JPH08288563A - 超電導電界効果型素子およびその作製方法 - Google Patents
超電導電界効果型素子およびその作製方法Info
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- JPH08288563A JPH08288563A JP7115070A JP11507095A JPH08288563A JP H08288563 A JPH08288563 A JP H08288563A JP 7115070 A JP7115070 A JP 7115070A JP 11507095 A JP11507095 A JP 11507095A JP H08288563 A JPH08288563 A JP H08288563A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 SrTiＯ3（１００）基板５上に配置されたPr1
Ba2Cu3Ｏ7-y バッファ層20と、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ
層20上に配置された 【化１】 （PrwＹ1-w)Ba2Cu3Ｏ7-z（０＜ｗ＜１，０＜ｚ＜１） または 【化２】 Ｙ1Ba2Cu3-vCovＯ7-u（０＜ｖ＜３，０＜ｕ＜１） で示される酸化物超電導体で構成された超電導チャネル
と、超電導チャネルの両端に電気的に接して配置された
超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３と、超
電導チャネル上にゲート絶縁層７を介して配置され、超
電導チャネルを流れる電流を制御するためのゲート電圧
が印加されるゲート電極４とを備える超電導電界効果型
素子。 【効果】 超電導チャネルを従来よりも厚くできるので
容易に作製できる。
Ba2Cu3Ｏ7-y バッファ層20と、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ
層20上に配置された 【化１】 （PrwＹ1-w)Ba2Cu3Ｏ7-z（０＜ｗ＜１，０＜ｚ＜１） または 【化２】 Ｙ1Ba2Cu3-vCovＯ7-u（０＜ｖ＜３，０＜ｕ＜１） で示される酸化物超電導体で構成された超電導チャネル
と、超電導チャネルの両端に電気的に接して配置された
超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３と、超
電導チャネル上にゲート絶縁層７を介して配置され、超
電導チャネルを流れる電流を制御するためのゲート電圧
が印加されるゲート電極４とを備える超電導電界効果型
素子。 【効果】 超電導チャネルを従来よりも厚くできるので
容易に作製できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導電界効果型素子
およびその作製方法に関する。より詳細には、酸化物超
電導体で構成された超電導チャネル、超電導ソース領域
および超電導ドレイン領域と、超電導チャネル上にゲー
ト絶縁層を介して配置されたゲート電極とを備え、超電
導チャネルに流れる電流を完全に遮断できる超電導電界
効果型素子に関する。
およびその作製方法に関する。より詳細には、酸化物超
電導体で構成された超電導チャネル、超電導ソース領域
および超電導ドレイン領域と、超電導チャネル上にゲー
ト絶縁層を介して配置されたゲート電極とを備え、超電
導チャネルに流れる電流を完全に遮断できる超電導電界
効果型素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導現象を利用した素子は、従来の半
導体素子に比較して高速であり、消費電力も小さく、飛
躍的に高性能化することができると考えられている。特
に近年研究が進んでいる酸化物超電導体を使用すること
により、比較的高い温度で動作する超電導素子を作製す
ることが可能である。実用上極めて重要だと考えられて
いる３端子の超電導素子の１つに、超電導体で形成され
た超電導チャネルに流れる超電導電流をゲート電極で制
御する超電導電界効果型素子がある。超電導電界効果型
素子は、電圧制御型の素子であって信号の増幅作用があ
り、電流密度が大きく、製造上も困難な微細加工を必要
としない。
導体素子に比較して高速であり、消費電力も小さく、飛
躍的に高性能化することができると考えられている。特
に近年研究が進んでいる酸化物超電導体を使用すること
により、比較的高い温度で動作する超電導素子を作製す
ることが可能である。実用上極めて重要だと考えられて
いる３端子の超電導素子の１つに、超電導体で形成され
た超電導チャネルに流れる超電導電流をゲート電極で制
御する超電導電界効果型素子がある。超電導電界効果型
素子は、電圧制御型の素子であって信号の増幅作用があ
り、電流密度が大きく、製造上も困難な微細加工を必要
としない。
【０００３】図２に超電導電界効果型素子の一例の概略
図を示す。図２に示した超電導電界効果型素子は、SrTi
Ｏ3 等の基板５上に形成されたPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ
層20上に配置されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体によ
る超電導チャネル10と、超電導チャネル10の両端付近に
それぞれ配置されたやはりＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
体の超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３
と、超電導チャネル10上にSrTiＯ3のゲート絶縁層７を
介して配置されたゲート電極４とを具備する。また、超
電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３上にはそ
れぞれソース電極12およびドレイン電極13が形成されて
いる。ゲート電極、ソース電極12およびドレイン電極13
には、Au等の貴金属が使用されている。この超電導電界
効果型素子は、ソース電極12およびドレイン電極13から
供給され、超電導ソース領域２および超電導ドレイン電
極３間の超電導チャネル10を流れる超電導電流をゲート
電極４に印加する電圧で制御する。
図を示す。図２に示した超電導電界効果型素子は、SrTi
Ｏ3 等の基板５上に形成されたPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ
層20上に配置されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体によ
る超電導チャネル10と、超電導チャネル10の両端付近に
それぞれ配置されたやはりＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
体の超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３
と、超電導チャネル10上にSrTiＯ3のゲート絶縁層７を
介して配置されたゲート電極４とを具備する。また、超
電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３上にはそ
れぞれソース電極12およびドレイン電極13が形成されて
いる。ゲート電極、ソース電極12およびドレイン電極13
には、Au等の貴金属が使用されている。この超電導電界
効果型素子は、ソース電極12およびドレイン電極13から
供給され、超電導ソース領域２および超電導ドレイン電
極３間の超電導チャネル10を流れる超電導電流をゲート
電極４に印加する電圧で制御する。
【０００４】上記の超電導電界効果型素子では、超電導
チャネル10を流れる超電導電流をゲート電極４に印加す
る電圧で制御する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体のキ
ャリア密度は1020〜1021／cm3 程度であり、ＣＭＯＳ半
導体に多用されている３〜５Ｖの電圧をゲート電極４に
印加して超電導チャネルの電流を制御するためには、超
電導チャネル10のゲート部分の厚さは５nm程度にしなけ
ればならず、また、ゲート絶縁層７の厚さも10〜15nmに
しなければならない。一方、この極薄の超電導チャネル
は、結晶性がよく、特性が優れた酸化物超電導薄膜で構
成されていなければならない。これを実現するために、
上記超電導電界効果型素子では、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物
超電導体と、結晶構造が等しく、格子定数が極めて近い
Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yの層を基板上に形成し、その上にＹ1Ba2
Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体で超電導チャネルを形成してい
る。このPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層により、基板と超電
導チャネルとの間の相互拡散が防止され、結晶の格子定
数の不一致も解消される。よって、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッ
ファ層上には、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜が良好
に二次元成長する。
チャネル10を流れる超電導電流をゲート電極４に印加す
る電圧で制御する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体のキ
ャリア密度は1020〜1021／cm3 程度であり、ＣＭＯＳ半
導体に多用されている３〜５Ｖの電圧をゲート電極４に
印加して超電導チャネルの電流を制御するためには、超
電導チャネル10のゲート部分の厚さは５nm程度にしなけ
ればならず、また、ゲート絶縁層７の厚さも10〜15nmに
しなければならない。一方、この極薄の超電導チャネル
は、結晶性がよく、特性が優れた酸化物超電導薄膜で構
成されていなければならない。これを実現するために、
上記超電導電界効果型素子では、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物
超電導体と、結晶構造が等しく、格子定数が極めて近い
Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yの層を基板上に形成し、その上にＹ1Ba2
Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体で超電導チャネルを形成してい
る。このPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層により、基板と超電
導チャネルとの間の相互拡散が防止され、結晶の格子定
数の不一致も解消される。よって、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッ
ファ層上には、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜が良好
に二次元成長する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の超電導電界
効果型素子の、ゲート構造は上述のように極めて微細で
あり、加工が非常に難しい。そのために、従来の超電導
電界効果型素子は、作製工程数が多いだけでなく、ゲー
ト部分の加工不良により歩留りも悪かった。
効果型素子の、ゲート構造は上述のように極めて微細で
あり、加工が非常に難しい。そのために、従来の超電導
電界効果型素子は、作製工程数が多いだけでなく、ゲー
ト部分の加工不良により歩留りも悪かった。
【０００６】そこで本発明の目的は、上記従来技術の問
題点を解決した新規な構成の超電導電界効果型素子を提
供することにある。
題点を解決した新規な構成の超電導電界効果型素子を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、基板
と、この基板上に配置された酸化物超電導体で構成され
た超電導チャネルと、超電導チャネルの両端に電気的に
接して配置された超電導ソース領域および超電導ドレイ
ン領域と、超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配
置され、超電導チャネルを流れる電流を制御するための
ゲート電圧が印加されるゲート電極とを備える超電導電
界効果型素子において、超電導チャネルが以下の
と、この基板上に配置された酸化物超電導体で構成され
た超電導チャネルと、超電導チャネルの両端に電気的に
接して配置された超電導ソース領域および超電導ドレイ
ン領域と、超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配
置され、超電導チャネルを流れる電流を制御するための
ゲート電圧が印加されるゲート電極とを備える超電導電
界効果型素子において、超電導チャネルが以下の
【化３】 （PrwＹ1-w)Ba2Cu3Ｏ7-z（０＜ｗ＜１，０＜ｚ＜１） または
【化４】 Ｙ1Ba2Cu3-vCovＯ7-u（０＜ｖ＜３，０＜ｕ＜１） で示される酸化物超電導体で構成されていることを特徴
とする超電導電界効果型素子が提供される。
とする超電導電界効果型素子が提供される。
【０００８】本発明の超電導電界効果型素子は、超電導
チャネルを構成する化３または化４の酸化物超電導体
が、超電導チャネルの上面から下面に向かってPrまたは
Coの含有量が連続的に大きくなる組成分布を有すること
が好ましい。
チャネルを構成する化３または化４の酸化物超電導体
が、超電導チャネルの上面から下面に向かってPrまたは
Coの含有量が連続的に大きくなる組成分布を有すること
が好ましい。
【０００９】また、本発明の超電導電界効果型素子は、
少なくとも基板と超電導チャネルとの間にPr1Ba2Cu3Ｏ
7-yバッファ層を有することが好ましい。
少なくとも基板と超電導チャネルとの間にPr1Ba2Cu3Ｏ
7-yバッファ層を有することが好ましい。
【００１０】一方、本発明においては、基板上にバッフ
ァ層を形成する工程と、バッファ層の中央部にPr層を蒸
着する工程と、中央部にPr層を有するバッファ層全体の
上にＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体をPrがＹ1Ba2Cu3Ｏ
7-X酸化物超電導体中に拡散し、上記化３で示される酸
化物超電導体層による超電導チャネルが形成されるよう
蒸着する工程と、超電導チャネルの上にゲート絶縁層を
形成する工程と、ゲート絶縁層上にゲート電極を形成す
る工程と、ゲート電極の両側にそれぞれ超電導ソース領
域および超電導ドレイン領域を形成する工程とを含むこ
とを特長とする超電導電界効果型素子の作製方法が提供
される。
ァ層を形成する工程と、バッファ層の中央部にPr層を蒸
着する工程と、中央部にPr層を有するバッファ層全体の
上にＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体をPrがＹ1Ba2Cu3Ｏ
7-X酸化物超電導体中に拡散し、上記化３で示される酸
化物超電導体層による超電導チャネルが形成されるよう
蒸着する工程と、超電導チャネルの上にゲート絶縁層を
形成する工程と、ゲート絶縁層上にゲート電極を形成す
る工程と、ゲート電極の両側にそれぞれ超電導ソース領
域および超電導ドレイン領域を形成する工程とを含むこ
とを特長とする超電導電界効果型素子の作製方法が提供
される。
【００１１】さらに本発明では、基板上にバッファ層を
形成する工程と、バッファ層の中央部にCo層を蒸着する
工程と、中央部にPr層を有するバッファ層全体の上にＹ
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体をCoがＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導体中に拡散し、上記化４で示される酸化物超電
導体層による超電導チャネルが形成されるよう蒸着する
工程と、超電導チャネルの上にゲート絶縁層を形成する
工程と、ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程
と、ゲート電極の両側にそれぞれ超電導ソース領域およ
び超電導ドレイン領域を形成する工程とを含むことを特
長とする超電導電界効果型素子の作製方法が提供され
る。
形成する工程と、バッファ層の中央部にCo層を蒸着する
工程と、中央部にPr層を有するバッファ層全体の上にＹ
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体をCoがＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導体中に拡散し、上記化４で示される酸化物超電
導体層による超電導チャネルが形成されるよう蒸着する
工程と、超電導チャネルの上にゲート絶縁層を形成する
工程と、ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程
と、ゲート電極の両側にそれぞれ超電導ソース領域およ
び超電導ドレイン領域を形成する工程とを含むことを特
長とする超電導電界効果型素子の作製方法が提供され
る。
【００１２】
【作用】本発明の超電導電界効果型素子は、超電導チャ
ネルが、上記化３または化４で示される酸化物超電導体
で構成されている。化３および化４で示される酸化物超
電導体は、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X等従来超電導チャネルに使用
されてきた酸化物超電導体に比較して、キャリア密度が
１桁程度低い。超電導電界効果型素子においては、一定
の動作電圧（ゲート電圧）に対して、チャネルのキャリ
ア密度ｎ、チャネル厚ｄの関係はｎ×ｄ2 ＝一定であ
る。従って、上記化３および化４で示される酸化物超電
導体で超電導チャネルを形成すると、等しいゲート電圧
（ゲート電極に印加する信号電圧）に対して、Ｙ1Ba2Cu
3Ｏ7-X等従来の酸化物超電導体で超電導チャネル形成し
た場合と比較して、チャネル厚ｄを３倍程度厚くするこ
とが可能である。
ネルが、上記化３または化４で示される酸化物超電導体
で構成されている。化３および化４で示される酸化物超
電導体は、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X等従来超電導チャネルに使用
されてきた酸化物超電導体に比較して、キャリア密度が
１桁程度低い。超電導電界効果型素子においては、一定
の動作電圧（ゲート電圧）に対して、チャネルのキャリ
ア密度ｎ、チャネル厚ｄの関係はｎ×ｄ2 ＝一定であ
る。従って、上記化３および化４で示される酸化物超電
導体で超電導チャネルを形成すると、等しいゲート電圧
（ゲート電極に印加する信号電圧）に対して、Ｙ1Ba2Cu
3Ｏ7-X等従来の酸化物超電導体で超電導チャネル形成し
た場合と比較して、チャネル厚ｄを３倍程度厚くするこ
とが可能である。
【００１３】本発明の超電導電界効果型素子では、チャ
ネル厚を従来よりも厚くできるので作製プロセスが容易
になる。また、チャネル部がセルフアライン構造となる
ので、小型化した場合にも精度が保てる。さらに、チャ
ネル部がコンタクトを形成するのにも十分な厚さを有す
るので、ソース部およびドレイン部もチャネル部と同じ
厚さのままでよい。従って、従来の超電導電界効果型素
子のようにソース部およびドレイン部をチャネル部より
も厚くする加工を行う必要もない。
ネル厚を従来よりも厚くできるので作製プロセスが容易
になる。また、チャネル部がセルフアライン構造となる
ので、小型化した場合にも精度が保てる。さらに、チャ
ネル部がコンタクトを形成するのにも十分な厚さを有す
るので、ソース部およびドレイン部もチャネル部と同じ
厚さのままでよい。従って、従来の超電導電界効果型素
子のようにソース部およびドレイン部をチャネル部より
も厚くする加工を行う必要もない。
【００１４】本発明の超電導電界効果型素子において
は、化３または化４で示される酸化物超電導体が、超電
導チャネルの上面から下面に向かってPrまたはCoの含有
量が連続的に大きくなる組成分布を有することが好まし
い。この場合、化３または化４で示される酸化物超電導
体の臨界電流密度が、PrまたはCoの影響によりＹ1Ba2Cu
3Ｏ7-X酸化物超電導体よりも小さくなっても、超電導チ
ャネル上部のPrまたはCoの含有量が小さい部分で十分大
きな電流を流すことができる。
は、化３または化４で示される酸化物超電導体が、超電
導チャネルの上面から下面に向かってPrまたはCoの含有
量が連続的に大きくなる組成分布を有することが好まし
い。この場合、化３または化４で示される酸化物超電導
体の臨界電流密度が、PrまたはCoの影響によりＹ1Ba2Cu
3Ｏ7-X酸化物超電導体よりも小さくなっても、超電導チ
ャネル上部のPrまたはCoの含有量が小さい部分で十分大
きな電流を流すことができる。
【００１５】また、本発明の超電導電界効果型素子で
は、少なくとも超電導チャネルと基板との間にPr1Ba2Cu
3Ｏ7-yバッファ層を備えることも好ましい。Pr1Ba2Cu3
Ｏ7-yバッファ層により、基板と超電導チャネルとの間
の相互拡散が防止され、良質な超電導チャネルが形成で
きるからである。この場合、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層
の厚さは５〜30nmが好ましい。
は、少なくとも超電導チャネルと基板との間にPr1Ba2Cu
3Ｏ7-yバッファ層を備えることも好ましい。Pr1Ba2Cu3
Ｏ7-yバッファ層により、基板と超電導チャネルとの間
の相互拡散が防止され、良質な超電導チャネルが形成で
きるからである。この場合、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層
の厚さは５〜30nmが好ましい。
【００１６】本発明の超電導電界効果型素子に使用する
基板としては、MgＯ、SrTiＯ3等の絶縁体基板の他、適
当なバッファ層を成膜面上に有するSi等の半導体基板が
使用できる。
基板としては、MgＯ、SrTiＯ3等の絶縁体基板の他、適
当なバッファ層を成膜面上に有するSi等の半導体基板が
使用できる。
【００１７】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【００１８】
【実施例】本発明の超電導電界効果型素子を作製した。
図１を参照して、その工程を説明する。まず、図１(a)
に示すようなSrTiＯ3（１００）基板５上に図１(b) に
示すようｃ軸配向のPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層20を成膜
する。成膜方法としては、ＭＢＥ法、特に反応性共蒸着
法が好ましい。反応性共蒸着法で成膜を行う際の主な成
膜条件を以下に示す。 基板温度 700 ℃ 圧力 ３×10-5Torr （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Pr： 1300 ℃ Ba： 620 ℃ Cu： 1000 ℃ 膜厚 10 nm Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層20の厚さは、その上に良質の
酸化物超電導体薄膜が形成できる５〜30nmが好ましい。
図１を参照して、その工程を説明する。まず、図１(a)
に示すようなSrTiＯ3（１００）基板５上に図１(b) に
示すようｃ軸配向のPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層20を成膜
する。成膜方法としては、ＭＢＥ法、特に反応性共蒸着
法が好ましい。反応性共蒸着法で成膜を行う際の主な成
膜条件を以下に示す。 基板温度 700 ℃ 圧力 ３×10-5Torr （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Pr： 1300 ℃ Ba： 620 ℃ Cu： 1000 ℃ 膜厚 10 nm Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層20の厚さは、その上に良質の
酸化物超電導体薄膜が形成できる５〜30nmが好ましい。
【００１９】次に、蒸着源をPrのみにして、さらにマス
ク50を使用してPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層20の中心付近
上に、図１(c)に示すよう、Pr層21を形成する。成膜条
件を以下に示す。 基板温度 500 ℃ 圧力 １×10-9Torr 膜厚 10 nm
ク50を使用してPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層20の中心付近
上に、図１(c)に示すよう、Pr層21を形成する。成膜条
件を以下に示す。 基板温度 500 ℃ 圧力 １×10-9Torr 膜厚 10 nm
【００２０】続いて、蒸着源をＹ、BaおよびCuに切り替
えて、Pr層21を形成したPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層20上
にｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X 酸化物超電導薄膜１を成
膜する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１が成長する
間にPrが拡散して化３に示した酸化物超電導体で構成さ
れた領域22が、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１中に
形成される。この領域22は、PrがＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物
超電導薄膜１中に拡散して形成されるので、上面から下
面に向かってPr含有量が連続的に大きくなる組成分布を
有する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１の厚さは、
化３の酸化物超電導体で構成された超電導チャネルに適
当な20nm程度の厚さとする。主な成膜条件を以下に示
す。 基板温度 700 ℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Ｙ： 1220 ℃ Ba： 620 ℃ Cu： 1000 ℃ 膜厚 5 nm
えて、Pr層21を形成したPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層20上
にｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X 酸化物超電導薄膜１を成
膜する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１が成長する
間にPrが拡散して化３に示した酸化物超電導体で構成さ
れた領域22が、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１中に
形成される。この領域22は、PrがＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物
超電導薄膜１中に拡散して形成されるので、上面から下
面に向かってPr含有量が連続的に大きくなる組成分布を
有する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１の厚さは、
化３の酸化物超電導体で構成された超電導チャネルに適
当な20nm程度の厚さとする。主な成膜条件を以下に示
す。 基板温度 700 ℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Ｙ： 1220 ℃ Ba： 620 ℃ Cu： 1000 ℃ 膜厚 5 nm
【００２１】次に、図１(e) に示すよう、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ
7-X酸化物超電導薄膜１の領域22上に、ゲート絶縁層７
をSrTiＯ3で形成する。ゲート絶縁層７上に、Auでゲー
ト電極４を真空蒸着法で形成する。ゲート絶縁層７の厚
さは、トンネル電流が流れないよう10nm以上の厚さにす
る必要があるが、厚すぎる場合には、ゲート電極に高い
信号電圧を印加しなければ超電導チャネル中を流れる超
電導電流の変調、制御を行うことができなくなる。従っ
て、ゲート絶縁層７の厚さは、100 nm以下とする。主な
成膜条件を以下に示す。 基板温度 500 ℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Sr： 600 ℃ Ti： 1500 ℃ 膜厚 15 nm
7-X酸化物超電導薄膜１の領域22上に、ゲート絶縁層７
をSrTiＯ3で形成する。ゲート絶縁層７上に、Auでゲー
ト電極４を真空蒸着法で形成する。ゲート絶縁層７の厚
さは、トンネル電流が流れないよう10nm以上の厚さにす
る必要があるが、厚すぎる場合には、ゲート電極に高い
信号電圧を印加しなければ超電導チャネル中を流れる超
電導電流の変調、制御を行うことができなくなる。従っ
て、ゲート絶縁層７の厚さは、100 nm以下とする。主な
成膜条件を以下に示す。 基板温度 500 ℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Sr： 600 ℃ Ti： 1500 ℃ 膜厚 15 nm
【００２２】ゲート絶縁層７は、BaTiＯ3、BaxSr1-xTi
Ｏ3（０≦ｘ≦１）でも形成することができる。一方、
ゲート電極４は、Au以外にPt、Ag等の貴金属、多結晶S
i、酸化物超電導体を使用してもよい。
Ｏ3（０≦ｘ≦１）でも形成することができる。一方、
ゲート電極４は、Au以外にPt、Ag等の貴金属、多結晶S
i、酸化物超電導体を使用してもよい。
【００２３】最後に、図１(f)に示すようＹ1Ba2Cu3Ｏ
7-X酸化物超電導薄膜を反応性共蒸着法で成膜し、超電
導ソース領域２および超電導ドレイン領域３を形成し、
超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３上にAu
等の貴金属でソース電極12およびドレイン電極13を形成
する。本実施例の超電導電界効果型素子では、Ｙ1Ba2Cu
3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１のゲート絶縁層７の下側の領
域22の部分が、超電導チャネルとなっている。超電導ソ
ース領域２および超電導ドレイン領域３は、コンタクト
を形成するのに十分な 100nm以上の厚さとすることが好
ましい。また、垂直方向に大きな電流を流すことができ
るａ軸配向の酸化物超電導薄膜で形成することが好まし
い。ａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の成膜
条件を以下に示す。 基板温度 650 ℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Ｙ： 1220 ℃ Ba： 620 ℃ Cu： 1000 ℃ 膜厚 300 nm
7-X酸化物超電導薄膜を反応性共蒸着法で成膜し、超電
導ソース領域２および超電導ドレイン領域３を形成し、
超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３上にAu
等の貴金属でソース電極12およびドレイン電極13を形成
する。本実施例の超電導電界効果型素子では、Ｙ1Ba2Cu
3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１のゲート絶縁層７の下側の領
域22の部分が、超電導チャネルとなっている。超電導ソ
ース領域２および超電導ドレイン領域３は、コンタクト
を形成するのに十分な 100nm以上の厚さとすることが好
ましい。また、垂直方向に大きな電流を流すことができ
るａ軸配向の酸化物超電導薄膜で形成することが好まし
い。ａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の成膜
条件を以下に示す。 基板温度 650 ℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Ｙ： 1220 ℃ Ba： 620 ℃ Cu： 1000 ℃ 膜厚 300 nm
【００２４】以上のように作製した本発明の超電導電界
効果型素子の特性を測定したところ、ソース−ドレイン
間の電流−電圧特性は、理想的なものとなっていた。
効果型素子の特性を測定したところ、ソース−ドレイン
間の電流−電圧特性は、理想的なものとなっていた。
【００２５】本発明の超電導電界効果型素子は、超電導
チャネルを化４の酸化物超電導体で構成してもよい。そ
の場合、図１(c)の工程で、PrではなくCo層21をPr1Ba2C
u3Ｏ7-yバッファ層20の中央部付近に形成する。この場
合の成膜条件を以下に示す。 基板温度 700 ℃ 圧力 １×10-9Torr 膜厚 10 nm
チャネルを化４の酸化物超電導体で構成してもよい。そ
の場合、図１(c)の工程で、PrではなくCo層21をPr1Ba2C
u3Ｏ7-yバッファ層20の中央部付近に形成する。この場
合の成膜条件を以下に示す。 基板温度 700 ℃ 圧力 １×10-9Torr 膜厚 10 nm
【００２６】次に、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１
をCo層21を形成したPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層20上に成
膜すれば、CoがＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X 酸化物超電導薄膜１中
に拡散し、化４に示した酸化物超電導体で構成された領
域22が、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１中に形成さ
れる。この領域22は、CoがＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜１中に拡散して形成されるので、上面から下面に向
かってCo含有量が連続的に大きくなる組成分布を有す
る。化４で示した酸化物超電導体を使用する場合も、Ｙ
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１の厚さは20nmにするこ
とが好ましい。他の工程は、化３の酸化物超電導体をし
ようした場合と同様である。
をCo層21を形成したPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層20上に成
膜すれば、CoがＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X 酸化物超電導薄膜１中
に拡散し、化４に示した酸化物超電導体で構成された領
域22が、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１中に形成さ
れる。この領域22は、CoがＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜１中に拡散して形成されるので、上面から下面に向
かってCo含有量が連続的に大きくなる組成分布を有す
る。化４で示した酸化物超電導体を使用する場合も、Ｙ
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１の厚さは20nmにするこ
とが好ましい。他の工程は、化３の酸化物超電導体をし
ようした場合と同様である。
【００２７】本実施例では、本発明の超電導電界効果型
素子の一例についてのみ説明したが、本発明の超電導電
界効果型素子の構成は、本実施例のものに限定されな
い。例えば、超電導ソース領域および超電導ドレイン領
域は、超電導チャネルに超電導電流を効率よく絞り込め
るよう超電導チャネルから厚さが緩やかに変化する形状
とすることもできる。また、超電導チャネル、ゲート絶
縁層およびゲート電極は、製造工程でセルフアラインす
るように構成することもできる。
素子の一例についてのみ説明したが、本発明の超電導電
界効果型素子の構成は、本実施例のものに限定されな
い。例えば、超電導ソース領域および超電導ドレイン領
域は、超電導チャネルに超電導電流を効率よく絞り込め
るよう超電導チャネルから厚さが緩やかに変化する形状
とすることもできる。また、超電導チャネル、ゲート絶
縁層およびゲート電極は、製造工程でセルフアラインす
るように構成することもできる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従えば、
新規な構成の超電導電界効果型素子が提供される。本発
明の超電導電界効果型素子は、新規な酸化物超電導材料
を使用することにより、他の特性を維持したまま、超電
導チャネルを従来のものよりもはるかに厚くすることが
できる。従って、従来の超電導電界効果型素子よりも容
易に作製することができ、歩留りもよい。
新規な構成の超電導電界効果型素子が提供される。本発
明の超電導電界効果型素子は、新規な酸化物超電導材料
を使用することにより、他の特性を維持したまま、超電
導チャネルを従来のものよりもはるかに厚くすることが
できる。従って、従来の超電導電界効果型素子よりも容
易に作製することができ、歩留りもよい。
【図１】本発明の超電導電界効果型素子を作製する工程
を説明する図である。
を説明する図である。
【図２】従来の超電導電界効果型素子の構成を説明する
図である。
図である。
１ 酸化物超電導薄膜 ２ 超電導ソース領域 ３ 超電導ドレイン領域 ４ ゲート電極 ５ 基板 ７ ゲート絶縁層 10 超電導チャネル 12 ソース電極 13 ドレイン電極 20 Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層
Claims (6)
- 【請求項１】 基板と、この基板上に配置された酸化物
超電導体で構成された超電導チャネルと、超電導チャネ
ルの両端に電気的に接して配置された超電導ソース領域
および超電導ドレイン領域と、超電導チャネル上にゲー
ト絶縁層を介して配置され、超電導チャネルを流れる電
流を制御するためのゲート電圧が印加されるゲート電極
とを備える超電導電界効果型素子において、超電導チャ
ネルが以下の 【化１】 （PrwＹ1-w)Ba2Cu3Ｏ7-z（０＜ｗ＜１，０＜ｚ＜１） または 【化２】 Ｙ1Ba2Cu3-vCovＯ7-u（０＜ｖ＜３，０＜ｕ＜１） で示される酸化物超電導体で構成されていることを特徴
とする超電導電界効果型素子。 - 【請求項２】 前記超電導チャネルを構成する化１の酸
化物超電導体が、超電導チャネルの上面から下面に向か
ってPrの含有量が連続的に大きくなる組成分布を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導電界効果型素
子。 - 【請求項３】 前記超電導チャネルを構成する化２の酸
化物超電導体が、超電導チャネルの上面から下面に向か
ってCoの含有量が連続的に大きくなる組成分布を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導電界効果型素
子。 - 【請求項４】 少なくとも前記基板と前記超電導チャネ
ルとの間にPr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層を有することを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導電
界効果型素子。 - 【請求項５】 基板上にバッファ層を形成する工程と、
バッファ層の中央部にPr層を蒸着する工程と、中央部に
Pr層を有するバッファ層全体の上にＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導体をPrがＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体中に拡
散し、上記化１で示される酸化物超電導体層による超電
導チャネルが形成されるよう蒸着する工程と、超電導チ
ャネルの上にゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶
縁層上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の両
側にそれぞれソース電極およびドレイン電極を形成する
工程とを含むことを特長とする超電導電界効果型素子の
作製方法。 - 【請求項６】 基板上にバッファ層を形成する工程と、
バッファ層の中央部にCo層を蒸着する工程と、中央部に
Pr層を有するバッファ層全体の上にＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導体をCoがＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体中に拡
散し、上記化２で示される酸化物超電導体層による超電
導チャネルが形成されるよう蒸着する工程と、超電導チ
ャネルの上にゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶
縁層上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の両
側にそれぞれソース電極およびドレイン電極を形成する
工程とを含むことを特長とする超電導電界効果型素子の
作製方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7115070A JPH08288563A (ja) | 1995-04-17 | 1995-04-17 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
| EP96400813A EP0739045A1 (en) | 1995-04-17 | 1996-04-16 | Superconducting field effect device having a superconducting channel and method for manufacturing the same |
| US08/633,444 US5861361A (en) | 1995-04-17 | 1996-04-17 | Superconducting field effect device having a superconducting channel and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7115070A JPH08288563A (ja) | 1995-04-17 | 1995-04-17 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08288563A true JPH08288563A (ja) | 1996-11-01 |
Family
ID=14653440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7115070A Withdrawn JPH08288563A (ja) | 1995-04-17 | 1995-04-17 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5861361A (ja) |
| EP (1) | EP0739045A1 (ja) |
| JP (1) | JPH08288563A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1140867A (ja) * | 1997-07-22 | 1999-02-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
| CN102664153B (zh) * | 2012-05-08 | 2016-04-06 | 肖德元 | 一种超导场效应晶体管、其制作方法及应用方法 |
| CN111900199B (zh) * | 2017-07-18 | 2021-12-14 | 电子科技大学 | 栅极抽取和注入场效应晶体管载流子控制方法 |
| EP3505490B1 (en) * | 2017-12-29 | 2022-02-09 | Imec Vzw | A method for forming a qubit device |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2620867B1 (fr) * | 1987-09-18 | 1990-09-07 | Thomson Csf | Materiau supraconducteur |
| KR910008717B1 (ko) * | 1987-11-09 | 1991-10-19 | 가부시끼가이샤 도시바 | 초전도체 |
| JPH0555645A (ja) * | 1990-06-11 | 1993-03-05 | Mitsubishi Kasei Corp | 薄膜素子 |
| JPH04302178A (ja) * | 1990-12-21 | 1992-10-26 | Texas Instr Inc <Ti> | 情報を磁界に記憶させる装置及び方法 |
| EP0533519B1 (en) * | 1991-08-26 | 1996-04-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
| JPH06112538A (ja) * | 1992-09-30 | 1994-04-22 | Fuji Electric Co Ltd | 超電導素子 |
| JPH06151872A (ja) * | 1992-11-09 | 1994-05-31 | Mitsubishi Kasei Corp | Ｆｅｔ素子 |
| JPH06204577A (ja) * | 1992-12-29 | 1994-07-22 | Fuji Electric Co Ltd | 超電導素子 |
| JPH0745880A (ja) * | 1993-07-29 | 1995-02-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 絶縁体薄膜と酸化物超電導薄膜との積層膜 |
-
1995
- 1995-04-17 JP JP7115070A patent/JPH08288563A/ja not_active Withdrawn
-
1996
- 1996-04-16 EP EP96400813A patent/EP0739045A1/en not_active Withdrawn
- 1996-04-17 US US08/633,444 patent/US5861361A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5861361A (en) | 1999-01-19 |
| EP0739045A1 (en) | 1996-10-23 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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