(57)【要約】【課題】基板の特定の誘電率を呈する向きの管理を簡略化し、超電導マイクロ波デバイスの生産の歩留まりの向上を実現可能とする。【解決手段】Ｒ面サファイア基板１の矢印Ａの方向の誘電率がε１であり、これに垂直な矢印Ｂの方向の誘電率がε２とする。かかるＲ面サファイア基板１の特定の１つの辺３の両端部を夫々基準点としてマーク２ａ，２ｂを付け、辺３を基準辺とする。これにより、基準辺３に平行な方向が誘電率がε２の矢印Ｂの方向となり、これに垂直な方向が誘電率ε１の矢印Ａの方向となる。かかるＲ面サファイア基板１に所定の超電導マイクロ波デバイスを作成する場合、基準辺３をもとにして、この超電導マイクロ波デバイスの形成方向を決めることができ、これにより、このＲ面サファイア基板１毎に常に矢印ＡまたはＢの同じ方向に揃えてこのデバイスを形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却して動作させる超電導マイクロ波デバイスが設けられ、かつ誘電率特性に異方性を有する超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板であって、
特定の該誘電率を呈する方向を表わすマークもしくは基準辺を設けたことを特徴とする超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板。
【請求項２】
請求項１において、
前記超電導マイクロ波デバイスは、薄膜もしくは厚膜の高温超電導体で構成されている超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温状態で動作するマイクロ波デバイスの基板に係り、特に、Ｒ面のサファイア（ｒ−Ａｌ2Ｏ3）基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロ波を利用した移動体通信用や無線通信用のデバイスの重要性が高まっており、かかるデバイスに酸化物高温超電導体を用いることが注目されている。かかる酸化物高温超電導体は、マイクロ波領域においても、常温で用いる電導体と比較して数桁低い表面抵抗を有しており、この低抵抗性を利用した酸化物高温超電導体によるマイクロ波デバイス（即ち、超電導マイクロ波デバイス）の開発が盛んに行なわれている。
【０００３】
高温超電導体として、例えば、ＹＢＣＯ膜を応用した超電導マイクロ波デバイスは、周囲温度を９０Ｋ以下にしてこのＹＢＣＯ膜を超電導状態にしても安定な状態を保ち、この超電導マイクロ波デバイスの電気的特性を劣化させることがない誘電体基板を用いて製作される。この誘電体基板には、これまで種々の誘電体材料によるものが使用されている。誘電体基板の材料としては、従来、ＭgＯやＬaＡlＯ3などがあり、かかる基板を用いた種々の超電導マイクロ波デバイスが製作されている。その主なものとしては、マイクロ波バンドパスフィルタやアンテナなどがある。
【０００４】
一方、高温超電導デバイスの研究・開発が進んで実用化の段階になると、薄膜の特性やその成膜に要するコストダウンに加え、大面積基板が安価に入手できることや電力損失を低減するために基板の誘電正接（tanδ）が小さいことといったことなどが強く望まれるようになってきている。しかし、上記のＭgＯやＬaＡlＯ3による大面積の基板を安価に入手することは非常に困難であった。
【０００５】
そこで、例えば、ＹＢＣＯなどの高温超電導体に適し、かつ大面積の基板を安価に提供可能するサファイア単結晶が注目されている。特に、良質のＹＢＣＯ薄膜を形成することができ、これによってＹＢＣＯ薄膜による高温超電導マイクロ波デバイスを良好に形成することができるＲ面サファイア（ｒ-Ａｌ2Ｏ3）基板の使用が検討されており、また、サファイア基板を用いた超電導回路装置も提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２００３ー１０１０８８
【特許文献２】特開２００３ー２８９１５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、Ｒ面サファイア基板は、その誘電率に異方性があって、このＲ面サファイア基板上の或る基準となる点からの方向に応じて誘電率が異なる。以下、この誘電率の異方性について説明する。
【０００７】
図６はサファイア１０の結晶構造を示すものである。サファイア１０は主軸とこれに垂直な６０゜間隔の軸とからなる六方晶系の結晶体であり、主軸に平行な面をＡ面１１、主軸に垂直な面をＣ面１２といい、これらの軸に対して斜めの面をＲ面１３という。Ｒ面サファイア基板は、このＲ面１３に沿ってカットして得られる基板である。図７はこのＲ面サファイア基板１４を図６におけるＲ面に合わせて示すものである。
【０００８】
かかるＲ面サファイア基板１４に良質のＹＢＣＯ薄膜を形成できることから、高温超電導体としてのＹＢＣＯの薄膜を用いた超電導マイクロ波デバイスの基板として、Ｒ面サファイア基板１４が用いられる。
【０００９】
ところで、サファイア１０の結晶構造上、サファイア結晶のＲ面（図６）では、水平方向（主軸に垂直な方向）に対する誘電率とこれとは異なる垂直方向（主軸に平行な方向）に対する誘電率とが複雑に合成されているため、Ｒ面サファイア基板１４（図７）上では、任意に想定した基準点からの方向に応じて誘電率が異なるという誘電率特性の異方性を有している。このため、図７に示すように、矢印Ａの方向と矢印Ｂの方向とで誘電率が異なることになる。以下では、矢印Ａの方向の誘電率をε１、矢印Ｂの方向の誘電率をε２とする。
【００１０】
かかるサファイア基板にストリップラインを形成する場合には、図８（ａ），（ｂ）に示すように、サファイア基板１４の一方の面に、高温超電導体のＹＢＣＯ薄膜を形成してエッチングすることにより、両端に入出力部１７ａ，１７ｂを有するストリップライン１６を形成し、他方の面にこのストリップライン１６に対するグランド面１５を同じく高温超電導体のＹＢＣＯ薄膜で形成する。この場合、かかるストリップライン１６を、図８（ａ）に示すように、矢印Ａの方向に沿って形成した場合と、図８（ｂ）に示すように、矢印Ｂの方向に沿って形成した場合とでは、夫々の方向毎に誘電率がε１，ε２と異なることから、ストリップライン１６の電気的特性が異なってしまう。
【００１１】
マイクロ波デバイスでは、誘電体基板の誘電率や基板厚のわずかな違いにより、その電気的特性にバラツキが生ずる。このため、Ｒ面サファイア基板にストリップラインなどの超電導マイクロ波デバイスを形成する場合、かかるＲ面サファイア基板の誘電率特性の異方性により、超電導マイクロ波デバイスの形成方向の違いによって電気的特性にバラツキが生じてしまい、電気的特性が均一な超電導マイクロ波デバイスを得ることができず、生産の歩留まりに影響することになる。
【００１２】
このことから、大面積で実用的な低コストのＲ面サファイア基板の供給が懸念されており、Ｒ面サファイア基板を超電導マイクロ波デバイスの基板として使用できるようにするためには、この基板の誘電率特性の向きや基板厚さの管理が容易にできることが不可欠となる。
【００１３】
本発明は、かかる要望に応ずるべくなされたものであって、その目的は、基板の特定の誘電率を呈する向きの管理を容易に行なうことができ、超電導マイクロ波デバイスの生産の歩留まりの向上を実現可能とした超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、冷却して動作させる超電導マイクロ波デバイスが設けられ、かつ異方性の誘電率特性を有する超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板であって、特定の該誘電率を呈する方向を表わすマークもしくは辺を設けたものである。
【００１５】
また、本発明は、前記超電導マイクロ波デバイスは、薄膜もしくは厚膜の高温超電導体で構成されているものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、サファイア基板の面に特定の誘電率を呈する方向を表わすマークあるいは辺を設けたものであるから、超電導マイクロ波デバイスを形成する方向を簡単にかつ確実に認識でき、夫々のサファイア基板に形成した超電導マイクロ波デバイスの電気的特性を均一にすることができて、その歩留まりや設計作業効率が大幅に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明による超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板の第１の実施形態を示す斜視図であって、１はこの実施形態のＲ面サファイア基板、２ａ，２ｂはマーク、３は基準辺である。
【００１９】
同図において、Ｒ面サファイア基板１は、先に図６，図７で説明したようにして得られたものであって、このＲ面サファイア基板１での薄膜もしくは厚膜の高温超電導体による超電導マイクロ波デバイス（図示せず）が形成される面の形状は、この第１の実施形態では、四角形をなしている。このＲ面サファイア基板１では、対向する２つの辺に平行な矢印Ｂの方向の誘電率がε２であり（即ち、矢印Ｂの方向での各位置の誘電率ε２は一定。この矢印Ｂの方向を誘電率ε２を呈する方向ともいう。次の矢印Ａの方向についても、同様である）、これに垂直な矢印Ａの方向の誘電率がε１とする。
【００２０】
かかるＲ面サファイア基板１の特定の（即ち、予め決められた）１つの辺３の両端部（即ち、隣りの辺との角部）を夫々基準点として、これら基準点にマーク２ａ，２ｂを付ける。ここで、この辺３は基準辺となる。従って、この場合には、一方のマーク２ａ（または、２ｂ）から他方のマーク２ｂ（または、２ａ）を見た方向（即ち、基準辺３に平行な方向）が誘電率がε２の矢印Ｂの方向となり、これに垂直な方向が誘電率ε１の矢印Ａの方向となる。
