JP2953298B2 - マイクロストリップライン及びその製造方法 - Google Patents
マイクロストリップライン及びその製造方法Info
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Waveguides (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロストリップライ
ン及びその製造方法に関する。
ン及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ波通信機分野のマイクロ波回路
においては、下部接地導体と上部ストリップ導体とを誘
電体基板を介して平行に対向させたマイクロストリップ
ラインがいろいろな構成要素として使用されている。マ
イクロストリップラインは共振器やフィルタ等への応
用、また、遅延線や伝送線路にも応用されており、さら
に、他の回路要素と組み合わせて小型化したマイクロ波
集積回路への応用も可能である。このようなマイクロス
トリップラインの導体損失を小さくすることによって、
マイクロ波回路全体の性能を向上させることができる。
においては、下部接地導体と上部ストリップ導体とを誘
電体基板を介して平行に対向させたマイクロストリップ
ラインがいろいろな構成要素として使用されている。マ
イクロストリップラインは共振器やフィルタ等への応
用、また、遅延線や伝送線路にも応用されており、さら
に、他の回路要素と組み合わせて小型化したマイクロ波
集積回路への応用も可能である。このようなマイクロス
トリップラインの導体損失を小さくすることによって、
マイクロ波回路全体の性能を向上させることができる。
【０００３】従来のマイクロストリップラインは、アル
ミナ等の低誘電損失材料を使用した誘電体基板に通常電
気伝導度の高い金や銀等の常伝導金属を使用した上部ス
トリップ導体と下部接地導体を設けてマイクロストリッ
プラインを形成している。
ミナ等の低誘電損失材料を使用した誘電体基板に通常電
気伝導度の高い金や銀等の常伝導金属を使用した上部ス
トリップ導体と下部接地導体を設けてマイクロストリッ
プラインを形成している。
【０００４】最近では、アプライド・フィジックス・レ
ターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ）第５８巻、１９９１年、１１０９〜１１１１頁、
に記載されているように、高いＱ値を持つマイクロスト
リップラインを形成するために、上部ストリップ導体と
下部接地導体の一方、又は、両方に酸化物超伝導材料を
用いたマイクロストリップラインの例も報告されてい
る。
ターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ）第５８巻、１９９１年、１１０９〜１１１１頁、
に記載されているように、高いＱ値を持つマイクロスト
リップラインを形成するために、上部ストリップ導体と
下部接地導体の一方、又は、両方に酸化物超伝導材料を
用いたマイクロストリップラインの例も報告されてい
る。
【０００５】マイクロストリップラインによる伝送線路
においては、マイクロストリップラインの損失に支配的
に寄与する誘電損失、導体損失、放射損失を小さくする
必要がある。このうち、放射損失は、通常、マイクロス
トリップラインを遮断導波管として作用するパッケージ
内に設置することによってかなり低減させることができ
る。また、誘電損失は、アルミナやＭｇＯ等の低誘電損
失基板が使用されるので、損失は非常に小さく一般には
ほとんど問題とならない。これに対して、導体部、特に
上部ストリップ導体はマイクロ波電流が集中して流れる
ため大きな損失の原因になりやすい。特に、上部ストリ
ップ導体と下部接地導体に常伝導金属の金等を使用した
場合には、この損失が非常に大きいため、マイクロスト
リップラインの伝送特性はこの導体損失によって抑えら
れてしまう。例えば、金を用いたマイクロストリップラ
インでは一般に０．０５ｄＢ／ｃｍ程度の損失が発生
し、このため、常温でのＱ値は３００程度の値しか得る
ことができない。また、動作温度を低くして液体窒素の
沸点である７７Ｋ付近で使用すると、常伝導金属の表面
抵抗が小さくなるため、伝送損失は小さくなるが、それ
でも得られるＱ値はせいぜい７００程度である。このた
め、このようなマイクロストリップラインは、低損失が
要求されるような用途には不向きであった。
においては、マイクロストリップラインの損失に支配的
に寄与する誘電損失、導体損失、放射損失を小さくする
必要がある。このうち、放射損失は、通常、マイクロス
トリップラインを遮断導波管として作用するパッケージ
内に設置することによってかなり低減させることができ
る。また、誘電損失は、アルミナやＭｇＯ等の低誘電損
失基板が使用されるので、損失は非常に小さく一般には
ほとんど問題とならない。これに対して、導体部、特に
上部ストリップ導体はマイクロ波電流が集中して流れる
ため大きな損失の原因になりやすい。特に、上部ストリ
ップ導体と下部接地導体に常伝導金属の金等を使用した
場合には、この損失が非常に大きいため、マイクロスト
リップラインの伝送特性はこの導体損失によって抑えら
れてしまう。例えば、金を用いたマイクロストリップラ
インでは一般に０．０５ｄＢ／ｃｍ程度の損失が発生
し、このため、常温でのＱ値は３００程度の値しか得る
ことができない。また、動作温度を低くして液体窒素の
沸点である７７Ｋ付近で使用すると、常伝導金属の表面
抵抗が小さくなるため、伝送損失は小さくなるが、それ
でも得られるＱ値はせいぜい７００程度である。このた
め、このようなマイクロストリップラインは、低損失が
要求されるような用途には不向きであった。
【０００６】また、最近報告された上部ストリップ導体
に酸化物超伝導材料を使用するマイクロストリップライ
ンにおいては、マイクロ波電流密度の高い上部ストリッ
プ導体がマイクロ波領域における表面抵抗の小さい超伝
導体であるため、上部ストリップ導体の導体損失を著し
く低減させることができる。このとき、下部接地導体と
して常伝導金属を用いる場合と酸化物超伝導材料を用い
た例が報告されている。下部接地導体に常伝導金属の金
等を使用するのはストリップラインの製造が容易である
ためである。しかしながら、この場合には、下部接地導
体の導体損失が上部ストリップ導体の導体損失にたいし
て１０％程度あるため、下部接地導体の常伝導金属がス
トリップラインの伝送特性を決定するようになり、マイ
クロストリップライン全体での伝送損失が７７Ｋ付近で
かなり小さくなるものの４．５×１０-3ｄＢ／ｃｍ程度
であり、Ｑ値としては３０００程度の値が上限となる。
に酸化物超伝導材料を使用するマイクロストリップライ
ンにおいては、マイクロ波電流密度の高い上部ストリッ
プ導体がマイクロ波領域における表面抵抗の小さい超伝
導体であるため、上部ストリップ導体の導体損失を著し
く低減させることができる。このとき、下部接地導体と
して常伝導金属を用いる場合と酸化物超伝導材料を用い
た例が報告されている。下部接地導体に常伝導金属の金
等を使用するのはストリップラインの製造が容易である
ためである。しかしながら、この場合には、下部接地導
体の導体損失が上部ストリップ導体の導体損失にたいし
て１０％程度あるため、下部接地導体の常伝導金属がス
トリップラインの伝送特性を決定するようになり、マイ
クロストリップライン全体での伝送損失が７７Ｋ付近で
かなり小さくなるものの４．５×１０-3ｄＢ／ｃｍ程度
であり、Ｑ値としては３０００程度の値が上限となる。
【０００７】一方、製造過程はやや難しくなるが、上部
ストリップ導体とともに、下部接地導体も含めて損失を
引き起こす部分すべてに酸化物超伝導材料を使用する場
合には、導体部分の表面抵抗をすべて小さくすることが
できるので、マイクロストリップライン全体の伝送損失
を著しく小さくすることができ、７７Ｋ付近での伝送損
失は４．５×１０-4ｄＢ／ｃｍ程度まで小さくなり、Ｑ
値は３００００程度に達するようになり、従来の金を使
用したマイクロストリップラインと比較すると２桁程度
の性能向上が実現される。そして、マイクロストリップ
ラインのＱ値がこのように高くなると、共振器やフィル
タ、遅延線等のマイクロ波素子の性能が大幅に向上する
ため、小型、高性能のマイクロ波機器を製造することが
できる。
ストリップ導体とともに、下部接地導体も含めて損失を
引き起こす部分すべてに酸化物超伝導材料を使用する場
合には、導体部分の表面抵抗をすべて小さくすることが
できるので、マイクロストリップライン全体の伝送損失
を著しく小さくすることができ、７７Ｋ付近での伝送損
失は４．５×１０-4ｄＢ／ｃｍ程度まで小さくなり、Ｑ
値は３００００程度に達するようになり、従来の金を使
用したマイクロストリップラインと比較すると２桁程度
の性能向上が実現される。そして、マイクロストリップ
ラインのＱ値がこのように高くなると、共振器やフィル
タ、遅延線等のマイクロ波素子の性能が大幅に向上する
ため、小型、高性能のマイクロ波機器を製造することが
できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この従来の酸化物超伝
導材料を使用したマイクロストリップラインは、非常に
伝送損失が小さいという長所を有している。しかしなが
ら、酸化物超伝導材料を使用したマイクロストリップラ
インには、許容電力量が小さいという欠点がある。例え
ば、マイクロストリップラインの共振器を作製した場
合、共振器の上部ストリップ導体の電流密度が非常に高
くなるので、入力電力が１ｍＷ以下と小さい場合には１
００００以上の高いＱ値を実現できるが、入力電力が増
加して１００ｍＷをこえると急速にＱ値が低下して損失
が増加するという問題点がある。
導材料を使用したマイクロストリップラインは、非常に
伝送損失が小さいという長所を有している。しかしなが
ら、酸化物超伝導材料を使用したマイクロストリップラ
インには、許容電力量が小さいという欠点がある。例え
ば、マイクロストリップラインの共振器を作製した場
合、共振器の上部ストリップ導体の電流密度が非常に高
くなるので、入力電力が１ｍＷ以下と小さい場合には１
００００以上の高いＱ値を実現できるが、入力電力が増
加して１００ｍＷをこえると急速にＱ値が低下して損失
が増加するという問題点がある。
【０００９】一般に、酸化物超伝導体薄膜を誘電体基板
上に形成すると、数１００ｎｍ程度の結晶粒が集合して
粒状に成長するため、この結晶粒間に超伝導性の弱い部
分ができやすくなる。マイクロストリップラインのマイ
クロ波入力電力を増加させるとマイクロ波磁場が上部ス
トリップ導体付近で増加し、このため、このような結晶
粒界の超伝導性の弱い部分で優先的に導体損失が増加し
やすくなることが原因と考えられている。このとき、酸
化物超伝導体薄膜の結晶粒径が大きいほど入力電力依存
性が大きくなり、許容電力量が小さいという傾向があ
る。
上に形成すると、数１００ｎｍ程度の結晶粒が集合して
粒状に成長するため、この結晶粒間に超伝導性の弱い部
分ができやすくなる。マイクロストリップラインのマイ
クロ波入力電力を増加させるとマイクロ波磁場が上部ス
トリップ導体付近で増加し、このため、このような結晶
粒界の超伝導性の弱い部分で優先的に導体損失が増加し
やすくなることが原因と考えられている。このとき、酸
化物超伝導体薄膜の結晶粒径が大きいほど入力電力依存
性が大きくなり、許容電力量が小さいという傾向があ
る。
【００１０】このように、酸化物超伝導材料を上部スト
リップ導体及び下部接地導体に使用したマイクロストリ
ップラインにおいては、低電力では導体損失を非常に小
さくすることができ、マイクロストリップラインの性能
を従来の金を使用したマイクロストリップラインと比較
して大幅に向上させることが可能であるものの、許容電
力量が小さいため、その使用範囲が低電力のマイクロ波
機器に限定されるという問題点があった。
リップ導体及び下部接地導体に使用したマイクロストリ
ップラインにおいては、低電力では導体損失を非常に小
さくすることができ、マイクロストリップラインの性能
を従来の金を使用したマイクロストリップラインと比較
して大幅に向上させることが可能であるものの、許容電
力量が小さいため、その使用範囲が低電力のマイクロ波
機器に限定されるという問題点があった。
【００１１】本発明の目的は、許容電力量を向上させた
低損失の高性能マイクロストリップラインを提供するこ
とにある。
低損失の高性能マイクロストリップラインを提供するこ
とにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のマイクロストリ
ップラインは、誘電体基板を介して上部ストリップ導体
と下部接地導体とを平行に対向させて形成したマイクロ
ストリップラインにおいて、前記上部ストリップ導体お
よび下部接地導体がＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜からなる酸化
物超伝導体であり且つ前記上部ストリップ導体と前記誘
電体基板との間および前記下部接地導体と前記誘電体基
板との間のそれぞれに形成した結晶粒径が、０＜結晶粒
径≦５０ｎｍ、である微細な結晶粒を有するＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏx又はそのＹの一部を他の希土類元素で置換したＹ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏx系の材料からなるバッファ層を備えてい
る。
ップラインは、誘電体基板を介して上部ストリップ導体
と下部接地導体とを平行に対向させて形成したマイクロ
ストリップラインにおいて、前記上部ストリップ導体お
よび下部接地導体がＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜からなる酸化
物超伝導体であり且つ前記上部ストリップ導体と前記誘
電体基板との間および前記下部接地導体と前記誘電体基
板との間のそれぞれに形成した結晶粒径が、０＜結晶粒
径≦５０ｎｍ、である微細な結晶粒を有するＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏx又はそのＹの一部を他の希土類元素で置換したＹ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏx系の材料からなるバッファ層を備えてい
る。
【００１３】本発明のマイクロストリップラインの製造
方法は、誘電体基板の温度をその上に形成する上部スト
リップ導体又は下部接地導体のＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜
が良好な超伝導特性を得られる形成温度（６５０〜７５
０℃）よりも５０〜１５０℃低く設定した状態でＹＢａ
2 Ｃｕ3 ＯX 系の酸化物超伝導材を前記誘電体基板の上
面および下面に蒸着して微細な結晶粒を有するバッファ
層を形成する工程と、前記誘電体基板の温度を６５０〜
７５０℃に昇温して前記バッファ層の上にＹＢａ2 Ｃｕ
3 ＯX 薄膜を堆積する工程と、前記誘電体基板の上面お
よび下面に形成した前記ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜および
バッファ層をそれぞれ選択的に順次エッチングして前記
誘電体基板を介して平行に対向する上部ストリップ導体
および下部接地導体を形成する工程とを含んで構成され
る。
方法は、誘電体基板の温度をその上に形成する上部スト
リップ導体又は下部接地導体のＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜
が良好な超伝導特性を得られる形成温度（６５０〜７５
０℃）よりも５０〜１５０℃低く設定した状態でＹＢａ
2 Ｃｕ3 ＯX 系の酸化物超伝導材を前記誘電体基板の上
面および下面に蒸着して微細な結晶粒を有するバッファ
層を形成する工程と、前記誘電体基板の温度を６５０〜
７５０℃に昇温して前記バッファ層の上にＹＢａ2 Ｃｕ
3 ＯX 薄膜を堆積する工程と、前記誘電体基板の上面お
よび下面に形成した前記ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜および
バッファ層をそれぞれ選択的に順次エッチングして前記
誘電体基板を介して平行に対向する上部ストリップ導体
および下部接地導体を形成する工程とを含んで構成され
る。
【００１４】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００１５】図１は本発明の一実施例を示す斜視図であ
る。
る。
【００１６】図１に示すように、誘電体基板１の上面に
ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX からなり０＜結晶粒径≦５０ｎｍの
微細な結晶粒を有する第１のバッファ層２を介して形成
したＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX からなる上部ストリップ導体３
と、同様に誘電体基板１の下面にＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX か
らなり０＜結晶粒径≦５０ｎｍの結晶粒を有する第２の
バッファ層４を介して形成したＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX から
なる下部接地導体５とを誘電体基板１を介して平行に対
向させてマイクロストリップラインが構成される。ここ
で、バッファ層の結晶粒径はバッファ層を設けずに直接
形成した上部ストリップ導体又は下部接地導体の結晶粒
径１００〜２００ｎｍの少くとも１／２以下の粒径に抑
えないと導体損失を低減できない。
ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX からなり０＜結晶粒径≦５０ｎｍの
微細な結晶粒を有する第１のバッファ層２を介して形成
したＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX からなる上部ストリップ導体３
と、同様に誘電体基板１の下面にＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX か
らなり０＜結晶粒径≦５０ｎｍの結晶粒を有する第２の
バッファ層４を介して形成したＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX から
なる下部接地導体５とを誘電体基板１を介して平行に対
向させてマイクロストリップラインが構成される。ここ
で、バッファ層の結晶粒径はバッファ層を設けずに直接
形成した上部ストリップ導体又は下部接地導体の結晶粒
径１００〜２００ｎｍの少くとも１／２以下の粒径に抑
えないと導体損失を低減できない。
【００１７】本実施例のマイクロストリップラインの製
造方法は、まず、誘電損失の小さい酸化マグネシウム
（ＭｇＯ），ランタンアルミニウム酸化物（ＬａＡｌＯ
3 ）等からなる誘電体基板１をレーザ蒸着装置のチャン
バ内に装着して１０-7Ｔｏｒｒ台の圧力まで排気した
後、チャンバ内に酸素ガスを０．２Ｔｏｒｒ程度導入
し、基板温度をＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 膜の良好な超伝導特
性が得られる６５０〜７５０℃の温度範囲よりも５０〜
１５０℃低い温度に設定した状態でＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX
ターゲットにエキシマレーザを照射してターゲット成分
を誘電体基板１の表面に蒸着する。このときの蒸着速度
は約０．２ｎｍ／ｓｅｃで粒径５０ｎｍ以下（望ましく
は２０ｎｍ程度）のバッファ層２を５０ｎｍ以下の厚さ
に形成する。
造方法は、まず、誘電損失の小さい酸化マグネシウム
（ＭｇＯ），ランタンアルミニウム酸化物（ＬａＡｌＯ
3 ）等からなる誘電体基板１をレーザ蒸着装置のチャン
バ内に装着して１０-7Ｔｏｒｒ台の圧力まで排気した
後、チャンバ内に酸素ガスを０．２Ｔｏｒｒ程度導入
し、基板温度をＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 膜の良好な超伝導特
性が得られる６５０〜７５０℃の温度範囲よりも５０〜
１５０℃低い温度に設定した状態でＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX
ターゲットにエキシマレーザを照射してターゲット成分
を誘電体基板１の表面に蒸着する。このときの蒸着速度
は約０．２ｎｍ／ｓｅｃで粒径５０ｎｍ以下（望ましく
は２０ｎｍ程度）のバッファ層２を５０ｎｍ以下の厚さ
に形成する。
【００１８】このバッファ層２の表面構造を原子間力顕
微鏡（ＡＦＭ）で観察すると５０ｎｍ以下の非常に小さ
い結晶粒径を有しており、非常に均質性の優れた組織を
示していた。しかし、バッファ層２の構造をＸ線回折法
によって評価するとＣ軸配向したＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 超
伝導相と同じ構造をしているものの、回折ピークの半値
幅が広く、結晶性がかなり悪いことを示した。このた
め、このバッファ層２の電気特性は半導体的であり、ま
た、低温でも超伝導にはならなかったことから、上部ス
トリップ導体等に用いられるＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜と
は異なった性質を有することが判明した。
微鏡（ＡＦＭ）で観察すると５０ｎｍ以下の非常に小さ
い結晶粒径を有しており、非常に均質性の優れた組織を
示していた。しかし、バッファ層２の構造をＸ線回折法
によって評価するとＣ軸配向したＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 超
伝導相と同じ構造をしているものの、回折ピークの半値
幅が広く、結晶性がかなり悪いことを示した。このた
め、このバッファ層２の電気特性は半導体的であり、ま
た、低温でも超伝導にはならなかったことから、上部ス
トリップ導体等に用いられるＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜と
は異なった性質を有することが判明した。
【００１９】次に、バッファ層２を成膜した後、真空を
破ることなく基板温度を６５０〜７５０℃に昇温し、酸
素分圧や蒸着速度をバッファ層２を成膜する場合と同じ
に設定してバッファ層２の上に上部ストリップ導体形成
用のＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜を約１０００ｎｍの厚さに
堆積する。この膜厚はＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜の典型的
なマイクロ波磁場侵入長の約１５０ｎｍよりも厚ければ
基本的には差し支えない。
破ることなく基板温度を６５０〜７５０℃に昇温し、酸
素分圧や蒸着速度をバッファ層２を成膜する場合と同じ
に設定してバッファ層２の上に上部ストリップ導体形成
用のＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜を約１０００ｎｍの厚さに
堆積する。この膜厚はＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜の典型的
なマイクロ波磁場侵入長の約１５０ｎｍよりも厚ければ
基本的には差し支えない。
【００２０】次に、ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜およびバッ
ファ層２をイオンミリング法で選択的にエッチングして
上部ストリップ導体３を形成する。ここで、上部ストリ
ップ導体３のＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜はＸ線回折法で調
べると完全にＣ軸配向しており、また、（００５）ピー
クのロッキングカーブの半値幅が０．２度程度とかなり
小さいことから結晶性は非常に良好であることがわかっ
た。
ファ層２をイオンミリング法で選択的にエッチングして
上部ストリップ導体３を形成する。ここで、上部ストリ
ップ導体３のＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜はＸ線回折法で調
べると完全にＣ軸配向しており、また、（００５）ピー
クのロッキングカーブの半値幅が０．２度程度とかなり
小さいことから結晶性は非常に良好であることがわかっ
た。
【００２１】また、この組織を調べると薄膜はバッファ
層２との界面付近では特に小さい数１０ｎｍの結晶粒径
を有しており、表面付近においても１００〜２００ｎｍ
の結晶粒径であった。
層２との界面付近では特に小さい数１０ｎｍの結晶粒径
を有しており、表面付近においても１００〜２００ｎｍ
の結晶粒径であった。
【００２２】バッファ層を形成せずに誘電体基板上に直
接ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜を形成した従来例では、薄膜
は２００〜４００ｎｍの大きな結晶粒から構成されてい
たが、本発明によるバッファ層上に形成したＹＢａ2 Ｃ
ｕ3 ＯX 薄膜ではこれよりも小さい結晶粒で構成されて
いるのがわかり、バッファ層が上部ストリップ導体の薄
膜の構造を変えるのに有効であることがわかる。そし
て、既に述べたごとく、薄膜の結晶粒が大きいほど、マ
イクロストリップラインの許容電力量が小さくなってし
まうという傾向から考えると本発明のバッファ層２を介
在させて形成した上部ストリップ導体３では、許容電力
量を大きくするという目的に合致しているわけである。
このようにして形成した上部ストリップ導体３は超伝導
になる臨界温度が９０Ｋであり、また、７７Ｋでの臨界
電流密度も４×１０6 Ａ／ｃｍ2 と良好な超伝導特性を
示した。
接ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜を形成した従来例では、薄膜
は２００〜４００ｎｍの大きな結晶粒から構成されてい
たが、本発明によるバッファ層上に形成したＹＢａ2 Ｃ
ｕ3 ＯX 薄膜ではこれよりも小さい結晶粒で構成されて
いるのがわかり、バッファ層が上部ストリップ導体の薄
膜の構造を変えるのに有効であることがわかる。そし
て、既に述べたごとく、薄膜の結晶粒が大きいほど、マ
イクロストリップラインの許容電力量が小さくなってし
まうという傾向から考えると本発明のバッファ層２を介
在させて形成した上部ストリップ導体３では、許容電力
量を大きくするという目的に合致しているわけである。
このようにして形成した上部ストリップ導体３は超伝導
になる臨界温度が９０Ｋであり、また、７７Ｋでの臨界
電流密度も４×１０6 Ａ／ｃｍ2 と良好な超伝導特性を
示した。
【００２３】次に、上部ストリップ導体３と同様の工程
および同様の条件により誘電体基板１の下面にＹＢａ2
Ｃｕ3 ＯX からなるバッファ層４と、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
X からなる超伝導体の下部接地導体５を上部ストリップ
導体３と平行に対向させて形成する。なお、誘電体基板
１の上面および下面のそれぞれにバッファ層とＹＢａ2
Ｃｕ3 ＯX 薄膜を形成した後にそれらをパターニングし
て上部ストリップ導体３と下部接地導体５を形成する工
程を採用しても良い。
および同様の条件により誘電体基板１の下面にＹＢａ2
Ｃｕ3 ＯX からなるバッファ層４と、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
X からなる超伝導体の下部接地導体５を上部ストリップ
導体３と平行に対向させて形成する。なお、誘電体基板
１の上面および下面のそれぞれにバッファ層とＹＢａ2
Ｃｕ3 ＯX 薄膜を形成した後にそれらをパターニングし
て上部ストリップ導体３と下部接地導体５を形成する工
程を採用しても良い。
【００２４】このようにして形成されたバッファ層４
と、上部接地導体５のＹＢａ2 Ｃｕ3ＯX 薄膜の構造と
電気特性は、バッファ層２と、上部ストリップ導体３の
ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜のものとそれぞれ同じであり、
上部ストリップ導体３と下部接地導体５とは同じ性能を
有する薄膜で構成されていることが判明した。
と、上部接地導体５のＹＢａ2 Ｃｕ3ＯX 薄膜の構造と
電気特性は、バッファ層２と、上部ストリップ導体３の
ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜のものとそれぞれ同じであり、
上部ストリップ導体３と下部接地導体５とは同じ性能を
有する薄膜で構成されていることが判明した。
【００２５】以上、バッファ層２，４としてＹＢａ2 Ｃ
ｕ3 ＯX を用いた場合のマイクロストリップラインにつ
いて説明したが、ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX バッファ層のＹの
一部をＹと同じ希土類元素であるＰｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅ
ｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒで置換したものにつ
いても検討した。この場合にＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX バッフ
ァ層の成膜と同じ成膜条件でバッファ層を形成するとき
のターゲットとしてＹ0.5 Ｒ0.5 Ｂａ2 Ｃｕ3 ＯX の組
成のものを使用した。ここで、ＲはＰｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，
Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒのうちの何れか一
つである。
ｕ3 ＯX を用いた場合のマイクロストリップラインにつ
いて説明したが、ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX バッファ層のＹの
一部をＹと同じ希土類元素であるＰｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅ
ｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒで置換したものにつ
いても検討した。この場合にＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX バッフ
ァ層の成膜と同じ成膜条件でバッファ層を形成するとき
のターゲットとしてＹ0.5 Ｒ0.5 Ｂａ2 Ｃｕ3 ＯX の組
成のものを使用した。ここで、ＲはＰｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，
Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒのうちの何れか一
つである。
【００２６】このようにして形成したバッファ層の結晶
構造や電気特性はＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX バッファ層のもの
とほとんど同じであった。しかし、ＡＦＭで観察した表
面形態はやや異なっており、個々の結晶粒径が３０ｎｍ
以下と更に小さいものであった。Ｙの一部を他の希土類
元素で置換して多成分化したことにより、結晶粒微細化
が実現された。このようなバッファ層の上に前記と同様
の成膜条件で上部ストリップ導体と下部接地導体用のＹ
Ｂａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜を形成した。この場合のＹＢａ2
Ｃｕ3 ＯX 薄膜の組織はＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX バッファ層
の上に形成したものよりもさらに小さい結晶粒径を有し
ていることがわかった。
構造や電気特性はＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX バッファ層のもの
とほとんど同じであった。しかし、ＡＦＭで観察した表
面形態はやや異なっており、個々の結晶粒径が３０ｎｍ
以下と更に小さいものであった。Ｙの一部を他の希土類
元素で置換して多成分化したことにより、結晶粒微細化
が実現された。このようなバッファ層の上に前記と同様
の成膜条件で上部ストリップ導体と下部接地導体用のＹ
Ｂａ2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜を形成した。この場合のＹＢａ2
Ｃｕ3 ＯX 薄膜の組織はＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX バッファ層
の上に形成したものよりもさらに小さい結晶粒径を有し
ていることがわかった。
【００２７】次に、これらのバッファ層の上にＹＢａ2
Ｃｕ3 ＯX 薄膜からなる上部ストリップ導体および下部
接地導体を形成したマイクロストリップラインと従来例
のマイクロストリップラインの特性を比較した。
Ｃｕ3 ＯX 薄膜からなる上部ストリップ導体および下部
接地導体を形成したマイクロストリップラインと従来例
のマイクロストリップラインの特性を比較した。
【００２８】マイクロストリップラインの特性として
は、上記の両面薄膜を用いて６ＧＨｚの半波長共振器を
作成し、金メッキされたケース内に設置することによっ
て、共振器のＱ値及び許容電力量を評価した。本実施例
においては、許容電力量は共振器へのマイクロ波入力電
力を増加させたとき、無負荷Ｑ値が呈しはじめる電力量
によって定義した。実際に性能評価を行う場合には、マ
イクロストリップライン共振器を４Ｋ付近まで測定可能
なクライオスタット中に設置し、ＹＢａ2 Ｃｕ3ＯX 酸
化物超伝導体の臨界温度である９０Ｋ以下に冷却して、
ネットワークアナライザを用いてＳ21測定によって行っ
た。
は、上記の両面薄膜を用いて６ＧＨｚの半波長共振器を
作成し、金メッキされたケース内に設置することによっ
て、共振器のＱ値及び許容電力量を評価した。本実施例
においては、許容電力量は共振器へのマイクロ波入力電
力を増加させたとき、無負荷Ｑ値が呈しはじめる電力量
によって定義した。実際に性能評価を行う場合には、マ
イクロストリップライン共振器を４Ｋ付近まで測定可能
なクライオスタット中に設置し、ＹＢａ2 Ｃｕ3ＯX 酸
化物超伝導体の臨界温度である９０Ｋ以下に冷却して、
ネットワークアナライザを用いてＳ21測定によって行っ
た。
【００２９】表１はバッファ層の組成を変えたときの
４．２Ｋにおけるマイクロストリップライン共振器の低
入力電力（０．０１ｍＷ）時のＱ値と許容電力量を示
す。
４．２Ｋにおけるマイクロストリップライン共振器の低
入力電力（０．０１ｍＷ）時のＱ値と許容電力量を示
す。
【００３０】
【表１】
【００３１】表１に示すように、誘電体基板上に直接上
部ストリップ導体用の下部接地導体用のＹＢａ2 Ｃｕ3
ＯX 薄膜を形成した従来例では、低入力電力のＱ値こそ
５５０００程度と高いものの、共振器への入力電力が増
加して５０ｍＷ程度になるとＱ値が著して低下し、マイ
クロストリップラインの損失が著しく増加した。既に記
述したようにこのマイクロストリップラインではＹＢａ
2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜の結晶粒径が大きいため、マイクロ波
電力増加によって結晶粒界の損失が急激に増加すること
が原因である。
部ストリップ導体用の下部接地導体用のＹＢａ2 Ｃｕ3
ＯX 薄膜を形成した従来例では、低入力電力のＱ値こそ
５５０００程度と高いものの、共振器への入力電力が増
加して５０ｍＷ程度になるとＱ値が著して低下し、マイ
クロストリップラインの損失が著しく増加した。既に記
述したようにこのマイクロストリップラインではＹＢａ
2 Ｃｕ3 ＯX 薄膜の結晶粒径が大きいため、マイクロ波
電力増加によって結晶粒界の損失が急激に増加すること
が原因である。
【００３２】それに対して本実施例の試料１では、低入
力電力でのＱ値は５００００程度と従来例のマイクロス
トリップラインと同程度の大きなＱ値を有しており、さ
らに、共振器への入力電力量が１０００ｍＷ程度まで増
加してもＱ値の低下は見られず、電力安定性が非常に優
れており、従来例と比較すると許容電力量は一桁以上増
加しているのがわかる。このように本発明によるマイク
ロストリップラインは、ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX バッファ層
を使用することにより、従来例と比較して使用可能なマ
イクロ波機器の領域を大幅に広げることが可能である。
力電力でのＱ値は５００００程度と従来例のマイクロス
トリップラインと同程度の大きなＱ値を有しており、さ
らに、共振器への入力電力量が１０００ｍＷ程度まで増
加してもＱ値の低下は見られず、電力安定性が非常に優
れており、従来例と比較すると許容電力量は一桁以上増
加しているのがわかる。このように本発明によるマイク
ロストリップラインは、ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX バッファ層
を使用することにより、従来例と比較して使用可能なマ
イクロ波機器の領域を大幅に広げることが可能である。
【００３３】また、本実施例の試料２〜１０では、低入
力電力におけるＱ値は試料１のものと同程度であるが、
許容電力量ではさらに１０％程度高い値を有している。
したがって、本発明のマイクロストリップラインではＹ
Ｂａ2 Ｃｕ3 ＯX バッファ層のＹの一部を希土類元素で
置換することによってさらに性能向上がはかれることが
わかった。
力電力におけるＱ値は試料１のものと同程度であるが、
許容電力量ではさらに１０％程度高い値を有している。
したがって、本発明のマイクロストリップラインではＹ
Ｂａ2 Ｃｕ3 ＯX バッファ層のＹの一部を希土類元素で
置換することによってさらに性能向上がはかれることが
わかった。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、誘電体基
板の上面及び下面に形成した微細な結晶粒を有する薄い
酸化物超伝導体からなるバッファ層を介して上部ストリ
ップ導体及び下部接地導体を形成することにより、マイ
クロストリップラインの損失を大幅に低減させ、許容電
力量を大幅に向上させることができるという効果を有す
る。
板の上面及び下面に形成した微細な結晶粒を有する薄い
酸化物超伝導体からなるバッファ層を介して上部ストリ
ップ導体及び下部接地導体を形成することにより、マイ
クロストリップラインの損失を大幅に低減させ、許容電
力量を大幅に向上させることができるという効果を有す
る。
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図。
１ 誘電体基板 ２，４ バッファ層 ３ 上部ストリップ導体 ５ 下部接地導体
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｐ 11/00 ＺＡＡ Ｈ０１Ｐ 11/00 ＺＡＡＧ (56)参考文献 特開 平３−64101（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−4806（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−56581（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−37514（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−14302（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01P 3/08 C01G 1/00 H01B 12/06 H01B 13/00 H01L 27/18 H01L 39/00
Claims (3)
- 【請求項１】 誘電体基板を介して上部ストリップ導体
と下部接地導体とを平行に対向させて形成したマイクロ
ストリップラインにおいて、前記上部ストリップ導体お
よび下部接地導体がＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜からなる酸化
物超伝導体であり且つ前記上部ストリップ導体と前記誘
電体基板との間および前記下部接地導体と前記誘電体基
板との間のそれぞれに形成した結晶粒径が、０＜結晶粒
径≦５０ｎｍ、である微細な結晶粒を有するＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏx系のバッファ層を備えたことを特徴とするマイク
ロストリップライン。 - 【請求項２】 前記微細な結晶粒を有するバッファ層が
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx又は前記ＹＢａ2Ｃｕ3ＯxのＹの一部を
Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒのいずれか一種で置換したＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx系の組成
である請求項１記載のマイクロストリップライン。 - 【請求項３】 誘電体基板の温度をその上に形成する上
部ストリップ導体又は下部接地導体のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx
薄膜が良好な超伝導特性を得られる形成温度（６５０〜
７５０℃）よりも５０〜１５０℃低く設定した状態でＹ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏx系の酸化物超伝導材を前記誘電体基板の
上面および下面に蒸着して微細な結晶粒を有するバッフ
ァ層を形成する工程と、前記誘電体基板の温度を６５０
〜７５０℃に昇温して前記バッファ層の上にＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏx薄膜を堆積する工程と、前記誘電体基板の上面お
よび下面に形成した前記ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜およびバ
ッファ層をそれぞれ選択的に順次エッチングして前記誘
電体基板を介して平行に対向する上部ストリップ導体お
よび下部接地導体を形成する工程とを含むことを特徴と
するマイクロストリップラインの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6060440A JP2953298B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | マイクロストリップライン及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6060440A JP2953298B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | マイクロストリップライン及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07273510A JPH07273510A (ja) | 1995-10-20 |
| JP2953298B2 true JP2953298B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=13142341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6060440A Expired - Lifetime JP2953298B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | マイクロストリップライン及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2953298B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5186375B2 (ja) * | 2006-08-31 | 2013-04-17 | 清二 加川 | 高周波伝送線路用傾斜接合導電膜及びそれを用いた高周波伝送線路並びに高周波フィルタ |
| KR102571010B1 (ko) * | 2021-08-06 | 2023-08-25 | 중앙대학교 산학협력단 | 4d 프린팅을 이용한 마이크로 스트립 라인 및 그의 제조 방법 |
-
1994
- 1994-03-30 JP JP6060440A patent/JP2953298B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07273510A (ja) | 1995-10-20 |
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|---|---|---|---|
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