JP2005260113A - Superconductor three-terminal device and manufacturing method therefor - Google Patents

Superconductor three-terminal device and manufacturing method therefor Download PDF

Info

Publication number
JP2005260113A
JP2005260113A JP2004072164A JP2004072164A JP2005260113A JP 2005260113 A JP2005260113 A JP 2005260113A JP 2004072164 A JP2004072164 A JP 2004072164A JP 2004072164 A JP2004072164 A JP 2004072164A JP 2005260113 A JP2005260113 A JP 2005260113A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superconducting
carbon nanotube
electrode
terminal element
insulating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004072164A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsushi Akasaki
達志 赤崎
Hideaki Takayanagi
英明 高柳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2004072164A priority Critical patent/JP2005260113A/en
Publication of JP2005260113A publication Critical patent/JP2005260113A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a larger quantity of a supercurrent to flow to a superconductor three-terminal device in which the space between two superconductor electrodes are connected by a carbon nanotube, and the supercurrent flowing in the carbon nanotube is controlled by a gate electrode. <P>SOLUTION: The superconductor three-terminal device comprises a substrate 101 composed of silicon, an insulating layer 102 formed on the substrate 101, a carbon nanotube 104 provided on the insulating layer 102, a superconductor source electrode 105 which is ohmic-connected to the end of the carbon nanotube 104 via an alloy layer 115, a superconductor drain electrode 106 which is ohmic-connected to the other end of the carbon nanotube 104 via an alloy layer 116, and a metal electrode layer 107 formed on the back of the substrate 101. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、量子コンピュータなどに用いられる超伝導三端子素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a superconducting three-terminal element used in a quantum computer or the like and a method for manufacturing the same.

電気的,磁気的に特異な特性を備えた超伝導素子は、高速かつ低消費電力で動作し、エレクトロニクス分野においては有用な素子である。特に、超伝導電流をゲート電圧で制御する超伝導三端子素子は、量子コンピュータへの応用が研究されている。
超伝導三端子素子としては、カーボンナノチューブを用いたジョセフソン接合電界効果トランジスタ(JOFET)が提案されている(非特許文献1参照)。例えば、径(幅)が23nm程度の束にした単層カーボンナノチューブに、2.5μAの最大超伝導臨界電流Icが流れることが確認されており(非特許文献2参照)、JOFETへの応用が期待されている。
A superconducting element having electrical and magnetic unique characteristics operates at high speed and low power consumption, and is a useful element in the electronics field. In particular, superconducting three-terminal devices that control the superconducting current with the gate voltage have been studied for application to quantum computers.
As a superconducting three-terminal element, a Josephson junction field effect transistor (JOFET) using carbon nanotubes has been proposed (see Non-Patent Document 1). For example, it has been confirmed that a maximum superconducting critical current Ic of 2.5 μA flows in a single-walled carbon nanotube having a diameter (width) of about 23 nm (see Non-Patent Document 2). Expected.

上述したJOFETは、図5に示すように、シリコン基板501の上に酸化シリコンからなる絶縁層502を介して配置されたカーボンナノチューブ504を備え、カーボンナノチューブ504の両端が、超伝導ソース電極505,超伝導ドレイン電極506に接続され、シリコン基板501の裏面にゲート電極となる電極層507を備えたものである。カーボンナノチューブ504は、触媒金属部503a,503bの間に、よく知られたCCVD(触媒化学蒸着)法により形成されたものである。   As shown in FIG. 5, the JOFET described above includes carbon nanotubes 504 arranged on a silicon substrate 501 via an insulating layer 502 made of silicon oxide, and both ends of the carbon nanotubes 504 are connected to superconducting source electrodes 505, 505. An electrode layer 507 that is connected to the superconducting drain electrode 506 and serves as a gate electrode on the back surface of the silicon substrate 501 is provided. The carbon nanotube 504 is formed by a well-known CCVD (catalytic chemical vapor deposition) method between the catalytic metal portions 503a and 503b.

