JPS63283178A - 超伝導トランジスタ - Google Patents

超伝導トランジスタ

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JPS63283178A
JPS63283178A JP62116935A JP11693587A JPS63283178A JP S63283178 A JPS63283178 A JP S63283178A JP 62116935 A JP62116935 A JP 62116935A JP 11693587 A JP11693587 A JP 11693587A JP S63283178 A JPS63283178 A JP S63283178A
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oxide
superconductor
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superconducting
transition metal
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Koichi Mizushima
公一 水島
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、電圧印加による超伝導体−半導体相転移を利
用した超伝導トランジスタに関する。
(従来の技WI) 現在まで、超高密度電子素子や超高速電子素子の開発は
、シリコン及び化合物半導体を中心として進められてき
た。従来の半導体素子の高密度化、高速化は、高度の微
細加工技術、均質で完全性の高い結晶作製技術及びシミ
ーレーションを利用した素子設計技術によりなし遂げら
れてきた。
半導体素子の更なる高密度化、高速化を図る上で今後ま
すます重要になる問題は、発熱である。これは、結晶の
完全性や微細加工技術とは別に、半導体素子の高密度化
や高速化の限界を与える太きい要因になると考えられて
いる。
電子素子の発熱の点で、半導体素子に比べて優れている
のは、ジョセフソン接合素子に代表される超伝導素子で
ある。しかし、超伝導素子はこれまでのところ、本格的
な実用化の目途は立っていない。その理由は、超伝導現
象が液体ヘリウム温度という超低温でないと得られない
こと、超伝導材料として金属あるいは金属間化合物を用
いるため酸化され易いこと、ジョセフソン接合素子の場
合にはその絶縁膜として用いる金属酸化物の時間的安定
性、空間的一様性が得られず、また本質的は二端子素子
であるため使い難いこと、等である。
近年、ジョセフソン接合素子の二地子素子という欠点を
解消するものとして、超伝導体と半導体を結合した超伝
導トランジスタが試作されている。
これは、半導体層の一方の面に微少間隔をもって対向す
る一対の超伝導体電極(ソース、ドレイン電極)を設け
、他方の面に半導体層内のキャリア濃度分布を制御する
電極(ゲート電極)を設けた!4造を有する。ゲート電
極により、ソース、ドレイン近傍のキャリア濃度が減少
する方向のバイアスを与えるとソース、ドレイン電極間
にはジョセフソン接合が形成されず、ソース、ドレイン
電極間に超伝導電流は流れない。これがトランジスタの
オフ状態である。一方、ゲート電極によりソース、ドレ
イン近傍のキャリア濃度を増大させるバイアスを与える
と、ある一定電圧以上でソース。
ドレイン電極間にジョセフソン接合(超伝導接合)が形
成され、トランジスタはオン状態になる。これは、従来
厚み方向に対向させていたジョセフソン素子の一対の超
伝導電極を平面上に展開した形とし、その超伝導電極間
のキャリア濃度の制御により超伝導接合を形成するか否
かを制御するようにしたものと言うことができる。超低
、導接合には電圧零で電流が流れるから、この超伝導ト
ランジスタは理論的に発熱がない。
この超伝導トランジスタは、三端子素子である点で従来
のジョセフソン素子に比べて使い易いという利点を有す
るが、動作温度が液体ヘリウムあるいはその近傍という
超低温であり、また超伝導〔発明の構成〕 (問題点を解決するための手段) 本発明は、キャリア濃度制御により超伝導−半導体の相
転移を起こすチャネル層をもつ酸化物膜と、この酸化物
膜に所定間隔をおいて配置形成されたソース、ドレイン
電極と、前記酸化物膜のチャネル層のキャリア濃度制御
を行うゲート電極とを備え、チャネルに接するように非
磁性遷移金属化合物層を設けたことを特徴とする超伝導
トランジスタである。
本発明で用いられる非磁性漕移金属化合物は、遷移金属
の化合物で非磁性のもので、遷移金属のイオン価が変化
することにより常磁性になるものであればよく、格別に
限定されるものではない。
本発明において用いる酸化物超伝導体はキャリア濃度が
l Q ”/ ctrP以下の酸化物半導体であればど
のようなものであってもよく、特に限定されるものでは
ない。
酸化物超電導体としては多数のものが知られているが、
臨界温度の高い希土類元素含有のペロプスカイト型の酸
化物超電導体を用いることが実用上好ましい。ここでい
う希土類元素を含有しペロプスカイト型構造を有する酸
化物超電導体は超電導状態を実現しできればよく、酸素
欠陥を有するABa2Cu307−8糸(AはY、Yb
、Ho、Dy。
Eu、E r、Tm、Lu等の希土類元素)%ノ欠陥ペ
ロブスカイト型、S r−La−Cu−0系等の層状ペ
ロプスカイト型等の広義にペロプスカイト構造を有する
酸化物とする。また希土類元素も広義の足代とし、5C
9Y及びランタン系を含むものとする。代表的な系とし
