JPH071805B2 - 超伝導装置 - Google Patents
超伝導装置Info
- Publication number
- JPH071805B2 JPH071805B2 JP60105944A JP10594485A JPH071805B2 JP H071805 B2 JPH071805 B2 JP H071805B2 JP 60105944 A JP60105944 A JP 60105944A JP 10594485 A JP10594485 A JP 10594485A JP H071805 B2 JPH071805 B2 JP H071805B2
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- Japan
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- quasi
- collector
- base layer
- particles
- particle
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、電流などの準粒子をキャリヤとして用い且つ
信号増幅作用などトランジスタと同様な動作をする超伝
導装置に於いて、ベース層の全体或いは少なくともその
一部を通常の金属に於けるよりも低電子密度である酸化
物超伝導体で形成し、また、そのベース層に対しては準
粒子を注入する手段を形成し、更にまた、そのベース層
から準粒子を取り出すコレクタ接合を形成した構成とす
ることに依り、リーク電流が少なく、高い電子透過率と
高い出力インピーダンスとを両立させた準粒子コレクタ
を実現できるようにしたものである。
信号増幅作用などトランジスタと同様な動作をする超伝
導装置に於いて、ベース層の全体或いは少なくともその
一部を通常の金属に於けるよりも低電子密度である酸化
物超伝導体で形成し、また、そのベース層に対しては準
粒子を注入する手段を形成し、更にまた、そのベース層
から準粒子を取り出すコレクタ接合を形成した構成とす
ることに依り、リーク電流が少なく、高い電子透過率と
高い出力インピーダンスとを両立させた準粒子コレクタ
を実現できるようにしたものである。
本発明は準粒子をキャリヤとし且つトランジスタと同様
な信号増幅作用を有する超伝導装置に関する。
な信号増幅作用を有する超伝導装置に関する。
従来、超伝導体に対してエミッタから準粒子を注入し、
超伝導体及び半導体の接合で構成されたコレクタから準
粒子を取り出すようにしたバイポーラ・トランジスタと
同様な動作をする超伝送装置が提案されている（要すれ
ば、特願昭58-224311号参照）。
超伝導体及び半導体の接合で構成されたコレクタから準
粒子を取り出すようにしたバイポーラ・トランジスタと
同様な動作をする超伝送装置が提案されている（要すれ
ば、特願昭58-224311号参照）。
前記従来技術に依る超伝導装置では、ベースに通常の金
属超伝導体、例えばNbやPbを使用した場合、次のような
問題を生ずる。
属超伝導体、例えばNbやPbを使用した場合、次のような
問題を生ずる。
（１） ベース領域に注入に依って生じた準粒子の他に
熱励起に依って生じた準粒子が存在し、従って、注入の
有無に拘わらず一定のリーク電流が出力に流れることに
なり、このリーク電流の値、即ち、熱励起に依って流れ
るコレクタ電流ISATの値は4.2〔Ｋ〕の温度に於いて極
めて大きな値、例えばNbを用いたもので500〔A/cm2〕、
また、Pbを用いたもので4400〔A/cm2〕にもなる為、こ
れを回避するには装置の動作温度を例えば２〔Ｋ〕程度
に低下させることが必要になる。
熱励起に依って生じた準粒子が存在し、従って、注入の
有無に拘わらず一定のリーク電流が出力に流れることに
なり、このリーク電流の値、即ち、熱励起に依って流れ
るコレクタ電流ISATの値は4.2〔Ｋ〕の温度に於いて極
めて大きな値、例えばNbを用いたもので500〔A/cm2〕、
また、Pbを用いたもので4400〔A/cm2〕にもなる為、こ
れを回避するには装置の動作温度を例えば２〔Ｋ〕程度
に低下させることが必要になる。
（２） ベース領域には準粒子の他に大量の超伝導電子
が存在している。このような場合、コレクタに於ける電
子透過率を上昇させると超伝導電子の電流への寄与が増
加することになり、コレクタの設計は困難になる。
が存在している。このような場合、コレクタに於ける電
子透過率を上昇させると超伝導電子の電流への寄与が増
加することになり、コレクタの設計は困難になる。
本発明は、高い電子透過率並びに低いリーク電流（高イ
ンピーダンス）を実現した準粒子コレクタを有する超伝
導装置を提供する。
ンピーダンス）を実現した準粒子コレクタを有する超伝
導装置を提供する。
この種の超伝導装置に於いて、熱励起に依り流れるコレ
クタ電流ISATは、 ISAT＝NT ed/τeff〔A/cm2〕 NT：熱平衡時の準粒子密度 d:ベースの厚み τeff：実効再結合時間 で与えられる。即ち、熱励起に依って流れるコレクタ電
流ISATは熱平衡時の準粒子密度NTに比例する。尚、熱励
起に依って流れるコレクタ電流ISATは前記したところか
ら判るようにトランジスタ動作には無関係な無駄な電流
である。
クタ電流ISATは、 ISAT＝NT ed/τeff〔A/cm2〕 NT：熱平衡時の準粒子密度 d:ベースの厚み τeff：実効再結合時間 で与えられる。即ち、熱励起に依って流れるコレクタ電
流ISATは熱平衡時の準粒子密度NTに比例する。尚、熱励
起に依って流れるコレクタ電流ISATは前記したところか
ら判るようにトランジスタ動作には無関係な無駄な電流
である。
ところで、熱平衡時の準粒子密度NTは、ギャップ・パラ
メータが同程度であれば、超伝導体の電子密度に比例す
る。従って、若し、低電子密度の超伝導体を用いれば準
粒子密度が小さくなり、無駄な電流である熱励起に依っ
て流れるコレクタ電流ISATも少なくなる。また、同じ電
子透過率の準粒子コレクタを用いた場合でも、電子密度
そのものが小さい為、その分だけ高インピーダンスのコ
レクタとなる。
メータが同程度であれば、超伝導体の電子密度に比例す
る。従って、若し、低電子密度の超伝導体を用いれば準
粒子密度が小さくなり、無駄な電流である熱励起に依っ
て流れるコレクタ電流ISATも少なくなる。また、同じ電
子透過率の準粒子コレクタを用いた場合でも、電子密度
そのものが小さい為、その分だけ高インピーダンスのコ
レクタとなる。
そこで、本発明に依る超伝導装置では、全体或いは一部
が通常の金属に於ける電子密度より低い値のそれを有す
る酸化物超伝導体（例えばBaPb1-xBixO3）で構成された
ベース層（例えばベース層２）と、該ベース層に準粒子
を注入する手段（例えばNbからるエミッタ層３）と、該
ベース層から準粒子を取り出すコレクタ（例えばInSbか
らなる半導体基板１）とを備えてなる構造になってい
る。
が通常の金属に於ける電子密度より低い値のそれを有す
る酸化物超伝導体（例えばBaPb1-xBixO3）で構成された
ベース層（例えばベース層２）と、該ベース層に準粒子
を注入する手段（例えばNbからるエミッタ層３）と、該
ベース層から準粒子を取り出すコレクタ（例えばInSbか
らなる半導体基板１）とを備えてなる構造になってい
る。
この手段によれば、リーク電流が少なく、高い電子透過
率と高いインピーダンスを両立させた準粒子コレクタが
得られる為、特性良好なトランジスタ動作をする超伝導
装置が得られる。
率と高いインピーダンスを両立させた準粒子コレクタが
得られる為、特性良好なトランジスタ動作をする超伝導
装置が得られる。
第１図は本発明一実施例の要部切断側面図を表してい
る。
る。
図に於いて、１はInSbからなりコレクタとして作用する
半導体基板、２は低電子密度超伝導体であるBaPb1-xBix
O3からなるベース層、３は金属であるNbからなる準粒子
エミッタ層、４はSiO2からなる絶縁層、５はベース電
極、５′はエミッタ電極、６はオーミック接触のコレク
タ電極をそれぞれ示している。
半導体基板、２は低電子密度超伝導体であるBaPb1-xBix
O3からなるベース層、３は金属であるNbからなる準粒子
エミッタ層、４はSiO2からなる絶縁層、５はベース電
極、５′はエミッタ電極、６はオーミック接触のコレク
タ電極をそれぞれ示している。
尚、BaPb1-xBixO3に於けるｘの値としては0.3程度を選
択して良く、また、この実施例では、ベース電極５が準
粒子エミッタ層３を介して取り出されているが、超伝導
モードの場合には、この構成で何等の支障もないが、必
要あれば、ベース層２から直接取り出すようにしても良
い。
択して良く、また、この実施例では、ベース電極５が準
粒子エミッタ層３を介して取り出されているが、超伝導
モードの場合には、この構成で何等の支障もないが、必
要あれば、ベース層２から直接取り出すようにしても良
い。
図示例に於いて、コレクタである半導体基板１は、InSb
に限られず、GaAs,InAs,In1-xGaxAs,InP,HgCdTeなどに
代替することができ、また、ベース層２を構成する低電
子密度超伝導体としては、例示したものの他、Li1+xTi
2-xO4或いはMxMo6S8（Ｍ＝Pb,Cu）などを用いることが
でき、更にまた、準粒子エミッタ層３を構成する金属と
してはNbの他にAlなどを用いることが可能である。尚、
第１図には示されていないが、ベース層２と準粒子エミ
ッタ層３との間にはトンネル・バリヤが介在している。
に限られず、GaAs,InAs,In1-xGaxAs,InP,HgCdTeなどに
代替することができ、また、ベース層２を構成する低電
子密度超伝導体としては、例示したものの他、Li1+xTi
2-xO4或いはMxMo6S8（Ｍ＝Pb,Cu）などを用いることが
でき、更にまた、準粒子エミッタ層３を構成する金属と
してはNbの他にAlなどを用いることが可能である。尚、
第１図には示されていないが、ベース層２と準粒子エミ
ッタ層３との間にはトンネル・バリヤが介在している。
本実施例に依ると、バイポーラ・トランジスタと同様な
動作をさせることが可能であるのは勿論、ベース層２の
電子密度が金属より小さい為、コレクタである半導体基
板１に於けるリーク電流は少なく、高い電子透過率と高
インピーダンスが同時に実現されている。
動作をさせることが可能であるのは勿論、ベース層２の
電子密度が金属より小さい為、コレクタである半導体基
板１に於けるリーク電流は少なく、高い電子透過率と高
インピーダンスが同時に実現されている。
第２図は本発明に於ける他の実施例を表す要部切断側面
図であり、第１図に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
図であり、第１図に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
本実施例が第１図に関して説明した実施例と相違する点
は、低電子密度超伝導体からなるベース層２上に例えば
Nbからなる超伝導金属層２′が形成され、その上に準粒
子エミッタ層３が形成されていることである。
は、低電子密度超伝導体からなるベース層２上に例えば
Nbからなる超伝導金属層２′が形成され、その上に準粒
子エミッタ層３が形成されていることである。
このような構成にすると、準粒子エミッタ層３がエネル
ギ・ギャップが比較的大きいNbなどの超伝導金属層２′
上に形成されている為、準粒子エミッタ層３の非線型性
が大きくなること、そして、注入された準粒子が超伝導
金属層２′からベース層２に移動した際に第１図に示し
た実施例と比較して高速で走行する為、動作速度が向上
すること等の効果が付加される。
ギ・ギャップが比較的大きいNbなどの超伝導金属層２′
上に形成されている為、準粒子エミッタ層３の非線型性
が大きくなること、そして、注入された準粒子が超伝導
金属層２′からベース層２に移動した際に第１図に示し
た実施例と比較して高速で走行する為、動作速度が向上
すること等の効果が付加される。
本発明に依る超伝導装置では、ベース層の全部或いは一
部に金属の電子密度より小さい値のそれを有する低電子
密度酸化物超伝導体を適用した構成を採っている。
部に金属の電子密度より小さい値のそれを有する低電子
密度酸化物超伝導体を適用した構成を採っている。
このような構成に依り、リーク電流が少なく、高い電子
透過率と高いインピーダンスを同時に実現した準粒子コ
レクタが得られている。
透過率と高いインピーダンスを同時に実現した準粒子コ
レクタが得られている。
従って、本発明の超伝導装置をトランジスタ動作させる
場合、さほどの低温度を維持しなくても良好に動作し、
また、コレクタの設計も容易である。
場合、さほどの低温度を維持しなくても良好に動作し、
また、コレクタの設計も容易である。
第１図及び第２図は本発明に於けるそれぞれ異なる実施
例を表す要部切断側面図である。 図に於いて、１は半導体基板、２はベース層、２′は超
伝導金属層、３はエミッタ層、４は絶縁層、５はベース
電極、５′はエミッタ電極、６はコレクタ電極をそれぞ
れ示している。
例を表す要部切断側面図である。 図に於いて、１は半導体基板、２はベース層、２′は超
伝導金属層、３はエミッタ層、４は絶縁層、５はベース
電極、５′はエミッタ電極、６はコレクタ電極をそれぞ
れ示している。
Claims (1)
- 【請求項１】全体或いは一部が通常の金属に於ける電子
密度より低い値のそれを有する酸化物超伝導体で構成さ
れたベース層と、 該ベース層に準粒子を注入する手段と、 該ベース層から準粒子を取り出すコレクタと を備えてなることを特徴とする超伝導装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60105944A JPH071805B2 (ja) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | 超伝導装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60105944A JPH071805B2 (ja) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | 超伝導装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61264769A JPS61264769A (ja) | 1986-11-22 |
| JPH071805B2 true JPH071805B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=14420955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60105944A Expired - Lifetime JPH071805B2 (ja) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | 超伝導装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071805B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5106819A (en) * | 1988-07-08 | 1992-04-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Oxide superconducting tunnel junctions and manufacturing method for the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4575741A (en) * | 1984-04-26 | 1986-03-11 | International Business Machines Corporation | Cryogenic transistor with a superconducting base and a semiconductor-isolated collector |
-
1985
- 1985-05-20 JP JP60105944A patent/JPH071805B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61264769A (ja) | 1986-11-22 |
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