[go: up one dir, main page]

JP2730368B2 - 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
JP2730368B2
JP2730368B2 JP3350187A JP35018791A JP2730368B2 JP 2730368 B2 JP2730368 B2 JP 2730368B2 JP 3350187 A JP3350187 A JP 3350187A JP 35018791 A JP35018791 A JP 35018791A JP 2730368 B2 JP2730368 B2 JP 2730368B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superconducting
thin film
field effect
effect element
substrate
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP3350187A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH05160454A (ja
Inventor
孝夫 中村
道朝 飯山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP3350187A priority Critical patent/JP2730368B2/ja
Publication of JPH05160454A publication Critical patent/JPH05160454A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2730368B2 publication Critical patent/JP2730368B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【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、極めて短
いゲート長を有し、良好な特性を有する超電導電界効果
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。超電導素子としては、ジョセフソ
ン素子がよく知られているが、ジョセフソン素子は2端
子の素子であるので論理回路を構成しようとすると、回
路が複雑になる。そのため、3端子の超電導素子が実用
上有利である。
【0003】3端子の超電導素子には、近接させて配置
した超電導領域間の半導体に超電導電流を流す超電導近
接効果を利用したものと、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ものとが代表的である。
どちらの素子も入出力の分離が可能であり、電圧制御型
の素子であって、信号の増幅作用があるという点では共
通している。しかしながら、超電導近接効果を得るため
には、超電導領域をその超電導体のコヒーレンス長の数
倍(酸化物超電導体の場合数nm)以内の距離に配置しな
ければならない。従って、非常に精密な加工が要求され
る。それに対し、チャネルが超電導チャネルになってい
る超電導素子は、電流密度が大きく、製造上も超電導
を近接させて配置するという微細加工を必要としな
い。
【0004】図2に、超電導チャネルを有する超電導電
界効果型素子の一例の概略図を示す。図2の超電導電界
効果型素子は、基板5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。
【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。
【0006】また、上記の超電導電界効果型素子では、
超電導チャネルの超電導電流は水平方向に流れ、超電導
ソース領域および超電導ドレイン領域の超電導電流は垂
直方向に流れる。従って、超電導チャネルは、水平方向
に大きな電流を流すことができるc軸配向の酸化物超電
導薄膜で構成されていることが好ましく、超電導ソース
領域および超電導ドレイン領域は、垂直方向に大きな電
流を流すことができるa軸配向の酸化物超電導薄膜で構
成されていることが好ましい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来の超電導
電界効果型素子では、a軸配向の酸化物超電導薄膜で構
成されている部分と、c軸配向の酸化物超電導薄膜で構
成されている部分とが、連続していなければならなかっ
た。そのため、従来は、a軸配向、c軸配向どちらか一
方の酸化物超電導薄膜を最初に成膜した後、不要な部分
をエッチングし、他方の酸化物超電導薄膜を再び成膜し
ていた。
【0008】しかしながら、上記従来の方法で作製され
た従来の超電導電界効果型素子は、エッチングの影響に
より酸化物超電導薄膜の超電導特性が悪化したり、a軸
配向の酸化物超電導薄膜と、c軸配向の酸化物超電導薄
膜との界面で抵抗成分や不要なジョセフソン接合が生じ
ることがある。
【0009】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。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、基板
と、該基板上に形成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、前記基
板上で該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、該超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置
され、該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常電導体で構成されたゲート電
極とを備える超電導電界効果型素子において、前記基板
が成膜面に段差を有し、前記超電導ソース領域および前
記超電導ドレイン領域が、それぞれ前記段差の下側およ
び上側の成膜面に形成されたc軸配向の酸化物超電導薄
膜で構成され、前記超電導チャネルが前記超電導ソース
領域および前記超電導ドレイン領域上に形成された極薄
c軸配向の酸化物超電導薄膜で構成されており、前記
ゲート絶縁層およびゲート電極が前記極薄のc軸配向の
酸化物超電導薄膜の段差の部分上に配置されていること
を特徴とする超電導電界効果型素子が提供される。
【0011】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、成膜面に段
差を設けた基板上にc軸配向の酸化物超電導薄膜を成膜
し、該酸化物超電導薄膜の前記基板成膜面の段差の上の
部分を選択的にエッチングして除去し、前記段差の上側
の成膜面および下側の成膜面上にそれぞれ分離された前
記酸化物超電導薄膜全体の上に極薄のc軸配向の酸化物
超電導薄膜を成膜する工程を含むことを特徴とする方法
が提供される。
【0012】
【作用】本発明の超電導電界効果型素子は、超電導ソー
ス領域および超電導ドレイン領域が基板成膜面の段差の
下側および上側に形成された酸化物超電導薄膜で構成さ
れている。また、超電導チャネルは、超電導ソース領域
および超電導ドレイン領域にかかって形成された極薄の
酸化物超電導薄膜で構成されている。従って、本発明の
超電導電界効果型素子では、超電導チャネルのゲート
は、基板成膜面の段差上の部分にある。この構成によ
り、本発明の超電導電界効果型素子は、ゲート長を極め
て短くすることが可能である。
【0013】本発明の超電導電界効果型素子は、ほぼ水
平方向に超電導電流が流れるので、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をc軸配向の
酸化物超電導薄膜で構成することが好ましい。従って、
本発明の超電導電界効果型素子では、従来の酸化物超電
導体を使用した超電導電界効果型素子で問題になったよ
うな、c軸配向の酸化物超電導薄膜と、a軸配向の酸化
物超電導薄膜との間で抵抗成分や不要なジョセフソン接
合が発生する恐れがない。
【0014】本発明の方法では、上記本発明の超電導電
界効果型素子を作製するのに、段差を設けた基板成膜面
上に酸化物超電導薄膜を形成し、この酸化物超電導薄膜
の段差の上の部分を選択的にエッチングする。酸化物超
電導薄膜の段差の上の部分は、結晶が乱れていてエッチ
ングされやすく、また膜厚が薄いので、この選択的エッ
チングは容易である。さらに、エッチング部分を制御す
るため、段差に任意の傾斜を与えることも有効である。
【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、Y1Ba2Cu37-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、Bi2Sr2Ca2Cu3x 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。
【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。
【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MgO基板5の成膜面
を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、図1(b)に
示すよう段差51を設ける。段差51を形成してできた成膜
面52、53を清浄にするために圧力1×10-9Torr以下の超
高真空中で350〜400℃に加熱する熱処理を行う。次に、
図1(c)に示すようc軸配向のY1Ba2Cu37-X酸化物超
電導薄膜1を成膜する。成膜方法としては、各種のスパ
ッタリング法、MBE法、真空蒸着法、CVD法等任意
の方法が使用可能である。オフアクシススパッタリング
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 700℃ スパッタリングガス Ar 90% O2 10% 圧力 10Pa 膜厚 300nm
【0018】次に、このY1Ba2Cu37-X酸化物薄膜1の
段差上の部分を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選択エッチング
して除去し、図1(d)に示すよう、超電導ソース領域2
と超電導ドレイン領域3とに分割する。Y1Ba2Cu37-X
酸化物薄膜1の段差上の部分の結晶は、乱れている上に
成膜される厚さが薄いのでレジスト等の選択エッチング
用のマスクを設けなくても容易に選択エッチングができ
る。この結果、分離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の表面は、なだらかな曲面になる。
この後、図1(e) 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上にやはりオフアクシススパッ
タリング法で約5nmのc軸配向のY1Ba2Cu37-X酸化物
超電導薄膜11を成膜する。Y1Ba2Cu37-X酸化物超電導
薄膜11は、超電導チャネルを構成する。主な成膜条件を
以下に示す。 基板温度 700℃ スパッタリングガス Ar 90 % O2 10 % 圧力 10 Pa 膜厚 5nm
【0019】上記のように形成されたY1Ba2Cu37-X
化物超電導薄膜11は、なだらかな曲面上に成膜されるの
で一様なc軸配向の酸化物超電導薄膜になる。このY1B
a2Cu37-X酸化物超電導薄膜11の段差上の部分は、超電
導チャネル10となる。最後に、図1(f)に示すよう超電
導チャネル10上にゲート絶縁層7およびゲート電極4を
形成して本発明の超電導電界効果型素子が完成する。上
記本発明の超電導電界効果型素子は、段差上の一部のみ
が超電導チャネルとなるので、ゲート長が極めて短くな
る。
【0020】以上のように、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10、
超電導ソース領域2および超電導ドレイン領域3が、す
べてc軸配向の酸化物超電導薄膜で構成されている。従
って、超電導チャネル10と、超電導ソース領域2および
超電導ドレイン領域3との間に抵抗成分や不要なジョセ
フソン接合が存在しない。また、超電導チャネル10のゲ
ート長が極めて短いので良好な電流−電圧特性を示す。
【0021】
【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、超電導チャネルと、超電導ソース
領域および超電導ドレイン領域との間に抵抗成分や不要
なジョセフソン接合が存在しないので、従来の超電導電
界効果型素子よりも優れた特性を示す。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図2】超電導電界効果型素子の構成を説明する図であ
る。
【符号の説明】
1、11 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 ゲート電極 5 基板 7 ゲート絶縁層 10 超電導チャネル

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、該基板上に形成された酸化物超
    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、前記基板上で該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、該超電導チャネル上にゲート
    絶縁層を介して配置され、該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常電導体で
    構成されたゲート電極とを備える超電導電界効果型素子
    において、前記基板が成膜面に段差を有し、前記超電導
    ソース領域および前記超電導ドレイン領域が、それぞれ
    前記段差の下側および上側の成膜面に形成されたc軸配
    向の酸化物超電導薄膜で構成され、前記超電導チャネル
    が前記超電導ソース領域および前記超電導ドレイン領域
    上に形成された極薄のc軸配向の酸化物超電導薄膜で構
    成されており、前記ゲート絶縁層およびゲート電極が前
    記極薄のc軸配向の酸化物超電導薄膜の段差の部分上に
    配置されていることを特徴とする超電導電界効果型素
    子。
  2. 【請求項2】 前記超電導チャネルがなだらかな曲面上
    に成膜された一様なc軸配向の酸化物超電導薄膜で構成
    されていることを特徴とする請求項1に記載の超電導電
    界効果型素子。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の超電導電界効果型素子
    を作製する方法において、成膜面に段差を設けた基板上
    c軸配向の酸化物超電導薄膜を成膜し、該酸化物超電
    導薄膜の前記基板成膜面の段差の上の部分を選択的にエ
    ッチングして除去し、前記段差の上側の成膜面および下
    側の成膜面上にそれぞれ分離された前記酸化物超電導薄
    膜全体の上に極薄のc軸配向の酸化物超電導薄膜を成膜
    する工程を含むことを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】 前記極薄のc軸配向の酸化物超電導薄膜
    の前記段差の上の部分にゲート絶縁層およびゲート電極
    を重ねて作製する工程を含むことを特徴とする請求項3
    に記載の方法。
JP3350187A 1991-12-10 1991-12-10 超電導電界効果型素子およびその作製方法 Expired - Lifetime JP2730368B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3350187A JP2730368B2 (ja) 1991-12-10 1991-12-10 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
JP3350187A JP2730368B2 (ja) 1991-12-10 1991-12-10 超電導電界効果型素子およびその作製方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05160454A JPH05160454A (ja) 1993-06-25
JP2730368B2 true JP2730368B2 (ja) 1998-03-25

Family

ID=18408811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3350187A Expired - Lifetime JP2730368B2 (ja) 1991-12-10 1991-12-10 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) JP2730368B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI111198B (fi) * 1993-12-27 2003-06-13 Sumitomo Electric Industries Menetelmä portaan muodostamiseksi substraatin kasvatuspinnalle oksidisuprajohdetta käyttävää suprajohtavaa laitetta varten sekä menetelmä porrastyyppisen Josephson-liitoslaitteen valmistamiseksi

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2594934B2 (ja) * 1987-04-01 1997-03-26 株式会社日立製作所 弱結合型ジヨセフソン素子
JPS6453474A (en) * 1987-08-24 1989-03-01 Nippon Sheet Glass Co Ltd Superconducting transistor
JPH01170080A (ja) * 1987-12-25 1989-07-05 Furukawa Electric Co Ltd:The 超電導fet素子
JPH02192774A (ja) * 1989-01-21 1990-07-30 Shimadzu Corp 準平面型ジョセフソン接合素子

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05160454A (ja) 1993-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5236896A (en) Superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material
EP0798790A1 (en) Method for manufacturing a superconducting device having an extremely thin superconducting channel
JPH05251777A (ja) 超電導電界効果型素子およびその作製方法
US5509183A (en) Method for manufacturing a superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material
JP2730368B2 (ja) 超電導電界効果型素子およびその作製方法
US5854493A (en) Superconduting device having an extremely short superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same
JP2680961B2 (ja) 超電導電界効果型素子およびその作製方法
JP2680949B2 (ja) 超電導電界効果型素子の作製方法
JP2680960B2 (ja) 超電導電界効果型素子およびその作製方法
JP2773503B2 (ja) 超電導電界効果型素子およびその作製方法
JP2680954B2 (ja) 超電導電界効果型素子
JP2680959B2 (ja) 超電導電界効果型素子およびその作製方法
JP2597743B2 (ja) 超電導素子の作製方法
JP2641976B2 (ja) 超電導素子および作製方法
JP2614940B2 (ja) 超電導素子および作製方法
JP2667289B2 (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
JP2599498B2 (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
JP2641966B2 (ja) 超電導素子および作製方法
JP2641975B2 (ja) 超電導素子および作製方法
JPH05251775A (ja) 超電導電界効果型素子およびその作製方法
JP2737499B2 (ja) 超電導電界効果型素子およびその作製方法
JP2599500B2 (ja) 超電導素子および作製方法
JP2641971B2 (ja) 超電導素子および作製方法

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19971118