JPH03204982A - 超伝導電磁波ミキサーおよびそれを用いた超伝導電磁波ミキシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ミリ波等の電磁波の検波に利用される、超伝
導体を用いたヘテロダインミキサー、およびかかるミキ
サーを用いた超伝導電磁波ミキシング装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来、ミリ波等の電磁波の検波に利用されるヘテロダイ
ン検波装置は、アンテナと、ガン発振器あるいはタライ
ストロン等の局部発振器と、ヘテロダインミキサー素子
とを持つ構成となっていた。

このようなヘテロダインミキサー素子としてはＮｂ等の
金属超伝導体を用いたジョセフソンヘテロダインミキサ
ー素子が使用され、該ミキサー素子はｓｒｓ型の積層構
造とすることで接合に容量をもたせる構成となっていた
。

ところで、このような従来のヘテロダイン検波装置は、
局部発振器とジョセフソンミキサー素子とがそれぞれ別
個に構成されており、これらを互いに導波管で接続する
非常に犬がかりな装置となっていた。また、局部発振器
の出力は１０ｎＷ〜１００ｎＷ程度必要であり、消費電
力も太きいものであった。

これに対して、ニオブの平面型弱結合ジョセフソン接合
を局部発振器とミキサ一部に使用した体型のヘテロダイ
ンミキサー（ジョセフソントライオード）が考案されて
いる（電子通信学会論文誌’８６１５νｏ１．Ｊ６９−
ＣＮｏ、５（１，ｐ８３Ｂおよび電子情報通信学会誌’
８７１５．５ＣＥ８７−９．ｐ、４９）。

このジョセフソントライオードは、一体型であるのでこ
のような素子を用いた装置は大幅な小型化が可能である
。

第１１図Ａは上記ジョセフソントライオードの概略の構
成を示し、１はコンバータ端子、２はオツシレータ端子
、３は接地端子である。また第１１図Ｂはその等価回路
を示す。３個の弱結合型ジョセフソン接合ＪＪＩ、ＪＪ
２．ＪＪ３のうち、ＪＪＩをヘテロダイン検波用のコン
バータ、ＪＪ２を局部発振用のオツシレータとし、ＪＪ
３はＪＪＩとＪＪ２とを分′離するためのアイソレータ
として用いている。動作は、ＪＪ２にバイアス電流を掛
けることにより交流ジョセフソン効果による局部発振を
生じさせ、この局部発振による信号と外来の電磁波とを
コンバータとしてのＪＪＩでミキシングし、中間周波数
信号を得るものである。

しかしながら、上記ジョセフソントライオードにおいて
は、各ジョセフソン接合の正常抵抗Ｒｎ＋３　＋　Ｒｎ
＋２　＋　　Ｒｎ２３等の特性を各々適正な値に設定す
ることが必要であるが、従来のＮｂ等のような弱結合を
用いたジョセフソン接合では作製時に特性を制御するこ
とが困難であった。したがって、上記ジョセフソントラ
イオードは、作製が非常に困難であった。

また、上記従来の装置または素子においては、超伝導材
料としてＮｂ等のような臨界温度Ｔｃの低い（液体ヘリ
ウム温度付近）材料を用いていたため、素子の動作温度
を低くしなければならず、ジュール・トムスン効果を用
いた非常に大がかりな冷却装置が必要であった。

さらに、上記従来の装置または素子においては、使用可
能な上限周波数が約ＩＴＨｚと低く、昨今の高い周波数
寄用のミキサーの提供という要望に対応しきれなくなっ
てきていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、前述の従来例における問題点に鑑み、
小型かつ作製が容易で、極めて簡単な構造を有する、酸
化物高温超伝導体を用いた一体型電磁波ミキサーを提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の超伝導電磁波ミキサーは、局部発振部と、該局
部発振部と電気的に結合されており該局部発振部からの
電磁波と外来の電磁波とをミキシングする受信部とを有
する超伝導電磁波ミキサーであって、前記局部発振部と
受信部とが共に酸化物超伝導体を用いたジョセフソン接
合によって形成されていることを特徴としている。

［作用コ 上記の構成において、局部発振部となるジョセフソン接
合はバイアス電流を印加されることにより局部発振信号
を発生する。局部発振部と受信部とは電気的に結合され
ているので、この局部発振信号は受信部となるジョセフ
ソン接合に供給される。受信部となるジョセフソン接合
では外来の電磁波と上記局部発振信号とがミキシングさ
れる。

これにより、受信部ではこの外来電磁波が検出され上記
外来電磁波と局部発振信号との差分の周波数を有する中
間周波数信号が取り出される。

本発明の第１の態様において、ジョセフソン接合は、酸
化物超伝導体薄膜の結晶粒界を用いたものである。これ
らのジョセフソン接合は、局部発振部となる接合と受信
部となる接合とが少なくとも１個ずつ設けられており、
局部発振部となる接合と受信部となる接合とは絶縁体ま
たは導電体により電気的に結合される。絶縁体は局部発
振部と受信部とを主に容量的または誘導的に結合し、導
電体はこれらを主に抵抗的に結合する。

具体的に図面を用いて説明するならば、本発明の第１の
態様における超伝導電磁波ミキサーは、第１図Ｃ，Ｄお
よび第４図Ｃに代表される平面型、ならびに第２図り、
Ｈに代表される積層型に大別される。

第１図Ｃ，Ｄは、平面型の超伝導電磁波ミキサーのうち
局部発振部と受信部とを絶縁体を介して結合したものを
示す。第１図Ｃは平面図、第１図りは第１図Ｃのａ−ａ
’断面図である。この平面型超伝導電磁波ミキサーは、
基体４上に形成される酸化物超伝導体薄膜５の結晶粒界
を用いた２個のジョセフソン接合部６および７をそれぞ
れ局部発振部および受信部とし、この局部発振部と受信
部とを基体４上に絶縁体８を介して並設したものである
。

この平面型超伝導電磁波ミキサーは、多結晶性の酸化物
超伝導薄膜５を、基板４上に一層堆積した後、フォトリ
ソグラフィあるいはイオン打ち込み等の技術を用いてバ
ターニングし、２個のジョセフソン接合６，７を絶縁体
８を介して平面的に非常に近接して形成することにより
作製することかできる。

第２図り、Ｅは、積層型の超伝導電磁波ミキサーの平面
図およびそのｂ−ｂ’断面図を示す。この積層型超伝導
電磁波ミキサーは、基体４上に下部および上部酸化物超
伝導体薄膜５ａおよび５ｂの結晶粒界を用いた２個のジ
ョセフソン接合部６および７をそれぞれ局部発振部およ
び受信部とし、この局部発振部と受信部とを絶縁体８を
介して積層したものである。

この積層型超伝導電磁波ミキサーは、多結晶性の下部酸
化物超伝導薄膜５ａ、絶縁体８および上部酸化物超伝導
薄膜５ｂを、この順序で基板４土に堆積した後、フォト
リソグラフィ等の技術を用いてバターニングし、２個の
ジョセフソン接合６．７を絶縁体８を介して積層した形
で非常に近接して形成することにより作製することがで
きる。

第４図Ｃは、局部発振部と受信部とを導電体を介して結
合した平面型超伝導電磁波ミキサーを示す平面図である
。第４図Ｃの平面型超伝導電磁波ミキサーは、基体４上
に酸化物超伝導体薄膜５の結晶粒界を用いた平面型ある
いは準平面型の２個のジョセフソン接合６，７を有し、
その一方を局部発振部とし、さらに他方を受信部とし、
前記２個のジョセフソン接合６，７を導電体１７を用い
て結合させた構造を有する。

