(57)【要約】【課題】超伝導体の粒成長およびｃ軸配向を促進させると同時に、金属厚膜加熱時に超伝導体からの揮発成分の揮発やＣｕの拡散を抑制し、高周波特性に優れた超伝導素子を提供する。【解決手段】誘電体基板１１の両主面上に、第１の揮発成分またはＣｕを含有する超伝導層１２を形成し、超伝導層１２上に、金属厚膜１３ａ、第２の揮発成分またはＣｕを含有する化合物厚膜１４ａを順に形成し、加熱することにより、誘電体基板１１上に、超伝導層１２、金属層１３、および化合物層１４を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
あらかじめ外表面上に第１の揮発成分を含有する超伝導層が形成された誘電体基体を準備する工程と、
前記超伝導層上に金属厚膜を形成する工程と、
前記金属厚膜上に、第２の揮発成分を含有する化合物厚膜を形成する工程と、前記金属厚膜および前記化合物厚膜を加熱することにより、前記超伝導層上に金属層および化合物層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする超伝導素子の製造方法。
【請求項２】
誘電体基体の外表面上に、第１の揮発成分を含有する超伝導厚膜を形成する工程と、
前記超伝導厚膜上に金属厚膜を形成する工程と、
前記金属厚膜上に、第２の揮発成分を含有する化合物厚膜を形成する工程と、前記超伝導厚膜、前記金属厚膜、および前記化合物厚膜を加熱することにより、前記誘電体基体上に超伝導層、金属層、および化合物層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする超伝導素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の揮発成分または前記第２の揮発成分は、Ｂｉ，Ｐｂ，Ｔｌのうちいずれか１種以上であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の超伝導素子の製造方法。
【請求項４】
あらかじめ外表面上にＣｕを含有する超伝導層が形成された誘電体基体を準備する工程と、
前記超伝導層上に金属厚膜を形成する工程と、
前記金属厚膜上に、Ｃｕを含有する化合物厚膜を形成する工程と、
前記金属厚膜および前記化合物厚膜を加熱することにより、前記超伝導層上に金属層および化合物層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする超伝導素子の製造方法。
【請求項５】
誘電体基体の外表面上に、Ｃｕを含有する超伝導厚膜を形成する工程と、
前記超伝導厚膜上に金属厚膜を形成する工程と、
前記金属厚膜上に、Ｃｕを含有する化合物厚膜を形成する工程と、
前記超伝導厚膜、前記金属厚膜、および前記化合物厚膜を加熱することにより、前記誘電体基体上に超伝導層、金属層、および化合物層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする超伝導素子の製造方法。
【請求項６】
前記金属厚膜は、ＡｇまたはＡｇを主体とする金属を含有することを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の超伝導素子の製造方法。
【請求項７】
前記化合物層を除去する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の超伝導素子の製造方法。
【請求項８】
誘電体基体と、
前記誘電体基体の外表面上に形成された第１の揮発成分を含有する超伝導層と、
前記超伝導層上に形成された金属層と、
前記金属層上に形成された第２の揮発成分を含有する化合物層と、
からなることを特徴とする超伝導素子。
【請求項９】
前記第１の揮発成分または第２の揮発成分は、Ｂｉ，Ｐｂ，Ｔｌのうちいずれか１種以上であることを特徴とする、請求項８に記載の超伝導素子。
【請求項１０】
誘電体基体と、
前記誘電体基体の外表面上に形成されたＣｕを含有する超伝導層と、
前記超伝導層上に形成された金属層と、
前記金属層上に形成されたＣｕを含有する化合物層と、
からなることを特徴とする超伝導素子。
【請求項１１】
前記金属層は、ＡｇまたはＡｇを主体とした合金からなることを特徴とする、請求項８から請求項１０のいずれかに記載の超伝導素子。
【請求項１２】
前記誘電体基体は、互いに対向する第１、第２の端面と、前記第１、第２の端面を結ぶ外周面と、を有し、
前記誘電体基体の前記外周面上に前記超伝導層が形成されていることを特徴とする、請求項８から請求項１１のいずれかに記載の超伝導素子。
【請求項１３】
前記誘電体基体の前記第１の端面から前記第２の端面にかけて形成された貫通孔と、
前記貫通孔の内周面に接するように、前記貫通孔内部に配置された内導体と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の超伝導素子。
【請求項１４】
前記誘電体基体は、互いに対向する第１、第２の端面と、前記第１、第２の端面を結ぶ外周面と、を有し、
前記第１の端面から前記第２の端面にかけて貫通孔が形成され、
前記貫通孔の内周面上に前記超伝導層が形成されていることを特徴とする、請求項８から請求項１１のいずれかに記載の超伝導素子。
【請求項１５】
前記誘電体基体の外周面上に形成された外導体をさらに備えることを特徴とする、請求項１４に記載の超伝導素子。
【請求項１６】
請求項８から請求項１５に記載の超伝導素子を含んでなることを特徴とする誘電体共振器。
【請求項１７】
請求項１６に記載の誘電体共振器と、前記誘電体共振器に接続された外部結合手段と、を備えることを特徴とする、誘電体フィルタ。
【請求項１８】
少なくとも二つの誘電体フィルタと、
前記誘電体フィルタに接続される入出力手段と、
前記誘電体フィルタに共通に接続されるアンテナ接続手段と、
を備え、
前記誘電体フィルタの少なくとも一つが請求項１７に記載の誘電体フィルタであることを特徴とする誘電体デュプレクサ。
【請求項１９】
請求項１７に記載の誘電体フィルタと、
前記誘電体フィルタに接続された増幅器と、
前記誘電体フィルタおよび前記増幅器にそれぞれ接続された外部結合手段と、
前記誘電体フィルタを冷却する冷凍機と、
を備えることを特徴とする通信機装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の誘電体デュプレクサと、
前記誘電体デュプレクサの少なくとも一つの入出力手段に接続される送信回路と、
前記送信回路に接続される前記入出力手段と異なる少なくとも一つの入出力手段に接続される受信回路と、
前記誘電体デュプレクサのアンテナ接続手段に接続されるアンテナと、
を備えることを特徴とする通信機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機装置用の誘電体フィルタに用いられる超伝導素子、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超伝導体のマイクロ波帯域における表面抵抗が小さいことを利用した高周波用デバイスの開発が進められている。このような高周波用デバイスでは、誘電体基板上に超伝導層が形成された超伝導素子が用いられている。
【０００３】
図１３は、従来の超伝導素子を示す断面図である。図１３に示すように、超伝導素子１００は、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系セラミックからなる誘電体基板１０１と、誘電体基板１０１の両主面上に形成されたＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層１０２と、超伝導層１０２上に形成されたＡｇ層１０３と、からなる。
【０００４】
この超伝導素子１００は、例えば、誘電体基板１０１の両主面上に、焼き付け後に超伝導層１０２、Ａｇ層１０３となる超伝導ペースト、Ａｇペーストを順に塗布し、焼き付けることにより作製される。この焼き付けの際に、Ｂｉ系２２２３相酸化物とＡｇとが反応し、Ｂｉ系２２２３相酸化物の粒成長およびｃ軸配向が促進され、超伝導素子１００の高周波特性が向上する。（例えば、特許文献１参照。）
一方、超伝導体配線を形成する技術として、超伝導ペースト表面をセラミックや金属のカバーで覆って焼き付けることにより、超伝導ペーストに含有されている揮発成分の揮発を防止するものが知られている。（例えば、特許文献２参照。）
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１９６１５５号公報（図１０、段落番号００２７）
【特許文献２】
特開平３−２４６９７７号公報（全頁、全図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のように、超伝導ペースト上に金属ペーストを重ねて焼き付けると、超伝導ペーストに含有されているＢｉ，Ｐｂ，Ｔｌなどの揮発成分が、金属ペーストを通じて外部に揮発する。また、揮発成分と同様に、超伝導ペーストに含有され得るＣｕも金属ペーストに拡散する。この結果、超伝導素子の超伝導層において所望の組成が実現できず、高周波特性が劣化するという問題があった。
【０００７】
なお、特許文献２のように、金属ペースト表面をセラミックや金属のカバーで覆って焼成することにより、揮発成分の揮発を防止することも考えられるが、このようなカバーを金属ペーストに密着させることは困難であり、カバーと金属ペーストの隙間を通じて揮発成分が揮発してしまう。
【０００８】
本発明は、超伝導体の粒成長およびｃ軸配向を促進させると同時に、焼き付けなどの加熱時に、超伝導体からの揮発成分の揮発やＣｕの拡散を抑制できる、超伝導素子の製造方法を提供し、高周波特性に優れた超伝導素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超伝導素子の製造方法は、あらかじめ外表面上に第１の揮発成分を含有する超伝導層が形成された誘電体基体を準備する工程と、前記超伝導層上に金属厚膜を形成する工程と、前記金属厚膜上に、第２の揮発成分を含有する化合物厚膜を形成する工程と、前記金属厚膜および前記化合物厚膜を加熱することにより、前記超伝導層上に金属層および化合物層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る超伝導素子の製造方法は、誘電体基体の外表面上に、第１の揮発成分を含有する超伝導厚膜を形成する工程と、前記超伝導厚膜上に金属厚膜を形成する工程と、前記金属厚膜上に、第２の揮発成分を含有する化合物厚膜を形成する工程と、前記超伝導厚膜、前記金属厚膜、および前記化合物厚膜を加熱することにより、前記誘電体基体上に超伝導層、金属層、および化合物層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
前記第１の揮発成分または前記第２の揮発成分は、Ｂｉ，Ｐｂ，Ｔｌのうちいずれか１種以上であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る超伝導素子の製造方法は、あらかじめ外表面上にＣｕを含有する超伝導層が形成された誘電体基体を準備する工程と、前記超伝導層上に金属厚膜を形成する工程と、前記金属厚膜上に、Ｃｕを含有する化合物厚膜を形成する工程と、前記金属厚膜および前記化合物厚膜を加熱することにより、前記超伝導層上に金属層および化合物層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る超伝導素子の製造方法は、誘電体基体の外表面上に、Ｃｕを含有する超伝導厚膜を形成する工程と、前記超伝導厚膜上に金属厚膜を形成する工程と、前記金属厚膜上に、Ｃｕを含有する化合物厚膜を形成する工程と、前記超伝導厚膜、前記金属厚膜、および前記化合物厚膜を加熱することにより、前記誘電体基体上に超伝導層、金属層、および化合物層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記超伝導素子の製造方法において、前記金属厚膜は、ＡｇまたはＡｇを主体とする金属を含有することが好ましい。
また、上記超伝導素子の製造方法は、前記化合物層を除去する工程をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る超伝導素子は、誘電体基体と、前記誘電体基体の外表面上に形成された第１の揮発成分を含有する超伝導層と、前記超伝導層上に形成された金属層と、前記金属層上に形成された第２の揮発成分を含有する化合物層と、からなることを特徴とする。
