JPH05160616A

JPH05160616A - 薄膜共振器

Info

Publication number: JPH05160616A
Application number: JP3325565A
Authority: JP
Inventors: Akira Enohara; 晃榎原; Kentaro Setsune; 謙太郎瀬恒
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1991-12-10
Publication date: 1993-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】マイクロストリップ型伝送路又はコプレナー
型伝送路において、線路から第１のギャップを介して形
設された入出力用電極と、線路から第２のギャップを介
して形設された制御用電極と、制御用電極と接地電極間
に接続された可変容量素子を備え、線路の伝搬特性を変
化させることによって共振周波数を微調整する。【構成】基板１上にに形成された線路２からなるマイ
クロストリップ型伝送路と、線路２の少なくとも一方の
端に設けられた入出力用電極３と、線路２の側面の一部
分に対向するように設けられた制御用電極４と、制御用
電極４と接地電極５間に接続された可変容量素子８か
ら、薄膜共振器を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波等の高周波
回路に用いられる共振器が薄膜によって構成された薄膜
共振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、発振器やフィルター等に用いられ
る薄膜共振器の形状として、伝送線路や円板が利用され
ている。特に、マイクロストリップ型伝送路やコプレナ
ー型伝送路を用いた伝送線路型共振器は、任意の形状を
有する線路を基板上に形成することができるため、共振
周波数を広い周波数範囲に渡って設定可能な共振器を提
供することができる。

【０００３】また、伝送線路型共振器に用いられる薄膜
材料として、超電導体のような高周波損失の小さな材料
を用いることにより、共振特性が向上する。特に、近年
発見された金属酸化物からなる超電導材料は、液体窒素
温度（７７Ｋ）以上の臨界温度を有することから、従来
の液体ヘリウム温度に冷却していた超電導材料に比べて
冷却手段が簡単になり、これらの材料を利用することは
実用的価値が極めて高い。

【０００４】伝送線路型共振器の線路に超電導材料を用
いると、線路の伝搬損失が小さくなって、極めて共振の
鋭い、即ち、Ｑ値の大きな共振器が実現できることが報
告されている（電子情報通信学会技術研究報告、ＳＣＥ
９１−１３、１９９１年４月）。

【０００５】一方、伝送線路型共振器の共振周波数は、
原則として、共振器の構造や形状によって決定されるた
め、製造された共振器の共振周波数を調整するためには
何らかの工夫が必要となる。

【０００６】従来の金属薄膜からなる共振器において
は、線路の途中に可変容量素子などを直列的又は並列的
に挿入して、線路の実効的な長さ（電気長）を変化させ
ることにより、共振周波数を調整していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超電導
体などの低損失材料からなる薄膜共振器の共振周波数を
調整するために、従来のように線路の途中に可変容量素
子を直列的又は並列的に挿入すると、挿入部分で電磁波
の反射や減衰が生じてしまうため、低損失の薄膜材料を
用いたことによる共振性能向上の効果を打ち消してしま
うという課題があった。

【０００８】本発明は、前記課題を解決するため、超電
導体のような低損失材料を用いることにより、Ｑ値が大
きく且つ挿入損失の小さくした薄膜共振器において、そ
の優れた特性を損なわずに製造後の共振周波数を調整す
ることができる薄膜共振器を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の薄膜共振器は、基板の一方の面に形成され
た線路と他方の面に形成された接地電極からなるマイク
ロストリップ型伝送路と、線路の少なくとも一方の端か
ら第１のギャップを介して形設された入出力用電極と、
線路の側面の一部分から第２のギャップを介して形設さ
れた制御用電極と、制御用電極と接地電極間に接続され
た可変容量素子を備えたことを特徴とする。

【００１０】また、本発明の薄膜共振器は、基板の一方
の面に形成された線路と他方の面に形成された接地電極
からなるマイクロストリップ型伝送路と、線路の一方の
端から第１のギャップを介して形設された入出力用電極
と、線路の他方の端から第２のギャップを介して形設さ
れた制御用電極と、制御用電極と接地電極間に接続され
た可変容量素子を備えたことを特徴とする。

【００１１】また、本発明の薄膜共振器は、線路とこの
線路の両側に配置される接地電極が基板上に形成された
コプレナー型伝送路と、線路の少なくとも一方の端から
第１のギャップを介して形設された入出力用電極と、線
路の側面の一部分から第２のギャップを介して形設され
且つ接地電極から分離された制御用電極と、制御用電極
と接地電極間に接続された可変容量素子を備えたことを
特徴とする。

