JP2647251B2 - 超電導素子および作製方法 - Google Patents
超電導素子および作製方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/20—Permanent superconducting devices
- H10N60/205—Permanent superconducting devices having three or more electrodes, e.g. transistor-like structures
- H10N60/207—Field effect devices
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超電導素子およびその作製方法に関する。
より詳細には、新規な構成の超電導素子およびその作製
方法に関する。
より詳細には、新規な構成の超電導素子およびその作製
方法に関する。
従来の技術 超電導を使用した代表的な素子に、ジョセフソン素子
がある。ジョセフソン素子は、一対の超電導体をトンネ
ル障壁を介して結合した構成であり、高速スイッチング
動作が可能である。しかしながら、ジョセフソン素子は
２端子の素子であり、論理回路を実現するためには複雑
な回路構成になってしまう。
がある。ジョセフソン素子は、一対の超電導体をトンネ
ル障壁を介して結合した構成であり、高速スイッチング
動作が可能である。しかしながら、ジョセフソン素子は
２端子の素子であり、論理回路を実現するためには複雑
な回路構成になってしまう。
一方、超電導を利用した３端子素子としては、超電導
ベーストランジスタ、超電導FET等がある。第３図に、
超電導ベーストランジスタの概念図を示す。第３図の超
電導ベーストランジスタは、超電導体または常電導体で
構成されたエミッタ21、絶縁体で構成されたトンネル障
壁22、超電導体で構成されたベース23、半導体アイソレ
ータ24および常電導体で構成されたコレクタ25を積層し
た構成になっている。この超電導ベーストランジスタ
は、トンネル障壁22を通過した高速電子を利用した低電
力消費で高速動作を行う素子である。
ベーストランジスタ、超電導FET等がある。第３図に、
超電導ベーストランジスタの概念図を示す。第３図の超
電導ベーストランジスタは、超電導体または常電導体で
構成されたエミッタ21、絶縁体で構成されたトンネル障
壁22、超電導体で構成されたベース23、半導体アイソレ
ータ24および常電導体で構成されたコレクタ25を積層し
た構成になっている。この超電導ベーストランジスタ
は、トンネル障壁22を通過した高速電子を利用した低電
力消費で高速動作を行う素子である。
第４図に、超電導FETの概念図を示す。第４図の超電
導FETは、超電導体で構成されている超電導ソース電極4
1および超電導ドレイン電極42が、半導体層43上に互い
に近接して配置されている。超電導ソース電極41および
超電導ドレイン電極42の間の部分の半導体層43は、下側
が大きく削られ厚さが薄くなっている。また、半導体層
43の下側表面にはゲート絶縁膜46が形成され、ゲート絶
縁膜46上にゲート電極44が設けられている。
導FETは、超電導体で構成されている超電導ソース電極4
1および超電導ドレイン電極42が、半導体層43上に互い
に近接して配置されている。超電導ソース電極41および
超電導ドレイン電極42の間の部分の半導体層43は、下側
が大きく削られ厚さが薄くなっている。また、半導体層
43の下側表面にはゲート絶縁膜46が形成され、ゲート絶
縁膜46上にゲート電極44が設けられている。
超電導FETは、近接効果で超電導ソース電極41および
超電導ドレイン電極42間の半導体層43を流れる超電導電
流を、ゲート電圧で制御する低電力消費で高速動作を行
う素子である。
超電導ドレイン電極42間の半導体層43を流れる超電導電
流を、ゲート電圧で制御する低電力消費で高速動作を行
う素子である。
さらに、ソース電極、ドレイン電極間に超電導体でチ
ャネルを形成し、この超電導チャネルを流れる電流をゲ
ート電極に印加する電圧で制御する３端子の超電導素子
も発表されている。
ャネルを形成し、この超電導チャネルを流れる電流をゲ
ート電極に印加する電圧で制御する３端子の超電導素子
も発表されている。
発明が解決しようとする課題 上記の超電導ベーストランジスタおよび超電導FET
は、いずれも半導体層と超電導体層とが積層された部分
