JPS63280473A - スイッチング素子 - Google Patents
スイッチング素子Info
- Publication number
- JPS63280473A JPS63280473A JP62115281A JP11528187A JPS63280473A JP S63280473 A JPS63280473 A JP S63280473A JP 62115281 A JP62115281 A JP 62115281A JP 11528187 A JP11528187 A JP 11528187A JP S63280473 A JPS63280473 A JP S63280473A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switching element
- superconducting
- conduction
- electrodes
- channels
- 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
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (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〕
この発明は電子の量子干渉効果を用いた超高速スイッチ
ング機能を有する素子に関するものである。
ング機能を有する素子に関するものである。
第２図は例えばフィジカル レビュー レターズ（Ｐｈ
ｙｓＬｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ）ｖｏｌ
、５５頁２３４４ （１９８５）に示された電子の量子
干渉効果（アハラノフ・ボーム効果）を用いたスイッチ
ング素子の構成図であり、図において、１は半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板、２．６はＡＪＧａＡｓ層、３．５はＧａＡ
ｓ量子井戸層、４はＡｊ！ＧａＡｓバリア層、７ａ、７
ｂはアロイ化されたコンタクト領域、８ａ、８ｂは電極
である。
ｙｓＬｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ）ｖｏｌ
、５５頁２３４４ （１９８５）に示された電子の量子
干渉効果（アハラノフ・ボーム効果）を用いたスイッチ
ング素子の構成図であり、図において、１は半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板、２．６はＡＪＧａＡｓ層、３．５はＧａＡ
ｓ量子井戸層、４はＡｊ！ＧａＡｓバリア層、７ａ、７
ｂはアロイ化されたコンタクト領域、８ａ、８ｂは電極
である。
次に動作について説明する。第２図に示した素子構造に
おいて、ＡＪＧａＡｓ層２．４．６にはさまれた２本の
ＧａＡｓ層が電子の通路となる。
おいて、ＡＪＧａＡｓ層２．４．６にはさまれた２本の
ＧａＡｓ層が電子の通路となる。
従って第２図を模式的に示すと第３図（ａ）のようにな
る、ここで導伝チャネル（すなわちＧａＡｓ１）の厚さ
Ｗは十分薄く電子波の基本横モードのみを伝搬するもの
と考える。キャリヤー密度を１０’。
る、ここで導伝チャネル（すなわちＧａＡｓ１）の厚さ
Ｗは十分薄く電子波の基本横モードのみを伝搬するもの
と考える。キャリヤー密度を１０’。
ｅｌｌｌ”とすればＷ〜０．１＃ｍとなる。第３図（ａ
）に示す様な２本の導伝チャネルの導伝率σ−ＩＴ２１
は゛各々の導伝チャネルの透過係数によって下記の様に
与えられる。
）に示す様な２本の導伝チャネルの導伝率σ−ＩＴ２１
は゛各々の導伝チャネルの透過係数によって下記の様に
与えられる。
ｔｌ−ＩＴ ｌ” −１ｔ、 ＋ｔ、ｅ’メ１
！ｍｔ、” ＋ｔ、” ＋２ｔ、ｔｇｃｏｓ φ −
（１）ここでＴは両電極間の透過係数、ｔｌはチャネル
１の透過係数、ｔ！ｅｔψはチャネル２の透過係数でφ
は位相差（チャネル１と２の電子波間の位相差）である
０式（１）より電極間の導伝率σはチャネル間の位相差
φによって変化し得ることがわかる。
！ｍｔ、” ＋ｔ、” ＋２ｔ、ｔｇｃｏｓ φ −
（１）ここでＴは両電極間の透過係数、ｔｌはチャネル
１の透過係数、ｔ！ｅｔψはチャネル２の透過係数でφ
は位相差（チャネル１と２の電子波間の位相差）である
０式（１）より電極間の導伝率σはチャネル間の位相差
φによって変化し得ることがわかる。
位相差φは磁界Ｂｙ（アハラノフ・ボーム効果）φ−＊
ｅＢ、Ｌｄ／−１−（２） によって変化させ得る。Ｌはチャンネルの長さ、ｄはチ
ャネル間の距離、ｅは電子の電荷、４はプラ゛ンク定数
りの１／２π（イーｈ／２π）である。
ｅＢ、Ｌｄ／−１−（２） によって変化させ得る。Ｌはチャンネルの長さ、ｄはチ
ャネル間の距離、ｅは電子の電荷、４はプラ゛ンク定数
りの１／２π（イーｈ／２π）である。
（１）、 （２）式により磁ＪＩ ＢｙをＯＮ、ＯＦＦ
することによりスイッチングが可能なことは容易に理解
できる。
することによりスイッチングが可能なことは容易に理解
できる。
従来のスイッチング素子は以上のように構成されている
ので電極８ａ、８ｂのオーミックコンタクトを取るため
に電極と半導体の接合部分７ａ。
ので電極８ａ、８ｂのオーミックコンタクトを取るため
に電極と半導体の接合部分７ａ。
７ｂをアロイ化する必要があり、この領域で電子の散乱
が大きく注入電子のコヒーレンスが失われるため２本の
導伝チャネル間の距離ｄを必然的に小さくする必要があ
る。このため（１）及び（２）弐かられかるように２本
の伝導チャネルを通った電子が出力端電１８ｂでコンス
トラクチイブに干渉する場合とディストラクチイブに干
渉するために必要な外部磁場強度変化ΔＢ、が大きくな
る問題があった。
が大きく注入電子のコヒーレンスが失われるため２本の
導伝チャネル間の距離ｄを必然的に小さくする必要があ
る。このため（１）及び（２）弐かられかるように２本
の伝導チャネルを通った電子が出力端電１８ｂでコンス
トラクチイブに干渉する場合とディストラクチイブに干
渉するために必要な外部磁場強度変化ΔＢ、が大きくな
る問題があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、２本の導伝チャネルの間隔ｄを大きくでき微
弱な磁場信号で出力を制御できるスイッチング素子を得
ることを目的とする。
たもので、２本の導伝チャネルの間隔ｄを大きくでき微
弱な磁場信号で出力を制御できるスイッチング素子を得
ることを目的とする。
この発明に係るスイッチング素子は従来のオーミック電
極のかわりに超伝導電極を用いたものである。
極のかわりに超伝導電極を用いたものである。
この発明においては従来のオーミック電極のかわりに超
伝導電極を用いて常伝導半導体により構成された２つの
導伝チャネルへの電子注入をコヒーレントに行うことが
できるように構成したから２つの導伝チャネルの間隔を
広くとることができ、微弱な磁場信号で出力制御ができ
る。
伝導電極を用いて常伝導半導体により構成された２つの
導伝チャネルへの電子注入をコヒーレントに行うことが
できるように構成したから２つの導伝チャネルの間隔を
広くとることができ、微弱な磁場信号で出力制御ができ
る。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は本発明の一実施例によるスイッチング素子の構造を
示す断面図であり、図において１は半絶縁性ＧａＡｓ基
板、２．４．６はＡｌＧａＡｓ層、３．５はＧａＡｓ量
子井戸層、２１ａ。
図は本発明の一実施例によるスイッチング素子の構造を
示す断面図であり、図において１は半絶縁性ＧａＡｓ基
板、２．４．６はＡｌＧａＡｓ層、３．５はＧａＡｓ量
子井戸層、２１ａ。
２１ｂは超伝導電極で２本の常伝導導伝チャネル３．５
へのコヒーレントな電子注入を行う。２２は眉間絶縁用
のｓｔｏｗまたはｓｔ、Ｎ、、２３は制御磁界発生用の
超伝導線、２４はＧａＡｓバッファ層である。
へのコヒーレントな電子注入を行う。２２は眉間絶縁用
のｓｔｏｗまたはｓｔ、Ｎ、、２３は制御磁界発生用の
超伝導線、２４はＧａＡｓバッファ層である。
次に動作について説明する０本実施例の動作方法は従来
のスイッチング素子と同様であるが２本の常伝導ＧａＡ
２１量子井戸チャネルへの電子注入を従来のオーミック
コンタクト電極から超伝導電極２１８．２１ｂによるよ
うにした点が本発明の本質に係わるところである。超伝
導は電子の並進運動の秩序状態であり、巨視的電場の助
けを借りることなくお互いの相互作用だけで、電子が運
動量をそろえ永久電流が流れる。これはド・ブローイの
関係によって電子波に翻訳すれば、電子波の位相がそろ
ったコヒーレント状態ということになる。従って超伝導
電極２１３．２１ｂを用いることにより２本の導伝チャ
ネルの間隔ｄの大きさに関係なくこれらの導伝チャネル
にコヒーレントに電子を注入することができる。
のスイッチング素子と同様であるが２本の常伝導ＧａＡ
２１量子井戸チャネルへの電子注入を従来のオーミック
コンタクト電極から超伝導電極２１８．２１ｂによるよ
うにした点が本発明の本質に係わるところである。超伝
導は電子の並進運動の秩序状態であり、巨視的電場の助
けを借りることなくお互いの相互作用だけで、電子が運
動量をそろえ永久電流が流れる。これはド・ブローイの
関係によって電子波に翻訳すれば、電子波の位相がそろ
ったコヒーレント状態ということになる。従って超伝導
電極２１３．２１ｂを用いることにより２本の導伝チャ
ネルの間隔ｄの大きさに関係なくこれらの導伝チャネル
にコヒーレントに電子を注入することができる。
次に第１図に示すスイッチング素子の作製法について述
べる。まず半絶縁性ＧａＡｓ基板１の上に分子線エピタ
キシャル結晶成長法（ＭＢＥ）によりＧａＡｓバッファ
層２４を１μｍ程度成長させその上にひき続きＡＪＧａ
Ａｓ層２．４．６とＧａＡｓ層３，５を交互に積層する
０次にリソグラフィーとエツチングにより導伝チャネル
３．５を一部（しく１μｍ）を残して両側を除去しこの
部分に超伝導材料（例えばニオブ：Ｎｂ、鉛：Ｐｂ等）
をスパッタリング等により蒸着する。さらにこの上に眉
間絶縁用のｓｉｏ、膜を形成し、その上に制御電流を流
す超伝導線を形成する。
べる。まず半絶縁性ＧａＡｓ基板１の上に分子線エピタ
キシャル結晶成長法（ＭＢＥ）によりＧａＡｓバッファ
層２４を１μｍ程度成長させその上にひき続きＡＪＧａ
Ａｓ層２．４．６とＧａＡｓ層３，５を交互に積層する
０次にリソグラフィーとエツチングにより導伝チャネル
３．５を一部（しく１μｍ）を残して両側を除去しこの
部分に超伝導材料（例えばニオブ：Ｎｂ、鉛：Ｐｂ等）
をスパッタリング等により蒸着する。さらにこの上に眉
間絶縁用のｓｉｏ、膜を形成し、その上に制御電流を流
す超伝導線を形成する。
本実施例の動作において制御電線２３に流す電流が導伝
チャネル３．５と超伝導電極２１ａ、２１ｂで囲む領域
に誘起する磁場の大きさにより両超伝導電極２１ａ、２
１ｂ間を流れる電流（すなわち電子の透過率（１）式）
を制御することは従来のスイッチング素子と同様である
０以上のように本実施例では電極間の２本の導伝チャネ
ルを伝搬する電子波の干渉効果を用いる電流スイッチン
グ素子の上記電極を超伝導体で構成し、上記２本の導電
チャネルの間隔の大小にかかわらず電子波をコヒーレン
トに流すことができるようにしたから、上記２本の導伝
チャネルの間隔を広くとることができるため、微弱な磁
場信号によってスイッチングが行える性能の高いスイッ
チング素子が得られる効果がある。また本実施例の製造
方法によればＱａＡｓ導伝チャネルが単原子層の制御が
可能なＭＢＥ成長法により製作できるので再現性の良い
接合が可能となり、精度の高いものが得られる効果があ
る。
チャネル３．５と超伝導電極２１ａ、２１ｂで囲む領域
に誘起する磁場の大きさにより両超伝導電極２１ａ、２
１ｂ間を流れる電流（すなわち電子の透過率（１）式）
を制御することは従来のスイッチング素子と同様である
０以上のように本実施例では電極間の２本の導伝チャネ
ルを伝搬する電子波の干渉効果を用いる電流スイッチン
グ素子の上記電極を超伝導体で構成し、上記２本の導電
チャネルの間隔の大小にかかわらず電子波をコヒーレン
トに流すことができるようにしたから、上記２本の導伝
チャネルの間隔を広くとることができるため、微弱な磁
場信号によってスイッチングが行える性能の高いスイッ
チング素子が得られる効果がある。また本実施例の製造
方法によればＱａＡｓ導伝チャネルが単原子層の制御が
可能なＭＢＥ成長法により製作できるので再現性の良い
接合が可能となり、精度の高いものが得られる効果があ
る。
なお本実施例では電極間距離りは超伝導体で挟まれた常
伝導体（ここではＧａＡｓチャネル）が近接効果により
超伝導体となるよりも長い場合について考えてきたが、
電極間距離りが近接効果が現れるほど小さい場合には２
つの導伝チャネルがそれぞれ弱結合（＠伝導−半導体−
超伏ｇＬ）として動作するので、この構成とすれば一種
の直流ＳＱＵ Ｉ Ｄ （Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉ
ｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ ＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＤｅ
ｖｉｃｅ） として使用できる。
伝導体（ここではＧａＡｓチャネル）が近接効果により
超伝導体となるよりも長い場合について考えてきたが、
電極間距離りが近接効果が現れるほど小さい場合には２
つの導伝チャネルがそれぞれ弱結合（＠伝導−半導体−
超伏ｇＬ）として動作するので、この構成とすれば一種
の直流ＳＱＵ Ｉ Ｄ （Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉ
ｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ ＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＤｅ
ｖｉｃｅ） として使用できる。
以上のように、この発明によれば、電流注入用電極間の
２本の導伝チャネルを伝搬する電子波の干渉効果を用い
るスイッチング素子において上記電流注入用電極をこれ
までのオーミック電極に替えて超伝導材料を用いて構成
したから２本の導伝チャネルの間隔を大きくでき、微弱
な制御電流でスイッチング動作が可能となると同時に超
伝導体を配線として用いるので高密６度集積化による発
熱の問題も解決できる効果がある。またこの素子は一種
の直流５ＱＵＩＤとして動作可能であり、ＭＢＥによる
弱結合の製作は信頼性の高い素子を提供する効果がある
。
２本の導伝チャネルを伝搬する電子波の干渉効果を用い
るスイッチング素子において上記電流注入用電極をこれ
までのオーミック電極に替えて超伝導材料を用いて構成
したから２本の導伝チャネルの間隔を大きくでき、微弱
な制御電流でスイッチング動作が可能となると同時に超
伝導体を配線として用いるので高密６度集積化による発
熱の問題も解決できる効果がある。またこの素子は一種
の直流５ＱＵＩＤとして動作可能であり、ＭＢＥによる
弱結合の製作は信頼性の高い素子を提供する効果がある
。
第１図はこの発明の一実施例によるスイッチング素子の
構成図、第２図は従来のスイッチング素子の構成図、第
３図は従来の素子の動作を説明するための図である。 ２、４．６はＡ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ ＊ｓ ３−５は
ＧａＡＳ量子井戸層（導伝チャネル）、２１ａ、２１ｂ
は超伝導電極、２２は眉間絶縁層、２３は超伝導制御電
線。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
構成図、第２図は従来のスイッチング素子の構成図、第
３図は従来の素子の動作を説明するための図である。 ２、４．６はＡ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ ＊ｓ ３−５は
ＧａＡＳ量子井戸層（導伝チャネル）、２１ａ、２１ｂ
は超伝導電極、２２は眉間絶縁層、２３は超伝導制御電
線。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (4)
- （１）電流注入用電極間の２本の導伝チャネルを伝搬す
る電子波の干渉効果を用いる電流スイッチング素子にお
いて、 上記電流注入用電極を超伝導体で構成したことを特徴と
したスイッチング素子。 - （２）上記２本の導伝チャネルとして半導体ヘテロ構造
を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
スイッチング素子。 - （３）スイッチング動作を制御するための電流信号を流
す超伝導線を有する特許請求の範囲第１項または第２項
記載のスイッチング素子。 - （４）直流−ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉計）として動
作することを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項記載のスイッチング素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62115281A JPS63280473A (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | スイッチング素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62115281A JPS63280473A (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | スイッチング素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63280473A true JPS63280473A (ja) | 1988-11-17 |
Family
ID=14658775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62115281A Pending JPS63280473A (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | スイッチング素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63280473A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08306975A (ja) * | 1995-05-11 | 1996-11-22 | Nec Corp | 静電ジョセフソン干渉素子 |
| JP2009224390A (ja) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導量子干渉素子 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59103389A (ja) * | 1982-12-04 | 1984-06-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導素子及びその製法 |
| JPS6390863A (ja) * | 1986-10-03 | 1988-04-21 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPS63250879A (ja) * | 1987-04-08 | 1988-10-18 | Hitachi Ltd | 超伝導素子 |
-
1987
- 1987-05-12 JP JP62115281A patent/JPS63280473A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59103389A (ja) * | 1982-12-04 | 1984-06-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導素子及びその製法 |
| JPS6390863A (ja) * | 1986-10-03 | 1988-04-21 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPS63250879A (ja) * | 1987-04-08 | 1988-10-18 | Hitachi Ltd | 超伝導素子 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08306975A (ja) * | 1995-05-11 | 1996-11-22 | Nec Corp | 静電ジョセフソン干渉素子 |
| JP2009224390A (ja) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導量子干渉素子 |
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