JP2902017B2 - Superconducting electromagnetic wave mixer and superconducting electromagnetic wave mixing device using the same - Google Patents
Superconducting electromagnetic wave mixer and superconducting electromagnetic wave mixing device using the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ミリ波等の電磁波の検波に利用される、超
伝導体を用いたヘテロダインミキサー、およびかかるミ
キサーを用いた超伝導電磁波ミキシング装置に関するも
のである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heterodyne mixer using a superconductor and a superconducting electromagnetic wave mixing device using such a mixer, which is used for detecting electromagnetic waves such as millimeter waves. It is about.
[従来の技術] 従来、ミリ波等の電磁波の検波に利用されるヘテロダ
イン検波装置は、アンテナと、ガン発振器あるいはクラ
イストロン等の局部発振器と、ヘテロダインミキサー素
子とを持つ構成となっていた。[Related Art] Conventionally, a heterodyne detection device used for detecting an electromagnetic wave such as a millimeter wave has a configuration including an antenna, a local oscillator such as a gun oscillator or a klystron, and a heterodyne mixer element.
このようなヘテロダインミキサー素子としてはNb等の
金属超伝導体を用いたジョセフソンヘテロダインミキサ
ー素子が使用され、該ミキサー素子はSIS型の積層構造
とすることで接合に容量をもたせる構成となっていた。As such a heterodyne mixer element, a Josephson heterodyne mixer element using a metal superconductor such as Nb was used, and the mixer element was configured to have a capacitance at the junction by forming a SIS type laminated structure. .
ところで、このような従来のヘテロダイン検波装置
は、局部発振器とジョセフソンミキサー素子とがそれぞ
れ別個に構成されており、これらを互いに導波管で接続
する非常に大がかりな装置となっていた。また、局部発
振器の出力は10nW〜100nW程度必要であり、消費電力も
大きいものであった。By the way, such a conventional heterodyne detection device is configured as a local oscillator and a Josephson mixer element separately from each other, and is a very large device that connects these with each other via a waveguide. Further, the output of the local oscillator needs to be about 10 nW to 100 nW, and the power consumption is large.
これに対して、ニオブの平面型弱結合ジョセフソン接
合を局部発振器とミキサー部に使用した一体型のヘテロ
ダインミキサー(ジョセフソントライオード)が考案さ
れている(電子通信学会論文誌'86/5Vol.J69−C No.5,p
636−643および電子情報通信学会技術研究報告'87/5,SC
E87−9,p.49−54)。On the other hand, an integrated heterodyne mixer (Josephson triode) using a niobium planar weakly coupled Josephson junction for a local oscillator and a mixer has been devised (Transactions of the Institute of Electronics, Communication and Communication Engineers, '86 /5Vol.J69). −C No.5, p
636-643 and IEICE Technical Report '87 / 5, SC
E87-9, p.49-54).
このジョセフソントライオードは、一体型であるので
このような素子を用いた装置は大幅な小型化が可能であ
る。Since the Josephson triode is integrated, a device using such an element can be significantly reduced in size.
第11図Aは上記ジョセフソントライオードの概略の構
成を示し、1はコンバータ端子、2はオッシレータ端
子、3は接地端子である。また第11図Bはその等価回路
を示す。3個の弱結合型ショセフソン接合JJ1,JJ2,JJ3
のうち、JJ1をヘテロダイン検波用のコンバータ、JJ2を
局部発振用のオッシレータとし、JJ3はJJ1とJJ2とを分
離するためのアイソレータとして用いている。動作は、
JJ2にバイアス電流を掛けることにより交流ジョセフソ
ン効果による局部発振を生じさせ、この局部発振による
信号と外来の電磁波とをコンバータとしてのJJ1でミキ
シングし、中間周波数信号を得るものである。FIG. 11A shows a schematic configuration of the Josephson triode, where 1 is a converter terminal, 2 is an oscillator terminal, and 3 is a ground terminal. FIG. 11B shows an equivalent circuit thereof. Three weakly coupled Shosefson junctions JJ1, JJ2, JJ3
Among them, JJ1 is used as a converter for heterodyne detection, JJ2 is used as an oscillator for local oscillation, and JJ3 is used as an isolator for separating JJ1 and JJ2. The operation is
By applying a bias current to JJ2, local oscillation is caused by the AC Josephson effect, and a signal due to this local oscillation and an external electromagnetic wave are mixed by JJ1 as a converter to obtain an intermediate frequency signal.
しかしながら、上記ショセフソントライオードにおい
ては、各ジョセフソン接合の正常抵抗Rn13,Rn12,Rn23等
の特性を各々適正な値に設定することが必要であるが、
従来のNb等のような弱結合を用いたジョセフソン接合で
は作製時に特性を制御することが困難であった。したが
って、上記ショセフソントライオードは、作製が非常に
困難であった。However, in the above sucrose ceph Son triode, it is necessary to set the normal resistance R n13, characteristics such as R n12, R n23 of each Josephson junction to each proper value,
In a conventional Josephson junction using a weak bond such as Nb, it was difficult to control characteristics at the time of fabrication. Therefore, the above-mentioned Shosefson triode was very difficult to produce.
また、上記従来の装置または素子においては、超伝導
材料としてNb等のような臨界温度Tcの低い(液体ヘリウ
ム温度付近)材料を用いていたため、素子の動作温度を
低くしなければならず、ジュール・トムスン効果を用い
た非常に大がかりな冷却装置が必要であった。Further, in the above-mentioned conventional apparatus or element, a material having a low critical temperature Tc (near liquid helium temperature) such as Nb is used as a superconducting material. -A very large cooling device using the Thomson effect was required.
さらに、上記従来の装置または素子においては、使用
可能な上限周波数が約1THzと低く、昨今の高い周波数帯
用のミキサーの提供という要望に対応しきれなくなって
きていた。Furthermore, in the above-mentioned conventional apparatus or element, the upper limit frequency that can be used is as low as about 1 THz, and it has become impossible to meet the recent demand for providing a mixer for a high frequency band.
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、前述の従来例における問題点に鑑
み、小型かつ作製が容易で、極めて簡単な構造を有す
る、酸化物高温超伝導体を用いた一体型電磁波ミキサー
を提供することにある。[Problems to be Solved by the Invention] An object of the present invention is to provide an integrated type using an oxide high-temperature superconductor, which is small in size, easy to manufacture, and has a very simple structure in view of the above-mentioned problems in the conventional example. An electromagnetic wave mixer is provided.
[課題を解決するための手段] 本発明の超伝導電磁波ミキサーは、局部発振部と、該
局部発振部と電気的に結合されており該局部発振部から
の電磁波と外来の電磁波とをミキシングする受信部とを
有する超伝導電磁波ミキサーであって、前記局部発振部
と受信部とが共に酸化物超伝導体を用いたジョセフソン
接合によって形成され、かつ該局部発振部と受信部とが
絶縁体または前記ジョセフソン接合を形成する材料とは
異なる導電材料を介して結合されていることを特徴とし
ている。本発明の超伝導電磁はミキサーは、例えば、局
部発振部と受信部とを少なくとも1つの酸化物超伝導体
層を共有する複数のジョセフソン接合によって形成し、
その共有する酸化物超伝導体層の、局部発振部となるジ
ョセフソン接合と受信部となるジョセフソン接合との間
の領域にイオンを打ち込むことにより該領域の伝導特性
を変化させ、局部発振部と受信部とを分離することによ
り製造される。[Means for Solving the Problems] A superconducting electromagnetic wave mixer according to the present invention is a local oscillator, and is electrically coupled to the local oscillator, and mixes an electromagnetic wave from the local oscillator with an external electromagnetic wave. A superconducting electromagnetic wave mixer having a receiver, wherein the local oscillator and the receiver are both formed by a Josephson junction using an oxide superconductor, and the local oscillator and the receiver are insulators. Alternatively, they are characterized in that they are connected via a conductive material different from the material forming the Josephson junction. In the superconducting electromagnetic mixer of the present invention, for example, a local oscillator and a receiver are formed by a plurality of Josephson junctions sharing at least one oxide superconductor layer,
By implanting ions into a region of the shared oxide superconductor layer between a Josephson junction serving as a local oscillation unit and a Josephson junction serving as a reception unit, the conduction characteristics of the region are changed, and the local oscillation unit is changed. And a receiver.
[作用] 上記の構成において、局部発振部となるジョセフソン
接合はバイアス電流を印加されることにより局部発振信
号を発生する。局部発振部と受信部とは電気的に結合さ
れているので、この局部発振信号は受信部となるジョセ
フソン接合に供給される。受信部となるジョセフソン接
合では外来の電磁波と上記局部発振信号とがミキシング
される。これにより、受信部ではこの外来電磁波が検出
され上記外来電磁波と局部発振信号との差分の周波数を
有する中間周波数信号が取り出される。[Operation] In the configuration described above, a Josephson junction serving as a local oscillation unit generates a local oscillation signal when a bias current is applied. Since the local oscillator and the receiver are electrically coupled, the local oscillation signal is supplied to a Josephson junction serving as a receiver. At the Josephson junction serving as a receiving unit, an external electromagnetic wave and the local oscillation signal are mixed. As a result, the external electromagnetic wave is detected by the receiving unit, and an intermediate frequency signal having the frequency of the difference between the external electromagnetic wave and the local oscillation signal is extracted.
本発明の第1の態様において、ジョセフソン接合は、
酸化物超伝導体積膜の結晶粒界を用いたものである。こ
れらのジョセフソン接合は、局部発振部となる接合と受
信部となる接合とが少なくとも1個ずつ設けられてお
り、局部発振部となる接合と受信部となる接合とは絶縁
体または導電体により電気的に結合される。絶縁体は局
部発振部と受信部とを主に容量的または誘導的に結合
し、導電体はこれらを主に抵抗的に結合する。In a first aspect of the invention, a Josephson junction comprises:
This is based on a crystal grain boundary of an oxide superconducting volume film. In these Josephson junctions, at least one junction serving as a local oscillation unit and one junction serving as a reception unit are provided, and the junction serving as a local oscillation unit and the junction serving as a reception unit are made of an insulator or a conductor. Electrically coupled. The insulator couples the local oscillating unit and the receiving unit mainly capacitively or inductively, and the conductor couples them mainly resistively.
具体的に図面を用いて説明するならば、本発明の第1
の態様における超伝導電磁波ミキサーは、第1図C,Dお
よび第4図Cに代表される平面型、ならびに第2図D,E
に代表される積層型に大別される。Specifically, referring to the drawings, the first aspect of the present invention will be described.
The superconducting electromagnetic wave mixer in the embodiment shown in FIGS. 1C and 1D and FIG.
And are generally classified into laminated types.
第1図C,Dは、平面型の超伝導電磁波ミキサーのうち
局部発振部と受信部とを絶縁体を介して結合したものを
示す。第1図Cは平面図、第1図Dは第1図Cのa−
a′断面図である。この平面型超伝導電磁波ミキサー
は、基板4上に形成される酸化物超伝導体薄膜5の結晶
粒界を用いた2個のジョセフソン接合部6および7をそ
れぞれ局部発振部および受信部とし、この局部発振部と
受信部とを基板4上に絶縁体8を介して並設したもので
ある。FIGS. 1C and 1D show a planar superconducting electromagnetic mixer in which a local oscillator and a receiver are coupled via an insulator. FIG. 1C is a plan view, and FIG.
It is sectional drawing a '. This planar superconducting electromagnetic mixer uses two Josephson junctions 6 and 7 using a crystal grain boundary of an oxide superconductor thin film 5 formed on a substrate 4 as a local oscillator and a receiver, respectively. The local oscillator and the receiver are arranged side by side on a substrate 4 with an insulator 8 interposed therebetween.
この平面型超伝導電磁波ミキサーは、多結晶性の酸化
物超伝導薄膜5を、基板4上に一層堆積した後、フォト
リソグラフィあるいはイオン打ち込み等の技術を用いて
パターニングし、2個のジョセフソン接合6,7を絶縁体
8を介して平面的に非常に近接して形成することにより
作製することができる。This planar type superconducting electromagnetic wave mixer deposits a polycrystalline oxide superconducting thin film 5 on a substrate 4 and then patterns it using a technique such as photolithography or ion implantation to form two Josephson junctions. 6 and 7 can be manufactured by forming them very close to each other in a plane with an insulator 8 interposed therebetween.
第2図D,Eは、積層型の超伝導電磁波ミキサーの平面
図およびそのb−b′断面図を示す。この積層型超伝導
電磁波ミキサーは、基板4上に下部および上部酸化物超
伝導体薄膜5aおよび5bの結晶粒界を用いた2個のジョセ
フソン接合部6および7をそれぞれ局部発振部および受
信部とし、この局部発振部と受信部とを絶縁体8を介し
て積層したものである。2D and 2E are a plan view and a bb 'sectional view of a laminated superconducting electromagnetic wave mixer. This laminated superconducting electromagnetic mixer comprises two Josephson junctions 6 and 7 using crystal grain boundaries of lower and upper oxide superconductor thin films 5a and 5b on a substrate 4, respectively, a local oscillator and a receiver. The local oscillating unit and the receiving unit are laminated with an insulator 8 interposed therebetween.
