DE69210150T2

DE69210150T2 - Supraleitende Einrichtung mit extrem dünnen supraleitenden Kanal aus oxydisch supraleitendem Material und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69210150T2
Application number: DE69210150T
Authority: DE
Inventors: Michitomo C O Iiyama; So C O Tanaka
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: EP0533519A3; EP0533519B1; EP0533519A2; DE69210150D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine supraleitende Einrichtung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung, und bezieht sich insbesondere auf eine supraleitende Einrichtung mit einem extrem dünnen, aus oxydischem Supraleitermaterial bestehenden supraleitenden Kanal sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Erscheinungen der Supraleitung nutzende Einrichtungen arbeiten schnell bei niedrigem Leistungsverbrauch, so daß sie eine höhere Effizienz haben als konventionelle Halbleiter-Einrichtungen. Insbesondere ist es durch Verwenden eines oxydischen Supraleitermaterials, dessen wissenschaftliche Untersuchung vor kurzem Fortschritte machte, möglich, eine supraleitende Einrichtung zu erzeugen, die bei verhältnismäßig hoher Temperatur arbeitet.
Ein Josephson-Element ist eine von gut bekannten supraleitenden Einrichtungen. Da jedoch ein Josephson-Element eine Einrichtung mit zwei Anschlüssen ist, wird ein Logik-Tor, welches Josephson-Elemente nutzt, kompliziert. Daher sind supraleitende Einrichtungen mit drei Anschlüssen praktischer.
Typische supraleitende Einrichtungen mit drei Anschlüssen umfassen zwei Typen von Super-FETs (FET, Feldeffekt-Transistor). Der erste Super-FET-Typ weist einen Halbleiterkanal sowie eine supraleitende Source-Elektrode und eine supraleitende Drain-Elektrode, die nahe beiemanderliegend zu beiden Seiten des Halbleiterkanals ausgebildet sind, auf. Ein Abschnitt der Halbleiterschicht zwischen der supraleitenden Source-Elektrode und der supraleitenden Drain-Elektrode hat eine großflächig ausgesparte oder unterschnittene hintere Oberfläche dergestalt, daß eine reduzierte Dicke ausgebildet wird. Darüber hinaus ist durch eine Gate-Isolatorschicht eine Gate-Elektrode auf dem Abschnitt der ausgesparten oder unterschnittenen hinteren Oberfläche der Halbleiterschicht zwischen der supraleitenden Source-Elektrode und der supraleitenden Drain-Elektrode ausgebildet.
Ein Supraleitungsstrom fließt aufgrund eines Naheffekts der Supraleitung durch die Halbleiterschicht (den Kanal) zwischen der supraleitenden Source-Elektrode und der supraleitenden Drain-Elektrode und wird durch eine angelegte Gate-Spannung gesteuert. Dieser Typ eines Super-FETs arbeitet bei einer höheren Geschwindigkeit mit einer geringen Leistungsaufnahme.
Der zweite Super-FET-Typ weist einen Kanal aus einem Supraleiter auf, der zwischen einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode ausgebildet ist, so daß ein durch den supraleitenden Kanal fließender Strom durch eine an ein oberhalb des supraleitenden Kanals ausgebildetes Gate angelegte Spannung gesteuert wird.
Beide der vorstehend beschriebenen Super-FETs sind spannungsgesteuerte Einrichtungen, die das Ausgangssignal von dem Eingangssignal isolieren können und die Eigenschaft einer gut definierten Verstärkung haben.
Da jedoch der erste Super-FET-Typ den Naheffekt der Supraleitung nutzt, müssen die supraleitende Source-Elektrode und die supraleitende Drain-Elektrode innerhalb eines Abstands von wenigen Vielfachen der Kohärenzlänge der Supraleiter- Materialien der supraleitenden Source-Elektrode und der supraleitenden Drain-Elektrode angeordnet werden. Insbesondere muß, da ein oxydischer Supraleiter eine kurze Kohärenzlänge besitzt, der Abstand zwischen der supraleitenden Source- Elektrode und der supraleitenden Drain-Elektrode kleiner als etwa einige wenige zehn Nanometer gemacht werden, wenn die supraleitende Source-Elektrode und die supraleitende Drain- Elektrode aus dem oxydischen Supraleitermaterial bestehen. Es ist jedoch sehr schwierig, eine Feinverarbeitung wie beispielsweise das Ätzen eines feinen Musters so auszuführen, daß der vorstehend erwähnte, sehr kurze Trennabstand eingehalten wird.
Andererseits besitzt der Super-FET mit dem supraleitenden Kanal eine große Stromkapazität, und die Feinverarbeitung, die zur Herstellung des ersten Super-FET-Typs erforderlich ist, wird zur Herstellung dieses Super-FET-Typs nicht benötigt.
Um einen vollständigen EIN/AUS-Vorgang zu erzielen, sollten sowohl der supraleitende Kanal als auch die Gate-Isolationsschicht eine extrem dünne Dicke haben. Beispielsweise sollte der aus oxydischem Supraleitermaterial bestehende supraleitende Kanal eine Dicke von weniger als fünf Nanometern haben, d.h. etwa vier oder fünf Einheitszellen, und die Gate- Isolationsschicht sollte eine Dicke von mehr als zehn Nanometern haben, die ausreicht, um einen Tunnelstrom zu vermeiden.
Eine oder zwei Einheitszellen der beiden Seiten des aus dem oxydischen Supraleiter bestehenden, extrem dünnen supraleitenden Kanals können sich jedoch nicht wie ein Supraleiter verhalten. Infolgedessen wird die tatsächlich zur Verfügung stehende Dicke des supraleitenden Kanals dünner als die physische Dicke, wodurch erwartungsgemäß wiederum der Supraleitungsstrom durch den supraleitenden Kanal reduziert wird.
Der Oberflächenbereich des supraleitenden Kanals besteht aus unregelmäßigen Gittern, die durch die Oberflächen-Instabilität der oxydischen, supraleitenden Dünnschicht erzeugt werden. Nachdem die Gate-Isolationsschicht auf der oxydischen, supraleitenden Dünnschicht abgeschieden ist, werden die unregelmäßigen Gitter beibehalten oder verstärkt. Infolgedessen kann sich der Oberflächenbereich des supraleitenden Kanals nicht wie ein Supraleiter verhalten.
Die Gitterordnung und die Stöchiometrie des unteren Bereichs des supraleitenden Kanals sind aufgrund der Diskrepanz thermischer Expansion zwischen der oxydischen, supraleitenden Dünnschicht und dem Substrat verzerrt. Die oxydische supraleitende Dünnschicht wird bei einer Temperatur von nicht unter 500 ºC abgeschieden, so daß der untere Abschnitt der oxydischen, supraleitenden Dünnschicht durch die Diskrepanz thermischer Expansion zwischen der oxydischen, supraleitenden Dünnschicht und dem Substrat belastet wird, wenn er auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Darüber hinaus können Atome, die Bestandteile des Substrats sind, in die oxydische supraleitende Dünnschicht diffundieren, während die oxydische supraleitende Dünnschicht abgeschieden wird, so daß der untere Abschnitt der oxydischen, supraleitenden Dünnschicht beeinträchtigt wird.
Ferner trägt das Band von CU-O-Ebenen auf den meisten Oberflächen oxydischer Supraleiter dazu bei, die nicht supraleitenden Bereiche zu erzeugen.
Infolgedessen kann dann, wenn der supraleitende Kanal aus einer oxydischen, supraleitenden Dünnschicht mit einer Dicke von etwa vier oder fünf Einheitszellen besteht, Supraleitungsstrom in einer Schicht mit einer Dicke von nur einer oder zwei Einheitszellen der oxydischen Supraleiterkanäle fließen.
Die Druckschrift EP-A-0 354 804 offenbart eine supraleitende Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine nach dem FET-Prinzip arbeitende supraleitende Einrichtung mit einem aus einer extrem dünnen, supraleitenden Schicht bestehenden supraleitenden Bereich zu schaffen, welche die vorstehend genannten Unzulänglichkeiten der konventionellen Einrichtungen überwindet.
Darüber hinaus soll die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer nach dem FET-Prinzip arbeitenden supraleitenden Einrichtung schaffen, welche die vorstehend erwähnten Unzulänglichkeiten der konventionellen Einrichtungen überwindet. Die vorstehenden als auch weitere Ziele der Erfindung werden erfindungsgemäß erreicht durch eine supraleitende Einrichtung gemäß Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße supraleitende Einrichtung kann die Oxydschicht entweder zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Gate-Isolator oder zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Substrat aufweisen. Natürlich kann die erfindungsgemäße supraleitende Einrichtung zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Gate-Isolator sowie zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Substrat beide Oxydschichten aufweisen.
Bevorzugt besteht die Oxydschicht zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Substrat aus einer Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung, und besteht die Oxydschicht zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Gate-Isolator aus einer Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung, einer SrOx- Dünnschicht, einer BaOx-Dünnschicht, einer KOx-Dünnschicht oder einer PbOx-Dünnschicht.
Diese Oxyde kompensieren kristalline Unvollkommenheiten auf sowohl einer oberen Oberfläche als auch auf einer unteren Oberfläche einer oxydischen supraleitenden Dünnschicht. Die aus einer Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung bestehende Oxydschicht ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der supraleitende Kanal aus einer oxydischen, supraleitenden Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung besteht, da die Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung fast die gleiche Kristallgitterstruktur hat wie diejenige einer oxydischen, supraleitenden Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung.
Infolgedessen kann die Gitterordnung auf der oberen oder unteren Oberfläche der extrem dünnen, oxydischen Supraleiterschicht, die in Übereinstimmung mit der Erfindung den supraleitenden Kanal der supraleitenden Einrichtung bildet, hinreichend vollkommen sein, um den Supraleitungsstrom selbst in dem nahen Übergangsbereich des Kanals zu führen. Denn der Querschnittsbereich des supraleitenden Kanals der erfindungsgemäßen supraleitenden Einrichtung ist wesentlich größer als der einer konventionellen supraleitenden Einrichtung. Dadurch besitzt die erfindungsgemäße supraleitende Einrichtung eine größere Stromkapazität als eine konventionelle Einrichtung. Im Fall derjenigen erfindungsgemäßen supraleitenden Einrichtung, die die Oxydschicht sowohl zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Gate-Isolator als auch zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Substrat aufweist, fließt der Supraleitungsstrom über den gesamten Querschnitt der supraleitenden Dünnschicht.
Zu diesem Zweck sind die Oxydschichten bevorzugt mit hoher Kristallinität ausgebildet, in welcher eine bis fünf Einheitszellen kristalliner Gitter übereinander geschichtet sind. Die aus den unvollkommenen Kristallgittern bestehende Oxydschicht hat diesen Einfluß nicht. Wenn jedoch die Oxydschicht zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Gate-Isolator zu dick ist, ist es schwierig, den Supraleitungsstrom durch Anlegen einer Spannung an die Gate-Elektrode zu steuern.
Da der Gate-Isolator aus SrTiO&sub3;, MgO, etc. besteht, ist es schwierig, den Gate-Isolator mit einer relativ dünnen Dicke herzustellen. Infolgedessen darf die Oxydschicht zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Gate-Isolator nicht zu dick gemacht werden. In diesem Zusammenhang sind SrOx, BaOx, KOx und PbOx vorteilhaft, da diese kleinere Gitterparameter als Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi; haben.
In der erfindungsgemäßen supraleitenden Einrichtung absorbiert die Oxydschicht zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Substrat die Belastung, die durch Diskrepanzen thermischer Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Substrat erzeugt wird. Eine Diffusion Substratbestandteile bildender Atome ist ebenfalls auf die Oxydschicht zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Substrat beschränkt, so daß vermieden wird, daß der supraleitende Kanal die Supraleitfähigkeit verliert.
Zu diesem Zweck hat die Oxydschicht zwischen dem supraleitenden Kanal und dem Substrat bevorzugt eine Dicke, die fast die gleiche ist wie diejenige des supraleitenden Kanals. Die aus einer Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung bestehende Oxydschicht ist vorteilhaft, da ein Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;- Kristallgitter dazu neigt, entlang einer a-Achse des Kristallgitters deformiert zu werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der oxydische Supraleiter aus einem oxydischen Supraleiter hoher Tc (hoher kritischer Temperatur), und besteht insbesondere aus einem oxydischen Supraleiter aus einem Kupfer-Verbund-Oxyd mit hoher Tc, beispielsweise einem supraleitenden Y-Ba-Cu-O- Verbund-Oxyd-Material, einem supraleitenden Bi-Sr-Ca-Cu-O- Verbund-Oxyd-Material, und einem supraleitenden Tl-Ba-Ca-Cu- O-Verbund-Oxyd-Material.
Darüber hinaus kann das Substrat aus einem isolierenden Substrat hergestellt sein, bevorzugt aus einem oxydischen, einkristallinen Substrat wie beispielsweise MgO, SrTiO&sub3;, CdNdAlO&sub4;, etc. Diese Substratrnaterialien sind sehr effektiv zur Herstellung oder zum Wachsen einer kristallinen Schicht mit einem hohen Grad kristalliner Ausrichtung. Die supraleitende Einrichtung kann jedoch auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet werden, falls eine geeignete Pufferschicht auf diese abgeschieden wird. Die Pufferschicht auf dem Halbleitersubstrat kann beispielsweise aus einer Doppelschicht- Beschichtung hergestellt werden, die im Falle der Verwendung von Silizium als Substrat aus einer MgAlO&sub4;-Schicht und einer BaTiO&sub3;-Schicht besteht.
Bevorzugt besteht der supraleitende Kanal aus einer oxydischen supraleitenden Dünnschicht in c-Achs-Ausrichtung, und die supraleitende Source-Elektrode und die supraleitende Drain-Elektrode bestehen aus oxydischen supraleitenden Dünnschichten in a-Achs-Ausrichtung.
In Übereinstimmung mit dem in Anspruch 15 angegeben erfindungsgemäßen Verfahren werden die Oxydschicht bzw. die Oxydschichten und der supraleitende Kanal kontinuierlich mittels MBE hergestellt. Infolgedessen weisen die Oxydschicht bzw. die Oxydschichten und der supraleitende Kanal eine hohe Kristallinität auf, und Übergänge sind scharf abgegrenzt bzw. exakt ausgebildet.
Um die Oxydschicht bzw. die Oxydschichten und den supraleitenden Kanal kontinuierlich auszubilden, werden zu Beginn alle erforderlichen Molekularstrahlquellen vorbereitet. Dünnschichten, die die Oxydschicht bzw. die Oxydschichten und den supraleitenden Kanal bilden, werden durch Austauschen der Molekularstrahlquellen kontinuierlich abgeschieden.
Um die Molekularstrahlquellen akkurat auszutauschen und um Dünnschichten mit einer präzise festgelegten Dicke herzustellen, werden die Oberflächen der Dünnschichten bevorzugt mittels RHEED (reflective high energy electron diffraction; reflektive Hochenergie-Elektronendiffraktion) überwacht, während die Dünnschichten abgeschieden werden.
Die vorstehenden sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung entnehmbar.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die Fig. 1A bis 1E sind diagrammatische Schnittansichten zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Prozesses zur Herstellung des Super-FETs;
