JPH06151988A - 超電導三端子素子 - Google Patents
超電導三端子素子Info
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- JPH06151988A JPH06151988A JP4292441A JP29244192A JPH06151988A JP H06151988 A JPH06151988 A JP H06151988A JP 4292441 A JP4292441 A JP 4292441A JP 29244192 A JP29244192 A JP 29244192A JP H06151988 A JPH06151988 A JP H06151988A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、チャネルの導通状態を段階的に変
化させることが可能で、多値論理動作を実現できる超電
導三端子素子を提供することにある。 【構成】 ソース１とドレイン２間を流れる電流を、電
界効果で制御する超電導トランジスタにおいて、チャネ
ル部分を超伝導体６と常伝導体５の多層構造にして超電
導電流の経路を複数形成し、ゲート電極４からの電界が
各各の超伝導体に順次及ぶようにする。 【効果】 チャネルの導通状態を段階的に制御でき、多
値論理動作が可能になる。
化させることが可能で、多値論理動作を実現できる超電
導三端子素子を提供することにある。 【構成】 ソース１とドレイン２間を流れる電流を、電
界効果で制御する超電導トランジスタにおいて、チャネ
ル部分を超伝導体６と常伝導体５の多層構造にして超電
導電流の経路を複数形成し、ゲート電極４からの電界が
各各の超伝導体に順次及ぶようにする。 【効果】 チャネルの導通状態を段階的に制御でき、多
値論理動作が可能になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導エレクトロニク
スの分野にかかり、特に高速かつ低消費電力の超電導ス
イッチング素子に関する。
スの分野にかかり、特に高速かつ低消費電力の超電導ス
イッチング素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導電流の電流経路をチャネルとし、
チャネル部に絶縁ゲートを設けて超電導電流を制御する
超電導三端子素子として、二つのタイプの三端子素子が
知られている。第一のタイプの素子は、超電導薄膜をそ
のままチャネルとして用いたものであり、ＳｕＦＥＴと
名付けられている。この素子については例えば、ＩＥＥ
Ｅ・トランザクション・オン・マグネティクス，ＭＡＧ
−２３巻１２７９頁、１９８９年（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．
Ｍａｇ−２３、ｐ．１２７９，１９８９）に報告されて
いる。超電導体としてＩｎ／ＩｎＯx、 ゲート絶縁膜と
して、Ａｌ2Ｏ3を用いた素子が試作され、ゲートに電圧
を印加することによりチャネルの超電導−常伝導転移を
確認している。第二のタイプは超電導−常伝導−超電導
接合を形成し、常伝導層の部分をチャネルとして常伝導
層に絶縁ゲートを設けた三端子素子であり、ＪＯＦＥＴ
と名付けられている。例えばＩＥＥＥ・エレクトロン・
デバイス・レターズ、ＥＤＬ−６巻、２９７頁、１９８
５年（ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ ＤｅｖｉｃｅＬ
ｅｔｔｅｒｓ，ＥＤＬ−６，２９７，１９８５）に、常
伝導体としてシリコン、超電導体としてＰｂを用い、ゲ
ート絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いた三端子素子が
報告されている。ゲート電圧によってチャネルの常伝導
−超電導転移を確認している。
チャネル部に絶縁ゲートを設けて超電導電流を制御する
超電導三端子素子として、二つのタイプの三端子素子が
知られている。第一のタイプの素子は、超電導薄膜をそ
のままチャネルとして用いたものであり、ＳｕＦＥＴと
名付けられている。この素子については例えば、ＩＥＥ
Ｅ・トランザクション・オン・マグネティクス，ＭＡＧ
−２３巻１２７９頁、１９８９年（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．
Ｍａｇ−２３、ｐ．１２７９，１９８９）に報告されて
いる。超電導体としてＩｎ／ＩｎＯx、 ゲート絶縁膜と
して、Ａｌ2Ｏ3を用いた素子が試作され、ゲートに電圧
を印加することによりチャネルの超電導−常伝導転移を
確認している。第二のタイプは超電導−常伝導−超電導
接合を形成し、常伝導層の部分をチャネルとして常伝導
層に絶縁ゲートを設けた三端子素子であり、ＪＯＦＥＴ
と名付けられている。例えばＩＥＥＥ・エレクトロン・
デバイス・レターズ、ＥＤＬ−６巻、２９７頁、１９８
５年（ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ ＤｅｖｉｃｅＬ
ｅｔｔｅｒｓ，ＥＤＬ−６，２９７，１９８５）に、常
伝導体としてシリコン、超電導体としてＰｂを用い、ゲ
ート絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いた三端子素子が
報告されている。ゲート電圧によってチャネルの常伝導
−超電導転移を確認している。
【０００３】これらの従来技術において、超電導三端子
素子は、ゲート電極によってチャネルの状態として超電
導状態と常伝導状態の２種類の状態が実現できるので、
これらをオン、オフの２つの状態としたスイッチング素
子が実現できる。
素子は、ゲート電極によってチャネルの状態として超電
導状態と常伝導状態の２種類の状態が実現できるので、
これらをオン、オフの２つの状態としたスイッチング素
子が実現できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、チャネルの状態として超電導状態、常伝導状態の２
状態を用いることができる。実際には同じ超電導状態で
あっても、ゲート電圧の値によってチャネルの超電導電
流の臨界電流は変わる。しかし、この臨界電流の変化は
ゲート電圧に対して連続的なので、回路に用いる場合に
臨界電流の異なる状態を、区別して扱うことはできな
い。従って従来の素子で３状態以上の状態を扱うために
は、複数の素子の組合せが必要であった。従来の素子の
大きさで、単一素子で３状態以上の状態を扱えれば、同
じレベルの集積度で、より多くの情報を扱える。このこ
とは用いる素子数が多いほど顕著に現れる。例えば単純
計算で１００素子を用いた場合に扱える情報量は、従来
素子では２100 ＝１．３×１０30に対し、例えば単一素
子で４状態扱える素子では４100＝１．６×１０60と３
０桁も多くの情報を扱えることになる。この差は素子数
が多いほど顕著に現れるので、集積度の高い回路ほど効
果が大きい。
は、チャネルの状態として超電導状態、常伝導状態の２
状態を用いることができる。実際には同じ超電導状態で
あっても、ゲート電圧の値によってチャネルの超電導電
流の臨界電流は変わる。しかし、この臨界電流の変化は
ゲート電圧に対して連続的なので、回路に用いる場合に
臨界電流の異なる状態を、区別して扱うことはできな
い。従って従来の素子で３状態以上の状態を扱うために
は、複数の素子の組合せが必要であった。従来の素子の
大きさで、単一素子で３状態以上の状態を扱えれば、同
じレベルの集積度で、より多くの情報を扱える。このこ
とは用いる素子数が多いほど顕著に現れる。例えば単純
計算で１００素子を用いた場合に扱える情報量は、従来
素子では２100 ＝１．３×１０30に対し、例えば単一素
子で４状態扱える素子では４100＝１．６×１０60と３
０桁も多くの情報を扱えることになる。この差は素子数
が多いほど顕著に現れるので、集積度の高い回路ほど効
果が大きい。
【０００５】本発明の目的は上に述べたような単一素子
で３状態以上の離散的な状態を制御できる三端子素子を
超電導体を利用して実現することにある。
で３状態以上の離散的な状態を制御できる三端子素子を
超電導体を利用して実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の三端子素子として、ＳｕＦＥＴおよびＪＯＦＥＴに対
応して、以下に示す２つのタイプの超電導三端子素子が
考えられる。
の三端子素子として、ＳｕＦＥＴおよびＪＯＦＥＴに対
応して、以下に示す２つのタイプの超電導三端子素子が
考えられる。
【０００７】（１）電界効果型の超電導三端子素子を、
電気伝導性材料から成るチャネル層、良導体からなるソ
ース電極およびドレイン電極、絶縁体薄膜、および良導
体からなるゲート電極によって構成する。ソース電極と
ドレイン電極の間のチャネル層の部分の上部または下部
に絶縁体膜を介して良導体からなるゲート電極を配置す
る。このような三端子素子において、チャネル層を超電
導層と常伝導層が交互に積層されている構造を持つよう
に構成する。ここで各層の境界の面は、ソース電極とド
レイン電極を結ぶ方向に対して平行で、かつ絶縁体薄膜
とチャネルの界面に対して平行であることが望ましい。
チャネルを形成する超電導材料および常伝導材料として
は、良好な界面を得ることができ、かつ多層のエピタキ
シャル成長が可能な材料として、銅を含んだ酸化物超電
導体と同じく銅を含み同じ結晶構造を有する酸化物常伝
導材料の組合せが有望である。例えばチャネル層中の超
電導層としてＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから構成される超電導
酸化物を用い、チャネル層の常伝導体としてはＬｎ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−ＯまたはＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから成り、該Ｌ
ｎがＰｒを除く希土類元素からなり、ＹまたはＬｎとＢ
ａの組成比が、１．３：３．７から１．５：１．５の範
囲にある酸化物材料を用いる。常伝導材料としては（Ｙ
・Ｐｒ）−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから成り、ＹとＰｒの組成比
が１：１以下であるものを用いてもよい。
電気伝導性材料から成るチャネル層、良導体からなるソ
ース電極およびドレイン電極、絶縁体薄膜、および良導
体からなるゲート電極によって構成する。ソース電極と
ドレイン電極の間のチャネル層の部分の上部または下部