【００１２】また、本発明の薄膜共振器は、線路とこの
線路の両側に配置される接地電極が基板上に形成された
コプレナー型伝送路と、線路の一方の端から第１のギャ
ップを介して形設された入出力用電極と、線路の他方の
端から第２のギャップを介して形設された制御用電極
と、制御用電極と接地電極間に接続された可変容量素子
を備えたことを特徴とする。

【００１３】これらの構成において、線路が超電導体で
あることが好ましい。

【００１４】

【作用】前記構成によれば、可変容量素子の端子を線路
に直接接続しないで、線路からギャップを介して分離さ
れた制御用電極に接続することにより、伝送路に伝搬特
性の大きな変化を与えることなく共振周波数を調節する
ことができる。特に、大きなＱ値を有する共振器におい
ては、そのＱ値を劣化させずに共振周波数を変化させる
ことが可能となる。以下、前記した第１から第４の発明
に係る薄膜共振器の作用を説明する。

【００１５】第１の発明に係る薄膜共振器は、線路側面
にギャップを介して形成された制御用電極に可変容量素
子を接続することにより、伝送路に大きな反射や損失を
与えることなく、伝送路の回路定数（特にキャパシタン
ス成分）を微調整し、電気長を変化させ、共振周波数を
変化させることができる。特に、本発明の薄膜共振器で
は、伝送路の両端に入出力用電極を設けているため、反
射型だけでなく２端子素子である透過型の共振器として
も使用可能である。

【００１６】また、第２の発明に係る薄膜共振器は、伝
送路の一端にギャップ部を介して制御用電極を設け、そ
こに可変容量素子を接続することにより、伝送路の端に
おいて高周波が反射する際に生ずる位相変化量を、可変
容量素子の調節によって薄膜共振器の共振周波数を調節
することができる。特に、本発明の薄膜共振器は、反射
型の共振器を構成するため入出力用電極を線路の一端に
のみ形設しているが、この構成によれば、可変容量素子
の容量調整による共振周波数の調節の際に、伝送路の伝
搬特性に与える影響が少なく、共振特性を損なうことは
少ないため、非常に安定した共振動作が実現できる。

【００１７】また、第３の発明に係る薄膜共振器は、コ
プレナー型伝送路を用いているため、基板の片面に全て
の回路が構成できる。また、第１の発明の薄膜共振器と
同様に、線路側面にギャップを介して設けられた制御用
電極に可変容量素子を接続することにより、伝送路の回
路定数を微調整して、電気長を変化させ、共振周波数を
変化させることができる。従って、線路の両端に入出力
用電極を設けることにより、反射型の共振器だけでな
く、２端子の透過型の共振器としても使用可能である。

【００１８】また、第４の発明に係る薄膜共振器は、第
３の発明に係る薄膜共振器と同様に、基板片面に回路を
構成でき、また、制御用電極を伝送路の一端にギャップ
を介して形設して、伝送路の端での高周波の反射の際の
位相変化量を調節していることから、反射型の共振器と
して使用することができる。従って、伝送路の伝搬特性
を変えることはないので、非常に安定な共振動作が実現
できる。

【００１９】また、第１から第４の発明に係る薄膜共振
器において、伝送路の線路が、超電導体を代表とする極
めて高周波損失の小さな材料からなるという好ましい構
成によれば、Ｑ値の非常に大きな共振器を実現すること
ができる。特に、近年発見された金属酸化物超伝導薄膜
を用いた場合には、非常にＱの大きな共振器が構成でき
るだけでなく、従来の金属系超電導体に比べて超伝導臨
界温度が高く、液体窒素温度（７７Ｋ）よりも高い温度
で動作可能な共振器が実現できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。（実施例１）図１ａは、本発明の薄膜共振器の一実施例
の斜視図であり、図１ｂは図１ａに示す切断線に沿った
断面図である。図１において基板１の表面に、例えばス
パッタリング法、フォトリソグラフィー及びアルゴンイ
オンエッチング等の薄膜製造手段によって、金属酸化物
超伝導薄膜からなる線路２と、入出力用電極３、制御用
電極４が形成される。また、基板１の裏面には、例えば
真空蒸着により、銅等の金属薄膜からなる接地電極５が
形成される。

