JPH071805B2 - Superconducting device - Google Patents
Superconducting deviceInfo
- Publication number
- JPH071805B2 JPH071805B2 JP60105944A JP10594485A JPH071805B2 JP H071805 B2 JPH071805 B2 JP H071805B2 JP 60105944 A JP60105944 A JP 60105944A JP 10594485 A JP10594485 A JP 10594485A JP H071805 B2 JPH071805 B2 JP H071805B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quasi
- collector
- base layer
- particles
- particle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、電流などの準粒子をキャリヤとして用い且つ
信号増幅作用などトランジスタと同様な動作をする超伝
導装置に於いて、ベース層の全体或いは少なくともその
一部を通常の金属に於けるよりも低電子密度である酸化
物超伝導体で形成し、また、そのベース層に対しては準
粒子を注入する手段を形成し、更にまた、そのベース層
から準粒子を取り出すコレクタ接合を形成した構成とす
ることに依り、リーク電流が少なく、高い電子透過率と
高い出力インピーダンスとを両立させた準粒子コレクタ
を実現できるようにしたものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] The present invention relates to a superconducting device which uses quasi-particles such as current as a carrier and operates similarly to a transistor such as a signal amplifying action, or the entire base layer or at least one of the base layers. Part is formed of an oxide superconductor having an electron density lower than that of a normal metal, and a means for injecting quasi-particles is formed in the base layer, and further, from the base layer. By forming a collector junction for extracting quasi-particles, it is possible to realize a quasi-particle collector having a small leak current and a high electron transmittance and a high output impedance.
本発明は準粒子をキャリヤとし且つトランジスタと同様
な信号増幅作用を有する超伝導装置に関する。The present invention relates to a superconducting device which uses quasi-particles as carriers and has a signal amplification effect similar to that of a transistor.
従来、超伝導体に対してエミッタから準粒子を注入し、
超伝導体及び半導体の接合で構成されたコレクタから準
粒子を取り出すようにしたバイポーラ・トランジスタと
同様な動作をする超伝送装置が提案されている（要すれ
ば、特願昭58-224311号参照）。Conventionally, quasi-particles are injected from a emitter into a superconductor,
A supertransmission device has been proposed which operates similarly to a bipolar transistor in which quasi-particles are extracted from a collector composed of a superconductor and a semiconductor (see Japanese Patent Application No. 58-224311, if necessary). ).
前記従来技術に依る超伝導装置では、ベースに通常の金
属超伝導体、例えばNbやPbを使用した場合、次のような
問題を生ずる。In the superconducting device according to the above-mentioned conventional technique, the following problems occur when a normal metal superconductor such as Nb or Pb is used for the base.
（１） ベース領域に注入に依って生じた準粒子の他に
熱励起に依って生じた準粒子が存在し、従って、注入の
有無に拘わらず一定のリーク電流が出力に流れることに
なり、このリーク電流の値、即ち、熱励起に依って流れ
るコレクタ電流ISATの値は4.2〔Ｋ〕の温度に於いて極
めて大きな値、例えばNbを用いたもので500〔A/cm2〕、
また、Pbを用いたもので4400〔A/cm2〕にもなる為、こ
れを回避するには装置の動作温度を例えば２〔Ｋ〕程度
に低下させることが必要になる。(1) In the base region, in addition to quasi-particles generated by injection, there are quasi-particles generated by thermal excitation, so that a constant leak current flows to the output regardless of whether injection is performed, The value of this leak current, that is, the value of the collector current I SAT flowing by thermal excitation is an extremely large value at a temperature of 4.2 [K], for example 500 [A / cm 2 ] using Nb,
In addition, since Pb is 4400 [A / cm 2 ], it is necessary to lower the operating temperature of the device to, for example, about 2 [K] in order to avoid this.
（２） ベース領域には準粒子の他に大量の超伝導電子
が存在している。このような場合、コレクタに於ける電
子透過率を上昇させると超伝導電子の電流への寄与が増
加することになり、コレクタの設計は困難になる。(2) In addition to quasiparticles, a large amount of superconducting electrons are present in the base region. In such a case, increasing the electron transmittance in the collector increases the contribution of superconducting electrons to the current, making the collector design difficult.
本発明は、高い電子透過率並びに低いリーク電流（高イ
ンピーダンス）を実現した準粒子コレクタを有する超伝
導装置を提供する。The present invention provides a superconducting device with a quasi-particle collector that achieves high electron transmittance as well as low leakage current (high impedance).
この種の超伝導装置に於いて、熱励起に依り流れるコレ
クタ電流ISATは、 ISAT＝NT ed/τeff〔A/cm2〕 NT：熱平衡時の準粒子密度 d:ベースの厚み τeff：実効再結合時間 で与えられる。即ち、熱励起に依って流れるコレクタ電
流ISATは熱平衡時の準粒子密度NTに比例する。尚、熱励
起に依って流れるコレクタ電流ISATは前記したところか
ら判るようにトランジスタ動作には無関係な無駄な電流
である。In this type of superconducting device, the collector current I SAT that flows due to thermal excitation is I SAT = N T ed / τ eff [A / cm 2 ] N T : Quasi-particle density at thermal equilibrium d: Base thickness τ eff : Given by effective recombination time. That is, the collector current I SAT that flows due to thermal excitation is proportional to the quasi-particle density N T at thermal equilibrium. The collector current I SAT flowing due to thermal excitation is a useless current unrelated to the transistor operation, as can be seen from the above.
ところで、熱平衡時の準粒子密度NTは、ギャップ・パラ
メータが同程度であれば、超伝導体の電子密度に比例す
る。従って、若し、低電子密度の超伝導体を用いれば準
粒子密度が小さくなり、無駄な電流である熱励起に依っ
て流れるコレクタ電流ISATも少なくなる。また、同じ電
子透過率の準粒子コレクタを用いた場合でも、電子密度
そのものが小さい為、その分だけ高インピーダンスのコ
レクタとなる。By the way, the quasi-particle density N T at the time of thermal equilibrium is proportional to the electron density of the superconductor if the gap parameters are similar. Therefore, if a superconductor having a low electron density is used, the quasi-particle density will be small, and the collector current I SAT that flows due to thermal excitation, which is a wasted current, will also be small. Further, even when a quasi-particle collector having the same electron transmittance is used, the electron density itself is small, so that the collector has high impedance.
そこで、本発明に依る超伝導装置では、全体或いは一部
が通常の金属に於ける電子密度より低い値のそれを有す
る酸化物超伝導体（例えばBaPb1-xBixO3）で構成された
ベース層（例えばベース層２）と、該ベース層に準粒子
を注入する手段（例えばNbからるエミッタ層３）と、該
ベース層から準粒子を取り出すコレクタ（例えばInSbか
らなる半導体基板１）とを備えてなる構造になってい
る。Therefore, in the superconducting device according to the present invention, the whole or part of the superconducting device is composed of an oxide superconductor (for example, BaPb 1-x Bi x O 3 ) having a value lower than the electron density of a normal metal. Base layer (for example, base layer 2), means for injecting quasi-particles into the base layer (for example, emitter layer 3 made of Nb), and collector for taking out quasi-particles from the base layer (for example, semiconductor substrate 1 made of InSb) It has a structure that includes and.
この手段によれば、リーク電流が少なく、高い電子透過
率と高いインピーダンスを両立させた準粒子コレクタが
得られる為、特性良好なトランジスタ動作をする超伝導
装置が得られる。According to this means, a quasi-particle collector having a small leak current and a high electron transmittance and a high impedance can be obtained, so that a superconducting device which operates a transistor with good characteristics can be obtained.
第１図は本発明一実施例の要部切断側面図を表してい
る。FIG. 1 shows a cutaway side view of an essential part of an embodiment of the present invention.
図に於いて、１はInSbからなりコレクタとして作用する
半導体基板、２は低電子密度超伝導体であるBaPb1-xBix
O3からなるベース層、３は金属であるNbからなる準粒子
エミッタ層、４はSiO2からなる絶縁層、５はベース電
極、５′はエミッタ電極、６はオーミック接触のコレク
タ電極をそれぞれ示している。In the figure, 1 is a semiconductor substrate made of InSb and acting as a collector, 2 is a low electron density superconductor BaPb 1-x Bi x
O 3 is a base layer, 3 is a quasi-particle emitter layer made of metal Nb, 4 is an insulating layer made of SiO 2 , 5 is a base electrode, 5 ′ is an emitter electrode, and 6 is an ohmic contact collector electrode. ing.
尚、BaPb1-xBixO3に於けるｘの値としては0.3程度を選
択して良く、また、この実施例では、ベース電極５が準
粒子エミッタ層３を介して取り出されているが、超伝導
モードの場合には、この構成で何等の支障もないが、必
要あれば、ベース層２から直接取り出すようにしても良
い。The value of x in BaPb 1-x Bi x O 3 may be selected to be about 0.3, and in this embodiment, the base electrode 5 is taken out through the quasi-particle emitter layer 3. In the case of the superconducting mode, this structure has no problem, but if necessary, it may be directly taken out from the base layer 2.
図示例に於いて、コレクタである半導体基板１は、InSb
に限られず、GaAs,InAs,In1-xGaxAs,InP,HgCdTeなどに
代替することができ、また、ベース層２を構成する低電
子密度超伝導体としては、例示したものの他、Li1+xTi
2-xO4或いはMxMo6S8（Ｍ＝Pb,Cu）などを用いることが
でき、更にまた、準粒子エミッタ層３を構成する金属と
してはNbの他にAlなどを用いることが可能である。尚、
第１図には示されていないが、ベース層２と準粒子エミ
ッタ層３との間にはトンネル・バリヤが介在している。In the illustrated example, the semiconductor substrate 1 that is the collector is InSb.
It is not limited to GaAs, InAs, In 1-x Ga x As, InP, HgCdTe, etc., and as the low electron density superconductor constituting the base layer 2, other than those exemplified, Li 1 + x Ti
2-x O 4 or M x Mo 6 S 8 (M = Pb, Cu) or the like can be used, and as the metal forming the quasi-particle emitter layer 3, Al or the like can be used in addition to Nb. It is possible. still,
Although not shown in FIG. 1, a tunnel barrier is interposed between the base layer 2 and the quasi-particle emitter layer 3.
本実施例に依ると、バイポーラ・トランジスタと同様な
動作をさせることが可能であるのは勿論、ベース層２の
電子密度が金属より小さい為、コレクタである半導体基
板１に於けるリーク電流は少なく、高い電子透過率と高
インピーダンスが同時に実現されている。According to the present embodiment, it is possible to operate similarly to a bipolar transistor, and since the electron density of the base layer 2 is smaller than that of metal, the leak current in the semiconductor substrate 1 which is a collector is small. , High electron transmittance and high impedance are realized at the same time.
第２図は本発明に於ける他の実施例を表す要部切断側面
図であり、第１図に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。FIG. 2 is a cutaway side view of an essential part showing another embodiment of the present invention, and the same symbols as those used in FIG. 1 represent the same parts or have the same meanings.
本実施例が第１図に関して説明した実施例と相違する点
は、低電子密度超伝導体からなるベース層２上に例えば
Nbからなる超伝導金属層２′が形成され、その上に準粒
子エミッタ層３が形成されていることである。This embodiment is different from the embodiment described with reference to FIG. 1 in that, for example, the base layer 2 made of a low electron density superconductor is
That is, the superconducting metal layer 2'made of Nb is formed, and the quasi-particle emitter layer 3 is formed thereon.
このような構成にすると、準粒子エミッタ層３がエネル
ギ・ギャップが比較的大きいNbなどの超伝導金属層２′
上に形成されている為、準粒子エミッタ層３の非線型性
が大きくなること、そして、注入された準粒子が超伝導
金属層２′からベース層２に移動した際に第１図に示し
た実施例と比較して高速で走行する為、動作速度が向上
すること等の効果が付加される。With this structure, the quasi-particle emitter layer 3 has a superconducting metal layer 2'of Nb or the like having a relatively large energy gap.
Since it is formed above, the non-linearity of the quasi-particle emitter layer 3 becomes large, and when the injected quasi-particles move from the superconducting metal layer 2'to the base layer 2, it is shown in FIG. Since the vehicle travels at a higher speed as compared with the embodiment described above, the effect of improving the operation speed is added.
本発明に依る超伝導装置では、ベース層の全部或いは一
部に金属の電子密度より小さい値のそれを有する低電子
密度酸化物超伝導体を適用した構成を採っている。In the superconducting device according to the present invention, a low electron density oxide superconductor having an electron density lower than that of the metal is applied to all or part of the base layer.
このような構成に依り、リーク電流が少なく、高い電子
透過率と高いインピーダンスを同時に実現した準粒子コ
レクタが得られている。With such a structure, a quasi-particle collector having a small leak current, a high electron transmittance and a high impedance can be obtained at the same time.
従って、本発明の超伝導装置をトランジスタ動作させる
場合、さほどの低温度を維持しなくても良好に動作し、
また、コレクタの設計も容易である。Therefore, when operating the superconducting device of the present invention as a transistor, the superconducting device works well without maintaining a very low temperature,
Moreover, the design of the collector is easy.
第１図及び第２図は本発明に於けるそれぞれ異なる実施
例を表す要部切断側面図である。 図に於いて、１は半導体基板、２はベース層、２′は超
伝導金属層、３はエミッタ層、４は絶縁層、５はベース
電極、５′はエミッタ電極、６はコレクタ電極をそれぞ
れ示している。FIG. 1 and FIG. 2 are sectional side views of the essential parts showing different embodiments of the present invention. In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a base layer, 2'is a superconducting metal layer, 3 is an emitter layer, 4 is an insulating layer, 5 is a base electrode, 5'is an emitter electrode, and 6 is a collector electrode. Shows.
Claims (1)
密度より低い値のそれを有する酸化物超伝導体で構成さ
れたベース層と、 該ベース層に準粒子を注入する手段と、 該ベース層から準粒子を取り出すコレクタと を備えてなることを特徴とする超伝導装置。1. A base layer which is wholly or partly composed of an oxide superconductor having an electron density lower than that of a normal metal, and means for injecting quasi-particles into the base layer. And a collector for extracting quasi-particles from the base layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60105944A JPH071805B2 (en) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | Superconducting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60105944A JPH071805B2 (en) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | Superconducting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61264769A JPS61264769A (en) | 1986-11-22 |
| JPH071805B2 true JPH071805B2 (en) | 1995-01-11 |
Family
ID=14420955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60105944A Expired - Lifetime JPH071805B2 (en) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | Superconducting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071805B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5106819A (en) * | 1988-07-08 | 1992-04-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Oxide superconducting tunnel junctions and manufacturing method for the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4575741A (en) * | 1984-04-26 | 1986-03-11 | International Business Machines Corporation | Cryogenic transistor with a superconducting base and a semiconductor-isolated collector |
-
1985
- 1985-05-20 JP JP60105944A patent/JPH071805B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61264769A (en) | 1986-11-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4157555A (en) | Superconducting transistor | |
| US5318952A (en) | A superconducting transistor wherein hot electrons are injected into and trapped from the base | |
| EP0163031B1 (en) | Superconducting transistor | |
| EP0357321B1 (en) | Superconducting transistor | |
| JPH071805B2 (en) | Superconducting device | |
| EP0144217B1 (en) | Superconducting device | |
| JP2925566B2 (en) | Superconducting transistor | |
| JP2650188B2 (en) | Method of forming electrical contact between superconductor and semiconductor | |
| JPH03129785A (en) | Superconducting device | |
| JP3232642B2 (en) | Current modulator | |
| JPH0770706B2 (en) | High-speed semiconductor device | |
| JP2624666B2 (en) | Superconducting element | |
| JPH01169980A (en) | Superconducting device | |
| JP2949519B2 (en) | Superconducting base transistor | |
| JPH0770705B2 (en) | High-speed semiconductor device | |
| JP2957631B2 (en) | Superconducting transistor | |
| JPH0577350B2 (en) | ||
| JP3021720B2 (en) | Superconducting transistor | |
| JP2687434B2 (en) | Superconducting base transistor and its operating method | |
| JPH0291984A (en) | Superconducting transistor | |
| JPH0431192B2 (en) | ||
| JPH0294677A (en) | Superconducting schottky junction structure and superconducting device | |
| JPH0677547A (en) | Three terminal element capable of handling superconductor | |
| JPH065793B2 (en) | Superconducting transistor | |
| JPH065935A (en) | Superconductor device |