JPS6068681A - 超伝導トランジスタ - Google Patents
超伝導トランジスタInfo
- Publication number
- JPS6068681A JPS6068681A JP58177379A JP17737983A JPS6068681A JP S6068681 A JPS6068681 A JP S6068681A JP 58177379 A JP58177379 A JP 58177379A JP 17737983 A JP17737983 A JP 17737983A JP S6068681 A JPS6068681 A JP S6068681A
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- JP
- Japan
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- electrodes
- film
- electrode
- superconducting
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、超伝導素子に係わり、判に直流・交流ジョセ
フソン効果を利用した超liT′、歩トランジスタの構
造に関する〇 〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来の超伝導素子としては、ジョセフソン接合を1個使
ったジョセフソン素子が知られ、ているが、これは2端
子素子であり入出力を分離でへないため仲いにくい。そ
こで、釦、1図に示すような入出力を分離した回路が考
案プかているOこれは、磁界制御型であり、信郵電流I
sにより発生した磁束によりジョセフソン扶−合(J・
J)に流れる電流を可変するものである。[2かしなが
ら、このイ苦造では複数のジョセフソンぶ子を年債化す
る場合、隣接素子からのめ、界の影響を防止するため、
各素子4−ある程更以上朗して配設する必要があり、高
年私化の点で4+点があった0また、スイッチング速度
がインダクタンスによって決定されるので、スイッチン
グ動作が遅いと言う欠点かあ、つた0 このような問題を81決するものとして最近、第2図に
示す如くジョセフソン接合素子を2個直列に接続した3
端子素子か提案さすしている0これは、デバイス構造及
び原理共に通孔の半専体パイボーラトランシスクと類似
しており、原理としてはインジェクタ亀流Iiを流すと
、アクセグタ矩:流Iaか忽飽に俊わると1うものであ
る。すなわち、S 2−11”’−SI W合に電流I
iを流し、S2に阜A泣子を注入することによって、S
2の超伝導エネルギ・ギャップを小さくしS3から82
への準粒子のトンネル効果を促がし、Ss I 2−8
2接合に電流Iaを流すものである。なお、第2図中8
1 ・52sS3は超伝導金属を示し、Il * I2
は絶縁膜を示している。
フソン効果を利用した超liT′、歩トランジスタの構
造に関する〇 〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来の超伝導素子としては、ジョセフソン接合を1個使
ったジョセフソン素子が知られ、ているが、これは2端
子素子であり入出力を分離でへないため仲いにくい。そ
こで、釦、1図に示すような入出力を分離した回路が考
案プかているOこれは、磁界制御型であり、信郵電流I
sにより発生した磁束によりジョセフソン扶−合(J・
J)に流れる電流を可変するものである。[2かしなが
ら、このイ苦造では複数のジョセフソンぶ子を年債化す
る場合、隣接素子からのめ、界の影響を防止するため、
各素子4−ある程更以上朗して配設する必要があり、高
年私化の点で4+点があった0また、スイッチング速度
がインダクタンスによって決定されるので、スイッチン
グ動作が遅いと言う欠点かあ、つた0 このような問題を81決するものとして最近、第2図に
示す如くジョセフソン接合素子を2個直列に接続した3
端子素子か提案さすしている0これは、デバイス構造及
び原理共に通孔の半専体パイボーラトランシスクと類似
しており、原理としてはインジェクタ亀流Iiを流すと
、アクセグタ矩:流Iaか忽飽に俊わると1うものであ
る。すなわち、S 2−11”’−SI W合に電流I
iを流し、S2に阜A泣子を注入することによって、S
2の超伝導エネルギ・ギャップを小さくしS3から82
への準粒子のトンネル効果を促がし、Ss I 2−8
2接合に電流Iaを流すものである。なお、第2図中8
1 ・52sS3は超伝導金属を示し、Il * I2
は絶縁膜を示している。
ところで、この種の3端子素子は上述した如く準粒子注
入によるスイッチング動作及び増幅動作で、通常のバイ
ポーラトランジスタの働きを2個のジョセフソン接合素
子の直列接続によV実現[7だものである。したがって
、スイッチング動作は前記第1図に示しまた回路よりは
速くなるが、バイポーラトランジスタのそれに比して速
くなるものではない。
入によるスイッチング動作及び増幅動作で、通常のバイ
ポーラトランジスタの働きを2個のジョセフソン接合素
子の直列接続によV実現[7だものである。したがって
、スイッチング動作は前記第1図に示しまた回路よりは
速くなるが、バイポーラトランジスタのそれに比して速
くなるものではない。
本発明の目的は、高集積化をはウリ得ると共に高速スイ
ッチング動作及び電圧増幅動作を可能とした超伝導トラ
ンジスタを提供することにちる。
ッチング動作及び電圧増幅動作を可能とした超伝導トラ
ンジスタを提供することにちる。
本発明の骨子は、b圧制御によりジョセフソン接合素子
間に流れる電流を制御することにより、高速スイッチン
グ動作及び電圧増幅動作(・実現することにある。
間に流れる電流を制御することにより、高速スイッチン
グ動作及び電圧増幅動作(・実現することにある。
すなわち本発明l」、絶縁基板上に超伝導体からなる第
1.第2及び第3の電極を、各々の電極N1のそれぞれ
に超伝導電子であるクーパ対がトンネル可能となる程度
に、相互に近接配償し、第3の電極に印加する電圧によ
り、第1及び第2の電極間をiM接流れる超伝導電流と
第3の電極を介し−C第1及び第2の電極間に流れる超
伝導′【に流との総2+]市流をj;I’J御するよう
にし7たものでんる〇 〔発明の動床〕 本発明によil、 &j、 、第3の電極に直流電圧を
印加することにより第1及び第2の電極間に流れi4.
