(57)【要約】その上に導電ストリップ（１２）が配置される、誘電体基板を備えるインピーダンス−マッチング・カプラ（１）。好ましくは誘電体膜の誘電層（１４）が、導電ストリップ及び第１の誘電層の上に形成され、導電ストリップを取り囲む。金属層（１６，１８）が最後に誘電層の最上に配置される。誘電層は、誘電体基板の誘電定数よりも実質的に高い、好ましくは１０倍よりも高い誘電定数を有している。厚さ１００μｍ未満、好ましくは５から１００μｍの間、より好ましくは１０から７０μｍの間の誘電体膜が好都合である。誘電体基板の厚さは好ましくは誘電層よりも厚く、好ましくは１０倍よりも大きい。導電ストリップは好ましくは幅が一定である。誘電体膜の厚さは、好ましくは導電ストリップの幅の１０％よりも大きい。
2006514482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インピーダンス−マッチング・デバイス（１）であって、
誘電体基板（１０）と、
前記誘電体基板（１０）の第１の表面（１３）の少なくとも一部を覆う誘電層（１４）と、
前記誘電体基板（１０）及び前記誘電層（１）の間に設けられた導電ストリップ（１２）と、
前記誘電層（１４）の表面（１５）の上に設けられ、前記導電ストリップ（１２）から離れるようにされた金属層（１６，１８）と、を備え、
前記誘電層（１４）が、前記誘電体基板（１０）の誘電定数よりも実質的に高い誘電定数を有することを特徴とするインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項２】
前記誘電層（１４）が、前記誘電体基板（１）の誘電定数の少なくとも８倍よりも大きい誘電定数を有することを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項３】
前記誘電層（１４）が、厚さ１００μｍ未満の誘電体膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項４】
前記誘電体膜（１４）が、厚さが５から１００μｍの間の厚膜であることを特徴とする請求項３に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項５】
前記誘電体膜（１４）が、厚さが１０から７０μｍの間の厚膜であることを特徴とする請求項４に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項６】
前記誘電体基板（１０）の厚さが、前記誘電層（１４）の厚さの少なくとも１０倍よりも大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項７】
前記導電ストリップ（１２）の幅が、実質的に一定であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項８】
前記導電ストリップ（１２）の幅が、略１２０μｍ程度の大きさであることを特徴とする請求項７に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項９】
前記誘電層（１４）の厚さが、前記導電ストリップ（１２）の厚さの１０％よりも厚いことを特徴とする請求項７又は８に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１０】
前記金属層（１６，１８）が、前記導電ストリップ（１２）と実質的に並行な中央スロット（１７）を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１１】
前記中央スロット（１７）がテーパー形状であることを特徴とする請求項１０に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１２】
前記テーパー形状が、
線形、
ベッセルタイプ、
チェビシェフタイプ、及び
指数関数
のグループから選択されるタイプの反射係数特性を付与することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１３】
前記テーパー形状が、チェビシェフタイプの反射係数特性を付与することを特徴とする請求項１２に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１４】
前記誘電体基板（１０）と前記誘電層（１４）の間に設けられた中間極薄膜を更に備え、該中間極薄膜が、前記誘電層（１４）の付着を強化する単層範囲にある金属膜であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１５】
前記中間極薄膜が、チタニウム、インジウム又はクロムのグループから選択された物質を含むことを特徴とする請求項１４に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１６】
インピーダンス−マッチング・デバイスの製造方法であって、
誘電体基板（１０）を提供するステップと、
