JPH07131081A - 超電導電界効果型素子およびその作製方法 - Google Patents
超電導電界効果型素子およびその作製方法Info
- Publication number
- JPH07131081A JPH07131081A JP5294761A JP29476193A JPH07131081A JP H07131081 A JPH07131081 A JP H07131081A JP 5294761 A JP5294761 A JP 5294761A JP 29476193 A JP29476193 A JP 29476193A JP H07131081 A JPH07131081 A JP H07131081A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting
- field effect
- channel
- oxide
- gate electrode
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 SrTiＯ3（１００）基板５上に配置されたPr1
Ba2Cu3Ｏ7-y バッファ層20と、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y バッフ
ァ層20上に互いに離れて配置されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X 酸
化物超電導体の超電導ソース領域２および超電導ドレイ
ン領域３と、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層20上の超電導ソ
ース領域２および超電導ドレイン領域３間に配置された
多結晶Siの下側ゲート電極14と、下側ゲート電極14上に
下側ゲート絶縁層17を介して配置された超電導チャネル
10と、超電導チャネル10上にゲート絶縁層７を介して配
置されたゲート電極４とを具備する超電導電界効果型素
子。 【効果】 ゲートの動作が安定し、超電導チャネル10
が、外部の電磁場からシールドされるので、素子の特性
が優れている。
Ba2Cu3Ｏ7-y バッファ層20と、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y バッフ
ァ層20上に互いに離れて配置されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X 酸
化物超電導体の超電導ソース領域２および超電導ドレイ
ン領域３と、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yバッファ層20上の超電導ソ
ース領域２および超電導ドレイン領域３間に配置された
多結晶Siの下側ゲート電極14と、下側ゲート電極14上に
下側ゲート絶縁層17を介して配置された超電導チャネル
10と、超電導チャネル10上にゲート絶縁層７を介して配
置されたゲート電極４とを具備する超電導電界効果型素
子。 【効果】 ゲートの動作が安定し、超電導チャネル10
が、外部の電磁場からシールドされるので、素子の特性
が優れている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導電界効果型素子
およびその作製方法に関する。より詳細には、超電導チ
ャネル、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域が
酸化物超電導薄膜で構成され、超電導チャネルの上下に
ゲート電極が配置された超電導電界効果型素子およびそ
の作製方法に関する。
およびその作製方法に関する。より詳細には、超電導チ
ャネル、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域が
酸化物超電導薄膜で構成され、超電導チャネルの上下に
ゲート電極が配置された超電導電界効果型素子およびそ
の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導現象を利用した素子は、従来の半
導体素子に比較して高速であり、消費電力も小さく、飛
躍的に高性能化することができると考えられている。特
に近年研究が進んでいる酸化物超電導体を使用すること
により、比較的高い温度で動作する超電導素子を作製す
ることが可能である。実用上極めて重要だと考えられて
いる３端子の超電導素子の１つに、超電導体で形成され
た超電導チャネルに流れる超電導電流をゲート電極で制
御する超電導電界効果型素子がある。超電導電界効果型
素子は、電圧制御型の素子であって信号の増幅作用があ
り、電流密度が大きく、製造上も困難な微細加工を必要
としない。
導体素子に比較して高速であり、消費電力も小さく、飛
躍的に高性能化することができると考えられている。特
に近年研究が進んでいる酸化物超電導体を使用すること
により、比較的高い温度で動作する超電導素子を作製す
ることが可能である。実用上極めて重要だと考えられて
いる３端子の超電導素子の１つに、超電導体で形成され
た超電導チャネルに流れる超電導電流をゲート電極で制
御する超電導電界効果型素子がある。超電導電界効果型
素子は、電圧制御型の素子であって信号の増幅作用があ
り、電流密度が大きく、製造上も困難な微細加工を必要
としない。
【０００３】図３(a)〜(b)にそれぞれ超電導電界効果型
素子の例の概略図を示す。図３(a)に示した超電導電界
効果型素子は、基板５上に形成されたバッファ層20上に
配置された酸化物超電導体による超電導チャネル10と、
超電導チャネル10の両端付近にそれぞれ配置された超電
導ソース領域２および超電導ドレイン領域３と、超電導
チャネル10上にゲート絶縁層７を介して配置されたゲー
ト電極４とを具備する。また、超電導ソース領域２およ
び超電導ドレイン領域３上にはそれぞれソース電極12お
よびドレイン電極13が形成されている。この超電導電界
効果型素子は、ソース電極12およびドレイン電極13から
供給され、超電導ソース領域２および超電導ドレイン電
極３間の超電導チャネル10を流れる超電導電流をゲート
電極４に印加する電圧で制御する。
素子の例の概略図を示す。図３(a)に示した超電導電界
効果型素子は、基板５上に形成されたバッファ層20上に
配置された酸化物超電導体による超電導チャネル10と、
超電導チャネル10の両端付近にそれぞれ配置された超電
導ソース領域２および超電導ドレイン領域３と、超電導
チャネル10上にゲート絶縁層７を介して配置されたゲー
ト電極４とを具備する。また、超電導ソース領域２およ
び超電導ドレイン領域３上にはそれぞれソース電極12お
よびドレイン電極13が形成されている。この超電導電界
効果型素子は、ソース電極12およびドレイン電極13から
供給され、超電導ソース領域２および超電導ドレイン電
極３間の超電導チャネル10を流れる超電導電流をゲート
電極４に印加する電圧で制御する。
【０００４】また、図３(b)に示した超電導電界効果型
素子は、ゲート電極４が基板５の超電導チャネル10の配
置されている側とは反対の側に配置されている点が図３
(a)のものと異なる。この配置においては、基板５に半
導体特性を有する材料（例えば、Nbを添加したSrTi
Ｏ3）を使用し、ゲート電極４と共にゲートを構成して
いる。また、超電導チャネル10と基板５との間にはゲー
ト絶縁層７が配置されている。さらに、図３(c)に示し
た超電導電界効果型素子は、基板５上にそれぞれ配置さ
れた比較的厚い酸化物超電導薄膜で構成された超電導ソ
ース領域２および超電導ドレイン領域３と、超電導ソー
ス領域２および超電導ドレイン領域３を側壁として構成
された溝の底のバッファ層20上に配置された酸化物超電
導体による超電導チャネル10と、超電導チャネル10上に
ゲート絶縁層７を介して配置されたゲート電極４とを具
備する。また、超電導ソース領域２および超電導ドレイ
ン領域３上にはそれぞれソース電極12およびドレイン電
極13が形成されている。この超電導電界効果型素子は、
ソース電極12およびドレイン電極13から供給され、超電
導ソース領域２および超電導ドレイン電極３間の超電導
チャネル10を流れる超電導電流をゲート電極４に印加す
る電圧で制御する。
素子は、ゲート電極４が基板５の超電導チャネル10の配
置されている側とは反対の側に配置されている点が図３
(a)のものと異なる。この配置においては、基板５に半
導体特性を有する材料（例えば、Nbを添加したSrTi
Ｏ3）を使用し、ゲート電極４と共にゲートを構成して
いる。また、超電導チャネル10と基板５との間にはゲー
ト絶縁層７が配置されている。さらに、図３(c)に示し
た超電導電界効果型素子は、基板５上にそれぞれ配置さ
れた比較的厚い酸化物超電導薄膜で構成された超電導ソ
ース領域２および超電導ドレイン領域３と、超電導ソー
ス領域２および超電導ドレイン領域３を側壁として構成
された溝の底のバッファ層20上に配置された酸化物超電
導体による超電導チャネル10と、超電導チャネル10上に
ゲート絶縁層７を介して配置されたゲート電極４とを具
備する。また、超電導ソース領域２および超電導ドレイ
ン領域３上にはそれぞれソース電極12およびドレイン電
極13が形成されている。この超電導電界効果型素子は、
ソース電極12およびドレイン電極13から供給され、超電
導ソース領域２および超電導ドレイン電極３間の超電導
チャネル10を流れる超電導電流をゲート電極４に印加す
る電圧で制御する。
【０００５】上記の超電導電界効果型素子では、超電導
チャネル10を流れる電流をゲート電極４に印加する電圧
で制御する。そのため、超電導チャネル10のゲート部分
の厚さは５nm程度にしなければならず、また、ゲート絶
縁層７の厚さも10〜15nmにしなければならない。一方、
この極薄の超電導チャネルは、結晶性がよく、特性が優
れた酸化物超電導薄膜で構成されていなければならな
い。
チャネル10を流れる電流をゲート電極４に印加する電圧
で制御する。そのため、超電導チャネル10のゲート部分
の厚さは５nm程度にしなければならず、また、ゲート絶
縁層７の厚さも10〜15nmにしなければならない。一方、
この極薄の超電導チャネルは、結晶性がよく、特性が優
れた酸化物超電導薄膜で構成されていなければならな
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超電導電界効果型素子では、基板側の電位が不安定
であり、素子の動作が安定しない場合がある。また、ゲ
ート電極に電圧をかけると超電導チャネル中に発生する
空乏層により基板側におしやられた超電導電流がバッフ
ァ層中を長距離近接効果により流れることがあり、完全
なオン／オフ動作を実現することが難しい。この現象
は、特にバッファ層にPr1Ba2Cu3Ｏ7-y酸化物を使用する
と顕著である。しかしながら、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yは、バッ
ファ層としての特性が極めて優れており、Pr1Ba2Cu3Ｏ
7-y以外の材料をバッファ層に使用した場合には、超電
導電界効果型素子自体の特性が悪化する。さらに、上記
の空乏層が厚さ方向にはあまり深くは伸長しないので、
超電導チャネルを厚くすることができず電流容量に制限
を受ける。また、超電導チャネル中を流れる超電導電流
が周囲の電磁場の擾乱の影響を受けて、素子の動作が不
安定になることもある。
来の超電導電界効果型素子では、基板側の電位が不安定
であり、素子の動作が安定しない場合がある。また、ゲ
ート電極に電圧をかけると超電導チャネル中に発生する
空乏層により基板側におしやられた超電導電流がバッフ
ァ層中を長距離近接効果により流れることがあり、完全
なオン／オフ動作を実現することが難しい。この現象
は、特にバッファ層にPr1Ba2Cu3Ｏ7-y酸化物を使用する
と顕著である。しかしながら、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-yは、バッ
ファ層としての特性が極めて優れており、Pr1Ba2Cu3Ｏ
7-y以外の材料をバッファ層に使用した場合には、超電
導電界効果型素子自体の特性が悪化する。さらに、上記
の空乏層が厚さ方向にはあまり深くは伸長しないので、
超電導チャネルを厚くすることができず電流容量に制限
を受ける。また、超電導チャネル中を流れる超電導電流
が周囲の電磁場の擾乱の影響を受けて、素子の動作が不
安定になることもある。
【０００７】そこで本発明の目的は、上記従来技術の問
題点を解決した新規な構成の超電導電界効果型素子およ
びその作製方法を提供することにある。
題点を解決した新規な構成の超電導電界効果型素子およ
びその作製方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、基板
と、この基板上に配置された酸化物超電導体で構成され
た超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と、基板
上で超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間に配
置され、酸化物超電導体で構成された超電導チャネル
と、超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置さ
れ、超電導チャネルを流れる電流を制御するためのゲー
ト電圧が印加されるゲート電極とを備える超電導電界効
果型素子において、基板上の前記超電導電界効果型素子
全体の下側に酸化物超電導体と類似の結晶構造を有する
酸化物バッファ層と、酸化物バッファ層上で前記超電導
チャネルの下側に絶縁層を介して配置された第２のゲー
ト電極とを具備することを特徴とする超電導電界効果型
素子が提供される。
と、この基板上に配置された酸化物超電導体で構成され
た超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と、基板
上で超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間に配
置され、酸化物超電導体で構成された超電導チャネル
と、超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置さ
れ、超電導チャネルを流れる電流を制御するためのゲー
ト電圧が印加されるゲート電極とを備える超電導電界効
果型素子において、基板上の前記超電導電界効果型素子
全体の下側に酸化物超電導体と類似の結晶構造を有する
酸化物バッファ層と、酸化物バッファ層上で前記超電導
チャネルの下側に絶縁層を介して配置された第２のゲー
ト電極とを具備することを特徴とする超電導電界効果型
素子が提供される。
【０００９】本発明の超電導電界効果型素子は、第２の
ゲート電極が、Siを含む材料で構成されていることが好
ましく、この場合、第２のゲート電極が、ゲート電極か
ら超電導ソース領域および超電導ドレイン領域にそれぞ
れ拡散したSiにより形成された絶縁層により、超電導ソ
ース領域および超電導ドレイン領域とそれぞれ絶縁され
ていることが好ましい。
ゲート電極が、Siを含む材料で構成されていることが好
ましく、この場合、第２のゲート電極が、ゲート電極か
ら超電導ソース領域および超電導ドレイン領域にそれぞ
れ拡散したSiにより形成された絶縁層により、超電導ソ
ース領域および超電導ドレイン領域とそれぞれ絶縁され
ていることが好ましい。
【００１０】また、本発明においては、上記本発明の超
電導電界効果型素子を作製する方法として、基板上に酸
化物超電導体と類似の結晶構造を有する酸化物でバッフ
ァ層を形成する工程と、このバッファ層上に酸化物超電
導薄膜を成膜する工程と、この酸化物超電導薄膜の中央
部付近をエッチングにより除去し、下層のバッファ層を
露出させるとともに酸化物超電導薄膜を超電導ソース領
域および超電導ドレイン領域に分割する工程と、露出し
たバッファ層上にSiを含む材料で下部ゲート電極を形成
する工程と、下部ゲート電極上に絶縁層を形成する工程
と、この絶縁層上に酸化物超電導薄膜により超電導チャ
ネルを形成する工程と、超電導チャネル上に、超電導チ
ャネル、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域の
側面および上面を被覆する絶縁層を形成する工程と、こ
の絶縁層の超電導チャネル上部分上に上部ゲート電極を
形成する工程とを含むことを特徴とする超電導電界効果
型素子の作製方法が提供される。
電導電界効果型素子を作製する方法として、基板上に酸
化物超電導体と類似の結晶構造を有する酸化物でバッフ
ァ層を形成する工程と、このバッファ層上に酸化物超電
導薄膜を成膜する工程と、この酸化物超電導薄膜の中央
部付近をエッチングにより除去し、下層のバッファ層を
露出させるとともに酸化物超電導薄膜を超電導ソース領
域および超電導ドレイン領域に分割する工程と、露出し
たバッファ層上にSiを含む材料で下部ゲート電極を形成
する工程と、下部ゲート電極上に絶縁層を形成する工程
と、この絶縁層上に酸化物超電導薄膜により超電導チャ
ネルを形成する工程と、超電導チャネル上に、超電導チ
ャネル、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域の
側面および上面を被覆する絶縁層を形成する工程と、こ
の絶縁層の超電導チャネル上部分上に上部ゲート電極を
形成する工程とを含むことを特徴とする超電導電界効果
型素子の作製方法が提供される。
【００１１】
【作用】本発明の超電導電界効果型素子は、酸化物超電
導体で構成された超電導チャネルの上下に、絶縁層を介
してゲート電極が配置されているところにその主要な特
徴がある。本発明の超電導電界効果型素子は、超電導チ
ャネルの上下のゲート電極に互いに相補的な信号電圧、
すなわち、それぞれのゲート電極が発生する電場を互い
に強めるような信号電圧が印加されて動作する。この超
電導チャネルの下側に配置されたゲート電極により、素
子の超電導チャネルの下側の部分の電位が安定し、素子
の動作が安定する。
導体で構成された超電導チャネルの上下に、絶縁層を介
してゲート電極が配置されているところにその主要な特
徴がある。本発明の超電導電界効果型素子は、超電導チ
ャネルの上下のゲート電極に互いに相補的な信号電圧、
すなわち、それぞれのゲート電極が発生する電場を互い
に強めるような信号電圧が印加されて動作する。この超
電導チャネルの下側に配置されたゲート電極により、素
子の超電導チャネルの下側の部分の電位が安定し、素子
の動作が安定する。
【００１２】一方、本発明の超電導電界効果型素子で
は、超電導チャネルの下側にゲート電極が配置されてい
るので、超電導電流が超電導チャネルからバッファ層に
回り込むことを防ぐことができる。従って、完全なオン
／オフ動作が実現される。さらに、本発明の超電導電界
効果型素子では、ゲート電極に信号電圧が印加される
と、超電導チャネルの上下から空乏層が成長するので、
超電導チャネルの厚さを従来の約２倍にすることができ
る。これにより、素子の電流容量が約２倍になる。
は、超電導チャネルの下側にゲート電極が配置されてい
るので、超電導電流が超電導チャネルからバッファ層に
回り込むことを防ぐことができる。従って、完全なオン
／オフ動作が実現される。さらに、本発明の超電導電界
効果型素子では、ゲート電極に信号電圧が印加される
と、超電導チャネルの上下から空乏層が成長するので、
超電導チャネルの厚さを従来の約２倍にすることができ
る。これにより、素子の電流容量が約２倍になる。
【００１３】また、本発明の超電導電界効果型素子で
は、上下のゲート電極により、超電導チャネルが実質的
に完全に外部の電磁場からシールドされていると考えら
れる。従って、超電導チャネル中に流れる超電導電流が
外部の電磁場による擾乱を受けることがない。
は、上下のゲート電極により、超電導チャネルが実質的
に完全に外部の電磁場からシールドされていると考えら
れる。従って、超電導チャネル中に流れる超電導電流が
外部の電磁場による擾乱を受けることがない。
【００１４】本発明の超電導電界効果型素子では、ゲー
ト電極は例えば多結晶Si等Siを含む材料で構成されるこ
とが好ましい。特に、超電導チャネルの下側に配置され
るゲート電極をSiを含む材料で形成すると、Siが超電導
ソース領域および超電導ドレイン領域のこのゲート電極
に接する部分に拡散し、絶縁層が自動的に形成される。
従って、超電導チャネルの下側のゲート電極と、超電導
ソース領域および超電導ドレイン領域との間の絶縁層を
別個に作製する必要がなくなり、効率よく本発明の超電
導電界効果型素子を作製できる。
ト電極は例えば多結晶Si等Siを含む材料で構成されるこ
とが好ましい。特に、超電導チャネルの下側に配置され
るゲート電極をSiを含む材料で形成すると、Siが超電導
ソース領域および超電導ドレイン領域のこのゲート電極
に接する部分に拡散し、絶縁層が自動的に形成される。
従って、超電導チャネルの下側のゲート電極と、超電導
ソース領域および超電導ドレイン領域との間の絶縁層を
別個に作製する必要がなくなり、効率よく本発明の超電
導電界効果型素子を作製できる。
【００１５】本発明の超電導電界効果型素子には、任意
の酸化物超電導体が使用できるが、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X系酸
化物超電導体は安定的に高品質の結晶性のよい薄膜が得
られるので好ましい。また、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 系酸化物
超電導体は、特にその超電導臨界温度Ｔc が高いので好
ましい。また、本発明の超電導電界効果型素子に使用す
る基板としては、MgＯ、SrTiＯ3等の絶縁体基板の他、
適当なバッファ層を成膜面上に有するSi等の半導体基板
が使用できる。
の酸化物超電導体が使用できるが、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X系酸
化物超電導体は安定的に高品質の結晶性のよい薄膜が得
られるので好ましい。また、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 系酸化物
超電導体は、特にその超電導臨界温度Ｔc が高いので好
ましい。また、本発明の超電導電界効果型素子に使用す
る基板としては、MgＯ、SrTiＯ3等の絶縁体基板の他、
適当なバッファ層を成膜面上に有するSi等の半導体基板
が使用できる。
【００１６】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【００１７】
【実施例】本発明の方法により、本発明の超電導電界効
果型素子を作製した。図１を参照して、その工程を説明
する。まず、図１(a)に示すようなSrTiＯ3（１００）基
板５上に図１(b) に示すようｃ軸配向のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y
酸化物薄膜20を成膜する。成膜方法としては、ＭＢＥ
法、特に反応性共蒸着法が好ましい。反応性共蒸着法で
成膜を行う際の主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 720℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Pr： 1350 ℃ Ba： 620 ℃ Cu： 1000 ℃ 膜厚 100nm Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y酸化物薄膜20の厚さは、この上に単結晶
またはほぼ単結晶のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X層が形成されるに足
る厚さであればよい。
果型素子を作製した。図１を参照して、その工程を説明
する。まず、図１(a)に示すようなSrTiＯ3（１００）基
板５上に図１(b) に示すようｃ軸配向のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y
酸化物薄膜20を成膜する。成膜方法としては、ＭＢＥ
法、特に反応性共蒸着法が好ましい。反応性共蒸着法で
成膜を行う際の主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 720℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Pr： 1350 ℃ Ba： 620 ℃ Cu： 1000 ℃ 膜厚 100nm Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y酸化物薄膜20の厚さは、この上に単結晶
またはほぼ単結晶のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X層が形成されるに足
る厚さであればよい。
【００１８】次に、Pr蒸着源をＹ蒸着源に切り替えて、
Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y酸化物薄膜20上に、連続してｃ軸配向の
Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１を図１(c) に示すよ
う、成膜する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１の厚
さは、コンタクトを形成するのに十分な厚さとする。主
な成膜条件を以下に示す。 基板温度 700℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Ｙ： 1220 ℃ Ba： 620 ℃ Cu： 1000 ℃ 膜厚 300nm
Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y酸化物薄膜20上に、連続してｃ軸配向の
Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１を図１(c) に示すよ
う、成膜する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１の厚
さは、コンタクトを形成するのに十分な厚さとする。主
な成膜条件を以下に示す。 基板温度 700℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Ｙ： 1220 ℃ Ba： 620 ℃ Cu： 1000 ℃ 膜厚 300nm
【００１９】次いで、作製する超電導電界効果型素子の
超電導チャネルが配置される部分のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導薄膜１を塩素系のエッチングガスを使用した反
応性イオンエッチング、Arイオンミリング、集束イオン
ビームエッチング等でエッチングして除去し、図１(d)
に示すよう超電導ソース領域２および超電導ドレイン領
域３に分割する。さらにその下のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y酸化物
薄膜20も50nm程エッチングして凹部16を形成する。
超電導チャネルが配置される部分のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化
物超電導薄膜１を塩素系のエッチングガスを使用した反
応性イオンエッチング、Arイオンミリング、集束イオン
ビームエッチング等でエッチングして除去し、図１(d)
に示すよう超電導ソース領域２および超電導ドレイン領
域３に分割する。さらにその下のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y酸化物
薄膜20も50nm程エッチングして凹部16を形成する。
【００２０】次に、図１(e)に示すよう、凹部16の底部
に多結晶Siにより下側ゲート電極14を形成する。下側ゲ
ート電極14は、ＭＢＥ法で形成することが好ましい。次
いで、図１(f)に示すよう、下側ゲート電極14上に、下
側ゲート絶縁層17をSrTiＯ3で形成する。下側絶縁層17
の厚さは、トンネル電流が流れないよう10nm以上の厚さ
にする必要があるが、厚すぎる場合には、ゲート電極に
高い信号電圧を印加しなければ超電導チャネル中を流れ
る超電導電流の変調、制御を行うことができなくなる。
従って、下側絶縁層17の厚さは、100 nm以下とする。主
な成膜条件を以下に示す。 基板温度 500℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Sr： 600 ℃ Ti： 1500 ℃ 膜厚 15nm
に多結晶Siにより下側ゲート電極14を形成する。下側ゲ
ート電極14は、ＭＢＥ法で形成することが好ましい。次
いで、図１(f)に示すよう、下側ゲート電極14上に、下
側ゲート絶縁層17をSrTiＯ3で形成する。下側絶縁層17
の厚さは、トンネル電流が流れないよう10nm以上の厚さ
にする必要があるが、厚すぎる場合には、ゲート電極に
高い信号電圧を印加しなければ超電導チャネル中を流れ
る超電導電流の変調、制御を行うことができなくなる。
従って、下側絶縁層17の厚さは、100 nm以下とする。主
な成膜条件を以下に示す。 基板温度 500℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Sr： 600 ℃ Ti： 1500 ℃ 膜厚 15nm
【００２１】下側ゲート絶縁層17上に、図１(g)に示す
よう、厚さ10nmのｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導薄膜をＭＢＥ法により成膜し、超電導チャネル10を形
成する。主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 700℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Ｙ： 1220 ℃ Ba： 620 ℃ Cu： 1000 ℃ 膜厚 10nm 超電導チャネル10を形成される間に、下側ゲート電極14
からSiが超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域
３中に拡散し、下側ゲート電極14の両側に絶縁層27が形
成され、下側ゲート電極14は超電導ソース領域２および
超電導ドレイン領域３から絶縁される。
よう、厚さ10nmのｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導薄膜をＭＢＥ法により成膜し、超電導チャネル10を形
成する。主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 700℃ 圧力 ３×10-5Torr（基板近傍） （Ｏ3を70体積％以上含んだＯ2） 蒸着源およびるつぼ温度 Ｙ： 1220 ℃ Ba： 620 ℃ Cu： 1000 ℃ 膜厚 10nm 超電導チャネル10を形成される間に、下側ゲート電極14
からSiが超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域
３中に拡散し、下側ゲート電極14の両側に絶縁層27が形
成され、下側ゲート電極14は超電導ソース領域２および
超電導ドレイン領域３から絶縁される。
【００２２】次に、超電導チャネル10上に、SrTiＯ3で
厚さ15nmの上側ゲート絶縁層７を形成する。上側ゲート
絶縁層７はスパッタリング法により、図１(h)に示すよ
う、超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３の
側面も被覆するよう等方的に形成する。上側ゲート絶縁
層７の厚さも下側ゲート絶縁層17と同様10〜100 nmにす
る。主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 500 ℃ スパッタリングガス Ar 90％ Ｏ2 10％ 圧力 １×10-2Torr 膜厚 15nm
厚さ15nmの上側ゲート絶縁層７を形成する。上側ゲート
絶縁層７はスパッタリング法により、図１(h)に示すよ
う、超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３の
側面も被覆するよう等方的に形成する。上側ゲート絶縁
層７の厚さも下側ゲート絶縁層17と同様10〜100 nmにす
る。主な成膜条件を以下に示す。 基板温度 500 ℃ スパッタリングガス Ar 90％ Ｏ2 10％ 圧力 １×10-2Torr 膜厚 15nm
【００２３】最後に上側ゲート絶縁層７上に、多結晶Si
またはＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体で上側ゲート電極
４を、ＭＢＥ法で形成して本発明の超電導電界効果型素
子が完成する。上側ゲート電極４は、コンタクトを形成
するのに十分な100 nm以上の厚さとすることが好まし
い。また、必要に応じて超電導ソース領域２および超電
導ドレイン領域３上にそれぞれ金属電極を設けることも
できる。
またはＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体で上側ゲート電極
４を、ＭＢＥ法で形成して本発明の超電導電界効果型素
子が完成する。上側ゲート電極４は、コンタクトを形成
するのに十分な100 nm以上の厚さとすることが好まし
い。また、必要に応じて超電導ソース領域２および超電
導ドレイン領域３上にそれぞれ金属電極を設けることも
できる。
【００２４】以上のように作製した本発明の超電導電界
効果型素子の特性を測定し、従来の超電導電界効果型素
子の特性と比較した。結果を図２に示す。図２のグラフ
は、超電導電界効果型素子のゲート電極に印加された電
圧ＶG と超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間
電流ＩDSとの関係を示したものである。本発明の超電導
電界効果型素子の特性は実線で、従来の超電導電界効果
型素子の特性は破線で示してある。図２からわかるよ
う、従来の超電導電界効果型素子では、電圧ＶGをいく
ら上げても電流ＩDSが僅かに流れるが、本発明の超電導
電界効果型素子は、電圧ＶG を上げると電流ＩDSが完全
に遮断される。従って、本発明の超電導電界効果型素子
は、従来よりも優れた特性を有する。
効果型素子の特性を測定し、従来の超電導電界効果型素
子の特性と比較した。結果を図２に示す。図２のグラフ
は、超電導電界効果型素子のゲート電極に印加された電
圧ＶG と超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間
電流ＩDSとの関係を示したものである。本発明の超電導
電界効果型素子の特性は実線で、従来の超電導電界効果
型素子の特性は破線で示してある。図２からわかるよ
う、従来の超電導電界効果型素子では、電圧ＶGをいく
ら上げても電流ＩDSが僅かに流れるが、本発明の超電導
電界効果型素子は、電圧ＶG を上げると電流ＩDSが完全
に遮断される。従って、本発明の超電導電界効果型素子
は、従来よりも優れた特性を有する。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従えば、
新規な構成の超電導電界効果型素子およびその作製方法
が提供される。本発明の方法で作製された本発明の超電
導電界効果型素子は、超電導チャネルの上下に配置され
たゲート電極により、従来よりも超電導チャネルを流れ
る多くの超電導電流を良好に制御でき、また、超電導チ
ャネルが外部の電磁場からシールドされるので、従来の
超電導電界効果型素子よりも優れた特性を示す。
新規な構成の超電導電界効果型素子およびその作製方法
が提供される。本発明の方法で作製された本発明の超電
導電界効果型素子は、超電導チャネルの上下に配置され
たゲート電極により、従来よりも超電導チャネルを流れ
る多くの超電導電流を良好に制御でき、また、超電導チ
ャネルが外部の電磁場からシールドされるので、従来の
超電導電界効果型素子よりも優れた特性を示す。
【図１】本発明の方法で本発明の超電導電界効果型素子
を作製する工程を説明する図である。
を作製する工程を説明する図である。
【図２】本発明の別の超電導電界効果型素子と従来の超
電導電界効果型素子の特性を比較したグラフである。
電導電界効果型素子の特性を比較したグラフである。
【図３】従来の超電導電界効果型素子の構成を説明する
図である。
図である。
１ 酸化物超電導薄膜 ２ 超電導ソース領域 ３ 超電導ドレイン領域 ４ 上側ゲート電極 ５ 基板 ７ 上側ゲート絶縁層 10 超電導チャネル 14 下側ゲート電極 17 下側ゲート絶縁層
Claims (4)
- 【請求項１】 基板と、この基板上に配置された酸化物
超電導体で構成された超電導ソース領域および超電導ド
レイン領域と、基板上で超電導ソース領域および超電導
ドレイン領域間に配置され、酸化物超電導体で構成され
た超電導チャネルと、超電導チャネル上にゲート絶縁層
を介して配置され、超電導チャネルを流れる電流を制御
するためのゲート電圧が印加されるゲート電極とを備え
る超電導電界効果型素子において、基板上の前記超電導
電界効果型素子全体の下側に酸化物超電導体と類似の結
晶構造を有する酸化物バッファ層と、酸化物バッファ層
上で前記超電導チャネルの下側に絶縁層を介して配置さ
れた第２のゲート電極とを具備することを特徴とする超
電導電界効果型素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の超電導電界効果型素子
において、第２のゲート電極が、Siを含む材料で構成さ
れていることを特徴とする超電導電界効果型素子。 - 【請求項３】 請求項２に記載の超電導電界効果型素子
において、第２のゲート電極が、ゲート電極から超電導
ソース領域および超電導ドレイン領域にそれぞれ拡散し
たSiにより形成された絶縁層により、超電導ソース領域
および超電導ドレイン領域とそれぞれ絶縁されているこ
とを特徴とする超電導電界効果型素子。 - 【請求項４】 基板上に酸化物超電導体と類似の結晶構
造を有する酸化物でバッファ層を形成する工程と、この
バッファ層上に酸化物超電導薄膜を成膜する工程と、こ
の酸化物超電導薄膜の中央部付近をエッチングにより除
去し、下層のバッファ層を露出させるとともに酸化物超
電導薄膜を超電導ソース領域および超電導ドレイン領域
に分割する工程と、露出したバッファ層上にSiを含む材
料で下部ゲート電極を形成する工程と、下部ゲート電極
上に絶縁層を形成する工程と、この絶縁層上に酸化物超
電導薄膜により超電導チャネルを形成する工程と、超電
導チャネル上に、超電導チャネル、超電導ソース領域お
よび超電導ドレイン領域の側面および上面を被覆する絶
縁層を形成する工程と、この絶縁層の超電導チャネル上
部分上に上部ゲート電極を形成する工程とを含むことを
特徴とする超電導電界効果型素子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5294761A JPH07131081A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5294761A JPH07131081A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07131081A true JPH07131081A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17811965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5294761A Pending JPH07131081A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07131081A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100474857B1 (ko) * | 2002-06-29 | 2005-03-10 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체 소자의 구리 배선 형성방법 |
| CN115362553A (zh) * | 2020-03-30 | 2022-11-18 | 微软技术许可有限责任公司 | 制造栅极的方法 |
-
1993
- 1993-10-29 JP JP5294761A patent/JPH07131081A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100474857B1 (ko) * | 2002-06-29 | 2005-03-10 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체 소자의 구리 배선 형성방법 |
| CN115362553A (zh) * | 2020-03-30 | 2022-11-18 | 微软技术许可有限责任公司 | 制造栅极的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH05251777A (ja) | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 | |
| JPH0714079B2 (ja) | 酸化物超電導三端子素子 | |
| JP2773503B2 (ja) | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 | |
| US5552374A (en) | Oxide superconducting a transistor in crank-shaped configuration | |
| JP2907831B2 (ja) | ジョセフソン素子 | |
| JP2680959B2 (ja) | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 | |
| JP2614939B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JP2680960B2 (ja) | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 | |
| JPH08288563A (ja) | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 | |
| JP2641978B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JPH0878743A (ja) | 超電導電界効果型素子 | |
| JP2641966B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JP2738144B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JP2641976B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JP2599500B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JP2597743B2 (ja) | 超電導素子の作製方法 | |
| JP2680961B2 (ja) | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 | |
| JP2691065B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| EP0487922B1 (en) | High speed switching electron device | |
| JP2597747B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JP2680954B2 (ja) | 超電導電界効果型素子 | |
| JP2641971B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JP2647251B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JP2641970B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JPH0555649A (ja) | 超電導電界効果型素子の作製方法 |