JPH0368182A - 超伝導トランジスタ - Google Patents
超伝導トランジスタInfo
- Publication number
- JPH0368182A JPH0368182A JP1204166A JP20416689A JPH0368182A JP H0368182 A JPH0368182 A JP H0368182A JP 1204166 A JP1204166 A JP 1204166A JP 20416689 A JP20416689 A JP 20416689A JP H0368182 A JPH0368182 A JP H0368182A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substance
- base
- collector
- superconductor
- emitter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Bipolar Transistors (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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超伝導現象を応用した電子デバイスに関し、さ
らに具体的には半導体トランジスタの特性に比べ極めて
優れた電流増幅・高速スイッチング・高周波増幅動作特
性を具備する超伝導トランジスタに関する。
らに具体的には半導体トランジスタの特性に比べ極めて
優れた電流増幅・高速スイッチング・高周波増幅動作特
性を具備する超伝導トランジスタに関する。
ホットエレクトロントランジスタに類似する動作を行う
超伝導トランジスタは既に開示されている。例えば、く
１）円相 泰孝による“超伝導デバイス”と題する特公
昭６０−１１７６９１号公報＋ （２） Ｄ、Ｊ、Ｆｒ
ａｎｋらによる論文’Ａ ｎｅｉｎ ５ｕｐｅ −ｒｃ
ｏｎｄｕｃｔｉｎｇ−ｂａｓｅ ｔｒａｎ３ｉｓｔｏｒ
＋” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ、Ｍａｇｎ、、ｖｏｌ、Ｍ
ａｇ−２１＋ｎｏ、３＋ｐｐ、７２１−７２４．Ｍａｒ
ｃｈ １９８５＋及び（３） ）１．Ｔａｍｕｒａらに
よる論文”Ｃｕｒｒｅｎｔ １ｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｆ
ｆｅｃｔｓ ｉｎ ａ Ｎｂ／ＡｌＯｘ −Ａｌ／
Ｎｂ／ｎ−１ｎＳｂ ｔｒｉｏｄｅ＋Ｊａｐａｎｅｓ
ｅ Ｊ、 ｏｆ Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、、ｖｏｌ、
２４＋ｎｏ、９＋ｐｐ、Ｌ７０９、τ１０，５ｅｐｔ、
１９８５．などに発表されている通りである。
超伝導トランジスタは既に開示されている。例えば、く
１）円相 泰孝による“超伝導デバイス”と題する特公
昭６０−１１７６９１号公報＋ （２） Ｄ、Ｊ、Ｆｒ
ａｎｋらによる論文’Ａ ｎｅｉｎ ５ｕｐｅ −ｒｃ
ｏｎｄｕｃｔｉｎｇ−ｂａｓｅ ｔｒａｎ３ｉｓｔｏｒ
＋” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ、Ｍａｇｎ、、ｖｏｌ、Ｍ
ａｇ−２１＋ｎｏ、３＋ｐｐ、７２１−７２４．Ｍａｒ
ｃｈ １９８５＋及び（３） ）１．Ｔａｍｕｒａらに
よる論文”Ｃｕｒｒｅｎｔ １ｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｆ
ｆｅｃｔｓ ｉｎ ａ Ｎｂ／ＡｌＯｘ −Ａｌ／
Ｎｂ／ｎ−１ｎＳｂ ｔｒｉｏｄｅ＋Ｊａｐａｎｅｓ
ｅ Ｊ、 ｏｆ Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、、ｖｏｌ、
２４＋ｎｏ、９＋ｐｐ、Ｌ７０９、τ１０，５ｅｐｔ、
１９８５．などに発表されている通りである。
これ等の超伝導トランジスタの構造、及び動作原理は基
本的には同じであるので、ここでは上記の参考文献（２
〉を例にとって説明する。第３図は従来の超伝導トラン
ジスタの基本構造の模式図である。第３図において、エ
ミ・ノタ金属ｌ、トンネル絶縁体２、ベース超伝導体３
、コレクタ半導体４、コレクタ電極金属５の積層構造が
図示されている。エミッタ電極、ベース部Ｂ１コレクタ
部Ｃから構成され、エミッタ金属１からエミッタ電極を
、ベース超伝導体３からベース電極を、コレ。
本的には同じであるので、ここでは上記の参考文献（２
〉を例にとって説明する。第３図は従来の超伝導トラン
ジスタの基本構造の模式図である。第３図において、エ
ミ・ノタ金属ｌ、トンネル絶縁体２、ベース超伝導体３
、コレクタ半導体４、コレクタ電極金属５の積層構造が
図示されている。エミッタ電極、ベース部Ｂ１コレクタ
部Ｃから構成され、エミッタ金属１からエミッタ電極を
、ベース超伝導体３からベース電極を、コレ。
クタ電極金属５からコレクタ電極を取る。エミッタ部Ｅ
はエミッタ金属１とトンネル絶縁体２とから形成され、
ヘース部Ｂは超伝導体３から形成され、コレクタ部Ｃは
コレクタ半導体４とコレクタ電極金属５とから形成され
る。以下に示す動作原理上、トンネル絶縁体２の厚みは
、エミッタ金属１からベース超伝導体３に電子がトンネ
ルできる程度に薄く、またコレクタ半導体４のバリヤ△
ｑはベース超伝導体３のエネルギーギャップ△より小さ
い値を持つことにする。
はエミッタ金属１とトンネル絶縁体２とから形成され、
ヘース部Ｂは超伝導体３から形成され、コレクタ部Ｃは
コレクタ半導体４とコレクタ電極金属５とから形成され
る。以下に示す動作原理上、トンネル絶縁体２の厚みは
、エミッタ金属１からベース超伝導体３に電子がトンネ
ルできる程度に薄く、またコレクタ半導体４のバリヤ△
ｑはベース超伝導体３のエネルギーギャップ△より小さ
い値を持つことにする。
第４図には、従来の超伝導トランジスタの伝導帯近傍で
のエネルギーバンド構造の模式図を図示する。第４図（
ａ）はエミッタ・ベース電極間電圧Ｖ Ｅ［１％ベース
・コレクタ電極間電圧ＶＢＣともに印加しない熱平衡状
態の場合である。第４図（ｂ）に図示するように、エミ
ッタ・ベース電極間電圧■、に超伝導体ベース３のエネ
ルギーギャップΔ程度以上の電圧を印加すると、トンネ
ル絶縁体２を透過するトンネリングにより電子６がエミ
ッタ金属ｌよりベース超伝導体３に注入される。注入さ
れた電子はクーパーペア（超伝導電子対）７への再結合
を受けながらベース超伝導体中を走行しベース超伝導体
３とコレクタ半導体４との界面に到達する。ベース・コ
レクタ界面に到達した電子は、コレクタ半導体４のバリ
ア△９による量子力学的反射を受は一部はエミッタ電極
に反射されるが、反射されなかった電子はベース・コレ
クタ電極間電圧ＶＩＩＣによるコレクタ内部電界により
加速されコレクタ電極金属５に到達しコレクタ電流Ｉ。
のエネルギーバンド構造の模式図を図示する。第４図（
ａ）はエミッタ・ベース電極間電圧Ｖ Ｅ［１％ベース
・コレクタ電極間電圧ＶＢＣともに印加しない熱平衡状
態の場合である。第４図（ｂ）に図示するように、エミ
ッタ・ベース電極間電圧■、に超伝導体ベース３のエネ
ルギーギャップΔ程度以上の電圧を印加すると、トンネ
ル絶縁体２を透過するトンネリングにより電子６がエミ
ッタ金属ｌよりベース超伝導体３に注入される。注入さ
れた電子はクーパーペア（超伝導電子対）７への再結合
を受けながらベース超伝導体中を走行しベース超伝導体
３とコレクタ半導体４との界面に到達する。ベース・コ
レクタ界面に到達した電子は、コレクタ半導体４のバリ
ア△９による量子力学的反射を受は一部はエミッタ電極
に反射されるが、反射されなかった電子はベース・コレ
クタ電極間電圧ＶＩＩＣによるコレクタ内部電界により
加速されコレクタ電極金属５に到達しコレクタ電流Ｉ。
となる。
また、ベース・コレクタ界面での量子力学的反射などで
コレクタ電極に到達できない電子は、クーパーペア（超
伝導電子対）７へ再結合しベース電流１．となる。この
ように、ベース電流Ｉ８は、クーパーベア（超伝導電子
対）７として流れるので直流ベース抵抗は零である。従
って、最大発振周波数ｆ 、４ＡＸの値は極めて高いと
いう特徴を持っている（試算によると５００ＧＨｚにも
達する）。
コレクタ電極に到達できない電子は、クーパーペア（超
伝導電子対）７へ再結合しベース電流１．となる。この
ように、ベース電流Ｉ８は、クーパーベア（超伝導電子
対）７として流れるので直流ベース抵抗は零である。従
って、最大発振周波数ｆ 、４ＡＸの値は極めて高いと
いう特徴を持っている（試算によると５００ＧＨｚにも
達する）。
さらに、ベース抵抗の増大を考慮することなくベース超
伝導体の厚みを薄くできるので、電子がベースを走行す
るのに社要する時間、つまり、ベース走行時間τは極め
て小さくなり高速動作が可能になるという特徴を持つ。
伝導体の厚みを薄くできるので、電子がベースを走行す
るのに社要する時間、つまり、ベース走行時間τは極め
て小さくなり高速動作が可能になるという特徴を持つ。
例えば、ベースの厚みを３０ｎｍと仮定すると、τはｏ
、ｉｐｓになる。
、ｉｐｓになる。
これ等の高周波・高速特性に関する性能は、半導体トラ
ンジスタに比べて格段に優れた特性である。
ンジスタに比べて格段に優れた特性である。
しかしながら、従来の超伝導トランジスタでは、以下に
示すようにベース・コレクタ界面での量子力学的反射に
より電流増幅率が低下するという問題点があった。
示すようにベース・コレクタ界面での量子力学的反射に
より電流増幅率が低下するという問題点があった。
上記したように、エミッタから注入された電子６の一部
は、ベースを走行する間（ベース走行時間τ）にクーパ
ーベア（超伝導電子対）７に再結合する。クーパーベア
