KR100216547B1 - High-Tc superconducting(HTS) closed loop resonator type 4-pole bandpasses filter and manufacturing process of the filter - Google Patents

High-Tc superconducting(HTS) closed loop resonator type 4-pole bandpasses filter and manufacturing process of the filter Download PDF

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Abstract

본 발명은, 마이크로파용 고온초전도 4-극 대역통과 필터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 초고주파 특성이 우수한 고온 초전도 에피택셜 박막 위에 실제로 설계 과정이나 소자 제조공정을 고려하여 마이크로스트립 폐루프형 공진기와 마이크로스트립 결합선을 집적하는 방식으로 구현하고, 저온 마이크로파 특성에 영향을 주지 않기 위해 입출력단에 금속 패드를 증착하며, 초전도성의 열화가 유도되는 것을 방지하기 위해 습식 식각 보다 건식 식각에 치중하는 식각 방식을 포함하는 고온 초전도 대역통과 필터 및 그 제조 방법이며, 신호를 거의 손실없이 통과시키고, 통과대역 양단의 저지대역에서는 스커트(skirt) 특성이 좋아서 효과적인 신호 전송 저지 기능과 잡음 제거 기능이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high temperature superconducting four-pole bandpass filter for microwaves and a method for manufacturing the same. A microstrip closed loop resonator and micro Integrates strip bond lines, deposits metal pads on the input and output stages to not affect low temperature microwave characteristics, and includes etching methods that focus on dry etching rather than wet etching to prevent superconductive degradation from being induced. It is a high temperature superconducting bandpass filter and a method of manufacturing the same, and passes the signal with almost no loss, and has a good skirt characteristic in the stopband at both ends of the passband, so that it has an effective signal transmission blocking function and a noise canceling function.

Description

마이크로파용 고온초전도 폐루프 공진기형 4-극 대역통과 필터 및 그 제조 방법{High-Tc superconducting(HTS) closed loop resonator type 4-pole bandpasses filter and manufacturing process of the filter}High-temperature superconducting (HTS) closed loop resonator type 4-pole bandpasses filter and manufacturing process of the filter

본 발명은 마이크로파용 고온초전도 4-극 대역통과 필터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 초고주파 특성이 우수한 고온초전도 에피택셜 박막 위에 마이크로스트립 폐루프형 공진기와 마이크로스트립 결합선을 집적함으로서, 신호를 거의 손실없이 통과시키고, 통과대역 양단의 저지대역에서는 스커트(skirt) 특성이 좋아서 신호 전송을 효과적으로 저지하는 기능과 잡음을 제거하는 기능이 잘 구비된 새로운 구조의 고온 초전도 대역통과 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high temperature superconducting four-pole bandpass filter for microwaves and a method of manufacturing the same. In particular, a microstrip closed loop resonator and a microstrip coupling line are integrated on a high temperature superconducting epitaxial thin film having excellent ultrahigh frequency characteristics. A high-temperature superconducting bandpass filter with a novel structure and a method of manufacturing the same, which have a function of effectively preventing signal transmission and eliminating noise due to a good skirt characteristic at a stopband at both ends of the passband. will be.

대역 통과 필터는 이동통신, 위성통신 및 위성 방송에 사용되는 핵심소자 및 핵심부품(멀티플렉서, 믹서 등)을 구성하는 가장 중요한 소자로서, 이를 개발하기 위해서는 고온초전도 에피택셜 박막 성장 기술, 마이크로파 소자의 설계 및 최적화 기술, 고온초전도 소자 제조기술, 제조된 소자의 특성을 측정하고 평가하는 기술들이 핵심기술로서 필요하다.The band pass filter is the most important element that constitutes the core elements and core parts (multiplexer, mixer, etc.) used in mobile communication, satellite communication, and satellite broadcasting. To develop them, the design of high temperature superconducting epitaxial thin film growth technology and microwave device And optimization techniques, high-temperature superconducting device manufacturing technology, and techniques for measuring and evaluating characteristics of the manufactured devices are required as core technologies.

