JPH11261120A - 高周波回路およびその作製方法 - Google Patents

高周波回路およびその作製方法

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JPH11261120A
JPH11261120A JP10057213A JP5721398A JPH11261120A JP H11261120 A JPH11261120 A JP H11261120A JP 10057213 A JP10057213 A JP 10057213A JP 5721398 A JP5721398 A JP 5721398A JP H11261120 A JPH11261120 A JP H11261120A
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JP
Japan
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mixer
frequency circuit
thin film
superconducting thin
substrate
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JP10057213A
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English (en)
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Setsuya Iwashita
節也 岩下
Tatsuya Shimoda
達也 下田
Eiji Natori
栄治 名取
Taketomi Kamikawa
武富 上川
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミキサを構成するジョセフソン接合は細線か
らなり、この細線の付け根の部分あるいはジョセフソン
接合の弱結合の部分にかなりの負荷がかかり、ミキサ以
外の素子に比べミキサの寿命は短く、高周波回路の寿命
を支配する大きな要因になっている。 【解決手段】 同一基板11上に形成されたアンテナ1
3、ミキサ16、フィルタ14、15、17の各素子と
ストリップラインが超伝導薄膜からなるモノリシックな
高周波回路で、動作温度においてミキサ以外の素子の臨
界電流値をミキサの臨界電流値よりも小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信分野等に応用
される高周波回路とその作製方法に関するものであり、
アンテナ、ミキサ、フィルタ、ストリップラインが超伝
導薄膜からなるモノリシックな高周波回路とその作製方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在の通信分野の状況を鑑みると、将来
的に周波数の狭帯域化、高周波数化、高感度化が要求さ
れる。そのような要求を満たすものに超伝導薄膜からな
るアンテナ、ミキサ、フィルタなどが有望視されてい
る。さらに、それらをモノリシックに形成することによ
り、高性能な高周波回路が期待される。
【0003】超伝導薄膜からなるモノリシックな高周波
回路としては、例えば信技報MW93ー8(1993年
4月)に示されているものがある。そこでは、三種類の
超伝導フィルタおよびミキサを構成するジョセフソン素
子、ストリップラインが同一基板上に形成されている。
この場合、ジョセフソン素子は段差型基板の段差部に形
成されている。超伝導薄膜をパターニングするだけでこ
のようなモノリシック回路が簡単に得られる。
【0004】通信分野等に用いる受動素子のジョセフソ
ン接合としては、前記したような段差型基板の段差部に
形成されたジョセフソン接合以外に、例えば「第56回
応用物理学会学術講演会予稿集」、No.1、PP81
ー160(1995)に記載されているような人工粒界
をもつ基板いわゆるバイクリスタル基板上に形成された
ジョセフソン接合、あるいはFIB等でイオン照射した
基板の照射部上に形成されたジョセフソン接合などがあ
る。これらの接合を用いても、段差型と同様に1回のパ
ターニングでモノリシック回路が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超伝導
薄膜からなるモノリシックな高周波回路には以下のよう
な問題点がある。
【0006】前述した各種ジョセフソン接合は一般的に
線幅数μm〜数十μmの細線からなる。この細線の臨界
電流密度は他の領域に比べ桁違いに高く、細線の付け根
の部分あるいはジョセフソン接合の弱結合の部分にかな
りの負荷がかかることになり繰り返し使用するうちに断
線等が生じる。すなわち、ミキサ以外の素子に比べミキ
サの寿命は短く、これが高周波回路の寿命を支配する大
きな要因になっている。特に、誤って過剰な電流が流れ
た場合にはひとたまりもない。ミキサの前後に保護素子
を入れると回路が複雑になるうえ基板サイズも大きくな
ってしまう。
【0007】本発明は以上述べた問題点を解決するもの
であり、ジョセフソン接合からなるミキサの寿命を長く
し、信頼性の高いモノリシックな高周波回路およびその
作製方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の高周波回路は上
記課題を解決するものであり、同一基板上に形成された
アンテナ、ミキサ、フィルタの各素子とストリップライ
