JPH02277276A - Oxide superconducting transistor device - Google Patents
Oxide superconducting transistor deviceInfo
- Publication number
- JPH02277276A JPH02277276A JP1097313A JP9731389A JPH02277276A JP H02277276 A JPH02277276 A JP H02277276A JP 1097313 A JP1097313 A JP 1097313A JP 9731389 A JP9731389 A JP 9731389A JP H02277276 A JPH02277276 A JP H02277276A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxide
- superconducting
- film
- oxide superconducting
- electrode
- 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.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 9
- 229910014454 Ca-Cu Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 22
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 19
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 2
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は高速、低消費電力でスイッチング動作を行う超
電導スイッチング装置等の超電導エレクトロニクスの分
野に係り、とくに液体窒素温度で動作可能な酸化物超電
導トランジスタ装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to the field of superconducting electronics such as superconducting switching devices that perform switching operations at high speed and with low power consumption, and in particular to oxide superconductors that can operate at liquid nitrogen temperatures. The present invention relates to a transistor device.
（従来の技術〕
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物あるいはＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
酸化物等の酸化物系超電導材料は臨界温度が９０に以上
であり、液体窒素温度において完全な超電導性を示すも
のである。これらＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物等の超電導材料
をエレクトロニクスとくにスイッチングデバイスの分野
に応用するためには基本的な超電導能動素子である超電
導トランジスタを得る必要がある。(Prior art) Y-Ba-Cu oxide or Bi-Sr-Ca-Cu
Oxide-based superconducting materials such as oxides have a critical temperature of 90 or higher and exhibit perfect superconductivity at liquid nitrogen temperatures. In order to apply these superconducting materials such as Y--Ba--Cu oxides to the field of electronics, especially switching devices, it is necessary to obtain superconducting transistors, which are basic superconducting active elements.
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物あるいはＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
酸化物を用いた超電導トランジスタ、あるいは超電導三
端子素子としてはＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜から成る超
電導弱結合に対してＡＱ薄膜から成る電流注入電極を備
えた。いわゆる電流注入スイッチング素子が作製されて
いる。Y-Ba-Cu oxide or Bi-Sr-Ca-Cu
A superconducting transistor using an oxide or a superconducting three-terminal element is provided with a current injection electrode made of an AQ thin film for a superconducting weak bond made of a Y--Ba--Cu oxide thin film. So-called current injection switching elements have been fabricated.
この例は第４９回応用物理学会学術講演予稿集第（発明
が解決しようとする課題〕
上記従来技術は電流注入型のスイッチング素子に関して
第三電極を付加することにより超電導電流を制御するも
のである。スイッチング信号は電流である。スイッチン
グ信号積を電流とする場合、入力信号電流と出力信号電
流を分離することが必要である。入出力信号を分離しな
い場合、素子がスイッチングしない場合でも、入力信号
電流が出力線にそのまま流れるという問題が生じる。こ
れはスイッチング回路における誤動作の原因となる。This example is from the Proceedings of the 49th Japan Society of Applied Physics Academic Lectures (Problems to be Solved by the Invention) The above conventional technology controls superconducting current by adding a third electrode to a current injection type switching element. .The switching signal is a current.If the switching signal product is a current, it is necessary to separate the input signal current and the output signal current.If the input and output signals are not separated, even if the element does not switch, the input signal A problem arises in that current flows directly into the output line, which causes malfunctions in the switching circuit.
スイッチング素子の機能としは、スイッチング信号電流
を注入することによってスイッチング動作を行わせると
ともに、素子の入出力電流分離作用が働くことが必要で
ある。このような機能をスイッチング素子に賦与するこ
とは非常に困難であり、またこのような機能を有せしめ
たとしても素子の構造がきわめて複雑となる。The function of the switching element is to perform a switching operation by injecting a switching signal current, and to separate the input and output currents of the element. It is very difficult to provide such a function to a switching element, and even if such a function were provided, the structure of the element would be extremely complicated.
