JPH1127015A

JPH1127015A - 超電導素子

Info

Publication number: JPH1127015A
Application number: JP9174554A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Fukuya; 浩之福家; Mutsuki Yamazaki; 六月山崎; Yoshiaki Terajima; 喜昭寺島; Yuki Kudo; 由紀工藤; Hisashi Yoshino; 久士芳野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｑ値が高く、共振周波数が可変な共振器を提供
すること。【解決手段】ＬａＡｌＯ₃単結晶基板１１上にＹＢＣＯ
超電導膜からなるストリップ導体１２ａを設けるととも
に、ＬａＡｌＯ₃単結晶基板１１の下にＹＢＣＯ超電導
膜からなるグランドプレーン１２ｂを設けてなる超電導
共振素子と、この超電導共振素子に設けられ、印加電圧
に従って誘電率が変化するＳｒＴｉＯ₃膜１３と、Ｓｒ
ＴｉＯ₃膜１３に電圧を印加するための櫛状電極１４ａ
〜１４ｄとを有する共振器において、ストリップ導体１
２ａと櫛状電極１４ａ〜１４ｄとをこれらが重ならない
ように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導素子に係わ
り、特に超電導共振素子で構成された共振器、フィルタ
などの超電導素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】無線、有線にかかわらず、情報通信を行
なう通信機器において、所望の周波数帯のみを取り出す
フィルタは重要な構成要素の一つである。周波数の有効
利用および省エネルギーのためには、この種のフィルタ
ーには、減衰特性に優れ、挿入損失が小さいことが要求
される。このようなフィルターを構成するためには、Ｑ
値の高い共振器が必要となる。

【０００３】Ｑ値の高い共振器を実現する一つの方法と
して、共振器を構成する金属導体に超電導体を用い、誘
電体基板にサファイアやＭｇＯなどの非常に低損失な材
料を用いる方法がある。この方法の場合に得られるＱ値
は、１００００以上となり、共振特性は非常に鋭くな
る。特に超電導体として、冷却コストの安い酸化物超電
導体を用いた共振器の開発が行なわれている。

【０００４】また、この種のＱ値の高い共振器を利用
し、ＧＨｚ帯の高周波信号を直接フィルタリングし、周
波数変換器を無くすことにより、フィルタの低コスト化
を図ることが可能である。さらに、共振器の共振周波数
を積極的に変化させ、任意の周波数を選択的に取り出す
ようにすれば、さらになる低コスト化を図ることができ
る。

【０００５】このように共振周波数の可変機能を有する
共振器（フィルタ）としては、以下のようなものが知ら
れている。

【０００６】例えば、特開平１−１９０００１号公報に
は、共振器が２つの異なる臨界磁場の値を持つ超電導体
で構成され、これらの超電導体に印加する磁界の強さを
調整することで超電導特性を崩し、これにより共振周波
数を可変させる方法が開示されている。

【０００７】しかし、この方法では、超電導特性を変え
るために、強磁界を発生する磁界発生装置が必要とな
り、装置が大がかりなものとなり、小型化が困難である
という問題があった。

【０００８】また、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ第６３巻（１９９３年）第６号第８３０
頁には、超電導体で構成される共振器の近傍に発熱体を
設け、熱によって超電導特性を崩す方法が開示されてい
る。この方法によれば、先の方法よりも、装置構成を簡
略化できる。

【０００９】しかし、発熱体に電流を流して発熱を生じ
させる必要があるために、動作速度が遅くなるという問
題があった。ここで、動作速度を上げるためには、共振
器の環境温度を超電導体の臨界温度付近に維持すれば良
いが、このような環境温度の維持は非常に困難である。

【００１０】また、上記二つの方法に共通の問題として
は、超電導体の利点である低損失性が犠牲になることが
あげられる。その理由は、共振周波数を可変にするため
に、超電導体の超電導特性を崩しているからである。

【００１１】また、ＩＥＥＥＭＴＴ−ＳＤｉｇｅｓ
ｔ（１９９３年）第１４２１頁には、伝送線路の中央に
ギャップを設け、このギャップ部分に印加電圧によって
誘電率が変化する誘電体部材を取り付け、伝送線路に電
圧を印加することで共振周波数を変化させる方法が開示
されている。

【００１２】しかし、この方法では、共振素子となる伝
送線路の中央の電流最大点にギャップを設けなければな
らないため、Ｑ値が１０００以下となり、鋭い共振器を
得ることができなくなる問題があった。

【００１３】また、共振器の近傍に、印加電圧によって
誘電率が変化する誘電体部材を取り付け、この誘電体部
材の上下に電磁波の侵入深さより薄い金属薄膜を設けた
り、あるいは誘電体部材上に電磁波の侵入深さより薄い
互いに噛み合う櫛状電極を設け、金属薄膜あるいは櫛状
電極に電圧を印加することで共振周波数を変化させる方
法も提案されている。

【００１４】しかし、たとえ金属薄膜、櫛状電極が電磁
波の侵入深さより薄いものであっても、金属薄膜、線状
電極が共振器のストリップ導体と交わるように配設さ
れ、その交わる部分の長さが共振周波数に相当する波長
の長さの１／２を超えると、共振が見られなくなった
り、Ｑ値が小さくなるという問題があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来よ
り、超電導体を用いた共振周波数が可変な種々の共振器
が提案されていたが、これらの共振器には、小型化が困
難であったり、動作速度が遅かったり、Ｑ値が低いなど
の問題があった。

【００１６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、小型化が困難になった
り、動作速度が遅くなるという問題がないＱ値が高い共
振周波数が可変な超電導体共振素子からなる超電導素子
を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る超電導素子（請求項１）は、基板上に
超電導体からなるストリップ導体が設けられ、前記基板
の上または下にグランドを設けられてなる超電導共振素
子と、この超電導共振素子に設けられ、印加電圧に従っ
て誘電率が変化する誘電体部材と、この誘電体部材に電
圧を印加するための電極とを備え、素子の上から見た場
合における、前記ストリップ導体と前記電極とが重なる
領域の面積が、前記ストリップ導体の面積の２０％以下
であることを特徴とする。

【００１８】このような構成であれば、後述詳細に説明
するように、超電導体共振素子のＱ値を十分に高くでき
る。また、共振周波数の可変は電圧によって行なうの
で、磁界発生手段、発熱体は不要である。したがって、
小型化が困難になったり、動作速度が遅くなるという問
題もない。

【００１９】また、本発明に係る他の超電導素子（請求
項２）は、上記超電導素子（請求項１）において、前記
電極のうち、前記ストリップ導体の長手方向に対して垂
直で、かつ前記超電導共振素子の共振周波数に相当する
波長の長さ（以下Ｌ₀という）の１／２を越えるものに
ついては、その幅がそれぞれＬ₀／２の１０％以下、か
つ素子の上から見た場合における、前記ストリップ導体
上に存在するものの面積の合計と、前記ストリップ導体
からその長手方向に対して垂直方向にＬ₀／４まで離れ
た領域内に存在するものの面積の合計との和が、（Ｌ₀
／２）²の２０％以下であることを特徴とする。

【００２０】このような構成でも、後述詳細に説明する
ように、上記超電導素子（請求項１）と同様に、超電導
体共振素子のＱ値を十分に高くできる。同様に、小型化
が困難になったり、動作速度が遅くなるという問題もな
い。

【００２１】また、本発明に係る他の超電導素子（請求
項３）は、上記超電導素子（請求項１，２）において、
前記電極が、前記ストリップ導体とその長手方向に対し
て垂直方向に交わる複数の線状電極から構成されている
ことを特徴とする。

【００２２】従来は、ストリップ導体と交わるように電
極を配置すると、Ｑ値が低下し、必要な共振特性が得ら
れないと考えられていたが、本発明（請求項１，２）の
条件を満たしていれば、ストリップ導体と交わるように
電極が配置されていても、必要な共振特性を得ることが
できる（請求項３）。

【００２３】また、本発明に係る他の超電導素子（請求
項４）は、上記超電導素子（請求項１，２）において、
前記電極が、互いに噛み合うように配置された１対の櫛
状電極を２組有し、この櫛状電極の歯部を構成する線状
電極が、前記ストリップ導体の長手方向に対して平行で
あり、かつ前記ストリップ導体の両側の各々に該ストリ
ップ導体に接しないように前記１対の櫛状電極が１組ず
つ配置されていることを特徴とする。

【００２４】また、本発明に係る他の超電導素子（請求
項４）は、第１の基板と、この第１の基板上に設けられ
グランドと、グランド上に第２の基板を介して設けられ
た超電導体からなるストリップ導体とからなる超電導共
振素子と、前記第２の基板および前記ストリップに接し
ないように前記超電導共振素子に設けられ、かつ印加電
圧に従って誘電率が変化する誘電体部材と、この誘電体
部材に電圧を印加するためのものであって、前記第２の
基板および前記ストリップに接しない電極とを備えてい
ることを特徴とする。

【００２５】このような構成であれば、前記ストリップ
導体と前記電極とが重なる領域の面積がゼロなので、上
記超伝導素子（請求項１）と同様な作用効果を奏するこ
とになる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。

【００２７】先ず、本発明の基礎となった実験結果など
について説明する。図１は、マイクロストリップ型共振
器の構造を示す断面斜視図である。高周波信号は、基板
１（ε_r＞ε₀）の表面に設けられたストリップ導体２
（幅Ｗ、厚さｔ）と基板１の裏面のグランドプレーン３
との間に、図２に示すような電場を作りながら伝播す
る。

【００２８】このとき、ストリップ導体２の近傍、特に
ストリップ導体２の上部に導電性物質が存在すると、た
とえ電磁波がそれを透過したとしても、電磁界に乱れが
生じ共振特性、特にＱ値が劣化する。

【００２９】図３は、マイクロストリップ型共振器の直
上に１μｍの距離をおいて厚さ５０ｎｍの導電膜４を配
置した場合における、導電膜４がストリップ導体２を覆
う面積比率（Ｓ／Ｓ₀）とＱ値との関係を示す図であ
る。ここで、Ｓは共振器の上から見た導電膜４の面積、
Ｓ₀は共振器の上から見たストリップ導体２の面積であ
る。

【００３０】図から、面積比率（Ｓ／Ｓ₀）が小さいほ
ど、つまりストリップ導体２上に配置される導電膜４
（導電性物質）が少ないほどＱ値は大きくなり、より良
い共振特性を示すことが分かる。

【００３１】また、図から、導電膜４がストリップ導体
２を覆う面積比率は２０％以下、好ましくは１０％以
下、さらに好ましくは１％以下が望まれることが分か
る。このような値に設定することで１×１０³より大き
な値のＱ値を実現できる。

【００３２】図４は、ストリップ導体の近傍に、図５お
よび図６に示すように、幅がＷ１、長さがＬの導電性物
質からなる線状電極５を、Ｗ２の間隔ですだれ状にスト
リップ導体２の長手方向に対して垂直方向に配置したと
きの、長さＬとＱ値との関係を示したものである。図５
では、線状電極５はストリップ導体２と交差し、図６で
は、線状電極５はストリップ導体２と交差しない。共振
周波数を変える場合には、隣り合う線状電極５間で逆極
性になるように電圧を印加する。

【００３３】図４から、線状電極５がストリップ導体２
と交差していない場合（図５）、線状電極５の長さＬ
が、共振器の共振周波数に相当する波長の長さＬ₀の１
／２以下では、１×１０⁵という高いＱ値が得られこと
が分かる。

【００３４】また、図４から、長さＬがＬ₀の１／２を
超えると、Ｑ値が急激に低下することが分かる。その変
化は、線状電極５の本数つまり線状電極の合計面積が大
きくなるほど顕著である。

【００３５】すなわち、ストリップ導体２上に存在する
線状電極５の面積の合計と、ストリップ導体２からその
長手方向に対して垂直方向にＬ₀／４まで離れた領域Ｒ
（図７参照）内に存在する線状電極５の面積の合計との
和（総合面積）が、（Ｌ₀／２）の２０％を超えるとＱ
値は１００００程度に、３０％を超えると１０００程度
に、そして５０％を超えると１００程度まで低下するこ
とが分かる。

【００３６】一方、線状電極５がストリップ導体２と交
差している場合（図６）、面積比率（Ｓ／Ｓ₀）によっ
てはもともとＱ値が低下しているが、長さＬがＬ₀の１
／２を超えるとさらに急激にＱ値が低下することが分か
る。

【００３７】これらの現象は、線状電極５のストリップ
導体２の長手方向に対して垂直方向の長さがＬ₀の１／
２を超えると、電磁波がストリップ導体２と直交する線
状電極５に漏れていくためであると考えられている。

【００３８】したがって、Ｑ値を大きくするためには、
基本的には、線状電極５として、ストリップ導体２の長
手方向に対して垂直方向の長さが、Ｌ₀の１／２以下の
ものを使用すれば良いことが分かる。

【００３９】しかし、ストリップ導体２の長手方向に対
して垂直方向の長さがＬ₀の１／２を超えるように、線
状電極５を配置する場合には、単にＬ₀／２以下するだ
けでは十分なＱ値は得られず、Ｑ値の低下を抑制するた
めには、各線状電極５の幅Ｗ１がそれぞれ（Ｌ₀／２）
の１０％、好ましくは１％以下になるようにし、かつ線
状電極５の総合面積が（Ｌ₀／２）²の２０％以下、好
ましくは１％以下になるようにすれば良い。

【００４０】また、図８に示すように、線状電極５によ
り櫛状電極６ａ〜６ｄを構成し、線状電極５がストリッ
プ導体２の長手方向に対して平行になるように配置して
も良い。

【００４１】この場合、１本の線状電極５の幅Ｗ１は１
μｍ以上１ｍｍ以下、線状電極間の間隔Ｗ２は１μｍ以
上１ｍｍ以下が望ましい。さらに、櫛状電極６ｂ，６ｄ
の最もストリップ導体２に近い線状電極５とストリップ
導体２との間隔を間隔Ｗ２以下、好ましくは間隔Ｗ２の
１／２にすることが望ましい。

【００４２】このような共振器では、ストリップ導体２
を挟んだ両サイドの線状電極６ａ，６ｄ間に電圧を印加
しても、この近傍の誘電体膜中に形成される電場は線状
電極６ａ，６ｄ間の距離ではなく、それからストリップ
導体２の幅を差し引いた距離によって決定されるので、
強い電場を作ることができる。

【００４３】しかも、特に、上述したようにストリップ
導体２とそれに最も近い両サイドの線状電極５との間の
間隔をそれぞれ間隔Ｗ２の１／２にした場合、その電場
の大きさは他の線状電極５間の電場と同一となり、電場
の不均一が発生せず誘電率の制御が容易になる。

【００４４】さらに、ストリップ導体２の両サイドの近
傍は伝播電磁界が密になるところであり、この部分の誘
電体膜に効果的に電界を印加でき、共振周波数の変化を
より効果的に行なうことができる。

【００４５】なお、誘電率を変化させる領域は、伝播電
磁界が分布する範囲だけでも良く、ストリップ導体２か
ら両側へストリップ導体２の幅の５倍以内の領域であれ
ば良い。

【００４６】また、ストリップ導体の上を避けて電極を
配置しても、電極の影響をゼロにすることはできない。
ストリップ導体に近い位置の電極は、誘電率の変化つま
り共振周波数の変化には効果が大きいがＱ値が低下を招
きやすい。したがって、用途において要求される共振周
波数の変化量とＱ値に応じて電極の配置を考慮するのが
よい。

【００４７】以上のように面積比率、総合面積を設定す
ることにより、高いＱ値を保ったままで、共振周波数を
可変にすることが可能となる。また、共振周波数の可変
は電圧によって行なうので、磁界発生手段、発熱体は不
要である。したがって、小型化が困難になったり、動作
速度が遅くなるという問題もない。

【００４８】（第１の実施形態）図９、図１０は、本発
明の第１の実施形態に係る超電導体共振器（以下、単に
共振器という）の製造方法を示す平面図および断面図で
ある。各図の（ａ）は平面図、各図の（ｂ）は同平面図
のＡ−Ａ´断面図を示している。

【００４９】まず、図９に示すように、直径３０ｍｍ、
厚さ０．５ｍｍのＬａＡｌＯ₃単結晶基板１１の表面お
よび裏面にそれぞれ厚さ３００ｎｍのＹＢＣＯ超電導膜
１２ａ，１２ｂを形成した後、表面のＹＢＣＯ超電導膜
１２ａをストライプ状に加工し、ストリップ導体１２ａ
を形成する。ＹＢＣＯ超電導膜１２ｂはグランドプレー
ンとして用いられる。

【００５０】ここで、ＹＢＣＯ超電導膜１２ａ，１２ｂ
の成膜方法として、例えば、スパッタリング法、レーザ
ー蒸着法、ＣＶＤ法などがあげられる。

【００５１】次に図１０に示すように、ＬａＡｌＯ₃単
結晶基板１１の表面に厚さ１μｍのＳｒＴｉＯ₃膜１３
を形成する。ＳｒＴｉＯ₃膜１３の成膜方法は、ＹＢＣ
Ｏ超電導膜１２ａ，１２ｂのそれと同様である。

【００５２】次に同図に示すように、ＳｒＴｉＯ₃膜１
３上に櫛状電極１４ａ〜１４ｄとなる厚さ５０ｎｍの導
電膜を形成した後、この導電膜をリソグラフィおよびエ
ッチングを用いて加工することにより、櫛状電極１４ａ
〜１４ｄを形成する。

【００５３】ここで、櫛状電極１４ａ，１４ｂは互いに
噛み合うように配置され、この１対の櫛状電極１４ａ，
１４ｂはストリップ導体１２ａに接しないようにその横
に配置されている。櫛状電極１４ａ，１４ｂを構成する
線状電極はストリップ導体１２ａの長手方向に対して平
行に配置されている。櫛状電極１４ｃ，１４ｄも同様の
構成になっている。

【００５４】また、櫛状電極１４ａ〜１４ｄとなる上記
導電膜の材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、Ａｌ、導電性セラミクスなどの電極材料があげられ
る。また、櫛状電極１４ａ〜１４ｄを構成する線状電極
は幅１０μｍ、線状電極間の間隔は１０μｍ、ストリッ
プ導体１２ａとこれに最も近い線状電極までの距離は５
μｍである。

【００５５】最後に、同図に示すように、櫛状電極１４
ａ〜１４ｄに接続するパッド電極１５ａ〜１５ｄを形成
して、共振周波数が４．３ＧＨｚの共振器が完成する。

【００５６】このようにして形成された共振器のＱ値を
調べたところ、５００００という高い値が得られた。し
たがって、本実施形態の共振器を用いることにより、減
衰特性に優れ、挿入損失が小さいフィルタを実現するこ
とができる。このような高いＱ値が得られた理由は、櫛
状電極１４ａ〜１４ｄがストリップ導体１２ａ上を避け
て配置されているからである。また、共振周波数の可変
は電圧によって行なうので、磁界発生手段、発熱体は不
要である。したがって、小型化が困難になったり、動作
速度が遅くなるという問題もない。

【００５７】また、ストリップ導体１２ａの両側に近い
方の櫛状電極１４ｂ，１４ｄ間に電位差が生じるよう
に、パッド電極１５ａとパッド電極１５ｄに同電位を印
加し、パッド電極１５ｂにパッド電極１５ａよりも５０
Ｖ高い電圧を印加し、パッド電極１５ｃにパッド電極１
５ｄよりも５０Ｖ高いの電圧を印加した。このとき、櫛
状電極１４ｂ，１４ｄ間にも同様の電位差が生じる。

【００５８】上記の如き電圧を印加すると、櫛形電極間
に５０ＫＶ／ｃｍの電界が発生し、ＳｒＴｉＯ₃膜１３
の誘電率が変化する。その結果、共振周波数が約２．３
％高くなり、４．４ＧＨｚで共振する。

【００５９】（第２の実施形態）図１１、図１２は、本
発明の第２の実施形態に係る共振器の製造方法を示す平
面図および断面図である。各図の（ａ）は平面図、各図
の（ｂ）は同平面図のＡ−Ａ´断面図を示している。な
お、基本構造は第１の実施形態と同様なので、図９、図
１０と同一符号を用いる。

【００６０】まず、図１１に示すように、直径３０ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍのＬａＡｌＯ₃単結晶基板１１の表
面および裏面にそれぞれ厚さ３００ｎｍのＹＢＣＯ超電
導膜１２ａ，１２ｂを形成した後、表面のＹＢＣＯ超電
導膜１２ａをストライプ状に加工し、ストリップ導体１
２ａを形成する。ＹＢＣＯ超電導膜１２ａ，１２ｂの成
膜方法は、第１の実施形態と同様である。

【００６１】次に図１２に示すように、ＬａＡｌＯ₃単
結晶基板１１の表面に厚さ１μｍのＳｒＴｉＯ₃膜１３
を形成する。ＳｒＴｉＯ₃膜１３の成膜方法は、ＹＢＣ
Ｏ超電導膜１２ａ，１２ｂのそれと同様である。

【００６２】ここまでは第１の実施形態と同じである。

【００６３】次に同図に示すように、ＳｒＴｉＯ₃膜１
３上に櫛状電極１４ａ〜１４ｄとなる厚さ５０ｎｍの導
電膜を形成した後、この導電膜をリソグラフィおよびエ
ッチングを用いて加工することにより、互いに噛み合う
櫛状電極１４ａ，１４ｂおよび櫛状電極１４ｃ，１４ｄ
を形成する。

【００６４】ここで、櫛状電極１４ａ〜１４ｄを構成す
る線状電極および各線状電極の間隔は第１の実施形態と
同じようにそれぞれ１０μｍとするが、ストリップ導体
１２ａとこれに最も近い櫛状電極１４ｂ，１４ｄの線状
電極までの距離は１００μｍとし、第１の実施形態より
も２０倍長くする。なお、上記導電膜の材料は、第１の
実施形態と同様である。

【００６５】最後に、同図に示すように、櫛状電極１４
ａ〜１４ｄに接続するパッド電極１５ａ〜１５ｄを形成
して、共振周波数が４．３ＧＨｚの共振器が完成する。

【００６６】このようにして形成された共振器のＱ値を
調べたところ、６００００という高い値が得られた。こ
のような高いＱ値が得られた理由は、櫛状電極１４ａ〜
１４ｄがストリップ導体１２ａ上を避けて配置されてい
るからである。

【００６７】また、ストリップ導体１２ａの両側に近い
方の櫛状電極１４ｂ，１４ｄ間に電位差が生じるよう
に、パッド電極１５ａとパッド電極１５ｄに同電位を印
加し、パッド電極１５ｂにパッド電極１５ａよりも５０
Ｖ高い電圧を印加し、パッド電極１５ｃにパッド電極１
５ｄよりも５０Ｖ高いの電圧を印加した。このとき、櫛
状電極１４ｂ，１４ｄ間にも同様の電位差が生じる。

【００６８】上記の如き電圧を印加すると、櫛形電極間
に５０ＫＶ／ｃｍの電界が発生し、ＳｒＴｉＯ₃膜１３
の誘電率が変化する。その結果、共振周波数は変化し、
４．３８ＧＨｚで共振する。

【００６９】（第３の実施形態）図１３、図１４は、本
発明の第３の実施形態に係る共振器の製造方法を示す平
面図および断面図である。各図の（ａ）は平面図、各図
の（ｂ）は同平面図のＡ−Ａ´断面図を示している。

【００７０】まず、図１３に示すように、第１の実施形
態と同様に、直径３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＬａＡｌ
Ｏ₃単結晶基板２１の表面および裏面にそれぞれ厚さ３
００ｎｍのＹＢＣＯ超電導膜２２ａ，２２ｂを形成した
後、表面のＹＢＣＯ超電導膜１２ａをストライプ状に加
工し、ストリップ導体２２ａを形成する。ＹＢＣＯ超電
導膜２２ｂはグランドプレーンとして用いられる。ＹＢ
ＣＯ超電導膜２２の成膜方法は第１の実施形態と同様で
ある。

【００７１】次に図１４に示すように、ＬａＡｌＯ₃単
結晶基板２１の表面に厚さ１μｍのＳｒＴｉＯ₃膜２３
を形成する。ＳｒＴｉＯ₃膜２３の成膜方法は、ＹＢＣ
Ｏ超電導膜２２のそれと同様である。

【００７２】次に同図に示すように、ＳｒＴｉＯ₃膜２
３上にＬ字状電極２４ａ，２４ｂとなる厚さ５０ｎｍの
導電膜を形成した後、この導電膜をリソグラフィおよび
エッチングを用いて加工することにより、Ｌ字状電極２
４ａ，２４ｂを形成する。

【００７３】ここで、Ｌ字状電極２４ａ，２４ｂとなる
上記導電膜の材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ
ｔ、Ｃｕ、Ａｌ、導電性セラミクスなどの電極材料があ
げられる。

【００７４】また、Ｌ状電極２４ａ，２４ｂの幅は１０
μｍ、Ｌ状電極２４ａ，２４ｂとストリップ導体２２ａ
との間隔はそれぞれ１０μｍである。

【００７５】最後に、Ｌ状電極２４ａ，２４ｂにそれぞ
れ接続するパッド電極（不図示）を形成して、共振周波
数が４．３ＧＨｚの共振器が完成する。

【００７６】このようにして形成された共振器のＱ値を
調べたところは、５００００という高い値が得られた。
したがって、本実施形態の共振器を用いることにより、
減衰特性に優れ、挿入損失が小さいフィルタを実現する
ことができる。このような高いＱ値が得られた理由は、
Ｌ状電極２４ａ，２４ｂがストリップ導体２２ａ上を避
けて配置されているからである。

【００７７】また、パッド電極を介してＬ状電極２４
ａ，２４ｂ間に１００Ｖの電圧を印加した。

【００７８】このとき、Ｌ字状電極２４の近傍のＳｒＴ
ｉＯ₃膜２３中に形成される電場は、Ｌ状電極２４ａ，
２４ｂ間の距離ではなく、それよりストリップ導体２２
ａの幅を差し引いた距離（この場合は２０μｍ）によっ
て決定されるために、強い電場（この場合は５０ｋＶ／
ｃｍ）を作ることができた。その結果、共振周波数は変
化し、共振周波数４．３８ＧＨｚで共振した。

【００７９】（第４の実施形態）図１５、図１６は、本
発明の第４の実施形態に係る共振器の製造方法を示す平
面図および断面図である。各図の（ａ）は平面図、各図
の（ｂ）は同平面図のＡ−Ａ´断面図を示している。

【００８０】まず、図１５に示すように、第１の実施形
態と同様に、直径３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＬａＡｌ
Ｏ₃単結晶基板３１の表面および裏面にそれぞれ厚さ３
００ｎｍのＹＢＣＯ超電導膜３２を形成する。ＹＢＣＯ
超電導膜３２の成膜方法は第１の実施形態と同様であ
る。

【００８１】次に図１６に示すように、表面のＹＢＣＯ
超電導膜３２をストライプ状および櫛状に加工し、櫛状
電極３２ａ〜３２ｄ、ストリップ導体３２ｅを形成す
る。裏面のＹＢＣＯ超電導膜３２はグランドプレーンと
して用いられる。

【００８２】櫛状電極３２ａ，３２ｂは互いに噛み合う
ように配置され、この１対の櫛状電極３２ａ，３２ｂは
ストリップ導体３２ｅに接しないようにその横に配置さ
れている。櫛状電極３２ａ，３２ｂを構成する線状電極
はストリップ導体３２ｅの長手方向に対して平行に配置
されている。櫛状電極３２ｃ，３２ｄも同様の構成にな
っている。

【００８３】また、櫛状電極３２ａ〜３２ｄを構成する
線状電極の幅１０μｍ、各線状電極の間隔は１０μｍで
ある。また、ストリップ導体３２ｅとこれに最も近い線
状電極までの距離は５μｍである。

【００８４】最後に、櫛状電極３２ａ〜３２ｄにそれぞ
れ接続するパッド電極（不図示）を形成した後、全面に
厚さ１μｍのＳｒＴｉＯ₃膜（不図示）を形成し、パッ
ド電極に対するコンタクトホール（不図示）を開口し
て、共振周波数が４．３ＧＨｚの共振器が完成する。

【００８５】このようにして形成された共振器のＱ値を
調べたところ、５００００という高い値が得られた。し
たがって、本実施形態の共振器を用いることにより、減
衰特性に優れ、挿入損失が小さいフィルタを実現するこ
とができる。このような高いＱ値が得られた理由は、櫛
状電極３２ａ〜３２ｄがストリップ導体３２ａ上を避け
て配置されているからである。

【００８６】また、ストリップ導体３２ｅの両側に近い
方の櫛状電極２４ｂ，２４ｄ間に電位差が生じるよう
に、パッド電極３３ａとパッド電極３３ｄに同電圧を印
加し、パッド電極３３ｂにパッド電極３３ａよりも５０
Ｖ高い電圧を印加し、パッド電極３３ｃにパッド電極３
３ｄよりも５０Ｖ高いの電圧を印加した。このとき、櫛
状電極３４ｂ，３４ｄ間にも同様の電位差が生じる。

【００８７】上記の如き電圧を印加すると、櫛形電極間
に５０ＫＶ／ｃｍの電界が発生し、ＳｒＴｉＯ₃膜の誘
電率が変化する。その結果、共振周波数は約２．３％高
くなり、４．４ＧＨｚで共振する。

【００８８】なお、櫛状電極（ＹＢＣＯ超電導膜）を３
２ａ〜３２ｄは、薄い方が好ましいため、全面に図示し
ないＳｒＴｉＯ₃膜の成膜前に、ストリップ導体３２ｅ
をレジストまたはメタルマスクを用いてマスキングし、
櫛状電極３２ａ〜３２ｄを厚さ５０ｎｍ以下、好ましく
は厚さ１０ｎｍ以下になるように、櫛状電極３２ａ〜３
２ｄをイオンミリング加工またはスパッタエッチングし
ておくとさらに良い。ここで、スパッタエッチングは、
例えば、０．１Ｔｏｒｒから１．０Ｔｏｒｒ程度のＡｒ
雰囲気中において、ＬａＡｌＯ₃単結晶基板３１に１
３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、Ａｒプラズマを
形成して行なうのが良い。

【００８９】これらの方法により薄く削られた櫛状電極
３２ａ〜３２ｄの超電導特性は劣化するが、導電性まで
失われることはない。この状態のほうが電磁界に与える
悪影響が小さく都合が良い。すなわち、ＹＢＣＯ超電導
膜を電極としている場合には、その超電導特性を劣化さ
せて常伝導物質にすることが好ましい。

【００９０】また、ＳｒＴｉＯ₃膜を形成する下地に、
このような櫛状電極（ＹＢＣＯ超伝導膜）３２ａ〜３２
ｄを用いることには、以下のような利点がある。

【００９１】ＳｒＴｉＯ₃膜はスパッタリング、ＣＶ
Ｄ、レーザー蒸着法などの成膜方法により形成すること
ができるが、いずれの成膜方法においても、０．００１
Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒ以下程度の酸素雰囲気中にお
いてＬａＡｌＯ₃単結晶基板３１を３００℃から７００
℃程度まで加熱する。

【００９２】このとき、ＬａＡｌＯ₃単結晶基板３１上
に金属膜があるとこれらは一般には酸化されたり、ある
いは薄い金属膜は球状に凝集し、金属が島状に点在する
膜となってしまう。このような金属膜の導電性は低いの
で必要な機能を得ることはできない。

【００９３】しかし、ＹＢＣＯ超伝導膜は、イオンミリ
ングなどでダメージを受け、かつ薄くなっても、酸素雰
囲気中にて上記温度まで加熱されても導電性を失うこと
はなく、むしろ高くなるという利点がある。

【００９４】（第５の実施形態）図１７〜図１９は、本
発明の第５の実施形態に係る共振器の製造方法を示す平
面図および断面図である。各図の（ａ）は平面図、各図
の（ｂ）は同平面図のＡ−Ａ´断面図を示している。

【００９５】まず、図１７に示すように、直径３０ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍのＬａＡｌＯ₃単結晶基板４１の表
面および裏面にそれぞれ厚さ３００ｎｍのＹＢＣＯ超電
導膜４２ａ，４２ｂを形成した後、表面のＹＢＣＯ超電
導膜４２ａをストライプ状に加工し、ストリップ導体４
２ａを形成する。裏面のＹＢＣＯ超電導膜４２ｂはグラ
ンドプレーンとして用いられる。ＹＢＣＯ超電導膜４２
ａ，４２ｂの成膜方法は、第１の実施形態と同様であ
る。

【００９６】次に図１８に示すように、ＬａＡｌＯ₃単
結晶基板４１の表面に厚さ２μｍのＳｒＴｉＯ₃膜４３
を形成した後、ＳｒＴｉＯ₃膜４３をリソグラフィおよ
びエッチングを用いて加工することにより、基板面に達
し、ピッチ１０μｍ、幅２μｍの電極溝を形成する。す
なわち、後工程で形成する櫛状電極４４ａ〜４４ｄと同
じパターンの電極溝を形成する。なお、ＳｒＴｉＯ₃膜
４３の成膜方法は、ＹＢＣＯ超電導膜４２のそれと同様
である。

【００９７】次に図１９に示すように、全面に櫛状電極
４４ａ〜４４ｄとなる厚さ１０ｎｍの導電膜を形成した
後、この導電膜を化学的研磨、機械的研磨、または化学
的機械的研磨により削って、電極溝内に櫛状電極４４ａ
〜４４ｄを埋め込み形成する。

【００９８】櫛状電極４２ａ，４２ｂは互いに噛み合う
ように配置され、この１対の櫛状電極４２ａ，４２ｂは
ストリップ導体４２ａに接しないようにその横に配置さ
れている。櫛状電極４２ａ，４２ｂを構成する線状電極
はストリップ導体４２ａの長手方向に対して平行に配置
されている。櫛状電極４２ｃ，４２ｄも同様の構成にな
っている。

【００９９】また、櫛状電極４２ａ〜４２ｄとなる上記
導電膜の材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、Ａｌ、導電性セラミクスなどの電極材料があげられ
る。また、研磨の代わりに、エッチングを用いて上記導
電膜を削っても良い。例えば、０．１Ｔｏｒｒから１．
０Ｔｏｒｒ程度のＡｒ雰囲気中において、ＬａＡｌＯ₃
単結晶基板４１に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加
し、Ａｒプラズマを形成することで、表面の導電膜を削
ることもできる。

【０１００】導電膜が同一平面内にあるとき、この方法
では全部削れてしまうが、本実施形態では、基板表面に
電極溝が形成され、この電極溝の底まではイオンは到達
しないので、導電膜の表面だけが削れ、全部削れてしま
うことはない。

【０１０１】最後に、第１の実施形態と同様に、パッド
電極（不図示）を形成して共振器が完成する。

【０１０２】本実施形態では、櫛状電極４４ａ〜４４ｄ
がＬａＡｌＯ₃単結晶基板４１の表面に直接形成されて
いることから、以下のような効果が得られる。

【０１０３】通常、ＬａＡｌＯ₃単結晶基板４１等の基
板上に形成したＳｒＴｉＯ₃膜の表面には数十から１０
０ｎｍ程度の凹凸ができる。このようなＳｒＴｉＯ₃膜
上に櫛状電極４４ａ〜４４ｄとなる導電膜を形成した場
合、導電膜のうち膜厚が薄いところでは、ＳｒＴｉＯ₃
膜の表面の凹凸により寸断が起こる。

【０１０４】その結果、櫛状電極４４ａ〜４４ｄの導通
が十分に取れなくなるという問題が起こる。抵抗率を１
×１０^-1ｏｈｍ．ｃｍ以下にするには、導電膜の膜厚を
５０ｎｍ程度にする必要がある。

【０１０５】しかし、本実施形態では、表面の平坦性が
高い（大きくても数ｎｍの凹凸）ＬａＡｌＯ₃単結晶基
板４１の表面に櫛状電極４４ａ〜４４ｄとなる導電膜を
直接形成しているので、同じ抵抗率を得るにもより薄い
膜厚で済む。

【０１０６】ＹＢＣＯ超電導膜４２ａの近傍にある線状
電極の厚さが薄いほど、Ｑ値は高くなる。本実施形態で
は、導電膜の膜厚は１０ｎｍで、これによりさらに高い
Ｑ値（６００００）が得られた。したがって、本実施形
態の共振器を用いることにより、さらに、減衰特性に優
れ、挿入損失が小さいフィルタを実現することができ
る。

【０１０７】また、櫛状電極４４ａ〜４４ｄに電圧を印
加しない場合には、４．３ＧＨｚで共振したが、櫛状電
極４４ａ〜４４ｄに１００Ｖの電圧を印加した場合に
は、共振周波数が４．３８ＧＨｚに変化した。なお、電
圧を印加する際の櫛状電極４４ａ〜４４ｄの大小関係は
第１の実施形態と同じである。

【０１０８】（第６の実施形態）図２０、図２１は、本
発明の第６の実施形態に係る共振器の製造方法を示す平
面図および断面図である。各図の（ａ）は平面図、各図
の（ｂ）は同平面図のＡ−Ａ´断面図を示している。

【０１０９】まず、図２０に示すように、直径３０ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍのＬａＡｌＯ₃単結晶基板５１の表
面および裏面にそれぞれ厚さ３００ｎｍのＹＢＣＯ超電
導膜５２ａ，５２ｂを形成した後、表面のＹＢＣＯ超電
導膜５２ａをストライプ状に加工し、ストリップ導体５
２ａを形成する。裏面のＹＢＣＯ超電導膜５２ｂはグラ
ンドプレーンとして用いられる。ＹＢＣＯ超電導膜５２
ａ，５２ｂの成膜方法は、第１の実施形態と同様であ
る。

【０１１０】次に図２１に示すように、ＬａＡｌＯ₃単
結晶基板５１の表面に厚さ１μｍのＳｒＴｉＯ₃膜５３
を形成する。ＳｒＴｉＯ₃膜５３の成膜方法は、ＹＢＣ
Ｏ超電導膜５２ａ，５２ｂのそれと同様である。

【０１１１】次に同図に示すように、ＳｒＴｉＯ₃膜５
３上に櫛状電極５４ａ，５４ｂとなる厚さ５０ｎｍの導
電膜を形成した後、この導電膜をリソグラフィおよびエ
ッチングを用いて加工することにより、互いに噛み合う
櫛状電極５４ａ，５４ｂを形成する。

【０１１２】ここで、櫛状電極５４ａ，５４ｂを構成す
る線状電極は、ストリップ導体５２ａと直交するように
形成されている。また、線状電極の長さは１μｍ、幅は
１０μｍ、線状電極間の間隔は９０μｍである。また、
上記導電膜の材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ
ｔ、Ｃｕ、Ａｌ、導電性セラミクスなどの電極材料があ
げられる。

【０１１３】最後に、第１の実施形態と同様に、パッド
電極を形成して共振器が完成する。このようにして形成
された共振器のＱ値を調べたところは、５００００とい
う高い値が得られた。したがって、本実施形態の共振器
を用いることにより、減衰特性に優れ、挿入損失が小さ
いフィルタを実現することができる。

【０１１４】また、櫛状電極５４ａ，５４ｂ間に２００
Ｖの電圧を印加したところ、共振周波数４．３５ＧＨｚ
で共振した。

【０１１５】本実施形態の共振器を以下の２つの共振器
（比較例１，２）と比較して評価してみた。

【０１１６】図２２に、比較例１の共振器の平面図を示
す。なお、図２０、図２１の本実施形態の共振器と対応
する部分には、図２０、図２１と同一符号を付してあ
り、詳細な説明は省略する。

【０１１７】比較例１の共振器が本実施形態のそれと異
なる点は、櫛状電極５４ａ，５４ｂの寸法であり、比較
例１の共振器では、櫛状電極５４ａ，５４ｂを構成する
線状電極の長さが１０μｍ、幅が１０μｍ、線状電極間
の間隔が４０μｍとなっている。

【０１１８】すなわち、櫛状電極５４ａ，５４ｂがスト
リップ導体５２ａを覆う面積比率は約２０％程度である
が、櫛状電極５４ａ，５４ｂのうち、ストリップ導体５
２ａの長手方向に対して垂直で、かつその長さがＬ₀／
２を越える線状電極については、ストリップ導体５２ａ
上に存在する線状電極の面積の合計と、ストリップ導体
５２ａからその長手方向に対して垂直方向にＬ₀／４ま
で離れた領域内に存在する線状電極の面積の合計との和
（総合面積）が、（Ｌ₀／２）²の約２０％である（本
実施形態では２０％未満）。その結果、Ｑ値は本実形態
に比べて遥かに小さい８０程度になった。

【０１１９】（比較例２）図２３に、比較例１の共振器
の平面図を示す。なお、図２０、図２１の本実施形態の
共振器と対応する部分には、図２０、図２１と同一符号
を付してあり、詳細な説明は省略する。

【０１２０】比較例２の共振器が本実施形態のそれと異
なる点は、櫛状電極５４ａ，５４ｂの寸法であり、比較
例２の共振器では、櫛状電極５４ａ，５４ｂを構成する
線状電極の長さが１０μｍ、幅が１０μｍ、線状電極間
の間隔が１０μｍとなっている。

【０１２１】すなわち、櫛状電極５４ａ，５４ｂはスト
リップ導体５２ａと交わられないが、つまり面積比率が
ゼロであるが、櫛状電極５４ａ，５４ｂのうち、ストリ
ップ導体５２ａの長手方向に対して垂直で、かつその長
さがＬ₀／２を越える線状電極については、ストリップ
導体５２ａからその長手方向に対して垂直方向にＬ₀／
４まで離れた領域内に存在する線状電極の面積の和が、
（Ｌ₀／２）²の約５０％である。その結果、Ｑ値は本
実形態に比べて遥かに小さい５０程度になった。

【０１２２】（第７の実施形態）図２４は、本発明の第
７の実施形態に係る共振器を示す平面図および断面図で
ある。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ´
断面図である。

【０１２３】これを製造工程に従い説明すると、まず、
直径３０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの第１のＬａＡｌＯ₃基
板６１の裏面に厚さ３００ｎｍのＹＢＣＯ超電導体膜６
２をスパッタリング法、レーザー蒸着法またはＣＶＤ法
などの成膜法を用いて形成する。ＹＢＣＯ超電導体膜６
２はグランドプレーンとして用いられる。

【０１２４】次にＬａＡｌＯ₃基板６１の表面に厚さ１
μｍのＳｒＴｉＯ₃膜６３、厚さ５０ｎｍのＡｕ、Ａ
ｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属あるいは導電性セラミ
クスなどからなる導電膜６４を順次形成する。ＳｒＴｉ
Ｏ₃膜６３、導電膜６４の成膜法は、ＹＢＣＯ超電導体
膜６２のそれと同様である。

【０１２５】なお、ＳｒＴｉＯ₃膜６３、導電膜６４を
形成した後、ＹＢＣＯ超電導体膜６２を形成しても良
い。

【０１２６】一方、表面に厚さ３００ｎｍのＹＢＣＯ超
電導体膜（ストリップ導体）６６が形成された長方体の
第２のＬａＡｌＯ₃基板６５を用意する。この第２のＬ
ａＡｌＯ₃基板６５の寸法は、幅１ｍｍ、長さ３０ｍ
ｍ、厚さ０．４ｍｍである。

【０１２７】次に第１のＬａＡｌＯ₃基板６１上に形成
した導電膜６４およびＳｒＴｉＯ₃膜６３をエッチング
し、導電膜６４からなる形状が長方形の電極６４を形成
するとともに、第１のＬａＡｌＯ₃基板６１に達する溝
を形成する。

【０１２８】最後に、この溝内に第２のＬａＡｌＯ₃基
板６５を埋め込み、第２のＬａＡｌＯ₃基板６５と第１
のＬａＡｌＯ₃基板６１とをエポキシ系の接着剤を用い
て接着して、共振器が完成する。

【０１２９】このとき、接着面である溝の底部にＳｒＴ
ｉＯ₃膜６３、電極６４またはこれらの両方が残存して
いても良いが、共振特性の劣化を防止する観点からは、
リソグラフィを用いて取り除いた方が好ましい。

【０１３０】このようにして得られた共振器において
は、ＹＢＣＯ超電導膜６２と電極６４との間に図示の如
く電源を接続して電圧を印加することにより、ＳｒＴｉ
Ｏ₃膜６３の誘電率を可変することができる。この場
合、膜厚方向に電圧が印加されるので、誘電率の変化が
大きく、共振帯域が広くなるという利点がある。

【０１３１】電極６４は、共振周波数を決めるＹＢＣＯ
超電導膜６６の横、つまり第２のＬａＡｌＯ₃基板６５
の横に設けられ、これらの間の距離ｄが短いと低い電圧
で広い可変域が得られるが、Ｑ値は低下し易い。一方、
距離ｄが長いとＱ値の低下は少ないが、広い可変域を得
るには高い電圧が必要になる。

【０１３２】また、電極６４が設けられている領域の面
積Ｓ₂が広いと低い電圧で広い可変域が得られるが、Ｑ
値は低下し易い。一方、面積Ｓ₂が狭いとＱ値の低下は
少ないが、広い可変域を得るには高い電圧が必要にな
る。

【０１３３】図２５、図２６にこれらの関係を示す。図
２５は、Ｑ値および可変帯域の距離ｄの依存性を示す特
性図である。また、図２６は、Ｑ値および可変帯域の面
積比（Ｓ₂／Ｓ₁）の依存性を示す特性図である。ここ
で、Ｓ₁はＹＢＣＯ超電導膜６６の面積である。

【０１３４】図２５から、距離ｄは１０μｍ以上（絶縁
を取るのに必要な最小な距離）、５ｍｍ以下、好ましく
は５０μｍ以上１ｍｍ以下が望まれること分かる。ま
た、図２６から、面積比は０．５倍以上１００倍以下、
好ましくは１．０倍以上５０倍以下が良いことが分か
る。

【０１３５】ところで、ＹＢＣＯ超電導膜６２と電極６
４との間に印加する電圧を低くし、かつＳｒＴｉＯ₃膜
６３中の電場を大きくするには、第１のＬａＡｌＯ₃基
板６１の厚さをできる限り薄くすることが必要である。

【０１３６】その場合、機械的強度が弱くなるので全体
を樹脂でモールドするか、どちらかの面あるいは両面に
絶縁性が高く、かつ誘電損失の低い材料、例えば、Ｌａ
ＡｌＯ₃、ＹＡｌＯ₃、Ａｌ₂Ｏ₃などの材料からなる
サポートを接着することが望まれる。ただし、このとき
に用いられる上記材料は必ずしも単結晶でなくとも良
い。

【０１３７】本実施形態の共振器を基本周波数１．５Ｇ
Ｈｚの移動通信基地局用フィルターに使用することで、
１００ＭＨｚの帯域幅において１００以上のチャンネル
を設けても、クロストークのない通信を行なえることを
確認した。

【０１３８】（第８の実施形態）図２７は、本発明の第
８の実施形態に係る共振器を示す平面図および断面図で
ある。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ´
断面図である。なお、図２４の共振器と対応する部分に
は図２４と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略す
る。

【０１３９】本実施形態が第７の本実施形態と異なる点
は、電極６４の形状にある。すなわち第１の実施形態で
は電極６４の形状を面状（長方形）としたが、本実施形
態では複数の細線（線状電極６４ａ）から構成された櫛
状にしている。このほうが共振特性の劣化が少ないので
好ましい。

【０１４０】また、電極６４を構成する線状電極６４ａ
の幅は０．５ｍｍ、線状電極６４ａ間の距離は１ｍｍで
ある。この場合の面積比（電極６４の面積／ＹＢＣＯ超
電導膜６６の面積）は約３５％である。

【０１４１】また、表１に、図２７の共振器における面
積比（電極６４の面積／ＹＢＣＯ超電導膜６６の面積）
とＱ値との関係を示す。

【０１４２】表１面積比 0.5％１％５％ 10％ 20％ 30％ 50％Ｑ値 80000 70000 40000 30000 20000 15000 10000 面積比 60％ 70％ 80％ 90％ 100％Ｑ値 6000 2000 1000 500 300 表１から、面積比は５０％以下、好ましくは１０％以下
であることが望まれることが分かる。

【０１４３】表２に面積比と可変幅との関係を示す。な
お、印加電圧は１００Ｖである。

【０１４４】表２面積比 0.5％１％５％ 10％ 20％ 30％ 50％可変幅１ 20 50 60 80 100 150 (MHz) 面積比 60％ 70％ 80％ 90％ 100％可変幅 200 250 300 350 400 (MHz) 表２から、面積比が大きいほど低い電圧でＳｒＴｉＯ₃
膜６３の誘電率を大きく変化させることができ、共振周
波数の可変幅を広くすることができることが分かる。

【０１４５】これらの結果より、面積比は１％以上６０
％以下、好ましくは５％以上２０％以下であることが望
まれる。

【０１４６】また、本実施形態の共振器を基本周波数
１．５ＧＨｚの移動通信基地局用フィルターに使用する
ことで、１００ＭＨｚの帯域幅において２００以上のチ
ャンネルを設けても、クロストークのない通信を行なえ
ることを確認した。

【０１４７】図２８に本実施形態の変形例を示す。これ
は電極６４としての導電膜をエッチングし、露出したＳ
ｒＴｉＯ₃膜６３の表面に第２のＬａＡｌＯ₃基板６５
を接着したものである。

【０１４８】この場合、以下のような効果が得られる。

【０１４９】ＹＢＣＯ超電導膜６２と導電膜６４との間
に電圧を印加した時に、第２のＬａＡｌＯ₃基板６５の
下のＳｒＴｉＯ₃膜６３にも電圧が印加され、誘電率が
変化する。この領域の誘電率の変化は、共振周波数を変
化させるのに大きく影響するので、可変幅を広くするの
に適する。

【０１５０】なお、このような変形は第７の実施形態に
適用でき、同様な効果が得られる。また、本実施形態も
第７の実施形態と同様に種々変形が可能である。

【０１５１】（第９の実施形態）図２９は、本発明の第
９の実施形態に係る共振器を示す平面図および断面図で
ある。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ´
断面図である。

【０１５２】これを製造工程に従い説明すると、まず、
直径３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの第１のＬａＡｌＯ₃基
板７１の表面に、厚さ３００ｎｍのＹＢＣＯ超電導体膜
７２、厚さ１μｍのＳｒＴｉＯ₃膜７３、厚さ５０ｎｍ
のＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属あるいは導
電性セラミクスなどからなる導電膜７４を順次形成す
る。ＹＢＣＯ超電導体膜７２はグランドプレーンとして
用いられる。

【０１５３】一方、表面に厚さ３００ｎｍのＹＢＣＯ超
電導体膜７６が形成された長方体の第２のＬａＡｌＯ₃
基板７５を用意する。この第２のＬａＡｌＯ₃基板７５
の寸法は、幅１ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍで
ある。

【０１５４】次に第１のＬａＡｌＯ₃基板７１上に形成
した導電膜７４およびＳｒＴｉＯ₃膜７３をエッチング
し、導電膜７４からなる形状が長方形の電極を形成する
とともに、ＹＢＣＯ超電導体膜７２に達する溝を形成す
る。

【０１５５】最後に、この溝内に第２のＬａＡｌＯ₃基
板７５を埋め込み、ＹＢＣＯ超電導体膜７２と第１のＬ
ａＡｌＯ₃基板７１とをエポキシ系の接着剤を用いて接
着して、共振器が完成する。

【０１５６】このとき、共振特性の劣化を少なくするた
めに、接着面である溝の底部に残存する導電膜７４をリ
ソグラフィを用いて取り除く必要がある。

【０１５７】なお、共振特性の劣化を少なくするために
は、ＳｒＴｉＯ₃膜７３も溝の底部に残存しないように
することが好ましい。しかし、ＳｒＴｉＯ₃膜７３は、
ＹＢＣＯ超電導体膜７２と第１のＬａＡｌＯ₃基板７１
とを接着する際に、ＹＢＣＯ超電導体膜７２に傷が付か
ないように保護する役目もあるので、必ずしも取り除く
必要はない。ただし、電源を接続する領域のＳｒＴｉＯ
₃膜７３は除去する必要がある。

【０１５８】このようにして得られた共振器において
は、ＹＢＣＯ超電導膜７２と電極７４との間に図示の如
く電源を接続して電圧を印加することにより、ＳｒＴｉ
Ｏ₃膜７３の誘電率を可変することができる。

【０１５９】この場合も、第７の実施形態と同様に、膜
厚方向に電圧が印加されるので、誘電率の変化が大き
く、共振帯域が広くなるという利点がある。

【０１６０】また、本実施形態では、ＹＢＣＯ超電導膜
７２と電極７４との間に、第１のＬａＡｌＯ₃基板７１
が存在しないので、第７の実施形態よりも低い電圧でも
ＳｒＴｉＯ₃膜７３の電場を大きくすることができる。
これにより、容量の少ない電源で共振周波数を変えるこ
とが可能となる。

【０１６１】また、本実施形態の共振器を基本周波数
１．５ＧＨｚの移動通信基地局用フィルターに使用する
ことで、１００ＭＨｚの帯域幅において１００以上のチ
ャンネルを設けても、クロストークのない通信を行なえ
ることを確認した。

【０１６２】（第１０の実施形態）図３０、本発明の第
１０の実施形態に係る共振器を示す平面および断面図で
ある。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ´
断面図である。なお、図２９の共振器と対応する部分に
は図２９と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略す
る。

【０１６３】本実施形態が第９の本実施形態と異なる点
は、電極７４の形状にある。すなわち第８の実施形態で
は電極７４の形状を面状（長方形）としたが、本実施形
態では複数の細線（線状電極７４ａ）から構成された櫛
状にしている。

【０１６４】ここで、電極７４を構成する線状電極７４
ａの幅は０．５ｍｍ、線状電極７４ａ間の距離（ピッ
チ）は１ｍｍである。この場合の面積比（電極７４の面
積／ＹＢＣＯ超電導膜７６の面積）は約３５％である。

【０１６５】本実施形態でも第９の実施形態と同様な効
果が得られるが、本実形態では電極７４の形状を櫛状に
していることから、共振特性の劣化がより少なくなり、
その効果はより高いものとなる。

【０１６６】また、本実施形態の共振器を基本周波数
１．５ＧＨｚの移動通信基地局用フィルターに使用する
ことで、１００ＭＨｚの帯域幅において１５０以上のチ
ャンネルを設けても、クロストークのない通信を行なえ
ることを確認した。

【０１６７】図３１に本実施形態の変形例を示す。これ
は電極７４としての導電膜をエッチングし、露出したＳ
ｒＴｉＯ₃膜７３の表面に第２のＬａＡｌＯ₃基板５５
を接着したものである。

【０１６８】共振特性の劣化を少なくするためには、Ｓ
ｒＴｉＯ₃膜７３も溝の底部に残存しないようにするこ
とが好ましい。しかし、ＳｒＴｉＯ₃膜７３は、第１の
ＬａＡｌＯ₃基板７１にＹＢＣＯ超電導体膜７６を設け
る際に、ＹＢＣＯ超電導体膜７２に傷が付かないように
保護する役目もあるので、図３１に示すように、必ずし
も取り除く必要はない。

【０１６９】なお、本実施形態も第７の実施形態と同様
に種々変形が可能である。

【０１７０】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではない。例えば、基板材料はＬａＡｌＯ₃に限定
されることはなく、他の基板材料としては例えばＬａＡ
ｌＯ₃、ＭｇＯ、サファイアなどの低誘電率の材料があ
げられる。

【０１７１】また、超電導膜は、ＹＢＣＯ膜に限定され
るものではなく、酸化物超電導体膜であれば良い。

【０１７２】また、誘電体材料はＳｒＴｉＯ₃に限定さ
れることはなく、電界印加によって誘電率が変化するも
のであれば良く、例えばＳｒＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃を
基とするＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ₃（ｘは０以上１以
下）やＰＳＺＴなどをが挙げられる。

【０１７３】また、共振器子の構造はマイクロストリッ
プライン構造に限定されるものではなく、他の構造とし
ては例えばコプレーナーウエーブガイド構造、ストリッ
プライン構造、サスペンデッド線路構造、スロット線路
構造などが挙げられる。

【０１７４】図３２に、コプレーナーウエーブガイド構
造の共振器の斜視図を示す。これは共振周波数が固定さ
れたものである。図３３に本発明を適用したコプレーナ
ーウエーブガイド構造の共振器の斜視図を示す。これは
共振周波数を可変できるものである。図中、８１は基
板、８２は超電導ストリップ導体、８３はグランドプレ
ーン、８４は誘電体膜、８５は本発明の条件を満たす電
極を示している。

【０１７５】また、図３４、図３５に示すように、第２
のＬａＡｌＯ₃基板７５の幅は、その上に形成されたＹ
ＢＣＯ超電導体膜７６の幅と異なっていても良く、共振
器をなすラインの幅の１００倍以下、好ましくは１０倍
以下であれば良い。これ以上になると、誘電体の誘電率
を変化させるための電力投入用電源がストリップライン
共振器から離れ、可変幅が狭くなるので好ましくない。

【０１７６】例えば、０．１ｍｍのラインを１ｍｍ幅の
基板に作成した場合には図２６に示したデータより帯域
幅は９０ＭＨｚ程度が得られる。また、０．０１ｍｍ幅
のラインを１ｍｍ幅の基板上に作成した場合でも、ほぼ
同様になる。

【０１７７】しかし、２ｍｍ幅以上の基板に作成すると
帯域幅は１０ＭＨｚ以下に低下するので好ましくない。
ただし、図３６に示すように、第２のＬａＡｌＯ₃基板
７５の下に導電膜７４がある場合には基板の幅は限定さ
れない。ただし、ＹＢＣＯ超電導体膜７６の直下および
その近傍の導電膜７４は取り除く必要がある。その幅は
共振器をなすラインの幅の５倍以上、好ましくは５０倍
以上であることがＱ値の劣化が少ないので望ましい。

【０１７８】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。

【０１７９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
板上に超電導体からなるストリップ導体を設けるととも
に、基板の上または下にグランドを設けてなる超電導共
振素子と、この共振素子に設けられ、印加電圧に従って
誘電率が変化する誘電体部材と、この誘電体部材に電圧
を印加するための電極とを備えた超電導素子において、
上記電極と上記ストリップ導体とが所定の関係を満たす
ように設定することにより、超電導共振素子のＱ値を高
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マイクロストリップ型共振器の構造を示す断面
斜視図

【図２】マイクロストリップ型共振器を流れる高周波信
号による電場を示す図

【図３】面積比率（Ｓ／Ｓ₀）とＱ値との関係を示す図

【図４】長さＬとＱ値との関係を示す図

【図５】線状電極とストリップ導体とが交差する共振器
を示す平面図

【図６】線状電極とストリップ導体とが交差しない共振
器を示す平面図

【図７】ストリップ導体からその長手方向に対して垂直
方向にＬ₀／４まで離れた領域を示す図

【図８】櫛状電極とストリップ導体とが交差しない共振
器を示す平面図

【図９】本発明の第１の実施形態に係る共振器の製造方
法を示す平面図および断面図

【図１０】本発明の第１の実施形態に係る共振器の製造
方法を示す平面図および断面図

【図１１】本発明の第２の実施形態に係る共振器の製造
方法を示す平面図および断面図

【図１２】本発明の第２の実施形態に係る共振器の製造
方法を示す平面図および断面図

【図１３】本発明の第３の実施形態に係る共振器の製造
方法を示す平面図および断面図

【図１４】本発明の第３の実施形態に係る共振器の製造
方法を示す平面図および断面図

【図１５】本発明の第４の実施形態に係る共振器の製造
方法を示す平面図および断面図

【図１６】本発明の第４の実施形態に係る共振器の製造
方法を示す平面図および断面図

【図１７】本発明の第５の実施形態に係る共振器の製造
方法を示す平面図および断面図

【図１８】本発明の第５の実施形態に係る共振器の製造
方法を示す平面図および断面図

【図１９】本発明の第５の実施形態に係る共振器の製造
方法を示す平面図および断面図

【図２０】本発明の第６の実施形態に係る共振器の製造
方法を示す平面図および断面図

【図２１】本発明の第６の実施形態に係る共振器の製造
方法を示す平面図および断面図

【図２２】比較例１の共振器を示す平面図

【図２３】比較例１の共振器を示す平面図

【図２４】本発明の第７の実施形態に係る共振器を示す
平面図および断面図

【図２５】Ｑ値および可変帯域の距離ｄの依存性を示す
特性図

【図２６】値および可変帯域の面積比（Ｓ₂／Ｓ₁）の
依存性を示す特性図

【図２７】本発明の第８の実施形態に係る共振器を示す
平面図および断面図

【図２８】第８の実施形態に係る共振器の変形例を示す
平面図および断面図

【図２９】本発明の第９の実施形態に係る共振器を示す
平面図および断面図

【図３０】本発明の第１０の実施形態に係る共振器を示
す平面および断面図

【図３１】第１０の実施形態に係る共振器の変形例を示
す平面図および断面図

【図３２】コプレーナーウエーブガイド構造の共振器
（共振周波数固定）を示す斜視図

【図３３】コプレーナーウエーブガイド構造の共振器
（共振周波数可変）を示す斜視図

【図３４】本発明の変形例の共振器を示す平面図および
断面図

【図３５】本発明の他の変形例の共振器を示す平面図お
よび断面図

【図３６】本発明のさらに別の変形例の共振器を示す平
面図および断面図

【符号の説明】

１…基板２…ストリップ導体３…グランドプレーン４…導電膜５…線状電極６ａ〜６ｄ…櫛状電極１１…ＬａＡｌＯ₃単結晶基板１２ａ…ＹＢＣＯ超電導膜（ストリップ導体）１２ｂ…ＹＢＣＯ超電導膜（グランドプレーン）１３…ＳｒＴｉＯ₃膜（誘電体部材）１４ａ〜１４ｄ…櫛状電極１５ａ〜１５ｄ…パッド電極２１…ＬａＡｌＯ₃単結晶基板２２ａ…ＹＢＣＯ超電導膜（ストリップ導体）２２ｂ…ＹＢＣＯ超電導膜（グランドプレーン）２３…ＳｒＴｉＯ₃膜（誘電体部材）２４ａ，２４ｂ…Ｌ字状電極３１…ＬａＡｌＯ₃単結晶基板３２…ＹＢＣＯ超電導膜（グランドプレーン）３２ａ〜３２ｄ…ＹＢＣＯ超電導膜（櫛状電極）３２ｅ…ＹＢＣＯ超電導膜（ストリップ導体）３３ａ〜３３ｄ…パッド電極４１…ＬａＡｌＯ₃単結晶基板４２ａ…ＹＢＣＯ超電導膜（ストリップ導体）４２ｂ…ＹＢＣＯ超電導膜（グランドプレーン）４３…ＳｒＴｉＯ₃膜（誘電体部材）４４ａ〜４４ｄ…櫛状電極５１…ＬａＡｌＯ₃単結晶基板５２ａ…ＹＢＣＯ超電導膜（ストリップ導体）５２ｂ…ＹＢＣＯ超電導膜（グランドプレーン）５３…ＳｒＴｉＯ₃膜（誘電体部材）５４ａ，５４ｂ…櫛状電極６１…ＬａＡｌＯ₃基板６２…ＹＢＣＯ超電導膜（グランドプレーン）６３…ＳｒＴｉＯ₃膜（誘電体部材）６４…導電膜（電極）６５…ＬａＡｌＯ₃基板６６…ＹＢＣＯ超電導体膜（ストリップ導体）７１…ＬａＡｌＯ₃基板７２…ＹＢＣＯ超電導膜（グランドプレーン）７３…ＳｒＴｉＯ₃膜（誘電体部材）７４…導電膜（電極）７５…ＬａＡｌＯ₃基板７６…ＹＢＣＯ超電導体膜（ストリップ導体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者工藤由紀神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者芳野久士神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に超電導体からなるストリップ導体
が設けられ、前記基板の上または下にグランドが設けら
れてなる超電導共振素子と、この超電導共振素子に設けられ、印加電圧に従って誘電
率が変化する誘電体部材と、この誘電体部材に電圧を印加するための電極とを具備し
てなる超電導素子であって、素子の上から見た場合における、前記ストリップ導体と
前記電極とが重なる領域の面積が、前記ストリップ導体
の面積の２０％以下であることを特徴とする超電導素
子。
【請求項２】前記電極のうち、前記ストリップ導体の長
手方向に対して垂直で、かつ前記超電導共振素子の共振
周波数に相当する波長の長さ（以下Ｌ₀という）の１／
２を越えるものについては、その幅がそれぞれＬ₀／２
の１０％以下、かつ素子の上から見た場合における、前
記ストリップ導体上に存在するものの面積の合計と、前
記ストリップ導体からその長手方向に対して垂直方向に
Ｌ₀／４まで離れた領域内に存在するものの面積の合計
との和が、（Ｌ₀／２）²の２０％以下であることを特
徴とする請求項１に記載の超電導素子。
【請求項３】前記電極は、前記ストリップ導体とその長
手方向に対して垂直方向に交わる複数の線状電極から構
成されていることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の超電導素子。
【請求項４】前記電極は、互いに噛み合うように配置さ
れた１対の櫛状電極を２組有し、この櫛状電極の歯部を
構成する線状電極は、前記ストリップ導体の長手方向に
対して平行であり、かつ前記ストリップ導体の両側の各
々に該ストリップ導体に接しないように前記１対の櫛状
電極が１組ずつ配置されていることを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の超電導素子。
【請求項５】第１の基板と、この第１の基板上に設けら
れグランドと、グランド上に第２の基板を介して設けら
れた超電導体からなるストリップ導体とからなる超電導
共振素子と、前記第２の基板および前記ストリップに接しないように
前記超電導共振素子に設けられ、かつ印加電圧に従って
誘電率が変化する誘電体部材と、この誘電体部材に電圧を印加するためのものであって、
前記第２の基板および前記ストリップに接しない電極と
を具備してなることを特徴とする超電導素子。