JP3232642B2 - 電流変調装置 - Google Patents
電流変調装置Info
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- JP3232642B2 JP3232642B2 JP09658992A JP9658992A JP3232642B2 JP 3232642 B2 JP3232642 B2 JP 3232642B2 JP 09658992 A JP09658992 A JP 09658992A JP 9658992 A JP9658992 A JP 9658992A JP 3232642 B2 JP3232642 B2 JP 3232642B2
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- Japan
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- superconductor
- electrode
- channel
- current
- control electrode
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロエレクトロニク
ス分野やパワーエレクトロニクス（電力）分野に適した
高速で且つ大電流容量化の可能な電流変調装置に関する
ものである。
ス分野やパワーエレクトロニクス（電力）分野に適した
高速で且つ大電流容量化の可能な電流変調装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】高速化、大電流容量化を目指した電流変
調装置の代表に超伝導体を用いた素子が挙げられる。
調装置の代表に超伝導体を用いた素子が挙げられる。
【０００３】この超伝導体を用いた電流変調装置は一般
に２端子素子と３端子素子の２つに分類できるが、ここ
では高集積化の容易な３端子素子について説明する。
に２端子素子と３端子素子の２つに分類できるが、ここ
では高集積化の容易な３端子素子について説明する。
【０００４】３端子素子は基本的には２つの電極超伝導
体の間にチャネル接合体を設け、該チャネル接合体に制
御電極を取り付けた構造からなる。チャネル接合体とし
ては、絶縁体、半導体、常伝導体、あるいは超伝導体が
用いられる。さて、チャネル接合体として超伝導体を用
いた電流変調装置、換言すると電極超伝導体・チャネル
超伝導体・電極超伝導体の構造を有する電流変調装置は
他のチャネル接合体を用いた電流変調装置と比較してチ
ャネル接合体のサイズ制限がほとんどなく、制御電極の
取り付けが容易であり且つ大電流容量化が可能と言う長
所を持っている。これは、他のチャネル接合体を用いる
場合にはトンネル効果や近接効果という数Å〜数１００
Å以下のサイズでしか有効でない効果が素子特性を支配
しているのに対し、チャネル接合体として超伝導体を用
いる場合にはチャネル超伝導体の超伝導キャリヤが制御
電極信号によって変調される効果が素子特性を支配して
いるからである。それゆえ、通常のフォトリソグラフィ
ー技術が利用可能なミクロンオーダー以上のパターンル
ールで製造できる３端子素子は電極超伝導体・チャネル
超伝導体・電極超伝導体の構造からなる電流変調装置だ
けである。
体の間にチャネル接合体を設け、該チャネル接合体に制
御電極を取り付けた構造からなる。チャネル接合体とし
ては、絶縁体、半導体、常伝導体、あるいは超伝導体が
用いられる。さて、チャネル接合体として超伝導体を用
いた電流変調装置、換言すると電極超伝導体・チャネル
超伝導体・電極超伝導体の構造を有する電流変調装置は
他のチャネル接合体を用いた電流変調装置と比較してチ
ャネル接合体のサイズ制限がほとんどなく、制御電極の
取り付けが容易であり且つ大電流容量化が可能と言う長
所を持っている。これは、他のチャネル接合体を用いる
場合にはトンネル効果や近接効果という数Å〜数１００
Å以下のサイズでしか有効でない効果が素子特性を支配
しているのに対し、チャネル接合体として超伝導体を用
いる場合にはチャネル超伝導体の超伝導キャリヤが制御
電極信号によって変調される効果が素子特性を支配して
いるからである。それゆえ、通常のフォトリソグラフィ
ー技術が利用可能なミクロンオーダー以上のパターンル
ールで製造できる３端子素子は電極超伝導体・チャネル
超伝導体・電極超伝導体の構造からなる電流変調装置だ
けである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電極超
伝導体・チャネル超伝導体・電極超伝導体の構造を有す
る電流変調装置は、上記のように製造が容易であるとい
う長所がある反面、制御電極信号による制御性が低く、
スイッチング特性が他のチャネル接合体を用いた電流変
調装置、特に半導体をチャネル接合体に用いた電流変調
装置に比べて劣るという欠点があった。スイッチング特
性が悪いことは電流変調装置の応用上大きな制約にな
り、製造が容易であるという長所を生かせる応用分野が
限定されることを意味する。それゆえこれは大きな問題
である。
伝導体・チャネル超伝導体・電極超伝導体の構造を有す
る電流変調装置は、上記のように製造が容易であるとい
う長所がある反面、制御電極信号による制御性が低く、
スイッチング特性が他のチャネル接合体を用いた電流変
調装置、特に半導体をチャネル接合体に用いた電流変調
装置に比べて劣るという欠点があった。スイッチング特
性が悪いことは電流変調装置の応用上大きな制約にな
り、製造が容易であるという長所を生かせる応用分野が
限定されることを意味する。それゆえこれは大きな問題
である。
【０００６】本発明は以上述べた問題点を解決するもの
であり、その目的はミクロンオーダーのパターンルール
で製造が可能であり、しかも制御電極信号による制御性
が良好で充分なスイッチング特性を有する電流変調装置
を提供することにある。
であり、その目的はミクロンオーダーのパターンルール
で製造が可能であり、しかも制御電極信号による制御性
が良好で充分なスイッチング特性を有する電流変調装置
を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電流変調装
置は、第１の電極超伝導体、チャネル超伝導体、第２の
電極超伝導体、および制御電極を具備し、チャネル超伝
導体を介して第１の電極超伝導体と第２の電極超伝導体
の間を流れる電流を前記制御電極に印加される制御電極
信号によって制御する電流変調装置において、制御電極
を直接接合、障壁を介した接合、または誘電体を介した
接合の２種類以上の複合接合状態でチャネル超伝導体と
接続させることを特徴としている。また、第１、第２の
電極超伝導体、チャネル超伝導体が酸化物であることを
特徴としている。尚、好ましくは、第１と第２の超伝導
体の臨界温度はチャネル超伝導体の臨界温度より高い方
が良い。
置は、第１の電極超伝導体、チャネル超伝導体、第２の
電極超伝導体、および制御電極を具備し、チャネル超伝
導体を介して第１の電極超伝導体と第２の電極超伝導体
の間を流れる電流を前記制御電極に印加される制御電極
信号によって制御する電流変調装置において、制御電極
を直接接合、障壁を介した接合、または誘電体を介した
接合の２種類以上の複合接合状態でチャネル超伝導体と
接続させることを特徴としている。また、第１、第２の
電極超伝導体、チャネル超伝導体が酸化物であることを
特徴としている。尚、好ましくは、第１と第２の超伝導
体の臨界温度はチャネル超伝導体の臨界温度より高い方
が良い。
【０００８】
【実施例】以下、本発明を実施例に従い詳細に説明す
る。
る。
【０００９】（実施例１）図１と図２は本発明の第１の
実施例における電流変調装置の断面構造を示す図であ
り、図２は図１のＡ−Ａ′に於ける断面構造図である。
電流変調装置は、第１の電極超伝導体１、第２の超伝導
体２、チャネル超伝導体３、障壁４、誘電体５、制御電
極６ａ、６ｂおよび基板７から構成され、制御電極６ａ
は障壁４を制御電極６ｂは誘電体５を介してチャネル超
伝導体３と接続する構造になっている。
実施例における電流変調装置の断面構造を示す図であ
り、図２は図１のＡ−Ａ′に於ける断面構造図である。
電流変調装置は、第１の電極超伝導体１、第２の超伝導
体２、チャネル超伝導体３、障壁４、誘電体５、制御電
極６ａ、６ｂおよび基板７から構成され、制御電極６ａ
は障壁４を制御電極６ｂは誘電体５を介してチャネル超
伝導体３と接続する構造になっている。
【００１０】本実施例の電流変調装置を作製するプロセ
スと材料のポイントは次のとうりである。まず、チタン
酸ストロンチウム単結晶よりなる基板７上に膜厚が５０
０Å〜１０００ÅのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7ーX系酸化物超伝導
薄膜を形成する。このＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7ーX膜の臨界温度
は９０Ｋである。尚基板は超伝導薄膜との反応が少なく
格子定数整合性が良い材料でさえあればチタン酸ストロ
ンチウムに限られるものではない。次に超伝導薄膜形成
後にフォトリソグラフィーを用いてパターニングをおこ
ない、第１の電極超伝導体１と第２の電極超伝導体２を
同時に得る。この２つの電極間の距離は従来の技術で述
べたように自由に設定できる。
スと材料のポイントは次のとうりである。まず、チタン
酸ストロンチウム単結晶よりなる基板７上に膜厚が５０
０Å〜１０００ÅのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7ーX系酸化物超伝導
薄膜を形成する。このＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7ーX膜の臨界温度
は９０Ｋである。尚基板は超伝導薄膜との反応が少なく
格子定数整合性が良い材料でさえあればチタン酸ストロ
ンチウムに限られるものではない。次に超伝導薄膜形成