前記誘電体基板（１０）上に導電ストリップ（１２）を配置するステップと、を備え、
前記導電ストリップ（１２）及び前記誘電体基板（１０）の少なくとも一部の上に誘電層（１４）を形成するステップを有し、
前記導電ストリップ（１２）が前記誘電層（１４）及び前記誘電体基板（１０）に取り囲まれ、
前記誘電層（１４）が前記誘電体基板（１０）の誘電電定数よりも実質的に高い誘電定数を有しており、
前記誘電層（１４）の少なくとも一部を金属化することを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記形成するステップが、誘電体膜を生成するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記形成するステップが、
ゾル−ゲル法、
レーザアブレーション、
マグネトロン・スパッタリング、
化学蒸着法、
エアロゾル、
スクリーン印刷、
焼結ベースの技術、
のグループから選択された膜生成技術を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記誘電層（１４）を形成するステップを実行する前に、前記誘電体基板（１０）の上に中間極薄膜を配置するステップを更に備え、該中間極薄膜が、前記誘電層（１４）の付着を強化する単層範囲にある金属膜であることを特徴とする請求項１６から１８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にインピーダンス−マッチング・デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの技術的アプリケーションにおいて、高速電子デバイスへの電気信号とそこからの電気信号を結合する必要がある。特定のアプリケーションの１つは、高周波信号又は非常に短いパルスで駆動される、半導体レーザダイオードへの電気信号の結合である。これらのデバイスは、インピーダンスが低く、反射の問題を軽減するために、例えば５０Ωの外部ケーブルに対するインピーダンス・マッチングが取られる必要がある。高速フォトダイオードは同様な問題を提示する。効率及び時間的応答性能を向上させるためには、例えば、広帯域インピーダンス変換器を使用して、フォトダイオードの比較的高いインピーダンスと外部負荷の低いインピーダンスとのマッチングを取る必要がある。
【０００３】
異なるインピーダンス値のマッチングのためのいくつかの解決策が従来より存在する。マイクロ波技術におけるほとんどの場合で、例えば、所与の長さのスタブを有する狭帯域共振構造が構成される。広帯域の解決策のほとんどで共通なのは、インピーダンス−マッチング・デバイスが、その両端の間で漸次的に変化するインピーダンスを創成しようとすることである。その漸次的変化は、例えば、伝送線路の寸法、伝送線路とグランド部分の間の誘電体材料のいずれか、グランド部分の形状又は誘電体材料の誘電定数を変化させることによって達成される。
【０００４】
しかしながら、複雑な付加的要件又は制限が存在する。最近のアプリケーションの多くでは、デバイスは一般的には５０Ωと３Ωとの間でインピーダンスのマッチングを取ることが要求され、ある場合には３７７Ωから３Ω程度まで下げることが要求される。その上、短いパルスが使用される場合、インピーダンス・マッチングは大きな帯域幅内で機能する必要がある。接続されるデバイスの多くは小さいので、デバイスのサイズも重要な関心事である。例えば、レーザダイオードの場合、全長が約１−２ｃｍを越えないようにするのが好ましい。
【０００５】
その上、分散、高次のモード及びエネルギー損失のような付加的影響に十分に注意する必要がある。最後に、そのようなインピーダンス−マッチング・デバイスは、製造するのが容易で高価でないことも必要である。上記で検討した要件により、十分に機能するインピーダンス−マッチング・デバイスの設計は実際に非常に困難になる。従来技術にはいくつかの提案が存在するが、それぞれが関連する欠点を有している。
【０００６】
従来技術から分かるインピーダンス・マッチング構造に影響を与える問題が、特許文献１に提案された伝送線路変換器（ＴＬＴ；transmission line transformer）と共に例示される。この構造は、レーザダイオードの入力抵抗を５０Ωにマッチングさせ、フォトダイオードの入力抵抗を低いインピーダンス（〜３Ω）にマッチングさせるように設計されており、半導体デバイスの効率及び時間的応答をかなり改善させる。インピーダンス−マッチング・カップリング・デバイスは、中央に位置決めされ、２つのグランド・プレーンが並んで配置された導電ストリップによって形成される、同一平面上の伝送線路を上側表面で支持する、均一な厚さの誘電体スラブを備えている。デバイスの特性インピーダンスは、横方向及び中央の導体間の間隔の漸次的変化によって、並びに導体の幅の変化によって値が漸次的に変化する。スラブの下側表面は別の導電性グランド・プレーンを支持し、全てのグランド・プレーン導体は、デバイスの両端、並びにストラップ又はワイヤを短くすることによって、いくつかの中間点で電気的に結合されている。