JPH02132869A - 超伝導微粒子薄膜の製造方法、その超伝導微粒子薄膜を用いた超伝導トランジスタ、およびその超伝導トランジスタの製造方法 - Google Patents
超伝導微粒子薄膜の製造方法、その超伝導微粒子薄膜を用いた超伝導トランジスタ、およびその超伝導トランジスタの製造方法Info
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- JPH02132869A JPH02132869A JP63286336A JP28633688A JPH02132869A JP H02132869 A JPH02132869 A JP H02132869A JP 63286336 A JP63286336 A JP 63286336A JP 28633688 A JP28633688 A JP 28633688A JP H02132869 A JPH02132869 A JP H02132869A
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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】
［概要コ
超伝導微粒子薄膜の製造方法に関し、
クーロンブロッケード効果により高速かつ低消費電力で
動作する超伝導トランジスタに必要とされる超伝導微粒
子薄膜の製造方法を提供することを目的とし、 基板上に超伝導アモルファス薄膜を形成する第１の工程
と、加熱することにより前記超伝導アモルファス薄膜を
結晶化して超伝導多結晶薄膜に変化させる第２の工程と
、前記超伝導多結晶薄膜をプラズマエッチングして島状
の超伝導微結晶粒からなる超伝導微粒子薄膜を形成する
第３の工程とを有するように構成する． ［産業上の利用分野］ 本発明は、超伝導微粒子薄膜の製造方法、その超伝導微
粒子薄膜を用いた超伝導トランジスタ、およびその超伝
導トランジスタの製造方法に関する． 直径が２００八より小さい導電性微粒子の不連続薄膜は
、各微粒子の静電容景が１０−”Ｆと非常に小さいため
、電子が微粒子上に移動した効果が大きく電圧に反映さ
れ、チャージアヅプされた微粒子は後からの電子を反発
する．このクーロンブロツケード効果を利用して、微粒
子のプラズマ周波数の単位すなわちサブビコセコンドの
単位で動作する極めて高速の、また少ない個数の電子で
動作する極めて低消′ｇ！電力のトランジスタが考えら
れる． 特に、この微粒子として超伝導体を用いた場合、■（電
流》−Ｖ（電圧》特性の非線形性が大きくなり、熱雑音
に強く、より高速で動作する等のより優れた特性を有す
る超伝導トランジスタのｆ！Ａ造が期待される． さらに、その超導電微粒子として最近急速に開発が進め
られている酸化物超伝導材の微粒子を用いると、超伝導
状態が得られる液体窒素温度での動作が可能となる． ［従来の技術］ 従来、銀（Ａｇ）や白金パラジウム（Ｐｔ−Ｐｄ）等の
微粒子薄膜は、金属元素の蒸着時の初期に、蒸着物が鳥
状に発達することを利用して製造されていた． しかし、この従来の方法によっては、酸化物超伝導材の
微粒子薄膜を製造することはできい．［発明が解決しよ
うとする課題］ このように、クーロンブロッケード効果を利用し、微粒
子として超伝導体を用いた超伝導トランジスタは、極め
て高速でかつ極めて低消費電力であるため、その製造が
期待されているが、それに必要な超伝導微粒子薄膜の製
造技術は、未だ見出だされていない． 本発明は、クーロンブロックード効果により高速かつ低
消Ｙ！電力で動作する超伝導トランジスタに必要とされ
る超伝導微粒子薄膜の製造方法を提供し、さらにこの超
伝、導微粒子薄膜を用いた超伝導トランジスタおよびそ
の製造方法を提供することを目的とする． ［課題を解決するための手段］ 上記課題は、基板上に超伝導アモルファス薄Ｗ１を形成
する第１の工程と、加熱することにより前記超伝導アモ
ルフ−アス薄膜を結晶化して超伝導多結晶薄膜に変化さ
せる第２の工程と、前記超伝導多結晶薄膜をプラズマエ
ッチングして島状の超伝導微結晶粒からなる超伝導微粒
子薄膜を形成する第３の工程とを有することを特徴とす
る超伝導倣粒子薄膜の製造方法によって達成される．ま
た、基板上に形成されたソースおよびドレインと、前記
ソースと前記ドレインとの間のチャネルとして形成され
た島状の超伝導微結晶粒からなる超伝導微粒子薄膜と、
前記超伝導微粒子薄膜上に絶縁膜を介して形成されたゲ
ートと を有することを特徴とする超伝導トランジスタ
によって達成される． また、基板上に超伝導アモルファス薄膜を形成する第１
の工程と、加熱することにより前記超伝導アモルファス
薄膜を結晶化させて超伝導多結晶薄膜に変化させる第２
の工程と、ソースおよびドレインの形成予定領域の前記
超伝導多結晶薄膜上に金属膜を選択的に形成する第３の
工程と、前記金属膜をマスクとして前記超伝導多結晶薄
膜のプラズマエッチングを行ない、島状の超伝導微結晶
粒からなる超伝導微粒子薄膜をチャネルとして形成する
と共に、前記金属膜および前記金属膜下の前記超伝導多
結晶薄膜から構成されるソースおよびドレインを形成す
る第４の工程と、前記超伝導微粒子薄膜上に絶縁膜を介
してゲートを形成する第５の工程とを有することを特徴
とする超伝導トランジスタの製造方法によって達成され
る．［作 用］ すなわち本発明による超伝導微粒子薄膜の製造方法は、
超伝導アモルファス薄膜を加熱することによって結晶成
長させ、次いでプラズマエッチングすることによって結
晶成長した極微結晶粒を除去して、島状の結晶粒を残留
させ、超伝導微粒子薄膜を形成する． また、本発明による超伝導トランジスタは、上記の方法
によって形成された超伝導微粒子薄膜をソース、ドレイ
ン間に挟まれたチャネルとして構成されている． また、本発明による超伝導トランジスタの製造方法は、
上記の超伝導微粒子薄膜の製造方法を用いて、ソース、
ドレイン間に挟まれたチャネルを形成する． ［実施例］ 以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する． 第１図は本発明の一実施例による超伝導微粒子薄膜の製
造方法を示す工程図である． 例えばＡｒ（アルゴン）と０２ （酸素）とが１対１に
混合されている雰囲気中において、圧力Ｐが１ ０−’
Ｔｏｒｒの条件でスパッタリングを行ない、例えばＭｇ
Ｏ基板２上に酸化物超伝導材のアモルファス状の薄膜を
、例えばＹ ｔ Ｂ ａ ２ Ｃ ｕ ｓ Ｏ ｘアモ
ルファス薄膜４を１００〜２００八の厚さに堆積させる
（第１図（ａ）参照）． 次いで、０２雰囲気中において８５０℃の比較的低温で
３０分間のアニールを行なうと、セラミック特有の性質
によって結晶成長が起こる．この結晶成長によって、直
径が５００人より小さい大小の結晶粒６が形成され、Ｙ
．Ｂａ２Ｃｕ，Ｏえアモルファス薄膜４が、Ｙ１Ｂａ２
Ｃｕｓ ＯＸ多結晶薄Ｊｌｉ８に変化する．なおこのと
きＹ＋Ｂａ２Ｃ ｕ ｓ Ｏ ｚアモルファス薄膜４の
厚さが１００〜２００人と薄いため、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕｓ
Ｏｘ多結晶薄膜８の結晶粒６の重なりは少ない．また
、アニールの温度が高温になると結晶粒の大きさが大き
くなってしまうことに注意しなければならない《第１図
（ｂ）参照）． 次いで、圧力Ｐが３ Ｘ １ ０−’ＴｏｒｒのＡｒガ
ス中において、Ｙｒ Ｂ ａｔ Ｃ ｕ ｓ Ｏ．多結
晶薄ＪＩｉ８をスバッタエッチングする《第１図（Ｃ）
参照）。
動作する超伝導トランジスタに必要とされる超伝導微粒
子薄膜の製造方法を提供することを目的とし、 基板上に超伝導アモルファス薄膜を形成する第１の工程
と、加熱することにより前記超伝導アモルファス薄膜を
結晶化して超伝導多結晶薄膜に変化させる第２の工程と
、前記超伝導多結晶薄膜をプラズマエッチングして島状
の超伝導微結晶粒からなる超伝導微粒子薄膜を形成する
第３の工程とを有するように構成する． ［産業上の利用分野］ 本発明は、超伝導微粒子薄膜の製造方法、その超伝導微
粒子薄膜を用いた超伝導トランジスタ、およびその超伝
導トランジスタの製造方法に関する． 直径が２００八より小さい導電性微粒子の不連続薄膜は
、各微粒子の静電容景が１０−”Ｆと非常に小さいため
、電子が微粒子上に移動した効果が大きく電圧に反映さ
れ、チャージアヅプされた微粒子は後からの電子を反発
する．このクーロンブロツケード効果を利用して、微粒
子のプラズマ周波数の単位すなわちサブビコセコンドの
単位で動作する極めて高速の、また少ない個数の電子で
動作する極めて低消′ｇ！電力のトランジスタが考えら
れる． 特に、この微粒子として超伝導体を用いた場合、■（電
流》−Ｖ（電圧》特性の非線形性が大きくなり、熱雑音
に強く、より高速で動作する等のより優れた特性を有す
る超伝導トランジスタのｆ！Ａ造が期待される． さらに、その超導電微粒子として最近急速に開発が進め
られている酸化物超伝導材の微粒子を用いると、超伝導
状態が得られる液体窒素温度での動作が可能となる． ［従来の技術］ 従来、銀（Ａｇ）や白金パラジウム（Ｐｔ−Ｐｄ）等の
微粒子薄膜は、金属元素の蒸着時の初期に、蒸着物が鳥
状に発達することを利用して製造されていた． しかし、この従来の方法によっては、酸化物超伝導材の
微粒子薄膜を製造することはできい．［発明が解決しよ
うとする課題］ このように、クーロンブロッケード効果を利用し、微粒
子として超伝導体を用いた超伝導トランジスタは、極め
て高速でかつ極めて低消費電力であるため、その製造が
期待されているが、それに必要な超伝導微粒子薄膜の製
造技術は、未だ見出だされていない． 本発明は、クーロンブロックード効果により高速かつ低
消Ｙ！電力で動作する超伝導トランジスタに必要とされ
る超伝導微粒子薄膜の製造方法を提供し、さらにこの超
伝、導微粒子薄膜を用いた超伝導トランジスタおよびそ
の製造方法を提供することを目的とする． ［課題を解決するための手段］ 上記課題は、基板上に超伝導アモルファス薄Ｗ１を形成
する第１の工程と、加熱することにより前記超伝導アモ
ルフ−アス薄膜を結晶化して超伝導多結晶薄膜に変化さ
せる第２の工程と、前記超伝導多結晶薄膜をプラズマエ
ッチングして島状の超伝導微結晶粒からなる超伝導微粒
子薄膜を形成する第３の工程とを有することを特徴とす
る超伝導倣粒子薄膜の製造方法によって達成される．ま
た、基板上に形成されたソースおよびドレインと、前記
ソースと前記ドレインとの間のチャネルとして形成され
た島状の超伝導微結晶粒からなる超伝導微粒子薄膜と、
前記超伝導微粒子薄膜上に絶縁膜を介して形成されたゲ
ートと を有することを特徴とする超伝導トランジスタ
によって達成される． また、基板上に超伝導アモルファス薄膜を形成する第１
の工程と、加熱することにより前記超伝導アモルファス
薄膜を結晶化させて超伝導多結晶薄膜に変化させる第２
の工程と、ソースおよびドレインの形成予定領域の前記
超伝導多結晶薄膜上に金属膜を選択的に形成する第３の
工程と、前記金属膜をマスクとして前記超伝導多結晶薄
膜のプラズマエッチングを行ない、島状の超伝導微結晶
粒からなる超伝導微粒子薄膜をチャネルとして形成する
と共に、前記金属膜および前記金属膜下の前記超伝導多
結晶薄膜から構成されるソースおよびドレインを形成す
る第４の工程と、前記超伝導微粒子薄膜上に絶縁膜を介
してゲートを形成する第５の工程とを有することを特徴
とする超伝導トランジスタの製造方法によって達成され
る．［作 用］ すなわち本発明による超伝導微粒子薄膜の製造方法は、
超伝導アモルファス薄膜を加熱することによって結晶成
長させ、次いでプラズマエッチングすることによって結
晶成長した極微結晶粒を除去して、島状の結晶粒を残留
させ、超伝導微粒子薄膜を形成する． また、本発明による超伝導トランジスタは、上記の方法
によって形成された超伝導微粒子薄膜をソース、ドレイ
ン間に挟まれたチャネルとして構成されている． また、本発明による超伝導トランジスタの製造方法は、
上記の超伝導微粒子薄膜の製造方法を用いて、ソース、
ドレイン間に挟まれたチャネルを形成する． ［実施例］ 以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する． 第１図は本発明の一実施例による超伝導微粒子薄膜の製
造方法を示す工程図である． 例えばＡｒ（アルゴン）と０２ （酸素）とが１対１に
混合されている雰囲気中において、圧力Ｐが１ ０−’
Ｔｏｒｒの条件でスパッタリングを行ない、例えばＭｇ
Ｏ基板２上に酸化物超伝導材のアモルファス状の薄膜を
、例えばＹ ｔ Ｂ ａ ２ Ｃ ｕ ｓ Ｏ ｘアモ
ルファス薄膜４を１００〜２００八の厚さに堆積させる
（第１図（ａ）参照）． 次いで、０２雰囲気中において８５０℃の比較的低温で
３０分間のアニールを行なうと、セラミック特有の性質
によって結晶成長が起こる．この結晶成長によって、直
径が５００人より小さい大小の結晶粒６が形成され、Ｙ
．Ｂａ２Ｃｕ，Ｏえアモルファス薄膜４が、Ｙ１Ｂａ２
Ｃｕｓ ＯＸ多結晶薄Ｊｌｉ８に変化する．なおこのと
きＹ＋Ｂａ２Ｃ ｕ ｓ Ｏ ｚアモルファス薄膜４の
厚さが１００〜２００人と薄いため、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕｓ
Ｏｘ多結晶薄膜８の結晶粒６の重なりは少ない．また
、アニールの温度が高温になると結晶粒の大きさが大き
くなってしまうことに注意しなければならない《第１図
（ｂ）参照）． 次いで、圧力Ｐが３ Ｘ １ ０−’ＴｏｒｒのＡｒガ
ス中において、Ｙｒ Ｂ ａｔ Ｃ ｕ ｓ Ｏ．多結
晶薄ＪＩｉ８をスバッタエッチングする《第１図（Ｃ）
参照）。
このときのエッチングレートは４０Ａ／ｍｉｎ程度であ
り、Ｙ＋ Ｂａ２Ｃｕｓ Ｏｘ多結晶薄膜８中の粒界か
らエッチングされ始め、小さい極微結晶粒が除去され、
比較的大きい結晶粒だけがほぼ均一な形状にエッチング
されて、島状に残留する．こうして島状に形成された微
結晶粒１０から構成されるＹ，Ｂ ａｉ Ｃ ｕ ｓ
Ｏ＊微粒子薄膜１２が形成される．このときのＹ＋ Ｂ
ａ２Ｃｕｓ ＯＸ微粒子薄膜１２の面抵抗は数ｋΩとな
り、島状の微結晶粒１０の大きさは直径１００Ａ程度と
なる（第１図（ｄ）参照）． こうして、直径１００人程度の島状の微結晶粒１０から
なるＹ＋ Ｂａｚ Ｃｕ’ｓ Ｏ＊微粒子薄膜が製造さ
れる． 次に、第２図を用いて、上記実施例の方法により製造さ
れた超伝導微粒子薄膜を用いた超伝導トランジスタを説
明する． 第２図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の一実施
例による超伝導トランジスタを示す斜視図および断面図
である． 例えばＭｇＯ基板２２上に、ソース２４およびドレイン
２６が形成されている．そしてこれらのソース、ドレイ
ン２４．２６は、それぞれ例えばＹ＋ Ｂａｔ Ｃｕｓ
Ｏ＊等の酸化物超伝導材からなる超伝導多結晶薄Ｍ２
Ｂ．３０および例えば金（Ａｕ）、Ａｇまたはアルミニ
ウム（Ａｊ）等からなる金属膜３２．３４から構成され
ている．そしてソース２４とドレイン２６とに挟まれた
チャネルには、例えばＹＩＢａｔ Ｃｕｓ Ｏえ等の酸
化物超伝導材からなる直径１００Ａ程度の島状の微結晶
粒３６から構成される超伝導微粒子薄膜３８が形成され
ている． そしてこの超伝導微粒子薄膜３８上には、例えばＭｇＯ
またはＡｊ＊ Ｏｓからなる絶縁１８Ｉ４０を介してゲ
ート電極４２が形成されている．さらにソース電極４４
およびドレイン電極４６が形成され、絶縁ＷＡ４０に開
口されたコンタクトホールを介して、それぞれソース、
ドレイン２４．２６を構成する金属膜３２．３４に接続
されている．このようにして、島状に配置された微結晶
粒３６からなる超伝導微粒子薄膜３８をチャネルとする
超伝導トランジスタが形成されている．この超伝導トラ
ンジスタは、ソース２４からチャネルとしての超伝導微
粒子薄ＩＢｌ３８の微結晶粒３６へ、まなこの微結晶粒
３６からドレイン電極２６へと電子がトンネル電流とし
て流れることを、ゲート４２によって制御するＦＥＴ
（電界効果型トランジスタ）である．そしてチャネルの
微結晶粒３６は高温超伝導体の微粒子であるため、超伝
導体ギャップエネルギーＥｇ”３０ｍＶだけバリアが高
くなり、Ｉ −Ｖ特性は原点付近の非線形性が金属微粒
子より大きくなる． また、クーロンブロッゲード効果を利用しているため、
微粒子のプラズマ周波数の単位すなわちサプビコセコン
ドの単位という極めて高速で動作することができる．さ
らにまた、少ない個数の電子で動作することができるた
め、消費電力も極めて低くすることができる． 次に、第３図を用いて、上記実施例の超伝導トランジス
タの製造方法を説明する． 第３図は、本発明の一実施例による超伝導トランジスタ
の製造方法を示す工程図である．例えばＡｒ（アルゴン
》と０２ 《酸素》とが１対１に混合されている雰囲気
中において、圧力Ｐが１ ０−’Ｔｏｒｒの条件でスパ
ッタリングを行ない、例えばＭｇＯ基板５２上に例えば
Ｙ ｔ Ｂ ａ ｔＣ ｕ ｍ Ｏ ＊等の酸化物超伝
導材からなる超伝導アモルファス薄膜を１００〜２００
人の厚さに堆積させる．続いて、Ｏｘ雰囲気中において
８５０℃の比較的低温で３０分間のアニールを行なうこ
とにより結晶化を行ない、直径が５００人より小さい大
小の結晶粒からなる超伝導多結晶薄ＷＡ５４に変化させ
る．このとき、超伝導アモルファス薄膜の厚さが１００
〜２００八と薄いため、超伝導多結晶薄膜５４の結晶粒
の重なりは少ない（第１図（ａ）参照》． 次いで、レジスト５６を十分厚く塗布した後、ＥＢ（電
子ビーム）リングラフィ法によるバターニングを行ない
、チャネル形成予定領域にレジスト５６を残存させる（
第１図（ｂ）参照）．次いで、超伝導多結，晶薄１ｌＡ
５４およびレジスト５６上に、例えばＡｕ，Ａｇまたは
ＡｆＪ等からなる金属を蒸着して、金！！！１膜５８を
形成する（第１図（Ｃ）参照）．続いて、レジスト５６
をその上の金属Ｍ５８と共に除去し、チャネル形成予定
領域の超伝導多結晶薄１１１５４を露出させる（第１図
（ｄ）参照》． 次いで、圧力Ｐが３ Ｘ １ ０−’ＴｏｒｒのＡｒガ
ス中において、露出された超伝導多結晶薄膜５４のスパ
ッタエッチングを行なうと、超導電多結晶薄膜５４中の
粒界からエッチングされ始め、小さい極微結晶粒が除去
され、比較的大きい微結晶粒だけがほぼ均一な形状にエ
ッチングされて、島状に残留する．こうして直径１００
Ａ程度の島状の微結晶粒６０からなる超伝導微粒子薄膜
６２を形成する．またこのとき、超伝導多結晶薄５４お
よび金１ｊＡ膜５８から構成されるソースおよびドレイ
ンがそれぞれ形成される（第１図（ｅ）参照）．次いで
、全面に例えばＭｇＯ＊なはＡｊｔｏｓからなる絶縁膜
６４を堆積させる（第１図（ｆ）参照）．続いて、レジ
スト６６を塗布した後、ソースおよびドレインのＴｈ’
ｆｋ用窓開けのためのバターニングを行なう（第１図（
ｇ）参照）．次いで、このバターニングしたレジスト６
６をマスクとして絶縁膜６４を選択的にエッチング除去
し、ソースおよびドレインの電極用窓開けを行なった後
、レジスト６６を除去し、全面に例えばＡ１等の金属Ｗ
Ａ６８を蒸着する．続いて、レジスト７０を塗布し、ソ
ース、ドレインおよびゲートの電極形成のためのパター
ニングを行なう（第１図（ｈ）参照）． 次いで、このバターニングしたレジスト７０をマスクと
してｔｍＷＡ６８を選択的にエッチング除去した後、レ
ジスト７０を除去し、ソース電極７２、ドレイン電極７
４およびゲート＠極７６をそれぞれ形成する（第１図（
１）参照）．このようにして、島状の微結晶粒６０から
なる超伝導微粒子薄膜６２をチャネルとする超伝導トラ
ンジスタが製造される． 本実施例による超伝導トランジスタの製造方法は、高温
超導電材料の多結晶薄膜を用いて微粒子薄膜を作ってい
るため、高温超導電材料の単結晶膜成長の工程を有する
超伝導トランジスタの製造方法と比べると、プロセス上
の困難度が低く、容易に製造することができるという利
点がある．なお、上記実施例においては、酸化物超伝導
材としてＹ＋ Ｂａ２Ｃｕｓ Ｏ＊を用いたが、これに
限定されず、イットリウム（Ｙ）を希土顕元素で置換し
たものでもよい．また、それ以外にＢｉ一Ｓｒ−Ｃａ−
Ｃｕ−０系、Ｂ ｉ−Ｐｂ−Ｂａ−０系、Ｌａ−Ｓｒ−
Ｃｕ−０系、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ一〇系等の高温超導電材
料であってもよい．？１明の効果］ 以上のように本発明によれば、超伝導アモルファス薄膜
を加熱し、プラズマエッチング■することにより、高速
で低消′ｆ！電力の超伝導トランジスタに必要とされる
超伝導微粒子薄膜を形成することができる． また、上記のようにして形成された超伝導微粒子薄膜を
ソース、ドレイン間に挟まれたチャネルとすることによ
り、クーロンブロッケード効果により高速かつ低消費電
力で動作する超伝導トランジスタを実現することができ
る．
り、Ｙ＋ Ｂａ２Ｃｕｓ Ｏｘ多結晶薄膜８中の粒界か
らエッチングされ始め、小さい極微結晶粒が除去され、
比較的大きい結晶粒だけがほぼ均一な形状にエッチング
されて、島状に残留する．こうして島状に形成された微
結晶粒１０から構成されるＹ，Ｂ ａｉ Ｃ ｕ ｓ
Ｏ＊微粒子薄膜１２が形成される．このときのＹ＋ Ｂ
ａ２Ｃｕｓ ＯＸ微粒子薄膜１２の面抵抗は数ｋΩとな
り、島状の微結晶粒１０の大きさは直径１００Ａ程度と
なる（第１図（ｄ）参照）． こうして、直径１００人程度の島状の微結晶粒１０から
なるＹ＋ Ｂａｚ Ｃｕ’ｓ Ｏ＊微粒子薄膜が製造さ
れる． 次に、第２図を用いて、上記実施例の方法により製造さ
れた超伝導微粒子薄膜を用いた超伝導トランジスタを説
明する． 第２図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の一実施
例による超伝導トランジスタを示す斜視図および断面図
である． 例えばＭｇＯ基板２２上に、ソース２４およびドレイン
２６が形成されている．そしてこれらのソース、ドレイ
ン２４．２６は、それぞれ例えばＹ＋ Ｂａｔ Ｃｕｓ
Ｏ＊等の酸化物超伝導材からなる超伝導多結晶薄Ｍ２
Ｂ．３０および例えば金（Ａｕ）、Ａｇまたはアルミニ
ウム（Ａｊ）等からなる金属膜３２．３４から構成され
ている．そしてソース２４とドレイン２６とに挟まれた
チャネルには、例えばＹＩＢａｔ Ｃｕｓ Ｏえ等の酸
化物超伝導材からなる直径１００Ａ程度の島状の微結晶
粒３６から構成される超伝導微粒子薄膜３８が形成され
ている． そしてこの超伝導微粒子薄膜３８上には、例えばＭｇＯ
またはＡｊ＊ Ｏｓからなる絶縁１８Ｉ４０を介してゲ
ート電極４２が形成されている．さらにソース電極４４
およびドレイン電極４６が形成され、絶縁ＷＡ４０に開
口されたコンタクトホールを介して、それぞれソース、
ドレイン２４．２６を構成する金属膜３２．３４に接続
されている．このようにして、島状に配置された微結晶
粒３６からなる超伝導微粒子薄膜３８をチャネルとする
超伝導トランジスタが形成されている．この超伝導トラ
ンジスタは、ソース２４からチャネルとしての超伝導微
粒子薄ＩＢｌ３８の微結晶粒３６へ、まなこの微結晶粒
３６からドレイン電極２６へと電子がトンネル電流とし
て流れることを、ゲート４２によって制御するＦＥＴ
（電界効果型トランジスタ）である．そしてチャネルの
微結晶粒３６は高温超伝導体の微粒子であるため、超伝
導体ギャップエネルギーＥｇ”３０ｍＶだけバリアが高
くなり、Ｉ −Ｖ特性は原点付近の非線形性が金属微粒
子より大きくなる． また、クーロンブロッゲード効果を利用しているため、
微粒子のプラズマ周波数の単位すなわちサプビコセコン
ドの単位という極めて高速で動作することができる．さ
らにまた、少ない個数の電子で動作することができるた
め、消費電力も極めて低くすることができる． 次に、第３図を用いて、上記実施例の超伝導トランジス
タの製造方法を説明する． 第３図は、本発明の一実施例による超伝導トランジスタ
の製造方法を示す工程図である．例えばＡｒ（アルゴン
》と０２ 《酸素》とが１対１に混合されている雰囲気
中において、圧力Ｐが１ ０−’Ｔｏｒｒの条件でスパ
ッタリングを行ない、例えばＭｇＯ基板５２上に例えば
Ｙ ｔ Ｂ ａ ｔＣ ｕ ｍ Ｏ ＊等の酸化物超伝
導材からなる超伝導アモルファス薄膜を１００〜２００
人の厚さに堆積させる．続いて、Ｏｘ雰囲気中において
８５０℃の比較的低温で３０分間のアニールを行なうこ
とにより結晶化を行ない、直径が５００人より小さい大
小の結晶粒からなる超伝導多結晶薄ＷＡ５４に変化させ
る．このとき、超伝導アモルファス薄膜の厚さが１００
〜２００八と薄いため、超伝導多結晶薄膜５４の結晶粒
の重なりは少ない（第１図（ａ）参照》． 次いで、レジスト５６を十分厚く塗布した後、ＥＢ（電
子ビーム）リングラフィ法によるバターニングを行ない
、チャネル形成予定領域にレジスト５６を残存させる（
第１図（ｂ）参照）．次いで、超伝導多結，晶薄１ｌＡ
５４およびレジスト５６上に、例えばＡｕ，Ａｇまたは
ＡｆＪ等からなる金属を蒸着して、金！！！１膜５８を
形成する（第１図（Ｃ）参照）．続いて、レジスト５６
をその上の金属Ｍ５８と共に除去し、チャネル形成予定
領域の超伝導多結晶薄１１１５４を露出させる（第１図
（ｄ）参照》． 次いで、圧力Ｐが３ Ｘ １ ０−’ＴｏｒｒのＡｒガ
ス中において、露出された超伝導多結晶薄膜５４のスパ
ッタエッチングを行なうと、超導電多結晶薄膜５４中の
粒界からエッチングされ始め、小さい極微結晶粒が除去
され、比較的大きい微結晶粒だけがほぼ均一な形状にエ
ッチングされて、島状に残留する．こうして直径１００
Ａ程度の島状の微結晶粒６０からなる超伝導微粒子薄膜
６２を形成する．またこのとき、超伝導多結晶薄５４お
よび金１ｊＡ膜５８から構成されるソースおよびドレイ
ンがそれぞれ形成される（第１図（ｅ）参照）．次いで
、全面に例えばＭｇＯ＊なはＡｊｔｏｓからなる絶縁膜
６４を堆積させる（第１図（ｆ）参照）．続いて、レジ
スト６６を塗布した後、ソースおよびドレインのＴｈ’
ｆｋ用窓開けのためのバターニングを行なう（第１図（
ｇ）参照）．次いで、このバターニングしたレジスト６
６をマスクとして絶縁膜６４を選択的にエッチング除去
し、ソースおよびドレインの電極用窓開けを行なった後
、レジスト６６を除去し、全面に例えばＡ１等の金属Ｗ
Ａ６８を蒸着する．続いて、レジスト７０を塗布し、ソ
ース、ドレインおよびゲートの電極形成のためのパター
ニングを行なう（第１図（ｈ）参照）． 次いで、このバターニングしたレジスト７０をマスクと
してｔｍＷＡ６８を選択的にエッチング除去した後、レ
ジスト７０を除去し、ソース電極７２、ドレイン電極７
４およびゲート＠極７６をそれぞれ形成する（第１図（
１）参照）．このようにして、島状の微結晶粒６０から
なる超伝導微粒子薄膜６２をチャネルとする超伝導トラ
ンジスタが製造される． 本実施例による超伝導トランジスタの製造方法は、高温
超導電材料の多結晶薄膜を用いて微粒子薄膜を作ってい
るため、高温超導電材料の単結晶膜成長の工程を有する
超伝導トランジスタの製造方法と比べると、プロセス上
の困難度が低く、容易に製造することができるという利
点がある．なお、上記実施例においては、酸化物超伝導
材としてＹ＋ Ｂａ２Ｃｕｓ Ｏ＊を用いたが、これに
限定されず、イットリウム（Ｙ）を希土顕元素で置換し
たものでもよい．また、それ以外にＢｉ一Ｓｒ−Ｃａ−
Ｃｕ−０系、Ｂ ｉ−Ｐｂ−Ｂａ−０系、Ｌａ−Ｓｒ−
Ｃｕ−０系、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ一〇系等の高温超導電材
料であってもよい．？１明の効果］ 以上のように本発明によれば、超伝導アモルファス薄膜
を加熱し、プラズマエッチング■することにより、高速
で低消′ｆ！電力の超伝導トランジスタに必要とされる
超伝導微粒子薄膜を形成することができる． また、上記のようにして形成された超伝導微粒子薄膜を
ソース、ドレイン間に挟まれたチャネルとすることによ
り、クーロンブロッケード効果により高速かつ低消費電
力で動作する超伝導トランジスタを実現することができ
る．
第１図は本発明の一実施例による超伝導微粒子薄膜の製
造方法を示す工程図、 第２図は本発明の一実施例による超伝導トランジスタを
示す図、 第３図は本発明の一実施例による超伝導トランジスタの
製造方法を示す工程図である．６・・・・・・結晶粒、 ８・・・・・・ＹＩＢａｔ Ｃｕｓ Ｏえ多結晶薄膜、
１０．３６．６０・・・・・・微結晶粒、１ ２−−Ｙ
ＩＢａ２Ｃｕｓ ＯＸ微粒子薄膜、２４・・・・・・ソ
ース、 ２６・・・・・・ドレイン、 ２８，３０．５４・・・・・・超伝導多結晶薄膜、３２
．３４，５８．６８・・・・・・金属膜、３８．６２・
・・・・・超伝導微粒子薄膜、４０．６４・・・・・・
絶縁膜、 ４２．７６・・・・・・ゲート電極、 ４４．７２・・・・・・ソース電極、 ４６．７４・・・・・・ドレイン電極、５６．６６．７
０・・・・・・レジスト．図において、
造方法を示す工程図、 第２図は本発明の一実施例による超伝導トランジスタを
示す図、 第３図は本発明の一実施例による超伝導トランジスタの
製造方法を示す工程図である．６・・・・・・結晶粒、 ８・・・・・・ＹＩＢａｔ Ｃｕｓ Ｏえ多結晶薄膜、
１０．３６．６０・・・・・・微結晶粒、１ ２−−Ｙ
ＩＢａ２Ｃｕｓ ＯＸ微粒子薄膜、２４・・・・・・ソ
ース、 ２６・・・・・・ドレイン、 ２８，３０．５４・・・・・・超伝導多結晶薄膜、３２
．３４，５８．６８・・・・・・金属膜、３８．６２・
・・・・・超伝導微粒子薄膜、４０．６４・・・・・・
絶縁膜、 ４２．７６・・・・・・ゲート電極、 ４４．７２・・・・・・ソース電極、 ４６．７４・・・・・・ドレイン電極、５６．６６．７
０・・・・・・レジスト．図において、
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板上に超伝導アモルファス薄膜を形成する第１の
工程と、 加熱することにより前記超伝導アモルファス薄膜を結晶
化して超伝導多結晶薄膜に変化させる第２の工程と、 前記超伝導多結晶薄膜をプラズマエッチングして島状の
超伝導微結晶粒からなる超伝導微粒子薄膜を形成する第
３の工程と を有することを特徴とする超伝導微粒子薄膜の製造方法
。 ２、基板上に形成されたソースおよびドレインと、 前記ソースと前記ドレインとの間のチャネルとして形成
された島状の超伝導微結晶粒からなる超伝導微粒子薄膜
と、 前記超伝導微粒子薄膜上に絶縁膜を介して形成されたゲ
ートと を有することを特徴とする超伝導トランジスタ。 ３、基板上に超伝導アモルファス薄膜を形成する第１の
工程と、 加熱することにより前記超伝導アモルファス薄膜を結晶
化させて超伝導多結晶薄膜に変化させる第２の工程と、 ソースおよびドレインの形成予定領域の前記超伝導多結
晶薄膜上に金属膜を選択的に形成する第３の工程と、 前記金属膜をマスクとして前記超伝導多結晶薄膜のプラ
ズマエッチングを行ない、島状の超伝導微結晶粒からな
る超伝導微粒子薄膜をチャネルとして形成すると共に、
前記金属膜および前記金属膜下の前記超伝導多結晶薄膜
から構成されるソースおよびドレインを形成する第４の
工程と、前記超伝導微粒子薄膜上に絶縁膜を介してゲー
トを形成する第５の工程と を有することを特徴とする超伝導トランジスタの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63286336A JPH02132869A (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | 超伝導微粒子薄膜の製造方法、その超伝導微粒子薄膜を用いた超伝導トランジスタ、およびその超伝導トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63286336A JPH02132869A (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | 超伝導微粒子薄膜の製造方法、その超伝導微粒子薄膜を用いた超伝導トランジスタ、およびその超伝導トランジスタの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02132869A true JPH02132869A (ja) | 1990-05-22 |
Family
ID=17703068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63286336A Pending JPH02132869A (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | 超伝導微粒子薄膜の製造方法、その超伝導微粒子薄膜を用いた超伝導トランジスタ、およびその超伝導トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02132869A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04258171A (ja) * | 1991-02-13 | 1992-09-14 | Hitachi Ltd | 超電導素子 |
| JPH05291637A (ja) * | 1992-04-09 | 1993-11-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導電界効果型素子 |
-
1988
- 1988-11-11 JP JP63286336A patent/JPH02132869A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04258171A (ja) * | 1991-02-13 | 1992-09-14 | Hitachi Ltd | 超電導素子 |
| JPH05291637A (ja) * | 1992-04-09 | 1993-11-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導電界効果型素子 |
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