JP2680960B2 - 超電導電界効果型素子およびその作製方法 - Google Patents
超電導電界効果型素子およびその作製方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導電界効果型素子
およびその作製方法に関する。より詳細には、超電導ソ
ース領域および超電導ドレイン領域と超電導チャネルと
の接続が良好で、超電導チャネルが基板の影響を受け
ず、良好な特性を有する超電導電界効果型素子およびそ
の作製方法に関する。
およびその作製方法に関する。より詳細には、超電導ソ
ース領域および超電導ドレイン領域と超電導チャネルと
の接続が良好で、超電導チャネルが基板の影響を受け
ず、良好な特性を有する超電導電界効果型素子およびそ
の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導現象を利用した素子は、従来の半
導体素子に比較して高速であり、消費電力も小さく、飛
躍的に高性能化することができると考えられている。特
に近年研究が進んでいる酸化物超電導体を使用すること
により、比較的高い温度で動作する超電導素子を作製す
ることが可能である。超電導素子としては、ジョセフソ
ン素子がよく知られているが、ジョセフソン素子は２端
子の素子であるので論理回路を構成しようとすると、回
路が複雑になる。そのため、３端子の超電導素子が実用
上有利である。
導体素子に比較して高速であり、消費電力も小さく、飛
躍的に高性能化することができると考えられている。特
に近年研究が進んでいる酸化物超電導体を使用すること
により、比較的高い温度で動作する超電導素子を作製す
ることが可能である。超電導素子としては、ジョセフソ
ン素子がよく知られているが、ジョセフソン素子は２端
子の素子であるので論理回路を構成しようとすると、回
路が複雑になる。そのため、３端子の超電導素子が実用
上有利である。
【０００３】３端子の超電導素子には、近接させて配置
した超電導電極間の半導体に超電導電流を流す超電導近
接効果を利用したものと、超電導チャネルに流れる超電
導電流をゲート電極で制御するものとが代表的である。
どちらの素子も入出力の分離が可能であり、電圧制御型
の素子であって、信号の増幅作用があるという点では共
通している。しかしながら、超電導近接効果を得るため
には、超電導体電極をその超電導体のコヒーレンス長の
数倍（酸化物超電導体の場合数nm）以内の距離に配置し
なければならない。従って、非常に精密な加工が要求さ
れる。それに対し、チャネルが超電導チャネルになって
いる超電導素子は、電流密度が大きく、製造上も超電導
電極を近接させて配置するという微細加工を必要としな
い。
した超電導電極間の半導体に超電導電流を流す超電導近
接効果を利用したものと、超電導チャネルに流れる超電
導電流をゲート電極で制御するものとが代表的である。
どちらの素子も入出力の分離が可能であり、電圧制御型
の素子であって、信号の増幅作用があるという点では共
通している。しかしながら、超電導近接効果を得るため
には、超電導体電極をその超電導体のコヒーレンス長の
数倍（酸化物超電導体の場合数nm）以内の距離に配置し
なければならない。従って、非常に精密な加工が要求さ
れる。それに対し、チャネルが超電導チャネルになって
いる超電導素子は、電流密度が大きく、製造上も超電導
電極を近接させて配置するという微細加工を必要としな
い。
【０００４】図２に、超電導チャネルを有する超電導電
界効果型素子の一例の概略図を示す。図２の超電導電界
効果型素子１は、基板５上に配置された酸化物超電導体
による超電導チャネル10と、超電導チャネル10の両端付
近にそれぞれ配置された超電導ソース領域２および超電
導ドレイン領域３と、超電導チャネル10上にゲート絶縁
層７を介して配置されたゲート電極４とを具備する。こ
の超電導電界効果型素子は、超電導ソース領域２および
超電導ドレイン電極３間の超電導チャネル10を流れる超
電導電流をゲート電極４に印加する電圧で制御する。
界効果型素子の一例の概略図を示す。図２の超電導電界
効果型素子１は、基板５上に配置された酸化物超電導体
による超電導チャネル10と、超電導チャネル10の両端付
近にそれぞれ配置された超電導ソース領域２および超電
導ドレイン領域３と、超電導チャネル10上にゲート絶縁
層７を介して配置されたゲート電極４とを具備する。こ
の超電導電界効果型素子は、超電導ソース領域２および
超電導ドレイン電極３間の超電導チャネル10を流れる超
電導電流をゲート電極４に印加する電圧で制御する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の超電導電界効果
型素子では、超電導チャネル10を流れる電流をゲート電
極４に印加する電圧で制御する。そのため、超電導チャ
ネル10のゲート部分の厚さは５nm程度にしなければなら
ず、また、ゲート絶縁層７の厚さも10〜15nmにしなけれ
ばならない。一方、この極薄の超電導チャネルは、結晶
性がよく、特性が優れた酸化物超電導薄膜で構成されて
いなければならない。
型素子では、超電導チャネル10を流れる電流をゲート電
極４に印加する電圧で制御する。そのため、超電導チャ
ネル10のゲート部分の厚さは５nm程度にしなければなら
ず、また、ゲート絶縁層７の厚さも10〜15nmにしなけれ
ばならない。一方、この極薄の超電導チャネルは、結晶
性がよく、特性が優れた酸化物超電導薄膜で構成されて
いなければならない。
【０００６】しかしながら、従来は、MgＯ等の絶縁体基
板上に直接超電導チャネルを形成することが一般的であ
った。そのため、超電導チャネルと基板との間で相互拡
散が発生し、超電導チャネルを構成する酸化物超電導薄
膜中に絶縁体が拡散して、超電導チャネルの特性を損な
うことがあった。
板上に直接超電導チャネルを形成することが一般的であ
った。そのため、超電導チャネルと基板との間で相互拡
散が発生し、超電導チャネルを構成する酸化物超電導薄
膜中に絶縁体が拡散して、超電導チャネルの特性を損な
うことがあった。
【０００７】また、相互拡散が発生しない場合でも超電
導チャネルを構成する酸化物超電導体結晶の内の基板と
接するものは、超電導電流が流れるCu−Ｏ面が完全には
形成されていないので超電導性を示さない。従って、超
電導チャネルの実際に超電導電流が流れる部分は、超電
導チャネルを構成する酸化物超電導薄膜の厚さよりもか
なり小さい場合があり、超電導素子の電流容量が制限さ
れることがあった。
導チャネルを構成する酸化物超電導体結晶の内の基板と
接するものは、超電導電流が流れるCu−Ｏ面が完全には
形成されていないので超電導性を示さない。従って、超
電導チャネルの実際に超電導電流が流れる部分は、超電
導チャネルを構成する酸化物超電導薄膜の厚さよりもか
なり小さい場合があり、超電導素子の電流容量が制限さ
れることがあった。
【０００８】一方、図２の構成の超電導電界効果型素子
では、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域に接
続されている電極、端子から超電導チャネルまでの距離
が大きく、さらに、超電導ソース領域および超電導ドレ
イン領域が比較的大きい断面積を有するのに対し、超電
導チャネルの断面積は極めて小さい。従って、広い断面
を流れてきた超電導電流を、極めて小さい断面の超電導
チャネルに絞り込むという困難がある。この超電導電流
の絞り込みのため、超電導ソース領域および超電導ドレ
イン領域の形状、歪が超電導電界効果型素子の特性を大
きく左右する。
では、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域に接
続されている電極、端子から超電導チャネルまでの距離
が大きく、さらに、超電導ソース領域および超電導ドレ
イン領域が比較的大きい断面積を有するのに対し、超電
導チャネルの断面積は極めて小さい。従って、広い断面
を流れてきた超電導電流を、極めて小さい断面の超電導
チャネルに絞り込むという困難がある。この超電導電流
の絞り込みのため、超電導ソース領域および超電導ドレ
イン領域の形状、歪が超電導電界効果型素子の特性を大
きく左右する。
【０００９】そこで本発明の目的は、上記従来技術の問
題点を解決した超電導電界効果型素子およびその作製方
法を提供することにある。
題点を解決した超電導電界効果型素子およびその作製方
法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、基板
と、該基板上に形成された酸化物超電導体で構成された
超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と、前記基
板上で該超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間
に配置され、酸化物超電導体で構成された超電導チャネ
ルと、該超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置
され、該超電導チャネルを流れる電流を制御するための
ゲート電圧が印加される常電導体で構成されたゲート電
極とを備える超電導電界効果型素子において、前記超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域がａ軸配向の酸
化物超電導薄膜で、前記超電導チャネルがｃ軸配向の酸
化物超電導薄膜でそれぞれ構成され、前記基板と前記超
電導チャネルとの間に形成された前記酸化物超電導体と
類似の結晶構造を有する非超電導酸化物層を具備し、前
記ゲート絶縁層が、前記超電導ソース領域および超電導
ドレイン領域の側面上にまで延長されて前記ゲート電極
