JPH01205578A - 超伝導電界効果トランジスタ - Google Patents

超伝導電界効果トランジスタ

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JPH01205578A
JPH01205578A JP63031213A JP3121388A JPH01205578A JP H01205578 A JPH01205578 A JP H01205578A JP 63031213 A JP63031213 A JP 63031213A JP 3121388 A JP3121388 A JP 3121388A JP H01205578 A JPH01205578 A JP H01205578A
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JP
Japan
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superconducting
properties
electrode
superconducting layer
electrons
Prior art date
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Pending
Application number
JP63031213A
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English (en)
Inventor
Kyozo Kanemoto
恭三 金本
Kazuyoshi Kojima
一良 児島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH01205578A publication Critical patent/JPH01205578A/ja
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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〕 この発明は、超伝導トランジスタ、特に超伝導電流が外
部より印加される電界で制御できる超伝導電界効果トラ
ンジスタに関するものである。
〔従来の技術〕
第5図は例えは、応用物理Vo1.56 p屋6(19
87)P、’753西野らによって報告された従来の超
伝導トランジスタを示す。図において、(7)はシ1ノ
コン単結晶、(8a)および(8b)は一方をA電極、
他方をB電極とする超伝導電極(鉛合金)、(9)はゲ
ート電極(Al)で0電極とする。σOはゲート絶縁膜
(sio2)である。
次に動作について説明する〇 一般に、超伝導体と常伝導体か接した糸においては、常
伝導体(あるいは半導体)中ヘクー、<−対電子か常伝
導体(あるいは半導体)のコヒーレンス長さ程度の範囲
に、しみ出すことかできる。
ソシテ、このコヒーレンス長さは、キャリア濃度に依存
している0 いま、A′fl!、極とゲート電極(9)の間に電圧を
かけて、ゲート電極(9)近くのシリコン単結晶(7)
内のキャリア濃度を多くすると、コヒーレンス長さが長
くなる。このときA、B電極間に電流を流そうとすると
、A2B電極間の間隔がコヒーレンス長さくらいであれ
は、A電極からシリコン単結晶(7)中へ入ったクーパ
一対電子がB電極まで達して電流が流れる。一方、ゲー
ト電極に電圧をかけないと、キャリアが少なくなってコ
ヒーレンス長さが短くなるためA、B電極間に電流は流
れなくなる。このようにしてゲート電圧を変化させるこ
とによってA、B電極間に流れる超伝導電流を制御する
。
〔発明か解決しようとする課題〕
従来の超伝導トランジスタでは、クーパ一対電子の半導
体中へのしみ出しによる電流を使うため、大きな超伝導
電流を得ることは卸しい。また、電tM [41全コヒ
ーレンス長程度の長さ(約02μm以下)にする必要か
あるため、加工か難しい。さらにゲートミル4極の部分
も、A、B電極に近づける必要かあるためSi結晶を約
01μmの厚さに1で薄くする必要かあり、これも作製
を困難にしているなどの課題かあった。
この発明は、かかる課題を解決するためになされたもの
で、作製が容易でかつ比較的大きな超伝導電流が制御で
きる超伝導電界効果トランジスタを得ることを目的とす
る。
〔課題を解決するだめの手段〕
この発明に係る超伝導電界効果トランジスタは、組成比
、温度および欠陥の量の違いに応じて絶縁体または半導
体的な性質と、金属的な性質と、超伝導体的な性質とを
示すような物質系にあって絶縁体または半導体的な性質
を示し電子親和度またはイオン化エネルギーか異なる2
種の材料を接合することにより両材料の接合界面イ」近
に電子の過剰または不足を誘起して実現する超伝導層と
、この超伝導層の両端に設けられ超伝導電流を流す第1
および第2の電極と、上記絶縁体または半導体的な性質
を示す材料を超伝導層とで挾むように設けられ超伝導層
の過剰または不足型、子を消滅きせる電界を印加する第
3の電極を備えたものである。
〔作用〕
この発明においては、外部より超伝導層の過剰または不
足電子を消滅させる電界を印加することによシ超伝導電
流が遮断する。
〔発明の実施例〕
第1図はこの発明の一実施例の超伝導電界効果トランジ
スタを示す断面図であり、(1)は基板として用いた5
rTi○5の単結晶、(2)は基板上にマグネトコンス
バツタなどを用いて作製したEaPbl−xBlx03
層であシ、Xの値は約035以上例えば04にした第1
材料である。(3)はさらにスパッタリングの条件を変
えて作ったBaPb1−yBiy03−δ層であり、y
の値ばXより大きくなるよう例えはy−〇8にし、かつ
δはOてない値をとるものにした第2材料である。これ
ら2種の側斜(,13a’PbBiO3J脅)は絶縁体
または半導体的性質を示す。この材料の物性及び上記2
種の材料を接合したとき超伝導層が誘起されることは、
例えは、同一出願人より特許出願している特願昭62−
281624号「超伝導体装置」にて詳細に述べられて
いるので、ここではそれを引用して説明する。
まず・BaPb1  、Bix03は・第2図−その電
子物性の状態図を示すように組成比および温度に応じて
絶縁体または半導体的な性質と、金属的な性質と、超伝
導体的な性質とを示す物質であり、さらに欠陥の量の違
いに応じても上記のような性質を示すことが知られてい
る。すなわち、x (035では臨界温度約13にの超
伝導体であるが、X〉○35の領域で、Xを太きくして
ゆくと、バンド中の完全につまった部分と、空いた部分
が分裂し両者の間にギャップが生じ、フリーキャリアが
なくなるとともに上側の空のバンドは、エネルギーが高
くなってゆき、電子親和度は小さくなってゆく。こうし
て絶縁体まだは半導体的性質を示すが、この領域でも十
分なフリーキャリアさえあれは超伝導を示すと考えられ
ている。
次に、接合による超伝導層の誘起について説明する。
第3図は第1図で示した構造に対応する伝導バンドのバ
ンドダイアダラムで、横軸が膜厚方向の距離11縦軸か
電子のエネルギーEを表わす。
AはBaPb1−XBlx03 (x>0.35 )の
領域、BはB L Pb 1− yE i yO5−δ
(y>X、δニー、o)の領域を示す。0】〕はA、1
3の接合界面、OΔは伝導バンド、σ3は界面にたまっ
た電子を表わす。EFはフェルミエネルギーである。今
、Bの側すなわち電子親和度のよシ小さい方に自由な電
子を導入すると、それは、電子親和度のより大き々A側
に流れ込ませることができる。自由電子を導入する方法
としては、酸素の欠損を導入する方法が考えられる。半
導体となったBaPb1  yBiy03の酸素を化学
量論的な値である3から減少させて3−δにしてゆくと
、酸素欠損に起因した準位か生じ、伝導バンドに自由電
子が現tツれる。この電子か、電子親和度の、より太き
々A側に流れ込む。電子か流れ込むことにより後に残き
れた正電荷と流れ込んだ電子との引力により生じるバン
ドの曲がりのため、電子は界面付近に高濃度で著積はれ
る。
バンドの曲かシが大きく、界1m付近のバンドかフェル
ミエネルギーEFよシ下になると、そこには電子ガスの
状態かできる。このような界面付近に生じた2次元的な
電子ガスの濃度かある程度以上になると、低温で超伝導
状態が実現できる。
又、接合する2つの材料のイオン化エネルギーの違いを
利用して、接合界面付近にホールが過剰に存在する層す
なわち電子が不足する層を作ることでも超伝導状態か得
られる。この場合の価電子バンドのバンドダイアダラム
を第4図に示す。
図中、横軸は膜厚方向の距離、縦軸は電子のエネルギー
を表わす。Aはイオン化エネルギーのよシ小さな材料、
Bはイオン化エネルギーのより大きな材料を表わす。圓
はA、Eの接合界面、[株]は価電子バンド、日は界面
にたまったホールを表わす。
EFハフエルミエネルギーである。この場合には、Bの
側にドーピングあるいは欠陥の導入などによシフリーホ
ールを生成する。そうするとイオン化エネルギーの違い
のため、このホールかAの側ニ移り、先に示したのと同
様に、今度はホールガスができる。そうしてこの部分か
超伝導状態になる。
この電子ガスまたはホールガスは、もともとバンドの曲
かシで誘起されたものである。このため、外部からバン
ドの曲がシを変えるような電界を加えることで、電子ガ
スまたはホールガスの厚さを制御できる。たとえは十分
に大きな電界をかけることで電子ガスまたはホールガス
をなくすることができ、超伝導状態は存在できなく々る
。
このように、絶縁体または半導体的性質を示し、電子親
和度またはイオン化エネルギーの異なる2種の材料を接
合することによシ超伝導層が実現でき、さらにこの超伝
導状態は外部より電界を印加することにより制御できる
。これを電界効果トランジスタとして応用したのが第1
図に示した本発明の実施例である。図において、(4)
は上記2種の材料の接合により誘起された超伝導層、(
5a) + (5b)はこの超伝導層の両端に設けられ
超伝導電流を流す電極で、一方を第1の電極(八重極)
、他方を第2の電極(B電極)とする。(6)は絶縁体
または半導体的性質を示す材料(層)を超伝導層とで挾
むように設けられ、外部よシ超伝導層の過剰または不足
電子を消滅させる電界を印加するための第3の′電極(
C電極)である。
このように構成された超伝導電界効果トランジスタにお
いて、A、B電極間より超伝導層に超伝導電流を流した
状態で、0電極に適当な電界を印加すれは、この電極に
近い超伏導層近傍のバンドが変形され、前述した電子ガ
スまたはホールガスが々くなりこの付近の超伝導層が存
在できなくなる。このため超伝導電流が流れなくなる。
このようにして、0電極より印加する電界によって超伝
導電流を流したり遮断したりすることができる0上記実
施例では絶縁体または半導体的性質を示し電子親和度ま
たはイオン化エネルギーの異なる2種の接合される材料
としてBaPbB105を示したが、接合することによ
って接合界面付近に電子の過剰または不足を誘起して超
伝導層が実現でき、これが外部よシの電界によシ制御で
きる材料でありさえすれは、上記実施例と同様の効果を
奏する。
また、電界を印加するC電極の幅を狭くしておけは超伝
導層が存在できなくなる部分か狭くなる。
このため、印加する電界により超伝導層の弱結合状態か
存在し、電界の大きさにより弱結合領域を制御できるジ
ョセフソン結合型電界効果トランジスタを得ることもで
きる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、組成比、温度および欠
陥の量の違いに応じて絶縁体または半導体的な性質と、
金属的な性質と、超伝導体的な性質とを示すような物質
系にあって絶縁体または半導体的な性質を示し電子親和
度またはイオン化エネルギーが異なる2種の材料を接合
することによυ両材料の接合界面付近に電子の過剰また
は不足を誘起して実現する超伝導層と、この超伝導層の
両端に設けられ超伝導電流を流す第1および第2の電極
と、上記絶縁体または半導体的な性質を示す側斜を超伝
導層とで挾むように設けられ超伝導層の過剰または不足
電子を消滅させる電界を印加する第3の電極を備える構
成にしたので、作製が容易でかつ比較的大きな超伝導電
流が制御できる超伝導電界効果トランジスタか得られる
効果がある0
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による超伝導電界効果トラ
ンジスタを示す断面図、第2図は第1図の実施例に用い
られるBaPb1−xBixo 3の電子物性を示す状
態図、第3図および第4図は第1図に示した構造に対応
する伝導バンドまたは価電子バンドダイアダラムをそれ
ぞれ示す特性図、第5図は従来の超伝導トランジスタを
示す断面図である。 図において、(2)は第1材料(BaPb1−xBix
o3層)、(3)は第2材料(Barb 1−yBi3
r03−δ層)、(4)は超伝導層、(5a)、(5b
)は第1の電極(A電極)及び第2の電極(B電極)、
(6)は第3の電極(0電極)である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  絶縁体または半導体的な性質と、金属的な性質と、超
    伝導体的な性質とを、組成比、温度、および欠陥の量の
    違いに応じて示すような物質系にあって絶縁体または半
    導体的な性質を示している第1材料に、上記物質系にあ
    って絶縁体または半導体的な性質を示しており、第1材
    料と電子親和度またはイオン化エネルギーの異なる第2
    材料を接合し、両材料の接合界面付近に電子の過剰また
    は不足を誘起して実現する超伝導層と、この超伝導層の
    両端に設けられ超伝導電流を流す第1および第2の電極
    と、上記第1材料または第2材料を上記超伝導層とで挾
    むように設けられ超伝導層の過剰または不足電子を消滅
    させる電界を印加する第3の電極とを備えたことを特徴
    とする超伝導電界効果トランジスタ。
JP63031213A 1988-02-12 1988-02-12 超伝導電界効果トランジスタ Pending JPH01205578A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5828079A (en) * 1992-06-29 1998-10-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Field-effect type superconducting device including bi-base oxide compound containing copper

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5220773A (en) * 1975-08-09 1977-02-16 Shinji Kawamichi Semi-conductor element
JPS5727079A (en) * 1980-07-25 1982-02-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Manufacture of josephson element of oxide superconductor

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