JPH06275882A - 超電導素子 - Google Patents
超電導素子Info
- Publication number
- JPH06275882A JPH06275882A JP5059194A JP5919493A JPH06275882A JP H06275882 A JPH06275882 A JP H06275882A JP 5059194 A JP5059194 A JP 5059194A JP 5919493 A JP5919493 A JP 5919493A JP H06275882 A JPH06275882 A JP H06275882A
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- Japan
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- electrode
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Abstract
(57)【要約】
【目的】耐電圧に優れる超電導トランジスタを得る。
【構成】基板1上にYBa2 Cu3 Oy (y>6.5)
を用いて酸化物超電導体3であるソース領域とドレイン
領域、二つの領域にはさまれた領域は酸化物Y1-x Pr
x Ba2 Cu3 Oy (x=0.6〜1.0)からなる中
間領域2を設ける。中間領域上には絶縁層4を設ける。
ゲートオフ時に中間領域を絶縁体、オン時に超電導体と
するトランジスタ。
を用いて酸化物超電導体3であるソース領域とドレイン
領域、二つの領域にはさまれた領域は酸化物Y1-x Pr
x Ba2 Cu3 Oy (x=0.6〜1.0)からなる中
間領域2を設ける。中間領域上には絶縁層4を設ける。
ゲートオフ時に中間領域を絶縁体、オン時に超電導体と
するトランジスタ。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は超電導素子に係り、特
に酸化物高温超電導体を用いた電界効果トランジスタに
関する。
に酸化物高温超電導体を用いた電界効果トランジスタに
関する。
【0002】
【従来の技術】超電導現象は電気抵抗がゼロになること
から、これを利用した高速かつ低消費電力の超電導トラ
ンジスタの開発が期待され、いくつかの構造が提案され
ている。その中で電圧駆動形の超電導トランジスタは、
入力インピーダンスが大きいために駆動しやすく、ま
た、入力ロスも少ないため、その開発が期待されてい
る。
から、これを利用した高速かつ低消費電力の超電導トラ
ンジスタの開発が期待され、いくつかの構造が提案され
ている。その中で電圧駆動形の超電導トランジスタは、
入力インピーダンスが大きいために駆動しやすく、ま
た、入力ロスも少ないため、その開発が期待されてい
る。
【0003】図3は従来の電圧駆動形の超電導トランジ
スタを示す断面図である。図示するように、この超電導
トランジスタはSi単結晶基板14に上に設けられた砒
素イオン打ち込み部15を介して、超電導電極であるソ
ース11とドレイン12を設け、ソースとドレイン間に
ゲート酸化膜によって絶縁されたゲート13を設けた構
造を有し、ゲート13は側面絶縁膜17とオーバーハン
グ16によって被覆されている。ここで、例えば上記ソ
ースとドレインはNbから形成され、ゲート13は多結
晶Siから形成され、オーバーハング16と側面絶縁膜
17はSi3 N 4 から形成され、ゲート酸化膜18はS
iO2 から形成される。
スタを示す断面図である。図示するように、この超電導
トランジスタはSi単結晶基板14に上に設けられた砒
素イオン打ち込み部15を介して、超電導電極であるソ
ース11とドレイン12を設け、ソースとドレイン間に
ゲート酸化膜によって絶縁されたゲート13を設けた構
造を有し、ゲート13は側面絶縁膜17とオーバーハン
グ16によって被覆されている。ここで、例えば上記ソ
ースとドレインはNbから形成され、ゲート13は多結
晶Siから形成され、オーバーハング16と側面絶縁膜
17はSi3 N 4 から形成され、ゲート酸化膜18はS
iO2 から形成される。
【0004】上述の従来の超電導トランジスタにおいて
は、ソースとドレインからコヒーレンス長程度のクーパ
ー対が染みだし、上記コヒーレンス長をゲートに印加す
る電圧の大きさによって変調し、ソースとドレインの間
をクーパー対でつなごうとするものである。コヒーレン
ス長は、従来の超電導体では、数10nm程度であるた
め、従来の超電導トランジスタでは、ゲートとドレイン
の間隔Lを0.1μm程度に近接させる必要があった。
は、ソースとドレインからコヒーレンス長程度のクーパ
ー対が染みだし、上記コヒーレンス長をゲートに印加す
る電圧の大きさによって変調し、ソースとドレインの間
をクーパー対でつなごうとするものである。コヒーレン
ス長は、従来の超電導体では、数10nm程度であるた
め、従来の超電導トランジスタでは、ゲートとドレイン
の間隔Lを0.1μm程度に近接させる必要があった。
【0005】図4は従来の超電導トランジスタの電流−
電圧特性を示す線図である。横軸はソース−ドレイン間
電圧であり、縦軸はソース−ドレイン間電流であり、ゲ
ート電圧を0.5V,1V,2Vと変化させた場合の電
流−電圧特性が示されている。上記した電圧駆動形の超
電導トランジスタの他に、電流注入形の超電導トランジ
スタも提案されているが、電流注入形の超電導トランジ
スタは電流注入による発熱や電流利得が小さいなどの問
題があり、これまでに良好な特性が得られたという報告
はない。
電圧特性を示す線図である。横軸はソース−ドレイン間
電圧であり、縦軸はソース−ドレイン間電流であり、ゲ
ート電圧を0.5V,1V,2Vと変化させた場合の電
流−電圧特性が示されている。上記した電圧駆動形の超
電導トランジスタの他に、電流注入形の超電導トランジ
スタも提案されているが、電流注入形の超電導トランジ
スタは電流注入による発熱や電流利得が小さいなどの問
題があり、これまでに良好な特性が得られたという報告
はない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
電圧駆動形の超電導トランジスタにおいては、コヒーレ
ンス長が短いためにゲート長(ソース−ドレイン間隔)
を0.1μm以下にする必要がある。また、超電導体に
酸化物を利用する超電導トランジスタにおいては、臨界
温度Tcが40K以上の酸化物超電導体のコヒーレンス
長λは数nm以下でありゲート長をさらに短くする必要
がある。このような短いゲート長を持つデバイスを製造
することは極めて困難であり、さらにソース−ドレイン
間が非常に近接してしまうため、素子がオフ状態のソー
ス−ドレイン間耐電圧が非常に小さくなり従来の半導体
素子との結合が困難となっている。
電圧駆動形の超電導トランジスタにおいては、コヒーレ
ンス長が短いためにゲート長(ソース−ドレイン間隔)
を0.1μm以下にする必要がある。また、超電導体に
酸化物を利用する超電導トランジスタにおいては、臨界
温度Tcが40K以上の酸化物超電導体のコヒーレンス
長λは数nm以下でありゲート長をさらに短くする必要
がある。このような短いゲート長を持つデバイスを製造
することは極めて困難であり、さらにソース−ドレイン
間が非常に近接してしまうため、素子がオフ状態のソー
ス−ドレイン間耐電圧が非常に小さくなり従来の半導体
素子との結合が困難となっている。
【0007】この発明は上述の点に鑑みなされ、その目
的はソース−ドレイン間に新規な非超電導体を用いるこ
とにより、ソース−ドレイン間距離を大きくして耐電圧
に優れる超電導トランジスタを提供することにある。
的はソース−ドレイン間に新規な非超電導体を用いるこ
とにより、ソース−ドレイン間距離を大きくして耐電圧
に優れる超電導トランジスタを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の目的は第一の発明
によれば、基板上にソース領域と中間領域とドレイン領
域と絶縁層とソース電極とドレイン電極とゲート電極と
を有し、ソース領域と、ドレイン領域と中間領域は相接
して基板上に直接的に積層され、ソース領域とドレイン
領域はp型のYBa2 Cu3 Oy (y>6.5)からな
る酸化物超電導体であり、中間領域はソース領域とドレ
イン領域の間に配置され、絶縁層は前記中間領域の上に
積層され、ドレイン電極はドレイン領域に接続され、ソ
ース電極はソース領域に接続され、ゲート電極は絶縁層
に接続され、中間領域は酸化物Y1-x Prx Ba2 Cu
3 Oy (X=0.6〜1.0)からなるとすることによ
り達成される。
によれば、基板上にソース領域と中間領域とドレイン領
域と絶縁層とソース電極とドレイン電極とゲート電極と
を有し、ソース領域と、ドレイン領域と中間領域は相接
して基板上に直接的に積層され、ソース領域とドレイン
領域はp型のYBa2 Cu3 Oy (y>6.5)からな
る酸化物超電導体であり、中間領域はソース領域とドレ
イン領域の間に配置され、絶縁層は前記中間領域の上に
積層され、ドレイン電極はドレイン領域に接続され、ソ
ース電極はソース領域に接続され、ゲート電極は絶縁層
に接続され、中間領域は酸化物Y1-x Prx Ba2 Cu
3 Oy (X=0.6〜1.0)からなるとすることによ
り達成される。
【0009】第二の発明によれば、基板上にソース領域
と中間領域とドレイン領域と、絶縁層と、ソース電極
と、ドレイン電極と、ゲート電極とを有し、ソース領域
と、ドレイン領域と中間領域は相接して基板上に直接的
に積層され、ソース領域とドレイン領域はp型のBi2
Sr2 CaCu2 Ox からなる酸化物超電導体であり、
