JPH0341783A - 電界効果型超電導トランジスタ装置の製造方法 - Google Patents
電界効果型超電導トランジスタ装置の製造方法Info
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- JPH0341783A JPH0341783A JP1175461A JP17546189A JPH0341783A JP H0341783 A JPH0341783 A JP H0341783A JP 1175461 A JP1175461 A JP 1175461A JP 17546189 A JP17546189 A JP 17546189A JP H0341783 A JPH0341783 A JP H0341783A
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Classifications
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は高速、低消費電力でスイッチング動作を行なう
超電導スイッチング装置等超電導エレクトロニクスの分
野に係り、とくに液体窒素温度で動作可能な酸化物超電
導トランジスタ装置に関するものである。
超電導スイッチング装置等超電導エレクトロニクスの分
野に係り、とくに液体窒素温度で動作可能な酸化物超電
導トランジスタ装置に関するものである。
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物をはじめとするＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ
酸化物（Ｌｎ ： Ｌａ、Ｎｄ、 Ｓｍ。
酸化物（Ｌｎ ： Ｌａ、Ｎｄ、 Ｓｍ。
Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｅｒなどの希土類元素）超電
導材料は超電導臨界温度（Ｔｃ）が９０に以上であり、
液体窒素温度（７７Ｋ）において完全な超電導性を示す
ものである。これらＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物等の超電導材
料をエレクトロニクス、特にスイッチングデバイスの分
野に応用するためには基本的な超電導能動素子である超
電導トランジスタを得る必要がある。
導材料は超電導臨界温度（Ｔｃ）が９０に以上であり、
液体窒素温度（７７Ｋ）において完全な超電導性を示す
ものである。これらＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物等の超電導材
料をエレクトロニクス、特にスイッチングデバイスの分
野に応用するためには基本的な超電導能動素子である超
電導トランジスタを得る必要がある。
このためにはＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物等の超電導薄膜が基
板上でエピタキシャル成長することが重要である。最も
一般的には、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物等の超電導材料と結
晶の格子定数のマツチングの良いチタン酸ストロンチウ
ム（ＳｒＴｉＯ，）が基板として用いられる。この場合
、例えば（１００）ＳｒＴｉ０３基板上では、Ｙ−Ｂａ
−Ｃｕ酸化物超電導材料のａ軸が基板面に垂直方向にエ
ピタキシャル成長する。また（１１０）ＳｒＴｉＯ，基
板上では、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導材料のＣ軸が基
板面に平行にエピタキシャル成長する。
板上でエピタキシャル成長することが重要である。最も
一般的には、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物等の超電導材料と結
晶の格子定数のマツチングの良いチタン酸ストロンチウ
ム（ＳｒＴｉＯ，）が基板として用いられる。この場合
、例えば（１００）ＳｒＴｉ０３基板上では、Ｙ−Ｂａ
−Ｃｕ酸化物超電導材料のａ軸が基板面に垂直方向にエ
ピタキシャル成長する。また（１１０）ＳｒＴｉＯ，基
板上では、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導材料のＣ軸が基
板面に平行にエピタキシャル成長する。
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物を用いた超電導トランジスタ、あ
るいは超電導三端子素子としてはＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物
薄膜から成る超電導弱結合に対してＡｆｆ薄膜から成る
電流注入電極を備えた、いわゆる電流注入スイッチング
素子が作製されている。この例は第４９回応用物理学会
学術講演会予稿集第■分冊１５１頁（１９８８年）にお
いて記載されている。
るいは超電導三端子素子としてはＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物
薄膜から成る超電導弱結合に対してＡｆｆ薄膜から成る
電流注入電極を備えた、いわゆる電流注入スイッチング
素子が作製されている。この例は第４９回応用物理学会
学術講演会予稿集第■分冊１５１頁（１９８８年）にお
いて記載されている。
酸化物超電導材料を液体窒素温度で動作可能なエレクト
ロニクス、特にスイッチングデバイスの分野に応用する
ためにはＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物等の超電導薄膜が基板上
でエピタキシャル成長することが重要である。このため
には酸化物超電導材料と結晶の格子定数のマツチングの
良い基板材料や下地材料を選ぶ必要がある。最も一般的
には、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物等の超電導材料と結晶の格
子定数のマツチングの良いチタン酸ストロンチウム（Ｓ
ｒＴｉＯ３）が基板として用いられ、この上に酸化物超
電導薄膜をエピタキシャル成長させる。結晶性の良い酸
化物超電導薄膜をエピタキシャル成長させるには、成膜
中の基板温度は４００℃〜８００℃に加熱して行なわれ
る。また成膜中に酸化物薄膜中の欠損酸化量を補うため
に、成膜後に酸素雰囲気中で熱処理が行なわれる。この
場合５基板材料の構成元素である例えばＴｉが超電導膜
中に拡散して侵入し、超電導特性、特に臨界温度を劣化
させる問題がある。また、酸化物系超電導膜を用いた超
電導トランジスタを形成するにはＳｉやＧａＡｓなどの
半導体基板上に前記超電導膜を形成することが考えられ
る。しかし、ＳｉやＧａＡｓ基板上では超電導膜の形成
中に相互に反応して超電導特性を劣化させる問題がある
。さらに電界効果型トランジスタなどのスイッチング素
子を形成するには、酸化物超電導薄膜の上部あるいは下
部、あるいはその一部分に半導体層を形成する必要があ
る。この場合も、超電導薄膜と半導体層あるいは基板と
半導体層との界面には反応層が形成されないことが必要
である。さらには半導体層と超電導薄膜がお互いにエピ
タキシャル成長じやすいことが必要である。さらに半導
体層の構成元素の一部を超電導膜中に侵入しても超電導
特性を顕著に劣化させない材料を選ぶ必要がある。
ロニクス、特にスイッチングデバイスの分野に応用する
ためにはＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物等の超電導薄膜が基板上
でエピタキシャル成長することが重要である。このため
には酸化物超電導材料と結晶の格子定数のマツチングの
良い基板材料や下地材料を選ぶ必要がある。最も一般的
には、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物等の超電導材料と結晶の格
子定数のマツチングの良いチタン酸ストロンチウム（Ｓ
ｒＴｉＯ３）が基板として用いられ、この上に酸化物超
電導薄膜をエピタキシャル成長させる。結晶性の良い酸
化物超電導薄膜をエピタキシャル成長させるには、成膜
中の基板温度は４００℃〜８００℃に加熱して行なわれ
る。また成膜中に酸化物薄膜中の欠損酸化量を補うため
に、成膜後に酸素雰囲気中で熱処理が行なわれる。この
場合５基板材料の構成元素である例えばＴｉが超電導膜
中に拡散して侵入し、超電導特性、特に臨界温度を劣化
させる問題がある。また、酸化物系超電導膜を用いた超
電導トランジスタを形成するにはＳｉやＧａＡｓなどの
半導体基板上に前記超電導膜を形成することが考えられ
る。しかし、ＳｉやＧａＡｓ基板上では超電導膜の形成
中に相互に反応して超電導特性を劣化させる問題がある
。さらに電界効果型トランジスタなどのスイッチング素
子を形成するには、酸化物超電導薄膜の上部あるいは下
部、あるいはその一部分に半導体層を形成する必要があ
る。この場合も、超電導薄膜と半導体層あるいは基板と
半導体層との界面には反応層が形成されないことが必要
である。さらには半導体層と超電導薄膜がお互いにエピ
タキシャル成長じやすいことが必要である。さらに半導
体層の構成元素の一部を超電導膜中に侵入しても超電導
特性を顕著に劣化させない材料を選ぶ必要がある。
本発明は、このような基板材料の構成元素が超電導膜中
に侵入することを抑制し、また超電導薄膜と半導体層が
エピタキシャル成長可能な薄膜の製造方法を提供するこ
とである。
に侵入することを抑制し、また超電導薄膜と半導体層が
エピタキシャル成長可能な薄膜の製造方法を提供するこ
とである。
また、上記従来技術は電流注入型スイッチング素子に関
して第３電極を付加することによる超電導電流を制御す
るものである。スイッチング信号は電流である。スイッ
チング信号種を電流とする場合、入力信号電流と出力信
号電流を分離することが必要である。入力信号を分離し
ない場合、素子がスイッチングしない場合でも、入力信
号電流が出力線にそのまま流れるという問題が生じる。
して第３電極を付加することによる超電導電流を制御す
るものである。スイッチング信号は電流である。スイッ
チング信号種を電流とする場合、入力信号電流と出力信
号電流を分離することが必要である。入力信号を分離し
ない場合、素子がスイッチングしない場合でも、入力信
号電流が出力線にそのまま流れるという問題が生じる。
これはスイッチング回路における誤動作の原因となる。
スイッチング７３号電流を注入することによってスイッ
チング動作を行なわせると共に、素子の入力電流分離作
用が働くことが必要である。このような機能をスイッチ
ング素子に付与することは非常に困難であり、またこの
ような機能を有せしめたとしても素子の構造が極めて複
雑となる。
チング動作を行なわせると共に、素子の入力電流分離作
用が働くことが必要である。このような機能をスイッチ
ング素子に付与することは非常に困難であり、またこの
ような機能を有せしめたとしても素子の構造が極めて複
雑となる。
したがってスイッチング素子において入出力信号の分離
を容易に達成するためには、入力信号を電流以外に求め
る必要がある。最も素子としての取扱いが簡単な方法は
半導体トランジスタのごとく、電圧信号を用いる方法で
ある。そこで本発明においては超電導薄膜と半導体層が
エピタキシャル成長することにより超電導スイッチング
素子、特に高臨界温度の酸化物超電導材料を用いた超電
導三端子素子において、電圧信号によってスイッチング
動作を生ぜしめる三端子素子の構造と製造方法を提供す
ることにある。
を容易に達成するためには、入力信号を電流以外に求め
る必要がある。最も素子としての取扱いが簡単な方法は
半導体トランジスタのごとく、電圧信号を用いる方法で
ある。そこで本発明においては超電導薄膜と半導体層が
エピタキシャル成長することにより超電導スイッチング
素子、特に高臨界温度の酸化物超電導材料を用いた超電
導三端子素子において、電圧信号によってスイッチング
動作を生ぜしめる三端子素子の構造と製造方法を提供す
ることにある。
また、このような超電導スイッチング素子、特に高臨界
温度の酸化物超電導材料を用いた超電導三端子素子を作
製するには、酸化物超電導薄膜が基板上でエピタキシャ
ル成長しており、また超電導特性を劣化させる不純物な
どが結晶中に浸入しないことが必要である。
温度の酸化物超電導材料を用いた超電導三端子素子を作
製するには、酸化物超電導薄膜が基板上でエピタキシャ
ル成長しており、また超電導特性を劣化させる不純物な
どが結晶中に浸入しないことが必要である。
上記目的を達成するために、本発明においては以下に示
す技術的手段を採用した。すなわち酸化物基板、例えば
チタン酸ストロンチウムの格子定数（３，９０人）と、
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物をはじめとするＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ
酸化物（Ｌｎ：Ｌａ。
す技術的手段を採用した。すなわち酸化物基板、例えば
チタン酸ストロンチウムの格子定数（３，９０人）と、
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物をはじめとするＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ
酸化物（Ｌｎ：Ｌａ。
Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｅｒなどの希土
類元素）超電導材料の格子定数（Ｃ軸：３．８３Ａ、ｂ
軸：３．８９人、Ｃ軸：１１．７入）との格子のマツチ
ングの良いＮｄ、、−Ａ、−ＣｕＯ，（Ａ：Ｓｒ、Ｃａ
＋ Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ。
類元素）超電導材料の格子定数（Ｃ軸：３．８３Ａ、ｂ
軸：３．８９人、Ｃ軸：１１．７入）との格子のマツチ
ングの良いＮｄ、、−Ａ、−ＣｕＯ，（Ａ：Ｓｒ、Ｃａ
＋ Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ。
Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｐｒ）からなる酸化物薄膜（格子定
数：Ｃ軸３．９５Ａ、Ｃ軸１２．１７人）を形成し、こ
れを半導体層として基板上に形成した。例えば、（１０
０）ＳｒＴｉ○、を基板として用いた場合、Ｎ ｄｚ−
ＸＡＸＣｕ ０４ （Ａ ： Ｓ ｒ 。
数：Ｃ軸３．９５Ａ、Ｃ軸１２．１７人）を形成し、こ
れを半導体層として基板上に形成した。例えば、（１０
０）ＳｒＴｉ○、を基板として用いた場合、Ｎ ｄｚ−
ＸＡＸＣｕ ０４ （Ａ ： Ｓ ｒ 。
Ｃａ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｐｒ；ｘ＝
０〜０．４）からなる酸化物薄膜のＣ軸が基板上に垂直
方向にエピタキシャル成長する。さらにこの上にＹ−Ｂ
ａ−Ｃｕ酸化物をはじめとする超電導薄膜のＣ軸が膜面
に垂直方向にエピタキシャル成長する。超電導薄膜のＣ
軸が基板面に垂直に形成されるため、超電導膜の電流特
性が面内方向で一様になり易い。さらにＮｄｚ−ｘＡｘ
ｃｕｏ４（Ａ： Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、
Ｃｅ。
０〜０．４）からなる酸化物薄膜のＣ軸が基板上に垂直
方向にエピタキシャル成長する。さらにこの上にＹ−Ｂ
ａ−Ｃｕ酸化物をはじめとする超電導薄膜のＣ軸が膜面
に垂直方向にエピタキシャル成長する。超電導薄膜のＣ
軸が基板面に垂直に形成されるため、超電導膜の電流特
性が面内方向で一様になり易い。さらにＮｄｚ−ｘＡｘ
ｃｕｏ４（Ａ： Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、
Ｃｅ。
Ｓｍ、Ｐｒ ； ｘ＝ｏ〜０．４）からなる酸化物薄膜
が基板の構成材料であるＴｉが上部に形成した酸化物超
電導薄膜に浸入するのを防止するので超電導特性が劣化
しない。また、Ｎ ｄ ２− Ｘ Ａ ｘＣｕＯ４酸化
物材料の構成元素であるＳ ｒ ｐ Ｃａ ｔ Ｂ ａ
＊Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｐｒが、この上に形
成した酸化物超電導材料に浸入しても超電導特性を劣化
させることはない。またＮｄ、−ｘＡｘｃｕｏ。
が基板の構成材料であるＴｉが上部に形成した酸化物超
電導薄膜に浸入するのを防止するので超電導特性が劣化
しない。また、Ｎ ｄ ２− Ｘ Ａ ｘＣｕＯ４酸化
物材料の構成元素であるＳ ｒ ｐ Ｃａ ｔ Ｂ ａ
＊Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｐｒが、この上に形
成した酸化物超電導材料に浸入しても超電導特性を劣化
させることはない。またＮｄ、−ｘＡｘｃｕｏ。
（Ａ：Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ。
Ｓｍ、Ｐ ｒ ； ｘ＝Ｏ−０，４）からなる酸化物薄
膜がエピタキシャル成長する温度がこの上に形成するＹ
−Ｂａ−Ｃｕ酸化物をはじめとする超電導薄膜のエピタ
キシャル成長する温度に比べて２０〜１００°Ｃ高いた
めにＮ’ ｄ ２−ｘＡｘｃ ｕ Ｏ，酸化物材料の構
成元素が酸化物超電導材料中に浸入しにくい利点がある
。また成膜後に酸素雰囲気中で熱処理することにより、
超電導薄膜の超電導特性が改善され、一方Ｎ ｄ ２−
ｘＡｘＣｕＯ，酸化物材料の例えばキャリア濃度などの
半導体特性が改善される。
膜がエピタキシャル成長する温度がこの上に形成するＹ
−Ｂａ−Ｃｕ酸化物をはじめとする超電導薄膜のエピタ
キシャル成長する温度に比べて２０〜１００°Ｃ高いた
めにＮ’ ｄ ２−ｘＡｘｃ ｕ Ｏ，酸化物材料の構
成元素が酸化物超電導材料中に浸入しにくい利点がある
。また成膜後に酸素雰囲気中で熱処理することにより、
超電導薄膜の超電導特性が改善され、一方Ｎ ｄ ２−
ｘＡｘＣｕＯ，酸化物材料の例えばキャリア濃度などの
半導体特性が改善される。
また上記超電導スイッチング素子を形成するために例え
ば、以下の技術的手段を用いた。すなわちＮｄ２−ｘＡ
ｘｃｕ０４酸化物材料を基板上にエピタキシャル成長さ
せ、これを半導体層として用い、この上に形成したＹ
−Ｂ ａ、 −Ｃｕ ＠化物をはしめとする酸化物超電
導材料にソースおよびドレイン電極を設け、さらにこの
上にゲート絶縁膜とゲー導電ｈＸを設けた電界効果型超
電導トランジスタを構成する。また他の方法は、前記の
方法により基板上に上記Ｎ ｄ ２−Ｘ Ａ Ｘ Ｃｕ
Ｏ４酸化物材料と酸化物超電導薄膜をエピタキシャル
成長させる。つぎに上記酸化物超電導薄膜の一部にＨ，
Ｈｅ、Ｎｅ。
ば、以下の技術的手段を用いた。すなわちＮｄ２−ｘＡ
ｘｃｕ０４酸化物材料を基板上にエピタキシャル成長さ
せ、これを半導体層として用い、この上に形成したＹ
−Ｂ ａ、 −Ｃｕ ＠化物をはしめとする酸化物超電
導材料にソースおよびドレイン電極を設け、さらにこの
上にゲート絶縁膜とゲー導電ｈＸを設けた電界効果型超
電導トランジスタを構成する。また他の方法は、前記の
方法により基板上に上記Ｎ ｄ ２−Ｘ Ａ Ｘ Ｃｕ
Ｏ４酸化物材料と酸化物超電導薄膜をエピタキシャル
成長させる。つぎに上記酸化物超電導薄膜の一部にＨ，
Ｈｅ、Ｎｅ。
ＡｒイオンあるいはＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、になどのアルカ
リ土類金属イオンあるいはＰｔ、Ｒｈ。
リ土類金属イオンあるいはＰｔ、Ｒｈ。
Ｒｕなどの白金属イオンあるいはＹ、Ｌａ、Ｃｅ。
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｂなどの希土類金属
イオンあるいはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ。
イオンあるいはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ。
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｇａなどの金属イオンを
酸化物超電導膜の裏面まで注入する。これにより超電導
膜の一部分がイオン照射により加工されたりあるいはこ
の部分の組成が変化して半導体的な性質を持たせる。こ
の工程において酸化物超電導薄膜の超電導的性質を有す
る領域と」二記イオン注入により半導体的性質を有せし
めた細線部を介して２つの領域に分かつ。これら２つの
領域に分かれた酸化物超電導薄膜部をそれぞれソース電
極およびドレイン電極とする。さらに上記イオン注入に
より半２Ｒ体的性質を有せしめた部分の上部にゲート絶
縁膜を形成し、この上にゲート電極を形成する。この場
合下層に設けた Ｎ ｄ Ｚ−ＸＡＸＣｕ、 ０４酸化物材料が半導体的
性質を有するためスイッチング電圧のより小さいデバイ
ス構成ができる。
酸化物超電導膜の裏面まで注入する。これにより超電導
膜の一部分がイオン照射により加工されたりあるいはこ
の部分の組成が変化して半導体的な性質を持たせる。こ
の工程において酸化物超電導薄膜の超電導的性質を有す
る領域と」二記イオン注入により半導体的性質を有せし
めた細線部を介して２つの領域に分かつ。これら２つの
領域に分かれた酸化物超電導薄膜部をそれぞれソース電
極およびドレイン電極とする。さらに上記イオン注入に
より半２Ｒ体的性質を有せしめた部分の上部にゲート絶
縁膜を形成し、この上にゲート電極を形成する。この場
合下層に設けた Ｎ ｄ Ｚ−ＸＡＸＣｕ、 ０４酸化物材料が半導体的
性質を有するためスイッチング電圧のより小さいデバイ
ス構成ができる。
以上述べた手段は以下の理由により上記目的、すなわち
酸化物基板上に酸化物系超電導薄膜をエピタキシャル成
長させ、これら酸化物超電導材料の薄膜を用いた電界効
果による超電導トランジスタの動作を可能にするもので
ある。
酸化物基板上に酸化物系超電導薄膜をエピタキシャル成
長させ、これら酸化物超電導材料の薄膜を用いた電界効
果による超電導トランジスタの動作を可能にするもので
ある。
酸化物超電導材料を用いて電界効果型超電導トランジス
タを製作する場合、ソースおよびゲート電極を構成する
酸化物超電導薄膜は、基板上でエピタキシャル成長させ
る必要がある。また半導体層もエピタキシャル成長させ
ることが必要である。
タを製作する場合、ソースおよびゲート電極を構成する
酸化物超電導薄膜は、基板上でエピタキシャル成長させ
る必要がある。また半導体層もエピタキシャル成長させ
ることが必要である。
さらに基板、半導体層および超電導膜との界面に反応層
が無く、界面が急俊であることが必要である。さらに超
電導特性を劣化させる不純物の侵入を防止する必要があ
る。従って本発明では。
が無く、界面が急俊であることが必要である。さらに超
電導特性を劣化させる不純物の侵入を防止する必要があ
る。従って本発明では。
５ｒＴｉ０３基板と酸化物超電導材料の両者との格子の
マツチングの良いＮ （ｌｚ−ｘＡｘｃ ｕ ０４（Ａ
：Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ。
マツチングの良いＮ （ｌｚ−ｘＡｘｃ ｕ ０４（Ａ
：Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ。
Ｓｍ ； ｘ＝ｏ”０．４）酸化物材料を半導体層とし
て用いた。この場合、酸化物超電導薄膜は前記Ｎ ｄ
２−ｘＡｘＣｕ ０４酸化物層の上にエピタキシャル成
長する。°この場合Ｎ ｄ 、−ＩＬＡＸｃ ｕ Ｏ４
酸化物層のエピタキシャル成長温度が超電導薄膜のエピ
タキシャル温度より高いため、超電導特性を劣化させる
Ｔｉなどの基板からの不純物の拡散を上記Ｎ ｄ Ｚ
−Ｘ Ａ ｘ Ｃｕ○、酸化物層で抑制できる。またＮ
ｄ２−ｘＡｘｃｕ０４ （Ａ ： Ｓ ｒ、Ｃａ、Ｂａ
。
て用いた。この場合、酸化物超電導薄膜は前記Ｎ ｄ
２−ｘＡｘＣｕ ０４酸化物層の上にエピタキシャル成
長する。°この場合Ｎ ｄ 、−ＩＬＡＸｃ ｕ Ｏ４
酸化物層のエピタキシャル成長温度が超電導薄膜のエピ
タキシャル温度より高いため、超電導特性を劣化させる
Ｔｉなどの基板からの不純物の拡散を上記Ｎ ｄ Ｚ
−Ｘ Ａ ｘ Ｃｕ○、酸化物層で抑制できる。またＮ
ｄ２−ｘＡｘｃｕ０４ （Ａ ： Ｓ ｒ、Ｃａ、Ｂａ
。
Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｓｍ ； ｘ＝ｏ＝０．４）酸
化物材料の構成元素は、これに接して形成する超電導薄
膜の特性を著しく劣化させることが無い。
化物材料の構成元素は、これに接して形成する超電導薄
膜の特性を著しく劣化させることが無い。
またＮ ｄ ２−ｘＡｘＣｕ Ｏ，酸化物層とＬ ｎ−
Ｂ ａ −Ｃｕ酸化物超電導薄膜を形成した後、酸化性
雰囲気で熱処理を行うことにより、Ｌｎ−Ｂａ−Ｃｕ酸
化物超電導′４膜は超電導特性が向上するのに対して＋
Ｎ ｄ ２−Ｘ Ａ ｘ Ｃｕ Ｏ４酸化物層は半導
体的性質を有する効果がある。
Ｂ ａ −Ｃｕ酸化物超電導薄膜を形成した後、酸化性
雰囲気で熱処理を行うことにより、Ｌｎ−Ｂａ−Ｃｕ酸
化物超電導′４膜は超電導特性が向上するのに対して＋
Ｎ ｄ ２−Ｘ Ａ ｘ Ｃｕ Ｏ４酸化物層は半導
体的性質を有する効果がある。
酸化物超電導材料を用いて電界効果トランジスタを製作
する場合、酸化物超電導材料のコヒーレンス長さが短い
こと、および界面における超電導電子の反射係数が大き
いことなどの理由により異種材料を用いた寸法の長い、
つまり超電導電極間脱離の長い超電導弱結合素子を得る
のは困難である。しかるに従来のＳｉ等半導体材料トこ
よって構成される電界効果型ＭＯＳトランジスタの構造
はソースおよびドレイン電極、それぞれの半導体におけ
るオーミック伝導層、ゲート部、ゲート絶縁膜およびゲ
ート電極から成る複雑な構造を有している。酸化物超電
導材料を用いた電界効果型トランジスタにおいてこのよ
うなＭＯＳトランジスタ型の構造を用いた場合、超電導
ソース電極とドレイン１電極間の距離は制約され、０．
１μｍ以下の長さにする必要がある。しかるに本発明に
おいては酸化物超電導薄膜に界面を接して酸化物材料で
構成した半導体層をエピタキシャル成長することにより
、その構造および製法が非常に簡単であり、例えばイオ
ン注入の幅を狭くすることに対応して、超電導ソースと
ドレイン電極間の距離を短くすることができる。すなわ
ちパターン形成技術の限界が０．１μｍであれば、０．
１μｍの電極間隔を得ることができる。
する場合、酸化物超電導材料のコヒーレンス長さが短い
こと、および界面における超電導電子の反射係数が大き
いことなどの理由により異種材料を用いた寸法の長い、
つまり超電導電極間脱離の長い超電導弱結合素子を得る
のは困難である。しかるに従来のＳｉ等半導体材料トこ
よって構成される電界効果型ＭＯＳトランジスタの構造
はソースおよびドレイン電極、それぞれの半導体におけ
るオーミック伝導層、ゲート部、ゲート絶縁膜およびゲ
ート電極から成る複雑な構造を有している。酸化物超電
導材料を用いた電界効果型トランジスタにおいてこのよ
うなＭＯＳトランジスタ型の構造を用いた場合、超電導
ソース電極とドレイン１電極間の距離は制約され、０．
１μｍ以下の長さにする必要がある。しかるに本発明に
おいては酸化物超電導薄膜に界面を接して酸化物材料で
構成した半導体層をエピタキシャル成長することにより
、その構造および製法が非常に簡単であり、例えばイオ
ン注入の幅を狭くすることに対応して、超電導ソースと
ドレイン電極間の距離を短くすることができる。すなわ
ちパターン形成技術の限界が０．１μｍであれば、０．
１μｍの電極間隔を得ることができる。
さらにソースおよびドレイン電極をなす超電導薄膜と半
導体薄膜は同種類の材料で形成されるので、超電導電極
と半導体の界面でショットキー障壁が形成され、超電導
電子の透過率が大幅に低下するという問題を低減できる
。
導体薄膜は同種類の材料で形成されるので、超電導電極
と半導体の界面でショットキー障壁が形成され、超電導
電子の透過率が大幅に低下するという問題を低減できる
。
以上のごとき本発明にかかるトランジスタ装置の構造は
酸化物超電源材料に特有の問題点を克服して、ゲート電
極によって信号電圧を印加し、従来に比べて約３０％低
い信号電圧によりスイッチング動作を行わせるという電
界効果型超電導トランジスタの機能を可能ならしめるも
のである。
酸化物超電源材料に特有の問題点を克服して、ゲート電
極によって信号電圧を印加し、従来に比べて約３０％低
い信号電圧によりスイッチング動作を行わせるという電
界効果型超電導トランジスタの機能を可能ならしめるも
のである。
実施例工
第１図に示したごとく、面内方位（１００）のチタン酸
ス［〜ロンチウム（Ｓ ｒＴ ｉ Ｏ，）単結晶基板１
上に高周波マグネトロンスパッタ法によりＮｄ Ｌａ
、 Ｃｕ酸化物薄膜２を形成する。このためのターゲ
ットは、Ｎｄ２−ｘＬａｘｃｕ０４ （ｘ＝Ｏ−０，４
）の組成の円板状の焼結体を用いた。
ス［〜ロンチウム（Ｓ ｒＴ ｉ Ｏ，）単結晶基板１
上に高周波マグネトロンスパッタ法によりＮｄ Ｌａ
、 Ｃｕ酸化物薄膜２を形成する。このためのターゲ
ットは、Ｎｄ２−ｘＬａｘｃｕ０４ （ｘ＝Ｏ−０，４
）の組成の円板状の焼結体を用いた。
Ｎ ｄ −Ｌ ａ、 −Ｃｕ酸化物薄膜２は、放電ガス
としてｏ２濃度５０％のＡｒ＋０２混合ガスを用い、ガ
ス圧力は５ ｍＴｏｒｒとし、高周波電力１００Ｗ、基
板温度は７６０ ’Ｃとして形成する。このＮｄ−Ｌ
ａ、 −Ｃｕ酸化物薄膜２は、Ｎｄ２Ｃｕ○、型結晶の
Ｃ軸が基板面に垂直にエピタキシャル成長じた膜である
。膜厚は、０．５μｍとした。続いて、上記Ｎ ｄ −
Ｌ ａ、 −Ｃｕ酸化物情１漠２の上に同様に高周波マ
グネトロンスパッタ法によりＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電
導薄膜３を形成し層状酸化物簿膜４を作製する。このた
めのターゲラ１〜は、組成比が１：２：４のＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物の円板状の焼結体を用い、基板温度は７００
℃とし、他のスパッタ条件はＮｄ−Ｌａ、−Ｃｕ酸化物
薄膜２の形成条件と向じとする。この方法により形成し
た層状酸化物薄膜４における超電導膜は、化学量論組成
のＹｘＢａｚｃｕ３０７−ｚ（ｚ＝Ｏ〜０．２）酸化物
超電導薄膜３である。このＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導
薄膜３はこの下層に形成したＮｄ−Ｌａ−Ｃｕ酸化物薄
膜２上にエピタキシャル成長しており、ペロブスカイト
型結晶のＣ軸が膜面に成長した膜であり、膜面に平行な
面での超電導特性は一様である。この膜の膜厚は、０．
１μｍとする。
としてｏ２濃度５０％のＡｒ＋０２混合ガスを用い、ガ
ス圧力は５ ｍＴｏｒｒとし、高周波電力１００Ｗ、基
板温度は７６０ ’Ｃとして形成する。このＮｄ−Ｌ
ａ、 −Ｃｕ酸化物薄膜２は、Ｎｄ２Ｃｕ○、型結晶の
Ｃ軸が基板面に垂直にエピタキシャル成長じた膜である
。膜厚は、０．５μｍとした。続いて、上記Ｎ ｄ −
Ｌ ａ、 −Ｃｕ酸化物情１漠２の上に同様に高周波マ
グネトロンスパッタ法によりＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電
導薄膜３を形成し層状酸化物簿膜４を作製する。このた
めのターゲラ１〜は、組成比が１：２：４のＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物の円板状の焼結体を用い、基板温度は７００
℃とし、他のスパッタ条件はＮｄ−Ｌａ、−Ｃｕ酸化物
薄膜２の形成条件と向じとする。この方法により形成し
た層状酸化物薄膜４における超電導膜は、化学量論組成
のＹｘＢａｚｃｕ３０７−ｚ（ｚ＝Ｏ〜０．２）酸化物
超電導薄膜３である。このＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導
薄膜３はこの下層に形成したＮｄ−Ｌａ−Ｃｕ酸化物薄
膜２上にエピタキシャル成長しており、ペロブスカイト
型結晶のＣ軸が膜面に成長した膜であり、膜面に平行な
面での超電導特性は一様である。この膜の膜厚は、０．
１μｍとする。
このＹ−Ｂａ−Ｃｕｉｆ！化物超電導薄膜３の超電導臨
界温度は８０〜８４にである。スパッタ法により、Ｎｄ
−Ｌａ−Ｃｕ酸化物薄ＷＡ２やＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超
電導薄膜３を形成した後、酸素雰囲気中で５００℃〜９
００℃の温度で熱処理を行うことにより薄膜の結晶性を
向上でき、これによりＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜
３の超電導特性が向上し、また、Ｎｄ−Ｌａ−Ｃｕ酸化
物薄膜２は半導体的性質が高められる効果がある。
界温度は８０〜８４にである。スパッタ法により、Ｎｄ
−Ｌａ−Ｃｕ酸化物薄ＷＡ２やＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超
電導薄膜３を形成した後、酸素雰囲気中で５００℃〜９
００℃の温度で熱処理を行うことにより薄膜の結晶性を
向上でき、これによりＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜
３の超電導特性が向上し、また、Ｎｄ−Ｌａ−Ｃｕ酸化
物薄膜２は半導体的性質が高められる効果がある。
ここで、Ｎｄ２ＣｕＯ４型結晶構造の酸化物薄膜は、Ｎ
ｄ２−ｘＬａｘｃｕｏ４（ｘ＝ｏ〜０．４）薄膜Ｓｃ、
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、 Ｓｍ、Ｐ ｒ ；ｘ＝Ｏ〜０．４
）を用いても同様なエピタキシャル成長した薄膜を形成
でき、さらにこの上に Ｂａ２ＬｎＣｕ３０７−ｚ＋ （Ｌｎ＝Ｙ＋希土類元
素：２＝０〜０．２）超電導薄膜をエピタキシャル成長
できる。
ｄ２−ｘＬａｘｃｕｏ４（ｘ＝ｏ〜０．４）薄膜Ｓｃ、
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、 Ｓｍ、Ｐ ｒ ；ｘ＝Ｏ〜０．４
）を用いても同様なエピタキシャル成長した薄膜を形成
でき、さらにこの上に Ｂａ２ＬｎＣｕ３０７−ｚ＋ （Ｌｎ＝Ｙ＋希土類元
素：２＝０〜０．２）超電導薄膜をエピタキシャル成長
できる。
酸化物基板１として、Ｌ ａ Ｇ ａ Ｏ３？ＬａＡｌ
Ｏ３，ＬａＴａ０．を用いて同様の実験を行ない、これ
らの基板上にＮ ｄ ２−ｘＡｘＣｕ、 ｏ４（ｘ ＝
Ｏ” ０ 、４ ）薄膜やＢａ２ＬｎＣｕ３０．−ｚ
（Ｌｎ＝Ｙ、希土類元素：ｚ＝０〜０．２）超電導薄膜
をエピタキシャル成長できる。
Ｏ３，ＬａＴａ０．を用いて同様の実験を行ない、これ
らの基板上にＮ ｄ ２−ｘＡｘＣｕ、 ｏ４（ｘ ＝
Ｏ” ０ 、４ ）薄膜やＢａ２ＬｎＣｕ３０．−ｚ
（Ｌｎ＝Ｙ、希土類元素：ｚ＝０〜０．２）超電導薄膜
をエピタキシャル成長できる。
実施例２
実施例１により作製した層状酸化物薄膜４を用いて、第
２図に示す構成の酸化物超電導トランジスタ装置を作製
した。すなわち、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜３に
対して、加速電圧２０ｋＶのＧａ収束イオン源を用いて
、Ｇａイオンを注入する。ドープ量は５×↓○１５／−
〜５ Ｘ Ｉ Ｏ”／ｄとし、線幅は０．１μｍ、長さ
は２１ｎとする。
２図に示す構成の酸化物超電導トランジスタ装置を作製
した。すなわち、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜３に
対して、加速電圧２０ｋＶのＧａ収束イオン源を用いて
、Ｇａイオンを注入する。ドープ量は５×↓○１５／−
〜５ Ｘ Ｉ Ｏ”／ｄとし、線幅は０．１μｍ、長さ
は２１ｎとする。
これによりＧａイオンを注入した細線部分において半導
体Ｎ５を得る。この後、酸素雰囲気中で５００℃〜９０
０℃の温度で熱処理を行なっても良い。さらにこの細線
部分の上部にゲート絶縁膜６、およびゲート電極７を形
成する。
体Ｎ５を得る。この後、酸素雰囲気中で５００℃〜９０
０℃の温度で熱処理を行なっても良い。さらにこの細線
部分の上部にゲート絶縁膜６、およびゲート電極７を形
成する。
以上のごとき工程により酸化物超電導トランジスタ装置
を得る。この酸化物超電導トラジスタ装置は、酸化物材
料薄膜がエピタキシャル成長しているため、多結晶膜で
構成した場合に比べて約３０％低い電圧信号によってス
イッチング動作するいわゆる電界効果型トランジスタと
して用いることができる。すなわち本酸化物超電導トラ
ンジスタ装置は第３図に示されるごとく、ゲートに電圧
を印加しない状態８においては零電圧状態において超電
導電流が流れないが、ゲートに負電圧を印加した状態９
においては超電導電流が流れ、スイッチング動作が行わ
れる。これはゲートに負電圧を印加することにより、ゲ
ート近傍の半導体層のバンドが上方に曲げられ、ホール
濃度が高くなる−。ソースおよびドレイン電極から半導
体層にしみだす超電導電子の広がる距離はホール濃度す
なわち超電導電子の濃度に依存して長くなり、各電極か
らしみだした超電導電子波が互いに重なりあうからであ
る。
を得る。この酸化物超電導トラジスタ装置は、酸化物材
料薄膜がエピタキシャル成長しているため、多結晶膜で
構成した場合に比べて約３０％低い電圧信号によってス
イッチング動作するいわゆる電界効果型トランジスタと
して用いることができる。すなわち本酸化物超電導トラ
ンジスタ装置は第３図に示されるごとく、ゲートに電圧
を印加しない状態８においては零電圧状態において超電
導電流が流れないが、ゲートに負電圧を印加した状態９
においては超電導電流が流れ、スイッチング動作が行わ
れる。これはゲートに負電圧を印加することにより、ゲ
ート近傍の半導体層のバンドが上方に曲げられ、ホール
濃度が高くなる−。ソースおよびドレイン電極から半導
体層にしみだす超電導電子の広がる距離はホール濃度す
なわち超電導電子の濃度に依存して長くなり、各電極か
らしみだした超電導電子波が互いに重なりあうからであ
る。
Ｇａイオンに替ってＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、になどのアルカ
リ土類金属イオンあるいはＰｔ、Ｒｈ、。
リ土類金属イオンあるいはＰｔ、Ｒｈ、。
Ｒｕなどの白金属イオンあるいはＹ、Ｌａ、Ｃｅ。
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｂなどの希土類金属
イオンあるいはＦｅ、Ｎｉ、Ｇｏ、Ｚｎ。
イオンあるいはＦｅ、Ｎｉ、Ｇｏ、Ｚｎ。
Ｔｉ、Ｎｂ、７：ｒ、Ｖ、Ｃｒ金属イオンを注入しても
、同様の効果を得る。
、同様の効果を得る。
この場合、Ｙ Ｉ Ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｙ ｐ ｒ
ｌ Ｎ ｄ ｌ Ｅ ｕ ｔＨｏ、Ｅｒ、Ｔｂなどの希
土類金属イオンは、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜の
Ｙサイトを置換し、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、になどのアルカ
リ土類金属イオンはＢａサイトを、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕな
どの白金属イオンあるいはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ。
ｌ Ｎ ｄ ｌ Ｅ ｕ ｔＨｏ、Ｅｒ、Ｔｂなどの希
土類金属イオンは、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜の
Ｙサイトを置換し、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、になどのアルカ
リ土類金属イオンはＢａサイトを、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕな
どの白金属イオンあるいはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ。
Ｔｉ、 Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｇａ金属イオンはＣｕ
サイトを置換することにより、超電導膜の一部分の臨界
温度を低下せしめたり、あるいは一部分を加工すること
により超電導性をなくす効果が′ある。
サイトを置換することにより、超電導膜の一部分の臨界
温度を低下せしめたり、あるいは一部分を加工すること
により超電導性をなくす効果が′ある。
実施例３
実施例１と同様の方法により第１図に示した構成の層状
の酸化物薄膜４を作成する。この薄膜においてＮｄ−Ｌ
ａ−Ｃｕ酸化物２は半導体的な電気特性を示す。この薄
膜を用いて、第４図に示す構成の酸化物超電導トランジ
スタを作製する。すなわち層状の酸化物薄膜４の上部か
ら収束イオンビームエツチング法によりＹ−Ｂａ−Ｃｕ
酸化物超電導薄膜３の一部をエツチングして、ソース電
極２１、およびドレイン電極２２を形成する。このとき
のパターン幅は０．２μｍとする。つづいてこの上にゲ
ートｔＩＡｍ膜２３を形威し、さらにこの上にゲートｔ
［ｘ２４を形成する。この方法により形成した酸化物超
電導トランジスタ装置は第３図のごとく電圧信号によっ
てスイッチング動作するいわゆる電界効果型トランジス
タとして用いることができる。
の酸化物薄膜４を作成する。この薄膜においてＮｄ−Ｌ
ａ−Ｃｕ酸化物２は半導体的な電気特性を示す。この薄
膜を用いて、第４図に示す構成の酸化物超電導トランジ
スタを作製する。すなわち層状の酸化物薄膜４の上部か
ら収束イオンビームエツチング法によりＹ−Ｂａ−Ｃｕ
酸化物超電導薄膜３の一部をエツチングして、ソース電
極２１、およびドレイン電極２２を形成する。このとき
のパターン幅は０．２μｍとする。つづいてこの上にゲ
ートｔＩＡｍ膜２３を形威し、さらにこの上にゲートｔ
［ｘ２４を形成する。この方法により形成した酸化物超
電導トランジスタ装置は第３図のごとく電圧信号によっ
てスイッチング動作するいわゆる電界効果型トランジス
タとして用いることができる。
実施例４
面内方位（１１０）のチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴ
ｉＯ３）短結晶基板１上に高周波マグネトロンスパッタ
法により膜厚０．１μｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導
薄膜３１を形成する。この薄膜はＣ軸が基板面に平行に
エピタキシャルしており、この膜のＴｃは８４〜８９に
である。成膜条件は、ガス圧力５ ｍＴｏｒｒとし、高
周波電力１００Ｗ、基板温度は７００℃として形成した
。
ｉＯ３）短結晶基板１上に高周波マグネトロンスパッタ
法により膜厚０．１μｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導
薄膜３１を形成する。この薄膜はＣ軸が基板面に平行に
エピタキシャルしており、この膜のＴｃは８４〜８９に
である。成膜条件は、ガス圧力５ ｍＴｏｒｒとし、高
周波電力１００Ｗ、基板温度は７００℃として形成した
。
続いてこの膜をイオンビームエツチング法により加工し
て第５図（ａ）に示すパターン３２を形成し、これによ
りソース、ドレイン電極とした。このパターンの形成後
、酸素雰囲気中で５００〜９００℃で熱処理を行なって
も良い。この上にＮｄｚ−ｘｃｅｘｃｕ０４ （ｘ＝ｏ
〜０．４）の組成の円板状の焼結体ターゲットを用いて
膜厚０．１μｍのＮｄ−Ｃｅ−Ｃｕ酸化物薄膜３３を形
成した。この膜の成膜条件は上記Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物
超電導薄膜３１と同様に行なった。Ｎｄ−Ｃｅ−Ｃｕ１
！ｌ！ｌ化物薄膜３３を形成した後、酸素雰囲気中で５
００〜９００℃で熱処理を行なうのが望ましい。この処
理によりＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜３１の超電導
特性が向上し、一方Ｎｄ−Ｃｅ−ｃｕａ化物薄膜３３は
半導体的な電気特性を示す。またこの膜は、ＹＢａ−Ｃ
ｕ酸化物超電導薄膜３工の上に、Ｃ軸を膜面に垂直にエ
ピタキシャル成長する。Ｎｄ−Ｃｅ−Ｃｕ酸化物薄膜３
３の上部にゲート絶縁膜３４、ゲート電極３５を形成し
、第５図（ｂ）に示す構造の酸化物超電導トランジスタ
装置を得る。この方法により形成した酸化物超電導トラ
ンジスタ装置は第３図のごとく電圧信号によってスイッ
チング動作するいわゆる電界効果型トランジスタとして
用いることができる。
て第５図（ａ）に示すパターン３２を形成し、これによ
りソース、ドレイン電極とした。このパターンの形成後
、酸素雰囲気中で５００〜９００℃で熱処理を行なって
も良い。この上にＮｄｚ−ｘｃｅｘｃｕ０４ （ｘ＝ｏ
〜０．４）の組成の円板状の焼結体ターゲットを用いて
膜厚０．１μｍのＮｄ−Ｃｅ−Ｃｕ酸化物薄膜３３を形
成した。この膜の成膜条件は上記Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物
超電導薄膜３１と同様に行なった。Ｎｄ−Ｃｅ−Ｃｕ１
！ｌ！ｌ化物薄膜３３を形成した後、酸素雰囲気中で５
００〜９００℃で熱処理を行なうのが望ましい。この処
理によりＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜３１の超電導
特性が向上し、一方Ｎｄ−Ｃｅ−ｃｕａ化物薄膜３３は
半導体的な電気特性を示す。またこの膜は、ＹＢａ−Ｃ
ｕ酸化物超電導薄膜３工の上に、Ｃ軸を膜面に垂直にエ
ピタキシャル成長する。Ｎｄ−Ｃｅ−Ｃｕ酸化物薄膜３
３の上部にゲート絶縁膜３４、ゲート電極３５を形成し
、第５図（ｂ）に示す構造の酸化物超電導トランジスタ
装置を得る。この方法により形成した酸化物超電導トラ
ンジスタ装置は第３図のごとく電圧信号によってスイッ
チング動作するいわゆる電界効果型トランジスタとして
用いることができる。
酸化物超電導膜は、ＬｎｌＢａ、Ｃｕ、３０７−ｚ系超
電導薄膜（Ｌｎ ：Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ。
電導薄膜（Ｌｎ ：Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ。
Ｇｄ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｅｒなどの希土類元素；Ｚ＝０−０
．２）のいずれを用いても同様の効果があり、またＮｄ
、Ｃｕｂ、型構造のＮｄ−Ａ−Ｃｕ−Ｏ系（Ａ： Ｓｒ
、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ。
．２）のいずれを用いても同様の効果があり、またＮｄ
、Ｃｕｂ、型構造のＮｄ−Ａ−Ｃｕ−Ｏ系（Ａ： Ｓｒ
、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ。
Ｃｅ、Ｓｍ、Ｐｒ）酸化物で半導体層膜を構成しても同
様の効果がある。
様の効果がある。
以上述べたごとく、本発明にかかる酸化物超電導トラン
ジスタ装置は以下の効果を有する。
ジスタ装置は以下の効果を有する。
（１）Ｌｎ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−２系超電導薄膜（Ｌｎ
、：Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｈｏｔ
Ｅｒなどの希土類元素；ｚ＝ｏ〜０．２）とＮｄ−Ａ−
Ｃｕ−０系超電導薄膜（Ａ：Ｓｒ、Ｃａ。
、：Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｈｏｔ
Ｅｒなどの希土類元素；ｚ＝ｏ〜０．２）とＮｄ−Ａ−
Ｃｕ−０系超電導薄膜（Ａ：Ｓｒ、Ｃａ。
Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｐｒ）からなる酸
化物半導体層膜がお互いにエピタキシャル成長した薄膜
が形成できる。
化物半導体層膜がお互いにエピタキシャル成長した薄膜
が形成できる。
（２）酸化物系超電導膜と酸化物半導体膜がエピタキシ
ャル成長した層状酸化物Ｖを用いることにより、ソース
およびドレイン電極を ＬｎｉＢａ２Ｃｕ３０．−ｚ系超電導８膜（Ｌｎ：Ｙ。
ャル成長した層状酸化物Ｖを用いることにより、ソース
およびドレイン電極を ＬｎｉＢａ２Ｃｕ３０．−ｚ系超電導８膜（Ｌｎ：Ｙ。
Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｈｏ。
Ｅｒなどの希土類元素；ｚ＝ｏ”０．２）で構成し、半
導体層をＮｄ−Ａ−Ｃｕ−○（Ａ：Ｓｒ。
導体層をＮｄ−Ａ−Ｃｕ−○（Ａ：Ｓｒ。
Ｃａ ＋ Ｂ ａ ｒ Ｓ ｃ ｔ Ｙ ＋ Ｌ ａ
！ Ｃｅ ｒ Ｓ ｍ ＨＰ ｒ ）からなる酸化物薄
膜で構成した。低い信号電圧で動作可能な酸化物超電導
トランジスタ装置を形成できる。
！ Ｃｅ ｒ Ｓ ｍ ＨＰ ｒ ）からなる酸化物薄
膜で構成した。低い信号電圧で動作可能な酸化物超電導
トランジスタ装置を形成できる。
なお、本発明における薄膜形成法はスパッタ法であった
が、酸化物薄膜はこの他、反応性蒸着法やＣＶ Ｄ （
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｏｐｏｓｉｔｉｏｎ
）法、レーザービーム蒸着法、イオンビームスパッタ法
でも形成可能であり、他の成膜法が適用可能であること
は言うまでもない。
が、酸化物薄膜はこの他、反応性蒸着法やＣＶ Ｄ （
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｏｐｏｓｉｔｉｏｎ
）法、レーザービーム蒸着法、イオンビームスパッタ法
でも形成可能であり、他の成膜法が適用可能であること
は言うまでもない。
第１図は実施例１における酸化物薄膜の断面図、第２図
は実施例２における酸化物超電導トランジスタ装置の断
面図、第３図は酸化物超電導トランジスタの電圧−電流
特性、第４図は実施例３における酸化物超電導トランジ
スタ装置の断面図、第５図（ａ）は実施例４で得られた
パターンを示す図、第５図（ｂ）は実施例４における酸
化物超電導トランジスタ装置の断面図である。 工・・・基板、２・・・Ｎｄ−Ｌａ−Ｃｕ酸化物薄膜、
３・・・酸化物超電導薄膜、４・・層状酸化物薄膜、５
・・・半導体層、６・・・ゲート絶縁膜、７・・・ゲー
ト電極、８・・・ゲート信号電圧零時の電圧−電流特性
、９・・・ゲート信号電圧印加時の電圧−電流特性、２
１・・・ゲート電極、２２・・・ドレイン電極、２３・
・・ゲート絶縁膜、２４・・ゲート電極、３１・・・酸
化物超電導薄膜、３２−・・パターン、３３−Ｎｄ−Ｃ
ｅ−Ｃｕ酸化物薄膜、３４・・・デー１〜絶縁膜、３５
・・・ゲートｌ！！極。 茅 ３ 図 第 ← 図 第 ５θ υつ 第 拐 （Ｉ）） １ぐ
は実施例２における酸化物超電導トランジスタ装置の断
面図、第３図は酸化物超電導トランジスタの電圧−電流
特性、第４図は実施例３における酸化物超電導トランジ
スタ装置の断面図、第５図（ａ）は実施例４で得られた
パターンを示す図、第５図（ｂ）は実施例４における酸
化物超電導トランジスタ装置の断面図である。 工・・・基板、２・・・Ｎｄ−Ｌａ−Ｃｕ酸化物薄膜、
３・・・酸化物超電導薄膜、４・・層状酸化物薄膜、５
・・・半導体層、６・・・ゲート絶縁膜、７・・・ゲー
ト電極、８・・・ゲート信号電圧零時の電圧−電流特性
、９・・・ゲート信号電圧印加時の電圧−電流特性、２
１・・・ゲート電極、２２・・・ドレイン電極、２３・
・・ゲート絶縁膜、２４・・ゲート電極、３１・・・酸
化物超電導薄膜、３２−・・パターン、３３−Ｎｄ−Ｃ
ｅ−Ｃｕ酸化物薄膜、３４・・・デー１〜絶縁膜、３５
・・・ゲートｌ！！極。 茅 ３ 図 第 ← 図 第 ５θ υつ 第 拐 （Ｉ）） １ぐ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ソース、ドレイン、ゲート電極および半導体層から
構成される電界効果型超電導トランジスタにおいて、ソ
ースおよびドレイン電極を Ｌｎ＿１Ｂａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿ｚ系超電導薄膜
（Ｌｎ：Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｈ
ｏ、Ｅｒから選ばれる希土類元素；ｚ＝０〜０．２）で
構成し、半導体層をＮｄ−Ａ−Ｃｕ−Ｏ（Ａ：Ｓｒ、Ｃ
ａ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｐｒ）からな
る酸化物薄膜で構成してなる電界効果型超電導トランジ
スタ装置。 ２、電界効果型超電導トランジスタにおいて、酸化物基
板上にＮｄ−Ａ−Ｃｕ−Ｏ（Ａ：Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓ
ｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｐｒ）からなる酸化物薄膜
を形成し、この上にＬｎ＿１Ｂａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿
−＿ｚ系超電導薄膜（Ｌｎ：Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｅｒなどの希土類元素；ｚ＝０
〜０．２）をエピタキシャル成長することを特徴とした
請求項１記載の電界効果型超電導トランジスタ装置。 ３、酸化物基板上にＬｎ＿１Ｂａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿
−＿ｚ系超電導薄膜（Ｌｎ：Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｅｒなどの希土類元素；ｚ＝０
〜０．２）を形成し、この上にＮｄ−Ａ−Ｃｕ−Ｏ（Ａ
：Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｐ
ｒ）からなる酸化物薄膜をエピタキシャル成長すること
を特徴とした請求項１記載の電界効果型超電導トランジ
スタ装置。 ４、Ｎｄ−Ａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物薄膜が Ｎｄ＿２ＣｕＯ＿４型結晶を基本構造とするＮｄ＿２＿
−＿ｘＡ＿ｘＣｕＯ＿４（Ａ：Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｃ
、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｐｒ；ｘ＝０〜０．４）から
なることを特徴とする請求項１記載の電界効果型超電導
トランジスタ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1175461A JPH0793461B2 (ja) | 1989-07-10 | 1989-07-10 | 電界効果型超電導トランジスタ装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1175461A JPH0793461B2 (ja) | 1989-07-10 | 1989-07-10 | 電界効果型超電導トランジスタ装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0341783A true JPH0341783A (ja) | 1991-02-22 |
| JPH0793461B2 JPH0793461B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=15996473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1175461A Expired - Fee Related JPH0793461B2 (ja) | 1989-07-10 | 1989-07-10 | 電界効果型超電導トランジスタ装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0793461B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05152628A (ja) * | 1991-11-30 | 1993-06-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
| US5594544A (en) * | 1993-10-21 | 1997-01-14 | Hitachi, Ltd. | Flow type particle image analyzing method and apparatus |
| US5715182A (en) * | 1993-08-19 | 1998-02-03 | Hitachi, Ltd. | Device for the classification and examination of particles in fluid |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS64779A (en) * | 1987-03-13 | 1989-01-05 | Toshiba Corp | Superconducting transistor and manufacture thereof |
| JPS6464379A (en) * | 1987-09-04 | 1989-03-10 | Tdk Corp | Superconducting transistor and its manufacture |
| JPS6486574A (en) * | 1987-02-27 | 1989-03-31 | Hitachi Ltd | Superconducting device |
-
1989
- 1989-07-10 JP JP1175461A patent/JPH0793461B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6486574A (en) * | 1987-02-27 | 1989-03-31 | Hitachi Ltd | Superconducting device |
| JPS64779A (en) * | 1987-03-13 | 1989-01-05 | Toshiba Corp | Superconducting transistor and manufacture thereof |
| JPS6464379A (en) * | 1987-09-04 | 1989-03-10 | Tdk Corp | Superconducting transistor and its manufacture |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05152628A (ja) * | 1991-11-30 | 1993-06-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
| US5715182A (en) * | 1993-08-19 | 1998-02-03 | Hitachi, Ltd. | Device for the classification and examination of particles in fluid |
| US5594544A (en) * | 1993-10-21 | 1997-01-14 | Hitachi, Ltd. | Flow type particle image analyzing method and apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0793461B2 (ja) | 1995-10-09 |
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