JP2957631B2 - Superconducting transistor - Google Patents
Superconducting transistorInfo
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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、超電導体（酸化物超電導体）を用いた超電
導トランジスタに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a superconducting transistor using a superconductor (oxide superconductor).
従来、超電導体材料を用いた超電導トランジスタは、
高速動作及び高利得化が可能である等の理由から今後の
発展が期待されている。Conventionally, superconducting transistors using superconducting materials have
Future development is expected because high speed operation and high gain are possible.
そして、超電導トランジスタのうちでも特にトンネル
注入型が有望視されており、その構造は、例えば文献IE
EE TRANSACTION ON MAGNETICS,VOL.M−AG21,NO.2,MA
R.1985「Ａ NEW SUPERCONDUCTING BASE TRANSISTO
R」P.721−724、あるいは同誌VOL.MAG19,NO.3,MAY.1983
「QUITERON」P.1293〜1295に示されている。Among the superconducting transistors, the tunnel injection type is particularly promising.
EE TRANSACTION ON MAGNETICS, VOL.M-AG21, NO.2, MA
R.1985 "A NEW SUPERCONDUCTING BASE TRANSISTO
R '' P.721-724, or VOL.MAG19, NO.3, MAY.1983
"QUITERON", pages 1293-1295.
すなわち、従来のトンネル注入型の超電導トランジス
タは、第３図に示すように、半導体からなるコレクタ領
域イと、該コレクタ領域イに接した超電導体からなるベ
ース領域ロと、このベース領域ロにトンネル現象が起こ
り得る極めて薄い絶縁膜ハを介して設けられた超電導体
からなるエミッタ領域ニとにより構成される。That is, as shown in FIG. 3, a conventional tunnel injection type superconducting transistor has a collector region A made of a semiconductor, a base region B made of a superconductor in contact with the collector region A, and a tunnel formed in the base region B. An emitter region d composed of a superconductor provided via an extremely thin insulating film C where a phenomenon can occur.
前記第３図のトンネル注入型の従来の超電導トランジ
スタにおいては、コレクタ領域イの半導体と，金属に近
い伝導特性を持つベース領域ロの超電導体とが直接接合
されるため、ベース領域ロとコレクタ領域イとの接合界
面に第４図に示すようなショットキーバリヤが形成され
てしまい、ベース領域ロからの準粒子（同図丸印）がこ
のバリヤを通過することができず、実質的にはトランジ
スタ動作を行わせることができない。In the conventional tunnel-injection type superconducting transistor shown in FIG. 3, since the semiconductor in the collector region A and the superconductor in the base region B having a conduction characteristic close to metal are directly joined, the base region B and the collector region A Schottky barrier as shown in FIG. 4 is formed at the bonding interface with A, and quasi-particles (circled in the figure) from the base region B cannot pass through this barrier, and are substantially The transistor operation cannot be performed.
なお、第４図のEFはフェルミ準位を示す。Incidentally, E F of FIG. 4 shows the Fermi level.
本発明は、超電導トランジスタの半導体のコレクタ領
域と超電導体のベース領域との間にショットキーバリヤ
が形成されないようにし、良好なトランジスタ動作を行
う超電導トランジスタを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a superconducting transistor which prevents a Schottky barrier from being formed between a collector region of a semiconductor of a superconducting transistor and a base region of a superconducting transistor, and performs a favorable transistor operation.
前記目的を達成するために、本発明の超電導トランジ
スタにおいては、ベース領域とコレクタ領域との間に、
ショットキーバリヤの形成を防止するために、ベース領
域に接したメタル薄層と、コレクタ領域に接した合金層
とを介在させ、 メタル薄層を、ベース領域の構成元素で構成されるも
のであってベース領域の超電導体との濡れ性の良い金属
より形成し、 合金層を、メタル薄層及び少なくともコレクタ領域の
構成元素の合金により形成し、 合金層の組成を、メタル薄層側でメタル薄層の構成元
素を多く含み、コレクタ領域側でコレクタ領域の構成元
素を多く含むように、傾斜組成とする。To achieve the above object, in the superconducting transistor of the present invention, between the base region and the collector region,
In order to prevent the formation of a Schottky barrier, a thin metal layer in contact with the base region and an alloy layer in contact with the collector region are interposed, and the thin metal layer is composed of the constituent elements of the base region. The alloy layer is formed from a metal having good wettability with the superconductor in the base region, and the alloy layer is formed from the alloy of the constituent elements of the metal thin layer and at least the collector region. The composition is graded so that the layer contains a large amount of constituent elements and the collector region contains a large number of constituent elements of the collector region.
