DE69114762T2 - Mikrostreifenleiter-Resonator aus supraleitendem Oxid. - Google Patents

Mikrostreifenleiter-Resonator aus supraleitendem Oxid.

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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Mikrowellenresonatoren und insbesondere Mikrowellenresonatoren als passive Bauteile für elektromagnetische Wellen mit einer sehr kurzen Wellenlänge, wie z. B. Mikrowellen und Millimeterwellen, welche leitende Schichten aufweisen, von denen wenigstens ein Teil aus einem supraleitenden Oxid bestehen.
  • Elektromagnetische Wellen, nämlich Mikrowellen oder Millimeterwellen, weisen eine Wellenlänge im Bereich von einigen zehn Zentimetern bis einigen wenigen Millimetern auf und sind vom Standpunkt der Physik aus gesehen ein Teil des elektromagnetischen Spektrums, wurden jedoch vom elektrischen Standpunkt aus als ein eigenes unabhängiges Gebiet des elektromagnetischen Wellenbereichs angesehen, da besondere und einzigartige Verfahren und Anordnungen zum Umgang mit diesen elektromagnetischen Wellen entwickelt worden sind.
  • Mikrowellen und Millimeterwellen sind gekennzeichnet durch ihre gerade Ausbreitung entsprechend den Radiowellen, der Reflexion durch eine leitende Platte, der Berechnung aufgrund von Hindernissen, der Interferenz zwischen den Radiowellen, dem optischen Verhalten beim Durchgang durch eine Grenzfläche zwischen verschiedenen Medien und dgl. Auch andere physikalische Besonderheiten, die zu geringfügig in ihrer Auswirkung im niederfrequenten elektromagnetischen Wellenbereich und im optischen Bereich sind und deshalb in der Praxis nicht eingesetzt werden konnten, weisen einen bemerkenswerten Effekt bei Mikrowellen und Millimeterwellen auf. So wird derzeit ein Isolator und ein Zirkulator verwendet, welche den gyromagnetischen Effekt von Ferrit ausnutzen sowie medizinische Instrumente, wie z. B. Plasma-Diagnosegeräte, welche die Interferenz zwischen einem Gasplasma und einer Mikrowelle ausnutzen. Da außerdem die Frequenz der Mikrowellen und der Millimeterwellen extrem groß ist, konnten Mikrowellen und Millimeterwellen als Signalübertragungsmedium hoher Geschwindigkeit und hoher Signaldichte verwendet werden.
  • Im Fall der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle in einem Frequenzbereich, der zum Mikrowellen- und Millimeterwellenbereich gehört, weist eine doppeladrige Zufuhranordnung, wie sie im Bereich relativ niedriger Frequenz eingesetzt wird, extrem große Übertragungsverluste auf. Wenn außerdem der Abstand zwischen den inneren Leitern die Größenordnung einer Wellenlänge erreicht, bewirkt eine geringfügige Abflachung der Übertragungsleitung und eine geringfügige Abweichung im Anschlußabschnitt sowohl eine Reflexion als auch eine Abstrahlung, die leicht von benachbarten Objekten beeinflußt werden. Aus diesen Gründen wurden bisher rohrförmige Wellenleiter, deren Querschnitt vergleichbar mit der Wellenlänge ist, in der Praxis eingesetzt. Der Wellenleiter und ein Schaltkreis bestehend aus dem Wellenleiter bilden damit eine dreidimensionale Schaltung, die größer als die bei den gewöhnlichen elektrischen und elektronischen Schaltungen verwendeten Bauteile sind. Dies bedeutet, daß die Anwendung der Mikrowellenschaltkreise auf spezielle Gebiete beschränkt war.
  • Miniaturisierte Halbleiterbauteile wurden als aktive Bauteile im Mikrowellenbereich entwickelt. Mit dem Fortschritt der integrierten Schaltkreistechnologie wurden auch sogenannte Mikrostreifenleiter mit einem äußerst kleinen Leiterabstand verwendet.
