JP2986819B2 - 超電導デバイス - Google Patents
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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
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
本発明は超電導現象を利用した電子デバイスに係り、
特にキャリアウェーブを制御することによって動作する
ために低消費電力性と動作の高速性に優れ、かつ、大規
模な集積回路の構成への使用に好適な超電導デバイスに
関する。
特にキャリアウェーブを制御することによって動作する
ために低消費電力性と動作の高速性に優れ、かつ、大規
模な集積回路の構成への使用に好適な超電導デバイスに
関する。
従来、超電導現象を利用した超電導デバイスの分野に
あって、超電導体と常伝導体を組合せて使用した超電導
デバイスについては、特開昭60−231375号に記載されて
いる通り公知である。
あって、超電導体と常伝導体を組合せて使用した超電導
デバイスについては、特開昭60−231375号に記載されて
いる通り公知である。
この従来技術においては、超電導体中に発生した高エ
ネルギーの準粒子を用いており、動作電圧も超電導体の
ギャップエネルギーよりも大きくする必要があるので、
特に酸化物の高温超電導材料を超電導体として用いた場
合には消費電力が大きくなる問題点がある。また、この
タイプのデバイスは温度の変動によるデバイス特性への
影響が大きく、回路の安定な動作を実現するのが困難で
あった。また論理回路として使用するために十分な電流
利得が得られていなかったので、大規模な集積回路を実
現することが困難であった。 また、従来このようなデバイスをデジタル演算用回路
へ応用することもしばしば行われてきたが、たとえば光
デバイスのようなデバイスレベルでの並列信号演算能力
がなく、またニューロコンピュータで重要になるアナロ
グ演算処理を行う場合には、集積度が上がらないといっ
た問題があった。 本発明の第一の目的は、従来技術の持つ問題点を解決
し、消費電力が小さく、かつ高速動作に適した超電導デ
バイスを提供することにある。 本発明の第２の目的は、従来の超電導デバイスでは実
現できなかった２値以上の多値論理の扱える超電導デバ
イスを提供することにある。 本発明の第３の目的は、上記超電導デバイスを用いた
論理信号の処理機能を有する超電導回路を提供すること
にある。 本発明の第４の目的は、従来の超電導デバイスでは実
現できなかった信号の並列処理能力を有する超電導デバ
イスを提供することにある。 本発明の第５の目的は、アナログ演算処理機能を有す
る超電導デバイスを提供することにある。
ネルギーの準粒子を用いており、動作電圧も超電導体の
ギャップエネルギーよりも大きくする必要があるので、
特に酸化物の高温超電導材料を超電導体として用いた場
合には消費電力が大きくなる問題点がある。また、この
タイプのデバイスは温度の変動によるデバイス特性への
影響が大きく、回路の安定な動作を実現するのが困難で
あった。また論理回路として使用するために十分な電流
利得が得られていなかったので、大規模な集積回路を実
現することが困難であった。 また、従来このようなデバイスをデジタル演算用回路
へ応用することもしばしば行われてきたが、たとえば光
デバイスのようなデバイスレベルでの並列信号演算能力
がなく、またニューロコンピュータで重要になるアナロ
グ演算処理を行う場合には、集積度が上がらないといっ
た問題があった。 本発明の第一の目的は、従来技術の持つ問題点を解決
し、消費電力が小さく、かつ高速動作に適した超電導デ
バイスを提供することにある。 本発明の第２の目的は、従来の超電導デバイスでは実
現できなかった２値以上の多値論理の扱える超電導デバ
イスを提供することにある。 本発明の第３の目的は、上記超電導デバイスを用いた
論理信号の処理機能を有する超電導回路を提供すること
にある。 本発明の第４の目的は、従来の超電導デバイスでは実
現できなかった信号の並列処理能力を有する超電導デバ
イスを提供することにある。 本発明の第５の目的は、アナログ演算処理機能を有す
る超電導デバイスを提供することにある。
上記第１目的を達成するために本願発明の超電導デバ
イスにおいては、フェルミ統計に従うキャリアが伝播す
る第１の固体、例えば常伝導体と、内部にボーズ統計に
従うキャリアを含む第２の固体、例えば超電導体とを有
し、この両者が接するように設けられている。 さらに、上記第１の固体（常伝導体）にキャリアを流
し込む手段、第１の固体中を伝搬するキャリアの位相お
よび振幅の少なくとも一方を制御する手段、および上記
第２の固体（超電導体）と第１の固体（常伝導体）との
境界付近で反射され、上記第１の固体（常伝導体）中を
伝播するキャリアを検出する手段とを含んで構成され
る。尚、以後の説明では第１の固体を常伝導体、第２の
固体を超電導体として説明する。 本発明の第２の目的を達するための構成は以下のとお
りである。 上述の電子あるいは正孔の反射は、電子あるいは正孔
を流し込む手段が超電導体を用いて構成されている場合
には、第２の固体である超電導体と上記の電子又は正孔
を流し込む手段の二つの超電導体と常伝導体のそれぞれ
の境界において繰返して発生する。従って電子あるいは
正孔を流し込む手段が超電導体を用いて構成された場合
には、特別の利点が有って、上記の常伝導体とこれに接
して設けた超電導体とを介して流れる電流を制御して、
前記電流又は微分抵抗の同一の値が異なった制御の条件
において実現し、これを２値以上の多値の論理に対応さ
せて動作させる事が可能となり、新規の機能を有する超
電導デバイスを実現できる。 本発明の第３の目的を達するためには本発明の超電導
デバイスと、超電導体を用いたトンネル型ジョセフソン
素子あるいは電界効果型の超電導トランジスタとを組合
せて超電導回路を構成する。この事は回路の高機能化と
信号処理の高速化を実現出来る利点が有り、従来技術で
は実現出来ない高度の情報処理が可能に成る観点から極
めて望ましい本発明の一形態である。 本発明の第４の目的を達するためには、常伝導体への
キャリアを流し込む手段を常伝導体に接触させて複数設
け、それぞれに流れる電流を制御する。常伝導体に複数
のキャリアを注入する手段を設ければ上記の信号の制御
は並列的に行うことができる。 本発明の第５の目的を達するためには、本発明の超電
導デバイスにおいて、超電導体（第２の固体）とキャリ
アを流し込む手段との間の電位差を検出する手段とを含
んで超電導デバイスを構成する。
イスにおいては、フェルミ統計に従うキャリアが伝播す
る第１の固体、例えば常伝導体と、内部にボーズ統計に
従うキャリアを含む第２の固体、例えば超電導体とを有
し、この両者が接するように設けられている。 さらに、上記第１の固体（常伝導体）にキャリアを流
し込む手段、第１の固体中を伝搬するキャリアの位相お
よび振幅の少なくとも一方を制御する手段、および上記
第２の固体（超電導体）と第１の固体（常伝導体）との
境界付近で反射され、上記第１の固体（常伝導体）中を
伝播するキャリアを検出する手段とを含んで構成され
る。尚、以後の説明では第１の固体を常伝導体、第２の
固体を超電導体として説明する。 本発明の第２の目的を達するための構成は以下のとお
りである。 上述の電子あるいは正孔の反射は、電子あるいは正孔
を流し込む手段が超電導体を用いて構成されている場合
には、第２の固体である超電導体と上記の電子又は正孔
を流し込む手段の二つの超電導体と常伝導体のそれぞれ
の境界において繰返して発生する。従って電子あるいは
正孔を流し込む手段が超電導体を用いて構成された場合
には、特別の利点が有って、上記の常伝導体とこれに接
して設けた超電導体とを介して流れる電流を制御して、
前記電流又は微分抵抗の同一の値が異なった制御の条件
において実現し、これを２値以上の多値の論理に対応さ
せて動作させる事が可能となり、新規の機能を有する超
電導デバイスを実現できる。 本発明の第３の目的を達するためには本発明の超電導
デバイスと、超電導体を用いたトンネル型ジョセフソン
素子あるいは電界効果型の超電導トランジスタとを組合
せて超電導回路を構成する。この事は回路の高機能化と
信号処理の高速化を実現出来る利点が有り、従来技術で
は実現出来ない高度の情報処理が可能に成る観点から極
めて望ましい本発明の一形態である。 本発明の第４の目的を達するためには、常伝導体への
キャリアを流し込む手段を常伝導体に接触させて複数設
け、それぞれに流れる電流を制御する。常伝導体に複数
のキャリアを注入する手段を設ければ上記の信号の制御
は並列的に行うことができる。 本発明の第５の目的を達するためには、本発明の超電
導デバイスにおいて、超電導体（第２の固体）とキャリ
アを流し込む手段との間の電位差を検出する手段とを含
んで超電導デバイスを構成する。
常伝導金属から超電導体に電子を入射させたときに起
こる特殊な反射現象として、アンドレエフ反射という現
象が知られている（ソビエト フィジックス ジャーナ
ル オブ エクスペリメンタル アンド セオレティカ
ル フィジックス,1964年 第19巻，第5,第1228頁〜第1
231頁（Soviet Physics Journal of Experimental and
Theoretical Physics,1964,Vol.19,No.5;P.1228〜123
1））。 この現象は、1964年にアンドレエフによって熱伝導の
研究において最初に見出されたものである。 このアンドレエフ反射とは、常電導金属中を進む電子
が超電導体に入射する場合、入射電子がホールとして反
射され、このホールが入射電子と同じ経路を通って戻っ
ていくという、位相共役な誘導反射である。 本発明は、上記の反射現象に基き電子又は正孔の波動
関数の位相又は波の振幅を制御することによって動作す
る新規な超電導デバイスに関するものである。 上述のようにこの反射においては、電子を注入すると
ホールが、ホールを注入すると電子が戻ってくる。した
がって本発明のデバイスにおいてこの反射現象は、キャ
リアを流し込む手段（検出する手段）と、境界面を形成
する超電導体との間の抵抗値、あるいはこれらの間の電
流値として観測される。この抵抗値あるいは電流値は、
制御する手段により制御することができる。 尚、上述のようにこの反射においては、一般に、注入
したキャリアは反射してもとの注入点に戻ってくるの
で、注入点と検出点は同一の点となり、よって、注入す
る手段と検出する手段とは同一の手段で共用できる。 上記フェルミ統計に従うキャリアはより具体的には電
子または正孔である。 さらに上記ボーズ統計に従うキャリアはより具体的に
は超電導クーパ対である。 上記の反射は、波動関数において時間反転に対して対
称という、位相共役な誘導反射である。 上記常伝導体中を伝搬するキャリアの位相および振幅
の少なくとも一方の制御は、電界，電流，磁界光および
電磁波の少なくとも一つを上記常伝導体に印加すること
によって行うことが出来る。 より具体的には以下のとおりである。 制御を電界によって行う場合、常伝導体、例えば半導
体がｎ型導電型、すなわち主たる電流の担体が電子の場
合には、制御手段に前記常伝導体に対して正の電圧を印
加することにより、また常伝導体がｐ導電型すなわち主
たる電流の担体が正孔の場合にあっては制御手段に前記
常伝導体に対して負の電圧を印加することにより、常伝
導体に所定の電界を印加し、そのキャリア濃度を増加さ
せることができる。 常伝導体中の超電導コヒーレンス長さは、一般に常伝
導体中のキャリア濃度の３分の１乗に比例するので、上
記のごとき電圧の印加によってコヒーレンス長さが長く
なる。このため超電導近接効果によって常伝導体中に生
じる超電導性が強くなり、従って反射が起こりやすくな
って電流（流し込む手段と超電導体の間を流れる被制御
電流）が増大する。 上記の場合とは逆に印加する電圧を小さくすることに
より、もしくは常伝導体がｎ導電型の場合には制御手段
は前記常電導体に対して負の電圧を印加することによ
り、常電導体がｐ導電型の場合にあっては制御手段に前
記常伝導体に対して正の電圧を印加することにより常伝
導体中の超電導コヒーレンス長さをより短くすることも
可能である。 この場合には、超電導近接効果によって常伝導体中に
生じる超電導性が弱くなり、従って反射が起こりにくく
なって被制御電流は減少する。 制御を電流によって行う場合には、例えば超電導体と
制御手段との間の常電導体上にキャリアを直接注入す
る。この注入により常伝導体中の超電導コヒーレンス長
さが短くなって超電導近接効果によって常伝導体中に生
じる超電導性が弱くなり反射が起こりにくくなるので、
流し込む手段と超電導体との間を流れる被制御電流が減
少する。 電流の注入に際しては、常伝導体（半導体）がｐ型で
あってもｎ型であっても良く、どちらの場合にも本発明
の目的を達することができる。注入に用いるキャリアは
電子であっても正孔であっても良い。どちらの場合に
も、常伝導体（半導体）中のキャリアの非平衡な分布を
生じ、このため常伝導体（半導体）中に超電導近接効果
によって延びた超電導領域が小さくなり、素子特性の制
御が可能となる。 電流の注入には常伝導体（半導体）とオーミックに接
触した制御導体を用いても良い。また、比較的大きな障
壁を有する接合あるいは接触、すなわち、ｐ−ｎ接合，
ショットキ接触、あるいは絶縁膜をはさんで形成したト
ンネル接合を用いても良いことは言うまでもない。 次に磁界により制御する場合にあっては、電子又は正
孔の波動関数の位相が変化して反射係数が変化する。こ
れにより超電導体とキャリアを注入する手段との間に生
じる電位差を変化させることができ、これらの間を流れ
る電流（被制御電流）が制御できる。 光によって制御する場合には、上記常電導体に光を入
射させる手段を少なくとも含んでデバイスを構成する。 この場合、デバイスそのものは超電導状態を利用して
いるので、冷却が必要であるから低温環境下に設温さ
れ、従って上記の光を入射させる手段としては、光ファ
イバーを用いることが、光の減衰を小さくし、かつ外部
環境からの熱の流入を最小にするために有効である。 また本発明の超電導デバイスは電磁波の入力によって
も電流を制御できる。これを行うためには、上記常伝導
体に電磁波を入射させる手段とを少なくとも含んでデバ
イスを構成する。 上記各種の制御する手段については、常伝導体中を伝
搬するキャリアの波動関数の位相のみを制御する場合、
振幅のみを制御する場合、および位相，振幅の両方を制
御する場合との３つの場合があり、制御する手段を設け
る位置に依存する。位相のみの場合、少なくとも常伝導
体へ超電導性がしみ出している部分、すなわち超伝導体
と半導体の境界から常伝導体側へコヒーレンス長の５倍
程度はなれた場所に設ければよい。 振幅のみの場合、常伝導体へ超電導性がしみ出してい
る部分、すなわち超電導体と常伝導体の境界から常伝導
体側へコヒーレンス長さの５倍以内の場所の少なくとも
一部分又は全部に設ければよい。 位相，振幅、両方の場合は常伝導体と常伝導体へ超電
導性がしみ出している部分方に重なるように設ければよ
い。 この反射現象が生じるためには常伝導体と超電導体の
間にある電子あるいは正孔に対するポテンシャル障壁の
高さは、前記常電導体中のフェルミエネルギーの半分以
下であることが望ましく、さらに望ましくは1/3以下と
するのが良い。 キャリアの位相を制御する手段は、超電導体と常電導
体の境界付近の超電導性の空間変化が一定である方がデ
バイスの安定な動作に対して重要であるため、望ましく
は半導体中の超電導コヒーレンス長さの３倍以上の距離
に超電導体と常伝導体の境界付近の超電導性が制御信号
によってほとんど変化しないように選ぶ。 つまり、超電導体と常伝導体の境界付近での電子又は
正孔の反射係数は一定で、しかも１に近い値になるよう
にデバイスを構成する。さらに、位相の制御による信号
が、材料中の不必要なキャリアの散乱によって乱される
のを防ぐために、超電導体と常伝導体へのキャリアの注
入手段とのあいだの常伝導体部分の距離は、半導体中の
キャリアの平均自由行程の10倍以下、より望ましくは５
倍以下に選ぶのがよい。 本発明においては、上記の常伝導体として金属，半金
属等より成る材料を用いることは望ましく、常伝導体と
して半導体を用いることは最も望ましい。上記の常伝導
体として半導体材料を用いた場合には、上記の被制御電
流の制御手段として、上記の半導体に電界を印加する手
段を用い、それは上記の半導体上に直接あるいは上記の
半導体よりも大きな電気抵抗をもった材料を介して設け
られた導体を含んで構成することができる。この場合に
はトランジスタ型の超電導デバイスを実現することがで
きる。上記の制御手段は、それぞれのデバイスについて
ただ一つである必要は無く、電界（電圧），電流，磁界
光，電磁波等から選ばれた一つまたはそれ以上の信号の
印加手段を組合せるか、あるいは信号の印加手段を複数
同時に用いることは、本発明の目的を達するために望ま
しいことである。 本発明の目的を達するためには前記のキャリアを流し
込む手段は、その先端部の幅が１μｍ以下の針状とし、
この先端が常伝導体に接するようにするのが好ましい。
また、この流し込む手段は、常伝導体に接していて超電
導体には接していない様に設けられていることが望まし
い。これは前記のキャリアを流し込む手段と超電導体と
が直接に接していると制御された正規の信号に加えて漏
洩電流が流れ、信号制御の感度が悪くなるためである。 本発明の目的を達するためには、前記の常伝導体にキ
ャリアを流し込む手段と前記の超電導体の間の電位差を
検出する手段を含んで構成されることが望ましい。制御
された信号は、常伝導体にキャリアを流し込む手段と前
記の超電導体の間の電位差として現れるので、本発明の
超電導デバイスの基本的な動作はこれだけで実現できる
が、より望ましくは増幅作用のある素子、例えば半導体
トランジスタや超電導トランジスタ、さらにはジョセフ
ソン素子等を前記の電位差を検出する手段として使用す
ることができ、この場合にはこの電位差を検出する手段
の信号を直接に別の超電導デバイスの制御信号として入
力できる。 このような信号の制御を敏感に行うためには、前記常
伝導体にキャリアを流し込む手段から、流し込んだキャ
リアの常伝導体中のフェルミ準位から測ったエネルギー
を、上記の超電導体のデバイスの使用温度におけるギャ
ップエネルギーの値の2.0倍以下であるようにして構成
する事が望ましく、さらに望ましくは1.0倍以下である
ようにして構成するのがよい。 また常伝導材料の結晶欠陥などによる、デバイスの動
作に悪影響のある電子や正孔の散乱を小さく抑えるため
に、常伝導体にキャリアを流し込む手段は上記の常伝導
体上に設けられ、かつ上記の超電導体と常伝導体の境界
との距離が上記の常伝導体中のキャリアの平均自由行程
の10倍以下に、さらに望ましくは５倍以下に選ばれるの
が良い。 上記の電子や正孔の散乱によるデバイスの動作への悪
影響を小さくするためには前記常伝導体上における上記
の常伝導体に接して設けた電子あるいは正孔を流し込む
手段の幅は常伝導体に接する上記の超伝導体よりも狭く
成るように選んで構成されていることが望ましい。 上記の常伝導体に接して設けた電子あるいは正孔を流
し込む手段を常伝導体の同じ面上に超電導体と対向して
設ける事は、デバイスの集積化を容易にする観点から非
常に望ましい。また本発明の目的は上記の常伝導体に接
して設けた電子あるいは正孔を流し込む手段は常伝導体
を挾んで超電導体と対向させて設ける事によっても十分
に達成できることは明らかである。 本発明の常伝導体として半導体を用いる場合にあって
は上記の半導体はSi,Ge,InAs,GaAs,GaSb,InSbの材料の
群より選ばれた一つまたは複数の材料によって構成する
ことができ、これらの材料は前述の信号の制御を容易に
行い得る材料として、本発明の目的を達するために推奨
されるものである。一方、超電導体の材料としては、従
来の金属系超電導材料に加えて、酸化物のセラミクス材
料を用いることもデバイスの高温動作の観点から望まし
く、この際には前記の常伝導体の主たる構成元素は前記
の超電導体を構成する酸化物のセラミクス材料の主たる
構成元素と同一である様に選ぶことによって、材料相互
の元素の拡散によるデバイス特性の劣化を防止できる。
電流の制御は、電界（電圧），電流，磁界信号のうちの
何れか一つまたはその組合せによって行い、本発明のデ
バイスを動作させることができることは言うまでもな
い。これは上記電流の制御は、常伝導体に流し込んだ電
子又は正孔の超電導波動関数の干渉の制御によって動作
する全く新規の本発明の一形態である超電導デバイスに
対応する。このような干渉現象は、電流の制御手段を、
常伝導体の一部分のみに設け、制御の状態の異なる二つ
の電子あるいは正孔の波動関数を重ねあわせる事によっ
ても実現できることは、本発明の超電導デバイスの構成
から容易に理解できる。 すでに述べたごとく、本発明に用いる超電導体の材料
としては、金属系の材料、例えばNb,Pb、あるいはPbの
合金やNbの金属間化合物、例えばNbN,Nb3Sn,Nb3Ge,Nb3A
l,Nb3Siなどを用いても良いことは言うまでもない。さ
らにセラミクスの超電導体を用いることは、デバイスの
高温動作の点から望ましい。その材料の例としてはｐ−
導電型の超電導体であるＹ系の酸化物超電導体やLa系の
酸化物超電導体、Bi系の酸化物超電導体、Tl系の酸化物
超電導体を用いても本発明の目的を十分に達することの
できることは言うまでもない。またｎ−導電型の超電導
体としてNd2-xCexCuOyなる組成の酸化物セラミクス超電
導体を用いることも望ましく、これに換えて上記組成の
Ndの部分をPr,Pm,Sm,Eu,Gd,Erの群より選ばれた少なく
とも１つの元素によって置き換えたもの、あるいはCeの
部分をTh,Tl,Pb,Biの群より選ばれた少なくとも１つの
元素によって置き換えたものであっても良いことは言う
までもない。ｎ−導電型の超電導体としてNd2-xCexCuOy
なる組成の酸化物セラミクス超電導体に換えて、A2-xNx
CuOyなる組成であって、ＡはSr及びCaより選ばれた少な
くとも１者、Ｎは基本結晶構造が保たれ、２＋価よりも
大きい酸化数を取りうる元素であって良く、例えばLa,C
e,Pr,Nd,Sm,Gd,Td,Tl,Pb,Bi,Y,Inよりなる群より選ばれ
た少なくとも一者より成ることを特徴とする酸化物セラ
ミクス超電導体を用いても本発明の目的を達することが
できる。さらにｎ−導電型の超電導体としてA1N′xCuOy
なる組成であって、ＡはSr及びCaより選ばれた少なくと
も１者、Ｎ′は基本結晶構造が保たれ、２＋価よりも大
きい酸化数を取りうる元素であって良く、例えばLa,Ce,
Pr,Nd,Sm,Gd,Td,Tl,Pb,Bi,Y,Inよりなる群より選ばれた
少なくとも一者より成ることを特徴とする酸化物セラミ
クス超電導体を用いても本発明の目的を達することがで
きる。さらに本発明の超電導体の材料に、酸化物セラミ
クス超電導体を用いた場合にあっては、常伝導体として
その主たる構成元素が前記の酸化物セラミクス超電導体
の主たる構成元素と同じである材料を用いても良い。 本発明の超電導デバイスは、超電導体を形成する工程
と、前記常伝導体にキャリアを流し込む手段を形成する
工程と、流し込んだキャリアの位相を制御する手段を形
成する工程とを、少なくとも含んで製造することができ
る。この場合上記の常伝導体にキャリアを流し込む手段
を構成する材料は常電導体であることが望ましく、また
上記常伝導体にキャリアを流し込む手段を構成する材料
は超電導体であることも本発明の目的を達するためには
極めて望ましい。 また一枚の超電導薄膜を加工して対向した二つの超電
導電極であって両者の距離はキャリアの平均自由工程の
10倍以内とする工程、及び制御電極を設ける工程を、少
なくとも含んで構成される方法によっても本発明の超電
導デバイスを製造することができる。この場合には、電
極の加工と超電導体の形成が一度にできるので、製造が
容易になり高集積のデバイスを高い歩留まりで製造でき
る利点がある。 以上述べたように、本発明によれば従来技術の問題点
を解決するとともに、全く新規の機能を有する本発明の
超電導デバイスを実現できる。
こる特殊な反射現象として、アンドレエフ反射という現
象が知られている（ソビエト フィジックス ジャーナ
ル オブ エクスペリメンタル アンド セオレティカ
ル フィジックス,1964年 第19巻，第5,第1228頁〜第1
231頁（Soviet Physics Journal of Experimental and
Theoretical Physics,1964,Vol.19,No.5;P.1228〜123
1））。 この現象は、1964年にアンドレエフによって熱伝導の
研究において最初に見出されたものである。 このアンドレエフ反射とは、常電導金属中を進む電子
が超電導体に入射する場合、入射電子がホールとして反
射され、このホールが入射電子と同じ経路を通って戻っ
ていくという、位相共役な誘導反射である。 本発明は、上記の反射現象に基き電子又は正孔の波動
関数の位相又は波の振幅を制御することによって動作す
る新規な超電導デバイスに関するものである。 上述のようにこの反射においては、電子を注入すると
ホールが、ホールを注入すると電子が戻ってくる。した
がって本発明のデバイスにおいてこの反射現象は、キャ
リアを流し込む手段（検出する手段）と、境界面を形成
する超電導体との間の抵抗値、あるいはこれらの間の電
流値として観測される。この抵抗値あるいは電流値は、
制御する手段により制御することができる。 尚、上述のようにこの反射においては、一般に、注入
したキャリアは反射してもとの注入点に戻ってくるの
で、注入点と検出点は同一の点となり、よって、注入す
る手段と検出する手段とは同一の手段で共用できる。 上記フェルミ統計に従うキャリアはより具体的には電
子または正孔である。 さらに上記ボーズ統計に従うキャリアはより具体的に
は超電導クーパ対である。 上記の反射は、波動関数において時間反転に対して対
称という、位相共役な誘導反射である。 上記常伝導体中を伝搬するキャリアの位相および振幅
の少なくとも一方の制御は、電界，電流，磁界光および
電磁波の少なくとも一つを上記常伝導体に印加すること
によって行うことが出来る。 より具体的には以下のとおりである。 制御を電界によって行う場合、常伝導体、例えば半導
体がｎ型導電型、すなわち主たる電流の担体が電子の場
合には、制御手段に前記常伝導体に対して正の電圧を印
加することにより、また常伝導体がｐ導電型すなわち主
たる電流の担体が正孔の場合にあっては制御手段に前記
常伝導体に対して負の電圧を印加することにより、常伝
導体に所定の電界を印加し、そのキャリア濃度を増加さ
せることができる。 常伝導体中の超電導コヒーレンス長さは、一般に常伝
導体中のキャリア濃度の３分の１乗に比例するので、上
記のごとき電圧の印加によってコヒーレンス長さが長く
なる。このため超電導近接効果によって常伝導体中に生
じる超電導性が強くなり、従って反射が起こりやすくな
って電流（流し込む手段と超電導体の間を流れる被制御
電流）が増大する。 上記の場合とは逆に印加する電圧を小さくすることに
