DE2055606A1 - Dünnschicht Einkristall Bauelement mit Tunneleffekt - Google Patents

Description

11. November 1970 Dr.Schie/E

Docket YO 969 039

U.S. Serial ITo. 875 615

Anmelderin: International Business Machines Corporation, Armonk, New Xork 10504 (7.St.A.)

Vertreter: Patentanwalt Dr.-Ing. Rudolf Schiering, 703 Böblingen/Württ., Westerwaldweg 4

Dünnschicht-Einkristall-Bauelement mit Tunneleffekt

Die Erfindung bezieht sich auf tunnelnde Vorrichtungen und insbesondere auf tunnelnde Vorrichtungen, bei denen Einzelkristallelektroden durch eine tunnelnde Sperrschicht getrennt sind.

Es sind bereits tunnelnde Dünnschichtbauelemente bekanntgeworden und eingehend, zum Beispiel von J. Matisoo in der Zeitschrift Proceedings of IEEE, Bd 55, Heft 2 (Februar 1967) auf den Seiten 172-180 unter dem Titel "The Tunneling Cryotron - A Superconductive Logic Element Based On Electron Tunneling", beschrieben worden.

In dieser Veröffentlichung ist auch eine Josephson-Stromvorrichtung beschrieben, die nach dem von B. D. Josephson in den Phys. Letters, Band 1 (Juli 1962), Seiten 251-253 unter der Bezeichnung "Possible New Effects In Superconducting Tunneling" erörterten Prinzip arbeitet.

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Den konventionellen tunnelnden Dünnschichtbauelementen hängen zahlreiche Probleme an. Eines der störendsten Probleme rührt vom thermischen Umlauf zwischen einem niedrigen Temperaturzustand und der Raumtemperatur her» Dieser Umlauf bewirkt eine durch Spannung eingeleitete Rekristallisation und Kornwachstum des Elektrodenmaterials, was zur Whiskerbildung quer zum Tunneljunction und damit zum Kurzschluß führt. Dieses Problem ist besonders akut bei Materialien wie Blei, Zinn und Indium.

Im allgemeinen zeigen alle bei niedrigen Temperaturen schmelzenden Metalle eine Rekristallisation, wenn sich der thermische Umlauf zwischen einer supraleitenden Temperatur und Zimmertemperatur erstreckt. Ein solcher Temperaturumlauf geschieht, wenn Blei auf Vorrichtungen niederzuschlagen ist oder wenn es ein Leck im Kühlungssystem, das zur Schaffung einer Betriebsumgebung für die Vorrichtungen dient, gibt. Der Umlauf tritt auch auf wenn die Vorrichtungen zwischen dem Gebrauch zu lagern sind oder bei dem Instandsetzen.

Bei Bauelementen vom Josephson-Typ» wo die Tunnelsperrschicht besonders schmal ist und zum Beispiel 2 bis 20 S. beträgt, wird das Rekristallisationsproblem äußerst empfindungsfähig, da ganze Reihen dieser Bauelemente zerstört werden, schon wenn es eine kleine Rekristallisation, zum Beispiel in diskreten Bauelementen der Reihe, gibt. Infolge der Dünne der Sperrschicht, entwickeln kurzgeschlossene Junctions leicht fast jeden Grad des Whisker-WachstumSo

Ein anderes Problem, das bei bekannten neueren tunnelnden Vorrichtungen auftritt, besteht im Zusammenhang mit den Eigenschaften der Vorrichtungen selbst. So werden zum Beispiel für Josephson-Vorrichtungen ein hoher Maximalstrom

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und quadratische Kennlinienschleife (I-V) für ein gutes Schalten gefordert. Bei den derzeit "bekannten Josephson-Tunnelbauelementen sind diese Charakteristiken stark begrenzt infolge des Vorhandenseins einer Verteilung von supraleitenden Energielücken, mit denen die Materialien behaftet sind, aus denen die Vorrichtungen fabriziert werden. Zusätzlich kommt noch hinzu, daß diese Verteilung eine Verbreiterung in der Übertragungstemperabir verursacht.

Ein weiteres Problem ist der begrenzte Betrag des Tunnelstrommaximums und das Fehlen mechanischer Stbilität bei f den derzeit bekanntgewordenen Tunnelsystemen. Generell beeinflußt eine Ungleichförmigkeit der tunnelnden Sperrschicht stark den Maximalwert des Tunnelstromes, während die mechanische Stabilität unmittelbar beeinflußt wird von der Stärke der Verbindung zwischen der Tunnelsperrschicht und den umgebenden Elektroden. Bei den zur Zeit bekannten Tunnelbauelementen und insbesondere bei den bekannten Josephson-Tunnelelementen sind die Tunnelsperrschichten in ihrer Dicke nicht gleichförmig, und die erwähnten bekannten Systeme sind mechanisch unstabil.

Auch das Vorhandensein von Verunreinigungen ist den Vor- * richtungskennlinien nachteilig. Es ist durchaus bekannt, daß Verunreinigungen zur Ausscheidung längs der Korngrenzen tendieren und daß solche Verunreinigungen stark die Schalteigenschaften der Tunnelvorrichtung beeinflussen.

Hinzu kommt, daß das Anwachsen guter Isolatoren über Bereichen hoher Verunreinigungskonzentration schwierig sein kann. Deshalb liefern Tunneljunctions, welche Korngrenzen enthalte^ generell keine guten Schalteigenschaften.

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Bei Elektroden mit Korngrenzen in einer Tunnelsperrschicht gibt es eine größere Möglichkeit verschlechterter Schalteigenschaften,als wenn Korngrenzen in der Tunnelsperrschicht der Grenzschicht nicht vorhanden sind.

Die supraleitenden Eigenschaften der Korngrenzen sind oft verschieden von jenen des Korns. Wenn eine Korngrenze Teil der Vorrichtung ist, können die Torrichtungseigenschaften infolgedessen unbefriedigend werden.

Wenn die Materialien für ein Tunnelbauelement einmal gewählt sind, dann liegen generell die tunnelnden Eigenschaften des Bauelements fest. Die tunnelnden Charakteristiken werden nur durch eine Änderung der Dicke der Tunnelsperrschicht geändert. Eine Justierung dieser Bauelemente im Sinne optimaler Schaltcharakteristiken ist nicht möglich, ausgenommen durch eine Änderung der Sperrschichtdicke.

Es ist somit eine Hauptaufgabe der Erfindung_;tvmnelnde Bauelemente zu schaffen, welche thermisch einen großen Temperaturbereich durchlaufen können, ohne daß dabei die Bauelemsntschaltqualität nachteilig beeinträchtigt wird·

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von tunnelnden Bauelementen mit höherem Maximalstrom und besseren SchaltCharakteristiken.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung tunnelnder Bauelemente, die leicht zu fabrizieren sind und welche eine erhöhte mechanische Stabilität und Eeproduzierbarkeit aufweisen.

Außerdem besteht eine der Erfindung zugrunde liegende Auf-

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gäbe darin, tunnelnde Bauelemente für höhere und reproduzierbare Übergangstemperaturen und mit kontrollierbaren Schaltungseigenschaften zu schaffen.

Hoch ein anderes Ziel der Erfindung ist, ein tunnelndes Dünnschichtbauelement zu schaffen, das eine integrierende Struktur ohne innere Korngrenzen aufweist.

Die Erfinder haben erkannt, daß Whisker- und Hillock-Wachstum durch einen Rekristallisationsprozeß, welcher Korngrenzendiffusion und Gleiten enthält, bewirkt sein ä kann. In metallischen Schichten können Druckspannungen erzeugt werden, wenn solche Schichten verschiedene Temperaturbereiche durchlaufen. Da Atome sich längs Korngrenzen leichter bewegen können als jene im Gitter, können sich diese Atome bewegen,um die obenerwähnte Spannung zu entlasten. Diese Bewegung liefert die Bildung von Whiskern und Hillocks. Beim Korngrenzengleiten verschiebt sich die gesamte Korngrenze, d. h. ein Korn bewegt sich zu einem anderen, um die Spannungen zu entlasten. Auch dies kann zu Whisker- und Hillock-Wachstum führen.

Bei der Erkennung dieser Mechanismen haben die Erfinder danach getrachtet, die bestehenden Probleme, die zu einer ' stark begrenzten Produktion führten, zu lösen. Die Erfindung besteht danach darin, daß die tunnelnden Vorrichtungen stromführende Einkristallelemente und Tunnelsperrschichten enthalten, womit die vorerwähnten Schwierigkeiten beseitigt und zahlreiche Vorteile gewonnen werden.

Es ist auch gefunden worden, daß das Verteilungsphänomen der Energielücken supraleitender Elektroden erleichtert wird, wenn Einkristallelektroden verwendet werden. Die Schalteigenschaften der Vorrichtung nach der Erfindung sind daher einschneidend und wesentlich verbessert. Zusätzlich

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gibt es keine Verbreiterung in der supraleitenden Übergangstemperatur bei diesen Vorrichtungen.

Wo Einkristalle für Elektroden in Tunnelvorrichtungen verwendet werden, werden die mit den Korngrenzen im turm einden Bereich zusammenhängenden Probleme verringert. Da zum Beispiel Verunreinigungen dazu neigen, sich an den Korngrenzen abzuscheiden, besteht eine entsprechende kleinere Möglichkeit einer Anhäufung von Verunreinigungen im Tunnelbereich. Dies reduziert wiederum den Leckstrom an der tunnelnden Sperrschicht.

Wie bereits erwähnt wurde, sind die I-V Schaltkennlinien einer Tunnelvorrichtung, zum Beispiel einer Josephson-Vorrichtung, eine Funktion des diskreten Zustandes der Energielücke der Elektroden. Hinzu kommt, daß diese Schalteigenschaf ten von der Gleichförmigkeit und der Reinheit der tunnelnden Sperrschicht abhängig sind. Wenn Einkristallelektroden verwendet werden, ist die Spannungsänderung beim Schalten größer als wenn polykristalline Elektroden benutzt werden. Demzufolge wird die Zustandsänderung bei Einkristall-Tunnelvorrichtungen leichter entdeckt als die Zustandsänderung bei polykristallinen Tunnelvorrichtungen.

Es ist entdeckt worden, daß die Schalteigenschaften bei Tunnelvorrichtungen auch von der kristallographischen Orientierung abhängig sind. So ist zum Beispiel beobachtet worden, daß der Betrag der Energielücke einer supraleitenden Elektrode von der kristallographischen Orientierung abhängt· Im lalle des Niobiums zeigt eine Schicht mit einer £ll3 Achse einen Wert von E » 5meV, während eine [lioj Schicht einen Wert von E - 2,7meV ergibt. Das Schaltsignal aus einer Tunnelvorrichtung wird daher durch Wahl der Kristallorientierung optimiert.

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Die Verwendung von Kristallelektroden erlaubt das Niederschlagen epitaktischer Sperrschicht-Schichten. Diese Schichten sind viel gleichförmiger in der Dicke und im Reinheitsgehalt und deshalb sind bei der Erfindung die tunnelnden Charakteristiken wesentlich verbessert.

Außerdem können die Vorrichtungskennlinien selbst durch Indern der Orientierung der Einkristallschichten geändert werden. Durch passende Verwendung des Substrats kann die Kristallorientierung der Elektroden auf eine solche Orientierung eingestellt werden, welche die besten tunnelnden Charakteristiken gibt. Dies ist ein entschiedener Vorteil, " der aus der Verwendung von Einkristallmaterial für die Elektroden der Tunnelvorrichtung resultiert.

Die Verwendung von Einkristallelektroden ermöglicht die Herstellung von korngrenzenfreien tunnelnden Bauelementen, was bisher bei den bekannten tunnelnden supraleitenden Dünnschichtbauelementen nicht gewährleistet war. Wenn man die Sperrschicht-Schichten epitaktisch aufwachsen läßt, dann können alle Elektroden Einkristalle sein, so daß eine Vorrichtung geschaffen werden kann, die insgesamt korngrenzenfrei ist. Hinzu kommt noch, daß die Haftung zwischen den Elektroden und den Sperrschichten bei der Erfindung M verstärkt und die Struktur mechanisch stabiler wird.

Diese tunnelnden Bauelemente haben bei der Erfindung durch tunnelnde Sperrschichten getrennte Einkristallelektroden« Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind alle Elektroden aus Einkristallen und die Sperrschichten sind Epitaxial-Schichten. Die Elektroden einer Tunnelvorrichtung brauchen nicht aus dem gleichen Material zu bestehen; jede Elektrode der Vorrichtung nach der Erfindung könnte aus einem anderen Material bestehen. Dies trifft auch zu für die verschiedenen tunnelnden

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Sperrschichten, welche in einer Vorrichtung vorhanden sein können.

Außerdem könnten die Elektroden aus verschiedenen Materialien oder dem gleichen Material und die kristallographischen Strukturen und/oder Orientierungen können gleich oder verschieden sein. Die Struktur eines Materials ist seine Symmetrie, zum Beispiel kubisch, hexagonal, etc.

Ein Einkristall ist wie folgt definiert: ein Material über dem tunnelnden Bereich, bei dem eine einzelne kristallographische Richtung im wesentlichen normal zur Gesamtheit des tunnelnden Bereiches existiert. Diese Definition schließt solche Eichtungen ein, welche bis zu - 5 Grad von der Normalen zur tunnelnden lläche abweichen.

Die Erfindung schließt jene Bauelemente ein, wo nur ein Teil des zwischen den Elektroden fließenden Gesamtstromes durch dae Tunneln verursacht wird. Dies könnte zum Beispiel vorkommen, wenn die Trennung der Elektroden sehr groß ist und das Tunrein der Mechanismus zur Einführung von Ladungsträgern in die Zone zwischen den Elektroden ist.

Um kurz zusammenzufassen, gehört zur Erfindung folgende Ausführungsform einer Tunnelvorrichtung: Bei der tunnelnden Vorrichtung oder in einem Bereich einer solchen Vorrichtung ist mindestens eine Elektrode ein Einkristall. Es werden Tunnelvorrichtungen gezeigt, bei denen zwei oder mehr als zwei Elektroden wie beim Josephson-Bauelement in Dünnschichtbauweise, darüber hinaus aber noch aus Einkristall bestehen. Die Elektroden jeder Vorrichtung können aus demselben oder aus verschiedenem Material bestehen, und die kristallographischen Orientierungen dieser Elektroden können gleich oder verschieden sein. Obgleich die

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Tunnelsperrsciiicht gewönlich ein Isolator ist, kann sie auch aus anderem Material bestehen oder sogar ein Vakuum enthalten. In einer besonderen Ausführungsform ist die Sperrschicht eine epitaktische Schicht. Es können sowohl dwarsgestreifte oder kreuzgestreifte Geometrien Anwendung finden.

Die Erfindung sei nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen für besonders vorteilhafte, beispielsweise Ausführungsformen näher erläutert.

Fig. IA ist eine Darstellung einer tunnelnden Vorrichtung nach der Erfindung in Dwars-Geometrie.

Fig. IB ist eine Darstellung einer tunnelnden Vorrichtung nach der Erfindung in Kreuzstreifen-Geometrie_β

Fig. 2 enthält eine Querschnittsdarstellung der tunnelnden Vorrichtung nach den Figuren IA und IB.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm für die Abhängigkeit zwischen Strom und Spannung, wobei der Kurvenverlauf bei einer Vorrichtung nach der Erfindung dem der bekannten Josephson-Tunnelvorrichtung gegenübergestellt ist.

Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit zwischen Strom und Spannung bei einer tunnelnden Dünnsxchtvorrichtung nach der Erfindung und bei einer tunnelnden Dünnschichtvorrichtung nach dem Stande der Technik.

Fig. 5 zeigt im Diagramm die Abhängigkeit zwischen der Dicke und der Zeit für das Aufwachsen von Tunnelsperrschichten auf Substraten verschiedener Orientierungen.

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Fig. 6 zeigt ein tunnelndes Bauelement nach der Erfindung in Dwars-Geometrie, bei der mehr als zwei Elektroden vorgesehen sind.

Fig. 7 zeigt eine Querschnittsdarstellung der tunnelnden Vorrichtung nach Fig. 6·

Fig. 8 zeigt eine Reihe tunnelnder Bauelemente, die gemeinsame Einkristallelektroden besitzen.

Fig. IA zeigt eine Dünnschicht-Tunnelvorrichtung nach der Erfindung in der Dwars-Geometrie. Die maßgebenden Elemente der Vorrichtung sind nur in der Längsrichtung gruppiert ("in-line"-Geometrie). Die Vorrichtung selbst enthält die beiden stromführenden Schichten 10 und 12, welche durch eine tunnelnde Sperrschicht 13 voneinander getrennt sind· An den Elektroden 10 und 12 sind Anschlüsse 14- und 16 aus Blei festgemacht. Die gesamte tunnelnde Vorrichtung ist auf dem Substrat 18 montiert.

Über diesen Elektroden 10 und 12 ist ein Kontrollelement 22 angeordnet, das durch die Schicht 20 gegen die Elektroden 10 und 12 isoliert ist. Obgleich das Steuerelement 22 nicht gefordert ist, ist es in Fig. IA als ein Mittel gezeigt, mit dem der tunnelnde Übergang in seinen schaltenden Eigenschaften gesteuert werden kann.

Der mit I_n bezeichnete Strom fließt durch das Steuerelement 22 und löst ein magnetisches Feld aus. Diesen beeinflußt die Schaltcharakteristiken des Tunnelübergangs. Eis können Vorapannungsmittel, zum Beispiel eine äußere Stromquelle, vorgesehen sein, um einen Tunnelstrom durch den Tunnelübergang zu liefern. Es kann ferner ein Meßgerät, zum Beispiel ein Voltmeter 24 benutzt werden, um die Span-

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nungsänderungen am tunnelnden Übergang festzustellen· Dieses Meßgerät 24 ist mit der Elektrode 10 durch den Kontakt 26 und mit der Elektrode 12 durch den Kontakt 28 verbunden.

Im Bedarfsfalle kann das Tunnelbauelement nach Fig· IA ein Josephson-Gate sein, wenn die Tunnelsperrschicht sehr dünn, zum Beispiel in der Größenordnung von 2 bis 50 £, gemacht ist. Unter "Sperrschicht" ist hier das zu verstehen, was man sich unter einer Potentialsperre vorstellt, durch welche Ladungsträger tunneln. Beim Übergang zu einem benachbarten Atomrumpf hat das Elektron einen hohen Potentialberg zu "durchtunneln". Beim Tunneleffekt freier Elektronen kann ein Potentialberg U der Breite d von einem Elektron mit der Energie E mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit durchkreuzt werden, auch wenn seine Energie E kleiner als U ist, also im klassischen Sinne zum Überfliegen des Berges nicht ausreicht.

Die Sperrschicht entspricht nicht notwendigerweise der physikalischen Dicke der Schicht 13. Bei guten Charakteristiken von Josephson-Bauelementen wird vorzugsweise die Sperrschichtdicke nicht mehr als 20 £ betragen. Die Elektroden sind gewöhnlich 2000 bis 20 000 £ dick, sie können aber auch etwa 500 A dünn sein. Wenn die Elektrodenschichten zu dünn sind, dann werden die supraleitenden Eigenschaften, zum Beispiel die kritische Temperatur T₀, beeinflußt und es ist dann schwierig, reproduzierbare, gute Bauelemente zu erhalten.

Bei einer Josephson-Vorrichtung sind beide Elektroden 10, 12 Supraleiter, und die Elektroden bleiben beim Schalten im supraleitendem Zustand.

Das Steuerelement 22 kann irgend ein Supraleiter, zum Bei-

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spiel Blei, sein. Wie später noch erklärt wird, können die Elektroden 10, 12 aus irgendeinem supraleitendem Material bestehen, einschließlich Verbindungen und Legierungen· Bei den bekannten Josephson-Tunnelbauelementen werden generell Metalle, wie Blei, Zinn oder Indium, für die Elektroden benutzt, sowie thermisch gewachsene Oüqrdschichten als Sperrschichten verwendet.

Andere Materialien als Oxyde können hier bei der Erfindung als Zwischenschichten (Tunnel-Sperrschichten) vorgesehen sein. Diese umfassen Nitride, Sulfide, Carbide, etc.

Obgleich jedes Material verwendbar ist, ist es wichtig, daß die Tunnelsperrschicht von gleichmäßiger Dicke und frei von Defekten (zum Beispiel Stiftlöchern) ist. Für das Substrat können verschiedenartige Materialien zur Anwendung kommen. Hierzu gehören Quarz, Glimmer, Saphir, Metalle und andere geeignete Materialien. Zum Beispiel kann eine Grundebene auf dem Substrat vor der Aufbringung der übrigen Teile gezogen werden.

Was beschrieben worden ist, ist auch auf konventionelle tunnelnde Dünnschichtbauelemente anwendbar. Was durch die Erfindung als neu. herausgestellt ist, beruht in der Tatsache, daß die Elektroden der Tunnelvorrichtung aus Einkristallmaterial bestehen und daß die Tunnelsperrschichten, bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung epitaktisch aufgewachsen sind, um einen insgesamt korngrenzenfreien tunnelnden Übergang zu schaffen.

Wie oben erwähnt, bringt die Tatsache, daß Einkristallmaterial verwendet wird, viele Vorteile. Durch die Verwendung von Einkristallen wird das Problem der Rekristallisation eliminiert, welches gegenwärtig beim Bekannten ein

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erfolgreiches Arbeiten der Tunnelbauelemente verhindert, wenn diese extreme Temperaturbereiche durchlaufen·

Außerdem liefert der Gebrauch von Einkristallen und die Verwendung epitaktisch gezüchteter Sperrschichten eine tunnelnde Vorrichtung mit ausgezeichneter mechanischer Stabilität.

Gleichförmigkeit der Sperrschicht bezüglich Dicke und Reinheit ist jetzt leicht zu erreichen. Dies ist eine Hilfe für die Erzielung eines erhöhten Tunnelstromes bei guter mecha- ä nischer Stabilität. Während die bekannten tunnelnden Bauelemente Strom-Spannungs-Kennlinien aufweisen, welche verwischt sind, liefert der Gebrauch von Einkristallelektroden gute Schaltkennlinien, da nur eine einzige supraleitende Energielücke in Einkristallmaterialien (derselben Orientierung) vorhanden ist«.

Zur Bildung der Einkristallelektroden kann jede geeignete Methode herangezogen werden. Einige dieser Verfahren enthalten das EF-Sputtern und das DO-Sputtern, die thermische Aufdampfung und den chemischen Dampftransport. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in der amerikanischen IBM-Patent- -anmeldung vom 30. Juni 1969 mit der U.S. Serial No. 837 738 ' beschrieben;'^ In dieser Patentanmeldung ist eine Mfthode zum Sputtern von -Einkristall-Supraleitern angegeben. In gleicher Weise läßt sich auch jede passende Mfchode zum epitaktischen Züchten der Sperrschicht-Schichten verwenden. Diese Verfahren umfassen auch die thermische Oxydation, die anodische Oxydation, die elektrolytische Behandlung, die Ionen-Implantation, das Sputtern und die Verdampfung.

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Fig. IB ein tunneIndes Dünnschichtbauelement nach der Erfindung und zwar in Kreuzstreifengeometrie. Die hier mit

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den Bezugszeichen in Fig. 1 übereinstimmenden Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile_e In dieser Geometrie ist die obere Elektrode 12 quer zur Richtung der unteren Elektrode 10 angeordnet.

Die Elektroden 10 und 12 sind, wie im Falle der Vorrichtung nach Fig. IA₁ durch eine dünne Sperrschicht-Schicht voneinander getrennt. Zum Anschluß der beiden Außenleiter an das tunnelnde Bauelement sind Bleiverbindungsteile 30 vorgesehen. Der Strom I wird von einer nicht besonders dargestellten Stromquelle geliefert, wobei jede konventionelle Stromquelle geeignet ist. Das vorgesehene Meßinstrument, zum Beispiel Voltmeter 24, dient zur Ermittlung der Spannungsänderungen am Junction, die durch eine Änderung im Tunnelstrom verursacht sind. Das tunnelnde Gesamtgate wird von einem Substrat 18 getragen.

Wie im Falle der Fig. IA so sind auch hier die gleichen Niederschlagsmethoden anwendbar. Es liegen auch, wie bei der Anordnung nach ^ig. IA bei der Ausführungsform nach Fig. IB, dieselben relativen Abmessungen vor. Obgleich in Fig. IB kein Steuerelement eingezeichnet ist, ist es klar, daß man ein solches ebenso leicht einführen könnte wie im Falle der Fig. IA.

Fig. 2 zeigt den tunnelnden Übergang der Vorrichtung nach Fig. IA und Fig. IB im Querschnitt. Das tunnelnde Jmstion umfaßt die beiden stromführenden Elektroden 10 und 12, die durch eine Tunnelsperrschicht 15 getrennt sind. Die Unterlage ist durch das Substrat geschaffen. Der Tunnelstrom durchquert die Sperrschicht zwischen den beiden Elektroden. Wenn die Sperrschicht sehr dünn ist, d. h. etwa 2 bis 20 Si dünn ist, und wenn die Elektroden Supraleiter sind, kann ein Josephson-Strom fließen. Bei dickeren Sperrschich-

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- 15 ten tritt das herkömmliche Tunneln auf.

Es ist einleuchtend, daß jede Anzahl tunnelnder Junctions in einer Laminat-Struktur vorgesehen sein kann, wie später noch an Hand der Fig. 6 erörtert wird. An dieser Stelle hier genügt es, festzustellen, daß es eine Serie von Elektroden geben kann, die durch Tunnelsperrschichten getrennt sind, wenn mehr als ein tunnelndes Junction gewünscht wird·

Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist wenigstens eine stromführende Elektrode ein Einkristall. Vorzugsweise sind beide metallischen Elektroden Einkristalle und die isolierende Schicht ist eine epitaktisch gewachsene Schicht bei spiegelbildlicher Anordnung der Kristallart der darunterliegenden Elektroden.

Die kristallographische Orientierung hängt von dem darunterliegenden Substrat ab. Es sind verschiedene Orientierungen möglich, die von der Wahl des Substrats abhängig sind. Dies gestattet einen Grad von Freiheit, die man bei konventionellen Tunnelvorrichtungen nicht hat. Durch Indern der kristallographisehen Orientierung des Substrats kann man die Bauelemente so herstellen, daß sie optimale Tunnelcharakteristiken geben.

Fig. 3 zeigt das Strom/Spannungs-Diagramm für die in den Figuren IA, IB und 2 gezeigten tunnelnden Vorrichtungen. Insbesondere sind in Fig. 3 sowohl der Josephson-Strom (Paartunneln) als auch das konventionelle Tunnel (Einzelpartikel) gezeigt. Dieses Diagramm illustriert die bedeutsam verbesserten Charakteristiken, welche davon herrühren, daß Einkristallmaterialien anstelle von polykristallinen Materialien verwendet werden.

Zum Verstehen der durch die Erfindung erzielten verbesser-

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ten Eigenschaften eines Josephson-Bauelements mit Einkristall elektroden sei nachstehend eine kurze Erläuterung der Betriebeken.nlinien einer Josephson-Tunnelvorrichtung gegeben.

Das Josephson-Gate enthält zwei supraleitende Elektroden, die durch eine tunnelnde Sperrschicht getrennt sind. Das Josephson-G-ate hat im Betrieb zwei tunnelnde Zustände, in welche die Vorrichtung geschaltet werden kann· Der eine dieser Zustände ist ein tunnelndes Zustandspaar, bei dem der Strom durch den Sperrschichtbereich (Josephson-Junction) fließt ohne einen Spannungsabfall. Der andere Zustand ist ein einzelner¹ feilzustand, bei welchem der Strom mit einem Spannungsabfall EVe fließt, wenn beide Supraleiter übereinstimmen. In dieser Formel ist E die Energielücke der Supraleiter und e ist die Elementarladung·

Der Übergang vom einen Zustand und in den anderen kann durch Überschreiten des kritischen Stromes für den Josephson-Sperrschichtübergang bewerkstelligt werden. Dies kann wiederum über ein Gate oder einen Steuerimpuls geeigneter Größe herbeigeführt werden.

Zu keiner Zeit gibt es einen Phasenübergang von supraleitend auf normal in den Elektroden eines Josephson-Bauelements· Es gibt einen Phasenübergang im Josephson-Bauelement, aber dieser ist von eigener Art und findet in einem sehr kleinen Volumen, d. h. in der Sperrschicht statt.

Weil der Phasenübergang von supraleitend zu normal nicht die relativ großen Elektroden, welche supraleitend bleiben, einschließt und weil der aktive Bereich der Vorrichtung sehr klein ist, 1st die Übergangszeit auf die volle Spannung sehr kurz.

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Die Tunnel Sperrschicht kann bei einem Josephson-Bauelement aus Metall oder einem Isolator oder sogar aus einem Vakuum "bestehen. Zwei Supraleiter in dichter Nähe können dem Josphson-Strom zwischen diesen einen Anstieg geben. Sogar der Einschnürungstyp des Josephson-Bauelements (schwach supraleitendes Glied), bei dem ein einzelnes supraleitendes Blatt einen verengten Teil hat, kann verwendet werden, um den Josephson-Tunnelstrom zu erzeugen.

In Fig. 3 ist die gestrichelt gezeichnete Kurve die übliche StromJSpannungs-Kennlinie eines bekannten supraleitenden Tunnelübergangs. Bei fehlendem Josephson-Strom (Null-Spannung/Strom) , ist die I-V Kurve die durch eine gestrichel te Linie dargestellte Kunre, welche am Ursprungspunkt beginnt und bis zu einer Spannung V^ verläuft. Darauf folgt die feste Kurve vom Spannungspunkt 7«. Wenn es Josephson-Strom gibt, dann sind die Kurven, welche einen Null-Spannungs-Strom enthalten, anwendbar.

Wenn die Sperrschicht-Schicht sehr dünn ist, dann kann ein Josephson-Strom durch die Grenzschicht (Junction) existieren. Dieser StromfluB liefert keinen Spannungsabfall über der Grenzfläche. Das heißt, es gibt einen Anfangsstrom der von Null an zunimmt, aber es gibt keine Zunahme für die Grenzschicht(Junction)-Spannung. Die Grenzschicht kann nur einen begrenzten Überstrom (I₁J)₁₁Q_x führen. Oberhalb dieses kritischen Stromes schaltet die Grenzschicht abrupt auf die gewöhnliche Strom-Spannungs-Kennlinie mit einer entsprechenden abrupten Zunahme der Spannung an der Grenzschicht auf annähernd V^·

Der Übergang von einer Spannung von annähernd V₁ auf die Spannung null bei abnehmendem Strom findet bei einer Stromstürke statt, die etwas kleiner ist als (1-)-.-,^ und einen

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Hystereaiseffekt produziert. Dieser niedere Strom ist mit (Xn)₁₁H_n bezeichnet. Die Richtung der Pfeile zeigt in Pig. 3 das Verhalten der Grenzschicht (Junction) an, wenn es einen Josephson-Strom gibt, d. h. bei der Null-Spannung gibt es einen Strom (I-_n)_max ^¹"*. dann wächst die Spannung bis etwa auf V₁, wenn der kritische Strom überschritten wird. Die gestrichelte Kurve verläuft dann bis zu einem gewissen Punkt, bei dem die Grenzschicht (Junction) auf Josephson-Tunneln schaltet, und der Strom (X₀)-^ fließt über die Grenzschicht.

Fig. 3 illustriert die bedeutsame Verbesserung, welche sich ergibt, wenn man Einkristallelektroden an Stelle von Elektroden aus polykristallinem Material verwendet.

In diesem Diagramm repräsentiert die nichtgestrichelte Linie (ß) die Kurve, welche der Arbeitsweise einer tunnelnden Josephson-Vorrichtung mit Einkristallelektroden folgt· Die gestrich#elte Linie (P) gehört zu einer tunnelnden Josephson-Vorrichtung mit polykristallinen Elektroden· Wie zu ersehen ist, ist der kritische Maximumstrom (Ί._α)-_Ο— beim Josephson-Tunneln in einer Vorrichtung mit Einkristallelektroden größer als in dem Falle (X_n)_Bax ^wo eine Josephson-Vorrichtung mit polykristallinen Elektroden ausgestattet ist·

Außerdem ist die Hysteresisschleife bei der Einkristallelektrodenstruktur quadratischer als bei der polykristallinen Elektrodenstruktur. Außerdem kommt die Vorrichtung mit Einkristallelektrode auf einen kleineren Nullspannungs-Strom zurück als dies bei der Vorrichtung mit der -polykristallinen Elektrodenstruktur der Fall ist. Bei Verwendung von polykristallinem Elektrodenmaterial kommt es xu einer Rückkehr auf den Stromwert (X₀)^i_n" ¹^* einkristallelektroden werden daher viel höhere X_max/X_mi_n"^{>we:rbe er}~ halten. - 19 -

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Die Hauptbedeutung der erfindungsgemäßen Verwendung von Einkristallelektroden besteht darin, daß es eine einzige Energielücke mit Einkristallmaterial gibt. Demzufolge gibt es kein Verwischen der I-V Schaltcharakteristik durch Vielenergielücken. Weil es kein Verwischen gibt, werden quadratischere Schleifen-Schaltcharakteristiken mit größerem (I)_m und Schaltspannung V^ erzielt.

Der Maximalwert des Josephson-Stromes (I)_max: bezieht sich auf Oxyd-Gleichförmigkeit, Leck, Korngrenzen und den Bereich durch welchen die Paare tunneln. Wie oben erwähnt wurde, tritt um die Whisker ein eingeschlossener Fluß auf, der durch die Sperrschicht wächst. Dieser eingeschlossene Fluß begrenzt (Ι)___ν· Diese Faktoren führen zu geringwertigen I-V Kennlinien.

Die schaltende Spannung V„ ist eine Funktion der Quadrat igkeit der schaltenden Schleife. Sie hängt von der Diskretheit der Energielücke, den Leckpfaden und der Orientierung der Kristalle ab. Wenn die schaltende Charakteristik sehr rechteckig ist, dann ist der Unterschied in der Spannung von einem Zustand in den anderen größer, und die Vorrichtung ist besser geeignet für viele Anwendungen.

Im Gebrauch werden zwei Spannungszustände festgestellt, d. h. der Nullspannungszustand (bei dem ein Josephson-Strom existiert) und die Spannung Vy (bei welcher einzelnes Partikeltunneln auftritt).

Fig. 4 illustriert die Bedeutung der Verwendung von Einkristallen in einer tunnelnden Vorrichtung, die keinen Josephson-Strom hat. Hier ist die Dicke der Sperrschicht größer als jene, die in einer Josephson-Vorrichtung vorhanden ist, so daß das tunnelnde Charakteristikrpaar des

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Josephson-Stromes nicht vorhanden ist. In ähnlicher Weise wie bei Fig. 3 ist es leicht erkennbar, daß der Gebrauch von Einkristallen als Elektrodenmaterial schärfere Schaltcharakteristiken liefert und daß das konventionellere Ver«- schmieren der Kurven wie man es beim polykristallinen Material hat, eliminiert wird.

In Fig. 4 ist die obere Kurve mit P bezeichnet. Diese Kurve ist Normalkennlinie einer tunnelnden Vorrichtung, in der polykristallines Material verwendet ist. Die Kurve S ist die Kennlinie für eine tunnelnde Vorrichtung, deren Elektroden aus Einkristall bestehen. Weil das polykristalline Material zu Vorrichtungen mit geringwertigen tunnelnden Kennlinien führt, sind Anwendungen bei Vorrichtungen nach der Erfindung viel besser durchzuführen.

Fig. 5 zeigt im Diagramm das Wachstum der Sperrschichtdicke mit der Zeit des Mederschlagens. Die gezeigten Kurven entsprechen einer ersten kristallographischen Orientierung und einer zweiten kristallographischen Orientierung des Substrats. Wie aus diesem Diagramm zu ersehen, ist die Wachstumsgeschwindigkeit einer Sperrschicht in der Orientierung 1 größer als die Wachstumsgeschwindigkeit einer ähnlichen Sperrschicht in der Orientierung 2. Wenn polykristalline Sperrschichten gezüchtet werden, gibt es deshalb Sperrschichtzonen der Orientierung 1, welche dicker sind als Sperrschichtzonen der Orientierung 2. Obgleich nur zwei Kurven gezeigt sind, kann man ersehen, daß die Wachstumsgeschwindigkeit variiert in Abhängigkeit von der Substratorientierung und daß eine auf einem polykristallinen! Substrat gewachsene Sperrschicht viele ungleichförmig dicke Bereiche aufweisen wird.

Polykristalline Substrate werden natürlich einen Anstieg zu Isolatoren geben mit anderen Ungleichförmigkeiten. Mit

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der Dicke ändert sich exponentiell auch der Tunnelstrom. Deshalb ist die Dicke der Sperrschicht kritisch. Dies trifft besonders zu, wenn Josephson-Tunnelvorrichtungen hergestellt werden, weil dort die Sperrschicht sehr dünn sein muß. Das Züchten von Sperrschichten mit nur einer einzelnen Orientierung führt demzufolge zu gleichmäßig dicken Sperrschichten, die eine stärker kontrollierbare Tunnelcharakteristik aufweisen.

Fig. 6 zeigt eine tunnelnde Vorrichtung nach der Erfindung, die in einer Längsrichtung ausgerichtet ist und welche mehr als zwei Elektroden aufweist· Diese Elektroden " sind mit 40, 42 und 44 bezeichnet. Es könnten natürlich im Bedarfsfalle auch noch mehr als drei Elektroden vorgesehen sein.

Diese Elektroden sind durch die gurmelsperrschichten 46, getrennt. Das Gesamtpaket wird durch da» Substrat 50 getragen. Wie im Falle der Fig. 1 können zwischen zwei Elektroden (z. B. einer Triode) Vorspannungen angelegt werden, !fach Fig. 6 liefert eine äußere Stromquelle den Strom I, welcher die Grenzschichten durchtunnelt. Das Voltmeter V₁ dient zur Messung der Spannung an der Junction-Sperrschicht 46, während das Voltmeter Vo dazu dient, die Spannung an ä der Sperrschicht 48 zu messen. Die Dwars-Geometrie nach Fig. 6 kann bei Mehrschichtausführungen auch in Verbindung mit der Kreuz-Streifen-Geometrie nach Fig. IB oder Fig. 8 hergestellt sein.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 sind die Elektroden vorzugsweise sämtlich aus Einkristall hergestellt, und die Sperrschichten bestehen vorzugsweise aus epitaktischen Materialablagerungen, wobei Spiegelbildlichkeit der kristallographischen Orientierung des darunterliegenden Materials gewahrt ist. Die gewählte besondere kristallo-

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graphische Orientierung ist wiederum eine Funktion des Substratmaterials. Verschiedene Substrate können verwendet werden, um die besten Tunnelkennlinien zu gewinnen.

Die Elektroden brauchen im Falle der Fig. 6 nicht aus dem gleichen Material zu bestehen und brauchen auch nicht die gleiche kristallographische Orientierung zu haben. Ebenso brauchen die Sperrschichten nicht aus dem gleichen Material zu bestehen und brauchen auch nicht die gleiche Orientierung zu haben. Die Sperrschichten können sogar aus amorphem Material bestehen.

Obgleich in Fig. 6 kein Steuerelement eingezeichnet ist, ist es klar, daß die Vorrichtung nach Fig. 6 in der in Fig. IA gezeigten Weise leicht mit einem Steuerungselement versehen werden kann.

Fig. 7 ist eine Querschnittsdarstellung der tunnelnden Grenzflächen (Junction) der in Fig. 6 gezeigten Torrichtung nach der Erfindung. Zum besseren Verständnis sind hier Bezugszeichen aus der Fig. 6 übernommen worden. Nach Fig. 7 sind die verschiedenen Einkristallelektroden 40, 42 und 44 durch dünne !Punnelsperrschichten 46, 48 getrennte Wenn der Jsephson-Typ bevorzugt werden soll, dann haben die Sperrschichten gewöhnlich eine Dicke von 2 bis 50 S. Wenn eine konventionelle Vorrichtung bevorzugt werden soll, kann die Sperrschicht größer als etwa 50 £ sein oder sie kann irgendeine geeignete Stärke aufweisen.

Fig. 8 zeigt eine Reihenanordnung tunnelnder Bauelemente, wobei jedes Tunnelbauelement mit Einkristallelektroden ausgestattet ist. Im Rahmen der Erfindung sind auch dreidimensionale Anordnungen der tunnelnden Bauelemente möglich.

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Die Reihen 60 und 61 aus dargestellten tunnelnden Bauelementen werden vom Substrat 64 getragen. In der Eeihe 60 sind die oberen Elektroden 66 Tand 68 über der tunnelnden Sperrschicht 70, die wiederum über der Elektrode 72 liegt, angeordnet. Zwischen den Elektroden 66 und 72 und zwischen den Elektroden 68 und 72 sind im Überlappungsbereich tunnelnde Grenzflächen gebildete

In ähnlicher Weise sind die Elektroden 74, 76 und 78 durch die Sperrschicht 80 getrennt. Tunnelnde Junctions bestehen an der Sperrschicht 80 im Überlappungsbereich der Elek- λ troden. In jeder Eeihe kann, wenn die Sperrschichten 70, 80 sehr dünn sind, etwa 2 bis 50 X, durch die Junctions ein Josephson-Strom fließen. Wie bei den oben erwähnten Vorrichtungen, so können auch hier die Sperrschichten aus Isolatoren, Metallen und sogar aus Vakuum bestehen.

In der Reihe 60 ist die Elektrode 72 allen Tunnelbauelementen dieser Reihe gemeinsam. In der Reihe 61 ist die Elektrode 78 allen Tunnelbauelementen dieser Reihe 61 gemeinsam. Jede Elektrode in jeder Reihe kann aus Einkristall bestehen, und die Tunnel-Sperrschicht kann auch aus Einkristallmaterial hergestellt sein.

Wenn auch die Tunnelbauelemente der Anordnung nach Fig. nicht nach einer besonderen Weise angeschlossen sind, so könnten diese ohne weiteres so verbunden werden, daß sich eine Logik, ein Schaltkreis oder ein Speicher ergibt. Obgleich in Fig. 8 nur zwei Bauelemente in jeder Richtung bzw. Zeile dargestellt sind, so können doch im Bedarfsfalle beliebig viele Bauelemente beispielsweise in der in der amerikanischen IBlä-Patentanmeldung mit der U.S. Serial No. 744 949 vom 5. Juli 1968 gezeigten Weise vorgesehen sein.

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Die Erfindung erfaßt in der Anwendung des neuen tunnelnden Bauelements jede Art der Anordnung der Bauelemente mit gemeinsamen Elektroden aus Einkristallen. Im Bedarfsfalle können die kristallographischen Orientierungen der Bauelemente in der Anordnung variiert sein, um Bauelemente zu kombinieren, die verschiedene ühinnelkennlinien haben.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 besteht wenigstens eine der Elektroden jeder Vorrichtung aus Einkristall» Vorzugsweise sind beide Elektroden einer Vorrichtung aus Einkristall. Wenn nur eine Elektrode aus Einkristall besteht, ist es wünschenswert, daß diese Elektrode die untere Elektrode ist. Am wichtigsten ist es, daß die Elektrode auf welcher die Sperrschicht angewachsen ist, die Einkristallelektrode ist und zwar aus Gründen der Gleichförmigkeit beim Kristallwachsen etc.

Die Orientierung der oberen Elektrode wird dazu neigen, _; näher zu liegen als die untere Elektrode, selbst wenn die Sperrschicht-Schicht eine amorphe Schicht ist. Obgleich dieses Phänomen noch nicht vollkommen zu verstehen ist, ist es doch experimentell beobachtet worden. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß die Sperrschicht so dünn ist, daß sie etwas an der Symmetrie der unteren Elektrode reflektiert, d. h. sie reflektiert die Richtungseigenschaft des Bindungswinkels zwischen unterer Elektrode und Sperrschicht selbst. Dies beeinflußt wiederum die Symmetrie der Bindungswinkel der oberen Elektrode auf der Sperrschicht.

Die schaltenden Eigenschaften der Tunnelvorrichtung werden verbessert, wenn nur die untere Elektrode aus Einkristall ist. Sie werden aber in größerem Umfange verbessert, wenn beide Elektroden aus Einkristall bestehen. Es sollte natürlich erkannt werden, daß es wichtiger ist, wenn die untere Elektrode in all den beschriebenen Bau-

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elementen aus Einkristall besteht«

Bei jedem der vorstehend beschriebenen Bauelemente können für die Elektroden, Sperrschichten und Substrat verschiedene Materialien verwendet werden. Hinzu kommt, daß diese Vorrichtungsbauelemente in irgendeiner Weise ohne Beschränkung auf Sputtern, Verdampfen, elektrolytische Behandlung und thermische Oxydation fabriziert werden können.

In der nachstehenden Tabelle ist eine Liste geeigneter Materialien zusammengestellt, die zur Herstellung von. Josephson-Tunnelbauelementen und anderen tunnelnden Dünnschicht-Bauelementen nach der Erfindung verwendbar sind· Die dort aufgeführten Materialien können beliebig kombiniert werden, um geeignete Bauelemente zu erhalten. Sie Tabelle ist nicht vollständig, es können leicht andere geeignete Materialien hinzukommen.

Wenn zum Beispiel eine supraleitende tunelnde Grenzschicht herzustellen ist, kann fast jedes supraleitende Material für die Elektroden verwendet werden. Die Wahl der Sperrschicht ist gleichermaßen breit. Beim Josephson-Typ können die Sperrschichten Isolatoren, Metalle, Halbleiter, Halbmetalle, etc. ja sog_ar Vakuum sein.

Materialien

Elektroden	Sperrschichten	Substrate	- 26 -
Blei Zinn	Oxyde Nitride	Saphir-AlgO, MgO
Niobium	Sulfide	Quarz (SiO2)
Niobiumnitrid	Garbide	Glimmer
Niobium-Titan- Legierung	Selenide	Alkalihalogen]
Indium	Kohlenstoff	Metalle

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Elektroden
Aluminium

Vanadium
Halbleiter

Nichtsupraleitende Metalle

Andere Metalle und Halbmetalle

Sperrschichten

Anorganische und organische Materialien

Arsenide Halbleiter

Metalle (z.B.Gold, Kupfer, Silber etc) Substrate

Die Erfindung ist auf alle derzeit bekanntgewordenen tunnelnden Bauelemente anwendbar.

Pat ent aneprü ehe

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Claims (14)

1. Patentansprüche

   1 J) Supraleitendes Dünnschicht-Bauelement mit Tunneleffekt und mit stromführenden Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der stromführenden Elemente (10, 12) eine einzelne kristallographische Struktur aufweist, wobei eine tunnelnde Sperrschicht (13) stromführende Elemente (10, 12) koppelt.
2. 2.) Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunnelsp errs chi cht (13) von einem der stromführen- Λ den Elemente getragen wird·
3. 3.) Bauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß stromführende Elemente (10, 12) Einkristallstruktur aufweisen.
4. 4.) Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Tunnelsperrschicht (13) Einkristallstruktur aufweist.
5. 5.) Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere stromführende Elemente (10, 12) in ihrer kristallographischen Orientierung übereinstimmen. f
6. 6.) Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß mehrere stromführende Elemente (10, 12) Supraleiter sind und daß die sie koppelnde tunnelnde Sperrschicht (13) eine Dicke von etwa 2 bis 50 Angstrom besitzt.

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7. 7.) Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere stromführende Elemente (10, 12) aus dem gleichen Material hergestellt sind.
8. 8.) Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Tunnelsperrschicht (13) eine epitaktisch aufgewachsene Schicht ist.
9. 9·) Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Elektroden (10, 12, 40, 42, 44) aus einkristallinem Material bestehen und daß sämtliche Tunnelsperrschichten (13, 46,48) Epitaxialschichten sind.
10. 10.)Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (10, 12, 40, 42, 44) eine Dicke von etwa 2000 2. bis 20 000 S haben.
11. 11.) Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Dwars-Anordnung der stromführenden Elemente samt Tunnelsperrschicht (13)·
12. 12.) Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet durch Kreuzstreifengeometrie bei der Anordnung stromführender Elemente (10, 12) samt Tunnelsperrschicht (Fig. IB).
13. 13·) Die ebene Anordnung mehrerer Bauelemente nach den Ansprüchen 1 bis 12 in einer oder mehreren parallelen Längsrichtungen·
14. 14.) Die laminatartige räumliche Anordnung mehrerer Anordnungen nach Anspruch 13·

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