を有する。ところが、近年研究が進んでいる酸化物超電
導体を使用して、半導体層と超電導体層との積層構造を
作製することは困難である。また、この構造が作製でき
ても半導体層と超電導体層の間の界面の制御が難しく、
素子として満足な動作をしなかった。
は、いずれも半導体層と超電導体層とが積層された部分
を有する。ところが、近年研究が進んでいる酸化物超電
導体を使用して、半導体層と超電導体層との積層構造を
作製することは困難である。また、この構造が作製でき
ても半導体層と超電導体層の間の界面の制御が難しく、
素子として満足な動作をしなかった。
また、超電導FETは、近接効果を利用するため、超電
導ソース電極41および超電導ドレイン電極42を、それぞ
れを構成する超電導体のコヒーレンス長の数倍程度以内
に近接させて作製しなければならない。特に酸化物超電
導体は、コヒーレンス長が短いので、酸化物超電導体を
使用した場合には、超電導ソース電極41および超電導ド
レイン電極42間の距離は、数10nm以下にしなければなら
ない。このような、微細加工は非常に困難であり、従来
は酸化物超電導体を使用した超電導FETを再現性よく作
製できなかった。
導ソース電極41および超電導ドレイン電極42を、それぞ
れを構成する超電導体のコヒーレンス長の数倍程度以内
に近接させて作製しなければならない。特に酸化物超電
導体は、コヒーレンス長が短いので、酸化物超電導体を
使用した場合には、超電導ソース電極41および超電導ド
レイン電極42間の距離は、数10nm以下にしなければなら
ない。このような、微細加工は非常に困難であり、従来
は酸化物超電導体を使用した超電導FETを再現性よく作
製できなかった。
さらに、従来の超電導チャネルを有する超電導素子
は、変調動作は確認されたが、キャリア密度が高いた
め、完全なオン／オフ動作ができなかった。酸化物超電
導体は、キャリア密度が低いので、超電導チャネルに使
用することにより、完全なオン／オフ動作を行う上記の
素子の実現の可能性が期待されている。しかしながら、
超電導チャネルを5nm以下の厚さにしなければならず、
そのような構成を実現することは困難であった。
は、変調動作は確認されたが、キャリア密度が高いた
め、完全なオン／オフ動作ができなかった。酸化物超電
導体は、キャリア密度が低いので、超電導チャネルに使
用することにより、完全なオン／オフ動作を行う上記の
素子の実現の可能性が期待されている。しかしながら、
超電導チャネルを5nm以下の厚さにしなければならず、
そのような構成を実現することは困難であった。
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
した、新規な構成の超電導素子およびその作製方法を提
供することにある。
した、新規な構成の超電導素子およびその作製方法を提
供することにある。
課題を解決するための手段 本発明に従うと、基板上に成膜された酸化物超電導薄
膜に形成された超電導チャネルと、該超電導チャネルの
両側に配置された超電導ソース電極および超電導ドレイ
ン電極と、前記超電導チャネル上に絶縁層を介して配置
されて該超電導チャネルに流れる電流を制御するゲート
電極を具備する超電導素子において、前記酸化物超電導
薄膜が平坦な基板上に形成された上面が平坦なｃ軸配向
の薄膜であり、前記絶縁層が前記酸化物超電導薄膜を構
成する酸化物超電導体と等しい構成元素および結晶構造
を有し、前記酸化物超電導体よりも酸素含有量が少ない
酸化物で構成され、前記ゲート電極が超電導チャネルと
同一の酸化物超電導体で形成されている超電導ゲート電
極であることを特徴とする超電導素子が提供される。
膜に形成された超電導チャネルと、該超電導チャネルの
両側に配置された超電導ソース電極および超電導ドレイ
ン電極と、前記超電導チャネル上に絶縁層を介して配置
されて該超電導チャネルに流れる電流を制御するゲート
電極を具備する超電導素子において、前記酸化物超電導
薄膜が平坦な基板上に形成された上面が平坦なｃ軸配向
の薄膜であり、前記絶縁層が前記酸化物超電導薄膜を構
成する酸化物超電導体と等しい構成元素および結晶構造
を有し、前記酸化物超電導体よりも酸素含有量が少ない
酸化物で構成され、前記ゲート電極が超電導チャネルと
同一の酸化物超電導体で形成されている超電導ゲート電
極であることを特徴とする超電導素子が提供される。
また、本発明においては、上記の超電導素子の作製方
法として、基板上に超電導チャネル、ゲート絶縁層およ
びゲート電極を合わせた厚さのｃ軸配向の酸化物超電導
薄膜を形成する工程と、この酸化物超電導薄膜を加工し
て超電導ゲート電極を形成する工程と、この酸化物超電
導薄膜の超電導ゲート電極以外の部分をエッチングして
超電導チャネルに適した厚さにし、超電導ゲート電極直
下の部分の酸化物超電導薄膜の側面を露出させる工程
と、真空中でこの酸化物超電導薄膜を加熱し、超電導ゲ
ート電極直下の部分の酸化物超電導体の酸素を放出させ
ることにより超電導性を失わせてゲート絶縁層を形成す
る工程とを含むことを特徴とする方法が提供される。
法として、基板上に超電導チャネル、ゲート絶縁層およ
びゲート電極を合わせた厚さのｃ軸配向の酸化物超電導
薄膜を形成する工程と、この酸化物超電導薄膜を加工し
て超電導ゲート電極を形成する工程と、この酸化物超電
導薄膜の超電導ゲート電極以外の部分をエッチングして
超電導チャネルに適した厚さにし、超電導ゲート電極直
下の部分の酸化物超電導薄膜の側面を露出させる工程
と、真空中でこの酸化物超電導薄膜を加熱し、超電導ゲ
ート電極直下の部分の酸化物超電導体の酸素を放出させ
ることにより超電導性を失わせてゲート絶縁層を形成す
る工程とを含むことを特徴とする方法が提供される。
作用 本発明の超電導素子は、超電導ゲート電極と、ゲート
絶縁層と、超電導チャネルとが一体に形成されている。
この一体に形成された超電導ゲート電極、ゲート絶縁層
および超電導チャネルの内、超電導ゲート電極と超電導
チャネルとは酸化物超電導体で構成され、ゲート絶縁層
は、この酸化物超電導体と等しい構成元素および結晶構
造を有し、この酸化物超電導体よりも酸素含有量が少な
い非超電導性の酸化物で構成されている。換言すれば、
超電導ゲート電極、ゲート絶縁層および超電導チャネル
は単一の酸化物超電導薄膜からそれぞれの形状に加工さ
れ、ゲート絶縁層部分はこの酸化物超電導薄膜から酸素
を抜いて形成された非超電導体により構成されている。
絶縁層と、超電導チャネルとが一体に形成されている。
この一体に形成された超電導ゲート電極、ゲート絶縁層
および超電導チャネルの内、超電導ゲート電極と超電導
チャネルとは酸化物超電導体で構成され、ゲート絶縁層
は、この酸化物超電導体と等しい構成元素および結晶構
造を有し、この酸化物超電導体よりも酸素含有量が少な
い非超電導性の酸化物で構成されている。換言すれば、
超電導ゲート電極、ゲート絶縁層および超電導チャネル
は単一の酸化物超電導薄膜からそれぞれの形状に加工さ
れ、ゲート絶縁層部分はこの酸化物超電導薄膜から酸素
を抜いて形成された非超電導体により構成されている。
酸化物超電導薄膜の一部を非超電導体に変えるには、
高真空中で熱処理を行うことによる。酸化物超電導体
は、結晶中の酸素量によりその特性が変化しやすく、特
に酸素含有量が少ない場合には、臨界温度が大幅に低下
したり、超電導性を失う。また、酸素分圧の低い雰囲気
中で加熱することにより、結晶中の酸素が抜け、酸素量
が減少する。
高真空中で熱処理を行うことによる。酸化物超電導体
は、結晶中の酸素量によりその特性が変化しやすく、特
に酸素含有量が少ない場合には、臨界温度が大幅に低下
したり、超電導性を失う。また、酸素分圧の低い雰囲気
中で加熱することにより、結晶中の酸素が抜け、酸素量
が減少する。
従って、本発明の方法では、酸化物超電導薄膜を高真
空中で加熱処理して酸素を抜き、一部を絶縁体に変え
る。処理時間を加減することにより、任意の厚さの部分
の結晶中の酸素を抜くことができる。酸化物超電導体は
結晶のｃ軸と垂直な方向の酸素の拡散係数が大きい（ｃ
軸と垂直な方向に酸素が動きやすい）ので、上記の酸化
物超電導薄膜をｃ軸配向の酸化物超電導体結晶で構成
し、ゲート絶縁層となる部分の側面から酸素が抜ける形
状にすることも好ましい。
空中で加熱処理して酸素を抜き、一部を絶縁体に変え
る。処理時間を加減することにより、任意の厚さの部分
の結晶中の酸素を抜くことができる。酸化物超電導体は
結晶のｃ軸と垂直な方向の酸素の拡散係数が大きい（ｃ
軸と垂直な方向に酸素が動きやすい）ので、上記の酸化
物超電導薄膜をｃ軸配向の酸化物超電導体結晶で構成
し、ゲート絶縁層となる部分の側面から酸素が抜ける形
状にすることも好ましい。
本発明の超電導素子において、超電導チャネルは、ゲ
ート電極に印加された電圧で開閉させるために、ゲート
電極により発生される電界の方向で、厚さが50nm以下で
なければならない。また、ゲート絶縁層の厚さは、約10
