JPS63208283A - 超伝導素子 - Google Patents
超伝導素子Info
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- JPS63208283A JPS63208283A JP62040236A JP4023687A JPS63208283A JP S63208283 A JPS63208283 A JP S63208283A JP 62040236 A JP62040236 A JP 62040236A JP 4023687 A JP4023687 A JP 4023687A JP S63208283 A JPS63208283 A JP S63208283A
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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〕
本発明は極低温で動作する超伝導素子に係り。
特に制御電極に印加する電圧で２つの超伝導電極間にチ
ャネルを介して流れる電流を制御する超伝導スイッチン
グデバイスに関する。
ャネルを介して流れる電流を制御する超伝導スイッチン
グデバイスに関する。
半導体に接して設けられた２つの超伝導電極の間に流れ
る超伝導電流の値を、制御電極に印加した電圧により超
伝導近接効果を変化させることによって制御することを
動作原理とする超伝導トランジスタについては、ティー
・ディー・クラーク（Ｔ 、 Ｄ 、Ｃ１ａｒｋ ）に
よってジャーナル・オブ・アプライド・フイジイツクス
（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃ
ｓ ） ５１巻２７３６ページ（１９８０年）に論じら
れている。
る超伝導電流の値を、制御電極に印加した電圧により超
伝導近接効果を変化させることによって制御することを
動作原理とする超伝導トランジスタについては、ティー
・ディー・クラーク（Ｔ 、 Ｄ 、Ｃ１ａｒｋ ）に
よってジャーナル・オブ・アプライド・フイジイツクス
（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃ
ｓ ） ５１巻２７３６ページ（１９８０年）に論じら
れている。
電界効果型の超伝導素子を作製する際には、半導体基板
上に一定の距離りだけ離して対向させた一対の超伝導電
極を設け、この対向部に制御電極を設けている。距離り
の値は半導体中のコヒーレンス長さξ。の５〜１０倍に
選ばれる。Ｌの値がこの範囲よりも大きいと超伝導電流
が流れない。
上に一定の距離りだけ離して対向させた一対の超伝導電
極を設け、この対向部に制御電極を設けている。距離り
の値は半導体中のコヒーレンス長さξ。の５〜１０倍に
選ばれる。Ｌの値がこの範囲よりも大きいと超伝導電流
が流れない。
すなわち約０．５μｍ以下に近接させる必要があり高い
精度の加工技術が必要であった。また、制御電圧を印加
していない状態でも超伝導電極間の抵抗が小さくなり電
流が流れてしまい、素子の利得を向上させることができ
ないという欠点があった。
精度の加工技術が必要であった。また、制御電圧を印加
していない状態でも超伝導電極間の抵抗が小さくなり電
流が流れてしまい、素子の利得を向上させることができ
ないという欠点があった。
本発明の目的は動作速度が速く、利得が高い集積回路へ
の応用に適した超伝導素子を提供することにある。
の応用に適した超伝導素子を提供することにある。
上記目的は、チャネルに超薄膜を積層してなる超格子構
造をもつ膜を用いることにより達成される。
造をもつ膜を用いることにより達成される。
厚さ１０ｎｍ程度の超伝導薄膜と不純物を導入したｎ型
あるいはｐ形は半導体を積層させ液体ヘリウム中の極低
温に冷却すると、超伝導体側から接触した半導体側に超
伝導電子がしみ出す。この様子を第３図に示す。このよ
うに超伝導波動関数が半導体中に入り込み減衰する。制
御電極に電圧を印加しない状態での超伝導電子の存在確
率の変化の様子を第３図（ａ）に示す。超伝導薄膜７に
はさまれた半導体薄膜中には、雨超伝導体から超伝導電
子がしみ出すが、このしみ出す範囲が互いに重なりを持
たない。したがってこの超格子層には超伝導電流が流れ
ない。制御電極に電圧を印加すると半導体薄膜中のキャ
リア濃度が増し、第３図（ｂ）に示すように、半導体薄
膜中でしみ出す範囲が重なり（図中の斜線部）、超伝導
電流が流れるようになる。この電流は、超格子層に接触
した超伝導よりなるソース、ドレイン電極に流れ込む。
あるいはｐ形は半導体を積層させ液体ヘリウム中の極低
温に冷却すると、超伝導体側から接触した半導体側に超
伝導電子がしみ出す。この様子を第３図に示す。このよ
うに超伝導波動関数が半導体中に入り込み減衰する。制
御電極に電圧を印加しない状態での超伝導電子の存在確
率の変化の様子を第３図（ａ）に示す。超伝導薄膜７に
はさまれた半導体薄膜中には、雨超伝導体から超伝導電
子がしみ出すが、このしみ出す範囲が互いに重なりを持
たない。したがってこの超格子層には超伝導電流が流れ
ない。制御電極に電圧を印加すると半導体薄膜中のキャ
リア濃度が増し、第３図（ｂ）に示すように、半導体薄
膜中でしみ出す範囲が重なり（図中の斜線部）、超伝導
電流が流れるようになる。この電流は、超格子層に接触
した超伝導よりなるソース、ドレイン電極に流れ込む。
チャネル部にこのように超格子層を用いると、電圧状態
での抵抗が大きくなる。例えば、超伝導体薄膜と半導体
薄膜を９層交互に積み上げた超格子層からなるチャネル
部が電圧状態となった場合の抵抗は、半導体のみからな
るチャネルの抵抗の４倍もの値をもつことになる。した
がってデバイスとしてみた場合のリーク電流が減少し、
回路利得が向上することになる。
での抵抗が大きくなる。例えば、超伝導体薄膜と半導体
薄膜を９層交互に積み上げた超格子層からなるチャネル
部が電圧状態となった場合の抵抗は、半導体のみからな
るチャネルの抵抗の４倍もの値をもつことになる。した
がってデバイスとしてみた場合のリーク電流が減少し、
回路利得が向上することになる。
以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。
第１図を用いて本発明の第１の実施例を説明する。基板
８上に分子線成長法によって厚さ約３００ｎｍのＮｂよ
りなる超伝導体のソース電極１を形成したのち、大気中
にさらすことなく真空に保ったままその表面に厚さ約１
０ｎｍでホウ素不純物濃度５Ｘ１０”ｍ−８を含むＳｉ
よりなる半導体薄膜と、厚さ約ｉｎｍでＮｂよりなる超
伝導薄膜を分子線成長法により交互に堆積して超格子層
５を形成する。続いてやはり大気中にとり出すことなく
真空に保った状態でその表面に分子線成長法によって厚
さ約３００ｎｍのＮｂよりなるドレイン電極２を形成す
る。次にこれをホトレジストをマスクとしたイオンエツ
チング法によって角度をつけた所望形状に加工し、この
表面を酸素プラズマによって酸化し、約１５ｎｍの絶縁
膜４を得た。
８上に分子線成長法によって厚さ約３００ｎｍのＮｂよ
りなる超伝導体のソース電極１を形成したのち、大気中
にさらすことなく真空に保ったままその表面に厚さ約１
０ｎｍでホウ素不純物濃度５Ｘ１０”ｍ−８を含むＳｉ
よりなる半導体薄膜と、厚さ約ｉｎｍでＮｂよりなる超
伝導薄膜を分子線成長法により交互に堆積して超格子層
５を形成する。続いてやはり大気中にとり出すことなく
真空に保った状態でその表面に分子線成長法によって厚
さ約３００ｎｍのＮｂよりなるドレイン電極２を形成す
る。次にこれをホトレジストをマスクとしたイオンエツ
チング法によって角度をつけた所望形状に加工し、この
表面を酸素プラズマによって酸化し、約１５ｎｍの絶縁
膜４を得た。
最後にＤＣマグネトロンスパッタ法によってＮｂを約５
００ｎｍ堆積させ、ＣＦ４ガスによるイオンエツチング
によってこれを加工し、制御電極３を得る。以上によっ
て第１図に示した構造の超伝導素子を作製することがで
きた。
００ｎｍ堆積させ、ＣＦ４ガスによるイオンエツチング
によってこれを加工し、制御電極３を得る。以上によっ
て第１図に示した構造の超伝導素子を作製することがで
きた。
以上の超伝導素子を液体ヘリウム中の極低温で動作させ
たところ、電圧状態でのソース、ドレイン電極間の抵抗
が大きくなり、リークが少なく利得が向上した。またソ
ース、ドレイン電極それぞれと半導体との界面の汚染を
防ぐことができ、良好なショットキ障壁特性をもつ素子
が得られた。
たところ、電圧状態でのソース、ドレイン電極間の抵抗
が大きくなり、リークが少なく利得が向上した。またソ
ース、ドレイン電極それぞれと半導体との界面の汚染を
防ぐことができ、良好なショットキ障壁特性をもつ素子
が得られた。
また超伝導電子は、超格子層をトンネルして通過するた
め高速なスイッチング素子が得られた。
め高速なスイッチング素子が得られた。
次に第２図を用いて本発明の第２の実施例を説明する。
超格子層５の上と下にドレイン電極２とソース電極１を
積層し、その側壁部に絶縁ｒＩＡ４によって隔てられた
制御電極３が設けられている。
積層し、その側壁部に絶縁ｒＩＡ４によって隔てられた
制御電極３が設けられている。
基板８上に分子線成長法によって厚さ３００ｎｍのＮｂ
からなるソース電極１を形成した後、真空に保った状態
で分子線成長法によって厚さ約１０ｎｍのＳｉよりなる
半導体薄膜と厚さ約１ｎｒｎのＮｂよりなる超伝導薄膜
を交互に堆積して超格子層５を形成する。その後、真空
を保った状態で分子線成長法により厚さ約３００ｎｍの
Ｎｂよりなるドレイン電極２を形成する１次にホトレジ
ストをマスクとしたイオンエツチング法によって所望の
形状に加工した後、溝の表面を酸素プラズマによって酸
化し、約１５ｎｍの絶縁膜４を得た。最後にＤＣマグネ
トロンスパッタ法でＮｂを約５゜ｎｍ堆積させＣＦ＆ガ
スによるイオンエツチングによってこれを加工し、制御
電極３を得る１以上によって第２図に示した給進の超伝
導素子を作製することができた。
からなるソース電極１を形成した後、真空に保った状態
で分子線成長法によって厚さ約１０ｎｍのＳｉよりなる
半導体薄膜と厚さ約１ｎｒｎのＮｂよりなる超伝導薄膜
を交互に堆積して超格子層５を形成する。その後、真空
を保った状態で分子線成長法により厚さ約３００ｎｍの
Ｎｂよりなるドレイン電極２を形成する１次にホトレジ
ストをマスクとしたイオンエツチング法によって所望の
形状に加工した後、溝の表面を酸素プラズマによって酸
化し、約１５ｎｍの絶縁膜４を得た。最後にＤＣマグネ
トロンスパッタ法でＮｂを約５゜ｎｍ堆積させＣＦ＆ガ
スによるイオンエツチングによってこれを加工し、制御
電極３を得る１以上によって第２図に示した給進の超伝
導素子を作製することができた。
本実施例によればソース、ドレイン電極間の抵抗が大き
くなるとともに、２つの超伝導素子を直列に接続できる
ため、一定の制御電圧に対する出力振幅を２倍にするこ
とができ、利得が向上する。
くなるとともに、２つの超伝導素子を直列に接続できる
ため、一定の制御電圧に対する出力振幅を２倍にするこ
とができ、利得が向上する。
また、工程数も減少し、加工も容易なため高集積化に適
した素子が得られる。さらに、良好なショットキ障壁を
もつ高速なスイッチング素子が得られた。
した素子が得られる。さらに、良好なショットキ障壁を
もつ高速なスイッチング素子が得られた。
上記実施例では半導体材料にＳｉを用いたが。
Ｇ ａ Ａ ｓ 、 Ｇ ｅ 、 Ｉ ｎ Ａ ｓ 、
Ｉ ｎ Ｐ 、 Ｉ ｎ Ｓ ｂ 。
Ｉ ｎ Ｐ 、 Ｉ ｎ Ｓ ｂ 。
Ｇ ａ Ｓ ｂ等を用いてもよい。また半導体部分の導
電性を反対にしてもよい。また、超伝導体材料にＮｂを
用いたが、ＮｂＮ、ＮｂａＧｅ、Ｎｂ３Ｓｎ。
電性を反対にしてもよい。また、超伝導体材料にＮｂを
用いたが、ＮｂＮ、ＮｂａＧｅ、Ｎｂ３Ｓｎ。
Ｎｂ５ＡＱ、などのＮｂ化合物、Ｐ ｂ −Ａ ｕ 。
Ｐｂ−Ｉｎ−Ａｕ、Ｐｂ−Ｂ１などのｐｂ金合金用いた
場合でも同様の結果が得られる。
場合でも同様の結果が得られる。
本発明によれば、電圧によって制御する超伝導素子を、
再現性、均一性よく製造できる。また、超格子層とチャ
ネルに用いることにより、利得が向上し、高速かつ高集
積の超伝導集積回路を実現できる効果がある。
再現性、均一性よく製造できる。また、超格子層とチャ
ネルに用いることにより、利得が向上し、高速かつ高集
積の超伝導集積回路を実現できる効果がある。
第１図は本発明の第１の実施例を示す断面構造図、第２
図は第２の実施例を示す断面構造図、第３図は本発明の
動作原理を示す原理説明図である。 １・・・ソース電極、２・・・ドレイン電極、３・・・
制御電極、４・・・絶縁膜、５・・・半導体と超伝導体
を交互に積層してなる超格子層、６・・・半導体薄膜、
７・・・超伝導薄膜。 藁 １ 図
図は第２の実施例を示す断面構造図、第３図は本発明の
動作原理を示す原理説明図である。 １・・・ソース電極、２・・・ドレイン電極、３・・・
制御電極、４・・・絶縁膜、５・・・半導体と超伝導体
を交互に積層してなる超格子層、６・・・半導体薄膜、
７・・・超伝導薄膜。 藁 １ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、第１の超伝導電極とチャネルと第２の超伝導電極を
積層し、その端部にゲート絶縁膜と制御電極とを設けた
ことを特徴とする超伝導素子。 ２、特許請求範囲第１項に記載の超伝導素子におけるチ
ャネルは、超伝導体と半導体を少くとも２層積層した超
格子構造を有する超伝導素子。 ３、特許請求範囲第１項に記載の超伝導素子におけるチ
ャネルは、ｎ形とｐ形の半導体を少くとも２層積層した
超格子構造を有する超伝導素子。 ４、特許請求範囲第１項に記載の超伝導素子におけるチ
ャネルは、不純物を導入した半導体と導入していない半
導体を少くとも２層積層した超格子構造を有する超伝導
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62040236A JP2624666B2 (ja) | 1987-02-25 | 1987-02-25 | 超伝導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62040236A JP2624666B2 (ja) | 1987-02-25 | 1987-02-25 | 超伝導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63208283A true JPS63208283A (ja) | 1988-08-29 |
| JP2624666B2 JP2624666B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=12575085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62040236A Expired - Lifetime JP2624666B2 (ja) | 1987-02-25 | 1987-02-25 | 超伝導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2624666B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03150879A (ja) * | 1989-11-08 | 1991-06-27 | Hitachi Ltd | 超電導スイッチ素子 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63160273A (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-04 | Fujitsu Ltd | 高速半導体装置 |
-
1987
- 1987-02-25 JP JP62040236A patent/JP2624666B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63160273A (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-04 | Fujitsu Ltd | 高速半導体装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03150879A (ja) * | 1989-11-08 | 1991-06-27 | Hitachi Ltd | 超電導スイッチ素子 |
| JPH0587995B2 (ja) * | 1989-11-08 | 1993-12-20 | Hitachi Ltd |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2624666B2 (ja) | 1997-06-25 |
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