JP3101362B2 - 超電導ミキサ素子 - Google Patents
超電導ミキサ素子Info
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- JP3101362B2 JP3101362B2 JP03240539A JP24053991A JP3101362B2 JP 3101362 B2 JP3101362 B2 JP 3101362B2 JP 03240539 A JP03240539 A JP 03240539A JP 24053991 A JP24053991 A JP 24053991A JP 3101362 B2 JP3101362 B2 JP 3101362B2
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- mixer element
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-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D7/00—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
- H03D7/005—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing by means of superconductive devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ジョセフソン接合か
らなる超電導ミキサ素子に関するものである。
らなる超電導ミキサ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超電導体特有の現象であるジョセフソン
効果を利用した超電導ミキサ素子の研究は早くからなさ
れている。特にジョセフソン素子の研究においては、超
電導体／絶縁体／超電導体の積層構造を持つ、いわゆる
ＳＩＳトンネル接合素子が中心になり、超電導ミキサ素
子の研究もＳＩＳ準粒子ミキサに関するものが中心とな
っている（特公昭６０−３７９７号公報および特開昭６
１−７３３６９１号公報参照）。
効果を利用した超電導ミキサ素子の研究は早くからなさ
れている。特にジョセフソン素子の研究においては、超
電導体／絶縁体／超電導体の積層構造を持つ、いわゆる
ＳＩＳトンネル接合素子が中心になり、超電導ミキサ素
子の研究もＳＩＳ準粒子ミキサに関するものが中心とな
っている（特公昭６０−３７９７号公報および特開昭６
１−７３３６９１号公報参照）。
【０００３】しかし、昨今の電気通信技術の発達にとも
ない、通信衛生等を利用した情報通信分野においては、
より高い周波数帯域の需要が多くなり、それにともない
ミリ波、サブミリ波帯における受信器、すなわちジョセ
フソンミキサの重要性も見直されてきている。
ない、通信衛生等を利用した情報通信分野においては、
より高い周波数帯域の需要が多くなり、それにともない
ミリ波、サブミリ波帯における受信器、すなわちジョセ
フソンミキサの重要性も見直されてきている。
【０００４】従来、Ｎｂ等の金属系超電導体あるいはＹ
ＢａＣｕＯ系、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系、ＴｌＳｒＣａＣ
ｕＯ系などに代表される酸化物超電導体において作製さ
れたジョセフソンミキサは、実験室レベルにおいては、
ポイントコンタクト型やクラックジャンクション型の素
子でその特性が得られている。
ＢａＣｕＯ系、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系、ＴｌＳｒＣａＣ
ｕＯ系などに代表される酸化物超電導体において作製さ
れたジョセフソンミキサは、実験室レベルにおいては、
ポイントコンタクト型やクラックジャンクション型の素
子でその特性が得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ポイントコン
タクト型素子の欠点である接触部における表面酸化（劣
化）、ヒートサイクルにおける特性の劣化や経時変化、
再現性が得られないなどの種々の問題からそれらの実用
化は難しい。
タクト型素子の欠点である接触部における表面酸化（劣
化）、ヒートサイクルにおける特性の劣化や経時変化、
再現性が得られないなどの種々の問題からそれらの実用
化は難しい。
【０００６】また、これらの問題が比較的少ないウイー
クリンク型の素子（弱結合素子）に関しては、その素子
インピーダンスが低いため、ミキシング後の中間周波出
力を効率良く取出し、後段の中間周波増幅器へ導くこと
が難しいという欠点を持っている。
クリンク型の素子（弱結合素子）に関しては、その素子
インピーダンスが低いため、ミキシング後の中間周波出
力を効率良く取出し、後段の中間周波増幅器へ導くこと
が難しいという欠点を持っている。
【０００７】この発明は、中間周波出力を効率よく取り
出すことができる超電導ミキサ素子を提供することを目
的とする。
出すことができる超電導ミキサ素子を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明による超電導ミ
キサ素子は、ジョセフソン接合からなる超電導ミキサ素
子において、中間周波出力取出部にチューナブルインピ
ーダンスマッチング回路を設け、上記チューナブルイン
ピーダンスマッチング回路が、一対のミアンダータイプ
の超電導薄膜インダクタからなり、上記一対の超電導薄
膜インダクタのうち少なくとも一方が、薄膜ヒータ上に
絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする。
キサ素子は、ジョセフソン接合からなる超電導ミキサ素
子において、中間周波出力取出部にチューナブルインピ
ーダンスマッチング回路を設け、上記チューナブルイン
ピーダンスマッチング回路が、一対のミアンダータイプ
の超電導薄膜インダクタからなり、上記一対の超電導薄
膜インダクタのうち少なくとも一方が、薄膜ヒータ上に
絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする。
【０００９】
【００１０】
【作用】ジョセフソン接合からなる超電導ミキサ素子に
おいて、中間周波出力取出部にチューナブルインピーダ
ンスマッチング回路が設けられているので、中間周波出
力を効率よく取り出すことができる。
おいて、中間周波出力取出部にチューナブルインピーダ
ンスマッチング回路が設けられているので、中間周波出
力を効率よく取り出すことができる。
【００１１】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
【００１２】図１は、超電導ミキサ素子を示している。
【００１３】超電導ミキサ素子は、基板１上に形成され
た超電導体からなる検出素子２と、基板１上に形成され
かつ検出素子２と超電導ミキサ素子に接続される図示し
ない中間周波数増幅器とのインピーダンスマッチングを
行うためのチューナブルインピーダンスマツチング回路
３とからなる。
た超電導体からなる検出素子２と、基板１上に形成され
かつ検出素子２と超電導ミキサ素子に接続される図示し
ない中間周波数増幅器とのインピーダンスマッチングを
行うためのチューナブルインピーダンスマツチング回路
３とからなる。
【００１４】チューナブルインピーダンスマツチング回
路３は一対のミアンダータイプの超電導薄膜インダクタ
４および５を備えている。出力側のインダクタ５は、基
板１上に形成された薄膜ヒータ６上に絶縁層を介して形
成されている。
路３は一対のミアンダータイプの超電導薄膜インダクタ
４および５を備えている。出力側のインダクタ５は、基
板１上に形成された薄膜ヒータ６上に絶縁層を介して形
成されている。
【００１５】検出素子２は、次のようにして作成され
る。
る。
【００１６】まず、Ｙ2 Ｏ3 とＢａＣＯ3 とＣｕＯ粉末
を用意し、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３の比率で秤量
後、約１トン／ｃｍ2 の圧力でプレスして原材料ペレッ
トを形成する。このペレットをアルゴンアークなどによ
って２０００℃以上に加熱して数秒間溶融し、続いてこ
の溶融ペレットを１０3 ℃／ｓｅｃ程度で急冷して酸化
物超電導体素材を得る。
を用意し、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３の比率で秤量
後、約１トン／ｃｍ2 の圧力でプレスして原材料ペレッ
トを形成する。このペレットをアルゴンアークなどによ
って２０００℃以上に加熱して数秒間溶融し、続いてこ
の溶融ペレットを１０3 ℃／ｓｅｃ程度で急冷して酸化
物超電導体素材を得る。
【００１７】次に、この素材を１ｍｍ以下、好ましくは
０．３ｍｍ以下の厚みにスライスし、そのスライス素材
を酸素、あるいは空気などの酸化雰囲気中で、該スライ
ス素材の融点以下の、例えば１０００℃、３時間のアニ
ール処理を施してそのスライス内に酸素を均一に取り込
んでＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-r で表される単一相の酸化物超
電導スライスを形成する。
０．３ｍｍ以下の厚みにスライスし、そのスライス素材
を酸素、あるいは空気などの酸化雰囲気中で、該スライ
ス素材の融点以下の、例えば１０００℃、３時間のアニ
ール処理を施してそのスライス内に酸素を均一に取り込
んでＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-r で表される単一相の酸化物超
電導スライスを形成する。
【００１８】次に、酸化物超電導スライスを基板１に接
着する。上記方法で得られたＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-r のス
ライスの熱膨張係数は、１６０×１０-7／℃前後であ
る。基板１としては、熱膨張係数がスライスの熱膨張係
数とほぼ等しいＺｎＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系が用い
られる。すなわち、このＺｎＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2
系結晶化ガラスの熱膨張係数は、１４０〜１６０×１０
-7／℃であり、スライスのそれと極めて近似している。
着する。上記方法で得られたＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-r のス
ライスの熱膨張係数は、１６０×１０-7／℃前後であ
る。基板１としては、熱膨張係数がスライスの熱膨張係
数とほぼ等しいＺｎＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系が用い
られる。すなわち、このＺｎＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2
