JPH03106081A - 超伝導３端子素子 - Google Patents

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、基板上に設けたアモルファスシリコン層の自
然拡散反応部をチャネル層、未反応部をゲート絶縁層と
する超伝導３端子素子に関する。

［従来の技術］ 超伝導電界効果型の３端子素子は、半導体に接して設け
られた２つの超伝導電極の間に流れる超伝導電流の値を
、制御電極への印加電圧により超伝導近接効果を変化さ
せることによって、制御することを動作原理としている
。

従来、かかる超伝導３端子素子については、ｊ辺ら（固
体物理Ｖｏｌ　２２，　Ｎｏ２　１．９８７）に論じら
れているように、半導体基板を用いて、超伝導体電極を
２つの電極に分離するため、電子線リングラフィを用い
て行っていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記従来例では、一対の超伝導電極を半導
体基板上に、極めて短い距離だけ離して、対向させて形
成している。かかる一対の超伝導電極が、ソース電極，
ドレイン電極に対応し、また、半導体層がチャネル部と
なっている。そのため、半導体部に、ゲート絶縁部を設
ける工程で、裏面からエッチングを行っている。

このような、３端子素子を構成する上で、次のような問
題点がある。

■，極めて短いソース・ドレイン間距離が必要なため、
２つの電極に分離するのに、複雑な工程を必要とする。

■．チャネル部となる半導体基板を加工し、薄片化して
ゲート酸化膜を形成するため、ゲート部作製が困難であ
る。

［課題を解決するための手段及び作用コ本発明の特徴と
するところは、絶縁性基板上に分散した多結晶酸化物超
伝導体を有し、該多結晶酸化物超伝導体上にソース電極
、ドレイン電極及びアモルファスシリコン層を介してゲ
ート電極を有し、該アモルファスシリコン層の自然拡散
反応部をチャネル層、未反応部をゲート絶縁層とした超
伝導３端子素子にある。

すなわち、本発明によれば、絶縁体基板上に分散させた
多結晶の酸化物超伝導体を形成後、アモルファスシリコ
ン層を形成することにより、容易に超伝導３端子素子を
形成することができる。これは、アモルファスシリコン
層が自然拡散し、酸化物超伝導体の一部が高キャリア濃
度の半導体層に変化することを利用したものである。従
来技術では、ソース・ドレイン間を２つに分離する工程
が必要であったが、本発明では、分散させた多結晶の酸
化物超伝導体を用いているために、ソース・ドレイン間
を分離する工程がいらない。

さらに、アモルファスシリコン層が、低温においては絶
縁体となるので、ゲート絶縁層として使える。このため
、ゲート部の作製が容易となる。

さらに詳しくは、図面に基づいて説明する。第工図は、
本発明の３端子素子の構成図である。

１は絶縁性基板で、２は分散させた多結晶酸化物超伝導
体である。この酸化物超伝導体上に、３のソース電極、
６のドレイン電極を形成する。

さらに、５のアモルファスシリコン層を形成すると、自
然拡散により４のチャネル層が形成される。そして、５
のアモルファスシリコン層をゲート絶縁層とし、その上
部に７のゲート電極を作製する。このようにして、超伝
導３端子素子を形成すると、前述の従来例に比べ複雑な
工程を必要ヒせず、安定した超伝導３端子素子を形成す
ることができる。

尚、本発明で用いる超伝導体としては、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−０系、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系、Ｌａ−Ｃｕ−
０系、Ｔｆ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系等、他の全ての酸
化物超伝導材料においても有効であることはいうまでも
ない。

また、チャネル部形成においては、拡散を利用するため
にアニール等の条件を設定すれば、チャネル層のキャリ
ア濃度を最適にでき、より利得の高いデバイスな形戒で
きる。

［実施例］ 以下、実施例を挙げて本発明を具体的に詳述する。

実１０組上 第１図に示す本発明の超伝導３端子素子を、以下の様に
作製した。

先ず、ＭｇＯ単結晶（１００　）基板ｌ上に、ＦｔＦマ
グネトロンスバッタ法によりＢｉ−Ｓｒ−（：ａ−Ｃｕ
−０系超伝導体薄膜を形成した。これを８４０℃で熱処
理し、平均粒径約１　ｇｍの多結晶酸化物超伝導休２を
形成した。その後、通常のフォトリソグラフイによって
パターンを形成し、かかる後、ＣＶＤ法によってアモル
ファスシリコン５を形成した。この時、自然拡散によっ
てチャネル層４も同時に形成された。さらに、ソース電
極３、ゲート電極７、ドレイン電極６として、各々Ａｕ
を蒸着した。

以上のように作製した素子を用い、ＩＯＫの低，］下に
て、以下の測定を行った。かかる素子のゲート電圧（　
Ｖｇ）を変化させた時の、ドレイン・ソース間の電流（
Ｉ．）一電圧（ＶＤ）曲線は、第２図のようになった。

本図から分かるようにゲート電圧（　Ｖｇ）を変えるこ
とにより、超伝導近接効果を生じさせて、超伝導３端子
素子を実現することができた。

叉圭ｌ組ｌ 実施例１と同様の構成とし、材料を以下に記すように変
更して作製した。

先ず、ＳｒＴｉＯｓ単結晶基板１上に、スパッタ法によ
りＹＢａｚＣｕｓＯｔ−　ｂ薄膜を形成した。その後、
９００℃で熱処理することにより、平均粒径約０．５ｇ
ｍの多結晶酸化物超伝導体２を形成した。その後、通常
のフォトリソグラフィにより、線幅２００叩、長さ２ｍ
ｍのパターンを形成した。しかる後、ＣＶＤ法によりア
モルファスシリコン層を形成し、自然拡散を容易に行う
ため、３００℃，大気中でアニールを行い、チャネル層
４を形成した。その後、ソース電極３、ドレイ電極６、
ゲート電極７を蒸着した。このようにして作製した素子
を用い、４、２Ｋの低温下にて以下の測定を行った。こ
の時のゲート電圧（　Ｖｇ）を変化させた時のドレイン
・ソース間の電流（　Ｉ．）一電圧（ＶＤ）曲線は、第
３図のようになった。本実施例では、前記実施例工より
もデバイスの利得を大きくすることができた。

［発明の効果］ 以上説明したように、分散した多結晶の酸化物超伝導体
を形成後、アモルファスシリコン層を形或し、シリコン
の自然拡敗によって、チャネル層を形成することにより
、少ない工程で、安定した超伝導３端子素子を実現でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の特徴を最も良く表わした構成断面図
である。 第２図は、実施例１の素子で得られたＩ−Ｖ曲線を示す
ものである。 第３図は、実施例２の素子で得られたＩ−Ｖ曲線を示す
ちのである。 １・・・絶縁性基板 ２・・・多結晶酸化物超伝導体 ３・・・ソース電極 ４・・・チャネル層 ５・・・ゲート絶縁層 ６・・・ドレイン電極 ７・・・ゲート電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板上に分散した多結晶酸化物超伝導体を
   有し、該多結晶酸化物超伝導体上にソース電極、ドレイ
   ン電極及びアモルファスシリコン層を介してゲート電極
   を有し、該アモルファスシリコン層の自然拡散反応部を
   チャネル層、未反応部をゲート絶縁層とした構成を特徴
   とする超伝導３端子素子。