第４図Ｃの超伝導電磁波ミキサーは、以下の方法により
作製することができる。第４図Ａ−Ｃを参照して、まず
、例えばＭｇＯ等の基板４上に、超伝導薄膜５を形成す
る（第４図Ａ）、次に、フォトリソグラフィ等によるバ
ターニングを行ない、２つのジョセフソン接合６および
７を形成する（第４図Ｂ）。次に、２つのジョセフソン
接合を結合する導電体１７を形成する（第４図Ｃ）。

ところで、局部発振（オツシレータ）部を構成するジョ
セフソン接合が１個だけの場合、オツシレータに印加す
る電圧が低く、バイアス電源の不安定性による局部発振
周波数の変動の問題がある。

第３図Ａ、Ｂおよび第５図Ａに代表されるマルチ型の超
伝導電磁波ミキサーは、このような問題に対処したもの
で、局部発振部および受信部をそれぞれ複数個有してい
る。

第３図Ａ、Ｂは、第２図り、Ｈの積層型超伝導ＮＦａ波
ミキサーをマルチ型化した電磁波ミキサーを示す平面図
およびそのｃ−ｃ’断面図である。

このマルチ型積層型超伝導電磁波ミキサーは、基板４上
に下部および上部酸化物超伝導体薄膜５ａ、５ｂを絶縁
体８を介して積層し、局部発振部となるジョセフソン接
合部６ａ、６ｂ、６ｃおよび受信部となるジョセフソン
接合部７ａ。

７ｂ、７ｅを絶縁体８を介して形成し、さらに、電極１
３．１４および１５．１６を形成したものである。

第３図Ａ、Ｂのマルチ型積層型超伝導電磁波ミキサーは
、第２図り、Ｈの積層型超伝導電磁波ミキサーの作製方
法において、より多くのジョセフソン接合をバターニン
グにより形成する以外は全く同様の方法で作製すること
ができる。

第５図Ａは、第４図Ｃの平面型超伝導電磁波ミキサーを
マルチ型化した電磁波ミキサーを示す平面図である。こ
のマルチ型平面型超伝導電磁波ミキサーは、基板４上に
酸化物超伝導体薄膜５をバターニングし、局部発振部と
なるジョセフソン接合部６ａ、６ｂ、６ｃおよび受信部
となるジョセフソン接合部７ａ、７ｂ、７ｃを形成し、
局部発振部と受信部とを導電体１７を介して結合し、さ
らに、電極１３．１４および１５．１６を形成したもの
である。

このマルチ型平面型超伝導電磁波ミキサーは、第４図Ｃ
の平面型超伝導電磁波ミキサーの作製方法において、よ
り多くのジョセフソン接合をパタニングにより形成する
以外は全く同様の方法で作製することができる。

また、図示しなかったが、局部発振部と受信部とを絶縁
体を介して結合する第１図Ｃ，Ｄの平面型超伝導電磁波
ミキサーにおいても、前記の作製方法に準じて局部発振
部および受信部をマルチ化することが可能であるのはい
うまでもない。

本発明の第１の態様は、酸化物超伝導体薄膜の結晶粒界
からなるジョセフソン接合を用いるものであり、酸化物
超伝導体の多結晶性薄膜を用いたものであればその製法
、材料、形態を問わない。

２つのジョセフソン接合を結合する絶縁体は、Ｍｇ０Ｘ
ＹＳＺ　（イツトリウムスタビライズドジルコニア）も
しくは有機物質のポリマー等の絶縁性薄膜、酸化物超伝
導体をイオン打ち込み等の手段で絶縁体化したもの、あ
るいはエツチング等の手段を用いて作製したギャップ（
間隙）や段差等、その材料、作製方法や形態を問わずほ
ぼ同等の効果が得られる。

２つのジョセフソン接合を結合する導電体は、金属、半
導体、超伝導体等、導電性のものであればその製法、材
料を問わない。

本発明の第２の態様の超伝導電磁波ミキサーは、酸化物
超伝導体薄膜を用いたトンネル型ジョセフソン接合によ
って構成された局部発振部と受信部とを有し、該局部発
振部と受信部とが、導電体あるいは絶縁体によって形成
されたジョセフソン接合、容量、抵抗またはインダクタ
ンスのいずれかによって結合されていることを特徴とす
る。

本態様による超伝導電磁波ミキサーの概略構造および作
製方法の一例を′ｓ６図Ａ、Ｂに示す。

まず、例えばＭｇＯ等の基板４上に、下部起転厚薄ＩＪ
　５　ａ、その上に絶縁層（トンネルバリア層）８′、
さらに上部超伝導薄膜５ｂを形成する（第６図Ａ）。次
にフォトリソグラフィ等によるバターニングを行ない、
溝１８を形成する（第６図Ｂ）。この時、溝１８の底部
（結合部）１９は、例えばイオンミリング等の加工によ
り、超伝導特性が変化し、絶縁体および導電体のうちの
所望の特性が得られる。ここで言う導電体とは半導体お
よび超伝導体をも含む。これは、酸化物超伝導体の特性
が組成比に非常に敏感である性質を利用したものである
。また、溝１８の左右の面積を変化させることにより、
ミキサーの局部発振部と受信部に適したジョセフソン電
流値を持つトンネル型ジョセフソン接合の対が形成され
る。ここで、溝１８は左右のジョセフソン接合の結合の
度合を変化しうるものならば物理的に溝が切れている必
要はなく、第６図Ｃに示すようにイオン打ち込み等の方
法で形成することも可能である。第６図Ａ−Ｃの素子に
おいては、左側のジョセフソン接合２０にバイアス電流
を流すことによって屈部発振信号を発生させ、これを結
合部１９を介して右側のジョセフソン接合２１に導入し
、この接合２１にて外部から照射された電磁波とミキシ
ングを行ないヘテロダイン検波が行なわれる。第６図Ａ
−Ｃには積層後に加工を行なう例を挙げたが、作製法は
これに限定されるものではない。

本発明の超伝導電磁波ミキサーが実際に電磁波ミキサー
として動作するためには、局部発振部を形成するジョセ
フソン接合を流れるジョセフソン電流値１１と、受信部
を形成するジョセフソン接合を流れるジョセフソン電流
値Ｉ２と、前記局部発振部と前記受信部との間に流れ得
るアイソレータ電流Ｉ、との間にＩ　Ｉ＞　Ｉ　２　＞
　Ｉ　ｓ　という関係が成り立つことが必要である。

この各電流値の不均一性を達成するためには、平面型超
伝導電磁波ミキサーの場合、第１図Ｃにおけるジョセフ
ソン接合部６と７の幅を変えて（局部発振部の幅）〉（
受信部の幅）としたり、あるいは、受信部もしくは局部
発振部の下に薄膜を蒸着してその上部の超伝導特性を変
化させれば良い。後者の方法は、各ジョセフソン電流値
を、膜の材料を変えたり、成膜条件を変えたりするだけ
で容易に制御することができ、好ましい方法である。

第１図Ｅは、局部発振部６の幅を受信部７の幅より広く
した例を示す。また、第１図Ｆおよび第５図Ｂは、受信
部７（または７ａ、７ｂ、７ｃ）の下にだけＭｇＯ薄膜
、ＺｒＯ２薄膜等の膜９を蒸着して受信部のジョセフソ
ン電流値を小さくした例を示す。

後者の方法における膜の材料としては、Ａ　ｇ、　Ａ　
ｕ、　Ｎ　ｂ、　Ｎ　ｂ　Ｎ、　Ｐ　ｂ。

Ｐｂ−Ｂ１．ならびにＭｇ０％　ＺｒＯ２，５ｉｎｘ、
ａ−Ｓｉおよびその他酸化物等を使用することができる
。ジョセフソン電流を制御する為の上記方法によって、
ジョセフソン電流が増える場合、そのジョセフソン接合
は局部発振部として機能し、一方、ジョセフソン電流が
減少する場合にはそのジョセフソン接合は受信部として
機能する。

また、トンネル型ジョセフソン接合を用いた超伝導電磁
波ミキサーの場合には、例えば第６図ＢＣにおけるジョ
セフソン接合部２０と２１の接合面積を不均一にすれば
良い。

本発明において、前記酸化物超伝導体薄膜を構成する超
伝導体は、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄと表わすとき、ＡがＬａ、Ｃ
ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ。

Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ。

Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙ、Ｂｉよりなる群より選ばれた一
種以上の元素、ＢがＣａ、Ｓｒ、Ｂａ。

Ｐｂよりなる群より選ばれた一種以上の元素、ＣがＶ、
Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ。

Ａｇ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｒｕより成る群より選
ばれた一種以上の元素、Ｄが０であることが望ましい。

より具体的には、 （１）２１４型 （Ｌａｌ−８Ｍ　ｘ　）　２　Ｃｕ　Ｏ４−（（Ｍ　＝
Ｎ　ａ　。

ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ） （Ｌｎ、　　Ｓｒ、　　Ｃｅ）２　　ＣａＯ２−（（Ｌ
ｎ＝Ｎｄ等のランタノイド元素） （Ｌｎ、Ｃｅ）２　ＣａＯ２−（（Ｌｎ＝Ｐｒ。

Ｎｄ等のランタノイド元素） （２）１２３型 ＬｎＢａ２　Ｃｕ３ｏ、−ｃ　　（Ｌｎ＝各種ランタノ
イド元素）およびＬｎを各種元素で置換したもの （３）Ｂｉ系 Ｂｉ２５ｒ２ＣｕＯｙ Ｂ　ｆ２Ｓ　ｒ２−ｘ　ＬｎＸＣｕＯｙＢｉ２Ｓｒ２Ｃ
ａＣｕ２０ｙ Ｂ　ｉ２　Ｓ　ｒｓ−ｘ　ＬｎＸＣｕ２０ｙＢ　ｉ、、
Ｐｂｘ　Ｓ　ｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０ｙＢｉ２　Ｓｒ２　　
（ＬｎＣｅ）２　Ｃｕ２０ｙ（以上、Ｌｎ：各種ランタ
ノイド元素）（４）Ｔｆｌ系 Ｔｆ１２Ｂａ２Ｃａｎ　ＣＬ１＋＋ｎ　Ｏ’Ｊ　（ｎ＝
ｏ。

１．２．３・・・・・・） ＴｕＢａ　２　Ｃａ　ｎ　ｃｕ　　Ｉ４ｎ　　ｏｙ　　
（ｎ＝ｏ。

１、　２．　３・・・・・・） （５）Ｐｂ系 Ｐ　　ｂ２　　Ｓ　　ｒ２　　Ｃａｔ−、Ｌｎ、　　Ｃ
ｕｓ　　０ｙ（ｘ＝０．５程度） （６）２２３型 （ＬｎＢａ）２　　（ＬｎＣｅ）２　　Ｃｕｓ　　ｏｙ
（Ｌｎ：ランタノイド元素） 等がある。

また、例えばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系、Ｂ１−３　ｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−０系、Ｔｆｌ−Ｂａ−Ｃａ　−Ｃｕ−０系超
伝導体のような臨界温度が７７に以上の材料を用いれば
、冷媒として安価な液体窒素の使用が可能となる。ミキ
サーの連続運転に際しては、ジュール・トムソン弁を持
たない、小型で安価なタライオスタットの使用が可能で
、一体型のミキサーとしてのジョセフソントライオード
が有効となる。また、上記材料系の場合、エネルギーギ
ャップ２Δは、数１０ｍＶあり、ニオブのそれより一桁
大きい。これは、ミキサーとして使用可能な上限周波数
がニオブのそれ（約ＩＴＨｚ）より一桁高い約１０７Ｈ
ｚまで伸びることを意味する。

また、局部発振部と受信部を構成している超伝導材料は
それぞれ複数の材料によって構成されていても良い。

次に、以上述べてきた本発明の超伝導電磁波ミキサーを
用いたミキシング装置について説明する。

すなわち、本発明の超伝導電磁波ミキシング装置は局部
発振部と、前記局部発振部からの電磁波と外来の電磁波
とをミキシングする受信部とを有し、前記局部発振部と
前記受信部とが共に酸化物超伝導体を用いたジョセフソ
ン接合によって形成されている超伝導電磁波ミキサー　
前記電磁波ミキサーの受信部に外来の電磁波を導入する
導入部、前記電磁波ミキサーのミキシングにより得られ
る中間周波数帯の電磁波を増幅する増幅器および少なく
とも前記電磁波ミキサーを冷却するタライオスタット等
の冷却機とを有して成ることを特徴とする超伝導電磁波
ミキシング装置である。

以下、図面を用いて詳述するならば、まず第１０図Ａに
示される如く、前記超伝導電磁波ミキサー３０を冷却機
３１内に設置し、外来電磁波３２を例えば導波管あるい
はホーン型アンテナ等の外来電磁波３２の導入部３３に
より前記超伝導電磁波ミキサー３０の受信部に導入する
。また外部の直流電源３４から前記超伝導電磁波ミキサ
ー３０の局部発振部にバイアス電流を供給することによ
り所望の周波数で発振させる。前述の外来電磁波３２と
局部発振波をミキシングさせ、中間周波数帯（Ｉ　Ｆ）
の電磁波３５を得る。該ＩＦ波３５を増幅器３６によっ
て増幅し、ヘテロダインミキシング後の出力３７を得る
ことができる。

但し、第１０図Ａでは導入部３３および増幅器３６が冷
却機３１内に設置されているが、この限りではなく、少
なくとも超伝導電磁波ミキサー３０が冷却機３１内で冷
却されていればよい。

さらに、本発明の超伝導電磁波ミキシング装置において
、好ましい態様は第１０図Ｂに示す如く、外来電磁波の
導入部として導波管３８を用い、かかる導波管３８の内
部に前記超伝導電磁波ミキサー３０を設置した態様であ
る。かかる態様は導波管内部に、局部発振部までも含め
た超伝導電磁波ミキサーを設けているので、外来電磁波
の導入部と同一閉空間内で局部発振波を発生でき、ミキ
シングの効率が上がる。すなわち、電磁波の受信部への
伝搬効率が上がる。さらに、局部発振出力のパワーを減
少できそれに伴って、ジュール熱による熱流入も少なく
なり、素子自体の／ＪＳ型化のメリットを十分発揮でき
るばかりでなく、冷却機を含めた装置全体の低消費電力
化、小型化が可能となる点でより好ましい。

［実施例１］ 第１図Ａ−Ｄは、本発明の一実施例に係る超伝導電磁波
ミキサーの概略構造および作製工程を示す。この超伝導
電磁波ミキサーは、平面型で、かつ局部発振部と受信部
とを絶縁体を介して結合したものである。ここでは絶縁
体として、超伝導体薄膜５にＦＩＢによるイオン打ち込
みを行ない絶縁体化したものを用いている。

第１図Ａ−Ｄに示される工程において、初めに基板４上
に超伝導体薄膜５を形成した（第１図Ａ）。基板４とし
てはＭｇＯ車結高結晶基板いた。超伝導体薄膜５として
は、Ｂｉ２５ｒ２（：ａ２ｃｕ３０＋。

ターゲットを用い、ＲＦマグネトロンスパッタ法により
Ａｒ圧１　ｘ　１０−２Ｔｏ　ｒ　ｒ、　ＲＦパワー２
００Ｗ、基板温度１００℃の条件で成膜し、成膜後に大
気中にて８８０℃で熱処理したものを用いた。なお、こ
の超伝導体薄ＩＩ！５は、膜厚が０．２μｍで、２〜３
μｍの大きさの結晶粒をもつ多結晶膜であり、９５に以
下の温度で超伝導状態となった。

次に、フォトリソグラフィにより、パターニングを行な
い、超伝導体薄膜５にくびれ５″を形成した（第１図Ｂ
）。このくびれ５′の大きさは、長さ５μｍ５幅８μｍ
とした。

さらに、このくびれ５゛の中心線に沿フてＦＩＢにより
Ａｒイオンを０．５　μｍの幅に打ち込み、超伝導体薄
膜５の一部を絶縁体化して絶縁部８を形成し、これによ
り、〈びれ５°を２つに分割し、ジョセフソン接合部６
および７を極めて近接して形成すると同時に、超伝導体
薄膜５を２つに分割した（第１図Ｃ，Ｄ）。ここで、ジ
ョセフソン接合部６および７の寸法は、共に長さ５μｍ
１幅３．７〜３．８　μｍとなった。

このようにして作製した超伝導電磁波ミキサーを、簡単
な冷却装置を用いて４０Ｋまで冷却し、ジョセフソン接
合部６に定電流電源によりバイアス電流を印加して局部
発振部とし、ジョセフソン接合部７を受信部として電磁
波を照射したところ、１００ＧＨｚ〜ＩＴＨｚの領域の
電磁波のミキサーとして良好に動作した。

また、本実施例の超伝導体薄膜材料の代わりにその材料
のＢｉの一部を鉛に置換した超伝導体薄膜材料であるＢ
ｉ、、Ｐｂ×５ｒ２Ｃａ、Ｃｕ、Ｏ，。を用い、それ以
外は本実施例と同様にして作製した超伝導電磁波ミキサ
ーも本実施例のものと同様に動作した。

［実施例２］ 第１図Ｅは、本発明の第２の実施例に係る超伝導電磁波
ミキサーの概略の構成を示す。同図の超伝導電磁波ミキ
サーは、実施例１と同様の作製方法により、ただし２つ
のジョセフソン接合６と７が異なる寸法となるように、
形成したものである。ここでは、ジョセフソン接合６は
長さ幅共５μｍとし、ジョセフソン接合７は幅を２μｍ
、長さを５μｍとした。これらのジョセフソン接合６と
７のジョセフソン電流は、それぞれ２３ｍＡと１１ｍＡ
であった。

ジョセフソン接合６を局部発振部とし、ジョセフソン接
合７を受信部として動作させたところ、実施例１のもの
より大きなパワーで中間周波数の電磁波を取り出すこと
ができるとともに、この点以外では実施例１のものと同
様に良好に動作した。

［実施例３］ 第１図Ｆは、この発明の第３の実施例に係る超伝導電磁
波ミキサーの構成を示す。このミキサーは、基板４の受
信部となるジョセフソン接合７が形成される側の半面に
ＭｇＯやＺｒＯ２等の薄膜９を蒸着した後、実施例１と
同様の方法でジョセフソン接合６および７を形成したも
のである。

この超伝導電磁波ミキサーは、実施例２のものと同様に
良好に動作した。

［実施例４コ 第２図Ａ−Ｅは、本発明の第４実施例に係る積層型超伝
導電磁波ミキサーの概略構造および作製工程を示す。

第２図Ａ〜Ｅに示される工程において、基板４上にクラ
スターイオンビーム法を用いてＹ、Ｂａ２Ｃｕ３０ｙ　
−ｘ　（Ｘ　＝　０〜０．５　）の下部超伝導体薄膜５
ａを形成したく第２図Ａ）。基板４としては５ｒＴｉＯ
８ＩＬ結晶基板を用いた。この際の成膜条件は、蒸発源
としてＹ、Ｂａｄ、Ｃｕを用い、その加速電圧、イオン
化電流は各元素ともＩＫＶ、３００ｍＡ、基板温度は５
００℃とし、蒸着時は１×１０″３Ｔｏｒｒの酸素ガス
を導入した。この下部超伝導体薄膜５ａは、膜厚が０．
１μｍで、１μｍ程度の大きさの結晶粒をもつ多結晶膜
であり、８３に以下の温度で０抵抗となった。

次に、ＲＦスパッタ法を用いてＭｇＯ薄膜を堆積し、絶
縁体８を形成した（第２図Ｂ）。この際の成膜条件は、
ＭｇＯターゲットを用い、Ａｒ；０２＝１：１、ｌＸｌ
０””Ｔｏｒｒのスパッタガス中で、基板温度２００℃
、スパッタパワーを２００Ｗとした。なお、膜厚は０．
０８μｍであった。

続いて、下部超伝導体薄膜５ａと同様にして上部超伝導
体薄［５ｂを形成した（第２図Ｃ）。この上部超伝導体
薄膜５ｂは８１に以下の温度で０抵抗となった。

さらに、フォトリソグラフィによりバターニングを行な
い、２つのジョセフソン接合部６および７を積層された
形で形成した（第２図り、Ｅ）。

なお、２つのジョセフソン接合部６および７は、それぞ
れ幅２μｍ１長さ３μｍの大きさとした。

このようにして作製した超伝導電磁波ミキサーは、実施
例１のものと同様に動作した。

また、本実施例の超伝導体薄膜材料の代わりにその材料
ＹＩＢａ２Ｃｕ３０ｙ−ｘ　（Ｘ　＝　０〜０．５　）
のＹをＨｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｅｕ、Ｌａ等のランタノイド
系元素に置換した材料を用いたこと以外は本実施例と同
様にして作製した超伝導電磁波ミキサーも本実施例のも
のと同様に動作した。

更に、本実施例の上部超伝導体薄膜と下部超伝導体薄膜
とを、互いに異種の酸化物超伝導材料を用いて構成した
場合においても同様に動作した。

［実施例５］ 第３図Ａ、Ｂは、本発明の第５の実施例に係る超伝導電
磁波ミキサーの概略の構成を示す。同図の超伝導電磁波
ミキサーは、それぞれ局部発振部および受信部を構成す
る６個のジョセフソン接合を設け、局部発振部と受信部
とを絶縁体を介して容量的に結合したもので、第３図Ａ
は平面図、第３図Ｂは第３図Ａ　（Ｆ）　ｃ　−ｃ　’
　における断面図である。この超伝導電磁波ミキサーの
作製工程は、先ず、基板４としてＳ　ｒ　Ｔ　ｉ　Ｏｓ
単結晶基板を用い、その上に下部酸化物超伝導体薄膜５
ａを形成した。上記下部酸化物超伝導体薄９５　ａは、
クラスターイオンビーム法を用い、蒸着源としてはＹ、
Ｂａｄ、Ｃｕを用いて基板上でＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１　：
２：１．５となるように蒸着した。その加速電圧、イオ
ン化電流は各元素ともＩＫＶ。

３００ｍＡで、蒸着時はｌＸｌ０””Ｔｏｒｒの酸素ガ
スを導入し、基板温度は５００℃とした。この下部酸化
物超伝導体薄膜５ａは、゛膜厚が０．１μｍで、１μｍ
程度の大きさの結晶粒をもつ多結晶膜であり、８３に以
下の温度で超伝導状態となった。

次に、ＲＦスパッタ法を用いてＭｇＯ薄膜を堆積し、絶
縁体８を形成した。この際の成膜条件は、ＭｇＯターゲ
ットを用い、Ａｒ：０２＝１：１、ｌＸｌ０−”Ｔｏｒ
ｒのスパッタガス中で、基板温度２００℃、スパッタパ
ワーを２００Ｗとした。なお、膜厚は０．０８μｍであ
った。

続いて、下部酸化物超伝導体薄膜５ａと同様にして上部
酸化物超伝導体薄＠５ｂを形成した。この上部酸化物超
伝導体薄膜５ｂは８１に以下の温度で超伝導状態となっ
た。

さらに、これらの酸化物超伝導体薄膜５ａおよび５ｂに
対しフォトリソグラフィによるバターニングを施し、局
部発振部となるジョセフソン接合部６ａ、６ｂ、６ｃお
よび受信部となるジョセフソン接合部７ａ、７ｂ、７ｃ
を積層して形成した後、抵抗加熱により、Ｃｒを０．０
１ａｍ、　Ａ　ｕを０．０５μｍ積層して蒸着し、電極
１３．１４および１５．１６を形成した。

このようにして作製した超伝導電磁波ミキサーを、簡単
な冷却装置を用いて４０Ｋまで冷却したところ、１００
ＧＨｚ〜ＩＴＨｚの領域の電磁波のミキサーとして良好
に動作した。

このとき、局部発振部にバイヤス電流を印加する為に必
要な電圧は、実施例４の電圧よりも３〜４倍大きく、よ
り安定した動作が可能であった。

また、この本実施例に対して超伝導体薄膜材料をＮｄ、
、　ａｓｃｅｏ、　、、Ｃｕｂ、とする以外は全く同様
にして超伝導電磁波ミキサーを作製した。この超伝導電
磁波ミキサーは、使用した超伝導体薄膜材料の臨界温度
Ｔｃが２５にであるので、２０Ｋまで冷却したところ本
実施例のものと同様に動作した。

［実施例６コ 第４図Ａ〜Ｃは、本発明の第６の実施例に係る超伝導電
磁波ミキサーの概略の構成を示す。同図の超伝導電磁波
ミキサーは、局部発振部となるジョセフソン接合と受信
部となるジョセフソン接合とを導電体で接続したもので
ある。

第４図Ａ−Ｃに示される工程において基板４としてＭｇ
Ｏ単結晶基板を用い、基板４上にＲＦマグネトロンスパ
ッタでＢｆ２Ｓｒ２ＣａｚＣｔ１３（ｌｘ超伝導体薄膜
５を形成した。この時の成膜条件はＡｒ：Ｏ□＝Ｘ：１
、圧力０．５Ｐａの雰囲気中で、ターゲットとしてはＢ
ｉ２５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０．焼結体を用い、スパッタパ
ワー１００Ｗ、基板温度２００℃とし、成膜後に酸化雰
囲気中で８５０℃、１時間の熱処理を行なった。膜厚は
０．８μｍであ〕た。この薄膜は２〜３μｍの大きさの
結晶粒をもつ多結晶薄膜であった（第４図Ａ）。次に、
フォトリソグラフィによりバターニングを行ない、２つ
のジョセフソン接合部６および７を近接して形成した。

接合部の大きさはいずれも長さ８μｍ１幅４μｍであり
、２つの接合の間隔は１μｍであった（′ｊｇ４図Ｂ）
。次に、その上に抵抗加熱による真空蒸着によりＡｇを
０．５　μｍ成膜し、フォトリソグラフィによりバター
ニングを行ない、導電体１７を形成した（第４図Ｃ）。

ここで、ジョセフソン接合は結晶粒界を利用したもので
ある（第４図Ｄ）。

このようにして作製した電磁波ミキサーは１００ＧＨｚ
〜ＩＴＨｚの領域のヘテロダインミキサーとして良好に
動作した。

このとき、局部発振部に導入した電力は実施例１の電力
より約１桁小さかった。

また、本実施例に対し超伝導体薄膜材料をＰｂ２Ｓｒ２
Ｃａ０．５ｃｕｓｏｙとした以外は本実施例と同様にし
て作製した超伝導電磁波ミキサーも本実施例のものと同
様に動作した。

［実施例７コ 第４図Ａ〜Ｃにおいて、基板として５ｒＴｉ０３、超伝
導材料としてＹＢａＣｕＯ系を用い、超伝導体薄膜５形
成法としてクラスターイオンビーム蒸着法を用いた場合
について述べる。まず、基板４上にクラスターイオンビ
ーム蒸着法を用いてＹ＋Ｂａ２ＣＵｓＯｔ−ｘ（ｘ　＝
　０．１〜０．４）超伝導体薄膜５を形成した。

この時の成膜条件としては蒸発源としてＹ、ＢａＯ，Ｃ
ｕを用い、その加速電圧、イオン化電流はＹで２ＫＶ、
１００ｍＡ、ＢａＯで４ＫＶ、２００ｍＡ、Ｃｕで４Ｋ
Ｖ、２００ｍＡであり、基板温度は６００℃とし、蒸着
時は１ｘｌＯ”２Ｔｏｒｒの０２ガスを導入した。また
、膜厚は０．５μｍであった。この薄膜は２μｍ程度の
大きさの結晶粒をもつ多結晶薄膜で、熱処理なしで超伝
導となった（第４図Ａ）。これを実施例６と同様にバタ
ーニングを行ない、２つのジョセフソン接合６，７を形
成した（第４図Ｂ）。さらに、同様に電極５を形成した
（第４図Ｃ）。

このようにして作製した電磁波ミキサーは実施例６のも
のと同様の良好な動作を行なった。

［実施例８］ 第５図Ａは、本発明の第８の実施例に係る超伝導電磁波
ミキサーの概略の構造を示す。同図に示す超伝導電磁波
ミキサーは以下の工程により作製した。先ず、基板４と
してＭｇＯ単結晶基板を用い、その上に酸化物超伝導体
薄膜５を形成した。

上記酸化物超伝導体薄膜５は、Ｂｉ２５ｒ２ＣａｚＣｕ
３０＋。

ターゲットを、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、ス
パッタパワー１５０Ｗ、スパッタガスＡｒ、ガス圧２Ｘ
１０−３Ｔｏｒｒ、基板温度１５０℃の条件下で０．２
５μｍの膜厚に成膜した後、０２３０％十Ｎ２７０％の
雰囲気中で８６０℃の熱処理を行なって形成した。この
薄膜は粒径２μｍ程度の多結晶膜となり、９５に以下の
温度で超伝導状態となった。

この酸化物超伝導体薄膜５をフォトリソグラフィにより
バターニングし、局部発振部となるジョセフソン接合部
６ａ、６ｂ、６ｃおよび受信部となるジョセフソン接合
部７ａ、７ｂ、７ｃをいずれも幅、長さとも４μｍの大
きさに形成した。

次に、抵抗加熱により、Ｃｒを０．０１μｍ、　Ａ　ｕ
を０．０５μｍ積層して成膜し、導電体Ｉ７ならびに電
極１３．１４および１５．１６を形成した。

このようにして作製した超伝導電磁波ミキサーを、簡単
な冷却装置を用いて４０Ｋまで冷却したところ、１００
ＧＨｚ〜ＩＴＨｚの領域の電磁波のミキサーとして良好
に動作した。

また、本実施例に対して超伝導体薄膜材料をそれぞれ丁
Ｕ２Ｂａ２ＣａｎＣＬ１１＋６しくｎ＝１．２．３）ま
たはＴＵＢａ２ＣａｎＣｕ＋＋ｎＯｙ　　（ｎ　＝　１
　、　２　、　３　）とした以外は本実施例と同様にし
て作製した超伝導電磁波ミキサーも本実施例のものと同
様に動作した。

Ｃ実施例９コ 第５図Ｂは、本発明の第９の実施例に係る超伝導電磁波
ミキサーの概略の構成を示す。同図の超伝導電磁波ミキ
サーは、以下の工程により作製した。

先ず、基板４としてＭｇＯ単結晶基板を用い、その上に
半分だけＺｒＯ，薄膜９を２０人形成した。次に、ＲＦ
マグネトロンスパッタ法を使用し、ターゲットはｙｓｚ
　（イツトリウムスタビライズドジルコニア）を用い、
　Ａｒ　：０２　＝１　：１、ｌＸｌ０−２Ｔｏｒｒの
スパッタガス中で、基板温度２００℃、スパッタパワー
を１５０Ｗで成膜した。その後、実施例８と同様の作製
方法により、局部発振部となるジョセフソン接合部６ａ
。

６ｂ、６ｃおよび受信部となるジョセフソン接合部７ａ
、７ｂ、７ｃをいずれも幅、長さとも４μｍの大きさと
なるように形成した。ここで、局部発振部６ａ、６ｂ、
６ｃのジョセフソン電流値は３．５ｍＡであり、受信部
７ａ、７ｂ、７ｃのジョセフソン電流値は０．７ｍＡで
あった。このようにして作製された超伝導電磁波ミキサ
ーは、実施例８のものより大きなパワーの中間周波数の
電磁波を取り出せるとともに、他の点では実施例８のも
のに遜色なく良好に動作した。

［実施例１０］ 第６図Ａ、Ｂは、トンネル型ジョセフソン接合を用いた
超伝導電磁波ミキサーの作製工程および構造の例を示す
。

第６図Ａ、Ｂに示される工程において、基板４としてＭ
ｇＯ単結晶基板を用い、基板４上にイオンビームスパッ
タでＢ　ｉ２Ｓ　ｒ２ｃ　ａ２Ｃｕｓｏ　Ｘの下部超伝
導体薄１１ｔ＠５ａを形成した。この時の成膜条件は、
ターゲットＢ　ｉ２Ｓ　ｒ２ｃ　ａ２Ｃｕ、、Ｏ焼結体
、バックグラウンド圧２　ｘ　１０−６Ｔｏｒｒ、　Ａ
　ｒ圧３×１０−３Ｔｏｒｒ、イオン電流１００μＡ、
加速電圧７ＫＶ、基板温度ＳＯＯ℃で、膜厚は０．０５
μｍであった。次に、ＲＦスパッタ法によりＭｇＯター
ゲット、Ａｒ電圧、５Ｐａ、スパッタパワー１００Ｗ、
基板温度１５０℃の条件でＭｇＯ薄膜（トンネルバリア
層）８′をｏ、ｏｏｉμｍ形成し、ざらにその上に前述
の条件でＢｔ２Ｓｒ。

Ｃａ２　Ｃｕ３０の上部超伝導体薄膜５ｂを０．０５μ
ｍ成膜した（第６図Ａ）。次に、フォトリソグラフィー
によりバターニングを行ない、第６図Ｂのジョセフソン
接合２０および２１を形成した。接合面積は、ジョセフ
ソン接合２ｏが１０μｍＸ８μｍ、ジョセフソン接合２
１が５μｍＸ８μｍであり、溝１８の幅は１μｍ、結合
部１９の膜厚は０．０１５μｍであった。

この時、ジョセフソン接合２０の下部薄ｇ　５　ａとジ
ョセフソン接合２１の下部薄膜との間の電流・電圧特性
を液体窒素温度で測定したところ、マイクロブリッジ型
ジョセフソン接合の特性を示した。つまり結合部１９は
弱結合型ジョセフソン接合になっていた。ジョセフソン
電流は８０μＡであった。

このようにして作成した電磁波ミキサーは、液体窒素冷
却中の導波管内にセットして評価したところ、１００Ｇ
Ｈｚ　〜８００ＧＨｚの領域のヘテロダインミキサーと
して良好に動作した。

［実施例１１コ 第６図Ａ、Ｃに示される工程において基板４としてＳ　
ｒ　Ｔ　ｉ　Ｏｓ単結晶基板を用い、超伝導体としてＹ
ＢａＣｕＯ系を用い、超伝導体薄膜５形成法としてクラ
イスターイオンビーム蒸着法を用いた場合について述べ
る。まず、基板４上にクライスターイオンビーム蒸着法
を用いてＹＢａ。

Ｃｕ３０ｔ−ｘ　　（Ｘ＝０．１〜０．４）　の下部！
伝導体薄膜５　ａを形成した。この時の成膜条件として
は蒸発源としてＹ、ＢａＯおよびＣｕを用い、その加速
電圧、イオン化電流はＹで３ＫＶ、１００ｍＡ、ＢａＯ
で５ＫＶ、２００ｍＡ、Ｃｕで５ＫＶ、２００ｍＡであ
り、基板温度は７００℃とし、蒸着時５　Ｘ　１０−’
ｔｏｒｒの０２ガスを導入した。薄膜は０．０６μｍで
あった。次に、抵抗加熱法によりＡｇを０．００２μｍ
蒸着し、その上に、ＲＦスパッタ法によりＺｒＯ７をｏ
、ｏｏｉμｍ形成した。この時、ターゲットはＹＳＺ、
Ａｒ圧は７　Ｘ　１Ｏ−３ｔｏｒｒ、スパッタパワーは
ｔｏｏｗ、基板温度は１００℃であった。さらにその上
に前述クライスターイオンビーム法で基板温度を５５０
℃としてＹＢａＣｕＯの上部薄膜５ｂを０．０８μｍ形
成した（第６図Ａ）。次に、フォトリソグラフィーと集
束イオン打ち込みによってジョセフソン接合２０および
２１を形成した（第６図Ｃ）、イオン打ち込みは５Ｋｅ
ＶのＡｒイオンで行なった。接合面積は、ジョセフソン
接合２０が１２μｍ×１０μｍ、ジョセフソン接合２１
が６μｍ×１０μｍであり、イオン打ち込み部２２の幅
は０．８μｍであった。

結合部１９の電気特性を実施例１０と同様にして測定し
たところ、半導体的であった。液体窒素温度での抵抗率
は約１０３Ω・ｃｍであった。

このようにして作成した電磁波ミキサーは液体窒素温度
で実施例１０と同様の良好な動作を行なった。

［実施例１２］ 第７図Ａ−Ｈに第１２の実施例を示す。まず、実施例１
０のプロセスと同様にして５ｒＴｉＯ。

基板４上にＹ系薄膜０．０６μｍ％Ａｇ膜０．００２μ
ｍとからなる下部薄＠５ａとｚｒｏ２Ｍ（トンネルバリ
ア層）８’　　０．００１μｍとをこの順に積層形成し
、フォトリソグラフィーによりバターニングを行なった
（第７図Ａ）。次に、その上にＹ系上部薄膜５ｂを０．
０６μｍ形成し、フォトリソグラフィーによりバターニ
ングを行なってトンネル型ジョセフソン接合の直列アレ
イを形成した（第７図Ｂ）。続いて、エキシマレーザ−
を用い、左端の接合をエツチングし、溝１８を形成した
（第７図Ｃ）。第７図りおよびＥは、それぞれ第７図Ｃ
のａａ’　およびｂｂ’　における断面図を示す、第７
図Ｃの溝１８は幅が０５μｍであった。実施例１０と同
様にして結合１ｆＪ１９の電気特性を測定したところ、
抵抗率は１０６Ω・ｃｍ以上であり、電気容量は約１ｎ
Ｆであった。

この素子の等価回路を第８図に示す。

つまり、局部発振部２３と受信部２４が共に１０個の直
列アレイになっているわけである。このようにすること
により、局部発振部にバイアス電流を流す際の動作電圧
が１０倍、受信部での動作電圧も１０倍にすることがで
きる。これは、実際に素子を動かす際の安定性および耐
ノイズ性を有利にする。

このようにして作成した電磁波ミキサーは、液体窒素温
度において１００ＧＨｚ　〜８００ＧＨｚの領域のヘテ
ロダインミキサーとして良好に動作した。

［実施例１３］ 第９図Ａ−Ｄは、この発明の第１３の実施例に係る超伝
導電磁波ミキサーの構成および概略工程を示す。このミ
キサーはジョセフソン接合の形成に基板に形成した段差
を利用して作製したものである。

初めに、ＭｇＯ単結晶基板４上に、フォトリソグラフィ
により０．５μｍの段差を形成した（第９図Ａ）。次に
、段差をつけた基板４上に、ＲＦマグネトロンスパッタ
を用いてＥｒ＋Ｂａ２Ｃｕ、０７−ｘ（ｘ＝０．１〜０
．４）超伝導体薄膜５を形成した。成膜条件は、Ａｒガ
ス圧カフ　ｘ　１Ｏ−３ｔｏｒｒの雰囲気中でターゲッ
トとしてＥｒ＋ＢａｚＣｕ３０ｙ−ｘ　　（ｘ　＝　０
．１〜０．４１焼結体を用い、スパッタパワー１５０Ｗ
、基板温度１００℃とし、成膜後に酸化雰囲気中で９０
０℃１時間の熱処理を行なった。膜厚は０．５μｍであ
った。この薄膜は４〜６μｍの大きさの結晶粒をもつ多
結晶薄膜であった（第９図Ｂ）。

次に、実施例６と同様にバターニングを行ない、２つの
ジョセフソン接合部６．７を形成した。たたし、、接合
部の大きさは長さ１６μｍ、幅８μｍとした（第９図Ｃ
）。さらに、実施例６と同様に電極１７を形成した（第
９図Ｄ）。

このようにし・て作製した電磁波ミキサーは、実施例６
と同様の良好な動作を行なった。

［実施例１４コ 第１０図Ａは、この発明の第１４の実施例に係る超伝導
電磁波ミキシング装置の概略の構成を示す平面図である
。

同図において、３０は前記実施例１〜１３のいずれかに
従って作製された超伝導電磁波ミキサー、３１は超伝導
電磁波ミキサー３０を冷却するためのクライオスタット
、３３は外来電磁波３２を超伝導電磁波ミキサー３０の
受信部へ導入するための導入部３３である。導入部３３
は導波管あるいはホーン型アンテナ等により構成されて
いる。また、３４は超伝導電磁波ミキサー３０の局部発
振部にバイアス電流を供給するための直流電源、３６は
超伝導電磁波ミキサー３０から出力される信号３５を増
幅しヘテロダイン出力３７として送出するための増幅器
である。

なお、ここでは、超伝導電磁波ミキサー３０、導入部３
３および増幅器３６がクライオスタット３１内に設置さ
れており、直流電源３４のみがクライオスタット３１外
に設置されているが、この限りてはなく、少なくとも超
伝導電磁波ミキサー３０がクライオスタット３１内で冷
却されていれはよい。

第１０図Ａの超伝導電磁波ミキサー３０は、直流電源３
４から局部発振部にバイアス電流を供給されると、その
バイアス電流の応じた周波数で発振する。この局部発振
出力は超伝導電磁波ミキサー３０の受信部に供給される
。これにより、受信部においては、導入部３３より導入
された外来型ｔｉｎ波３２と前記局部発振出力とがミキ
シングされ、外来電磁波３２の周波数と前記局部発振出
力の周波数との差の周波数を有する中間周波数（ｉＦ）
の電磁波出力３５が得られる。増幅器３６はこのＩＦ波
出力３５を増幅し、ヘテロダインミキシングされた出力
３７を発生する。

［実施例１５］ 第１０図Ｂは、この発明の第１５の実施例に係る超伝導
電磁波ミキシング装置の概略の構成を示す側断面図であ
る。

図示のように、前記実施例１の方法により作製された超
伝導電磁波ミキサー３０を、内寸１ｍｍＸ０．５ｍｒｎ
の断面を有する矩形導波管３８内の一端に設置し、この
一端をＨｅガスの循環冷凍機（クライオスタット）３１
のコールドヘッド３１′に固定し、１５Ｋまで冷却した
。なお、導波管３８の他端とクライオスタット３１外波
管３８′　との結合部は厚さ０．２ｍｍのテフロン板３
９で区切り、クライオスタット３１の内側が真空に保た
れるようにした。また、超伝導電磁波ミキサー３０の局
部発振部にバイアス電流を供給するための直流電源３４
をクライオスタット３１外に配設した。

この構成において、不図示のガン発振器および２逓倍器
を用いて２００ＧＨｚの電磁波を導波管３８内に導入し
、バイアス電流を１５〜３０ｍＡ流したところ、周波数
１〜０．７ＧＨ２のミキシング（中間周波数）出力３５
を得ることができた。このミキシング出力３５は、Ｇａ
ＡｓＦＥＴアンプからなる増幅器３６により増幅され、
中間周波出力３７としてクライオスタット３１の外部に
取り出すことができた。

［発明の効果コ 以上のように、本発明のｉ磁波ミキサーは、前Ｊ己従来
例であるヘテロダイン検波装置に対し、１つの素子内に
局部発振部とヘテロダインミキサー部の両方を備えてい
るために外部の局部発振器やそれと受信部とを接続する
ための導波管が不要となり、このような１を磁波ミキサ
ーを用いるミキシング装置を非常に小型化することがで
きた。また、外部局部発振器を用いた場合は局部発振出
力として１０ｎＷ〜１００ｎＷ必要であったものが、本
発明に係る素子では０．１ｎＷ〜１ｎＷ程度となり、消
費電力を大幅に低減することができた。

さらに、本発明によれば比較的臨界温度Ｔｃの高い酸化
物超伝導体を用いて比較的高温（液体窒素温度付近）で
も動作する電磁波ミキサーを作製することができ、冷却
装置を簡略化した小型で安価なシステムを構成すること
ができた、さらに、本発明のミキサーは、Ｎｂ等を用い
た従来のミキサーに比べて、より高い周波数帯用として
使用することができた。すなわち、使用可能な周波数の
上限がＮｂを用いたミキサーでは約７００ＧＨｚであっ
たのに対し、本発明のＹ系ミキサーでは約１０７Ｈｚで
あった。これは、本発明のミキサーを用いた場合、情報
伝達速度が従来の１０倍以上、帯域も約１０倍となり、
同一時間で伝送できる情報が２桁近くに増加することを
意味する。このように、本発明のミキサーがより高い周
波数帯で使用可能な理由は、本発明ではＮｂ等に比べて
バンドギャップの大きい酸化物超伝導体を用いているた
めと考えられる。例えば、Ｎｂのエネルギーギャップは
約３ｍｅＶであるのに対し、Ｙ系酸化物超伝導体はそれ
より１桁大きい また、本発明によれば、電気特性が組成変化によって大
きく変化するという酸化物超伝導体の性質によって局部
発振部と受信部をうまく結合させることができた、２さ
らにトンネル型のジョセフソン接合にしたことにより、
所望のジョセフソン電流値を得ることが容易となった。

以上のことにより歩留りよく一体型超伝導電磁波ミキサ
ーを作成することが可能となった。

また、ミキサーの局部発振部と受信部とは、間隙または
空間により結合するよりは、絶縁体あるいは導電体など
により結合する方が好ましい。例えは、局部発振部と受
信部とを絶縁体により結合した場合、ミキシングの効率
（局部発振部からの電６ｎ波の伝搬効率）は、真空によ
り結合した場合より上がった。また、絶縁体に代え導電
体により結合し・た場合、ミキシング効率はより一層向
上した。

これは、絶縁体により結合した場合においても絶縁体の
誘電率は真空の誘電率ε。よりも約〜桁大きく、局部発
振部と受信部間に介在する電気容量は間隙の時よりも大
きくなって、２つの部分の間の結合がより強くなってい
るためと考えられる。さらに、絶縁体に代え導電体によ
り結合し、た場合にはさらに結合が強くなるからより一
層のミキシング効率の向上が認められたものと考えられ
る。

また、数１００ＧＨｚ以上の周波数においては、使用周
波数とミキシング効率の点において弱結合である粒界型
ジョセフソン結合の方がトンネル型ジョセフソン接合よ
りも好ましかった。このことは、先述した高周波数帯域
に適用可能な高温酸化物超伝導体を用いたメリットを充
分活かす意味においても望ましい。

また、局部発振部を構成するジョセフソン接合を複数個
とすることで、局部発振部に印加する電圧をより大きな
ものとすることかでき、局部発徹周波数をより安定なも
のとすることができた。

また、受信部を構成するジョセフソン接合を複数個とす
ることで、検出効率を向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂ、Ｃは、本発明の一実施例に係る超伝導電
磁波ミキサーの概略の構造および製造丁程を示す平面図
、 第１図りは、第１図Ｃのａ−ａ’　における断面図、 第１図Ｅは、本発明の第２の実施例に係る超伝導電磁波
ミキサーの概略の構造を示す平面図、第１図Ｆは、本発
明の第３の実施例に係る超伝導電磁波ミキサーの概略の
構造を示す断面図、第２図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは、本発明の
第４の実施例に係る超伝導電磁波ミキサーの概略の構造
および製造工程を示す平面図、 第２図Ｅは、第２図りのｂ−ｂ’　における断面図、 第３図Ａ、Ｂは、本発明の第５の実施例に係る超伝導電
磁波ミキサーの概略の構成を示す図で、第４図Ａは平面
図、第４図Ｂは第４図ＡのＣ−Ｃ゛における断面図、 第４図Ａ、Ｂ、Ｃは、本発明の第６および第７の実施例
に係る超伝導電磁波ミキサーの概略の製造工程を示す斜
視図、 第４図りは、該超伝導電磁波ミキサーのジョセフソン接
合部の構造を示す拡大断面図、第５図Ａは、本発明の第
８の実施例に係る超伝導電磁波ミキサーの概略の構成を
示す平面図、第５図Ｂは、本発明の第９の実施例に係る
超伝導電磁波ミキサーの概略の構造を示す断面図、第６
図Ａ、Ｂは、本発明の第１０および第１１の実施例に係
る超伝導電磁波ミキサーの概略の製造工程を示す断面図
、 第７図Ａ、Ｂ、Ｃは、本発明の第１２の実施例に係る超
伝導電磁波ミキサーの平面図、第７図りは、第７図Ｃの
ａａ’断面図、第７図Ｅは、第７図Ｃのｂｂ’断面図、
第８図は、第７図Ａ−Ｈの超伝導電磁波ミキサーの等価
回路図、 第９図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは、本発明の第１３の実施例に係
る超伝導電磁波ミキサーの概略の製造工程を示す斜視図
、 第１０図Ａは、この発明の第１４の実施例に係る超伝導
電磁波ミキシング装置の概略の構成を示す平面図、 第１０図Ｂは、この発明の第１５の実施例に係る超伝導
電磁波ミキシング装置の概略の構成を示す側断面図、 第１１図Ａは、従来におけるジョセフソントライオード
の概略の構造を示す斜視図、そして第ｉｉ図ｓは、第１
１図Ａのジョセフソントライオードの電気等価回路図で
ある。 ４：基板 ５．５ａ、５ｂ：酸化物超伝導体薄膜 ５°　：くびれ ８：絶縁体、 ８′：絶縁層（トンネルバリア層） ６．６ａ、６ｂ、６ｅ：結晶粒界型ジョセフソン接合（
局部発振部） ７　７ａ　　７ｂ、７Ｃ：結晶粒界型ジョセフソン接合
（受信部） ９：ジョセフソン電流制御用の膜 １３．１４．１５．１６：電極 １７：導電体 １８：溝 １９：結合部（溝の底部） ２０．２にトンネル型ジョセフソン接合２３二局部発振
部 ２４：受信部 ３０：超伝導電磁波ミキサー ３１；冷却機 ３２：外来電磁波 ３３：導入部 ３６：増幅器 ３７：ヘテロダインミキシング出力

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）局部発振部と、該局部発振部と電気的に結合され
   ており該局部発振部からの電磁波と外来の電磁波とをミ
   キシングする受信部とを有する超伝導電磁波ミキサーで
   あって、 前記局部発振部と受信部とが共に酸化物超伝導体を用い
   たジョセフソン接合によって形成されていることを特徴
   とする超伝導電磁波ミキサー。
2. （２）前記ジョセフソン接合が、酸化物超伝導薄膜の結
   晶粒界を用いたジョセフソン接合である前記請求項１記
   載の超伝導電磁波ミキサー。
3. （３）前記ジョセフソン接合が、トンネル型ジョセフソ
   ン接合である前記請求項１記載の超伝導電磁波ミキサー
   。
4. （４）前記局部発振部と受信部とが絶縁体を介して結合
   されている前記請求項１記載の超伝導電磁波ミキサー。
5. （５）前記局部発振部と受信部とが導電体により結合さ
   れている前記請求項１記載の超伝導電磁波ミキサー。
6. （６）局部発振部および該局部発振部に電気的に結合さ
   れて該局部発振部からの電磁波と外来の電磁波とをミキ
   シングする受信部を有し、前記局部発振部と受信部とが
   共に酸化物超伝導体を用いたジョセフソン接合によって
   形成されている超伝導電磁波ミキサーと、 前記電磁波ミキサーの受信部に外来の電磁波を導入する
   導入部と、 前記電磁波ミキサーにおけるミキシング作用により得ら
   れる中間周波数帯の電磁波を増幅する増幅器と、 少なくとも前記電磁波ミキサーを冷却する冷却機と を具備することを特徴とする超伝導電磁波ミキシング装
   置。
7. （７）前記電磁波ミキサーの局部発振部と受信部とが絶
   縁体を介して結合されている前記請求項６記載の超伝導
   電磁波ミキシング装置。
8. （８）前記電磁波ミキサーの局部発振部と受信部とが導
   電体により結合されている前記請求項６記載の超伝導電
   磁波ミキシング装置。