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JP5449764B2 - Superconducting material for high frequency, high frequency transmission line - Google Patents
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JP5449764B2 - Superconducting material for high frequency, high frequency transmission line - Google Patents

Superconducting material for high frequency, high frequency transmission line Download PDF

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Description

本発明は、MHz以上の高周波を伝送する線路を形成するための高周波用超電導部材、これを用いた高周波伝送線路、および高周波用超電導部材の製造方法に関する。   The present invention relates to a high-frequency superconducting member for forming a line for transmitting a high frequency of MHz or higher, a high-frequency transmission line using the same, and a method for manufacturing a high-frequency superconducting member.

超電導部材を用いれば、材料の損失が小さく高いQ値を持つ共振器を小型に作ることが可能である。このような共振器を用いた超電導フィルタは、従来のフィルタでは実現できなかった急峻なスカート特性の実現できる。このため、MHz以上の高周波フィルタの分野では、超電導フィルタの実用化が進められている。   If a superconducting member is used, a resonator having a small material loss and a high Q value can be made small. A superconducting filter using such a resonator can realize a steep skirt characteristic that cannot be realized by a conventional filter. For this reason, in the field of high-frequency filters of MHz or higher, superconducting filters are being put into practical use.

超電導フィルタに用いられる超電導材料の中で、超電導転移温度が約90Kで、高い臨界電流値を示すReBaCu7−δ(Reは、La,Y,Sm,Eu,Gd,Dy,Yb,Nd,Ho,Erから選ばれる少なくともいずれか一種の元素)が有望な材料として期待されている。以下、ReBaCu7−δをReBCOとも表記する。 Among the superconducting materials used for the superconducting filter, ReBa 2 Cu 3 O 7-δ (Re is La, Y, Sm, Eu, Gd, Dy, Yb) having a superconducting transition temperature of about 90 K and showing a high critical current value. , Nd, Ho, Er) is expected as a promising material. Hereinafter, ReBa 2 Cu 3 O 7-δ is also expressed as ReBCO.

また、サファイア基板は、大面積単結晶基板として安価であること、MHz以上の高周波回路を作製する上で必要となる適当な誘電率をもつこと、機械的強度が大きいこと、低温における熱伝導性が大きいことなどから、高周波フィルタ回路を作製する際に超電導材料を形成する基板として最適である。   The sapphire substrate is inexpensive as a large-area single crystal substrate, has an appropriate dielectric constant necessary for manufacturing a high-frequency circuit of MHz or higher, has high mechanical strength, and has low thermal conductivity. Therefore, it is most suitable as a substrate for forming a superconducting material when a high frequency filter circuit is manufactured.

しかし、サファイア基板の上に、直接、高周波特性に優れたReBCOを成膜することは非常に難しく、現段階で成功例が報告されていない。この解決策として、現在、サファイア基板の上にバッファ層を成長し、その上に超電導薄膜を成長するという手法が広く用いられている。   However, it is very difficult to directly form ReBCO having excellent high-frequency characteristics on a sapphire substrate, and no successful example has been reported at this stage. As a solution to this problem, a technique of growing a buffer layer on a sapphire substrate and growing a superconducting thin film thereon is widely used.

この場合、超電導材料との格子整合性から、サファイア基板のR面(102)またはA面(110)の上に、セリア(CeO:酸化セリウム)やYSZのような超電導材料と近い格子定数を持つバッファ層を成膜した上で、ReBCO薄膜を成膜するという手法が一般的である(特許文献1、特許文献2)。このバッファ層は、上部に積層する超電導層の土台として機能するために、その結晶構造や表面形状が、上部超電導層へ大きな影響を与えることは容易に推測できる。 In this case, the lattice matching with the superconducting material, on the R plane of the sapphire substrate (1 1 02) or A-face (11 2 0), ceria: a superconducting material such as (CeO 2 cerium oxide) and YSZ A method of forming a ReBCO thin film after forming a buffer layer having a close lattice constant is generally used (Patent Documents 1 and 2). Since this buffer layer functions as a base of the superconducting layer laminated on the upper part, it can be easily estimated that the crystal structure and the surface shape have a great influence on the upper superconducting layer.

