JP2701095B2 - 半導体結合超伝導素子 - Google Patents
半導体結合超伝導素子Info
- Publication number
- JP2701095B2 JP2701095B2 JP3163561A JP16356191A JP2701095B2 JP 2701095 B2 JP2701095 B2 JP 2701095B2 JP 3163561 A JP3163561 A JP 3163561A JP 16356191 A JP16356191 A JP 16356191A JP 2701095 B2 JP2701095 B2 JP 2701095B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting
- electron gas
- semiconductor
- dimensional electron
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体を接合部に持つ
超伝導素子、即ち超伝導体−半導体−超伝導体結合を有
する半導体結合超伝導素子に関するものである。
超伝導素子、即ち超伝導体−半導体−超伝導体結合を有
する半導体結合超伝導素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】トンネル形ジョセフソン素子の発明以
来、半導体におけるバイポーラトランジスタや電界効果
トランジスタ（ＦＥＴ）に対応する超伝導三端子素子の
研究は数多く行われて来た。この中にあって、半導体結
合超伝導素子は、半導体に対する電気的制御による三端
子動作の可能性から多くの試みがなされてきたが、実用
に供するものは得られていない。この原因は主に、トラ
ンジスタとしての利得の無さ、或いは小ささにあった。
以下、具体的な例で、これを説明する。
来、半導体におけるバイポーラトランジスタや電界効果
トランジスタ（ＦＥＴ）に対応する超伝導三端子素子の
研究は数多く行われて来た。この中にあって、半導体結
合超伝導素子は、半導体に対する電気的制御による三端
子動作の可能性から多くの試みがなされてきたが、実用
に供するものは得られていない。この原因は主に、トラ
ンジスタとしての利得の無さ、或いは小ささにあった。
以下、具体的な例で、これを説明する。
【０００３】これまでに実現された、代表的な半導体結
合超伝導素子としては、ｐ形ＩｎＡｓを用いたものと、
ｐ形Ｓｉを用いたものがある。
合超伝導素子としては、ｐ形ＩｎＡｓを用いたものと、
ｐ形Ｓｉを用いたものがある。
【０００４】ｐ形ＩｎＡｓを用いた半導体結合超伝導素
子としては、H. Takayanagi 及び T. Kawakami による
"Superconducting Proximity Effect in the Native I
nversion Layer on InAs", と題する論文、Physical R
eview Letters 54,(1985),2449、或いは H. Takayanagi
及び T. Kawakami による "Planar-Type InAs-Coupl
ed Three-Terminal Superconducting Devices", と題す
る論文、Digest ofTechnical Papers, 98, 1985 Intern
ational Electron Device Meeting, Washington D.C.
及び、▲高▼柳及び川上による "ＭＩＳ形ＩｎＡｓ超伝
導三端子素子”と題する論文、電子通信学会技術研究報
告ＳＣＥ86-23 (1986)において開示されている通りであ
る。
子としては、H. Takayanagi 及び T. Kawakami による
"Superconducting Proximity Effect in the Native I
nversion Layer on InAs", と題する論文、Physical R
eview Letters 54,(1985),2449、或いは H. Takayanagi
及び T. Kawakami による "Planar-Type InAs-Coupl
ed Three-Terminal Superconducting Devices", と題す
る論文、Digest ofTechnical Papers, 98, 1985 Intern
ational Electron Device Meeting, Washington D.C.
及び、▲高▼柳及び川上による "ＭＩＳ形ＩｎＡｓ超伝
導三端子素子”と題する論文、電子通信学会技術研究報
告ＳＣＥ86-23 (1986)において開示されている通りであ
る。
【０００５】また、ｐ形Ｓｉを用いた半導体結合超伝導
素子としては、T. Nishino、M. Miyake 、 Y. Harada
及び U. Kawabe による "Three-Terminal Superconduc
tingDevice Using a Si Single-Crystal Film", と題
する論文、 IEEE Electron Devices Letters 6, (198
5), 297 において開示されている通りである。
素子としては、T. Nishino、M. Miyake 、 Y. Harada
及び U. Kawabe による "Three-Terminal Superconduc
tingDevice Using a Si Single-Crystal Film", と題
する論文、 IEEE Electron Devices Letters 6, (198
5), 297 において開示されている通りである。
【０００６】図１８に、ｐ形ＩｎＡｓを用いた半導体結
合超伝導素子の断面構造を示す。ソース３及びドレイン
４は超伝導体であるＮｂから成り、超伝導電流はｎ形自
然反転層２を介して、ソース３及びドレイン４の間に流
れる。この超伝導電流をＭＩＳ(metal-insulator-semic
onductor) 形ゲート６にかけるゲート電圧Ｖg によって
制御するわけで、半導体におけるＦＥＴに相当すること
から、ＦＥＴ形超伝導トランジスタとも呼ばれる。図１
９に、この素子における電流−電圧特性（ソース・ドレ
イン電流ＩDS対ソース・ドレイン電圧ＶDS）を示す。７
はゲート電圧が零の時、８はゲート電圧を印加した状態
での特性で、９の負荷直線と２つの特性が交わった点、
即ちＡとＢがこのトランジスタのオン（ｏｎ）とオフ
（ｏｆｆ）の動作点になる。従って、ＡとＢの電圧差Ｖ
out が出力になる。一方、入力はＶg であるから、この
トランジスタの利得ＧはＧ＝Ｖout ／Ｖg となる。そこ
で、このＧを具体的に求める。
合超伝導素子の断面構造を示す。ソース３及びドレイン
４は超伝導体であるＮｂから成り、超伝導電流はｎ形自
然反転層２を介して、ソース３及びドレイン４の間に流
れる。この超伝導電流をＭＩＳ(metal-insulator-semic
onductor) 形ゲート６にかけるゲート電圧Ｖg によって
制御するわけで、半導体におけるＦＥＴに相当すること
から、ＦＥＴ形超伝導トランジスタとも呼ばれる。図１
９に、この素子における電流−電圧特性（ソース・ドレ
イン電流ＩDS対ソース・ドレイン電圧ＶDS）を示す。７
はゲート電圧が零の時、８はゲート電圧を印加した状態
での特性で、９の負荷直線と２つの特性が交わった点、
即ちＡとＢがこのトランジスタのオン（ｏｎ）とオフ
（ｏｆｆ）の動作点になる。従って、ＡとＢの電圧差Ｖ
out が出力になる。一方、入力はＶg であるから、この
トランジスタの利得ＧはＧ＝Ｖout ／Ｖg となる。そこ
で、このＧを具体的に求める。
【０００７】図１９の電流−電圧特性７は、超伝導状態
（ＶDS＝０の状態）と抵抗の発生した常伝導状態から成
るが、前者において流れる超伝導電流の最大値を臨界電
流ＩC 、後者における抵抗値を常伝導抵抗ＲNと呼ぶ。
このような超伝導素子では、ＩC とＲN の積ＩC ＲN は
ほぼ一定で、超伝導電極としてＮｂを使用した場合、Ｉ
C ＲN は約１ｍＶである。これはゲート電圧をかけた状
態８にも当てはまり、今状態１でＩC ＝１００μＡ，Ｒ
N＝１０Ω、とすると状態８では例えばＩC ＝１μＡ，
ＲN ＝１ｋΩとなる。即ち、ゲート電圧によってＩC を
約１００μＡ変化させることになる。ＩC のＶg に対す
る感度ＳをＳ＝ｄＩC ／ｄＶg で定義すると、図１８の
ｐ形ＩｎＡｓの反転層を用いた素子では、Ｓ＝１０-4Ａ
／Ｖ、Ｓｉを用いた素子では、Ｓ＝１０-3Ａ／Ｖと測定
されている。従って、ＩC を約１００μＡ変化させるの
に、ＩｎＡｓを用いた素子では、１Ｖ，Ｓｉを用いた素
子では０．１Ｖのゲート電圧を必要とすることがわか
る。一方、出力電圧Ｖout はこの場合Ｖout ＝１００μ
Ａ×ＲL と表せる。図１９の負荷直線３を表す負荷抵抗
ＲL と、ゲート部の持つ容量Ｃg との積はこの素子のス
イッチング速度を決める要因であり、ＲL は余り大きく
はできない。そこで例えば、ＲL ＝１ｋΩとすると、前
述の利得Ｇ＝Ｖout ／Ｖg は、ＩｎＡｓを用いた素子で
１／１０，Ｓｉを用いた素子で１になる。ＲL をＲN の
１０倍の１０ｋΩにしてやっと利得はそれぞれ１と１０
になるが、これでは超伝導素子としての高速性を生かす
ことはできない。このように、この形の超伝導トランジ
スタでは、大きな利得が得られないことがわかる。
（ＶDS＝０の状態）と抵抗の発生した常伝導状態から成
るが、前者において流れる超伝導電流の最大値を臨界電
流ＩC 、後者における抵抗値を常伝導抵抗ＲNと呼ぶ。
このような超伝導素子では、ＩC とＲN の積ＩC ＲN は
ほぼ一定で、超伝導電極としてＮｂを使用した場合、Ｉ
C ＲN は約１ｍＶである。これはゲート電圧をかけた状
態８にも当てはまり、今状態１でＩC ＝１００μＡ，Ｒ
N＝１０Ω、とすると状態８では例えばＩC ＝１μＡ，
ＲN ＝１ｋΩとなる。即ち、ゲート電圧によってＩC を
約１００μＡ変化させることになる。ＩC のＶg に対す
る感度ＳをＳ＝ｄＩC ／ｄＶg で定義すると、図１８の
ｐ形ＩｎＡｓの反転層を用いた素子では、Ｓ＝１０-4Ａ
／Ｖ、Ｓｉを用いた素子では、Ｓ＝１０-3Ａ／Ｖと測定
されている。従って、ＩC を約１００μＡ変化させるの
に、ＩｎＡｓを用いた素子では、１Ｖ，Ｓｉを用いた素
子では０．１Ｖのゲート電圧を必要とすることがわか
る。一方、出力電圧Ｖout はこの場合Ｖout ＝１００μ
Ａ×ＲL と表せる。図１９の負荷直線３を表す負荷抵抗
ＲL と、ゲート部の持つ容量Ｃg との積はこの素子のス
イッチング速度を決める要因であり、ＲL は余り大きく
はできない。そこで例えば、ＲL ＝１ｋΩとすると、前
述の利得Ｇ＝Ｖout ／Ｖg は、ＩｎＡｓを用いた素子で
１／１０，Ｓｉを用いた素子で１になる。ＲL をＲN の
１０倍の１０ｋΩにしてやっと利得はそれぞれ１と１０
になるが、これでは超伝導素子としての高速性を生かす
ことはできない。このように、この形の超伝導トランジ
スタでは、大きな利得が得られないことがわかる。
【０００８】理由としては、上に述べたＦＥＴ形超伝導
トランジスタの動作原理そのものにある。これを通常の
半導体ＦＥＴの動作と比較して説明する。図２０に通常
の半導体ＦＥＴの電流−電圧特性（ソース・ドレイン電
流ＩDS対ソース・ドレイン電圧ＶDS）を示す。電流−電
圧特性は強い非線形性を持ち、あるソース・ドレイン電
圧以上でソース・ドレイン電流はほぼ一定になる。これ
を飽和領域というが、この飽和領域を利用することによ
って、図を示すようにゲート電圧のｏｎ，ｏｆｆに対応
して２つの動作点Ａ，Ｂを取ると、２つの動作点の間の
電圧差、即ち出力を大きくとることができ、結果とし
て、利得も大きくなる。これに対して、超伝導トランジ
スタでは、前述のように、動作電流、電圧がそれぞれ１
００μＡ，０．１Ｖ程度と小さいため、この飽和領域に
達することができず、従って、飽和領域を用いた動作を
利用することができない。このために、半導体ＦＥＴと
比較して、利得は小さくなる。
トランジスタの動作原理そのものにある。これを通常の
半導体ＦＥＴの動作と比較して説明する。図２０に通常
の半導体ＦＥＴの電流−電圧特性（ソース・ドレイン電
流ＩDS対ソース・ドレイン電圧ＶDS）を示す。電流−電
圧特性は強い非線形性を持ち、あるソース・ドレイン電
圧以上でソース・ドレイン電流はほぼ一定になる。これ
を飽和領域というが、この飽和領域を利用することによ
って、図を示すようにゲート電圧のｏｎ，ｏｆｆに対応
して２つの動作点Ａ，Ｂを取ると、２つの動作点の間の
電圧差、即ち出力を大きくとることができ、結果とし
て、利得も大きくなる。これに対して、超伝導トランジ
スタでは、前述のように、動作電流、電圧がそれぞれ１
００μＡ，０．１Ｖ程度と小さいため、この飽和領域に
達することができず、従って、飽和領域を用いた動作を
利用することができない。このために、半導体ＦＥＴと
比較して、利得は小さくなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の従来
の超伝導体−半導体−超伝導体結合素子における問題
点、即ち実用に供するには利得が小さいという問題を解
決し、利得の大きい優れた特性の超伝導三端子素子を実
現しようとするものである。
の超伝導体−半導体−超伝導体結合素子における問題
点、即ち実用に供するには利得が小さいという問題を解
決し、利得の大きい優れた特性の超伝導三端子素子を実
現しようとするものである。
【００１０】更に具体的に本発明の目的の１つは、２次
元電子ガス中に流れる超伝導電流を制御するゲート電極
が半導体上に二つに分割されたＭＩＳ形ゲート構造を有
する半導体結合超伝導素子を提供することである。
元電子ガス中に流れる超伝導電流を制御するゲート電極
が半導体上に二つに分割されたＭＩＳ形ゲート構造を有
する半導体結合超伝導素子を提供することである。
【００１１】或いはまた本発明の目的の１つは、２次元
電流ガス中に流れる超伝導電流を制御するために２次元
電子ガス中に狭隘な部分を設け、更に半導体上にＭＩＳ
形ゲート構造を有する半導体結合超伝導素子を提供する
ことである。
電流ガス中に流れる超伝導電流を制御するために２次元
電子ガス中に狭隘な部分を設け、更に半導体上にＭＩＳ
形ゲート構造を有する半導体結合超伝導素子を提供する
ことである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体中２次
元電子ガスで結合したＦＥＴ形超伝導トランジスタにお
いて、そのゲート構造が２つに分割されたスプリット形
であるか、或いは２次元電子ガス中に狭隘な部分と、半
導体上に通常のＭＩＳ形ゲートを有し、動作的には、ソ
ース・ドレイン間の電流−電圧特性を不連続にゲート電
圧によって制御可能であることを最も主要な特徴とす
る。従来の超伝導トランジスタとは、ゲート構造、或い
は２次元電子ガス中に狭隘なる部分を有する点で、又動
作的には、従来の超伝導トランジスタでは、電流−電圧
特性を連続的に制御するのに対して、本発明では、不連
続に制御する点が異なる。
元電子ガスで結合したＦＥＴ形超伝導トランジスタにお
いて、そのゲート構造が２つに分割されたスプリット形
であるか、或いは２次元電子ガス中に狭隘な部分と、半
導体上に通常のＭＩＳ形ゲートを有し、動作的には、ソ
ース・ドレイン間の電流−電圧特性を不連続にゲート電
圧によって制御可能であることを最も主要な特徴とす
る。従来の超伝導トランジスタとは、ゲート構造、或い
は２次元電子ガス中に狭隘なる部分を有する点で、又動
作的には、従来の超伝導トランジスタでは、電流−電圧
特性を連続的に制御するのに対して、本発明では、不連
続に制御する点が異なる。
【００１３】本発明の構成は下記に示す通りである。即
ち、本発明は、相異なる半導体（１５，１７）の接合の
界面もしくはＭＩＳ接合（３６−３５−３１）の表面自
然反転層（３２）に形成されている２次元電子ガス（１
６，３２）と、該２次元電子ガス（１６，３２）が形成
されている半導体とオーミックに接触している二つの超
伝導電極（１３，１４），（３３，３４）と、該二つの
超伝導電極（１３，１４），（３３，３４）間の２次元
電子ガス（１６，３２）中に流れる超伝導電流を制御す
るゲート電極（２０，３６）とを有する半導体結合超伝
導素子において、該ゲート電極（２０，３６）が半導体
（１８，３１）上に二つに分割されたＭＩＳ形ゲート構
造（２０−１９−１８，３６−３５−３１）を有するこ
とを特徴とする半導体結合超伝導素子としての構成を有
するものである。或いはまた、相異なる半導体（５，
７）の接合の界面もしくはＭＩＳ接合（６６−６５−６
１）の表面自然反転層（６２）に形成されている２次元
電子ガス（４６，６２）と、該２次元電子ガス（４６，
６２）が形成されている半導体とオーミックに接触して
いる二つの超伝導電極（４３，４４），（６３，６４）
と、該二つの超伝導電極（４３，４４），（６３，６
４）間の２次元電子ガス（４６，６２）中に流れる超伝
導電流を制御するゲート電極（５０，６６）とを有する
半導体結合超伝導素子において、該２次元電子ガス（４
６，６２）中に狭隘な部分（５１，７１）を有し、更に
半導体（４８，６１）上にＭＩＳ形ゲート構造（５０−
４９−４８，６６−６５−６１）を有することを特徴と
する半導体結合超伝導素子としての構成を有するもので
ある。
ち、本発明は、相異なる半導体（１５，１７）の接合の
界面もしくはＭＩＳ接合（３６−３５−３１）の表面自
然反転層（３２）に形成されている２次元電子ガス（１
６，３２）と、該２次元電子ガス（１６，３２）が形成
されている半導体とオーミックに接触している二つの超
伝導電極（１３，１４），（３３，３４）と、該二つの
超伝導電極（１３，１４），（３３，３４）間の２次元
電子ガス（１６，３２）中に流れる超伝導電流を制御す
るゲート電極（２０，３６）とを有する半導体結合超伝
導素子において、該ゲート電極（２０，３６）が半導体
（１８，３１）上に二つに分割されたＭＩＳ形ゲート構
造（２０−１９−１８，３６−３５−３１）を有するこ
とを特徴とする半導体結合超伝導素子としての構成を有
するものである。或いはまた、相異なる半導体（５，
７）の接合の界面もしくはＭＩＳ接合（６６−６５−６
１）の表面自然反転層（６２）に形成されている２次元
電子ガス（４６，６２）と、該２次元電子ガス（４６，
６２）が形成されている半導体とオーミックに接触して
いる二つの超伝導電極（４３，４４），（６３，６４）
と、該二つの超伝導電極（４３，４４），（６３，６
４）間の２次元電子ガス（４６，６２）中に流れる超伝
導電流を制御するゲート電極（５０，６６）とを有する
半導体結合超伝導素子において、該２次元電子ガス（４
６，６２）中に狭隘な部分（５１，７１）を有し、更に
半導体（４８，６１）上にＭＩＳ形ゲート構造（５０−
４９−４８，６６−６５−６１）を有することを特徴と
する半導体結合超伝導素子としての構成を有するもので
ある。
【００１４】
【実施例１】図１乃至図２は、本発明の第１の実施例を
説明する図であって、１１はＩｎＰ基板、１２はノンド
ープのＩｎＡｌＡｓ、１３，１４は超伝導電極でソー
ス、ドレイン、１５はノンドープのＩｎＧａＡｓ、１６
は１５と１７の界面の１５の側に形成された２次元電子
ガス、１７はノンドープのＩｎＡｌＡｓ、１８はｎ形Ｉ
ｎＡｌＡｓ、１９はノンドープのＩｎＡｌＡｓ、２０は
金属ゲート電極で、１９，２０によってＭＩＳ形ゲート
を構成する。図１は断面図、図２は上から見た平面図を
表す。図１及び図２の構造において、１３，１４の電極
を常伝導電極に置き換えたものが、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ系ＨＥＭＴ（high electron mobility transis
tor 、高電子移動度トランジスタ）と呼ばれるものであ
るが、更に通常のＨＥＭＴとは図に示すように、ゲート
電極が途中で切れた、いわゆるスプリット形をしている
点が異なる。
説明する図であって、１１はＩｎＰ基板、１２はノンド
ープのＩｎＡｌＡｓ、１３，１４は超伝導電極でソー
ス、ドレイン、１５はノンドープのＩｎＧａＡｓ、１６
は１５と１７の界面の１５の側に形成された２次元電子
ガス、１７はノンドープのＩｎＡｌＡｓ、１８はｎ形Ｉ
ｎＡｌＡｓ、１９はノンドープのＩｎＡｌＡｓ、２０は
金属ゲート電極で、１９，２０によってＭＩＳ形ゲート
を構成する。図１は断面図、図２は上から見た平面図を
表す。図１及び図２の構造において、１３，１４の電極
を常伝導電極に置き換えたものが、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ系ＨＥＭＴ（high electron mobility transis
tor 、高電子移動度トランジスタ）と呼ばれるものであ
るが、更に通常のＨＥＭＴとは図に示すように、ゲート
電極が途中で切れた、いわゆるスプリット形をしている
点が異なる。
【００１５】通常のＨＥＭＴでは、ゲート電極にある大
きさの負のゲート電圧をかけることによって、電極の下
に形成されていた２次元電子ガスを形成できない状態に
できることが知られている。従って、本実施例において
も、ゲート電極の下の２次元電子ガスは形成されず、ゲ
ート電極の切れた部分の下のみに２次元電子ガスを形成
することが可能である。これを示したのが図３で、図１
とは直角方向の断面図である。ところで、図４に示すよ
うに、ゲート電極に負の電圧をかけると、図の点線で示
す空乏層が回りに形成され、結果として、電子ガスの幅
Ｗは、ゲート電極の切れた幅、即ちスプリット幅より狭
くなる。このようにして、図５に示すように、ゲートの
下には、２つの２次元電子ガスが、幅Ｗ、長さＤの電子
ガスで結合した構造が形成される。
きさの負のゲート電圧をかけることによって、電極の下
に形成されていた２次元電子ガスを形成できない状態に
できることが知られている。従って、本実施例において
も、ゲート電極の下の２次元電子ガスは形成されず、ゲ
ート電極の切れた部分の下のみに２次元電子ガスを形成
することが可能である。これを示したのが図３で、図１
とは直角方向の断面図である。ところで、図４に示すよ
うに、ゲート電極に負の電圧をかけると、図の点線で示
す空乏層が回りに形成され、結果として、電子ガスの幅
Ｗは、ゲート電極の切れた幅、即ちスプリット幅より狭
くなる。このようにして、図５に示すように、ゲートの
下には、２つの２次元電子ガスが、幅Ｗ、長さＤの電子
ガスで結合した構造が形成される。
【００１６】このような構造において特徴的な長さは、
２次元電子ガスのフェルミ波長λF と平均自由行程ｌで
あるが、もしＷがλF と同程度か、それ以下ならば幅
Ｗ、長さＤの電子ガスは、準１次元とみなすことがで
き、更に図５の電極間隔Ｌがｌより十分短いならば、２
つの電極間の伝導度σは２ｅ2 ／ｈを単位として量子化
され、更にゲート電圧Ｖg によって、２ｅ2 ／ｈを単位
として制御できることが実験的に示された。ここでｅは
電子の電荷、ｈはプランク定数である。上記の実験結果
については B.J. van Wees、H. van Houten 、C.W.J. B
eenakker、J.G. Williamson 、L.P. Kouwenhoven、 D.
van der Marel, 及び C.T. Foxon による "Quantized
Conductance of Point Contacts ina Two-Dimensional
Electron Gas", と題する論文、Physical Review Lette
rs, 60, (1988), 848 において開示されている通りで
ある。上記の構造を量子ポイントコンタクトと呼び、図
６に実験結果を示す。２つの電極間の伝導度σと抵抗Ｒ
はσ＝１／Ｒの関係にあるから、Ｒ0 ＝ｈ／２ｅ2＝１
２．９ｋΩとすると、Ｒ＝Ｒ0 ／ｎ（ｎ＝１，２，３，
・・・）という形での抵抗の量子化とも言える。
２次元電子ガスのフェルミ波長λF と平均自由行程ｌで
あるが、もしＷがλF と同程度か、それ以下ならば幅
Ｗ、長さＤの電子ガスは、準１次元とみなすことがで
き、更に図５の電極間隔Ｌがｌより十分短いならば、２
つの電極間の伝導度σは２ｅ2 ／ｈを単位として量子化
され、更にゲート電圧Ｖg によって、２ｅ2 ／ｈを単位
として制御できることが実験的に示された。ここでｅは
電子の電荷、ｈはプランク定数である。上記の実験結果
については B.J. van Wees、H. van Houten 、C.W.J. B
eenakker、J.G. Williamson 、L.P. Kouwenhoven、 D.
van der Marel, 及び C.T. Foxon による "Quantized
Conductance of Point Contacts ina Two-Dimensional
Electron Gas", と題する論文、Physical Review Lette
rs, 60, (1988), 848 において開示されている通りで
ある。上記の構造を量子ポイントコンタクトと呼び、図
６に実験結果を示す。２つの電極間の伝導度σと抵抗Ｒ
はσ＝１／Ｒの関係にあるから、Ｒ0 ＝ｈ／２ｅ2＝１
２．９ｋΩとすると、Ｒ＝Ｒ0 ／ｎ（ｎ＝１，２，３，
・・・）という形での抵抗の量子化とも言える。
【００１７】本実施例のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系
の２次元電子ガスも上記の条件、即ち
の２次元電子ガスも上記の条件、即ち
【００１８】
【数１】
【００１９】であるならば、量子ポイントコンタクトと
しての機能を持つ。２次元電子ガスのλF 及びｌは次の
ように与えられる。
しての機能を持つ。２次元電子ガスのλF 及びｌは次の
ように与えられる。
【００２０】
【数２】
【００２１】ここで、Ｎs 、μはそれぞれ２次元電子ガ
スの電子濃度、及び移動度である。ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ系の２次元電子ガスについては、μ＝６０，０
００ｃｍ2 ／Ｖs というデータが最も良い値として、
G.I. Ng、 D. Pavlidis、M.Quillec、Y.J. Chan 、M.D.
Jaffe 及び J. Singh による "Study of the consequ
ence of excess indium in the active channel of InG
aAs/InAlAs high electron mobility transistors on d
eviceproperties", と題する文献、AppliedPhysics Le
tters, 52, (1988), 728 において報告されている。こ
の時の温度はＴ＝７７Ｋで、Ｎs ＝１．２×１０12ｃｍ
-2である。これらの値を用いると、λF ＝２３ｎｍ，ｌ
＝１．１μｍとなる。７７Ｋ以下でＮs ，μはほとんど
変化しないから、ここで求めたλF ，ｌは、７７Ｋ以下
で一定と考えてよい。こうして、本実施例でも、
スの電子濃度、及び移動度である。ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ系の２次元電子ガスについては、μ＝６０，０
００ｃｍ2 ／Ｖs というデータが最も良い値として、
G.I. Ng、 D. Pavlidis、M.Quillec、Y.J. Chan 、M.D.
Jaffe 及び J. Singh による "Study of the consequ
ence of excess indium in the active channel of InG
aAs/InAlAs high electron mobility transistors on d
eviceproperties", と題する文献、AppliedPhysics Le
tters, 52, (1988), 728 において報告されている。こ
の時の温度はＴ＝７７Ｋで、Ｎs ＝１．２×１０12ｃｍ
-2である。これらの値を用いると、λF ＝２３ｎｍ，ｌ
＝１．１μｍとなる。７７Ｋ以下でＮs ，μはほとんど
変化しないから、ここで求めたλF ，ｌは、７７Ｋ以下
で一定と考えてよい。こうして、本実施例でも、
【００２２】
【数３】
【００２３】の時、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系の２
次元電子ガスも、量子ポイントコンタクトとしての機能
を持つことになる。
次元電子ガスも、量子ポイントコンタクトとしての機能
を持つことになる。
【００２４】この時、図５に示すように、本実施例で
は、超伝導電極−２次元電子ガス−量子ポイントコンタ
クト−２次元電子ガス−超伝導電極という接続構造にな
り、超伝導電極の臨界温度ＴC 以下で、２次元電子ガ
ス、量子ポイントコンタクトを介して、両超伝導電極間
に超伝導電流が流れる。この時の臨界電流ＩC を求め
る。
は、超伝導電極−２次元電子ガス−量子ポイントコンタ
クト−２次元電子ガス−超伝導電極という接続構造にな
り、超伝導電極の臨界温度ＴC 以下で、２次元電子ガ
ス、量子ポイントコンタクトを介して、両超伝導電極間
に超伝導電流が流れる。この時の臨界電流ＩC を求め
る。
【００２５】前述のように、超伝導素子ではＩC とＲN
の積ＩC ＲN は一定である。有効な素子長Ｌeff がＬ
eff ＜＜ｌかつＬeff ＜＜ξ0 を満足する超伝導弱結合
素子では、I.O. Kulik 及び A.N. Omel'yanchuk によ
る "Josephson Effect in Superconductive Bridges: M
icroscopic Theory" と題する文献、Soviet Journal o
f Low Temperature Physics, 4, (1978), 142 において
開示されている通り、次式が成り立つ。
の積ＩC ＲN は一定である。有効な素子長Ｌeff がＬ
eff ＜＜ｌかつＬeff ＜＜ξ0 を満足する超伝導弱結合
素子では、I.O. Kulik 及び A.N. Omel'yanchuk によ
る "Josephson Effect in Superconductive Bridges: M
icroscopic Theory" と題する文献、Soviet Journal o
f Low Temperature Physics, 4, (1978), 142 において
開示されている通り、次式が成り立つ。
【００２６】
【数４】
【００２７】ここで、ξ0 はξ0 ＝ｈＶＦ／２π2Δで
定義される超伝導体のコヒーレンス長、ＶＦ、Δはそれ
ぞれ超伝導体のフェルミ速度、エネルギーギャップ、φ
は２つの超伝導電極間の位相差、ｋB はボルツマン定数
である。本実施例の場合は、Ｌeff としてＤを採用出来
て、Ｌ＜＜ｌであるから、当然Ｄ＜＜ｌの条件は満たさ
れる。もう一つの条件は、ＶＦとして２ＤＥＧのＶＦを
採ると、ＶＦ＝ｈ（２πＮs ）1/2 ／２πｍ* であるか
ら、前述のＮs 及び、この電子濃度の時の有効質量ｍ*
＝０．０４３ｍｅ（ｍｅは電子の質量）、更にΔとして
Ｎｂのエネルギーギャップ１．５ｍｅＶを用いると、ξ
0 ＝０．１μｍとなるから、Ｄ＜＜０．１μｍであれば
よいことになるが、本実施例でこの条件を満足するのは
容易であり、この時前式（１）が使えることになる。も
う一度本実施例が量子ポイントコンタクトとして働き、
かつ前式（１）が適用できる条件をまとめると次のよう
になる。
定義される超伝導体のコヒーレンス長、ＶＦ、Δはそれ
ぞれ超伝導体のフェルミ速度、エネルギーギャップ、φ
は２つの超伝導電極間の位相差、ｋB はボルツマン定数
である。本実施例の場合は、Ｌeff としてＤを採用出来
て、Ｌ＜＜ｌであるから、当然Ｄ＜＜ｌの条件は満たさ
れる。もう一つの条件は、ＶＦとして２ＤＥＧのＶＦを
採ると、ＶＦ＝ｈ（２πＮs ）1/2 ／２πｍ* であるか
ら、前述のＮs 及び、この電子濃度の時の有効質量ｍ*
＝０．０４３ｍｅ（ｍｅは電子の質量）、更にΔとして
Ｎｂのエネルギーギャップ１．５ｍｅＶを用いると、ξ
0 ＝０．１μｍとなるから、Ｄ＜＜０．１μｍであれば
よいことになるが、本実施例でこの条件を満足するのは
容易であり、この時前式（１）が使えることになる。も
う一度本実施例が量子ポイントコンタクトとして働き、
かつ前式（１）が適用できる条件をまとめると次のよう
になる。
【００２８】
【数５】
【００２９】そこで、今温度をＴ＝０．５Ｋとし、超伝
導電極をＮｂとすると、本実施例のＩC ＲN は前式
（１）より４．５ｍＶとなる。前述のように、本実施例
も量子ポイントコンタクトとして働くから、ＲN は、Ｒ
N ＝Ｒ0 ／ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・、Ｒ0 ＝ｈ／２
ｅ2 ＝１２．９ｋΩ）という形で、ゲート電圧により制
御できる。従って、図７に示すように、ＩC は４．５ｍ
Ｖ÷１２．９ｋΩ＝０．３５μＡを単位として、ゲート
電圧により制御され、又図８に示すように、電流−電圧
特性はゲート電圧によって２１，２２，２３，・・・と
いうように不連続な状態を取ることがわかる。この図に
負荷抵抗ＲL ＝１ｋΩの負荷直線２７を書き入れると、
各状態での動作点が黒丸のように求まる。この各動作点
でのソース・ドレイン電圧とデート電圧の関係を示した
のが図９で、ゲート電圧（入力電圧）に対してソース・
ドレイン電圧（出力電圧）が階段状に変化し、階段のス
テップとステップの間では、大きな変化を示すことがわ
かる。この急峻な変化を利用すると、大きな利得の得ら
れることを以下に示す。
導電極をＮｂとすると、本実施例のＩC ＲN は前式
（１）より４．５ｍＶとなる。前述のように、本実施例
も量子ポイントコンタクトとして働くから、ＲN は、Ｒ
N ＝Ｒ0 ／ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・、Ｒ0 ＝ｈ／２
ｅ2 ＝１２．９ｋΩ）という形で、ゲート電圧により制
御できる。従って、図７に示すように、ＩC は４．５ｍ
Ｖ÷１２．９ｋΩ＝０．３５μＡを単位として、ゲート
電圧により制御され、又図８に示すように、電流−電圧
特性はゲート電圧によって２１，２２，２３，・・・と
いうように不連続な状態を取ることがわかる。この図に
負荷抵抗ＲL ＝１ｋΩの負荷直線２７を書き入れると、
各状態での動作点が黒丸のように求まる。この各動作点
でのソース・ドレイン電圧とデート電圧の関係を示した
のが図９で、ゲート電圧（入力電圧）に対してソース・
ドレイン電圧（出力電圧）が階段状に変化し、階段のス
テップとステップの間では、大きな変化を示すことがわ
かる。この急峻な変化を利用すると、大きな利得の得ら
れることを以下に示す。
【００３０】図１０は、図９の丸で囲った部分の拡大図
である。今、図のＢ点にゲート電圧をバイアスしておい
たとすると、図のＡ点のゲート電圧からＢ点のゲート電
圧を引いた大きさの入力電圧Ｖinがあれば、状態はＣ点
に移動し、結果としてこの場合約１ｍＶの出力電圧Ｖ
out が得られる。従って、バイアス点ＢをＡ点に近づけ
てＶinを小さくしていけば、利得Ｇ＝Ｖout ／Ｖinは原
理的にはいくらでも大きくできることになる。実際には
熱雑音が存在するから、Ｖinをあまり小さくすると、こ
の熱雑音によってＣ点に移動してしまい、誤動作とな
る。考慮すべき熱雑音電圧ＶN は、
である。今、図のＢ点にゲート電圧をバイアスしておい
たとすると、図のＡ点のゲート電圧からＢ点のゲート電
圧を引いた大きさの入力電圧Ｖinがあれば、状態はＣ点
に移動し、結果としてこの場合約１ｍＶの出力電圧Ｖ
out が得られる。従って、バイアス点ＢをＡ点に近づけ
てＶinを小さくしていけば、利得Ｇ＝Ｖout ／Ｖinは原
理的にはいくらでも大きくできることになる。実際には
熱雑音が存在するから、Ｖinをあまり小さくすると、こ
の熱雑音によってＣ点に移動してしまい、誤動作とな
る。考慮すべき熱雑音電圧ＶN は、
【００３１】
【数６】
【００３２】となる。ここでＢは帯域で、本実施例の超
伝導素子のスイッチング速度を１００ｐｓｅｃ（１０
-10 ｓｅｃ）とするとＢ＝１０ＧＨｚ（１０10Ｈｚ）と
なる。Ｔ＝０．５Ｋ、ＲL ＝１ｋΩであるから、ＶN ＝
１７μＶと求まる。信号対雑音比は５程度で十分とする
と、入力電圧の最小値は８５μＶとなって、利得は数式
７に示す通りとなる。超伝導素子のスイッチング速度を
１０倍速い１０ｐｓｅｃ（１０-11 ｓｅｃ）としても、
約４の利得を得ることが出来る。このように、同じ負荷
抵抗ＲL ＝１ｋΩの時、ＩｎＡｓやＳｉで結合した三端
子素子に比べて、実用に十分供する大きな利得を本実施
例は提供する。
伝導素子のスイッチング速度を１００ｐｓｅｃ（１０
-10 ｓｅｃ）とするとＢ＝１０ＧＨｚ（１０10Ｈｚ）と
なる。Ｔ＝０．５Ｋ、ＲL ＝１ｋΩであるから、ＶN ＝
１７μＶと求まる。信号対雑音比は５程度で十分とする
と、入力電圧の最小値は８５μＶとなって、利得は数式
７に示す通りとなる。超伝導素子のスイッチング速度を
１０倍速い１０ｐｓｅｃ（１０-11 ｓｅｃ）としても、
約４の利得を得ることが出来る。このように、同じ負荷
抵抗ＲL ＝１ｋΩの時、ＩｎＡｓやＳｉで結合した三端
子素子に比べて、実用に十分供する大きな利得を本実施
例は提供する。
【００３３】
【数７】
【００３４】
【実施例２】図１１乃至図１２は、本発明の第２の実施
例を説明する図であって３１はｐ形ＩｎＡｓ基板、３２
はｎ形表面自然反転層で２次元電子ガス、３３，３４は
超伝導電極でソース、ドレイン、３５は絶縁層、３６は
金属ゲート電極で、３５, ３６によってＭＩＳ形ゲート
を構成する。実施例１と比較して、２次元電子ガスの性
質が変るのみで、動作原理等については、実施例１に等
しい。
例を説明する図であって３１はｐ形ＩｎＡｓ基板、３２
はｎ形表面自然反転層で２次元電子ガス、３３，３４は
超伝導電極でソース、ドレイン、３５は絶縁層、３６は
金属ゲート電極で、３５, ３６によってＭＩＳ形ゲート
を構成する。実施例１と比較して、２次元電子ガスの性
質が変るのみで、動作原理等については、実施例１に等
しい。
【００３５】本実施例では、２次元電子ガスとして、ｐ
形ＩｎＡｓ表面に形成されるｎ形自然反転層を用いる
が、これについては、Ｔ＝７７Ｋで、μ＝６，１００ｃ
ｍ2 ／Ｖs 、Ｎs ＝８．９×１０11ｃｍ-2が実測されて
いる。これからやはり超伝導電極としてＮｂを用いると
形ＩｎＡｓ表面に形成されるｎ形自然反転層を用いる
が、これについては、Ｔ＝７７Ｋで、μ＝６，１００ｃ
ｍ2 ／Ｖs 、Ｎs ＝８．９×１０11ｃｍ-2が実測されて
いる。これからやはり超伝導電極としてＮｂを用いると
【００３６】
【数８】
【００３７】と求まる。よって、本実施例においても
【００３８】
【数９】
【００３９】を満足すれば、実施例１と同様に利得の大
きな優れた超伝導三端子素子を提供する。
きな優れた超伝導三端子素子を提供する。
【００４０】
【実施例３】図１３乃至図１５は、本発明の第三の実施
例を説明する図であって、４１はＩｎＰ基板、４２はノ
ンドープのＩｎＡｌＡｓ、４３，４４は超伝導電極でソ
ース、ドレイン、４５はノンドープのＩｎＧａＡｓ、４
６は４５と４７の界面の４５の側に形成された２次元電
子ガス、４７はノンドープのＩｎＡｌＡｓ、４８はｎ形
ＩｎＡｌＡｓ、４９は絶縁層、５０は金属ゲート電極で
４９，５０によりＭＩＳ形ゲートを構成し、５１は絶縁
化されたＩｎＧａＡｓ層である。図１３は断面図、図１
４は、図１３のＡ−Ｂに沿って切断した拡大図である。
図１４の５１は絶縁化されたＩｎＧａＡｓ層であり、例
えばＧａイオン等の打ち込みによって絶縁化された部分
で、この部分には２次元電子ガスは存在しない。従っ
て、図１４を上から見た図である図１５のように、実施
例１，２と同様に、２つの２次元電子ガスが、狭隘な電
子ガス（長さＤ、幅Ｗ）で結合した構造を持つ。
例を説明する図であって、４１はＩｎＰ基板、４２はノ
ンドープのＩｎＡｌＡｓ、４３，４４は超伝導電極でソ
ース、ドレイン、４５はノンドープのＩｎＧａＡｓ、４
６は４５と４７の界面の４５の側に形成された２次元電
子ガス、４７はノンドープのＩｎＡｌＡｓ、４８はｎ形
ＩｎＡｌＡｓ、４９は絶縁層、５０は金属ゲート電極で
４９，５０によりＭＩＳ形ゲートを構成し、５１は絶縁
化されたＩｎＧａＡｓ層である。図１３は断面図、図１
４は、図１３のＡ−Ｂに沿って切断した拡大図である。
図１４の５１は絶縁化されたＩｎＧａＡｓ層であり、例
えばＧａイオン等の打ち込みによって絶縁化された部分
で、この部分には２次元電子ガスは存在しない。従っ
て、図１４を上から見た図である図１５のように、実施
例１，２と同様に、２つの２次元電子ガスが、狭隘な電
子ガス（長さＤ、幅Ｗ）で結合した構造を持つ。
【００４１】実施例１と同様に、
【００４２】
【数１０】
【００４３】なる条件を満足すれば、この狭隘な部分は
量子ポイントコンタクトとして働く。但し、本実施例で
は、ゲート電圧によってＷを制御するのではなく、２次
元電子ガスの電子濃度Ｎs を制御することによって、量
子ポイントコンタクトとしての機能を得る。従って、実
施例１では負のゲート電圧を印加したが、本実施例で
は、正のゲート電圧を印加する必要がある。この時、図
７から図１０の負のゲート電圧を正に読み替えれば、実
施例１と同様の動作をすることになり、利得の大きな優
れた超伝導三端子素子を提供する。
量子ポイントコンタクトとして働く。但し、本実施例で
は、ゲート電圧によってＷを制御するのではなく、２次
元電子ガスの電子濃度Ｎs を制御することによって、量
子ポイントコンタクトとしての機能を得る。従って、実
施例１では負のゲート電圧を印加したが、本実施例で
は、正のゲート電圧を印加する必要がある。この時、図
７から図１０の負のゲート電圧を正に読み替えれば、実
施例１と同様の動作をすることになり、利得の大きな優
れた超伝導三端子素子を提供する。
【００４４】
【実施例４】図１６乃至図１７は、本発明の第４の実施
例を説明する図であって、６１はｐ形ＩｎＡｓ基板、６
２はｎ形表面自然反転層で２次元電子ガス、６３，６４
は超伝導電極でソース、ドレイン、６５は絶縁層、６６
は金属ゲート電極で６５，６６によりＭＩＳ形ゲートを
構成し、７１は絶縁化されたＩｎＡｓ層である。
例を説明する図であって、６１はｐ形ＩｎＡｓ基板、６
２はｎ形表面自然反転層で２次元電子ガス、６３，６４
は超伝導電極でソース、ドレイン、６５は絶縁層、６６
は金属ゲート電極で６５，６６によりＭＩＳ形ゲートを
構成し、７１は絶縁化されたＩｎＡｓ層である。
【００４５】図１６は断面図、図１７は、図１６のゲー
ト絶縁膜６５及びゲート電極６６を取り除いた部分の拡