誘電定数が非常に高いバルク基板を使用することによって、ＴＬＴのサイズをかなり縮小することができる。しかしながら、得られる横方向の物理的寸法要件が、変換インピーダンス・レベルを５０Ωから８Ω程度までに制限することがシミュレーションにより示されている。このＴＬＴの構成において、線路のいずれかの側の接地されたセミプレーンとのギャップは、１．０７ｍｍから１０μｍまで変化する。この非常に狭いギャップでさえも、低い方のインピーダンスは８Ω未満とならない。非常に小さい形状のそのようなインピーダンス整合器の製造は非常に困難である。特許文献１に記載されたＴＬＴの付加的欠点は、マイクロ波の周波数で損失が低く、誘電定数が非常に高い基板材料を入手するのが困難なことである。この構造の更に別の欠点は、高い誘電定数のバルク基板は、リンギングの問題を引き起こす、大きな分散をもたらすことである。その上、この構造は高次モードの出現により、２５ＧＨｚを越えて応答しないことが報告されている。
【０００７】
２つの伝送線路のインピーダンス・マッチングの問題の別の解決策が、特許文献２に開示されている。インピーダンス・マッチング・ネットワークは、２層の誘電体基板を備えている。中央の導体は、２つの層の間に配置されている。グランド・プレーンは、中央の線路の側面に対向する基板の表面に位置決めされ、その構造に沿ったグランド・プレーンの金属化部分の幅は、テーパー状の導体形状を形成することによって変化する。
【０００８】
特許文献２における解決策の１つの問題は、２つの誘電体基板の間のエアー・ギャップを回避するのが困難なことである。従って、誘電体間の接触を促進するために、ストリップライン状の構造に柔軟な基板が一般的に使用される。そのような柔軟な基板は通常、誘電定数が比較的低い。これはインピーダンス−マッチング・デバイスの幾何学的大きさを大きくすることとなる。この解決策は、関係する範囲におけるインピーダンスにマッチさせるのに、横方向寸法が大きくなるという欠点も引き起こす。特許文献２による典型的な実施形態は、３５０ＭＨｚから１．５ＧＨｚの周波数範囲において、それぞれ２７及び５０Ωのインピーダンスをマッチさせる。最近のアプリケーションの多くでは、これは完全に不十分である。有用な周波数及びインピーダンス範囲の制限は、バルク基板内で生じる分散、低い誘電定数の値及びサイズの制限によるものである。
【０００９】
特許文献３には、別のインピーダンス−マッチング・デバイスが開示されている。このデバイスは、対向する表面間の厚さが変化する誘電体を含んでいる。２つの端子間のインピーダンス変換は、誘電体の厚さの変化に比例する。
【００１０】
先に検討した解決策についてと同様な欠点に加え、後者のデバイスは製造の要望に良好には適応しない。誘電体の厚さの変化は、硬い誘電体材料で実現するのは容易ではない。その上、このタイプのデバイスでも、高い周波数での深刻な分散が存在する。更に、くさび形の誘電体部分の狭端部において、並列線路及びグランド・プレーンの横方向延長部は誘電体部分の幅に比べて大きく、生成される電磁界のより高次のモードでの問題を誘発する。
【００１１】
特許文献４には、誘電体スラブによってグランド・プレーンから分離されたテーパー状の導体を備える、インピーダンス−マッチング・デバイスが開示されている。例えば、低インピーダンスのストリップライン端部で５Ωのインピーダンスを有するテーパー状の線路部は、εｒ＝１０及び０．６３５ｍｍの厚さのＰＴＦＥ基板のスラブが使用されるとき、７ｍｍの最大幅と５ｃｍより大きい全長を必要とする。このような寸法は、光電子デバイスのパッケージの小さな寸法と相容れない。
【００１２】
従って、従来技術のインピーダンス−マッチング・デバイスの一般的な問題は、使用できる帯域幅が制限されていること、低い周波数で高次のモードが出現すること、分散により様々な周波数でのデバイスの応答が異なること、要求される公差のために製造が困難で高価となること、あるいはサイズが大きすぎてパッケージに収容できないことである。
【特許文献１】米国特許第５，２００，７１９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１１９，０４８号明細書
【特許文献３】米国特許第５，１４０，２８８号明細書
【特許文献４】米国特許第３，４１９，８１３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の全般的な目的は、使用できる帯域幅が改善され分散の小さいインピーダンス−マッチング・デバイスを提供することである。本発明の更なる目的は、幾何学的寸法の小さいインピーダンス−マッチング・デバイスを提供することである。本発明の別の目的は、そのようなインピーダンス−マッチング・デバイスに適した効率的な製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的は、特許請求の範囲に記載したインピーダンス−マッチング・デバイス及び製造方法によって達成される。概して、本発明によるインピーダンス−マッチング・カプラは、誘電体基板を備えており、導電ストリップがその上に配置される。好ましくは誘電体膜である誘電層が、導電ストリップ及び第１の誘電層の上に形成され、導電ストリップを取り囲む。電気的にグランド接続された金属層が、誘電層の上に最後に設けられる。本発明による製造方法の好適な実施形態によれば、誘電層は誘電体基板の上に、成膜技術（film depositing techniques）により直接形成される。誘電層は誘電体基板の誘電定数よりも実質的に高い誘電定数を有しており、好ましくは約８倍を越える値である。