이러한 대역통과 필터는 종래에는 평행결합선 방식으로 구성되었으며, 그 제조 방법은 먼저, 구매한 상용 기판(MgO 기판)의 표면을 보다 평탄화하기 위한 선처리 공정을 수행하고, 상기 선처리공정을 마친 MgO 기판 상에 펄스 레이저 증착법으로 고온초전도 YBa2Cu3O7-δ(이후로는 YBCO로 약칭) 에피택셜 박막을 성장한 후, 마이크로파 회로해석 이론과 최적화 공정(전산시늉)을 이용하여 원하는 사양(specification)을 갖는 마이크로파 소자(회로)를 설계하고, 이를 바탕으로 포토마스크를 제작한다. 상기 포토 마스크가 제작되면, 그 포토마스크를 가지고 고온초전도 마이크로파 소자를 제조한다.Such a bandpass filter has been conventionally configured in a parallel coupling line method, and the method of manufacturing the same first performs a pretreatment process for further flattening the surface of a purchased commercial substrate (MgO substrate), and then performs the pretreatment process on the MgO substrate. After high temperature superconductivity YBa 2 Cu 3 O 7-δ (hereinafter abbreviated as YBCO) epitaxial thin film is grown by pulsed laser deposition, it has the desired specification by using microwave circuit analysis theory and optimization process A microwave device (circuit) is designed and a photomask is manufactured based on this. When the photomask is manufactured, a high temperature superconducting microwave device is manufactured with the photomask.

소자 제조를 위한 포토리소그래피 및 식각공정은 다음과 같다.Photolithography and etching processes for device manufacturing are as follows.

① 고속 회전 도포기(spin coater : 5000 rpm, 30 초간)를 사용하여, 포토레지스트(Photoresist : AZ-5214E)를 고온 초전도 박막상에 코팅하고 가볍게 굽는다(soft baking, 80℃, 5분간).① Using a high speed spin coater (5000 rpm, 30 seconds), the photoresist (AZ-5214E) is coated on a high temperature superconducting thin film and gently baked (soft baking, 80 ° C., 5 minutes).

② 포토 마스크, 접촉 정렬기, UV-광원(source : 10W, 5분간) 등을 이용한 포토리소그래픽 공정을 수행한다.② Perform photolithographic process using photo mask, contact aligner, UV-light source (source: 10W, 5 minutes).

③ 건식식각(ECR-ion milling : 2.5 GHz/500W용 source, 800 Gauss용 자석)이나 습식식각(EDTA-식각)을 이용하여 소자 패턴을 형상화한다. 특히, 식각 후에 행하는 PR를 제거하는 현상공정(developing process)에서는 쉬플리(Shipley)사의 현상용 환원제인 MT318(developer : 3분간)을 사용한다.③ Form the device pattern using dry etching (ECR-ion milling: 2.5 GHz / 500W source, 800 Gauss magnet) or wet etching (EDTA-etching). In particular, in the developing process for removing PR after etching, Shipley's developing reducing agent MT318 (developer: 3 minutes) is used.

상기와 같이 고온초전도 마이크로파 소자를 제조하는 공정이 끝나면, 기판 뒷면에 접지 평면(ground-plane)을 증착한다.After the process of manufacturing the high temperature superconducting microwave device as described above, a ground plane is deposited on the back of the substrate.

상기와 같은 제조 방법으로 생성되는 종래의 대역통과 필터는 다음과 같은 단점이 있다.The conventional bandpass filter produced by the above manufacturing method has the following disadvantages.

첫째, 종래의 대역 통과 필터는 평행결합선 방식으로 구성되었는데, 이와 같은 평행 결합선 방식은 전형적인 마이크로파 대역통과 필터 해석이론을 기초로하여 설계하고, 적절한 전산시늉 툴(고주파 설계 시스템)을 사용하여 최적화 하였으나, 설계과정에서 고온초전도체의 특성이나 소자제조 방법을 최적으로 고려하지 못하였으므로, 완벽한 특성발휘가 않되는 경우가 종종 있다.First, the conventional band pass filter is composed of a parallel coupling line method. The parallel coupling line method is designed based on a typical microwave bandpass filter analysis theory and optimized using an appropriate computational simulation tool (high frequency design system). In the design process, the characteristics of the high-temperature superconductor and the device manufacturing method were not optimally considered, and thus, perfect characteristics are often not exhibited.

둘째, 마이크로파 회로해석 이론과 최적화 공정(전산시늉)을 이용하여 원하는 사양(specification)을 갖는 마이크로파 소자(회로)를 설계하고, 이를 바탕으로 포토 마스크를 제작하기 때문에, 저온으로 냉각시킬 경우 시험치구의 커넥터와 마이크로파 소자의 수축으로 인하여, 고온초전도 소자와 계산기의 단말(terminal) 사이에서 양호한 접촉이 이루어지지 않아 신호 전이(transfer)에 불연속(discontinuity)이 발생하고, 저온 마이크로파 특성에 영향을 주게 된다.Second, the microwave circuit analysis theory and the optimization process (computational model) are used to design a microwave device (circuit) having a desired specification and to produce a photo mask based on it. Due to the contraction of the connector and the microwave device, good contact is not made between the high temperature superconducting device and the terminal of the calculator, resulting in discontinuity in the signal transfer and affecting the low temperature microwave characteristics.

