JPH03129785A - 超電導デバイス - 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］ 本発明は超電導現象を利用した電子デバイスにデバイス
に関する。

【従来の技術】

従来、超電導現象を利用した超電導デバイスの分野にあ
って、超電導体と常伝導体を組合せて使用した超電導デ
バイスについては、特開昭６０−２３１３７５号に記載
されている通り公知である。

【発明が解決しようとする課題】

この従来技術においては、超電導体中に発生した高エネ
ルギーの準粒子を用いており、動作電圧も超電導体のギ
ャップエネルギーよりも大きくする必要があるので、特
に酸化物の高温超電導材料を超電導体として用いた場合
には消費電力が大きくなる問題点がある。また、このタ
イプのデバイスは温度の変動によるデバイス特性への影
響が大きく、回路の安定な動作を実現するのが困難であ
った。また論理回路として使用するために十分な電流利
得が得られていなかったので、大規模な集積回路を実現
することが困難であった。 また、従来このようなデバイスをデジタル演算用回路へ
応用することもしばしば行われてきたが。 たとえば光デバイスのようなデバイスレベルでの並列信
号演算能力がなく、またニューロコンピュータで重要に
なるアナログ演算処理を行う場合には、集積度が上がら
ないといった問題があった。 本発明の第一の目的は、従来技術の持つ問題点を解決し
、消費電力が小さく、かつ高速動作に適した超電導デバ
イスを提供することにある。 本発明の第２の目的は、従来の超電導デバイスでは実現
できなかった２値以上の多値論理の扱える超電導デバイ
スを提供することにある。 本発明の第３の目的は、上記超電導デバイスを用いた論
理信号の処理機能を有する超電導回路を提供することに
ある。 本発明の第４の目的は、従来の超電導デバイスでは実現
できなかった信号の並列処理能力を有する超電導デバイ
スを提供することにある。 本発明の第５の目的は、アナログ演算処理機能を有する
超電導デバイスを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

上記第１目的を遠戚するために本願発明の超電導デバイ
スにおいては、フェルミ統計に従うキャリアが伝播する
第１の固体５例えば常伝導体と、内部にポーズ統計に従
うキャリアを含む第２の固体１例えば超電導体とを有し
、この両者が接するように設けられている。 さらに、上記第１の固体（常伝導体）にキャリアを流し
込む手段、第１の固体中を伝搬するキャリアの位相およ
び振幅の少なくとも一方を制御する手段、および上記第
２の固体（超電導体）と第１の固体（常伝導体）との境
界付近で反射され、上記第１の固体（常伝導体）中を伝
播するキャリアを検出する手段とを含んで構成される。 尚、以後の説明では第１の固体を常伝導体、第２の固体
を超電導体として説明する。 本発明の第２の目的を達するための構成は以下のとおり
である。 上述の電子あるいは正孔の反射は、電子あるいは正孔を
流し込む手段が超電導体を用いて構成されている場合に
は、第２の固体である超電導体と上記の電子又は正孔を
流し込む手段の二つの超電導体と常伝導体のそれぞれの
境界において繰返して発生する。従って電子あるいは正
孔を流し込む手段が超電導体を用いて構成された場合に
は、特別の利点が有って、上記の常伝導体とこれに接し
て設けた超電導体とを介して流れる電流を制御して、前
記電流又は微分抵抗の同一の値が異なったＭ御の条件に
おいて実現し、これを２値以上の多値の論理に対応させ
て動作させる事が可能となり、新規の機能を有する超電
導デバイスを実現できる。 本発明の第３の目的を達するためには本発明の超電導デ
バイスと、超電導体を用いたトンネル型ジョセフソン素
子あるいは電界効果型の超電導トランジスタとを組合せ
て超電導回路を構′戊する。 この事は回路の高機能化と信号処理の高速化を実現出来
る利点が有り、従来技術で１±実現出来ない高度の情報
処理が可能に成る観点から極めて望ましい本発明の一形
態である。 本発明の第４の目的を達するためには、常伝導体へのキ
ャリアを流し込む手段を常伝導体に接触させて複数設け
、それぞれに流れる電流を制御する。常伝導体に複数の
、キャリアを注入する手段を設ければ上記の信号の制御
は並列的に行うことができる。 本発明の第５の目的を達するためには、本発明の超電導
デバイスにおいて、超電導体（第２の固体）とキャリア
を流し込む手段との間の電位差を検出する手段とを含ん
で超電導デバイスを構成する。

【作用】

常伝導金属から超電導体に電子を入射させたときに起こ
る特殊な反射現象として、アンドレエフ反射という現象
が知られている（ソビエト　フィジックスージャーナル
オブエクスベリメンタルアンドセオレティ力ルフィジッ
クス、１９６４年　第１９巻、第５．第１２２８頁〜第
１２３１頁（Ｓｏｖｉｅｔ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｊｏｕｒ
ｎａｌ　ｏｆ　Ｅｘｐｅｒｉｏ＋ｅｎｔａｌａｎｄ　Ｔ
ｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓｐ　１９６４　
、　Ｖｏｌ、１９　。 Ｎｏ、５　；Ｐ、１２２８〜１２３１））−この現象は
、１９６４年にアンドレエフによって熱伝導の研究にお
いて最初に見出されたものである。 このアンドレエフ反射とは、常電導金属中を進む電子が
超電導体に入射する場合、入射電子がホールとして反射
され、このホールが入射電子と同じ経路を通って戻って
いくという１位相共役な誘導反射である。 上述のようにこの反射においては、電子を注入するとホ
ールが、ホールを注入すると電子が戻ってくる。したが
って本発明のデバイスにおいてこの反射現象は、キャリ
アを流し込む手段（検出する手段）と、境界面を形成す
る超電導体との間の抵抗値、あるいはこれらの間の電流
値としてａ測される。この抵抗値あるいは電流値は、制
御する手段により制御することができる。 尚、上述のようにこの反射においては、一般に、注入し
たキャリアは反射してもとの注入点に戻ってくるので、
注入点と検出点は同一の点となり。 よって、注入する手段と検出する手段とは同一の手段で
共用できる。 上記フェルミ統計に従うキャリアはより具体的には電子
または正孔である。 さらに上記ポーズ統計に従うキャリアはより具体的には
超電導クーパ対である。 上記の反射ｌｉ、波動関数において時間反転に対して対
称という、位相共役な誘導反射である。 上記常伝導体中を伝搬するキャリアの位相および振幅の
少なくとも一方の制御は、電界、電流。 磁界光および電磁波の少なくとも一つを上記常伝導体に
印加することによって行うことが出来る６より具体的に
は以下のとおりである。 制御を電界によって行う場合、常伝導体、例えば半導体
がｎ型導電型、すなわち主たる電流の担体が電子の場合
には、制御手段に前記常伝導体に対して正の電圧を印加
することにより、また常伝導体がｐ導電型すなわち主た
る電流の担体が正孔の場合にあっては制御手段に前記常
伝導体に対して負の電圧を印加することにより、常伝導
体に所定の電界を印加し、そのキャリア濃度を増加させ
ることができる。 常伝導体中の超電導コヒーレンス長さは、一般に常伝導
体中のキャリア濃度の３分の１乗に比例するので、上記
のごとき電圧の印加によってコヒーレンス長さが長くな
る。このため超電導近接効果によって常伝導体中に生じ
る超電導性が強くなり、従って反射が起こりやすくなっ
て電流（流し込む手段と超電導体の間を流れる被削ｖ４
＠流）が増大する。 上記の場合とは逆に印加する電圧を小さくすることによ
り、もしくは常伝導体がｎ導電型の場合には制御手段は
前記常電導体に対して負の電圧を印加することにより、
常電導体がｐ導電型の場合にあっては制御手段に前記常
伝導体に対して正の電圧を印加することにより常伝導体
中の超電導コヒーレンス長さをより短くすることも可能
である。 この場合には、超電導近接効果によって常伝導体中に生
じる超電導性が弱くなり、従って反射が起こりにくくな
って被制御電流は減少する。 制御を電流によって行う場合には、例えば超電導体と制
御手段との間の常電導体上にキャリアを直接注入する。 この注入により常伝導体中の超電導コヒーレンス長さが
短くなって超電導近接効果によって常伝導体中に生じる
超電導性が弱くなり反射が起こりにくくなるので、流し
込む手段と超電導体との間を流れる被制御電流が減少す
る。 電流の注入に際しては、常伝導体（半導体）がｐ型であ
ってもｎ型であっても良く、どちらの場合にも本発明の
目的を達することができる。注入に用いるキャリアは電
子であっても正孔であっても良い。どちらの場合にも、
常伝導体（半導体）中のキャリアの非平衡な分布を生じ
、このため常伝導体（半導体）中に超電導近接効果によ
って延びた超電導領域が小さくなり、素子特性の制御が
可能となる。 電流の注入には常伝導体（半導体）とオーミツわち、ｐ
−ｎ接合、ショットキ接触、あるいは絶縁膜をはさんで
形成したトンネル接合を用いても良いことは言うまでも
ない。 次に磁界により制御する場合にあっては、電子又は正孔
の波動関数の位相が変化して反射係数が変化する。これ
により超電導体とキャリアを注入する手段との間に生じ
る電位差を変化させることができ、これらの間を流れる
電流（被制御電流）が制御できる。 光によって制御する場合には、上記常電導体に光を入射
させる手段を少なくとも含んでデバイスを構成する。 この場合、デバイスそのものは超電導状態を利用してい
るので、冷却が必要であるから低温環境下に設置され、
従って上記の光を入射させる手段としては、光ファイバ
ーを用いることが、光の減衰を小さくし、かつ外部環境
からの熱の流入を最小にするために有効である。 また本発明の超電導デバイスは電磁波の入力によっても
電流を制御できる。これを行うためには、上記常電導体
に電磁波を入射させる手段とを少なくとも含んでデバイ
スを構成する。 上記各種の制御する手段については、常伝導体中を伝搬
するキャリアの波動関数の位相のみを制御する場合、振
幅のみを制御する場合、および位相、振幅の両方を制御
する場合との３つの場合があり、制御する手段を設ける
位置に依存する１位相のみの場合、少なくとも常伝導体
へ超電導性がしみ出している部分、すなわち超電導体と
半導体の境界から常伝導体側へコヒーレンス長の５倍程
度はなれた場所に設ければよい。 振幅のみの場合、常伝導体へ超電導性がしみ出している
部分、すなわち超電導体と常伝導体の境界から常伝導体
側へコヒーレンス長さの５倍以内の場所の少なくとも一
部分又は全部に設ければよい。 位相、振幅、両方の場合は常伝導体と常伝導体へ超電導
性がしみ出している部分餅方に重なるように設ければよ
い。 この反射現象が生じるためには常伝導体と超電導体の間
にある電子あるいは正孔に対するポテンシャル障壁の高
さは、前記常電導体中のフェルミエネルギーの半分以下
であることが望ましく、さらに望ましくは１７３以下と
するのが良い。 キャリアの位相を制御する手段は、超電導体と常電導体
の境界付近の超電導性の空間変化が一定である方がデバ
イスの安定な動作に対して重要であるため、望ましくは
半導体中′の超電導コヒーレンス長さの３倍以上の距離
に超電導体と常伝導体の境界付近の超電導性が制御信号
によってほとんど変化しないように選ぶト。 つまり、超電導体と常伝導体の境界付近での電子又は正
孔の反射係数は一定で、しかも１に近い値になるように
デバイスを構成する。さらに、位相の制御による信号が
、材料中の不必要なキャリアの散乱によって乱されるの
を防ぐために、超電導体と常伝導体へのキャリアの注入
手段とのあいだの常伝導体部分の距離は、半導体中のキ
ャリアの平均自由行程の１０倍以下、より望ましくは５
倍以下に選ぶのがよい。 本発明においては、上記の常伝導体として金属。 半金属等より成る材料を用いることは望ましく、常伝導
体として半導体を用いることは最も望ましい。上記の常
伝導体として半導体材料を用いた場合には、上記の被制
御電流の制御手段として、上記の半導体に電界を印加す
る手段を用い、それは上記の半導体上に直接あるいは上
記の半導体よりも大きな電気抵抗をもった材料を介して
設けられた導体を含んで構成することができる。この場
合にはトランジスタ型の超電導デバイスを実現すること
ができる。上記の制御手段は、それぞれのデバイスにつ
いてただ一つである必要は無く、電界（ｉ！！圧）、電
流、磁界光、電磁波等から選ばれた一つまたはそれ以上
の信号の印加手段を組合せるか、あるいは信号の印加手
段を複数同時に用いることは１本発明の目的を達するた
めにｌましいことである。 本発明の目的を達するためには前記のキャリアを流し込
む手段は、その先端部の幅が１μｍ以下の針状とし、こ
の先端が常伝導体に接するようにするのが好ましい。ま
た、この流し込む手段は、常伝導体に接していて超電導
体には接していない様に設けられていることが望ましい
、これは前記のキャリアを流し込む手段と超電導体とが
直接に接していると制御された正規の信号に加えて漏洩
電流が流れ、信号制御の感度が悪くなるためである。 本発明の目的を達するためには、前記の常伝導体にキャ
リアを流し込む手段と前記の超電導体の間の電位差を検
出する手段を含んで構成されることが望ましい。制御さ
れた信号は、常伝導体にキャリアを流し込む手段と前記
の超電導体の間の電位差として現れるので、本発明の超
電導デバイスの基本的な動作はこれだけで実現できるが
、より望ましくは増幅作用のある素子、例えば半導体ト
ランジスタや超電導トランジスタ、さらにはジョセフソ
ン素子等を前記の電位差を検出する手段として使用する
ことができ、この場合にはこの電位差を検出する手段の
信号を直接に別の超電導デバイスの制御信号として入力
できる。 このような信号の制御を敏感に行うためには、前記常伝
導体にキャリアを流し込む手段から、流し込んだキャリ
アの常伝導体中のフェルミ準位から測ったエネルギーを
、上記の超電導体のデバイスの使用温度におけるギャッ
プエネルギーの値の２．０倍以下であるようにして構成
する事が望ましく、□さらに望ましくは１．０倍以下で
あるようにして構成するのがよい。 また常伝導材料の結晶欠陥などによる、デバイスの動作
に悪影響のある電子や正孔の散乱を小さく抑えるために
、常伝導体にキャリアを流し込む手段は上記の常伝導体
上に設けられ、かつ上記の超電導体と常伝導体の境界と
の庫離が上記の常伝導体中のキャリアの平均自由行程の
１０倍以下に、さらに望ましくは５倍以下に選ばれるの
が良い。 上記の電子や正孔の散乱によるデバイスの動作への悪影
響を小さくするためには前記常伝導体上における上記の
常伝導体に接して設けた電子あるいは正孔を流し込む手
段の幅は常伝導体に接する上記の超電導体よりも狭く成
るように選んで構成されていることが望ましい。 上記の常伝導体に接して設けた電子あるいは正孔を流し
込む手段を常伝導体の同じ面上に超電導体と対向して設
ける事は、デバイスの集積化を容易にする観点から非常
に望ましい。また本発明の目的は上記の常伝導体に接し
て設けた電子あるいは正孔を流し込む手段は常伝導体を
挾んで超電導体と対向させて設ける事によっても十分に
達成できることは明らかである。 本発明の常伝導体として半導体を用いる場合にあっては
上記の半導体はＳ　ｉ　、　Ｇ　ｅ　、　ＩｎＡｓ。 ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ｒｎｓｂの材料の群より選ばれた
一つまたは複数の材料によって構成することができ、こ
れらの材料は前述の信号の制御を容易に行い得る材料と
して、本発明の目的を達するために推奨されるものであ
る。一方、超電導体の材料としては、従来の金属系超電
導材料に加えて、酸化物のセラミクス材料を用いること
もデバイスの高温動作の観点から望ましく、この際には
前記の常伝導体の主たる構成元素は前記の超電導体を構
成する酸化物のセラミクス材料の主たる＃！或元素と同
一である様に選ぶことによって、材料相互の元素の拡散
によるデバイス特性の劣化を防止できる。 電流の制御は、電界（電圧）、電流、磁界信号のうちの
何れか一つまたはその組合せによって行い、本発明のデ
バイスを動作させることができることは言うまでもない
。これは上記電流の制御は、常伝導体に流し込んだ電子
又は正孔の超電導波動関数の干渉の制御によって動作す
る全く新規の本発明の一形態である超電導デバイスに対
応する。このような干渉現象は、電流の！１１１手段を
、常伝導体の一部分のみに設け、制御の状態の異なる二
つの電子あるいは正孔の波動関数を重ねあわせる事によ
っても実現できることは１本発明の超電導デバイスの構
成から容易に理解できる。 すでに述べたごとく、本発明に用いる超電導体の材料と
しては、金属系の材料、例えばＮｂ。 ｐｂ、あるいはｐｂの合金やＮｂの金属間化合物、例え
ばＮ　ｂ　Ｎ、　Ｎｂ、Ｓｎ、　Ｎｂ、Ｇｅ、　Ｎｂ５
Ａ　Ｑ　＋Ｎｂ、Ｓｉなどを用いても良いことは言うま
でもない。さらにセラミクスの超電導体を用いることは
、デバイスの高温動作の点から望ましい２その材料の例
としてはｐ−導電型の超電導体であるＹ系の酸化物超電
導体やＬａ系の酸化物超電導体、Ｂｉ系の酸化物超電導
体、ＴＱ系の酸化物超電導体を用いても本発明の目的を
十分に達することのできることは言うまでもない。また
ｎ−導電型の超電導体としてＮ　ｄ　ｚ　−ｘ　Ｃｅ　
ｘ　Ｃｕ　Ｏｙなる組成の酸化物セラミクス超電導体を
用いることも望ましく、これに換えて上記組成のＮｄの
部分をｐｒ、Ｐｍ。 Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｅｒの群より選ばれた少なくとも１
つの元素によって置き換えたもの、あるいはＣｅの部分
をＴｈ、ＴＱ、Ｐｂ、Ｂｉの群より選ばれた少なくとも
１つの元素によって置き換えたものであっても良いこと
は言うまでもない。 ｎ−導電型の超電導体としてＮｄ、−ｘｃｅｘｃｕｏｙ
なる組成の酸化物セラミクス超電導体に換えて、Ａ　！
　−Ｘ　Ｎ　ｘ　Ｃｕ　Ｏｙなる組成であって、ＡばＳ
ｒ及びＣａより選ばれた少なくとも１者、Ｎは基本結晶
構造が保たれ、２＋価よりも大きい酸化数を取りうる元
素であって良く、例えばＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ。 Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｄ、ＴＱ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｙ＋Ｉｎ
よりなる群より選ばれた少なくとも一考より戊ることを
特徴とする酸化物セラミクス超電導体を用いても本発明
の目的を達することができる。 さらにｎ−導電型の超電導体として Ａ工Ｎ　’　ｘ　Ｃｕ　Ｏｙなる組成であって、ＡはＳ
ｒ及びＣａより選ばれた少なくとも１者、Ｎ′は基本結
晶構造が保たれ、２＋価よりも大きい酸化数を取りうる
元素であって良く、例えばＬａ、Ｃｅ。 Ｐｒ、Ｎｃｉ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｄ、Ｔｆｆ、Ｐｂ。 Ｂｉ、Ｙ、Ｉｎよりなる群より選ばれた少なくとも一考
より成ることを特徴とする酸化物セラミクス超電導体を
用いても本発明の目的を達することができる。さらに本
発明の超電導体の材料に、酸化物セラミク久超電導体を
用いた場合にあっては、常伝導体としてその主たる構成
元素が前記の酸化物セラミクス超電導体の主たる構成元
素と同じである材料を用いても良い。 本発明の超電導デバイスは、超電導体を形成する工程と
、前記常伝導体にキャリアを流し込む手段を形成する工
程と、流し込んだキャリアの位相を制御する手段を形成
する工程とを、少なくとも含んで製造することができる
。この場合上記の常伝導体にキャリアを流し込む手段を
構成する材料は常電導体であることが望ましく、また上
記常伝導体にキャリアを流し込む手段を構成する材料は
超電導体であることも本発明の目的を達するためには極
めて望ましい。 また−枚の超電導薄膜を加工して対向した二つの超電導
電極であって両者の距離はキャリアの平均自由工程の１
０倍以内とする工程、及び制御電極を設ける工程を、少
なくとも含んで構成される方法によっても本発明の超電
導デバイスを製造することができる。この場合には、電
極の加工と超電導体の形成が一度にできるので、製造が
容易になり高集積のデバイスを高い歩留まりで製造でき
る利点がある。 以上述べたように、本発明によれば従来技術の問題点を
解決するとともに、全く新規の機能を有する本発明の超
電導デバイスを実現できる。

【実施例】

以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。 第Ｉの実施例は制御手段として、電界を印加してキャリ
アの振幅を制御するものである。 第１図、第２図及び第３図を用いて本発明の第１の実施
例を説明する。第１図は本発明の＠ｌの実施例による超
電導デバイスの斜図であり、第２図は超電導デバイスの
一部分の平面を示す図であり、第３図は中におけるＡ−
ＡＭについての断面図である。ｐ型の（１００）方位の
シリコン単結晶よりなる基板１の表面に熱酸化法によっ
て厚さ約１１００ｎのＳｉｏ、よりなる眉間絶縁膜２を
形成したのち、ヒ素イオンを表面濃度 ５　Ｘ　１０”ｃｍ−’にイオン注入し、続いて窒素雰
囲気中で９００℃の温度で２０分の熱処理を行い、イオ
ン注入層３を形威した。この部分が先に述べた常伝導体
（第１の固体）に対応する。このイオン注入Ｎ３の濃度
は、ｌＸ１０１５〜１×１０２０（１０２０（、より好
ましくは５　Ｘ　１０”〜Ｉ　Ｘ　１０ｇｏ（ｃｍ−３
）とする。次に、前記の層間絶縁膜２の開口４を形成し
た後に、超電導体として厚さ約１１００ｎのＮｂの薄膜
を超高真空中で蒸着した。この超電導薄膜の厚さは、次
に行う微細加工に適し、しかも材料の超電導性を損なわ
ない範囲に選定すれば良く、ここでは約１１００ｎとし
たが約１μｍから約１０ｎｍの範囲、より望ましくは約
１１００ｎから約１０ｎｍの範囲にあれば良い。 引き続いて、厚さ約２００ｎｍの電子線レジストを用い
てパターンを形威し、上記のＮｂの薄膜を反応性イオン
エツチング法によって加工し、幅が約０．０５μｍの第
１の超電導体６と、幅が約１０μｍの第２の超電導体５
とを形成した。この第１の超電導体５は先に述べたキャ
リアを流し込む手段と検出する手段とを兼ねる部分に対
応する。 また、第２の超電導体６は、先に述べた第２の固体（超
電導体）に対応する。尚、各回において、各部分の縮尺
は必ずしも同一ではないので注意を要する。次にゲート
Ｍａ膜２１として厚さ約１０ｎｍのＳｉＯ２より成る薄
膜をＣＶＤ　（化学的気相成長）法によって形成したの
ち、厚さ約２００ｎｍのＡＱ薄膜を形成して制御電極７
とした。以上によって本発明の超電導デバイスを作製す
ることができる。 この本発明の超電導デバイスを液体ヘリウム中で冷却し
て動作させると、第４図に示した様な特性を得ることが
できる。すなわちイオン注入［３と制御電極７との間に
印加した電圧Ｖにより、上記第１の超電導体６と第２の
超電導体５との間の電流７電圧特性は制御でき、本発明
の超電導デバイスはアナログ及びデジタル回路用の素子
とじて使用できる。 次に第５図及び第６図を用いて実施例２を説明する。本
実施例は、制御手段として電界を印加してキャリアの位
相のみを制御するものである。さらに第１図の構成に比
べて注入電極を２つに増やし、また制−御電極を分割し
て５個設けている事に特徴がある。 素子の形成方法については、前記実施例１と同様にイオ
ン注入Ｎ３を形成する。 次にホウ素イオンを表面濃度９　Ｘ　１０１８ｃｍ’″
１にイオン注入し続いて窒素雰囲気中で９００℃の温度
で１０分の熱処理を行い、制御電極７とした。 ここでは５個の制御電極を形成している。 次に、前記の層間絶縁膜２の開口４を形成した後に、超
電導体として厚さ約１１００ｎのＮｂの薄膜を超高真空
中で蒸着した。この超電導薄膜の厚さは、次に行う微細
加工に適し、しかも材料の超電導性を損なわない範囲に
選定すれば良く、ここでは約１１００ｎとしたが約１μ
ｍから約１０ｎｍの範囲、より望ましくは約１１００ｎ
から約１０ｎｍの範囲にあれば良い。 引き続いて、厚さ約２００ｎｍの電子線レジストを用い
てパターンを形成し、上記のＮｂの薄膜を反応性イオン
エツチング法によって加工し、幅が約０．０５μｍの超
電導体（注入電極）６、輻が約１０μｍの超電導体５と
を形成した。 本実施例においても、注入電極６は常伝導体として用い
たＳｉ半導体にキャリアを注入するための手段として用
いている。尚、各図において、各部分の縮尺は必ずしも
同一ではないので注意を要する。以上によって本発明の
超電導デバイスを作製することができる。本実施例でも
キャリアの注入手段と反射後のキャリアの検出手段は上
記の注入電極６で兼用している。またこの様に兼用して
も、発明の目的を達することができることが本発明の特
色である。 また、二つの注入電極６は、それぞれ独立にキャリアの
注入手段として使用できるので、この実施例２のデバイ
スにおいては信号の並列処理が可能になる。これは従来
の超電導デバイスにおいては実現できなかったことであ
り、本発明によって新規に可能になったものである。 第３の実施例は制御手段として電界を印加して、キャリ
アの位相、振幅の両方を制御することができる。 第７図を用いて本発明の第３の実施例を説明する。第７
図は本発明の第２の実施例による超電導デバイスの一部
分を示す平面図である。本実施例において、デバイスの
作製方法は第１の実施例と同様で良いが、制御電極７の
配置が異なっている。 すなわち第１の実施例においては第１の超電導体と第２
の超電導体の間のほぼ全体にわたって制御電極７が設け
られているのに体して、本実施例ではその一部分のみに
選択的に制御電極７を設けている点に特徴が有る。これ
はキャリアの反射が第１の超電導体の常伝導体に接した
端面全体にわたって生じ、その量子力学的波動関数の合
成が第２の超電導体への電流に影響して、これが観測さ
れるためである。従って本実施例のごとく、制御電極７
が第１の超電導体と第２の超電導体の間の−部分に設け
ている場合であっても、本発明の目的を十分に達するこ
とができる。 第４の実施例は制御手段として電界を印加して、キャリ
アの位相、振幅の両方を制御するものである。 第８図を用いて本発明の第４の実施例を説明する。第８
図は本発明の第４の実施例による超電導デバイスの一部
分を示す平面図である。本実施例においても、デバイス
の作製方法は第１及び第２の実施例と同様で良いが、制
御電極７の配置がどちらとも異なっている。すなわち第
１の実施例においては第１の超電導体と第２の超電導体
の間のほぼ全体にわたって制御電極７が設けられている
のに対して１本実施例では第１の超電導体と第２の超電
導体の間のほぼ全体にわたって制御電極７１が設けられ
さらに第１の超電導体と第２の超電導体の間の一部分の
みに選択的に＃＠電極７２を設けている点に特徴が有る
。この場合にも本発明の第２の実施例と同様にキャリア
の反射が第１の超電導体の常伝導体に接した端面全体に
わたって生じ、その量子力学的波動関数の合成が第２の
超電導体への電流に影響して観測される。しがも制御電
極を複数用いているので、複数の大刀信号を処理したり
、デバイスの動作条件を設定したりすることが容易であ
る。従って１本実施例のごとく、複数の制御電極を用い
て、しかもそのうちのいくつかの制御電極が第１の超電
導体と第２の超電導体の間の一部分のみに設けである場
合であっても１本発明の目的を十分に達することができ
る。 以上の第１の実施例、第３の実施例、第４の実施例にお
いて、電界効果型の電圧信号を用いた制御手段は、次の
ごとく超電導体と常伝導体の間のキャリアの反射を制御
する。すなわち第１の超電導体５から流し込まれたキャ
リアは、常伝導体中に染みだした超電導ペアポテンシャ
ルの形によって反射あるいは反射した後の様子が異なる
。第９図はＭ＃電極に電圧を印加した場合としない場合
とで、超電導ペアポテンシャルの値が空間的に変化する
様子を示したものである。第９図に示したごとく、常伝
導体中の特定の位置における超電導オーダパラメータの
値が変化するために、同じエネルギーＥを持って入射し
たキャリアに対する反射の生じる空間的な位置が変化す
る。この変化が第１の超電導体と第２の超電導体の間の
電流−電圧特性に影響する。 第５の実施例は制御手段として電界を印加して、キャリ
アの位相のみを制御するものである。 次に第１０図を用いて本発明の第５の実施例を説明する
。第１０図は本発明の第５の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す平面図である。 本実施例において、デバイスの作製方法は第２の実施例
と同様で良いが、制御電極７の配置が異なっている。す
なわち第２の実施例においては超電導体５と注入電極６
の間に対称な配置に一列に制御電極７が設けられている
のに対して１本実施例では制！電極７１．７２．７３の
配置が対称であるが、三列にわたって制御電極７１，７
２．７３が設けられている。従って注入電極６から注入
されたキャリアは制御電極によって三回の変調を受けた
のち超電導体５とイオン注入層３の境界で反射され、再
び三回の変調を受けたのち注入電極６へ戻る。これはキ
ャリアの反射が超電導体５のイオン注入層３に接した端
面全体にわたって生じ、位相がずれた量子力学的波動関
数の合成が注入電極への電流に影響して、これが観測さ
れるためである。従って本実施例のごとく、制御電極７
１゜７２．７３が超電導体と注入電極の間に複数段けで
ある場合であっても、本発明の目的を十分に達すること
ができる。 第６の実施例は制御手段として電界を印加して、キャリ
アの位相のみをｉｌｌするものである。 次に第１１図を用いて本発明の第６の実施例を説明する
。第１１図は本発明の第６の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す平面図である。 本実施例においても、デバイスの作製方法はキャリアの
位相を制御する第２及び第４の実施例と同様で良いが、
制御電極７の配置がどちらとも異なっている。すなわち
第２の実施例においては超電導体５と注入電極６の間に
対称な配置に一列に制９４電極７が設けられており、第
４の実施例では制御電極７１，７２．７３の配置は対称
である。これに対して本実施例では三列の制御電極７１
゜７２．７３の配置が非対称である点に特徴が有る。 この場合にも本発明の第４の実施例と同様にキャリアの
反射が超電導体５のイオン注入層３に接した端面全体に
わたって生じ、位相のずれたその量子力学的波動関数の
合成が注入電極６への電流に影響して観測される。しか
も制御電極を複数用いているので、複数の入力信号を処
理したり、デバイスの動作条件を設定したりすることが
容易であり、より複雑なデバイスの機能を実現できる。 以上の第２．第５．第６の実施例において、電界効果型
の電圧信号を用いた制御手段は、次のごとく超電導体と
常伝導体の間のキャリアの反射を制御する。すなわち注
入電極６から流し込まれたキャリアは、常伝導体である
イオン注入層３の中に設けた制御電極７１，７２，７３
に電圧を印加することによって、波動関数の位相が変化
する。 従って制御電極７１，７２．７３の有る場所と無い場所
で波動関数の位相に差が生じ、従って超電導体５とイオ
ン注入Ｎ３の境界で位相共役な、即ち運動量ベクトルが
反射の前後で大きさは同じで。 符号が逆転するような反射を経て注入電極に戻った超電
導電子波の信号は、干渉効果によって、値が変化する。 このため本発明の超電導デバイスにおいては、複数の信
号を複雑に並列制御することが可能になる。 第１２図は、本発明の第２．第５．第６の実施例におい
て、制御電極に電圧を印加した場合（第１２図、曲！ａ
）としない場合と（第１２図、曲１ＩＡｂ、ｃ）で、超
電導電極５と注入電極６．６エ等との間の電圧−電流特
性の変化を示したものである。制御電極７または７１，
７２．７３に電圧を印加することによって波動関数の位
相が変化する。従って制御電極の有る場所と無い場所で
波動関数の位相に差が生じ、上述のごとくに注入電極に
戻った超電導電子波の信号は、干渉効果によって、値が
変化する。 第７の実施例は制御手段として電界を印加して、キャリ
アの位相のみを制御するものである。 第１３図を用いて本発明の第７の実施例を説明する。第
１３図は本発明の第７の実施例による超電導デバイスの
一部分の平面を示す図である。ｐ型の（１ｏＯ）方位の
シリコン単結晶よりなる基板１の表面に分子線成長法に
よってｎ−型単結晶シリコンよりなる常伝導体３１の部
分と、ｐ−型単結晶シリコンよりなる注入型ｆｉ６１，
６２゜６３とニッケルシリサイドからなる制御電極７１
゜７２．７３．７４を形成した。常伝導体３１の部分の
厚さは０．３μｍである。最後に、超高真空蒸着法によ
って厚さ３００ｎｍのＮｂ薄膜５よりなる超電導体５を
形成し、本発明の超電導デバイスを実現することができ
る。 以上の実施例においては、半導体中にキャリアの蓄積層
を形成して、超電導近接効果を制御したが、これに限ら
れるものではない。半導体中に反転層を形成し、この部
分の超電導近接効果を制御することによっても、本発明
の目的を十分に達することができるのは言うまでもない
。 さらに半導体部分の導電性に関しても、ｐ型であっても
、あるいはｎ型であっても良い。これはどちらの場合に
も、超電導近接効果によって半導体中に超電導領域が染
み出すためである。 また実施例１，３．４ではＭＯＳ型の制御手段を用いた
。これは半導体にシリコンを用いた際にはＭＯＳ型の制
御手段が最も製造上の再現性に優れているためであるが
、これに限られるものではない。人工的に設けたｌＩｌ
！縁物を介して制御導体を形成するＭＩＳ型、あるいは
ショットキ障壁を利用したＭＥＳ型であっても良いこと
は言うまでもない。またｐ−ｎ接合を利用したジャンク
ションＦＥＴ型にした制御手段を用いることも本発明の
望ましい、実施形態の１つである。また実施例２゜５．
６．７のように半導体中に埋め込んで形成した制御電極
を用いることも好ましい。 第８の実施例は制御手段として磁界を印加して、キャリ
アの位相、振幅の両方を制御するものである。 第１４図を用いて本発明の第８の実施例を説明する。第
１４図は本発明の第８の実施例による超電導デバイスの
一部分の平面を示す図である。ｐ型の（１００）方位の
シリコン単結晶よりなる基Ｆｉ、１の表面に熱酸化法に
よって厚さ約１１００ｎのＳｉｏ、よりなる眉間！＠縁
膜２を形威した３この上に厚さ約２００ｎｍのＡｎ薄膜
を形成して常伝導体８とした後に、絶縁膜２１として厚
さ約１１００ｎのＳｉｎ、より成る薄膜をＣＶＤ　（化
学的気相成長）法によって形威し、前記の層間絶縁膜２
の開口４を形成した後に、超電導体として厚さ約１１０
０ｎのＮｂの薄膜を超高真空中で蒸着した。この超電導
薄膜の厚さは、次に行う微細加工に適ししかも材料の超
電導性を損なわない範囲に選定すれば良い。引き続いて
、厚さ約２００ｎｒｎの電子線レジストを用いてパター
ンを形威し、上記のＮｂの薄膜を反応性イオンエツチン
グ法によって加工し、幅が約０．０５μｍの第１の超電
導体６と、幅が約１０μｍの第２の超電導体５とを形成
した。尚、各回において、各部分の縮尺は必ずしも同一
ではないので注意を要する。次にゲートの絶縁膜２１と
して厚さ約１０ｎｍのＳｉＯ２より成る薄膜をＣＶＤ　
（化学的気相成長）法によって形威したのち、厚さ約２
００ｎｍのＡＱ薄膜を形成して制御電極７とした。以上
によって本発明の超電導デバイスを作製することができ
る。本実施例では制御電極７は電界効果用ではなく、磁
界を常伝導体８に印加するための配線として使用する。 制御電極７に電流を流すと第２の超電導体５と常伝導体
８の境界で磁界によって電子あるいは正孔の波動関数の
位相が変化する。更に常伝導体の超電導ペアポテンシャ
ルは減少する。従って電界効果の場合と同様に第２の超
電導体５と常伝導体８の境界における電子またば正孔の
反射係数を制御することができる。すなわち本発明の超
電導デバイスが動作する。 第９の実施例は制御手段として磁界を印加して、キャリ
アの位相のみを制御するものである。 第１５図を用いて本発明の第９の実施例を説明する。第
１５図は本発明の第９の実施例による超電導デバイスの
一部分を示す平面図である。常伝導体の材料としてはＳ
ｉ半導体を用いる。すなわちｐ型の（１００）方位のシ
リコン単結晶よりなる基板１の表面に熱酸化法によって
厚さ約１１００ｎのＳｉｏ、よりなる層間絶縁膜２を形
成したのち、ヒ素イオンを表面濃度５　Ｘ　１０”ｃｎ
＋−’にイオン注入し、続いて窒素雰囲気中で９００℃
の温度で２０分の熱処理を行い、イオン注入層３を形威
した。次に、前記の層間絶縁膜２の開口４を形成する。 以下、本実施例はデバイスの作製方法は第２若しくは第
４の実施例と同様で良いが、′制御電極７の配置及び機
能が異なっている。すなわち本実施例では超電導体５と
注入＠極６の間のほぼ全体にわたって制＠電極７が設け
られている点に特徴が有る。しかし、超電導体５と注入
電極６の間の一部分に非対称に設けても本発明の目的を
達することができることは言うまでもない。ここで制御
電極７は磁界印加による制御手段である。この場合にも
その量子力学的波動関数の合成が注入電極への電流に影
響してこれが観測される。 第１０の実施例は制御手段として磁界を印加して、キャ
リアの位相、振幅の両方を制御するものである。 第１６図を用いて本発明の第１０の実施例を説明する。 第１６図は本発明の第１Ｏの実施例による超電導デバイ
スの一部分の平面を示す図である。 ｐ型の（１００）方位のシリコン単結晶よりなる基板１
