JPH01303770A - Manufacture of superconductive base transistor - Google Patents
Manufacture of superconductive base transistorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は酸化物超電導体をベース領域とし、コレクタ
領域及びエミッタ領域に半導体を用いる構造の超電導ベ
ース・トランジスタの製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a superconducting base transistor having a structure in which an oxide superconductor is used as a base region and a semiconductor is used in a collector region and an emitter region.
[従来の技術]
従来から開発されてきた超電導ベース・トランジスタで
提案され、Nb にオブ)系などの金属材料を主とする
超電導体ベースは、超電導体の臨界温度(Tc)が低い
ため液体ヘリウム温度(4,ニアK)での動作が想定さ
れ、開発が進められてきた。[Prior art] Superconductor bases, which have been proposed for conventionally developed superconductor-based transistors and are mainly made of metal materials such as Nb (Ob)-based materials, have a low critical temperature (Tc) of superconductors, so liquid helium cannot be used. Development has been progressing with the assumption that it will operate at a temperature of (4, near K).
一方、周知のように、超電導材料のとくに臨界温度の高
温化を目途とする研究開発は最近になって画期的な進展
をみせ、1986年のベドノルツ(J。On the other hand, as is well known, research and development of superconducting materials, particularly aimed at raising the critical temperature, has recently made revolutionary progress, and in 1986 Bednorz (J.
G、Bednorz)とミューラ(K、A、Mijl
Ier)らによる高温超電導体の発見を端緒として、1
988年にはTD元索を含む酸化物では臨界温度が12
0に以上のものが安定に得られるようになった。この間
の事情は下記刊行物に概説されているとおりである。G, Bednorz) and Müller (K, A, Mijl)
Starting with the discovery of high-temperature superconductors by Ier et al.
In 988, the critical temperature of oxides containing TD elements was 12
It became possible to stably obtain more than 0. The circumstances during this period are outlined in the following publication.
超電導工学(改訂版);電気学会通信教育会著;27〜
34頁、1988年5月31日発行。Superconductivity Engineering (Revised Edition); Written by IEEJ Correspondence Education Society; 27~
34 pages, published May 31, 1988.
上述のような高温酸化物超電導体は、エネルギーギャッ
プEgはTcに比例して大きくなるため数10meV以
上になること、コヒーレンス長がInn程度と小さいこ
と、臨界電流が〜1o7A/c−の大きな値になること
などの点を考慮すると、超電導ベース・トランジスタの
ベース材料として優れているものと言うことができる。The high-temperature oxide superconductor described above has an energy gap Eg that increases in proportion to Tc, which is several tens of meV or more, a coherence length as small as Inn, and a critical current that has a large value of ~1o7A/c-. Considering the following points:
すなわち、Tc (臨界温度)が高く、高価な液体ヘリ
ウムを用いなくても、液体窒素の温度で十分に動作でき
ることが最大の利点である。さらに、液体窒素温度では
半導体中の不純物による励起キャリアが凍結しないため
、常温での半導体装置と同様に半導体を超電導ベース・
トランジスタのエミッタ領域、コレクタ領域などの構成
部分に用いることができる。That is, the greatest advantage is that it can operate satisfactorily at the temperature of liquid nitrogen without using expensive liquid helium, which has a high Tc (critical temperature). Furthermore, since excited carriers caused by impurities in semiconductors do not freeze at liquid nitrogen temperatures, semiconductors can be used as superconducting-based devices in the same way as semiconductor devices at room temperature.
It can be used for constituent parts such as the emitter region and collector region of a transistor.
この場合、半導体からなるコレクタ領域の上にベース領
域となる酸化物超電導体の薄膜を形成したのち、この薄
膜の上に半導体を堆積してエミツ・夕領域を形成し、超
電導ベース・トランジスタを形成している。この薄膜形
成方法としてはスパッタ装置によるスパッタ法が広く行
われ、スパッタ装置に設置した酸化物超電導体をスパッ
タして、このスパッタ粒子を半導体表面に堆積すること
によりバルクと同一組成の酸化物薄膜を形成するもので
ある。In this case, a thin film of an oxide superconductor is formed as a base region on a collector region made of semiconductor, and then a semiconductor is deposited on top of this thin film to form an emitter region and a superconducting base transistor. are doing. A widely used method for forming this thin film is the sputtering method using a sputtering device, in which an oxide superconductor placed in a sputtering device is sputtered and the sputtered particles are deposited on the semiconductor surface to form an oxide thin film with the same composition as the bulk. It is something that forms.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、上述のように、従来の超電導酸化物の薄
膜形成方法はスパッタ法によるものが主流となっている
が、このスパッタ法によって半導体上に酸化物を堆積す
ると半導体表面にダメージを形成するという問題がある
。その上スパッタ時の雰囲気中の酸素によって半導体表
面が酸化され、この酸化膜によって界面準位を形成する
ので素子特性の劣化をきたす等の問題がある。そのため
、高温超電導体のメリットを十分に活かした超電導体と
半導体の複合素子の製造が困難となり、技術的に満足で
きるものが得られなかった。[Problems to be Solved by the Invention] However, as mentioned above, the conventional method for forming thin films of superconducting oxides is mainly by sputtering; There is a problem in that damage is formed on the semiconductor surface. Moreover, the surface of the semiconductor is oxidized by oxygen in the atmosphere during sputtering, and this oxide film forms interface states, resulting in deterioration of device characteristics. This has made it difficult to manufacture composite elements of superconductors and semiconductors that take full advantage of the advantages of high-temperature superconductors, and it has not been possible to obtain anything that is technically satisfactory.