셋째, 식각 공정에 있어서, 주로 EDTA(식각용 시약)를 이용한 습식 식각으로 필터 패턴의 윤곽이 어느정도 형성될 때까지 식각을 행하고, 회로패턴의 예리도를 향상시키거나, 불필요한 유기물 찌꺼기(sludge) 등을 완전히 제거하는 마무리 식각은 ECR 이온 밀링(ECR-ion milling)으로 행하기 때문에, EDTA를 이용한 식각과 EDTA를 세정하는 과정에서 유기물(아세톤, 알콜 등)에 의한 초전도성의 열화가 유도되는 경우가 발생한다.Third, in the etching process, etching is performed mainly by wet etching using EDTA (etching reagent) until the contour of the filter pattern is formed to some extent, improving the sharpness of the circuit pattern, unnecessary sludge, etc. Because the final etching to completely remove the etch is performed by ECR ion milling, the superconductivity deterioration may be induced by organic materials (acetone, alcohol, etc.) during etching using EDTA and cleaning EDTA. do.

따라서, 상기와 같은 단점을 보완하기 위해 본 발명에서는 초고주파 특성이 우수한 고온초전도 에피택셜 박막위에 실제로 설계 과정이나 소자 제조 방법을 고려하여 마이크로스트립 폐루프형 공진기와 마이크로스트립 결합선을 집적하는 방식으로 구현하고, 저온 마이크로파 특성에 영향을 주지 않기 위해 입출력단에 금속 패드를 증착하며, 초전도성의 열화가 유도되는 것을 방지하기 위해 습식식각 보다 건식식각에 치중하는 식각 방식을 포함하는 고온초전도 대역통과 필터 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.Therefore, in order to compensate for the above drawbacks, the present invention implements a microstrip closed loop resonator and a microstrip coupling line in consideration of a design process or a device manufacturing method on a high temperature superconducting epitaxial thin film having excellent microwave characteristics. High temperature superconductivity bandpass filter including metal etching on the input / output stage to not affect the low temperature microwave characteristics, and etching method which focuses on dry etching rather than wet etching to prevent the deterioration of superconductivity. To provide a method.

본 발명에서 제공하는 마이크로파용 고온초전도 4-극 대역통과 필터는, 손실없이 신호를 입출력시키기 위해 Ti/Au 박막 패드를 형성한 입출력단과, 상기 입력단을 통해 입력된 신호가 공진(resonance)과 결합(coupling)을 통해 출력단으로 진행하도록 하기 위한 고안된 2개의 마이크로스트립 폐루프형 공진기와, 상기 입출력단의 한쪽에 연결되고 상기 폐루프형 공진기와의 결합을 크게 하기 위해 상기 폐루프형 공진기의 일부와 평행하게 뻗어있는 2개의 제 1 마이크로스트립 결합선과, 상기 폐루프형 공진기를 통해 진행하는 신호를 전기용량적으로 조정하고 보완하기 위하여 상기 각 폐루프형 공진기에 부착된 제 2 마이크로스트립 결합선으로 구성되며, 상기 각 구성요소가 좌우로 대칭을 이룬다.Microwave high temperature superconducting four-pole bandpass filter provided by the present invention, the input and output terminals formed with a Ti / Au thin film pad to input and output the signal without loss, and the signal input through the input terminal is coupled with resonance ( two microstrip closed loop resonators designed for traveling to an output stage via coupling, and parallel to a portion of the closed loop resonator connected to one side of the input / output stage and to increase coupling with the closed loop resonator. Two first microstrip coupling lines extending to each other and a second microstrip coupling line attached to each of the closed loop resonators to capacitively adjust and compensate for a signal traveling through the closed loop resonators, Each of the components is symmetrical from side to side.

