JPS63250879A - Superconducting element - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、低温または室温で動作する超伝導素子に係り
、特に利得が大きくスイッチング速度が速く高利得化に
好適な超伝導素子に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a superconducting element that operates at low temperature or room temperature, and particularly to a superconducting element that has a large gain and a fast switching speed and is suitable for increasing the gain.
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、制御電極に印加して電圧により超
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Φオブ・アプライド・フイジクス、５１巻
２７３６ページ（１９８０年） （Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ。Superconductor whose operating principle is to control the value of superconducting current flowing between two superconducting electrodes placed in contact with a semiconductor by changing the superconducting proximity effect by applying voltage to a control electrode. Regarding transistors, T.D. Clark (T.
of Applied Physics.
Ｖｏｌ、５１ （１９８０）ｐ２７８６）に論じられ
ている。Vol. 51 (1980) p2786).
上記技術は、電界効果型の超伝導素子を実現することを
目的としている。この型の超伝導トランジスタを作製す
る際には、半導体基板上に一定の距離Ωだけ離して対向
させた一対の超伝導電極を設ける。この電極が電界効果
トランジスタの、ソース・ドレイン電極に対応する。こ
の対向部に制御電極を設けて電界をかけることにより、
キャリア濃度を変化させ、ソース・ドレイン電極間を半
導体を介して流れる超伝導電流を変調している。The above technology is aimed at realizing a field effect type superconducting element. When manufacturing this type of superconducting transistor, a pair of superconducting electrodes are provided on a semiconductor substrate, facing each other and separated by a certain distance Ω. These electrodes correspond to the source and drain electrodes of the field effect transistor. By providing a control electrode on this opposing part and applying an electric field,
By changing the carrier concentration, the superconducting current flowing between the source and drain electrodes via the semiconductor is modulated.
従来のゲート酸化膜を介してゲート電極を設けたＭＯ８
型電界効果トランジスタ構造では、ゲート容量が大きく
なり、必要以上に大きな電圧を加えなければＯＮ状態に
ならず、結果として利得の向上を図ることができなかっ
た。またゲート容量と密接な関係にある動作速度の向上
も望めないという問題もあった。MO8 with gate electrode provided through conventional gate oxide film
In the type field effect transistor structure, the gate capacitance becomes large, and the ON state cannot be achieved unless a voltage larger than necessary is applied, and as a result, it is not possible to improve the gain. Another problem is that it is impossible to expect an improvement in operating speed, which is closely related to gate capacitance.
本発明の目的は、ゲート容量を無視できる程小さな値に
して、スイッチング速度の高速化と利得の向上を可能と
する素子を提供することにある。An object of the present invention is to provide an element that can increase switching speed and improve gain by reducing gate capacitance to a negligibly small value.
上記目的は、金属あるいは半導体を介して超伝導弱結合
を構成し、上記金属あるいは半導体に超伝導あるいは常
伝導電流を注入する手段と、上記電流の注入量を制御す
るための手段を設けて、上記注入電流によって上記超伝
導体間を流れる超伝導臨界電流の大きさを制御して素子
を動作させることによって達成することができる。The above object is to form a superconducting weak coupling through a metal or a semiconductor, and to provide means for injecting a superconducting or normal current into the metal or semiconductor, and a means for controlling the amount of the current to be injected. This can be achieved by operating the device by controlling the magnitude of the superconducting critical current flowing between the superconductors using the injection current.
本発明は、従来用いられている電界効果トランジスタや
バイポーラトランジスタと異なり、新規な原理に基づい
ている。The present invention is different from conventionally used field effect transistors and bipolar transistors and is based on a novel principle.
従来技術においては、２つの超伝導電極間の結合を、電
界効果によって制御して素子特性を変化させて動作を行
っていた。本発明の超伝導素子は電界効果ではなく、超
伝導電流あるいは常伝導電流の注入によってこれを制御
している超伝導電流あるいは常伝導電流の注入を用いる
ことによって。In the conventional technology, operation was performed by controlling the coupling between two superconducting electrodes using an electric field effect to change device characteristics. The superconducting element of the present invention is controlled not by field effect but by injection of superconducting current or normal current.By using injection of superconducting current or normal conducting current.
従来技術において問題となっていた制御電極の静電容量
を低減して素子動作の高速化を図ることができる。It is possible to reduce the electrostatic capacitance of the control electrode, which has been a problem in the prior art, and to increase the speed of device operation.
