JP2582643B2 - 超伝導トランジスタ - Google Patents
超伝導トランジスタInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超伝導現象を応用した電子デバイスに関し、
さらに具体的には半導体トランジスタの特性に極めて優
れた電流増加・高速スイッチング・高周波増幅動作特性
を具備する超伝導トランジスタに関する。
さらに具体的には半導体トランジスタの特性に極めて優
れた電流増加・高速スイッチング・高周波増幅動作特性
を具備する超伝導トランジスタに関する。
ホットエレクトロントランジスタに類似する動作を行
う超伝導トランジスタは既に開示されている。例えば、
（１）田村 泰孝による“超伝導デバイス”と題する特
公昭60−117691号公報，（２）D,J.Frankらによる論文
“A new superconducting−base transistor,"IEEE Tra
ns.Magn.,vol.Mag−21,no.3,pp,721−724,March 1985,
及び（３）H.Tamuraらによる論文“Current injection
effects in a Nb/A1O/Nb/n−InSb triode,“Japanese
J.of Appl.Phys.,vol.24,no.9,pp.L709−710,Sept.198
5,などに発表されている通りである。
う超伝導トランジスタは既に開示されている。例えば、
（１）田村 泰孝による“超伝導デバイス”と題する特
公昭60−117691号公報，（２）D,J.Frankらによる論文
“A new superconducting−base transistor,"IEEE Tra
ns.Magn.,vol.Mag−21,no.3,pp,721−724,March 1985,
及び（３）H.Tamuraらによる論文“Current injection
effects in a Nb/A1O/Nb/n−InSb triode,“Japanese
J.of Appl.Phys.,vol.24,no.9,pp.L709−710,Sept.198
5,などに発表されている通りである。
上記先行技術の（１）〜（３）に開示された超伝導ト
ランジスタの構造及び動作原理は基本的には同じである
ので、ここでは上記参考文献（２）を例にとって説明す
る。第３図は従来の超伝導トランジスタの基本構造の模
式図である。第３図において、エミッタ金属１、トンネ
ル絶縁体２、ベース超伝導体３、コレクタ半導体４、コ
レクタ電極金属５の積層構造が開示されている。エミッ
タ部Ｅ、ベース部Ｂ、コレクタ部Ｃから構成され、エミ
ッタ金属１からエミッタ電極を、ベース超伝導体３から
ベース電極を、コレクタ電極金属５からコレクタ電極を
取る。エミッタ部Ｅはエミッタ金属１とトンネル絶縁体
２とから形成され、ベース部Ｂは超伝導体３から形成さ
れ、コレクタ部Ｃはコレクタ半導体４とコレクタ電極金
属５とから形成される。以下に示す動作原理上、トンネ
ル絶縁体２の厚みは、エミッタ金属１からベース超伝導
体３に電子トンネルできる程度に薄く、またコレクタ半
導体４のバリヤ△ｇはベース超伝導体３のエネルギーキ
ャップ△より小さい値を持つ。
ランジスタの構造及び動作原理は基本的には同じである
ので、ここでは上記参考文献（２）を例にとって説明す
る。第３図は従来の超伝導トランジスタの基本構造の模
式図である。第３図において、エミッタ金属１、トンネ
ル絶縁体２、ベース超伝導体３、コレクタ半導体４、コ
レクタ電極金属５の積層構造が開示されている。エミッ
タ部Ｅ、ベース部Ｂ、コレクタ部Ｃから構成され、エミ
ッタ金属１からエミッタ電極を、ベース超伝導体３から
ベース電極を、コレクタ電極金属５からコレクタ電極を
取る。エミッタ部Ｅはエミッタ金属１とトンネル絶縁体
２とから形成され、ベース部Ｂは超伝導体３から形成さ
れ、コレクタ部Ｃはコレクタ半導体４とコレクタ電極金
属５とから形成される。以下に示す動作原理上、トンネ
ル絶縁体２の厚みは、エミッタ金属１からベース超伝導
体３に電子トンネルできる程度に薄く、またコレクタ半
導体４のバリヤ△ｇはベース超伝導体３のエネルギーキ
ャップ△より小さい値を持つ。
第４図は、従来の超伝導トランジスタの伝統帯近傍で
のエネルギーバンド構造の模式図を示す。第４図（ａ）
はエミッタ・ベース電極間電圧VEB、ベース・コレクタ
電極間電圧VBCともに印加しない熱平衡状態の場合であ
る。第４図（ｂ）に図示するように、エミッタ・ベース
電極間電圧VEBに超伝導体ベース３のエネルギーギャッ
プ△程度以上の電圧を印加すると、トンネル絶縁体２を
透過するトンネリングにより電子６がエミッタ金属１よ
りベース超伝導体３に注入される。注入された電子はク
ーパーペア（超伝導電子対）７への再結合を受けながら
ベース超伝導体中を走行しベース超伝導体３とサレクタ
半導体４との界面に到達する。ベース・コレクタ界面に
到達した電子は、コレクタ半導体４のバリア△ｇによる
量子力学的反射を受け一部はエミッタ方向に反射される
が、反射されなかった電子はベース・コレクタの電極間
電圧VBCによるコレクタ内部電界により加速されコレク
タ電極金属５に到達しコレクタ電流ICとなる。
のエネルギーバンド構造の模式図を示す。第４図（ａ）
はエミッタ・ベース電極間電圧VEB、ベース・コレクタ
電極間電圧VBCともに印加しない熱平衡状態の場合であ
る。第４図（ｂ）に図示するように、エミッタ・ベース
電極間電圧VEBに超伝導体ベース３のエネルギーギャッ
プ△程度以上の電圧を印加すると、トンネル絶縁体２を
透過するトンネリングにより電子６がエミッタ金属１よ
りベース超伝導体３に注入される。注入された電子はク
ーパーペア（超伝導電子対）７への再結合を受けながら
ベース超伝導体中を走行しベース超伝導体３とサレクタ
半導体４との界面に到達する。ベース・コレクタ界面に
到達した電子は、コレクタ半導体４のバリア△ｇによる
量子力学的反射を受け一部はエミッタ方向に反射される
が、反射されなかった電子はベース・コレクタの電極間
電圧VBCによるコレクタ内部電界により加速されコレク
タ電極金属５に到達しコレクタ電流ICとなる。
また、ベース・コレクタ界面での量子力学的反射など
でコレクタ電極に到達できない電子は、クーパーペア
（超伝導電子対）７へ再結合しベース電流IBとなる。こ
のように、ベース電流IBは、クーパーペア（超伝導電子
対）７として流れるので直流ベース抵抗は零である。従
って、最大発振周波数fMAXの値は極めて高いという特徴
を持っている（試算によると500GHzにも達する）。さら
に、ベース抵抗の増大を考慮することなくベース超伝導
体の厚みを薄くできるので、電子がベースを走行するの
に要する時間、即ち、ベース走行時間τは極めて小さく
なり高速動作が可能になるという特徴を有する。例え
ば、ベースの厚みを30nmと仮定すると、τは0.1psにな
る。これ等の高周波・高速特性に関する性能は、半導体
トランジスタに比べて格段に優れた特性である。しかし
ながら、従来の超伝導トランジスタでは、以下に示すよ
うにベース・コレクタ界面での量子力学的反射により電
流増加率が低下するという問題点があった。
でコレクタ電極に到達できない電子は、クーパーペア
（超伝導電子対）７へ再結合しベース電流IBとなる。こ
のように、ベース電流IBは、クーパーペア（超伝導電子
対）７として流れるので直流ベース抵抗は零である。従
って、最大発振周波数fMAXの値は極めて高いという特徴
を持っている（試算によると500GHzにも達する）。さら
に、ベース抵抗の増大を考慮することなくベース超伝導
体の厚みを薄くできるので、電子がベースを走行するの
に要する時間、即ち、ベース走行時間τは極めて小さく
なり高速動作が可能になるという特徴を有する。例え
ば、ベースの厚みを30nmと仮定すると、τは0.1psにな
る。これ等の高周波・高速特性に関する性能は、半導体
トランジスタに比べて格段に優れた特性である。しかし
ながら、従来の超伝導トランジスタでは、以下に示すよ
うにベース・コレクタ界面での量子力学的反射により電
流増加率が低下するという問題点があった。
上記したように、エミッタから注入された電子６の一
部は、ベースを走行する間（ベース走行時間τ）にクー
パーペア（超伝導電子対）７に再結合する。クーパーペ
ア７への再結合時間をτＲとすると、クーパーペア７に
再結合せずにベース・コレクタ界面に到達した電子によ
る電流I1は、 I1＝（１−τ／τＲ）・IE （１） と表される。IEはエミッタ電流である。ベース・コレク
タ界面に到達した電子は量子力学的反射を受ける。量子
力学的反射による透過係数をＰとすると、コレクタ電流
ICは、 IC＝Ｐ・I1＝Ｐ・（１−τ／τＲ）・IE （２） と表される。従って、エミッタ接地の電流増幅率β（＝
IC/IB＝IC/（IE−IC））は次式で与えられる。
部は、ベースを走行する間（ベース走行時間τ）にクー
パーペア（超伝導電子対）７に再結合する。クーパーペ
ア７への再結合時間をτＲとすると、クーパーペア７に
再結合せずにベース・コレクタ界面に到達した電子によ
る電流I1は、 I1＝（１−τ／τＲ）・IE （１） と表される。IEはエミッタ電流である。ベース・コレク
タ界面に到達した電子は量子力学的反射を受ける。量子
力学的反射による透過係数をＰとすると、コレクタ電流
ICは、 IC＝Ｐ・I1＝Ｐ・（１−τ／τＲ）・IE （２） と表される。従って、エミッタ接地の電流増幅率β（＝
IC/IB＝IC/（IE−IC））は次式で与えられる。
β＝（１−τ／τＲ）P/（１−（１−τ／τＲ）Ｐ）
（３） （３）式を見て分かるように、Ｐが低下すると、βは減
少する。代表的な値として、例えばτ＝0.1ps、τＲ＝1
ns、Ｐ＝0.4とすると、βは約0.67となり電流増幅動作
が得られない。このように、従来の超伝導トランジスタ
は、優れた高速・高周波特性を潜在的に持っているにも
拘らず、ベース・コレクタ界面での量子力学的反射によ
りその電流増幅率が大きく低下してしまうという欠点を
有していた。
（３） （３）式を見て分かるように、Ｐが低下すると、βは減
少する。代表的な値として、例えばτ＝0.1ps、τＲ＝1
ns、Ｐ＝0.4とすると、βは約0.67となり電流増幅動作
が得られない。このように、従来の超伝導トランジスタ
は、優れた高速・高周波特性を潜在的に持っているにも
拘らず、ベース・コレクタ界面での量子力学的反射によ
りその電流増幅率が大きく低下してしまうという欠点を
有していた。
本発明は上記の問題点に鑑み提案されたもので、その
目的とするところは、大きな電流増幅率を有し、かつ半
導体トランジスタに比べて格段に優れた高速・高周波特
性を具備する超伝導トランジスタを提供することにあ
る。
目的とするところは、大きな電流増幅率を有し、かつ半
導体トランジスタに比べて格段に優れた高速・高周波特
性を具備する超伝導トランジスタを提供することにあ
る。
本発明は、それぞれ金属あるいは超伝導体からなる物
質Ａ、絶縁体あるいは半導体からなる物質Ｂ、超伝導体
からなる物質Ｃ、絶縁体あるいは半導体からなる物質Ｄ
及び金属あるいは超伝導体からなる物質Ｅにより構成さ
れる各層が積層される構造において、物質Ａからなる層
からエミッタ電極を、物質Ｃからなる層からベース電極
を、物質Ｅからなる層からコレクタ電極を取る超伝導ト
ランジスタであって、物質Ｂ、物質Ｃ及び物質Ｄからな