【００２１】入出力用電極３は、線路２の両端におい
て、ギャップ６を介して線路２から分離されて形設され
ている。また、制御用電極４は、線路２の側面の一部分
にギャップ７を介して、線路２と向かい合って形設され
ている。更に、制御用電極４と接地電極５の間に、例え
ばバリアブルコンデンサー等の可変容量素子８が接続さ
れる。

【００２２】基板１の表面にある接地電極５は、図１ｂ
に示すように、基板１の側面部に設けられた薄膜を通っ
て基板１の裏面の接地電極５と接続されている。なお、
このような接続構造の他に、可変容量素子８の一方の端
子を直接基板１の裏面に接地電極５に接続しても構わな
い。但し、可変容量素子８の端子自身のインダクタンス
成分による特性劣化を防ぐために、端子の長さは出来る
だけ短く接続する方が好ましい。

【００２３】薄膜共振器を実際に動作させる場合は、薄
膜共振器全体をクライオスタット等の低温槽内に固定し
て、液体ヘリウムや液体窒素を注入することにより、金
属酸化物超伝導薄膜の臨界温度以下に冷却すると共に、
線路２の両端に形設された入出力用電極３の一方を入力
用端子として、他方を出力用端子として使用する。共振
周波数の調整は、可変容量素子８の静電容量を変化させ
ることにより行う。その結果、線路２の単位長当りの静
電容量（線路定数の内のキャパシタンス成分）が変化
し、線路２の実効的な電気長が変わることにより、薄膜
共振器の共振周波数を変化させることができる。

【００２４】なお、本発明の薄膜共振器を構成する線路
はマイクロストリップ型伝送路を用いている。このマイ
クロストリップ型伝送路は、コプレナー型伝送路と比べ
て、基板裏面に接地電極を形成する必要がある一方、線
路内での電流分布が比較的均一であることから、導電性
の損失は比較的少なく、また、薄膜共振器の製造の際に
あまり高精度を必要としないという特徴がある。

【００２５】以下、本発明の薄膜共振器について、具体
的実施例を説明する。まず、基板１として酸化マグネシ
ウム（ＭｇＯ）単結晶を用意し、その表面上に、金属酸
化物超伝導薄膜を形成した。薄膜形成は、焼結したＹＢ
ａＣｕＯからなるターゲットを用いた高周波プレーナマ
グネトロンスッパタにより、Ａｒガスの圧力が０．５Ｐ
ａ、スパッタ電力が１５０Ｗ、スパッタ時間が１時間、
スパッタ中の基板温度が６５０℃という条件の下でスパ
ッタを行ったところ、薄膜の厚さが６００ｎｍに形成さ
れ、薄膜の超電導臨界温度は９０Ｋとなった。

【００２６】次に、上記金属酸化物超伝導薄膜上にフォ
トレジスト（商品名：マイクロポッジト１３５０）を回
転塗布して、所定パターンに露光・現像することにより
エッチングマスクを形成した。そして、アルゴンイオン
ビームエッチングによって、図１に示すような共振回路
パターンであって、線路２の長さが約２７ｍｍ、線路２
の幅が０．４ｍｍ、ギャップ６の間隔が０．２ｍｍ、ギ
ャップ７の間隔が０．１ｍｍ、制御用電極の長さが５ｍ
ｍ、制御用電極の幅が０．２ｍｍの各パターンを形成し
た。

【００２７】次に、基板１の表面に設けられた接地電極
５と基板１の裏面に設けられた接地電極５とを接続する
ため、基板１の側面の所定部分に金属銅を蒸着した。但
し、接地電極５の基板表面の部分は、線路２等と同時に
形成する方が簡単なため、線路２と同様に金属酸化物超
伝導薄膜で形成されている。そして、制御用電極４と接
地電極５の間に、バリアブルコンデンサー等の可変容量
素子８を接続した。

【００２８】次に、上述のように製造した薄膜共振器を
クライオスタット内のコールドヘッドに固定した後、冷
却し、入出力用電極３には、高周波用コネクターからの
芯線をそれぞれ接続すると共に、該高周波用コネクター
にはクライオスタット外部からのセミリジッドケーブル
を接続することによって、高周波信号の入出力を行っ
た。

