JP2003069095A - 固有ジョセフソン素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機 - Google Patents
固有ジョセフソン素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 テラヘルツ帯のアンテナとチョーク回路を有
し、テラヘルツ波を高感度に受信できる、固有ジョセフ
ソン素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信
機を提供する。 【解決手段】 固有ジョセフソン素子を含む集積回路に
よるミリ波・サブミリ波受信機において、アンテナ４１
とチョーク回路を含む基板４０に、両面加工した多数の
接合数を有する複数の固有ジョセフソン接合装置４２，
４３を集積化し、ミリ波・サブミリ波の基板４０側から
の照射により、電流電圧特性にゼロ・クロスステップを
発生させ、ミリ波・サブミリ波を高感度に受信する。
し、テラヘルツ波を高感度に受信できる、固有ジョセフ
ソン素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信
機を提供する。 【解決手段】 固有ジョセフソン素子を含む集積回路に
よるミリ波・サブミリ波受信機において、アンテナ４１
とチョーク回路を含む基板４０に、両面加工した多数の
接合数を有する複数の固有ジョセフソン接合装置４２，
４３を集積化し、ミリ波・サブミリ波の基板４０側から
の照射により、電流電圧特性にゼロ・クロスステップを
発生させ、ミリ波・サブミリ波を高感度に受信する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固有ジョセフソン
素子（固有ジョセフソン接合装置）を含む集積回路によ
るミリ波・サブミリ波受信機に関するものである。
素子（固有ジョセフソン接合装置）を含む集積回路によ
るミリ波・サブミリ波受信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術文献として
は、以下に開示するようなものがあった。
は、以下に開示するようなものがあった。
【０００３】（１）Ｈ．Ｂ．Ｗａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７８（２５），４０
１０（２００１）． （２）Ｈ．Ｂ．Ｗａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒ
ｅｖ．Ｌｅｔｔ．，（ｔｏ ｂｅ ｐｕｂｌｉｓｈｅ
ｄ）． （３）Ｂ．Ｖａｓｉｌｉ，ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７８（８），１１３７（２００
１）． また、本願発明者らは、既に、ＢＳＣＣＯ単結晶装置
（固有ジョセフソン接合装置）とその製造方法について
提案している。
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７８（２５），４０
１０（２００１）． （２）Ｈ．Ｂ．Ｗａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒ
ｅｖ．Ｌｅｔｔ．，（ｔｏ ｂｅ ｐｕｂｌｉｓｈｅ
ｄ）． （３）Ｂ．Ｖａｓｉｌｉ，ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７８（８），１１３７（２００
１）． また、本願発明者らは、既に、ＢＳＣＣＯ単結晶装置
（固有ジョセフソン接合装置）とその製造方法について
提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】現在の情報通信技術
は、１０ＧＨｚ帯までを使っているが、将来の情報量の
増大に対応するためには、使用周波数を増大させること
が必要である。現在使用中の周波数の１００倍がテラヘ
ルツ波であるが、この領域は発振器、伝送路、受信機等
の基本素子が開発されていないため、未開周波数となっ
ている。
は、１０ＧＨｚ帯までを使っているが、将来の情報量の
増大に対応するためには、使用周波数を増大させること
が必要である。現在使用中の周波数の１００倍がテラヘ
ルツ波であるが、この領域は発振器、伝送路、受信機等
の基本素子が開発されていないため、未開周波数となっ
ている。
【０００５】本発明は、上記したＢＳＣＣＯ単結晶装置
を用いて、テラヘルツ帯のアンテナとチョーク回路を有
し、テラヘルツ波を高感度に受信できる、固有ジョセフ
ソン素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信
機を提供することを目的とする。
を用いて、テラヘルツ帯のアンテナとチョーク回路を有
し、テラヘルツ波を高感度に受信できる、固有ジョセフ