と、前記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と
を電気的に絶縁することを特徴とする超電導電界効果型
素子が提供される。
と、該基板上に形成された酸化物超電導体で構成された
超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と、前記基
板上で該超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間
に配置され、酸化物超電導体で構成された超電導チャネ
ルと、該超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置
され、該超電導チャネルを流れる電流を制御するための
ゲート電圧が印加される常電導体で構成されたゲート電
極とを備える超電導電界効果型素子において、前記超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域がａ軸配向の酸
化物超電導薄膜で、前記超電導チャネルがｃ軸配向の酸
化物超電導薄膜でそれぞれ構成され、前記基板と前記超
電導チャネルとの間に形成された前記酸化物超電導体と
類似の結晶構造を有する非超電導酸化物層を具備し、前
記ゲート絶縁層が、前記超電導ソース領域および超電導
ドレイン領域の側面上にまで延長されて前記ゲート電極
と、前記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と
を電気的に絶縁することを特徴とする超電導電界効果型
素子が提供される。
【００１１】また、本発明においては、上記本発明の超
電導電界効果型素子を作製する方法として、前記基板上
に前記超電導電界効果型素子の全長にわたるａ軸配向の
酸化物超電導薄膜を成膜し、該酸化物超電導薄膜の中央
部を除去して基板を露出させるとともに該酸化物超電導
薄膜を前記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域
に分離し、前記基板の露出した部分に前記酸化物超電導
体と類似の結晶構造を有する非超電導酸化物層を形成
し、該非超電導酸化物層上にｃ軸配向の酸化物超電導薄
膜の超電導チャネル、ゲート絶縁層およびゲート電極を
順に積層して形成する工程を含むことを特徴とする方法
が提供される。
電導電界効果型素子を作製する方法として、前記基板上
に前記超電導電界効果型素子の全長にわたるａ軸配向の
酸化物超電導薄膜を成膜し、該酸化物超電導薄膜の中央
部を除去して基板を露出させるとともに該酸化物超電導
薄膜を前記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域
に分離し、前記基板の露出した部分に前記酸化物超電導
体と類似の結晶構造を有する非超電導酸化物層を形成
し、該非超電導酸化物層上にｃ軸配向の酸化物超電導薄
膜の超電導チャネル、ゲート絶縁層およびゲート電極を
順に積層して形成する工程を含むことを特徴とする方法
が提供される。
【００１２】
【作用】本発明の超電導電界効果型素子は、ａ軸配向の
酸化物超電導薄膜で構成された超電導ソース領域および
超電導ドレイン領域と、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜で
構成された超電導チャネルと、基板と超電導チャネルと
の間に形成された超電導チャネルを構成する酸化物超電
導体と類似の結晶構造を有する非超電導酸化物層と、を
具備する。また、ゲート絶縁層が、ゲート電極と、超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域との間まで延長
されていて、それぞれを絶縁している。
酸化物超電導薄膜で構成された超電導ソース領域および
超電導ドレイン領域と、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜で
構成された超電導チャネルと、基板と超電導チャネルと
の間に形成された超電導チャネルを構成する酸化物超電
導体と類似の結晶構造を有する非超電導酸化物層と、を
具備する。また、ゲート絶縁層が、ゲート電極と、超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域との間まで延長
されていて、それぞれを絶縁している。
【００１３】本発明の超電導電界効果型素子では、垂直
方向に大きな電流を流すことが可能なａ軸配向の酸化物
超電導薄膜を超電導ソース領域および超電導ドレイン領
域に使用し、水平方向に大きな電流を流すことが可能な
ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜を超電導チャネルに使用し
ているので、素子全体の電流容量が大きい。
方向に大きな電流を流すことが可能なａ軸配向の酸化物
超電導薄膜を超電導ソース領域および超電導ドレイン領
域に使用し、水平方向に大きな電流を流すことが可能な
ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜を超電導チャネルに使用し
ているので、素子全体の電流容量が大きい。
【００１４】また、超電導チャネルは、超電導チャネル
を構成するｃ軸配向の酸化物超電導薄膜と類似の結晶構
造を有する非超電導酸化物層上に形成されているので結
晶状態が改善され、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜の最下
部の結晶単位胞も超電導状態になる。これは、上記の非
超電導酸化物結晶が、酸化物超電導体結晶との格子整合
性が良好で、また、酸化物超電導薄膜下部の酸化物超電
導体結晶の不完全な部分を補うからと考えられている。
また、基板との熱膨張率の差による歪みも上記の非超電
導酸化物層で吸収され、基板からの原子の拡散も上記の
非超電導酸化物層内だけで止まる。本発明の超電導素子
では、上記の非超電導酸化物層は、超電導ソース領域お
よび超電導ドレイン領域の厚さの半分程度の厚さが好ま
しい。この厚さに形成された非超電導酸化物層により、
超電導ソース領域および超電導ドレイン領域からの超電
導電流の絞り込みが有効に行われる。
を構成するｃ軸配向の酸化物超電導薄膜と類似の結晶構
造を有する非超電導酸化物層上に形成されているので結
晶状態が改善され、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜の最下
部の結晶単位胞も超電導状態になる。これは、上記の非
超電導酸化物結晶が、酸化物超電導体結晶との格子整合
性が良好で、また、酸化物超電導薄膜下部の酸化物超電
導体結晶の不完全な部分を補うからと考えられている。
また、基板との熱膨張率の差による歪みも上記の非超電
導酸化物層で吸収され、基板からの原子の拡散も上記の
非超電導酸化物層内だけで止まる。本発明の超電導素子
では、上記の非超電導酸化物層は、超電導ソース領域お
よび超電導ドレイン領域の厚さの半分程度の厚さが好ま
しい。この厚さに形成された非超電導酸化物層により、
超電導ソース領域および超電導ドレイン領域からの超電
導電流の絞り込みが有効に行われる。
【００１５】本発明の超電導電界効果型素子では、上記
の非超電導酸化物層に例えばPr1Ba2Cu3Ｏ7-yを使用する
ことが好ましい。これは、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yが、酸化物超
電導体とほぼ等しい結晶構造を有する非超電導酸化物で
あり、酸化物超電導体結晶と格子整合性に特に優れ、酸
化物超電導体との間における相互拡散がほとんど問題に
ならない程度に少ないからである。
の非超電導酸化物層に例えばPr1Ba2Cu3Ｏ7-yを使用する
ことが好ましい。これは、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yが、酸化物超
電導体とほぼ等しい結晶構造を有する非超電導酸化物で
あり、酸化物超電導体結晶と格子整合性に特に優れ、酸
化物超電導体との間における相互拡散がほとんど問題に
ならない程度に少ないからである。
【００１６】本発明の方法では、本発明の超電導電界効
果型素子を作製する場合に、最初に基板上に素子の全長
にわたるａ軸配向の酸化物超電導薄膜を形成する。この
酸化物超電導薄膜は、超電導ソース領域および超電導ド
レイン領域となるもので、厚さは200 〜300 nmが好まし
い。この酸化物超電導薄膜の中央部付近をエッチングに
より除去して基板を露出させる。酸化物超電導薄膜の残
りの部分は、超電導ソース領域および超電導ドレイン領
域となる。このように形成された超電導ソース領域およ
び超電導ドレイン領域は、元来は単一の酸化物超電導薄
膜であったので、特性が揃ったものとなる。
果型素子を作製する場合に、最初に基板上に素子の全長
にわたるａ軸配向の酸化物超電導薄膜を形成する。この
酸化物超電導薄膜は、超電導ソース領域および超電導ド
レイン領域となるもので、厚さは200 〜300 nmが好まし
い。この酸化物超電導薄膜の中央部付近をエッチングに
より除去して基板を露出させる。酸化物超電導薄膜の残
りの部分は、超電導ソース領域および超電導ドレイン領
域となる。このように形成された超電導ソース領域およ
び超電導ドレイン領域は、元来は単一の酸化物超電導薄
膜であったので、特性が揃ったものとなる。
【００１７】本発明の方法では、異方性エッチングによ
り上記の加工を行う。この場合には、塩素系のエッチン
グガスによる反応性イオンエッチング、Arイオンミリン
グ、集束イオンビームエッチング等のドライエッチング
プロセスにより、上記の加工を行うことが好ましい。
り上記の加工を行う。この場合には、塩素系のエッチン
グガスによる反応性イオンエッチング、Arイオンミリン
グ、集束イオンビームエッチング等のドライエッチング
プロセスにより、上記の加工を行うことが好ましい。
【００１８】本発明の超電導素子においては、Pr1Ba2Cu
3Ｏ7-y層の結晶状態は良好でなければならない。結晶状
態が良好で且つ極薄のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層を形成するため
に、本発明の方法では上記の異方性エッチングでａ軸配
向の酸化物超電導薄膜を除去した後、露出した基板を清
浄にする熱処理を行う。この熱処理は、圧力１×10-5To
rr以下の高真空中で基板を350 〜400 ℃に５分間加熱す
るものである。この熱処理により、基板上に残留してい
たａ軸配向の酸化物超電導薄膜の残渣は昇華し、露出し
た基板表面は清浄になる。また、本発明の方法では、Pr
1Ba2Cu3Ｏ7-y層の形成にＭＢＥ法を使用することが好ま
しい。特に、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）によ
り、モニターしながらＭＢＥ法によりPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層
を成長させると、正確に単分子層単位で膜厚が制御でき
るので好ましい。また、超電導チャネルを構成する酸化
物超電導薄膜もＭＢＥ法で成膜する場合には、Pr1Ba2Cu
3Ｏ7-y層を成膜後、蒸発源を切り替えることにより連続
して酸化物超電導薄膜を成膜することが可能である。
3Ｏ7-y層の結晶状態は良好でなければならない。結晶状
態が良好で且つ極薄のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層を形成するため
に、本発明の方法では上記の異方性エッチングでａ軸配
向の酸化物超電導薄膜を除去した後、露出した基板を清
浄にする熱処理を行う。この熱処理は、圧力１×10-5To
rr以下の高真空中で基板を350 〜400 ℃に５分間加熱す
るものである。この熱処理により、基板上に残留してい
たａ軸配向の酸化物超電導薄膜の残渣は昇華し、露出し
た基板表面は清浄になる。また、本発明の方法では、Pr
1Ba2Cu3Ｏ7-y層の形成にＭＢＥ法を使用することが好ま
しい。特に、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）によ
り、モニターしながらＭＢＥ法によりPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層
を成長させると、正確に単分子層単位で膜厚が制御でき
るので好ましい。また、超電導チャネルを構成する酸化
物超電導薄膜もＭＢＥ法で成膜する場合には、Pr1Ba2Cu
3Ｏ7-y層を成膜後、蒸発源を切り替えることにより連続
して酸化物超電導薄膜を成膜することが可能である。
【００１９】本発明の超電導電界効果型素子では、ゲー
ト絶縁層が超電導チャネル上だけでなく、超電導ソース
領域および超電導ドレイン領域の側面まで延長されてい
て、ゲート電極と、超電導ソース領域および超電導ドレ
イン領域とを絶縁する機能を有する。
ト絶縁層が超電導チャネル上だけでなく、超電導ソース
領域および超電導ドレイン領域の側面まで延長されてい
て、ゲート電極と、超電導ソース領域および超電導ドレ
イン領域とを絶縁する機能を有する。
【００２０】本発明の超電導電界効果型素子には、任意
の酸化物超電導体が使用できるが、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X系酸
化物超電導体は安定的に高品質の結晶性のよい薄膜が得
られるので好ましい。また、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 系酸化物
超電導体は、特にその超電導臨界温度Ｔc が高いので好
ましい。
の酸化物超電導体が使用できるが、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X系酸
化物超電導体は安定的に高品質の結晶性のよい薄膜が得
られるので好ましい。また、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 系酸化物
超電導体は、特にその超電導臨界温度Ｔc が高いので好
ましい。
【００２１】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。
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。
【００２２】
【実施例】本発明の方法により、本発明の超電導電界効
果型素子を作製した。図１を参照して、その工程を説明
する。まず、図１(a)に示すようなMgＯ基板５上に図１
(b)に示すようａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜11を成膜する。成膜方法としては、各種のスパッタ
リング法、ＭＢＥ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等任意の方
法が使用可能である。スパッタリング法で成膜を行う際
の主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 630℃ スパッタリングガス Ar 90 ％ Ｏ2 10 ％ 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 250nm
果型素子を作製した。図１を参照して、その工程を説明
する。まず、図１(a)に示すようなMgＯ基板５上に図１
(b)に示すようａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜11を成膜する。成膜方法としては、各種のスパッタ
リング法、ＭＢＥ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等任意の方
法が使用可能である。スパッタリング法で成膜を行う際
の主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 630℃ スパッタリングガス Ar 90 ％ Ｏ2 10 ％ 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 250nm
【００２３】次に、このＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄
膜11の中央部付近を塩素系のエッチングガスを使用した
反応性イオンエッチング、Arイオンミリング、集束イオ
ンビームエッチング等で除去し、図１(c)に示すよう超
電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３を形成す
る。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の除去された部分
14には、基板５が露出している。基板５の露出した部分
を清浄にするため、基板５を圧力１×10-5Torr以下の高
真空中で370 ℃に加熱し、５分間保持する。この後、図
１(d)に示すよう、基板５が露出している部分14にＲＨ
ＥＥＤでモニターしながらＭＢＥ法により厚さ約100nm
のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層15を形成する。このとき、基板温度
は700℃にする。Pr蒸発源をＹ蒸発源に切り替え、基板
温度は700℃のままで図１(e)に示すようPr1Ba2Cu3Ｏ7-y
層15上に連続してｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導薄膜による超電導チャネル10を形成する。超電導チャ
ネル10の厚さは、約５nmにすることが好ましい。
膜11の中央部付近を塩素系のエッチングガスを使用した
反応性イオンエッチング、Arイオンミリング、集束イオ
ンビームエッチング等で除去し、図１(c)に示すよう超
電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３を形成す
る。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の除去された部分
14には、基板５が露出している。基板５の露出した部分
を清浄にするため、基板５を圧力１×10-5Torr以下の高
真空中で370 ℃に加熱し、５分間保持する。この後、図
１(d)に示すよう、基板５が露出している部分14にＲＨ
ＥＥＤでモニターしながらＭＢＥ法により厚さ約100nm
のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層15を形成する。このとき、基板温度
は700℃にする。Pr蒸発源をＹ蒸発源に切り替え、基板
温度は700℃のままで図１(e)に示すようPr1Ba2Cu3Ｏ7-y
層15上に連続してｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導薄膜による超電導チャネル10を形成する。超電導チャ
ネル10の厚さは、約５nmにすることが好ましい。
【００２４】続いて、超電導ソース領域２および超電導
ドレイン領域３上に堆積したPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層およびＹ
1Ba2Cu3Ｏ7-X層を除去し、窒化Si、MgＯ等の絶縁体を使
用して、図１(f)に示すようゲート絶縁層となる絶縁膜1
7をスパッタリング法で形成する。絶縁膜17は、超電導
ソース領域２、超電導チャネル10および超電導ドレイン
領域３にわたって連続するよう厚さ10〜20nmに形成し、
超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３の側面
を覆って絶縁するようにする。次に、図１(g)に示すよ
う絶縁膜17上に真空蒸着法により、ゲート電極となるAu
層24を形成する。最後に、図１(h)に示すように、Au層2
4をゲート電極４に加工し、超電導ソース領域２および
超電導ドレイン領域３上にそれぞれソース電極12および
ドレイン電極13を設ける。
ドレイン領域３上に堆積したPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層およびＹ
1Ba2Cu3Ｏ7-X層を除去し、窒化Si、MgＯ等の絶縁体を使
用して、図１(f)に示すようゲート絶縁層となる絶縁膜1
7をスパッタリング法で形成する。絶縁膜17は、超電導
ソース領域２、超電導チャネル10および超電導ドレイン
領域３にわたって連続するよう厚さ10〜20nmに形成し、
超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３の側面
を覆って絶縁するようにする。次に、図１(g)に示すよ
う絶縁膜17上に真空蒸着法により、ゲート電極となるAu
層24を形成する。最後に、図１(h)に示すように、Au層2
4をゲート電極４に加工し、超電導ソース領域２および
超電導ドレイン領域３上にそれぞれソース電極12および
ドレイン電極13を設ける。
【００２５】以上のように、本発明の方法で作製された
本発明の超電導電界効果型素子は、超電導ソース領域２
および超電導ドレイン領域３がａ軸配向の酸化物超電導
薄膜で、超電導チャネル10がｃ軸配向の酸化物超電導薄
膜で構成されているので、素子全体の電流容量が大き
い。また、酸化物超電導体で構成された超電導チャネル
が、酸化物超電導体と類似の結晶構造を有する非超電導
酸化物層上に形成されているので、超電導チャネルの下
部が基板の影響を受けていない。従って、超電導チャネ
ルの下部も良好な超電導特性を示し、超電導チャネルの
特性が優れている。さらに、超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域の超電導電流が効果的に超電導チャネ
ルに絞り込まれ、良好な電流−電圧特性を示す。
本発明の超電導電界効果型素子は、超電導ソース領域２
および超電導ドレイン領域３がａ軸配向の酸化物超電導
薄膜で、超電導チャネル10がｃ軸配向の酸化物超電導薄
膜で構成されているので、素子全体の電流容量が大き
い。また、酸化物超電導体で構成された超電導チャネル
が、酸化物超電導体と類似の結晶構造を有する非超電導
酸化物層上に形成されているので、超電導チャネルの下
部が基板の影響を受けていない。従って、超電導チャネ
ルの下部も良好な超電導特性を示し、超電導チャネルの
特性が優れている。さらに、超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域の超電導電流が効果的に超電導チャネ
ルに絞り込まれ、良好な電流−電圧特性を示す。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従えば、
新規な構成の超電導電界効果型素子およびその作製方法
が提供される。本発明の方法で作製された本発明の超電
導電界効果型素子は、酸化物超電導薄膜で構成された超
電導チャネルが基板の影響を受けて劣化することがない
ので、従来と超電導チャネルの厚さを変えずに電流容量
を大きくすることが可能である。
新規な構成の超電導電界効果型素子およびその作製方法
が提供される。本発明の方法で作製された本発明の超電
導電界効果型素子は、酸化物超電導薄膜で構成された超
電導チャネルが基板の影響を受けて劣化することがない
ので、従来と超電導チャネルの厚さを変えずに電流容量
を大きくすることが可能である。
【図１】本発明の方法で本発明の超電導電界効果型素子
を作製する工程を説明する図である。
を作製する工程を説明する図である。
【図２】超電導電界効果型素子の構成を説明する図であ
る。
る。
１ 超電導電界効果型素子 ２ 超電導ソース領域 ３ 超電導ドレイン領域 ４ ゲート電極 ５ 基板 ７ ゲート絶縁層 10 超電導チャネル
Claims (2)
- 【請求項１】 基板と、該基板上に形成された酸化物超
電導体で構成された超電導ソース領域および超電導ドレ
イン領域と、前記基板上で該超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域間に配置され、酸化物超電導体で構成
された超電導チャネルと、該超電導チャネル上にゲート
絶縁層を介して配置され、該超電導チャネルを流れる電
流を制御するためのゲート電圧が印加される常電導体で
構成されたゲート電極とを備える超電導電界効果型素子
において、前記超電導ソース領域および超電導ドレイン
領域がａ軸配向の酸化物超電導薄膜で、前記超電導チャ
ネルがｃ軸配向の酸化物超電導薄膜でそれぞれ構成さ
れ、前記基板と前記超電導チャネルとの間に形成された
前記酸化物超電導体と類似の結晶構造を有する非超電導
酸化物層を具備し、前記ゲート絶縁層が、前記超電導ソ
ース領域および超電導ドレイン領域の側面上にまで延長
されて前記ゲート電極と、前記超電導ソース領域および
超電導ドレイン領域とを電気的に絶縁することを特徴と
する超電導電界効果型素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の超電導電界効果型素子
を作製する方法において、前記基板上に前記超電導電界
効果型素子の全長にわたるａ軸配向の酸化物超電導薄膜
を成膜し、該酸化物超電導薄膜の中央部を除去して基板
を露出させるとともに該酸化物超電導薄膜を前記超電導
ソース領域および超電導ドレイン領域に分離し、前記基
板の露出した部分に前記酸化物超電導体と類似の結晶構
造を有する非超電導酸化物層を形成し、該非超電導酸化
物層上にｃ軸配向の酸化物超電導薄膜の超電導チャネ
ル、ゲート絶縁層およびゲート電極を順に積層して形成
する工程を含むことを特徴とする方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3342470A JP2680960B2 (ja) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
| EP92403227A EP0545801B1 (en) | 1991-11-30 | 1992-11-30 | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
| US07/983,133 US5399546A (en) | 1991-11-30 | 1992-11-30 | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material |
| CA002084174A CA2084174C (en) | 1991-11-30 | 1992-11-30 | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing thesame |
| DE69218348T DE69218348T2 (de) | 1991-11-30 | 1992-11-30 | Supraleitendes Bauelement mit extrem dünnen supraleitenden Kanal und Herstellungsverfahren |
| US08/354,048 US5494891A (en) | 1991-11-30 | 1994-12-06 | Method for manufacturing three-terminal oxide superconducting devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3342470A JP2680960B2 (ja) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05152631A JPH05152631A (ja) | 1993-06-18 |
| JP2680960B2 true JP2680960B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=18353991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3342470A Expired - Lifetime JP2680960B2 (ja) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2680960B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100233841B1 (ko) * | 1996-11-21 | 1999-12-01 | 정선종 | 고온 초전도 전계효과 소자 및 그 제조 방법 |
-
1991
- 1991-11-30 JP JP3342470A patent/JP2680960B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05152631A (ja) | 1993-06-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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