JPH02292877A - 酸化物超電導トランジスタ装置 - Google Patents
酸化物超電導トランジスタ装置Info
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- JPH02292877A JPH02292877A JP1113706A JP11370689A JPH02292877A JP H02292877 A JPH02292877 A JP H02292877A JP 1113706 A JP1113706 A JP 1113706A JP 11370689 A JP11370689 A JP 11370689A JP H02292877 A JPH02292877 A JP H02292877A
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- oxide superconducting
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
｛産業上の利用分野】
本発明は高速，低消９電力でスイッチング動作を行なう
超電導スイッチング装置等超電導エレクトロニクスの分
野に係り、とくに液体窒素温度で動作可能な酸化物超電
導トランジスタ装置に関するものである。
超電導スイッチング装置等超電導エレクトロニクスの分
野に係り、とくに液体窒素温度で動作可能な酸化物超電
導トランジスタ装置に関するものである。
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物あるいはＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
酸化物等の酸化物系超電導材料は超電導臨界温度（Ｔ
ｃ ）が９０Ｋ以上であり，液体窒素温度（７７Ｋ）に
おいて完全な超電導性を示すものである。これらＹ−Ｂ
ａ−Ｃｕ酸化物等の超電導材料をエレクトロ；クスとく
にスイッチングデバイスの分野に応用するためには基本
的な超電導能動素子である超電導トランジスタを得る必
要がある。 Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物あるいはＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
酸化物を用いた超電導トランジスタ、あるいは超電導三
端子素子としてはＹ−Ｂａ一Ｃｕ酸化物薄膜から成る超
電導弱結合に対してＡＱ薄膜から成る電流注入電極を備
えた，いわゆる電流注入スイッチング素子が作製されて
いる。 この例は第４９回応用物理学会学術講演会予稿集第１分
冊１５１頁（１９８８年）において記載されている。
酸化物等の酸化物系超電導材料は超電導臨界温度（Ｔ
ｃ ）が９０Ｋ以上であり，液体窒素温度（７７Ｋ）に
おいて完全な超電導性を示すものである。これらＹ−Ｂ
ａ−Ｃｕ酸化物等の超電導材料をエレクトロ；クスとく
にスイッチングデバイスの分野に応用するためには基本
的な超電導能動素子である超電導トランジスタを得る必
要がある。 Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物あるいはＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
酸化物を用いた超電導トランジスタ、あるいは超電導三
端子素子としてはＹ−Ｂａ一Ｃｕ酸化物薄膜から成る超
電導弱結合に対してＡＱ薄膜から成る電流注入電極を備
えた，いわゆる電流注入スイッチング素子が作製されて
いる。 この例は第４９回応用物理学会学術講演会予稿集第１分
冊１５１頁（１９８８年）において記載されている。
上記従来技術は電流注入型スイッチング素子に第３電極
を付加することによって超電導電流を制御するものであ
る。スイッチング信号は′ｌ１！流である。スイッチン
グ信号種を電流とする場合、入力信号電流と出力信号電
流を分離することが必要である。入力信号を分離しない
場合、素子がスイッチングしない場合でも、入力信号電
流が出力線にそのまま流れるという問題が生じる。これ
はスイッチング回路における誤動作の原因となる。 スイッチング信号電流を注入することによってスイッチ
ング動作を行なわせると共に、素子の入力電流分離作用
が働くことが必要である。このような機能をスイッチン
グ素子に付与することは非常に困難であり、またこのよ
うな機能を有せしめたとしてυ子の構造が極めて複雑と
なる。 したがってスイッチング素子において入出力信号の分離
を容易に達成するためには、入力信号を電流以外に求め
る必要がある。最も素子としての取扱が簡単な方法は半
導体トランジスタのごとく、電圧信号を用いる方法であ
る。本発明の目的は超電導スイッチング素子、とくに高
臨界温度の酸化物超電導材料を用いた超電導三端子素子
において、電圧信号によってスイッチング動作を生ぜし
める三端子素子の構造を有する酸化物超電導トランジス
タ装置を提供することにある。 ［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明においては以下に示
す技術的手段を採用した。すなわちＹ一１３ ａ −
Ｃ ｕ酸化物： ＹｉＢａ２Ｃｕ３０７−ａ；δ＝０〜
０．２あるいはＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ酸化物： Ｂｉ
， Ｓｒ２Ｃａ，Ｃｕ，Ｏ，−１ （’ｒ ｃ ＝ １
１ ０ Ｋ級），Ｂ ｉ， Ｓ ｒ２ＣａｉＣｕ３０
，−６（Ｔｃ＝８０Ｋ級）；β＝ｏ〜０．５あるいはＴ
Ｒ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ酸化物： Ｔ Ｑ ２Ｂ ａ２Ｃ
ａ２Ｃｕ，○，−，（ＴＯ＝１２０Ｋ級），Ｔｌ２Ｂａ
２Ｃａ，Ｃｕ３０ａ−ｐ （ Ｔ ｃ ＝１ ０ ０Ｋ
級）；β＝０〜０．５をはじめとする酸化物超電導材料
をソースおよびドレイン電極とする電界効果型超電導ト
ランジスタを構成する。具体的には、まず、基板上に上
記酸化物超電導薄膜をエピタキシャル成長させる。エピ
タキシャル成長させる薄膜形成法としては，スバッタ法
，反応性蒸着法，積層蒸着法，イオンビーム蒸着法，レ
ーザービーム蒸着法などの物理的な方法あるいはＣＶＤ
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）などの化学的な方法等が適用可能である。 つぎに上記酸化物超電導薄膜の一部にＨ，Ｈｅ，Ｎｅ，
ＡｒイオンあるいはＣａ，Ｓｒ，Ｄａ，Ｋなどのアルカ
リ土類金属イオンあるいはＰｔ，Ｒｈ，Ｒｕなとの白金
属イオンあるいはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，
Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｂなどの希土類金属イオンあるいはＦｅ
，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ＋ Ｃｒ，
Ｇａなどの金属イオンを酸化物超電導膜の裏面まで注入
し、この部分に半導体的な性質を持たせる。この工程に
おいて酸化物超電導薄膜の超電導的性質を有する領域と
上記イオン注入により半導体的性質を有せしめた細線部
を介して２つの領域に分かつ。これら２つの領域に分か
れた酸化物超電導薄膜部をそれぞれソース電極およびド
レイン電極とする。 さらに上記イオン注入により半導体性質を有せしめた部
分の上部にゲート絶縁膜を形成し，この」二にゲート電
極を形成する。 ［作用］ 以上述べた手段は以下の理由により上記目的、すなわち
酸化物超電導材料を用いた電界効果による超電導トラン
ジスタの動作を可能にするものである。 酸化物超電導材料を用いて電界効果トランジスタを製作
する場合、酸化物超電導材料のコヒーレンス長さが短い
こと、および界面における超電導電子の反射係数が大き
いことなどの理由により異種材料を用いた寸法の長い、
つまり超電導電極間距離の長い超電導弱結合素子を得る
のは困難である。しかるに従来のＳｉ等半導体材料によ
って構成される電界効果型ＭＯＳトランジスタの構造は
ソースおよびドレイン電極、それぞれの半導体における
オーミック伝導層，ゲート部，ゲート絶縁膜およびゲー
ト電極から成る複雑な構造を有している。酸化物超電導
材料を用いた電界効果型トランジスタにおいてこのよう
なＭＯＳトランジスタ型の構造を用いた場合、超電導ソ
ース電極とドレイン電極間の距離は制約され，０．１μ
ｍ以下の長さにすることはパターン形成技術および加工
技術上極めて困難である。しかるに本発明においてはそ
の構造および製法が非常に簡単であり、イオン注入の幅
を狭くすることに対応して，ソース電極とドレイン電極
間のＨ５． ｉｆｆを短くすることができる。すなわち
パターン形成技術の限界が０．１μｍであれば、０．１
μｍの電極間隔を得ることができる。 さらにソースおよびドレイン電極をなす超電導薄膜と半
導体薄膜は同種類の材料で形成されるので、超電導電極
と半導体の界面でショットキー障壁が形成され、超電導
電子の透過率が大幅に低下するという問題を低減できる
。 ？上のごとき本発明にかかるトランジスタ装置の構造は
酸化物超電導材料に特有の問題点を克服して、ゲートｉ
ｌ！極によって信号電圧を印加し、スイッチング動作を
行わせるという電界効果型超電導トランジスタの機能を
可能ならしめるものである。 ［実施例】 以下、実施例でもって本発明を説明する。 実施例１． 第１図に示したごとく、面内方位（１ １ ０）のチタ
ン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）単結晶基板１−ヒ
に高周波マグネトロンスパッタ法によりＹ−Ｂａ−Ｃｕ
酸化物： Ｙｚ Ｂａ２Ｃｕ３ ０７−ａ ：δ＝０〜
０．２の薄膜２を形成した。ターゲットは、組成比が１
：２：４のＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物の円板状の焼結体を用
い、ＩＯＯＷの高周波電力を印加することにより薄膜を