또한, 본 발명에서 제공하는 마이크로파용 고온초전도 4-극 대역통과 필터 제조 방법은, 마이크로파 특성이 우수한 유전체 MgO 단결정 기판의 표면을 평탄화하기 위해 선처리하는 제 1 공정과, 상기 기판위에 펄스 레이저 증착법에 의한 고온 초전도 에피박막을 증착하는 제 2 공정과, 상기 증착된 에피박막의 좌우 양단에 Ti/Au 금속 박막을 증착한 후, 곧장 식각하여 입출력단 위에 금속 패드를 형성하는 제 3 공정과, 상기 제 1 내지 제 3 공정의 결과물 위에 회전에 의해 포토레지스트(photoresist)를 도포하는 제 4 공정(spin coating process)과, 상기 포토레지스트가 도포된 결과물을 노광시켜, 중앙에 두개의 폐루프형 공진기를 포함하고, 마이크로스트립 결합선이 입출력단으로 부터 상기 폐루프형 공진기의 일부와 평행하게 뻗어있는 형태로 미세 형상화(micropatterning)하는 포토리소그래피 공정을 수행하는 제 5 공정과, 제 4 공정의 상기 포토레지스트 및 제 3 공정의 Au를 제거하는 등 잔여물을 식각하되, 습식 식각은 1분이내로 짧게 수행하여 상기 포토레지스트를 식각하고, 패터닝 및 잔여물 제거는 건식 식각으로 처리하여 초전도성의 열화유도를 방지하는 제 6 공정과, 상기 제 6 공정의 결과물의 기판 뒷면에 접지 평면(Ti/Ag)을 증착하는 제 7 공정으로 구성된다.In addition, the method for manufacturing a microwave high temperature superconducting four-pole bandpass filter provided by the present invention comprises a first step of pretreatment to planarize a surface of a dielectric MgO single crystal substrate having excellent microwave characteristics, and a pulse laser deposition method on the substrate. A second step of depositing a high temperature superconducting epi thin film, a third step of depositing a Ti / Au metal thin film on both left and right ends of the deposited epi thin film, and immediately etching to form a metal pad on an input / output end, and the first step And a fourth spin coating process of applying photoresist by rotation on the result of the third process, and exposing the resultant to which the photoresist is applied, and including two closed loop resonators in the center. , Micropattern of the microstrip coupling line extends parallel to a part of the closed loop resonator from the input and output end (micropattern) etching the residues such as the fifth step of performing a photolithography process, and removing the photoresist of the fourth process and Au of the third process, but the wet etching is performed shortly within 1 minute. Etching, patterning and residue removal are performed by dry etching to prevent superconducting deterioration induction, and a seventh process of depositing a ground plane (Ti / Ag) on the back surface of the substrate of the sixth process. It is composed.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로파용 고온초전도 4-극 대역통과 필터에 대한 구성도,1 is a configuration diagram for a high temperature superconducting 4-pole bandpass filter for microwaves according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 마이크로파용 고온초전도 4-극 대역통과 필터의 제조공정도.Figure 2 is a manufacturing process of the high temperature superconducting four-pole bandpass filter for microwave according to the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로파용 고온초전도 폐루프 공진기형 4-극 대역통과 필터에 대한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 마이크로파용 고온초전도 4-극 대역통과 필터의 제조 방법도이다.1 is a block diagram of a microwave high temperature superconducting closed loop resonator type 4-pole bandpass filter according to the present invention, and FIG. 2 is a method of manufacturing a microwave high temperature superconducting 4-pole bandpass filter according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 대역 통과 필터는 Ti/Au 박막 패드가 증착된 입출력단(50Ω선)과(1, 2), 좌우로 대칭을 이루며, 상기 입력단(1)을 통해 입력된 신호가 공진(resonance)과 결합(coupling)을 통해 출력단(2)으로 진행하도록 고안된 2개의 마이크로스트립 폐루프형 공진기(4)와, 상기 입출력단(1, 2)의 한쪽에 연결되고 상기 폐루프형 공진기(4)와의 결합을 크게하기 위해 상기 폐루프형 공진기의 일부와 평행하게 뻗어있는 2개의 제 1 마이크로스트립 결합선(3)과, 상기 폐루프형 공진기(4)를 통해 진행하는 신호를 전기용량적으로 조정하고 보완하기 위하여 상기 각 폐루프형 공진기(4)에 부착된 제 2 마이크로스트립 결합선(stepped impedance coupled -lines)(5)으로 구성된다.Referring to FIG. 1, the band pass filter of the present invention is symmetrical from side to side with input / output terminals (50Ω lines) on which Ti / Au thin film pads are deposited (1, 2), and a signal input through the input terminal 1. Two microstrip closed loop resonators (4) designed to proceed to the output stage (2) through resonance and coupling, and one of the input and output stages (1, 2) and the closed loop type In order to increase the coupling with the resonator 4, the first microstrip coupling line 3 extending in parallel with a part of the closed loop resonator and the signal traveling through the closed loop resonator 4 are capacitive. And second microstrip stepped impedance coupled lines 5 attached to each of the closed loop resonators 4 for adjustment and complementary.

이 때, 상기 대역통과 필터는 마이크로파 특성이 우수한 유전체 MgO 기판(6) 위에 구성되고, 상기 기판(6)의 뒷면에 Ti/Au 금속 박막으로 구성된 접지평면(7)이 증착된다.At this time, the bandpass filter is formed on the dielectric MgO substrate 6 having excellent microwave characteristics, and a ground plane 7 composed of a Ti / Au metal thin film is deposited on the back surface of the substrate 6.

상기 마이크로스트립 폐루프형(closed-loop type) 공진기와 마이크로스트립 결합선(stepped impedance coupled-lines)을 집적한 신구조는 마이크로파 대역통과 필터 해석이론과 실제의 특성 측정으로부터 얻은 섭동(攝動)준 이중모드 공진기의 마이크로파 특성과, 대역통과 필터를 구성하는 마이크로스트립 공진기(共振器)를 고온초전도체로 구현했을 때 생기는 초전도성에 의한 강한 결합(coupling), 그리고 유전체 MgO 단결정 기판의 마이크로파 물성 등을 정밀하게 측정한 결과값을 주요 변수로 잡고서 최적 설계한 결과이며, 이를 기초로 하여 포토마스크를 제작하였다.The new structure, incorporating the closed-loop resonator and the stepped impedance coupled lines, has a perturbation level obtained from the theory of microwave bandpass filter analysis and measurement of actual characteristics. Precise measurement of microwave characteristics of mode resonators, strong coupling due to superconductivity when the microstrip resonator constituting the bandpass filter is realized by high temperature superconductor, and microwave properties of dielectric MgO single crystal substrate Based on this result, it is the optimal design. Based on this, a photomask was produced.

또한, 상기 입출력단에 형성된 패드(pad)는 고온초전도 대역통과 필터의 저온 마이크로파 특성을 측정할 경우 발생하는 저온냉각에 따른 시험치구의 커넥터와 마이크로파 소자의 경미한 수축으로 인하여, 발생하는 신호 전이의 경미한 불연속(discontinuity)을 방지하기 위한 것으로서, MgO 기판 상에 고온초전도 에피박막을 증착한 후, 곧장 이어서 박막의 좌우 양단에 Ti/Au 금속박막으로 입히고 식각함으로써, 형성하였다.In addition, the pad formed in the input / output terminal has a slight shrinkage of the signal transition generated due to the slight contraction of the connector and the microwave device of the test fixture due to the low temperature cooling generated when the low temperature microwave characteristics of the high temperature superconducting bandpass filter are measured. In order to prevent discontinuity, it was formed by depositing a high-temperature superconducting epi thin film on an MgO substrate, and then immediately coating and etching a Ti / Au metal thin film on both sides of the thin film.

도 2를 참조하면, 본 발명에서 제공하는 대역통과 필터의 제조 방법은 마이크로파 특성이 우수한 유전체 MgO 단결정 기판(6)의 표면을 평탄화하기 위해 선처리하는 제 1 공정(a)과, 상기 기판 위에 펄스 레이저 증착법에 의한 고온초전도 에피박막을 증착하는 제 2 공정(b)과, 상기 증착된 에피박막의 좌우 양단에 Ti/Au 금속 박막(1, 2)을 증착한 후, 곧장 식각하여 입출력단 위에 금속 패드를 형성하는 제 3 공정(c)과, 상기 제 1 내지 제 3 공정(a∼c)의 결과물 위에 포토레지스트(photoresist)를 도포하는 제 4 공정(spin coating process)(d)과, 상기 포토레지스트가 도포된 결과물을 노광시켜, 중앙에 두개의 폐루프형 공진기를 포함하고, 마이크로스트립 결합선이 입출력단으로 부터 상기 폐루프형 공진기의 일부와 평행하게 뻗어있는 형태로 미세 형상화(micropatterning)하는 포토리소그래피 공정을 수행하는 제 5 공정(e)과, 제 4 공정(d)의 상기 포토레지스트 및 제 3 공정(c)의 Au를 제거하고 잔여물을 식각하되, 습식 식각은 1분이내로 짧게 수행하여 상기 포토레지스트를 식각하고, 패터닝 및 잔여물 제거는 건식 식각으로 처리하여 초전도성의 열화유도를 방지하는 제 6 공정(f∼h)과, 상기 제 6 공정의 결과물의 기판 뒷면에 접지 평면(Ti/Ag)을 증착하는 제 7 공정(i)으로 구성된다.Referring to FIG. 2, the method of manufacturing a bandpass filter provided by the present invention includes a first step (a) of pretreatment to planarize the surface of the dielectric MgO single crystal substrate 6 having excellent microwave characteristics, and a pulse laser beam on the substrate. A second step (b) of depositing a high temperature superconducting epi thin film by the vapor deposition method, and depositing Ti / Au metal thin films (1, 2) on both left and right ends of the deposited epi thin film, followed by etching directly to the metal pad on the input / output end. A third process (c) for forming a film, a fourth spin coating process (d) for applying a photoresist on the resultant of the first to third processes (a to c), and the photoresist Exposing the coated product, and including two closed loop resonators in the center, and micropatterning the microstrip coupling line from the input / output end to extend in parallel with a part of the closed loop resonator. Etching the residue after removing the fifth process (e) and the Au of the fourth process (d) and the third process (c) performing the torography process, the wet etching is performed shortly within 1 minute The photoresist is etched, and the patterning and residue removal are performed by dry etching to prevent superconducting deterioration induction, and a ground plane Ti on the back of the substrate of the resultant process of the sixth process. / Ag) and the seventh process (i) for depositing.

상기 제 3 공정은, 고온초전도 대역통과 필터의 저온 마이크로파 특성을 측정할 경우 저온냉각에 따른 시험치구의 커넥터와 마이크로파 소자의 경미한 수축으로 인하여 발생하는 신호전이(transfer)의 불연속(discontinuity, 격리)을 제거하기 위해 고온초전도 필터의 입출력단 위에 금속패드(pad)를 형성하는 공정으로서, 시험치구의 하우징(housing)에 부착된 K-커넥터 핀(glass bead)과 입출력단과는 저온냉각 상태가 되어도 양호한 접촉(contact)을 이루게 하였다.In the third process, when measuring the low temperature microwave characteristics of the high temperature superconducting bandpass filter, the discontinuity of the signal transfer caused by the slight shrinkage of the connector of the test fixture and the microwave element caused by the low temperature cooling is eliminated. A metal pad is formed on the input and output ends of the high-temperature superconducting filter for removal, and the K-connector pins attached to the housing of the test fixture and the input and output ends are in good contact even in a cold state. contact was made.

상기 제 6 공정은 습식(EDTA) 식각과 EDTA를 세정하는 과정에서 유기물(아세톤, 알콜 등)에 의한 초전도성의 열화가 유도되는 문제점을 해결하기 위해 제안된 식각 공정으로서, ECR-이온 밀링(ion milling) 장비의 핵심부품(grid)을 개량하고, 식각장비의 효율을 향상하는 등, 양호한 건식식각 조건을 확보하여 대부분의 중요한 식각과 마무리 식각은 ECR-이온밀링(ion milling)으로 처리하여, 고온초전도성의 열화를 대폭 방지할 수 있다.The sixth process is an etching process proposed to solve the problem of deterioration of superconductivity caused by organic matter (acetone, alcohol, etc.) during wet etching and EDTA cleaning, and ECR-ion milling. Good dry etching conditions, such as improving the core of equipment and improving the efficiency of etching equipment, and most important etching and finishing etching are processed by ECR-ion milling, so that high temperature superconductivity is achieved. Deterioration can be significantly prevented.

이 때, 습식 식각은 1분이내로 짧게 수행하며, EDTA 용액에 담구어서 수백 Å 정도의 고온초전도 박막을 식각하되 EDTA 를 제거하기 위해 아세톤 등 유기물 세정공정은 행하지 않는다. 또한, ECR-이온 밀링에 의한 건식 식각은 패터닝 및 잔여물(유기물, 초전도체등) 제거 공정을 통해 회로패턴 표면까지를 평탄화한다. 즉, 이렇게 함으로써 유기물과 고온초전도 박막과의 접촉시간을 최대한 감소시킨다.At this time, the wet etching is performed shortly within 1 minute, and immersed in the EDTA solution to etch a high temperature superconducting thin film of several hundreds of kPa, but does not perform organic cleaning process such as acetone to remove EDTA. Dry etching by ECR-ion milling also flattens the circuit pattern surface through patterning and residue (organic, superconductor, etc.) processes. In other words, the contact time between the organic material and the high temperature superconducting thin film is reduced as much as possible.

또한, 완성된 고온초전도 필터의 저온 마이크로파 특성을 평가하기 위해서는 측정용 시험치구(패키지)의 설계/제작이 매우 중요한데, 종래에는 개발한 3-성분 시험치구를 사용하였지만, 본 발명에서는 고온초전도 대역통과 필터의 (기판) 뒷면과 시험치구 바닥과의 우수한 접촉 및 정합을 위해서, 그리고 전자기장의 차폐를 위하여 접지평면(Ti/Ag 금속박막) 뿐만 아니라, 시험치구의 내부바닥도 금 도금(plating)을 한다.In addition, in order to evaluate the low temperature microwave characteristics of the completed high temperature superconducting filter, it is very important to design / manufacture the test fixture (package) for measurement. In the present invention, the developed three-component test fixture was used, but in the present invention, the high temperature superconducting bandpass is used. Gold plating is performed on the inner bottom of the test fixture as well as the ground plane (Ti / Ag metal thin film) for good contact and matching between the (substrate) back of the filter and the bottom of the test fixture, and for shielding electromagnetic fields. .

본 발명은 마이크로파 원천소자(공진기등)를 제조했었던 경험에 바탕을 둔, 사전 연구를 기초로 하기 때문에 다양하면서도 새로운 구조의 마이크로파 부품개발이 가능하고, 특히 고온초전도체 박막을 활용하기 때문에 기존의 마이크로파 소자에 비하여 우수한 성능도 기대할 수 있다. 즉, 본 발명은 신호를 거의 손실없이 통과시키고, 통과 대역 양단의 저지대역에서는 스커트(skirt) 특성이 좋아서 신호 전송을 효과적으로 저지하는 기능과 잡음을 제거하는 기능이 있다.Since the present invention is based on prior research based on the experience of manufacturing microwave source devices (resonators, etc.), it is possible to develop microwave parts with various new structures, and in particular, existing microwave devices because they utilize high temperature superconductor thin films. In comparison with this, excellent performance can be expected. That is, the present invention passes the signal with almost no loss, and has a good skirt characteristic in the stop bands at both ends of the pass band, thereby effectively preventing signal transmission and removing noise.

한편, 전파고도 이용기술과 관련된 마이크로파 통신시스템용 서브시스템(부품)의 소형화도 기대할 수 있고, 정보통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 고온초전도 에피택셜 박막을 사용하고, 설계, 소자 제조공정, 시험치구 제작 및 특성평가 방법 등을 적절히 활용하게 되므로 경박단소하며 고성능을 갖춘 통신부품을 제작할 수 있다. 따라서 차세대 이동통신 및 위성통신(방송, 27 GHz 이하)에 사용될 수 있는 신기능, 신구조의 마이크로파 소자 및 회로의 창출에도 큰 효과를 거둘 수 있으며 급증하는 전파서비스의 수요에 능동적으로 대처할 수 있는 우수한 마이크로파 통신시스템(기지국용)도 기대할 수 있다.On the other hand, the miniaturization of subsystems (parts) for microwave communication systems related to radio wave elevation utilization technologies can be expected, and the effect of improving the performance of information communication systems can be obtained. In addition, since the high temperature superconducting epitaxial thin film is used and design, device fabrication process, test fixture fabrication, and characteristic evaluation method are appropriately utilized, it is possible to manufacture a communication component having a light weight, a small size, and a high performance. As a result, it can have a great effect on the creation of new functions, new structured microwave devices and circuits that can be used for next-generation mobile communication and satellite communication (broadcasting, 27 GHz and below), and excellent microwaves that can actively respond to the increasing demand for radio service. Communications systems (for base stations) can also be expected.

Claims (4)

마이크로파 특성이 우수한 유전체 MgO 단결정 기판의 표면을 평탄화하기 위해 선처리하는 제 1 공정과,A first step of pretreatment to planarize the surface of the dielectric MgO single crystal substrate having excellent microwave characteristics, 상기 기판위에 펄스 레이저 증착법에 의한 고온 초전도 에피박막을 증착하는 제 2 공정과,A second step of depositing a high temperature superconducting epi thin film on the substrate by pulse laser deposition; 상기 증착된 에피박막의 좌우 양단에 Ti/Au 금속 박막을 증착한 후, 곧장 식각하여 입출력단 위에 금속 패드를 형성하는 제 3 공정과,A third process of depositing a Ti / Au metal thin film on both left and right ends of the deposited epi thin film, followed by etching to form a metal pad on an input / output end; 상기 제 1 내지 제 3 공정의 결과물 위에 포토레지스트(photoresist)를 도포하는 제 4 공정(spin coating process)과,A fourth process (spin coating process) of applying a photoresist on the resultant of the first to third processes, 상기 포토레지스트가 도포된 결과물을 노광시켜, 중앙에 두개의 폐루프형 공진기를 포함하고, 마이크로스트립 결합선이 입출력단으로 부터 상기 폐루프형 공진기의 일부와 평행하게 뻗어있는 형태로 미세형상화(micropatterning)하는 포토리소그래피 공정을 수행하는 제 5 공정과,Exposing the photoresist-coated resultant, and including two closed loop resonators at the center, and the microstrip coupling line extends in parallel with a part of the closed loop resonator from an input / output end. A fifth process of performing a photolithography process, 제 4 공정의 상기 포토레지스트 및 제 3 공정의 Au를 제거하고 잔여물을 식각하되, 습식 식각은 1분이내로 짧게 수행하여 상기 포토레지스트를 식각하고, 패터닝 및 잔여물 제거는 건식 식각으로 처리하여 초전도성의 열화유도를 방지하는 제 6 공정과,The photoresist of the fourth process and the Au of the third process is removed and the residue is etched, but the wet etching is shortly performed within 1 minute to etch the photoresist, and the patterning and residue removal are treated by dry etching to superconductivity. The sixth step of preventing deterioration of 상기 제 6 공정의 결과물의 기판 뒷면에 접지 평면(Ti/Ag)을 증착하는 제 7 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로파용 고온초전도 폐루프 공진기형 4-극 대역통과 필터 제조 방법.And a seventh step of depositing a ground plane (Ti / Ag) on the back surface of the substrate of the sixth step. The method of manufacturing a high-temperature superconducting closed loop resonator type 4-pole bandpass filter for microwaves. 제 1 항에 있어서, 상기 제 6 공정은The method of claim 1, wherein the sixth process 습식 식각을 통해 고온초전도 박막을 식각하고 이에 사용된 유기물을 제거하기 위한 세정공정은 행하지 않으며,There is no cleaning process to etch the superconducting thin film through wet etching and to remove organic substances used therein. ECR-이온 밀링에 의한 건식 식각을 통해 회로패턴 표면까지를 평탄화하는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 고온초전도 폐루프 공진기형 4-극 대역통과 필터 제조 방법.A method of manufacturing a high temperature superconducting closed loop resonator type 4-pole bandpass filter for microwaves, characterized by flattening to the surface of a circuit pattern through dry etching by ECR-ion milling. Ti/Au 박막 패드가 증착된 입출력단과,An input / output end on which Ti / Au thin film pads are deposited, 좌우로 대칭을 이루며, 상기 입력단을 통해 입력된 신호가 공진(resonance)과 결합(coupling)을 통해 출력단으로 진행하도록 하기 위한 고안된 2개의 마이크로스트립 폐루프형 공진기와,Two microstrip closed-loop resonators symmetrical from side to side and designed to allow a signal input through the input stage to proceed to the output stage through resonance and coupling; 상기 입출력단의 일측에 연결되고 상기 폐루프형 공진기와의 결합을 크게 하기 위해 상기 폐루프형 공진기의 일부와 평행하게 뻗어있는 2개의 제 1 마이크로스트립 결합선과,Two first microstrip coupling lines connected to one side of the input / output end and extending in parallel with a portion of the closed loop resonator to increase coupling with the closed loop resonator; 상기 폐루프형 공진기를 통해 진행하는 신호를 전기 용량적으로 조정하고 보완하기 위하여 상기 각 폐루프형 공진기에 부착된 제 2 마이크로스트립 결합선으로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로파용 고온초전도 폐루프 공진기형 4-극 대역통과 필터.High temperature superconducting closed loop resonator type 4- for microwaves, characterized in that it comprises a second microstrip coupling line attached to each of the closed loop resonators in order to capacitively adjust and supplement the signal traveling through the closed loop resonator. Pole bandpass filter. 제 3 항에 있어서, 상기 대역통과 필터는4. The filter of claim 3, wherein the bandpass filter is 마이크로파 특성이 우수한 유전체 MgO 기판위에 구성되며,It is constructed on a dielectric MgO substrate with excellent microwave characteristics. 상기 기판의 뒷면에 Ti/Au 금속 박막으로 구성된 접지평면이 증착된 것을 특징으로 하는 마이크로파용 고온초전도 폐루프 공진기형 4-극 대역통과 필터.A high temperature superconducting closed loop resonator type 4-pole bandpass filter for microwaves, characterized in that a ground plane consisting of a Ti / Au metal thin film is deposited on the back side of the substrate.
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