したがってスイッチング素子において入出力信号の分離
を容易に達成するためには、入力信号を電流以外のもの
に求める必要がある。最も素子としての取扱いが簡単な
方法は半導体トランジスタのごとく、電圧信号を用いる
方法である。Therefore, in order to easily achieve separation of input and output signals in a switching element, it is necessary to obtain an input signal other than a current. The method that is easiest to handle as an element is a method that uses a voltage signal, like a semiconductor transistor.
そこで本発明の目的は超電導スイッチング素子、とくに
高臨界温度の酸化物超電導材料を用いた超電導三端子素
子において、電圧信号によってスイッチング動作を生せ
しめる三端子素子の構造を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a superconducting switching element, particularly a superconducting three-terminal element using a high critical temperature oxide superconducting material, in which a switching operation is caused by a voltage signal.
上記目的を達成するために本発明においては、Ｙ−Ｂａ
−Ｃｕ酸化物あるいはＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ酸化物あ
るいはＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ酸化物をはじめとする酸
化物系超電導材料をソースおよびドレイン電極とする電
界効果型超電導トランジスタを構成する。この電界効果
型超電導トランジスタにおいて、ゲート電極材を構成す
る元素の一部が酸化物系超電導材料に含まれることによ
り、酸化物系超電導材料の一部が電気的に絶縁体特性化
および半導体特性化されてなり、この絶縁体特性化され
た部分および半導体特性化された部分を各々超電導トラ
ンジスタの絶縁膜および半導体層として用いるものであ
る。より具体的には、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、あるいは
Ｃｕ ＊ Ａ ｇ ｒＰｄ等の金属細線を上記酸化物超
電導薄膜上に形成し、ゲート電極としての役割を担わせ
る。ゲート電極形成拡散熱処理を施すことにより、ゲー
ト電極の成分を酸化物超電導薄膜中に侵入させる。In order to achieve the above object, in the present invention, Y-Ba
A field-effect superconducting transistor is constructed in which source and drain electrodes are made of an oxide-based superconducting material such as -Cu oxide, Bi-Sr-Ca-Cu oxide, or Tl-Ba-Ca-Cu oxide. In this field-effect superconducting transistor, some of the elements constituting the gate electrode material are included in the oxide-based superconducting material, so that some of the oxide-based superconducting materials have electrical insulator and semiconductor characteristics. The insulator-characterized portion and the semiconductor-characterized portion are used as an insulating film and a semiconductor layer, respectively, of a superconducting transistor. More specifically, a semiconductor such as Si or Ge or a thin metal wire such as Cu*AgrPd is formed on the oxide superconducting thin film to serve as a gate electrode. By performing gate electrode formation diffusion heat treatment, components of the gate electrode are allowed to penetrate into the oxide superconducting thin film.
拡散反応は酸化物超電導薄膜の裏面まで進行させる。The diffusion reaction is allowed to proceed to the back surface of the oxide superconducting thin film.
ゲート電極膜と酸化物超電導電極の界面を絶縁状態とし
、ゲート絶縁膜とする。さらにゲート電極膜の下部にお
ける酸化物超電導薄膜の絶縁状態部から４部までを拡散
反応によって半導体的な性質を保持させる。この工程に
おいて酸化物超電導薄膜の超電導的性質を有する領域を
半導体的性質を有する細線状部位を介して２つの領域に
分つ。The interface between the gate electrode film and the oxide superconducting electrode is brought into an insulating state to form a gate insulating film. Further, the insulating state part to the fourth part of the oxide superconducting thin film under the gate electrode film is caused to maintain semiconductor properties by a diffusion reaction. In this step, a region of the oxide superconducting thin film having superconducting properties is divided into two regions via a thin line-shaped portion having semiconductor properties.
これら２つの領域に分かれた酸化物超電導薄膜部位をそ
れぞれソース電極およびドレイン電極とする。The oxide superconducting thin film parts divided into these two regions are used as a source electrode and a drain electrode, respectively.
以上述べた手段は以下の理由により上記目的、すなりち
酸化物超電導材料を用いた電界効果による超電導トラン
ジスタの動作を可能にするものである。The above-mentioned means achieve the above-mentioned purpose for the following reasons, and enable operation of a superconducting transistor using a field effect using an oxide superconducting material.
酸化物超電導材料を用いて電界効果トランジスタを製作
する場合、酸化物超電導材料のコヒーレンス長さが短か
いこと、および界面における超電導電子の反射係数が大
きいことなどの理由により異種材料を用いた寸法の長い
、つまり超電導電極間距離の長い超電導弱結合素子を得
るのは困難である。しかるに従来のＳｉ等半導体材料に
よって構成される電界効果型ＭＯＳトランジスタの構造
はソースおよびドレイン電極、それぞれの半導体におけ
るオーミック伝導層、ゲート部、ゲート絶縁膜およびゲ
ート電極から成る複雑な構造を有している。酸化物超電
導材料を用いた電界効果トランジスタにおいてこのよう
なＭＯＳトランジスタ型の構造を用いた場合、超電導ソ
ース電極とドレイン電極間の距離は制約され、０．１μ
ｍ以下の長さにすることはパタン形成技術および加工技
術はその構造および製法が非常に簡単であり、ゲート電
極膜の幅を狭くすることに対応して、超電導ソースとド
レイン電極間の距離を短くすることができる。すなわち
バタン形成技術の限界が０．１μｍであれば、０．１μ
ｍの電極間隔を得ることができる。When fabricating field effect transistors using oxide superconducting materials, it is difficult to achieve dimensions using different materials due to the short coherence length of oxide superconducting materials and the large reflection coefficient of superconducting electrons at interfaces. It is difficult to obtain a superconducting weakly coupled device with a long distance, that is, a long distance between superconducting electrodes. However, the structure of conventional field effect MOS transistors made of semiconductor materials such as Si has a complicated structure consisting of a source and drain electrode, an ohmic conduction layer in each semiconductor, a gate portion, a gate insulating film, and a gate electrode. There is. When such a MOS transistor type structure is used in a field effect transistor using an oxide superconducting material, the distance between the superconducting source electrode and the drain electrode is limited to 0.1μ.
The structure and manufacturing method of pattern forming technology and processing technology are very simple, and the distance between the superconducting source and drain electrodes can be reduced in response to narrowing the width of the gate electrode film. Can be shortened. In other words, if the limit of batten formation technology is 0.1 μm, then 0.1 μm
An electrode spacing of m can be obtained.
さらに本発明において特徴的な作用としては、ソースお
よびドレイン電極をなす超電導薄膜と半導体薄膜は同種
材料で形成されるので、超電導電極と半導体の界面でシ
ョットキー障壁が形成され、超電導電子の透過率が大幅
に低下するという問題を低減できる。Furthermore, a characteristic effect of the present invention is that since the superconducting thin film and the semiconductor thin film that form the source and drain electrodes are formed of the same material, a Schottky barrier is formed at the interface between the superconducting electrode and the semiconductor, and the transmittance of superconducting electrons increases. This can reduce the problem of a significant decrease in
以上のごとき本発明にかかるトランジスタ装置の構造は
酸化物超電導材料に特有の問題点を克服して、ゲート電
極によって信号電圧を印加し、スイッチング動作を行わ
せるという電界効果型超電導トランジスタの機能を可能
ならしめるものである。The structure of the transistor device according to the present invention as described above overcomes the problems peculiar to oxide superconducting materials, and enables the function of a field-effect superconducting transistor in which a signal voltage is applied through the gate electrode to perform a switching operation. It is something that makes you familiar.
以下本発明を以下に述べる実施例にもとづいて説明する
。The present invention will be explained below based on the following embodiments.
〔実施例１〕
５ｒＴｉＯ，の（１１０）面方位単結晶を基板１として
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜２の形成を高周波マグネトロ
ンスパッタリング法によって行った。Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸
化物の円板状焼結体で、かつ、組成比が１：２：４のタ
ーゲットを用い５１００Ｗの高周波電力を印加すること
によりスパッタリングを行った。放電ガスとしては０□
濃度５０％のＡｒ＋Ｏ□混合ガスを用い、ガス圧力は５
ｍＴｏｒｒとした。膜形成時の基板温度は７００℃とし
た。以上のごとき方法により化学量論組成のＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物薄膜２を得た。Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜２
はペロブスカイト型結晶のＣ軸が基板面と平行な配向性
を示した。膜厚は０．１μｍとした。さらに超電導臨界
温度は８０Ｋから８５にである。[Example 1] Using a (110) plane oriented single crystal of 5rTiO as the substrate 1, a Y--Ba--Cu oxide thin film 2 was formed by high frequency magnetron sputtering. Sputtering was performed by applying a high frequency power of 5100 W using a target that was a disk-shaped sintered body of Y-Ba-Cu oxide and had a composition ratio of 1:2:4. 0□ as discharge gas
Using Ar+O□ mixed gas with a concentration of 50%, the gas pressure was 5
mTorr. The substrate temperature during film formation was 700°C. By the above method, the stoichiometric composition of Y-Ba-
A Cu oxide thin film 2 was obtained. Y-Ba-Cu oxide thin film 2
showed that the C-axis of the perovskite-type crystal was oriented parallel to the substrate surface. The film thickness was 0.1 μm. Furthermore, the superconducting critical temperature is from 80K to 85K.
つぎにＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜２に対してゲートを含
み、ソースとドレイン電極に対応するパタンを化学的な
エツチング法により形成する。さらにゲートに対応する
＠０．１μｍの溝を有する有機レジストパタンを電子ビ
ーム描画法により形成する。この上からｐｔ層を形成し
、しかる後に有機レジスト膜を除去することにより幅０
．１μｍのｐｔ細線３を得る。Next, a pattern including the gate and corresponding to the source and drain electrodes is formed on the Y--Ba--Cu oxide thin film 2 by chemical etching. Furthermore, an organic resist pattern having a groove of @0.1 μm corresponding to the gate is formed by electron beam lithography. By forming a PT layer on top of this and then removing the organic resist film, the width is 0.
．． A PT thin wire 3 of 1 μm is obtained.
さらにこの状態において酸素１気圧の雰囲気において、
７００〜９００℃の温度範囲で熱処理を１０ｍ１ｎから
２ｈｒの時間範囲で行い、ｐｔ層の熱拡散を進行させる
。これによりｐｔ細線を形成した部位において金属伝導
層、障壁層４および半導体層５を得る。金属伝導層はゲ
ート電極、障壁層はゲートＩ！１ｍ膜としての役割を有
する。Furthermore, in this state, in an atmosphere of 1 atmosphere of oxygen,
Heat treatment is performed in a temperature range of 700 to 900° C. for a time range of 10 m1 to 2 hr to advance thermal diffusion of the PT layer. As a result, a metal conductive layer, a barrier layer 4, and a semiconductor layer 5 are obtained in the region where the PT thin wire is formed. The metal conductive layer is the gate electrode, and the barrier layer is the gate I! It has a role as a 1m membrane.
なおＹ−Ｂａ−Ｃｕｌｌｉ化物に対してｐｔの拡散を行
った場合、Ｐｔ濃度と特性の関係は以下のとおりである
。すなわちＣｕに対するｐｔの置換割合が１０％に対し
て、臨界温度の低下割合は約５０％である。置換割合２
０〜３０％の場合、超電導体ではなくなる。したがって
早道体部におけるＣｕに対するｐｔの置換割合は３０〜
５０％とする。さらにこのようなｐｔの拡散反応を行っ
た場合、ｐｔ膜と半導体層の界面においてｐｔとＢａを
含む酸化物が形成され、絶縁層となる。Note that when pt is diffused into the Y-Ba-Culli compound, the relationship between the Pt concentration and the characteristics is as follows. That is, when the substitution ratio of PT to Cu is 10%, the reduction ratio of the critical temperature is about 50%. Replacement ratio 2
In the case of 0 to 30%, it is no longer a superconductor. Therefore, the substitution ratio of pt to Cu in the canonical body is 30~
It shall be 50%. Further, when such a pt diffusion reaction is performed, an oxide containing pt and Ba is formed at the interface between the pt film and the semiconductor layer, and becomes an insulating layer.
ｐｔの置換割合３０％以上の条件はｐｔ膜形成後の熱処
理温度８５０℃以上、熱処理時間１時間以上の条件によ
って得られる。The conditions for a PT substitution ratio of 30% or more can be obtained by a heat treatment temperature of 850° C. or more and a heat treatment time of 1 hour or more after forming the PT film.
以上のごとき工程により酸化物超電導トランジスタ装置
を得る。この酸化物超電導トランジスタ装置は電圧信号
によってスイッチング動作を行ういわゆる電界効果型ト
ランジスタとして用いることができる。すなわち本酸化
物超電導トランジスタ装置は第２図に示されるごとく、
ゲートに電圧信号を印加しない状態６においては零電圧
状態において超電導電流が流れないが、ゲートに負電圧
を印加した場合７においては、超電導電流が流れ、スイ
ッチング動作が行われる。その理由は次のとおりである
。ゲートの負電圧を印加することにより、ゲート近傍の
半導体層のバンドが上方に曲げられ、ホール濃度が高く
なる。ソースおよびドレイン電極から半導体層にしみ出
す超電導電子の広がる距離はホール濃度すなわち超電導
電子の濃度に依存して長くなり、各電極からしみ出した
超電導電子波が互いに重なる合うからである。An oxide superconducting transistor device is obtained through the steps described above. This oxide superconducting transistor device can be used as a so-called field effect transistor that performs a switching operation based on a voltage signal. In other words, the present oxide superconducting transistor device, as shown in FIG.
In a state 6 in which no voltage signal is applied to the gate, no superconducting current flows in a zero voltage state, but in a case 7 in which a negative voltage is applied to the gate, a superconducting current flows and a switching operation is performed. The reason is as follows. By applying a negative gate voltage, the band of the semiconductor layer near the gate is bent upward, increasing the hole concentration. This is because the distance over which superconducting electrons seep into the semiconductor layer from the source and drain electrodes increases depending on the hole concentration, that is, the concentration of superconducting electrons, and the superconducting electron waves seeping out from each electrode overlap with each other.
〔実施例２〕
同一の材料構成により作製せる第３図に示すごとき酸化
物超電導トランジスタに関しては以下の通りである。Ｓ
ｒ Ｔ ｉ Ｏ，の（１１０）面方位単結晶を基板１
として、ゲートに対応する幅０．１μｍの溝を有する有
機レジストバタンを電子ビーム描画法により形成する。[Example 2] An oxide superconducting transistor as shown in FIG. 3 manufactured using the same material composition is as follows. S
A (110)-oriented single crystal of r Ti O, is used as a substrate 1.
Then, an organic resist batten having a groove with a width of 0.1 μm corresponding to the gate is formed by electron beam lithography.
この上からＰｔ−ｔ＋膜３を形成し、しかる後に有機レ
ジスト膜を除去することにより幅０．１μｍのｐｔ細線
３を得る。A Pt-t+ film 3 is formed on this, and then the organic resist film is removed to obtain a PT thin line 3 having a width of 0.1 μm.
ｐｔ膜の膜厚は０．０５μｍとする。この上にＹ−Ｂａ
−Ｃｕ酸化物薄膜２を実施例１と同様の方法および条件
により形成し、ソースおよびドレイン電極バタン形成の
ための加工を行う。Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜２のバタ
ン形成は希硝酸を用いた化学エツチングによって行う。The thickness of the PT film is 0.05 μm. On this Y-Ba
-Cu oxide thin film 2 is formed by the same method and conditions as in Example 1, and processed to form source and drain electrode buttons. The Y--Ba--Cu oxide thin film 2 is formed by chemical etching using dilute nitric acid.
つぎに酸素１気圧の雰囲気中において、７００〜９００
℃の温度れによりｐｔ細線３を形成した部位において障
壁層４および半導体層５を得る。金属伝導層３はゲート
電極、障壁層４はゲート絶縁膜としての役割を有する。Next, in an atmosphere of 1 atm of oxygen, 700 to 900
A barrier layer 4 and a semiconductor layer 5 are obtained at the portion where the PT thin wire 3 was formed by heating at a temperature of .degree. The metal conductive layer 3 serves as a gate electrode, and the barrier layer 4 serves as a gate insulating film.
半導体領域における材料的な構成は実施例１において述
べた通りである。The material structure in the semiconductor region is as described in the first embodiment.
以上のごとき工程により酸化物超電導トランジスタ装置
を得る。この酸化物超電導トランジスタ装置は実施例１
の場合と同じく、ゲート電圧に対する印加信号の有無に
よって超電導状態と電圧状態との間をスイッチングする
機能を有する。An oxide superconducting transistor device is obtained through the steps described above. This oxide superconducting transistor device is Example 1
As in the case of , it has the function of switching between the superconducting state and the voltage state depending on the presence or absence of an applied signal to the gate voltage.
なお超電導電極材としてＢｉ−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ酸化物
等他の酸化物超電導材料を用いた場合に関しても同様の
構造および製造方法を採用し、超電導スイッチング特性
を得ることができる。さらに酸化物超電導トランジスタ
のゲート電極材としてｐｔ以外にＳｉ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ。Note that even when other oxide superconducting materials such as Bi-3r-Ca-Cu oxide are used as the superconducting electrode material, the same structure and manufacturing method can be employed to obtain superconducting switching characteristics. Furthermore, in addition to pt, Si, Ge, Ir, and R can be used as gate electrode materials for oxide superconducting transistors.
h, Pd.
Ａｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等他の金属材料あるいは半導体
材料を用いた場合にも同様の特性を有する酸化物超電導
トランジスタ装置を得ることができる。とくにＩｒ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｚｒ＋Ｈｆ等はＰｒの場合とほ
ぼ同一濃度の置換によって半導体層を得ることができる
。拡散熱処理条件もほぼ同様である。これに対してＳｉ
、Ｇｅ等はより低い熱処理温度、すなわち８００°Ｃ，
１ｈｒ以上の酸素中熱処理によって超電導的性質を除去
することができる。An oxide superconducting transistor device having similar characteristics can also be obtained using other metal materials or semiconductor materials such as Ag, Ti, Zr, and Hf. Especially Ir, R
A semiconductor layer can be obtained by replacing h, Pd, Ag, Ti, Zr+Hf, etc. with substantially the same concentration as in the case of Pr. The diffusion heat treatment conditions are also almost the same. On the other hand, Si
, Ge etc. at lower heat treatment temperature, i.e. 800°C,
The superconducting properties can be removed by heat treatment in oxygen for 1 hr or more.
以上述べたごとく１本発明にかかる酸化物超電導トラン
ジスタ装置は以下の効果を有する。As described above, the oxide superconducting transistor device according to the present invention has the following effects.
（１）ゲート電極に加えるスイッチング信号が電圧信号
であるから、入出力信号の分離を十分に取ることができ
る。したがって演算回路等への適用が容易である。(1) Since the switching signal applied to the gate electrode is a voltage signal, input and output signals can be sufficiently separated. Therefore, it is easy to apply to arithmetic circuits, etc.
（２）素子の構造が簡単であるため、サブミクロンの分
解能を持ったパターン間位置合せを必要としない、ゲー
ト電極部を形成するためのパターン形成は１回で完了さ
せることができる。(2) Since the element structure is simple, pattern formation for forming the gate electrode portion can be completed in one step without requiring pattern alignment with submicron resolution.
（３）ゲート電極部の構造が簡単であるため、ゲート長
をパターン形成寸法の保有する限界まで小さくすること
ができる。このことはゲート長を１１００ｎ以下の長さ
にし、超電導電子のコヒーレンス長さと同等ならしめる
ことによって、酸化物超電導トランジスタを液体窒素温
度に動作させることを可能とする。(3) Since the structure of the gate electrode portion is simple, the gate length can be reduced to the limit of pattern formation dimensions. This makes it possible to operate the oxide superconducting transistor at liquid nitrogen temperature by making the gate length 1100 nm or less, which is equal to the coherence length of superconducting electrons.
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例１における酸化物超電導トラン
ジスタ装置の断面図、第２図は本発明の酸化物超電導ト
ランジスタの電圧−電流特性図、第３図は本発明の実施
例２における酸化物超電導トランジスタ装置の断面図で
ある。
符号の説明
１−ＳｒＴｉＯ，基板、２− Ｙ −Ｂ ａ −Ｃｕ酸
化物超電導薄膜、３・・・ｐｔ薄膜、４・・・障壁層、
５・・・半導体層、６・・・ゲート信号電圧零時の電圧
−電流特性、７・・・ゲート信号電圧印加時の電圧−電
流特性。
寥１謬
竿２図[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIG. 1 is a cross-sectional view of an oxide superconducting transistor device according to Example 1 of the present invention, FIG. 2 is a voltage-current characteristic diagram of the oxide superconducting transistor of the present invention, and FIG. 3 is a diagram of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of an oxide superconducting transistor device in Example 2 of the invention. Explanation of symbols 1-SrTiO, substrate, 2- Y-B a -Cu oxide superconducting thin film, 3... pt thin film, 4... barrier layer,
5... Semiconductor layer, 6... Voltage-current characteristics when gate signal voltage is zero, 7... Voltage-current characteristics when gate signal voltage is applied. Treasure 1: 2 illustrations
Claims (1)
トランジスタにおいて、ゲート電極材を構成する元素の
一部が酸化物系超電導材料に含まれることにより、酸化
物系超電導材料の一部が電気的に絶縁体特性化および半
導体特性化されてなり、上記絶縁体特性化された部分お
よび半導体特性化された部分を上記超電導トランジスタ
の絶縁膜および半導体層として用いたことを特徴とする
酸化物超電導トランジスタ装置。 ２、上記酸化物系超電導材料が、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物
、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ酸化物あるいはＴｌ−Ｂａ−
Ｃａ−Ｃｕ酸化物であることを特徴とする請求項１記載
の酸化物超電導トランジスタ装置。 ３、上記ゲート電極材を形成する元素として、Ｐｔ、Ｉ
ｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆのうちの
少なくとも一者を用いたことを特徴とする請求項１また
は２記載の酸化物超電導トランジスタ装置。 ４、上記ゲート電極材を形成する元素として、Ｓｉおよ
びＧｅのうちの少なくとも一者を用いたことを特徴とす
る請求項１または２記載の酸化物超電導トランジスタ装
置。 ５、ソース電極およびドレイン電極となるべき上記酸化
物系超電導材料の膜、および、これらの間を接続する半
導体膜が同一平面上に配列されてなることを特徴とする
請求項１ないし４の一に記載の酸化物超電導トランジス
タ装置。 ６、上記ソース電極およびドレイン電極間を接続する半
導体膜の下部にゲート電極が配されて成ることを特徴と
する請求項１ないし４の一に記載の酸化物超電導トラン
ジスタ装置。[Claims] 1. In a field effect superconducting transistor using an oxide superconducting material as an electrode, some of the elements constituting the gate electrode material are contained in the oxide superconducting material, so that the oxide superconducting A part of the material is electrically characterized as an insulator and a semiconductor, and the part with the insulator property and the part with the semiconductor property are used as an insulating film and a semiconductor layer of the superconducting transistor. Features of oxide superconducting transistor device. 2. The oxide-based superconducting material may be Y-Ba-Cu oxide, Bi-Sr-Ca-Cu oxide or Tl-Ba-
The oxide superconducting transistor device according to claim 1, wherein the oxide superconducting transistor device is a Ca-Cu oxide. 3. As elements forming the gate electrode material, Pt, I
3. The oxide superconducting transistor device according to claim 1, wherein at least one of r, Rh, Pd, Ag, Ti, Zr, and Hf is used. 4. The oxide superconducting transistor device according to claim 1 or 2, wherein at least one of Si and Ge is used as an element forming the gate electrode material. 5. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the films of the oxide-based superconducting material to become the source electrode and the drain electrode, and the semiconductor film connecting therebetween are arranged on the same plane. The oxide superconducting transistor device described in . 6. The oxide superconducting transistor device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a gate electrode is arranged under the semiconductor film connecting the source electrode and the drain electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1097313A JPH0634420B2 (en) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | Method for manufacturing oxide superconducting transistor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1097313A JPH0634420B2 (en) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | Method for manufacturing oxide superconducting transistor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02277276A true JPH02277276A (en) | 1990-11-13 |
| JPH0634420B2 JPH0634420B2 (en) | 1994-05-02 |
Family
ID=14188999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1097313A Expired - Fee Related JPH0634420B2 (en) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | Method for manufacturing oxide superconducting transistor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0634420B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04196183A (en) * | 1990-11-26 | 1992-07-15 | Hitachi Ltd | Superconducting element |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6464379A (en) * | 1987-09-04 | 1989-03-10 | Tdk Corp | Superconducting transistor and its manufacture |
| JPH01102974A (en) * | 1987-10-16 | 1989-04-20 | Hitachi Ltd | Superconducting device |
-
1989
- 1989-04-19 JP JP1097313A patent/JPH0634420B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6464379A (en) * | 1987-09-04 | 1989-03-10 | Tdk Corp | Superconducting transistor and its manufacture |
| JPH01102974A (en) * | 1987-10-16 | 1989-04-20 | Hitachi Ltd | Superconducting device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04196183A (en) * | 1990-11-26 | 1992-07-15 | Hitachi Ltd | Superconducting element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0634420B2 (en) | 1994-05-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS63226981A (en) | Superconducting integrated circuit device and its manufacture | |
| EP0419361B2 (en) | Method for forming an electrode for electrical connection to oxide superconductor | |
| JPH03228384A (en) | Superconducting element | |
| JPH0714079B2 (en) | Oxide superconducting three-terminal device | |
| JPS58190061A (en) | Amorphous silicon semiconductor device and manufacture thereof | |
| JPH02277276A (en) | Oxide superconducting transistor device | |
| JPS6047478A (en) | Josephson junction element | |
| JPH02194667A (en) | Superconducting transistor and manufacture thereof | |
| JP2737499B2 (en) | Superconducting field effect element and method for producing the same | |
| JPH0379092A (en) | Oxide superconducting three-terminal element | |
| JP2599500B2 (en) | Superconducting element and fabrication method | |
| JP2691065B2 (en) | Superconducting element and fabrication method | |
| JP2647251B2 (en) | Superconducting element and fabrication method | |
| JP2680959B2 (en) | Superconducting field effect device and method of manufacturing the same | |
| JPH02273974A (en) | Superconducting three-terminal element | |
| JPH08227743A (en) | Metal electrode for oxide superconductor | |
| JPH0636440B2 (en) | Superconducting switching element | |
| JP2868286B2 (en) | Superconducting element and circuit element having the same | |
| JPH02292877A (en) | Oxide superconducting transistor device | |
| JP2698364B2 (en) | Superconducting contact and method of manufacturing the same | |
| JPH02273975A (en) | Superconducting switching element | |
| JPH0555649A (en) | Manufacture of superconducting electric field effect element | |
| JPH0577350B2 (en) | ||
| JPH0831623B2 (en) | Superconducting joining device | |
| JPH08330641A (en) | Superconducting element as well as its manufacture and operating method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |