高温超导微滤波器之设计与制作

1、高温超醇璟型微脩微波元件之jb用郭羲雄哪慧，置阈立交通大孥ft子物理所e-mail: .tw 668 物理ft月刊（廿四卷五期）2002年10月在愿用重子里，超醇微波元件乃是卷科擘家 所欲追求可用以替代现今金或半材料卷主 之器件。主要乃根摞超本身在微波里所具 有之低损耗之功能。藉此功能，因而厚致形tt悬更 小者。换言之，在现今普遍遹用的稹niio各裂作考量谩程未里，一偃形tt愈小而挑有更低噪音之器 件，且尚具僵廉者，道是商渠上，也是科阜家舆工 程擘家共同追求的目檄。如今，高温超醇其tc已可高逵100多度kh寺，在僵格上因液氨之昂贵舆稀 有性已可被液氮所取代。在控

2、温技秫亍所耗损之僵摞估言十必可降至一般可大型鹰用之水型。事 上，由於琪今傅统一般微波系统已具相富完善之水 平，畿使高温超醇微波器件具有更高形醴舆功率操 作之便越性。在基於成本考量上，整套昂贵通系 统（高逵数元）之更新，仍尚有很大困莫隹。故依本 人看法，除非高温超醇能掩有百分之百在僵格上超 越垣今之系统或器件，即超厚在微波方面之用仍 蕃曾彳局限在某些特定（如太空通或窜事上等）的 功能上而已。除上述湃效益考量外，高温超醇元 件在通方面愿用仍有待科擘家畿努力於下述雨偃i重要冏题：（1）樊掘更高陶界温度超厚ft（甚至逵到室温）；（2）此材料必需具有趣高稳定性舆1 复 裂性。超醇微波元件除了有商棠愿用性

3、之考量外。事w,在府之研究上它扮演提供高温超醇基本物 理性一彳固最重要角色之一。因卷，一般超厚微波 元件停或是共振腔，皆可由其温度燮化中量取 精碓的共振频率之偏移，而得知感鹰阻抗之燮化， 迤而取得超厚穿隧深度随温度燮化信射系o迤而可得知超醇载子熊密度随温度改建之性ito道些数摞可用以理言鼾！言超厚古柏封之能隙熊型碓性。另外一方面，也可由共振信虢之品ii因子q值，得知超醇熊中型粒子之物理行卷。例如由q值，直接由校正二流模型估算出mt部分傅醇保数，而由此傅醇保数得知粒子之生命日寺。道些重 要物理量皆可作卷建立高温超醇理言俞正碓性，提供最佳之it摞。基於此，下面我股等曾述本研究群最 近三年所做的璟型

4、微修共振器，用以明吾人 封於高温超醇在微波愿用舆械制研究之看法1。条形由雷射鹿法，我俯成功地研彝在金日酸i1 （lao）基板的上、下二面蒸金乙m铜氧（yrcubo-8之高温超厚薄膜技循1 o加符薄膜研裂成有隙健或没 有隙健之超厚璟形共振器（圈一）。如i 一（a）,保；具没有隙健之元件，本身具有雨偃ifom并模。其中一 外模卷整偃i璟卷一全波h,遢有另外一彳固模，相tel圃一 .(a)瓢隙健和(b)有隙健之ybccb醇璟型共振器。 669 物理ft月刊(廿四卷五期)2002年10月封穗於丽偃i偶合其半遏各分裂卷一半波h,封 整璟而言也是一偃i波h。因此，上述甬模即成悬雨 偃ifom并模。所以，此

5、微波共振璟如在璟沿上加以埸 的微攥(如gi (b),掘一小隙健封1w於雨偶合 上日寺)，立即分裂成雨偃i不同模。所以，可微攥 裂作成一曼模(dual-mode)的共振元件。其分裂成 曼模的原因可由曼摆模型加以解释。事上，其如 同於雨偃i偶合彳爰，其稳定熊分别悬同相位舆 累相位之雨熊。因此，分裂彳爰之雨频率乃分别封鹰 於此雨熊。止匕外，分裂之雨i(率典原来曾彳并模i(率 之信霸系乃舆隙健之位置有信封o由於微修璟状共振器 有此基本特性。因此，趣易取得燮频，故如能掌控上埸的有效干摄，hu在通甯子元件必能得一 可微波共振器。事1t上，高温超醇微波元件，在 陶界温度下，其埸皆彳局限在表面之穿透深度 木里

6、，故若薄膜在大於穿透深度日寺之有些 亲跳?或孔洞，道封於微波元件之基本性不曾造成 彳寡害。换言之，在薄膜裂造之谩程，其具有趣大之 忍受度，道可由璟中触刻一空穴，而其共振仍 完全一檬得it 2 o在基磁物理研究上，由於所裂作一彳固完整和一的有隙健的璟状共振器可以量得比一般微波共振 器(利用罩晶)所辗法得到的数摞；也就是我 品在军一檬品上，得取物理量舆i(率之信霸系。再 者，我例的檬品悬磊晶之薄膜，3t且可在同一檬品 取得不同氧含量。造雨者之数摞可提供瞭解高温超 醇物理行卷之更多息。事上，封一般人而言， 军晶能提供曾化和乾浮的妙io但磊晶薄膜之研裂成功，不僮代表的是前述鹰用之前瞻性，而且 提供正碓

7、的除高温超醇性能。彳爰者，例如黑的 封超醇熊典型粒子的影警，道些碓提供超厚配封 封穗熊典型粒子之褐一辗二的信息。在的谩程 木里，我滕形由量取檬品之穿透保数s21、共振g(率f及其半高宽 & 可言十算其品ii因子，q = f/ af(1-s 21) o再由共振频率随温度之飘移6f,可得知重感保数之燮化，藉由重感舆穿透深度之信副系，即可求取穿透深度。利用微波表面阻抗，zs(t) = rs(t) + jx s(t)舆drude模式，可狸知在 ab平面上的 数醇重率o(t) o利用上述之结果，以改良式二流 ft模型，我例可掩知偏敦穿透深度及型粒子(a) ybco薄膜璟形共振器在满氧(6 = 0.05)

8、的状熊下，其品1因子在15 k日寺逵到一离军位以上。同日寺其穿透深度至(t) = /.(t) - a(5k)封温度(t (5k) = 1504 (6= 0.05)、21616 (6如，利用雷射加热裂造一人工空隙。=0.2)和 282 420 nm ( 6 = 0.4) ； 3t樊琪共振i(率改建不至封其造成影警(表一)，故此超厚加辗色散信副系。自旋 heo(spin-fluctuations) 宰控了低能激熊粒子之散射勤力行悬7-9o 672 物理ft月刊(廿四卷五期)2002年10月iii.tcm5k)2 a(o) kntc5k产丸也1月dt2 x(k)01110+1.41k)901506.

9、1-a(x)5i0.5 50 2832166.5-0 0058a.3o0 45 5282，4-0 01210.36 = 0.05、0.2和0.4日寺量得之物理参数。在我凭的研究未里，型粒子的散射速率舆温度3t存在著1/xt)芯ao + bt的信割系。此外， 在低温(5k)日寺其髭弛畤武东勺是 3.76 x 10-11秒，此数值较陶界温度日寺高了500倍(如圃四.ybco璟形共振器在不同氧含量6 =0.05、0.2和0.4日寺之1/曲t/tc之信射系。表一 .ybcom形共振器在不同氧含量iv . 率b(t)在低温畤不再明h随温度燮化而 渐近超平，此雎舆ybco罩晶所掩得之结果迥m,道乃是因悬我

10、例所裂作的檬品薄膜在ab平面上有多的亲隹分佛。我俯樊琨，残留厚 雷;率曾随著氧含量的搀亲倒！度(underdoped)燮化。而造些垣象皆可由李氏理考信予以 10-12：因型粒子之魅密度随温度降低而减少， 加且型粒子典亲隹之多重非弹性散射郤随温 度降低而增加其生命期(lifetime),道丽因数互相兢事下醇致醇重率在低温日寺趣近常数。v .文及李氏理 11 ,12估算高温超醇ft之不正常 的(abnormal)费米液it修正常数g.隅瑞0.5附 近，道相富於有效1量及勺卷1.5,道表示型粒子保卷一不正常费米液醴。此外，在 underdoped氧含量搀亲倒1度改建下，高温超厚的能隙典t/tc的信射

11、系，具有相同函数形式圃四)。利用测不举原理估言十此散射畤所封之能量大余勺悬 1.75父10 -2 mev。此h琪可f(t/t c)4图之，微波量测其精型度( f )可逵10-6级之燮化，保在所有量取形ft穿隧深度随温度 燮化最精碓者。由於高温超醇第其能隙若卷d-波日寺，即受晶格缺陷之影警趣大，在吾人研究中可碓 切予以p. a. lee 之d-波亲隹ii散射影警之h 醇理。3t且scalapino 等人之d-波自旋攥勤厚致之型粒子生命期在非弓罩性散射在unitary limit下呈t3比7-9,吾人也可以正碓予以印ifo换言之，本人熬悬d-波之能隙理在微波量测鹰瓢可置疑 予以碓is o至於自旋授

12、勤必曾影警型粒子之局部 勤行悬，甚至 pseudogap也必舆其有密切信飙系。 基於吾人封mott insulator之熬言哉，我便号也提出超醇械制的可能信飙系如下：或如同一般统言十abc(activation barrier crossing)理似的，h 雷洞被周圉晶格未里之反金戴磁之原子(cu)之自旋磁子所造成如碗状势壁壁!所困住。而此雷洞早已被遇 遭蹄子震谩所形成磬子趣化，致使其有效量增加 余勺1.5倍似的。若富此小趣子在此碗底左右跳h 日寺，因都激勤典化擘势差昊之故可沿某特定方向 有械曾耀至郝近碗”未里，典另外一趣子形 成 bipolaron ”而造成更低能量p皆d-波基熊之古柏封。若

13、跳耀方向瓢械曾形成配封，即表琪出 舆磁子之非弹性散射行卷o道是吾人彳卷舆粽合官午多其他至今所得一些想法。参考文献：1. 哪慧惶博士文，交通大擘重子物理所 (2001)。2. 赖良星硕士 文，交通大阜重子物理所 ( 2001)。3. w. h. chang, ieee trans. microwavetheory tech., mtt-24, (1976) 608.4. w. h. chang, ieee trans. microwave theory tech., mtt-25, (1977) 712.5. w. h. chang, j. appl. phys. 50, (1979) 8129

14、.6. h. k. zeng, j. y. juang, j. y. lin. k. h. wu, t. m. uen, and y. s. gou, physica c 351, 97 (2001).7. p. j. hirschfeld, w. o. putikka and d. j. scalapino, phys. rev. b 50, 10250 (1994).8. p. j. hirschfeld, w. o. putikka and d. j. scalapino, phys. rev. lett. 71, 3705 (1993).9. s. m. quinlan, d. j. scalapino and n. bulut, p