また従来、超伝導トンネル接合に電流を注入する手段を
有し、トンネル効果を制御するデバイスは公知であるが
、これら公知技術においては電流の注入は超伝導電極部
分に対して行われており、トンネル電流を制御すること
によってデバイス動作を行っている。Furthermore, conventionally, devices have been known that have means for injecting current into a superconducting tunnel junction to control the tunnel effect, but in these known techniques, current is injected into a superconducting electrode portion. The device operates by controlling the tunnel current.
これに対し本発明の超伝導素子においては、超伝導電極
そのものではなく、その間に設けた半導体あるいは金属
部分に超伝導電流あるいは常伝導電流を注入している。On the other hand, in the superconducting element of the present invention, superconducting current or normal current is injected not into the superconducting electrodes themselves but into the semiconductor or metal portion provided between them.
これは従来技術と全く異なっている。さらに従来技術が
超伝導体のエネルギ・ギャップを電流の注入によって制
御し、これに基づいてアバイスを動作させていたが、本
発明の超伝導素子は超伝導体中のエネルギ・ギャップを
制御するのではなく１本来は超伝導体ではない上記半導
体あるいは金属中に、超伝導近接効果によって誘起され
た超伝導性を制御し、２つの超伝導電極の間に流れる超
伝導臨界電流を増減させることにより動作する。さらに
本発明では、電流の注入を行うために単に電極を上記半
導体もしくは金属にオーミックに接触させるのではなく
電流の注入量を制御する手段を利用しており、これを用
いることによって、注入された電流に対する上記超伝導
臨界電流の変化の割合を大きくシ、あるいは注入電流に
一定のしきい値を設けることによって、デバイスとして
の特性の非線形性を強くシ１回路あるいはシステムの構
成が容易となる点に特徴がある。This is completely different from conventional technology. Furthermore, while the conventional technology controlled the energy gap in a superconductor by injecting a current and operated the advice based on this, the superconducting element of the present invention can control the energy gap in a superconductor. Rather, by controlling the superconductivity induced by the superconducting proximity effect in the semiconductor or metal, which is not originally a superconductor, and increasing or decreasing the superconducting critical current flowing between two superconducting electrodes. Operate. Furthermore, in the present invention, in order to inject current, a means for controlling the amount of current to be injected is used instead of simply bringing the electrode into ohmic contact with the semiconductor or metal. By increasing the rate of change of the superconducting critical current with respect to the current, or by setting a certain threshold value for the injected current, the nonlinearity of the device characteristics can be strengthened. 1. The configuration of the circuit or system can be facilitated. There are characteristics.
例えば、上記の電流の注入量を制御する手段として量子
井戸ポテンシャルを用いた場合には次のごとくデバイス
特性を改善することが可能である。For example, when a quantum well potential is used as a means for controlling the amount of current injection, the device characteristics can be improved as follows.
ブロッホ波長に近い寸法の半導体を積層した場合量子効
果が顕著になる。そこで量子井戸を用いて物質内の電子
を所望の層内に閉じ込めることが可能となる。材料と寸
法により、量子井戸ポテンシャルの幅と高さを変化させ
ることができ、井戸の中の電子のとりうる許容エネルギ
ーも変化する。Quantum effects become noticeable when semiconductors with dimensions close to the Bloch wavelength are stacked. Therefore, it becomes possible to confine electrons within a material within a desired layer using quantum wells. Depending on the material and dimensions, the width and height of the quantum well potential can be varied, and the allowable energies of the electrons within the well can also be varied.
つまり井戸中の電子のエネルギー状態が量子化される。In other words, the energy state of the electrons in the well is quantized.
一方半導体は伝導帯の中の電子のエネルギー準位は連続
している。この点が従来の半導体素子との異なる点であ
る。On the other hand, in semiconductors, the energy levels of electrons in the conduction band are continuous. This point is different from conventional semiconductor devices.
量子井戸型ポテンシャルの様子を第２図に示す。Figure 2 shows the quantum well type potential.
第２図は、１つの井戸の中の電子の確率密度が隣の井戸
の中に及ぶほど互いに近接して配置されている。すなわ
ち電子はお互いの間を容易にトンネルすることができる
。In FIG. 2, the electrons in one well are placed so close together that the probability density extends into the adjacent well. That is, electrons can easily tunnel between each other.
井戸から井戸へ電子がエネルギーの変化なしにトンネル
する現象として共鳴トンネル現象が知られている。井戸
と井戸の距離が小さくなるとともに共鳴トンネル現象の
確率が高まる。この現象の制約は熱エネルギーによって
誘起されるエネルギー準位のポピユレーションの再分布
によりもたらされる。従って３００にで動作させるには
、井戸の幅と間隔は１００人程度にしなければならない
が液体ヘリウム温度（４，２Ｋ） で動作させる場合
、井戸の幅と間隔は１０００人〜２０００人でよい、こ
の点で低温で動作する超伝導素子に適用すると有利であ
る。遷移時間が１ピュ秒で短いためデバイスとして見た
場合、高速化できる。Resonant tunneling is known as a phenomenon in which electrons tunnel from one well to another without a change in energy. As the distance between wells decreases, the probability of resonant tunneling increases. The constraint on this phenomenon is brought about by the redistribution of the energy level population induced by thermal energy. Therefore, to operate at 300°C, the width and spacing of the wells must be approximately 100 people, but when operating at liquid helium temperature (4.2K), the width and spacing of the wells may be 1000 to 2000 people. In this respect, it is advantageous to apply it to superconducting elements that operate at low temperatures. Since the transition time is short at 1 psec, it can be faster when viewed as a device.
第３図（ａ）に示しているように隣接している井戸のエ
ネルギー準位はバイアス電圧をかけることによってそろ
えることができる。これらの２つの井戸の間におけるト
ンネル現象の電流電圧特性は第３図（ｂ）のようになる
。２つの井戸のエネルギー準位がそろったときに電流の
ピークが現れ、それ以後には負性抵抗が見られる。なお
、井戸を２つ以上の並列に働かせることによって、全電
流を増すことも可能である。As shown in FIG. 3(a), the energy levels of adjacent wells can be aligned by applying a bias voltage. The current-voltage characteristics of the tunneling phenomenon between these two wells are as shown in FIG. 3(b). A current peak appears when the energy levels of the two wells are aligned, and after that a negative resistance is observed. Note that it is also possible to increase the total current by operating two or more wells in parallel.
以上述べた様に、本発明によって構成された超伝導素子
はトンネル現象を利用した電子の注入を半導体のチャネ
ル部に行うことができるので、超伝導体からなるソース
・ドレインの２つの超伝導電極間に半導体もしくは常伝
導金属を介して流れる超伝導電流を増加させることがで
きるので、高速、高利得となる。As described above, since the superconducting element constructed according to the present invention can inject electrons into the channel part of the semiconductor using tunneling, two superconducting electrodes, a source and a drain, made of a superconductor are used. It is possible to increase the superconducting current that flows through the semiconductor or normal metal between them, resulting in high speed and high gain.
量子井戸型ポテンシャルのほかに、ショットキ障壁、絶
縁物よる成るトンネル障壁層ｗＰ ｎ接合を用いても
、トンネル現象に基づく電子の注入を行うことが可能で
ある。In addition to the quantum well type potential, it is also possible to inject electrons based on the tunneling phenomenon by using a Schottky barrier or a tunnel barrier layer wP n junction made of an insulator.
以下、本発明を実施例にもとづき詳細に説明する。第１
図は本発明の第１の実施例である素子の断面構造を示す
、この実施例では注入電流を制御する手段として量子井
戸型ポテンシャルを用いた例である。ＧａＡｓからなる
基板３上にＧ ａ Ａ ｓとＡＱＧａＡｓを交互に成長
させて形成長した量子井戸５が設けられている。この量
子井戸５の両側の基板３上に接して超伝導体からなるソ
ース電極１とドレイン電極２が設けられている。量子井
戸５に接触して設けた制御電極４に電圧を印加すると共
鳴トンネル現象で井戸から井戸に電子が無損失でトンネ
ルして、半導体基板３の表面で量子井戸５に接している
部分に電子が注入される。よってこの部分の実効的なキ
ャリア濃度は増加したことになるためソース・トレイン
両電極から基板３に超伝導電子がしみ出す確率が増し、
その距離も広がる。したがって電圧が零の状態でソース
電極１とドレイン電極２の間に超伝導電流が流れるよう
になる。つまりこのような素子を構成すれば、制御電極
４に印加する電圧で、超伝導電流の大きさを制御するト
ランジスタが実現できる。Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on examples. 1st
The figure shows a cross-sectional structure of a device according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a quantum well type potential is used as means for controlling the injection current. A quantum well 5 formed by growing GaAs and AQGaAs alternately is provided on a substrate 3 made of GaAs. A source electrode 1 and a drain electrode 2 made of a superconductor are provided in contact with the substrate 3 on both sides of the quantum well 5. When a voltage is applied to the control electrode 4 provided in contact with the quantum well 5 , electrons tunnel from one well to the other without loss due to resonance tunneling, and electrons are transferred to the surface of the semiconductor substrate 3 in contact with the quantum well 5 . is injected. Therefore, the effective carrier concentration in this part has increased, so the probability that superconducting electrons will seep into the substrate 3 from both the source and train electrodes increases.