形成した。また放電ガスとしては０２ａ度５０％のＡｒ
＋Ｏ■混合ガスを用い，ガス圧力は５ ｍ Ｔ ｏｒｒ
とした。膜形成時の基板温度は７００℃とした。以上の
方法により化学ｉ論組成のＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導
薄膜２を得た。ＹＢａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜２はペロ
ブスカイト型結晶のＣ軸が基板面と平行にエピタキシャ
ル成長した膜である。膜厚は０．１μｍとした。超電導
臨界温度は８０Ｋから８７Ｋであった。ここでＹ−Ｂａ
−Ｃｕ酸化物超電導薄膜２をスバッタ法で形成した後，
膜の結晶性を向上するために酸素雰囲気中で５００℃〜
９００℃の湿度で熱処理を行なっても良い。 つぎにＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜２に対して加速
電圧２０ｋＶのＧａ収束イオン源を用いて、Ｇａイオン
を注入した。ドープ量は５ Ｘ １ ０”／ａｍ２〜５
Ｘ １ ０１７／ａｍ”とし、線幅は０．１μｍ、長
さは２ｍｍとした。これによりＧａイオンを注入した細
線部分において半導体層３を得る。この後、酸素雰囲気
中で５００℃〜９００℃の温度で熱処理を行なっても良
い。さらにこの細線部分の上部にゲート絶縁膜４、およ
びゲート電極５を形成した。 以上のごとき工程により酸化物超電導トランジスタ装置
を得た。この酸化物超電導１・ランジスタ装置は電圧信
号によってスイッチング動作するいわゆる電界効果型１
・ランジスタとして用いることができる。すなわち本酸
化物超電導トランジスタ装置は第２図に示されるごとく
、ゲートに電圧を印加しない状態６においては零電圧状
態となり超電導電流が流れないが、ゲートに負電圧を印
加した場合７においては超電尊電流が流れ、スイッチン
グ動作が行われる。これはゲートに負電圧を印加するこ
とにより、ゲート近傍の半導体層のバンドが上方に曲げ
られ、ホール濃度が高くなる。ソースおよびドレイン電
極から半導体層にしみ出す超電導電子の広がる距離はホ
ール濃度すなわち超電導電子の濃度に依存して長くなり
、各電極からしみ出した超電導電子波が互いに重なりあ
うからである。 Ｇａイオンに替わって、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｋなどのア
ルカリ十類金属イオンあるいはＰＬ，Ｒｈ，Ｒｕなどの
白金属イオンあるいはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅ
ｕ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｂなどの希土類金属イオンあるいは
Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｚｎ．Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ．Ｃｒ
などの金属イオンを注入しても、同様の結果を得た。 この場合、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｈｏ，
Ｅｒ，Ｔｂなどの希土類金属イオンは、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ
酸化物超電導薄膜のＹサイトを置換し、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂ
ａ，Ｋなどのアルカリ土類金属イオンはＢａサイトを、
Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕなどの白金属イオンあるいはＦｅ，Ｎ
ｉ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ｇａ金
属イオンはＣｕサイトを置換する効果がある。 実施例２． 面内方位（１００）のチタン酸ストロンチウム（ Ｓ
ｒ Ｔ ｉ Ｏ ３）単結晶基板１上に実施例１と同様
の成膜条件で膜厚０．１μｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物：
ＹＢａｚＣＬｌ３０ｔ−ａ；δ＝ｏ〜０．２の薄膜２
を形成した。この条件で作製したＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物
超電導薄＠２はペロブスカイト型結晶のａ軸が基板面に
垂直にエビタキシゼル成長した膜である．この膜の超電
導臨界温度は８０Ｋから８７Ｋであった。スパッタ法で
形成した上記酸化物超電導薄膜２を酸素ガス雰囲気中で
５００〜９００℃の温度で熱処理を行なっても良い。 つぎにＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜２に対して、収
束イオン源を用いて２ ０ ０ ｋｅＶに加速したＨイ
オンを注入した。ドープ量は５ Ｘ １ ０１″／ｃｍ
” ５ Ｘ １ ０”／ａｍ”とし，線幅は０．１μｒ
ｎ、長さは２ｍｍとした。これによりＨイオンを注入し
た細線部分において半導体暦３を得る。さらにこの細線
部分の上部にゲート絶縁膜４、およびゲート電極５を形
成した。 以上のごとき工程により実施例１と同様の酸化物超電導
トランジスタ装置を得た。この酸化物超電導トランジス
タ装置は電圧信号によってスイッチング動作するいわゆ
る電界効果型トランジスタとして用いることができる。 Ｆ■イオンに替わって、Ｎａ，Ａｒイオンを注入しても
同様の結果を得た。また基板としては，チタン酸ストロ
ンチウムや酸化マグネシウムを用いても良く、基板上で
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜がエピタキシャル成長
していることが最も望ましい。さらにＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸
化物超電導薄膜結晶のａ軸、あるいはＣ軸が基板面に対
して垂直に成長した薄膜であっても同様の結果を得るこ
とができる。 【発明の効果｝ 以上述べたごとく、本発明にかかる酸化物超電導トラン
ジスタ装置は以下の効果を有する。 （１）ゲート電極に加えるスイッチング信号が電圧信号
であるから，入出力信号の分離を十分に取ることができ
る．したがって演算回路などへの適用が容易である。 （２）酸化物超電導薄膜の所定の位置に単一の半導体層
が形成できる。また素子構造が簡単であるため、サブミ
クロンの分解能を持ったパターン間の位置合わせを必要
としない。 （３）ゲート電極部の構造が簡単であるため、ゲート長
をパターン寸法の保有する限界まで小さくすることがで
きる。このことはゲート長を１００ｎｍ以下の長さにし
、超電導電子のコヒーレンス長さと同等ならしめること
によって、酸化物超電導トランジスタを液体窒素温度に
て動作させることを可能にする。
を付加することによって超電導電流を制御するものであ
る。スイッチング信号は′ｌ１！流である。スイッチン
グ信号種を電流とする場合、入力信号電流と出力信号電
流を分離することが必要である。入力信号を分離しない
場合、素子がスイッチングしない場合でも、入力信号電
流が出力線にそのまま流れるという問題が生じる。これ
はスイッチング回路における誤動作の原因となる。 スイッチング信号電流を注入することによってスイッチ
ング動作を行なわせると共に、素子の入力電流分離作用
が働くことが必要である。このような機能をスイッチン
グ素子に付与することは非常に困難であり、またこのよ
うな機能を有せしめたとしてυ子の構造が極めて複雑と
なる。 したがってスイッチング素子において入出力信号の分離
を容易に達成するためには、入力信号を電流以外に求め
る必要がある。最も素子としての取扱が簡単な方法は半
導体トランジスタのごとく、電圧信号を用いる方法であ
る。本発明の目的は超電導スイッチング素子、とくに高
臨界温度の酸化物超電導材料を用いた超電導三端子素子
において、電圧信号によってスイッチング動作を生ぜし
める三端子素子の構造を有する酸化物超電導トランジス
タ装置を提供することにある。 ［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明においては以下に示
す技術的手段を採用した。すなわちＹ一１３ ａ −
Ｃ ｕ酸化物： ＹｉＢａ２Ｃｕ３０７−ａ；δ＝０〜
０．２あるいはＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ酸化物： Ｂｉ
， Ｓｒ２Ｃａ，Ｃｕ，Ｏ，−１ （’ｒ ｃ ＝ １
１ ０ Ｋ級），Ｂ ｉ， Ｓ ｒ２ＣａｉＣｕ３０
，−６（Ｔｃ＝８０Ｋ級）；β＝ｏ〜０．５あるいはＴ
Ｒ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ酸化物： Ｔ Ｑ ２Ｂ ａ２Ｃ
ａ２Ｃｕ，○，−，（ＴＯ＝１２０Ｋ級），Ｔｌ２Ｂａ
２Ｃａ，Ｃｕ３０ａ−ｐ （ Ｔ ｃ ＝１ ０ ０Ｋ
級）；β＝０〜０．５をはじめとする酸化物超電導材料
をソースおよびドレイン電極とする電界効果型超電導ト
ランジスタを構成する。具体的には、まず、基板上に上
記酸化物超電導薄膜をエピタキシャル成長させる。エピ
タキシャル成長させる薄膜形成法としては，スバッタ法
，反応性蒸着法，積層蒸着法，イオンビーム蒸着法，レ
ーザービーム蒸着法などの物理的な方法あるいはＣＶＤ
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）などの化学的な方法等が適用可能である。 つぎに上記酸化物超電導薄膜の一部にＨ，Ｈｅ，Ｎｅ，
ＡｒイオンあるいはＣａ，Ｓｒ，Ｄａ，Ｋなどのアルカ
リ土類金属イオンあるいはＰｔ，Ｒｈ，Ｒｕなとの白金
属イオンあるいはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，
Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｂなどの希土類金属イオンあるいはＦｅ
