JPH01268075A - ジョセフソン電界効果トランジスタ - Google Patents
ジョセフソン電界効果トランジスタInfo
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- JPH01268075A JPH01268075A JP63096223A JP9622388A JPH01268075A JP H01268075 A JPH01268075 A JP H01268075A JP 63096223 A JP63096223 A JP 63096223A JP 9622388 A JP9622388 A JP 9622388A JP H01268075 A JPH01268075 A JP H01268075A
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- Japan
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Landscapes
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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。
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］
本発明はジョセフソン電界効果トランジスタ（以下ＪＯ
ＦＥＴと示す）の構造に関する。
ＦＥＴと示す）の構造に関する。
［従来の技術］
ＪＯＦＥＴは、１９７０年代の初めにその概念が提唱さ
れて以来、高速性及びそれを用いた場合の回路構成の簡
単さが注目され、研究が進められてきた。その概念図を
第２図に示す。同図（ａ）はＯＦＦ状態、同図（Ｅ））
はＯＮ状態の概念図である。１０３は半導体、１０２は
超伝導体電極、２０１は超伝導体電極１０２からクーパ
一対と呼ばれる電子対がしみ出している領域であり、こ
の領域端から１０２までの距離をコヒーレンス長さ（ξ
）と呼ぶ。半導体１０３中のキャリア濃度が小さい場合
はξが小さく、同図（ａ）に示される如くクーパ一対は
半導体１０３中で重ならないが、キャリア濃度が大きい
場合はξが大きくなり、同図（ｂ）に示される如くクー
パ一対は１０３中で重なり、左右の電極１０２間を超伝
導電流が流れる。半導体中のキャリア濃度をゲートに印
加する電位で制御するのがＪＯＦＥＴである。
れて以来、高速性及びそれを用いた場合の回路構成の簡
単さが注目され、研究が進められてきた。その概念図を
第２図に示す。同図（ａ）はＯＦＦ状態、同図（Ｅ））
はＯＮ状態の概念図である。１０３は半導体、１０２は
超伝導体電極、２０１は超伝導体電極１０２からクーパ
一対と呼ばれる電子対がしみ出している領域であり、こ
の領域端から１０２までの距離をコヒーレンス長さ（ξ
）と呼ぶ。半導体１０３中のキャリア濃度が小さい場合
はξが小さく、同図（ａ）に示される如くクーパ一対は
半導体１０３中で重ならないが、キャリア濃度が大きい
場合はξが大きくなり、同図（ｂ）に示される如くクー
パ一対は１０３中で重なり、左右の電極１０２間を超伝
導電流が流れる。半導体中のキャリア濃度をゲートに印
加する電位で制御するのがＪＯＦＥＴである。
従来のＪＯＦＥＴは、川辺ら（固体物理 ｖｏｌ、２２
１９８７．ｐＨ７）や、高柳ら（固体物理 Ｍｏ１．
２０ １９８５．ｐ９３９）に示される如く、超伝導体
電極は同一平面上に形成されていた。
１９８７．ｐＨ７）や、高柳ら（固体物理 Ｍｏ１．
２０ １９８５．ｐ９３９）に示される如く、超伝導体
電極は同一平面上に形成されていた。
［発明が解決しようとする課題］
従来の、超伝導体電極が同一平面上に形成されたＪＯＦ
ＥＴにおいては、ソース電極とドレイン電極の間隔（Ｌ
）はフォトリソグラフィーにより制御されていたため、
あまり小さくすることができず、サブミクロン領域にお
いては大きなばらつきが生じていた。現実には、０．５
μｍ以下のＬをある程度の大きさの領域に均一に形成す
ることは不可能であった。ＪＯＦＥＴの超伝導臨界電流
Ｉｃ は、温度をＴ、超伝導臨界温度をＴｃ （Ｔ
＜Ｔｃ）とすれば、平木ら（１９８７年秋期第４８回応
用物理学会学術講演会講演予稿果１９ａ−Ｈ−３）に示
される如く次式であられされる。
ＥＴにおいては、ソース電極とドレイン電極の間隔（Ｌ
）はフォトリソグラフィーにより制御されていたため、
あまり小さくすることができず、サブミクロン領域にお
いては大きなばらつきが生じていた。現実には、０．５
μｍ以下のＬをある程度の大きさの領域に均一に形成す
ることは不可能であった。ＪＯＦＥＴの超伝導臨界電流
Ｉｃ は、温度をＴ、超伝導臨界温度をＴｃ （Ｔ
＜Ｔｃ）とすれば、平木ら（１９８７年秋期第４８回応
用物理学会学術講演会講演予稿果１９ａ−Ｈ−３）に示
される如く次式であられされる。
ｃｏｓｈ ２ （ｔ 電′２Ｃ；ミ ）Ｃ＋ ：
ｓｃａｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒＣａ； Ｌ／２
ξ ｊ ； Ｔ／Ｔｃ 上式で示される如く、ＩｃＯ値はＬの変化に対して指数
関数的に変化する。従来のＪＯＦＥＴの構造においては
、Ｌがばらつきやすいため、ＩＣも大きくばらついてい
た。また、Ｌをそれほど小さくできなかったため、Ｉｃ
を大きくとることができなかった。
ｓｃａｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒＣａ； Ｌ／２
ξ ｊ ； Ｔ／Ｔｃ 上式で示される如く、ＩｃＯ値はＬの変化に対して指数
関数的に変化する。従来のＪＯＦＥＴの構造においては
、Ｌがばらつきやすいため、ＩＣも大きくばらついてい
た。また、Ｌをそれほど小さくできなかったため、Ｉｃ
を大きくとることができなかった。
本発明は以上の課題を解決するもので、その目的とする
ところは、超伝導臨界電流Ｉｃが大きな、すなわち０Ｎ
１０ＦＦ比が大きい、またその特性がかなりの面積にわ
たって均一なＪＯＦＥＴを実現することにある。
ところは、超伝導臨界電流Ｉｃが大きな、すなわち０Ｎ
１０ＦＦ比が大きい、またその特性がかなりの面積にわ
たって均一なＪＯＦＥＴを実現することにある。
［課題を解決するための手段］
以上の課題を解決するため、本発明のＪＯＦＥＴは、任
意の基板上に、超伝導体電極が半導体薄膜を上下にはさ
んだ構造を有することを特徴とする。
意の基板上に、超伝導体電極が半導体薄膜を上下にはさ
んだ構造を有することを特徴とする。
［実施例］
第１図に本発明の実施例における超伝導体電極が半導体
ｇＩ膜を上下にはさんだ構造（サンドイッチ構造）のＭ
ＩＳ （Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−３ｅｍｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ）型ＪＯＦＥＴの断面図を示す。同図
において、１０１は任意の基板、１０２は超伝導体電極
、１０３は半導体薄膜、１０４はゲート絶縁膜、１０５
はゲート電極である。この様な構造とすることにより、
ＪＯＦＥＴのチャネル長しは半導体薄膜１０３の膜厚に
より制御できる。半導体薄膜の重厚によるＬの制御は従
来のフォトリソグラフィーによる場合に比べ、°はるか
に制御性がよくＬを短縮できる。ＭＢＥ（分子ビームエ
ピタキシャル）法を用いて半導体薄膜を形成する場合、
０．０１μｍ以下の膜厚でかなりの面積にわたって均一
に形成できる。
ｇＩ膜を上下にはさんだ構造（サンドイッチ構造）のＭ
ＩＳ （Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−３ｅｍｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ）型ＪＯＦＥＴの断面図を示す。同図
において、１０１は任意の基板、１０２は超伝導体電極
、１０３は半導体薄膜、１０４はゲート絶縁膜、１０５
はゲート電極である。この様な構造とすることにより、
ＪＯＦＥＴのチャネル長しは半導体薄膜１０３の膜厚に
より制御できる。半導体薄膜の重厚によるＬの制御は従
来のフォトリソグラフィーによる場合に比べ、°はるか
に制御性がよくＬを短縮できる。ＭＢＥ（分子ビームエ
ピタキシャル）法を用いて半導体薄膜を形成する場合、
０．０１μｍ以下の膜厚でかなりの面積にわたって均一
に形成できる。
池の方法を用いて半導体薄膜を形成する場合においても
、多少の相違はあれど０．１μｍ程度の膜厚で大面積に
均一に形成することが可能である。
、多少の相違はあれど０．１μｍ程度の膜厚で大面積に
均一に形成することが可能である。
超伝導体電極１０２上に形成する半導体＊ａｌＯ３は、
堆積された状態で単結晶とするのは困難であるが、基板
１０１を種結晶とし結晶成長させるか、または種なしで
も固相成長法等により結晶成長させれば、完全な単結晶
に比べ遜色の無い半導体薄膜が形成される。超伝導体電
極１０２にＮｂ、・半導体Ｆ！ｌｌ１１０３にＳｉを用
い、Ｌ＝０． １μｍとすれば、計算上はＩｃはｍＡオ
ーダーとなり、充分に大きなＩｃのＪＯＦＥＴが大面積
に得られる。また、従来のＪＯＦＥＴは素子分離が困難
であったが、本発明のＪＯＦＥＴは半導体薄膜１゜３の
バターニングにより容易に素子分離できるため、ＪＯＦ
ＥＴの高集積化に対し非常に有利である。最近研究が活
発に進められているＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０等の酸化物高温
超伝導体薄膜においても、Ｎ膜形成方法及び加工方法等
が開発されてきているため、本発明への応用が有望であ
る。また半導体ｙＩ膜１０３に用いる材料は、キャリア
移動度が大きく、キャリアの有効質量が小さな工ｎＳｂ
、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ等の材料の方が、ξが大きく、さ
らにＩｃが大きくでき有利である。半導体薄膜１０３中
の不純物濃度は、膜中一定でもよく、この点で微細加工
にも有利で、構造的にも従来のＪＯＦＥＴより集積化し
やすくなったため、超高集積度のＪＯＦＥＴ集積回路が
実現される。また本発明はＭＩＳ型ＪＯＦＥＴのみなら
ず、ＭＥＳ （Ｍｅｔａｌ−３ｅｍｉｃ６ｎｄｕｃｔｏ
ｒ）型等のＪＯＦＥＴにも適用できる。また例えば、基
板１０１に表面に絶縁体薄膜を設けた半導体基板（例え
ばＳｉＯ２付きＳｉウェハー）を用い、第１図の如き構
造を形成し、更に絶縁体薄膜で全体を覆い、その上に半
導体Ｈ膜（Ｓｉ）を形成しデバイスの三次元化を行う場
合等の時は、基板のＳｉを種結晶としてＳｉ薄膜の結晶
成長を行えば、超高性能で多機能の、半導体−超伝導体
混載デバイスが実現する可能性がある。
堆積された状態で単結晶とするのは困難であるが、基板
１０１を種結晶とし結晶成長させるか、または種なしで
も固相成長法等により結晶成長させれば、完全な単結晶
に比べ遜色の無い半導体薄膜が形成される。超伝導体電
極１０２にＮｂ、・半導体Ｆ！ｌｌ１１０３にＳｉを用
い、Ｌ＝０． １μｍとすれば、計算上はＩｃはｍＡオ
ーダーとなり、充分に大きなＩｃのＪＯＦＥＴが大面積
に得られる。また、従来のＪＯＦＥＴは素子分離が困難
であったが、本発明のＪＯＦＥＴは半導体薄膜１゜３の
バターニングにより容易に素子分離できるため、ＪＯＦ
ＥＴの高集積化に対し非常に有利である。最近研究が活
発に進められているＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０等の酸化物高温
超伝導体薄膜においても、Ｎ膜形成方法及び加工方法等
が開発されてきているため、本発明への応用が有望であ
る。また半導体ｙＩ膜１０３に用いる材料は、キャリア
移動度が大きく、キャリアの有効質量が小さな工ｎＳｂ
、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ等の材料の方が、ξが大きく、さ
らにＩｃが大きくでき有利である。半導体薄膜１０３中
の不純物濃度は、膜中一定でもよく、この点で微細加工
にも有利で、構造的にも従来のＪＯＦＥＴより集積化し
やすくなったため、超高集積度のＪＯＦＥＴ集積回路が
実現される。また本発明はＭＩＳ型ＪＯＦＥＴのみなら
ず、ＭＥＳ （Ｍｅｔａｌ−３ｅｍｉｃ６ｎｄｕｃｔｏ
ｒ）型等のＪＯＦＥＴにも適用できる。また例えば、基
板１０１に表面に絶縁体薄膜を設けた半導体基板（例え
ばＳｉＯ２付きＳｉウェハー）を用い、第１図の如き構
造を形成し、更に絶縁体薄膜で全体を覆い、その上に半
導体Ｈ膜（Ｓｉ）を形成しデバイスの三次元化を行う場
合等の時は、基板のＳｉを種結晶としてＳｉ薄膜の結晶
成長を行えば、超高性能で多機能の、半導体−超伝導体
混載デバイスが実現する可能性がある。
第３図に、本発明の実施例における半導体薄膜と超伝導
体電極の間に眉間絶縁膜を設けたサンドイッチ型ＭＩＳ
ＪＯＦＥＴの断面図を示す。同図において、第１図と同
一の記号は第１図と同一のものを表す。３０１は眉間絶
縁膜である。現実のＪＯＦＥＴ粟積回路を形成するには
上下の超伝導体電極を眉間絶縁Ｍ３０１で分離する本実
施例のごとき構造がよい。かくのごとき構造の形成は、
まず超伝導体電極１０２（下側）及び半導体薄膜１０３
を形成し、眉間絶縁膜３０１、超伝導体電極１０２の順
に形成し、その後ゲート絶縁膜１゜４及びゲート電極１
０５を形成すればよい。
体電極の間に眉間絶縁膜を設けたサンドイッチ型ＭＩＳ
ＪＯＦＥＴの断面図を示す。同図において、第１図と同
一の記号は第１図と同一のものを表す。３０１は眉間絶
縁膜である。現実のＪＯＦＥＴ粟積回路を形成するには
上下の超伝導体電極を眉間絶縁Ｍ３０１で分離する本実
施例のごとき構造がよい。かくのごとき構造の形成は、
まず超伝導体電極１０２（下側）及び半導体薄膜１０３
を形成し、眉間絶縁膜３０１、超伝導体電極１０２の順
に形成し、その後ゲート絶縁膜１゜４及びゲート電極１
０５を形成すればよい。
第４図に、本発明の実施例における上下の超伝導体電極
の引出し配線を別方向にしたサンドイッチ型ＭＩＳＪＯ
ＦＥＴの断面図を示す。同図において、第１図と同一の
記号は第１図と同一のものを表す。本実施例による構造
は、ＪＯＦＥＴの集積化がしやすく、また第３図実施例
に比べ製造がしやすい。半導体薄膜１０３のパターンエ
ツジを上側の超伝導体電極のそれより突き出している構
造であるため、ゲート絶縁膜１０４の形成方法に自由度
があり、ＣＶＤ （化学気相成長）法等によっても楽に
ゲート絶縁膜１０４が形成できる。
の引出し配線を別方向にしたサンドイッチ型ＭＩＳＪＯ
ＦＥＴの断面図を示す。同図において、第１図と同一の
記号は第１図と同一のものを表す。本実施例による構造
は、ＪＯＦＥＴの集積化がしやすく、また第３図実施例
に比べ製造がしやすい。半導体薄膜１０３のパターンエ
ツジを上側の超伝導体電極のそれより突き出している構
造であるため、ゲート絶縁膜１０４の形成方法に自由度
があり、ＣＶＤ （化学気相成長）法等によっても楽に
ゲート絶縁膜１０４が形成できる。
第５図に、本発明の実施例における半導体薄膜をドーピ
ング超格子により形成しているサンドイッチ型ＭＩＳＪ
ＯＦＥＴの断面図を示す。同図に於て第１図と同一の記
号は第１図と同一のものを表す。５０１は一方の導電型
を有する半導体薄膜であり、５０２は５０１に対し逆型
の導電型を有する半導体薄膜である。かくのごとき構造
とすることにより、半導体薄膜が薄い状態においてもＪ
ＯＦＥＴのＯＦＦ時のリーク電流を抑えることができる
。５０２には必ずしも５０１に対し逆型の導電型の半導
体を用いる必要はなく、５０１と同じ導電型を有しドー
ピング湯度の異なる半導体薄膜を用いても、また５０１
と禁制帯幅の異なる物質の薄膜を用いてもよい。本実施
例により、 ０Ｎ１０ＦＦ比の大きなサンドイッチ型
ＪＯＦＥＴが実現された。
ング超格子により形成しているサンドイッチ型ＭＩＳＪ
ＯＦＥＴの断面図を示す。同図に於て第１図と同一の記
号は第１図と同一のものを表す。５０１は一方の導電型
を有する半導体薄膜であり、５０２は５０１に対し逆型
の導電型を有する半導体薄膜である。かくのごとき構造
とすることにより、半導体薄膜が薄い状態においてもＪ
ＯＦＥＴのＯＦＦ時のリーク電流を抑えることができる
。５０２には必ずしも５０１に対し逆型の導電型の半導
体を用いる必要はなく、５０１と同じ導電型を有しドー
ピング湯度の異なる半導体薄膜を用いても、また５０１
と禁制帯幅の異なる物質の薄膜を用いてもよい。本実施
例により、 ０Ｎ１０ＦＦ比の大きなサンドイッチ型
ＪＯＦＥＴが実現された。
［発明の効果コ
以上述べた如く本発明を用いることにより、超伝導臨界
電流Ｉｃが太きく０Ｎ１０ＦＦ比が大きく、大面積にわ
たって均一な特性をもつＪＯＦＥＴが実現された。
電流Ｉｃが太きく０Ｎ１０ＦＦ比が大きく、大面積にわ
たって均一な特性をもつＪＯＦＥＴが実現された。
第１図は、本発明の実施例における超伝導体電極が半導
体’ｆｆ１ＦＡを上下にはさんだ（サンドイッチ型）構
造のＭＩＳ型ＪＯＦＥＴの断面図。 ＯＦＦ状態、同図（ｂ）はＯＮ状態の概念図。 第３図は、本発明の実施例における半導体薄膜と超伝導
体電極の間に眉間絶縁膜を設けたサンドイッチ型ＭＩＳ
ＪＯＦＥＴの断面図。 第４因は、本発明の実施例における上下の超伝導体′Ｉ
ｔｉの引出し配線を別方向にしたサンドイッチ型ＭＩＳ
ＪＯＦＥＴの断面図。 第５図は、本発明の実施例における半導体薄膜をドーピ
ング超格子により形成したサンドイッチ型Ｍ工５ＪＯＦ
ＥＴの断面図。 １０１・・・任意の基板 １０２・・・超伝導体電極 １０３・・・半導体薄膜 １０４・・・ゲート絶縁膜 １０５・・・ゲート電極 以 上 出願人 セイコーエプソン株式会社 １０２・・・超伝導体電極 １０３・・・半導体薄膜 １０４・・・ゲート紺逢シ漠 １０５・・・ゲート電極 第３図 （ａ） 第２図
体’ｆｆ１ＦＡを上下にはさんだ（サンドイッチ型）構
造のＭＩＳ型ＪＯＦＥＴの断面図。 ＯＦＦ状態、同図（ｂ）はＯＮ状態の概念図。 第３図は、本発明の実施例における半導体薄膜と超伝導
体電極の間に眉間絶縁膜を設けたサンドイッチ型ＭＩＳ
ＪＯＦＥＴの断面図。 第４因は、本発明の実施例における上下の超伝導体′Ｉ
ｔｉの引出し配線を別方向にしたサンドイッチ型ＭＩＳ
ＪＯＦＥＴの断面図。 第５図は、本発明の実施例における半導体薄膜をドーピ
ング超格子により形成したサンドイッチ型Ｍ工５ＪＯＦ
ＥＴの断面図。 １０１・・・任意の基板 １０２・・・超伝導体電極 １０３・・・半導体薄膜 １０４・・・ゲート絶縁膜 １０５・・・ゲート電極 以 上 出願人 セイコーエプソン株式会社 １０２・・・超伝導体電極 １０３・・・半導体薄膜 １０４・・・ゲート紺逢シ漠 １０５・・・ゲート電極 第３図 （ａ） 第２図
Claims (1)
- 任意の基板上に、超伝導体電極が半導体薄膜を上下に
はさんだ構造を特徴とするジョセフソン電界効果トラン
ジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63096223A JPH01268075A (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | ジョセフソン電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63096223A JPH01268075A (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | ジョセフソン電界効果トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01268075A true JPH01268075A (ja) | 1989-10-25 |
Family
ID=14159236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63096223A Pending JPH01268075A (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | ジョセフソン電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01268075A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5250506A (en) * | 1990-02-02 | 1993-10-05 | Hitachi, Ltd. | Superconductive switching element with semiconductor channel |
| US5380704A (en) * | 1990-02-02 | 1995-01-10 | Hitachi, Ltd. | Superconducting field effect transistor with increased channel length |
| US5462918A (en) * | 1990-10-31 | 1995-10-31 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Superconducting field effect device with vertical channel formed of oxide superconductor material |
| US5854493A (en) * | 1990-10-29 | 1998-12-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Superconduting device having an extremely short superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
-
1988
- 1988-04-19 JP JP63096223A patent/JPH01268075A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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