t 、6超伝4を電流の大きさを制御することができる
。このため、第3の電極に電圧を印加しない状態で第1
及び第2の電極間に適当な大きさの超伝導電流を流して
」?けば、第3の電極に電圧を印加することにより第1
及び泥2の電極間に電圧ぎ1下を昼じさせることができ
る。すなわち、第3の電極に印加する電圧により第1及
び第2の一;極曲に流れる電流を・ON・OFF’制御
することがでへる。そしてこの場合、電圧によってスイ
ッチング動作を制御しているので、スイッチ771作の
高速化をはかり得る。また、第3の電極に印加する′重
圧より、この電圧印加により生じる第1及び第2のIn
極mJの電位差を太きくすることができ、これにより電
圧増幅動作を実現することが可能である。
1.第2及び第3の電極を、各々の電極N1のそれぞれ
に超伝導電子であるクーパ対がトンネル可能となる程度
に、相互に近接配償し、第3の電極に印加する電圧によ
り、第1及び第2の電極間をiM接流れる超伝導電流と
第3の電極を介し−C第1及び第2の電極間に流れる超
伝導′【に流との総2+]市流をj;I’J御するよう
にし7たものでんる〇 〔発明の動床〕 本発明によil、 &j、 、第3の電極に直流電圧を
印加することにより第1及び第2の電極間に流れi4.
t 、6超伝4を電流の大きさを制御することができる
。このため、第3の電極に電圧を印加しない状態で第1
及び第2の電極間に適当な大きさの超伝導電流を流して
」?けば、第3の電極に電圧を印加することにより第1
及び泥2の電極間に電圧ぎ1下を昼じさせることができ
る。すなわち、第3の電極に印加する電圧により第1及
び第2の一;極曲に流れる電流を・ON・OFF’制御
することがでへる。そしてこの場合、電圧によってスイ
ッチング動作を制御しているので、スイッチ771作の
高速化をはかり得る。また、第3の電極に印加する′重
圧より、この電圧印加により生じる第1及び第2のIn
極mJの電位差を太きくすることができ、これにより電
圧増幅動作を実現することが可能である。
第3図は本発明の一実施例に係わる超伝導トランジスタ
の概略構造を示す平面図である。超伝導体からなる第1
乃至第3の電極1.z、aが絶縁基板4上へ互いに接触
することなく十分近接して乱作さねている。そして、’
FFtJy、1.2の界面部S12.電極2,3の界面
部S 23及び電極3.lの界面部Ss+では、超伝導
電子であるクーパ対がトンネル可能となっている。すな
イつち、界面部812+ 523I SUにトンネル型
ジョセクソン接合が形成されている。また、界面部52
3vS8□における超伝導体分離は、界面部S 12に
おけるそれよりも十分小名いものとなっている。
の概略構造を示す平面図である。超伝導体からなる第1
乃至第3の電極1.z、aが絶縁基板4上へ互いに接触
することなく十分近接して乱作さねている。そして、’
FFtJy、1.2の界面部S12.電極2,3の界面
部S 23及び電極3.lの界面部Ss+では、超伝導
電子であるクーパ対がトンネル可能となっている。すな
イつち、界面部812+ 523I SUにトンネル型
ジョセクソン接合が形成されている。また、界面部52
3vS8□における超伝導体分離は、界面部S 12に
おけるそれよりも十分小名いものとなっている。
このような構造において、第1及び第2の電極1.2間
に流れる電流は次のよう(〆こなる。ジョセフソン接合
S、、を流れることので作る超伏(12) 導電流の臨界値をJo 、2つのジョセフソン接合S3
1+S2Sを通して電極1.2間に電極3をバイパスし
て流れることのできる超伝導電流O3の の臨界値をJ。 とすると、電極J、2間に流れ得る超
伝導電流の臨界値JOは (J2) (132) Jo:Jo +Jo ・・・・・・・・・・・・(1)
となる。
に流れる電流は次のよう(〆こなる。ジョセフソン接合
S、、を流れることので作る超伏(12) 導電流の臨界値をJo 、2つのジョセフソン接合S3
1+S2Sを通して電極1.2間に電極3をバイパスし
て流れることのできる超伝導電流O3の の臨界値をJ。 とすると、電極J、2間に流れ得る超
伝導電流の臨界値JOは (J2) (132) Jo:Jo +Jo ・・・・・・・・・・・・(1)
となる。
したがって、電極1.2間に臨界値J、以下の電流Jを
流しfc場合、ジョセフソン接合の特性から電圧降下な
しに上記電流Jが流力−5電極1.2間は零抵抗を示す
。今、外部電流Jをaの Jo <J<Jo =J?” 十J。。34・・・・・
・・・・(2)となるように設定しておく。この設定の
下で第3の電極3に直流電圧Vgを印加すると、ジョセ
フソン接合831eSl!8は交流ジョセフソン効果に
より超伝導電流を流せなくなる。このため、電極1,2
間を流れる超伝導電流の臨界値は(vg) Q巧 J o = J o となり、外部電流Jより小さくな
り、電極1.2間に電圧降下が生じる。
流しfc場合、ジョセフソン接合の特性から電圧降下な
しに上記電流Jが流力−5電極1.2間は零抵抗を示す
。今、外部電流Jをaの Jo <J<Jo =J?” 十J。。34・・・・・
・・・・(2)となるように設定しておく。この設定の
下で第3の電極3に直流電圧Vgを印加すると、ジョセ
フソン接合831eSl!8は交流ジョセフソン効果に
より超伝導電流を流せなくなる。このため、電極1,2
間を流れる超伝導電流の臨界値は(vg) Q巧 J o = J o となり、外部電流Jより小さくな
り、電極1.2間に電圧降下が生じる。
したがって、スイッチング動作としては、第3の電極3
の電圧を零と有限値Vgとで切り換えることにより、第
1及び第2の電極1.2出j− を流れる電流の臨昇1飢をJ。とJ。 との間で切り換
える。これに伴い、電極1.211−i〕の箆位差が零
と有限電圧との曲でスイッチングされることになる。ま
た、電極3に印加する電圧Vgは原理的には十分小さく
てよいので、電極1゜2間に生じた電圧をもってVgO
増輻値とすることができる。すなわち、電圧増幅動作が
可能である。
の電圧を零と有限値Vgとで切り換えることにより、第
1及び第2の電極1.2出j− を流れる電流の臨昇1飢をJ。とJ。 との間で切り換
える。これに伴い、電極1.211−i〕の箆位差が零
と有限電圧との曲でスイッチングされることになる。ま
た、電極3に印加する電圧Vgは原理的には十分小さく
てよいので、電極1゜2間に生じた電圧をもってVgO
増輻値とすることができる。すなわち、電圧増幅動作が
可能である。
なお、上記超伝導トランジスタの等価記号を第4図のよ
うに魯〈とすると、このトランジスタは第5図に示す如
く電極1.2間に負葡抵抗を並列接続されて使用される
ことになる。
うに魯〈とすると、このトランジスタは第5図に示す如
く電極1.2間に負葡抵抗を並列接続されて使用される
ことになる。
第6図は他の実施例に係わる超伝導トランジスタの概略
構造を示す斜視図である。なお、第3図と同一部分には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。この実
施例が先に説明した実施例と異なる点は、第1乃至第3
の電極1.2,3を同一平面上に形成するのではなく、
第1及び第2の電極1.2上に第3の電極3を形成した
ことにある。すなわち、Si基板11上にSin、膜ノ
2を被着L7てなる絶縁基板4上に、超伝導体からなる
電極1,2が十分薄いSiO□膜13全13で被着され
、電極1.2上には超伝導体からなる電極3が十分薄い
SiO□膜14全14て被着されている。
構造を示す斜視図である。なお、第3図と同一部分には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。この実
施例が先に説明した実施例と異なる点は、第1乃至第3
の電極1.2,3を同一平面上に形成するのではなく、
第1及び第2の電極1.2上に第3の電極3を形成した
ことにある。すなわち、Si基板11上にSin、膜ノ
2を被着L7てなる絶縁基板4上に、超伝導体からなる
電極1,2が十分薄いSiO□膜13全13で被着され
、電極1.2上には超伝導体からなる電極3が十分薄い
SiO□膜14全14て被着されている。
このような構成であっても、先の実施例と同様な効果が
得られるのは勿論のことである0次に、第6図に示す、
超伝導トランジスタの製造方法について、詑7図(a)
〜(ロ))を参照して説明する。1ず、第7図(a)に
示す如<Si基板11上に熱酸化等によりSiO2膜1
2全12し、このS i 02膜12上に超伝導体とし
て例えばNbにオブ)からなる第1の電極1を蒸着形成
する。次いで、反応性イオンエツチング法等を用い、第
7図(b)に示す如く電極l及びS’i0z膜12を所
望パターンに泗択エツチングする。その後、第7図(c
)に示す如く全面にSiO2膜13全13する。このと
き、電極1Ofllli面でS io 2膜13の膜厚
が十分薄くなる薄膜形成条件を選ぶ。次いで、全面にN
b等からなる第2の電iへ2を蒸着形成し、この電極2
を8+27図(d)に示す如くパターニングする。これ
により、電G;4= 1 +2はSin、膜13を介し
てジョセフソン接合812を形成することになる。
得られるのは勿論のことである0次に、第6図に示す、
超伝導トランジスタの製造方法について、詑7図(a)
〜(ロ))を参照して説明する。1ず、第7図(a)に
示す如<Si基板11上に熱酸化等によりSiO2膜1
2全12し、このS i 02膜12上に超伝導体とし
て例えばNbにオブ)からなる第1の電極1を蒸着形成
する。次いで、反応性イオンエツチング法等を用い、第
