JPH06112539A - 超電導素子 - Google Patents
超電導素子Info
- Publication number
- JPH06112539A JPH06112539A JP4261669A JP26166992A JPH06112539A JP H06112539 A JPH06112539 A JP H06112539A JP 4261669 A JP4261669 A JP 4261669A JP 26166992 A JP26166992 A JP 26166992A JP H06112539 A JPH06112539 A JP H06112539A
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- JP
- Japan
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- source
- drain
- region
- superconductor
- oxide superconductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】耐電圧に優れる超電導トランジスタを得る。
【構成】基板１上に第二の導電型の酸化物超電導体３で
あるソース領域とドレイン領域、さらに第一の導電型の
酸化物超電導体２と第二の導電型の酸化物超電導体３が
積層された接合領域を設け、この接合領域上にゲート電
圧の印加される絶縁層４を積層する。
あるソース領域とドレイン領域、さらに第一の導電型の
酸化物超電導体２と第二の導電型の酸化物超電導体３が
積層された接合領域を設け、この接合領域上にゲート電
圧の印加される絶縁層４を積層する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は超電導素子にかかり、
特に酸化物高温超電導体を用いた電界効果トランジスタ
に関する。
特に酸化物高温超電導体を用いた電界効果トランジスタ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導現象は電気抵抗がゼロになること
から、これを利用した高速かつ低消費電力の超電導トラ
ンジスタの開発が期待され、いくつかの構造が提案され
ている。その中で、電圧駆動形の超電導トランジスタ
は、入力インピーダンスが大きいために駆動しやすく、
また、入力ロスも少ないため、その開発が期待されてい
る。
から、これを利用した高速かつ低消費電力の超電導トラ
ンジスタの開発が期待され、いくつかの構造が提案され
ている。その中で、電圧駆動形の超電導トランジスタ
は、入力インピーダンスが大きいために駆動しやすく、
また、入力ロスも少ないため、その開発が期待されてい
る。
【０００３】図４は従来の電圧駆動形の超電導トランジ
スタを示す断面図である。図示するように、この超電導
トランジスタはＳｉ単結晶基板１４上に設けられた砒素
イオン打ち込み部１５を介して、超電導電極であるソー
ス１１とドレイン１２を設け、ソースとドレイン間にゲ
ート酸化膜１８によって絶縁されたゲート１３を設けた
構造を有し、ゲートは側面絶縁膜１７とオーバーハング
１６によって被覆されている。ここで、例えば上記ソー
スとドレインはＮｂから形成され、ゲート１３は多結晶
Ｓｉから形成され、オーバーハング１６と側面絶縁膜１
７はＳｉ3 Ｎ4から形成され、ゲート酸化膜１８はＳｉ
Ｏ2 から形成される。
スタを示す断面図である。図示するように、この超電導
トランジスタはＳｉ単結晶基板１４上に設けられた砒素
イオン打ち込み部１５を介して、超電導電極であるソー
ス１１とドレイン１２を設け、ソースとドレイン間にゲ
ート酸化膜１８によって絶縁されたゲート１３を設けた
構造を有し、ゲートは側面絶縁膜１７とオーバーハング
１６によって被覆されている。ここで、例えば上記ソー
スとドレインはＮｂから形成され、ゲート１３は多結晶
Ｓｉから形成され、オーバーハング１６と側面絶縁膜１
７はＳｉ3 Ｎ4から形成され、ゲート酸化膜１８はＳｉ
Ｏ2 から形成される。
【０００４】上述の従来の超電導トランジスタにおいて
は、ソースとドレインからコヒーレント長程度クーパー
対が染みだし、上記コヒーレント長をゲートに印加する
電圧の大きさによって変調し、ソースとドレインの間を
クーパー対でつなごうとするものである。コヒーレント
長は、従来の超電導体では、数１０ｎｍ程度であるた
め、従来の超電導トランジスタでは、ゲートとドレイン