Die Fig. 2A bis 2D sind diagrammatische Schnittansichten zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Prozesses zur Herstellung des Super-FETs;
Die Fig. 3A bis 3F sind diagrammatische Schnittansichten zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Prozesses zur Herstellung des Super-FETs; Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele Bezugnehmend auf die Fig. 1A bis 1E wird nachstehend das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der Prozeß zur Herstellung des Super-FETs beschrieben.
Wie in Fig. 1A gezeigt, wird eine oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung mit einer Dicke von etwa 5 Nanometern auf einer Hauptoberfläche eines einkristallinen MgO (100)-Substrats 10 mittels einer MBE bzw. Molekularstrahl-Epitaxie abgeschieden. Während die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 wächst, wird die Oberflächenmorphologie der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ- Dünnschicht 2 mittels RHEED überwacht, so daß die Atomschichten, die die Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Kristalle bilden, Schicht für Schicht oder Einheit für Einheit akkurat übereinander geschichtet werden.
Die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschichl 2 mit c- Achs-Ausrichtung besteht aus einer oxydischen kristallinen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Schicht, in welcher fünf Einheitszellen der kristallinen Gitter übereinander geschichtet sind.
Eine Arbeitsbedingung zur Herstellung der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 mit c-Achs-Ausrichtung durch MBE ist wie folgt:
Molekularstrahlquelle Y: 1250 ºC
Ba: 600 ºC
Cu: 1040 ºC
Druck 1,33 10&supmin;³ Pa (1 x 10&supmin;&sup5; Torr)
Temperatur des Substrats: 700 ºC
Sodann wird von der Y-Molekularstrahlguelle auf eine Pr- Molekularstrahlquelle umgeschaltet, so daß eine aus einer Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung und einer Dikke von etwa 1,2 Nanometern bestehende Oxydschicht kontinuierlich auf der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 mit c-Achs-Ausrichtung ausgebildet wird, wie in Fig. 1B gezeigt. Die Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung besteht aus einer kristallinen Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Schicht, in welcher kristalline Gitter so angeordnet sind, daß sie eine Einheitszellen-Schicht bilden.
Eine Arbeitsbedingung zur Herstellung der Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;- Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung durch MBE ist wie folgt:
Molekularstrahlquelle Pr: 1225 ºC
Ba: 600 ºC
Cu: 1040 ºC
Druck 1,33 10&supmin;³ Pa (1 x 10&supmin;&sup5; Torr)
Temperatur des Substrats: 700 ºC
Wie in Fig. 1C gezeigt, werden ein Gate-Isolator 9 und eine Gate-Elektrode 5 auf einem Mittenabschnitt der Oxydschicht 6 ausgebildet. Der Gate-Isolator 9 besteht aus SrTiO&sub3; und hat eine Dicke von 10 Nanometern. Der Gate-Isolator wird durch Ätzen einer SrTiO&sub3;-Dünnschicht hergestellt, die durch einen Sputterprozeß abgeschieden wird. Die Gate-Elektrode 5 wird aus Au durch eine Vakuum-Verdampfung hergestellt.
Daraufhin wird, wie in Fig. 1D gezeigt, die Oxydschicht 6 selektiv geätzt, um mittels eines anisotropischen Ätzens die gesamte Oxydschicht bis auf einen Mittenabschnitt dergestalt zu entfernen, daß die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ- Dünnschicht 2 an dem geätzten Abschnitt exponiert ist. Dieser Ätzvorgang erfolgt mittels eines reaktiven Ionen-Ätzvorgangs oder eines Ar-Ionen verwendenden Ionenfräsens.
Schließlich werden, wie in Fig. 1E gezeigt, eine supraleitende Source-Elektrode 3 und eine supraleitende Drain-Elektrode 4 aus einer oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht mit a-Achs-Ausrichtung auf den exponierten Abschnitten der oxydischen, supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 auf jeweils beiden Seiten der Oxydschicht 6 ausgebildet. Eine oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht mit a-Achs- Ausrichtung kann durch einen MBE-Prozeß erzeugt werden, der unter der Arbeitsbedingung ausgeführt wird, daß die Substrattemperatur nicht höher als 650 ºC ist. Eine MBE-Arbeitsbedingung, unter der die supraleitende Source-Elektrode 3 und die supraleitende Drain-Elektrode 4 ausgebildet werden, ist wie folgt:
Molekularstrahlquelle Y: 1250 ºC
Ba: 600 ºC
Cu: 1040 ºC
Druck 1,33 10&supmin;³ Pa (1 x 10&supmin;&sup5; Torr)
Temperatur des Substrats: 640 ºC
Sofern erforderlich, können eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aus Metall auf der supraleitenden Source- Elektrode 3 und der supraleitenden Drain-Elektrode 4 ausgebildet werden. Damit ist der erfindungsgemäße Super-FET vollständig.
Der vorstehend beschriebene, in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Super-FET weist einen supraleitenden Kanal auf, aus bzw. in welchem der Supraleitungsstrom in einer Schicht mit einer Dicke von - ausgehend von der oberen Oberfläche - wenigstens drei Einheitszellen oxydischer supraleitender Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Kristallgitter fließt. Infolgedessen ist die tatsächlich zur Verfügung stehende Querschnittsfläche des supraleitenden Kanals des Super-FETs größer als diejenige eines konventionellen Super-FETs. Hierdurch kann die Stromkapazität des Super-FETs verbessert werden.
Die erforderliche Spannung, die an die Gate-Elektrode angelegt wird, um den supraleitenden Kanal des Super-FETs in Nebenschluß zu legen, beträgt 20 Volt und ist damit wenig höher als die eines konventionellen Super-FETs. Da die Oxydschicht 6 auf der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 kontinuierlich ausgebildet wird, wird die Oberfläche der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 nicht beeinträchtigt, so daß der Übergang zwischen der oxydischen, supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 und der Oxydschicht 6 exakt ausgebildet wird. Dementsprechend zeigt der Super-FET eine stabile Effizienz und hat eine große Stromkapazität.
Andere erfindungsgemäße Super-FETs, deren Oxydschichten anstelle aus Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi; aus SrOx, BaOx, KOx oder PbOx bestehen, werden durch einen Prozeß ähnlich dem vorstehend erwähnten hergestellt. Da die Kristalleinheitsgrößen dieser Oxyde kleiner sind als die von Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;, kann die Oxydschicht 6 dünner ausgebildet werden, so daß die angelegte Spannung, die zum Legen des Kanals in Nebenschluß erforderlich ist, gesenkt werden kann.
Diese Super-FETs werden durch ein Verfahren hergestellt, welches nahezu gleich dem vorstehend beschriebenen ist. Daher wird nachstehend der Unterschied beschrieben.
Wenn der SrOx für die Oxydschicht 6 verwendende Super-FET hergestellt wird, werden, um die Oxydschicht 6 herzustellen, in dem in Fig. 1B gezeigten Prozeß die Y-Molekularstrahlquelle, die Ba-Molekularstrahlquelle und die Cu-Molekularstrahlquelle geschlossen und die Sr-Molekularstrahlquelle geöffnet. Vergleichbare Schritte werden für den Fall der KOx oder PbOx für die Oxydschicht 6 verwendenden Super-FETs ausgeführt. Im Fall von BaOx werden die Y-Molekularstrahlquelle und die Cu-Molekularstrahlquelle geschlossen und nur die Ba Molekularstrahlquelle geöffnet beibehalten. Die Arbeitsbedingungen zur Herstellung der oxydischen SrOx-Dünnschicht, der oxydischen BaOx-Dünnschicht, der oxydischen KOx-Dünnschicht und der oxydischen PbOx-Dünnschicht durch MBE sind wie folgt:

SrOx

Molekularstrahlquelle Sr: 580 ºC
Druck 1,33 10&supmin;³ Pa (1x10&sup5; Torr)
Temperatur des Substrats: 700 ºC

BaOx

Molekularstrahlquelle Ba: 785 ºC
Druck 1,33 10&supmin;³ Pa (1x10&sup5; Torr)
Temperatur des Substrats: 700 ºC

KOx

Molekularstrahlquelle K: 420 ºC
Druck 1,33 10&supmin;³ Pa (1x10&sup5; Torr)
Temperatur des Substrats: 700 ºC

PbOx

Molekularstrahlquelle Pb: 855 ºC
Druck 1,33 10&supmin;³ Pa (1x10&sup5; Torr)
Temperatur des Substrats: 700 ºC
Jeder der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Super- FETs hat einen supraleitenden Kanal, in welchem der Supraleitungsstrom in einer Schicht mit einer Dicke von - ausgehend von der oberen Oberfläche - wenigstens drei Einheitszellen oxydischer supraleitender Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Kristallgitter fließt. Infolgedessen sind die tatsächlich zur Verfügung stehenden Querschnittsflächen der supraleitenden Kanäle der Super-FETs größer als der eines konventionellen Super-FETs. Hierdurch kann die Stromkapazität der Super-FETs verbessert werden.
Die erforderliche Spannungen, die an die Gate-Elektrode angelegt werden, um die supraleitenden Kanäle der Super-FETs in Nebenschluß zu legen, sind wie folgt:

SrOx

Dicke der Oxydschicht 0,52 Nanometer,
1 Einheitszelle
Spannung zum Schließen des Gates 12 Volt

BaOx

Dicke der Oxydschicht 0,55 Nanometer,
1 Einheitszelle
Spannung zum Schließen des Gates 18 Volt

KOx

Dicke der Oxydschicht 0,65 Nanometer,
1 Einheitszelle
Spannung zum Schließen des Gates 12 Volt

PbOx

Dicke der Oxydschicht 0,59 Nanometer,
1 Einheitszelle
Spannung zum Schließen des Gates 12 Volt
Sowohl die Dicken der Oxydschichten als auch die zum Schließen der Gates dieser Super-FETs erforderlichen Spannungen sind kleiner als diejenigen des Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi; für die Oxydschicht 6 verwendenden Super-FETs. Infolgedessen werden diese Super-FETs mit niedrigeren Gate-Spannungen betrieben, so daß die erforderliche Leistungsaufnahme kleiner wird.
Da die Oxydschicht 6 daraufhin auf die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 aufgebracht wird, wird die Oberfläche der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 nicht beeinträchtigt, so daß der Übergang zwischen der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 und der Oxydschicht 6 exakt ausgebildet wird. Dementsprechend zeigt der Super-FET eine stabile Effizienz und hat eine höhere Stromkapazität.
Bezugnehmend auf die Figuren 2A bis 2D wird nachstehend ein zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung der supraleitenden Einrichtung beschrieben.
Wie in Fig. 2A gezeigt, wird mittels einer MBE eine aus einer Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung mit einer Dikke von etwa 5 Nanometern bestehende Oxydschicht 16 auf einer Hauptoberfläche eines einkristallinen MgO (100)-Substrats 10 abgeschieden. Während die Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht 16 wächst, wird die Oberflächenmorphologie der oxydischen supraleitenden Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht 16 mittels RHEED überwacht, so daß die Atomschichten, die die Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Kristalle bilden, Schicht für Schicht oder Einheit für Einheit akkurat übereinander geschichtet werden.
Die oxydische Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht 16 mit c-Achs-Ausrichtung besteht aus einer kristallinen Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Schicht, in welcher fünf Einheitszellen der kristallinen Gitter übereinander geschichtet sind.
Eine Arbeitsbedingung zur Herstellung der Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;- Dünnschicht 16 mit c-Achs-Ausrichtung durch MBE ist wie folgt:
Molekularstrahlquelle Pr: 1225 ºC
Ba: 600 ºC
Cu: 1040 ºC
Druck 1,33 10&supmin;³ Pa (1 x 10&supmin;&sup5; Torr)
Temperatur des Substrats: 700 ºC
Sodann wird die Pr-Molekularstrahlquelle durch eine Y-Molekularstrahlquelle ausgetauscht, so daß eine oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 mit c-Achs-Ausrichtung und einer Dicke von etwa 5 Nanometern kontinuierlich auf der Oxydschicht 16 aus einer Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht ausgebildet wird, wie in Fig. 2B gezeigt. Die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 mit c-Achs-Ausrichtung besteht aus einer kristallinen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Schicht, in welcher fünf Einheitszellen kristalliner Gitter übereinander geschichtet sind.
Eine Arbeitsbedingung zur Herstellung der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 mit c-Achs-Ausrichtung durch MBE ist wie folgt:
Molekularstrahlquelle Pr: 1250 ºC
Ba: 600 ºC
Cu: 1040 ºC
Druck 1,33 10&supmin;³ Pa (1 x 10&supmin;&sup5; Torr)
Temperatur des Substrats: 700 ºC
Wie in Fig. 2C gezeigt, werden ein Gate-Isolator 9 und eine Gate-Elektrode 5 auf einem Mittenabschnitt der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 mit c-Achs-Ausrichtung ausgebildet. Der Gate-Isolator 9 besteht aus SrTiO&sub3; und hat eine Dicke von 10 Nanometern. Der Gate-Isolator wird durch Ätzen einer SrTiO&sub3;-Dünnschicht hergestellt, die durch einen Sputterprozeß aufgebracht wird. Die Gate-Elektrode 5 wird aus Au durch eine Vakuum-Ver-dampfung hergestellt.
Schließlich werden, wie in Fig. 2D gezeigt, eine supraleiten de Source-Elektrode 3 und eine supraleitende Drain-Elektrode 4 aus einer oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht mit a-Achs-Ausrichtung auf der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 auf beiden Seiten des Gate-Isolators 9 bzw. der Gate-Elektrode 5 erzeugt. Eine oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht mit a-Achs-Ausrichtung kann mittels einem MBE-Prozeß erzeugt werden, der unter der Arbeitsbedingung ausgeführt wird, daß die Substrattemperatur nicht höher als 650 ºC ist. Die MBE-Arbeitsbedingung, unter der die supraleitende Source-Elektrode 3 und die supraleitende Drain- Elektrode 4 hergestellt werden, ist gleich wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Sofern erforderlich, können eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aus Metall auf der supraleitenden Source- Elektrode 3 und der supraleitenden Drain-Elektrode 4 ausge bildet werden. Damit ist der erfindungsgemäße Super-FET vollständig.
Der vorstehend beschriebene, in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Super-FET weist einen supraleitenden Kanal auf, in welchem der Supraleitungsstrom in einer Schicht mit einer Dicke von - ausgehend von der unteren Oberfläche - wenigstens drei Einheitszellen oxydischer supraleitender Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ- Kristallgitter fließt. Infolgedessen ist die tatsächlich zur Verfügung stehende Querschnittsfläche des supraleitenden Kanals des Super-FETs größer als diejenige eines konventionellen Super-FETs. Hierdurch kann die Stromkapazität des Super- FETs verbessert werden.
Da die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 auf der Oxydschicht 16 ausgebildet wird, wird die Belastung, die durch Diskrepanzen thermischer Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem oxydischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiter und dem MgO- Substrat erzeugt wird, durch die Oxydschicht 16 absorbiert, so daß die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 nicht belastet wird. Darüber hinaus wird die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 kontinuierlich auf der Oxydschicht 16 ausgebildet, so daß der Übergang zwischen der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 und der Oxydschicht 16 exakt ausgebildet wird. Dementsprechend zeigt der Super-FET stabile Effizienz und hat eine höhere Stromkapazität.
Bezugnehmend auf die Fig. 3A bis 3F wird nachstehend ein drittes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung der supraleitenden Einrichtung beschrieben.
Wie in Fig. 3A gezeigt, wird eine aus einer Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;- Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung bestehende Oxydschicht 16 mit einer Dicke von etwa 5 Nanometern auf einer Hauptoberfläche eines einkristallinen MgO (100)-Substrats 10 mittels einer MBE abgeschieden. Während die Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht 16 wächst, wird die Oberflächenmorphologie der oxydischen supraleitenden Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht 16 mittels RHEED überwacht, so daß die Atomschichten, die die PriBa&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Kristalle bilden, Schicht für Schicht oder Einheit für Einheit akkurat übereinander geschichtet werden.
Die oxydische Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;,-Dünnschicht 16 mit c-Achs-Ausrichtung besteht aus einer kristallinen Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Schicht, in welcher fünf Einheitszellen der kristallinen Gitter übereinander geschichtet sind.
