JP7138257B1 - 導波素子 - Google Patents
導波素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7138257B1 JP7138257B1 JP2022038249A JP2022038249A JP7138257B1 JP 7138257 B1 JP7138257 B1 JP 7138257B1 JP 2022038249 A JP2022038249 A JP 2022038249A JP 2022038249 A JP2022038249 A JP 2022038249A JP 7138257 B1 JP7138257 B1 JP 7138257B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- inorganic material
- material substrate
- substrate
- waveguide member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 162
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 90
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims abstract description 90
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 31
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 3
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 28
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 23
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N nobelium Chemical compound [No] ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 3
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910026161 MgAl2O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001328 terahertz time-domain spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Waveguides (AREA)
Abstract
【課題】３０ＧＨｚ以上の電磁波を導波する場合であっても、優れた低伝搬損失性能を確保できる導波素子を提供する。【解決手段】導波素子１００は導波部材１０を備える。導波部材１０は、無機材料基板１と、無機材料基板１の上部に設けられる導体層とを備える。当該無機材料基板の厚みｔは、下記式（１）を満たす。TIFF0007138257000007.tif42127式中、ｔは、無機材料基板の厚みを表す。λは、導波部材に導波される電磁波の波長を表す。εは、無機材料基板の比誘電率を表す。ａは、３以上の数値を表す。【選択図】図１
Description
本発明は、導波素子に関する。
ミリ波～テラヘルツ波を導波する素子の１つとして、導波素子の開発が進められている。導波素子は、光導波路、次世代高速通信、センサ、レーザー加工、太陽光発電等の幅広い分野への応用および展開が期待されている。このような導波素子の一例として、厚み２ｍｍの透明基板と、透明基板上に設けられるアンテナ導体と、透明基板におけるアンテナ導体と反対側の面に設けられる透明導電膜とを備えるマイクロストリップアンテナを用いた技術が提案されている（特許文献１）。
しかし、このような技術によれば、ミリ波～テラヘルツ波を導波すると、伝搬損失が顕著に増大するという問題がある。
しかし、このような技術によれば、ミリ波～テラヘルツ波を導波すると、伝搬損失が顕著に増大するという問題がある。
本発明の主たる目的は、周波数が３０ＧＨｚ以上である高周波数の電磁波を導波する場合であっても、優れた低伝搬損失性能を確保できる導波素子を提供することにある。
本発明の実施形態による導波素子は、周波数が３０ＧＨｚ以上２０ＴＨｚ以下である電磁波を導波可能な導波部材を備えている。前記導波部材は、無機材料基板と；前記無機材料基板の上部に設けられる導体層と；を備えている。前記無機材料基板の厚みｔは、下記式（１）を満たしている。
（式中、ｔは、無機材料基板の厚みを表す。λは、導波部材に導波される電磁波の波長を表す。εは、無機材料基板の比誘電率を表す。ａは、３以上の数値を表す。）
１つの実施形態においては、上記式（１）において、ａが６以上の数値を表す。
１つの実施形態においては、上記無機材料基板の３００ＧＨｚにおける比誘電率εと誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδは、それぞれ３．５以上１２．０以下、０．００３以下である。
１つの実施形態においては、上記無機材料基板は、石英ガラス基板である。
１つの実施形態においては、上記導体層は、コプレーナ型電極である。
１つの実施形態においては、上記導波部材を伝搬する電磁波の周波数が３０ＧＨｚ以上５ＴＨｚ以下において、上記無機材料基板の厚みは、１０μｍ以上である。
１つの実施形態においては、上記導波素子は、上記無機材料基板において、上記導体層が形成される面とは反対側の面に接地電極を備えている。
１つの実施形態においては、上記導体層は、マイクロストリップ型電極であって、上記導波素子は、上記無機材料基板において、上記導体層が形成される面とは反対側の面に接地電極を備えている。
１つの実施形態においては、上記導波素子は、上記導波部材の下部に設けられ、上記導波部材を支持する支持基板を備えている。
１つの実施形態においては、上記式（１）において、ａが６以上の数値を表す。
１つの実施形態においては、上記無機材料基板の３００ＧＨｚにおける比誘電率εと誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδは、それぞれ３．５以上１２．０以下、０．００３以下である。
１つの実施形態においては、上記無機材料基板は、石英ガラス基板である。
１つの実施形態においては、上記導体層は、コプレーナ型電極である。
１つの実施形態においては、上記導波部材を伝搬する電磁波の周波数が３０ＧＨｚ以上５ＴＨｚ以下において、上記無機材料基板の厚みは、１０μｍ以上である。
１つの実施形態においては、上記導波素子は、上記無機材料基板において、上記導体層が形成される面とは反対側の面に接地電極を備えている。
１つの実施形態においては、上記導体層は、マイクロストリップ型電極であって、上記導波素子は、上記無機材料基板において、上記導体層が形成される面とは反対側の面に接地電極を備えている。
１つの実施形態においては、上記導波素子は、上記導波部材の下部に設けられ、上記導波部材を支持する支持基板を備えている。
本発明の実施形態によれば、周波数が３０ＧＨｚ以上である高周波数の電磁波を導波する場合であっても、優れた低伝搬損失性能を確保できる導波素子を実現することができる。
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
Ａ．導波素子の全体構成
Ａ－１．導波素子１００の全体構成
図１は、本発明の１つの実施形態による導波素子の概略斜視図であり；図２は、図１の導波素子のＩＩ－ＩＩ´断面図である。
図示例の導波素子１００は、導波部材１０を備えている。導波部材１０は、周波数が３０ＧＨｚ以上２０ＴＨｚ以下である電磁波、言い換えれば、ミリ波～テラヘルツ波の電磁波を導波可能である。なお、ミリ波とは、代表的には周波数が３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚ程度の電磁波であり；テラヘルツ波とは、代表的には周波数が３００ＧＨｚ～２０ＴＨｚ程度の電磁波である。