，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ＋ Ｃｒ，
Ｇａなどの金属イオンを酸化物超電導膜の裏面まで注入
し、この部分に半導体的な性質を持たせる。この工程に
おいて酸化物超電導薄膜の超電導的性質を有する領域と
上記イオン注入により半導体的性質を有せしめた細線部
を介して２つの領域に分かつ。これら２つの領域に分か
れた酸化物超電導薄膜部をそれぞれソース電極およびド
レイン電極とする。 さらに上記イオン注入により半導体性質を有せしめた部
分の上部にゲート絶縁膜を形成し，この」二にゲート電
極を形成する。 ［作用］ 以上述べた手段は以下の理由により上記目的、すなわち
酸化物超電導材料を用いた電界効果による超電導トラン
ジスタの動作を可能にするものである。 酸化物超電導材料を用いて電界効果トランジスタを製作
する場合、酸化物超電導材料のコヒーレンス長さが短い
こと、および界面における超電導電子の反射係数が大き
いことなどの理由により異種材料を用いた寸法の長い、
つまり超電導電極間距離の長い超電導弱結合素子を得る
のは困難である。しかるに従来のＳｉ等半導体材料によ
って構成される電界効果型ＭＯＳトランジスタの構造は
ソースおよびドレイン電極、それぞれの半導体における
オーミック伝導層，ゲート部，ゲート絶縁膜およびゲー
ト電極から成る複雑な構造を有している。酸化物超電導
材料を用いた電界効果型トランジスタにおいてこのよう
なＭＯＳトランジスタ型の構造を用いた場合、超電導ソ
ース電極とドレイン電極間の距離は制約され，０．１μ
ｍ以下の長さにすることはパターン形成技術および加工
技術上極めて困難である。しかるに本発明においてはそ
の構造および製法が非常に簡単であり、イオン注入の幅
を狭くすることに対応して，ソース電極とドレイン電極
間のＨ５． ｉｆｆを短くすることができる。すなわち
パターン形成技術の限界が０．１μｍであれば、０．１
μｍの電極間隔を得ることができる。 さらにソースおよびドレイン電極をなす超電導薄膜と半
導体薄膜は同種類の材料で形成されるので、超電導電極
と半導体の界面でショットキー障壁が形成され、超電導
電子の透過率が大幅に低下するという問題を低減できる
。 ？上のごとき本発明にかかるトランジスタ装置の構造は
酸化物超電導材料に特有の問題点を克服して、ゲートｉ
ｌ！極によって信号電圧を印加し、スイッチング動作を
行わせるという電界効果型超電導トランジスタの機能を
可能ならしめるものである。 ［実施例】 以下、実施例でもって本発明を説明する。 実施例１． 第１図に示したごとく、面内方位（１ １ ０）のチタ
ン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）単結晶基板１−ヒ
に高周波マグネトロンスパッタ法によりＹ−Ｂａ−Ｃｕ
酸化物： Ｙｚ Ｂａ２Ｃｕ３ ０７−ａ ：δ＝０〜
０．２の薄膜２を形成した。ターゲットは、組成比が１
：２：４のＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物の円板状の焼結体を用
い、ＩＯＯＷの高周波電力を印加することにより薄膜を
形成した。また放電ガスとしては０２ａ度５０％のＡｒ
＋Ｏ■混合ガスを用い，ガス圧力は５ ｍ Ｔ ｏｒｒ
とした。膜形成時の基板温度は７００℃とした。以上の
方法により化学ｉ論組成のＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導
薄膜２を得た。ＹＢａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜２はペロ
ブスカイト型結晶のＣ軸が基板面と平行にエピタキシャ
ル成長した膜である。膜厚は０．１μｍとした。超電導
臨界温度は８０Ｋから８７Ｋであった。ここでＹ−Ｂａ
−Ｃｕ酸化物超電導薄膜２をスバッタ法で形成した後，
膜の結晶性を向上するために酸素雰囲気中で５００℃〜
９００℃の湿度で熱処理を行なっても良い。 つぎにＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜２に対して加速
電圧２０ｋＶのＧａ収束イオン源を用いて、Ｇａイオン
を注入した。ドープ量は５ Ｘ １ ０”／ａｍ２〜５
Ｘ １ ０１７／ａｍ”とし、線幅は０．１μｍ、長
さは２ｍｍとした。これによりＧａイオンを注入した細
線部分において半導体層３を得る。この後、酸素雰囲気
中で５００℃〜９００℃の温度で熱処理を行なっても良
い。さらにこの細線部分の上部にゲート絶縁膜４、およ
びゲート電極５を形成した。 以上のごとき工程により酸化物超電導トランジスタ装置
を得た。この酸化物超電導１・ランジスタ装置は電圧信
号によってスイッチング動作するいわゆる電界効果型１
・ランジスタとして用いることができる。すなわち本酸
化物超電導トランジスタ装置は第２図に示されるごとく
、ゲートに電圧を印加しない状態６においては零電圧状
態となり超電導電流が流れないが、ゲートに負電圧を印
加した場合７においては超電尊電流が流れ、スイッチン
グ動作が行われる。これはゲートに負電圧を印加するこ
とにより、ゲート近傍の半導体層のバンドが上方に曲げ
られ、ホール濃度が高くなる。ソースおよびドレイン電
極から半導体層にしみ出す超電導電子の広がる距離はホ
ール濃度すなわち超電導電子の濃度に依存して長くなり
、各電極からしみ出した超電導電子波が互いに重なりあ
うからである。 Ｇａイオンに替わって、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｋなどのア
ルカリ十類金属イオンあるいはＰＬ，Ｒｈ，Ｒｕなどの
白金属イオンあるいはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅ
ｕ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｂなどの希土類金属イオンあるいは
Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｚｎ．Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ．Ｃｒ
などの金属イオンを注入しても、同様の結果を得た。 この場合、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｈｏ，
Ｅｒ，Ｔｂなどの希土類金属イオンは、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ
酸化物超電導薄膜のＹサイトを置換し、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂ
ａ，Ｋなどのアルカリ土類金属イオンはＢａサイトを、
Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕなどの白金属イオンあるいはＦｅ，Ｎ
ｉ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ｇａ金
属イオンはＣｕサイトを置換する効果がある。 実施例２． 面内方位（１００）のチタン酸ストロンチウム（ Ｓ
ｒ Ｔ ｉ Ｏ ３）単結晶基板１上に実施例１と同様
の成膜条件で膜厚０．１μｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物：
ＹＢａｚＣＬｌ３０ｔ−ａ；δ＝ｏ〜０．２の薄膜２
を形成した。この条件で作製したＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物
超電導薄＠２はペロブスカイト型結晶のａ軸が基板面に
垂直にエビタキシゼル成長した膜である．この膜の超電
導臨界温度は８０Ｋから８７Ｋであった。スパッタ法で
形成した上記酸化物超電導薄膜２を酸素ガス雰囲気中で
５００〜９００℃の温度で熱処理を行なっても良い。 つぎにＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜２に対して、収
束イオン源を用いて２ ０ ０ ｋｅＶに加速したＨイ
オンを注入した。ドープ量は５ Ｘ １ ０１″／ｃｍ
” ５ Ｘ １ ０”／ａｍ”とし，線幅は０．１μｒ
ｎ、長さは２ｍｍとした。これによりＨイオンを注入し
た細線部分において半導体暦３を得る。さらにこの細線
部分の上部にゲート絶縁膜４、およびゲート電極５を形
成した。 以上のごとき工程により実施例１と同様の酸化物超電導
トランジスタ装置を得た。この酸化物超電導トランジス
タ装置は電圧信号によってスイッチング動作するいわゆ
る電界効果型トランジスタとして用いることができる。 Ｆ■イオンに替わって、Ｎａ，Ａｒイオンを注入しても
同様の結果を得た。また基板としては，チタン酸ストロ
ンチウムや酸化マグネシウムを用いても良く、基板上で
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜がエピタキシャル成長
していることが最も望ましい。さらにＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸
化物超電導薄膜結晶のａ軸、あるいはＣ軸が基板面に対
して垂直に成長した薄膜であっても同様の結果を得るこ
とができる。 【発明の効果｝ 以上述べたごとく、本発明にかかる酸化物超電導トラン
ジスタ装置は以下の効果を有する。 （１）ゲート電極に加えるスイッチング信号が電圧信号
であるから，入出力信号の分離を十分に取ることができ
る．したがって演算回路などへの適用が容易である。 （２）酸化物超電導薄膜の所定の位置に単一の半導体層
が形成できる。また素子構造が簡単であるため、サブミ
クロンの分解能を持ったパターン間の位置合わせを必要
としない。 （３）ゲート電極部の構造が簡単であるため、ゲート長
をパターン寸法の保有する限界まで小さくすることがで
きる。このことはゲート長を１００ｎｍ以下の長さにし
、超電導電子のコヒーレンス長さと同等ならしめること
によって、酸化物超電導トランジスタを液体窒素温度に
て動作させることを可能にする。
第１図は本発明の実施例１，２における酸化物超電導ト
ランジスタ装置の断面図。第２図は酸化物超電導トラン
ジスタの電圧一電流特性を示す図である。 １−ＳｒＴｉｏ，基板、２ − Ｙ − Ｂ ａ −
Ｃ ｕ酸化物超電魂薄膜，３・・・半導体層、４・・・
ゲート絶縁膜、５・・・ゲート電極，６・・・ゲート信
号電圧零の時の電圧一電流特性，７・・・ゲート信号電
圧印加時の電圧一電流特性。
ランジスタ装置の断面図。第２図は酸化物超電導トラン
ジスタの電圧一電流特性を示す図である。 １−ＳｒＴｉｏ，基板、２ − Ｙ − Ｂ ａ −
Ｃ ｕ酸化物超電魂薄膜，３・・・半導体層、４・・・
ゲート絶縁膜、５・・・ゲート電極，６・・・ゲート信
号電圧零の時の電圧一電流特性，７・・・ゲート信号電
圧印加時の電圧一電流特性。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物、あるいはＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｃｕ酸化物あるいはＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ酸化物等
をはじめとする酸化物系超電導材料を基板上にエピタキ
シャル成長させて得られた酸化物超電導薄膜を電極とし
て有する電界効果型超電導トランジスタにおいて、上記
酸化物超電導材料の一部に不純物をドープすることによ
り半導体層を形成し、この上に絶縁膜およびゲート電極
を形成して構成してなることを特徴とする酸化物超電導
トランジスタ装置。 ２、ソース電極およびドレイン電極となるべき超電導膜
および、この間を接続する半導体膜が同一平面上に配列
されてなることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電
導トランジスタ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1113706A JPH02292877A (ja) | 1989-05-08 | 1989-05-08 | 酸化物超電導トランジスタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1113706A JPH02292877A (ja) | 1989-05-08 | 1989-05-08 | 酸化物超電導トランジスタ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02292877A true JPH02292877A (ja) | 1990-12-04 |
Family
ID=14619103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1113706A Pending JPH02292877A (ja) | 1989-05-08 | 1989-05-08 | 酸化物超電導トランジスタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02292877A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05226711A (ja) * | 1992-02-10 | 1993-09-03 | Hitachi Ltd | 超電導トランジスタ及びその作動方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6464379A (en) * | 1987-09-04 | 1989-03-10 | Tdk Corp | Superconducting transistor and its manufacture |
| JPH01102974A (ja) * | 1987-10-16 | 1989-04-20 | Hitachi Ltd | 超伝導デバイス |
-
1989
- 1989-05-08 JP JP1113706A patent/JPH02292877A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6464379A (en) * | 1987-09-04 | 1989-03-10 | Tdk Corp | Superconducting transistor and its manufacture |
| JPH01102974A (ja) * | 1987-10-16 | 1989-04-20 | Hitachi Ltd | 超伝導デバイス |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05226711A (ja) * | 1992-02-10 | 1993-09-03 | Hitachi Ltd | 超電導トランジスタ及びその作動方法 |
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