JPH04167575A - 超電導素子 - 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ζ超電導素子に関する。より詳細には、基板上
に搭載された酸化物超電導薄膜により形成された超電導
層を具備し、集積化を考慮した構成の超電導素子に関す
る。

従来の技術 超電導を使用した代表的な素子に、ジョセフソン素子が
ある。ジョセフソン素子は、一対の超電導体をトンネル
障壁を介して結合した構成であり、高速スイッチング動
作が可能である。しかしながら、ジョセフソン素子は２
端子の素子であり、論理回路を実現するためには複雑な
回路構成になってしまう。

一方、超電導を利用した３端子素子としては、超電導ベ
ーストランジスタ、超電導ＦＥＴ等がある。超電導ベー
ストランジスタは、トンネル障壁と超電導体で構成され
たベースとを具備し、トンネル障壁を通過した高速電子
を利用した低電力消費で高速動作を行う素子である。

一方、超電導ＦＥＴは、近接効果で超電導ソース電極お
よび超電導ドレイン電極間の半導体装置流れる超電導電
流を、ゲート電圧で制御する低電力消費で高速動作を行
う素子である。

さらに、ソース電極、ドレイン電極間に超電導体でチャ
ネルを形成し、この超電導チャネルを流れる電流をゲー
ト電極に印加する電圧で制御する３端子の超電導素子も
発表されている。

発明が解決しようとする課題 従来は、上記いずれの超電導素子も、特に集積化が考慮
されていなかった。しかしながら、これらの超電導素子
を各種電子装置に応用する場合、集積化に伴い、高密度
化、上面の平坦化等が容易に可能であることが要求され
る。

そこで、本発明の目的は、構造が簡単で高密度化、上面
の平坦化が容易に可能な超電導素子を提供することにあ
る。

課題を解決するだめの手段 本発明に従うと、基板上に形成された酸化物超電導薄膜
により構成された超電導層を含む超電導素子において、
基板成膜面に平行に成膜され、それぞれ絶縁層を介して
順に積層された酸化物超電導薄膜により構成された第１
〜第３の超電導層と、前記基板成膜面に垂直に成膜され
、前記第１および第３の超電導層と電気的に接合され、
前記第２の超電導層と絶縁層を介して隣接している酸化
物超電導薄膜により形成された第４の超電導層とを具備
し、前記第１〜第４の超電導層のいずれもが超電導電流
路として機能するすることを特徴とする超電導素子が提
供される。

作用 本発明の超電導素子は、酸化物超電導薄膜による絶縁層
を介して積層された３層の超電導層と、該３層の超電導
層の第１層のものと第３層のものに接合され、第２層の
ものとは絶縁層を介して隣接している酸化物超電導薄膜
による第４の超電導層を具備する。

即ち、本発明の超電導素子においては、例えば上記第１
〜第３層の超電導層は、それぞれ超電導ソース電極、超
電導ゲート電極および超電導ドレイン電極であって、第
４の超電導層は超電導チャネルとすることができる。

本発明の超電導素子は、超電導ソース電極および超電導
ドレインが上下に配置されており、両者に接合された超
電導チャネルが上下方向に構成されているいわゆるラテ
ラル型の超電導素子である。

従って、いわゆるブレーナ型の超電導素子と比較した場
合に、超電導チャネル長が短くなり、高速な動作が可能
である。

このような本発明の超電導素子の主要な特徴は、超電導
ゲート電極として動作する第２の超電導層も超電導電流
路として機能することである。超電導ゲート電極は、通
常ゲート幅を小さくするため、極薄の超電導体で構成さ
れることが好ましい。具体的には、超電導ゲート電極の
厚さはゲート絶縁層に接する部分で約１００　ｎｍ以下
であることが好ましい。このような、薄い超電導ゲート
電極は、通常は超電導電流路としては、断面積が小さす
ぎて不適である６ 本発明の超電導素子では、第２の超電導層の厚さをゲー
ト絶縁層に接する部分では薄く、ゲート絶縁層から十分
離れた位置では厚く形成し、超電導電流路としても使用
可能に構成されている。具体的には、本発明の超電導素
子において、超電導ゲート電極の厚さは、ゲート絶縁層
に接する部分で約１００　ｎｍ以下であり、ゲート絶縁
層から約３００ｎｍ離れた位置では約２００　ｎｍ以上
であることが好ましい。

以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。

実施例 第１図に、本発明の超電導素子の一例の断面概略図を示
す。第１図の超電導素子は、絶縁体基板８上に成膜され
た第１の超電導層１と、超電導層１上に絶縁層５を介し
て成膜された第２の超電導層２と、超電導層２上に絶縁
層６、ゲート絶縁層７を介して積層された第３の超電導
層３とを具備する。これら第１〜第３の超電導層はいず
れもＣ軸配向のＹＩＢａ２Ｃｕ３０ｔ−８酸化物超電導
薄膜で構成されていて、第１および第３の超電導層の厚
さは約２００　ｎｍ、第２の超電導層２の厚さはゲート
絶縁層７と接する部分で約１００　ｎｍ以下であり、ゲ
ート絶縁層７から約３００　ｎｍ離れた位置では約２０
０　ｎｍである。

また、第１の超電導層１と第３の超電導層３とに接合さ
れ、第２の超電導層２とはゲート絶縁層７を隔てて配置
され、超電導層１〜３とは垂直な方向に形成された第４
の超電導層４を具備する。

超電導層４はａ軸配向のＹ　ＨＢａ２Ｃｕ３０　ｔ−ｘ
酸化物超電導薄膜で構成されていて、厚さは約５ｎｍ以
下である。

絶縁層５．６およびゲート絶縁層７にはＭｇＯ１ＳｉＮ
等が使用され、特にゲート絶縁層７は、厚さ約１０ｎｍ
以上のトンネル電流が無視し得る厚さとなっている。一
方、基板８には、Ｍｇ０（１００）、ＣｄＮｄＡ］　０
．＜００１．　）基板等の絶縁体基板が用いられている
。

超電導層４の右側には、障壁層１１を介して含Ｓ１層ｌ
Ｏが配置されている。含Ｓｉ層１０は、単結晶Ｓ１１多
結晶Ｓ１、各種シリサイド等Ｓｉを含む材料で構成され
、障壁層１１は＾Ｕ等の酸化物超電導体と反応せず、Ｓ
ｌを拡散させない材料で構成されている。

上記本実施例の超電導素子では、第１および第３の超電
導層が、それぞれ超電導ソース電極および超電導ドレイ
ン電極であり、第２の超電導層２が超電導ゲート電極で
、第４の超電導層４が超電導チャネルとして機能する。

即ち、第４の超電導層４を介して第１および第３の超電
導層間を流れる電流を、第２の超電導層２に印加する電
圧により制御する構成となっている。

上記の超電導素子は、超電導ソース電極および超電導ド
レイン電極が上下に配電され、両者を結ぶ超電導チャネ
ルが上下方向に電流を流すように構成されている、ラテ
ラル型の素子構造となっている。従って、超電導ソース
電極および超電導ドレイン電極が左右に配置されている
プレーナ型の素子に比較して、超電導チャネルを短く構
成することが可能であり、動作速度をより高速にするこ
とができる。

以上のように構成された本発明の超電導素子では、超電
導ゲート電極である第２の超電導層２も超電導電流路と
して使用可能である。即ち、従来の超電導素子では超電
導ゲート電極は、超電導チャネルに電界を印加する機能
しか有していなかったが、本発明の超電導素子では、超
電導ゲート電極が超電導電流路としても機能する。

本実施例の超電導素子では、ゲート絶縁層７から約３０
０　ｎｍ離れた部分で第２の超電導層２の厚さが約２０
０　ｎｍになっており、超電導電流路として使用可能な
構成になっているが、本発明の超電導素子の構成はこれ
に限定されるものではない。第２の超電導層２の厚さが
、超電導電流路として使用可能になる位置は、超電導チ
ャネルの制御に悪影響を及ぼさない位置であればどこで
もよく、−また超電導層２の厚さも任意に選択できる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、従来超電導電流路
として使用できなかった超電導素子の超電導電流路を、
超電導電流路として使用できる。

従って、本発明の超電導素子を使用すれば、超電導素子
の高密度化に有利であり、余分な配線を必要としないた
め、素子の平坦化、素子構造の簡素化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の超電導素子の一例の断面概略図であ
る。 〔主な参照番号〕 １〜４・・・超電導層、 ５．６・・・絶縁層、 ７・・・ゲート絶縁層、 ８・・・基板 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板上に形成された酸化物超電導薄膜により構成され
   た超電導層を含む超電導素子において、基板成膜面に平
   行に成膜され、それぞれ絶縁層を介して順に積層された
   酸化物超電導薄膜により構成された第１〜第３の超電導
   層と、前記基板成膜面に垂直に成膜され、前記第１およ
   び第３の超電導層と電気的に接合され、前記第２の超電
   導層と絶縁層を介して隣接している酸化物超電導薄膜に
   より形成された第４の超電導層とを具備し、前記第１〜
   第４の超電導層のいずれもが超電導電流路として機能す
   るすることを特徴とする超電導素子。