The distance also increases. Therefore, a superconducting current flows between the source electrode 1 and the drain electrode 2 when the voltage is zero. In other words, by configuring such an element, a transistor can be realized in which the magnitude of the superconducting current is controlled by the voltage applied to the control electrode 4.
次にこの素子の作製方法について述べる。Next, a method for manufacturing this device will be described.
Ｓｉの不純物濃度を１０１７ａ１１−８導入したＧ ａ
Ａ ｓからなる基板１の表面に厚さ１５０人のＧａＡ
ｓとＡＱＧａＡｓを分子線成長法あるいは気相成長法を
用いて交互に積層する。これにホトレジストをマスクと
したＣＦ４ガスによるプラズマエツチングを施し、所望
の形状に加工する０次にＤＣマグネトロンスパッタ法に
よって厚さ２００ｎｍのＮｂを堆積し、これをホトレジ
ストをマスクとしてＣＦａガスによりプラズマエツチン
グを施してソース・ドレイン電極を形成した。Ga with Si impurity concentration of 1017a11-8 introduced
GaA with a thickness of 150 nm is deposited on the surface of the substrate 1 consisting of As.
s and AQGaAs are alternately stacked using molecular beam growth or vapor phase growth. This is subjected to plasma etching with CF4 gas using photoresist as a mask and processed into the desired shape. Nb with a thickness of 200 nm is deposited by zero-order DC magnetron sputtering, and then plasma etched with CFa gas using photoresist as a mask. Then, source and drain electrodes were formed.
このようにして作製した素子を４．２にの液体ヘリウム
中で動作させたところ、わずかな電界によるトンネル電
子の注入で、ソース・ドレイン電極に流れる超伝導電流
を大きく変化させることができる。また、素子の動作速
度と関係するゲート容量がゼロに近いほど小さな値であ
るため、高速のスイッチング素子が得られる。さらに、
消費電力が小さく高集積化に適した回路をこの素子を用
いて構成することができる。When the device fabricated in this manner was operated in liquid helium as described in Section 4.2, the superconducting current flowing through the source and drain electrodes could be significantly changed by injecting tunnel electrons due to a slight electric field. Furthermore, since the gate capacitance, which is related to the operating speed of the element, is smaller as it approaches zero, a high-speed switching element can be obtained. moreover,
A circuit with low power consumption and suitable for high integration can be constructed using this element.
次に本発明の第２の実施例を第４図を用いて説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIG. 4.
本実施例では注入電流を制御する手段としてショットキ
障壁を用いた例である。不純物としてホウ素をＩ Ｘ
１０ ”ａｎ−”の濃度に含んだＳｉ半導体基板３に、
リン・イオンをｌＸｌ０”ａｍ−８の濃度に注入して高
不純物濃度部分８とした。続いて、スパッタリング法に
よって超伝導体であるＮｂ薄膜を厚さ・約２００ｎｍに
形成し、これをＣＦ４ガスを用いたイオンエツチング法
により加工して、超伝導体よる成る２つの電極であるソ
ース電極１とドレイン電極２を形成した。最後に基板３
の表面にやはりＮｂより成り厚さ約２００ｎｍの制御電
極４を形成する。これによって基板３の表面の制御電極
４に接した部分にショットキ障壁９が自動的に形成され
る。以上によって本発明の超伝導デバイスを実現するこ
とができた。本実施例のデバイスにおいては、注入され
る電流はショットキ障壁９のために制御ｆｆＩＬ極４に
印加した電圧に対して著しい非線型性を有するため、デ
バイスの入力特性にはしきい値が生じるとともに、デバ
イスの利得を大きくすることが可能である。In this example, a Schottky barrier is used as a means for controlling the injection current. IX with boron as an impurity
10 On the Si semiconductor substrate 3 containing a concentration of "an-",
Phosphorus ions were implanted at a concentration of lXl0"am-8 to form the high impurity concentration region 8. Next, a thin Nb film, which is a superconductor, was formed to a thickness of about 200 nm by sputtering, and this was injected with CF4 gas. Two electrodes made of a superconductor, a source electrode 1 and a drain electrode 2, were formed by processing using an ion etching method using a substrate 3.
A control electrode 4 also made of Nb and having a thickness of about 200 nm is formed on the surface of the substrate. As a result, a Schottky barrier 9 is automatically formed at a portion of the surface of the substrate 3 that is in contact with the control electrode 4 . Through the above steps, the superconducting device of the present invention could be realized. In the device of this example, the injected current has significant nonlinearity with respect to the voltage applied to the control ffIL pole 4 due to the Schottky barrier 9, so a threshold value occurs in the input characteristics of the device, and , it is possible to increase the gain of the device.
次に本発明の第３の実施例を第５図を用いて説明する。Next, a third embodiment of the present invention will be described using FIG. 5.
本実施例では、注入電流を制御する手段として絶縁物よ
り成るトンネル障壁層を用いた例である。基板３と高不
純物濃度部分８．ソース電ＦＡ１．ドレイン電極２の形
成方法は本発明の第２の実施例と同様で良い、基板３の
表面を純酸素中で７００℃の温度で酸化して厚さ約８０
ｎｍの５ｉＯｚより成るトンネル障壁層１０を形成した
。In this embodiment, a tunnel barrier layer made of an insulator is used as a means for controlling the injection current. Substrate 3 and high impurity concentration portion 8. Source electric FA1. The method for forming the drain electrode 2 may be the same as that in the second embodiment of the present invention.The surface of the substrate 3 is oxidized in pure oxygen at a temperature of 700°C to a thickness of about 80°C.
A tunnel barrier layer 10 made of 5iOz was formed.
最後に厚さ約２００ｎｍのＮｂ薄膜より成る制御電極４
を形成することによって本発明の超伝導素子を製造する
ことができる６本実施例では基板３の表面を酸化するこ
とによってトンネル障ｍＭ１０を形成したが、別の材料
を蒸着等の方法によって形成しても良く例えばＳｉＯ，
５ｉａＮ４等の材料を使用することができる６
第６図を用いて本発明の第４の実施例を説明する。本実
施例では、注入電流を制御する手段として半導体のｐ
−ｎ接合を利用した例である。基板３と高不純物濃度部
分８の形成方法は前記の第１及び第２の実施例と同様で
良い。その後、基板３の表面にイオン注入法によりイオ
ンをｌＸｌ０”■−８の濃度に導入して制御用イオン注
入部分１１とｐ −ｎ接合１２とを形成した。これを９
５０℃の窒素中で約５分間加熱して、不純物を活性化さ
せる。次にスパッタリング法によって、Ｋ ｚ Ｎ ｉ
Ｆ Ａ型Ｍ品構造あるいはペロブスカイト型結晶構造
を有する酸化物超電導材料の薄膜を厚さ約２００ｎｍに
形成し、これを加工してソース電極１とドレイン電極２
及び制御電極４とした。制御用・イオン注入部分１１と
制御電極４とはオーミックに接触している酸化物超電導
材料にはＬａ、Ｓｒ、Ｙより選ばれた１つ又はそれ以上
の元素と、Ｂａ。Finally, a control electrode 4 made of a Nb thin film with a thickness of about 200 nm.
The superconducting element of the present invention can be manufactured by forming a superconducting element of the present invention.6 In this example, the tunnel barrier mM10 was formed by oxidizing the surface of the substrate 3, but another material could be formed by a method such as vapor deposition. For example, SiO,
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6. In this embodiment, as a means to control the injection current, the semiconductor p
This is an example using a -n junction. The method of forming the substrate 3 and the high impurity concentration portion 8 may be the same as in the first and second embodiments. Thereafter, ions were introduced into the surface of the substrate 3 by an ion implantation method to a concentration of lXl0''■-8 to form a control ion implanted portion 11 and a p-n junction 12.