したがって、本発明の超電導トランジスタの場合、ベ
ース領域とコレクタ領域との間にメタル薄層と合金層と
が介在する。Therefore, in the case of the superconducting transistor of the present invention, the thin metal layer and the alloy layer are interposed between the base region and the collector region.
そして、超電導体のベース領域に接したメタル薄層
は、ベース領域の構成元素で構成されるものであってベ
ース領域の超電導体との濡れ性の良い金属からなり、ベ
ース領域と接合すると、超電導近接効果による超電導体
エネルギーギャップのしみ出しにより超電導化されてベ
ース領域と一体化され、このとき、ベース領域の構成元
素で構成したことにより、不所望なバリヤの形成が防止
される。The thin metal layer in contact with the base region of the superconductor is made of a metal having good wettability with the superconductor in the base region. The superconductor is made superconductive by exudation of the superconductor energy gap due to the proximity effect, and is integrated with the base region. At this time, by forming the base region from constituent elements, formation of an undesired barrier is prevented.
さらに、メタル薄層と半導体のコレクタ領域との間の
合金層は、メタル薄層の構成元素及び少なくともコレク
タ領域の構成元素を含む傾斜材料の合金からなり、その
組成がメタル薄層側でメタル薄膜の構成元素を多く含
み、コレクタ領域側でコレクタ領域の構成元素を多く含
む。Further, the alloy layer between the thin metal layer and the collector region of the semiconductor is composed of an alloy of a graded material containing the constituent elements of the thin metal layer and at least the constituent elements of the collector region, and the composition of the thin metal layer is closer to the thin metal layer. And a large amount of constituent elements of the collector region on the collector region side.
そのため、コレクタ領域のベース領域側接合表面が合
金化され、ベース領域とコレクタ領域との接合がメタル
薄層の金属と合金層の傾斜組成の合金との良好な接合と
なり、ベース領域とコレクタ領域との間にショットキー
バリヤが全く形成されず、両領域間に良好な接合状態が
得られる。For this reason, the base region side joining surface of the collector region is alloyed, and the joining between the base region and the collector region becomes a good joining between the metal of the thin metal layer and the alloy having the graded composition of the alloy layer. No Schottky barrier is formed between them, and a good bonding state is obtained between both regions.
この結果、準粒子がベース領域からコレクタ領域に流
れ、良好なトランジスタ動作を行う超電導トランジスタ
が実現する。As a result, quasi-particles flow from the base region to the collector region, and a superconducting transistor that performs a favorable transistor operation is realized.
実施例について、第１図及び第２図を参照して説明す
る。An embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
第１図は、超電導トランジスタの構成を示し、このト
ランジスタは、MgO,SrTiO3等の単結晶絶縁性基板１の表
面に、酸化物超電導体よりなるコレクタ電極２と、μオ
ーダの膜厚のInSb半導体からなるコレクタ領域３と、約
100Åの膜厚のBSCCO（Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ）の酸化物超
電導体からなるベース領域４と、準粒子がトンネル現象
によって通過し得る程度の極めて薄い厚さの絶縁層５
と、この絶縁層５を介してベース領域４に準粒子を注入
する酸化物超電導体からなるエミッタ領域６と、を積層
して形成される。FIG. 1 shows a configuration of a superconducting transistor. In this transistor, a collector electrode 2 made of an oxide superconductor and an InSb film having a thickness of μ order are formed on a surface of a single crystal insulating substrate 1 such as MgO or SrTiO 3. A collector region 3 made of a semiconductor and about
A base region 4 made of an oxide superconductor of BSCCO (Bi-Sr-Ca-Cu-O) having a thickness of 100 [deg.], And an insulating layer 5 having a very small thickness such that quasi-particles can pass by a tunnel phenomenon.
And an emitter region 6 made of an oxide superconductor for injecting quasiparticles into the base region 4 via the insulating layer 5.
そして、本発明の特徴とするところは、ベース領域４
とコレクタ領域３との間に、２〜３原子層厚み（10〜20
Å）のBiからなりベース領域４に接したメタル薄層７
と、100Å程度の厚みのBiSb合金からなりコレクタ領域
４に接した合金層８とを介在させた点である。The feature of the present invention is that the base region 4
2 to 3 atomic layer thickness (10 to 20
Ii) Thin metal layer 7 made of Bi and in contact with base region 4
And an alloy layer 8 made of a BiSb alloy having a thickness of about 100 ° and in contact with the collector region 4.
この合金層８はIn×Sb1−ｘ（Ｘ＝０〜0.5）で表わさ
れる傾斜材料により形成され、その組成がベース領域側
からコレクタ領域側に向ってBiSb→Sb→InSbに変化する
傾斜組成である。The alloy layer 8 is formed of a gradient material represented by In × Sb 1 −x (X = 0 to 0.5), and its composition changes from BiSb → Sb → InSb from the base region side to the collector region side. It is.
第２図は、コレクタ領域３とベース領域４との間のメ
タル薄層７及び合金層８が形成する複合バリヤ層のエネ
ルギー準位を示し、図中のEFはフェルミ準位、２δは超
電導体のエネルギーギャップである。Figure 2 shows the energy levels of the composite barrier layer metal thin layer 7 and the alloy layer 8 is formed between the collector region 3 and the base region 4, E F is the Fermi level in the figure, 2.delta. Superconducting Energy gap of the body.
そして、メタル薄層７はベース領域４の構成元素で構
成されるものであって、ベース領域４を構成するＢ−SC
COに対し濡れ性のよいBiよりなるため、ベース領域４と
の接合が極めて良好で、ベース領域４に接合すると、超
電導近接効果による超電導体エネルギーギャップのしみ
出しにより超電導化され、ポテンシャル変化が小さくな
って超電導体のベース領域４からの準粒子（同図丸印）
の反射がほとんど生じなくなる。The thin metal layer 7 is composed of the constituent elements of the base region 4, and the B-SC
Since it is made of Bi having good wettability to CO, the junction with the base region 4 is extremely good. When the junction with the base region 4 is made, superconductivity is caused by seepage of the superconductor energy gap due to the superconducting proximity effect, and the potential change is small. And quasiparticles from the base region 4 of the superconductor (circled in the figure)
Almost no reflection occurs.
また、合金層８はメタル薄層７を構成するBiとコレク
タ領域３を構成するSbとの合金からなり、しかも、その
組成が傾斜変化し、メタル薄層側ではBiが多くなってBi
を含むBiSbになり、コレクタ領域側ではInSbになり、コ
レクタ領域３のベース領域側接合表面の合金化を円滑に
実現する。The alloy layer 8 is made of an alloy of Bi forming the metal thin layer 7 and Sb forming the collector region 3, and the composition thereof changes in gradient.
And InSb on the collector region side, and smoothly realizes alloying of the junction surface of the collector region 3 on the base region side.
そして、ベース領域４とコレクタ領域３との接合がメ
タル薄層７の金属と合金層８の傾斜組成の合金との接合
となり、良好な接合状態が得られる結果、その間にショ
ットキーバリヤが全く形成されず、第２図矢印のように
準粒子がベースからコレクタに流れ、良好なトランジス
タ動作が行われる。Then, the junction between the base region 4 and the collector region 3 becomes the junction between the metal of the thin metal layer 7 and the alloy having the graded composition of the alloy layer 8, and a good joining state is obtained. As a result, no Schottky barrier is formed between them. Instead, quasiparticles flow from the base to the collector as shown by the arrows in FIG. 2, and a favorable transistor operation is performed.
ところで、合金属８をBi1−xSbx（Ｘ＝０〜１）・Iny
Sb1−ｙ（Ｙ＝０〜１）を構成元素とする傾斜組成の合
金としてもよく、この場合も前記実施例と同様の効果が
得られる。By the way, the composite metal 8 is Bi 1 −xSbx (X = 0 to 1 ) · Iny
An alloy having a gradient composition containing Sb 1 -y (Y = 0 to 1 ) as a constituent element may be used. In this case, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
本発明は、以上説明したように構成されているため、
次に記載する効果を奏する。Since the present invention is configured as described above,
The following effects are obtained.
超電導体のベース領域４と半導体のコレクタ領域３と
の間にメタル薄層７と合金層８とが介在し、ベース領域
４に接したメタル薄層７は、ベース領域４の構成元素で
構成されるものであってベース領域４の超電導体との濡
れ性の良い金属からなり、ベース領域４と接合すると、
超電導近接効果による超電導体エネルギーギャップのし
み出しにより超電導化されてベース領域４と一体化さ
れ、このとき、ベース領域の構成元素で構成したことに
より、不所望なバリヤの形成が防止される。A thin metal layer 7 and an alloy layer 8 are interposed between the base region 4 of the superconductor and the collector region 3 of the semiconductor, and the thin metal layer 7 in contact with the base region 4 is composed of the constituent elements of the base region 4. It is made of a metal having good wettability with the superconductor in the base region 4 and when joined to the base region 4,
The superconducting energy gap exudes due to the superconducting proximity effect and is superconducted and integrated with the base region 4. At this time, the formation of the base region by the constituent elements prevents the formation of an undesired barrier.
さらに、メタル薄層７とコレクタ領域３との間の合金
層８は、メタル薄層７の構成元素とコレクタ領域３の構
成元素とを含む合金からなり、その組成が、メタル薄層
側でメタル薄層７の構成元素を多く含み、コレクタ領域
側でコレクタ領域３の構成元素を多く含むように、傾斜
変化する。Further, the alloy layer 8 between the thin metal layer 7 and the collector region 3 is made of an alloy containing the constituent elements of the thin metal layer 7 and the constituent elements of the collector region 3, and the composition of the thin metal layer is The inclination changes so that the constituent element of the thin layer 7 is included in a large amount, and the constituent element of the collector region 3 is included in the collector region side.
したがって、コレクタ領域３のベース領域側の接合表
面が合金化され、ベース領域４とコレクタ領域３との接
合がメタル薄層７の金属と合金層８の傾斜組成の合金と
の良好な接合となり、ベース領域４とコレクタ領域３と
の間にショットキーバリヤが全く形成されず、同領域4,
3間に良好な接合状態を得ることができ、この結果、準
粒子がベース領域４からコレクタ領域３に流れ、良好な
トランジスタ動作を行う超電導トランジスタを実現する
ことができる。Therefore, the bonding surface of the collector region 3 on the base region side is alloyed, and the bonding between the base region 4 and the collector region 3 becomes a good bond between the metal of the thin metal layer 7 and the alloy having the graded composition of the alloy layer 8. No Schottky barrier is formed between the base region 4 and the collector region 3 at all.
A good junction state can be obtained between the three, and as a result, a quasi-particle flows from the base region 4 to the collector region 3 to realize a superconducting transistor that performs a good transistor operation.
第１図及び第２図は本発明の超電導トランジスタの１実
施例を示し、第１図は概念構成を示す断面図、第２図は
ベース領域とコレクタ領域との間のエネルギー準位の説
明図、第３図以下は従来例を示し、第３図は断面図、第
４図は第２図に対応するエネルギー準位の説明図であ
る。 ３……コレクタ領域、４……ベース領域、５……絶縁
層、６……エミッタ領域、７……メタル薄層、８……合
金層。1 and 2 show an embodiment of a superconducting transistor according to the present invention. FIG. 1 is a sectional view showing a conceptual configuration, and FIG. 2 is an explanatory view of an energy level between a base region and a collector region. 3 and the following figures show a conventional example, FIG. 3 is a sectional view, and FIG. 4 is an explanatory diagram of energy levels corresponding to FIG. 3 ... collector region, 4 ... base region, 5 ... insulating layer, 6 ... emitter region, 7 ... metal thin layer, 8 ... alloy layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 善里 順信 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 中野 昭一 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−305572（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−107524（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 39/22 H01L 39/24 H01L 39/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Junshin Zenzato 2-18-18 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Shoichi Nakano 2-18 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka No. Sanyo Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-63-305572 (JP, A) JP-A-1-107524 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 39/22 H01L 39/24 H01L 39/00
Claims (1)
ス領域と、該ベース領域に薄い絶縁膜を介して接した超
電導体のエミッタ領域とにより構成された超電導トラン
ジスタにおいて、 前記ベース領域と前記コレクタ領域との間に、ショット
キーバリヤの形成を防止するために、前記ベース領域に
接したメタル薄層と、前記コレクタ領域に接した合金層
とを介在させ、 前記メタル薄層を、前記ベース領域の構成元素で構成さ
れるものであって前記ベース領域の前記超電導体との濡
れ性の良い金属より形成し、 前記合金層を、前記メタル薄層及び少なくとも前記コレ
クタ領域の構成元素の合金により形成し、 前記合金層の組成を、前記メタル薄層側で前記メタル薄
層の構成元素を多く含み、前記コレクタ領域側で前記コ
レクタ領域の構成元素を多く含むように、傾斜組成とし
た ことを特徴とする超電導トランジスタ。1. A superconducting transistor comprising a collector region of a semiconductor, a base region of a superconductor, and an emitter region of the superconductor in contact with the base region via a thin insulating film, wherein the base region and the collector A metal thin layer in contact with the base region and an alloy layer in contact with the collector region to prevent formation of a Schottky barrier between the base region and the base region; Formed of a metal having good wettability with the superconductor in the base region, and the alloy layer is formed of an alloy of the constituent elements of the thin metal layer and at least the collector region. The composition of the alloy layer includes a large amount of the constituent elements of the metal thin layer on the metal thin layer side, and the constituent elements of the collector region on the collector region side. A superconducting transistor characterized by having a graded composition so as to contain a large amount of.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2086952A JP2957631B2 (en) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | Superconducting transistor |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2086952A JP2957631B2 (en) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | Superconducting transistor |
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| JPH03285372A JPH03285372A (en) | 1991-12-16 |
| JP2957631B2 true JP2957631B2 (en) | 1999-10-06 |
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1990
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| JPH03285372A (en) | 1991-12-16 |
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