大断面図である。実施例３と比較して、２次元電子ガス
がｎ形ＩｎＡｓの表面自然反転層に変っただけである。
従って、図１７の２つの絶縁化された部分７１に挟まれ
た狭隘な電子ガスの幅Ｗ、長さＤ、電極間隔Ｌが実施例
２と同じ条件
ト絶縁膜６５及びゲート電極６６を取り除いた部分の拡
大断面図である。実施例３と比較して、２次元電子ガス
がｎ形ＩｎＡｓの表面自然反転層に変っただけである。
従って、図１７の２つの絶縁化された部分７１に挟まれ
た狭隘な電子ガスの幅Ｗ、長さＤ、電極間隔Ｌが実施例
２と同じ条件
【００４６】
【数１１】
【００４７】を満足することにより、実施例３と同様の
動作をすることになり、利得の大きな優れた超伝導三端
子素子を提供する。
動作をすることになり、利得の大きな優れた超伝導三端
子素子を提供する。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明ではゲート
電圧によって、超伝導三端子素子の電流−電圧特性を不
連続に制御できるため、実用に供する大きな利得を有す
るという利点がある。従って、超伝導トランジスタの高
速性、低消費電力性に加えて、その高利得を生かして、
低温で動作する通信用高速デジタル、アナログ回路や、
コンピュータ等の高速ロジック回路を構成する素子とし
ての動作が期待できる。
電圧によって、超伝導三端子素子の電流−電圧特性を不
連続に制御できるため、実用に供する大きな利得を有す
るという利点がある。従って、超伝導トランジスタの高
速性、低消費電力性に加えて、その高利得を生かして、
低温で動作する通信用高速デジタル、アナログ回路や、
コンピュータ等の高速ロジック回路を構成する素子とし
ての動作が期待できる。
【図１】本発明の第１の実施例としての半導体結合超伝
導素子の模式的断面構造図である。
導素子の模式的断面構造図である。
【図２】図１の上面図である。
【図３】図１とは直角方向の模式的断面構造図である。
【図４】ゲート電極に負電圧を印加した時の空乏層の広
がりに伴う電子ガスの幅Ｗ，長さＤの様子を示す図であ
る。
がりに伴う電子ガスの幅Ｗ，長さＤの様子を示す図であ
る。
【図５】ゲート電極の下側における２つの２次元電子ガ
スが幅Ｗ，長さＤの電子ガスで結合した構造図である。
スが幅Ｗ，長さＤの電子ガスで結合した構造図である。
【図６】２次元電子ガスにおける量子ポイントコンタク
トの伝導度（２ｅ2 ｎ／ｈ（ｎ＝１，２…））とゲート
電圧Ｖg との関係（B.J. van Wees らの文献 Phys. Re
v. Lett., 60, (1988), 848 より) を示す。
トの伝導度（２ｅ2 ｎ／ｈ（ｎ＝１，２…））とゲート
電圧Ｖg との関係（B.J. van Wees らの文献 Phys. Re
v. Lett., 60, (1988), 848 より) を示す。
【図７】本発明による第１の実施例における量子ポイン
トコンタクトの電流ＩC とゲート電圧Ｖg との関係を示
す。
トコンタクトの電流ＩC とゲート電圧Ｖg との関係を示
す。
【図８】本発明による第１の実施例としての半導体結合
超伝導素子のＩDS−ＶDS特性を示す。
超伝導素子のＩDS−ＶDS特性を示す。
【図９】本発明による第１の実施例としての半導体結合
超伝導素子の出力電圧ＶDSとゲート電圧Ｖg との関係を
示す。
超伝導素子の出力電圧ＶDSとゲート電圧Ｖg との関係を
示す。
【図１０】図９の部分拡大図である。
【図１１】本発明の第２の実施例としての半導体結合超
伝導素子の模式的断面構造図である。
伝導素子の模式的断面構造図である。
【図１２】図１１の上面図である。
【図１３】本発明の第３の実施例としての半導体結合超
伝導素子の模式的断面構造図である。
伝導素子の模式的断面構造図である。
【図１４】図１３のＡ−Ｂに沿って切断した拡大図であ
る。
る。
【図１５】図１４の上面図である。
【図１６】本発明の第４の実施例としての半導体結合超
伝導素子の模式的断面構造図である。
伝導素子の模式的断面構造図である。
【図１７】図１６のゲート絶縁膜及びゲート電極を取り
除いた部分の拡大断面図である。
除いた部分の拡大断面図である。
【図１８】従来のｐ形ＩｎＡｓを用いたＭＩＳ形半導体
結合超伝導素子の模式的断面構造図である。
結合超伝導素子の模式的断面構造図である。
【図１９】図１８に図示したＭＩＳ形半導体結合超伝導
素子のＩDS−ＶDS特性の模式図である。
素子のＩDS−ＶDS特性の模式図である。
【図２０】通常の半導体ＦＥＴのＩDS−ＶDS特性の模式
図である。
図である。
１，３１，６１ ｐ形ＩｎＡｓ基板 ２，３２，６２ ｎ形自然反転層（２次元電子ガス） ３ ソース ４ ドレイン ５，３５，４９，６５ 絶縁層 ６ ＭＩＳ形ゲート ７，２１ ゲート電圧が零の時の電流−電圧特性 ８，２２，２３，２４，２５，２６ ゲート電圧印加時
の電流−電圧特性 ９，２７ 負荷直線 １１，４１ ＩｎＰ基板 １２，４２ ノンドープのＩｎＡｌＡｓ １３，３３，４３，６３ 超伝導電極（ソース） １４，３４，４４，６４ 超伝導電極（ドレイン） １５，４５ ノンドープのＩｎＧａＡｓ １６，４６ ２次元電子ガス １７，４７ ノンドープのＩｎＡｌＡｓ １８，４８ ｎ形ＩｎＡｌＡｓ １９ ノンドープのＩｎＡｌＡｓ ２０，３６，５０，６６ 金属ゲート電極 ５１ 絶縁化されたＩｎＧａＡｓ層 ７１ 絶縁化されたＩｎＡｓ層
の電流−電圧特性 ９，２７ 負荷直線 １１，４１ ＩｎＰ基板 １２，４２ ノンドープのＩｎＡｌＡｓ １３，３３，４３，６３ 超伝導電極（ソース） １４，３４，４４，６４ 超伝導電極（ドレイン） １５，４５ ノンドープのＩｎＧａＡｓ １６，４６ ２次元電子ガス １７，４７ ノンドープのＩｎＡｌＡｓ １８，４８ ｎ形ＩｎＡｌＡｓ １９ ノンドープのＩｎＡｌＡｓ ２０，３６，５０，６６ 金属ゲート電極 ５１ 絶縁化されたＩｎＧａＡｓ層 ７１ 絶縁化されたＩｎＡｓ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−171179（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−133376（ＪＰ，Ａ) ＰＨＹＳ．ＲＥＶ．ＬＥＴＴ．，ＶＯ Ｌ．60，ＮＵＭＢＥＲ９，（29 ＦＥＢ ＲＵＡＲＹ 1988），ＰＰ．848−850 ＳＯＬＩＤ ＳＴＡＴＥ ＣＯＭＭＵ ＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬ．78，Ｎ Ｏ．４，（ＡＰＲＩＬ 1991），ＰＰ. 299−302
Claims (2)
- 【請求項１】 相異なる半導体の接合の界面もしくはＭ
ＩＳ接合の表面自然反転層に形成されている２次元電子
ガスと、該２次元電子ガスが形成されている半導体とオ
ーミックに接触している二つの超伝導電極と、該二つの
超伝導電極間の２次元電子ガス中に流れる超伝導電流を
制御するゲート電極とを有する半導体結合超伝導素子に
おいて、該ゲート電極が半導体上に二つに分割されたＭ
ＩＳ形ゲート構造を有することを特徴とする半導体結合
超伝導素子。 - 【請求項２】 相異なる半導体の接合の界面もしくはＭ
ＩＳ接合の表面自然反転層に形成されている２次元電子
ガスと、該２次元電子ガスが形成されている半導体とオ
ーミックに接触している二つの超伝導電極と、該二つの
超伝導電極間の２次元電子ガス中に流れる超伝導電流を
制御するゲート電極とを有する半導体結合超伝導素子に
おいて、該２次元電子ガス中に狭隘な部分を有し、更に
半導体上にＭＩＳ形ゲート構造を有することを特徴とす
る半導体結合超伝導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3163561A JP2701095B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 半導体結合超伝導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3163561A JP2701095B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 半導体結合超伝導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04360589A JPH04360589A (ja) | 1992-12-14 |
| JP2701095B2 true JP2701095B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=15776246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3163561A Expired - Fee Related JP2701095B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 半導体結合超伝導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2701095B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0786644A (ja) * | 1993-09-10 | 1995-03-31 | Fujitsu Ltd | 超伝導配線装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61171179A (ja) * | 1985-01-24 | 1986-08-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体結合超伝導素子 |
| JPH01133376A (ja) * | 1987-11-18 | 1989-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置 |
-
1991
- 1991-06-07 JP JP3163561A patent/JP2701095B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ＰＨＹＳ．ＲＥＶ．ＬＥＴＴ．，ＶＯＬ．６０，ＮＵＭＢＥＲ９，（２９ ＦＥＢＲＵＡＲＹ １９８８），ＰＰ．８４８−８５０ |
| ＳＯＬＩＤ ＳＴＡＴＥ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬ．７８，ＮＯ．４，（ＡＰＲＩＬ １９９１），ＰＰ．２９９−３０２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04360589A (ja) | 1992-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4424525A (en) | High electron mobility single heterojunction semiconductor devices | |
| JP2773487B2 (ja) | トンネルトランジスタ | |
| US4647954A (en) | Low temperature tunneling transistor | |
| Kleinsasser et al. | Crossover from tunneling to metallic behavior in superconductor‐semiconductor contacts | |
| Kleinsasser et al. | Superconducting InGaAs junction field‐effect transistors with Nb electrodes | |
| JPS6327065A (ja) | ヘテロ接合二重チャネル半導体装置、この半導体装置を応用した電界効果トランジスタ、ならびにこの半導体装置を応用した負のコンダクタンスをもつ装置 | |
| JPS6331173A (ja) | 半導体装置 | |
| Bonnefoi et al. | Resonant tunneling transistors with controllable negative differential resistances | |
| Daniels et al. | Quantum-well p-channel AlGaAs/InGaAs/GaAs heterostructure insulated-gate field-effect transistors with very high transconductance | |
| JPH084138B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US4903091A (en) | Heterojunction transistor having bipolar characteristics | |
| JP2701095B2 (ja) | 半導体結合超伝導素子 | |
| USRE33584E (en) | High electron mobility single heterojunction semiconductor devices | |
| Fossum et al. | Two-dimensional electron gas charged-coupled devices (2DEG-CCD's) | |
| US4860067A (en) | Semiconductor heterostructure adapted for low temperature operation | |
| EP0944923A1 (en) | Ultra-low power-delay product nnn/ppp logic devices | |
| GB2296373A (en) | Semiconductor device | |
| Ivanov et al. | A three terminal Josephson junction with a semiconducting two-dimensional electron gas layer | |
| JPH04256379A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JP3107325B2 (ja) | 半導体結合超伝導素子 | |
| JPS61242082A (ja) | 半導体素子 | |
| JP2778447B2 (ja) | トンネルトランジスタおよびその製造方法 | |
| Li et al. | n-Channel AlSbGaSb modulation-doped field-effect transistors | |
| Biegel et al. | Use of high-temperature superconductors in high speed electronic switches with current gain | |
| Kleinsasser | Superconducting field-effect devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |