專利名稱：超導體傳輸線路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及低損耗的、適用于大電流的、利用了氧化物超導體的傳輸線路。
背景技術：
作為高頻傳輸線路，公知有在中心導體的周圍有著接地外部導體的同軸型傳輸線路。在從中心導體指向外部接地導體的方向產生電場。在垂直于電場的方向產生磁場。電流沿著中心導體、外部接地導體的延伸方向(與截面垂直的方向)流動。作為導體材料，公知有Cu、Ag、Au等電的良導體和超導體。中心導體和外部接地導體之間，由空氣或者固相電介質(下面簡稱為電介質)形成。利用電介質比利用空氣更有利于小型化。另外，有時也可以使中心導體為中空結構。
圖4(A)～(C)是概略地表示現(xiàn)有技術的傳輸線路的結構例的示意圖。
在圖4(A)中，圓柱形中心導體101和圓筒狀外部接地導體102被電介質塊104電隔離。選擇高頻損耗少的材料作為電介質。使用介電率高的材料可使傳輸線路小型化。外部接地導體102、中心導體101由Cu、Ag、Au等常導體形成。并且，由于流過中心導體101的電流在其表面附近流動，所以也可以把中心導體101作為圓筒狀的中空結構。此時，把厚度設成表皮厚度的2倍以上。中心導體101為中空結構的情況下，也可以在其中空部分填充電介質103。
如果用超導體形成導體，那么由于超導體傳輸線路的電阻在直流時為0，在高頻時也非常小，所以能夠形成低損耗、適用于大電流的傳輸線路。氧化物超導體在相對較高的溫度下成為超導狀態(tài)，因此便于應用。
氧化物超導體與金屬導體等不同，具有對晶界的結構非常敏感的電特性。很多氧化物超導體具有長方體晶體結構。如果相鄰的長方體之間的晶軸方向有幾度的偏差，則在該部分產生晶界。
圖4(A)的結構中，即使用單晶體制造電介質塊103，在其圓弧狀外表面上外延地生長氧化物超導體來制造外部接地導體102，但要外延地生長氧化物超導體層也非常難。
圖4(B)表示傳輸線路的其他實施例。優(yōu)選在單晶體的四棱柱狀的電介質塊104的外表面上形成氧化物超導體的外部接地導體102。在電介質塊104形成有截面為圓形的內孔，在內孔內收納中心導體101。也可以使中心導體101為中空結構，在其中空部分收納電介質103。也可以用單純的中空結構來替代電介質填充結構。
圖4(C)是傳輸線路的其他方式。優(yōu)選單晶體的電介質塊104具有四棱柱狀的形狀，還具有四棱柱狀的內孔。在四棱柱的外表面形成外部接地導體102，在四棱柱狀的內孔的內壁，形成有中心導體101。中心導體101為中空結構，也可以在其中空部分收納電介質103。外部接地導體102、中心導體101由氧化物超導體形成。
圖4(B)中的外部接地導體102、圖4(C)中的中心導體101和外部接地導體102，形成在單晶體電介質塊104的平坦的表面上。可是，即使外延生長氧化物超導體層，在四棱柱狀的角部，如果相鄰面的氧化物超導體接觸，并且其結晶方位不同的話，也不能避免產生晶界。于是，產生損耗，難以流過大電流。雖然能夠在平面的基底上得到外延層或接近于單晶體的層，但不能避免在四角上產生晶界。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種低損耗的、適用于大電流的、利用了氧化物超導體的傳輸線路。
基于本發(fā)明的觀點，提供一種超導體傳輸線路，其具有內部導體；和由氧化物超導體形成的外部導體，其包圍該內部導體的周圍，具有除去了截面呈中空四邊形的各角部的形狀的4個面，并且在相鄰的面之間形成不到λ/4(λ是傳輸?shù)母哳l波的波長)的狹縫。


圖1是表示本發(fā)明的實施例的傳輸線路的立體圖和截面圖。
圖2是表示本發(fā)明的其他實施例的傳輸線路的立體圖和截面圖。
圖3是表示圖1和圖2的傳輸線路的應用例的立體圖。
圖4是表示現(xiàn)有技術的傳輸線路的結構的立體圖。
圖中、1中心導體；2外部導體；3電介質塊；4電介質塊；5空氣層；6支撐用基底；7高頻輸入探針；8高頻輸出探針；9底板；101中心導體；102外部接地導體；103電介質；104電介質塊。
具體實施例方式
圖1(A)～(F)是概略地表示本發(fā)明的實施例的傳輸線路的立體圖和截面圖。
圖1(A)表示第1基本結構。配置四個平面狀的氧化物超導體層的外部導體2-1～2-4，使其包圍圓柱狀的內部導體1的周圍。在中心導體1和外部導體2-1～2-4之間，形成縫隙10。由于四個超導體層2-1～2-4具有平面形狀，所以可以由結晶性能良好的氧化物超導體形成。
圖1(B)表示實現(xiàn)圖1(A)的結構的一個方式。四棱柱狀的電介質塊4由氧化鎂(MgO)、鋁酸鑭(LaAlO3)、藍寶石(Al2O3)等低損耗、高介電率的單結晶形成。在藍寶石的情況下優(yōu)選在表面上設置CeO2的緩沖層。例如使用具有截面為方形的外周，各外周面由(100)面構成，在內部具有截面為圓形的內孔的MgO塊。在四個平坦的外周面上，互相分離地形成四個氧化物超導體層2-1～2-4。在截面為圓形的內孔，插入有Ag、Au、Cu、Al等電的良導體和超導體的線材1。
圖1(C)表示形成圖1(B)所示的氧化物超導體層2-1～2-4的第一方法。在單晶體電介質塊4的外周面上，通過浸漬涂敷或者絲網(wǎng)印刷等的涂敷法形成液相的氧化物超導體材料。作為氧化物超導體，優(yōu)選穩(wěn)定且具有良好的特性的Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O、Y-Ba-Cu-O(YBCO)、RE-Ba-Cu-O(RELa、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Tm、Yb、Lu)中的任意一種。
通過在高溫下燒結氧化物超導體層，氧化物超導體層固相結晶化并出現(xiàn)超導性。并且，為了得到良好的高頻特性和能夠適用于大電流，使形成的超導體層的膜厚大于等于0.5μm。在燒結被浸漬涂敷的液相材料層的狀態(tài)下，在截面呈中空四邊形的各角部容易產生晶界。
通過利用銼刀削去形成有氧化物超導體層的電介質塊的角、利用切斷機切除等機械方法，除去角部上的氧化物超導體層和基底的電介質塊。通過除去結晶性能容易發(fā)生紊亂的角部的氧化物超導體層，在電介質塊4的4個外周面上殘留有結晶性能良好的4層氧化物超導體層。為了使傳輸?shù)母哳l波不泄漏，將相鄰的氧化物超導體層之間的狹縫寬度設定成不到λ/4。
在這里，λ是要傳輸?shù)母哳l波的波長。在存在多個波長的情況下是最短的波長。在內部導體和外部導體之間存在電介質的情況下，是在高頻波所存在的空間中的有效波長。
并且，也可以利用真空容器中的濺射、蒸鍍(包括激光蒸鍍、共蒸渡)等取代浸漬涂敷或印刷，在電介質塊的外周面上形成氧化物超導體膜。這些方法，雖然在成膜上耗費時間，并且需要高價的設備，但能夠進行原子級的生長，能夠形成品質非常高的外延層。除去截面呈中空四邊形的氧化物超導體層的各角部的處理與上述相同。
圖1(D)表示形成分離的氧化物超導體層的第2方法。預先對電介質塊4的截面四邊形的各角部進行倒角。在電介質塊4的平坦的外周面上，通過印刷法涂敷氧化物超導體材料層。通過在高溫下燒結氧化物超導體材料層，可以形成4個氧化物超導體層2-1～2-4。
圖1(E)表示傳輸線路的第3方式。4個氧化物超導體層2-1～2-4隔著空氣間隙與中心導體1對置配置。也可以使用板材形成4個氧化物超導體層2-1～2-4。另外，如圖所示，也可以在板狀支撐基板6-1～6-4上，形成氧化物超導體層2-1～2-4。
板狀支撐基板6-1～6-4優(yōu)選從氧化鎂、鋁酸鑭、藍寶石、氧化鍶、氧化鈰、氧化鈦、銀、金、鎳、氧化鎳、鎳合金等能在其上外延地生長氧化物超導體層的材料中選擇。在形成膜狀的氧化物超導體層的情況下，為了獲得高頻特性和能夠適用于大電流，優(yōu)選使膜厚大于等于0.5μm。
如圖1(F)所示，也可以使中心導體1為中空結構。在這種情況下，也可以在中空結構的內部配置電介質塊3。
圖2(A)～(D)是表示傳輸線路的其他方式。
圖2(A)表示第2基本結構。中心導體由4個平坦的平面狀的氧化物超導體層1-1～1-4形成，外部接地導體也由4個平坦的平面狀的氧化物超導體層2-1～2-4形成。板狀的中心導體1和板狀的外部導體2之間形成縫隙10。
圖2(B)是表示實現(xiàn)圖2(A)所示的傳輸線路的第一方式。電介質塊4由氧化鎂、鋁酸鑭、藍寶石等低損耗、高介電率的電介質形成，具有四棱柱狀的形狀。電介質塊4在中心部還具有截面為四邊形的四棱柱狀的內孔。在電介質塊4的外周面上，形成四個氧化物超導體層2-1～2-4，在截面為四邊形的內孔的內壁上，形成4個氧化物超導體層1-1～1-4。
這樣的氧化物超導體層，可以通過采用例如浸漬涂敷方法在電介質塊4的外周面和內孔的內壁上涂敷氧化物超導體材料層，在高溫下燒結后，利用銼刀、切斷機等除去角部來實現(xiàn)。優(yōu)選將相鄰的氧化物超導體層之間的間隔設定成不到λ/4，以防止電場泄漏。另外，優(yōu)選使膜厚大于等于0.5μm。
圖2(C)是實現(xiàn)圖2(A)的形態(tài)的其他結構。中心導體由在四棱柱狀的內部電介質塊3的四個外周面上互相分離地形成的四個氧化物超導體層1-1～1-4構成。這樣的氧化物超導體層，可以利用與圖1(C)、(D)所說明的方法相同的方法來進行制作。在這樣形成的中心導體的周圍，配置氧化物超導體的板2-1～2-4。把相鄰的氧化物超導體層之間的間隔設定成不到λ/4。
圖2(D)與圖1(E)相同，表示利用在基底基板上形成的氧化物超導體膜形成氧化物超導體的外部接地導體。外部導體2-1～2-4與在圖1(E)的構成中說明的外部導體相同。中心導體1-1～1-4與在圖2(C)的構成中所說明的相同。
圖3是表示這樣形成的傳輸線路的利用方法的圖。傳輸線路20按長度為L被切出，根據(jù)長度L設定諧振頻率。在傳輸線路20的一端配置有高頻輸入探針7，另一端配置有高頻輸出探針8。從高頻輸入探針7供給傳輸線路20的高頻信號通過長度為L的諧振器耦合到高頻輸出探針8。這樣的結構可用于下述用途。
(1)傳輸電纜(線材電纜)包括在半導體裝置之間能夠低損耗且高速地傳輸信號的電纜和能夠低損耗地供給大容量的電力(從DC到交流)的電纜。由于通過在相鄰的面的端部之間形成不到λ/4的狹縫，使導體部分由無晶界的外延的超導體膜構成，所以能夠實現(xiàn)低損耗、適用于大電流的電纜。例如，在1GHz的高頻波傳送中，能夠將損失降低到以往的大約1/100。在截面為方形形狀的情況下，電磁場和電流、應力等集中在四個角部分。因此，通過在四個角部分設置狹縫，還可以獲得緩和這些電磁場和電流、應力的效果。并且，由于在中心導體電流流過外部設置導體一側的表面(在超導體的情況下，為磁場侵入長度的2倍左右，而且基本上與頻率無關)，在外部接地導體電流流過中心導體一側的表面(在超導體的情況下，為磁場侵入長度的2倍左右，而且基本上與頻率無關)，所以也可以在中心導體的內側和外部接地導體側的外側設置用于保護和防止淬火時的熱負荷的金屬層等。
(2)限流器隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大和電力需求的增長，網(wǎng)絡化和線路容量的增大，由發(fā)生短路和雷擊等事故時的急劇的電流增大引起的對電氣、電子設備的損害也在增加。作為對此的對策，正在開發(fā)在平時無損失地傳輸電力，在發(fā)生事故時產生很大的電阻，從而切斷事故電流的限流器。作為超導體限流器的原理之一，有在流過過電流時從超導狀態(tài)轉變到常導狀態(tài)，產生很大的電阻的電阻轉移型。為了得到良好的限流特性，必須在整體上具有平均的超導臨界溫度Tc和超導臨界電流Ic。如上所述由于能夠在整體上均勻地構成無晶界的外延的超導膜，所以能夠增大電流容量和進行高速切斷。而且，雖然在限流時有可能被加上很大的熱負荷，但對此也可以通過在中心導體的內側和外部接地導體的外側設置金屬等高熱傳導層來進行緩和。另外通過串、并聯(lián)圖3的元件，可以獲得更大容量的限流器。
(3)電流導線到目前為止，電流導線在從室溫到4K等級之間使用的是銅制的電流導線?？墒?，由于銅制的電流導線其焦耳熱很大，另外來自外部環(huán)境的熱流入也大，因此在冷凍機冷卻磁體中存在液氦使用量增大和大型化等問題。因此，期待出現(xiàn)低損耗且熱傳導小的超導電流導線?？墒?，在氧化物超導體的情況下，如果存在晶界則特性劣化。根據(jù)上述的結構，由于無晶界的外延生長的超導膜整體能夠均勻地構成，所以能夠實現(xiàn)低損耗且熱流入少的、能夠適用于大電流的電流導線。
以上，雖然結合實施例對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不限定于此。例如，也可以使用其他物質作為氧化物超導體、支撐基板、電介質塊。并且對于本領域的技術人員來講，對本發(fā)明可以進行其他各種的變更、改良和組合。
下面，附記本發(fā)明的特征。
(附記1)(1)超導體傳輸線路，具有；內部導體；和由氧化物超導體形成的外部導體，其包圍該內部導體的周圍，具有除去了截面呈中空四邊形的各角部的形狀的4個面，并且在相鄰的面之間形成不到λ/4的狹縫。
(附記2)附記1所述的超導體傳輸線路，所述氧化物超導體是Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O、Y-Ba-Cu-O、RE-Ba-Cu-O(RELa、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Tm、Yb、Lu)中的任意一種。
(附記3)根據(jù)附記1或2所述的超導體傳輸線路，所述外部導體由厚度大于等于0.5μm的氧化物超導體層形成。
(附記4)(2)根據(jù)附記1～3中任意一項所述的超導體傳輸線路，還具有設置在所述內部導體和所述外部導體之間的區(qū)域上的電介質塊。
(附記5)根據(jù)附記4所述的超導體傳輸線路，所述電介質塊由氧化鎂、鋁酸鑭、藍寶石中的任意一種形成。
(附記6)(3)根據(jù)附記4或5所述的超導體傳輸線路，所述電介質塊具有沿著長度方向延伸的4個平坦的外表面，所述外部導體形成在所述4個平坦的外表面上。
(附記7)(4)根據(jù)附記4～6中任意一項所述的超導體傳輸線路，所述電介質塊具有包括沿著長度方向延伸的4個平坦的內壁的四棱柱形狀的內孔，所述內部導體由氧化物超導體形成，其具有形成在所述4個平坦的內壁上的4個面，并在相鄰的面之間形成不到λ/4的狹縫。
(附記8)根據(jù)附記4～6中任意一項所述的超導體傳輸線路，所述電介質塊具有沿著長度方向延伸的截面為圓形的內孔，所述內部導體被插入到所述內孔之中。
(附記9)(6)根據(jù)附記1～3中任意一項所述的超導體傳輸線路，在所述外部導體外表面上還具有支撐各個外部導體的支撐部件。
(附記10)根據(jù)附記9所述的超導體傳輸線路，所述支撐部件由氧化鎂、鋁酸鑭、藍寶石、氧化鍶、氧化鈰、氧化鈦、銀、金、鎳、氧化鎳、鎳合金中的任意一種形成。
(附記11)(7)根據(jù)附記10所述的超導體傳輸線路，所述內部導體由氧化物超導體形成，其具有除去了截面為中空四邊形的各角部的形狀的4個面，并在相鄰的面之間形成不到λ/4的狹縫。
(附記12)(8)根據(jù)附記11所述的超導體傳輸線路，還具有被配置在所述內部導體的內側的四棱柱形的內部電介質塊，內部導體的4個面被支撐在該內部電介質塊的外表面上。
(附記13)根據(jù)附記1～12中的任意一項所述的超導體傳輸線路，所述內部導體、外部導體構成一定長度的諧振器。
(附記14)氧化物超導體傳輸線路的制造方法，包括(a)在截面為四邊形的四棱柱狀的電介質塊的外周面上形成氧化物超導體層的工序；
(b)一起除去所述四棱柱狀電介質塊的各角部和其上的氧化物超導體層，將通過不到λ/4(其中λ是要傳輸?shù)母哳l波的波長)的狹縫相分離的4層氧化物超導體層留在所述電介質塊的平坦的外表面上的工序。
(附記15)根據(jù)附記14所述的氧化物超導體傳輸線路的制造方法，所述工序(a)包括將液相的氧化物超導體材料涂敷在所述的電介質塊的外周面上的工序，和燒結涂敷的材料層的工序。
(附記16)根據(jù)附記14所述的氧化物超導體傳輸線路的制造方法，所述工序(a)通過濺鍍、蒸鍍中的任意一種方法將氧化物超導體材料形成在所述的電介質塊上。
(附記17)根據(jù)附記14～16中任意一項所述的氧化物超導體傳輸線路的制造方法，所述工序(b)通過機械方法，除去氧化物超導體層和電介質塊。
(附記18)氧化物超導體傳輸線路的制造方法，包括(a)準備截面為四邊形的各角部被削去不足λ/4(其中λ是要傳輸?shù)母哳l波的波長)的寬度的四棱柱狀的電介質塊的工序，在外周面上形成氧化物超導體層的工序；(b)將氧化物超導體材料層涂敷在所述的四棱柱狀的電介質塊的平坦的外周面上的工序；(c)和燒結涂敷了的氧化物超導體材料層的工序。
權利要求
1.超導體傳輸線路，其特征在于，具有內部導體；由氧化物超導體形成的外部導體，其包圍該內部導體的周圍，包括具有除去了截面呈中空四邊形的各角部的形狀的4個面，并且相鄰的面的端部之間形成不到λ/4(其中，λ是傳輸?shù)母哳l波的波長)的狹縫。
2.根據(jù)權利要求1所述的超導體傳輸線路，其特征在于，還具有設置在所述內部導體和所述外部導體之間的區(qū)域上的電介質塊。
3.根據(jù)權利要求2所述的超導體傳輸線路，其特征在于，所述電介質塊具有沿著長度方向延伸的4個平坦的外表面，所述外部導體形成在所述4個平坦的外表面上。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的超導體傳輸線路，其特征在于，所述電介質塊具有包括沿著長度方向延伸的4個平坦的內壁的四棱柱形狀的內孔，所述內部導體由氧化物超導體形成，其具有形成在所述4個平坦的內壁上的4個面，并在相鄰的面之間形成不到λ/4的狹縫。
5.根據(jù)權利要求2或3所述的超導體傳輸線路，其特征在于，所述電介質塊具有沿著長度方向延伸的截面呈圓形的內孔，所述內部導體被插入到所述內孔。
6.根據(jù)權利要求1所述的超導體傳輸線路，其特征在于，在所述外部導體的外表面上還具有支撐各個外部導體的支撐部件。
7.根據(jù)權利要求6所述的超導體傳輸線路，其特征在于，所述內部導體由氧化物超導體形成，其具有除去了截面呈中空四邊形的各角部的形狀的4個面，并在相鄰的面之間形成不到λ/4的狹縫。
8.根據(jù)權利要求7所述的超導體傳輸線路，其特征在于，還具有被配置在所述內部導體內側的四棱柱形的內部電介質塊，內部導體的4個面被支撐在該內部電介質塊的外表面上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用了氧化物超導體的超導體傳輸線路，由于其損耗低，所以可用于大電流的傳輸。該超導體傳輸線路具有內部導體；和由氧化物超導體形成的外部導體，其包圍該內部導體的周圍，具有除去了截面呈中空四邊形的各角部的形狀的4個面，并且在相鄰的面之間形成不到λ/4(λ是所傳輸?shù)母哳l波的波長)的狹縫。
文檔編號H01B12/02GK1717836SQ03825710
公開日2006年1月4日 申請日期2003年2月25日 優(yōu)先權日2003年2月25日
發(fā)明者赤瀨川章彥, 山中一典, 中西輝 申請人:富士通株式會社