7図(b)に示す如く電極l及びS’i0z膜12を所
望パターンに泗択エツチングする。その後、第7図(c
)に示す如く全面にSiO2膜13全13する。このと
き、電極1Ofllli面でS io 2膜13の膜厚
が十分薄くなる薄膜形成条件を選ぶ。次いで、全面にN
b等からなる第2の電iへ2を蒸着形成し、この電極2
を8+27図(d)に示す如くパターニングする。これ
により、電G;4= 1 +2はSin、膜13を介し
てジョセフソン接合812を形成することになる。
次に、第7図(e)に示す如く全面に5i02.’換1
5を被着し、続いて同図(f)に示す如<5i02膜1
5を選択エツチングする。次いで、第7図(g)に示す
如く露出した電極1,2上に十分挿い5in2膜14を
形成し、このS i 02 II:之14上にNb等か
らなる第3の電極3を蒸着形成する。
5を被着し、続いて同図(f)に示す如<5i02膜1
5を選択エツチングする。次いで、第7図(g)に示す
如く露出した電極1,2上に十分挿い5in2膜14を
形成し、このS i 02 II:之14上にNb等か
らなる第3の電極3を蒸着形成する。
その後、5i02膜15を除去することによって、前記
第6図に示す構造が完成することになる。
第6図に示す構造が完成することになる。
電極1.2の間隔は例えば” 5 (”] + S+、
02膜14の膜厚は例えばIQ(m+m)とする。なお
、5in2膜15は必ずしも除去する必要はなく、残し
た1寸にしてもよい。
02膜14の膜厚は例えばIQ(m+m)とする。なお
、5in2膜15は必ずしも除去する必要はなく、残し
た1寸にしてもよい。
以上の説明の通り、第6図の構成は現在半求体技術分野
で広く用いらノ1.でいる一般的な工程を使用すること
で、容易に実現することができる0 なお、木見耽ζは上述した各実施例に限定されるもので
はない。例えば、前記第1乃至媚、3の電4ゲの形成材
料はNbに限るものではなく、超伏黒体であハ、ばよい
。贅た、@電極間の間隔若しくは電極間の功緑J台膜厚
等は、クーパ対がトンネル可能である範囲内で適宜穴め
ればよい。
で広く用いらノ1.でいる一般的な工程を使用すること
で、容易に実現することができる0 なお、木見耽ζは上述した各実施例に限定されるもので
はない。例えば、前記第1乃至媚、3の電4ゲの形成材
料はNbに限るものではなく、超伏黒体であハ、ばよい
。贅た、@電極間の間隔若しくは電極間の功緑J台膜厚
等は、クーパ対がトンネル可能である範囲内で適宜穴め
ればよい。
さらに上記絶縁層が5in2膜に限らないのは勿論のこ
とである。その他、本発明の要旨を逸脱しないf+7
t’+で、種々変形して実施することができる。
とである。その他、本発明の要旨を逸脱しないf+7
t’+で、種々変形して実施することができる。
@1図及び第2図は従来例を説明するためのもので第1
図は磁界制御型ジョセフソン接合素子を示す等価回路図
、第2図はジョセフソン接合素子を2個直列接続し7た
3端子素子を示す等仙i回路図、第3図は本発明の一実
施例に係イっる超伝導トランジスタの概略構造を示す平
面図、第4図は上記実施例トランジスタの等色記号を示
す図、第5図は上記トランジスタの使用状態を示す等価
回路図、第6図は他の火婢例の礼゛L略構造を示す斜視
図、第7図(a)〜(g)は上記・)11・の実施例に
係わる超伝導トランジスタキメ造工程七止示す断面図で
ある。 l・・・第1の電極、2・・・第42の電極、3・・・
第3の電極、4・・・薪、縁基板、1ノ・・・St基鈑
、12゜〜、15・・・5in2膜。 出願人イU県人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 第3図 第4図
図は磁界制御型ジョセフソン接合素子を示す等価回路図
、第2図はジョセフソン接合素子を2個直列接続し7た
3端子素子を示す等仙i回路図、第3図は本発明の一実
施例に係イっる超伝導トランジスタの概略構造を示す平
面図、第4図は上記実施例トランジスタの等色記号を示
す図、第5図は上記トランジスタの使用状態を示す等価
回路図、第6図は他の火婢例の礼゛L略構造を示す斜視
図、第7図(a)〜(g)は上記・)11・の実施例に
係わる超伝導トランジスタキメ造工程七止示す断面図で
ある。 l・・・第1の電極、2・・・第42の電極、3・・・
第3の電極、4・・・薪、縁基板、1ノ・・・St基鈑
、12゜〜、15・・・5in2膜。 出願人イU県人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 第3図 第4図
Claims (3)
- (1)絶島基板上に超伝導体からなる第1.第2及び第
3の電極を、各々の電極間のそれぞれに赴、化24電子
であるクーパ対がトンネル可能となる程度に、相互に近
接配置してなることを特徴とする超伝導トランジスタ。 - (2)前記第1及び第2の電極は前記絶縁基板上に抜@
でれたものであり、前記第3の電極は上記第1及び第2
の電極上に絶縁膜を介して被着されたものであることを
特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の超伝導トラ
ンジスタ。 - (3)前記83の電極は、直流電圧の印加により、前記
第1及び2g2の電極間に直接流れる超伝導電流と上記
第3の電極を介して第1及び第2の電極間に流れる超伝
導電流との総和電流を制御するものであることを特徴と
する特許請求の範囲第(1)項または第(2)項記載の
超伝導トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58177379A JPS6068681A (ja) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | 超伝導トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58177379A JPS6068681A (ja) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | 超伝導トランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6068681A true JPS6068681A (ja) | 1985-04-19 |
Family
ID=16029909
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58177379A Pending JPS6068681A (ja) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | 超伝導トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6068681A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63261765A (ja) * | 1987-04-18 | 1988-10-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超電導素子 |
JPS63262877A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超電導素子 |
US5071832A (en) * | 1988-10-25 | 1991-12-10 | Seiko Epson Corporation | Field effect type josephson transistor |
US5318952A (en) * | 1992-12-24 | 1994-06-07 | Fujitsu Limited | A superconducting transistor wherein hot electrons are injected into and trapped from the base |
-
1983
- 1983-09-26 JP JP58177379A patent/JPS6068681A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63261765A (ja) * | 1987-04-18 | 1988-10-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超電導素子 |
JPS63262877A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超電導素子 |
JPH0587154B2 (ja) * | 1987-04-20 | 1993-12-15 | Handotai Energy Kenkyusho | |
US5071832A (en) * | 1988-10-25 | 1991-12-10 | Seiko Epson Corporation | Field effect type josephson transistor |
US5318952A (en) * | 1992-12-24 | 1994-06-07 | Fujitsu Limited | A superconducting transistor wherein hot electrons are injected into and trapped from the base |
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