JPH0627170A - 超電導電磁波検出素子 - Google Patents

超電導電磁波検出素子

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JPH0627170A
JPH0627170A JP4181059A JP18105992A JPH0627170A JP H0627170 A JPH0627170 A JP H0627170A JP 4181059 A JP4181059 A JP 4181059A JP 18105992 A JP18105992 A JP 18105992A JP H0627170 A JPH0627170 A JP H0627170A
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JP
Japan
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oxide superconducting
electromagnetic wave
thin film
antenna part
substrate
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Pending
Application number
JP4181059A
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English (en)
Inventor
Kazuya Futaki
一也 二木
Masanobu Yoshisato
順信 善里
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、数百GHzの超高周波帯の電磁波
を検出可能で、製造の容易な超電導電磁波検出素子を得
ることを目的とする。 【構成】 絶縁性基板1上に、酸化物超電導薄膜からな
るボウタイアンテナ部4と、このアンテナ部4の略中央
に設けられた粒界結合型酸化物超電導ブリッジ素子部2
とを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は酸化物超電導体を用いた
超電導電磁波検出素子に関する。
【0002】
【従来の技術】電磁波検出素子、特に数十GHzオーダ
の超高周波帯の電磁波を検出する検出素子としては超電
導体を用いたものが極めて高い感度を示すことから注目
されている。特に数年前に発見されたYBa2Cu3
7-x(以下YBaCuOと略す)などで代表される酸化
物超電導体は液体窒素が示す77K程度の比較的高い温
度で超電導状態となるので、応用範囲が広がるものとし
て期待が寄せられている。
【0003】この酸化物超電導体を用いた電磁波検出素
子は、例えばSANYO TECHNICAL REVIEW,Vol.22,No.1,
1990年の第106頁〜第114頁に粒界結合型(グ
ラニュラー型)電磁波検出素子が記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半波長ダイポールアンテナに超電導ブリッジ素子を組み
込んだ超電導電磁波検出素子は、検出できる電磁波の周
波数帯がアンテナの寸法に依存するため、該形状に依存
した所定周波数帯の電磁波しか検出できなかった。
【0005】また、より高周波帯の電磁波を検出するた
めにはアンテナの寸法を小さくする必要があり、例えば
100GHzの電磁波を検出するには、アンテナの長手
方向寸法を1.5mm程度に設定しなければならない。
このように高周波を検出する超電導電磁波検出素子は寸
法が小さくなり、従って製造が困難であるといった問題
があった。
【0006】本発明は上述の課題を鑑み成されたもので
あり、超高周波帯の電磁波も検出可能で、製造の容易な
超電導電磁波検出素子を提供することが目的である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
に鑑み成されたものであって、絶縁性基板と、該基板上
に形成された酸化物超電導単結晶薄膜からなるボウタイ
アンテナ部と、該アンテナ部の略中央に設けられた粒界
結合型酸化物超電導ブリッジ素子部と、から構成される
ことを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明によれば、ボウタイアンテナ部をもつの
で、アンテナの寸法に殆ど依存しないで超高周波帯迄の
広帯域の電磁波を検出可能である。
【0009】また、ボウタイアンテナ部の角度の値を設
定することより検出する電磁波とブリッジ部のインピー
ダンス整合を良好にできる。
【0010】更に、ブリッジ素子が粒界結合型なので、
素子抵抗が大きくなり、インピーダンス整合が良好にな
る。
【0011】
【実施例】第1実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。図1は超電導電磁波検出素子の斜視図、図2
は該検出素子の正面図である。
【0012】図中、1は絶縁性MgO基板、該基板1の
(100)面である主面上には電磁波センサとして動作
する酸化物超電導多結晶薄膜からなる粒界結合型酸化物
超電導ブリッジ素子部2、酸化物超電導単結晶からなる
両端部3、3、及び酸化物超電導単結晶からなるボウタ
イアンテナ部4が一体形成されている。即ち、前記ブリ
ッジ素子部2は前記アンテナ部4の略中央に設けられて
いる。
【0013】前記ブリッジ素子部2のサイズは、例えば
幅50μm、長さ(L)200〜300μm、厚み50
00Å程度であり、また前記両端部3、3間の長さMは
例えば4mmで、各端部3、3上には図示しないが金、
又は銅等からなる入出力用電極及びバイアス用電極がそ
れぞれ形成されている。
【0014】前記ブリッジ素子部2、両端部3、3、及
びボウタイアンテナ部4を構成する酸化物超電導材料は
例えばYBaCuOが用いられる。
【0015】また、前記ボウタイアンテナ部4の形状
は、前記両端部3、3から夫々角度θをもつ三角形状体
からなる。このボウタイアンテナ部4の入力インピーダ
ンスは図3に示すように該アンテナ部4が形成される基
板1の誘電率εと前記角度θに依存し、上述のようにM
gO基板の場合はε=10であるので、図中実線Aで示
される。
【0016】ところで、空間のインピーダンスは約40
0Ωであり、粒界結合型超電導ブリッジ素子部2は一般
に1Ω程度である。従って、ブリッジ部2と検出する電
磁波のインピーダンス整合を良くするためには、ボウタ
イアンテナ部4のインピーダンスは空間のインピーダン
スとブリッジ素子部2のインピーダンスの間の値に設定
する必要があり、望ましくは150Ω〜100Ω程度が
よい。従って、本実施例の場合、図3から判るように前
記角度θは30〜70°程度に設定されている。尚、ア
ンテナ部4の形状は検出する電磁波の周波数領域に殆ど
依存しないが、検出する電磁波の波長の数倍から10倍
程度が望ましく、本実施例において長さNは例えば10
〜30mm程度に設定されている。
【0017】斯る超電導電磁波検出素子は、次のように
形成される。
【0018】まず、基板1の(100)面上に酸化物超
電導材料をスパッタリング法、又は分子線エピタキシャ
ル法(MBE法)等を用いて酸化物超電導単結晶薄膜を
エピタキシャル成長させる。例えば、YBaCuOをス
パッタリング法を用いて形成する場合の条件の一例は、
圧力80PaであるArとO2が1対1の割合のガス雰
囲気中において、基板温度は650〜700℃、スパッ
タレートは約500Å/hrである(第1工程)。
【0019】次に、ブリッジ素子部2、両端部3、3、
及びボウタイアンテナ部4に対応したレジストパターン
膜を形成し、該レジストパターン膜を介した状態で例え
ばイオンビームエッチング法(IBE法)によりエッチ
ング除去する(第2工程)。
【0020】その後、前記ブリッジ素子部2に対応する
部分にレーザ光を照射して、この部分を超電導単結晶薄
膜から超電導多結晶薄膜(粒界型結合型)に変化させ
て、図1及び図2に示す酸化物超電導電磁波検出素子を
完成する(第3工程)。
【0021】尚、上述ではエッチングによりパターン形
成したが、該パターンをもつ金属マスクを介した状態で
超電導単結晶薄膜を形成してパターン形成してもよい。
【0022】又、この実施例ではMgO基板を用いた
が、超電導酸化物結晶薄膜が形成できるSrTiO3
板(誘電率=310)、Y23基板(誘電率=10)、
Al2 3基板(誘電率=9)、LaGaO3基板(誘電
率=25)、NdGaO3基板(誘電率=25)、La
AlO3基板(誘電率=10)、YSZ(イットリウム
・スタビライズド・ジルコニア)基板(誘電率=27)
等種々の基板を適宜選択できる。尚、他の種々の基板を
用いる場合もアンテナ部4と検出する電磁波のインピー
ダンス整合を行うために、アンテナ部4の角度θを上述
のようにアンテナ部4のインピーダンスが空間のインピ
ーダンスとブリッジ素子部2のインピーダンスの中間の
値になるように設定するのがよい。
【0023】本実施例の酸化物超電導電磁波検出素子
は、両端部3、3及びボウタイアンテナ部4が超電導単
結晶薄膜で形成されているので、電磁波検出が高感度で
行える。
【0024】また、アンテナがボウタイ形状であるの
で、アンテナの寸法に殆ど依存しないで数百GHzの超
高周波帯迄の広帯域の電磁波を検出でき、従来の検出素
子より大きな寸法が可能であり、製造が容易である。
【0025】また、ボウタイアンテナ部4の角度θの値
を設定することより検出する電磁波とブリッジ素子部2
のインピーダンス整合を良好にできる。
【0026】更に、ブリッジ素子部2が粒界結合型なの
で、粒界結合型以外のブリッジ素子に比べて一桁以上素
子抵抗が大きいので、インピーダンス整合が良好にな
る。
【0027】次に、第2実施例について図4及び図5を
参照しつつ詳細に説明する。尚、図4は酸化物超電導電
磁波検出素子の斜視図、図5は図4中の点線X−Xに沿
った断面図である。
【0028】図中、第1実施例と異なる点は、基板1と
ブリッジ素子部2の間にアモルファスMgO薄膜5が形
成されている点である。これは、スパッタリング法やM
BE法で酸化物超電導膜を形成する場合、MgO基板の
(001)面上ではエピタキシャル成長されて超電導単
結晶薄膜が形成されるが、アモルファスMgO薄膜5上
では超電導多結晶薄膜が形成されるためである。
【0029】斯る酸化物超電導電磁波検出素子は次のよ
うに製造される。
【0030】まず、MgO基板1の(100)面上のブ
リッジ素子部2を形成する部分にアモルファスMgO薄
膜5を形成する。このアモルファスMgO薄膜5の成膜
は、例えば基板温度を室温とし、電子ビーム蒸着法によ
り形成できる。尚、この工程後に形成するブリッジ素子
部2全体が酸化物超電導多結晶薄膜とするために前記ア
モルファスMgO薄膜5の膜厚はある程度以上必要であ
り、例えばブリッジ素子部2の厚みが5000Å程度で
ある場合は、前記アモルファスMgO薄膜5の厚みは例
えば1000Å程度に選択されている(第1工程)。
【0031】この工程後は、第1実施例の第1工程と同
様に基板1の(100)面上に酸化物超電導材料をスパ
ッタリング法、又は分子線エピタキシャル法(MBE
法)等を用いて酸化物超電導単結晶薄膜をエピタキシャ
ル成長させる。この時、前記アモルファスMgO薄膜5
上には酸化物超電導多結晶薄膜が形成され、上記第1実
施例のようにレーザ光の照射は不必要である。
【0032】その後、第1実施例の第2工程と同様にパ
ターン化されて、第4図及び第5図に示す酸化物超電導
電磁波検出素子が完成する。
【0033】尚、この実施例ではMgO基板を用いた
が、上述したSrTiO3基板、Y2 3基板、Al23
基板、LaGaO3基板、NdGaO3基板、LaAlO
3基板、YSZ基板等種々の絶縁性基板を適宜選択で
き、このように他の基板を用いた場合はアモルファスM
gOに変えて該基板の材料からなるアモルファス薄膜を
用いる方が望ましい。
【0034】上述のように、酸化物超電導単結晶薄膜を
形成できる基板上のブリッジ素子部を形成する表面にア
モルファス薄膜を形成することにより、該アモルファス
薄膜が形成されていない基板上には、酸化物超電導単結
晶薄膜からなる両端部3、3及びアンテナ部4を形成で
きると共に、アモルファス薄膜上には酸化物超電導多結
晶薄膜からなる粒界結合型ブリッジ素子部2を形成でき
る。
【0035】従って、本実施例においても、第1実施例
と同じ効果が得られる。
【0036】尚、第1、第2実施例では両端部3、3を
設けたが、取り除いた構造でもよい。また、酸化物超電
導材料としては、YBaCuO以外のランタノイド系酸
化物超電導材料等種々の材料を適宜利用できる。
【0037】更に、ブリッジ素子部の素子抵抗を高め、
インピーダンス整合を良好にするために、該素子部を構
成する超電導粒子の粒界に高抵抗材料を施してもよい。
例えばYBaCuO超電導粒子の場合、前記ブリッジ素
子部2上にスパッタリング法、スクリーン印刷法で10
0〜500Å程度のBi23層を形成した後、600〜
650℃で熱処理することにより高抵抗材料からなる界
面層が作成される。
【0038】
【発明の効果】本発明の酸化物超電導電磁波検出素子に
よれば、ボウタイアンテナ部をもつので、アンテナの寸
法に殆ど依存しないで超高周波帯迄の広帯域の電磁波を
検出可能であり、従来の超電導電磁波検出素子に比べて
大きな寸法が可能となるので、製造も容易である。
【0039】また、ボウタイアンテナ部の角度の値を設
定することより検出する電磁波とブリッジ部のインピー
ダンス整合を良好にでき、更に、ブリッジ素子が粒界結
合型なので、素子抵抗が大きくなり、インピーダンス整
合が良好になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る超電導電磁波検出素
子の斜視図である。
【図2】上記超電導電磁波検出素子の上面図である。
【図3】ボウタイアンテナ部のインピーダンスと、角度
θと基板の誘電率εの関係を示す図である。
【図4】本発明の第2実施例に係る超電導電磁波検出素
子の斜視図である。
【図5】上記超電導電磁波検出素子の断面図である。
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2 粒界結合型ブリッジ素子部 4 ボウタイアンテナ部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性基板と、該基板上に形成された酸
    化物超電導単結晶薄膜からなるボウタイアンテナ部と、
    該アンテナ部の略中央に設けられた粒界結合型酸化物超
    電導ブリッジ素子部と、から構成されることを特徴とす
    る超電導電磁波検出素子。
JP4181059A 1992-07-08 1992-07-08 超電導電磁波検出素子 Pending JPH0627170A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7126439B2 (en) * 2004-03-10 2006-10-24 Research In Motion Limited Bow tie coupler
JP2006304290A (ja) * 2005-04-18 2006-11-02 Commiss Energ Atom ボロメータ検出器及びこれをもちいてサブミリ波及びミリ波電磁波を検出する装置

Cited By (3)

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US7218187B2 (en) 2004-03-10 2007-05-15 Research In Motion Limited Bow tie coupler
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