JP2005294782A - 半導体超伝導素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】超伝導転移温度が高く、製作に半導体技術が利用でき工業的に有用な半導体超伝導素子を提供する。
【解決手段】不純物を含まない半導体の基板と金属層との間に薄い絶縁層を接触挟持させ、更に半導体と金属層の間に金属層を負になるように電圧をかけ、絶縁層と半導体の境界面に於いて、半導体の境界面直下の薄い層内にホールを誘起させ、ホール誘起によるホール伝導で超伝導を出現させる。ホール誘起により共有結合している半導体の格子点（原子）に一つおきにホールを配列させ、ホール伝導により超伝導を実現する。図１に於いて、ホールが格子点（原子）を一つだけ移動した後と移動する前を比べてみると、ホールが格子点（原子）の左右どちらにあるかの違いだけです。格子偏極もエネルギー準位も何も変わらず、エネルギーレベルの変化なしで電気伝導が可能になり、超伝導が実現する。
【選択図】 図１
【解決手段】不純物を含まない半導体の基板と金属層との間に薄い絶縁層を接触挟持させ、更に半導体と金属層の間に金属層を負になるように電圧をかけ、絶縁層と半導体の境界面に於いて、半導体の境界面直下の薄い層内にホールを誘起させ、ホール誘起によるホール伝導で超伝導を出現させる。ホール誘起により共有結合している半導体の格子点（原子）に一つおきにホールを配列させ、ホール伝導により超伝導を実現する。図１に於いて、ホールが格子点（原子）を一つだけ移動した後と移動する前を比べてみると、ホールが格子点（原子）の左右どちらにあるかの違いだけです。格子偏極もエネルギー準位も何も変わらず、エネルギーレベルの変化なしで電気伝導が可能になり、超伝導が実現する。
【選択図】 図１
Description
本発明は材料の抵抗値が零になる超伝導素子に関する。超伝導はエネルギーの分野に於いては、エネルギー資源の節約、エネルギーの安定供給に貢献できるだけでなく、超伝導素子の開発によりエレクトロニクス分野も発展させ、産業、社会システムに大きな変革をもたらす、我が国の将来にとってニーズの高い技術である。
超伝導には液体ヘリウム温度で動作する金属超伝導と液体窒素温度で動作する銅酸化物超伝導がありますが、金属超伝導に於いては動作温度が余りに低く、銅酸化物超伝導に於いては構造が複雑で作製に困難を伴なう。
超伝導現象を発現するためにはクーパー対の形成が必要であるが、そのクーパー対の形成に電子格子相互作用による電子対が使用されている。本発明は、真性半導体の結晶構造を乱すことなく半導体にホールを注入し、そのホールの働きにより、常温近辺でも超伝導現象を発現させる、構造も簡単な半導体超伝導素子を提供することを目的とする。
本発明は上記課題を達成するため以下の構成を有するものである。
本発明は、不純物を含まない半導体基板と金属層との間に薄い絶縁層を接触挟持させた電界効果型超伝導素子を作製する。電界効果型超伝導素子を高温（３００℃以上）にし、ゲートに負の電圧を加える事により、半導体の結晶構造を乱すことなく、電界効果型超伝導素子の絶縁層と半導体基板の境界面に於いて、半導体基板の境界面直下の薄い層内にホールを誘起させ、且つ電子とホールを半導体基板の絶縁層との境界面直下の薄い層内の格子に一つ置き、交互に規則正しく配列させる。ホールを誘起した後は、低温にしてよい。半導体基板の境界面直下の薄い層内にホールが高濃度に誘起されると、ホールとホールの反発力により、ホールは格子に一つおきに配列される。ホールが半導体基板の境界面直下の薄い層内の格子に一つ置きに配列された時、超伝導になる。
本発明は、不純物を含まない半導体基板と金属層との間に薄い絶縁層を接触挟持させた電界効果型超伝導素子を作製する。電界効果型超伝導素子を高温（３００℃以上）にし、ゲートに負の電圧を加える事により、半導体の結晶構造を乱すことなく、電界効果型超伝導素子の絶縁層と半導体基板の境界面に於いて、半導体基板の境界面直下の薄い層内にホールを誘起させ、且つ電子とホールを半導体基板の絶縁層との境界面直下の薄い層内の格子に一つ置き、交互に規則正しく配列させる。ホールを誘起した後は、低温にしてよい。半導体基板の境界面直下の薄い層内にホールが高濃度に誘起されると、ホールとホールの反発力により、ホールは格子に一つおきに配列される。ホールが半導体基板の境界面直下の薄い層内の格子に一つ置きに配列された時、超伝導になる。
電子は格子振動による散乱により、ホールは格子の偏極（格子のイオン化）により、電気抵抗が生じる。しかし格子に一つおきにホールが捕らえられたときの伝導は格子偏極なしで伝導し、超伝導が出現する。図１に於いて、シリコン原子に一つおきにホールが捕らえられているとする。ホールが格子を一つだけ移動した後と移動する前を比べてみると、ホールが各シリコン原子の左右どちらにあるかの違いだけです。格子偏極もエネルギー準位も何もかわりません。エネルギーレベルの変化なしで電気伝導が可能になります。電子の様に格子で散乱されることもなく、超伝導が可能になる。
別の考え方をすると誘起されたホールは共有結合している電子と対になっても消滅することがなく、電子とホールでエキトシンを形成する。エキトシンが高密度に存在すればボーズ凝縮して超伝導が出現する。このホールは共有結合している電子と結合しても、結合うした電子の跡にホールが残り消滅する事はない。
超伝導素子の作製に半導体の製造技術が使える。常温での超伝導が可能になる。
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図２は本発明の一形態例の構造を示す平面図である。
図３は本発明の一形態例の構造を示す断面図である。
図中１は半導体基板で、２は半導体基板１の表面酸化あるいは半導体基板１の上に絶縁物の蒸着等により形成した絶縁層で、３は絶縁層２の上に蒸着等で形成されたゲート電極である。４、５は半導体基板に蒸着等により埋め込まれた抵抗値測定用のソース、ドレイン電極である。６は半導体基板１の絶縁層２が形成された面の反対面に蒸着等で形成されたプラス電極です。
上記のように形成した電界効果型超伝導素子に於いて、プラス電極６をプラス電源にゲート電極３をマイナス電源に接続し、且つ半導体基板１を高温（３００℃以上）にし、電界効果型超伝導素子の絶縁層２と半導体基板１の境界面に於いて、半導体基板１の境界面直下の薄い層内にホールを誘起させる。この時、ホールが誘起された半導体基板１の境界面直下が超伝導になり、ソース電極とドレイン電極間の抵抗値が零になる。
図２は本発明の一形態例の構造を示す平面図である。
図３は本発明の一形態例の構造を示す断面図である。
図中１は半導体基板で、２は半導体基板１の表面酸化あるいは半導体基板１の上に絶縁物の蒸着等により形成した絶縁層で、３は絶縁層２の上に蒸着等で形成されたゲート電極である。４、５は半導体基板に蒸着等により埋め込まれた抵抗値測定用のソース、ドレイン電極である。６は半導体基板１の絶縁層２が形成された面の反対面に蒸着等で形成されたプラス電極です。
上記のように形成した電界効果型超伝導素子に於いて、プラス電極６をプラス電源にゲート電極３をマイナス電源に接続し、且つ半導体基板１を高温（３００℃以上）にし、電界効果型超伝導素子の絶縁層２と半導体基板１の境界面に於いて、半導体基板１の境界面直下の薄い層内にホールを誘起させる。この時、ホールが誘起された半導体基板１の境界面直下が超伝導になり、ソース電極とドレイン電極間の抵抗値が零になる。
Ｓｉ――― シリコン原子
１… 半導体基板
２… 絶縁層
３… ゲート電極（マイナス電極）
４… ソース電極
５… ドレイン電極
６… プラス電極
１… 半導体基板
２… 絶縁層
３… ゲート電極（マイナス電極）
４… ソース電極
５… ドレイン電極
６… プラス電極
Claims (1)
- 不純物を含まない半導体基板と金属層との間に薄い絶縁層を接触挟持させ、更に前記半導体基板と金属層の間に金属層を負になるように電圧をかけ、前記半導体基板を高温（３００℃以上）にし、絶縁層と前記半導体基板の境界面に於いて、前記半導体基板の境界面直下の薄い層内にホールを誘起させ、このホールの伝導により超伝導を出現させることを特徴とする半導体素子。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2004130457A JP2005294782A (ja) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | 半導体超伝導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2004130457A JP2005294782A (ja) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | 半導体超伝導素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005294782A true JP2005294782A (ja) | 2005-10-20 |
Family
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Family Applications (1)
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| JP2004130457A Pending JP2005294782A (ja) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | 半導体超伝導素子 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP2005294782A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007305048A (ja) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Mitsubishi Electric Information Systems Corp | 影響因子推定装置及び影響因子推定プログラム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS64779A (en) * | 1987-03-13 | 1989-01-05 | Toshiba Corp | Superconducting transistor and manufacture thereof |
-
2004
- 2004-03-31 JP JP2004130457A patent/JP2005294782A/ja active Pending
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