nm以上のトンネル電流が無視できる厚さとしなければな
らない。超電導ゲート電極は、200−300nmの厚さとす
る。従って、本発明の方法では、基板上に厚さ約300nm
の上記の酸化物超電導薄膜を形成する。
ート電極に印加された電圧で開閉させるために、ゲート
電極により発生される電界の方向で、厚さが50nm以下で
なければならない。また、ゲート絶縁層の厚さは、約10
nm以上のトンネル電流が無視できる厚さとしなければな
らない。超電導ゲート電極は、200−300nmの厚さとす
る。従って、本発明の方法では、基板上に厚さ約300nm
の上記の酸化物超電導薄膜を形成する。
本発明の方法では、上記の酸化物超電導薄膜を加工し
て超電導チャネルを形成する際に、酸化物超電導薄膜の
状態をモニタし、基板との界面の近傍の基板の影響を受
けて劣化している部分を使用しないことが可能である。
て超電導チャネルを形成する際に、酸化物超電導薄膜の
状態をモニタし、基板との界面の近傍の基板の影響を受
けて劣化している部分を使用しないことが可能である。
酸化物超電導体は、結晶のｃ軸に垂直な方向の臨界電
流密度、コヒーレンス長が大きいことと、上述の理由か
ら、この酸化物超電導薄膜はｃ軸配向であることが好ま
しい。成膜方法は、スパッタリング法、MBE法、CVD法、
真空蒸着法等が好ましく、成膜時の基板温度を約700℃
とすることにより、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜を形成
することが可能である。
流密度、コヒーレンス長が大きいことと、上述の理由か
ら、この酸化物超電導薄膜はｃ軸配向であることが好ま
しい。成膜方法は、スパッタリング法、MBE法、CVD法、
真空蒸着法等が好ましく、成膜時の基板温度を約700℃
とすることにより、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜を形成
することが可能である。
一方、超電導ソース電極および超電導ドレイン電極
は、ａ軸配向の酸化物超電導薄膜で構成することが好ま
しい。超電導ソース電極および超電導ドレイン電極で
は、電極の厚さ方向に主電流が流れるため、ａ軸配向の
酸化物超電導薄膜が好ましい。
は、ａ軸配向の酸化物超電導薄膜で構成することが好ま
しい。超電導ソース電極および超電導ドレイン電極で
は、電極の厚さ方向に主電流が流れるため、ａ軸配向の
酸化物超電導薄膜が好ましい。
本発明の超電導素子において、基板には、MgO、SrTiO
3、CdNdAlO4等の酸化物単結晶基板が使用可能である。
これらの基板上には、配向性の高い結晶からなる酸化物
超電導薄膜を成長させることが可能であるので好まし
い。また、表面にMgAl2O4、BaTiO3等が被覆されているS
i基板を使用することも好ましい。
3、CdNdAlO4等の酸化物単結晶基板が使用可能である。
これらの基板上には、配向性の高い結晶からなる酸化物
超電導薄膜を成長させることが可能であるので好まし
い。また、表面にMgAl2O4、BaTiO3等が被覆されているS
i基板を使用することも好ましい。
本発明の超電導素子には、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系酸化物超
電導体、Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物超電導体、Tl−Ba
−Ca−Cu−Ｏ系酸化物超電導体等任意の酸化物超電導体
を使用することができる。
電導体、Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物超電導体、Tl−Ba
−Ca−Cu−Ｏ系酸化物超電導体等任意の酸化物超電導体
を使用することができる。
以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明する
が、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発
明の技術的範囲をなんら制限するものではない。
が、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発
明の技術的範囲をなんら制限するものではない。
実施例 第１図に、本発明の超電導素子の断面図を示す。第１
図の超電導素子は、基板５上に成膜された単一の酸化物
超電導薄膜から加工された、超電導ゲート電極４、ゲー
ト絶縁層６および超電導チャネル10を具備する。ゲート
絶縁層６は超電導ゲート電極４の下側で超電導チャネル
10との間にあり、酸化物超電導体より酸素数が少ない非
超電導性の酸化物で構成されている。超電導ゲート電極
４および超電導チャネル10は、ｃ軸配向の酸化物超電導
体結晶で構成されている。また、超電導チャネル10の厚
さは約5nm以下であり、ゲート絶縁層６の厚さは約10nm
以上である。
図の超電導素子は、基板５上に成膜された単一の酸化物
超電導薄膜から加工された、超電導ゲート電極４、ゲー
ト絶縁層６および超電導チャネル10を具備する。ゲート
絶縁層６は超電導ゲート電極４の下側で超電導チャネル
10との間にあり、酸化物超電導体より酸素数が少ない非
超電導性の酸化物で構成されている。超電導ゲート電極
４および超電導チャネル10は、ｃ軸配向の酸化物超電導
体結晶で構成されている。また、超電導チャネル10の厚
さは約5nm以下であり、ゲート絶縁層６の厚さは約10nm
以上である。
超電導ゲート電極４の周囲には、絶縁層７が配置さ
れ、超電導ソース電極２および超電導ドレイン電極３
が、それぞれ絶縁層７に接して超電導ゲート電極４の両
側の超電導チャネル10上に配置されている。超電導ソー
ス電極２および超電導ドレイン電極３は、ａ軸配向の酸
化物超電導体結晶で構成されている。
れ、超電導ソース電極２および超電導ドレイン電極３
が、それぞれ絶縁層７に接して超電導ゲート電極４の両
側の超電導チャネル10上に配置されている。超電導ソー
ス電極２および超電導ドレイン電極３は、ａ軸配向の酸
化物超電導体結晶で構成されている。
第２図を参照して、本発明の超電導素子を本発明の方
法で作製する手順を説明する。まず、第２図（ａ）に示
すような基板５の表面に第２図（ｂ）に示すよう約300n
m程度の厚さのｃ軸配向のY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄
膜１をオフアクシススパッタリング法、反応性蒸着法、
MBE法、CVD法等の方法で形成する。オフアクシススパッ
タリング法で酸化物超電導薄膜１を形成する場合の成膜
条件を以下に示す。
法で作製する手順を説明する。まず、第２図（ａ）に示
すような基板５の表面に第２図（ｂ）に示すよう約300n
m程度の厚さのｃ軸配向のY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄
膜１をオフアクシススパッタリング法、反応性蒸着法、
MBE法、CVD法等の方法で形成する。オフアクシススパッ
タリング法で酸化物超電導薄膜１を形成する場合の成膜
条件を以下に示す。
スパッタリングガス Ar:90％ O2:10％ 圧力 10Pa 基板温度 700℃ 基板５としては、MgO（100）基板、SrTiO3（100）基
板、CdNdAlO4（001）等の絶縁体基板、または表面に絶
縁膜を有するSi等の半導体基板が好ましい。このSi基板
の表面にはCVD法で成膜されたMgAl2O4膜およびスパッタ
リング法で成膜されたBaTiO3膜が積層されていることが
好ましい。
板、CdNdAlO4（001）等の絶縁体基板、または表面に絶
縁膜を有するSi等の半導体基板が好ましい。このSi基板
の表面にはCVD法で成膜されたMgAl2O4膜およびスパッタ
リング法で成膜されたBaTiO3膜が積層されていることが
好ましい。
酸化物超電導体としては、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系酸化物超
電導体の他、Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物超電導体、Ti
−Ba−Ca−Cu−Ｏ系酸化物超電導体が好ましい。
電導体の他、Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物超電導体、Ti
−Ba−Ca−Cu−Ｏ系酸化物超電導体が好ましい。
次に、第２図（ｃ）に示すよう酸化物超電導薄膜１を
反応性イオンエッチング、Arイオンエッチング等で異方
性エッチングし、超電導ゲート電極４を形成する。超電
導ゲート電極４を形成した酸化物超電導薄膜１上に、第
２図（ｄ）に示すようMgO等の絶縁膜８を形成し、この
絶縁膜８を反応性イオンエッチング、Arイオンエッチン
グ等で異方性エッチングして、第２図（ｅ）に示すよ
う、超電導ゲート電極４の両側にそれぞれ絶縁層18を形
