JPH0959019A - 超誘電体及び超誘電体素子 - Google Patents
超誘電体及び超誘電体素子Info
- Publication number
- JPH0959019A JPH0959019A JP21193195A JP21193195A JPH0959019A JP H0959019 A JPH0959019 A JP H0959019A JP 21193195 A JP21193195 A JP 21193195A JP 21193195 A JP21193195 A JP 21193195A JP H0959019 A JPH0959019 A JP H0959019A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superdielectric
- dielectric
- super
- cuo
- carrier
- 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.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Ceramic Capacitors (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 特別な量子効果により、試料内部電束密度Ｄ
がゼロとなる完全誘電性を示す超誘電体及び超誘電体素
子を得る。 【解決手段】 ランタン系超伝導体Ｌａ2-x Ｓｒx Ｃｕ
Ｏ4 結晶で、かつキャリアドープ量がｘ＝１／４n また
は２／４n （ただし、ｎは正の整数）からなる超誘電体
及び超誘電体素子を得る。
がゼロとなる完全誘電性を示す超誘電体及び超誘電体素
子を得る。 【解決手段】 ランタン系超伝導体Ｌａ2-x Ｓｒx Ｃｕ
Ｏ4 結晶で、かつキャリアドープ量がｘ＝１／４n また
は２／４n （ただし、ｎは正の整数）からなる超誘電体
及び超誘電体素子を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超誘電体及び超誘
電体素子に関するものである。
電体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
以下に示すようなものがあった。図１２は通常の誘電体
（誘電率ε1 ，面積Ｓ，厚さｔ1 ）を用いた蓄電器（コ
ンデンサ）の構造と静電的諸量の関係を示す。この場合
の静電容量Ｃ0 〔Ｆ〕は、（ｔ1 が薄い場合） Ｃ0 ＝Ｑ／Ｖ＝Ｓσ／ｔ1 Ｅ＝Ｓε1 Ｅ／ｔ1 Ｅ＝Ｓε
1 ／ｔ1 で与えられる。
以下に示すようなものがあった。図１２は通常の誘電体
（誘電率ε1 ，面積Ｓ，厚さｔ1 ）を用いた蓄電器（コ
ンデンサ）の構造と静電的諸量の関係を示す。この場合
の静電容量Ｃ0 〔Ｆ〕は、（ｔ1 が薄い場合） Ｃ0 ＝Ｑ／Ｖ＝Ｓσ／ｔ1 Ｅ＝Ｓε1 Ｅ／ｔ1 Ｅ＝Ｓε
1 ／ｔ1 で与えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のコンデンサは、通常の静電容量を有するに過ぎ
ず、技術的に満足のいくものではなかった。本発明は、
上記問題点を解決し、特別な量子効果により、試料内部
電束密度Ｄがゼロとなる完全誘電性を示す超誘電体及び
超誘電体素子を提供することを目的とする。
た従来のコンデンサは、通常の静電容量を有するに過ぎ
ず、技術的に満足のいくものではなかった。本発明は、
上記問題点を解決し、特別な量子効果により、試料内部
電束密度Ｄがゼロとなる完全誘電性を示す超誘電体及び
超誘電体素子を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 （１）超誘電体において、Ｌａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 結晶
で、かつキャリアドープ量がｘ＝１／４n または２／４
n （ただし、ｎは正の整数）からなる。 （２）超誘電体において、２次元導電層のＣｕＯ2 単位
あたりの正孔キャリア数が１／４n （ただし、ｎは正の
整数）からなる。
成するために、 （１）超誘電体において、Ｌａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 結晶
で、かつキャリアドープ量がｘ＝１／４n または２／４
n （ただし、ｎは正の整数）からなる。 （２）超誘電体において、２次元導電層のＣｕＯ2 単位
あたりの正孔キャリア数が１／４n （ただし、ｎは正の
整数）からなる。
【０００５】（３）超誘電体において、２次元導電層の
ＣｕＯ2 単位あたりの正孔キャリア数が１／４n または
２／４n （ただし、ｎは正の整数）の銅酸化物である。 （４）超誘電体において、２次元導電層を有し、ＣｕＯ
2 またはそれに相当した結晶構造単位あたりの正孔また
は電子キャリア数が１／４n または２／４n （ただし、
ｎは正の整数）の２次元導電物質よりなる。
ＣｕＯ2 単位あたりの正孔キャリア数が１／４n または
２／４n （ただし、ｎは正の整数）の銅酸化物である。 （４）超誘電体において、２次元導電層を有し、ＣｕＯ
2 またはそれに相当した結晶構造単位あたりの正孔また
は電子キャリア数が１／４n または２／４n （ただし、
ｎは正の整数）の２次元導電物質よりなる。
【０００６】（５）超誘電体において、２次元導電物質
が酸化物である。 （６）超誘電体素子において、超誘電体の特性を持つ薄
膜を基板上に積層してなる。 （７）上記（６）記載の薄膜は、ランタン系超伝導体Ｌ
ａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4結晶で、かつキャリアドープ量が
ｘ＝１／４n または２／４n （ただし、ｎは正の整数）
からなる。
が酸化物である。 （６）超誘電体素子において、超誘電体の特性を持つ薄
膜を基板上に積層してなる。 （７）上記（６）記載の薄膜は、ランタン系超伝導体Ｌ
ａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4結晶で、かつキャリアドープ量が
ｘ＝１／４n または２／４n （ただし、ｎは正の整数）
からなる。
【０００７】（８）上記（６）または（７）記載の超誘
電体素子において、前記基板はＳｒＴｉＯ3 など、ペロ
ブスカイトまたはそれに類似した結晶構造の材料からな
る。したがって、上記（１）〜（８）のように構成した
ので、特別な量子効果により、試料内部電束密度Ｄがゼ
ロとなる完全誘電性を示す超誘電体及び超誘電体素子を
得ることができる。
電体素子において、前記基板はＳｒＴｉＯ3 など、ペロ
ブスカイトまたはそれに類似した結晶構造の材料からな
る。したがって、上記（１）〜（８）のように構成した
ので、特別な量子効果により、試料内部電束密度Ｄがゼ
ロとなる完全誘電性を示す超誘電体及び超誘電体素子を
得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 〔Ａ〕電流がｃ軸方向の成分を持つ場合、ｘ＝１／４n
（ただし、ｎは正の整数）のＬａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ
4 （以下、ＬＳＣＯ）薄膜が、（イ）小電流時、１００
〜３００〔Ｋ〕以下の温度での異常な抵抗遷移現象、
（ロ）静電容量の増大を伴う異常な「分極特性」を示す
ことが確認された。ｃ軸方向に偏波した光に対しＬＳＣ
Ｏ単結晶試料の誘電率ε1 （ω）が、ある臨界周波数ω
th〔≪ωP （ａｂ）〕以下で負となる現象が、Ｐｈｙ
ｓ，Ｒｅｖ，Ｌｅｔｔ，７２（１９９４）Ｐ．３０８８
により報告されているが、本報告の効果は、ｘ＝１／４
n で強調される、ω≒０での負静電分極の発現として理
解されよう。
て説明する。 〔Ａ〕電流がｃ軸方向の成分を持つ場合、ｘ＝１／４n
（ただし、ｎは正の整数）のＬａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ
4 （以下、ＬＳＣＯ）薄膜が、（イ）小電流時、１００
〜３００〔Ｋ〕以下の温度での異常な抵抗遷移現象、
（ロ）静電容量の増大を伴う異常な「分極特性」を示す
ことが確認された。ｃ軸方向に偏波した光に対しＬＳＣ
Ｏ単結晶試料の誘電率ε1 （ω）が、ある臨界周波数ω
th〔≪ωP （ａｂ）〕以下で負となる現象が、Ｐｈｙ
ｓ，Ｒｅｖ，Ｌｅｔｔ，７２（１９９４）Ｐ．３０８８
により報告されているが、本報告の効果は、ｘ＝１／４
n で強調される、ω≒０での負静電分極の発現として理
解されよう。
【０００９】ｘ＝１／４n のＬＳＣＯ内で電界にｃ軸方
向成分がある場合、ω≒０で観測される異常静電分極現
象は以下の性質を持つ。 （ｉ）臨界温度Ｔｓは電流に敏感であり、小電流極限で
Ｔｓ〜１００−３００〔Ｋ〕となる。 （ii）試料に注入された「外部電荷」変位Ｄe は「内部
電荷」変位（「分極」）ＰP で打ち消される（Ｄe ＋Ｐ
P ＝０）。
向成分がある場合、ω≒０で観測される異常静電分極現
象は以下の性質を持つ。 （ｉ）臨界温度Ｔｓは電流に敏感であり、小電流極限で
Ｔｓ〜１００−３００〔Ｋ〕となる。 （ii）試料に注入された「外部電荷」変位Ｄe は「内部
電荷」変位（「分極」）ＰP で打ち消される（Ｄe ＋Ｐ
P ＝０）。
【００１０】（iii)内部電界ＥとＤe が逆方向であるの
で、直列容量が個々の容量より大となる。 （iv）小定常電流下でＤe は単調増加するが、ＰP の上
限において異常「分極」状態が周期的に破壊されるの
