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JP2022121368A - Photodetector, receiver and photo sensor device - Google Patents

Photodetector, receiver and photo sensor device Download PDF

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JP2022121368A
JP2022121368A JP2021176495A JP2021176495A JP2022121368A JP 2022121368 A JP2022121368 A JP 2022121368A JP 2021176495 A JP2021176495 A JP 2021176495A JP 2021176495 A JP2021176495 A JP 2021176495A JP 2022121368 A JP2022121368 A JP 2022121368A
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JP
Japan
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ferromagnetic layer
light
magnetic element
photodetector
layer
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Application number
JP2021176495A
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Japanese (ja)
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直通 出川
Naomichi Degawa
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TDK Corp
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TDK Corp
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract

To provide a light detection element making a good response to light, a receiving device and an optical sensor device.SOLUTION: A light detection element 100 has a magnetic element 10 comprising a first ferromagnetic layer 1, a second ferromagnetic layer 2, and a spacer layer 3 sandwiched between the first ferromagnetic layer 1 and second ferromagnetic layer 2. The first ferromagnetic layer 1 is irradiated with light L from a direction crossing a laminating direction of the magnetic element 10.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光検知素子、受信装置及び光センサー装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photodetector, a receiver, and a photosensor device.

光電変換素子は、様々な用途で用いられている。 Photoelectric conversion elements are used in various applications.

例えば、特許文献1には、フォトダイオードを用いて、光信号を受信する受信装置が記載されている。フォトダイオードは、例えば、半導体のpn接合を用いたpn接合ダイオード等であり、光を電気信号に変換する。 For example, Patent Literature 1 describes a receiver that receives an optical signal using a photodiode. A photodiode is, for example, a pn-junction diode using a semiconductor pn-junction, and converts light into an electric signal.

また例えば、特許文献2には、半導体のpn接合を用いた光センサー及びこの光センサーを用いたイメージセンサーが記載されている。 Further, for example, Patent Document 2 describes an optical sensor using a semiconductor pn junction and an image sensor using this optical sensor.

特開2001-292107号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-292107 米国特許第9842874号明細書U.S. Pat. No. 9,842,874

半導体のpn接合を用いた光検知素子は広く利用されているが、更なる発展のために新たな光検知素子が求められている。また光検知素子は、光を電気信号に変換するものであり、変換精度の向上が求められている。 A photodetector using a semiconductor pn junction is widely used, but a new photodetector is required for further development. Further, the photodetector converts light into an electrical signal, and an improvement in conversion accuracy is required.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光に対する応答性の良い光検知素子、受信装置及び光センサー装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a photodetector, a receiver, and an optical sensor device that are highly responsive to light.

上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 In order to solve the above problems, the following means are provided.

(1)第1の態様にかかる光検知素子は、第1強磁性層と、第2強磁性層と、前記第1強磁性層と前記第2強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を備える磁性素子を有し、前記第1強磁性層には、前記磁性素子の積層方向と交差する方向から光が照射される。 (1) The photodetector according to the first aspect includes a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, and the first ferromagnetic layer is irradiated with light from a direction crossing the lamination direction of the magnetic element.

(2)上記態様にかかる光検知素子は、前記磁性素子を前記積層方向に挟む第1電極と第2電極とをさらに有し、前記第1電極と前記第2電極とのうち少なくとも一方の側面と、前記磁性素子の側面とは、少なくとも一部で同一の仮想平面に接しており、前記第1強磁性層には、前記仮想平面側から前記光が照射される構成でもよい。 (2) The photodetector element according to the above aspect further includes a first electrode and a second electrode sandwiching the magnetic element in the stacking direction, and at least one side surface of the first electrode and the second electrode and the side surface of the magnetic element are in contact with the same imaginary plane at least partially, and the first ferromagnetic layer may be irradiated with the light from the imaginary plane side.

(3)上記態様にかかる光検知素子は、前記磁性素子の側面の一部が平坦面であり、前記平坦面に前記光が照射される構成でもよい。 (3) In the photodetecting element according to the above aspect, a part of the side surface of the magnetic element may be a flat surface, and the flat surface may be irradiated with the light.

(4)上記態様にかかる光検知素子は、前記磁性素子の側面の一部が平坦面であり、前記平坦面が前記仮想平面と接していてもよい。 (4) In the photodetector element according to the aspect described above, a part of the side surface of the magnetic element may be a flat surface, and the flat surface may be in contact with the virtual plane.

(5)上記態様にかかる光検知素子は、前記平坦面を覆い、前記光を透過できる酸化物膜をさらに有してもよい。 (5) The photodetector according to the above aspect may further include an oxide film that covers the flat surface and allows the light to pass therethrough.

(6)上記態様にかかる光検知素子は、発熱部をさらに有し、前記発熱部は、前記磁性素子に対して前記光が主として照射される光照射方向において、前記磁性素子の後方にあってもよい。 (6) The photodetecting element according to the above aspect further includes a heat-generating portion, and the heat-generating portion is located behind the magnetic element in a light irradiation direction in which the light is mainly irradiated to the magnetic element. good too.

(7)上記態様にかかる光検知素子は、膨張部をさらに有し、前記発熱部は、前記膨張部を加熱できる位置にあり、前記膨張部は、前記磁性素子に対して前記光が主として照射される光照射方向において、前記磁性素子の後方にあり、前記膨張部は、前記第1強磁性層より線熱膨張係数が大きくてもよい。 (7) The photodetecting element according to the above aspect further includes an expanding section, the heat generating section is located at a position capable of heating the expanding section, and the expanding section mainly irradiates the magnetic element with the light. The expanding portion may be located behind the magnetic element in the light irradiation direction, and may have a linear thermal expansion coefficient larger than that of the first ferromagnetic layer.

(8)上記態様にかかる光検知素子は、前記光が、高周波の光信号を含み強度変化する光であってもよい。 (8) In the photodetecting element according to the above aspect, the light may be light containing a high-frequency optical signal and varying in intensity.

(9)上記態様にかかる光検知素子は、前記光が、波長フィルターを透過した光であってもよい。 (9) In the photodetector according to the above aspect, the light may be light that has passed through a wavelength filter.

(10)第2の態様にかかる受信装置は、上記態様にかかる光検知素子を有する。 (10) A receiver according to a second aspect has the photodetector element according to the above aspect.

(11)第3の態様にかかる光センサー装置は、上記態様にかかる光検知素子を有する。 (11) A photosensor device according to a third aspect has the photosensing element according to the above aspect.

上記態様にかかる光検知素子、受信装置及び光センサー装置は、光に対する応答性が良い。 The photodetecting element, the receiving device, and the photosensor device according to the above aspect have good responsiveness to light.

第1実施形態に係る光検知素子の斜視図である。1 is a perspective view of a photodetector element according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る光検知素子の断面図である。1 is a cross-sectional view of a photodetector element according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る光検知素子の平面図である。1 is a plan view of a photodetector element according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る光検知素子の第1動作例の第1メカニズムを説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the first mechanism of the first operation example of the photodetector according to the first embodiment; 第1実施形態に係る光検知素子の第1動作例の第2メカニズムを説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the second mechanism of the first operation example of the photodetector according to the first embodiment; 第1実施形態に係る光検知素子の第2動作例の第1メカニズムを説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the first mechanism of the second operation example of the photodetector according to the first embodiment; 第1実施形態に係る光検知素子の第2動作例の第2メカニズムを説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the second mechanism of the second operation example of the photodetector according to the first embodiment; 第1実施形態に係る光検知素子の第2動作例の別の例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining another example of the second operation example of the photodetector according to the first embodiment; 第1実施形態に係る光検知素子の第2動作例の別の例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining another example of the second operation example of the photodetector according to the first embodiment; 第1変形例に係る光検知素子の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a photodetector according to a first modified example; 第2変形例に係る光検知素子の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a photodetector element according to a second modified example; 第3変形例に係る光検知素子の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a photodetector according to a third modified example; 第4変形例に係る光検知素子の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a photodetector according to a fourth modified example; 第2実施形態に係る光検知素子の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a photodetector element according to a second embodiment; 第3実施形態に係る光検知素子の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a photodetector element according to a third embodiment; 第4実施形態に係る光検知素子の断面図である。It is a cross-sectional view of a photodetector element according to a fourth embodiment. 第1適用例にかかる送受信装置のブロック図である。1 is a block diagram of a transmitting/receiving device according to a first application example; FIG. 通信システムの一例の概念図である。1 is a conceptual diagram of an example of a communication system; FIG. 第2適用例に係る光センサー装置の断面の概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram of a cross section of an optical sensor device according to a second application example; 端末装置の一例の模式図である。1 is a schematic diagram of an example of a terminal device; FIG.

以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with appropriate reference to the drawings. In the drawings used in the following description, characteristic parts may be shown enlarged for convenience in order to make the characteristics easier to understand, and the dimensional ratio of each component may differ from the actual one. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the present invention.

方向について定義する。磁性素子10の積層方向をz方向とし、z方向と直交する面内の一方向をx方向、x方向及びz方向と直交する方向をy方向とする。z方向は、積層方向の一例である。以下、+z方向を「上」、-z方向を「下」と表現する場合がある。+z方向は、第2強磁性層2から第1強磁性層1へ向かう方向である。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。 Define direction. The stacking direction of the magnetic element 10 is the z-direction, one direction in the plane perpendicular to the z-direction is the x-direction, and the direction perpendicular to the x-direction and the z-direction is the y-direction. The z-direction is an example of the lamination direction. Hereinafter, the +z direction may be expressed as “up” and the −z direction as “down”. The +z direction is the direction from the second ferromagnetic layer 2 toward the first ferromagnetic layer 1 . Up and down do not necessarily match the direction in which gravity is applied.

「第1実施形態」
図1は、第1実施形態に係る光検知素子100の斜視図である。図2は、第1実施形態に係る光検知素子100のyz断面図である。図3は、第1実施形態に係る光検知素子100をz方向から見た平面図である。
"First Embodiment"
FIG. 1 is a perspective view of a photodetector element 100 according to the first embodiment. FIG. 2 is a yz cross-sectional view of the photodetector 100 according to the first embodiment. FIG. 3 is a plan view of the photodetector 100 according to the first embodiment as seen from the z direction.

光検知素子100は、照射される光Lの状態または状態の変化を電気信号に置き換える。本明細書における光Lとは、可視光線に限らず、可視光線よりも波長の長い赤外線や、可視光線よりも波長の短い紫外線も含む。可視光線の波長は例えば、380nm以上800nm未満である。赤外線の波長は例えば、800nm以上1mm以下である。紫外線の波長は例えば、200nm以上380nm未満である。 The photodetector 100 converts the state or state change of the irradiated light L into an electrical signal. The light L in this specification includes not only visible light but also infrared rays having longer wavelengths than visible rays and ultraviolet rays having shorter wavelengths than visible rays. The wavelength of visible light is, for example, 380 nm or more and less than 800 nm. The wavelength of infrared rays is, for example, 800 nm or more and 1 mm or less. The wavelength of ultraviolet rays is, for example, 200 nm or more and less than 380 nm.

光検知素子100は、例えば、磁性素子10と第1電極20と第2電極30と光照射部40と絶縁層50とを有する。 The photodetector element 100 has, for example, a magnetic element 10, a first electrode 20, a second electrode 30, a light irradiation section 40, and an insulating layer 50. As shown in FIG.

光照射部40は、例えば、光源から伝搬した光Lが出射する部分である。光照射部40から出射された光Lは、磁性素子10の側面10sに照射される。光照射部40は、例えば、磁性素子10の側面10sと対向する。 The light irradiation section 40 is, for example, a section from which the light L propagated from the light source is emitted. The light L emitted from the light irradiation section 40 is irradiated onto the side surface 10 s of the magnetic element 10 . The light irradiation section 40 faces the side surface 10s of the magnetic element 10, for example.

光Lは、磁性素子10に対してz方向と交差する方向から照射される。光Lは、例えば、y方向から磁性素子10の側面10sに照射される。以下、磁性素子10に対して光が主として照射される方向を光照射方向と称する。主として照射されるとは、他の方向からの照射される光の強度よりも当該方向から照射される光の強度が大きいことを意味する。図1及び図2においてy方向が磁性素子10に対する光照射方向である。光Lは、例えば、高周波の光信号を含み強度変化する光、又は、波長フィルターを通過し波長域が制御された光である。高周波の光信号は、例えば、100MHz以上の周波数を有する信号である。 The light L is applied to the magnetic element 10 from a direction crossing the z-direction. The light L is applied to the side surface 10s of the magnetic element 10 from the y direction, for example. Hereinafter, the direction in which the magnetic element 10 is mainly irradiated with light is referred to as the light irradiation direction. Being irradiated mainly means that the intensity of the light irradiated from that direction is higher than the intensity of the light irradiated from other directions. In FIGS. 1 and 2, the y direction is the light irradiation direction with respect to the magnetic element 10 . The light L is, for example, light containing a high-frequency optical signal and varying in intensity, or light that has passed through a wavelength filter and has its wavelength range controlled. A high-frequency optical signal is, for example, a signal having a frequency of 100 MHz or higher.

第1電極20は、磁性素子10の第1面に接する。第1面は、z方向において、磁性素子10の第1強磁性層1側の面である。第2電極30は、磁性素子10の第2面に接する。第2面は、z方向において、磁性素子10の第2強磁性層2側の面である。第1電極20と第2電極30とは、例えば、磁性素子10をz方向に挟む。 The first electrode 20 contacts the first surface of the magnetic element 10 . The first surface is the surface of the magnetic element 10 on the first ferromagnetic layer 1 side in the z direction. The second electrode 30 contacts the second surface of the magnetic element 10 . The second surface is the surface of the magnetic element 10 on the second ferromagnetic layer 2 side in the z direction. The first electrode 20 and the second electrode 30 sandwich the magnetic element 10 in the z direction, for example.

第1電極20及び第2電極30は、導電性を有する材料からなる。第1電極20及び第2電極30は、例えば、Cu、Al、AuまたはRuなどの金属により構成される。これらの金属の上下にTaやTiを積層してもよい。また第1電極20及び第2電極30として、CuとTaの積層膜、TaとCuとTiの積層膜、TaとCuとTaNの積層膜を用いてもよい。また第1電極20及び第2電極30として、TiNやTaNを用いてもよい。 The first electrode 20 and the second electrode 30 are made of a conductive material. The first electrode 20 and the second electrode 30 are made of metal such as Cu, Al, Au or Ru, for example. Ta or Ti may be stacked above and below these metals. As the first electrode 20 and the second electrode 30, a laminated film of Cu and Ta, a laminated film of Ta, Cu and Ti, and a laminated film of Ta, Cu and TaN may be used. Alternatively, TiN or TaN may be used as the first electrode 20 and the second electrode 30 .

第1電極20及び第2電極30は、磁性素子10に照射される光の波長域に対して透過性を有してもよい。例えば、第1電極20及び第2電極30は、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)等の酸化物の透明電極材料を含む透明電極でもよい。また第1電極20及び第2電極30は、こられの透明電極材料の中に複数の柱状金属を有する構成としてもよい。 The first electrode 20 and the second electrode 30 may be transparent to the wavelength range of light with which the magnetic element 10 is irradiated. For example, the first electrode 20 and the second electrode 30 include oxide transparent electrode materials such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), and indium gallium zinc oxide (IGZO). A transparent electrode may be used. Also, the first electrode 20 and the second electrode 30 may be configured to have a plurality of columnar metals in these transparent electrode materials.

絶縁層50は、第1電極20と第2電極30との間にある。絶縁層50は、例えば、磁性素子10の光Lが照射される側面10sを除く部分を被覆する。絶縁層50は、層間絶縁膜である。絶縁層50は、例えば、Si、Al、Mgの酸化物、窒化物、酸窒化物である。絶縁層50は、例えば、酸化ケイ素(SiO)、窒化ケイ素(SiN)、炭化ケイ素(SiC)、窒化クロム、炭窒化ケイ素(SiCN)、酸窒化ケイ素(SiON)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ジルコニウム(ZrO)等である。 The insulating layer 50 is between the first electrode 20 and the second electrode 30 . The insulating layer 50 covers, for example, the portion of the magnetic element 10 excluding the side surface 10s to which the light L is irradiated. The insulating layer 50 is an interlayer insulating film. The insulating layer 50 is, for example, an oxide, nitride, or oxynitride of Si, Al, or Mg. The insulating layer 50 is made of, for example, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride, silicon carbonitride (SiCN), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO x ), and the like.

磁性素子10は、照射される光Lの状態が変化すると、光Lの状態の変化に応じてz方向の抵抗値が変化する。磁性素子10に照射される光Lの状態が変化すると、光Lの状態の変化に応じて磁性素子10からの出力電圧が変化する。磁性素子10は、例えば、第1強磁性層1と第2強磁性層2とスペーサ層3とを有する。スペーサ層3は、第1強磁性層1と第2強磁性層2との間に位置する。磁性素子10は、これらの他に他の層を有してもよい。 When the state of the irradiated light L changes, the magnetic element 10 changes its resistance value in the z-direction according to the change in the state of the light L. FIG. When the state of the light L applied to the magnetic element 10 changes, the output voltage from the magnetic element 10 changes according to the change in the state of the light L. FIG. The magnetic element 10 has a first ferromagnetic layer 1, a second ferromagnetic layer 2 and a spacer layer 3, for example. A spacer layer 3 is located between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 . The magnetic element 10 may have other layers besides these.

磁性素子10の側面の一部は、光が照射される。例えば、側面10sは、光が照射される。側面10sは、磁性素子10の側面のうち光Lが主として照射される側の側面である。側面10sに照射される光の強度は、他の側面に照射される光の強度よりも大きい。側面10sは、例えば、光Lの受光面である。 A part of the side surface of the magnetic element 10 is irradiated with light. For example, the side surface 10s is illuminated with light. The side surface 10s is the side surface of the magnetic element 10 that is mainly irradiated with the light L. As shown in FIG. The intensity of the light applied to the side surface 10s is greater than the intensity of the light applied to the other side surfaces. 10 s of side surfaces are light-receiving surfaces of the light L, for example.

磁性素子10の側面の一部は平坦面である。例えば、側面10sは、平坦面である。例えば、平坦面である側面10sに光Lが照射される。 A part of the side surface of the magnetic element 10 is a flat surface. For example, the side surface 10s is a flat surface. For example, the side surface 10s, which is a flat surface, is irradiated with the light L.

磁性素子10の側面と、第1電極20と第2電極30とのうち少なくとも一方の側面とは、少なくとも一部で同一の仮想平面VSに接している。仮想平面VSは、磁性素子10の側面に対する接平面の一つである。光Lは、第1強磁性層1に対して仮想平面VS側から照射される。 A side surface of the magnetic element 10 and a side surface of at least one of the first electrode 20 and the second electrode 30 are at least partially in contact with the same virtual plane VS. The virtual plane VS is one of the planes tangential to the sides of the magnetic element 10 . The light L is applied to the first ferromagnetic layer 1 from the virtual plane VS side.

例えば、側面10sと第1電極20の側面20s及び第2電極30の側面30sとは同一の仮想平面VSに接する。側面10sと側面20s及び側面30sとは連続する。側面20sは、第1電極20の側面のうち光Lが主として照射される側の側面である。側面30sは、第2電極30の側面のうち光Lが主として照射される側の側面である。 For example, the side surface 10s, the side surface 20s of the first electrode 20, and the side surface 30s of the second electrode 30 are in contact with the same virtual plane VS. The side 10s, the side 20s, and the side 30s are continuous. The side surface 20s is the side surface of the first electrode 20 that is mainly irradiated with the light L. As shown in FIG. The side surface 30s is the side surface of the second electrode 30 that is mainly irradiated with the light L. As shown in FIG.

磁性素子10は、例えば、スペーサ層3が絶縁材料で構成されたMTJ(Magnetic Tunnel Junction)素子である。この場合、磁性素子10は、第1強磁性層1の磁化の状態と第2強磁性層2の磁化の状態との相対的な変化に応じて、z方向の抵抗値(z方向に電流を流した場合の抵抗値)が変化する。このような素子は磁気抵抗効果素子とも呼ばれる。 The magnetic element 10 is, for example, an MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element in which the spacer layer 3 is made of an insulating material. In this case, the magnetic element 10 has a resistance value in the z direction (current is resistance value) changes. Such an element is also called a magnetoresistive element.

第1強磁性層1は、外部から光が照射されると磁化の状態が変化する光検知層である。第1強磁性層1は、磁化自由層とも呼ばれる。磁化自由層は、所定の外力が印加された際に磁化の状態が変化する磁性体を含む層である。所定の外力は、例えば、外部から照射される光L、磁性素子10のz方向に流れる電流、外部磁場である。第1強磁性層1の磁化は、第1強磁性層1に照射される光Lの強度に応じて、状態が変化する。 The first ferromagnetic layer 1 is a photodetection layer whose magnetization state changes when light is irradiated from the outside. The first ferromagnetic layer 1 is also called a magnetization free layer. The magnetization free layer is a layer containing a magnetic material whose magnetization state changes when a predetermined external force is applied. The predetermined external force is, for example, light L irradiated from the outside, a current flowing in the z-direction of the magnetic element 10, or an external magnetic field. The magnetization state of the first ferromagnetic layer 1 changes depending on the intensity of the light L with which the first ferromagnetic layer 1 is irradiated.

第1強磁性層1は、強磁性体を含む。第1強磁性層1は、例えば、Co、FeまたはNi等の磁性元素のいずれかを少なくとも含む。第1強磁性層1は、上述のような磁性元素と共に、B、Mg、Hf、Gd等の非磁性元素を含んでもよい。第1強磁性層1は、例えば、磁性元素と非磁性元素とを含む合金でもよい。第1強磁性層1は、複数の層から構成されていてもよい。第1強磁性層1は、例えば、CoFeB合金、CoFeB合金層をFe層で挟んだ積層体、CoFeB合金層をCoFe層で挟んだ積層体である。 The first ferromagnetic layer 1 contains a ferromagnetic material. The first ferromagnetic layer 1 contains at least one of magnetic elements such as Co, Fe or Ni, for example. The first ferromagnetic layer 1 may contain non-magnetic elements such as B, Mg, Hf and Gd together with the magnetic elements as described above. The first ferromagnetic layer 1 may be, for example, an alloy containing a magnetic element and a non-magnetic element. The first ferromagnetic layer 1 may be composed of a plurality of layers. The first ferromagnetic layer 1 is, for example, a CoFeB alloy, a laminate in which a CoFeB alloy layer is sandwiched between Fe layers, or a laminate in which a CoFeB alloy layer is sandwiched between CoFe layers.

第1強磁性層1は、膜面内方向(xy面内のいずれかの方向)に磁化容易軸を有する面内磁化膜でも、膜面直方向(z方向)に磁化容易軸を有する垂直磁化膜でもよい。 The first ferromagnetic layer 1 is an in-plane magnetization film having an easy axis of magnetization in the in-plane direction (either direction in the xy plane), or perpendicular magnetization having an easy axis of magnetization in the direction perpendicular to the plane (z direction). It may be a membrane.

第1強磁性層1の膜厚は、例えば、1nm以上5nm以下である。第1強磁性層1の膜厚は、例えば、1nm以上2nm以下であることが好ましい。第1強磁性層1が垂直磁化膜の場合、第1強磁性層1の膜厚が薄いと、第1強磁性層1の上下にある層からの垂直磁気異方性印加効果が強まり、第1強磁性層1の垂直磁気異方性が高まる。つまり、第1強磁性層1の垂直磁気異方性が高いと、磁化M1がz方向に戻ろうとする力が強まる。一方、第1強磁性層1の膜厚が厚いと、第1強磁性層1の上下にある層からの垂直磁気異方性印加効果が相対的に弱まり、第1強磁性層1の垂直磁気異方性が弱まる。 The film thickness of the first ferromagnetic layer 1 is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less. The film thickness of the first ferromagnetic layer 1 is preferably, for example, 1 nm or more and 2 nm or less. When the first ferromagnetic layer 1 is a perpendicularly magnetized film, if the film thickness of the first ferromagnetic layer 1 is small, the effect of applying perpendicular magnetic anisotropy from the layers above and below the first ferromagnetic layer 1 is enhanced. 1 The perpendicular magnetic anisotropy of the ferromagnetic layer 1 increases. That is, when the perpendicular magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 1 is high, the force that causes the magnetization M1 to return to the z-direction increases. On the other hand, when the film thickness of the first ferromagnetic layer 1 is large, the effect of applying perpendicular magnetic anisotropy from the layers above and below the first ferromagnetic layer 1 is relatively weakened, and the perpendicular magnetic field of the first ferromagnetic layer 1 is reduced. Anisotropy weakens.

