JPH06196766A - 超伝導トランジスタ - Google Patents
超伝導トランジスタInfo
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- JPH06196766A JPH06196766A JP4344896A JP34489692A JPH06196766A JP H06196766 A JPH06196766 A JP H06196766A JP 4344896 A JP4344896 A JP 4344896A JP 34489692 A JP34489692 A JP 34489692A JP H06196766 A JPH06196766 A JP H06196766A
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- tunnel barrier
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/128—Junction-based devices having three or more electrodes, e.g. transistor-like structures
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/70—High TC, above 30 k, superconducting device, article, or structured stock
- Y10S505/701—Coated or thin film device, i.e. active or passive
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S505/702—Josephson junction present
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は超伝導トランジスタに関し、エミッ
タ及びコレクタを超伝導体で構成し、ベースを常伝導体
金属で構成することにより、直流電源で動作が可能であ
り低消費電力で所望の信号増幅作用を得ることのできる
超電導トランジスタを実現することを目的とする。 【構成】 常伝導体金属からなるベース層（２）と、超
伝導体からなりベース層にホットエレクトロンを注入す
るエミッタ層（１）と、超伝導体からなりベース層から
の電子を補足するコレクタ層（３）と、ベース層とエミ
ッタ層との間に設けられ絶縁体からなる第１のトンネル
バリア層（４）と、ベース層とエミッタ層との間に設け
られ絶縁体からなる第２のトンネルバリア層（５）とか
ら構成する。
タ及びコレクタを超伝導体で構成し、ベースを常伝導体
金属で構成することにより、直流電源で動作が可能であ
り低消費電力で所望の信号増幅作用を得ることのできる
超電導トランジスタを実現することを目的とする。 【構成】 常伝導体金属からなるベース層（２）と、超
伝導体からなりベース層にホットエレクトロンを注入す
るエミッタ層（１）と、超伝導体からなりベース層から
の電子を補足するコレクタ層（３）と、ベース層とエミ
ッタ層との間に設けられ絶縁体からなる第１のトンネル
バリア層（４）と、ベース層とエミッタ層との間に設け
られ絶縁体からなる第２のトンネルバリア層（５）とか
ら構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超伝導トランジスタに係
り、特に超伝導体からなるエミッタとコレクタを有する
超伝導トランジスタに関する。
り、特に超伝導体からなるエミッタとコレクタを有する
超伝導トランジスタに関する。
【０００２】近年、コンピュータや通信装置などでは、
より高速に信号処理を行うことが望まれている。そこ
で、ジョセフソン素子などの超伝導素子が注目され、ジ
ョセフソン素子に代わる素子として様々な超伝導トラン
ジスタも提案されている。
より高速に信号処理を行うことが望まれている。そこ
で、ジョセフソン素子などの超伝導素子が注目され、ジ
ョセフソン素子に代わる素子として様々な超伝導トラン
ジスタも提案されている。
【０００３】
【従来の技術】従来提案されている超伝導トランジスタ
としては、超伝導体からなるベースを有する超伝導トラ
ンジスタがある。
としては、超伝導体からなるベースを有する超伝導トラ
ンジスタがある。
【０００４】例えば、特開昭６０−６８６８１号公報で
提案されている超伝導トランジスタでは、エミッタとベ
ースとコレクタとが超伝導体からなり、絶縁体がエミッ
タ・ベース間及びベース・コレクタ間にバリアとして設
けられた所謂ＳＩＳＩＳ構造を有する。
提案されている超伝導トランジスタでは、エミッタとベ
ースとコレクタとが超伝導体からなり、絶縁体がエミッ
タ・ベース間及びベース・コレクタ間にバリアとして設
けられた所謂ＳＩＳＩＳ構造を有する。
【０００５】他方、特開昭６０−１０７９２号公報で提
案されている超伝導トランジスタでは、エミッタとベー
スとが超伝導体からなり、コレクタが常伝導体からな
り、絶縁体がエミッタ・ベース間及びベース・コレクタ
間にバリアとして設けられた所謂ＳＩＳＩＮ構造を有す
る。
案されている超伝導トランジスタでは、エミッタとベー
スとが超伝導体からなり、コレクタが常伝導体からな
り、絶縁体がエミッタ・ベース間及びベース・コレクタ
間にバリアとして設けられた所謂ＳＩＳＩＮ構造を有す
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＳＩＳＩＳ構造は、ベ
ースが超伝導体からなり、ジョセフソン接合を二重にし
た構造である。このため、ジョセフソン素子と同様の理
由で、超伝導トランジスタの電流−電圧特性にヒステリ
シスが生じてしまう。従って、電圧状態から超伝導状態
へ戻すには、電流をゼロに落とす必要があり、直流電源
での動作が困難であるという問題がある。又、ベースが
超伝導体からなりベース領域でのエネルギーバンドに傾
きがないため、ベース・コレクタ間バリアでの電子の反
射が著しく、超伝導トランジスタの動作に悪影響を及ぼ
すという問題もある。
ースが超伝導体からなり、ジョセフソン接合を二重にし
た構造である。このため、ジョセフソン素子と同様の理
由で、超伝導トランジスタの電流−電圧特性にヒステリ
シスが生じてしまう。従って、電圧状態から超伝導状態
へ戻すには、電流をゼロに落とす必要があり、直流電源
での動作が困難であるという問題がある。又、ベースが
超伝導体からなりベース領域でのエネルギーバンドに傾
きがないため、ベース・コレクタ間バリアでの電子の反
射が著しく、超伝導トランジスタの動作に悪影響を及ぼ
すという問題もある。
【０００７】他方、ＳＩＳＩＮ構造は、コレクタが常伝
導体からなるため、エミッタに対する配線を超伝導体で
形成できても、コレクタに対する配線を超伝導体で形成
すると超伝導体と常伝導体との接触がうまく形成できな
いという問題がある。又、超伝導トランジスタの動作速
度を向上するためにコレクタを薄く形成すると、常伝導
体が金属の場合にはベースを構成する超伝導体の近接効
果によるコレクタの超伝導化が問題となり、常伝導体が
半導体の場合にはベース・コレクタ間に形成されるショ
ットキーバリアが問題となる。コレクタが超伝導化して
しまうと、上記ＳＩＳＩＳ構造の場合と同様の問題が生
じてしまう。更に、ベース・コレクタ間にショットキー
バリアが形成されると、信号増幅作用が低下してしまう
という問題がある。
導体からなるため、エミッタに対する配線を超伝導体で
形成できても、コレクタに対する配線を超伝導体で形成
すると超伝導体と常伝導体との接触がうまく形成できな
いという問題がある。又、超伝導トランジスタの動作速
度を向上するためにコレクタを薄く形成すると、常伝導
体が金属の場合にはベースを構成する超伝導体の近接効
果によるコレクタの超伝導化が問題となり、常伝導体が
半導体の場合にはベース・コレクタ間に形成されるショ
ットキーバリアが問題となる。コレクタが超伝導化して
しまうと、上記ＳＩＳＩＳ構造の場合と同様の問題が生
じてしまう。更に、ベース・コレクタ間にショットキー
バリアが形成されると、信号増幅作用が低下してしまう
という問題がある。
【０００８】本発明は、直流電源での動作が可能であ
り、簡単な構造で、かつ、低消費電力で所望の信号増幅
作用を得ることのできる超伝導トランジスタを実現しよ
うとする。
り、簡単な構造で、かつ、低消費電力で所望の信号増幅
作用を得ることのできる超伝導トランジスタを実現しよ
うとする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理説
明図である。同図中、（Ａ）に示す如く、超伝導トラン
ジスタは超伝導体からなるエミッタ層１と、常伝導体金
属からなるベース層２と、超伝導体からなるコレクタ層
３と、ベース層２とエミッタ層１との間に設けられ絶縁
体からなる第１のトンネルバリア層４と、ベース層２と
コレクタ層３との間に設けられ絶縁体からなる第２のト
ンネルバリア層５とを有する。又、Ｅ，Ｂ，及びＣは夫
々エミッタ端子、ベース端子及びコレクタ端子を示す。
明図である。同図中、（Ａ）に示す如く、超伝導トラン
ジスタは超伝導体からなるエミッタ層１と、常伝導体金
属からなるベース層２と、超伝導体からなるコレクタ層
３と、ベース層２とエミッタ層１との間に設けられ絶縁
体からなる第１のトンネルバリア層４と、ベース層２と
コレクタ層３との間に設けられ絶縁体からなる第２のト
ンネルバリア層５とを有する。又、Ｅ，Ｂ，及びＣは夫
々エミッタ端子、ベース端子及びコレクタ端子を示す。
【００１０】
【作用】本発明では、図１（Ｂ）に示す如きエネルギー
バンドを形成する。本発明では、エミッタ、ベース又は
コレクタに半導体を用いていないので、界面でのエネル
ギーバンドの曲がりによって生じるバリアは存在しな
い。
バンドを形成する。本発明では、エミッタ、ベース又は
コレクタに半導体を用いていないので、界面でのエネル
ギーバンドの曲がりによって生じるバリアは存在しな
い。
【００１１】エミッタ１及びコレクタ３は超伝導体で形
成されているので、電子の状態密度は凝縮されている。
他方、ベース２は常伝導体金属で形成されているので、
電子の状態密度は凝縮されていない。このため、同図の
如くエミッタ・コレクタ間にバイアス電圧が印加される
と、エミッタ１からベース２へはホットエレクトロンが
侵入することができるが、ベース２からコレクタ３へは
ベース２の伝導帯がコレクタ３の電子の状態密度と一致
しないと電子が流れ込まない。
成されているので、電子の状態密度は凝縮されている。
他方、ベース２は常伝導体金属で形成されているので、
電子の状態密度は凝縮されていない。このため、同図の
如くエミッタ・コレクタ間にバイアス電圧が印加される
と、エミッタ１からベース２へはホットエレクトロンが
侵入することができるが、ベース２からコレクタ３へは
ベース２の伝導帯がコレクタ３の電子の状態密度と一致
しないと電子が流れ込まない。
【００１２】従って、ベース２の電位を変化させること
により電子の流れを制御できる。又、超電導ギャップは
ミリエレクトロンボルトのオーダーであるため、上記制
御もミリボルトのオーダーで行える。
により電子の流れを制御できる。又、超電導ギャップは
ミリエレクトロンボルトのオーダーであるため、上記制
御もミリボルトのオーダーで行える。
【００１３】この結果、直流電源での動作が可能であ
り、簡単な構造で、かつ、低消費電力で所望の信号増幅
作用を得ることのできる超伝導トランジスタを実現でき
る。
り、簡単な構造で、かつ、低消費電力で所望の信号増幅
作用を得ることのできる超伝導トランジスタを実現でき
る。
【００１４】
【実施例】本発明になる超伝導トランジスタの第１実施
例の基本構成は図１の原理図と実質的に同じであるた
め、その図示及び説明は省略する。
例の基本構成は図１の原理図と実質的に同じであるた
め、その図示及び説明は省略する。
【００１５】本実施例では、ベース・エミッタ間の第１
のトンネルバリア層４の膜厚をベース・コレクタ間の第
２のトンネルバリア層５の膜厚より大きく設定してい
る。例えば、第１のトンネルバリア層４の膜厚は２０Å
であり、第２のトンネルバリア層５の膜厚は５Åであ
る。つまり、第１及び第２のトンネルバリア層４及び５
の厚さによってベース・エミッタ間及びベース・コレク
タ間の分圧を決定している。
のトンネルバリア層４の膜厚をベース・コレクタ間の第
２のトンネルバリア層５の膜厚より大きく設定してい
る。例えば、第１のトンネルバリア層４の膜厚は２０Å
であり、第２のトンネルバリア層５の膜厚は５Åであ
る。つまり、第１及び第２のトンネルバリア層４及び５
の厚さによってベース・エミッタ間及びベース・コレク
タ間の分圧を決定している。
【００１６】本実施例によれば、ベース・エミッタ間の
バリアと比較してベース・コレクタ間のバリアが薄いの
で、ベース・エミッタ間に選択的にバイアス電圧を集中
させて、ベース層２へ流れ込むホットエレクトロンのエ
ネルギーを大きくすることができる。又、ベース層２か
らコレクタ層３への電子のトンネル確率を上げることも
できる。
バリアと比較してベース・コレクタ間のバリアが薄いの
で、ベース・エミッタ間に選択的にバイアス電圧を集中
させて、ベース層２へ流れ込むホットエレクトロンのエ
ネルギーを大きくすることができる。又、ベース層２か
らコレクタ層３への電子のトンネル確率を上げることも
できる。
【００１７】更に、ホットエレクトロンの流れ込んだベ
ース層２のエネルギーレベルは超伝導ギャップ以下の低
いエネルギーレベルに設定できるので、ベース層２（ベ
ース領域）に入ったホットエレクトロンの寿命を長くし
てトンネル確率を向上することにより、信号増幅に必要
な電流を確保することが可能となる。
ース層２のエネルギーレベルは超伝導ギャップ以下の低
いエネルギーレベルに設定できるので、ベース層２（ベ
ース領域）に入ったホットエレクトロンの寿命を長くし
てトンネル確率を向上することにより、信号増幅に必要
な電流を確保することが可能となる。
【００１８】次に、本発明になる超伝導トランジスタの
第２実施例について、図２と共に説明する。同図中、図
１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。
第２実施例について、図２と共に説明する。同図中、図
１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。
【００１９】本実施例では、バリアの厚さを異ならせる
代わりに、エミッタ電極の面積をベース電極の面積に比
較して小さくしている。これにより、ベース・エミッタ
間のキャパシタンスをベース・コレクタ間のキャパシタ
ンスより小さく設定されるので、ベース・エミッタ間の
分圧の方が大きくなり、第１実施例と同様にベース・エ
ミッタ間にバイアス電圧を集中させることができる。
代わりに、エミッタ電極の面積をベース電極の面積に比
較して小さくしている。これにより、ベース・エミッタ
間のキャパシタンスをベース・コレクタ間のキャパシタ
ンスより小さく設定されるので、ベース・エミッタ間の
分圧の方が大きくなり、第１実施例と同様にベース・エ
ミッタ間にバイアス電圧を集中させることができる。
【００２０】従って、本実施例でも、第１実施例と同様
な効果が得られる。
な効果が得られる。
【００２１】次に、本発明になる超伝導トランジスタの
第３実施例について、図３と共に説明する。同図中、図
１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。
第３実施例について、図３と共に説明する。同図中、図
１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。
【００２２】本実施例では、コレクタ層３の上にＡｌ層
１１を形成し、Ａｌ層１１の上部を酸化してＡｌＯx ト
ンネルバリア層５を形成している。又、Ａｌベース層２
の上部を酸化してＡｌＯx トンネルバリア層４を形成し
ている。つまり、本実施例では、（Ａｌ−ＡｌＯx ）−
（Ａｌ−ＡｌＯx ）の二重構造を用いている。Ａｌ層１
１は非常に薄いので、超伝導体で形成されたコレクタ層
３の近接効果により超伝導化され、動作上はＡｌ層１１
がない場合と同様に動作する。又、Ａｌの酸化によりト
ンネルバリア層を形成するので、簡単な工程で超伝導ト
ランジスタを製造できる。
１１を形成し、Ａｌ層１１の上部を酸化してＡｌＯx ト
ンネルバリア層５を形成している。又、Ａｌベース層２
の上部を酸化してＡｌＯx トンネルバリア層４を形成し
ている。つまり、本実施例では、（Ａｌ−ＡｌＯx ）−
（Ａｌ−ＡｌＯx ）の二重構造を用いている。Ａｌ層１
１は非常に薄いので、超伝導体で形成されたコレクタ層
３の近接効果により超伝導化され、動作上はＡｌ層１１
がない場合と同様に動作する。又、Ａｌの酸化によりト
ンネルバリア層を形成するので、簡単な工程で超伝導ト
ランジスタを製造できる。
【００２３】なお、図３中、エミッタ電極の面積は必ず
しも第２実施例の如くベース電極の面積より小さくする
必要はなく、又、第１実施例の如くバリアの厚さを異な
らせても良い。
しも第２実施例の如くベース電極の面積より小さくする
必要はなく、又、第１実施例の如くバリアの厚さを異な
らせても良い。
【００２４】尚、上記第１〜第３の実施例において、エ
ミッタ層１及びコレクタ層３は例えばＮｂ超伝導体で形
成されるが、他の超伝導体を用いても良いことは言うま
でもない。
ミッタ層１及びコレクタ層３は例えばＮｂ超伝導体で形
成されるが、他の超伝導体を用いても良いことは言うま
でもない。
【００２５】ところで、上記第１〜第３の実施例では、
従来のホット・エレクトロン・トランジスタと同様に、
バリアによる電流遮断効果によって大きな電流密度を得
ることができない。そこで、ベース・コレクタ間のバリ
アでの電子の反射を抑制することにより大きな電流密度
を得ることのできる実施例を以下に説明する。
従来のホット・エレクトロン・トランジスタと同様に、
バリアによる電流遮断効果によって大きな電流密度を得
ることができない。そこで、ベース・コレクタ間のバリ
アでの電子の反射を抑制することにより大きな電流密度
を得ることのできる実施例を以下に説明する。
【００２６】図４は、本発明になる超伝導トランジスタ
の第４実施例のエネルギーバンドを示す。本実施例及び
後述する第５〜第７実施例の構成は、図１又は図２の構
成と同じである。
の第４実施例のエネルギーバンドを示す。本実施例及び
後述する第５〜第７実施例の構成は、図１又は図２の構
成と同じである。
【００２７】本実施例では、エミッタ層１及びコレクタ
層３はＮｂ超伝導体からなり、ベース層２はＡｌからな
る。第１のトンネルバリア層４はＡｌＯx からなり、第
２のトンネルバリア層５は多結晶ＩｎＳｂからなる。こ
のため、図４（Ａ）に示す如く、ベース・コレクタ間の
バリアがベース・エミッタ間のバリアと比較して低く、
ベース・コレクタ間のバリアが超伝導ギャップと同程度
の高さである。
層３はＮｂ超伝導体からなり、ベース層２はＡｌからな
る。第１のトンネルバリア層４はＡｌＯx からなり、第
２のトンネルバリア層５は多結晶ＩｎＳｂからなる。こ
のため、図４（Ａ）に示す如く、ベース・コレクタ間の
バリアがベース・エミッタ間のバリアと比較して低く、
ベース・コレクタ間のバリアが超伝導ギャップと同程度
の高さである。
【００２８】従って、バイアス電圧が印加されると、図
４（Ｂ）に示す如く、電子が容易にコレクタ層３へトン
ネリングでき、ベース・コレクタ間のバリアでの電子の
反射が抑制される。
４（Ｂ）に示す如く、電子が容易にコレクタ層３へトン
ネリングでき、ベース・コレクタ間のバリアでの電子の
反射が抑制される。
【００２９】図５は、本発明になる超伝導トランジスタ
の第５実施例のエネルギーバンドを示す。
の第５実施例のエネルギーバンドを示す。
【００３０】本実施例では、エミッタ層１及びコレクタ
層３はＹＢＣＯ酸化物超伝導体からなり、ベース層２は
ＲｅＯ3 からなる。第１のトンネルバリア層４はＣｅＯ
2 からなり、第２のトンネルバリア層５はＣａをドープ
したＣｅＯ2 からなる。このため、図５（Ａ）に示す如
く、ベース・コレクタ間のバリアには電子の共鳴トンネ
リングを助けるエネルギーレベル（共鳴準位）が設けら
れる。この共鳴準位は超伝導ギャップと同程度の高さで
ある。
層３はＹＢＣＯ酸化物超伝導体からなり、ベース層２は
ＲｅＯ3 からなる。第１のトンネルバリア層４はＣｅＯ
2 からなり、第２のトンネルバリア層５はＣａをドープ
したＣｅＯ2 からなる。このため、図５（Ａ）に示す如
く、ベース・コレクタ間のバリアには電子の共鳴トンネ
リングを助けるエネルギーレベル（共鳴準位）が設けら
れる。この共鳴準位は超伝導ギャップと同程度の高さで
ある。
【００３１】従って、バイアス電圧が印加されると、図
５（Ｂ）に示す如く、電子が容易にコレクタ層３へトン
ネリングでき、ベース・コレクタ間のバリアでの電子の
反射が抑制される。
５（Ｂ）に示す如く、電子が容易にコレクタ層３へトン
ネリングでき、ベース・コレクタ間のバリアでの電子の
反射が抑制される。
【００３２】図６は、本発明になる超伝導トランジスタ
の第６実施例のエネルギーバンドを示す。
の第６実施例のエネルギーバンドを示す。
【００３３】本実施例では、エミッタ層１及びコレクタ
層３はＮｂ超伝導体からなり、ベース層２はＩｎＳｂか
らなる。第１のトンネルバリア層４はＩｎＳｂ酸化膜か
らなり、第２のトンネルバリア層５は変調ドープされた
ＩｎＳｂからなる。このため、図６（Ａ）に示す如く、
ベース・コレクタ間のバリアがゆるやかに変化してい
る。つまり、ベース・コレクタ間のバリアが界面で傾き
を有する。
層３はＮｂ超伝導体からなり、ベース層２はＩｎＳｂか
らなる。第１のトンネルバリア層４はＩｎＳｂ酸化膜か
らなり、第２のトンネルバリア層５は変調ドープされた
ＩｎＳｂからなる。このため、図６（Ａ）に示す如く、
ベース・コレクタ間のバリアがゆるやかに変化してい
る。つまり、ベース・コレクタ間のバリアが界面で傾き
を有する。
【００３４】従って、バイアス電圧が印加されると、図
６（Ｂ）に示す如く、電子が容易にコレクタ層３へトン
ネリングでき、ベース・コレクタ間のバリアでの電子の
反射が抑制される。
６（Ｂ）に示す如く、電子が容易にコレクタ層３へトン
ネリングでき、ベース・コレクタ間のバリアでの電子の
反射が抑制される。
【００３５】図７は、本発明になる超伝導トランジスタ
の第７実施例のエネルギーバンドを示す。
の第７実施例のエネルギーバンドを示す。
【００３６】本実施例では、エミッタ層１及びコレクタ
層３はＹＢＣＯ酸化物超伝導体からなり、ベース層２は
ＲｅＯ3 からなる。第１及び第２のトンネルバリア層４
及び５は、ＣａをドープしたＣｅＯ2 からなる。このた
め、図７（Ａ）に示す如く、ベース・エミッタ間のバリ
ア及びベース・コレクタ間のバリアに電子の共鳴トンネ
リングを助けるエネルギーレベル（共鳴準位）が設けら
れている。
層３はＹＢＣＯ酸化物超伝導体からなり、ベース層２は
ＲｅＯ3 からなる。第１及び第２のトンネルバリア層４
及び５は、ＣａをドープしたＣｅＯ2 からなる。このた
め、図７（Ａ）に示す如く、ベース・エミッタ間のバリ
ア及びベース・コレクタ間のバリアに電子の共鳴トンネ
リングを助けるエネルギーレベル（共鳴準位）が設けら
れている。
【００３７】従って、バイアス電圧が印加されると、図
７（Ｂ）に示す如く、電子が容易にコレクタ層３へトン
ネリングでき、ベース・コレクタ間のバリアでの電子の
反射が抑制される。
７（Ｂ）に示す如く、電子が容易にコレクタ層３へトン
ネリングでき、ベース・コレクタ間のバリアでの電子の
反射が抑制される。
【００３８】尚、上記第４〜第７実施例においても、エ
ミッタ層１及びコレクタ層３を構成する超伝導体は実施
例のそれに限定されるものではない。又、ベース層２に
は、ＡｌやＩｎＳｂの代わりにＩｎＡｓやＩｎＰなどを
用いても良く、ＲｅＯ3 の代わりにＬａＳｒＣｕＯやＮ
ｂをドープしたＳｒＴｉＯなどを用いても良い。更に、
第１のトンネルバリア層４には、ＣｅＯ2 の代わりにＭ
ｇＯなども使用でき、第２のトンネルバリア層５には、
ＣａをドープしたＣｅＯ2 の代わりにＮｂをドープした
ＣｅＯ2 を使用することも可能である。
ミッタ層１及びコレクタ層３を構成する超伝導体は実施
例のそれに限定されるものではない。又、ベース層２に
は、ＡｌやＩｎＳｂの代わりにＩｎＡｓやＩｎＰなどを
用いても良く、ＲｅＯ3 の代わりにＬａＳｒＣｕＯやＮ
ｂをドープしたＳｒＴｉＯなどを用いても良い。更に、
第１のトンネルバリア層４には、ＣｅＯ2 の代わりにＭ
ｇＯなども使用でき、第２のトンネルバリア層５には、
ＣａをドープしたＣｅＯ2 の代わりにＮｂをドープした
ＣｅＯ2 を使用することも可能である。
【００３９】現在使用されている通常の半導体トランジ
スタは、入力信号のレベルが数百ｍＶ〜数Ｖである。し
かし、本発明になる超伝導トランジスタでは、入力信号
のレベルが数ｍＶで良く、半導体トランジスタと比べて
入力信号のレベルが２〜３桁小さくても動作する。この
ため、トランジスタの消費電力を低減し、スイッチング
速度を速くし、発熱を抑えると共に、集積度の向上も可
能とする。従って、本発明になる超伝導トランジスタ
は、コンピュータの高速化と高密度化を実現する上で極
めて重要である。
スタは、入力信号のレベルが数百ｍＶ〜数Ｖである。し
かし、本発明になる超伝導トランジスタでは、入力信号
のレベルが数ｍＶで良く、半導体トランジスタと比べて
入力信号のレベルが２〜３桁小さくても動作する。この
ため、トランジスタの消費電力を低減し、スイッチング
速度を速くし、発熱を抑えると共に、集積度の向上も可
能とする。従って、本発明になる超伝導トランジスタ
は、コンピュータの高速化と高密度化を実現する上で極
めて重要である。
【００４０】尚、入力信号のレベルが数ｍＶと小さくて
も良い理由は、本発明の動作原理に超伝導による凝縮し
た電子状態密度を用いているからである。即ち、電子の
流れ方が数ｍＶのところで急激に変化する超伝導体／絶
縁体／常伝導体金属からなる構造の特徴を利用している
からである。
も良い理由は、本発明の動作原理に超伝導による凝縮し
た電子状態密度を用いているからである。即ち、電子の
流れ方が数ｍＶのところで急激に変化する超伝導体／絶
縁体／常伝導体金属からなる構造の特徴を利用している
からである。
【００４１】又、本発明になる超伝導トランジスタで
は、ホットエレクトロンの流れ込んだベースのエネルギ
ーレベルが超伝導ギャップ以下であり、例えば数ｍｅＶ
である。このため、ベース領域に入ったホットエレクト
ロンの寿命が距離にして例えば２ｍｍと長く、例えば厚
さがミクロンオーダーのベース領域でトラップされる確
率は非常に小さい。この結果、大きな電流密度を得るこ
とが可能となる。
は、ホットエレクトロンの流れ込んだベースのエネルギ
ーレベルが超伝導ギャップ以下であり、例えば数ｍｅＶ
である。このため、ベース領域に入ったホットエレクト
ロンの寿命が距離にして例えば２ｍｍと長く、例えば厚
さがミクロンオーダーのベース領域でトラップされる確
率は非常に小さい。この結果、大きな電流密度を得るこ
とが可能となる。
【００４２】更に、本発明になる超伝導トランジスタで
は、エミッタ層１及びコレクタ層３が超伝導体からなる
ので、超伝導体の配線を容易に接続することができる。
は、エミッタ層１及びコレクタ層３が超伝導体からなる
ので、超伝導体の配線を容易に接続することができる。
【００４３】以上、本発明を実施例により説明したが、
本発明はこれらの実施例に限定されることなく、各種の
変形及び改良が可能であることは言うまでもない。
本発明はこれらの実施例に限定されることなく、各種の
変形及び改良が可能であることは言うまでもない。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、エミッタとコレクタと
を超伝導体で構成し、ベースを常伝導体金属で構成して
いるので、直流電源で動作が可能であり、簡単な構造
で、かつ、低消費電力で所望の信号増幅作用を得ること
ができるので、実用的には極めて有用である。
を超伝導体で構成し、ベースを常伝導体金属で構成して
いるので、直流電源で動作が可能であり、簡単な構造
で、かつ、低消費電力で所望の信号増幅作用を得ること
ができるので、実用的には極めて有用である。
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の第４実施例のエネルギーバンド図であ
る。
る。
【図５】本発明の第５実施例のエネルギーバンド図であ
る。
る。
【図６】本発明の第６実施例のエネルギーバンド図であ
る。
る。
【図７】本発明の第７実施例のエネルギーバンド図であ
る。
る。
１ エミッタ層 ２ ベース層 ３ コレクタ層 ４ 第１のトンネルバリア層 ５ 第２のトンネルバリア層
Claims (10)
- 【請求項１】 常伝導体金属からなるベース層（２）
と、 超伝導体からなり該ベース層にホットエレクトロンを注
入するエミッタ層（１）と、 超伝導体からなり該ベース層からの電子を補足するコレ
クタ層（３）と、 該ベース層と該エミッタ層との間に設けられ絶縁体から
なる第１のトンネルバリア層（４）と、 該ベース層と該エミッタ層との間に設けられ絶縁体から
なる第２のトンネルバリア層（５）とを有することを特
徴とする超伝導トランジスタ。 - 【請求項２】 前記第２のトンネルバリア層（５）の膜
厚は、前記第１のトンネルバリア層（４）の膜厚より小
さいことを特徴とする請求項１の超伝導トランジスタ。 - 【請求項３】 前記エミッタ層（１）が構成するエミッ
タ電極の面積は、前記ベース層（２）が構成するベース
電極の面積より小さいことを特徴とする請求項１又は２
の超伝導トランジスタ。 - 【請求項４】 前記ベース層（２）は（Ａｌ−Ａｌ
Ｏx ）−（Ａｌ−ＡｌＯ x ）の二重構造を有し、一方の
ＡｌＯx により前記第１のトンネルバリア層（４）を構
成し、他方のＡｌＯx により前記第２のトンネルバリア
層（５）を構成することを特徴とする請求項１〜３のう
ちいずれか１項の超伝導トランジスタ。 - 【請求項５】 バイアス電圧を印加した状態で、ホット
エレクトロンの流れ込む前記ベース層（２）のエネルギ
ーレベルは超伝導ギャップ以下であることを特徴とする
請求項１〜４のうちいずれか１項の超伝導トランジス
タ。 - 【請求項６】 前記第２のトンネルバリア層（５）が構
成するバリアは、前記第１のトンネルバリア層（４）が
構成するバリアより低く、かつ、超伝導ギャップと同程
度の高さであることを特徴とする請求項１〜５のうちい
ずれか１項の超伝導トランジスタ。 - 【請求項７】 前記第２のトンネルバリア層（５）は、
超伝導ギャップと同程度の高さでホットエレクトロンを
共鳴トンネリングさせるための共鳴準位を有することを
特徴とする超伝導トランジスタ。 - 【請求項８】 前記第２のトンネルバリア層（５）は、
前記ベース層（２）と前記コレクタ層（３）との間の界
面で傾きを有するバリアを構成することを特徴とする請
求項１〜７のうちいずれか１項の超伝導トランジスタ。 - 【請求項９】 前記第１のトンネルバリア層（４）は、
ホットエレクトロンを共鳴トンネリングさせるための共
鳴準位を有することを特徴とする請求項１〜８のうちい
ずれか１項の超伝導トランジスタ。 - 【請求項１０】 前記ベース層（２）と前記コレクタ層
（３）との間の第２のトンネルバリア層（４）が構成す
るバリアでの電子の反射を抑制する手段を更に有するこ
とを特徴とする請求項１の超伝導トランジスタ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4344896A JPH06196766A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 超伝導トランジスタ |
| US08/112,806 US5318952A (en) | 1992-12-24 | 1993-08-27 | A superconducting transistor wherein hot electrons are injected into and trapped from the base |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4344896A JPH06196766A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 超伝導トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196766A true JPH06196766A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18372833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4344896A Withdrawn JPH06196766A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 超伝導トランジスタ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5318952A (ja) |
| JP (1) | JPH06196766A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120305060A1 (en) * | 2011-06-02 | 2012-12-06 | Silevo, Inc. | Tunneling-junction solar cell with copper grid for concentrated photovoltaic application |
| US9899546B2 (en) | 2014-12-05 | 2018-02-20 | Tesla, Inc. | Photovoltaic cells with electrodes adapted to house conductive paste |
| US10074755B2 (en) | 2013-01-11 | 2018-09-11 | Tesla, Inc. | High efficiency solar panel |
| US10084107B2 (en) | 2010-06-09 | 2018-09-25 | Tesla, Inc. | Transparent conducting oxide for photovoltaic devices |
| US10084099B2 (en) | 2009-11-12 | 2018-09-25 | Tesla, Inc. | Aluminum grid as backside conductor on epitaxial silicon thin film solar cells |
| US10115838B2 (en) | 2016-04-19 | 2018-10-30 | Tesla, Inc. | Photovoltaic structures with interlocking busbars |
| US10115839B2 (en) | 2013-01-11 | 2018-10-30 | Tesla, Inc. | Module fabrication of solar cells with low resistivity electrodes |
| US10164127B2 (en) | 2013-01-11 | 2018-12-25 | Tesla, Inc. | Module fabrication of solar cells with low resistivity electrodes |
| US10181536B2 (en) | 2015-10-22 | 2019-01-15 | Tesla, Inc. | System and method for manufacturing photovoltaic structures with a metal seed layer |
| US10309012B2 (en) | 2014-07-03 | 2019-06-04 | Tesla, Inc. | Wafer carrier for reducing contamination from carbon particles and outgassing |
| US10672919B2 (en) | 2017-09-19 | 2020-06-02 | Tesla, Inc. | Moisture-resistant solar cells for solar roof tiles |
| US11190128B2 (en) | 2018-02-27 | 2021-11-30 | Tesla, Inc. | Parallel-connected solar roof tile modules |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5793055A (en) * | 1995-11-30 | 1998-08-11 | Forschungszentrum Julich Gmbh | Hybrid electronic devices, particularly Josephson transistors |
| JP2002518853A (ja) * | 1998-06-17 | 2002-06-25 | イシス イノベイション リミテッド | 超電導トンネル接合デバイス |
| US7816303B2 (en) * | 2004-10-01 | 2010-10-19 | American Superconductor Corporation | Architecture for high temperature superconductor wire |
| CN102176353B (zh) * | 2011-03-16 | 2012-05-30 | 江苏长峰电缆有限公司 | 一种可拆分导体连接器的连接方法 |
| FI127861B (en) | 2017-06-29 | 2019-04-15 | Labmaster Oy | Method and apparatus for dynamically generating hot electrons in aqueous solutions |
| US12082512B2 (en) * | 2019-10-24 | 2024-09-03 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Semiconductor-superconductor hybrid device |
| IT202100027515A1 (it) | 2021-10-27 | 2023-04-27 | Consiglio Nazionale Ricerche | Superconducting variable inductance transistor |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS6010792A (ja) * | 1983-06-30 | 1985-01-19 | Toshiba Corp | 超伝導トランジスタ |
| JPS6068681A (ja) * | 1983-09-26 | 1985-04-19 | Toshiba Corp | 超伝導トランジスタ |
| US4575741A (en) * | 1984-04-26 | 1986-03-11 | International Business Machines Corporation | Cryogenic transistor with a superconducting base and a semiconductor-isolated collector |
| US4837604A (en) * | 1986-04-18 | 1989-06-06 | Hypres, Inc. | Femtosecond three-terminal switch and vertical tunnel junction |
| JPS63308974A (ja) * | 1987-06-11 | 1988-12-16 | Toshiba Corp | 超電導トランジスタ |
| JPH0291985A (ja) * | 1988-09-28 | 1990-03-30 | Fujitsu Ltd | 超伝導トランジスタ |
| GB2227388A (en) * | 1988-10-05 | 1990-07-25 | Gen Electric Co Plc | Superconducting transistors |
| JPH02246286A (ja) * | 1989-03-20 | 1990-10-02 | Hitachi Ltd | 超電導トランジスタ |
| JP2582643B2 (ja) * | 1989-08-07 | 1997-02-19 | 日本電信電話株式会社 | 超伝導トランジスタ |
| JPH03274775A (ja) * | 1990-03-23 | 1991-12-05 | Toshiba Corp | 超伝導素子 |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP4344896A patent/JPH06196766A/ja not_active Withdrawn
-
1993
- 1993-08-27 US US08/112,806 patent/US5318952A/en not_active Expired - Fee Related
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| US11190128B2 (en) | 2018-02-27 | 2021-11-30 | Tesla, Inc. | Parallel-connected solar roof tile modules |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5318952A (en) | 1994-06-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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