JPH05152628A - 超電導電界効果型素子およびその作製方法 - Google Patents
超電導電界効果型素子およびその作製方法Info
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- JPH05152628A JPH05152628A JP3342467A JP34246791A JPH05152628A JP H05152628 A JPH05152628 A JP H05152628A JP 3342467 A JP3342467 A JP 3342467A JP 34246791 A JP34246791 A JP 34246791A JP H05152628 A JPH05152628 A JP H05152628A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 MgＯ基板５上のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
体で構成された超電導ソース領域２および超電導ドレイ
ン領域３の間に形成されたPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層15と、Pr1B
a2Cu3Ｏ7-y層15上に形成されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超
電導薄膜による超電導チャネル10と、超電導チャネル10
上にゲート絶縁層７を介して配置されたゲート電極４と
を具備する超電導電界効果型素子。 【効果】 Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y層15により超電導チャネル10
が超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３のほ
ぼ中央に配置され、超電導電流が超電導チャネル10に効
率よく絞り込まれる。また、超電導チャネル10を構成す
るＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の結晶状態が改善さ
れ、超電導チャネルの寸法を拡大せずに電流容量を大き
くできる。
体で構成された超電導ソース領域２および超電導ドレイ
ン領域３の間に形成されたPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層15と、Pr1B
a2Cu3Ｏ7-y層15上に形成されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超
電導薄膜による超電導チャネル10と、超電導チャネル10
上にゲート絶縁層７を介して配置されたゲート電極４と
を具備する超電導電界効果型素子。 【効果】 Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y層15により超電導チャネル10
が超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３のほ
ぼ中央に配置され、超電導電流が超電導チャネル10に効
率よく絞り込まれる。また、超電導チャネル10を構成す
るＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の結晶状態が改善さ
れ、超電導チャネルの寸法を拡大せずに電流容量を大き
くできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導電界効果型素子
およびその作製方法に関する。より詳細には、超電導チ
ャネルが基板の影響を受けず、超電導チャネル、ゲート
絶縁層およびゲート電極がセルフアラインされた超電導
電界効果型素子およびその作製方法に関する。
およびその作製方法に関する。より詳細には、超電導チ
ャネルが基板の影響を受けず、超電導チャネル、ゲート
絶縁層およびゲート電極がセルフアラインされた超電導
電界効果型素子およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導現象を利用した素子は、従来の半
導体素子に比較して高速であり、消費電力も小さく、飛
躍的に高性能化することができると考えられている。特
に近年研究が進んでいる酸化物超電導体を使用すること
により、比較的高い温度で動作する超電導素子を作製す
ることが可能である。超電導素子としては、ジョセフソ
ン素子がよく知られているが、ジョセフソン素子は２端
子の素子であるので論理回路を構成しようとすると、回
路が複雑になる。そのため、３端子の超電導素子が実用
上有利である。
導体素子に比較して高速であり、消費電力も小さく、飛
躍的に高性能化することができると考えられている。特
に近年研究が進んでいる酸化物超電導体を使用すること
により、比較的高い温度で動作する超電導素子を作製す
ることが可能である。超電導素子としては、ジョセフソ
ン素子がよく知られているが、ジョセフソン素子は２端
子の素子であるので論理回路を構成しようとすると、回
路が複雑になる。そのため、３端子の超電導素子が実用
上有利である。
【０００３】３端子の超電導素子には、近接させて配置
した超電導電極間の半導体に超電導電流を流す超電導近
接効果を利用したものと、超電導チャネルに流れる超電
導電流をゲート電極で制御するものとが代表的である。
どちらの素子も入出力の分離が可能であり、電圧制御型
の素子であって、信号の増幅作用があるという点では共
通している。しかしながら、超電導近接効果を得るため
には、超電導体電極をその超電導体のコヒーレンス長の
数倍（酸化物超電導体の場合数nm）以内の距離に配置し
なければならない。従って、非常に精密な加工が要求さ
れる。それに対し、チャネルが超電導チャネルになって
いる超電導素子は、電流密度が大きく、製造上も超電導
電極を近接させて配置するという微細加工を必要としな
い。
した超電導電極間の半導体に超電導電流を流す超電導近
接効果を利用したものと、超電導チャネルに流れる超電
導電流をゲート電極で制御するものとが代表的である。
どちらの素子も入出力の分離が可能であり、電圧制御型
の素子であって、信号の増幅作用があるという点では共
通している。しかしながら、超電導近接効果を得るため
には、超電導体電極をその超電導体のコヒーレンス長の
数倍（酸化物超電導体の場合数nm）以内の距離に配置し
なければならない。従って、非常に精密な加工が要求さ
れる。それに対し、チャネルが超電導チャネルになって
いる超電導素子は、電流密度が大きく、製造上も超電導
電極を近接させて配置するという微細加工を必要としな
い。
【０００４】図３に、超電導チャネルを有する超電導電
界効果型素子の一例の概略図を示す。図３の超電導電界
効果型素子１は、基板５上に配置された酸化物超電導体
による超電導チャネル10と、超電導チャネル10の両端付
近にそれぞれ配置された超電導ソース領域２および超電
導ドレイン領域３と、超電導チャネル10上にゲート絶縁
層７を介して配置されたゲート電極４とを具備する。こ
の超電導電界効果型素子は、超電導ソース領域２および
超電導ドレイン電極３間の超電導チャネル10を流れる超
電導電流をゲート電極４に印加する電圧で制御する。
界効果型素子の一例の概略図を示す。図３の超電導電界
効果型素子１は、基板５上に配置された酸化物超電導体
による超電導チャネル10と、超電導チャネル10の両端付
近にそれぞれ配置された超電導ソース領域２および超電
導ドレイン領域３と、超電導チャネル10上にゲート絶縁
層７を介して配置されたゲート電極４とを具備する。こ
の超電導電界効果型素子は、超電導ソース領域２および
超電導ドレイン電極３間の超電導チャネル10を流れる超
電導電流をゲート電極４に印加する電圧で制御する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の超電導電界効果
型素子では、超電導チャネル10を流れる電流をゲート電
極４に印加する電圧で制御する。そのため、超電導チャ
ネル10のゲート部分の厚さは５nm程度にしなければなら
ず、また、ゲート絶縁層７の厚さも10〜15nmにしなけれ
ばならない。一方、この極薄の超電導チャネルは、結晶
性がよく、特性が優れた酸化物超電導薄膜で構成されて
いなければならない。
型素子では、超電導チャネル10を流れる電流をゲート電
極４に印加する電圧で制御する。そのため、超電導チャ
ネル10のゲート部分の厚さは５nm程度にしなければなら
ず、また、ゲート絶縁層７の厚さも10〜15nmにしなけれ
ばならない。一方、この極薄の超電導チャネルは、結晶
性がよく、特性が優れた酸化物超電導薄膜で構成されて
いなければならない。
【０００６】しかしながら、従来は、MgＯ等の絶縁体基
板上に直接超電導チャネルを形成することが一般的であ
った。そのため、超電導チャネルと基板との間で相互拡
散が発生し、超電導チャネルを構成する酸化物超電導薄
膜中に絶縁体が拡散して、超電導チャネルの特性を損な
うことがあった。
板上に直接超電導チャネルを形成することが一般的であ
った。そのため、超電導チャネルと基板との間で相互拡
散が発生し、超電導チャネルを構成する酸化物超電導薄
膜中に絶縁体が拡散して、超電導チャネルの特性を損な
うことがあった。
【０００７】また、相互拡散が発生しない場合でも超電
導チャネルを構成する酸化物超電導体結晶の内の基板と
接するものは、超電導電流が流れるCu−Ｏ面が完全には
形成されていないので超電導性を示さない。従って、超
電導チャネルの実際に超電導電流が流れる部分は、超電
導チャネルを構成する酸化物超電導薄膜の厚さよりもか
なり小さい場合があり、超電導素子の電流容量が制限さ
れることがあった。
導チャネルを構成する酸化物超電導体結晶の内の基板と
接するものは、超電導電流が流れるCu−Ｏ面が完全には
形成されていないので超電導性を示さない。従って、超
電導チャネルの実際に超電導電流が流れる部分は、超電
導チャネルを構成する酸化物超電導薄膜の厚さよりもか
なり小さい場合があり、超電導素子の電流容量が制限さ
れることがあった。
【０００８】このため、基板の影響が超電導チャネルに
及ばず、超電導チャネルを構成する酸化物超電導体のCu
−Ｏ面が完全になるような材料でバッファ層を形成し、
このバッファ層上に酸化物超電導薄膜を形成して、超電
導特性に優れた超電導チャネルを作製する試みがなされ
てきた。しかしながら、超電導ソース領域および超電導
ドレイン領域のそれぞれ表面に配置されたソース電極お
よびドレイン電極から、基板表面近傍の超電導チャネル
までは距離があり、ソース電極およびドレイン電極から
流出入する電流は、それぞれ超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域に拡がってしまう。これを再び極薄の
超電導チャネルに絞り込む際に、二次元結晶を横切る電
流成分が発生する。従って、超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域の端面の不整、傾斜角等が超電導電界
効果型素子の特性に大きな影響を及ぼす。
及ばず、超電導チャネルを構成する酸化物超電導体のCu
−Ｏ面が完全になるような材料でバッファ層を形成し、
このバッファ層上に酸化物超電導薄膜を形成して、超電
導特性に優れた超電導チャネルを作製する試みがなされ
てきた。しかしながら、超電導ソース領域および超電導
ドレイン領域のそれぞれ表面に配置されたソース電極お
よびドレイン電極から、基板表面近傍の超電導チャネル
までは距離があり、ソース電極およびドレイン電極から
流出入する電流は、それぞれ超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域に拡がってしまう。これを再び極薄の
超電導チャネルに絞り込む際に、二次元結晶を横切る電
流成分が発生する。従って、超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域の端面の不整、傾斜角等が超電導電界
効果型素子の特性に大きな影響を及ぼす。
【０００９】そこで本発明の目的は、上記従来技術の問
題点を解決した超電導電界効果型素子およびその作製方
法を提供することにある。
題点を解決した超電導電界効果型素子およびその作製方
法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、基板
と、該基板上に形成された酸化物超電導体で構成された
超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と、前記基
板上で該超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間
に配置され、酸化物超電導体で構成された超電導チャネ
ルと、該超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置
され、該超電導チャネルを流れる電流を制御するための
ゲート電圧が印加される常電導体で構成されたゲート電
極とを備える超電導電界効果型素子において、前記超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域と前記ゲート電
極との間に形成された絶縁領域と、前記基板と前記超電
導チャネルとの間に形成された前記酸化物超電導体と類
似の結晶構造を有する非超電導酸化物層とを具備するこ
とを特徴とする超電導電界効果型素子が提供される。
と、該基板上に形成された酸化物超電導体で構成された
超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と、前記基
板上で該超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間
に配置され、酸化物超電導体で構成された超電導チャネ
ルと、該超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置
され、該超電導チャネルを流れる電流を制御するための
ゲート電圧が印加される常電導体で構成されたゲート電
極とを備える超電導電界効果型素子において、前記超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域と前記ゲート電
極との間に形成された絶縁領域と、前記基板と前記超電
導チャネルとの間に形成された前記酸化物超電導体と類
似の結晶構造を有する非超電導酸化物層とを具備するこ
とを特徴とする超電導電界効果型素子が提供される。
【００１１】また、本発明においては、上記本発明の超
電導電界効果型素子を作製する方法として、前記基板上
に前記超電導電界効果型素子の全長にわたる酸化物超電
導薄膜を成膜し、該酸化物超電導薄膜の中央部を除去し
て基板を露出させるとともに該酸化物超電導薄膜を前記
超電導ソース領域および超電導ドレイン領域に分離し、
前記基板の露出した部分に前記酸化物超電導体と類似の
結晶構造を有する非超電導酸化物層を形成し、該非超電
導酸化物層上に酸化物超電導薄膜の超電導チャネル、ゲ
ート絶縁層およびゲート電極を順に積層して形成する工
程を含むことを特徴とする方法が提供される。
電導電界効果型素子を作製する方法として、前記基板上
に前記超電導電界効果型素子の全長にわたる酸化物超電
導薄膜を成膜し、該酸化物超電導薄膜の中央部を除去し
て基板を露出させるとともに該酸化物超電導薄膜を前記
超電導ソース領域および超電導ドレイン領域に分離し、
前記基板の露出した部分に前記酸化物超電導体と類似の
結晶構造を有する非超電導酸化物層を形成し、該非超電
導酸化物層上に酸化物超電導薄膜の超電導チャネル、ゲ
ート絶縁層およびゲート電極を順に積層して形成する工
程を含むことを特徴とする方法が提供される。
【００１２】
【作用】本発明の超電導電界効果型素子は、超電導ソー
ス領域および超電導ドレイン領域とゲート電極との間に
形成された絶縁領域と、基板と超電導チャネルとの間に
形成された超電導チャネルを構成する酸化物超電導体と
類似の結晶構造を有する非超電導酸化物層と、を具備す
るところにその主要な特徴がある。上記の絶縁領域は、
絶縁体層であっても、単なる空間であってもよい。
ス領域および超電導ドレイン領域とゲート電極との間に
形成された絶縁領域と、基板と超電導チャネルとの間に
形成された超電導チャネルを構成する酸化物超電導体と
類似の結晶構造を有する非超電導酸化物層と、を具備す
るところにその主要な特徴がある。上記の絶縁領域は、
絶縁体層であっても、単なる空間であってもよい。
【００１３】上記の構造により、本発明の超電導電界効
果型素子は、ソース電極、ドレイン電極から超電導チャ
ネルまでの距離が短縮されるとともに、超電導ソース領
域および超電導ドレイン領域全体に拡がった超電導電流
を効率よく超電導チャネルに集められる。また、超電導
チャネルの下層に形成された上記の非超電導酸化物層に
より、超電導チャネルを構成する酸化物超電導薄膜の結
晶状態が改善され、酸化物超電導薄膜の最下部の結晶単
位胞も超電導状態になる。これは、上記の非超電導酸化
物結晶が、酸化物超電導体結晶との格子整合性が良好
で、また、酸化物超電導薄膜下部の酸化物超電導体結晶
の不完全な部分を補うからと考えられている。さらに、
基板との熱膨張率の差による歪みも上記の非超電導酸化
物層で吸収され、基板からの原子の拡散も上記の非超電
導酸化物層内だけで止まる。本発明の超電導素子では、
上記の非超電導酸化物層は、超電導チャネルとほぼ等し
い厚さ以上が好ましい。上記の非超電導酸化物層が、超
電導チャネルよりも薄い場合には効果が十分でない。
果型素子は、ソース電極、ドレイン電極から超電導チャ
ネルまでの距離が短縮されるとともに、超電導ソース領
域および超電導ドレイン領域全体に拡がった超電導電流
を効率よく超電導チャネルに集められる。また、超電導
チャネルの下層に形成された上記の非超電導酸化物層に
より、超電導チャネルを構成する酸化物超電導薄膜の結
晶状態が改善され、酸化物超電導薄膜の最下部の結晶単
位胞も超電導状態になる。これは、上記の非超電導酸化
物結晶が、酸化物超電導体結晶との格子整合性が良好
で、また、酸化物超電導薄膜下部の酸化物超電導体結晶
の不完全な部分を補うからと考えられている。さらに、
基板との熱膨張率の差による歪みも上記の非超電導酸化
物層で吸収され、基板からの原子の拡散も上記の非超電
導酸化物層内だけで止まる。本発明の超電導素子では、
上記の非超電導酸化物層は、超電導チャネルとほぼ等し
い厚さ以上が好ましい。上記の非超電導酸化物層が、超
電導チャネルよりも薄い場合には効果が十分でない。
【００１４】本発明の超電導電界効果型素子では、上記
の非超電導酸化物層に例えばPr1Ba2Cu3Ｏ7-yを使用する
ことが好ましい。これは、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yが、酸化物超
電導体とほぼ等しい結晶構造を有する非超電導酸化物で
あり、酸化物超電導体結晶と格子整合性に特に優れ、酸
化物超電導体との間における相互拡散がほとんど問題に
ならない程度に少ないからである。
の非超電導酸化物層に例えばPr1Ba2Cu3Ｏ7-yを使用する
ことが好ましい。これは、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yが、酸化物超
電導体とほぼ等しい結晶構造を有する非超電導酸化物で
あり、酸化物超電導体結晶と格子整合性に特に優れ、酸
化物超電導体との間における相互拡散がほとんど問題に
ならない程度に少ないからである。
【００１５】本発明の方法では、本発明の超電導電界効
果型素子を作製する場合に、最初に基板上に素子の全長
にわたる酸化物超電導薄膜を形成する。この酸化物超電
導薄膜は、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域
となるもので、厚さは200 〜300 nmが好ましい。この酸
化物超電導薄膜の中央部付近をエッチングにより除去し
て基板を露出させる。酸化物超電導薄膜の残りの部分
は、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域とな
る。このように形成された超電導ソース領域および超電
導ドレイン領域は、元来は単一の酸化物超電導薄膜であ
ったので、特性が揃ったものとなる。
果型素子を作製する場合に、最初に基板上に素子の全長
にわたる酸化物超電導薄膜を形成する。この酸化物超電
導薄膜は、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域
となるもので、厚さは200 〜300 nmが好ましい。この酸
化物超電導薄膜の中央部付近をエッチングにより除去し
て基板を露出させる。酸化物超電導薄膜の残りの部分
は、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域とな
る。このように形成された超電導ソース領域および超電
導ドレイン領域は、元来は単一の酸化物超電導薄膜であ
ったので、特性が揃ったものとなる。
【００１６】本発明の一態様では、異方性エッチングに
より上記の加工を行う。この場合には、塩素系のエッチ
ングガスによる反応性イオンエッチング、Arイオンミリ
ング、集束イオンビームエッチング等のドライエッチン
グプロセスにより、上記の加工を行うことが好ましい。
本発明の別な態様では、等方性エッチングを使用して、
超電導ソース領域および超電導ドレイン領域をさらにサ
イドエッチングする。この場合には、プラズマエッチン
グ等のドライエッチングプロセスを使用する。後述する
が、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域をサイ
ドエッチングし、超電導ソース領域および超電導ドレイ
ン領域から超電導チャネルへ流出入する超電導電流を効
率よく絞り込む形状にするとともに、超電導ソース領域
および超電導ドレイン領域をサイドエッチングして形成
された空間はゲート電極と、超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域とが電気的な接触を持たないためのも
のである。
より上記の加工を行う。この場合には、塩素系のエッチ
ングガスによる反応性イオンエッチング、Arイオンミリ
ング、集束イオンビームエッチング等のドライエッチン
グプロセスにより、上記の加工を行うことが好ましい。
本発明の別な態様では、等方性エッチングを使用して、
超電導ソース領域および超電導ドレイン領域をさらにサ
イドエッチングする。この場合には、プラズマエッチン
グ等のドライエッチングプロセスを使用する。後述する
が、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域をサイ
ドエッチングし、超電導ソース領域および超電導ドレイ
ン領域から超電導チャネルへ流出入する超電導電流を効
率よく絞り込む形状にするとともに、超電導ソース領域
および超電導ドレイン領域をサイドエッチングして形成
された空間はゲート電極と、超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域とが電気的な接触を持たないためのも
のである。
【００１７】本発明の超電導素子においては、Pr1Ba2Cu
3Ｏ7-y層の結晶状態は良好でなければならない。結晶状
態が良好で且つ極薄のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層を形成するため
に、本発明の一態様ではＭＢＥ法を使用することが好ま
しい。特に、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）によ
り、モニターしながらＭＢＥ法によりPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層
を成長させると、正確に単分子層単位で膜厚が制御でき
るので好ましい。また、超電導チャネルを構成する酸化
物超電導薄膜もＭＢＥ法で成膜する場合には、Pr1Ba2Cu
3Ｏ7-y層を成膜後、蒸発源を切り替えることにより連続
して酸化物超電導薄膜を成膜することが可能である。
3Ｏ7-y層の結晶状態は良好でなければならない。結晶状
態が良好で且つ極薄のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層を形成するため
に、本発明の一態様ではＭＢＥ法を使用することが好ま
しい。特に、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）によ
り、モニターしながらＭＢＥ法によりPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層
を成長させると、正確に単分子層単位で膜厚が制御でき
るので好ましい。また、超電導チャネルを構成する酸化
物超電導薄膜もＭＢＥ法で成膜する場合には、Pr1Ba2Cu
3Ｏ7-y層を成膜後、蒸発源を切り替えることにより連続
して酸化物超電導薄膜を成膜することが可能である。
【００１８】本発明の他の態様では、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y層
をスパッタリング法またはＣＶＤ法で形成する。この場
合は、超電導チャネルを構成する酸化物超電導薄膜もPr
1Ba2Cu3Ｏ7-y層を形成した方法と等しい方法で形成する
ことが好ましい。
をスパッタリング法またはＣＶＤ法で形成する。この場
合は、超電導チャネルを構成する酸化物超電導薄膜もPr
1Ba2Cu3Ｏ7-y層を形成した方法と等しい方法で形成する
ことが好ましい。
【００１９】即ち、本発明の方法では、超電導ソース領
域および超電導ドレイン領域の間の基板の露出している
部分上に、非超電導酸化物層、酸化物超電導薄膜の超電
導チャネル、ゲート絶縁層およびゲート電極を連続して
形成する。本発明の方法では、超電導ソース領域および
超電導ドレイン領域の間の部分に超電導チャネル、ゲー
ト絶縁層およびゲート電極がセルフアラインされる。
域および超電導ドレイン領域の間の基板の露出している
部分上に、非超電導酸化物層、酸化物超電導薄膜の超電
導チャネル、ゲート絶縁層およびゲート電極を連続して
形成する。本発明の方法では、超電導ソース領域および
超電導ドレイン領域の間の部分に超電導チャネル、ゲー
ト絶縁層およびゲート電極がセルフアラインされる。
【００２０】本発明の超電導電界効果型素子の一態様で
は、ゲート絶縁層が超電導チャネル上だけでなく、超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域の側面まで延長
されていて、ゲート電極と、超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域とを絶縁する機能を有することが好ま
しい。一方、超電導ソース領域および超電導ドレイン領
域を形成する場合にサイドエッチングを行った場合に
は、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域が後退
して空間が生じているので、ゲート電極と、超電導ソー
ス領域および超電導ドレイン領域とは、容易に電気的な
接触を持たない。
は、ゲート絶縁層が超電導チャネル上だけでなく、超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域の側面まで延長
されていて、ゲート電極と、超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域とを絶縁する機能を有することが好ま
しい。一方、超電導ソース領域および超電導ドレイン領
域を形成する場合にサイドエッチングを行った場合に
は、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域が後退
して空間が生じているので、ゲート電極と、超電導ソー
ス領域および超電導ドレイン領域とは、容易に電気的な
接触を持たない。
【００２１】本発明の超電導電界効果型素子には、任意
の酸化物超電導体が使用できるが、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X系酸
化物超電導体は安定的に高品質の結晶性のよい薄膜が得
られるので好ましい。また、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 系酸化物
超電導体は、特にその超電導臨界温度Ｔc が高いので好
ましい。
の酸化物超電導体が使用できるが、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X系酸
化物超電導体は安定的に高品質の結晶性のよい薄膜が得
られるので好ましい。また、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 系酸化物
超電導体は、特にその超電導臨界温度Ｔc が高いので好
ましい。
【００２２】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。
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。
【００２３】
【実施例】本発明の方法により、本発明の超電導電界効
果型素子を作製した。図１を参照して、その工程を説明
する。まず、図１(a)に示すようなMgＯ基板５上に図１
(b)に示すようｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜11を成膜する。成膜方法としては、各種のスパッタ
リング法、ＭＢＥ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等任意の方
法が使用可能である。スパッタリング法で成膜を行う際
の主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 700℃ スパッタリングガス Ar 90 ％ Ｏ2 10 ％ 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 250nm
果型素子を作製した。図１を参照して、その工程を説明
する。まず、図１(a)に示すようなMgＯ基板５上に図１
(b)に示すようｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜11を成膜する。成膜方法としては、各種のスパッタ
リング法、ＭＢＥ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等任意の方
法が使用可能である。スパッタリング法で成膜を行う際
の主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 700℃ スパッタリングガス Ar 90 ％ Ｏ2 10 ％ 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 250nm
【００２４】次に、このＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄
膜11の中央部付近を塩素系のエッチングガスを使用した
反応性イオンエッチング、Arイオンミリング、集束イオ
ンビームエッチング等で除去し、図１(c)に示すよう超
電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３を形成す
る。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の除去された部分
14には、基板５が露出している。１×10-9Torr以下の超
高真空中で基板５を350 〜400 ℃に加熱し、基板５の露
出部分を清浄にした後、図１(d)に示すよう、基板５が
露出している部分14にＲＨＥＥＤでモニターしながらＭ
ＢＥ法によりPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層15を形成する。このと
き、基板温度は700 ℃にする。Pr蒸発源をＹ蒸発源に切
り替え、基板温度は700 ℃のままで図１(e)に示すようP
r1Ba2Cu3Ｏ7-y層15上に連続してＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物
超電導薄膜による超電導チャネル10を形成する。超電導
チャネル10の厚さは、約５nmにすることが好ましい。Pr
1Ba2Cu3Ｏ7-y層15および超電導チャネル10を形成する際
に、超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３上
にもPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層およびＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X層が堆積す
るが、不要な場合は除去してもよい。
膜11の中央部付近を塩素系のエッチングガスを使用した
反応性イオンエッチング、Arイオンミリング、集束イオ
ンビームエッチング等で除去し、図１(c)に示すよう超
電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３を形成す
る。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の除去された部分
14には、基板５が露出している。１×10-9Torr以下の超
高真空中で基板５を350 〜400 ℃に加熱し、基板５の露
出部分を清浄にした後、図１(d)に示すよう、基板５が
露出している部分14にＲＨＥＥＤでモニターしながらＭ
ＢＥ法によりPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層15を形成する。このと
き、基板温度は700 ℃にする。Pr蒸発源をＹ蒸発源に切
り替え、基板温度は700 ℃のままで図１(e)に示すようP
r1Ba2Cu3Ｏ7-y層15上に連続してＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物
超電導薄膜による超電導チャネル10を形成する。超電導
チャネル10の厚さは、約５nmにすることが好ましい。Pr
1Ba2Cu3Ｏ7-y層15および超電導チャネル10を形成する際
に、超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３上
にもPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層およびＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X層が堆積す
るが、不要な場合は除去してもよい。
【００２５】続いて、MgＯ等の絶縁体を使用して、図１
(f)に示すようゲート絶縁層７をスパッタリング法で超
電導ソース領域２、超電導チャネル10および超電導ドレ
イン領域３にわたって連続するよう形成する。このゲー
ト絶縁層７の厚さは、10〜20nmであり、超電導ソース領
域２および超電導ドレイン領域３の側面を覆って絶縁す
る機能も有する。最後に、図１(g)に示すようゲート絶
縁層７上に真空蒸着法により、Auのゲート電極４を形成
する。さらに、図示されてはないが、必要に応じて超電
導ソース領域２および超電導ドレイン領域３にそれぞれ
電極、端子等を設ける。
(f)に示すようゲート絶縁層７をスパッタリング法で超
電導ソース領域２、超電導チャネル10および超電導ドレ
イン領域３にわたって連続するよう形成する。このゲー
ト絶縁層７の厚さは、10〜20nmであり、超電導ソース領
域２および超電導ドレイン領域３の側面を覆って絶縁す
る機能も有する。最後に、図１(g)に示すようゲート絶
縁層７上に真空蒸着法により、Auのゲート電極４を形成
する。さらに、図示されてはないが、必要に応じて超電
導ソース領域２および超電導ドレイン領域３にそれぞれ
電極、端子等を設ける。
【００２６】以上のように、本発明の方法で作製された
本発明の超電導電界効果型素子は、酸化物超電導体で構
成された超電導チャネルが、酸化物超電導体と類似の結
晶構造を有する非超電導酸化物層上に形成されているの
で、超電導チャネルの下部が基板の影響を受けていな
い。従って、超電導チャネルの下部も良好な超電導特性
を示し、超電導チャネルの実質的な断面積が大きくなる
ので、素子の電流容量が大きくなる。また、超電導ソー
ス領域および超電導ドレイン領域から超電導チャネルへ
流出入する超電導電流の効果的な絞り込みが行われるの
で、素子特性が向上する。
本発明の超電導電界効果型素子は、酸化物超電導体で構
成された超電導チャネルが、酸化物超電導体と類似の結
晶構造を有する非超電導酸化物層上に形成されているの
で、超電導チャネルの下部が基板の影響を受けていな
い。従って、超電導チャネルの下部も良好な超電導特性
を示し、超電導チャネルの実質的な断面積が大きくなる
ので、素子の電流容量が大きくなる。また、超電導ソー
ス領域および超電導ドレイン領域から超電導チャネルへ
流出入する超電導電流の効果的な絞り込みが行われるの
で、素子特性が向上する。
【００２７】図２を参照して本発明の他の実施例を説明
する。図２には、図１に示されているものとは異なる本
発明の超電導電界効果型素子を本発明の方法で作製する
工程が示されている。図１(a)および(b)に示したよう
に、MgＯ基板５上に厚さ約250nmのＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導薄膜11を形成する工程は、本実施例でも共通で
あるので、図２にはその後の工程から示してある。MgＯ
基板５上にＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜11を形成し
たら、このＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜11の中央部
をプラズマエッチングにより除去し、図２(a)に示すよ
う超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３を形
成する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の除去された
部分14は、等方性エッチングによりサイドエッチングを
行う。このサイドエッチングにより形成された空間は、
超電導チャネルへ流出入する超電導電流の絞り込みの効
率を向上させるとともに、後に形成するゲート電極が超
電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３と電気的
に接触しないようにするためのものである。また、Ｙ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜は、基板５が露出するよう
に完全に除去する。続いて図２(b)に示すよう、基板５
の温度を700 ℃にして、基板５が露出している部分14に
スパッタリング法またはＣＶＤ法によりPr1Ba2Cu3Ｏ7-y
層15を形成する。基板温度は700 ℃のまま連続して、同
じくスパッタリング法またはＣＶＤ法により、図２(c)
に示すようPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層15上にＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導薄膜による超電導チャネル10を形成する。超電
導チャネル10の厚さは、約５nmにすることが好ましい。
スパッタリング法によりPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層15およびＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜を形成する場合の条件を以
下に示す。 基板温度 700℃ スパッタリングガス Ar 90％ Ｏ2 10％ 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y 150nm Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X 5nm
する。図２には、図１に示されているものとは異なる本
発明の超電導電界効果型素子を本発明の方法で作製する
工程が示されている。図１(a)および(b)に示したよう
に、MgＯ基板５上に厚さ約250nmのＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導薄膜11を形成する工程は、本実施例でも共通で
あるので、図２にはその後の工程から示してある。MgＯ
基板５上にＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜11を形成し
たら、このＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜11の中央部
をプラズマエッチングにより除去し、図２(a)に示すよ
う超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３を形
成する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の除去された
部分14は、等方性エッチングによりサイドエッチングを
行う。このサイドエッチングにより形成された空間は、
超電導チャネルへ流出入する超電導電流の絞り込みの効
率を向上させるとともに、後に形成するゲート電極が超
電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３と電気的
に接触しないようにするためのものである。また、Ｙ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜は、基板５が露出するよう
に完全に除去する。続いて図２(b)に示すよう、基板５
の温度を700 ℃にして、基板５が露出している部分14に
スパッタリング法またはＣＶＤ法によりPr1Ba2Cu3Ｏ7-y
層15を形成する。基板温度は700 ℃のまま連続して、同
じくスパッタリング法またはＣＶＤ法により、図２(c)
に示すようPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層15上にＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導薄膜による超電導チャネル10を形成する。超電
導チャネル10の厚さは、約５nmにすることが好ましい。
スパッタリング法によりPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層15およびＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜を形成する場合の条件を以
下に示す。 基板温度 700℃ スパッタリングガス Ar 90％ Ｏ2 10％ 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y 150nm Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X 5nm
【００２８】次いで、MgＯ等の絶縁体を使用して、図２
(d)に示すようゲート絶縁層７を超電導チャネル10上に
スパッタリング法またはＣＶＤ法により作製する。この
ゲート絶縁層７の厚さは、10〜20nmにする。最後に、図
２(e)に示すようゲート絶縁層７上に真空蒸着法によ
り、Auのゲート電極４を形成する。ゲート電極４は、超
電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３とは電気
的に接触しないように形成する。さらに、図示されては
ないが、必要に応じて超電導ソース領域２および超電導
ドレイン領域３にそれぞれ電極、端子等を設ける。
(d)に示すようゲート絶縁層７を超電導チャネル10上に
スパッタリング法またはＣＶＤ法により作製する。この
ゲート絶縁層７の厚さは、10〜20nmにする。最後に、図
２(e)に示すようゲート絶縁層７上に真空蒸着法によ
り、Auのゲート電極４を形成する。ゲート電極４は、超
電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３とは電気
的に接触しないように形成する。さらに、図示されては
ないが、必要に応じて超電導ソース領域２および超電導
ドレイン領域３にそれぞれ電極、端子等を設ける。
【００２９】上記本発明の方法で作製された本発明の超
電導電界効果型素子は、傾斜面による超電導電流の絞り
込み特性の向上とともに、図１に示した本発明の超電導
電界効果型素子と同様酸化物超電導体で構成された超電
導チャネルの下部が基板の影響を受けていないので、素
子の電流容量が大きくなる。また、本実施例の方法で
は、図１で説明した方法と異なり、ＭＢＥ法よりも簡便
なスパッタリング法、ＣＶＤ法のみで本発明の超電導電
界効果型素子を作製することができる。
電導電界効果型素子は、傾斜面による超電導電流の絞り
込み特性の向上とともに、図１に示した本発明の超電導
電界効果型素子と同様酸化物超電導体で構成された超電
導チャネルの下部が基板の影響を受けていないので、素
子の電流容量が大きくなる。また、本実施例の方法で
は、図１で説明した方法と異なり、ＭＢＥ法よりも簡便
なスパッタリング法、ＣＶＤ法のみで本発明の超電導電
界効果型素子を作製することができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従えば、
新規な構成の超電導電界効果型素子およびその作製方法
が提供される。本発明の方法で作製された本発明の超電
導電界効果型素子は、酸化物超電導薄膜で構成された超
電導チャネルが基板の影響を受けて劣化することがない
ので、従来と超電導チャネルの厚さを変えずに電流容量
を大きくすることが可能である。
新規な構成の超電導電界効果型素子およびその作製方法
が提供される。本発明の方法で作製された本発明の超電
導電界効果型素子は、酸化物超電導薄膜で構成された超
電導チャネルが基板の影響を受けて劣化することがない
ので、従来と超電導チャネルの厚さを変えずに電流容量
を大きくすることが可能である。
【図１】本発明の方法で本発明の超電導電界効果型素子
を作製する工程を説明する図である。
を作製する工程を説明する図である。
【図２】本発明の別の方法で、異なる構成の本発明の超
電導電界効果型素子を作製する工程を説明する図であ
る。
電導電界効果型素子を作製する工程を説明する図であ
る。
【図３】超電導電界効果型素子の構成を説明する図であ
る。
る。
１ 超電導電界効果型素子 ２ 超電導ソース領域 ３ 超電導ドレイン領域 ４ ゲート電極 ５ 基板 ７ ゲート絶縁層 10 超電導チャネル
Claims (6)
- 【請求項１】 基板と、該基板上に形成された酸化物超
電導体で構成された超電導ソース領域および超電導ドレ
イン領域と、前記基板上で該超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域間に配置され、酸化物超電導体で構成
された超電導チャネルと、該超電導チャネル上にゲート
絶縁層を介して配置され、該超電導チャネルを流れる電
流を制御するためのゲート電圧が印加される常電導体で
構成されたゲート電極とを備える超電導電界効果型素子
において、前記超電導ソース領域および超電導ドレイン
領域と前記ゲート電極との間に形成された絶縁領域と、
前記基板と前記超電導チャネルとの間に形成された前記
酸化物超電導体と類似の結晶構造を有する非超電導酸化
物層とを具備することを特徴とする超電導電界効果型素
子。 - 【請求項２】 前記ゲート絶縁層が、前記超電導ソース
領域および超電導ドレイン領域の側面上にまで延長さ
れ、前記ゲート電極と、前記超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域とを電気的に絶縁することを特徴とす
る請求項１に記載の超電導電界効果型素子。 - 【請求項３】 前記超電導ソース領域および超電導ドレ
イン領域の互いに対向する面が、下方にいくにしたがい
互いに後退し、前記ゲート電極と、前記超電導ソース領
域および超電導ドレイン領域とが電気的に接触していな
いことを特徴とする請求項１に記載の超電導電界効果型
素子。 - 【請求項４】 基板と、該基板上に形成された酸化物超
電導体で構成された超電導ソース領域および超電導ドレ
イン領域と、前記基板上で該超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域間に配置され、酸化物超電導体で構成
された超電導チャネルと、該超電導チャネル上にゲート
絶縁層を介して配置された該超電導チャネルを流れる電
流を制御するためのゲート電圧が印加されるゲート電極
とを備える超電導電界効果型素子を作製する方法におい
て、前記基板上に前記超電導電界効果型素子の全長にわ
たる酸化物超電導薄膜を成膜し、該酸化物超電導薄膜の
中央部を除去して基板を露出させるとともに該酸化物超
電導薄膜を前記超電導ソース領域および超電導ドレイン
領域に分離し、前記基板の露出した部分に前記酸化物超
電導体と類似の結晶構造を有する非超電導酸化物層を形
成し、該非超電導酸化物層上に酸化物超電導薄膜の超電
導チャネル、ゲート絶縁層およびゲート電極を順に積層
して形成する工程を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項５】 前記酸化物超電導薄膜の中央部を除去し
て前記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域に分
離する加工を、異方性エッチング可能なドライエッチン
グプロセスで行い、前記ゲート絶縁層を前記超電導チャ
ネル上だけでなく前記超電導ソース領域および超電導ド
レイン領域の側面を覆うように形成することを特徴とす
る請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 前記酸化物超電導薄膜の中央部を除去し
て前記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域に分
離する加工を、等方性エッチング可能なドライエッチン
グプロセスで行い、前記超電導ソース領域および超電導
ドレイン領域をサイドエッチングし、前記超電導ソース
領域および超電導ドレイン領域を前記超電導チャネルに
流れ込む電流を絞り込む形状にし、且つ前記ゲート電極
と、前記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と
が、電気的に接触しないような空間を設けることを特徴
とする請求項４に記載の方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3342467A JP2773503B2 (ja) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
| EP92403227A EP0545801B1 (en) | 1991-11-30 | 1992-11-30 | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
| CA002084174A CA2084174C (en) | 1991-11-30 | 1992-11-30 | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing thesame |
| DE69218348T DE69218348T2 (de) | 1991-11-30 | 1992-11-30 | Supraleitendes Bauelement mit extrem dünnen supraleitenden Kanal und Herstellungsverfahren |
| US07/983,133 US5399546A (en) | 1991-11-30 | 1992-11-30 | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material |
| US08/354,048 US5494891A (en) | 1991-11-30 | 1994-12-06 | Method for manufacturing three-terminal oxide superconducting devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3342467A JP2773503B2 (ja) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05152628A true JPH05152628A (ja) | 1993-06-18 |
| JP2773503B2 JP2773503B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=18353968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3342467A Expired - Lifetime JP2773503B2 (ja) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2773503B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07240541A (ja) * | 1994-03-02 | 1995-09-12 | Hitachi Ltd | 超電導三端子素子 |
| KR100434278B1 (ko) * | 2001-10-10 | 2004-06-05 | 엘지전자 주식회사 | 초전도체를 이용한 전계효과 트랜지스터의 제작 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63281481A (ja) * | 1987-05-13 | 1988-11-17 | Hitachi Ltd | 超電導スイツチング素子 |
| JPH01170080A (ja) * | 1987-12-25 | 1989-07-05 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導ｆｅｔ素子 |
| JPH0341783A (ja) * | 1989-07-10 | 1991-02-22 | Hitachi Ltd | 電界効果型超電導トランジスタ装置の製造方法 |
-
1991
- 1991-11-30 JP JP3342467A patent/JP2773503B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63281481A (ja) * | 1987-05-13 | 1988-11-17 | Hitachi Ltd | 超電導スイツチング素子 |
| JPH01170080A (ja) * | 1987-12-25 | 1989-07-05 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導ｆｅｔ素子 |
| JPH0341783A (ja) * | 1989-07-10 | 1991-02-22 | Hitachi Ltd | 電界効果型超電導トランジスタ装置の製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07240541A (ja) * | 1994-03-02 | 1995-09-12 | Hitachi Ltd | 超電導三端子素子 |
| KR100434278B1 (ko) * | 2001-10-10 | 2004-06-05 | 엘지전자 주식회사 | 초전도체를 이용한 전계효과 트랜지스터의 제작 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2773503B2 (ja) | 1998-07-09 |
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