JPS631085A - 超電導三端子素子 - Google Patents
超電導三端子素子Info
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- JPS631085A JPS631085A JP61145377A JP14537786A JPS631085A JP S631085 A JPS631085 A JP S631085A JP 61145377 A JP61145377 A JP 61145377A JP 14537786 A JP14537786 A JP 14537786A JP S631085 A JPS631085 A JP S631085A
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- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 23
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 abstract description 7
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
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- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
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- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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】
（産業上の利用分野）
本発明は超ル導素子に係り、特に２っのトンネル接合か
らなる超゛１１導三端子素子の１直取り出し部に関する
。
らなる超゛１１導三端子素子の１直取り出し部に関する
。
（従来の技術）
超′工導電玉と２つのトンネル接合からなる超電導三端
子素子は例えばアップライド・フイズイクス・レター誌
３２巻６号３９２頁〜３９５頁に述べられている。第４
図は従来技術の超電導三端子素子を説明するだめの図で
、超電導体１、トンネル障壁２、超電導体３からなるイ
ンジェクタと超電導体３、トンネル障壁４、超電導体５
からなるアクセプタとからなり、超電導体ｔは結線６に
より入力端子７に、超電導体３は結線８により接地９に
、超電導体５は結線ｔｏＶＣより出力端子１Ｌにそれぞ
れ接続されている。通常結線６，８゜１０はそれぞれ超
電導体り、３．５と同じ材料。
子素子は例えばアップライド・フイズイクス・レター誌
３２巻６号３９２頁〜３９５頁に述べられている。第４
図は従来技術の超電導三端子素子を説明するだめの図で
、超電導体１、トンネル障壁２、超電導体３からなるイ
ンジェクタと超電導体３、トンネル障壁４、超電導体５
からなるアクセプタとからなり、超電導体ｔは結線６に
より入力端子７に、超電導体３は結線８により接地９に
、超電導体５は結線ｔｏＶＣより出力端子１Ｌにそれぞ
れ接続されている。通常結線６，８゜１０はそれぞれ超
電導体り、３．５と同じ材料。
例えば鉛、ニオビウム等の超電導体で、また基板上て平
面的に集積化された素子に卦いては、同じ層で構成され
る。
面的に集積化された素子に卦いては、同じ層で構成され
る。
第５図は従来技術の超電導三端子素子の動作を説明する
ためのエネルギー・ダイアグラムを示す。
ためのエネルギー・ダイアグラムを示す。
同図（１）には、該超電導三端子素子がスイッチする前
の状態における超電導体り、 ３． ５のエネルギー
・バンドが示しである。図中点線はフェルミ面を示し、
超電導体３と５の間に直流電圧ｖｂが印加されている。
の状態における超電導体り、 ３． ５のエネルギー
・バンドが示しである。図中点線はフェルミ面を示し、
超電導体３と５の間に直流電圧ｖｂが印加されている。
また各超″心導体り、 ３． ５のエネルギー・ギャ
ップは図で示される如くΔ１゜Δ５．Δ、である。 図
中斜線部で示されるエネルギー状態は各々電子により占
有されている。この状態では超電導体３にいる正常電子
は超電導体５に占有されていないエネルギー状態を見出
せないからトンネルすることができず、１！召這導体３
と５の間にはトンネル電流は流れない。
ップは図で示される如くΔ１゜Δ５．Δ、である。 図