後にフォトリソグラフィーを用いてパターニングをおこ
ない、第１の電極超伝導体１と第２の電極超伝導体２を
同時に得る。この２つの電極間の距離は従来の技術で述
べたように自由に設定できる。
【００１１】次に、膜厚が５０Å〜１００Å、臨界温度
が８０ＫのＹＢａ2Ｃｕ4Ｏ8系超伝導体よりなるチャネ
ル超伝導体３を形成・パターニングする。次に誘電体４
とＡｌよりなる制御電極６ａと６ｂを形成・パターニン
グする。このときＡｌである制御電極６ａの界面は酸化
され障壁４が形成される。以上のプロセスにより電流変
調装置を得る。
が８０ＫのＹＢａ2Ｃｕ4Ｏ8系超伝導体よりなるチャネ
ル超伝導体３を形成・パターニングする。次に誘電体４
とＡｌよりなる制御電極６ａと６ｂを形成・パターニン
グする。このときＡｌである制御電極６ａの界面は酸化
され障壁４が形成される。以上のプロセスにより電流変
調装置を得る。
【００１２】得られた電流変調装置のスイッチング比を
調べた。測定温度は７７Ｋである。スイッチング比は制
御電極６ａと６ｂに信号を印加したときとしないときの
第１の超伝導電極１と第２の超伝導電極２間に流れる電
流比（Ｊｃ ｏｎ／Ｊｃ ｏｆｆ）により表した。表１に
比較例である誘電体５を介してのみの接合による制御と
障壁４を介してのみの接合による制御と共に結果を示し
た。
調べた。測定温度は７７Ｋである。スイッチング比は制
御電極６ａと６ｂに信号を印加したときとしないときの
第１の超伝導電極１と第２の超伝導電極２間に流れる電
流比（Ｊｃ ｏｎ／Ｊｃ ｏｆｆ）により表した。表１に
比較例である誘電体５を介してのみの接合による制御と
障壁４を介してのみの接合による制御と共に結果を示し
た。
【００１３】
【表１】
【００１４】表より判るように制御電極５とチャネル超
伝導体３との接合を障壁４と誘電体５を介する２形態に
することにより顕著にスイッチング特性が向上してい
る。
伝導体３との接合を障壁４と誘電体５を介する２形態に
することにより顕著にスイッチング特性が向上してい
る。
【００１５】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
における電流変調装置の断面構造図を示す。基本構成は
実施例１と変わらないが誘電体５を介しての接合が基板
７側にあり障壁４を介しての接合がチャネル超伝導体３
を挟んで誘電体５の反対側に形成している。
における電流変調装置の断面構造図を示す。基本構成は
実施例１と変わらないが誘電体５を介しての接合が基板
７側にあり障壁４を介しての接合がチャネル超伝導体３
を挟んで誘電体５の反対側に形成している。
【００１６】本実施例の電流変調装置を作製するプロセ
スと材料のポイントは次のとうりである。まず、チタン
酸ストロンチウム単結晶よりなる基板７上にフォトリソ
グラフィーにより溝を形成し、その溝部にＰｔよりなる
制御電極６ｂと誘電体５を形成する。本実施例では誘電
体５は好ましくは基板７と同じチタン酸ストロンチウム
が良い。次に膜厚が５００Å〜１０００Åで臨界温度が
９０ＫのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7ーX系酸化物超伝導薄膜を形成
・パターニングし第１の電極超伝導体１と第２の電極超
伝導体２を設ける。次に膜厚が５０Å〜１００Å、臨界
温度が８０ＫのＹＢａ2Ｃｕ4Ｏ8系超伝導体よりなるチ
ャネル超伝導体３を形成・パターニングする。
スと材料のポイントは次のとうりである。まず、チタン
酸ストロンチウム単結晶よりなる基板７上にフォトリソ
グラフィーにより溝を形成し、その溝部にＰｔよりなる
制御電極６ｂと誘電体５を形成する。本実施例では誘電
体５は好ましくは基板７と同じチタン酸ストロンチウム
が良い。次に膜厚が５００Å〜１０００Åで臨界温度が
９０ＫのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7ーX系酸化物超伝導薄膜を形成
・パターニングし第１の電極超伝導体１と第２の電極超
伝導体２を設ける。次に膜厚が５０Å〜１００Å、臨界
温度が８０ＫのＹＢａ2Ｃｕ4Ｏ8系超伝導体よりなるチ
ャネル超伝導体３を形成・パターニングする。
【００１７】制御電極６ｂにＰｔを用いたのはＰｔは誘
電体５とチャネル超伝導体３と格子定数の整合性が比較
的良く後に形成する誘電体５とチャネル超伝導体３をエ
ピタキシャル成長させ易いためである。次にチャネル超
伝導体３上にＡｌよりなる制御電極６ａを形成・パター
ニングする。このときＡｌのチャネル超伝導体３との界
面は酸化され障壁４が形成される。以上のプロセスによ
り電流変調装置を得る。
電体５とチャネル超伝導体３と格子定数の整合性が比較
的良く後に形成する誘電体５とチャネル超伝導体３をエ
ピタキシャル成長させ易いためである。次にチャネル超
伝導体３上にＡｌよりなる制御電極６ａを形成・パター
ニングする。このときＡｌのチャネル超伝導体３との界
面は酸化され障壁４が形成される。以上のプロセスによ
り電流変調装置を得る。
【００１８】実施例１と同様にスイッチング比を調べ
た。結果を表２に示す。
た。結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】
【００２０】表より判るように実施例１と同様に顕著に
スイッチング特性が向上している。以下にこの顕著な向
上の理由を述べる。一般的に使われている誘電体５を用
いた制御はいわゆる電界効果型と言われるものでありス
イッチング機構はまだ明確にはなっていないが誘電体５
の分極によるチャネル超伝導体３内のキャリヤの吸い取
り、空乏層の形成によりものと推定されている。周知の
様に電界誘導効果はチャネル超伝導内には広がりずらく
これらの変化は極表面に限られたものになつているため
電界効果型のスイッチング比は低い。但し膜厚をその極
表面の厚さ約１０Å以下にすると良好なスイッチング比
を得られると推定されるがこの厚さは酸化物超伝導体で
所定の特性を得るには不可能に近い値である。尚酸化物
超伝導体の膜厚と所得性については寺島らが「粉体及び
粉末冶金」第３６巻，第５号，ｐｐ５９２，１９８９や
パリティ Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．２，ｐｐ４４，１９９１
に詳細を述べている。しかし誘電体５を介した接合の近
傍に障壁４を介した別形態の接合を設け電界効果の他に
ホットエレクトロンの注入、準粒子の注入、チャネル超
伝導体３内のペアポテンシャルの制御等別効果を加える
と電界誘電効果の広がりが増えたり、雪崩現象的に電界
誘導をチャネル内に導く引き金になり単なる足された改
善効果でなく相乗効果が現われてくるためと考えてい
る。本実施例の類似構造にダブルゲートがあるがこれは
同一形態の接続が２カ所有るだけで相乗的効果が少なく
機構は本実施例と基本的に異なる。
スイッチング特性が向上している。以下にこの顕著な向
上の理由を述べる。一般的に使われている誘電体５を用
いた制御はいわゆる電界効果型と言われるものでありス
イッチング機構はまだ明確にはなっていないが誘電体５
の分極によるチャネル超伝導体３内のキャリヤの吸い取
り、空乏層の形成によりものと推定されている。周知の
様に電界誘導効果はチャネル超伝導内には広がりずらく
これらの変化は極表面に限られたものになつているため
電界効果型のスイッチング比は低い。但し膜厚をその極
表面の厚さ約１０Å以下にすると良好なスイッチング比
を得られると推定されるがこの厚さは酸化物超伝導体で
所定の特性を得るには不可能に近い値である。尚酸化物
超伝導体の膜厚と所得性については寺島らが「粉体及び
粉末冶金」第３６巻，第５号，ｐｐ５９２，１９８９や
パリティ Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．２，ｐｐ４４，１９９１
に詳細を述べている。しかし誘電体５を介した接合の近
傍に障壁４を介した別形態の接合を設け電界効果の他に
ホットエレクトロンの注入、準粒子の注入、チャネル超
伝導体３内のペアポテンシャルの制御等別効果を加える
と電界誘電効果の広がりが増えたり、雪崩現象的に電界
誘導をチャネル内に導く引き金になり単なる足された改
善効果でなく相乗効果が現われてくるためと考えてい
る。本実施例の類似構造にダブルゲートがあるがこれは
同一形態の接続が２カ所有るだけで相乗的効果が少なく
機構は本実施例と基本的に異なる。
【００２１】本実施例では障壁と誘電体を介した２形態
の接合で説明したがこの他に制御電極をＡｕやＰｔなど
酸化しずらい材料を用いてチャネル超伝導体に直接接合
する形態を加えてもペアポテンシャルを変調できるため
同様な効果を与え、２形態の複合で説明したが障壁、誘
電体、直接接合の複合等２形態を越える複合であっても
効果は同じであり何等差し支えない。また図２に於て制
御電極は６ａと６ｂとに分かれて形成されているが特性
により使い分ければ一体であっても良く、超伝導体にＹ
系超伝導体を用いたがＢｉ系やＴｌ系超伝導体等を用い
ても差し支えない。
の接合で説明したがこの他に制御電極をＡｕやＰｔなど
酸化しずらい材料を用いてチャネル超伝導体に直接接合
する形態を加えてもペアポテンシャルを変調できるため
同様な効果を与え、２形態の複合で説明したが障壁、誘
電体、直接接合の複合等２形態を越える複合であっても
効果は同じであり何等差し支えない。また図２に於て制
御電極は６ａと６ｂとに分かれて形成されているが特性
により使い分ければ一体であっても良く、超伝導体にＹ
系超伝導体を用いたがＢｉ系やＴｌ系超伝導体等を用い
ても差し支えない。
【００２２】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、第１の電極超伝導体、中間部超伝導体、第２の電極
超伝導体、および制御電極を具備し、チャネル超伝導体
を介して第１の電極超伝導体と第２の電極超伝導体の間
を流れる電流を制御電極信号によって制御する電流変調
装置において制御電極を直接、障壁または誘電体等を介
して２種類以上の形態でチャネル超伝導体と接続させる
ことによりミクロンオーダー以上のサイズだけから構成
できてしかも制御電極信号による制御性が良好で充分な
スイッチイグ特性を有する電流変調装置を提供すること
ができる。
ば、第１の電極超伝導体、中間部超伝導体、第２の電極
超伝導体、および制御電極を具備し、チャネル超伝導体
を介して第１の電極超伝導体と第２の電極超伝導体の間
を流れる電流を制御電極信号によって制御する電流変調
装置において制御電極を直接、障壁または誘電体等を介
して２種類以上の形態でチャネル超伝導体と接続させる
ことによりミクロンオーダー以上のサイズだけから構成
できてしかも制御電極信号による制御性が良好で充分な
スイッチイグ特性を有する電流変調装置を提供すること
ができる。
【００２３】本発明を酸化物超伝導体を用いた電流変調
装置に応用すれば、制御性がよく大電流容量に対応でき
使用環境の制限の少ない３端子素子を通常のフォトリソ
グラフィー技術を用いて製造できるからその効果は極め
て大である。
装置に応用すれば、制御性がよく大電流容量に対応でき
使用環境の制限の少ない３端子素子を通常のフォトリソ
グラフィー技術を用いて製造できるからその効果は極め
て大である。
【図１】本発明の第１の実施例における電流変調装置の
断面構造を示す図。
断面構造を示す図。
【図２】本発明の第１の実施例における電流変調装置の
Ａ−Ａ´の断面構造を示す図。
Ａ−Ａ´の断面構造を示す図。
【図３】本発明の第２の実施例における電流変調装置の
断面構造を示す図。
断面構造を示す図。
１ ・・・ 第１の電極超伝導体 ２ ・・・ 第２の電極超伝導体 ３ ・・・ チャネル超伝導体 ４ ・・・ 障壁 ５ ・・・ 誘電体 ６ａ・・・ 制御電極 ６ｂ・・・ 制御電極 ７ ・・・ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下田 達也 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−230780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−281481（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−194569（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−223175（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/00
Claims (2)
- 【請求項１】 第１の電極超伝導体、チャネル超伝導
体、第２の電極超伝導体、および制御電極を具備し、チ
ャネル超伝導体を介して第１の電極超伝導体と第２の電
極超伝導体の間を流れる電流を前記制御電極に印加され
る制御電極信号によって制御する電流変調装置におい
て、制御電極を直接接合、障壁を介した接合、または誘電体
を介した接合の２種類以上の複合接合状態でチャネル超
伝導体と接続させる ことを特徴とする電流変調装置。 - 【請求項２】 第１、第２の電極超伝導体、チャネル超
伝導体が酸化物であることを特徴とする請求項１記載の
電流変調装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09658992A JP3232642B2 (ja) | 1992-04-16 | 1992-04-16 | 電流変調装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09658992A JP3232642B2 (ja) | 1992-04-16 | 1992-04-16 | 電流変調装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05299713A JPH05299713A (ja) | 1993-11-12 |
| JP3232642B2 true JP3232642B2 (ja) | 2001-11-26 |
Family
ID=14169111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09658992A Expired - Lifetime JP3232642B2 (ja) | 1992-04-16 | 1992-04-16 | 電流変調装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3232642B2 (ja) |
-
1992
- 1992-04-16 JP JP09658992A patent/JP3232642B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05299713A (ja) | 1993-11-12 |
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