JPH03205904A - マイクロ波遅延線 - 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、マイクロ波遅延線に関する。より詳細には、
本発明は、マイクロ波あるいはミリ波等の波長の短い電
磁波を取り扱うデバイスであって、特にその導体層を酸
化物超電導材科によって形成したマイクロ波遅延線の新
規な構成に関する。

従来の技術 数十ｃｍから数ｍｍまでの波長を有し、マイクロ波ある
いはミリ波等と呼ばれる電磁波は、理論的には電磁波ス
ペクトルの一部の範囲に過ぎないが、工学的にはこれを
取り扱うための独特の手法やデバイスが開発されている
ことから、特に独立して検討される場合が多い。

マイクロ波やミリ波は、電波の直進性、導体板による反
射、障害物による回折、電波どうしの干渉、異なる媒質
間を伝播する際の光学的な振る舞い等の特徴がある他、
低周波や光の場合には効果が小さすぎて実用にならなか
った物理現象が顕著に顕れている場合があり、フエライ
トのジャイロ磁気効果を利用したアイソレータ／サーキ
ュラや気体プラズマとマイクロ波との干渉を利用したプ
ラズマ診断等の医療装置に利用されている。また、周波
数が極めて高いことから、高速／高密度な信号伝送媒体
としても期待されている。

この帯域の電磁波を誘導させるためには、低周波用の平
行線等では伝送損失が極端に大きい。また、特に線間距
離と波長とが同程度の長さになると、線路の僅かな屈曲
や接続部の僅かな寸法の不一致により反射や放射が発生
し、隣接物の影響を受け易くなる。そこで、実際には、
波長と同程度の断面寸法を有する管状の導波管を使用す
る。このような導波管およびそれによって構成された回
路は、その立体的な形状から立体回路などと呼ばれてい
るが、通常の電気／電子回路の要素に比較すると寸法が
大きく、実際の利用は特殊な分野に限られていた。

ことろが、マイクロ波帯で動作する能動素子として半導
体を使用した小型のものが開発され、また、集積回路技
術の進歩に伴い、導波路間隔の極めて小さいストリップ
線路が使用されるようになってきている。

発明が解決しようとする課題 一方、１９８６年にベドノーツ、ミューラー等によって
、３０Ｋで超電導状態を示す（Ｌａ，　Ｂａ）　２ｃｕ
○４が発見され、更に、１９８７年には、チュ一等によ
って９０Ｋ台の超電導臨界温度Ｔｃを有するＹＢａ２Ｃ
ｕ３０，発見され、続いて、１９８８年には前田等によ
って１００Ｋ以上の臨界温度を示す所謂Ｂｌ系の複合酸
化物系超電導材料が発見された。これらの一連の複合酸
化物系超電導材料は、廉価な液体窒素による冷却でも超
電導現象を実現することができるものがあり、超電導技
術の実用的な応用の可能性が取り沙汰されるようになっ
た。

超電導特有の現象が有利に作用するという点では、マイ
クロ波部品も例外ではない。即ち、一般に、ストリップ
線路では、周波数の平方根に比例して、導体の抵抗によ
る減衰定数が増大する。また、周波数の増大に比例して
誘電体損も増加するが、近年のストリップ線路では、誘
電体材料の改良により、特に１０　Ｇ　Ｈｚ以下の領域
では、ストリップ線路の損失は、専ら導体層の抵抗に起
因するものが大部分を占めている。従って、ストリップ
線路における導体層の抵抗を低減することは、ストリッ
プ線路の性能を著しく向上することになる。

尚、ストリップ線路は、単純な伝送路としての用途の他
に、適切なパターニングを行うことによって、インダク
タンス素子、共振器、フィルタ、方向性結合器、ハイブ
リッド等のマイクロ波部品を構成することができる。

しかしながら、有利な特性を有する酸化物超電導材料を
マイクロ波分野の技術に実際に応用した例はまだない。

そこで、本発明の目的は、酸化物超電導材料を利用した
高性能なマイクロ波部品を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明に従うと、誘電体層と、該誘電体層に隣接して所
定のパターンに従って形成された少なくとも１対の導体
層とを含み、該導体層の一方を接地されて形成されたマ
イクロ波伝送線路により構成されたマイクロ波遅延線で
あって、該導体層が複合酸化物超電導材料によって形成
されていることを特徴とするマイクロ波遅延線が提供さ
れる。

また、上記本発明に係るマイクロ波遅延線における導体
層は、基板温度が全工程を通じて８００℃を越えない工
程によって薄膜として形成されることが好ましい。

立亙 本発明に係るマイクロ波遅延線は、その導体層の材料と
して酸化物超電導材料を使用していることをその主要な
特徴としている。

マイクロ波遅延線における導体層は、基板上に後述する
所定のパターンに従って形成された導体線路と、この導
体線路と離隔して形成された接地導体層とである。これ
らの導体層が超電導化されることによって、遅延線を構
成するマイクロ波線路の伝播損失が著しく低減すると共
に、適用可能な周波数帯域が高周波数側に拡張される等
の利点がある。また、超電導材料として酸化物超電導材
料を使用することによって、廉価な液体窒素により超電
導状態を実現することができるので、より広い分野でこ
の高性能なマイクロ波遅延線を使用することが可能にな
る。

これら本発明に係るマイクロ波遅延線における導体層は
、基板上に厚膜としてあるいは薄膜として形成すること
ができるが、一般に、薄膜の方が超電導層としての品質
に優れている。

導体層としての酸化物超電導薄膜は、公知の種々の或膜
法により作製できるが、マイクロ波遅延線の導体層とし
て超電導薄膜を作製する場合は、特に、誘電体層と超電
導薄膜との界面の性状が良好に保たれるように留意する
必要がある。即ち、マイクロ波線路の場合、導体層の表
面を電流が伝播するので、この領域で、物理的な形状お
よび電磁気的な特性が擾乱されると、導体層として超電
導材料を使用したことのメリットが失われてしまうから
である。また、導体層の下地材料として、ＡＩ２０３や
Ｓｉ○２を使用した場合、超電導薄膜を或膜する過程で
必要な加熱処理に際して、ＡＩ。０３やＳｉ○２と複合
酸化物系超電導材料とが反応して信号線路の超電導特性
が劣化あるいは消失してしまう場合がある。

従って、特に、導体層の或膜時に留意しなければならな
いことは、導体層の材料と誘電体層または基板材料とが
、互いに反応性の低い材料の組合せであること、また、
或膜時および或膜後に基板を高温に加熱して相互の材料
が拡散するような処理は極力避けること等である。具体
的には、導体層としての超電導薄膜の戊膜過程では、基
板温度が８００℃を越えないように留意する必要がある
。

このような観点からは、或膜時の基板温度に対する制約
が少なく、基板温度の制御がし易い真空蒸着法やレーザ
蒸着法が有利である。また、他の或膜法も含めて、或膜
後のボストアニール処理を行うことは不利なので、或膜
中の基板雰囲気に活性の高い酸素を導入する等して、或
膜したままの状態で薄膜が超電導薄膜となっているよう
な或膜法を選択することが重要である。

尚、誘電体層の材料としては、公知の誘電体材料をいず
れも使用することができるが、超伝導薄膜の形成に関し
てのみ有利なＭｇ○、ＳｒＴｉ○，あるいはＹＳｚを使
用した場合、これらの材料の誘電体損失が非常に大きく
、超電導線路による導体損失の低減が活かされない。従
って、線路のマイク？波線路としての特性を向上させる
ためには、誘電正接ｔａｎδの小さいＡ１■０，、Ｌａ
Ａ　１０３、ベリリア基板、硼珪酸ガラス等を使用する
ことが有利である。特に、ＬａＡＩ０３は、かなり高温
まで安定で、複合酸化物系超電導材料との反応性が低く
、また、誘電体損失も、Ｍｇ○やＹＳｚに比較して１桁
以上低いので好ましい。

導体層および接地導体層としては、Ｙ系の複合酸化物の
他、ＴＩおよび／またはＢｉを含む複合酸化物を、特に
超電導臨界温度が高く液体窒素による冷却で超電導化す
る酸化物超電導材料として例示することができるが、こ
れに限定されるものではない。尚、一連の複合酸化物超
電導材料は、これを薄膜として或膜する際に、予め基板
上にレジストによるマスクを形成しておくリフトオフ法
によって、任意のパターンを形成することができる。

また、一旦全面に形成した導体層を、塩酸等によってエ
ッチングするウェットエッチング法等によってパターン
ニングすることもできる。

従って、誘電体層上に形成された導体層を適切なパター
ンに形成することによって、所望の特性を有するマイク
ロ波遅延線を構成することができる。即ち、遅延線は、
マイクロ波線路に所定のインダクタンス或分を設定する
ことにより形成され、ストリップ線路の場合は、線路の
幅と長さとを適切に設計することによって実現できる。

また、インダクタンス或分を有するフィルタ回路等も遅
延特性を有するが、これを遅延線として使用した場合は
波形歪みが増加する等の問題があり、一般的には使用さ
れない。

以下、作製例を挙げて本発明をより具体的に説明するが
、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技
術的範囲を何ら限定するものではない。

実施例１ 誘電体層をＬａＡ　Ｉ○３により、導体層をＹＢａ２Ｃ
ｕ＋○，薄膜によりそれぞれ形成して、マイクロ波遅延
線を作製した。

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るマイクロ波遅延
線を構戒することができるマイクロ波伝送線路の断面構
造を示す図である。

第１図（ａ）に示すマイクロ波線路は、誘電体層３と、
誘電体層，３の上面に所望のパターンに従って形成され
た中心導体１と、誘電体層３の下面全体に形成された接
地導体層２とから構成されたマイクロストリップ線路で
ある。

第１図（ｂ）に示すマイクロ波線路は、中心導体層ｌと
、中心導体層ｌを中心に埋設され、上面および下面に接
地導体層２ａおよび２ｂを備えた誘電体層３により構成
されている平衡型ス｝　ＩＪップ線路である。

また、第１図（Ｃ）に示すマイクロ波線路は、誘電体層
３と、誘電体層３上に、互いに離隔して形成された中心
導体層１および１対の接地導体層２ａ、２ｂとから構成
されたコプレーナガイド型マイクロ波線路である。

更に、第１図（ｄ）に示すマイクロ波線路は、誘電体層
３上に形成された１対の導体層ｌおよび２をそれぞれ中
心導体層および接地導体層に割り当てたスロットライン
型マイクロ波線路である。

尚、本実施例においては、特にパターニングの自由度の
高さから、第１図（ａ）に示したマイクロストリップ線
路の構造を採用してマイクロ波遅延線を作製した。即ち
、第１図（ａ）に示すマイクロ波伝送線路において、接
地導体層２と中心導体層｛とはそれぞれＹＢａ２Ｃｕ３
０，薄膜により形成されており、誘電体層３は、ＬａＡ
１０３により形成されている。

第２図は、後述するような方法で作製するマイクロ波遅
延線における導波路パターンを示す図である。

第２図に示すマイクロ波遅延線は、図に示すように、屈
曲した長いマイクロストリップ線路１として形成されて
いる。本実施例では、線路幅は２８０μｍ、で特性イン
ピーダンスが５０Ωの線路が、長さ５３ｃｍとなるよう
に形成されている。このマイクロ波遅延線の遅延時間は
、線路が超電導状態にあるときにｌＯｎ秒である。

本実施例では、導体層１および接地導体層２の形成方法
として真空蒸着法を採用し、まず、厚さ０．５ｍｍのＬ
ａＡ　１０３板３を誘電体基板として、その上面及び下
面に導体層１および２として、厚さ６０００八までＹＢ
ａ２Ｃｕ３０ｙ薄膜を成膜する。続いて、塩酸をエッチ
ッグ剤としたウエットエッチッグ法により、導体層をパ
ターニングした。

或膜条件は、下記の第１表に示す通りである。

第１表 尚、上記の導体層の戒膜揉作に際しては、誘電体基板近
傍に配置したリング状ノズルによって０３ガスの吹きつ
けを行った。吹きつけた０３ガスは、液体窒素によって
冷却した液体オゾンを気化させたもので、実質的に純粋
な０３ガスである。０３ガスの供量は４０ｃｃ　／分と
した。

以上のようにして作製したマイクロ波遅延線の特性を測
定した。また、比較例として、サファイア基板を使用し
て、厚さ６０００人のＡ１薄膜により形成された線路幅
２８０　μｍ、特性インピーダンス５０Ωのストリップ
線路で、遅延時間Ｉｏｎ秒のマイクロ波遅延線を作製し
た。

以上のような、本発明に係るマイクロ波遅延線と比較例
としてのマイクロ波遅延線とに、それぞれ１〜４０ＧＨ
ｚの信号を入力して、各遅延線における伝送損失を測定
した。測定結果を第３図に示す。

発明の効果 以上詳述のように、本発明によれば、ストリップ線路の
導体層を超電導材料によって構成することにより、画期
的に伝播損失の少ないマイクロ波遅延線を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明を適用可能なマイクロ
波遅延線の断面構造を示す図であり、 第２図は、実施例において作製したマイクロ波遅延線の
導体層パターンを示す図であり、第３図は、実施例にお
いて作製したマイクロ波遅延線の特性を示すグラフであ
る。 〔主な参照番号〕 １・・・導体層、 ２、２ａ、２ｂ・・・接地導体層、 ３・・・誘電体層（誘電体基板）、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　誘電体層と、該誘電体層に隣接して所定のパターンに
   従って形成された少なくとも１対の導体層とを含み、該
   導体層の一方を接地されて形成されたマイクロ波伝送線
   路により構成されたマイクロ波遅延線であって、該導体
   層が複合酸化物超電導材料によって形成されていること
   を特徴とするマイクロ波遅延線。