JPH05167118A - Superconducting oxide transistor and manufacture thereof - Google Patents

Superconducting oxide transistor and manufacture thereof

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JPH05167118A
JPH05167118A JP3332174A JP33217491A JPH05167118A JP H05167118 A JPH05167118 A JP H05167118A JP 3332174 A JP3332174 A JP 3332174A JP 33217491 A JP33217491 A JP 33217491A JP H05167118 A JPH05167118 A JP H05167118A
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JP
Japan
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thin film
film
oxide
superconducting
transistor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3332174A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Abe
仁志 阿部
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP3332174A priority Critical patent/JPH05167118A/en
Publication of JPH05167118A publication Critical patent/JPH05167118A/en
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a superconducting oxide transistor having excellent electric characteristics by providing a superconducting oxide thin film formed on a substrate, a first and second main electrodes which are brought into ohmic- contact with the thin film, and a control electrode which is formed on the top and controls a superconducting current flowing through the superconducting thin film. CONSTITUTION:A BiBa1-xRbxO3 thin film 14 is formed on an MgO substrate 10 with a buffer layer 12 in between and a first and second main electrodes respectively provided as a source and drain electrodes 18 and 20 are brought into ohmic-contact with the thin film 14. Then a gate electrode 22 is provided between the electrodes 18 and 20 on the surface of the thin film 14 with a BiBaO3 film 16 corresponding to a gate insulating film in between. Therefore, a superconducting transistor which can be easily manufactured at a high yield and has excellent electric characteristics can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、酸化物超電導トラン
ジスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxide superconducting transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体トランジスタは消費電力が大きい
などの問題があり、超電導トランジスタの出現が望まれ
ている。すでに、FET(電界効果型トランジスタ)に
対応する超電導トランジスタに関しては、西野ら、およ
び高柳らによって以下のような文献でモデル構造が開示
されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor transistors have problems such as high power consumption, and the advent of superconducting transistors is desired. Regarding a superconducting transistor corresponding to an FET (field effect transistor), Nishino et al. And Takayanagi et al. Have already disclosed a model structure in the following documents.

【0003】Torr.Nishino et a
l.:IEEE Electron Device L
ett.,EDL−6(1985)297 H.Takayanagi and T.Kawaka
mi:Phys,Rev.Lett.,54(198
5)2449 これらの文献に開示された構造はソースおよびドレイン
領域を超電導体材料で形成するものの、酸化物超電導体
材料を用いる構造ではない。超電導トランジスタに酸化
物高温超電導体材料が使用できれば、臨界温度Tcも高
く、しかもエネルギーギャップも大きいことから、遮断
周波数も高い超電導トランジスタが得られるという期待
がある。この酸化物高温超電導体の代表的な材料とし
て、現在のところ、Y(イットリウム)−Ba(バリウ
ム)−Cu(銅)−O(酸素),Bi(ビスマス)−S
r(ストロンチウム)−Ca(カルシウム)−Cu
(銅)−O(酸素)およびTl(テルル)−Ba(バリ
ウム)−Ca(カルシウム)−Cu(銅)−O(酸素)
が紹介されている。
Torr. Nishino et a
l. : IEEE Electron Device L
ett. , EDL-6 (1985) 297H. Takayanagi and T.M. Kawaka
mi: Phys, Rev. Lett. , 54 (198
5) 2449 Although the structures disclosed in these documents form the source and drain regions with a superconductor material, they are not structures using an oxide superconductor material. If an oxide high-temperature superconductor material can be used for the superconducting transistor, it is expected that a superconducting transistor having a high cutoff frequency can be obtained because the critical temperature Tc is high and the energy gap is large. As typical materials for this oxide high temperature superconductor, at present, Y (yttrium) -Ba (barium) -Cu (copper) -O (oxygen) and Bi (bismuth) -S are used.
r (strontium) -Ca (calcium) -Cu
(Copper) -O (oxygen) and Tl (tellurium) -Ba (barium) -Ca (calcium) -Cu (copper) -O (oxygen)
Has been introduced.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各材料は、いずれも結晶構造において異方性(結晶構造
の方位によって超電導パラメータが異なること)が大き
いため、電気特性においても異方性が現れてしまう。そ
のため酸化物超電導トランジスタを製造する工程中、こ
れら材料を用いて薄膜を成膜する場合に、膜の結晶の配
向を優れた電気特性が得られるように制御しなければな
らない。さらには、これら材料で良好な薄膜を形成する
ためには、通常は600℃以上の処理工程を必要とする
ため、これら材料の組成成分、特に酸素が下地へ熱拡散
してしまうため、酸化物超電導体薄膜中の酸素が欠損し
てしまい、その結果、特性の優れた酸化物超電導トラン
ジスタが得られなかった。
However, since each of the above materials has a large anisotropy in the crystal structure (the superconducting parameter varies depending on the orientation of the crystal structure), the anisotropy also appears in the electrical characteristics. Will end up. Therefore, during the process of manufacturing an oxide superconducting transistor, when forming a thin film using these materials, the crystal orientation of the film must be controlled so that excellent electrical characteristics can be obtained. Furthermore, in order to form a good thin film with these materials, a treatment step of 600 ° C. or higher is usually required, so that the compositional components of these materials, especially oxygen, are thermally diffused to the base, so that oxides Oxygen was lost in the superconductor thin film, and as a result, an oxide superconducting transistor having excellent characteristics could not be obtained.

【0005】従って、この発明の目的は、製造が容易
で、しかも電気特性の優れた酸化物超電導トランジスタ
およびその製造方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an oxide superconducting transistor which is easy to manufacture and has excellent electric characteristics, and a manufacturing method thereof.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明の酸化物超電導トランジスタは、下地上に
設けられた酸化物超電導体薄膜と、該酸化物超電導体薄
膜にそれぞれオーミック接触している第1および第2主
電極と、これら第1および第2主電極間の前記酸化物超
電導体薄膜の上側に位置し、該超電導体薄膜中を流れる
超電導電流を制御する制御電極とを有することを特徴と
する。
In order to achieve this object, an oxide superconducting transistor of the present invention comprises an oxide superconducting thin film provided on a base and an ohmic contact with the oxide superconducting thin film. A first and a second main electrode, and a control electrode located above the oxide superconductor thin film between the first and second main electrodes and controlling a superconducting current flowing in the superconductor thin film. It is characterized by

【0007】この発明の実施に当たり、酸化物超電導体
薄膜は、ペロブスカイト構造を有するBiBaO3 基本
材料にして形成されたBiBa1-X RbX 3 (但し、
Xは組成比を与える値であって、0.25<X<0.5
の範囲内の値である。)で形成するのがよい。
In carrying out the present invention, the oxide superconductor thin film is formed of BiBa 1 -X Rb X O 3 (however, provided as a basic material of BiBaO 3 having a perovskite structure.
X is a value that gives the composition ratio, and 0.25 <X <0.5.
The value is within the range. ) Is preferable.

【0008】また、この発明の好適実施例によれば、制
御電極は、BiBaO3 からなる絶縁膜を介して前記超
電導体薄膜上に設けるのがよい。
According to a preferred embodiment of the present invention, the control electrode is preferably provided on the superconductor thin film via an insulating film made of BiBaO 3 .

【0009】この発明の酸化物超電導トランジスタの製
造方法によれば、(a)下地上にBiBaO3 膜を堆積
する工程と、(b)BiBaO3 膜上に酸化物超電導体
薄膜としてBiBa1-X RbX 3 (但し、Xは組成比
を与える値であって、0.25<X<0.5の範囲内の
値である。)薄膜を積層する工程と、(c)該酸化物超
電導体薄膜上の一部分にBiBaO3 膜の絶縁膜パター
ンを形成する工程と、(d)該絶縁膜パターン上に制御
電極および該制御電極の両側であって前記酸化物超電導
体薄膜上にこれとオーミック接触する第1および第2主
電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。
According to the method for manufacturing an oxide superconducting transistor of the present invention, (a) a step of depositing a BiBaO 3 film on the underlayer, and (b) a BiBa 1-X oxide superconducting thin film on the BiBaO 3 film. Rb X O 3 (where X is a value that gives the composition ratio and is a value within the range of 0.25 <X <0.5.), A step of laminating thin films, and (c) the oxide superconductivity A step of forming an insulating film pattern of a BiBaO 3 film on a part of the body thin film, and (d) a control electrode on the insulating film pattern and ohmic contact with the control electrode on both sides of the control electrode on the oxide superconductor thin film. Forming the first and second main electrodes in contact with each other.

【0010】[0010]

【作用】この発明の酸化物超電導トランジスタの構造に
よれば、酸化物超電導体が超電導特性を示す温度にまで
当該トランジスタを冷却しておいて、制御電極にバイア
ス電圧をかけていくと、このトランジスタのしきい値電
圧以下では、この制御電極の下の酸化物超電導体薄膜に
存在する空乏層は、下地まで到達しておらず、従って、
空乏層と下地との間の酸化物超電導体薄膜に電流路が存
在する。従って、酸化物超電導体薄膜とオーミック接触
している第1および第2主電極間に電位差を与えておけ
ば、両第1および第2主電極間を、この電流路を経て、
ここを超電導電流が流れ、このトランジスタはON(オ
ン)状態となる。
According to the structure of the oxide superconducting transistor of the present invention, when the oxide superconductor is cooled to a temperature at which it exhibits superconducting characteristics and a bias voltage is applied to the control electrode, the transistor Below the threshold voltage of, the depletion layer existing in the oxide superconductor thin film under the control electrode does not reach the base, and therefore,
A current path exists in the oxide superconductor thin film between the depletion layer and the base. Therefore, if a potential difference is given between the first and second main electrodes that are in ohmic contact with the oxide superconductor thin film, the first and second main electrodes will pass through this current path,
A superconducting current flows through this, and this transistor is turned on.

【0011】しかし、バイアス電圧がこのトランジスタ
のしきい値電圧以上となると、空乏層が酸化物超電導体
薄膜の厚みを越えて下地まで到達して、空乏層と下地と
の間には酸化物超電導体薄膜に電流路が存在しなくな
る。従って第1および第2主電極間が空乏層によって遮
断される形となって両主電極間には超電導電流は流れ
ず、このトランジスタはOFF(オフ)状態となる。
However, when the bias voltage exceeds the threshold voltage of this transistor, the depletion layer reaches the base beyond the thickness of the oxide superconductor thin film, and the oxide superconductivity is provided between the depletion layer and the base. There is no current path in the body membrane. Therefore, the first and second main electrodes are blocked by the depletion layer, and the superconducting current does not flow between the two main electrodes, so that the transistor is turned off.

【0012】このように、この構造のトランジスタは電
界効果型の酸化物超電導トランジスタとしてスイッチン
グ効果が図れる。
As described above, the transistor having this structure can achieve a switching effect as a field effect type oxide superconducting transistor.

【0013】また、この発明の酸化物超電導トランジス
タの製造方法によれば、酸化物超電導体薄膜をBiBa
1-X RbX 3 で形成する。そのため、この発明では、
下地上に、まずBiBa1-X RbX 3 の元となる材料
として、典型的なペロブスカイト構造を有するBiBa
3 を堆積する。そしてこのBiBaO3 膜上にBiB
1-X RbX 3 を積層し、このBiBa1-x Rbx
3 上にBiBaO3 膜を制御電極用の絶縁膜として形成
している。このため、BiBa1-X RbX 3 を熱拡散
障害を起こさないような、400℃以下という低温で、
何ら困難性なく高品質の薄膜として形成できる。
According to the method of manufacturing an oxide superconducting transistor of the present invention, the oxide superconductor thin film is formed of BiBa.
Formed with 1-X Rb X O 3 . Therefore, in this invention,
First, BiBa having a typical perovskite structure is used as a base material of BiBa 1-X Rb X O 3 on the lower ground.
Deposit O 3 . Then, BiB is deposited on the BiBaO 3 film.
a 1-X Rb X O 3 is laminated, and this BiBa 1-x Rb x O is laminated.
A BiBaO 3 film is formed on 3 as an insulating film for a control electrode. Therefore, BiBa 1-X Rb X O 3 at a temperature as low as 400 ° C. or lower, which does not cause a thermal diffusion obstacle,
It can be formed as a high quality thin film without any difficulty.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】なお、図はこの発明が理解できる程度に、
各構成成分の形状、大きさ、および配置関係は概略的に
示してあるにすぎない。
Incidentally, the figures are such that the present invention can be understood.
The shape, size, and positional relationship of each component are shown only schematically.

【0016】この発明の酸化物超電導トランジスタの構
造をその製造方法とともに説明する。
The structure of the oxide superconducting transistor of the present invention will be described together with its manufacturing method.

【0017】図1は、この発明の酸化物超電導トランジ
スタの一実施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the oxide superconducting transistor of the present invention.

【0018】まず、下地10の上に酸化物超電導体薄膜
14を形成する。このため、この実施例では下地10と
して酸化物基板とか半導体基板とかを用いることができ
る。
First, the oxide superconductor thin film 14 is formed on the underlayer 10. Therefore, in this embodiment, an oxide substrate or a semiconductor substrate can be used as the base 10.

【0019】酸化物基板を使用する場合は、酸化マグネ
シウム(MgO)、チタン酸ストロンチウム(SrTi
3 )などを、半導体基板を使用する場合はシリコン
(Si)、ガリウム−ヒ素(GaAs)などを用いるの
が好適である。この実施例ではMgO基板を下地10と
して用いるとする。
When an oxide substrate is used, magnesium oxide (MgO), strontium titanate (SrTi)
O 3 ) is preferably used, and when a semiconductor substrate is used, silicon (Si) or gallium-arsenic (GaAs) is preferably used. In this embodiment, the MgO substrate is used as the base 10.

【0020】MgO基板10上にMBE(分子線エピタ
キシャル成長)法、CVD(化学気相成長)法、スパッ
タ法、レーザーアブレーション法等から選んだ適当な方
法によって成膜表面が平坦になるまでBiBaO3 膜を
バッファ層12として積層する。なお、いずれの方法を
用いた場合でも、基板温度が400℃〜500℃の範囲
で高品質で薄い結晶膜12を形成できる。ここでは、B
iBaO3 バッファ層12をMBE法で形成する場合に
ついて説明する。
A BiBaO 3 film is formed on the MgO substrate 10 by a suitable method selected from MBE (Molecular Beam Epitaxial Growth), CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering, laser ablation, etc. until the film surface becomes flat. Are stacked as the buffer layer 12. Whichever method is used, a high-quality thin crystal film 12 can be formed in a substrate temperature range of 400 ° C to 500 ° C. Here, B
A case of forming the iBaO 3 buffer layer 12 by the MBE method will be described.

【0021】MgO(100)基板10を用い、基板温
度を、例えば400℃に保持しておいて、金属バリウム
(Ba)、金属ビスマス(Bi)をクヌートセンセルで
加熱蒸発して、1014〜1015原子/cm2 ・secの
範囲内の適当な速度で基板10の表面に供給し、これら
金属を蒸着した。次いで、オゾンを1014〜1018個/
cm2 ・secの範囲内の適当な量で供給する。こうす
ることによって(100)配向し、かつ表面が平坦なB
iBaO3 膜12が基板10上に形成される。
Using MgO (100) substrate 10 and keeping the substrate temperature at 400 ° C., for example, metal barium (Ba) and metal bismuth (Bi) are heated and vaporized by a Knutsen cell to obtain a temperature of 10 14 to 10. These metals were vapor-deposited by supplying to the surface of the substrate 10 at an appropriate rate within the range of 10 15 atoms / cm 2 · sec. Next, 10 14 to 10 18 ozone /
Supply in an appropriate amount within the range of cm 2 · sec. By doing so, B having a (100) orientation and a flat surface is obtained.
The iBaO 3 film 12 is formed on the substrate 10.

【0022】なお、このバッファ層12の膜厚を、例え
ば1,000〜10,000A°とする。
The thickness of the buffer layer 12 is, eg, 1,000-10,000 A °.

【0023】また、このようにして、形成したBiBa
3 は、ABO3 の化学式(但し、AおよびBは元素を
表す。)で表されるような典型的なペロブスカイト構造
を採っている。
Further, the BiBa formed in this way
O 3 has a typical perovskite structure as represented by the chemical formula of ABO 3 (where A and B represent elements).

【0024】次にバッファ層12の上に酸化物超電導体
薄膜14として、この実施例ではBiBa1-X RbX
3 の薄膜を形成する。ここでXは組成比を決める値であ
って、好ましくは0.25<X<0.5の範囲内の値と
するのがよい。このような範囲内のXの値とすることに
よって品質のよい薄膜が得られるからである。
Next, as the oxide superconductor thin film 14 on the buffer layer 12, in this embodiment, BiBa 1-X Rb X O is used.
Form a thin film of 3 . Here, X is a value that determines the composition ratio, and is preferably a value within the range of 0.25 <X <0.5. This is because a thin film of good quality can be obtained by setting the value of X within such a range.

【0025】まず、基板温度を350℃〜400℃に下
げ、上記と同様にクヌードセンセルを用いて、ビスマス
(Bi)、ルビジウム(Rb)、バリウム(Ba)を蒸
着する。但し、ルビジウム(Rb)とバリウム(Ba)
の分子線強度は、Rb:Ba=0.3〜0.45:1.
00 になるようにルビジウム(Rb)の蒸発速度を調
整する。
First, the substrate temperature is lowered to 350 ° C. to 400 ° C., and bismuth (Bi), rubidium (Rb), and barium (Ba) are vapor-deposited using the Knudsen cell as described above. However, rubidium (Rb) and barium (Ba)
The molecular beam intensity of Rb: Ba is 0.3 to 0.45: 1.
The evaporation rate of rubidium (Rb) is adjusted so that it becomes 00.

【0026】次いで、オゾンを1014〜1018個/cm
2 ・secの範囲内の適当な量で供給し、BiBaO3
バッファ膜12上に酸化物超電導体薄膜となるBiBa
1-X RbX 3 を積層する。膜厚は素子動作のところで
説明するが30A°程度でなければならず、一桁台の原
子の個数で精密に制御しながら成膜する。
Next, 10 14 to 10 18 ozone / cm 3 is added.
BiBaO 3 is supplied in an appropriate amount within the range of 2 sec.
BiBa that becomes an oxide superconductor thin film on the buffer film 12
Laminate 1-X Rb X O 3 . Although the film thickness will be described in the element operation, it should be about 30 A °, and the film is formed while precisely controlling the number of atoms in the single digit.

【0027】このため、この実施例では、反射高速電子
回折装置(RHEED)で表面反射電子線強度の振動を
モニタすることによって、1格子ごと正確に成長させる
方法を採った(例えば、特開平1−303770号公
報)。
Therefore, in this embodiment, a method of accurately growing each lattice by monitoring the vibration of the surface reflection electron beam intensity with a reflection high-energy electron diffraction device (RHEED) is adopted (for example, Japanese Patent Laid-Open No. HEI-1). -303770).

【0028】このようにして形成した超電導層BiBa
1-X RbX 3 の化学式は、分析の結果、組成比を与え
るXは 0.25<X<0.5 の範囲内にあり、ここ
ではx=0.35であって、BiBa0.65Rb0.353
の薄膜であった。このBiBa0.65Rb0.353 は酸化
物超電導体材料であることは知られているが、確認のた
め抵抗−温度特性を調べてみた。なお、このBiBa
0.65Rb0.353 膜の膜厚を30A°程度とした。
Superconducting layer BiBa thus formed
As a result of the analysis, the chemical formula of 1-X Rb X O 3 is such that X giving the composition ratio is in the range of 0.25 <X <0.5, where x = 0.35, and BiBa 0.65 Rb 0.35 O 3
It was a thin film of. It is known that BiBa 0.65 Rb 0.35 O 3 is an oxide superconductor material, but the resistance-temperature characteristic was examined for confirmation. In addition, this BiBa
The film thickness of the 0.65 Rb 0.35 O 3 film was set to about 30 A °.

【0029】図2は、縦軸に抵抗(Ω)、横軸に絶対温
度(K)をとった抵抗−温度特性曲線であって、この実
験データからも理解できるように、超電導を示す臨界温
度は約30Kであった。
FIG. 2 is a resistance-temperature characteristic curve in which the vertical axis represents resistance (Ω) and the horizontal axis represents absolute temperature (K). As can be understood from this experimental data, the critical temperature indicating superconductivity is shown. Was about 30K.

【0030】さらに、BiBa1-X RbX 3 層14の
上に、制御電極22として、この実施例ではゲート電極
を配設するためのゲート絶縁膜16を基板温度400℃
〜500℃でBiBaO3 によって膜厚20〜30A°
に積層する。
Further, on the BiBa 1-X Rb X O 3 layer 14, a gate insulating film 16 for disposing a gate electrode as a control electrode 22 in this embodiment is provided at a substrate temperature of 400 ° C.
Film thickness 20 to 30 A ° by BiBaO 3 at ˜500 ° C.
To stack.

【0031】次に、第1および第2主電極と制御電極の
形成について説明する。この実施例では、これら第1お
よび第2主電極をソース電極およびドレイン電極とす
る。ゲート絶縁膜16のBiBaO3 膜の上にポジ型レ
ジストを基板全面にわたり塗布し、第1および第2主電
極に必要な、このレジスト部分をホトリソグラフィーに
よって剥ぎ取ってBiBaO3 膜16を部分的に露光さ
せ、その後、酸素プラズマでBiBaO3 膜の露光した
個所をその表面から深さ約30〜40A°に達するよう
にエッチングする。
Next, the formation of the first and second main electrodes and the control electrode will be described. In this embodiment, these first and second main electrodes are the source electrode and the drain electrode. A positive resist is applied over the entire surface of the substrate on the BiBaO 3 film of the gate insulating film 16, and the resist portions required for the first and second main electrodes are stripped by photolithography to partially remove the BiBaO 3 film 16. After exposure, the exposed portion of the BiBaO 3 film is etched with oxygen plasma so as to reach a depth of about 30 to 40 A ° from the surface thereof.

【0032】このエッチングにより露光した酸化物超電
導体のBiBa0.65Rb0.353 の部分に金属電極層を
設けてソース電極18およびドレイン電極20を形成す
る。電極材料としては、例えばアルミニウム(Al)ま
たは銀(Ag)を用いるのが好適である。この電極の形
成は、まず、基板全面に約1000A°程度ソース・ド
レイン電極として電極材料を蒸着する。次に、有機溶剤
でレジストを除去する、いわゆるリフトオフ工程で所望
の部分にのみ電極を残す。
A metal electrode layer is provided on the portion of BiBa 0.65 Rb 0.35 O 3 of the oxide superconductor exposed by this etching to form the source electrode 18 and the drain electrode 20. As the electrode material, for example, aluminum (Al) or silver (Ag) is preferably used. To form this electrode, first, an electrode material is vapor-deposited as a source / drain electrode at about 1000 A ° on the entire surface of the substrate. Next, the resist is removed with an organic solvent, that is, a so-called lift-off process, and the electrode is left only in a desired portion.

【0033】同様の手順で残存したBiBaO3 膜16
上にゲート電極22をアルミニウム(Al)で形成す
る。
BiBaO 3 film 16 remaining by the same procedure
The gate electrode 22 is formed of aluminum (Al).

【0034】このような工程で形成したソース電極18
およびドレイン電極20と、超電導活性層、すなわちチ
ャネル層を形成する酸化物超電導体薄膜14との接触抵
抗を測定したところ、10-6Ωcm-2以下の良好な抵抗
値が常に確保できていた。
The source electrode 18 formed by such a process
When the contact resistance between the drain electrode 20 and the superconducting active layer, that is, the oxide superconductor thin film 14 forming the channel layer was measured, a good resistance value of 10 −6 Ωcm −2 or less was always secured.

【0035】従って、これら電極18および20と、こ
の酸化物超電導体薄膜14との間では、非常に良好なオ
ーミック接触がとれていることがわかる。
Therefore, it can be seen that a very good ohmic contact is established between the electrodes 18 and 20 and the oxide superconductor thin film 14.

【0036】このようにして得られた、この発明の酸化
物超電導トランジスタは、酸化物超電導体薄膜としての
BiBa1-X RbX 3 薄膜14が、バッファ層12を
介して下地であるMgO基板10上に設けられていて、
この酸化物超電導体薄膜14にソース電極18およびド
レイン電極20とした第1および第2主電極がオーミッ
ク接触している。そして、このソース電極18とドレイ
ン電極20との間であって、超電導体薄膜14の上側に
ゲート絶縁膜に対応するBiBaO3 膜16を介在させ
て制御電極としてのゲート電極22が設けられている。
In the oxide superconducting transistor of the present invention thus obtained, the BiBa 1-X Rb X O 3 thin film 14 as an oxide superconducting thin film is an underlying MgO substrate through the buffer layer 12. It ’s located on top of 10,
The first and second main electrodes serving as the source electrode 18 and the drain electrode 20 are in ohmic contact with the oxide superconductor thin film 14. A gate electrode 22 as a control electrode is provided between the source electrode 18 and the drain electrode 20 and above the superconductor thin film 14 with a BiBaO 3 film 16 corresponding to a gate insulating film interposed. ..

【0037】次に、このようにして得られた超電導トラ
ンジスタの動作原理について図3の(A)および(B)
を参照して説明する。なお、これら図において、図1に
示した構成成分と同様な構成成分については同一符号を
付して示してある。
Next, the operation principle of the superconducting transistor thus obtained will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.
Will be described. In these figures, the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0038】酸化物超電導体薄膜が超電導特性を示す温
度までトランジスタを冷却する。
The transistor is cooled to a temperature at which the oxide superconductor thin film exhibits superconducting properties.

【0039】そして、ソース電極18と、ゲート電極2
0との間に一定の電位差を与える。いま、ゲート電極2
2にバイアス電圧(VG )を徐々に大きくかけて行く。
そうすると、バイアス電圧がしきい値電圧に到達するま
では、ゲート電極22の下の空乏層30は、まだ下地基
板10まで到達しておらず、空乏層30とBiBaO3
層12との間隙部(BiBa1-X RbX 3 薄膜14の
図中24で示す個所)が電流路となる。このためソース
電極18とドレイン電極20との間に、この電流路24
を経て超電導電流が流れ、トランジスタはオン状態にあ
る。
Then, the source electrode 18 and the gate electrode 2
A constant potential difference is given between 0 and 0. Now, the gate electrode 2
The bias voltage (VG) is gradually increased to 2.
Then, until the bias voltage reaches the threshold voltage, the depletion layer 30 under the gate electrode 22 has not yet reached the base substrate 10, and the depletion layer 30 and BiBaO 3 are not yet reached.
A gap between the layer 12 and the layer 12 (a portion of the BiBa 1-X Rb X O 3 thin film 14 shown by 24 in the figure) serves as a current path. Therefore, the current path 24 is formed between the source electrode 18 and the drain electrode 20.
A superconducting current flows through the transistor and the transistor is in the ON state.

【0040】一方 図3の(B)はバイアス電圧がしき
い値電圧を越え、空乏層30が下地基板10まで到達し
た状態を示す。この状態では空乏層30の下のBiBa
1-X X 3 薄膜層14の部分は電流路24ではなくな
り、従ってソース電極18とドレイン電極20との間に
は超電導電流は流れず、トランジスタはオフ状態とな
る。
On the other hand, FIG. 3B shows a state in which the bias voltage exceeds the threshold voltage and the depletion layer 30 reaches the underlying substrate 10. In this state, BiBa under the depletion layer 30
The portion of the 1-X b X O 3 thin film layer 14 is not the current path 24, so that the superconducting current does not flow between the source electrode 18 and the drain electrode 20 and the transistor is turned off.

【0041】次に、スイッチングに必要な制御電圧、こ
こではゲート電圧の値を具体的に求めてみる。
Next, the control voltage required for switching, here, the value of the gate voltage will be concretely obtained.

【0042】空乏層の厚さWはThe thickness W of the depletion layer is

【数1】[Equation 1]

【0043】 [0043]

【0044】に、真空誘電率ε0 、電子電荷量qを代入
してBiBa1-X RbX 3 が超電導を示すときのキャ
リア密度NB として1021個/cm3 を入れると
Substituting the vacuum dielectric constant ε 0 and the amount of electronic charge q into, the carrier density N B when BiBa 1-X Rb X O 3 exhibits superconductivity is 10 21 / cm 3.

【数2】[Equation 2]

【0045】 [0045]

【0046】となる。ここで、BiBa1-X RbX 3
の誘電率εS を20とすると、ゲート電圧VG が4.0
ボルトのときには、空乏層の厚さWは約30A°にな
る。
It becomes Here, BiBa 1-X Rb X O 3
If the permittivity ε S of S is 20, the gate voltage V G is 4.0.
When the voltage is volt, the thickness W of the depletion layer is about 30 A °.

【0047】図4は、縦軸にソース・ドレイン電極間を
流れる超電導電流IDSを、横軸にゲート電極にかけるバ
イアス電圧VG をとり、VGth をしきい値電圧として示
したゲート電圧−超電導電流特性を示す実験データであ
る。この図4からも理解できるように、しきい値電圧V
Gth 以下ではオン状態で、超電導電流IDSが流れている
が、しきい値電圧VGth 以上になるとオフ状態となりI
DSはゼロとなる。
In FIG. 4, the vertical axis represents the superconducting current I DS flowing between the source and drain electrodes, the horizontal axis represents the bias voltage V G applied to the gate electrode, and V Gth is the threshold voltage. It is experimental data showing superconducting current characteristics. As can be understood from FIG. 4, the threshold voltage V
Below Gth , the superconducting current I DS is flowing in the on state, but above the threshold voltage V Gth , it is in the off state and I
DS becomes zero.

【0048】この実施例におけるトランジスタでは、し
きい値電圧VGthは4ボルトであった。
In the transistor of this example, the threshold voltage V Gth was 4 volts.

【0049】[0049]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の酸化物超電導トランジスタおよびその製造方法
にによれば、従来、超電導トランジスタに使用されてい
た酸化物高温超電導体の代表的な材料であったY−Ba
−Cu−O,およびBi−Sr−Ca−Cu−Oに代わ
り、電気特性の異方性の少ないBi−Ba−Rb−Oを
用いている。従って、結晶の配向を制御しなければなら
ないなどの、従来の製造工程上の問題点を解決でき、よ
って、製造が容易で、製造歩留まりがよく、しかも電気
特性の優れた超電導トランジスタを提供することが可能
となった。
As is apparent from the above description, according to the oxide superconducting transistor and the method for manufacturing the same of the present invention, typical materials for oxide high-temperature superconductors conventionally used for superconducting transistors. Was Y-Ba
Instead of -Cu-O and Bi-Sr-Ca-Cu-O, Bi-Ba-Rb-O having a small anisotropy of electric characteristics is used. Therefore, it is possible to solve the problems in the conventional manufacturing process such as controlling the crystal orientation, and thus to provide a superconducting transistor that is easy to manufacture, has a good manufacturing yield, and has excellent electrical characteristics. Became possible.

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

【図1】この発明による酸化物超電導トランジスタの断
面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an oxide superconducting transistor according to the present invention.

【図2】この発明に用いている酸化物超電導体薄膜の臨
界温度を示す抵抗−温度特性曲線である。
FIG. 2 is a resistance-temperature characteristic curve showing the critical temperature of the oxide superconductor thin film used in the present invention.

【図3】(A)、(B)はこの発明による酸化物超電導
トランジスタの動作説明に供する図である。
3A and 3B are diagrams for explaining the operation of the oxide superconducting transistor according to the present invention.

【図4】この発明による酸化物超電導トランジスタのソ
ース・ドレイン間の超電導電流とゲート電圧の関係を示
すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the gate voltage and the superconducting current between the source and drain of the oxide superconducting transistor according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:下地基板(MgO) 12:バッファ膜(BiBaO3 膜) 14:酸化物超電導体薄膜(BiBa1-X RbX 3
膜) 16:絶縁膜(BiBaO3 膜) 18:第1主電極(ソース電極) 20:第2主電極(ドレイン電極) 22:制御電極(ゲート電極) 24:電流路 30:空乏層
10: Base substrate (MgO) 12: Buffer film (BiBaO 3 film) 14: Oxide superconductor thin film (BiBa 1-X Rb X O 3 thin film) 16: Insulating film (BiBaO 3 film) 18: First main electrode ( Source electrode) 20: Second main electrode (drain electrode) 22: Control electrode (gate electrode) 24: Current path 30: Depletion layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下地上に設けられた酸化物超電導体薄膜
と、該酸化物超電導体薄膜にそれぞれオーミック接触し
ている第1および第2主電極と、これら第1および第2
主電極間の前記酸化物超電導体薄膜の上側に位置し、該
超電導体薄膜中を流れる超電導電流を制御する制御電極
とを有することを特徴とする酸化物超電導トランジス
タ。
1. An oxide superconductor thin film provided on a lower surface, first and second main electrodes in ohmic contact with the oxide superconductor thin film, and these first and second main electrodes.
An oxide superconducting transistor, comprising: a control electrode located between the main electrodes and above the oxide superconducting thin film, the control electrode controlling a superconducting conductive flow flowing in the superconducting thin film.
【請求項2】 請求項1に記載の酸化物超電導体薄膜
は、ペロブスカイト構造を有するBiBaO3 を基本材
料にして形成されたBiBa1-XRbX 3 (但し、X
は組成比を与える値であって、0.25<X<0.5の
範囲内の値である。)で形成してあることを特徴とする
酸化物超電導トランジスタ。
2. The oxide superconductor thin film according to claim 1, wherein BiBa 1-X Rb X O 3 (provided that X is X is formed by using BiBaO 3 having a perovskite structure as a basic material).
Is a value that gives the composition ratio, and is a value within the range of 0.25 <X <0.5. ), The oxide superconducting transistor characterized by being formed by.
【請求項3】 請求項1に記載の制御電極は、BiBa
3 からなる絶縁膜を介して前記超電導体薄膜上に設け
てあることを特徴とする酸化物超電導トランジスタ。
3. The control electrode according to claim 1, wherein the control electrode is BiBa.
An oxide superconducting transistor which is provided on the superconductor thin film via an insulating film made of O 3 .
【請求項4】(a)下地上にBiBaO3 膜を堆積する
工程と、 (b)BiBaO3 膜上に酸化物超電導体薄膜としてB
iBa1-x RbX 3 (但し、Xは組成比を与える値で
あって、0.25<X<0.5の範囲内の値である。)
薄膜を積層する工程と、 (c)該酸化物超電導体薄膜上の一部分にBiBaO3
膜の絶縁膜パターンを形成する工程と、 (d)該絶縁膜パターン上に制御電極および該制御電極
の両側であって前記酸化物超電導体薄膜上にこれとオー
ミック接触する第1および第2主電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする酸化物超電導トランジスタの製
造方法。
4. A process of (a) depositing a BiBaO 3 film on a base, and (b) a B oxide film as an oxide superconductor thin film on the BiBaO 3 film.
iBa 1-x Rb X O 3 (where X is a value that gives the composition ratio, and is a value within the range of 0.25 <X <0.5.)
A step of laminating thin films, and (c) BiBaO 3 on a part of the oxide superconductor thin film.
Forming an insulating film pattern of a film, and (d) a control electrode on the insulating film pattern and first and second main electrodes on both sides of the control electrode and in ohmic contact with the oxide superconductor thin film. A method of manufacturing an oxide superconducting transistor, comprising the step of forming an electrode.
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