JPH0291983A - superconducting transistor - Google Patents
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
酸化物超伝導体を用いたトランジスタ、特に、ソース及
びドレイン間のチャネル領域に相当する部分に導電性微
粒子を介在させた超伝導トランジスタに関し、
導電性微粒子として酸化物超伝導体を用いることで特性
のバラツキが少なく且つ高速の超伝導トランジスタを提
供することを目的とし、金属に比較してキャリヤ濃度が
低く且つ超伝導を示す程度にキャリヤ濃度が高く維持さ
れた酸化物超伝導体からなるソース部分並びにドレイン
部分と、該ソース部分並びにドレイン部分の間に介在し
且つそれらと同じ物質からなっていて超伝導を示す程度
にキャリヤ濃度が高く維持された酸化物超伝導体からな
る微粒子部分と、該微粒子部分と前記ソース部分並びに
ドレイン部分との間にキャリヤがトンネル可能である厚
さを維持して介在し且つ該微粒子部分とソース部分並び
にドレイン部分とは組成を異にした同じ物質からなって
いて超伝導を示さない程度にキャリヤ濃度が低いトンネ
ル媒質部分と、前記微粒子部分上に形成され且つそれと
は組成を異にした同じ物質からなっていて超伝導を示さ
ない程度にキャリヤ濃度が低いゲート絶縁膜と、該ゲー
ト絶縁膜上に積層され且つ前記微粒子部分とソース部分
並びにドレイン部分とは同じ組成の物質からなっていて
超伝導を示す程度にキャリヤ濃度が高いゲート導電層と
を備えてなるよう構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding a transistor using an oxide superconductor, particularly a superconducting transistor in which conductive fine particles are interposed in a portion corresponding to a channel region between a source and a drain, as the conductive fine particles. The aim is to provide a high-speed superconducting transistor with less variation in characteristics by using an oxide superconductor, which has a lower carrier concentration than metals and maintains a high carrier concentration to the extent that it exhibits superconductivity. A source part and a drain part made of an oxide superconductor, and an oxide which is interposed between the source part and the drain part and is made of the same substance as those and whose carrier concentration is maintained high enough to exhibit superconductivity. A fine particle portion made of a superconductor is interposed between the fine particle portion and the source portion and the drain portion while maintaining a thickness that allows carriers to tunnel, and the fine particle portion, the source portion, and the drain portion have a composition. A tunnel medium part is formed on the fine particle part and is made of the same material with a different composition and has a carrier concentration low enough not to exhibit superconductivity, and a tunnel medium part is made of the same material with a different composition and exhibits superconductivity. A gate insulating film having a low carrier concentration as shown in FIG. and a high gate conductivity layer.
本発明は、酸化物超伝導体を用いたトランジスタ、特に
、ソース及びドレイン間のチャネル領域に相当する部分
に導電性微粒子を介在させた超伝導トランジスタに関す
る。The present invention relates to a transistor using an oxide superconductor, and particularly to a superconducting transistor in which conductive fine particles are interposed in a portion corresponding to a channel region between a source and a drain.
近年、臨界温度が液体窒素の沸点、即ち、77(K)を
越えるような酸化物高温超伝導体が発見され、エレクト
ロニクスの分野に於いても、その利用が期待されている
。In recent years, oxide high-temperature superconductors whose critical temperature exceeds the boiling point of liquid nitrogen, ie, 77 (K), have been discovered, and their use is expected in the field of electronics.
長年に亙り超伝導エレクトロニクスの分野で使用されて
きたジョセフソン接合は、高速且つ低消費電力である旨
の利点をもつが、本質的に二端子素子である為、回路的
な工夫のみでは実現できない機能がある。Josephson junctions, which have been used in the field of superconducting electronics for many years, have the advantages of high speed and low power consumption, but because they are essentially two-terminal devices, they cannot be realized by circuit engineering alone. It has a function.
従って、超伝導現象を利用した三端子素子、即ち、トラ
ンジスタ動作をする素子が得られれば種々な機能を実現
できて好都合であり、特に、高温超伝導体を用いて実現
できれば多くの分野に進歩をもたらすことができる。Therefore, if a three-terminal device that utilizes superconductivity phenomenon, that is, a device that operates as a transistor, could be obtained, it would be advantageous because it would be possible to realize various functions.In particular, if it could be realized using high-temperature superconductors, it would lead to advances in many fields. can bring.
第3図は本発明者等が開発した超伝導トランジスタの要
部切断側面図を表している。FIG. 3 shows a cutaway side view of essential parts of the superconducting transistor developed by the present inventors.
