次世代の高周波発振器で世界最高出力を記録―「スピントルク発振素子」の実用化に道拓く：産業技術総合研究所
(2016年12月16日発表)
（国）産業技術総合研究所は12月16日、水晶振動子に代わる超微細なナノメートル（nm、1nmは10億分の1m）オーダーの高周波発振器が実現できると期待されている「スピントルク発振素子」の出力を10μW（マイクロワット、1μWは100万分の1W）以上にまで高めることに成功したと発表した。
スピントルク発振素子を使えば100nm以下の超小型のマイクロ波発振素子が作れるとされているが、これまでの高周波出力は最高でもまだ1μW程度にとどまっており、高出力化が求められている。今回の値はその10倍で、実用に必要なレベルに達し「世界最高出力」と産総研はいっている。
スピントルク発振素子は、磁気抵抗膜を利用した電子デバイスで、磁気抵抗膜の磁石の運動を電気信号に変換してマイクロ波帯の交流信号を直接発生することができる高周波発振器。
無線通信機などの高周波デバイスには、現在基準信号源として水晶振動子が使われているが、デバイスサイズがミリメートルサイズと大きく小型化を阻んでいる。それに対し、スピントルク発振素子は、これまでの発振器に不可欠だった信号を一定時間蓄えて放出するコイルとコンデンサーを使った共振器が要らず、配線がないためデバイスサイズの超小型化が図れ、さらに既存の半導体製造プロセスを利用できることから安価に製造できると見られている。
しかし、反面スピントルク発振素子には、高周波出力が小さい、発振周波数の安定性が低い、という弱点があり、実用化するにはその高出力化と高安定化をはからないとならない。
スピントルク発振素子の高周波出力は、実用上10μW以上が必要とされているが、産総研は不揮発性磁気メモリーの開発で培った薄膜材料技術と微細素子構造作製技術を応用して構造と材料の両面から二つの課題の内の一つ高周波出力の高出力化を目指した。その結果、磁気渦と呼ばれる渦を巻いた磁気が生じる「磁気渦型スピントルク発振素子」で10μWを超える出力を達成した。この出力は、無線通信などに用いられている水晶振動子に匹敵する。
開発した磁気渦型スピントルク発振素子は、約1nmの超極薄の酸化マグネシウム絶縁体層と厚さ4nmの鉄合金強磁性層の間に結晶性の鉄コバルト合金層を設けて作った。形は円柱状で、直径は300～500nm。このタイプの素子は、強磁性層が厚いため高い高周波出力が得られやすいと産総研はいっている。
