JPH03265176A - 超電導光機能素子 - Google Patents

超電導光機能素子

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JPH03265176A
JPH03265176A JP2064551A JP6455190A JPH03265176A JP H03265176 A JPH03265176 A JP H03265176A JP 2064551 A JP2064551 A JP 2064551A JP 6455190 A JP6455190 A JP 6455190A JP H03265176 A JPH03265176 A JP H03265176A
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  • Light Receiving Elements (AREA)
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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】 〔概要〕 光導電体と超電導体とを組み合わせた構造であり、超高
速の光スィッチ、光メモリまたは光検知装置に使用して
好適な超電導光機能素子に関し、前記光導電体への光照
射の有無で常電導状態から超電導状態へスイッチングし
、より高速のスイッチ素子を提供するとともに、光照射
による永続超電導状態をメモリ効果として利用したメモ
リ素子を提供することを目的とし、 ２つの電極間に挾まれた光導電効果を有する超電導体薄
膜の素子構造を有し、所定の温度における光照射に応答
して常電導状態から超電導体状態に変化する特性を備え
た素子であって、前記超電導体が鉛カルコゲナイドの三
元半導体に鉛（Ｐｂ）および／またはインジウム（Ｉｎ
）を添加した材料で構成し、また、光導電体と複数の超
電導体とが接した構成の素子において、前記超電導体間
の距離を超電導の侵入長の５００倍より短く構成し、所
定の温度において前記光導電体に光を照射したとき該光
導電体が超電導特性を示すよう構成する。
〔産業上の利用分野〕 本発明は超高速の光スィッチ、光メモリや赤外線検知器
等に利用できる超電導光機能素子に関する。
近年のコンピュータシステムの高速化の要求に伴い、よ
り高速のスイッチ素子やメモリ素子の開発が望まれてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の高速スイッチとしては、超電導トランジスタがあ
るが、これは超電導体に挟まれた半導体へ電気的に電子
や正孔を注入することによりスイッチングするものであ
り、この電子や正札の注入には時間がかかるため、高速
化には限度があるという問題があった。
本発明はこの電気的な注入の代わりに、光照射の有無で
スイッチングし、より高速のスイッチ素子を提供すると
ともに、光照射によるメモリ効果を利用したメモリ素子
を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
第１図は本発明の超電導光機能素子の一構成例を示す図
である。
図中、１は鉛カルコゲナイドの三元半導体を主体とした
光導電効果を有する超電導性薄膜、２ａ。
２ｂは電極、３は基板を示す。
〔作用］ 前記光導電効果を有する超電導性薄膜１として、ＰｂＳ
ｎＴｅのような鉛カルコゲナイドの三元半導体を主体と
し、微量のＰｂおよび／またはＩｎを添加した材料を薄
膜状態で形成したところ、所定の温度において光を照射
したとき該薄膜が常電導状態から高速に超電導状態に切
り換わることを確認した。従って、この素子構造で超高
速の光スイツチ素子を得ることができる。
また、光導電効果を有する超電導性薄膜１の三元半導体
に添加する不純物をＩｎとすることにより、光照射を遮
断しても超電導状態が永続する特性が得られるのでメモ
リ素子として利用することもできる。
〔実施例〕
第１図は本発明の超電導光機能素子の一構造例を示す図
である。
基板３には弗化バリウム（ＢａＦｚ）からなり１ｍｍ　
ｘ　５　ａｍの大きさのものを用いた。基板材料として