より、もしくは常伝導体がｎ導電型の場合には制御手段
は前記常電導体に対して負の電圧を印加することによ
り、常電導体がｐ導電型の場合にあっては制御手段に前
記常伝導体に対して正の電圧を印加することにより常伝
導体中の超電導コヒーレンス長さをより短くすることも
可能である。 この場合には、超電導近接効果によって常伝導体中に
生じる超電導性が弱くなり、従って反射が起こりにくく
なって被制御電流は減少する。 制御を電流によって行う場合には、例えば超電導体と
制御手段との間の常電導体上にキャリアを直接注入す
る。この注入により常伝導体中の超電導コヒーレンス長
さが短くなって超電導近接効果によって常伝導体中に生
じる超電導性が弱くなり反射が起こりにくくなるので、
流し込む手段と超電導体との間を流れる被制御電流が減
少する。 電流の注入に際しては、常伝導体（半導体）がｐ型で
あってもｎ型であっても良く、どちらの場合にも本発明
の目的を達することができる。注入に用いるキャリアは
電子であっても正孔であっても良い。どちらの場合に
も、常伝導体（半導体）中のキャリアの非平衡な分布を
生じ、このため常伝導体（半導体）中に超電導近接効果
によって延びた超電導領域が小さくなり、素子特性の制
御が可能となる。 電流の注入には常伝導体（半導体）とオーミックに接
触した制御導体を用いても良い。また、比較的大きな障
壁を有する接合あるいは接触、すなわち、ｐ−ｎ接合，
ショットキ接触、あるいは絶縁膜をはさんで形成したト
ンネル接合を用いても良いことは言うまでもない。 次に磁界により制御する場合にあっては、電子又は正
孔の波動関数の位相が変化して反射係数が変化する。こ
れにより超電導体とキャリアを注入する手段との間に生
じる電位差を変化させることができ、これらの間を流れ
る電流（被制御電流）が制御できる。 光によって制御する場合には、上記常電導体に光を入
射させる手段を少なくとも含んでデバイスを構成する。 この場合、デバイスそのものは超電導状態を利用して
いるので、冷却が必要であるから低温環境下に設温さ
れ、従って上記の光を入射させる手段としては、光ファ
イバーを用いることが、光の減衰を小さくし、かつ外部
環境からの熱の流入を最小にするために有効である。 また本発明の超電導デバイスは電磁波の入力によって
も電流を制御できる。これを行うためには、上記常伝導
体に電磁波を入射させる手段とを少なくとも含んでデバ
イスを構成する。 上記各種の制御する手段については、常伝導体中を伝
搬するキャリアの波動関数の位相のみを制御する場合、
振幅のみを制御する場合、および位相，振幅の両方を制
御する場合との３つの場合があり、制御する手段を設け
る位置に依存する。位相のみの場合、少なくとも常伝導
体へ超電導性がしみ出している部分、すなわち超伝導体
と半導体の境界から常伝導体側へコヒーレンス長の５倍
程度はなれた場所に設ければよい。 振幅のみの場合、常伝導体へ超電導性がしみ出してい
る部分、すなわち超電導体と常伝導体の境界から常伝導
体側へコヒーレンス長さの５倍以内の場所の少なくとも
一部分又は全部に設ければよい。 位相，振幅、両方の場合は常伝導体と常伝導体へ超電
導性がしみ出している部分方に重なるように設ければよ
い。 この反射現象が生じるためには常伝導体と超電導体の
間にある電子あるいは正孔に対するポテンシャル障壁の
高さは、前記常電導体中のフェルミエネルギーの半分以
下であることが望ましく、さらに望ましくは1/3以下と
するのが良い。 キャリアの位相を制御する手段は、超電導体と常電導
体の境界付近の超電導性の空間変化が一定である方がデ
バイスの安定な動作に対して重要であるため、望ましく
は半導体中の超電導コヒーレンス長さの３倍以上の距離
に超電導体と常伝導体の境界付近の超電導性が制御信号
によってほとんど変化しないように選ぶ。 つまり、超電導体と常伝導体の境界付近での電子又は
正孔の反射係数は一定で、しかも１に近い値になるよう
にデバイスを構成する。さらに、位相の制御による信号
が、材料中の不必要なキャリアの散乱によって乱される
のを防ぐために、超電導体と常伝導体へのキャリアの注
入手段とのあいだの常伝導体部分の距離は、半導体中の
キャリアの平均自由行程の10倍以下、より望ましくは５
倍以下に選ぶのがよい。 本発明においては、上記の常伝導体として金属，半金
属等より成る材料を用いることは望ましく、常伝導体と
して半導体を用いることは最も望ましい。上記の常伝導
体として半導体材料を用いた場合には、上記の被制御電
流の制御手段として、上記の半導体に電界を印加する手
段を用い、それは上記の半導体上に直接あるいは上記の
半導体よりも大きな電気抵抗をもった材料を介して設け
られた導体を含んで構成することができる。この場合に
はトランジスタ型の超電導デバイスを実現することがで
きる。上記の制御手段は、それぞれのデバイスについて
ただ一つである必要は無く、電界（電圧），電流，磁界
光，電磁波等から選ばれた一つまたはそれ以上の信号の
印加手段を組合せるか、あるいは信号の印加手段を複数
同時に用いることは、本発明の目的を達するために望ま
しいことである。 本発明の目的を達するためには前記のキャリアを流し
込む手段は、その先端部の幅が１μｍ以下の針状とし、
この先端が常伝導体に接するようにするのが好ましい。
また、この流し込む手段は、常伝導体に接していて超電
導体には接していない様に設けられていることが望まし
い。これは前記のキャリアを流し込む手段と超電導体と
が直接に接していると制御された正規の信号に加えて漏
洩電流が流れ、信号制御の感度が悪くなるためである。 本発明の目的を達するためには、前記の常伝導体にキ
ャリアを流し込む手段と前記の超電導体の間の電位差を
検出する手段を含んで構成されることが望ましい。制御
された信号は、常伝導体にキャリアを流し込む手段と前
記の超電導体の間の電位差として現れるので、本発明の
超電導デバイスの基本的な動作はこれだけで実現できる
が、より望ましくは増幅作用のある素子、例えば半導体
トランジスタや超電導トランジスタ、さらにはジョセフ
ソン素子等を前記の電位差を検出する手段として使用す
ることができ、この場合にはこの電位差を検出する手段
の信号を直接に別の超電導デバイスの制御信号として入
力できる。 このような信号の制御を敏感に行うためには、前記常
伝導体にキャリアを流し込む手段から、流し込んだキャ
リアの常伝導体中のフェルミ準位から測ったエネルギー
を、上記の超電導体のデバイスの使用温度におけるギャ
ップエネルギーの値の2.0倍以下であるようにして構成
する事が望ましく、さらに望ましくは1.0倍以下である
ようにして構成するのがよい。 また常伝導材料の結晶欠陥などによる、デバイスの動
作に悪影響のある電子や正孔の散乱を小さく抑えるため
に、常伝導体にキャリアを流し込む手段は上記の常伝導
体上に設けられ、かつ上記の超電導体と常伝導体の境界
との距離が上記の常伝導体中のキャリアの平均自由行程
の10倍以下に、さらに望ましくは５倍以下に選ばれるの
が良い。 上記の電子や正孔の散乱によるデバイスの動作への悪
影響を小さくするためには前記常伝導体上における上記
の常伝導体に接して設けた電子あるいは正孔を流し込む
手段の幅は常伝導体に接する上記の超伝導体よりも狭く
成るように選んで構成されていることが望ましい。 上記の常伝導体に接して設けた電子あるいは正孔を流
し込む手段を常伝導体の同じ面上に超電導体と対向して
設ける事は、デバイスの集積化を容易にする観点から非
常に望ましい。また本発明の目的は上記の常伝導体に接
して設けた電子あるいは正孔を流し込む手段は常伝導体
を挾んで超電導体と対向させて設ける事によっても十分
に達成できることは明らかである。 本発明の常伝導体として半導体を用いる場合にあって
は上記の半導体はSi,Ge,InAs,GaAs,GaSb,InSbの材料の
群より選ばれた一つまたは複数の材料によって構成する
ことができ、これらの材料は前述の信号の制御を容易に
行い得る材料として、本発明の目的を達するために推奨
されるものである。一方、超電導体の材料としては、従
来の金属系超電導材料に加えて、酸化物のセラミクス材
料を用いることもデバイスの高温動作の観点から望まし
く、この際には前記の常伝導体の主たる構成元素は前記
の超電導体を構成する酸化物のセラミクス材料の主たる
構成元素と同一である様に選ぶことによって、材料相互
の元素の拡散によるデバイス特性の劣化を防止できる。
電流の制御は、電界（電圧），電流，磁界信号のうちの
何れか一つまたはその組合せによって行い、本発明のデ
バイスを動作させることができることは言うまでもな
い。これは上記電流の制御は、常伝導体に流し込んだ電
子又は正孔の超電導波動関数の干渉の制御によって動作
する全く新規の本発明の一形態である超電導デバイスに
対応する。このような干渉現象は、電流の制御手段を、
常伝導体の一部分のみに設け、制御の状態の異なる二つ
の電子あるいは正孔の波動関数を重ねあわせる事によっ
ても実現できることは、本発明の超電導デバイスの構成
から容易に理解できる。 すでに述べたごとく、本発明に用いる超電導体の材料
としては、金属系の材料、例えばNb,Pb、あるいはPbの
合金やNbの金属間化合物、例えばNbN,Nb3Sn,Nb3Ge,Nb3A
l,Nb3Siなどを用いても良いことは言うまでもない。さ
らにセラミクスの超電導体を用いることは、デバイスの
高温動作の点から望ましい。その材料の例としてはｐ−
導電型の超電導体であるＹ系の酸化物超電導体やLa系の
酸化物超電導体、Bi系の酸化物超電導体、Tl系の酸化物
超電導体を用いても本発明の目的を十分に達することの
できることは言うまでもない。またｎ−導電型の超電導
体としてNd2-xCexCuOyなる組成の酸化物セラミクス超電
導体を用いることも望ましく、これに換えて上記組成の
Ndの部分をPr,Pm,Sm,Eu,Gd,Erの群より選ばれた少なく
とも１つの元素によって置き換えたもの、あるいはCeの
部分をTh,Tl,Pb,Biの群より選ばれた少なくとも１つの
元素によって置き換えたものであっても良いことは言う
までもない。ｎ−導電型の超電導体としてNd2-xCexCuOy
なる組成の酸化物セラミクス超電導体に換えて、A2-xNx
CuOyなる組成であって、ＡはSr及びCaより選ばれた少な
くとも１者、Ｎは基本結晶構造が保たれ、２＋価よりも
大きい酸化数を取りうる元素であって良く、例えばLa,C
e,Pr,Nd,Sm,Gd,Td,Tl,Pb,Bi,Y,Inよりなる群より選ばれ
た少なくとも一者より成ることを特徴とする酸化物セラ
ミクス超電導体を用いても本発明の目的を達することが
できる。さらにｎ−導電型の超電導体としてA1N′xCuOy
なる組成であって、ＡはSr及びCaより選ばれた少なくと
も１者、Ｎ′は基本結晶構造が保たれ、２＋価よりも大
きい酸化数を取りうる元素であって良く、例えばLa,Ce,
Pr,Nd,Sm,Gd,Td,Tl,Pb,Bi,Y,Inよりなる群より選ばれた
少なくとも一者より成ることを特徴とする酸化物セラミ
クス超電導体を用いても本発明の目的を達することがで
きる。さらに本発明の超電導体の材料に、酸化物セラミ
クス超電導体を用いた場合にあっては、常伝導体として
その主たる構成元素が前記の酸化物セラミクス超電導体
の主たる構成元素と同じである材料を用いても良い。 本発明の超電導デバイスは、超電導体を形成する工程
と、前記常伝導体にキャリアを流し込む手段を形成する
工程と、流し込んだキャリアの位相を制御する手段を形
成する工程とを、少なくとも含んで製造することができ
る。この場合上記の常伝導体にキャリアを流し込む手段
を構成する材料は常電導体であることが望ましく、また
上記常伝導体にキャリアを流し込む手段を構成する材料
は超電導体であることも本発明の目的を達するためには
極めて望ましい。 また一枚の超電導薄膜を加工して対向した二つの超電
導電極であって両者の距離はキャリアの平均自由工程の
10倍以内とする工程、及び制御電極を設ける工程を、少
なくとも含んで構成される方法によっても本発明の超電
導デバイスを製造することができる。この場合には、電
極の加工と超電導体の形成が一度にできるので、製造が
容易になり高集積のデバイスを高い歩留まりで製造でき
る利点がある。 以上述べたように、本発明によれば従来技術の問題点
を解決するとともに、全く新規の機能を有する本発明の
超電導デバイスを実現できる。
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。 第１の実施例は制御手段として、電界を印加してキャ
リアの振幅を制御するものである。 第１図，第２図及び第３図を用いて本発明の第１の実
施例を説明する。第１図は本発明の第１の実施例による
超電導デバイスの斜図であり、第２図は超電導デバイス
の一部分の平面を示す図であり、第３図は中におけるＡ
−Ａ線についての断面図である。ｐ型の（100）方位の
シリコン単結晶よりなる基板１の表面に熱酸化法によっ
て厚さ約100nmのSiO2よりなる層間絶縁膜２を形成した
のち、ヒ素イオンを表面濃度５×1018cm-3にイオン注入
し、続いて窒素雰囲気中で900℃の温度で20分の熱処理
を行い、イオン注入層３を形成した。この部分が先に述
べた常伝導体（第１の固体）に対応する。このイオン注
入層３の濃度は、１×1015〜１×1020（cm-3）、より好
ましくは５×1018〜１×1020（cm-3）とする。次に、前
記の層間絶縁膜２の開口４を形成した後に、超電導体と
して厚さ約100nmのNbの薄膜を超高真空中で蒸着した。
この超電導薄膜の厚さは、次に行う微細加工に適し、し
かも材料の超電導性を損なわない範囲に選定すれば良
く、ここでは約100nmとしたが約１μｍから約10nmの範
囲、より望ましくは約100nmから約10nmの範囲にあれば
良い。 引き続いて、厚さ約200nmの電子線レジストを用いて
パターンを形成し、上記のNbの薄膜を反応性イオンエッ
チング法によって加工し、幅が約0.05μｍの第１の超電
導体６と、幅が約10μｍの第２の超電導体５とを形成し
た。この第１の超電導体５は先に述べたキャリアを流し
込む手段と検出する手段とを兼ねる部分に対応する。ま
た、第２の超電導体６は、先に述べた第２の固体（超電
導体）に対応する。尚、各図において、各部分の縮尺は
必ずしも同一ではないので注意を要する。次にゲート絶
縁膜21として厚さ約10nmのSiO2より成る薄膜をCVD（化
学的気相成長）法によって形成したのち、厚さ約200nm
のAl薄膜を形成して制御電極７とした。以上によって本
発明の超電導デバイスを作製することができる。 この本発明の超電導デバイスを液体ヘリウム中で冷却
して動作させると、第４図に示した様な特性を得ること
ができる。すなわちイオン注入層３と制御電極７との間
に印加した電圧Ｖにより、上記第１の超電導体６と第２
の超電導体５との間の電流−電圧特性は制御でき、本発
明の超電導デバイスはアナログ及びデジタル回路用の素
子として使用できる。 次に第５図及び第６図を用いて実施例２を説明する。
本実施例は、制御手段として電界を印加してキャリアの
位相のみを制御するものである。さらに第１図の構成に
比べて注入電極を２つに増やし、また制御電極を分割し
て５個設けている事に特徴がある。 素子の形成方法については、前記実施例１と同様にイ
オン注入層３を形成する。 次にホウ素イオンを表面濃度９×1018cm-3にイオン注
入し続いて窒素雰囲気中で900℃の温度で10分の熱処理
を行い、制御電極７とした。ここでは５個の制御電極を
形成している。 次に、前記の層間絶縁膜２の開口４を形成した後に、
超電導体として厚さ約100nmのNbの薄膜を超高真空中で
蒸着した。この超電導薄膜の厚さは、次に行う微細加工
に適し、しかも材料の超電導性を損なわない範囲に選定
すれば良く、ここでは約100nmとしたが約１μｍから約1
0nmの範囲、より望ましくは約100nmから約10nmの範囲に
あれば良い。 引き続いて、厚さ約200nmの電子線レジストを用いて
パターンを形成し、上記のNbの薄膜を反応性イオンエッ
チング法によって加工し、幅が約0.05μｍの超電導体
（注入電極）６、幅が約10μｍの超電導体５とを形成し
た。 本実施例においても、注入電極６は常伝導体として用
いたSi半導体にキャリアを注入するための手段として用
いている。尚、各図において、各部分の縮尺は必ずしも
同一ではないので注意を要する。以上によって本発明の
超電導デバイスを作製することができる。本実施例でも
キャリアの注入手段と反射後のキャリアの検出手段は上
記の注入電極６で兼用している。またこの様に兼用して
も、発明の目的を達することができることが本発明の特
色である。 また、二つの注入電極６は、それぞれ独立にキャリア
の注入手段として使用できるので、この実施例２のデバ
イスにおいては信号の並列処理が可能になる。これは従
来の超電導デバイスにおいては実現できなかったことで
あり、本発明によって新規に可能になったものである。 第３の実施例は制御手段として電界を印加して、キャ
リアの位相，振幅の両方を制御することができる。 第７図を用いて本発明の第３の実施例を説明する。第
７図は本発明の第２の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す平面図である。本実施例において、デバイス
の作製方法は第１の実施例と同様で良いが、制御電極７
の配置が異なっている。すなわち第１の実施例において
は第１の超電導体と第２の超電導体の間のほぼ全体にわ
たって制御電極７が設けられているのに体して、本実施
例ではその一部分のみに選択的に制御電極７を設けてい
る点に特徴が有る。これはキャリアの反射が第１の超電
導体の常伝導体に接した端面全体にわたって生じ、その
量子力学的波動関数の合成が第２の超電導体への電流に
影響して、これが観測されるためである。従って本実施
例のごとく、制御電極７が第１の超電導体と第２の超電
導体の間の一部分に設けている場合であっても、本発明
の目的を十分に達することができる。 第４の実施例は制御手段として電界を印加して、キャ
リアの位相，振幅の両方を制御するものである。 第８図を用いて本発明の第４の実施例を説明する。第
８図は本発明の第４の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す平面図である。本実施例においても、デバイ
スの作製方法は第１及び第２の実施例と同様で良いが、
制御電極７の配置がどちらとも異なっている。すなわち
第１の実施例においては第１の超電導体と第２の超電導
体の間のほぼ全体にわたって制御電極７が設けられてい
るのに対して、本実施例では第１の超電導体と第２の超
電導体の間のほぼ全体にわたって制御電極71が設けられ
さらに第１の超電導体と第２の超電導体の間の一部分の
みに選択的に制御電極72を設けている点に特徴が有る。
この場合にも本発明の第２の実施例と同様にキャリアの
反射が第１の超電導体の常伝導体に接した端面全体にわ
たって生じ、その量子力学的波動関数の合成が第２の超
電導体への電流に影響して観測される。しかも制御電極
を複数用いているので、複数の入力信号を処理したり、
デバイスの動作条件を設定したりすることが容易であ
る。従って、本実施例のごとく、複数の制御電極を用い
て、しかもそのうちのいくつかの制御電極が第１の超電
導体と第２の超電導体の間の一部分のみに設けてある場
合であっても、本発明の目的を十分に達することができ
る。 以上の第１の実施例，第３の実施例，第４の実施例に
おいて、電界効果型の電圧信号を用いた制御手段は、次
のごとく超電導体と常伝導体の間のキャリアの反射を制
御する。すなわち第１の超電導体５から流し込まれたキ
ャリアは、常伝導体中に染みだした超電導ペアポテンシ
ャルの形によって反射あるいは反射した後の様子が異な
る。第９図は制御電極に電圧を印加した場合としない場
合とで、超電導ペアポテンシャルの値が空間的に変化す
る様子を示したものである。第９図に示したごとく、常
伝導体中の特定の位置における超電導オーダパラメータ
の値が変化するために、同じエネルギーＥを持って入射
したキャリアに対する反射の生じる空間的な位置が変化
する。この変化が第１の超電導体と第２の超電導体の間
の電流−電圧特性に影響する。 第５の実施例は制御手段として電界を印加して、キャ
リアの位相のみを制御するものである。 次に第10図を用いて本発明の第５の実施例を説明す
る。第10図は本発明の第５の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す平面図である。本実施例において、デ
バイスの作製方法は第２の実施例と同様で良いが、制御
電極７の配置が異なっている。すなわち第２の実施例に
おいては超電導体５と注入電極６の間に対称な配置に一
列に制御電極７が設けられているのに対して、本実施例
では制御電極71,72,73の配置が対称であるが、三列にわ
たって制御電極71,72,73が設けられている。従って注入
電極６から注入されたキャリアは制御電極によって三回
の変調を受けたのち超電導体５とイオン注入層３の境界
で反射され、再び三回の変調を受けたのち注入電極６へ
戻る。これはキャリアの反射が超電導体５のイオン注入
層３に接した端面全体にわたって生じ、位相がずれた量
子力学的波動関数の合成が注入電極への電流に影響し
て、これが観測されるためである。従って本実施例のご
とく、制御電極71,72,73が超電導体と注入電極の間に複
数設けてある場合であっても、本発明の目的を十分に達
することができる。 第６の実施例は制御手段として電界を印加して、キャ
リアの位相のみを制御するものである。 次に第11図を用いて本発明の第６の実施例を説明す
る。第11図は本発明の第６の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す平面図である。本実施例においても、
デバイスの作製方法はキャリアの位相を制御する第２及
び第４の実施例と同様で良いが、制御電極７の配置がど
ちらとも異なっている。すなわち第２の実施例において
は超電導体５と注入電極６の間に対称な配置に一列に制
御電極７が設けられており、第４の実施例では制御電極
71,72,73の配置は対称である。これに対して本実施例で
は三列の制御電極71,72,73の配置が非対称である点に特
徴が有る。この場合にも本発明の第４の実施例と同様に
キャリアの反射が超電導体５のイオン注入層３に接した
端面全体にわって生じ、位相のずれたその量子力学的波
動関数の合成が注入電極６への電流に影響して観測され
る。しかも制御電極を複数用いているので、複数の入力
信号を処理したり、デバイスの動作条件を設定したりす
ることが容易であり、より複雑なデバイスの機能を実現
できる。 以上の第2,第5,第６の実施例において、電界効果型の
電圧信号を用いた制御手段は、次のごとく超電導体と常
伝導体の間のキャリアの反射を制御する。すなわち注入
電極６から流し込まれたキャリアは、常伝導体であるイ
オン注入層３の中に設けた制御電極71,72,73に電圧を印
加することによって、波動関数の位相が変化する。従っ
て制御電極71,72,73の有る場所と無い場所で波動関数の
位相に差が生じ、従って超電導体５とイオン注入層３の
境界で位相共役な、即ち運動量ベクトルが反射の前後で
大きさは同じで、符号が逆転するような反射を経て注入
電極に戻った超電導電子波の信号は、干渉効果によっ
て、値が変化する。このため本発明の超電導デバイスに
おいては、複数の信号を複雑に並列制御することが可能
になる。 第12図は、本発明の第2,第5,第６の実施例において、
制御電極に電圧を印加した場合（第12図、曲線ａ）とし
ない場合と（第12図、曲線b,c）で、超電導電極５と注
入電極６、61等との間の電圧−電流特性の変化を示した
ものである。制御電極７または71,72,73に電圧を印加す
ることによって波動関数の位相が変化する。従って制御
電極の有る場所と無い場所で波動関数の位相に差が生
じ、上述のごとくに注入電極に戻った超電導電子波の信
号は、干渉効果によって、値が変化する。 第７の実施例は制御手段として電界を印加して、キャ
リアの位相のみを制御するものである。 第13図を用いて本発明の第７の実施例を説明する。第
13図は本発明の第７の実施例による超電導デバイスの一
部分の平面を示す図である。ｐ型の（100）方位のシリ
コン単結晶よりなる基板１の表面に分子線成長法によっ
てｎ−型単結晶シリコンよりなる常伝導体31の部分と、
ｐ−型単結晶シリコンよりなる注入電極61,62,63とニッ
ケルシリサイドからなる制御電極71,72,73,74を形成し
た。常伝導体31の部分の厚さは0.3μｍである。最後
に、超高真空蒸着法によって厚さ300nmのNb薄膜５より
なる超電導体５を形成し、本発明の超電導デバイスを実
現することができる。 以上の実施例においては、半導体中にキャリアの蓄積
層を形成して、超電導近接効果を制御したが、これに限
られるものではない。半導体中に反転層を形成し、この
部分の超電導近接効果を制御することによっても、本発
明の目的を十分に達することができるのは言うまでもな
い。 さらに半導体部分の導電性に関しても、ｐ型であって
も、あるいはｎ型であっても良い。これはどちらの場合
にも、超電導近接効果によって半導体中に超電導領域が
染み出すためである。 また実施例1,3,4ではMOS型の制御手段を用いた。これ
は半導体にシリコンを用いた際にはMOS型の制御手段が
最も製造上の再現性に優れているためであるが、これに
限られるものではない。人工的に設けた絶縁物を介して
制御導体を形成するMIS型、あるいはショットキ障壁を
利用したMES型であっても良いことは言うまでもない。
またｐ−ｎ接合を利用したジャンクションFET型にした
制御手段を用いることも本発明の望ましい、実施形態の
１つである。また実施例2,5,6,7のように半導体中に埋
め込んで形成した制御電極を用いることも好ましい。 第８の実施例は制御手段として磁界を印加して、キャ
リアの位相，振幅の両方を制御するものである。 第14図を用いて本発明の第８の実施例を説明する。第
14図は本発明の第８の実施例による超電導デバイスの一
部分の平面を示す図である。ｐ型の（100）方位のシリ
コン単結晶よりなる基板１の表面に熱酸化法によって厚
さ約100nmのSiO2よりなる層間絶縁膜２を形成した。こ
の上に厚さ約200nmのAl薄膜を形成して常伝導体８とし
た後に、絶縁膜21として厚さ約100nmのSiO2より成る薄
膜をCVD（化学的気相成長）法によって形成し、前記の
層間絶縁膜２の開口４を形成した後に、超電導体として
厚さ約100nmのNbの薄膜を超高真空中で蒸着した。この
超電導薄膜の厚さは、次に行う微細加工に適ししかも材
料の超電導性を損なわない範囲に選定すれば良い。引き
続いて、厚さ約200nmの電子線レジストを用いてパター
ンを形成し、上記のNbの薄膜を反応性イオンエッチング
法によって加工し、幅が約0.05μｍの第１の超電導体６
と、幅が約10μｍの第２の超電導体５とを形成した。
尚、各図において、各部分の縮尺は必ずしも同一ではな
いので注意を要する。次にゲートの絶縁膜21として厚さ
約10nmのSiO2より成る薄膜をCVD（化学的気相成長）法
によって形成したのち、厚さ約200nmのAl薄膜を形成し
て制御電極７とした。以上によって本発明の超電導デバ
イスを作製することができる。本実施例では制御電極７
は電界効果用ではなく、磁界を常伝導体８に印加するた
めの配線として使用する。制御電極７に電流を流すと第
２の超電導体５と常伝導体８の境界で磁界によって電子
あるいは正孔の波動関数の位相が変化する。更に常伝導
体の超電導ペアポテンシャルは減少する。従って電界効
果の場合と同様に第２の超電導体５と常伝導体８の境界
における電子または正孔の反射係数を制御することがで
きる。すなわち本発明の超電導デバイスが動作する。 第９の実施例は制御手段として磁界を印加して、キャ
リアの位相のみを制御するものである。 第15図を用いて本発明の第９の実施例を説明する。第
15図は本発明の第９の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す平面図である。常伝導体の材料としてはSi半
導体を用いる。すなわちｐ型の（100）方位のシリコン
単結晶よりなる基板１の表面に熱酸化法によって厚さ約
100nmのSiO2よりなる層間絶縁膜２を形成したのち、ヒ
素イオンを表面濃度５×1018cm-3にイオン注入し、続い
て窒素雰囲気中で900℃の温度で20分の熱処理を行い、
イオン注入層３を形成した。次に、前記の層間絶縁膜２
の開口４を形成する。以下、本実施例はデバイスの作製
方法は第２若しくは第４の実施例と同様で良いが、制御
電極７の配置及び機能が異なっている。すなわち本実施
例では超電導体５と注入電極６の間のほぼ全体にわたっ
て制御電極７が設けられている点に特徴が有る。しか
し、超電導体５と注入電極６の間の一部分に非対称に設
けても本発明の目的を達することができることは言うま
でもない。ここで制御電極７は磁界印加による制御手段
である。この場合にもその量子力学的波動関数の合成が
注入電極への電流に影響してこれが観測される。 第10の実施例は制御手段として磁界を印加して、キャ
リアの位相，振幅の両方を制御するものである。 第16図を用いて本発明の第10の実施例を説明する。第
16図は本発明の第10の実施例による超電導デバイスの一
部分の平面を示す図である。ｐ型の（100）方位のシリ
コン単結晶よりなる基板１の表面に熱酸化法によって厚
さ約100nmのSiO2よりなる層間絶縁膜２を形成する。次
に、厚さ約100nmのMoシリサイドの薄膜を超高真空中で
蒸着した。引き続いて、厚さ約200nmの電子線レジスト
を用いてパターンを形成し、上記のMoシリサイドの薄膜
を反応性イオンエッチング法によって加工し、幅が約0.
05μｍの第１の超電導体６を形成した。この上に多結晶
Siより成る厚さ約50nmの薄膜をCVD（化学的気相成長）
法によって形成し常伝導体８とし、続いてヒ素イオンを
表面濃度５×1018cm-3にイオン注入し、続いて窒素雰囲
気中で900℃の温度で５分の熱処理を行い、イオン注入
層３を形成した。次に、超電導体として厚さ約100nmのN
bの薄膜を超高真空中で蒸着し第２の超電導体とした。
ゲートの絶縁膜21として厚さ約10nmのSiO2より成る薄膜
をCVD（化学的気相成長）法によって形成したのち、厚
さ約200nmのAl薄膜を形成して制御電極７とした。以上
によって本発明の超電導デバイスを作製することができ
る。この実施例では超電導デバイスは、電子または正孔
を常伝導体の流し込む手段と、超電導体とが常伝導体を
挾んで配置されている。制御電極７は電界効果型として
も、磁界効果型としても使用可能であることは言うまで
もない。 第11の実施例は制御手段として光、または電界を印加
して、キャリアの位相，振幅の両方を制御するもの（第
17図）および光または電界を印加してキャリアの位相の
みを制御するもの（第18図）である。 第17図および第18図を用いて本発明の第11の実施例を
説明する。第17図，第18図は本発明の第11の実施例によ
る超電導デバイスの一部分を示す平面図である。本実施
例において、デバイスの作製方法は第17図の素子につい
ては第１の実施例と同様、第18図の素子については第２
の実施例と同様で良いが、各々更に常伝導体領域への光
の入射手段が付加されている点が異なっている。光の入
射手段としては光ファイバ９を用いているが、これに限
るものではなく例えば本発明の超電導デバイスと同じ基
板上に形成した光導波路や導波管を用いても良いことは
言うまでもない。この場合入射した光によって常伝導体
中のキャリア濃度が増加し、超電導ペアポテンシャルの
値が空間的に変化するので、常伝導体中の特定の位置に
おける超電導オーダパラメータの値が変化して、電界効
果による制御手段を用いた場合と同様にして電子または
正孔の反射あるいは透過確率が変化して、常伝導体と超
電導体の境界を横切って流れる電流を制御し、本発明の
目的を十分に達することができる。 本実施例の第17図の素子においては、Al薄膜を用いて
MOS型の制御電極７を形成したが、素子に入射する光を
有効に半導体中へ取り入れるためには、In2O3,SnO2等の
酸化物半導体材料を用いることが望ましい。これは、こ
れ等の材料が高い導電性を有しつつも、光学的には透明
であり、従って信号としての入射光が素子特性を制御す
る際の効率が高くなる利点があるためである。 第12図の実施例は制御手段として電磁波を印加して、
キャリアの位相，振幅の両方を制御するものである。 第19図を用いて本発明の第12の実施例を説明する。第
19図は本発明の第12の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す上面図である。本実施例において、デバイス
の作製方法は第１の実施例と同様で良いが、更に常伝導
体領域への電磁波の入射手段が付加されている点が本発
明の第１実施例とは異なっている。電磁波の入射手段と
しては導波管10を用いているが、これに限るものではな
い。本実施例によれば、入射した電磁波によって電子ま
たは正孔の反射あるいは透過確率が変化して、常伝導体
と超電導体の境界を横切って流れる電流を制御し、本発
明の目的を十分に達することができる。 第13の実施例は制御手段として電界と磁界とを組合わ
せて印加して、キャリアの位相，振幅の両方を制御する
ものである。 第20図を用いて本発明の第13の実施例を説明する。第
20図は本発明の第13の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す上面図である。常伝導体の材料としてはSi半
導体を用いる。すなわちｐ型の（100）方位のシリコン
単結晶よりなる基板１の表面に熱酸化法によって厚さ約
100nmのSiO2よりなる層間絶縁膜２を形成したのち、ヒ
素イオンを表面濃度５×1018cm-3にイオン注入し、続い
て窒素雰囲気中で900℃の温度で20分の熱処理を行い、
イオン注入層３を形成した。次に、前記の層間絶縁膜２
の開口４を形成する。以下、本実施例はデバイスの作製
方法は第1,第3,第４、もしくは第８の実施例と同様で良
いが、制御電極７の配置及び機能が異なっている。すな
わち第８の実施例においては第１の超電導体と第２の超
電導体の間のほぼ全体にわたって制御電極７が設けられ
ているのに対して、本実施例では第１の超電導体と第２
の超電導体の間のほぼ全体にわたって制御電極73が設け
られさらに第１の超電導体と第２の超電導体の間の一部
分のみに選択的に制御電極74を設けている点に特徴が有
る。ここで制御電極73は電界効果型の、制御電極74は磁
界印加による制御手段である。この様に異なった方式の
制御手段を組合せて使用した場合にも本発明の第３の実
施例と同様に、キャリアの反射が第１の超電導体の常伝
導体に接した端面全体にわたって生じ、その量子力学的
波動関数の合成が第２の超電導体への電流に影響してこ
れが観測される。しかも制御電極を複数用いているの
で、複数の異なる方式の入力信号を処理したり、デバイ
スの動作条件を設定したりすることが容易である。 第14の実施例は、本発明の超電導デバイスを従来の超
電導デバイスと組合せて超電導回路を構成したものであ
る。 第21図，第22図を用いて本発明の第14の実施例を説明
する。第21図，第22図は本発明の第14の実施例による超
電導回路の一部分を示す上面図である。本実施例におい
て、第21図は第１の実施例の超電導デバイスを、第22図
は第２の実施例の超電導デバイスを用い、従来公知の超
電導体を用いたトンネル型ジョセフソン接合素子10ある
いは電界効果型の超電導トランジスタ11とを組合せて超
電導回路を構成しており、本発明の一形態に対応する。
このように従来の超電導デバイスと組合せて回路を形成
することにより、例えば本発明に係る超電導デバイスを
先に第17図，第18図に示したような構成とすれば、本発
明に係る超電導デバイスで検出した光信号を処理するた
めの、回路の高機能化と信号処理の高速化を実現できる
利点が有り、従来技術では実現できない高度の情報処理
が可能に成る観点から、極めて望ましい本発明の一形態
である。 第15の実施例は制御手段として、電圧，電流，磁界の
うちの少なくとも一つを印加し、キャリアの位相，振幅
の両方の制御をするものである。 第23図を用いて本発明の第15の実施例を説明する。第
23図は本発明の第15の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す上面図である。本実施例において、デバイス
の作製方法は第１の実施例と同様で良いが、電子又は正
孔を常伝導体に流し込む手段を超電導体を用いて構成し
た点に特徴が有る。上述の電子あるいは正孔の常伝導体
と超電導体の境界における反射は、電子あるいは正孔を
流し込む手段が超電導体を用いて構成されている場合に
は、この二つの超電導体と常伝導体の境界において繰返
して発生する。従って電子あるいは正孔を流し込む手段
が超電導体を用いて構成された場合には、特別の利点が
有って、上記の常伝導体とこれに接して設けた超電導体
とを介して流れる電流を制御して、前記電流又は微分抵
抗の同一の値が異なった制御の条件において実現し、こ
れを２値以上の多値の論理に対応させて動作させる事が
可能となる。第24図は本実施例におけるデバイスの二つ
の超電導体の間の電流−電圧特性であって、電界効果型
の制御信号によって特性を制御しつつ、２値以上の多値
の論理に対応させて動作させる事が可能という新規の機
能を有する超電導デバイスを実現でき、非常に望ましい
本発明の一形態である。この場合にも上記の電流の制御
は、電圧，電流，磁界のうちの何れか一つまたはその組
合せによって行い、本発明のデバイスを動作させること
ができることは言うまでもない。これは上記の電流を制
御は、常伝導体に流し込んだ電子又は正孔の超電導波動
関数の干渉の制御によって動作する全く新規の本発明の
一形態である超電導デバイスに対応する。このような干
渉現象は、電流の制御手段を、常伝導体の一部分のみに
設け、制御の状態の異なる二つの電子あるいは正孔の波
動関数を重ねあわせる事によっても実現できることは、
本発明の超電導デバイスの構成から容易に理解できるの
である。 本実施例は、本発明の超電導デバイスを用い、アナロ
グ演算処理機能を有する超電導デバイスを作成したもの
である。 第25図は本発明の第16の実施例による超電導デバイス
とその使用方法を示すブロック図である。Nb薄膜よりな
る超電導体５とSiよりなる常伝導体31に制御電極71,72,
73と注入電極61,62,63,64が設けられて、本発明の超電
導デバイスが構成されている。キャリアの注入手段と反
射後のキャリアの検出手段は上記の注入電極61,62,63,6
4で兼用している。この注入電極61,62,63,64は抵抗101,
102,103,104を介して電源端子201,202,203,204につなが
っており、それぞれの電源端子に定電流が供給されてい
る。このため各電源端子201,202,203,204には、制御電
極71,72,73の信号によって並列に制御された電圧信号が
出力されている。尚、これら201〜204の電圧の基準は接
地電位とした超電導体５である。すなわち201〜204の電
圧は、超電導体５と各注入電極61〜64との間の電位差で
ある。デバイスの高速動作の観点からは、この電圧信号
をそのまま使用することが望ましいが、第10図に示した
如くに超電導トランジスタ等の高速デバイスを増幅器30
0として使用し、その出力401,402,403,404を装置として
の出力信号として、これを用いて他のデバイスや装置を
駆動することも、本発明の極めて望ましい実施形態であ
る。本実施例においては、３種の信号を並列に処理し、
その結果として４種の出力信号を得ている。この様に、
本発明では信号の処理を、キャリアの波動性を利用し
て、多重化あるいは並列化している。この様な機能は光
デバイスの分野ではしばしば高度な情報処理機能を実現
するために使用されているが、固体デバイスあるいは電
子デバイスの分野、特に超電導デバイスの分野ではまっ
たく新規である。このため本発明の超電導デバイスのニ
ューロ計算機や人工知能デバイスとして好適である。
リアの振幅を制御するものである。 第１図，第２図及び第３図を用いて本発明の第１の実
施例を説明する。第１図は本発明の第１の実施例による
超電導デバイスの斜図であり、第２図は超電導デバイス
の一部分の平面を示す図であり、第３図は中におけるＡ
−Ａ線についての断面図である。ｐ型の（100）方位の
シリコン単結晶よりなる基板１の表面に熱酸化法によっ
て厚さ約100nmのSiO2よりなる層間絶縁膜２を形成した
のち、ヒ素イオンを表面濃度５×1018cm-3にイオン注入
し、続いて窒素雰囲気中で900℃の温度で20分の熱処理
