JPS6298769A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JPS6298769A JPS6298769A JP60237574A JP23757485A JPS6298769A JP S6298769 A JPS6298769 A JP S6298769A JP 60237574 A JP60237574 A JP 60237574A JP 23757485 A JP23757485 A JP 23757485A JP S6298769 A JPS6298769 A JP S6298769A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/7606—Transistor-like structures, e.g. hot electron transistor [HET]; metal base transistor [MBT]
-
- 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
- H10N60/128—Junction-based devices having three or more electrodes, e.g. transistor-like structures
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は金属ベース電極を有する、動作速度の速い縦型
トランジスタに関する。
トランジスタに関する。
従来、この種の半導体素子として、メタルベーストラン
ジスタ（ＭＢＴ）が知られている。これは、文献（１９
６９年ニューヨーク市、ジョンワイリー アンド サン
ズ社発行、８６Ｍ、 ツエ（８，Ｍ、ｓＺｅ Ｊ著「
半導体デバイスの物理」（Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｅ
ｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ ）第５８７
頁〕にその原理提案がなされているが、その構造を第３
図に簡略に示す。すなわち第３図は、従来の半導体素子
の１例であるＭＢＴの構造を示す断面図である。第３囚
で符号１はエミッタ電極、２は第１の半導体層、６はベ
ース電極層、４は第２の半導体層、５はコレクタ電極で
ある。この素子の動作は３極真空管のそれと類似してい
る。すなわち、１は５極真空管のカソード電極に、３は
３極真空管のグリッド電極に、５は３極真空管のプレー
ト電極にそれぞれ対応した動作をする。しかし上記ＭＢ
Ｔ素子が利得の大きな増幅素子として動作するためには
、３の厚さを、そこを通過する電子の平均自由行程長に
比べ十分小さくする必要がある。一方、現実の素子炸裂
上の問題点として、３の厚さ金小さくすると伝導電子の
界面散乱の効果、及び電極層の面内不連続性のために、
３の電気抵抗が著しく増大し、ゲート電極として使用す
ることができなくなるため、従来３の厚さは約２０ｎｍ
若しくはそれ以上に設定されざるを得なかった。そのた
め、素子の利得は極めて小さく、例、ｔ ハエレフトロ
ン レタース（ＥｌｅｃｔｒｏｎＬｅｔｔｅｒｓ ）第
２０巻第１９号第７６２〜７６４頁（１９８４年）Ｌ
ローゼンテヤー（Ｋ、Ｒｏ−ｓｅｎｃｈｅｒ ）ほか
「モノリシック８１／Ｃ！０８ｉｌ／Ｓｉエピタキシヤ
ル構造体におけるトランジスタ効果Ｊ （Ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ Ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ
Ｓｉ／Ｃ０８ｉｌ／Ｓｉ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ５ｔ
ｒｕｃｔｕｒｅｓ ）で報告しているように電流増幅″
４（α）は（ＬＯ２〜α０２５の間にあり、通常のトラ
ンジスタにおけるα々１に比べ、著しく小さいものであ
った。
ジスタ（ＭＢＴ）が知られている。これは、文献（１９
６９年ニューヨーク市、ジョンワイリー アンド サン
ズ社発行、８６Ｍ、 ツエ（８，Ｍ、ｓＺｅ Ｊ著「
半導体デバイスの物理」（Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｅ
ｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ ）第５８７
頁〕にその原理提案がなされているが、その構造を第３