ンが超伝導薄膜からなるモノリシックな高周波回路であ
って、動作温度においてミキサ以外の素子の臨界電流値
をミキサの臨界電流値よりも小さくすること、さらには
ミキサ以外の素子を形成する超伝導薄膜の酸素量をミキ
サを形成する超伝導薄膜の酸素量よりも少なくするこ
と、あるいはミキサ以外の素子を形成する超伝導薄膜に
臨界温度を低下させる元素を添加することを特徴とす
る。
【0009】本発明の高周波回路の作製方法は、同一基
板上に形成されたアンテナ、ミキサ、フィルタの各素子
とストリップラインが超伝導薄膜からなるモノリシック
な高周波回路の作製方法であって、予め超伝導薄膜の酸
素量を化学量論組成よりも少なく形成した後、ミキサ以
外の素子をマスキングし、基板ごと活性酸素雰囲気中で
熱処理することを特徴とする。
【0010】また、本発明の高周波回路の作製方法は、
同一基板上に形成されたアンテナ、ミキサ、フィルタの
各素子とストリップラインが超伝導薄膜からなるモノリ
シックな高周波回路の作製方法であって、ミキサの上に
保護層を形成した後、基板ごと還元雰囲気中で熱処理す
ることを特徴とする。
【0011】また、本発明の高周波回路の作製方法は、
同一基板上に形成されたアンテナ、ミキサ、フィルタの
各素子とストリップラインが超伝導薄膜からなるモノリ
シックな高周波回路の作製方法であって、ミキサの上に
保護層を形成した後、露出している超伝導薄膜中に超伝
導薄膜の臨界温度を低下させる元素イオンを注入するこ
とを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例にしたがっ
て詳細に説明する。
【0013】(実施例1)図1は本発明の高周波回路の
実施例を説明するための基本となる構成を概略的に示し
た平面図である。人工粒界12を有するバイクリスタル
基板11上にアンテナ13、RFフィルタ14、LOフ
ィルタ15、ジョセフソン素子からなるミキサ16、一
つのストリップラインと二つのラジアルスタブからなる
中間周波フィルタ17が形成されている。基板サイズは
小型冷凍機に搭載できるよう20mm角とした。
【0014】上記高周波回路の作製方法は次の通りであ
る。まず、 MgOバイクリスタル基板11上にYBa
Cu超伝導薄膜をレーザーアブレーション法を
用いて作製する。成膜中は基板に酸素ラジカルを照射し
ているが、その条件を調整することにより膜中の酸素量
すなわちTcを変えることができる。ここでは酸素量を
抑えTcが約70Kの超伝導薄膜を作製した。次に、フ
ォトリソにより図1に示すようなパターンを形成する。
ミキサのジョセフソン接合部の線幅は一番細いところで
10μmとした。さらに、斜線で示したミキサ16以外
の領域をマスキングした後、基板ごと活性酸素雰囲気中
で熱処理する。ここでは、マスキングとしてレジストを
用い、紫外線照射のO雰囲気中で270〜600℃の
温度範囲で熱処理した。この熱処理により、レジストで
マスキングされていないミキサ16の領域はTcが約9
0Kまで上昇し、同時にレジストも除去された。これに
より、ミキサの領域のTcは約90Kでミキサ以外の領
域のTcは約70Kの高周波回路が作製された。一般に
Tcと臨界電流は相関があり、同じ温度で比較した場
合、Tcが高い方が臨界電流も高い。
【0015】この素子を小型冷凍機に搭載し、50Kの
温度で動作させる。ここで50Kにおいて、Tc約90
Kのミキサ領域の臨界電流値は、Tc約70Kのミキサ
以外の領域の臨界電流値よりも大きい。このような構成
にすることによって、ミキサが保護され、従来のものと
比較すると従来と同じ回路構成で繰り返し動作による寿
命が数倍伸びた。過剰電流を流した時の耐久性も向上し
た。
【0016】(実施例2)実施例1とは異なる方法で
も、図1のモノリシックな高周波回路を作製できる。作
製方法は以下の通りである。
【0017】まず、MgOバイクリスタル基板11上に
YBaCu超伝導薄膜をレーザーアブレーショ
ン法を用いて作製する。成膜中、基板にオゾンを照射す
ることにより、Tc90Kの超伝導薄膜が得られた。次
に、フォトリソにより図1に示すようなパターンを形成
する。ミキサのジョセフソン接合部の線幅は一番細いと
ころで10μmとした。その後金属マスクを用いて、斜
線で示したミキサ16領域上にSiO膜を形成する。
この時、SiOの回り込みを考慮し、金属マスクの寸
法を適当な値にする。次に、これを真空中において50
0℃以下の温度で長時間熱処理する。このようなプロセ
スにより、ミキサ以外の領域の超伝導薄膜はTcが約7
0Kまで低下した。一方、ミキサ16の領域はSiO
が保護膜として働きTcは90Kに維持された。熱処理
後もSiOは除去せずに残す。これにより、ミキサの
領域のTcは90Kでミキサ以外の領域のTcは約70
Kの高周波回路が作製された。
【0018】この素子を小型冷凍機に搭載し、50Kの
温度で動作させる。50Kにおいて、Tc約90Kのミ
キサ領域の臨界電流値を、Tc約70Kのミキサ以外の
領域の臨界電流値よりも大きくなるようにした。このよ
うな構成にすることによって、ミキサが保護され、従来
のものと比較すると従来と同じ回路構成で繰り返し動作
による寿命が数倍伸びた。過剰電流を流した時の耐久性
も向上した。 また、SiO保護膜により水分等への
対環境性も向上した。
【0019】(実施例3)実施例2では、ミキサ16領
域上にSiO膜を形成した後、還元雰囲気中で熱処理
して高周波回路を形成しているが、次のような方法を用
いてもよい。
【0020】ミキサ16領域上にSiO膜を形成する
までは実施例2と同じであるが、その後還元雰囲気中で
熱処理する変わりに、露出しているミキサ以外の領域に
超伝導薄膜のTcを劣化させる元素を添加してもよい。
具体的にはガリウムイオンを注入する。ガリウムは銅サ
イトを置換しTcを低下させる。その注入量を調整する
ことにより、ミキサ以外の領域のTcを70Kにする。
これによって、実施例1、2と同様な耐久性のよい高周
波回路が得られる。ここでは、Tcを劣化させる元素と
してGaを添加したが、他の元素でも何ら問題無い。
【0021】また、実施例1〜3において、ミキサ以外
の領域のTcを70Kとしたが、この値は動作温度と臨
界電流の関係により適当に調整すればよい。
【0022】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、同一
基板上に形成されたアンテナ、ミキサ、フィルタの各素
子とストリップラインが超伝導薄膜からなるモノリシッ
クな高周波回路であって、動作温度においてミキサ以外
の素子の臨界電流値をミキサの臨界電流値よりも小さく
すること、具体的にはミキサ以外の素子を形成する超伝
導薄膜の酸素量をミキサを形成する超伝導薄膜の酸素量
よりも少なくすること、あるいはミキサ以外の素子を形
成する超伝導薄膜に臨界温度を低下させる元素を添加す
ることにより、ミキサを保護し信頼性の高い高周波回路
を提供できるという効果を有する。
【0023】また,本発明によれば、同一基板上に形成
されたアンテナ、ミキサ、フィルタの各素子とストリッ
プラインが超伝導薄膜からなるモノリシックな高周波回
路の作製方法であって、予め超伝導薄膜の酸素量を化学
量論組成よりも少なく形成した後、ミキサ以外の素子を
マスキングし、基板ごと活性酸素雰囲気中で熱処理する
こと、あるいはミキサの上に保護層を形成した後、基板
ごと還元雰囲気中で熱処理すること、あるいはミキサの
上に保護層を形成した後、露出している超伝導薄膜中に
超伝導薄膜の臨界温度を低下させる元素イオンを注入す
ることにより、ミキサを保護し信頼性の高い高周波回路
の作製方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における高周波回路を概略的に
示した平面図である。
【符号の説明】
11 基板 12 人工粒界 13 アンテナ 14 RFフィルタ 15 LOフィルタ 16 ミキサ 17 中間周波フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上川 武富 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一基板上に形成されたアンテナ、ミキ
    サ、フィルタの各素子とストリップラインが超伝導薄膜
    からなるモノリシックな高周波回路であって、動作温度
    においてミキサ以外の素子の臨界電流値をミキサの臨界
    電流値よりも小さくすることを特徴とする高周波回路。
  2. 【請求項2】 ミキサ以外の素子を形成する超伝導薄膜
    の酸素量をミキサを形成する超伝導薄膜の酸素量よりも
    少なくすることを特徴とする請求項1記載の高周波回
    路。
  3. 【請求項3】 ミキサ以外の素子を形成する超伝導薄膜
    に臨界温度を低下させる元素を添加することを特徴とす
    る請求項1記載の高周波回路。
  4. 【請求項4】 同一基板上に形成されたアンテナ、ミキ
    サ、フィルタの各素子とストリップラインが超伝導薄膜
    からなるモノリシックな高周波回路の作製方法であっ
    て、予め超伝導薄膜の酸素量を化学量論組成よりも少な
    く形成した後、ミキサ以外の素子をマスキングし、基板
    ごと活性酸素雰囲気中で熱処理することを特徴とする高
    周波回路の作製方法。
  5. 【請求項5】 同一基板上に形成されたアンテナ、ミキ
    サ、フィルタの各素子とストリップラインが超伝導薄膜
    からなるモノリシックな高周波回路の作製方法であっ
    て、ミキサの上に保護層を形成した後、基板ごと還元雰
    囲気中で熱処理することを特徴とする高周波回路の作製
    方法。
  6. 【請求項6】 同一基板上に形成されたアンテナ、ミキ
    サ、フィルタの各素子とストリップラインが超伝導薄膜
    からなるモノリシックな高周波回路の作製方法であっ
    て、ミキサの上に保護層を形成した後、露出している超
    伝導薄膜中に超伝導薄膜の臨界温度を低下させる元素イ
    オンを注入することを特徴とする高周波回路の作製方
    法。
JP10057213A 1998-03-09 1998-03-09 高周波回路およびその作製方法 Withdrawn JPH11261120A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016516359A (ja) * 2013-03-15 2016-06-02 エル−3 コミュニケーションズ コーポレーション 高周波数ミキサ、方法及びシステム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016516359A (ja) * 2013-03-15 2016-06-02 エル−3 コミュニケーションズ コーポレーション 高周波数ミキサ、方法及びシステム

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