JPH04165702A - 超電導マイクロ波部品 - Google Patents

超電導マイクロ波部品

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JPH04165702A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超電導マイクロ波部品に関する。より詳細に
は、本発明は、マイクロ波あるいはミリ波等の波長の短
い電磁波を取り扱う高周波部品であって、特にその導体
線路を酸化物超電導材料によって形成されている新規な
マイクロ波部品の構成に関する。
従来の技術 数十cmから数mmまでの波長を有し、マイクロ波ある
いはミリ波等と呼ばれる電磁波は、理論的には電磁波ス
ペクトルの一部の範囲に過ぎないが、工学的にはこれを
取り扱うための独特の手法や部品が開発されていること
から、特に独立して検討される場合が多い。尚、この帯
域の電磁波を誘導するマイクロ波線路は、誘電体を介し
て配置され、一方が接地された1対の線路により形成さ
れる。
一方、1986年にベドノーツ、ミューラー等によって
、30にで超電導状態を示す(La、’ Ba) 2c
u 04が発見され、続いて、1987年には、チュー
等によって90’に台の超電導臨界温度Tcを有するY
Ba2Cu30yが発見され、更に、1988年には前
日等によって100に以上の臨界温度を示す所謂Bi系
の複合酸化物系超電導材料が発見された。これらの一連
の複合酸化物系超電導材料では、廉価な液体窒素による
冷却で超電導現象を実現することができるので、超電導
技術の実用的な応用の可能性が俄に取り沙汰されるよう
になった。
超電導特有の現象が有利に作用するという点ではマイク
ロ波部品も例外ではない。即ち、一般に、ストリップ線
路では、周波数の平方根に比例して導体の抵抗による減
衰定数が増大する。また、周波数の増大に比例して誘電
体損も増加するが、近年のス) IJツブ線路では、誘
電体材料の改良により、特に10GHz以下の領域では
、ス)IJツブ線路の損失は、専ら導体層の抵抗に起因
するものが大部分を占めている。従って、ストリップ線
路における導体層の抵抗を低減することは、ストリップ
線路の性能を著しく向上することになる。
また、ストリップ線路は、単純な伝送路としての用途の
他に、適切なパターニングを行うことによって、インダ
クタンス素子、フィルタ、共振器、デイレイライン、方
向性結合器、ハイブリッド等のマイクロ波部品を構成す
ることができる。従って、ストリップ線路の改良は、そ
のまま、これらのマイクロ波部品の特性改善となる。
第3図は、酸化物超電導薄膜を導体材料として使用した
マイクロ波部品の典型的な構成を示す断面図である。
同図に示すように、このマイクロ波部品は、酸化物超電
導薄膜をパターニングして形成された超電導導体線路1
を搭載した第1基板2と、酸化物超電導薄膜により形成
された超電導接地導体3を全面に搭載した第2基板4と
を、パッケージ5a内に重ねて収容した後、カバー5b
によってパッケージ5aを封止して構成されている。尚
、図示されていないが、実際には、超電導導体線路1に
対してマイクロ波を導入するためのリード線等がパッケ
ージ5aまたはカバー5bを貫通して設けられている。
ここで、この超電導マイクロ波部品が2枚の基板を使用
した構成となっているのは、以下のような理由によるも
のである。
即ち、一般にマイクロ波部品は、誘電体を介して形成さ
れた導体線路と接地導体とを必須の構成要件としている
。一方、超電導マイクロ波部品において導体線路または
接地導体を構成する酸化物超電導体は、特に薄膜として
優れた特性を備えたものが合成される。しかしながら、
1枚の基板の表裏に特性のそろった酸化物超電導薄膜を
成膜する技術は高度な成膜操作を必要とし、今のところ
実用的なレベルには達していない。そこで、導体線路と
接地導体とをそれぞれ別の基板上に形成した後、これを
重ねて使用することにより、酸化物超電導薄膜を使用し
たマイクロ波部品が実現される。
発明が解決しようとする課題 ところが、第3図に示したような構造の超電導マイクロ
波部品を実際に作製しても、所期の特性を発揮しないか
あるいは極端に損失が大きく、側底使用することができ
ないものであることが判明した。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、酸
化物超電導材料の特性が有効に発揮される新規な構成の
マイクロ波部品を提供することをその目的としている。
課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、酸化物超電導薄膜により形成さ
れた超電導導体線路を搭載した第1基板と、酸化物超電
導薄膜により形成された超電導接地導体を搭載した第2
基板と、該第1および第2の基板を平行に重ねて収容す
る金属製パッケージとを備え、該第1および第2の基板
に搭載された該超電導導体線路と該超電導接地導体とに
より形成されたマイクロ波線路を含む超電導マイクロ波
部品において、該第2基板が該第1基板よりも広く形成
されており、該第2基板を収容するために該パッケージ
の内面に形成された段差に対して、該第2基板に搭載さ
れた該超電導接地導体の表面周縁部が面接触するように
構成されていることを特徴とするマイクロ波部品が提供
される。
作用 本発明に係る超電導マイクロ波部品は、特に、その第2
基板に搭載された超電導接地導体と金属製パッケージと
の連続性を高めた独特の構造を有することをその主要な
特徴としている。
即ち、既に第3図に示した従来の構造のマイクロ波パッ
ケージでは、超電導接地導体3は、その側方の端面にお
いてのみケース5aと接触している。しかしながら、こ
のような僅かな接触では、超電導接地導体3とケース5
aとの電磁気的な連続性が不十分であり、超電導接地導
体3はその機能を充分に果たしていなかった。
これに対して、本発明に係るマイクロ波部品においては
、その独特の構成により、第2基板上の超電導接地導体
とパッケージとが面で接触しているので、パッケージと
超電導接地導体とが確実に連結されるので、導体として
超電導体を使用した効果が有効に発揮される。
尚、上述のような本発明に係るマイクロ波部品において
、超電導導体線路および超電導接地導体を形成する酸化
物超電導材料としては、Y系の複合酸化物の他、TIお
よび/またはBiを含む複合酸化物を、特に超電導臨界
温度が高く液体窒素による冷却で超電導化する酸化物超
電導材料として例示することができる。これらの酸化物
超電導体は、MgO1SrTiOh等の基板上に、薄膜
として形成することができる。また、Siウェハを下地
基板として、成膜面に適切な酸化物バッファ層を形成し
た基板も使用することができる。更に、誘電体損失の低
い誘電体材料としては、サファイア、LaA10s、N
dGaO3、ベリリア、硼珪酸ガラス等も誘電正接ta
nδの小さい好ましい材料として例示することができる
また、一連の複合酸化物超電導材料は、これを薄膜とし
て成膜する際に、予め基板上にレジストによるマスクを
形成しておくリフトオフ法によって任意のパターンを形
成することができる。また、−旦全面に形成した超電導
導体層を塩酸等によってエツチングするウェットエツチ
ング法によってパターニングすることもできる。これら
の方法によって導体線路を適切にパターニングすること
により、種々のマイクロ波部品を形成することができる
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが
、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技
術的範囲を何ら限定するものではない。
実施例 第1図(a)およびら)は、本発明に係るマイクロ波部
品の構成を示す断面図である。
第1図(a)に示すマイクロ波部品は、所定のパターン
の酸化物超電導薄膜により形成された超電導導体線路I
Oを搭載した第1基板20と、やはり酸化物超電導薄膜
により形成された超電導接地導体30を全面に搭載した
第2基板40とを、パッケージ50a内に重ねて収容し
た後、カバー50bおよび50cによってパッケージ5
0aを封止して構成されている。
このマイクロ波部品が従来のものと異なっている点は、
第1基板20と第2基板40との寸法が互いに異なって
おり、これに対応してパッケージ50aの内面に段差が
形成されていることである。即ち、このマイクロ波部品
においては、第2基板40は第1基板20よりも寸法が
大きくなっている。従って、第2基板40上に搭載され
た超電導接地導体3oは、その周縁部でパッケージ50
aの段差と接触している。
尚、このマイクロ波部品では、第2基板40を下方から
パッケージ50a内に装入するので、パッケージ50a
の底面もカバー50cにより封止するように構成されて
いる。また、図示されていないが、実際には、導体線路
10に対してマイクロ波を導入するためのリード線等が
パッケージ50aまたはカバー50bを貫通して設けら
れている。
第1図ら)に示すマイクロ波部品は、基本的には第1図
(a)に示したものと同じ構造を有しているが、第1お
よび第2基板20.40を共に、下からパッケージ50
aに装入する構成となっており、カバー50bが省略さ
れている。即ち、このマイクロ波部品では、パッケージ
50aの側壁に、2つの段差51.52が形成されてお
り、各基板20.40は、それぞれ段差51.52とカ
バー500との間に挟まれて保持される。但し、第1図
(a)の場合と同様に、第1基板20と第2基板40と
は互いに寸法が異なっており、第2基板40上に搭載さ
れた超電導接地導体30はその周縁部でパッケージ50
aの段差51に面接触している。
作製例 第1図(a)に示したような断面構造を有するマイクロ
波部品として、超電導マイクロ波共振器を作製してその
特性を測定した。
第1基板20としては、1辺が18mmの正方形で厚さ
が1mmのMgO基板を使用し、厚さ5000人のY−
Ba−Cuの複合酸化物薄膜により導体線路10を形成
した。
第5図は、この超電導マイクロ波共振器における超電導
導体線路10のパターンを示す図である。
同図に示すように、この超電導マイクロ波共振器では、
共振器となる直径12mmの円形の超電導導体線路11
と、この超電導導体線路11に対してマイクロ波を導入
あるいは導出するための1対の超電導導体線路12.1
3とを備えている。各導波路は、幅1.1mm、長さ2
.3mmとした。また、各導波路12.13と共振器1
1との間隔は、最も近いところで1.0mmとした。
一方、第2基板40としては、1辺が20mmの正方形
でやはり厚さが1mmのMgO基板を使用し、厚さ50
00人〇Y−Ba−Cuの複合酸化物薄膜により接地導
体30を形成した。
以上のような2枚の基板20.40を、真鍮部のパッケ
ージ50aに収容し、やはり真鍮部のカバー50b、5
0cによってパッケージ50aを封止した。
第2図は、以上のように作製した超電導マイクロ波共振
器の透過電力の周波数特性をネットワークアナライザに
よって測定した結果を示すグラフである。測定時の温度
は77にであり、第2図には0.201(z〜10.2
GHzの範囲の測定結果を示す。同図に示すように、こ
のマイクロ波共振器の周波数特性には、3つの鋭いピー
クが現れている。尚、この超電導マイクロ波共振器のQ
値を第1表に示す。
第1表 更に、比較のために、第3図に示した従来の構造の超電
導マイクロ波共振器を、同じ材料を使用して作製した。
但し、第2基板4は、1辺が18++++nの正方形で
厚さが1mmのMgO基板とした。また、パッケージ5
aも、内面に段差の形成されていないものを使用した。
第4図は、この比較例の試料について、作製例と同じ条
件で透過電力の周波数特性を測定した結果を示すグラフ
である。同図に示すように、この超電導マイクロ波共振
器の周波数特性には、顕著なピークはなく、共振器とし
て有効に動作していないことがわかる。尚、この試料は
、有意な共振特性を示さなかったので、Q値を測定する
ことはできなかった。
発明の効果 以上詳述のように、本発明によれば、酸化物超電導薄膜
を導体として使用したマイクロ波部品が実現される。
このマイクロ波部品は、廉価な液体窒素による冷却で、
その接地導体並びに導体線路が超電導体となり、導体損
失が極限まで低減される。従って、マイクロ波部品とし
ての特性が著しく向上されると共に、適用可能な周波数
帯域が高周波数側に拡張される。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)および(b)は、本発明に係るマイクロ波
部品の構成を示す断面図であり、 第2図は、第1図(a)に示した断面構造で作製したマ
イクロ波共振器の特性を示すグラフであり、第3図は、
従来のマイクロ波部品の構成を示す断面図であり、 第4図は、第3図に示した断面構造で作製したマイクロ
波共振器の特性を示すグラフであり、第5図は、本発明
の作製例における導体線路の線路パターンを示す図であ
る。 〔主な参照番号〕 1.10.11.12.13・・・超電導導体線路、2
.20・・・第1基板、 3.30・・・超電導接地導体、 4.40・・・第2基板、 5a、50a・・・パッケージ、 5 b、 50b、 50c ・−−カバー、51.5
2・・・段差 第1図 10、、、、超伝導導体線路 20.、、、第1基板3
0、、、、超伝導接地導体 40.、、、第2基板50
a、、、、パッケージ  50b、50c、、、、カバ
ー51.52.、、、段差 第2図 0.2         5.2         1
0.2第4図    8波fi(GHz) 0.2         5.2         1
0.2周波数(GHz) 第3図 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  酸化物超電導薄膜により形成された超電導導体線路を
    搭載した第1基板と、酸化物超電導薄膜により形成され
    た超電導接地導体を搭載した第2基板と、該第1および
    第2の基板を平行に重ねて収容する金属製パッケージと
    を備え、該第1および第2の基板に搭載された該超電導
    導体線路と該超電導接地導体とにより形成されたマイク
    ロ波線路を含む超電導マイクロ波部品において、  該第2基板が該第1基板よりも広く形成されており、
    該第2基板を収容するために該パッケージの内面に形成
    された段差に対して、該第2基板に搭載された該超電導
    接地導体の表面周縁部が面接触するように構成されてい
    ることを特徴とするマイクロ波部品。
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