この積層型超伝導電磁波ミキサーは、多結晶性の下部
酸化物超伝導薄膜5a、絶縁体8および上部酸化物超伝導
薄膜5bを、この順序で基板4上に堆積した後、フォトリ
ソグラフィ等の技術を用いてパターニングし、2個のジ
ョセフソン接合6,7を絶縁体8を介して積層した形で非
常に近接して形成することにより作製することができ
る。The laminated superconducting electromagnetic wave mixer deposits a polycrystalline lower oxide superconducting thin film 5a, an insulator 8 and an upper oxide superconducting thin film 5b on a substrate 4 in this order, and then uses a technique such as photolithography. To form two Josephson junctions 6 and 7 very close to each other with an insulator 8 interposed therebetween.
第4図Cは、局部発振部と受信部とを導電体を介して
結合した平面型超伝導電磁波ミキサーを示す平面図であ
る。第4図Cの平面型超伝導電磁波ミキサーは、基板4
上に酸化物超伝導体薄膜5の結晶粒界を用いた平面型あ
るいは準平面型の2個のジョセフソン接合6,7を有し、
その一方を局部発振部とし、さらに他方を受信部とし、
前記2個のジョセフソン接合6,7を導電体17を用いて結
合させた構造を有する。FIG. 4C is a plan view showing a planar superconducting electromagnetic wave mixer in which a local oscillation unit and a reception unit are connected via a conductor. The flat superconducting electromagnetic wave mixer shown in FIG.
And two planar or quasi-planar Josephson junctions 6, 7 using crystal grain boundaries of the oxide superconductor thin film 5,
One of them is a local oscillator, and the other is a receiver,
It has a structure in which the two Josephson junctions 6 and 7 are connected using a conductor 17.
第4図Cの超伝導電磁波ミキサーは、以下の方法によ
り作製することができる。第4図A〜Cを参照して、ま
ず、例えばMgO等の基板4上に、超伝導薄膜5を形成す
る(第4図A)。次に、フォトリソグラフィ等によるパ
ターニングを行ない、2つのジョセフソン接合6および
7を形成する(第4図B)。次に、2つのジョセフソン
接合を結合する導電体17を形成する(第4図C)。The superconducting electromagnetic wave mixer shown in FIG. 4C can be manufactured by the following method. 4A to 4C, first, a superconducting thin film 5 is formed on a substrate 4 of, for example, MgO (FIG. 4A). Next, patterning is performed by photolithography or the like to form two Josephson junctions 6 and 7 (FIG. 4B). Next, a conductor 17 connecting the two Josephson junctions is formed (FIG. 4C).
ところで、局部発振(オッシレータ)部を構成するジ
ョセフソン接合が1個だけの場合、オッシレータに印加
する電圧が低く、バイアス電源の不安定性による局部発
振周波数の変動の問題がある。By the way, when only one Josephson junction is included in the local oscillation (oscillator) unit, the voltage applied to the oscillator is low, and there is a problem that the local oscillation frequency fluctuates due to the instability of the bias power supply.
第3図A,Bおよび第5図Aに代表されるマルチ型の超
伝導電磁波ミキサーは、このような問題に対処したもの
で、局部発振部および受信部をそれぞれ複数個有してい
る。The multi-type superconducting electromagnetic wave mixer represented by FIGS. 3A and 3B and FIG. 5A addresses such a problem and has a plurality of local oscillating units and receiving units.
第3図A,Bは、第2図D,Eの積層型超伝導電磁波ミキサ
ーをマルチ型化した電磁波ミキサーを示す平面図および
そのc−c′断面図である。このマルチ型積層型超伝導
電磁波ミキサーは、基板4上に下部および上部酸化物超
伝導体薄膜5a,5bを絶縁体8を介して積層し、局部発振
部となるジョセフソン接合部6a,6b,6cおよび受信部とな
るジョセフソン接合部7a,7b,7cを絶縁体8を介して形成
し、さらに、電極13,14および15,16を形成したものであ
る。FIGS. 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view taken along the line cc 'of an electromagnetic wave mixer in which the multilayer superconducting electromagnetic wave mixer of FIGS. The multi-layer laminated superconducting electromagnetic mixer comprises lower and upper oxide superconductor thin films 5a and 5b laminated on a substrate 4 via an insulator 8, and Josephson junctions 6a and 6b serving as local oscillators. 6c and Josephson junctions 7a, 7b, 7c serving as receiving portions are formed via an insulator 8, and further, electrodes 13, 14, and 15, 16 are formed.
第3図A,Bのマルチ型積層型超伝導電磁波ミキサー
は、第2図D,Eの積層型超伝導電磁波ミキサーの作製方
法において、より多くのジョセフソン接合をパターニン
グにより形成する以外は全く同様の方法で作製すること
ができる。3A and 3B are exactly the same as the multi-layered superconducting electromagnetic wave mixer shown in FIGS. 2D and 2E except that more Josephson junctions are formed by patterning. The method can be used.
第5図Aは、第4図Cの平面型超伝導電磁波ミキサー
をマルチ型化した電磁波ミキサーを示す平面図である。
このマルチ型平面型超伝導電磁波ミキサーは、基板4上
に酸化物超伝導体薄膜5をパターニングし、局部発振部
となるジョセフソン接合部6a,6b,6cおよび受信部となる
ジョセフソン接合部7a,7b,7cを形成し、局部発振部と受
信部とを導電体17を介して結合し、さらに、電極13,14
および15,16を形成したものである。FIG. 5A is a plan view showing an electromagnetic mixer obtained by multiplying the planar superconducting electromagnetic mixer of FIG. 4C.
This multi-planar superconducting electromagnetic mixer mixes an oxide superconductor thin film 5 on a substrate 4 to form Josephson junctions 6a, 6b, 6c serving as local oscillators and a Josephson junction 7a serving as a receiver. , 7b, 7c are formed, the local oscillation unit and the reception unit are coupled via a conductor 17, and furthermore, the electrodes 13, 14
And 15,16.
このマルチ型平面型超伝導電磁波ミキサーは、第4図
Cの平面型超伝導電磁波ミキサーの作製方法において、
より多くのジョセフソン接合をパターニングにより形成
する以外は全く同様の方法で作製することができる。This multi-type planar superconducting electromagnetic wave mixer is the same as the planar superconducting electromagnetic wave mixer shown in FIG.
Except for forming more Josephson junctions by patterning, the same method can be used.
また、図示しなかったが、局部発振部と受信部とを絶
縁体を介して結合する第1図C,Dの平面型超伝導電磁波
ミキサーにおいても、前記の作製方法に準じて局部発振
部および受信部をマルチ化することが可能であるのはい
うまでもない。Although not shown, in the planar superconducting electromagnetic mixer of FIGS. 1C and 1D in which the local oscillation section and the reception section are connected via an insulator, the local oscillation section and the Needless to say, it is possible to multiply the receiving unit.
本発明の第1の態様は、酸化物超伝導体薄膜の結晶粒
界からなるジョセフソン接合を用いるものであり、酸化
物超伝導体の多結晶性薄膜を用いたものであればその製
法、材料、形態を問わない。The first aspect of the present invention is to use a Josephson junction comprising a crystal grain boundary of an oxide superconductor thin film, and a method using a polycrystalline thin film of an oxide superconductor, Materials and forms are not limited.
2つのジョセフソン接合を結合する絶縁体は、MgO、Y
SZ(イットリウムスタビライズドジルコニア)もしくは
有機物質のポリマー等の絶縁性薄膜、酸化物超伝導体を
イオン打ち込み等の手段で絶縁体化したもの、あるいは
エッチング等の手段を用いて作製したギャップ(間隙)
や段差等、その材料、作製方法や形態を問わずほぼ同等
の効果が得られる。The insulator connecting the two Josephson junctions is MgO, Y
Insulating thin film such as SZ (yttrium stabilized zirconia) or polymer of organic substance, oxide superconductor made into insulator by means such as ion implantation, or gap produced by means such as etching
Almost the same effects can be obtained irrespective of the material, the manufacturing method, and the form such as the height and the level difference.
2つのジョセフソン接合を結合する導電体は、金属、
半導体、超伝導体等、導電性のものであればその製法、
材料を問わない。The conductor joining the two Josephson junctions is a metal,
Semiconductors, superconductors, etc., if it is conductive, its manufacturing method,
Regardless of the material.
本発明の第2の態様の超伝導電磁波ミキサーは、酸化
物超伝導体薄膜を用いたトンネル型ジョセフソン接合に
よって構成された局部発振部と受信部とを有し、該局部
発振部と受信部とが、導電体あるいは絶縁体によって形
成されたジョセフソン接合、容量、抵抗またはインダク
タンスのいずれかによって結合されていることを特徴と
する。A superconducting electromagnetic wave mixer according to a second aspect of the present invention has a local oscillator and a receiver configured by a tunnel-type Josephson junction using an oxide superconductor thin film, and includes the local oscillator and the receiver. Are coupled by any of a Josephson junction formed by a conductor or an insulator, capacitance, resistance, or inductance.
本態様による超伝導電磁波ミキサーの概略構造および
作製方法の一例を第6図A,Bに示す。FIGS. 6A and 6B show an example of a schematic structure and a manufacturing method of the superconducting electromagnetic wave mixer according to the present embodiment.
まず、例えばMgO等の基板4上に、下部超伝導薄膜5
a、その上に絶縁層(トンネルバリア層)8′、さらに
上部超伝導薄膜5bを形成する(第6図A)。次にフォト
リソグラフィ等によるパターニングを行ない、溝18を形
成する(第6図B)。この時、溝18の底部(結合部)19
は、例えばイオンミリング等の加工により、超伝導特性
が変化し、絶縁体および導電体のうちの所望の特性が得
られる。ここで言う導電体とは半導体および超伝導体を
も含む。これは、酸化物超伝導体の特性が組成比に非常
に敏感である性質を利用したものである。また、溝18の
左右の面積を変化させることにより、ミキサーの局部発
振部と受信部に適したジョセフソン電流値を持つトンネ
ル型ジョセフソン接合の対が形成される。ここで、溝18
は左右のジョセフソン接合の結合の度合を変化しうるも
のならば物理的に溝が切れている必要はなく、第6図C
に示すようにイオン打ち込み等の方法で形成することも
可能である。第6図A〜Cの素子においては、左側のジ
ョセフソン接合20にバイアス電流を流すことによって局
部発振信号を発生させ、これを結合部19を介して右側の
ジョセフソン接合21に導入し、この接合21にて外部から
照射された電磁波とミキシングを行ないヘテロダイン検
波が行なわれる。第6図A〜Cには積層後に加工を行な
う例を挙げたが、作製法はこれに限定されるものではな
い。First, a lower superconducting thin film 5 is formed on a substrate 4 such as MgO.
a, an insulating layer (tunnel barrier layer) 8 'and an upper superconducting thin film 5b are formed thereon (FIG. 6A). Next, patterning is performed by photolithography or the like to form a groove 18 (FIG. 6B). At this time, the bottom (joining portion) 19 of the groove 18
For example, the superconducting characteristics are changed by processing such as ion milling, and desired characteristics of the insulator and the conductor are obtained. The conductor here includes a semiconductor and a superconductor. This utilizes the property that the properties of the oxide superconductor are very sensitive to the composition ratio. By changing the left and right areas of the groove 18, a tunnel type Josephson junction pair having a Josephson current value suitable for the local oscillator and the receiver of the mixer is formed. Where groove 18
If it is possible to change the degree of coupling between the right and left Josephson junctions, it is not necessary that the grooves be physically cut.
It is also possible to form by a method such as ion implantation as shown in FIG. 6A to 6C, a local oscillation signal is generated by applying a bias current to the left Josephson junction 20 and introduced into the right Josephson junction 21 via the coupling portion 19. At the junction 21, mixing is performed with an electromagnetic wave radiated from outside, and heterodyne detection is performed. FIGS. 6A to 6C show an example in which processing is performed after lamination, but the manufacturing method is not limited to this.
本発明の超伝導電磁波ミキサーが実際に電磁波ミキサ
ーとして動作するためには、局部発振部を形成するジョ
セフソン接合を流れるジョセフソン電流値I1と、受信部
を形成するジョセフソン接合を流れるジョセフソン電流
値I2と、前記局部発振部と前記受信部との間に流れ得る
アイソレータ電流I3との間にI1>I2>I3という関係が成
り立つことが必要である。In order for the superconducting electromagnetic wave mixer of the present invention to actually operate as an electromagnetic wave mixer, a Josephson current value I 1 flowing through a Josephson junction forming a local oscillation portion and a Josephson current flowing through a Josephson junction forming a receiving portion are required. It is necessary that the relationship of I 1 > I 2 > I 3 be established between the current value I 2 and the isolator current I 3 that can flow between the local oscillator and the receiver.
この各電流値の不均一性を達成するためには、平面型
超伝導電磁波ミキサーの場合、第1図Cにおけるジョセ
フソン接合部6と7の幅を変えて(局部発振部の幅)>
(受信部の幅)としたり、あるいは、受信部もしくは局
部発振部の下に薄膜を蒸着してその上部の超伝導特性を
変化させれば良い。後者の方法は、各ジョセフソン電流
値を、膜の材料を変えたり、成膜条件を変えたりするだ
けで容易に制御することができ、好ましい方法である。In order to achieve the nonuniformity of each current value, in the case of a planar superconducting electromagnetic mixer, the width of the Josephson junctions 6 and 7 in FIG. 1C is changed (the width of the local oscillator)>
(The width of the receiving section), or a thin film may be deposited under the receiving section or the local oscillation section to change the superconducting characteristics of the upper portion. The latter method is a preferable method because each Josephson current value can be easily controlled only by changing the material of the film or changing the film forming conditions.
第1図Eは、局部発振部6の幅を受信部7の幅より広
くした例を示す。また、第1図Fおよび第5図Bは、受
信部7(または7a,7b,7c)の下にだけMgO薄膜、ZrO2薄
膜等の膜9を蒸着して受信部のジョセフソン電流値を小
さくした例を示す。FIG. 1E shows an example in which the width of the local oscillator 6 is wider than the width of the receiver 7. FIGS. 1F and 5B show that a film 9 such as a MgO thin film or a ZrO 2 thin film is deposited only under the receiving portion 7 (or 7a, 7b, 7c) to reduce the Josephson current value of the receiving portion. Here is an example of a reduced size.
後者の方法における膜の材料としては、 Ag、Au、Nb、NbN、Pb、 Pb−Bi、ならびにMgO、ZrO2、 SiOx、a−Siおよびその他酸化物等を使用することが
できる。ジョセフソン電流を制御する為の上記方法によ
って、ジョセフソン電流が増える場合、そのショセフソ
ン接合は局部発振部として機能し、一方、ジョセフソン
電流が減少する場合にはそのジョセフソン接合は受信部
として機能する。As the material of the film in the latter method, it is possible to use Ag, Au, Nb, NbN, Pb, Pb-Bi, and MgO, ZrO 2, SiOx, an a-Si and other oxides. With the above method for controlling Josephson current, if the Josephson current increases, the Josephson junction functions as a local oscillator, while if the Josephson current decreases, the Josephson junction functions as a receiver. I do.
また、トンネル型ジョセフソン接合を用いた超伝導電
磁波ミキサーの場合には、例えば第6図B,Cにおけるジ
ョセフソン接合部20と21の接合面積を不均一にすれば良
い。In the case of a superconducting electromagnetic mixer using a tunnel-type Josephson junction, for example, the junction area between the Josephson junctions 20 and 21 in FIGS. 6B and 6C may be made non-uniform.
本発明において、前記酸化物超伝導体薄膜を構成する
超伝導体は、A−B−C−Dと表わすとき、AがLa,Ce,
Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Sc,Y,Biより
なる群より選ばれた一種以上の元素、BがCa,Sr,Ba,Pb
よりなる群より選ばれた一種以上の元素、CがV,Ti,Cr,
Mn,Fe,Ni,Co,Ag,Cd,Cu,Zn,Hg,Ruより成る群より選ばれ
た一種以上の元素、DがOであることが望ましい。In the present invention, when the superconductor constituting the oxide superconductor thin film is represented by ABCD, A is La, Ce,
Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, Y, Bi, at least one element selected from the group consisting of B, Ca, Sr, Ba , Pb
At least one element selected from the group consisting of V, Ti, Cr,
It is desirable that one or more elements selected from the group consisting of Mn, Fe, Ni, Co, Ag, Cd, Cu, Zn, Hg, and Ru, D, be O.
より具体的には、 (1)214型 (La1-xMx)2CuO4-((M=Na,Ca,Sr,Ba) (Ln,Sr,Ce)2CuO4-((Ln=Nd等のランタノイド元
素) (Ln,Ce)2CuO4-((Ln=Pr,Nd等のランタノイド元
素) (2)123型 LnBa2Cu3O7-((Ln=各種ランタノイド元素)およびL
nを各種元素で置換したもの (3)Bi系 Bi2Sr2CuOy Bi2Sr2-xLnxCuOy Bi2Sr2CaCu2Oy Bi2Sr3-xLnxCu2Oy Bi2-xPbxSr2Ca2Cu3Oy Bi2Sr2(LnCe)2Cu2Oy (以上、Ln:各種ランタノイド元素) (4)Tl系 Tl2Ba2CanCu1+nOy(n=0,1,2,3……) TlBa2CanCu1+nOy(n=0,1,2,3……) (5)Pb系 Pb2Sr2Ca1-xLnxCu3Oy (x=0.5程度) (6)223型 (LnBa)2(LnCe)2Cu3Oy (Ln:ランタノイド元素) 等がある。More specifically, (1) 214 type (La 1-x M x) 2 CuO 4- ((M = Na, Ca, Sr, Ba) (Ln, Sr, Ce) 2 CuO 4- ((Ln = Lanthanoid elements such as Nd) (Ln, Ce) 2 CuO 4- ((Ln = lanthanoid elements such as Pr, Nd) (2) 123 type LnBa 2 Cu 3 O 7- ((Ln = various lanthanoid elements) and L
n substituted with various elements (3) Bi-based Bi 2 Sr 2 CuOy Bi 2 Sr 2-x Ln x CuOy Bi 2 Sr 2 CaCu 2 Oy Bi 2 Sr 3-x Ln x Cu 2 Oy Bi 2-x Pb x Sr 2 Ca 2 Cu 3 Oy Bi 2 Sr 2 (LnCe) 2 Cu 2 Oy ( or more, Ln: various lanthanoid element) (4) Tl-based Tl 2 Ba 2 Ca n Cu 1 + n Oy (n = 0,1 , 2,3 ......) TlBa 2 Ca n Cu 1 + n Oy (n = 0,1,2,3 ......) (5) Pb -based Pb 2 Sr 2 Ca 1-x Ln x Cu 3 Oy (x = (About 0.5) (6) 223 type (LnBa) 2 (LnCe) 2 Cu 3 Oy (Ln: lanthanoid element) and the like.
また、例えばY−Ba−Cu−O系、Bi−Sr−Ca−Cu−O
系、Tl−Ba−Ca−Cu−O系超伝導体のような臨界温度が
77K以上の材料を用いれば、冷媒として安価な液体窒素
の使用が可能となる。ミキサーの連続運転に際しては、
ジュール・トムソン弁を持たない、小型で安価なクライ
オスタットの使用が可能で、一体型のミキサーとしての
ジョセフソントライオードが有効となる。また、上記材
料系の場合、エネルギーギャップ2Δは、数10mVあり、
ニオブのそれより一桁大きい。これは、ミキサーとして
使用可能な上限周波数がニオブのそれ(約1THz)より一
桁高い約10THzまで伸びることを意味する。Further, for example, Y-Ba-Cu-O system, Bi-Sr-Ca-Cu-O
Critical temperature like Tl-Ba-Ca-Cu-O superconductor
If a material of 77K or more is used, inexpensive liquid nitrogen can be used as a refrigerant. For continuous operation of the mixer,
A small and inexpensive cryostat without a Joule-Thomson valve can be used, and the Josephson triode as an integrated mixer is effective. In the case of the above material system, the energy gap 2Δ is several tens of mV,
One order of magnitude larger than that of niobium. This means that the upper limit frequency that can be used as a mixer extends to about 10 THz, which is an order of magnitude higher than that of niobium (about 1 THz).
また、局部発振部と受信部を構成している超伝導材料
はそれぞれ複数の材料によって構成されていても良い。In addition, the superconducting material forming the local oscillation unit and the receiving unit may be formed of a plurality of materials.
次に、以上述べてきた本発明の超伝導電磁波ミキサー
を用いたミキシング装置について説明する。Next, a mixing device using the above-described superconducting electromagnetic wave mixer of the present invention will be described.
すなわち、本発明の超伝導電磁波ミキシング装置は局
部発振部と、前記局部発振部からの電磁波と外来の電磁
波とをミキシングする受信部とを有し、前記局部発振部
と前記受信部とが共に酸化物超伝導体を用いたジョセフ
ソン接合によって形成されている超伝導電磁波ミキサ
ー、前記電磁波ミキサーの受信部に外来の電磁波を導入
する導入部、前記電磁波ミキサーのミキシングにより得
られる中間周波数帯の電磁波を増幅する増幅器および少
なくとも前記電磁波ミキサーを冷却するクライオスタッ
ト等の冷却機とを有して成ることを特徴とする超伝導電
磁波ミキシング装置である。That is, the superconducting electromagnetic wave mixing device of the present invention has a local oscillator, and a receiver for mixing the electromagnetic wave from the local oscillator and an external electromagnetic wave, and the local oscillator and the receiver are both oxidized. A superconducting electromagnetic wave mixer formed by a Josephson junction using a material superconductor, an introduction unit for introducing an external electromagnetic wave into a receiving unit of the electromagnetic wave mixer, and an intermediate frequency band electromagnetic wave obtained by mixing the electromagnetic wave mixer. A superconducting electromagnetic wave mixing device comprising an amplifier for amplification and a cooler such as a cryostat for cooling at least the electromagnetic wave mixer.
以下、図面を用いて詳述するならば、まず第10図Aに
示される如く、前記超伝導電磁波ミキサー30を冷却機31
内に設置し、外来電磁波32を例えば導波管あるいはホー
ン型アンテナ等の外来電磁波32の導入部33により前記超
伝導電磁波ミキサー30の受信部に導入する。また外部の
直流電源34から前記超伝導電磁波ミキサー30の局部発振
部にバイアス電流を供給することにより所望の周波数で
発振させる。前述の外来電磁波32と局部発振波をミキシ
ングさせ、中間周波数帯(IF)の電磁波35を得る。該IF
波35を増幅器36によって増幅し、ヘテロダインミキシン
グ後の出力37を得ることができる。Hereinafter, if described in detail with reference to the accompanying drawings, first, as shown in FIG.
The external electromagnetic wave 32 is introduced into the receiving part of the superconducting electromagnetic wave mixer 30 by an introduction part 33 of the external electromagnetic wave 32 such as a waveguide or a horn type antenna. In addition, a bias current is supplied from an external DC power supply 34 to the local oscillator of the superconducting electromagnetic wave mixer 30 to oscillate at a desired frequency. The external electromagnetic wave 32 and the local oscillation wave are mixed to obtain an electromagnetic wave 35 in an intermediate frequency band (IF). The IF
The wave 35 is amplified by the amplifier 36, and an output 37 after heterodyne mixing can be obtained.
但し、第10図Aでは導入部33および増幅器36が冷却機
31内に設置されているが、この限りではなく、少なくと
も超伝導電磁波ミキサー30が冷却機31内で冷却されてい
ればよい。However, in FIG. 10A, the introduction part 33 and the amplifier 36
Although it is installed in the cooling unit 31, it is not limited to this, and it is sufficient that at least the superconducting electromagnetic wave mixer 30 is cooled in the cooler 31.
さらに、本発明の超伝導電磁波ミキシング装置におい
て、好ましい態様は第10図Bに示す如く、外来電磁波の
導入部として導波管38を用い、かかる導波管38の内部に
前記超伝導電磁波ミキサー30を設置した態様である。か
かる態様は導波管内部に、局部発振部までも含めた超伝
導電磁波ミキサーを設けているので、外来電磁波の導入
部と同一閉空間内で局部発振波を発生でき、ミキシング
の効率が上がる。すなわち、電磁波の受信部への伝搬効
率が上がる。さらに、局部発振出力のパワーを減少でき
それに伴って、ジュール熱による熱流入も少なくなり、
素子自体の小型化のメリットを十分発揮できるばかりで
なく、冷却機を含めた装置全体の低消費電力化、小型化
が可能となる点でより好ましい。Further, in the superconducting electromagnetic wave mixing apparatus of the present invention, as shown in FIG. 10B, a preferred embodiment uses a waveguide 38 as a part for introducing an external electromagnetic wave, and the superconducting electromagnetic wave mixer 30 is provided inside the waveguide 38. It is the aspect which installed. In this embodiment, since the superconducting electromagnetic wave mixer including the local oscillation section is provided inside the waveguide, the local oscillation wave can be generated in the same closed space as the introduction section of the external electromagnetic wave, and the mixing efficiency is improved. That is, the efficiency of propagation of the electromagnetic wave to the receiving unit increases. Furthermore, the power of the local oscillation output can be reduced, and accordingly, the heat inflow due to Joule heat also decreases,
This is more preferable because not only can the advantages of the miniaturization of the element itself be fully exhibited, but also the entire device including the cooler can be reduced in power consumption and miniaturized.
[実施例1] 第1図A〜Dは、本発明の一実施例に係る超伝導電磁
波ミキサーの概略構造および作製工程を示す。この超伝
導電磁波ミキサーは、平面型で、かつ局部発振部と受信
部とを絶縁体を介して結合したものである。ここでは絶
縁体として、超伝導体薄膜5にFIBによるイオン打ち込
みを行ない絶縁体化したものを用いている。Example 1 FIGS. 1A to 1D show a schematic structure and a manufacturing process of a superconducting electromagnetic wave mixer according to an example of the present invention. This superconducting electromagnetic wave mixer is of a planar type, in which a local oscillator and a receiver are connected via an insulator. Here, as the insulator, a superconducting thin film 5 which has been ion-implanted by FIB into an insulator is used.
第1図A〜Dに示される工程において、初めに基板4
上に超伝導体薄膜5を形成した(第1図A)。基板4と
してはMgO単結晶基板を用いた。超伝導体薄膜5として
は、Bi2Sr2Ca2Cu3O10ターゲットを用い、RFマグネトロ
ンスパッタ法によりAr圧1×10-2Torr、RFパワー200W、
基板温度100℃の条件で成膜し、成膜後に大気中にて860
℃で熱処理したものを用いた。なお、この超伝導体薄膜
5は、膜厚が0.2μmで、2〜3μmの大きさの結晶粒
をもつ多結晶膜であり、95K以下の温度で超伝導状態と
なった。In the process shown in FIGS.
A superconductor thin film 5 was formed thereon (FIG. 1A). As the substrate 4, an MgO single crystal substrate was used. As the superconductor thin film 5, a Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 target was used, and an Ar pressure of 1 × 10 −2 Torr, RF power of 200 W,
A film is formed at a substrate temperature of 100 ° C.
What was heat-processed at ° C was used. The superconductor thin film 5 was a polycrystalline film having a thickness of 0.2 μm and having crystal grains having a size of 2 to 3 μm, and became a superconductive state at a temperature of 95 K or less.
次に、フォトリソグラフィにより、パターニングを行
ない、超伝導体薄膜5にくびれ5′を形成した(第1図
B)。このくびれ5′の大きさは、長さ5μm、幅8μ
mとした。Next, patterning was performed by photolithography to form a constriction 5 'in the superconductor thin film 5 (FIG. 1B). The size of the constriction 5 ′ is 5 μm in length and 8 μ in width.
m.
さらに、このくびれ5′の中心線に沿ってFIBによりA
rイオンを0.5μmの幅に打ち込み、超伝導体薄膜5の一
部を絶縁体化して絶縁部8を形成し、これにより、くび
れ5′を2つに分割し、ジョセフソン接合部6および7
を極めて近接して形成すると同時に、超伝導体薄膜5を
2つに分割した(第1図C,D)。ここで、ジョセフソン
接合部6および7の寸法は、共に長さ5μm、幅3.7〜
3.8μmとなった。Further, along the center line of the constriction 5 ', the A
r ions are implanted to a width of 0.5 μm, and a part of the superconductor thin film 5 is made into an insulator to form an insulating portion 8, thereby dividing the constriction 5 ′ into two, and joining the Josephson junctions 6 and 7.
Was formed very close, and at the same time, the superconductor thin film 5 was divided into two (FIGS. 1C and 1D). Here, the dimensions of the Josephson junctions 6 and 7 are both 5 μm in length and 3.7 to 5 in width.
3.8 μm.
このようにして作製した超伝導電磁波ミキサーを、簡
単な冷却装置を用いて40Kまで冷却し、ジョセフソン接
合部6に定電流電源によりバイアス電流を印加して局部
発振部とし、ジョセフソン接合部7を受信部として電磁
波を照射したところ、100GHz〜1THzの領域の電磁波のミ
キサーとして良好に動作した。The superconducting electromagnetic wave mixer manufactured in this manner is cooled down to 40K using a simple cooling device, and a bias current is applied to the Josephson junction 6 by a constant current power supply to form a local oscillation section. When the device was irradiated with electromagnetic waves as a receiver, the device operated well as a mixer for electromagnetic waves in the range of 100 GHz to 1 THz.
また、本実施例の超伝導体薄膜材料の代わりにその材
料のBiの一部を鉛に置換した超伝導体薄膜材料であるBi
2-XPbXSr2Ca2Cu3O10を用い、それ以外は本実施例と同様
にして作製した超伝導電磁波ミキサーも本実施例のもの
と同様に動作した。Further, instead of the superconductor thin film material of the present embodiment, Bi which is a superconductor thin film material in which a part of Bi of the material is replaced with lead.
A superconducting electromagnetic wave mixer produced using 2-X Pb X Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 and in the same manner as in the present example other than the above also operated in the same manner as in this example.
[実施例2] 第1図Eは、本発明の第2の実施例に係る超伝導電磁
波ミキサーの概略の構成を示す。同図の超伝導電磁波ミ
キサーは、実施例1と同様の作製方法により、ただし2
つのジョセフソン接合6と7が異なる寸法となるよう
に、形成したものである。ここでは、ジョセフソン接合
6は長さ幅共5μmとし、ジョセフソン接合7は幅を2
μm、長さを5μmとした。これらのジョセフソン接合
6と7のジョセフソン電流は、それぞれ23mAと11mAであ
った。Embodiment 2 FIG. 1E shows a schematic configuration of a superconducting electromagnetic wave mixer according to a second embodiment of the present invention. The superconducting electromagnetic wave mixer shown in FIG.
The two Josephson junctions 6 and 7 are formed to have different dimensions. Here, the Josephson junction 6 has a length and width of 5 μm, and the Josephson junction 7 has a width of 2 μm.
μm and the length was 5 μm. The Josephson currents of these Josephson junctions 6 and 7 were 23 mA and 11 mA, respectively.
ジョセフソン接合6を局部発振部とし、ジョセフソン
接合7を受信部として動作させたところ、実施例1のも
のより大きなパワーで中間周波数の電磁波を取り出すこ
とができるとともに、この点以外では実施例1のものと
同様に良好に動作した。When the Josephson junction 6 was operated as a local oscillator and the Josephson junction 7 was operated as a receiver, an electromagnetic wave of an intermediate frequency could be taken out with a larger power than that of the first embodiment. Works as well as the ones.
[実施例3] 第1図Fは、この発明の第3の実施例に係る超伝導電
磁波ミキサーの構成を示す。このミキサーは、基板4の
受信部となるジョセフソン接合7が形成される側の半面
にMgOやZrO2等の薄膜9を蒸着した後、実施例1と同様
の方法でジョセフソン接合6および7を形成したもので
ある。Third Embodiment FIG. 1F shows a configuration of a superconducting electromagnetic wave mixer according to a third embodiment of the present invention. This mixer deposits a thin film 9 such as MgO or ZrO 2 on the half surface on the side of the substrate 4 on which the Josephson junction 7 serving as a receiving section is formed, and then processes the Josephson junctions 6 and 7 in the same manner as in the first embodiment. Is formed.
この超伝導電磁波ミキサーは、実施例2のものと同様
に良好に動作した。This superconducting electromagnetic wave mixer worked well as in Example 2.
[実施例4] 第2図A〜Eは、本発明の第4実施例に係る積層型超
伝導電磁波ミキサーの概略構造および作製工程を示す。Example 4 FIGS. 2A to 2E show a schematic structure and a manufacturing process of a laminated superconducting electromagnetic wave mixer according to a fourth example of the present invention.
第2図A〜Eに示される工程において、基板4上にク
ラスターイオンビーム法を用いてY1Ba2Cu3O7-x(x=0
〜0.5)の下部超伝導体薄膜5aを形成した(第2図
A)。基板4としてはSrTiO3単結晶基板を用いた。この
際の成膜条件は、蒸発源としてY,BaO,Cu用い、その加速
電圧、イオン化電流は各元素とも1KV、300mA、基板温度
は500℃とし、蒸着時は1×10-3Torrの酸素ガスを導入
した。この下部超伝導体薄膜5aは、膜厚が0.1μmで、
1μm程度の大きさの結晶粒をもつ多結晶膜であり、83
K以下の温度で0抵抗となった。In the steps shown in FIGS. 2A to 2E, Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x (x = 0) is formed on the substrate 4 by using a cluster ion beam method.
.About.0.5) was formed (FIG. 2A). As the substrate 4, an SrTiO 3 single crystal substrate was used. In this case, Y, BaO, and Cu were used as evaporation sources, the acceleration voltage and ionization current were 1 KV and 300 mA for each element, the substrate temperature was 500 ° C., and 1 × 10 −3 Torr of oxygen was used during evaporation. Gas was introduced. The lower superconductor thin film 5a has a thickness of 0.1 μm,
It is a polycrystalline film having crystal grains of about 1 μm.
The resistance became 0 at a temperature of K or less.
次に、RFスパッタ法を用いてMgO薄膜を堆積し、絶縁
体8を形成した(第2図B)。この際の成膜条件は、Mg
Oターゲットを用い、Ar:O2=1:1、1×10-2Torrのスパ
ッタガス中で、基板温度200℃、スパッタパワーを200W
とした。なお、膜厚は0.08μmであった。Next, an MgO thin film was deposited by RF sputtering to form an insulator 8 (FIG. 2B). The film formation conditions at this time were Mg
Using an O target, in a sputtering gas of Ar: O 2 = 1: 1, 1 × 10 -2 Torr, a substrate temperature of 200 ° C. and a sputtering power of 200 W
And The thickness was 0.08 μm.
続いて、下部超伝導体薄膜5aと同様にして上部超伝導
体薄膜5bを形成した(第2図C)。この上部超伝導体薄
膜5bは81K以下の温度で0抵抗となった。Subsequently, an upper superconductor thin film 5b was formed in the same manner as the lower superconductor thin film 5a (FIG. 2C). The upper superconductor thin film 5b became zero resistance at a temperature of 81K or less.
さらに、フォトリソグラフィによりパターニングを行
ない、2つのジョセフソン接合部6および7を積層され
た形で形成した(第2図D,E)。なお、2つのジョセフ
ソン接合部6および7は、それぞれ幅2μm、長さ3μ
mの大きさとした。Further, patterning was performed by photolithography to form two Josephson junctions 6 and 7 in a stacked form (FIGS. 2D and 2E). Each of the two Josephson junctions 6 and 7 has a width of 2 μm and a length of 3 μm.
m.
このようにして作製した超伝導電磁波ミキサーは、実
施例1のものと同様に動作した。The superconducting electromagnetic wave mixer produced in this manner operated in the same manner as that of Example 1.
また、本実施例の超伝導体薄膜材料の代わりにその材
料Y1Ba2Cu3O7-x(x=0〜0.5)のYをHo,Er,Yb,Eu,La
等のランタノイド系元素に置換した材料を用いたこと以
外は本実施例と同様にして作製した超伝導電磁波ミキサ
ーも本実施例のものと同様に動作した。Further, instead of the superconductor thin film material of this embodiment, Y of the material Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x (x = 0 to 0.5) is replaced with Ho, Er, Yb, Eu, La
A superconducting electromagnetic wave mixer produced in the same manner as in this example except that a material substituted with a lanthanoid-based element such as described above also operated in the same manner as in this example.
更に、本実施例の上部超伝導体薄膜と下部超伝導体薄
膜とを、互いに異種の酸化物超伝導材料を用いて構成し
た場合においても同様に動作した。Further, the same operation was performed when the upper superconductor thin film and the lower superconductor thin film of this example were formed using different oxide superconducting materials.
[実施例5] 第3図A,Bは、本発明の第5の実施例に係る超伝導電
磁波ミキサーの概略の構成を示す。同図の超伝導電磁波
ミキサーは、それぞれ局部発振部および受信部を構成す
る6個のジョセフソン接合を設け、局部発振部と受信部
とを絶縁体を介して容量的に結合したもので、第3図A
は平面図、第3図Bは第3図Aのc−c′における断面
図である。この超伝導電磁波ミキサーの作製工程は、先
ず、基板4としてSrTiO3単結晶基板を用い、その上に下
部酸化物超伝導体薄膜5aを形成した。上記下部酸化物超
伝導体薄膜5aは、クラスターイオンビーム法を用い、蒸
着源としてはY,BaO,Cuを用いて基板上でY:Ba:Cu=1:2:
1.5となるように蒸着した。その加速電圧、イオン化電
流は各元素とも1KV、300mAで、蒸着時は1×10-3Torrの
酸素ガスを導入し、基板温度は500℃とした。この下部
酸化物超伝導体薄膜5aは、膜厚が0.1μmで、1μm程
度の大きさの結晶粒をもつ多結晶膜であり、83K以下の
温度で超伝導状態となった。Embodiment 5 FIGS. 3A and 3B show a schematic configuration of a superconducting electromagnetic wave mixer according to a fifth embodiment of the present invention. The superconducting electromagnetic wave mixer shown in the figure is provided with six Josephson junctions constituting a local oscillation unit and a reception unit, respectively, and capacitively coupling the local oscillation unit and the reception unit via an insulator. Fig. A
Is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line cc 'of FIG. 3A. In the manufacturing process of this superconducting electromagnetic wave mixer, first, an SrTiO 3 single crystal substrate was used as the substrate 4, and a lower oxide superconductor thin film 5a was formed thereon. The lower oxide superconductor thin film 5a uses a cluster ion beam method, and Y: Ba: Cu = 1: 2:
It vapor-deposited so that it might be set to 1.5. The accelerating voltage and the ionization current were 1 KV and 300 mA for each element, and an oxygen gas of 1 × 10 −3 Torr was introduced during vapor deposition, and the substrate temperature was 500 ° C. The lower oxide superconductor thin film 5a was a polycrystalline film having a thickness of 0.1 μm and having crystal grains of about 1 μm, and became a superconductive state at a temperature of 83K or less.
次に、RFスパッタ法を用いてMgO薄膜を堆積し、絶縁
体8を形成した。この際の成膜条件は、MgOターゲット
を用い、Ar:O2=1:1、1×10-2Torrのスパッタガス中
で、基板温度200℃、スパッタパワーを200Wとした。な
お、膜厚は0.08μmであった。Next, an MgO thin film was deposited using an RF sputtering method to form an insulator 8. The film formation conditions at this time were as follows: a MgO target was used, the substrate temperature was 200 ° C., and the sputtering power was 200 W in a sputtering gas of Ar: O 2 = 1: 1, 1 × 10 −2 Torr. The thickness was 0.08 μm.
続いて、下部酸化物超伝導体薄膜5aと同様にして上部
酸化物超伝導体薄膜5bを形成した。この上部酸化物超伝
導体薄膜5bは81K以下の温度で超伝導状態となった。Subsequently, an upper oxide superconductor thin film 5b was formed in the same manner as the lower oxide superconductor thin film 5a. This upper oxide superconductor thin film 5b became superconductive at a temperature of 81K or lower.
さらに、これらの酸化物超伝導体薄膜5aおよび5bに対
しフォトリソグラフィによるパターニングを施し、局部
発振部となるジョセフソン接合部6a,6b,6cおよび受信部
となるジョセフソン接合部7a,7b,7cを積層して形成した
後、抵抗加熱により、Crを0.01μm、Auを0.05μm積層
して蒸着し、電極13,14および15,16を形成した。Furthermore, these oxide superconductor thin films 5a and 5b are subjected to patterning by photolithography, and the Josephson junctions 6a, 6b, 6c serving as local oscillators and the Josephson junctions 7a, 7b, 7c serving as receivers are formed. Were laminated and deposited by resistance heating to deposit Cr with a thickness of 0.01 μm and Au with a thickness of 0.05 μm to form electrodes 13, 14 and 15, 16.
このようにして作製した超伝導電磁波ミキサーを、簡
単な冷却装置を用いて40Kまで冷却したところ、100GHz
〜1THzの領域の電磁波のミキサーとして良好に動作し
た。When the superconducting electromagnetic wave mixer produced in this way was cooled to 40K using a simple cooling device,
It worked well as a mixer for electromagnetic waves in the region of ~ 1 THz.
このとき、局部発振部にバイヤス電流を印加する為に
必要な電圧は、実施例4の電圧よりも3〜4倍大きく、
より安定した動作が可能であった。At this time, the voltage required to apply the bias current to the local oscillation unit is 3 to 4 times higher than the voltage of the fourth embodiment,
More stable operation was possible.
また、この本実施例に対して超伝導体薄膜材料をNd
1.85Ce0.15CuOyとする以外は全く同様にして超伝導電磁
波ミキサーを作製した。この超伝導電磁波ミキサーは、
使用した超伝導体薄膜材料の臨界温度Tcが25Kであるの
で、20Kまで冷却したところ本実施例のものと同様に動
作した。Further, for this embodiment, the superconductor thin film material was changed to Nd.
A superconducting electromagnetic wave mixer was produced in exactly the same manner except that 1.85 Ce 0.15 CuO y was used. This superconducting electromagnetic wave mixer
Since the critical temperature Tc of the used superconductor thin film material was 25 K, it was operated in the same manner as that of the present example when cooled to 20 K.
[実施例6] 第4図A〜Cは、本発明の第6の実施例に係る超伝導
電磁波ミキサーの概略の構成を示す。同図の超伝導電磁
波ミキサーは、局部発振部となるジョセフソン接合と受
信部となるジョセフソン接合とを導電体で接続したもの
である。Embodiment 6 FIGS. 4A to 4C show a schematic configuration of a superconducting electromagnetic wave mixer according to a sixth embodiment of the present invention. The superconducting electromagnetic wave mixer shown in FIG. 1 has a Josephson junction serving as a local oscillator and a Josephson junction serving as a receiver connected by a conductor.
第4図A〜Cに示される工程において基板4としてMg
O単結晶基板を用い、基板4上にRFマグネトロンスパッ
タでBi2Sr2Ca2Cu3Ox超伝導体薄膜5を形成した。この時
の成膜条件はAr:O2=1:1、圧力0.5Paの雰囲気中で、タ
ーゲットとしてはBi2Sr2Ca2Cu3Ox焼結体を用い、スパッ
タパワー100W、基板温度200℃とし、成膜後に酸化雰囲
気中で850℃、1時間の熱処理を行なった。膜厚は0.8μ
mであった。この薄膜は2〜3μmの大きさの結晶粒を
もつ多結晶薄膜であった(第4図A)。次に、フォトリ
ソグラフィによりパターニングを行ない、2つのジョセ
フソン接合部6および7を近接して形成した。接合部の
大きさはいずれも長さ8μm、幅4μmであり、2つの
接合の間隔は1μmであった(第4図B)。次に、その
上に抵抗加熱による真空蒸着によりAgを0.5μm成膜
し、フォトリソグラフィによりパターニングを行ない、
導電体17を形成した(第4図C)。ここで、ジョセフソ
ン接合は結晶粒界を利用したものである(第4図D)。In the steps shown in FIGS.
Using an O single crystal substrate, a Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x superconductor thin film 5 was formed on the substrate 4 by RF magnetron sputtering. The film formation conditions at this time are: Ar: O 2 = 1: 1, pressure 0.5 Pa, an atmosphere of Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x sintered body, a sputtering power of 100 W, a substrate temperature of 200 After the film formation, heat treatment was performed at 850 ° C. for 1 hour in an oxidizing atmosphere. 0.8μ thickness
m. This thin film was a polycrystalline thin film having crystal grains having a size of 2 to 3 μm (FIG. 4A). Next, patterning was performed by photolithography to form two Josephson junctions 6 and 7 close to each other. The size of each joint was 8 μm in length and 4 μm in width, and the distance between the two joints was 1 μm (FIG. 4B). Next, a 0.5 μm thick Ag film was formed thereon by vacuum evaporation using resistance heating, and patterning was performed by photolithography.
The conductor 17 was formed (FIG. 4C). Here, the Josephson junction utilizes a crystal grain boundary (FIG. 4D).
このようにして作製した電磁波ミキサーは100GHz〜1T
Hzの領域のヘテロダインミキサーとして良好に動作し
た。The electromagnetic wave mixer manufactured in this way is 100 GHz to 1 T
It works well as a heterodyne mixer in the Hz range.
このとき、局部発振部に導入した電力は実施例1の電
力より約1桁小さかった。At this time, the power introduced into the local oscillation unit was about one digit smaller than the power of the first embodiment.
また、本実施例に対し超伝導体薄膜材料をPb2Sr2Ca
0.5Cu3Oyとした以外は本実施例と同様にして作製した超
伝導電磁波ミキサーも本実施例のものと同様に動作し
た。Further, for this embodiment, the superconductor thin film material was Pb 2 Sr 2 Ca
A superconducting electromagnetic wave mixer produced in the same manner as in this example except that 0.5 Cu 3 O y was used also operated in the same manner as in this example.
[実施例7] 第4図A〜Cにおいて、基板としてSrTiO3、超伝導材
料としてYBaCuO系を用い、超伝導体薄膜5形成法として
クラスターイオンビーム蒸着法を用いた場合について述
べる。まず、基板4上にクラスターイオンビーム蒸着法
を用いてY1Ba2Cu3O7-x(x=0.1〜0.4)超伝導体薄膜5
を形成した。この時の成膜条件としては蒸発源としてY,
BaO,Cuを用い、その加速電圧、イオン化電流はYで2K
V、100mA、BaOで4KV、200mA、Cuで4KV、200mAであり、
基板温度は600℃とし、蒸着時は1×10-2TorrのO2ガス
を導入した。また、膜厚は0.5μmであった。この薄膜
は2μm程度の大きさの結晶粒をもつ多結晶薄膜で、熱
処理なしで超伝導となった(第4図A)。これを実施例
6と同様にパターニングを行ない、2つのジョセフソン
接合6,7を形成した(第4図B)。さらに、同様に電極
5を形成した(第4図C)。Example 7 FIGS. 4A to 4C show a case where SrTiO 3 is used as a substrate, a YBaCuO-based material is used as a superconducting material, and a cluster ion beam evaporation method is used as a method for forming a superconductor thin film 5. First, a Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x (x = 0.1 to 0.4) superconductor thin film 5 is formed on a substrate 4 by using a cluster ion beam evaporation method.
Was formed. The deposition conditions at this time were as follows:
Using BaO, Cu, the acceleration voltage and ionization current are 2K in Y
V, 100mA, 4KV, 200mA for BaO, 4KV, 200mA for Cu,
The substrate temperature was 600 ° C., and 1 × 10 −2 Torr O 2 gas was introduced during the vapor deposition. Further, the film thickness was 0.5 μm. This thin film was a polycrystalline thin film having crystal grains of about 2 μm, and became superconductive without heat treatment (FIG. 4A). This was patterned in the same manner as in Example 6 to form two Josephson junctions 6, 7 (FIG. 4B). Further, an electrode 5 was similarly formed (FIG. 4C).
このようにして作製した電磁波ミキサーは実施例6の
ものと同様の良好な動作を行なった。The electromagnetic mixer manufactured in this manner performed the same good operation as that of the sixth embodiment.
[実施例8] 第5図Aは、本発明の第8の実施例に係る超伝導電磁
波ミキサーの概略の構造を示す。同図に示す超伝導電磁
波ミキサーは以下の工程により作製した。先ず、基板4
としてMgO単結晶基板を用い、その上に酸化物超伝導体
薄膜5を形成した。上記酸化物超伝導体薄膜5は、Bi2S
r2Ca2Cu3O10ターゲットを、RFマグネトロンスパッタ法
により、スパッタパワー150W、スパッタガスAr、ガス圧
2×10-3Torr、基板温度150℃の条件下で0.25μmの膜
厚に成膜した後、O230%+N270%の雰囲気中で860℃の
熱処理を行なって形成した。この薄膜は粒径2μm程度
の多結晶膜となり、95K以下の温度で超伝導状態となっ
た。Embodiment 8 FIG. 5A shows a schematic structure of a superconducting electromagnetic wave mixer according to an eighth embodiment of the present invention. The superconducting electromagnetic wave mixer shown in FIG. First, the substrate 4
An MgO single crystal substrate was used as a substrate, and an oxide superconductor thin film 5 was formed thereon. The oxide superconductor thin film 5 is made of Bi 2 S
r 2 Ca 2 Cu 3 O 10 target is deposited to a thickness of 0.25 μm by RF magnetron sputtering under the conditions of sputtering power 150 W, sputtering gas Ar, gas pressure 2 × 10 −3 Torr, and substrate temperature 150 ° C. After that, a heat treatment at 860 ° C. was performed in an atmosphere of O 2 30% + N 2 70% to form a film. This thin film became a polycrystalline film having a particle size of about 2 μm, and became a superconductive state at a temperature of 95 K or less.
この酸化物超伝導体薄膜5をフォトリソグラフィによ
りパターニングし、局部発振部となるジョセフソン接合
部6a,6b,6cおよび受信部となるジョセフソン接合部7a,7
b,7cをいずれも幅、長さとも4μmの大きさに形成し
た。The oxide superconductor thin film 5 is patterned by photolithography, and the Josephson junctions 6a, 6b, 6c serving as local oscillators and the Josephson junctions 7a, 7 serving as receivers are formed.
Both b and 7c were formed to have a width and length of 4 μm.
次に、抵抗加熱により、Crを0.01μm、Auを0.05μm
積層して成膜し、導電体17ならびに電極13,14および15,
16を形成した。Next, by resistance heating, Cr 0.01 μm, Au 0.05 μm
Laminated and deposited, the conductor 17 and the electrodes 13, 14 and 15,
16 formed.
このようにして作製した超伝導電磁波ミキサーを、簡
単な冷却装置を用いて40Kまで冷却したところ、100GHz
〜1THzの領域の電磁波のミキサーとして良好に動作し
た。When the superconducting electromagnetic wave mixer produced in this way was cooled to 40K using a simple cooling device,
It worked well as a mixer for electromagnetic waves in the region of ~ 1 THz.
また、本実施例に対して超伝導体薄膜材料をそれぞれ
Tl2Ba2CanCu1+nOy(n=1,2,3)またはTlBa2CanCu1+nOy
(n=1,2,3)とした以外は本実施例と同様にして作製
した超伝導電磁波ミキサーも本実施例のものと同様に動
作した。In addition, the superconductor thin film material was
Tl 2 Ba 2 Ca n Cu 1 + n O y (n = 1,2,3) or TlBa 2 Ca n Cu 1 + n O y
A superconducting electromagnetic wave mixer manufactured in the same manner as in the present embodiment except that (n = 1, 2, 3) was operated in the same manner as that of the present embodiment.
[実施例9] 第5図Bは、本発明の第9の実施例に係る超伝導電磁
波ミキサーの概略の構成を示す。同図の超伝導電磁波ミ
キサーは、以下の工程により作製した。Ninth Embodiment FIG. 5B shows a schematic configuration of a superconducting electromagnetic wave mixer according to a ninth embodiment of the present invention. The superconducting electromagnetic wave mixer shown in the figure was manufactured by the following steps.
先ず、基板4としてMgO単結晶基板を用い、その上に
半分だけZrO2薄膜9を20Å形成した。次に、RFマグネト
ロンスパッタ法を使用し、ターゲットはYSZ(イットリ
ウムスタビライズドジルコニア)を用い、Ar:O2=1:1、
1×10-2Torrのスパッタガス中で、基板温度200℃、ス
パッタパワーを150Wで成膜した。その後、実施例8と同
様の作製方法により、局部発振部となるジョセフソン接
合部6a,6b,6cおよび受信部となるジョセフソン接合部7
a,7b,7cをいずれも幅、長さとも4μmの大きさとなる
ように形成した。ここで、局部発振部6a,6b,6cのジョセ
フソン電流値は3.5mAであり、受信部7a,7b,7cのジョセ
フソン電流値は0.7mAであった。このようにして作製さ
れた超伝導電磁波ミキサーは、実施例8のものより大き
なパワーの中間周波数の電磁波を取り出せるとともに、
他の点では実施例8のものに遜色なく良好に動作した。First, an MgO single crystal substrate was used as the substrate 4, and a ZrO 2 thin film 9 was formed by half on the MgO single crystal substrate. Next, using RF magnetron sputtering, the target was YSZ (yttrium stabilized zirconia), and Ar: O 2 = 1: 1,
The film was formed in a sputtering gas of 1 × 10 −2 Torr at a substrate temperature of 200 ° C. and a sputtering power of 150 W. Thereafter, by the same manufacturing method as in the eighth embodiment, the Josephson junctions 6a, 6b, and 6c serving as local oscillation units and the Josephson junction 7 serving as a reception unit are used.
Each of a, 7b, and 7c was formed to have a width and length of 4 μm. Here, the Josephson current value of the local oscillators 6a, 6b, 6c was 3.5 mA, and the Josephson current value of the receivers 7a, 7b, 7c was 0.7 mA. The superconducting electromagnetic wave mixer manufactured in this manner can extract an intermediate frequency electromagnetic wave having a larger power than that of the eighth embodiment,
In other respects, the operation was as good as that of the eighth embodiment.
[実施例10] 第6図A,Bは、トンネル型ジョセフソン接合を用いた
超伝導電磁波ミキサーの作製工程および構造の例を示
す。Example 10 FIGS. 6A and 6B show an example of a manufacturing process and a structure of a superconducting electromagnetic wave mixer using a tunnel-type Josephson junction.
第6図A,Bに示される工程において、基板4としてMgO
単結晶基板を用い、基板4上にイオンビームスパッタで
Bi2Sr2Ca2Cu3Oxの下部超伝導体薄膜5aを形成した。この
時の成膜条件は、ターゲットBi2Sr2Ca2Cu3O焼結体、バ
ックグラウンド圧2×10-6Torr、Ar圧3×10-3Torr、イ
オン電流100μA、加速電圧7KV、基板温度600℃で、膜
厚は0.05μmであった。次に、RFスパッタ法によりMgO
ターゲット、Ar圧0.5Pa、スパッタパワー100W、基板温
度150℃の条件でMgO薄膜(トンネルバリア層)8′を0.
001μm形成し、さらにその上に前述の条件でBi2Sr2Ca2
Cu2Oの上部超伝導体薄膜5bを0.05μm成膜した(第6図
A)。次に、フォトリソグラフィーによりパターニング
を行ない、第6図Bのジョセフソン接合20および21を形
成した。接合面積は、ジョセフソン接合20が10μm×8
μm、ジョセフソン接合21が5μm×8μmであり、溝
18の幅は1μm、結合部19の膜厚は0.015μmであっ
た。In the steps shown in FIGS. 6A and 6B, MgO
Using a single crystal substrate and ion beam sputtering on the substrate 4
A lower superconductor thin film 5a of Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x was formed. The film forming conditions at this time were as follows: target Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O sintered body, background pressure 2 × 10 −6 Torr, Ar pressure 3 × 10 −3 Torr, ion current 100 μA, acceleration voltage 7 KV, substrate At a temperature of 600 ° C., the film thickness was 0.05 μm. Next, MgO was deposited by RF sputtering.
Under conditions of a target, an Ar pressure of 0.5 Pa, a sputter power of 100 W and a substrate temperature of 150 ° C., the MgO thin film (tunnel barrier layer) 8 ′ is placed on a surface of the substrate at a pressure of 0.5 μm.
001 μm, and Bi 2 Sr 2 Ca 2
An upper superconductor thin film 5b of Cu 2 O was formed to a thickness of 0.05 μm (FIG. 6A). Next, patterning was performed by photolithography to form Josephson junctions 20 and 21 in FIG. 6B. The junction area is 10 μm × 8 for Josephson junction 20
μm, the Josephson junction 21 is 5 μm × 8 μm, and the groove is
The width of 18 was 1 μm, and the thickness of the joint 19 was 0.015 μm.
この時、ジョセフソン接合20の下部薄膜5aとジョセフ
ソン接合21の下部薄膜との間の電流・電圧特性を液体窒
素温度で測定したところ、マイクロブリッジ型ジョセフ
ソン接合の特性を示した。つまり結合部19は弱結合型ジ
ョセフソン接合になっていた。ジョセフソン電流は80μ
Aであった。At this time, when the current-voltage characteristics between the lower thin film 5a of the Josephson junction 20 and the lower thin film of the Josephson junction 21 were measured at the liquid nitrogen temperature, the characteristics of the microbridge type Josephson junction were shown. That is, the joint 19 was a weakly-coupled Josephson junction. Josephson current is 80μ
A.
このようにして作成した電磁波ミキサーは、液体窒素
冷却中の導波管内にセットして評価したところ、100GHz
〜800GHzの領域のヘテロダインミキサーとして良好に動
作した。The electromagnetic wave mixer created in this way was set in a waveguide cooled with liquid nitrogen and evaluated.
It worked well as a heterodyne mixer in the region of ~ 800GHz.
[実施例11] 第6図A,Cに示される工程において基板4としてSrTiO
3単結晶基板を用い、超伝導体としてYBaCuO系を用い、
超伝導体薄膜5形成法としてクライスターイオンビーム
蒸着法を用いた場合について述べる。まず、基板4上に
クライスターイオンビーム蒸着法を用いてYBa2Cu3O7-x
(X=0.1〜0.4)の下部超伝導体薄膜5aを形成した。こ
の時の成膜条件としては蒸発源としてY、BaOおよびCu
を用い、その加速電圧、イオン化電流はYで3KV、100m
A、BaOで5KV、200mA、Cuで5KV、200mAであり、基板温度
は700℃とし、蒸着時5×10-3torrのO2ガスを導入し
た。薄膜は0.06μmであった。次に、抵抗加熱法により
Agを0.002μm蒸着し、その上に、RFスパッタ法によりZ
rO2を0.001μm形成した。この時、ターゲットはYSZ、A
r圧は7×10-3torr、スパッタパワーは100W、基板温度
は100℃であった。さらにその上に前述クライスターイ
オンビーム法で基板温度550℃としてYBaCuOの上部薄膜5
bを0.08μm形成した(第6図A)。次に、フォトリソ
グラフィーと集束イオン打ち込みによってジョセフソン
接合20および21を形成した(第6図C)。イオン打ち込
みは5KeVのArイオンで行なった。接合面積は、ジョセフ
ソン接合20が12μm×10μm、ジョセフソン接合21が6
μm×10μmであり、イオン打ち込み部22の幅は0.8μ
mであった。Example 11 In the steps shown in FIGS. 6A and 6C, SrTiO
3 Using a single crystal substrate, using a YBaCuO-based superconductor,
A case where a Christer ion beam evaporation method is used as a method for forming the superconductor thin film 5 will be described. First, YBa 2 Cu 3 O 7-x was formed on the substrate 4 by using a Christer ion beam evaporation method.
(X = 0.1-0.4) The lower superconductor thin film 5a was formed. The film forming conditions at this time were as follows: Y, BaO and Cu as evaporation sources.
The acceleration voltage and ionization current are 3KV in Y, 100m
A and BaO were 5 KV and 200 mA, Cu was 5 KV and 200 mA, the substrate temperature was 700 ° C., and 5 × 10 −3 torr O 2 gas was introduced during vapor deposition. The thickness of the thin film was 0.06 μm. Next, by the resistance heating method
Ag is evaporated 0.002 μm, and Z is deposited on it by RF sputtering.
rO 2 was formed at 0.001 μm. At this time, the target is YSZ, A
The r pressure was 7 × 10 −3 torr, the sputter power was 100 W, and the substrate temperature was 100 ° C. Further, the upper thin film 5 of YBaCuO is further formed thereon at a substrate temperature of 550 ° C. by the above-mentioned Christer ion beam method.
b was formed at 0.08 μm (FIG. 6A). Next, Josephson junctions 20 and 21 were formed by photolithography and focused ion implantation (FIG. 6C). The ion implantation was performed with 5 KeV Ar ions. The junction area is 12 μm × 10 μm for the Josephson junction 20 and 6 for the Josephson junction 21.
μm × 10 μm, and the width of the ion-implanted portion 22 is 0.8 μm.
m.
結合部19の電気特性を実施例10と同様にして測定した
ところ、半導体的であった。液体窒素温度での抵抗率は
約103Ω・cmであった。When the electrical characteristics of the joint 19 were measured in the same manner as in Example 10, the result was semiconductor-like. The resistivity at the temperature of liquid nitrogen was about 10 3 Ω · cm.
このようにして作成した電磁波ミキサーは液体窒素温
度で実施例10と同様の良好な動作を行なった。The electromagnetic wave mixer thus produced performed the same good operation as in Example 10 at the liquid nitrogen temperature.
[実施例12] 第7図A〜Eに第12の実施例を示す。まず、実施例10
のプロセスと同様にしてSrTiO3基板4上にY系薄膜0.06
μm、Ag膜0.002μmとからなる下部薄膜5aとZrO2膜
(トンネルバリア層)8′、0.001μmとをこの順に積
層形成し、フォトリソグラフィーによりパターニングを
行なった(第7図A)。次に、その上にY系上部薄膜5b
を0.06μm形成し、フォトリソグラフィーによりパター
ニングを行なってトンネル型ジョセフソン接合の直列ア
レイを形成した(第7図B)。続いて、エキシマレーザ
ーを用い、左端の接合をエッチングし、溝18を形成した
(第7図C)。第7図DおよびEは、それぞれ第7図C
のaa′およびbb′における断面図を示す。第7図Cの溝
18は幅が0.5μmであった。実施例10と同様にして結合
部19の電気特性を測定したところ、抵抗率は106Ω・cm
以上であり、電気容量は約1nFであった。Embodiment 12 FIGS. 7A to 7E show a twelfth embodiment. First, Example 10
Y-based thin film 0.06 processes and in the same manner on the SrTiO 3 substrate 4
[mu] m, the lower film 5a and the ZrO 2 film made of a Ag film 0.002 .mu.m (tunnel barrier layer) 8 ', and laminated and 0.001μm in this order, and patterning was performed by photolithography (FIG. 7 A). Next, a Y-based upper thin film 5b is formed thereon.
Was formed at 0.06 μm and patterned by photolithography to form a series array of tunnel-type Josephson junctions (FIG. 7B). Then, the junction at the left end was etched using an excimer laser to form a groove 18 (FIG. 7C). FIG. 7D and FIG.
2 shows cross-sectional views at aa ′ and bb ′. 7C groove
18 had a width of 0.5 μm. When the electrical characteristics of the joint 19 were measured in the same manner as in Example 10, the resistivity was 10 6 Ωcm
As described above, the electric capacitance was about 1 nF.
この素子の等価回路を第8図に示す。 FIG. 8 shows an equivalent circuit of this element.
つまり、局部発振部23と受信部24が共に10個の直列ア
レイになっているわけである。このようにすることによ
り、局部発振部にバイアス電流を流す際の動作電圧が10
倍、受信部での動作電圧も10倍にすることができる。こ
れは、実際に素子を動かす際の安定性および耐ノイズ性
を有利にする。That is, the local oscillation unit 23 and the reception unit 24 are both in a serial array of ten. By doing so, the operating voltage when a bias current flows through the local oscillator is 10
The operating voltage at the receiving unit can be increased by a factor of ten. This has advantages in stability and noise resistance when actually moving the element.
このようにして作成した電磁波ミキサーは、液体窒素
温度において100GHz〜800GHzの領域のヘテロダインミキ
サーとして良好に動作した。The electromagnetic wave mixer prepared in this way operated well as a heterodyne mixer in the range of 100 GHz to 800 GHz at the temperature of liquid nitrogen.
[実施例13] 第9図A〜Dは、この発明の第13の実施例に係る超伝
導電磁波ミキサーの構成および概略工程を示す。このミ
キサーはジョセフソン接合の形成に基板に形成した段差
を利用して作製したものである。Embodiment 13 FIGS. 9A to 9D show a configuration and schematic steps of a superconducting electromagnetic mixer according to a thirteenth embodiment of the present invention. This mixer is manufactured by utilizing a step formed on a substrate to form a Josephson junction.
初めに、MgO単結晶基板4上に、フォトリソグラフィ
により0.5μmの段差を形成した(第9図A)。次に、
段差をつけた基板4上に、RFマグネトロンスパッタを用
いてEr1Ba2Cu3O7-x(x=0.1〜0.4)超伝導体薄膜5を
形成した。成膜条件は、Arガス圧力7×10-3torrの雰囲
気中でターゲットとしてEr1Ba2Cu3O7-x(x=0.1〜0.
4)焼結体を用い、スパッタパワー150W、基板温度100℃
とし、成膜後に酸化雰囲気中で900℃1時間の熱処理を
行なった。膜厚は0.5μmであった。この薄膜は4〜6
μmの大きさの結晶粒をもつ多結晶薄膜であった(第9
図B)。次に、実施例6と同様にパターニングを行な
い、2つのジョセフソン接合部6,7を形成した。ただ
し、接合部の大きさは長さ16μm、幅8μmとした(第
9図C)。さらに、実施例6と同様に電極17を形成した
(第9図D)。First, a step of 0.5 μm was formed on the MgO single crystal substrate 4 by photolithography (FIG. 9A). next,
An Er 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x (x = 0.1 to 0.4) superconductor thin film 5 was formed on the stepped substrate 4 using RF magnetron sputtering. Film forming conditions, Er 1 as a target in an Ar gas pressure of 7 × 10 -3 in torr of the atmosphere Ba 2 Cu 3 O 7-x (x = 0.1~0.
4) Using sintered body, sputter power 150W, substrate temperature 100 ℃
After the film formation, heat treatment was performed at 900 ° C. for 1 hour in an oxidizing atmosphere. The thickness was 0.5 μm. This thin film is 4-6
It was a polycrystalline thin film having crystal grains having a size of μm (No. 9
Figure B). Next, patterning was performed in the same manner as in Example 6, and two Josephson junctions 6 and 7 were formed. However, the size of the joint was 16 μm in length and 8 μm in width (FIG. 9C). Further, an electrode 17 was formed in the same manner as in Example 6 (FIG. 9D).
このようにして作製した電磁波ミキサーは、実施例6
と同様の良好な動作を行なった。The electromagnetic wave mixer manufactured in this way is described in Example 6.
The same good operation as described above was performed.
[実施例14] 第10図Aは、この発明の第14の実施例に係る超伝導電
磁波ミキシング装置の概略の構成を示す平面図である。Embodiment 14 FIG. 10A is a plan view showing a schematic configuration of a superconducting electromagnetic wave mixing apparatus according to a fourteenth embodiment of the present invention.
同図において、30は前記実施例1〜13のいずれかに従
って作製された超伝導電磁波ミキサー、31は超伝導電磁
波ミキサー30を冷却するためのクライオスタット、33は
外来電磁波32を超伝導電磁波ミキサー30の受信部へ導入
するための導入部33である。導入部33は導波管あるいは
ホーン型アンテナ等により構成されている。また、34は
超伝導電磁波ミキサー30の局部発振部にバイアス電流を
供給するための直流電源、36は超伝導電磁波ミキサー30
から出力される信号35を増幅しヘテロダイン出力37とし
て送出するための増幅器である。In the figure, reference numeral 30 denotes a superconducting electromagnetic wave mixer manufactured according to any one of Examples 1 to 13, 31 denotes a cryostat for cooling the superconducting electromagnetic wave mixer 30, and 33 denotes an external electromagnetic wave 32 of the superconducting electromagnetic wave mixer 30. An introduction unit 33 for introducing the signal to the reception unit. The introduction unit 33 is configured by a waveguide, a horn-type antenna, or the like. Reference numeral 34 denotes a DC power supply for supplying a bias current to the local oscillator of the superconducting electromagnetic mixer 30, and 36 denotes a superconducting electromagnetic mixer 30.
This is an amplifier for amplifying the signal 35 output from the controller and sending it out as a heterodyne output 37.
なお、ここでは、超伝導電磁波ミキサー30、導入部33
および増幅器36がクライオスタット31内に設置されてお
り、直流電源34のみがクライオスタット31外に設置され
ているが、この限りではなく、少なくとも超伝導電磁波
ミキサー30がクライオスタット31内で冷却されていれば
よい。Here, the superconducting electromagnetic wave mixer 30 and the introduction section 33
And the amplifier 36 is installed in the cryostat 31, and only the DC power supply 34 is installed outside the cryostat 31, but this is not limiting, and at least the superconducting electromagnetic wave mixer 30 may be cooled in the cryostat 31. .
第10図Aの超伝導電磁波ミキサー30は、直流電源34か
ら局部発振部にバイアス電流を供給されると、そのバイ
アス電流の応じた周波数で発振する。この局部発振出力
は超伝導電磁波ミキサー30の受信部に供給される。これ
により、受信部においては、導入部33より導入された外
来電磁波32と前記局部発振出力とがミキシングされ、外
来電磁波32の周波数と前記局部発振出力の周波数との差
の周波数を有する中間周波数(IF)の電磁波出力35が得
られる。増幅器36はこのIF波出力35を増幅し、ヘテロダ
インミキシングされた出力37を発生する。When a bias current is supplied from the DC power supply 34 to the local oscillator, the superconducting electromagnetic wave mixer 30 in FIG. 10A oscillates at a frequency corresponding to the bias current. This local oscillation output is supplied to the receiving section of the superconducting electromagnetic wave mixer 30. Thereby, in the receiving unit, the external electromagnetic wave 32 introduced from the introducing unit 33 and the local oscillation output are mixed, and an intermediate frequency (Frequency of a difference between the frequency of the external electromagnetic wave 32 and the frequency of the local oscillation output) IF) electromagnetic wave output 35 is obtained. The amplifier 36 amplifies the IF wave output 35 to generate a heterodyne mixed output 37.
[実施例15] 第10図Bは、この発明の第15の実施例に係る超伝導電
磁波ミキシング装置の概略の構成を示す側断面図であ
る。Embodiment 15 FIG. 10B is a side sectional view showing a schematic configuration of a superconducting electromagnetic wave mixing apparatus according to a fifteenth embodiment of the present invention.
図示のように、前記実施例1の方法により作製された
超伝導電磁波ミキサー30を、内寸1mm×0.5mmの断面を有
する矩形導波管38内の一端に設置し、この一端をHeガス
の循環冷凍機(クライオスタット)31のコールドヘッド
31′に固定し、15Kまで冷却した。なお、導波管38の他
端とクライオスタット31外部の導波管38′との結合部は
厚さ0.2mmのテフロン板39で区切り、クライオスタット3
1の内側が真空に保たれるようにした。また、超伝導電
磁波ミキサー30の局部発振部にバイアス電流を供給する
ための直流電源34をクライオスタット31外に配設した。As shown in the figure, the superconducting electromagnetic wave mixer 30 manufactured by the method of the first embodiment is installed at one end of a rectangular waveguide 38 having a cross section of 1 mm × 0.5 mm in inner diameter, and this end is filled with He gas. Cold head of circulating chiller (cryostat) 31
Fixed to 31 'and cooled to 15K. The junction between the other end of the waveguide 38 and the waveguide 38 'outside the cryostat 31 is separated by a Teflon plate 39 having a thickness of 0.2 mm.
The inside of 1 was kept vacuum. Further, a DC power supply 34 for supplying a bias current to the local oscillator of the superconducting electromagnetic wave mixer 30 is provided outside the cryostat 31.
この構成において、不図示のガン発振器および2逓倍
器を用いて200GHzの電磁波を導波管38内に導入し、バイ
アス電流を15〜30mA流したところ、周波数1〜0.7GHzの
ミキシング(中間周波数)出力35を得ることができた。
このミキシング出力35は、GaAsFETアンプからなる増幅
器36により増幅され、中間周波出力37としてクライオス
タット31の外部に取り出すことができた。In this configuration, an electromagnetic wave of 200 GHz is introduced into the waveguide 38 using a gun oscillator and a doubler (not shown), and a bias current of 15 to 30 mA flows. As a result, mixing at a frequency of 1 to 0.7 GHz (intermediate frequency) is performed. Output 35 was obtained.
This mixing output 35 was amplified by an amplifier 36 composed of a GaAs FET amplifier, and could be taken out of the cryostat 31 as an intermediate frequency output 37.
[発明の効果] 以上のように、本発明の電磁波ミキサーは、前記従来
例であるヘテロダイン検波装置に対し、1つの素子内に
局部発振部とヘテロダインミシサー部の両方を備えてい
るために外部の局部発振器やそれと受信部とを接続する
ための導波管が不要となり、このような電磁波ミキサー
を用いるミキシング装置を非常に小型化することができ
た。また、外部局部発振器を用いた場合は局部発振出力
として10nW〜100nW必要であったものが、本発明に係る
素子では0.1nW〜1nW程度となり、消費電力を大幅に低減
することができた。[Effects of the Invention] As described above, the electromagnetic wave mixer of the present invention is different from the conventional heterodyne detection device in that both the local oscillation unit and the heterodyne mixer unit are provided in one device, so that the This eliminates the need for a local oscillator and a waveguide for connecting the local oscillator and the receiving unit, and the mixing apparatus using such an electromagnetic wave mixer can be made very small. In addition, when an external local oscillator was used, a local oscillation output of 10 nW to 100 nW was required, but in the device according to the present invention, the output was about 0.1 nW to 1 nW, and power consumption was significantly reduced.
さらに、本発明によれば比較的臨界温度Tcの高い酸化
物超伝導体を用いて比較的高温(液体窒素温度付近)で
も動作する電磁波ミキサーを作製することができ、冷却
装置を簡略化した小型で安価なシステムを構成すること
ができた。Furthermore, according to the present invention, it is possible to manufacture an electromagnetic wave mixer that operates even at a relatively high temperature (around the temperature of liquid nitrogen) by using an oxide superconductor having a relatively high critical temperature Tc, and a small-sized compact cooling device is simplified. And a low-cost system could be constructed.
さらに、本発明のミキサーは、Nb等を用いた従来のミ
キサーに比べて、より高い周波数帯用として使用するこ
とができた。すなわち、使用可能な周波数の上限がNbを
用いたミキサーでは約700GHzであったのに対し、本発明
のY系ミキサーでは約10THzであった。これは、本発明
のミキサーを用いた場合、情報伝達速度が従来の10倍以
上、帯域も約10倍となり、同一時間で伝送できる情報が
2桁近くに増加することを意味する。このように、本発
明のミキサーがより高い周波数帯で使用可能な理由は、
本発明ではNb等に比べてバンドギャップの大きい酸化物
超伝導体を用いているためと考えられる。例えば、Nbの
エネルギーギャップは約3meVであるのに対し、Y系酸化
物超伝導体はそれより1桁大きい。Furthermore, the mixer of the present invention could be used for a higher frequency band than a conventional mixer using Nb or the like. That is, the upper limit of the usable frequency was about 700 GHz in the mixer using Nb, whereas it was about 10 THz in the Y-based mixer of the present invention. This means that when the mixer according to the present invention is used, the information transmission speed is 10 times or more and the bandwidth is about 10 times that of the conventional mixer, and the information that can be transmitted in the same time increases to nearly two digits. Thus, the reason why the mixer of the present invention can be used in a higher frequency band is as follows.
It is considered that the present invention uses an oxide superconductor having a larger band gap than Nb or the like. For example, while the energy gap of Nb is about 3 meV, the Y-based oxide superconductor is one order of magnitude larger.
また、本発明によれば、電気特性が組成変化によって
大きく変化するという酸化物超伝導体の性質によって局
部発振部と受信部をうまく結合させることができた。さ
らにトンネル型のジョセフソン接合にしたことにより、
所望のジョセフソン電流値を得ることが容易となった。
以上のことにより歩留りよく一体型超伝導電磁波ミキサ
ーを作成することが可能となった。Further, according to the present invention, the local oscillation section and the reception section could be successfully coupled due to the property of the oxide superconductor in which the electrical characteristics greatly changed due to the composition change. Furthermore, by making it a tunnel type Josephson junction,
It became easy to obtain a desired Josephson current value.
As described above, it has become possible to produce an integrated superconducting electromagnetic wave mixer with good yield.
また、ミキサーの局部発振部と受信部とは、間隙また
は空間により結合するよりは、絶縁体あるいは導電体な
どにより結合する方が好ましい。例えば、局部発振部と
受信部とを絶縁体により結合した場合、ミキシングの効
率(局部発振部からの電磁波の伝搬効率)、真空により
結合した場合より上がった。また、絶縁体に代え導電体
により結合した場合、ミシシング効率はより一層向上し
た。Further, it is preferable that the local oscillation unit and the reception unit of the mixer be connected by an insulator or a conductor, rather than by a gap or space. For example, when the local oscillating unit and the receiving unit are coupled by an insulator, the mixing efficiency (the propagation efficiency of the electromagnetic wave from the local oscillating unit) is higher than when the coupling is performed by vacuum. Further, when the connection is made by a conductor instead of an insulator, the mixing efficiency is further improved.
これは、絶縁体により結合した場合においても絶縁体
の誘電率は真空の誘電率ε0よりも約一桁大きく、局部
発振部と受信部間に介在する電気容量は間隙の時よりも
大きくなって、2つの部分の間の結合がより強くなって
いるためと考えられる。さらに、絶縁体に代え導電体に
より結合した場合にはさらに結合が強くなるからより一
層のミキシング効率の向上が認められたものと考えられ
る。This is because, even when coupled by an insulator, the dielectric constant of the insulator is approximately one order of magnitude higher than the vacuum permittivity ε 0 , and the electric capacity interposed between the local oscillator and the receiver is larger than that in the gap. It is believed that the bond between the two parts is stronger. Further, it is considered that when the bonding is performed by a conductor instead of the insulator, the bonding is further strengthened, so that the mixing efficiency is further improved.
また、数100GHz以上の周波数においては、使用周波数
とミキシング効率の点において弱結合である粒界型ジョ
セフソン結合の方がトンネル型ジョセフソン接合よりも
好ましかった。このことは、先述した高周波数帯域に適
用可能な高温酸化物超伝導体を用いたメリットを充分活
かす意味においても望ましい。At a frequency of several hundred GHz or more, the grain boundary type Josephson coupling, which is a weak coupling, was preferable to the tunnel type Josephson junction in terms of the operating frequency and the mixing efficiency. This is desirable from the viewpoint of fully utilizing the advantages of using the high-temperature oxide superconductor applicable to the high frequency band described above.
また、局部発振部を構成するジョセフソン接合を複数
個とすることで、局部発振部に印加する電圧をより大き
なものとすることができ、局部発振周波数をより安定な
ものとすることができた。In addition, by using a plurality of Josephson junctions constituting the local oscillation section, the voltage applied to the local oscillation section could be made larger, and the local oscillation frequency could be made more stable. .
また、受信部を構成するジョセフソン接合を複数個と
することで、検出効率を向上させることができた。Further, by using a plurality of Josephson junctions constituting the receiving unit, the detection efficiency could be improved.
第1図A,B,Cは、本発明の一実施例に係る超伝導電磁波
ミキサーの概略の構造および製造工程を示す平面図、 第1図Dは、第1図Cのa−a′における断面図、 第1図Eは、本発明の第2の実施例に係る超伝導電磁波
ミキサーの概略の構造を示す平面図、 第1図Fは、本発明の第3の実施例に係る超伝導電磁波
ミキサーの概略の構造を示す断面図、 第2図A,B,C,Dは、本発明の第4の実施例に係る超伝導
電磁波ミキサーの概略の構造および製造工程を示す平面
図、 第2図Eは、第2図Dのb−b′における断面図、 第3図A,Bは、本発明の第5の実施例に係る超伝導電磁
波ミキサーの概略の構成を示す図で、第4図Aは平面
図、第4図Bは第4図Aのc−c′における断面図、 第4図A,B,Cは、本発明の第6および第7の実施例に係
る超伝導電磁波ミキサーの概略の製造工程を示す斜視
図、 第4図Dは、該超伝導電磁波ミキサーのジョセフソン接
合部の構造を示す拡大断面図、 第5図Aは、本発明の第8の実施例に係る超伝導電磁波
ミキサーの概略の構成を示す平面図、 第5図Bは、本発明の第9の実施例に係る超伝導電磁波
ミキサーの概略の構造を示す断面図、 第6図A,B,Cは、本発明の第10および第11の実施例に係
る超伝導電磁波ミキサーの概略の製造工程を示す断面
図、 第7図A,B,Cは、本発明の第12の実施例に係る超伝導電
磁波ミキサーの平面図、 第7図Dは、第7図Cのaa′断面図、 第7図Eは、第7図Cのbb′断面図、 第8図は、第7図A〜Eの超伝導電磁波ミキサーの等価
回路図、 第9図A,B,C,Dは、本発明の第13の実施例に係る超伝導
電磁波ミキサーの概略の製造工程を示す斜視図、 第10図Aは、この発明の第14の実施例に係る超伝導電磁
波ミキシング装置の概略の構成を示す平面図、 第10図Bは、この発明の第15の実施例に係る超伝導電磁
波ミキシング装置の概略の構成を示す側断面図、 第11図Aは、従来におけるジョセフソントライオードの
概略の構造を示す斜視図、そして 第11図Bは、第11図Aのジョセフソントライオードの電
気等価回路図である。 4:基板 5,5a,5b:酸化物超伝導体薄膜 5′:くびれ 8:絶縁体、 8′:絶縁層(トンネルバリア層) 6,6a,6b,6c:結晶粒界型ジョセフソン接合(局部発振
部) 7,7a,7b,7c:結晶粒界型ジョセフソン接合(受信部) 9:ジョセフソン電流制御用の膜 13,14,15,16:電極 17:導電体 18:溝 19:結合部(溝の底部) 20,21:トンネル型ジョセフソン接合 23:局部発振部 24:受信部 30:超伝導電磁波ミキサー 31:冷却機 32:外来電磁波 33:導入部 36:増幅器 37:ヘテロダインミキシング出力1A, 1B, and 1C are plan views schematically showing a structure and a manufacturing process of a superconducting electromagnetic wave mixer according to one embodiment of the present invention, and FIG. 1D is a view taken along aa 'of FIG. 1C. FIG. 1E is a plan view showing a schematic structure of a superconducting electromagnetic wave mixer according to a second embodiment of the present invention. FIG. 1F is a superconducting electromagnetic wave mixer according to a third embodiment of the present invention. 2A, 2B, 2C, and 2D are plan views showing a schematic structure and a manufacturing process of a superconducting electromagnetic wave mixer according to a fourth embodiment of the present invention. 2E is a cross-sectional view taken along the line bb 'of FIG. 2D, and FIGS. 3A and 3B are views showing a schematic configuration of a superconducting electromagnetic wave mixer according to a fifth embodiment of the present invention. 4A is a plan view, FIG. 4B is a sectional view taken along the line cc 'of FIG. 4A, and FIGS. 4A, 4B, and 4C are superconducting materials according to the sixth and seventh embodiments of the present invention. Electromagnetic waves FIG. 4D is an enlarged sectional view showing the structure of the Josephson junction of the superconducting electromagnetic wave mixer, and FIG. 5A is an eighth embodiment of the present invention. FIG. 5B is a cross-sectional view showing a schematic structure of the superconducting electromagnetic wave mixer according to the ninth embodiment of the present invention. FIG. C is a cross-sectional view showing a schematic manufacturing process of the superconducting electromagnetic wave mixer according to the tenth and eleventh embodiments of the present invention, and FIGS. 7A, B, and C relate to the twelfth embodiment of the present invention. FIG. 7D is a cross-sectional view of aa ′ in FIG. 7C, FIG. 7E is a cross-sectional view of bb ′ in FIG. 7C, FIG. E is an equivalent circuit diagram of the superconducting electromagnetic wave mixer, and FIGS. 9A, 9B, 9C, and 9D are perspective views showing a schematic manufacturing process of the superconducting electromagnetic wave mixer according to the thirteenth embodiment of the present invention. FIG. 10A is a plan view showing a schematic configuration of a superconducting electromagnetic wave mixing device according to a fourteenth embodiment of the present invention. FIG. 10B is a superconducting electromagnetic wave mixing device according to a fifteenth embodiment of the present invention. FIG. 11A is a perspective view showing a schematic structure of a conventional Josephson triode, and FIG. 11B is an electrical diagram of the Josephson triode shown in FIG. 11A. It is an equivalent circuit diagram. 4: substrate 5, 5a, 5b: oxide superconductor thin film 5 ': constriction 8: insulator, 8': insulating layer (tunnel barrier layer) 6, 6a, 6b, 6c: grain boundary type Josephson junction ( Local oscillation part) 7,7a, 7b, 7c: Josephson junction (reception part) of crystal grain boundary type 9: Josephson current control film 13,14,15,16: Electrode 17: Conductor 18: Groove 19: Coupling (bottom of groove) 20,21: Tunnel type Josephson junction 23: Local oscillator 24: Receiver 30: Superconducting electromagnetic wave mixer 31: Cooler 32: External electromagnetic wave 33: Introducing part 36: Amplifier 37: Heterodyne mixing output
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平1−274925 (32)優先日 平1(1989)10月24日 (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 金子 典夫 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−210678(JP,A) 特開 昭63−250878(JP,A) 特開 平1−129481(JP,A) 特開 昭63−275190(JP,A) 電子情報通信学会技術研究報告,SC E87−9,(1987−5−20),Vol. 87,No.29pp49−54 電子通信学会論文誌,’89/5, (1986−5−25),Vol.J69−C, No.5,pp636−643 JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSIC S,Vol.27,No.6,June, 1988 pp.L1110−1112 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 39/00 H01L 39/22 H01L 39/24 H04B 1/26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. Hei 1-274925 (32) Priority date Hei 1 (1989) October 24 (33) Priority claim country Japan (JP) (72) Inventor Norio Kaneko 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Within Canon Inc. (56) References JP-A-59-210678 (JP, A) JP-A-63-250878 (JP, A) JP-A-1- 129481 (JP, A) JP-A-63-275190 (JP, A) IEICE Technical Report, SC E87-9, (1987-5-20), Vol. 29pp49-54 Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, '89 / 5, (1986-5-25), Vol. J69-C, No. 5, pp. 636-643 JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Vol. 27, No. 6, June, 1988 pp. L1110-1112 (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 39/00 H01L 39/22 H01L 39/24 H04B 1/26
Claims (8)
合されており該局部発振部からの電磁波と外来の電磁波
とをミキシングする受信部とを有する超伝導電磁波ミキ
サーであって、 前記局部発振部と受信部とが共に酸化物超伝導体を用い
たジョセフソン接合によって形成され、これらの局部発
振部と受信部とが絶縁体を介して容量的または誘導的に
結合されていることを特徴とする超伝導電磁波ミキサ
ー。1. A superconducting electromagnetic mixer comprising: a local oscillator; and a receiver electrically coupled to the local oscillator and mixing an electromagnetic wave from the local oscillator with an external electromagnetic wave. The local oscillator and the receiver are both formed by a Josephson junction using an oxide superconductor, and the local oscillator and the receiver are capacitively or inductively coupled via an insulator. A superconducting electromagnetic mixer.
膜の結晶粒界を用いたジョセフソン接合である前記請求
項1記載の超伝導電磁波ミキサー。2. The superconducting electromagnetic mixer according to claim 1, wherein said Josephson junction is a Josephson junction using a crystal grain boundary of an oxide superconducting thin film.
セフソン接合である前記請求項1記載の超伝導電磁波ミ
キサー。3. The superconducting electromagnetic mixer according to claim 1, wherein said Josephson junction is a tunnel-type Josephson junction.
のジョセフソン電流値を制御するための薄膜が形成され
ている請求項2記載の超伝導電磁波ミキサー。4. The superconducting electromagnetic mixer according to claim 2, wherein a thin film for controlling a Josephson current value is formed under the local oscillation section or the reception section.
を前記受信部のジョセフソン接合部の幅より広くしてあ
る請求項1〜3のいずれかに記載の超伝導電磁波ミキサ
ー。5. The superconducting electromagnetic wave mixer according to claim 1, wherein a width of a Josephson junction of said local oscillator is wider than a width of a Josephson junction of said receiver.
合されており該局部発振部からの電磁波と外来の電磁波
とをミキシングする受信部とを有する超伝導電磁波ミキ
サーであって、 前記局部発振部と受信部とが共に酸化物超伝導体を用い
たジョセフソン接合によって形成され、これらの局部発
振部と受信部とが該局部発振部および受信部となるジョ
セフソン接合を形成するための材料とは異なる導電材料
で結合されていることを特徴とする超伝導電磁波ミキサ
ー。6. A superconducting electromagnetic wave mixer having a local oscillator, and a receiver electrically coupled to the local oscillator and mixing an electromagnetic wave from the local oscillator with an external electromagnetic wave. The local oscillation section and the reception section are both formed by a Josephson junction using an oxide superconductor, and the local oscillation section and the reception section form a Josephson junction serving as the local oscillation section and the reception section. A superconducting electromagnetic mixer characterized in that the superconducting electromagnetic wave mixer is combined with a conductive material different from the material for the superconducting material.
結合されて該局部発振部からの電磁波と外来の電磁波と
をミキシングする受信部を有し、前記局部発振部と受信
部とが共に酸化物超伝導体を用いたジョセフソン接合に
よって形成され、これらの局部発振部と受信部とが絶縁
体を介して容量的または誘導的に結合されている超伝導
電磁波ミキサーと、 前記電磁波ミキサーの受信部に外来の電磁波を導入する
導入部と、 前記電磁波ミキサーにおけるミキシング作用により得ら
れる中間周波数帯の電磁波を増幅する増幅器と、 少なくとも前記電磁波ミキサーを冷却する冷却機と を具備することを特徴とする超伝導電磁波ミキシング装
置。7. A local oscillation section and a receiving section electrically coupled to the local oscillation section for mixing an electromagnetic wave from the local oscillation section with an external electromagnetic wave, wherein the local oscillation section and the receiving section are connected to each other. A superconducting electromagnetic wave mixer, both formed by a Josephson junction using an oxide superconductor, wherein the local oscillator and the receiver are capacitively or inductively coupled via an insulator; and An introduction unit that introduces an external electromagnetic wave into the receiving unit, an amplifier that amplifies an electromagnetic wave in an intermediate frequency band obtained by a mixing action in the electromagnetic wave mixer, and a cooler that cools at least the electromagnetic wave mixer. Superconducting electromagnetic wave mixing device.
合されており該局部発振部からの電磁波と外来の電磁波
とをミキシングする受信部とを有する超伝導電磁波ミキ
サーの製造方法であって、 前記局部発振部と受信部とを少なくとも1つの酸化物超
伝導体層を共有するジョセフソン接合によって形成し、
その共有する酸化物超伝導体層の、局部発振部となるジ
ョセフソン接合と受信部となるジョセフソン接合との間
の領域にイオンを打ち込むことにより該領域の伝導特性
を変化させて、前記局部発振部と受信部とを分離するこ
とを特徴とする超伝導電磁波ミキサーの製造方法。8. A method of manufacturing a superconducting electromagnetic wave mixer having a local oscillator, and a receiver electrically coupled to the local oscillator and mixing an electromagnetic wave from the local oscillator and an external electromagnetic wave. Wherein the local oscillator and the receiver are formed by a Josephson junction sharing at least one oxide superconductor layer;
By implanting ions into a region of the shared oxide superconductor layer between a Josephson junction serving as a local oscillator and a Josephson junction serving as a receiver, the conduction characteristics of the region are changed, and A method for manufacturing a superconducting electromagnetic wave mixer, comprising separating an oscillating unit and a receiving unit.
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-
1989
- 1989-11-24 JP JP1304581A patent/JP2902017B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
Title |
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JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS,Vol.27,No.6,June,1988 pp.L1110−1112 |
電子情報通信学会技術研究報告,SCE87−9,(1987−5−20),Vol.87,No.29pp49−54 |
電子通信学会論文誌,’89/5,(1986−5−25),Vol.J69−C,No.5,pp636−643 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03204982A (en) | 1991-09-06 |
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