JPH0555649A - 超電導電界効果型素子の作製方法 - Google Patents

超電導電界効果型素子の作製方法

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JPH0555649A
JPH0555649A JP3242802A JP24280291A JPH0555649A JP H0555649 A JPH0555649 A JP H0555649A JP 3242802 A JP3242802 A JP 3242802A JP 24280291 A JP24280291 A JP 24280291A JP H0555649 A JPH0555649 A JP H0555649A
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聡 田中
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 MgO基板10上に形成されたc軸配向のY1Ba2
Cu37-X酸化物超電導薄膜2を圧力1×10-9Torr以下の
高真空中で375℃に加熱し、10分間その温度を維持し、
表面の厚さ約15nmの部分をY1Ba2Cu37-y(x<y<
7)非超電導酸化物層21に変える。この非超電導酸化物
層21上にゲート絶縁層9およびゲート電極5を形成し、
残りの部分にa軸配向のY1Ba2Cu37-X酸化物超電導薄
膜を積層し、超電導ソース領域3および超電導ドレイン
領域4を形成する。a軸配向のY1Ba2Cu37-X酸化物超
電導薄膜が成長するときに、非超電導酸化物層21の超電
導ソース領域3および超電導ドレイン領域4の下側部分
は酸素を取り込み酸化物超電導体となる。従って、ゲー
ト電極5の下側にのみ非超電導酸化物層22が形成され
る。 【効果】 ゲート絶縁層およびゲート電極を形成する際
に、酸化物超電導薄膜が劣化しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導電界効果型素子
の作製方法に関する。より詳細には、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、
ゲート絶縁層の形成により超電導チャネルが悪影響を受
けない超電導電界効果型素子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。
【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。
【0004】図2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2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超電導ソース領域3および超電
導ドレイン領域4と、超電導チャネル20上にゲート絶縁
層7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間の超電導チャネル20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
型素子では、超電導チャネル20を流れる電流をゲート電
極5に印加する電圧で制御する。そのため、超電導チャ
ネル20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。しかしながら、従来の方法では、
超電導チャネル上にMgO等の絶縁体でゲート絶縁層を形
成することが一般的であった。そのため、超電導チャネ
ルとゲート絶縁層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。また、超
電導チャネル上にゲート絶縁層、ゲート電極を形成する
際に、フォトレジストにより超電導チャネルを被覆する
ので、フォトレジストの現像剤、剥離剤などで超電導チ
ャネルが劣化することがある。
【0006】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の作製方法を提供
することにある。
【0007】
【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、前記超
電導チャネルとなる酸化物超電導薄膜を成膜し、該酸化
物超電導薄膜を圧力1×10-9Torr以下の高真空中で熱処
理し、該酸化物超電導薄膜表面の酸化物超電導体結晶中
の酸素を減少させて非超電導酸化物に変え、該非超電導
酸化物層上の所定の位置にゲート電極を作製した後、該
ゲート電極の両側の前記非超電導酸化物層上に酸化物超
電導薄膜を成長させて前記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工程を含むことを特徴とする
方法が提供される。
【0008】
【作用】本発明の方法では、超電導電界効果型素子の超
電導チャネルを構成する酸化物超電導薄膜の酸化物超電
導体の結晶中の酸素を除去して非超電導酸化物層を表面
に形成する。この非超電導酸化物層の一部をゲート絶縁
層に使用し、他の部分には酸素を導入し、再び酸化物超
電導体にする。従って、本発明の方法で形成されたゲー
ト絶縁層は、酸化物超電導薄膜と一体に形成され、酸化
物超電導体と構成元素が等しい。そのため、本発明の方
法で作製された超電導電界効果型素子では、ゲート絶縁
層により超電導チャネルが汚染されたり、特性が劣化す
るようなことがない。上述のように、本発明の方法で
は、最初に形成した酸化物超電導薄膜の表面の一部をゲ
ート絶縁層にし、その下側の部分を超電導チャネルにす
る。よって、上記の酸化物超電導薄膜の厚さを、超電導
チャネルの厚さに形成するゲート絶縁層の厚さを加えた
ものとする。
【0009】また、本発明の方法では、上記のゲート絶
縁層を形成するのに、酸化物超電導薄膜を圧力1×10-9
Torr以下の高真空中で熱処理し、表面の酸化物超電導体
結晶中の酸素を減少させて非超電導酸化物に変え、ゲー
ト電極を非超電導酸化物層上に形成した後、非超電導酸
化物のゲート絶縁層以外の部分に酸素を導入して再び酸
化物超電導体に変える方法が採られる。即ち、本発明の
方法では、酸化物超電導薄膜全体の表面を一度非超電導
酸化物にして、ゲート絶縁層とする部分のみをゲート電
極で被覆し、その他の露出部分に酸素を導入して再び酸
化物超電導体とする。従って、酸化物超電導体の部分に
は表面に異なる物質が被覆されない。
【0010】本発明の方法で、酸化物超電導薄膜の表面
を非超電導酸化物に変える熱処理は、圧力1×10-9Torr
以下の高真空中で、結晶中の酸素が最も動く温度に加熱
する処理である。結晶中の酸素が最も動く温度は、例え
ば、Y1Ba2Cu37-X系酸化物超電導体では、350 〜 400
℃である。この温度よりも高い温度に加熱すると、酸化
物超電導体が分解し、後に酸素を導入する処理を行って
も超電導性を回復しないことがある。また、これより低
い温度では、酸化物超電導体結晶中の酸素があまり動か
ないので処理に時間がかかる。さらに、上記の方法で
は、処理時間により形成する非超電導酸化物層の厚さを
調整することが容易である。従って、超電導チャネルの
厚さおよびゲート絶縁層の厚さを正確に制御することが
できる。
【0011】一方、本発明の方法では、ゲート絶縁層以
外の部分の非超電導酸化物上に酸化物超電導薄膜を積層
して、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域を形
成すると同時に、この部分の非超電導酸化物を再度酸化
物超電導体にする。上記の非超電導酸化物を酸化物超電
導体に戻すには、酸素雰囲気中で酸化物超電導薄膜を上
記の結晶中の酸素が最も動く温度に加熱する熱処理を行
うことが好ましい。しかしながら、上記の非超電導酸化
物上に酸化物超電導薄膜を積層する処理を行うと、実質
的に酸素雰囲気中で熱処理を行ったことになり、上記の
非超電導酸化物中に酸素が取り込まれる。
【0012】本発明は、任意の酸化物超電導体に適用で
きるが、Y1Ba2Cu37-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、Bi2Sr2Ca2Cu3x 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。
【0013】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。
【0014】
【実施例】本発明の方法により、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10上に図1(b)に示す
ようc軸配向のY1Ba2Cu37-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。 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 400nm
【0015】次に、このY1Ba2Cu37-X酸化物超電導薄
膜2を圧力1×10-9Torr以下の高真空中で375℃に加熱
し、10分間その温度を維持し、図1(c)に示すようY1Ba
2Cu37-X酸化物超電導薄膜2の表面の厚さ約15nmの部
分をY1Ba2Cu37-y(x<y<7)非超電導酸化物層21
に変える。Y1Ba2Cu37-X酸化物超電導薄膜2の非超電
導酸化物層21の下側の部分は超電導チャネル20となる。
次いで、この非超電導酸化物層21上に図1(d)に示すよ
うSi34膜90を形成する。この際、Siが非超電導酸化物
層21中に拡散するが、微量であり悪影響はほとんどな
い。また、Si34に替えてSiO2を使用してもよい。続
いて、図1(e)に示すよう、真空蒸着法によりAu層50をS
i34膜90上に成長させる。
【0016】このAu層50およびSi34膜90をArイオンミ
リング、反応性イオンエッチング等のドライエッチング
法で図1(f)に示すよう加工し、ゲート電極5およびゲ
ート絶縁層9を形成する。さらに、このゲート電極5お
よびゲート絶縁層9の両側にやはりSi34により図1
(g)に示すよう絶縁層91、92を形成する。最後に図1(h)
に示すよう、a軸配向Y1Ba2Cu37-X酸化物超電導薄膜
により、超電導ソース領域3および超電導ドレイン領域
4を形成して、超電導電界効果型素子が完成する。a軸
配向Y1Ba2Cu37-X酸化物超電導薄膜をスパッタリング
法で成膜する際の主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 630℃ スパッタリングガス Ar 90 % O2 10 % 圧力 5×10-2Torr 膜厚 800nm
【0017】Y1Ba2Cu37-X酸化物超電導薄膜が成長す
るときに、非超電導酸化物層21の超電導ソース領域3お
よび超電導ドレイン領域4の下側部分は酸素を取り込み
酸化物超電導体となる。従って、ゲート電極5の下側に
のみゲート絶縁層22が形成される。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従えば、
超電導電界効果型素子の新規な作製方法が提供される。
本発明の方法は、酸化物超電導薄膜で構成された超電導
チャネルの特性を損なうことなく、ゲート絶縁層、ゲー
ト電極を作製することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法で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。
【図2】超電導電界効果型素子の構成を説明する図であ
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 超電導ソース領域 4 超電導ドレイン領域 5 ゲート電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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
    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、前記超電導チャネルとなる酸化物超電導
    薄膜を成膜し、該酸化物超電導薄膜を圧力1×10-9Torr
    以下の高真空中で熱処理し、該酸化物超電導薄膜表面の
    酸化物超電導体結晶中の酸素を減少させて非超電導酸化
    物に変え、該非超電導酸化物層上の所定の位置にゲート
    電極を作製した後、該ゲート電極の両側の前記非超電導
    酸化物層上に酸化物超電導薄膜を成長させて前記超電導
    ソース領域および超電導ドレイン領域を形成する工程を
    含むことを特徴とする方法。
JP3242802A 1991-08-28 1991-08-28 超電導電界効果型素子の作製方法 Expired - Lifetime JP2680949B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6044281A (en) * 1995-11-28 2000-03-28 Uniden Corporation Cordless telephone set having charging terminal configured for holding handset
KR100434278B1 (ko) * 2001-10-10 2004-06-05 엘지전자 주식회사 초전도체를 이용한 전계효과 트랜지스터의 제작 방법

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