JP3248210B2 - 超伝導素子 - Google Patents
超伝導素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導現象を利用した
超伝導素子に関する。
超伝導素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超伝導素子は、スイッチング速度が短
く、消費電力が少ないという利点があるため、従来、さ
まざまな２端子素子、３端子素子が提案されている。図
５は、ジョセフソン効果を利用した積層型と呼ばれる２
端子素子であり、二つの超伝導電極０１１，０１２の間
に数ナノメータの厚さの絶縁体０１３を挟んだ構造を有
する。この素子では、二つの超伝導電極０１１，０１２
が超伝導状態となると、絶縁体０１３を通じて二つの超
伝導電極０１１，０１２の間に無抵抗で電流が流れる現
象を生じる。
く、消費電力が少ないという利点があるため、従来、さ
まざまな２端子素子、３端子素子が提案されている。図
５は、ジョセフソン効果を利用した積層型と呼ばれる２
端子素子であり、二つの超伝導電極０１１，０１２の間
に数ナノメータの厚さの絶縁体０１３を挟んだ構造を有
する。この素子では、二つの超伝導電極０１１，０１２
が超伝導状態となると、絶縁体０１３を通じて二つの超
伝導電極０１１，０１２の間に無抵抗で電流が流れる現
象を生じる。
【０００３】即ち、図７に示すように極低温において二
つの超伝導電極０１１，０１２が超伝導状態となると、
ジョセフソン効果のため、電圧ゼロで二つの超伝導電極
０１１，０１２の間に超伝導電流Ｉが流れる。しかし、
臨界電流Ｉ0を越えると、もはや超伝導状態を保てなく
なり、２Δ／ｅの電圧Ｖを発生する。つまり、常伝導状
態となるのである。但し、ｅは、電子の電荷、Δは超伝
導電極０１１，０１２のエネルギーキャップである。
つの超伝導電極０１１，０１２が超伝導状態となると、
ジョセフソン効果のため、電圧ゼロで二つの超伝導電極
０１１，０１２の間に超伝導電流Ｉが流れる。しかし、
臨界電流Ｉ0を越えると、もはや超伝導状態を保てなく
なり、２Δ／ｅの電圧Ｖを発生する。つまり、常伝導状
態となるのである。但し、ｅは、電子の電荷、Δは超伝
導電極０１１，０１２のエネルギーキャップである。
【０００４】一方、３端子素子としては、図６に示す電
界効果型と呼ばれるものが知られている。この素子は、
二つの超伝導電極０２１，０２２を半導体０２３の表面
に一定間隔を隔てて形成すると共に半導体０２３の裏面
に絶縁体０２４を介してゲート電極０２５を設けたもの
である。この素子では、超伝導電極０２１，０２２から
半導体０２３へ超伝導波動関数が近接効果により滲み出
す現象が起こり、そのコヒーレンス長さξnは、半導体
０２３内のキャリア濃度により影響を受ける。即ち、図
８に示すようにゲート電圧Ｖgにより半導体０２３中の
キャリア濃度を変化させることにより、両側の超伝導電
極０２１，０２２から中央の半導体０２３中に滲み出し
ている超伝導電子の巨視的な波動関数が重なり合うコヒ
ーレンス長さξnが変化する。従って、超伝導電極０２
１，０２２の間隔がコヒーレンス長さξnと同程度の長
さであれば、このコヒーレンス長さξnの重なり合いを
大きくし、又は、小さくして、超伝導電流を増幅するこ
とが可能である。
界効果型と呼ばれるものが知られている。この素子は、
二つの超伝導電極０２１，０２２を半導体０２３の表面
に一定間隔を隔てて形成すると共に半導体０２３の裏面
に絶縁体０２４を介してゲート電極０２５を設けたもの
である。この素子では、超伝導電極０２１，０２２から
半導体０２３へ超伝導波動関数が近接効果により滲み出
す現象が起こり、そのコヒーレンス長さξnは、半導体
０２３内のキャリア濃度により影響を受ける。即ち、図
８に示すようにゲート電圧Ｖgにより半導体０２３中の