で、電極界面などの高抵抗部分に蓄積された電荷が周期
的に放電される結果「負抵抗」が観測される。
で、直列容量が個々の容量より大となる。 （iv）小定常電流下でＤe は単調増加するが、ＰP の上
限において異常「分極」状態が周期的に破壊されるの
で、電極界面などの高抵抗部分に蓄積された電荷が周期
的に放電される結果「負抵抗」が観測される。
【００１１】超伝導状態の完全反磁性に対応すれば、Ｄ
e ＋ＰP ＝０の状態は、「完全反電性」（または完全誘
電性）であり、正孔対系は「超誘電体」の状態にあると
言えよう。正孔が２次元的ＣｕＯ2 層に存在し、また、
異常効果が特定正孔密度ｘ＝１／４n で強調される事実
は、量子ホール効果ＱＨＥに類似する。ＱＨＥは、
（ａ）磁界Ｂ中で２次元的電子がランダウ準位（ｎ）の
局在定常状態にある。（ｂ）２次元的電子密度がσ＝
〔ｅＢ／２πｈ）n のとき、系は(n) 局在定常状態の電
子で空間的に、「充満」している。（ｃ）この充満状態
は、巨視的秩序状態であり、ＱＨＥは巨視的量子効果と
して生ずる。ＱＨＥに倣えば、異常「分極」状態での２
次元的ＣｕＯ2 正孔系は以下の状態にあると思われる。
e ＋ＰP ＝０の状態は、「完全反電性」（または完全誘
電性）であり、正孔対系は「超誘電体」の状態にあると
言えよう。正孔が２次元的ＣｕＯ2 層に存在し、また、
異常効果が特定正孔密度ｘ＝１／４n で強調される事実
は、量子ホール効果ＱＨＥに類似する。ＱＨＥは、
（ａ）磁界Ｂ中で２次元的電子がランダウ準位（ｎ）の
局在定常状態にある。（ｂ）２次元的電子密度がσ＝
〔ｅＢ／２πｈ）n のとき、系は(n) 局在定常状態の電
子で空間的に、「充満」している。（ｃ）この充満状態
は、巨視的秩序状態であり、ＱＨＥは巨視的量子効果と
して生ずる。ＱＨＥに倣えば、異常「分極」状態での２
次元的ＣｕＯ2 正孔系は以下の状態にあると思われる。
【００１２】（１）ｘ＝１／４n ではＴ＜Ｔｓで正孔は
対状態にある。 （２）各正孔対は、面積２×４n ＳCuO2（ＳCuO2は単位
ＣｕＯ2 面積）の量子化局在定常状態（ｎ次正孔対：ｎ
ＨＰ）にあり、ＣｕＯ2 層はｎＨＰで充満している。 （３）この空間充満状態は、電荷対の運動量空間充満状
態であるＢＣＳ状態の相対状態である。
対状態にある。 （２）各正孔対は、面積２×４n ＳCuO2（ＳCuO2は単位
ＣｕＯ2 面積）の量子化局在定常状態（ｎ次正孔対：ｎ
ＨＰ）にあり、ＣｕＯ2 層はｎＨＰで充満している。 （３）この空間充満状態は、電荷対の運動量空間充満状
態であるＢＣＳ状態の相対状態である。
【００１３】（４）超伝導体内の磁束は磁束量子となる
ように、外部電荷は、単位ＣｕＯ2あたり、電荷量２ｅ
の２次元的「電荷量子」の形をとる。 （５）正孔対系のｃ軸方向変位は「分極電荷」を生じ、
「電荷量子」は、等量逆符号の２次元的「分極電荷」で
遮蔽される。 （６）超伝導体内部への磁束量子の侵入は、量子間反発
相互作用による拡散で生ずるが、電荷量子の侵入も同様
な拡散過程で生ずる。
ように、外部電荷は、単位ＣｕＯ2あたり、電荷量２ｅ
の２次元的「電荷量子」の形をとる。 （５）正孔対系のｃ軸方向変位は「分極電荷」を生じ、
「電荷量子」は、等量逆符号の２次元的「分極電荷」で
遮蔽される。 （６）超伝導体内部への磁束量子の侵入は、量子間反発
相互作用による拡散で生ずるが、電荷量子の侵入も同様
な拡散過程で生ずる。
【００１４】（７）「外部電荷」変位は必ず、等量逆符
号の「分極電荷」変位を伴うため、「完全誘電性」Ｄe
＋ＰP ＝０を生ずる。ｐｄモデルに基づいて、以上の正
孔対状態を導出することができる。 〔Ｂ〕膜厚試料において、（ｉ）小電流時のＴ＝１００
〜３００〔Ｋ〕における（負抵抗特性を含む）異常な抵
抗遷移現象、（ii）静電容量の増大を伴う異常な「分
極」特性を示すことが実験的に示された。このような特
異現象が観測されるのは、試料結晶のＣｕＯ2 面を移動
電荷が貫通する場合に限られることが確認されている。
号の「分極電荷」変位を伴うため、「完全誘電性」Ｄe
＋ＰP ＝０を生ずる。ｐｄモデルに基づいて、以上の正
孔対状態を導出することができる。 〔Ｂ〕膜厚試料において、（ｉ）小電流時のＴ＝１００
〜３００〔Ｋ〕における（負抵抗特性を含む）異常な抵
抗遷移現象、（ii）静電容量の増大を伴う異常な「分
極」特性を示すことが実験的に示された。このような特
異現象が観測されるのは、試料結晶のＣｕＯ2 面を移動
電荷が貫通する場合に限られることが確認されている。
【００１５】以下の第３及び第４実施例では、ｘ＝１／
４n においては、Ｌａ2-X ＳｒX ＣｕＯ4 内で、電荷を
運ぶキャリア（以下「外部電荷」と略称）と、Ｏホール
系は別物であり、前者の移動に際し、後者の電気ポンテ
シャルの傾斜は、オーム的電圧降下と逆符号となること
を示している。また、特異効果の発現が、ｘ＝１／４ n
に限られることは、２次元Ｏホールが量子化された定常
状態にあると示唆する。
４n においては、Ｌａ2-X ＳｒX ＣｕＯ4 内で、電荷を
運ぶキャリア（以下「外部電荷」と略称）と、Ｏホール
系は別物であり、前者の移動に際し、後者の電気ポンテ
シャルの傾斜は、オーム的電圧降下と逆符号となること
を示している。また、特異効果の発現が、ｘ＝１／４ n
に限られることは、２次元Ｏホールが量子化された定常
状態にあると示唆する。
【００１６】同じく、２次元系の量子化された特異効果
である「量子ホール効果」に倣って、以下のモデルを検
討している。（ａ）Ｏホールは、面積２×４n ＳCuO2を
占める量子化された対を形成する定常状態にある（「ｎ
次ホール対」）。（ｂ）ｘ＝１／４n では、ＣｕＯ2 面
は「ｎ次ホール対」で充満した状態となるが、この対充
満状態は超伝導ＢＣＳ状態と相対の性質を持つ。（ｃ）
超伝導体に侵入した磁束が遮蔽電流を伴う「磁束量子」
となるように、対充満系に侵入した「外部電荷」はＣｕ
Ｏ2 面積あたり２ｃの電荷量を持ってあるＣｕＯ2 面積
に集中し、両側の遮蔽電荷を持つＣｕＯ2 面とともに
「電荷量子」を形成する。（ｄ）この遮蔽電荷は、対充
満系の「分極」として生ずる。（ｅ）超伝導体の「磁束
量子」が相互間の斥力で駆動されるように、「電荷量
子」は相互の斥力で電極から内部に侵入するが、「分極
電荷」もともに移動し、オーム電圧と逆符号の対充満系
の電位勾配を形成する。（ｆ）「外部電荷」変位Ｄと対
充満系の「分極」Ｐとは相殺する。
である「量子ホール効果」に倣って、以下のモデルを検
討している。（ａ）Ｏホールは、面積２×４n ＳCuO2を
占める量子化された対を形成する定常状態にある（「ｎ
次ホール対」）。（ｂ）ｘ＝１／４n では、ＣｕＯ2 面
は「ｎ次ホール対」で充満した状態となるが、この対充
満状態は超伝導ＢＣＳ状態と相対の性質を持つ。（ｃ）
超伝導体に侵入した磁束が遮蔽電流を伴う「磁束量子」
となるように、対充満系に侵入した「外部電荷」はＣｕ
Ｏ2 面積あたり２ｃの電荷量を持ってあるＣｕＯ2 面積
に集中し、両側の遮蔽電荷を持つＣｕＯ2 面とともに
「電荷量子」を形成する。（ｄ）この遮蔽電荷は、対充
満系の「分極」として生ずる。（ｅ）超伝導体の「磁束
量子」が相互間の斥力で駆動されるように、「電荷量
子」は相互の斥力で電極から内部に侵入するが、「分極
電荷」もともに移動し、オーム電圧と逆符号の対充満系
の電位勾配を形成する。（ｆ）「外部電荷」変位Ｄと対
充満系の「分極」Ｐとは相殺する。
【００１７】以下、具体的な実施例について説明する。
【００１８】
〔第１実施例〕図１は本発明の第１の実施例を示す超誘
電体素子（金属／超誘電体／絶縁体／金属）の構成図、
図２はその超誘電体素子の電荷注入時のポテンシャル分
布を示す図、図３はその超誘電体素子の電荷変位を示す
図、図４はその電流の変化を示す図、図５は小電流時の
負電圧パルスの４端子法による電流端子のＩ−Ｖ特性
図、図６は小電流時の負電圧パルスの電圧端子のＩ−Ｖ
特性図である。
電体素子（金属／超誘電体／絶縁体／金属）の構成図、
図２はその超誘電体素子の電荷注入時のポテンシャル分
布を示す図、図３はその超誘電体素子の電荷変位を示す
図、図４はその電流の変化を示す図、図５は小電流時の
負電圧パルスの４端子法による電流端子のＩ−Ｖ特性
図、図６は小電流時の負電圧パルスの電圧端子のＩ−Ｖ
特性図である。
【００１９】図１において、１は超誘電体、２は絶縁
体、３，４は金属あり、漏れ電流ｉ、放電電流ｉd を示
している。図２において、ＶE は正電荷に対する電気ポ
テンシャル、ＶD は拡散等価ポテンシャルを示してい
る。超誘電体１の接続２端子の接触抵抗値Ｒc が大きく
異なる場合、試料構造は図１に示すように、左端はＲc
＝０の理想接触、右端は漏れ電流ｉの絶縁体接触でモデ
ル化される。仮に、左端を正、右端を負の定常電位状態
とすると、容量の場合と同様に、左端から、負の分極電
極電荷で遮蔽された正の外部電荷が電荷量子の形で拡散
により侵入するであろう。
体、３，４は金属あり、漏れ電流ｉ、放電電流ｉd を示
している。図２において、ＶE は正電荷に対する電気ポ
テンシャル、ＶD は拡散等価ポテンシャルを示してい
る。超誘電体１の接続２端子の接触抵抗値Ｒc が大きく
異なる場合、試料構造は図１に示すように、左端はＲc
＝０の理想接触、右端は漏れ電流ｉの絶縁体接触でモデ
ル化される。仮に、左端を正、右端を負の定常電位状態
とすると、容量の場合と同様に、左端から、負の分極電
極電荷で遮蔽された正の外部電荷が電荷量子の形で拡散
により侵入するであろう。
【００２０】ｉ≒０とすれば、図２に示すように、外部
電荷の拡散等価ポンテシャルＶD は静電ポンテシャルで
打ち消された平衡状態にあるとしてよい。ｉ＝０の容量
では、平衡が維持されるが、ｉ≠０のときは、外部電荷
の変位は、図３に示すように、Ｄe ＝∫ｉｄｔのように
単調増加する。正孔対系の変位による分極電荷には上限
があり、ＰP ＜ＰP （ｍａｘ）では完全誘電性Ｄe ＋Ｐ
P ＝０が成立するが、ＰP ≧ＰP （ｍａｘ）で超誘電性
は破壊される。
電荷の拡散等価ポンテシャルＶD は静電ポンテシャルで
打ち消された平衡状態にあるとしてよい。ｉ＝０の容量
では、平衡が維持されるが、ｉ≠０のときは、外部電荷
の変位は、図３に示すように、Ｄe ＝∫ｉｄｔのように
単調増加する。正孔対系の変位による分極電荷には上限
があり、ＰP ＜ＰP （ｍａｘ）では完全誘電性Ｄe ＋Ｐ
P ＝０が成立するが、ＰP ≧ＰP （ｍａｘ）で超誘電性
は破壊される。
【００２１】破壊時には、超誘電体は単純導体となり、
内部の静電ポンテシャルは、図２に示すように、（ｉ）
から（ii）へ移行することになる。このとき、右端の絶
縁領域に蓄積された電荷の一部が、図４に示すように放
電され、試料内部にパルス的放電電流ｉｄがｉと逆方向
に周期的に流れる。超誘電体領域のｉの電圧降下が小で
あれば、４端子法で、負電圧が観測される。図５及び図
６にＬＳＣＯ膜（ｘ≒１／１６）での小電流時の負電圧
パルスの観測例を示す。図５は４端子法による電流端子
のＩ−Ｖ特性図、図６は電圧端子のＩ−Ｖ特性図であ
る。
内部の静電ポンテシャルは、図２に示すように、（ｉ）
から（ii）へ移行することになる。このとき、右端の絶
縁領域に蓄積された電荷の一部が、図４に示すように放
電され、試料内部にパルス的放電電流ｉｄがｉと逆方向
に周期的に流れる。超誘電体領域のｉの電圧降下が小で
あれば、４端子法で、負電圧が観測される。図５及び図
６にＬＳＣＯ膜（ｘ≒１／１６）での小電流時の負電圧
パルスの観測例を示す。図５は４端子法による電流端子
のＩ−Ｖ特性図、図６は電圧端子のＩ−Ｖ特性図であ
る。
【００２２】〔第２実施例〕図７は本発明の第２実施例
を示す超誘電体素子（金属／超誘電体／絶縁体／金属）
の構成図、図８はその超誘電体素子の電荷注入時のポテ
ンシャル分布を示す図、図９はその超誘電体素子の電荷
変位を示す図、図１０は超誘電体素子（Ｐｄ／ＬＳＣＯ
／ＳＴＯ／ＰＤ）の静電容量（Ｃt ／ＣSTO ）とＳｒド
ープ量ｘの関係を示す図、図１１はＳｒドープ量ｘ＝１
／４，１／１６でのピーク容量のＬＳＣＯ膜厚ｔの関係
を示す図である。
を示す超誘電体素子（金属／超誘電体／絶縁体／金属）
の構成図、図８はその超誘電体素子の電荷注入時のポテ
ンシャル分布を示す図、図９はその超誘電体素子の電荷
変位を示す図、図１０は超誘電体素子（Ｐｄ／ＬＳＣＯ
／ＳＴＯ／ＰＤ）の静電容量（Ｃt ／ＣSTO ）とＳｒド
ープ量ｘの関係を示す図、図１１はＳｒドープ量ｘ＝１
／４，１／１６でのピーク容量のＬＳＣＯ膜厚ｔの関係
を示す図である。
【００２３】第１実施例の図１と同様な図７のような構
造を考える。超誘電体１が導体の場合、構造の静電容量
Ｃt は絶縁体の容量ＣI である。超誘電体が絶縁体の場
合には、Ｃt ＜ＣI となり、Ｃt ／ＣI ≦Ｉt がみたさ
れる。 面積５×５〔ｍｍ2 〕と絶縁層 （ＳｒＴｉＯ3 ）厚１〔ｍｍ2 〕が同一のＰｄ／ＳｒＴ
ｉＯ3 ／Ｐｄ構造の静電容量値ＣSTO とＰｄ／Ｌａ2-X
ＳｒX ＣｕＯ4 ／ＳｒＴｉＯ3 ／Ｐｄ構造（ＬＳＣＯ厚
１５００ｎｍの静電容量値Ｃt を、ＬＳＣＯのＳｒドー
プ量ｘを変えて比較測定したところ、図１０に示すよう
に、ｘ≒１／４，１／１６の場合にＣ1がＣSTO に比べ
て顕著に大きくなった。また、ｘ≒１／４，１／１６で
のＣ1 値のＬＳＣＯ膜厚ｔに対する依存性は、図１１に
示すように、増加関数であることが確認された。ただ
し、ＬＳＣＯ薄膜は（１００）ＳＴＯ基板上のｃ軸配向
膜である。なお、前記基板はＳｒＴｉＯ3 など、ペロブ
スカイトまたはそれに類似した結晶構造の材料を用いる
ことができる。
造を考える。超誘電体１が導体の場合、構造の静電容量
Ｃt は絶縁体の容量ＣI である。超誘電体が絶縁体の場
合には、Ｃt ＜ＣI となり、Ｃt ／ＣI ≦Ｉt がみたさ
れる。 面積５×５〔ｍｍ2 〕と絶縁層 （ＳｒＴｉＯ3 ）厚１〔ｍｍ2 〕が同一のＰｄ／ＳｒＴ
ｉＯ3 ／Ｐｄ構造の静電容量値ＣSTO とＰｄ／Ｌａ2-X
ＳｒX ＣｕＯ4 ／ＳｒＴｉＯ3 ／Ｐｄ構造（ＬＳＣＯ厚
１５００ｎｍの静電容量値Ｃt を、ＬＳＣＯのＳｒドー
プ量ｘを変えて比較測定したところ、図１０に示すよう
に、ｘ≒１／４，１／１６の場合にＣ1がＣSTO に比べ
て顕著に大きくなった。また、ｘ≒１／４，１／１６で
のＣ1 値のＬＳＣＯ膜厚ｔに対する依存性は、図１１に
示すように、増加関数であることが確認された。ただ
し、ＬＳＣＯ薄膜は（１００）ＳＴＯ基板上のｃ軸配向
膜である。なお、前記基板はＳｒＴｉＯ3 など、ペロブ
スカイトまたはそれに類似した結晶構造の材料を用いる
ことができる。
【００２４】ｘ≒１／４，１／１６の場合、ＬＳＣＯが
超誘電体であり、注入外部電荷が電荷量子の形で拡散
し、Ｄe ＋ＰP ＝０の関係が図９に示すように満たされ
ているとすれば、図８に示すように、平衡状態では外部
電荷の拡散ポンテシャルは静電ポンテシャルと釣り合
い、容量の増加を説明できる。なお、図８における符号
は図２と同様であり、Ｖは印加電位差である。
超誘電体であり、注入外部電荷が電荷量子の形で拡散
し、Ｄe ＋ＰP ＝０の関係が図９に示すように満たされ
ているとすれば、図８に示すように、平衡状態では外部
電荷の拡散ポンテシャルは静電ポンテシャルと釣り合
い、容量の増加を説明できる。なお、図８における符号
は図２と同様であり、Ｖは印加電位差である。
【００２５】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００２６】
【発明の効果】以下、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。特別な
量子効果により、試料内部電束密度Ｄがゼロとなる完全
誘電性を示す超誘電体及び超誘電体素子を得ることがで
きる。
よれば、次のような効果を奏することができる。特別な
量子効果により、試料内部電束密度Ｄがゼロとなる完全
誘電性を示す超誘電体及び超誘電体素子を得ることがで
きる。
【００２７】ランタン系超伝導体Ｌａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ
4 結晶は、キャリアドープ量がｘ＝１／４n およびｘ＝
２／４n の場合（ただし、ｎは正の整数）に、超誘電体
としての良好な特性を示す。また、超誘電体として使用
可能な材料は、Ｌａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 の他、２次元導
電層のＣｕＯ2 単位あたりの正孔キャリア数が１／４n
または２／４n の銅酸化物、またはそれに対応した特性
の正孔をキャリアとする酸化物、または正孔または電子
をキャリアとする２次元導電物質であれば良い。
4 結晶は、キャリアドープ量がｘ＝１／４n およびｘ＝
２／４n の場合（ただし、ｎは正の整数）に、超誘電体
としての良好な特性を示す。また、超誘電体として使用
可能な材料は、Ｌａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 の他、２次元導
電層のＣｕＯ2 単位あたりの正孔キャリア数が１／４n
または２／４n の銅酸化物、またはそれに対応した特性
の正孔をキャリアとする酸化物、または正孔または電子
をキャリアとする２次元導電物質であれば良い。
【図１】本発明の第１実施例を示す超誘電体素子（金属
／超誘電体／絶縁体／金属）の構成図である。
／超誘電体／絶縁体／金属）の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す超誘電体素子の電荷
注入時のポテンシャル分布を示す図である。
注入時のポテンシャル分布を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例を示す超誘電体素子の電荷
変位を示す図である。
変位を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例を示す超誘電体素子の電流
の変化を示す図である。
の変化を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例を示す超誘電体素子の小電
流時の負電圧パルスの４端子法による電流端子のＩ−Ｖ
特性図である。
流時の負電圧パルスの４端子法による電流端子のＩ−Ｖ
特性図である。
【図６】本発明の第１実施例を示す超誘電体素子の小電
流時の負電圧パルスの電圧端子のＩ−Ｖ特性図である。
流時の負電圧パルスの電圧端子のＩ−Ｖ特性図である。
【図７】本発明の第２実施例を示す超誘電体素子（金属
／超誘電体／絶縁体／金属）の構成図である。
／超誘電体／絶縁体／金属）の構成図である。
【図８】本発明の第２実施例を示す超誘電体素子の電荷
注入時のポテンシャル分布を示す図である。
注入時のポテンシャル分布を示す図である。
【図９】本発明の第２実施例を示す超誘電体素子の電荷
変位を示す図である。
変位を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施例を示す誘電体素子（Ｐｄ
／ＬＳＣＯ／ＳＴＯ／ＰＤ）の静電容量（Ｃt ／
ＣSTO ）とＳｒドープ量ｘの関係を示す図である。
／ＬＳＣＯ／ＳＴＯ／ＰＤ）の静電容量（Ｃt ／
ＣSTO ）とＳｒドープ量ｘの関係を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施例を示す誘電体素子のＳｒ
ドープ量ｘ＝１／４，１／１６でのピーク容量のＬＳＣ
Ｏ膜厚ｔの関係を示す図である。
ドープ量ｘ＝１／４，１／１６でのピーク容量のＬＳＣ
Ｏ膜厚ｔの関係を示す図である。
【図１２】通常の誘電体（誘電率ε1 ，面積Ｓ，厚さｔ
1 ）を用いた蓄電器（コンデンサ）の構造と静電的諸量
の関係を示す図である。
1 ）を用いた蓄電器（コンデンサ）の構造と静電的諸量
の関係を示す図である。
１ 超誘電体 ２ 絶縁体 ３，４ 金属
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｇ 4/12 ３９７ Ｈ０１Ｇ 4/06 １０２
Claims (8)
- 【請求項１】 Ｌａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 結晶で、かつキ
ャリアドープ量がｘ＝１／４n または２／４n （ただ
し、ｎは正の整数）からなることを特徴とする超誘電
体。 - 【請求項２】 ２次元導電層のＣｕＯ2 単位あたりの正
孔キャリア数が１／４n （ただし、ｎは正の整数）から
なることを特徴とする超誘電体。 - 【請求項３】 ２次元導電層のＣｕＯ2 単位あたりの正
孔キャリア数が１／４n または２／４n （ただし、ｎは
正の整数）の銅酸化物である超誘電体。 - 【請求項４】 ２次元導電層を有し、ＣｕＯ2 またはそ
れに相当した結晶構造単位あたりの正孔または電子キャ
リア数が１／４n または２／４n （ただし、ｎは正の整
数）の２次元導電物質よりなる超誘電体。 - 【請求項５】 請求項４記載の超誘電体において、２次
元導電物質が酸化物であることを特徴とする超誘電体。 - 【請求項６】 超誘電体の特性を持つ薄膜を基板上に積
層してなることを特徴とする超誘電体素子。 - 【請求項７】 請求項６記載の薄膜は、ランタン系超伝
導体Ｌａ2-x ＳｒxＣｕＯ4 結晶で、かつキャリアドー
プ量がｘ＝１／４n または２／４n （ただし、ｎは正の
整数）からなることを特徴とする超誘電体素子。 - 【請求項８】 請求項６または７記載の超誘電体素子に
おいて、前記基板はＳｒＴｉＯ3 など、ペロブスカイト
またはそれに類似した結晶構造の材料からなる超誘電体
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21193195A JPH0959019A (ja) | 1995-08-21 | 1995-08-21 | 超誘電体及び超誘電体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21193195A JPH0959019A (ja) | 1995-08-21 | 1995-08-21 | 超誘電体及び超誘電体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0959019A true JPH0959019A (ja) | 1997-03-04 |
Family
ID=16614056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21193195A Withdrawn JPH0959019A (ja) | 1995-08-21 | 1995-08-21 | 超誘電体及び超誘電体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0959019A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1096578A2 (en) * | 1999-10-29 | 2001-05-02 | Fumio Okada | Solid-state excimer devices and processes for producing same |
-
1995
- 1995-08-21 JP JP21193195A patent/JPH0959019A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1096578A2 (en) * | 1999-10-29 | 2001-05-02 | Fumio Okada | Solid-state excimer devices and processes for producing same |
| EP1096578A3 (en) * | 1999-10-29 | 2005-04-13 | Fumio Okada | Solid-state excimer devices and processes for producing same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10217937B2 (en) | Asymmetric correlated electron switch operation | |
| Ray et al. | Invited paper A critical review of the observed electrical properties of MIM devices showing VCNR | |
| Mannhart et al. | Influence of electric fields on pinning in YBa 2 Cu 3 O 7− δ films | |
| Minhaj et al. | Thickness dependence on the superconducting properties of thin Nb films | |
| US4157555A (en) | Superconducting transistor | |
| Dubuis et al. | Electric field effect on superconductivity in La2− xSrxCuO4 | |
| Arya et al. | Conduction properties of thin Al2O3 films | |
| EP0494580A1 (en) | Superconducting field-effect transistor with inverted MISFET structure and method for making the same | |
| Larrabee | Current-Voltage Characteristics of Forward Biased Long p− i− n Structures | |
| Koval et al. | Tuning superconductivity by carrier injection | |
| Schroeder et al. | Leakage currents in high-permittivity thin films | |
| Rüfenacht et al. | Electrostatic Modulation of the Superfluid Density in an Ultrathin La 2-x Sr x CuO 4 Film | |
| JPH05347422A (ja) | 二安定ダイオード | |
| JP3231742B2 (ja) | 積層構造を用いる単電子トンネルトランジスタ | |
| JPH0959019A (ja) | 超誘電体及び超誘電体素子 | |
| JPH0834320B2 (ja) | 超電導素子 | |
| Ekino et al. | Superconducting energy gap in BaPb1− xBixO3 determined from point-contact tunneling | |
| Dedyk et al. | The dielectric hysteresis of YBCO-SrTiO3-YBCO structures at 4.2 K | |
| Lee et al. | Study on electrical characteristics of fluorinated polyimide film | |
| EP0618626A1 (en) | Josephson junction device of oxide superconductor having low noise level at liquid nitrogen temperature | |
| Inoue et al. | Critical sheet resistance and two-dimensional properties of Bi 2 Sr 2 CuO x thin films | |
| Zemel et al. | Electronic transport near the surface of indium antimonide films | |
| JPH0963884A (ja) | 超誘電体を用いた蓄電器 | |
| JP2829201B2 (ja) | 超電導素子 | |
| Rhoderick | Electrical properties of thin films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20021105 |