第1強磁性層1の膜厚が薄くなると強磁性体としての体積は小さくなり、厚くなると強磁性体としての体積は大きくなる。外部からのエネルギーが加わったときの第1強磁性層1の磁化の反応しやすさは、第1強磁性層1の磁気異方性(Ku)と体積(V)との積(KuV)に反比例する。つまり、第1強磁性層1の磁気異方性と体積との積が小さくなると、光に対する反応性が高まる。このような観点から、光に対する反応を高めるためには、第1強磁性層1の磁気異方性を適切に設計したうえで第1強磁性層1の体積を小さくすることが好ましい。 If the film thickness of the first ferromagnetic layer 1 becomes thinner, the volume of the ferromagnetic body becomes smaller, and if it becomes thicker, the volume of the ferromagnetic body becomes larger. The magnetization responsiveness of the first ferromagnetic layer 1 when external energy is applied is given by the product (KuV) of the magnetic anisotropy (Ku) and the volume (V) of the first ferromagnetic layer 1. inversely proportional. That is, when the product of the magnetic anisotropy and the volume of the first ferromagnetic layer 1 decreases, the reactivity to light increases. From this point of view, in order to enhance the response to light, it is preferable to appropriately design the magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 1 and then reduce the volume of the first ferromagnetic layer 1 .

第1強磁性層1の膜厚が2nmより厚い場合は、例えばMo,Wからなる挿入層を第1強磁性層1内に設けてもよい。すなわち、z方向に強磁性層、挿入層、強磁性層が順に積層された積層体を第1強磁性層1としてもよい。挿入層と強磁性層との界面における界面磁気異方性により第1強磁性層1全体の垂直磁気異方性が高まる。挿入層の膜厚は、例えば、0.1nm~0.6nmである。 When the film thickness of the first ferromagnetic layer 1 is thicker than 2 nm, an insertion layer made of, for example, Mo and W may be provided in the first ferromagnetic layer 1 . That is, the first ferromagnetic layer 1 may be a laminate in which a ferromagnetic layer, an insertion layer, and a ferromagnetic layer are sequentially stacked in the z-direction. Perpendicular magnetic anisotropy of the entire first ferromagnetic layer 1 increases due to interfacial magnetic anisotropy at the interface between the insertion layer and the ferromagnetic layer. The film thickness of the insertion layer is, for example, 0.1 nm to 0.6 nm.

第2強磁性層2は、磁化固定層である。磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の状態が磁化自由層よりも変化しにくい磁性体からなる層である。例えば、磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の向きが磁化自由層よりも変化しにくい。また、例えば、磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の大きさが磁化自由層よりも変化しにくい。第2強磁性層2の保磁力は、例えば、第1強磁性層1の保磁力よりも大きい。第2強磁性層2は、例えば第1強磁性層1と同じ方向に磁化容易軸を有する。第2強磁性層2は、面内磁化膜でも、垂直磁化膜でもよい。 The second ferromagnetic layer 2 is a magnetization fixed layer. The magnetization fixed layer is a layer made of a magnetic material whose magnetization state is less likely to change than the magnetization free layer when a predetermined external energy is applied. For example, the magnetization direction of the magnetization fixed layer is less likely to change than the magnetization direction of the magnetization free layer when a predetermined external energy is applied. Further, for example, the magnetization fixed layer is less likely to change in magnitude of magnetization than the magnetization free layer when a predetermined external energy is applied. The coercive force of the second ferromagnetic layer 2 is, for example, greater than the coercive force of the first ferromagnetic layer 1 . The second ferromagnetic layer 2 has an easy magnetization axis in the same direction as the first ferromagnetic layer 1, for example. The second ferromagnetic layer 2 may be an in-plane magnetization film or a perpendicular magnetization film.

第2強磁性層2を構成する材料は、例えば、第1強磁性層1と同様である。第2強磁性層2は、例えば、0.4nm~1.0nmの厚みのCo、0.1nm~0.5nmの厚みのMo、0.3nm~1.0nmの厚みのCoFeB合金、0.3nm~1.0nmの厚みのFeが順に積層された積層体でもよい。 The material constituting the second ferromagnetic layer 2 is, for example, the same as that of the first ferromagnetic layer 1 . The second ferromagnetic layer 2 is, for example, 0.4 nm to 1.0 nm thick Co, 0.1 nm to 0.5 nm thick Mo, 0.3 nm to 1.0 nm thick CoFeB alloy, 0.3 nm thick. A laminated body in which Fe layers having a thickness of up to 1.0 nm are sequentially laminated may be used.

第2強磁性層2の磁化は、例えば、磁気結合層を介した第3強磁性層との磁気結合によ って固定してもよい。この場合、第2強磁性層2、磁気結合層及び第3強磁性層を合わせたものを磁化固定層と称する場合もある。 The magnetization of the second ferromagnetic layer 2 may be fixed by magnetic coupling with the third ferromagnetic layer via a magnetic coupling layer, for example. In this case, the combination of the second ferromagnetic layer 2, the magnetic coupling layer and the third ferromagnetic layer may be called a fixed magnetization layer.

第3強磁性層は、例えば、第2強磁性層2と磁気結合する。磁気結合は、例えば、反強磁性的な結合であり、RKKY相互作用により生じる。第3強磁性層を構成する材料は、例えば、第1強磁性層1と同様である。磁気結合層は、例えば、Ru、Ir等である。 The third ferromagnetic layer is magnetically coupled with the second ferromagnetic layer 2, for example. Magnetic coupling is, for example, antiferromagnetic coupling and is caused by RKKY interactions. The material constituting the third ferromagnetic layer is, for example, the same as that of the first ferromagnetic layer 1 . The magnetic coupling layer is Ru, Ir, or the like, for example.

スペーサ層3は、第1強磁性層1と第2強磁性層2との間に配置される非磁性層である。スペーサ層3は、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、又は、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。スペーサ層3の膜厚は、後述する初期状態における第1強磁性層1の磁化と第2強磁性層2の磁化の配向方向に応じて調整できる。 The spacer layer 3 is a non-magnetic layer arranged between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 . The spacer layer 3 is composed of a layer composed of a conductor, an insulator, or a semiconductor, or a layer including a current-carrying point composed of a conductor in an insulator. The thickness of the spacer layer 3 can be adjusted according to the orientation directions of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 and the magnetization of the second ferromagnetic layer 2 in the initial state, which will be described later.

例えば、スペーサ層3が絶縁体からなる場合は、磁性素子10は、第1強磁性層1とスペーサ層3と第2強磁性層2とからなる磁気トンネル接合(MTJ:Magnetic Tunnel Junction)を有する。このような素子はMTJ素子と呼ばれる。この場合、磁性素子10はトンネル磁気抵抗(TMR:Tunnel Magnetoresistance)効果を発現することができる。スペーサ層3が金属からなる場合は、磁性素子10は、巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magnetoresistance)効果を発現することができる。このような素子はGMR素子と呼ばれる。磁性素子10は、スペーサ層3の構成材料によって、MTJ素子、GMR素子などと呼び名が異なることがあるが、総称して磁気抵抗効果素子とも呼ばれる。 For example, when the spacer layer 3 is made of an insulator, the magnetic element 10 has a magnetic tunnel junction (MTJ) made up of the first ferromagnetic layer 1, the spacer layer 3, and the second ferromagnetic layer 2. . Such an element is called an MTJ element. In this case, the magnetic element 10 can exhibit a tunnel magnetoresistance (TMR) effect. When the spacer layer 3 is made of metal, the magnetic element 10 can exhibit a giant magnetoresistive (GMR) effect. Such an element is called a GMR element. The magnetic element 10 may be called an MTJ element, a GMR element, or the like depending on the constituent material of the spacer layer 3, but is also generically called a magnetoresistance effect element.

スペーサ層3が絶縁材料で構成される場合、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン又は酸化ケイ素等を含む材料を用いることができる。また、これら絶縁材料に、Al、B、Si、Mgなどの元素や、Co、Fe、Niなどの磁性元素を含んでもよい。第1強磁性層1と第2強磁性層2との間に高いTMR効果が発現するようにスペーサ層3の膜厚を調整することで、高い磁気抵抗変化率が得られる。TMR効果を効率よく利用するためには、スペーサ層3の膜厚は、0.5~5.0nm程度としてもよく、1.0~2.5nm程度としてもよい。 When the spacer layer 3 is composed of an insulating material, materials containing aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, silicon oxide, or the like can be used. Further, these insulating materials may contain elements such as Al, B, Si and Mg, and magnetic elements such as Co, Fe and Ni. By adjusting the film thickness of the spacer layer 3 so that a high TMR effect is exhibited between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2, a high magnetoresistance ratio can be obtained. In order to efficiently use the TMR effect, the film thickness of the spacer layer 3 may be about 0.5 to 5.0 nm, or about 1.0 to 2.5 nm.

スペーサ層3を非磁性導電材料で構成する場合、Cu、Ag、Au又はRu等の導電材料を用いることができる。GMR効果を効率よく利用するためには、スペーサ層3の膜厚は、0.5~5.0nm程度としてもよく、2.0~3.0nm程度としてもよい。 When the spacer layer 3 is made of a non-magnetic conductive material, a conductive material such as Cu, Ag, Au or Ru can be used. In order to efficiently utilize the GMR effect, the film thickness of the spacer layer 3 may be about 0.5 to 5.0 nm, or about 2.0 to 3.0 nm.

スペーサ層3を非磁性半導体材料で構成する場合、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、酸化ゲルマニウム、酸化ガリウム又はITO等の材料を用いることができる。この場合、スペーサ層3の膜厚は1.0~4.0nm程度としてもよい。 When the spacer layer 3 is made of a non-magnetic semiconductor material, materials such as zinc oxide, indium oxide, tin oxide, germanium oxide, gallium oxide, and ITO can be used. In this case, the film thickness of the spacer layer 3 may be about 1.0 to 4.0 nm.

スペーサ層3として非磁性絶縁体中の導体によって構成される通電点を含む層を適用する場合、酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウムによって構成される非磁性絶縁体中に、Cu、Au、Alなどの非磁性の導体によって構成される通電点を含む構造としてもよい。また、Co、Fe、Niなどの磁性元素によって導体を構成してもよい。この場合、スペーサ層3の膜厚は、1.0~2.5nm程度としてもよい。通電点は、例えば、膜面に垂直な方向からみたときの直径が1nm以上5nm以下の柱状体である。 When a layer containing current-carrying points composed of a conductor in a non-magnetic insulator is applied as the spacer layer 3, a non-magnetic conductor such as Cu, Au or Al is placed in the non-magnetic insulator composed of aluminum oxide or magnesium oxide. It is also possible to have a structure including a current-carrying point constituted by a conductor of Also, the conductor may be composed of a magnetic element such as Co, Fe, or Ni. In this case, the film thickness of the spacer layer 3 may be about 1.0 to 2.5 nm. The current-carrying point is, for example, a column having a diameter of 1 nm or more and 5 nm or less when viewed in a direction perpendicular to the film surface.

磁性素子10は、この他、下地層、キャップ層、垂直磁化誘起層等を有してもよい。下地層は、第2強磁性層2と第2電極30との間にある。下地層は、シード層又はバッファ層である。シード層は、シード層上に積層される層の結晶性を高める。シード層は、例えば、Pt、Ru、Hf、Zr、NiFeCrである。シード層の膜厚は、例えば1nm以上5nm以下である。バッファ層は、異なる結晶間の格子不整合を緩和する層である。バッファ層は、例えば、Ta、Ti、W、Zr、Hf又はこれらの元素の窒化物である。バッファ層の膜厚は、例えば、1nm以上5nm以下である。 The magnetic element 10 may also have an underlying layer, a cap layer, a perpendicular magnetization inducing layer, and the like. The underlayer is between the second ferromagnetic layer 2 and the second electrode 30 . The underlayer is a seed layer or a buffer layer. The seed layer enhances the crystallinity of layers laminated on the seed layer. Seed layers are, for example, Pt, Ru, Hf, Zr, NiFeCr. The film thickness of the seed layer is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less. A buffer layer is a layer that relaxes the lattice mismatch between different crystals. The buffer layer is, for example, Ta, Ti, W, Zr, Hf or nitrides of these elements. The film thickness of the buffer layer is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less.

キャップ層は、第1強磁性層1と第1電極20との間にある。キャップ層は、プロセス過程で下層へのダメージを防ぐと共に、アニール時に下層の結晶性を高める。キャップ層の膜厚は、第1強磁性層1に十分な光が照射されるように、例えば3nm以下である。キャップ層は、例えば、MgO、W、Mo、Ru、Ta、Cu、Crまたはこれらの積層膜などである。 The cap layer is between the first ferromagnetic layer 1 and the first electrode 20 . The cap layer prevents damage to the underlying layer during processing and enhances the crystallinity of the underlying layer during annealing. The film thickness of the cap layer is, for example, 3 nm or less so that the first ferromagnetic layer 1 is sufficiently irradiated with light. The cap layer is, for example, MgO, W, Mo, Ru, Ta, Cu, Cr, or a laminated film of these.

垂直磁化誘起層は、第1強磁性層1が垂直磁化膜の場合に形成される。垂直磁化誘起層は、第1強磁性層1上に積層される。垂直磁化誘起層は、第1強磁性層1の垂直磁気異方性を誘起する。垂直磁化誘起層は、例えば酸化マグネシウム、W、Ta、Mo等である。垂直磁化誘起層が酸化マグネシウムの場合は、導電性を高めるために、酸化マグネシウムが酸素欠損していることが好ましい。垂直磁化誘起層の膜厚は、例えば、0.5nm以上2.0nm以下である。 The perpendicular magnetization inducing layer is formed when the first ferromagnetic layer 1 is a perpendicular magnetization film. A perpendicular magnetization inducing layer is laminated on the first ferromagnetic layer 1 . The perpendicular magnetization inducing layer induces perpendicular magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 1 . The perpendicular magnetization inducing layer is, for example, magnesium oxide, W, Ta, Mo, or the like. When the perpendicular magnetization inducing layer is made of magnesium oxide, it is preferable that the magnesium oxide be oxygen-deficient in order to increase conductivity. The film thickness of the perpendicular magnetization inducing layer is, for example, 0.5 nm or more and 2.0 nm or less.

光検知素子100は、各層の積層工程、アニール工程、加工工程によって作製される。まず、基板上に、第2電極30、第2強磁性層2、スペーサ層3、第1強磁性層1を順に積層する。各層は、例えば、スパッタリングにより成膜される。 The photodetector 100 is manufactured by laminating each layer, annealing, and processing. First, the second electrode 30, the second ferromagnetic layer 2, the spacer layer 3, and the first ferromagnetic layer 1 are sequentially laminated on the substrate. Each layer is deposited by sputtering, for example.

次いで、積層膜をアニールする。アニール温度は、例えば、250℃から450℃である。基板が回路基板の場合は、400℃以上でアニールしておくことが好ましい。その後、積層膜をフォトリソグラフィ及びエッチングにより所定の柱状体に加工する。柱状体は、円柱でも角柱でもよい。例えば、柱状体をz方向から見た際の最短幅は、10nm以上2000nm以下としてもよく、30nm以上500nm以下としてもよい。 The laminated film is then annealed. The annealing temperature is, for example, 250°C to 450°C. When the substrate is a circuit board, it is preferable to anneal it at 400° C. or higher. After that, the laminated film is processed into a predetermined columnar body by photolithography and etching. The columnar body may be a cylinder or a prism. For example, the shortest width of the columnar body when viewed in the z direction may be 10 nm or more and 2000 nm or less, or may be 30 nm or more and 500 nm or less.

次いで、柱状体の側面を被覆するように、絶縁層50を形成する。絶縁層50は、複数回に亘って積層してもよい。次いで、化学機械研磨(CMP)により絶縁層50から第1強磁性層1の上面を露出させ、第1強磁性層1上に、第1電極20を作製する。 Next, an insulating layer 50 is formed so as to cover the side surfaces of the columnar bodies. The insulating layer 50 may be laminated multiple times. Next, the upper surface of the first ferromagnetic layer 1 is exposed from the insulating layer 50 by chemical mechanical polishing (CMP), and the first electrode 20 is produced on the first ferromagnetic layer 1 .

次いで、基板および絶縁層50を切断する。そして、切断面に、例えば、化学機械研磨(CMP)及びイオンビームエッチングを行って絶縁層50を除去することで、絶縁層50から第2電極30、第2強磁性層2、スペーサ層3及び第1強磁性層1を露出させる。これにより、側面10sが平坦面となり、また、側面30s、側面10s及び側面20sが連続する。最後に、側面10sと対向する位置に、光照射部40を配置することにより、光検知素子100が得られる。 The substrate and insulating layer 50 are then cut. Then, the cut surface is subjected to, for example, chemical mechanical polishing (CMP) and ion beam etching to remove the insulating layer 50, thereby removing the second electrode 30, the second ferromagnetic layer 2, the spacer layer 3, and the insulating layer 50 from the insulating layer 50. The first ferromagnetic layer 1 is exposed. As a result, the side surface 10s becomes a flat surface, and the side surface 30s, the side surface 10s, and the side surface 20s are continuous. Finally, the photodetector 100 is obtained by arranging the light irradiation section 40 at a position facing the side surface 10s.

次いで、光検知素子100の動作のいくつかの例について説明する。第1強磁性層1には、光強度が変化する光が照射される。光検知素子100からの出力電圧は、光が第1強磁性層1に照射されることにより変化する。第1動作例では、第1強磁性層1に照射される光の強度が、第1強度と第2強度の2段階である場合を例に説明する。第2強度の光の強度は、第1強度の光の強度より大きいものとする。第1強度は、第1強磁性層1に照射される光の強度がゼロの場合でもよい。 Several examples of the operation of the photodetector 100 will now be described. The first ferromagnetic layer 1 is irradiated with light with varying light intensity. The output voltage from the photodetector 100 changes when the first ferromagnetic layer 1 is irradiated with light. In the first operation example, the case where the intensity of the light with which the first ferromagnetic layer 1 is irradiated has two levels of a first intensity and a second intensity will be described as an example. The intensity of the light of the second intensity is greater than the intensity of the light of the first intensity. The first intensity may be the case where the intensity of the light with which the first ferromagnetic layer 1 is irradiated is zero.

図4及び図5は、第1実施形態に係る光検知素子100の第1動作例を説明するための図である。図4は、第1動作例の第1メカニズムを説明するための図であり、図5は、第1動作例の第2メカニズムを説明するための図である。図4及び図5の上のグラフは、縦軸が第1強磁性層1に照射される光の強度であり、横軸が時間である。図4及び図5の下のグラフは、縦軸が磁性素子10のz方向の抵抗値であり、横軸が時間である。 4 and 5 are diagrams for explaining a first operation example of the photodetector 100 according to the first embodiment. FIG. 4 is a diagram for explaining the first mechanism of the first operation example, and FIG. 5 is a diagram for explaining the second mechanism of the first operation example. In the upper graphs of FIGS. 4 and 5, the vertical axis represents the intensity of the light with which the first ferromagnetic layer 1 is irradiated, and the horizontal axis represents time. 4 and 5, the vertical axis is the resistance value of the magnetic element 10 in the z direction, and the horizontal axis is time.

まず第1強磁性層1に第1強度の光が照射された状態(以下、初期状態と称する)において、第1強磁性層1の磁化M1と第2強磁性層2の磁化M2とは平行の関係にあり、磁性素子10のz方向の抵抗値は第1抵抗値R1を示し、磁性素子10からの出力電圧の大きさは第1の値を示す。磁性素子10のz方向の抵抗値は、磁性素子10のz方向にセンス電流Isを流すことで、磁性素子10のz方向の両端に電圧が発生し、その電圧値からオームの法則を用いて求められる。磁性素子10からの出力電圧は、第1電極20と第2電極30との間に発生する。図4に示す例の場合、センス電流Isを第1強磁性層1から第2強磁性層2に向かって流す。この方向にセンス電流Isを流すことで、第1強磁性層1の磁化M1に対して、第2強磁性層2の磁化M2と同じ方向のスピントランスファートルクが作用し、初期状態において磁化M1と磁化M2とが平行になる。また、この方向にセンス電流Isを流すことで、第1強磁性層1の磁化M1が動作時に反転することを防止することができる。 First, in a state where the first ferromagnetic layer 1 is irradiated with light of a first intensity (hereinafter referred to as an initial state), the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 and the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 are parallel. , the resistance value in the z direction of the magnetic element 10 indicates a first resistance value R1, and the magnitude of the output voltage from the magnetic element 10 indicates a first value. The resistance value of the magnetic element 10 in the z-direction can be obtained by applying a voltage across both ends of the magnetic element 10 in the z-direction by flowing a sense current Is in the z-direction of the magnetic element 10, and using Ohm's law from the voltage value. Desired. An output voltage from the magnetic element 10 is generated between the first electrode 20 and the second electrode 30 . In the case of the example shown in FIG. 4, the sense current Is is caused to flow from the first ferromagnetic layer 1 toward the second ferromagnetic layer 2 . By passing the sense current Is in this direction, a spin transfer torque in the same direction as the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 acts on the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1, and in the initial state, the magnetization M1 and magnetization M2 becomes parallel. Also, by passing the sense current Is in this direction, it is possible to prevent the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 from reversing during operation.

次いで、第1強磁性層1に照射される光の強度が第1強度から第2強度に変化する。第2強度は、第1強度より大きく、第1強磁性層1の磁化M1は初期状態から変化する。第1強磁性層1に光が照射されていない状態における第1強磁性層1の磁化M1の状態と、第2強度における第1強磁性層1の磁化M1の状態とは異なる。磁化M1の状態とは、例えば、z方向に対する傾き角、大きさ等である。 Next, the intensity of the light with which the first ferromagnetic layer 1 is irradiated changes from the first intensity to the second intensity. The second intensity is greater than the first intensity, and the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 changes from its initial state. The state of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 when the first ferromagnetic layer 1 is not irradiated with light differs from the state of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 at the second intensity. The state of the magnetization M1 is, for example, the tilt angle with respect to the z-direction, the magnitude, and the like.

例えば、図4に示すように、第1強磁性層1に照射される光の強度が第1強度から第2強度に変化すると、磁化M1はz方向に対して傾く。また例えば、図5に示すように、第1強磁性層1に照射される光の強度が第1強度から第2強度に変化すると、磁化M1の大きさが小さくなる。例えば、第1強磁性層1の磁化M1が光の照射強度によってz方向に対して傾く場合、その傾き角度は、0°より大きく90°より小さい。 For example, as shown in FIG. 4, when the intensity of light applied to the first ferromagnetic layer 1 changes from a first intensity to a second intensity, the magnetization M1 is tilted with respect to the z direction. Further, for example, as shown in FIG. 5, when the intensity of the light with which the first ferromagnetic layer 1 is irradiated changes from the first intensity to the second intensity, the magnitude of the magnetization M1 decreases. For example, when the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is tilted with respect to the z-direction due to the light irradiation intensity, the tilt angle is greater than 0° and less than 90°.

第1強磁性層1の磁化M1が初期状態から変化すると、磁気抵抗効果素子10のz方向の抵抗値は第2抵抗値R2を示し、磁性素子10からの出力電圧の大きさは第2の値を示す。第2抵抗値R2は、第1抵抗値R1より大きく、出力電圧の第2の値は第1の値よりも大きい。第2抵抗値R2は、磁化M1と磁化M2とが平行である場合の抵抗値(第1抵抗値R1)と、磁化M1と磁化M2とが反平行である場合の抵抗値との間である。 When the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 changes from the initial state, the z-direction resistance of the magnetoresistive element 10 exhibits a second resistance R2, and the magnitude of the output voltage from the magnetic element 10 changes to a second value. indicate a value. The second resistance value R2 is greater than the first resistance value R1, and the second value of the output voltage is greater than the first value. The second resistance value R2 is between the resistance value (first resistance value R1) when the magnetizations M1 and M2 are parallel and the resistance value when the magnetizations M1 and M2 are antiparallel. .

図4に示す場合は、第1強磁性層1の磁化M1には第2強磁性層2の磁化M2と同じ方向のスピントランスファートルクが作用している。したがって、磁化M1は磁化M2と平行状態に戻ろうとし、第1強磁性層1に照射される光の強度が第2強度から第1強度に変化すると、磁性素子10は初期状態に戻る。図5に示す場合は、第1強磁性層1に照射される光の強度が第1強度に戻ると、第1強磁性層1の磁化M1の大きさは元に戻り、磁性素子10は初期状態に戻る。いずれの場合も磁性素子10のz方向の抵抗値は、第1抵抗値R1に戻る。つまり、第1強磁性層1に照射される光の強度が第2強度から第1強度に変化した際に、光検知素子100のz方向の抵抗値は、第2抵抗値R2から第1抵抗値R1へ変化し、磁性素子10からの出力電圧の大きさは、第2の値から第1の値へ変化する。 In the case shown in FIG. 4, the spin transfer torque in the same direction as the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 acts on the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 . Therefore, the magnetization M1 tries to return to a state parallel to the magnetization M2, and when the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 1 changes from the second intensity to the first intensity, the magnetic element 10 returns to its initial state. In the case shown in FIG. 5, when the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 1 returns to the first intensity, the magnitude of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 returns to its original value, and the magnetic element 10 returns to its initial state. return to state. In either case, the z-direction resistance of the magnetic element 10 returns to the first resistance R1. That is, when the intensity of the light with which the first ferromagnetic layer 1 is irradiated changes from the second intensity to the first intensity, the z-direction resistance of the photodetector 100 changes from the second resistance R2 to the first resistance Changing to value R1, the magnitude of the output voltage from magnetic element 10 changes from the second value to the first value.

光検知素子100からの出力電圧は、第1強磁性層1に照射される光の強度の変化に対応して変化し、照射される光の強度の変化を光検知素子100からの出力電圧の変化に変換することができる。すなわち、光検知素子100は、光を電気信号に置き換えることができる。例えば、光検知素子100からの出力電圧が閾値以上の場合を第1信号(例えば、“1”)、閾値未満の場合を第2信号(例えば、“0”)として処理する。 The output voltage from the photodetector 100 changes in accordance with the change in the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 1, and the change in the intensity of the irradiated light is the output voltage from the photodetector 100. It can be transformed into change. That is, the photodetector 100 can convert light into an electrical signal. For example, when the output voltage from the photodetector 100 is equal to or higher than the threshold, it is processed as a first signal (eg, "1"), and when it is less than the threshold, it is processed as a second signal (eg, "0").

ここでは初期状態において磁化M1と磁化M2とが平行な場合を例に説明したが、初期状態において磁化M1と磁化M2とが反平行でもよい。この場合、磁性素子10のz方向の抵抗値は、磁化M1の状態が変化するほど(例えば、磁化M1の初期状態からの角度変化が大きくなるほど)小さくなる。磁化M1と磁化M2とが反平行な場合を初期状態とする場合は、センス電流Isは第2強磁性層2から第1強磁性層1に向かって流すことが好ましい。この方向にセンス電流Isを流すことで、第1強磁性層1の磁化M1に対して、第2強磁性層2の磁化M2と反対方向のスピントランスファートルクが作用し、初期状態において磁化M1と磁化M2とが反平行になる。 Although the case where the magnetization M1 and the magnetization M2 are parallel in the initial state has been described as an example, the magnetization M1 and the magnetization M2 may be antiparallel in the initial state. In this case, the z-direction resistance of the magnetic element 10 decreases as the state of the magnetization M1 changes (for example, as the angle change from the initial state of the magnetization M1 increases). When the magnetization M1 and the magnetization M2 are antiparallel to each other as the initial state, it is preferable to flow the sense current Is from the second ferromagnetic layer 2 toward the first ferromagnetic layer 1 . By passing the sense current Is in this direction, a spin transfer torque in the opposite direction to the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 acts on the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1, and in the initial state, the magnetization M1 and The magnetization M2 becomes antiparallel.

第1動作例では、第1強磁性層1に照射される光が、第1強度と第2強度の2段階であ る場合を例に説明したが、第2動作例では第1強磁性層1に照射される光の強度が多段又はアナログ的に変化する場合について説明する。 In the first operation example, the case where the light applied to the first ferromagnetic layer 1 has two levels of the first intensity and the second intensity was explained as an example. A case where the intensity of light irradiated to 1 is changed in multiple steps or in an analog manner will be described.

図6及び図7は、第1実施形態に係る光検知素子100の第2動作例を説明するための図である。図6は、第1動作例の第1メカニズムを説明するための図であり、図7は、第1動作例の第2メカニズムを説明するための図である。図6及び図7の上のグラフは、縦軸が第1強磁性層1に照射される光の強度であり、横軸が時間である。図6及び図7の下のグラフは、縦軸が磁性素子10のz方向の抵抗値であり、横軸が時間である。 6 and 7 are diagrams for explaining a second operation example of the photodetector 100 according to the first embodiment. FIG. 6 is a diagram for explaining the first mechanism of the first operation example, and FIG. 7 is a diagram for explaining the second mechanism of the first operation example. In the upper graphs of FIGS. 6 and 7, the vertical axis is the intensity of the light with which the first ferromagnetic layer 1 is irradiated, and the horizontal axis is time. 6 and 7, the vertical axis represents the resistance value of the magnetic element 10 in the z direction, and the horizontal axis represents time.

図6の場合、第1強磁性層1に照射される光の強度が大きくなると、光の照射による外部からのエネルギーによって第1強磁性層1の磁化M1は初期状態から傾く。第1強磁性層1に光が照射されていない状態における第1強磁性層1の磁化M1の方向と、光が照射された状態における磁化M1の方向との角度は、いずれも0°より大きく90°より小さい。 In the case of FIG. 6, when the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 1 increases, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is tilted from the initial state by energy from the outside due to the light irradiation. The angle between the direction of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 when the first ferromagnetic layer 1 is not irradiated with light and the direction of the magnetization M1 when the first ferromagnetic layer 1 is irradiated with light is both greater than 0°. less than 90°.

第1強磁性層1の磁化M1が初期状態から傾くと、磁気抵抗効果素子10のz方向の抵抗値は変化する。そして、磁性素子10からの出力電圧は変化する。例えば、第1強磁性層1の磁化M1の傾きに応じて、磁性素子10のz方向の抵抗値は、第2抵抗値R2、第3抵抗値R3、第4抵抗値R4と変化し、磁性素子10からの出力電圧は第2の値、第3の値、第4の値と変化する。第1抵抗値R1、第2抵抗値R2、第3抵抗値R3、第4抵抗値R4の順に抵抗値は大きくなる。第1の値、第2の値、第3の値、第4の値の順に磁性素子10からの出力電圧は大きくなる。 When the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 tilts from the initial state, the resistance value of the magnetoresistive element 10 in the z direction changes. Then, the output voltage from the magnetic element 10 changes. For example, according to the gradient of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1, the z-direction resistance of the magnetic element 10 changes to a second resistance R2, a third resistance R3, and a fourth resistance R4. The output voltage from element 10 varies between a second value, a third value and a fourth value. The resistance values increase in order of the first resistance value R1, the second resistance value R2, the third resistance value R3, and the fourth resistance value R4. The output voltage from the magnetic element 10 increases in the order of the first value, second value, third value, and fourth value.

磁性素子10は、第1強磁性層1に照射される光の強度が変化した際に、磁性素子10からの出力電圧(磁性素子10のz方向の抵抗値)が変化する。例えば、第1の値(第1抵抗値R1)を“0”、第2の値(第2抵抗値R2)を“1”、第3の値(第3抵抗値R3)を“2”、第4の値(第4抵抗値R4)を“3”として規定すると、光検知素子100は4値の情報を出力できる。ここでは一例として4値を読み出す場合を示したが、磁性素子10からの出力電圧(磁性素子10の抵抗値)の閾値の設定により読み出す値の数は自由に設計できる。また光検知素子100は、アナログ値をそのまま出力してもよい。 The magnetic element 10 changes the output voltage (resistance value of the magnetic element 10 in the z-direction) when the intensity of light applied to the first ferromagnetic layer 1 changes. For example, the first value (first resistance value R1) is "0", the second value (second resistance value R2) is "1", the third value (third resistance value R3) is "2", If the fourth value (fourth resistance value R4) is defined as "3", the photodetector 100 can output quaternary information. Although four values are read as an example here, the number of values to be read can be freely designed by setting the threshold value of the output voltage from the magnetic element 10 (resistance value of the magnetic element 10). Alternatively, the photodetector element 100 may output an analog value as it is.

また図7の場合も同様に、第1強磁性層1に照射される光の強度が大きくなると、光の照射による外部からのエネルギーによって第1強磁性層1の磁化M1の大きさは初期状態から小さくなる。第1強磁性層1の磁化M1が初期状態から小さくなると、磁気抵抗効果素子10のz方向の抵抗値は変化する。そして、磁性素子10からの出力電圧は変化する。例えば、第1強磁性層1の磁化M1の大きさに応じて、磁性素子10のz方向の抵抗値は、第2抵抗値R2、第3抵抗値R3、第4抵抗値R4と変化し、磁性素子10からの出力電圧は第2の値、第3の値、第4の値と変化する。したがって、図6の場合と同様に、光検知素子100は、これらの出力電圧(抵抗値)の違いを、多値又はアナログデータとして出力できる。 Similarly, in the case of FIG. 7, when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 1 increases, the magnitude of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 changes to the initial state due to the energy from the outside due to the light irradiation. becomes smaller from When the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 decreases from the initial state, the resistance value of the magnetoresistive element 10 in the z direction changes. Then, the output voltage from the magnetic element 10 changes. For example, depending on the magnitude of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1, the z-direction resistance value of the magnetic element 10 changes to a second resistance value R2, a third resistance value R3, and a fourth resistance value R4, The output voltage from the magnetic element 10 changes between a second value, a third value and a fourth value. Therefore, as in the case of FIG. 6, the photodetector element 100 can output the difference in these output voltages (resistance values) as multivalued or analog data.

また第2動作例の場合も、第1動作例の場合と同様に、第1強磁性層1に照射される光の強度が第1強度に戻ると、第1強磁性層1の磁化M1の状態は元に戻り、磁性素子10は初期状態に戻る。 Also in the case of the second operation example, similarly to the first operation example, when the intensity of the light with which the first ferromagnetic layer 1 is irradiated returns to the first intensity, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 changes to The state is restored and the magnetic element 10 returns to its initial state.

ここでは初期状態において磁化M1と磁化M2とが平行な場合を例に説明したが、第2動作例においても、初期状態において磁化M1と磁化M2とが反平行でもよい。 Although the case where the magnetization M1 and the magnetization M2 are parallel in the initial state has been described as an example, the magnetization M1 and the magnetization M2 may be antiparallel in the initial state also in the second operation example.

また第1動作例及び第2動作例では、初期状態において磁化M1と磁化M2とが平行又は反平行な場合を例示したが、初期状態において磁化M1と磁化M2とが直交していてもよい。例えば、第1強磁性層1がxy平面のいずれかの方向に磁化M1が配向した面内磁化膜で、第2強磁性層2がz方向に磁化M2が配向した垂直磁化膜の場合が、この場合に該当する。磁気異方性により磁化M1がxy面内のいずれかの方向に配向し、磁化M2がz方向に配向することで、初期状態において磁化M1と磁化M2とが直交する。 Further, in the first operation example and the second operation example, the magnetization M1 and the magnetization M2 are parallel or antiparallel in the initial state, but the magnetization M1 and the magnetization M2 may be orthogonal in the initial state. For example, when the first ferromagnetic layer 1 is an in-plane magnetization film in which the magnetization M1 is oriented in one of the xy planes, and the second ferromagnetic layer 2 is a perpendicular magnetization film in which the magnetization M2 is oriented in the z direction, This case applies. Due to the magnetic anisotropy, the magnetization M1 is oriented in one of the xy planes and the magnetization M2 is oriented in the z direction, so that the magnetization M1 and the magnetization M2 are orthogonal to each other in the initial state.

図8及び図9は、第1実施形態に係る光検知素子100の第2動作例の別の例を説明するための図である。図8と図9とは、磁性素子10に印加するセンス電流Isの流れ方向が異なる。図8は、センス電流Isを第1強磁性層1から第2強磁性層2に向かって流している。図9は、センス電流Isを第2強磁性層2から第1強磁性層1に向かって流している。 8 and 9 are diagrams for explaining another example of the second operation example of the photodetector 100 according to the first embodiment. 8 and 9 differ in the flow direction of the sense current Is applied to the magnetic element 10. FIG. 8, the sense current Is is passed from the first ferromagnetic layer 1 to the second ferromagnetic layer 2. FIG. 9 shows the sense current Is flowing from the second ferromagnetic layer 2 to the first ferromagnetic layer 1. FIG.

図8及び図9のいずれの場合でも、磁性素子10にセンス電流Isが流れることで、初期状態において磁化M1に対してスピントランスファートルクが作用している。図8の場合は、磁化M1が第2強磁性層2の磁化M2と平行になるように、スピントランスファートルクが作用している。図9の場合は、磁化M1が第2強磁性層2の磁化M2と反平行になるように、スピントランスファートルクが作用している。図8及び図9のいずれの場合でも、初期状態では、磁化M1に対する磁気異方性による作用がスピントランスファートルクの作用よりも大きいため、磁化M1はxy面内のいずれかの方向を向いている。 8 and 9, the flow of the sense current Is in the magnetic element 10 causes a spin transfer torque to act on the magnetization M1 in the initial state. In the case of FIG. 8, the spin transfer torque acts so that the magnetization M1 is parallel to the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2. In FIG. In the case of FIG. 9, the spin transfer torque acts so that the magnetization M1 of the second ferromagnetic layer 2 is antiparallel to the magnetization M2. In both cases of FIGS. 8 and 9, in the initial state, the effect of the magnetic anisotropy on the magnetization M1 is greater than the effect of the spin transfer torque, so the magnetization M1 is oriented in any direction within the xy plane. .

第1強磁性層1に照射される光の強度が大きくなると、光の照射による外部からのエネルギーによって第1強磁性層1の磁化M1は初期状態から傾く。磁化M1に加わる光の照射による作用とスピントランスファートルクによる作用との和が、磁化M1に係る磁気異方性による作用より大きくなるためである。第1強磁性層1に照射される光の強度が大きくなると、図8の場合の磁化M1は第2強磁性層2の磁化M2と平行になるように傾き、図9の場合の磁化M1は第2強磁性層2の磁化M2と反平行になるように傾く。磁化M1に作用するスピントランスファートルクの方向が違うため、図8と図9における磁化M1の傾き方向は異なる。 When the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 1 increases, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 tilts from the initial state due to the energy from outside due to the light irradiation. This is because the sum of the effect of the light irradiation applied to the magnetization M1 and the effect of the spin transfer torque is greater than the effect of the magnetic anisotropy on the magnetization M1. When the intensity of light irradiated to the first ferromagnetic layer 1 increases, the magnetization M1 in the case of FIG. It tilts so as to be antiparallel to the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 . Since the direction of the spin transfer torque acting on the magnetization M1 is different, the direction of inclination of the magnetization M1 in FIGS. 8 and 9 is different.

第1強磁性層1に照射される光の強度が大きくなると、図8の場合は磁性素子10の抵抗値は小さくなり、磁性素子10からの出力電圧は小さくなる。図9の場合は磁性素子10の抵抗値は大きくなり、磁性素子10からの出力電圧は大きくなる。 When the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 1 increases, the resistance value of the magnetic element 10 decreases in the case of FIG. 8, and the output voltage from the magnetic element 10 decreases. In the case of FIG. 9, the resistance value of the magnetic element 10 increases and the output voltage from the magnetic element 10 increases.

第1強磁性層1に照射される光の強度が第1強度に戻ると、磁化M1に対する磁気異方性による作用により第1強磁性層1の磁化M1の状態は元に戻る。その結果、磁性素子10は初期状態に戻る。 When the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 1 returns to the first intensity, the state of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 returns to its original state due to the action of the magnetic anisotropy on the magnetization M1. As a result, the magnetic element 10 returns to its initial state.

ここでは第1強磁性層1が面内磁化膜であり、第2強磁性層2が垂直磁化膜の例を挙げて説明したが、この関係は逆でもよい。すなわち、初期状態において、磁化M1がz方向に配向し、磁化M2がxy面内のいずれかの方向に配向していてもよい。 Here, the first ferromagnetic layer 1 is an in-plane magnetization film and the second ferromagnetic layer 2 is a perpendicular magnetization film, but the relationship may be reversed. That is, in the initial state, the magnetization M1 may be oriented in the z direction, and the magnetization M2 may be oriented in any direction within the xy plane.

上述のように、第1実施形態に係る光検知素子100は、磁性素子10に照射された光を磁性素子10からの出力電圧に置き換えることで、光を電気信号に置き換えることができる。 As described above, the photodetector element 100 according to the first embodiment can replace the light irradiated to the magnetic element 10 with the output voltage from the magnetic element 10, thereby replacing the light with an electric signal.

また磁性素子10には、光Lが側面10s側から照射される。すなわち、光Lは、第1強磁性層1のスペーサ層3側の部分にも照射され易い。第1強磁性層1のスペーサ層3側の部分の磁化の状態の変化は、磁性素子10からの出力電圧変化(磁性素子10のz方向の抵抗値変化)に大きく寄与する。その結果、光Lの状態の変化に対する磁性素子10からの出力電圧変化(磁性素子10の抵抗値変化)の応答性が高い。 Further, the magnetic element 10 is irradiated with the light L from the side surface 10s. That is, the light L is likely to irradiate the portion of the first ferromagnetic layer 1 on the side of the spacer layer 3 as well. A change in the state of magnetization of the spacer layer 3 side portion of the first ferromagnetic layer 1 greatly contributes to a change in the output voltage from the magnetic element 10 (a change in the resistance value of the magnetic element 10 in the z direction). As a result, the responsiveness of the output voltage change from the magnetic element 10 (the resistance value change of the magnetic element 10) to the change in the state of the light L is high.

以上、第1実施形態について図面を参照して詳述したが、第1実施形態はこの例に限られるものではない。 As described above, the first embodiment has been described in detail with reference to the drawings, but the first embodiment is not limited to this example.

例えば、図10に示す光検知素子101のように、磁性素子11の側面11sはz方向に対して傾斜していてもよい。側面11sは、第1電極21の側面21s及び第2電極31の側面31sと連続する。側面11sは、平坦面である。第1変形例にかかる光検知素子101は、第1強磁性層1のスペーサ層側の部分にも光が照射され易いため、光検知素子100と同様の効果を奏する。 For example, like the photodetector element 101 shown in FIG. 10, the side surface 11s of the magnetic element 11 may be inclined with respect to the z direction. The side surface 11 s is continuous with the side surface 21 s of the first electrode 21 and the side surface 31 s of the second electrode 31 . 11 s of side surfaces are flat surfaces. In the photodetector 101 according to the first modification, the portion of the first ferromagnetic layer 1 on the spacer layer side is also easily irradiated with light, so that the same effects as those of the photodetector 100 can be obtained.

また図11に示す光検知素子102及び図12に示す光検知素子103のように、磁性素子12、13をz方向から見た形状が矩形以外でもよい。 11 and 12, the shape of the magnetic elements 12 and 13 when viewed in the z direction may be other than rectangular.

図11に示す磁性素子12は、z方向から見た形状が円形である。磁性素子12の側面12sの一部と、第1電極20の側面20s及び第2電極30の側面30sとは、同一の仮想平面VSに接している。側面12sは、そのz方向に延びる線状の部分において仮想平面VSに接する。側面12sの仮想平面VSに接する部分と、側面20s及び側面30sとは連続する。 The magnetic element 12 shown in FIG. 11 has a circular shape when viewed in the z direction. A portion of the side surface 12s of the magnetic element 12, the side surface 20s of the first electrode 20, and the side surface 30s of the second electrode 30 are in contact with the same virtual plane VS. The side surface 12s is in contact with the virtual plane VS at a linear portion extending in the z direction. The portion of the side surface 12s in contact with the virtual plane VS is continuous with the side surface 20s and the side surface 30s.

図12に示す磁性素子13は、z方向から見た形状が円の一部が欠けた欠円である。磁性素子13の側面は、平坦面である側面13sと、z方向から見て円弧状の側面とからなる。側面13sと側面20s及び側面30sとは、同一の仮想平面VSに接している。側面13sと側面20s及び側面30sとは連続する。 The magnetic element 13 shown in FIG. 12 has a shape of a partially cut circle when viewed from the z direction. The side surface of the magnetic element 13 is composed of a flat side surface 13s and an arc-shaped side surface when viewed from the z direction. The side surface 13s, the side surface 20s, and the side surface 30s are in contact with the same virtual plane VS. The side 13s, the side 20s, and the side 30s are continuous.

また図13に示す光検知素子104のように、z方向から見た第1電極22及び第2電極32の形状は矩形以外でもよい。 Also, like the photodetector 104 shown in FIG. 13, the shape of the first electrode 22 and the second electrode 32 when viewed in the z direction may be other than rectangular.

図13に示す磁性素子12は、z方向から見た形状が円形である。また図13に示す第1電極22及び第2電極32は、z方向から見た形状が楕円形である。磁性素子12の側面12sの一部と、第1電極22の側面22sの一部及び第2電極32の側面32sの一部とは、同一の仮想平面VSに接している。側面12sは、そのz方向に延びる線状の部分において仮想平面VSに接する。側面22sは、そのz方向に延びる線状の部分において仮想平面VSに接する。側面32sは、そのz方向に延びる線状の部分において仮想平面VSに接する。側面12sの仮想平面VSに接する部分と、側面22s及び側面32sの仮想平面VSに接する部分とは連続する。 The magnetic element 12 shown in FIG. 13 has a circular shape when viewed in the z direction. Also, the first electrode 22 and the second electrode 32 shown in FIG. 13 have an elliptical shape when viewed in the z direction. A portion of the side surface 12s of the magnetic element 12, a portion of the side surface 22s of the first electrode 22, and a portion of the side surface 32s of the second electrode 32 are in contact with the same virtual plane VS. The side surface 12s is in contact with the virtual plane VS at a linear portion extending in the z direction. The side surface 22s is in contact with the virtual plane VS at a linear portion extending in the z direction. The side surface 32s is in contact with the virtual plane VS at a linear portion extending in the z direction. The portion of the side surface 12s in contact with the virtual plane VS and the portions of the side surfaces 22s and 32s in contact with the virtual plane VS are continuous.

またここまで、第1電極と第2電極の両方の側面の一部と磁性素子の側面の一部とが同一の仮想平面VSに接している例を図示して説明したが、この場合に限られない。例えば、第1電極と第2電極とのうちの一方の側面の一部と磁性素子の側面の一部とのみが同一の仮想平面VSに接していてもよい。 Also, the example in which part of the side surfaces of both the first electrode and the second electrode and part of the side surface of the magnetic element are in contact with the same imaginary plane VS has been illustrated and described so far, but this is the only case. can't For example, only part of the side surface of one of the first electrode and the second electrode and part of the side surface of the magnetic element may be in contact with the same virtual plane VS.

「第2実施形態」
図14は、第2実施形態に係る光検知素子105のyz断面図である。光検知素子105は、酸化物膜60を有する点が第1実施形態に係る光検知素子100と異なる。第2実施形態において、第1実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。
"Second Embodiment"
FIG. 14 is a yz sectional view of the photodetector 105 according to the second embodiment. The photodetector 105 differs from the photodetector 100 according to the first embodiment in that it has an oxide film 60 . In the second embodiment, the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

酸化物膜60は、側面10s、側面20s及び側面30sからなる平坦面を被覆する。図14では、側面10s、側面20s及び側面30sからなる平坦面の全面を酸化物膜60が被覆する例を示したが、一部のみを被覆する構成でもよい。例えば、酸化物膜60は、磁性素子10の側面10sのみを覆う構成でもよい。 The oxide film 60 covers the flat surfaces consisting of the side surface 10s, the side surface 20s and the side surface 30s. FIG. 14 shows an example in which the oxide film 60 covers the entire flat surface consisting of the side surfaces 10s, 20s and 30s, but it may be configured to cover only a portion of the flat surface. For example, the oxide film 60 may be configured to cover only the side surfaces 10s of the magnetic element 10 .

酸化物膜60は、磁性素子10に照射される光の波長域に対して透過性を有する。酸化物膜60は、例えば、絶縁性を有する酸化物である。酸化物膜60は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等である。酸化物膜60は、磁性素子10の側面10sを腐食、摩耗等から保護する。 The oxide film 60 is transparent to the wavelength range of light with which the magnetic element 10 is irradiated. The oxide film 60 is, for example, an insulating oxide. The oxide film 60 is, for example, silicon oxide, aluminum oxide, or the like. The oxide film 60 protects the side surface 10s of the magnetic element 10 from corrosion, wear, and the like.

第2実施形態にかかる光検知素子105は、光検知素子100と同様の効果を奏する。また酸化物膜60を有することで、光検知素子105は、対候性に優れる。 The photodetector 105 according to the second embodiment has the same effects as the photodetector 100 . In addition, by including the oxide film 60, the photodetector 105 has excellent weather resistance.

「第3実施形態」
図15は、第3実施形態に係る光検知素子106のyz断面図である。光検知素子106は、発熱部70を有する点が第1実施形態に係る光検知素子100と異なる。第3実施形態において、第1実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。
"Third Embodiment"
FIG. 15 is a yz sectional view of the photodetector 106 according to the third embodiment. The photodetecting element 106 differs from the photodetecting element 100 according to the first embodiment in that it has a heating portion 70 . In the third embodiment, the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

発熱部70は、第1強磁性層1を加熱できる位置にある。発熱部70は、例えば、磁性素子10に対する光照射方向において、磁性素子10の後方にある。発熱部70は、光照射方向から見て磁性素子10と重なっていなくてもよい。発熱部70は、磁性素子10の光Lが主として照射される面と磁性素子10を挟んで反対側にある。 The heat generating portion 70 is located at a position where it can heat the first ferromagnetic layer 1 . The heat-generating part 70 is behind the magnetic element 10 in the light irradiation direction with respect to the magnetic element 10, for example. The heat generating portion 70 does not have to overlap the magnetic element 10 when viewed from the light irradiation direction. The heat-generating part 70 is located on the side opposite to the surface of the magnetic element 10 that is mainly irradiated with the light L, with the magnetic element 10 interposed therebetween.

発熱部70は、例えば、コイルである。発熱部70は、例えば、Cu、ニッケル・クロム合金、鉄・クロム・アルミニウム合金等からなる抵抗体である。抵抗体に電流が流れることで、発熱部70が発熱する。 The exothermic part 70 is, for example, a coil. The heat generating portion 70 is a resistor made of, for example, Cu, a nickel-chromium alloy, an iron-chromium-aluminum alloy, or the like. The heat-generating portion 70 generates heat due to the current flowing through the resistor.

発熱部70が発熱すると、第1強磁性層1が加熱される。加熱された第1強磁性層1は膨張する。第1強磁性層1が膨張すると、第1強磁性層1の側面が側面20sと側面30sとを繋ぐ仮想面から突出する。 When the heating portion 70 generates heat, the first ferromagnetic layer 1 is heated. The heated first ferromagnetic layer 1 expands. When the first ferromagnetic layer 1 expands, the side surface of the first ferromagnetic layer 1 protrudes from the virtual plane connecting the side surface 20s and the side surface 30s.

第3実施形態にかかる光検知素子106は、光検知素子100と同様の効果を奏する。また発熱部70の発熱により第1強磁性層1の側面を側面20sと側面30sとを繋ぐ仮想面から突出させることができ、第1強磁性層1の側面と光照射部40との距離を変えることができる。その結果、光照射部40からの照射強度を変えることなく、第1強磁性層1に照射される光の強さを調整できる。 The photodetector 106 according to the third embodiment has the same effects as the photodetector 100 . In addition, the side surface of the first ferromagnetic layer 1 can be protruded from the virtual plane connecting the side surface 20s and the side surface 30s by the heat generation of the heat generating portion 70, and the distance between the side surface of the first ferromagnetic layer 1 and the light irradiation portion 40 can be increased. can change. As a result, the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 1 can be adjusted without changing the irradiation intensity from the light irradiation unit 40 .

「第4実施形態」
図16は、第4実施形態に係る光検知素子107のyz断面図である。光検知素子107は、発熱部70及び膨張部80を有する点が第1実施形態に係る光検知素子100と異なる。第3実施形態において、第1実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。
"Fourth Embodiment"
FIG. 16 is a yz sectional view of the photodetector 107 according to the fourth embodiment. The photodetector 107 differs from the photodetector 100 according to the first embodiment in that it has a heating portion 70 and an expansion portion 80 . In the third embodiment, the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

発熱部70は、膨張部80を加熱できる位置にある。発熱部70は、例えば、磁性素子10に対する光照射方向において、磁性素子10の後方にある。発熱部70は、光照射方向から見て磁性素子10と重なっていなくてもよい。発熱部70は、磁性素子10の光Lが主として照射される面と磁性素子10を挟んで反対側にある。 The heat generating portion 70 is located at a position where it can heat the expansion portion 80 . The heat-generating part 70 is behind the magnetic element 10 in the light irradiation direction with respect to the magnetic element 10, for example. The heat generating portion 70 does not have to overlap the magnetic element 10 when viewed from the light irradiation direction. The heat-generating part 70 is located on the side opposite to the surface of the magnetic element 10 that is mainly irradiated with the light L, with the magnetic element 10 interposed therebetween.

膨張部80は、例えば、磁性素子10に対する光照射方向において、磁性素子10の後方にある。膨張部80は、光照射方向から見て磁性素子10と重なっていなくてもよい。膨張部80は、磁性素子10の光Lが主として照射される面と磁性素子10を挟んで反対側にある。膨張部80は、発熱部70が発熱すると加熱され、膨張する。膨張部80は、第1強磁性層1を押し出すことができる位置にある。 The expanding portion 80 is behind the magnetic element 10 in the light irradiation direction with respect to the magnetic element 10, for example. The expanded portion 80 does not have to overlap the magnetic element 10 when viewed from the light irradiation direction. The expanded portion 80 is located on the side opposite to the surface of the magnetic element 10 that is mainly irradiated with the light L, with the magnetic element 10 interposed therebetween. The expansion portion 80 is heated and expands when the heat generating portion 70 generates heat. The expanded portion 80 is located at a position where the first ferromagnetic layer 1 can be pushed out.

膨張部80は、第1強磁性層1より線熱膨張係数の大きな材料からなる。膨張部80は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、スズまたはこれらを含む合金である。 The expansion part 80 is made of a material having a larger coefficient of linear thermal expansion than the first ferromagnetic layer 1 . The expansion part 80 is, for example, aluminum, magnesium, zinc, tin, or an alloy containing these.

発熱部70が発熱すると、膨張部80が加熱される。加熱された膨張部80が膨張すると、第1強磁性層1が外側に向かって押し出される。その結果、第1強磁性層1の側面が側面20sと側面30sとを繋ぐ仮想面から突出する。 When the heating portion 70 generates heat, the expansion portion 80 is heated. When the heated expansion part 80 expands, the first ferromagnetic layer 1 is pushed outward. As a result, the side surface of the first ferromagnetic layer 1 protrudes from the virtual plane connecting the side surface 20s and the side surface 30s.

第4実施形態にかかる光検知素子107は、光検知素子100と同様の効果を奏する。また発熱部70の発熱、及び、膨張部80の膨張により、第1強磁性層1の側面と光照射部40との距離を変えることができる。その結果、光照射部40からの照射強度を変えることなく、第1強磁性層1に照射される光の強さを調整できる。 The photodetector 107 according to the fourth embodiment has the same effects as the photodetector 100 . Further, the distance between the side surface of the first ferromagnetic layer 1 and the light irradiation section 40 can be changed by the heat generation of the heat generating section 70 and the expansion of the expansion section 80 . As a result, the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 1 can be adjusted without changing the irradiation intensity from the light irradiation unit 40 .

以上、本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記の実施形態及び変形例の特徴的な構成をそれぞれ組み合わせてもよい。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications and changes are possible within the scope of the present invention described in the claims. For example, the characteristic configurations of the above embodiments and modified examples may be combined.

上記の実施形態及び変形例にかかる光検知素子は、イメージセンサー等の光センサー装置、通信システムの送受信装置等に適用できる。 The photodetector elements according to the above embodiments and modifications can be applied to photo sensor devices such as image sensors, transmission/reception devices of communication systems, and the like.

図17は、第1適用例にかかる送受信装置1000のブロック図である。送受信装置1000は、受信装置300と送信装置400とを備える。受信装置300は光信号L1を受信し、送信装置400は光信号L2を送信する。 FIG. 17 is a block diagram of a transmitting/receiving device 1000 according to the first application example. The transmitting/receiving device 1000 includes a receiving device 300 and a transmitting device 400 . The receiver 300 receives the optical signal L1, and the transmitter 400 transmits the optical signal L2.

受信装置300は、例えば、光検知素子301と信号処理部302とを備える。光検知素子301は、上述の実施形態又は変形例のいずれかの光検知素子100~107である。受信装置300において、第1強磁性層1には、高周波の光信号L1を含み強度変化する光が照射される。光検知素子301の積層方向の第1強磁性層1側にレンズを配置して、レンズを通過して集光した光が第1強磁性層1に照射されるようにしてもよい。レンズは、光検知素子301を形成するウエハ工程の中で形成するようにしてもよい。また、導波路を通過した光が光検知素子301の第1強磁性層1に照射されるようにしてもよい。光検知素子301の第1強磁性層1に照射される光は、例えば、レーザー光である。光検知素子301は、光信号L1を電気信号に変換する。光検知素子301の動作は、第1動作例、第2動作例のいずれでもよい。信号処理部302は、光検知素子301で変換した電気信号を処理する。信号処理部302は、光検知素子301から生じる電気信号を処理することにより、光信号L1に含まれる信号を受信する。受信装置300は、光信号L1に含まれる信号を磁性素子10~13からの出力電圧に基づいて受信する。 The receiver 300 includes, for example, a photodetector 301 and a signal processor 302 . The photo-sensing element 301 is any of the photo-sensing elements 100-107 of the embodiments or variations described above. In the receiving device 300, the first ferromagnetic layer 1 is irradiated with light containing a high-frequency optical signal L1 and varying in intensity. A lens may be arranged on the side of the first ferromagnetic layer 1 in the stacking direction of the photodetecting element 301 so that the first ferromagnetic layer 1 is irradiated with light condensed through the lens. The lens may be formed during the wafer process for forming the photodetector 301 . Also, the light passing through the waveguide may be irradiated onto the first ferromagnetic layer 1 of the photodetector 301 . The light with which the first ferromagnetic layer 1 of the photodetector 301 is irradiated is, for example, laser light. The photo-sensing element 301 converts the optical signal L1 into an electrical signal. The operation of the photodetector 301 may be either the first operation example or the second operation example. A signal processing unit 302 processes the electrical signal converted by the photodetector 301 . The signal processing unit 302 receives the signal included in the optical signal L1 by processing the electrical signal generated from the photodetector 301 . The receiver 300 receives signals included in the optical signal L1 based on the output voltages from the magnetic elements 10-13.

送信装置400は、例えば、光源401と電気信号生成素子402と光変調素子403とを備える。光源401は、例えば、レーザー素子である。光源401は、送信装置400の外部にあってもよい。電気信号生成素子402は、送信情報に基づき電気信号を生成する。電気信号生成素子402は、信号処理部302の信号変換素子と一体となっていてもよい。光変調素子403は、電気信号生成素子402で生成された電気信号に基づき、光源401から出力された光を変調し、光信号L2を出力する。 The transmitter 400 includes, for example, a light source 401 , an electrical signal generation element 402 and an optical modulation element 403 . Light source 401 is, for example, a laser element. Light source 401 may be external to transmitter 400 . The electrical signal generation element 402 generates an electrical signal based on the transmitted information. The electrical signal generation element 402 may be integrated with the signal conversion element of the signal processing section 302 . The optical modulation element 403 modulates the light output from the light source 401 based on the electrical signal generated by the electrical signal generation element 402, and outputs an optical signal L2.

図18は、通信システムの一例の概念図である。図18に示す通信システムは、2つの端末装置500を有する。端末装置500は、例えば、スマートフォン、タブレット、パーソナルコンピュータ等である。 FIG. 18 is a conceptual diagram of an example of a communication system. The communication system shown in FIG. 18 has two terminal devices 500 . The terminal device 500 is, for example, a smartphone, tablet, personal computer, or the like.

端末装置500のそれぞれは、受信装置300と送信装置400とを備える。一方の端末装置500の送信装置400から送信された光信号を、他方の端末装置500の受信装置300で受信する。端末装置500間の送受信に使用される光は、例えば可視光である。受信装置300は、光検知素子301として上述の光検知素子100~107を有する。上述の光検知素子100~107は光に対する応答性が良いため図18に示す通信システムは信頼性が高い。 Each terminal device 500 includes a receiving device 300 and a transmitting device 400 . An optical signal transmitted from the transmitting device 400 of one terminal device 500 is received by the receiving device 300 of the other terminal device 500 . Light used for transmission and reception between the terminal devices 500 is, for example, visible light. The receiving device 300 has the photodetecting elements 100 to 107 described above as a photodetecting element 301 . Since the photodetecting elements 100 to 107 described above have good responsiveness to light, the communication system shown in FIG. 18 has high reliability.

図19は、第2適用例に係る光センサー装置2000の断面の概念図である。光センサー装置2000は、例えば、回路基板110と配線層120と複数の光センサーSとを有する。配線層120及び複数の光センサーSのそれぞれは、回路基板110上に形成されている。 FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of an optical sensor device 2000 according to a second application example. The photosensor device 2000 has a circuit board 110, a wiring layer 120, and a plurality of photosensors S, for example. Each of the wiring layer 120 and the plurality of photosensors S is formed on the circuit board 110 .

複数の光センサーSのそれぞれは、例えば、光検知素子100と波長フィルターFとレンズRとを有する。図19では光検知素子100を用いる例を示したが、光検知素子100に変えて光検知素子101~107を用いてもよい。光検知素子100には、波長フィルターFを透過した光が照射される。光検知素子100は、上述のように、磁性素子10に照射された光を電気信号に置換する。光検知素子100は、第2動作例で動作することが好ましい。 Each of the plurality of photosensors S has a photodetector element 100, a wavelength filter F, and a lens R, for example. Although FIG. 19 shows an example using the photodetector 100, photodetectors 101 to 107 may be used instead of the photodetector 100. FIG. The light that has passed through the wavelength filter F is irradiated onto the photodetector element 100 . As described above, the photodetector element 100 converts the light applied to the magnetic element 10 into an electrical signal. The photodetector 100 preferably operates in the second operation example.

波長フィルターFは、特定の波長の光を選別して特定の波長域の光を透過させる。それぞれの波長フィルターFが透過させる光の波長域は、同じでも異なってもよい。例えば、光センサー装置2000は、青色(380nm以上490nm未満の波長域)を透過させる波長フィルターFを有する光センサーS(以下、青色センサーと称する。)と、緑色(490nm以上590nm未満の波長域)を透過させる波長フィルターFを有する光センサーS(以下、緑色センサーと称する。)と、赤色(590nm以上800nm未満の波長域)を透過させる波長フィルターFを有する光センサーS(以下、赤色センサーと称する。)と、を有してもよい。青色センサー、緑色センサー、赤色センサーを1画素とし、この画素を配列することで、光センサー装置2000をイメージセンサーとして用いることができる。 The wavelength filter F selects light of a specific wavelength and transmits light of a specific wavelength range. The wavelength range of light transmitted by each wavelength filter F may be the same or different. For example, the optical sensor device 2000 includes an optical sensor S (hereinafter referred to as a blue sensor) having a wavelength filter F that transmits blue (wavelength range of 380 nm or more and less than 490 nm) and green (wavelength range of 490 nm or more and less than 590 nm). and an optical sensor S (hereinafter referred to as a green sensor) having a wavelength filter F that transmits red (a wavelength range of 590 nm or more and less than 800 nm) (hereinafter referred to as a red sensor ) and may have By arranging a blue sensor, a green sensor, and a red sensor as one pixel and arranging the pixels, the optical sensor device 2000 can be used as an image sensor.

レンズRは、光を磁性素子10に向かって集光する。図19に示す光センサーSは、一つの波長フィルターFの下方に一つの光検知素子100が配置されているが、一つの波長フィルターFの下方に複数の光検知素子100を配置してもよい。 Lens R converges light toward magnetic element 10 . In the photosensor S shown in FIG. 19, one photodetector element 100 is arranged below one wavelength filter F, but a plurality of photodetector elements 100 may be arranged below one wavelength filter F. .

回路基板110は、例えば、アナログデジタル変換器111と出力端子112とを有する。光センサーSから送られた電気信号は、アナログデジタル変換器111でデジタルデータに置換され、出力端子112から出力される。 The circuit board 110 has, for example, an analog-to-digital converter 111 and an output terminal 112 . The electrical signal sent from the optical sensor S is converted into digital data by the analog-to-digital converter 111 and output from the output terminal 112 .

配線層120は、複数の配線121を有する。複数の配線121の間には、層間絶縁膜122がある。配線121は、光センサーSのそれぞれと回路基板110との間、回路基板110に形成された各演算回路の間を電気的に繋ぐ。光センサーSのそれぞれと回路基板110とは、例えば、層間絶縁膜122をz方向に貫通する貫通配線を介して接続される。光センサーSのそれぞれと回路基板110との間の配線間距離を短くすることで、ノイズを低減できる。 The wiring layer 120 has a plurality of wirings 121 . An interlayer insulating film 122 is provided between the plurality of wirings 121 . The wiring 121 electrically connects between each of the optical sensors S and the circuit board 110 and between each arithmetic circuit formed on the circuit board 110 . Each of the photosensors S and the circuit board 110 are connected, for example, via a through-wiring penetrating the interlayer insulating film 122 in the z-direction. Noise can be reduced by shortening the inter-wiring distance between each of the optical sensors S and the circuit board 110 .

配線121は、導電性を有する。配線121は、例えば、Al、Cu等である。層間絶縁膜122は、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁体である。層間絶縁膜122は、例えば、Si、Al、Mgの酸化物、窒化物、酸窒化物である。層間絶縁膜122は、例えば、酸化ケイ素(SiO)、窒化ケイ素(SiN)、炭化ケイ素(SiC)、窒化クロム、炭窒化ケイ素(SiCN)、酸窒化ケイ素(SiON)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ジルコニウム(ZrO)等である。 The wiring 121 has conductivity. The wiring 121 is, for example, Al, Cu, or the like. The interlayer insulating film 122 is an insulator that insulates between wirings of a multilayer wiring and between elements. The interlayer insulating film 122 is, for example, an oxide, nitride, or oxynitride of Si, Al, or Mg. The interlayer insulating film 122 is, for example, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride, silicon carbonitride (SiCN), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO x ), and the like.

上述の光センサー装置2000は、例えば、端末装置に用いることができる。図20は、端末装置600の一例の模式図である。図20の左は端末装置600の表面であり、図20の右は端末装置600の裏面である。端末装置600は、カメラCAを有する。上述の光センサー装置2000は、このカメラCAの撮像素子に用いることができる。図20では、端末装置600の一例として、スマートフォンを例示したが、この場合に限られない。端末装置600は、スマートフォン以外に、例えば、タブレット、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等である。 The optical sensor device 2000 described above can be used, for example, in a terminal device. FIG. 20 is a schematic diagram of an example of the terminal device 600. As shown in FIG. The left side of FIG. 20 is the front side of the terminal device 600 and the right side of FIG. 20 is the back side of the terminal device 600 . The terminal device 600 has a camera CA. The optical sensor device 2000 described above can be used as the imaging element of this camera CA. In FIG. 20, a smart phone is illustrated as an example of the terminal device 600, but it is not limited to this case. The terminal device 600 is, for example, a tablet, a personal computer, a digital camera, etc., other than a smartphone.

1…第1強磁性層、2…第2強磁性層、3…スペーサ層、10,11,12,13…磁性素子、20,21,22…第1電極、30,31,32…第2電極、10s,11s,12s,13s,20s,21s,22s,30s,31s,32s…側面、40…光照射部、50…絶縁層、60…酸化膜、70…発熱部、80…膨張部、100,101,102,103,104,105,106,107…光検知素子、110…回路基板、111…アナログデジタル変換器、112…出力端子、120…配線層、121…配線、122…層間絶縁膜、300…受信装置、301…光検知素子、302…信号処理部、400…送信装置、401…光源、402…電気信号生成素子、403…光変調素子、500,600…端末装置、1000…送受信装置、2000…光センサー装置、CA…カメラ、F…波長フィルター、R…レンズ、S…光センサー REFERENCE SIGNS LIST 1 first ferromagnetic layer 2 second ferromagnetic layer 3 spacer layer 10, 11, 12, 13 magnetic element 20, 21, 22 first electrode 30, 31, 32 second Electrode 10s, 11s, 12s, 13s, 20s, 21s, 22s, 30s, 31s, 32s... Side surface 40... Light irradiation part 50... Insulating layer 60... Oxide film 70... Heat generating part 80... Expansion part DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,101,102,103,104,105,106,107... Photodetection element, 110... Circuit board, 111... Analog-to-digital converter, 112... Output terminal, 120... Wiring layer, 121... Wiring, 122... Interlayer insulation Membrane 300 Receiver 301 Photodetector 302 Signal processor 400 Transmitter 401 Light source 402 Electrical signal generator 403 Optical modulator 500, 600 Terminal device 1000 Transmitter/receiver 2000 Optical sensor device CA Camera F Wavelength filter R Lens S Optical sensor

Claims (11)

第1強磁性層と、第2強磁性層と、前記第1強磁性層と前記第2強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を備える磁性素子を有し、
前記第1強磁性層には、前記磁性素子の積層方向と交差する方向から光が照射される、光検知素子。
a magnetic element comprising a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer;
The photodetector, wherein the first ferromagnetic layer is irradiated with light from a direction crossing the stacking direction of the magnetic element.
前記磁性素子を前記積層方向に挟む第1電極と第2電極とをさらに有し、
前記第1電極と前記第2電極とのうちの少なくとも一方の側面と、前記磁性素子の側面とは、少なくとも一部で同一の仮想平面に接しており、
前記第1強磁性層には、前記仮想平面側から前記光が照射される、請求項1に記載の光検知素子。
further comprising a first electrode and a second electrode sandwiching the magnetic element in the stacking direction;
At least one side surface of the first electrode and the second electrode and the side surface of the magnetic element are at least partially in contact with the same virtual plane,
2. The photodetector according to claim 1, wherein said first ferromagnetic layer is irradiated with said light from said virtual plane side.
前記磁性素子の側面の一部が平坦面であり、
前記平坦面に前記光が照射される、請求項1又は2に記載の光検知素子。
A part of the side surface of the magnetic element is a flat surface,
3. The photodetector according to claim 1, wherein said flat surface is irradiated with said light.
前記磁性素子の側面の一部が平坦面であり、
前記平坦面が前記仮想平面と接している、請求項2に記載の光検知素子。
A part of the side surface of the magnetic element is a flat surface,
3. The photo-sensing element according to claim 2, wherein said flat surface is in contact with said imaginary plane.
前記平坦面を覆い、前記光を透過できる酸化物膜をさらに有する、請求項3又は4に記載の光検知素子。 5. The photodetector according to claim 3, further comprising an oxide film covering said flat surface and capable of transmitting said light. 発熱部をさらに有し、
前記発熱部は、前記磁性素子に対して前記光が主として照射される光照射方向において、前記磁性素子の後方にある、請求項1~5のいずれか一項に記載の光検知素子。
further having a heat generating part,
6. The photodetector element according to claim 1, wherein said heat generating portion is located behind said magnetic element in a light irradiation direction in which said light is mainly applied to said magnetic element.
膨張部をさらに有し、
前記発熱部は、前記膨張部を加熱できる位置にあり、
前記膨張部は、前記磁性素子に対して前記光が主として照射される光照射方向において、前記磁性素子の後方にあり、
前記膨張部は、前記第1強磁性層より線熱膨張係数が大きい、請求項6に記載の光検知素子。
further having an expansion part;
The heat generating portion is located at a position capable of heating the expansion portion,
the expanding portion is located behind the magnetic element in a light irradiation direction in which the light is mainly irradiated to the magnetic element;
7. The photodetector according to claim 6, wherein said expansion portion has a linear thermal expansion coefficient larger than that of said first ferromagnetic layer.
前記光は、高周波の光信号を含み強度変化する光であることを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の光検知素子。 8. The photodetector element according to claim 1, wherein the light includes a high-frequency optical signal and changes in intensity. 前記光は、波長フィルターを透過した光であることを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の光検知素子。 8. The photodetector element according to claim 1, wherein the light is light transmitted through a wavelength filter. 請求項1~8のいずれか一項に記載の光検知素子を有する受信装置。 A receiver comprising the photodetector element according to any one of claims 1 to 8. 請求項1~7及び請求項9のいずれか一項に記載の光検知素子を有する光センサー装置。 A photosensor device comprising the photosensing element according to any one of claims 1 to 7 and 9.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0878703A (en) * 1994-09-09 1996-03-22 Toshiba Corp Photoelectric conversion element
JP2006196141A (en) * 2004-12-13 2006-07-27 Tdk Corp Thin film magnetic head with heating means, head gimbal assembly with the thin film magnetic head, and magnetic disk device with the head gimbal assembly
JP2008258977A (en) * 2007-04-05 2008-10-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Image sensor and electromagnetic wave imaging apparatus
JP2011014815A (en) * 2009-07-06 2011-01-20 Panasonic Corp Photoelectric conversion device, method of manufacturing photoelectric conversion device, and electronic apparatus mounted with photoelectric conversion device
JP2013218140A (en) * 2012-04-10 2013-10-24 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Spatial light modulator and hologram display device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0878703A (en) * 1994-09-09 1996-03-22 Toshiba Corp Photoelectric conversion element
JP2006196141A (en) * 2004-12-13 2006-07-27 Tdk Corp Thin film magnetic head with heating means, head gimbal assembly with the thin film magnetic head, and magnetic disk device with the head gimbal assembly
JP2008258977A (en) * 2007-04-05 2008-10-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Image sensor and electromagnetic wave imaging apparatus
JP2011014815A (en) * 2009-07-06 2011-01-20 Panasonic Corp Photoelectric conversion device, method of manufacturing photoelectric conversion device, and electronic apparatus mounted with photoelectric conversion device
JP2013218140A (en) * 2012-04-10 2013-10-24 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Spatial light modulator and hologram display device

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