JP3329401B2 - Superconducting transistor - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は準粒子注入型の超電導
トランジスタに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quasiparticle injection type superconducting transistor.

【０００２】[0002]

【従来の技術】図２４は、準粒子注入型の超電導ベース
トランジスタの構成を示す模式図であり、半導体からな
るコレクタ領域１と、このコレクタ領域１上に形成され
た超電導体からなるベース領域２と、このベース領域２
上に絶縁層３を介して設けられた超電導体又は金属から
なるエミッタ領域４で構成される。2. Description of the Related Art FIG. 24 is a schematic diagram showing a structure of a quasiparticle injection type superconducting base transistor. A collector region 1 made of a semiconductor and a base region 2 made of a superconductor formed on the collector region 1 are shown. And this base region 2
It comprises an emitter region 4 made of a superconductor or a metal provided on the insulating layer 3 with an insulating layer 3 interposed therebetween.

【０００３】この準粒子注入型超電導ベーストランジス
タは、エミッタ領域４から注入された準粒子が超電導体
からなるベース領域を２を通過し、コレクタ領域１に達
し外部電極に流れ出す。In this quasiparticle injection type superconducting base transistor, quasiparticles injected from an emitter region 4 pass through a base region 2 made of a superconductor, reach a collector region 1 and flow out to an external electrode.

【０００４】この超電導体ベーストランジスタにおいて
は、高い効率で準粒子を捕捉するベース・コレクタ接合
として、障壁の高さが低い半導体−超電導体接触が使わ
れる。このデバイスのトランジスタとしての動作を考え
てみると、図２５に示すように、超電導体からなるベー
ス領域２と半導体からなるコレクタ領域１とが接触し、
接触部に高さＵ₁ の障壁（バリアハイト）が形成されて
いるとする。コレクタ領域１とベース領域２に対して、
正の電位Ｖ_BCを与える。超電導体中の準粒子状態にある
電子が半導体側に入射するプロセスを考えると、この電
子は超電導体のフェルミエネルギーε_F よりｅＶ_BEだけ
高いエネルギーレベルにある。ここではｅＶ_BEは準粒子
の励起エネルギーであり、ｅＶ_BE＞Δ（超電導エネルギ
ーギャップ）であるから、障壁（Ｕ₁ ）が十分低けれ
ば、電子は障壁（Ｕ₁ ）を越えて自由に半導体側に移動
できる。一方、半導体中にはこの電子を接合部から引き
出す方向の電界Ｖ_BCが存在する。従って、コレクタ領域
１に入射した準粒子状態の電子はコレクタ領域１に捕捉
され流れ出る。In this superconductor base transistor, a semiconductor-superconductor contact having a low barrier height is used as a base-collector junction for trapping quasiparticles with high efficiency. Considering the operation of this device as a transistor, as shown in FIG. 25, a base region 2 made of a superconductor comes into contact with a collector region 1 made of a semiconductor,
Height U ₁ of the barrier (barrier height) is to be formed on the contact portion. For the collector region 1 and the base region 2,
A positive potential _VBC is applied. Considering the process of electrons in the quasiparticle state in the superconductor is incident on the semiconductor side, the electrons in higher energy level by eV _BE Fermi energy epsilon _F superconductor. Here, eV _BE is the excitation energy of the quasiparticle, and since eV _BE > Δ (superconducting energy gap), if the barrier (U ₁ ) is sufficiently low, electrons can freely cross the barrier (U ₁ ) to the semiconductor side. Can be moved to On the other hand, an electric field V _BC exists in the semiconductor in a direction in which the electrons are extracted from the junction. Therefore, the electrons in the quasiparticle state incident on the collector region 1 are captured by the collector region 1 and flow out.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の準粒子
注入型ベーストランジスタにおいては、コレクタ・ベー
ス間の障壁が高くなり、図２５に示すように、障壁で低
いエネルギーの準粒子が反射され、準粒子のコレクタ領
域への透過率が低下するという問題があった。However, in the conventional quasi-particle-injection type base transistor, the barrier between the collector and the base is increased, and as shown in FIG. 25, the quasi-particles having low energy are reflected by the barrier. There is a problem that the transmittance of the quasiparticles to the collector region is reduced.