図に於いて、31はシリコン基板、32並びに33は例
えばスパッタリング法で形成されたタンタル(Ta)F
it膜からなるソース電極並びにドレイン電極、34は
白金(Pt)からなる金属微粒子、35は酸化タンタル
膜、36は例えばAlからなるゲート電極、Sはソース
端子、Dはドレイン端子、Gはゲート端子をそれぞれ示
している。In the figure, 31 is a silicon substrate, 32 and 33 are tantalum (Ta) F formed by sputtering, for example.
Source and drain electrodes made of an IT film, 34 metal fine particles made of platinum (Pt), 35 a tantalum oxide film, 36 a gate electrode made of Al, for example, S is a source terminal, D is a drain terminal, and G is a gate terminal. are shown respectively.
この超伝導トランジスタに於いては、ソースから金属微
粒子34へ、そして、金属微粒子34からドレインへと
二回の連続したトンネル可能で電子が移動し、実効的な
キャリヤ走行時間は極めて短く、高速動作が可能である
。In this superconducting transistor, electrons move in two consecutive tunnels from the source to the metal particles 34 and from the metal particles 34 to the drain, and the effective carrier transit time is extremely short, resulting in high-speed operation. is possible.
ここで、金属微粒子34の静電容量が小さく、そして、
電子1個分の電荷に依る金属微粒子の電位変化が熱雑音
電圧kT/e(k=ポルツマン定数、T=絶対温度、e
=電荷素量)より充分に大きい場合、この電位変化は電
子の移動に対して一種のバリヤとして作用する。従って
、金属微粒子34にゲートを取り付けて電圧を印加すれ
ば、前記バリヤが実効的に変化するので、ドレイン・ソ
ース間に流れる電流を制御することができるのである。Here, the capacitance of the metal fine particles 34 is small, and
The potential change of a metal particle due to the charge of one electron is the thermal noise voltage kT/e (k = Portzmann constant, T = absolute temperature, e
= elementary charge), this potential change acts as a kind of barrier against the movement of electrons. Therefore, by attaching a gate to the metal fine particles 34 and applying a voltage, the barrier is effectively changed, and the current flowing between the drain and the source can be controlled.
前記説明したような超伝導トランジスタでは、金属微粒
子34を極めて小さく作る必要があると共に金属微粒子
34とトンネル媒質である酸化タンタル膜35との界面
及びトンネル媒質である酸化タンタル膜35とソース電
極32或いはドレイン電極33との界面に於けるバリヤ
・ハイドを精密に制御する必要があり、若し、バリヤ・
ハイドの制御が不充分であるとトランジスタの闇値電圧
が変動する。ところが、それ等界面は、金属とその酸化
物の界面であったり、半導体と金属の界面であったりす
るので、そこに生成されるバリヤ・ハイドを精密に制御
することは、かなり困難な技術であり、研究室段階では
可能であるが、量産ラインでの製造歩留りは大変に悪く
なる筈である。In the superconducting transistor as described above, it is necessary to make the metal fine particles 34 extremely small, as well as the interface between the metal fine particles 34 and the tantalum oxide film 35 which is the tunnel medium, and the interface between the tantalum oxide film 35 which is the tunnel medium and the source electrode 32 or It is necessary to precisely control the barrier hide at the interface with the drain electrode 33.
If Hyde control is insufficient, the dark voltage of the transistor will fluctuate. However, since these interfaces are between metals and their oxides, or between semiconductors and metals, it is quite difficult to precisely control the barrier hide that is generated there. Yes, it is possible at the laboratory stage, but the manufacturing yield on a mass production line would be very poor.
従って、金属微粒子を利用する超伝導トランジスタを実
用化するには、まず、特性のバラツキを解消することが
大きな課題である。Therefore, in order to put a superconducting transistor using fine metal particles into practical use, it is first important to eliminate the variation in characteristics.
一般に、金属微粒子を利用する超伝導トランジスタでは
、ソース・ドレイン間に多数の、例えば1000個以上
の金属微粒子が並列になった構造を備えている。換言す
ると、多くの単一金属微粒子をもつ超伝導トランジスタ
が並列になっているものであり、その個々の特性にバラ
ツキがあると全体としてトランジスタ特性を全く示さな
いものになってしまう。Generally, a superconducting transistor using fine metal particles has a structure in which a large number of metal fine particles, for example, 1000 or more, are arranged in parallel between a source and a drain. In other words, superconducting transistors having many single metal particles are arranged in parallel, and if there are variations in the characteristics of each of them, the transistor as a whole will not exhibit any transistor characteristics.
