JPH04328885A - 超電導トランジスタの製造方法 - Google Patents
超電導トランジスタの製造方法Info
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- JPH04328885A JPH04328885A JP3124821A JP12482191A JPH04328885A JP H04328885 A JPH04328885 A JP H04328885A JP 3124821 A JP3124821 A JP 3124821A JP 12482191 A JP12482191 A JP 12482191A JP H04328885 A JPH04328885 A JP H04328885A
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導材料を用
いた超電導トランジスタの製造方法に関する。
いた超電導トランジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】超電導トランジスタとして、近接効果型
トランジスタが提案されている(西野他「超電導トラン
ジスタ」応用物理第56巻第6号(1987)P752
〜756参照)。
トランジスタが提案されている(西野他「超電導トラン
ジスタ」応用物理第56巻第6号(1987)P752
〜756参照)。
【0003】これは、超電導体と常電導体を密着させる
と超電導体側から常電導体側へクーパ一対がしみ出して
、常電導体側へのしみだし距離程度の薄い層に超電導を
誘発する近接効果を利用したものである。即ち、常電導
膜Nを超電導膜Sで挾んだSNS接合で、Nの膜厚がし
み出し距離程度であると、近接効果のためにクーパ一対
S膜間を行き来できるようになる。しみ出し距離は常電
導体内のコヒーレンス長さに相当する量で、温度の低下
と共に大きくなり、また自由電子の濃度と共に増大する
。
と超電導体側から常電導体側へクーパ一対がしみ出して
、常電導体側へのしみだし距離程度の薄い層に超電導を
誘発する近接効果を利用したものである。即ち、常電導
膜Nを超電導膜Sで挾んだSNS接合で、Nの膜厚がし
み出し距離程度であると、近接効果のためにクーパ一対
S膜間を行き来できるようになる。しみ出し距離は常電
導体内のコヒーレンス長さに相当する量で、温度の低下
と共に大きくなり、また自由電子の濃度と共に増大する
。
【0004】金属の自由電子濃度を変えるのは難しいが
、半導体を用いると半導体の電流を運ぶキャリアを電界
によって接合部に引き寄せて接合部でキャリア濃度を電
界効果トランジスタのように変えることができる。
、半導体を用いると半導体の電流を運ぶキャリアを電界
によって接合部に引き寄せて接合部でキャリア濃度を電
界効果トランジスタのように変えることができる。
【0005】近接効果型トランジスタは、この半導体を
用いたものであり、図2に示すように、シリコン単結晶
板51上に、ソース電極52とドレイン電極53を形成
すると共にシリコン単結晶板51の下面にゲート電極5
4を形成するものであり、各電極を鉛合金の超電導体に
て構成するものである。図中、55、56、57は絶縁
膜である。
用いたものであり、図2に示すように、シリコン単結晶
板51上に、ソース電極52とドレイン電極53を形成
すると共にシリコン単結晶板51の下面にゲート電極5
4を形成するものであり、各電極を鉛合金の超電導体に
て構成するものである。図中、55、56、57は絶縁
膜である。
【0006】他の従来例としてトンネル注入型超電導ト
ランジスタが提案されている。このトンネル注入型超電
導トランジスタの概念構造は、例えば、IEEETra
nsactions on Magnetics,
VOL.MAG−21,NO.2,MAR.1985「
A NEW SUPERCONDUCTINGBA
SE TRANSISTOR」P.721〜724あ
るいは同誌 VOL.MAG−19,No.3,MA
Y 1983「QUITERON」P.1203〜1
295に示されている。即ち、図3に示すように、半導
体からなるコレクタ領域61と、コレクタ領域61に接
した超電導体からなるベース領域62と、このベース領
域63を介して設けられた超電導体からなるエミッタ領
域64とから構成されている。
ランジスタが提案されている。このトンネル注入型超電
導トランジスタの概念構造は、例えば、IEEETra
nsactions on Magnetics,
VOL.MAG−21,NO.2,MAR.1985「
A NEW SUPERCONDUCTINGBA
SE TRANSISTOR」P.721〜724あ
るいは同誌 VOL.MAG−19,No.3,MA
Y 1983「QUITERON」P.1203〜1
295に示されている。即ち、図3に示すように、半導
体からなるコレクタ領域61と、コレクタ領域61に接
した超電導体からなるベース領域62と、このベース領
域63を介して設けられた超電導体からなるエミッタ領
域64とから構成されている。
【0007】従来の近接効果型トランジスタを製造する
には、半導体と超電導体の積層化が必要である。半導体
上に高温酸化物超電導薄膜を形成する場合、形成時の基
板温度を800℃以上にする必要があり、半導体との相
互う拡散などのため特性が劣化する。このため、高温酸
化物超電導薄膜と半導体と積層化が困難であり、成功し
ていなかった。
には、半導体と超電導体の積層化が必要である。半導体
上に高温酸化物超電導薄膜を形成する場合、形成時の基
板温度を800℃以上にする必要があり、半導体との相
互う拡散などのため特性が劣化する。このため、高温酸
化物超電導薄膜と半導体と積層化が困難であり、成功し
ていなかった。
【0008】そこで、本願出願人、酸化物超電導体を用
いた超電導トランジスタの実用化に向けて、新規な超電
導トランジスタの製造方法を特願平2−129957号
に提案している。
いた超電導トランジスタの実用化に向けて、新規な超電
導トランジスタの製造方法を特願平2−129957号
に提案している。
【0009】この提案された製造方法は、絶縁性基板表
面に非超電導相状態にあるBiSrCuOまたはSrC
aCuO薄膜を被着し、その薄膜表面にこの薄膜内に導
入されることによってその薄膜を超電導相に変更する素
材を含む一対の材料薄膜を微小間隙を置いて被着した後
、熱処理を施してこの材料薄膜の前記素材を上記BiS
rCuOまたはSrCaCuO薄膜中に導入し微小間隙
を置いた一対の超電導領域としてソース、ドレイン各領
域とし、そのソース、ドレイン両領域に跨って絶縁膜を
介してゲート電極を設けるようにしたものである。
面に非超電導相状態にあるBiSrCuOまたはSrC
aCuO薄膜を被着し、その薄膜表面にこの薄膜内に導
入されることによってその薄膜を超電導相に変更する素
材を含む一対の材料薄膜を微小間隙を置いて被着した後
、熱処理を施してこの材料薄膜の前記素材を上記BiS
rCuOまたはSrCaCuO薄膜中に導入し微小間隙
を置いた一対の超電導領域としてソース、ドレイン各領
域とし、そのソース、ドレイン両領域に跨って絶縁膜を
介してゲート電極を設けるようにしたものである。
【0010】
【発明が解消したようにする課題】しかしながら、上述
したBiSrCuOまたはSrCaCuO組成からなる
超電導薄膜は、コヒーレンス長が1nm以下と短いため
、チャネル長をコヒーレンス長と同程度から10倍程度
と極めて短くしないと、近接効果が得られない。従って
、このソース・ドレイン領域を形成するため一対の材料
薄膜を極めて近接して配置する必要があり、現在のレジ
スタ等を用いたパターニング技術では、そのレイアウト
が極めて困難であるという問題があった。
したBiSrCuOまたはSrCaCuO組成からなる
超電導薄膜は、コヒーレンス長が1nm以下と短いため
、チャネル長をコヒーレンス長と同程度から10倍程度
と極めて短くしないと、近接効果が得られない。従って
、このソース・ドレイン領域を形成するため一対の材料
薄膜を極めて近接して配置する必要があり、現在のレジ
スタ等を用いたパターニング技術では、そのレイアウト
が極めて困難であるという問題があった。
【0011】本発明は、かかる点に鑑みなされたものに
して、製造の容易な超電導トランジスタを提供すること
をその課題とする。
して、製造の容易な超電導トランジスタを提供すること
をその課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明は、基板上に半
導体状態にあるBa1−pKpBiO3(ここに、p>
0.6)薄膜を形成する工程、このBa1−pKpBi
O3表面にこの薄膜内に導入されることによって、この
膜を超電導相に変更する素材を含む一対の材料薄膜を微
小間隔を置いて被着する工程、上記薄膜に熱処理を施し
てこの材料薄膜の素材を上記薄膜中に導入してこの微小
間隔を置いた一対の超電導領域とする工程、この微小間
隔及び一対の超電導領域に跨って絶縁膜を被着する工程
、及びこの絶縁膜上にゲート電極を、一対の超電導領域
の一方にソース電極を、他方にドレイン電極をそれぞれ
設ける工程と、からなることを特徴とする。
導体状態にあるBa1−pKpBiO3(ここに、p>
0.6)薄膜を形成する工程、このBa1−pKpBi
O3表面にこの薄膜内に導入されることによって、この
膜を超電導相に変更する素材を含む一対の材料薄膜を微
小間隔を置いて被着する工程、上記薄膜に熱処理を施し
てこの材料薄膜の素材を上記薄膜中に導入してこの微小
間隔を置いた一対の超電導領域とする工程、この微小間
隔及び一対の超電導領域に跨って絶縁膜を被着する工程
、及びこの絶縁膜上にゲート電極を、一対の超電導領域
の一方にソース電極を、他方にドレイン電極をそれぞれ
設ける工程と、からなることを特徴とする。
【0013】
【作用】Ba1−pKpBiO3(以下、BKBOとい
う。)はコヒーレンス長が4nmと長いため、チャネル
長を4〜40nmと長くしても、近接効果が半導体相ま
で十分に及ぶので、トランジスタのレイアウト設計に余
裕ができ、パターニングが容易になる。
う。)はコヒーレンス長が4nmと長いため、チャネル
長を4〜40nmと長くしても、近接効果が半導体相ま
で十分に及ぶので、トランジスタのレイアウト設計に余
裕ができ、パターニングが容易になる。
【0014】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
る。
【0015】図1(A)〜(D)は、MOS型の近接効
果型超電導トランジスタの製造工程を示すものである。 この図面において、絶縁性基板1としては、MgO、S
rTiO3、YSZ(イットリアで安定化させたジルコ
ニア)、Al2O3などを用いることができるが、この
実施例では(110)SrTiO3基板を用いた。
果型超電導トランジスタの製造工程を示すものである。 この図面において、絶縁性基板1としては、MgO、S
rTiO3、YSZ(イットリアで安定化させたジルコ
ニア)、Al2O3などを用いることができるが、この
実施例では(110)SrTiO3基板を用いた。
【0016】この基板1の表面に、同一組成系に少なく
とも超電導相と半導体相と絶縁相とを持つ超電導組成膜
としてのBa1−pKpBiO3をRfマグネトロンス
パッタリング法により焼結ターゲットから形成する。
とも超電導相と半導体相と絶縁相とを持つ超電導組成膜
としてのBa1−pKpBiO3をRfマグネトロンス
パッタリング法により焼結ターゲットから形成する。
【0017】この焼結ターゲットは、Ba0.6K0.
5BiOxの粉末をN2及びO2により仮焼成したもの
を用いる。
5BiOxの粉末をN2及びO2により仮焼成したもの
を用いる。
【0018】次にこのよ焼結ターゲットを用い、Rfマ
グネトロンスパッタリング装置により、基板1上にBa
1−pKpBiO3(ここに、0.4<p<0.6)薄
膜2を次の条件下で形成する。ここで代表値はp=0.
5である。
グネトロンスパッタリング装置により、基板1上にBa
1−pKpBiO3(ここに、0.4<p<0.6)薄
膜2を次の条件下で形成する。ここで代表値はp=0.
5である。
【0019】スパッタリング装置のベルジャ内に、上記
焼結ターゲットを取付けると共に、陰極側のこのターゲ
ットに対し、接地された陽極側に基板1を40nm離間
して配置し、焼結ターゲットには負の高電圧1.5kV
を印加する。
焼結ターゲットを取付けると共に、陰極側のこのターゲ
ットに対し、接地された陽極側に基板1を40nm離間
して配置し、焼結ターゲットには負の高電圧1.5kV
を印加する。
【0020】ベルジャ内に純度99.9995%のアル
ゴンガスと純度99.999%の酸素ガスを比1:1の
割合で4mtorrの圧力にて供給すると共にスパッタ
出力を150Wとしてスパッタリング処理し、基板1上
に厚み1000〜3000Åの薄膜2を形成することが
できる。この場合に基板1上の温度400℃とすること
ができ、この基板温度により基板1上の薄膜2の付着強
度が異なり、高温である程その強度が高くなるが、薄膜
組成比がずれるおそれがある。
ゴンガスと純度99.999%の酸素ガスを比1:1の
割合で4mtorrの圧力にて供給すると共にスパッタ
出力を150Wとしてスパッタリング処理し、基板1上
に厚み1000〜3000Åの薄膜2を形成することが
できる。この場合に基板1上の温度400℃とすること
ができ、この基板温度により基板1上の薄膜2の付着強
度が異なり、高温である程その強度が高くなるが、薄膜
組成比がずれるおそれがある。
【0021】Ba1−pKpBiO3酸化物薄膜2はp
が0.4<p>0.6のときに超電導状態を示し、Ba
が不足気味の状態すなわちpが0.6<pのとき半導体
状態を呈する。本発明においては、薄膜2として半導体
状態のものを使用するため、Baが不足気味の状態のも
のが用いられる。
が0.4<p>0.6のときに超電導状態を示し、Ba
が不足気味の状態すなわちpが0.6<pのとき半導体
状態を呈する。本発明においては、薄膜2として半導体
状態のものを使用するため、Baが不足気味の状態のも
のが用いられる。
【0022】次に図1(B)に示すように、薄膜2の表
面にこの薄膜2に不足気味のBaを供給するBaF2薄
膜3、3を微小間隙、具体的には0.3〜1.0μmの
間隙を設けて被着する。この薄膜3の被着は電子ビーム
蒸着法あるいはスパッタリング法により形成することが
できるが、この実施例では電子ビーム蒸着法により形成
又はフォトレジストを用いたリフトオフプロセスにより
形成する。
面にこの薄膜2に不足気味のBaを供給するBaF2薄
膜3、3を微小間隙、具体的には0.3〜1.0μmの
間隙を設けて被着する。この薄膜3の被着は電子ビーム
蒸着法あるいはスパッタリング法により形成することが
できるが、この実施例では電子ビーム蒸着法により形成
又はフォトレジストを用いたリフトオフプロセスにより
形成する。
【0023】この電子ビーム蒸着法は、電子ビーム加速
電圧4kV、電子ビーム電流1mA、成膜速度100Å
/分、基板1の温度200℃として行う。超電導相成薄
膜2の膜厚が7000Åのときは、BaF2薄膜3は膜
厚を100〜1200Åとすることができるが、この実
施例では800Åとした。
電圧4kV、電子ビーム電流1mA、成膜速度100Å
/分、基板1の温度200℃として行う。超電導相成薄
膜2の膜厚が7000Åのときは、BaF2薄膜3は膜
厚を100〜1200Åとすることができるが、この実
施例では800Åとした。
【0024】薄膜3と3を微小間隙3aの寸法は、熱処
理による拡がりを考慮する必要がある。
理による拡がりを考慮する必要がある。
【0025】次いで薄膜2と3を形成した基板1を電気
炉に入れ、流量2リットル/分の酸素雰囲気中で750
℃、5時間の熱処理を行い、図1(C)に示すように超
電導薄膜4を形成した。この際、電気炉における加熱速
度は5℃/分であり、冷却速度は−4℃/分である。
炉に入れ、流量2リットル/分の酸素雰囲気中で750
℃、5時間の熱処理を行い、図1(C)に示すように超
電導薄膜4を形成した。この際、電気炉における加熱速
度は5℃/分であり、冷却速度は−4℃/分である。
【0026】この熱処理により、Baが不足気味の薄膜
2内に薄膜3のBaを導入して薄膜2が超電導化される
。その結果、微小間隙3aを置いた超電導領域4、4と
その間隙3aに位置する半導体相のBa1−pKpBi
O3系酸化物薄膜2aとの界面は性質が異なるものの、
その組成は同系統のものからなっているので、その界面
状態は非常に良好である。
2内に薄膜3のBaを導入して薄膜2が超電導化される
。その結果、微小間隙3aを置いた超電導領域4、4と
その間隙3aに位置する半導体相のBa1−pKpBi
O3系酸化物薄膜2aとの界面は性質が異なるものの、
その組成は同系統のものからなっているので、その界面
状態は非常に良好である。
【0027】続いて、図1(D)に示すように、一対の
超電導薄膜4、4とその間の半導体相の超電導組成薄膜
2aとに跨って、酸化膜などの絶縁性膜5を介してゲー
ト電極6を設けると共に超電導薄膜4、4にそれぞれ電
気的に連なったAuなどからなるソース電極7並びにド
レイン電極8を設ける。
超電導薄膜4、4とその間の半導体相の超電導組成薄膜
2aとに跨って、酸化膜などの絶縁性膜5を介してゲー
ト電極6を設けると共に超電導薄膜4、4にそれぞれ電
気的に連なったAuなどからなるソース電極7並びにド
レイン電極8を設ける。
【0028】絶縁性膜5としてMgO、SiO2又はA
l2O3を使用することができるが、この実施例におい
てはMgOを使用し、電子ビーム蒸着法で膜厚1000
Åとした。その場合、成膜速度は10Å/秒、基板温度
300℃とした。
l2O3を使用することができるが、この実施例におい
てはMgOを使用し、電子ビーム蒸着法で膜厚1000
Åとした。その場合、成膜速度は10Å/秒、基板温度
300℃とした。
【0029】また、各電極6、7、8としてAuを厚み
6000Åに電子ビーム蒸着法で蒸着した。その電子ビ
ーム蒸着法の作動条件は前述の絶縁性膜5の電子ビーム
蒸着法と同じであり、成膜速度は20Å/秒であった。
6000Åに電子ビーム蒸着法で蒸着した。その電子ビ
ーム蒸着法の作動条件は前述の絶縁性膜5の電子ビーム
蒸着法と同じであり、成膜速度は20Å/秒であった。
【0030】以上説明したように、Ba1−pKpBi
O3(以下、BKBOという。)はコヒーレンス長が4
nmと長いため、チャネル長を長くしても、近接効果が
半導体相まで十分に及ぶので、トランジスタのレイアウ
ト設計に余裕ができ、パターニングが容易になり、酸化
物超電導体を用いた超電導トランジスタを提供できる。
O3(以下、BKBOという。)はコヒーレンス長が4
nmと長いため、チャネル長を長くしても、近接効果が
半導体相まで十分に及ぶので、トランジスタのレイアウ
ト設計に余裕ができ、パターニングが容易になり、酸化
物超電導体を用いた超電導トランジスタを提供できる。
【図1】 本発明による超電導トランジスタの製造方
法の実施例を示す製造工程の断面図である。
法の実施例を示す製造工程の断面図である。
【図2】 従来の超電導トランジスタの断面図である
。
。
【図3】 従来の超電導トランジスタの断面図である
。
。
1 基板
2 BKBO半導体膜
3 材料薄膜
4 BKBO超電導薄膜
5 絶縁膜
6 ゲート電極
7 ソース電極
8 ドレイン電極
Claims (1)
- 【請求項1】 基板上に半導体状態にあるBa1−p
KpBiO3(ここに、p>0.6)薄膜を形成する工
程、このBa1−pKpBiO3表面にこの薄膜内に導
入されることによって、この膜を超電導相に変更する素
材を含む一対の材料薄膜を微小間隔を置いて被着する工
程、上記薄膜に熱処理を施してこの材料薄膜の素材を上
記薄膜中に導入して微小間隔を置いて一対の超電導領域
とする工程、この微小間隔及び一対の超電導領域に跨っ
て絶縁膜を被着する工程、及びこの絶縁膜上にゲート電
極を、一対の超電導領域の一方にソース電極を、他方に
ドレイン電極をそれぞれ設ける工程と、からなることを
特徴とする超電導トランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3124821A JPH04328885A (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 超電導トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3124821A JPH04328885A (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 超電導トランジスタの製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04328885A true JPH04328885A (ja) | 1992-11-17 |
Family
ID=14894946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3124821A Pending JPH04328885A (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 超電導トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04328885A (ja) |
-
1991
- 1991-04-26 JP JP3124821A patent/JPH04328885A/ja active Pending
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