従来、高周波特性に優れたReBCO薄膜を成膜するには、ReBCOが持つ超電導特性を損なわないように、ReBCO超電導体の超電導特性を担うと考えられているCuとOで構成するCuO二次元ネットワーク構造が良好に保たれた状態を実現する必要があると考えられてきた。この二次元ネットワーク構造を良好に保つために、下地となるバッファ層には表面が平坦で、結晶欠陥の少ない結晶性の良い構造が必要であると考えられていた。そして、そういった構造を実現する工夫が進められてきた。(特許文献1、特許文献3)
特開2004−303846号公報 特開2004−180203号公報 特開2004−244263号公報
Conventionally, in order to form a ReBCO thin film having excellent high frequency characteristics, a CuO two-dimensional network composed of Cu and O, which is considered to bear the superconducting characteristics of the ReBCO superconductor, so as not to impair the superconducting characteristics of ReBCO. It has been considered necessary to realize a state in which the structure is well maintained. In order to maintain this two-dimensional network structure satisfactorily, it has been considered that the buffer layer serving as the base requires a structure with a flat surface and good crystallinity with few crystal defects. And the device which realizes such a structure has been advanced. (Patent Document 1, Patent Document 3)
JP 2004-303846 A JP 2004-180203 A JP 2004-244263 A

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、サファイア基板上に、MHz以上の高周波帯域において、高い表面導電率を実現する超電導層を備える高周波用超電導部材、これを用いた高周波伝送線路、および高周波用超電導部材の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and the object of the present invention is to provide a superconducting member for high frequency comprising a superconducting layer that realizes high surface conductivity in a high frequency band of MHz or higher on a sapphire substrate. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high-frequency transmission line using the same and a superconducting member for high frequency.

本発明の第1の態様の高周波用超電導部材は、R面サファイア基板と、前記基板の片面または両面に形成され、XRDを用いた(002)ピークのロッキングカーブ測定において半値幅0.以上1.以下であるセリアのバッファ層と、前記バッファ層上の超電導層と、を有することを特徴とする。
The high-frequency superconducting member according to the first aspect of the present invention is formed on an R-plane sapphire substrate and one or both surfaces of the substrate, and has a half-value width of 0.00 in a (002) peak rocking curve measurement using XRD. 8 or more It has a ceria buffer layer which is 0 or less, and a superconducting layer on the buffer layer.

第1の態様の高周波用超電導部材において、前記超電導層がReBaCu7−δ(ReはY,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Ybから選ばれる少なくともいずれか一種の元素)で形成されていることが望ましい。 In the high-frequency superconducting member according to the first aspect, the superconducting layer is ReBa 2 Cu 3 O 7-δ (Re is at least one selected from Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb) It is desirable that the element be formed of

第1の態様の高周波用超電導部材において、前記超電導層の厚さが350nm以上1100nm以下であることが望ましい。   In the high-frequency superconducting member of the first aspect, it is desirable that the superconducting layer has a thickness of 350 nm or more and 1100 nm or less.

第1の態様の高周波用超電導部材において、前記バッファ層の厚さが50nm以上180nm以下であることが望ましい。   In the high-frequency superconducting member according to the first aspect, it is desirable that the buffer layer has a thickness of 50 nm to 180 nm.

本発明の第1の態様の高周波用超電導部材は、R面サファイア基板と、前記基板の片面または両面に形成され、XRDを用いた(002)ピークのロッキングカーブ測定において半値幅0.以上1.以下であるセリアのバッファ層と、前記バッファ層上の超電導層と、を有することを特徴とする。
The high-frequency superconducting member according to the first aspect of the present invention is formed on an R-plane sapphire substrate and one or both surfaces of the substrate, and has a half-value width of 0.00 in a (002) peak rocking curve measurement using XRD. 8 or more It has a ceria buffer layer which is 0 or less, and a superconducting layer on the buffer layer.

第2の態様の高周波伝送線路において、前記超電導層がReBaCu7−δ(ReはY,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Ybから選ばれる少なくともいずれか一種の元素)で形成されていることが望ましい。 In the high-frequency transmission line according to the second aspect, the superconducting layer is ReBa 2 Cu 3 O 7-δ (Re is at least one selected from Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, and Yb). Element).

第2の態様の高周波伝送線路において、前記超電導層の厚さが350nm以上1100nm以下であることが望ましい。   In the high-frequency transmission line according to the second aspect, it is desirable that the superconducting layer has a thickness of 350 nm to 1100 nm.

本発明によれば、サファイア基板上に、MHz以上の高周波帯域において、高い表面導電率を実現する超電導層を備える高周波用超電導部材、これを用いた高周波伝送線路、および高周波用超電導部材の製造方法を提供することが可能となる。   According to the present invention, on a sapphire substrate, a high-frequency superconducting member comprising a superconducting layer that realizes high surface conductivity in a high-frequency band of MHz or higher, a high-frequency transmission line using the same, and a method for manufacturing a high-frequency superconducting member Can be provided.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態) (First embodiment)

本実施の形態の高周波用超電導部材は、R面サファイア基板と、この基板の片面または両面に形成され、XRD(X−ray Diffraction)を用いた(002)ピークのロッキングカーブ測定において半値幅0.7以上1.1以下であるセリアのバッファ層と、このバッファ層上の超電導層とを有する。   The high-frequency superconducting member of the present embodiment is formed on an R-plane sapphire substrate and one or both surfaces of this substrate, and has a half-width of 0. 0 in a (002) peak rocking curve measurement using XRD (X-ray Diffraction). It has a ceria buffer layer of 7 or more and 1.1 or less and a superconducting layer on the buffer layer.

図1は、本実施の形態の高周波用超電導部材の断面図である。この高周波用超電導部材10は、R面サファイア基板12の両面に、バッファ層14が形成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view of the high-frequency superconducting member of the present embodiment. In the high-frequency superconducting member 10, buffer layers 14 are formed on both surfaces of an R-plane sapphire substrate 12.

このバッファ層14はセリア(CeO:酸化セリウム)を材料としている。そして、バッファ層14のセリアは、XRDを用いた(002)ピークのロッキングカーブ測定において半値幅0.7以上1.1以下である。 The buffer layer 14 is made of ceria (CeO 2 : cerium oxide). The ceria of the buffer layer 14 has a half width of 0.7 or more and 1.1 or less in the (002) peak rocking curve measurement using XRD.

バッファ層14上には、超電導層16が形成される。この超電導層16は、銅酸化物超電導体、例えば、ReBaCu7−δ(ReはY,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Ybから選ばれる少なくともいずれか一種の元素)で形成されている。 A superconducting layer 16 is formed on the buffer layer 14. The superconducting layer 16 is a copper oxide superconductor, for example, ReBa 2 Cu 3 O 7-δ (Re is at least one selected from Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, and Yb. Element).

高周波用超電導部材を用いた超電導共振器で高いQ値を実現するためには、高周波用超電導部材が高い表面導電率を有することが必要である。本実施の形態の高周波用超電導部材10は、XRDを用いた(002)ピークのロッキングカーブ測定において半値幅0.7以上1.1以下であるセリアをバッファ層14として用いることで、高い表面導電率を実現することが可能となる。   In order to achieve a high Q value in a superconducting resonator using a high-frequency superconducting member, the high-frequency superconducting member needs to have a high surface conductivity. The high-frequency superconducting member 10 of the present embodiment uses ceria having a half-value width of 0.7 or more and 1.1 or less as the buffer layer 14 in the (002) peak rocking curve measurement using XRD. Rate can be realized.

図2は、表面導電率とセリアの半値幅との関係を示す図である。半値幅は、XRDを用いた(002)ピークのロッキングカーブ測定による。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the surface conductivity and the ceria half width. The full width at half maximum is based on the rocking curve measurement of the (002) peak using XRD.

表面導電率は、本実施の形態の高周波用超電導部材10を用いて2GHzで共振する共振器を作成し、その共振器のQ値を測定することによって算出する。   The surface conductivity is calculated by creating a resonator that resonates at 2 GHz using the high-frequency superconducting member 10 of the present embodiment and measuring the Q value of the resonator.

バッファ層14の厚さは120nmであり。超電導層16は厚さ500nmのYBaCu7−δとする。 The thickness of the buffer layer 14 is 120 nm. The superconducting layer 16 is YBa 2 Cu 3 O 7-δ having a thickness of 500 nm.

超電導共振器が、常電導共振器よりも十分に優れた特性を占めすためには、表面導電率σが、1×1013(S)以上であることが求められる。図2に示すように、半値幅0.7以上1.1以下の領域において、表面導電率σが高い値を有し、1×1013(S)以上となる。 In order for the superconducting resonator to occupy characteristics superior to those of the normal conducting resonator, the surface conductivity σ s is required to be 1 × 10 13 (S) or more. As shown in FIG. 2, the surface conductivity σ s has a high value in a region where the half-value width is 0.7 or more and 1.1 or less, and is 1 × 10 13 (S) or more.

そして、半値幅が0.8以上1.0以下であることがより望ましい。安定して高い表面導電率σが得られるためである。 And it is more desirable that the half width is 0.8 or more and 1.0 or less. This is because a high surface conductivity σ s can be obtained stably.

図3は、表面導電率とセリアのバッファ層の厚さとの関係を示す図である。超電導層16は厚さ500nmのYBaCu7−δとする。また、セリアのバッファ層14の半値幅は0.7以上1.1以下の範囲としている。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the surface conductivity and the thickness of the ceria buffer layer. The superconducting layer 16 is YBa 2 Cu 3 O 7-δ having a thickness of 500 nm. The half width of the ceria buffer layer 14 is in the range of 0.7 to 1.1.

図3から明らかなように、表面導電率はセリアのバッファ層14の厚さに依存し、バッファ層14の厚さが、50nm以上180nm以下の範囲で、表面導電率σが高い値を有する。よって、高い表面導電率を実現する観点から、バッファ層14の厚さが、50nm以上180nm以下であることが望ましい。 As apparent from FIG. 3, the surface conductivity depends on the thickness of the ceria buffer layer 14, and the surface conductivity σ s has a high value when the thickness of the buffer layer 14 is in the range of 50 nm to 180 nm. . Therefore, from the viewpoint of realizing high surface conductivity, the thickness of the buffer layer 14 is desirably 50 nm or more and 180 nm or less.

さらに、3×1013(S)以上の高い表面導電率を実現する観点から、バッファ層14の厚さが、80nm以上150nm以下であることがより望ましい。厚さを120nmとすると、表面導電率σを5×1013(S)以上にすることが可能となる。 Furthermore, from the viewpoint of realizing a high surface conductivity of 3 × 10 13 (S) or more, the thickness of the buffer layer 14 is more preferably 80 nm or more and 150 nm or less. When the thickness is 120 nm, the surface conductivity σ s can be 5 × 10 13 (S) or more.

図4は、表面導電率と超電導層の厚さとの関係を示す図である。バッファ層14の厚さは120nmとする。また、超電導層16はYBaCu7−δである。また、セリアのバッファ層14の半値幅は0.7以上1.1以下の範囲としている。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the surface conductivity and the thickness of the superconducting layer. The thickness of the buffer layer 14 is 120 nm. The superconducting layer 16 is YBa 2 Cu 3 O 7-δ . The half width of the ceria buffer layer 14 is in the range of 0.7 to 1.1.

図4から明らかなように、表面導電率は超電導層16の厚さに依存し、超電導層16の厚さが、350nm以上1100nm以下の範囲で、表面導電率σが高い値を有する。よって、高い表面導電率を実現する観点から、超電導層16の厚さが、350nm以上1100nm以下であることが望ましい。 As is clear from FIG. 4, the surface conductivity depends on the thickness of the superconducting layer 16, and the surface conductivity σ s has a high value when the thickness of the superconducting layer 16 is in the range of 350 nm to 1100 nm. Therefore, from the viewpoint of realizing high surface conductivity, the thickness of the superconducting layer 16 is desirably 350 nm or more and 1100 nm or less.

さらに、安定して4×1013(S)以上の高い表面導電率を実現する観点から、超電導層16の厚さが、500nm以上800nm以下であることがより望ましい。厚さを600nmとすると、表面導電率σを5×1013(S)以上にすることが可能となる。 Furthermore, from the viewpoint of stably realizing a high surface conductivity of 4 × 10 13 (S) or more, the thickness of the superconducting layer 16 is more preferably 500 nm or more and 800 nm or less. When the thickness is 600 nm, the surface conductivity σ s can be 5 × 10 13 (S) or more.

次に、図1に示す本実施の形態の高周波用超電導部材の製造方法について説明する。この製造方法は、R面サファイア基板上を準備する工程と、この基板上に、基板の表面温度が710℃以上820℃以下、酸素分圧が20Pa以下、平均成膜速度が50nm/min以上150nm/min以下の条件でセリアのバッファ層を成膜する工程と、このバッファ層上に超電導層を形成する工程とを有する。   Next, a method for manufacturing the high frequency superconducting member of the present embodiment shown in FIG. 1 will be described. This manufacturing method includes a step of preparing an R-plane sapphire substrate, a surface temperature of the substrate of 710 ° C. or higher and 820 ° C. or lower, an oxygen partial pressure of 20 Pa or lower, and an average film formation rate of 50 nm / min or higher and 150 nm. The step of forming a ceria buffer layer under the condition of / min or less and the step of forming a superconducting layer on the buffer layer are included.

まず、R面でカットされたサファイア基板、すなわちR面サファイア基板12を準備する。R面サファイア基板12は、一般的に安価に入手可能である。   First, a sapphire substrate cut at the R plane, that is, an R plane sapphire substrate 12 is prepared. The R-plane sapphire substrate 12 is generally available at a low cost.

このR面サファイア基板12の一面に、例えば、レーザーアブレーション法によりセリアのバッファ層14を成膜する。この時、成膜開始直後の基板の表面温度を710℃以上820℃以下とする。   A ceria buffer layer 14 is formed on one surface of the R-plane sapphire substrate 12 by, for example, laser ablation. At this time, the surface temperature of the substrate immediately after the start of film formation is set to 710 ° C. or higher and 820 ° C. or lower.

また、成膜チャンバー内の酸素分圧を20Pa以下とする。さらに、平均成膜速度が50nm/min以上150nm/min以下とする。成膜時のレーザーパルスの繰り返し周波数を50Hz以上150Hz以下と制御することにより、上記平均成膜速度を実現することが可能となる。   The oxygen partial pressure in the film formation chamber is set to 20 Pa or less. Further, the average film formation rate is set to 50 nm / min or more and 150 nm / min or less. By controlling the repetition frequency of the laser pulse during film formation to be 50 Hz or more and 150 Hz or less, the average film formation rate can be realized.

ここで、基板の表面温度が710℃以上820℃以下の範囲を下回ると、セリアの半値幅が1.1より大きくなるため好ましくない。また、上記範囲を上回ると、セリアの半値幅が0.7より小さくなるため好ましくない。   Here, it is not preferable that the surface temperature of the substrate falls below the range of 710 ° C. or more and 820 ° C. or less because the half width of ceria becomes larger than 1.1. On the other hand, if the above range is exceeded, the ceria half width is less than 0.7, which is not preferable.

また、酸素分圧が20Paより大きくなると、セリアの半値幅が0.7より小さくなり好ましくない。   Moreover, if the oxygen partial pressure is higher than 20 Pa, the ceria half-width is less than 0.7, which is not preferable.

また、平均成膜速度が50nm/min以上150nm/min以下の範囲を下回ると、セリアの半値幅が0.7より小さくなるため好ましくない。また、上記範囲を上回ると、セリアの半値幅が1.1より大きくなるため好ましくない。   Moreover, it is not preferable that the average film formation rate falls below the range of 50 nm / min to 150 nm / min because the half width of ceria is smaller than 0.7. On the other hand, if it exceeds the above range, the ceria half-width becomes larger than 1.1, which is not preferable.

R面サファイア基板12の一面にセリアを成膜した後、他方の面にも同様の条件で、セリアを成膜し、R面サファイア基板12の両面にバッファ層14が形成される。   After forming ceria on one surface of the R-plane sapphire substrate 12, ceria is formed on the other surface under the same conditions, and the buffer layers 14 are formed on both surfaces of the R-plane sapphire substrate 12.

その後、バッファ層14上に超電導層16を例えば、スパッタ法にて形成する。   Thereafter, the superconducting layer 16 is formed on the buffer layer 14 by, for example, sputtering.

なお、この製造方法において、超電導層がReBaCu7−δ(ReはY,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Ybから選ばれる少なくともいずれか一種の元素)で形成されていることが高い伝導特性を得る観点から好ましい。 In this manufacturing method, the superconducting layer is formed of ReBa 2 Cu 3 O 7-δ (Re is at least one element selected from Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, and Yb). It is preferable from the viewpoint of obtaining high conductive properties.

また、上述のように高い表面導電率σを実現する観点から、セリアのバッファ層14の厚さが、50nm以上180nm以下であることが望ましく、80nm以上150nm以下であることがより望ましい。 Further, from the viewpoint of realizing a high surface conductivity σ s as described above, the thickness of the ceria buffer layer 14 is desirably 50 nm or more and 180 nm or less, and more desirably 80 nm or more and 150 nm or less.

また、上述のように高い表面導電率σを実現する観点から、超電導層16の厚さが350nm以上1100nm以下であることが望ましく、500nm以上800nm以下であることがより望ましい。 Further, from the viewpoint of realizing a high surface conductivity σ s as described above, the thickness of the superconducting layer 16 is desirably 350 nm or more and 1100 nm or less, and more desirably 500 nm or more and 800 nm or less.

なお、本実施の形態の高周波用超電導部材10において、超電導層16を特に、ReBaCu7−δ(ReはY,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Ybから選ばれる少なくともいずれか一種の元素)とすることで、4×1013(S)以上の、高い表面導電率σが実現できる。さらに、Re=Y、または、Re=Dyとした場合に表面導電率σを5×1013(S)以上とすることが可能となる。 In the high-frequency superconducting member 10 of the present embodiment, the superconducting layer 16 is particularly selected from ReBa 2 Cu 3 O 7-δ (Re is Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb). High surface conductivity σ s of 4 × 10 13 (S) or more can be realized. Furthermore, when Re = Y or Re = Dy, the surface conductivity σ s can be 5 × 10 13 (S) or more.

また、ここではR面サファイア基板12の両面にバッファ層14および超電導層16が形成される場合を例に説明した。マイクロストリップ構造のデバイスを形成する上では、バッファ層14および超電導層16が基板の両面に形成されている必要がある。しかし、コプレーナー構造のデバイスを形成する上では、バッファ層14および超電導層16がR面サファイア基板12の片面のみに形成されていればよい。したがって、バッファ層14および超電導層16がR面サファイア基板12の片面のみに形成される構成であっても構わない。   Here, the case where the buffer layer 14 and the superconducting layer 16 are formed on both surfaces of the R-plane sapphire substrate 12 has been described as an example. In forming a microstrip device, the buffer layer 14 and the superconducting layer 16 need to be formed on both sides of the substrate. However, in forming a coplanar device, the buffer layer 14 and the superconducting layer 16 need only be formed on one side of the R-plane sapphire substrate 12. Therefore, the buffer layer 14 and the superconducting layer 16 may be formed on only one side of the R-plane sapphire substrate 12.

(第2の実施の形態) (Second Embodiment)

本実施の形態の高周波伝送線路は、R面サファイア基板と、この基板の片面または両面に形成され、XRDを用いた(002)ピークのロッキングカーブ測定において半値幅0.7以上1.1以下であるセリアのバッファ層と、このバッファ層上の超電導層で形成される線路とを有する。この高周波伝送線路は、第1の実施の形態の高周波用超電導部材を加工して形成される高周波伝送線路である。したがって、高周波用超電導部材について第1の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。   The high-frequency transmission line of the present embodiment is formed on an R-plane sapphire substrate and one or both sides of this substrate, and has a half-width of 0.7 to 1.1 in the (002) peak rocking curve measurement using XRD. It has a ceria buffer layer and a line formed of a superconducting layer on the buffer layer. This high-frequency transmission line is a high-frequency transmission line formed by processing the high-frequency superconducting member of the first embodiment. Therefore, the description of the high-frequency superconducting member that is the same as in the first embodiment is omitted.

図5は、本実施の形態の高周波伝送線路の上面図である。この高周波伝送線路20は、複数の共振器を接続して形成される帯域通過フィルタである。   FIG. 5 is a top view of the high-frequency transmission line of the present embodiment. The high-frequency transmission line 20 is a band pass filter formed by connecting a plurality of resonators.

この帯域通過フィルタは、10個の共振器22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h、22i、22jが直列に接続されて共振器群を形成している。共振器群の両側には、L字型の線路が共振器に近接して配置され、基板端部まで延伸されて入出力線路24a、24bとなっている。また、とびこし線路26a、26bが設けられている。   In this bandpass filter, ten resonators 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h, 22i, and 22j are connected in series to form a resonator group. On both sides of the resonator group, L-shaped lines are arranged close to the resonator, and are extended to the end of the substrate to form input / output lines 24a and 24b. Further, jump lines 26a and 26b are provided.

図6は、図5のA−A’断面図である。図6に示すように、高周波伝送線路20は図1で示した高周波用超電導部材10のR面サファイア基板12上面の超電導層16およびバッファ層14を、パターン形成することで製造されている。   6 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 5. As shown in FIG. 6, the high-frequency transmission line 20 is manufactured by patterning the superconducting layer 16 and the buffer layer 14 on the top surface of the R-plane sapphire substrate 12 of the high-frequency superconducting member 10 shown in FIG.

パターン形成は、例えば、公知のフォットエッチングプロセスとアルゴンイオンミリングにより行うことが可能である。なお、R面サファイア基板12下面の超電導層16は、グランドプレーンとして機能する。   The pattern formation can be performed by, for example, a known photoetching process and argon ion milling. The superconducting layer 16 on the lower surface of the R-plane sapphire substrate 12 functions as a ground plane.

本実施の形態のように高い表面導電率σを有する高周波用超電導部材を用いた高いQ値を有する共振器を用いることで、急峻なスカート特性を備え、かつ、伝送損失の小さい帯域通過フィルタの実現が可能である。 By using a resonator having a high Q value using a high-frequency superconducting member having a high surface conductivity σ s as in the present embodiment, a bandpass filter having a steep skirt characteristic and a small transmission loss Is possible.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、高周波用超電導部材、高周波伝送線路、および高周波用超電導部材の製造方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる高周波用超電導部材、高周波伝送線路、および高周波用超電導部材の製造方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. In the description of the embodiment, the description of the high-frequency superconducting member, the high-frequency transmission line, the manufacturing method of the high-frequency superconducting member, and the like that are not directly necessary for the description of the present invention is omitted, but is required. The elements related to the manufacturing method of the high-frequency superconducting member, the high-frequency transmission line, and the high-frequency superconducting member can be appropriately selected and used.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての高周波用超電導部材、高周波伝送線路、および高周波用超電導部材の製造方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。   In addition, all high-frequency superconducting members, high-frequency transmission lines, and high-frequency superconducting member manufacturing methods that include elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the appended claims and equivalents thereof.

第2の実施の形態で説明した構造の帯域通過フィルタを作成した。まず、R面サファイア基板の両面にレーザーアブレーション法を用いて、セリアのバッファ層を成膜した。   A bandpass filter having the structure described in the second embodiment was created. First, a ceria buffer layer was formed on both surfaces of an R-plane sapphire substrate using a laser ablation method.

バッファ層の成長条件は、基板の表面温度を740℃、成長時の成膜チャンバー内の酸素分圧を15Pa、そして、レーザーパルスの繰り返し周波数を60Hzに設定した。また、基板上の平均成膜速度を60nm/minとした。これにより、高い高周波表面導電率が得られるように、半値幅が0.8から1.0の範囲に入るようにした。   The growth conditions of the buffer layer were set such that the substrate surface temperature was 740 ° C., the oxygen partial pressure in the deposition chamber during growth was 15 Pa, and the repetition frequency of the laser pulse was 60 Hz. The average film formation rate on the substrate was 60 nm / min. As a result, the full width at half maximum was in the range of 0.8 to 1.0 so as to obtain a high-frequency surface conductivity.

バッファ層の膜厚は120nmとした。これらのセリアのバッファ層の上にYBaCu7−δ薄膜を600nm積層させた。 The thickness of the buffer layer was 120 nm. A YBa 2 Cu 3 O 7-δ thin film was laminated on the ceria buffer layer at 600 nm.

次に、入出力線路の接続部とグランドプレーン層となる片面全面にAu電極を300nm程度蒸着した。その後、図5に示す帯域通過フィルタの回路パターンをグランドプレーン層と反対側の面に作製した。帯域通過フィルタの回路パターンの加工には、フォトエッチングプロセスとアルゴンイオンミリングプロセスを用いた。   Next, an Au electrode was vapor-deposited to about 300 nm on the entire surface of one side to be the input / output line connection portion and the ground plane layer. Then, the circuit pattern of the band pass filter shown in FIG. 5 was produced on the surface opposite to the ground plane layer. A photo-etching process and an argon ion milling process were used for processing the circuit pattern of the band-pass filter.

図7は、試作した帯域通過フィルタの通過特性(S21)と反射特性(S11)を示す図である。このように、急峻なスカート特性を備え、かつ、伝送損失の小さい帯域通過フィルタが実現された。   FIG. 7 is a diagram showing the pass characteristic (S21) and reflection characteristic (S11) of the prototype bandpass filter. Thus, a bandpass filter having a steep skirt characteristic and a small transmission loss was realized.

第1の実施の形態の高周波用超電導部材の断面図である。It is sectional drawing of the superconducting member for high frequencies of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の表面導電率とセリアの半値幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the surface conductivity of 1st Embodiment, and the half value width of a ceria. 第1の実施の形態の表面導電率とセリアのバッファ層の厚さとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the surface conductivity of 1st Embodiment, and the thickness of the ceria buffer layer. 第1の実施の形態の表面導電率と超電導層の厚さとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the surface conductivity of 1st Embodiment, and the thickness of a superconducting layer. 第2の実施の形態の高周波伝送線路の上面図である。It is a top view of the high frequency transmission line of a 2nd embodiment. 図5のA−A’断面図である。It is A-A 'sectional drawing of FIG. 実施例の帯域通過フィルタの通過特性と反射特性を示す図である。It is a figure which shows the pass characteristic and reflection characteristic of the band pass filter of an Example.

符号の説明Explanation of symbols

10 高周波用超電導部材
12 R面サファイア基板
14 バッファ層
16 超電導層
20 高周波伝送線路
22a〜j 共振器
24a,b 入出力線路
26a,b とびこし線路



DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 High frequency superconducting member 12 R surface sapphire substrate 14 Buffer layer 16 Superconducting layer 20 High frequency transmission line 22a-j Resonator 24a, b Input / output line 26a, b Jump line



Claims (7)

R面サファイア基板と、
前記基板の片面または両面に形成され、XRDを用いた(002)ピークのロッキングカーブ測定において半値幅0.以上1.以下であるセリアのバッファ層と、
前記バッファ層上の超電導層と、
を有することを特徴とする高周波用超電導部材。
An R-plane sapphire substrate;
Formed on one side or both sides of the substrate, the half-value width of 0.1 in the rocking curve measurement of the (002) peak using XRD. 8 or more A ceria buffer layer that is less than or equal to 0 ;
A superconducting layer on the buffer layer;
A high-frequency superconducting member characterized by comprising:
前記超電導層がReBaCu7−δ(ReはY,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Ybから選ばれる少なくともいずれか一種の元素)で形成されていることを特徴とする請求項1記載の高周波用超電導部材。 The superconducting layer is formed of ReBa 2 Cu 3 O 7-δ (Re is at least one element selected from Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, and Yb). The superconducting member for high frequency according to claim 1. 前記超電導層の厚さが350nm以上1100nm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の高周波用超電導部材。   The high-frequency superconducting member according to claim 1 or 2, wherein the superconducting layer has a thickness of 350 nm or more and 1100 nm or less. 前記バッファ層の厚さが50nm以上180nm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項3いずれか一項に記載の高周波用超電導部材。   The high-frequency superconducting member according to any one of claims 1 to 3, wherein the buffer layer has a thickness of 50 nm or more and 180 nm or less. R面サファイア基板と、
前記基板の片面または両面に形成され、XRDを用いた(002)ピークのロッキングカーブ測定において半値幅0.以上1.以下であるセリアのバッファ層と、
前記バッファ層上の超電導層で形成される線路と、
を有することを特徴とする高周波伝送線路。
An R-plane sapphire substrate;
Formed on one side or both sides of the substrate, the half-value width of 0.1 in the rocking curve measurement of the (002) peak using XRD. 8 or more A ceria buffer layer that is less than or equal to 0 ;
A line formed of a superconducting layer on the buffer layer;
A high-frequency transmission line characterized by comprising:
前記超電導層がReBaCu7−δ(ReはY,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Ybから選ばれる少なくともいずれか一種の元素)で形成されていることを特徴とする請求項5記載の高周波伝送線路。 The superconducting layer is formed of ReBa 2 Cu 3 O 7-δ (Re is at least one element selected from Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, and Yb). The high-frequency transmission line according to claim 5. 前記超電導層の厚さが350nm以上1100nm以下であることを特徴とする請求項5または請求項6記載の高周波伝送線路。   7. The high-frequency transmission line according to claim 5, wherein the superconducting layer has a thickness of 350 nm to 1100 nm.
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