キャリア濃度を変化させることにより、両側の超伝導電
極０２１，０２２から中央の半導体０２３中に滲み出し
ている超伝導電子の巨視的な波動関数が重なり合うコヒ
ーレンス長さξnが変化する。従って、超伝導電極０２
１，０２２の間隔がコヒーレンス長さξnと同程度の長
さであれば、このコヒーレンス長さξnの重なり合いを
大きくし、又は、小さくして、超伝導電流を増幅するこ
とが可能である。
【０００５】その他の超伝導素子としては、図９に示す
マイクロブリッジ型と呼ばれる２端子素子がある。この
素子は、超伝導体０３１の中央部にコヒーレンス長さξ
n以下のくびれ部０３１ａを形成し、その超伝導体０３
１の両側をソース電極、ドレイン電極としたものであ
る。図１０はキャリア密度変調型と呼ばれる３端子素子
である。この素子は、超伝導体０４１の中央部に誘電体
０４２を介してゲート電極０４３を形成し、超伝導体０
４１の両側部をソース電極、ドレイン電極としたもので
ある。
マイクロブリッジ型と呼ばれる２端子素子がある。この
素子は、超伝導体０３１の中央部にコヒーレンス長さξ
n以下のくびれ部０３１ａを形成し、その超伝導体０３
１の両側をソース電極、ドレイン電極としたものであ
る。図１０はキャリア密度変調型と呼ばれる３端子素子
である。この素子は、超伝導体０４１の中央部に誘電体
０４２を介してゲート電極０４３を形成し、超伝導体０
４１の両側部をソース電極、ドレイン電極としたもので
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の３端子
素子は、２端子素子に比較して、ゲート電極を設ける
為、製造工程が複雑となり易いとう欠点がある。即ち、
図５に示す積層型２端子素子を製造する場合、超伝導電
極０１１、０１２をそれぞれ形成した後、それらの間に
絶縁体０１３を挟む工程が必要となる。また、図９に示
すマイクロブリッジ型２端子素子を製造する場合には、
超伝導体０３１を形成する工程の後、更に、この超伝導
体０３１にくびれ部０３１ａを設ける工程が必要とな
る。
素子は、２端子素子に比較して、ゲート電極を設ける
為、製造工程が複雑となり易いとう欠点がある。即ち、
図５に示す積層型２端子素子を製造する場合、超伝導電
極０１１、０１２をそれぞれ形成した後、それらの間に
絶縁体０１３を挟む工程が必要となる。また、図９に示
すマイクロブリッジ型２端子素子を製造する場合には、
超伝導体０３１を形成する工程の後、更に、この超伝導
体０３１にくびれ部０３１ａを設ける工程が必要とな
る。
【０００７】これに対し、図６に示す電界効果型３端子
素子を製造する場合、超伝導電極０２１，０２２、接合
体である半導体０２３別々に形成し、その後にそれらを
組み立てた後、更に、絶縁体０２４を介して半導体０２
３にゲート電極０２５を設ける必要がある。このよう
に、２端子素子の製造工程に比較し、３端子素子は、半
導体等の接合体にゲート電極を設ける必要があるため、
製造工程が複雑となりやすかった。特に、超伝導体と接
合体とを別々に形成して組み立てると、凹凸形状が多く
なるため、この凹凸形状に設けられるゲート電極は段差
割れを起こすおそれがあった。本発明は、上記従来技術
に鑑みてなされたものであり、製造工程が少なく製造容
易で、ゲート電極割れのおそれのない超伝導素子を提供
することを目的とするものである。
素子を製造する場合、超伝導電極０２１，０２２、接合
体である半導体０２３別々に形成し、その後にそれらを
組み立てた後、更に、絶縁体０２４を介して半導体０２
３にゲート電極０２５を設ける必要がある。このよう
に、２端子素子の製造工程に比較し、３端子素子は、半
導体等の接合体にゲート電極を設ける必要があるため、
製造工程が複雑となりやすかった。特に、超伝導体と接
合体とを別々に形成して組み立てると、凹凸形状が多く
なるため、この凹凸形状に設けられるゲート電極は段差
割れを起こすおそれがあった。本発明は、上記従来技術
に鑑みてなされたものであり、製造工程が少なく製造容
易で、ゲート電極割れのおそれのない超伝導素子を提供
することを目的とするものである。
【０００８】
【０００９】斯かる目的を達成する本発明の請求項１に
係る超伝導素子は基板上に形成されたゲート電極と、該
ゲート電極表面及び前記基板表面を覆って積層された超
伝導体とから構成される超伝導素子において、前記ゲー
ト電極と前記超伝導体とのミスマッチに起因して前記ゲ
ート電極に直接接触する部分の前記超伝導体は、前記基
板上に接触する部分の前記超伝導体に比較して臨界温度
の低い構造であり、且つ、動作温度Ｔ、前記基板上に接
触する部分の超伝導体の臨界温度Ｔc、前記ゲート電極
に直接接触する部分の超伝導体の臨界温度Ｔc’の関係
がＴc’−Ｔ＜Ｔc−Ｔc’であることを特徴とする。ま
た、上記目的を達成する本発明の請求項２に係る超伝導
素子は基板上に順に形成されたゲート電極及び誘電体層
と、該ゲート電極、該誘電体層及び前記基板表面を覆っ
て積層された超伝導体とから構成される超伝導素子にお
いて、前記ゲート電極及び誘電体層と前記超伝導体との
ミスマッチに起因して、前記ゲート電極に前記誘電体層
を介して接触する部分の前記超伝導体は、前記基板に接
触する部分の前記超伝導体に比較して臨界温度が低い構
造であり、且つ、動作温度Ｔ、前記基板上に接触する部
分の超伝導体の臨界温度Ｔc、前記ゲート電極に誘電体
層を介して接触する部分の超伝導体の臨界温度Ｔc’の
関係がＴc’−Ｔ＜Ｔc−Ｔc’であることを特徴とす
る。
係る超伝導素子は基板上に形成されたゲート電極と、該
ゲート電極表面及び前記基板表面を覆って積層された超
伝導体とから構成される超伝導素子において、前記ゲー
ト電極と前記超伝導体とのミスマッチに起因して前記ゲ
ート電極に直接接触する部分の前記超伝導体は、前記基
板上に接触する部分の前記超伝導体に比較して臨界温度
の低い構造であり、且つ、動作温度Ｔ、前記基板上に接
触する部分の超伝導体の臨界温度Ｔc、前記ゲート電極
に直接接触する部分の超伝導体の臨界温度Ｔc’の関係
がＴc’−Ｔ＜Ｔc−Ｔc’であることを特徴とする。ま
た、上記目的を達成する本発明の請求項２に係る超伝導
素子は基板上に順に形成されたゲート電極及び誘電体層
と、該ゲート電極、該誘電体層及び前記基板表面を覆っ
て積層された超伝導体とから構成される超伝導素子にお
いて、前記ゲート電極及び誘電体層と前記超伝導体との
ミスマッチに起因して、前記ゲート電極に前記誘電体層
を介して接触する部分の前記超伝導体は、前記基板に接
触する部分の前記超伝導体に比較して臨界温度が低い構
造であり、且つ、動作温度Ｔ、前記基板上に接触する部
分の超伝導体の臨界温度Ｔc、前記ゲート電極に誘電体
層を介して接触する部分の超伝導体の臨界温度Ｔc’の
関係がＴc’−Ｔ＜Ｔc−Ｔc’であることを特徴とす
る。
【００１０】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。図１に本発明の第一の実施例
を示す。同図に示すように、先ず、基板１上にゲート電
極２、誘電体層３を順に形成し、その後、ゲート電極
２、誘電体層３及び基板１表面を覆う超伝導体４を積層
する。つまり、超伝導体４を、ゲート電極２、誘電体層
３より両側に広がるようにして積層する。積層の方法と
しては、ＭＢＥ（モレキュラー・ビーム・エピタキシ
ィ）、スパッタリング等により行う。スパッタリング
は、ゲート電極２、誘電体層３の段差に回り込んで超伝
導体４を積層するので、段差に強いという特徴がある。
参照して詳細に説明する。図１に本発明の第一の実施例
を示す。同図に示すように、先ず、基板１上にゲート電
極２、誘電体層３を順に形成し、その後、ゲート電極
２、誘電体層３及び基板１表面を覆う超伝導体４を積層
する。つまり、超伝導体４を、ゲート電極２、誘電体層
３より両側に広がるようにして積層する。積層の方法と
しては、ＭＢＥ（モレキュラー・ビーム・エピタキシ
ィ）、スパッタリング等により行う。スパッタリング
は、ゲート電極２、誘電体層３の段差に回り込んで超伝
導体４を積層するので、段差に強いという特徴がある。
【００１１】ここで、超伝導体４は、ゲート電極２、誘
電体層３とのミスマッチにより、その本来の臨界温度が
変化して成長するものが用いられる。つまり、超伝導体
４とゲート電極２及び誘電体３とは格子定数が不整合と
なるものが組み合わせて使用する。一方、超伝導体４と
基板１とは格子定数が整合するものを組み合わせて使用
する。従って、超伝導体４のうち、誘電体３を介してゲ
ート電極２に接触する中央の部分（以下、ミスマッチ部
分）４ｂは、基板１に接触する両側の部分（以下、超伝
導電極部分という）４ａ，４ｃに比較して臨界温度が変
化することになる。但し、超伝導電極部分４ａ，４ｃの
臨界温度Ｔcに比較して、ミスマッチ部分４ｂの臨界温
度Ｔc’が低くなるように、ゲート電極２、誘電体層３
及び超伝導体４の材質が組み合わせられる。動作温度Ｔ
において、中央のミスマッチ部分４ｂが、両側の超伝導
電極部分４ａ，４ｃに対して弱い超伝導状態となるよう
にする為である。
電体層３とのミスマッチにより、その本来の臨界温度が
変化して成長するものが用いられる。つまり、超伝導体
４とゲート電極２及び誘電体３とは格子定数が不整合と
なるものが組み合わせて使用する。一方、超伝導体４と
基板１とは格子定数が整合するものを組み合わせて使用
する。従って、超伝導体４のうち、誘電体３を介してゲ
ート電極２に接触する中央の部分（以下、ミスマッチ部
分）４ｂは、基板１に接触する両側の部分（以下、超伝
導電極部分という）４ａ，４ｃに比較して臨界温度が変
化することになる。但し、超伝導電極部分４ａ，４ｃの
臨界温度Ｔcに比較して、ミスマッチ部分４ｂの臨界温
度Ｔc’が低くなるように、ゲート電極２、誘電体層３
及び超伝導体４の材質が組み合わせられる。動作温度Ｔ
において、中央のミスマッチ部分４ｂが、両側の超伝導
電極部分４ａ，４ｃに対して弱い超伝導状態となるよう
にする為である。
【００１２】例えば、臨界温度ＴcとＣuＯ2の面間隔に
は相関があり、これを利用するとミスマッチにより臨界
温度Ｔcを制御することができる。具体例として、ゲー
ト電極２としてＰtを用い、誘電体３として酸化物プロ
ブスカイトを用いるとき、エピタキシャル成長が可能で
あり、且つ、適度なミスマッチが得られる。尚、ゲート
電極２、誘電体３のどちらかがミスマッチに支配的に影
響するかは問題である。しかし、ゲート電極２は誘電体
層３に対して影響を与えることから、一般的には、ゲー
ト電極２がミスマッチは支配的に影響する。超伝導電極
部分４ａはソース電極として、超伝導電極部分４ｃはド
レイン電極として使用する。
は相関があり、これを利用するとミスマッチにより臨界
温度Ｔcを制御することができる。具体例として、ゲー
ト電極２としてＰtを用い、誘電体３として酸化物プロ
ブスカイトを用いるとき、エピタキシャル成長が可能で
あり、且つ、適度なミスマッチが得られる。尚、ゲート
電極２、誘電体３のどちらかがミスマッチに支配的に影
響するかは問題である。しかし、ゲート電極２は誘電体
層３に対して影響を与えることから、一般的には、ゲー
ト電極２がミスマッチは支配的に影響する。超伝導電極
部分４ａはソース電極として、超伝導電極部分４ｃはド
レイン電極として使用する。
【００１３】ここで、超伝導電極部分４ａ，４ｃの臨界
温度Ｔc、ミスマッチ部分４ｂの臨界温度Ｔc’及び動作
温度Ｔとエネルギーギャップとの関係について図４に示
す。同図に示すように、動作温度Ｔを接合体３の臨界温
度Ｔc’（＜Ｔc）より低くすると、超伝導電極部分４
ａ，４ｃ及びミスマッチ部分４ｂも超伝導状態となるた
め、図３に示すようにエネルギーギャップが超伝導電極
部分４ａ，４ｃの間でミスマッチ部分４ｂを通じて連続
することとなり、無抵抗で超伝導電流が流れる。但し、
両側の超伝導電極部分４ａ，４ｃに比べて中央のミスマ
ッチ部分４ｂは弱い超伝導状態にある。また、臨界温度
Ｔc’と臨界温度Ｔcとの中間の温度では、ミスマッチ部
分４ｂが超伝導状態にならないので、そのような温度範
囲を動作温度とすることは出来ない。
温度Ｔc、ミスマッチ部分４ｂの臨界温度Ｔc’及び動作
温度Ｔとエネルギーギャップとの関係について図４に示
す。同図に示すように、動作温度Ｔを接合体３の臨界温
度Ｔc’（＜Ｔc）より低くすると、超伝導電極部分４
ａ，４ｃ及びミスマッチ部分４ｂも超伝導状態となるた
め、図３に示すようにエネルギーギャップが超伝導電極
部分４ａ，４ｃの間でミスマッチ部分４ｂを通じて連続
することとなり、無抵抗で超伝導電流が流れる。但し、
両側の超伝導電極部分４ａ，４ｃに比べて中央のミスマ
ッチ部分４ｂは弱い超伝導状態にある。また、臨界温度
Ｔc’と臨界温度Ｔcとの中間の温度では、ミスマッチ部
分４ｂが超伝導状態にならないので、そのような温度範
囲を動作温度とすることは出来ない。
【００１４】つまり、動作温度Ｔと超伝導電極部分４
ａ，４ｃの臨界温度Ｔc及びミスマッチ部分４ｂの臨界
温度Ｔc’との間には、次のような関係を満たす必要が
ある。 Ｔ＜Ｔc’＜Ｔc …（１） 本実施例では、動作温度Ｔが上記式（１）の温度条件を
満足すれば、ミスマッチ部分４ｂはコヒーレンス長さξ
nと無関係に超伝導状態となるため、超伝導電流Ｉはミ
スマッチ部分４ｂの形状、寸法に依存しないこととな
る。上記（１）式の温度条件下において、Ｉ−Ｖ特性を
測定したところ、図２に示す結果が得られた。この結果
から明らかなように、Ｖ＝０でも、臨界電流Ｉ0までは
無抵抗で超伝導電流Ｉが流れることが判る。
ａ，４ｃの臨界温度Ｔc及びミスマッチ部分４ｂの臨界
温度Ｔc’との間には、次のような関係を満たす必要が
ある。 Ｔ＜Ｔc’＜Ｔc …（１） 本実施例では、動作温度Ｔが上記式（１）の温度条件を
満足すれば、ミスマッチ部分４ｂはコヒーレンス長さξ
nと無関係に超伝導状態となるため、超伝導電流Ｉはミ
スマッチ部分４ｂの形状、寸法に依存しないこととな
る。上記（１）式の温度条件下において、Ｉ−Ｖ特性を
測定したところ、図２に示す結果が得られた。この結果
から明らかなように、Ｖ＝０でも、臨界電流Ｉ0までは
無抵抗で超伝導電流Ｉが流れることが判る。
【００１５】また、ゲート電極２にゲート電圧Ｖgを印
加すると、ミスマッチ部分４ｂにおけるキャリア濃度が
変化し、エネルギーギャップが変化する。例えば、ゲー
ト電圧Ｖgを正電位とすると、ミスマッチ部分４ｂにお
いてホールと電子が結合して、キャリア濃度が減少し、
図４中に破線で示すようにエネルギーギャップの大きさ
が低くなる。この為、図２に示すように臨界電流Ｉ0が
低下する。
加すると、ミスマッチ部分４ｂにおけるキャリア濃度が
変化し、エネルギーギャップが変化する。例えば、ゲー
ト電圧Ｖgを正電位とすると、ミスマッチ部分４ｂにお
いてホールと電子が結合して、キャリア濃度が減少し、
図４中に破線で示すようにエネルギーギャップの大きさ
が低くなる。この為、図２に示すように臨界電流Ｉ0が
低下する。
【００１６】ここで、図４に示すようにミスマッチ部分
４ｂにおけるエネルギーギャップの大きさの変化の割合
は、動作温度Ｔと臨界温度Ｔc’との温度差が狭いほど
大きい。従って、変調の容易さという観点からは、次の
数式に示すように、臨界温度Ｔ c’が動作温度Ｔに近
く、臨界温度Ｔcが動作温度Ｔより大きいほど好まし
