JP2796137B2 - 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］ 本発明は超伝導体・半導体結合を用いた電界効果型の
超伝導トランジスタにかかわり，超伝導体をソース電極
とドレイン電極とし，半導体をチャネルとして構成さ
れ，ソース−ドレイン間を超伝導近接効果によって流れ
る超伝導電流を制御電極に印加する電圧によって制御す
る超伝導トランジスタに関するものである。
超伝導トランジスタにかかわり，超伝導体をソース電極
とドレイン電極とし，半導体をチャネルとして構成さ
れ，ソース−ドレイン間を超伝導近接効果によって流れ
る超伝導電流を制御電極に印加する電圧によって制御す
る超伝導トランジスタに関するものである。
［従来の技術］ 近来，超伝導体を用いたデバイスの開発が活発に行な
われており，その代表的なものはジョセフソン素子であ
る。ジョセフソン素子は２端子素子であり，信号増幅作
用をもたないため，メモリ回路や論理回路を構成するに
は複雑な回路が必要となり，大規模集積が困難であると
いう問題点があった。
われており，その代表的なものはジョセフソン素子であ
る。ジョセフソン素子は２端子素子であり，信号増幅作
用をもたないため，メモリ回路や論理回路を構成するに
は複雑な回路が必要となり，大規模集積が困難であると
いう問題点があった。
一方，超伝導デバイスとして超伝導トランジスタの可
能性が理論的に提案され［ジャーナル オブ アプライ
ド フィジクス（Journal of Applied Physics）51,273
6（1980）］，超伝導体と半導体を組み合わせたデバイ
スの検討が行なわれている。,Pb（4wt％）−Au（12wt
％）−In合金の超伝導体からなるドレイン電極とソース
電極をSiの半導体上に形成し，該半導体に電圧を印加す
るためのゲート電極が設けられた構造において，超伝導
トランジスタとしての動作確認がなされている［アイ
イー イー イー エレクトロン デバイス レター
（IEEE Electron Devices Lett）６,297（1985）］。
能性が理論的に提案され［ジャーナル オブ アプライ
ド フィジクス（Journal of Applied Physics）51,273
6（1980）］，超伝導体と半導体を組み合わせたデバイ
スの検討が行なわれている。,Pb（4wt％）−Au（12wt
％）−In合金の超伝導体からなるドレイン電極とソース
電極をSiの半導体上に形成し，該半導体に電圧を印加す
るためのゲート電極が設けられた構造において，超伝導
トランジスタとしての動作確認がなされている［アイ
イー イー イー エレクトロン デバイス レター
（IEEE Electron Devices Lett）６,297（1985）］。
超伝導トランジスタは，超伝導をになうキャリアーが
超伝導体から半導体中へ拡散する超伝導近接効果を利用
し，ゲート電極に電圧を印加することにより半導体中を
流れる超伝導電流の大きさ（Ic）を制御するものであ
る。半導体中の超伝導電流の流れやすさは，半導体の移
動度（μ,cm2/Vs）とキャリア密度（n,cm-3），および
超伝導体からなるドレイン電極とソース電極間の距離
（Ｌ）によって決まる。また，超伝導をになうキャリア
ーの半導体中での拡散長（コヒーレンス長，ξｎ）は，
該半導体の移動度とキャリア密度で決まり，ξｎ∝ｎ
1/3μ1/2の関係がある。ξｎは一般的に非常に小さく，
半導体の種類によって異なるものであるが，大きくとも
１μｍのオーダーである。
超伝導体から半導体中へ拡散する超伝導近接効果を利用
し，ゲート電極に電圧を印加することにより半導体中を
流れる超伝導電流の大きさ（Ic）を制御するものであ
る。半導体中の超伝導電流の流れやすさは，半導体の移
動度（μ,cm2/Vs）とキャリア密度（n,cm-3），および
超伝導体からなるドレイン電極とソース電極間の距離
（Ｌ）によって決まる。また，超伝導をになうキャリア
ーの半導体中での拡散長（コヒーレンス長，ξｎ）は，
該半導体の移動度とキャリア密度で決まり，ξｎ∝ｎ
1/3μ1/2の関係がある。ξｎは一般的に非常に小さく，
半導体の種類によって異なるものであるが，大きくとも
１μｍのオーダーである。
したがって，超伝導トランジスタを動作させるために
は電極間距離（Ｌ）をξｎより小さくすることが必要で
あり,1μｍ以下，できれば0.5μｍ以下にする必要があ
る。とくに，酸化物系超伝導体の電極間距離を１μｍ以
下にするためには特殊なリソグラフィー技術やエッチン
グ手法が要求されるが，まだこの技術は確立されたもの
とはいえず， 再現性に乏しいのが現状である。電極間距離が大きい
場合にはドレイン電極とソース電極間を超伝導近接効果
を用いて接合するために非常に高いゲート電圧が必要と
なり，それに必要な電圧を印加するような電極や絶縁層
を形成することはきわめて困難であるというような問題
がある。
は電極間距離（Ｌ）をξｎより小さくすることが必要で
あり,1μｍ以下，できれば0.5μｍ以下にする必要があ
る。とくに，酸化物系超伝導体の電極間距離を１μｍ以
下にするためには特殊なリソグラフィー技術やエッチン
グ手法が要求されるが，まだこの技術は確立されたもの
とはいえず， 再現性に乏しいのが現状である。電極間距離が大きい
場合にはドレイン電極とソース電極間を超伝導近接効果
を用いて接合するために非常に高いゲート電圧が必要と
なり，それに必要な電圧を印加するような電極や絶縁層
を形成することはきわめて困難であるというような問題
がある。
［発明が解決しようとしている問題点］ 本発明は，以上の点を考慮してなされたものであっ
て，超伝導体間距離を１μｍ以下にすることが容易にで
きる構造であるため，高特性の超伝導トランジスタを得
ることができるものである。
て，超伝導体間距離を１μｍ以下にすることが容易にで
きる構造であるため，高特性の超伝導トランジスタを得
ることができるものである。
［問題を解決するための手段］ 本発明者らは，前記問題点を解決すべく鋭意検討を重
ねた結果，半導体層中に超伝導体を均一に分散した構造
であり，かつ超伝導体間距離を１μｍ以下にすることが
できることにより，特性の優れた超伝導トランジスタを
再現性良く作製できることを見いだし本発明を完成する
に至った。
ねた結果，半導体層中に超伝導体を均一に分散した構造
であり，かつ超伝導体間距離を１μｍ以下にすることが
できることにより，特性の優れた超伝導トランジスタを
再現性良く作製できることを見いだし本発明を完成する
に至った。
すなわち，本発明の超伝導トランジスタ半導体は，少
なくとも一対の超伝導電極と，該超伝導電極の間に設け
られる半導体の連続層とその中に埋め込まれた超伝導体
の不連続層からなる構造を有する半導体−超伝導体複合
層と，該半導体超伝導体複合層上に直接あるいは絶縁体
層を介して接続する制御電極から構成され，該制御電極
に印加した電圧による電界効果によって該超伝導電極間
の超伝導的な結合の大きさを制御することを特徴とする
超伝導トランジスタである。
なくとも一対の超伝導電極と，該超伝導電極の間に設け
られる半導体の連続層とその中に埋め込まれた超伝導体
の不連続層からなる構造を有する半導体−超伝導体複合
層と，該半導体超伝導体複合層上に直接あるいは絶縁体
層を介して接続する制御電極から構成され，該制御電極
に印加した電圧による電界効果によって該超伝導電極間
の超伝導的な結合の大きさを制御することを特徴とする
超伝導トランジスタである。
本発明において電極として使用される超伝導体とはN
b,Pb,Nb−Ge系合金,Nb−Sn系合金やNb−Ti系合金等の金
属系超伝導体や一般式AxByCuOz（ただし,AはLa,Y,Ce,P
r,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Tm,Yb,Lu,Bi,およびTlから選ばれ
た少なくとも一種類の金属,BはMg,Ca,Sr,Ba,およびPbか
ら選ばれた少なくとも一種類の金属）において,X,Yおよ
びＺの値が 0.1≦ｘ≦3.0, 0.15≦ｙ≦3.0 2.0≦ｚ≦4.0 の範囲にあるセラミックス系超伝導体がある。なかでも
セラミックス系超伝導体は超伝導臨界温度が液体窒素の
沸点より高く，冷却剤としてヘリウムを使用する必要が
なくコスト的に有利なため実用上好ましいものである。
b,Pb,Nb−Ge系合金,Nb−Sn系合金やNb−Ti系合金等の金
属系超伝導体や一般式AxByCuOz（ただし,AはLa,Y,Ce,P
r,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Tm,Yb,Lu,Bi,およびTlから選ばれ
た少なくとも一種類の金属,BはMg,Ca,Sr,Ba,およびPbか
ら選ばれた少なくとも一種類の金属）において,X,Yおよ
びＺの値が 0.1≦ｘ≦3.0, 0.15≦ｙ≦3.0 2.0≦ｚ≦4.0 の範囲にあるセラミックス系超伝導体がある。なかでも
セラミックス系超伝導体は超伝導臨界温度が液体窒素の
沸点より高く，冷却剤としてヘリウムを使用する必要が
なくコスト的に有利なため実用上好ましいものである。
本発明において，超伝導体からなる電極を基板上ある
いは半導体上に作製する方法としては蒸着法，スパッタ
リング法,CVD法,MBE法,MOMBE法等の公知の方法を用いる
ことが出来る。
いは半導体上に作製する方法としては蒸着法，スパッタ
リング法,CVD法,MBE法,MOMBE法等の公知の方法を用いる
ことが出来る。
半導体としてはSi,Geのような単元素,InP,InAs,InSb,
GaAs,あるいはGaSbのようなIII−Ｖ族化合物半導体を用
いることができる。なかでも,GaAs,InAsやInSbは移動度
が大きいためξｎも大きくなる。そのため，超伝導体電
極間の超伝導的な結合を大きくすることができるので，
特性の優れた超伝導トランジスタを再現性良く得るうえ
で好ましいものとなる。移動度としては5000cm2/V・sec
以上，好ましくは10000cm2/V・sec以上である。また，
上記のような半導体に適当なドーパントを注入すること
もキャリアー密度をあげるという点で好ましいものであ
る。キャリアー密度は,1×1016個/cm3以上であることが
必要であり，さらには１×1017個/cm3以上であることが
好ましいものとなる。
GaAs,あるいはGaSbのようなIII−Ｖ族化合物半導体を用
いることができる。なかでも,GaAs,InAsやInSbは移動度
が大きいためξｎも大きくなる。そのため，超伝導体電
極間の超伝導的な結合を大きくすることができるので，
特性の優れた超伝導トランジスタを再現性良く得るうえ
で好ましいものとなる。移動度としては5000cm2/V・sec
以上，好ましくは10000cm2/V・sec以上である。また，
上記のような半導体に適当なドーパントを注入すること
もキャリアー密度をあげるという点で好ましいものであ
る。キャリアー密度は,1×1016個/cm3以上であることが
必要であり，さらには１×1017個/cm3以上であることが
好ましいものとなる。
つぎに，本発明の超伝導トランジスタを製造する方法
の例について説明する。しかし，本発明の構造の超伝導
トランジスタの製造方法は特にこれに限定されるもので
はない。
の例について説明する。しかし，本発明の構造の超伝導
トランジスタの製造方法は特にこれに限定されるもので
はない。
まず,YBa2Cu3O7-x焼結体をターゲットとして，酸素−
アルゴン混合ガスを用いて反応性スパッタリング法によ
り,MgO（100）単結晶基板上にｃ軸配向したYBa2Cu3O7-x
薄膜を作製する。ついで,YBa2Cu3O7-x薄膜上にポジ型レ
ジストをコーティングする。該レジスト上に，酸化シリ
コンの微粉末をイソブチルアルコール中に分散せしめた
懸濁液を均一に塗布した後，溶液を気化して酸化シリコ
ンの皮膜を形成する。両端に電極部分を残して露光後
に，現像して酸化シリコンで覆われていない部分のレジ
ストを除去する。続いて希硝酸を用いてYBa2Cu3O7-x薄
膜をエッチングする。レジストを除去することにより，
電極間に超伝導体が島状に均一分散した構造を形成せし
める。つぎに,InSbの半導体層を電極間に形成し，その
上に酸化シリコンの絶縁層，さらにその上にAuなどのゲ
ート電極を設けることにより，超伝導トランジスタを作
製することができる。
アルゴン混合ガスを用いて反応性スパッタリング法によ
り,MgO（100）単結晶基板上にｃ軸配向したYBa2Cu3O7-x
薄膜を作製する。ついで,YBa2Cu3O7-x薄膜上にポジ型レ
ジストをコーティングする。該レジスト上に，酸化シリ
コンの微粉末をイソブチルアルコール中に分散せしめた
懸濁液を均一に塗布した後，溶液を気化して酸化シリコ
ンの皮膜を形成する。両端に電極部分を残して露光後
に，現像して酸化シリコンで覆われていない部分のレジ
ストを除去する。続いて希硝酸を用いてYBa2Cu3O7-x薄
膜をエッチングする。レジストを除去することにより，
電極間に超伝導体が島状に均一分散した構造を形成せし
める。つぎに,InSbの半導体層を電極間に形成し，その
上に酸化シリコンの絶縁層，さらにその上にAuなどのゲ
ート電極を設けることにより，超伝導トランジスタを作
製することができる。
また，リソグラフィー用のレジストとしてネガ型レジ
ストを用いる場合は，例えばつぎのような方法によって
超伝導トランジスタを作製することが出来る。まず,c軸
配向したYBa2Cu3O7-x薄膜上にネガ型レジストをコーテ
ィングする。該レジスト上に，ポリスチレンの微粒子を
水溶液中に分散せしめた懸濁液を均一に塗布した後，乾
燥してポリスチレン微粒子の均一分散層を形成する。両
端に電極部分を残すようにして,SiO薄膜を蒸着する。ポ
リスチレンの微粒子を適当な有機溶媒を用いて除去し，
露光を行なう。続いて,SiO薄膜を酸を用いて除去し，現
像を行なう。つぎに，酸を用いてYBa2Cu3O7-x薄膜をエ
ッチングする。レジストを除去することにより，電極間
に超伝導体が島状に均一分散した構造を形成せしめる。
つぎに,InAsの半導体層を電極間に形成し，その上に酸
化シリコンの絶縁層，さらにその上にAuのゲート電極を
設けることにより，超伝導トランジスタを作製すること
ができる。
ストを用いる場合は，例えばつぎのような方法によって
超伝導トランジスタを作製することが出来る。まず,c軸
配向したYBa2Cu3O7-x薄膜上にネガ型レジストをコーテ
ィングする。該レジスト上に，ポリスチレンの微粒子を
水溶液中に分散せしめた懸濁液を均一に塗布した後，乾
燥してポリスチレン微粒子の均一分散層を形成する。両
端に電極部分を残すようにして,SiO薄膜を蒸着する。ポ
リスチレンの微粒子を適当な有機溶媒を用いて除去し，
露光を行なう。続いて,SiO薄膜を酸を用いて除去し，現
像を行なう。つぎに，酸を用いてYBa2Cu3O7-x薄膜をエ
ッチングする。レジストを除去することにより，電極間
に超伝導体が島状に均一分散した構造を形成せしめる。
つぎに,InAsの半導体層を電極間に形成し，その上に酸
化シリコンの絶縁層，さらにその上にAuのゲート電極を
設けることにより，超伝導トランジスタを作製すること
ができる。
第１図に上記の方法によって作製された本発明の超伝
導トランジスタの構造の一例を示す。絶縁性基板（１）
上に一対の超伝導体からなる電極（２）を有する。電極
間に島状の超伝導体（３）を設け，該超伝導体間と超伝
導体の一部表面に半導体層（４）を配する。さらに該半
導体層の上に絶縁体層（５），さらにその上にゲート電
極（６）を設ける。
導トランジスタの構造の一例を示す。絶縁性基板（１）
上に一対の超伝導体からなる電極（２）を有する。電極
間に島状の超伝導体（３）を設け，該超伝導体間と超伝
導体の一部表面に半導体層（４）を配する。さらに該半
導体層の上に絶縁体層（５），さらにその上にゲート電
極（６）を設ける。
本発明においては半導体の連続層中に超伝導体の不連
続層が形成されることが重要であり，その方法としては
上記のようにセラミックス，ポリマー，あるいは金属の
微粒子を用いてその微粒子で被覆した部分の超伝導体を
残して，その後に該超伝導体の周囲に半導体層を形成し
て半導体−超伝導体複合体とするものである。該微粒子
の大きさとしては，平均直径が１μｍ以下であることが
好ましく，さらには0.5μｍであることがより好ましい
ものとなる。これらの微粒子がレジスト上に均一に分散
されると，該微粒子間に小さな隙間が生じるので，その
隙間に半導体層を形成せしめる。半導体層の上に酸化シ
リコンや窒化シリコン等の絶縁膜およびAu,Al,In,Ag,Cu
等の単元素やそれらの２種以上の合金のゲート電極を設
け，半導体層に印加する電場の大きさを変えることによ
り，該半導体層を流れる超伝導電流の大きさを制御する
ことができる。
続層が形成されることが重要であり，その方法としては
上記のようにセラミックス，ポリマー，あるいは金属の
微粒子を用いてその微粒子で被覆した部分の超伝導体を
残して，その後に該超伝導体の周囲に半導体層を形成し
て半導体−超伝導体複合体とするものである。該微粒子
の大きさとしては，平均直径が１μｍ以下であることが
好ましく，さらには0.5μｍであることがより好ましい
ものとなる。これらの微粒子がレジスト上に均一に分散
されると，該微粒子間に小さな隙間が生じるので，その
隙間に半導体層を形成せしめる。半導体層の上に酸化シ
リコンや窒化シリコン等の絶縁膜およびAu,Al,In,Ag,Cu
等の単元素やそれらの２種以上の合金のゲート電極を設
け，半導体層に印加する電場の大きさを変えることによ
り，該半導体層を流れる超伝導電流の大きさを制御する
ことができる。
本発明の超伝導トランジスタにおいては，従来のリソ
グラフィー技術では困難であったサブミクロン以下のチ
ャネル幅を容易に形成することができるのが特徴であ
る。また，本発明の超伝導トランジスタにおいては，チ
ャネルが直列および並列の状態で接続されているため，
ゲートによる電場の効果が大きくなり，ゲートに入力す
る信号に対する出力信号を大きくすることができるのが
特徴である。
グラフィー技術では困難であったサブミクロン以下のチ
ャネル幅を容易に形成することができるのが特徴であ
る。また，本発明の超伝導トランジスタにおいては，チ
ャネルが直列および並列の状態で接続されているため，
ゲートによる電場の効果が大きくなり，ゲートに入力す
る信号に対する出力信号を大きくすることができるのが
特徴である。
［実施例］ 以下，実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例 １ YBa2Cu4O5-x焼結体をターゲットとして，酸素−アル
ゴン混合ガス（50/50vol％），全圧0.01Torrで基板温度
を650℃として反応性スパッタリング法により,MgO（10
0）単結晶基板上にｃ軸配向した4000Åの厚さのYBa2Cu3
O7-x薄膜を作製する。ついで,900℃酸素流中で２時間熱
処理し,1℃/hrで降温する。該YBa2Cu3O7-x薄膜はTc92K,
Jc5x105A/cm2であった。
ゴン混合ガス（50/50vol％），全圧0.01Torrで基板温度
を650℃として反応性スパッタリング法により,MgO（10
0）単結晶基板上にｃ軸配向した4000Åの厚さのYBa2Cu3
O7-x薄膜を作製する。ついで,900℃酸素流中で２時間熱
処理し,1℃/hrで降温する。該YBa2Cu3O7-x薄膜はTc92K,
Jc5x105A/cm2であった。
YBa2Cu3O7-x薄膜上にポジ型レジストとしてポリメチ
ルメタクリレート系樹脂を用いて,2000Åの厚さにコー
ティングする。該レジスト上に，平均粒径5000Åの酸化
シリコンの微粉末をイソブチルアルコール溶液中に分散
せしめた懸濁液を均一に塗布した後，溶液を気化して酸
化シリコンの皮膜を形成する。電極間隔部分を電子線を
用いて露光後に，メチルイソブチルケトン／イソブチル
アルコール混合溶媒により現像して電極間隔部分のうち
酸化シリコンで覆われていない部分のレジストを除去す
る。続いて0.03％硝酸を用いてYBa2Cu3O7-x薄膜をエッ
チングする。つぎに，メチルエチルケトンによって残存
しているレジストを除去することにより，電極間に超伝
導体が島状に均一分散した構造を形成せしめる。つぎ
に,MBE法によりSeをドーピングしたInSbの半導体層を超
伝導体電極間に形成し，その上にシランガスと亜酸化窒
素を用いたプラズマCVD法により1500Åの厚さの酸化シ
リコンの絶縁層，さらにその上に蒸着法により3000Åの
厚さのAuのゲート電極を設けることにより，第１図に示
すような超伝導トランジスタを作製する。
ルメタクリレート系樹脂を用いて,2000Åの厚さにコー
ティングする。該レジスト上に，平均粒径5000Åの酸化
シリコンの微粉末をイソブチルアルコール溶液中に分散
せしめた懸濁液を均一に塗布した後，溶液を気化して酸
化シリコンの皮膜を形成する。電極間隔部分を電子線を
用いて露光後に，メチルイソブチルケトン／イソブチル
アルコール混合溶媒により現像して電極間隔部分のうち
酸化シリコンで覆われていない部分のレジストを除去す
る。続いて0.03％硝酸を用いてYBa2Cu3O7-x薄膜をエッ
チングする。つぎに，メチルエチルケトンによって残存
しているレジストを除去することにより，電極間に超伝
導体が島状に均一分散した構造を形成せしめる。つぎ
に,MBE法によりSeをドーピングしたInSbの半導体層を超
伝導体電極間に形成し，その上にシランガスと亜酸化窒
素を用いたプラズマCVD法により1500Åの厚さの酸化シ
リコンの絶縁層，さらにその上に蒸着法により3000Åの
厚さのAuのゲート電極を設けることにより，第１図に示
すような超伝導トランジスタを作製する。
この超伝導トランジスタの動作特性を77Kの温度にお
いて測定した結果を第２図に示す。ゲートに印加する電
圧を変化させてドレイン電極とソース電極の間の抵抗を
測定すると（電流値は一定）あるゲート電圧以下では半
導体中の超伝導電流のしみだしの重なりが生じる。すな
わち超伝導近接効果が現われるために抵抗値がゼロにな
る。したがって，ゲート電圧を変えることにより超伝導
近接効果を制御できることになり，通常のMOSトランジ
スタと同様のスイッチング動作を行なうことが可能とな
る。
いて測定した結果を第２図に示す。ゲートに印加する電
圧を変化させてドレイン電極とソース電極の間の抵抗を
測定すると（電流値は一定）あるゲート電圧以下では半
導体中の超伝導電流のしみだしの重なりが生じる。すな
わち超伝導近接効果が現われるために抵抗値がゼロにな
る。したがって，ゲート電圧を変えることにより超伝導
近接効果を制御できることになり，通常のMOSトランジ
スタと同様のスイッチング動作を行なうことが可能とな
る。
実施例 ２ BiSrCaCu2O6.5−ｘ焼結体をターゲットとして酸素−
アルゴン混合ガス（30/70vol％），全圧0.02Torrで基板
温度を700℃として反応性スパッタリング法により,MgO
（100）単結晶基板上にｃ軸配向した3500Åの厚さのBi2
Sr2Ca2Cu3O11.5−ｘ薄膜を作製する。ついで,885℃酸素
流中で２時間熱処理し,1℃/hrで降温する。該Bi2Sr2Ca2
Cu3O11.5−ｘ薄膜はTc103K,Jc3x105A/cm2であった。
アルゴン混合ガス（30/70vol％），全圧0.02Torrで基板
温度を700℃として反応性スパッタリング法により,MgO
（100）単結晶基板上にｃ軸配向した3500Åの厚さのBi2
Sr2Ca2Cu3O11.5−ｘ薄膜を作製する。ついで,885℃酸素
流中で２時間熱処理し,1℃/hrで降温する。該Bi2Sr2Ca2
Cu3O11.5−ｘ薄膜はTc103K,Jc3x105A/cm2であった。
ｃ軸配向した該Bi2Sr2Ca2Cu3O11.5−ｘ薄膜上にネガ
型レジストとしてエポキシ化1,4−ポリブタジエン系樹
脂を2000Åの厚さにコーティングする。該レジスト上
に，平均粒径1500Åのポリスチレンの微粒子を水溶液中
に分散せしめた懸濁液を均一に塗布した後，乾燥してポ
リスチレン微粒子の均一分散層を形成する。続いて，電
極部分をマスクして残すようにし,800Åのクロム金属薄
膜を蒸着する。ポリスチレンの微粒子をトルエン−メチ
ルエチルケトンの混合溶媒を用いて除去する。電子線を
用いて露光後に,1,1,1−トリクロロエチレンにより現像
する。続いて0.1％硝酸を用いてBi2Sr2Ca2Cu3O11.5−ｘ
薄膜をエッチングする。つぎに,o−ジクロルベンゼンに
よって残存しているレジストを除去することにより，電
極間に超伝導体が島状に均一分散した構造を形成せしめ
る。MBE法によりInAsの半導体層を超伝導体電極間に形
成し，その上にシランガスと亜酸化窒素を用いたプラズ
マCVD法により1500Åの厚さの酸化シリコンの絶縁層，
さらにその上に蒸着法により3000Åの厚さのAlのゲート
電極を設けることにより，超伝導トランジスタを作製す
る。
型レジストとしてエポキシ化1,4−ポリブタジエン系樹
脂を2000Åの厚さにコーティングする。該レジスト上
に，平均粒径1500Åのポリスチレンの微粒子を水溶液中
に分散せしめた懸濁液を均一に塗布した後，乾燥してポ
リスチレン微粒子の均一分散層を形成する。続いて，電
極部分をマスクして残すようにし,800Åのクロム金属薄
膜を蒸着する。ポリスチレンの微粒子をトルエン−メチ
ルエチルケトンの混合溶媒を用いて除去する。電子線を
用いて露光後に,1,1,1−トリクロロエチレンにより現像
する。続いて0.1％硝酸を用いてBi2Sr2Ca2Cu3O11.5−ｘ
薄膜をエッチングする。つぎに,o−ジクロルベンゼンに
よって残存しているレジストを除去することにより，電
極間に超伝導体が島状に均一分散した構造を形成せしめ
る。MBE法によりInAsの半導体層を超伝導体電極間に形
成し，その上にシランガスと亜酸化窒素を用いたプラズ
マCVD法により1500Åの厚さの酸化シリコンの絶縁層，
さらにその上に蒸着法により3000Åの厚さのAlのゲート
電極を設けることにより，超伝導トランジスタを作製す
る。
この超伝導トランジスタにおいて，ゲートに印加する
電圧を変化させてドレイン電極とソース電極の間の抵抗
を測定すると，あるゲート電圧以上において半導体中の
超伝導電流のしみだしの重なりが生じる。すなわち超伝
導近接効果が現われるために抵抗値がゼロになる。した
がって，ゲート電圧を変えることにより超伝導近接効果
を制御できることになり，通常のMOSトランジスタと同
様の動作を行なうことが可能である。
電圧を変化させてドレイン電極とソース電極の間の抵抗
を測定すると，あるゲート電圧以上において半導体中の
超伝導電流のしみだしの重なりが生じる。すなわち超伝
導近接効果が現われるために抵抗値がゼロになる。した
がって，ゲート電圧を変えることにより超伝導近接効果
を制御できることになり，通常のMOSトランジスタと同
様の動作を行なうことが可能である。
［発明の効果］ 超伝導体から半導体への超伝導電流のしみだしの距離
ξｎを制御する超伝導トランジスタにおいては，超伝導
体間の距離（Ｌ）を制御することが必要である。本発明
の超伝導体トランジスタの構造では，距離（Ｌ）を再現
性よく容易に制御することができ，液体窒素温度以上の
高温において動作可能な電界効果型超伝導体トランジス
タを得ることができるものである。本発明の超伝導体ト
ランジスタ実現の効果としては，発熱がないため比較的
大きな電流を流すことができること，入出力信号分離に
優れていること，低消費電力特性を有すること，また高
速動作が可能であることがあげられる。
ξｎを制御する超伝導トランジスタにおいては，超伝導
体間の距離（Ｌ）を制御することが必要である。本発明
の超伝導体トランジスタの構造では，距離（Ｌ）を再現
性よく容易に制御することができ，液体窒素温度以上の
高温において動作可能な電界効果型超伝導体トランジス
タを得ることができるものである。本発明の超伝導体ト
ランジスタ実現の効果としては，発熱がないため比較的
大きな電流を流すことができること，入出力信号分離に
優れていること，低消費電力特性を有すること，また高
速動作が可能であることがあげられる。
第１図は，本発明の超伝導トランジスタを示す断面図で
ある。 １……絶縁性基板,2……超伝導体電極 ３……超伝導体の不連続層,4……半導体 ５……絶縁体,6……ゲート電極 第２図は，本発明の超伝導トランジスタの動作特性図で
ある。
ある。 １……絶縁性基板,2……超伝導体電極 ３……超伝導体の不連続層,4……半導体 ５……絶縁体,6……ゲート電極 第２図は，本発明の超伝導トランジスタの動作特性図で
ある。
Claims (1)
- 【請求項１】少なくとも一対の超伝導電極と，該超伝導
電極の間に設けられる半導体の連続層とその中に埋め込
まれた超伝導体の不連続層からなる構造を有する半導体
−超伝導体複合層と，該半導体−超伝導体複合層上に直
接あるいは絶縁体層を介して接続する制御電極から構成
され，該制御電極に印加した電圧による電界効果によっ
て該超伝導電極間の超伝導的な結合の大きさを制御する
ことを特徴とする超伝導トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1240210A JP2796137B2 (ja) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | 超伝導トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1240210A JP2796137B2 (ja) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | 超伝導トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03102883A JPH03102883A (ja) | 1991-04-30 |
| JP2796137B2 true JP2796137B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=17056093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1240210A Expired - Lifetime JP2796137B2 (ja) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | 超伝導トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2796137B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2674067B1 (fr) * | 1991-03-15 | 1993-05-28 | Thomson Csf | Dispositif semiconducteur a effet josephson. |
| US5828079A (en) * | 1992-06-29 | 1998-10-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Field-effect type superconducting device including bi-base oxide compound containing copper |
-
1989
- 1989-09-18 JP JP1240210A patent/JP2796137B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03102883A (ja) | 1991-04-30 |
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