JP2588246B2 - Method of manufacturing superconducting base transistor - Google Patents

Method of manufacturing superconducting base transistor

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JP2588246B2 JP63132850A JP13285088A JP2588246B2 JP 2588246 B2 JP2588246 B2 JP 2588246B2 JP 63132850 A JP63132850 A JP 63132850A JP 13285088 A JP13285088 A JP 13285088A JP 2588246 B2 JP2588246 B2 JP 2588246B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は酸化物超電導体をベース領域とし、コレク
タ領域及びエミッタ領域に半導体を用いる構造の超電導
ベース・トランジスタの製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a superconducting base transistor having a structure in which an oxide superconductor is used as a base region and semiconductors are used for a collector region and an emitter region.

[従来の技術] 従来から開発されてきた超電導ベース・トランジスタ
で提案され、Nb(ニオブ)系などの金属材料を主とする
超電導体ベースは、超電導体の臨界温度(Tc)が低いた
め液体ヘリウム温度(4.2K)での動作が想定され、開発
が進められてきた。
[Prior art] Superconducting bases that have been proposed for superconducting base transistors that have been conventionally developed and that are mainly made of a metal material such as Nb (niobium) have a low critical temperature (Tc) of liquid superconducting helium. Assuming operation at temperature (4.2K), development has been promoted.

一方、周知のように、超電導材料のとくに臨界温度の
高温化を目途とする研究開発は最近になって画期的な進
展をみせ、1986年のベドノルツ(J.G.Bednorz)とミュ
ーラ(K.A.Mller)らによる高温超電導体の発見を端
緒として、1988年にはTl元素を含む酸化物では臨界温度
が120K以上のものが安定に得られるようになった。この
間の事情は下記刊行物に概説されているとおりである。
On the other hand, as is well known, research and development aimed at increasing the temperature of superconducting materials, especially at critical temperatures, has made epoch-making progress in recent years. Starting with the discovery of superconductors, oxides containing the Tl element with a critical temperature of 120K or more were able to be obtained stably in 1988. The circumstances during this period are outlined in the following publications.

超電導工学(改訂版);電気学会通信教育会著;27〜3
4頁、1988年5月31日発行。
Superconductivity engineering (revised edition); IEEJ Communication Education Society; 27-3
4 pages, published May 31, 1988.

上述のような高温酸化物超電導体は、エネルギーギャ
ップEgはTcに比例して大きくなるため数10meV以上にな
ること、コヒーレンス長が1nm程度と小さいこと、臨界
電流が〜107A/cm2の大きな値になることなどの点を考慮
すると、超電導ベース・トランジスタのベース材料とし
て優れているものと言うことができる。すなわち、Tc
(臨界温度)が高く、高価な液体ヘリウムを用いなくて
も、液体窒素の温度で十分に動作できることが最大の利
点である。さらに、液体窒素温度では半導体中の不純物
による励起キャリアが凍結しないため、常温での半導体
装置と同様に半導体を超電導ベース・トランジスタのエ
ミッタ領域,コレクタ領域などの構成部分に用いること
ができる。
The above-mentioned high-temperature oxide superconductor has an energy gap Eg of several tens of meV or more because the energy gap increases in proportion to Tc, a coherence length as small as about 1 nm, and a critical current of ~ 10 7 A / cm 2 . Considering that the value becomes large, it can be said that it is excellent as a base material of a superconducting base transistor. That is, Tc
(Critical temperature) is high, and the greatest advantage is that it can operate sufficiently at the temperature of liquid nitrogen without using expensive liquid helium. Further, since the excited carriers due to impurities in the semiconductor do not freeze at the temperature of liquid nitrogen, the semiconductor can be used for components such as the emitter region and the collector region of the superconducting base transistor as in a semiconductor device at normal temperature.