はＢａＦ、の他、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、半絶縁
性のガリウム・砒素（ＧａＡｓ）やシリコン（Ｓｉ）等
が使用できる。この基板３上に、まずＰｂＳｎＴｅのよ
うな光導電効果を有する超電導性薄膜をホットウォール
法を用いて１μｍの厚さに形成し、次いで超電導性薄膜
の両端に金（ＡＵ）やＩｎ等の電極２ａ、２ｂを設けて
超電導光機能素子を作った。
上記超電導性薄膜の形成方法はホットウォール法の他、
液相エピタキシャル成長法、ＭＢＥ法またはＭＯＣＶＤ
法でもよい。
このような超電導光機能素子の前記電極２ａ。
２ｂ間に、図示しないが定電流源を接続するとともに、
極低温のもとで光導電性薄膜１に光を照射してスイッチ
機能およびメモリ機能を観測したところ以下の結果を得
た。
第２図は超電導体膜１にＰｂｚ−ｘ　Ｓｎｘ　Ｔｅ（Ｘ
＝０．２５）を用いたときの特性であり、横軸は温度（
Ｋ）を、縦軸は抵抗（Ω）を示しており、第３図はより
低温付近の特性を分かり易くするためにプロットしたも
ので、縦軸は温度が８にのときの抵抗を１として規格化
したものである。
図中、実線１１は光を照射していない暗状態のときの特
性、点線１２は３００にの黒体からの赤外線を照射した
ときの特性、および−点鎖線１３は波長１μｍで１０μ
Ｗ　／　ｃｍ　２の強さの赤外線をＬＥＤから照射した
ときの特性である。
なお、この場合、ＰｂＳｎＴｅ結晶として鉛（Ｐｂ）お
よびインジウム（Ｉ　ｎ）を不純物としてそれぞれ１％
添加したものを用いており、Ｐｂを添加することにより
、ＰｂＳｎＴｅ結晶はストイキオメトリから外れている
。
第２図、第３図から明らかなように、赤外線を照射する
ことによって電気抵抗が減少しており、また照射により
、より高い温度で超電導状態を実現している。例えば、
素子の温度が２にのとき、暗状態では常！導状態である
か、ＬＥＤからの赤外線照射では超電導状態となること
が分かる。
この現象は以下のように考察できる。すなわち上記三元
半導体の内部では、添加した不純物（Ｐｂ）の析出物、
または析出物によりできた粒界が半導体部分とそれぞれ
ジョセフソン結合しており、光照射により半導体中の電
子が励起され、キャリア濃度が速やかに増加し、このこ
とで半導体内部への超電導状態の侵入距離が長くなり、
ジョセフソン結合の障壁の厚さと同程度となる。このた
め半導体全体が超電導状態を示すと考えられる。
なお、上記三元半導体の場合、ＬＥＤからの光照射を停
止してもキャリア濃度は減少せず超電導状態を持続した
。すなわち、これは不純物として添加したＩｎが寄与し
ているものと考えられ、この超電導体は永続光導電特性
を有するので光メモリ素子として用いることができる。
また、上記の三元半導体に０．８μｍ以下の短波長の光
を照射したときは、永続光導電特性を示さず、光照射の
有無により、常電導と超電導の状態を切り換えることが
できた。このような素子はスイッチ素子として利用でき
る。
なお、本発明の超電導光機能素子に用いる光導電効果を
有する材料は、上記ＰｂＳｎＴｅ結晶に限られるもので
はなく、半絶縁性（低キヤリア濃度）で高易動度、かつ
キャリアのライフタイムが長いものであればよい。
従って、ガリウム・砒素（ＧａＡｓ）にクロム（Ｃｒ）
等を添加し、あるいは高純度化することにより高抵抗体
とし、あるいはインジウム・燐（ＩｎＰ）に鉄（Ｆｅ）
等を添加して高抵抗体とする等、■−ｖ族高紙高抵抗体
れば、スイッチ素子として用いることができる。
また、上記ＧａＡｓやＩｎＰにＤＸセンタを導入するこ
とで永続光導電特性を持たせることができる。
さらに、ＣｄＴｅ、ＨｇＣｄＴｅまたはＣｄＳ等のＨ−
■化合物半導体でもよい。
なお、上述した超電導性薄膜は、不純物の析出によって
できた無数の超電導微粒子と母体の半導体との間にそれ
ぞれジョセフソン結合を構成したものと見なせるが、こ
のような超電導微粒子が無くとも超伝導光機能素子を作
ることができる。
すなわち、第４図に示すように前述のような基板２３上
に、まず超電導体Ｍ（例えば、ＮｄＣｅ５ｒＣｕＯ膜）
を形威し、この膜の一部を除去して超電導体２２ａ、２
２ｂを設ける。次いでＩｎを添加して高抵抗としたＰｂ
ＳｎＴｅからなる光導電体膜１１を両超電導体２２ａ、
２２ｂの間に被着し、超電導光機能素子を形成する。
この場合、前記超電導体間の距離ｌは超電導体の侵入長
の５００倍以下とする。超電導体の侵入長はＰｂＳｎＴ
ｅの場合暗状態で約３０入であるが、ｌは０．５μｍと
した。そして両超電導体に図示しないが電極を付け、低
電流源を接続して特性を調べた。
このような素子も光照射の有無に応答したスイッチ特性
とメモリ効果を示した。
他の構造例としては第５図に示すものも有効である。基
板３３上に鉛カルコゲナイドの三元半導体からなる光導
電膜３１を一様に形成し、その上に前記のような超電導
膜を形成した後、この超電導膜の一部に前記距離ｌの溝
を設けて超電導体３２ａ、３２ｂとした。
なお、このような素子上に保護膜を設けてもよいことは
当然である。
このような本発明の超電導光機能素子を光ＩＣと組み合
わせることで、小型の高速論理素子を実現することが可
能となる。また、光応答特性を有しているので、赤外線
を含む光検知装置にも通用できる。
より高速で動作する機能素子が実現でき、工業的効果大
なるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の超電導光機能素子の構成国、第２図、
第３図は本発明の超電導光機能素子の特性を示す図、 第４図、第５図は他の実施例を示す図である。 図において、 ｌは超電導性薄膜、２ａ、２ｂは電極、３は基板２１．
３１は光導電体、２２ａ、２２ｂ、３２ａ３２ｂは超電
導体を示す。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば従来の電気信号に
よるスイッチングやメモリに比べると、不於明の免）祷
へ図 第１図 １ ／）杷明のふ１竹・１ｃ 第２−図 ６０の尖灰１ケ」 第中図 ６ぐの装托刑 第５　囚 本発明の弄−Ｙ竹′庄 第３図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）２つの電極（２ａ、２ｂ）間に挟まれた光導電効
    果を有する超電導性薄膜（１）の素子構造を有し、所定
    の温度における光照射に応答して常電導状態から超電導
    体状態に変化する特性を備えた素子であって、 前記超電導性薄膜（１）が鉛カルコゲナイドの三元半導
    体に鉛（Ｐｂ）および／またはインジウム（Ｉｎ）を添
    加した材料からなることを特徴とする超電導光機能素子
    。
  2. （２）前記超電導性薄膜（１）が不純物としてＩｎを添
    加した鉛・錫・テルル（ＰｂＳｎＴｅ）からなり、光照
    射による超電導状態が光照射遮断後も永続することを特
    徴とする請求項（１）記載の超電導光機能素子。
  3. （３）光導電体（２１、３１）と複数の超電導体（２２
    ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ）とが接した構成の素子に
    おいて、 前記超電導体（１２ａと１２ｂ）間の距離を超電導の侵
    入長の５００倍より短く構成し、所定の温度において前
    記光導電体（１１）に光を照射したとき、該光導電体の
    中への超電導状態の侵入長が長くなって超電導特性を示
    すことを特徴とする超電導光機能素子。
  4. （４）前記光導電体（２１、３１）がＰｂＳｎＴｅであ
    ることを特徴とする請求項（３）記載の超電導光機能素
    子。
  5. （５）前記光導電体（２１、３１）がＧａＡｓ、ＩｎＰ
    等のIII−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする請
    求項（３）記載の超電導光機能素子。
  6. （６）前記光導電体（２１、３１）がＣｄＴｅ、ＨｇＣ
    ｄＴｅ、ＣｄＳ等のII−VI族化合物半導体であることを
    特徴とする請求項（３）記載の超電導光機能素子。
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