JPH04206667A - 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、超電導素子に関する。より詳細には、新規な
構成の超電導素子に関する。

従来の技術 超電導素子の代表的なものには、ジョセフソン素子があ
る。ジョセフソン素子は、一対の超電導体を点接触で結
合したり、あるいは絶縁体を介して結合したりすること
で実現されている。ジョセフソン素子は、この超電導体
の間の電圧−電流の関係を利用する素子で、２端子の素
子である。実際に回路を作製する際に、２端子の素子を
使用すると、回路設計が難しくなる。

そのため、３端子で高速な動作する素子として、超電導
トランジスタが提案されている。第２図に従来の超電導
トランジスタの概略断面図を示す。

第２図の超電導トランジスタは、−面がエツチングされ
た半導体基板１２と、半導体基板１２のエツチングされ
た面と反対の面上に形成された一対の超電導電極１０お
よび１１と、半導体基板１２のエツチングされた部分に
絶縁膜１４を介して形成された金属電極１３とで構成さ
れる。

上記の超電導トランジスタでは、超電導電極１０および
１１が近接して配置されており、超電導近接効果により
半導体基板１２中を超電導電流が流れる。

金属電極１３に電圧を印加して、この超電導電流を制御
する構成となっている。

発明が解決しようとする課題 上記従来の超電導トランジスタは、半導体装置１２上に
近接して配置された超電導電極１０および１１間を流れ
る超電導電流を利用している。従って、超電導電極１０
および１１間の距離は、超電導電極１゜および１１を構
成している超電導体のコヒーレンス長の数倍程度にしか
することができない。そのため、超電導電極にコヒーレ
ンス長の短い酸化物超電導体を使用する場合には、超電
導電極の加工が非常に難しくなる。

また、半導体基板上に酸化物超電導体の薄膜を直接形成
することは困難であるため、超電導特性に優れた酸化物
超電導体を使用して上記従来の超電導トランジスタを作
製することは困難であった。

そこで本発明の目的は、酸化物超電導体を使用するのに
適した新規な構成の超電導素子を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明に従うと、酸化物超電導体層と該酸化物超電導体
層に接して配置されている低次元導体層とを具備するこ
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、従来の超電導トランジスタと異
なり、酸化物超電導体層と該酸化物超電導体層に接して
いる低次元導体層とを備える。本発明の超電導素子に使
用する低次元導体層としては、例えばＫ。−３Ｍｏ○３
（モリブデンブロンズ）が好ましい。本発明の超電導素
子は、上記の低次元導体層を約１４０に以下に冷却した
ときに生じる電荷密度波を利用してして動作する。

電荷密度波は、物質中の強い電子−格子相互作用によっ
て生じる格子歪みを伴った電荷密度の波であり、超電導
や超流動等と同様な一種の巨視的量子現象である。Ｋｏ
、Ｊｏｂ３をはじめとした多くの低次元導体は、冷却す
るとその物質固有の転移温度以下では、電荷密度波状態
に移行する。電荷密度波状態でのコヒーレンス長は数μ
ｍと長く、本発明の超電導素子は、この低次元導体物質
の長いコヒーレンス長を利用したものである。

本発明の超電導素子の具体的な構成としては、例えば、
ジョセフソン接合の超電導弱結合部分に低次元導体物質
を配置した構成が好ましい。この構成の超電導素子では
、低次元導体部に電界を印加する。この電界のオン、オ
フにより超電導状態と電圧状態との間の遷移を制御する
。

上記の構成の本発明の超電導素子では、電荷密度波状態
におけるコヒーレンス長が数μｍと＆いため、２個の超
電導電極間の距離も同程度にすることが可能である。従
って、従来の超電導トランジスタと比較して、微細加工
の条件が大幅に緩和される。

本発明の超電導素子において、酸化物超電導体層に使用
する酸化物超電導体としては、Ｙ　−Ｂａ　−Ｃｕ−０
系酸化物超電導体、Ｂｉ　−３ｒ　−Ｃａ−Ｃｕ　−０
系酸化物超電導体、ＴＩ　−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ　−０系
酸化物超電導体等が好ましい。特に、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−
０系酸化物超電導体は、臨界電流密度が大きく、単結晶
の薄膜を作製することが可能であるので好ましい。

上記の酸化物超電導体は、特にＭｇＯ，５ｒＴｉ０３等
の酸化物の単結晶基板を使用すると、高品質の単結晶薄
膜を作製しやすい。従って、本発明の超電導素子は、上
記の酸化物単結晶基板上に酸化物゛超電導体層および低
次元導体層とを順に積み重ねた構成であってもよい。

また、本発明の超電導素子において、低次元導体層に使
用する低次元導体は、ＭＸＭＯ０３（Ｍはアルカリ金Ｒ
）で示されるモリブデンブロンズ、ＴａＳ２、Ｔａ５３
、ＮｂＳｅ２、ＮｂＳｅ＋等が好ましい。

これらの低次元導体は、いずれも低温（約１４０　Ｋ以
下）で電荷密度波を発生する。従って、本発明の超電導
素子にこれらの低次元導体を使用すると、上記の酸化物
超電導体の臨界温度（８０〜１１０　Ｋ）で、安定に動
作する。

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概略図を示す。

第１図の超電導素子は、酸化物単結晶基板３と、酸化物
単結晶基板３上に互いに５μｍ離れて形成された酸化物
超電導体層１ａ、１ｂと、酸化物超電導体層１ａ、ｌｂ
間の酸化物単結晶基板３上に形成された低次元導体層２
とを具備する。酸化物超電導体層１ａ、１ｂには、それ
ぞれ端子４および５が設けられ、低次元導体層２には端
子６が設けられている。

上記本発明の超電導素子を作製した。酸化物単結晶基板
３にはＭｇ　Ｏ（１００）基板を用い、酸化物超電導体
層ｌａ、　ｌｂには、Ｙ、Ｂａ２Ｃｕ３０．−Ｘ酸化物
超電導体を使用し、低次元導体層２にはＫ。、　３Ｍ０
０３を使用した。

まず、ＭｇＯ基板３上に高周波マグネトロンスパッタリ
ングにより、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕが原子比に２：３割合で含
まれている焼結体をターゲットとして、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ
３Ｏ７−Ｘ酸化物超電導体層を厚さ６０００八まで成長
させた。次に、フォトリングラフィを用いて、Ｙ、Ｂａ
２Ｃｕ＋　０７−ｘ酸化物超電導体層をエツチングし、
５μｍの幅の部分を除去し、酸化物超電導体層１ａ、ｌ
ｂに分割した。

次いで、やはり高周波マグネトロンスパッタリングによ
り、酸化物超電導体層１ａ、１ｂの両端を空けてＫ。、
３Ｍ００３層２を厚さ９０００　Ａに成長させた。

酸化物超電導体層１ａ、１ｂおよび低次元導体層２に端
子４．５および６をそれぞれ設け、本発明の超電導素子
は完成した。

上記本発明の超電導素子の特性を以下のように測定した
。

上記の素子を絶対温度４０Ｋに冷却し、端子６にバイア
ス電圧を、端子４．５間に定電流源から電流を印加し、
端子４．５間に発生する電圧を測定した。

第３図に、端子４．５間のＩ−Ｖ特性の端子６に印加し
たバイアス電圧依存性を示す。第３図から明らかなよう
に、本実施例の超電導素子では、端子６に印加するバイ
アス電圧により、端子４．５間に流れる超電導電流の大
きさを制御可能である。

上記のように、本発明の超電導素子は、実質的に３端子
素子で、ジョセフソン素子と同等の動作を行う。

発明の詳細 な説明したように、本発明の超電導素子は、従来のジョ
セフソン素子、超電導トランジスタとは全く異なる新規
な構成である。また、ジョセフソン素子が２端子である
のに対し、本発明の超電導素子は３端子の素子なので、
実際に使用する場合に回路等が容易に作製できる。さら
に超電導トランジスタと異なり、微細な加工が不要で、
半導体上に超電導層を形成する必要がないので、素子自
体の作製も容易であり、コストも低減できる。

〔主な参照番号〕

１ａ、１ｂ・・・酸化物超電導体層、 ２・・・低次元導体層、 ３・・・酸化物単結晶基板、 ４．５．６・・・端子、 １０．１１・・・超電導電極、 １２・・・半導体基板、 １３・・・金属電極、 １４・・・絶縁膜 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. 　酸化物超電導体層と該酸化物超電導体層に接して配置
   されている低次元導体層とを具備することを特徴とする
   超電導素子。