ソン素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信
機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕固有ジョセフソン素子を含む集積回路によるミリ
波・サブミリ波受信機において、アンテナとチョーク回
路を含む基板に、両面加工した多数の接合数を有する複
数の固有ジョセフソン素子を集積化し、ミリ波・サブミ
リ波の基板側からの照射により、電流電圧特性にゼロ・
クロスステップを発生させ、ミリ波・サブミリ波を高感
度に受信することを特徴とする。
成するために、 〔１〕固有ジョセフソン素子を含む集積回路によるミリ
波・サブミリ波受信機において、アンテナとチョーク回
路を含む基板に、両面加工した多数の接合数を有する複
数の固有ジョセフソン素子を集積化し、ミリ波・サブミ
リ波の基板側からの照射により、電流電圧特性にゼロ・
クロスステップを発生させ、ミリ波・サブミリ波を高感
度に受信することを特徴とする。
【０００７】〔２〕上記〔１〕記載の固有ジョセフソン
素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機に
おいて、前記固有ジョセフソン素子を複数個直列に接続
することを特徴とする。
素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機に
おいて、前記固有ジョセフソン素子を複数個直列に接続
することを特徴とする。
【０００８】〔３〕上記〔１〕記載の固有ジョセフソン
素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機に
おいて、前記チョーク回路は、ｒｆチョーク回路である
ことを特徴とする。
素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機に
おいて、前記チョーク回路は、ｒｆチョーク回路である
ことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１０】図１は本発明にかかる固有ジョセフソン接
合装置（ＩＪＪ：Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｊｏｓｅｐｈｓ
ｏｎ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ装置）の両面加工工程を示す
図、図２は均一なＩｃを持つ両面加工したＩＪＪ装置の
電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性図である。
合装置（ＩＪＪ：Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｊｏｓｅｐｈｓ
ｏｎ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ装置）の両面加工工程を示す
図、図２は均一なＩｃを持つ両面加工したＩＪＪ装置の
電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性図である。
【００１１】まず、ＩＪＪ装置の両面加工方法について
説明する。
説明する。
【００１２】まず、図１（ａ）に示すように、基板
（例えば、シリコン基板）１１上に劈開されたＢＳＣＣ
Ｏ単結晶（ジョセフソン接合結晶）１２をポリイミドで
固定する。
（例えば、シリコン基板）１１上に劈開されたＢＳＣＣ
Ｏ単結晶（ジョセフソン接合結晶）１２をポリイミドで
固定する。
【００１３】次に、図１（ｂ）に示すように、第１の
フォトレジスト１３をＢＳＣＣＯ単結晶１２表面上にフ
ォトリソグラフィ技術を用いて配置する。そこで、第１
のイオンミリング１４により特定の深さまで試料をエッ
チングする。
フォトレジスト１３をＢＳＣＣＯ単結晶１２表面上にフ
ォトリソグラフィ技術を用いて配置する。そこで、第１
のイオンミリング１４により特定の深さまで試料をエッ
チングする。
【００１４】次に、図１（ｃ）に示すように、第２の
フォトレジスト１５をＢＳＣＣＯ単結晶１２表面上にフ
ォトリソグラフィ技術を用いて配置する。
フォトレジスト１５をＢＳＣＣＯ単結晶１２表面上にフ
ォトリソグラフィ技術を用いて配置する。
【００１５】そして、第２のフォトレジスト１５を用い
て第２のイオンミリング１６を行い、固有ジョセフソン
接合をつくる。
て第２のイオンミリング１６を行い、固有ジョセフソン
接合をつくる。
【００１６】次に、図１（ｄ）に示すように、第２の
フォトレジスト１５を除去し、試料を劈開し、裏返した
ＢＳＣＣＯ単結晶片１７〔図１（ｅ）参照〕を得る。
フォトレジスト１５を除去し、試料を劈開し、裏返した
ＢＳＣＣＯ単結晶片１７〔図１（ｅ）参照〕を得る。