前記第１の揮発成分または第２の揮発成分は、Ｂｉ，Ｐｂ，Ｔｌのうちいずれか１種以上であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る超伝導素子は、誘電体基体と、前記誘電体基体の外表面上に形成されたＣｕを含有する超伝導層と、前記超伝導層上に形成された金属層と、前記金属層上に形成されたＣｕを含有する化合物層と、からなることを特徴とする。
上記超伝導素子において、前記金属層は、ＡｇまたはＡｇを主体とした合金からなることが好ましい。また、上記超伝導素子において、前記化合物層は、超伝導体からなることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る超伝導素子は、前記誘電体基体が、互いに対向する第１、第２の端面と、前記第１、第２の端面を結ぶ外周面と、を有し、前記誘電体基体の前記外周面上に前記超伝導層が形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る超伝導素子は、前記誘電体基体の前記第１の端面から前記第２の端面にかけて形成された貫通孔と、前記貫通孔の内周面に接するように、前記貫通孔内部に配置された内導体と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る超伝導素子は、前記誘電体基体が、互いに対向する第１、第２の端面と、前記第１、第２の端面を結ぶ外周面と、を有し、前記第１の端面から前記第２の端面にかけて貫通孔が形成され、前記貫通孔の内周面上に前記超伝導層が形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る超伝導素子は、前記誘電体基体の外周面上に形成された外導体をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る誘電多共振器は、上記超伝導素子を含んでなることを特徴とする。
本発明に係る誘電体フィルタは、上記誘電体共振器と、上記誘電体共振器接続された外部結合手段と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る誘電体デュプレクサは、少なくとも二つの誘電体フィルタと、前記誘電体フィルタに接続される入出力手段と、前記誘電体フィルタに共通に接続されるアンテナ接続手段と、を備え、前記誘電体フィルタの少なくとも一つが上記誘電体フィルタであることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る通信機装置は、上記誘電体フィルタと、前記誘電体フィルタに接続された増幅器と、前記誘電体フィルタおよび前記増幅器にそれぞれ接続された外部結合手段と、前記誘電体フィルタを冷却する冷凍機と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る通信機装置は、上記誘電体デュプレクサと、前記誘電体デュプレクサの少なくとも一つの入出力手段に接続される送信回路と、前記送信回路に接続される前記入出力手段と異なる少なくとも一つの入出力手段に接続される受信回路と、前記誘電体デュプレクサのアンテナ接続手段に接続されるアンテナと、を備えることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明に係る超伝導素子の製造方法の一実施形態を示す工程断面図である。以下、図１に基づいて各工程の説明を行う。
【００２２】
まず、図１（ａ）に示すように、両主面上に超伝導層１２が形成された誘電体基体となる誘電体基板１１を準備する。誘電体基板１１は、例えば、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系セラミック、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系セラミックなどの多結晶誘電体や、ＭｇＯ系セラミックなどの誘電体で構成される。
【００２３】
超伝導層１２は、例えば、Ｂｉ系２２２３相酸化物、Ｂｉ系２２１２相酸化物、Ｔｌ系２２２３相酸化物などの超伝導体で構成される。また、超伝導層１２は、第１の揮発成分またはＣｕを含有する。ここで、第１の揮発成分とは、有機系の揮発成分ではなく揮発性の金属元素を意味する。超伝導体に含有される揮発性の金属として代表的なものは、Ｂｉ，Ｐｂ，Ｔｌである。
【００２４】
超伝導層１２を形成する方法としては、薄膜法や厚膜法を用いることができる。薄膜法を用いる場合は、例えば、スパッタリングなどにより誘電体基板１１上に超伝導材料を堆積させることにより、超伝導層１２を形成する。
【００２５】
一方、厚膜法を用いる場合は、例えば、超伝導材料粉末に有機ビヒクルを混合した超伝導ペーストを誘電体基板１１上に塗布し、焼き付けることにより、超伝導層１２を形成する。
【００２６】
なお、本願明細書において、「厚膜」とは、加熱により焼結する粉粒体を含有し、一定の保形性を有するもの全般を指す。したがって、「厚膜を形成する」とは、上記のようにペーストを対象物上に塗布することに限定されない。すなわち、セラミック粉末に有機ビヒクルを混合してなるスラリーをシート状に成形したグリーンシートを対象物上に配置することや、上記スラリーを対象物上に噴霧することなども含まれる。本願明細書において、「超伝導厚膜」、「金属厚膜」、「化合物厚膜」と記載する場合、「厚膜」の解釈は上記の定義に基づくものとする。
【００２７】
また、超伝導厚膜において粉粒体を構成する超伝導材料は、例えば、Ｂｉ系２２２３相酸化物のような超伝導体そのものであってもよいし、超伝導体の前駆体であってもよい。
【００２８】
超伝導厚膜に超伝導体の前駆体が含有される場合、超伝導厚膜を加熱する際に、超伝導体の合成が進められることになる。また、この超伝導体の合成には、後述する金属厚膜や化合物厚膜を加熱する際の熱を利用してもよい。すなわち、図１（ｂ）に示す状態で、超伝導層１２を構成する超伝導体の合成が完了していなくてもよい。
