JPH01140745A - 超電導集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超電導体と半導体とを組合せて使用した超電導
デバイスの集積回路に係り、特に安定な回路の動作と高
速性とを兼ね備えた、高集積化に好適な超電導集積回路
に関する。

〔従来の技術〕

従来、超電導体と半導体、特に半導体基板とを組合せて
超電導デバイスを構成し、あるいはこれより成る回路を
構成する方法については、クラーク等によってジャーナ
ル　オブ　アプライド　フィジクス　５１巻、２７３６
頁　１９８０年（Ｊ　ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉ
ｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ、　５１　。

ｐａｇｅ　２７３６　、　１９８０　）において論じら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これら従来技術においては、超電導体と半導体基板の一
部分を用いて構成された、電界効果型の超電導トランジ
スタを用いた回路が論じられているが、これらの回路に
おいて、各超電導トランジスタを結ぶ配線には超電導体
が用いられており、これは絶縁層を介して、前記の半導
体基板上や。

あるいは超電導トランジスタ等のデバイス上に配置され
ている。従って、このような超電導体より成る配線は、
多くの段差上を通過し、この部分でインダクタンスが局
所的に変化する。このため、この配線を用いて高速の電
気信号を伝送しようとすると、このインダクタンスが変
化している部分と信号の反射が生じ、回路の安定な動作
を防げ。

誤動作を生じるという問題がある。このため回路の安定
な動作を得るには１回路の動作速度を犠牲にせざるを得
ない。このような現象は、配性が抵抗ゼロの超電導体で
あるために、特に重要な問題である。

本発明の目的は安定な高速動作を実現することができ、
しかも高集積化に適した超電導集積回路を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、超電導体より成る配線の上部に絶縁層を介
し、タガくとも前記の配線の幅と同じかこれよりも幅の
広い、一定の電位の超電導薄膜を、少なくとも前記の配
線を覆うように配置して設けることにより、達成するこ
とができる。

〔作用〕

超電導体より成る配線の上部に一定の電位の超電導薄膜
を設けることにより、配線に電気信号を加えたときに生
ずる磁力線は、配線と超電導簿膜の間をほとんど全てが
通過する。このため、段差等があっても配線と一定電位
の超電導薄膜の距離をほぼ一定に保っておけば、線のイ
ンダクタンスをほぼ同じ値とすることができ、段差部分
などで配線のインダクタンスが局所的に変化し、このた
めに電気信号の反尉が生じるのを防止できる。従って安
定な回路の高速動作を容易に実現することができる。

〔実施例〕

以下１本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

まず第１図を用いて本発明の第１の実施例を説明する。

不純物としてアンチモンをＩ　Ｘ　１０１４ａｍ−”の
濃度に含んだ（１００）方位のＳｉ単結晶より成る基板
ｌの中に、イオン注入法によってヒ素をＩ　Ｘ　１０　
ｉｌｌａｍ−３の濃度に４人し不純物導入部分２を形成
したのち９５０℃の温度で１ｏ分間の熱処理を窒素雰囲
気中で行なう。不純物導入部分２の深さは約１５０ｎｍ
とする。続いてＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエツチ
ング法を用いて基板１に凹部を設け、ここへ電子ビーム
蒸着法により厚さ約１１００ｎのＮｂ薄膜を形成し超電
導電極３を形成する。次に化学的気相成長法によって厚
さ約３０ｎｍの５ｉ０２薄膜より成る絶縁膜４を形成し
たのち、再び電子ビーム蒸着法によって厚さ約１１００
ｎのＮｂ薄膜を形成し、ＣＦ４ガスを用いた反応性イオ
ンエツチング法によってこれを加工し、制御電極５を形
成する。以上の工程において、２つの超電導電極５に接
した不純物導入部分２の間の距離は０．１〜０．２μｍ
程度に選ぶ。

さらに化学的気相成長法によって厚さ約０．５μｍの５
ｉ０２薄膜より成る絶縁膜６を形成し、制御電極４の真
上に反応性イオンエツチングによって開孔を設ける。続
いてマグネトロンスパッタリング法によってＮｂ薄膜を
厚さ約０．３μｍに堆積させ、これを反応性イオンエツ
チングによって加工し配線７とする。この配線７と制御
電極５とは超電導的に接続されている。従って第１図中
に示した電界効果型の超電導トランジスタは、配線７を
通る電気信号によって制御される。

次に絶縁膜６と全く同様の方法によって厚さ約０．３μ
ｍのＳｉＯ□より成る絶縁膜８を形成し、続いてマグネ
トロンスパッタ法により厚さ約２００ｎｍのＮｂを堆積
させたのち、これをＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエ
ツチング法によって加工し、超電導薄膜９を形成する。

本実施例においては、配線７の幅は２μｍ、超電導薄膜
９の幅は５μｍとし、後者は前者を覆うごとく配置しで
ある。

本実施例においては、配線７と超電導膜９の間の距離は
絶縁膜８の厚さによって決まり、この値が配線７のイン
ピーダンスを一様に保つためにはほぼ一定であることが
必要となる。このため絶縁膜８の形成方法としては、こ
こで述べた化学的気相成長法や、スパッタリング法等を
用いることが望ましい０次に、より段差部の高さが大き
い場合について述べる。

第２ｒｊ！Ｉを用いて本発明の第２の実施例を説明する
。第２ＷＩでは基板ｌ中に設けた不純物導入部分２へ配
線７が接続されており、絶縁膜６の厚さが１μｍ程度の
場合である。集積回路の作製方法は第１の実施例と同様
で良い、ここでも絶縁膜８の厚さはほぼ一定であること
が必要であるが、超電導薄膜９の厚さは少なくともこの
薄膜の磁場侵入長よりも大きければ、場所による分布が
あることは、配線７のインピーダンスを一様）；保つ点
からは全く問題にならない。

以上の実施例においては、超電導材料とじてＮｂを用い
たが、これにかえてＮｂＮ、またはＹＢａｚＣｕ３０７
−Ｘ等の酸化物超電導材料を用いても本発明の目的を充
分に達することができることは言うまでもない。

また超電導薄膜９の電位は一定電位であれば本発明の目
的を達するが、雑音を小さくし、回路の動作をさらに安
定にするためには接地電位であることが望ましい。

〔発明の効果〕

以上述べた様に本発明によれば、超電導集積回路におい
て、信号の配線内での反射を小さくすることができるの
で１回路の高集積化と動作速度の向上を図ることができ
るので、信号の伝ばんによる遅延を小さくすることがで
きるので、安定な回路の動作と高速性とを兼ね備えた、
高集積化に適した超電導集積回路を実現することができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による超電導集積回路の
一部分を示す断面図、第２図は本発明の第２の実施例に
よる超電導集積回路の一部分を示す断面図である。 １・・・基板、２・・・不純物導入部分、３・・・超電
導電極、４・・・絶縁膜、５・・・制御電極、６・・・
絶縁膜。 ７・・・配線、８・・・絶縁膜、９・・・超電導薄膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超電導体と半導体とを組合せて使用するデバイスを
   含んで構成された超電導集積回路において、この集積回
   路は超電導体より成る配線を含んで構成され、この配線
   に対し集積回路を構成する基板とは反対側に絶縁膜を介
   して一定電位の超電導薄膜を有することを特徴とする超
   電導集積回路。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記半導体は板状
   の半導体あるいは基板上に設けた薄膜状の半導体の一部
   分又は全部に不純物を導入した部分であることを特徴と
   する超電導集積回路。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記超電導薄膜は
   、少なくとも前記の配線を覆うように配置して設けられ
   ていることを特徴とする超電導集積回路。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記集積回路を構
   成するデバイスは電界効果型の超電導トランジスタであ
   ることを特徴とする超電導集積回路。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記一定電位は接
   地電位であることを特徴とする超電導集積回路。