JPH0452632B2 - - Google Patents
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- JPH0452632B2 JPH0452632B2 JP60012134A JP1213485A JPH0452632B2 JP H0452632 B2 JPH0452632 B2 JP H0452632B2 JP 60012134 A JP60012134 A JP 60012134A JP 1213485 A JP1213485 A JP 1213485A JP H0452632 B2 JPH0452632 B2 JP H0452632B2
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- superconducting
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- semiconductor
- inversion layer
- electrode
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/11—Single-electron tunnelling devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/128—Junction-based devices having three or more electrodes, e.g. transistor-like structures
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体を接合部にもつ超伝導素子。
即ち超伝導体−半導体−超伝導体結合素子に関す
るものである。
即ち超伝導体−半導体−超伝導体結合素子に関す
るものである。
本発明は、Ｐ形半導体の表面のｎ形反転層に形
成された２次元電子ガス（2DEG）によつて二つ
の超伝導電極が結合している半導体結合超伝導素
子を提供すものである。
成された２次元電子ガス（2DEG）によつて二つ
の超伝導電極が結合している半導体結合超伝導素
子を提供すものである。
トンネル形ジヨセフソン素子の発明以来、半導
体におけるトランジスタやFETに対応する超伝
導三端子素子の研究は数多く行なわれて来た。こ
の中にあつて、半導体結合超伝導素子は、バリア
ーハイトが低く電極間隔が広くとれること、更に
半導体に対する電気的制御により三端子動作の可
能性があることから、多くの試みがなされて来た
が、実用に供するものは得られていない。
体におけるトランジスタやFETに対応する超伝
導三端子素子の研究は数多く行なわれて来た。こ
の中にあつて、半導体結合超伝導素子は、バリア
ーハイトが低く電極間隔が広くとれること、更に
半導体に対する電気的制御により三端子動作の可
能性があることから、多くの試みがなされて来た
が、実用に供するものは得られていない。
第１３図に従来の半導体結合素子の断面構造を
示すが、これまでに実現されたものでは、基板１
の半導体として単結晶Siを用い、拡散又はイオン
注入により高濃度のＰ形として第１３図のように
超伝導電極２を互に近接して形成した構造で超伝
導電流が得られている。これについては、R.C.
Ruby＆T.Van Duzar：IEEE Trans.Elect.
Device，ED−28，1394，（’81）に報告されて
いる。
示すが、これまでに実現されたものでは、基板１
の半導体として単結晶Siを用い、拡散又はイオン
注入により高濃度のＰ形として第１３図のように
超伝導電極２を互に近接して形成した構造で超伝
導電流が得られている。これについては、R.C.
Ruby＆T.Van Duzar：IEEE Trans.Elect.
Device，ED−28，1394，（’81）に報告されて
いる。
ところで、半導体結合超伝導素子の特性は、半
導体中の超伝導拡散長ξNと、超伝導体と半導体と
の界面特性に密接に関連している。超伝導近接効
果理論J.Seto＆T.Van Duzer：Low Tempera−
ture Physics−LT−13，328，New York，
Plenum，（’74）によれば、最大超伝導電流Ic
は、 Ic∝Tj2exP（−Ｌ／ξN）／ξN−（式１） となる。ここで、Tjは超伝導体／半導体界面に
おける電子のトンネリング確率であり、上式より
大きなIcを得るためにはTjが大きく、ξNの長い
必要のあることがわかる。一般的に、金属／半導
体界面にはシヨツトキーバリアーが形成される
が、Tjはこのバリアー高が低く、バリアー幅の
うすい程大きくなる。
導体中の超伝導拡散長ξNと、超伝導体と半導体と
の界面特性に密接に関連している。超伝導近接効
果理論J.Seto＆T.Van Duzer：Low Tempera−
ture Physics−LT−13，328，New York，
Plenum，（’74）によれば、最大超伝導電流Ic
は、 Ic∝Tj2exP（−Ｌ／ξN）／ξN−（式１） となる。ここで、Tjは超伝導体／半導体界面に
おける電子のトンネリング確率であり、上式より
大きなIcを得るためにはTjが大きく、ξNの長い
必要のあることがわかる。一般的に、金属／半導
体界面にはシヨツトキーバリアーが形成される
が、Tjはこのバリアー高が低く、バリアー幅の
うすい程大きくなる。
第１４図は超伝導体−Ｐ形シリコン−超伝導体
素子のエネルギーバンド図であり、EFはフエル
ミレベル、EC，EVはそれぞれ伝導帯、価電子帯
の下端及び上端エネルギーレベルを示す。Ｐ形シ
リコンの場合バリアー高Ebは0.2eVである。バリ
アー幅Ｗはキヤリア濃度ｎに依存し、ｎが大きい
程うすくなる。従つて、Ｐ形シリコンを用いた素
子では1020cm-3とｎをなるべく大きくする必要が
あつた。一方、ξNは半導体の移動度をμ（cm2／
VS）とすると、 ξN∝μ1/2n1/3 −（式２） となる。
素子のエネルギーバンド図であり、EFはフエル
ミレベル、EC，EVはそれぞれ伝導帯、価電子帯
の下端及び上端エネルギーレベルを示す。Ｐ形シ
リコンの場合バリアー高Ebは0.2eVである。バリ
アー幅Ｗはキヤリア濃度ｎに依存し、ｎが大きい
程うすくなる。従つて、Ｐ形シリコンを用いた素
子では1020cm-3とｎをなるべく大きくする必要が
あつた。一方、ξNは半導体の移動度をμ（cm2／
VS）とすると、 ξN∝μ1/2n1/3 −（式２） となる。
前述のＰ形Siの場合、Ｔ＝4.2Kでμ60cm2／
VSと小さく、ξNは約0.01μと短い。このようにＰ
形シリコンを用いた素子ではｎが1020cm-3と大き
いにもかかわらずξNは短く、素子長Ｌ＝0.1μm前
後の素子しか実現できなかつた。キヤリア濃度が
1020cm-3ではもはや半導体とは言いがたく金属的
であり、例えMIS（電圧駆動型）やMES（電流注
入駆動型）構造が実現されても、ゲートの印加電
圧や流入電流の変化に対してごく感度の鈍いもの
になり、トランジスタ又はFET素子のような半
導体としての特徴を生かすことはできない。また
超伝導電極間隔が0.1μmでは、半導体上に第三端
子を形成すること自体非常に困難である。
VSと小さく、ξNは約0.01μと短い。このようにＰ
形シリコンを用いた素子ではｎが1020cm-3と大き
いにもかかわらずξNは短く、素子長Ｌ＝0.1μm前
後の素子しか実現できなかつた。キヤリア濃度が
1020cm-3ではもはや半導体とは言いがたく金属的
であり、例えMIS（電圧駆動型）やMES（電流注
入駆動型）構造が実現されても、ゲートの印加電
圧や流入電流の変化に対してごく感度の鈍いもの
になり、トランジスタ又はFET素子のような半
導体としての特徴を生かすことはできない。また
超伝導電極間隔が0.1μmでは、半導体上に第三端
子を形成すること自体非常に困難である。
本発明は、前述の従来の超伝導体−半導体−超
伝導体結合素子における問題点、すなわち超伝導
電流を得るために超伝導電極間隔を極めて短かく
しなければならず、また半導体のキヤリア濃度を
極めて高くしなければならないという問題を解決
し、特性の優れた超伝導二端子あるいは三端子素
子を実現しようとするものである。
伝導体結合素子における問題点、すなわち超伝導
電流を得るために超伝導電極間隔を極めて短かく
しなければならず、また半導体のキヤリア濃度を
極めて高くしなければならないという問題を解決
し、特性の優れた超伝導二端子あるいは三端子素
子を実現しようとするものである。
本発明は、Ｐ形半導体の表面反転層中に２次元
電子ガス（2DEGという）が形成されること、及
び２次元において超伝導拡散長ξN∝μ1/2n1/3に対
して、後述のようにξN∝μ1/2n1/2となるという解
折結果に着目してなされたものである。
電子ガス（2DEGという）が形成されること、及
び２次元において超伝導拡散長ξN∝μ1/2n1/3に対
して、後述のようにξN∝μ1/2n1/2となるという解
折結果に着目してなされたものである。
本発明において、Ｐ形半導体の表面反転層中の
2DEGによつて二つの超伝導電極が結合している
半導体結合超伝導素子を提供する。
2DEGによつて二つの超伝導電極が結合している
半導体結合超伝導素子を提供する。
本発明構成において、Ｐ形半導体の表面にｎ型
反転層が形成され、その中に2DEGが形成されて
いること、 該2DEGが形成された半導体層と二つの超伝導
電極との接触がオーミツクであることが必要であ
る。
反転層が形成され、その中に2DEGが形成されて
いること、 該2DEGが形成された半導体層と二つの超伝導
電極との接触がオーミツクであることが必要であ
る。
以下より詳細に本発明をその作用とともに解説
する。
する。
近接効果理論によると、半導体中の超伝導拡散
長ξNはξN＝（〓Ｄ／2πkBＴ）1/2で与えられる。こ
こで、〓＝ｈ／2πでｈはブランク定数、Ｄは拡散係 数、kBはボルツマン係数、Ｔは温度である。
長ξNはξN＝（〓Ｄ／2πkBＴ）1/2で与えられる。こ
こで、〓＝ｈ／2πでｈはブランク定数、Ｄは拡散係 数、kBはボルツマン係数、Ｔは温度である。
Ｄは３次元の場合、Ｄ＝１／３vFｌ（vFはフエルミ
速度、ｌは平均自由行程）であるが、２次元の場
合Ｄ＝１／２vFｌとなり、ｌ＝μvFm〓／ｅ（m〓は 有効質量）、kF＝（2πnS）1/2，vF＝〓kF／m〓であ
るから、２次元系のξNは ξN＝（〓3μ／4πkBTem〓）1/2（2πnS）1/2∝μ1
/2
nS 1/2 −（式３） と求まる。３次元の場合のξN∝μ1/2n1/3と比較す
ると、例えばｎ，nSが共に１桁上がつた時の効果
は２次元の場合の方が大きく、それだけ制御性は
向上すると言える。又、ξNを大きくするためには
ｎ，nSを上げねばならないことは同じであるが、
前述の様に、３次元（バルク）の半導体の場合、
ｎを大きくするためにドーパントを多くドープす
ると、それが散乱体となつてμが落ち、結果とし
てξNが小さくなるという結果を招く。しかし、２
次元の場合は次の理由によつてそのようなことは
ない。
合Ｄ＝１／２vFｌとなり、ｌ＝μvFm〓／ｅ（m〓は 有効質量）、kF＝（2πnS）1/2，vF＝〓kF／m〓であ
るから、２次元系のξNは ξN＝（〓3μ／4πkBTem〓）1/2（2πnS）1/2∝μ1
/2
nS 1/2 −（式３） と求まる。３次元の場合のξN∝μ1/2n1/3と比較す
ると、例えばｎ，nSが共に１桁上がつた時の効果
は２次元の場合の方が大きく、それだけ制御性は
向上すると言える。又、ξNを大きくするためには
ｎ，nSを上げねばならないことは同じであるが、
前述の様に、３次元（バルク）の半導体の場合、
ｎを大きくするためにドーパントを多くドープす
ると、それが散乱体となつてμが落ち、結果とし
てξNが小さくなるという結果を招く。しかし、２
次元の場合は次の理由によつてそのようなことは
ない。
一般にバルク半導体のキヤリア濃度ｎを増すた
めには、これと同程度のドーパントをドーピング
する必要があり、この結果前記のように移動度は
このド−パントによる散乱によつて小さくなる
（前述のＰ形シリコンの場合、ｎ＝1020cm-3でμ
60cm2／VS）のであるが、Ｐ形半導体の表面反
転層中の2DEGの場合、基板のキヤリア濃度が
元々小さくても２〜10nmの狭い領域に自然に、
あるいは電界によつてキヤリアが集まる。このた
めキヤリアの面密度nSは1012〜1013cm-2（ｎに換
算すると1013cm-2以上）と大きく、又基板中の散
乱体が元々少いため移動度μも大きい。更に、nS
は外部からかけた電界によつて制御できる。
めには、これと同程度のドーパントをドーピング
する必要があり、この結果前記のように移動度は
このド−パントによる散乱によつて小さくなる
（前述のＰ形シリコンの場合、ｎ＝1020cm-3でμ
60cm2／VS）のであるが、Ｐ形半導体の表面反
転層中の2DEGの場合、基板のキヤリア濃度が
元々小さくても２〜10nmの狭い領域に自然に、
あるいは電界によつてキヤリアが集まる。このた
めキヤリアの面密度nSは1012〜1013cm-2（ｎに換
算すると1013cm-2以上）と大きく、又基板中の散
乱体が元々少いため移動度μも大きい。更に、nS
は外部からかけた電界によつて制御できる。
次に、本発明において、超伝導電極と2DEGが
形成されている半導体層との接触がオーミツクで
あることが要求されるが、このオーミツクの本発
明における意味を解説する。
形成されている半導体層との接触がオーミツクで
あることが要求されるが、このオーミツクの本発
明における意味を解説する。
半導体と金属との接触がオーミツクであると
は、その接触部の電流電圧特性がオームの法則に
従うものをいう。一般に金属と半導体の接触部に
は第１４図のようなシヨツトキーバリアーや第１
５図のような酸化物バリアー、そして両者のあわ
さつたバリアー等が形成される。液体ヘリウム温
度（１気圧で4.2K）のような極低温ではこのバ
リアーを通して流れる電流はトンネル効果による
ものが主であり、その電流電圧特性は上に述べた
意味でオーミツクであり、これによる接触抵抗が
発生する。この抵抗はトンネル確率Tjに反比例
し、Tjはバリアーの高さ及び幅、特に幅に強く
依存するから、接触抵抗を下げて電流を多く流す
ためには、バリアー幅をうすくする必要がある。
これを素子にあてはめてみる。超伝導臨界電流
（最大超電導電流）Icと常伝導抵抗RNとの積は、
Nb，Pb等の超伝導金属を電極２に使用した場合
最大2mVのオーダーであり、可観測という意味
からIcとしては最小10μA程度必要と考えられるか
ら、RNとしては200Ω以下が要求される。仮にRN
として、上記の接触抵抗だけを考え、超伝導電極
２と反転層５の2DEGとの接触面積を5nm×
100μm（2DEGの厚さ×素子幅）とすると、接触
抵抗は５×10-7Ωcm2（５×10-11Ωm2）以下が必
要となる。
は、その接触部の電流電圧特性がオームの法則に
従うものをいう。一般に金属と半導体の接触部に
は第１４図のようなシヨツトキーバリアーや第１
５図のような酸化物バリアー、そして両者のあわ
さつたバリアー等が形成される。液体ヘリウム温
度（１気圧で4.2K）のような極低温ではこのバ
リアーを通して流れる電流はトンネル効果による
ものが主であり、その電流電圧特性は上に述べた
意味でオーミツクであり、これによる接触抵抗が
発生する。この抵抗はトンネル確率Tjに反比例
し、Tjはバリアーの高さ及び幅、特に幅に強く
依存するから、接触抵抗を下げて電流を多く流す
ためには、バリアー幅をうすくする必要がある。
これを素子にあてはめてみる。超伝導臨界電流
（最大超電導電流）Icと常伝導抵抗RNとの積は、
Nb，Pb等の超伝導金属を電極２に使用した場合
最大2mVのオーダーであり、可観測という意味
からIcとしては最小10μA程度必要と考えられるか
ら、RNとしては200Ω以下が要求される。仮にRN
として、上記の接触抵抗だけを考え、超伝導電極
２と反転層５の2DEGとの接触面積を5nm×
100μm（2DEGの厚さ×素子幅）とすると、接触
抵抗は５×10-7Ωcm2（５×10-11Ωm2）以下が必
要となる。
本発明で言うところのオーミツク特性とは、こ
のような小さい接触抵抗を持つたバリアー特性の
ことである。
のような小さい接触抵抗を持つたバリアー特性の
ことである。
（実施例 １）
第１図に本発明の実施例の断面構造を示してい
る。図において、１はＰ形InAs基板、２は超伝
導電極、５は反転層、６はスパツタ法や蒸着法に
よつて形成されたSiOやSiO2等の絶縁膜、７は金
（Au）等の第三電極である。
る。図において、１はＰ形InAs基板、２は超伝
導電極、５は反転層、６はスパツタ法や蒸着法に
よつて形成されたSiOやSiO2等の絶縁膜、７は金
（Au）等の第三電極である。
Ｐ形InAsの表面はキヤリア濃度に関係なくｎ
形に反転しており、この反転層中に2DEGが形成
される。第２図に第１図の実施例の第三電極（ゲ
ート）部位におけるバンド図を示している。図の
ようにＰ−InAsの表面はｎ形に反転し、該反転
層の絶縁体との界面側に2DEGが発生している。
該2DEGキヤリア濃度ｎは第三電極７にかける電
圧Vgにより制御され、それにより２つの超伝導
電極２間の2DEG中を流れる超伝導電流を制御す
る。
形に反転しており、この反転層中に2DEGが形成
される。第２図に第１図の実施例の第三電極（ゲ
ート）部位におけるバンド図を示している。図の
ようにＰ−InAsの表面はｎ形に反転し、該反転
層の絶縁体との界面側に2DEGが発生している。
該2DEGキヤリア濃度ｎは第三電極７にかける電
圧Vgにより制御され、それにより２つの超伝導
電極２間の2DEG中を流れる超伝導電流を制御す
る。
上述のようにＰ−InAsの表面はキヤリア濃度
に関係なくｎ形に反転しており、この反転層中に
2DEGが形成されるが、ｎ反転層からＰ層へのト
ンネルによるリーク電流の存在を考えると、キヤ
リア濃度は２〜３×1017cm-3以下が望ましく、こ
の場合4.2KでnS＝2.5×1012cm2-2，μ＝5000cm2／
VSが実現されており（E.Yamaguchi：
Extended Abstract of the 1984 International
Conference on Solid State Devices and
Materials，Kobe，（’84），371参照）、ξNも
0.19μmと長い。
に関係なくｎ形に反転しており、この反転層中に
2DEGが形成されるが、ｎ反転層からＰ層へのト
ンネルによるリーク電流の存在を考えると、キヤ
リア濃度は２〜３×1017cm-3以下が望ましく、こ
の場合4.2KでnS＝2.5×1012cm2-2，μ＝5000cm2／
VSが実現されており（E.Yamaguchi：
Extended Abstract of the 1984 International
Conference on Solid State Devices and
Materials，Kobe，（’84），371参照）、ξNも
0.19μmと長い。
さらに、本実施例で、超伝導電極２と半導体１
とが前述のようにオーミツクに接触する（半導
体／超伝導体界面での電子トンネル確率Tjが大
きい）ことが要求されるが、この点に関して、Ｐ
形InAs基板１の表面の反転層のｎ形InAs層の金
属に対するシヨツトキーバリアー高は第３図に示
すように常に負で、オーミツク・コンタクトを形
成する。従つて、半導体／超伝導体界面での電子
のトンネル確率TjはＰ形シリコン等に比べると
ずつと大きくなる。
とが前述のようにオーミツクに接触する（半導
体／超伝導体界面での電子トンネル確率Tjが大
きい）ことが要求されるが、この点に関して、Ｐ
形InAs基板１の表面の反転層のｎ形InAs層の金
属に対するシヨツトキーバリアー高は第３図に示
すように常に負で、オーミツク・コンタクトを形
成する。従つて、半導体／超伝導体界面での電子
のトンネル確率TjはＰ形シリコン等に比べると
ずつと大きくなる。
このように、本実施例ではξNが長く、且つトン
ネル確率Tjが大きいから、先に示した式２（二次
元、三次元を問わず成立）から、大きなIc（最大
超伝導電流）が得られることが明らかであろう。
ネル確率Tjが大きいから、先に示した式２（二次
元、三次元を問わず成立）から、大きなIc（最大
超伝導電流）が得られることが明らかであろう。
電極間隔ＬとξNとの関係は、IEEE
TRANSAC−TION ON ELECTRON
DEVICES，VOL.ED−28，NO.11，
NOVEMBER 1981，PP 1394〜1397にＬはξNの
数倍乃至10倍位までとれることが示されている。
TRANSAC−TION ON ELECTRON
DEVICES，VOL.ED−28，NO.11，
NOVEMBER 1981，PP 1394〜1397にＬはξNの
数倍乃至10倍位までとれることが示されている。
本実施例において、このようなことから電極間
隔Ｌを約0.5μmと長くとれ、そのため二端子構造
はもちろん、三端子構造の作成が可能となり、
2DEG中に超伝導電流が流れる二端子動作が可能
であり、更に、半導体におけるMOSFETのよう
に、電極７に加える電圧Vgで前述のようにnSを
変化させ、これによつて二端子特性を制御する、
所謂三端子動作が行なえる。
隔Ｌを約0.5μmと長くとれ、そのため二端子構造
はもちろん、三端子構造の作成が可能となり、
2DEG中に超伝導電流が流れる二端子動作が可能
であり、更に、半導体におけるMOSFETのよう
に、電極７に加える電圧Vgで前述のようにnSを
変化させ、これによつて二端子特性を制御する、
所謂三端子動作が行なえる。
（実施例 ２）
第４図に示すのは、Ｐ形InAs基板１の半導体
表面のｎ型反転層５の上に、直接金属電極（第三
電極）７を形成した例であり、絶縁膜６の開口部
に金属電極７が形成されている。超伝導電極２に
関しては実施例１と同様である。
表面のｎ型反転層５の上に、直接金属電極（第三
電極）７を形成した例であり、絶縁膜６の開口部
に金属電極７が形成されている。超伝導電極２に
関しては実施例１と同様である。
第５図にゲート部（第三電極７）についてのエ
ネルギーバンド図が示されている。この場合、二
端子動作としては実施例１とおなじであるが、三
端子動作は異なる。すなわち、この場合は
MESFET的、或いは電流注入による三端子動作
となる。
ネルギーバンド図が示されている。この場合、二
端子動作としては実施例１とおなじであるが、三
端子動作は異なる。すなわち、この場合は
MESFET的、或いは電流注入による三端子動作
となる。
（実施例 ３）
第６図に示すのは、Ｐ−InAs基板１の表面に
リツジ（凸部）８を形成し、その両側に超伝導電
極２のNb層を形成した二端子構造の例である。
リツジ（凸部）８を形成し、その両側に超伝導電
極２のNb層を形成した二端子構造の例である。
第９図に、そのＩ−Ｖ特性を示す。 図におい
て、ａは直流電流を印加した時のＩ−Ｖ特性であ
り、超伝導電流がの領域で流れており、は電
圧状態である。ｂは10GHZのマイクロ波を照射
した特性である。なお、見易くするためにａ，ｂ
の原点はずらして表示している。
て、ａは直流電流を印加した時のＩ−Ｖ特性であ
り、超伝導電流がの領域で流れており、は電
圧状態である。ｂは10GHZのマイクロ波を照射
した特性である。なお、見易くするためにａ，ｂ
の原点はずらして表示している。
（実施例 ４）
第７図は、リツジ８を形成している他は実施例
１と同等なMIS構造三端子素子である。
１と同等なMIS構造三端子素子である。
第１０図に、本実施例においてゲート電圧を変
えた時に超伝導電流の変化すること（図中Icは最
大超伝導電流，RNは常伝導抵抗）が示されてい
る。
えた時に超伝導電流の変化すること（図中Icは最
大超伝導電流，RNは常伝導抵抗）が示されてい
る。
（実施例 ５）
第８図に示す例は、MES構造三端子素子で、
リツジ８構造を備える他は実施例２の第４図と同
等である。
リツジ８構造を備える他は実施例２の第４図と同
等である。
第１１図は、本実施例で注入電流Ijを変えた時
のIcの変化を示し、図示のようにIjによつて超伝
導電流が制御されている。
のIcの変化を示し、図示のようにIjによつて超伝
導電流が制御されている。
（実施例 ６）
第１２図はＰ形InAs基板１の裏面にＰ形InAs
とオーミツク・コンタクトを形成する金属例えば
AuとZnの合金（Au90％＋Zn10％）等で電極１
０を形成した実施例である。電極１０は接合ゲー
トに相当し、電極１０と電極２或いは７との間に
かける電圧によつて、ｐ−ｎ接合（この場合ｎ層
は反転層）中の空乏層幅を制御し、これによつて
nSを変化させる三端子動作を行なう。なお、電極
１０と２の間に電圧をかける場合は、電極７及び
絶縁膜６は必要ない。
とオーミツク・コンタクトを形成する金属例えば
AuとZnの合金（Au90％＋Zn10％）等で電極１
０を形成した実施例である。電極１０は接合ゲー
トに相当し、電極１０と電極２或いは７との間に
かける電圧によつて、ｐ−ｎ接合（この場合ｎ層
は反転層）中の空乏層幅を制御し、これによつて
nSを変化させる三端子動作を行なう。なお、電極
１０と２の間に電圧をかける場合は、電極７及び
絶縁膜６は必要ない。
以上実施例を示したが、本発明は、これに限る
ものではなく、例えば表面反転層中に２次元電子
ガス（2DEG）が生ずる他の半導体を用いること
ができ、また超伝導電極材料もNb，Pb以外に
種々の超伝導材料を用いることができる。
ものではなく、例えば表面反転層中に２次元電子
ガス（2DEG）が生ずる他の半導体を用いること
ができ、また超伝導電極材料もNb，Pb以外に
種々の超伝導材料を用いることができる。
以上のごとく、本発明は、Ｐ形半導体表面のｎ
形反転層に形成される2DEGによつて二つの超伝
導電極が結合している半導体結合超伝導素子を提
供するものであり、2DEG中に超伝導電流が流れ
る二端子動作が可能であり、しかも電極間隔Ｌを
従来の素子よりずつと広くとれる利点がある。更
に、第三電極により二端子特性を制御する、所謂
三端子動作が行なえるものであり、本発明によれ
ば特性の優れた二端子或いは三端子素子が実現さ
れる。
形反転層に形成される2DEGによつて二つの超伝
導電極が結合している半導体結合超伝導素子を提
供するものであり、2DEG中に超伝導電流が流れ
る二端子動作が可能であり、しかも電極間隔Ｌを
従来の素子よりずつと広くとれる利点がある。更
に、第三電極により二端子特性を制御する、所謂
三端子動作が行なえるものであり、本発明によれ
ば特性の優れた二端子或いは三端子素子が実現さ
れる。
第１図〜第３図は、それぞれ本発明の第１の実
施例の断面図、ゲート部位についてのバンド図及
び超伝導電極部位についてのバンド図、第４図及
び第５図は、それぞれ本発明の第２の実施例の断
面図及びエネルギーバンド図、第６図〜第８図
は、本発明のそれぞれ第３〜第５の実施例の断面
図、第９図〜第１１図はそれぞれ本発明の実施例
の素子の−Ｖ特性図、超伝導電流のゲ−ト電圧
による変化を示す図及びIcの注入電流依存性を示
す図、第１２図は本発明の第６の実施例の断面
図、第１３図及び第１４図は従来の素子の断面図
及びバンド図、第１５図は酸化物バリアーを示す
エネルギーバンド図。 １……Ｐ形InAs基板、２……超伝導電極、５
……（ｎ形）反転層、６……絶縁膜、７……第３
電極、８……リツジ。
施例の断面図、ゲート部位についてのバンド図及
び超伝導電極部位についてのバンド図、第４図及
び第５図は、それぞれ本発明の第２の実施例の断
面図及びエネルギーバンド図、第６図〜第８図
は、本発明のそれぞれ第３〜第５の実施例の断面
図、第９図〜第１１図はそれぞれ本発明の実施例
の素子の−Ｖ特性図、超伝導電流のゲ−ト電圧
による変化を示す図及びIcの注入電流依存性を示
す図、第１２図は本発明の第６の実施例の断面
図、第１３図及び第１４図は従来の素子の断面図
及びバンド図、第１５図は酸化物バリアーを示す
エネルギーバンド図。 １……Ｐ形InAs基板、２……超伝導電極、５
……（ｎ形）反転層、６……絶縁膜、７……第３
電極、８……リツジ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 表面反転層中に近接効果による超伝導電子の
拡散によつて超伝導電流の流れる２次元電子ガス
が形成されているＰ形半導体基板と、 該Ｐ形半導体基板の表面反転層とオーミツクに
接触している二つの超伝導電極とが含まれること
を特徴とする半導体結合超伝導素子。 ２ 前記Ｐ形半導体基板がＰ形InAs基板である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
導体結合超伝導素子。 ３ 表面反転層中に近接効果による超伝導電子の
拡散によつて超伝導電流の流れる２次元電子ガス
が形成されているＰ形半導体基板と、 該Ｐ形半導体基板の表面反転層とオーミツクに
接触している二つの超伝導電極と、 該二つの超伝導電極間に備えられているMIS
型、MES型又は接合型ゲートとを有することを
特徴とする半導体結合超伝導素子。 ４ 表面反転層中に近接効果による超伝導電子の
拡散によつて超伝導電流の流れる２次元電子ガス
が形成されているＰ形半導体基板と、 該Ｐ形半導体基板の表面反転層とオーミツクに
接触している二つの超伝導電極と、 該Ｐ形半導体基板側に形成されたオーミツク電
極とを有することを特徴とする半導体結合超伝導
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60012134A JPS61171180A (ja) | 1985-01-24 | 1985-01-24 | 半導体結合超伝導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60012134A JPS61171180A (ja) | 1985-01-24 | 1985-01-24 | 半導体結合超伝導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61171180A JPS61171180A (ja) | 1986-08-01 |
| JPH0452632B2 true JPH0452632B2 (ja) | 1992-08-24 |
Family
ID=11797053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60012134A Granted JPS61171180A (ja) | 1985-01-24 | 1985-01-24 | 半導体結合超伝導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61171180A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR910002311B1 (ko) * | 1987-02-27 | 1991-04-11 | 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼 | 초전도 디바이스 |
| JPH0724338B2 (ja) * | 1987-03-18 | 1995-03-15 | 株式会社日立製作所 | 電子装置 |
| JPS6486575A (en) * | 1987-06-17 | 1989-03-31 | Hitachi Ltd | Superconducting device |
-
1985
- 1985-01-24 JP JP60012134A patent/JPS61171180A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61171180A (ja) | 1986-08-01 |
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