Heat in nitrogen at 50° C. for about 5 minutes to activate impurities. Next, by sputtering method, K z N i
F A thin film of an oxide superconducting material having an A-type M product structure or a perovskite crystal structure is formed to a thickness of approximately 200 nm, and this is processed to form a source electrode 1 and a drain electrode 2.
and a control electrode 4. The oxide superconducting material with which the control/ion-implanted part 11 and the control electrode 4 are in ohmic contact contains one or more elements selected from La, Sr, and Y, and Ba.
Ｓｒ、Ｃａより選ばれた１つ又はそれ以上の元素とＣｕ
と０とを含んで構成されたるものを利用し、液体ヘリウ
ム温度（４：２Ｋ） 以上の温度においても動作する
ことを可能にした。材料の超伝導性を散着するために１
０５０’Ｃの酸素中で６０分の加熱を行ったのち、これ
を冷却して本発明の超伝導素子を作製することができた
。One or more elements selected from Sr, Ca and Cu
By using a structure including 0 and 0, it is possible to operate at temperatures higher than liquid helium temperature (4:2K). 1 to scatter the superconductivity of the material
After heating for 60 minutes in oxygen at 050'C, the superconducting element of the present invention could be fabricated by cooling.
本実施例においてもｐ−ｎ接合１２の存在のために制御
電極４に印加した電圧と注入電流とは非線形なため、デ
バイスの利得を向上させることが可能になる。In this embodiment as well, the voltage applied to the control electrode 4 and the injected current are nonlinear due to the presence of the pn junction 12, so that it is possible to improve the gain of the device.
以上示した実施例における超伝導体の材料にはＮｂある
いは酸化物超伝導材料を用いたが。In the embodiments shown above, Nb or oxide superconducting material was used as the superconductor material.
ＮｂＮ、Ｎｂ５Ｇｅ、Ｎｂ５Ｓｎ、Ｎｂ８Ａｆｌ 等
のＮｂ化合物、あるいはＰｂ−Ａｕ、Ｐｂ−Ｉｎ−Ａｕ
、Ｐｂ−Ｂ１等のｐｂを用いた場合でも同様の効果を得
ることができる。また基板にはＧａＡｓを用いたが、Ｓ
ｉ単結晶、多結晶Ｓｉ、アモルファスＳ ｘ ｖ Ｇ
ｅ ？ Ｉ ｎ Ａ ｓ ＋ Ｉ ｎ Ｐ ｒ Ｉ ｎ
Ｓ ｂ等を用いてもよい。Nb compounds such as NbN, Nb5Ge, Nb5Sn, Nb8Afl, or Pb-Au, Pb-In-Au
, Pb-B1 or the like can also provide similar effects. Also, although GaAs was used for the substrate, S
iSingle crystal, polycrystalline Si, amorphous S x v G
E? I n A s + I n P r I n
Sb etc. may also be used.
以上述べたように本発明によれば、半導体あるいは金属
中に電流をトンネル注入することにより超伝導電流の流
れを制御でき、しかも注入電流の制御手段を有している
ので素子の回路利得を大きくなり、動作を高速化できる
効果がある。また、この素子により、低消費電力で高集
積化に適した回路を実現できる。As described above, according to the present invention, the flow of superconducting current can be controlled by tunnel-injecting current into a semiconductor or metal, and since it has means for controlling the injection current, the circuit gain of the device can be increased. This has the effect of speeding up the operation. Furthermore, this element enables the realization of a circuit with low power consumption and suitable for high integration.
第１図は本発明の一実施例による超伝導素子の断面を示
す、第２図は本発明の原理を示す量子井戸の幅と障壁の
幅及び高さとエネルギー準位とを示す図、第３図は共鳴
トンネル現象を引き起すために電圧を印加したときの量
子井戸と電流電圧特性を示す図、第４図、第５図及び第
６図はそれぞれ本発明の第２．第３．第４の実施例によ
る超伝導デバイスの一部断面を示す図である。
１・・・ソース電極、２・・・ドレイン電極、３・・・
基板、４・・・制御電極、５・・・量子井戸、６・・・
井戸、７・・・障壁、８・・・高不純物濃度部分、９・
・・ショットキ障壁、１０・・・トンネル障壁層、１１
・・・制御用イオン打込部分、１２・・・ｐ−ｎ接合。
代理人 弁理士 小川筋力 ゛。
第 ２ 図
ｙＪ ３ 口（ＩＬ）
′ｙＪＩ３ 図（ｂ）
電圧？−＞
５１１ｉ４− 図
￥ｉ ５ 図
第 ６ 図FIG. 1 shows a cross section of a superconducting device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows the width of a quantum well, the width and height of a barrier, and energy levels, illustrating the principle of the present invention. The figure shows quantum wells and current-voltage characteristics when a voltage is applied to induce a resonant tunneling phenomenon. Third. FIG. 7 is a diagram showing a partial cross section of a superconducting device according to a fourth example. 1... Source electrode, 2... Drain electrode, 3...
Substrate, 4... Control electrode, 5... Quantum well, 6...
Well, 7... Barrier, 8... High impurity concentration portion, 9.
...Schottky barrier, 10...Tunnel barrier layer, 11
. . . Ion implantation part for control, 12 . . . pn junction. Agent: Patent attorney Musume Ogawa ゛. Figure 2 yJ 3 (IL) 'yJI3 Figure (b) Voltage? -> 511i4- Figure￥i 5 Figure 6
Claims (1)
導体を電気的に結合させ超伝導弱結合を構成する手段と
、該金属あるいは半導体に超伝導あるいは常伝導電流を
注入する手段と、該電流の注入量を制御するための手段
とを少なくとも含んで構成され、該注入電流によつて上
記超伝導体間を流れる超伝導臨界電流の大きさを制御し
て動作することを特徴とする超伝導素子。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記電流の注入量
を制御する手段には量子井戸型ポテンシャルを用いたこ
とを特徴とする超伝導素子。 ３、特許請求の範囲第１項に記載の超伝導素子において
、前記電流の注入量を制御する手段にはショットキ障壁
を用いたことを特徴とする超伝導素子。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記電流の注入量
を制御する手段には絶縁物より成るトンネル障壁層を用
いたことを特徴とする超伝導素子。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記電流の注入量
を制御する手段には半導体のｐ−ｎ接合を用いたことを
特徴とする超伝導素子。[Claims] 1. A means for electrically coupling at least two superconductors via a metal or semiconductor to form a superconducting weak coupling, and injecting a superconducting or normal current into the metal or semiconductor. and a means for controlling the injection amount of the current, and is operated by controlling the magnitude of the superconducting critical current flowing between the superconductors by the injection current. Characteristic superconducting elements. 2. A superconducting device according to claim 1, characterized in that a quantum well type potential is used as means for controlling the amount of current injection. 3. A superconducting device according to claim 1, characterized in that a Schottky barrier is used as means for controlling the amount of current injection. 4. A superconducting device according to claim 1, characterized in that the means for controlling the amount of current injection is a tunnel barrier layer made of an insulator. 5. The superconducting element according to claim 1, wherein a semiconductor pn junction is used as the means for controlling the amount of current injection.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62084733A JPS63250879A (en) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | Superconducting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62084733A JPS63250879A (en) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | Superconducting element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63250879A true JPS63250879A (en) | 1988-10-18 |
Family
ID=13838896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62084733A Pending JPS63250879A (en) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | Superconducting element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63250879A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63280473A (en) * | 1987-05-12 | 1988-11-17 | Mitsubishi Electric Corp | Switching element |
| JPH0294678A (en) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Toshiba Corp | Superconducting device |
| JPH03274776A (en) * | 1990-03-23 | 1991-12-05 | Toshiba Corp | Superconducting element |
| JPH03274773A (en) * | 1990-03-23 | 1991-12-05 | Toshiba Corp | Superconducting element |
-
1987
- 1987-04-08 JP JP62084733A patent/JPS63250879A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63280473A (en) * | 1987-05-12 | 1988-11-17 | Mitsubishi Electric Corp | Switching element |
| JPH0294678A (en) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Toshiba Corp | Superconducting device |
| JPH03274776A (en) * | 1990-03-23 | 1991-12-05 | Toshiba Corp | Superconducting element |
| JPH03274773A (en) * | 1990-03-23 | 1991-12-05 | Toshiba Corp | Superconducting element |
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