JPH0537036A - 超電導素子およびその作製方法 - Google Patents
超電導素子およびその作製方法Info
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- JPH0537036A JPH0537036A JP3216042A JP21604291A JPH0537036A JP H0537036 A JPH0537036 A JP H0537036A JP 3216042 A JP3216042 A JP 3216042A JP 21604291 A JP21604291 A JP 21604291A JP H0537036 A JPH0537036 A JP H0537036A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 酸化物超電導薄膜２に両先端部分のみがかか
るよう配置されている「凹」の字の平面形のＹ1Ba2Cu3
Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の中央部にNiイオンを注入して
超電導ソース電極３および超電導ドレイン電極４間に配
置された抵抗チャネル６を形成し、金属ゲート電極５を
超電導チャネル20上に配置する。 【効果】 ヒステリシス特性が改善された超電導電界効
果型素子１が提供される。
るよう配置されている「凹」の字の平面形のＹ1Ba2Cu3
Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の中央部にNiイオンを注入して
超電導ソース電極３および超電導ドレイン電極４間に配
置された抵抗チャネル６を形成し、金属ゲート電極５を
超電導チャネル20上に配置する。 【効果】 ヒステリシス特性が改善された超電導電界効
果型素子１が提供される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導素子に関する。
より詳細には、チャネルが酸化物超電導体で構成されて
いる電界効果型三端子素子と抵抗素子とを集積化した超
電導素子に関する。
より詳細には、チャネルが酸化物超電導体で構成されて
いる電界効果型三端子素子と抵抗素子とを集積化した超
電導素子に関する。
【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、電流容量が大きく、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、電流容量が大きく、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10上に配置された酸化物超電導体
による超電導チャネル20と、超電導チャネル20の両端付
近にそれぞれ配置されたソース電極３およびドレイン電
極４と、超電導チャネル20上にゲート絶縁層９を介して
配置されたゲート電極５とを具備する。この超電導電界
効果型素子は、ソース電極３およびドレイン電極４間を
流れる超電導電流をゲート電極５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10上に配置された酸化物超電導体
による超電導チャネル20と、超電導チャネル20の両端付
近にそれぞれ配置されたソース電極３およびドレイン電
極４と、超電導チャネル20上にゲート絶縁層９を介して
配置されたゲート電極５とを具備する。この超電導電界
効果型素子は、ソース電極３およびドレイン電極４間を
流れる超電導電流をゲート電極５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
型素子の特性を図４に示す。図４(a)は、図３に示した
超電導電界効果型素子において、特定のゲート電圧値に
対するソース−ドレイン間の電圧−電流特性を示したグ
ラフである。図４(a)のグラフに示した特性は、いわゆ
る所要特性と呼ばれる理想的な状態における特性であ
る。しかしながら、実際に図４(a)に示す所要特性の素
子を動作させた場合には、図４(a)のような特性を示さ
ず、ヒステリシス特性を示す。図４(b)に、図４(a)に示
した特性を有する超電導電界効果型素子のゲート電圧を
一定にして、ソース−ドレイン間の電圧を変化させたと
きの電流の変化を示す。
型素子の特性を図４に示す。図４(a)は、図３に示した
超電導電界効果型素子において、特定のゲート電圧値に
対するソース−ドレイン間の電圧−電流特性を示したグ
ラフである。図４(a)のグラフに示した特性は、いわゆ
る所要特性と呼ばれる理想的な状態における特性であ
る。しかしながら、実際に図４(a)に示す所要特性の素
子を動作させた場合には、図４(a)のような特性を示さ
ず、ヒステリシス特性を示す。図４(b)に、図４(a)に示
した特性を有する超電導電界効果型素子のゲート電圧を
一定にして、ソース−ドレイン間の電圧を変化させたと
きの電流の変化を示す。
【０００６】図４(b)に示すようこの超電導電界効果型
素子は、電圧が上昇するときと、電圧が下降するときと
で、電流値が異なる変化を起こす。このような超電導電
界効果型素子は、ゲート電圧の値およびソース−ドレイ
ン間電圧の値に対するソース−ドレイン間電流の値が、
特定できないため実用性が低い。
素子は、電圧が上昇するときと、電圧が下降するときと
で、電流値が異なる変化を起こす。このような超電導電
界効果型素子は、ゲート電圧の値およびソース−ドレイ
ン間電圧の値に対するソース−ドレイン間電流の値が、
特定できないため実用性が低い。
【０００７】そこで、本発明の目的は、上記の超電導電
界効果型素子の特性を改善した超電導素子を提供するこ
とにある。
界効果型素子の特性を改善した超電導素子を提供するこ
とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、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、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た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と、該超電導電界効果型素子の前
記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間に接続
され、前記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域
を構成する酸化物超電導体と等しい構成元素を含む非超
電導酸化物で構成された抵抗チャネルとを具備し、前記
超電導電界効果型素子の超電導ソース領域および超電導
ドレイン領域と、前記抵抗チャネルとが一体の薄膜で構
成され、前記抵抗チャネルを構成する非超電導酸化物
が、不純物を含んで超電導性を失った前記酸化物超電導
体または結晶中の酸素が少なくて超電導性を失った前記
酸化物超電導体で構成されていることを特徴とする超電
導素子が提供される。
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、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た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と、該超電導電界効果型素子の前
記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間に接続
され、前記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域
を構成する酸化物超電導体と等しい構成元素を含む非超
電導酸化物で構成された抵抗チャネルとを具備し、前記
超電導電界効果型素子の超電導ソース領域および超電導
ドレイン領域と、前記抵抗チャネルとが一体の薄膜で構
成され、前記抵抗チャネルを構成する非超電導酸化物
が、不純物を含んで超電導性を失った前記酸化物超電導
体または結晶中の酸素が少なくて超電導性を失った前記
酸化物超電導体で構成されていることを特徴とする超電
導素子が提供される。
【０００９】また、本発明においては、上記本発明の超
電導素子を作製する方法において、前記超電導素子の超
電導ソース領域、超電導ドレイン領域および抵抗領域の
合計面積以上の大きさの面積を有する酸化物超電導薄膜
を形成し、該酸化物超電導薄膜の抵抗領域となる部分に
不純物イオンを注入するか、または該酸化物超電導薄膜
の抵抗領域となる部分の酸化物超電導体結晶中の酸素を
減少させて、酸化物超電導体を非超電導酸化物に変える
ことを特徴とする超電導素子の作製方法が提供される。
電導素子を作製する方法において、前記超電導素子の超
電導ソース領域、超電導ドレイン領域および抵抗領域の
合計面積以上の大きさの面積を有する酸化物超電導薄膜
を形成し、該酸化物超電導薄膜の抵抗領域となる部分に
不純物イオンを注入するか、または該酸化物超電導薄膜
の抵抗領域となる部分の酸化物超電導体結晶中の酸素を
減少させて、酸化物超電導体を非超電導酸化物に変える
ことを特徴とする超電導素子の作製方法が提供される。
【００１０】
【作用】本発明の超電導素子は、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た超電導チャネルを
有する超電導電界効果型素子と、この超電導電界効果型
素子の超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間に
超電導チャネルと並列に接続された抵抗素子とが集積化
された素子であり、超電導電界効果型素子の超電導ソー
ス領域および超電導ドレイン領域と抵抗素子の抵抗チャ
ネルとが一体の薄膜で構成されている。この薄膜は、超
電導部分が酸化物超電導体で構成され、抵抗チャネル
は、不純物が添加されて超電導性を失った酸化物超電導
体か、または結晶中の酸素が少な過ぎて超電導性を失っ
た酸化物超電導体で構成されている。
び超電導ドレイン領域間に配置された超電導チャネルを
有する超電導電界効果型素子と、この超電導電界効果型
素子の超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間に
超電導チャネルと並列に接続された抵抗素子とが集積化
された素子であり、超電導電界効果型素子の超電導ソー
ス領域および超電導ドレイン領域と抵抗素子の抵抗チャ
ネルとが一体の薄膜で構成されている。この薄膜は、超
電導部分が酸化物超電導体で構成され、抵抗チャネル
は、不純物が添加されて超電導性を失った酸化物超電導
体か、または結晶中の酸素が少な過ぎて超電導性を失っ
た酸化物超電導体で構成されている。
【００１１】換言すれば、本発明の超電導素子の超電導
ソース領域、超電導ドレイン領域および抵抗チャネルの
部分は、単一の酸化物超電導薄膜から形成されており、
抵抗チャネルの部分は、この酸化物超電導薄膜に不純物
を添加することで形成された非超電導酸化物またはこの
酸化物超電導薄膜から酸素を抜いて形成された非超電導
酸化物により構成されている。酸化物超電導体の超電導
特性は、その組成に対して感受性が強く、不純物が添加
されたり、結晶中の酸素が少なかったりすると容易に超
電導性を失う。従って、本発明の方法では、不純物を添
加したり、酸素を除去したりして、酸化物超電導薄膜を
構成する酸化物超電導体の一部を抵抗体の酸化物に変え
る。この非超電導性の酸化物の抵抗率を変更するには、
添加する不純物の濃度、除去する酸素の量を調節するこ
とにより行う。
ソース領域、超電導ドレイン領域および抵抗チャネルの
部分は、単一の酸化物超電導薄膜から形成されており、
抵抗チャネルの部分は、この酸化物超電導薄膜に不純物
を添加することで形成された非超電導酸化物またはこの
酸化物超電導薄膜から酸素を抜いて形成された非超電導
酸化物により構成されている。酸化物超電導体の超電導
特性は、その組成に対して感受性が強く、不純物が添加
されたり、結晶中の酸素が少なかったりすると容易に超
電導性を失う。従って、本発明の方法では、不純物を添
加したり、酸素を除去したりして、酸化物超電導薄膜を
構成する酸化物超電導体の一部を抵抗体の酸化物に変え
る。この非超電導性の酸化物の抵抗率を変更するには、
添加する不純物の濃度、除去する酸素の量を調節するこ
とにより行う。
【００１２】本発明の方法では、酸化物超電導薄膜の一
部に不純物を添加する方法は、イオン注入法が好まし
い。具体的には、Baイオン、Niイオン等を注入する。注
入量は、ドーズ量で〜1016個／cm2 程度が好ましく、注
入の際の加速電圧は、40〜 150ｋＶが好ましい。イオン
の注入量が、1015個／cm2 以下の場合、酸化物超電導体
の臨界温度が低下するのみで超電導性を維持する。ま
た、上記の範囲を超えた量のイオンを注入すると非超電
導性を示す。一方、注入の際のイオンの加速電圧が、上
記の範囲よりも低いと十分な深さまでイオンが注入され
ず、イオン注入の効果がない。また、上記の範囲を超え
た加速電圧でイオンを注入すると、酸化物超電導体が絶
縁体になる。
部に不純物を添加する方法は、イオン注入法が好まし
い。具体的には、Baイオン、Niイオン等を注入する。注
入量は、ドーズ量で〜1016個／cm2 程度が好ましく、注
入の際の加速電圧は、40〜 150ｋＶが好ましい。イオン
の注入量が、1015個／cm2 以下の場合、酸化物超電導体
の臨界温度が低下するのみで超電導性を維持する。ま
た、上記の範囲を超えた量のイオンを注入すると非超電
導性を示す。一方、注入の際のイオンの加速電圧が、上
記の範囲よりも低いと十分な深さまでイオンが注入され
ず、イオン注入の効果がない。また、上記の範囲を超え
た加速電圧でイオンを注入すると、酸化物超電導体が絶
縁体になる。
【００１３】一方、本発明の方法において、酸化物超電
導薄膜の一部から酸素を除去するには、高真空中で熱処
理を行うことによる。酸化物超電導体は、酸素分圧の低
い雰囲気中で加熱することにより、結晶中の酸素が抜け
て酸素量が減少する。処理時間により酸素を抜く量を変
えることができ、抵抗率を調整することができる。酸化
物超電導体は結晶のｃ軸と垂直な方向の酸素の拡散係数
が大きい（ｃ軸と垂直な方向に酸素が動きやすい）の
で、上記の酸化物超電導薄膜をａ軸配向の酸化物超電導
体結晶で構成し、抵抗チャネルとなる部分の上面から酸
素が抜ける形状に加工することも好ましい。上記の熱処
理を行う際は、最終的に１×10-10 Torr程度まで排気す
ることが好ましく、また、加熱温度はＹ−Ba−Cu−Ｏ系
酸化物超電導体の場合で350 〜 400℃が好ましい。これ
は、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系酸化物超電導体は、約400 ℃で結
晶中の酸素が最も動き易くなるからである。
導薄膜の一部から酸素を除去するには、高真空中で熱処
理を行うことによる。酸化物超電導体は、酸素分圧の低
い雰囲気中で加熱することにより、結晶中の酸素が抜け
て酸素量が減少する。処理時間により酸素を抜く量を変
えることができ、抵抗率を調整することができる。酸化
物超電導体は結晶のｃ軸と垂直な方向の酸素の拡散係数
が大きい（ｃ軸と垂直な方向に酸素が動きやすい）の
で、上記の酸化物超電導薄膜をａ軸配向の酸化物超電導
体結晶で構成し、抵抗チャネルとなる部分の上面から酸
素が抜ける形状に加工することも好ましい。上記の熱処
理を行う際は、最終的に１×10-10 Torr程度まで排気す
ることが好ましく、また、加熱温度はＹ−Ba−Cu−Ｏ系
酸化物超電導体の場合で350 〜 400℃が好ましい。これ
は、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系酸化物超電導体は、約400 ℃で結
晶中の酸素が最も動き易くなるからである。
【００１４】本発明の超電導素子は、ゲート電極で開閉
される超電導チャネルと抵抗チャネルとが、ソース領域
およびドレイン領域間に並列に配置されているので、超
電導チャネルが抵抗状態であるときには、抵抗チャネル
にソース−ドレイン間電流が流れる。従って、超電導電
界効果型素子特有のヒステリシス特性が解消される。そ
のため、本発明の超電導素子において、抵抗チャネルの
抵抗値は、上記超電導電界効果型素子の超電導チャネル
が抵抗状態であるときの超電導チャネルのソース−ドレ
イン間の抵抗値よりもかなり小さい値としなければなら
ない。
される超電導チャネルと抵抗チャネルとが、ソース領域
およびドレイン領域間に並列に配置されているので、超
電導チャネルが抵抗状態であるときには、抵抗チャネル
にソース−ドレイン間電流が流れる。従って、超電導電
界効果型素子特有のヒステリシス特性が解消される。そ
のため、本発明の超電導素子において、抵抗チャネルの
抵抗値は、上記超電導電界効果型素子の超電導チャネル
が抵抗状態であるときの超電導チャネルのソース−ドレ
イン間の抵抗値よりもかなり小さい値としなければなら
ない。
【００１５】本発明は、任意の酸化物超電導体に適用で
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。
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。
【００１６】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。
【００１７】
【実施例】図１に本発明の超電導素子の一例の概略平面
図を示す。図１に示した本発明の超電導素子は、MgＯ基
板10上に形成されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜２
の中央部付近に配置された超電導チャネル20と、超電導
チャネル20上に絶縁層（不図示）を介して配置されたゲ
ート電極５と、やはり、超電導チャネル20上のゲート電
極５の両側にそれぞれ配置されたソース領域13およびド
レイン領域14をそれぞれ具備するＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物
超電導体で構成された超電導ソース電極３および超電導
ドレイン電極４とを具備する。この超電導チャネル20、
超電導ソース電極３、超電導ドレイン電極４およびゲー
ト電極５が超電導電界効果素子を構成する。
図を示す。図１に示した本発明の超電導素子は、MgＯ基
板10上に形成されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜２
の中央部付近に配置された超電導チャネル20と、超電導
チャネル20上に絶縁層（不図示）を介して配置されたゲ
ート電極５と、やはり、超電導チャネル20上のゲート電
極５の両側にそれぞれ配置されたソース領域13およびド
レイン領域14をそれぞれ具備するＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物
超電導体で構成された超電導ソース電極３および超電導
ドレイン電極４とを具備する。この超電導チャネル20、
超電導ソース電極３、超電導ドレイン電極４およびゲー
ト電極５が超電導電界効果素子を構成する。
【００１８】超電導ソース電極３および超電導ドレイン
電極４は「凹」の字型の平面形の一体の薄膜で形成さ
れ、超電導ソース電極３および超電導ドレイン電極４間
には抵抗チャネル６が配置されている。
電極４は「凹」の字型の平面形の一体の薄膜で形成さ
れ、超電導ソース電極３および超電導ドレイン電極４間
には抵抗チャネル６が配置されている。
【００１９】上記本発明の超電導素子を作製する方法を
以下に説明する。まず、MgＯ基板10上にＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜２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。
以下に説明する。まず、MgＯ基板10上にＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜２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。
【００２０】次に、平面形が「凹」の字型のａ軸配向の
Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜を両先端部分のみがＹ
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜２上に配置されるよう形
成する。この酸化物超電導薄膜を形成するには、成膜し
た薄膜を反応性イオンエッチング、Arイオンミリング等
で「凹」の字型に成形する。
Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜を両先端部分のみがＹ
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜２上に配置されるよう形
成する。この酸化物超電導薄膜を形成するには、成膜し
た薄膜を反応性イオンエッチング、Arイオンミリング等
で「凹」の字型に成形する。
【００２１】「凹」の字型のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導薄膜を形成したら、今度は抵抗チャネル６をＹ1Ba2Cu
3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜に形成する。抵抗チャネル６
は、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の所定の位置に不
純物イオンを注入するか、または熱処理を行って、その
位置のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体結晶中の酸素を絶
縁体にならない程度に除去することに形成する。イオン
注入の条件を以下に示す。 注入イオン Ni 加速電圧 50 ｋＶ 注入量（ドーズ量）１×1016個／cm2 また、熱処理条件を以下に示す。 基板温度 380℃ 圧力 １×10-10 Torr 処理時間 4分間 このようにして、形成された抵抗チャネル６の抵抗は、
抵抗状態の超電導チャネルの抵抗値と比較して十分小さ
い値になっている。
導薄膜を形成したら、今度は抵抗チャネル６をＹ1Ba2Cu
3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜に形成する。抵抗チャネル６
は、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の所定の位置に不
純物イオンを注入するか、または熱処理を行って、その
位置のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体結晶中の酸素を絶
縁体にならない程度に除去することに形成する。イオン
注入の条件を以下に示す。 注入イオン Ni 加速電圧 50 ｋＶ 注入量（ドーズ量）１×1016個／cm2 また、熱処理条件を以下に示す。 基板温度 380℃ 圧力 １×10-10 Torr 処理時間 4分間 このようにして、形成された抵抗チャネル６の抵抗は、
抵抗状態の超電導チャネルの抵抗値と比較して十分小さ
い値になっている。
【００２２】上記のように、抵抗チャネル６が形成され
ると、「凹」の字型のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜
は、超電導ソース電極３、超電導ドレイン電極４および
抵抗チャネル６を備える薄膜となる。超電導ソース電極
３および超電導ドレイン電極４間に露出しているＹ1Ba2
Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜２の超電導チャネル20の上に
絶縁層およびゲート電極５を形成して本発明の超電導素
子が完成する。本実施例では、最後に絶縁層およびゲー
ト電極５を形成したが、「凹」の字型のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜を成膜した直後に絶縁層およびゲート
電極５を形成してもよい。
ると、「凹」の字型のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜
は、超電導ソース電極３、超電導ドレイン電極４および
抵抗チャネル６を備える薄膜となる。超電導ソース電極
３および超電導ドレイン電極４間に露出しているＹ1Ba2
Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜２の超電導チャネル20の上に
絶縁層およびゲート電極５を形成して本発明の超電導素
子が完成する。本実施例では、最後に絶縁層およびゲー
ト電極５を形成したが、「凹」の字型のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜を成膜した直後に絶縁層およびゲート
電極５を形成してもよい。
【００２３】図２(a)〜(c)を参照して本発明の超電導素
子の動作を説明する。図２(a)および(b)は、本発明の超
電導素子の動作を等価回路で図示したものである。即
ち、本発明の超電導素子は、超電導電界効果型素子１
と、超電導電界効果型素子１の超電導チャネル20に並列
にソース電極３およびドレイン電極４間に接続されてい
る抵抗素子16で構成される回路と等価である。図２(a)
は、本発明の超電導素子において、超電導電界効果型素
子１のゲート電極５に電圧が印加されてなく、超電導チ
ャネル20のゲートが開いている状態を示す。このとき、
超電導チャネル20は、超電導状態であり、電気抵抗が事
実上０であるので、ソース−ドレイン間電流は全て超電
導チャネル20を流れる。
子の動作を説明する。図２(a)および(b)は、本発明の超
電導素子の動作を等価回路で図示したものである。即
ち、本発明の超電導素子は、超電導電界効果型素子１
と、超電導電界効果型素子１の超電導チャネル20に並列
にソース電極３およびドレイン電極４間に接続されてい
る抵抗素子16で構成される回路と等価である。図２(a)
は、本発明の超電導素子において、超電導電界効果型素
子１のゲート電極５に電圧が印加されてなく、超電導チ
ャネル20のゲートが開いている状態を示す。このとき、
超電導チャネル20は、超電導状態であり、電気抵抗が事
実上０であるので、ソース−ドレイン間電流は全て超電
導チャネル20を流れる。
【００２４】図２(b)は本発明の超電導素子において、
超電導電界効果型素子１の超電導チャネル20が抵抗状態
である状態を示す。この場合、超電導チャネル20の超電
導状態は失われている。このとき、超電導チャネル20の
抵抗値Ｒs は、ソース−ドレイン間の電圧が上昇して超
電導チャネル20に電流が流れ始めるときの抵抗値Ｒupお
よびソース−ドレイン間の電圧が下降して超電導チャネ
ル20に流れていた電流が断たれる瞬間の抵抗値Ｒ
downと、次のような関係になっている。 Ｒup＜Ｒs ＜Ｒdown 抵抗素子16の抵抗値Ｒは、Ｒ≪Ｒupに設定されているの
で、このときのソース−ドレイン間電流はほとんど抵抗
素子16をながれる。従って、この場合のソース−ドレイ
ン間抵抗は、ほぼＲに等しい。
超電導電界効果型素子１の超電導チャネル20が抵抗状態
である状態を示す。この場合、超電導チャネル20の超電
導状態は失われている。このとき、超電導チャネル20の
抵抗値Ｒs は、ソース−ドレイン間の電圧が上昇して超
電導チャネル20に電流が流れ始めるときの抵抗値Ｒupお
よびソース−ドレイン間の電圧が下降して超電導チャネ
ル20に流れていた電流が断たれる瞬間の抵抗値Ｒ
downと、次のような関係になっている。 Ｒup＜Ｒs ＜Ｒdown 抵抗素子16の抵抗値Ｒは、Ｒ≪Ｒupに設定されているの
で、このときのソース−ドレイン間電流はほとんど抵抗
素子16をながれる。従って、この場合のソース−ドレイ
ン間抵抗は、ほぼＲに等しい。
【００２５】図２(c)は、上記本発明の超電導素子の特
性図である。図２(c)に示すよう、本発明の超電導素子
では、超電導電界効果型素子１のヒステリシス特性が解
消されており、ゲート電圧によりソース−ドレイン間の
電圧電流特性のループを特定することができる。従っ
て、本発明の超電導素子は、特に電子機器等に使用する
場合に実用性が高い。
性図である。図２(c)に示すよう、本発明の超電導素子
では、超電導電界効果型素子１のヒステリシス特性が解
消されており、ゲート電圧によりソース−ドレイン間の
電圧電流特性のループを特定することができる。従っ
て、本発明の超電導素子は、特に電子機器等に使用する
場合に実用性が高い。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従えば、
実用性の高い超電導３端子素子が提供される。本発明を
超電導回路、電子機器の作製に応用することにより、従
来得られなかった高性能な電子装置が作製可能である。
実用性の高い超電導３端子素子が提供される。本発明を
超電導回路、電子機器の作製に応用することにより、従
来得られなかった高性能な電子装置が作製可能である。
【図１】本発明の超電導素子の概略図である。(a)は平
面図を示し、(b)は(a)Ａ−Ａにおける断面図を示す。
面図を示し、(b)は(a)Ａ−Ａにおける断面図を示す。
【図２】(a)および(b)は、本発明の超電導素子の動作を
示す概念図であり、(c)は本発明の超電導素子の特性図
である。
示す概念図であり、(c)は本発明の超電導素子の特性図
である。
【図３】超電導電界効果型素子の概略図である。
【図４】超電導電界効果型素子の特性図である。
【符号の説明】
１ 超電導電界効果型素子
２ 酸化物超電導薄膜
３ ソース電極
４ ドレイン電極
５ ゲート電極
６ 抵抗チャネル
Claims (2)
- 【請求項１】 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、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た酸化物超電
導体で構成された超電導チャネルと、該超電導チャネル
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と、 該超電導電界効果型素子の前記超電導ソース領域および
超電導ドレイン領域間に接続され、前記超電導ソース領
域および超電導ドレイン領域を構成する酸化物超電導体
と等しい構成元素を含む非超電導酸化物で構成された抵
抗チャネルとを具備し、 前記超電導電界効果型素子の超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域と、前記抵抗チャネルとが一体の薄膜
で構成され、前記抵抗チャネルを構成する非超電導酸化
物が、不純物を含んで超電導性を失った前記酸化物超電
導体または結晶中の酸素が少なくて超電導性を失った前
記酸化物超電導体で構成されていることを特徴とする超
電導素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の超電導素子を作製する
方法において、前記超電導素子の超電導ソース領域、超
電導ドレイン領域および抵抗領域の合計面積以上の大き
さの面積を有する酸化物超電導薄膜を形成し、該酸化物
超電導薄膜の抵抗領域となる部分に不純物イオンを注入
するか、または該酸化物超電導薄膜の抵抗領域となる部
分の酸化物超電導体結晶中の酸素を減少させて、酸化物
超電導体を非超電導酸化物に変えることを特徴とする超
電導素子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3216042A JPH0537036A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 超電導素子およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3216042A JPH0537036A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 超電導素子およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0537036A true JPH0537036A (ja) | 1993-02-12 |
Family
ID=16682369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3216042A Withdrawn JPH0537036A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 超電導素子およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0537036A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5562937A (en) * | 1994-12-19 | 1996-10-08 | National Starch And Chemical Investment Holding Corporation | Amylase-treated waxy starch in foods and process of making |
| US5599569A (en) * | 1995-03-28 | 1997-02-04 | National Starch And Chemical Investment Holding Corporation | Use of amylase-treated low-viscosity starch in foods |
-
1991
- 1991-08-01 JP JP3216042A patent/JPH0537036A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5562937A (en) * | 1994-12-19 | 1996-10-08 | National Starch And Chemical Investment Holding Corporation | Amylase-treated waxy starch in foods and process of making |
| US5599569A (en) * | 1995-03-28 | 1997-02-04 | National Starch And Chemical Investment Holding Corporation | Use of amylase-treated low-viscosity starch in foods |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981112 |