導波部材１０は、無機材料基板１と；無機材料基板１の上部に設けられる導体層６と；を備える。無機材料基板１の厚みは、下記式（１）を満たす。
（式中、ｔは、無機材料基板の厚みを表す。λは、導波部材に導波される電磁波の波長を表す。εは、無機材料基板の比誘電率を表す。ａは、３以上の数値を表す。）
無機材料基板の厚みが上記式（１）を満足すると、導波部材が上記した高周波数の電磁波を導波する場合であっても、スラブモードの誘起を抑制でき、導波部材が支持基板に支持される構成では基板共振の発生を抑制できる。
そのため、上記導波素子は、上記した高周波数の電磁波を導波する場合であっても、伝搬損失が増大することを抑制でき、優れた低伝搬損失性能を確保できる。
また、導波素子は小型化の開発が進められており、将来的には回路の集積化が見込まれるため、導波部材（線路構造）もそれに伴う小型化が求められると予想される。上記の導波素子では、導波部材（線路構造）が備える無機材料基板の薄板化が図られているので、優れた低伝搬損失性能を確保しながら、小型化の要望にも対応することができる。
Ａ．導波素子の全体構成
Ａ－１．導波素子１００の全体構成
図１は、本発明の１つの実施形態による導波素子の概略斜視図であり；図２は、図１の導波素子のＩＩ－ＩＩ´断面図である。
図示例の導波素子１００は、導波部材１０を備えている。導波部材１０は、周波数が３０ＧＨｚ以上２０ＴＨｚ以下である電磁波、言い換えれば、ミリ波～テラヘルツ波の電磁波を導波可能である。なお、ミリ波とは、代表的には周波数が３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚ程度の電磁波であり；テラヘルツ波とは、代表的には周波数が３００ＧＨｚ～２０ＴＨｚ程度の電磁波である。
導波部材１０は、無機材料基板１と；無機材料基板１の上部に設けられる導体層６と；を備える。無機材料基板１の厚みは、下記式（１）を満たす。
無機材料基板の厚みが上記式（１）を満足すると、導波部材が上記した高周波数の電磁波を導波する場合であっても、スラブモードの誘起を抑制でき、導波部材が支持基板に支持される構成では基板共振の発生を抑制できる。
そのため、上記導波素子は、上記した高周波数の電磁波を導波する場合であっても、伝搬損失が増大することを抑制でき、優れた低伝搬損失性能を確保できる。
また、導波素子は小型化の開発が進められており、将来的には回路の集積化が見込まれるため、導波部材（線路構造）もそれに伴う小型化が求められると予想される。上記の導波素子では、導波部材（線路構造）が備える無機材料基板の薄板化が図られているので、優れた低伝搬損失性能を確保しながら、小型化の要望にも対応することができる。
１つの実施形態において、上記式（１）において、ａは６以上の数値を表す。
無機材料基板の厚みが、ａが６以上の数値を表す式（１）を満足すると、上記した高周波数の電磁波を導波する場合の伝搬損失の低減を安定して図ることができる。
無機材料基板の厚みが、ａが６以上の数値を表す式（１）を満足すると、上記した高周波数の電磁波を導波する場合の伝搬損失の低減を安定して図ることができる。
無機材料基板１の３００ＧＨｚにおける比誘電率εは、代表的には３．５以上であり、代表的には１２．０以下、好ましくは１０．０以下、より好ましくは５．０以下である。
無機材料基板１の３００ＧＨｚにおける誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδは、代表的には０．００３０以下、好ましくは０．００２０以下、より好ましくは０．００１５以下である。
無機材料基板の比誘電率εおよび誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδが上記の範囲であると、上記した高周波数の電磁波（特に３００ＧＨｚ以上の電磁波）を導波する場合の伝搬損失の低減をより安定して図り得る。なお、比誘電率εおよび誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδは、テラヘルツ時間領域分光法によって測定できる。また、本明細書において、比誘電率および誘電正接に関して測定周波数の言及がない場合、３００ＧＨｚにおける比誘電率および誘電正接を意味する。
無機材料基板１の３００ＧＨｚにおける誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδは、代表的には０．００３０以下、好ましくは０．００２０以下、より好ましくは０．００１５以下である。
無機材料基板の比誘電率εおよび誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδが上記の範囲であると、上記した高周波数の電磁波（特に３００ＧＨｚ以上の電磁波）を導波する場合の伝搬損失の低減をより安定して図り得る。なお、比誘電率εおよび誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδは、テラヘルツ時間領域分光法によって測定できる。また、本明細書において、比誘電率および誘電正接に関して測定周波数の言及がない場合、３００ＧＨｚにおける比誘電率および誘電正接を意味する。
上記式（１）を満たす無機材料基板１の厚みは、具体的には１μｍ以上、好ましくは２μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上であり、例えば１７００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下である。また、導波部材を伝搬する電磁波の周波数が３０ＧＨｚ以上５ＴＨｚ以下である場合、無機材料基板１の厚みは、好ましくは１０μｍ以上である。
無機材料基板１の厚みが上記下限を下回ると、導波素子を構成する電極の厚みや幅が数μｍ程度まで小さくなり、表皮効果による影響で伝搬損失が大きくなることに加え、製造ばらつきによる線路性能のトレランスが著しく低下する。
無機材料基板１の厚みが上記上限以下であると、スラブモードの誘起や基板共振の発生が抑制され、広い周波数範囲にわたって伝搬損失が小さい（すなわち、広帯域の）導波素子を実現できる。
無機材料基板１の厚みが上記下限を下回ると、導波素子を構成する電極の厚みや幅が数μｍ程度まで小さくなり、表皮効果による影響で伝搬損失が大きくなることに加え、製造ばらつきによる線路性能のトレランスが著しく低下する。
無機材料基板１の厚みが上記上限以下であると、スラブモードの誘起や基板共振の発生が抑制され、広い周波数範囲にわたって伝搬損失が小さい（すなわち、広帯域の）導波素子を実現できる。
図示例の導波部材１０は、コプレーナ線路を構成する。すなわち、導波部材１０の導体層６は、コプレーナ型電極２である。
コプレーナ型電極２は、無機材料基板１の上面に設けられている。コプレーナ型電極２は、信号電極２ａと、第１接地電極２ｂと、第２接地電極２ｃとからなる。信号電極２ａは、所定方向に延びる線形状を有している。信号電極２ａの幅ｗは、例えば２μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、例えば２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下である。第１接地電極２ｂは、信号電極２ａの長手方向と直交する方向に信号電極２ａに対して間隔を空けて配置されている。第２接地電極２ｃは、信号電極２ａの長手方向と直交する方向において、信号電極２ａに対して第１接地電極２ｂの反対側に位置し、信号電極２ａに対して間隔を空けて配置されている。これによって、信号電極２ａと、接地電極２ｂ、２ｃとの間には、信号電極２ａの長手方向に延びる空隙部（スリット）が形成される。当該空隙部（スリット）の幅ｇは、例えば２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、例えば１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下である。
コプレーナ型電極２は、無機材料基板１の上面に設けられている。コプレーナ型電極２は、信号電極２ａと、第１接地電極２ｂと、第２接地電極２ｃとからなる。信号電極２ａは、所定方向に延びる線形状を有している。信号電極２ａの幅ｗは、例えば２μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、例えば２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下である。第１接地電極２ｂは、信号電極２ａの長手方向と直交する方向に信号電極２ａに対して間隔を空けて配置されている。第２接地電極２ｃは、信号電極２ａの長手方向と直交する方向において、信号電極２ａに対して第１接地電極２ｂの反対側に位置し、信号電極２ａに対して間隔を空けて配置されている。これによって、信号電極２ａと、接地電極２ｂ、２ｃとの間には、信号電極２ａの長手方向に延びる空隙部（スリット）が形成される。当該空隙部（スリット）の幅ｇは、例えば２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、例えば１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下である。
このようなコプレーナ線路では、コプレーナ型電極２に電圧が印加されると、信号電極２ａと接地電極２ｂ、２ｃとの間に電界が生じる。上記した高周波数の電磁波は、導波素子１００に入力されると、信号電極２ａと接地電極２ｂ、２ｃとの間に生じた電界と結合して、無機材料基板１中を伝搬する。
図示例の導波素子１００は、導波部材１０の下部に設けられ、導波部材１０を支持する支持基板２０をさらに備える。
導波素子が支持基板を備えると、導波素子の機械的強度を高めることができる一方、導波部材が上記した高周波数の電磁波を導波したときに、基板を含めた厚みで基板共振が起こり、伝搬損失が増加する場合がある。
しかし、上記の構成では、無機材料基板の厚みが上記式（１）を満足しており、かつ、支持基板と導波部材との誘電率が異なるので、導波部材が上記した高周波数の電磁波を導波する場合であっても、基板共振の発生も抑制できる。そのため、上記導波素子が、支持基板を備え、かつ、上記した高周波数の電磁波を導波する場合であっても、伝搬損失が増大することを抑制できる。
この観点から、導波部材と支持基板の誘電率は差が大きいほどよく、さらに支持基板の誘電率は導波部材の誘電率より小さい方がよい。また、支持基板の誘電率が、導波部材の誘電率よりも大きい場合には、誘電率の小さい層を導波部材と支持基板との間に設けてもよい。
さらに、完全に基板共振を抑制するために、後述のようにグランド付きコプレーナ線路やマイクロストリップ線路を採用することができる。
導波素子が支持基板を備えると、導波素子の機械的強度を高めることができる一方、導波部材が上記した高周波数の電磁波を導波したときに、基板を含めた厚みで基板共振が起こり、伝搬損失が増加する場合がある。
しかし、上記の構成では、無機材料基板の厚みが上記式（１）を満足しており、かつ、支持基板と導波部材との誘電率が異なるので、導波部材が上記した高周波数の電磁波を導波する場合であっても、基板共振の発生も抑制できる。そのため、上記導波素子が、支持基板を備え、かつ、上記した高周波数の電磁波を導波する場合であっても、伝搬損失が増大することを抑制できる。
この観点から、導波部材と支持基板の誘電率は差が大きいほどよく、さらに支持基板の誘電率は導波部材の誘電率より小さい方がよい。また、支持基板の誘電率が、導波部材の誘電率よりも大きい場合には、誘電率の小さい層を導波部材と支持基板との間に設けてもよい。
さらに、完全に基板共振を抑制するために、後述のようにグランド付きコプレーナ線路やマイクロストリップ線路を採用することができる。
図示例の導波素子１００では、導波部材を支持する支持基板を備えているが、本発明の導波素子は、支持基板を備えなくてもよい。言い換えれば、導波素子は、導波部材のみからなってもよい。後述する導波素子１０１および導波素子１０２においても同様である。
Ａ－２．導波素子１０１の全体構成
図３は、本発明の別の実施形態による導波素子の概略斜視図であり；図４は、図３の導波素子のＩＶ－ＩＶ´断面図である。
図示例の導波素子１０１では、導波部材１１が、グランド付きコプレーナ線路を構成し、コプレーナ型電極２と、無機材料基板１と、接地電極３とを備えている。接地電極３は、無機材料基板１において、コプレーナ型電極２（導体層６）が形成される面とは反対側の面に設けられている。図示例の導波素子１０１において、接地電極３は、無機材料基板１と支持基板２０との間に位置する。
導波部材１１が接地電極３を備えていると、信号電極２ａと接地電極２ｂ、２ｃとの間に生じる電界が、無機材料基板１から支持基板２０に漏洩することを抑制し、基板共振や浮遊容量発生による伝搬損失低減を抑制できる。
信号電極２ａの幅ｗは、例えば２μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、例えば３００μｍ以下、好ましくは２５０μｍ以下である。空隙部（スリット）の幅ｇは、例えば２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、例えば２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下である。
図３は、本発明の別の実施形態による導波素子の概略斜視図であり；図４は、図３の導波素子のＩＶ－ＩＶ´断面図である。
図示例の導波素子１０１では、導波部材１１が、グランド付きコプレーナ線路を構成し、コプレーナ型電極２と、無機材料基板１と、接地電極３とを備えている。接地電極３は、無機材料基板１において、コプレーナ型電極２（導体層６）が形成される面とは反対側の面に設けられている。図示例の導波素子１０１において、接地電極３は、無機材料基板１と支持基板２０との間に位置する。
導波部材１１が接地電極３を備えていると、信号電極２ａと接地電極２ｂ、２ｃとの間に生じる電界が、無機材料基板１から支持基板２０に漏洩することを抑制し、基板共振や浮遊容量発生による伝搬損失低減を抑制できる。
信号電極２ａの幅ｗは、例えば２μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、例えば３００μｍ以下、好ましくは２５０μｍ以下である。空隙部（スリット）の幅ｇは、例えば２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、例えば２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下である。
また、図７および図８に示すように、接地電極２ｂ、２ｃと、接地電極３とは導通していてもよい。接地電極２ｂ、２ｃと接地電極３とが導通していると、グランドを強化でき、周囲の線路や素子による浮遊容量を抑制できる。
図示例では、無機材料基板１に複数のビアホールが形成されており、各ビアホール内に位置するビア５によって、第１接地電極２ｂおよび接地電極３と、第２接地電極２ｃおよび接地電極３とのそれぞれが、短絡されている。第１接地電極２ｂおよび接地電極３を短絡するビア５と、第２接地電極２ｃおよび接地電極３を短絡するビア５とは、信号電極２ａの長手方向と交差する方向に互いに間隔を空けて配置されている。ビア５は、代表的には導電膜である。複数のビアホールの配置は特に制限されないが、図示例では、複数のビアホールが、信号電極２ａの長手方向に並んでいる。
図示例では、無機材料基板１に複数のビアホールが形成されており、各ビアホール内に位置するビア５によって、第１接地電極２ｂおよび接地電極３と、第２接地電極２ｃおよび接地電極３とのそれぞれが、短絡されている。第１接地電極２ｂおよび接地電極３を短絡するビア５と、第２接地電極２ｃおよび接地電極３を短絡するビア５とは、信号電極２ａの長手方向と交差する方向に互いに間隔を空けて配置されている。ビア５は、代表的には導電膜である。複数のビアホールの配置は特に制限されないが、図示例では、複数のビアホールが、信号電極２ａの長手方向に並んでいる。
Ａ－３．導波素子１０２の全体構成
図５は、本発明のさらに別の実施形態による導波素子の概略斜視図であり；図６は、図５の導波素子のＶＩ－ＶＩ´断面図である。
図示例の導波素子１０２では、導波部材１２が、マイクロストリップ線路を構成し、導体層６としてのマイクロストリップ型電極４と、無機材料基板１と、接地電極３とを備えている。
マイクロストリップ型電極４は、所定方向に延びる平帯形状を有している。マイクロストリップ型電極４の幅ｗは、例えば１００μｍ以上、好ましくは３００μｍ以上、例えば８００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下である。
接地電極３は、無機材料基板１において、マイクロストリップ型電極４（導体層６）が形成される面とは反対側の面に設けられている。図示例の導波素子１０２において、接地電極３は、無機材料基板１と支持基板２０との間に位置する。
図５は、本発明のさらに別の実施形態による導波素子の概略斜視図であり；図６は、図５の導波素子のＶＩ－ＶＩ´断面図である。
図示例の導波素子１０２では、導波部材１２が、マイクロストリップ線路を構成し、導体層６としてのマイクロストリップ型電極４と、無機材料基板１と、接地電極３とを備えている。
マイクロストリップ型電極４は、所定方向に延びる平帯形状を有している。マイクロストリップ型電極４の幅ｗは、例えば１００μｍ以上、好ましくは３００μｍ以上、例えば８００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下である。
接地電極３は、無機材料基板１において、マイクロストリップ型電極４（導体層６）が形成される面とは反対側の面に設けられている。図示例の導波素子１０２において、接地電極３は、無機材料基板１と支持基板２０との間に位置する。
このようなマイクロストリップ線路では、マイクロストリップ型電極４および接地電極３に電圧が印加されると、マイクロストリップ型電極４と接地電極３との間に電界が生じる。上記した高周波数の電磁波は、導波素子１０２に入力されると、マイクロストリップ型電極４と接地電極３との間に生じた電界と結合して、無機材料基板１中を伝搬する。
本明細書において「導波素子」は、少なくとも１つの導波素子が形成されたウエハー（導波素子ウエハー）および当該導波素子ウエハーを切断して得られるチップの両方を包含する。
Ｂ．無機材料基板
無機材料基板１は、導体層６が設けられる上面と、複合基板内に位置する下面と、を有する。
無機材料基板１は、無機材料で構成されている。無機材料として、本発明の実施形態による効果が得られる限りにおいて任意の適切な材料が用いられ得る。そのような材料としては、代表的には、単結晶石英（比誘電率４．５、誘電正接０．００１３）、アモルファス石英（石英ガラス、比誘電率３．８、誘電正接０．００１０）、スピネル（比誘電率８．３、誘電正接０．００２０）、ＡｌＮ（比誘電率８．５、誘電正接０．００１５）、サファイア（比誘電率９．４、誘電正接０．００３０）、ＳｉＣ（比誘電率９．８、誘電正接０．００２２）、酸化マグネシウム（比誘電率１０．０、誘電正接０．００１２）、および、シリコン（比誘電率１１．７、誘電正接０．００１６）が挙げられる。無機材料基板１は、好ましくはアモルファス石英から構成される石英ガラス基板である。
無機材料基板１が石英ガラス基板であると、上記した高周波数の電磁波を導波する場合であっても、伝搬損失が増大することをより一層安定して抑制できる。さらに樹脂系の基板と比較して誘電率が大きいので基板サイズが小さくできる、また無機材料の中で比較的に誘電率が小さいので低遅延化で有利である。
無機材料基板１は、導体層６が設けられる上面と、複合基板内に位置する下面と、を有する。
無機材料基板１は、無機材料で構成されている。無機材料として、本発明の実施形態による効果が得られる限りにおいて任意の適切な材料が用いられ得る。そのような材料としては、代表的には、単結晶石英（比誘電率４．５、誘電正接０．００１３）、アモルファス石英（石英ガラス、比誘電率３．８、誘電正接０．００１０）、スピネル（比誘電率８．３、誘電正接０．００２０）、ＡｌＮ（比誘電率８．５、誘電正接０．００１５）、サファイア（比誘電率９．４、誘電正接０．００３０）、ＳｉＣ（比誘電率９．８、誘電正接０．００２２）、酸化マグネシウム（比誘電率１０．０、誘電正接０．００１２）、および、シリコン（比誘電率１１．７、誘電正接０．００１６）が挙げられる。無機材料基板１は、好ましくはアモルファス石英から構成される石英ガラス基板である。
無機材料基板１が石英ガラス基板であると、上記した高周波数の電磁波を導波する場合であっても、伝搬損失が増大することをより一層安定して抑制できる。さらに樹脂系の基板と比較して誘電率が大きいので基板サイズが小さくできる、また無機材料の中で比較的に誘電率が小さいので低遅延化で有利である。
Ｃ．導体層および接地電極
導体層６は、代表的には金属で構成される。金属として、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）が挙げられる。金属は、単独でまたは組み合わせて使用できる。導体層６は、単一層であってもよく、２層以上が積層されて形成されてもよい。導体層６は、例えばスパッタリングによって無機材料基板１上に形成される。
導体層６の厚みは、例えば１μｍ以上、好ましくは４μｍ以上であり、例えば２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下である。
また、接地電極３は、導体層６と同様の金属で構成され、接地電極３の厚みの範囲は、導体層６の厚みの範囲と同様である。
導体層６は、代表的には金属で構成される。金属として、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）が挙げられる。金属は、単独でまたは組み合わせて使用できる。導体層６は、単一層であってもよく、２層以上が積層されて形成されてもよい。導体層６は、例えばスパッタリングによって無機材料基板１上に形成される。
導体層６の厚みは、例えば１μｍ以上、好ましくは４μｍ以上であり、例えば２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下である。
また、接地電極３は、導体層６と同様の金属で構成され、接地電極３の厚みの範囲は、導体層６の厚みの範囲と同様である。
Ｄ．支持基板
支持基板２０は、複合基板内に位置する上面と、外部に露出する下面と、を有する。支持基板２０は、複合基板の強度を高めるために設けられており、これにより、無機材料基板の厚みを、上記式（１）を満たすように薄くすることができる。支持基板２０としては、任意の適切な構成が採用され得る。支持基板２０を構成する材料の具体例としては、インジウムリン（ＩｎＰ）、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、サイアロン（Ｓｉ３Ｎ４－Ａｌ２Ｏ３）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２，２Ａｌ２Ｏ３・３ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、サファイア、石英、水晶、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）が挙げられる。
支持基板２０は、好ましくはインジウムリン、シリコン、窒化アルミニウム、シリコンカーバイドおよびシリコンナイトライドからなる群から選択される少なくとも１種から構成され、より好ましくはシリコンから構成される。
導波素子１００に発振器や受信器等の能動素子を実装する場合、無機材料基板が加熱し、その他の能動素子や実装部品の特性が劣化してしまう恐れがある。これを防ぐために、支持基板には熱伝導率の高い材料を使用することができる。この場合、熱伝導率は１５０Ｗ／Ｋｍ以上であることが好ましく、この観点において支持基板２０は、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）が挙げられる。
なお、支持基板２０を構成する材料の線膨張係数は、無機材料基板１を構成する材料の線膨張係数に近いほど好ましい。このような構成であれば、複合基板の熱変形（代表的には、反り）を抑制することができる。好ましくは、支持基板２０を構成する材料の線膨張係数は、無機材料基板１を構成する材料の線膨張係数に対して５０％～１５０％の範囲内である。
また、コプレーナ線路では支持基板２０を構成する材料の誘電正接は小さいほうが好ましい。コプレーナ線路の場合、導波部材の厚みが小さくなると、伝搬する電磁波が支持基板に染み出すことがあり、誘電正接を小さくすることで伝搬損失を抑制することができる。この観点で、誘電正接は０．０７以下であることが好ましい。
支持基板２０は、複合基板内に位置する上面と、外部に露出する下面と、を有する。支持基板２０は、複合基板の強度を高めるために設けられており、これにより、無機材料基板の厚みを、上記式（１）を満たすように薄くすることができる。支持基板２０としては、任意の適切な構成が採用され得る。支持基板２０を構成する材料の具体例としては、インジウムリン（ＩｎＰ）、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、サイアロン（Ｓｉ３Ｎ４－Ａｌ２Ｏ３）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２，２Ａｌ２Ｏ３・３ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、サファイア、石英、水晶、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）が挙げられる。
支持基板２０は、好ましくはインジウムリン、シリコン、窒化アルミニウム、シリコンカーバイドおよびシリコンナイトライドからなる群から選択される少なくとも１種から構成され、より好ましくはシリコンから構成される。
導波素子１００に発振器や受信器等の能動素子を実装する場合、無機材料基板が加熱し、その他の能動素子や実装部品の特性が劣化してしまう恐れがある。これを防ぐために、支持基板には熱伝導率の高い材料を使用することができる。この場合、熱伝導率は１５０Ｗ／Ｋｍ以上であることが好ましく、この観点において支持基板２０は、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）が挙げられる。
なお、支持基板２０を構成する材料の線膨張係数は、無機材料基板１を構成する材料の線膨張係数に近いほど好ましい。このような構成であれば、複合基板の熱変形（代表的には、反り）を抑制することができる。好ましくは、支持基板２０を構成する材料の線膨張係数は、無機材料基板１を構成する材料の線膨張係数に対して５０％～１５０％の範囲内である。
また、コプレーナ線路では支持基板２０を構成する材料の誘電正接は小さいほうが好ましい。コプレーナ線路の場合、導波部材の厚みが小さくなると、伝搬する電磁波が支持基板に染み出すことがあり、誘電正接を小さくすることで伝搬損失を抑制することができる。この観点で、誘電正接は０．０７以下であることが好ましい。
支持基板２０は、代表的には、導波部材（導波部材１０、１１、１２）と直接接合することにより、導波部材（導波部材１０、１１、１２）を支持している。本明細書において「直接接合」とは、接着剤を介在させることなく２つの層または基板が接合していることを意味する。直接接合の形態は、互いに接合される層または基板の構成に応じて適切に設定され得る。
直接接合によりそれらを一体化することで、導波素子における剥離を良好に抑制することができ、結果として、このような剥離に起因する無機材料基板の損傷（例えば、クラック）を良好に抑制することができる。
図示しないが、導波素子（導波素子１００、１０１、１０２のそれぞれ）は、導波部材（導波部材１０、１１、１２）と、支持基板２０との間に設けられ、導波部材１０と支持基板２０とを接合する接合部をさらに備えていてもよい。
具体的には、図１および図２に示す導波素子１００では、接合部は、無機材料基板１と支持基板２０との間に位置し、それらを一体化してもよい。また、図３および図４に示す導波素子１０１では、接合部は、接地電極３と支持基板２０との間に位置し、それらを一体化してもよい。また、図５および図６に示す導波素子１０２では、接合部は、接地電極３と支持基板２０との間に位置し、それらを一体化してもよい。
直接接合によりそれらを一体化することで、導波素子における剥離を良好に抑制することができ、結果として、このような剥離に起因する無機材料基板の損傷（例えば、クラック）を良好に抑制することができる。
図示しないが、導波素子（導波素子１００、１０１、１０２のそれぞれ）は、導波部材（導波部材１０、１１、１２）と、支持基板２０との間に設けられ、導波部材１０と支持基板２０とを接合する接合部をさらに備えていてもよい。
具体的には、図１および図２に示す導波素子１００では、接合部は、無機材料基板１と支持基板２０との間に位置し、それらを一体化してもよい。また、図３および図４に示す導波素子１０１では、接合部は、接地電極３と支持基板２０との間に位置し、それらを一体化してもよい。また、図５および図６に示す導波素子１０２では、接合部は、接地電極３と支持基板２０との間に位置し、それらを一体化してもよい。
接合部は、１層であってもよく、２層以上が積層されていてもよい。接合部として、例えば、ＳｉＯ２層、アモルファスシリコン層、酸化タンタル層が挙げられる。接合部の厚みは、例えば０．１μｍ以上３μｍ以下である。
直接接合は、例えば、以下の手順で実現され得る。高真空チャンバー内（例えば、１×１０－６Ｐａ程度）において、接合される構成要素（層または基板）のそれぞれの接合面に中性化ビームを照射する。これより、各接合面が活性化される。次いで、真空雰囲気で、活性化された接合面同士を接触させ、常温で接合する。この接合時の荷重は、例えば１００Ｎ～２００００Ｎであり得る。１つの実施形態においては、中性化ビームによる表面活性化を行う際には、チャンバーに不活性ガスを導入し、チャンバー内に配置した電極へ直流電源から高電圧を印加する。このような構成であれば、電極（正極）とチャンバー（負極）との間に生じる電界により電子が運動して、不活性ガスによる原子とイオンのビームが生成される。グリッドに達したビームのうち、イオンビームはグリッドで中和されるので、中性原子のビームが高速原子ビーム源から出射される。ビームを構成する原子種は、好ましくは不活性ガス元素（例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ））である。ビーム照射による活性化時の電圧は例えば０．５ｋＶ～２．０ｋＶであり、電流は例えば５０ｍＡ～２００ｍＡである。なお、直接接合の方法は、これに限定されることはなく、ＦＡＢ（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｅａｍ）やイオンガンによる表面活性化法、原子拡散法、プラズマ接合法等も適用できる。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
＜実施例１＞
１－１．導波素子（コプレーナ線路）の作製
図１および図２に示す導波素子を作製した。
１－１．導波素子（コプレーナ線路）の作製
図１および図２に示す導波素子を作製した。
０．５ｍｍ厚みの石英ガラスウエハー（石英ガラス基板、無機材料基板）を用意して、石英ガラスウエハー上に、０．２μｍのアモルファスシリコン膜をスパッタにて形成した。成膜後、アモルファスシリコン膜を研磨して、平坦化処理をした。ここで、原子間力顕微鏡を用いて、アモルファスシリコン膜の表面の□１０μｍの算術平均粗さを測定したところ、０．２ｎｍであった。
また、厚み５２５μｍのシリコンウエハー（支持基板）を用意した。原子間力顕微鏡を用いて、シリコンウエハーの表面の□１０μｍの表面の算術平均粗さを測定したところ、０．２ｎｍであった。
石英ガラスウエハーのアモルファスシリコン面とシリコンウエハーとを、以下のように直接接合した。まず石英ガラスウエハーとシリコンウエハーとを真空チャンバーに投入し、１０－６Ｐａ台の真空中で、双方の接合面（石英ガラスウエハーのアモルファスシリコン面とシリコンウエハーの表面）に高速Ａｒ中性原子ビーム（加速電圧１ｋＶ、Ａｒ流量６０ｓｃｃｍ）を７０秒間照射した。照射後、１０分間放置して石英ガラスウエハーおよびシリコンウエハーを放冷したのち、石英ガラスウエハーとシリコンウエハーの接合面（石英ガラスウエハーとシリコンウエハーの表面ビーム照射面）を接触させ、４．９０ｋＮで２分間加圧して石英ガラスウエハーとシリコンウエハーとを接合した。接合後、石英ガラスウエハーの厚みが１５０μｍになるまで研磨加工し複合ウエハーを形成した。得られた石英ガラス／シリコン複合基板においては、接合界面にはがれ等の不良は観察されなかった。
次いで、石英ガラスウエハーにおけるシリコンウエハーと反対側の表面（研磨面）にレジストを塗布して、フォトリソグラフィーによって、コプレーナ型電極パターンを形成する部分を露出するようにパターニングした。その後、レジストから露出する石英ガラスウエハーの上面に、スパッタによって、Ｃｒ膜５０ｎｍ厚、Ｎｉ膜１００ｎｍ厚を成膜して下地電極を形成した。さらに、下地電極上に電界メッキによって銅を成膜して、コプレーナ型電極パターンを形成した。信号電極の導波方向の長さは、１０ｍｍであった。
以上によって、コプレーナ型電極および無機材料基板を備える導波部材と、支持基板とを備える導波素子を得た。
以上によって、コプレーナ型電極および無機材料基板を備える導波部材と、支持基板とを備える導波素子を得た。
１－２．伝搬損失の算出
導波素子の伝搬損失を測定するために、上記と同様にして、信号電極の長さが３０ｍｍ、４０ｍｍ、および５０ｍｍの３つ導波素子を作製した。
次いで、導波部材の入力側にプローブにてＲＦ信号発生機を結合し、導波部材の出力側にプローブに設置してＲＦ信号受信機に電磁波を結合した。
次いで、ＲＦ信号発生機に電圧を印加して、ＲＦ信号発生機に、表１に示す周波数の電磁波を送信させた。これによって、電磁波が、コプレーナ線路（導波部材）に伝搬された。ＲＦ信号受信機は、コプレーナ線路から出力される電磁波のＲＦパワーを測定した。信号電極の長さが異なる３つの導波素子の測定結果から、伝搬損失（ｄＢ／ｃｍ）を算出して、下記の基準で評価した。その結果を表１に示す。
◎：０．５ｄＢ／ｃｍ未満
〇：０．５ｄＢ／ｃｍ以上１ｄＢ／ｃｍ未満
△：１ｄＢ／ｃｍ以上２ｄＢ／ｃｍ未満
×：２ｄＢ／ｃｍ以上
導波素子の伝搬損失を測定するために、上記と同様にして、信号電極の長さが３０ｍｍ、４０ｍｍ、および５０ｍｍの３つ導波素子を作製した。
次いで、導波部材の入力側にプローブにてＲＦ信号発生機を結合し、導波部材の出力側にプローブに設置してＲＦ信号受信機に電磁波を結合した。
次いで、ＲＦ信号発生機に電圧を印加して、ＲＦ信号発生機に、表１に示す周波数の電磁波を送信させた。これによって、電磁波が、コプレーナ線路（導波部材）に伝搬された。ＲＦ信号受信機は、コプレーナ線路から出力される電磁波のＲＦパワーを測定した。信号電極の長さが異なる３つの導波素子の測定結果から、伝搬損失（ｄＢ／ｃｍ）を算出して、下記の基準で評価した。その結果を表１に示す。
◎：０．５ｄＢ／ｃｍ未満
〇：０．５ｄＢ／ｃｍ以上１ｄＢ／ｃｍ未満
△：１ｄＢ／ｃｍ以上２ｄＢ／ｃｍ未満
×：２ｄＢ／ｃｍ以上
＜実施例２＞
２－１．導波素子（グランド付きコプレーナ線路）の作製
図３および図４に示す導波素子を作製した。
２－１．導波素子（グランド付きコプレーナ線路）の作製
図３および図４に示す導波素子を作製した。
０．５ｍｍ厚みの石英ガラスウエハー（石英ガラス基板、無機材料基板）を用意して、石英ガラスウエハー上に、スパッタによって、Ｃｒ膜５０ｎｍ厚、Ｎｉ膜１００ｎｍ厚を成膜して下地電極を形成した。さらに、下地電極上に電界メッキによって銅を成膜して、接地電極を形成した。次いで、接地電極上に０．２μｍのアモルファスシリコン膜をスパッタにて形成した。成膜後、アモルファスシリコン膜を研磨して、平坦化処理をした。ここで、原子間力顕微鏡を用いて、アモルファスシリコン膜の表面の□１０μｍの算術平均粗さを測定したところ、０．２ｎｍであった。
また、厚み５２５μｍのシリコンウエハー（支持基板）を用意した。原子間力顕微鏡を用いて、シリコンウエハーの表面の□１０μｍの表面の算術平均粗さを測定したところ、０．２ｎｍであった。
その後、接地電極上に形成されたアモルファスシリコン面とシリコンウエハーとを直接接合した。直接接合は、実施例１と同様に実施した。得られた石英ガラス／接地電極／シリコン複合基板においては、接合界面にはがれ等の不良は観察されなかった。
次いで、石英ガラスウエハーを研磨して、厚みを１５０μｍとした。
次いで、石英ガラスウエハーを研磨して、厚みを１５０μｍとした。
次いで、実施例１と同様にて、石英ガラスウエハーにおけるシリコンウエハーと反対側の表面（研磨面）に、コプレーナ型電極パターンを形成した。信号電極の導波方向の長さは、１０ｍｍであった。
以上によって、コプレーナ型電極、無機材料基板および接地電極を備える導波部材と、支持基板とを備える導波素子を得た。
以上によって、コプレーナ型電極、無機材料基板および接地電極を備える導波部材と、支持基板とを備える導波素子を得た。
２－２．伝搬損失の算出
また、導波素子の伝搬損失を測定するために、上記と同様にして、信号電極の長さが３０ｍｍ、４０ｍｍ、および５０ｍｍの３つの導波素子を作製した。次いで、実施例１と同様に、ＲＦ信号受信機によって、コプレーナ線路から出力される電磁波のＲＦパワーを測定した。実施例２の導波素子の伝搬損失を、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示す。
また、導波素子の伝搬損失を測定するために、上記と同様にして、信号電極の長さが３０ｍｍ、４０ｍｍ、および５０ｍｍの３つの導波素子を作製した。次いで、実施例１と同様に、ＲＦ信号受信機によって、コプレーナ線路から出力される電磁波のＲＦパワーを測定した。実施例２の導波素子の伝搬損失を、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示す。
＜実施例３＞
３－１．導波素子（マイロストリップ線路）の作製
図５および図６に示す導波素子を作製した。
３－１．導波素子（マイロストリップ線路）の作製
図５および図６に示す導波素子を作製した。
実施例２と同様にして、石英ガラス／接地電極／シリコン複合基板を得た。
次いで、石英ガラスウエハーにおけるシリコンウエハーと反対側の表面（研磨面）にレジストを塗布して、フォトリソグラフィーによって、マイクロストリップ型電極を形成する部分を露出するようにパターニングした。その後、レジストから露出する石英ガラスウエハーの上面に、スパッタによって、Ｃｒ膜５０ｎｍ厚、Ｎｉ膜１００ｎｍ厚を成膜して下地電極を形成した。さらに、下地電極上に電界メッキによって銅を成膜して、マイクロストリップ型電極を形成した。マイクロストリップ型電極の導波方向の長さは、１０ｍｍであった。
以上によって、マイクロストリップ型電極および無機材料基板を備える導波部材と、支持基板とを備える導波素子を得た。
次いで、石英ガラスウエハーにおけるシリコンウエハーと反対側の表面（研磨面）にレジストを塗布して、フォトリソグラフィーによって、マイクロストリップ型電極を形成する部分を露出するようにパターニングした。その後、レジストから露出する石英ガラスウエハーの上面に、スパッタによって、Ｃｒ膜５０ｎｍ厚、Ｎｉ膜１００ｎｍ厚を成膜して下地電極を形成した。さらに、下地電極上に電界メッキによって銅を成膜して、マイクロストリップ型電極を形成した。マイクロストリップ型電極の導波方向の長さは、１０ｍｍであった。
以上によって、マイクロストリップ型電極および無機材料基板を備える導波部材と、支持基板とを備える導波素子を得た。
３－２．伝搬損失の算出
また、導波素子の伝搬損失を測定するために、上記と同様にして、マイクロストリップ型電極の長さが３０ｍｍ、４０ｍｍ、および５０ｍｍの３つの導波素子を作製した。次いで、実施例１と同様に、ＲＦ信号受信機によって、コプレーナ線路から出力される電磁波のＲＦパワーを測定した。実施例３の導波素子の伝搬損失を、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示す。
また、導波素子の伝搬損失を測定するために、上記と同様にして、マイクロストリップ型電極の長さが３０ｍｍ、４０ｍｍ、および５０ｍｍの３つの導波素子を作製した。次いで、実施例１と同様に、ＲＦ信号受信機によって、コプレーナ線路から出力される電磁波のＲＦパワーを測定した。実施例３の導波素子の伝搬損失を、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示す。
＜実施例４～６＞
研磨後の石英ガラスウエハー（無機材料基板）の厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、実施例１～３のそれぞれと同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
研磨後の石英ガラスウエハー（無機材料基板）の厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、実施例１～３のそれぞれと同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
＜実施例７＞
無機材料基板としての石英ガラスウエハーを単結晶シリコンウエハーに変更したこと、および、研磨後のシリコンウエハーの厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
無機材料基板としての石英ガラスウエハーを単結晶シリコンウエハーに変更したこと、および、研磨後のシリコンウエハーの厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
＜実施例８＞
無機材料基板としての石英ガラスウエハーをサファイアウエハーに変更したこと、および、研磨後のサファイアウエハーの厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
無機材料基板としての石英ガラスウエハーをサファイアウエハーに変更したこと、および、研磨後のサファイアウエハーの厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
＜実施例９＞
無機材料基板としての石英ガラスウエハーを多結晶ＡｌＮウエハーに変更したこと、および、研磨後のＡｌＮウエハーの厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
無機材料基板としての石英ガラスウエハーを多結晶ＡｌＮウエハーに変更したこと、および、研磨後のＡｌＮウエハーの厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
＜実施例１０＞
研磨後の石英ガラスウエハー（無機材料基板）の厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
研磨後の石英ガラスウエハー（無機材料基板）の厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
＜実施例１１～１４＞
研磨後の石英ガラスウエハー（無機材料基板）の厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、実施例３と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
研磨後の石英ガラスウエハー（無機材料基板）の厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、実施例３と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
＜比較例１＞
厚さ２１００μｍの石英ガラスウエハー（石英ガラス板、無機材料基板）を用意して、研磨後の石英ガラスウエハーの厚みを２０００μｍに変更したこと以外は、実施例３と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
厚さ２１００μｍの石英ガラスウエハー（石英ガラス板、無機材料基板）を用意して、研磨後の石英ガラスウエハーの厚みを２０００μｍに変更したこと以外は、実施例３と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、実施例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
表１から明らかなように、無機材料基板の厚みが上記式（１）を満たす場合、３０ＧＨｚを超える高周波数の電磁波を導波しても、伝搬損失が小さく、優れた低伝搬損失性能を確保できることがわかる。
本発明の実施形態による導波素子は、導波路、次世代高速通信、センサ、レーザー加工、太陽光発電等の幅広い分野に用いられ得、特に、ミリ波～テラヘルツ波の導波路として好適に用いられ得る。このような導波素子は、例えば、アンテナ、バンドパスフィルタ、カプラ、遅延線（位相器）、またはアイソレータに用いられ得る。
１ 無機材料基板
２ コプレーナ型電極
３ 接地電極
４ マイクロストリップ型電極
１０ 導波部材
１１ 導波部材
１２ 導波部材
１００ 導波素子
１０１ 導波素子
１０２ 導波素子
２ コプレーナ型電極
３ 接地電極
４ マイクロストリップ型電極
１０ 導波部材
１１ 導波部材
１２ 導波部材
１００ 導波素子
１０１ 導波素子
１０２ 導波素子
Claims (16)
- 周波数が３０ＧＨｚ以上２０ＴＨｚ以下である電磁波を導波可能な導波部材を備え、
前記導波部材は、
無機材料基板と、
前記無機材料基板の上面に設けられる導体層と、を備え、
前記無機材料基板の厚みｔは、１００μｍ以下であり、下記式（１）を満たす、導波素子。
- 前記導波部材の下部に設けられ、前記導波部材を支持する支持基板を備えている、請求項１に記載の導波素子。
- 周波数が３０ＧＨｚ以上２０ＴＨｚ以下である電磁波を導波可能な導波部材と、
前記導波部材の下部に設けられ、前記導波部材を支持する支持基板と、を備え、
前記導波部材は、
無機材料基板と、
前記無機材料基板の上部に設けられる導体層と、を備え、
前記無機材料基板の厚みｔは、１００μｍ以下であり、下記式（１）を満たし、
前記導波部材と前記支持基板とは直接接合されている、導波素子。
- 前記導波部材と前記支持基板との間に設けられ、前記導波部材と前記支持基板とを接合する接合部をさらに備えている、請求項２または３に記載の導波素子。
- 前記接合部は、ＳｉＯ ２ 層、アモルファスシリコン層、または、酸化タンタル層から選択される、請求項４に記載の導波素子。
- 前記導体層と前記支持基板との間には、前記無機材料基板および前記接合部のみ設けられている、請求項４または５に記載の導波素子。
- 前記導波部材は、前記無機材料基板において、前記導体層が形成される面とは反対側の面に接地電極を備えている、請求項４または５に記載の導波素子。
- 前記導体層と前記支持基板との間には、前記無機材料基板、前記接地電極および前記接合部のみ設けられている、請求項７に記載の導波素子。
- 前記導波部材は、前記無機材料基板において、前記導体層が形成される面とは反対側の面に接地電極を備えており、
前記導体層と前記支持基板との間には、前記無機材料基板および前記接地電極のみ設けられている、請求項３に記載の導波素子。 - 前記導体層と前記支持基板との間には、前記無機材料基板のみ設けられている、請求項２または３に記載の導波素子。
- 前記導体層は、コプレーナ型電極である、請求項１から１０のいずれかに記載の導波素子。
- 前記導波部材を伝搬する電磁波の周波数が３０ＧＨｚ以上５ＴＨｚ以下において、前記無機材料基板の厚みは、１０μｍ以上である、請求項１１に記載の導波素子。
- 前記導体層は、マイクロストリップ型電極である、請求項７から９のいずれかに記載の導波素子。
- 前記式（１）において、ａが６以上の数値を表す、請求項１から１３のいずれかに記載の導波素子。
- 前記無機材料基板の３００ＧＨｚにおける比誘電率εと誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδは、それぞれ３．５以上１２．０以下、０．００３以下である、請求項１から１４のいずれかに記載の導波素子。
- 前記無機材料基板は、石英ガラス基板である、請求項１５に記載の導波素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022038249A JP7138257B1 (ja) | 2021-08-12 | 2022-03-11 | 導波素子 |
| JP2022140662A JP2023026414A (ja) | 2022-03-11 | 2022-09-05 | 導波素子 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021131757 | 2021-08-12 | ||
| JP2022038249A JP7138257B1 (ja) | 2021-08-12 | 2022-03-11 | 導波素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021131757 Division | 2021-08-12 | 2021-08-12 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022140662A Division JP2023026414A (ja) | 2022-03-11 | 2022-09-05 | 導波素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP7138257B1 true JP7138257B1 (ja) | 2022-09-15 |
| JP2023026302A JP2023026302A (ja) | 2023-02-24 |
Family
ID=87885051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022038249A Active JP7138257B1 (ja) | 2021-08-12 | 2022-03-11 | 導波素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7138257B1 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017033525A1 (ja) | 2015-08-26 | 2017-03-02 | シャープ株式会社 | 高周波装置 |
| US20200411934A1 (en) | 2019-06-29 | 2020-12-31 | Amber Precision Instruments, Inc. | Probe calibration system and method for electromagnetic compatibility testing |
-
2022
- 2022-03-11 JP JP2022038249A patent/JP7138257B1/ja active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017033525A1 (ja) | 2015-08-26 | 2017-03-02 | シャープ株式会社 | 高周波装置 |
| US20200411934A1 (en) | 2019-06-29 | 2020-12-31 | Amber Precision Instruments, Inc. | Probe calibration system and method for electromagnetic compatibility testing |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| M.Rehman, et al.，W-band and D-band Transmission Lines on Glass Based Substrates for Sub-THz MOdules"，2020 IEEE 70th Electronic Components and Technology Conference，2020年，pp.660-665 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023026302A (ja) | 2023-02-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7834808B2 (en) | Multilayer electronic component systems and methods of manufacture | |
| Gatti et al. | A novel substrate integrated coaxial line (SICL) for wide-band applications | |
| JP7138257B1 (ja) | 導波素子 | |
| WO2022153388A1 (ja) | 電磁波吸収体 | |
| Cabello-Sánchez et al. | A corrugated planar-Goubau-line termination for terahertz waves | |
| JP2023026414A (ja) | 導波素子 | |
| JP2023026301A (ja) | 導波素子 | |
| Cao et al. | Coplanar waveguide performance comparison of GaN-on-Si and GaN-on-SiC substrates | |
| Gomaa et al. | Terahertz power divider using symmetric CPS transmission line on a thin membrane | |
| JP7358371B2 (ja) | 薄膜表面実装可能高周波数結合器 | |
| WO2023017775A1 (ja) | 導波素子 | |
| WO2023017774A1 (ja) | 導波素子および導波素子の製造方法 | |
| JP7556155B2 (ja) | 導波素子 | |
| WO2023017773A1 (ja) | 導波素子 | |
| WO2023017820A1 (ja) | 導波素子 | |
| WO2024018767A1 (ja) | 導波素子 | |
| Katehi | Si Micromachining in high frequency applications | |
| Kaul et al. | An E-band silicon-IC-to-waveguide contactless transition incorporating a low-loss spatial power combiner | |
| CN117693863A (zh) | 波导元件及波导元件的制造方法 | |
| CN117693862A (zh) | 波导元件 | |
| Moallem et al. | Optimally designed membrane-supported grounded CPW structure for submillimeter-wave applications | |
| JP7285340B2 (ja) | フォトニック結晶素子 | |
| JPH03194979A (ja) | マイクロ波共振器 | |
| Wu et al. | Phase shifts in coplanar waveguides with patterned conductive top covers | |
| Singh et al. | Wide band via-less transition from FG-CBCPW to microstrip |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220311 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20220311 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220531 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220712 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220816 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220905 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7138257 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |