JPH0677547A - Three terminal element capable of handling superconductor - Google Patents

Three terminal element capable of handling superconductor

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JPH0677547A
JPH0677547A JP4225519A JP22551992A JPH0677547A JP H0677547 A JPH0677547 A JP H0677547A JP 4225519 A JP4225519 A JP 4225519A JP 22551992 A JP22551992 A JP 22551992A JP H0677547 A JPH0677547 A JP H0677547A
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JP
Japan
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layer
superconductor
base
collector
superconducting
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4225519A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsunehiro Namigashira
経裕 波頭
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0677547A publication Critical patent/JPH0677547A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a superconductor capable of handling three terminal element having amplification capacity. CONSTITUTION:In a three terminal element having a base layer 2 comprising a superconductor, an emitter layer 3 implanting superconductive electrons in the base layer 2 and a collector layer 1 to arrest the super conductive electrons from the base layer 2 as well as using the superconductive tunnel phenomenon between the base layer 2 and the emitting layer 3, a tunnel barrier 5 is also provided between the base layer 2 and the collector layer 1. In such a constitution, a bias voltage is implanted in the space between the collector layer 1 and the emitter layer 3 while input signal voltage is also impressed in the space between the collector layer 1 and the base layer 2. Furthermore, the collector layer 1 is provided with a barrier 6 comprising a depletion layer to control the superconductive electrons.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超伝導体対応型三端子
素子に関するものである。近年、コンピュータ等のエレ
クトロニクス技術分野において、低消費電力で高速動作
が可能な電子素子として、超伝導トランジスタ等の超伝
導体対応型三端子素子の実用化が期待されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconductor-compatible three-terminal element. 2. Description of the Related Art In recent years, in the field of electronics technology such as computers, it has been expected that a superconductor-compatible three-terminal element such as a superconducting transistor will be put into practical use as an electronic element that can operate at high speed with low power consumption.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、超伝導体中の電子の振る舞い
を利用した超伝導ベーストランジスタ等の超伝導体対応
型三端子素子は知られていた。図5は、従来の超伝導ベ
ーストランジスタの構成説明図である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a superconductor-compatible three-terminal element such as a superconducting base transistor utilizing the behavior of electrons in a superconductor has been known. FIG. 5 is a diagram illustrating the structure of a conventional superconducting base transistor.

【0003】この図において、41は半導体基板、42
は超伝導体層、43はトンネルバリア、44は超伝導体
層、45はコレクタ電極、46はベース電極、47はエ
ミッタ電極である。
In this figure, 41 is a semiconductor substrate, and 42 is a semiconductor substrate.
Is a superconductor layer, 43 is a tunnel barrier, 44 is a superconductor layer, 45 is a collector electrode, 46 is a base electrode, and 47 is an emitter electrode.

【0004】この従来の超伝導ベーストランジスタにお
いては、半導体基板41の上に超伝導体層42が形成さ
れ、その上にトンネルバリア43が形成され、その上に
超伝導体層44が形成され、半導体基板41にコレクタ
電極45が、超伝導体層42にベース電極46が、超伝
導体層44にエミッタ電極47が形成されている。
In this conventional superconducting base transistor, a superconductor layer 42 is formed on a semiconductor substrate 41, a tunnel barrier 43 is formed on it, and a superconductor layer 44 is formed on it. A collector electrode 45 is formed on the semiconductor substrate 41, a base electrode 46 is formed on the superconductor layer 42, and an emitter electrode 47 is formed on the superconductor layer 44.

【0005】図6は、従来の超伝導ベーストランジスタ
のエネルギーバンド図である。この図中に記載された符
号は図5で説明したものと同様である。このエネルギー
バンド図を参照して従来の超伝導ベーストランジスタの
動作を説明する。
FIG. 6 is an energy band diagram of a conventional superconducting base transistor. The reference numerals described in this figure are the same as those described in FIG. The operation of the conventional superconducting base transistor will be described with reference to this energy band diagram.

【0006】この超伝導ベーストランジスタにおいて
は、コレクタとなる半導体基板41とエミッタとなる超
伝導体層44の間にバイアス電圧が印加されており、ベ
ースとなる超伝導体層42とエミッタとなる超伝導体層
44の間に入力信号が印加されており、トンネルバリア
43を挟んだベースとなる超伝導体層42とエミッタと
なる超伝導体層44の電位によって、エミッタとなる超
伝導体層44からの準粒子の移動量が制御され、トンネ
ルバリア43をトンネルして通過した電子が半導体基板
41に収集されるようになっている。
In this superconducting base transistor, a bias voltage is applied between the semiconductor substrate 41 serving as the collector and the superconductor layer 44 serving as the emitter, and the superconductor layer 42 serving as the base and the superconductor layer serving as the emitter. An input signal is applied between the conductor layers 44, and the potential of the superconductor layer 42 serving as the base and the superconductor layer 44 serving as the emitter with the tunnel barrier 43 interposed therebetween causes the superconductor layer 44 serving as the emitter. The amount of movement of the quasi-particles is controlled so that the electrons passing through the tunnel barrier 43 are collected by the semiconductor substrate 41.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】この従来の超伝導ベー
ストランジスタにおいては、入力信号をベースとなる超
伝導体層42とエミッタとなる超伝導体層44の間に加
え、この間に形成されているトンネルバリア43での準
粒子のトンネル現象を制御しており、コレクタとなる半
導体基板41とベースとなる超伝導体層42の間は直接
結合されており、両者の界面の半導体基板に形成された
バリアが電子の流れを妨げている。
In this conventional superconducting base transistor, an input signal is applied between the superconducting layer 42 serving as the base and the superconducting layer 44 serving as the emitter, and is formed between them. The tunnel phenomenon of the quasi-particles in the tunnel barrier 43 is controlled, and the semiconductor substrate 41 serving as the collector and the superconductor layer 42 serving as the base are directly coupled to each other, and the semiconductor substrate at the interface between the two is formed. The barrier blocks the flow of electrons.

【0008】この問題を解決するためにこの領域に二重
バリア層を形成する試みも提案されているが、大きな改
善効果は得られず、トランジスタとしての増幅作用は実
現されていない。本発明は、増幅作用を有する超伝導体
対応型三端子素子を実現することを目的とする。
Attempts have been made to form a double barrier layer in this region in order to solve this problem, but no significant improvement effect is obtained and the amplifying action as a transistor has not been realized. An object of the present invention is to realize a superconductor-compatible three-terminal element having an amplifying action.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる超伝導体
対応型三端子素子においては、超伝導体からなるベース
層と、該ベース層に超伝導電子を注入するエミッタ層
と、該ベース層からの超伝導電子を捕捉するコレクタ層
を有し、このベース層とエミッタ層の間の超伝導トンネ
ル現象を用いた三端子素子において、該ベース層とコレ
クタ層の間にもトンネルバリアを有する構成を採用し
た。
In a superconductor-compatible three-terminal device according to the present invention, a base layer made of a superconductor, an emitter layer for injecting superconducting electrons into the base layer, and the base layer. A three-terminal device using a superconducting tunnel phenomenon between the base layer and the emitter layer, having a collector layer for trapping superconducting electrons from It was adopted.

【0010】この場合、コレクタ層に超伝導電子を制御
する空乏層からなるバリアを有する構成を採用すること
ができる。
In this case, it is possible to employ a structure in which the collector layer has a barrier composed of a depletion layer for controlling superconducting electrons.

【0011】[0011]

【作用】図1(A)〜(D)は、本発明の超伝導体対応
型三端子素子の原理説明図である。このバンドモデルを
用いた原理説明図によって本発明の超伝導体対応型三端
子素子を説明する。この図において、1はコレクタ、2
はベース、3はエミッタ、4は超伝導トンネルバリア、
5はトンネルバリア、6は空乏層によるバリア、7,8
はエネルギーギャップ(2Δ)、9は接合電位である。
そして、コレクタ1は、半導体もしくはNbドープSr
TiO3 のような導電性のある誘電体で構成され、2,
3はNb等の超伝導体で構成され、4,5はSiO2
の絶縁体膜によって構成されている。
1 (A) to 1 (D) are explanatory views of the principle of the superconductor-compatible three-terminal element of the present invention. The superconductor-compatible three-terminal element of the present invention will be described with reference to the principle explanatory diagram using this band model. In this figure, 1 is a collector, 2
Is a base, 3 is an emitter, 4 is a superconducting tunnel barrier,
5 is a tunnel barrier, 6 is a depletion layer barrier, 7 and 8
Is an energy gap (2Δ), and 9 is a junction potential.
The collector 1 is a semiconductor or Nb-doped Sr.
It is composed of a conductive dielectric such as TiO 3 ,
Reference numeral 3 is made of a superconductor such as Nb, and reference numerals 4 and 5 are made of an insulating film such as SiO 2 .

【0012】本発明の特徴は、コレクタ1とベース2の
中間層としてトンネルバリア5が形成され、あるいは、
コレクタ1中のトンネルバリア5の付近に空乏層による
バリア6が形成されている点であり、この空乏層による
バリア6は、電流を制御するために特に設けられたもの
である。
A feature of the present invention is that the tunnel barrier 5 is formed as an intermediate layer between the collector 1 and the base 2, or
The barrier 6 is formed by a depletion layer in the vicinity of the tunnel barrier 5 in the collector 1, and the barrier 6 by the depletion layer is especially provided for controlling the current.

【0013】この図によって、本発明の超伝導体対応型
三端子素子の動作を説明する。 1.図1(A)は、コレクタ1、ベース2、エミッタ3
に電圧が印加されていない状態を示している。この状態
では、超伝導トンネルバリア4を挟んだエミッタ3のエ
ネルギーギャップ(2Δ)7とベース2のエネルギーギ
ャップ(2Δ)の高さは等しく、コレクタ1のトンネル
バリア5側には空乏層によるバリア6が形成されてい
る。
The operation of the superconductor-compatible three-terminal element of the present invention will be described with reference to this drawing. 1. FIG. 1A shows a collector 1, a base 2, and an emitter 3.
It shows a state in which no voltage is applied to. In this state, the energy gap (2Δ) 7 of the emitter 3 and the energy gap (2Δ) of the base 2 which sandwich the superconducting tunnel barrier 4 are equal in height, and the barrier 6 due to the depletion layer is formed on the tunnel barrier 5 side of the collector 1. Are formed.

【0014】2.図1(B)は、コレクタ1とエミッタ
3の間にバイアス電圧が印加された状態を示している。
この状態では、図1(A)に示されたエネルギーバンド
に比較して、コレクタ1とエミッタ3の間に印加された
バイアス電圧によって、ベース2のエネルギーバンド
は、コレクタ1のエネルギーバンドより押し上げられ、
エミッタ3のエネルギーバンドは、ベース2のエネルギ
ーバンドより押し上げられている。この状態では、ベー
ス2とエミッタ3の間にかかる接合電位9がエネルギー
ギャップ(2Δ)7,8より小さく、エミッタ3の価電
子帯の頂がベース2のエネルギーギャップ(2Δ)内に
入っているために、超伝導トンネルバリア4を通して超
伝導電子のエミッタ3からベース2へのトンネルは起こ
らず、したがって、この超伝導体対応型三端子素子に出
力電流は生じない。
2. FIG. 1B shows a state in which a bias voltage is applied between the collector 1 and the emitter 3.
In this state, as compared with the energy band shown in FIG. 1A, the energy band of the base 2 is pushed higher than the energy band of the collector 1 by the bias voltage applied between the collector 1 and the emitter 3. ,
The energy band of the emitter 3 is pushed higher than the energy band of the base 2. In this state, the junction potential 9 applied between the base 2 and the emitter 3 is smaller than the energy gaps (2Δ) 7 and 8, and the top of the valence band of the emitter 3 is within the energy gap (2Δ) of the base 2. Therefore, a tunnel of superconducting electrons from the emitter 3 to the base 2 does not occur through the superconducting tunnel barrier 4, and therefore an output current does not occur in this superconductor-compatible three-terminal element.

【0015】3.図1(C)は、コレクタ1とエミッタ
3の間にバイアス電圧が印加され、コレクタ1とベース
2の間に小さい入力電圧が印加された状態を示してい
る。この状態では、コレクタ1とベース2の間に印加さ
れた入力電圧によって、ベース2のエネルギーバンド
は、コレクタ1のエネルギーバンドより相対的に高くな
り、エミッタ3の価電子帯の頂がベース2の価電子帯に
入るために、超伝導トンネルバリア4を通して超伝導電
子のエミッタ3からベース2へのトンネルが起こる状態
になっている。しかし、ベース2に隣接して、トンネル
バリア5を介してコレクタ1内に形成されている空乏層
によるバリア6が高いため、この超伝導電子はトンネル
バリア5をトンネルして通過することはできず、したが
って、この超伝導体対応型三端子素子に出力電流は生じ
ない。
3. FIG. 1C shows a state in which a bias voltage is applied between the collector 1 and the emitter 3 and a small input voltage is applied between the collector 1 and the base 2. In this state, due to the input voltage applied between the collector 1 and the base 2, the energy band of the base 2 becomes relatively higher than the energy band of the collector 1, and the top of the valence band of the emitter 3 of the base 2. To enter the valence band, a tunnel of superconducting electrons from the emitter 3 to the base 2 occurs through the superconducting tunnel barrier 4. However, since the barrier 6 due to the depletion layer formed in the collector 1 adjacent to the base 2 via the tunnel barrier 5 is high, this superconducting electron cannot tunnel through the tunnel barrier 5. Therefore, no output current is generated in this superconductor-compatible three-terminal element.

【0016】4.図1(D)は、コレクタ1とエミッタ
3の間にバイアス電圧が印加され、コレクタ1とベース
2の間に大きい入力電圧が印加された状態を示してい
る。この状態では、図1(C)と同様に、コレクタ1と
ベース2の間に印加された入力電圧によって、ベース2
のエネルギーバンドは、コレクタ1のエネルギーバンド
より相対的に高くなり、エミッタ3の価電子帯の頂がベ
ース2の価電子帯に入って、超伝導トンネルバリア4を
通して超伝導電子のエミッタ3からベース2へのトンネ
ルは起こる状態になっている。そして、ベース2に隣接
し、トンネルバリア5を介して形成されているコレクタ
1内の空乏層によるバリア6が低下するため、超伝導電
子はこのトンネルバリア5をトンネルして通過すること
ができ、この超伝導体対応型三端子素子に出力電流が生
じる。
4. FIG. 1D shows a state in which a bias voltage is applied between the collector 1 and the emitter 3 and a large input voltage is applied between the collector 1 and the base 2. In this state, as in FIG. 1C, the base 2 is changed by the input voltage applied between the collector 1 and the base 2.
Has a relatively higher energy band than the energy band of the collector 1, the top of the valence band of the emitter 3 enters the valence band of the base 2, and the superconducting electron from the emitter 3 to the base passes through the superconducting tunnel barrier 4. The tunnel to 2 is ready to happen. Then, since the barrier 6 due to the depletion layer in the collector 1 adjacent to the base 2 and formed through the tunnel barrier 5 is lowered, the superconducting electrons can tunnel through the tunnel barrier 5 and pass therethrough. An output current is generated in this superconductor-compatible three-terminal element.

【0017】本発明の超伝導体対応型三端子素子におい
ては、ベース2およびエミッタ3に超伝導体を用いるこ
とによって、エミッタ3とベース2との間に超伝導電子
によるトンネル現象を利用できるばかりでなく、超伝導
体内部の電子状態が凝縮しているためにリーク電流を抑
制することができ、動作時には入力電圧の小さい変化に
よって、大きな出力電流変化をもたらす等の特徴を有す
る。
In the superconductor-compatible three-terminal element of the present invention, the use of superconductors for the base 2 and the emitter 3 makes it possible to utilize the tunneling phenomenon due to superconducting electrons between the emitter 3 and the base 2. In addition, since the electronic state inside the superconductor is condensed, the leak current can be suppressed, and a small change in the input voltage causes a large change in the output current during operation.

【0018】これらの特徴は、図5および図6に示され
た、従来知られていた超伝導トランジスタにおいて、ベ
ース42とエミッタ44の間のバリアを電流の制御に用
いているのに対し、本発明においては、図1に示すよう
に、コレクタ1とベース2の間にトンネルバリア5を形
成し、また、コレクタ1の内部に新たに空乏層によりバ
リア6を特に設け、そのバリアを電流の制御に用いるよ
うにした結果得られるものである。
These features are different from the conventional superconducting transistor shown in FIGS. 5 and 6 in that the barrier between the base 42 and the emitter 44 is used for controlling the current. In the present invention, as shown in FIG. 1, a tunnel barrier 5 is formed between the collector 1 and the base 2, and a barrier 6 is newly provided inside the collector 1 by a depletion layer to control the current. It is obtained as a result of using it.

【0019】すなわち、コレクタ1とベース2の間に形
成したトンネルバリア5によって、空乏層にかかる逆バ
イアス電圧を低減するとともに、ベース電圧を空乏層電
位よりも大きくでき、コレクタ電流を大きくするという
効果を生じる。
That is, the tunnel barrier 5 formed between the collector 1 and the base 2 reduces the reverse bias voltage applied to the depletion layer, and the base voltage can be made higher than the depletion layer potential, thereby increasing the collector current. Cause

【0020】また、コレクタ1の内部に新たに形成した
空乏層によるバリア6によって、ベース2からコレクタ
1へ電子がトンネルするベースコレクタ間電圧にしきい
値を設け、ベース電位に対する出力電流の変化を大きく
するという効果を生じる。さらに、このような構成を採
用することによって、超伝導体対応型三端子素子の動作
電圧を、コレクタ1への不純物のドープ量により設定す
ることができるため設計上の自由度が大きくなる。そし
て、コレクタ1の空乏層によるバリアの制御によって超
伝導電子を有効に制御し、入力電圧の増幅を可能にす
る。
Further, a barrier 6 formed by a depletion layer newly formed inside the collector 1 sets a threshold value for the base-collector voltage at which electrons tunnel from the base 2 to the collector 1 to greatly change the output current with respect to the base potential. Produces the effect of Further, by adopting such a configuration, the operating voltage of the superconductor-compatible three-terminal element can be set by the doping amount of impurities into the collector 1, so that the degree of freedom in design is increased. Then, by controlling the barrier by the depletion layer of the collector 1, the superconducting electrons are effectively controlled and the input voltage can be amplified.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 (第1実施例)図2は、第1実施例の超伝導体対応型三
端子素子の構成説明図である。この図において、11は
NbドープSrTiO3 基板、12は空乏層バリア、1
3はSiO2 トンネルバリア、14はNb超伝導体層、
15はAl層、16はAlOX 超伝導トンネルバリア、
17はNb超伝導体層、18はコレクタ電極、19はベ
ース電極、20はエミッタ電極である。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. (First Embodiment) FIG. 2 is a structural explanatory view of a superconductor-compatible three-terminal element of the first embodiment. In this figure, 11 is an Nb-doped SrTiO 3 substrate, 12 is a depletion layer barrier, 1
3 is a SiO 2 tunnel barrier, 14 is a Nb superconductor layer,
15 is an Al layer, 16 is an AlO x superconducting tunnel barrier,
Reference numeral 17 is an Nb superconductor layer, 18 is a collector electrode, 19 is a base electrode, and 20 is an emitter electrode.

【0022】この実施例の超伝導体対応型三端子素子に
おいては、NbドープSrTiO3基板11の上にCV
D法によって厚さ3nmのSiO2 トンネルバリア13
を形成し、その上に厚さ50nmのNb超伝導体層14
を形成し、その上に厚さ7nmのAl層15を堆積した
後、その表面を3nm酸化してAlOX 超伝導トンネル
バリア16を形成し、その上に厚さ100nmのNb超
伝導体層17を形成し、NbドープSrTiO3 基板1
1にコレクタ電極18を、Nb超伝導体層14にベース
電極19を、Nb超伝導体層17にエミッタ電極20を
形成する。この構成において、NbドープSrTiO3
基板11には、空乏層バリア12が形成される。
In the superconductor-compatible three-terminal element of this embodiment, the CV is formed on the Nb-doped SrTiO 3 substrate 11.
The SiO 2 tunnel barrier 13 having a thickness of 3 nm is formed by the D method.
And a Nb superconductor layer 14 having a thickness of 50 nm is formed thereon.
And a 7 nm thick Al layer 15 is deposited thereon, the surface is oxidized by 3 nm to form an AlO x superconducting tunnel barrier 16, and a 100 nm thick Nb superconductor layer 17 is formed thereon. Forming Nb-doped SrTiO 3 substrate 1
1, the collector electrode 18 is formed on the Nb superconductor layer 14, the base electrode 19 is formed on the Nb superconductor layer 14, and the emitter electrode 20 is formed on the Nb superconductor layer 17. In this structure, Nb-doped SrTiO 3
A depletion layer barrier 12 is formed on the substrate 11.

【0023】この実施例においては、NbドープSrT
iO3 基板11を用いたため、Nbのドープ量を変える
ことによって、基板でもあるコレクタ中の空乏層バリア
の高さを調節してこの超伝導体対応型三端子素子のしき
い値を設定することができ、その上に形成するNb超伝
導体層14,17との相性がよく、また、キャリアの移
動度が高いため高速動作特性を得ることができる。
In this embodiment, Nb-doped SrT
Since the iO 3 substrate 11 is used, the height of the depletion layer barrier in the collector, which is also the substrate, is adjusted by changing the doping amount of Nb to set the threshold value of this superconductor-compatible three-terminal element. And the Nb superconductor layers 14 and 17 formed thereon have good compatibility with each other, and high carrier mobility allows high-speed operation characteristics to be obtained.

【0024】また、Al−AlOX 超伝導トンネルバリ
ア16を用いたため、Nb超伝導体層14,17との相
性がよく、ピンホールがないきわめて薄いトンネルバリ
アが形成され、良好なジョセフソン接合となっている。
Further, since the Al—AlO x superconducting tunnel barrier 16 is used, it has good compatibility with the Nb superconducting layers 14 and 17, and an extremely thin tunnel barrier without pinholes is formed, resulting in a good Josephson junction. Has become.

【0025】この実施例の超伝導体対応型三端子素子の
エネルギーバンドは図1の原理説明図のようになってお
り、その動作も先に説明した動作原理と同様である。
The energy band of the superconductor-compatible three-terminal element of this embodiment is as shown in the principle explanatory view of FIG. 1, and its operation is also the same as the operation principle described above.

【0026】(第2実施例)図3は、第2実施例の超伝
導体対応型三端子素子の説明図である。この図におい
て、21はNbドープSrTiO3 基板、22は空乏層
バリア、23はCeO2 トンネルバリア、24はYBC
O超伝導体層、25はCeO2 超伝導トンネルバリア、
26はYBCO超伝導体層、27はコレクタ電極、28
はベース電極、29はエミッタ電極である。
(Second Embodiment) FIG. 3 is an explanatory view of a superconductor-compatible three-terminal element of the second embodiment. In this figure, 21 is an Nb-doped SrTiO 3 substrate, 22 is a depletion layer barrier, 23 is a CeO 2 tunnel barrier, and 24 is YBC.
O superconductor layer, 25 is a CeO 2 superconducting tunnel barrier,
26 is a YBCO superconductor layer, 27 is a collector electrode, 28
Is a base electrode and 29 is an emitter electrode.

【0027】この実施例の超伝導体対応型三端子素子に
おいては、NbドープSrTiO3基板21の上にCe
2 トンネルバリア23を形成し、その上にYBaCu
O(YBCO)超伝導体層24を形成し、その上にCe
2 超伝導トンネルバリア25を形成し、その上にYB
CO超伝導体層26を形成し、NbドープSrTiO 3
基板21にコレクタ電極27を、YBCO超伝導体層2
4にベース電極28を、YBCO超伝導体層26にエミ
ッタ電極29を形成する。この構成において、Nbドー
プSrTiO3 基板11には、空乏層バリア22が形成
される。
In the superconductor-compatible three-terminal element of this embodiment
In addition, Nb-doped SrTiO 33Ce on the substrate 21
O2A tunnel barrier 23 is formed, and YBaCu is formed on the tunnel barrier 23.
An O (YBCO) superconductor layer 24 is formed, and Ce is formed thereon.
O2Superconducting tunnel barrier 25 is formed and YB is formed on it.
A CO superconductor layer 26 is formed, and Nb-doped SrTiO 3 is formed. 3
The collector electrode 27 is provided on the substrate 21 and the YBCO superconductor layer 2 is provided.
4 to the base electrode 28 and the YBCO superconductor layer 26 to the emitter.
The contact electrode 29 is formed. In this configuration, Nb
SrTiO3A depletion layer barrier 22 is formed on the substrate 11.
To be done.

【0028】この実施例においては、NbドープSrT
iO3 基板21のキャリアの移動度が高いため高速動作
特性を得ることができ、また、NbドープSrTiO3
基板21を用いたため、酸化物超伝導体であるYBCO
超伝導体層24,26を安定に堆積することができる。
In this embodiment, Nb-doped SrT
Since the carrier mobility of the iO 3 substrate 21 is high, high-speed operation characteristics can be obtained, and the Nb-doped SrTiO 3
Since the substrate 21 is used, YBCO which is an oxide superconductor
The superconductor layers 24 and 26 can be stably deposited.

【0029】また、酸化物超伝導体であるYBCOを用
いることによって素子の動作温度を液体窒素温度に上げ
ることができる。そしてまた、CeO2 トンネルバリア
23とCeO2 超伝導トンネルバリア25を用いたた
め、半導体材料の熱拡散を低減し、NbドープSrTi
3 基板21やYBCO超伝導体層24,26との整合
性が良好になる。なお、絶縁体であるCeO2 に代え
て、NdGaO3 やLaAlO3 等を用いることも可能
である。
By using YBCO which is an oxide superconductor, the operating temperature of the device can be raised to the liquid nitrogen temperature. Further, since the CeO 2 tunnel barrier 23 and the CeO 2 superconducting tunnel barrier 25 are used, thermal diffusion of the semiconductor material is reduced, and Nb-doped SrTi is used.
The conformity with the O 3 substrate 21 and the YBCO superconductor layers 24 and 26 is improved. Note that NdGaO 3 , LaAlO 3, or the like can be used instead of CeO 2 which is an insulator.

【0030】この実施例の超伝導体対応型三端子素子の
エネルギーバンドは図1の原理説明図のようになってお
り、その動作も先に説明した動作原理と同様である。
The energy band of the superconductor-compatible three-terminal element of this embodiment is as shown in the principle explanatory view of FIG. 1, and its operation is also the same as the operation principle described above.

【0031】(第3実施例)図4は、第3実施例の超伝
導体対応型三端子素子の説明図である。この図におい
て、31はInSb基板、32は空乏層バリア、33は
InSb酸化物トンネルバリア、34はNb超伝導体
層、35はAl層、36はAlOX超伝導トンネルバリ
ア、37はNb超伝導体層、38はコレクタ電極、39
はベース電極、40はエミッタ電極である。
(Third Embodiment) FIG. 4 is an explanatory view of a superconductor-compatible three-terminal element of a third embodiment. In this figure, 31 is InSb substrate, 32 is the depletion layer barrier 33 is InSb oxide tunnel barrier, 34 Nb superconductor layer 35 is Al layer, 36 AlO X superconducting tunnel barrier, 37 Nb superconducting Body layer, 38 is collector electrode, 39
Is a base electrode and 40 is an emitter electrode.

【0032】この実施例の超伝導体対応型三端子素子に
おいては、InSb基板31の上にInSb酸化物トン
ネルバリア33を形成し、その上にNb超伝導体層34
を形成し、その上にAl層35を堆積した後、その表面
を酸化してAlOX 超伝導トンネルバリア36を形成
し、その上にNb超伝導体層37を形成し、InSb基
板31にコレクタ電極38を、Nb超伝導体層34にベ
ース電極39を、Nb超伝導体層37にエミッタ電極4
0を形成する。この構成において、InSb基板31に
は、空乏層バリア32が形成される。
In the superconductor-compatible three-terminal element of this embodiment, the InSb oxide tunnel barrier 33 is formed on the InSb substrate 31, and the Nb superconductor layer 34 is formed thereon.
And depositing an Al layer 35 thereon, and then oxidizing the surface to form an AlO x superconducting tunnel barrier 36, forming an Nb superconducting layer 37 thereon, and collecting an InSb substrate 31 on the collector. The electrode 38, the base electrode 39 on the Nb superconductor layer 34, and the emitter electrode 4 on the Nb superconductor layer 37.
Form 0. In this structure, the depletion layer barrier 32 is formed on the InSb substrate 31.

【0033】この実施例においては、コレクタ電極とな
るInSb基板31が用いられているため、InSbが
移動度が大きく、動作速度を高速化できるばかりでな
く、Nbとの格子整合性にも優れている。この実施例の
超伝導体対応型三端子素子のエネルギーバンドは図1の
原理説明図のようになっており、その動作も先に説明し
た動作原理と同様である。
In this embodiment, since the InSb substrate 31 serving as the collector electrode is used, InSb has a high mobility, the operating speed can be increased, and the lattice matching with Nb is excellent. There is. The energy band of the superconductor-compatible three-terminal element of this example is as shown in the principle explanatory view of FIG. 1, and its operation is also the same as the operation principle described above.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
超伝導状態を三端子素子に増幅作用をもたせることがで
き、酸化物超伝導体を用いることによって液体窒素温度
より高い温度での使用が可能になり、素子構造も簡単で
あるから、超伝導エレクトロニクスに関する技術分野に
おいて寄与するところが大きい。
As described above, according to the present invention,
The three-terminal element can be made to have a superconducting state with an amplifying effect, and by using an oxide superconductor, it can be used at a temperature higher than liquid nitrogen temperature, and the element structure is simple. There is a big contribution in the technical field related to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(A)〜(D)は本発明の超伝導体対応型三端
子素子の原理説明図である。
1A to 1D are explanatory views of the principle of a superconductor-compatible three-terminal element of the present invention.

【図2】第1実施例の超伝導体対応型三端子素子の構成
説明図である。
FIG. 2 is a structural explanatory view of a superconductor-compatible three-terminal element of the first embodiment.

【図3】第2実施例の超伝導体対応型三端子素子の説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a superconductor-compatible three-terminal element according to a second embodiment.

【図4】第3実施例の超伝導体対応型三端子素子の説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a superconductor-compatible three-terminal element according to a third embodiment.

【図5】従来の超伝導ベーストランジスタの構成説明図
である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a configuration of a conventional superconducting base transistor.

【図6】従来の超伝導ベーストランジスタのエネルギー
バンド図である。
FIG. 6 is an energy band diagram of a conventional superconducting base transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 コレクタ 2 ベース 3 エミッタ 4 超伝導トンネルバリア 5 トンネルバリア 6 空乏層によるバリア 7,8 エネルギーギャップ(2Δ) 9 接合電位 1 collector 2 base 3 emitter 4 superconducting tunnel barrier 5 tunnel barrier 6 barrier due to depletion layer 7,8 energy gap (2Δ) 9 junction potential

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超伝導体からなるベース層と、該ベース
層に超伝導電子を注入するエミッタ層と、該ベース層か
らの超伝導電子を捕捉するコレクタ層を有し、該ベース
層とエミッタ層の間の超伝導トンネル現象を用いた三端
子素子において、該ベース層とコレクタ層の間にもトン
ネルバリアを有することを特徴とする超伝導体対応型三
端子素子。
1. A base layer made of a superconductor, an emitter layer for injecting superconducting electrons into the base layer, and a collector layer for trapping superconducting electrons from the base layer. A three-terminal device using a superconducting tunnel phenomenon between layers, characterized in that it also has a tunnel barrier between the base layer and the collector layer.
【請求項2】 コレクタ層に超伝導電子を制御する空乏
層からなるバリアを有することを特徴とする請求項1に
記載された超伝導体対応型三端子素子。
2. The superconductor-compatible three-terminal element according to claim 1, wherein the collector layer has a barrier made of a depletion layer for controlling superconducting electrons.
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