JPH0484469A - 三端子デバイス - Google Patents
三端子デバイスInfo
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- JPH0484469A JPH0484469A JP2197746A JP19774690A JPH0484469A JP H0484469 A JPH0484469 A JP H0484469A JP 2197746 A JP2197746 A JP 2197746A JP 19774690 A JP19774690 A JP 19774690A JP H0484469 A JPH0484469 A JP H0484469A
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- thin film
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/128—Junction-based devices having three or more electrodes, e.g. transistor-like structures
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ＹＢａ２Ｃ＋ｇＯ＋−ｙ酸化物超電導薄膜およ
び絶縁物、金属から構成される三端子デバイスに関する
。
び絶縁物、金属から構成される三端子デバイスに関する
。
（従来の技術と問題点）
酸化物超電導薄膜は、スパッタ法、レーザー蒸着法、Ｃ
ＶＤ法などの成膜方法によって臨界温度（Ｔｃ）、ｎ界
電流密度（Ｊｃ）、上部臨界磁場（Ｈｃ）等の基本的な
超電導特性に優れた薄膜が合成されるようになり、エレ
クトロニクス分野への応用が期待されている。
ＶＤ法などの成膜方法によって臨界温度（Ｔｃ）、ｎ界
電流密度（Ｊｃ）、上部臨界磁場（Ｈｃ）等の基本的な
超電導特性に優れた薄膜が合成されるようになり、エレ
クトロニクス分野への応用が期待されている。
エレクトロニクス分野への応用ではジョセフソン接合に
関する研究が多く行われているが、ジョセフソン接合を
用いたデバイスは二端子デバイス構造であり応用上の問
題が多く、回路構成の簡素化などが可能な三端子デバイ
スの開発が望まれている。
関する研究が多く行われているが、ジョセフソン接合を
用いたデバイスは二端子デバイス構造であり応用上の問
題が多く、回路構成の簡素化などが可能な三端子デバイ
スの開発が望まれている。
酸化物超電導体を用いた三端子デバイスはその構造から
、ジョセフソン接合を用いたもの、超電導体中の電流制
御を行うもの、半導体中の電流制御を行うものなどが提
案されている。特にジョセフソン接合を用いた三端子デ
バイスは特性に優れタショセフソン接合が必要とされコ
ヒーレンス長の短い酸化物超電導体では、数十人のトン
ネルバリア層を形成することが難しいためトンネル接合
の形成は難しく、また多結晶酸化物超電導体の結晶粒界
を用いたジョセフソン接合は、接合部に複数個の粒界が
存在したり粒界中に存在する他の相や不純物などの影響
により特性に優れたジョセフソン接合は得られにくく、
ジョセフソン接合を用いた三端子デバイスの実現は難し
いという問題があった。
、ジョセフソン接合を用いたもの、超電導体中の電流制
御を行うもの、半導体中の電流制御を行うものなどが提
案されている。特にジョセフソン接合を用いた三端子デ
バイスは特性に優れタショセフソン接合が必要とされコ
ヒーレンス長の短い酸化物超電導体では、数十人のトン
ネルバリア層を形成することが難しいためトンネル接合
の形成は難しく、また多結晶酸化物超電導体の結晶粒界
を用いたジョセフソン接合は、接合部に複数個の粒界が
存在したり粒界中に存在する他の相や不純物などの影響
により特性に優れたジョセフソン接合は得られにくく、
ジョセフソン接合を用いた三端子デバイスの実現は難し
いという問題があった。
（本発明が解決しようとする課題）
本発明は、前述した従来技術の問題点に着目してなされ
たもので、酸化物超電導薄膜を用いた三端子デバイスを
提供することを目的としている。
たもので、酸化物超電導薄膜を用いた三端子デバイスを
提供することを目的としている。
（課題を解決するための手段）
本発明は前述した課題を解決するために、少なくともＹ
ＢａｚＣｕ：＋０＋−ｙ ｆｌ［膜中の転位粒界が接合
障壁として働き弱接合を形成しているジョセフソン接合
を用い、その接合上に絶縁物層を設け、さらに絶縁物層
を隔てて金属ゲートを設けた三端子デノ＼イスとする。
ＢａｚＣｕ：＋０＋−ｙ ｆｌ［膜中の転位粒界が接合
障壁として働き弱接合を形成しているジョセフソン接合
を用い、その接合上に絶縁物層を設け、さらに絶縁物層
を隔てて金属ゲートを設けた三端子デノ＼イスとする。
より具体的には、転位粒界はとなり合う単結晶の境界で
、各単結晶の結晶方位が数度から数十度ずれている小傾
角粒界で構成され、境界面で幅数十人程度の歪み領域を
伴う転位列が発生しているものである。
、各単結晶の結晶方位が数度から数十度ずれている小傾
角粒界で構成され、境界面で幅数十人程度の歪み領域を
伴う転位列が発生しているものである。
転位粒界は化学気相析出（ＣＶＤ）法によって合成され
るＹＢａ２Ｃｕ３０７− ｙ薄膜や、５ｒＴｉ０３単結
晶の二つの基板を接合させ結晶方位の数度ずれたノ＼イ
クリスタル基板上に、ＹＢａ２Ｃｕ３０ｔ−ｙ ｆｌ膜
をエピタキシャル成長させることによって形成され、転
位粒界の歪み領域は少なくとも酸素欠損が生しており、
半導体的ＹＢａｚＣｕｓ０７− ｙからなる。
るＹＢａ２Ｃｕ３０７− ｙ薄膜や、５ｒＴｉ０３単結
晶の二つの基板を接合させ結晶方位の数度ずれたノ＼イ
クリスタル基板上に、ＹＢａ２Ｃｕ３０ｔ−ｙ ｆｌ膜
をエピタキシャル成長させることによって形成され、転
位粒界の歪み領域は少なくとも酸素欠損が生しており、
半導体的ＹＢａｚＣｕｓ０７− ｙからなる。
この転位粒界ジョセフソン接合上にＭｇＯ等の絶縁物層
を隔てＡ１等の金属ゲートを設ける。
を隔てＡ１等の金属ゲートを設ける。
この三端子デバイスの動作は、金属ゲートに電圧を印加
することにより転位粒界中の半導体的ＹＢａｚＣｕ３０
７−ｙのキャリー濃度を変調し、転位粒界を横ぎってＹ
ＢａｚＣｕｉＯｔ−ｙ薄膜中の膜面方向に流れるジョセ
フソン電流をｆｌｄＪ？卸する。ここでＹＢａ２Ｃｕ２
Ｏ７−ｙ薄膜の厚さは半導体に有効に電界を印加するた
め数１０人とすることが好ましい。またジョセフソン電
流を制御するために印加する電圧は、絶縁物層の厚さや
半導体的ＹＢａｚＣｕ３０ｔ−ｙのキャリヤー濃度、表
面準位に依存する。
することにより転位粒界中の半導体的ＹＢａｚＣｕ３０
７−ｙのキャリー濃度を変調し、転位粒界を横ぎってＹ
ＢａｚＣｕｉＯｔ−ｙ薄膜中の膜面方向に流れるジョセ
フソン電流をｆｌｄＪ？卸する。ここでＹＢａ２Ｃｕ２
Ｏ７−ｙ薄膜の厚さは半導体に有効に電界を印加するた
め数１０人とすることが好ましい。またジョセフソン電
流を制御するために印加する電圧は、絶縁物層の厚さや
半導体的ＹＢａｚＣｕ３０ｔ−ｙのキャリヤー濃度、表
面準位に依存する。
（作用）
以上のように本発明によれば金属ゲート電圧によってジ
ョセフソン電流を制御する三端子デバイスを提供できる
。
ョセフソン電流を制御する三端子デバイスを提供できる
。
（実施例）
第１図から第６図を用いて本発明を説明する。
本発明の転位粒界は、有機金属錯体を原料に用いた化学
気相析出（ＣＶＤ）法によってＭｇＯ単結晶基板上に形
成されたＹＢａ２Ｃｕ２Ｏ７−ｙ薄膜に形成されること
が透過電子顕微鏡による薄膜平面の観察によって得られ
ることがＷ１認されている。また５ｒＴｉ０３単結晶二
つの基板を接合させ結晶方位の数度ずれたバイクリスタ
ル基板を用い、その上にＹＢａｚＣ＋ｇ０７□薄膜をエ
ピタキシャル成長させ、人工的に転位粒界を作製できる
ことも明らかになっている。
気相析出（ＣＶＤ）法によってＭｇＯ単結晶基板上に形
成されたＹＢａ２Ｃｕ２Ｏ７−ｙ薄膜に形成されること
が透過電子顕微鏡による薄膜平面の観察によって得られ
ることがＷ１認されている。また５ｒＴｉ０３単結晶二
つの基板を接合させ結晶方位の数度ずれたバイクリスタ
ル基板を用い、その上にＹＢａｚＣ＋ｇ０７□薄膜をエ
ピタキシャル成長させ、人工的に転位粒界を作製できる
ことも明らかになっている。
転位粒界を接合とする厚さ数千人、長さと幅が１μ朔の
マイクロブリッジは、マイクロ波や印加磁界に対し明瞭
な交流および直流ジョセフソン効果を示す。第１図に７
７Ｋにおける１ＱＧＨｚのマイクロ波照射時のシャピロ
ステップのマイクロ波電力依存性を示す。また４、２Ｋ
におけるＤ（、−３ＱＵＩＤ特性を第２図に示す。この
ことから転位粒界が接合障壁として働いていることは明
かである。
マイクロブリッジは、マイクロ波や印加磁界に対し明瞭
な交流および直流ジョセフソン効果を示す。第１図に７
７Ｋにおける１ＱＧＨｚのマイクロ波照射時のシャピロ
ステップのマイクロ波電力依存性を示す。また４、２Ｋ
におけるＤ（、−３ＱＵＩＤ特性を第２図に示す。この
ことから転位粒界が接合障壁として働いていることは明
かである。
ＹＢａｚＣｕ：＋０７−ｙの酸素欠損量ｙは、温度およ
び酸素分圧に依存し、酸素欠損量の増加により超電導特
性は低下する。例えばｙが０．５となると比抵抗ρは１
桁以上増加し、超電導特性を消失する。また比抵抗の温
度特性は低温において増加する半導体的特性を示すよう
になることが知られている。
び酸素分圧に依存し、酸素欠損量の増加により超電導特
性は低下する。例えばｙが０．５となると比抵抗ρは１
桁以上増加し、超電導特性を消失する。また比抵抗の温
度特性は低温において増加する半導体的特性を示すよう
になることが知られている。
第３図にｙとＴｃとの関係を示す。また第４図にはｙと
ρとの関係を示す。
ρとの関係を示す。
転位粒界の比抵抗はブリッジの抵抗Ｒ８とブリッジの膜
厚・幅、転位粒界における転位領域の膜面方向の長さか
ら求めることができる。第１図に示したブリッジの抵抗
ＲＮは０．３７Ωであり、また４、２Ｋにおいてもほと
んど同し値である。二二で歪領域の長さ！を５０人とす
るとρン３１ＩｌΩ・Ω、！＝１０人とするとρ＝ １
５ ｍΩ・印となる第４図のｙとρの関係および第３図
のｙとＴｃの関係から、３ｍΩではｙ ＝ ０．３でＴ
ｃ＝４０にの超電導領域となり、４．２にでの抵抗はゼ
ロとならなければならない。しかし第２図に示すように
４．２にでジョセフソン効果を示していることに反する
。１５ｍΩではｙ ＝ ０．５となり超電導は消失する
領域となる。以上のことから歪み領域は酸素欠損により
超電導特性の消失した半導体的ＹＢａ２Ｃｕ３０７−ｙ
からなり、歪み領域が接合障壁として働いている。
厚・幅、転位粒界における転位領域の膜面方向の長さか
ら求めることができる。第１図に示したブリッジの抵抗
ＲＮは０．３７Ωであり、また４、２Ｋにおいてもほと
んど同し値である。二二で歪領域の長さ！を５０人とす
るとρン３１ＩｌΩ・Ω、！＝１０人とするとρ＝ １
５ ｍΩ・印となる第４図のｙとρの関係および第３図
のｙとＴｃの関係から、３ｍΩではｙ ＝ ０．３でＴ
ｃ＝４０にの超電導領域となり、４．２にでの抵抗はゼ
ロとならなければならない。しかし第２図に示すように
４．２にでジョセフソン効果を示していることに反する
。１５ｍΩではｙ ＝ ０．５となり超電導は消失する
領域となる。以上のことから歪み領域は酸素欠損により
超電導特性の消失した半導体的ＹＢａ２Ｃｕ３０７−ｙ
からなり、歪み領域が接合障壁として働いている。
半導体的特性を示すＹＢａｚＣｕ３０７−アの酸素欠損
によるキャリー濃度変化はホール係数の値から第５図の
ようになり、ｙ ＝ ０．５の酸素欠損量を有するＹＢ
ａ２ＣｕｚＯ□−ｙの１００Ｋ付近でのキャリー濃度は
１０” 〜１０２°／ ｃｒＡとなる。またＹＢａ２Ｃ
ｕ３０．−ｙの界面は半導体のエネルギーダイヤグラム
で説明される。第６図は本発明による三端子デバイスの
１例の縦断面図である。接合面Ｊを有するハイクリスタ
ル基板ｌ上に、ＣＶＤ法によりエピタキシャルにＹＢａ
２Ｃｕ２Ｏ７−ｙの薄膜２を生成させ、その接合部３に
絶縁物層４を、更にその上に金属ゲート５を設ける。金
属ゲートに電圧を印加することによって接合部薄膜界面
に反転層が生成され三端子デバイスとして作動する。
によるキャリー濃度変化はホール係数の値から第５図の
ようになり、ｙ ＝ ０．５の酸素欠損量を有するＹＢ
ａ２ＣｕｚＯ□−ｙの１００Ｋ付近でのキャリー濃度は
１０” 〜１０２°／ ｃｒＡとなる。またＹＢａ２Ｃ
ｕ３０．−ｙの界面は半導体のエネルギーダイヤグラム
で説明される。第６図は本発明による三端子デバイスの
１例の縦断面図である。接合面Ｊを有するハイクリスタ
ル基板ｌ上に、ＣＶＤ法によりエピタキシャルにＹＢａ
２Ｃｕ２Ｏ７−ｙの薄膜２を生成させ、その接合部３に
絶縁物層４を、更にその上に金属ゲート５を設ける。金
属ゲートに電圧を印加することによって接合部薄膜界面
に反転層が生成され三端子デバイスとして作動する。
（効果）
以上のように本発明による三端子デバイスは、金属ゲー
ト電圧によってジョセフソン電流を制御するものであり
、スイッチングや絶縁層の厚さの制御によって電力増幅
器として用いることができる。
ト電圧によってジョセフソン電流を制御するものであり
、スイッチングや絶縁層の厚さの制御によって電力増幅
器として用いることができる。
第１図は転位粒界を弱接合としたブリッジの７．７Ｋに
おけるシャピロステノブを示す回である。 第２図は転位粒界を弱接合としたＤＣ−５ＱＵＩＤの電
圧−磁束特性を示す図である。 第３図はＹＢａ２Ｃｕ：＋０．−ｙ超電導体の臨界温度
の酸素欠損量依存性を示すグラフ図である。 第４図はＹＢａ２Ｃｕ３０７−ｙ超電導体の比抵抗の酸
素欠損量依存性を示すグラフ図である。 第５図はＹＢａ、Ｃｕ、０７−、超電導体の酸素欠損量
によるキャリー濃度変化を示すグラフ図である。 第６図は本発明による三端子デバイスの１例の縦断面図
である。 Ｊ・・・・・・接合面、 １・・・・・・基板、
２−−ＹＢａ２Ｃｕ＋０９−ｙ薄膜、 ３・・・・・・接合部、 ４・・・・・・絶縁
物層、５・・・・・・メタルゲート。 Ｉｂ（）ＪＡ）
おけるシャピロステノブを示す回である。 第２図は転位粒界を弱接合としたＤＣ−５ＱＵＩＤの電
圧−磁束特性を示す図である。 第３図はＹＢａ２Ｃｕ：＋０．−ｙ超電導体の臨界温度
の酸素欠損量依存性を示すグラフ図である。 第４図はＹＢａ２Ｃｕ３０７−ｙ超電導体の比抵抗の酸
素欠損量依存性を示すグラフ図である。 第５図はＹＢａ、Ｃｕ、０７−、超電導体の酸素欠損量
によるキャリー濃度変化を示すグラフ図である。 第６図は本発明による三端子デバイスの１例の縦断面図
である。 Ｊ・・・・・・接合面、 １・・・・・・基板、
２−−ＹＢａ２Ｃｕ＋０９−ｙ薄膜、 ３・・・・・・接合部、 ４・・・・・・絶縁
物層、５・・・・・・メタルゲート。 Ｉｂ（）ＪＡ）
Claims (3)
- （１）ＹＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿ｙ薄膜の転位粒
界によるジョセフソン接合上に絶縁物層を隔てて金属ゲ
ートを設け、金属ゲートに印加する電圧によりジョセフ
ソン電流を制御する構造とした三端子デバイス。 - （２）バイクリスタル基板上にエピタキシャル成長させ
たＹＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿ｙ薄膜の人工的転位
粒界によるジョセフソン接合を用いた請求項（１）記載
の三端子デバイス。 - （３）転位粒界が半導体的ＹＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿
−＿ｙである請求項（１）および請求項（２）記載の三
端子デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2197746A JPH0484469A (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 三端子デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2197746A JPH0484469A (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 三端子デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0484469A true JPH0484469A (ja) | 1992-03-17 |
Family
ID=16379656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2197746A Pending JPH0484469A (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 三端子デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0484469A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0618626A1 (en) * | 1993-03-31 | 1994-10-05 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Josephson junction device of oxide superconductor having low noise level at liquid nitrogen temperature |
| NL9402097A (nl) * | 1994-11-28 | 1996-07-01 | Korea Electronics Telecomm | Supergeleidende veldeffektinrichting met korrelgrens kanaal, en werkwijze voor het vervaardigen daarvan. |
| JPH08330641A (ja) * | 1995-06-01 | 1996-12-13 | Hitachi Ltd | 超電導素子とその製法および動作方法 |
| WO1997025748A1 (en) * | 1996-01-12 | 1997-07-17 | International Business Machines Corporation | Electronic device |
-
1990
- 1990-07-27 JP JP2197746A patent/JPH0484469A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0618626A1 (en) * | 1993-03-31 | 1994-10-05 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Josephson junction device of oxide superconductor having low noise level at liquid nitrogen temperature |
| US5856205A (en) * | 1993-03-31 | 1999-01-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Josephson junction device of oxide superconductor having low noise level at liquid nitrogen temperature |
| NL9402097A (nl) * | 1994-11-28 | 1996-07-01 | Korea Electronics Telecomm | Supergeleidende veldeffektinrichting met korrelgrens kanaal, en werkwijze voor het vervaardigen daarvan. |
| JPH08330641A (ja) * | 1995-06-01 | 1996-12-13 | Hitachi Ltd | 超電導素子とその製法および動作方法 |
| WO1997025748A1 (en) * | 1996-01-12 | 1997-07-17 | International Business Machines Corporation | Electronic device |
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