JPS6346786A - 超電導トランジスタ - Google Patents
超電導トランジスタInfo
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- JPS6346786A JPS6346786A JP61190520A JP19052086A JPS6346786A JP S6346786 A JPS6346786 A JP S6346786A JP 61190520 A JP61190520 A JP 61190520A JP 19052086 A JP19052086 A JP 19052086A JP S6346786 A JPS6346786 A JP S6346786A
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- Pending
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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’１−１１用分野〕
本発明は、極低温で動作するスイッチング素子である超
電導トランジスタに係り、特にスイッチングが速く１回
路利得が大きく、かつ集積回路を炸裂するために好適な
、超電導トランジスタに関する。
電導トランジスタに係り、特にスイッチングが速く１回
路利得が大きく、かつ集積回路を炸裂するために好適な
、超電導トランジスタに関する。
従来、超電導電極と半導体もしくは半金属を接触させ、
ここに生ずる超電導近接効果を利用したスイッチング素
子は、応用物理学会関係連合講演会予稿集昭和６０年春
、４０５ページは記載された講演番号１ａ−Ｌ−１Ｏｒ
超電導三端子素子」、及び講演番号１ ａ−Ｌ −１１
ｒ ＩｎＡｓ表面反転層を用いた超電導素子のＭＩＳ形
三端子動作」において論じられている。これらの超電導
トランジスタは、第２図（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示し
た構造であり、半導体基板６には２つの超電真電極１゜
２と半導体８、及びゲート電極３が設けられている６２
つの超電導電極の間の半導体中を超電導近接効果に従っ
て流れる超電導電流をゲート電極に印加する電圧で制御
する素子である。
ここに生ずる超電導近接効果を利用したスイッチング素
子は、応用物理学会関係連合講演会予稿集昭和６０年春
、４０５ページは記載された講演番号１ａ−Ｌ−１Ｏｒ
超電導三端子素子」、及び講演番号１ ａ−Ｌ −１１
ｒ ＩｎＡｓ表面反転層を用いた超電導素子のＭＩＳ形
三端子動作」において論じられている。これらの超電導
トランジスタは、第２図（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示し
た構造であり、半導体基板６には２つの超電真電極１゜
２と半導体８、及びゲート電極３が設けられている６２
つの超電導電極の間の半導体中を超電導近接効果に従っ
て流れる超電導電流をゲート電極に印加する電圧で制御
する素子である。
上記従来技術は、ソース、ドレイン電ｌ！ｉ２つから成
るが、それぞれに生ずる超電導近接効果がお互いに及ぼ
し合う距離に電極を設置しなければならない。その距離
は、コヒーレント長さのＩ Ｏイｉ’９程度の０．５μ
ｍ以下である。第２図（ａ）では、形成した超電導体を
電子線描画装置などを用いて０．５μｍに分離しなけ九
ばならない。また、第２図（ｂ）では、半導体のチャネ
ル層である突起部分の幅を０．５μｍ以下に加工する必
要がある。
るが、それぞれに生ずる超電導近接効果がお互いに及ぼ
し合う距離に電極を設置しなければならない。その距離
は、コヒーレント長さのＩ Ｏイｉ’９程度の０．５μ
ｍ以下である。第２図（ａ）では、形成した超電導体を
電子線描画装置などを用いて０．５μｍに分離しなけ九
ばならない。また、第２図（ｂ）では、半導体のチャネ
ル層である突起部分の幅を０．５μｍ以下に加工する必
要がある。
いずれも高度な微細加工技術が必要となり作製工程上の
歩留りも低い。
歩留りも低い。
本発明の目的は、微細加工技術を必要としない集積化に
適した高利得、高速、低消費電力の超・１厚トランジス
タを提供することにある。
適した高利得、高速、低消費電力の超・１厚トランジス
タを提供することにある。
本発明は上記の問題点を解決するために、ソース、ドレ
イン電極を１つの超電導体で構成し、その一部分あるい
は全体の厚さを超電導体のコヒーレンス長さより小さく
なるように形成し、接触した半導体の濃度変化により電
極の超電導特性を敏感に変化させることで、達成できる
。
イン電極を１つの超電導体で構成し、その一部分あるい
は全体の厚さを超電導体のコヒーレンス長さより小さく
なるように形成し、接触した半導体の濃度変化により電
極の超電導特性を敏感に変化させることで、達成できる
。
〔作用〕
本発明による超電導トランジスタは、極低温に冷却して
使用する。半導体にはｎ型あるいはＰ型の不純物を１両
低温で凍結しない程度の濃度に導入している。半導体に
接触する超電導体の厚さがそのコヒーレント長さと同程
度、あるいはそ九以下になると超電導臨界電流、転移温
度に毘ら九る超電導特性は、半導体中の不純物濃度の大
きさにより変化する。この性質を用いて、ソース、ドレ
イン電極間に流れる超電導臨界電流を制御すれば、高速
で高利得、かつ高集積化に好適な超電導トランジスタを
実現することができる。
使用する。半導体にはｎ型あるいはＰ型の不純物を１両
低温で凍結しない程度の濃度に導入している。半導体に
接触する超電導体の厚さがそのコヒーレント長さと同程
度、あるいはそ九以下になると超電導臨界電流、転移温
度に毘ら九る超電導特性は、半導体中の不純物濃度の大
きさにより変化する。この性質を用いて、ソース、ドレ
イン電極間に流れる超電導臨界電流を制御すれば、高速
で高利得、かつ高集積化に好適な超電導トランジスタを
実現することができる。
以下１本発明の実施例を図面とともに説明する。
第１図（ａ）、（ｂ）はともに実施例の断面構造図、第
３図は動作原理を示す図、第４図は実施例の電気特性を
示す図である。
３図は動作原理を示す図、第４図は実施例の電気特性を
示す図である。
第１図（ａ）はＳｉ （１００）基板６を裏面から異
方性エツチングすることによって得られたチャネル層７
を用いた例である。Ｓｉ基板はＰ型の不純物をＩ Ｘ
１０１ｇＣｌ１＋−”導入されているエツチングした面
に１０００℃、２０分の熱酸化を施し約２０ｎｍのゲー
ト酸化膜４を形成した後、Ｄ、Ｃスパッタ法で厚さ２０
０ｎｍのＮｂ薄膜よりなるゲート電極３を形成した。次
いでＳｉ基板表面にＮｂ薄膜をＤＣマグネトロンスパッ
タ法で成膜し。
方性エツチングすることによって得られたチャネル層７
を用いた例である。Ｓｉ基板はＰ型の不純物をＩ Ｘ
１０１ｇＣｌ１＋−”導入されているエツチングした面
に１０００℃、２０分の熱酸化を施し約２０ｎｍのゲー
ト酸化膜４を形成した後、Ｄ、Ｃスパッタ法で厚さ２０
０ｎｍのＮｂ薄膜よりなるゲート電極３を形成した。次
いでＳｉ基板表面にＮｂ薄膜をＤＣマグネトロンスパッ
タ法で成膜し。
ＣＦ、ガスによる反応性プラズマエツチングによって一
部を厚さ１０ｎｍ以下に加工した。
部を厚さ１０ｎｍ以下に加工した。
第１図（ｂ）は不純物濃度が１０ ” ＣＭ−３以下の
Ｓｉ （１００）基板６上にＣＶＤ法により多結晶Ｓ
ｉを２００ｎｍ堆積させたのち、ＬＯＣＯ３法によって
ゲート電極３以外の多結晶Ｓｉを酸化するとともに、ゲ
ート酸化膜４を形成する。ゲート電極にはホウ素を加速
電圧５０ｋＶ、密度５Ｘ１、０ ” ａｍ−２の条件で
打込んだ後、分子線成長法、あるいは気相成長法によっ
て度さ１１００ｎのＳｉよりなるチャネル層８を形成し
た。続いてＤＣマグネトロンスパッタ法によりＮｂを約
２００ｎｍ堆積し、一部をＣＦ４ガスによりイオンエツ
チングで１０ｎｍ以下に薄くした。
Ｓｉ （１００）基板６上にＣＶＤ法により多結晶Ｓ
ｉを２００ｎｍ堆積させたのち、ＬＯＣＯ３法によって
ゲート電極３以外の多結晶Ｓｉを酸化するとともに、ゲ
ート酸化膜４を形成する。ゲート電極にはホウ素を加速
電圧５０ｋＶ、密度５Ｘ１、０ ” ａｍ−２の条件で
打込んだ後、分子線成長法、あるいは気相成長法によっ
て度さ１１００ｎのＳｉよりなるチャネル層８を形成し
た。続いてＤＣマグネトロンスパッタ法によりＮｂを約
２００ｎｍ堆積し、一部をＣＦ４ガスによりイオンエツ
チングで１０ｎｍ以下に薄くした。
以上のようにして第１図に示した超電導トランジスタを
得ることができた。第３図に示すように、超電導体の厚
さが小さくなりそのコヒーレント長さ以下になると、接
触している半導体中の不純物１．＠度Ｎａの増加ととも
に、薄膜に流れる超電導臨界電流１ｃ％は減少する。５
ｉ０２などの絶縁物と接触している場合、超電導体の厚
さによらず一定値■。をとる。これは超電導近接効果に
よるものである。この性質を用いて超電導電極の一部あ
るいは全体をコヒーレンス長さ以下の膜厚にして、ゲー
ト電極に電圧を加えキャリア濃度を大きくすると臨界電
流ＩＣ″は減少する。
得ることができた。第３図に示すように、超電導体の厚
さが小さくなりそのコヒーレント長さ以下になると、接
触している半導体中の不純物１．＠度Ｎａの増加ととも
に、薄膜に流れる超電導臨界電流１ｃ％は減少する。５
ｉ０２などの絶縁物と接触している場合、超電導体の厚
さによらず一定値■。をとる。これは超電導近接効果に
よるものである。この性質を用いて超電導電極の一部あ
るいは全体をコヒーレンス長さ以下の膜厚にして、ゲー
ト電極に電圧を加えキャリア濃度を大きくすると臨界電
流ＩＣ″は減少する。
このようにゲート電圧で膜に流れる超電導電流の大きさ
を制御することができた。以上述べた超電導トランジス
タは、きわめて狭い距離にソース・ドレイン電極間を分
離するという微細加工技術が不要であり、高集積化に好
適である。また超電導電流の大きさを制御するため、高
速で、高利得。
を制御することができた。以上述べた超電導トランジス
タは、きわめて狭い距離にソース・ドレイン電極間を分
離するという微細加工技術が不要であり、高集積化に好
適である。また超電導電流の大きさを制御するため、高
速で、高利得。
低消費電力のスイッチング素子を実現できる。
本実施例では半導体にＳｔを用いたがこれに代えてＧａ
Ａｓ、Ｉ ｎ Ｐ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ等の材料を用い
ても同様な効果が得られる。また超電導体にはＮｂを用
いたが、ＮｂＮ、ＮｂｑＳｉ、Ｍｏ化合物、Ｐｂ合金を
用いてもよい。
Ａｓ、Ｉ ｎ Ｐ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ等の材料を用い
ても同様な効果が得られる。また超電導体にはＮｂを用
いたが、ＮｂＮ、ＮｂｑＳｉ、Ｍｏ化合物、Ｐｂ合金を
用いてもよい。
以上述べたように１本発明によれば、倣Ｍｌ ｊｒ”Ｕ
工技術が不要の超電導トランジスタを得ることができ、
高集積化が容易となる。また、小さいゲート電圧の印加
で超電導電流を制御することが可能であるため、低消費
電力で高速、高利得のスイッチング素子を得ることがで
きた。
工技術が不要の超電導トランジスタを得ることができ、
高集積化が容易となる。また、小さいゲート電圧の印加
で超電導電流を制御することが可能であるため、低消費
電力で高速、高利得のスイッチング素子を得ることがで
きた。
第１図は本発明の実施例を示す断ＥＪ構造図、第２図は
従来の超電導トランジスタを示す断面構造図、第３図は
超電導電極の厚さと厚さの変化に対する超電導臨界電流
の変化の割合の関係、第４図は本発明の実施例による超
電導トランジスタの電気特性を示す。 ■・・・ソース電極、２・・・ドレイン電極、３・・・
ゲート電極、４・・・ゲート酸化膜、５・・層間絶縁膜
。 ６・・・半導体基板、７・・・チャネル層、８・・・超
電導薄膜。 ￥Ｉ １ 図 （ユ２ 調％ ７ＴＩＪ□ （Ｊ！ＩンＺ
２ ｍ ＜ｔｘ＞ネ
ＦＩ ２ １３ ＜ｂ〕猶
Ｊ 閲 聞 ４ 辺
従来の超電導トランジスタを示す断面構造図、第３図は
超電導電極の厚さと厚さの変化に対する超電導臨界電流
の変化の割合の関係、第４図は本発明の実施例による超
電導トランジスタの電気特性を示す。 ■・・・ソース電極、２・・・ドレイン電極、３・・・
ゲート電極、４・・・ゲート酸化膜、５・・層間絶縁膜
。 ６・・・半導体基板、７・・・チャネル層、８・・・超
電導薄膜。 ￥Ｉ １ 図 （ユ２ 調％ ７ＴＩＪ□ （Ｊ！ＩンＺ
２ ｍ ＜ｔｘ＞ネ
ＦＩ ２ １３ ＜ｂ〕猶
Ｊ 閲 聞 ４ 辺
Claims (1)
- １、チャネル層と該チャネル層中に電界を印加する目的
で該チャネル層に接続された制御電極と、該チャネル層
に接して延存する１つの超電導体よりなる超電導電極と
を有し、該超電導電極を構成する超電導体の少なくとも
一部分の厚さが、そのコヒーレンス長さより小さくなる
ように選ばれたことを特徴とする超電導トランジスタ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61190520A JPS6346786A (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-15 | 超電導トランジスタ |
| EP87111770A EP0257474A3 (en) | 1986-08-13 | 1987-08-13 | Superconducting device |
| US07/796,885 US5272358A (en) | 1986-08-13 | 1991-11-25 | Superconducting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61190520A JPS6346786A (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-15 | 超電導トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6346786A true JPS6346786A (ja) | 1988-02-27 |
Family
ID=16259458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61190520A Pending JPS6346786A (ja) | 1986-08-13 | 1986-08-15 | 超電導トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6346786A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05235426A (ja) * | 1991-01-07 | 1993-09-10 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 反転ｍｉｓｆｅｔ構造を有する超伝導電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
-
1986
- 1986-08-15 JP JP61190520A patent/JPS6346786A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05235426A (ja) * | 1991-01-07 | 1993-09-10 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 反転ｍｉｓｆｅｔ構造を有する超伝導電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
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