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
A.F.Morpurgo, J.Kong, M.Marcus, H.Dai, "Gate-Controlled Superconducting Proximity Effect in Carbon Nanotubes" Science, vol.286, pp.263-265,8 October 1999. A.Yu. Kasumov,R.Deblock, M.Kociak, B.Reulet, H.Bouchiat, I.I.Khodos, Yu.B.Gorbatov, V.T.Volkov, C.Journet, and M.Burghard, "Supercurrents Through Single-Walled Carbon Nanotubes" Science, vol.284, pp.1508-1511, 28 May 1999.
The applicant has not yet found prior art documents related to the present invention by the time of filing other than the prior art documents specified by the prior art document information described in this specification.
AFMorpurgo, J. Kong, M. Marcus, H. Dai, "Gate-Controlled Superconducting Proximity Effect in Carbon Nanotubes" Science, vol.286, pp.263-265, 8 October 1999. A.Yu.Kasumov, R.Deblock, M.Kociak, B.Reulet, H.Bouchiat, IIKhodos, Yu.B.Gorbatov, VTVolkov, C.Journet, and M.Burghard, "Supercurrents Through Single-Walled Carbon Nanotubes" Science, vol.284, pp.1508-1511, 28 May 1999.

しかしながら、図5に示す従来の構成では、超伝導ソース電極505と超伝導ドレイン電極506との間に、所望とする大きな超伝導電流を流すことができないという問題があった。   However, the conventional configuration shown in FIG. 5 has a problem that a desired large superconducting current cannot flow between the superconducting source electrode 505 and the superconducting drain electrode 506.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、2つの超伝導電極間をカーボンナノチューブで接続し、カーボンナノチューブに流れる超伝導電流をゲート電極で制御する超伝導三端子素子に、より多くの超伝導電流が流せるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. A superconducting three-channel structure in which two superconducting electrodes are connected by a carbon nanotube and a superconducting current flowing in the carbon nanotube is controlled by a gate electrode. The purpose is to allow a larger amount of superconducting current to flow through the terminal element.

本発明に係る超伝導三端子素子は、半導体から構成された基板の上に絶縁層を介して配置されたカーボンナノチューブと、このカーボンナノチューブの両端部にオーミック接続した、例えば窒化ニオブから構成された2つの超伝導電極と、カーボンナノチューブにゲート絶縁層を介して設けられたゲート電極と、カーボンナノチューブと超伝導電極との界面に形成されて、超伝導金属の炭素化合物から構成された合金層とを備えるものである。
従って、カーボンナノチューブと超伝導電極とは、超伝導電流が流れるオーミック接続となる。
A superconducting three-terminal element according to the present invention is composed of carbon nanotubes disposed on an insulating layer on a substrate composed of a semiconductor, and made of, for example, niobium nitride, ohmic-connected to both ends of the carbon nanotubes. Two superconducting electrodes, a gate electrode provided on the carbon nanotube via a gate insulating layer, an alloy layer formed at the interface between the carbon nanotube and the superconducting electrode, and composed of a superconducting metal carbon compound; Is provided.
Therefore, the carbon nanotube and the superconducting electrode are in ohmic connection through which a superconducting current flows.

本発明に係る超伝導三端子素子の製造方法は、半導体から構成された基板の上に絶縁層を形成する工程と、絶縁層の上にカーボンナノチューブを配置する工程と、カーボンナノチューブの両端部に接する2つの超伝導電極を形成する工程と、カーボンナノチューブと超伝導電極とが接触する界面を加熱して、界面に超伝導金属の炭素化合物から構成された合金層を形成する工程とを少なくとも備えるものである。
なお、超伝導電極は、窒化ニオブから構成する。
A method of manufacturing a superconducting three-terminal element according to the present invention includes a step of forming an insulating layer on a substrate composed of a semiconductor, a step of disposing carbon nanotubes on the insulating layer, and both ends of the carbon nanotubes. Forming at least two superconducting electrodes in contact with each other and heating an interface where the carbon nanotube and the superconducting electrode are in contact with each other to form an alloy layer composed of a carbon compound of a superconducting metal at the interface. Is.
The superconducting electrode is made of niobium nitride.

以上説明したように、本発明によれば、例えば窒化ニオブから構成された超伝導電極に、合金層が形成された状態でカーボンナノチューブを接続したので、カーボンナノチューブに流れる超伝導電流をゲート電極で制御する超伝導三端子素子に、より多くの超伝導電流が流せるようになるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, since the carbon nanotube is connected to the superconducting electrode made of, for example, niobium nitride in the state where the alloy layer is formed, the superconducting current flowing through the carbon nanotube is The superconducting three-terminal element to be controlled has an excellent effect of allowing more superconducting current to flow.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態における超伝導三端子素子の構成例を示す断面図(a)及び平面図(b)である。図1に示す超伝導三端子素子は、例えばシリコンからなる基板101と、基板101の上に形成された絶縁層102と、絶縁層102の上に設けられたカーボンナノチューブ104と、カーボンナノチューブ104の一端部に、合金層115を介してオーミック接続した超伝導ソース電極105と、カーボンナノチューブ104の他端部に、合金層116を介してオーミック接続した超伝導ドレイン電極106と、基板101の裏面に形成された金属電極層107とを備えている。なお、基板101は、他の半導体材料から構成されていてもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a configuration example of a superconducting three-terminal element in an embodiment of the present invention. The superconducting three-terminal element shown in FIG. 1 includes, for example, a substrate 101 made of silicon, an insulating layer 102 formed on the substrate 101, a carbon nanotube 104 provided on the insulating layer 102, Superconducting source electrode 105 ohmically connected to one end via alloy layer 115, superconducting drain electrode 106 ohmically connected to the other end of carbon nanotube 104 via alloy layer 116, and the back surface of substrate 101 And a metal electrode layer 107 formed. Note that the substrate 101 may be made of another semiconductor material.

カーボンナノチューブ104は、例えばFeやCoなどの触媒金属から構成されて数μmの間隔で配置された触媒金属部103a,103bの間に、触媒CVD法により形成されている。
また、超伝導ソース電極105,超伝導ドレイン電極106は、超伝導金属である窒化ニオブ(NbN)から構成されている。これら超伝導電極と、チャネルとなるカーボンナノチューブ104との間の合金層115,116は、超伝導金属とカーボンナノチューブとの固相反応により形成される超伝導金属の炭素化合物から構成されている。
The carbon nanotube 104 is formed by a catalytic CVD method between catalytic metal portions 103a and 103b made of a catalytic metal such as Fe or Co and arranged at intervals of several μm.
The superconducting source electrode 105 and the superconducting drain electrode 106 are made of niobium nitride (NbN), which is a superconducting metal. The alloy layers 115 and 116 between the superconducting electrode and the carbon nanotube 104 serving as a channel are made of a carbon compound of a superconducting metal formed by a solid phase reaction between the superconducting metal and the carbon nanotube.

合金層115,116は、NbCX1-Xと考えられ、Xが0.1以下の場合、NbCX1-Xの超伝導臨界温度は18Kである。窒化ニオブの超伝導臨界温度が15K程度であるので、合金層115,116により、超伝導電極の特性を向上させることが可能となる。
図1に示す三端子素子では、金属電極層107に電圧をかけることでカーボンナノチューブ104における超伝導電流のキャリア(クーパー対)の濃度を変化させ、カーボンナノチューブ104を流れる超伝導電流を制御する。
The alloy layers 115 and 116 are considered to be NbC X N 1-X . When X is 0.1 or less, the superconducting critical temperature of NbC X N 1-X is 18K. Since the superconducting critical temperature of niobium nitride is about 15K, the alloy layers 115 and 116 can improve the characteristics of the superconducting electrode.
In the three-terminal element shown in FIG. 1, a voltage is applied to the metal electrode layer 107 to change the superconducting current carrier (Cooper pair) concentration in the carbon nanotube 104, thereby controlling the superconducting current flowing through the carbon nanotube 104.

次に、図1に示す三端子素子の製造方法について、説明する。
まず、基板101の上に公知の化学的気相成長(CVD)法などによりSiO2を堆積して膜厚0.1〜0.2μm程度の絶縁層102が形成された状態とする。なお、絶縁層102は、窒化シリコンから構成してもよい。
Next, a method for manufacturing the three-terminal element shown in FIG. 1 will be described.
First, SiO 2 is deposited on the substrate 101 by a known chemical vapor deposition (CVD) method or the like to form an insulating layer 102 having a thickness of about 0.1 to 0.2 μm. Note that the insulating layer 102 may be made of silicon nitride.

次に、絶縁層102の上に、触媒金属部103a,103bを形成する領域に開口部を備えたマスクパターンを形成し、ついで、真空蒸着法もしくはスパッタ法により、触媒金属材料を堆積して触媒金属膜を形成する。この後、上記マスクパターンを除去し、マスクパターン上の触媒金属膜を除去することで上記開口部の部分に触媒金属を残し、触媒金属部103a,103bが形成された状態とする。なお、触媒金属は、Pd、Fe、Co及びNiのいずれかから構成されていればよい。   Next, on the insulating layer 102, a mask pattern having an opening is formed in a region where the catalyst metal portions 103a and 103b are to be formed, and then a catalyst metal material is deposited by vacuum evaporation or sputtering to form a catalyst. A metal film is formed. Thereafter, the mask pattern is removed, and the catalyst metal film on the mask pattern is removed, leaving the catalyst metal in the opening portion, and the catalyst metal portions 103a and 103b are formed. In addition, the catalyst metal should just be comprised from either Pd, Fe, Co, and Ni.

次に、メタンやアセチレンなどの有機炭素原料をソースガスとし、基板101を例えば400〜500℃程度に加熱し、上記ソースガスを所定の流速で基板101の上を流通させた状態とし、触媒金属部103a,103bの間にカーボンナノチューブを成長させ、カーボンナノチューブ104が形成された状態とする。ここで、カーボンナノチューブ104の成長は、上述した条件に限るものではなく、公知の触媒CVD法による種々のカーボンナノチューブ形成方法を用いることができる。   Next, an organic carbon raw material such as methane or acetylene is used as a source gas, the substrate 101 is heated to, for example, about 400 to 500 ° C., and the source gas is circulated over the substrate 101 at a predetermined flow rate to form a catalyst metal. A carbon nanotube is grown between the portions 103a and 103b, and the carbon nanotube 104 is formed. Here, the growth of the carbon nanotube 104 is not limited to the above-described conditions, and various carbon nanotube formation methods by a known catalytic CVD method can be used.

次に、超伝導ソース電極105及び超伝導ドレイン電極106を形成する領域に開口部を備えた新たなマスクパターンを形成し、ついで、真空蒸着法もしくはスパッタ法により、窒化ニオブを堆積して超伝導金属膜を形成する。この後、上記マスクパターンを除去し、マスクパターン上の超伝導金属膜を除去することで上記開口部の部分に超伝導金属を残し、超伝導ソース電極105及び超伝導ドレイン電極106が形成された状態とする。なお、超伝導金属膜は、ニオブやニオブと窒化ニオブの積層構造であってもよい。ただし、窒化ニオブを用いる方が、熱処理により、超伝導電極とカーボンナノチューブとの界面(合金層)をより良好な状態に形成できる。また、窒化ニオブの方がNbよりも高い超伝導電流を有しており、この点でも有利である。   Next, a new mask pattern having openings is formed in the region where the superconducting source electrode 105 and the superconducting drain electrode 106 are to be formed, and then niobium nitride is deposited by vacuum evaporation or sputtering to superconduct. A metal film is formed. Thereafter, the mask pattern is removed, and the superconducting metal film on the mask pattern is removed, leaving the superconducting metal in the opening, and the superconducting source electrode 105 and the superconducting drain electrode 106 are formed. State. The superconducting metal film may be niobium or a laminated structure of niobium and niobium nitride. However, when niobium nitride is used, the interface (alloy layer) between the superconducting electrode and the carbon nanotube can be formed in a better state by heat treatment. Also, niobium nitride has a higher superconducting current than Nb, which is advantageous in this respect.

次に、基板101(カーボンナノチューブ104,超伝導ソース電極105及び超伝導ドレイン電極106)を加熱し、これらの界面に合金層115,116が形成された状態とする。加熱処理は、600〜700℃程度で数分間行えばよい。
最後に、基板101の裏面に金属電極層107が形成された状態とすることで、図1に示す超伝導三端子素子が形成される。
Next, the substrate 101 (the carbon nanotube 104, the superconducting source electrode 105, and the superconducting drain electrode 106) is heated so that the alloy layers 115 and 116 are formed at the interfaces thereof. The heat treatment may be performed at about 600 to 700 ° C. for several minutes.
Finally, by setting the metal electrode layer 107 on the back surface of the substrate 101, the superconducting three-terminal element shown in FIG. 1 is formed.

ところで、多層カーボンナノチューブ(MWCNT)とニオブとの間では、650℃・30分間の熱処理で、接触させた界面にNbCが形成され、超伝導電流が流れるオーミック接触が実現できることが報告されている(非特許文献:J.Haruyama, K.Takazawa, S.Miyadai, A.Takeda, N.Hori, I.Takesue, Y.Kanda, N.Sugiyama, T.Akazaki, and H.Takayanagi, "Injection of Cooper pairs into quasidiffusive multiwalled carbon nanotubes with weak localization", Physical Review B 68, 165420, 2003.)。この文献では、コンタクト抵抗の減少により、Nb/多層カーボンナノチューブ/Al接合において、カーボンナノチューブの中に、超伝導電流が流れることが示されている。   By the way, it has been reported that, between the multi-walled carbon nanotube (MWCNT) and niobium, NbC is formed at the contacted interface by heat treatment at 650 ° C. for 30 minutes, and ohmic contact in which superconducting current flows can be realized ( Non-patent literature: J. Haruyama, K. Takazawa, S. Miyadai, A. Takeda, N. Hori, I. Takesue, Y. Kanda, N. Sugiyama, T. Akazaki, and H. Takayanagi, "Injection of Cooper pairs into quasidiffusive multiwalled carbon nanotubes with weak localization ", Physical Review B 68, 165420, 2003.). This document shows that a superconducting current flows in a carbon nanotube in a Nb / multi-walled carbon nanotube / Al junction due to a decrease in contact resistance.

以上に説明したように、図1に示す超伝導三端子素子によれば、合金層115,116を形成するようにしたので、超伝導ソース電極と超伝導ドレイン電極間に設けたカーボンナノチューブに、より多くの超伝導電流を流すことが可能となる。
ところで、図1に示した超伝導三端子素子では、基板101の裏面に形成した金属電極層107により、ゲート電圧を印加するようにしたが、これに限るものではない。
As described above, according to the superconducting three-terminal element shown in FIG. 1, since the alloy layers 115 and 116 are formed, the carbon nanotube provided between the superconducting source electrode and the superconducting drain electrode More superconducting current can be passed.
In the superconducting three-terminal element shown in FIG. 1, the gate voltage is applied by the metal electrode layer 107 formed on the back surface of the substrate 101. However, the present invention is not limited to this.

図2は、本実施の形態における他の超伝導三端子素子の構成例を示す断面図(a)及び平面図(b)である。図2に示す超伝導三端子素子は、例えばシリコンからなる基板101と、基板101の上に形成された絶縁層102と、絶縁層102の上に設けられたカーボンナノチューブ104と、カーボンナノチューブ104の一端部に、合金層115を介してオーミック接続した超伝導ソース電極105と、カーボンナノチューブ104の他端部に、合金層116を介してオーミック接続した超伝導ドレイン電極106とを備えている。これらの構成は、図1に示した超伝導三端子素子と同様である。   FIG. 2 is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a configuration example of another superconducting three-terminal element in the present embodiment. The superconducting three-terminal element shown in FIG. 2 includes, for example, a substrate 101 made of silicon, an insulating layer 102 formed on the substrate 101, a carbon nanotube 104 provided on the insulating layer 102, A superconducting source electrode 105 ohmically connected to one end via an alloy layer 115 and a superconducting drain electrode 106 ohmically connected to the other end of the carbon nanotube 104 via an alloy layer 116 are provided. These structures are the same as those of the superconducting three-terminal element shown in FIG.

図2に示す超伝導三端子素子では、カーボンナノチューブ104の上に、ゲート絶縁膜207を介してゲート電極208を備えるようにした。図2に示す超伝導三端子素子では、ゲート電極208に電圧をかけることでカーボンナノチューブ104における超伝導電流のキャリアの濃度を変化させ、カーボンナノチューブ104を流れる超伝導電流を制御する。   In the superconducting three-terminal element shown in FIG. 2, a gate electrode 208 is provided on the carbon nanotube 104 via a gate insulating film 207. In the superconducting three-terminal element shown in FIG. 2, the voltage of the gate electrode 208 is applied to change the superconducting current carrier concentration in the carbon nanotube 104, thereby controlling the superconducting current flowing through the carbon nanotube 104.

また、図3に示すように、ゲート電極308a,308bを設けるようにしてもよい。図3に示す超伝導三端子素子では、絶縁層102の上にゲート電極308a,308bを形成し、これらの一端がカーボンナノチューブ104と所定の間隙をあけて配置されているようにした。図3に示す超伝導三端子素子では、ゲート電極308a,308bとカーボンナノチューブ104との間の間隙が、ゲート絶縁層に対応している。なお、ゲート電極308a,308bは、どちらか一方が設けられていればよい。   In addition, as shown in FIG. 3, gate electrodes 308a and 308b may be provided. In the superconducting three-terminal element shown in FIG. 3, gate electrodes 308a and 308b are formed on the insulating layer 102, and one end thereof is disposed with a predetermined gap from the carbon nanotube 104. In the superconducting three-terminal element shown in FIG. 3, the gap between the gate electrodes 308a and 308b and the carbon nanotube 104 corresponds to the gate insulating layer. Note that either one of the gate electrodes 308a and 308b may be provided.

また、図4に示すように、基板101に設けた高濃度不純物領域408をゲート電極として用いるようにしてもよい。図4に示す超伝導三端子素子は、シリコンからなる基板101と、基板101の上に形成された絶縁層102と、絶縁層102の上に設けられたカーボンナノチューブ104と、カーボンナノチューブ104の一端部に、合金層115を介してオーミック接続した超伝導ソース電極105と、カーボンナノチューブ104の他端部に、合金層116を介してオーミック接続した超伝導ドレイン電極106とを備えている。これらの構成は、図1に示した超伝導三端子素子と同様である。   Further, as shown in FIG. 4, a high concentration impurity region 408 provided in the substrate 101 may be used as a gate electrode. 4 includes a substrate 101 made of silicon, an insulating layer 102 formed on the substrate 101, a carbon nanotube 104 provided on the insulating layer 102, and one end of the carbon nanotube 104. A superconducting source electrode 105 that is ohmically connected via an alloy layer 115 is provided at a portion, and a superconducting drain electrode 106 that is ohmically connected via an alloy layer 116 to the other end of the carbon nanotube 104. These structures are the same as those of the superconducting three-terminal element shown in FIG.

図4に示す超伝導三端子素子では、基板101に、例えばp形の不純物が導入されたウエル領域407が形成され、ウエル領域407の内部のカーボンナノチューブ104の下を含む領域にn型の不純物が高濃度に導入された高濃度不純物領域408が形成されている。ウエル領域407には、絶縁層102を介したコンタクト411により配線412が接続し、高濃度不純物領域408には、絶縁層102を介したコンタクト413により配線414が接続している。   In the superconducting three-terminal element shown in FIG. 4, a well region 407 into which, for example, a p-type impurity is introduced is formed on the substrate 101, and an n-type impurity is formed in a region inside the well region 407 and under the carbon nanotube 104. A high concentration impurity region 408 is formed in which is introduced at a high concentration. A wiring 412 is connected to the well region 407 through a contact 411 via the insulating layer 102, and a wiring 414 is connected to the high concentration impurity region 408 through a contact 413 through the insulating layer 102.

図4に示す超伝導三端子素子では、配線412によりウエル領域407に固定電位が印加されている状態で、配線414により高濃度不純物領域408にゲート電圧をかけることでカーボンナノチューブ104における超伝導電流のキャリアの濃度を変化させ、カーボンナノチューブ104を流れる超伝導電流を制御する。   In the superconducting three-terminal element shown in FIG. 4, the superconducting current in the carbon nanotube 104 is applied by applying a gate voltage to the high-concentration impurity region 408 through the wiring 414 while a fixed potential is applied to the well region 407 through the wiring 412. The superconducting current flowing through the carbon nanotubes 104 is controlled by changing the carrier concentration.

なお、カーボンナノチューブ104は、1本のカーボンナノチューブから構成してもよく、複数本のカーボンナノチューブの束から構成してもよい。また、カーボンナノチューブ104は、単層カーボンナノチューブであってもよく、多層カーボンナノチューブであってもよい。例えば、触媒金属部103a,103bの寸法を制御することで、成長するカーボンナノチューブの状態を制御できる。   The carbon nanotube 104 may be composed of a single carbon nanotube or a bundle of a plurality of carbon nanotubes. The carbon nanotube 104 may be a single-walled carbon nanotube or a multi-walled carbon nanotube. For example, the state of the growing carbon nanotube can be controlled by controlling the dimensions of the catalytic metal portions 103a and 103b.

また、上述では、基板101の上に触媒金属部103a,103bを設け、これらの間に触媒CVD法によりカーボンナノチューブ104を成長させるようにしたが、これに限るものではない。他の方法により形成してあるカーボンナノチューブを絶縁層102の上に設置し、この後、超伝導ソース電極105,超伝導ドレイン電極106を形成するようにしてもよい。   In the above description, the catalytic metal portions 103a and 103b are provided on the substrate 101, and the carbon nanotubes 104 are grown between them by the catalytic CVD method. However, the present invention is not limited to this. Carbon nanotubes formed by other methods may be placed on the insulating layer 102, and then the superconducting source electrode 105 and the superconducting drain electrode 106 may be formed.

本発明の実施の形態における超伝導三端子素子の構成例を示す断面図(a)及び平面図(b)である。It is sectional drawing (a) and top view (b) which show the structural example of the superconducting three-terminal element in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における他の超伝導三端子素子の構成例を示す断面図(a)及び平面図(b)である。It is sectional drawing (a) and top view (b) which show the structural example of the other superconducting three-terminal element in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における他の超伝導三端子素子の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of the other superconducting three-terminal element in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における他の超伝導三端子素子の構成例を示す断面図(a)及び平面図(b)である。It is sectional drawing (a) and top view (b) which show the structural example of the other superconducting three-terminal element in embodiment of this invention. 従来よりある超伝導三端子素子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional superconducting three terminal element.

符号の説明Explanation of symbols

101…基板、102…絶縁層、103a,103b…触媒金属部、104…カーボンナノチューブ、105…超伝導ソース電極、106…超伝導ドレイン電極、107…金属電極層、115,116…合金層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Substrate, 102 ... Insulating layer, 103a, 103b ... Catalytic metal part, 104 ... Carbon nanotube, 105 ... Superconducting source electrode, 106 ... Superconducting drain electrode, 107 ... Metal electrode layer, 115, 116 ... Alloy layer.

Claims (4)

半導体から構成された基板の上に絶縁層を介して配置されたカーボンナノチューブと、
このカーボンナノチューブの両端部にオーミック接続した2つの超伝導電極と、
前記カーボンナノチューブにゲート絶縁層を介して設けられたゲート電極と、
前記カーボンナノチューブと前記超伝導電極との界面に形成されて、超伝導金属の炭素化合物から構成された合金層と
を備えることを特徴とする超伝導三端子素子。
A carbon nanotube disposed via an insulating layer on a substrate composed of a semiconductor;
Two superconducting electrodes ohmically connected to both ends of the carbon nanotube,
A gate electrode provided on the carbon nanotube via a gate insulating layer;
A superconducting three-terminal element, comprising: an alloy layer formed at a boundary between the carbon nanotube and the superconducting electrode and made of a carbon compound of a superconducting metal.
請求項1記載の超伝導三端子素子において、
前記超伝導電極は、窒化ニオブから構成され
たことを特徴とする超伝導三端子素子。
The superconducting three-terminal element according to claim 1,
A superconducting three-terminal element, wherein the superconducting electrode is made of niobium nitride.
半導体から構成された基板の上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の上にカーボンナノチューブを配置する工程と、
前記カーボンナノチューブの両端部に接する2つの超伝導電極を形成する工程と、
前記カーボンナノチューブと前記超伝導電極とが接触する界面を加熱して、前記界面に超伝導金属の炭素化合物から構成された合金層を形成する工程と
を少なくとも備えることを特徴とする超伝導三端子素子の製造方法。
Forming an insulating layer on a substrate composed of a semiconductor;
Disposing carbon nanotubes on the insulating layer;
Forming two superconducting electrodes in contact with both ends of the carbon nanotube;
Heating the interface where the carbon nanotube and the superconducting electrode are in contact with each other, and forming an alloy layer composed of a carbon compound of a superconducting metal at the interface. Device manufacturing method.
請求項3記載の超伝導三端子素子の製造方法において、
前記超伝導電極は、窒化ニオブから構成する
ことを特徴とする超伝導三端子素子の製造方法。
In the manufacturing method of the superconducting three-terminal element according to claim 3,
The method for manufacturing a superconducting three-terminal element, wherein the superconducting electrode is made of niobium nitride.
JP2004072164A 2004-03-15 2004-03-15 Superconductor three-terminal device and manufacturing method therefor Pending JP2005260113A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004072164A JP2005260113A (en) 2004-03-15 2004-03-15 Superconductor three-terminal device and manufacturing method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004072164A JP2005260113A (en) 2004-03-15 2004-03-15 Superconductor three-terminal device and manufacturing method therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005260113A true JP2005260113A (en) 2005-09-22

Family

ID=35085525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004072164A Pending JP2005260113A (en) 2004-03-15 2004-03-15 Superconductor three-terminal device and manufacturing method therefor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005260113A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007251028A (en) * 2006-03-17 2007-09-27 Japan Science & Technology Agency Superconducting element and its manufacturing method
WO2013100906A1 (en) * 2011-12-27 2013-07-04 Intel Corporation Carbon nanotube semiconductor devices and deterministic nanofabrication methods
CN105984840A (en) * 2015-03-17 2016-10-05 国际商业机器公司 Silicided nanowires for nanobridge weak links

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007251028A (en) * 2006-03-17 2007-09-27 Japan Science & Technology Agency Superconducting element and its manufacturing method
WO2013100906A1 (en) * 2011-12-27 2013-07-04 Intel Corporation Carbon nanotube semiconductor devices and deterministic nanofabrication methods
US9240552B2 (en) 2011-12-27 2016-01-19 Intel Corporation Carbon nanotube semiconductor devices and deterministic nanofabrication methods
CN105984840A (en) * 2015-03-17 2016-10-05 国际商业机器公司 Silicided nanowires for nanobridge weak links

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7332810B2 (en) Integrated circuit device and method of producing the same
JP4212258B2 (en) Integrated circuit device and integrated circuit device manufacturing method
Avouris et al. Carbon nanotube electronics
CN104900705B (en) Semiconductor device
US7361579B2 (en) Method for selective chemical vapor deposition of nanotubes
CN101807668B (en) Carbon nanotube field effect transistor and method of fabricating same
JP2004503097A (en) Field effect transistor
Liu et al. Approaching ohmic contact to two-dimensional semiconductors
CN101919056A (en) Memory cell that employs a selectively fabricated carbon nano-tube reversible resistance-switching element formed over a bottom conductor and methods of forming the same
JP2004532523A (en) Heterostructure components
US7719032B2 (en) Electronic device and its manufacturing method
JP4225716B2 (en) Semiconductor device with cylindrical multilayer structure
Dragoman et al. Atomic-scale electronics beyond CMOS
JP3963686B2 (en) Carbon nanotube gate high electron mobility transistor and manufacturing method thereof
JP5685987B2 (en) Electronic device and manufacturing method thereof
JP2009032819A (en) Manufacturing method of electronic-device, and electronic device using the method
JP4920596B2 (en) Rapid metal-insulator transition element and method of manufacturing the same
JP2005260113A (en) Superconductor three-terminal device and manufacturing method therefor
US20230136676A1 (en) Superconductive qubit device and manufacturing method thereof
JP4571452B2 (en) Manufacturing method of superconducting three-terminal element
JP2023509328A (en) Superconductor heterostructures for semiconductor-superconductor hybrid structures
CN100521240C (en) hHorizontally grown carbon nanotubes method and field effect transistor using horizontally grown carbon nanotubes
JP2011159820A (en) Transistor and manufacturing method thereof
JP2013021149A (en) Synthetic method of graphene, semiconductor device, and manufacturing method of semiconductor device
Vedeneev et al. Molecular-scale rectifying diodes based on Y-junction carbon nanotubes