(磁化固定层4侧)经由电极7被电连接于输出端子9和施加端子6。

如下定义电连接。在电位差发生于另一端与输出端子9之间时，将电流流过另一端和输出端子9定义为另一端和输出端子9被电连接。例如，即使绝缘物被配置于另一端与输出端子9之间或在另一端与输出端子9之间存在空间距离，其厚度也非常薄，在电流流过另一端与输出端子9之间的情况下设定为另一端和输出端子9被电连接。

＜直流电流源、电压源＞

通过直流电流源12或者直流电压源被连接于施加端子6，从而能够将直流电流施加于磁阻效应元件1。另外，也可以将用于切断高频信号的电感器或者电阻元件串联连接于直流输入端子6与直流电流源12之间。另外，也可以以来自直流电流源12的直流电流被有效地施加于磁阻效应元件1的方式将切断直流信号的电容器串联连接于输入端子8与电极7之间和金属层11与输出端子9之间。直流电流源12也可以由能够产生恒定的直流电流的固定电阻与直流电压源的组合的电路来构成。另外，也可以替代直流电流源12而连接直流电压源，并且将直流电压施加于磁阻效应元件1。

＜基准电位端子＞

基准电位端子10作为基准电位起作用。例如，通过将基准电位端子10与地面连接，从而决定了基准电位。基准电位端子10被连接于金属层11。

电极7、金属层11以及基准电位端子10的形状优选规定成微带线(msl)型或共面波导(cpw)型。在设计成微带线(msl)型或共面波导(cpw)型的情况下，优选以由电极7、金属层11、基准电位端子10构成的特性阻抗与电路系统的阻抗相等的方式设计信号线路宽度或接地距离。通过这样设计，从而能够抑制传输损耗。

＜金属层＞

磁阻效应元件1以磁化自由层2、间隔层3、磁化固定层4的顺序被配置于金属层11上，构成层叠体。金属层11具有从磁化自由层2的层叠方向来看重叠的区域5。

在此，就自旋轨道转矩共振进行说明。通过从输入端子8被输入的高频信号流到金属层11，从而发生自旋霍尔效应，不伴随进行了自旋极化的电流的自旋流即自旋流(纯自旋流)向与高频信号的流动正交的方向，例如从图1中的金属层11分别向上方和下方进行流动。通过该高频信号流到金属层11的区域5，从而向上流动的纯自旋流被注入到磁化自由层2。

自旋流的自旋极化的方向以电流的方向进行变化。例如，在从输入端子8到基准电位端子10的方向施加直流电流的情况下，朝上自旋极化的自旋流被注入到磁化自由层2。另一方面，在从基准电位端子10到输入端子8的方向施加直流电流的情况下，向下自旋极化的自旋流被注入到磁化自由层2。

金属层11也可以直接连接于磁化自由层2，但只要纯自旋流从金属层11流入磁化自由层2，则也可以将其它层配置于金属层11与磁化自由层2之间。

金属层11由如果流通电流则通过自旋霍尔效应生成纯自旋流的材料构成。作为所涉及的材料，只要是在金属层11中生成自旋流的结构的材料即可。因此，不限于由单一元素构成的材料，也可以是由以生成纯自旋流的材料构成的部分和以不生成纯自旋流的材料构成的部分组成的材料等。

另外，金属层11也可以包含非磁性的金属层。金属层由自旋轨道相互作用大的重金属，例如hf、ta、w、re、os、ir、pt、pb、或者这些的合金构成。另外，作为重金属，也可以使用在导电性的材料中掺杂有这些重金属或者合金而成的物质。另外，为了获得所希望的电气特性和构造，也可以适当将b、c、n、o、al、si、p、ga、ge等材料添加到重金属中。金属层11也可以仅由在最外层具有d电子或者f电子的原子序数39以上的原子序数大的非磁性金属构成。

另外，金属层11也可以包含磁性金属。磁性金属是指铁磁性金属、或者反铁磁性金属。是由于如果微量的磁性金属被包含于非磁性金属中，则自旋轨道相互作用被增强，并且能够提高相对于流到金属层11的电流的自旋流生成效率。金属层11也可以仅由反铁磁性金属构成。

自旋极化后的旋流作为自旋轨道矩(spinorbittorque：sot)作用于磁化自由层2的磁化，磁化自由层2的磁化能够改变方向。通过使高频信号流到金属层11，从而被注入到磁化自由层2的自旋的方向在高频下发生变化，并且磁化自由层2的磁化方向在高频下发生变化。通过磁化自由层2的磁化强烈地振动，从而磁化自由层2的磁化与磁化固定层4的磁化的相对角度发生振动，并且磁阻效应元件1的电阻值以与高频信号相同的频率进行振动。进行振动的电阻由于施加于磁阻效应元件1的直流电流或者直流电压而成为交流信号。例如，在将直流电流施加于磁阻效应元件1的情况下，交流信号的强度以进行振动的电阻值与所施加的直流电流的值之积来表示。交流信号被输出到输出端子9。

此时，如果高频信号的频率接近于磁化自由层2的共振频率，则磁化自由层2的磁化与高频信号共振，并且产生进行强烈地振动的自旋轨道转矩共振。通过磁化自由层2的磁化进行强烈地振动，从而大的交流信号被输出至输出端子9。

另一方面，在高频信号的频率从磁阻效应元件1的共振频率离开的情况下，磁化自由层2的磁化由于自旋轨道转矩而不进行强烈地振动，不产生如上所述的大的交流信号。

因此，磁阻效应装置100传输共振频率附近的信号，并且作为衰减从共振频率的信号离开的带通滤波器进行工作。

带通滤波器的插入损耗依赖于由磁阻效应元件1输出的交流信号的强度，交流信号的强度越大，则插入损耗越小。

另外，在由磁阻效应元件1输出的交流信号的强度大于从输入端子8输入的高频信号的强度的情况下，磁阻效应装置100作为放大输入的信号的放大器进行工作。

施加于磁阻效应元件1的直流电流或者直流电压还作为自旋转移矩作用于磁化自由层2的磁化。

在磁化自由层2的磁化与磁化固定层4的磁化的相对角度为大致90度以上的情况下，优选从磁化自由层2在磁化固定层4的方向上施加电流。在此情况下，自旋转移矩以减小磁化自由层2的磁化的阻尼的方式进行作用，并且磁化自由层2的磁化的振动变大。

另外，在磁化自由层2的磁化与磁化固定层4的磁化的相对角度大致小于90度的情况下，优选从磁化固定层4在磁化固自由层2的方向上施加电流。在此情况下，自旋转移矩以减小磁化自由层2的磁化的阻尼的方式进行作用，并且磁化自由层2的磁化的振动变大。

另外，在磁化自由层2的磁化与磁化固定层4的磁化的相对角度为大致90度时，每单位磁化振幅的电阻的振动大小成为最大。

＜磁场供给机构(装置)＞

在磁阻效应装置100工作时，也可以将外部磁场施加于磁阻效应元件1。即，也可以进一步设置将外部磁场施加于磁阻效应元件1的磁场供给机构13。磁场供给机构13将外部磁场施加于磁阻效应元件1，并且在磁阻效应元件1诱发自旋轨道转矩共振现象。

磁场供给机构13优选被配设于磁阻效应元件1的附近。磁场供给机构13例如由能够通过电压或者电流的任一者可变控制施加磁场强度的电磁铁型或者带状线型构成。另外，也可以由能够可变控制施加磁场强度的电磁铁型或者带状线型与只提供恒定磁场的永久磁体的组合来构成。

进一步，上述实施方式所涉及的磁阻效应装置100中，磁阻效应元件1的阻抗也可以大于金属层11的阻抗。

为了使磁阻效应元件1的阻抗大于金属层11的阻抗，也可以增大磁阻效应元件1的面积电阻、减小元件尺寸、或者将非磁性绝缘材料用于间隔层3来增大磁阻效应元件1的阻抗。

另外，也可以增厚金属层11的膜厚或者增大面积来减小金属层11的阻抗。

由此，因为来自输入端子8的高频信号从金属层11通过基准电位端子10而大量流出，所以磁阻效应装置100具有以下的2个效果。

即使将强度大的高频信号输入到磁阻效应装置100，也难以破坏磁阻效应元件1。在将高频信号输入到磁阻效应装置100的时候，因为来自输入端子8的高频信号相比流入到磁阻效应元件1更多地通过基准电位端子10流通，高强度的信号难以流到磁阻效应元件1，所以磁阻效应元件1难以被破坏。

进一步，因为高频信号比流入到磁阻效应元件1更多地通过基准电位端子10流通，所以能够提高带通滤波器的频带外的截止特性。在高频信号的频率从磁化自由层2的共振频率离开的时候，因为输入的高频信号难以流到磁阻效应元件1，所以能够减小被输出至输出端子9的信号，并且能够使频带外的截止特性提高。

再有，上述实施方式所涉及的磁阻效应装置100具备使磁化自由层2的共振频率变化的频率设定机构。

＜频率设定机构(装置)＞

作为频率设定机构，也可以利用磁场供给机构13。磁化自由层2的共振频率可以通过变更从磁场供给机构13提供的外部磁场的频率等而自由地设定。即，磁场供给机构13作为频率设定机构发挥作用。

共振频率也能够通过外部磁场以外的方法来改变。例如，能够使用如下所述的方法。

作为一个例子，也可以将电场施加于磁阻效应元件1使该电场变化。通过使施加的电场变化，从而磁化自由层2中的各向异性磁场hk发生变化。其结果，磁化自由层2的有效磁场发生变化，并且能够使磁化自由层2的共振频率变化。在此情况下，将电场施加于磁阻效应元件1的机构成为频率设定机构(有效磁场设定机构)。

另外，作为其它例子，也可以将压电体设置于磁化自由层2的附近。将电场施加于压电体并使压电体变形，使磁化自由层2变形。其结果，磁化自由层2中的各向异性磁场hk发生变化，磁化自由层2中的有效磁场发生变化，并且能够使磁化自由层2的共振频率变化。在此情况下，将电场施加于压电体的机构以及电压体成为频率设定机构(有效磁场设定机构)。

另外，作为其它例子，也可以以磁耦合于磁化自由层2的方式设置具有电磁效应的反铁磁性体或者亚铁磁性体即控制膜。通过将磁场和电场施加于控制膜并且使施加于控制膜的磁场和电场中的至少一个变化，从而使磁化自由层2中的交换耦合磁场hex变化。其结果，磁化自由层2中的有效磁场发生变化，并且能够使磁化自由层2的共振频率变化。在此情况下，将磁场施加于控制膜的机构、将电场施加于控制膜的机构以及控制膜成为频率设定机构(有效磁场设定机构)。

这样，磁阻效应装置100具备：具有磁化自由层2、磁化固定层4以及间隔层3的磁阻效应元件1、金属层11、电极7、输入端子8、输出端子9以及基准电位端子10，金属层11、磁化自由层2、间隔层3、磁化固定层4、电极7以该顺序被配置，磁化固定层4与电极7电接触，电极7被连接于输出高频信号的输出端子9，金属层11具有从磁化自由层2的层叠方向来看重叠的区域(第1区域)5，金属层11以从输入端子8流到金属层11的高频信号经由区域5而流到基准电位端子10的方式被连接于输入端子8和基准电位端子10，该磁阻效应装置具备用于将直流电流或者直流电压施加于磁阻效应元件1的施加端子6。

因此，通过来自输入端子8的信号流到金属层11的区域5，从而发生自旋霍尔效应，自旋极化后的自旋流被注入到磁化自由层2。自旋极化后的自旋流作为自旋轨道矩作用于磁化自由层2的磁化，并且磁化自由层2的磁化改变方向。通过使高频信号流到金属层11，从而被注入到磁化自由层2的自旋的方向以高频变化。如果高频信号是与磁化自由层2的共振频率相同的频率，则磁化自由层2的磁化发生共振，并进行强烈地振动。通过磁化自由层2的磁化进行强烈地振动，从而磁化自由层2的磁化与磁化固定层4的磁化的相对角度发生振动，并且磁阻效应元件1的电阻值以与高频信号相同的频率进行振动。进行振动的电阻通过施加到磁阻效应元件1的直流电流或者直流电压而成为交流信号并被输出至输出端子9。在高频信号为从磁阻效应元件1的共振频率离开的频率的情况下，磁化自由层2的磁化由于自旋极化后的自旋流而不进行强烈地振动，并且不发生如上所述的交流信号。也就是说，磁阻效应装置100传输共振频率的信号，并作为衰减从共振频率离开的信号的带通滤波器进行工作。

进一步，磁阻效应装置100中，磁阻效应元件1的阻抗也可以大于金属层11的阻抗。

在此情况下，因为高频信号从金属层11通过基准电位端子10而大量流通，所以即使将强度大的高频信号输入到磁阻效应装置100，也变得难以破坏磁阻效应元件1，并且磁阻效应装置100作为对应于输入功率大的情况的带通滤波器进行工作。进一步，因为高频信号通过基准电位端子10而大量流通，所以频带外的截止特性有所提高。

再有，磁阻效应装置100也可以进一步具备使磁化自由层2的共振频率变化的频率设定机构。

在此情况下，能够改变磁化自由层2的共振频率，磁阻效应装置100作为频率可变频带截止滤波器进行工作。

(第2实施方式)

图2是本发明的第2实施方式所涉及的磁阻效应装置200的示意图。在磁阻效应装置200中，主要就与第1实施方式的磁阻效应装置100不同的方面进行说明，适当省略共通的事项的说明。与第1实施方式的磁阻效应装置100共通的要素使用相同符号，省略共通的要素的说明。磁阻效应装置200相对于第1实施方式的磁阻效应装置100进一步具有第2磁阻效应元件21。第2磁阻效应元件21具有第2磁化自由层22、第2间隔层23以及第2磁化固定层24。磁阻效应装置200的其它结构与第1实施方式的磁阻效应装置100相同。

金属层11上依次配置第2磁化自由层22、第2间隔层23、第2磁化固定层24、电极7，构成层叠体。金属层11具有从第2磁化自由层22的层叠方向来看重叠的第2区域25。

＜电极＞

电极7以及金属层11具有作为一对电极的作用，并且经由第2磁阻效应元件21配设于构成第2磁阻效应元件21的各层的层叠方向。也就是说，电极7以及金属层11具有用于在相对于第2磁阻效应元件21与所构成的各层的面交叉的方向上，例如与所构成的各层的面垂直的方向(层叠方向)上使信号(电流)流动的作为一对电极的功能。

＜端子＞

第2磁阻效应元件21其一端(第2磁化自由层22侧)经由金属层11被电连接于输入端子8、基准电位端子10，其另一端(第2磁化固定层24侧)经由电极7被电连接于输出端子9和施加端子6。金属层11以从输入端子8被输入的高频信号经由第2区域25而流到基准电位端子10的方式被连接于输入端子8和基准电位端子10。

对于第2磁阻效应元件21，通过高频信号与磁阻效应元件1同样地流到第2区域25，从而自旋极化后的自旋流被注入到第2磁化自由层22，发生自旋轨道转矩共振，第2磁阻效应元件21的电阻发生振动，通过施加于磁阻效应元件21的直流电流或者直流电压而使交流信号发生。因为由磁阻效应元件1和第2磁阻效应元件21产生的交流信号被输出至输出端子9，所以磁阻效应装置200所输出的信号强度有所提高。

进一步，上述实施方式所涉及的磁阻效应装置200中，磁化自由层2和第2磁化自由层22的共振频率也可以不同。

共振频率根据各个磁化自由层的有效磁场而发生变化。为了使磁化自由层2和第2磁化自由层22的共振频率不同，能够有效地利用例如频率设定机构。将频率设定机构设置于磁阻效应元件(第1磁阻效应元件)1和第2磁阻效应元件21的一者或者两者，通以过错开各自的有效磁场，从而共振频率不同的方式设定频率。

或者，也可以用磁阻效应元件的元件尺寸来使共振频率变化。如果使磁阻效应元件的元件尺寸变化，则磁化自由层的形状磁各向异性发生变化，并且有效磁场发生变化。例如，能够以通过使第2磁阻效应元件21的元件尺寸小于磁阻效应元件1，从而各自的共振频率不同的方式进行设定。

通过磁化自由层2和第2磁化自由层22的共振频率有所不同，从而磁化自由层2和第2磁化自由层22输入的高频信号中以不同的频率进行强烈地共振，并且将交流信号输出至输出端子9，因此，磁阻效应装置200作为宽频带的带通滤波器进行工作。

这样，磁阻效应装置200其特征在于：具有第2磁阻效应元件21，第2磁阻效应元件21具有第2磁化自由层22、第2间隔层23以及第2磁化固定层24，金属层11、第2磁化自由层22、第2间隔层23、第2磁化固定层24、电极7以该顺序被配置，金属层11具有从第2磁化自由层22的层叠方向来看重叠的第2区域25，金属层11以从输入端子8流到金属层11的高频信号经由第2区域25而流到基准电位端子10的方式被连接于输入端子8和基准电位端子10。

因此，通过多个磁阻效应元件的磁化自由层根据高频信号而发生共振并且使更大的交流信号发生，从而磁阻效应装置200的信号强度提高。

进一步，磁阻效应装置200中，磁化自由层2和第2磁化自由层22的共振频率也可以不同。

在此情况下，能够扩大进行共振的频带，磁阻效应装置200作为宽频带的带通滤波器进行工作。

(第3实施方式)

图3是本发明的第3实施方式所涉及的磁阻效应装置300的示意图。在磁阻效应装置300中，主要就与第1实施方式的磁阻效应装置100不同的方面进行说明，适当省略共通的事项的说明。与第1实施方式的磁阻效应装置100共通的要素使用相同符号，省略共通的要素的说明。磁阻效应装置300相对于第1实施方式的磁阻效应装置100进一步具有第3磁阻效应元件31和第2电极37。第3磁阻效应元件31具有第3磁化自由层32、第3间隔层33以及第3磁化固定层34。磁阻效应装置300的其它结构与第1实施方式的磁阻效应装置100相同。