この発明は以上述べた半導体界面のダメージ及び酸化等
の問題点を除去し、半導体と酸化物超電導体の接合界面
を実用性の高い良好な状態で実現するだめの超電導ベー
ス・トランジスタ製造方法を提供することを目的とする
ものである。This invention provides a method for manufacturing superconducting base transistors that eliminates the problems such as damage and oxidation at the semiconductor interface described above and realizes a junction interface between a semiconductor and an oxide superconductor in a highly practical and good condition. The purpose is to
[課題を解決するための手段]
この発明に係る超電導ベース・トランジスタの製造方法
は、半導体で構成されるエミッタ領域とコレクタ領域の
間に位置するベース領域を酸化物超電導体で構成する超
電導ベースの領域を形成する場合、ます、コレクタ半導
体の表面に酸化物超電導体の組成元素の3A族、ランタ
ノイド族、3B族及び5B族元素のうちの1つの元素に
該当する元素の一原子層を堆積し、ついで、この一原子
層上に酸化物超電導体の組成元素の一原子層を各組成元
素毎に所定の順序をもって交互に堆積して所定の厚さの
酸化物超電導体層を形成したのち、さらに上記の該当す
る元素の一原子層を堆積してから、エミッタ半導体層を
成長・堆積して超電導ベース・トランジスタの基本素子
を形成するものである。[Means for Solving the Problems] A method for manufacturing a superconducting base transistor according to the present invention includes a superconducting base transistor in which a base region located between an emitter region and a collector region composed of a semiconductor is composed of an oxide superconductor. When forming the region, first, one atomic layer of an element corresponding to one of the group 3A, lanthanide, group 3B, and group 5B elements of the compositional elements of the oxide superconductor is deposited on the surface of the collector semiconductor. Then, on this monoatomic layer, monoatomic layers of the constituent elements of the oxide superconductor are alternately deposited in a predetermined order for each constituent element to form an oxide superconductor layer of a predetermined thickness, Further, after depositing a single atomic layer of the appropriate element mentioned above, an emitter semiconductor layer is grown and deposited to form the basic element of the superconducting base transistor.
すなわち、上述のような一原子層ずつ成長する方法によ
り酸化物超電導体の構成元素中の3A族、ランタノイド
族、3B族及び5B族元素のみが半導体界面と接触する
ようにして酸化物超電導体からなるベース領域を形成す
る方法によって、前述の課題を解決したものである。That is, by the method of growing one atomic layer at a time as described above, only the 3A group, lanthanoid group, 3B group, and 5B group elements among the constituent elements of the oxide superconductor are brought into contact with the semiconductor interface, and the oxide superconductor is grown. The above-mentioned problem has been solved by the method of forming the base region.
[作用コ
この発明において、とくに酸化物の超電導ベース領域を
形成する場合、この超電導薄膜の各構成元素を一原子層
ずつ成長させて酸化物超電導薄膜を形成するが、この薄
膜形成時のはじめと終りに、この薄膜の構成成分である
3B族、ランタノイド族、3A族及び5A族のうちの一
元素を一原子層形成して半導体面と接触する接合面を形
成するから、半導体表面が酸化されない状態で超電導ベ
ース領域が形成される。さらに、この薄膜製造方法は、
原子層制御エピタキシャル成長法の応用であり、スパッ
タ法に比してきわめてソフトな薄膜成長方法であるため
半導体表面にダメージを与えることがない。[Function] In this invention, especially when forming an oxide superconducting base region, each constituent element of this superconducting thin film is grown one atomic layer at a time to form an oxide superconducting thin film. Finally, one atomic layer of one element from the 3B group, lanthanoid group, 3A group, and 5A group, which are the constituent components of this thin film, is formed to form a bonding surface that contacts the semiconductor surface, so that the semiconductor surface is not oxidized. A superconducting base region is formed in this state. Furthermore, this thin film manufacturing method
This is an application of atomic layer controlled epitaxial growth, which is an extremely soft thin film growth method compared to sputtering, so it does not damage the semiconductor surface.
[実施例] 以下この発明の実施例を図によって説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施例1;
第1図はこの発明の一実施例を実施するためのエピタキ
シャル成長装置の模式説明図である。図において、1は
成長室、2はゲートバルブ、3は成長室1をゲートバル
ブ2を開いて排気する排気系である。4は超電導ベース
・トランジスタを形成しようとする半導体の基板、5は
基板4の加熱系を含むサセプターである。6は成長室1
の外側から取付けられ、成長室1の内部に基板4の位置
近傍まで突出したノズル、7はノズル6に取付けたバル
ブ、8は基板4上に成長さぜる酸化物超電導体の構成元
素を含むソースガスで、バルブ7を介してノズル6から
成長室1内へ噴出される。なお、ソースガス8は図示し
ない複数個のソースガスボンベから切替バルブを介して
成長室1に導入されるようになっている。Example 1; FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an epitaxial growth apparatus for implementing an example of the present invention. In the figure, 1 is a growth chamber, 2 is a gate valve, and 3 is an exhaust system for evacuating the growth chamber 1 by opening the gate valve 2. 4 is a semiconductor substrate on which a superconducting base transistor is to be formed, and 5 is a susceptor that includes a heating system for the substrate 4. 6 is growth chamber 1
7 is a valve attached to the nozzle 6, and 8 contains constituent elements of the oxide superconductor to be grown on the substrate 4. The source gas is ejected from the nozzle 6 into the growth chamber 1 via the valve 7 . Note that the source gas 8 is introduced into the growth chamber 1 from a plurality of source gas cylinders (not shown) via a switching valve.
第2図は第1図の実施例に示したエピタキシャル成長装
置を用いて形成した超電導ベース・トランジスタの構成
を説明する模式説明図である。このトランジスタの基本
構造はコレクタ領域3L超電導ベース領域32及びエミ
ッタ領域33の三層構造からなるもので、半導体からな
るコレクタ領域31及びエミッタ領域33の間にショッ
トキー接触により酸化物超電導体からなる超電導ベース
領域32が形成されている。そして、コレクタ領域31
にはコレクタ電極34が、エミッタ領域33にはエミッ
タ電極35がそれぞれオーミック接触により形成され′
Cいる。また、超電導ベース領域32にはベース電極3
Gが接続されてそれぞれ電極端子(白丸印)と接続され
ている。なお、トランジスタにおいて、コレクタ領域3
1と超電導ベース頭載32、超電導ベース領域32とエ
ミッタ領域33のそれぞれの接合面はオーミック接触で
ある必要はな(、後述するように半導体と3B族、ラン
タノイド族、3A族及び5A族元素のうちのいずれか1
つの元素とが接触するショットキー接触で接合されてい
る。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the structure of a superconducting base transistor formed using the epitaxial growth apparatus shown in the embodiment of FIG. 1. The basic structure of this transistor is a three-layer structure consisting of a collector region 3L, a superconducting base region 32, and an emitter region 33. A Schottky contact is established between the collector region 31 made of a semiconductor and the emitter region 33, which is made of a superconducting oxide superconductor. A base region 32 is formed. And the collector area 31
A collector electrode 34 is formed in the region, and an emitter electrode 35 is formed in the emitter region 33 by ohmic contact.'
There is C. Further, a base electrode 3 is provided in the superconducting base region 32.
G is connected and each is connected to an electrode terminal (white circle mark). Note that in the transistor, the collector region 3
1 and the superconducting base head 32, and the superconducting base region 32 and the emitter region 33 do not need to be in ohmic contact. any one of them
The two elements are joined by a Schottky contact.
以下、第1図及び第2図を参照して、超電導ベース領域
32に用いる酸化物超電導体がY Ba2Cu07−J
(δく1)の場合の製造方法を説明する。Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 2, the oxide superconductor used for the superconducting base region 32 is YBa2Cu07-J.
The manufacturing method in the case of (δ×1) will be explained.
この製造工程中、コレクタ電極34とコレクタ領域31
、エミッタ電極35とエミッタ領域33及びベース電極
36と超電導ベース領域32の各接合及び形成方法は従
来の技術と同一であるので詳細説明は省略し、おもに超
電導ベース領域32の接合方法と薄膜形成方法について
説明する。During this manufacturing process, the collector electrode 34 and the collector region 31
, the bonding and forming methods of the emitter electrode 35 and the emitter region 33 and the base electrode 36 and the superconducting base region 32 are the same as those in the conventional technology, so detailed explanations will be omitted. I will explain about it.
まず、半導体の基板4(第2図ではコレクタ領域31に
相当する)をサセプター5の上に設置したのち成長室1
をゲートバルブ2を開いて排気系3で排気しながら30
0〜700℃の温度範囲に加熱保持する。ついで、ゲー
トバルブ2を閉じたのち、Y(イツトリウム)を含むソ
ースガス8をバルブ7を開いてノズル6を介して成長室
1に導入し、基板1の表面にYを含むガスの一分子層だ
け吸着させるように調整して金属イツトリウム(Y)を
一原子層堆積させたのち、バルブ7を閉じてからゲート
バルブ2を開いて排気系3により成長室1を排気する。First, a semiconductor substrate 4 (corresponding to the collector region 31 in FIG. 2) is placed on the susceptor 5, and then the growth chamber 1
30 while opening gate valve 2 and exhausting with exhaust system 3.
Heat and maintain at a temperature range of 0 to 700°C. Next, after closing the gate valve 2, a source gas 8 containing Y (yttrium) is introduced into the growth chamber 1 through the nozzle 6 by opening the valve 7, so that a monolayer of the gas containing Y is formed on the surface of the substrate 1. After depositing one atomic layer of metallic yttrium (Y) so that only yttrium (Y) is adsorbed, the valve 7 is closed, the gate valve 2 is opened, and the growth chamber 1 is evacuated by the exhaust system 3.
引続いて、YBu CuOの各組成元素を含む27−
δ
ソースガス8を順次成長室1へ導入して各組成元素の一
原子層を形成したのち排気するのであるが、そのバルブ
操作はYの場合と同様であるのでその手順説明は簡略化
して以後の手順は要点のみ記述する。Subsequently, 27- containing each compositional element of YBu CuO
The δ source gas 8 is sequentially introduced into the growth chamber 1 to form a single atomic layer of each constituent element, and then exhausted, but since the valve operation is the same as in the case of Y, the explanation of the procedure will be simplified below. Only the main points of the procedure will be described.
Yの単原子層形成後、Cuを含むソースガス8と酸素を
含むガス8(例えばアルゴンガス等)を導入し、Cuと
Oとの一原子対からなるCu−0平而を形成したのち排
気する。After forming a monoatomic layer of Y, a source gas 8 containing Cu and a gas 8 containing oxygen (for example, argon gas, etc.) are introduced to form a Cu-0 plain consisting of a single atomic pair of Cu and O, and then exhausted. do.
引続いて、Baを含むソースガス8を導入して、Baの
一原子層を形成したのち排気する。Subsequently, a source gas 8 containing Ba is introduced to form a single atomic layer of Ba, and then exhausted.
ついで、Cuを含むソースガス8と酸素を含むガス8を
導入してCu−0平面を形成したのち排気する。Next, a source gas 8 containing Cu and a gas 8 containing oxygen are introduced to form a Cu-0 plane, and then exhausted.
さらに、Yを含むソースガス8を導入してYの一原子層
を形成したのち排気する。Further, a source gas 8 containing Y is introduced to form a single atomic layer of Y, and then exhausted.
以上のY−CuO−Ba−CuO−Yの各−原子層形成
の一連の手順によってYBa Cu Oの−分子層
の1層分が形成される。One molecular layer of YBa Cu O is formed by the above-described series of steps for forming each atomic layer of Y--CuO--Ba--CuO--Y.
なお、第3図は上述の手順により基板4(第2図ではコ
レクタ領域31)上にYBa2Cu307−δの各組成
元素の単原子層が順次形成されてゆく様子を示した模式
図である。図において、4は基板であり、O印はY原子
、X印はCu−0の原子対、△はBa原子を現わしてい
る。Note that FIG. 3 is a schematic diagram showing how monoatomic layers of each compositional element of YBa2Cu307-δ are sequentially formed on the substrate 4 (collector region 31 in FIG. 2) by the above-described procedure. In the figure, 4 is a substrate, the O symbol represents a Y atom, the X symbol represents a Cu-0 atom pair, and Δ represents a Ba atom.
この一連の手順を繰返すことによって、YBa2Cu
Oの一分子層が所定の厚さの層だけ積層され、超電導
ベース領域31を構成するYBa2Cu30 の薄膜
が形成される。By repeating this series of steps, YBa2Cu
A monomolecular layer of O is laminated to a predetermined thickness to form a YBa2Cu30 thin film constituting the superconducting base region 31.
おわりに、超電導ベース領域32を形成する酸化物超電
導薄膜は前述と同様の手順によりYの単原子層による面
を表面に残すことによって完成される。In conclusion, the oxide superconducting thin film forming the superconducting base region 32 is completed by leaving a surface formed by a Y monoatomic layer on the surface using the same procedure as described above.
すなわち、引続いてこの最終段の7面の上に半導体をエ
ピタキシャル成長により堆積してエミッタ領域33を形
成することにより超電導ベース・トランジスタの基本素
子部分が完成する。That is, the basic element portion of the superconducting base transistor is completed by subsequently depositing a semiconductor on the seven surfaces of the final stage by epitaxial growth to form an emitter region 33.
以上、この発明の製造方法の実施例を示したが、この実
施例で使用したソースガスは、例えばYを含むガスを示
すと下記のものが挙げられる。すなわち、Y(C1l
−CH) :)リメチルシクロペンタジェニルイ
ツトリウム、Y−((H2C)3cOCO(CH3)3
)ニジピバロイルメタンイツトリウム、アセチルアセト
ンイツトリウム、Y−(thd) :テトラメチル
へブタンディオネートイットリウムなどである。そのほ
か詳述は省略するが、Ba及びCuを含むガスについて
もYの場合と同様の配位子をもつソースガスが適用され
る。The embodiments of the manufacturing method of the present invention have been described above, and the source gases used in these embodiments include, for example, the following gases containing Y. That is, Y(C1l
-CH) :) Limethylcyclopentagenyl yttrium, Y-((H2C)3cOCO(CH3)3
) yttrium nidipivaloylmethane, yttrium acetylacetone, Y-(thd): yttrium tetramethylhebutandionate, and the like. Although detailed description is omitted, source gases having the same ligands as in the case of Y are also applied to gases containing Ba and Cu.
実施例2;
第4図はこの発明の別の実施例を実施するための酸化物
超電導薄膜の成長装置の模式説明図である。図において
、11は成長室、12はゲートバルブ、13は排気系、
14は半導体の基板、15は基板14の保持・加熱用の
サセプター、1B、 17.18はそれぞれY、 Ba
、 Cuを蒸発させ、基板14の方向へ各原子ビームを
噴射するためのクヌードセンセル(Kセルともいう)で
あり、22.23.24はそれぞれにセル1G、にセル
17.にセル18からの原子ビームのシャッターである
。19はガス導入用のノズル、2oはバルブ、21はガ
スであり、この場合はおもに酸素ガスである。Embodiment 2; FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of an oxide superconducting thin film growth apparatus for carrying out another embodiment of the present invention. In the figure, 11 is a growth chamber, 12 is a gate valve, 13 is an exhaust system,
14 is a semiconductor substrate, 15 is a susceptor for holding and heating the substrate 14, 1B, 17.18 are Y and Ba, respectively.
, are Knudsen cells (also called K cells) for evaporating Cu and injecting each atomic beam in the direction of the substrate 14, and 22, 23, and 24 are cell 1G, cell 17. This is the shutter for the atomic beam from the cell 18. 19 is a nozzle for introducing gas, 2o is a valve, and 21 is a gas, which in this case is mainly oxygen gas.
以下、実施例2と同様にYBa Cu Oの超237−
δ
電導薄膜を形成する場合について説明する。この実施例
における超電導体の酸素(0)以外の各組成元素の単原
子層の形成は原子ビームによる基板14上への蒸着(酸
素ガスの場合は分子ビームによる酸素原子の吸着)によ
って行うので、ゲートバルブ12と排気系13による成
長室11の排気操作はサセプター15への基板14の配
置後に行うのみでよく、すべての蒸着工程はゲートバル
ブ12を開けたま\で排気しながらの真空状態で行われ
る。Hereinafter, as in Example 2, YBa Cu O super 237-
The case of forming a δ conductive thin film will be explained. In this example, the formation of a monoatomic layer of each compositional element other than oxygen (0) in the superconductor is performed by vapor deposition on the substrate 14 using an atomic beam (in the case of oxygen gas, adsorption of oxygen atoms by a molecular beam). The operation of evacuation of the growth chamber 11 using the gate valve 12 and the evacuation system 13 only needs to be performed after placing the substrate 14 on the susceptor 15, and all deposition steps are performed in a vacuum state while evacuation is performed with the gate valve 12 open. be exposed.
以下、第4図の実施例にしたがって超電導ベース・トラ
ンジスタ(第2図参照)の超電導ベース領域32の超電
導薄膜の形成手順についてのみ説明する。その他の超電
導ベース・トランジスタの形成方法は実施例1に示した
方法と同様であるので省略する。Hereinafter, only the procedure for forming the superconducting thin film of the superconducting base region 32 of the superconducting base transistor (see FIG. 2) according to the embodiment shown in FIG. 4 will be described. The other methods for forming the superconducting base transistor are the same as the method shown in Example 1, and will therefore be omitted.
まず、基板14をサセプター15に設置したのち300
〜700℃の範囲の所定の温度に加熱・保持する。First, after installing the substrate 14 on the susceptor 15,
Heating and holding at a predetermined temperature in the range of ~700°C.
はじめに、シャッター22を開き、Yのにセル16から
出射されたY原子ビームを所定時間基板14の表面に照
射しYの一原子層を堆積したのち、シャッター22を閉
じる。この間シャッター23.24及びバルブ20は閉
じたま\である。First, the shutter 22 is opened, and the surface of the substrate 14 is irradiated with the Y atomic beam emitted from the cell 16 for a predetermined period of time to deposit one atomic layer of Y, and then the shutter 22 is closed. During this time, the shutters 23, 24 and the valve 20 remain closed.
ついで、シャッター24を開き、Cuのにセル18から
出射されたCu原子ビームを所定時間基板14の表面に
照射し、Yの一原子層上にCuの一原子層を堆積したの
ち、シャッター24を閉じる。引続いて、バルブ20を
開は酸素ガス21をノズル19を介して基板14面に供
給し、Cu−0の原子対によるCu−0平面を形成した
のち、バルブ20を閉じる。この場合、Cu −0平面
の形成には酸素ガス20をCuの原子ビームの出射と同
時に基板に導入してもよいし、上記のように後から引続
いて導入してもよい。Next, the shutter 24 is opened, and the surface of the substrate 14 is irradiated with the Cu atomic beam emitted from the cell 18 for a predetermined time to deposit one atomic layer of Cu on one atomic layer of Y, and then the shutter 24 is opened. close. Subsequently, the valve 20 is opened and oxygen gas 21 is supplied to the surface of the substrate 14 through the nozzle 19 to form a Cu-0 plane with Cu-0 atomic pairs, and then the valve 20 is closed. In this case, to form the Cu -0 plane, oxygen gas 20 may be introduced into the substrate simultaneously with the emission of the Cu atomic beam, or may be introduced subsequently as described above.
ついで、シャッター23を所定時間開き、Baのにセル
17からのBa原子ビームを基板に照射し、Cu −0
平面上にBaの一原子層を堆積したのち、シャッター2
3を閉じる。Next, the shutter 23 is opened for a predetermined period of time, and the Ba atomic beam from the Ba cell 17 is irradiated onto the substrate, and Cu-0
After depositing one atomic layer of Ba on the plane, the shutter 2
Close 3.
つづいて、以後の工程においては上述の各組成元素の堆
積工程手順と同様にしてBaの一原子層上にCu−0平
面を堆積したのち、さらに、このCu −0平面上にY
の一原子層を堆積する。Subsequently, in the subsequent steps, a Cu-0 plane is deposited on a single atomic layer of Ba in the same manner as the above-mentioned deposition process procedure for each compositional element, and then a Y
Deposit one atomic layer of .
以上の一例の堆積手順によってYBa2Cu30 の
一分子層が形成される。この一連の手順7−δ
を繰返すことによって、YBa Cu Oの分子2
37−δ
層を所定の回数だけ堆積して、この酸化物超電導体から
なる超電導ベース領域32(第2図参照)の薄膜が形成
される。The above exemplary deposition procedure forms a monolayer of YBa2Cu30. By repeating this series of steps 7-δ, YBa Cu O molecule 2
The 37-δ layer is deposited a predetermined number of times to form a thin film of superconducting base region 32 (see FIG. 2) of this oxide superconductor.
第5図はこの発明の実施例によって製造された第2図に
示す超電導ベース・トランジスタのポテンシャル構造模
式図である。図はこのトランジス、−夕に電流が流れて
動作しているときの駆動状態を示しており、実線はポテ
ンシャル、点線はフェルミ準位EFを示している。すな
わち、エミッタ・ベース間に逆バイアスv 1ベース・
コレクタ間B
に順バイアスがかかっている状態を示し、図に示したE
gは酸化物超電導体の半導体モデルによるエネルギーギ
ャップである。モしてAはエミッタ半導体とベース超電
導体、Bはベース超電導体とコレクタ半導体との間に存
在するショットキー障壁の高さを示している。FIG. 5 is a schematic diagram of the potential structure of the superconducting base transistor shown in FIG. 2 manufactured according to an embodiment of the present invention. The figure shows the driving state of this transistor when it is in operation with a current flowing through it; the solid line shows the potential, and the dotted line shows the Fermi level EF. In other words, the reverse bias between the emitter and the base is v1base.
This shows a state where a forward bias is applied between the collectors B, and the E
g is the energy gap according to the semiconductor model of the oxide superconductor. Furthermore, A indicates the height of the Schottky barrier existing between the emitter semiconductor and the base superconductor, and B indicates the height of the Schottky barrier existing between the base superconductor and the collector semiconductor.
以上、実施例1及び実施例2に示した方法によって、従
来から問題とされてきた酸化物超電導体のような酸化物
を半導体上に形成したり、酸化物上に半導体を成長させ
て堆積するときに、半導体の界面が酸化されてしまい素
子性能に悪影響を及ぼすことと、半導体界面にダメージ
を与えるという問題が解決された。As described above, by the methods shown in Examples 1 and 2, oxides such as oxide superconductors, which have been a problem in the past, can be formed on semiconductors, and semiconductors can be grown and deposited on oxides. This solves the problems of the semiconductor interface being sometimes oxidized, which adversely affects device performance and damaging the semiconductor interface.
なお、上記の実施例においては、ベース領域を形成する
酸化物超電導体の薄膜としてYBa2Cu30 の場
合について説明したが、3A族元素Y7−δ
の代りに、Yb、 Tm、 Er、 Ho、 Dy、
Tb、 Gd、 Eu、 Sm。In the above example, the case where YBa2Cu30 was used as the thin film of the oxide superconductor forming the base region was explained, but instead of the 3A group element Y7-δ, Yb, Tm, Er, Ho, Dy,
Tb, Gd, Eu, Sm.
Pm、 Nd、 Pr、 Ce、 La等のランタノイ
ド族元素について同様に酸化物超電導体薄膜のベース領
域が形成できる。また、3B、5B元素であるそれぞれ
Bi、 TΩ元素を含む超電導体、すなわち旧。S
r 2Ca Cu OyやTD Ba CaCu O
、TR2Ba2Ca2Cua Otoなどの酸化物超電
導体からなるベース領域も同様の方法によって良好に形
成できる。The base region of the oxide superconductor thin film can be similarly formed using lanthanide group elements such as Pm, Nd, Pr, Ce, and La. Also, superconductors containing Bi and TΩ elements, which are 3B and 5B elements, respectively. S
r 2Ca Cu Oy or TD Ba CaCu O
A base region made of an oxide superconductor such as , TR2Ba2Ca2CuaOto can also be formed satisfactorily by a similar method.
[発明の効果]
以上のようにこの発明によれば、半導体・超電導体・半
導体の積層構造を前提とする超電導体と半導体との複合
素子の超電導ベース・トランジスタの製造方法において
、一原子層ずつ成長する方法によって、酸化物超電導体
の構成元素の1つである3A族、ランタノイド族、3B
族又は5B族元素のみが半導体界面と接触するようにし
て酸化物超電導体からなる超電導ベース領域を形成する
製造方法としたから、酸化物超電導体・半導体の界面の
遷移領域で半導体の酸化とダメージによる素子特性の劣
化を防ぐことのできる優れた超電導ベース・トランジス
タが得られる。このため、とくに遮断周波数がテラヘル
ツ(to12Hz)領域で駆動する超電導ベース・トラ
ンジスタが実現できる効果がある。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, in a method for manufacturing a superconducting base transistor of a composite element of a superconductor and a semiconductor, which assumes a stacked structure of a semiconductor, a superconductor, and a semiconductor, Depending on the growth method, 3A group, lanthanide group, and 3B, which are one of the constituent elements of oxide superconductors,
Since the manufacturing method was used to form a superconducting base region made of an oxide superconductor so that only Group 5B or Group 5B elements come into contact with the semiconductor interface, oxidation and damage to the semiconductor can be avoided in the transition region of the oxide superconductor/semiconductor interface. An excellent superconducting base transistor can be obtained that can prevent deterioration of device characteristics due to Therefore, it is possible to realize a superconducting base transistor whose cut-off frequency is particularly driven in the terahertz (to 12 Hz) region.
第1図はこの発明の一実施例を実施するためのエピキシ
セル成長装置の模式説明図、第2図はこのエピタキシャ
ル成長装置を用いて形成した超電導ベース・トランジス
タの構成説明図、第3図はこの発明の製造方法における
YBa2Cu307−8の各組成元素の一原子層ずつが
順次堆積されてゆく有様を示す模式図、第4図はこの発
明の別の実施例を実施するための酸化物超電導薄膜の成
長装置の模式説明図、第5図はこの発明の実施例によっ
て製造された超電導ベース・トランジスタのポテンシャ
ル構造模式図である。
第1図、第4図において、1.11は成長室、2゜12
はゲートバルブ、3,13は排気系、4,14は基板、
5.15はサセプター、6.19はノズル、7゜20は
バルブ、8はソースガス、21はガス(酸素)、16は
Yのにセル、17はBaのにセル、18はCuのにセル
、21.23.24はシャッターである。また、第2図
において、31はコレクタ領域(基板4にト目当)、3
2は超電導ベース領域、33はエミッタ領域、34はコ
レクタ電極、35はエミッタ電極、36はベース電極で
ある。
≦
墾
第3図
Δ
この鷺5月のBπよ1マーストランシ′又夕のPテンシ
ャルロ第5図
O2お
へ
拠
1、事件の表示
特願昭63−132850号
2、発明の名称
超電導ベース・トランジスタの製造方法3、補正をする
者
事件との関係 特許出願人
住 所 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号名
称 (029)沖電気工業株式会社代表者 小杉
信光
4、代理人
住 所 東京都港区芝浦4丁目10番3号5、補
正の対象
明細書の「発明の詳細な説明」の欄
6、補正の内容
(1)明細書の第9頁第1行〜第2行のrYBa C
u07−δ(δく1)」を「YBa Cu O(δ
く1)」
237 δ
と補正する。
(2)明細書第10頁第1行のrYBu CuO−J
2 7 δ
をr y Ba2Cua o 7.y Jと補正する。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an epitaxial cell growth apparatus for carrying out an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the configuration of a superconducting base transistor formed using this epitaxial growth apparatus, and FIG. 3 is a schematic diagram of the invention. FIG. 4 is a schematic diagram showing how one atomic layer of each constituent element of YBa2Cu307-8 is sequentially deposited in the manufacturing method of FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of the growth apparatus, and is a schematic diagram of the potential structure of a superconducting base transistor manufactured according to an embodiment of the present invention. In Figures 1 and 4, 1.11 is the growth chamber, 2°12
is the gate valve, 3 and 13 are the exhaust system, 4 and 14 are the board,
5.15 is the susceptor, 6.19 is the nozzle, 7°20 is the valve, 8 is the source gas, 21 is the gas (oxygen), 16 is the Y cell, 17 is the Ba cell, 18 is the Cu cell , 21.23.24 are shutters. In addition, in FIG. 2, 31 is a collector area (targeted to the substrate 4);
2 is a superconducting base region, 33 is an emitter region, 34 is a collector electrode, 35 is an emitter electrode, and 36 is a base electrode. ≦ Fig. 3 Δ This heron May's Bπ 1 Mars transi' and evening's P tensile Fig. 5 O2 Ohe base 1, Indication of the incident Patent application No. 132850/1986 2, Name of the invention Superconducting base transistor Manufacturing method 3, relationship with the case of the person making the amendment Patent applicant address: 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo
Name (029) Oki Electric Industry Co., Ltd. Representative: Nobumitsu Kosugi 4, Agent address: 4-10-3-5, Shibaura, Minato-ku, Tokyo, Column 6 of “Detailed Description of the Invention” of the specification to be amended, Amendment Contents (1) rYBa C on page 9, lines 1 to 2 of the specification
u07-δ(δku1)” to “YBa Cu O(δ
1)' 237 δ. (2) rYBu CuO-J on page 10, line 1 of the specification
2 7 δ as ry Ba2Cua o 7. Correct as y J.
Claims (1)
体層の間に位置するベース領域が酸化物超電導体からな
る超電導ベース・トランジスタの製造方法において、 上記コレクタ領域の半導体層の表面に、上記酸化物超電
導体の組成元素であって3A族、ランタノイド族、3B
族及び5B族元素のうちの1つの元素に該当する元素の
一原子層を形成し、 この一原子層の上に、上記該当する元素を含む組成元素
の一原子層を、各組成元素毎に所定の順序にしたがって
堆積し所定の厚さの超電導ベース領域を形成し、 この超電導ベース領域上に上記該当する元素の一原子層
を堆積したのち、 上記エミッタ領域を形成する半導体層を堆積して上記超
電導ベース・トランジスタの基本素子を形成することを
特徴とする超電導ベース・トランジスタの製造方法。[Claims] A method for manufacturing a superconducting base transistor in which a base region located between two semiconductor layers constituting an emitter region and a collector region is made of an oxide superconductor; , the compositional elements of the oxide superconductor, which include group 3A, lanthanide group, and group 3B.
One atomic layer of an element corresponding to one of the Group and 5B elements is formed, and on top of this one atomic layer, one atomic layer of a constituent element including the above-mentioned applicable element is formed for each constituent element. A superconducting base region having a predetermined thickness is formed by depositing in a predetermined order, a monoatomic layer of the above-mentioned element is deposited on the superconducting base region, and then a semiconductor layer forming the emitter region is deposited. A method for manufacturing a superconducting base transistor, comprising forming a basic element of the above-mentioned superconducting base transistor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63132850A JP2588246B2 (en) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | Method of manufacturing superconducting base transistor |
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JPH01303770A true JPH01303770A (en) | 1989-12-07 |
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Cited By (3)
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-
1988
- 1988-06-01 JP JP63132850A patent/JP2588246B2/en not_active Expired - Fee Related
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