図に簡略に示す。すなわち第３図は、従来の半導体素子
の１例であるＭＢＴの構造を示す断面図である。第３囚
で符号１はエミッタ電極、２は第１の半導体層、６はベ
ース電極層、４は第２の半導体層、５はコレクタ電極で
ある。この素子の動作は３極真空管のそれと類似してい
る。すなわち、１は５極真空管のカソード電極に、３は
３極真空管のグリッド電極に、５は３極真空管のプレー
ト電極にそれぞれ対応した動作をする。しかし上記ＭＢ
Ｔ素子が利得の大きな増幅素子として動作するためには
、３の厚さを、そこを通過する電子の平均自由行程長に
比べ十分小さくする必要がある。一方、現実の素子炸裂
上の問題点として、３の厚さ金小さくすると伝導電子の
界面散乱の効果、及び電極層の面内不連続性のために、
３の電気抵抗が著しく増大し、ゲート電極として使用す
ることができなくなるため、従来３の厚さは約２０ｎｍ
若しくはそれ以上に設定されざるを得なかった。そのた
め、素子の利得は極めて小さく、例、ｔ ハエレフトロ
ン レタース（ＥｌｅｃｔｒｏｎＬｅｔｔｅｒｓ ）第
２０巻第１９号第７６２〜７６４頁（１９８４年）Ｌ
ローゼンテヤー（Ｋ、Ｒｏ−ｓｅｎｃｈｅｒ ）ほか
「モノリシック８１／Ｃ！０８ｉｌ／Ｓｉエピタキシヤ
ル構造体におけるトランジスタ効果Ｊ （Ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ Ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ
Ｓｉ／Ｃ０８ｉｌ／Ｓｉ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ５ｔ
ｒｕｃｔｕｒｅｓ ）で報告しているように電流増幅″
４（α）は（ＬＯ２〜α０２５の間にあり、通常のトラ
ンジスタにおけるα々１に比べ、著しく小さいものであ
った。
こうした理由により、従来、ＭＢＴを増幅素子やスイッ
チング素子として使用することができないという問題点
があった。
チング素子として使用することができないという問題点
があった。
本発明の目的は、金属材料からなるベース電極層の、薄
層化に伴５を気抵抗の増大といり問題点を解決し、極薄
ベース電極で構成された半導体素子を提供することにあ
る。
層化に伴５を気抵抗の増大といり問題点を解決し、極薄
ベース電極で構成された半導体素子を提供することにあ
る。
本発明を概説すれば、本発明は半導体素子に関する発明
であって、第１の半導体層、金属材料からなるベース電
極層、第２の半導体層が順次積場され−てなる縦型構造
トランジスタにおいて、ベース電極層が超伝導体からな
ることを特徴とする。
であって、第１の半導体層、金属材料からなるベース電
極層、第２の半導体層が順次積場され−てなる縦型構造
トランジスタにおいて、ベース電極層が超伝導体からな
ることを特徴とする。
本発明は、ベース電極層を超伝導材料で構成することを
主な特徴とする。従来のＭＢＴ素子とは、ペース電極の
構成材料若しくはペース電極の形状、及び素子の動作温
度が異なる。
主な特徴とする。従来のＭＢＴ素子とは、ペース電極の
構成材料若しくはペース電極の形状、及び素子の動作温
度が異なる。
本発明ではベース電極全超伝導材料で構成しているので
、素子の動作温度をペース電極材料の超伝導転移温度（
Ｔｃ ）以下とすることにより、ベース電極層の電気抵
抗をゼロにすることができる。
、素子の動作温度をペース電極材料の超伝導転移温度（
Ｔｃ ）以下とすることにより、ベース電極層の電気抵
抗をゼロにすることができる。
このために、従来のＭＢＴ素子の問題点であったベース
電極層の薄層化に伴う電気抵抗の増大を抑制しうるもの
で、従来のＭＢＴ素子のベース電極層の厚さよυもはる
かに薄いベース電極層を形成し得るものである。
電極層の薄層化に伴う電気抵抗の増大を抑制しうるもの
で、従来のＭＢＴ素子のベース電極層の厚さよυもはる
かに薄いベース電極層を形成し得るものである。
更に、超伝導材料によりベース電極層を構成したことの
別の特徴的な効果として、ベース電極層が形状的に不連
続構造を有する場合、すなわち端的には、電極層が互い
に空間的に分離された微小結晶粒で構成されている場合
であっても、直流ジョセフソン効果により、それら微小
結晶粒はすべて同−電位金保つことが知られており、電
気的につながった１つのペース電極として動作すること
を可能にするものである。
別の特徴的な効果として、ベース電極層が形状的に不連
続構造を有する場合、すなわち端的には、電極層が互い
に空間的に分離された微小結晶粒で構成されている場合
であっても、直流ジョセフソン効果により、それら微小
結晶粒はすべて同−電位金保つことが知られており、電
気的につながった１つのペース電極として動作すること
を可能にするものである。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されない。
本発明はこれら実施例に限定されない。
実施例１
第１図は本発明の１実施例の半導体素子の構造を示す断
面図である。第１因において符号６及び９はそれぞれエ
ミッタ電極端子及びペース電極端子であり、その材質は
鉛・インジウム（ＰｂＩｎ ）合金である。７は第１の
半導体層であり材質は鉛・テルル（ＰｂＴｅ ）化合物
半導体、８はベース電極層であり材質はタリウム（Ｔｔ
）を１．０原子チドープしたＰｂＴｅ （以下Ｐｂ’
ｒｅ（Ｔｔ）と略記する〕化合物超伝導体、１０は第２
の半導体層であり、材質はＰｂＴｅ化合物半導体、１１
はコレクタ電極であｐ、材質はＰｂＴｅ （Ｔｌ ）単
結晶である。本素子を作製するには、まず、１１上に公
知の蒸着法によ、ｊ）、ＰｂＴｅ化合物を堆積した後、
続けてＰｂＴｅ （Ｔｔ）化合物を堆積し、更に公知の
リングラフィ法により所定の形状に加工する。こうして
１０と８が形成される。次にやはり蒸着法を用いて８の
上に７を堆積し、リングラフィ法によりこれを所定の形
状に加工する。
面図である。第１因において符号６及び９はそれぞれエ
ミッタ電極端子及びペース電極端子であり、その材質は
鉛・インジウム（ＰｂＩｎ ）合金である。７は第１の
半導体層であり材質は鉛・テルル（ＰｂＴｅ ）化合物
半導体、８はベース電極層であり材質はタリウム（Ｔｔ
）を１．０原子チドープしたＰｂＴｅ （以下Ｐｂ’
ｒｅ（Ｔｔ）と略記する〕化合物超伝導体、１０は第２
の半導体層であり、材質はＰｂＴｅ化合物半導体、１１
はコレクタ電極であｐ、材質はＰｂＴｅ （Ｔｌ ）単
結晶である。本素子を作製するには、まず、１１上に公
知の蒸着法によ、ｊ）、ＰｂＴｅ化合物を堆積した後、
続けてＰｂＴｅ （Ｔｔ）化合物を堆積し、更に公知の
リングラフィ法により所定の形状に加工する。こうして
１０と８が形成される。次にやはり蒸着法を用いて８の
上に７を堆積し、リングラフィ法によりこれを所定の形
状に加工する。
１０．８．７の淳さは、それぞれ代表的には２００ｎｍ
、 １０ｎｍ、 ５０ｎｍである。本素子の作製工程中
、重要な点は、層界面でのキャリア散乱を低減するため
８と１０及び８と７との間の結晶格子整合をとること、
及び８が超伝導体であることの２点であり、これらが満
たされているならば、７．８．１０を別の材料で構成し
てもよい。６及び９はそれぞれ７及び８とオーム性接合
を形成するための電極であシ、良好なオーム性接合を形
成しうるものであれば別の材料であっても良い。
、 １０ｎｍ、 ５０ｎｍである。本素子の作製工程中
、重要な点は、層界面でのキャリア散乱を低減するため
８と１０及び８と７との間の結晶格子整合をとること、
及び８が超伝導体であることの２点であり、これらが満
たされているならば、７．８．１０を別の材料で構成し
てもよい。６及び９はそれぞれ７及び８とオーム性接合
を形成するための電極であシ、良好なオーム性接合を形
成しうるものであれば別の材料であっても良い。
一方、８はＰｂＴｅ （Ｔｔ ）化合物で構成されてお
り、この物質は例えばソビエト フイジクスソリツド
ステート（８０ｖ、 Ｐｈｙｓ、 ５ｏｌｉｄ ５ｔａ
ｔｅ ）第２３巻第５号第８１７〜８２０頁、工、Ａ、
チェルニク（工、Ａ、 Ｃｈｅｒｎｉｋ ）及び８．Ｎ
、ライコツ（ｓ。
り、この物質は例えばソビエト フイジクスソリツド
ステート（８０ｖ、 Ｐｈｙｓ、 ５ｏｌｉｄ ５ｔａ
ｔｅ ）第２３巻第５号第８１７〜８２０頁、工、Ａ、
チェルニク（工、Ａ、 Ｃｈｅｒｎｉｋ ）及び８．Ｎ
、ライコツ（ｓ。
Ｎ、 Ｌｙｋｏｖ） 「１．４ Ｋにおけル）”−フＩ
、ｆｃ鉛テルル化物のバルク超伝導性Ｊ （Ｂｕｌｋ
５ｕｐｅｒｃｏｎ−ａｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｄｏｐ
ｅｄ １ｅａｄ ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ ａｔ １．４Ｋ
）にも示されているように超伝導転移温度（Ｔｃ）が１
．４にの超伝導体である。本実施例において８のシート
抵抗は室温では約１００にΩであったが温度ＩＫＫ冷却
すると８は超伝導状態となり、８のシート抵抗は測定装
置の検出限界（α０１０λ以下となつ次。なお本実施例
で８の厚さは１０ｎｍ”Ｃめるが、８の堆積条件の改良
によ）更に薄くかつ超伝導状態を示すペース電極を構成
することが可能となる。
、ｆｃ鉛テルル化物のバルク超伝導性Ｊ （Ｂｕｌｋ
５ｕｐｅｒｃｏｎ−ａｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｄｏｐ
ｅｄ １ｅａｄ ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ ａｔ １．４Ｋ
）にも示されているように超伝導転移温度（Ｔｃ）が１
．４にの超伝導体である。本実施例において８のシート
抵抗は室温では約１００にΩであったが温度ＩＫＫ冷却
すると８は超伝導状態となり、８のシート抵抗は測定装
置の検出限界（α０１０λ以下となつ次。なお本実施例
で８の厚さは１０ｎｍ”Ｃめるが、８の堆積条件の改良
によ）更に薄くかつ超伝導状態を示すペース電極を構成
することが可能となる。
実施例２
第２図は本発明の他の１実施例の半導体素子の構造を示
す断面図である。第２図において符号１２はエミッタ電
極端子でろり、その材質はアルミニウム（Ａｔ）である
。１５は第１の半導体層で材質はシリコン（Ｓｌ）、１
４ｕベース電極膚で島状構造を有するニオブ（Ｎｂ ）
薄膜によって構成される。１５Ｖ１ベース電極端子でる
り、その材質は１４と同じＮｂでろる。１６は第２の半
導体層で材質はＳｌである。１７はコレクタ電極であフ
、高濃度ドープＳ１単結晶板でろる。１６．１４．１５
の積層法は第１の実施例で述べたのと同様に公知の蒸着
法とりソグラフイ法とを用いたものである。本実施例の
特徴は１４の形状が不連続なものであり、直径が２〜１
０ｎｍの微小結晶粒が互いに０〜５ｎｍ程度の空隙を隔
てて平面上に分散配電しである点である。こうした構造
は、蒸着法によって１６上にＮｌ）薄膜を形成する際、
１６の温度を６００℃〜８００ｔ：に加熱することによ
ジ得られるものである。したがって１４全形成した後、
更にその上に１３を蒸着法で形成する際、１６の一部が
露出しているので１３は１６上にエピタキシャルＶＣ成
長する。
す断面図である。第２図において符号１２はエミッタ電
極端子でろり、その材質はアルミニウム（Ａｔ）である
。１５は第１の半導体層で材質はシリコン（Ｓｌ）、１
４ｕベース電極膚で島状構造を有するニオブ（Ｎｂ ）
薄膜によって構成される。１５Ｖ１ベース電極端子でる
り、その材質は１４と同じＮｂでろる。１６は第２の半
導体層で材質はＳｌである。１７はコレクタ電極であフ
、高濃度ドープＳ１単結晶板でろる。１６．１４．１５
の積層法は第１の実施例で述べたのと同様に公知の蒸着
法とりソグラフイ法とを用いたものである。本実施例の
特徴は１４の形状が不連続なものであり、直径が２〜１
０ｎｍの微小結晶粒が互いに０〜５ｎｍ程度の空隙を隔
てて平面上に分散配電しである点である。こうした構造
は、蒸着法によって１６上にＮｌ）薄膜を形成する際、
１６の温度を６００℃〜８００ｔ：に加熱することによ
ジ得られるものである。したがって１４全形成した後、
更にその上に１３を蒸着法で形成する際、１６の一部が
露出しているので１３は１６上にエピタキシャルＶＣ成
長する。
その結果として１３と１６との界面でのキャリア散乱が
低減するものである。
低減するものである。
このような構造であるから、本素子をＮｌ）の超伝導転
移温度（９，２Ｋ ）よシも低い温度、−例として４Ｋ
に冷却することにより、１４の個々のＮｂ微小結晶粒は
超伝導状態となり、がっ、各々のＮｌ）微小結晶粒同志
は、公知の直流ジョセフノン効果により、すべて同電位
を保つ、すなわち電気的につながった状態をとるもので
ある。
移温度（９，２Ｋ ）よシも低い温度、−例として４Ｋ
に冷却することにより、１４の個々のＮｂ微小結晶粒は
超伝導状態となり、がっ、各々のＮｌ）微小結晶粒同志
は、公知の直流ジョセフノン効果により、すべて同電位
を保つ、すなわち電気的につながった状態をとるもので
ある。
このことは１４が一体のベース電極として作用すること
を保障するものである。
を保障するものである。
以上説明したように、本発明は薄くかつ電気抵抗の小さ
いベース電極を有するものであり、これは従来の常伝導
金属で構成されていた半導体素子においては実現困難な
ものである。したがって本発明を用いることによりエミ
ッタ電極から放出されるキャリアがペース電極層を通過
する際、ペース電極層が薄いのでそこで散乱される確率
が著しく減少し、利得の大きな縦型構造トランジスタが
得られるという利点がある。
いベース電極を有するものであり、これは従来の常伝導
金属で構成されていた半導体素子においては実現困難な
ものである。したがって本発明を用いることによりエミ
ッタ電極から放出されるキャリアがペース電極層を通過
する際、ペース電極層が薄いのでそこで散乱される確率
が著しく減少し、利得の大きな縦型構造トランジスタが
得られるという利点がある。
第１図及び第２図は本発明の１実施例の半導体素子の構
造を示す断面図、第３図は従来の半導体素子の１例であ
るメタルペーストランジスタの構造を示す断面図である
。 １．６及び１２：エミッタ電極、２．７及び１３：第１
の半導体層、３：ペース電極層、４．１０及び１６：第
２の半導体層、５．１１及び１７：コレクタ電極、８及
び１４：超伝導ペース電極、９及び１５：ベース電極端
子 第 ／ 図 第 ２ 図
造を示す断面図、第３図は従来の半導体素子の１例であ
るメタルペーストランジスタの構造を示す断面図である
。 １．６及び１２：エミッタ電極、２．７及び１３：第１
の半導体層、３：ペース電極層、４．１０及び１６：第
２の半導体層、５．１１及び１７：コレクタ電極、８及
び１４：超伝導ペース電極、９及び１５：ベース電極端
子 第 ／ 図 第 ２ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、第１の半導体層、金属材料からなるベース電極層、
第２の半導体層が順次積層されてなる縦型構造トランジ
スタにおいて、ベース電極層が超伝導体からなることを
特徴とする半導体素子。 ２、該ベース電極層が、厚さの一様な連続した超伝導体
薄膜からなるものである特許請求の範囲第１項記載の半
導体素子。 ３、該ベース電極層が、多数の空孔又は空隙を有する超
伝導体薄膜からなるものである特許請求の範囲第１項記
載の半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60237574A JPS6298769A (ja) | 1985-10-25 | 1985-10-25 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60237574A JPS6298769A (ja) | 1985-10-25 | 1985-10-25 | 半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6298769A true JPS6298769A (ja) | 1987-05-08 |
Family
ID=17017331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60237574A Pending JPS6298769A (ja) | 1985-10-25 | 1985-10-25 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6298769A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD174Z (ro) * | 2009-05-19 | 2010-10-31 | Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы | Material semiconductor |
| MD323Z (ro) * | 2009-12-29 | 2011-08-31 | Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы | Microfir termoelectric în izolaţie de sticlă |
-
1985
- 1985-10-25 JP JP60237574A patent/JPS6298769A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD174Z (ro) * | 2009-05-19 | 2010-10-31 | Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы | Material semiconductor |
| MD323Z (ro) * | 2009-12-29 | 2011-08-31 | Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы | Microfir termoelectric în izolaţie de sticlă |
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