JPH04360589A - Semiconductor coupling superconducting element - Google Patents

Semiconductor coupling superconducting element

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JPH04360589A
JPH04360589A JP3163561A JP16356191A JPH04360589A JP H04360589 A JPH04360589 A JP H04360589A JP 3163561 A JP3163561 A JP 3163561A JP 16356191 A JP16356191 A JP 16356191A JP H04360589 A JPH04360589 A JP H04360589A
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▲高▼柳 英明
Hideaki Takayanagi
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Abstract

PURPOSE:To obtain a superconducting three-terminal element in which a current- voltage characteristic between a source and a drain is discontinuously controlled to a gate voltage and which has a large gain and excellent characteristics by forming a gate electrode divided into two in split type. CONSTITUTION:A semiconductor coupling superconducting element has two-dimensional electron gas 16 formed in a boundary of a junction of different semiconductors 15, 17, two superconducting electrodes 13, 14 in ohmic contact with the semiconductors formed with the gas 16, and a gate electrode 20 for controlling a superconducting current flowing in the gas 16 between the two electrodes 13 and 14. The electrode 20 is formed in a MIS type gate structure 20-19-18 split into two on the semiconductor 18. Thus, current-voltage characteristics between the source 13 and the drain 14 can be discontinuously controlled by a gate voltage to obtain a large gain for a practical use, and a superconducting transistor is excellently in high speed and low power consumption.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、半導体を接合部に持つ
超伝導素子、即ち超伝導体−半導体−超伝導体結合を有
する半導体結合超伝導素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting element having a semiconductor at a junction, that is, a semiconductor-coupled superconducting element having a superconductor-semiconductor-superconductor bond.

【0002】0002

【従来の技術】トンネル形ジョセフソン素子の発明以来
、半導体におけるバイポーラトランジスタや電界効果ト
ランジスタ(FET)に対応する超伝導三端子素子の研
究は数多く行われて来た。この中にあって、半導体結合
超伝導素子は、半導体に対する電気的制御による三端子
動作の可能性から多くの試みがなされてきたが、実用に
供するものは得られていない。この原因は主に、トラン
ジスタとしての利得の無さ、或いは小ささにあった。 以下、具体的な例で、これを説明する。
2. Description of the Related Art Since the invention of the tunnel-type Josephson device, much research has been conducted on superconducting three-terminal devices corresponding to bipolar transistors and field effect transistors (FETs) in semiconductors. Among these, many attempts have been made to develop semiconductor-coupled superconducting devices due to the possibility of three-terminal operation through electrical control of semiconductors, but none have been put to practical use. The main reason for this was the lack of gain or small gain of the transistor. This will be explained below using a specific example.

【0003】これまでに実現された、代表的な半導体結
合超伝導素子としては、p形InAsを用いたものと、
p形Siを用いたものがある。
Typical semiconductor-coupled superconducting devices that have been realized so far include those using p-type InAs,
There is one using p-type Si.

【0004】p形InAsを用いた半導体結合超伝導素
子としては、H. Takayanagi 及び T.
 Kawakami  による ”Supercond
ucting Proximity Effect i
n the Native Inversion La
yer on InAs”,  と題する論文、Phy
sical Review Letters 54,(
1985),2449、或いは H. Takayan
agi  及び T. Kawakami  による 
”Planar−Type InAs−Coupled
 Three−Terminal Supercond
ucting Devices”, と題する論文、D
igest ofTechnical Papers,
 98, 1985 International E
lectron Device Meeting, W
ashington D.C. 及び、▲高▼柳及び川
上による ”MIS形InAs超伝導三端子素子”と題
する論文、電子通信学会技術研究報告SCE86−23
 (1986)において開示されている通りである。
As a semiconductor coupled superconducting device using p-type InAs, H. Takayanagi and T.
“Supercond” by Kawakami
ucting Proximity Effect i
n the Native Inversion La
Phys.
sical Review Letters 54, (
1985), 2449, or H. Takayan
agi and T. By Kawakami
”Planar-Type InAs-Coupled
Three-Terminal Supercond
ucting Devices”, D.
most ofTechnical Papers,
98, 1985 International E
lectron Device Meeting, W
ashington D. C. and a paper entitled “MIS-type InAs superconducting three-terminal device” by Takayanagi and Kawakami, Institute of Electronics and Communication Engineers Technical Research Report SCE86-23.
(1986).

【0005】また、p形Siを用いた半導体結合超伝導
素子としては、T. Nishino、M. Miya
ke 、 Y. Harada  及び U. Kaw
abe  による ”Three−Terminal 
SuperconductingDevice Usi
ng a Si Single−Crystal Fi
lm”,  と題する論文、 IEEE Electr
on Devices Letters 6, (19
85), 297   において開示されている通りで
ある。
In addition, as a semiconductor coupled superconducting device using p-type Si, T. Nishino, M. Miya
ke, Y. Harada and U. Kaw
“Three-Terminal” by abe
SuperconductingDeviceUsi
ng a Si Single-Crystal Fi
A paper titled ``lm'', IEEE Electr
on Devices Letters 6, (19
85), 297.

【0006】図18に、p形InAsを用いた半導体結
合超伝導素子の断面構造を示す。ソース3及びドレイン
4は超伝導体であるNbから成り、超伝導電流はn形自
然反転層2を介して、ソース3及びドレイン4の間に流
れる。この超伝導電流をMIS(metal−insu
lator−semiconductor) 形ゲート
6にかけるゲート電圧Vg によって制御するわけで、
半導体におけるFETに相当することから、FET形超
伝導トランジスタとも呼ばれる。図19に、この素子に
おける電流−電圧特性(ソース・ドレイン電流IDS対
ソース・ドレイン電圧VDS)を示す。1はゲート電圧
が零の時、2はゲート電圧を印加した状態での特性で、
3の負荷直線と2つの特性が交わった点、即ちAとBが
このトランジスタのオン(on)とオフ(off)の動
作点になる。従って、AとBの電圧差Vout が出力
になる。一方、入力はVg であるから、このトランジ
スタの利得GはG=Vout /Vg となる。そこで
、このGを具体的に求める。
FIG. 18 shows a cross-sectional structure of a semiconductor-coupled superconducting device using p-type InAs. The source 3 and the drain 4 are made of Nb, which is a superconductor, and a superconducting current flows between the source 3 and the drain 4 via the n-type natural inversion layer 2. This superconducting current is
It is controlled by the gate voltage Vg applied to the gate 6 (lator-semiconductor).
Since it corresponds to a FET in semiconductors, it is also called a FET type superconducting transistor. FIG. 19 shows the current-voltage characteristics (source-drain current IDS vs. source-drain voltage VDS) in this element. 1 is the characteristic when the gate voltage is zero, 2 is the characteristic when the gate voltage is applied,
The point where the load line No. 3 and the two characteristics intersect, ie, A and B, are the on and off operating points of this transistor. Therefore, the voltage difference Vout between A and B becomes the output. On the other hand, since the input is Vg, the gain G of this transistor is G=Vout/Vg. Therefore, this G is specifically determined.

【0007】図19の電流−電圧特性7は、超伝導状態
(VDS=0の状態)と抵抗の発生した常伝導状態から
成るが、前者において流れる超伝導電流の最大値を臨界
電流IC 、後者における抵抗値を常伝導抵抗RNと呼
ぶ。 このような超伝導素子では、IC とRN の積IC 
RN はほぼ一定で、超伝導電極としてNbを使用した
場合、IC RN は約1mVである。これはゲート電
圧をかけた状態8にも当てはまり、今状態1でIC =
100μA,RN=10Ω、とすると状態8では例えば
IC =1μA,RN =1kΩとなる。即ち、ゲート
電圧によってIC を約100μA変化させることにな
る。IC のVg に対する感度SをS=dIC /d
Vg で定義すると、図18のp形InAsの反転層を
用いた素子では、S=10−4A/V、Siを用いた素
子では、S=10−3A/Vと測定されている。従って
、IC を約100μA変化させるのに、InAsを用
いた素子では、1V,Siを用いた素子では0.1Vの
ゲート電圧を必要とすることがわかる。一方、出力電圧
Vout はこの場合Vout =100μA×RL 
と表せる。図19の負荷直線3を表す負荷抵抗RL と
、ゲート部の持つ容量Cg との積はこの素子のスイッ
チング速度を決める要因であり、RL は余り大きくは
できない。そこで例えば、RL =1kΩとすると、前
述の利得G=Vout /Vg は、InAsを用いた
素子で1/10,Siを用いた素子で1になる。RL 
をRN の10倍の10kΩにしてやっと利得はそれぞ
れ1と10になるが、これでは超伝導素子としての高速
性を生かすことはできない。このように、この形の超伝
導トランジスタでは、大きな利得が得られないことがわ
かる。
The current-voltage characteristic 7 in FIG. 19 consists of a superconducting state (VDS=0 state) and a normal conducting state in which resistance occurs, and the maximum value of the superconducting current flowing in the former is defined as the critical current IC, and the latter The resistance value at is called normal conduction resistance RN. In such a superconducting device, the product of IC and RN is IC
RN is approximately constant, and IC RN is approximately 1 mV when Nb is used as the superconducting electrode. This also applies to state 8 where the gate voltage is applied, and now in state 1 IC =
If 100 μA and RN = 10Ω, then in state 8, IC = 1 μA and RN = 1 kΩ, for example. That is, IC changes by about 100 μA depending on the gate voltage. The sensitivity S to Vg of IC is S=dIC/d
Defined in terms of Vg, it is measured that S=10-4 A/V in the device using the p-type InAs inversion layer shown in FIG. 18, and S=10-3 A/V in the device using Si. Therefore, it can be seen that in order to change IC by about 100 μA, a gate voltage of 1V is required for an element using InAs, and 0.1V for an element using Si. On the other hand, the output voltage Vout in this case is Vout = 100μA x RL
It can be expressed as The product of the load resistance RL representing the load line 3 in FIG. 19 and the capacitance Cg of the gate portion is a factor that determines the switching speed of this element, and RL cannot be made too large. For example, if RL = 1 kΩ, the aforementioned gain G = Vout /Vg will be 1/10 for an element using InAs and 1 for an element using Si. R.L.
By setting RN to 10 kΩ, which is 10 times as large as RN, the gains become 1 and 10, respectively, but this makes it impossible to take advantage of the high speed performance of a superconducting element. Thus, it can be seen that a large gain cannot be obtained with this type of superconducting transistor.

【0008】理由としては、上に述べたFET形超伝導
トランジスタの動作原理そのものにある。これを通常の
半導体FETの動作と比較して説明する。図20に通常
の半導体FETの電流−電圧特性(ソース・ドレイン電
流IDS対ソース・ドレイン電圧VDS)を示す。電流
−電圧特性は強い非線形性を持ち、あるソース・ドレイ
ン電圧以上でソース・ドレイン電流はほぼ一定になる。 これを飽和領域というが、この飽和領域を利用すること
によって、図を示すようにゲート電圧のon,offに
対応して2つの動作点A,Bを取ると、2つの動作点の
間の電圧差、即ち出力を大きくとることができ、結果と
して、利得も大きくなる。これに対して、超伝導トラン
ジスタでは、前述のように、動作電流、電圧がそれぞれ
100μA,0.1V程度と小さいため、この飽和領域
に達することができず、従って、飽和領域を用いた動作
を利用することができない。このために、半導体FET
と比較して、利得は小さくなる。
The reason lies in the operating principle of the FET type superconducting transistor mentioned above. This will be explained in comparison with the operation of a normal semiconductor FET. FIG. 20 shows the current-voltage characteristics (source-drain current IDS vs. source-drain voltage VDS) of a typical semiconductor FET. The current-voltage characteristics have strong nonlinearity, and the source-drain current becomes almost constant above a certain source-drain voltage. This is called the saturation region, and by using this saturation region, if we take two operating points A and B corresponding to on and off of the gate voltage as shown in the figure, the voltage between the two operating points The difference, that is, the output can be made large, and as a result, the gain also becomes large. On the other hand, as mentioned above, superconducting transistors cannot reach this saturation region because their operating current and voltage are small, about 100 μA and 0.1 V, respectively. Therefore, they cannot operate using the saturation region. Not available. For this purpose, semiconductor FET
The gain is smaller compared to

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の従来
の超伝導体−半導体−超伝導体結合素子における問題点
、即ち実用に供するには利得が小さいという問題を解決
し、利得の大きい優れた特性の超伝導三端子素子を実現
しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the problem of the conventional superconductor-semiconductor-superconductor coupling device mentioned above, namely, that the gain is too small for practical use. The aim is to realize a superconducting three-terminal device with excellent characteristics.

【0010】更に具体的に本発明の目的の1つは、2次
元電子ガス中に流れる超伝導電流を制御するゲート電極
が半導体上に二つに分割されたMIS形ゲート構造を有
する半導体結合超伝導素子を提供することである。
More specifically, one of the objects of the present invention is to provide a semiconductor coupled superconductor having an MIS type gate structure in which a gate electrode for controlling a superconducting current flowing in a two-dimensional electron gas is divided into two on a semiconductor. Another object of the present invention is to provide a conductive element.

【0011】或いはまた本発明の目的の1つは、2次元
電流ガス中に流れる超伝導電流を制御するために2次元
電子ガス中に狭隘な部分を設け、更に半導体上にMIS
形ゲート構造を有する半導体結合超伝導素子を提供する
ことである。
Alternatively, one of the objects of the present invention is to provide a narrow portion in the two-dimensional electron gas in order to control the superconducting current flowing in the two-dimensional current gas, and furthermore, to provide an MIS on the semiconductor.
An object of the present invention is to provide a semiconductor-coupled superconducting device having a shaped gate structure.

【0012】0012

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体中2次
元電子ガスで結合したFET形超伝導トランジスタにお
いて、そのゲート構造が2つに分割されたスプリット形
であるか、或いは2次元電子ガス中に狭隘な部分と、半
導体上に通常のMIS形ゲートを有し、動作的には、ソ
ース・ドレイン間の電流−電圧特性を不連続にゲート電
圧によって制御可能であることを最も主要な特徴とする
。従来の超伝導トランジスタとは、ゲート構造、或いは
2次元電子ガス中に狭隘なる部分を有する点で、又動作
的には、従来の超伝導トランジスタでは、電流−電圧特
性を連続的に制御するのに対して、本発明では、不連続
に制御する点が異なる。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides an FET-type superconducting transistor in which two-dimensional electron gas is coupled in a semiconductor, the gate structure of which is split into two, or a two-dimensional electron gas It has a narrow part inside and a normal MIS type gate on the semiconductor, and its most important feature is that the current-voltage characteristics between the source and drain can be controlled discontinuously by the gate voltage. shall be. Conventional superconducting transistors differ from each other in that they have a gate structure or a narrow portion in a two-dimensional electron gas, and in terms of operation, conventional superconducting transistors do not continuously control current-voltage characteristics. In contrast, the present invention differs in that it is controlled discontinuously.

【0013】本発明の構成は下記に示す通りである。即
ち、本発明は、相異なる半導体(5,7)の接合の界面
もしくはMIS接合(36−35−31)の表面自然反
転層(32)に形成されている2次元電子ガス(16,
32)と、該2次元電子ガス(6,32)が形成されて
いる半導体とオーミックに接触している二つの超伝導電
極(13,14),(33,34)と、該二つの超伝導
電極(13,14),(33,34)間の2次元電子ガ
ス(16,32)中に流れる超伝導電流を制御するゲー
ト電極(20,36)とを有する半導体結合超伝導素子
において、該ゲート電極(20,36)が半導体(18
,31)上に二つに分割されたMIS形ゲート構造(2
0−19−18,36−35−31)を有することを特
徴とする半導体結合超伝導素子としての構成を有するも
のである。或いはまた、相異なる半導体(5,7)の接
合の界面もしくはMIS接合(66−65−61)の表
面自然反転層(62)に形成されている2次元電子ガス
(46,62)と、該2次元電子ガス(46,62)が
形成されている半導体とオーミックに接触している二つ
の超伝導電極(43,44),(63,64)と、該二
つの超伝導電極(43,44),(63,64)間の2
次元電子ガス(46,62)中に流れる超伝導電流を制
御するゲート電極(50,66)とを有する半導体結合
超伝導素子において、該2次元電子ガス(46,62)
中に狭隘な部分(51,71)を有し、更に半導体(4
8,61)上にMIS形ゲート構造(50−49−48
,66−65−61)を有することを特徴とする半導体
結合超伝導素子としての構成を有するものである。
The structure of the present invention is as shown below. That is, the present invention provides two-dimensional electron gas (16,
32), two superconducting electrodes (13, 14), (33, 34) that are in ohmic contact with the semiconductor in which the two-dimensional electron gas (6, 32) is formed, and the two superconducting electrodes (13, 14), (33, 34) In a semiconductor coupled superconducting element having a gate electrode (20, 36) that controls a superconducting current flowing in a two-dimensional electron gas (16, 32) between electrodes (13, 14), (33, 34), The gate electrode (20, 36) is a semiconductor (18
, 31) MIS type gate structure divided into two parts (2
0-19-18, 36-35-31), and has a structure as a semiconductor coupled superconducting element. Alternatively, the two-dimensional electron gas (46, 62) formed at the interface of the junction of different semiconductors (5, 7) or the surface natural inversion layer (62) of the MIS junction (66-65-61), Two superconducting electrodes (43, 44), (63, 64) are in ohmic contact with a semiconductor in which a two-dimensional electron gas (46, 62) is formed; ), 2 between (63, 64)
In a semiconductor coupled superconducting element having a gate electrode (50, 66) that controls a superconducting current flowing in the two-dimensional electron gas (46, 62), the two-dimensional electron gas (46, 62)
It has a narrow part (51, 71) inside, and a semiconductor (4
8, 61) with MIS type gate structure (50-49-48)
, 66-65-61).

【0014】[0014]

【実施例1】図1乃至図2は、本発明の第1の実施例を
説明する図であって、11はInP基板、12はノンド
ープのInAlAs、13,14は超伝導電極でソース
、ドレイン、15はノンドープのInGaAs、16は
15と17の界面の15の側に形成された2次元電子ガ
ス、17はノンドープのInAlAs、18はn形In
AlAs、19はノンドープのInAlAs、20は金
属ゲート電極で、19,20によってMIS形ゲートを
構成する。図1は断面図、図2は上から見た平面図を表
す。図1及び図2の構造において、13,14の電極を
常伝導電極に置き換えたものが、InGaAs/InA
lAs系HEMT(high electron mo
bility transistor 、高電子移動度
トランジスタ)と呼ばれるものであるが、更に通常のH
EMTとは図に示すように、ゲート電極が途中で切れた
、いわゆるスプリット形をしている点が異なる。
[Embodiment 1] FIGS. 1 and 2 are diagrams explaining a first embodiment of the present invention, in which 11 is an InP substrate, 12 is non-doped InAlAs, and 13 and 14 are superconducting electrodes for the source and drain. , 15 is non-doped InGaAs, 16 is a two-dimensional electron gas formed on the 15 side of the interface between 15 and 17, 17 is non-doped InAlAs, 18 is n-type In
19 is non-doped InAlAs, 20 is a metal gate electrode, and 19 and 20 constitute a MIS type gate. FIG. 1 is a sectional view, and FIG. 2 is a plan view seen from above. In the structure of FIGS. 1 and 2, the structure in which electrodes 13 and 14 are replaced with normal conduction electrodes is InGaAs/InA
lAs-based HEMT (high electron mono
It is called a high electron mobility transistor (high electron mobility transistor), but it is also called a
It differs from EMT in that, as shown in the figure, the gate electrode is cut in the middle, which is what is called a split shape.

【0015】通常のHEMTでは、ゲート電極にある大
きさの負のゲート電圧をかけることによって、電極の下
に形成されていた2次元電子ガスを形成できない状態に
できることが知られている。従って、本実施例において
も、ゲート電極の下の2次元電子ガスは形成されず、ゲ
ート電極の切れた部分の下のみに2次元電子ガスを形成
することが可能である。これを示したのが図3で、図1
とは直角方向の断面図である。ところで、図4に示すよ
うに、ゲート電極に負の電圧をかけると、図の点線で示
す空乏層が回りに形成され、結果として、電子ガスの幅
Wは、ゲート電極の切れた幅、即ちスプリット幅より狭
くなる。このようにして、図5に示すように、ゲートの
下には、2つの2次元電子ガスが、幅W、長さDの電子
ガスで結合した構造が形成される。
[0015] In a normal HEMT, it is known that by applying a certain level of negative gate voltage to the gate electrode, a state can be made in which the two-dimensional electron gas formed under the electrode cannot be formed. Therefore, in this embodiment as well, two-dimensional electron gas is not formed under the gate electrode, and it is possible to form two-dimensional electron gas only under the cut portion of the gate electrode. This is shown in Figure 3, and Figure 1
is a cross-sectional view taken in a right angle direction. By the way, as shown in FIG. 4, when a negative voltage is applied to the gate electrode, a depletion layer is formed around it as indicated by the dotted line in the figure, and as a result, the width W of the electron gas is equal to the cut width of the gate electrode, i.e. Narrower than the split width. In this way, as shown in FIG. 5, a structure in which two two-dimensional electron gases are coupled by an electron gas having a width W and a length D is formed under the gate.

【0016】このような構造において特徴的な長さは、
2次元電子ガスのフェルミ波長λF と平均自由行程l
であるが、もしWがλF と同程度か、それ以下ならば
幅W、長さDの電子ガスは、準1次元とみなすことがで
き、更に図5の電極間隔Lがlより十分短いならば、2
つの電極間の伝導度σは2e2 /hを単位として量子
化され、更にゲート電圧Vg によって、2e2 /h
を単位として制御できることが実験的に示された。ここ
でeは電子の電荷、hはプランク定数である。上記の実
験結果については B.J. van Wees、H.
 van Houten 、C.W.J. Beena
kker、J.G. Williamson 、L.P
. Kouwenhoven、 D. van der
 Marel,  及び C.T. Foxon によ
る ”Quantized Conductance 
of Point Contacts ina Two
−Dimensional Electron Gas
”, と題する論文、Physical Review
 Letters, 60, (1988), 848
  において開示されている通りである。上記の構造を
量子ポイントコンタクトと呼び、図6に実験結果を示す
。2つの電極間の伝導度σと抵抗Rはσ=1/Rの関係
にあるから、R0 =h/2e2=12.9kΩとする
と、R=R0 /n(n=1,2,3,・・・)という
形での抵抗の量子化とも言える。
[0016] The characteristic length of such a structure is
Fermi wavelength λF and mean free path l of two-dimensional electron gas
However, if W is the same as or less than λF, the electron gas of width W and length D can be regarded as quasi-one-dimensional, and furthermore, if the electrode spacing L in Fig. 5 is sufficiently shorter than l, then Ba, 2
The conductivity σ between the two electrodes is quantized in units of 2e2/h, and is further reduced to 2e2/h by the gate voltage Vg.
It has been experimentally shown that it can be controlled as a unit. Here, e is the electron charge and h is Planck's constant. Regarding the above experimental results, please refer to B. J. van Wees, H.
van Houten, C. W. J. Beena
ker, J. G. Williamson, L. P
.. Kouwenhoven, D. van der
Marel, and C. T. “Quantized Conductance” by Foxon
of Point Contacts in Two
-Dimensional Electron Gas
”, a paper titled, Physical Review
Letters, 60, (1988), 848
As disclosed in . The above structure is called a quantum point contact, and the experimental results are shown in FIG. Since the conductivity σ between two electrodes and the resistance R are in the relationship σ=1/R, if R0 = h/2e2=12.9kΩ, then R=R0/n(n=1,2,3,・It can also be said to be quantization of resistance in the form of...).

【0017】本実施例のInGaAs/InAlAs系
の2次元電子ガスも上記の条件、即ち
The InGaAs/InAlAs two-dimensional electron gas of this example also meets the above conditions, namely

【0018】[0018]

【数1】[Math 1]

【0019】であるならば、量子ポイントコンタクトと
しての機能を持つ。2次元電子ガスのλF 及びlは次
のように与えられる。
If it is, it has a function as a quantum point contact. λF and l of the two-dimensional electron gas are given as follows.

【0020】[0020]

【数2】[Math 2]

【0021】ここで、Ns 、μはそれぞれ2次元電子
ガスの電子濃度、及び移動度である。InGaAs/I
nAlAs系の2次元電子ガスについては、μ=60,
000cm2 /Vs というデータが最も良い値とし
て、 G.I. Ng、 D. Pavlidis、M
.Quillec、Y.J. Chan 、M.D. 
Jaffe  及び J. Singh による ”S
tudy of the consequence o
f excess indium in the ac
tive channel of InGaAs/In
AlAs high electron mobili
ty transistors on devicep
roperties”,  と題する文献、Appli
edPhysics Letters, 52, (1
988), 728  において報告されている。この
時の温度はT=77Kで、Ns =1.2×1012c
m−2である。これらの値を用いると、λF =23n
m,l=1.1μmとなる。77K以下でNs ,μは
ほとんど変化しないから、ここで求めたλF ,lは、
77K以下で一定と考えてよい。こうして、本実施例で
も、
[0021] Here, Ns and μ are the electron concentration and mobility of the two-dimensional electron gas, respectively. InGaAs/I
For nAlAs-based two-dimensional electron gas, μ=60,
000cm2/Vs is the best value, and G. I. Ng, D. Pavlidis, M.
.. Quillec, Y. J. Chan, M. D.
Jaffe and J. “S” by Singh
study of the consequence o
f excel indium in the ac
tive channel of InGaAs/In
AlAs high electron mobile
ty transistors on device
Appli
edPhysics Letters, 52, (1
988), 728. The temperature at this time is T = 77K, Ns = 1.2 x 1012c
It is m-2. Using these values, λF = 23n
m, l=1.1 μm. Since Ns and μ hardly change below 77K, λF and l obtained here are:
It can be considered that it is constant at 77K or less. In this way, also in this example,

【0022】[0022]

【数3】[Math 3]

【0023】の時、InGaAs/InAlAs系の2
次元電子ガスも、量子ポイントコンタクトとしての機能
を持つことになる。
When 2 of the InGaAs/InAlAs system
Dimensional electron gas will also function as a quantum point contact.

【0024】この時、図5に示すように、本実施例では
、超伝導電極−2次元電子ガス−量子ポイントコンタク
ト−2次元電子ガス−超伝導電極という接続構造になり
、超伝導電極の臨界温度TC 以下で、2次元電子ガス
、量子ポイントコンタクトを介して、両超伝導電極間に
超伝導電流が流れる。この時の臨界電流IC を求める
At this time, as shown in FIG. 5, in this example, the connection structure is superconducting electrode-two-dimensional electron gas-quantum point contact-two-dimensional electron gas-superconducting electrode, and the criticality of the superconducting electrode is At a temperature below TC, a superconducting current flows between both superconducting electrodes via a two-dimensional electron gas and a quantum point contact. Find the critical current IC at this time.

【0025】前述のように、超伝導素子ではIC とR
N の積IC RN は一定である。有効な素子長Le
ff がLeff <<lかつLeff <<ξ0 を
満足する超伝導弱結合素子では、I.O. Kulik
  及び A.N. Omel’yanchuk  に
よる ”Josephson Effect in S
uperconductive Bridges: M
icroscopic Theory”  と題する文
献、Soviet Journal of Low T
emperature Physics, 4, (1
978), 142 において開示されている通り、次
式が成り立つ。
As mentioned above, in a superconducting device, IC and R
The product of N IC RN is constant. Effective element length Le
In a superconducting weakly coupled device where ff satisfies Leff <<l and Leff <<ξ0, I. O. Kulik
and A. N. ``Josephson Effect in S'' by Omel'yanchuk
superconductive Bridges: M
icroscopic Theory”, Soviet Journal of Low T
empire physics, 4, (1
978), 142, the following equation holds.

【0026】[0026]

【数4】[Math 4]

【0027】ここで、ξ0 はξ0 =hVF/2π2
Δで定義される超伝導体のコヒーレンス長、VF、Δは
それぞれ超伝導体のフェルミ速度、エネルギーギャップ
、φは2つの超伝導電極間の位相差、kB はボルツマ
ン定数である。本実施例の場合は、Leff としてD
を採用出来て、L<<lであるから、当然D<<lの条
件は満たされる。もう一つの条件は、VFとして2DE
GのVFを採ると、VF=h(2πNs )1/2 /
2πm* であるから、前述のNs 及び、この電子濃
度の時の有効質量m* =0.043me(meは電子
の質量)、更にΔとしてNbのエネルギーギャップ1.
5meVを用いると、ξ0 =0.1μmとなるから、
D<<0.1μmであればよいことになるが、本実施例
でこの条件を満足するのは容易であり、この時前式(1
)が使えることになる。もう一度本実施例が量子ポイン
トコンタクトとして働き、かつ前式(1)が適用できる
条件をまとめると次のようになる。
Here, ξ0 is ξ0 = hVF/2π2
The coherence length of the superconductor defined by Δ, VF, Δ is the Fermi velocity of the superconductor and the energy gap, φ is the phase difference between two superconducting electrodes, and kB is the Boltzmann constant. In this example, D as Leff
can be adopted and L<<l, so naturally the condition D<<l is satisfied. Another condition is 2DE as VF
Taking the VF of G, VF=h(2πNs)1/2/
2πm*, the above-mentioned Ns, the effective mass m* at this electron concentration = 0.043me (me is the mass of the electron), and the energy gap of Nb as Δ.
If 5 meV is used, ξ0 = 0.1 μm, so
It is sufficient if D<<0.1 μm, but it is easy to satisfy this condition in this example, and at this time, the previous equation (1
) can be used. Once again, the conditions under which this embodiment works as a quantum point contact and the above formula (1) is applicable are summarized as follows.

【0028】[0028]

【数5】[Math 5]

【0029】そこで、今温度をT=0.5Kとし、超伝
導電極をNbとすると、本実施例のIC RN は前式
(1)より4.5mVとなる。前述のように、本実施例
も量子ポイントコンタクトとして働くから、RN は、
RN =R0 /n(n=1,2,3,・・・、R0 
=h/2e2 =12.9kΩ)という形で、ゲート電
圧により制御できる。従って、図7に示すように、IC
 は4.5mV÷12.9kΩ=0.35μAを単位と
して、ゲート電圧により制御され、又図8に示すように
、電流−電圧特性はゲート電圧によって21,22,2
3,・・・というように不連続な状態を取ることがわか
る。この図に負荷抵抗RL =1kΩの負荷直線27を
書き入れると、各状態での動作点が黒丸のように求まる
。この各動作点でのソース・ドレイン電圧とデート電圧
の関係を示したのが図9で、ゲート電圧(入力電圧)に
対してソース・ドレイン電圧(出力電圧)が階段状に変
化し、階段のステップとステップの間では、大きな変化
を示すことがわかる。この急峻な変化を利用すると、大
きな利得の得られることを以下に示す。
Therefore, assuming that the temperature is T=0.5K and the superconducting electrode is Nb, IC RN in this example is 4.5 mV from the above equation (1). As mentioned above, since this example also works as a quantum point contact, RN is
RN = R0 /n (n = 1, 2, 3, ..., R0
= h/2e2 = 12.9 kΩ), and can be controlled by the gate voltage. Therefore, as shown in FIG.
is controlled by the gate voltage in units of 4.5 mV ÷ 12.9 kΩ = 0.35 μA, and as shown in Figure 8, the current-voltage characteristics are 21, 22, 2
It can be seen that the state takes a discontinuous state such as 3,... If a load straight line 27 with a load resistance RL = 1 kΩ is drawn in this diagram, the operating points in each state can be found as black circles. Figure 9 shows the relationship between the source-drain voltage and the date voltage at each operating point. The source-drain voltage (output voltage) changes stepwise with respect to the gate voltage (input voltage). It can be seen that there are large changes between steps. It will be shown below that a large gain can be obtained by utilizing this steep change.

【0030】図10は、図9の丸で囲った部分の拡大図
である。今、図のB点にゲート電圧をバイアスしておい
たとすると、図のA点のゲート電圧からB点のゲート電
圧を引いた大きさの入力電圧Vinがあれば、状態はC
点に移動し、結果としてこの場合約1mVの出力電圧V
out が得られる。従って、バイアス点BをA点に近
づけてVinを小さくしていけば、利得G=Vout 
/Vinは原理的にはいくらでも大きくできることにな
る。実際には熱雑音が存在するから、Vinをあまり小
さくすると、この熱雑音によってC点に移動してしまい
、誤動作となる。考慮すべき熱雑音電圧VN は、
FIG. 10 is an enlarged view of the circled portion in FIG. Now, if the gate voltage is biased to point B in the figure, if there is an input voltage Vin equal to the gate voltage at point A minus the gate voltage at point B, the state is C.
point, resulting in an output voltage V of about 1 mV in this case
out is obtained. Therefore, if the bias point B is brought closer to the point A and Vin is decreased, the gain G=Vout
/Vin can be made as large as desired in principle. In reality, thermal noise exists, so if Vin is made too small, this thermal noise will cause the sensor to move to point C, resulting in malfunction. The thermal noise voltage VN to be considered is:

【0031】[0031]

【数6】[Math 6]

【0032】となる。ここでBは帯域で、本実施例の超
伝導素子のスイッチング速度を100psec(10−
10 sec)とするとB=10GHz(1010Hz
)となる。T=0.5K、RL =1kΩであるから、
VN =17μVと求まる。信号対雑音比は5程度で十
分とすると、入力電圧の最小値は85μVとなって、利
得は数式7に示す通りとなる。超伝導素子のスイッチン
グ速度を10倍速い10psec(10−11 sec
)としても、約4の利得を得ることが出来る。このよう
に、同じ負荷抵抗RL =1kΩの時、InAsやSi
で結合した三端子素子に比べて、実用に十分供する大き
な利得を本実施例は提供する。
[0032] Here, B is the band, and the switching speed of the superconducting element in this example is 100 psec (10-
10 sec), then B = 10 GHz (1010 Hz
). Since T=0.5K and RL=1kΩ,
It is found that VN = 17μV. Assuming that a signal-to-noise ratio of about 5 is sufficient, the minimum value of the input voltage will be 85 μV, and the gain will be as shown in Equation 7. The switching speed of superconducting elements is 10 times faster than 10 psec (10-11 sec).
), a gain of about 4 can be obtained. In this way, when the same load resistance RL = 1kΩ, InAs and Si
This embodiment provides a large gain that is sufficient for practical use, compared to a three-terminal element coupled with a three-terminal element.

【0033】[0033]

【数7】[Math 7]

【0034】[0034]

【実施例2】図11乃至図12は、本発明の第2の実施
例を説明する図であって31はp形InAs基板、32
はn形表面自然反転層で2次元電子ガス、33,34は
超伝導電極でソース、ドレイン、35は絶縁層、36は
金属ゲート電極で、35, 36によってMIS形ゲー
トを構成する。実施例1と比較して、2次元電子ガスの
性質が変るのみで、動作原理等については、実施例1に
等しい。
[Embodiment 2] FIGS. 11 and 12 are diagrams explaining a second embodiment of the present invention, in which 31 is a p-type InAs substrate, 32
is an n-type surface natural inversion layer for two-dimensional electron gas, 33 and 34 are superconducting electrodes for source and drain, 35 is an insulating layer, 36 is a metal gate electrode, and 35 and 36 constitute a MIS type gate. Compared to Example 1, the only difference is the properties of the two-dimensional electron gas, and the operating principle is the same as Example 1.

【0035】本実施例では、2次元電子ガスとして、p
形InAs表面に形成されるn形自然反転層を用いるが
、これについては、T=77Kで、μ=6,100cm
2 /Vs 、Ns =8.9×1011cm−2が実
測されている。これからやはり超伝導電極としてNbを
用いると
In this example, p is used as the two-dimensional electron gas.
An n-type natural inversion layer formed on the InAs surface is used, for which T=77K and μ=6,100cm.
2 /Vs, Ns = 8.9 x 1011 cm-2 has been actually measured. From now on, if Nb is used as a superconducting electrode,

【0036】[0036]

【数8】[Math. 8]

【0037】と求まる。よって、本実施例においても##EQU1## Therefore, also in this example


0038】
[
0038

【数9】[Math. 9]

【0039】を満足すれば、実施例1と同様に利得の大
きな優れた超伝導三端子素子を提供する。
If the following is satisfied, an excellent superconducting three-terminal element with a large gain can be provided as in the first embodiment.

【0040】[0040]

【実施例3】図13乃至図15は、本発明の第三の実施
例を説明する図であって、41はInP基板、42はノ
ンドープのInAlAs、43,44は超伝導電極でソ
ース、ドレイン、45はノンドープのInGaAs、4
6は45と47の界面の45の側に形成された2次元電
子ガス、47はノンドープのInAlAs、48はn形
InAlAs、49は絶縁層、50は金属ゲート電極で
49,50によりMIS形ゲートを構成し、51は絶縁
化されたInGaAs層である。図13は断面図、図1
4は、図13のA−Bに沿って切断した拡大図である。 図14の51は絶縁化されたInGaAs層であり、例
えばGaイオン等の打ち込みによって絶縁化された部分
で、この部分には2次元電子ガスは存在しない。従って
、図14を上から見た図である図15のように、実施例
1,2と同様に、2つの2次元電子ガスが、狭隘な電子
ガス(長さD、幅W)で結合した構造を持つ。
[Embodiment 3] FIGS. 13 to 15 are diagrams explaining a third embodiment of the present invention, in which 41 is an InP substrate, 42 is non-doped InAlAs, and 43 and 44 are superconducting electrodes for the source and drain. , 45 is non-doped InGaAs, 4
6 is a two-dimensional electron gas formed on the 45 side of the interface between 45 and 47, 47 is undoped InAlAs, 48 is n-type InAlAs, 49 is an insulating layer, 50 is a metal gate electrode, and 49 and 50 form an MIS type gate. 51 is an insulated InGaAs layer. Figure 13 is a cross-sectional view, Figure 1
4 is an enlarged view taken along line AB in FIG. 13. Reference numeral 51 in FIG. 14 is an insulated InGaAs layer, which is a portion insulated by, for example, implantation of Ga ions, etc., and no two-dimensional electron gas exists in this portion. Therefore, as shown in FIG. 15, which is a top view of FIG. Has a structure.

【0041】実施例1と同様に、Similar to Example 1,

【0042】[0042]

【数10】[Math. 10]

【0043】なる条件を満足すれば、この狭隘な部分は
量子ポイントコンタクトとして働く。但し、本実施例で
は、ゲート電圧によってWを制御するのではなく、2次
元電子ガスの電子濃度Ns を制御することによって、
量子ポイントコンタクトとしての機能を得る。従って、
実施例1では負のゲート電圧を印加したが、本実施例で
は、正のゲート電圧を印加する必要がある。この時、図
7から図10の負のゲート電圧を正に読み替えれば、実
施例1と同様の動作をすることになり、利得の大きな優
れた超伝導三端子素子を提供する。
If the following conditions are satisfied, this narrow portion acts as a quantum point contact. However, in this example, W is not controlled by the gate voltage, but by controlling the electron concentration Ns of the two-dimensional electron gas,
Obtains functionality as a quantum point contact. Therefore,
In Example 1, a negative gate voltage was applied, but in this example, it is necessary to apply a positive gate voltage. At this time, if the negative gate voltages in FIGS. 7 to 10 are replaced with positive values, the device operates in the same way as in Example 1, providing an excellent superconducting three-terminal device with a large gain.

【0044】[0044]

【実施例4】図16乃至図17は、本発明の第4の実施
例を説明する図であって、61はp形InAs基板、6
2はn形表面自然反転層で2次元電子ガス、63,64
は超伝導電極でソース、ドレイン、65は絶縁層、66
は金属ゲート電極で65,66によりMIS形ゲートを
構成し、71は絶縁化されたInAs層である。
[Embodiment 4] FIGS. 16 and 17 are diagrams explaining a fourth embodiment of the present invention, in which 61 is a p-type InAs substrate;
2 is an n-type surface natural inversion layer, which is a two-dimensional electron gas, 63, 64
are superconducting electrodes, source and drain, 65 is an insulating layer, 66
are metal gate electrodes 65 and 66 forming an MIS type gate, and 71 is an insulated InAs layer.

【0045】図16は断面図、図17は、図16のゲー
ト絶縁膜65及びゲート電極66を取り除いた部分の拡
大断面図である。実施例3と比較して、2次元電子ガス
がn形InAsの表面自然反転層に変っただけである。 従って、図17の2つの絶縁化された部分71に挟まれ
た狭隘な電子ガスの幅W、長さD、電極間隔Lが実施例
2と同じ条件
FIG. 16 is a cross-sectional view, and FIG. 17 is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 16 from which the gate insulating film 65 and gate electrode 66 are removed. Compared to Example 3, the two-dimensional electron gas was simply changed to a surface natural inversion layer of n-type InAs. Therefore, the width W, length D, and electrode spacing L of the narrow electron gas sandwiched between the two insulated parts 71 in FIG. 17 are the same as in Example 2.

【0046】[0046]

【数11】[Math. 11]

【0047】を満足することにより、実施例3と同様の
動作をすることになり、利得の大きな優れた超伝導三端
子素子を提供する。
By satisfying the following, the device operates in the same manner as in Example 3, providing an excellent superconducting three-terminal device with a large gain.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではゲート
電圧によって、超伝導三端子素子の電流−電圧特性を不
連続に制御できるため、実用に供する大きな利得を有す
るという利点がある。従って、超伝導トランジスタの高
速性、低消費電力性に加えて、その高利得を生かして、
低温で動作する通信用高速デジタル、アナログ回路や、
コンピュータ等の高速ロジック回路を構成する素子とし
ての動作が期待できる。
As explained above, the present invention has the advantage of having a large gain that can be put to practical use because the current-voltage characteristics of a superconducting three-terminal element can be controlled discontinuously by the gate voltage. Therefore, in addition to the high speed and low power consumption of superconducting transistors, taking advantage of their high gain,
High-speed digital and analog circuits for communications that operate at low temperatures,
It can be expected to operate as an element constituting high-speed logic circuits such as computers.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例としての半導体結合超伝
導素子の模式的断面構造図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional structural diagram of a semiconductor coupled superconducting device as a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の上面図である。FIG. 2 is a top view of FIG. 1;

【図3】図1とは直角方向の模式的断面構造図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram taken in a direction perpendicular to FIG. 1;

【図4】ゲート電極に負電圧を印加した時の空乏層の広
がりに伴う電子ガスの幅W,長さDの様子を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing the width W and length D of electron gas as the depletion layer expands when a negative voltage is applied to the gate electrode.

【図5】ゲート電極の下側における2つの2次元電子ガ
スが幅W,長さDの電子ガスで結合した構造図である。
FIG. 5 is a structural diagram in which two two-dimensional electron gases below the gate electrode are coupled by an electron gas having a width W and a length D.

【図6】2次元電子ガスにおける量子ポイントコンタク
トの伝導度(2e2 n/h(n=1,2…))とゲー
ト電圧Vg との関係(B.J. van Wees 
らの文献 Phys. Rev. Lett., 60
, (1988), 848  より) を示す。
[Fig. 6] Relationship between conductivity of quantum point contact (2e2 n/h (n = 1, 2...)) and gate voltage Vg in two-dimensional electron gas (B.J. van Wees
References by Phys. Rev. Lett. , 60
, (1988), 848).

【図7】本発明による第1の実施例における量子ポイン
トコンタクトの電流IC とゲート電圧Vg との関係
を示す。
FIG. 7 shows the relationship between the current IC of the quantum point contact and the gate voltage Vg in the first embodiment according to the present invention.

【図8】本発明による第1の実施例としての半導体結合
超伝導素子のIDS−VDS特性を示す。
FIG. 8 shows IDS-VDS characteristics of a semiconductor coupled superconducting device as a first example according to the present invention.

【図9】本発明による第1の実施例としての半導体結合
超伝導素子の出力電圧VDSとゲート電圧Vg との関
係を示す。
FIG. 9 shows the relationship between the output voltage VDS and gate voltage Vg of a semiconductor coupled superconducting device as a first embodiment of the present invention.

【図10】図9の部分拡大図である。FIG. 10 is a partially enlarged view of FIG. 9;

【図11】本発明の第2の実施例としての半導体結合超
伝導素子の模式的断面構造図である。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional structural diagram of a semiconductor coupled superconducting device as a second embodiment of the present invention.

【図12】図11の上面図である。FIG. 12 is a top view of FIG. 11;

【図13】本発明の第3の実施例としての半導体結合超
伝導素子の模式的断面構造図である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional structural diagram of a semiconductor coupled superconducting device as a third embodiment of the present invention.

【図14】図13のA−Bに沿って切断した拡大図であ
る。
FIG. 14 is an enlarged view taken along line AB in FIG. 13;

【図15】図14の上面図である。FIG. 15 is a top view of FIG. 14;

【図16】本発明の第4の実施例としての半導体結合超
伝導素子の模式的断面構造図である。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional structural diagram of a semiconductor coupled superconducting device as a fourth embodiment of the present invention.

【図17】図16のゲート絶縁膜及びゲート電極を取り
除いた部分の拡大断面図である。
17 is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 16 from which the gate insulating film and gate electrode are removed.

【図18】従来のp形InAsを用いたMIS形半導体
結合超伝導素子の模式的断面構造図である。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional structural diagram of a conventional MIS type semiconductor coupled superconducting element using p-type InAs.

【図19】図18に図示したMIS形半導体結合超伝導
素子のIDS−VDS特性の模式図である。
19 is a schematic diagram of IDS-VDS characteristics of the MIS type semiconductor coupled superconducting element shown in FIG. 18. FIG.

【図20】通常の半導体FETのIDS−VDS特性の
模式図である。
FIG. 20 is a schematic diagram of IDS-VDS characteristics of a normal semiconductor FET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,31,61  p形InAs基板 2,32,62  n形自然反転層(2次元電子ガス)
3  ソース 4  ドレイン 5,35,49,65  絶縁層 6  MIS形ゲート 7,21  ゲート電圧が零の時の電流−電圧特性8,
22,23,24,25,26  ゲート電圧印加時の
電流−電圧特性 9,27  負荷直線 11,41  InP基板 12,42  ノンドープのInAlAs13,33,
43,63  超伝導電極(ソース)14,34,44
,64  超伝導電極(ドレイン)15,45  ノン
ドープのInGaAs16,46  2次元電子ガス 17,47  ノンドープのInAlAs18,48 
 n形InAlAs 19  ノンドープのInAlAs 20,36,50,66  金属ゲート電極51  絶
縁化されたInGaAs層 71  絶縁化されたInAs層
1, 31, 61 p-type InAs substrate 2, 32, 62 n-type natural inversion layer (two-dimensional electron gas)
3 Source 4 Drain 5, 35, 49, 65 Insulating layer 6 MIS gate 7, 21 Current-voltage characteristics when gate voltage is zero 8,
22, 23, 24, 25, 26 Current-voltage characteristics when applying gate voltage 9, 27 Load line 11, 41 InP substrate 12, 42 Non-doped InAlAs 13, 33,
43, 63 Superconducting electrode (source) 14, 34, 44
, 64 Superconducting electrode (drain) 15, 45 Non-doped InGaAs 16, 46 Two-dimensional electron gas 17, 47 Non-doped InAlAs 18, 48
n-type InAlAs 19 Non-doped InAlAs 20, 36, 50, 66 Metal gate electrode 51 Insulated InGaAs layer 71 Insulated InAs layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  相異なる半導体の接合の界面もしくは
MIS接合の表面自然反転層に形成されている2次元電
子ガスと、該2次元電子ガスが形成されている半導体と
オーミックに接触している二つの超伝導電極と、該二つ
の超伝導電極間の2次元電子ガス中に流れる超伝導電流
を制御するゲート電極とを有する半導体結合超伝導素子
において、該ゲート電極が半導体上に二つに分割された
MIS形ゲート構造を有することを特徴とする半導体結
合超伝導素子。
Claim 1: A two-dimensional electron gas formed at the interface of junctions of different semiconductors or a surface natural inversion layer of an MIS junction, and two-dimensional electron gas in ohmic contact with the semiconductor on which the two-dimensional electron gas is formed. In a semiconductor-coupled superconducting device having two superconducting electrodes and a gate electrode that controls a superconducting current flowing in a two-dimensional electron gas between the two superconducting electrodes, the gate electrode is divided into two parts on the semiconductor. A semiconductor-coupled superconducting device characterized by having a MIS type gate structure.
【請求項2】  相異なる半導体の接合の界面もしくは
MIS接合の表面自然反転層に形成されている2次元電
子ガスと、該2次元電子ガスが形成されている半導体と
オーミックに接触している二つの超伝導電極と、該二つ
の超伝導電極間の2次元電子ガス中に流れる超伝導電流
を制御するゲート電極とを有する半導体結合超伝導素子
において、該2次元電子ガス中に狭隘な部分を有し、更
に半導体上にMIS形ゲート構造を有することを特徴と
する半導体結合超伝導素子。
[Claim 2] A two-dimensional electron gas formed at the interface of junctions of different semiconductors or a surface natural inversion layer of an MIS junction, and two-dimensional electron gas that is in ohmic contact with the semiconductor on which the two-dimensional electron gas is formed. In a semiconductor coupled superconducting device having two superconducting electrodes and a gate electrode for controlling a superconducting current flowing in a two-dimensional electron gas between the two superconducting electrodes, a narrow portion is formed in the two-dimensional electron gas. What is claimed is: 1. A semiconductor-coupled superconducting device comprising: a semiconductor-coupled superconducting device;
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5760463A (en) * 1993-09-10 1998-06-02 Fujitsu Limited Superconducting layer in contact with group III-V semiconductor layer for wiring structure

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JPS61171179A (en) * 1985-01-24 1986-08-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor coupled superconductive element
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