【００１５】
誘電層は、上記で示したように、好ましくは非常に薄く、好ましくは厚さ１００μｍ未満の膜である。製造精度の要件により、膜厚は好適には５から１００μｍの間であり、より好ましくは１０から７０μｍの間である。誘電体基板の厚さは好ましくは誘電体膜の厚さよりも大きく、好ましくは１０倍を越える厚さである。
【００１６】
導電ストリップは好ましくは一定の幅であり、好ましくは１２０μｍ程度の大きさかそれ以上である。誘電体膜の厚さは、好ましくは導電ストリップの幅の１０％よりも大きい。電気的にグランド接続された金属層は、好ましくは導電ストリップと並列にセンタースロットを有し、該スロットはテーパー形状である。スロットの最小幅は、好ましくは導電ストリップの幅と同じサイズ範囲内である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明はいくつかの利点を有している。基板よりも誘電定数がかなり高い誘電体膜を使用することにより、電磁界は膜を通過するので、基板を通過しない。その結果、インピーダンス及び分散特性が、主に膜を横切って作られた伝送線路によって決定される。また、比較的小さい膜厚が、便利な製造方法でインピーダンスが非常に小さい値（＜５Ω）に達するのを可能にする。第１に、成膜により非常に高い誘電定数（εｒ＝８０以上）の材料の使用が可能となる。本発明によるデバイスは、おそらく小さな幾何学的寸法で製造することができる。その上、膜の使用により、分散が減少され、好適な幾何学的構成により、シングルモードの動作が保証される。従ってこのデバイスは、大きな帯域幅と小さなパルス変形を提供する。このデバイスはまた、比較的安価に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
添付図面と共に以下の説明を参照することによって、本発明が、その更なる目的及び効果と共に最も良く理解されるであろう。
【００１９】
例えば、ＳｒＴｉＯ３，ＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３，またはＫＴａＯ３のような強誘電体セラミックなどの誘電定数の高い材料では、誘電定数の低い材料と比較して、特定の周波数の波長がかなり低減される。良好に動作するインピーダンス−マッチング・デバイスは通常、使用される周波数の典型的な波長と比較してサイズが大きいので、これが高い周波数での反射係数を増大させずにより小さなデバイスを構成するための第１歩である。従って、インピーダンス−マッチング・デバイスにおける誘電定数の高い材料の使用は、インピーダンス変換器の寸法と、例えば、パッケージ化されたレーザダイオードの寸法との互換性を可能とする。
【００２０】
インピーダンス−マッチング・デバイスで誘電定数の高い材料を使用する可能性は、誘電定数の高い材料の薄膜及び厚膜のデポジションにおける最近の進歩によって増大している。例えば、Spartak S. Geovorgian及びEric Ludvig Kollberg，"Do We Really Need Ferroelectrics in Paraelectric Phase Only in Electrically Controlled Microwave Devices?"，IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，Vol. 49, No. 11, ２００１年１１月、を参照せよ。図１は、本発明によるインピーダンス−マッチング・カプラ１の実施形態を示している。伝送線路が基板１０の上に作られている。伝送線路は、センターストリップ１２、センターストリップ１２の上に設けられた誘電層１４、及び誘電層１４の上にある電気的にグランド接続された層１６，１８を備えている。導電材料のセンターストリップ１２、すなわち導電ストリップは、本実施形態では一定の幅を有し、本実施形態ではバルクセラミック基板である誘電体基板１０の上側表面１３に印刷されている。（「上側」、「下側」、「上」及び「底」という表現は、図に関連した説明を容易にするためにだけ用いられており、本発明の範囲を制限するものではない。）センターストリップ１２は第１の端部２０及び第２の端部２２の間に伸びており、これら端部はインピーダンスのマッチングが取られる部品への接続点である。導電ストリップ１２が関連する電子部品に接続されるので、ストリップの幅は好ましくは一般的なコネクタ配置と互換性のある範囲にある。使用される標準的接続の最小のものは幅１２０μｍに合わされており、そのため導電ストリップ１２は好ましくは同じ大きさ程度の幅を有している。導電ストリップ１２の厚さは略１μｍ程度であり、高い周波数においても良好な接触を保証するために十分に大きくすべきである。
