DE1265317B - Supraleitendes Festkoerperbauelement - Google Patents

Supraleitendes Festkoerperbauelement

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DE1265317B
DE1265317B DER33285A DER0033285A DE1265317B DE 1265317 B DE1265317 B DE 1265317B DE R33285 A DER33285 A DE R33285A DE R0033285 A DER0033285 A DE R0033285A DE 1265317 B DE1265317 B DE 1265317B
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thick
solid
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Jacques Isaac Pankove
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RCA Corp
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RCA Corp
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
HOIv
Deutsche Kl.: 21 g - 35
R 33285 VIII c/21.
6. August 1962
4. April 1968
Die Erfindung betrifft ein supraleitendes Festkörperbauelement zum Verstärken, Schalten und Erzeugen von Schwingungen in elektronischen Schaltungsanordnungen mit einer ersten Zone, die aus einem supraleitenden oder normalleitenden Material besteht, einer von der ersten Zone durch eine dünne, elektrisch isolierende, durchtunnelbare Schicht getrennten zweiten Zone aus einem Supraleiterwerkstoff und einer dritten Zone, die von der zweiten Zone durch eine zweite dünne, elektrisch isolierende, durchtunnelbare Schicht getrennt ist.
Bekanntlich können bestimmte Materialien, die als Supraleiter bezeichnet werden, zwei verschiedene Widerstandszustände annehmen. Im normalleitenden Zustand bei oder oberhalb einer kritischen Temperatur Tc setzt ein Supraleiterkörper einem elektrischen Strom einen endlichen Widerstand entgegen, unterhalb der kritischen Temperatur Tc befindet sich ein Supraleiterkörper im supraleitenden Zustand, in dem er keinen meßbaren elektrischen Widerstand mehr hat. Stoffe, die nicht supraleitend werden, sollen hier als Normalleiter bezeichnet werden.
Es ist bekannt, daß ein Supraleiterkörper aus dem supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand durch ein Magnetfeld ausreichender Größe, durch eine Erhöhung der Temperatur des Körpers über seine kritische Temperatur T0 oder durch Hindurchleiten eines elektrischen Stromes, der gleich oder größer als der sogenannte kritische Strom ist, in den normalleitenden Zustand geschaltet werden kann. Es ist außerdem bekannt, daß bestimmte Metall-Isolator-Metall-Zweipolanordnungen bei Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunktes einen nichtlinearen Widerstand darstellen, wenn eines der Metalle supraleitend ist, und einen negativen Widerstand, wenn beide Metalle supraleitend sind (s. beispielsweise Physical Review Letters, Bd. 5, Nr. 4, vom 15. 8.1960, S. 147, 148, und Bd. 5, Nr. 10, vom 15.11.1960, S. 461 bis 466). Gemäß der in diesen Veröffentlichungen entwickelten Theorie hat ein Supraleiter unterhalb einer kritischen Temperatur Tc in der Nähe des absoluten Nullpunktes für normale Ladungsträger eine Energiebandlücke. Die Größe dieser Energiebandlücke wächst mit abnehmender Temperatur. Elektronen, deren Energie unterhalb der der Bandlücke liegt, sind miteinander gekoppelt und werden als Supraleiterelektronen bezeichnet. Bei Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunktes ist außerdem eine kleine Menge thermisch erzeugter normaler Ladungsträger vorhanden, nämlich Elektronen oberhalb der Bandlücke bzw. Löcher unterhalb der Bandlücke. Diese normalen Ladungsträger sind Supraleitendes Festkörperbauelement
Anmelder:
Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
8000 München 23, Dunantstr. 6
Als Erfinder benannt:
Jacques Isaac Pankove,
Princeton, N. J. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. August 1961 (131 892)
ao nicht miteinander gekoppelt und können eine den Supraleiter berührende dünne elektrische Isolierschicht auf Grund des Tunneleffektes durchdringen. Supraleiterträger können dagegen eine solche Isolierschicht nicht durchtunneln.