の表面に熱酸化法によって厚さ約１１００ｎの５ｉ０２
よりなる層間絶縁膜２を形成する。 次に、厚さ約１１００ｎのＭｏシリサイドの薄膜を超高
真空中で蒸着した。引き続いて、厚さ約２００ｎｍの電
子線レジストを用いてパターンを形成し、上記のＭｏシ
リサイドの薄膜を反応性イオンエツチング法によって加
工し、幅が約０．０５μｍの第１の超電導体６を形威し
た。この上に多結晶Ｓｉより成る厚さ約５０ｎｍの薄膜
をＣＶＤ　（化学的気相成長）法によって形威し常伝導
体８とし、続いてヒ素イオンを表面濃度５×１０１８ｃ
ｍ−３にイオン注入し、続いて窒素雰囲気中で９００℃
の温度で５分の熱処理を行い、イオン注入層３を形成し
た０次に、超電導体として厚さ約１１００ｎのＮｂの薄
膜を超高真空中で蒸着し第２の超電導体とした。ゲート
の絶縁膜２１として厚さ約１０ｎｍのＳｉＯ２より成る
薄膜をＣＶＤ（化学的気相成長）法によって形成したの
ち、厚さ約２００ｎｍのＡＩ２薄膜を形成して制御電極
７とした。以上によって本発明の超電導デバイスを作製
することができる。この実施例では超電導デバイスは、
電子または正孔を常伝導体の流し込む手段と、超電導体
とが常伝導体を挾んで配置されている。制御電極７は電
界効果型としても、磁界効果型としても使用可能である
ことは言うまでもない。 第１１の実施例は制御手段として光、または電界を印加
して、キャリアの位相、振幅の両方を制御するもの（第
１７図）および光または電界を印加してキャリアの位相
のみを制御するもの（第１８図）である。 第１７図および第１８図を用いて本発明の第１１の実施
例を説明する。第１７図、第１８図は本発明の第１１の
実施例による超電導デバイスの一部分を示す平面図であ
る。本実施例において、デバイスの作製方法は第１７図
の素子については第１の実施例と同様、第１８図の素子
について（ｉ第２の実施例と同様で良いが、各々更に相
伝導体領域への光の入射手段が付加されている点が異な
っている。光の入射手段としては光ファイバ９を用いて
いるが、これに限るものではなく例えば本発明の超電導
デバイスと同じ基板上に形成した光導波路や導波管を用
いても良いことは言うまでもない。この場合入射した光
によって常伝導体中のキャリア濃度が増加し、超電導ペ
アポテンシャルの値が空間的に変化するので、常伝導体
中の特定の位置における超電導オーダパラメータの値が
変化して、電界効果による制御手段を用いた場合と同様
にして電子または正孔の反射あるいは透過確率が変化し
て、常伝導体と超電導体の境界を横切って流れる電流を
制御し、本発明の目的を十分に達することができる。 本実施例の第１７図の素子においては、ＡＱａ膜を用い
てＭＯＳ型の制御電極７を形成したが、素子に入射する
光を有効に半導体中へ取り入れるためには、Ｉｎ、Ｏ，
、ＳｎＯ，等の酸化物半導体材料を用いることが望まし
い。これは、これ等の材料が高い導電性を有しつつも、
光学的には透明であり、従って信号としての入射光が素
子特性を制御する際の効率が高くなる利点があるためで
ある。 第１２図の実施例は制御手段として電磁波を印加して、
キャリアの位相、振幅の両方を制御するものである。 第１９図を用いて本発明の第１２の実施例を説明する。 第１９図は本発明の第１２の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す上面図である。 本実施例において、デバイスの作製方法は第１の実施例
と同様で良いが、更に相伝導体領域への電磁波の入射手
段が付加されている点が本発明の第１実施例とは異なっ
ている。電磁波の入射手段としては導波管１０を用いて
いるが、これに限るものではない。本実施例によれば、
入射した電磁波によって電子または正孔の反射あるいは
透過確率が変化して、常伝導体と超電導体の境界を横切
って流れる電流を制御し、本発明の目的を十分に達する
ことができる。 第１３の実施例は制御手段として電界と磁界とを組合わ
せて印加して、キャリアの位相、振幅の両方を制御する
ものである。 第２０図を用いて本発明の第１３の実施例を説明する。 第２０図は本発明の第１３の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す上面図である。 常伝導体の材料としてＩｔＳｉ半導体を用いる。すなわ
ちｐ型の（１００）方位のシリコン単結晶よりなる基板
１の表面に熱酸化法によって厚さ約１１００ｎのＳ　ｉ
ｏ、よりなる層間絶縁膜２を形成したのち、ヒ素イオン
を表面濃度５Ｘ１０１″ｃｎａ−’にイオン注入し、続
いて窒素雰囲気中で９００℃の温度で２０分の熱処理を
行い、イオン注入層３を形成した。次に、前記の層間絶
縁膜２の開口４を形成する。以下、本実施例はデバイス
の作製方法は第１．第３．第４、もしくは第８の実施例
と同様で良いが、制御電極７の配置及び機能が異なって
いる。すなわち第８の実施例においては第１の超電導体
と第２の超電導体の間の（工ぼ全体にわたって制御電極
７が設けられているのに対して、本実施例では第１の超
電導体と第２の超電導体の間のほぼ全体にわたって制御
電極７３が設けられさらに第１の超電導体と第２の超電
導体の間の一部分のみに選択的に制御電極７４を設けて
いる点に特徴が有る。ここで制御電極７３は電界効果型
の、制ｆＩｌ電極７４は磁界印加による制御手段である
。この様に異なった方式の制御手段を組合せて使用した
場合にも本発明の第３の実施例と同様に、キャリアの反
射が第１の超電導体の常伝導体に接した端面全体にわた
って生じ、その量子力学的波動関数の合成が第２の超電
導体への電流に影響してこれがｉｌｌ測される。しかも
制御電極を複数用いているので、複数の異なる方式の入
力信号を処理したり、デバイスの動作条件を設定したり
することが容易である。 第１４の実施例は、本発明の超電導デバイスを従来の超
電導デバイスと組合せて超電導回路を構成したものであ
る。 第２１図、第２２図を用いて本発明の第１４の実施例を
説明する。第２１図、第２２図は本発明の第１４の実施
例による超電導回路の一部分を示す上面図である。本実
施例において、第２王図は第１の実施例の超電導デバイ
スを、第２２図は第２の実施例の超電導デバイスを用い
、従来公知の超電導体を用いたトンネル型ジュセフソン
接合素子１０あるいは電界効果型の超電導トランジスタ
１１とを組合せて超電導回路を構成しており、本発明の
一形態に対応する。このように従来の超電導デバイスと
組合せて回路を形成することにより、例えば本発明に係
る超電導デバイスを先に第１７図、第１８図に示したよ
うな構成とすれば、本発明に係る超電導デバイスで検出
した光信号を処理するための、回路の高機能化と信号処
理の高速化を実現できる利点が有り、従来技術では実現
できない高度の情報処理が可能に成る観点から、極めて
望ましい本発明の一形態である。 第１５の実施例は制御手段として、電圧、電流。 磁界のうちの少なくとも一つを印加し、キャリアの位相
、振幅の両方の制御をするものである。 第２３図を用いて本発明の第１５の実施例を説明する。 第２３図は本発明の第１５の実施例による超電導デバイ
スの一部分を示す上面図である。 本実施例において、デバイスの作製方法は第１の実施例
と同様で良いが、電子又は正孔を常伝導体に流し込む手
段を超電導体を用いて構成した点に特徴が有る。上述の
電子あるいは正孔の常伝導体と超電導体の境界における
反射は、＠子あるいは正孔を流し込む手段が超電導体を
用いて構成されている場合には、この二つの超電導体と
常伝導体の境界において繰返して発生する。従って電子
あるいは正孔を流し込む手段が超電導体を用いて構成さ
れた場合には、特別の利点が有って、上記の常伝導体と
これに接して設けた超電導体とを介して流れる電流を制
御して、前記電流又は微分抵抗の同一の値が異なった制
御の条件において実現し、これを２値以上の多値の論理
に対応させて動作させる事が可能となる。第２４図は本
実施例におけるデバイスの二つの超電導体の間の電流−
電圧特性であって、電界効果型の制御信号によって特性
を制御しつつ、２値以上の多値の論理に対応させて動作
させる事が可能という新規の機能を有する超電導デバイ
スを実現でき、非常に望ましい本発明の一形態である。 この場合にも上記の電流の制御は、電圧、電流、′ｍ界
のうちの何れか一つまたはその組合せによって行い、本
発明のデバイスを動作させることができることは言うま
でもない。 これは上記の電流を制御は、常伝導体に流し込んだ電子
又は正孔の超電導波動関数の干渉の制御によって動作す
る全く新規の本発明の一形態である超電導デバイスに対
応する。このような干渉現象は、電流の制御手段を、常
伝導体の一部分のみに設け、制御の状態の異なる二つの
電子あるいは正孔の波動関数を重ねあわせる事によって
も実現できることは、本発明の超電導デバイスの構成か
ら容易に理解できるのである。 本実施例は、本発明の超電導デバイスを用い、アナログ
演算処理機能を有する超電導デバイスを作成したもので
ある。 第２Ｓ図は本発明の第１６の実施例による超電導デバイ
スとその使用方法を示すブロック図である。Ｎｂ薄膜よ
りなる超電導体５とＳｉよりなる常伝導体３１に制御電
極７１，７２．７３と注入電極６１，６２，６３，６４
が設けられて、本発明の超電導デバイスが構成されてい
る。キャリアの注入手段と反射後のキャリアの検出手段
は上記の注入電極６１，６２，６３．６４で兼用してい
る。この注入電極６１，６２，６３，６４は抵抗１０１
．１０２，１０３，１０４を介して電源端子２０１，２
０２，２０３，２０４につながッテおり、それぞれの電
源端子に定電流が供給されている。このため各電源端子
２０１，２０２゜２０３．２０４には、制御電極７１，
７２．７３の信号によって並列に制御された電圧信号が
出力されている。尚、これら２０１〜２０４の電圧の基
準は接地電位とした超電導体５である。すなわち２０１
〜２０４の電圧は、超電導体５と各注入電極６１〜６４
との間の電位差である。デバイスの高速動作の観点から
は、この電圧信号をそのまま使用することが望ましいが
、第１０図に示した如くに超電導トランジスタ等の高速
デバイスを増幅器３００として使用し、その出力４０１
，４０２．４０３，４０４を装置としての出力信号とし
て、これを用いて他のデバイスや装置を開動することも
、本発明の極めて望ましい実施形態である。 本実施例においては、３種の信号を並列に処理し、その
結果として４種の出力信号を得ている。この様に、本発
明では信号の処理を、キャリアの波動性を利用して、多
重化あるいは並列化している。 この様な機能は光デバイスの分野ではしばしば高度な情
報処理機能を実現するために使用されているが、固体デ
バイスあるいは電子デバイスの分野、特に超電導デバイ
スの分野ではまったく新規である。このため本発明の超
電導デバイスのニューロ計算機や人工知能デバイスとし
て好適である。

【発明の効果】

以上述べた様に本発明によれば、従来技術の持つ問題点
を解決し、消＊電力が小さく、高速動作に適し、かつ信
号の並列処理能力に優れ、従って大規模な集積回路の構
成に好適な超電導デバイスが実現できる。また本発明に
よれば、従来の超電導デバイスでは実現できなかった２
種以上の多値論理の扱える素子を新規に実現できる利点
がある。 さらに本発明によれば、電界、電磁波、光、磁界に応答
し、論理信号の処理機能を有する新規な超電導回路を実
現できる。特に本発明の超電導デバイスは構造がトラン
ジスタ型であって、例えば電圧制御で超電導電流を制御
できるので、超高速でかつ低消費電力のスイッチングデ
バイスを実現できる。またトランジスタ型のデバイスで
あるので、これを用いて超電導集積回路を容易に作製す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の超電導デバイスの斜視
図、第２図は本発明の第１の実施例の超電導デバイスの
一部分の平面図、第３図は本発明の第１の実施例の超電
導デバイス中におけるＡ−Ａ線についての断面図、第４
図は本発明の超電導デバイスを液体ヘリウム中で冷却し
て動作させた時の特性を示す図、第５図は本発明の第５
の実施例の超電導デバイスの一部分の平面図、第６図は
本発明の第２の実施例の超電導デバイス中におけるＡ−
Ａ線についての断面図、第７図は本発明の第３の実施例
による超電導デバイスの一部分の平面図、第８図は本発
明の第４の実施例による超電導デバイスの一部分の平面
図、第９図は本発明の第４の実施例による超電導ペアポ
テンシャルの値が空間的に変化する様子を示した図、第
１０図は本発明の第５の実施例による超電導デバイスの
一部分の平面図、第１１図は本発明の第６の実施例によ
る超電導デバイスの一部分の平面図、第↓２図は本発明
の第２．第５．第６の実施例において制御電極に電界を
印加した場合としない場合での電圧−電流特性を示す図
、第１３図は本発明の第７の実施例による超電導デバイ
スの一部分の平面図、第１４図は本発明の第８の実施例
による超電導デバイスの一部分の平面図、第１５図は本
発明の第９の実施例による超電導デバイスの一部分の平
面図、第１６図は本発明の第１０の実施例による超電導
デバイスの一部分の平面図、第１７図は本発明の第１１
の実施例による超電導デバイスの一部分の平面図、第１
８図は本発明の第１１の実施例による超電導デバイスの
一部分の平面図、第１９図は本発明の第１２の実施例に
よる超電導デバイスの一部分の平面図、第２０＠は本発
明の第１３の実施例による超電導デバイスの一部分を示
す平面図、第２１図、第２２図は本発明の第１４の実施
例による超電導デバイスの一部分を示す平面図、第２３
図は本発明の第１５の実施例による超電導デバイスの一
部分を示す平面図、第２４図は本発明の第１５の実施例
によるデバイスの二つの超電導体の間の電流−電圧特性
を示す図、第２５図は本発明の第１６の実施例による超
電導デバイスとその使用方法を示すブロック図である。 符号の説明 ｌ・・・基板、２・・・層間總縁膜、３・・・イオン注
入層３１・・・常伝導体、４・・・開口、５・・・超電
導体、６・・・注入電極、７・・・制御！ｌ電極、８・
・・常電導体、９・・・光ファイバ、ｌＯ・・・トンネ
ル型ジョセフソン素子、１１・・・電界効果型超電導ト
ランジスタ。 茅 ！ 図 第 図 ｄ〉 電圧 第５図 第２図 ズーフ゛・ハ゛ラメーグ 斗′ｊ惨ｙｔ斥ルレ 第ｔｏ　Ｉ￥ｌ 茎 １ 図 第１２図 電圧（％Ｖ） ｂ　Ｃ：制褌Ｆイを号あソ ４７３図 １ １ 第７４図 第１５図 第１６図 第１７図 茅Ｉ２図 第１ｑ図 第２θ図 ７Ｊ 第２Ｉ図 ／ 第２２図 ／／ 第２３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フェルミ統計に従うキャリアが伝播する第１の固体
   と、 上記第１の固体と接し、内部にポーズ統計に従うキャリ
   アを含む第２の固体と、 上記第１の固体にキャリアを流し込む手段と、上記第２
   の固体と上記第１の固体との境界付近で反射され、上記
   第１の固体中を伝播するキャリアを検出する手段と、 上記第１の固体中を伝搬するキャリアの位相および振幅
   の少なくとも一方を制御する手段とを少なくとも有する
   ことを特徴とする超電導デバイス。 ２、請求項１において、上記検出する手段と上記キャリ
   アを流し込む手段とは同一の手段であることを特徴とす
   る超電導デバイス。 ３、請求項１において、上記の第１の固体中を伝播する
   フェルミ統計に従うキャリアは電子または正孔であるこ
   とを特徴とする超電導デバイス。 ４、請求項１において、上記第１の固体は半導体、半金
   属、および金属のうちの少なくとも一つによって構成さ
   れることを特徴とする超電導デバイス。 ５、請求項４において、上記第１の固体は半導体である
   ことを特徴とする超電導デバイス。 ６、請求項１において、上記第２の固体は超電導体によ
   り構成されることを特徴とする超電導デバイス。 ７、請求項１において、上記反射は位相共役は誘導反射
   であることを特徴とする超電導デバイス。 ８、請求項１において、上記第１の固体中を伝搬するキ
   ャリアの制御は、電界、電流、磁界光および電磁波のう
   ち少なくとも一つを上記第１の固体に印加することによ
   って行なわれることを特徴とする超電導デバイス。 ９、請求項８において、上記制御は、制御電極に電圧を
   印加して電界により第１の固体中のキヤリア濃度を変化
   させることにより行なわれることを特徴とする超電導デ
   バイス。 １０、請求項９において、上記制御は上記キャリア濃度
   の変化により第１の固体中のコヒーレンス長さを変化さ
   せることにより行われることを特徴とする超電導デバイ
   ス。 １１、請求項８において、上記制御は上記第１の固体に
   電流を印加して、上記第１の固体中の超電導コヒーレン
   ス長さを変化させることにより行なわれることを特徴と
   する超電導デバイス。 １２、請求項８において、上記制御は、上記第１の固体
   に磁界を印加することにより行われることを特徴とする
   超電導デバイス。 １３、請求項８において、上記制御は光ファイバーを介
   して上記第１の固体に光を入射させることにより行われ
   ることを特徴とする超電導デバイス。 １４、請求項８において、上記制御は上記第１の固体に
   電磁波を入射させることにより行われることを特徴とす
   る超電導デバイス。 １５、請求項１において、上記キャリアを流し込む手段
   と上記検出する手段とは共通に用いられる手段であり、
   かつ上記共通に用いられる手段を複数個有することを特
   徴とする超電導デバイス。 １６、請求項１５において、上記共通に用いられる複数
   個の手段に流れる電流を個別に制御することにより並列
   信号処理を行うことを特徴とする超電導デバイス。 １７、請求項１において、上記超電導デバイスはさらに
   上記キャリアを流し込む手段と上記第２の固体との間の
   電位差を検出する手段を有することを特徴とする超電導
   デバイス。 １８、請求項１において、上記第１の固体と上記第２の
   固体との境界付近での電子又は正孔の反射係数は１であ
   ることを特徴とする超電導デバイス。 １９、請求項１において、上記第２の固体と上記流し込
   む手段とのあいだの第１の固体部分の距離は上記第１の
   固体中のキャリアの平均自由行程の１０倍以下であるこ
   とを特徴とする超電導デバイス。 ２０、請求項１９において、上記第２の固体と上記流し
   込む手段のあいだの第１の固体部分の距離は、上記第１
   の固体中のキャリアの平均自由行程の５倍以下であるこ
   とを特徴とする超電導デバイス。 ２１、請求項１において上記流し込む手段が超電導体を
   用いて構成されることを特徴とする超電導デバイス。 ２２、請求項２１において第１の固体とこれに接して設
   けた超電導体とを介して流れる電流を制御することによ
   り、前記電流又は微分抵抗の同一の値が異なった制御の
   条件において実現されることを特徴とする超電導デバイ
   ス。 ２３、請求項２２において、上記異なった制御の条件を
   多値の論理に対応させて動作させることを特徴とする超
   電導デバイス。 ２４、半導体層と、 上記半導体層上に互いに隔てられて設けられた第１、お
   よび第２の超電導体層と、 上記第１および第２の超電導体層の間の上記半導体層の
   上にまたは上記半導体層の内部に設けられた導体層とを
   有し、 上記第１および第２の超電導体層は少なくとも一部が上
   記半導体層に接し、 上記第１および第２の超電導体層の上記半導体層に接す
   る領域は互いに対向し、かつ 上記第１の超電導体層が上記半導体層に接する領域の幅
   は、上記第２の超電導体層が上記半導体層に接する領域
   の幅よりも大きいことを特徴とする超電導デバイス。 ２５、請求項２４において、上記半導体はシリコン半導
   体であることを特徴とする超電導デバイス。 ２６、請求項２５において、上記シリコン半導体はシリ
   コン基板であることを特徴とする超電導デバイス。 ２７、請求項２４において、上記半導体はシリコン半導
   体であり、上記第１および第２の超電導体層の間の上記
   シリコン半導体の不純物濃度は５×１０＾１＾８ｃｍ＾
   −＾３〜１×１０＾２＾０ｃｍ＾−＾３であることを特
   徴とする超電導デバイス。 ２８、請求項２４において、上記第１および第２の超電
   導体は金属系超電導材料により構成されることを特徴と
   する超電導デバイス。 ２９、請求項２８において、上記第１および第２の超電
   導体はニオブにより構成されることを特徴とする超電導
   デバイス。 ３０、請求項２４において、上記第１および第２の超電
   導体は酸化物系超電導材料により構成されることを特徴
   とする超電導デバイス。 ３１、請求項２４において、上記第２の超電導体層が上
   記半導体層に接する部分は針状であることを特徴とする
   超電導デバイス。 ３２、請求項３１において、上記針状の第２の超電導体
   層の幅は０．１μｍ以下であることを特徴とする超電導
   デバイス。 ３３、請求項２４において、上記第１および第２の超電
   導体層の間の距離は０．１μｍ以下であることを特徴と
   する超電導デバイス。 ３４、請求項２４において、上記導体層は半導体層の上
   にあることを特徴とする超電導デバイス。 ３５、請求項２４において、上記導体層は半導体層の内
   部にあることを特徴とする超電導デバイス。 ３６、請求項３４において、上記導体層は上記半導体層
   上に絶縁膜を介して設けられることを特徴とする超電導
   デバイス。 ３７、請求項２４において、上記導体層は電圧が印加さ
   れる制御電極であることを特徴とする超電導デバイス。 ３８、請求項２４において、上記第１および第２の超電
   導体層の間をキャリアが流れることを特徴とする超電導
   デバイス。 ３９、請求項２４において、上記第２の超電導体層は上
   記半導体層にキャリアを注入する手段であることを特徴
   とする超電導デバイス。 ４０、請求項２４において、上記第２の超電導体層は上
   記半導体層にキャリアを注入する手段であり、かつ上記
   キャリアを検出する手段であることを特徴とする超電導
   デバイス。 ４１、請求項２４において、上記導体層に印加される電
   圧に応答して上記キャリアの位相、振幅のうちの少なく
   とも一方を制御することを特徴とする超電導デバイス。 ４２、請求項１ないし４１のいずれかに記載の超電導デ
   バイスと、他の超電導デバイスとを組合せて構成したこ
   とを特徴とする超電導回路。