JP3281248B2 - 超電導共鳴トンネルダイオード素子 - Google Patents
超電導共鳴トンネルダイオード素子Info
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- JP3281248B2 JP3281248B2 JP00001196A JP1196A JP3281248B2 JP 3281248 B2 JP3281248 B2 JP 3281248B2 JP 00001196 A JP00001196 A JP 00001196A JP 1196 A JP1196 A JP 1196A JP 3281248 B2 JP3281248 B2 JP 3281248B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超電導共鳴トンネル
ダイオード素子に関する。
ダイオード素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１１は従来技術に係る共鳴トンネルダ
イオード素子のエネルギバンド構造図である。共鳴トン
ネルダイオード素子はカソード領域１０Ａ、バリア領域
１１Ａ、共鳴領域１２、バリア領域１１Ｂ及びアノード
領域１０Ｂを備える。図１１においては各領域のエネル
ギレベルが示される。
イオード素子のエネルギバンド構造図である。共鳴トン
ネルダイオード素子はカソード領域１０Ａ、バリア領域
１１Ａ、共鳴領域１２、バリア領域１１Ｂ及びアノード
領域１０Ｂを備える。図１１においては各領域のエネル
ギレベルが示される。
【０００３】前記カソード領域１０Ａからアノード領域
１０Ｂにはキャリア（例えば、電子）が注入される。図
１１中、符号ｅＶはカソード領域１０Ａとアノード領域
１０Ｂとの間に印加される動作電圧である。カソード領
域１０Ａ、アノード領域１０Ｂはいずれも半導体、例え
ばＧａＡｓ化合物半導体で形成される。
１０Ｂにはキャリア（例えば、電子）が注入される。図
１１中、符号ｅＶはカソード領域１０Ａとアノード領域
１０Ｂとの間に印加される動作電圧である。カソード領
域１０Ａ、アノード領域１０Ｂはいずれも半導体、例え
ばＧａＡｓ化合物半導体で形成される。
【０００４】前記バリア領域１１Ａはカソード領域１０
Ａと共鳴領域１２との間に形成され、このバリア領域１
１Ａはポテンシャル障壁を形成する。バリア領域１１Ｂ
はアノード領域１０Ｂと共鳴領域１２との間に形成さ
れ、このバリア領域１１Ｂは前記バリア領域１１Ａと同
様にポテンシャル障壁を形成する。カソード領域１０Ａ
からアノード領域１０Ｂに注入されるキャリアはトンネ
ル注入によりバリア領域１１Ａ、１１Ｂを各々透過でき
る。バリア領域１１Ａ、１１Ｂはいずれも半導体、例え
ばＡｌＡｓで形成される。
Ａと共鳴領域１２との間に形成され、このバリア領域１
１Ａはポテンシャル障壁を形成する。バリア領域１１Ｂ
はアノード領域１０Ｂと共鳴領域１２との間に形成さ
れ、このバリア領域１１Ｂは前記バリア領域１１Ａと同
様にポテンシャル障壁を形成する。カソード領域１０Ａ
からアノード領域１０Ｂに注入されるキャリアはトンネ
ル注入によりバリア領域１１Ａ、１１Ｂを各々透過でき
る。バリア領域１１Ａ、１１Ｂはいずれも半導体、例え
ばＡｌＡｓで形成される。
【０００５】前記共鳴領域１２においては共鳴効果によ
りカソード領域１０Ａからアノード領域１０Ｂに注入さ
れるキャリアの注入効率（キャリアの到達率）が向上で
きる。つまり、特に最大電流量（ピーク電流量）が増加
できるので、共鳴トンネルダイオード素子においては電
流電圧特性が向上できる。共鳴領域１２は半導体、例え
ばＧａＡｓで形成される。
りカソード領域１０Ａからアノード領域１０Ｂに注入さ
れるキャリアの注入効率（キャリアの到達率）が向上で
きる。つまり、特に最大電流量（ピーク電流量）が増加
できるので、共鳴トンネルダイオード素子においては電
流電圧特性が向上できる。共鳴領域１２は半導体、例え
ばＧａＡｓで形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の共鳴トンネルダ
イオード素子においては、共鳴領域１２が半導体で形成
され、この共鳴領域１２を通過する際にキャリアが散乱
されるので、共鳴効果が弱まる。このため、カソード領
域１０Ａからアノード領域１０Ｂに到達するキャリアが
減少し、充分な電流量が得られないので、共鳴トンネル
ダイオード素子の電流電圧特性が劣化する。
イオード素子においては、共鳴領域１２が半導体で形成
され、この共鳴領域１２を通過する際にキャリアが散乱
されるので、共鳴効果が弱まる。このため、カソード領
域１０Ａからアノード領域１０Ｂに到達するキャリアが
減少し、充分な電流量が得られないので、共鳴トンネル
ダイオード素子の電流電圧特性が劣化する。
【０００７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、本発明の目的は以下の通りである。
たものであり、本発明の目的は以下の通りである。
【０００８】（１）本発明の目的は、共鳴領域中のキャ
リアの散乱が減少でき、電流量が増加でき、電流電圧特
性に優れた共鳴トンネルダイオード素子を備えた超電導
デバイスの提供にある。
リアの散乱が減少でき、電流量が増加でき、電流電圧特
性に優れた共鳴トンネルダイオード素子を備えた超電導
デバイスの提供にある。
【０００９】（２）さらに、本発明の目的は、超電導体
特有の材料特性が利用でき、最大電流値が増加できる、
特有の電流電圧特性を備えた共鳴トンネルダイオード素
子を備えた超電導デバイスの提供にある。
特有の材料特性が利用でき、最大電流値が増加できる、
特有の電流電圧特性を備えた共鳴トンネルダイオード素
子を備えた超電導デバイスの提供にある。
【００１０】（３）さらに、本発明の目的は、加工精度
が緩和でき、製作が容易な共鳴トンネルダイオード素子
を備えた超電導デバイスの提供ある。
が緩和でき、製作が容易な共鳴トンネルダイオード素子
を備えた超電導デバイスの提供ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の超電導共鳴トンネルダイオード素子は、金
属体で形成されたカソード領域と、前記カソード領域に
対して離れて配置され、金属体で形成されたアノード領
域と、前記カソード領域とアノード領域との間に形成さ
れ、超電導体で形成された共鳴領域と、前記カソード領
域と共鳴領域との間、前記アノード領域と共鳴領域との
間に各々形成された絶縁体と、を備え、前記共鳴トンネ
ルダイオード素子のカソード領域、アノード領域には、
各々Ａｕが使用され、前記共鳴領域には、ＢＫＢＯ超電
導体、ＹＢＣＯ超電導体、ＢＳＣＣＯ超電導体、ＴＢＣ
Ｏ超電導体、Ｎｂ超電導体、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導体、Ｐｂ
超電導体のいずれかが使用されることを特徴とする。
に、本発明の超電導共鳴トンネルダイオード素子は、金
属体で形成されたカソード領域と、前記カソード領域に
対して離れて配置され、金属体で形成されたアノード領
域と、前記カソード領域とアノード領域との間に形成さ
れ、超電導体で形成された共鳴領域と、前記カソード領
域と共鳴領域との間、前記アノード領域と共鳴領域との
間に各々形成された絶縁体と、を備え、前記共鳴トンネ
ルダイオード素子のカソード領域、アノード領域には、
各々Ａｕが使用され、前記共鳴領域には、ＢＫＢＯ超電
導体、ＹＢＣＯ超電導体、ＢＳＣＣＯ超電導体、ＴＢＣ
Ｏ超電導体、Ｎｂ超電導体、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導体、Ｐｂ
超電導体のいずれかが使用されることを特徴とする。
【００１２】また、本発明の超電導共鳴トンネルダイオ
ード素子は、縮退半導体で形成されたカソード領域と、
前記カソード領域に対して離れて配置され、縮退半導体
で形成されたアノード領域と、前記カソード領域とアノ
ード領域との間に形成され、超電導体で形成された共鳴
領域と、前記カソード領域と共鳴領域との間、前記アノ
ード領域と共鳴領域との間に各々形成されたバリア領域
と、を備え、カソード領域と共鳴領域との間に形成され
るバリア領域には、カソード領域の縮退半導体と共鳴領
域の超電導体との間のショットキー接合で形成されるシ
ョットキーバリア領域が使用され、アノード領域と共鳴
領域との間に形成されるバリア領域には、アノード領域
の縮退半導体と共鳴領域の超電導体との間のショットキ
ー接合で形成されるショットキーバリア領域が使用され
ることを特徴とする。このようにカソード領域と共鳴領
域とが直接接合されることでバリア領域が形成でき、ア
ノード領域と共鳴領域とが直接接合されることでバリア
領域が形成される。したがって、カソード領域、アノー
ド領域の各々と共鳴領域との間に別途バリア領域を形成
するための層を形成する必要がなくなるので、共鳴トン
ネルダイオード素子の構造が簡素化できる。
ード素子は、縮退半導体で形成されたカソード領域と、
前記カソード領域に対して離れて配置され、縮退半導体
で形成されたアノード領域と、前記カソード領域とアノ
ード領域との間に形成され、超電導体で形成された共鳴
領域と、前記カソード領域と共鳴領域との間、前記アノ
ード領域と共鳴領域との間に各々形成されたバリア領域
と、を備え、カソード領域と共鳴領域との間に形成され
るバリア領域には、カソード領域の縮退半導体と共鳴領
域の超電導体との間のショットキー接合で形成されるシ
ョットキーバリア領域が使用され、アノード領域と共鳴
領域との間に形成されるバリア領域には、アノード領域
の縮退半導体と共鳴領域の超電導体との間のショットキ
ー接合で形成されるショットキーバリア領域が使用され
ることを特徴とする。このようにカソード領域と共鳴領
域とが直接接合されることでバリア領域が形成でき、ア
ノード領域と共鳴領域とが直接接合されることでバリア
領域が形成される。したがって、カソード領域、アノー
ド領域の各々と共鳴領域との間に別途バリア領域を形成
するための層を形成する必要がなくなるので、共鳴トン
ネルダイオード素子の構造が簡素化できる。
【００１３】また、本発明の超電導共鳴トンネルダイオ
ード素子は、縮退半導体で形成されたカソード領域と、
前記カソード領域に対して離れて配置され、縮退半導体
で形成されたアノード領域と、前記カソード領域とアノ
ード領域との間に形成され、超電導体で形成された共鳴
領域と、前記カソード領域と共鳴領域との間、前記アノ
ード領域と共鳴領域との間に各々形成されたバリア領域
と、を備え、 前記共鳴トンネルダイオード素子のカソ
ード領域と共鳴領域との間、アノード領域と共鳴領域と
の間に形成されるバリア領域には、各々絶縁体が使用さ
れることを特徴とする。
ード素子は、縮退半導体で形成されたカソード領域と、
前記カソード領域に対して離れて配置され、縮退半導体
で形成されたアノード領域と、前記カソード領域とアノ
ード領域との間に形成され、超電導体で形成された共鳴
領域と、前記カソード領域と共鳴領域との間、前記アノ
ード領域と共鳴領域との間に各々形成されたバリア領域
と、を備え、 前記共鳴トンネルダイオード素子のカソ
ード領域と共鳴領域との間、アノード領域と共鳴領域と
の間に形成されるバリア領域には、各々絶縁体が使用さ
れることを特徴とする。
【００１４】ここで、前記バリア領域にはＭｇＯ薄膜を
使用することができる。
使用することができる。
【００１５】また、本発明の超電導共鳴トンネルダイオ
ード素子では、カソード領域、アノード領域には、各々
Ｎｂが導入されたＳＴＯを使用し、前記共鳴領域には、
ＢＫＢＯ超電導体、ＹＢＣＯ超電導体、ＢＳＣＣＯ超電
導体、ＴＢＣＯ超電導体、Ｎｂ超電導体、Ｎｂ3 Ｓｎ超
電導体、Ｐｂ超電導体のいずれかを使用することができ
る。
ード素子では、カソード領域、アノード領域には、各々
Ｎｂが導入されたＳＴＯを使用し、前記共鳴領域には、
ＢＫＢＯ超電導体、ＹＢＣＯ超電導体、ＢＳＣＣＯ超電
導体、ＴＢＣＯ超電導体、Ｎｂ超電導体、Ｎｂ3 Ｓｎ超
電導体、Ｐｂ超電導体のいずれかを使用することができ
る。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【発明の実施の形態】実施形態１ 図１は本実施形態１に係る超電導デバイスに搭載された
共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図であ
る。超電導デバイスは図１に示すように基板１を母体と
して構成され、共鳴トンネルダイオード素子は前記基板
１の表面上に構成される。
共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図であ
る。超電導デバイスは図１に示すように基板１を母体と
して構成され、共鳴トンネルダイオード素子は前記基板
１の表面上に構成される。
【００２５】前記基板１には超電導体の薄膜が成膜でき
る材料が使用される。本実施形態において、超電導体に
は、４００℃前後の低温度において成膜が行え、他の結
晶体に熱的損傷を及ぼす影響が小さい、例えばＢＫＢＯ
（ＢａＫＢｉＯ）系超電導体が使用される。従って、基
板１には、ＢＫＢＯ系超電導体の結晶構造と同一のペロ
ブスカイト結晶構造を有する、又は結晶格子間隔が等し
い例えばＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3 ）結晶基板が使用され
る。ＳＴＯ結晶基板のａ軸の結晶格子間隔はＢＫＢＯ系
超電導体のａ軸の結晶格子間隔に非常に近い格子間隔を
有する。ＳＴＯ結晶基板には１０16−１０18atoms/cm3
程度の低濃度においてＮｂが導入され、又Ｎｂが導入さ
れず、基本的にＳＴＯ結晶基板は絶縁性基板として使用
される。また、基板１には同様な機能を備える縮退半導
体基板、具体的にはＢａＢｉＯ3 結晶基板、ＫＮｂＯ3
結晶基板、ＫＴａＯ3 結晶基板又はＣｅＯ2 結晶基板の
いずれかが使用できる。
る材料が使用される。本実施形態において、超電導体に
は、４００℃前後の低温度において成膜が行え、他の結
晶体に熱的損傷を及ぼす影響が小さい、例えばＢＫＢＯ
（ＢａＫＢｉＯ）系超電導体が使用される。従って、基
板１には、ＢＫＢＯ系超電導体の結晶構造と同一のペロ
ブスカイト結晶構造を有する、又は結晶格子間隔が等し
い例えばＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3 ）結晶基板が使用され
る。ＳＴＯ結晶基板のａ軸の結晶格子間隔はＢＫＢＯ系
超電導体のａ軸の結晶格子間隔に非常に近い格子間隔を
有する。ＳＴＯ結晶基板には１０16−１０18atoms/cm3
程度の低濃度においてＮｂが導入され、又Ｎｂが導入さ
れず、基本的にＳＴＯ結晶基板は絶縁性基板として使用
される。また、基板１には同様な機能を備える縮退半導
体基板、具体的にはＢａＢｉＯ3 結晶基板、ＫＮｂＯ3
結晶基板、ＫＴａＯ3 結晶基板又はＣｅＯ2 結晶基板の
いずれかが使用できる。
【００２６】前記共鳴トンネルダイオード素子はカソー
ド領域４Ａ、バリア領域３、共鳴領域２、バリア領域３
及びアノード領域４Ｂを備える。前記共鳴領域２は基板
１の表面上に直接成膜された超電導体（ＢＫＢＯ系超電
導体）で形成される。超電導体で形成される共鳴領域２
は、少なくともカソード領域４Ａ及びアノード領域４Ｂ
を含む領域において形成される。量子力学的な共鳴効果
を確保するために、共鳴領域２の共鳴領域長Ｗは例えば
１００−５００ｎｍに設定される。本実施形態に係る共
鳴トンネルダイオード素子の構造においては、この共鳴
領域長Ｗはカソード領域４Ａとアノード領域４Ｂとの間
の離間距離に等しくなる。共鳴領域２の厚さは例えば１
００−２００ｎｍに設定される。
ド領域４Ａ、バリア領域３、共鳴領域２、バリア領域３
及びアノード領域４Ｂを備える。前記共鳴領域２は基板
１の表面上に直接成膜された超電導体（ＢＫＢＯ系超電
導体）で形成される。超電導体で形成される共鳴領域２
は、少なくともカソード領域４Ａ及びアノード領域４Ｂ
を含む領域において形成される。量子力学的な共鳴効果
を確保するために、共鳴領域２の共鳴領域長Ｗは例えば
１００−５００ｎｍに設定される。本実施形態に係る共
鳴トンネルダイオード素子の構造においては、この共鳴
領域長Ｗはカソード領域４Ａとアノード領域４Ｂとの間
の離間距離に等しくなる。共鳴領域２の厚さは例えば１
００−２００ｎｍに設定される。
【００２７】なお、共鳴領域２の超電導体にはＢＫＢＯ
系超電導体と同様に低温度で成膜が実現できるＢａＲｂ
ＢｉＯ系超電導体が使用できる。また、共鳴領域２の超
電導体にはＹＢＣＯ系超電導体、ＢＳＣＣＯ系超電導
体、ＴＢＣＯ系超電導体、Ｎｂ系超電導体、Ｎｂ3 Ｓｎ
系超電導体、Ｐｂ系超電導体等が使用でき、超電導体全
般が使用できる。
系超電導体と同様に低温度で成膜が実現できるＢａＲｂ
ＢｉＯ系超電導体が使用できる。また、共鳴領域２の超
電導体にはＹＢＣＯ系超電導体、ＢＳＣＣＯ系超電導
体、ＴＢＣＯ系超電導体、Ｎｂ系超電導体、Ｎｂ3 Ｓｎ
系超電導体、Ｐｂ系超電導体等が使用でき、超電導体全
般が使用できる。
【００２８】前記バリア領域３は少なくとも共鳴領域２
とカソード領域４Ａとの間、共鳴領域２とアノード領域
４Ｂとの間に各々形成される。バリア領域３は共鳴領域
２の表面上に形成される。バリア領域３は少なくともト
ンネル領域としての機能を備える。本実施形態において
バリア領域３にはＭｇＯ薄膜又は非晶質薄膜で形成され
たバリア領域が使用される。このバリア領域はトンネル
効果が発生する例えば３−５ｎｍ程度の膜厚で形成され
る。
とカソード領域４Ａとの間、共鳴領域２とアノード領域
４Ｂとの間に各々形成される。バリア領域３は共鳴領域
２の表面上に形成される。バリア領域３は少なくともト
ンネル領域としての機能を備える。本実施形態において
バリア領域３にはＭｇＯ薄膜又は非晶質薄膜で形成され
たバリア領域が使用される。このバリア領域はトンネル
効果が発生する例えば３−５ｎｍ程度の膜厚で形成され
る。
【００２９】前記カソード領域４Ａ、アノード領域４Ｂ
は、各々バリア領域３の表面上に形成され、前記共鳴領
域２の共鳴領域長Ｗに相当する離隔寸法分、互いに離れ
て配置される。カソード領域４Ａ、アノード領域４Ｂは
本実施形態において同一層の金属体、例えばＡｕで形成
される。同一層の金属体とは製造プロセスにおいて同一
成膜工程で形成される金属体であるこを意味する。
は、各々バリア領域３の表面上に形成され、前記共鳴領
域２の共鳴領域長Ｗに相当する離隔寸法分、互いに離れ
て配置される。カソード領域４Ａ、アノード領域４Ｂは
本実施形態において同一層の金属体、例えばＡｕで形成
される。同一層の金属体とは製造プロセスにおいて同一
成膜工程で形成される金属体であるこを意味する。
【００３０】図１には共鳴トンネルダイオード素子にお
いて電流ｉが流れる経路を示す。電流ｉはアノード領域
４Ｂから共鳴領域２を通過しカソード領域４Ａに流れ
る。この電流ｉの流れと同時にかつ逆方向には電子が流
れる。
いて電流ｉが流れる経路を示す。電流ｉはアノード領域
４Ｂから共鳴領域２を通過しカソード領域４Ａに流れ
る。この電流ｉの流れと同時にかつ逆方向には電子が流
れる。
【００３１】図２は前記共鳴トンネルダイオード素子の
エネルギバンド構造図である。図２に示す共鳴トンネル
ダイオード素子において、符号ｅＶはカソード領域４Ａ
とアノード領域４Ｂとの間に印加される動作電圧、符号
Δは共鳴領域２の超電導体のエネルギギャップである。
エネルギバンド構造図である。図２に示す共鳴トンネル
ダイオード素子において、符号ｅＶはカソード領域４Ａ
とアノード領域４Ｂとの間に印加される動作電圧、符号
Δは共鳴領域２の超電導体のエネルギギャップである。
【００３２】共鳴トンネルダイオード素子においては、
カソード領域４Ａとアノード領域４Ｂとの間に動作電圧
ｅＶが印加されると、カソード領域４Ａから共鳴領域２
に多数キャリア（電子）が注入される。この注入される
キャリアはトンネル注入によりバリア領域３を透過す
る。共鳴領域２においては量子力学的な共鳴効果により
キャリアの伝搬が助長され、共鳴領域２からアノード領
域４Ｂに多数キャリアが注入される。この注入されるキ
ャリアは前述と同様にトンネル注入によりバリア領域３
を透過する。
カソード領域４Ａとアノード領域４Ｂとの間に動作電圧
ｅＶが印加されると、カソード領域４Ａから共鳴領域２
に多数キャリア（電子）が注入される。この注入される
キャリアはトンネル注入によりバリア領域３を透過す
る。共鳴領域２においては量子力学的な共鳴効果により
キャリアの伝搬が助長され、共鳴領域２からアノード領
域４Ｂに多数キャリアが注入される。この注入されるキ
ャリアは前述と同様にトンネル注入によりバリア領域３
を透過する。
【００３３】図３は共鳴トンネルダイオード素子の電流
−電圧特性図である。図３において、縦軸は電流値を示
し、横軸は電圧値を示す。図３に示す電流電圧特性Ｄ２
は前述の図１１に示す従来技術に係る共鳴トンネルダイ
オード素子の電流−電圧特性である。この共鳴トンネル
ダイオード素子においては、最初に電圧の増加に伴い順
方向電流が単純に増加し、次に電圧Ｖ21で最大値の電流
（ピーク電流）Ｉ21が得られる。電圧Ｖ21を超えると電
圧の増加に伴い電流が減少し、電圧Ｖ22で最小値の電流
Ｉ22が得られる。電圧Ｖ22を超えると指数関数的に電流
が増加する。
−電圧特性図である。図３において、縦軸は電流値を示
し、横軸は電圧値を示す。図３に示す電流電圧特性Ｄ２
は前述の図１１に示す従来技術に係る共鳴トンネルダイ
オード素子の電流−電圧特性である。この共鳴トンネル
ダイオード素子においては、最初に電圧の増加に伴い順
方向電流が単純に増加し、次に電圧Ｖ21で最大値の電流
（ピーク電流）Ｉ21が得られる。電圧Ｖ21を超えると電
圧の増加に伴い電流が減少し、電圧Ｖ22で最小値の電流
Ｉ22が得られる。電圧Ｖ22を超えると指数関数的に電流
が増加する。
【００３４】図３に示す電流−電圧特性Ｄ１は本実施形
態に係る共鳴トンネルダイオード素子の電流−電圧特性
である。この本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード
素子においては、共鳴領域２に超電導体が使用され、超
電導体のエネルギギャップΔが存在する。このため、カ
ソード領域４Ａとアノード領域４Ｂとの間に印加される
動作電圧ｅＶによるカソード領域４Ａの電位がεF ＋Δ
以下においては電流が流れず、εF ＋Δを超えてから電
流が流れる（図２及び図３参照）。次に電圧Ｖ11で最大
値の電流（ピーク電流）Ｉ11が得られる。共鳴領域２が
超電導体で形成されることによりキャリアの散乱が減少
できキャリアの注入効率が向上できるので、最大値の電
流Ｉ11は電流−電圧特性Ｄ２に比べて高くできる。電圧
Ｖ11を超えると電圧の増加に伴い電流が減少し、電圧Ｖ
12で最小値の電流Ｉ12が得られる。電圧Ｖ12を超えると
指数関数的に電流が増加する。電圧Ｖ12における最小値
の電流Ｉ12、電圧Ｖ12を超えた後の電流においてはいず
れも共鳴領域２が超電導体で形成されたことによるエネ
ルギギャップΔ、及び量子力学的な共鳴効果が反映さ
れ、本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子にお
いて特有な電流電圧特性を有する負性抵抗素子が実現で
きる。
態に係る共鳴トンネルダイオード素子の電流−電圧特性
である。この本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード
素子においては、共鳴領域２に超電導体が使用され、超
電導体のエネルギギャップΔが存在する。このため、カ
ソード領域４Ａとアノード領域４Ｂとの間に印加される
動作電圧ｅＶによるカソード領域４Ａの電位がεF ＋Δ
以下においては電流が流れず、εF ＋Δを超えてから電
流が流れる（図２及び図３参照）。次に電圧Ｖ11で最大
値の電流（ピーク電流）Ｉ11が得られる。共鳴領域２が
超電導体で形成されることによりキャリアの散乱が減少
できキャリアの注入効率が向上できるので、最大値の電
流Ｉ11は電流−電圧特性Ｄ２に比べて高くできる。電圧
Ｖ11を超えると電圧の増加に伴い電流が減少し、電圧Ｖ
12で最小値の電流Ｉ12が得られる。電圧Ｖ12を超えると
指数関数的に電流が増加する。電圧Ｖ12における最小値
の電流Ｉ12、電圧Ｖ12を超えた後の電流においてはいず
れも共鳴領域２が超電導体で形成されたことによるエネ
ルギギャップΔ、及び量子力学的な共鳴効果が反映さ
れ、本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子にお
いて特有な電流電圧特性を有する負性抵抗素子が実現で
きる。
【００３５】前記エネルギギャップΔはＢＫＢＯ系超電
導体、ＹＢＣＯ系超電導体等の材料毎に固有の値を有す
る。従って、前記共鳴領域２を形成する超電導体の材料
を目的に応じて選別することにより、最大値の電流
Ｉ11、最小値の電流Ｉ12が意図的に制御された特有な電
圧−電流特性Ｄ１が作り出せるとともに、共鳴領域２に
おいてキャリアの散乱が減少されキャリアの注入効率が
向上できる特有な電圧−電流特性Ｄ１が作り出せる。
導体、ＹＢＣＯ系超電導体等の材料毎に固有の値を有す
る。従って、前記共鳴領域２を形成する超電導体の材料
を目的に応じて選別することにより、最大値の電流
Ｉ11、最小値の電流Ｉ12が意図的に制御された特有な電
圧−電流特性Ｄ１が作り出せるとともに、共鳴領域２に
おいてキャリアの散乱が減少されキャリアの注入効率が
向上できる特有な電圧−電流特性Ｄ１が作り出せる。
【００３６】さらに、本実施形態に係る共鳴トンネルダ
イオード素子においては、共鳴領域２の共鳴領域長Ｗの
制御により最大値の電流Ｉ11の位置が制御できる。共鳴
領域長Ｗを長く設定すれば、最大値の電流Ｉ11の位置は
低電圧側に移動できる。逆に、共鳴領域長Ｗを短く設定
すれば、最大値の電流Ｉ11の位置は高電圧側に移動でき
る。
イオード素子においては、共鳴領域２の共鳴領域長Ｗの
制御により最大値の電流Ｉ11の位置が制御できる。共鳴
領域長Ｗを長く設定すれば、最大値の電流Ｉ11の位置は
低電圧側に移動できる。逆に、共鳴領域長Ｗを短く設定
すれば、最大値の電流Ｉ11の位置は高電圧側に移動でき
る。
【００３７】＜製造方法＞図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は
前述の共鳴トンネルダイオード素子を備えた超電導デバ
イスの製造方法を説明する各工程毎に示す断面図であ
る。
前述の共鳴トンネルダイオード素子を備えた超電導デバ
イスの製造方法を説明する各工程毎に示す断面図であ
る。
【００３８】まず、図４（Ａ）に示すように、最初に基
板１が準備される。前述の通り、この基板１には表面上
に超電導体が成膜できるＳＴＯ結晶基板が使用される。
板１が準備される。前述の通り、この基板１には表面上
に超電導体が成膜できるＳＴＯ結晶基板が使用される。
【００３９】次に、前記基板１の表面上に超電導体が成
膜され、この超電導体により共鳴領域２が形成される
（図４（Ｂ）参照）。前記超電導体にはＢＫＢＯ系超電
導体が使用され、このＢＫＢＯ系超電導体は例えば高周
波マグネトロンスパッタリング法により成膜される。高
周波マグネトロンスパッタリング法において、スパッタ
リングターゲットにはＢａＫＢｉＯ3 粉末をプレスで固
めた粉末ターゲットが使用される。成膜条件は真空圧１
×１０-5Ｐａ、基板温度３００−４００℃、スパッタリ
ングガスＯ2 及びＡｒの混合ガス、ガス流量比１：１、
ガス圧８０Ｐａ、高周波出力１００Ｗ、堆積速度０. １
〓／ｓｅｃ、堆積時間２０００秒に設定される。この条
件において、１００−２００ｎｍの膜厚を有するＢＫＢ
Ｏ系超電導体が形成できる。
膜され、この超電導体により共鳴領域２が形成される
（図４（Ｂ）参照）。前記超電導体にはＢＫＢＯ系超電
導体が使用され、このＢＫＢＯ系超電導体は例えば高周
波マグネトロンスパッタリング法により成膜される。高
周波マグネトロンスパッタリング法において、スパッタ
リングターゲットにはＢａＫＢｉＯ3 粉末をプレスで固
めた粉末ターゲットが使用される。成膜条件は真空圧１
×１０-5Ｐａ、基板温度３００−４００℃、スパッタリ
ングガスＯ2 及びＡｒの混合ガス、ガス流量比１：１、
ガス圧８０Ｐａ、高周波出力１００Ｗ、堆積速度０. １
〓／ｓｅｃ、堆積時間２０００秒に設定される。この条
件において、１００−２００ｎｍの膜厚を有するＢＫＢ
Ｏ系超電導体が形成できる。
【００４０】次に、図４（Ｂ）に示すように、前記共鳴
領域２の表面上にバリア領域３が形成される。バリア領
域３にはＭｇＯ薄膜又は非晶質薄膜からなるバリア領域
が使用され、前記ＭｇＯ薄膜は例えば分子線エピタキシ
ー（ＭＢＥ）法で成膜される。成膜条件は基板温度２０
０−４００℃、成膜温度２００−４００℃、成長速度
０. １−０. ５〓／ｓｅｃに設定される。
領域２の表面上にバリア領域３が形成される。バリア領
域３にはＭｇＯ薄膜又は非晶質薄膜からなるバリア領域
が使用され、前記ＭｇＯ薄膜は例えば分子線エピタキシ
ー（ＭＢＥ）法で成膜される。成膜条件は基板温度２０
０−４００℃、成膜温度２００−４００℃、成長速度
０. １−０. ５〓／ｓｅｃに設定される。
【００４１】次に、前述の図１に示すように、バリア領
域３の表面上にカソード領域４Ａ及びアノード領域４Ｂ
が形成される。カソード領域４Ａ、アノード領域４Ｂに
は例えば同一製造工程で成膜されたＡｕが使用され、Ａ
ｕは例えばスパッタ法又は蒸着法で成膜される。
域３の表面上にカソード領域４Ａ及びアノード領域４Ｂ
が形成される。カソード領域４Ａ、アノード領域４Ｂに
は例えば同一製造工程で成膜されたＡｕが使用され、Ａ
ｕは例えばスパッタ法又は蒸着法で成膜される。
【００４２】これら一連の製造工程が終了すると、本実
施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子が完成する。
施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子が完成する。
【００４３】実施形態２ 図５は本実施形態２に係る超電導デバイスに搭載された
共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図であ
る。本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子にお
いては、カソード領域４Ａと共鳴領域２との間がショッ
トキーバリア領域ＳB1で分離（接合分離）され、アノー
ド領域４Ｂと共鳴領域２との間がショットキーバリア領
域ＳB2で分離される。
共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図であ
る。本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子にお
いては、カソード領域４Ａと共鳴領域２との間がショッ
トキーバリア領域ＳB1で分離（接合分離）され、アノー
ド領域４Ｂと共鳴領域２との間がショットキーバリア領
域ＳB2で分離される。
【００４４】共鳴トンネルダイオード素子が搭載される
基板１には前述の実施形態１に係る超電導デバイスと同
様に超電導体の薄膜が成膜できる例えばＳＴＯ結晶基板
が使用される。ＳＴＯ結晶基板には１０16−１０18atom
s/cm3 程度の低濃度においてＮｂが導入され、又Ｎｂが
導入されず、基本的にＳＴＯ結晶基板は絶縁性基板とし
て使用される。
基板１には前述の実施形態１に係る超電導デバイスと同
様に超電導体の薄膜が成膜できる例えばＳＴＯ結晶基板
が使用される。ＳＴＯ結晶基板には１０16−１０18atom
s/cm3 程度の低濃度においてＮｂが導入され、又Ｎｂが
導入されず、基本的にＳＴＯ結晶基板は絶縁性基板とし
て使用される。
【００４５】前記共鳴トンネルダイオード素子はカソー
ド領域４Ａ、ショットキーバリア領域ＳB1、共鳴領域
２、ショットキーバリア領域ＳB2及びアノード領域４Ｂ
を基本的構成として備える。本実施形態に係る共鳴トン
ネルダイオード素子は、前述の実施形態１に係る共鳴ト
ンネルダイオード素子のバリア領域３に代えてショット
キーバリア領域ＳB1及びショットキーバリア領域ＳB2を
備えたことを特徴とする。
ド領域４Ａ、ショットキーバリア領域ＳB1、共鳴領域
２、ショットキーバリア領域ＳB2及びアノード領域４Ｂ
を基本的構成として備える。本実施形態に係る共鳴トン
ネルダイオード素子は、前述の実施形態１に係る共鳴ト
ンネルダイオード素子のバリア領域３に代えてショット
キーバリア領域ＳB1及びショットキーバリア領域ＳB2を
備えたことを特徴とする。
【００４６】前記共鳴トンネルダイオード素子のカソー
ド領域４Ａ、アノード領域４Ｂは各々互いに離間し基板
１の表面層に形成される。このカソード領域４Ａ、アノ
ード領域４Ｂは各々基板１であるＳＴＯ結晶基板の表面
層に高濃度にＮｂが導入された導電性領域で形成される
（縮退半導体化がなされる）。カソード領域４Ａ、アノ
ード領域４ＢとしてのＳＴＯ結晶基板の表面層には例え
ば１０18−１０19atoms/cm3 程度の高濃度においてＮｂ
が導入される。カソード領域４Ａとアノード領域４Ｂと
の間の離間距離は共鳴領域長Ｗに等しくなる。
ド領域４Ａ、アノード領域４Ｂは各々互いに離間し基板
１の表面層に形成される。このカソード領域４Ａ、アノ
ード領域４Ｂは各々基板１であるＳＴＯ結晶基板の表面
層に高濃度にＮｂが導入された導電性領域で形成される
（縮退半導体化がなされる）。カソード領域４Ａ、アノ
ード領域４ＢとしてのＳＴＯ結晶基板の表面層には例え
ば１０18−１０19atoms/cm3 程度の高濃度においてＮｂ
が導入される。カソード領域４Ａとアノード領域４Ｂと
の間の離間距離は共鳴領域長Ｗに等しくなる。
【００４７】前記共鳴領域２はカソード領域４Ａの表面
上及びアノード領域４Ｂの表面上を含む基板１の表面上
に直接成膜された超電導体で形成される。共鳴領域２に
は前述の実施形態１に係る共鳴トンネルダイオード素子
の共鳴領域２と同様に例えばＢＫＢＯ系超電導体が使用
される。
上及びアノード領域４Ｂの表面上を含む基板１の表面上
に直接成膜された超電導体で形成される。共鳴領域２に
は前述の実施形態１に係る共鳴トンネルダイオード素子
の共鳴領域２と同様に例えばＢＫＢＯ系超電導体が使用
される。
【００４８】前記ショットキーバリア領域ＳB1はカソー
ド領域４Ａである縮退半導体と共鳴領域２である超電導
体との接触により形成される。ショットキーバリア領域
ＳB1はカソード領域４Ａと共鳴領域２との間の界面から
カソード領域４Ａ側に形成される。図６は前記共鳴トン
ネルダイオード素子のエネルギバンド構造図である。図
６に示す共鳴トンネルダイオード素子において、符号Ｓ
L1はショットキーバリア領域ＳB1の障壁長である。前記
ショットキーバリア領域ＳB2はアノード領域４Ｂである
縮退半導体と共鳴領域２である超電導体との接触により
形成される。ショットキーバリア領域ＳB2はアノード領
域４Ｂと共鳴領域２との間の界面からアノード領域４Ｂ
側に形成される。図６に示す共鳴トンネルダイオード素
子において、符号ＳL2はショットキーバリア領域ＳB2の
障壁長である。
ド領域４Ａである縮退半導体と共鳴領域２である超電導
体との接触により形成される。ショットキーバリア領域
ＳB1はカソード領域４Ａと共鳴領域２との間の界面から
カソード領域４Ａ側に形成される。図６は前記共鳴トン
ネルダイオード素子のエネルギバンド構造図である。図
６に示す共鳴トンネルダイオード素子において、符号Ｓ
L1はショットキーバリア領域ＳB1の障壁長である。前記
ショットキーバリア領域ＳB2はアノード領域４Ｂである
縮退半導体と共鳴領域２である超電導体との接触により
形成される。ショットキーバリア領域ＳB2はアノード領
域４Ｂと共鳴領域２との間の界面からアノード領域４Ｂ
側に形成される。図６に示す共鳴トンネルダイオード素
子において、符号ＳL2はショットキーバリア領域ＳB2の
障壁長である。
【００４９】本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード
素子においては、カソード領域４Ａ及びアノード領域４
Ｂが基板１の表面層に形成され、かつカソード領域４Ａ
と共鳴領域２との間にショットキーバリア領域ＳB1が、
アノード領域４Ｂと共鳴領域２との間にショットキーバ
リア領域ＳB2が各々形成されるので、前述の実施形態１
に係る共鳴トンネルダイオード素子のバリア領域３とし
てのＭｇＯ薄膜又は非晶質薄膜が不必要になる。従っ
て、共鳴トンネルダイオード素子は実質的に基板１及び
共鳴領域（超電導体）２で実現できるので、共鳴トンネ
ルダイオード素子の構造が簡素化できる。
素子においては、カソード領域４Ａ及びアノード領域４
Ｂが基板１の表面層に形成され、かつカソード領域４Ａ
と共鳴領域２との間にショットキーバリア領域ＳB1が、
アノード領域４Ｂと共鳴領域２との間にショットキーバ
リア領域ＳB2が各々形成されるので、前述の実施形態１
に係る共鳴トンネルダイオード素子のバリア領域３とし
てのＭｇＯ薄膜又は非晶質薄膜が不必要になる。従っ
て、共鳴トンネルダイオード素子は実質的に基板１及び
共鳴領域（超電導体）２で実現できるので、共鳴トンネ
ルダイオード素子の構造が簡素化できる。
【００５０】＜製造方法＞図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は
前述の共鳴トンネルダイオード素子を備えた超電導デバ
イスの製造方法を説明する各工程毎に示す断面図であ
る。
前述の共鳴トンネルダイオード素子を備えた超電導デバ
イスの製造方法を説明する各工程毎に示す断面図であ
る。
【００５１】まず、図７（Ａ）に示すように、最初に基
板１が準備される。前述の通り、この基板１には表面上
に超電導体が成膜できるＳＴＯ結晶基板が使用される。
板１が準備される。前述の通り、この基板１には表面上
に超電導体が成膜できるＳＴＯ結晶基板が使用される。
【００５２】次に、図７（Ｂ）に示すように、基板１の
表面層において互いに離間した位置にカソード領域４Ａ
及びアノード領域４Ｂが形成される。このカソード領域
４Ａ、アノード領域４Ｂの形成には例えばＦＩＢ（Ｆoc
us Ｉon Ｂeam ）法が使用され、ＦＩＢ法により基板
１の表面層に高濃度においてＮｂが導入される。このＮ
ｂの導入により基板１の表面層が縮退半導体化され、カ
ソード領域４Ａ、アノード領域４Ｂが各々形成される。
なお、Ｎｂの導入にはイオン注入法が使用できる。
表面層において互いに離間した位置にカソード領域４Ａ
及びアノード領域４Ｂが形成される。このカソード領域
４Ａ、アノード領域４Ｂの形成には例えばＦＩＢ（Ｆoc
us Ｉon Ｂeam ）法が使用され、ＦＩＢ法により基板
１の表面層に高濃度においてＮｂが導入される。このＮ
ｂの導入により基板１の表面層が縮退半導体化され、カ
ソード領域４Ａ、アノード領域４Ｂが各々形成される。
なお、Ｎｂの導入にはイオン注入法が使用できる。
【００５３】次に、前述の図５に示すように、前記基板
１の表面上に超電導体が成膜され、この超電導体により
共鳴領域２が形成される。前記超電導体にはＢＫＢＯ系
超電導体が使用され、このＢＫＢＯ系超電導体の形成に
は前述の実施形態１の製造方法で説明した高周波マグネ
トロンスパッタリング法が使用される。超電導体の成膜
条件は既に説明しているので、本実施形態に係る製造方
法においては成膜条件についての説明は省略する。
１の表面上に超電導体が成膜され、この超電導体により
共鳴領域２が形成される。前記超電導体にはＢＫＢＯ系
超電導体が使用され、このＢＫＢＯ系超電導体の形成に
は前述の実施形態１の製造方法で説明した高周波マグネ
トロンスパッタリング法が使用される。超電導体の成膜
条件は既に説明しているので、本実施形態に係る製造方
法においては成膜条件についての説明は省略する。
【００５４】前記共鳴領域２が形成されると、この共鳴
領域２とカソード領域４Ａとの間にショットキーバリア
領域ＳB1が形成され、共鳴領域２とアノード領域４Ｂと
の間にショットキーバリア領域ＳB2が形成される。
領域２とカソード領域４Ａとの間にショットキーバリア
領域ＳB1が形成され、共鳴領域２とアノード領域４Ｂと
の間にショットキーバリア領域ＳB2が形成される。
【００５５】これら一連の製造工程が終了すると、本実
施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子が完成する。
施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子が完成する。
【００５６】実施形態３ 図８は本実施形態３に係る超電導デバイスに搭載された
共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図であ
る。本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子にお
いては、カソード領域４Ａと共鳴領域２との間がショッ
トキーバリア領域ＳB1及びバリア領域３で分離され、ア
ノード領域４Ｂと共鳴領域２との間がショットキーバリ
ア領域ＳB2及びバリア領域３で分離される。つまり、本
実施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子は、前述の
実施形態２に係る共鳴トンネルダイオード素子の共鳴領
域２とショットキーバリア領域ＳB1との間にバリア領域
３が形成され、共鳴領域２とショットキーバリア領域Ｓ
B2との間にバリア領域３が形成される。バリア領域３に
は前述の実施形態１に係る共鳴トンネルダイオード素子
のバリア領域３と同様にＭｇＯ薄膜又は非晶質薄膜が使
用される。
共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図であ
る。本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子にお
いては、カソード領域４Ａと共鳴領域２との間がショッ
トキーバリア領域ＳB1及びバリア領域３で分離され、ア
ノード領域４Ｂと共鳴領域２との間がショットキーバリ
ア領域ＳB2及びバリア領域３で分離される。つまり、本
実施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子は、前述の
実施形態２に係る共鳴トンネルダイオード素子の共鳴領
域２とショットキーバリア領域ＳB1との間にバリア領域
３が形成され、共鳴領域２とショットキーバリア領域Ｓ
B2との間にバリア領域３が形成される。バリア領域３に
は前述の実施形態１に係る共鳴トンネルダイオード素子
のバリア領域３と同様にＭｇＯ薄膜又は非晶質薄膜が使
用される。
【００５７】図９は前記共鳴トンネルダイオード素子の
エネルギバンド構造図である。図９に示すように、カソ
ード領域４Ａと共鳴領域２との間には２層構造において
ショットキーバリア領域ＳB1及びバリア領域３が形成さ
れ、アノード領域４Ｂと共鳴領域２との間には２層構造
においてショットキーバリア領域ＳB2及びバリア領域３
が形成される。
エネルギバンド構造図である。図９に示すように、カソ
ード領域４Ａと共鳴領域２との間には２層構造において
ショットキーバリア領域ＳB1及びバリア領域３が形成さ
れ、アノード領域４Ｂと共鳴領域２との間には２層構造
においてショットキーバリア領域ＳB2及びバリア領域３
が形成される。
【００５８】＜製造方法＞図１０（Ａ）乃至図１０
（Ｃ）は前述の共鳴トンネルダイオード素子を備えた超
電導デバイスの製造方法を説明する各工程毎に示す断面
図である。
（Ｃ）は前述の共鳴トンネルダイオード素子を備えた超
電導デバイスの製造方法を説明する各工程毎に示す断面
図である。
【００５９】まず、図１０（Ａ）に示すように、最初に
基板１が準備される。前述の通り、この基板１には表面
上に超電導体が成膜できるＳＴＯ結晶基板が使用され
る。
基板１が準備される。前述の通り、この基板１には表面
上に超電導体が成膜できるＳＴＯ結晶基板が使用され
る。
【００６０】次に、図１０（Ｂ）に示すように、基板１
の表面層にカソード領域４Ａ及びアノード領域４Ｂが形
成される。このカソード領域４Ａ、アノード領域４Ｂの
形成には前述の実施形態２に係る製造方法で説明したＦ
ＩＢ法が使用され、ＦＩＢ法により基板１の表面層に高
濃度においてＮｂが導入され、カソード領域４Ａ、アノ
ード領域４Ｂが各々形成される。
の表面層にカソード領域４Ａ及びアノード領域４Ｂが形
成される。このカソード領域４Ａ、アノード領域４Ｂの
形成には前述の実施形態２に係る製造方法で説明したＦ
ＩＢ法が使用され、ＦＩＢ法により基板１の表面層に高
濃度においてＮｂが導入され、カソード領域４Ａ、アノ
ード領域４Ｂが各々形成される。
【００６１】次に、図１０（Ｃ）に示すように、少なく
ともカソード領域４Ａの表面上及びアノード領域４Ｂの
表面上を含む基板１の表面上にバリア領域３が形成され
る。このバリア領域３の形成には前述の実施形態１に係
る製造方法で説明した分子線エピタキシー法が使用さ
れ、ＭｇＯ薄膜又は非晶質薄膜が形成される。
ともカソード領域４Ａの表面上及びアノード領域４Ｂの
表面上を含む基板１の表面上にバリア領域３が形成され
る。このバリア領域３の形成には前述の実施形態１に係
る製造方法で説明した分子線エピタキシー法が使用さ
れ、ＭｇＯ薄膜又は非晶質薄膜が形成される。
【００６２】次に、前述の図８に示すように、前記バリ
ア領域３の表面上に超電導体が成膜され、この超電導体
により共鳴領域２が形成される。前記超電導体にはＢＫ
ＢＯ系超電導体が使用され、このＢＫＢＯ系超電導体の
形成には前述の実施形態１の製造方法で説明した高周波
マグネトロンスパッタリング法が使用される。超電導体
の成膜条件は既に説明しているので、本実施形態に係る
製造方法においては成膜条件についての説明は省略す
る。
ア領域３の表面上に超電導体が成膜され、この超電導体
により共鳴領域２が形成される。前記超電導体にはＢＫ
ＢＯ系超電導体が使用され、このＢＫＢＯ系超電導体の
形成には前述の実施形態１の製造方法で説明した高周波
マグネトロンスパッタリング法が使用される。超電導体
の成膜条件は既に説明しているので、本実施形態に係る
製造方法においては成膜条件についての説明は省略す
る。
【００６３】前記共鳴領域２が形成されると、この共鳴
領域２とカソード領域４Ａとの間にショットキーバリア
領域ＳB1及びバリア領域３が形成され、共鳴領域２とア
ノード領域４Ｂとの間にショットキーバリア領域ＳB2及
びバリア領域３が形成される。
領域２とカソード領域４Ａとの間にショットキーバリア
領域ＳB1及びバリア領域３が形成され、共鳴領域２とア
ノード領域４Ｂとの間にショットキーバリア領域ＳB2及
びバリア領域３が形成される。
【００６４】これら一連の製造工程が終了すると、本実
施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子が完成する。
施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子が完成する。
【００６５】
【発明の効果】本発明においては、下記の効果が得られ
る。
る。
【００６６】（１）共鳴領域中のキャリアの散乱が減少
でき、電流量が増加でき、電流電圧特性に優れた共鳴ト
ンネルダイオード素子が提供できる。 （２）さらに、超電導体特有の材料特性が利用でき、最
大電流値が増加できる、特有の電流電圧特性を備えた共
鳴トンネルダイオード素子が提供できる。 （３）さらに、加工精度が緩和でき、製作が容易な共鳴
トンネルダイオード素子が提供できる。
でき、電流量が増加でき、電流電圧特性に優れた共鳴ト
ンネルダイオード素子が提供できる。 （２）さらに、超電導体特有の材料特性が利用でき、最
大電流値が増加できる、特有の電流電圧特性を備えた共
鳴トンネルダイオード素子が提供できる。 （３）さらに、加工精度が緩和でき、製作が容易な共鳴
トンネルダイオード素子が提供できる。
【図１】 本実施形態１に係る超電導デバイスに搭載さ
れた共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図
である。
れた共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図
である。
【図２】 前記共鳴トンネルダイオード素子のエネルギ
バンド構造図である。
バンド構造図である。
【図３】 前記共鳴トンネルダイオード素子の電流−電
圧特性図である。
圧特性図である。
【図４】 （Ａ）及び（Ｂ）は前述の共鳴トンネルダイ
オード素子を備えた超電導デバイスの製造方法を説明す
る各工程毎に示す断面図である。
オード素子を備えた超電導デバイスの製造方法を説明す
る各工程毎に示す断面図である。
【図５】 本実施形態２に係る超電導デバイスに搭載さ
れた共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図
である。
れた共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図
である。
【図６】 前記共鳴トンネルダイオード素子のエネルギ
バンド構造図である。
バンド構造図である。
【図７】 （Ａ）及び（Ｂ）は前述の共鳴トンネルダイ
オード素子を備えた超電導デバイスの製造方法を説明す
る各工程毎に示す断面図である。
オード素子を備えた超電導デバイスの製造方法を説明す
る各工程毎に示す断面図である。
【図８】 本実施形態３に係る超電導デバイスに搭載さ
れた共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図
である。
れた共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図
である。
【図９】 前記共鳴トンネルダイオード素子のエネルギ
バンド構造図である。
バンド構造図である。
【図１０】 （Ａ）乃至（Ｃ）は前述の共鳴トンネルダ
イオード素子を備えた超電導デバイスの製造方法を説明
する各工程毎に示す断面図である。
イオード素子を備えた超電導デバイスの製造方法を説明
する各工程毎に示す断面図である。
【図１１】 従来技術に係る共鳴トンネルダイオード素
子のエネルギバンド構造図である。
子のエネルギバンド構造図である。
１ 基板、２ 共鳴領域、３ バリア領域、４Ａ カソ
ード領域、４Ｂ アノ ード領域。
ード領域、４Ｂ アノ ード領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 善里 順信 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−173767（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−204578（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−169114（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/00 H01L 39/22 - 39/24 H01L 29/88
Claims (5)
- 【請求項１】 金属体で形成されたカソード領域と、 前記カソード領域に対して離れて配置され、金属体で形
成されたアノード領域と、 前記カソード領域とアノード領域との間に形成され、超
電導体で形成された共鳴領域と、 前記カソード領域と共鳴領域との間、前記アノード領域
と共鳴領域との間に各々形成された絶縁体と、 を備え、前記カソード領域、アノード領域には、各々Ａ
ｕが使用され、 前記共鳴領域には、ＢＫＢＯ超電導体、ＹＢＣＯ超電導
体、ＢＳＣＣＯ超電導体、ＴＢＣＯ超電導体、Ｎｂ超電
導体、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導体、Ｐｂ超電導体のいずれかが
使用されることを特徴とする超電導共鳴トンネルダイオ
ード素子。 - 【請求項２】 縮退半導体で形成されたカソード領域
と、 前記カソード領域に対して離れて配置され、縮退半導体
で形成されたアノード領域と、 前記カソード領域とアノード領域との間に形成され、超
電導体で形成された共鳴領域と、 前記カソード領域と共鳴領域との間、前記アノード領域
と共鳴領域との間に各々形成されたバリア領域と、 を備え、カソード領域と共鳴領域との間に形成されるバ
リア領域には、カソード領域の縮退半導体と共鳴領域の
超電導体との間のショットキー接合で形成されるショッ
トキーバリア領域が使用され、 アノード領域と共鳴領域との間に形成されるバリア領域
には、アノード領域の縮退半導体と共鳴領域の超電導体
との間のショットキー接合で形成されるショットキーバ
リア領域が使用されることを特徴とする超電導共鳴トン
ネルダイオード素子。 - 【請求項３】 縮退半導体で形成されたカソード領域
と、 前記カソード領域に対して離れて配置され、縮退半導体
で形成されたアノード領域と、 前記カソード領域とアノード領域との間に形成され、超
電導体で形成された共鳴領域と、 前記カソード領域と共鳴領域との間、前記アノード領域
と共鳴領域との間に各々形成されたバリア領域と、 を備え、 前記カソード領域と共鳴領域との間、アノー
ド領域と共鳴領域との間に形成されるバリア領域には、
各々絶縁体が使用されることを特徴とする超電導共鳴ト
ンネルダイオード素子。 - 【請求項４】 前記請求項２又は請求項３に記載され
る、超電導共鳴トンネルダイオード素子において、 前記共鳴トンネルダイオード素子のカソード領域、アノ
ード領域には、各々Ｎｂが導入されたＳＴＯが使用さ
れ、 前記共鳴領域には、ＢＫＢＯ超電導体、ＹＢＣＯ超電導
体、ＢＳＣＣＯ超電導体、ＴＢＣＯ超電導体、Ｎｂ超電
導体、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導体、Ｐｂ超電導体のいずれかが
使用されることを特徴とする超電導共鳴トンネルダイオ
ード素子。 - 【請求項５】 前記請求項３に記載される、共鳴トンネ
ルダイオード素子において、 前記バリア領域にはＭｇＯ薄膜が使用されることを特徴
とする超電導共鳴トンネルダイオード素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00001196A JP3281248B2 (ja) | 1996-01-04 | 1996-01-04 | 超電導共鳴トンネルダイオード素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00001196A JP3281248B2 (ja) | 1996-01-04 | 1996-01-04 | 超電導共鳴トンネルダイオード素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09186369A JPH09186369A (ja) | 1997-07-15 |
| JP3281248B2 true JP3281248B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=11462521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00001196A Expired - Fee Related JP3281248B2 (ja) | 1996-01-04 | 1996-01-04 | 超電導共鳴トンネルダイオード素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3281248B2 (ja) |
-
1996
- 1996-01-04 JP JP00001196A patent/JP3281248B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09186369A (ja) | 1997-07-15 |
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