JPH0429381A - 電界効果型三端子超電導素子およびそれを用いた回路素子 - Google Patents
電界効果型三端子超電導素子およびそれを用いた回路素子Info
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- JPH0429381A JPH0429381A JP2133842A JP13384290A JPH0429381A JP H0429381 A JPH0429381 A JP H0429381A JP 2133842 A JP2133842 A JP 2133842A JP 13384290 A JP13384290 A JP 13384290A JP H0429381 A JPH0429381 A JP H0429381A
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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。
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〕
本発明は高速、低消費電力でスイッチング動作を行なう
、超電導スイッチング素子等、超電導エレクトロニクス
の分野に係り、特にデジタル回路、アナログ回路の分野
に応用される超電導素子に関するものである。
、超電導スイッチング素子等、超電導エレクトロニクス
の分野に係り、特にデジタル回路、アナログ回路の分野
に応用される超電導素子に関するものである。
金属超電導体を用いた、弱結合素子及び電界効果型超電
導三端子素子は、超高速コンピューターの演算素子とし
て注目されている。しかし、金属超電導体の超電導転移
温度は低く （＜２５Ｋ）、素子として活用するために
高価な液体ヘリウムが必要である。近年発見された酸化
物超電導体は。
導三端子素子は、超高速コンピューターの演算素子とし
て注目されている。しかし、金属超電導体の超電導転移
温度は低く （＜２５Ｋ）、素子として活用するために
高価な液体ヘリウムが必要である。近年発見された酸化
物超電導体は。
転移温度が液体窒素温度より高く高価な液体ヘリウムが
必要でないため素子としての応用が期待されている。
必要でないため素子としての応用が期待されている。
上記素子を酸化物超電導体を用いて作製する際に、格子
の整合性や接合作製時に生じる元素の拡散が問題となる
。このため、従来の電界効果形超伝導三端子素子におい
て使われていたＳｉ、ＧａＡｓ等を半導体相として用い
るのは難しい。
の整合性や接合作製時に生じる元素の拡散が問題となる
。このため、従来の電界効果形超伝導三端子素子におい
て使われていたＳｉ、ＧａＡｓ等を半導体相として用い
るのは難しい。
そこで、酸化物半導体を半導体相として用いることが注
目されている。この際に、酸化物半導体の条件として重
要になるのは、（１）酸化物超電導体と格子整合性が良
いこと、（２）接合作製時に元素の拡散が少ない、ある
いは、拡散が存在しても素子としての性能に与える影響
が小さいこと、が重要である。
目されている。この際に、酸化物半導体の条件として重
要になるのは、（１）酸化物超電導体と格子整合性が良
いこと、（２）接合作製時に元素の拡散が少ない、ある
いは、拡散が存在しても素子としての性能に与える影響
が小さいこと、が重要である。
Ｙ Ｂ ａ ２ Ｃｕ ３０ ｙのＹをＰｒで置換して
いくと、超伝導性が失われることは知られている。また
、Ｐ ｒＢａ２Ｃｕ、Ｏｙは酸化物超電導体ＹＢａ２Ｃ
ｕ、○ｙと同形であり、Ｂａを共通のアルカリ土類元素
として含むため拡散の影響が少なく、上記の条件を満た
す酸化物半導体である。
いくと、超伝導性が失われることは知られている。また
、Ｐ ｒＢａ２Ｃｕ、Ｏｙは酸化物超電導体ＹＢａ２Ｃ
ｕ、○ｙと同形であり、Ｂａを共通のアルカリ土類元素
として含むため拡散の影響が少なく、上記の条件を満た
す酸化物半導体である。
Ｐ ｒ Ｂ ａ２Ｃｕ３Ｏｙをジョセフソン接合の半導
体相として用いた例がアブライドフイジツクスレターズ
５５巻２０３２頁、１９８９年（ＡＰＰｌ、 Ｐｈｙｓ
