JPH01204484A - 超電導体電子装置 - Google Patents

超電導体電子装置

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JPH01204484A
JPH01204484A JP63029439A JP2943988A JPH01204484A JP H01204484 A JPH01204484 A JP H01204484A JP 63029439 A JP63029439 A JP 63029439A JP 2943988 A JP2943988 A JP 2943988A JP H01204484 A JPH01204484 A JP H01204484A
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superconductor
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crystal
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gate
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Tsutomu Tsuji
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 、〔産業上の利用分野〕 本発明は超電導体電子装置に関し、特に圧力ゲート形ト
ランジスタに関する。
〔従来の技術〕
従来のトランジスタのうちショットキー障壁形電界効果
トランジスタは、第7図に示すように、たとえばn型G
 a A s導電層101表面にG a A sとショ
ットキー接触するゲート電極102を設け、このゲート
金属全快むように設は定ソース電極21゜ドレイ/電極
22間に流れるドレイン電流を、ゲート電極直下のn型
G a A s表面に形成する空乏層105の厚みによ
って制御する。ま念、♂界結合形ジョセフソン(Jos
ephson)3端子素子は配線に流πる電流が作る磁
界をジョセフソン素子に結合することによ少入力を与え
るものであシ、さらにジョセフソン形電界効果トランジ
スタは、第8図に示すように弱結合形のジョセフソン素
子の超電導体−半導体接合部間に形成される縮退領域の
弱結合部109に電圧を加えて空乏層を形成して超電導
体のソース電極106とドレイン電極108間を流れる
超電導電子の数を制御するものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述しfc袋米のトランジスタにおいて、ショツトキー
障壁形電界効果トランジスタはチャンネル抵抗が大きい
之めに相互コンダクタンスgmは100m5程度しか得
られない問題がある。また磁界結合形ジョセフソン3端
子素子は磁束量Φo(=′2..07XIO”5Wb)
2確保するために大面積を必要とするので、この様な素
子では高集積化が難しい問題がちシ、嘔らにジョセフソ
ン形電界効果トランジスタは半導体結合の接合のために
素子抵抗が高く、まfiI−V特性にヒステリシスを生
じる問題がある。
本発明の目的は、相互コンダクタンスが大キく高集積化
可能な新しい超電導体電子装置を提供することにある。
〔課題を解決するtめの手段〕
本発明の超電導体電子装置は、絶縁性基板表面に被着さ
れ前記表面と平行方向に二次元的に超電導性を示す結晶
面をもつ所定形状の超電導体結晶層と、前記超電導体結
晶層上にこれを横断して設けられ友圧電素子を含む圧力
ゲートと、前記圧力ゲートを挾んで前記超電導体結晶層
に被着嘔れ之一対の導電膜よりなるソース電極及びドレ
イ/電極とを含むというものである。
〔作 用〕
セラミック系超電導体として知られている擬ペロブスカ
イト構造やKINiF4型構造のセラミック結晶は、Y
sランタノイド元素の−i (La、 yb。
Tm、Er、Ho、Dy、Tb、Gd、Eu、Sm)と
アルカリ土類金属(Ba、 Ca、 Srなど)及び2
価の(Cu、Ag)と0とから成るL n −A−Cu
 (A’g )酸化物で、低温においてその電気抵抗が
零になる超電導性を示す。
Y51.’Ba52.Cu53,054から成る超電導
体、例えばYBa 2cu306.69は第4図に示す
ように斜方晶系に属し、格子定数(a =3.8845
^、b:3.8293A、C=xx、er93M)から
分かるようにC軸方向に長く、C軸に垂直なab面内で
Cu−0結合鎖55が無限に展開する構造を有している
。このCu−0結合鎖55の面はC軸方向に層状に積層
しておハ結晶の超電導性はこのCu−0結合鎖のCuノ
3d軌動と0の2p軌這の混成によシ生じる強く束縛さ
れt電子が高密度の伝導帯の7工ルミ面を形成するtめ
に生じるものと云われている。し友がって結晶の超電導
性がC軸に垂直なab面内だけに、すなわちCu−0結
合鎖面内だけに生じ、C軸方向にはわずかに漏洩するよ
うな電導の2次元性を示す特徴がある。このような2次
元的な超電導性を示す超電導体結晶ではC軸に垂直な方
向に圧力を与えるとab面内のCu−0結合距離が小さ
くなシ、その結果、超電導転位温度Tcは増大し、電気
抵抗が減少することが知られている。
本発明の原理はソース・ドレイン!極間の超電導体結晶
のチャンネルコンダクタンスの制御を、結晶に圧力を与
えてCu−0結合鎖の7工ルミ面の状態密度分布を変え
ることによシおこなうものである。C軸に垂直に圧力を
与えるとab面内のチャンネルコンダクタンスが増大す
るのに対して。
C軸方向に圧力を加えるとチャンネルコンダクタンスは
逆に減少してしまう。そこで本発明はチャンネルとなる
超電導体結晶層の表面を完全に横断するように圧電素子
などの圧力ゲートヲ配置し、圧電素子にバイアス入力を
与えて、圧力ゲートを駆動きせて電・正変換をして超電
導体結晶層のC軸方向に圧力を加え、この圧力を与える
ことにょシソース・ドレイン電極間のチャンネルコンダ
クタンスを制御しtノーマリオン型のトランジスタであ
る。尚、チャンネルとなる超電導体結晶層の表面を完全
に横断するように圧力ゲートを配置することによシ、チ
ャンネルを流れる超電導電流を圧力ゲートにょシ完全に
ピンチオフ (pinch off)できるのである。
〔実施例〕
次に1本発明の実施例について図面を参照して説明する
第1図は本発明の第1の実施例を示すチップの断面図で
ある。
この実施例は、絶縁性基板(MgO基板10)の(10
0)面に被着され(100)面と平行方向に二次元的に
超電導性を示す結晶面(ab面)をもつ長方形(1cm
xO,1cm)の超電導体結晶層(YBazCu30s
、s9結晶層11)と、YBazcu 30ass結晶
層11上にこれを横断して設けられt圧電素子(PZT
膜31と1対のくし形電極41.42とを有している)
t−含む圧力ゲートと、前述の圧力ゲ−)7挾んテYB
a zcuaoa、s 9結晶漸11に被着された一対
の導電膜よりなるソース電極21及びドレイン電極22
とを含むというもので、いわば圧力ゲート形電界効果ト
ランジスタと称すべきものである。
次に、この実施例の製造方法について説明する。
第2図(a)、 (b)は第1の実施例の製造方法を説
明する几めの工程順に配置し几チップの断面図であるO まず、第2図(alに示すように、MgO基板1oの(
100)面にスパッタリング(sput ter in
g)法で被着し九ので、熱処理を行なって厚さ′1mm
1幅−1cm、長さ5mmのYBazCuaOa6s結
晶層11金設ける。このときYBazCusOe69I
!!i!r晶層11はMgO基板10に″垂直な方向に
C軸をとっている。
次に、第2図(b)に示すように、YBazCu30s
、s9結晶層工1のC軸に平行な面を含む該結晶膜11
の両端K Au f被着してソース電fi21とドレイ
ン電極22を設ける。次に%第1図に示すように、ソー
ス電極21とドレイン電極22に挾まれ−zYBa2C
u30as9結晶層11の表面を完全に横断するように
、電圧印加によシ該績晶膜に垂直な方向すなわちC軸方
向に変位するような圧力ゲートとして厚さ1μmのP 
Z T (= Zr−Ti−Pbの固溶体)31及び該
pZT:n上に設けtゲート信号入力用のl対のくし形
電極41.42(Auからなっている)から外る圧電素
子を設ける。この実施例を約80Kに冷却してくし形電
ff141.42に最大1■のゲート信号入力を与える
と、入力電圧の大きさに依存してくし形電極41.42
厘下のPZT膜31f YBa zcu 306.s 
9結晶層11表面に垂直な方向に膨張でせ、その結果P
ZT膜31直下の超電導体結晶層に圧力を与えてこの結
晶膜の格子間@を変えることができる。良く知られてい
るようにC軸方向に圧力を加えると、Cu−0結合鎖の
あるab面内の格子間隔は大きくな9、それだけ超電導
電流は減少する。本実施例の場合第3図に示すように、
圧力ゲートにVg==lV入力すると超電導電流工da
は0■入力のときの5OAがOAに制御された。圧力ゲ
ート幅すなわちチャンネル幅’t 1cmとすると、相
互コンダクタンスは5000mS/mmに相当する。
第5図は第2の実施例を示すチップの断面図である。
この実施例は、絶縁性基板としてサファイア基板60、
超電導体結晶層として(La−Ca)zAgo4結晶r
ftf用いt外は第1の実施例と同じである。
次に、第2の実施例の製造方法について説明するO 第6図(al、 (blは第2の実施例の製造方法を説
明する几めの工程順に配置し九チップの断面図であるO 第6図fa)に示すように、す7アイア基板60の(0
112)面に厚さ1mmの(La−Ca)2Ag04結
晶層61’に成膜し熱処理を行なう。このとき、(La
 −Ca )、 Ago4は斜方晶系に属し、(La−
Ca)1Ag04結晶層61のC軸はサファイア基板6
0と垂直になる。
次に、第6図(b)に示すように、(La −Ca )
*AgO4結晶層61のC軸に平行な面を含む両端にA
uを被着してソース電極21とドレイン電極22を設け
る。
次に、第5図に示すように、ソース・ドレイン両電極に
挾まれ* (La−Ca )I Ag04結晶層61の
表面に電圧印加により該超電導体膜のC軸方向に変位す
るような圧力ゲートとして厚さ1μmのPZT31及び
該PZT上にゲート信号大刀用のくし形電極c1,42
’を設ける。
このようにして得た本発明の圧力ゲート形トランジスタ
を約30Kに冷却してくし形電極41゜42に最大1v
のゲート信号入力vgヲ与えると、ソース・ドレイン電
極間の超電導電流はOV大入力ときの3OAがQAに抑
制され次。チャンネル幅t−1cmとすると相互コンダ
クタンスは3000m5A面に相当する。
以上の実施例においては起電導体結晶としてYBa2C
L1301L69.と(La −Ca )2 Ag04
f例に、マ九圧力ゲート材としてPZTを例に説明して
き九が、Ln−A−Cu−0系あるいはLn−A−Ag
−Q系などの他の超電導体でも、まfcLiTaOsや
LiNb0aなど、他の圧電結晶を用いても本発明の思
想を損うことはない。ま之使用できる基板はMgOやサ
ファイアに限られるものではなく、イSr’f’i0a
結晶の如く超電導体膜を成長できるものならば本発明の
適用範囲であることは云うまでもない。
〔発明の効果〕
以上説明しtように本発明は、超電導体結晶層の超電導
性を示す面と平行な面上に設けt圧力ゲートに1v程度
のゲート信号を加えることによυ。
超電導体結晶の結合鎖の7工ルミ面の状態密度分布を変
化させて超電導体結晶のソース・ドレイン間の超電導電
流を制御するもので、3〜5×103m5/mmの極め
て大きな相互コ/ダクタンスh声有する超電導体電子装
置を得ることができる。さらに従来のトランジスタの多
くでは特性がゲート電極と結晶膜との境界の清浄度に依
存し、表面に極めて敏感であつtが、本発明は圧力ゲー
トを用いて機械的な変位を与えて変調するので、表子特
性が表面に鈍感で安定している効果も有している。
まt、圧力ゲートとして圧電素子を使用すると、トラン
ジスタの寸法も小さくてすみ、し九がって高集積化も容
易である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示すチップの断面図、
第2図(al、 (b)は第1の実施例の製造方法を説
明する九めの工程順に配置し九チップの断面図、冨3図
は実施例の動作を説明する九めの信号波形図、第4図は
YBa2Cu30s、s9結晶の構造模型図、第5図は
第2の実施例を示すチップの断面図、第6図(al、 
(blは第2の実施例の製造方法を説明する九めの工程
順に配置しtチップの断面図、第7図はショットキー障
壁形電界効果トランジスタ金示すチップの断面図、第8
図はジョセ7ン/形電界効果トランジスタを示すチップ
の断面図である。 10 ・−・・−pgo基板、11−−−−・−YBa
2CusO6,69結晶層、21・・・・・・ソース電
極、22・・・・・・ドレイ/電極、31・・・・・・
PZTl[,41,42・・・・・・ゲート信号入力用
のくし形電極、51・・・・・・Yl 52・・・・・
・Ba、53・・・・・・Cu、54・・・・・・0.
55・・・・・・Cu−0結合鎖、60・・・・・・サ
ファイア基板、61・・・・・・(La−Ca)IAg
O4結晶層、101 ・−・−n形溝電層、102・・
・・・・ゲート電極、106・・・・・・超電導体ソー
ス電極、107・・・・・・超電導体ゲート電極、10
8・・・超電導体ドレイン電極、105,109・・・
・・・弱結合部の空乏層、110・・・・・・半導体基
板。 代理人 弁理士  内 原   音 第 1 又 消2圏 第 3 霞 納 4 霞 第 5 図 第 6 霞 男 q 図 第 8 霞

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 絶縁性基板表面に被着され前記表面と平行方向に二次元
    的に超電導性を示す結晶面をもつ所定形状の超電導体結
    晶層と、前記超電導体結晶層上にこれを横断して設けら
    れた圧電素子を含む圧力ゲートと、前記圧力ゲートを挾
    んで前記超電導体結晶層に被着された一対の導電膜より
    なるソース電極及びドレイン電極とを含むことを特徴と
    する超電導体電子装置。
JP63029439A 1988-02-09 1988-02-09 超電導体電子装置 Expired - Lifetime JPH0812935B2 (ja)

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