【００２１】
誘電体基板１０は、他方の下側面１１には金属化部分を何ら有する必要は無い。換言すれば、基板１０の底面は、絶縁体、半導体又は非導電性の異なる種類の流動体のような、実質的に非導電性又は半導体の物体と接触状態となるのに非常に都合がよい。しかしながら、金属化は除外されないが、デバイスのインピーダンス特性に与える影響は小さいであろう。基板１０を形成する誘電層の厚さは一般的に０．２から１ｍｍ程度である。基板材料の典型的な例は、アルミナ又はガラスである。これらの材料の誘電定数は、一般に５−１０の範囲である。以下で更に説明する好適な製造方法に関しては、誘電体基板１０が、好ましくは特性や形状の劣化なしに６００−１０００度に加熱されるよう管理する。
【００２２】
誘電層、本実施形態では非常に高い誘電定数を有する誘電体膜１４は、伝送線路１２を覆って形成され、誘電体基板１０の少なくとも一部もカバーする。基板１０に直接形成することで、異なる部品間のエアギャップを回避し、伝送線路１２並びに基板１０に対する良好な付着力を保証する。このため基板１０及び誘電体膜１４は、断面図において一緒に伝送線路１２を取り囲む。膜１４内の誘電体材料は、通常８０を越える誘電定数を有している。このように誘電体膜１４は、誘電体基板よりもかなり高い誘電定数を有している。実際には、これはデザインにおける非対称性をもたらし、デバイスの基板側のデザインはインピーダンス特性にほとんど無視できる影響しか有さない。
【００２３】
金属層１６，１８は誘電体膜１４の最上面、すなわち、導電ストリップ１２と接触している面と反対の面上に印刷される。金属層１６，１８の外側面２３及び２４、すなわち金属層１６，１８のデバイスの中央から外側に面する面は、電気的にグランド接続されている。本実施形態の金属層１６，１８は、金属層を２つのグランド・プレーン１６及び１８に分離している、伝送線路１２と実質的に並列な中央スロット１７を有している。中央スロット１７は、第１端部２０及び第２端部２２の間全体に延在している。中央スロット１７は、好ましくは伝送線路１２に関して対称的である。その場合、金属層１６，１８は互いにミラーイメージとなる。しかしながら、例えば一方の側だけに金属層を有するような非対称の構成も実現可能である。中央スロット１７は、好ましくは伝送線路１２の幅を超える平均幅を有している。デバイスの特性インピーダンスは、スロットの長さに沿って、すなわち第１端部２０と第２端部２２の間で、スロット１７の幅が漸次的に変化することによって、値が漸次的変化を被る。パラメータを適切に選択することで、低インピーダンス側端部、すなわち第２の端部２２で５Ω未満のインピーダンスが達成可能である。換言すると、スロット１７はテーパー形状であり、あるいは同様に、グランド・プレーン１６及び１８はテーパー形状である。
【００２４】
本実施形態が一定幅の導電ストリップ１２を備えていたとしても、本発明はそれに限定されるものではない。インピーダンス・カプラの長さに沿った様々な中央の導電ストリップを含む他の実施形態、並びにインピーダンスを変更する他の従来技術の手段を付加的に含む実施形態も可能である。
【００２５】
図２は、図１の実施形態を断面で示している。
【００２６】
本発明による利点を説明するために、図１及び２に従う第１の多層構造を分析し、その性能を様々な従来技術のデバイスと比較した。シミュレーションした第１のテスト・デバイスは、εｒ＝１４０で、伝送線路上での厚さ１μｍで成膜された薄い誘電体膜から成る。伝送線路１２は、基板１０上に幅１２０μｍ及び厚さ２μｍで印刷されている。このテスト・デバイスにおける基板１０は、厚さ６３５μｍで誘電定数９．８のアルミナによって構成されている。第１のテスト・デバイスは、長さ１．６ｃｍであり、εｒの高い膜の上にテーパー状のスロット１７が、第１の側での３００μｍから他方の側での１１８μｍまで変化するように印刷され、チェビシェフタイプの反射係数となるような形状を有している。このデバイスの対応するインピーダンスは、市販のソフトウエアであるHigh Frequency Structure Simulator HFFS を用いた数値的シミュレーションで、第１の側で５０Ωであり第２の側で３．５Ωとなった。
【００２７】
このデバイスの挙動は論理的に調べられ、その結果を従来技術のデバイスから得られた結果と比較した。図４は、上記で説明したテスト・デバイスの有効誘電定数に対する周波数分散曲線を表している。曲線１０４は、第１の側のポート、すなわち５０Ωのポートに対応し、曲線１０６は、第２の側のポート、すなわち、テーパーの低インピーダンス端に対応している。本発明による多層構造は、少なくとも４０ＧＨｚまでは非常に小さな分散を示しており、これは非常に短いパルスの実質的な歪のない伝播を可能とする。比較として、曲線１０５，１０７は、εｒ＝８０のバルク基板を有する特許文献１による伝送線路インピーダンス変換器の２つのポートでの周波数分散を表している。分散が大きいことが分かるであろう。