【００２９】次に、薄膜共振器の共振特性の測定につい
て説明する。入出力用電極３の一方にマイクロ波を入力
し、他方からの透過波の強度変化をネットワークアナラ
イザー（商品名「ＨＰ−８５１０Ｂ」、ヒューレットパ
ッカード社製）で観測した。

【００３０】図６は、基本共振モードでの観測結果の一
例である。中心周波数は約２．６ＧＨｚで、約１０００
のＱ値が観測された。更に、可変容量素子８であるバリ
アブルコンデンサーの静電容量を調節することによっ
て、共振周波数を約０．５ＧＨｚ程度の範囲で可変する
ことができた。また、この調節範囲において、Ｑ値は非
常に高い値を示し、殆ど変化することはなかった。

【００３１】従来から線路共振器の共振周波数を可変す
るためには、線路に可変容量素子を直列又は並列に直接
接続する手段が採られており、特定の周波数においてＱ
値が高く且つ共振の鋭い線路共振器が得られても、線路
２内での電磁波の反射、減衰及び放射の影響により、大
きなＱ値を維持したまま共振周波数を可変することは不
可能であったが、本発明の薄膜共振器では１０００程度
の高いＱ値を維持した状態で共振周波数を可変できるこ
とが確認された。

【００３２】なお、本実施例では、基板１の裏面の接地
電極５の材料に金属の銅を用いた例を説明したが、この
代わりに線路２と同じ金属酸化物超伝導薄膜を用いれば
更に大きなＱを有する共振器が実現することができる。
但し、接地電極５での損失の影響は線路２での損失に比
べて大きくないので、銅の接地電極を用いた場合でも実
施例に示したような比較的大きなＱの共振器が実現でき
る。

【００３３】また、第１の発明に係る薄膜共振器の構成
においては、図１のように線路２の両端に入出力用電極
１３を設けることにより、透過型の共振器、即ち、高周
波の透過率を共振現象によって変化させるタイプの２端
子型の共振器としても利用できるため、通常の１端子の
反射型の共振器に比べて、広い範囲への応用が期待でき
る。

【００３４】図２ａは、本発明の薄膜共振器の他の実施
例の斜視図であり、図２ｂは図２ａに示す切断線に沿っ
た断面図である。図１に示した薄膜共振器の構成と相違
する点は、可変容量素子８として、バリスターダイオー
ドを用いた点である。バリスターダイオードは、両端に
印加するバイアス電圧に応じて静電容量が変化するた
め、薄膜共振器の共振周波数を電気的に可変させること
ができる。

【００３５】（実施例２）図３ａは、本発明の薄膜共振
器の他の実施例の斜視図であり、図３ｂは図３ａに示す
切断線に沿った断面図である。図３において基板１の表
面に、例えばスパッタリング法、フォトリソグラフィー
及びアルゴンイオンエッチング等の薄膜製造手段によっ
て、金属酸化物超伝導薄膜による線路２と、入出力用電
極３、制御用電極４が形成される。また、基板１の裏面
には、例えば真空蒸着により、銅等の金属薄膜からなる
接地電極５が形成される。

【００３６】入出力用電極３は、線路２の一端におい
て、ギャップ６を介して線路２から分離されて形設され
ている。また、制御用電極４は、線路２の他方の一端で
ギャップ７を介して向かい合って形設されている。更
に、制御用電極４と基板１の裏面の接地電極５の間に、
例えばバリスターダイオードやバリアブルコンデンサー
等の可変容量素子８が接続される。なお、このような接
続構造の他に、基板１の表面の一部に接地電極５を形成
し、基板１の側面に別の薄膜を形成することにより、基
板１の裏面の接地電極５と接続した後、可変容量素子８
の一方の端子を基板１の表面に設けられた接地電極５に
接続しても構わない。但し、可変容量素子８の端子自身
のインダクタンス成分による特性劣化を防ぐために、端
子の長さは出来るだけ短く接続する方が好ましい。

【００３７】薄膜共振器を実際に動作させる場合は、薄
膜共振器全体をクライオスタット等の低温槽内に固定し
て、液体ヘリウムや液体窒素を注入することにより、金
属酸化物超伝導薄膜の臨界温度以下に冷却すると共に、
入出力用電極３を入出力端子として使用する。共振周波
数の調整は、可変容量素子８の静電容量を変化させるこ
とにより行う。その結果、線路２の制御用電極側の端に
おいて、高周波の反射の際の位相変化量が変化し、線路
２の実効的な電気長が変わることにより、薄膜共振器の
共振周波数を変化させることができる。

【００３８】なお、本発明の薄膜共振器は反射型の共振
器であるため、１端子素子として使用することになる
が、可変容量素子が接続された制御用電極を線路の端に
設けることによる線路の伝搬特性に与える影響は皆無で
ある。従って、極めて安定な特性の薄膜共振器が実現で
きる。

【００３９】以下、本発明の薄膜共振器について、具体
的実施例を説明する。まず、基板１として酸化マグネシ
ウム（ＭｇＯ）単結晶を用意し、その表面上に、金属酸
化物超伝導薄膜を形成した。なお、薄膜形成条件及び共
振回路パターンの形成方法は（実施例１）に示したもの
と同様であるため、その説明を省略する。

【００４０】共振回路パターンの形状は、線路２の長さ
が約２７ｍｍ、線路２の幅が０．４ｍｍ、ギャップ６の
間隔が０．２ｍｍ、ギャップ７の間隔が０．１ｍｍ、制
御用電極の幅が線路と同じ０．４ｍｍとした。そして、
制御用電極４と接地電極５の間にバリアブルコンデンサ
ー等の可変容量素子８を接続した。

【００４１】次に、上述のように製造した薄膜共振器を
クライオスタット内のコールドヘッドに固定した後、冷
却し、入出力用電極３には、高周波用コネクターからの
芯線を接続すると共に、該高周波用コネクターにはクラ
イオスタット外部からのセミリジッドケーブルを接続
し、高周波信号の入出力を行った。

【００４２】次に、薄膜共振器の共振特性の測定につい
て説明する。入出力用電極３にマイクロ波を入力し、同
じ電極からの反射波の強度変化をネットワークアナライ
ザー（商品名「ＨＰ−８５１０Ｂ」、ヒューレットパッ
カード社製）で観測した。

【００４３】その結果、基本共振モードでは、中心周波
数約２．６ＧＨｚで、約１０００のＱ値が観測された。
更に、可変容量素子８であるバリアブルコンデンサーの
静電容量を調節することによって、共振周波数を約０．
５ＧＨｚ程度の範囲で可変することができた。また、こ
の調節範囲において、Ｑ値は非常に高い値を示し、殆ど
変化することはなかった。

【００４４】（実施例３）図４ａは、本発明の薄膜共振
器の他の実施例の斜視図であり、図４ｂは図４ａに示す
切断線に沿った断面図である。図４において基板１の表
面に、例えばスパッタリング法、フォトリソグラフィー
及びアルゴンイオンエッチング等の薄膜製造手段によっ
て、金属酸化物超伝導薄膜による線路２、入出力用電極
３、制御用電極４及び接地電極５が形成される。

【００４５】入出力用電極３は、線路２の一端におい
て、ギャップ６を介して線路２から分離されて形設され
ている。また、制御用電極４は、線路２の側面に対向す
る接地電極５の一部分を電気的に分離して形設される。
更に、制御用電極４と接地電極５の間に、例えばバリス
ターダイオードやバリアブルコンデンサーなどの可変容
量素子８が接続される。

【００４６】薄膜共振器を実際に動作させる場合は、薄
膜共振器全体をクライオスタット等の低温槽内に固定し
て、液体ヘリウムや液体窒素を注入することにより、金
属酸化物超伝導薄膜の臨界温度以下に冷却すると共に、
線路２の両端に形設された入出力用電極３の一方を入力
用端子として、他方を出力用端子として使用する。共振
周波数の調整は、可変容量素子８の静電容量を変化させ
ることにより行う。その結果、線路２の制御用電極に対
向した部分の単位長当りの静電容量（線路定数の内のキ
ャパシタンス成分）が変化し、線路２の実効的な電気長
が変わることにより、薄膜共振器の共振周波数を変化さ
せることができる。

【００４７】なお、本発明の薄膜共振器を構成する線路
はコプレナー型伝送路を用いている。このコプレナー型
伝送路は、マイクロストリップ型伝送路と比べて、基板
の片面に全ての回路を形成できることから、複数個の回
路の集積化などに有効であるという特徴を有する。ま
た、制御用電極を線路の一部分に対向して設けることに
よって、２端子型の共振器として利用することができ
る。

【００４８】以下、本発明の薄膜共振器について、具体
的実施例を説明する。まず、基板１として酸化マグネシ
ウム（ＭｇＯ）単結晶を用意し、その表面上に、金属酸
化物超伝導薄膜を形成した。なお、薄膜形成条件及び共
振回路パターンの形成方法は（実施例１）に示したもの
と同様であるため、その説明を省略する。

【００４９】共振回路パターンの形状は、線路２の長さ
が約２７ｍｍ、線路２の幅が０．２ｍｍ、ギャップ６の
間隔が２０μｍ、ギャップ７の間隔が８０μｍ、線路２
と接地電極５との間隔が８０μｍ、制御用電極の長さが
５ｍｍ、制御用電極の幅が０．２ｍｍとした。そして、
制御用電極４と接地電極５の間にバリアブルコンデンサ
ー等の可変容量素子８を接続した。

【００５０】次に、上述のように製造した薄膜共振器を
クライオスタット内のコールドヘッドに固定した後、冷
却し、入出力用電極３には、高周波用コネクターからの
芯線をそれぞれ接続すると共に、該高周波用コネクター
にはクライオスタット外部からのセミリジッドケーブル
を接続し、高周波信号の入出力を行った。

【００５１】次に、薄膜共振器の共振特性の測定につい
て説明する。入出力用電極３の一方にマイクロ波を入力
し、他方からの透過波の強度変化をネットワークアナラ
イザー（商品名「ＨＰ−８５１０Ｂ」、ヒューレットパ
ッカード社製）で観測した。

【００５２】その結果、基本共振モードでは、中心周波
数は約２．６ＧＨｚで、約１０００のＱ値が観測され
た。更に、可変容量素子８であるバリアブルコンデンサ
ーの静電容量を調節することによって、共振周波数を約
０．５ＧＨｚ程度の範囲で可変することができた。ま
た、この調節範囲において、Ｑ値は非常に高い値を示
し、殆ど変化することはなかった。

【００５３】（実施例４）図５ａは、本発明の薄膜共振
器の他の実施例の斜視図であり、図５ｂは図５ａに示す
切断線に沿った断面図である。図５において基板１の表
面に、例えばスパッタリング法、フォトリソグラフィー
及びアルゴンイオンエッチング等の薄膜製造手段によっ
て、金属酸化物超伝導薄膜による線路２、入出力用電極
３、制御用電極４及び接地電極５が形成される。

【００５４】入出力用電極３は、線路２の一端におい
て、ギャップ６を介して線路２から分離されて形設され
ている。また、制御用電極４は、線路２の他方の一端に
おいてギャップ７を介して向かい合って形設される。更
に、制御用電極４と接地電極５の間に、例えばバリスタ
ーダイオードやバリアブルコンデンサーなどの可変容量
素子８が接続される。

【００５５】薄膜共振器を実際に動作させる場合は、薄
膜共振器全体をクライオスタット等の低温槽内に固定し
て、液体ヘリウムや液体窒素を注入することにより、金
属酸化物超伝導薄膜の臨界温度以下に冷却すると共に、
入出力用電極３を入出力端子として使用する。共振周波
数の調整は、可変容量素子８の静電容量を変化させるこ
とにより行う。その結果、線路２の制御用電極側の端に
おいて、高周波の反射の際の位相変化量が変化し、線路
２の実効的な電気長が変わることにより、薄膜共振器の
共振周波数を変化させることができる。

【００５６】なお、本発明の薄膜共振器を構成する線路
はコプレナー型伝送路を用いているため、複数個の回路
の集積化などには有効であるという特徴を有する一方、
反射型の共振器であるため、１端子素子として使用する
ことになるが、可変容量素子が接続された制御用電極を
線路の端に設けることによる線路の伝搬特性に与える影
響は皆無である。従って、極めて安定な特性の薄膜共振
器が実現できる。

【００５７】以下、本発明の薄膜共振器について、具体
的実施例を説明する。まず、基板１として酸化マグネシ
ウム（ＭｇＯ）単結晶を用意し、その表面上に、金属酸
化物超伝導薄膜を形成した。なお、薄膜形成条件および
共振回路パターンの形成方法は（実施例１）に示したも
のと同様であるため、その説明を省略する。