Die Arbeitsbedingung zur Herstellung der Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht 16 durch MBE ist gleich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Sodann wird die Pr-Molekularstrahlquelle durch eine Y-Molekularstrahlquelle ausgetauscht, so daß eine oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 mit c-Achs-Ausrichtung und einer Dicke von etwa 5 Nanometern kontinuierlich auf der Oxydschicht 16 aus Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht ausgebildet wird, wie in Fig. 3B gezeigt. Die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 mit c-Achs-Ausrichtung besteht aus einer kristallinen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Schicht, in welcher fünf Einheitszellen kristalliner Gitter übereinander geschichtet sind.
Die Arbeitsbedingung zur Herstellung der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 mit c-Achs-Ausrichtung durch MBE ist gleich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Sodann wird die Y-Molekularstrahlquelle durch eine Pr-Molekularstrahlquelle ausgetauscht, so daß eine aus einer Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung mit einer Dikke von etwa 1,2 Nanometern bestehende Oxydschicht 6 kontinuierlich auf der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 mit c-Achs-Ausrichtung ausgebildet wird, wie in Fig. 3C gezeigt. Die Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung besteht aus einer kristallinen Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Schicht mit c-Achs-Ausrichtung, in welcher kristalline Gitter so angeordnet sind, daß sie eine Einheitszellen-Schicht bilden.
Die Arbeitsbedingung zur Herstellung der Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung ist gleich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
Wie in Fig. 3D gezeigt, werden ein Gate-Isolator 9 und eine Gate-Elektrode 5 auf einem Mittenabschnitt der Oxydschicht 6 ausgebildet. Der Gate-Isolator 9 besteht aus SrTiO&sub3; und hat eine Dicke von 10 Nanometern. Der Gate-Isolator wird durch Ätzen einer SrTiO&sub3;-Dünnschicht hergestellt, die durch einen Sputterprozeß aufgebracht wird. Die Gate-Elektrode 5 wird aus Au durch eine Vakuum-Verdampfung hergestellt.
Daraufhin wird, wie in Fig. 3E gezeigt, die Oxydschicht 6 selektiv geätzt, um mittels eines anisotropischen Ätzens die gesamte Oxydschicht bis auf einen Mittenabschnitt dergestalt zu entfernen, daß die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ- Dünnschicht 2 an dem geätzten Abschnitt exponiert ist. Dieser Ätzvorgang erfolgt mittels eines reaktiven Ionen-Ätzvorgangs oder eines Ar-Ionen verwendenden Ionenfräsens.
Schließlich werden, wie in Fig. 3F gezeigt, eine supraleitende Source-Elektrode 3 und eine supraleitende Drain-Elektrode 4 aus einer oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht mit a-Achs-Ausrichtung auf den exponierten Abschnitten der oxydischen, supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 zu jeweils beiden Seiten der Oxydschicht 6 ausgebildet. Eine oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht mit a-Achs-Ausrichtung kann mittels eines MBE-Prozesses erzeugt werden, der unter der Arbeitsbedingung ausgeführt wird, daß die Substrattemperatur nicht höher als 650 ºC ist. Die MBE-Arbeitsbedingung, unter welcher die supraleitende Source-Elektrode 3 und die supraleitende Drain-Elektrode 4 ausgebildet werden, ist gleich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Sofern erforderlich, können eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aus Metall auf der supraleitenden Source- Elektrode 3 und der supraleitenden Drain-Elektrode 4 ausgebildet werden. Damit ist der erfindungsgemäße Super-FET vollständig.
Der vorstehend beschriebene, in Übereinstimmung mit dem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Super-FET weist einen supraleitenden Kanal auf, aus bzw. in welchem der Supraleitungsstrom über den gesamten Querschnitt fließt. Infolgedessen ist die tatsächlich zur Verfügung stehende Querschnittsfläche des supraleitenden Kanals des Super-FETs größer als diejenige eines konventionellen Super-FETs. Hierdurch kann die Stromkapazität des Super- FETs verbessert werden.
Die erforderliche Spannung, die an die Gate-Elektrode angelegt wird, um den supraleitenden Kanal des Super-FETs in Nebenschluß zu legen, beträgt 20 Volt und ist damit wenig höher als die eines konventionellen Super-FETs. Da die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 auf der Oxydschicht 16 ausgebildet wird, wird die Belastung, die durch Diskrepanzen thermischer Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem oxydischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiter und dem MgO-Substrat erzeugt wird, durch die Oxydschicht 16 absorbiert, so daß die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 nicht belastet wird. Darüber hinaus werden, da die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 kontinuierlich auf der Oxydschicht 16 und die Oxydschicht 6 kontinuierlich auf der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 ausgebildet werden, die obere und die untere Oberfläche der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 nicht beeinträchtigt, so daß die Übergänge zwischen der Oxydschicht 16 und der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 sowie zwischen der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 und der Oxydschicht 6 exakt ausgebildet werden. Dementsprechend zeigt der Super-FET stabile Effizienz und hat eine höhere Stromkapazität.
Andere erfindungsgemäße Super-FETs, deren Oxydschichten anstelle aus Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi; aus SrOx, BaOx, KOx oder PbOx bestehen, werden mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens hergestellt. Da die Kristalleinheitsgrößen dieser Oxyde kleiner sind als die von Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;, kann die Oxydschicht 6 dünner ausgebildet werden, so daß die angelegte Spannung, die zum Legen des Kanals in Nebenschluß erforderlich ist, gesenkt werden kann.
Diese Super-FETs werden durch ein Verfahren hergestellt, welches nahezu gleich dem vorstehend beschriebenen ist. Daher wird nachstehend der Unterschied beschrieben.
Wenn der SrOx für die Oxydschicht 6 verwendende Super-FET hergestellt wird, werden, um die Oxydschicht 6 herzustellen, in dem in Figur 3C gezeigten Prozeß die Y-Molekularstrahlquelle, die Ba-Molekularstrahlquelle und die Cu-Molekularstrahlquelle geschlossen und die Sr-Molekularstrahlquelle geöffnet. Vergleichbare Vorgänge werden im Fall der KOx oder PbOx für die Oxydschicht 6 verwendenden Super-FETs ausgeführt. Im Fall von BaOx werden die Y-Molekularstrahlquelle und die Cu-Molekularstrahlquelle geschlossen und nur die Ba- Molekularstrahlquelle geöffnet beibehalten. Arbeitsbedingungen zur Herstellung der oxydischen SrOx-Dünnschicht, der oxydischen BaOx-Dünnschicht, der oxydischen KOx-Dünnschicht und der oxydischen PbOx-Dünnschicht durch MBE sind gleich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
Jeder der vorstehend erwähnten erfindungsgemäßen Super-FETs hat einen supraleitenden Kanal, aus bzw. in welchem der Supraleitungsstrom über den gesamten Querschnitt fließt. Infolgedessen sind die tatsächlich zur Verfügung stehenden Querschnittsflächen der supraleitenden Kanäle der Super-FETs größer als der eines konventionellen Super-FETs. Hierdurch kann die Stromkapazität der Super-FETs verbessert werden.
Die erforderlichen Spannungen, die an die Gate-Elektrode angelegt werden, um die supraleitenden Kanäle der Super-FETs in Nebenschluß zu legen, sind wie folgt:

SrOx

BaOx

KOx

PbOx

Dicke der Oxydschicht 0,59 Nanometer,
1 Einheitszelle
Spannung zum Schließen des Gates 12 Volt
Sowohl die Dicken der Oxydschichten als auch die zum Schließen der Gates dieser Super-FETs erforderlichen Spannungen sind kleiner als diejenigen des Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi; für die Oxydschicht 6 verwendenden Super-FETs. Infolgedessen werden diese Super-FETs mit niedrigeren Gate-Spannungen betrieben, so daß die erforderliche Leistungsaufnahme kleiner wird.
Da die oxydische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 kontinuierlich auf der Oxydschicht 16 und die Oxydschicht 6 kontinuierlich auf der oxydischen, supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ- Dünnschicht 2 ausgebildet werden, werden die obere und die untere Oberfläche der oxydischen, supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ- Dünnschicht 2 nicht beeinträchtigt, so daß die Übergänge zwischen der Oxydschicht 16 und der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 sowie zwischen der oxydischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 2 und der Oxydschicht 6 exakt ausgebildet wird. Dementsprechend zeigt der Super-FET eine stabile Effizienz und hat eine höhere Stromkapazität.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die oxydische supraleitende Dünnschicht nicht nur aus dem supraleitenden Y-Ba-Cu-O-Verbund-Oxyd-Material hergestellt werden, sondern auch aus einem oxydischen supraleitenden Material mit hohem Tc (hoher kritischer Temperatur), insbesondere einem Kupfer-Oxyd-artigen Verbund-Oxyd-Supraleitermaterial mit hohem Tc, beispielsweise einem Bi-Sr-Ca-Cu-O-Verbund- Oxyd-Supraleitermaterial und einem Tl-Ba-Ca-Cu-O-Verbund- Oxyd-Supraleitermaterial.
Die Erfindung wurde somit unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele aufgezeigt und beschrieben. Es sollte jedoch zur Kenntnis genommen werden, daß die Erfindung in keiner Weise auf die Einzelheiten der dargestellten Strukturen beschränkt ist, sondern daß Abwandlungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche.