Ein supraleitendes Festkörperbauelement der eingangs genannten Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zone für normale Ladungsträger eine größere Bandlücke aufweist als die zweite Zone und daß die Dicke der beiden elektrisch isolierenden Schichten so bemessen ist, daß normale Ladungsträger auf Grund des quantenmechanischen Tunneleffektes durchtreten können, Supraleiterladungsträger jedoch gesperrt werden.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprächen gekennzeichnet.
Die Einrichtungen der Erfindung werden bei Temperaturen betrieben, bei denen das Material der zweiten Zone supraleitend ist. Bei einer Betriebsart wird zwischen die dritte und die zweite Zone eine Vorspannung Vt angelegt, so daß ein Ausgangsstrom It durch die Isolatorschicht zwischen der zweiten und der dritten Zone und durch einen mit diesen beiden Zonen verbundenen Arbeitskreis fließt. Zwischen die erste und die zweite Zone wird eine Steuerspannung Vt angelegt. Es ist eine Kennlinienschar erhältlich, bei welcher der Ausgangsstrom It ein Abbild der Steuerspannung Vc und eine Funktion der Vorspannung Vt ist. Wenn der Ausgangsstrom It eine höhere Impedanz durchfließt als der Steuerstrom Ie, läßt sich mit der Einrichtung eine Leistungsverstärkung erzielen, und es lassen sich Verstärker- und Oszillatorschaltungen bauen.
809 537/459
3 4
Die Erfindung soll nun an Hand von Ausführungs- soll dünner als eine Diffusionslänge für normale
beispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher Ladungsträger sein. Dicken zwischen 50 und 200 Ä
erläutert werden; es zeigt haben sich als brauchbar erwiesen.
F i g. 1 eine teilweise als Schaltbild und teilweise Am Emitter 21, der Basis 25 und dem Kollektor 29
im Schnitt dargestellte erste Ausführungsform der 5 wird ein Emitteranschluß 31, ein Basisanschluß 33 bzw.
Erfindung, die einen supraleitenden Emitter enthält, Kollektoranschluß 35 angebracht. Diese Anschlüsse
Fig. 2a, 2b und 2c Energiediagramme zur sind niederohmig und sperrfrei.
Erläuterung der Arbeitsweise der ersten Ausführungs- In Reihe mit dem Emitteranschluß 31 und dem
form der Erfindung, Basisanschluß 33 sind in einem Eingangskreis 37 eine
F i g. 3 ein Energiebanddiagramm einer zweiten io erste Batterie 39 und eine Signalquelle 41 in Reihe Ausführungsform der Erfindung, die einen normalen geschaltet. Eine zweite Batterie 45 und ein VerEmitter enthält, braucher 47 liegen in Reihe in einem Ausgangskreis
F i g. 4 eine teilweise als Schaltbild, teilweise als 43 zwischen dem Kollektoranschluß 35 und dem
Draufsicht dargestellte dritte Ausführungsform der Basisanschluß 33.
Erfindung, die auf einem Träger angeordnet ist, 15 Im Betrieb wird die Einrichtung in einen Cryostat 49
F i g. 5 eine Schnittansicht der dritten Aus- oder eine andere Vorrichtung gebracht, die es erlaubt,
führungsform längs einer Ebene 5-5 in Fig. 4, die Einrichtung auf einer Temperatur in der Nähe des
Fig. 6 eine Draufsicht einer vierten Ausführungsform absoluten Nullpunktes unterhalb desjenigen Tem-
der Erfindung, die der in F i g. 4 und 5 dargestellten peraturwertes zu halten, bei dem der Supraleiter mit
Ausführungsform ähnelt, jedoch anders geschaltet ist. 20 der kleinsten Bandlücke supraleitend wird. Die An-
Die in F i g. 1 dargestellte erste Ausführungs- Ordnung 49 kann beispielsweise einen Isolierbehälter form der Erfindung enthält eine Anzahl von anein- und eine Kühlanordnung, wie ein Bad flüssigen ander angrenzenden Schichten, nämlich eine erste Heliums, und eine Anordnung zum Verdampfen von Zone oder einen Emitter 21, eine erste dünne, elek- flüssigem Helium im Bereich der Einrichtung enttrisch isolierende Schicht 23, eine zweite Zone oder 25 halten. Die Einrichtung wird üblicherweise bei oder Basis 25, eine zweite dünne Isolatorschicht 27 und in der Nähe der Siedetemperatur flüssigen Heliums eine dritte Zone oder einen Kollektor 29. Emitter 21, betrieben. Auch bei den Ausführungsformen der Basis 25 und Kollektor 29 bestehen sämtlich aus F i g. 3 bis 6 wird eine solche Anordnung 49 verSupraleitern. Supraleiter zeichnen sich dadurch aus, wendet.
daß sie unterhalb einer kritischen Temperatur Tc um 30 Wenn sich die Einrichtung auf ihrer niedrigen das Ferminiveau eine Energiebandlücke aufweisen. Betriebstemperatur befindet, sind alle Zonen supra-Diese Energiebandlücke wird mit abnehmender Tem- leitend. Fig. 2a zeigt die Relativlage der Bandperatur größer und erreicht beim absoluten Nullpunkt lücken in den Zonen, wenn der Einrichtung kein einen Maximalwert Emax· Im allgemeinen ist der Signal oder keine Vorspannung zugeführt ist. Das Maximalwert Emax der Bandlücke um so größer, je 35 Ferminiveau ist durch eine gestrichelte Linie 51 einhöher die kritische Temperatur Ti, ist. Geeignete Supra- gezeichnet und verläuft in der ganzen Einrichtung auf leiter und die errechneten maximalen Bandlücken Emax demselben Energiewert. Der Emitter 21 hat die sowie ihre kritischen Temperaturen Tc sind in einer kleinste Bandlücke zwischen den Niveaus 53 und 55. Tabelle am Ende der Beschreibung aufgeführt. Die Basis 25 hat eine Bandlücke mittlerer Größe
Der Emitter 21, die Basis 25 und der Kollektor 29 40 zwischen den Niveaus 57, 59; diese Niveaus werden sind in Bezug aufeinander so bemessen, daß die bei der folgenden Beschreibung als Bezugsniveaus Energielücke des Kollektors 29 größer ist als die der verwendet. Der Kollektor 29 hat die größte Band-Basis und die des Emitters 21 kleiner als die der lücke zwischen den Niveaus 61, 63.
Basis 25. Da sich diese Forderung nur auf die Relativ- Da die Emitterzone 21 die kleinste Bandlücke hat, werte bezieht, ist man bei der Wahl der Stoffe für die 45 ist in ihr auch die größte Menge thermisch erzeugter, verschiedenen Zonen relativ ungebunden, voraus- normaler Ladungsträger vorhanden, wie durch Symgesetzt, daß die obenerwähnten Bedingungen bezug- bol 65 für Elektronen im Energieband oberhalb des lieh der Ungleichheit der Bandlücken erfüllt sind. Niveaus 55 und durch Symbol 66 für Löcher im
Die beiden Isolatorschichten 23, 27 können aus Energieband unterhalb des Niveaus 53 angedeutet ist. Aluminiumoxyd bestehen, wie es durch Oxydation 50 Wenn der Kollektor 29 gegenüber der Basis 25 von metallischen Aluminiumschichten erhalten wird, positiv vorgespannt wird, verschieben sich die Energieferner aus aufgedampftem Siliziumdioxyd oder aus niveaus 61, 63 im Kollektor 29 bezüglich der Energieeinem organischen Material, z. B. Bariumstearat oder niveaus 57, 59 in der Basis 25 nach unten, wie Chromstearat, das durch Adsorption auf die Ober- Fig. 2b zeigt. Der Kollektor29 ist so vorgespannt, fläche einer der Zonen aufgebracht wurde. Die beiden 55 daß sich das Niveau 63 bei oder zwischen den Isolatorschichten 23, 27 sollen so dick sein, daß Niveaus 57, 59 der Basis 25 befindet. Wenn das Supraleiterladungsträger am Durchdringen gehindert Niveau 63 unterhalb des Niveaus 57 liegt, fließt im werden, jedoch so dünn, daß normale Ladungsträger Ausgangskreis ein übermäßiger Fehlstrom. Wenn in ausreichender Menge durchtunneln können. Im das Niveau 63 oberhalb des Niveaus 59 liegt, sinkt allgemeinen sollen die Schichten eine gleichförmige 60 der Nutzeffekt des Kollektors 29. Wenn der Kollek-Dicke zwischen 6 und 100 Ä aufweisen. Im Fall von tor 29 in der in F i g. 2 b dargestellten Weise vor-Aluminiumoxyd beträgt die Dicke der Isolatorschicht gespannt ist, werden normale Elektronen aus der vorzugsweise 10 bis 40 Ä. Im Fall von Bariumstearat Basiszone 25 abgesaugt; diese Elektronen können in wird eine monomolekulare Schicht verwendet, deren der Basis 25 thermisch erzeugt oder vom Emitter 21 Dicke etwa 40 bis 60 Ä beträgt. 65 injiziert worden sein.
Die Emitterzone 21 und die Kollektorzone 29 kön- Die Energieniveaus 53, 55 im Emitter 21 werden
nen irgendeine geeignete Dicke haben. Die Basis- durch das von der Quelle 41 gelieferte Signal gehoben
zone25 zwischen der Emitter- und der Kollektorzone und gesenkt. In Fig. 2b ist der Emitter21 bezüglich
5 6
der Basis 25 negativ, so daß die Niveaus 55, 53 bezug- exponentiell mit der Energie ab, und die Dichte
lieh der Niveaus 59, 57 in der Basis 25 angehoben normaler Löcher nimmt unterhalb des Ferminiveaus
sind. Wenn die Niveaus 53, 55 angehoben werden, exponentiell mit der Energie ab. Bei der Zuführung
fließen zusätzlich normale Elektronen 65 vom Emitter eines Signals zur Emitterzone wird also das Fermi-
21 durch die erste Isolatorschicht 23 in die Basis 25, 5 niveau im Emitter 21 in bezug auf die Niveaus 57, 59
wie durch den Pfeil 67 dargestellt ist. Der Elektronen- in der Basis gehoben oder gesenkt, und dement-
strom 65 nimmt bei Annäherung des Energieniveaus sprechend werden mehr oder weniger normale Elek-
55 an das Energieniveau 59 in der Basis 25 rasch zu. tronen (oder normale Löcher) in der gleichen Weise
Eine weitere Anhebung der Energieniveaus 53, 55 in die Basis 25 injiziert, wie in Verbindung mit der
erhöht den Strom injizierter normaler Elektronen io ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben
nicht weiter, bis das Energieniveau 53 gegenüber dem worden ist.
Energieniveau 59 liegt. Die in die Basis 25 injizierten Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in
normalen Elektronen werden aus der Basis durch den F i g. 4 in Draufsicht und in F i g. 5 im Schnitt
vorgespannten Kollektor 29 abgesaugt, indem sie dargestellt. Die dritte Ausführungsform enthält eine
durch die zweite Isolatorschicht 27 tunneln, was 15 elektrisch isolierende Unterlage 75, beispielsweise ein
durch den Pfeil69 in Fig. 2b angedeutet ist. Der quadratisches Stück Borsilikatglas, Quarzglas oder
Strom It durch die Kollektorzone ist eine Funktion einer Spaltfläche, wie Glimmer. Kleinflächige Bereiche
der an den Emitter 21 angelegten Steuerspannung Vc. 31, 33, 35 der Oberfläche der Unterlage 75 in der
Die am Verbraucher 47 im Ausgangskreis abfallende Mitte dreier ihrer Ränder sind mit metallischem Platin
Spannung ist daher ein Abbild der Steuerspannung V0 20 überzogen und bilden die Anschlüsse für den Emitter,
aus der Quelle 41. die Basis bzw. den Kollektor. Die Anschlüsse können
Die beschriebene Supraleitertriode wird in ähnlicher durch Bestreichen oder Besprühen der betreffenden Weise wie ein Transistor betrieben. Eine Vorspannung Flächen mit einer Platinfarbe oder einem Platinharz zwischen der Basis und dem Kollektor ergibt einen und anschließendes Erhitzen der bestrichenen Unter-Ausgangsstrom, der durch einen Strom zwischen dem 25 lage auf etwa 4000C zur Verflüchtigung der organischen Emitter und der Basis moduliert werden kann. Durch Bestandteile und zum Einbrennen des Platins hereine höhere Impedanz im Ausgangskreis 43 als im gestellt werden. Ein Emitter 21 aus metallischem Zinn, Steuerkreis 37 ergibt sich eine Leistungsverstärkung. der die Form einer kreisförmigen Schicht eines Durch-Die Impedanzen können durch geeignete Bemessung messers von 6,4 mm und willkürlicher Dicke, beider Isolatorschichten 23, 27 bestimmten Erforder- 30 spielsweise 1000 Ä, hat, ist auf der Mitte der einen nissen angepaßt werden. Eine Leistungsverstärkung Oberfläche der Unterlage 75 aufgebracht. Ein Ausergibt sich auch daraus, daß der Größenunterschied läufer 77 aus metallischem Zinn reicht von dem kreiszwischen den Bandlücken des Kollektors und der förmigen Teil bis über den Emitteranschluß 31. Der Basis größer ist als der zwischen den Bandlücken des kreisförmige Teil und der Ausläufer können durch Emitters und der Basis. 35 Aufdampfen von metallischem Zinn auf die geeignet
Die Einrichtungen können in der gleichen Weise abgedeckte Unterlage 75 hergestellt werden,
betrieben werden, wenn man Löcher an Stelle der Koaxial auf dem Emitter 21 liegt eine erste kreis-Elektronen verwendet. Hierfür kann die gleiche An- förmige Isolatorschicht 23 aus Aluminiumoxyd, deren Ordnung verwendet werden, die in F i g. 1 dar- Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser gestellt ist, es wird lediglich die Polarität der Vor- 40 der Emitterelektrode 21 und deren Dicke etwa 20 Ä spannungen der einzelnen Zonen umgekehrt. In beträgt. Diese erste Isolatorschicht 23 kann dadurch Fig. 2c ist der Emitter21 positiv und der Kollektor gebildet werden, daß zuerst eine etwa 10Ä dicke 29 negativ bezüglich der Basis 25. Aus dem Emitter 21 Schicht aus Aluminiummetall auf die geeignet abwerden Löcher 66 in die Basis 25 injiziert, wie der gedeckte Unterlage 75, auf der sich bereits die Emitter-Pfeil 71 zeigt, und aus der Basis durch den Kollektor 45 elektrode 21 befindet, aufgedampft wird und daß das 29 extrahiert, wie durch den Pfeil 73 angedeutet ist. Aluminiummetall dann zur Oxydation der Luft aus-
Die Wahl der Größenverhältnisse der Bandlücken gesetzt wird.
im Emitter, der Basis und dem Kollektor der Ein- Eine Basis 25 aus Bleimetall in Form einer kreisrichtung stellt ein wichtiges Merkmal der Erfindung förmigen Schicht, deren Durchmesser etwas größer dar. Durch die Verwendung eines Materials für den 50 ist als der des Emitters 21 und deren Dicke etwa 100 Ä Kollektor 29, das eine größere Bandlücke hat als die beträgt, liegt koaxial zur Emitterelektrode 21 auf der Materialien, aus dem die anderen Zonen bestehen, ersten Isolatorschicht 23. Von dem kreisförmigen Teil wird die Dichte der normalen Träger, die zu einem reicht eine Verlängerung 79 bis über den Basis-Sättigungsstrom beitragen, wenn vom Emitter keine anschluß 33. Der kreisförmige Teil und die Verlännormalen Träger in die Basis 25 injiziert werden, 55 gerung 79 der Basis 25 können zugleich durch Aufmerklich herabgesetzt. dampfen von Blei auf die geeignet maskierte Unterlage
F i g. 3 zeigt das Energiediagramm einer zweiten 75 hergestellt werden.