てY−Ba−Cu−〇系(7) ホカニYをYb、Ho
、Dy、Eu、E r。
Tm、Lu等の希土類で置換した糸、5c−Ba−Cu
−0系、5r−La−Cu−0系、さらにSrをBa、
Caで置換した系等が挙げられる。
この材料の組成は多少製造条件等との関係等でずれてい
ても構わない。例えばY−Ba−Cu−0糸ではYxm
olに対しBa2mol、Cu3molに対しBa2m
ol、Cu3 molが標準組成テアルカ、実用上ハB
 a z±0.6molCu3±Q、2mo1程度のず
れは問題ない。
(作用) 本発明は、酸化物超伝導体が、1)通常の金属、金匡間
化合物の超伝導体と比較してキャリアー濃度の小さい縮
退半導体であること、2)臨界温度Tcが局在スピンを
もつ遷移金属イオンによって著しく低下すること、02
つの特性を動作原理に応用した超伝導トランジスタであ
る。
例えば、絶縁膜上にLaNi0.等の非磁性遷移金属酸
化膜、さらにその上に酸化物超伝導体膜との積層構造を
考える。両者の膜厚は、いずれも数10のものを用いる
。このような積層膜に一対の電極により、超伝導体膜側
が負となるように電圧を印加した場合を考える。トップ
電極から注入された電子のある分量は非磁性遷移金属酸
化膜内に侵入し、残りは、酸化物高温超伝導体に留る。
両者の比率は、注入された電子の絶対量即ち印加電圧と
、それぞれの膜内での電子のデバイ長に依存する。
注入される電子の絶対量は、上記の構造では1vノ印加
で〜IQ”/crr?程度となる。
この量は前記超伝導体の正孔キャリア濃度にほぼ四速す
る量であり、超伝導体内のキャリア濃度は著しく減少し
、TCが低下する。一方弁磁性遷移金属酸化物LaNi
0.内に侵入した電子は、非磁性のNi3+イオンを常
磁性を示すNI2+イオンに変化させる。生成されるN
iz+の絶対量も〜1021/7の梓1度となるが、こ
のように高濃度の常磁性遷移金属イオンの存在は、超伝
導近接効果により超伝導体膜のT cをさらに低下させ
、場合によってはTcがIK以下の極低温となってしま
う。
即ち例えば窒素温度で超伝導性を示す上記積層膜に膜面
に垂直に電圧を印加すると、積層膜は半導体へ相転移す
る。本発明はこのような超伝導−半導体スイッチング現
象を動作原理とするデバイスである。
本発明は、前記積層膜上に所定間隔をもってソース、ド
レイン電極及びゲート電極を形成し、ゲート部分におけ
る前記スイッチング現象を利用して、ソース、ドレイン
間の電流を制御するものである。
上述した酸化物超伝導体は、超伝導を示す臨界温度Tc
が30に以上と非常に高<、Y−Ba−−Cu−0系で
は、液体窒素温度でも超伝導を示す。
またこれらの酸化物半導体は、従来の金属あるいは金属
間化合物超伝導体に比べて大気中での安定性が優れてい
る。
以上のように本発明によれば、新しい動作原理をもち、
簡便な冷凍機で得られる温度で動作可能で、経時変化の
少ない安定した素子特性が得られる。そして三端子素子
であるため使い易く、かつ発熱がないことから、従来の
半導体材料のみを用いた素子では得られない超高密度集
積回路や超高速素子の実現も可能である。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
■)実施例1 第1図は一実施例の超伝導トランジスタを示す。
ホウ素をICF’/dドープしたP型S1基板1を用い
、その表面に熱酸化により100 AN度のシリコン酸
化膜2を形成した後、この上にスパッタ法により非磁性
趨移金属酸化物LaNi0.層3を形成している。ここ
でP型Si!に板1は導体基板としての役割をしている
にすぎない。LaNi03層3の厚さは50Aであろう
この上に酸化物超伝導体(LaO’81+8r、、s 
)z ” uOa Y  4 カ5 OA ノ厚すL 
スパッタ法により形成される。ソース5.ドレイン6、
ゲート7電極は、Au蒸着により形成した。ソース5゜
ゲート7電極間及びドレイン6、ゲート7電極間の距離
はいずれも0.5μmである。
この様な構成とし、ゲート電極7に零電圧または、負極
性のバイアスが印加された場合積層膜は超伝導性を示し
、ソース5.ドレイン6間は短絡されている。即ちトラ
ンジスタはON状態にある。
ゲート電極7を上記と逆に正にバイアスすると、ゲート
近傍の超伝導体膜4中の正孔濃度は減少し、ゲート近傍
の非磁性酸化物膜3に常磁性イオンが生成される。この
結果ゲート近傍の超伝導体層は、常伝導体化し、ソース
、ドレイン間の抵抗が増大する。これがトランジスタの
OFF状態である。
第3図のAは、この実施例の超伝導トランジスタのリー
ス、ドレイン間の抵抗のゲート電圧依存性を示す。ゲー
ト電圧約500mVで急激な抵抗値の上昇が、観測され
る。
■)実施例2 本実施例では第2図に示すように、積層膜上にSin、
絶縁層を介してゲート電極が形成されている。この場合
にはバイアスの絶対値が小さい場合ドレイン間は超伝導
体により短絡されているが、負バイアスでは超伝導体中
のキャリア(正孔)濃度が減少するためOFFとなり、
正バイアスではNi2+イオンの濃度が増大するためや
はりOFFとなっている。
第3図のBは、この実施例の超伝導トランジスタのソー
ス、ドレイン間の抵抗のゲート電圧依存性を示す。
l)実施例3 この実施例では第4図に示すようにゲート電極をソース
、ドレインとは反対側に設け、シリコン酸化膜の下にP
型8i基板を設けていない。このトランジスタを製造す
る場合はLaN1o膜3又は(”aOJS 8 r4、
) 1 Cu O<−y膜ノ゛トチラカヲ基板とし、そ
れ以外をスパッタ又はCVDで形成する0このトランジ