前記説明した金属微粒子を利用する超伝導トランジスタ
とは別に、本発明者は、さきに、酸化物超伝導体を材料
とする超伝導トランジスタを実現させたく要すれば特願
昭63−212566号参照)。Apart from the above-described superconducting transistor using fine metal particles, the present inventor also wishes to realize a superconducting transistor made of an oxide superconductor, as described in Japanese Patent Application No. 63-212566. ).
第4図はその超伝導トランジスタの要部切断側面図を表
している。FIG. 4 shows a cutaway side view of essential parts of the superconducting transistor.
図に於いて、41は酸化物超伝導体コレクタ層、42は
酸化物バリヤ層、43は酸化物超伝導体ベース層、44
は酸化物バリヤ層、45は酸化物超伝導体エミツタ層、
46はコレクタ電極、47はベース電極、48はエミッ
タ電極、49は絶縁性基板をそれぞれ示している。In the figure, 41 is an oxide superconductor collector layer, 42 is an oxide barrier layer, 43 is an oxide superconductor base layer, and 44 is an oxide superconductor collector layer.
is an oxide barrier layer, 45 is an oxide superconductor emitter layer,
46 is a collector electrode, 47 is a base electrode, 48 is an emitter electrode, and 49 is an insulating substrate.
図示の超伝導トランジスタに於いては、コレクタ層41
、ベース層43、エミツタ層45が使用温度で超伝導特
性を示すようになっている。バリヤ層42並びに44は
コレクタ層41、ベース層43、エミツタ層45と同様
な酸化物からなっているが組成を異にしている為、超伝
導電流を搬送するキャリヤ濃度が小さい値になっていて
超伝導性は示さない。In the illustrated superconducting transistor, the collector layer 41
, the base layer 43, and the emitter layer 45 exhibit superconducting characteristics at the operating temperature. The barrier layers 42 and 44 are made of the same oxide as the collector layer 41, base layer 43, and emitter layer 45, but have different compositions, so the carrier concentration that carries superconducting current is a small value. Does not exhibit superconductivity.
この超伝導トランジスタは、全てが本質的に同種類の結
晶構造物質で構成されていることから、例えば、ベース
層43とコレクタ層41との間に不所望のバリヤが発生
するようなことはなく、従って、電流伝達特性が良好で
あり、そして、半導体・超伝導体間の接触に関する電気
的特性の均−性及び再現性が良好であるなど、優れた素
子特性を実現しているのであるが、第3図に見られる金
属微粒子を利用した超伝導トランジスタとは異なり、二
回の連続したトンネル効果は利用していない。この為、
第4図に見られる超伝導トランジスタでは、エミツタ層
45からベース層43に注入されたキャリヤはコレクタ
層41に到達するまでにベース層43内を走行しなけれ
ばならない。通常、この種のトランジスタに於ける動作
速度は、キャリヤがベース層43を走行する時間で制限
を受ける。ところが、酸化物超伝導体ではキャリヤの局
在性が強く、その結果、キャリヤの移動度は小さいこと
が知られていて、−船釣に用いられている半導体に比較
して3桁以上も小さい。従って、スイッチング速度に関
しては、期待される程の特性改善は得られない。Since all of the superconducting transistors are composed of essentially the same type of crystal structure material, there is no possibility that an undesired barrier will be formed between the base layer 43 and the collector layer 41, for example. Therefore, it has achieved excellent device characteristics such as good current transfer characteristics and good uniformity and reproducibility of electrical characteristics regarding contact between semiconductors and superconductors. , unlike the superconducting transistor that uses fine metal particles seen in Figure 3, does not utilize two consecutive tunnel effects. For this reason,
In the superconducting transistor shown in FIG. 4, carriers injected into the base layer 43 from the emitter layer 45 must travel within the base layer 43 before reaching the collector layer 41. Normally, the operating speed of this type of transistor is limited by the time that carriers travel through the base layer 43. However, in oxide superconductors, carriers are highly localized, and as a result, carrier mobility is known to be small - more than three orders of magnitude lower than that of semiconductors used in fishing boats. . Therefore, in terms of switching speed, the expected improvement in characteristics cannot be obtained.
前記したようなことを考慮すると、矢張り、第3図につ
いて説明したトンネル効果を利用する超伝導トランジス
タの改善が期待されるところであろう。Considering the above-mentioned points, it is expected that improvements will be made to the superconducting transistor that utilizes the tunnel effect as explained with reference to FIG.
本発明は、酸化物超伝導体からなる微粒子を用いること
で特性のバラツキが少ない且つ高速の超伝導トランジス
タを提供しようとする。The present invention aims to provide a high-speed superconducting transistor with less variation in characteristics by using fine particles made of an oxide superconductor.
第1図は本発明の詳細な説明する為の超伝導トランジス
タの要部切断側面図を表している。FIG. 1 is a cross-sectional side view of a main part of a superconducting transistor for explaining the present invention in detail.
図に於いて、lは酸化物トンネル媒質基板(或いは層)
、2は酸化物超伝導体ソース領域、3は酸化物超伝導体
ドレイン領域、4は酸化物超伝導体からなる微粒子領域
、5は酸化物バリヤ層、6は酸化物導電層、7は金属ソ
ース電極、8は金属ドレイン電極、9は金属ゲート電極
をそれぞれ示している。In the figure, l is the oxide tunneling medium substrate (or layer)
, 2 is an oxide superconductor source region, 3 is an oxide superconductor drain region, 4 is a fine particle region made of an oxide superconductor, 5 is an oxide barrier layer, 6 is an oxide conductive layer, and 7 is a metal Reference numeral 8 indicates a source electrode, numeral 8 indicates a metal drain electrode, and numeral 9 indicates a metal gate electrode.
この超伝導トランジスタに於いて、トンネル媒質基板1
はソース領域2、ドレイン領域3、微粒子領域4と同様
な酸化物で構成されているが、組成が異なる為、超伝導
電流を搬送するキャリヤ密度がソース領域2などよりも
小さい値になっていて、ソース領域2及び微粒子領域4
間と微粒子領域4及びドレイン領域間とのバリヤとして
作用する。In this superconducting transistor, a tunnel medium substrate 1
is composed of the same oxide as the source region 2, drain region 3, and particulate region 4, but because the composition is different, the carrier density that carries the superconducting current is smaller than that of the source region 2, etc. , source region 2 and fine particle region 4
It acts as a barrier between the particulate region 4 and the drain region.
ソース領域2並びにドレイン領域3は酸化物超伝導体で
構成され使用温度で超伝導特性を示す。The source region 2 and drain region 3 are made of oxide superconductor and exhibit superconducting characteristics at the operating temperature.
微粒子領域4はソース領域2及びドレイン領域3と同じ
酸化物超伝導体からなる導電性の微粒子で構成され、そ
の直径は例えば10100(n程度であり、ソース領域
2並びにドレイン領域3と同様、使用温度で超伝導特性
を示す。The fine particle region 4 is composed of conductive fine particles made of the same oxide superconductor as the source region 2 and drain region 3, and has a diameter of, for example, about 10100 (n). Exhibits superconducting properties at different temperatures.
バリヤ層5はゲート絶縁膜であり、ソース領域2、ドレ
イン領域3などと同様の酸化物からなっているが、組成
を異にしている為、超伝導電流を搬送するキャリヤ濃度
が小さい値になっていて超伝導性は示さない。The barrier layer 5 is a gate insulating film, and is made of the same oxide as the source region 2, drain region 3, etc., but has a different composition, so the carrier concentration that carries the superconducting current is a small value. However, it does not exhibit superconductivity.
酸化物導電層6はバリヤ層5と共にゲートを構成してい
る。The oxide conductive layer 6 together with the barrier layer 5 constitutes a gate.
前記各酸化物層は理想的には単一の単結晶からなるか、
或いは、少なくとも類似の結晶構造をもち、組成の相違
に依ってキャリヤ濃度に差がある点を除けば、同種の物
質と見做して差支えないものである。即ち、全てが本質
的に同種類の結晶構造物質で構成されていることから、
例えば、ソース領域2と微粒子領域4との間、或いは、
微粒子領域4とドレイン領域3との間などに不所望の電
気的障壁が生成される虞は殆どなく、従って、特性良好
な超伝導トランジスタを再現性良く実現できる。Each of the oxide layers ideally consists of a single single crystal;
Alternatively, they can be regarded as the same type of substance, except that they have at least a similar crystal structure and differ in carrier concentration due to the difference in composition. In other words, since they are all composed of essentially the same type of crystal structure substance,
For example, between the source region 2 and the particulate region 4, or
There is almost no possibility that an undesired electrical barrier will be generated between the fine particle region 4 and the drain region 3, and therefore a superconducting transistor with good characteristics can be realized with good reproducibility.
・さて、図示の超伝導トランジスタは、次のように動作
する。・Now, the illustrated superconducting transistor operates as follows.
通常、キャリヤはソース領域2から微粒子領域4にトン
ネリングで、そして、微粒子領域4からドレイン領域3
に同じくトンネリングによって現れる。即ち、ソース領
域2から微粒子領域4へとキャリヤがトンネリングする
と微粒子の電位が変化し、微粒子領域4からドレイン領
域3に対するキャリヤのトンネル確率が増大する。その
為、ソース領域2→微粒子領域4−ドレイン領域3のト
ンネリングが連続して発生する。Typically, carriers tunnel from the source region 2 to the particulate region 4 and from the particulate region 4 to the drain region 3.
It also appears through tunneling. That is, when carriers tunnel from the source region 2 to the particulate region 4, the potential of the particulate changes, and the probability of carrier tunneling from the particulate region 4 to the drain region 3 increases. Therefore, tunneling from source region 2 to fine particle region 4 to drain region 3 occurs continuously.
ここで、微粒子領域4は、第3図についで説明した従来
の金属微粒子を利用する超伝導トランジスタと同様、微
粒子の静電容量が小さく、キャリヤ1個分の電荷に依る
微粒子の電位変化が熱雑音電圧k T / eと比較し
て充分に大きい場合は、前記電位変化がキャリヤの移動
に対するバリヤとして作用し、ゲート電極9に電圧を印
加すると該バリヤの高さが実効的に変化することから、
ドレイン・ソース間電流は制御されるものである。即ち
、ゲート電圧の印加に依って、前記トンネル電流は変化
し、トランジスタ作用が現れるものである。Here, in the fine particle region 4, as in the conventional superconducting transistor using fine metal particles explained next in FIG. If it is sufficiently large compared to the noise voltage kT/e, the potential change acts as a barrier against the movement of carriers, and applying a voltage to the gate electrode 9 effectively changes the height of the barrier. ,
The drain-source current is controlled. That is, the tunnel current changes depending on the application of the gate voltage, and a transistor effect appears.
前記したところから、本発明に依る超伝導トランジスタ
に於いては、金属に比較してキャリヤ濃度が低く且つ超
伝導を示す程度にキャリヤ濃度が高く維持された酸化物
超伝導体からなるソース部分(例えば酸化物超伝導体ソ
ース領域2)並びにドレイン部分(例えば酸化物超伝導
体ドレイン領域3)と、該ソース部分並びにドレイン部
分の間に介在し且つそれらと同じ物質からなっていて超
伝導を示す程度にキャリヤ濃度が高く維持された酸化物
超伝導体からなる微粒子部分(例えば酸化物超伝導体か
らなる微粒子領域4)と、該微粒子部分と前記ソース部
分並びにドレイン部分との間にキャリヤがトンネル可能
である厚さを維持して介在し且つ該微粒子部分とソース
部分並びにドレイン部分とは組成を異にした同じ物質か
らなっていて超伝導を示さない程度にキャリヤ濃度が低
いトンネル媒質部分(例えば酸化物トンネル媒質基板1
)と、前記微粒子部分上に形成され且つそれとは組成を
異にした同じ物質からなっていて超伝導を示さない程度
にキャリヤ濃度が低いゲート絶縁膜(例えば酸化物バリ
ヤ層)と、該ゲート′fJA縁膜上に積層され且つ前記
微粒子部分とソース部分並びにドレイン部分とは同じ組
成の物質からなっていて超伝導を示す程度にキャリヤ濃
度が高いゲート導電層(例えば酸化物導電層6)とを備
えている。From the above, in the superconducting transistor according to the present invention, the source portion ( For example, an oxide superconductor source region 2) and a drain region (for example, an oxide superconductor drain region 3) are interposed between the source region and the drain region, and are made of the same material as these and exhibit superconductivity. Carriers tunnel between a particulate part made of an oxide superconductor whose carrier concentration is maintained at a reasonably high level (for example, particulate region 4 made of oxide superconductor) and the particulate part and the source part and the drain part. The fine particle portion, the source portion, and the drain portion are made of the same material with different compositions and have a low carrier concentration to the extent that they do not exhibit superconductivity (for example, Oxide tunnel medium substrate 1
), a gate insulating film (for example, an oxide barrier layer) formed on the fine particle portion and made of the same material with a different composition and having a low carrier concentration to the extent that it does not exhibit superconductivity; A gate conductive layer (for example, an oxide conductive layer 6) is laminated on the fJA edge film, and is made of a material having the same composition as the fine particle portion, the source portion, and the drain portion, and has a high carrier concentration to the extent that it exhibits superconductivity. We are prepared.
前記手段を採ることに依り、ソース領域2からドレイン
領域3へのキャリヤの移動は二回の連続したトンネル現
象で実現されている。By adopting the above-mentioned means, the movement of carriers from the source region 2 to the drain region 3 is realized by two consecutive tunnel phenomena.
これ等のトンネル現象の間隔を定めているのは、微粒子
領域4内での電位変化の伝播とソース領域2−微粒子領
域4−ドレイン領域3のトンネル確率であって、微粒子
領域4内でのキャリヤ伝播速度には依存しない。The intervals between these tunnel phenomena are determined by the propagation of potential changes within the particle region 4 and the tunneling probability between the source region 2 - the particle region 4 - the drain region 3, and the carriers within the particle region 4. Independent of propagation speed.
微粒子領域4内での電位変化は光速で伝播するものであ
るから、その伝播時間は極めて短く、従って、高速の動
作を可能にしている。Since the potential change within the particle region 4 propagates at the speed of light, its propagation time is extremely short, thus enabling high-speed operation.
ところで、本発明に依る超伝導トランジスタの動作に大
きな影響を及ぼすのは、ソース領域2と微粒子領域4と
の間、そして、微粒子領域4とドレイン領域3との間に
それぞれ生成されるバリヤの高さ及びその形状であって
、バリヤ・ハイドにバラツキが在ると、トランジスタの
インピーダンス・レベルが大きく変動し、また、バリヤ
の形にバラツキがあっても特性の変動が現れる。By the way, what has a great influence on the operation of the superconducting transistor according to the present invention is the height of the barriers generated between the source region 2 and the particle region 4 and between the particle region 4 and the drain region 3. If there are variations in the barrier hide in terms of size and shape, the impedance level of the transistor will vary greatly, and variations in the barrier shape will also cause variations in characteristics.
第3図について説明したような金属微粒子を用いた超伝
導トランジスタのように、金属とその酸化物とで生成さ
れる界面を利用するものに於いては、金属−酸化物の界
面に於ける結晶の整合性が悪く、表面準位や酸化物中の
固定電荷の影響がある為、バリヤの形を制御するのが難
しい。In a superconducting transistor using metal fine particles as explained in Fig. 3, which utilizes an interface formed between a metal and its oxide, crystals at the metal-oxide interface It is difficult to control the shape of the barrier because of the poor matching of the barrier and the effects of surface states and fixed charges in the oxide.
第1図について説明した本発明に依る超伝導トランジス
タでは、トンネル媒質基板1、ソース領域2、ドレイン
領域3、微粒子領域4、ゲートの一部をなすバリヤN5
などは本質的に同種の物質からなっていて、各部分の界
面にトランジスタ特性を損ねるような表面準位や固定電
荷は発生せず、また、結晶構造を異にする物質量で接合
を生成させる場合のような技術的困難は存在しない。The superconducting transistor according to the present invention described with reference to FIG.
etc. are essentially made of the same type of material, and there are no surface states or fixed charges that would impair transistor characteristics at the interface of each part, and junctions are created using amounts of materials with different crystal structures. There are no technical difficulties as in the case.
第2図は本発明一実施例の要部切断側面図を表す。 FIG. 2 shows a cutaway side view of essential parts of an embodiment of the present invention.
図に於いて、21は基板、22はトンネル媒質層、23
はソース層、24はドレイン層、25は微粒子層、26
はゲート絶縁膜、27はゲート導電層、28はソース電
極、29はドレイン電極、30はゲート電極をそれぞれ
示している。In the figure, 21 is a substrate, 22 is a tunnel medium layer, 23
is a source layer, 24 is a drain layer, 25 is a fine particle layer, 26
27 is a gate insulating film, 27 is a gate conductive layer, 28 is a source electrode, 29 is a drain electrode, and 30 is a gate electrode.
本実施例に於ける各部分の主要データを例示すると次の
通りである。Examples of main data of each part in this embodiment are as follows.
+11 基板21について
材料: S r T i O3
(2)トンネル媒質層22について
材料:絶縁性L a 2 Cu O4
厚さ:400(nm)
(3) ソースN23について
材料: (L a l−X S rg ) z Cu
OaX値:0.075
厚さ:100(n10
0(n ドレイン層24について
材料: (Lad−,5FX)z CubaX値:0
.075
厚さ:100(n10
0(n微粒子層25について
材料: (L a I−X Sr、t) z Cu
OaX値:0.075
厚さ:100(n10
0(nゲート絶縁膜26について
材料:絶縁性La2C,u04
厚さ:100(n10
0(nゲート導電層27について
材料: (L al−IF S r、 ) t Cu
baX値:0.075
厚さ:300(nm)
(6) ソース電極28、ドレイン電極29、ゲート
電極30について
材料:Au
厚さ:1 〔μm〕
前記実施例では、超伝導を示す層と超伝導を示さない層
とでキャリヤ濃度を変える為、構成元素の組成を種々変
化させるようにしたが、これは、酸化物超伝導体として
、例えば、Ba2YCu3OMを用いると、酸素のlx
を変えるのみでキャリヤ濃度を変化させることが可能で
ある。+11 Material for the substrate 21: S r T i O3 (2) Material for the tunnel medium layer 22: Insulating La 2 Cu O4 Thickness: 400 (nm) (3) Material for the source N23: (L a l-X S rg ) z Cu
OaX value: 0.075 Thickness: 100(n10 0(n) Material for drain layer 24: (Lad-, 5FX)z CubaX value: 0
.. 075 Thickness: 100(n10 0(n) Material for fine particle layer 25: (L a I-X Sr, t) z Cu
OaX value: 0.075 Thickness: 100 (n10 0 (n for the gate insulating film 26 Material: insulating La2C, u04 , )t Cu
baX value: 0.075 Thickness: 300 (nm) (6) Regarding the source electrode 28, drain electrode 29, and gate electrode 30 Material: Au Thickness: 1 [μm] In order to change the carrier concentration between layers that do not exhibit conduction, we varied the composition of the constituent elements.
It is possible to change the carrier concentration simply by changing .
具体的には、Bat YCu、、ollに於いて、X値
を約6.7〜6.8程度にすると超伝導を示すようにな
り、また、X値を約6.4以下にすると半導体的性質を
示すようになる。Specifically, in Bat YCu, it becomes superconducting when the X value is about 6.7 to 6.8, and it becomes semiconducting when the begins to show characteristics.
また、B15rCaCuOを用い、
2:2:0: 1:6
なる組成にした場合、臨界温度T、は10(K)程度と
なり、また、同じく、
2:2:l:2:8
なる組成にした場合、臨界温度Tcは80(K)程度と
なり、更にまた、同じく、
2:2:2:3:10
にした場合、臨界温度Tcは110(K)程度となる。In addition, when B15rCaCuO is used and the composition is 2:2:0:1:6, the critical temperature T is about 10 (K), and similarly, when the composition is 2:2:l:2:8. In this case, the critical temperature Tc is about 80 (K), and when the ratio is 2:2:2:3:10, the critical temperature Tc is about 110 (K).
因みに、Nbを超伝導体とした場合の臨界温度Tcは9
.2 (K)程度である。By the way, the critical temperature Tc when Nb is used as a superconductor is 9
.. It is about 2 (K).
前記したところから理解できるように、本発明に依る超
伝導トランジスタでは、接合する物質が何れも酸化物で
あり、しかも、結晶構造にも共通点が多く、殆ど同じ物
質で構成できるところが大きな強みであって、例えば、
前記のB15rCaCuOではCa=0とする場合はあ
るものの、その外は全く同じ物質が採用されている。As can be understood from the above, the superconducting transistor according to the present invention has a great advantage in that the materials to be bonded are all oxides, and the crystal structure has many similarities, so it can be composed of almost the same material. For example,
In the B15rCaCuO described above, Ca=0 may be used, but other than that, the same material is used.
本発明に依る超伝導トランジスタに於いては、ソース部
分、ドレイン部分、微粒子部分、トンネル媒質部分、ゲ
ートなど全てが酸化物超伝導体或いは酸化物などの実質
的に同種の物質で構成されている。In the superconducting transistor according to the present invention, the source part, drain part, particulate part, tunnel medium part, gate, etc. are all made of substantially the same kind of material such as an oxide superconductor or an oxide. .
このような構成を採っていることから、異種物質間の接
合を形成した場合に発生する技術的問題を考慮する必要
は皆無であり、そして、各部分間に電気的障壁が生成さ
れることはないので電流伝達率が大きく、また、ソース
・ドレイン間のキャリヤ移動が2回のトンネル現象に依
って行われ、実効的なキャリヤ移動時間はトンネル確率
と微粒子部分内の電磁波伝播時間で決まる為、酸化物超
伝導体の内部に於けるキャリヤ移動時間は動作速度を制
限することにはならず、従って、周波数特性が優れてい
るなど、素子特性良好な超伝導トランジスタが再現性良
く実現されている。With this configuration, there is no need to consider the technical problems that occur when forming a bond between different materials, and there is no need to consider electrical barriers between each part. Because there is no particle, the current transfer rate is high, and the carrier movement between the source and drain is performed by two tunneling phenomena, and the effective carrier movement time is determined by the tunneling probability and the electromagnetic wave propagation time in the particulate part. The carrier movement time inside the oxide superconductor does not limit the operating speed, and therefore superconducting transistors with good device characteristics such as excellent frequency characteristics have been realized with good reproducibility. .
第1図は本発明の詳細な説明する為の超伝導トランジス
タの要部切断側面図、第2図は本発明一実施例の要部切
断側面図、第3図は従来例の要部切断側面図、第4図は
先行技術に依る超伝導トランジスタの要部切断側面図を
それぞれ表している。
図に於いて、1は酸化物トンネル媒質基板、2は酸化物
超伝導ソース領域、3は酸化物超伝導体ドレイン領域、
4は酸化物超伝導体からなる微粒子領域、5は酸化物バ
リヤ層、6は酸化物導電層、7は金属ソース電極、8は
金属ドレイン電極、9は金属ゲート電極をそれぞれ示し
ている。
特許出願人 富士通株式会社
代理人弁理士 相 谷 昭 司Fig. 1 is a cutaway side view of the main part of a superconducting transistor for explaining the present invention in detail, Fig. 2 is a cutaway side view of the main part of an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a cutaway side view of the main part of a conventional example. 4 and 4 respectively represent cutaway side views of essential parts of a superconducting transistor according to the prior art. In the figure, 1 is an oxide tunnel medium substrate, 2 is an oxide superconducting source region, 3 is an oxide superconducting drain region,
Reference numeral 4 indicates a fine particle region made of an oxide superconductor, 5 an oxide barrier layer, 6 an oxide conductive layer, 7 a metal source electrode, 8 a metal drain electrode, and 9 a metal gate electrode. Patent applicant: Fujitsu Ltd. Representative Patent Attorney Shoji Aitani
Claims (1)
度にキャリヤ濃度が高く維持された酸化物超伝導体から
なるソース部分並びにドレイン部分と、 該ソース部分並びにドレイン部分の間に介在し且つそれ
らと同じ物質からなっていて超伝導を示す程度にキャリ
ヤ濃度が高く維持された酸化物超伝導体からなる微粒子
部分と、 該微粒子部分と前記ソース部分並びにドレイン部分との
間にキャリヤがトンネル可能である厚さを維持して介在
し且つ該微粒子部分とソース部分並びにドレイン部分と
は組成を異にした同じ物質からなっていて超伝導を示さ
ない程度にキャリヤ濃度が低いトンネル媒質部分と、 前記微粒子部分上に形成され且つそれとは組成を異にし
た同じ物質からなっていて超伝導を示さない程度にキャ
リヤ濃度が低いゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に積
層され且つ前記微粒子部分とソース部分並びにドレイン
部分とは同じ組成の物質からなっていて超伝導を示す程
度にキャリヤ濃度が高いゲート導電層と を備えてなることを特徴とする超伝導トランジスタ。[Scope of Claims] A source portion and a drain portion made of an oxide superconductor whose carrier concentration is lower than that of a metal and whose carrier concentration is maintained high enough to exhibit superconductivity; A particulate part made of an oxide superconductor which is interposed in between and made of the same material as the above, and whose carrier concentration is maintained high enough to exhibit superconductivity, and between the particulate part and the source part and the drain part. A tunnel in which carriers are interposed in such a thickness that they can be tunneled, and the fine particle part, the source part, and the drain part are made of the same material with different compositions, and the carrier concentration is low enough not to exhibit superconductivity. a medium portion, a gate insulating film formed on the fine particle portion and made of the same material with a different composition and having a low carrier concentration to the extent that it does not exhibit superconductivity; A superconducting transistor characterized in that the fine particle portion, the source portion, and the drain portion are made of a substance having the same composition and include a gate conductive layer having a high carrier concentration to the extent that it exhibits superconductivity.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63242295A JPH0291983A (en) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | superconducting transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63242295A JPH0291983A (en) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | superconducting transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0291983A true JPH0291983A (en) | 1990-03-30 |
Family
ID=17087112
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63242295A Pending JPH0291983A (en) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | superconducting transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0291983A (en) |
-
1988
- 1988-09-29 JP JP63242295A patent/JPH0291983A/en active Pending
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