DE69218348T2

DE69218348T2 - Supraleitendes Bauelement mit extrem dünnen supraleitenden Kanal und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69218348T2
Application number: DE69218348T
Authority: DE
Inventors: Michitomo Iiyama; Takao Nakamura
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2012-12-01
Also published as: DE69218348D1; EP0545801A1; US5494891A; CA2084174C; CA2084174A1; US5399546A; EP0545801B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein supraleitendes Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung desselben, und insbesondere ein supraleitendes Baulement, das einen extrem dünnen supraleitenden Kanal aufweist, der aus oxidischem Supraleitermaterial gebildet ist, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Beschreibung des Standes der Technik

Bauelemente, die das Supraleitungsphänomen verwenden, arbeiten mit hoher Geschwindigkeit bei niedrigem Energieverbrauch derart, daß sie ein höheres Leistungsvermögen als herkömmliche Halbleiter-Bauelemente aufweisen. Insbesondere unter Verwendung eines oxidischen supraleitenden Materials, das in jüngster Zeit zunehmend untersucht wird, ist es möglich, ein supraleitendes Bauelement herzustellen, das bei relativ hoher Temperatur arbeitet.
Bei einem Josephson-Bauelement handelt es sich um eines von gut bekannten supraleitenden Bauelementen. Da das Josephson- Bauelement jedoch ein Zweianschluß-Bauelement ist, wird ein logisches Gatter bzw. Gate unter Verwendung von Josephson- Bauelementen jedoch kompliziert. Deshalb sind supraleitende Dreianschluß-Bauelemente praktischer.
Typische supraleitende Dreianschluß-Bauelemente weisen zwei Typen von Super-FET (Feldeffekttransistor) auf. Der erste Typ des Super-FET weist einen Halbleiterkanal und eine supraleitende Source-Elektrode und eine supraleitende Drain-Elektrode auf, die nahe zueinander beidseits des Halbleiterkanals angeordnet sind. Ein Teil der Halbleiterschicht zwischen der supraleitenden Source-Elektrode und der supraleitenden Drain- Elektrode hat eine stark ausgenommene oder unterschnittene Rückseite derart, daß er eine verringerte Dicke hat. Außerdem ist eine Gate-Elektrode durch eine Gate-Isolatorschicht auf dem Teil der ausgenommenen oder unterschnittenen Rückseite der Halbleiterschicht zwischen der supraleitenden Source- Elektrode und der supraleitenden Drain-Elektrode gebildet.
Ein supraleitender Strom fließt durch die Halbleiterschicht(kanal) zwischen der supraleitenden Source-Elektrode und der supraleitenden Drain-Elektrode aufgrund eines supraleitenden Nachbarschaftseffekts, und wird durch eine angelegte Gate-Spannung gesteuert. Dieser Typ des Super-FET arbeitet mit hoher Geschwindigkeit bei niedrigem Energieverbrauch.
Der zweite Typ des Super-FET weist ein Substrat auf, einen Kanal aus einem Supraleiter, der auf dem Substrat gebildet ist, einen supraleitenden Source-Bereich und einen supraleitenden Drain-Bereich, die beidseits des supraleitenden Kanals angeordnet sind, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode, die jeweils auf dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich angeordnet sind, eine Gate- Elektrode auf dem supraleitenden Kanal und eine Gate-Isolationsschicht zwischen dem supraleitenden Kanal und der Gate- Elektrode. Supraleitender Strom, der durch den supraleitenden Kanal des Super-FET fließt, wird durch eine Spannung gesteuert, die an ein Gate angelegt ist, das über dem supraleitenden Kanal gebildet ist.
Beide der vorstehend genannten Super-FET sind spannungsgesteuerte Bauelemente, die in der Lage sind, ein Ausgangssignal von einem Eingangssignal zu isolieren, und die eine wohldefinierte Verstärkung aufweisen.
Da der erste Typ des Super-FET den supraleitenden Nachbarschaftseffekt verwendet, müssen die supraleitende Source- Elektrode und die supraleitende Drain-Elektrode jedoch innerhalb eines Abstands eines geringen Mehrfachen der Kohärenzlänge der supraleitenden Materialien, der supraleitenden Source-Elektrode und der supraleitenden Drain-Elektrode angeordnet werden. Da ein oxidischer Supraleiter eine kurze Kohärenzlänge aufweist, muß insbesondere ein Abstand zwischen der supraleitenden Source-Elektrode und der supraleitenden Drain- Elekrode geringer als etwa wenige zehn Nanometer gemacht werden, wenn die supraleitende Source-Elektrode und die supraleitende Drain-Elektrode aus dem oxidischen Supraleitermaterial gebildet sind. Es ist jedoch sehr schwierig, eine Feinverarbeitung, wie etwa ein Feinmuster- bzw. Strukturätzen so auszuführen, daß der vorstehend genannte sehr kurze Elektrodenabstand erhalten wird.
Andererseits hat der Super-FET mit dem supraleitenden Kanal eine große Stromleitfähigkeit, und die Feinverarbeitung, die erforderlich ist, um den ersten Typ des Super-FET zu erzeugen, ist nicht notwendig, um diesen Typ von Super-FET zu erzeugen.
Um einen vollständigen EIN/AUS-Betrieb zu erhalten, sollten sowohl der supraleitende Kanal wie die Gate-Isolatorschicht eine extrem dünne Dicke aufweisen. Beispielsweise sollte der aus einem oxidischen Supraleitermaterial gebildete supraleitende Kanal eine Dicke von weniger als fünf Nanometern haben, insbesondere etwa vier oder fünf Einheitszellen, und die Gate-Isolatorschicht sollte eine Dicke von mehr als zehn Nanometern haben, was ausreicht, um einen Tunnelstrom zu verhindern.
Beim Stand der Technik wurde der extrem dünne supraleitende Kanal des oxidischen Supraleiters üblicherweise direkt auf einem Einkristall-Isolatorsubstrat, wie etwa einem MgO(100)- Substrat gebildet. In diesem Fall werden Bestandteile des Substrats in den supraleitenden Kanal diffundiert, während der supraleitende Kanal auf dem Substrat gebildet wird. Da der supraleitende Kanal eine extrem dünne Dicke hat, ist die Wirkung des Diffusionsstoffs nicht vernachlässigbar. Eigenschaften des supraleitenden Kanals werden deshalb derart zerstört, daß der Super-FET kein hohes Leistungsvermögen aufweisen kann.
Selbst dann, wenn die Wirkung vernachlässigbar ist, können sich ein oder zwei Einheitszellen auf der Unterseite des supraleitenden Kanals des oxidischen Supraleiters nicht als Supraleiter verhalten. Deshalb wird die substantielle Dicke des supraleitenden Kanals dünner als die physikalische Dicke, was wiederum dazu führt, daß der supraleitende Strom durch den supraleitenden Kanal stärker verringert wird, als erwartet.
Von den nicht-supraleitenden Bereichen wird angenommen, daß sie durch eine freigelegte Cu-O-Ebene an der Boden- bzw. Unterseite der oxidischen Supraleiterschicht erzeugt sind, welche den supraleitenden Kanal bildet.
Da der extrem dünne supraleitende Kanal mit dem relativ dikken supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich an ihren unteren Abschnitten verbunden ist, und da er von der Source-Elektrode, die auf dem supraleitenden Source-Bereich angeordnet ist, und den Drain-Elektroden, die auf dem supraleitenden Drain-Bereich angeordnet sind, weit entfernt ist, verteilt sich der supraleitende Strom, der durch den supraleitenden Kanal fließt, in dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich. Der supraleitende Strom fließt deshalb nicht wirksam in den supraleitenden Kanal hinein noch aus diesem heraus.
Das europäische Patent Nr. A1-0 478 464, das einen Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPÜ darstellt, offenbart ein supraleitendes Bauelement mit einem Substrat, einem vorstehenden isolierenden Bereich, der auf der Hauptoberfläche des Substrats gebildet ist, und einem supraleitenden Kanal, der auf dem vorspringenden isolierenden Bereich gebildet ist. In dieser Druckschrift weisen der supraleitende Kanal und der vorspringende Bereich dieselben Elemente auf; der vorspringende Bereich hat jedoch seine Supraleitfähigkeit verloren, um den schwachen Übergang bzw. die schwache Verknüpfung zu bilden, der bzw. die den supraleitenden Kanal darstellt.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein supraleitendes Bauelement vom FET-Typ unter Überwindung der vorstehend genannten Nachteile der herkömmlichen Bauelemente zu schaffen, das einen supraleitenden Kanal aufweist, der aus einer extrem dünnen oxidischen supraleitenden Dünnschicht gebildet ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Bauelements vom FET-Typ unter Überwinden der vorstehend genannten Nachteile der herkömmlichen Verfahren zu schaffen.
Die vorstehende sowie weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch ein supraleitendes Bauelement gelöst, das im Anspruch 1 festgelegt ist.
Da der supraleitende Kanal des supraleitenden Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem supraleitenden Source- Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich an den höheren Abschnitten verbunden ist als ihren Abschnitten mit einem Drittel der Höhe, wird der supraleitende Strom nicht in den supraleitenden Source-Bereich und den supraleitenden Drain- Bereich verteilt. Der supraleitende Strom fließt deshalb wirksam in den supraleitenden Kanal hinein bzw. aus diesem heraus.
In diesem Zusammenhang haben der supraleitende Source-Bereich und der supraleitende Drain-Bereich des supraleitenden Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung eine Dicke von 100 bis 500 Nanometern, und eine nicht-supraleitende Schicht, die zwischen dem Substrat und der Kanalschicht angeordnet ist, hat bevorzugt eine Dicke im Bereich von einem Drittel der Dicke des supraleitenden Source-Bereichs und des supraleitenden Drain-Bereichs bis zur selben Dicke.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die nicht-supraleitende Schicht eine Dicke, die ungefähr der Hälfte derjenigen des supraleitenden Source-Bereichs und des supraleitenden Drain-Bereichs entspricht. In diesem Fall ist der supraleitende Kanal bevorzugt mit Mittenabschnitten des supraleitenden Source-Bereichs und des supraleitenden Drain-Bereichs verbunden. Es ist bevorzugt, daß die Gate-Isolatorschicht außerdem die Seitenflächen des supraleitenden Source-Bereichs und des supraleitenden Drain-Eereichs so bedeckt, daß die Gate-Elektrode von dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich isoliert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind gegenüberliegende Seitenflächen des supraleitenden Source-Bereichs und des supraleitenden Drain-Bereichs derart geneigt, daß ein Leerraum zwischen dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich eine trapezförmige Gestalt aufweist, wobei der supraleitende Source-Bereich und der supraleitende Drain-Bereich an ihren unteren Abschnitten kürzer und am Boden am kürzesten werden, und wobei die nicht-supraleitende Schicht länger ist als die Gate-Isolatorschicht, die länger ist als Gate-Elektrode. In diesem Fall steht die Gate-Elektrode nicht in Kontakt mit dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich. Bei dem vorstehend genannten Bauelement tragen die geneigten Seitenflächen zur Verbesserung der Wirksamkeit bzw. des Wirkungsgrads des supraleitenden Stromflusses bei.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Gate- Elektrode aus einem Material gebildet, das Silicium enthält, beispielsweise polykristallines Silicium. Bei diesem supraleitenden Bauelement ist die Gate-Elektrode von dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich durch Isolationsbereiche isoliert, die aus Silicium gebildet sind, das ausgehend von der Gate-Elektrode in den supraleitenden Source-Bereich und den supraleitenden Drain-Bereich diffundiert ist. Es ist bevorzugt, daß das supraleitende Bauelement außerdem eine Metallschicht auf der Gate-Isolatorschicht aufweist, die verhindert, daß Silicium in dem supraleitenden Kanal diffundiert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat die nichtsupraleitende Schicht nahezu dieselbe Dicke wie der supraleitende Source-Bereich und der supraleitende Drain-Bereich. In diesem Fall ist der supraleitende Kanal bevorzugt mit oberen Abschnitten des supraleitenden Source-Bereichs und des supraleitenden Drain-Bereichs verbunden. Der supraleitende Kanal dieses supraleitenden Bauelements besteht aus einer extrem dünnen oxidischen supraleitenden Dünnschicht, die auf den planaren bzw. ebenen Oberflächen der nicht-supraleitenden Schicht, des supraleitenden Source-Bereichs und des supraleitenden Drain-Bereichs abgeschieden ist. Deshalb ist die oxidische supraleitende Dünnschicht frei von Spannung, so daß die Eigenschaften des supraleitenden Kanals verbessert sind.
Die nicht-supraleitende Schicht kann aus einem Isolatormaterial gebildet sein, das nicht mit dem oxidischen Supraleiter reagiert und nicht in die oxidische supraleitende Dünnschicht diffundiert, wie etwa MgO, SrTiO&sub3; usw. Insbesondere ist die nicht-supraleitende Schicht bevorzugt aus einem Oxid gebildet, dessen Kristallstuktur ähnlich zu derjenigen des oxidischen Supraleiters, wie etwa Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi; ist.
Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi; kompensiert die kristalline Unvollständigkeit einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht derart, daß Eigenschaften der oxidischen supraleitenden Dünnschicht verbessert sind. Insbesondere wenn der supraleitende Kanal aus einer c-achsenorientieren oxidischen supraleitenden Dünnschicht gebildet ist, ist die Oxidschicht bevorzugt, die aus einer c-achsenorientierten Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht gebildet ist, da die c-achsenorientierte Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht nahezu dieselbe Kristallstruktur aufweist, wie die c-achsenorientierte oxidische supraleitende Dünnschicht. Die Querschnittsfläche des supraleitenden Kanals des supraleitenden Bauelements in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist so groß, wie gewünscht, und deutlich größer als diejenige eines herkömmlichen supraleitenden Bauelements. Dadurch hat das supraleitende Bauelement in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine größere Stromleitfähigkeit als ein herkömmliches.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der oxidische Supraleiter aus einem oxidischen Supraleiter mit hoher Tc (hohe kritische Temperatur) gebildet, insbesondere aus einem Verbundoxidsupraleiter vom Kupferoxid-Typ mit hoher Tc, beispielsweise aus einem supraleitenden Y-Ba-Cu-O-Verbundoxid, einem supraleitenden Bi-Sr-Ca-Cu-O-Verbundoxid und einem supraleitenden Tl-Ba-Ca-Cu-O-Verbundoxid.
Die Gate-Isolatorschicht kann aus einem Isolatormaterial gebildet sein, bevorzugt aus SrTiO&sub3;, MgO, SiN usw.
Außerdem kann das Substrat aus einem Isolatorsubstrat gebildet sein, bevorzugt aus einem oxidischen Einkristallsubstrat, wie etwa MgO, SrTiO&sub3;, CdNdAlO&sub4; usw. Diese Substratmaterialien sind sehr wirksam bei der Bildung oder beim Aufwachsen eines kristallinen Films mit einem hohen Grad an kristalliner Orientierung.
Bevorzugt ist der supraleitende Kanal aus einer c-achsenorientierten oxidischen supraleitenden Dünnschicht gebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Bauelements bereitgestellt, wie im Anspruch 20 festgelegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die nicht-supraleitende Schicht so gebildet, daß sie ungefähr halb so dick ist wie die erste oxidische supraleitende Dünnschicht. In diesem Fall werden die nicht-supraleitende Schicht, der supraleitende Kanal, die Gate-Isolatorschicht und die Gate- Elektrode auf der freigelegten Oberfläche des Substrats zwischen dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich gebildet. Mit anderen Worten werden sie an dem hohlen Abschnitt zwischen dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich gebildet. Deshalb können der supraleitende Kanal, die Gate-Isolatorschicht und die Gate-Elektrode selbst ausgerichtet sein. Die Gate-Isolatorschicht wird bevorzugt so gebildet, daß sie die Seitenflächen des supraleitenden Source-Bereichs und des supraleitenden Drain-Bereichs abdeckt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste oxidische supraleitende Dünnschicht bevorzugt durch einen isotropen Ätzprozeß so geätzt, daß ein Leerraum mit trapezförmiger Gestalt zwischen dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich gebildet wird, wobei der supraleitende Source-Bereich und der supraleitende Drain-Bereich an den unteren Abschnitten kürzer und am kürzesten am Boden sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die nicht-supraleitende Schicht so gebildet, daß sie nahezu dieselbe Dicke hat wie der supraleitende Source-Bereich und der supraleitende Drain-Bereich.
Es ist bevorzugt, daß das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung außerdem den Schritt aufweist, das Substrat auf eine Temperatur von 350 bis 400ºC unter einem Druck niedriger als 1,333 x 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) aufzuheizen, nachdem die erste oxidische supraleitende Dünnschicht geätzt wurde, um die freigelegte Oberfläche des Substrats zu reinigen.
Die vorstehend genannten sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in bezug auf die beiliegenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figuren 1A bis 1G zeigen schematische Schnittansichten zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des Super-FET;
Figuren 2A bis 2C zeigen schematische Schnittansichten zur Erläuterung von Merkmalsschritten einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des Super-FET;
Figuren 3A bis 3E zeigen schematische Schnittansichten zur Erläuterung von Merkmalsschritten einer dritten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des Super-FET;
Figuren 4A bis 4C zeigen schematische Schnittansichten zur Erläuterung von Merkmalsschritten einer vierten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des Super-FET;
Figuren 5A bis 5C zeigen schematische Schnittansichten zur Erläuterung von Merkmalsschritten einer fünften Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des Super-FET.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ausführungsform 1

In bezug auf die Figuren 1A bis 1G wird das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des Super-FET erläutert.
Wie in Figur 1A gezeigt, wird ein MgO(100)-Einkristallsubstrat 5 mit einer im wesentlichen planaren bzw. ebenen Hauptoberfläche ((100)-Oberfläche) vorbereitet. Wie in Figur 1B gezeigt, wird eine c-achsenorientierte oxidische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 11 mit einer Dicke von etwa 250 Nanometern auf einer Hauptoberfläche eines MgO-Substrats 5 beispielsweise durch Sputtern, MBE (Molekularstrahl-Epitaxie), Vakuumverdampfung, CVD usw. abgeschieden. Eine Bedingung zur Bildung der c-achsenorientierten oxidischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 11 durch Außerachsensputtern ist wie folgt:
Temperatur des Substrats 700ºC
Sputtergas Ar : 90%
O&sub2; : 10%
Druck 6,665 Pa (5 x 10&supmin;² Torr)
Daraufhin wird der zentrale Abschnitt der oxidischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 11 selektiv durch einen reaktiven Ionenätzprozeß unter Verwendung von Chlorgas, Ionenfräsen unter Verwendung Ar-Ionen oder fokussiertes Ionenstrahlätzen derart geätzt, daß der oxidische Supraleiter des Abschnitts 14 vollständig entfernt wird und ein supraleitender Source-Bereich 2 und ein supraleitender Drain-Bereich 3 werden getrennt auf dem Substrat 5 gebildet, wie in Figur 2C gezeigt. Eine Oberfläche des Substrats 5 wird am Abschnitt 14 freigelegt.
Daraufhin wird das Substrat 5 auf eine Temperatur von 350 bis 400ºC unter einem Druck niedriger als 1,333 x 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) so erhitzt, daß der freigelegte Abschnitt 14 des Substrats 5 gereinigt ist. Wie in Figur 1D gezeigt, wird eine Oxidschicht 15 mit einer Dicke von fünfzig Nanometern, die aus c-achsenorientiertem Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi; besteht, auf der freigelegten Oberfläche 14 des Substrats 5 durch MBE abgeschieden. Die Oxidschicht 15 hat bevorzugt eine Dicke im Bereich von einem Drittel der Dicke des supraleitenden Source- Bereichs 2 und des supraleitenden Drain-Bereichs 3 bis zu derselben Dicke wie diese. Während die Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht 15 aufwächst, wird die Oberflächenmorphologie der Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht 15 durch RHEED überwacht. Eine Bedingung zum Bilden der c-achsenorientierten oxidischen Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht 15 durch MBE ist wie folgt:
Molekularstrahlquelle Pr : 1.225ºC
Ba : 600ºC
Cu : 1.040ºC
Druck 1,333 x 10&supmin;³ Pa (1 x 10&supmin;&sup5; Torr)
Temperatur des Substrats 700ºC
Daraufhin wird die Pr-Molekularstrahlquelle durch die Y-Molekularstrahlquelle so ersetzt, daß ein supraleitender Kanal 10 aus einer c-achsenorientierten oxidischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht mit einer Dicke von etwa fünf Nanometern kontinuierlich auf der Oxidschicht 15 der Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;- Dünnschicht gebildet wird, wie in Figur 1E gezeigt. Die oxidische Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht und die oxidische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht, die auf dem supraleitenden Source-Bereich 2 und dem supraleitenden Drain-Bereich 3 abgeschieden sind, können gegebenenfalls entfernt werden.
Wie in Figur 1F gezeigt, wird daraufhin eine Isolatorschicht 17 aus MgO durch Sputtern nacheinander auf dem supraleitenden Source-Bereich 2, dem supraleitenden Kanal 10 und dem supraleitenden Drain-Bereich 3 gebildet. Die Isolatorschicht 10 hat eine Dicke von zehn bis zwanzig Nanometern und bedeckt Seitenflächen des supraleitenden Source-Bereichs 2 und des supraleitenden Drain-Bereichs 3 zugunsten ihrer Isolation.
Wie in Figur 1G gezeigt, wird schließlich eine Gate-Elektrode 4 aus Gold auf einem zentralen Abschnitt der Isolatorschicht 7 durch Vakuumverdampfung gebildet. Der zentrale Abschnitt der Isolatorschicht 17 unter der Gate-Elektrode 4 wird eine Gate-Isolatorschicht 7. Eine Metall-Source-Elektrode und eine Metall-Drain-Elektrode können auf dem supraleitenden Source- Bereich 2 bzw. dem supraleitenden Drain-Bereich 3 gegebenenfalls gebildet werden. Damit ist der Super-FET gemäß der vorliegenden Erfindung fertiggestellt.
Der vorstehend genannte Super-FET, der in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist, hat einen supraleitenden Kanal, der auf der nicht-supraleitenden Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Oxidschicht gebildet ist, deren Kristallstruktur ähnlich zu derjenigen des oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiters ist. Deshalb ist der Bodenabschnitt des supraleitenden Kanals nicht verschlechtert, so daß die substantielle Querschnittsfläche des supraleitenden Kanals des Super-FET größer als diejenige eines herkömmlichen Super- FET ist.
Da der supraleitende Kanal mit dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich in ihren mittleren Abschnitten verbunden ist, fließt außerdem supraleitender Strom wirksam in den supraleitenden Kanal hinein und aus diesem heraus. Aufgrund dessen kann die Stromleitfähigkeit des Super-FET verbessert werden.
Außerdem sind die Oxidschicht, der supraleitende Kanal, die Gate-Isolatorschicht und die Gate-Elektrode selbst ausgerichtet. Deshalb ist die Beschränkung hinsichtlich der Feinverarbeitungstechnik, die zur Herstellung des Super-FET erforderlich ist, gelockert.

Ausführungsform 2

In bezug auf die Figuren 2A bis 2C wird eine zweite Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des supraleitenden Bauelements erläutert.
Bei dieser zweiten Ausführungsform werden dieselben Verarbeitungen bzw. Prozeßschritte wie in den Figuren 1A bis 1E gezeigt, durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die oxidische supraleitende Dünnschicht 11 eine a-achsenorientierte oxidische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht ist und die Oxidschicht 15 eine Dicke von 100 Nanometern hat. Nachdem die Oxidschicht 15 aus Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi; und der supraleitende Kanal 10 aus dem oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiter gebildet sind, werden die Oxidschichten und die oxidischen supraleitenden Schichten auf dem supraleitenden Source-Bereich 2 und dem supraleitenden Drain-Bereich 3 entfernt. Eine Bedingung zum Bilden der a- achsenorientierten oxidischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 11 durch Außerachsensputtern ist wie folgt:
Temperatur des Substrats 630ºC
Sputtergas Ar : 90%
O&sub2; : 10%
Druck 6,665 Pa (5 x 10&supmin;² Torr)
Wie in Figur 2A gezeigt, wird daraufhin eine Isolatorschicht 17 aus Siliciumnitrid oder MgO durch Sputtern nacheinander auf dem supraleitenden Source-Bereich 2, dem supraleitenden Kanal 10 und dem supraleitenden Drain-Bereich 3 gebildet. Die Isolatorschicht 17 hat eine Dicke von zehn bis zwanzig Nanometern und deckt Seitenflächen des supraleitenden Source-Bereichs 2 und des supraleitenden Drain-Bereichs 3 zugunsten ihrer Isolation ab.
Wie in Figur 2B gezeigt, wird eine Au-Schicht 24, welche die Gate-Elektrode darstellt, auf der Isolatorschicht 17 durch Vakuumverdampfung abgeschieden.
Wie in Figur 2C gezeigt, wird die Au-Schicht 24 schließlich in eine Gate-Elektrode 4 verarbeitet, und Abschnitte der Isolatorschicht 17 auf dem supraleitenden Source-Bereich 2 und dem supraleitenden Drain-Bereich 3 werden so entfernt, daß eine Metall-Source-Elektrode 12 und eine Metall-Drain-Elektrode 13 aus Au auf dem supraleitenden Source-Bereich 2 bzw. dem supraleitenden Drain-Bereich 3 gebildet werden. Der zentrale Abschnitt der Isolatorschicht 17 unter der Gate-Elektrode 4 wird eine Gate-Isolatorschicht 7. Damit ist der Super-FET gemäß der vorliegenden Erfindung fertiggestellt.
Der vorstehend genannte Super-FET, der in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist, hat den supraleitenden Source-Bereich 2 und den supraleitenden Drain-Bereich 3, gebildet aus den a-achsenorientierten oxidischen supraleitenden Dünnschichten und den supraleitenden Kanal 10 gebildet aus einer c-achsenorientierten oxidischen supraleitenden Dünnschicht. Deshalb hat der Super-FET eine große Stromleitfähigkeit Der supraleitende Kanal ist auf der nicht-supraleitenden oxidischen Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Schicht gebildet, deren Kristallstruktur ähnlich zu derjenigen des oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiters ist. Deshalb ist der Bodenabschnitt des supraleitenden Kanals nicht verschlechtert, so daß die substantielle Querschnittsfläche des supraleitenden Kanals des Super-FET größer als diejenige eines herkömmlichen Super-FET ist. Da der supraleitende Kanal mit dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich an ihren mittleren Abschnitten verbunden ist, fließt der supraleitende Strom außerdem wirksam in den supraleitenden Kanal hinein und aus diesem heraus. Aufgrund dessen kann die strom-spannungs-Charakteristik des Super-FET verbessert werden.
Die Oxidschicht, der supraleitende Kanal, die Gate-Isolatorschicht und die Gate-Elektrode sind selbst ausgerichtet. Deshalb ist die Beschränkung bei der Feinverarbeitungstechnik, die zur Herstellung des Super-FET erforderlich ist, gelokkert.

Ausführungsform 3

In bezug auf die Figuren 3A bis 3E wird eine dritte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des supraleitenden Bauelements erläutert.
Bei dieser dritten Ausführungsform werden dieselben Verarbeitungen bzw. Prozeßschritte durchgeführt, wie diejenige, die in den Figuren 1A bis 1E gezeigt sind. Wie in Figur 3A gezeigt, wird ein zentraler Abschnitt der c-achsenorientierten oxidischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 11 selektiv durch einen reaktiven Ionenätzprozeß unter Verwendung von Chlorgas, Ionenstrahlfräsen unter Verwendung von Ar-Ionen oder fokussiertes Ionenstrahlätzen geätzt, so daß der oxidische Supraleiter des Abschnitts 14 vollständig entfernt ist und ein supraleitender Source-Bereich 2 und ein supraleitender Drain-Bereich 3 getrennt auf dem Substrat 5 gebildet werden. Der Abschnitt 14 wird durch einen isotropen Ätzprozeß so seitengeätzt, daß ein Leerraum in trapezförmiger Gestalt gebildet wird. Durch das Ätzen werden der supraleitende Source- Bereich 2 und der supraleitende Drain-Bereich 3 kürzer an den unteren Abschnitten und am kürzesten am Boden. Eine Oberfläche des Substrats 5 ist am Abschnitt 14 freigelegt. Die geneigten Seitenflächen des supraleitenden Source-Bereichs 2 und des supraleitenden Drain-Bereichs 3 verbessern den Wirkungsgrad des supraleitenden Stroms, der in den supraleitenden Kanal hinein und aus diesem heraus fließt. Der Leerraum 14 verhindert, daß eine Gate-Elektrode, die am Abschnitt 14 gebildet ist, in Kontakt mit dem supraleitenden Source-Bereich 2 und dem supraleitenden Drain-Bereich 3 gelangt.
Daraufhin wird das Substrat 5 auf eine Temperatur von 350 bis 400ºC unter einem Druck niedriger als 1,333 x 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin; &sup9; Torr) derart erhitzt, daß der freigelegte Abschnitt 14 des Substrats 5 gereinigt ist. Wie in Figur 38 gezeigt, wird eine Oxidschicht 15, die aus einer c-achsenorientierten Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht besteht mit einer Dicke von 150 Nanometern auf der freigelegten Oberfläche 14 des Substrats 5 durch Sputtern abgeschieden. Die Oxidschicht 15 hat bevorzugt eine Dicke im Bereich von einem Drittel der Dicke des supraleitenden Source-Bereichs 2 und des supraleitenden Drain-Bereichs 3 bis zur selben Dicke wie diese. Eine Bedingung zum Bilden der c-achsenorientierten oxidschen Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht 15 durch Sputtern ist wie folgt:
Temperatur des Substrats 700ºC
Sputtergas Ar : 90%
O&sub2; : 10%
Druck 6,665 Pa (5 x 10&supmin;² Torr)
Daraufhin wird ein supraleitender Kanal 10 aus einer c-achsenorientierten oxidischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht mit einer Dicke von etwa fünf Nanometern kontinuierlich durch Sputtern auf der Oxidschicht 15 aus der Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht gebildet, wie in Figur 3D gezeigt. Eine Bedingung zum Bilden der c-achsenorientierten oxidischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht ist dieselbe wie diejenige für die Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht. Die oxidische Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Dünnschicht und die oxidische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht, die auf dem supraleitenden Source-Bereich 2 und dem supraleitenden Drain-Bereich 3 abgeschieden sind, können gegebenenfalls entfernt werden.
Wie in Figur 3D gezeigt, wird daraufhin eine Gate-Isolatorschicht 7 aus MgO durch Sputtern oder CVD auf dem supraleitenden Kanal 10 gebildet. Die Gate-Isolatorschicht 7 hat eine Dicke von zehn bis zwanzig Nanometern.
Wie in Figur 3E gezeigt, wird schließlich eine Gate-Elektrode 4 aus Au auf einem zentralen Abschnitt der Gate-Isolatorschicht 7 durch Vakuumverdampfung beabstandet von dem supraleitenden Source-Bereich 2 und dem supraleitenden Drain-Bereich 3 gebildet. Eine Metall-Source-Elektrode und eine Metall-Drain-Elektrode können auf dem supraleitenden Source-Bereich 2 bzw. dem supraleitenden Drain-Bereich 3 gegebenenfalls gebildet werden. Damit ist der Super-FET gemäß der vorliegenden Erfindung fertiggestellt.
Der vorstehend genannte Super-FET, der in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist, hat einen supraleitenden Kanal, der aus der nicht-supraleitenden Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Oxidschicht gebildet ist, deren Kristallstruktur ähnlich zu der derjenigen des oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiters ist. Deshalb ist der Bodenabschnitt des supraleitenden Kanals nicht verschlechtert, so daß die substantielle Querschnittsfläche des supraleitenden Kanals des Super-FET größer als diejenige eines herkömmlichen Super-FET ist. Da der supraleitende Source-Bereich und der supraleitende Drain-Bereich geneigte Seitenflächen haben und der supraleitende Kanal mit dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich an mittleren Abschnitten der geneigten Flächen verbunden ist, fließt außerdem der supraleitende Strom wirksam in den supraleitenden Kanal hinein und aus diesem heraus. Aufgrund dessen kann die Stromleitfähigkeit des Super-FET verbessert werden. Mit dem vorstehend genannten Verfahren kann der Super-FET lediglich durch Sputtern und CVD hergestellt werden, was einfacher ist als MBE.
Die Oxidschicht, der supraleitende Kanal, die Gate-Isolatorschicht und die Gate-Elektrode sind außerdem selbst ausgerichtet. Deshalb ist die Beschränkung für die Feinverarbeitungstechnik, die zur Herstellung des Super-FET erforderlich ist, gelockert.

Ausführungsform 4

In bezug auf die Figuren 4A bis 4C wird eine vierte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des supraleitenden Bauelements erläutert.
Bei dieser vierten Ausführungsform werden dieselben Prozeßschritte bzw. Verarbeitungen durchgeführt, wie in den Figuren 1A bis 1E gezeigt, mit der Ausnahme, daß die oxidische supraleitende Dünnschicht 11 eine a-achsenorientierte oxidische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht ist und die Oxidschicht 15 eine Dicke von 100 Nanometern hat. Nachdem die Oxidschicht 15 aus Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi; und der supraleitende Kanal 10 aus dem oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiter gebildet sind, werden die Oxidschichten und die oxidischen supraleitenden Schichten auf dem supraleitenden Source-Bereich 2 und dem supraleitenden Drain-Bereich 3 gegebenenfalls entfernt.
Wie in Figur 4A gezeigt, wird daraufhin eine Gate-Isolatorschicht 7 aus Siliciumnitrid oder MgO durch Sputtern auf dem supraleitenden Kanal 10 gebildet. Die Gate-Isolatorschicht 7 hat eine Dicke von zehn bis zwanzig Nanometern.
Wie in Figur 4B gezeigt, wird eine Pt-Schicht 41 auf der Gate-Isolatorschicht 7 durch Vakuumverdampfung gebildet, und eine Gate-Elektrode 4 wird aus polykristallinem Silicium auf der Pt-Schicht 41 gebildet.
Schließlich wird das Substrat 5 auf eine Temperatur von 800ºC so erhitzt, daß Silicium in dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich diffundiert wird, um einen Isolatorbereich 50 zu bilden, wie in Figur 4C gezeigt. Die Pt-Schicht 41 hindert Silicium daran, in den supraleitenden Kanal 10 zu diffundieren. Abschnitte der übereinander angeordneten Schichten auf dem supraleitenden Source-Bereich 2 und dem supraleitenden Drain-Bereich 3 werden so entfernt, daß eine Metall-Source-Elektrode 12 und eine Metall-Drain- Elektrode 13 aus Gold auf dem supraleitenden Source-Bereich 2 bzw. dem supraleitenden Drain-Bereich 3 gebildet werden. Damit ist der Super-FET gemäß der vorliegenden Erfindung fertiggestellt.
Der vorstehend genannte Super-FET, der in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist, hat den supraleitenden Kanal, der aus der nicht-supraleitenden Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi;-Oxidschicht gebildet ist, deren Kristallstruktur ähnlich zu derjenigen des oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiters ist. Deshalb ist der Bodenabschnitt des supraleitenden Kanals nicht verschlechtert, so daß die substantielle Querschnittsfläche des supraleitenden Kanals des Super-FET größer als diejenige eines herkömmlichen Super- FET ist. Da der supraleitende Kanal mit dem supraleitenden Source-Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich an ihren mittleren Abschnitten verbunden ist, fließt außerdem der supraleitende Strom wirksam in den supraleitenden Kanal hinein und aus diesem heraus. Aufgrund dessen kann die Strom-Spannungseigenschaft des Super-FET verbessert werden. Bei dem vorstehend genannten Verfahren werden die nicht-supraleitende Oxidschicht 15, der supraleitende Kanal 10, die Gate-Isolatorschicht 7 und die Gate-Elektrode 4 selbst ausgerichtet, und der Isolatorbereich 50, der die Gate-Elektrode 4 von dem supraleitenden Source-Bereich 2 und dem supraleitenden Drain- Bereich 3 isoliert, ist ebenfalls selbst ausrichtend bereitgestellt.
Die Beschränkung der Feinverarbeitungstechnik, die zur Herstellung des Super-FET erforderlich ist, ist deshalb gelokkert.

Ausführungsform 5

In bezug auf die Figuren 5A bis 5D wird eine fünfte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des supraleitenden Bauelements erläutert.
Bei der fünften Ausführungsform werden dieselben Prozeßschritte bzw. Verarbeitungen durchgeführt, wie in den Figuren 1A bis 1C gezeigt. Wie in Figur 5A gezeigt, wird ein Isolatorbereich 150 aus Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi; zwischen dem supraleitenden Source-Bereich 2 und dem supraleitenden Drain-Bereich 3 so gebildet, daß er nahezu dieselbe Dicke hat wie der supraleitende Source-Bereich 2 und der supraleitende Drain-Bereich 3. Mit anderen Worten hat die Oberseite des Isolatorbereichs 150 dieselbe Höhe wie diejenige des supraleitenden Source-Bereichs 2 und des supraleitenden Drain-Bereichs 3, und die Oberseiten schließen sich aneinander an und sind planar bzw. eben. Um die Oberseiten des Isolatorbereichs 150, des supraleitenden Source-Bereichs 2 und des supraleitenden Drain-Bereichs 3 einzuebnen, wird in diesem Zusammenhang der Isolatorbereich 150 durch CVD gebildet, und daraufhin wird der nahtlose Abschnitt des gebildeten Isolatorbereichs durch einen Abhebeprozeß oder einen fokussierten Ionenstrahlätzprozeß entfernt. Die Oberseiten bzw. die oberen Oberflächen des Isolatorbereichs 150, des supraleitenden Source-Bereichs 2 und des supraleitenden Drain-Bereichs 3 können gegebenenfalls zurückgeätzt werden.
Wie in Figur 5B gezeigt, werden daraufhin eine oxidische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 21 mit einer Dicke von fünf Nanometern und eine Isolatorschicht 17 mit einer Dicke von etwa zehn Nanometern aus MgO oder Siliciumnitrid durch aufeinanderfolgende Sputterprozesse gebildet. Der Abschnitt der oxidischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 21 auf dem Isolatorbereich 50 wird zu einem supraleitenden Kanal, wenn der Super-FET fertiggestellt ist.
Wie in Figur 5C gezeigt, wird daraufhin eine Au-Schicht 24 auf der Isolatorschicht 17 durch Vakuumverdampfung gebildet. Schließlich wird die Au-Schicht 24 in eine Gate-Elektrode 4 verarbeitet und die Isolatorschicht 17 wird in eine Gate-Isolatorschicht 7 verarbeitet, die auf dem Isolatorbereich 150 angeordnet sind, wie in Figur 5D gezeigt. Ein Abschnitt der oxidischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 21 unter der Gate-Isolatorschicht 7 wird zu einem supraleitenden Kanal 10.
Eine Metall-Source-Elektrode und eine Metall-Drain-Elektrode können auf dem supraleitenden Source-Bereich 2 bzw. dem supraleitenden Drain-Bereich 3 gegebenenfalls gebildet werden. Damit ist der Super-FET gemäß der vorliegenden Erfindung fertiggestellt.
Der vorstehend genannte Super-FET, der in Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist, hat einen supraleitenden Kanal, der aus der oxidischen supraleitenden Dünnschicht gebildet ist, die auf den planaren bzw. ebenen Oberflächen des Isolatorbereichs 150, des supraleitenden Source-Bereichs 2 und des supraleitenden Drain-Bereichs 3 gebildet ist. Der supraleitende Kanal 10 ist deshalb spannungsfrei und weist gute Eigenschaften auf. Da die Position und die Länge des supraleitenden Kanals durch den Isolatorbereich 150 bestimmt sind, können die Abmessungen des supraleitenden Bauelements, insbesondere die Länge des supraleitenden Kanals genau bestimmt werden. Da der supraleitende Kanal 10 mit den oberen Abschnitten des supraleitenden Source-Bereichs 2 und des supraleitenden Drain-Bereichs 3 verbunden ist, verteilt sich der supraleitende Strom nicht in dem supraleitenden Source-Bereich 2 und dem supraleitenden Drain-Bereich 3. Der supraleitenden Strom fließt deshalb wirksam in den supraleitenden Kanal hinein und aus diesem heraus.
Bei den vorstehend genannten Ausführungsformen kann die oxidische supraleitende Dünnschicht nicht nur aus dem supraleitenden Y-Ba-Cu-O-Verbundoxid gebildet sein, sondern auch aus einem oxidischen Supraleiter mit hoher Tc (hohe kritische Temperatur), insbesondere aus einem supraleitenden Verbundoxid vom Kupferoxid-Typ mit hoher Tc, beispielsweise aus einem supraleitenden Bi-Sr-Ca-Cu-O-Verbundoxid und einem supraleitenden Tl-Ba-Ca-Cu-O-Verbundoxid.
Die Erfindung ist in bezug auf spezielle Ausführungsformen dargestellt und erläutert worden. Es wird bemerkt, daß die vorliegende Erfindung jedoch in keinster Weise auf die Einzelheiten der dargestellten Strukturen beschränkt ist, sondem im Umfang der beiliegenden Ansprüche Abwandlungen und Modifikationen zugänglich ist.

Claims

1. Supraleitendes Bauelement mit einem Substrat (5); auf einer Hauptoberfläche dieses Substrats ist eine nicht- supraleitende Schicht (15, 150) ausgebildet; ein supraleitender Kanal (10) aus einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht ist auf der nicht-supraleitenden Schicht ausgebildet; ein supraleitender Source-Bereich (2) und ein supraleitender Drain-Bereich (3) in einer anderen Schicht aus dem oxidischen Supraleiter mit einer größeren Dicke als der supraleitende Kanal (10) sind zu beiden Seiten des supraleitenden Kanals (10), getrennt voneinander jedoch elektrisch durch den supraleitenden Kanal miteinander verbunden, ausgebildet, so daß ein Supraleitungsstrom durch den supraleitenden Kanal (10) zwischen dem supraleitenden Source-Bereich (2) und dem supraleitenden Drain-Bereich (3) fließen kann; eine Gate- Elektrode (4) ist oberhalb einer Gate-Isolatorschicht (7) auf dem supraleitenden Kanal (10) vorgesehen, um den Supraleitungsstrom zu steuern, der durch den supraleitenden Kanal fließt; die nicht-supraleitende Schicht (15, 150) besteht aus einem Oxid, dessen Kristallstruktur ähnlich derjenigen des oxidischen Supraleiters ist, so daß kristalline Fehler der oxidischen supraleitenden Dünnschicht kompensiert und dadurch die Stromleitfähigkeit des supraleitenden Kanals zwischen der Hauptoberfläche des Substrats (5) und dem supraleitenden Kanal (10) verbessert wird; das Oxid der nicht-supraleitenden Schicht (15, 150) weist wenigstens ein Bestandselement auf, das nicht im oxidischen Supraleiter enthalten ist und die Bodenfläche des supraleitenden Kanals (10) ist mit Abschnitten des supraleitenden Source-Bereichs (2) und des supraleitenden Drain-Bereichs (3) verbunden, wobei diese Abschnitte zwischen einem Drittel der Höhe des supraleitenden Source- Bereichs und des supraleitenden Drain-Bereichs und deren voller Höhe angeordnet sind.

2. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der nicht-supraleitenden Schicht (15, 150) ungefähr die Hälfte der Dicke des supraleitenden Source-Bereichs (2) und des supraleitenden Drain-Bereichs (3) beträgt.

3. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der supraleitende Kanal (10) mit Abschnitten des supraleitenden Source-Bereichs (2) und des supraleitenden Drain-Bereichs (3) auf ungefähr der halben Dicke dieser Bereiche verbunden ist.

4. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Isolatorsschicht (7) auch die Seitenflächen des supraleitenden Source-Bereichs (2) und des supraleitenden Drain-Bereichs (3) bedeckt, so daß die Gate-Elektrode (4) von dem supraleitenden Source- Bereich und von dem supraleitenden Drain-Bereich isoliert ist.

5. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Seitenflächen des supraleitenden Source-Bereichs (2) und des supraleitenden Drain-Bereichs (3) derart geneigt ist, daß ein Leerraum (14) zwischen dem supraleitenden Source- Bereich und dem supraleitenden Drain-Bereich eine trapezförmige Gestalt aufweist, wobei der supraleitende Source-Bereich (2) und der supraleitende Drain-Bereich (3) in Richtung ihrer unteren Abschnitte kürzer werden und am Boden am kürzesten sind und wobei die nicht-supraleitende Schicht (15) länger ist als die Gate-Isolatorschicht (7), welche länger ist als die Gate-Elektrode (4).

6. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektrode (4) aus einem Material besteht, welches Silizium enthält.

7. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektrode (4) aus polykristallinem Silizium besteht.

8. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektrode (4) vom supraleitenden Source-Bereich (2) und vom supraleitenden Drain-Bereich (3) durch einen Isolator-Bereich (50) isoliert ist, welcher dadurch gebildet ist, daß Silizium aus der Gate-Elektrode in den supraleitenden Source-Bereich und in den supraleitenden Drain-Bereich eindiffundiert ist.

9. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das supraleitende Bauteil außerdem eine Metallschicht auf der Gate-Isolatorschicht aufweist, welche das Eindiffundieren von Silizium in den supraleitenden Kanal verhindert.

10. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-supraleitende Schicht (15, 150) beinahe die gleiche Dicke aufweist wie der supraleitende Source-Bereich (2) und der supraleitende Drain-Bereich (3).

11. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der supraleitende Kanal (10) mit dem oberen Abschnitten des supraleitenden Source-Bereichs (2) und des supraleitenden Drain-Bereichs (3) verbunden ist.

12. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-supraleitende Schicht (15, 150) aus Pr&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-&epsi; besteht.

13. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil außerdem eine metallische Source-Elektrode (12) auf dem supraleitenden Source-Bereich (2) und eine metallische Drain-Elektrode (13) auf dem supraleitenden Drain-Bereich (3) aufweist.

14. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der oxidische Supraleiter aus einem oxidischen Supraleiter mit hoher Tc (hoher kritischer Temperatur) besteht.

15. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der oxidische Supraleiter aus einem oxidischen Supraleiter vom Kupferoxid-Typ mit hoher Tc besteht.

16. Supraleitendes Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der oxidische Supraleiter aus einem oxidischen supraleitenden Material besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem supraleitenden Y-Ba- Cu-O-Verbundoxid, einem supraleitenden Bi-Sr-Cr-Cu-O- Verbundoxid und einem supraleitenden Tl-Ba-Ca-Cu-O- Verbundoxid.

17. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, 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 und einem CdNdAlO&sub4;(001)-Substrat.

18. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der supraleitende Kanal eine Dicke von ungefähr 5 Nanometern oder weniger aufweist.

19. Supraleitendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der supraleitende Source- Bereich und der supraleitende Drain-Bereich jeweils eine Dicke von 100 bis 500 Nanometern aufweist.

20. Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Bauteils, mit einem Substrat (5), das eine Hauptoberfläche aufweist, mit einer oxidischen nicht-supraleitenden Schicht (15, 150) auf der Hauptoberfläche des Substrats, mit einem supraleitenden Kanal (10) aus einem oxidischen Supraleiter auf der nicht-supraleitenden Schicht (15, 150), mit einem supraleitenden Source-Bereich (2) und einem supraleitenden Drain-Bereich (3) aus dem oxidischen Supraleiter zu beiden Seiten des supraleitenden Kanals (10), die getrennt voneinander ausgebildet, jedoch durch den supraleitenden Kanal elektrisch miteinander verbunden sind, so daß ein Supraleitungsstrom durch den supraleitenden Kanal (10) zwischen dem supraleitenden Source-Bereich (2) und dem supraleitenden Drain-Bereich (3) fließen kann und mit einer Gate-Elektrode (4) oberhalb einer Gate-Isolatorschicht (7) auf dem supraleitenden Kanal (10), um den durch den supraleitenden Kanal fließenden Supraleitungsstrom zu steuern, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

des Ausbildens auf der Hauptoberfläche des Substrats (5) einer ersten oxidischen supraleitenden Dünnschicht (11) mit einer Dicke, die für einen supraleitenden Source-Bereich (2) und einen supraleitenden Drain-Bereich (3) ausreicht,

des stellenweise Ätzens eines Mittenabschnitts der ersten oxidischen supraleitenden Dünnschicht (11), so daß dieser Abschnitt der ersten oxidischen supraleitenden Dünnschicht vollständig freigelegt wird und eine Oberfläche des Substrats derart freigelegt ist, daß sie den supraleitenden Source-Bereich (2) und den supraleitenden Drain-Bereich (3) getrennt voneinander auf der Hauptoberfläche des Substrats (5) bildet,

des Ausbildens einer nicht-supraleitenden Schicht (15, 150) aus einem Oxid mit einer Dicke im Bereich zwischen einem Drittel der Dicke des supraleitenden Source-Bereichs (2) und des supraleitenden Drain-Berelchs (3) und derselben Dicke der freigelegten Oberfläche des Substrats (5)

des Ausbildens einer zweiten oxidischen supraleitenden Dünnschicht auf der nicht-supraleitenden Schicht (15, 150) so daß ein supraleitender Kanal (10) entsteht, dessen Bodenfläche mit den Abschnitten des supraleitenden Source- Bereichs (2) und des supraleitenden Drain-Bereichs (3) verbunden ist und der zwischen einem Drittel der Höhe des supraleitenden Source-Bereichs und des supraleitenden Drain-Bereichs und deren vollen Höhe angeordnet ist und

des Ausbildens einer Gate-Isolatorschicht (7) auf dem supraleitenden Kanal (10) und einer Gate-Elektrode (4) auf der Gate-Isolatorschicht (7).

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-supraleitende Schicht (15) derart ausgebildet wird, daß sie eine Dicke aufweist, die ungefähr die Hälfte derjenigen der ersten oxidischen supraleitenden Dünnschicht (11) beträgt, so daß der supraleitende Kanal (10), die Gate-Isolatorschicht (7) und die Gate-Elektrode (4) selbstausrichtbar sind.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Isolatorschicht (7) derart ausgebildet wird, daß sie die Seitenflächen des supraleitenden Source- Bereichs (2) und des supraleitenden Drain-Bereichs (3) bedeckt.

23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-supraleitende Schicht (15, 150) derart ausgebildet wird, daß sie beinahe die gleichen Dicke aufweist wie diejenige des supraleitenden Source-Bereichs (2) und des supraleitenden Drain-Bereichs (3).

24. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste oxidische supraleitende Dünnschicht (11) mittels eines isotropen Ätzverfahrens derart geätzt wird, daß ein Leerraum (14) entsteht mit einer trapezförmigen Gestalt zwischen dem supraleitenden Source-Bereich (2) und dem supraleitenden Drain-Bereich (3), wobei der supraleitende Source-Bereich (2) und der supraleitende Drain-Bereich (3) an den untersten Abschnitten kürzer werden und am Boden am kürzesten sind.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren außerdem den Schritt aufweist des Aufheizens des Substrats auf eine Temperatur von 350 bis 400ºC bei einem Druck von weniger als 1,333 x 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) nach dem Ätzen der ersten oxidischen supraleitenden Dünnschicht (11), um die freigelegte Oberfläche des Substrats (5) zu reinigen.