JPH01170078A - 超電導体層を有する半導体基板 - Google Patents

超電導体層を有する半導体基板

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JPH01170078A
JPH01170078A JP62328493A JP32849387A JPH01170078A JP H01170078 A JPH01170078 A JP H01170078A JP 62328493 A JP62328493 A JP 62328493A JP 32849387 A JP32849387 A JP 32849387A JP H01170078 A JPH01170078 A JP H01170078A
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JP
Japan
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composite oxide
superconductor
semiconductor substrate
layer according
superconductor layer
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Pending
Application number
JP62328493A
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English (en)
Inventor
Keizo Harada
敬三 原田
Naoharu Fujimori
直治 藤森
Shuji Yatsu
矢津 修示
Tetsuji Jodai
哲司 上代
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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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、半導体基板に関する。より詳細には、酸化物
基板上に形成された複合酸化物超電導体薄膜上に半導体
層が積層された構造を有する半導体基板に関するもので
ある。
本発明の半導体基板は上記超電導体層を半導体回路の配
線材料として用いるだけで無く、上記超電導体にジョセ
フソン結合を形成したジョセフソン素子、あるいは超電
導体と半導体とを組み合わせたトランジスターやホット
エレクトロントランジスター等の超電導体素子材料とし
て用いることができる。
従来の技術 従来の半導体集積回路はシリコン等の半導体単結晶基板
上に絶縁膜を形成してパターニングを施し、熱拡散、イ
オン注入等で不純物をドープすることにより必要な素子
を作製し、金属を蒸着させて配線している。
上記金属配線パターンは、蒸着で形成されるため断面積
が非常に微小となり、信号電流のロスがあった。
また、超電導体と半導体とを組み合わせたトランジスタ
ーやホットエレクトロントランジスター等の超電導体と
半導体を組み合わせた素子は概念的には提案されている
が複合酸化物超電導材料を具体的に用いたものは無い。
発明が解決しようとする問題点 半導体集積回路の金属配線パターンは、蒸着等で形成さ
れるため断面積が微小で信号電流のロスが避けられなか
った。また、半導体集積回路の動作速度を向上させるに
は、素子そのものの動作速度を向上させることも重要で
あるが、配線における信号伝播速度を向上させることも
必要である。
ところが、従来の半導体集積回路では配線部分における
ロスのため信号伝播速度を向上させるのに限界があった
。また、配線部分におけるロスのため素子の集積度があ
がり高密度化が進むと、消費電力が上昇し、それに伴う
発熱のため集積度の限界も自ずから決まってしまってい
た。
さらに、超電導体と半導体とを組み合わせた超電導トラ
ンジスタやホットエレクトロントランジスタ等の超電導
素子を形成する場合には半導体単結晶層と超電導材料の
層が均一に積層された半導体単結晶基板が必須であるが
、従来のNb系の超電導材料では半導体単結晶層と超電
導材料の層が均一に積層されているものはなかった。
本発明の目的は、上記の問題を解決して半導体単結晶層
と複合酸化物超電導体層が均一に積層された構造を有す
る超電導体と半導体からなる基板を提供することにある
問題点を解決するための手段 本発明に従うと、Si基板上にInA IAs  半導
体層が形成され、該半導体層上に周期律表IIa族元素
から選択された少なくとも1種の元素α、周期律表11
ia族元素から選択された少なくとも1種の元素β、周
期律表1b、IIb、llIb、rVa、■a族元素か
ら選択された少なくとも1種の元素Tを含有する複合酸
化物超電導体層が積層されてい゛ることを特徴とする超
電導体層を有する半導体基板が提供される。
本発明に従うと、上記超電導体は複合酸化物超電導材料
によって形成されているのが好ましい。
この複合酸化物超電導材料としては公知の任意の材料を
用いることができる。特に、下記一般式=(αl−X 
βx)TyOg (但し、αは周期律表IIa族に含まれる元素であり、
βは周期律表1na族に含まれる元素であり、γは周期
律表I b s ■b s III b s ■aおよ
び■族から選択される少なくとも一つの元素であり、x
、y、zはそれぞれ0.1≦x≦0.9.0.4≦y≦
3.0.1≦z≦5を満たす数である) で示される複合酸化物が好ましい。これらの複合酸化物
はペロブスカイト型または酸素欠陥型ペロブスカイト型
酸化物を主体としたものと考えられる。
上記周期律表IIa族元素αとしては、Ba、 Sr。
Ca、 iAg、、 Be等が好ましく、例えば、Ba
、 Srを挙げることができ、この元素αの10〜80
%をMg5Ca、Srから選択された1種または2種の
元素で置換することもできる。また上記周期律表ff1
a族元素βはとしては、Yの他La5ScSCe、 G
d、 Ho、ε「、Tm。
Yb、 Lu等ランタノイド元素が好ましく、例えばY
lLa、 Hoとすることができ、さらにこの元素βの
うち、10〜80%をScまたはランタノイド元素から
選択された1種または2種の元素で置換することもでき
る。前記元素Tは一般にCuであるが、その−部を周期
律表1b% IIb、II[b、IVaおよび■a族か
ら選択される他の元素、例えば、Ti、 V等で置換す
ることもできる。
作用 本発明の超電導体層を有する半導体基板は、31基板上
に形成された半導体層上に複合酸化物超電導体薄膜が形
成されているところにその主要な特徴がある。すなわち
、本発明の超電導層を有する半導体基板は、公知任意の
半導体と複合酸化物超電導体を組み合わせた新規な半導
体デバイスの材料となるものである。
本発明の超電導体層を有する半導体基板は、複合酸化物
超電導体を単なる配線用材料として使用するだけでな(
、複合酸化物超電導体の部分にジョセフソン接合を形成
した半導体デバイスあるいは半導体基板と超電導体とを
組み合わせた超電導トランジスタやホットエレクトロン
トランジスタのような新規な超電導素子を形成するため
の集積回路基板あるいはデバイス用基材として用いるこ
とができる。
本発明の超電導体層を有する半導体基板に使用する複合
酸化物超電導体としては、YBCOと称されるY 1B
a2Cu30t−)lで代表されるような多層ペロブス
カイト結晶構造を有する複合酸化物が好ましい。しかし
ながらこれに限定されるものではなく、公知の超電導体
の中から任意のものを選択して使用することが可能であ
る。
本発明の超電導体層を有する半導体基板を作製するには
、以下の手順によることが好ましい。Si基板上にCV
D法、MBE法等の公知の方法でInAlAs半導体単
結晶層を形成し、該1nAIAs半導体層上にスパッタ
リング、真空蒸着、分子線エピタキシ、イオンビーム蒸
着等の物理蒸着法またはプラズマCVD法、MoCVD
法等のCVD法で複合酸化物超電導体薄膜を形成する。
物理蒸着法としては、特にマグネトロンスパッタリング
が好ましい。また、成膜後、酸素雰囲気中で熱処理を行
うとかあるいは酸素プラズマに曝す等の後処理を行い、
上記の薄膜を構成している複合酸化物超電導体結晶中の
酸素濃度を適正に調整することが好ましい。これらの処
理を行う際に、半導体の特性を損なわないよう十分注意
する必要がある。そこで、特に超電導体薄膜を成膜する
際の基板温度は7(14)℃以下にすることが好ましく
、また、後処理の際にも基板温度を必要以上に高くする
ことは避けなければならない。
実施例 以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、以下
に記載するものは本発明の単なる実施例に過ぎず、以下
の開示により、本発明の範囲が同等制限されないことは
勿論である。
81基板上にInAlAs半導体単結晶層を形成し、さ
らに複合酸化物超電導体層を積層した第1図に示す本発
明の超電導体層を有する半導体基板を作製した。
81基板上に、公知のCVD法でInAlAs単結晶層
を形成した後、該1nAIAs単結晶層上にYBa2C
u<、 s Ox焼結体粉末および)lo3a2.sC
u、、ff Ox焼結体粉末をターゲットとして、マグ
ネトロンスパッタリング法により、複合酸化物超電導体
薄膜を形成した。
基板とターゲットの位置関係および高周波電力の大きさ
に特に注意し、基板温度7(14)℃でスパッタリング
を行い、複合酸化物超電導体層を1(14)0人まで成
長させた。
上記のように作製した本発明の超電導体層を有する半導
体基板は、いずれのものも半導体と超電導体との界面の
状態がよく、半導体デバイス材料として優れた特性を有
していた。また、それぞれの試料の超電導体層の超電導
臨界温度を以下の第1表に示す。
第1表 以上説明したように、本発明の超電導体層を有する半導
体基板は、超電導臨界温度も液体窒素が十分使用できる
程度に高く、また、超電導体−半導体界面の状態もよい
ので半導体デバイス用基板としてたいへん有効である。
発明の効果 本発明により、新規な半導体デバイス材料としてたいへ
ん有効な超電導体層を有する半導体基板が提供される。
本発明により、半導体デバイスの高速化、高密度化がさ
らに推進される。さらに、本発明はジョセフソン素子と
異なり、3端子以上の端子を有する超電導体を利用した
半導体デバイス等に応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の超電導体層を有する半導体基板の一
例である。 〔主な参照番号〕 1・・複合酸化物超電導体、 2・・InAlAs半導体単結晶層、 3・・Si単結晶基板、 特許出願人  住友電気工業株式会社

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Si基板上にInAlAs半導体層が形成され、
    該InAlAs半導体層上に周期律表IIa族元素から選
    択された少なくとも1種の元素α、周期律表IIIa族元
    素から選択された少なくとも1種の元素β、周期律表
    I b、IIb、IIIb、IVa、VIIIa族元素から選択され
    た少なくとも1種の元素γを含有する複合酸化物超電導
    体層が積層されていることを特徴とする超電導体層を有
    する半導体基板。
  2. (2)上記複合酸化物超電導体が、 一般式:(α_1_−_xβ_x)γ_yO_z(但し
    、α、β、γは、上記定義の元素でありxはα+βに対
    するβの原子比で、0.1≦x≦0.9であり、yおよ
    びzは(α_1_−_xβ_x)を1とした場合に0.
    4≦y≦3.0、1≦z≦5となる原子比である) で表される組成の酸化物であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  3. (3)上記複合酸化物超電導体が、ペロブスカイト型結
    晶または酸素欠損ペロブスカイト型結晶を有する酸化物
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第
    2項に記載の超電導体層を有する半導体基板。
  4. (4)上記複合酸化物超電導体が、BaおよびYを含み
    、さらにAl、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、
    Tiによって構成される群から選択される少なくとも1
    種の元素を含む複合酸化物超電導体であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか1項に
    記載の超電導体層を有する半導体基板。
  5. (5)上記複合酸化物超電導体が、 Y_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは0
    <x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第4項に記載の超電導体層を有する半導体基板。
  6. (6)上記複合酸化物超電導体が、Ba、LaおよびA
    l、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによっ
    て構成される群から選択される少なくとも1種の元素を
    含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項
    のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  7. (7)上記複合酸化物超電導体が、 La_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第6項に記載の超電導体層を有する半導体基板。
  8. (8)上記複合酸化物超電導体が、Sr、LaおよびA
    l、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによっ
    て構成される群から選択される少なくとも1種の元素を
    含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項
    のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  9. (9)上記複合酸化物超電導体が、 La_1Sr_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第8項に記載の超電導体層を有する半導体基板。
  10. (10)上記複合酸化物超電導体が、Ba、Hoおよび
    Al、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによ
    って構成される群から選択される少なくとも1種の元素
    を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3
    項のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基
    板。
  11. (11)上記複合酸化物超電導体が、 Ho_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第10項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  12. (12)上記複合酸化物超電導体が、Ba、Ndおよび
    Al、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによ
    って構成される群から選択される少なくとも1種の元素
    を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3
    項のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基
    板。
  13. (13)上記複合酸化物超電導体が、 Nd_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第12項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  14. (14)上記複合酸化物超電導体が、Ba、Smおよび
    Al、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによ
    って構成される群から選択される少なくとも1種の元素
    を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3
    項のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基
    板。
  15. (15)上記複合酸化物超電導体が、 Sm_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第14項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  16. (16)上記複合酸化物超電導体が、Ba、Euおよび
    Al、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによ
    って構成される群から選択される少なくとも1種の元素
    を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3
    項のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基
    板。
  17. (17)上記複合酸化物超電導体が、 Eu_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第16項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  18. (18)上記複合酸化物超電導体が、Ba、Gdおよび
    Al、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによ
    って構成される群から選択される少なくとも1種の元素
    を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3
    項のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基
    板。
  19. (19)上記複合酸化物超電導体が、 Gd_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第18項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  20. (20)上記複合酸化物超電導体が、Ba、Dyおよび
    Al、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによ
    って構成される群から選択される少なくとも1種の元素
    を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3
    項のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基
    板。
  21. (21)上記複合酸化物超電導体が、 Dy_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第20項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  22. (22)上記複合酸化物超電導体が、Ba、Erおよび
    Al、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによ
    って構成される群から選択される少なくとも1種の元素
    を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3
    項のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基
    板。
  23. (23)上記複合酸化物超電導体が、 Er_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第22項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  24. (24)上記複合酸化物超電導体が、Ba、Ybおよび
    Al、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによ
    って構成される群から選択される少なくとも1種の元素
    を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3
    項のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基
    板。
  25. (25)上記複合酸化物超電導体が、 Tb_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第24項に記載の超電導体層を有する半導体基板
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EP88403328A EP0323345B1 (en) 1987-12-25 1988-12-26 A semiconductor substrate having a superconducting thin film
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6688676B1 (en) 2000-02-18 2004-02-10 Nissan Motor Co., Ltd. Vehicle structure with load transmission elements

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