【００２１】
そこで、かかるＲ面サファイア基板１を用いて所定の超電導マイクロ波デバイスを作成する場合、これらマーク２ａ，２ｂ、つまり、基準辺３をもとにして、この超電導マイクロ波デバイスの形成方向を決めることができ、これにより、このＲ面サファイア基板１毎に常に矢印Ａまたは矢印Ｂの方向に揃えてこのデバイスを形成することができる。
【００２２】
このようにしてこの超電導マイクロ波デバイスをＲ面サファイア基板１毎に作成することにより、この形成された各超電導マイクロ波デバイスに対するＲ面サファイア基板１の誘電率は同一となり、電気的特性が均一に揃った超電導マイクロ波デバイスを生産することが可能となる。従って、この超電導マイクロ波デバイスの生産歩留まりが向上する。また、Ｒ面サファイア基板１に設けられたマーク２ａ，２ｂによってこのＲ面サファイア基板１の誘電率に関する向きを管理できるので、その管理が非常に簡単なものとなるし、超電導マイクロ波デバイスの設計も容易となって設計作業に要する時間も短縮でき、設計作業効率が大幅に向上する。
【００２３】
なお、ここでは、基準辺３を特定するために、２つのマーク２ａ，２ｂを付すようにしたが、特定する基準辺３の、例えば、中央部などに１つのマークを付するようにしてもよい。
【００２４】
図２は本発明による超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板の第２の実施形態を示す斜視図であって、１ａ，１ｂはＲ面サファイア基板、３ａ，３ｂは長辺であり、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２５】
同図において、Ｒ面サファイア基板１は、例えば、図６，図７で説明したように、サファイア結晶構造１０から得られたものであり、長方形あるいは正方形をなしているものである。実際に使用するのは、このＲ面サファイア基板１を２等分して得られる長方形のＲ面サファイア基板１ａ，１ｂであり、夫々毎に超電導マイクロ波デバイス（図示せず）を形成する。
【００２６】
ここで、分割前のＲ面サファイア基板１の１つの辺３が、基準辺として、マーク２ａ，２ｂによって特定されている。このＲ面サファイア基板１を、上記のように、２つのＲ面サファイア基板１ａ，１ｂに分割すると、Ｒ面サファイア基板１ａ，１ｂの長辺３ａ，３ｂは、図１に示す第１の実施形態のようにマーク２ａ，２ｂで特定される基準辺に平行であったものであり、従って、マーク２ａ，２ｂが設けられているＲ面サファイア基板１ａの長辺３ａはそのまま、特定の誘電率（この場合には、誘電率ε２）を呈する方向を示す基準辺となるが、他方のＲ面サファイア基板１ｂでも、その長辺３ｂをその特定の誘電率の方向を示す基準辺とする。
【００２７】
このように、分割して得られるマークが付されないＲ面サファイア基板１ｂについては、常に長辺を基準辺とすることにより、その誘電率に関する向きを管理することができる。
【００２８】
このようにして、この第２の実施形態においても、図１に示す第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
図３は本発明による超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板の第３の実施形態を示す斜視図であって、２ｃ，２ｄはマークであり、図１に対応する部分には同一符号を付けている。
【００３０】
同図において、この第３の実施形態では、長方形もしくは正方形のＲ面サファイア基板１’を加工して面形状が円形のＲ面サファイア基板１としたものであり、このＲ面サファイア基板１を超電導マイクロ波デバイス（図示せず）用の基板とするものである。
【００３１】
このＲ面サファイア基板１も、矢印Ａで示す或る１つの半径方向の誘電率ε１とこれに直交する矢印Ｂで示す他の半径方向の誘電率ε２とが異なる異方性の誘電率特性を有するものであって、一方の誘電率を呈する方向を示すマーク２ｃ，２ｄが設けられている。ここでは、これらマーク２ｃ，２ｄは矢印Ｂの誘電率ε２を呈する方向を示すものとしており、この場合には、このＲ面サファイア基板１のこの矢印Ｂ方向に平行な直径の両端部（辺部）にこれらマーク２ｃ，２ｄが設けられる。
【００３２】
このようにして、円形のＲ面サファイア基板１に対しても、特定の誘電率を呈する方向を示すマーク２ｃ，２ｄを設けるものであるから、特定の誘電率を呈する方向を容易に認識できて誘電率に関する向きを管理することができるものであって、図１に示す第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
図４は本発明による超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板の第４の実施形態を示す斜視図であって、１ｃ，１ｄはＲ面サファイア基板、３ｃ，３ｄは直線状の辺（基準辺）であり、図３に対応する部分には同一符号を付けている。
【００３４】
同図において、この第４の実施形態では、図３に示すような円形のＲ面サファイア基板１をマーク２ｃ，２ｄで規定される直径に沿って切断して２等分し、これによって得られる２つのＲ面サファイア基板１ｃ，１ｄを夫々超電導マイクロ波デバイス（図示せず）用の基板とするものである。
【００３５】
これらＲ面サファイア基板１ｃ，１ｄは半円形状をなしており、これらＲ面サファイア基板１ｃ，１ｄの直線状の辺３ｃ，３ｄは、特定の誘電率を呈する方向（ここでは、誘電率がε２である矢印Ｂの方向）に沿うものである。これにより、これら直線状の辺３ｃ，３ｄを夫々、Ｒ面サファイア基板１ｃ，１ｄの特定の誘電率を呈する方向に関する基準辺とするものである。
【００３６】
このようにして、この第４の実施形態においても、基準辺をもとに特定の誘電率を呈する方向を容易に認識することができて、誘電率に関する向きを管理することができるものであって、先の各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
図５は本発明による超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板の第５の実施形態を示す図であって、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は側面図であり、２ｃ，２ｄはマークである。また、前出図面に対応する部分には同一符号を付けている。
【００３８】
同図（ａ），（ｂ）において、この第５の実施形態は、Ｒ面サファイア基板１の面形状を正五角形とするものである。また、このＲ面サファイア基板１の面形状である正五角形の１つの頂点（角部）４とこれに対向する底辺（辺）５の中心点とを結ぶ矢印Ｂで示す方向が誘電率ε２を呈する方向であり、これに垂直な矢印Ａで示す方向が誘電率ε１を呈する方向とする。
【００３９】
このようなＲ面サファイア基板１に対しては、この頂点４と辺５の中心点とを基準点とし、夫々にマーク２ｅ，マーク２ｆを設ける。
【００４０】
このようにして、この正五角形のＲ面サファイア基板１に対しても、特定の誘電率特性の方向（この場合には、誘電率ε２を呈する方向）を示すマーク２ｅ，２ｆを設けるものであるから、特定の誘電率を呈する方向を容易に認識できて誘電率に関する向きを管理することができるものであって、図１に示す第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
なお、ここでは、基準点を１つの頂点とこれに対向する辺の中央点としたが、これに限らず、特定の誘電率を呈する方向に応じて基準点を設定することができる。例えば、設定する特定の誘電率を呈する方向を、図５において、矢印Ａの方向とした場合には、この矢印Ａ方向で対向する２つの辺上の点を基準点とすることができ、夫々の基準点にマークを設けることにより、同様にして、特定の誘電率を呈する方向を容易に認識できて誘電率に関する向きを管理することができる。また、Ｒ面サファイア基板１の面形状としては、上記の長方形や正方形，円形，正五角形に限らず、任意の多角形や楕円形など他の面形状のＲ面サファイア基板についても、マーク付けや特定の基準辺を設定するなどして、同様に本発明が適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明による超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明による超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板の第３の実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明による超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板の第４の実施形態を示す斜視図である。
【図５】本発明による超電導マイクロ波デバイス用のサファイア基板の第５の実施形態を示す斜視図である。
【図６】サファイア結晶構造とその各面を模式的に示す図である。
【図７】図６に示すサファイア結晶構造から得られるＲ面サファイア基板を模式的に示す図である。
【図８】Ｒ面サファイア基板での超電導マイクロ波デバイスの形成方向と誘電率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１ａ〜１ｄ  Ｒ面サファイア基板
２ａ〜２ｆ  マーク
３，３ａ〜３ｄ  基準辺
４  頂点（角部）
５  底辺（辺）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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