７への再結合時間をτ１とすると、クーパーペア７に再
結合せずにベース・コレクタ界面に到達した電子による
電流■１は、ｈ−（１−τ／τ＊）Ｉｔ
（１）と表される。■、はエミッタ電極である。ベース
・コレクタ界面に到達した電子は量子力学的反射を受け
る。量子力学的反射による透過係数をＰとすると、コレ
クタ電流Ｉ、は、 Ｉ、＝Ｐ １．＝Ｐ （１−τ／τ、）ＩＥ（２）と表
される。従って、エミッタ電極の電流増幅率β（−１ｃ
／ Ｉａ −１ｃ ／ （ＩＥ −１ｃ ） ）は、
次式で与えられる。
は、ベースを走行する間（ベース走行時間τ）にクーパ
ーベア（超伝導電子対）７に再結合する。クーパーベア
７への再結合時間をτ１とすると、クーパーペア７に再
結合せずにベース・コレクタ界面に到達した電子による
電流■１は、ｈ−（１−τ／τ＊）Ｉｔ
（１）と表される。■、はエミッタ電極である。ベース
・コレクタ界面に到達した電子は量子力学的反射を受け
る。量子力学的反射による透過係数をＰとすると、コレ
クタ電流Ｉ、は、 Ｉ、＝Ｐ １．＝Ｐ （１−τ／τ、）ＩＥ（２）と表
される。従って、エミッタ電極の電流増幅率β（−１ｃ
／ Ｉａ −１ｃ ／ （ＩＥ −１ｃ ） ）は、
次式で与えられる。
β・（１−τ／ ｒＲ）Ｐ／（１，、、（１−τ／ ｒ
Ｒ）Ｐ） （３）（３）式を見てわかるように、Ｐが
低下すると、βは減少する。代表的な値として、例えば
て−０゜１ｐｓ、ｒＲ−１ｎｓ、Ｐ＝０．４とすると、
βは約０．６７となり電流増幅動作が得られない。
Ｒ）Ｐ） （３）（３）式を見てわかるように、Ｐが
低下すると、βは減少する。代表的な値として、例えば
て−０゜１ｐｓ、ｒＲ−１ｎｓ、Ｐ＝０．４とすると、
βは約０．６７となり電流増幅動作が得られない。
このように、従来の超伝導トランジスタは、優れた高速
・高周波特性を潜在的に持っているにも抱らず、ベース
・コレクタ界面での量子力学的反射によりその電流増幅
率が大きく低下してしまうという欠点を持っている。
・高周波特性を潜在的に持っているにも抱らず、ベース
・コレクタ界面での量子力学的反射によりその電流増幅
率が大きく低下してしまうという欠点を持っている。
本発明は上記の問題点に鑑み提案されたもので、その目
的とするところは、大きな電流増幅率を有し、かつ半導
体トランジスタに比べて格段に優れ。
的とするところは、大きな電流増幅率を有し、かつ半導
体トランジスタに比べて格段に優れ。
た高速・高周波特性を具備する超伝導トランジスタを提
供することである。
供することである。
本発明は、それぞれ金属あるいは超伝導体からなる物質
Ａ、絶縁体あるいは半導体からなる物質Ｂ、超伝導体か
らなる物質Ｃ，絶縁体あるいは半導体からなる物質り及
び金属あるいは超伝導体からなる物質Ｅにより構成され
る各層が積層される構造において、物質Ａからなる層か
らエミッタ電極を、物質Ｃからなる層からベース電極を
、物質Ｅからなる層からコレクタ電極を取る超伝導トラ
ンジスタであって、物質Ｂ、物質Ｃ及び物質りからなる
各層の厚みを、物質Ａからなる層中の電子が物質Ｅから
なる層に共鳴トンネルできるように薄く設定し、物質Ｃ
からなる層中に生じる量子エネルギー準位を、物質Ｃの
超伝導エネルギーギャップに一致させることを最も大き
な特徴とする。
Ａ、絶縁体あるいは半導体からなる物質Ｂ、超伝導体か
らなる物質Ｃ，絶縁体あるいは半導体からなる物質り及
び金属あるいは超伝導体からなる物質Ｅにより構成され
る各層が積層される構造において、物質Ａからなる層か
らエミッタ電極を、物質Ｃからなる層からベース電極を
、物質Ｅからなる層からコレクタ電極を取る超伝導トラ
ンジスタであって、物質Ｂ、物質Ｃ及び物質りからなる
各層の厚みを、物質Ａからなる層中の電子が物質Ｅから
なる層に共鳴トンネルできるように薄く設定し、物質Ｃ
からなる層中に生じる量子エネルギー準位を、物質Ｃの
超伝導エネルギーギャップに一致させることを最も大き
な特徴とする。
これにより、エミッタから注入された電子は共鳴トンネ
ル現象によりコレクタに透過係数はぼ１でトンネル遷移
するため、従来構造の超伝導トランジスタで生じたベー
ス・コレクタ界面での量子力学的反射による電流増幅率
の低下を解決できる。
ル現象によりコレクタに透過係数はぼ１でトンネル遷移
するため、従来構造の超伝導トランジスタで生じたベー
ス・コレクタ界面での量子力学的反射による電流増幅率
の低下を解決できる。
さらに具体的に本発明の構成を以下に述べる。
即ち、本発明はそれぞれ物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃ１物質
り及び物質Ｅからなる層が積層される構造において、 物質Ａからなる層を金属、あるいは超伝導体、物質Ｂか
らなる層を絶縁体、あるいは半導体、物質Ｃからなる層
を超伝導体、 物質りからなる層を絶縁体、あるいは半導体、物質Ｅか
らなる層を金属、あるいは超伝導体で構成し、 物質Ｂ、物質Ｃ及び物質りからなる各層の厚みを、物質
Ａからなる層中の電子が物質Ｅからなる層中に共鳴トン
ネルできるように薄く設定し、物質Ｃからなる層中に生
じる量子エネルギー準位を物質Ｃの超伝導エネルギーギ
ャップに一致させ、物質Ａからなる層からエミッタ電極
を、物質Ｃからなる層からベース電極を、 物１τＥからなる層からコレクタ電極を取ることを特徴
とした超伝導トランジスタによって構成されている。
り及び物質Ｅからなる層が積層される構造において、 物質Ａからなる層を金属、あるいは超伝導体、物質Ｂか
らなる層を絶縁体、あるいは半導体、物質Ｃからなる層
を超伝導体、 物質りからなる層を絶縁体、あるいは半導体、物質Ｅか
らなる層を金属、あるいは超伝導体で構成し、 物質Ｂ、物質Ｃ及び物質りからなる各層の厚みを、物質
Ａからなる層中の電子が物質Ｅからなる層中に共鳴トン
ネルできるように薄く設定し、物質Ｃからなる層中に生
じる量子エネルギー準位を物質Ｃの超伝導エネルギーギ
ャップに一致させ、物質Ａからなる層からエミッタ電極
を、物質Ｃからなる層からベース電極を、 物１τＥからなる層からコレクタ電極を取ることを特徴
とした超伝導トランジスタによって構成されている。
本発明の動作原理を簡単に述べると以下の通りである。
即ち、本発明による超伝導トランジスタでは、従来の超
伝導トランジスタて問題となっていたベース・コレクタ
界面における量子力学的反射による電流増幅率の低下の
問題点を解決するために、共鳴トンネル効果を利用して
いる。即ち、ベース超伝導体層中の量子エネルギー準位
Ｅ１に等しくなるようにエミッタ・ベース間バイアス■
０を設定すると、エミッタ、ベース、コレクタ間を、エ
ミッタからの注入電子は共鳴トンネル効果により、はぼ
トンネル遷移確率１で透過する。ベース内の電子の一部
分はクーパーベアと再結合し、ヘース電流Ｉ、となるが
、ベース超伝導体のためベース抵抗はゼロであり、一方
、エミッタよりの注入電子は共鳴トンネル効果により非
常に高い確率でコレクタまで運ばれるため、電流増幅率
は極めて高くなる。またトンネル遷移を利用することか
ら本発明の超伝導トランジスタのスイッチング特性も極
めて高速であり、従って高周波特性も非常に高い周波数
（例えば５００ＧＨｚ）まで動作することになる。
伝導トランジスタて問題となっていたベース・コレクタ
界面における量子力学的反射による電流増幅率の低下の
問題点を解決するために、共鳴トンネル効果を利用して
いる。即ち、ベース超伝導体層中の量子エネルギー準位
Ｅ１に等しくなるようにエミッタ・ベース間バイアス■
０を設定すると、エミッタ、ベース、コレクタ間を、エ
ミッタからの注入電子は共鳴トンネル効果により、はぼ
トンネル遷移確率１で透過する。ベース内の電子の一部
分はクーパーベアと再結合し、ヘース電流Ｉ、となるが
、ベース超伝導体のためベース抵抗はゼロであり、一方
、エミッタよりの注入電子は共鳴トンネル効果により非
常に高い確率でコレクタまで運ばれるため、電流増幅率
は極めて高くなる。またトンネル遷移を利用することか
ら本発明の超伝導トランジスタのスイッチング特性も極
めて高速であり、従って高周波特性も非常に高い周波数
（例えば５００ＧＨｚ）まで動作することになる。
第１図は本発明の第１の実施例としての超伝導トランジ
スタの模式図である。それぞれ物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃ
２物質り及び物質Ｅからなる各層の積層構造をもつ。こ
の実施例では、物質Ａをエミツタ超伝導体１１、物質Ｂ
をエミッタ絶縁体１２、物質Ｃをベース超伝導体１３、
物質りをコレクタ絶縁体１４、物質Ｅをコレクタ電極金
属５で形成している。エミツタ超伝導体１１からエミツ
タ電極を、ベース超伝導体１３からベース電極を、コレ
クタ電極金属１５からコレクタ電極を取る。
スタの模式図である。それぞれ物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃ
２物質り及び物質Ｅからなる各層の積層構造をもつ。こ
の実施例では、物質Ａをエミツタ超伝導体１１、物質Ｂ
をエミッタ絶縁体１２、物質Ｃをベース超伝導体１３、
物質りをコレクタ絶縁体１４、物質Ｅをコレクタ電極金
属５で形成している。エミツタ超伝導体１１からエミツ
タ電極を、ベース超伝導体１３からベース電極を、コレ
クタ電極金属１５からコレクタ電極を取る。
エミッタ部Ｅはエミツタ金属１１とエミッタ絶縁体１２
とから形成され、ベース部Ｂはベース超伝導体１３から
形成され、コレクタ部Ｃはコレクタ絶縁体１４とコレク
タ電極金属１５とから形成される。第２図は第１の実施
例に図示した超伝導トランジスタの伝導帯近傍のエネル
ギーバンド構造の模式図を示す。第２図（ａ）にはエミ
フタ・ベース電極間電圧ＶＥＲ、ベース・コレクタ電極
間電圧Ｖ［ｌＣとも印加してない熱平衡状態に対応する
場合を図示する。ベース超伝導体１３、はエミッタ絶縁
体１２、コレクタ絶縁体１４に挟まれている。
とから形成され、ベース部Ｂはベース超伝導体１３から
形成され、コレクタ部Ｃはコレクタ絶縁体１４とコレク
タ電極金属１５とから形成される。第２図は第１の実施
例に図示した超伝導トランジスタの伝導帯近傍のエネル
ギーバンド構造の模式図を示す。第２図（ａ）にはエミ
フタ・ベース電極間電圧ＶＥＲ、ベース・コレクタ電極
間電圧Ｖ［ｌＣとも印加してない熱平衡状態に対応する
場合を図示する。ベース超伝導体１３、はエミッタ絶縁
体１２、コレクタ絶縁体１４に挟まれている。
ツマリ、ベース超伝導体１３がポテンシャルの井戸を、
エミッタ絶縁体１２、コレクタ絶縁体１４がポテンシャ
ルの障壁を形成することになる。
エミッタ絶縁体１２、コレクタ絶縁体１４がポテンシャ
ルの障壁を形成することになる。
ここで、ベース超伝導体１３の厚みを電子のド・ブロイ
波長程度以下にすると、ポテンシャル障壁１２．１４に
囲まれた電子の波動的性質により井戸内に量子エネルギ
ー準位Ｅ、、Ｅ２．．．が形成される。ここで、第１の
量子準位Ｅ、をベース超伝導体１３のエネルギーギャッ
プ△と一致させる。また、エミッタ絶縁体１２、コレク
タ絶縁体１４の厚みを、電子が共鳴トンネリングできる
程度に薄くする。第２図（ｂ）で図示するように、エミ
ツタ・ベース電極間電圧■、に超伝導ベース１３のエネ
ルギーギャップΔ程度の電圧を印加すると、エミッタ絶
縁体１２を通すトンネリングにより、電子６がエミツタ
超伝導体１１よりベース超伝導体１３に注入される。注
入された電子は一部クーバーベア７になりベース電流■
８になるが、はとんどはベース・コレクタ界面に到達す
る。注入された電子のエネルギーレベルは第１の量子準
位Ｅ、と一致させているので、界面に到達した電子は、
共鳴トンネリングしコレクタ電極１５に到達し、コレク
タ電流Ｉ、となる。共鳴トンネリングの透過係数はほぼ
１であるため、従来の超伝導トランジスタで問題になっ
たベース・コレクタ界面での量子力学的反射による電流
増幅率の低下を防止することができる。例えば、τ−０
，１ｐｓ、ｒＲ−１ｎｓ、Ｐ＝０．９９とすると、（３
）式からβ−９９と大きな値を実現できる。
波長程度以下にすると、ポテンシャル障壁１２．１４に
囲まれた電子の波動的性質により井戸内に量子エネルギ
ー準位Ｅ、、Ｅ２．．．が形成される。ここで、第１の
量子準位Ｅ、をベース超伝導体１３のエネルギーギャッ
プ△と一致させる。また、エミッタ絶縁体１２、コレク
タ絶縁体１４の厚みを、電子が共鳴トンネリングできる
程度に薄くする。第２図（ｂ）で図示するように、エミ
ツタ・ベース電極間電圧■、に超伝導ベース１３のエネ
ルギーギャップΔ程度の電圧を印加すると、エミッタ絶
縁体１２を通すトンネリングにより、電子６がエミツタ
超伝導体１１よりベース超伝導体１３に注入される。注
入された電子は一部クーバーベア７になりベース電流■
８になるが、はとんどはベース・コレクタ界面に到達す
る。注入された電子のエネルギーレベルは第１の量子準
位Ｅ、と一致させているので、界面に到達した電子は、
共鳴トンネリングしコレクタ電極１５に到達し、コレク
タ電流Ｉ、となる。共鳴トンネリングの透過係数はほぼ
１であるため、従来の超伝導トランジスタで問題になっ
たベース・コレクタ界面での量子力学的反射による電流
増幅率の低下を防止することができる。例えば、τ−０
，１ｐｓ、ｒＲ−１ｎｓ、Ｐ＝０．９９とすると、（３
）式からβ−９９と大きな値を実現できる。
本発明の第２の実施例としては、物質Ｂ、あるいは物質
りからなる層として半導体層を用いることである。動作
原理から容易に類推できるように、物質Ｂ、物質りはベ
ース超伝導体（物質Ｃ〉中に量子準位を形成するもので
ある。従って、物質Ｂ、物質りの条件としては、ベース
超伝導体１３に対してポテンシャルの障壁を形成する材
料であればよい。従って、半導体で形成することも可能
である。この場合、ポテンシャル障壁の高さが第１の実
施例で図示した絶縁体に比べて小さくなるので、エミツ
タからの注入電流密度を大きくできる利点がある。
りからなる層として半導体層を用いることである。動作
原理から容易に類推できるように、物質Ｂ、物質りはベ
ース超伝導体（物質Ｃ〉中に量子準位を形成するもので
ある。従って、物質Ｂ、物質りの条件としては、ベース
超伝導体１３に対してポテンシャルの障壁を形成する材
料であればよい。従って、半導体で形成することも可能
である。この場合、ポテンシャル障壁の高さが第１の実
施例で図示した絶縁体に比べて小さくなるので、エミツ
タからの注入電流密度を大きくできる利点がある。
第３の実施例としては、物質Ａ、物質Ｅからなる層とし
て超伝導体層を用いることである。エミツタ電極、コレ
クタ電極の抵抗を無くすことができる。
て超伝導体層を用いることである。エミツタ電極、コレ
クタ電極の抵抗を無くすことができる。
第２及び第３の実施例による超伝導トランジスタも動作
原理としての共鳴トンネル効果を利用し、かつベース超
伝導体を利用するベース抵抗ゼロ、超高周波動作、高電
流増幅率等の効果は、第１の実施例と同様である。
原理としての共鳴トンネル効果を利用し、かつベース超
伝導体を利用するベース抵抗ゼロ、超高周波動作、高電
流増幅率等の効果は、第１の実施例と同様である。
さらに第２の実施例では工くツタよりの注入電流密度が
大きくできる利点があり、第３の実施例では工ｅソタ、
コレクタ内の直列抵抗の減少効果があるわけである。
大きくできる利点があり、第３の実施例では工ｅソタ、
コレクタ内の直列抵抗の減少効果があるわけである。
本発明の実施態様を述べると以下の通りである。
即ち、本発明は、
それぞれ物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃ１物質り及び物質Ｅか
らなる層が積層される構造において、物質Ａからなる層
を金属、あるいは超伝導体、物質Ｂからなる層を絶縁体
、あるいは゛１−導体、物質Ｃからなる層を超伝導体、 物質りからなる層を絶縁体、あるいは半導体、物質Ｅか
らなる層を金属、あるいは超伝導体で構成し、 Ｔｈ質Ｂ、物質Ｃ及び物質りからなる各層の厚みを、物
質Ａからなる層中の電子が物質Ｅからなる層中に共鳴ト
ンネルできるように薄く設定し、物質Ｃからなる層中に
生じる量子エネルギー準位を物質Ｃの超伝導工不ルギー
ギャソブに一致させ、物質Ａからなる層からエミッタ電
極を、物質Ｃからなる層からベース電極を、 物質Ｅからなる層からコレクタ電極を、取ることを特徴
とした超伝導トランジスタに関するものである。
らなる層が積層される構造において、物質Ａからなる層
を金属、あるいは超伝導体、物質Ｂからなる層を絶縁体
、あるいは゛１−導体、物質Ｃからなる層を超伝導体、 物質りからなる層を絶縁体、あるいは半導体、物質Ｅか
らなる層を金属、あるいは超伝導体で構成し、 Ｔｈ質Ｂ、物質Ｃ及び物質りからなる各層の厚みを、物
質Ａからなる層中の電子が物質Ｅからなる層中に共鳴ト
ンネルできるように薄く設定し、物質Ｃからなる層中に
生じる量子エネルギー準位を物質Ｃの超伝導工不ルギー
ギャソブに一致させ、物質Ａからなる層からエミッタ電
極を、物質Ｃからなる層からベース電極を、 物質Ｅからなる層からコレクタ電極を、取ることを特徴
とした超伝導トランジスタに関するものである。
以上説明したように、本発明により半導体トランジスタ
特性を大きく越える電流増幅、高速スイ、ヂング動作、
高周波増幅が可能である。本発明による超伝導トランジ
スタは超高速ＬＳＩ、あるいは超高周波デバイスなどの
幅広い応用を切り開くものである。
特性を大きく越える電流増幅、高速スイ、ヂング動作、
高周波増幅が可能である。本発明による超伝導トランジ
スタは超高速ＬＳＩ、あるいは超高周波デバイスなどの
幅広い応用を切り開くものである。
第１図は本発明による超伝導トランジスタの第１の実施
例を示しその基本構造を説明する図、第２図は第１の実
施例の超伝導トランジスタのエネルギーバンド構造の模
式図である。第３図は従来の超伝導トランジスタの基本
構造の模式図、第４図は従来の超伝導トランジスタのエ
ネルギーバンド構造の模式図である。 １．１１・・・エミッタ金属、 ２・・・トンネル絶
縁体、 ３．１３・・・ベース超伝導体、４・・・コレ
クタ半導体、 ５．１５・−−コレクタ電極金属、 ６
・・・準粒子（電子）、 ７・・・クーパーペア（超伝
導電子対）、 １２・・エミッタ絶縁体、 １４・・
・コレクタ絶縁体 １１工ミンタ超伝導体
例を示しその基本構造を説明する図、第２図は第１の実
施例の超伝導トランジスタのエネルギーバンド構造の模
式図である。第３図は従来の超伝導トランジスタの基本
構造の模式図、第４図は従来の超伝導トランジスタのエ
ネルギーバンド構造の模式図である。 １．１１・・・エミッタ金属、 ２・・・トンネル絶
縁体、 ３．１３・・・ベース超伝導体、４・・・コレ
クタ半導体、 ５．１５・−−コレクタ電極金属、 ６
・・・準粒子（電子）、 ７・・・クーパーペア（超伝
導電子対）、 １２・・エミッタ絶縁体、 １４・・
・コレクタ絶縁体 １１工ミンタ超伝導体
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 それぞれ物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃ、物質Ｄ及び物質Ｅか
らなる層が積層される構造において、物質Ａからなる層
を金属、あるいは超伝導体、物質Ｂからなる層を絶縁体
、あるいは半導体、物質Ｃからなる層を超伝導体、 物質Ｄからなる層を絶縁体、あるいは半導体、物質Ｅか
らなる層を金属、あるいは超伝導体で構成し、 物質Ｂ、物質Ｃ及び物質Ｄからなる各層の厚みを、物質
Ａからなる層中の電子が物質Ｅからなる層中に共鳴トン
ネルできるように薄く設定し、 物質Ｃからなる層中に生じる量子エネルギー準位を物質
Ｃの超伝導エネルギーギャップに一致させ、物質Ａから
なる層からエミッタ電極を、 物質Ｃからなる層からベース電極を、 物質Ｅからなる層からコレクタ電極を 取ることを特徴とした超伝導トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204166A JP2582643B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 超伝導トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204166A JP2582643B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 超伝導トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0368182A true JPH0368182A (ja) | 1991-03-25 |
| JP2582643B2 JP2582643B2 (ja) | 1997-02-19 |
Family
ID=16485932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1204166A Expired - Fee Related JP2582643B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 超伝導トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2582643B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5318952A (en) * | 1992-12-24 | 1994-06-07 | Fujitsu Limited | A superconducting transistor wherein hot electrons are injected into and trapped from the base |
| JPH06204578A (ja) * | 1993-01-08 | 1994-07-22 | Nec Corp | 超伝導共鳴トンネルトランジスタ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01184883A (ja) * | 1988-01-13 | 1989-07-24 | Hitachi Ltd | 共鳴トンネリング３極装置 |
-
1989
- 1989-08-07 JP JP1204166A patent/JP2582643B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01184883A (ja) * | 1988-01-13 | 1989-07-24 | Hitachi Ltd | 共鳴トンネリング３極装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5318952A (en) * | 1992-12-24 | 1994-06-07 | Fujitsu Limited | A superconducting transistor wherein hot electrons are injected into and trapped from the base |
| JPH06204578A (ja) * | 1993-01-08 | 1994-07-22 | Nec Corp | 超伝導共鳴トンネルトランジスタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2582643B2 (ja) | 1997-02-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ciaccia et al. | Gate-tunable Josephson diode in proximitized InAs supercurrent interferometers | |
| Zhang et al. | General theory of Josephson diodes | |
| Mamin et al. | Merged-element transmons: Design and qubit performance | |
| Zuo et al. | Supercurrent interference in few-mode nanowire Josephson junctions | |
| Cuozzo et al. | Microwave-tunable diode effect in asymmetric SQUIDs with topological Josephson junctions | |
| Johansson et al. | Resonant multiple Andreev reflections in mesoscopic superconducting junctions | |
| Minutillo et al. | Anomalous josephson effect in s/so/f/s heterostructures | |
| Koshina et al. | Spin polarization and π-phase state of the Josephson contact: Critical current of mesoscopic SFIFS and SFIS junctions | |
| Strickland et al. | Gatemonium: A voltage-tunable fluxonium | |
| Aihara et al. | Anomalous dielectric response in insulators with the π Zak phase | |
| JPH05206530A (ja) | 高温超電導体ジョセフソン接合およびその製造方法 | |
| Fistul | Macroscopic quantum tunneling in globally coupled series arrays of Josephson junctions | |
| JPH04226015A (ja) | 伝導性の増大した共振超格子構造体 | |
| US20220207403A1 (en) | Tunable capacitor for superconducting qubits | |
| Asai et al. | Theory of macroscopic quantum tunneling with Josephson-Leggett collective excitations in multiband superconducting Josephson junctions | |
| Wu et al. | Ubiquitous missing first Shapiro step in Al-InSb nanosheet Josephson junctions | |
| Rittenhouse et al. | Fabry-Perot interference peaks in the critical current for ballistic superconductor-normal-metal-superconductor Josephson junctions | |
| JP2582643B2 (ja) | 超伝導トランジスタ | |
| Puglia et al. | Phase slips dynamics in gated Ti and V all-metallic supercurrent nano-transistors | |
| Filatrella et al. | Emission of radiation from square arrays of stacked Josephson junctions | |
| Lu et al. | Superconducting single-electron transistor coupled to a locally tunable electromagnetic environment | |
| Zhu et al. | Microwave-induced π-junction transition in a superconductor/quantum dot/superconductor structure | |
| Wang et al. | Quantum coherent control of a hybrid superconducting circuit made with graphene-based van der Waals heterostructures | |
| Duvauchelle et al. | Quantum coherence of the quartet scheme observed by Shapiro resonance under radio-frequency irradiation in three terminal Josephson junctions | |
| Adourian et al. | Josephson junction oscillators as probes of electronic nanostructures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |