JPH04328885A - 超電導トランジスタの製造方法 - Google Patents
超電導トランジスタの製造方法Info
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- JPH04328885A JPH04328885A JP3124821A JP12482191A JPH04328885A JP H04328885 A JPH04328885 A JP H04328885A JP 3124821 A JP3124821 A JP 3124821A JP 12482191 A JP12482191 A JP 12482191A JP H04328885 A JPH04328885 A JP H04328885A
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導材料を用
いた超電導トランジスタの製造方法に関する。
いた超電導トランジスタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導トランジスタとして、近接効果型
トランジスタが提案されている（西野他「超電導トラン
ジスタ」応用物理第５６巻第６号（１９８７）Ｐ７５２
〜７５６参照）。
トランジスタが提案されている（西野他「超電導トラン
ジスタ」応用物理第５６巻第６号（１９８７）Ｐ７５２
〜７５６参照）。
【０００３】これは、超電導体と常電導体を密着させる
と超電導体側から常電導体側へクーパ一対がしみ出して
、常電導体側へのしみだし距離程度の薄い層に超電導を
誘発する近接効果を利用したものである。即ち、常電導
膜Ｎを超電導膜Ｓで挾んだＳＮＳ接合で、Ｎの膜厚がし
み出し距離程度であると、近接効果のためにクーパ一対
Ｓ膜間を行き来できるようになる。しみ出し距離は常電
導体内のコヒーレンス長さに相当する量で、温度の低下
と共に大きくなり、また自由電子の濃度と共に増大する
。
と超電導体側から常電導体側へクーパ一対がしみ出して
、常電導体側へのしみだし距離程度の薄い層に超電導を
誘発する近接効果を利用したものである。即ち、常電導
膜Ｎを超電導膜Ｓで挾んだＳＮＳ接合で、Ｎの膜厚がし
み出し距離程度であると、近接効果のためにクーパ一対
Ｓ膜間を行き来できるようになる。しみ出し距離は常電
導体内のコヒーレンス長さに相当する量で、温度の低下
と共に大きくなり、また自由電子の濃度と共に増大する
。
【０００４】金属の自由電子濃度を変えるのは難しいが
、半導体を用いると半導体の電流を運ぶキャリアを電界
によって接合部に引き寄せて接合部でキャリア濃度を電
界効果トランジスタのように変えることができる。
、半導体を用いると半導体の電流を運ぶキャリアを電界
によって接合部に引き寄せて接合部でキャリア濃度を電
界効果トランジスタのように変えることができる。
【０００５】近接効果型トランジスタは、この半導体を
用いたものであり、図２に示すように、シリコン単結晶
板５１上に、ソース電極５２とドレイン電極５３を形成
すると共にシリコン単結晶板５１の下面にゲート電極５
４を形成するものであり、各電極を鉛合金の超電導体に
て構成するものである。図中、５５、５６、５７は絶縁
膜である。
用いたものであり、図２に示すように、シリコン単結晶
板５１上に、ソース電極５２とドレイン電極５３を形成
すると共にシリコン単結晶板５１の下面にゲート電極５
４を形成するものであり、各電極を鉛合金の超電導体に
て構成するものである。図中、５５、５６、５７は絶縁
膜である。
【０００６】他の従来例としてトンネル注入型超電導ト
ランジスタが提案されている。このトンネル注入型超電
導トランジスタの概念構造は、例えば、ＩＥＥＥＴｒａ
ｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，
ＶＯＬ．ＭＡＧ−２１，ＮＯ．２，ＭＡＲ．１９８５「
Ａ ＮＥＷ ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＮＧＢＡ
ＳＥ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ」Ｐ．７２１〜７２４あ
るいは同誌 ＶＯＬ．ＭＡＧ−１９，Ｎｏ．３，ＭＡ
Ｙ １９８３「ＱＵＩＴＥＲＯＮ」Ｐ．１２０３〜１
２９５に示されている。即ち、図３に示すように、半導
体からなるコレクタ領域６１と、コレクタ領域６１に接
した超電導体からなるベース領域６２と、このベース領
域６３を介して設けられた超電導体からなるエミッタ領
域６４とから構成されている。
ランジスタが提案されている。このトンネル注入型超電
導トランジスタの概念構造は、例えば、ＩＥＥＥＴｒａ
ｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，
ＶＯＬ．ＭＡＧ−２１，ＮＯ．２，ＭＡＲ．１９８５「
Ａ ＮＥＷ ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＮＧＢＡ
ＳＥ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ」Ｐ．７２１〜７２４あ
るいは同誌 ＶＯＬ．ＭＡＧ−１９，Ｎｏ．３，ＭＡ
Ｙ １９８３「ＱＵＩＴＥＲＯＮ」Ｐ．１２０３〜１
２９５に示されている。即ち、図３に示すように、半導
体からなるコレクタ領域６１と、コレクタ領域６１に接
した超電導体からなるベース領域６２と、このベース領
域６３を介して設けられた超電導体からなるエミッタ領
域６４とから構成されている。
【０００７】従来の近接効果型トランジスタを製造する
には、半導体と超電導体の積層化が必要である。半導体
上に高温酸化物超電導薄膜を形成する場合、形成時の基
板温度を８００℃以上にする必要があり、半導体との相
互う拡散などのため特性が劣化する。このため、高温酸
化物超電導薄膜と半導体と積層化が困難であり、成功し
ていなかった。
には、半導体と超電導体の積層化が必要である。半導体
上に高温酸化物超電導薄膜を形成する場合、形成時の基
板温度を８００℃以上にする必要があり、半導体との相
互う拡散などのため特性が劣化する。このため、高温酸
化物超電導薄膜と半導体と積層化が困難であり、成功し
ていなかった。
【０００８】そこで、本願出願人、酸化物超電導体を用
いた超電導トランジスタの実用化に向けて、新規な超電
導トランジスタの製造方法を特願平２−１２９９５７号
に提案している。
いた超電導トランジスタの実用化に向けて、新規な超電
導トランジスタの製造方法を特願平２−１２９９５７号
に提案している。
【０００９】この提案された製造方法は、絶縁性基板表
面に非超電導相状態にあるＢｉＳｒＣｕＯまたはＳｒＣ
ａＣｕＯ薄膜を被着し、その薄膜表面にこの薄膜内に導
入されることによってその薄膜を超電導相に変更する素
材を含む一対の材料薄膜を微小間隙を置いて被着した後
、熱処理を施してこの材料薄膜の前記素材を上記ＢｉＳ
ｒＣｕＯまたはＳｒＣａＣｕＯ薄膜中に導入し微小間隙
を置いた一対の超電導領域としてソース、ドレイン各領
域とし、そのソース、ドレイン両領域に跨って絶縁膜を
介してゲート電極を設けるようにしたものである。
面に非超電導相状態にあるＢｉＳｒＣｕＯまたはＳｒＣ
ａＣｕＯ薄膜を被着し、その薄膜表面にこの薄膜内に導
入されることによってその薄膜を超電導相に変更する素
材を含む一対の材料薄膜を微小間隙を置いて被着した後
、熱処理を施してこの材料薄膜の前記素材を上記ＢｉＳ
ｒＣｕＯまたはＳｒＣａＣｕＯ薄膜中に導入し微小間隙
を置いた一対の超電導領域としてソース、ドレイン各領
域とし、そのソース、ドレイン両領域に跨って絶縁膜を
介してゲート電極を設けるようにしたものである。
【００１０】
【発明が解消したようにする課題】しかしながら、上述
したＢｉＳｒＣｕＯまたはＳｒＣａＣｕＯ組成からなる
超電導薄膜は、コヒーレンス長が１ｎｍ以下と短いため
、チャネル長をコヒーレンス長と同程度から１０倍程度
と極めて短くしないと、近接効果が得られない。従って
、このソース・ドレイン領域を形成するため一対の材料
薄膜を極めて近接して配置する必要があり、現在のレジ
スタ等を用いたパターニング技術では、そのレイアウト
が極めて困難であるという問題があった。
したＢｉＳｒＣｕＯまたはＳｒＣａＣｕＯ組成からなる
超電導薄膜は、コヒーレンス長が１ｎｍ以下と短いため
、チャネル長をコヒーレンス長と同程度から１０倍程度
と極めて短くしないと、近接効果が得られない。従って
、このソース・ドレイン領域を形成するため一対の材料
薄膜を極めて近接して配置する必要があり、現在のレジ
スタ等を用いたパターニング技術では、そのレイアウト
が極めて困難であるという問題があった。
【００１１】本発明は、かかる点に鑑みなされたものに
して、製造の容易な超電導トランジスタを提供すること
をその課題とする。
して、製造の容易な超電導トランジスタを提供すること
をその課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明は、基板上に半
導体状態にあるＢａ１−ｐＫｐＢｉＯ３（ここに、ｐ＞
０．６）薄膜を形成する工程、このＢａ１−ｐＫｐＢｉ
Ｏ３表面にこの薄膜内に導入されることによって、この
膜を超電導相に変更する素材を含む一対の材料薄膜を微
小間隔を置いて被着する工程、上記薄膜に熱処理を施し
てこの材料薄膜の素材を上記薄膜中に導入してこの微小
間隔を置いた一対の超電導領域とする工程、この微小間
隔及び一対の超電導領域に跨って絶縁膜を被着する工程
、及びこの絶縁膜上にゲート電極を、一対の超電導領域
の一方にソース電極を、他方にドレイン電極をそれぞれ
設ける工程と、からなることを特徴とする。
導体状態にあるＢａ１−ｐＫｐＢｉＯ３（ここに、ｐ＞
０．６）薄膜を形成する工程、このＢａ１−ｐＫｐＢｉ
Ｏ３表面にこの薄膜内に導入されることによって、この
膜を超電導相に変更する素材を含む一対の材料薄膜を微
小間隔を置いて被着する工程、上記薄膜に熱処理を施し
てこの材料薄膜の素材を上記薄膜中に導入してこの微小
間隔を置いた一対の超電導領域とする工程、この微小間
隔及び一対の超電導領域に跨って絶縁膜を被着する工程
、及びこの絶縁膜上にゲート電極を、一対の超電導領域
の一方にソース電極を、他方にドレイン電極をそれぞれ
設ける工程と、からなることを特徴とする。
【００１３】
【作用】Ｂａ１−ｐＫｐＢｉＯ３（以下、ＢＫＢＯとい
う。）はコヒーレンス長が４ｎｍと長いため、チャネル
長を４〜４０ｎｍと長くしても、近接効果が半導体相ま
で十分に及ぶので、トランジスタのレイアウト設計に余
裕ができ、パターニングが容易になる。
う。）はコヒーレンス長が４ｎｍと長いため、チャネル
長を４〜４０ｎｍと長くしても、近接効果が半導体相ま
で十分に及ぶので、トランジスタのレイアウト設計に余
裕ができ、パターニングが容易になる。
【００１４】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
る。
【００１５】図１（Ａ）〜（Ｄ）は、ＭＯＳ型の近接効
果型超電導トランジスタの製造工程を示すものである。 この図面において、絶縁性基板１としては、ＭｇＯ、Ｓ
ｒＴｉＯ３、ＹＳＺ（イットリアで安定化させたジルコ
ニア）、Ａｌ２Ｏ３などを用いることができるが、この
実施例では（１１０）ＳｒＴｉＯ３基板を用いた。
果型超電導トランジスタの製造工程を示すものである。 この図面において、絶縁性基板１としては、ＭｇＯ、Ｓ
ｒＴｉＯ３、ＹＳＺ（イットリアで安定化させたジルコ
ニア）、Ａｌ２Ｏ３などを用いることができるが、この
実施例では（１１０）ＳｒＴｉＯ３基板を用いた。
【００１６】この基板１の表面に、同一組成系に少なく
とも超電導相と半導体相と絶縁相とを持つ超電導組成膜
としてのＢａ１−ｐＫｐＢｉＯ３をＲｆマグネトロンス
パッタリング法により焼結ターゲットから形成する。
とも超電導相と半導体相と絶縁相とを持つ超電導組成膜
としてのＢａ１−ｐＫｐＢｉＯ３をＲｆマグネトロンス
パッタリング法により焼結ターゲットから形成する。
【００１７】この焼結ターゲットは、Ｂａ０．６Ｋ０．
５ＢｉＯｘの粉末をＮ２及びＯ２により仮焼成したもの
を用いる。
５ＢｉＯｘの粉末をＮ２及びＯ２により仮焼成したもの
を用いる。
【００１８】次にこのよ焼結ターゲットを用い、Ｒｆマ
グネトロンスパッタリング装置により、基板１上にＢａ
１−ｐＫｐＢｉＯ３（ここに、０．４＜ｐ＜０．６）薄
膜２を次の条件下で形成する。ここで代表値はｐ＝０．
５である。
グネトロンスパッタリング装置により、基板１上にＢａ
１−ｐＫｐＢｉＯ３（ここに、０．４＜ｐ＜０．６）薄
膜２を次の条件下で形成する。ここで代表値はｐ＝０．
５である。
【００１９】スパッタリング装置のベルジャ内に、上記
焼結ターゲットを取付けると共に、陰極側のこのターゲ
ットに対し、接地された陽極側に基板１を４０ｎｍ離間
して配置し、焼結ターゲットには負の高電圧１．５ｋＶ
を印加する。
焼結ターゲットを取付けると共に、陰極側のこのターゲ
ットに対し、接地された陽極側に基板１を４０ｎｍ離間
して配置し、焼結ターゲットには負の高電圧１．５ｋＶ
を印加する。
【００２０】ベルジャ内に純度９９．９９９５％のアル
ゴンガスと純度９９．９９９％の酸素ガスを比１：１の
割合で４ｍｔｏｒｒの圧力にて供給すると共にスパッタ
出力を１５０Ｗとしてスパッタリング処理し、基板１上
に厚み１０００〜３０００Åの薄膜２を形成することが
できる。この場合に基板１上の温度４００℃とすること
ができ、この基板温度により基板１上の薄膜２の付着強
度が異なり、高温である程その強度が高くなるが、薄膜
組成比がずれるおそれがある。
ゴンガスと純度９９．９９９％の酸素ガスを比１：１の
割合で４ｍｔｏｒｒの圧力にて供給すると共にスパッタ
出力を１５０Ｗとしてスパッタリング処理し、基板１上
に厚み１０００〜３０００Åの薄膜２を形成することが
できる。この場合に基板１上の温度４００℃とすること
ができ、この基板温度により基板１上の薄膜２の付着強
度が異なり、高温である程その強度が高くなるが、薄膜
組成比がずれるおそれがある。
【００２１】Ｂａ１−ｐＫｐＢｉＯ３酸化物薄膜２はｐ
が０．４＜ｐ＞０．６のときに超電導状態を示し、Ｂａ
が不足気味の状態すなわちｐが０．６＜ｐのとき半導体
状態を呈する。本発明においては、薄膜２として半導体
状態のものを使用するため、Ｂａが不足気味の状態のも
のが用いられる。
が０．４＜ｐ＞０．６のときに超電導状態を示し、Ｂａ
が不足気味の状態すなわちｐが０．６＜ｐのとき半導体
状態を呈する。本発明においては、薄膜２として半導体
状態のものを使用するため、Ｂａが不足気味の状態のも
のが用いられる。
【００２２】次に図１（Ｂ）に示すように、薄膜２の表
面にこの薄膜２に不足気味のＢａを供給するＢａＦ２薄
膜３、３を微小間隙、具体的には０．３〜１．０μｍの
間隙を設けて被着する。この薄膜３の被着は電子ビーム
蒸着法あるいはスパッタリング法により形成することが
できるが、この実施例では電子ビーム蒸着法により形成
又はフォトレジストを用いたリフトオフプロセスにより
形成する。
面にこの薄膜２に不足気味のＢａを供給するＢａＦ２薄
膜３、３を微小間隙、具体的には０．３〜１．０μｍの
間隙を設けて被着する。この薄膜３の被着は電子ビーム
蒸着法あるいはスパッタリング法により形成することが
できるが、この実施例では電子ビーム蒸着法により形成
又はフォトレジストを用いたリフトオフプロセスにより
形成する。
【００２３】この電子ビーム蒸着法は、電子ビーム加速
電圧４ｋＶ、電子ビーム電流１ｍＡ、成膜速度１００Å
／分、基板１の温度２００℃として行う。超電導相成薄
膜２の膜厚が７０００Åのときは、ＢａＦ２薄膜３は膜
厚を１００〜１２００Åとすることができるが、この実
施例では８００Åとした。
電圧４ｋＶ、電子ビーム電流１ｍＡ、成膜速度１００Å
／分、基板１の温度２００℃として行う。超電導相成薄
膜２の膜厚が７０００Åのときは、ＢａＦ２薄膜３は膜
厚を１００〜１２００Åとすることができるが、この実
施例では８００Åとした。
【００２４】薄膜３と３を微小間隙３ａの寸法は、熱処
理による拡がりを考慮する必要がある。
理による拡がりを考慮する必要がある。
【００２５】次いで薄膜２と３を形成した基板１を電気
炉に入れ、流量２リットル／分の酸素雰囲気中で７５０
℃、５時間の熱処理を行い、図１（Ｃ）に示すように超
電導薄膜４を形成した。この際、電気炉における加熱速
度は５℃／分であり、冷却速度は−４℃／分である。
炉に入れ、流量２リットル／分の酸素雰囲気中で７５０
℃、５時間の熱処理を行い、図１（Ｃ）に示すように超
電導薄膜４を形成した。この際、電気炉における加熱速
度は５℃／分であり、冷却速度は−４℃／分である。
【００２６】この熱処理により、Ｂａが不足気味の薄膜
２内に薄膜３のＢａを導入して薄膜２が超電導化される
。その結果、微小間隙３ａを置いた超電導領域４、４と
その間隙３ａに位置する半導体相のＢａ１−ｐＫｐＢｉ
Ｏ３系酸化物薄膜２ａとの界面は性質が異なるものの、
その組成は同系統のものからなっているので、その界面
状態は非常に良好である。
２内に薄膜３のＢａを導入して薄膜２が超電導化される
。その結果、微小間隙３ａを置いた超電導領域４、４と
その間隙３ａに位置する半導体相のＢａ１−ｐＫｐＢｉ
Ｏ３系酸化物薄膜２ａとの界面は性質が異なるものの、
その組成は同系統のものからなっているので、その界面
状態は非常に良好である。
【００２７】続いて、図１（Ｄ）に示すように、一対の
超電導薄膜４、４とその間の半導体相の超電導組成薄膜
２ａとに跨って、酸化膜などの絶縁性膜５を介してゲー
ト電極６を設けると共に超電導薄膜４、４にそれぞれ電
気的に連なったＡｕなどからなるソース電極７並びにド
レイン電極８を設ける。
超電導薄膜４、４とその間の半導体相の超電導組成薄膜
２ａとに跨って、酸化膜などの絶縁性膜５を介してゲー
ト電極６を設けると共に超電導薄膜４、４にそれぞれ電
気的に連なったＡｕなどからなるソース電極７並びにド
レイン電極８を設ける。
【００２８】絶縁性膜５としてＭｇＯ、ＳｉＯ２又はＡ
ｌ２Ｏ３を使用することができるが、この実施例におい
てはＭｇＯを使用し、電子ビーム蒸着法で膜厚１０００
Åとした。その場合、成膜速度は１０Å／秒、基板温度
３００℃とした。
ｌ２Ｏ３を使用することができるが、この実施例におい
てはＭｇＯを使用し、電子ビーム蒸着法で膜厚１０００
Åとした。その場合、成膜速度は１０Å／秒、基板温度
３００℃とした。
【００２９】また、各電極６、７、８としてＡｕを厚み
６０００Åに電子ビーム蒸着法で蒸着した。その電子ビ
ーム蒸着法の作動条件は前述の絶縁性膜５の電子ビーム
蒸着法と同じであり、成膜速度は２０Å／秒であった。
６０００Åに電子ビーム蒸着法で蒸着した。その電子ビ
ーム蒸着法の作動条件は前述の絶縁性膜５の電子ビーム
蒸着法と同じであり、成膜速度は２０Å／秒であった。
【００３０】以上説明したように、Ｂａ１−ｐＫｐＢｉ
Ｏ３（以下、ＢＫＢＯという。）はコヒーレンス長が４
ｎｍと長いため、チャネル長を長くしても、近接効果が
半導体相まで十分に及ぶので、トランジスタのレイアウ
ト設計に余裕ができ、パターニングが容易になり、酸化
物超電導体を用いた超電導トランジスタを提供できる。
Ｏ３（以下、ＢＫＢＯという。）はコヒーレンス長が４
ｎｍと長いため、チャネル長を長くしても、近接効果が
半導体相まで十分に及ぶので、トランジスタのレイアウ
ト設計に余裕ができ、パターニングが容易になり、酸化
物超電導体を用いた超電導トランジスタを提供できる。
【図１】 本発明による超電導トランジスタの製造方
法の実施例を示す製造工程の断面図である。
法の実施例を示す製造工程の断面図である。
【図２】 従来の超電導トランジスタの断面図である
。
。
【図３】 従来の超電導トランジスタの断面図である
。
。
１ 基板
２ ＢＫＢＯ半導体膜
３ 材料薄膜
４ ＢＫＢＯ超電導薄膜
５ 絶縁膜
６ ゲート電極
７ ソース電極
８ ドレイン電極
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に半導体状態にあるＢａ１−ｐ
ＫｐＢｉＯ３（ここに、ｐ＞０．６）薄膜を形成する工
程、このＢａ１−ｐＫｐＢｉＯ３表面にこの薄膜内に導
入されることによって、この膜を超電導相に変更する素
材を含む一対の材料薄膜を微小間隔を置いて被着する工
程、上記薄膜に熱処理を施してこの材料薄膜の素材を上
記薄膜中に導入して微小間隔を置いて一対の超電導領域
とする工程、この微小間隔及び一対の超電導領域に跨っ
て絶縁膜を被着する工程、及びこの絶縁膜上にゲート電
極を、一対の超電導領域の一方にソース電極を、他方に
ドレイン電極をそれぞれ設ける工程と、からなることを
特徴とする超電導トランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3124821A JPH04328885A (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 超電導トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3124821A JPH04328885A (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 超電導トランジスタの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04328885A true JPH04328885A (ja) | 1992-11-17 |
Family
ID=14894946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3124821A Pending JPH04328885A (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 超電導トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04328885A (ja) |
-
1991
- 1991-04-26 JP JP3124821A patent/JPH04328885A/ja active Pending
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