JPH0677547A - 超伝導体対応型三端子素子 - Google Patents
超伝導体対応型三端子素子Info
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- JPH0677547A JPH0677547A JP4225519A JP22551992A JPH0677547A JP H0677547 A JPH0677547 A JP H0677547A JP 4225519 A JP4225519 A JP 4225519A JP 22551992 A JP22551992 A JP 22551992A JP H0677547 A JPH0677547 A JP H0677547A
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- collector
- superconducting
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 超伝導体対応型三端子素子に関し、増幅作用
を有する超伝導体対応型三端子素子を提供する。 【構成】 超伝導体からなるベース層２と、このベース
層２に超伝導電子を注入するエミッタ層３と、このベー
ス層２からの超伝導電子を捕捉するコレクタ層１を有
し、ベース層２とエミッタ層の間３の間の超伝導トンネ
ル現象を用いた三端子素子において、このベース層２と
コレクタ層１の間にもトンネルバリア５を有する構成を
採用し、コレクタ層１とエミッタ層３の間にバイアス電
圧を印加し、コレクタ層１とベース層２の間に入力信号
電圧を印加する。また、この場合、コレクタ層１に超伝
導電子を制御する空乏層からなるバリア６を有する構成
を採用することができる。
を有する超伝導体対応型三端子素子を提供する。 【構成】 超伝導体からなるベース層２と、このベース
層２に超伝導電子を注入するエミッタ層３と、このベー
ス層２からの超伝導電子を捕捉するコレクタ層１を有
し、ベース層２とエミッタ層の間３の間の超伝導トンネ
ル現象を用いた三端子素子において、このベース層２と
コレクタ層１の間にもトンネルバリア５を有する構成を
採用し、コレクタ層１とエミッタ層３の間にバイアス電
圧を印加し、コレクタ層１とベース層２の間に入力信号
電圧を印加する。また、この場合、コレクタ層１に超伝
導電子を制御する空乏層からなるバリア６を有する構成
を採用することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導体対応型三端子
素子に関するものである。近年、コンピュータ等のエレ
クトロニクス技術分野において、低消費電力で高速動作
が可能な電子素子として、超伝導トランジスタ等の超伝
導体対応型三端子素子の実用化が期待されている。
素子に関するものである。近年、コンピュータ等のエレ
クトロニクス技術分野において、低消費電力で高速動作
が可能な電子素子として、超伝導トランジスタ等の超伝
導体対応型三端子素子の実用化が期待されている。
【０００２】
【従来の技術】従来から、超伝導体中の電子の振る舞い
を利用した超伝導ベーストランジスタ等の超伝導体対応
型三端子素子は知られていた。図５は、従来の超伝導ベ
ーストランジスタの構成説明図である。
を利用した超伝導ベーストランジスタ等の超伝導体対応
型三端子素子は知られていた。図５は、従来の超伝導ベ
ーストランジスタの構成説明図である。
【０００３】この図において、４１は半導体基板、４２
は超伝導体層、４３はトンネルバリア、４４は超伝導体
層、４５はコレクタ電極、４６はベース電極、４７はエ
ミッタ電極である。
は超伝導体層、４３はトンネルバリア、４４は超伝導体
層、４５はコレクタ電極、４６はベース電極、４７はエ
ミッタ電極である。
【０００４】この従来の超伝導ベーストランジスタにお
いては、半導体基板４１の上に超伝導体層４２が形成さ
れ、その上にトンネルバリア４３が形成され、その上に
超伝導体層４４が形成され、半導体基板４１にコレクタ
電極４５が、超伝導体層４２にベース電極４６が、超伝
導体層４４にエミッタ電極４７が形成されている。
いては、半導体基板４１の上に超伝導体層４２が形成さ
れ、その上にトンネルバリア４３が形成され、その上に
超伝導体層４４が形成され、半導体基板４１にコレクタ
電極４５が、超伝導体層４２にベース電極４６が、超伝
導体層４４にエミッタ電極４７が形成されている。
【０００５】図６は、従来の超伝導ベーストランジスタ
のエネルギーバンド図である。この図中に記載された符
号は図５で説明したものと同様である。このエネルギー
バンド図を参照して従来の超伝導ベーストランジスタの
動作を説明する。
のエネルギーバンド図である。この図中に記載された符
号は図５で説明したものと同様である。このエネルギー
バンド図を参照して従来の超伝導ベーストランジスタの
動作を説明する。
【０００６】この超伝導ベーストランジスタにおいて
は、コレクタとなる半導体基板４１とエミッタとなる超
伝導体層４４の間にバイアス電圧が印加されており、ベ
ースとなる超伝導体層４２とエミッタとなる超伝導体層
４４の間に入力信号が印加されており、トンネルバリア
４３を挟んだベースとなる超伝導体層４２とエミッタと
なる超伝導体層４４の電位によって、エミッタとなる超
伝導体層４４からの準粒子の移動量が制御され、トンネ
ルバリア４３をトンネルして通過した電子が半導体基板
４１に収集されるようになっている。
は、コレクタとなる半導体基板４１とエミッタとなる超
伝導体層４４の間にバイアス電圧が印加されており、ベ
ースとなる超伝導体層４２とエミッタとなる超伝導体層
４４の間に入力信号が印加されており、トンネルバリア
４３を挟んだベースとなる超伝導体層４２とエミッタと
なる超伝導体層４４の電位によって、エミッタとなる超
伝導体層４４からの準粒子の移動量が制御され、トンネ
ルバリア４３をトンネルして通過した電子が半導体基板
４１に収集されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この従来の超伝導ベー
ストランジスタにおいては、入力信号をベースとなる超
伝導体層４２とエミッタとなる超伝導体層４４の間に加
え、この間に形成されているトンネルバリア４３での準
粒子のトンネル現象を制御しており、コレクタとなる半
導体基板４１とベースとなる超伝導体層４２の間は直接
結合されており、両者の界面の半導体基板に形成された
バリアが電子の流れを妨げている。
ストランジスタにおいては、入力信号をベースとなる超
伝導体層４２とエミッタとなる超伝導体層４４の間に加
え、この間に形成されているトンネルバリア４３での準
粒子のトンネル現象を制御しており、コレクタとなる半
導体基板４１とベースとなる超伝導体層４２の間は直接
結合されており、両者の界面の半導体基板に形成された
バリアが電子の流れを妨げている。
【０００８】この問題を解決するためにこの領域に二重
バリア層を形成する試みも提案されているが、大きな改
善効果は得られず、トランジスタとしての増幅作用は実
現されていない。本発明は、増幅作用を有する超伝導体
対応型三端子素子を実現することを目的とする。
バリア層を形成する試みも提案されているが、大きな改
善効果は得られず、トランジスタとしての増幅作用は実
現されていない。本発明は、増幅作用を有する超伝導体
対応型三端子素子を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる超伝導体
対応型三端子素子においては、超伝導体からなるベース
層と、該ベース層に超伝導電子を注入するエミッタ層
と、該ベース層からの超伝導電子を捕捉するコレクタ層
を有し、このベース層とエミッタ層の間の超伝導トンネ
ル現象を用いた三端子素子において、該ベース層とコレ
クタ層の間にもトンネルバリアを有する構成を採用し
た。
対応型三端子素子においては、超伝導体からなるベース
層と、該ベース層に超伝導電子を注入するエミッタ層
と、該ベース層からの超伝導電子を捕捉するコレクタ層
を有し、このベース層とエミッタ層の間の超伝導トンネ
ル現象を用いた三端子素子において、該ベース層とコレ
クタ層の間にもトンネルバリアを有する構成を採用し
た。
【００１０】この場合、コレクタ層に超伝導電子を制御
する空乏層からなるバリアを有する構成を採用すること
ができる。
する空乏層からなるバリアを有する構成を採用すること
ができる。
【００１１】
【作用】図１（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の超伝導体対応
型三端子素子の原理説明図である。このバンドモデルを
用いた原理説明図によって本発明の超伝導体対応型三端
子素子を説明する。この図において、１はコレクタ、２
はベース、３はエミッタ、４は超伝導トンネルバリア、
５はトンネルバリア、６は空乏層によるバリア、７，８
はエネルギーギャップ（２Δ）、９は接合電位である。
そして、コレクタ１は、半導体もしくはＮｂドープＳｒ
ＴｉＯ3 のような導電性のある誘電体で構成され、２，
３はＮｂ等の超伝導体で構成され、４，５はＳｉＯ2 等
の絶縁体膜によって構成されている。
型三端子素子の原理説明図である。このバンドモデルを
用いた原理説明図によって本発明の超伝導体対応型三端
子素子を説明する。この図において、１はコレクタ、２
はベース、３はエミッタ、４は超伝導トンネルバリア、
５はトンネルバリア、６は空乏層によるバリア、７，８
はエネルギーギャップ（２Δ）、９は接合電位である。
そして、コレクタ１は、半導体もしくはＮｂドープＳｒ
ＴｉＯ3 のような導電性のある誘電体で構成され、２，
３はＮｂ等の超伝導体で構成され、４，５はＳｉＯ2 等
の絶縁体膜によって構成されている。
【００１２】本発明の特徴は、コレクタ１とベース２の
中間層としてトンネルバリア５が形成され、あるいは、
コレクタ１中のトンネルバリア５の付近に空乏層による
バリア６が形成されている点であり、この空乏層による
バリア６は、電流を制御するために特に設けられたもの
である。
中間層としてトンネルバリア５が形成され、あるいは、
コレクタ１中のトンネルバリア５の付近に空乏層による
バリア６が形成されている点であり、この空乏層による
バリア６は、電流を制御するために特に設けられたもの
である。
【００１３】この図によって、本発明の超伝導体対応型
三端子素子の動作を説明する。 １．図１（Ａ）は、コレクタ１、ベース２、エミッタ３
に電圧が印加されていない状態を示している。この状態
では、超伝導トンネルバリア４を挟んだエミッタ３のエ
ネルギーギャップ（２Δ）７とベース２のエネルギーギ
ャップ（２Δ）の高さは等しく、コレクタ１のトンネル
バリア５側には空乏層によるバリア６が形成されてい
る。
三端子素子の動作を説明する。 １．図１（Ａ）は、コレクタ１、ベース２、エミッタ３
に電圧が印加されていない状態を示している。この状態
では、超伝導トンネルバリア４を挟んだエミッタ３のエ
ネルギーギャップ（２Δ）７とベース２のエネルギーギ
ャップ（２Δ）の高さは等しく、コレクタ１のトンネル
バリア５側には空乏層によるバリア６が形成されてい
る。
【００１４】２．図１（Ｂ）は、コレクタ１とエミッタ
３の間にバイアス電圧が印加された状態を示している。
この状態では、図１（Ａ）に示されたエネルギーバンド
に比較して、コレクタ１とエミッタ３の間に印加された
バイアス電圧によって、ベース２のエネルギーバンド
は、コレクタ１のエネルギーバンドより押し上げられ、
エミッタ３のエネルギーバンドは、ベース２のエネルギ
ーバンドより押し上げられている。この状態では、ベー
ス２とエミッタ３の間にかかる接合電位９がエネルギー
ギャップ（２Δ）７，８より小さく、エミッタ３の価電
子帯の頂がベース２のエネルギーギャップ（２Δ）内に
入っているために、超伝導トンネルバリア４を通して超
伝導電子のエミッタ３からベース２へのトンネルは起こ
らず、したがって、この超伝導体対応型三端子素子に出
力電流は生じない。
３の間にバイアス電圧が印加された状態を示している。
この状態では、図１（Ａ）に示されたエネルギーバンド
に比較して、コレクタ１とエミッタ３の間に印加された
バイアス電圧によって、ベース２のエネルギーバンド
は、コレクタ１のエネルギーバンドより押し上げられ、
エミッタ３のエネルギーバンドは、ベース２のエネルギ
ーバンドより押し上げられている。この状態では、ベー
ス２とエミッタ３の間にかかる接合電位９がエネルギー
ギャップ（２Δ）７，８より小さく、エミッタ３の価電
子帯の頂がベース２のエネルギーギャップ（２Δ）内に
入っているために、超伝導トンネルバリア４を通して超
伝導電子のエミッタ３からベース２へのトンネルは起こ
らず、したがって、この超伝導体対応型三端子素子に出
力電流は生じない。
【００１５】３．図１（Ｃ）は、コレクタ１とエミッタ
３の間にバイアス電圧が印加され、コレクタ１とベース
２の間に小さい入力電圧が印加された状態を示してい
る。この状態では、コレクタ１とベース２の間に印加さ
れた入力電圧によって、ベース２のエネルギーバンド
は、コレクタ１のエネルギーバンドより相対的に高くな
り、エミッタ３の価電子帯の頂がベース２の価電子帯に
入るために、超伝導トンネルバリア４を通して超伝導電
子のエミッタ３からベース２へのトンネルが起こる状態
になっている。しかし、ベース２に隣接して、トンネル
バリア５を介してコレクタ１内に形成されている空乏層
によるバリア６が高いため、この超伝導電子はトンネル
バリア５をトンネルして通過することはできず、したが
って、この超伝導体対応型三端子素子に出力電流は生じ
ない。
３の間にバイアス電圧が印加され、コレクタ１とベース
２の間に小さい入力電圧が印加された状態を示してい
る。この状態では、コレクタ１とベース２の間に印加さ
れた入力電圧によって、ベース２のエネルギーバンド
は、コレクタ１のエネルギーバンドより相対的に高くな
り、エミッタ３の価電子帯の頂がベース２の価電子帯に
入るために、超伝導トンネルバリア４を通して超伝導電
子のエミッタ３からベース２へのトンネルが起こる状態
になっている。しかし、ベース２に隣接して、トンネル
バリア５を介してコレクタ１内に形成されている空乏層
によるバリア６が高いため、この超伝導電子はトンネル
バリア５をトンネルして通過することはできず、したが
って、この超伝導体対応型三端子素子に出力電流は生じ
ない。
【００１６】４．図１（Ｄ）は、コレクタ１とエミッタ
３の間にバイアス電圧が印加され、コレクタ１とベース
２の間に大きい入力電圧が印加された状態を示してい
る。この状態では、図１（Ｃ）と同様に、コレクタ１と
ベース２の間に印加された入力電圧によって、ベース２
のエネルギーバンドは、コレクタ１のエネルギーバンド
より相対的に高くなり、エミッタ３の価電子帯の頂がベ
ース２の価電子帯に入って、超伝導トンネルバリア４を
通して超伝導電子のエミッタ３からベース２へのトンネ
ルは起こる状態になっている。そして、ベース２に隣接
し、トンネルバリア５を介して形成されているコレクタ
１内の空乏層によるバリア６が低下するため、超伝導電
子はこのトンネルバリア５をトンネルして通過すること
ができ、この超伝導体対応型三端子素子に出力電流が生
じる。
３の間にバイアス電圧が印加され、コレクタ１とベース
２の間に大きい入力電圧が印加された状態を示してい
る。この状態では、図１（Ｃ）と同様に、コレクタ１と
ベース２の間に印加された入力電圧によって、ベース２
のエネルギーバンドは、コレクタ１のエネルギーバンド
より相対的に高くなり、エミッタ３の価電子帯の頂がベ
ース２の価電子帯に入って、超伝導トンネルバリア４を
通して超伝導電子のエミッタ３からベース２へのトンネ
ルは起こる状態になっている。そして、ベース２に隣接
し、トンネルバリア５を介して形成されているコレクタ
１内の空乏層によるバリア６が低下するため、超伝導電
子はこのトンネルバリア５をトンネルして通過すること
ができ、この超伝導体対応型三端子素子に出力電流が生
じる。
【００１７】本発明の超伝導体対応型三端子素子におい
ては、ベース２およびエミッタ３に超伝導体を用いるこ
とによって、エミッタ３とベース２との間に超伝導電子
によるトンネル現象を利用できるばかりでなく、超伝導
体内部の電子状態が凝縮しているためにリーク電流を抑
制することができ、動作時には入力電圧の小さい変化に
よって、大きな出力電流変化をもたらす等の特徴を有す
る。
ては、ベース２およびエミッタ３に超伝導体を用いるこ
とによって、エミッタ３とベース２との間に超伝導電子
によるトンネル現象を利用できるばかりでなく、超伝導
体内部の電子状態が凝縮しているためにリーク電流を抑
制することができ、動作時には入力電圧の小さい変化に
よって、大きな出力電流変化をもたらす等の特徴を有す
る。
【００１８】これらの特徴は、図５および図６に示され
た、従来知られていた超伝導トランジスタにおいて、ベ
ース４２とエミッタ４４の間のバリアを電流の制御に用
いているのに対し、本発明においては、図１に示すよう
に、コレクタ１とベース２の間にトンネルバリア５を形
成し、また、コレクタ１の内部に新たに空乏層によりバ
リア６を特に設け、そのバリアを電流の制御に用いるよ
うにした結果得られるものである。
た、従来知られていた超伝導トランジスタにおいて、ベ
ース４２とエミッタ４４の間のバリアを電流の制御に用
いているのに対し、本発明においては、図１に示すよう
に、コレクタ１とベース２の間にトンネルバリア５を形
成し、また、コレクタ１の内部に新たに空乏層によりバ
リア６を特に設け、そのバリアを電流の制御に用いるよ
うにした結果得られるものである。
【００１９】すなわち、コレクタ１とベース２の間に形
成したトンネルバリア５によって、空乏層にかかる逆バ
イアス電圧を低減するとともに、ベース電圧を空乏層電
位よりも大きくでき、コレクタ電流を大きくするという
効果を生じる。
成したトンネルバリア５によって、空乏層にかかる逆バ
イアス電圧を低減するとともに、ベース電圧を空乏層電
位よりも大きくでき、コレクタ電流を大きくするという
効果を生じる。
【００２０】また、コレクタ１の内部に新たに形成した
空乏層によるバリア６によって、ベース２からコレクタ
１へ電子がトンネルするベースコレクタ間電圧にしきい
値を設け、ベース電位に対する出力電流の変化を大きく
するという効果を生じる。さらに、このような構成を採
用することによって、超伝導体対応型三端子素子の動作
電圧を、コレクタ１への不純物のドープ量により設定す
ることができるため設計上の自由度が大きくなる。そし
て、コレクタ１の空乏層によるバリアの制御によって超
伝導電子を有効に制御し、入力電圧の増幅を可能にす
る。
空乏層によるバリア６によって、ベース２からコレクタ
１へ電子がトンネルするベースコレクタ間電圧にしきい
値を設け、ベース電位に対する出力電流の変化を大きく
するという効果を生じる。さらに、このような構成を採
用することによって、超伝導体対応型三端子素子の動作
電圧を、コレクタ１への不純物のドープ量により設定す
ることができるため設計上の自由度が大きくなる。そし
て、コレクタ１の空乏層によるバリアの制御によって超
伝導電子を有効に制御し、入力電圧の増幅を可能にす
る。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 （第１実施例）図２は、第１実施例の超伝導体対応型三
端子素子の構成説明図である。この図において、１１は
ＮｂドープＳｒＴｉＯ3 基板、１２は空乏層バリア、１
３はＳｉＯ2 トンネルバリア、１４はＮｂ超伝導体層、
１５はＡｌ層、１６はＡｌＯX 超伝導トンネルバリア、
１７はＮｂ超伝導体層、１８はコレクタ電極、１９はベ
ース電極、２０はエミッタ電極である。
端子素子の構成説明図である。この図において、１１は
ＮｂドープＳｒＴｉＯ3 基板、１２は空乏層バリア、１
３はＳｉＯ2 トンネルバリア、１４はＮｂ超伝導体層、
１５はＡｌ層、１６はＡｌＯX 超伝導トンネルバリア、
１７はＮｂ超伝導体層、１８はコレクタ電極、１９はベ
ース電極、２０はエミッタ電極である。
【００２２】この実施例の超伝導体対応型三端子素子に
おいては、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3基板１１の上にＣＶ
Ｄ法によって厚さ３ｎｍのＳｉＯ2 トンネルバリア１３
を形成し、その上に厚さ５０ｎｍのＮｂ超伝導体層１４
を形成し、その上に厚さ７ｎｍのＡｌ層１５を堆積した
後、その表面を３ｎｍ酸化してＡｌＯX 超伝導トンネル
バリア１６を形成し、その上に厚さ１００ｎｍのＮｂ超
伝導体層１７を形成し、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3 基板１
１にコレクタ電極１８を、Ｎｂ超伝導体層１４にベース
電極１９を、Ｎｂ超伝導体層１７にエミッタ電極２０を
形成する。この構成において、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3
基板１１には、空乏層バリア１２が形成される。
おいては、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3基板１１の上にＣＶ
Ｄ法によって厚さ３ｎｍのＳｉＯ2 トンネルバリア１３
を形成し、その上に厚さ５０ｎｍのＮｂ超伝導体層１４
を形成し、その上に厚さ７ｎｍのＡｌ層１５を堆積した
後、その表面を３ｎｍ酸化してＡｌＯX 超伝導トンネル
バリア１６を形成し、その上に厚さ１００ｎｍのＮｂ超
伝導体層１７を形成し、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3 基板１
１にコレクタ電極１８を、Ｎｂ超伝導体層１４にベース
電極１９を、Ｎｂ超伝導体層１７にエミッタ電極２０を
形成する。この構成において、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3
基板１１には、空乏層バリア１２が形成される。
【００２３】この実施例においては、ＮｂドープＳｒＴ
ｉＯ3 基板１１を用いたため、Ｎｂのドープ量を変える
ことによって、基板でもあるコレクタ中の空乏層バリア
の高さを調節してこの超伝導体対応型三端子素子のしき
い値を設定することができ、その上に形成するＮｂ超伝
導体層１４，１７との相性がよく、また、キャリアの移
動度が高いため高速動作特性を得ることができる。
ｉＯ3 基板１１を用いたため、Ｎｂのドープ量を変える
ことによって、基板でもあるコレクタ中の空乏層バリア
の高さを調節してこの超伝導体対応型三端子素子のしき
い値を設定することができ、その上に形成するＮｂ超伝
導体層１４，１７との相性がよく、また、キャリアの移
動度が高いため高速動作特性を得ることができる。
【００２４】また、Ａｌ−ＡｌＯX 超伝導トンネルバリ
ア１６を用いたため、Ｎｂ超伝導体層１４，１７との相
性がよく、ピンホールがないきわめて薄いトンネルバリ
アが形成され、良好なジョセフソン接合となっている。
ア１６を用いたため、Ｎｂ超伝導体層１４，１７との相
性がよく、ピンホールがないきわめて薄いトンネルバリ
アが形成され、良好なジョセフソン接合となっている。
【００２５】この実施例の超伝導体対応型三端子素子の
エネルギーバンドは図１の原理説明図のようになってお
り、その動作も先に説明した動作原理と同様である。
エネルギーバンドは図１の原理説明図のようになってお
り、その動作も先に説明した動作原理と同様である。
【００２６】（第２実施例）図３は、第２実施例の超伝
導体対応型三端子素子の説明図である。この図におい
て、２１はＮｂドープＳｒＴｉＯ3 基板、２２は空乏層
バリア、２３はＣｅＯ2 トンネルバリア、２４はＹＢＣ
Ｏ超伝導体層、２５はＣｅＯ2 超伝導トンネルバリア、
２６はＹＢＣＯ超伝導体層、２７はコレクタ電極、２８
はベース電極、２９はエミッタ電極である。
導体対応型三端子素子の説明図である。この図におい
て、２１はＮｂドープＳｒＴｉＯ3 基板、２２は空乏層
バリア、２３はＣｅＯ2 トンネルバリア、２４はＹＢＣ
Ｏ超伝導体層、２５はＣｅＯ2 超伝導トンネルバリア、
２６はＹＢＣＯ超伝導体層、２７はコレクタ電極、２８
はベース電極、２９はエミッタ電極である。
【００２７】この実施例の超伝導体対応型三端子素子に
おいては、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3基板２１の上にＣｅ
Ｏ2 トンネルバリア２３を形成し、その上にＹＢａＣｕ
Ｏ（ＹＢＣＯ）超伝導体層２４を形成し、その上にＣｅ
Ｏ2 超伝導トンネルバリア２５を形成し、その上にＹＢ
ＣＯ超伝導体層２６を形成し、ＮｂドープＳｒＴｉＯ 3
基板２１にコレクタ電極２７を、ＹＢＣＯ超伝導体層２
４にベース電極２８を、ＹＢＣＯ超伝導体層２６にエミ
ッタ電極２９を形成する。この構成において、Ｎｂドー
プＳｒＴｉＯ3 基板１１には、空乏層バリア２２が形成
される。
おいては、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3基板２１の上にＣｅ
Ｏ2 トンネルバリア２３を形成し、その上にＹＢａＣｕ
Ｏ（ＹＢＣＯ）超伝導体層２４を形成し、その上にＣｅ
Ｏ2 超伝導トンネルバリア２５を形成し、その上にＹＢ
ＣＯ超伝導体層２６を形成し、ＮｂドープＳｒＴｉＯ 3
基板２１にコレクタ電極２７を、ＹＢＣＯ超伝導体層２
４にベース電極２８を、ＹＢＣＯ超伝導体層２６にエミ
ッタ電極２９を形成する。この構成において、Ｎｂドー
プＳｒＴｉＯ3 基板１１には、空乏層バリア２２が形成
される。
【００２８】この実施例においては、ＮｂドープＳｒＴ
ｉＯ3 基板２１のキャリアの移動度が高いため高速動作
特性を得ることができ、また、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3
基板２１を用いたため、酸化物超伝導体であるＹＢＣＯ
超伝導体層２４，２６を安定に堆積することができる。
ｉＯ3 基板２１のキャリアの移動度が高いため高速動作
特性を得ることができ、また、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3
基板２１を用いたため、酸化物超伝導体であるＹＢＣＯ
超伝導体層２４，２６を安定に堆積することができる。
【００２９】また、酸化物超伝導体であるＹＢＣＯを用
いることによって素子の動作温度を液体窒素温度に上げ
ることができる。そしてまた、ＣｅＯ2 トンネルバリア
２３とＣｅＯ2 超伝導トンネルバリア２５を用いたた
め、半導体材料の熱拡散を低減し、ＮｂドープＳｒＴｉ
Ｏ3 基板２１やＹＢＣＯ超伝導体層２４，２６との整合
性が良好になる。なお、絶縁体であるＣｅＯ2 に代え
て、ＮｄＧａＯ3 やＬａＡｌＯ3 等を用いることも可能
である。
いることによって素子の動作温度を液体窒素温度に上げ
ることができる。そしてまた、ＣｅＯ2 トンネルバリア
２３とＣｅＯ2 超伝導トンネルバリア２５を用いたた
め、半導体材料の熱拡散を低減し、ＮｂドープＳｒＴｉ
Ｏ3 基板２１やＹＢＣＯ超伝導体層２４，２６との整合
性が良好になる。なお、絶縁体であるＣｅＯ2 に代え
て、ＮｄＧａＯ3 やＬａＡｌＯ3 等を用いることも可能
である。
【００３０】この実施例の超伝導体対応型三端子素子の
エネルギーバンドは図１の原理説明図のようになってお
り、その動作も先に説明した動作原理と同様である。
エネルギーバンドは図１の原理説明図のようになってお
り、その動作も先に説明した動作原理と同様である。
【００３１】（第３実施例）図４は、第３実施例の超伝
導体対応型三端子素子の説明図である。この図におい
て、３１はＩｎＳｂ基板、３２は空乏層バリア、３３は
ＩｎＳｂ酸化物トンネルバリア、３４はＮｂ超伝導体
層、３５はＡｌ層、３６はＡｌＯX超伝導トンネルバリ
ア、３７はＮｂ超伝導体層、３８はコレクタ電極、３９
はベース電極、４０はエミッタ電極である。
導体対応型三端子素子の説明図である。この図におい
て、３１はＩｎＳｂ基板、３２は空乏層バリア、３３は
ＩｎＳｂ酸化物トンネルバリア、３４はＮｂ超伝導体
層、３５はＡｌ層、３６はＡｌＯX超伝導トンネルバリ
ア、３７はＮｂ超伝導体層、３８はコレクタ電極、３９
はベース電極、４０はエミッタ電極である。
【００３２】この実施例の超伝導体対応型三端子素子に
おいては、ＩｎＳｂ基板３１の上にＩｎＳｂ酸化物トン
ネルバリア３３を形成し、その上にＮｂ超伝導体層３４
を形成し、その上にＡｌ層３５を堆積した後、その表面
を酸化してＡｌＯX 超伝導トンネルバリア３６を形成
し、その上にＮｂ超伝導体層３７を形成し、ＩｎＳｂ基
板３１にコレクタ電極３８を、Ｎｂ超伝導体層３４にベ
ース電極３９を、Ｎｂ超伝導体層３７にエミッタ電極４
０を形成する。この構成において、ＩｎＳｂ基板３１に
は、空乏層バリア３２が形成される。
おいては、ＩｎＳｂ基板３１の上にＩｎＳｂ酸化物トン
ネルバリア３３を形成し、その上にＮｂ超伝導体層３４
を形成し、その上にＡｌ層３５を堆積した後、その表面
を酸化してＡｌＯX 超伝導トンネルバリア３６を形成
し、その上にＮｂ超伝導体層３７を形成し、ＩｎＳｂ基
板３１にコレクタ電極３８を、Ｎｂ超伝導体層３４にベ
ース電極３９を、Ｎｂ超伝導体層３７にエミッタ電極４
０を形成する。この構成において、ＩｎＳｂ基板３１に
は、空乏層バリア３２が形成される。
【００３３】この実施例においては、コレクタ電極とな
るＩｎＳｂ基板３１が用いられているため、ＩｎＳｂが
移動度が大きく、動作速度を高速化できるばかりでな
く、Ｎｂとの格子整合性にも優れている。この実施例の
超伝導体対応型三端子素子のエネルギーバンドは図１の
原理説明図のようになっており、その動作も先に説明し
た動作原理と同様である。
るＩｎＳｂ基板３１が用いられているため、ＩｎＳｂが
移動度が大きく、動作速度を高速化できるばかりでな
く、Ｎｂとの格子整合性にも優れている。この実施例の
超伝導体対応型三端子素子のエネルギーバンドは図１の
原理説明図のようになっており、その動作も先に説明し
た動作原理と同様である。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
超伝導状態を三端子素子に増幅作用をもたせることがで
き、酸化物超伝導体を用いることによって液体窒素温度
より高い温度での使用が可能になり、素子構造も簡単で
あるから、超伝導エレクトロニクスに関する技術分野に
おいて寄与するところが大きい。
超伝導状態を三端子素子に増幅作用をもたせることがで
き、酸化物超伝導体を用いることによって液体窒素温度
より高い温度での使用が可能になり、素子構造も簡単で
あるから、超伝導エレクトロニクスに関する技術分野に
おいて寄与するところが大きい。
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の超伝導体対応型三端
子素子の原理説明図である。
子素子の原理説明図である。
【図２】第１実施例の超伝導体対応型三端子素子の構成
説明図である。
説明図である。
【図３】第２実施例の超伝導体対応型三端子素子の説明
図である。
図である。
【図４】第３実施例の超伝導体対応型三端子素子の説明
図である。
図である。
【図５】従来の超伝導ベーストランジスタの構成説明図
である。
である。
【図６】従来の超伝導ベーストランジスタのエネルギー
バンド図である。
バンド図である。
１ コレクタ ２ ベース ３ エミッタ ４ 超伝導トンネルバリア ５ トンネルバリア ６ 空乏層によるバリア ７，８ エネルギーギャップ（２Δ） ９ 接合電位
Claims (2)
- 【請求項１】 超伝導体からなるベース層と、該ベース
層に超伝導電子を注入するエミッタ層と、該ベース層か
らの超伝導電子を捕捉するコレクタ層を有し、該ベース
層とエミッタ層の間の超伝導トンネル現象を用いた三端
子素子において、該ベース層とコレクタ層の間にもトン
ネルバリアを有することを特徴とする超伝導体対応型三
端子素子。 - 【請求項２】 コレクタ層に超伝導電子を制御する空乏
層からなるバリアを有することを特徴とする請求項１に
記載された超伝導体対応型三端子素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4225519A JPH0677547A (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | 超伝導体対応型三端子素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4225519A JPH0677547A (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | 超伝導体対応型三端子素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0677547A true JPH0677547A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=16830585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4225519A Withdrawn JPH0677547A (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | 超伝導体対応型三端子素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0677547A (ja) |
-
1992
- 1992-08-25 JP JP4225519A patent/JPH0677547A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991102 |