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定電圧発生装置及び定電圧発生装置の製造方法 コモンズ 外国出願あり

国内特許コード P03A003261
整理番号 U2001P250
掲載日 2003年12月22日
出願番号 特願2002-085211
公開番号 特開2003-282980
登録番号 特許第4129522号
出願日 平成14年3月26日(2002.3.26)
公開日 平成15年10月3日(2003.10.3)
登録日 平成20年5月30日(2008.5.30)
発明者
  • 入江 晃亘
  • 大矢 銀一郎
出願人
  • 国立大学法人宇都宮大学
発明の名称 定電圧発生装置及び定電圧発生装置の製造方法 コモンズ 外国出願あり
発明の概要 コンパクトな定電圧発生装置を提供する。誘電体基板1上において、超伝導層及び絶縁層が交互に自然積層された構造を有するメサ形状の超伝導超格子構造3を形成する。超伝導超格子構造3はエポキシ樹脂2を介して誘電体基板1に接着固定されている。超伝導超格子構造3のメサ構造部分3Aは、金属薄膜4を介して、λ/4マイクロストリップライン(長さがマイクロ波の波長の1/4)8に電気的に接合されており、メサ構造部分3Bは、金属薄膜4を介して金属電極9に接続されている。
従来技術、競合技術の概要
従来、電圧の一次標準器として超伝導体からなるジョセフソン素子を利用した装置が用いられている。前記素子は二つの超伝導体の超伝導電子が弱く相互作用するような構造をしており、最も標準的なものは超伝導体/絶縁体/超伝導体からなるトンネル接合型素子である。前記素子にマイクロ波を照射すると交流ジョセフソン効果により電流-電庄特性上に量子化された定電圧ステップが発現する。この定電圧ステップの発生電圧は照射マイクロ波の周波数により一意的に決定されることからジョセフソン素子が電圧標準器として応用されている。
【0003】
実用化されているジョセフソン素子は、通常、シリコンウェハ上にニオブ薄膜(~100nm厚)/酸化アルミニウム膜(~2nm)/ニオブ薄膜(~100nm厚)を積層し、それを微細加工することにより作製する。このような作製方法によれば、数万個以上の素子からなる集積回路の作製が可能である。実際、金属系ジョセフソン素子を電圧標準器として用いる場合、1つの素子から発生可能な電圧は1mV程度なので数V~数10Vの標準電圧を得るために数千~数万個の素子を直列接続して用いる。
産業上の利用分野
本発明は、種々の電子デバイスや精密電子計測機器などに好適に用いることのできる、定電圧発生装置及びその製造方法に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 誘電体基板と、この誘電体基板上に形成され、超伝導層及び絶縁層が交互に自然積層された構造を有するメサ形状の超伝導超格子構造と、この超伝導超格子構造のメサ構造部分の上面に接触するようにして設けられた、マイクロ波導入のためのマイクロストリップラインと、前記超伝導超格子構造の少なくとも一部に電気的に接触するようにして設けられ、マイクロ波の誘起によって生成した電圧を取り出すための金属電極と、を具えることを特徴とする、定電圧発生装置。
【請求項2】 前記超伝導超格子構造の前記メサ構造部分の前記上面の面積が100μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載の定電圧発生装置。
【請求項3】 前記超伝導超格子構造の前記メサ構造部分は絶縁層内に埋設されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の定電圧発生装置。
【請求項4】 前記超伝導超格子構造の側端部は、絶縁部材によって覆われていることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載の定電圧発生装置。
【請求項5】 前記超伝導超格子構造は追加のメサ構造部分を有し、前記金属電極は前記追加のメサ構造部分の上面に電気的に接触していることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一に記載の定電圧発生装置。
【請求項6】 前記超伝導超格子構造は、(Bi1-XPbX)2Sr2Can-1CunO2n+δ(0≦X≦0.5, n=1-3)又はTl2Ba2Can-1CuO2n+4 (n=1-3)なる高温超伝導体からなることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一に記載の定電圧発生装置。
【請求項7】 前記マイクロストリップラインと、前記超伝導超格子構造との電気的に接触部分において、ジョセフソン接合を形成することを特徴とする、請求項1~6のいずれか一に記載の定電圧発生装置
【請求項8】 前記定電圧発生装置は、複数のジョセフソントンネル素子を含むジョセフソン接合アレイを構成することを特徴とする、請求項1~7のいずれか一に記載の定電圧発生装置。
【請求項9】 誘電体基板上に超伝導層及び絶縁層が交互に自然積層された構造を有する超伝導超格子構造を形成する工程と、
前記超伝導超格子構造に対してフォトリソグラフィ技術を施すことによって、前記超伝導超格子構造をメサ形状にパターニングする工程と、
前記超伝導超格子構造の、前記メサ形状の上面に接触するようにして、マイクロ波導入のためのマイクロストリップラインを形成する工程と、
前記超伝導超格子構造の少なくとも一部に電気的に接触するようにして、マイクロ波の誘起によって生成した電圧を取り出すための金属電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、定電圧発生装置の製造方法。
【請求項10】 前記フォトリソグラフィ技術において、前記超伝導超格子構造の前記メサ構造部分の上面の面積を100μm以下にパターニングすることを特徴とする、請求項9に記載の定電圧発生装置の製造方法。
【請求項11】 前記超伝導超格子構造の前記メサ構造部分を絶縁層内に埋設する工程を含むことを特徴とする、請求項9又は10に記載の定電圧発生装置の製造方法。
【請求項12】 前記超伝導超格子構造の側端部を、絶縁部材によって覆う工程を含むことを特徴とする、請求項9~11のいずれか一に記載の定電圧発生装置の製造方法。
【請求項13】 前記フォトリソグラフィ技術において、前記超伝導超格子構造に対して追加のメサ構造部分を形成し、前記金属電極は前記追加のメサ構造部分の上面に電気的に接触するように形成することを特徴とする、請求項9~12のいずれか一に記載の定電圧発生装置の製造方法。
【請求項14】 前記超伝導超格子構造は、(Bi1-XPbX)2Sr2Can-1CunO2n+δ(0≦X0.5, n=1-3)又はTl2Ba2Can-1CuO2n+4 (n=1-3)なる高温超伝導体からなることを特徴とする、請求項9~13のいずれか一に記載の定電圧発生装置の製造方法。
【請求項15】 前記マイクロストリップラインと、前記超伝導超格子構造との電気的に接触部分において、ジョセフソン接合を形成することを特徴とする、請求項9~14のいずれか一に記載の定電圧発生装置の製造方法。
【請求項16】 前記定電圧発生装置は、複数のジョセフソントンネル素子を含むジョセフソン接合アレイを構成することを特徴とする、請求項9~15のいずれか一に記載の定電圧発生装置の製造方法。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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