  • 1986 entdeckten Bednorz und Müller den supraleitenden Zustand von (La, Ba)&sub2;CuO&sub4; bei einer Temperatur von 30 K. 1987 entdeckte Chu die supraleitende kritische Temperatur von YBa&sub2;Cu&sub3;Oy bei 90 K und 1988 entdeckte Maeda ein supraleitendes Verbundoxid vom sogenannten Bismuth (Bi)-Typ mit einer kritischen Temperatur der Supraleitung, welche 100 K überstieg. Diese supraleitenden Verbundoxide können in den supraleitenden Zustand übergehen mit einer Kühlung, welche durch den billigen flüssigen Stickstoff bewirkt wird. Dies bedeutet, daß die Möglichkeit einer verbreiteten Anwendung der Supraleitungstechnologie untersucht und diskutiert wurde.
  • Die mit der Supraleitung verbundenen Besonderheiten können mit Vorteil in verschiedenen Anwendungsgebieten eingesetzt werden, wobei die Mikrowellenbauteile keine Ausnahme darstellen. Ganz allgemein weist eine Mikrostreifenleitung einen Schwächungskoeffizienten auf, aufgrund einer Widerstandskomponente des Leiters. Dieser durch den Widerstandsleiter bedingte Schwächungskoeffizient wächst proportional mit der Wurzel aus der Frequenz. Andererseits erhöht sich der dielektrische Verlust proportional mit zunehmender Frequenz. Der Verlust in einer Mikrostreifenleitung im Hinblick auf die Mikrowellen- und Millimeterwellen ist jedoch in erster Linie dem Widerstand des Leiters zuzuschreiben, da die dielektrischen Materialien in letzter Zeit verbessert wurden. Sofern also der Widerstand des Leiters in der Streifenleitung verringert werden kann, ist es möglich, die Leistungen einer Mikrostreifenleitung erheblich zu verbessern.
  • Bekanntlich kann eine Mikrostreifenleitung als einfache Signalübertragungsleitung eingesetzt werden. Bei entsprechender Ausgestaltung kann eine Mikrostreifenleitung auch als Induktor, Filter, Resonator, Richtungskoppler oder anderes passives Mikrowellenbauteil in einer Hydridschaltung verwendet werden.
  • Die Zeitschrift Applied Physics Letter, Band 55, Nr. 10 (1989), Seiten 1029 - 1031 beschreibt eine koplanare Wellenleiter- Resonator- Übertragungsleitung, die durch eine perovskit-artige supraleitende Schicht mit hoher Tc gebildet wird. Die Proceedings of the 42nd Annual Frequency Control Symposium vom 1. bis 3. Juni 1988 (IEEE Katalog Nr. 880H2588-2), Seiten 556 - 558 beschreiben einen supraleitenden Resonator, bestehend aus einem dielektrischen Substrat, dessen eine Oberfläche mit einem Resonator einer halben Wellenlänge bedeckt ist und auf dessen gegenüberliegende Fläche eine ebene Erdungsschicht angeordnet ist.
  • Die am 07.03.1990 veröffentlichte EP-A2-0 357 507 beschreibt Mikrowellen-Wellenleiter, die ein supraleitendes Oxid verwenden. Ein praktischer Mikrowellenresonator mit ausgezeichneten Eigenschaften des supraleitenden Oxids wurde jedoch nicht vorgeschlagen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung einen Hochleistungs-Mikrowellenresonator zu schaffen, welcher ein supraleitendes Oxid mit guten supraleitenden Eigenschaften verwendet.
  • Dieses und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden erfindungsgemäß erreicht durch einen Mikrowellenresonator mit einer dielektrischen Schicht, einem ersten Leiter auf der dielektrischen Schicht, der als Erdungsleiter dient, einem zweiten Leiter auf der dielektrischen Schicht, der getrennt vom ersten Leiter ist, so daß die ersten und zweiten Leiter zusammen eine Mikrowellenleitung bilden. Der zweite Leiter weist wenigstens einen Startabschnitt zur Aufnahme eines Signais auf sowie einen einen Induktor bildenden Resonanzleiterabschnitt. Der Resonanzleiterabschnitt ist getrennt vom Startabschnitt, so daß ein Spalt zwischen dem Startabschnitt und dem Resonanzleiterabschnitt besteht, um so einen Kondensator zu bilden wird, während der durch den Resonanzleiterabschnitt des zweiten Leiters gebildete Induktor und der durch den Spalt zwischen dem Startabschnitt und dem Resonanzleiterabschnitt gebildete Kondensator einen Resonanzkreis bilden. Der Resonanzleiterabschnitt des zweiten Leiters und ein Teil des ersten Leiters, dessen Anordnung dem Resonanzleiterabschnitt des zweiten Leiters entspricht, bestehen aus einem supraleitenden Verbundoxid, wobei der Startabschnitt des zweiten Leiters und der verbleibende Teil des ersten Leiters aus einem normalleitenden Metall bestehen.
  • Vorzugsweise bestehen die Leiter des erfindungsgemäßen Mikrowellenresonators aus einer dünnen Schicht, die unter Bedingungen abgeschieden worden ist, bei denen die Substrattemperatur 800ºC während des gesamten Verfahrens vom Beginn bis zum Ende nicht überschreitet.
  • Aus der obigen Beschreibung wird klar, daß der erfindungsgemäße Mikrowellenresonator dadurch gekennzeichnet ist, daß ausschließlich diejenigen Abschnitte der ersten und zweiten Leiter, welche einen Resonanzkreis bilden, aus supraleitendem Oxid bestehen und daß die anderen Abschnitte der ersten und zweiten Leiter aus normalleitendem Metall bestehen.
  • Da die Abschnitte der ersten und zweiten Leiter, welche den Resonanzkreis bilden, aus supraleitendem Oxid bestehen, werden die Ausbreitungsverluste in der Mikrowellenleitung, welche durch diesen Mikrowellenresonator dargestellt wird, erheblich verringert und zugleich das verwendbare Frequenzband in Richtung zur Hochfrequenzseite vergrößert. Aufgrund des verwendeten supraleitenden Oxids für die Leitung kann der Supraleitungszustand mit Hilfe des billigen flüssigen Stickstoffs verwirklicht werden, so daß ein Hochleistungs-Mikrowellenresonator für eine vergrößerte Anzahl von Anwendungsbereichen erhalten wird.
  • Andererseits können, da die Leiter mit Ausnahme der Resonanzkreise, z. B. die Startabschnitte zur Zuführung des Signals zum Resonator von einem äußeren Schaltkreis und der Leiter zur Zufuhr des Signals vom Resonator zu einem äußeren Schaltkreis, aus normalleitendem Metall bestehen, die vorhandenen Materialien und Verfahren zur Verbindung des erfindungsgemäßen Resonators mit anderen Schaltkreisen oder Bauteilen verwendet werden. Da auch der leitende Resonanzabschnitt und der Startabschnitt des zweiten Leiters voneinander getrennt sind, können der Resonanzleiterabschnitt und der Startabschnitt des zweiten Leiters ohne weiteres aus verschiedenen Materialien hergestellt werden.
  • Die Leiter des erfindungsgemäßen Mikrowellenresonators können entweder aus einer dünnen Schicht oder einer dicken Schicht gefertigt werden. Im Falle eines Supraleiters, aus der der Leiterabschnitt des Resonanzkreises besteht, weist jedoch eine dünne Schicht eine bessere Qualität als eine dicke Schicht auf.
  • Die oxidischen supraleitenden dünnen Schichten, welche die Leiterschichten bilden, können durch jede beliebige der bekannten Abscheidemethoden hergestellt werden. Im Falle der Ausbildung von dünnen Schichten aus supraleitendem Oxid als Leiterschichten des Mikrowellenresonators ist es jedoch erforderlich, darauf zu achten, daß eine Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht und der oxidischen supraleitenden dünnen Schicht mit guten Bedingungen erhalten bleibt. Bei Mikrowellenbauteilen fließt nämlich ein elektrischer Strom an der Oberfläche der Leiterschicht, so daß eine Störung der Leiterschicht in ihrer physikalischen Gestalt und bezüglich ihrer elektromagnetischen Eigenschaften, sofern dieser aus einem supraleitenden Oxid besteht, zu einem Verlust ihrer Vorteile führt. Wenn die dielektrische Schicht aus Al&sub2;O&sub3; oder SiO&sub2; besteht, so kann es an bestimmten Stellen vorkommen, daß Al&sub2;O&sub3; oder SiO&sub2; mit dem supraleitenden Verbundoxid durch die während der Abscheidung des supraleitenden Oxidfilms aufgebrachte Hitze reagiert, so daß die supraleitenden Eigenschaften des Signalleiters beeinträchtigt werden oder verloren gehen.
  • Während der Abscheidung des supraleitenden Oxids sind daher die folgenden Punkte zu beachten: (1) Das Material des supraleitenden Oxids und das Material der dielektrischen Schicht oder des Substrats müssen eine geringe Reaktivität miteinander aufweisen und (2) die Verarbeitung durch die die Materialien des supraleitenden Oxids und der dielektrischen Schicht ineinander eindiffundieren können, z. B. eine Erwärmung des Substrats auf eine hohe Temperatur, während und nach der Abscheidung, soll tunlichst vermieden werden. Insbesondere ist es erforderlich, darauf zu achten, daß die Substrattemperatur keinesfalls 800ºC während der Abscheidung des supraleitenden Oxids überschreitet.
  • Unter diesen Gesichtspunkten ist eine Vakuumabscheidung oder eine Laserabscheidung vorzuziehen, da hierbei geringere Anforderungen an die Substrattemperatur während der Abscheidung zu stellen sind, so daß die Substrattemperatur leicht und frei einstellbar ist. Auch das sogenannte Nachglühen nach der Abscheidung ist bei diesem Abscheideverfahren wie auch bei anderen Abscheideverfahren überflüssig. Es ist daher vorteilhaft, ein Abscheideverfahren zu wählen, welches sicherstellt, daß die abgeschiedene supraleitende Oxidschicht bereits die supraleitende Eigenschaft aufweist ohne anschließende Wärmebehandlung.
  • Die dielektrische Schicht kann aus allen bekannten dielektrischen Materialien bestehen. Z. B sind SrTiO&sub3; und YSZ vom Standpunkt der Abscheidung der supraleitenden dünnen Schicht besonders vorteilhaft. Ein großer dielektrischer Verlust dieser Materialien würde jedoch den Vorteil eines verringerten Leitungsverlustes durch Verwendung eines Supraleiters kompensieren. Um nun die Eigenschaften des Mikrowellenleiters zu verbessern, ist es vorteilhaft, ein Material zu verwenden mit einem kleinen dielektrischen Verlustfaktor "tanδ", z. B. Al&sub2;O&sub3;, LaAlO&sub3;, NdGaO&sub3;, MgO und SiO&sub2;. Besonders LaAlO&sub3; ist sehr vorteilhaft, da es bis zur Erreichung hoher Temperaturen stabil ist und nur wenig mit dem supraleitenden Oxid reagiert und da es einen kleinen dielektrischen Verlustfaktor aufweist, der nur ein Zehntel desjenigen von SrTiO&sub3; und YSZ beträgt. Als Substrat mit dem kleinen dielektrischen Verlustfaktor und mit der problemlosen Abscheidung des supraleitenden Oxids ist es möglich, ein Substrat zu verwenden, welches auf gegenüberliegenden Oberflächen einer dielektrischen Platte, z. B. Saphir und SiO&sub2;, äußerst kleine dielektrische Verluste aufweist, wobei eine Pufferschicht die Abscheidung des supraleitenden Oxids in hervorragender Qualität erleichtert.
  • Zur Ausbildung der Leiterabschnitte des Resonanzkreises können als Beispiele für supraleitende Oxide mit einer hohen kritischen Temperatur der Supraleitung und zur Erzielung des supraleitenden Zustandes mittels der Kühlung durch flüssigen Stickstoff ein supraleitendes Verbundoxid vom Yttrium (Y)-System und ein supraleitendes Verbundoxid, welches Thallium (Tl) oder Wismuth (Bi) enthält, als Beispiele genannt werden, ohne daß jedoch die supraleitenden Oxidmaterialien darauf beschränkt sind. Das supraleitende Verbundoxid kann als beliebiges Muster durch ein Lift-off-Verfahren aufgebracht werden, bei dem ein Widerstandsmuster vorab auf einem Substrat ausgebildet worden ist und anschließend eine dünne Schicht aus supraleitendem Oxid auf dem Widerstandsmuster abgeschieden wird. Es ist auch möglich, das supraleitende Verbundoxid auf der gesamten Oberfläche des Substrats abzuscheiden und durch ein Ätzverfahren unter Verwendung von Chlorwasserstoffsäure oder dgl. in ein Muster umzuwandeln.
  • Der erfindungsgemäße Mikrowellenresonator kann die Form eines linearen Resonators aufweisen, bestehend aus rechtwinkligen Leiterschichten mit vorgegebener Breite und vorgegebener Länge oder in Form eines kreisförmigen Scheiben- oder Ringresonators bestehend aus einem kreisförmigen Leiter mit vorgegebenen Durchmesser.
  • Diese und andere Ziele, Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung hervor. Es sei jedoch betont, daß die nachstehend beschriebenen Beispiele zwar die vorliegende Erfindung erläutern, jedoch keineswegs begrenzen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Figuren 1A, 1B und 1C zeigen Schnitte durch verschiedene Mikrowellenübertragungsleitungen, aus denen der erfindungsgemäße supraleitende Mikrowellenresonator bestehen kann;
  • Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen gemusterten Signalleiter eines erfindungsgemäßen supraleitenden Mikrowellenresonators und
  • Figuren 3A bis 3D zeigen Schnitte durch verschiedene Schritte des Herstellungsverfahrens des erfindungsgemäßen Mikrowellenresonators.
  • Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • In den Figuren 1A bis 3C sind Querschnitte durch Mikrowellen-Übertragungsleitungen dargestellt, welche den erfindungsgemäßen Mikrowellenresonator darstellen.
  • Die in Figur 1A dargestellte Mikrowellen- Übertragungsleitung wird auch Mikrostreifenleiter genannt und weist eine dielektrische Schicht 3, einen mittleren Zentralleiter 1 in einem gewünschten Muster auf der oberen Fläche der dielektrischen Schicht 3 und einen Erdungsleiter 2 auf, der die gesamte Unterseite der dielektrischen Schicht 3 bedeckt.
  • Die in Figur 1B dargestellte Mikrowellen- Übertragungsleitung, die auch abgeglichener Mikrostreifenleiter genannt wird, weist einen mittleren Signalleiter 1, eine dielektrische Schicht 3, welche den mittleren Signalleiter 1 in einer zentralen Stellung umgibt und ein Paar Erdungsleiter 2m und 2n auf, die auf der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der dielektrischen Schicht 3 angeordnet sind.
  • Die in Figur 1C dargestellte Mikrowellen- Übertragungsleitung, die auch Mikrowellenleiter vom koplanaren Typ genannt wird, weist eine dielektrische Schicht 3, einen mittleren Signalleiter 1 und ein Paar Erdungsleiter 2m und 2n auf, die auf der gleichen Oberfläche der dielektrischen Schicht, jedoch getrennt voneinander angeordnet sind.
  • Diese verschiedenen Mikrowellenleiter bilden einen Mikrowellenresonator durch geeignete Musterausbildung des mittleren Leiters 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde im Hinblick auf den Freiheitsgrad bei der Musterausgestaltung und den ausgezeichneten Mikrowellenleiter-Eigenschaften der Mikrowellenleiter dadurch hergestellt, daß der in Figur 1B dargestellte abgeglichene Mikrostreifenleiteraufbau verwendet wurde.
  • Figur 2 zeigt die Anordnung des mittleren Signalleiters, des Mikrowellenresonators, der gemäß einem Verfahren hergestellt wurde, das im folgenden beschrieben wird, wobei diese Figur ein Querschnitt entlang der Linie X-X in Figur 1B ist.
  • Gemäß Figur 2 weist der mittlere Signalleiteraufbau des Mikrowellenresonators ein Paar mittlere Leiter 1b und 1c auf, die zueinander ausgerichtetf jedoch voneinander getrennt sind sowie einen weiteren mittleren Leiter 1a, der zwischen den beiden mittleren Leitern 1b und 1c angeordnet ist und zu diesem Paar Leiter 1b, 1c ausgerichtet ist. Der mittlere Leiter 1a ist von dem Paar mittlerer Leiter 1b und 1c durch Spalte 4a und 4b getrennt, so daß er einen Induktor darstellt und jeder der beiden Spalte 4a und 4b einen Koppelkondensator bildet, wodurch ein in Serie geschalteter LC-Resonatorkreis gebildet wird. Der mittlere Leiter 1a bildet dabei den Resonanzleiter in dem Mikrowellen-Resonanzkreis und die beiden mittleren Leiter 1b und 1c, die Koppelabschnitte für den Mikrowellen- Resonatorkreis. Insbesondere weist der mittlere Leiter 1a eine Breite von 0,26 mm auf und jede der Spalten 4a und 4b eine solche von 0,70 mm. Die Koppelabschnitte 1b und 1c bilden einen Mikrostreifenleiter mit Impedanzen von 50 Ω bei 10 GHz. Andererseits ist der Resonatorleiter 1c von rechtwinkligem Aufbau mit einer Breite von 0,26 mm und einer Länge von 8,00 mm.
  • Die dielektrische Schicht 3 besteht aus LaAlO&sub3; und der Resonatorleiter 1a des Resonatorkreises besteht aus einer dünnen Schicht aus YBa&sub2;Cu&sub3;Oy(6< y&le;7). Die Koppelabschnitte 1b und 1c und der Erdungsleiter (der in Figur 2 nicht dargestellt ist) bestehen aus einer dünnen Schicht aus Al (Aluminium).
  • In den Figuren 3A bis 3D ist ein Verfahren zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mikrowellenresonators dargestellt. Figuren 3A bis 3D zeigen dabei Schnitte entlang der Linie Y-Y in Figuren 1B und 2.
  • Als dielektrisches Substrat wurde eine Platte 3a aus LaAlO&sub3; mit einer Dicke von 0,5 mm verwendet. Dünne Schichten aus YBa&sub2;Cu&sub3;Oy wurden auf der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche des dielektrischen Substrats 3a aus LaAlO&sub3; durch ein Elektronenstrahl-Verdampfungsverfahren abgeschieden. Danach wurden Muster aus supraleitenden dünnen Oxidschichten durch ein nasses Ätzverfahren unter Verwendung von Chlorwasserstoffsäure ausgebildet, so daß ein Resonanzleiter 1a auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrates 3a ausgebildet wurde und ein Erdungsleiter 2a auf der Unterseite des dielektrischen Substrats 3a, wie es in Figur 3A dargestellt ist.
  • Die dünnen Schichten aus YBa&sub2;Cu&sub3;Oy waren 6000 Å dick. Der Erdungsleiter 2a wies eine Breite auf, die dreimal der Breite des Resonanzleiters 1a entsprach und eine Länge von einem und einem Fünftel der Länge des mittleren Leiters 1a.
  • Danach wurde eine dünne Schicht aus Aluminium mit einer Dicke von 6000 Å auf der oberen Oberfläche und der Unterseite des dielektrischen Substrats 3a durch ein Liftoff-Verfahren erzeugt, um so die Koppelabschnitte 1b und 1c sowie einen Erdungsleiter 2b zu bilden, wie es in Figur 3B dargestellt ist. Der Erdungsleiter 2b wurde derart gestaltet, daß er die gesamte Unterseite des dielektrischen Substrats 3a bedeckte.
  • Gemäß Figur 3C wurde danach eine Maske 5 auf dem Resonanzleiter 1a und die Koppelabschnitte 1b und 1c abgeschieden sowie eine dünne Schicht 3b aus LaAlO&sub3; mit einer Dicke von 6000 Å auf dem unbedeckten Teil des Substrats 3a durch Aufwachsen aufgebracht.
  • Andererseits wurde eine Platte 3c aus LaAlO&sub3; mit einer dünnen Erdungsschicht 2c aus YBa&sub2;Cu&sub3;Oy sowie einer dünnen Erdungsschicht 2d aus Aluminium auf einer oberen Oberfläche hergestellt mit dem gleichen Verfahren wie es in den Figuren 3A und 3B dargestellt ist. Wie Figur 3D zeigt, wurde die Platte 3c aus LaAlO&sub3; unmittelbar auf die Leiter 1a, 1b, 1c und die dünne Schicht 3b aus LaAlO&sub3; der Platte 3a aus LaAlO&sub3; aufgebracht, nachdem die Maskenschicht 5 entfernt worden war. Dadurch wurde ein Mikrowellenresonator, der im wesentlichen den gleichen Grundaufbau aufwies, wie er als Schnitt in Figur 1B dargestellt ist, vollendet.
  • Der Resonanzleiter 1a, die Erdungsleiterschichten 2a und 2b und die dielektrische Schicht 3b wurden unter den folgenden Bedingungen abgeschieden:
  • Verdampfungsquelle für YBa2Cu3Oy: Y, B, Cu (Metall)
  • Verdampfungsquelle für LaAlO&sub3;: La, Al (Metall)
  • Gasdruck: 2 x 10&supmin;&sup4; Torr
  • Substrattemperatur: 600ºC
  • Filmdicke des mittleren Leiters: 6000 Å
  • Filmdicke der dielektrischen Schicht: 6000 Å
  • Filmdicke des Erdungsleiters: 6000 Å
  • Nach der Abscheidung der oben erwähnten dünnen Schichten aus YBa&sub2;Cu&sub3;Oy wurde ein 0&sub3;-Gasstrom auf eine Abscheidefläche durch ein Ringdüse geblasen, die in der Nähe der Abscheidefläche angeordnet war. Das eingeblasene O&sub3;-Gas wurde erhalten durch Verdampfung von flüssigem Ozon, welches durch flüssigen Stickstoff gekühlt wurde. Das eingeblasene O&sub3;-Gas war reines O&sub3;-Gas und dieses O&sub3;-Gas wurde mit einer Rate von 40 cm³/Minute zugeführt.
  • Der mit diesem Verfahren hergestellte Mikrowellenresonator wurde mit einem Netzwerkanalysegerät verbunden, um die Frequenzeigenschaften bei einer Übertragungsleistung im Bereich von 2 GHz bis 20 GHz zu messen.
  • Zur Feststellung der Frequenzselektivität eines Mikrowellenresoantors ist es üblich, das Verhältnis der Resonanzfrequenz "fo" und einer Bandbreite "B", bei dem der Pegel der übertragenen Energie nicht unterhalb einen Pegel fällt, welcher kleiner ist als ein Maximalpegel und zwar um 3 dB, als Q-Faktor zu kennzeichnen (Q = fo / B). Als Vergleichsbeispiel wurde ein Mikrowellenresonator hergestellt, der die gleiche Spezifikation wie der oben beschriebene Mikrowellenresonator gemäß der Erfindung aufweist mit Ausnahme der Tatsache, daß alle Leiter aus Aluminium bestanden. Der Q-Faktor des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mikrowellenresonators und des Vergleichsbeispiels wurden gemessen. Die Messergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Tabelle Frequenz (GHz) Ausführungsbeispiel Vergleichsbeispiel
  • Wie ersichtlich erhält man mit der vorliegenden Erfindung einen Mikrowellenresonator, der in der Lage ist, bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs zu arbeiten und dabei einen erheblich höheren Q-Faktor aufweist, da die den Resonator bildenden Leiterabschnitte eines Mikrostreifenleiters aus einer supraleitenden Oxidschicht mit ausgezeichneten Supraleitungseigenschaften bestehen.
  • Da schließlich die Leiter mit Ausnahme der den Resonator bildenden Abschnitte aus normal leitendem Metall bestehen, kann der erfindungsgemäße Mikrowellenresonator mit existierenden Platinen oder anderen Bauteilen auf herkömmlicher Weise verbunden werden.
  • Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist die Erfindung keinesfalls darauf beschränkt, sondern umfaßt alle Abwandlungen und Äquivalente innerhalb des Schutzbereiches der beigefügten Ansprüche.

Claims (8)

1. Mikrowellenresonator mit einer dielektrischen Schicht (3a), einem ersten Leiter (2a, b) auf der dielektrischen Schicht (3a), der als Erdungsleiter dient, einem zweiten Leiter (1a, c) auf der dielektrischen Schicht (3a), der getrennt vom ersten Leiter (2a, b) ist, so daß die ersten und zweiten Leiter zusammen eine Mikrowellenleitung bilden, wobei der zweite Leiter (1a, c) wenigstens einen Startabschnitt (1b, 1c) zur Aufnahme eines Signals aufweist und mit einem einen Induktor bildenden Resonanzleiterabschnitt (1a), wobei der Resonanzleiterabschnitt (1a) getrennt vom Startabschnitt (1b, 1c) ist, so daß ein Spalt (4a, b) zwischen dem Startabschnitt (1b, c) und dem Resonanzleiterabschnitt (1a) besteht und einen Kondensator bildet und wobei der durch den Resonanzleiterabschnitt (1a) des zweiten Leiters gebildete Induktor und der durch den Spalt (4a, 4b) zwischen dem Startabschnitt (1b, c) und dem Resonanzleiterabschnitt (1a) gebildete Kondensator einen Resonanzkreis bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzleiterabschnitt (1a) des zweiten Leiters und ein Teil des ersten Leiters (2a), dessen Anordnung dem Resonanzleiterabschnitt (1a) des zweiten Leiters entspricht, aus einem supraleitenden Verbundoxid besteht und daß der Startabschnitt (1b, 1c) des zweiten Leiters und der verbleibende Teil des ersten Leiters aus einem normalleitenden Metall besteht.
2. Mikrowellenresonator nach Anspruch 1, bei dem die dielektrische Schicht (3a) aus einem Einkristallsubstrat besteht und bei dem der erste Leiter (2a, b) so ausgestaltet ist, daß er die gesamte eine Oberfläche der beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen der dielektrischen Schicht (3a) bedeckt und wobei der zweite Leiter (1a, c) auf der anderen der beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen der dielektrischen Schicht (3a) in einem vorgegebenen Muster ausgestaltet ist.
3. Mikrowellenresonator nach Anspruch 1, bei dem der Leiter (2a, b) derart ausgestaltet ist, daß er die gesamte Oberfläche einer der beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen der dielektrischen Schicht (3a) bedeckt und daß die zweite Leiterschicht (1a, c) in der dielektrischen Schicht (3a) eingebettet ist und ein vorgegebenes Muster aufweist, und daß ein dritter Leiter (2d) so ausgebildet ist, daß er die gesamte andere der beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen der dielektrlschen Schicht (3a) bedeckt und dergestalt als Erdungsleiter dient.
4. Mikrowellenresonator nach Anspruch 1, bei dem sowohl die ersten (2a, b) und zweiten (1a, c) Leiter auf einer der beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen der dielektrischen Schicht (3a) ausgestaltet sind und daß der erste Leiter (2a, b) in ein Paar parallel zueinander verlaufende Hälften unterteilt ist, welche voneinander getrennt sind, wobei der zweite Leiter (1a, c) in dem Raum zwischen diesen beiden Hälften des ersten Leiters (2a, b) angeordnet ist und von jeder dieser beiden Hälften des ersten Leiters (2a, b) getrennt ist.
5. Mikrowellenresonator nach Anspruch 1, bei dem der zweite Leiter (1a, c) außerdem einen zweiten Startabschnitt (1b, c) aufweist, der getrennt vom Resonanzleiterabschnitt (1a) ausgebildet ist, so daß ein Spalt (4a, b) zwischen dem Resonanzleiterabschnitt (1a) und dem zweiten Startabschnitt (1b, c) einen Kondensator bildet und daß der erste Startabschnitt, der Resonanzleiterabschnitt und der zweite Startabschnitt des zweiten Leiters in einer geraden Linie angeordnet sind.
6. Mikrowellenresonator nach Anspruch 1, bei dem die dielektrische Schicht (3a) aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Al&sub2;O&sub3;, LaAlO&sub3;, NdGaO&sub3;, MgO und SiO&sub2;.
7. Mikrowellenresonator nach Anspruch 1, bei dem das supraleitende Material des Verbundoxids YBa&sub2;Cu&sub3;Oy (6< y&le;7) ist.
8. Mikrowellenresonator nach Anspruch 1, bei dem der erste Leiter (2a, b) eine supraleitende Oxidschicht (2a) auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht (3a) an einer Stelle aufweist entsprechend dem Resonanzleiterabschnitt (1a) des zweiten Leiters (1a, c) mit einer ausreichenden Größe, die breiter ist als diejenige des Resonanzleiterabschnitts (4a) des zweiten Leiters (1a, c) sowie eine normalleitende Metallschicht (2b) aufweist, welche die supraleitende Oxidschicht (2a) bedeckt sowie diejenige Oberfläche der dielektrischen Schicht (3a), welche nicht durch die supraleitende Oxidschicht (2a) bedeckt ist.
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