磁化自由层2、金属层11、第3磁化自由层32、第3间隔层33、第3磁化固定层34、第2电极37以该顺序被配置，构成层叠体。金属层11具有从第3磁化自由层32的层叠方向来看重叠的第3区域35。

第3磁阻效应元件31其一端(第3磁化自由层32侧)经由金属层11被电连接于输入端子8、基准电位端子10，其另一端(第3磁化固定层34侧)经由第2电极37被电连接于输出端子9和施加端子6。金属层11以从输入端子8被输入的高频信号经由第3区域35而流到基准电位端子10的方式被连接于输入端子8和基准电位端子10。

为了将直流电流或者直流电压施加于第3磁阻效应元件31，第2电极37被连接于施加端子6。将直流电流源12连接于施加端子6，将直流电流施加于磁阻效应元件1和第3磁阻效应元件31。

另一方面，为了个别调整施加到磁阻效应元件1和第3磁阻效应元件31的电流值，如图4所示，磁阻效应装置300进一步具有第2施加端子36，第2电极37也可以被连接于第2施加端子36。将直流电流源12连接于施加端子6，将第2直流电流源38连接于第2施加端子36，通过控制各个直流电流源，从而能够个别调整施加于各个磁阻效应元件的直流电流。另外，将直流电流源12连接于第2施加端子36，也可以将可变电阻连接于第2施加端子36与直流电流源12之间，通过调整可变电阻的电阻值，也能够个别调整施加于各个磁阻效应元件的直流电流。

另外，也可以替代直流电流源而连接直流电压源，将直流电压施加于各个磁阻效应元件。

如果将高频信号输入到磁阻效应装置300的输入端子8，则高频信号流过金属层11，并在区域5和第3区域35发生自旋霍尔效应。通过在区域5中沿图3中的向上方向流通的自旋极化后的自旋流被注入到磁化自由层2，并且进一步在第3区域35中向下方流动的自旋极化后的自旋流被注入到第3磁化自由层32，从而自旋轨道矩作用于各个磁化自由层。由此，由于磁阻效应元件1和第3磁阻效应元件31分别使交流信号发生并且输出至输出端子9，因此，磁阻效应装置300的信号强度提高。

区域5和第3区域35也可以重叠。因为从输入端子8输入的高频信号在金属层11上发生自旋霍尔效应，并且自旋极化后的自旋流向金属层11的图3中的向上方向和向下方向流动，所以，即使区域5和第3区域35重叠，也能够有效地使自旋轨道矩作用于磁化自由层2和第3磁化自由层32的磁化。

这样，磁阻效应装置300具有第3磁阻效应元件31和第2电极37，第3磁阻效应元件31具有第3磁化自由层32、第3间隔层33以及第3磁化固定层34，磁化自由层2、金属层11、第3磁化自由层32、第3间隔层33、第3磁化固定层34、第2电极37以该顺序被配置，金属层11具有从第3磁化自由层32的层叠方向来看重叠的第3区域35，金属层11以从输入端子8流到金属层11的高频信号经由第3区域35而流到基准电位端子10的方式被连接于输入端子8和基准电位端子10，第3磁化固定层34与第2电极37电连接，第2电极37被连接于输出端子9，该磁阻效应装置具有将直流电流或者直流电压施加于第3磁阻效应元件31的机构。

因此，自旋极化后的自旋流通过自旋霍尔效应而在金属层11的上下表面流通，并且分别将流到上下表面的自旋流注入到磁阻效应元件的磁化自由层，由此，使更大的交流信号发生，并且磁阻效应装置300的信号强度提高。

(磁阻效应模块)

就本发明的磁阻效应模块作如下说明。该磁阻效应模块具有第1实施方式～第3实施方式的磁阻效应装置中的至少一种磁阻效应装置、和直流电流源。直流电流源被连接于直流电流施加端子，将直流电流施加于磁阻效应元件。

也可以替代直流电流源而连接直流电压源，并且将直流电压施加于磁阻效应元件。

另外，磁阻效应模块也可以具有多个直流电流源。例如，磁阻效应模块也可以具有第3实施方式的磁阻效应装置300、直流电流源12以及第2直流电流源38，直流电流源12与施加端子6连接，并且第2直流电流源38与第2施加端子36连接。或者，磁阻效应模块也可以进一步具有第2直流电流源38，直流电流源12被连接于直流电流施加端子6，第2直流电流源38被连接于第2直流电流施加端子36。

因此，磁阻效应模块作为将直流电流或者直流电压施加于磁阻效应装置并且具有带通滤波器或者放大器的功能的磁阻效应模块发挥作用。

在图5中表示在磁化固定层以及磁化自由层在膜面内方向上具有易磁化轴的情况下，使用llg模拟来就磁阻效应元件的电阻值的振动大小(自旋转矩共振的大小)调查了相对于通过电流在金属层流过从而生成的纯自旋流的电子的自旋(以下，有时称为“sot自旋”)的方向与磁化自由层的磁化方向的相对角以及磁化固定层的磁化方向与磁化自由层的磁化方向的相对角的依赖性的结果。

在图5中，横轴表示sot自旋的方向与磁化自由层的磁化方向的相对角，纵轴表示磁化固定层的磁化方向与磁化自由层的磁化方向的相对角，浓淡表示磁阻效应元件的电阻值的振动大小。

模拟在以下的条件下实行。

磁阻效应元件的形状：120nmφ、圆柱形状

磁化自由层的厚度：2nm

阻尼常数α：0.02

磁化自由层的饱和磁化ms：1.31×10⁶a/m

磁化自由层的垂直磁各向异性磁场hu：1.19×10⁶a/m

被施加于磁化自由层的静磁场的外部磁场：870oe

磁化固定层的自旋极化率p：0.51

施加于磁阻效应元件的直流电流：10^-4a

纯自旋电流：10^-6a

根据图5所示的结果可知，在sot自旋的方向与磁化自由层的磁化方向的相对角为90°的时候，自旋转矩共振最大。另外，在磁化固定层的磁化方向与磁化自由层的磁化方向的相对角为120°的时候，自旋转矩共振最大。

在图6中表示对于磁化固定层以及磁化自由层在膜法线方向上具有易磁化轴的情况下也使用llg模拟来调查与图5相同的依赖性的结果。

与图5的情况不同的模拟条件如下所述。

磁化自由层的垂直磁各向异性磁场hu：1.31×10⁶a/m

被施加于磁化自由层的静磁场的外部磁场：1000oe

根据图6所示的结果可知，对于磁化固定层以及磁化自由层在膜法线方向上具有易磁化轴的情况下，也是在sot自旋的方向与磁化自由层的磁化方向的相对角为90°的时候自旋转矩共振最大，另外，在磁化固定层的磁化方向与磁化自由层的磁化方向的相对角为120°的时候自旋转矩共振最大。

根据图5以及图6的结果可知，为了更强的转矩起作用，磁化发生较大地振动并且通过特性得到改善，sot自旋的方向与磁化自由层的磁化方向的相对角优选为60°以上120°以下。

因为流到金属层的高频电流的方向从sot自旋的方向旋转90°，所以sot自旋的方向与磁化自由层的磁化方向的相对角为60°以上120°以下的情况相当于流到金属层的高频信号(电流)的方向与磁化自由层的磁化方向的相对角为150°以上180°以下或者0°以上30°以下的情况。

根据图5以及图6的结果可知，为了共振强度更强并且通过特性得到改善，磁化固定层的磁化方向与磁化自由层的磁化方向的相对角优选为90°以上150°以下。

(第4实施方式)

图7是第4实施方式所涉及的磁阻效应装置的电路结构的一个例子的示意图。

图7所示的磁阻效应装置1000具备第1磁阻效应元件101、金属层111、第1电极107、输入端子108、输出端子109、基准电位端子110以及施加端子106。第1磁阻效应元件101具有第1铁磁性层102、第1间隔层103以及第2铁磁性层104。

第1铁磁性层以及第2铁磁性层也可以是一方为磁化自由层而另一方是磁化固定层的结构或双方都为磁化自由层的结构，在以下，以第1铁磁性层为磁化自由层、第2铁磁性层为磁化固定层的情况为例进行说明。

图7所示的磁阻效应装置1000中依次配置有金属层111、第1铁磁性层102、第1间隔层103、第2铁磁性层104以及第1电极107。另外，第2铁磁性层104与第1电极107电接触，第1电极107被连接于输出高频信号的输出端子109。另外，金属层111以从被连接于高频电流施加机构(没有图示)的输入端子108流到金属层111的高频信号流到基准电位端子110的方式被连接于输入端子108和基准电位端子110。另外，第1铁磁性层102与基准电位端子110电接触。另外，具备用于将直流电流或者直流电压施加于第1磁阻效应元件101的施加端子106。符号112为直流电流源。另外，符号113为磁场施加机构(频率设定机构)。

图7所示的磁阻效应装置1000中，通过从输入端子108被输入的高频信号流到金属层111，从而发生自旋霍尔效应，自旋极化后的作为不伴随电流的自旋流的自旋流(纯自旋流)向与高频信号的流向正交的方向，例如图7中的从金属层111分别向上和向下流动。纯自旋流也具有与从输入端子108被输入的高频信号相同的频率。向上方向流动的纯自旋流被注入到磁化自由层即第1铁磁性层102。

如果从输入端子108流到金属层111的高频电流是与第1铁磁性层102(以及/或者第2铁磁性层104)的磁化自由层的共振频率相同的频率，则第1铁磁性层102(以及/或者第2铁磁性层104)的磁化发生共振，并且进行强烈地振动。因为第1磁阻效应元件的电阻值以第1铁磁性层102与第2铁磁性层104的相对角度进行变化，所以通过磁化进行强烈地振动，从而第1磁阻效应元件101的电阻值一边发生较大地变化一边进行振动。此时，第1磁阻效应元件101的电阻以与高频信号相同的频率进行振动。进行振动的电阻值通过施加于第1磁阻效应元件的直流电流或者直流电压而成为交流信号，并且被输出至输出端子109。在高频信号为从所述共振频率离开的频率的情况下，磁化不发生强烈地振动，并且不会使大的交流信号发生。进一步，因为从输入端子输入到磁阻效应装置的高频信号流到基准电位端子，所以流到输出端子的信号的强度发生衰减。因此，磁阻效应装置传输共振频率的信号，并且作为衰减从共振频率分离的信号的带通滤波器进行工作。

在高频信号流到金属层的时候，通过由电流产生的磁场被施加于第1铁磁性层102的磁化，从而第1铁磁性层102的磁化的有效磁场以高频进行变化，并且发生第1铁磁性层102的磁化进行振动的铁磁性共振，在从输入端子输入的高频信号与磁性层1的共振频率一致的时候，大的交流信号被输出至输出端子，改善了滤波器的通过特性。

在图7所示的磁阻效应装置1000中，示出了在输入端子108与金属层111之间具备电容器c1，在该电容器c1与金属层111之间和该电容器c1与基准电位端子110之间具备电感器l1，另外，在第1电极107与输出端子109之间具备电容器c2，在该电容器c2与第1电极107之间和该电容器c2与施加端子106之间具备电感器l2的例子。电感器l1、l2切断电流的高频分量，并且只通过电流的直流分量。电容器c1、c2不通过电流的直流分量，只通过交流分量。

通过具备电容器c1以及电感器l1和电容器c2以及电感器l2的结构，如图8所示，从输入端子108被输入的高频电流如点划线所示流动，另外，从直流电流源112经由施加端子106被施加的直流电流如双点划线所示流动。

另外，输入端子108与输出端子109之间的阻抗优选高于输入端子108与基准电位端子110之间的阻抗。在该结构中，来自输入端子的高频信号变得容易流到基准电位端子，并且滤波器的截止特性得到改善。

另外，优选第1铁磁性层102以高频信号从输入端子108经由第1磁阻效应元件101流到输出端子109的方式与金属层111电连接，且第1磁阻效应元件101的电阻rmtj、金属层111的电阻rlead、特性阻抗z0满足式(1)。

如下所述得到式(1)。

磁阻效应装置的简易的等效电路如图9所示。第1磁阻效应元件101的电阻rmtj被串联连接于输入端子、输出端子之间。进一步，在输入端子与第1磁阻效应元件101的电阻rmtj之间连接有金属层111的电阻rlead的一端，金属层111的电阻rlead的另一端接地。在输入端子连接有高频信号源vs和对应于特性阻抗的电阻z0。在输出端子连接有对应于特性阻抗的电阻z0。传输特性s21由式(2)进行计算。根据式(2)，为了获得s21为-20db以上的良好截止特性，式(3)的值可以为18以上。

通过纯自旋流流到第1磁阻效应元件101，从而第1铁磁性层102(以及/或者第2铁磁性层104)发生由自旋转移矩引起的铁磁性共振现象，在从输入端子108输入的高频信号与第1铁磁性层102(以及/或者第2铁磁性层104)的共振频率一致的时候，大的交流电流被输出至输出端子109，并且通过特性得到改善。

金属层111的电阻可以通过使金属层的厚度或宽度、长度变化来调整，或者通过金属层的材料来调整。例如，在以金属层的电阻降低的方式进行调整的情况下，可以减薄金属层或者作为材料使用电阻率低的au、cu等，另一方面，在以电阻升高的方式进行调整的情况下，可以增厚金属层或者作为材料使用电阻率高的w、ta等。

进一步，为了使滤波器的通过特性提高，只要从输入端子被输入到磁阻效应装置的高频电流更多地流入到第1磁阻效应元件101即可。此时，更大的自旋转移矩对第1铁磁性层102的磁化起作用，磁化更强烈地进行共振，第1磁阻效应元件101进行振动的电阻分量变大，从而输出提高。

只要式(3)的值小即可，如果是38以下，则最大值的0.5倍以上的电流流过，能够预计通过特性的提高。

另外，金属层111具有从第1铁磁性层102的层叠方向来看重叠的第1区域(参照图1)，从输入端子108流到金属层111的高频电流中，第1铁磁性层102的第1区域以外的第2区域的电流密度优选大于第1区域的电流密度，即第2区域的电阻优选小于第1区域的电阻。

流到金属层111的高频电流的电流密度因为第1区域小于第2区域，所以第1区域中的发热被抑制，通过正上方的磁阻效应元件变成高温，从而能够抑制元件特性发生劣化。

另外，优选金属层111经由电容器c3(参照图10)与基准电位端子110连接。

通过将电容器c3夹持于金属层111与基准电位端子110之间，从而直流电流不会分流到基准电位端子110和输入端子108，通过仅直流电流流到输入端子108侧，从而由该直流电流生成的sot自旋对第1铁磁性层102的磁化起作用，提高共振强度，从而信号强度提高。

另外，在金属层111经由电容器c3(参照图10)与基准电位端子110连接的情况下，金属层111具有从第1铁磁性层102的层叠方向来看重叠的第1区域，金属层111以从输入端子108流到金属层111的高频信号经由第1区域而流到基准电位端子110的方式被连接于输入端子108和基准电位端子110，第2铁磁性层104的磁化方向相对于从输入端子108被输入的高频电流流向金属层111与电容器c3电连接的连接点的方向优选逆时针倾斜90度。

是由于通过该结构从而stt的效果和sot的效果互相加强。

首先，使用图11并就直流电流(dc分量)来说明该理由。接着，使用图12并就rf分量作如下说明。还有，在图11以及图12中，对于与图10相同的部件省略符号。

图11(a)是从第1铁磁性层102将直流电流施加于第2铁磁性层104的情况。在图11(a)中，左侧的图是截面图，右侧的图是平面图。

电子通过第2铁磁性层104流到第1铁磁性层102。此时，在第2铁磁性层104的磁化方向上被极化的自旋被注入到第1铁磁性层102，并且stt对第1铁磁性层102的磁化起作用(直流stt的效果)。

另外，通过直流电流流到金属层111，从而由自旋霍尔效应而被极化的自旋被注入到第1铁磁性层102，由自旋轨道相互作用产生的转矩对第1铁磁性层102的磁化起作用(直流sot的效果)。

该2个转矩相互加强的条件是其极化方向相同，是第2铁磁性层104的磁化方向相对于流到金属层111的直流电流的方向逆时针倾斜90度的时候。

图11(b)是从第2铁磁性层104将直流电流施加于第1铁磁性层102的情况。在图11(b)中，左侧的图是截面图，右侧的图是平面图。

电子通过第1铁磁性层102流到第2铁磁性层104。此时，在第2铁磁性层104的磁化方向上被极化的自旋在电极流出，但与第2铁磁性层104的磁化方向反向的自旋在第1铁磁性层102的方向上进行反射并被注入到第1铁磁性层102，从而stt对第1铁磁性层102的磁化起作用(直流stt的效果)。

另外，通过直流电流流到金属层，从而由自旋霍尔效应而被极化的自旋被注入到第1铁磁性层102，由自旋轨道相互作用产生的转矩对第1铁磁性层102的磁化起作用(直流sot的效果)。

该2个转矩相互加强的条件是其极化方向相同，是第2铁磁性层104的磁化方向相对于流到金属层的直流电流的方向顺时针倾斜90度的时候。

图12(a)是关于从输入端子108被输入到磁阻效应装置的高频电流，在金属层111中电子瞬间从右向左流动的情况。在图12(a)中，左侧的图为截面图，右侧的图为平面图。

此时，电子从第2铁磁性层104向第1铁磁性层102流动，此时，在第2铁磁性层104的磁化方向上被极化的自旋被注入到第1铁磁性层102，并且stt对第1铁磁性层102的磁化起作用(高频stt的效果)。

另外，通过电子流到金属层，从而由自旋霍尔效应而被极化的自旋被注入到第1铁磁性层102，由自旋轨道相互作用产生的转矩对第1铁磁性层102的磁化起作用(高频sot的效果)。

该2个转矩相互加强的条件是其极化方向相同，是第2铁磁性层104的磁化方向相对于流到金属层111的电子的方向顺时针倾斜90度的时候。

图12(b)是关于从输入端子108被输入到磁阻效应装置的高频电流，在金属层111中电子瞬间从左向右流动的情况。在图12(b)中，左侧的图为截面图，右侧的图为平面图。

此时，电子通过第1铁磁性层102流到第2铁磁性层104。此时，在第2铁磁性层104的磁化方向上被极化的自旋在电极流出，但与第2铁磁性层104的磁化方向反向的自旋在第1铁磁性层102的方向上进行反射并被注入到第1铁磁性层102，从而stt对第1铁磁性层102的磁化起作用(直流stt的效果)。

另外，通过电子流到金属层111从而由自旋霍尔效应而被极化的自旋被注入到第1铁磁性层102，由自旋轨道相互作用产生的转矩对第1铁磁性层102的磁化起作用(高频sot的效果)。

该2个转矩相互加强的条件是其极化方向相同，是第2铁磁性层104的磁化方向相对于流到金属层的电子的方向逆时针倾斜90度的时候。

能够进一步具备能够改变第1磁阻效应元件的共振频率的频率设定装置(机构)113。

通过由频率设定装置来改变磁化自由层的共振频率，从而磁阻效应装置作为频率可变频带截止滤波器进行工作。

(第5实施方式)

图13是本发明的第5实施方式所涉及的磁阻效应装置2000的示意图。在磁阻效应装置2000中，主要就与第4实施方式的磁阻效应装置1000不同的方面进行说明，适当省略共通的事项的说明。与第4实施方式的磁阻效应装置1000共通的要素使用相同的符号，省略共通的要素的说明。磁阻效应装置2000相对于第4实施方式的磁阻效应装置1000进一步具有第2磁阻效应元件121。第2磁阻效应元件121具有第3铁磁性层122、第2间隔层123以及第4铁磁性层124。磁阻效应装置2000的其它结构与第1实施方式的磁阻效应装置1000相同。

第3铁磁性层以及第4铁磁性层可以是其中一方为磁化自由层而另一方为磁化固定层的结构或者双方为磁化自由层的结构，在以下，以第3铁磁性层为磁化自由层(第2磁化自由层)、第4铁磁性层为磁化固定层(第2磁化固定层)的情况为例进行说明。

金属层111上依次配置第2磁化自由层122、第2间隔层123、第2磁化固定层124、第1电极107，构成层叠体。

＜电极＞

第1电极107以及金属层111具有作为一对电极的作用，并且在构成第2磁阻效应元件121的各层的层叠方向上经由第2磁阻效应元件121被配设。也就是说，第1电极107以及金属层111具有用于在相对于第2磁阻效应元件121与所构成的各层的面交叉的方向，例如与所构成的各层的面垂直的方向(层叠方向)上使信号(电流)流动的作为一对电极的功能。

＜端子＞

第2磁阻效应元件121其一端(第2磁化自由层122侧)经由金属层111被电连接于输入端子108、基准电位端子110，其另一端(第2磁化固定层124侧)经由第1电极107被电连接于输出端子9和施加端子6。金属层111以从输入端子108被输入的高频信号流到基准电位端子110的方式被连接于输入端子108和基准电位端子110。

通过在第2磁阻效应元件121中高频信号与磁阻效应元件1同样地流过，从而自旋极化的自旋流被注入到第2磁化自由层122，发生自旋轨道转矩共振，第2磁阻效应元件121的电阻进行振动，通过施加于第2磁阻效应元件121的直流电流或者直流电压而使交流信号发生。因为由第1磁阻效应元件101和第2磁阻效应元件121产生的交流信号被输出至输出端子109，所以磁阻效应装置2000所输出的信号强度提高。

进一步，上述实施方式所涉及的磁阻效应装置200中，第1磁化自由层102和第2磁化自由层122的共振频率也可以不同。

共振频率根据各个磁化自由层的有效磁场而发生变化。为了使第1磁化自由层102和第2磁化自由层122的共振频率不同，能够有效利用例如频率设定机构。将频率设定机构设置于磁阻效应元件1和第2磁阻效应元件121中的一者或者两者，以通过错开各自的有效磁场从而共振频率不同的方式设定频率。

或者，也可以用磁阻效应元件的元件尺寸来使共振频率变化。如果使磁阻效应元件的元件尺寸变化，则磁化自由层的形状磁各向异性发生变化，并且有效磁场发生变化。例如，能够以通过使第2磁阻效应元件121的元件尺寸小于磁阻效应元件1从而各自的共振频率不同的方式进行设定。

因为通过第1磁化自由层102和第2磁化自由层122的共振频率不同，从而第1磁化自由层102和第2磁化自由层122以输入的高频信号中不同的频率进行强烈地共振，并且将交流信号输出至输出端子109，所以磁阻效应装置2000作为宽频带的带通滤波器进行工作。

这样，磁阻效应装置2000具有第2磁阻效应元件121，第2磁阻效应元件121具有第2磁化自由层122、第2间隔层123以及第2磁化固定层124，金属层111、第2磁化自由层122、第2间隔层123、第2磁化固定层124、第1电极107以该顺序被配置，第2磁化固定层124与第1电极107电连接，第2磁化自由层122与基准电位端子110电连接。

因此，通过多个磁阻效应元件的磁化自由层根据高频信号而发生共振并且使更大的交流信号发生，从而磁阻效应装置2000的信号强度提高。

进一步，磁阻效应装置2000中，第1磁化自由层102和第2磁化自由层122的共振频率也可以不同。

在此情况下，能够扩大进行共振的频带，磁阻效应装置2000作为宽频带的带通滤波器进行工作。

(第6实施方式)

图14是本发明的第6实施方式所涉及的磁阻效应装置3000的示意图。在磁阻效应装置3000中，主要就与第4实施方式的磁阻效应装置1000不同的方面进行说明，适当省略共通的事项的说明。与第4实施方式的磁阻效应装置1000共通的要素使用相同的符号，省略共通的要素的说明。磁阻效应装置3000相对于第4实施方式的磁阻效应装置1000进一步具有第3磁阻效应元件131和第2电极137。第3磁阻效应元件131具有第5铁磁性层32、第3间隔层33和第6铁磁性层34。磁阻效应装置3000的其它结构与第4实施方式的磁阻效应装置1000相同。

第5铁磁性层以及第6铁磁性层可以是其中一方为磁化自由层而另一方为磁化固定层的结构或双方为磁化自由层的结构，在以下，以第5铁磁性层为磁化自由层(第3磁化自由层)、第6铁磁性层为磁化固定层(第3磁化固定层)的情况为例进行说明。

磁化自由层102、金属层111、第3磁化自由层132、第3间隔层133、第3磁化固定层134、第2电极137以该顺序被配置，构成层叠体。

第3磁阻效应元件131其一端(第3磁化自由层132侧)经由金属层111被电连接于输入端子108、基准电位端子110，其另一端(第3磁化固定层134侧)经由第2电极137被电连接于输出端子109和施加端子6。金属层111以从输入端子108被输入的高频信号经由第3区域35而流到基准电位端子110的方式被连接于输入端子108和基准电位端子110。

为了将直流电流或者直流电压施加于第3磁阻效应元件131，第2电极137被连接于施加端子136。

为了个别调整施加于磁阻效应元件101和第3磁阻效应元件131的电流值，磁阻效应装置3000进一步具有第2施加端子136，且第2电极137被连接于第2施加端子136。将直流电流源112连接于施加端子106，将第2直流电流源138连接于第2施加端子136，通过控制各个直流电流源，从而能够个别调整施加于各个磁阻效应元件的直流电流。另外，也可以将直流电流源112连接于第2施加端子136，将可变电阻连接于第2施加端子136与直流电流源112之间，通过调整可变电阻的电阻值，也能够个别调整施加于各个磁阻效应元件的直流电流。

另外，也可以替代直流电流源而连接直流电压源，并且将直流电压施加于各个磁阻效应元件。

如果将高频信号输入到磁阻效应装置3000的输入端子108，则高频信号流过金属层111，并发生自旋霍尔效应。通过在图14中的向上方向上流动的自旋极化后的自旋流被注入到磁化自由层102并且进一步向下流动的自旋极化后的自旋流被注入到第3磁化自由层132，从而自旋轨道矩作用于各个磁化自由层。由此，因为磁阻效应元件101和第3磁阻效应元件131分别使交流信号发生并且输出至输出端子109，所以磁阻效应装置3000的信号强度提高。

磁阻效应元件101和第3磁阻效应元件131以在层叠方向重叠的位置配置，但是也可以配置于偏离的位置。因为从输入端子108被输入的高频信号在金属层111发生自旋霍尔效应，并且在金属层111的图14中的向上方向和向下方向上自旋极化的自旋流流动，所以能够有效地使自旋轨道矩作用于磁化自由层102和第3磁化自由层132的磁化。

这样，磁阻效应装置3000具有第3磁阻效应元件131和第2电极137，第3磁阻效应元件131具有第3磁化自由层132、第3间隔层133以及第3磁化固定层134，磁化自由层102、金属层111、第3磁化自由层132、第3间隔层133、第3磁化固定层134、第2电极137以该顺序被配置，第3磁化固定层134与第2电极137电接触，第2电极137被连接于输出端子109，磁阻效应装置3000具有将直流电流或者直流电压施加于第3磁阻效应元件131的机构。

因此，自旋极化后的自旋流通过自旋霍尔效应而在金属层111的上下表面流通，通过将在上下表面流通的自旋流注入到各个磁阻效应元件的磁化自由层，从而使更大的交流信号发生，并且磁阻效应装置3000的信号强度提高。

在第4实施方式～第6实施方式的磁阻效应装置中，也可以所包含的多个铁磁性层的共振频率中至少1个与其它共振频率不同。

在此情况下，通过铁磁性层的共振频率不同，从而能够扩大进行共振的频带，并且带通滤波器的通带扩展。

能够将第1实施方式～第6实施方式的磁阻效应装置以及磁阻效应模块作为高频滤波器或放大器来使用。

(磁阻效应模块)

就本发明的磁阻效应模块作如下说明。该磁阻效应模块具有第4实施方式～第6实施方式的磁阻效应装置中的至少一种磁阻效应装置、和直流电流源。直流电流源被连接于直流电流施加端子，将直流电流施加于磁阻效应元件。

也可以替代直流电流源而连接直流电压源，并且将直流电压施加于磁阻效应元件。

另外，磁阻效应模块也可以具有多个直流电流源。例如，磁阻效应模块也可以具有第6实施方式的磁阻效应装置3000、直流电流源112和第2直流电流源138，直流电流源112与施加端子106连接，并且第2直流电流源138与第2施加端子136连接。或者，磁阻效应模块也可以进一步具有第2直流电流源138，直流电流源112被连接于直流电流施加端子106，第2直流电流源138被连接于第2直流电流施加端子136。

因此，对于磁阻效应模块，作为将直流电流或者直流电压施加于磁阻效应装置并具有带通滤波器或者放大器的功能的磁阻效应模块来发挥作用。

符号的说明

100…磁阻效应装置、1…磁阻效应元件、2…磁化自由层、3…间隔层、4…磁化固定层、5…区域、6…施加端子、7…电极、8…输入端子、9…输出端子、10…基准电位端子、11…金属层、12…直流电流源、13…磁场施加机构、200…磁阻效应装置、21…第2磁阻效应元件、22…第2磁化自由层、23…第2间隔层、24…第2磁化固定层、25…第2区域、300…磁阻效应装置、31…第3磁阻效应元件、32…第3磁化自由层、33…第3间隔层、34…第3磁化固定层、35…第3区域、36…第2施加端子、37…第2电极、38…第2直流电流源、1000…磁阻效应装置、101…磁阻效应元件、102…磁化自由层、103…间隔层、104…磁化固定层、106…施加端子、107…电极、108…输入端子、109…输出端子、110…基准电位端子、111…金属层、112…直流电流源、113…磁场施加机构、2000…磁阻效应装置、121…第2磁阻效应元件、122…第2磁化自由层、123…第2间隔层、124…第2磁化固定层、3000…磁阻效应装置、131…第3磁阻效应元件、132…第3磁化自由层、133…第3间隔层、134…第3磁化固定层、136…第2施加端子、137…第2电极、138…第2直流电流源。