JPH06275882A - 超電導素子 - Google Patents
超電導素子Info
- Publication number
- JPH06275882A JPH06275882A JP5059194A JP5919493A JPH06275882A JP H06275882 A JPH06275882 A JP H06275882A JP 5059194 A JP5059194 A JP 5059194A JP 5919493 A JP5919493 A JP 5919493A JP H06275882 A JPH06275882 A JP H06275882A
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- Japan
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- region
- drain
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- electrode
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ｙ＞６．５）
を用いて酸化物超電導体３であるソース領域とドレイン
領域、二つの領域にはさまれた領域は酸化物Ｙ1-x Ｐｒ
x Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ｘ＝０．６〜１．０）からなる中
間領域２を設ける。中間領域上には絶縁層４を設ける。
ゲートオフ時に中間領域を絶縁体、オン時に超電導体と
するトランジスタ。
を用いて酸化物超電導体３であるソース領域とドレイン
領域、二つの領域にはさまれた領域は酸化物Ｙ1-x Ｐｒ
x Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ｘ＝０．６〜１．０）からなる中
間領域２を設ける。中間領域上には絶縁層４を設ける。
ゲートオフ時に中間領域を絶縁体、オン時に超電導体と
するトランジスタ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は超電導素子に係り、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。
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３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に上に設けられた砒
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１３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
１７はＳｉ3 Ｎ 4 から形成され、ゲート酸化膜１８はＳ
ｉＯ2 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に上に設けられた砒
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１３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
１７はＳｉ3 Ｎ 4 から形成され、ゲート酸化膜１８はＳ
ｉＯ2 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ス長程度のクーパ
ー対が染みだし、上記コヒーレンス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
ス長は、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ス長程度のクーパ
ー対が染みだし、上記コヒーレンス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
ス長は、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４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
ンス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ス
長λは数ｎｍ以下でありゲート長を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
ンス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ス
長λは数ｎｍ以下でありゲート長を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非超電導体を用いるこ
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非超電導体を用いるこ
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】上述の目的は第一の発明
によれば、基板上にソース領域と中間領域とドレイン領
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、ドレイン領域と中間領域は相接
して基板上に直接的に積層され、ソース領域とドレイン
領域はｐ型のＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ｙ＞６．５）からな
る酸化物超電導体であり、中間領域はソース領域とドレ
イン領域の間に配置され、絶縁層は前記中間領域の上に
積層され、ドレイン電極はドレイン領域に接続され、ソ
ース電極はソース領域に接続され、ゲート電極は絶縁層
に接続され、中間領域は酸化物Ｙ1-x Ｐｒx Ｂａ2 Ｃｕ
3 Ｏy （Ｘ＝０．６〜１．０）からなるとすることによ
り達成される。
によれば、基板上にソース領域と中間領域とドレイン領
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、ドレイン領域と中間領域は相接
して基板上に直接的に積層され、ソース領域とドレイン
領域はｐ型のＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ｙ＞６．５）からな
る酸化物超電導体であり、中間領域はソース領域とドレ
イン領域の間に配置され、絶縁層は前記中間領域の上に
積層され、ドレイン電極はドレイン領域に接続され、ソ
ース電極はソース領域に接続され、ゲート電極は絶縁層
に接続され、中間領域は酸化物Ｙ1-x Ｐｒx Ｂａ2 Ｃｕ
3 Ｏy （Ｘ＝０．６〜１．０）からなるとすることによ
り達成される。
【０００９】第二の発明によれば、基板上にソース領域
と中間領域とドレイン領域と、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、ドレイン領域と中間領域は相接して基板上に直接的
に積層され、ソース領域とドレイン領域はｐ型のＢｉ2
Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx からなる酸化物超電導体であり、
中間領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、
絶縁層は前記中間領域の上に積層され、ドレイン電極は
ドレイン領域に接続され、ソース電極はソース領域に接
続され、ゲート電極は絶縁層に接続され、中間領域は酸
化物Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃｕ2 Ｏx またはＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ
1-y Ｙy Ｃｕ2 Ｏx （ｙ＝０．５〜１．０）からなると
することにより達成される。
と中間領域とドレイン領域と、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、ドレイン領域と中間領域は相接して基板上に直接的
に積層され、ソース領域とドレイン領域はｐ型のＢｉ2
Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx からなる酸化物超電導体であり、
中間領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、
絶縁層は前記中間領域の上に積層され、ドレイン電極は
ドレイン領域に接続され、ソース電極はソース領域に接
続され、ゲート電極は絶縁層に接続され、中間領域は酸
化物Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃｕ2 Ｏx またはＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ
1-y Ｙy Ｃｕ2 Ｏx （ｙ＝０．５〜１．０）からなると
することにより達成される。
【００１０】第三の発明によれば、基板上にソース領域
と中間領域とドレイン領域と、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、ドレイン領域と中間領域は相接して基板上に直接的
に積層され、ソース領域とドレイン領域はｐ型のＴｌ−
Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ系酸化物超電導体であり、中間領域は
ソース領域とドレイン領域の間に配置され、絶縁層は前
記中間領域の上に積層され、ドレイン電極はドレイン領
域に接続され、ソース電極はソース領域に接続され、ゲ
ート電極は絶縁層に接続され、中間領域は酸化物ＣａＢ
ａＣｕ2 Ｏx からなるとすることにより達成される。
と中間領域とドレイン領域と、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、ドレイン領域と中間領域は相接して基板上に直接的
に積層され、ソース領域とドレイン領域はｐ型のＴｌ−
Ｃａ−Ｂａ−Ｃｕ系酸化物超電導体であり、中間領域は
ソース領域とドレイン領域の間に配置され、絶縁層は前
記中間領域の上に積層され、ドレイン電極はドレイン領
域に接続され、ソース電極はソース領域に接続され、ゲ
ート電極は絶縁層に接続され、中間領域は酸化物ＣａＢ
ａＣｕ2 Ｏx からなるとすることにより達成される。
【００１１】第四の発明によれば、基板上にソース領域
と中間領域とドレイン領域と、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、ドレイン領域と中間領域は相接して基板上に直接的
に積層され、ソース領域とドレイン領域はｐ型のＬａ
2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 またはＬａ2-x Ｂａx ＣｕＯ4 から
なる酸化物超電導体であり、中間領域はソース領域とド
レイン領域の間に配置され、絶縁層は前記中間領域の上
に積層され、ドレイン電極はドレイン領域に接続され、
ソース電極はソース領域に接続され、ゲート電極は絶縁
層に接続され、中間領域は酸化物Ｌａ2 ＣｕＯ4 からな
るとすることにより達成される。
と中間領域とドレイン領域と、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、ドレイン領域と中間領域は相接して基板上に直接的
に積層され、ソース領域とドレイン領域はｐ型のＬａ
2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 またはＬａ2-x Ｂａx ＣｕＯ4 から
なる酸化物超電導体であり、中間領域はソース領域とド
レイン領域の間に配置され、絶縁層は前記中間領域の上
に積層され、ドレイン電極はドレイン領域に接続され、
ソース電極はソース領域に接続され、ゲート電極は絶縁
層に接続され、中間領域は酸化物Ｌａ2 ＣｕＯ4 からな
るとすることにより達成される。
【００１２】
【作用】中間領域の酸化物はソース領域やドレイン領域
のｐ型酸化物超電導体と結晶構造の類似する絶縁体また
は半導体である。中間領域の酸化物とｐ型の酸化物超電
導体とは同一のペロブスカイト構造を有し、元素の置換
によって格子常数の異なる類似の結晶となっているが中
間領域の酸化物はキヤリア密度が小さいため絶縁体かま
たは半導体である。
のｐ型酸化物超電導体と結晶構造の類似する絶縁体また
は半導体である。中間領域の酸化物とｐ型の酸化物超電
導体とは同一のペロブスカイト構造を有し、元素の置換
によって格子常数の異なる類似の結晶となっているが中
間領域の酸化物はキヤリア密度が小さいため絶縁体かま
たは半導体である。
【００１３】中間領域の酸化物に電場を印加すると結晶
構造の類似性により、ソース領域とドレイン領域から絶
縁体の表面に正孔が注入される。この注入された正孔は
中間領域の酸化物の正孔密度を高めその表面を超電導体
化する。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
に設けた中間領域は絶縁体か半導体となるため、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中間
領域の寸法に制約がなくソース−ドレイン間の距離を大
きくできるから耐電圧の大きな超電導トランジスタが得
られる。
構造の類似性により、ソース領域とドレイン領域から絶
縁体の表面に正孔が注入される。この注入された正孔は
中間領域の酸化物の正孔密度を高めその表面を超電導体
化する。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
に設けた中間領域は絶縁体か半導体となるため、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中間
領域の寸法に制約がなくソース−ドレイン間の距離を大
きくできるから耐電圧の大きな超電導トランジスタが得
られる。
【００１４】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。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ＭｇＯ（１００）を
用い、この基板上に中間領域２を成膜し、さらにこれに
挟むような形でｐ型酸化物超電導体３を成膜した。この
とき、酸化物超電導体３と中間領域２は共にＣ軸配向し
ている。次いで中間領域２上に絶縁層４としてＳｒＴｉ
Ｏ3 膜を形成しその上にゲート電極７を形成した。酸化
物超電導体上にはソース電極５，ドレイン電極６を形成
した。
する。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ＭｇＯ（１００）を
用い、この基板上に中間領域２を成膜し、さらにこれに
挟むような形でｐ型酸化物超電導体３を成膜した。この
とき、酸化物超電導体３と中間領域２は共にＣ軸配向し
ている。次いで中間領域２上に絶縁層４としてＳｒＴｉ
Ｏ3 膜を形成しその上にゲート電極７を形成した。酸化
物超電導体上にはソース電極５，ドレイン電極６を形成
した。
【００１５】表１に酸化物超電導体と中間領域酸化物の
組合わせを示す。
組合わせを示す。
【００１６】
【表１】 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Ｉ
DSの関係を示す線図である。ゲート電圧ＶG による変化
を示した。表１に示した組み合わせ全てにおいて同様な
特性が観測された。
ース−ドレイン間電圧ＶDSとソース−ドレイン間電流Ｉ
DSの関係を示す線図である。ゲート電圧ＶG による変化
を示した。表１に示した組み合わせ全てにおいて同様な
特性が観測された。
【００１７】
【発明の効果】この発明によれば、ソース領域とドレイ
ン領域に超電導体を、また中間領域に超電導体と結晶構
造の類似する酸化物を配したので、ゲート電圧印加時に
中間領域の酸化物の表面に正孔が注入されて酸化物表面
が超電導体化する。このような超電導トランジスタでは
ソース−ドレイン間の中間領域の寸法には制約がなく、
中間領域を大きくすることができるので従来の超電導ト
ランジスタに比して耐電圧に優れている超電導トランジ
スタが得られる。
ン領域に超電導体を、また中間領域に超電導体と結晶構
造の類似する酸化物を配したので、ゲート電圧印加時に
中間領域の酸化物の表面に正孔が注入されて酸化物表面
が超電導体化する。このような超電導トランジスタでは
ソース−ドレイン間の中間領域の寸法には制約がなく、
中間領域を大きくすることができるので従来の超電導ト
ランジスタに比して耐電圧に優れている超電導トランジ
スタが得られる。
【図面の簡単な説明】
【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】従来の超電導トランジスタを示す断面図
【図４】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
１ 基板 ２ 中間領域 ３ 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 鈴木 健 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 津田 孝一 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 (4)
- 【請求項１】基板上にソース領域と、中間領域とドレイ
ン領域と、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中間領域は相接して基板上
に直接的に積層され、 ソース領域とドレイン領域はｐ型のＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy
（ｙ＞６．５）からなる酸化物超電導体であり、 中間領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、 絶縁層は前記中間領域の上に積層され、 ドレイン電極はドレイン領域に接続され、 ソース電極はソース領域に接続され、 ゲート電極は絶縁層に接続され、 中間領域は酸化物Ｙ1-x Ｐｒx Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏy （Ｘ＝
０．６〜１．０）からなることを特徴とする超電導素
子。 - 【請求項２】基板上にソース領域と、中間領域とドレイ
ン領域と、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中間領域は相接して基板上
に直接的に積層され、 ソース領域とドレイン領域はｐ型のＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣ
ｕ2 Ｏx からなる酸化物超電導体であり、 中間領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、 絶縁層は前記中間領域の上に積層され、 ドレイン電極はドレイン領域に接続され、 ソース電極はソース領域に接続され、 ゲート電極は絶縁層に接続され、 中間領域は酸化物Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃｕ2 Ｏx またはＢｉ2
Ｓｒ2 Ｃａ1-y Ｙy Ｃｕ2 Ｏx （ｙ＝０．５〜１．０）
からなることを特徴とする超電導素子。 - 【請求項３】基板上にソース領域と、中間領域とドレイ
ン領域と、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中間領域は相接して基板上
に直接的に積層され、 ソース領域とドレイン領域はｐ型のＴｌ−Ｃａ−Ｂａ−
Ｃｕ系酸化物超電導体であり、 中間領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、 絶縁層は前記中間領域の上に積層され、 ドレイン電極はドレイン領域に接続され、 ソース電極はソース領域に接続され、 ゲート電極は絶縁層に接続され、 中間領域は酸化物ＣａＢａＣｕ2 Ｏx からなることを特
徴とする超電導素子。 - 【請求項４】基板上にソース領域と、中間領域とドレイ
ン領域と、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中間領域は相接して基板上
に直接的に積層され、 ソース領域とドレイン領域はｐ型のＬａ2-x Ｓｒx Ｃｕ
Ｏ4 またはＬａ2-x Ｂａx ＣｕＯ4 からなる酸化物超電
導体であり、 中間領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、 絶縁層は前記中間領域の上に積層され、 ドレイン電極はドレイン領域に接続され、 ソース電極はソース領域に接続され、 ゲート電極は絶縁層に接続され、 中間領域は酸化物Ｌａ2 ＣｕＯ4 からなることを特徴と
する超電導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5059194A JPH06275882A (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 超電導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5059194A JPH06275882A (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 超電導素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275882A true JPH06275882A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13106371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5059194A Pending JPH06275882A (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 超電導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06275882A (ja) |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP5059194A patent/JPH06275882A/ja active Pending
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