JPH02288403A - 超伝導モノリシック集積回路およびその製造方法 - Google Patents
超伝導モノリシック集積回路およびその製造方法Info
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- JPH02288403A JPH02288403A JP1111545A JP11154589A JPH02288403A JP H02288403 A JPH02288403 A JP H02288403A JP 1111545 A JP1111545 A JP 1111545A JP 11154589 A JP11154589 A JP 11154589A JP H02288403 A JPH02288403 A JP H02288403A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明はマイクロ波ミリ波領域で用いるモノリシック集
積回路に関し、特に超伝導薄膜をマイクロストリップ導
体に用いたモノリシックマイクロ波回路およびその製造
方法に関するものである。
積回路に関し、特に超伝導薄膜をマイクロストリップ導
体に用いたモノリシックマイクロ波回路およびその製造
方法に関するものである。
(従来の技術)
近年の高温超伝導体の発見により、超伝導体の各種応用
に関する研究開発が活発化している。この中で、マイク
ロ波集積回路への超伝導体の応用分野では、一般に超伝
導材料の高電流密度化および超微細化は必ずしも必要で
なく、単に電気抵抗が小さいという点だけでも従来にな
い大きな効果が期待できる。例えばマイクロ波受信回路
における最人力段整合回路には微弱電流しか流れないが
、その損失を1dB改善できたとすれば受信機の雑音指
数を1dB改善したことを意味し、その効果は絶大であ
る。通常この種の整合回路にはマイクロストリップ線路
が用いられるが、ストリップ導体の幅は数pm〜数+数
毎μm程度り、特に超微細加工が要求されているわけで
はない。このため特にマイクロ波集積回路の分野は高温
超伝導体の利用分野として十分に応用可能となっている
。
に関する研究開発が活発化している。この中で、マイク
ロ波集積回路への超伝導体の応用分野では、一般に超伝
導材料の高電流密度化および超微細化は必ずしも必要で
なく、単に電気抵抗が小さいという点だけでも従来にな
い大きな効果が期待できる。例えばマイクロ波受信回路
における最人力段整合回路には微弱電流しか流れないが
、その損失を1dB改善できたとすれば受信機の雑音指
数を1dB改善したことを意味し、その効果は絶大であ
る。通常この種の整合回路にはマイクロストリップ線路
が用いられるが、ストリップ導体の幅は数pm〜数+数
毎μm程度り、特に超微細加工が要求されているわけで
はない。このため特にマイクロ波集積回路の分野は高温
超伝導体の利用分野として十分に応用可能となっている
。
第5図は超伝導体を用いた従来のモノリシックマイクロ
波集積回路(MMIC)の構造を示す図である。
波集積回路(MMIC)の構造を示す図である。
図において半絶縁性GaAs基板18上に、イオン注入
層13をチャンネル層とし、ゲート電極19、ソース電
極15、ドレイン電極14を備えたGaAs FETが
構成され、バイアホール17によって裏面電極23に電
気的に接続された超伝導体薄膜11の上に誘電体薄膜2
0が構成され、さらにその上に超伝導ストリップ導体1
2および超伝導キャパシタ上部電極22が構成されてい
る。
層13をチャンネル層とし、ゲート電極19、ソース電
極15、ドレイン電極14を備えたGaAs FETが
構成され、バイアホール17によって裏面電極23に電
気的に接続された超伝導体薄膜11の上に誘電体薄膜2
0が構成され、さらにその上に超伝導ストリップ導体1
2および超伝導キャパシタ上部電極22が構成されてい
る。
(発明が解決しようとする問題点)
マイクロストリップ線路の損失は(1)導体損(2)放
射損および(3)誘電体損からなる。常伝導マイクロス
トリップ線路では導体損が支配的であるが、超伝導マイ
クロストリップ線路の場合は導体損は極めて小さくなり
損失の大部分は誘電体損となる。
射損および(3)誘電体損からなる。常伝導マイクロス
トリップ線路では導体損が支配的であるが、超伝導マイ
クロストリップ線路の場合は導体損は極めて小さくなり
損失の大部分は誘電体損となる。
このため超伝導マイクロストリップ線路の損失をさらに
低くするためには誘電体損を削減することが必要である
。
低くするためには誘電体損を削減することが必要である
。
一方平行平板キャパシタの損失の原因もマイクロストリ
ップ線路の場合と同様であり、電極を超伝導化すると導