Ausführungsform der Erfindung. Der Aufbau und Koaxial auf der Basis 25 liegt eine zweite kreis-
die Arbeitsweise dieser zweiten Ausführungsform ent- förmige Isolierschicht 27 aus Aluminiumoxyd, deren
sprechen der ersten Ausführungsform mit der Aus- 6o Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser
nähme, daß der Emitter 21 aus einem normalen des Emitters und deren Dicke etwa 20 Ä beträgt.
Material, also nicht aus einem Supraleiter besteht. Die zweite Isolatorschicht 27 kann in der gleichen
Geeignete Materialien sind Metalle, wie Gold, Silber Weise gebildet werden wie die erste Isolatorschicht 23.
und Kupfer, oder Aluminium oberhalb seiner kri- Auf der zweiten Isolatorschicht 27 befindet sich
tischen Temperatur. F i g. 3 zeigt, daß der Emitter 65 koaxial zur Basis 25 ein Kollektor 29 aus Niobmetall,
21 nur ein Ferminiveau 51, aber keine Bandlücke hat. der die Form einer kreisförmigen Schicht hat, deren
Wie in allen normalen Metallen nimmt die Dichte Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser
normaler Elektronen oberhalb des Ferminiveaus des Emitters 21 und deren Dicke willkürlich ist,
beispielsweise 500 Ä beträgt. Von dem kreisförmigen Teil reicht ein Streifen 81 bis über den Basisanschluß 35. Der kreisförmige Teil und der Streifen des Kollektors 29 können durch Aufdampfen von Niob auf einen geeignet maskierten Teil der Unterlage 75 zugleich hergestellt werden.
Die erste und/oder zweite Isolatorschicht 23, können anstatt aus Aluminiumoxyd auch aus aufgedampftem Quarz (Süiziumdioxyd) oder einer dünnen Schicht aus Barium- oder Chromstearat, das auf der Oberfläche der direkt darunterliegenden Zone zur Adsorption gebracht wurde, bestehen.
F i g. 4 zeigt schematisch einen Eingangskreis und einen Ausgangskreis, die in der gleichen Weise wie bei F i g. 1 an die Festkörpereinrichtung angeschlossen sind. Die Einrichtung der F i g. 4 wird in derselben Weise betrieben, wie in Verbindung mit F i g. beschrieben worden ist.
In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, jede mögliche Kopplung durch einen kleinen Kontaktwiderstand am Anschluß 33 zu vermeiden. Dieser Kontaktwiderstand liegt sowohl im Eingangskreis als auch im Ausgangskreis und stellt eine unerwünschte passive Kopplung zwischen diesen beiden Kreisen dar. Wenn solche Einflüsse unerwünscht sind, können sie durch einen zweiten Basisanschluß 33' und eine zweite Basiszuleitung 79', wie sie in F i g. dargestellt sind, beseitigt werden. Bei dieser Anordnung sind die Kontaktwiderstände entkoppelt, die sonst an einem gemeinsamen Anschluß, wie dem Anschluß 33 in F i g. 4, auftreten.
Supraleiter
Technetium (Tc)
Niob (Nb)
Blei (Pb)
Lanthan (La) ... Vanadium (V) ..
Tantal (Ta)
Quecksilber (Hg)
Zinn (Sn)
Indium (In)
Thallium (Tl) ... Rhenium (Re) .. Thorium (Th) ... Aluminium (Al) . Gallium (Ga) ...
Zink (Zn)
Uran (U)
Osmium (Os) ...
Zirkon (Zr)
Cadmium (Cd) .. Ruthenium (Ru)
Titan (Ti) ,
Hafnium (Hf) ....
Emax
(0K) (meV)*
11,2 3,4
8,7 2,6
7,2 2,7
5,4 1,6
4,9 1,5
4,4 1,3
4,2 1,3
3,7 1,1
3,4 1,1
2,4 0,7
1,7 0,5
1,4 0,4
1,2 0,3
1,1 0,3
0,9 0,3
0,8 0,2
0,7 0,2
0,6 0,2
0,6 0,2
0,5 0,1
0,4 0,1
0,4 0,1
35
40
45
55
* Die Größe der Bandlücke für T = 0 0K wurde für Pb, Sn, In, Al auf Grund des Tunneleffektes ermittelt. Bei den anderen Metallen wurde sie gleich 3,5 · k Tc gesetzt (Boltzmann-Konstante k = 0,086 m eV/° K).

Claims (1)

  1. Patentansprüche: 1. Supraleitendes Festkörperbauelement zum Verin elektronischen Schaltungsanordnungen mit einer ersten Zone, die aus einem supraleitenden oder normalleitenden Material besteht, einer von der ersten Zone durch eine dünne, elektrisch isolierende, durchtunnelbare Schicht getrennten zweiten Zone aus einem Supraleiterwerkstoff und einer dritten Zone, die von der zweiten Zone durch eine zweite dünne, elektrisch isolierende, durchtunnelbare Schicht getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zone (29) für normale Ladungsträger eine größere Bandlücke (61,63) aufweist als die zweite Zone (25) und daß die Dicke der beiden elektrisch isolierenden Schichten (23, 27) so bemessen ist, daß normale Ladungsträger auf Grund des quantenmechanischen Tunneleffektes durchtreten können, Supraleiterladungsträger jedoch gesperrt werden.
    2. Festkörperbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (25) mit mindestens zwei Anschlüssen (33,33') und die erste und dritte Zone mit jeweils einem Anschluß (31, 35) versehen sind.
    3. Festkörperbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen der Breite der Bandlücke (53, 55) der ersten Zone (21) und der Breite der Bandlücke (57, 59) der zweiten Zone (25) kleiner ist als der Unterschied zwischen der Breite der Bandlücke (57,59) der zweiten Zone (25) und der Breite der Bandlücke (61,63) der dritten Zone (29).
    4. Festkörperbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden elektrisch isolierenden Schichten (23, 27) bzw. die Dicke der zweiten Zone (25) zwischen 6 und 100 Ä beträgt.
    5. Festkörperbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste elektrisch isolierende Schicht (23) etwa 6 bis 100 Ä dick ist, daß die zweite Zone (25) etwa 50 bis 200 Ä dick ist und daß die zweite elektrisch isolierende Schicht (27) etwa 6 bis 100 Ä dick ist.
    6. Festkörperbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (21) aus metallischem Zinn besteht, daß die erste elektrisch isolierende Schicht (23) aus Aluminiumoxyd besteht und etwa 10 Ä dick ist, daß die zweite Zone (25) aus metallischem Blei besteht und etwa 100 Ä dick ist, daß die zweite elektrisch isolierende Schicht (27) aus Aluminiumoxyd besteht und etwa 20 Ä dick ist und daß die dritte Zone (29) aus metallischem Niob besteht.
    7. Festkörperbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (21) aus metallischem Aluminium besteht, daß die erste elektrisch isolierende Schicht (23) aus Aluminiumoxyd besteht und etwa 10 Ä dick ist, daß die zweite Zone (25) aus Zinn besteht und etwa 100 Ä dick ist, daß die zweite elektrisch isolierende Schicht (27) aus einem monomolekularen Bariumstearatfilm besteht und daß die dritte Zone (29) aus metallischem Blei besteht.
    stärken, Schalten und Erzeugen von Schwingungen Nr. 10, S. 461 bis 466.
    In Betracht gezogene Druckschriften: »Phys. Rev. Letters«, Bd. 5, Nr. 4, 1960, S. 147/148;
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    809 537/459 3.68 © Bundesdruckerei Berlin
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