成する。
反応性イオンエッチング、Arイオンエッチング等で異方
性エッチングし、超電導ゲート電極４を形成する。超電
導ゲート電極４を形成した酸化物超電導薄膜１上に、第
２図（ｄ）に示すようMgO等の絶縁膜８を形成し、この
絶縁膜８を反応性イオンエッチング、Arイオンエッチン
グ等で異方性エッチングして、第２図（ｅ）に示すよ
う、超電導ゲート電極４の両側にそれぞれ絶縁層18を形
成する。
超電導ゲート電極４の部分以外の酸化物超電導薄膜１
を反応性イオンエッチング、Arイオンエッチング等で等
方性エッチングし、第２図（ｆ）に示すよう超電導ゲー
ト電極４の下側にゲート絶縁層部16および超電導チャネ
ル10を形成する。ゲート絶縁層部16は約10nm以上の厚さ
にし、超電導チャネル10は5nm以下の厚さにする。ま
た、必要に応じ、サイドエッチを促進し、ゲート絶縁層
部16の長さを短くしたり、超電導チャネル10を形成する
際に酸化物超電導薄膜の状態をモニタしながらエッチン
グし、基板の影響で劣化している部分を使用しないよう
にする。
を反応性イオンエッチング、Arイオンエッチング等で等
方性エッチングし、第２図（ｆ）に示すよう超電導ゲー
ト電極４の下側にゲート絶縁層部16および超電導チャネ
ル10を形成する。ゲート絶縁層部16は約10nm以上の厚さ
にし、超電導チャネル10は5nm以下の厚さにする。ま
た、必要に応じ、サイドエッチを促進し、ゲート絶縁層
部16の長さを短くしたり、超電導チャネル10を形成する
際に酸化物超電導薄膜の状態をモニタしながらエッチン
グし、基板の影響で劣化している部分を使用しないよう
にする。
次いで、10-5Pa程度の真空中で基板温度を400℃以上
に加熱する。すると、ゲート絶縁層部16の側面から酸化
物超電導体結晶中の酸素が抜けて第２図（ｇ）に示すよ
う、超電導ゲート電極４の下側にゲート絶縁層６が形成
される。このように、ゲート絶縁層部16の側面からのみ
酸化物超電導体結晶中の酸素が抜けるのは、酸化物超電
導体が、結晶のａ軸およびｂ軸に平行な方向の酸素の拡
散係数が大きいからである。
に加熱する。すると、ゲート絶縁層部16の側面から酸化
物超電導体結晶中の酸素が抜けて第２図（ｇ）に示すよ
う、超電導ゲート電極４の下側にゲート絶縁層６が形成
される。このように、ゲート絶縁層部16の側面からのみ
酸化物超電導体結晶中の酸素が抜けるのは、酸化物超電
導体が、結晶のａ軸およびｂ軸に平行な方向の酸素の拡
散係数が大きいからである。
上記の処理の後、第２図（ｈ）に示すよう、絶縁層18
の外側およびゲート絶縁層６の側面に連続した絶縁膜17
を形成する。絶縁膜17には、例えばSiN等酸素の出入り
を絶つ材料が使用でき、スパッタリング法等で成膜する
ことが好ましい。ゲート絶縁層６の側面部分は中空であ
ってもよい。絶縁膜17は絶縁層18と一体になって絶縁層
７となる。
の外側およびゲート絶縁層６の側面に連続した絶縁膜17
を形成する。絶縁膜17には、例えばSiN等酸素の出入り
を絶つ材料が使用でき、スパッタリング法等で成膜する
ことが好ましい。ゲート絶縁層６の側面部分は中空であ
ってもよい。絶縁膜17は絶縁層18と一体になって絶縁層
７となる。
最後に、第２図（ｉ）に示すよう、超電導チャネル10
上の超電導ゲート電極４の両側部分にそれぞれａ軸配向
の酸化物超電導薄膜による超電導ソース電極２および超
電導ドレイン電極３を超電導ゲート電極４と等しい高さ
に形成して、本発明の超電導素子が完成する。ａ軸配向
の酸化物超電導薄膜は、基板温度約650℃以下でオフア
クシススパッタリング法を使用して成膜することが可能
である。スパッタリング条件以下に示す。
上の超電導ゲート電極４の両側部分にそれぞれａ軸配向
の酸化物超電導薄膜による超電導ソース電極２および超
電導ドレイン電極３を超電導ゲート電極４と等しい高さ
に形成して、本発明の超電導素子が完成する。ａ軸配向
の酸化物超電導薄膜は、基板温度約650℃以下でオフア
クシススパッタリング法を使用して成膜することが可能
である。スパッタリング条件以下に示す。
スパッタリングガス Ar:90％ O2:10％ 圧力 10Pa 基板温度 640℃ 本発明の超電導素子を本発明の方法で作製すると、超
電導FETを、作製する場合に要求される微細加工技術の
制限が緩和される。また、表面が平坦にできるので、後
に必要に応じ配線を形成することが容易になる。また、
ゲート電極と超電導チャネルの間の絶縁層の構成元素
が、超電導チャネルを構成する酸化物超電導体の構成元
素と等しいので、機械的に安定しており、界面もきれい
である。本発明の超電導素子は、作製が容易であり、性
能も安定しており、再現性もよい。
電導FETを、作製する場合に要求される微細加工技術の
制限が緩和される。また、表面が平坦にできるので、後
に必要に応じ配線を形成することが容易になる。また、
ゲート電極と超電導チャネルの間の絶縁層の構成元素
が、超電導チャネルを構成する酸化物超電導体の構成元
素と等しいので、機械的に安定しており、界面もきれい
である。本発明の超電導素子は、作製が容易であり、性
能も安定しており、再現性もよい。
発明の効果 以上説明したように、本発明の超電導素子は、超電導
チャネル中を流れる超電導電流をゲート電圧で制御する
構成となっている。従って、従来の超電導FETのよう
に、超電導近接効果を利用していないので微細加工技術
が不要である。また、超電導体と半導体を積層する必要
もないので、酸化物超電導体を使用して高性能な素子が
作製できる。
チャネル中を流れる超電導電流をゲート電圧で制御する
構成となっている。従って、従来の超電導FETのよう
に、超電導近接効果を利用していないので微細加工技術
が不要である。また、超電導体と半導体を積層する必要
もないので、酸化物超電導体を使用して高性能な素子が
作製できる。
本発明により、超電導技術の電子デバイスへの応用が
さらに促進される。
さらに促進される。
第１図は、本発明の超電導素子の概略図であり、 第２図は、本発明の方法により本発明の超電導素子を作
製する場合の工程を示す概略図であり、 第３図は、超電導ベーストランジスタの概略図であり、 第４図は、超電導FETの概略図である。 〔主な参照番号〕 １……酸化物超電導薄膜、 ２……超電導ソース電極、 ３……超電導ドレイン電極、 ４……超電導ゲート電極、 ５……基板
製する場合の工程を示す概略図であり、 第３図は、超電導ベーストランジスタの概略図であり、 第４図は、超電導FETの概略図である。 〔主な参照番号〕 １……酸化物超電導薄膜、 ２……超電導ソース電極、 ３……超電導ドレイン電極、 ４……超電導ゲート電極、 ５……基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−170080（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−120866（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−106492（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】基板上に成膜された酸化物超電導薄膜に形
成された超電導チャネルと、該超電導チャネルの両側に
配置された超電導ソース電極および超電導ドレイン電極
と、前記超電導チャネル上に絶縁層を介して配置されて
該超電導チャネルに流れる電流を制御するゲート電極を
具備する超電導素子において、前記酸化物超電導薄膜が
平坦な基板上に形成された上面が平坦なｃ軸配向の薄膜
であり、前記絶縁層が前記酸化物超電導薄膜を構成する
酸化物超電導体と等しい構成元素および結晶構造を有
し、前記酸化物超電導体よりも酸素含有量が少ない酸化
物で構成され、前記ゲート電極が超電導チャネルと同一
の酸化物超電導体で形成されている超電導ゲート電極で
あることを特徴とする超電導素子。 - 【請求項２】前記超電導超電導ソース電極および超電導
ドレイン電極が、超電導チャネルよりも厚いことを特徴
とする請求項１に記載の超電導素子。 - 【請求項３】前記超電導超電導ソース電極および超電導
ドレイン電極が、ａ軸配向の酸化物超電導薄膜で形成さ
れていることを特徴とする請求項１または２に記載の超
電導素子。 - 【請求項４】基板上に超電導チャネル、ゲート絶縁層お
よびゲート電極を合わせた厚さのｃ軸配向の酸化物超電
導薄膜を形成する工程と、この酸化物超電導薄膜を加工
して超電導ゲート電極を形成する工程と、この酸化物超
電導薄膜の超電導ゲート電極以外の部分をエッチングし
て超電導チャネルに適した厚さにし、超電導ゲート電極
直下の部分の酸化物超電導薄膜の側面を露出させる工程
と、真空中でこの酸化物超電導薄膜を加熱し、超電導ゲ
ート電極直下の部分の酸化物超電導体の酸素を放出させ
ることにより超電導性を失わせてゲート絶縁層を形成す
る工程とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれ
か１項に記載の超電導素子の作製方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2295659A JP2647251B2 (ja) | 1990-11-01 | 1990-11-01 | 超電導素子および作製方法 |
| CA002054795A CA2054795C (en) | 1990-11-01 | 1991-11-01 | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
| EP91402938A EP0484253B1 (en) | 1990-11-01 | 1991-11-04 | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
| DE69119190T DE69119190T2 (de) | 1990-11-01 | 1991-11-04 | Supraleitende Einrichtung mit extrem dünnen supraleitenden Kanal aus oxydischem supraleitendem Material und Methode zu deren Herstellung |
| US08/097,613 US5416072A (en) | 1990-11-01 | 1993-07-26 | Superconducting device having an thin superconducting channel formed of oxide superconducting material |
| US08/280,833 US5466664A (en) | 1990-11-01 | 1994-07-26 | Method for manufacturing a superconducting device having a thin superconducting channel formed of oxide superconductor material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2295659A JP2647251B2 (ja) | 1990-11-01 | 1990-11-01 | 超電導素子および作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04168782A JPH04168782A (ja) | 1992-06-16 |
| JP2647251B2 true JP2647251B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=17823512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2295659A Expired - Lifetime JP2647251B2 (ja) | 1990-11-01 | 1990-11-01 | 超電導素子および作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2647251B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01106492A (ja) * | 1987-10-20 | 1989-04-24 | Mitsubishi Electric Corp | 超電導配線基板の製造法 |
| JPH01120866A (ja) * | 1987-11-04 | 1989-05-12 | Ricoh Co Ltd | 半導体装置 |
| JPH01170080A (ja) * | 1987-12-25 | 1989-07-05 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導ｆｅｔ素子 |
-
1990
- 1990-11-01 JP JP2295659A patent/JP2647251B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04168782A (ja) | 1992-06-16 |
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