。
体相として用いた例がアブライドフイジツクスレターズ
５５巻２０３２頁、１９８９年（ＡＰＰｌ、 Ｐｈｙｓ
。
Ｌｅｔｔ、 ５５（１９８９）２０３２）に示された。
前記ＰｒＢａ２Ｃｕ、Ｏｙにおいて、ＰｒがＢａを部分
置換することが指摘されている。このため、作製された
化合物の化学量論組成が目的からずれ、さらに、不純物
を生成する。また、 ＰｒＢａ２Ｃｕ３Ｏｙは、電界効果を用いた超電導三端
子素子における半導体相として用いるためにはキャリア
密度が大き過ぎるため、素子として必要な十分な大きさ
の電界効果が得られない。
置換することが指摘されている。このため、作製された
化合物の化学量論組成が目的からずれ、さらに、不純物
を生成する。また、 ＰｒＢａ２Ｃｕ３Ｏｙは、電界効果を用いた超電導三端
子素子における半導体相として用いるためにはキャリア
密度が大き過ぎるため、素子として必要な十分な大きさ
の電界効果が得られない。
本発明の目的は、半導体相として不純物を含まずキャリ
ア濃度が低い物質を用いることにより、超電導素子を構
成することにある。
ア濃度が低い物質を用いることにより、超電導素子を構
成することにある。
上記目的を達成するために、酸化物系の超電導三端子素
子に用いる酸化物半導体材料および素子構造を以下の様
にした。
子に用いる酸化物半導体材料および素子構造を以下の様
にした。
すなわち、酸化物超電導材料および酸化物系の半導体特
性を有する材料、すなわち酸化物半導体によって構成さ
れる超電導素子において、二個の超電導電極が酸化物半
導体を介して接続された構造からなり、酸化物半導体を Ｐｒ１＋ｘＢ ａ２−ｘｃ ｕ、Ｏｙの薄膜とする６た
だし、Ｐｒ１ＢＢ ａ２−ｘＣｕ３Ｏｙは、Ｐ ｒＢ
ａ２Ｃｕ３ＯｙにおいてＢａをＰｒが部分置換した物質
である。Ｘの範囲としてはＯ＜ ｘ ＜ ０ 、５が望
ましい。なぜならば、ｘ＝０ではＢ ａ Ｃｕ ０２、
ＢａＰｒ０．を不純物として生じ、ｘ＞０．５では、キ
ャリア濃度が１０１８個／ａｌ？以下の非常に小さな値
になり、半導体相として適さないからである。
性を有する材料、すなわち酸化物半導体によって構成さ
れる超電導素子において、二個の超電導電極が酸化物半
導体を介して接続された構造からなり、酸化物半導体を Ｐｒ１＋ｘＢ ａ２−ｘｃ ｕ、Ｏｙの薄膜とする６た
だし、Ｐｒ１ＢＢ ａ２−ｘＣｕ３Ｏｙは、Ｐ ｒＢ
ａ２Ｃｕ３ＯｙにおいてＢａをＰｒが部分置換した物質
である。Ｘの範囲としてはＯ＜ ｘ ＜ ０ 、５が望
ましい。なぜならば、ｘ＝０ではＢ ａ Ｃｕ ０２、
ＢａＰｒ０．を不純物として生じ、ｘ＞０．５では、キ
ャリア濃度が１０１８個／ａｌ？以下の非常に小さな値
になり、半導体相として適さないからである。
超電導素子の構造としては、以下の様にした。
酸化物超電導体薄膜及び酸化物半導体薄膜が積層化され
た構造、あるいは０．２μｍあるいはこれ以下のギャッ
プをもって互いに近接して配置された酸化物超電導体簿
膜が、酸化物系半導体薄膜を介して接続された構造とす
る。これら酸化物半導体薄膜としては、Ｐｒ１＋ｘＢａ
２−ｘＣｕ３Ｏｙ薄膜とする。さらに、酸化物半導体に
、電界を印加するためのゲート電極を絶縁膜を介して配
置する構造とすることにより三端子型の超電導素子とし
た。
た構造、あるいは０．２μｍあるいはこれ以下のギャッ
プをもって互いに近接して配置された酸化物超電導体簿
膜が、酸化物系半導体薄膜を介して接続された構造とす
る。これら酸化物半導体薄膜としては、Ｐｒ１＋ｘＢａ
２−ｘＣｕ３Ｏｙ薄膜とする。さらに、酸化物半導体に
、電界を印加するためのゲート電極を絶縁膜を介して配
置する構造とすることにより三端子型の超電導素子とし
た。
上記超電導素子を要素部品として用いることにより、超
電導性論理スイッチング機能あるいは記憶機能を有する
回路素子を得ることができる。
電導性論理スイッチング機能あるいは記憶機能を有する
回路素子を得ることができる。
以上の酸化物系超電導素子に用いる酸化物系超電導材料
、酸化物系半導体材料、および素子構造は以下に述べる
理由により素子の動作特性を向上せしめるものである。
、酸化物系半導体材料、および素子構造は以下に述べる
理由により素子の動作特性を向上せしめるものである。
半導体相としてＰｒがＢａサイトを積極的に部分置換し
た物質Ｐｒ工＋ｘＢ ａ２−ｘＣｕ３０．を用いること
により、Ｐ ｒＢ ａ２Ｃｕ３ＯｙにおいてＰｒがＢａ
を部分置換することによって生じる化学量論組成からの
ずれ及び不純物の問題は解決される。
た物質Ｐｒ工＋ｘＢ ａ２−ｘＣｕ３０．を用いること
により、Ｐ ｒＢ ａ２Ｃｕ３ＯｙにおいてＰｒがＢａ
を部分置換することによって生じる化学量論組成からの
ずれ及び不純物の問題は解決される。
さらに、ＰｒＢａ２Ｃｕ、○、において高すぎたキャリ
ア濃度は、２価のＢａを３価のＰｒが置換したために低
くなり、素子として必要で十分な電界効果が得られるよ
うになる。
ア濃度は、２価のＢａを３価のＰｒが置換したために低
くなり、素子として必要で十分な電界効果が得られるよ
うになる。
また、酸化物系の代表的な高臨界温度超電導材料である
ＲＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ （Ｒ＝希土類元素）はＢａを構成
元素として含むために、他の材料と接して配置さた場合
、Ｂａ［子の拡散を生じやすく、その界面において容易
に組成変化を生じる。この、組成変化により、界面にお
ける超電導特性が劣化し、接続された半導体膜に対して
超電導電子がしみださなくなる。本発明に掲げた Ｐｒ、＋ｘＢａ２−ｘｃｕ、、ＯｙではＢａが共通の元
素として含まれるために超電導−半導体界面においてＢ
ａ原子の拡散にともなう組成変化を生じない。
ＲＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ （Ｒ＝希土類元素）はＢａを構成
元素として含むために、他の材料と接して配置さた場合
、Ｂａ［子の拡散を生じやすく、その界面において容易
に組成変化を生じる。この、組成変化により、界面にお
ける超電導特性が劣化し、接続された半導体膜に対して
超電導電子がしみださなくなる。本発明に掲げた Ｐｒ、＋ｘＢａ２−ｘｃｕ、、ＯｙではＢａが共通の元
素として含まれるために超電導−半導体界面においてＢ
ａ原子の拡散にともなう組成変化を生じない。
さらにＲＢａ２Ｃｕ３０．とＰｒ１＋ｘＢ ａ ２−ｘ
Ｃｕ ３Ｏｙは結晶構造が同一であり、界面における超
電導電子の反射を抑え、ＲＢａ２Ｃｕ３ＯｙからＰｒ１
＋ｘＢ ａ ２−ＸＣｕ ３Ｏｙへの超電導電子のしみ
だし振幅を大きくする。
Ｃｕ ３Ｏｙは結晶構造が同一であり、界面における超
電導電子の反射を抑え、ＲＢａ２Ｃｕ３ＯｙからＰｒ１
＋ｘＢ ａ ２−ＸＣｕ ３Ｏｙへの超電導電子のしみ
だし振幅を大きくする。
以上の材料的な特徴は素子としての特性を向上させる。
すなわち、不純物がない、キャリア濃度が低い、及び、
超電導電子の反射が少ないことにより大きな電界効果が
得られ、かつ、超電導電子のしみだしが大きくなり、ス
イッチング特性を向上させる。
超電導電子の反射が少ないことにより大きな電界効果が
得られ、かつ、超電導電子のしみだしが大きくなり、ス
イッチング特性を向上させる。
〔実施例１〕
以下本発明を実施例をあげて説明する。
超電導相をＹ Ｂ ａ ２ Ｃｕ３ｏｙｌ膜、半導体相
をＰｒ１＋ｘＢ ａ２−＋ｖＣｕ、○、薄膜とする電界
効果型の超電導素子の作製を行なう。素子構造は第１図
に示す通りである。（１１０）面方位単結晶のＳｒＴｉ
Ｏ３基板１上に形成した Ｐ ｒ、、□Ｂ ａｌ、ｇｃ ｕ、○ｙ（ｘ＝０．１）
半導体相２上に、ＹＢａ２Ｃｕ、Ｏｙ薄膜ソース３、Ｙ
Ｂａ２Ｃｕ、Ｏｙトレイン４を形成し、３，４間に、寸
法０．１μｍ以下のギャップを形成する。
をＰｒ１＋ｘＢ ａ２−＋ｖＣｕ、○、薄膜とする電界
効果型の超電導素子の作製を行なう。素子構造は第１図
に示す通りである。（１１０）面方位単結晶のＳｒＴｉ
Ｏ３基板１上に形成した Ｐ ｒ、、□Ｂ ａｌ、ｇｃ ｕ、○ｙ（ｘ＝０．１）
半導体相２上に、ＹＢａ２Ｃｕ、Ｏｙ薄膜ソース３、Ｙ
Ｂａ２Ｃｕ、Ｏｙトレイン４を形成し、３，４間に、寸
法０．１μｍ以下のギャップを形成する。
その後、ＳｒＴｉＯ３絶縁膜５を設け、ＹＢａ２Ｃｕ、
○、薄膜ゲート６を形成する。
○、薄膜ゲート６を形成する。
ＹＢａ２Ｃｕ３０．薄膜ソースおよびドレイン、Ｐ ｒ
ｘ 、 、Ｂ ａ １ 、 ｇ Ｃｕ ３０ ｙ （
Ｘ ＝０．１ ）半導体相及びＳ ｒ Ｔ ｘ ｏ、ａ
縁膜は、高周波マグネトロンスパッタリング装置によっ
て成膜を行なう。雰囲気ガスはＡｒと酸素の５０パーセ
ントずつの混合ガスとし、全圧力は５０ｍＴｏｒｒとす
る。ターゲツト材は（Ｙ、Ｂａ、Ｃｕ）酸化物、（Ｐｒ
、Ｂａ。
ｘ 、 、Ｂ ａ １ 、 ｇ Ｃｕ ３０ ｙ （
Ｘ ＝０．１ ）半導体相及びＳ ｒ Ｔ ｘ ｏ、ａ
縁膜は、高周波マグネトロンスパッタリング装置によっ
て成膜を行なう。雰囲気ガスはＡｒと酸素の５０パーセ
ントずつの混合ガスとし、全圧力は５０ｍＴｏｒｒとす
る。ターゲツト材は（Ｙ、Ｂａ、Ｃｕ）酸化物、（Ｐｒ
、Ｂａ。
Ｃｕ）酸化物、および（Ｓ ｒ、Ｔｉ）＃化物の円盤状
焼結体とする。電源としては周波数１３゜５６ＭＨｚで
電力１００Ｗの高周波を用いる。膜形成時の基板温度は
６００℃とする。この様な条件で形成したＰｒ１．□Ｂ
ａ１．．Ｃｕ３Ｏｙ （ｘ＝０．１）半導体相２は斜方
晶結晶のＣ軸が基板面と平行な結晶配向性を有する。ａ
軸及びｂ軸は基板面に対して４５度の角度をなす。ＹＢ
ａ２Ｃｕ、Ｏｙ薄膜ソース３．ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ薄膜
ドレイン４はＰｒ□、□Ｂａ１．．Ｃｕ３Ｏｙ （ｘ＝
０．１）半導体相２と同一の結晶構造を有し、結晶の配
向性も同一であり、ＳｒＴｉＯ３絶縁膜５は（１１０）
面が基板面に平行に成長する。なお、３，４の超電導臨
界温度は約８０にである。
焼結体とする。電源としては周波数１３゜５６ＭＨｚで
電力１００Ｗの高周波を用いる。膜形成時の基板温度は
６００℃とする。この様な条件で形成したＰｒ１．□Ｂ
ａ１．．Ｃｕ３Ｏｙ （ｘ＝０．１）半導体相２は斜方
晶結晶のＣ軸が基板面と平行な結晶配向性を有する。ａ
軸及びｂ軸は基板面に対して４５度の角度をなす。ＹＢ
ａ２Ｃｕ、Ｏｙ薄膜ソース３．ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ薄膜
ドレイン４はＰｒ□、□Ｂａ１．．Ｃｕ３Ｏｙ （ｘ＝
０．１）半導体相２と同一の結晶構造を有し、結晶の配
向性も同一であり、ＳｒＴｉＯ３絶縁膜５は（１１０）
面が基板面に平行に成長する。なお、３，４の超電導臨
界温度は約８０にである。
超電導素子の作製行程は以下の通りとする。すなわち、
Ｐ ｒｌ 、 Ｉ Ｂ ａ １ 、ｇ Ｃｕ ３０ ｙ
（Ｘ ” ０−１ ）半導体相２を（１１０）面方位
単結晶のＳ ｒ Ｔ ］、 Ｏ］基板１」二に形成する
。膜厚は１００ｎｍとする。
Ｐ ｒｌ 、 Ｉ Ｂ ａ １ 、ｇ Ｃｕ ３０ ｙ
（Ｘ ” ０−１ ）半導体相２を（１１０）面方位
単結晶のＳ ｒ Ｔ ］、 Ｏ］基板１」二に形成する
。膜厚は１００ｎｍとする。
この上にＹＢａ２Ｃｕ、Ｏｙ薄膜ソース３゜ＹＢａ２Ｃ
ｕ、Ｏｙ薄膜トレイン４を３００ｎｍ厚、形成する。こ
の後、３．４および Ｐ ｒｌ、ｌ Ｂ ａ １９Ｃｕ ３Ｏｙ（ｘ＝０．１
）薄膜チャンネル７、さらには配線を含んだバタン加工
をＳＦ。
ｕ、Ｏｙ薄膜トレイン４を３００ｎｍ厚、形成する。こ
の後、３．４および Ｐ ｒｌ、ｌ Ｂ ａ １９Ｃｕ ３Ｏｙ（ｘ＝０．１
）薄膜チャンネル７、さらには配線を含んだバタン加工
をＳＦ。
ガスを用いた反応性イオンビームエツチング法により形
成する。７のＹＢ ａ２Ｃｕ３Ｏｙ薄膜の隙間は８０ｎ
ｍとする。この上に５ｒＴｉ○、絶縁膜５およびＹＢ
ａ２Ｃｕ、Ｏｙ薄膜ゲート６を形成する。それぞれの膜
厚は１１００ｎおよび１５０ｎｍとする。
成する。７のＹＢ ａ２Ｃｕ３Ｏｙ薄膜の隙間は８０ｎ
ｍとする。この上に５ｒＴｉ○、絶縁膜５およびＹＢ
ａ２Ｃｕ、Ｏｙ薄膜ゲート６を形成する。それぞれの膜
厚は１１００ｎおよび１５０ｎｍとする。
成膜後、Ｙ Ｂ ａ２Ｃｕ、Ｏｙ薄膜ゲート６に、反応
性イオンビームエツチング法によってゲート電極膜とし
てのパタンを加工、成型する。以上の行程により超電導
素子を得る。
性イオンビームエツチング法によってゲート電極膜とし
てのパタンを加工、成型する。以上の行程により超電導
素子を得る。
この超電導素子の電流−電圧特性においては、約１ｍＡ
の超電導電流が流れ、これ以上のバイアス電流に対して
電圧状態になる。さらにゲートに対して３■の電圧を印
加した場合、超電導電流は０．５ｍＡに減少し、これ以
上のバイアス電流で電圧が発生する。以上のごとく、本
超電導素子は、三端子素子としての基本特性を有する。
の超電導電流が流れ、これ以上のバイアス電流に対して
電圧状態になる。さらにゲートに対して３■の電圧を印
加した場合、超電導電流は０．５ｍＡに減少し、これ以
上のバイアス電流で電圧が発生する。以上のごとく、本
超電導素子は、三端子素子としての基本特性を有する。
本素子については、ｘ＝０．３．ｘ＝０．４の組成を持
つ半導体相を用いた場合においても、同様の素子として
の効果が確認された。
つ半導体相を用いた場合においても、同様の素子として
の効果が確認された。
〔実施例２〕
第２図に示、すごとく、（１１０）面方位単結晶の５ｒ
Ｔｉ０３基板１としてＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ下部電極８を
形成する。ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ下部電極８の膜厚は２０
０ｎｍとする。膜形成は高周波マグネトロンスパッタリ
ング法によって行なう。成膜方法及び成膜条件は実施例
１で述べた通りである。
Ｔｉ０３基板１としてＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ下部電極８を
形成する。ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ下部電極８の膜厚は２０
０ｎｍとする。膜形成は高周波マグネトロンスパッタリ
ング法によって行なう。成膜方法及び成膜条件は実施例
１で述べた通りである。
このＹ Ｂ ａ ２ Ｃｕ １０ ｙ下部電極８上に同
じく高周波マグネトロンスパッタリング法により、Ｐｒ
１，３Ｂａ１，７Ｃｕ３Ｏｙ （ｘ＝＝０．３）半導体
相９の形成を行なう。膜厚は４０ｎｍとする。
じく高周波マグネトロンスパッタリング法により、Ｐｒ
１，３Ｂａ１，７Ｃｕ３Ｏｙ （ｘ＝＝０．３）半導体
相９の形成を行なう。膜厚は４０ｎｍとする。
Ｙ Ｂ ａ ２ Ｃｕ ３０ ｙ下部電極８とＰｒ、、
、Ｂａ、、、Ｃｕ、Ｏｙ （ｘ＝＝０．３）半導体相９
の形成は膜表面を大気に晒すことなく、同一のスパッタ
リング装置中で行なう。形成したＰｒ１．３Ｂ ａｌ、
、Ｃｕ、○ｙ半導体相９はＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ下部電極
８と同一の結晶構造を有し、結晶の配向性も同一である
。
、Ｂａ、、、Ｃｕ、Ｏｙ （ｘ＝＝０．３）半導体相９
の形成は膜表面を大気に晒すことなく、同一のスパッタ
リング装置中で行なう。形成したＰｒ１．３Ｂ ａｌ、
、Ｃｕ、○ｙ半導体相９はＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ下部電極
８と同一の結晶構造を有し、結晶の配向性も同一である
。
さらにこの上にＹ Ｂ ａ ２ Ｃｕ ３０ ｙ上部電
極１０を同じスパッタリング成膜条件によって形成する
。
極１０を同じスパッタリング成膜条件によって形成する
。
ただしＹＢａ２Ｃｕ３０ツ上部電極１０の膜厚は４００
ｎｍとする。ＹＢａ２Ｃｕ、○シ上部電極１Ｏ−ｔＩＰ
ｒ１．３Ｂａ１，７Ｃｕ、Ｏｙ （ｘ＝０．３） 牙導
体相９と同じく、下地膜表面を大気に晒すことなく同一
スパッタリング装置を用いることにより成膜を行なう。
ｎｍとする。ＹＢａ２Ｃｕ、○シ上部電極１Ｏ−ｔＩＰ
ｒ１．３Ｂａ１，７Ｃｕ、Ｏｙ （ｘ＝０．３） 牙導
体相９と同じく、下地膜表面を大気に晒すことなく同一
スパッタリング装置を用いることにより成膜を行なう。
これにより、界面に不純物が介在することによる超電導
カップリング特性の劣化を防止する。
カップリング特性の劣化を防止する。
以上のごとき成膜行程を経ることにより。
ＹＢａ２Ｃｕ、ｏｙ−Ｐｒ１．、Ｂａ１，７Ｃｕ、０ｙ
−ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ三層膜を得る。この三層膜のバタ
ン形成行程は以下のごとき方法によって行なう。すなわ
ち水平方向に移動することが出来るシャッター板を基板
に対して０．５＋＋ｎ＋以内の間隔に保って保持する。
−ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ三層膜を得る。この三層膜のバタ
ン形成行程は以下のごとき方法によって行なう。すなわ
ち水平方向に移動することが出来るシャッター板を基板
に対して０．５＋＋ｎ＋以内の間隔に保って保持する。
シャッター板を基板に対して部分的に覆うことにより、
ＹＢ ａ２Ｃｕ３Ｏｙ下部電極８及びＹ Ｂ ａ ２
Ｃｕ ３０ ｙ上部電極１０の簿膜が部分的に重なった
形成１１に仕上げることが出来る。第３図に示すごとく
、シャッター移動方向に対して膜面内で垂直な方向のバ
タン形成は三層膜形成後、反応性イオンビームエツチン
グを施すことにより得る。ガス種としてはＳＦ、を用い
、加速電圧５００Ｖ、ガス圧力０．２ｍＴｏｒｒの条件
でエツチングを行なう。以上の製造行程により１弱結合
型の超電導素子を得る。
ＹＢ ａ２Ｃｕ３Ｏｙ下部電極８及びＹ Ｂ ａ ２
Ｃｕ ３０ ｙ上部電極１０の簿膜が部分的に重なった
形成１１に仕上げることが出来る。第３図に示すごとく
、シャッター移動方向に対して膜面内で垂直な方向のバ
タン形成は三層膜形成後、反応性イオンビームエツチン
グを施すことにより得る。ガス種としてはＳＦ、を用い
、加速電圧５００Ｖ、ガス圧力０．２ｍＴｏｒｒの条件
でエツチングを行なう。以上の製造行程により１弱結合
型の超電導素子を得る。
以上の方法により作製した超電導素子の特性は第４図に
示すごとくになる。すなわち約０．４ｍＡの超電導電流
が流れ、これ以上のバイアス電流に対しては電圧が発生
する。この超電導電流が電極間のショートによるものか
、あるいは位相のずれによるジョセフソン電流によるも
のかを判定するために、素子に対してマイクロ波を照射
する。周波数９．３ＧＨｚのマイクロ波を照射しながら
電圧−電流特性を測定した場合、電圧２０μＶ毎に電流
のステップが観測される。このことは超電導電流が位相
変化をともなうジョセフソン電流であることを意味して
いる。
示すごとくになる。すなわち約０．４ｍＡの超電導電流
が流れ、これ以上のバイアス電流に対しては電圧が発生
する。この超電導電流が電極間のショートによるものか
、あるいは位相のずれによるジョセフソン電流によるも
のかを判定するために、素子に対してマイクロ波を照射
する。周波数９．３ＧＨｚのマイクロ波を照射しながら
電圧−電流特性を測定した場合、電圧２０μＶ毎に電流
のステップが観測される。このことは超電導電流が位相
変化をともなうジョセフソン電流であることを意味して
いる。
本素子については、ｘ＝０．１．ｘ＝０．４５の組成を
持つ半導体相を用いた場合においても、同様の素子とし
ての効果が確認された。
持つ半導体相を用いた場合においても、同様の素子とし
ての効果が確認された。
〔実施例３〕
超電導素子の組合せにより基本スイッチングゲートの作
製を行なう。ゲートは実施例２において述べた弱結合型
の超電導素子により構成する。ゲートの構成は第５図に
示すとおりである。すなわち超電導素子１２．２個と抵
抗１３を接続することにより、ＯＲスイッチングゲート
を形成する。
製を行なう。ゲートは実施例２において述べた弱結合型
の超電導素子により構成する。ゲートの構成は第５図に
示すとおりである。すなわち超電導素子１２．２個と抵
抗１３を接続することにより、ＯＲスイッチングゲート
を形成する。
スイッチングゲートに対して並列に負荷抵抗１４を配置
する。負荷抵抗はＰｔ薄膜とし、電子ビーム蒸着法によ
り成膜する。超電導素子、及びＹＢａ２Ｃｕ、Ｏｙ超電
導配線の形成方法は実施例１及び２において述べた通り
である。
する。負荷抵抗はＰｔ薄膜とし、電子ビーム蒸着法によ
り成膜する。超電導素子、及びＹＢａ２Ｃｕ、Ｏｙ超電
導配線の形成方法は実施例１及び２において述べた通り
である。
このＯＲスイッチングゲートの動作特性は以下の通りで
ある。すなわち０．３ｍＡのバイアス電流に対して０．
２ｍＡの信号電流まで、ゲートは零電圧状態に保たれ、
負荷抵抗の両端には電圧が発生しない。さらに信号電流
を増加した場合、ゲートは電圧状態になり、負荷抵抗の
両端で電圧が検出される。以上のごとく本ゲートはＯＲ
スイッチングゲートとしての動作を確認する。
ある。すなわち０．３ｍＡのバイアス電流に対して０．
２ｍＡの信号電流まで、ゲートは零電圧状態に保たれ、
負荷抵抗の両端には電圧が発生しない。さらに信号電流
を増加した場合、ゲートは電圧状態になり、負荷抵抗の
両端で電圧が検出される。以上のごとく本ゲートはＯＲ
スイッチングゲートとしての動作を確認する。
以上述へたスイッチングゲートは実施例２に述べた超電
導素子だけでなく、実施例１において述べた電界効果型
の超電導素子を用いることによっても構成できる。この
場合、必要な素子は一個でよい。
導素子だけでなく、実施例１において述べた電界効果型
の超電導素子を用いることによっても構成できる。この
場合、必要な素子は一個でよい。
さらに本発明にかかる超電導素子を用いて、ＡＮＤゲー
トも構成できる。これら○Ｒ，ＡＮＤスイッチングゲー
トを組み合わせることにより、論理回路を構成できる。
トも構成できる。これら○Ｒ，ＡＮＤスイッチングゲー
トを組み合わせることにより、論理回路を構成できる。
超電導素子と超電導ループを組み合わせることにより、
記憶素子も構成できる。
記憶素子も構成できる。
本発明にかかる酸化物半導体は以下の効果を有する。
（１）不純物を含まず十分にキャリア濃度の低い物質を
半導体相として用いたので、電界効果型三端子超電導素
子を作製することが出来る。
半導体相として用いたので、電界効果型三端子超電導素
子を作製することが出来る。
（２）上記超電導素子を用いた超電導論理回路、記憶回
路を構成することが出来る。
路を構成することが出来る。
第１図は電界効果型の超電導素子の断面図、第２図は弱
結合型の超電導素子の断面面、第３図は弱結合型の超電
導素子の断面図、第４図は弱結合型の超電導素子の電流
−電圧特性、第５図はＯＲ−スイッチングゲートの構成
図である。 １・−５ｒＴｉ○３基板、 ２−Ｐｒ１．、Ｂ ａ、、、Ｃｕ３Ｏｙ （ｘ ＝ ０
、１ ）半導体相、３・・・ＹＢａ２Ｃｕ１０ｙ薄膜
ソース、４− Ｙ Ｂ ａ ２ Ｃｕ ３Ｏｙ薄膜ドレ
イン、５−８ ｒ Ｔ ｉ Ｏ１絶縁膜、６−ＹＢａ２
Ｃｕ、Ｏｙ薄膜ゲート、７−Ｐｒ１．、Ｂ ａｌ、、Ｃ
ｕ３Ｏｙ （ｘ＝０．１）薄膜チャネル、８ ・−Ｙ
Ｂ ａ ２ Ｃｕ ３０ ｙ下部電極、９ ・＝ Ｐ
ｒ、 、 ３ Ｂ ａ □、 ７Ｃｕ ３０ ｙ （ｘ
＝Ｏ−３）半導体相、１０−ＹＢａｚＣｕ−Ｏｙ上部
電極、１１・・・接合部、１２・・・超電導素子。 １３・・抵抗、１４・・・負荷抵抗。 晃 目 り 第 図 第 目
結合型の超電導素子の断面面、第３図は弱結合型の超電
導素子の断面図、第４図は弱結合型の超電導素子の電流
−電圧特性、第５図はＯＲ−スイッチングゲートの構成
図である。 １・−５ｒＴｉ○３基板、 ２−Ｐｒ１．、Ｂ ａ、、、Ｃｕ３Ｏｙ （ｘ ＝ ０
、１ ）半導体相、３・・・ＹＢａ２Ｃｕ１０ｙ薄膜
ソース、４− Ｙ Ｂ ａ ２ Ｃｕ ３Ｏｙ薄膜ドレ
イン、５−８ ｒ Ｔ ｉ Ｏ１絶縁膜、６−ＹＢａ２
Ｃｕ、Ｏｙ薄膜ゲート、７−Ｐｒ１．、Ｂ ａｌ、、Ｃ
ｕ３Ｏｙ （ｘ＝０．１）薄膜チャネル、８ ・−Ｙ
Ｂ ａ ２ Ｃｕ ３０ ｙ下部電極、９ ・＝ Ｐ
ｒ、 、 ３ Ｂ ａ □、 ７Ｃｕ ３０ ｙ （ｘ
＝Ｏ−３）半導体相、１０−ＹＢａｚＣｕ−Ｏｙ上部
電極、１１・・・接合部、１２・・・超電導素子。 １３・・抵抗、１４・・・負荷抵抗。 晃 目 り 第 図 第 目
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、酸化物系超電導材料および酸化物系の半導体特性を
有する材料、すなわち酸化物系半導体により構成される
超電導素子において、二個の超電導電極が酸化物半導体
を介して接続された構造からなり、酸化物半導体が酸化
物超電導体と同一構造をなすＰｒ＿１＿＋＿ｘＢａ＿２
＿−＿ｘＣｕ＿３Ｏ＿ｙであり、かつ該酸化物半導体に
対して絶縁体薄膜を介して電界を印加するためのゲート
電極膜が付加された三端子素子であることを特徴とする
超電導素子。 ２、酸化物半導体Ｐｒ＿１＿＋＿ｘＢａ＿２＿−＿ｘＣ
ｕ＿３Ｏ＿ｙの範囲が０＜ｘ＜０．５である、半導体相
を有することを特徴とする請求項１記載の超電導素子。 ３、酸化物系超電導材料および酸化物系の半導体特性を
有する材料、すなわち酸化物系半導体により構成される
超電導素子において、二個の超電導電極が酸化物半導体
を介して接続された構造からなり、酸化物半導体が酸化
物超電導体と同一構造をなすＰｒ＿１＿＋＿ｘＢａ＿２
＿−＿ｘＣｕ＿３Ｏ＿ｙであり、かつ該酸化物半導体に
対して絶縁体薄膜を介して電界を印加するためのゲート
電極膜が付加された三端子素子である超電導素子を要素
部品として構成された論理スイッチング機能あるいは記
憶機能を有することを特徴とする回路素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2133842A JP2868286B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | 超電導素子およびこれを備えた回路素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2133842A JP2868286B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | 超電導素子およびこれを備えた回路素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0429381A true JPH0429381A (ja) | 1992-01-31 |
| JP2868286B2 JP2868286B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=15114316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2133842A Expired - Fee Related JP2868286B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | 超電導素子およびこれを備えた回路素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2868286B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01102974A (ja) * | 1987-10-16 | 1989-04-20 | Hitachi Ltd | 超伝導デバイス |
| JPH01144688A (ja) * | 1987-12-01 | 1989-06-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 酸化物超伝導体薄膜 |
-
1990
- 1990-05-25 JP JP2133842A patent/JP2868286B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01102974A (ja) * | 1987-10-16 | 1989-04-20 | Hitachi Ltd | 超伝導デバイス |
| JPH01144688A (ja) * | 1987-12-01 | 1989-06-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 酸化物超伝導体薄膜 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2868286B2 (ja) | 1999-03-10 |
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