中斜線部で示されるエネルギー状態は各々電子により占
有されている。この状態では超電導体３にいる正常電子
は超電導体５に占有されていないエネルギー状態を見出
せないからトンネルすることができず、１！召這導体３
と５の間にはトンネル電流は流れない。
第５図（ｂ）は咳超１導三端子素子カｔスイッチしてい
るときのエネルギーダイアグラムを示す。
るときのエネルギーダイアグラムを示す。
超電導体１と３の間知は入力電圧Ｖｉｎが印加され、超
電導体１より正常電子が超電導体３に矢印で示される如
く注入され、超電導体３中の正常電子密度が増大し、超
電導体３中のギャップ電圧Ｖ。
電導体１より正常電子が超電導体３に矢印で示される如
く注入され、超電導体３中の正常電子密度が増大し、超
電導体３中のギャップ電圧Ｖ。
が消滅し、図中点線で示されるエネルギーのＩａｔｉｔ
まで正常電子の占有状態が出現する。この拮果、超電導
体３から５へ正常電子によるトンネル電流が流れ、出力
端子１１に出力電流が現われる。以上の説明かられかる
ように該超電導素子ｂ；効率良く動作するためには超電
導体ｌから３への電子のトンネリングによる注入で超電
導体３中の正常電子密度をできるだけ高める必要がある
。このためには超電導体１から３への電子のトンネリン
グ電流を多くする、あるいは超電導体３中から結線８へ
の正常電子の拡散を防ぐ、さらには超電導体３から５へ
の正常電子のトンネリングを小さくする等が考えられる
。上記中、超電体１から３への電子のトンネリング電流
を多くする方法は該超電導三端子素子がスイッチングを
起こすに必要な入力電流が多くなることにつなｆＪ”−
る。また超電導体３から５への正常電子のトンネリング
電流を小さくする方法にはトンネル障壁４のポテンシャ
ルを高くする、あるいは障壁４の物理的厚みを厚くする
等の方法が考えられるが、これはスイッチングした後、
超電導体３と５の間をトンネリングにより流れる出力電
流が小さ°ぐなることにつながる。これら２点の改良は
共に入出力電流比すなわち該超電導三端子素子の電流利
得を下げることにつながり素子動作上好ましくない。従
って考えられる手段は超電導体３中から結線８への正常
電子の拡散を防ぐことＫなる。これは換言すると、正常
電子密度増大により超電導体のギャップ電圧を消滅させ
たいのはトンネル障壁４０ついている超電導体３だけで
あり、結線８をなす超電導体のギャップ電圧を消滅さ亡
ても出力電流を生じさせる機購知は何ら寄与しないとい
う点にある。
まで正常電子の占有状態が出現する。この拮果、超電導
体３から５へ正常電子によるトンネル電流が流れ、出力
端子１１に出力電流が現われる。以上の説明かられかる
ように該超電導素子ｂ；効率良く動作するためには超電
導体ｌから３への電子のトンネリングによる注入で超電
導体３中の正常電子密度をできるだけ高める必要がある
。このためには超電導体１から３への電子のトンネリン
グ電流を多くする、あるいは超電導体３中から結線８へ
の正常電子の拡散を防ぐ、さらには超電導体３から５へ
の正常電子のトンネリングを小さくする等が考えられる
。上記中、超電体１から３への電子のトンネリング電流
を多くする方法は該超電導三端子素子がスイッチングを
起こすに必要な入力電流が多くなることにつなｆＪ”−
る。また超電導体３から５への正常電子のトンネリング
電流を小さくする方法にはトンネル障壁４のポテンシャ
ルを高くする、あるいは障壁４の物理的厚みを厚くする
等の方法が考えられるが、これはスイッチングした後、
超電導体３と５の間をトンネリングにより流れる出力電
流が小さ°ぐなることにつながる。これら２点の改良は
共に入出力電流比すなわち該超電導三端子素子の電流利
得を下げることにつながり素子動作上好ましくない。従
って考えられる手段は超電導体３中から結線８への正常
電子の拡散を防ぐことＫなる。これは換言すると、正常
電子密度増大により超電導体のギャップ電圧を消滅させ
たいのはトンネル障壁４０ついている超電導体３だけで
あり、結線８をなす超電導体のギャップ電圧を消滅さ亡
ても出力電流を生じさせる機購知は何ら寄与しないとい
う点にある。
（発明が解決しようとする問題点）
従来の超電導三端子素子においては超電導体３と接地へ
の結線８とが同じ超電導材料でできており、トンネル障
壁４に度した超電導体３から＠線８への正常電子の拡散
が起こり、超電導体３中の正常１子密度が下がり、超電
導体３のギャップ電圧を効率的に消滅させることができ
なかった。
の結線８とが同じ超電導材料でできており、トンネル障
壁４に度した超電導体３から＠線８への正常電子の拡散
が起こり、超電導体３中の正常１子密度が下がり、超電
導体３のギャップ電圧を効率的に消滅させることができ
なかった。
本発明の目的は、上述の従来の超電導三端子素子の持つ
欠点を除去し、電流利得が大きい超電導三端子素子を提
供することにある。
欠点を除去し、電流利得が大きい超電導三端子素子を提
供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明によれば、第１の超′電導体または正常導体、第
２の超電導体、前記第１の超電導体または正常導体と前
記第２の超電導体との間にはさまれた第１のトンネル障
壁、第３の超電導体、および前記第２および第３の超電
導体ではさまれた第２のトンネル障壁からなる超電導三
端子素子において、前記第２の超電導体のエネルギー・
ギャップより大きなエネルギーギャップを持つ第４の超
電導体で前記第２の超電導体の結線を講成したことを特
徴とする超電導三端子素子が得られる。
２の超電導体、前記第１の超電導体または正常導体と前
記第２の超電導体との間にはさまれた第１のトンネル障
壁、第３の超電導体、および前記第２および第３の超電
導体ではさまれた第２のトンネル障壁からなる超電導三
端子素子において、前記第２の超電導体のエネルギー・
ギャップより大きなエネルギーギャップを持つ第４の超
電導体で前記第２の超電導体の結線を講成したことを特
徴とする超電導三端子素子が得られる。
（実施例）
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
第１図は本発明の詳細な説明するための構成図である。
この実施例は、第１の超電導体３０、第１のトンネル障
壁３１および第２の超電導体３２からなるインジェクタ
と、超電導体３２、第２のトンネル障壁３３および第３
の超電導体３４からなるアクセプタと、入力端子３５と
、出力端子３６と、産地３７と、接地３７と超電導体３
２とを結ぶ結線の役割をする超′電導体３８と、結線３
９．４０とから構成されているっ超電導体３８は超電導
体３２よりも大きなエネルギー・ギャップを持つ＠電導
材料からなる。超′、奄導体３２，３８の接読は超電導
接触であり、超電導電流は自由に流れる。従って超電導
体３２，３８の間に電圧は発生せず、超電導体３２の電
位は零に固定される。
壁３１および第２の超電導体３２からなるインジェクタ
と、超電導体３２、第２のトンネル障壁３３および第３
の超電導体３４からなるアクセプタと、入力端子３５と
、出力端子３６と、産地３７と、接地３７と超電導体３
２とを結ぶ結線の役割をする超′電導体３８と、結線３
９．４０とから構成されているっ超電導体３８は超電導
体３２よりも大きなエネルギー・ギャップを持つ＠電導
材料からなる。超′、奄導体３２，３８の接読は超電導
接触であり、超電導電流は自由に流れる。従って超電導
体３２，３８の間に電圧は発生せず、超電導体３２の電
位は零に固定される。
第２図は超電導体３２，３８の超電導接触部におけるエ
ネルギバンドを示すエネルギー・ダイアグラムである。
ネルギバンドを示すエネルギー・ダイアグラムである。
超゛成導体３０よりトンネル障壁３１を介して注入され
た正常電子のエネルギーは犬態密度の大きなバンドエッ
ヂ４１に近いものの分布が大きく、またバンド・エッヂ
４１よりも高いエネルギーで注入された正常電子は超電
導体中の不純物、あるいはフォノンによる散乱を受けて
、図中矢印で表わされるように、たちまちバンド・エッ
ヂ４１周辺のエネルギーを持つ電子状態に落ち着く。こ
のようなバンド・エッヂ４１周辺のエネルギーを持つ正
常電子は、超電導体３８中には対応するエネルギーを持
つ電子のエネルギー状態がなく、従って超電導体３８中
に正常電子は拡散できない。従って注入された正常電子
は超電導体３２中にとどまり、超電導体３２のエネルギ
ーバンドプを消滅させるのく役立つ。
た正常電子のエネルギーは犬態密度の大きなバンドエッ
ヂ４１に近いものの分布が大きく、またバンド・エッヂ
４１よりも高いエネルギーで注入された正常電子は超電
導体中の不純物、あるいはフォノンによる散乱を受けて
、図中矢印で表わされるように、たちまちバンド・エッ
ヂ４１周辺のエネルギーを持つ電子状態に落ち着く。こ
のようなバンド・エッヂ４１周辺のエネルギーを持つ正
常電子は、超電導体３８中には対応するエネルギーを持
つ電子のエネルギー状態がなく、従って超電導体３８中
に正常電子は拡散できない。従って注入された正常電子
は超電導体３２中にとどまり、超電導体３２のエネルギ
ーバンドプを消滅させるのく役立つ。
第３図は第１図実施例を基板５０上に集積回路として実
現した場合の層構造を示す断面図である。
現した場合の層構造を示す断面図である。
５１は素子を構成する第３の超電導体とその結線部を、
５２は第２の超電導体を、５３は素子を構成する第１の
超電導体とその結線部をそれぞれ構成する層を示す、５
４は超電導体５２の結線をなす。超電導体層を示し、該
超電導体５４は超電導体５２よりも大きなエネルギー・
ギャップを持つ。
５２は第２の超電導体を、５３は素子を構成する第１の
超電導体とその結線部をそれぞれ構成する層を示す、５
４は超電導体５２の結線をなす。超電導体層を示し、該
超電導体５４は超電導体５２よりも大きなエネルギー・
ギャップを持つ。
５５．５６は絶縁層で、絶縁層５５と超電導体層５１は
平担化されている。５７．５８はトンネル障壁を示す。
平担化されている。５７．５８はトンネル障壁を示す。
本発明の効果を十分上げるには超電導体層５２と５４と
の超電導コンタクト部５９はできうる限り小さい面積に
なるよう設計する必要がある。
の超電導コンタクト部５９はできうる限り小さい面積に
なるよう設計する必要がある。
上記の説明かられかるように、第１図実施例においては
、超電導体３０よりトンネル障壁により超電導体３２に
注入された電子は接地への結線をなすエネルギー・ギャ
ップの大きな超電導体３８へ拡散して逃げることができ
ず、従って注入された正常電子はすべて、その下にトン
ネル障壁３３を有す超電導体３２のエネルギー・ギャッ
プを縮めるのに有効に働く。そこで、少ない入力電流の
注入により効率良く超電導体３２のエネルギー・ギャッ
プを縮めることができ、この結果超電導体３２と３４の
間にトンネル電流が流れ、出力端子３６に出力電流が現
われる。従って本実施例の超電導三端子素子においては
、出力電流の入力電流に対する比、即ち電流利得の大き
な値が得られる。
、超電導体３０よりトンネル障壁により超電導体３２に
注入された電子は接地への結線をなすエネルギー・ギャ
ップの大きな超電導体３８へ拡散して逃げることができ
ず、従って注入された正常電子はすべて、その下にトン
ネル障壁３３を有す超電導体３２のエネルギー・ギャッ
プを縮めるのに有効に働く。そこで、少ない入力電流の
注入により効率良く超電導体３２のエネルギー・ギャッ
プを縮めることができ、この結果超電導体３２と３４の
間にトンネル電流が流れ、出力端子３６に出力電流が現
われる。従って本実施例の超電導三端子素子においては
、出力電流の入力電流に対する比、即ち電流利得の大き
な値が得られる。
なお本実施例においてはインジェクタとして超電導体３
０を用いたｂ’−１前記文献アクブライド・フイジイク
ス・レター誌に記述される如く、これを正常導体で置き
換えても同様の動作が期待できる。
０を用いたｂ’−１前記文献アクブライド・フイジイク
ス・レター誌に記述される如く、これを正常導体で置き
換えても同様の動作が期待できる。
（発明の効果）
以上に詳しく説明したように、本発明によれば、電流利
得が大きい超電導三端子素子を提供できる。
得が大きい超電導三端子素子を提供できる。
第１図は本発明による超電導三端子素子の実施例の模式
図、第２図は第１図実施例における第２の超電導体とそ
の結線部との超電導接触部のエネルギーバンドを示すエ
ネルギー・ダイアグラム、第３図は該実施例を集積回路
として実現した場合の回路断面図、第４図は超電導三端
子素子の従来例を表わす模式図、第５図は該超電導三端
子素子の動作を説明するためのエネルギー・ダイアグラ
ムで、同図（ａ）は入力電圧Ｖｉｎの入力されないとき
の状態を示す図、同図（ｂ）は入力電圧Ｖｉｎ の印加
されたときの状態を示す図である。 １．３０・・・第１の超電導体、２，３１・・・第１の
トンネル障壁、３，３２・・・第２の超電導体、４゜３
３・・・第２のトンネル障壁、５，３４・・・第３の超
電導体、６，８，１０，３８，３９．４０・・・結線、
７．３５・・・入力端子、１１．３６・・・出力端子、
４１・・・バンド・エッヂ。 代理人 弁理士 本 庄 伸 介 ７ｔノ〉数置し 第２図 第５図（ａ）
図、第２図は第１図実施例における第２の超電導体とそ
の結線部との超電導接触部のエネルギーバンドを示すエ
ネルギー・ダイアグラム、第３図は該実施例を集積回路
として実現した場合の回路断面図、第４図は超電導三端
子素子の従来例を表わす模式図、第５図は該超電導三端
子素子の動作を説明するためのエネルギー・ダイアグラ
ムで、同図（ａ）は入力電圧Ｖｉｎの入力されないとき
の状態を示す図、同図（ｂ）は入力電圧Ｖｉｎ の印加
されたときの状態を示す図である。 １．３０・・・第１の超電導体、２，３１・・・第１の
トンネル障壁、３，３２・・・第２の超電導体、４゜３
３・・・第２のトンネル障壁、５，３４・・・第３の超
電導体、６，８，１０，３８，３９．４０・・・結線、
７．３５・・・入力端子、１１．３６・・・出力端子、
４１・・・バンド・エッヂ。 代理人 弁理士 本 庄 伸 介 ７ｔノ〉数置し 第２図 第５図（ａ）
Claims (1)
- 第１の超電導体または正常導体、第２の超電導体、前
記第１の超電導体または正常導体と前記第２の超電導体
との間にはさまれた第１のトンネル障壁、第３の超電導
体、および前記第２および第３の超電導体ではさまれた
第２のトンネル障壁からなる超電導三端子素子において
、前記第２の超電導体のエネルギー・ギヤップよりも大
きなエネルギー・ギャップを持つ第４の超電導体で前記
第２の超電導体の結線を構成した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 |
|---|---|---|---|
| JP61145377A JPS631085A (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 超電導三端子素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61145377A JPS631085A (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 超電導三端子素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS631085A true JPS631085A (ja) | 1988-01-06 |
Family
ID=15383825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61145377A Pending JPS631085A (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 超電導三端子素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS631085A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63224374A (ja) * | 1987-03-13 | 1988-09-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超電導素子 |
| JPS63228769A (ja) * | 1987-03-18 | 1988-09-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超電導素子 |
| US5024993A (en) * | 1990-05-02 | 1991-06-18 | Microelectronics & Computer Technology Corporation | Superconducting-semiconducting circuits, devices and systems |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5712575A (en) * | 1980-06-06 | 1982-01-22 | Ibm | Superconductive device |
| JPS5776890A (en) * | 1980-10-30 | 1982-05-14 | Agency Of Ind Science & Technol | Quase particle injection control type superdoductor loose coupling element |
-
1986
- 1986-06-20 JP JP61145377A patent/JPS631085A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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