JPH02194665A - Field effect superconducting device and manufacture thereof - Google Patents

Field effect superconducting device and manufacture thereof

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JPH02194665A
JPH02194665A JP1013263A JP1326389A JPH02194665A JP H02194665 A JPH02194665 A JP H02194665A JP 1013263 A JP1013263 A JP 1013263A JP 1326389 A JP1326389 A JP 1326389A JP H02194665 A JPH02194665 A JP H02194665A
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JP
Japan
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region
oxide high
temperature superconducting
high temperature
drain
Prior art date
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Pending
Application number
JP1013263A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Morohashi
信一 諸橋
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPH02194665A publication Critical patent/JPH02194665A/en
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable the gap between a source and a drain to be widened for facilitating the manufacture of the title device by a method wherein an oxide high temperature superconducting material is used for the source, the drain, etc. CONSTITUTION:The title device is provided with a thin film 2 comprising an oxide high temperature superconducting region 2S, a normal conductive region 2NS, another oxide high temperature superconducting region 2C, another normal conductive region 2ND and the other oxide high temperature superconducting region 2D as well as a gate electrode 4G formed on the surface or rear surface of the oxide high temperature superconducting region held by the normal conductive regions 2NS and 2ND in the shifting direction of a Cooper pair formed on an insulating substrate 1. Through these procedures, a source, a drain, etc., are composed of the oxide high temperature superconducting material to be operated without depending upon the approximation effect thereof, thereby enabling the gap between the source and the drain to be widened.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 酸化物高温超伝導材料を用いた電界効果型超伝導装置及
びその製造方法の改良に関し、ソース並びにドレインな
どが酸化物高温超伝導材料で構成され、しかも、それ等
の近接効果に依存することなく動作し、従って、製造が
容易である電界効果型超伝導装置を実現することを目的
とし、 絶縁性基板上に形成されクーパー対の移動方向に順に酸
化物高温超伝導領域と常伝導領域と酸化物高温超伝導領
域と常伝導領域と酸化物高温超伝導領域とからなる薄膜
と、該常伝導領域に挟まれた酸化物高温超伝導領域表面
にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とが得ら
れるよう構成される。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding the improvement of a field effect superconducting device using an oxide high temperature superconducting material and its manufacturing method, a source, a drain, etc. are composed of an oxide high temperature superconducting material, and further, The aim is to realize a field-effect superconducting device that operates without relying on such proximity effects and is therefore easy to manufacture. A thin film consisting of a high temperature superconducting region, a normal conducting region, an oxide high temperature superconducting region, a normal conducting region and an oxide high temperature superconducting region, and a gate insulating layer on the surface of the oxide high temperature superconducting region sandwiched between the normal conducting regions. The structure is such that a gate electrode formed through a film can be obtained.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、酸化物高温超伝導材料を用いた電界効果型超
伝導装置及びその製造方法の改良に関する。
The present invention relates to an improvement in a field effect superconducting device using an oxide high temperature superconducting material and a method for manufacturing the same.

酸化物高温超伝導体は、その臨界温度T、が液体窒素の
沸点(77(K))を越える為、エレクトロニクスの分
野に於ける種々の応用が期待されている。
Oxide high-temperature superconductors have a critical temperature T exceeding the boiling point of liquid nitrogen (77 (K)), and are therefore expected to have various applications in the field of electronics.

現在、その応用の一つとして、半導体を用いた電界効果
型トランジスタと同様な動作をする三端子素子の実現が
検討されている。
Currently, as one of its applications, the realization of a three-terminal device that operates similarly to a field-effect transistor using a semiconductor is being considered.

〔従来の技術〕 第15図は従来技術を説明する為の電界効果型超伝導装
置の要部切断側面図を表している。
[Prior Art] FIG. 15 shows a cutaway side view of essential parts of a field effect superconducting device for explaining the conventional art.

図に於いて、11はn型シリコン半導体基板、12は二
酸化シリコン(SiOz)からなる絶縁膜、13はニオ
ブ(Nb)からなるソース、14は同じ(Nbからなる
ドレイン、15はS i O2からなるゲート絶縁膜、
I6はAβなどの金属からなるゲート電極、LcNはn
型シリコン半導体基板11の表面に生成されるチャネル
領域、Sはソース端子、Gはゲート端子、Dはドレイン
端子をそれぞれ示している。尚、チャネル領域LCHの
長さは例えば0.1 cμm〕程度である。
In the figure, 11 is an n-type silicon semiconductor substrate, 12 is an insulating film made of silicon dioxide (SiOz), 13 is a source made of niobium (Nb), 14 is the same (a drain made of Nb, and 15 is made of SiO2) gate insulating film,
I6 is a gate electrode made of metal such as Aβ, LcN is n
A channel region is generated on the surface of the type silicon semiconductor substrate 11, S indicates a source terminal, G indicates a gate terminal, and D indicates a drain terminal. Note that the length of the channel region LCH is, for example, about 0.1 cμm.

この超伝導装置に於いては、ドレイン電極14からチャ
ネル領域LcHを通ってソース電極13へ流れる電流を
ゲート電極16に印加する電圧で制御するものであり、
その動作は通常の電界効果トランジスタと同様である。
In this superconducting device, the current flowing from the drain electrode 14 to the source electrode 13 through the channel region LcH is controlled by the voltage applied to the gate electrode 16.
Its operation is similar to a normal field effect transistor.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

第15図に見られる電界効果型超伝導装置を超伝導状態
で動作させるには、Nbが超伝導状態となる液体ヘリウ
ム(1−1e )温度で動作させなければならず、その
冷却に多くの費用を要する。
In order to operate the field-effect superconducting device shown in Figure 15 in a superconducting state, it must be operated at the liquid helium (1-1e) temperature at which Nb becomes superconducting, and a lot of energy is required to cool it down. It costs money.

そこで、近年、Nbを酸化物高温超伝導材料に代え、従
来よりも市かに高い温度、例えば液体窒素(N2)温度
での動作を可能にした電界効果型超伝導装置を実現させ
る試みがなされている。
Therefore, in recent years, attempts have been made to replace Nb with oxide high-temperature superconducting materials to create field-effect superconducting devices that can operate at much higher temperatures than conventional ones, such as liquid nitrogen (N2) temperatures. ing.

然しなから、第15図に見られる電界効果型超伝導装置
に於けるソース電極13及びドレイン電極14を単に酸
化物高温超伝導材料に変更しても実用になるものを得る
ことは不可能である。
However, it is impossible to obtain a practical device by simply changing the source electrode 13 and drain electrode 14 in the field-effect superconducting device shown in FIG. 15 to oxide high-temperature superconducting materials. be.

その理由は、現在、注目を集めている酸化物高温超伝導
体は、所謂、セラミックスであって、そのコヒーレンス
長が約1  (nm)程度と大変に短く、従って、第1
5図に見られる電界効果型超伝導装置のように、ソース
電極13並びにドレイン電極14の近接効果を利用して
いるものに於いては、そのギャップを著しく狭くする必
要があり、現在の技術では、そのギヤノブを実現させる
ことは不可能ではないにしても、極めて再現性が悪いも
のとなる。尚、Nbのコヒーレンス長は約10(n m
 )程度である為、その分、ギャップを広く採ることが
可能であり、それに依って、図示の電界効果型超伝導装
置が実現されているのである。
The reason for this is that the oxide high-temperature superconductors that are currently attracting attention are so-called ceramics, and their coherence length is very short, about 1 (nm).
In devices that utilize the proximity effect of the source electrode 13 and drain electrode 14, such as the field-effect superconducting device shown in Figure 5, it is necessary to significantly narrow the gap, which is difficult to achieve with current technology. Although it is not impossible to realize such a gear knob, the reproducibility is extremely poor. Note that the coherence length of Nb is approximately 10 (n m
), the gap can be widened accordingly, and the field-effect superconducting device shown in the figure is thereby realized.

本発明は、ソース並びにドレインなどが酸化物高温超伝
導材料で構成され、しかも、それ等の近接効果に依存す
ることな(動作し、従って、製造が容易である電界効果
型超伝導装置を実現する為の技術を提供しようとする。
The present invention realizes a field-effect superconducting device in which the source, drain, etc. are composed of oxide high-temperature superconducting materials, and in which the operation does not depend on the proximity effect (and is therefore easy to manufacture). We are trying to provide the technology to do so.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明では、酸化物高温超伝導材料の臨界温度T、が高
いことを大きな利点とするものであるのは云うまでもな
いが、それに加え、該酸化物高温超伝導材料が低キャリ
ヤ濃度である旨の特徴を活かして構成されている。即ち
、酸化物高温超伝導材料からなるチャネル領域が低キャ
リヤ濃度であれば僅かな電圧を印加するのみで空乏層が
大きく拡がって電界効果型超伝導装置の動作状態を変化
させることができるものである。また、電界効果型超伝
導装置内をソースからドレインに向かうクーパー対はト
ンネリング現象を利用して移動するので、近接効果を利
用するものと異なりソース。
Needless to say, the present invention has a great advantage in that the critical temperature T of the oxide high temperature superconducting material is high, but in addition, the oxide high temperature superconducting material has a low carrier concentration. It is constructed by taking advantage of the characteristics of In other words, if the channel region made of high-temperature oxide superconducting material has a low carrier concentration, the depletion layer can expand significantly by applying a small voltage, and the operating state of the field-effect superconducting device can be changed. be. In addition, Cooper pairs moving from the source to the drain in a field-effect superconducting device use a tunneling phenomenon, so unlike those that use the proximity effect, the Cooper pairs move from the source to the drain.

ドレイン間を極端に狭く形成する必要はない。There is no need to form an extremely narrow space between drains.

このようなことから、本発明の電界効果型超伝導装置及
びその製造方法では、絶縁性基板(例えばMgO基板基
板上に形成されクーパー対の移動方向に順に酸化物高温
超伝導領域(例えばソース2S)と常伝導領域(例えば
常伝導領域2.3)と酸化物高温超伝導領域(例えばチ
ャネル領域2C)と常伝導領域(例えば常伝導領域2 
、、)と酸化物高温超伝導領域(例えばドレイン2D)
とからなる薄M! (例えばB15rCaCuO膜2)
と、該常伝導領域に挟まれた酸化物高温超伝導領域表面
或いは裏面にもゲート絶縁膜(例えばゲート絶縁膜3或
いは6)を介し形成されたゲート電極(例えばゲート電
極4G或いは5G)とをもつものが得られる構成になっ
ている。
For this reason, in the field effect superconducting device and the manufacturing method thereof of the present invention, an oxide high temperature superconducting region (for example, a source 2S ), a normal conducting region (e.g. normal conducting region 2.3), an oxide high temperature superconducting region (e.g. channel region 2C), and a normal conducting region (e.g. normal conducting region 2.
,,) and oxide high temperature superconducting regions (e.g. drain 2D)
Thin M consisting of! (For example, B15rCaCuO film 2)
and a gate electrode (e.g., gate electrode 4G or 5G) formed also on the surface or back surface of the oxide high-temperature superconducting region sandwiched between the normal-conducting regions via a gate insulating film (e.g., gate insulating film 3 or 6). It is structured so that you can get what you want.

〔作用〕[Effect]

前記手段を採ることに依り、ソース並びにドレインなど
が酸化物高温超伝導材料で構成され、しかも、それ等の
近接効果に依存することなく動作するものが実現され、
従って、ソース・ドレイン間は広く採ることが可能であ
って、その製造は容易である。
By adopting the above-mentioned means, it is possible to realize a device in which the source, drain, etc. are made of an oxide high-temperature superconducting material, and which operates without depending on the proximity effect of these materials,
Therefore, the distance between the source and drain can be widened, and manufacturing is easy.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明一実施例を説明する為の要部切断側面図
を表している。
FIG. 1 shows a cutaway side view of essential parts for explaining one embodiment of the present invention.

図に於いて、1は酸化マグネシウム(MgO)からなる
基板、2SはB15rCaCuOからなるソース、2D
はB15rCaCuOからなるドレイン、2CはB15
rCaCuOからなるチャネル領域、2 NO+  2
83は常伝導領域、3はMgOからなるゲート絶縁膜、
4SはAuからなるソース電極、4GはAβからなるゲ
ート電極、4DはAuからなるドレイン電極をそれぞれ
示している。
In the figure, 1 is a substrate made of magnesium oxide (MgO), 2S is a source made of B15rCaCuO, and 2D
is a drain made of B15rCaCuO, 2C is B15
Channel region consisting of rCaCuO, 2 NO+ 2
83 is a normal conduction region, 3 is a gate insulating film made of MgO,
4S indicates a source electrode made of Au, 4G a gate electrode made of Aβ, and 4D a drain electrode made of Au.

図から明らかなように、本実施例に於いては、ソース2
S・ドレイン2D間が超伝導領域(S)常伝導領域(N
)−超伝導領域(S)−常伝導領域(N)−超伝導領域
(S)からなっていて、5−N−3−N−3なる構成に
なっている。
As is clear from the figure, in this embodiment, source 2
The superconducting region (S) and the normal conducting region (N
) - superconducting region (S) - normal conducting region (N) - superconducting region (S), and has a 5-N-3-N-3 configuration.

ここで、ゲート電極4Gに電圧を印加すると、チャネル
領域2Cの超伝導相は壊れ、チャネル領域2Cとゲート
絶縁膜3との界面からチャネル領域2Cの深さ方向に空
乏層が生成される。ゲート電極4Gに印加する電圧を大
きくするにつれて空乏層は拡がり、前記界面から5〜1
0(nm)程度にすることができ、そして、前記5−N
−5−N−3なる構成は実質的に5−N−5なる構成に
変化する。
Here, when a voltage is applied to the gate electrode 4G, the superconducting phase of the channel region 2C is broken, and a depletion layer is generated from the interface between the channel region 2C and the gate insulating film 3 in the depth direction of the channel region 2C. As the voltage applied to the gate electrode 4G increases, the depletion layer expands, and the depletion layer expands from the interface to 5 to 1
0 (nm) or so, and the 5-N
-5-N-3 configuration substantially changes to 5-N-5 configuration.

本実施例では、前記現象を利用し、電界効果型超伝導装
置の電圧・電流特性を変化させる。
In this embodiment, the above phenomenon is utilized to change the voltage/current characteristics of a field effect superconducting device.

第2図は第1図について説明して本発明一実施例の電圧
・電流特性を説明する為の線図であり、横軸に電圧Vを
、また、縦軸に電流Iをそれぞれ採っである。
FIG. 2 is a diagram for explaining the voltage/current characteristics of an embodiment of the present invention in conjunction with FIG. 1, with the horizontal axis representing the voltage V and the vertical axis representing the current I. .

図に於いて、Oで指示した特性線はゲート電極4Gに印
加電圧が無い場合、また、口で指示した特性線は有る場
合を示している。
In the figure, the characteristic line indicated by O indicates the case where no voltage is applied to the gate electrode 4G, and the characteristic line indicated by ``O'' indicates the case where there is.

このような不可逆的な特性を利用すれば、ゲート電極4
Gに印加する電圧の有無に依って、この電界効果型超伝
導装置にスイッチング動作をさせ得ることが理解されよ
う。
By utilizing such irreversible characteristics, the gate electrode 4
It will be understood that depending on the presence or absence of a voltage applied to G, this field effect superconducting device can perform a switching operation.

第3図は本発明に於ける他の実施例を説明する為の要部
切断側面図を表し、第1図に於いて用いた記号と同記号
は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
FIG. 3 shows a cutaway side view of essential parts for explaining another embodiment of the present invention, and the same symbols as those used in FIG. 1 indicate the same parts or have the same meanings. shall be.

図に於いて、5Gは裏面側のゲート電極、6は裏面側の
ゲート絶縁膜を示している。
In the figure, 5G indicates a gate electrode on the back side, and 6 indicates a gate insulating film on the back side.

本実施例では、チャネル領域2Cの表面側にはゲート電
極4Gが、また、裏面側にはゲート電極5Gがそれぞれ
形成されていることから、ゲート電極4G及び5Gに電
圧を印加してチャネル領域2Cに空乏層を拡げる場合、
低い電圧で容易に目的を達成することができる。
In this embodiment, since the gate electrode 4G is formed on the front side of the channel region 2C and the gate electrode 5G is formed on the back side, a voltage is applied to the gate electrodes 4G and 5G to form the channel region 2C. When expanding the depletion layer to
The purpose can be easily achieved with low voltage.

何れの実施例に於いても、多くの改変が可能であり、例
えば、 ■ 基板1としてはMgOの外に5rTi03など酸化
物高温超伝導材料に馴染みの良い絶縁材料を適宜に選択
し得ること、 ■ ソース2S及びドレイン2D及びチャネル領域2C
としてはB15rCaCuOの外にTNBaCaCuO
やYBaCu○やLa5rCuO8など低キャリヤ濃度
の酸化物高温超伝導材料を適宜に選択し得ること、 ■ 常伝導領域2HD及び285としては、ソース28
などに用いた酸化物高温超伝導材料をプラズマ処理して
常伝導材料に変換したり、半導体や絶縁物を使用できる
こと、 ■ ゲート絶縁膜3としてはMg0O外にZr0z或い
はBaF2或いはYFなどの絶縁材料を使用できること
、 などを挙げることができる。
Many modifications can be made to any of the embodiments, for example: (1) For the substrate 1, in addition to MgO, an insulating material that is compatible with oxide high temperature superconducting materials such as 5rTi03 may be appropriately selected; ■ Source 2S, drain 2D and channel region 2C
In addition to B15rCaCuO, TNBaCaCuO
2. The source 28 can be used as the normal conduction regions 2HD and 285.
The oxide high-temperature superconducting material used for such applications can be converted into a normal conducting material by plasma treatment, and semiconductors and insulators can be used; ■ The gate insulating film 3 can be made of insulating materials such as Zr0z, BaF2, or YF in addition to Mg0O. Being able to use , etc.

第4図乃至第8図は本発明に於ける他の実施例を解説す
る為の工程要所に於ける電界効果型超伝導装置の要部切
断側面図を表し、以下、これ等の図を参照しつつ説明す
る。尚、第1図乃至第3図に於いて用いた記号と同記号
は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
Figures 4 to 8 are cross-sectional side views of the main parts of a field effect superconducting device at key points in the process for explaining other embodiments of the present invention, and these figures will be described below. I will explain while referring to it. Note that the same symbols as those used in FIGS. 1 to 3 indicate the same parts or have the same meanings.

第4図参照 (1)  例えば、イオン・ビーム・スパッタリング法
を適用することに依り、MgO基板1の上に厚さ例えば
100 〔人〕程度のB15rCaCuO膜2を形成す
る。
Refer to FIG. 4 (1) For example, by applying an ion beam sputtering method, a B15rCaCuO film 2 having a thickness of, for example, about 100 [people] is formed on an MgO substrate 1.

イオン・ビーム・スパッタリングを行う際の主な条件を
例示すると、 引き出し電圧: 2.4 (KV) トータル電流:20(mA) 放電電圧70.5 (KV) 放電電流: 10 (mA) 放電圧カニ5X10−’[Torr) ガス:Ar 堆積速度:20 〔人/分〕 である。
The main conditions when performing ion beam sputtering are as follows: Extraction voltage: 2.4 (KV) Total current: 20 (mA) Discharge voltage 70.5 (KV) Discharge current: 10 (mA) Discharge voltage crab 5X10-' [Torr] Gas: Ar Deposition rate: 20 [people/min].

この工程に於いては、イオン・ビー1、・スパッタリン
グ法の外、化学気相堆積(chemical  vap
or  deposition:CVD)法、分子線エ
ピタキシャル成長(m。
In this process, in addition to the ion beam sputtering method, chemical vapor deposition (chemical vapor deposition)
or deposition:CVD) method, molecular beam epitaxial growth (m.

1ecular   beam   epitaxy:
MICE)法、スパッタリング法、多元蒸着法など適宜
の技術を利用して良い。
1ecular beam epitaxy:
Any suitable technique such as the MICE method, sputtering method, or multi-component vapor deposition method may be used.

(2)  フォト・リングラフィ技術に於けるレジスト
・プロセスを通用することに依り、素子領域となるべき
部分を覆う厚さ例えば5 〔μrn)程度のフォト・レ
ジスト膜7を形成する。
(2) By applying a resist process in photo-phosphorography technology, a photo-resist film 7 having a thickness of, for example, about 5 [μrn] is formed to cover a portion that is to become an element region.

第5図参照 (3)例えば、エツチング・ガスにCCβ4を用いた反
応性イオン・エツチング(reactive  ion
  etching:RIE)法を通用することに依り
、B15rCaCuO膜2のパターニングを行う。
(3) For example, reactive ion etching using CCβ4 as the etching gas.
The B15rCaCuO film 2 is patterned by using the RIE (etching: RIE) method.

この場合に於ける印加電力は、例えば0. 5(W/c
m”)程度である。
The applied power in this case is, for example, 0. 5(W/c
m”).

この工程に於いては、RIE法の外、エッチャントをH
NO3とするウェット・エツチング法を適用したり、或
いは、プラズマ重合膜を使用する方法(要すれば特願昭
63−40079号参照)を適用することができる。
In this process, in addition to the RIE method, the etchant is
A wet etching method using NO3 or a method using a plasma polymerized film (see Japanese Patent Application No. 63-40079 if necessary) can be applied.

第6図参照 (4)  エツチング・マスクとして使用したフォ]・
・レジスト膜7を除去してから、改めてフォト・リソグ
ラフィ技術に於けるレジスト・プロセスを適用すること
に依り、チャネル領域形成予定部分に開口をもつフォト
・レジスト膜(図示せず)を形成する。
See Figure 6 (4) Photo used as an etching mask
After removing the resist film 7, a resist process using photolithography is applied again to form a photoresist film (not shown) having an opening in the area where the channel region is to be formed.

(5)  マグネトロン・スパッタリング法を適用する
ことに依り、厚さ例えば100〜500〔人〕程度のM
gOからなるゲート絶縁膜3を形成する。
(5) By applying the magnetron sputtering method, M with a thickness of, for example, about 100 to 500
A gate insulating film 3 made of gO is formed.

(6)  フォト・レジスト膜を溶解・除去することに
依ってリフト・オフ法でゲート絶縁膜3のパタニングを
行う。
(6) The gate insulating film 3 is patterned by a lift-off method by dissolving and removing the photoresist film.

第7図参照 (7)  フォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト
・プロセスを適用することに依り、常伝導領域形成予定
部分に開口をもつフォト・レジスト膜8を形成する。尚
、フォト・レジスト膜8は他の材料、例えば、適当なメ
タルで代替することができる。
Refer to FIG. 7 (7) By applying a resist process in photolithography, a photoresist film 8 having an opening in a portion where a normal conduction region is to be formed is formed. Note that the photoresist film 8 can be replaced with other materials, such as a suitable metal.

(8)平行平板型RIE装置内にセットし、プラズマ処
理を行って、B15rCaCuO膜2の一部を常伝導領
域2Nに変換する。
(8) Set in a parallel plate type RIE apparatus and perform plasma treatment to convert a part of the B15rCaCuO film 2 into a normal conduction region 2N.

この場合の主な条件を例示すると次の通りである。Examples of main conditions in this case are as follows.

ガス:Ar (或いはN2) 印加型カニ 0. 5 (W/cm” )尚、この処理
は、要は、B15rCaCuO膜2にダメージを与えれ
ば良いのであるから、ガス・プラズマ処理を行う代わり
にイオン注入法を適用することもできる。
Gas: Ar (or N2) application type crab 0. 5 (W/cm") Incidentally, since this treatment only needs to damage the B15rCaCuO film 2, ion implantation can also be applied instead of gas plasma treatment.

この工程を経ると、B15rCaCuO膜2にはソース
2S、チャネル領域2C,ドレイン2Dがそれぞれ画成
される。
After this process, a source 2S, a channel region 2C, and a drain 2D are defined in the B15rCaCuO film 2, respectively.

第8図参照 (9)  通常の技法、例えば真空蒸着法とリフト・オ
フ法或いは真空蒸着法とRIE法などを適用することに
依り、Aeなどからなるゲート電極4G、ソース電極4
S、ドレイン電極4Dを形成する。
Refer to FIG. 8 (9) By applying a conventional technique such as a vacuum evaporation method and a lift-off method or a vacuum evaporation method and an RIE method, a gate electrode 4G and a source electrode 4 made of Ae or the like are formed.
S. Form a drain electrode 4D.

このようにして、5−N−5−N−5の構成が容易に実
現される。
In this way, a 5-N-5-N-5 configuration is easily realized.

第9図は本発明の他の実施例を説明する為の要部切断側
面図を表し、第1図乃至第8図に於いて用いた記号と同
記号は同部分を示すか或いは同し意味を持つものとする
FIG. 9 shows a cutaway side view of essential parts for explaining another embodiment of the present invention, and the same symbols as those used in FIGS. 1 to 8 indicate the same parts or have the same meanings. shall have.

図に於いて、9Sはソース、9Dはドレインをそれぞれ
示している。
In the figure, 9S indicates a source, and 9D indicates a drain.

図から明らかなように、この実施例では、ソース9S及
びドレイン9Dは後から別個に形成するものである。
As is clear from the figure, in this embodiment, the source 9S and drain 9D are formed separately later.

第10図乃至第14図は本発明に於ける他の実施例を解
説する為の工程要所に於ける電界効果型超伝導装置の要
部切断側面図を表し、以下、これ等の図を参照しつつ説
明する。尚、第1図乃至第9図に於いて用いた記号と同
記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする
Figures 10 to 14 represent cutaway side views of essential parts of a field-effect superconducting device at important process points for explaining other embodiments of the present invention, and these figures will be described below. I will explain while referring to it. Note that the same symbols as those used in FIGS. 1 to 9 indicate the same parts or have the same meanings.

第10図参照 +11  イオン・ビーム・スパッタリング法を通用す
ることに依り、Mg0i板1の上に厚さ例えば100〔
人〕程度のYBaCuOX膜2Nを形成する。尚、この
YBaCuO*膜2Nは常伝導相をもつものであり、そ
の作成には、N2雰囲気中で熱処理を行うか、或いは、
Arプラズマ処理を行って、OXに於けるX値を低下さ
せれば良い。
Refer to Figure 10+11 By applying the ion beam sputtering method, a thickness of, for example, 100 [
A YBaCuOX film 2N having a thickness of about 1000 yen is formed. Note that this YBaCuO* film 2N has a normal conduction phase, and to create it, heat treatment is performed in an N2 atmosphere, or
Ar plasma treatment may be performed to lower the X value in OX.

イオン・ビーム・スパッタリングを行う際の主な条件を
例示すると、 引き出し電圧: 2.4 (KV) トータル電流:20(mA) 放電電圧:0.5 (KV) 放電電流: 10 (mA) 放電圧カニ5X10−’[Torr) ガス:Ar 堆積速度:20〔人/分〕 である。
The main conditions when performing ion beam sputtering are as follows: Extraction voltage: 2.4 (KV) Total current: 20 (mA) Discharge voltage: 0.5 (KV) Discharge current: 10 (mA) Discharge voltage Crab 5×10-' [Torr] Gas: Ar Deposition rate: 20 [people/min].

この工程に於いては、イオン・ビーム・スパッタリング
法の外、CVD法、MBE法、スパッタリング法、多元
蒸着法など適宜の技術を利用して良い。
In this step, in addition to the ion beam sputtering method, an appropriate technique such as a CVD method, an MBE method, a sputtering method, or a multi-dimensional vapor deposition method may be used.

(2)  フォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト
・プロセスを通用することに依り、素子領域となるべき
部分を覆う厚さ例えば5 〔μm]程度のフォト・レジ
スト膜7を形成する。
(2) By applying a resist process in photolithography technology, a photoresist film 7 having a thickness of, for example, about 5 [μm] is formed to cover a portion that is to become an element region.

第11図参照 (3)例えば、エツチング・ガスにCCl4を用いたR
rE法を適用することに依り、YBaCuOX膜2Nバ
ターニングを行う。
See Figure 11 (3) For example, R using CCl4 as the etching gas.
The YBaCuOX film 2N patterning is performed by applying the rE method.

この場合に於ける印加重力は、例えば0.5(W/c+
++”)程度である。
The applied force in this case is, for example, 0.5 (W/c+
++”).

この工程に於いては、RIE法の外、エッチャントをH
NO3とするウェフト・エツチング法を適用したり、或
いは、プラズマ重合膜を使用する方法を適用することが
できる。
In this process, in addition to the RIE method, the etchant is
A wet etching method using NO3 can be applied, or a method using a plasma polymerized film can be applied.

第12図参照 (4)  エツチング・マスクとして使用したフォト・
レジスト膜7を除去してから、改めてフォト・リソグラ
フィ技術に於けるレジスト・プロセスを適用することに
依り、常伝導領域形成予定部分(三箇所)に開口をもつ
フォト・レジスト膜(図示せず)を形成する。
See Figure 12 (4) Photo mask used as an etching mask.
After removing the resist film 7, a resist process using photolithography is applied again to form a photoresist film (not shown) with openings in the areas (three locations) where the normal conduction region is to be formed. form.

(5)  マグネトロン・スパッタリング法を適用する
ことに依り、厚さ例えば100〜500 〔人〕程度の
MgOからなる絶縁膜3′を形成する。
(5) By applying a magnetron sputtering method, an insulating film 3' made of MgO and having a thickness of, for example, about 100 to 500 [people] is formed.

(6)  フォト・レジスト膜を溶解・除去することに
依ってリフト・オフ法で絶縁膜3′のバターニングを行
う。
(6) Buttering the insulating film 3' by a lift-off method by dissolving and removing the photoresist film.

第13図参照 (7)平行平板型RIE装置内にセントし、プラズマ処
理を行って、Y B a Cu OX膜2Nの一部を超
伝導領域に変換する。
Refer to FIG. 13 (7) Place the film into a parallel plate type RIE apparatus and perform plasma treatment to convert a part of the Y Ba Cu OX film 2N into a superconducting region.

この場合の主な条件を例示すると次の通りである。Examples of main conditions in this case are as follows.

ガス:02 印加型カニ 0. 2 (W/cm2)この工程を経る
と、YBaCuOx膜2にはソース2S、チャネル領域
2C,ドレイン2Dがそれぞれ画成される。
Gas: 02 Application type crab 0. 2 (W/cm2) After this process, a source 2S, a channel region 2C, and a drain 2D are defined in the YBaCuOx film 2, respectively.

第14図参照 (8)  フォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト
・プロセスを適用することに依り、チャネル領域2C上
に開口をもつフォト・レジスト膜(図示せず)を形成す
る。
See FIG. 14 (8) A photoresist film (not shown) having an opening on the channel region 2C is formed by applying a resist process in photolithography.

(9)  マグネトロン・スパッタリング法を適用する
ことに依り、厚さ例えば100〜500 〔入〕程度の
MgOからなるゲート絶縁膜3を形成する。
(9) By applying a magnetron sputtering method, a gate insulating film 3 made of MgO with a thickness of, for example, about 100 to 500 mm is formed.

0ω フォト・レジスト膜を溶解・除去することに依っ
てリフト・オフ法でゲート絶縁膜3のパタニングを行う
The gate insulating film 3 is patterned by a lift-off method by dissolving and removing the 0ω photoresist film.

00  通常の技法、例えば真空蒸着法とリフト・オフ
法或いは真空蒸着法とRIE法などを適用することに依
り、Alなどからなるゲート電極4G、ソース電極4S
、ドレイン電極4Dを形成する。
00 A gate electrode 4G and a source electrode 4S made of Al or the like are formed by applying a conventional technique such as a vacuum evaporation method and a lift-off method or a vacuum evaporation method and an RIE method.
, forming a drain electrode 4D.

このようにしても、第4図乃至第8図について説明した
実施例と同様に、5−N−3−N−3の構成が容易に実
現される。
Even in this case, the 5-N-3-N-3 configuration can be easily realized, similar to the embodiment described with reference to FIGS. 4 to 8.

本発明では、前記説明した実施例の外、他の構造のもの
も容易に製造することができ、例えば、第3図について
説明したダブル・ゲート電極のものも、最初、MgO基
板1上の適所に裏面側のゲート電ti5G及びそれを覆
うゲート絶縁膜6を形成し、その後、第4図乃至第8図
について説明した実施例と同様の工程を経ることで実現
させることができる。
In the present invention, in addition to the above-described embodiments, other structures can be easily manufactured. For example, the double gate electrode structure explained with reference to FIG. This can be realized by forming the gate electrode ti5G on the back surface side and the gate insulating film 6 covering it, and then going through the same steps as the embodiment described with reference to FIGS. 4 to 8.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明に依る電界効果型超伝導装置及びその製造方法に
於いては、絶縁性基板上に形成されクーパー対の移動方
向に順に酸化物高温超伝導領域と常伝導領域と酸化物高
温超伝導領域と常伝導領域と酸化物高温超伝導領域とか
らなる薄膜と、該常伝導領域に挾まれた酸化物高温超伝
導領域表面或いは裏面にもゲート絶縁膜を介して形成さ
れたゲート電極とをもつものが得られる構成になってい
る。
In the field-effect superconducting device and the manufacturing method thereof according to the present invention, an oxide high-temperature superconducting region, a normal-conducting region, and an oxide high-temperature superconducting region are formed on an insulating substrate and sequentially in the moving direction of Cooper pairs. A thin film consisting of a normal conducting region and an oxide high temperature superconducting region, and a gate electrode formed also on the surface or back surface of the oxide high temperature superconducting region sandwiched between the normal conducting region via a gate insulating film. It is structured so that you can get something.

前記構成を採ることに依り、ソース並びにドレインなど
が酸化物高温超伝導材料で構成され、しかも、それ等の
近接効果に依存することなく動作するものが実現され、
従って、ソース・ドレイン間は広く採ることが可能であ
って、その製造は容易である。
By adopting the above configuration, it is possible to realize a device in which the source, drain, etc. are made of an oxide high-temperature superconducting material, and which operates without depending on the proximity effect of these materials,
Therefore, the distance between the source and drain can be widened, and manufacturing is easy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明一実施例である電界効果型超伝導装置の
要部切断側面図、第2図は第1図に見られる実施例に関
する電圧対電流特性を説明する為の線図、第3図は本発
明の他の実施例である電界効果型超伝導装置の要部切断
側面図、第4図乃至第8図は本発明一実施例である製造
方法を説明する為の工程要所に於ける電界効果型超伝導
装置の要部切断側面図、第9図は本発明一実施例である
電界効果型超伝導装置の要部切断側面図、第10図乃至
第14図は本発明一実施例である製造方法を説明する為
の工程要所に於ける電界効果型超伝導装置の要部切断側
面図、第15図は従来例である電界効果型超伝導装置の
要部切断側面図をそれぞれ表している。 図に於いて、1はMgOからなる基板、2SはB15r
CaCuOからなるソース、2Dは同じ<B15rCa
CuOからなるドレイン、2Cは同じ<B15rCaC
uOからなるチャネル領域、2 ND+  2 N3は
常伝導領域、3はMgOからなるゲート絶縁膜、4Sは
Auからなるソース電極、4GはAlからなるゲート電
極、4DはAuからなるドレイン電極をそれぞれ示して
いる。 特許出願人   富士通株式会社 代理人弁理士  相 谷 昭 司
FIG. 1 is a cutaway side view of essential parts of a field-effect superconducting device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the voltage vs. current characteristics of the embodiment shown in FIG. Figure 3 is a cutaway side view of essential parts of a field-effect superconducting device that is another embodiment of the present invention, and Figures 4 to 8 are key steps for explaining the manufacturing method that is one embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cut-away side view of the main part of a field-effect superconducting device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. A cut-away side view of the main part of a field-effect superconducting device at key points in the process for explaining the manufacturing method as an example, and FIG. 15 is a cut-away side view of the main part of a conventional field-effect superconducting device. Each represents a diagram. In the figure, 1 is a substrate made of MgO, 2S is B15r
Source consisting of CaCuO, 2D is the same <B15rCa
Drain made of CuO, 2C is the same <B15rCaC
A channel region made of uO, 2ND+2N3 a normal conduction region, 3 a gate insulating film made of MgO, 4S a source electrode made of Au, 4G a gate electrode made of Al, and 4D a drain electrode made of Au. ing. Patent applicant: Fujitsu Ltd. Representative Patent Attorney Shoji Aitani

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)絶縁性基板上に形成されクーパー対の移動方向に
順に酸化物高温超伝導領域と常伝導領域と酸化物高温超
伝導領域と常伝導領域と酸化物高温超伝導領域とからな
る薄膜と、 該常伝導領域に挟まれた酸化物高温超伝導領域表面にゲ
ート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と を備えてなることを特徴とする電界効果型超伝導装置。
(1) A thin film formed on an insulating substrate and consisting of an oxide high temperature superconducting region, a normal conducting region, an oxide high temperature superconducting region, a normal conducting region, and an oxide high temperature superconducting region in order in the moving direction of the Cooper pair. A field effect superconducting device comprising: a gate electrode formed on the surface of an oxide high temperature superconducting region sandwiched between the normal conducting regions with a gate insulating film interposed therebetween.
(2)前記常伝導領域に挟まれた酸化物高温超伝導領域
裏面にもゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を
備えてなる請求項(1)記載の電界効果型超伝導装置。
(2) The field-effect superconducting device according to claim (1), further comprising a gate electrode formed on the back surface of the oxide high-temperature superconducting region sandwiched between the normal-conducting regions via a gate insulating film.
(3)絶縁性基板上に酸化物高温超伝導材料膜を形成す
る工程と、 次いで、該酸化物高温超伝導材料膜を選択的にプラズマ
処理し酸化物高温超伝導材料からなるチャネル領域を挟
む常伝導領域とそれ等を挟む酸化物高温超伝導材料から
なるソースとドレインを形成する工程と が含まれてなることを特徴とする電界効果型超伝導装置
の製造方法。
(3) Forming an oxide high-temperature superconducting material film on an insulating substrate, and then selectively plasma-treating the oxide high-temperature superconducting material film to sandwich a channel region made of the oxide high-temperature superconducting material. A method for manufacturing a field-effect superconducting device, comprising the step of forming a normal-conducting region and a source and drain made of an oxide high-temperature superconducting material sandwiching the normal-conducting region.
(4)絶縁性基板上に常伝導材料膜を形成する工程と、 次いで、該常伝導材料膜を選択的にプラズマ処理し酸化
物高温超伝導材料からなるチャネル領域を挟む常伝導領
域とそれ等を挟む酸化物高温超伝導材料からなるソース
とドレインを形成する工程と が含まれてなることを特徴とする電界効果型超伝導装置
の製造方法。
(4) A step of forming a normal conducting material film on an insulating substrate, and then selectively plasma-treating the normal conducting material film to form a normal conducting region sandwiching a channel region made of an oxide high temperature superconducting material, etc. 1. A method for manufacturing a field-effect superconducting device, comprising the step of forming a source and a drain made of an oxide high-temperature superconducting material sandwiching a source and a drain.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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