この場合、半導体からなるコレクタ領域の上にベース
領域となる酸化物超電導体の薄膜を形成したのち、この
薄膜の上に半導体を堆積してエミッタ領域を形成し、超
電導ベース・トランジスタを形成している。この薄膜形
成方法としてはスパッタ装置によるスパッタ法が広く行
われ、スパッタ装置に設置した酸化物超電導体をスパッ
タして、このスパッタ粒子を半導体表面に堆積すること
によりバルクと同一組成の酸化物薄膜を形成するもので
ある。
In this case, after forming a thin film of an oxide superconductor serving as a base region on a collector region made of a semiconductor, a semiconductor is deposited on the thin film to form an emitter region, and a superconducting base transistor is formed. I have. As a method of forming the thin film, a sputtering method using a sputtering device is widely used, and an oxide superconductor set in the sputtering device is sputtered, and the sputtered particles are deposited on a semiconductor surface to form an oxide thin film having the same composition as the bulk. To form.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上述のように、従来の超電導酸化物の
薄膜形成方法はスパッタ法によるものが主流となってい
るが、このスパッタ法によって半導体上に酸化物を堆積
すると半導体表面にダメージを形成するという問題があ
る。その上スパッタ時の雰囲気中の酸素によって半導体
表面が酸化され、この酸化膜によって界面準位を形成す
るので素子特性の劣化をきたす等の問題がある。そのた
め、高温超電導体のメリットを十分に活かした超電導体
と半導体の複合素子の製造が困難となり、技術的に満足
できるものが得られなかった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, as described above, a conventional superconducting oxide thin film forming method is mainly performed by a sputtering method. However, when an oxide is deposited on a semiconductor by this sputtering method, There is a problem that damage is formed on the semiconductor surface. In addition, the surface of the semiconductor is oxidized by oxygen in the atmosphere at the time of sputtering, and an interface state is formed by the oxide film. Therefore, it is difficult to manufacture a superconductor-semiconductor composite element that makes full use of the advantages of the high-temperature superconductor, and a technically satisfactory one cannot be obtained.

この発明は以上述べた半導体界面のダメージ及び酸化
等の問題点を除去し、半導体と酸化物超電導体の接合界
面を実用性の高い良好な状態で実現するための超電導ベ
ース・トランジスタ製造方法を提供することを目的とす
るものである。
The present invention provides a method of manufacturing a superconducting base transistor for eliminating the above-mentioned problems such as damage to a semiconductor interface and oxidation and realizing a highly practical and good junction interface between a semiconductor and an oxide superconductor. It is intended to do so.

[課題を解決するための手段] この発明に係る超電導ベース・トランジスタの製造方
法は、半導体で構成されるエミッタ領域とコレクタ領域
の間に位置するベース領域を酸化物超電導体で構成する
超電導ベースの領域を形成する場合、まず、コレクタ半
導体の表面に酸化物超電導体の組成元素の3A族、及びラ
ンタノイド族元素のうちの1つの元素に該当する元素
の、結晶構造の同一面内に酸素を含まない一原子層を堆
積し、ついで、この一原子層上に酸化物超電導体の組成
元素の一原子層を各組成元素毎に所定の順序をもって交
互に堆積して所定の厚さの酸化物超電導体層を形成した
のち、さらに上記の該当する元素の一原子層を堆積して
から、エミッタ半導体層を成長・堆積して超電導ベース
・トランジスタの基本素子を形成するものである。
[Means for Solving the Problems] A method of manufacturing a superconducting base transistor according to the present invention is directed to a superconducting base transistor having a base region located between an emitter region and a collector region composed of a semiconductor composed of an oxide superconductor. In the case of forming a region, first, oxygen is contained in the same plane of the crystal structure of an element corresponding to one of the 3A group and lanthanoid group elements of the oxide superconductor on the surface of the collector semiconductor. No monoatomic layer is deposited, and then monolayers of the constituent elements of the oxide superconductor are alternately deposited on this monoatomic layer in a predetermined order for each composition element to form an oxide superconductor having a predetermined thickness. After forming a body layer, a monoatomic layer of the above element is further deposited, and then an emitter semiconductor layer is grown and deposited to form a basic element of a superconducting base transistor. .

すなわち、上述のような一原子層ずつ成長する方法に
より酸化物超電導体の構成元素中の3A族、及びランタノ
イド族元素のみが半導体界面と接触するようにして酸化
物超電導体からなるベース領域を形成する方法によっ
て、前述の課題を解決したものである。
That is, by the method of growing one atomic layer at a time as described above, the base region composed of the oxide superconductor is formed such that only the 3A group and the lanthanoid group elements in the constituent elements of the oxide superconductor contact the semiconductor interface. The above-mentioned problem has been solved by the method described above.

[作用] この発明において、とくに酸化物の超電導ベース領域
を形成する場合、この超電導薄膜の各構成元素を一原子
層ずつ成長させて酸化物超電導薄膜を形成するが、この
薄膜形成時のはじめと終りに、この薄膜の構成成分であ
る3A族、及びランタノイド族のうちの一元素を一原子層
形成して半導体面と接触する接合面を形成するから、半
導体表面が酸化されない状態で超電導ベース領域が形成
される。さらに、この薄膜製造方法は、原子層制御エピ
タキシャル成長法の応用であり、スパッタ法に比してき
わめてソフトな薄膜成長方法であるため半導体表面にダ
メージを与えることがない。
[Operation] In the present invention, particularly when forming a superconducting base region of an oxide, each constituent element of the superconducting thin film is grown one atomic layer at a time to form an oxide superconducting thin film. At the end, one element of the 3A group and the lanthanoid group, which are constituents of the thin film, is formed in one atomic layer to form a bonding surface that comes into contact with the semiconductor surface, so that the superconducting base region is formed in a state where the semiconductor surface is not oxidized. Is formed. Furthermore, this thin film manufacturing method is an application of the atomic layer controlled epitaxial growth method, and does not damage the semiconductor surface because it is an extremely soft thin film growth method as compared with the sputtering method.

[実施例] 以下この発明の実施例を図によって説明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

実施例1; 第1図はこの発明の一実施例を実施するためのエピタ
キシャル成長装置の模式説明図である。図において、1
は成長室、2はゲートバルブ、3は成長室1をゲートバ
ルブ2を開いて排気する排気系である。4は超電導ベー
ス・トランジスタを形成しようとする半導体の基板、5
は基板4の加熱系を含むサセプターである。6は成長室
1の外側から取付けられ、成長室1の内部に基板4の位
置近傍まで突出したノズル、7はノズル6に取付けたバ
ルブ、8は基板4上に成長させる酸化物超電導体の構成
元素を含むソースガスで、バルブ7を介してノズル6か
ら成長室1内へ噴出される。なお、ソースガス8は図示
しない複数個のソースガスボンベから切替バルブを介し
て成長室1に導入されるようになっている。
Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic explanatory view of an epitaxial growth apparatus for carrying out an embodiment of the present invention. In the figure, 1
Numeral denotes a growth chamber, 2 denotes a gate valve, and 3 denotes an exhaust system for exhausting the growth chamber 1 by opening the gate valve 2. 4 is a semiconductor substrate on which a superconducting base transistor is to be formed.
Is a susceptor including a heating system for the substrate 4. Reference numeral 6 denotes a nozzle attached from the outside of the growth chamber 1 and protrudes into the interior of the growth chamber 1 near the position of the substrate 4. Reference numeral 7 denotes a valve attached to the nozzle 6. Reference numeral 8 denotes an oxide superconductor to be grown on the substrate 4. The source gas containing the element is ejected from the nozzle 6 into the growth chamber 1 through the valve 7. The source gas 8 is introduced into the growth chamber 1 from a plurality of source gas cylinders (not shown) via a switching valve.

第2図は第1図の実施例に示したエピタキシャル成長
装置を用いて形成した超電導ベース・トランジスタの構
成を説明する模式説明図である。このトランジスタの基
本構造はコレクタ領域31、超電導ベース領域32及びエミ
ッタ領域33の三層構造からなるもので、半導体からなる
コレクタ領域31及びエミッタ領域33の間にショットキー
接触により酸化物超電導体からなる超電導ベース領域32
が形成されている。そして、コレクタ領域31にはコレク
タ電極34が、エミッタ領域33にはエミッタ電極35がそれ
ぞれオーミック接触により形成されている。また、超電
導ベース領域32にはベース電極36が接続されてそれぞれ
電極端子(白丸印)と接続されている。なお、トランジ
スタにおいて、コレクタ領域31と超電導ベース領域32、
超電導ベース領域32とエミッタ領域33のそれぞれの接合
面はオーミック接触である必要はなく、後述するように
半導体と3A族、及びランタノイド族元素のうちのいずれ
か1つの元素とが接触するショットキー接触で接合され
ている。
FIG. 2 is a schematic explanatory view illustrating the configuration of a superconducting base transistor formed using the epitaxial growth apparatus shown in the embodiment of FIG. The basic structure of this transistor has a three-layer structure of a collector region 31, a superconducting base region 32, and an emitter region 33, and is made of an oxide superconductor by Schottky contact between the collector region 31 and the emitter region 33 made of a semiconductor. Superconducting base region 32
Are formed. A collector electrode 34 is formed in the collector region 31 and an emitter electrode 35 is formed in the emitter region 33 by ohmic contact. A base electrode 36 is connected to the superconducting base region 32, and is connected to an electrode terminal (open circle). In the transistor, the collector region 31, the superconducting base region 32,
The respective junction surfaces of the superconducting base region 32 and the emitter region 33 do not need to be in ohmic contact, and a Schottky contact in which the semiconductor contacts one of the 3A group and lanthanoid group elements as described later. It is joined by.

以下、第1図及び第2図を参照して、超電導ベース領
域32に用いる酸化物超電導体がYBa2Cu3O7−δ(δ<
1)の場合の製造方法を説明する。この製造工程中、コ
レクタ電極34とコレクタ領域31、エミッタ電極35とエミ
ッタ領域33及びベース電極36と超電導ベース領域32の各
接合及び形成方法は従来の技術と同一であるので詳細説
明は省略し、おもに超電導ベース領域32の接合方法と薄
膜形成方法について説明する。
Hereinafter, referring to FIGS. 1 and 2, the oxide superconductor used for superconducting base region 32 is YBa 2 Cu 3 O 7-δ (δ <
The manufacturing method in the case of 1) will be described. During this manufacturing process, the joining and forming methods of the collector electrode 34 and the collector region 31, the emitter electrode 35 and the emitter region 33, and the base electrode 36 and the superconducting base region 32 are the same as those in the prior art, so detailed description is omitted. A method for bonding the superconducting base region 32 and a method for forming a thin film will be mainly described.

まず、半導体の基板4(第2図ではコレクタ領域31に
相当する)をサセプター5の上に設置したのち成長室1
をゲートバルブ2を開いて排気系3で排気しながら300
〜700℃の温度範囲に加熱保持する。ついで、ゲートバ
ルブ2を閉じたのち、Y(イットリウム)を含むソース
ガス8をバルブ7を開いてノズル6を介して成長室1に
導入し、基板1の表面にYを含むガスの一分子層だけ吸
着させるように調整して金属イットリウム(Y)のみを
一原子層堆積させたのち、バルブ7を閉じてからゲート
バルブ2を開いて排気系3により成長室1を排気する。
First, after a semiconductor substrate 4 (corresponding to the collector region 31 in FIG. 2) is set on the susceptor 5, the growth chamber 1
Open the gate valve 2 and exhaust with the exhaust system 3
Heat and maintain in the temperature range of ~ 700 ° C. Then, after closing the gate valve 2, a source gas 8 containing Y (yttrium) is introduced into the growth chamber 1 through the nozzle 6 by opening the valve 7, and a monolayer of the gas containing Y is deposited on the surface of the substrate 1. After depositing only a single atomic layer of metal yttrium (Y) by adjusting so as to adsorb, only the valve 7 is closed, then the gate valve 2 is opened, and the growth chamber 1 is exhausted by the exhaust system 3.

引続いて、YBa2Cu3O7−δの各組成元素を含むソース
ガス8を順次成長室1へ導入して各組成元素の一原子層
を形成したのち排気するのであるが、そのバルブ操作は
Yの場合と同様であるのでその手順説明は簡略化して以
後の手順は要点のみ記述する。
Subsequently, a source gas 8 containing each composition element of YBa 2 Cu 3 O 7-δ is successively introduced into the growth chamber 1 to form a monoatomic layer of each composition element, and then exhausted. Is similar to the case of Y, so that the procedure description is simplified, and the subsequent procedure will only describe the main points.

Yの単原子層形成後、Cuを含むソースガス8と酸素を
含むガス8(例えばアルゴンガス等)を導入し、CuとO
との一原子対からなるCu−O平面を形成したのち排気す
る。
After forming a monoatomic layer of Y, a source gas 8 containing Cu and a gas 8 containing oxygen (for example, argon gas) are introduced, and Cu and O
After forming a Cu-O plane consisting of one atom pair, exhaust is performed.

引続いて、Baを含むソースガス8を導入して、Baの一
原子層を形成したのち排気する。
Subsequently, a source gas 8 containing Ba is introduced to form a monoatomic layer of Ba and then exhausted.

ついで、Cuを含むソースガス8と酸素を含むガス8を
導入してCu−O平面を形成したのち排気する。
Next, a source gas 8 containing Cu and a gas 8 containing oxygen are introduced to form a Cu-O plane, and then exhausted.

さらに、Yを含むソースガス8を導入してYの一原子
層を形成したのち排気する。
Further, a source gas 8 containing Y is introduced to form a monoatomic layer of Y, and then exhausted.

以上のY−CuO−Ba−CuO−Yの各一原子層形成の一連
の手順によってYBa2Cu3O7−δの一分子層の1層分が形
成される。
One series of monolayers of YBa 2 Cu 3 O 7-δ is formed by a series of procedures for forming each atomic layer of Y—CuO—Ba—CuO—Y.

なお、第3図は上述の手順により基板4(第2図では
コレクタ領域31)上にYBa2Cu3O7−δの各組成元素の単
原子層が順次形成されてゆく様子を示した模式図であ
る。図において、4は基板であり、○印はY原子、×印
はCu−Oの原子対、△はBa原子を現わしている。
FIG. 3 is a schematic view showing a state in which a monoatomic layer of each composition element of YBa 2 Cu 3 O 7-δ is sequentially formed on the substrate 4 (the collector region 31 in FIG. 2) by the above-described procedure. FIG. In the figure, 4 is a substrate, ○ indicates a Y atom, X indicates a Cu-O atom pair, and △ indicates a Ba atom.

この一連の手順を繰返すことによって、YBa2Cu3O
7−δの一分子層が所定の厚さの層だけ積層され、超電
導ベース領域31を構成するYBa2Cu3O7−δの薄膜が形成
される。
By repeating this series of steps, YBa 2 Cu 3 O
A monolayer of 7-δ is laminated by a predetermined thickness to form a thin film of YBa 2 Cu 3 O 7-δ constituting the superconducting base region 31.

おわりに、超電導ベース領域32を形成する酸化物超電
導薄膜は前述と同様の手順によりYの単原子層による面
を表面に残すことによって完成される。
In conclusion, the oxide superconducting thin film forming the superconducting base region 32 is completed by leaving a surface of a monoatomic layer of Y on the surface in the same procedure as described above.

すなわち、引続いてこの最終段のY面の上に半導体を
エピタキシャル成長により堆積してエミッタ領域33を形
成することにより超電導ベース・トランジスタの基本素
子部分が完成する。
That is, subsequently, a semiconductor is deposited by epitaxial growth on the Y plane at the final stage to form the emitter region 33, thereby completing the basic element portion of the superconducting base transistor.

以上、この発明の製造方法の実施例を示したが、この
実施例で使用したソースガスは、例えばYを含むガスを
示すと下記のものが挙げられる。すなわち、Y(CH3−C
5H43:トリメチルシクロペンタジェニルイットリウ
ム、Y−((H3C)3COCO(CH3):ジピバロイルメ
タンイットリウム、アセチルアセトンイットリウム、Y
−(thd)3:テトラメチルヘプタンディオネートイット
リウムなどである。そのほか詳述は省略するが、Ba及び
Cuを含むガスについてもYの場合と同様の配位子をもつ
ソースガスが適用される。
The embodiment of the manufacturing method of the present invention has been described above. The source gas used in this embodiment includes, for example, a gas containing Y. That is, Y (CH 3 -C
5 H 4 ) 3 : trimethylcyclopentagenenyl yttrium, Y-((H 3 C) 3 COCO (CH 3 ) 3 ): dipivaloyl methane yttrium, acetylacetone yttrium, Y
-(Thd) 3 : tetramethylheptandionate yttrium and the like. Although other details are omitted, Ba and
For a gas containing Cu, a source gas having the same ligand as in the case of Y is applied.

実施例2; 第4図はこの発明の別の実施例を実施するための酸化
物超電導薄膜の成長装置の模式説明図である。図におい
て、11は成長室、12はゲートバルブ、13は排気系、14は
半導体の基板、15は基板14の保持・加熱用のサセプタ
ー、16,17,18はそれぞれY,Ba,Cuを蒸発させ、基板14の
方向へ各原子ビームを噴射するためのクヌードセンセル
(Kセルともいう)であり、22,23,24はそれぞれKセル
16,Kセル17,Kセル18からの原子ビームのシャッターであ
る。19はガス導入用のノズル、20はバルブ、21はガスで
あり、この場合はおもに酸素ガスである。
Embodiment 2 FIG. 4 is a schematic illustration of an apparatus for growing an oxide superconducting thin film for carrying out another embodiment of the present invention. In the figure, 11 is a growth chamber, 12 is a gate valve, 13 is an exhaust system, 14 is a semiconductor substrate, 15 is a susceptor for holding and heating the substrate 14, and 16, 17, and 18 evaporate Y, Ba, and Cu, respectively. And a Knudsen cell (also referred to as a K cell) for injecting each atomic beam in the direction of the substrate 14, 22, 23 and 24 each being a K cell.
These are shutters for the atomic beams from the 16, K cell 17, and the K cell 18. Reference numeral 19 denotes a gas introduction nozzle, reference numeral 20 denotes a valve, reference numeral 21 denotes gas, and in this case, mainly oxygen gas.

以下、実施例1と同様にYBa2Cu3O7−δの超電導薄膜
を形成する場合について説明する。この実施例における
超電導体の酸素(O)以外の各組成元素の単原子層の形
成は原子ビームによる基板14上への蒸着(酸素ガスの場
合は分子ビームによる酸素原子の吸着)によって行うの
で、ゲートバルブ12と排気系13による成長室11の排気操
作はサセプター15への基板14の配置後に行うのみでよ
く、すべての蒸着工程はゲートバルブ12を開けたまゝで
排気しながらの真空状態で行われる。
Hereinafter, a case where a superconducting thin film of YBa 2 Cu 3 O 7-δ is formed in the same manner as in Example 1 will be described. In this embodiment, the formation of a monoatomic layer of each composition element other than oxygen (O) in the superconductor is performed by vapor deposition on the substrate 14 by an atomic beam (in the case of oxygen gas, adsorption of oxygen atoms by a molecular beam). The evacuation operation of the growth chamber 11 by the gate valve 12 and the evacuation system 13 only needs to be performed after the placement of the substrate 14 on the susceptor 15, and all the vapor deposition steps are performed in a vacuum state while evacuating while the gate valve 12 is opened. Will be

以下、第4図の実施例にしたがって超電導ベース・ト
ランジスタ(第2図参照)の超電導ベース領域32の超電
導薄膜の形成手順についてのみ説明する。その他の超電
導ベース・トランジスタの形成方法は実施例1に示した
方法と同様であるので省略する。
Hereinafter, only the procedure for forming the superconducting thin film in the superconducting base region 32 of the superconducting base transistor (see FIG. 2) according to the embodiment of FIG. 4 will be described. The other method of forming the superconducting base transistor is the same as the method shown in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

まず、基板14をサセプター15に設置したのち300〜700
℃の範囲の所定の温度に加熱・保持する。
First, the substrate 14 is placed on the susceptor 15 and then 300 to 700
Heat and maintain at a predetermined temperature in the range of ° C.

はじめに、シャッター22を開き、YのKセル16から出
射されたY原子ビームを所定時間基板14の表面に照射し
Yの一原子層を堆積したのち、シャッター22を閉じる。
この間シャッター23,24及びバルブ20は閉じたまゝであ
る。
First, the shutter 22 is opened, the surface of the substrate 14 is irradiated with a Y atomic beam emitted from the Y K cell 16 for a predetermined time to deposit a monoatomic layer of Y, and then the shutter 22 is closed.
During this time, the shutters 23 and 24 and the valve 20 remain closed.

ついで、シャッター24を開き、CuのKセル18から出射
されたCu原子ビームを所定時間基板14の表面に照射し、
Yの一原子層上にCuの一原子層を堆積したのち、シャッ
ター24を閉じる。引続いて、バルブ20を開け酸素ガス21
をノズル19を介して基板14面に供給し、Cu−Oの原子対
によるCu−O平面を形成したのち、バルブ20を閉じる。
この場合、Cu−O平面の形成には酸素ガス20をCuの原子
ビームの出射と同時に基板に導入してもよいし、上記の
ように後から引続いて導入してもよい。
Next, the shutter 24 is opened, and the surface of the substrate 14 is irradiated with a Cu atom beam emitted from the Cu K cell 18 for a predetermined time,
After depositing a monolayer of Cu on the monolayer of Y, the shutter 24 is closed. Subsequently, the valve 20 is opened and the oxygen gas 21 is opened.
Is supplied to the surface of the substrate 14 through the nozzle 19 to form a Cu-O plane by the atomic pairs of Cu-O, and then the valve 20 is closed.
In this case, to form the Cu-O plane, the oxygen gas 20 may be introduced into the substrate simultaneously with the emission of the Cu atomic beam, or may be introduced subsequently as described above.

ついで、シャッター23を所定時間開き、BaのKセル17
からのBa原子ビームを基板に照射し、Cu−O平面上にBa
の一原子層を堆積したのち、シャッター23を閉じる。
Next, the shutter 23 is opened for a predetermined time, and the K cell 17 of Ba is opened.
Irradiates the substrate with a Ba atomic beam from
After depositing a single atomic layer, the shutter 23 is closed.

つづいて、以後の工程においては上述の各組成元素の
堆積工程手順と同様にしてBaの一原子層上にCu−O平面
を堆積したのち、さらに、このCu−O平面上にYの一原
子層を堆積する。
Subsequently, in the subsequent steps, a Cu-O plane is deposited on a monoatomic layer of Ba in the same manner as in the above-described procedure for depositing each composition element. Deposit the layer.

以上の一例の堆積手順によってYBa2Cu3O7−δの一分
子層が形成される。この一連の手順を繰返すことによっ
て、YBa2Cu3O7−δの分子層を所定の回数だけ堆積し
て、この酸化物超電導体からなる超電導ベース領域32
(第2図参照)の薄膜が形成される。
A monolayer of YBa 2 Cu 3 O 7-δ is formed by the above-described deposition procedure. By repeating this series of steps, a molecular layer of YBa 2 Cu 3 O 7-δ is deposited a predetermined number of times, and the superconducting base region 32 made of this oxide superconductor is deposited.
A thin film (see FIG. 2) is formed.

第5図はこの発明の実施例によって製造された第2図
に示す超電導ベース・トランジスタのポテンシャル構造
模式図である。図はこのトランジスタに電流が流れて動
作しているときの駆動状態を示しており、実線はポテン
シャル、点線はフェルミ準位EFを示している。すなわ
ち、エミッタ・ベース間に逆バイアスVEB、ベース・コ
レクタ間に順バイアスがかかっている状態を示し、図に
示したEgは酸化物超電導体の半導体モデルによるエネル
ギーギャップである。そしてAはエミッタ半導体とベー
ス超電導体、Bはベース超電導体とコレクタ半導体との
間に存在するショットキー障壁の高さを示している。
FIG. 5 is a schematic diagram of the potential structure of the superconducting base transistor shown in FIG. 2 manufactured according to the embodiment of the present invention. Figure shows the driving state when the current is operating flows to the transistor, the solid line potential and the dotted line represents a Fermi level E F. That shows a state where reverse bias between the emitter and the base V EB, forward bias between the base and collector rests, E g shown in the figure is the energy gap by the semiconductor model of the oxide superconductor. A indicates the height of the Schottky barrier existing between the emitter semiconductor and the base superconductor, and B indicates the height of the Schottky barrier existing between the base superconductor and the collector semiconductor.

以上、実施例1及び実施例2に示した方法によって、
従来から問題とされてきた酸化物超電導体のような酸化
物を半導体上に形成したり、酸化物上に半導体を成長さ
せて堆積するときに、半導体の界面が酸化されてしまい
素子性能に悪影響を及ぼすことと、半導体界面にダメー
ジを与えるという問題が解決された。
As described above, according to the methods described in the first and second embodiments,
When an oxide such as an oxide superconductor, which has conventionally been a problem, is formed on a semiconductor, or when a semiconductor is grown and deposited on the oxide, the interface of the semiconductor is oxidized and adversely affects device performance. And the problem of damaging the semiconductor interface has been solved.

なお、上記の実施例においては、ベース領域を形成す
る酸化物超電導体の薄膜としてYBa2Cu3O7−δの場合に
ついて説明したが、3A族元素Yの代りに、Yb,Tm,Er,Ho,
Dy,Tb,Gd,Eu,Sm,Pm,Nd,Pr,Ce,La等のランタノイド族元
素について同様に酸化物超電導体薄膜のベース領域が良
好に形成できる。
In the above embodiment, the case where the thin film of the oxide superconductor forming the base region is YBa 2 Cu 3 O 7-δ is described, but instead of the group 3A element Y, Yb, Tm, Er, Ho,
Similarly, the base region of the oxide superconductor thin film can be favorably formed for lanthanoid group elements such as Dy, Tb, Gd, Eu, Sm, Pm, Nd, Pr, Ce, and La.

[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、半導体・超電導体・
半導体の積層構造を前提とする超電導体と半導体との複
合素子の超電導ベース・トランジスタの製造方法におい
て、一原子層ずつ成長する方法によって、酸化物超電導
体の構成元素の1つである3A族、又はランタノイド族元
素のみが半導体界面と接触するようにして酸化物超電導
体からなる超電導ベース領域を形成する製造方法とした
から、酸化物超電導体・半導体の界面の遷移領域で半導
体の酸化とダメージによる素子特性の劣化を防ぐことの
できる優れた超電導ベース・トランジスタが得られる。
このため、とくに遮断周波数がテラヘルツ(1012Hz)領
域で駆動する超電導ベース・トランジスタが実現できる
効果がある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, semiconductors, superconductors,
In a method of manufacturing a superconducting base transistor of a composite element of a superconductor and a semiconductor based on a laminated structure of a semiconductor, a method of growing one atomic layer at a time, a group 3A which is one of constituent elements of an oxide superconductor, Alternatively, a method of forming a superconducting base region composed of an oxide superconductor in such a manner that only the lanthanoid element is in contact with the semiconductor interface is employed, so that the semiconductor is oxidized and damaged in the transition region of the oxide superconductor-semiconductor interface. An excellent superconducting base transistor capable of preventing deterioration of device characteristics can be obtained.
For this reason, there is an effect that a superconducting base transistor driven particularly in a cutoff frequency region of terahertz (10 12 Hz) can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の一実施例を実施するためのエピタキ
シャル成長装置の模式説明図、第2図はこのエピタキシ
ャル成長装置を用いて形成した超電導ベース・トランジ
スタの構成説明図、第3図はこの発明の製造方法におけ
るYBa2Cu3O7−δの各組成元素の一原子層ずつが順次堆
積されてゆく有様を示す模式図、第4図はこの発明の別
の実施例を実施するための酸化物超電導薄膜の成長装置
の模式説明図、第5図はこの発明の実施例によって製造
された超電導ベース・トランジスタのポテンシャル構造
模式図である。 第1図,第4図において、1,11は成長室、2,12はゲート
バルブ、3,13は排気系、4,14は基板、5,15はサセプタ
ー、6,19はノズル、7,20はバルブ、8はソースガス、21
はガス(酸素)、16はYのKセル、17はBaのKセル、18
はCuのKセル、21,23,24はシャッターである。また、第
2図において、31はコレクタ領域(基板4に相当)、32
は超電導ベース領域、33はエミッタ領域、34はコレクタ
電極、35はエミッタ電極、36はベース電極である。
FIG. 1 is a schematic explanatory view of an epitaxial growth apparatus for carrying out an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a structural explanatory view of a superconducting base transistor formed using this epitaxial growth apparatus, and FIG. FIG. 4 is a schematic view showing that one atomic layer of each of the constituent elements of YBa 2 Cu 3 O 7-δ is sequentially deposited in the manufacturing method, and FIG. 4 is an oxidation diagram for carrying out another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic illustration of an apparatus for growing a superconducting thin film, and FIG. 5 is a schematic diagram of a potential structure of a superconducting base transistor manufactured according to an embodiment of the present invention. 1 and 4, reference numerals 1 and 11 denote growth chambers, reference numerals 2 and 12 denote gate valves, reference numerals 3 and 13 denote exhaust systems, reference numerals 4 and 14 denote substrates, reference numerals 5 and 15 denote susceptors, reference numerals 6 and 19 denote nozzles, and reference numerals 7 and 8. 20 is a valve, 8 is a source gas, 21
Is a gas (oxygen), 16 is a Y K cell, 17 is a Ba K cell, 18
Is a K K cell of Cu, and 21, 23 and 24 are shutters. In FIG. 2, reference numeral 31 denotes a collector region (corresponding to the substrate 4);
Is a superconducting base region, 33 is an emitter region, 34 is a collector electrode, 35 is an emitter electrode, and 36 is a base electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−51683(JP,A) 特開 昭63−261627(JP,A) Electvonics Lette ss vol.22,no.12,[1986 ]pp.659−661 Appl.Phys,Lett.51 (22)[1987]pp.1845−1847 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-64-51683 (JP, A) JP-A-63-261627 (JP, A) Electvonics Letters vol. 22, no. 12, [1986] pp. 659-661 Appl. Phys, Lett. 51 (22) [1987] pp. 1845-1847

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】エミッタ領域及びコレクタ領域を構成する
2つの半導体層の間に位置するベース領域が酸化物超電
導体からなる超電導ベース・トランジスタの製造方法に
おいて、 上記コレクタ領域の半導体層の表面に、上記酸化物超電
導体の組成元素であって3A族、ランタノイド族のうちの
一つの元素に該当する元素の、結晶構造の同一面内に酸
素原子を含まない一原子層を形成し、 この一原子層の上に、上記該当する元素を含む組成元素
の一原子層を、各組成元素毎に所定の順序にしたがって
堆積し、各一原子層からなる所定の厚さの超電導ベース
領域を形成し、 この超電導ベース領域上に上記該当する元素の一原子層
を堆積したのち、 上記エミッタ領域を形成する半導体層を堆積して上記超
電導ベース・トランジスタの基本素子を形成することを
特徴とする超電導ベース・トランジスタの製造方法。
1. A method of manufacturing a superconducting base transistor in which a base region located between two semiconductor layers constituting an emitter region and a collector region is made of an oxide superconductor. A single atomic layer containing no oxygen atoms is formed in the same plane of the crystal structure of an element that is a constituent element of the oxide superconductor and corresponds to one of the group 3A and the lanthanoid group. On the layer, a monoatomic layer of a composition element containing the corresponding element is deposited according to a predetermined order for each composition element to form a superconducting base region of a predetermined thickness composed of each monolayer, After depositing a monolayer of the above element on the superconducting base region, a semiconductor layer forming the emitter region is deposited to form a basic element of the superconducting base transistor. Method of manufacturing a superconducting base transistor, characterized in that.
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