【００２８】
図５には、第１のテスト・デバイスの短い電圧パルスに対する算出された応答が示されている。５０ｐｓ（半値全幅）のガウスパルスから成る入力パルス１０８が用いられている。検討されているテーパーのシミュレートされた出力が、破線の曲線１１０で表されている。本発明による多層の第１のテスト・デバイスの応答は、その大きな使用可能な帯域幅によりわずかな歪だけをもたらす。５０ｐｓよりも高速なパルスであっても、このテスト・デバイスと共に使用できるであろう。比較として、上述の特許文献１による従来技術の伝送線路インピーダンス変換器の出力応答を、点線の曲線１１２で示している。分散によるリンギングが明らかであり、本発明によるインピーダンス・マッチング・カプラの性能はかなり改善されている。
【００２９】
分散の影響を考慮するとき、バルク材料は大きな分散を付与し、膜は小さな分散を付与するであろう。従って、誘電層として厚さ１００μｍ未満の誘電体膜１４を使用するのが好ましい。誘電定数の高い材料の厚膜（５−１００μｍ）及び薄膜（５μｍ未満）を製造することは、近年の進歩に従って厚膜技術及び薄膜技術それぞれで可能である。例えば、上記Spartak S. Geovorgian及びEric Ludvig Kollberg，"Do We Really Need Ferroelectrics in Paraelectric Phase Only in Electrically Controlled Microwave Devices?"，IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，Vol. 49, No. 11, ２００１年１１月及びその中での参照文献を参照せよ。分散の挙動だけを検討するときには、低い分散を保証するために出来るだけ薄い膜を選択するのが最適であろう。しかしながら、以下で更に述べるように、別の方向から製造の点でより正確に検討する。
【００３０】
図３は、本発明によるテスト・デバイスの推定した入力リターンロスを表す曲線１００を示している。４０ＧＨｚまでの調べた周波数範囲の全体に渡って、リターンロスが略−２０ｄＢ程度の大きさであったことが分かるであろう。調べた範囲においては周波数で応答が大きく劣化していない。比較として、曲線１０２は、εｒ＝８０のバルク基板を有する特許文献１による伝送線路インピーダンス変換器のリターンロスを表している。高次モードの出現により、この構造では２５ＧＨｚを越えて応答しないことが分かるであろう。
【００３１】
このように高次モードの出現は、使用可能な周波数範囲に対して重大な脅威となる。蒸気の検討で用いたテスト・デバイスについて考えると、非常に薄い誘電体膜を使用することで、デバイスの好適な挙動が、グランド・プレーン１６，１８に関する導電ストリップ１２の幾何学的なサイズ及び位置決めに強く依存することが実現可能となる。グランド・プレーン１６，１８間のスロットが、導電ストリップ１２の幅と比較して大きいとき、位置決めにおける小さな誤差はインピーダンスの有意な変化に影響しない。しかしながら、スロットの狭い側、すなわち端部２２（図１）に近い側では、グランド・プレーン１６，１８の内部のエッジは導電ストリップ１２のエッジに非常に近くなる。小さな位置合わせ誤差又はスロット幅の不正確性によって、この側でのインピーダンスはかなり変化するであろう。一定の終端インピーダンスを保証するために、製造は非常に注意深く行われるべきである。しかしながら、このレベルの精度での製造は非常に困難で高価である。
【００３２】
従って、そのような製造の検討は、わずかに厚い膜の使用を必要とする。このため、厚膜（５−１００μｍ）の使用が好まれ、１０−７０μｍの範囲の厚膜が特に好都合である。上記で調べたテスト・デバイスのものよりも厚さが大きいことの影響は、分散の挙動を大きく変えるものではないと考えられており、厚さ１０−７０μｍの膜を用いたデバイスの予期される特性は、図３，４及び５のグラフの曲線で非常に良く表されている。
【００３３】
図１及び図２において、グランド・プレーン１６，１８のテーパー化は線形のものとして示されている。しかしながら、ベッセル、チェビシェフ又は指数関数タイプの反射係数をもたらす、グランド・プレーンのテーパー化に他の幾何学的形状を有する様々な実施形態も可能である。例えば、チェビシェフタイプのテーパー形状を有するデバイスに基づいた、図３−５に示したシミュレーションは、本例では線形、ベッセル又は指数関数タイプよりも幾分良好な結果をもたらす。そのような線形でないテーパー化の例が例えば図７に示されている。ここで中央のスロットの漸次的変化は狭い端部で次第に鈍くなる。その上、グランド・プレーンのエッジは両端部で導電ストリップに並行である。そのような構成は、デバイスの一方の側から他方の側への漸次的インピーダンス変化をゆるやかにし一層均一にするよう働く。
【００３４】
本発明は従来技術のデバイスと比較していくつかの利点を提供する。
【００３５】
薄膜及び厚膜は、ゾル−ゲル法、レーザアブレーション、マグネトロン・スパッタリング、化学蒸着法（ＣＶＤ）、エアロゾル、スクリーン印刷又は焼結ベースの技術などの様々な方法で成膜されてもよく、それらの相対的誘電定数は非常に高くなり得る。本発明を用いることによって、伝送線路は断面が単純で非常に満足できる横方向寸法となり、製造が安上がりとなる。本発明による多層構造は、大きな帯域幅及び小さな分散を提供する。市販の無線周波数コネクタの寸法と互換性のある、１２０μｍの一定のストリップ幅を有するテーパーの低インピーダンス端部での値を３．５Ω程度まで低くできることが、シミュレーションにより示された。本発明によるデバイスの入力リターンロスの調査により、略５０Ｈｚまでの単一モードの動作及び非常に小さな分散が示されたが、これは非常に短いパルスの実質的に歪の無い伝播を可能とする。
【００３６】
基板、誘電層の材料及び膜のデポジション技術の特定の選択により、基板と誘電層との間の十分な付着を達成するのに小さな問題があるかもしれない。そのような付着問題を低減する考えられる方法の１つは、ブリッジ材料の非常に薄い層を成膜することである。ブリッジ材料は一般には単層（monolayer）の厚さとすべきであり、例えば、チタニウム、インジウム又はクロムのような金属を含んでいても良い。ブリッジ層は、誘電体材料の成膜の前に基板に直接成膜される。成膜された強誘電体セラミックの、次に基板に結合される単層金属ブリッジ層への化学的結合は、付着力の増大を可能とする。金属の単層は電気的に導体ではなく、インピーダンス・マッチング・デバイスの性能に大きく影響することはない。
【００３７】
このタイプの多層構造における誘電定数の高い材料の使用は、成膜技術の利用により可能である。異なる誘電層の構成要素を元の基板上に形成することにより、付着の問題は従来技術の多層での解決策についてと同じ程度では生じない。図６は、本発明によるインピーダンス−マッチング・デバイスの製造方法の実施形態を示している。この手法はステップ２００で開始する。ステップ２０２で、その上に多層が形成されるべき最初の基板として誘電体基板が提供される。ステップ２０４で導電ストリップが第１の誘電層の上に配置され、伝送線路を形成する。この配置は好ましくは、周知の従来技術の印刷技術に従って、要求される幾何学的大きさを有する金属膜の印刷として実行される。ステップ２０６で、非常に高い誘電定数を有する誘電層が導電ストリップの上に形成される。これにより導電ストリップは、誘電体基板と誘電層の２つの誘電体エンティティによって取り囲まれることとなる。誘電層は好ましくは厚膜であり、デポジションは好ましくは厚膜技術により実行される。導電ストリップ及び第１の誘電層の上への第２の誘電層の形成により、良好な付着特性がもたらされる。ある実施形態では、誘電層の形成は、有機溶剤と混合された誘電体物質の導電ストリップ及び誘電体物質の少なくとも一部の上への成膜と、その後の熱処理とを含んでいる。加熱する間、あらゆる有機溶剤成分は除去され、残った誘電体物質が誘電層を形成する。最後に、ステップ２０８で、誘電層の一部が金属化され、テーパー状のグランド・プレーンを形成する。これは好ましくは金属膜の印刷によって実行される。この手法はステップ２１０で終了する。
【００３８】
本発明は特許請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することなしに、様々な変形や修正が可能であることは当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明によるインピーダンス−マッチング・カプラの実施形態の概観図である。
【図２】図１の実施形態の断面図である。
【図３】インピーダンス−マッチング・カプラにおける入力リターンロスを示すグラフである。
【図４】本発明によるインピーダンス−マッチング・カプラの実施形態の周波数分散を示すグラフである。
【図５】インピーダンス−マッチング・カプラのガウス入力パルスに対する出力応答のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】本発明による製造方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図７】本発明で使用可能なグランド・プレーンの別の実施形態の上面図である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成17年3月18日(2005.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インピーダンス−マッチング・デバイス（１）であって、
誘電体基板（１０）と、
前記誘電体基板（１０）の第１の表面（１３）の少なくとも一部を覆う誘電層（１４）と、
前記誘電体基板（１０）及び前記誘電層（１）の間に設けられた導電ストリップ（１２）と、
前記誘電層（１４）の表面（１５）の上に設けられ、前記導電ストリップ（１２）から離れるようにされた金属層（１６，１８）と、を備え、