【００２９】
次に、図１（ｂ）に示すように、超伝導層１２上に金属厚膜１３ａを形成する。金属厚膜１３ａにおいて粉粒体を構成する金属材料としては、例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔなどを用いることができる。中でも、ＡｇまたはＡｇを主体とした合金を用いることが好ましく、金属厚膜１３ａを加熱する際に、超伝導層１２を構成する超伝導体の粒成長やｃ軸配向が促進される。
【００３０】
次に、図１（ｃ）に示すように、金属厚膜１３ａ上に化合物厚膜１４ａを塗布する。化合物厚膜１４ａは、第２の揮発成分またはＣｕを含有する。第２の揮発成分としては、第１の揮発成分同様、例えば、Ｂｉ，Ｐｂ，Ｔｌなどが挙げられる。なお、超伝導層１２が第１の揮発成分を含有する場合は、化合物厚膜１４ａは第２の揮発成分を含有し、超伝導層１２がＣｕを含有する場合は、化合物厚膜１４ａはＣｕを含有する。
【００３１】
次に、金属厚膜１３ａおよび化合物厚膜１４ａを加熱することにより、図１（ｄ）に示すように、超伝導層１２上に金属層１３および化合物層１４を形成し、超伝導素子１０を完成させる。
【００３２】
超伝導層１２および化合物厚膜１４ａが揮発成分を含有する場合、加熱により、超伝導層１２に含有されている第１の揮発成分が、金属厚膜１３ａを介して外部に揮発しようとする。しかし、化合物厚膜１４ａにおいて第２の揮発成分が飽和している状態では、超伝導層１２に含有される第１の揮発成分の揮発が抑制されるものと推測される。特に、超伝導層１２および化合物厚膜１４ａが同種の揮発成分を含有する場合、異種の揮発成分を含有する場合に比べて、特定の揮発成分の飽和状態を形成しやすいためか、揮発抑制の作用が大きい。
【００３３】
一方、超伝導層１２および化合物厚膜１４ａがＣｕを含有する場合、加熱により、超伝導層１２に含有されているＣｕが、金属厚膜１３ａ中に拡散しようとする。しかし、化合物厚膜１４ａに含有されているＣｕも、金属厚膜１３ａ中に拡散しようとする。このため、結果的に、超伝導層１２からのＣｕの拡散量を低減することができると推測される。
【００３４】
また、上記の揮発成分の揮発抑制、およびＣｕの拡散抑制の作用は、化合物厚膜１４ａが超伝導層１２と同じ組成の超伝導材料を含有する場合、顕著に現れることが確認されている。
【００３５】
なお、以上の工程を経ることにより、図１（ｄ）に示す超伝導素子１０ａにおいて、金属層１３には揮発成分やＣｕが混入すると推測される。しかし、本発明者らがＷＤＸ（波長分散分析）により金属層１３を分析したところ、揮発成分についてはほとんど検出されなかった。揮発成分は、金属層１３を通り抜けるだけで、金属層１３中にほとんど残留しないものと推測される。一方、Ｃｕについては微量であるが検出された。
【００３６】
また、加熱の際には、一旦金属厚膜１３ａおよび化合物厚膜１４ａを厚み方向に加圧してから、加熱することが好ましい。加圧手段としては、静水圧プレスや一軸プレスなどを用いることができる。これにより、金属層１３および化合物層１４を緻密化させると同時に、超伝導層１２における超伝導体のｃ軸配向を促進させることができる。この効果は、加圧および加熱の工程を繰り返すことによりさらに向上する。また、超伝導層１２を厚膜法により形成する場合、超伝導厚膜を加熱する前に加圧を行うことにより、同様の効果を得ることができる。
【００３７】
ところで、図１（ｄ）に示す超伝導素子１０においては、さらに化合物層１４を除去してもよい。化合物層１４を除去する手段としては、リューターやサンドペーパーなどを用いることができる。
【００３８】
図２は、化合物層１４が除去された超伝導素子１０ａを示す断面図である。例えば、化合物層１４が導電率の低い化合物で構成されている場合、化合物層１４を除去して金属層１３を露出させることにより、超伝導素子１０ａと外部回路との電気的接続を良好にすることができる。また、Ａｇなどの金属は熱伝導率が高いため、金属層１３を露出させたほうが、超伝導素子１０ａの放熱性を高めることができる場合もある。
【００３９】
（実施形態２）
図３は、本発明に係る超伝導素子の製造方法の一実施形態を示す工程断面図である。以下、図３に基づいて各工程の説明を行う。
【００４０】
まず、図３（ａ）に示すように、誘電体基体となる誘電体基板２１を準備する。次に、図３（ｂ）に示すように、誘電体基板２１の両主面上に、第１の揮発成分を含有する超伝導厚膜２２ａを塗布する。超伝導厚膜２２ａに含有される超伝導材料や第１の揮発成分としては、実施形態１と同様のものが挙げられる。
【００４１】
次に、図３（ｃ）に示すように、超伝導厚膜２２ａ上に金属厚膜２３ａを塗布する。次に、図３（ｄ）に示すように、金属厚膜２３ａ上に、第２の揮発成分を含有する化合物厚膜２４ａを塗布する。
【００４２】
次に、超伝導厚膜２２ａ、金属厚膜２３ａ、および化合物厚膜２４ａを加熱し、図３（ｅ）に示すように、誘電体基板２１上に超伝導層２２、金属層２３、および化合物層２４を形成し、超伝導素子２０を完成させる。なお、実施形態１と同様に、超伝導素子２０において化合物層２４を除去してもよい。
【００４３】
本実施形態においては、実施形態１と同様に、金属厚膜２３ａ上に化合物厚膜２４ａを重ねて同時に焼き付けることにより、超伝導厚膜２２ａからの揮発成分の揮発やＣｕの拡散を抑制することができる。さらに、本実施形態では、一度の焼き付けにより、誘電体基板２１上に超伝導層２２、金属層２３、および化合物層２４を形成することができるため、実施形態１に比べて手間が省ける。その他の構成や作用効果については、実施形態１と同様であるため説明を省略する。
【００４４】
（実施形態３）
本発明に係る超伝導素子は、基本的には、図１（ｄ）、図３（ｅ）に示したような構成を備えている。本実施形態においては、本発明に係る超伝導素子の変形例について説明する。
【００４５】
図４（ａ）は、本実施形態の超伝導素子に用いられる誘電体基体を示す斜視図である。図４（ａ）に示すように、誘電体基体となる誘電体ブロック３１は、互いに対向する第１の端面３１ａおよび第２の端面３１ｂと、第１の端面３１ａおよび第２の端面３１ｂを結ぶ側面３１ｃと、を有し、直方体形状をなしている。
【００４６】
図４（ｂ）は、本実施形態の超伝導素子を示す断面図である。図４（ｂ）に示すように、超伝導素子３０は、誘電体ブロック３１と、誘電体ブロック３１の側面３１ｃ上に形成された超伝導層３２と、超伝導層３２上に形成された金属層３３と、金属層３３上に形成された化合物層３４と、からなる。
【００４７】
超伝導素子３０においては、誘電体ブロック３１における側面３１ｃに沿って、超伝導層３２および金属層３３が屈曲して形成されている。このような場合でも、実施形態１，２と同様にして、金属層３３となる金属厚膜上に化合物層３４となる化合物厚膜を重ねて加熱することにより、超伝導層３２からの揮発成分の揮発やＣｕの拡散を確実に抑制することができる。
【００４８】
図５（ａ）は、超伝導素子３０の変形例を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図５（ａ），（ｂ）に示すように、超伝導素子３０ａは、誘電体ブロック３１の第１の端面３１ａから第２の端面３１ｂ（図示せず）にかけて形成された円筒状の貫通孔３１ｄと、貫通孔３１ｄの内周面３に接するように貫通孔３１ｄ内部に配置された内導体３５と、をさらに備える。
【００４９】
超伝導素子３０ａは、少なくとも超伝導層３２および金属層３３を外導体とする同軸型の誘電体共振器として機能する。また、内導体３５は、本実施形態のように貫通孔３１ｄ内部に充填される形ではなく、貫通孔３１ｄの内周面に沿って層状に形成されていてもよい。
【００５０】
なお、本実施形態においては、誘電体基体として直方体状の誘電体ブロックを用いているが、誘電体基体の形状はこれに限られず、例えば、円柱状の誘電体ブロックを用いてもよい。
【００５１】
（実施形態４）
本実施形態においては、本発明に係る超伝導素子のその他の変形例について説明する。
図６（ａ）は、本実施形態の超伝導素子に用いられる誘電体基体を示す斜視図である。図６（ａ）に示すように、誘電体基体となる誘電体ブロック４１は、互いに対向する第１の端面４１ａおよび第２の端面４１ｂと、第１の端面４１ａおよび第２の端面４１ｂを結ぶ側面４１ｃと、を有し、直方体形状をなしている。また、誘電体ブロック４１の第１の端面４１ａから第２の端面４１ｂにかけて、円筒状の貫通孔４１ｄが形成されている。
【００５２】
図６（ｂ）は、本実施形態の超伝導素子を示す断面図である。図６（ｂ）に示すように、超伝導素子４０は、誘電体ブロック４１と、誘電体ブロック４１の貫通孔４１ｄの内周面４１ｅ上に形成された超伝導層４２と、超伝導層４２上に形成された金属層４３と、金属層４３上に形成された化合物層４４と、からなる。
【００５３】
超伝導素子４０においては、貫通孔４１ｄの内周面４１ｅに沿って、超伝導層４２および金属層４３が湾曲して形成されている。このような場合でも、実施形態１，２と同様にして、金属層４３となる金属厚膜上に化合物層４４となる化合物厚膜を重ねて加熱することにより、超伝導層４２からの揮発成分の揮発やＣｕの拡散を確実に抑制することができる。
【００５４】
なお、超伝導素子４０において超伝導層４２を形成する場合、例えば、超伝導ペーストを付着させたブラシを貫通孔４１ｄ内部に挿入し、貫通孔４１ｄの内周面４１ｅに超伝導ペーストを塗布し、これを加熱すればよい。同様にして、金属層４３および化合物層４４も形成することができる。
【００５５】
図７（ａ）は、超伝導素子４０の変形例を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図７（ａ），（ｂ）に示すように、超伝導素子４０ａは、誘電体ブロック４１の側面４１ｃ上に形成された外導体４６をさらに備える。
【００５６】
超伝導素子４０ａは、少なくとも超伝導層４２および金属層４３を内導体とする同軸型の誘電体共振器として機能する。化合物層４４が導体や超伝導体で構成される場合、化合物層４４も内導体として機能する。
【００５７】
また、図８に示すように、超伝導素子５０において、誘電体ブロック５１の側面上および貫通孔５１ｄの内周面上に、超伝導層５２、金属層５３、および化合物層５４を形成してもよい。
【００５８】
（実施形態５）
図９は、本発明に係る誘電体フィルタを示す斜視図である。図９に示すように、誘電体フィルタ６５は、長手方向に複数の貫通孔６１ａ〜６１ｃおよび複数の結合孔６６ａ，６６ｂが形成された誘電体ブロック６１と、誘電体ブロック６１の側面上に形成された超伝導層６２ａおよび金属層６３ａと、貫通孔６１ａ〜６１ｃの内周面上に形成された超伝導層６２ｂ〜６２ｄ、金属層６３ｂ〜６３ｄ、および化合物層６４ｂ〜６４ｄと、を備える。また、超伝導層６２ａおよび金属層６３ａの一部を切り欠いて、入出力電極（外部結合手段）６７ａ，６７ｂが形成されている。
【００５９】
誘電体フィルタ６５は、複数の誘電体共振器が結合孔３６ａ，３６ｂにより電磁界結合し、超伝導層６２ｂおよび金属層６３ｂを含む共振器が入出力電極３７ａに結合し、超伝導層６２ｄおよび金属層６３ｄを含む共振器が入出力電極３７ｂに結合することにより、フィルタとして機能する。
【００６０】
また、超伝導層６２ａおよび金属層６３ａの一部をさらに切り欠いて、アンテナ接続手段としての電極を形成すれば、誘電体デュプレクサを作製することができる。
【００６１】
（実施形態６）
図１０は、本発明に係る通信機装置の一実施例を示す概要図である。図１０に示すように、通信機装置（受信装置）７０は、誘電体フィルタ７１、ＬＮＡ（低雑音増幅器）７２、断熱高周波ケーブル７３、冷凍機７４、冷却ステージ７５、真空断熱ケース７６、およびハーメチックコネクタ（外部結合手段）７７ａ，７７ｂを備える。誘電体フィルタ７１としては、例えば、図９に示した誘電体フィルタを用いることができる。
【００６２】
誘電体フィルタ７１およびＬＮＡ７２は、互いに断熱高周波ケーブル７３により接続された状態で、冷却ステージ７５上に設置されている。冷凍機７４は冷却ステージ７５に接続され、冷却ステージ７５を所定の温度に冷却する。また、誘電体フィルタ７１、ＬＮＡ７２、および冷却ステージ７５は、真空断熱ケース７６内に設置されているため、誘電体フィルタ７１およびＬＮＡ７２を、一定の低温下で動作させることができる。
【００６３】
また、誘電体フィルタ７１はハーメチックコネクタ７７ａに、ＬＮＡ７２はハーメチックコネクタ７７ｂに、それぞれ断熱高周波ケーブル７３で接続され、ハーメチックコネクタ７７ａ，７７ｂを介して、外部回路に接続されている。
【００６４】
ハーメチックコネクタ７７ａを介して外部回路から受信した信号は、断熱高周波ケーブル７３を介して、誘電体フィルタ７１に伝送される。誘電体フィルタ７１を通過した特定帯域周波数の信号は、断熱高周波ケーブル７３を介してＬＮＡ７２に伝送される。ＬＮＡ７２で増幅された信号は、断熱高周波ケーブル７３とハーメチックコネクタ７７ｂを介して、次の外部回路に出力される。
【００６５】
（実施形態７）
図１１は、本発明に係る超伝導素子を用いた通信機装置の一例を示すブロック図である。図１１に示すように、通信機装置８０は、誘電体デュプレクサ８１と、送信回路８２と、受信回路８３と、アンテナ８４と、を備える。送信回路８２は誘電体デュプレクサ８１の入力手段８１ａに接続され、受信回路８３は誘電体デュプレクサ８１の出力手段８１ｂに接続され、アンテナ８４は誘電体デュプレクサ８１のアンテナ接続手段８１ｃに接続される。
【００６６】
誘電体デュプレクサ８１は、２つの誘電体フィルタ８５ａ，８５ｂを備える。誘電体フィルタ８５ａ，８５ｂは、本発明に係る超伝導素子を用いた誘電体共振器８６に、外部結合手段８７を接続してなるものである。
【００６７】
誘電体フィルタ８５ａは、入力手段８１ａとアンテナ接続手段８１ｃとの間に接続される。一方、誘電体フィルタ８５ｂは、出力手段８１ｂとアンテナ接続手段８１ｃとの間に接続される。
【００６８】
【実施例】
以下のようにして、超伝導素子の試料１〜６を作製し、これらを誘電体共振器として高周波特性を評価した。
【００６９】
（試料１）
まず、誘電体基体として、直径３５ｍｍ、厚さ３ｍｍのＢａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系多結晶誘電体からなる円板状の誘電体基板を準備した。なお、この多結晶誘電体の比誘電率εｒを、別途、両端短絡型誘電体共振器法（Ｈａｋｋｉ＆Ｃｏｌｅｍａｎ法）により、共振周波数１０ＧＨｚにて測定したところ、εｒ＝２４であった。
【００７０】
次に、超伝導厚膜用の原料粉末として、Ｂｉ２Ｏ３，ＰｂＯ，ＳｒＣＯ３，ＢａＣＯ３，ＣａＣＯ３，ＣｕＯの各粉末を準備した。次に、各原料粉末を、仮焼後の組成がＢｉ１．８５Ｐｂ０．３５Ｓｒ１．９０Ｂａ０．２０Ｃａ１．００Ｃｕ２．００Ｏ８．２２５（Ｂｉ系２２１２相酸化物）となるように調合した。次に、得られた調合物を８％酸素雰囲気中において８５０℃で仮焼することにより、Ｐｂの固溶したＢｉ系２２１２相酸化物からなる単相粉末を得た。
【００７１】
一方、ＣａＣＯ３およびＣｕＯを、仮焼後の組成がＣａ１．０５Ｃｕ１．３５Ｏ２．４０となるように調合し、得られた調合物を大気中において９００℃で仮焼することにより、Ｃａ２ＣｕＯ３およびＣｕＯからなる混相粉末を得た。
【００７２】
次に、上記単相粉末および混相粉末を、焼結後の組成がＢｉ１．８５Ｐｂ０．３５Ｓｒ１．９０Ｂａ０．２０Ｃａ２．０５Ｃｕ３．３５Ｏ１０．６２５（Ｂｉ系２２２３相酸化物）となるように混合した。次に、得られた混合粉末にテルピネオールおよびアルキッド樹脂を混合して、超伝導ペーストを作製した。
【００７３】
一方、金属厚膜用の原料粉末としてＡｇ粉末を準備し、このＡｇ粉末にテルピネオールおよびアルキッド樹脂を混合して、金属ペーストを作製した。
【００７４】
次に、スクリーン印刷により、誘電体基板の両主面上に超伝導ペーストを塗布し、４００℃で加熱して有機成分を揮発燃焼させた。次に、静水圧プレスにより２００ＭＰａの加圧処理を施した後、８％酸素雰囲気中において８３５℃で５０時間焼き付けを行い、誘電体基板の両主面上にＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層を形成した。
【００７５】
次に、スクリーン印刷により、超伝導層上に金属ペーストを塗布し、さらに金属ペースト上に再び超伝導ペーストを塗布し、４００℃で加熱して有機成分を揮発燃焼させた。次に、静水圧プレスによる２００ＭＰａの加圧処理、および８％酸素雰囲気中における８３５℃、５０時間の焼き付けを、この順に２回繰り返して行った。
【００７６】
このようにして、誘電体基板の両主面上に、１層目として厚さ１０μｍのＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層、２層目として厚さ１０μｍのＡｇからなる金属層、３層目として厚さ５μｍのＢｉ系２２２３相酸化物からなる化合物層が形成された超伝導素子を作製した。
【００７７】
（試料２）
まず、試料１と同様にして、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系誘電体基板、Ｂｉ系２２２３相酸化物の前駆体を含有する超伝導ペースト、およびＡｇを含有する金属ペーストを準備した。
【００７８】
次に、試料１で用いたのと同じ超伝導ペースト用の原料粉末を用いて、各原料粉末を、仮焼後の組成がＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８（Ｂｉ系２２１２相酸化物）となるように調合した。
【００７９】
次に、このようにして得られた調合物を、エタノールおよびイソプロピルアルコールの混合溶媒中でボールミル粉砕した後、７８０℃で１２時間仮焼して仮焼物を得た。この仮焼物をボールミル粉砕し、得られた仮焼粉末にテルピネオールおよびアルキッド樹脂を混合して、超伝導ペーストを作製した。
【００８０】
次に、試料１と同様にして、誘電体基板の両主面上にＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層を形成した。次に、スクリーン印刷により、超伝導層上に金属ペーストを塗布し、さらに金属ペースト上にＢｉ系２２１２相酸化物の前駆体を含有する超伝導ペーストを塗布し、４００℃で加熱して有機成分を揮発燃焼させた。次に、静水圧プレスによる２００ＭＰａの加圧処理、および８％酸素雰囲気中における８３５℃、５０時間の焼き付けを、この順に２回繰り返して行った。
【００８１】
このようにして、誘電体基板の両主面上に、１層目として厚さ１０μｍのＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層、２層目として厚さ１０μｍのＡｇからなる金属層、３層目として厚さ５μｍのＢｉ系２２１２相酸化物からなる超伝導層が形成された超伝導素子を作製した。
【００８２】
（試料３）
まず、試料１と同様にして、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系誘電体基板、Ｂｉ系２２２３相酸化物の前駆体を含有する超伝導ペースト、およびＡｇを含有する金属ペーストを準備した。
【００８３】
次に、化合物厚膜用の原料粉末として、Ｂｉ２Ｏ３，ＳｒＣＯ３の各粉末を準備し、仮焼後の組成がＢｉ１．８５Ｓｒ１．９０Ｏ４．６７５となるように調合した。次に、このようにして得られた調合物を、エタノールおよびイソプロピルアルコールの混合溶媒中でボールミル粉砕した後、７８０℃で１２時間仮焼して仮焼物を得た。この仮焼物をボールミル粉砕し、得られた仮焼粉末にテルピネオールおよびアルキッド樹脂を混合して、化合物ペーストを作製した。
【００８４】
次に、試料１と同様にして、誘電体基板の両主面上にＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層を形成した。次に、スクリーン印刷により、超伝導層上に金属ペーストを塗布し、さらに金属ペースト上にＢｉ系酸化物を含有する化合物ペーストを塗布し、４００℃で加熱して有機成分を揮発燃焼させた。次に、静水圧プレスによる２００ＭＰａの加圧処理、および８％酸素雰囲気中における８３５℃、５０時間の焼き付けを、この順に２回繰り返して行った。
【００８５】
このようにして、誘電体基板の両主面上に、１層目として厚さ１０μｍのＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層、２層目として厚さ１０μｍのＡｇからなる金属層、３層目として厚さ５μｍのＢｉ系酸化物からなる化合物層が形成された超伝導素子を作製した。
【００８６】
（試料４）
まず、試料１と同様にして、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系誘電体基板、Ｂｉ系２２２３相酸化物の前駆体を含有する超伝導ペースト、およびＡｇを含有する金属ペーストを準備した。
【００８７】
次に、スクリーン印刷により、誘電体基板の両主面上に超伝導ペーストを塗布し、さらに超伝導ペースト上に金属ペーストを塗布し、さらに金属ペースト上に再び超伝導ペーストを塗布し、４００℃で加熱して有機成分を揮発燃焼させた。次に、静水圧プレスによる２００ＭＰａの加圧処理、および８％酸素雰囲気中における８３５℃、５０時間の焼き付けを、この順に３回繰り返して行った。
【００８８】
このようにして、誘電体基板の両主面上に、１層目として１０μｍのＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層、２層目として１０μｍのＡｇからなる金属層、３層目として５μｍのＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層が形成された超伝導素子を作製した。
【００８９】
（試料５）
試料１の超伝導素子と同じものを作製し、３層目のＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層をリューターにより除去した。このようにして、誘電体基板の両主面上に、１層目として１０μｍのＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層、２層目として１０μｍのＡｇからなる金属層が形成された超伝導素子を作製した。
【００９０】
（試料６）
まず、試料１と同様にして、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系誘電体基板、Ｂｉ系２２２３相酸化物の前駆体を含有する超伝導ペースト、およびＡｇを含有する金属ペーストを準備した。
【００９１】
次に、スクリーン印刷により、誘電体基板の両主面上に超伝導ペーストを塗布し、さらに超伝導ペースト上に金属ペーストを塗布し、４００℃で加熱して有機成分を揮発燃焼させた。次に、静水圧プレスによる２００ＭＰａの加圧処理、および８％酸素雰囲気中における８３５℃、５０時間の焼き付けを、この順に３回繰り返して行った。
【００９２】
このようにして、誘電体基板の両主面上に、１層目として１０μｍのＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層、２層目として１０μｍのＡｇからなる金属層が形成された超伝導素子を作製した。
【００９３】
（高周波特性の評価）
以上のようにして作製された試料１〜６を、図１２に示すような金属ケースに入れ、温度７０Ｋ、共振周波数２．１ＧＨｚにおける各試料の無負荷Ｑを測定した。その結果を下記の表１に示す。この金属ケース９１は、無酸素銅からなる金属キャビティ９２と、その開口部を覆うように載置された無酸素銅からなる金属蓋９３と、からなる。金属蓋９３には励振ケーブル９４ａ，９４ｂが設けられており、励振ケーブル９４ａ，９４ｂは、ネットワークアナライザ（図示せず）に接続されている。誘電体共振器９０（各試料）は、樹脂シート９５を介して金属キャビティ９２の底面に載置される。
【００９４】
【表１】
2004296454.tif 000003
【００９５】
表１からわかるように、試料１〜５は、試料６に比べてＱが高くなっている。これは、２層目の金属層となる金属ペーストと、３層目の化合物層となる化合物ペーストと、を同時に焼き付けることにより、１層目の超伝導層からのＢｉおよびＰｂの揮発が抑制されているためである。
【００９６】
また、試料１は、試料２に比べてＱが若干低くなっている。これは、３層目にＰｂが含有されている試料１のほうが、３層目にＰｂが含有されていない試料２に比べて、揮発抑制の作用が大きいためである。
【００９７】
また、試料１，２，４，５は、試料３に比べてＱが高くなっている。これは、３層目にＣｕが含有されている試料１，２，４，５のほうが、３層目にＣｕが含有されていない試料３に比べて、高周波特性が優れているためである。
【００９８】
また、試料４は、試料１に比べてＱが高くなっている。これは、試料１では、１層目の超伝導層が単独で形成される際に、１層目の揮発成分が若干揮発するのに対して、試料４では、１〜３層目が同時に焼き付けられており、そのような若干量の揮発すら抑制されるためである。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によれば、超伝導層上に金属厚膜を重ねて加熱する際に、金属厚膜上に揮発成分またはＣｕを含有する化合物厚膜を重ねて加熱するため、超伝導層に含有される揮発成分の外部への揮発や、Ｃｕの金属厚膜への拡散を抑制することができる。これにより、揮発や拡散による特性劣化を防止しつつ、超伝導体の粒成長およびｃ軸配向を促進させることができるため、高周波特性に優れた超伝導素子を作製することができる。
【０１００】
また、金属層上に形成された化合物層を除去することにより、超伝導素子と外部回路との電気的接触を良好にしたり、超伝導素子の放熱性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１における超伝導素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図２】実施形態１における超伝導素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】実施形態２における超伝導素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】（ａ）は実施形態３における超伝導素子の誘電体基体を示す斜視図、（ｂ）は実施形態３における超伝導素子を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は実施形態３における超伝導素子を示す斜視図、（ｂ）は斜視図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６】（ａ）は実施形態４における超伝導素子の誘電体基体を示す斜視図、（ｂ）は実施形態４における超伝導素子を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は実施形態４における超伝導素子を示す斜視図、（ｂ）は斜視図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図８】実施形態４における超伝導素子を示す斜視図である。
【図９】実施形態５における誘電体フィルタを示す斜視図である。
【図１０】実施形態６における通信機装置を示す概要図である。
【図１１】実施形態７における通信機装置を示すブロック図である。
【図１２】実施例における誘電体共振器を示す断面図である。
【図１３】従来の超伝導素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，２０              超伝導素子
１１，２１              誘電体基板（誘電体基体）
１２，２２              超伝導層
１２ａ，２２ａ          超伝導厚膜
１３，２３              金属層
１３ａ，２３ａ          金属厚膜
１４，２４              化合物層
１４ａ，２４ａ          化合物厚膜
３０，４０，５０        超伝導素子
３０ａ，４０ａ          超伝導素子
３１，４１，５１        誘電体ブロック（誘電体基体）
３１ａ，４１ａ          第１の端面
３１ｂ，４１ｂ          第２の端面
３１ｃ，４１ｃ          側面（外周面）
３１ｄ，４１ｄ，５１ｄ  貫通孔
３２，４２，５２        超伝導層
３３，４３，５３        金属層
３４，４４，５４        化合物層
４１ｅ                  内周面
３５                    内導体
４６                    外導体
６５                    誘電体フィルタ
６７ａ，６７ｂ          入出力電極（外部結合手段）
７０                    通信機装置
７１                    誘電体フィルタ
７２                    ＬＮＡ（増幅器）
７４                    冷凍機
７７ａ，７７ｂ          ハーメチックコネクタ（外部結合手段）
８０                    通信機装置
８１                    誘電体デュプレクサ
８１ａ                  入力手段
８１ｂ                  出力手段
８１ｃ                  アンテナ接続手段
８２                    送信回路
８３                    受信回路
８４                    アンテナ
８５ａ，８５ｂ          誘電体フィルタ
８６                    誘電体共振器
８７                    外部結合手段
【図１】
2004296454.tif 000004
【図２】
2004296454.tif 000005
【図３】
2004296454.tif 000006
【図４】
2004296454.tif 000007
【図５】
2004296454.tif 000008
【図６】
2004296454.tif 000009
【図７】
2004296454.tif 000010
【図８】
2004296454.tif 000011
【図９】
2004296454.tif 000012
【図１０】
2004296454.tif 000013
【図１１】
2004296454.tif 000014
【図１２】
2004296454.tif 000015
【図１３】
2004296454.tif 000016