に絶縁体膜を介して良導体からなるゲート電極を配置す
る。このような三端子素子において、チャネル層を超電
導層と常伝導層が交互に積層されている構造を持つよう
に構成する。ここで各層の境界の面は、ソース電極とド
レイン電極を結ぶ方向に対して平行で、かつ絶縁体薄膜
とチャネルの界面に対して平行であることが望ましい。
チャネルを形成する超電導材料および常伝導材料として
は、良好な界面を得ることができ、かつ多層のエピタキ
シャル成長が可能な材料として、銅を含んだ酸化物超電
導体と同じく銅を含み同じ結晶構造を有する酸化物常伝
導材料の組合せが有望である。例えばチャネル層中の超
電導層としてＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから構成される超電導
酸化物を用い、チャネル層の常伝導体としてはＬｎ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−ＯまたはＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから成り、該Ｌ
ｎがＰｒを除く希土類元素からなり、ＹまたはＬｎとＢ
ａの組成比が、１．３：３．７から１．５：１．５の範
囲にある酸化物材料を用いる。常伝導材料としては（Ｙ
・Ｐｒ）−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから成り、ＹとＰｒの組成比
が１：１以下であるものを用いてもよい。
【０００８】（２）電界効果型の超電導三端子素子を電
気伝導性材料から成るチャネル層、超伝導体から成るソ
ース電極およびドレイン電極、絶縁体薄膜、および良導
体から成るゲート電極によって構成する。ソース電極と
ドレイン電極の間のチャネル層の部分の上部または下部
に絶縁体膜を介して良導体からなるゲート電極を配置す
る。このような三端子素子において、チャネル層が、キ
ャリヤ密度の異なる２種類の常伝導材料を交互に積層し
た構造を持つように構成する。ここで各層の境界の面は
ソース電極とドレイン電極を結ぶ方向に対して平行で、
かつ絶縁体薄膜とチャネル層の界面に対して平行である
ことが望ましい。チャネル層を形成する２種類の材料と
しては、良好な界面を形成でき、かつ多層のエピタキシ
ャル成長が可能な材料として、銅を含む電気伝導性酸化
物が考えられる。第一の材料として、Ｌｎ−Ｂａ−Ｃｕ
−ＯまたはＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから成る材料（ＬｎはＰ
ｒを除く希土類元素）でＬｎもしくはＹとＢａの組成比
が１．３：１．７から１．５：１．５の範囲のものを用
い、第二の材料として（Ｙ・Ｐｒ）−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏか
ら成る材料でＹとＰｒの組成比が１：１以下であるもの
を用いて上記チャネル層を構成できる。チャネル層をこ
のような材料で構成すると、超電導電極の材料として銅
を含む酸化物超伝導体を用いる場合、界面の整合性がよ
い。超伝導体として非酸化物を用いる場合は、チャネル
としては、超格子構造をもつ半導体、例えばホウ素のド
ープ量の異なるシリコンを交互に積層した構造、または
ＧａＡｓとＡｌxＧａ1-xＡｓの超格子構造等を用いても
よい。
気伝導性材料から成るチャネル層、超伝導体から成るソ
ース電極およびドレイン電極、絶縁体薄膜、および良導
体から成るゲート電極によって構成する。ソース電極と
ドレイン電極の間のチャネル層の部分の上部または下部
に絶縁体膜を介して良導体からなるゲート電極を配置す
る。このような三端子素子において、チャネル層が、キ
ャリヤ密度の異なる２種類の常伝導材料を交互に積層し
た構造を持つように構成する。ここで各層の境界の面は
ソース電極とドレイン電極を結ぶ方向に対して平行で、
かつ絶縁体薄膜とチャネル層の界面に対して平行である
ことが望ましい。チャネル層を形成する２種類の材料と
しては、良好な界面を形成でき、かつ多層のエピタキシ
ャル成長が可能な材料として、銅を含む電気伝導性酸化
物が考えられる。第一の材料として、Ｌｎ−Ｂａ−Ｃｕ
−ＯまたはＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから成る材料（ＬｎはＰ
ｒを除く希土類元素）でＬｎもしくはＹとＢａの組成比
が１．３：１．７から１．５：１．５の範囲のものを用
い、第二の材料として（Ｙ・Ｐｒ）−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏか
ら成る材料でＹとＰｒの組成比が１：１以下であるもの
を用いて上記チャネル層を構成できる。チャネル層をこ
のような材料で構成すると、超電導電極の材料として銅
を含む酸化物超伝導体を用いる場合、界面の整合性がよ
い。超伝導体として非酸化物を用いる場合は、チャネル
としては、超格子構造をもつ半導体、例えばホウ素のド
ープ量の異なるシリコンを交互に積層した構造、または
ＧａＡｓとＡｌxＧａ1-xＡｓの超格子構造等を用いても
よい。
【０００９】
【作用】以上の超電導三端子素子の構造においては、チ
ャネル層において超電導電流の経路が複数存在する。Ｓ
ｕＦＥＴ型の素子では超電導層が超電導電流の経路とな
る。ＪＯＦＥＴ型の素子では、超電導キャリヤの染みだ
しはキャリヤ密度の１／ｎ乗（ｎはキャリヤ系の次元）
に比例するので、主にキャリヤ密度の大きい材料の領域
が超電導電流の経路になる。
ャネル層において超電導電流の経路が複数存在する。Ｓ
ｕＦＥＴ型の素子では超電導層が超電導電流の経路とな
る。ＪＯＦＥＴ型の素子では、超電導キャリヤの染みだ
しはキャリヤ密度の１／ｎ乗（ｎはキャリヤ系の次元）
に比例するので、主にキャリヤ密度の大きい材料の領域
が超電導電流の経路になる。
【００１０】ゲート電極に電圧を印加すると、絶縁体膜
を介して電界がチャネル層に侵入し、チャネル層のキャ
リヤ密度が変化する。常伝導層のキャリヤが正孔である
場合、ゲートに正の電圧を印加すると、チャネル層の中
で絶縁体界面に近い部分、ほとんどキャリヤの存在しな
い空乏層ができる。超電導状態を保っているチャネルの
伝導層の枚数を決めることができる。したがってチャネ
ルの伝導層の枚数をｎとすると超電導の枚数０枚からｎ
枚までｎ＋１の状態を区別することができる。各状態は
素子特性としてソース・ドレイン間の臨界電流に反映さ
れる。各層の担う超電導電流が仮に等しいとしてこれを
Icとおくと、ソース・ドレイン間の臨界電流IcSDは、Ic
の整数倍になる。従ってIcSDはゲート電圧に対して階段
状に変化することになる。
を介して電界がチャネル層に侵入し、チャネル層のキャ
リヤ密度が変化する。常伝導層のキャリヤが正孔である
場合、ゲートに正の電圧を印加すると、チャネル層の中
で絶縁体界面に近い部分、ほとんどキャリヤの存在しな
い空乏層ができる。超電導状態を保っているチャネルの
伝導層の枚数を決めることができる。したがってチャネ
ルの伝導層の枚数をｎとすると超電導の枚数０枚からｎ
枚までｎ＋１の状態を区別することができる。各状態は
素子特性としてソース・ドレイン間の臨界電流に反映さ
れる。各層の担う超電導電流が仮に等しいとしてこれを
Icとおくと、ソース・ドレイン間の臨界電流IcSDは、Ic
の整数倍になる。従ってIcSDはゲート電圧に対して階段
状に変化することになる。
【００１１】
【実施例】以下、この発明の実施例を示す。本発明の第
１の実施例を図１に示す。図において１はソース電極、
２はドレイン電極、３は絶縁膜、４はゲート電極、５は
常伝導体、６は超伝導体、８は基板である。
１の実施例を図１に示す。図において１はソース電極、
２はドレイン電極、３は絶縁膜、４はゲート電極、５は
常伝導体、６は超伝導体、８は基板である。
【００１２】基板として（１００）面方位の基板を用
い、チャネルとしては超電導層として（００１）方位の
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ酸化物薄膜、常伝導層として（００
１）方位のＰｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ酸化物常伝導薄膜を交
互に積層した膜を分子線エピタキシ法で形成する。Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ層、Ｐｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ層とも約１．
２ナノメータの単位格子の厚さとし、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−
Ｏ層を３層、Ｐｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ層を４層とする。形
成した積層膜に対しドライエッチングを行い、ソース電
極およびドレイン電極を形成する部分を除去し、エッチ
ングを受けた多層膜の断面を酸素プラズマにさらして酸
化した後に銀のソース電極およびドレイン電極を真空蒸
着法で形成する。チャネルの上部の絶縁膜としてＳｒＴ
ｉＯ3薄膜をレーザー蒸着法で形成する。更にその上に
ゲート電極を真空蒸着によって形成する。
い、チャネルとしては超電導層として（００１）方位の
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ酸化物薄膜、常伝導層として（００
１）方位のＰｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ酸化物常伝導薄膜を交
互に積層した膜を分子線エピタキシ法で形成する。Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ層、Ｐｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ層とも約１．
２ナノメータの単位格子の厚さとし、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−
Ｏ層を３層、Ｐｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ層を４層とする。形
成した積層膜に対しドライエッチングを行い、ソース電
極およびドレイン電極を形成する部分を除去し、エッチ
ングを受けた多層膜の断面を酸素プラズマにさらして酸
化した後に銀のソース電極およびドレイン電極を真空蒸
着法で形成する。チャネルの上部の絶縁膜としてＳｒＴ
ｉＯ3薄膜をレーザー蒸着法で形成する。更にその上に