の間隔Ｌを0.１μｍ程度に近接させる必要があった。
は、ソースとドレインからコヒーレント長程度クーパー
対が染みだし、上記コヒーレント長をゲートに印加する
電圧の大きさによって変調し、ソースとドレインの間を
クーパー対でつなごうとするものである。コヒーレント
長は、従来の超電導体では、数１０ｎｍ程度であるた
め、従来の超電導トランジスタでは、ゲートとドレイン
の間隔Ｌを0.１μｍ程度に近接させる必要があった。
【０００５】図５は従来の超電導トランジスタの電流−
電圧特性を示す線図である。横軸はソース−ドレイン間
電圧であり、縦軸はソース−ドレイン間電流であり、ゲ
ート電圧を0.５Ｖ, １Ｖ, ２Ｖと変化させた場合の電流
−電圧特性が示されている。上記した電圧駆動形の超電
導トランジスタの他に、電流注入形の超電導トランジス
タも提案されているが、電流注入形の超電導トランジス
タは電流注入による発熱や電流利得が小さいなどの問題
があり、これまでに良好な特性が得られたという報告は
ない。
電圧特性を示す線図である。横軸はソース−ドレイン間
電圧であり、縦軸はソース−ドレイン間電流であり、ゲ
ート電圧を0.５Ｖ, １Ｖ, ２Ｖと変化させた場合の電流
−電圧特性が示されている。上記した電圧駆動形の超電
導トランジスタの他に、電流注入形の超電導トランジス
タも提案されているが、電流注入形の超電導トランジス
タは電流注入による発熱や電流利得が小さいなどの問題
があり、これまでに良好な特性が得られたという報告は
ない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
電圧駆動形の超電導トランジスタにおいては、コヒーレ
ント長が短いためにゲート長 (ソース−ドレイン間隔)
を0.１μｍ以下にする必要がある。また、超電導体に酸
化物を利用する超電導トランジスタにおいては、臨界温
度ＴC が４０Ｋ以上の酸化物超電導体のコヒーレント長
λは数ｎｍ以下でありゲート長はさらに短くする必要が
ある。このような短いゲート長を持つデバイスを製造す
ることは極めて困難であり、さらにソース−ドレイン間
が非常に近接してしまうため、素子がオフ状態のソース
−ドレイン間耐電圧が非常に小さくなり従来の半導体素
子との結合が困難となっている。
電圧駆動形の超電導トランジスタにおいては、コヒーレ
ント長が短いためにゲート長 (ソース−ドレイン間隔)
を0.１μｍ以下にする必要がある。また、超電導体に酸
化物を利用する超電導トランジスタにおいては、臨界温
度ＴC が４０Ｋ以上の酸化物超電導体のコヒーレント長
λは数ｎｍ以下でありゲート長はさらに短くする必要が
ある。このような短いゲート長を持つデバイスを製造す
ることは極めて困難であり、さらにソース−ドレイン間
が非常に近接してしまうため、素子がオフ状態のソース
−ドレイン間耐電圧が非常に小さくなり従来の半導体素
子との結合が困難となっている。
【０００７】この発明は上述の点に鑑みなされ、その目
的はソース−ドレイン間に新規な絶縁体を用いることに
より、ソース−ドレイン間距離を大きくして耐電圧に優
れる超電導トランジスタを提供することにある。
的はソース−ドレイン間に新規な絶縁体を用いることに
より、ソース−ドレイン間距離を大きくして耐電圧に優
れる超電導トランジスタを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的はこの発明に
よれば、基板上にソース領域と、ドレイン領域と、接合
領域と、絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲ
ート電極とを有し、ソース領域と、ドレイン領域と、接
合領域は基板上に直接的に積層され、接合領域はソース
領域とドレイン領域の間に配置され、絶縁層は前記接合
領域の上に積層され、ソース電極はソース領域に接続さ
れ、ドレイン電極はドレイン領域に接続され、ゲート電
極は絶縁層に接続され、接合領域は薄膜である第一の導
電型の酸化物超電導体と第二の導電型の酸化物超電導体
の積層されたものであり、ソース領域とドレイン領域は
同一の導電型の酸化物超電導体で、前記接合領域の同一
導電型の酸化物超電導体を介して相互に接続されるもの
であるとすることにより達成される。
よれば、基板上にソース領域と、ドレイン領域と、接合
領域と、絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲ
ート電極とを有し、ソース領域と、ドレイン領域と、接
合領域は基板上に直接的に積層され、接合領域はソース
領域とドレイン領域の間に配置され、絶縁層は前記接合
領域の上に積層され、ソース電極はソース領域に接続さ
れ、ドレイン電極はドレイン領域に接続され、ゲート電
極は絶縁層に接続され、接合領域は薄膜である第一の導
電型の酸化物超電導体と第二の導電型の酸化物超電導体
の積層されたものであり、ソース領域とドレイン領域は
同一の導電型の酸化物超電導体で、前記接合領域の同一
導電型の酸化物超電導体を介して相互に接続されるもの
であるとすることにより達成される。
【０００９】
【作用】ＣｕＯ2 面を有し、かつペロブスカイト構造や
その類似の結晶構造を持つ酸化物高温超電導体にはＬａ
−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｌｎ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ (Ｌｎ＝Ｙ, Ｌａ, Ｎｄ, Ｓｍ, Ｅｕ,
Ｇｄ, Ｔｂ, Ｄｙ, Ｈｏ, Ｅｒ, Ｔｍ, Ｙｂ, Ｌｕ)
系, Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｔｌ−Ｂａ−Ｃｕ
−Ｏ系, Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｎｄ−Ｃｅ−Ｃｕ−
Ｏ系など多数の種類がある。これらの酸化物高温超電導
体は単にＴC が高いだけではなく、従来の超電導体に比
べ、 (1) ｐ形超電導体, ｎ形超電導体が存在する。
その類似の結晶構造を持つ酸化物高温超電導体にはＬａ
−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｌｎ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ (Ｌｎ＝Ｙ, Ｌａ, Ｎｄ, Ｓｍ, Ｅｕ,
Ｇｄ, Ｔｂ, Ｄｙ, Ｈｏ, Ｅｒ, Ｔｍ, Ｙｂ, Ｌｕ)
系, Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｔｌ−Ｂａ−Ｃｕ
−Ｏ系, Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｎｄ−Ｃｅ−Ｃｕ−
Ｏ系など多数の種類がある。これらの酸化物高温超電導
体は単にＴC が高いだけではなく、従来の超電導体に比
べ、 (1) ｐ形超電導体, ｎ形超電導体が存在する。
【００１０】(2) キャリア濃度により超電導相−金属相
−半導体相−絶縁相への転移が起こる。 (3) キャリア濃度が低い。 (4) 超電導相と反強磁性絶縁相が隣接している。 などの特徴をもっている。
−半導体相−絶縁相への転移が起こる。 (3) キャリア濃度が低い。 (4) 超電導相と反強磁性絶縁相が隣接している。 などの特徴をもっている。
【００１１】上記高温超電導体のうち、これまでＮｄ−
Ｃｅ−Ｃｕ−Ｏ系 (Ｎｄ2-x ＣｅxＣｕＯ4 ) はｎ形超
電導体で、これ以外はｐ形超電導体であることが知られ
ている。ｐ形超電導体はＴC の違いを除くと多くの共通
性を持っており、その代表的な材料はＬａ−Ｓｒ−Ｃｕ
−Ｏ系 (Ｌａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 ) である。Ｎｄ2-x Ｃ
ｅx ＣｕＯ4 は、ｘ＝０, すなわちＮｄ2 ＣｕＯ4 で
は、反強磁性の絶縁体である。これに、４価の金属であ
るＣｅをドープすると自由電子濃度が増加し、ｘ＝0.１
５付近で金属的な伝導を持つようになり、この時低温に
すると電子がクーパー対を形成し、超電導状態となる
(ｎ形超電導体) 。
Ｃｅ−Ｃｕ−Ｏ系 (Ｎｄ2-x ＣｅxＣｕＯ4 ) はｎ形超
電導体で、これ以外はｐ形超電導体であることが知られ
ている。ｐ形超電導体はＴC の違いを除くと多くの共通
性を持っており、その代表的な材料はＬａ−Ｓｒ−Ｃｕ
−Ｏ系 (Ｌａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 ) である。Ｎｄ2-x Ｃ
ｅx ＣｕＯ4 は、ｘ＝０, すなわちＮｄ2 ＣｕＯ4 で
は、反強磁性の絶縁体である。これに、４価の金属であ
るＣｅをドープすると自由電子濃度が増加し、ｘ＝0.１
５付近で金属的な伝導を持つようになり、この時低温に
すると電子がクーパー対を形成し、超電導状態となる
(ｎ形超電導体) 。
【００１２】一方、Ｌａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 は、ｘ＝
０, すなわちＬａ2 ＣｕＯ4 では、反強磁性の絶縁体で
ある。これに、２価の金属であるＳｒをドープすると自
由正孔(ホール) 濃度が増加し、ｘ＝0.１５付近で金属
的な伝導を持つようになり、この時低温にすると正孔が
クーパー対を形成し、超電導状態となる (ｐ形超電導
体) 。
０, すなわちＬａ2 ＣｕＯ4 では、反強磁性の絶縁体で
ある。これに、２価の金属であるＳｒをドープすると自
由正孔(ホール) 濃度が増加し、ｘ＝0.１５付近で金属
的な伝導を持つようになり、この時低温にすると正孔が
クーパー対を形成し、超電導状態となる (ｐ形超電導
体) 。
【００１３】図６はＮｄ2-x Ｃｅx ＣｕＯ4 , Ｌａ2-x
Ｓｒx ＣｕＯ4 におけるＣｅあるいはＳｒのドープ量と
超電導臨界温度ＴC または反強磁性臨界温度ＴN (ネー
ル温度) との関係を示す線図である。この発明は上記の
ような酸化物超電導の性質に着目したもので、非常に薄
いｐ形超電導膜とｎ形超電導膜を積層すると、接合領域
の電子と正孔が熱的に再結合し、キャリアの全くない空
乏層や、キャリアの少ない領域が形成される。ｘ＝0.１
５であるＬａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 とＮｄ2-x Ｃｅx Ｃｕ
Ｏ4 は、単独では高いＴC を有している。しかし、これ
らを積層するとその界面領域にはキャリアが全くない
か、あるいは非常に少ない領域が形成される。この領域
は超電導性を示さず絶縁性を示すようになる。したがっ
て、ｐ形超電導膜とｎ形超電導膜が非常に薄ければ、そ
の積層膜は絶縁性を示す。このようなｐｎ超電導接合を
持ち、絶縁性を示す領域とソース領域、ドレイン領域の
超電導体を結合させ、上記ｐｎ接合領域に絶縁層を介し
てゲート電極を設け、このゲート電極に電圧を加えるこ
とにより、ソース, ドレイン領域からキャリアを注入す
ることが可能となる。このようにすると、あるゲート電
圧でｐｎ接合領域に注入されたキャリアが、一定の量を
越え、それによりソース−ドレイン間に超電導電流が流
れるようになる。これによって、電圧駆動形の超電導ト
ランジスタが形成される。
Ｓｒx ＣｕＯ4 におけるＣｅあるいはＳｒのドープ量と
超電導臨界温度ＴC または反強磁性臨界温度ＴN (ネー
ル温度) との関係を示す線図である。この発明は上記の
ような酸化物超電導の性質に着目したもので、非常に薄
いｐ形超電導膜とｎ形超電導膜を積層すると、接合領域
の電子と正孔が熱的に再結合し、キャリアの全くない空
乏層や、キャリアの少ない領域が形成される。ｘ＝0.１
５であるＬａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 とＮｄ2-x Ｃｅx Ｃｕ
Ｏ4 は、単独では高いＴC を有している。しかし、これ
らを積層するとその界面領域にはキャリアが全くない
か、あるいは非常に少ない領域が形成される。この領域
は超電導性を示さず絶縁性を示すようになる。したがっ
て、ｐ形超電導膜とｎ形超電導膜が非常に薄ければ、そ
の積層膜は絶縁性を示す。このようなｐｎ超電導接合を
持ち、絶縁性を示す領域とソース領域、ドレイン領域の
超電導体を結合させ、上記ｐｎ接合領域に絶縁層を介し
てゲート電極を設け、このゲート電極に電圧を加えるこ
とにより、ソース, ドレイン領域からキャリアを注入す
ることが可能となる。このようにすると、あるゲート電
圧でｐｎ接合領域に注入されたキャリアが、一定の量を
越え、それによりソース−ドレイン間に超電導電流が流
れるようになる。これによって、電圧駆動形の超電導ト
ランジスタが形成される。
【００１４】もちろん、超電導トランジスタのゲート電
圧がオフ状態の時には、上記ソース領域とドレイン領域
の間に設けたｐｎ接合領域は絶縁体となるため、完全な
絶縁が可能となる。また、ソース領域とドレイン領域間
の距離は、コヒーレント長などの物質固有の物性によっ
て制限されないため、ソース−ドレイン間の耐電圧を大
きくすることが可能となる。
圧がオフ状態の時には、上記ソース領域とドレイン領域
の間に設けたｐｎ接合領域は絶縁体となるため、完全な
絶縁が可能となる。また、ソース領域とドレイン領域間
の距離は、コヒーレント長などの物質固有の物性によっ
て制限されないため、ソース−ドレイン間の耐電圧を大
きくすることが可能となる。
【００１５】
【実施例】(実施例１)図１はこの発明の実施例に係る超
電導トランジスタを示す断面図である。基板としてＳｒ
ＴｉＯ3 を用い、この基板上にｎ形酸化物超電導体であ
るＮｄ2-x Ｃｅx ＣｕＯ4 (ｘ＝0.１５) を成膜し、さ
らにこれにクロスするような形でｐ形酸化物超電導体で
あるＬａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 (ｘ＝0.１５) を成膜し
た。ｐ形酸化物超電導体３とｎ形酸化物超電導体２が積
層される領域上に絶縁層４としてＳｒＴｉＯ3 膜を形成
した。ｐｎ接合領域の外側にソース電極５, ドレイン電
極６を形成した。さらにゲート電極７が絶縁層４に接続
される。
電導トランジスタを示す断面図である。基板としてＳｒ
ＴｉＯ3 を用い、この基板上にｎ形酸化物超電導体であ
るＮｄ2-x Ｃｅx ＣｕＯ4 (ｘ＝0.１５) を成膜し、さ
らにこれにクロスするような形でｐ形酸化物超電導体で
あるＬａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 (ｘ＝0.１５) を成膜し
た。ｐ形酸化物超電導体３とｎ形酸化物超電導体２が積
層される領域上に絶縁層４としてＳｒＴｉＯ3 膜を形成
した。ｐｎ接合領域の外側にソース電極５, ドレイン電
極６を形成した。さらにゲート電極７が絶縁層４に接続
される。
【００１６】図２はこの発明の実施例に係る超電導トラ
ンジスタのソース−ドレイン間電圧(ＶDS) とソース−
ドレイン間電流 (ＩDS) の関係を示す線図である。ゲー
ト電圧 (ＶG ) をパラメータとする。この時、Ｎｄ2-x
Ｃｅx ＣｕＯ4 の膜厚, Ｌａ 2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 の膜厚
はそれぞれ５ｎｍであった。図３は、この発明の実施例
に係る超電導トランジスタにつきソース−ドレイン間電
流の膜厚依存性を示す線図である。ｐ形超電導体膜厚,
ｎ形超電導体膜厚を変化させた場合のゲート電圧ＶG ＝
０状態におけるＩDSの変化を示したものである。超電導
体膜厚が１０ｎｍ以下であれば、ゲート電圧がオフ状態
で絶縁状態を保ち、ゲート電圧をオンにした状態で超電
導電流が流れる理想的な超電導トランジスタが形成でき
る。
ンジスタのソース−ドレイン間電圧(ＶDS) とソース−
ドレイン間電流 (ＩDS) の関係を示す線図である。ゲー
ト電圧 (ＶG ) をパラメータとする。この時、Ｎｄ2-x
Ｃｅx ＣｕＯ4 の膜厚, Ｌａ 2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 の膜厚
はそれぞれ５ｎｍであった。図３は、この発明の実施例
に係る超電導トランジスタにつきソース−ドレイン間電
流の膜厚依存性を示す線図である。ｐ形超電導体膜厚,
ｎ形超電導体膜厚を変化させた場合のゲート電圧ＶG ＝
０状態におけるＩDSの変化を示したものである。超電導
体膜厚が１０ｎｍ以下であれば、ゲート電圧がオフ状態
で絶縁状態を保ち、ゲート電圧をオンにした状態で超電
導電流が流れる理想的な超電導トランジスタが形成でき
る。
【００１７】(実施例２)実施例１のＮｄ2-x Ｃｅx Ｃｕ
Ｏ4 (ｘ＝0.１５) とＬａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4(ｘ＝0.１
５) を上下入れ換えた構造の超電導トランジスタを形成
した。おのおのの膜厚が１０ｎｍまで、実施例１と同様
な特性を示した。 (実施例３)Ｌａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 (ｘ＝0.１５) の代
わりに、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｌｎ−Ｂａ−Ｃｕ−
Ｏ (Ｌｎ＝Ｙ, Ｌａ, Ｎｄ, Ｓｍ, Ｅｕ, Ｇｄ, Ｔｂ,
Ｄｙ, Ｈｏ, Ｅｒ, Ｔｍ, Ｙｂ, Ｌｕ) 系, Ｂｉ−Ｓｒ
−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｔｌ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系をｐ形酸化物超電導体とし、ｎ形酸化
物超電導体としてＮｄ2-x Ｃｅx ＣｕＯ4 (ｘ＝0.１
５) を用いてトランジスタを形成し、電気的特性を調べ
た。この場合、ＴC がＮｄ2-x Ｃｅx ＣｕＯ4(ｘ＝0.１
５) にほぼ等しいＬａ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系ではソース,
ドレイン領域を共有する膜がｐ形超電導体か、ｎ形超電
導かによる差異は見られなかったが、ＴC が７７Ｋを越
すようなＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ (Ｌｎ＝Ｙ, Ｌａ, Ｎ
ｄ, Ｓｍ, Ｅｕ, Ｇｄ, Ｔｂ, Ｄｙ, Ｈｏ, Ｅｒ, Ｔ
ｍ, Ｙｂ, Ｌｕ) 系, Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系,
Ｔｌ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系をｐ
形酸化物超電導体に選ぶと、ソース, ドレイン領域を共
有する膜がｐ形超電導体か、ｎ形超電導体かにより特性
が異なった。ソース, ドレイン領域を共有する膜がｎ形
超電導体の場合には、実施例１に示す特性と同等にな
り、しかも動作温度は最大４０Ｋであった。これに対
し、ソース, ドレイン領域を共有する膜がｐ形超電導体
の場合には、膜厚が２０ｎｍまで絶縁性−超電導性スイ
ッチングが可能であり、しかも動作温度も７７Ｋ以上で
あった。これは、ソース, ドレイン領域を共有する膜が
ｐ形超電導体の場合には動作温度を高くできるため、キ
ャリアが障壁を越えてさらに奥まで拡散することが可能
となり、空乏層が広がったためと考えられる。
Ｏ4 (ｘ＝0.１５) とＬａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4(ｘ＝0.１
５) を上下入れ換えた構造の超電導トランジスタを形成
した。おのおのの膜厚が１０ｎｍまで、実施例１と同様
な特性を示した。 (実施例３)Ｌａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 (ｘ＝0.１５) の代
わりに、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｌｎ−Ｂａ−Ｃｕ−
Ｏ (Ｌｎ＝Ｙ, Ｌａ, Ｎｄ, Ｓｍ, Ｅｕ, Ｇｄ, Ｔｂ,
Ｄｙ, Ｈｏ, Ｅｒ, Ｔｍ, Ｙｂ, Ｌｕ) 系, Ｂｉ−Ｓｒ
−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｔｌ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系をｐ形酸化物超電導体とし、ｎ形酸化
物超電導体としてＮｄ2-x Ｃｅx ＣｕＯ4 (ｘ＝0.１
５) を用いてトランジスタを形成し、電気的特性を調べ
た。この場合、ＴC がＮｄ2-x Ｃｅx ＣｕＯ4(ｘ＝0.１
５) にほぼ等しいＬａ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系ではソース,
ドレイン領域を共有する膜がｐ形超電導体か、ｎ形超電
導かによる差異は見られなかったが、ＴC が７７Ｋを越
すようなＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ (Ｌｎ＝Ｙ, Ｌａ, Ｎ
ｄ, Ｓｍ, Ｅｕ, Ｇｄ, Ｔｂ, Ｄｙ, Ｈｏ, Ｅｒ, Ｔ
ｍ, Ｙｂ, Ｌｕ) 系, Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系,
Ｔｌ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系をｐ
形酸化物超電導体に選ぶと、ソース, ドレイン領域を共
有する膜がｐ形超電導体か、ｎ形超電導体かにより特性
が異なった。ソース, ドレイン領域を共有する膜がｎ形
超電導体の場合には、実施例１に示す特性と同等にな
り、しかも動作温度は最大４０Ｋであった。これに対
し、ソース, ドレイン領域を共有する膜がｐ形超電導体
の場合には、膜厚が２０ｎｍまで絶縁性−超電導性スイ
ッチングが可能であり、しかも動作温度も７７Ｋ以上で
あった。これは、ソース, ドレイン領域を共有する膜が
ｐ形超電導体の場合には動作温度を高くできるため、キ
ャリアが障壁を越えてさらに奥まで拡散することが可能
となり、空乏層が広がったためと考えられる。
【００１８】
【発明の効果】この発明によれば、基板上にソース領域
と、ドレイン領域と、接合領域と、絶縁層と、ソース電
極と、ドレイン電極と、ゲート電極とを有し、ソース領
域と、ドレイン領域と、接合領域は基板上に直接的に積
層され、接合領域はソース領域とドレイン領域の間に配
置され、絶縁層は前記接合領域の上に積層され、ソース
電極はソース領域に接続され、ドレイン電極はドレイン
領域に接続され、ゲート電極は絶縁層に接続され、接合
領域は薄膜である第一の導電型の酸化物超電導体と第二
の導電型の酸化物超電導体の積層されたものであり、ソ
ース領域とドレイン領域は同一の導電型の酸化物超電導
体で、前記接合領域の同一導電型の酸化物超電導体を介
して相互に接続されるものであるとするので、ソース−
ドレイン間の接合領域はゲート電圧オフで絶縁性を示
し、ゲート電圧オンで接合領域表面にキャリアが注入さ
れ超電導状態となる。このような超電導トランジスタで
はソース−ドレイン間の接合領域の寸法に制限がなくソ
ース−ドレイン間距離を大きくとることができるので従
来の超電導トランジスタに比し耐電圧の大きな超電導ト
ランジスタが得られる。
と、ドレイン領域と、接合領域と、絶縁層と、ソース電
極と、ドレイン電極と、ゲート電極とを有し、ソース領
域と、ドレイン領域と、接合領域は基板上に直接的に積
層され、接合領域はソース領域とドレイン領域の間に配
置され、絶縁層は前記接合領域の上に積層され、ソース
電極はソース領域に接続され、ドレイン電極はドレイン
領域に接続され、ゲート電極は絶縁層に接続され、接合
領域は薄膜である第一の導電型の酸化物超電導体と第二
の導電型の酸化物超電導体の積層されたものであり、ソ
ース領域とドレイン領域は同一の導電型の酸化物超電導
体で、前記接合領域の同一導電型の酸化物超電導体を介
して相互に接続されるものであるとするので、ソース−
ドレイン間の接合領域はゲート電圧オフで絶縁性を示
し、ゲート電圧オンで接合領域表面にキャリアが注入さ
れ超電導状態となる。このような超電導トランジスタで
はソース−ドレイン間の接合領域の寸法に制限がなくソ
ース−ドレイン間距離を大きくとることができるので従
来の超電導トランジスタに比し耐電圧の大きな超電導ト
ランジスタが得られる。
【図１】この発明の実施例に係る超電導トランジスタを
示す断面図
示す断面図
【図２】この発明の実施例に係る超電導トランジスタの
ソース−ドレイン間電圧 (ＶDS) とソース−ドレイン間
電流 (ＩDS) の関係を示す線図
ソース−ドレイン間電圧 (ＶDS) とソース−ドレイン間
電流 (ＩDS) の関係を示す線図
【図３】この発明の実施例に係る超電導トランジスタに
つきソース−ドレイン間電流の膜厚依存性を示す線図
つきソース−ドレイン間電流の膜厚依存性を示す線図
【図４】従来の超電導トランジスタを示す断面図
【図５】従来の超電導トランジスタの電流−電圧特性を
示す線図
示す線図
【図６】Ｎｄ2-x Ｃｅx ＣｕＯ4 , Ｌａ2-x Ｓｒx Ｃｕ
Ｏ4 におけるＣｅあるいはＳｒのドープ量と超電導臨界
温度 (ＴC ) または反強磁性臨界温度 (ＴN ) との関係
を示す線図
Ｏ4 におけるＣｅあるいはＳｒのドープ量と超電導臨界
温度 (ＴC ) または反強磁性臨界温度 (ＴN ) との関係
を示す線図
１ 基板 ２ ｎ型酸化物超電導体 ３ ｐ型酸化物超電導体 ４ 絶縁層 ５ ソース電極 ６ ドレイン電極 ７ ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 浩 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 石井 孝志 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 大井 明彦 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 向江 和郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】基板上にソース領域と、ドレイン領域と、
接合領域と、絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極
と、ゲート電極とを有し、 ソース領域と、ドレイン領域と、接合領域は基板上に直
接的に積層され、 接合領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、 絶縁層は前記接合領域の上に積層され、 ソース電極はソース領域に接続され、 ドレイン電極はドレイン領域に接続され、 ゲート電極は絶縁層に接続され、 接合領域は薄膜である第一の導電型の酸化物超電導体と
第二の導電型の酸化物超電導体の積層されたものであ
り、 ソース領域とドレイン領域は同一の導電型の酸化物超電
導体で、前記接合領域の同一導電型の酸化物超電導体を
介して相互に接続されるものであることを特徴とする超
電導素子。 - 【請求項２】請求項１記載の超電導素子において、第一
の導電型の酸化物超電導体はｎ型のＮｄ2-x Ｃｅx Ｃｕ
Ｏ4 であることを特徴とする超電導素子。 - 【請求項３】請求項１記載の超電導素子において、第二
の導電型の酸化物超電導体はｐ型のＬａ−Ｂａ−Ｃｕ−
Ｏ系, Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｌｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ
(Ｌｎ＝Ｙ, Ｌａ, Ｎｄ, Ｓｍ, Ｅｕ, Ｇｄ, Ｔｂ, Ｄ
ｙ, Ｈｏ, Ｅｒ, Ｔｍ, Ｙｂ, Ｌｕ) 系，Ｂｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｔｌ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系, Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ系であることを特徴とする超電導素子。 - 【請求項４】請求項１記載の超電導素子において、ドレ
イン領域と、ソース領域と第二の導電型の酸化物超電導
体がＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系 (Ｌｎ＝Ｙ,Ｌａ, Ｎｄ,
Ｓｍ, Ｅｕ, Ｇｄ, Ｔｂ, Ｄｙ, Ｈｏ, Ｅｒ, Ｔｍ, Ｙ
ｂ, Ｌｕ)であることを特徴とする超電導素子。 - 【請求項５】請求項４記載の超電導素子において、酸化
物超電導体の膜厚は２０ｎｍ以下であることを特徴とす
る超電導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4261669A JPH06112539A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 超電導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4261669A JPH06112539A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 超電導素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06112539A true JPH06112539A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=17365104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4261669A Pending JPH06112539A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 超電導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06112539A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006303529A (ja) * | 2006-06-19 | 2006-11-02 | Fujitsu Ltd | ペロブスカイト構造の酸化物層を有する酸化物素子の製造方法及び誘電体ベーストランジスタの製造方法 |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP4261669A patent/JPH06112539A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006303529A (ja) * | 2006-06-19 | 2006-11-02 | Fujitsu Ltd | ペロブスカイト構造の酸化物層を有する酸化物素子の製造方法及び誘電体ベーストランジスタの製造方法 |
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