【００５８】共振回路パターンの形状は、線路２の長さ
が約２７ｍｍ、線路２の幅が０．２ｍｍ、ギャップ６の
間隔が２０μｍ、ギャップ７の間隔が５０μｍ、線路２
と接地電極５との間隔は８０μｍ、制御用電極の幅が線
路と同じ０．２ｍｍとした。そして、制御用電極４と接
地電極５の間にバリアブルコンデンサー等の可変容量素
子８を接続した。

【００５９】次に、上述のように製造した薄膜共振器を
クライオスタット内のコールドヘッドに固定した後、冷
却し、入出力用電極３には、高周波用コネクターからの
芯線を接続すると共に、該高周波用コネクターにはクラ
イオスタット外部からのセミリジッドケーブルを接続
し、高周波信号の入出力を行った。

【００６０】次に、薄膜共振器の共振特性の測定につい
て説明する。入出力用電極３にマイクロ波を入力し、同
じ電極からの反射波の強度変化をネットワークアナライ
ザー（商品名「ＨＰ−８５１０Ｂ」、ヒューレットパッ
カード社製）で観測した。

【００６１】その結果、基本共振モードでは、中心周波
数は約２．６ＧＨｚで、約１０００のＱ値が観測され
た。更に、可変容量素子８であるバリアブルコンデンサ
ーの静電容量を調節することによって、共振周波数を約
０．５ＧＨｚ程度の範囲で可変することができた。ま
た、この調節範囲において、Ｑ値は非常に高い値を示
し、殆ど変化することはなかった。

【００６２】以上の各実施例において、線路の材料とし
て、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系金属酸化物超伝導薄膜を用い
た場合について説明したが、必ずしもこの材料に限るこ
とはなく、超電導体に代表されるような導伝損失の小さ
な材料を用いれば、本発明の有効性は極めて顕著に発揮
される。例えば、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏの他にＡ−Ｂ−Ｃ
ｕ−Ｏ（但し、ＡはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、及びＬａ系列元素
（原子番号５７、５９〜６０、６２〜７１）の内少なく
とも１種であり、ＢはＢａ、Ｓｒなどの IIa族元素の内
少なくとも１種である。以下同様。）、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ及びＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ等の複合
化合物を用いることもできる。これら金属酸化物超伝導
体は組成式がまだ明確には決定されていないが、前述し
たＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏに関しては酸素欠損ペロブスカイト
（Ａ、Ｂ）₃Ｃｕ₃Ｏ_7-xといわれており、この種の材
料に関して、本発明者らは、作製された薄膜の元素比率
が、０．５≦（Ａ＋Ｂ）／Ｃｕ≦２．５の範囲にあれ
ば、臨界温度に多少の変動はあるがいずれも超伝導現象
が見いだされることを確認している。

【００６３】また、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ及びＴ
ｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏからなる超伝導体は、臨界温
度が１００Ｋを越えるものができ、実用上極めて有用で
あるが、含まれる元素数が多いために、優れた超伝導膜
形成は従来から比較的困難であった。しかし、本発明者
らは、作製条件などを厳密に制御することにより、これ
ら材料についても前述したＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ超伝導体と
同様の製造方法により、再現性良く薄膜化できることを
確認している。

【００６４】なお、制御用電極の大きさとしては、電磁
波が制御用電極内で共振現象を起こすと、望まれた性能
を発揮しない場合があるため、制御用電極の寸法は共振
波長の半分よりも十分小さくすることが望ましい。

【００６５】また、以上の各実施例において、線路と制
御用電極間のギャップについては、間隔を小さくすると
線路と制御用電極間の結合が大きくなって、容量調節範
囲が大きくなり、そのため周波数可変範囲が大きくなる
一方、線路の伝搬特性に与える影響が大きくなる。特
に、図１、図２、図４の構成ではその影響が大きく、共
振特性が劣化する傾向にある。逆に、線路と制御用電極
間のギャップの間隔を大きくすると、共振特性劣化の影
響は小さいが、周波数可変範囲は小さくなる。従って、
線路と制御用電極間のギャップ間隔は、使用用途や目的
によって適宜選択可能であるが、概ね線路幅の１／１０
から２倍程度の範囲であることが好ましく、この範囲に
おいて良好な効果が得られることを確認している。

【００６６】また、以上の各実施例において、入出力用
電極と線路との結合については、入出力用電極と線路間
にギャップ部を設けた容量性結合を行った場合を説明し
たが、本発明の薄膜膜共振器はこの結合方法に限定され
ず、線路の端の部分で、線路と入出力用電極を絶縁体を
挟んで多層化する結合方法や、別の細い線路で共振線路
と入出力用電極をつなぐインダクタンス性の結合方法な
どを用いることができる。

【００６７】また、以上の各実施例において、可変容量
素子として、バリアブルコンデンサーやバリスターダイ
オードを用いた場合について説明したが、本発明の薄膜
膜共振器はこれらの可変容量素子に限定されず、一般に
使用される高周波トリマー等を用いることができる。

【００６８】

【発明の効果】以上詳説したように、本発明の薄膜共振
器は、低損失の材料を用いた場合に、その大きな共振Ｑ
値や低い挿入損失などの優れた特性を損なうことなく、
共振周波数を微調整することができる。特に、最近発見
された金属酸化物超伝導体などを用いて大きなＱ値を有
する薄膜共振器が容易に得ることができる。

【００６９】また、本発明の薄膜共振器の線路を、金属
酸化物超伝導薄膜で構成することにより、共振周波数を
微調整でき且つ極めてＱ値の大きな薄膜共振器が実現で
きるため、高周波発振器の周波数安定化、高周波フィル
ターなどの用途をはじめとして、将来のマイクロ波、ミ
リ波システムへの応用が可能である。また、金属酸化物
超伝導体を利用したものでは、従来の液体ヘリウム温度
冷却と比べて液体窒素温度に冷やすことによって動作可
能となり、更に、上述した金属酸化物超伝導体は超伝導
臨界温度が室温になる可能性もあり、将来の実用の範囲
は広く、本発明の工業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ａは、本発明の薄膜共振器の一実施例の斜
視図であり、図１ｂは図１ａに示す切断線に沿った断面
図である。

【図２】図２ａは、本発明の薄膜共振器の他の実施例の
斜視図であり、図２ｂは図２ａに示す切断線に沿った断
面図である。

【図３】図３ａは、本発明の薄膜共振器の他の実施例の
斜視図であり、図３ｂは図３ａに示す切断線に沿った断
面図である。

【図４】図４ａは、本発明の薄膜共振器の他の実施例の
斜視図であり、図４ｂは図４ａに示す切断線に沿った断
面図である。

【図５】図５ａは、本発明の薄膜共振器の他の実施例の
斜視図であり、図５ｂは図５ａに示す切断線に沿った断
面図である。

【図６】本発明の薄膜共振器の一実施例の基本共振モー
ドでの観測結果の一例である。

【符号の説明】

１基板２線路３入出力用電極４制御用電極５接地電極６ギャップ７ギャップ８可変容量素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の一方の面に形成された線路と他方
の面に形成された接地電極からなるマイクロストリップ
型伝送路と、前記線路の少なくとも一方の端から第１の
ギャップを介して形設された入出力用電極と、前記線路
の側面の一部分から第２のギャップを介して形設された
制御用電極と、前記制御用電極と前記接地電極間に接続
された可変容量素子を備えた薄膜共振器。
【請求項２】基板の一方の面に形成された線路と他方
の面に形成された接地電極からなるマイクロストリップ
型伝送路と、前記線路の一方の端から第１のギャップを
介して形設された入出力用電極と、前記線路の他方の端
から第２のギャップを介して形設された制御用電極と、
前記制御用電極と前記接地電極間に接続された可変容量
素子を備えた薄膜共振器。
【請求項３】線路と前記線路の両側に配置される接地
電極が基板上に形成されたコプレナー型伝送路と、前記
線路の少なくとも一方の端から第１のギャップを介して
形設された入出力用電極と、前記線路の側面の一部分か
ら第２のギャップを介して形設され且つ前記接地電極か
ら分離された制御用電極と、前記制御用電極と前記接地
電極間に接続された可変容量素子を備えた薄膜共振器。
【請求項４】線路と前記線路の両側に配置される接地
電極が基板上に形成されたコプレナー型伝送路と、前記
線路の一方の端から第１のギャップを介して形設された
入出力用電極と、前記線路の他方の端から第２のギャッ
プを介して形設された制御用電極と、前記制御用電極と
前記接地電極間に接続された可変容量素子を備えた薄膜
共振器。
【請求項５】線路が超電導体である請求項１、２、３
又は４に記載の薄膜共振器。