前記誘電層（１４）が、前記誘電体基板（１０）の誘電定数よりも実質的に高い誘電定数を有し、
前記誘電層（１４）が、厚さ１００μｍ未満の誘電体膜であることを特徴とするインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項２】
前記誘電層（１４）が、前記誘電体基板（１）の誘電定数の少なくとも８倍よりも大きい誘電定数を有することを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項３】
前記誘電体膜（１４）が、厚さが５から１００μｍの間の厚膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項４】
前記誘電体膜（１４）が、厚さが１０から７０μｍの間の厚膜であることを特徴とする請求項３に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項５】
前記誘電体基板（１０）の厚さが、前記誘電層（１４）の厚さの少なくとも１０倍よりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項６】
前記導電ストリップ（１２）の幅が、実質的に一定であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項７】
前記導電ストリップ（１２）の幅が、略１２０μｍ程度の大きさであることを特徴とする請求項６に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項８】
前記誘電層（１４）の厚さが、前記導電ストリップ（１２）の厚さの１０％よりも厚いことを特徴とする請求項６又は７に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項９】
前記金属層（１６，１８）が、前記導電ストリップ（１２）と実質的に並行な中央スロット（１７）を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１０】
前記中央スロット（１７）がテーパー形状であることを特徴とする請求項９に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１１】
前記テーパー形状が、
線形、
ベッセルタイプ、
チェビシェフタイプ、及び
指数関数
のグループから選択されるタイプの反射係数特性を付与することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１２】
前記テーパー形状が、チェビシェフタイプの反射係数特性を付与することを特徴とする請求項１１に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１３】
前記誘電体基板（１０）と前記誘電層（１４）の間に設けられた中間極薄膜を更に備え、該中間極薄膜が、前記誘電層（１４）の付着を強化する単層範囲にある金属膜であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１４】
前記中間極薄膜が、チタニウム、インジウム又はクロムのグループから選択された物質を含むことを特徴とする請求項１３に記載のインピーダンス−マッチング・デバイス。
【請求項１５】
インピーダンス−マッチング・デバイスの製造方法であって、
誘電体基板（１０）を提供するステップと、
前記誘電体基板（１０）上に導電ストリップ（１２）を配置するステップと、を備え、
前記導電ストリップ（１２）及び前記誘電体基板（１０）の少なくとも一部の上に誘電層（１４）を形成するステップを有し、
前記導電ストリップ（１２）が前記誘電層（１４）及び前記誘電体基板（１０）に取り囲まれ、
前記誘電層（１４）が、厚さ１００μｍ未満の誘電体フィルムであり、
前記誘電層（１４）が前記誘電体基板（１０）の誘電電定数よりも実質的に高い誘電定数を有しており、
前記誘電層（１４）の少なくとも一部を金属化することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記形成するステップが、
ゾル−ゲル法、
レーザアブレーション、
マグネトロン・スパッタリング、
化学蒸着法、
エアロゾル、
スクリーン印刷、
焼結ベースの技術、
のグループから選択された膜生成技術を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記誘電層（１４）を形成するステップを実行する前に、前記誘電体基板（１０）の上に中間極薄膜を配置するステップを更に備え、該中間極薄膜が、前記誘電層（１４）の付着を強化する単層範囲にある金属膜であることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の方法。
【国際調査報告】
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