ゲート電極を真空蒸着によって形成する。
【００１３】上記の素子の典型的な特性例を図５に示
す。ゲート電極に電圧を印加することで、ソース・ドレ
イン間の超電導臨界電流が変化する。この場合、チャネ
ル中の超電導層は３層あり、順次ゲート電極の電圧の影
響を受ける。超電導層一層が担う超電導臨界電流をＩc
とすると、ソースとドレインの間の超電導電流は、図６
に示すように３Ｉc、２Ｉc、Ｉc、０の４つの値をとり
得る。すなわちゲート電圧に対して、離散的なソース・
ドレイン間臨界電流値が得られる。
す。ゲート電極に電圧を印加することで、ソース・ドレ
イン間の超電導臨界電流が変化する。この場合、チャネ
ル中の超電導層は３層あり、順次ゲート電極の電圧の影
響を受ける。超電導層一層が担う超電導臨界電流をＩc
とすると、ソースとドレインの間の超電導電流は、図６
に示すように３Ｉc、２Ｉc、Ｉc、０の４つの値をとり
得る。すなわちゲート電圧に対して、離散的なソース・
ドレイン間臨界電流値が得られる。
【００１４】ソース・ドレイン間に負荷を接続した場
合、負荷曲線は、図５に示したようになる。ソース・ド
レイン電流およびソース・ドレイン電圧は図５中で示し
たような、４つの状態をとり得る。これらの状態は、ゲ
ート電圧に依存して、離散的に現れるので、ゲート電圧
によって４通りの出力状態を設定することができる。
合、負荷曲線は、図５に示したようになる。ソース・ド
レイン電流およびソース・ドレイン電圧は図５中で示し
たような、４つの状態をとり得る。これらの状態は、ゲ
ート電圧に依存して、離散的に現れるので、ゲート電圧
によって４通りの出力状態を設定することができる。
【００１５】本発明の第２の実施例を図２に示す。
【００１６】上記実施例１と同様にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ
およびＰｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから成る積層膜を形成した
のち、ソース電極およびドレイン電極を、図２のように
積層膜の上から銀を真空蒸着して形成する。チャネルの
上部の絶縁膜として、ＳｒＴｉＯ3をレーザ蒸着法によ
って１００ｎｍ形成し、その上にゲート電極を真空蒸着
によって形成する。
およびＰｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから成る積層膜を形成した
のち、ソース電極およびドレイン電極を、図２のように
積層膜の上から銀を真空蒸着して形成する。チャネルの
上部の絶縁膜として、ＳｒＴｉＯ3をレーザ蒸着法によ
って１００ｎｍ形成し、その上にゲート電極を真空蒸着
によって形成する。
【００１７】ゲート電圧がゼロの場合は、チャネルで
は、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ層だけでなく、超電導近接効果
によりＰｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ層も含めた全体が超電導状
態になっている。ソース・ドレイン間の超電導電流は、
主にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ層を通じて流れる。ゲート電極
に正の電圧を印加すると、チャネル中の３つの超電導層
が順次にゲート電圧の影響を受けて、常伝導状態に転移
する。その結果、図６に示すような離散的なソース・ド
レイン間の臨界電流値が得られる。
は、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ層だけでなく、超電導近接効果
によりＰｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ層も含めた全体が超電導状
態になっている。ソース・ドレイン間の超電導電流は、
主にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ層を通じて流れる。ゲート電極
に正の電圧を印加すると、チャネル中の３つの超電導層
が順次にゲート電圧の影響を受けて、常伝導状態に転移
する。その結果、図６に示すような離散的なソース・ド
レイン間の臨界電流値が得られる。
【００１８】図３は本発明の第３の実施例を示す図であ
り、図３において７および８は常伝導体であり、８に用
いる常伝導体のキャリヤ密度が７に用いる常伝導体のキ
ャリヤ密度より大きいものにする。例えば８としてキャ
リヤ密度３×１０21／ｃｍ3のＬａ2-xＢａxＣｕ
3Ｏ7-y、７としてキャリヤ密度１×１０19／ｃｍ3のＰ
ｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-zを用いる。ＳｒＴｉＯ3（１１０）基
板の上に、（１１０）配向のＬａ2-xＢａxＣｕ3Ｏ7-yお
よび（１１０）配向のＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-zを交互にレ
ーザー蒸着によって成膜する。Ｌａ2-xＢａxＣｕ3Ｏ7-y
層を３層とし、これをはさむ形でＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-z
を４層形成する。形成した積層膜に対して、ソース電極
およびドレイン電極を形成する部分をイオンビームエッ
チングによって除去し、この部分に超伝導体ＨｏＢａ2
Ｃｕ3Ｏ7-xをプラズマ中の反応性蒸着によって形成す
る。常伝導層の部分に対してＳｒＴｉＯ3絶縁膜をレー
ザ蒸着し、その上からＡｕのゲート電極を形成する。２
つの超電導層の各々に銀電極を形成し、ソースおよびド
レイン電極とする。この場合、Ｌａ2-xＢａxＣｕ3Ｏ7-y
層の部分が、ソース・ドレイン間の超電導電流の経路と
なる。ゲート電極の電圧によって、各Ｌａ2-xＢａxＣｕ
3Ｏ7-y層が順次にキャリヤ密度変調をうけ、超電導電流
を流さなくなる。したがって、本素子は上記実施例１と
同様に、図５および図６で示すような特性を示し、ゲー
ト電圧による離散的な４状態の制御が可能になる。常伝
導体７として分子線エピタキシ法で形成したＧａＡｓま
たはシリコン単結晶、常伝導体８としてＡｌ0.3Ｇａ0.7
Ａｓまたはホウ素をドープしたシリコンを用い、超伝導
体５としてＮｂＮを用いてもよい。
り、図３において７および８は常伝導体であり、８に用
いる常伝導体のキャリヤ密度が７に用いる常伝導体のキ
ャリヤ密度より大きいものにする。例えば８としてキャ
リヤ密度３×１０21／ｃｍ3のＬａ2-xＢａxＣｕ
3Ｏ7-y、７としてキャリヤ密度１×１０19／ｃｍ3のＰ
ｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-zを用いる。ＳｒＴｉＯ3（１１０）基
板の上に、（１１０）配向のＬａ2-xＢａxＣｕ3Ｏ7-yお
よび（１１０）配向のＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-zを交互にレ
ーザー蒸着によって成膜する。Ｌａ2-xＢａxＣｕ3Ｏ7-y
層を３層とし、これをはさむ形でＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-z
を４層形成する。形成した積層膜に対して、ソース電極
およびドレイン電極を形成する部分をイオンビームエッ
チングによって除去し、この部分に超伝導体ＨｏＢａ2
Ｃｕ3Ｏ7-xをプラズマ中の反応性蒸着によって形成す
る。常伝導層の部分に対してＳｒＴｉＯ3絶縁膜をレー
ザ蒸着し、その上からＡｕのゲート電極を形成する。２
つの超電導層の各々に銀電極を形成し、ソースおよびド
レイン電極とする。この場合、Ｌａ2-xＢａxＣｕ3Ｏ7-y
層の部分が、ソース・ドレイン間の超電導電流の経路と
なる。ゲート電極の電圧によって、各Ｌａ2-xＢａxＣｕ
3Ｏ7-y層が順次にキャリヤ密度変調をうけ、超電導電流
を流さなくなる。したがって、本素子は上記実施例１と
同様に、図５および図６で示すような特性を示し、ゲー
ト電圧による離散的な４状態の制御が可能になる。常伝
導体７として分子線エピタキシ法で形成したＧａＡｓま
たはシリコン単結晶、常伝導体８としてＡｌ0.3Ｇａ0.7
Ａｓまたはホウ素をドープしたシリコンを用い、超伝導
体５としてＮｂＮを用いてもよい。
【００１９】本発明の第４の実施例を図４に示す。
【００２０】実施例３と同様に３層のＬａ2-xＢａxＣｕ
3Ｏ7-y層と４層のＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-z層からなる積層
膜を形成する。さらにその上に超電導性を有するＨｏＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7-x薄膜をプラズマ中の反応性蒸着によって
形成する。得られた積層膜に対して電子線描画法および
イオンビームエッチング法により溝を形成して、ＨｏＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7-x層を分断する。溝の底部にレーザー蒸着
法によりＳｒＴｉＯ3絶縁膜を成膜する。さらに真空蒸
着法によりソース電極、ドレイン電極およびゲート電極
を形成する。超電導薄膜の下のＬａ2-xＢａxＣｕ3Ｏ7-y
とＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-zの積層膜は超電導近接効果によ
り、全体が超電導状態になる。ゲート電圧がゼロの場
合、チャネルの部分では、キャリヤの多いＬａ2-xＢａx
Ｃｕ3Ｏ7-y層だけが超電導近接効果により超電導状態に
なる。ゲートに電圧を印加すると、ゲートのＬａ2-xＢ
ａxＣｕ3Ｏ7-y層が順次にゲート電極からの電界の影響
を受けて常伝導状態になる。その結果図６で示されるよ
うにゲート電圧による離散的な臨界電流の制御が可能に
なる。
3Ｏ7-y層と４層のＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-z層からなる積層
膜を形成する。さらにその上に超電導性を有するＨｏＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7-x薄膜をプラズマ中の反応性蒸着によって
形成する。得られた積層膜に対して電子線描画法および
イオンビームエッチング法により溝を形成して、ＨｏＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7-x層を分断する。溝の底部にレーザー蒸着
法によりＳｒＴｉＯ3絶縁膜を成膜する。さらに真空蒸
着法によりソース電極、ドレイン電極およびゲート電極
を形成する。超電導薄膜の下のＬａ2-xＢａxＣｕ3Ｏ7-y
とＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-zの積層膜は超電導近接効果によ
り、全体が超電導状態になる。ゲート電圧がゼロの場
合、チャネルの部分では、キャリヤの多いＬａ2-xＢａx
Ｃｕ3Ｏ7-y層だけが超電導近接効果により超電導状態に
なる。ゲートに電圧を印加すると、ゲートのＬａ2-xＢ
ａxＣｕ3Ｏ7-y層が順次にゲート電極からの電界の影響
を受けて常伝導状態になる。その結果図６で示されるよ
うにゲート電圧による離散的な臨界電流の制御が可能に
なる。
【００２１】
【発明の効果】絶縁ゲートを介して超電導電流を制御す
る電界効果形三端子素子に対して、チャネル部分にゲー
ト絶縁膜と平行に複数の導電面を有することによって、
ソース・ドレイン間の超電導電流を段階的に制御するこ
とができる。その結果単一素子で複数の状態を持たせた
多値論理の回路の構成が可能になる。
る電界効果形三端子素子に対して、チャネル部分にゲー
ト絶縁膜と平行に複数の導電面を有することによって、
ソース・ドレイン間の超電導電流を段階的に制御するこ
とができる。その結果単一素子で複数の状態を持たせた
多値論理の回路の構成が可能になる。
【図１】本発明の超電導三端子素子の構造の一例を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明の超電導三端子素子の構造の一例を示す
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明の超電導三端子素子の構造の一例を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明の超電導三端子素子の構造の一例を示す
断面図である。
断面図である。
【図５】本発明の超電導三端子素子のソース・ドレイン
間の電圧電流特性と、負荷を接続した場合の動作点を示
す図である。
間の電圧電流特性と、負荷を接続した場合の動作点を示
す図である。
【図６】本発明の超電導三端子素子のソース・ドレイン
間の超電導臨界電流のゲート電圧依存性を示す図であ
る。
間の超電導臨界電流のゲート電圧依存性を示す図であ
る。
１ ソース電極、 ２ ドレイン電極、 ３ ゲート絶縁膜、 ４ ゲート電極、 ５ 超電導体、 ６ 常伝導体、 ７ 常伝導体、 ８ 常伝導体、 ９ 基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼木 一正 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 塚本 晃 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 岡本 政邦 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】チャネル層と、チャネル層の両端に形成さ
れたソース電極およびドレイン電極と、ソース電極およ
びドレイン電極の間に位置するチャネル層の上部または
下部に、絶縁膜を介して形成されたゲート電極を設ける
ことによって構成される超電導三端子素子において、上
記チャネル層は、超電導層と常電導層を交互に積層した
多層膜で構成されている事を特徴とする。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、チャネル
層中の超電導層として銅を含む酸化物超電導材料を用
い、チャネル層の常伝導体としてＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ
またはＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから成り、該ＬｎがＰｒを除
く１種類もしくは複数の希土類元素からなり、Ｙまたは
ＬｎとＢａの組成比が、１．３：３．７から１．５：
１．５の範囲にあり、ＬｎとＢａまたはＹとＢａをあわ
せた組成とＣｕ組成の比が１：１である酸化物材料を用
いたことを特徴とする超電導三端子素子。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、チャネル
層中の超電導層として銅を含む酸化物超電導材料を用
い、チャネル層中の常伝導層が（Ｙ・Ｐｒ）−Ｂａ−Ｃ
ｕ−Ｏから成り、ＹとＰｒの組成比が１：１以下である
ことを特徴とする超電導三端子素子。 - 【請求項４】電気伝導性材料から成るチャネル層と、チ
ャネルの両端に超電導体を用いて形成されたソースおよ
びドレイン電極と、ソースおよびドレイン電極の間に位
置する部分のチャネル層の上部または下部に、絶縁膜を
介して形成したゲート電極によって構成される超電導三
端子素子において、チャネル層がキャリヤ密度の異なる
２種類以上の常伝導体から成る多層膜によって構成され
ている事を特徴とする超電導三端子素子。 - 【請求項５】特許請求の範囲第３項において、チャネル
層がＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−ＯまたはＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏか
ら成る第一の酸化物材料と、（Ｙ・Ｐｒ）−Ｂａ−Ｃｕ
−Ｏから成る第二の酸化物材料の積層構造を有し、該Ｌ
ｎはＰｒを除く１種類もしくは複数の希土類元素を表
し、第一の酸化物材料においてＬｎもしくはＹとＢａと
のの組成比が１．３：１．７の範囲にあり、第二の酸化
物材料においてＹとＰｒの組成比が１：１以下であるこ
とを特徴とする超電導三端子素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4292441A JPH0831625B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 超電導三端子素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4292441A JPH0831625B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 超電導三端子素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06151988A true JPH06151988A (ja) | 1994-05-31 |
| JPH0831625B2 JPH0831625B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17781839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4292441A Expired - Fee Related JPH0831625B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 超電導三端子素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831625B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100293400B1 (ko) * | 1996-09-03 | 2001-07-12 | 포만 제프리 엘 | 초전도체구조및이의응용장치 |
| WO2021190939A1 (en) * | 2020-03-26 | 2021-09-30 | International Business Machines Corporation | Operating a superconducting channel by electron injection |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6448477A (en) * | 1987-08-19 | 1989-02-22 | Mitsubishi Electric Corp | Superconductive three-terminal element |
| JPH01102974A (ja) * | 1987-10-16 | 1989-04-20 | Hitachi Ltd | 超伝導デバイス |
| JPH01265577A (ja) * | 1988-04-15 | 1989-10-23 | Seiko Epson Corp | ジョセフソン電界効果トランジスタ |
| JPH06237023A (ja) * | 1991-03-22 | 1994-08-23 | Bull Sa | 超電導性電界効果トランジスタ及び該トランジスタに使用される多層構造体の製造方法 |
-
1992
- 1992-10-30 JP JP4292441A patent/JPH0831625B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6448477A (en) * | 1987-08-19 | 1989-02-22 | Mitsubishi Electric Corp | Superconductive three-terminal element |
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| US11165429B2 (en) | 2020-03-26 | 2021-11-02 | International Business Machines Corporation | Operating a superconducting channel by electron injection |
| CN115136331A (zh) * | 2020-03-26 | 2022-09-30 | 国际商业机器公司 | 通过电子注入操作超导沟道 |
| JP2023518350A (ja) * | 2020-03-26 | 2023-05-01 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 電子注入による超伝導チャネルの操作 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0831625B2 (ja) | 1996-03-27 |
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