JPS6010792A - 超伝導トランジスタ - Google Patents
超伝導トランジスタInfo
- Publication number
- JPS6010792A JPS6010792A JP58119337A JP11933783A JPS6010792A JP S6010792 A JPS6010792 A JP S6010792A JP 58119337 A JP58119337 A JP 58119337A JP 11933783 A JP11933783 A JP 11933783A JP S6010792 A JPS6010792 A JP S6010792A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- superconducting
- insulating film
- electrodes
- superconductor
- 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
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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】
〔発明の技術分野〕
本発明は、超伝導素子に係わり、特に交流・直流ジョセ
フソン効果を利用した超伝導トランジスタの構造に関す
る。
フソン効果を利用した超伝導トランジスタの構造に関す
る。
従来の超伝導素子としては、ジョセフソン接合を１個使
ったジョセフソン素子が知られているが、これは２端子
素子であシ入出力を分離できないため使いにくい。そこ
で、第１図に示すような入出力を分離した回路が、ｉ！
されている。
ったジョセフソン素子が知られているが、これは２端子
素子であシ入出力を分離できないため使いにくい。そこ
で、第１図に示すような入出力を分離した回路が、ｉ！
されている。
これは、磁界制御型であシ、信号電流Ｉａにより発生し
た磁束によりジョセフソン接合（Ｊ・Ｊ）に流れる電流
を可変するものである。しかしながら、この構造では複
数のジョセフソン素子を集積化する場合、隣接素子から
の磁界の影響を防止するため、各素子をある程度以上離
して配設する必要があ一ル、高集積化の点で難点があっ
た。また、スイッチング速度がインダクタンスによって
決定されるので、スイッチング動作が遅いと云う欠点が
あった。
た磁束によりジョセフソン接合（Ｊ・Ｊ）に流れる電流
を可変するものである。しかしながら、この構造では複
数のジョセフソン素子を集積化する場合、隣接素子から
の磁界の影響を防止するため、各素子をある程度以上離
して配設する必要があ一ル、高集積化の点で難点があっ
た。また、スイッチング速度がインダクタンスによって
決定されるので、スイッチング動作が遅いと云う欠点が
あった。
このような問題を解決するものとして最近。
第２図に示す如くジョセフソン接合素子を２個直列に接
続した３端子累子が提案されている。
続した３端子累子が提案されている。
とれは、デバイス構造及び原理共に通常の半導体パイＩ
−ラトランジスタと類似′、シておシ、原理としてはイ
ンソエクタ電流Ｉｔを流すと、アクセグタ電流Ｉａが急
激に変わると云うものである。すなわち、Ｓ’、−Ｉ、
−８重接合に電流Ｉｉを流し、８．に準粒子を注入する
ことによって、Ｓ、の超伝導エネルギ・ギャップを小さ
くしＳ、からＳ、への準粒子のトンネル効果を促がしｓ
８８−’１−８ｍ接合に電流Ｉａを流すものである。
−ラトランジスタと類似′、シておシ、原理としてはイ
ンソエクタ電流Ｉｔを流すと、アクセグタ電流Ｉａが急
激に変わると云うものである。すなわち、Ｓ’、−Ｉ、
−８重接合に電流Ｉｉを流し、８．に準粒子を注入する
ことによって、Ｓ、の超伝導エネルギ・ギャップを小さ
くしＳ、からＳ、への準粒子のトンネル効果を促がしｓ
８８−’１−８ｍ接合に電流Ｉａを流すものである。
ｆ：ｒお、第２図中５Ｉｓｓ！＊８、ｉｔ超伝導金属を
示しす、”１ｍＩ２は絶縁膜を示している。
示しす、”１ｍＩ２は絶縁膜を示している。
ところで、この柚の３端子素子は上述した如く準粒子注
入麩よるスイッチング動作及び増幅動作で５通常のバイ
ポーラトランジスタの８きを２個のジョセフソン接合素
子の直列接続にょシ実現したものである。したがって、
スイッチング動作は前記第１図に示した回路よシは速く
なるが、バイポーラトランジスタのそれに比して速くな
るものではない。また、ジョセフソン接合素子を２重に
実現する必要があシ、製造技術的にも極めて困難であっ
た。
入麩よるスイッチング動作及び増幅動作で５通常のバイ
ポーラトランジスタの８きを２個のジョセフソン接合素
子の直列接続にょシ実現したものである。したがって、
スイッチング動作は前記第１図に示した回路よシは速く
なるが、バイポーラトランジスタのそれに比して速くな
るものではない。また、ジョセフソン接合素子を２重に
実現する必要があシ、製造技術的にも極めて困難であっ
た。
本発明の目的は、高集積化をはかり得ると共に高速スイ
ッチング動作を可能とし、かつその製造が容易である超
伝導トランジスタを提供するととにある。
ッチング動作を可能とし、かつその製造が容易である超
伝導トランジスタを提供するととにある。
本発明の骨子は、電圧制御によりジョセフソン接合素子
間に流れる電流を制御することにょ）高速スイッチング
動作を実現することにある。
間に流れる電流を制御することにょ）高速スイッチング
動作を実現することにある。
薄い絶縁膜を超伝導体で挾んだジョセフソン接合素子に
おいて、各導体間の電位差にょシ導体間を流れる電流が
変化することが知られている。この点に着目して本発明
者等が鋭意研究を重ねた結果、ジョセフソン素子のいず
れかの超伝導体上に十分厚い絶縁膜を介して電極を設け
。
おいて、各導体間の電位差にょシ導体間を流れる電流が
変化することが知られている。この点に着目して本発明
者等が鋭意研究を重ねた結果、ジョセフソン素子のいず
れかの超伝導体上に十分厚い絶縁膜を介して電極を設け
。
この電極に印加する電圧によって上記導体間の電位差を
可変し、導体間に流れる電流を可変制御し得ることを見
出した。
可変し、導体間に流れる電流を可変制御し得ることを見
出した。
すなわち本発明は、絶縁基板上に形成した超伝導体から
なる＊Ｘの電極と、この電極上に薄い絶縁膜を介して形
成した超伝導体からなる第２の電極と、この第２の電極
上に十分厚い絶縁膜を介して形成した第３の電極とで超
伝導トランジスタを構成し、上記第３の電極に印加する
電圧によってよ記１１及び第２の電極間に流れ電流を制
御するようにしたものである。
なる＊Ｘの電極と、この電極上に薄い絶縁膜を介して形
成した超伝導体からなる第２の電極と、この第２の電極
上に十分厚い絶縁膜を介して形成した第３の電極とで超
伝導トランジスタを構成し、上記第３の電極に印加する
電圧によってよ記１１及び第２の電極間に流れ電流を制
御するようにしたものである。
本発明によれば、第３の電極に印加する電圧によって駆
１及び第２の電極間に流れる電流を制御、すなわち第１
及び第２の電極間に流れる電流をＯＮ・ＯＦ’Ｆ制御す
ることができる。そしてこの場合、電圧によってスイッ
チング動作を制御しているので、スイッチング動作の高
速化をはかシ得る。また、磁界制御型のものと異なシジ
ョセフソン接合素子を十分接近させることが可能であシ
、高集積化に極めて有効である。
１及び第２の電極間に流れる電流を制御、すなわち第１
及び第２の電極間に流れる電流をＯＮ・ＯＦ’Ｆ制御す
ることができる。そしてこの場合、電圧によってスイッ
チング動作を制御しているので、スイッチング動作の高
速化をはかシ得る。また、磁界制御型のものと異なシジ
ョセフソン接合素子を十分接近させることが可能であシ
、高集積化に極めて有効である。
また、ジョセフソン接合素子を２重に形成する必要もな
く、その製造が極めて容易である等の利点がある。
く、その製造が極めて容易である等の利点がある。
第３図は本発明の一実施例に係わる超伝導トランジスタ
の概略構造を示す斜視図である。図中７Ｆｉ絶縁性の基
板であシ、この基板１上にＮｂ等の超伝導体からなる第
１及び第２の電極２．３が一部重なるよう形成されてい
る。そして、第１及び第２の電極２，３間には、超伝導
電子でめるクーパ対がトンネル可能であるような十分薄
い絶縁膜４が形成されている。すなわち、絶縁膜４．第
１及び第２の１極２．３からジョセフソン接合素子が構
成されている。また。
の概略構造を示す斜視図である。図中７Ｆｉ絶縁性の基
板であシ、この基板１上にＮｂ等の超伝導体からなる第
１及び第２の電極２．３が一部重なるよう形成されてい
る。そして、第１及び第２の電極２，３間には、超伝導
電子でめるクーパ対がトンネル可能であるような十分薄
い絶縁膜４が形成されている。すなわち、絶縁膜４．第
１及び第２の１極２．３からジョセフソン接合素子が構
成されている。また。
上記各電極２．３の重なシ部分の上には、ジョセフソン
効果を無視できる程十分厚い絶縁＠５を介して第３の電
極６が形成されている。そして、第４図に示す如く第３
の電極６に印加する電圧ｖＫよって、第１及び第２の電
極２．３間に流れる電流Ｉが制御されるものとなってい
る。
効果を無視できる程十分厚い絶縁＠５を介して第３の電
極６が形成されている。そして、第４図に示す如く第３
の電極６に印加する電圧ｖＫよって、第１及び第２の電
極２．３間に流れる電流Ｉが制御されるものとなってい
る。
このような構造において、第３の電極６に電圧Ｖ ＝
Ｖ （ｔｌが印加された場合、ジョセフン接合菓子をな
す第１及び第２の電極２．３間にはなる電流が流れる。
Ｖ （ｔｌが印加された場合、ジョセフン接合菓子をな
す第１及び第２の電極２．３間にはなる電流が流れる。
ここで、 Ｊ、＝２Ｐρ。でノは２つの超伝導体（電極
２．３）の相関を表わすもので、ρ。はキャリアの平均
密度である。また、θは各々の超伝導体の秩序パラメー
タの位相差、ｑ＝２ｅでｅは電気素量、 ｆｉ ＝ ｂ
／２ｇで五はブランク定数でおる。
２．３）の相関を表わすもので、ρ。はキャリアの平均
密度である。また、θは各々の超伝導体の秩序パラメー
タの位相差、ｑ＝２ｅでｅは電気素量、 ｆｉ ＝ ｂ
／２ｇで五はブランク定数でおる。
いま、第３の電極６に電圧がかかつていない場合、すな
わちｖ＝０の時は、直流ジョセフソン効果によ〕 Ｊ （ｔＪ ＝ Ｊｒ、ｓｉｎθ ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２１なる超伝
導電流が絶縁膜４をトンネルすることによシ第１及び第
２の電極２．３間を流れる。
わちｖ＝０の時は、直流ジョセフソン効果によ〕 Ｊ （ｔＪ ＝ Ｊｒ、ｓｉｎθ ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２１なる超伝
導電流が絶縁膜４をトンネルすることによシ第１及び第
２の電極２．３間を流れる。
また、第３の電極６にｖ＝ｖｙなる直流電圧を加えると
、交流ソヨセフソン効果によりＪ（ｆｌ＝ Ｊｏ ＳＩ
ｎ’（θ十 ＋ Ｖｆ 重 ） ・す・・・・・・・（
３）なる交流電流が流れる。ここで。
、交流ソヨセフソン効果によりＪ（ｆｌ＝ Ｊｏ ＳＩ
ｎ’（θ十 ＋ Ｖｆ 重 ） ・す・・・・・・・（
３）なる交流電流が流れる。ここで。
ω＝ ｑ Ｖ？／、Ｆ、 ＝ ４．８３６ Ｘ １０”
ＶＪ’（Ｈ２） −（４１なる値を持ち、これに対応
した高い周波数を持つ交流電流となる。これは、超伝導
体（電極２．３）間を行き来する超伝導電子の振動数を
表わしており、この行き来する超伝導電子の数は電極２
から電極３へ行くものと電極３から電極２へ行くものと
の数が等しく、電極２．３を外部で接続した閉回路を考
えた場合、この閉回路を流れる電流は実質的に零となる
。
ＶＪ’（Ｈ２） −（４１なる値を持ち、これに対応
した高い周波数を持つ交流電流となる。これは、超伝導
体（電極２．３）間を行き来する超伝導電子の振動数を
表わしており、この行き来する超伝導電子の数は電極２
から電極３へ行くものと電極３から電極２へ行くものと
の数が等しく、電極２．３を外部で接続した閉回路を考
えた場合、この閉回路を流れる電流は実質的に零となる
。
以上の説明から明らかなように、前記８Ｆ！３図の構造
において、電界効果トランジスタのダートに相当する第
３の電極６に印加する直流電圧を変化させることにより
、第１及び第２の電極よりなる超伝導体中のキャリア（
クーパ対）全体の運動を制御し、結果として２つの超伝
導体間を流れる電流を制御することができる。したがっ
て、第３の電極６に印加する電圧をＯＮ・。ＦＦＴｌ？
ニーＩＶｃよつ工、□１□□２゜。 １２．３間に流れ
る電流を０Ｎ−ＯＦＦでき、スイッチング動作が可能と
なる。また、？八が非常に大きいため、第３の電極６に
印加すべき電圧は極めて小さいものでよく、シかもスイ
ッチング時間１は略零である。このため、第３の電極６
に微小電圧を印加することによシ、超高速スイッチング
動作が可能となる。
において、電界効果トランジスタのダートに相当する第
３の電極６に印加する直流電圧を変化させることにより
、第１及び第２の電極よりなる超伝導体中のキャリア（
クーパ対）全体の運動を制御し、結果として２つの超伝
導体間を流れる電流を制御することができる。したがっ
て、第３の電極６に印加する電圧をＯＮ・。ＦＦＴｌ？
ニーＩＶｃよつ工、□１□□２゜。 １２．３間に流れ
る電流を０Ｎ−ＯＦＦでき、スイッチング動作が可能と
なる。また、？八が非常に大きいため、第３の電極６に
印加すべき電圧は極めて小さいものでよく、シかもスイ
ッチング時間１は略零である。このため、第３の電極６
に微小電圧を印加することによシ、超高速スイッチング
動作が可能となる。
なお１本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記第１及び第２の電極の形成材料はＮｂ
に限るものではなく、超伝導体であればよい。さらに、
前記第３の電極の形成材料としては、超伝導体であって
もなくてもよい。また、第１及び第２の電極間に形成す
る絶縁膜の材料や厚さ等は、クーパ対がトンネル可能で
ある範囲内で適宜定めればよい。さらに、第２及び第３
の電極間に形成する絶縁膜の材料や、厚さ等は、ジョセ
フソン効果が無視できる範囲内で適宜定めればよい。そ
の他１本発明の要旨を逸脱しない範囲で１種々変形して
実施することができる。
い。例えば、前記第１及び第２の電極の形成材料はＮｂ
に限るものではなく、超伝導体であればよい。さらに、
前記第３の電極の形成材料としては、超伝導体であって
もなくてもよい。また、第１及び第２の電極間に形成す
る絶縁膜の材料や厚さ等は、クーパ対がトンネル可能で
ある範囲内で適宜定めればよい。さらに、第２及び第３
の電極間に形成する絶縁膜の材料や、厚さ等は、ジョセ
フソン効果が無視できる範囲内で適宜定めればよい。そ
の他１本発明の要旨を逸脱しない範囲で１種々変形して
実施することができる。
第１図は磁界制御型のジョセフソン接合素子の原理構成
を示す模式図、第２図はジョセフソン接合素子を２個直
列に接続した３端子素子の原理構成を示す模式図、２４
３図は本発明の一実施例に係わる超伝導トランジスタの
概略構造を示す斜視図、第４図は上記トランジスタの作
用を説明するための断面図である。 Ｊ・・・絶縁基板、２・・・第１の電極（超伝導体）。 ３・・・第２の電極（超伝導体）、４・・・薄い絶縁膜
。 ５・・・厚い絶縁膜、６・・・第３の電極。 出願人代理人 弁理士 鈴 圧式 彦 ０ 第１図 第２図 第３図 第４図
を示す模式図、第２図はジョセフソン接合素子を２個直
列に接続した３端子素子の原理構成を示す模式図、２４
３図は本発明の一実施例に係わる超伝導トランジスタの
概略構造を示す斜視図、第４図は上記トランジスタの作
用を説明するための断面図である。 Ｊ・・・絶縁基板、２・・・第１の電極（超伝導体）。 ３・・・第２の電極（超伝導体）、４・・・薄い絶縁膜
。 ５・・・厚い絶縁膜、６・・・第３の電極。 出願人代理人 弁理士 鈴 圧式 彦 ０ 第１図 第２図 第３図 第４図
Claims (1)
- 絶縁基板上に形成された超伝導体からなる第１の電極と
、この第１の電極上に超伝導電子であるクー−９対がト
ンネル可能であるような薄い絶縁膜を介して形成された
超伝導体からなる第２の電極と、この第２の電極上にジ
ョセフソン効果を無視できる程度の厚い絶縁膜を介して
形成された第３の電極とを具備し、上記第３の電極に印
加する電圧によシ上記載１及び第２の電極間に流れる電
流を制御するととを特徴とする超伝導トランゾスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58119337A JPS6010792A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 超伝導トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58119337A JPS6010792A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 超伝導トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6010792A true JPS6010792A (ja) | 1985-01-19 |
Family
ID=14758979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58119337A Pending JPS6010792A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 超伝導トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6010792A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2638569A1 (fr) * | 1988-10-25 | 1990-05-04 | Seiko Epson Corp | Transistor josephson du type a effet de champ et procede de fabrication d'une jonction josephson |
| US5318952A (en) * | 1992-12-24 | 1994-06-07 | Fujitsu Limited | A superconducting transistor wherein hot electrons are injected into and trapped from the base |
| US5441926A (en) * | 1992-12-29 | 1995-08-15 | Fuji Electric Co., Ltd. | Superconducting device structure with Pr-Ba-Cu-O barrier layer |
-
1983
- 1983-06-30 JP JP58119337A patent/JPS6010792A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2638569A1 (fr) * | 1988-10-25 | 1990-05-04 | Seiko Epson Corp | Transistor josephson du type a effet de champ et procede de fabrication d'une jonction josephson |
| US5318952A (en) * | 1992-12-24 | 1994-06-07 | Fujitsu Limited | A superconducting transistor wherein hot electrons are injected into and trapped from the base |
| US5441926A (en) * | 1992-12-29 | 1995-08-15 | Fuji Electric Co., Ltd. | Superconducting device structure with Pr-Ba-Cu-O barrier layer |
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