系結晶化ガラスの熱膨張係数は、１４０〜１６０×１０
-7／℃であり、スライスのそれと極めて近似している。
【００１９】そして、このスライスと基板１との接着に
は、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ａｌ2 Ｏ−ＳｉＯ2 系であって、
ＰｂＯが２０〜７０原子％の組成を有するフリットガラ
ス（図示略）を用いて行われる。この組成のフリットガ
ラスの熱膨張係数は、上記スライスおよび基板１のそれ
と近似した、１２０×１０-7／℃であり、また、その軟
化温度は３００℃程度である。
は、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ａｌ2 Ｏ−ＳｉＯ2 系であって、
ＰｂＯが２０〜７０原子％の組成を有するフリットガラ
ス（図示略）を用いて行われる。この組成のフリットガ
ラスの熱膨張係数は、上記スライスおよび基板１のそれ
と近似した、１２０×１０-7／℃であり、また、その軟
化温度は３００℃程度である。
【００２０】基板１にスライスを接着するには、ＺｎＯ
−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系結晶化ガラスからなる基板１
の表面にＰｂＯ−ＺｎＯ−Ａｌ2 Ｏ−ＳｉＯ2 系フリッ
トガラスを塗布し、その上に酸化物超電導スライス４を
載置した状態で４００℃〜５００℃で約３０分間加熱
し、常温に戻す。この系のフリットガラスは、結晶化ガ
ラス基板１に対しても、また酸化物超電導スライスに対
しても良好な接着状態を呈するので、結果的にスライス
は基板１に強固に接着される。
−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系結晶化ガラスからなる基板１
の表面にＰｂＯ−ＺｎＯ−Ａｌ2 Ｏ−ＳｉＯ2 系フリッ
トガラスを塗布し、その上に酸化物超電導スライス４を
載置した状態で４００℃〜５００℃で約３０分間加熱
し、常温に戻す。この系のフリットガラスは、結晶化ガ
ラス基板１に対しても、また酸化物超電導スライスに対
しても良好な接着状態を呈するので、結果的にスライス
は基板１に強固に接着される。
【００２１】このように基板１とスライスとこの両者を
接着するフリットガラスの熱膨張係数が似通っているの
で、接着工程での加熱処理およびその後の冷却時におい
てもスライスにはほとんど歪みは生じない。
接着するフリットガラスの熱膨張係数が似通っているの
で、接着工程での加熱処理およびその後の冷却時におい
てもスライスにはほとんど歪みは生じない。
【００２２】次に、スライスを基板１に接着した状態
で、スライス表面を厚さ１０〜５０μｍ程度研磨する。
この後、イオンビームスパッタや化学エッチング、ある
いはレーザバターニングなどの方法を用いて、図１に示
すように中央部に両端部より幅狭のくびれ部２ａを形成
する。くびれ部２ａの寸法は、例えば幅０．０３〜０．
３ｍｍ、長さ０．０５〜０．５ｍｍ程度である。これに
より、検出素子２が得られる。図１において、２ｂはバ
イアス電流端子部であり、２ｃは中間周波出力端子部で
ある。
で、スライス表面を厚さ１０〜５０μｍ程度研磨する。
この後、イオンビームスパッタや化学エッチング、ある
いはレーザバターニングなどの方法を用いて、図１に示
すように中央部に両端部より幅狭のくびれ部２ａを形成
する。くびれ部２ａの寸法は、例えば幅０．０３〜０．
３ｍｍ、長さ０．０５〜０．５ｍｍ程度である。これに
より、検出素子２が得られる。図１において、２ｂはバ
イアス電流端子部であり、２ｃは中間周波出力端子部で
ある。
【００２３】チューナブルインピーダンスマツチング回
路３は、次のようにして作られる。基板１上における検
出素子２の中間周波出力取出部に、検出素子２の中間周
波出力端子部２ｃに両端が接続されるように、第１のミ
アンダータイプの超電導薄膜インダクタ４を形成する。
さらに、基板３上における中間増幅器接続側に、ニクロ
ム等の高抵抗材料からなる薄膜ヒータ６を形成する。こ
のヒータ６の上面に絶縁層を形成したのち、インダクタ
４に対向する第２のミアンダータイプの超電導薄膜イン
ダクタ５を形成する。６ａはヒータ電流端子部である。
インダクタ５の両端には、図示しない中間周波増幅器が
接続される。
路３は、次のようにして作られる。基板１上における検
出素子２の中間周波出力取出部に、検出素子２の中間周
波出力端子部２ｃに両端が接続されるように、第１のミ
アンダータイプの超電導薄膜インダクタ４を形成する。
さらに、基板３上における中間増幅器接続側に、ニクロ
ム等の高抵抗材料からなる薄膜ヒータ６を形成する。こ
のヒータ６の上面に絶縁層を形成したのち、インダクタ
４に対向する第２のミアンダータイプの超電導薄膜イン
ダクタ５を形成する。６ａはヒータ電流端子部である。
インダクタ５の両端には、図示しない中間周波増幅器が
接続される。
【００２４】検出素子２と中間周波増幅器とのインピー
ダンスマッチングは、インダクタ４とインダクタ５のＬ
結合により行われる。その際、ヒータ６の温度が制御さ
れることにより、インダクタ４、５間の結合度が調整さ
れ、中間周波出力が効果的に取り出される。
ダンスマッチングは、インダクタ４とインダクタ５のＬ
結合により行われる。その際、ヒータ６の温度が制御さ
れることにより、インダクタ４、５間の結合度が調整さ
れ、中間周波出力が効果的に取り出される。
【００２５】上記実施例では、基板１としてガラス基板
が用いられているが、アルミナ、ＭｇＯ等の絶縁単結晶
基板を用いてもよい。
が用いられているが、アルミナ、ＭｇＯ等の絶縁単結晶
基板を用いてもよい。
【００２６】絶縁単結晶基板を用いた場合には、検出素
子２、インダクタ４およびヒータ６は、たとえば、基板
上にスパッタリング法で形成される。また、インダクタ
５は、ヒータ６に絶縁層を形成した後、たとえば、スパ
ッタリング法で形成される。
子２、インダクタ４およびヒータ６は、たとえば、基板
上にスパッタリング法で形成される。また、インダクタ
５は、ヒータ６に絶縁層を形成した後、たとえば、スパ
ッタリング法で形成される。
【００２７】図２は、上記超電導ミキサ素子を用いた検
出回路を示している。
出回路を示している。
【００２８】超電導ミキサ素子１０には、信号波ＲＦと
局部発信波ＬＯが入力される。超電導ミキサ素子１０の
出力は、バンドパスフィルタ１１を介して中間周波増幅
器１２に送られ、中間周波増幅器１２から中間周波出力
が得られる。
局部発信波ＬＯが入力される。超電導ミキサ素子１０の
出力は、バンドパスフィルタ１１を介して中間周波増幅
器１２に送られ、中間周波増幅器１２から中間周波出力
が得られる。
【００２９】表１には、チューナブルインピーダンスマ
ッチング回路３が設けられていない従来の超電導ミキサ
素子（従来例）の中間周波増幅器（ＩＦ増幅器）の出力
と、チューナブルインピーダンスマッチング回路３を有
する超電導ミキサ素子であってヒータ電流が異なる複数
の実施例の中間周波増幅器の出力を示している。中間周
波出力の周波数は５０ＭＨｚである。
ッチング回路３が設けられていない従来の超電導ミキサ
素子（従来例）の中間周波増幅器（ＩＦ増幅器）の出力
と、チューナブルインピーダンスマッチング回路３を有
する超電導ミキサ素子であってヒータ電流が異なる複数
の実施例の中間周波増幅器の出力を示している。中間周
波出力の周波数は５０ＭＨｚである。
【００３０】
【表１】
【００３１】表１からわかるように、チューナブルイン
ピーダンスマッチング回路３を有する超電導ミキサ素子
においては、ヒータ電流を調整することにより、ミキシ
ング出力が従来より８ｄＢ向上した。
ピーダンスマッチング回路３を有する超電導ミキサ素子
においては、ヒータ電流を調整することにより、ミキシ
ング出力が従来より８ｄＢ向上した。
【００３２】
【発明の効果】この発明によれば、中間周波出力を効率
よく取り出すことができる。
よく取り出すことができる。
【図１】この発明の実施例を示す超電導ミキサ素子の斜
視図である。
視図である。
【図２】超電導ミキサ素子を用いた検出回路を示す回路
図である。
図である。
１ 基板 ２ 検出素子 ３ チューナブルインピーダンスマッチング回路 ４ インダクタ ５ インダクタ ６ ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−245605（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−315306（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/22 ZAA H03D 7/00 H03D 9/00 - 9/06 H03K 19/195 H03F 19/00
Claims (1)
- 【請求項１】 ジョセフソン接合からなる超電導ミキサ
素子において、中間周波出力取出部にチューナブルイン
ピーダンスマッチング回路を設け、上記チューナブルイ
ンピーダンスマッチング回路が、一対のミアンダータイ
プの超電導薄膜インダクタからなり、上記一対の超電導
薄膜インダクタのうち少なくとも一方が、薄膜ヒータ上
に絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする超電
導ミキサ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03240539A JP3101362B2 (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 超電導ミキサ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03240539A JP3101362B2 (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 超電導ミキサ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555647A JPH0555647A (ja) | 1993-03-05 |
| JP3101362B2 true JP3101362B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=17061041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03240539A Expired - Fee Related JP3101362B2 (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 超電導ミキサ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3101362B2 (ja) |
Families Citing this family (21)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0611290B2 (ja) * | 1986-11-05 | 1994-02-16 | 住友ベークライト株式会社 | ポリビニルアルコ−ルゲルのγ線滅菌法 |
| WO2019160573A2 (en) | 2017-05-16 | 2019-08-22 | PsiQuantum Corp. | Superconducting signal amplifier |
| WO2019160572A2 (en) | 2017-05-16 | 2019-08-22 | PsiQuantum Corp. | Gated superconducting photon detector |
| US10566516B2 (en) | 2017-07-28 | 2020-02-18 | PsiQuantum Corp. | Photodetector with superconductor nanowire transistor based on interlayer heat transfer |
| US10374611B2 (en) | 2017-10-05 | 2019-08-06 | PsiQuantum Corp. | Superconducting logic components |
| US10461445B2 (en) * | 2017-11-13 | 2019-10-29 | PsiQuantum Corp. | Methods and devices for impedance multiplication |
| WO2019157077A1 (en) | 2018-02-06 | 2019-08-15 | PsiQuantum Corp. | Superconducting photon detector |
| WO2019160869A1 (en) | 2018-02-14 | 2019-08-22 | PsiQuantum Corp. | Superconducting logic components |
| WO2019213147A1 (en) | 2018-05-01 | 2019-11-07 | PsiQuantum Corp. | Photon number resolving superconducting detector |
| US10984857B2 (en) | 2018-08-16 | 2021-04-20 | PsiQuantum Corp. | Superconductive memory cells and devices |
| US10573800B1 (en) | 2018-08-21 | 2020-02-25 | PsiQuantum Corp. | Superconductor-to-insulator devices |
| US11101215B2 (en) | 2018-09-19 | 2021-08-24 | PsiQuantum Corp. | Tapered connectors for superconductor circuits |
| US11719653B1 (en) | 2018-09-21 | 2023-08-08 | PsiQuantum Corp. | Methods and systems for manufacturing superconductor devices |
| WO2020162993A1 (en) | 2018-10-27 | 2020-08-13 | PsiQuantum Corp. | Superconductor switch |
| US10944403B2 (en) | 2018-10-27 | 2021-03-09 | PsiQuantum Corp. | Superconducting field-programmable gate array |
| US11289590B1 (en) | 2019-01-30 | 2022-03-29 | PsiQuantum Corp. | Thermal diode switch |
| US11569816B1 (en) | 2019-04-10 | 2023-01-31 | PsiQuantum Corp. | Superconducting switch |
| US11009387B2 (en) | 2019-04-16 | 2021-05-18 | PsiQuantum Corp. | Superconducting nanowire single photon detector and method of fabrication thereof |
| US11380731B1 (en) | 2019-09-26 | 2022-07-05 | PsiQuantum Corp. | Superconducting device with asymmetric impedance |
| US11585695B1 (en) | 2019-10-21 | 2023-02-21 | PsiQuantum Corp. | Self-triaging photon detector |
| US11994426B1 (en) | 2019-11-13 | 2024-05-28 | PsiQuantum Corp. | Scalable photon number resolving photon detector |
-
1991
- 1991-08-26 JP JP03240539A patent/JP3101362B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0555647A (ja) | 1993-03-05 |
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