い。 Ｔc’−Ｔ＜Ｔc−Ｔc’ …（２） 但し、動作温度Ｔと臨界温度Ｔc’との温度差があまり
狭すぎると、動作温度Ｔが僅かに変動しただけで、超伝
導状態が破れることにもなるので、外乱に対する安定性
を考慮するという観点からは、その温度差については一
定の下限を設ける必要がある。
４ｂにおけるエネルギーギャップの大きさの変化の割合
は、動作温度Ｔと臨界温度Ｔc’との温度差が狭いほど
大きい。従って、変調の容易さという観点からは、次の
数式に示すように、臨界温度Ｔ c’が動作温度Ｔに近
く、臨界温度Ｔcが動作温度Ｔより大きいほど好まし
い。 Ｔc’−Ｔ＜Ｔc−Ｔc’ …（２） 但し、動作温度Ｔと臨界温度Ｔc’との温度差があまり
狭すぎると、動作温度Ｔが僅かに変動しただけで、超伝
導状態が破れることにもなるので、外乱に対する安定性
を考慮するという観点からは、その温度差については一
定の下限を設ける必要がある。
【００１７】また、ミスマッチ部分４ｂとゲート電極２
との間に誘電率の高い誘電体層３を介装すると、ミスマ
ッチ部分４ｂに発生する電荷は誘電率に比例して多くな
るので、変調が容易となる利点があるが、逆に、スイッ
チング速度が遅くなる傾向がある。この為、誘電体層４
の誘電率は適度な大きさとするのが望ましい。誘電体層
は設けることが望ましいが、省略しても良い。誘電体層
を省略すると、超伝導体４とゲート電極２のミスマッチ
に基づいて臨界温度Ｔc’が決定されることになる。
尚、本発明では、ゲート電圧Ｖgによりミスマッチ部分
４ｂにおけるキャリア密度を変化させ、これによりミス
マッチ部分４ｂの超伝導状態を変化させることにより変
調を行うものであり、従来の３端子素子と異なり、コヒ
ーレンス長さξ nを変化させるものではない。
との間に誘電率の高い誘電体層３を介装すると、ミスマ
ッチ部分４ｂに発生する電荷は誘電率に比例して多くな
るので、変調が容易となる利点があるが、逆に、スイッ
チング速度が遅くなる傾向がある。この為、誘電体層４
の誘電率は適度な大きさとするのが望ましい。誘電体層
は設けることが望ましいが、省略しても良い。誘電体層
を省略すると、超伝導体４とゲート電極２のミスマッチ
に基づいて臨界温度Ｔc’が決定されることになる。
尚、本発明では、ゲート電圧Ｖgによりミスマッチ部分
４ｂにおけるキャリア密度を変化させ、これによりミス
マッチ部分４ｂの超伝導状態を変化させることにより変
調を行うものであり、従来の３端子素子と異なり、コヒ
ーレンス長さξ nを変化させるものではない。
【００１８】このように本発明では、ミスマッチ部分４
ｂと超伝導電極部分４ａ，４ｃとを一体的に同時形成す
るので、製造工程が簡略化する。また、ゲート電極２
は、基盤１上に最初に設けられるので、凹凸による段差
割れを起こす虞もない。更に、ミスマッチ部分４ｂの寸
法、形状は、コヒーレンス長さξnに制約を受けるもの
ではなく、フォトエッチング可能な程度の大きさ（0.5
μm)とすることが可能であり、酸化物超伝導体を用いて
超伝導素子を製造することが容易となる。更に、ミスマ
ッチ部分４ｂの寸法、形状が制約を受けないことから、
従来のように絶縁体、半導体等の常伝導体を使用する場
合に比較し、電流容量が大きく、大電流を流すことがで
きる。従って、本発明の超伝導素子は、パワーエレクト
ロニクスの分野に応用が可能である。
ｂと超伝導電極部分４ａ，４ｃとを一体的に同時形成す
るので、製造工程が簡略化する。また、ゲート電極２
は、基盤１上に最初に設けられるので、凹凸による段差
割れを起こす虞もない。更に、ミスマッチ部分４ｂの寸
法、形状は、コヒーレンス長さξnに制約を受けるもの
ではなく、フォトエッチング可能な程度の大きさ（0.5
μm)とすることが可能であり、酸化物超伝導体を用いて
超伝導素子を製造することが容易となる。更に、ミスマ
ッチ部分４ｂの寸法、形状が制約を受けないことから、
従来のように絶縁体、半導体等の常伝導体を使用する場
合に比較し、電流容量が大きく、大電流を流すことがで
きる。従って、本発明の超伝導素子は、パワーエレクト
ロニクスの分野に応用が可能である。
【００１９】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明の超伝導素子は、臨界温度の低いミス
マッチ部分と臨界温度の高い超伝導電極部分とを一体的
に同時形成するので、製造工程が簡略化する。また、ゲ
ート電極は、基盤上に最初に設けられるので、凹凸によ
る段差割れを起こす虞もない。ミスマッチ部分は、コヒ
ーレンス長さに接合体の寸法、形状が制約を受けない
為、酸化物超伝導材料を使用する場合でも、容易に製造
することができる利点がある。また、パワーエレクトロ
ニクスの分野に応用が可能であるという特徴もある。特
に、Ｔc’−Ｔ＜Ｔc−Ｔc’の関係を形成し、即ち動作
温度とゲート電極上方の超伝導体層（ミスマッチ部分）
の臨界温度との差を小さくすることで、当該ミスマッチ
部分の超伝導層のエネルギーギャップの大きさの変化割
合を大きくし、変調を容易にすることができる。
たように、本発明の超伝導素子は、臨界温度の低いミス
マッチ部分と臨界温度の高い超伝導電極部分とを一体的
に同時形成するので、製造工程が簡略化する。また、ゲ
ート電極は、基盤上に最初に設けられるので、凹凸によ
る段差割れを起こす虞もない。ミスマッチ部分は、コヒ
ーレンス長さに接合体の寸法、形状が制約を受けない
為、酸化物超伝導材料を使用する場合でも、容易に製造
することができる利点がある。また、パワーエレクトロ
ニクスの分野に応用が可能であるという特徴もある。特
に、Ｔc’−Ｔ＜Ｔc−Ｔc’の関係を形成し、即ち動作
温度とゲート電極上方の超伝導体層（ミスマッチ部分）
の臨界温度との差を小さくすることで、当該ミスマッチ
部分の超伝導層のエネルギーギャップの大きさの変化割
合を大きくし、変調を容易にすることができる。
【図１】本発明の一実施例に係る超伝導素子を示す断面
図である。
図である。
【図２】図１に示す超伝導素子のＩ−Ｖ特性を示すグラ
フである。
フである。
【図３】本発明の超伝導素子におけるエネルギーギャッ
プを示す説明図である。
プを示す説明図である。
【図４】エネルギーギャップと動作温度及び臨界温度と
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図５】従来の積層型２端子素子を示す斜視図である。
【図６】従来の電界効果型３端子素子を示す斜視図であ
る。
る。
【図７】従来の積層型２端子素子におけるＩ−Ｖ特性を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図８】従来の電界効果型３端子素子におけるコヒーレ
ンス長さの変化を示す説明図であり、同図（ａ）はこ重
なりが小さい場合、同図（ｂ）は重なりが大きい場合を
示すものである。
ンス長さの変化を示す説明図であり、同図（ａ）はこ重
なりが小さい場合、同図（ｂ）は重なりが大きい場合を
示すものである。
【図９】従来のマイクロブリッジ型２端子素子を示す斜
視図である。
視図である。
【図１０】従来のキャリア密度変調型と呼ばれる３端子
素子を示す斜視図である。
素子を示す斜視図である。
１ 基板 ２ ゲート電極 ３ 誘電体層 ４ 超伝導体 ４ａ，４ｃ 超伝導電極部分 ４ｂ ミスマッチ部分 ０１１，０１２ 超伝導電極 ０１３ 絶縁体 ０２１，０２２ 超伝導電極 ０２３ 半導体 ０２４ 絶縁体 ０２５ ゲート電極 ０３１ 超伝導体 ０３１ａ くびれ部 ０４１ 超伝導体 ０４２ 誘電体 ０４３ ゲート電極 Ｔ 動作温度 Ｔc’ ミスマッチ部分の臨界温度 Ｔc 超伝導電極部分の臨界温度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下田 達也 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−49270（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−79092（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−194665（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/00
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に形成されたゲート電極と、該ゲ
ート電極表面及び前記基板表面を覆って積層された超伝
導体とから構成される超伝導素子において、前記ゲート
電極と前記超伝導体とのミスマッチに起因して前記ゲー
ト電極に直接接触する部分の前記超伝導体は、前記基板
上に接触する部分の前記超伝導体に比較して臨界温度の
低い構造であり、且つ、動作温度Ｔ、前記基板上に接触
する部分の超伝導体の臨界温度Ｔc、前記ゲート電極に
直接接触する部分の超伝導体の臨界温度Ｔc’の関係が
Ｔc’−Ｔ＜Ｔc−Ｔc’であることを特徴とする超伝導
素子。 - 【請求項２】 基板上に順に形成されたゲート電極及び
誘電体層と、該ゲート電極、該誘電体層及び前記基板表
面を覆って積層された超伝導体とから構成される超伝導
素子において、前記ゲート電極及び誘電体層と前記超伝
導体とのミスマッチに起因して、前記ゲート電極に前記
誘電体層を介して接触する部分の前記超伝導体は、前記
基板に接触する部分の前記超伝導体に比較して臨界温度
が低い構造であり、且つ、動作温度Ｔ、前記基板上に接
触する部分の超伝導体の臨界温度Ｔc、前記ゲート電極
に誘電体層を介して接触する部分の超伝導体の臨界温度
Ｔc’の関係がＴc’−Ｔ＜Ｔc−Ｔc’であることを特徴
とする超伝導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00015292A JP3248210B2 (ja) | 1992-01-06 | 1992-01-06 | 超伝導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00015292A JP3248210B2 (ja) | 1992-01-06 | 1992-01-06 | 超伝導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05183202A JPH05183202A (ja) | 1993-07-23 |
| JP3248210B2 true JP3248210B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=11466071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00015292A Expired - Fee Related JP3248210B2 (ja) | 1992-01-06 | 1992-01-06 | 超伝導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3248210B2 (ja) |
-
1992
- 1992-01-06 JP JP00015292A patent/JP3248210B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05183202A (ja) | 1993-07-23 |
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