【００１７】次に、図１（ｅ）に示すように、新たな
基板１８上にそのＢＳＣＣＯ単結晶片１７を固定し、フ
ォトリソグラフィ技術を用いて配置する。そして、第３
のフォトレジスト１９をＢＳＣＣＯ単結晶片１７上に形
成する。
基板１８上にそのＢＳＣＣＯ単結晶片１７を固定し、フ
ォトリソグラフィ技術を用いて配置する。そして、第３
のフォトレジスト１９をＢＳＣＣＯ単結晶片１７上に形
成する。
【００１８】次に、図１（ｆ）に示すように、第３の
フォトレジスト１９を用いた第３のイオンミリング２０
でＩＪＪ装置２１をパターニングする。
フォトレジスト１９を用いた第３のイオンミリング２０
でＩＪＪ装置２１をパターニングする。
【００１９】このようにして両面加工したＩＪＪ装置２
１のＩ−Ｖ特性を図２に示す。
１のＩ−Ｖ特性を図２に示す。
【００２０】この図では、Ｘ軸は２００ｍＶ／目盛（ｄ
ｉｖ）、Ｙ軸は２００μＡ／目盛（ｄｉｖ）、温度Ｔは
４．２Ｋである。ここでは、均一なＩｃを持つ両面加工
したＩＪＪ装置２１の接合数は１８個である。
ｉｖ）、Ｙ軸は２００μＡ／目盛（ｄｉｖ）、温度Ｔは
４．２Ｋである。ここでは、均一なＩｃを持つ両面加工
したＩＪＪ装置２１の接合数は１８個である。
【００２１】図３は本発明にかかる固有ジョセフソン素
子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機の構
成図であり、図３（ａ）はその平面図、図３（ｂ）はそ
の斜視図、図３（ｃ）はその等価回路図である。
子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機の構
成図であり、図３（ａ）はその平面図、図３（ｂ）はそ
の斜視図、図３（ｃ）はその等価回路図である。
【００２２】この図において、２１は本発明にかかる両
面加工した多数の接合を有するＩＪＪ装置（高さｈは概
ね２５．５ｎｍ）、３０は基板、３１はボータイアンテ
ナ、３２はｒｆチョーク回路、３３は照射されるサブミ
リ波、３４は電圧端子、３５は電流端子である。
面加工した多数の接合を有するＩＪＪ装置（高さｈは概
ね２５．５ｎｍ）、３０は基板、３１はボータイアンテ
ナ、３２はｒｆチョーク回路、３３は照射されるサブミ
リ波、３４は電圧端子、３５は電流端子である。
【００２３】図１及び図２に示された本発明にかかるＩ
ＪＪ装置２１を、図３に示すように、アンテナ３１やｒ
ｆチョーク回路３２が形成された基板（集積回路基板）
３０に集積化する。
ＪＪ装置２１を、図３に示すように、アンテナ３１やｒ
ｆチョーク回路３２が形成された基板（集積回路基板）
３０に集積化する。
【００２４】そこで、このＩＪＪ装置２１の接合にサブ
ミリ波３３を基板３０側から照射すると、図４に示すよ
うに、明確なシャピロステップを観測できる。
ミリ波３３を基板３０側から照射すると、図４に示すよ
うに、明確なシャピロステップを観測できる。
【００２５】図４において、照射周波数ｆFIR ＝１．６
ＴＨｚに対応するジョセフソン電圧ｖ＝φ0 ｆFIR Ｎ＝
３．４×Ｎ（ｍＶ）が発生している。ここでＮは接合数
であり、この図のＸ軸は１０ｍＶ／目盛（ｄｉｖ）、Ｙ
軸は２μＡ／目盛（ｄｉｖ）、温度Ｔは６Ｋである。
ＴＨｚに対応するジョセフソン電圧ｖ＝φ0 ｆFIR Ｎ＝
３．４×Ｎ（ｍＶ）が発生している。ここでＮは接合数
であり、この図のＸ軸は１０ｍＶ／目盛（ｄｉｖ）、Ｙ
軸は２μＡ／目盛（ｄｉｖ）、温度Ｔは６Ｋである。
【００２６】図４から明らかなように、明確なゼロクロ
ス電圧が見られる。これはＩＪＪ装置２１とＴＨｚ波の
結合が極めて良好であることを示しており、ＴＨｚ波検
出器として実現できることを示している。
ス電圧が見られる。これはＩＪＪ装置２１とＴＨｚ波の
結合が極めて良好であることを示しており、ＴＨｚ波検
出器として実現できることを示している。
【００２７】図５は本発明の実施例を示す複数のＩＪＪ
装置をアンテナと結合させるテラヘルツ波受信機の構成
図であり、図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）はその
複数のＩＪＪ装置の断面図、図５（ｃ）はそのＩＪＪ装
置の等価回路である。図６はそのＩ−Ｖ特性図（その
１）である。
装置をアンテナと結合させるテラヘルツ波受信機の構成
図であり、図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）はその
複数のＩＪＪ装置の断面図、図５（ｃ）はそのＩＪＪ装
置の等価回路である。図６はそのＩ−Ｖ特性図（その
１）である。
【００２８】図５に示すように、基板（集積回路基板）
４０上に搭載されたボーダイアンテナ４１に本発明にか
かる複数のＩＪＪ装置４２，４３を集積化する。
４０上に搭載されたボーダイアンテナ４１に本発明にか
かる複数のＩＪＪ装置４２，４３を集積化する。
【００２９】この時のＩ−Ｖ特性は、図６（ａ），図６
（ｂ）に示すようになる。
（ｂ）に示すようになる。
【００３０】図６（ａ）はＶ＝０．１８Ｖで、Ｘ軸が２
０ｍＶ／目盛（ｄｉｖ）、Ｙ軸が２μＡ／目盛（ｄｉ
ｖ）、周波数ｆが７６０ＧＨｚ、温度Ｔが６Ｋである。
０ｍＶ／目盛（ｄｉｖ）、Ｙ軸が２μＡ／目盛（ｄｉ
ｖ）、周波数ｆが７６０ＧＨｚ、温度Ｔが６Ｋである。
【００３１】図６（ｂ）は図６（ａ）を拡大したもので
あり、Ｘ軸が２ｍＶ／目盛（ｄｉｖ）、Ｙ軸が１００μ
Ａ／目盛（ｄｉｖ）に表されている。
あり、Ｘ軸が２ｍＶ／目盛（ｄｉｖ）、Ｙ軸が１００μ
Ａ／目盛（ｄｉｖ）に表されている。
【００３２】図７はＩＪＪ装置のＩ−Ｖ特性図（その
２）であり、ここでは、Ｘ軸が２ｍＶ／目盛（ｄｉ
ｖ）、Ｙ軸が５０μＡ／目盛（ｄｉｖ）、周波数ｆが７
６０ＧＨｚ、温度Ｔが６Ｋである。
２）であり、ここでは、Ｘ軸が２ｍＶ／目盛（ｄｉ
ｖ）、Ｙ軸が５０μＡ／目盛（ｄｉｖ）、周波数ｆが７
６０ＧＨｚ、温度Ｔが６Ｋである。
【００３３】この図から明らかなように、Ｉ＝０とする
と、Ｉ＝０軸上に点電圧が明らかに観測される。
と、Ｉ＝０軸上に点電圧が明らかに観測される。
【００３４】最大の点電圧は、図７に示すように、入力
波電力Ｐrfに比例する。最大の点電圧はＶmax ＝ｎmax
Φ0 ｆFIR であるから、この入力電力と同時に周波数ｆ
FIRも検出することができる。
波電力Ｐrfに比例する。最大の点電圧はＶmax ＝ｎmax
Φ0 ｆFIR であるから、この入力電力と同時に周波数ｆ
FIRも検出することができる。
【００３５】このように、ＩＪＪ装置を二次元アレイに
搭載し集積回路化する。すなわち、テラヘルツ帯のアン
テナとチョーク回路を有する１０，０００個以上の単結
晶素子アレイが作製され、その結果、テラヘルツ波を高
感度に受信できることを確認した。
搭載し集積回路化する。すなわち、テラヘルツ帯のアン
テナとチョーク回路を有する１０，０００個以上の単結
晶素子アレイが作製され、その結果、テラヘルツ波を高
感度に受信できることを確認した。
【００３６】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００３７】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、アンテナとｒｆチョーク回路が搭載される基板
に、両面加工した多数の接合数を有する複数の固有ジョ
セフソン素子を集積化し、ミリ波・サブミリ波の基板側
からの照射により、電流電圧特性にゼロ・クロスステッ
プを発生させ、ミリ波・サブミリ波を高感度に受信する
ことができる。
よれば、アンテナとｒｆチョーク回路が搭載される基板
に、両面加工した多数の接合数を有する複数の固有ジョ
セフソン素子を集積化し、ミリ波・サブミリ波の基板側
からの照射により、電流電圧特性にゼロ・クロスステッ
プを発生させ、ミリ波・サブミリ波を高感度に受信する
ことができる。
【図１】本発明にかかるＩＪＪ装置の両面加工工程を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明にかかる均一なＩｃを持つ両面加工した
ＩＪＪ装置の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性図である。
ＩＪＪ装置の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性図である。
【図３】本発明にかかるアンテナやｒｆチョーク回路と
共に集積化されたミリ波・サブミリ波受信機の構成図で
ある。
共に集積化されたミリ波・サブミリ波受信機の構成図で
ある。
【図４】本発明の実施例を示す基板側から１．６Ｈｚの
サブミリ波を照射したときのＩ−Ｖ特性図である。
サブミリ波を照射したときのＩ−Ｖ特性図である。
【図５】本発明の実施例を示す複数のＩＪＪ装置をアン
テナと結合させるテラヘルツ波受信機の構成図である。
テナと結合させるテラヘルツ波受信機の構成図である。
【図６】図５のテラヘルツ波受信機のＩ−Ｖ特性図（そ
の１）である。
の１）である。
【図７】本発明の実施例を示す複数のＩＪＪ装置のＩ−
Ｖ特性図（その２）である。
Ｖ特性図（その２）である。
１１ 基板（例えば、シリコン基板）
１２ ＢＳＣＣＯ単結晶（ジョセフソン接合結晶）
１３ 第１のフォトレジスト
１４ 第１のイオンミリング
１５ 第２のフォトレジスト
１６ 第２のイオンミリング
１７ 裏返したＢＳＣＣＯ単結晶片
１８ 新たな基板
１９ 第３のフォトレジスト
２０ 第３のイオンミリング
２１，４２，４３ ＩＪＪ装置
３０，４０ 基板（集積回路基板）
３１，４１ ボータイアンテナ
３２ ｒｆチョーク回路
３３ 照射されるサブミリ波
３４ 電圧端子
３５ 電流端子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4M113 AA01 AA06 AA16 AA25 AC25
AD36 BC04 CA35
5J045 AA05 DA10 EA07 FA02 HA02
Claims (3)
- 【請求項１】 固有ジョセフソン素子を含む集積回路に
よるミリ波・サブミリ波受信機において、 アンテナとチョーク回路を含む基板に、両面加工した多
数の接合数を有する複数の固有ジョセフソン素子を集積
化し、ミリ波・サブミリ波の基板側からの照射により、
電流電圧特性にゼロ・クロスステップを発生させ、ミリ
波・サブミリ波を高感度に受信することを特徴とする固
有ジョセフソン素子を含む集積回路によるミリ波・サブ
ミリ波受信機。 - 【請求項２】 請求項１記載の固有ジョセフソン素子を
含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機におい
て、前記固有ジョセフソン素子を複数個直列に接続する
ことを特徴とする固有ジョセフソン素子を含む集積回路
によるミリ波・サブミリ波受信機。 - 【請求項３】 請求項１記載の固有ジョセフソン素子を
含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機におい
て、前記チョーク回路は、ｒｆチョーク回路であること
を特徴とする固有ジョセフソン素子を含む集積回路によ
るミリ波・サブミリ波受信機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001255871A JP2003069095A (ja) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | 固有ジョセフソン素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001255871A JP2003069095A (ja) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | 固有ジョセフソン素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003069095A true JP2003069095A (ja) | 2003-03-07 |
Family
ID=19083772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001255871A Pending JP2003069095A (ja) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | 固有ジョセフソン素子を含む集積回路によるミリ波・サブミリ波受信機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003069095A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006196741A (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | National Institute For Materials Science | ３端子固有ジョセフソン接合積層体 |
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| JP2000091654A (ja) * | 1998-09-10 | 2000-03-31 | Japan Science & Technology Corp | 層状酸化物超伝導体を用いた高温単電子対トンネル素子の製造方法 |
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| JP2000514957A (ja) * | 1996-07-23 | 2000-11-07 | オクセル・オクサイド・エレクトロニクス・テクノロジー・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | ジョセフソン接合アレーデバイスとその製造方法 |
-
2001
- 2001-08-27 JP JP2001255871A patent/JP2003069095A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006196741A (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | National Institute For Materials Science | ３端子固有ジョセフソン接合積層体 |
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