【０００６】この発明は上述した従来の問題点を解消す
るためになされたものにして、低エネルギー領域での準
粒子の透過を可能とし、低電圧駆動を可能とした超電導
トランジスタを提供することをその目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide a superconducting transistor capable of transmitting quasiparticles in a low energy region and capable of driving at a low voltage. With that purpose.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、超電導体
層，金属層，超電導体層と、この順序で積層された超電
導トランジスタであって、前記金属層をベース領域、超
電導体層を夫々エミッタ、コレクタ領域として用い、超
電導体層と金属層の界面におけるアンドレエフ反射によ
り、前記金属層で構成されるベース領域に量子井戸を形
成すると共に、前記金属層の膜厚をｄ _N すると、SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a superconductor.
Layer, metal layer, superconductor layer, and superconductor laminated in this order.
A conductive transistor, wherein the metal layer is a base region,
Using conductor layers as emitter and collector regions, respectively,
Due to Andreev reflection at the interface between conductor layer and metal layer
Forming a quantum well in the base region composed of the metal layer.
While formed, the thickness of the metal layer d _N Then,

【数２】 を満足する範囲で前記金属層の膜厚を選択することを特
徴とする。(Equation 2) The thickness of the metal layer is selected so as to satisfy the following condition.
Sign .

【０００８】[0008]

【作用】この発明によれば、超電導体層（Ｓ）と金属層
（Ｎ）のＳＮ界面における超電導エネルギーギャップΔ
（ｘ）の空間変化によって生じる超電導特有のアンドレ
エフ（Ａｎｄｒｅｅｖ）反射により、金属層（Ｎ）で構
成されるベース領域に量子井戸が形成され、低エネルギ
ーの共鳴的な準粒子の透過が発生する。 According to the present invention, the superconductor layer (S) and the metal layer
Superconducting energy gap Δ at SN interface of (N)
Superconducting Andre caused by spatial change in (x)
It is composed of a metal layer (N) by F (Andreev) reflection.
A quantum well is formed in the base region
Quasiparticle permeation occurs.

【０００９】[0009]

【実施例】以下、この発明の実施例につき、図面を参照
して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００１０】図１は、この発明に係る低エネルギー型の
超電導トランジスタの構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a low-energy type superconducting transistor according to the present invention.

【００１１】図１に示すように、この超電導トランジス
タは、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-X （以下、ＹＢＣＯと略記す
る。），Ｂａ₂Ｓｒ₂Ｃａ_n-1Ｃｕ_nＯ_2n+4 （以下、ＢＳ
ＣＣＯと略記する。），Ｂａ_1-XＫ_XＢｉＯ₃ （以下、Ｂ
ＫＢＯと略記する。），Ｐｂ，Ｎｂ等の超電導体からな
るエミッタ領域４と、このエミッタ領域４上に形成され
たＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の金属からなるベース領域２と、
このベース領域３上に形成されたＹＢＣＯ，ＢＳＣＣ
Ｏ，ＢＫＢＯ，Ｐｂ，Ｎｂ等の超電導体からなるコレク
タ領域１とを備える。[0011] As shown in FIG. 1, the superconductor _{transistor, Y 1 Ba 2 Cu 3 O} 7-X ( hereinafter,. Abbreviated as _{YBCO), Ba 2 Sr 2 Ca} n-1 Cu n O 2n + 4 ( Below, BS
Abbreviated as CCO. ), Ba _1-X K _X BiO ₃ (hereinafter B
Abbreviated as KBO. ), An emitter region 4 made of a superconductor such as Pb and Nb, a base region 2 made of a metal such as Au, Ag and Cu formed on the emitter region 4;
YBCO, BSCC formed on this base region 3
A collector region 1 made of a superconductor such as O, BKBO, Pb, and Nb.

【００１２】この発明は、超電導体層（Ｓ）と金属層
（Ｎ）のＳＮ界面における超電導エネルギーギャップΔ
（ｘ）の空間変化によって生じる超電導特有のアンドレ
エフ（Ａｎｄｒｅｅｖ）反射により、金属層（Ｎ）で構
成されるベース領域２に量子井戸構造を作るものであ
る。The present invention provides a superconducting energy gap Δ at the SN interface between the superconductor layer (S) and the metal layer (N).
A quantum well structure is formed in the base region 2 composed of the metal layer (N) by Andreev reflection peculiar to superconductivity caused by the spatial change of (x).

【００１３】図２に、この発明による超電導トランジス
タのエネルギーバンド図を示す。この図２に示すよう
に、ＳＮＳ型の構造を作ることによって、超電導エネル
ギーギャップ（Δ）の空間変化を作ることができ、これ
が量子井戸と同様の効果を生じる。そして、図３に示す
ように、この超電導エネルギーギャップ（Δ）の井戸型
ポテンシャルによって、ベース領域２に超電導特有の量
子準位を形成することができ、低エネルギー領域におい
て、準粒子の状態を箱型ポテンシャルの電子の状態と同
様に量子化し、量子化されたエネルギーに一致した準粒
子をエネルギー準位と共鳴させることにより、コレクタ
領域１へ準粒子を透過させる。FIG. 2 shows an energy band diagram of the superconducting transistor according to the present invention. As shown in FIG. 2, by making the SNS type structure, a spatial change of the superconducting energy gap (Δ) can be made, which produces the same effect as the quantum well. Then, as shown in FIG. 3, a quantum level peculiar to superconductivity can be formed in the base region 2 by the well-type potential of the superconducting energy gap (Δ). The quasi-particles are quantized in the same manner as the electron state of the type potential, and the quasi-particles matching the quantized energy are caused to resonate with the energy level, thereby transmitting the quasi-particles to the collector region 1.

【００１４】上述したように、この発明は、超電導エネ
ルギーギャップ（Δ）の空間変化によって井戸型ポテン
シャルを形成することにより、ベース領域２に量子準位
を形成する必要がある。従って、ベース領域２の膜厚
は、超電導波動関数のしみ出し距離より大きく、即ち、
近接効果が起らない程度に大きく、共鳴準位が低エネル
ギー領域に存在するという条件を満足する範囲に設定さ
れる。共鳴の起るエネルギー間隔（ΔＥ）は、近次的に
次の式（１）により与えられる。As described above, in the present invention, it is necessary to form a quantum level in the base region 2 by forming a well-type potential by a spatial change of the superconducting energy gap (Δ). Therefore, the thickness of the base region 2 is larger than the extruded distance of the superconducting waveguide function, that is,
The range is set to be large enough to prevent the proximity effect from occurring and satisfy the condition that the resonance level exists in the low energy region. Resonances occur energy interval (Delta] E) is given more proximal next to the following equation (1).

【００１５】[0015]

【数３】 (Equation 3)

【００１６】又、低エネルギー領域で共鳴を起させるた
めには、エネルギー間隔（ΔＥ）は１（ｍｅＶ）＜ΔＥ
＜１０（ｍｅＶ）の範囲であることが望ましい。この範
囲のΔＥを得るためには、金属層の膜厚ｄ_Nとフェルミ
エネルギーε_Fをうまく選択すればよい。金属を決めれ
ば、フェルミエネルギーε_F は決まるので、金属層の膜
厚ｄ_Nの範囲を決定すればよい。In order to cause resonance in a low energy region, the energy interval (ΔE) is 1 (meV) <ΔE
It is desirable to be in the range of <10 (meV). In order to obtain ΔE in this range, the thickness d _{N of the} metal layer and the Fermi energy ε _F may be appropriately selected. When the metal is determined, the Fermi energy ε _F is determined, and thus the range of the metal layer thickness d _N may be determined.

【００１７】上記（１）式よりｄ_N は以下の式（２）の
ように表わすことができる。From the above equation (1), d _N can be expressed as the following equation (2) .

【００１８】[0018]

【数４】 (Equation 4)

【００１９】上記（２）式の範囲に対応した膜厚ｄ_N の
範囲を選択すればよい。The range of the film thickness d _N corresponding to the range of the above equation (2) may be selected.

【００２０】金属層として、Ａｕ（金），Ａｇ（銀），
Ｃｕ（銅），Ｃｓ（セシウム）を用いた場合のベース層
２の膜厚は夫々次の範囲の中から選択するとよい。As the metal layer, Au (gold), Ag (silver),
When Cu (copper) and Cs (cesium) are used, the thickness of the base layer 2 may be selected from the following ranges.

【００２１】Ａｕの場合、フェルミエネルギーε_F は
５．５１ｅＶであるので、膜厚ｄ_N は２８８１〜２８８
１０（Å）の範囲で選択する。In the case of Au, since the Fermi energy ε _F is 5.51 eV, the film thickness d _N is 2881 to 288.
Select within the range of 10 (Å).

【００２２】Ａｇの場合、フェルミエネルギーε_F は
５．４８ｅＶであるので、膜厚ｄ_N は２８７３〜２８７
３０（Å）の範囲で選択する。In the case of Ag, since the Fermi energy ε _F is 5.48 eV, the film thickness d _N is 2873-287.
Select within the range of 30 (Å).

【００２３】Ｃｕの場合、この例は、フェルミエネルギ
ーが高い例であり、ε_F は７．０ｅＶである。従って、
膜厚ｄ_Nは３２４７〜３２４７９（Å）の範囲で選択す
る。In the case of Cu, this example is an example in which the Fermi energy is high, and ε _F is 7.0 eV. Therefore,
The film thickness d _N is selected in the range of 3247 to 32479 (Å).

【００２４】Ｃｓの場合、この例は、フェルミエネルギ
ーが小さい例であり、ε_F は１．５８ｅＶである。従っ
て、膜厚ｄ_Nは１５４３〜１５４３０（Å）の範囲で選
択する。In the case of Cs, this example is an example in which the Fermi energy is small, and ε _F is 1.58 eV. Therefore, the film thickness d _N is selected in the range of 1543 to 15430 (Å).

【００２５】上記のことから分かるように、共鳴を起さ
す場合には、ｄ_N は１０００（Å）以上必要であり、こ
の範囲では近接効果が生じない膜厚である。As can be seen from the above, when resonance occurs, d _N is required to be 1000 (以上) or more, and in this range, the film thickness does not cause the proximity effect.

【００２６】図４ないし図１８にエミッタ、コレクタの
超電導体として、ＹＢＣＯを用い、ベース領域２の金属
としてＡｕ，Ｃｕ，Ｃｓを夫々用い、各金属層の膜厚を
変化させた場合のフェルミエネルギーから測った電子の
注入エネルギー（Ｅ−Δ）に対する準粒子の透過率を計
算した結果を示す。FIGS. 4 to 18 show the Fermi energy when YBCO is used as the superconductor of the emitter and the collector, Au, Cu, and Cs are used as the metal of the base region 2 and the thickness of each metal layer is changed. 4 shows the result of calculating the transmittance of quasiparticles with respect to the electron injection energy (E−Δ) measured from FIG.

【００２７】図４〜図８は、ベース領域２の金属として
Ａｕを用いた。図４は、Ａｕの膜厚ｄ_N が１００
（Å）、図５は、Ａｕの膜厚ｄ_N が１０００（Å）、図
６は、Ａｕの膜厚ｄ_N が５０００（Å）、図７は、Ａｕ
の膜厚ｄ_N が１００００（Å）、図８は、Ａｕの膜厚ｄ
_N が２００００（Å）の場合を夫々示す。これらの図か
ら明らかなように、膜厚ｄ_N が１００Å以下の場合に
は、２０ｍｅＶ以下の低エネルギー領域では量子準位の
形成がなく、共鳴が生じていない。膜厚ｄ_N が１０００
Åを越え、ｄ_N が増大すると共に、共鳴現象が見え始め
る。4 to 8, Au is used as the metal of the base region 2. FIG. FIG. 4 shows that the Au film thickness d _N is 100.
(Å), FIG. 5 shows Au film thickness d _N of 1000 (Å), FIG. 6 shows Au film thickness d _N of 5000 (Å), and FIG.
The thickness d _N is 10000 (Å), 8, the thickness of the Au d
The case where _N is 20000 (Å) is shown. As is apparent from these figures, when the film thickness d _N is 100 ° or less, no quantum level is formed in the low energy region of 20 meV or less, and no resonance occurs. Thickness d _N is 1000
Beyond Å, as d _N increases, resonance phenomena begin to appear.

【００２８】そして、図６〜図８の場合には、低エネル
ギー領域において、共鳴が生じている。又、共鳴する点
とその他の点との差（ΔＴ）が大きいほど共鳴の効果を
効率良く利用でき、準粒子の透過量を大きくすることが
できる。このことから、図６〜図８からｄ_N は大きい程
よいことがわかる。更に、共鳴のエネルギー間隔ΔＥは
前述の式（２）及びこれらの図に示すように、ｄ_N の増
大と共に小さくなってくる。ｄ_N を３００００Å以上に
すると、ΔＥが小さくなりすぎ制御が困難となる。従っ
て、ｄ_N はｄ_N ＝２８８１〜２８８１０（Å）の範囲が
好ましい。6 to 8, resonance occurs in the low energy region. Also, as the difference (ΔT) between the point of resonance and the other points is larger, the effect of resonance can be used more efficiently, and the transmission amount of quasiparticles can be increased. Therefore, d _N is larger the better can be seen from Figures 6-8. Further, the energy gap ΔE of resonance as shown in equation (2) and of the previous Figures, it becomes smaller with increasing d _N. If d _N is 30000 ° or more, ΔE becomes too small and control becomes difficult. Therefore, d _N is the range of d _N = 2881~28810 (Å) are preferred.

【００２９】図９〜図１３は、ベース領域２の金属とし
て、フェルミエネルギーの高いＣｕを用いた例を示し、
図９は、Ｃｕの膜厚ｄ_N が１００Å，図１０は、Ｃｕの
膜厚ｄ_N が１０００Å，図１１は、Ｃｕの膜厚ｄ_N が５
０００Å，図１２は、Ｃｕの膜厚ｄ_N が１００００Å，
図１３は、Ｃｕの膜厚ｄ_N が２００００Åの場合を示
す。FIGS. 9 to 13 show examples in which Cu having a high Fermi energy is used as the metal of the base region 2.
9 shows a Cu film thickness d _N of 100 _° , FIG. 10 shows a Cu film thickness d _N of 1000 _° , and FIG. 11 shows a Cu film thickness d _N of 5 _°.
FIG. 12 shows that the Cu film thickness d _N is 10,000 °,
FIG. 13 shows a case where the thickness dN of Cu is 20000 _° .

【００３０】この実施例も、前述のＡｕの場合と同様
に、ｄ_N ＝１００Åの場合には、低エネルギー領域の共
鳴現象は見られず、ｄ_N の増大と共に共鳴現象が見られ
る。前述の式（２）及びこれらの図から、ｄ_N ＝３２４
７〜３２４７９（Å）の範囲が好適である。この実施例
とＡｕとの場合を比較すると、ε_F の増大に伴い、共鳴
の間隔ΔＥが増大していることが分かる。In this embodiment, as in the case of Au described above, when d _N = 100 _° , the resonance phenomenon in the low energy region is not observed, and the resonance phenomenon is observed as d _N increases. From the above equation (2) and these figures, d _N = 324
The range of 7 to 32479 (Å) is preferable. Comparing this example with Au, it can be seen that the resonance interval ΔE increases with an increase in ε _F.

【００３１】図１４〜図１８はベース領域２の金属とし
て、フェルミエネルギーの低いＣｓを用いた例を示し、
図１４は、Ｃｓの膜厚ｄ_N が１００Å，図１５は、Ｃｓ
の膜厚ｄ_N が１０００Å，図１６は、Ｃｓの膜厚ｄ_N が
５０００Å，図１７は、Ｃｓの膜厚ｄ_N が１００００
Å，図１８は、Ｃｓの膜厚ｄ_N が２００００Åの場合を
示す。FIGS. 14 to 18 show examples in which Cs having a low Fermi energy is used as the metal of the base region 2.
FIG. 14 shows that the film thickness dN of Cs is 100 _° , and FIG.
Thickness d _N is 1000 Å, Figure 16, the thickness d _N is 5000Å of Cs, 17, Cs film thickness d _N 10000
FIG. 18 shows the case where the Cs film thickness d _N is 20000 _° .

【００３２】この実施例においても、前述のＡｕ及びＣ
ｕの場合と同様に、ｄ_N ＝１００Åの場合には、低エネ
ルギー領域において共鳴現象は認められず、ｄ_N の増大
と共に共鳴現象が認められる。前述の式（２）からｄ_N
＝１５４３〜１５４３０（Å）の範囲が好適である。
又、フェルミエネルギーの減少に伴って、共鳴の間隔Δ
Ｅが減少していることが分かる。Also in this embodiment, the aforementioned Au and C
As in the case of u, when d _N = 100 _° , no resonance phenomenon is observed in the low energy region, and the resonance phenomenon is observed with an increase in d _N. From the above equation (2), d _N
= 1543 to 15430 (Å) is preferable.
Also, as the Fermi energy decreases, the resonance interval Δ
It can be seen that E has decreased.

【００３３】以上のことから、ベース領域２の材質とし
てはＡｕ及びこれと同様のフェルミエネルギーを有する
Ａｇが好ましい。From the above, Au and Ag having the same Fermi energy as the material of the base region 2 are preferable.

【００３４】図１９ないし図２３は、エミッタ、コレク
タの超電導体として、ＹＢＣＯより超電導エネルギーギ
ャップの小さいＢＫＢＯを用い、ベース層２としてＡｕ
を用いた場合の準粒子の透過率を計算したものである。
これらの図から明らかなように、ＢＫＢＯを用いた場
合、前述の実施例と同様に、ｄ_N ＝１００Åの場合に
は、低エネルギー領域において共鳴現象は認められず、
ｄ_N の増大と共に共鳴現象が現れる。FIGS. 19 to 23 show BKBO having a superconducting energy gap smaller than that of YBCO as a superconductor of an emitter and a collector, and Au as a base layer 2.
Is a calculated value of the transmittance of the quasi-particles when is used.
As is clear from these figures, when BKBO is used, no resonance phenomenon is observed in the low energy region when d _N = 100 _° , as in the above-described embodiment.
resonance phenomenon with an increase of d _N appears.

【００３５】しかしながら、ＢＫＢＯはＹＢＣＯに比し
て超電導エネルギーギャップΔが小さいため、共鳴の鋭
さがなくなっていることが判る。このことから、共鳴効
果を有効に用いるためには、超電導エネルギーギャップ
ができるだけ大きい超電導体を用いる方が好ましい。However, since BKBO has a smaller superconducting energy gap Δ than YBCO, it can be seen that the sharpness of resonance is lost. For this reason, in order to effectively use the resonance effect, it is preferable to use a superconductor having a superconducting energy gap as large as possible.

【００３６】次に、この発明に係る超電導トランジスタ
の具体的実施例につき説明する。基板として、ＳｒＴｉ
Ｏ₃ (以下、ＳＴＯという。）（１００）基板を用意す
る。このＳＴＯ（１００）基板１上に膜厚１０００〜５
０００ÅのＹＢＣＯ超電導薄膜からなるエミッタ領域を
ＲＦマグネトロンスパッタリング法により形成する。Next, a specific embodiment of the superconducting transistor according to the present invention will be described. SrTi as substrate
An O ₃ (hereinafter, referred to as STO) (100) substrate is prepared. On this STO (100) substrate 1, a film thickness of 1000 to 5
An emitter region made of a YBCO superconducting thin film of 2,000 ° is formed by an RF magnetron sputtering method.

【００３７】このＹＢＣＯ超電導薄膜は、ターゲットと
して、Ｙ₂ Ｏ₃ ，ＢａＣＯ₃ ，ＣｕＯの焼結ターゲット
を使用し、基板温度を７００℃に設定してスパッタガス
として１００％酸素（Ｏ₂ ）を３００ｍＴｏｒｒ流し
て、スパッタリングすることによって得られる。This YBCO superconducting thin film uses a sintered target of Y ₂ O ₃ , BaCO ₃ , CuO as a target, sets the substrate temperature to 700 ° C., and applies 100% oxygen (O ₂ ) as a sputtering gas at 300 mTorr. It is obtained by flowing and sputtering.

【００３８】続いて、このＹＢＣＯ超電導薄膜上に膜厚
３０００〜３００００ÅのＡｕからなるベース領域をＥ
Ｂ蒸着法により形成する。この形成は、真空チャンバー
の真空度が１×１０^-5ｐａに達した時点で、基板温度を
室温〜１５０℃の範囲の所定温度に設定し、その温度で
３０分保持した後、ＡｕをＥＢ蒸着法で形成する。Subsequently, a base region made of Au having a thickness of 3000 to 30000 ° is formed on this YBCO superconducting thin film by E.
It is formed by a B vapor deposition method. In this formation, when the degree of vacuum in the vacuum chamber reaches 1 × 10 ⁻⁵ pa, the substrate temperature is set to a predetermined temperature in a range from room temperature to 150 ° C., and after holding at that temperature for 30 minutes, Au is converted to EB. It is formed by a vapor deposition method.

【００３９】然る後、このＡｕからなるベース領域上に
エミッタの形成と同様にして、膜厚１０００〜５０００
ÅのＹＢＣＯ超電導薄膜からなるコレクタ領域を形成す
る。このようにして、ＳＮＳ構造からなる超電導トラン
ジスタが形成され、超電導エネルギーギャップの空間変
化によって、Ａｕからなるベース領域に量子井戸が形成
され、低エネルギーの共鳴的な準粒子の透過が発生し、
コレクタ領域への透過率を向上させることが可能とな
る。Thereafter, in the same manner as the formation of the emitter on the Au base region, the film thickness is set to 1000 to 5000.
(4) A collector region made of a YBCO superconducting thin film is formed. Thus, a superconducting transistor having an SNS structure is formed, a quantum well is formed in a base region made of Au by a spatial change of a superconducting energy gap, and transmission of low-energy resonant quasiparticles occurs.
The transmittance to the collector region can be improved.

【００４０】上記したように、この発明の超電導トラン
ジスタは、超電導体層（Ｓ）と金属層（Ｎ）のＳＮ界面
における超電導エネルギーギャップΔ（ｘ）の空間変化
によって生じる超電導特有のアンドレエフ（Ａｎｄｒｅ
ｅｖ）反射により、金属層（Ｎ）で構成されるベース領
域に量子井戸が形成され、低エネルギーの共鳴的な準粒
子の透過が発生し、準粒子の透過率を高めることができ
る。 As described above, the superconducting transistor according to the present invention has an SN interface between the superconductor layer (S) and the metal layer (N).
Change of the superconducting energy gap Δ (x) in GaAs
Andreev unique to superconductivity caused by
ev) By reflection, the base region composed of the metal layer (N)
Quantum wells formed in the region, and low-energy resonant quasiparticles
Particle transmission occurs and the quasiparticle transmittance can be increased.
You.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】この発明に係る超電導トランジスタを示す概略
断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a superconducting transistor according to the present invention.

【図２】この発明に係る超電導トランジスタのエネルギ
ーバンド図である。FIG. 2 is an energy band diagram of the superconducting transistor according to the present invention.

【図３】この発明の超電導トランジスタの共鳴状態を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a resonance state of the superconducting transistor of the present invention.

【図４】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域としてＡ
ｕを用い、その膜厚が１００Åの実施例における電子の
注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性図で
ある。FIG. 4 shows YBCO as a superconductor and A as a base region.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the transmittance of quasiparticles with respect to the electron injection energy in an example in which u is used and the film thickness is 100 °.

【図５】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域としてＡ
ｕを用い、その膜厚が１０００Åの実施例における電子
の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性図
である。FIG. 5: YBCO as superconductor, A as base region
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the transmittance of quasiparticles with respect to the electron injection energy in an example in which u is used and the film thickness is 1000 °.

【図６】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域としてＡ
ｕを用い、その膜厚が５０００Åの実施例における電子
の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性図
である。FIG. 6: YBCO as superconductor, A as base region
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the transmittance of quasiparticles with respect to the electron injection energy in an example in which u is used and the film thickness is 5000 °.

【図７】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域としてＡ
ｕを用い、その膜厚が１００００Åの実施例における電
子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性
図である。FIG. 7: YBCO as superconductor, A as base region
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the transmittance of quasiparticles with respect to the electron injection energy in an example using u and a film thickness of 10000 °.

【図８】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域としてＡ
ｕを用い、その膜厚が２００００Åの実施例における電
子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性
図である。FIG. 8: YBCO as superconductor, A as base region
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the transmittance of quasiparticles with respect to the electron injection energy in an example in which u is used and the film thickness is 20000 °.

【図９】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域としてＣ
ｕを用い、その膜厚が１００Åの実施例における電子の
注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性図で
ある。FIG. 9 shows YBCO as a superconductor and C as a base region.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the transmittance of quasiparticles with respect to the electron injection energy in an example in which u is used and the film thickness is 100 °.

【図１０】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域として
Ｃｕを用い、その膜厚が１０００Åの実施例における電
子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性
図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing the transmittance of quasiparticles with respect to the electron injection energy in an example in which YBCO is used as the superconductor and Cu is used as the base region and the film thickness is 1000 °.

【図１１】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域として
Ｃｕを用い、その膜厚が５０００Åの実施例における電
子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性
図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing the transmittance of quasiparticles with respect to the electron injection energy in an example in which YBCO is used as the superconductor and Cu is used as the base region and the film thickness is 5000 °.

【図１２】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域として
Ｃｕを用い、その膜厚が１００００Åの実施例における
電子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特
性図である。FIG. 12 is a characteristic diagram showing transmittance of quasiparticles with respect to electron injection energy in an example in which YBCO is used as a superconductor, Cu is used as a base region, and the film thickness is 10,000 °.

【図１３】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域として
Ｃｕを用い、その膜厚が２００００Åの実施例における
電子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特
性図である。FIG. 13 is a characteristic diagram showing the transmittance of quasiparticles with respect to the electron injection energy in an example in which YBCO is used as the superconductor and Cu is used as the base region and the film thickness is 20,000 °.

【図１４】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域として
Ｃｓを用い、その膜厚が１００Åの実施例における電子
の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性図
である。FIG. 14 is a characteristic diagram showing the quasiparticle transmittance with respect to the electron injection energy in an example in which YBCO is used as the superconductor and Cs is used as the base region and the film thickness is 100 °.

【図１５】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域として
Ｃｓを用い、その膜厚が１０００Åの実施例における電
子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性
図である。FIG. 15 is a characteristic diagram showing transmittance of quasiparticles with respect to electron injection energy in an example in which YBCO is used as a superconductor and Cs is used as a base region and the film thickness is 1000 °.

【図１６】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域として
Ｃｓを用い、その膜厚が５０００Åの実施例における電
子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性
図である。FIG. 16 is a characteristic diagram showing the quasiparticle transmittance with respect to the electron injection energy in an example in which YBCO is used as the superconductor and Cs is used as the base region and the film thickness is 5000 °.

【図１７】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域として
Ｃｓを用い、その膜厚が１００００Åの実施例における
電子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特
性図である。FIG. 17 is a characteristic diagram showing transmittance of quasiparticles with respect to electron injection energy in an example in which YBCO is used as a superconductor and Cs is used as a base region and the film thickness is 10000 °.

【図１８】超電導体としてＹＢＣＯ、ベース領域として
Ｃｓを用い、その膜厚が２００００Åの実施例における
電子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特
性図である。FIG. 18 is a characteristic diagram showing transmittance of quasiparticles with respect to electron injection energy in an example in which YBCO is used as a superconductor, Cs is used as a base region, and the film thickness is 20,000 °.

【図１９】超電導体としてＢＫＢＯ、ベース領域として
Ａｕを用い、その膜厚が１００Åの実施例における電子
の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性図
である。FIG. 19 is a characteristic diagram showing the quasiparticle transmittance with respect to the electron injection energy in an example in which BKBO is used as the superconductor and Au is used as the base region, and the film thickness is 100 °.

【図２０】超電導体としてＢＫＢＯ、ベース領域として
Ａｕを用い、その膜厚が１０００Åの実施例における電
子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性
図である。FIG. 20 is a characteristic diagram showing the transmittance of quasiparticles with respect to the electron injection energy in an example in which BKBO is used as the superconductor and Au is used as the base region and the film thickness is 1000 °.

【図２１】超電導体としてＢＫＢＯ、ベース領域として
Ａｕを用い、その膜厚が５０００Åの実施例における電
子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特性
図である。FIG. 21 is a characteristic diagram showing transmittance of quasiparticles with respect to electron injection energy in an example in which BKBO is used as a superconductor and Au is used as a base region and the film thickness is 5000 °.

【図２２】超電導体としてＢＫＢＯ、ベース領域として
Ａｕを用い、その膜厚が１００００Åの実施例における
電子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特
性図である。FIG. 22 is a characteristic diagram showing transmittance of quasiparticles with respect to electron injection energy in an example in which BKBO is used as a superconductor and Au is used as a base region and the film thickness is 10,000 °.

【図２３】超電導体としてＢＯＢＯ、ベース領域として
Ａｕを用い、その膜厚が２００００Åの実施例における
電子の注入エネルギーに対する準粒子の透過率を示す特
性図である。FIG. 23 is a characteristic diagram showing the transmittance of quasiparticles with respect to the electron injection energy in an example in which BOBO is used as the superconductor and Au is used as the base region and the film thickness is 20,000 °.

【図２４】従来の超電導トランジスタを示す概略断面図
である。FIG. 24 is a schematic sectional view showing a conventional superconducting transistor.

【図２５】従来の超電導トランジスタのエネルギーバン
ド図である。FIG. 25 is an energy band diagram of a conventional superconducting transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ コレクタ領域 ２ ベース領域 ４ エミッタ領域 Reference Signs List 1 collector region 2 base region 4 emitter region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 小川 将之 (56)参考文献 特開 平３−49263（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−129670（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−145130（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page Examiner Masayuki Ogawa (56) References JP-A-3-49263 (JP, A) JP-A-5-129670 (JP, A) JP-A-5-145130 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. ⁷ , DB name) H01L 39/22-39/24 H01L 39/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 超電導体層，金属層，超電導体層と、こ
の順序で積層された超電導トランジスタであって、前記
金属層をベース領域、超電導体層を夫々エミッタ、コレ
クタ領域として用い、超電導体層と金属層の界面におけ
るアンドレエフ反射により、前記金属層で構成されるベ
ース領域に量子井戸を形成すると共に、前記金属層の膜
厚をｄ _N すると、 【数１】 を満足する範囲で前記金属層の膜厚を選択することを特
徴とする超電導トランジスタ。1. A superconductor layer, a metal layer, and a superconductor layer.
Superconducting transistors stacked in the order of
The metal layer is the base region, the superconductor layer is the emitter,
At the interface between the superconductor layer and the metal layer.
By means of Andreev reflection, the base composed of the metal layer
Forming a quantum well in the source region, and forming a film of the metal layer.
The thickness d _N Then, [number 1] The thickness of the metal layer is selected so as to satisfy the following condition.
Superconducting transistor to butterflies. 【請求項２】 前記共鳴エネルギー間隔ΔＥが、１（ｍ
ｅＶ）より大きく１０（ｍｅＶ）未満の範囲になるよう
に、前記金属層の膜厚を選択することを特徴とする請求
項１に記載の超電導トランジスタ。 2. The method according to claim 1, wherein the resonance energy interval ΔE is 1 (m
(eV) and less than 10 (meV)
Wherein the thickness of the metal layer is selected.
Item 2. A superconducting transistor according to item 1.