る各層の厚みを、物質Ａからなる層中の電子が物質Ｅか
らなる層に共鳴トンネルできるように薄く設定すると共
に、物質Ｃからなる層中に生じる最も低い量子エネルギ
ー準位を、物質Ｃの超伝導エネルギーギャップに一致さ
せることを最も大きな特徴とする。これにより、エミッ
タから注入された電子は共鳴トンネル現象によりコレク
タに透過係数ほぼ１でトンネリングするため、従来構造
の超伝導トランジスタで生じさベース・コレクタ界面で
の量子力学的反射による電流増幅率の低下を解決でき
る。
質Ａ、絶縁体あるいは半導体からなる物質Ｂ、超伝導体
からなる物質Ｃ、絶縁体あるいは半導体からなる物質Ｄ
及び金属あるいは超伝導体からなる物質Ｅにより構成さ
れる各層が積層される構造において、物質Ａからなる層
からエミッタ電極を、物質Ｃからなる層からベース電極
を、物質Ｅからなる層からコレクタ電極を取る超伝導ト
ランジスタであって、物質Ｂ、物質Ｃ及び物質Ｄからな
る各層の厚みを、物質Ａからなる層中の電子が物質Ｅか
らなる層に共鳴トンネルできるように薄く設定すると共
に、物質Ｃからなる層中に生じる最も低い量子エネルギ
ー準位を、物質Ｃの超伝導エネルギーギャップに一致さ
せることを最も大きな特徴とする。これにより、エミッ
タから注入された電子は共鳴トンネル現象によりコレク
タに透過係数ほぼ１でトンネリングするため、従来構造
の超伝導トランジスタで生じさベース・コレクタ界面で
の量子力学的反射による電流増幅率の低下を解決でき
る。
従って、本発明の構成は以下に示す通りである。即
ち、本発明はそれぞれ物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃ、物質Ｄ
及び物質Ｅからなる層が積層される構造において、 物質Ａからなる層を金属あるいは超伝導体、 物質Ｂからなる層を絶縁体あるいは半導体、 物質Ｃからなる層を超伝導体、 物質Ｄからなる層を絶縁体あるいは半導体、 物質Ｅからなる層を金属あるいは超伝導体、で構成
し、 物質Ｂ、物質Ｃ及び物質Ｄからなる各層の厚みを、 物質Ａからなる層中の電子が物質Ｅからなる層中に共
鳴トンネルできるように薄く設定すると共に、 物質Ｃからなる層中に生じる最も低い量子エネルギー
準位を物質Ｃの超伝導エネルギーギャップに一致させ、 物質Ａからなる層からエミッタ電極を、 物質Ｃからなる層からベース電極を、 物質Ｅからなる層からコレクタ電極を 取ることを特徴とした超伝導トランジスタとしての構成
を有する。
ち、本発明はそれぞれ物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃ、物質Ｄ
及び物質Ｅからなる層が積層される構造において、 物質Ａからなる層を金属あるいは超伝導体、 物質Ｂからなる層を絶縁体あるいは半導体、 物質Ｃからなる層を超伝導体、 物質Ｄからなる層を絶縁体あるいは半導体、 物質Ｅからなる層を金属あるいは超伝導体、で構成
し、 物質Ｂ、物質Ｃ及び物質Ｄからなる各層の厚みを、 物質Ａからなる層中の電子が物質Ｅからなる層中に共
鳴トンネルできるように薄く設定すると共に、 物質Ｃからなる層中に生じる最も低い量子エネルギー
準位を物質Ｃの超伝導エネルギーギャップに一致させ、 物質Ａからなる層からエミッタ電極を、 物質Ｃからなる層からベース電極を、 物質Ｅからなる層からコレクタ電極を 取ることを特徴とした超伝導トランジスタとしての構成
を有する。
本発明の動作原理を簡単に述べると以下の通りであ
る。即ち、本発明による超伝導トランジスタでは、従来
の超伝導トランジスタで問題となっていたベース・コレ
クタ界面における量子力学的反射による電流増幅率の低
下の問題点を解決するために、共鳴トンネル効果を利用
している。即ち、ベース超伝導体層中の量子エネルギー
準位E1に等しくなるようにエミッタ・ベース電極間電圧
VEBを設定すると、エミッタ、ベース、コレクタ間を、
エミッタからの注入電子は共鳴トンネル効果により、ほ
ぼトンネル遷移確率１で透過する。ベース内の電子の一
部分はクーパーペアと再結合し、ベース電流IBとなる
が、ベース超伝導体のためベース抵抗はゼロであり、一
方、エミッタからの注入電子は共鳴トンネル効果により
非常に高い確率でコレクタまで運ばれるため、電流増幅
率は極めて高くなる。またトンネル遷移を利用すること
から本発明の超伝導トランジスタのスイッチング特性も
極めて高速であり、従って、高周波特性も非常に高い周
波数（例えば500GHz）まで動作することになる。
る。即ち、本発明による超伝導トランジスタでは、従来
の超伝導トランジスタで問題となっていたベース・コレ
クタ界面における量子力学的反射による電流増幅率の低
下の問題点を解決するために、共鳴トンネル効果を利用
している。即ち、ベース超伝導体層中の量子エネルギー
準位E1に等しくなるようにエミッタ・ベース電極間電圧
VEBを設定すると、エミッタ、ベース、コレクタ間を、
エミッタからの注入電子は共鳴トンネル効果により、ほ
ぼトンネル遷移確率１で透過する。ベース内の電子の一
部分はクーパーペアと再結合し、ベース電流IBとなる
が、ベース超伝導体のためベース抵抗はゼロであり、一
方、エミッタからの注入電子は共鳴トンネル効果により
非常に高い確率でコレクタまで運ばれるため、電流増幅
率は極めて高くなる。またトンネル遷移を利用すること
から本発明の超伝導トランジスタのスイッチング特性も
極めて高速であり、従って、高周波特性も非常に高い周
波数（例えば500GHz）まで動作することになる。
第１図は本発明の第１の実施例としての超伝導トラン
ジスタの模式図である。それぞれ物質Ａ、物質Ｂ、物質
Ｃ、物質Ｄ及び物質Ｅからなる各層の積層構造を有す
る。この実施例では、物質Ａをエミッタ超伝導体11、物
質Ｂをエミッタ絶縁体12、物質Ｃをベース超伝導体13、
物質Ｄをコレクタ絶縁体14、物質Ｅをコレクタ電極金属
５で形成している。エミッタ超伝導体11からエミッタ電
極を、ベース超伝導体13からベース電極を、コレクタ電
極金属15からコレクタ電極を取る。エミッタ部Ｅはエミ
ッタ金属11とエミッタ絶縁体12とから形成され、ベース
部Ｂはベース超伝導体13から形成され、コレクタ部Ｃは
コレクタ絶縁体14とコレクタ電極金属15とから形成され
ている。第２図は第１の実施例に図示した超伝導トラン
ジスタの伝導帯近傍でのエネルギーバンド構造の模式図
を示す。第２図（ａ）にはエミッタ・ベース電極間電圧
VEB、ベース・コレクタ電極間電圧VBCとも印加していな
い熱平衡状態に対応する場合を図示する。ベース超伝導
体13はエミッタ絶縁体12とコレタ絶縁体14とに挟まれて
いる。つまり、ベース超伝導体13がポテンシャルの井戸
を形成し、エミッタ絶縁体12とコレクタ絶縁体14とがポ
テンシャルの障壁を形成することになる。
ジスタの模式図である。それぞれ物質Ａ、物質Ｂ、物質
Ｃ、物質Ｄ及び物質Ｅからなる各層の積層構造を有す
る。この実施例では、物質Ａをエミッタ超伝導体11、物
質Ｂをエミッタ絶縁体12、物質Ｃをベース超伝導体13、
物質Ｄをコレクタ絶縁体14、物質Ｅをコレクタ電極金属
５で形成している。エミッタ超伝導体11からエミッタ電
極を、ベース超伝導体13からベース電極を、コレクタ電
極金属15からコレクタ電極を取る。エミッタ部Ｅはエミ
ッタ金属11とエミッタ絶縁体12とから形成され、ベース
部Ｂはベース超伝導体13から形成され、コレクタ部Ｃは
コレクタ絶縁体14とコレクタ電極金属15とから形成され
ている。第２図は第１の実施例に図示した超伝導トラン
ジスタの伝導帯近傍でのエネルギーバンド構造の模式図
を示す。第２図（ａ）にはエミッタ・ベース電極間電圧
VEB、ベース・コレクタ電極間電圧VBCとも印加していな
い熱平衡状態に対応する場合を図示する。ベース超伝導
体13はエミッタ絶縁体12とコレタ絶縁体14とに挟まれて
いる。つまり、ベース超伝導体13がポテンシャルの井戸
を形成し、エミッタ絶縁体12とコレクタ絶縁体14とがポ
テンシャルの障壁を形成することになる。
ここで、ベース超伝導体13の厚みを電子のド・ブロイ
波長程度以下にすると、ポテンシャル障壁12,14に囲ま
れた電子の波動的性質により井戸内に量子エネルギー準
位E1,E2,E3,…が形成される。ここで、第１の量子準位E
1をベース超伝導体13のエネルギーギャップ△と一致さ
せる。また、エミッタ絶縁体12、コレクタ絶縁体14の厚
みを、電子が共鳴トンネリングできる程度に薄くする。
第２図（ｂ）に図示するように、エミッタ・ベース電極
間電圧VEBに超伝導ベース13のエネルギーギャップ△程
度の電圧を印加すると、エミッタ絶縁体12を通過するト
ンネリングより、電子６がエミッタ超伝導体11からベー
ス超伝導体13に注入される。注入された電子は一部クー
パーペア７になりベース電流IBとなるが、ほとんどはベ
ース・コレクタ界面に到達する。注入された電子のエネ
ルギーレベルは第１の量子準位E1と一致させているの
で、界面に到達した電子は、共鳴トンネリングしコレク
タ電極15に到達し、コレクタ電流ICとなる。共鳴トンネ
リングの透過係数はほぼ１であるため、従来の超伝導ト
ランジスタで問題になったベース・コレクタ界面での量
子力学的反射により電流増幅率の低下を防止することが
できる。例えば、τ＝0.1ps、τＲ＝1ns、Ｐ＝0.99とす
ると、（３）式からβ＝99と大きな値を実現できる。
波長程度以下にすると、ポテンシャル障壁12,14に囲ま
れた電子の波動的性質により井戸内に量子エネルギー準
位E1,E2,E3,…が形成される。ここで、第１の量子準位E
1をベース超伝導体13のエネルギーギャップ△と一致さ
せる。また、エミッタ絶縁体12、コレクタ絶縁体14の厚
みを、電子が共鳴トンネリングできる程度に薄くする。
第２図（ｂ）に図示するように、エミッタ・ベース電極
間電圧VEBに超伝導ベース13のエネルギーギャップ△程
度の電圧を印加すると、エミッタ絶縁体12を通過するト
ンネリングより、電子６がエミッタ超伝導体11からベー
ス超伝導体13に注入される。注入された電子は一部クー
パーペア７になりベース電流IBとなるが、ほとんどはベ
ース・コレクタ界面に到達する。注入された電子のエネ
ルギーレベルは第１の量子準位E1と一致させているの
で、界面に到達した電子は、共鳴トンネリングしコレク
タ電極15に到達し、コレクタ電流ICとなる。共鳴トンネ
リングの透過係数はほぼ１であるため、従来の超伝導ト
ランジスタで問題になったベース・コレクタ界面での量
子力学的反射により電流増幅率の低下を防止することが
できる。例えば、τ＝0.1ps、τＲ＝1ns、Ｐ＝0.99とす
ると、（３）式からβ＝99と大きな値を実現できる。
本発明の第２の実施例としての超伝導トランジスタ
は、第１図の模式図において、物質Ｂあるいは物質Ｄか
らなる層として半導体層を用いた構造を有する。動作原
理から容易に類推できるように、物質Ｂ及び物質Ｄはベ
ース超伝導体（物質Ｃ）中に量子準位を形成するもので
ある。従って、物質Ｂ及び物質Ｄの条件としては、ベー
ス超伝導体13に対してポテンシャルの障壁を形成する材
料であればよい。従って、半導体で形成することも可能
である。この場合、ポテンシャル障壁の高さが第１の実
施例で図示した絶縁体に比べて小さくなる。従って、エ
ミッタから注入された電子電流密度を大きくできる利点
がある。
は、第１図の模式図において、物質Ｂあるいは物質Ｄか
らなる層として半導体層を用いた構造を有する。動作原
理から容易に類推できるように、物質Ｂ及び物質Ｄはベ
ース超伝導体（物質Ｃ）中に量子準位を形成するもので
ある。従って、物質Ｂ及び物質Ｄの条件としては、ベー
ス超伝導体13に対してポテンシャルの障壁を形成する材
料であればよい。従って、半導体で形成することも可能
である。この場合、ポテンシャル障壁の高さが第１の実
施例で図示した絶縁体に比べて小さくなる。従って、エ
ミッタから注入された電子電流密度を大きくできる利点
がある。
本発明の第３の実施例としての超伝導トランジスタ
は、第１図の模式図において、物質Ａ及び物質Ｅからな
る層として超伝導体層を用いた構造を有する。この構成
によって、エミッタ電極及びコレクタ電極の抵抗を無く
すことができる。
は、第１図の模式図において、物質Ａ及び物質Ｅからな
る層として超伝導体層を用いた構造を有する。この構成
によって、エミッタ電極及びコレクタ電極の抵抗を無く
すことができる。
本発明の第２及び第３の実施例としての超伝導トラン
ジスタにおいても動作原理とし共鳴トンネル効果を利用
しかつベース超伝導体を利用するため、ベース抵抗ゼ
ロ、超高速周波動作、高電流増幅率等の性能を有するこ
とは、第１の実施例と同様である。
ジスタにおいても動作原理とし共鳴トンネル効果を利用
しかつベース超伝導体を利用するため、ベース抵抗ゼ
ロ、超高速周波動作、高電流増幅率等の性能を有するこ
とは、第１の実施例と同様である。
更に本発明の第２の実施例ではエミッタから注入され
た電子電流密度が大きくできる利点があり、本発明の第
３の実施例ではエミッタ電極及びコレクタ電極内の直列
抵抗が減少される。
た電子電流密度が大きくできる利点があり、本発明の第
３の実施例ではエミッタ電極及びコレクタ電極内の直列
抵抗が減少される。
以上説明したように、本発明の超伝導トランジスタに
より半導体トランジスタ特性を大きく越える電流増幅、
高速スイッチング動作、高周波増幅が可能である。本発
明による超伝導トランジスタは超高速LSI、あるいは超
高周波デバイスなどの幅広い応用を切り開くものであ
る。
より半導体トランジスタ特性を大きく越える電流増幅、
高速スイッチング動作、高周波増幅が可能である。本発
明による超伝導トランジスタは超高速LSI、あるいは超
高周波デバイスなどの幅広い応用を切り開くものであ
る。
第１図は本発明による超伝導トランジスタの第１の実施
例を示しその基本構造を説明する図、 第２図は第１の実施例の超伝導トランジスタのエネルギ
ーバンド構造の模式図、 第３図は従来の超伝導トランジスタの基本構造の模式
図、 第４図は従来の超伝導トランジスタのエネルギーバンド
構造の模式図である。 １……エミッタ金属 ２……トンネル絶縁体 3,13……ベース超伝導体 ４……コレクタ半導体 5,15……コレクタ電極金属 ６……準粒子（電子） ７……クーパーペア（超伝導電子対） 11……エミッタ超伝導体 12……エミッタ絶縁体 14……コレクタ絶縁体 IE……エミッタ電流 IB……ベース電流 IC……コレクタ電流 VEB……エミッタ・ベース電極間電圧 VBC……ベース・コレクタ電極間電圧
例を示しその基本構造を説明する図、 第２図は第１の実施例の超伝導トランジスタのエネルギ
ーバンド構造の模式図、 第３図は従来の超伝導トランジスタの基本構造の模式
図、 第４図は従来の超伝導トランジスタのエネルギーバンド
構造の模式図である。 １……エミッタ金属 ２……トンネル絶縁体 3,13……ベース超伝導体 ４……コレクタ半導体 5,15……コレクタ電極金属 ６……準粒子（電子） ７……クーパーペア（超伝導電子対） 11……エミッタ超伝導体 12……エミッタ絶縁体 14……コレクタ絶縁体 IE……エミッタ電流 IB……ベース電流 IC……コレクタ電流 VEB……エミッタ・ベース電極間電圧 VBC……ベース・コレクタ電極間電圧
Claims (1)
- 【請求項１】それぞれ物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃ、物質Ｄ
及び物質Ｅからなる層が積層される構造において、 物質Ａからなる層を金属あるいは超伝導体、 物質Ｂからなる層を絶縁体あるいは半導体、 物質Ｃからなる層を超伝導体、 物質Ｄからなる層を絶縁体あるいは半導体、 物質Ｅからなる層を金属あるいは超伝導体、で構成し、 物質Ｂ、物質Ｃ及び物質Ｄからなる各層の厚みを、 物質Ａからなる層中の電子が物質Ｅからなる層中に共鳴
トンネルできるように薄く設定すると共に、 物質Ｃからなる層中に生じる最も低い量子エネルギー準
位を物質Ｃの超伝導エネルギーギャップに一致させ、 物質Ａからなる層からエミッタ電極を、 物質Ｃからなる層からベース電極を、 物質Ｅからなる層からコレクタ電極を 取ることを特徴とした超伝導トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204166A JP2582643B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 超伝導トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204166A JP2582643B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 超伝導トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0368182A JPH0368182A (ja) | 1991-03-25 |
| JP2582643B2 true JP2582643B2 (ja) | 1997-02-19 |
Family
ID=16485932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1204166A Expired - Fee Related JP2582643B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 超伝導トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2582643B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06196766A (ja) * | 1992-12-24 | 1994-07-15 | Fujitsu Ltd | 超伝導トランジスタ |
| JPH06204578A (ja) * | 1993-01-08 | 1994-07-22 | Nec Corp | 超伝導共鳴トンネルトランジスタ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01184883A (ja) * | 1988-01-13 | 1989-07-24 | Hitachi Ltd | 共鳴トンネリング３極装置 |
-
1989
- 1989-08-07 JP JP1204166A patent/JP2582643B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２ｎｄ Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．１，［１９８６］ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0368182A (ja) | 1991-03-25 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |