JPH065935A - 超電導体装置 - Google Patents

超電導体装置

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JPH065935A
JPH065935A JP4156465A JP15646592A JPH065935A JP H065935 A JPH065935 A JP H065935A JP 4156465 A JP4156465 A JP 4156465A JP 15646592 A JP15646592 A JP 15646592A JP H065935 A JPH065935 A JP H065935A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
temperature superconductor
normal conductor
superconductor
gate
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Pending
Application number
JP4156465A
Other languages
English (en)
Inventor
Seiichi Iwamatsu
誠一 岩松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Publication of JPH065935A publication Critical patent/JPH065935A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電荷の移動度や微細加工の限界に影響されずに
高速に動作させることができる、新しいトランジスタ構
造を提供する。 【構成】高温超電導体と常電導体と高温超電導体との三
層構造および高温超電導体と半導体と高温超電導体との
三層構造を用いて、バイポーラ・トランジスタ、接合型
電界効果トランジスタおよび絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタを形成する。 【効果】ピコ秒以下の高速で動作するトランジスタを容
易に製作できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新しいトランジスタ構造
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、トランジスタは半導体を用いるの
が通例であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】 しかし、上記従来技
術によると、半導体中の電荷の移動度から来る高速化の
物理的限界があり、ピコ秒以下の高速動作をするトラン
ジスタを製作するには、微細加工の限界と相まって、極
めて困難であるという課題があった。
【0004】本発明は、かかる従来技術の課題を解決
し、電荷の移動度や微細加工の限界に影響されずに高速
に動作させることができる、新しいトランジスタ構造を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、上記
目的を達成するために、本発明は、超電導体装置に関
し、(1) 高温超電導体と常電導体と高温超電導体と
を三層構造と成し、各々エミッタとコレクタとベースと
して成るバイポーラ・トランジスタを形成する手段をと
ること、および、(2) 高温超電導体と常電導体と高
温超電導体とを三層構造と成し、前記常電導体表面にシ
ョットキ接合や拡散層接合あるいは合金層接合などの接
合層を形成してゲート領域となし、各々ソースとゲート
とドレインとして成る接合型電界効果トランジスタを形
成する手段をとること、および、(3) 高温超電導体
と常電導体と高温超電導体とを三層構造と成し、前記常
電導体表面に誘電体膜を介して電極を形成してゲート領
域となし、各々ソースとゲートとドレインとして成る絶
縁ゲート型電界効果トランジスタを形成する手段をとる
こと、および、(4) 高温超電導体と半導体と高温超
電導体とを三層構造と成し、各々エミッタとコレクタと
ベースとして成るバイポーラ・トランジスタを形成する
手段をとること、および、(5) 高温超電導体と半導
体と高温超電導体とを三層構造を成し、前記半導体表面
にショットキ接合や拡散層接合あるいは合金層接合など
の接合層を形成してゲート領域となし、各々ソースとゲ
ートとドレインとして成る接合型電界効果トランジスタ
を形成する手段をとること、および、(6) 高温超電
導体と半導体と高温超電導体とを三層構造を成し、前記
半導体表面に誘電体膜を介して電極を形成してゲート領
域となし、各々ソースとゲートとドレインとして成る絶
縁ゲート型電界効果トランジスタを形成する手段をとる
こと、などの手段をとる。
【0006】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳述する。
【0007】図1は、本発明の超電導体装置としての原
理的なトランジスタの模式断面図である。すなわち、
(a)はY1Ba2Cu37(以下YBCO)に代表され
る高温超電導体101および103に挟まれて、Pr1
Ba2Cu37やYCBOの組成比率変化により得られ
る常電導体、あるいは金属や合金あるいは炭素などから
成る常電導体、あるいはSi、GaAsなどの化合物半
導体、TiO2などの酸化物半導体、ダイアモンド半導
体あるいはYBCOの組成比率変化などにより得られる
半導体などから成る、常電導体あるいは半導体102が
形成されて成り、前記高温超電導体101、103およ
び常電導体あるいは半導体102の表面には各々金や銀
などから成る電極104、106および105が形成さ
れて成るとともに、該電極104、105および106
からは引出し電極が各々エミッタE、ベースB、および
コレクタCとしてバイポーラ・トランジスタを形成して
成る。なお、ベース領域である102の幅は100ナノ
メータ以下である。
【0008】(b)は高温超電導体111および113
に挟まれて常電導体あるいは半導体112が形成されて
成り、該常電導体あるいは半導体112の表面には、ま
たは表面から、Pt膜等を形成したショットキ接合か、
エピタキシャル成長または不純物拡散または異種材料に
よる合金化などによる接合部117が形成されて成ると
ともに、前記高温超電導体111、113および接合部
117の表面には各々電極114、116および115
が形成されて成るとともに、該電極114、115、お
よび116からは引出し電極が各々ソースS、ゲート
G、およびドレインDとして接合型電界効果トランジス
タを形成して成る。なお、ゲート領域である112の長
さは100ナノメータ以下である。
【0009】(c)は高温超電導体121および123
に挟まれて常電導体あるいは半導体122が形成されて
成り、該常電導体あるいは半導体122の表面にはSi
2膜、Si34膜あるいはYBCOなどの組成比率を
変化させた誘電体膜127が形成されて成るとともに、
前記高温超電導体121、123および誘電体膜127
の表面には各々電極124、126および125が形成
されて成るとともに、該電極124、125、および1
26からは引出し電極が各々ソースS、ゲートG、およ
びドレイ2Dとして絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
を形成して成る。なお、ゲート領域である122の長さ
は100ナノメータ以下である。さらに、前記誘電体膜
127上のゲート電極125はYBCOなどから成る超
電導体膜であってもよく、その場合にはゲート電極12
5からは別途引出し電極が金あるいは銀などの金属ある
いは合金で形成されることとなる。
【0010】図2は本発明の一実施例を示す超電導体装
置の断面図である。すなわち、単結晶SrTiO3また
はSiウエーハなどまたはSiウエーハなどの表面にP
t膜を形成した基板200表面に、分子線エピタキシャ
ル法あるいはスパッタ蒸着法あるいはCVD法などで形
成した単結晶YBCO膜などから成る100ナノメータ
厚さ程度の超電導体201の膜を図形状にホト・エッチ
された表面に、Pr1Ba2Cu37やYBCOの組成比
率変化により得られる常電導体、あるいは金属や合金あ
るいは炭素などから成る常電導体、あるいはSi、Ga
Asなどの化合物半導体、TiO2などの酸化物半導
体、ダイアモンド半導体あるいはYBCOの組成比率変
化などにより得られる半導体などから成る、常電導体あ
るいは半導体202が分子線エピタキシャル法あるいは
スパッタ蒸着法あるいはCVD法などで40ナノメータ
厚さ程度形成されて成り、該常電導体あるいは半導体2
02の膜を図形状にホト・エッチされた表面に分子線エ
ピタキシャル法あるいはスパッタ蒸着法あるいはCVD
法などで形成した単結晶YBCO膜などから成る100
ナノメータ厚さ程度の超電導体203の膜を形成し、該
超電導体203の膜を図形状にホト・エッチング後、S
iO2膜、Si34膜あるいはYBCOなどの組成比率
を変化させた絶縁体膜207が分子線エピタキシャル法
あるいはスパッタ蒸着法あるいはCVD法などで全面に
形成されて成るとともに、該絶縁体膜207にコンタク
ト孔をホト・エッチングで形成後、分子線エピタキシャ
ル法あるいはスパッタ蒸着法あるいはCVD法などで金
や銀あるいはYCBOなどの超電導体から成る500ナ
ノメータ厚さ程度の電極膜を形成し、該電極膜をホト・
エッチングして各々コレクタC、ベースBおよびエミッ
タEの電極204、205および 206を形成して成
るバイポーラ・トランジスタである。
【0011】なお、YBCOなどの高温超電導体はイオ
ン打ち込み法や不純物拡散法などにより組成比率を変化
させたり結晶性を変えることにより、半導体や絶縁体あ
るいは誘電体に変化させることができる便利な材料であ
り、前記あるいは後記の基板や半導体や、絶縁体あるい
は誘電体をもYBCOの変性体で構成することも可能で
ありYBCOなどの高温超電導体の単結晶ウエーハを基
板に用いれば、トランジスタのエミッタ領域やベース領
域およびコレクタ領域、あるいはソース領域やゲート領
域あるいはドレイン領域、あるいは誘電体膜や絶縁膜あ
るいは電極膜までもイオン打ち込み法とホトエッチング
法などのSi半導体に多用している技術を駆使すること
により、基板内に形成することが可能であるとともに、
膜形成技術を付加することにより三次元集積回路も容易
に製作することができる。
【0012】さらに、本発明のベース領域あるいはゲー
ト領域を構成する常電導体あるいは半導体から成る領域
は、丁度マイクロブリッジ型ジョセフソン接合部をトラ
ンジスタのベース領域あるいはゲート領域としての作用
をさせることを基本としており、該ベース領域あるいは
ゲート領域への電荷のしみだし効果を利用して、該電荷
を電流または電圧で制御してスイッチ作用や増幅作用を
させるものであり、ベースやゲート領域を通過する電荷
の速度は移動度の概念を考える必要はなく、殆ど光の速
度と同じ速度で伝幡およびスイッチさせることができる
とともに、ベース幅やゲート長は比較的大きくしても良
く、微細加工の限界内で加工できるため装置の製作も容
易となる。
【0013】図3は本発明の他の実施例を示す超電導体
装置の断面図である。すなわち、基板300の表面には
100ナノメータ厚さ程度の超電導体301および30
3が形成され、該超電導体301および303の100
ナノメータ程度のギャップを埋める形で常電導体あるい
は半導体302が形成され、該常電導体あるいは半導体
302表面には100ナノメータ厚さ程度の接合部30
7の膜が形成され、全面に100ナノメータ厚さ程度の
絶縁膜308を被覆後該絶縁膜308にコンタクト孔を
開けた後、ソースS、ゲートGおよびドレインDの各々
の500ナノメータ厚さ程度の電極304、305およ
び306を形成して成る接合型電界効果トランジスタで
ある。
【0014】図4は本発明のその他の実施例を示す超電
導体装置の断面図である。すなわち、基板400の表面
には100ナノメータ厚さ程度の常電導体あるいは半導
体402が形成された後、100ナノメータ厚さ程度の
超電導体401および403が前記常電導体あるいは半
導体402の表面に100ナノメータ程度のギャップを
設けて形成され、該常電導体あるいは半導体402の表
面には10ナノメータ厚さ程度の誘電体膜407が形成
され、該誘電体膜407の表面にはゲートGとしての3
00〜500ナノメータ厚さ程度の電極405とソース
SおよびドレインDの300〜500ナノメータ厚さ程
度の電極404および406が 100ナノメータ厚さ
程度の絶縁膜408を介し、該絶縁膜408に開けられ
たコンタクト孔を通して形成されて成る絶縁ゲート型ト
ランジスタである。
【0015】なお、電極404、405および406な
どをYBCOなどの超電導体膜で形成すると、配線抵抗
が殆ど零となり本発明によるトランジスタの一層の高速
化に役立つ。このことは、絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタのみならずバイポーラ・トランジスタや接合型電
界効果トランジスタの配線抵抗の低減による高速化とし
ても役立つことである。
【0016】
【発明の効果】本発明によりピコ秒以下の高速で動作す
るトランジスタを容易に製作することができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の超電導体装置としての原理的なトラ
ンジスタの模式断面図である。
【図2】 本発明の一実施例を示す超電導体装置の断面
図である。
【図3】 本発明の他の実施例を示す超電導体装置の断
面図である。
【図4】 本発明のその他の実施例を示す超電導体装置
の断面図である。
【符号の説明】
200、300、400・・・基板 101、103、111、113、121、123、2
01、203、301、303、401、403・・・
超電導体 102、112、122、202、302、402・・
・常電導体あるいは半導体 104、105、106、114、115、116、1
24、125、126、204、205、206、30
4、305、306、404、405、406・・・電
極 117、307・・・接合部 127、407・・・誘電体膜 207、308、408・・・絶縁体膜 E・・・エミッタ B・・・ベース C・・・コレクタ S・・・ソース G・・・ゲート D・・・ドレイン

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高温超電導体と常電導体と高温超電導体
    とが三層構造を成し、各々エミッタとコレクタとベース
    から成るバイポーラ・トランジスタを形成して成ること
    を特徴とする超電導体装置。
  2. 【請求項2】 高温超電導体と常電導体と高温超電導体
    とが三層構造を成し、前記常電導体表面にはショットキ
    接合や拡散層接合あるいは合金層接合などの接合層が形
    成されてゲート領域となし、各々ソースとゲートとドレ
    インから成る接合型電界効果トランジスタを形成して成
    ることを特徴とする超電導体装置。
  3. 【請求項3】 高温超電導体と常電導体と高温超電導体
    とが三層構造を成し、前記常電導体表面には誘電体膜を
    介して電極が形成されてゲート領域となし、各々ソース
    とゲートとドレインから成る絶縁ゲート型電界効果トラ
    ンジスタを形成して成ることを特徴とする超電導体装
    置。
  4. 【請求項4】 高温超電導体と半導体と高温超電導体と
    が三層構造を成し、各々エミッタとコレクタとベースか
    ら成るバイポーラ・トランジスタを形成して成ることを
    特徴とする超電導体装置。
  5. 【請求項5】 高温超電導体と半導体と高温超電導体と
    が三層構造を成し、前記半導体表面にはショットキ接合
    や拡散層接合あるいは合金層接合などの接合層が形成さ
    れてゲート領域となし、各々ソースとゲートとドレイン
    から成る接合型電界効果トランジスタを形成して成るこ
    とを特徴とする超電導体装置。
  6. 【請求項6】 高温超電導体と半導体と高温超電導体と
    が三層構造を成し、前記半導体表面には誘電体膜を介し
    て電極が形成されてゲート領域となし、各々ソースとゲ
    ートとドレインから成る絶縁ゲート型電界効果トランジ
    スタを形成して成ることを特徴とする超電導体装置。
JP4156465A 1992-06-16 1992-06-16 超電導体装置 Pending JPH065935A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7689573B2 (en) 2002-12-11 2010-03-30 Hitachi, Ltd. Prefetch appliance server

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7689573B2 (en) 2002-12-11 2010-03-30 Hitachi, Ltd. Prefetch appliance server

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