スタにおいてバイアスの絶対値が小さい場合1ソース、
ドレイン間は短絡されているが、正バイアスでOFFに
なる。
本発明は上記実施例に限られるものではない。
例えば上記各実施例では、非磁性遷移金属化合物と酸化
物超伝導体との単一積層構造を用いているが、この積層
構造を絶縁膜を介して多数WI積層した超格子構造とす
ることもできる。また、非磁性遷移金属化合物と酸化物
超伝導体の積層の順序は特に限定されない。
さらに上記実施例では各電極に金m’ai極を用いたが
、ソース、ドレイン電極に酸化物超伝導体を用いること
もできる。このようにすれば、本発明の素子を具体回路
に組込んだ時に配線が長くなってここで発熱が生じるの
を防止することができ、実用上有利である。本発明で用
いられる酸化物超伝導体材料は、一般に、L −M −
Cu −0(Lは、La、8c、Yのうち少なくとも一
種)で示されるものであることが好ましい。
その池水発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、電圧印加により超伝
導体−半導体相転移を示す酸化物超伝導体積層膜を用い
ることにより、高温で動作させることができ、しかも安
定な特性を示す、新しい原理の超伝導トランジスタを得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図及び第4図は本発明の一実施例の超伝導
トランジスタを示す図、第3図はゲート電圧とソース、
ドレイン間の抵抗値との関係を表わす図である。 1・・・P型8i基板、 2・・・シリコン酸化膜、 3−−−LaNlO5膜、 4 ・・’ (L aOJS S rOoIII )I
 C’ o4−y腺、5、・・・ソース電極(Au)、 6・・・ドレイン電極(Au)、 7・・・ゲート電極(Au )。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同      松  山  光 之 第1図 第2図 1    (2Sl)    QS    /   f
−5v   V9第8図 第4図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)キャリア濃度制御により超伝導−半導体の相転移
    を起こすチャネル層をもつ酸化物膜と、この酸化物膜に
    所定間隔をおいて配置形成されたソース、ドレイン電極
    と、前記酸化物膜のチャネル層のキャリア濃度制御を行
    うゲート電極とを備え、チャネルに接するように非磁性
    遷移金属化合物層を設けたことを特徴とする超伝導トラ
    ンジスタ。
  2. (2)前記非磁性遷移金属化合物が酸化物であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超伝導トランジ
    スタ。
  3. (3)前記非磁性遷移金属化合物がLaNiO_3、L
    aCoO_3、La_2CuO_4、SrFeO_3か
    ら成る群より選ばれる化合物を少なくとも1種含むこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超伝導トラン
    ジスタ。
  4. (4)前記非磁性遷移金属化合物層及び酸化物がスパッ
    タ法により形成された薄膜であることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の超伝導トランジスタ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6474773A (en) * 1987-09-17 1989-03-20 Fujitsu Ltd Insulated-gate field-effect device
JPH01123486A (ja) * 1987-11-06 1989-05-16 Mitsubishi Electric Corp 超伝導体装置
EP0577074A3 (en) * 1992-06-29 1994-05-11 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Field-effect type super-conducting device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6474773A (en) * 1987-09-17 1989-03-20 Fujitsu Ltd Insulated-gate field-effect device
JPH01123486A (ja) * 1987-11-06 1989-05-16 Mitsubishi Electric Corp 超伝導体装置
EP0577074A3 (en) * 1992-06-29 1994-05-11 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Field-effect type super-conducting device
US5828079A (en) * 1992-06-29 1998-10-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Field-effect type superconducting device including bi-base oxide compound containing copper

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