JP3021720B2 - 超電導トランジスタ - Google Patents
超電導トランジスタInfo
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- JP3021720B2 JP3021720B2 JP3058242A JP5824291A JP3021720B2 JP 3021720 B2 JP3021720 B2 JP 3021720B2 JP 3058242 A JP3058242 A JP 3058242A JP 5824291 A JP5824291 A JP 5824291A JP 3021720 B2 JP3021720 B2 JP 3021720B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超電導トランジスタ
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来の超電導トランジスタを示
している。この超電導トランジスタは、基板２１上に絶
縁層２２のトンネル領域を介して形成された超伝導体か
らなるエミッタ領域２３と、基板２１上に絶縁層２２を
介して基板２１の表面に平行にプレーナー状に形成され
た超電導体からなるベース領域２４と、ベース領域２４
上に形成されたＰ型またはＮ型半導体からなるコレクタ
領域２５とを備えている。
している。この超電導トランジスタは、基板２１上に絶
縁層２２のトンネル領域を介して形成された超伝導体か
らなるエミッタ領域２３と、基板２１上に絶縁層２２を
介して基板２１の表面に平行にプレーナー状に形成され
た超電導体からなるベース領域２４と、ベース領域２４
上に形成されたＰ型またはＮ型半導体からなるコレクタ
領域２５とを備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、酸化物超電
導体の単結晶バルクはＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ8 系
において、ａ軸長およびｂ軸長が約５．４Åであり、ｃ
軸長が約３０．０Åのペロブスカイト構造をしており、
非常に大きな配向性を有し、単結晶の劈開面は必ずｃ軸
方向を法線に持つａ−ｂ平面にされる。このような超電
導体においては、常電導状態および超電導状態にかかわ
らず、電流はａ−ｂ平面方向に流れやすく、ｃ軸方向に
流れにくい。
導体の単結晶バルクはＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ8 系
において、ａ軸長およびｂ軸長が約５．４Åであり、ｃ
軸長が約３０．０Åのペロブスカイト構造をしており、
非常に大きな配向性を有し、単結晶の劈開面は必ずｃ軸
方向を法線に持つａ−ｂ平面にされる。このような超電
導体においては、常電導状態および超電導状態にかかわ
らず、電流はａ−ｂ平面方向に流れやすく、ｃ軸方向に
流れにくい。
【０００４】図５の超電導トランジスタでは、超電導体
からなるエミッタ領域２３とベース領域２４は、いずれ
もそのｃ軸方向が基板２１の表面に対して鉛直な方向で
ある。したがつて、エミツタ電流をコレクタ領域２５に
到達させるためには、ベース領域２４を電流が通過しに
くいｃ軸方向にエミツタ電流を通過させる必要があるた
め、エミッタ電流のコレクタ到達率が低くなり、トラン
ジスタ動作が起こりにくいという問題があった。
からなるエミッタ領域２３とベース領域２４は、いずれ
もそのｃ軸方向が基板２１の表面に対して鉛直な方向で
ある。したがつて、エミツタ電流をコレクタ領域２５に
到達させるためには、ベース領域２４を電流が通過しに
くいｃ軸方向にエミツタ電流を通過させる必要があるた
め、エミッタ電流のコレクタ到達率が低くなり、トラン
ジスタ動作が起こりにくいという問題があった。
【０００５】この発明は、エミッタ電流のコレクタ到達
率が高い超電導トランジスタを提供することをその課題
とする。
率が高い超電導トランジスタを提供することをその課題
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明による第１の超
電導トランジスタは、Ｂｉ系超電導体半導体相２２０１
系単結晶体からなり、基板のｃ軸方向が前記単結晶劈開
面の法線方向と一致する超電導基板と、前記超電導体基
板の劈開面上にｃ軸方向が前記超電導体基板のｃ軸方向
に一致するように形成されたＢｉ系超電導体２２１２系
または２２２３系単結晶体からなるベース領域と、前記
超電導体基板の劈開面上に前記ベース領域を取り囲むよ
うに形成されたコレクタ領域とを備えていることを特徴
とする。
電導トランジスタは、Ｂｉ系超電導体半導体相２２０１
系単結晶体からなり、基板のｃ軸方向が前記単結晶劈開
面の法線方向と一致する超電導基板と、前記超電導体基
板の劈開面上にｃ軸方向が前記超電導体基板のｃ軸方向
に一致するように形成されたＢｉ系超電導体２２１２系
または２２２３系単結晶体からなるベース領域と、前記
超電導体基板の劈開面上に前記ベース領域を取り囲むよ
うに形成されたコレクタ領域とを備えていることを特徴
とする。
【０００７】この発明による第２の超電導トランジスタ
は、Ｂｉ系超電導体半導体相２２０１系単結晶体からな
る超電導体であって、この超電導体の劈開面の法線方向
が前記Ｂｉ系超電導体半導体相２２０１系単結晶体のｃ
軸方向であり、前記超電導体内の劈開面側に２２１２系
単結晶体からなるベース領域が形成され、前記超電導体
がコレクタとして用いられることを特徴とする。
は、Ｂｉ系超電導体半導体相２２０１系単結晶体からな
る超電導体であって、この超電導体の劈開面の法線方向
が前記Ｂｉ系超電導体半導体相２２０１系単結晶体のｃ
軸方向であり、前記超電導体内の劈開面側に２２１２系
単結晶体からなるベース領域が形成され、前記超電導体
がコレクタとして用いられることを特徴とする。
【０００８】
【作用】エミッタ領域からベース領域に注入された電子
は、ベース領域を電子の通過しやすいａ−ｂ面方向に進
行してベース・コレクタ界面に到達し、コレクタ領域に
吸収される。このため、エミツタ電流のコレクタ到達率
が高くなる。
は、ベース領域を電子の通過しやすいａ−ｂ面方向に進
行してベース・コレクタ界面に到達し、コレクタ領域に
吸収される。このため、エミツタ電流のコレクタ到達率
が高くなる。
【０００９】
【実施例】以下、図１から図４を参照して、この発明の
実施例について説明する。
実施例について説明する。
【００１０】図１〜図３は、この発明の第１実施例を示
している。
している。
【００１１】図１および図２において、１は基板、２は
ベース領域、３はコレクタ領域、４はエミツタ領域、５
は絶縁層である。基板１は、Ｂｉ系超電導体半導体相２
００１系単結晶であるＢｉ 2 Ｓｒ 2 Ｃｕ 1 Ｏ 8 からな
り、基板のｃ軸方向が超電導単結晶体の劈開面の法線方
向と一致するように形成されている。ベース領域２は、
２２１２系またはＢｉ系２２２３相超電導体からなる。
コレクタ領域３は半導体からなる。
ベース領域、３はコレクタ領域、４はエミツタ領域、５
は絶縁層である。基板１は、Ｂｉ系超電導体半導体相２
００１系単結晶であるＢｉ 2 Ｓｒ 2 Ｃｕ 1 Ｏ 8 からな
り、基板のｃ軸方向が超電導単結晶体の劈開面の法線方
向と一致するように形成されている。ベース領域２は、
２２１２系またはＢｉ系２２２３相超電導体からなる。
コレクタ領域３は半導体からなる。
【００１２】このような超電導トランジスタは、次のよ
うにして製造される。
うにして製造される。
【００１３】まず、基板１を、引上げ法、ゾーンレベリ
ング法等により形成される単結晶体を劈開することによ
り、たとえば、幅５０μｍ、長さ５０μｍ、厚さ５μｍ
のブロック状に成形してつくる。この基板１を構成する
結晶体は、約１０Ｋの臨界温度を有する酸化物超電導体
で、常電導状態における電気抵抗の形から半導体相とよ
ばれる。
ング法等により形成される単結晶体を劈開することによ
り、たとえば、幅５０μｍ、長さ５０μｍ、厚さ５μｍ
のブロック状に成形してつくる。この基板１を構成する
結晶体は、約１０Ｋの臨界温度を有する酸化物超電導体
で、常電導状態における電気抵抗の形から半導体相とよ
ばれる。
【００１４】次に、基板１の劈開面上にその中央部に幅
２０μｍ、長さ２０μｍの矩形領域を残してマスクを形
成した後、基板１の劈開面中央部上にＭＢＥ法またはＣ
ＶＤ法、スパツタ法等の成膜技術を用いて、ｃ軸方向を
共通にした２２１２系または２２２３系Ｂｉ系超電導体
からなるベース領域２を形成する。このベース領域２の
超電導体の膜厚は約６００Åであり、その周端面と基板
１とのなす角θは９０〜１８°の範囲内で任意に設定さ
れる。
２０μｍ、長さ２０μｍの矩形領域を残してマスクを形
成した後、基板１の劈開面中央部上にＭＢＥ法またはＣ
ＶＤ法、スパツタ法等の成膜技術を用いて、ｃ軸方向を
共通にした２２１２系または２２２３系Ｂｉ系超電導体
からなるベース領域２を形成する。このベース領域２の
超電導体の膜厚は約６００Åであり、その周端面と基板
１とのなす角θは９０〜１８°の範囲内で任意に設定さ
れる。
【００１５】図３は、ベース領域２の端面と基板１との
なす角θが１８°である場合のベース領域２の周端面を
示している。ベース領域２の周端面は、階段状で、ステ
ップ６とテラス７とからなる。各ステップ６の高さは、
ベース領域２の周端面と基板１とのなす角θにかかわら
ず、３０Åのｎ倍（ｎは整数）にされる。各テラス７の
長さは任意である。即ち、Ｂｉ系（２２１２）層の構造
は、Ｃ軸方向に層状になっている。この実施例では、劈
開面はＢｉ2Ｏ3層になっており、Ｂｉ2Ｏ3間の厚さが１
５Åとなっている。このため、テーパを形成すると、必
ず層状構造が現われる。従って、層の厚みのｎ倍の段差
となる。そしてその段差は１５Åの１〜３倍が一般的で
ある。
なす角θが１８°である場合のベース領域２の周端面を
示している。ベース領域２の周端面は、階段状で、ステ
ップ６とテラス７とからなる。各ステップ６の高さは、
ベース領域２の周端面と基板１とのなす角θにかかわら
ず、３０Åのｎ倍（ｎは整数）にされる。各テラス７の
長さは任意である。即ち、Ｂｉ系（２２１２）層の構造
は、Ｃ軸方向に層状になっている。この実施例では、劈
開面はＢｉ2Ｏ3層になっており、Ｂｉ2Ｏ3間の厚さが１
５Åとなっている。このため、テーパを形成すると、必
ず層状構造が現われる。従って、層の厚みのｎ倍の段差
となる。そしてその段差は１５Åの１〜３倍が一般的で
ある。
【００１６】次に、ＣＶＤ法等の成膜技術を用いて、基
板１上にベース領域２を取り囲むように半導体からなる
コレクタ領域３を形成する。次にコレクタ領域３上に絶
縁層５を形成したのち、絶縁層５上にエミツタ領域４を
形成する。
板１上にベース領域２を取り囲むように半導体からなる
コレクタ領域３を形成する。次にコレクタ領域３上に絶
縁層５を形成したのち、絶縁層５上にエミツタ領域４を
形成する。
【００１７】上記トランジスタでは、コレクタ領域３が
ベース領域２に対してベース領域２のａ−ｂ面方向に連
なって形成されているので、エミッタ領域４から注入さ
れた電子は、ベース２内を電子の通過しやすいａ−ｂ面
方向に伝導してコレクタ領域３に吸収される。このた
め、従来のプレーナ型酸化物超電導トランジスタでは約
０．０１程度という非常に小さなコレクタ到達率しか得
られないのに対し、上記超電導トランジスタでは０．９
を越えるコレクタ到達率が得られ、約１００倍の電流増
幅率を達成し十分な増幅動作が可能となつた。
ベース領域２に対してベース領域２のａ−ｂ面方向に連
なって形成されているので、エミッタ領域４から注入さ
れた電子は、ベース２内を電子の通過しやすいａ−ｂ面
方向に伝導してコレクタ領域３に吸収される。このた
め、従来のプレーナ型酸化物超電導トランジスタでは約
０．０１程度という非常に小さなコレクタ到達率しか得
られないのに対し、上記超電導トランジスタでは０．９
を越えるコレクタ到達率が得られ、約１００倍の電流増
幅率を達成し十分な増幅動作が可能となつた。
【００１８】図４は、この発明の第２実施例を示してい
る。
る。
【００１９】図４において、１１はコレクタ領域を構成
する基板、１２は基板１１内の劈開面側に形成されたベ
ース領域、１４はエミツタ領域、１５は絶縁層である。
基板１１は、Ｂｉ系超電導体半導体相２００１系単結晶
であるＢｉ 2 Ｓｒ 2 Ｃｕ 1 Ｏ 8 からなり、基板のｃ軸方
向が超電導単結晶体の劈開面の法線方向と一致するよう
に形成されている。ベース領域１２は平面から見て矩形
であり、幅２０μｍ、長さ２０μｍ、厚さ８００〜３０
００Å程度である。
する基板、１２は基板１１内の劈開面側に形成されたベ
ース領域、１４はエミツタ領域、１５は絶縁層である。
基板１１は、Ｂｉ系超電導体半導体相２００１系単結晶
であるＢｉ 2 Ｓｒ 2 Ｃｕ 1 Ｏ 8 からなり、基板のｃ軸方
向が超電導単結晶体の劈開面の法線方向と一致するよう
に形成されている。ベース領域１２は平面から見て矩形
であり、幅２０μｍ、長さ２０μｍ、厚さ８００〜３０
００Å程度である。
【００２０】Ｂｉ系２２０１相超電導体半導体相Ｂｉ2
Ｓｒ2 Ｃｕ1 Ｏ8 基板１１内へのＢｉ系２２１２相超電
導体ベース領域１２の形成は、たとえば、次のように行
われる。
Ｓｒ2 Ｃｕ1 Ｏ8 基板１１内へのＢｉ系２２１２相超電
導体ベース領域１２の形成は、たとえば、次のように行
われる。
【００２１】すなわち、まず、基板１１を次のように作
製する。Ｂｉ2 Ｏ3 、ＳｒＣＯ3 、ＣｕＯの粉末をＢ
ｉ：Ｓｒ：Ｃｕ＝２：２：１の割合で混合してアルミナ
ボートに入れ、９５０℃以上の温度で溶解し、除冷速度
３℃／ｈで徐冷する。そして、このようにして得られた
インゴッドを劈開し、マイカ状の単結晶基板１１を取り
出す。
製する。Ｂｉ2 Ｏ3 、ＳｒＣＯ3 、ＣｕＯの粉末をＢ
ｉ：Ｓｒ：Ｃｕ＝２：２：１の割合で混合してアルミナ
ボートに入れ、９５０℃以上の温度で溶解し、除冷速度
３℃／ｈで徐冷する。そして、このようにして得られた
インゴッドを劈開し、マイカ状の単結晶基板１１を取り
出す。
【００２２】次に、得られた単結晶基板１１の上に、Ｃ
ａ−Ｆ膜を形成する。このＣａ−Ｆ膜は、たとえば電子
ビーム蒸着法により形成される。その場合の条件は、た
とえば、基板温度が１００〜３００℃、ソース源がＣａ
Ｆ2 、電子ビーム加速電圧が４ｋＶ、電子ビーム電流が
１ｍＡ、成膜速度が１０Å／ｓｅｃ、Ｃａ−Ｆ膜の膜厚
が５０〜５００μｍである。この場合のＣａ−Ｆ膜のパ
ターニングは、メタルマスクによるマスク蒸着またはリ
フトオフ法により行われる。
ａ−Ｆ膜を形成する。このＣａ−Ｆ膜は、たとえば電子
ビーム蒸着法により形成される。その場合の条件は、た
とえば、基板温度が１００〜３００℃、ソース源がＣａ
Ｆ2 、電子ビーム加速電圧が４ｋＶ、電子ビーム電流が
１ｍＡ、成膜速度が１０Å／ｓｅｃ、Ｃａ−Ｆ膜の膜厚
が５０〜５００μｍである。この場合のＣａ−Ｆ膜のパ
ターニングは、メタルマスクによるマスク蒸着またはリ
フトオフ法により行われる。
【００２３】次に、Ｃａ−Ｆ膜が形成された単結晶基板
１１を熱処理することにより、超電導領域超電導体ベー
ス領域１２を形成する。
１１を熱処理することにより、超電導領域超電導体ベー
ス領域１２を形成する。
【００２４】エミツタ領域１４からベース領域１２にト
ンネル注入された電子は、ベース領域１２内を電子の通
過しやすいａ−ｂ面方向に進行してベース・コレクタ界
面に至り、コレクタ領域１１に吸収される。このため、
この超電導トランジスタにおいても高いコレクタ到達率
が得られ、十分な増幅動作が可能となつた。
ンネル注入された電子は、ベース領域１２内を電子の通
過しやすいａ−ｂ面方向に進行してベース・コレクタ界
面に至り、コレクタ領域１１に吸収される。このため、
この超電導トランジスタにおいても高いコレクタ到達率
が得られ、十分な増幅動作が可能となつた。
【００２５】
【発明の効果】この発明によれば、高いコレクタ到達率
が得られ、十分な増幅動作が可能となる。
が得られ、十分な増幅動作が可能となる。
【図１】この発明の第１実施例を示す平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図３】ベース領域の端面を示す部分拡大断面図であ
る。
る。
【図４】この発明の第２実施例を示す断面図である。
【図５】従来例を示す断面図である。
１ 基板 ２ ベース領域 ３ コレクタ領域 ４ エミッタ領域 １１ 基板 １２ ベース領域 １４ エミッタ領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 善里 順信 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 平２−194668（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−196278（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/22 H01L 39/00 H01L 39/24
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｂｉ系超電導体半導体相２２０１系単結
晶体からなり、基板のｃ軸方向が前記単結晶劈開面の法
線方向と一致する超電導基板と、前記超電導体基板の劈
開面上にｃ軸方向が前記超電導体基板のｃ軸方向に一致
するように形成されたＢｉ系超電導体２２１２系または
２２２３系単結晶体からなるベース領域と、前記超電導
体基板の劈開面上に前記ベース領域を取り囲むように形
成されたコレクタ領域とを備えている超電導トランジス
タ。 - 【請求項２】 Ｂｉ系超電導体半導体相２２０１系単結
晶体からなる超電導体であって、この超電導体の劈開面
の法線方向が前記Ｂｉ系超電導体半導体相２２０１系単
結晶体のｃ軸方向であり、前記超電導体内の劈開面側に
２２１２系単結晶体からなるベース領域が形成され、前
記超電導体がコレクタとして用いられる超電導トランジ
スタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058242A JP3021720B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 超電導トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058242A JP3021720B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 超電導トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04273179A JPH04273179A (ja) | 1992-09-29 |
| JP3021720B2 true JP3021720B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=13078645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3058242A Expired - Fee Related JP3021720B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 超電導トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3021720B2 (ja) |
-
1991
- 1991-02-27 JP JP3058242A patent/JP3021720B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04273179A (ja) | 1992-09-29 |
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