中間領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、
絶縁層は前記中間領域の上に積層され、ドレイン電極は
ドレイン領域に接続され、ソース電極はソース領域に接
続され、ゲート電極は絶縁層に接続され、中間領域は酸
化物Bi2 Sr2 Cu2 Ox またはBi2 Sr2 Ca
1-y Yy Cu2 Ox (y=0.5〜1.0)からなると
することにより達成される。
と中間領域とドレイン領域と、絶縁層と、ソース電極
と、ドレイン電極と、ゲート電極とを有し、ソース領域
と、ドレイン領域と中間領域は相接して基板上に直接的
に積層され、ソース領域とドレイン領域はp型のBi2
Sr2 CaCu2 Ox からなる酸化物超電導体であり、
中間領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、
絶縁層は前記中間領域の上に積層され、ドレイン電極は
ドレイン領域に接続され、ソース電極はソース領域に接
続され、ゲート電極は絶縁層に接続され、中間領域は酸
化物Bi2 Sr2 Cu2 Ox またはBi2 Sr2 Ca
1-y Yy Cu2 Ox (y=0.5〜1.0)からなると
することにより達成される。
【0010】第三の発明によれば、基板上にソース領域
と中間領域とドレイン領域と、絶縁層と、ソース電極
と、ドレイン電極と、ゲート電極とを有し、ソース領域
と、ドレイン領域と中間領域は相接して基板上に直接的
に積層され、ソース領域とドレイン領域はp型のTl−
Ca−Ba−Cu系酸化物超電導体であり、中間領域は
ソース領域とドレイン領域の間に配置され、絶縁層は前
記中間領域の上に積層され、ドレイン電極はドレイン領
域に接続され、ソース電極はソース領域に接続され、ゲ
ート電極は絶縁層に接続され、中間領域は酸化物CaB
aCu2 Ox からなるとすることにより達成される。
と中間領域とドレイン領域と、絶縁層と、ソース電極
と、ドレイン電極と、ゲート電極とを有し、ソース領域
と、ドレイン領域と中間領域は相接して基板上に直接的
に積層され、ソース領域とドレイン領域はp型のTl−
Ca−Ba−Cu系酸化物超電導体であり、中間領域は
ソース領域とドレイン領域の間に配置され、絶縁層は前
記中間領域の上に積層され、ドレイン電極はドレイン領
域に接続され、ソース電極はソース領域に接続され、ゲ
ート電極は絶縁層に接続され、中間領域は酸化物CaB
aCu2 Ox からなるとすることにより達成される。
【0011】第四の発明によれば、基板上にソース領域
と中間領域とドレイン領域と、絶縁層と、ソース電極
と、ドレイン電極と、ゲート電極とを有し、ソース領域
と、ドレイン領域と中間領域は相接して基板上に直接的
に積層され、ソース領域とドレイン領域はp型のLa
2-x Srx CuO4 またはLa2-x Bax CuO4 から
なる酸化物超電導体であり、中間領域はソース領域とド
レイン領域の間に配置され、絶縁層は前記中間領域の上
に積層され、ドレイン電極はドレイン領域に接続され、
ソース電極はソース領域に接続され、ゲート電極は絶縁
層に接続され、中間領域は酸化物La2 CuO4 からな
るとすることにより達成される。
と中間領域とドレイン領域と、絶縁層と、ソース電極
と、ドレイン電極と、ゲート電極とを有し、ソース領域
と、ドレイン領域と中間領域は相接して基板上に直接的
に積層され、ソース領域とドレイン領域はp型のLa
2-x Srx CuO4 またはLa2-x Bax CuO4 から
なる酸化物超電導体であり、中間領域はソース領域とド
レイン領域の間に配置され、絶縁層は前記中間領域の上
に積層され、ドレイン電極はドレイン領域に接続され、
ソース電極はソース領域に接続され、ゲート電極は絶縁
層に接続され、中間領域は酸化物La2 CuO4 からな
るとすることにより達成される。
【0012】
【作用】中間領域の酸化物はソース領域やドレイン領域
のp型酸化物超電導体と結晶構造の類似する絶縁体また
は半導体である。中間領域の酸化物とp型の酸化物超電
導体とは同一のペロブスカイト構造を有し、元素の置換
によって格子常数の異なる類似の結晶となっているが中
間領域の酸化物はキヤリア密度が小さいため絶縁体かま
たは半導体である。
のp型酸化物超電導体と結晶構造の類似する絶縁体また
は半導体である。中間領域の酸化物とp型の酸化物超電
導体とは同一のペロブスカイト構造を有し、元素の置換
によって格子常数の異なる類似の結晶となっているが中
間領域の酸化物はキヤリア密度が小さいため絶縁体かま
たは半導体である。
【0013】中間領域の酸化物に電場を印加すると結晶
構造の類似性により、ソース領域とドレイン領域から絶
縁体の表面に正孔が注入される。この注入された正孔は
中間領域の酸化物の正孔密度を高めその表面を超電導体
化する。もちろん、超電導トランジスタのゲート電圧が
オフ状態の時には、上記ソース領域とドレイン領域の間
に設けた中間領域は絶縁体か半導体となるため、完全な
絶縁が可能となる。またソース領域とドレイン領域中間
領域の寸法に制約がなくソース−ドレイン間の距離を大
きくできるから耐電圧の大きな超電導トランジスタが得
られる。
構造の類似性により、ソース領域とドレイン領域から絶
縁体の表面に正孔が注入される。この注入された正孔は
中間領域の酸化物の正孔密度を高めその表面を超電導体
化する。もちろん、超電導トランジスタのゲート電圧が
オフ状態の時には、上記ソース領域とドレイン領域の間
に設けた中間領域は絶縁体か半導体となるため、完全な
絶縁が可能となる。またソース領域とドレイン領域中間
領域の寸法に制約がなくソース−ドレイン間の距離を大
きくできるから耐電圧の大きな超電導トランジスタが得
られる。
【0014】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1はこの発明の実施例に係る超電導トランジス
タを示す断面図である。基板としてMgO(100)を
用い、この基板上に中間領域2を成膜し、さらにこれに
挟むような形でp型酸化物超電導体3を成膜した。この
とき、酸化物超電導体3と中間領域2は共にC軸配向し
ている。次いで中間領域2上に絶縁層4としてSrTi
O3 膜を形成しその上にゲート電極7を形成した。酸化
物超電導体上にはソース電極5,ドレイン電極6を形成
した。
する。図1はこの発明の実施例に係る超電導トランジス
タを示す断面図である。基板としてMgO(100)を
用い、この基板上に中間領域2を成膜し、さらにこれに
挟むような形でp型酸化物超電導体3を成膜した。この
とき、酸化物超電導体3と中間領域2は共にC軸配向し
ている。次いで中間領域2上に絶縁層4としてSrTi
O3 膜を形成しその上にゲート電極7を形成した。酸化
物超電導体上にはソース電極5,ドレイン電極6を形成
した。
【0015】表1に酸化物超電導体と中間領域酸化物の
組合わせを示す。
組合わせを示す。
【0016】
【表1】 図2はこの発明の実施例に係る超電導トランジスタのソ
ース−ドレイン間電圧VDSとソース−ドレイン間電流I
DSの関係を示す線図である。ゲート電圧VG による変化
を示した。表1に示した組み合わせ全てにおいて同様な
特性が観測された。
ース−ドレイン間電圧VDSとソース−ドレイン間電流I
DSの関係を示す線図である。ゲート電圧VG による変化
を示した。表1に示した組み合わせ全てにおいて同様な
特性が観測された。
【0017】
【発明の効果】この発明によれば、ソース領域とドレイ
ン領域に超電導体を、また中間領域に超電導体と結晶構
造の類似する酸化物を配したので、ゲート電圧印加時に
中間領域の酸化物の表面に正孔が注入されて酸化物表面
が超電導体化する。このような超電導トランジスタでは
ソース−ドレイン間の中間領域の寸法には制約がなく、
中間領域を大きくすることができるので従来の超電導ト
ランジスタに比して耐電圧に優れている超電導トランジ
スタが得られる。
ン領域に超電導体を、また中間領域に超電導体と結晶構
造の類似する酸化物を配したので、ゲート電圧印加時に
中間領域の酸化物の表面に正孔が注入されて酸化物表面
が超電導体化する。このような超電導トランジスタでは
ソース−ドレイン間の中間領域の寸法には制約がなく、
中間領域を大きくすることができるので従来の超電導ト
ランジスタに比して耐電圧に優れている超電導トランジ
スタが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例に係る超電導トランジスタを
示す断面図
示す断面図
【図2】この発明の実施例に係る超電導トランジスタの
ソース−ドレイン間電圧(VDS)とソース−ドレイン間
電流(IDS)の関係を示す線図
ソース−ドレイン間電圧(VDS)とソース−ドレイン間
電流(IDS)の関係を示す線図
【図3】従来の超電導トランジスタを示す断面図
【図4】従来の超電導トランジスタの電流−電圧特性を
示す線図
示す線図
1 基板 2 中間領域 3 酸化物超電導体 4 絶縁層 5 ソース電極 6 ドレイン電極 7 ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 健 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 津田 孝一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 向江 和郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内
Claims (4)
- 【請求項1】基板上にソース領域と、中間領域とドレイ
ン領域と、絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、
ゲート電極とを有し、 ソース領域とドレイン領域と中間領域は相接して基板上
に直接的に積層され、 ソース領域とドレイン領域はp型のYBa2 Cu3 Oy
(y>6.5)からなる酸化物超電導体であり、 中間領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、 絶縁層は前記中間領域の上に積層され、 ドレイン電極はドレイン領域に接続され、 ソース電極はソース領域に接続され、 ゲート電極は絶縁層に接続され、 中間領域は酸化物Y1-x Prx Ba2 Cu3 Oy (X=
0.6〜1.0)からなることを特徴とする超電導素
子。 - 【請求項2】基板上にソース領域と、中間領域とドレイ
ン領域と、絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、
ゲート電極とを有し、 ソース領域とドレイン領域と中間領域は相接して基板上
に直接的に積層され、 ソース領域とドレイン領域はp型のBi2 Sr2 CaC
u2 Ox からなる酸化物超電導体であり、 中間領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、 絶縁層は前記中間領域の上に積層され、 ドレイン電極はドレイン領域に接続され、 ソース電極はソース領域に接続され、 ゲート電極は絶縁層に接続され、 中間領域は酸化物Bi2 Sr2 Cu2 Ox またはBi2
Sr2 Ca1-y Yy Cu2 Ox (y=0.5〜1.0)
からなることを特徴とする超電導素子。 - 【請求項3】基板上にソース領域と、中間領域とドレイ
ン領域と、絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、
ゲート電極とを有し、 ソース領域とドレイン領域と中間領域は相接して基板上
に直接的に積層され、 ソース領域とドレイン領域はp型のTl−Ca−Ba−
Cu系酸化物超電導体であり、 中間領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、 絶縁層は前記中間領域の上に積層され、 ドレイン電極はドレイン領域に接続され、 ソース電極はソース領域に接続され、 ゲート電極は絶縁層に接続され、 中間領域は酸化物CaBaCu2 Ox からなることを特
徴とする超電導素子。 - 【請求項4】基板上にソース領域と、中間領域とドレイ
ン領域と、絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、
ゲート電極とを有し、 ソース領域とドレイン領域と中間領域は相接して基板上
に直接的に積層され、 ソース領域とドレイン領域はp型のLa2-x Srx Cu
O4 またはLa2-x Bax CuO4 からなる酸化物超電
導体であり、 中間領域はソース領域とドレイン領域の間に配置され、 絶縁層は前記中間領域の上に積層され、 ドレイン電極はドレイン領域に接続され、 ソース電極はソース領域に接続され、 ゲート電極は絶縁層に接続され、 中間領域は酸化物La2 CuO4 からなることを特徴と
する超電導素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5059194A JPH06275882A (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 超電導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5059194A JPH06275882A (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 超電導素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06275882A true JPH06275882A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13106371
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5059194A Pending JPH06275882A (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 超電導素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06275882A (ja) |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP5059194A patent/JPH06275882A/ja active Pending
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