体損は無視できるようになるがさらに損失を低くするに
は誘電体損を削減することが必要である。特にMMIC
においては温度等誘電体成膜上の制約から低損失の誘電
体膜が実現できず大きな課題であった。
ップ線路の場合と同様であり、電極を超伝導化すると導
体損は無視できるようになるがさらに損失を低くするに
は誘電体損を削減することが必要である。特にMMIC
においては温度等誘電体成膜上の制約から低損失の誘電
体膜が実現できず大きな課題であった。
本発明の目的は誘電体損を大幅に削減した超伝導マイク
ロストリップ線路およびキャパシタを搭載したMMIC
を提供することにある。
ロストリップ線路およびキャパシタを搭載したMMIC
を提供することにある。
(問題点を解決するための手段)
上記目的を達成するために、本発明の超伝導モノリシッ
ク集積回路は、半絶縁性化合物半導体基板上に少なくと
も能動素子とマイクロストリップ線路型受動回路とを搭
載したモノリシック集積回路において、超伝導体薄膜か
ら成るマイクロストリップ線路の接地導体が前記基板表
面に設けられ、超伝導体薄膜からなるマイクロストリッ
プ導体が複数の絶縁体支柱により空中に支えられること
を特徴としている。
ク集積回路は、半絶縁性化合物半導体基板上に少なくと
も能動素子とマイクロストリップ線路型受動回路とを搭
載したモノリシック集積回路において、超伝導体薄膜か
ら成るマイクロストリップ線路の接地導体が前記基板表
面に設けられ、超伝導体薄膜からなるマイクロストリッ
プ導体が複数の絶縁体支柱により空中に支えられること
を特徴としている。
さらに、半絶縁性化合物半導体基板上に少なくとも能動
素子と平行平板型キャパシタとを搭載したモノリシック
集積回路において、超伝導体薄膜からなるキャパシタ下
部電極が前記基板表面に設けられ、超伝導体薄膜からな
るキャパシタ上部電極が複数の絶縁体支柱により空中に
支えられていることを特徴としている。
素子と平行平板型キャパシタとを搭載したモノリシック
集積回路において、超伝導体薄膜からなるキャパシタ下
部電極が前記基板表面に設けられ、超伝導体薄膜からな
るキャパシタ上部電極が複数の絶縁体支柱により空中に
支えられていることを特徴としている。
さらに上記集積回路の製造方法は半絶縁性化合物半導体
基板上に第1の超伝導体薄膜を選択的に形成する工程と
支柱となる絶縁体を前記第1の超伝導体薄膜上に選択的
に形成する工程と、膜材を塗布し表面の凹凸を平坦化し
た後エッチバック法により前記絶縁体支柱の頭出しをす
る工程と、第2の超伝導体薄膜を前記支柱に接して選択
的に形成する工程と、前記膜材を除去する工程とを含む
ことを特徴としている。
基板上に第1の超伝導体薄膜を選択的に形成する工程と
支柱となる絶縁体を前記第1の超伝導体薄膜上に選択的
に形成する工程と、膜材を塗布し表面の凹凸を平坦化し
た後エッチバック法により前記絶縁体支柱の頭出しをす
る工程と、第2の超伝導体薄膜を前記支柱に接して選択
的に形成する工程と、前記膜材を除去する工程とを含む
ことを特徴としている。
(作用)
本発明においては超伝導マイクロストリップ導体は、支
柱部を除いて空中に浮いているためマイクロストリップ
線路にとっての誘電体は主として空気であり誘電体損を
極めて小さくできる。これと同様にキャパシタに関して
も超伝導体薄膜からなるキャパシタ上部電極は支柱部を
除いて空中に浮いているため、キャパシタにとっての誘
電体は主として空気であり誘電体損を極めて小さくでき
る。この結果マイクロストリップ線路およびキャパシタ
から導体膜および誘電体損を殆ど除去でき、例えば50
Ωマイクロストリツプ線路に関しては伝送損失は10G
Hzで1cm当たり0.001dB以下、キャパシタQ
値も10GHzで1000以上が実現できる。
柱部を除いて空中に浮いているためマイクロストリップ
線路にとっての誘電体は主として空気であり誘電体損を
極めて小さくできる。これと同様にキャパシタに関して
も超伝導体薄膜からなるキャパシタ上部電極は支柱部を
除いて空中に浮いているため、キャパシタにとっての誘
電体は主として空気であり誘電体損を極めて小さくでき
る。この結果マイクロストリップ線路およびキャパシタ
から導体膜および誘電体損を殆ど除去でき、例えば50
Ωマイクロストリツプ線路に関しては伝送損失は10G
Hzで1cm当たり0.001dB以下、キャパシタQ
値も10GHzで1000以上が実現できる。
このような超伝導モノリシック集積回路の製造方法にお
いては該支柱を形成した後レジスト膜や高分子膜等の膜
材による平坦化およびエッチバックによる支柱頭出しを
行い、その後マイクロストリップ導体又はキャパシタ上
部電極を構成し、最後に高分子膜を除去するための本発
明の構造が実現できる。
いては該支柱を形成した後レジスト膜や高分子膜等の膜
材による平坦化およびエッチバックによる支柱頭出しを
行い、その後マイクロストリップ導体又はキャパシタ上
部電極を構成し、最後に高分子膜を除去するための本発
明の構造が実現できる。
(実施例)
第1図(a)、(b)は第1の本発明の実施例の超伝導
モノリシック集積回路の1部を示す図である。(a)は
平面図、(b)は断面図を示す。同図において半絶縁性
GaAs基板8上にYBa2Cu3O7からなる超伝導
体薄膜2から構成されるマイクロストリップ接地導体が
設けられ、さらにこの上に5i02からなる絶縁体支柱
1に支えれらたYBa2Cu3O7からなる超伝導マイ
クロストリップ導体3が構成されている。
モノリシック集積回路の1部を示す図である。(a)は
平面図、(b)は断面図を示す。同図において半絶縁性
GaAs基板8上にYBa2Cu3O7からなる超伝導
体薄膜2から構成されるマイクロストリップ接地導体が
設けられ、さらにこの上に5i02からなる絶縁体支柱
1に支えれらたYBa2Cu3O7からなる超伝導マイ
クロストリップ導体3が構成されている。
超伝導体マイクロストリップ導体3と超伝導体薄膜2の
間隔をS、超伝導ストリップ導体3の幅をW、3および
2の厚みをT、超伝導体のロンドンの侵入長をλとし、
絶縁体支柱1の誘電率の効果を無視すると、このマイク
ロストリップ線路の特性インピーダンス2゜は と表される。(1)式においてzseriesは直列イ
ンピーダンスであり単位長当たりの表面インピーダンス
の2倍と、単位長当たりの幾何学的インダクタンスの和
で表わされ、Yshunt(=jwC)は単位長当たり
の容量C=8゜erwlSにより表わされる。(1)式
においてT/λ>1、pr=1を仮定すると となる。(2)式においてznは常伝導体マイクロスト
リップ線路の特性インピーダンスである。
間隔をS、超伝導ストリップ導体3の幅をW、3および
2の厚みをT、超伝導体のロンドンの侵入長をλとし、
絶縁体支柱1の誘電率の効果を無視すると、このマイク
ロストリップ線路の特性インピーダンス2゜は と表される。(1)式においてzseriesは直列イ
ンピーダンスであり単位長当たりの表面インピーダンス
の2倍と、単位長当たりの幾何学的インダクタンスの和
で表わされ、Yshunt(=jwC)は単位長当たり
の容量C=8゜erwlSにより表わされる。(1)式
においてT/λ>1、pr=1を仮定すると となる。(2)式においてznは常伝導体マイクロスト
リップ線路の特性インピーダンスである。
S=1pm、 W=7pm、 er=1、λ= 0.1
5pmとするとzn:501zo牟57Ωとなる。
5pmとするとzn:501zo牟57Ωとなる。
第2図(a)、 (b)は第2の本発明の実施例の超伝
導モノリシック集積回路の1部を示す図である。同図に
おいて(a)は上面図(b)は断面図を示し、半絶縁性
GaAs基板8上にYBa2Cu3O7からなる超伝導
体薄膜2から構成されるキャパシタ下部電極上に5i0
2からなる絶縁体支柱1に支えられたYBa2Cu3O
7からなる超伝導体薄膜4から構成されるキャパシタ上
部電極が設けられている。
導モノリシック集積回路の1部を示す図である。同図に
おいて(a)は上面図(b)は断面図を示し、半絶縁性
GaAs基板8上にYBa2Cu3O7からなる超伝導
体薄膜2から構成されるキャパシタ下部電極上に5i0
2からなる絶縁体支柱1に支えられたYBa2Cu3O
7からなる超伝導体薄膜4から構成されるキャパシタ上
部電極が設けられている。
第3図(a)〜(f)、第3の本発明の製造方法を示す
図であり、第3図(a)のようにまず半絶縁性GaAs
基板8上に全面にスパッタ法によりYBa2Cu3O7
からなる超伝導体薄膜を形成しその後ホトレジストをマ
スクとしたドライエツチングにより不用部の超伝導体薄
膜を除去し所望の超伝導薄膜2を形成する。次に第3図
(b)に示すように熱CVD法により5i02膜を成膜
しその後選択エツチングにより支柱1を形成する。さら
に第3図(C)に示すようにレジスト膜6などを塗布し
て表面を平坦化する。その後反応性イオンエツチングに
より垂直方向から異方性エツチングを行い、支柱1の頭
出しを行う(第3図(d))。続いて第3図(e)に示
すようにYBa2Cu3O7をスパッタ法により全面形
成しその後ホトレジストをマスクとしたドライエツチン
グにより第2の超伝導薄膜3を形成する。最後に酸素プ
ラズマ中のアッシングによりレジスト膜6を除去する(
第3図(f))。
図であり、第3図(a)のようにまず半絶縁性GaAs
基板8上に全面にスパッタ法によりYBa2Cu3O7
からなる超伝導体薄膜を形成しその後ホトレジストをマ
スクとしたドライエツチングにより不用部の超伝導体薄
膜を除去し所望の超伝導薄膜2を形成する。次に第3図
(b)に示すように熱CVD法により5i02膜を成膜
しその後選択エツチングにより支柱1を形成する。さら
に第3図(C)に示すようにレジスト膜6などを塗布し
て表面を平坦化する。その後反応性イオンエツチングに
より垂直方向から異方性エツチングを行い、支柱1の頭
出しを行う(第3図(d))。続いて第3図(e)に示
すようにYBa2Cu3O7をスパッタ法により全面形
成しその後ホトレジストをマスクとしたドライエツチン
グにより第2の超伝導薄膜3を形成する。最後に酸素プ
ラズマ中のアッシングによりレジスト膜6を除去する(
第3図(f))。
第4図は本発明の超伝導モノリシック集積回路の実施例
の鳥観図である。同図において半絶縁性GaAs基板1
8上にイオン注入層13をチャンネル層としソース電極
15ドレイン電極14、ゲート電極19を備えたGaA
s FETが構成され、さらに該GaAs基板上にマイ
クロストリップ線路の接地導体およびキャパシタの下部
電極となる超伝導体薄膜11が設けられ、この上に5i
02からなる支柱40に支えられた超伝導マイクロスト
リップ導体12および超伝導キャパシタ上部電極22が
構成されている。超伝導体薄膜11はバイアホール17
を通じて裏面電極23に電気的に接続されている。
の鳥観図である。同図において半絶縁性GaAs基板1
8上にイオン注入層13をチャンネル層としソース電極
15ドレイン電極14、ゲート電極19を備えたGaA
s FETが構成され、さらに該GaAs基板上にマイ
クロストリップ線路の接地導体およびキャパシタの下部
電極となる超伝導体薄膜11が設けられ、この上に5i
02からなる支柱40に支えられた超伝導マイクロスト
リップ導体12および超伝導キャパシタ上部電極22が
構成されている。超伝導体薄膜11はバイアホール17
を通じて裏面電極23に電気的に接続されている。
(発明の効果)
本発明の超伝導モノリシック集積回路においては、マイ
クロストリップ線路およびキャパシタの誘電体を主とし
て空気により構成するので誘電体損を大幅に減らすこと
ができ、従来の超伝導モノリシック集積回路の欠点を除
去できる。これにより例えば50Ωマイクロストリツプ
線路に関しては伝送損失は10GHzで1cm当たり0
.001dB以下、キャパシタのQ値も10GHzで1
000以上が実現でき、マイクロ波ミリ波工学上意義は
大きい。
クロストリップ線路およびキャパシタの誘電体を主とし
て空気により構成するので誘電体損を大幅に減らすこと
ができ、従来の超伝導モノリシック集積回路の欠点を除
去できる。これにより例えば50Ωマイクロストリツプ
線路に関しては伝送損失は10GHzで1cm当たり0
.001dB以下、キャパシタのQ値も10GHzで1
000以上が実現でき、マイクロ波ミリ波工学上意義は
大きい。
また本発明の製造方法においてはレジスト膜による平坦
化およびエラチンバックによる支柱頭出し工程を用いて
いるためサブミクロンオーダの支柱を有する超伝導モノ
リシック集積回路を実現できる。
化およびエラチンバックによる支柱頭出し工程を用いて
いるためサブミクロンオーダの支柱を有する超伝導モノ
リシック集積回路を実現できる。
なお本発明の実施例においては超伝導体薄膜に高Tc超
伝導体であるYBa2Cu3O7を用いたが超伝導体イ
ツトリウム系に限らずタリウム系などでもよい。また超
伝導体は高Tc系の材料に限らず、Nb等の低温系の材
料でもよいことは云うまでもない。
伝導体であるYBa2Cu3O7を用いたが超伝導体イ
ツトリウム系に限らずタリウム系などでもよい。また超
伝導体は高Tc系の材料に限らず、Nb等の低温系の材
料でもよいことは云うまでもない。
さらに能動素子もGaAs FETに限らすHEMT、
HBTあるいはInPFETなといずれでもよい。
HBTあるいはInPFETなといずれでもよい。
第1図(a)、 (b)、第2図(a)、(b)、第4
図は本発明の実施例の超伝導モノリシック集積回路を示
す図、第3図(a)〜(Oは本発明の実施例の超伝導モ
ノリシック集積回路の製造方法を示す図、第5図は従来
例の超伝導モノリシック集積回路を示す図である。これ
らの図において
図は本発明の実施例の超伝導モノリシック集積回路を示
す図、第3図(a)〜(Oは本発明の実施例の超伝導モ
ノリシック集積回路の製造方法を示す図、第5図は従来
例の超伝導モノリシック集積回路を示す図である。これ
らの図において
Claims (3)
- (1)半絶縁性化合物半導体基板上に少なくとも能動素
子とマイクロストリップ線路型受動回路とを搭載したモ
ノリシック集積回路において、超伝導体薄膜から成るマ
イクロストリップ線路の接地導体が前記基板表面に設け
られ、前記接地導体上に超伝導体薄膜からなるマイクロ
ストリップ導体が複数の絶縁体支柱により空中に支持さ
れて設けられていることを特徴とする超伝導モノリシッ
ク集積回路。 - (2)半絶縁性化合物半導体基板上に少なくとも能動素
子と平行平板型キャパシタとを搭載したモノリシック集
積回路において、超伝導体薄膜からなるキャパシタ下部
電極が前記基板表面に設けられ、超伝導体薄膜からなる
キャパシタ上部電極が複数の絶縁体支柱により空中に支
持され設けられていることを特徴とする超伝導モノリシ
ック集積回路。 - (3)半絶縁性化合物半導体基板上に第1の超伝導体薄
膜を形成する工程と支柱となる絶縁体を前記第1の超伝
導体薄膜上に形成する工程と、膜材を塗布し表面の凹凸
を平坦化した後エッチバック法により前記絶縁体支柱の
頭出しをする工程と第2の超伝導体薄膜が第1の超伝導
体薄膜とを前記支柱を介して接するように第2の超伝導
体薄膜を形成する工程と、前記膜材を除去する工程とを
含むことを特徴とする超伝導モノリシック集積回路の製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1111545A JPH02288403A (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 超伝導モノリシック集積回路およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1111545A JPH02288403A (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 超伝導モノリシック集積回路およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH02288403A true JPH02288403A (ja) | 1990-11-28 |
Family
ID=14564094
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP1111545A Pending JPH02288403A (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 超伝導モノリシック集積回路およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02288403A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000209057A (ja) * | 1999-01-14 | 2000-07-28 | Fuji Electric Co Ltd | ノイズフィルタ |
JP2000312121A (ja) * | 1999-04-27 | 2000-11-07 | Fuji Electric Co Ltd | ノイズフィルタ |
EP1505685A1 (en) * | 2003-07-28 | 2005-02-09 | Infineon Technologies AG | Microstrip line and method for producing of a microstrip line |
WO2023139779A1 (ja) | 2022-01-24 | 2023-07-27 | 富士通株式会社 | ジョセフソン素子、超伝導回路、量子演算装置及びジョセフソン素子の製造方法 |
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1989
- 1989-04-27 JP JP1111545A patent/JPH02288403A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000209057A (ja) * | 1999-01-14 | 2000-07-28 | Fuji Electric Co Ltd | ノイズフィルタ |
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WO2023139779A1 (ja) | 2022-01-24 | 2023-07-27 | 富士通株式会社 | ジョセフソン素子、超伝導回路、量子演算装置及びジョセフソン素子の製造方法 |
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