Claims

1. Supraleitende Einrichtung mit einem Substrat (10), mit einem supraleitenden Kanal (20) aus einer oxydischen supraleitenden Dünnschicht (2) auf dem Substrat (10) mit einer supraleitenden Source-Elektrode (3) und mit einer supraleitenden Drainelektrode (4) aus einem oxydischen Supraleiter auf der supraleitenden Dünnschicht (2), die voneinander getrennt sind, jedoch elektrisch durch den supraleitenden Kanal (20) miteinander verbunden sind und mit einer Gate-Elektrode (5) auf einem Gate-Isolator (9) auf dem supraleitenden Kanal (20) zur Steuerung des durch den supraleitenden Kanal (20) fließenden Supraleitungsstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Einrichtung außerdem eine Oxydschicht oder Oxydschichten (6, 16) aufweist zwischen dem supraleitenden Kanal (20) und dem Gate-Isolator (9) und/oder zwischen dem Substrat (10) und dem supraleitenden Kanal (20), daß der supra-leitende Kanal (20) aus einer oxydischen supraleitenden Dünnschicht (2) mit c-Achs-Ausrichtung besteht und daß die supraleitende Source-Elektrode (3) und die supraleitende Drain-Elektrode (4) aus oxydischen supraleitenden Dünnschichten mit a-Achs-Ausrichtung bestehen.

2. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Einrichtung die Oxydschicht (6) nur zwischen dem supraleitenden Kanal (20) und dem Gate-Isolator (9) aufweist.

3. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Einrichtung die Oxydschicht (16) nur zwischen dem supraleitenden Kanal (20) und dem Substrat (10) aufweist.

4. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Einrichtung beide Oxydschichten (6, 16) zwischen dem supraleitenden Kanal (20) und dem Gate-Isolator (9) sowie zwischen dem supraleitenden Kanal (20) und dem Substrat (10) aufweist.

5. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydschicht (16) zwischen dem supraleitenden Kanal (20) und dem Substrat (10) aus einer Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung besteht.

6. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydschicht (6) zwischen dem supraleitenden Kanal 20 und dem Gate-Isolator (9) aus einer Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung aus, einer SrOx-Dünnschicht, aus einer BaOx-Dünnschicht, aus einer KOx-Dünnschicht oder aus einer PbOx-Dünnschicht besteht.

7. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Oxydschichten (6, 16) aus Pr&sub1;Ba&sub2; Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschichten mit c-Achs-Ausrlchtung bestehen.

8. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydschicht (16) zwischen dem supraleitenden Kanal (20) und dem Substrat (10) aus einer Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit c-Achs-Ausrichtung besteht und daß die Oxydschicht (6) zwischen dem supraleitenden Kanal (20) und dem Gate-Isolator (9) aus einer SrOx-Dünnschicht, einer BaOx-Dünnschicht, einer KOx-Dünnschicht oder einer PbOx-Dunnschicht besteht.

9. Supraleitende Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oyxdschicht (16) zwischen dem supraleitenden Kanal 20 und dem Substrat (10) eine Dicke aufweist, welche fast die gleiche ist, wie diejenige des supraleitenden Kanals (20).

10. Supraleitende Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydschicht (6) zwischen dem supraleitenden Kanal (20) und dem Gate-Isolator (9) aus einer oxydischen Krlstallschicht besteht, in welcher eine bis fünf Einheitszellen des kristallinen Gitters übereinander geschichtet sind.

11. Supraleitende Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oxydische Supraleiter aus einem oxydischen Supraleiter hoher Tc (hoher kritischer Temperatur) besteht und insbesondere aus einem oxydischen Supraleiter aus einem Kupfer-Verbund-Oxyd mit hoher Tc.

12. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der oxydische Supraleiter aus einem oxydischen supraleitenden Material besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus dem supraleitenden Y-Ba- Cu-O-Verbund-Oxyd, dem supraleitenden Bi-Sr-Ca-Cu-O- Verbund-Oxyd und dem supraleitden Tl-Ba-Ca-Cu-O-Verbund- Oxyd.

13. Supraleitende Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem MgO (100)-Substrat, einem SrTiO&sub3; (100)- Substrat, einem CdNdAlO&sub4; (001)-Substrat und einem Halbleiter-Substrat.

14. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem Silicium- Substrat besteht und daß eine Hauptoberfläche des Silicium- Substrats beschichtet ist mit einer isolierenden Material- Schicht, welche aus einer MGAl&sub2;O&sub4;-Schicht und einer BaTiO&sub3;- Schicht besteht.

15. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Substrat (10), mit einem supraleitenden Kanal (20) aus einer oxydischen supraleitenden Dünnschicht (2) auf dem Substrat (10), mit einer supraleitenden Source-Elektrode (3) und mit einer supraleitenden Drain-Elektrode (4) aus einem oxydischen Supraleiter auf der oxydischen supraleitenden Dünnschicht 2, die voneinander getrennt sind, jedoch elektrisch durch den supraleitenden Kanal (20) miteinander verbunden sind, mit einer Gate-Elektrode (5) auf einem Gate-Isolator (9) auf dem supraleltenden Kanal (20) zur Steuerung des durch den supraleitenden Kanal (20) fließenden Supraleitungsstromes und mit einer ersten Oxydschicht (6) zwischen dem supraleitenden Kanal (20) und dem Gate-Isolator (9) und/oder einer zweiten Oxydschicht (16) zwischen dem supraleitenden Kanal (20) und dem Substrat (10), dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte aufweist des Abscheidens der ersten Oxydschicht (6) und/oder der zweiten Oxydschicht (16) und der oxydischen supraleitenden Dünnschicht (2) kontinuierlich durch die MBE durch Umschalten von Molekularstrahlquellen, um so eine Beeinträchtigung der Oberfläche der zweiten Oxydschicht (16) und/oder der oxydischen supraleitenden Dünnschicht (2) zu verhindern und um einen scharfen Übergang oder Übergänge zwischen der oxydischen supraleitenden Dünnschicht (2) und der ersten Oxydschicht (6) und/oder zwischen der oxydischen supraleitenden Dünnschicht (2) und der zweiten Oxydschicht (16) zu erhalten.