を行い、イオン注入層３を形成した。この部分が先に述
べた常伝導体（第１の固体）に対応する。このイオン注
入層３の濃度は、１×1015〜１×1020（cm-3）、より好
ましくは５×1018〜１×1020（cm-3）とする。次に、前
記の層間絶縁膜２の開口４を形成した後に、超電導体と
して厚さ約100nmのNbの薄膜を超高真空中で蒸着した。
この超電導薄膜の厚さは、次に行う微細加工に適し、し
かも材料の超電導性を損なわない範囲に選定すれば良
く、ここでは約100nmとしたが約１μｍから約10nmの範
囲、より望ましくは約100nmから約10nmの範囲にあれば
良い。 引き続いて、厚さ約200nmの電子線レジストを用いて
パターンを形成し、上記のNbの薄膜を反応性イオンエッ
チング法によって加工し、幅が約0.05μｍの第１の超電
導体６と、幅が約10μｍの第２の超電導体５とを形成し
た。この第１の超電導体５は先に述べたキャリアを流し
込む手段と検出する手段とを兼ねる部分に対応する。ま
た、第２の超電導体６は、先に述べた第２の固体（超電
導体）に対応する。尚、各図において、各部分の縮尺は
必ずしも同一ではないので注意を要する。次にゲート絶
縁膜21として厚さ約10nmのSiO2より成る薄膜をCVD（化
学的気相成長）法によって形成したのち、厚さ約200nm
のAl薄膜を形成して制御電極７とした。以上によって本
発明の超電導デバイスを作製することができる。 この本発明の超電導デバイスを液体ヘリウム中で冷却
して動作させると、第４図に示した様な特性を得ること
ができる。すなわちイオン注入層３と制御電極７との間
に印加した電圧Ｖにより、上記第１の超電導体６と第２
の超電導体５との間の電流−電圧特性は制御でき、本発
明の超電導デバイスはアナログ及びデジタル回路用の素
子として使用できる。 次に第５図及び第６図を用いて実施例２を説明する。
本実施例は、制御手段として電界を印加してキャリアの
位相のみを制御するものである。さらに第１図の構成に
比べて注入電極を２つに増やし、また制御電極を分割し
て５個設けている事に特徴がある。 素子の形成方法については、前記実施例１と同様にイ
オン注入層３を形成する。 次にホウ素イオンを表面濃度９×1018cm-3にイオン注
入し続いて窒素雰囲気中で900℃の温度で10分の熱処理
を行い、制御電極７とした。ここでは５個の制御電極を
形成している。 次に、前記の層間絶縁膜２の開口４を形成した後に、
超電導体として厚さ約100nmのNbの薄膜を超高真空中で
蒸着した。この超電導薄膜の厚さは、次に行う微細加工
に適し、しかも材料の超電導性を損なわない範囲に選定
すれば良く、ここでは約100nmとしたが約１μｍから約1
0nmの範囲、より望ましくは約100nmから約10nmの範囲に
あれば良い。 引き続いて、厚さ約200nmの電子線レジストを用いて
パターンを形成し、上記のNbの薄膜を反応性イオンエッ
チング法によって加工し、幅が約0.05μｍの超電導体
（注入電極）６、幅が約10μｍの超電導体５とを形成し
た。 本実施例においても、注入電極６は常伝導体として用
いたSi半導体にキャリアを注入するための手段として用
いている。尚、各図において、各部分の縮尺は必ずしも
同一ではないので注意を要する。以上によって本発明の
超電導デバイスを作製することができる。本実施例でも
キャリアの注入手段と反射後のキャリアの検出手段は上
記の注入電極６で兼用している。またこの様に兼用して
も、発明の目的を達することができることが本発明の特
色である。 また、二つの注入電極６は、それぞれ独立にキャリア
の注入手段として使用できるので、この実施例２のデバ
イスにおいては信号の並列処理が可能になる。これは従
来の超電導デバイスにおいては実現できなかったことで
あり、本発明によって新規に可能になったものである。 第３の実施例は制御手段として電界を印加して、キャ
リアの位相，振幅の両方を制御することができる。 第７図を用いて本発明の第３の実施例を説明する。第
７図は本発明の第２の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す平面図である。本実施例において、デバイス
の作製方法は第１の実施例と同様で良いが、制御電極７
の配置が異なっている。すなわち第１の実施例において
は第１の超電導体と第２の超電導体の間のほぼ全体にわ
たって制御電極７が設けられているのに体して、本実施
例ではその一部分のみに選択的に制御電極７を設けてい
る点に特徴が有る。これはキャリアの反射が第１の超電
導体の常伝導体に接した端面全体にわたって生じ、その
量子力学的波動関数の合成が第２の超電導体への電流に
影響して、これが観測されるためである。従って本実施
例のごとく、制御電極７が第１の超電導体と第２の超電
導体の間の一部分に設けている場合であっても、本発明
の目的を十分に達することができる。 第４の実施例は制御手段として電界を印加して、キャ
リアの位相，振幅の両方を制御するものである。 第８図を用いて本発明の第４の実施例を説明する。第
８図は本発明の第４の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す平面図である。本実施例においても、デバイ
スの作製方法は第１及び第２の実施例と同様で良いが、
制御電極７の配置がどちらとも異なっている。すなわち
第１の実施例においては第１の超電導体と第２の超電導
体の間のほぼ全体にわたって制御電極７が設けられてい
るのに対して、本実施例では第１の超電導体と第２の超
電導体の間のほぼ全体にわたって制御電極71が設けられ
さらに第１の超電導体と第２の超電導体の間の一部分の
みに選択的に制御電極72を設けている点に特徴が有る。
この場合にも本発明の第２の実施例と同様にキャリアの
反射が第１の超電導体の常伝導体に接した端面全体にわ
たって生じ、その量子力学的波動関数の合成が第２の超
電導体への電流に影響して観測される。しかも制御電極
を複数用いているので、複数の入力信号を処理したり、
デバイスの動作条件を設定したりすることが容易であ
る。従って、本実施例のごとく、複数の制御電極を用い
て、しかもそのうちのいくつかの制御電極が第１の超電
導体と第２の超電導体の間の一部分のみに設けてある場
合であっても、本発明の目的を十分に達することができ
る。 以上の第１の実施例，第３の実施例，第４の実施例に
おいて、電界効果型の電圧信号を用いた制御手段は、次
のごとく超電導体と常伝導体の間のキャリアの反射を制
御する。すなわち第１の超電導体５から流し込まれたキ
ャリアは、常伝導体中に染みだした超電導ペアポテンシ
ャルの形によって反射あるいは反射した後の様子が異な
る。第９図は制御電極に電圧を印加した場合としない場
合とで、超電導ペアポテンシャルの値が空間的に変化す
る様子を示したものである。第９図に示したごとく、常
伝導体中の特定の位置における超電導オーダパラメータ
の値が変化するために、同じエネルギーＥを持って入射
したキャリアに対する反射の生じる空間的な位置が変化
する。この変化が第１の超電導体と第２の超電導体の間
の電流−電圧特性に影響する。 第５の実施例は制御手段として電界を印加して、キャ
リアの位相のみを制御するものである。 次に第10図を用いて本発明の第５の実施例を説明す
る。第10図は本発明の第５の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す平面図である。本実施例において、デ
バイスの作製方法は第２の実施例と同様で良いが、制御
電極７の配置が異なっている。すなわち第２の実施例に
おいては超電導体５と注入電極６の間に対称な配置に一
列に制御電極７が設けられているのに対して、本実施例
では制御電極71,72,73の配置が対称であるが、三列にわ
たって制御電極71,72,73が設けられている。従って注入
電極６から注入されたキャリアは制御電極によって三回
の変調を受けたのち超電導体５とイオン注入層３の境界
で反射され、再び三回の変調を受けたのち注入電極６へ
戻る。これはキャリアの反射が超電導体５のイオン注入
層３に接した端面全体にわたって生じ、位相がずれた量
子力学的波動関数の合成が注入電極への電流に影響し
て、これが観測されるためである。従って本実施例のご
とく、制御電極71,72,73が超電導体と注入電極の間に複
数設けてある場合であっても、本発明の目的を十分に達
することができる。 第６の実施例は制御手段として電界を印加して、キャ
リアの位相のみを制御するものである。 次に第11図を用いて本発明の第６の実施例を説明す
る。第11図は本発明の第６の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す平面図である。本実施例においても、
デバイスの作製方法はキャリアの位相を制御する第２及
び第４の実施例と同様で良いが、制御電極７の配置がど
ちらとも異なっている。すなわち第２の実施例において
は超電導体５と注入電極６の間に対称な配置に一列に制
御電極７が設けられており、第４の実施例では制御電極
71,72,73の配置は対称である。これに対して本実施例で
は三列の制御電極71,72,73の配置が非対称である点に特
徴が有る。この場合にも本発明の第４の実施例と同様に
キャリアの反射が超電導体５のイオン注入層３に接した
端面全体にわって生じ、位相のずれたその量子力学的波
動関数の合成が注入電極６への電流に影響して観測され
る。しかも制御電極を複数用いているので、複数の入力
信号を処理したり、デバイスの動作条件を設定したりす
ることが容易であり、より複雑なデバイスの機能を実現
できる。 以上の第2,第5,第６の実施例において、電界効果型の
電圧信号を用いた制御手段は、次のごとく超電導体と常
伝導体の間のキャリアの反射を制御する。すなわち注入
電極６から流し込まれたキャリアは、常伝導体であるイ
オン注入層３の中に設けた制御電極71,72,73に電圧を印
加することによって、波動関数の位相が変化する。従っ
て制御電極71,72,73の有る場所と無い場所で波動関数の
位相に差が生じ、従って超電導体５とイオン注入層３の
境界で位相共役な、即ち運動量ベクトルが反射の前後で
大きさは同じで、符号が逆転するような反射を経て注入
電極に戻った超電導電子波の信号は、干渉効果によっ
て、値が変化する。このため本発明の超電導デバイスに
おいては、複数の信号を複雑に並列制御することが可能
になる。 第12図は、本発明の第2,第5,第６の実施例において、
制御電極に電圧を印加した場合（第12図、曲線ａ）とし
ない場合と（第12図、曲線b,c）で、超電導電極５と注
入電極６、61等との間の電圧−電流特性の変化を示した
ものである。制御電極７または71,72,73に電圧を印加す
ることによって波動関数の位相が変化する。従って制御
電極の有る場所と無い場所で波動関数の位相に差が生
じ、上述のごとくに注入電極に戻った超電導電子波の信
号は、干渉効果によって、値が変化する。 第７の実施例は制御手段として電界を印加して、キャ
リアの位相のみを制御するものである。 第13図を用いて本発明の第７の実施例を説明する。第
13図は本発明の第７の実施例による超電導デバイスの一
部分の平面を示す図である。ｐ型の（100）方位のシリ
コン単結晶よりなる基板１の表面に分子線成長法によっ
てｎ−型単結晶シリコンよりなる常伝導体31の部分と、
ｐ−型単結晶シリコンよりなる注入電極61,62,63とニッ
ケルシリサイドからなる制御電極71,72,73,74を形成し
た。常伝導体31の部分の厚さは0.3μｍである。最後
に、超高真空蒸着法によって厚さ300nmのNb薄膜５より
なる超電導体５を形成し、本発明の超電導デバイスを実
現することができる。 以上の実施例においては、半導体中にキャリアの蓄積
層を形成して、超電導近接効果を制御したが、これに限
られるものではない。半導体中に反転層を形成し、この
部分の超電導近接効果を制御することによっても、本発
明の目的を十分に達することができるのは言うまでもな
い。 さらに半導体部分の導電性に関しても、ｐ型であって
も、あるいはｎ型であっても良い。これはどちらの場合
にも、超電導近接効果によって半導体中に超電導領域が
染み出すためである。 また実施例1,3,4ではMOS型の制御手段を用いた。これ
は半導体にシリコンを用いた際にはMOS型の制御手段が
最も製造上の再現性に優れているためであるが、これに
限られるものではない。人工的に設けた絶縁物を介して
制御導体を形成するMIS型、あるいはショットキ障壁を
利用したMES型であっても良いことは言うまでもない。
またｐ−ｎ接合を利用したジャンクションFET型にした
制御手段を用いることも本発明の望ましい、実施形態の
１つである。また実施例2,5,6,7のように半導体中に埋
め込んで形成した制御電極を用いることも好ましい。 第８の実施例は制御手段として磁界を印加して、キャ
リアの位相，振幅の両方を制御するものである。 第14図を用いて本発明の第８の実施例を説明する。第
14図は本発明の第８の実施例による超電導デバイスの一
部分の平面を示す図である。ｐ型の（100）方位のシリ
コン単結晶よりなる基板１の表面に熱酸化法によって厚
さ約100nmのSiO2よりなる層間絶縁膜２を形成した。こ
の上に厚さ約200nmのAl薄膜を形成して常伝導体８とし
た後に、絶縁膜21として厚さ約100nmのSiO2より成る薄
膜をCVD（化学的気相成長）法によって形成し、前記の
層間絶縁膜２の開口４を形成した後に、超電導体として
厚さ約100nmのNbの薄膜を超高真空中で蒸着した。この
超電導薄膜の厚さは、次に行う微細加工に適ししかも材
料の超電導性を損なわない範囲に選定すれば良い。引き
続いて、厚さ約200nmの電子線レジストを用いてパター
ンを形成し、上記のNbの薄膜を反応性イオンエッチング
法によって加工し、幅が約0.05μｍの第１の超電導体６
と、幅が約10μｍの第２の超電導体５とを形成した。
尚、各図において、各部分の縮尺は必ずしも同一ではな
いので注意を要する。次にゲートの絶縁膜21として厚さ
約10nmのSiO2より成る薄膜をCVD（化学的気相成長）法
によって形成したのち、厚さ約200nmのAl薄膜を形成し
て制御電極７とした。以上によって本発明の超電導デバ
イスを作製することができる。本実施例では制御電極７
は電界効果用ではなく、磁界を常伝導体８に印加するた
めの配線として使用する。制御電極７に電流を流すと第
２の超電導体５と常伝導体８の境界で磁界によって電子
あるいは正孔の波動関数の位相が変化する。更に常伝導
体の超電導ペアポテンシャルは減少する。従って電界効
果の場合と同様に第２の超電導体５と常伝導体８の境界
における電子または正孔の反射係数を制御することがで
きる。すなわち本発明の超電導デバイスが動作する。 第９の実施例は制御手段として磁界を印加して、キャ
リアの位相のみを制御するものである。 第15図を用いて本発明の第９の実施例を説明する。第
15図は本発明の第９の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す平面図である。常伝導体の材料としてはSi半
導体を用いる。すなわちｐ型の（100）方位のシリコン
単結晶よりなる基板１の表面に熱酸化法によって厚さ約
100nmのSiO2よりなる層間絶縁膜２を形成したのち、ヒ
素イオンを表面濃度５×1018cm-3にイオン注入し、続い
て窒素雰囲気中で900℃の温度で20分の熱処理を行い、
イオン注入層３を形成した。次に、前記の層間絶縁膜２
の開口４を形成する。以下、本実施例はデバイスの作製
方法は第２若しくは第４の実施例と同様で良いが、制御
電極７の配置及び機能が異なっている。すなわち本実施
例では超電導体５と注入電極６の間のほぼ全体にわたっ
て制御電極７が設けられている点に特徴が有る。しか
し、超電導体５と注入電極６の間の一部分に非対称に設
けても本発明の目的を達することができることは言うま
でもない。ここで制御電極７は磁界印加による制御手段
である。この場合にもその量子力学的波動関数の合成が
注入電極への電流に影響してこれが観測される。 第10の実施例は制御手段として磁界を印加して、キャ
リアの位相，振幅の両方を制御するものである。 第16図を用いて本発明の第10の実施例を説明する。第
16図は本発明の第10の実施例による超電導デバイスの一
部分の平面を示す図である。ｐ型の（100）方位のシリ
コン単結晶よりなる基板１の表面に熱酸化法によって厚
さ約100nmのSiO2よりなる層間絶縁膜２を形成する。次
に、厚さ約100nmのMoシリサイドの薄膜を超高真空中で
蒸着した。引き続いて、厚さ約200nmの電子線レジスト
を用いてパターンを形成し、上記のMoシリサイドの薄膜
を反応性イオンエッチング法によって加工し、幅が約0.
05μｍの第１の超電導体６を形成した。この上に多結晶
Siより成る厚さ約50nmの薄膜をCVD（化学的気相成長）
法によって形成し常伝導体８とし、続いてヒ素イオンを
表面濃度５×1018cm-3にイオン注入し、続いて窒素雰囲
気中で900℃の温度で５分の熱処理を行い、イオン注入
層３を形成した。次に、超電導体として厚さ約100nmのN
bの薄膜を超高真空中で蒸着し第２の超電導体とした。
ゲートの絶縁膜21として厚さ約10nmのSiO2より成る薄膜
をCVD（化学的気相成長）法によって形成したのち、厚
さ約200nmのAl薄膜を形成して制御電極７とした。以上
によって本発明の超電導デバイスを作製することができ
る。この実施例では超電導デバイスは、電子または正孔
を常伝導体の流し込む手段と、超電導体とが常伝導体を
挾んで配置されている。制御電極７は電界効果型として
も、磁界効果型としても使用可能であることは言うまで
もない。 第11の実施例は制御手段として光、または電界を印加
して、キャリアの位相，振幅の両方を制御するもの（第
17図）および光または電界を印加してキャリアの位相の
みを制御するもの（第18図）である。 第17図および第18図を用いて本発明の第11の実施例を
説明する。第17図，第18図は本発明の第11の実施例によ
る超電導デバイスの一部分を示す平面図である。本実施
例において、デバイスの作製方法は第17図の素子につい
ては第１の実施例と同様、第18図の素子については第２
の実施例と同様で良いが、各々更に常伝導体領域への光
の入射手段が付加されている点が異なっている。光の入
射手段としては光ファイバ９を用いているが、これに限
るものではなく例えば本発明の超電導デバイスと同じ基
板上に形成した光導波路や導波管を用いても良いことは
言うまでもない。この場合入射した光によって常伝導体
中のキャリア濃度が増加し、超電導ペアポテンシャルの
値が空間的に変化するので、常伝導体中の特定の位置に
おける超電導オーダパラメータの値が変化して、電界効
果による制御手段を用いた場合と同様にして電子または
正孔の反射あるいは透過確率が変化して、常伝導体と超
電導体の境界を横切って流れる電流を制御し、本発明の
目的を十分に達することができる。 本実施例の第17図の素子においては、Al薄膜を用いて
MOS型の制御電極７を形成したが、素子に入射する光を
有効に半導体中へ取り入れるためには、In2O3,SnO2等の
酸化物半導体材料を用いることが望ましい。これは、こ
れ等の材料が高い導電性を有しつつも、光学的には透明
であり、従って信号としての入射光が素子特性を制御す
る際の効率が高くなる利点があるためである。 第12図の実施例は制御手段として電磁波を印加して、
キャリアの位相，振幅の両方を制御するものである。 第19図を用いて本発明の第12の実施例を説明する。第
19図は本発明の第12の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す上面図である。本実施例において、デバイス
の作製方法は第１の実施例と同様で良いが、更に常伝導
体領域への電磁波の入射手段が付加されている点が本発
明の第１実施例とは異なっている。電磁波の入射手段と
しては導波管10を用いているが、これに限るものではな
い。本実施例によれば、入射した電磁波によって電子ま
たは正孔の反射あるいは透過確率が変化して、常伝導体
と超電導体の境界を横切って流れる電流を制御し、本発
明の目的を十分に達することができる。 第13の実施例は制御手段として電界と磁界とを組合わ
せて印加して、キャリアの位相，振幅の両方を制御する
ものである。 第20図を用いて本発明の第13の実施例を説明する。第
20図は本発明の第13の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す上面図である。常伝導体の材料としてはSi半
導体を用いる。すなわちｐ型の（100）方位のシリコン
単結晶よりなる基板１の表面に熱酸化法によって厚さ約
100nmのSiO2よりなる層間絶縁膜２を形成したのち、ヒ
素イオンを表面濃度５×1018cm-3にイオン注入し、続い
て窒素雰囲気中で900℃の温度で20分の熱処理を行い、
イオン注入層３を形成した。次に、前記の層間絶縁膜２
の開口４を形成する。以下、本実施例はデバイスの作製
方法は第1,第3,第４、もしくは第８の実施例と同様で良
いが、制御電極７の配置及び機能が異なっている。すな
わち第８の実施例においては第１の超電導体と第２の超
電導体の間のほぼ全体にわたって制御電極７が設けられ
ているのに対して、本実施例では第１の超電導体と第２
の超電導体の間のほぼ全体にわたって制御電極73が設け
られさらに第１の超電導体と第２の超電導体の間の一部
分のみに選択的に制御電極74を設けている点に特徴が有
る。ここで制御電極73は電界効果型の、制御電極74は磁
界印加による制御手段である。この様に異なった方式の
制御手段を組合せて使用した場合にも本発明の第３の実
施例と同様に、キャリアの反射が第１の超電導体の常伝
導体に接した端面全体にわたって生じ、その量子力学的
波動関数の合成が第２の超電導体への電流に影響してこ
れが観測される。しかも制御電極を複数用いているの
で、複数の異なる方式の入力信号を処理したり、デバイ
スの動作条件を設定したりすることが容易である。 第14の実施例は、本発明の超電導デバイスを従来の超
電導デバイスと組合せて超電導回路を構成したものであ
る。 第21図，第22図を用いて本発明の第14の実施例を説明
する。第21図，第22図は本発明の第14の実施例による超
電導回路の一部分を示す上面図である。本実施例におい
て、第21図は第１の実施例の超電導デバイスを、第22図
は第２の実施例の超電導デバイスを用い、従来公知の超
電導体を用いたトンネル型ジョセフソン接合素子10ある
いは電界効果型の超電導トランジスタ11とを組合せて超
電導回路を構成しており、本発明の一形態に対応する。
このように従来の超電導デバイスと組合せて回路を形成
することにより、例えば本発明に係る超電導デバイスを
先に第17図，第18図に示したような構成とすれば、本発
明に係る超電導デバイスで検出した光信号を処理するた
めの、回路の高機能化と信号処理の高速化を実現できる
利点が有り、従来技術では実現できない高度の情報処理
が可能に成る観点から、極めて望ましい本発明の一形態
である。 第15の実施例は制御手段として、電圧，電流，磁界の
うちの少なくとも一つを印加し、キャリアの位相，振幅
の両方の制御をするものである。 第23図を用いて本発明の第15の実施例を説明する。第
23図は本発明の第15の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す上面図である。本実施例において、デバイス
の作製方法は第１の実施例と同様で良いが、電子又は正
孔を常伝導体に流し込む手段を超電導体を用いて構成し
た点に特徴が有る。上述の電子あるいは正孔の常伝導体
と超電導体の境界における反射は、電子あるいは正孔を
流し込む手段が超電導体を用いて構成されている場合に
は、この二つの超電導体と常伝導体の境界において繰返
して発生する。従って電子あるいは正孔を流し込む手段
が超電導体を用いて構成された場合には、特別の利点が
有って、上記の常伝導体とこれに接して設けた超電導体
とを介して流れる電流を制御して、前記電流又は微分抵
抗の同一の値が異なった制御の条件において実現し、こ
れを２値以上の多値の論理に対応させて動作させる事が
可能となる。第24図は本実施例におけるデバイスの二つ
の超電導体の間の電流−電圧特性であって、電界効果型
の制御信号によって特性を制御しつつ、２値以上の多値
の論理に対応させて動作させる事が可能という新規の機
能を有する超電導デバイスを実現でき、非常に望ましい
本発明の一形態である。この場合にも上記の電流の制御
は、電圧，電流，磁界のうちの何れか一つまたはその組
合せによって行い、本発明のデバイスを動作させること
ができることは言うまでもない。これは上記の電流を制
御は、常伝導体に流し込んだ電子又は正孔の超電導波動
関数の干渉の制御によって動作する全く新規の本発明の
一形態である超電導デバイスに対応する。このような干
渉現象は、電流の制御手段を、常伝導体の一部分のみに
設け、制御の状態の異なる二つの電子あるいは正孔の波
動関数を重ねあわせる事によっても実現できることは、
本発明の超電導デバイスの構成から容易に理解できるの
である。 本実施例は、本発明の超電導デバイスを用い、アナロ
グ演算処理機能を有する超電導デバイスを作成したもの
である。 第25図は本発明の第16の実施例による超電導デバイス
とその使用方法を示すブロック図である。Nb薄膜よりな
る超電導体５とSiよりなる常伝導体31に制御電極71,72,
73と注入電極61,62,63,64が設けられて、本発明の超電
導デバイスが構成されている。キャリアの注入手段と反
射後のキャリアの検出手段は上記の注入電極61,62,63,6
4で兼用している。この注入電極61,62,63,64は抵抗101,
102,103,104を介して電源端子201,202,203,204につなが
っており、それぞれの電源端子に定電流が供給されてい
る。このため各電源端子201,202,203,204には、制御電
極71,72,73の信号によって並列に制御された電圧信号が
出力されている。尚、これら201〜204の電圧の基準は接
地電位とした超電導体５である。すなわち201〜204の電
圧は、超電導体５と各注入電極61〜64との間の電位差で
ある。デバイスの高速動作の観点からは、この電圧信号
をそのまま使用することが望ましいが、第10図に示した
如くに超電導トランジスタ等の高速デバイスを増幅器30
0として使用し、その出力401,402,403,404を装置として
の出力信号として、これを用いて他のデバイスや装置を
駆動することも、本発明の極めて望ましい実施形態であ
る。本実施例においては、３種の信号を並列に処理し、
その結果として４種の出力信号を得ている。この様に、
本発明では信号の処理を、キャリアの波動性を利用し
て、多重化あるいは並列化している。この様な機能は光
デバイスの分野ではしばしば高度な情報処理機能を実現
するために使用されているが、固体デバイスあるいは電
子デバイスの分野、特に超電導デバイスの分野ではまっ
たく新規である。このため本発明の超電導デバイスのニ
ューロ計算機や人工知能デバイスとして好適である。
以上述べた様に本発明によれば、従来技術の持つ問題
点を解決し、消費電力が小さく、高速動作に適し、かつ
信号の並列処理能力に優れ、従って大規模な集積回路の
構成に好適な超電導デバイスが実現できる。また本発明
によれば、従来の超電導デバイスでは実現できなかった
２値以上の多値論理の扱える素子を新規に実現できる利
点がある。さらに本発明によれば、電界，電磁波，光，
磁界に応答し、論理信号の処理機能を有する新規な超電
導回路を実現できる。特に本発明の超電導デバイスは構
造がトランジスタ型であって、例えば電圧制御で超電導
電流を制御できるので、超高速でかつ低消費電力のスイ
ッチングデバイスを実現できる。またトランジスタ型の
デバイスであるので、これを用いて超電導集積回路を容
易に作製することができる。
点を解決し、消費電力が小さく、高速動作に適し、かつ
信号の並列処理能力に優れ、従って大規模な集積回路の
構成に好適な超電導デバイスが実現できる。また本発明
によれば、従来の超電導デバイスでは実現できなかった
２値以上の多値論理の扱える素子を新規に実現できる利
点がある。さらに本発明によれば、電界，電磁波，光，
磁界に応答し、論理信号の処理機能を有する新規な超電
導回路を実現できる。特に本発明の超電導デバイスは構
造がトランジスタ型であって、例えば電圧制御で超電導
電流を制御できるので、超高速でかつ低消費電力のスイ
ッチングデバイスを実現できる。またトランジスタ型の
デバイスであるので、これを用いて超電導集積回路を容
易に作製することができる。
第１図は本発明の第１の実施例の超電導デバイスの斜視
図、第２図は本発明の第１の実施例の超電導デバイスの
一部分の平面図、第３図は本発明の第１の実施例の超電
導デバイス中におけるＡ−Ａ線についての断面図、第４
図は本発明の超電導デバイスを液体ヘリウム中で冷却し
て動作させた時の特性を示す図、第５図は本発明の第５
の実施例の超電導デバイスの一部分の平面図、第６図は
本発明の第２の実施例の超電導デバイス中におけるＡ−
Ａ線についての断面図、第７図は本発明の第３の実施例
による超電導デバイスの一部分の平面図、第８図は本発
明の第４の実施例による超電導デバイスの一部分の平面
図、第９図は本発明の第４の実施例による超電導ペアポ
テンシャルの値が空間的に変化する様子を示した図、第
10図は本発明の第５の実施例による超電導デバイスの一
部分の平面図、第11図は本発明の第６の実施例による超
電導デバイスの一部分の平面図、第12図は本発明の第2,
第5,第６の実施例において制御電極に電界を印加した場
合としない場合での電圧−電流特性を示す図、第13図は
本発明の第７の実施例による超電導デバイスの一部分の
平面図、第14図は本発明の第８の実施例による超電導デ
バイスの一部分の平面図、第15図は本発明の第９の実施
例による超電導デバイスの一部分の平面図、第16図は本
発明の第10の実施例による超電導デバイスの一部分の平
面図、第17図は本発明の第11の実施例による超電導デバ
イスの一部分の平面図、第18図は本発明の第11の実施例
による超電導デバイスの一部分の平面図、第19図は本発
明の第12の実施例による超電導デバイスの一部分の平面
図、第20図は本発明の第13の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す平面図、第21図，第22図は本発明の第
14の実施例による超電導デバイスの一部分を示す平面
図、第23図は本発明の第15の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す平面図、第24図は本発明の第15の実施
例によるデバイスの二つの超電導体の間の電流−電圧特
性を示す図、第25図は本発明の第16の実施例による超電
導デバイスとその使用方法を示すブロック図である。 符号の説明 １……基板、２……層間絶縁膜、３……イオン注入層、
31……常伝導体、４……開口、５……超電導体、６……
注入電極、７……制御電極、８……常電導体、９……光
ファイバ、10……トンネル型ジョセフソン素子、11……
電界効果型超電導トランジスタ。
図、第２図は本発明の第１の実施例の超電導デバイスの
一部分の平面図、第３図は本発明の第１の実施例の超電
導デバイス中におけるＡ−Ａ線についての断面図、第４
図は本発明の超電導デバイスを液体ヘリウム中で冷却し
て動作させた時の特性を示す図、第５図は本発明の第５
の実施例の超電導デバイスの一部分の平面図、第６図は
本発明の第２の実施例の超電導デバイス中におけるＡ−
Ａ線についての断面図、第７図は本発明の第３の実施例
による超電導デバイスの一部分の平面図、第８図は本発
明の第４の実施例による超電導デバイスの一部分の平面
図、第９図は本発明の第４の実施例による超電導ペアポ
テンシャルの値が空間的に変化する様子を示した図、第
10図は本発明の第５の実施例による超電導デバイスの一
部分の平面図、第11図は本発明の第６の実施例による超
電導デバイスの一部分の平面図、第12図は本発明の第2,
第5,第６の実施例において制御電極に電界を印加した場
合としない場合での電圧−電流特性を示す図、第13図は
本発明の第７の実施例による超電導デバイスの一部分の
平面図、第14図は本発明の第８の実施例による超電導デ
バイスの一部分の平面図、第15図は本発明の第９の実施
例による超電導デバイスの一部分の平面図、第16図は本
発明の第10の実施例による超電導デバイスの一部分の平
面図、第17図は本発明の第11の実施例による超電導デバ
イスの一部分の平面図、第18図は本発明の第11の実施例
による超電導デバイスの一部分の平面図、第19図は本発
明の第12の実施例による超電導デバイスの一部分の平面
図、第20図は本発明の第13の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す平面図、第21図，第22図は本発明の第
14の実施例による超電導デバイスの一部分を示す平面
図、第23図は本発明の第15の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す平面図、第24図は本発明の第15の実施
例によるデバイスの二つの超電導体の間の電流−電圧特
性を示す図、第25図は本発明の第16の実施例による超電
導デバイスとその使用方法を示すブロック図である。 符号の説明 １……基板、２……層間絶縁膜、３……イオン注入層、
31……常伝導体、４……開口、５……超電導体、６……
注入電極、７……制御電極、８……常電導体、９……光
ファイバ、10……トンネル型ジョセフソン素子、11……
電界効果型超電導トランジスタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中根 英章 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 川辺 潮 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 齊藤 和夫 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 応用物理，第59巻，第５号, （1990），ｐｐ．586−590 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 39/00 H01L 39/22 H01L 39/24
Claims (7)
- 【請求項１】フェルミ統計に従うキャリアが伝播する第
１の固体と、上記第１の固体に接して設けられ且つ内部
にボーズ統計に従うキャリアを含む第２の固体と、上記
第１の固体にキャリアを流し込む手段と、上記第２の固
体と上記第１の固体との境界付近で反射され且つ上記第
１の固体中を伝播するキャリアを検出する手段と、上記
第１の固体中を伝搬するキャリアの位相及び振幅の少な
くとも一方を制御する手段とを少なくとも有することを
特徴とする超電導デバイス。 - 【請求項２】上記第２の固体は超電導体により構成され
ていることを特徴とする請求項１に記載の超電導デバイ
ス。 - 【請求項３】上記反射は位相共役な誘導反射であること
を特徴とする請求項１に記載の超電導デバイス。 - 【請求項４】上記第１の固体中を伝搬するキャリアの制
御は、電界、電流、磁界光及び電磁波のうち少なくとも
一つを上記第１の固体に印加することによって行われる
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導デバイス。 - 【請求項５】上記第２の固体と上記キャリアを流し込む
手段との間の第１の固体部分の距離は、上記第１の固体
中のキャリアの平均自由行程の10倍以下であることを特
徴とする請求項１に記載の超電導デバイス。 - 【請求項６】上記第２の固体と上記キャリアを流し込む
手段との間の第１の固体部分の距離は、上記第１の固体
中のキャリアの平均自由行程の５倍以下であることを特
徴とする請求項１に記載の超電導デバイス。 - 【請求項７】半導体層と、上記半導体層上に互いに隔て
られて設けられた第１及び第２の超電導体層と、上記第
１及び第２の超電導体層の間の上記半導体層の上又は内
部に設けられた導体層とを有し、上記第１及び第２の超
電導体層は少なくとも一部が上記半導体層に接し、上記
第１及び第２の超電導体層の上記半導体層に接する領域
は互いに対向し、且つ上記第１の超電導体層の上記半導
体層に接する領域の幅は上記第２の超電導体層の上記半
導体層に接する領域の幅よりも大きいことを特徴とする
超電導デバイス。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-298095 | 1988-11-28 | ||
| JP29809588 | 1988-11-28 | ||
| JP4983089 | 1989-03-03 | ||
| JP1-49830 | 1989-03-03 | ||
| JP1-191444 | 1989-07-26 | ||
| JP19144489 | 1989-07-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03129785A JPH03129785A (ja) | 1991-06-03 |
| JP2986819B2 true JP2986819B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=27293755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1304618A Expired - Fee Related JP2986819B2 (ja) | 1988-11-28 | 1989-11-27 | 超電導デバイス |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0371426A3 (ja) |
| JP (1) | JP2986819B2 (ja) |
| KR (1) | KR900008705A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| GB9401357D0 (en) * | 1994-01-25 | 1994-03-23 | Hitachi Europ Ltd | Semiconductor junctions |
| WO2021093977A1 (en) * | 2019-11-15 | 2021-05-20 | Microsoft Technology Licensing Llc | Parametric amplifier and uses thereof |
| CN111715958A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-09-29 | 上海上创超导科技有限公司 | 一种高温超导带材焊接封装一体化方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57176781A (en) * | 1981-04-22 | 1982-10-30 | Toshiba Corp | Superconductive device |
| DE3850580T2 (de) * | 1987-01-30 | 1994-10-27 | Hitachi Ltd | Supraleiteranordnung. |
-
1989
- 1989-11-27 JP JP1304618A patent/JP2986819B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-11-27 EP EP19890121843 patent/EP0371426A3/en not_active Withdrawn
- 1989-11-27 KR KR1019890017222A patent/KR900008705A/ko not_active Application Discontinuation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 応用物理，第５９巻，第５号，（１９９０），ｐｐ．５８６−５９０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03129785A (ja) | 1991-06-03 |
| KR900008705A (ko) | 1990-06-04 |
| EP0371426A3 (en) | 1990-09-05 |
| EP0371426A2 (en) | 1990-06-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |