JPH06151982A - Tunnel barrier between high dielectric and oxide superconductor - Google Patents
Tunnel barrier between high dielectric and oxide superconductorInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 酸化物超伝導体と高誘電体との間に使用され
るトンネルバリアに関し、大きな電流密度と良好な被覆
性とが両立して得られるトンネルバリアを提供すること
を目的とする。
【構成】 高誘電体と酸化物超伝導体との間のトンネル
バリアは、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とセリウムオキ
サイド（ＣｅＯ2 ）との２重層構造、または、酸化マグ
ネシウム（ＭｇＯ）とカルシウム（Ｃａ）のドープされ
たセリウムオキサイド（ＣｅＯ2 ）との２重層構造、ま
たは、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とネオジウムガリウ
ムオキサイド（ＮｄＧａＯ3 ）との２重層構造、また
は、セリウムオキサイド（ＣｅＯ2 ）とネオジウムガリ
ウムオキサイド（ＮｄＧａＯ3 ）との２重層構造、また
は、カルシウム（Ｃａ）のドープされたセリウムオキサ
イド（ＣｅＯ2 ）とネオジウムガリウムオキサイド（Ｎ
ｄＧａＯ3 ）との２重層構造をもって構成される。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a tunnel barrier used between an oxide superconductor and a high-dielectric material, which has both a large current density and a good covering property. With the goal. [Composition] The tunnel barrier between the high dielectric and the oxide superconductor is a double layer structure of magnesium oxide (MgO) and cerium oxide (CeO 2 ), or magnesium oxide (MgO) and calcium (Ca). , A double layer structure with doped cerium oxide (CeO 2 ) or a double layer structure with magnesium oxide (MgO) and neodymium gallium oxide (NdGaO 3 ), or cerium oxide (CeO 2 ) and neodymium gallium oxide (CeO 2 ). NdGaO 3 ) double layer structure, or calcium (Ca) -doped cerium oxide (CeO 2 ) and neodymium gallium oxide (N
It has a double layer structure with dGaO 3 ).
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超伝導体と高誘
電体との間に使用されるトンネルバリアに関する。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to tunnel barriers used between oxide superconductors and high dielectrics.
【０００２】イットリウム・バリウム・銅・酸素（ＹＢ
ａＣｕＯ）系をはじめとする酸化物超伝導体とチタン酸
ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）をはじめとする高誘電
体とを組み合わせた電子デバイス（トランジスタ、ダイ
オード等）が開発されている。これらの、電子デバイス
は、コンピュータや通信機器の演算素子として、また、
エネルギー分野における制御用素子として幅広い応用が
期待されている。これらの素子の高誘電体と酸化物超伝
導体との間に使用されるトンネルバリアとしては、高誘
電体と酸化物超伝導体との間において大きな電流密度が
得られ、しかも、被覆性が良好であることが望まれてい
る。Yttrium, barium, copper, oxygen (YB
Electronic devices (transistors, diodes, etc.) have been developed in which oxide superconductors such as aCuO) and high dielectrics such as strontium titanate (SrTiO 3 ) are combined. These electronic devices are used as arithmetic elements of computers and communication equipment,
Wide application is expected as a control element in the energy field. As a tunnel barrier used between the high dielectric and oxide superconductor of these devices, a large current density can be obtained between the high dielectric and the oxide superconductor, and moreover, the covering property is high. It is desired to be good.
【０００３】[0003]
【従来の技術】酸化物超伝導体と高誘電体との間に形成
されるトンネルバリアは従来単層バリアで構成されてい
る。その理由は、バリアを薄くすることが大きな電流密
度を確保する近道であると考えられていたゝめである。2. Description of the Related Art A tunnel barrier formed between an oxide superconductor and a high dielectric substance is conventionally composed of a single layer barrier. The reason is that thinning the barrier was considered to be a shortcut to secure a large current density.
【０００４】ところで、酸化物超伝導体を使用する素子
の場合には、バリア材料の条件として、酸化物超伝導体
の成長温度（６００〜７００℃）に耐えること、酸化物
超伝導体と結晶構造が近いこと、冷却後にクラックが入
らないように熱膨張率が小さいこと等が要求され、これ
らの条件を満足する材料としてＮｄＧａＯ3 、ＬａＡｌ
Ｏ3 、ＣｅＯ2 、ＭｇＯ等の限られた材料が使用されて
いる。By the way, in the case of an element using an oxide superconductor, the conditions for the barrier material are to withstand the growth temperature of the oxide superconductor (600 to 700 ° C.), the oxide superconductor and the crystal. It is required that the structures are close to each other and that the coefficient of thermal expansion is small so that cracks do not occur after cooling. NdGaO 3 , LaAl are materials that satisfy these conditions.
Limited materials such as O 3 , CeO 2 , MgO are used.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】これらの材料を使用し
て単層のバリアを形成する場合に、被覆性に優れたバリ
ア材料は高誘電体のエネルギーバンドを図２に示すよう
に大きく曲げる性質を有し、高誘電体と酸化物超伝導体
との間で伝導帯の底のエネルギーの差が大きくなって大
きな電流密度が得られないという欠点があり、また、逆
に電流密度の大きな材料は被覆性に劣り、安定した特性
が得られないという欠点がある。このように、従来の単
層バリアでは、大きな電流密度と良好な被覆性とを両立
させることはできなかった。その結果、例えば高誘電体
からなるベース層にバリア層を介して酸化物超伝導体か
らなるエミッタ電極とコレクタ電極とを接合する高誘電
体トランジスタにおいて良好な特性を得ることが困難で
あった。When a barrier of a single layer is formed using these materials, a barrier material having excellent covering properties has a property that the energy band of a high dielectric material is largely bent as shown in FIG. However, there is a drawback in that the difference in energy at the bottom of the conduction band between the high dielectric and the oxide superconductor becomes large, and a large current density cannot be obtained. Has a drawback that it is inferior in coatability and stable characteristics cannot be obtained. As described above, the conventional single-layer barrier has not been able to achieve both a large current density and good coverage. As a result, it has been difficult to obtain good characteristics in a high-dielectric transistor in which, for example, a base layer made of a high dielectric material is joined to an emitter electrode made of an oxide superconductor and a collector electrode via a barrier layer.
【０００６】本発明の目的は、この欠点を解消すること
にあり、高誘電体と酸化物超伝導体との間に形成される
トンネルバリアにおいて、大きな電流密度と良好な被覆
性とが両立して得られるトンネルバリアを提供すること
にある。An object of the present invention is to eliminate this drawback, and a tunnel barrier formed between a high dielectric and an oxide superconductor has both a large current density and a good coverage. The purpose is to provide the tunnel barrier obtained.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】図１（ａ）を参照して説
明する。図において、１は高誘電体であり、２は第１の
バリア層であり、３は第２のバリア層であり、４は酸化
物超伝導体である。本発明に係るバリアは機能的に二つ
のグループに分類される。第１のグループは、第１のバ
リア層２に高誘電体１のエネルギーバンドが大きく曲が
るのを抑えてバンド曲がりによる電流密度の減少を防ぐ
作用を有するＭｇＯを使用する。そして、第２のバリア
層３には被覆性と平滑性とに優れ、その厚さによって電
流密度を決定し、酸化物超伝導体の良好な成長を促すこ
とができるＣｅＯ2 、ＣａをドープしたＣｅＯ2 、また
は、ＮｄＧａＯ3 を使用する。A means for solving the problems will be described with reference to FIG. In the figure, 1 is a high dielectric material, 2 is a first barrier layer, 3 is a second barrier layer, and 4 is an oxide superconductor. The barriers according to the invention are functionally divided into two groups. The first group uses MgO for the first barrier layer 2, which has a function of suppressing large bending of the energy band of the high dielectric material 1 and preventing a decrease in current density due to band bending. Then, the second barrier layer 3 is doped with CeO 2 or Ca, which has excellent coverage and smoothness, determines the current density by its thickness, and promotes good growth of the oxide superconductor. CeO 2 or NdGaO 3 is used.
【０００８】第２のグループは、逆に被覆性と平坦性に
優れたＣｅＯ2 またはＣａをドープしたＣｅＯ2 を第１
のバリア層２に使用することであらかじめピンホールを
防ぎ、第２のバリア層３に電子の透過性が比較的優れた
ＭｇＯまたはＮｄＧａＯ3 を使用することによってさら
にピンホールを防ぐとゝもに電流密度を確保するもので
ある。[0008] The second group, the CeO 2 doped with CeO 2 or Ca with excellent coverage and flatness in the opposite first
It is possible to prevent pinholes in advance by using it for the barrier layer 2 and to prevent further pinholes by using MgO or NdGaO 3 which has relatively excellent electron permeability for the second barrier layer 3 and to prevent current flow. It is to secure the density.
【０００９】[0009]
【作用】図１（ｂ）にエネルギーバンド図を示す。第１
のグループに属するバリアは、第１のバリア層２にＭｇ
Ｏを使用することによって高誘電体であるＳｒＴｉＯ3
（Ｎｂをドープ）のバンド曲がりが数１０ｍｅＶと極め
て小さく抑えられる。ＣｅＯ2 バリアは平坦性と被覆性
とに優れているが、ＣｅＯ2 を直接ＳｒＴｉＯ3と接触
させるとＳｒＴｉＯ3 のバンドは１ｅＶ程度曲がり、著
しく電流密度を減少させる。ＮｄＧａＯ3 、ＬａＡｌＯ
3 、ＣｅＯ2 、ＭｇＯなど酸化物超伝導体と結晶整合性
に優れたバリア材料の中で、特にＭｇＯを使用すること
によって高誘電体ＳｒＴｉＯ3 のバンド曲がりを抑え、
電流密度の減少を防ぐものである。The energy band diagram is shown in FIG. 1 (b). First
Of the barriers belonging to the group
SrTiO 3 which is a high dielectric material by using O
Band bending of (Nb-doped) can be suppressed to an extremely small value of several 10 meV. Although CeO 2 barrier is excellent in the flatness and coverage, when contacted directly SrTiO 3 and CeO 2 are bands of SrTiO 3 bends about 1 eV, reduce significantly the current density. NdGaO 3 , LaAlO
Among the barrier materials having excellent crystal matching with oxide superconductors such as 3 , CeO 2 and MgO, the band bending of the high dielectric SrTiO 3 is suppressed by using MgO in particular.
It prevents the decrease of the current density.
【００１０】しかし、ＭｇＯ単体ではリーク電流が大き
く、平坦性、被覆性が他の材料に比べて悪いという欠点
を有する。そこで、第２のバリア層３を設けることでＭ
ｇＯのピンホールを補い、平坦性を回復する必要があ
る。そのため、第２のバリア層３は表面平坦性や被覆性
に優れ、しかも、バリア中にトンネル準位を形成できる
材料であることが望ましい。この材料としては、酸化物
超伝導体との結晶整合性の優れた材料の中で、特に表面
平坦性と被覆性とに優れたＣｅＯ2 が好適である。な
お、ＣｅＯ2 はＣａをドープすることで、バリア中にト
ンネル準位を形成することができる。また、ＮｄＧａＯ
3 は被覆性に優れ、比較的電流密度が大きいことから同
様に第２のバリア層３として好適である。However, MgO alone has a drawback that the leak current is large and the flatness and the covering property are worse than those of other materials. Therefore, by providing the second barrier layer 3, M
It is necessary to compensate the pinhole of gO and restore the flatness. Therefore, it is desirable that the second barrier layer 3 is a material that has excellent surface flatness and coverage and that can form a tunnel level in the barrier. Of these materials, CeO 2 having excellent crystallinity with the oxide superconductor, particularly, CeO 2 having excellent surface flatness and coating property is preferable. Note that CeO 2 can form a tunnel level in the barrier by doping Ca. In addition, NdGaO
3 is also suitable as the second barrier layer 3 since it has excellent covering properties and has a relatively large current density.
【００１１】第２のグループに属するバリアは、逆に、
ＣｅＯ2 またはＣａをドープしたＣｅＯ2 を第１のバリ
ア層２に使用することによってピンホールを予め防ぐと
ゝもに、優れたぬれ性によって第２のバリア層３のＭｇ
ＯやＮｄＧａＯ3 の成長を助ける役割を果たすものであ
る。第１のバリア層２は平坦性と被覆性とに優れたＣｅ
Ｏ2 であるため、極めて薄く形成することによってバン
ドの曲がりによる電流の減少を防ぎ、第２のバリア層３
によってピンホールをなくしてバリアを完成する。第２
のバリア層３のＭｇＯやＮｄＧａＯ3 は電流密度を比較
的大きくとることができるので電流密度の大きいバリア
を形成することができる。The barriers belonging to the second group, conversely,
Prevent pinholes in advance when by using CeO 2 doped with CeO 2 or Ca in the first barrier layer 2ゝMoni, excellent by wettability of the second barrier layer 3 Mg
It plays a role of supporting the growth of O and NdGaO 3 . The first barrier layer 2 is made of Ce, which has excellent flatness and coverage.
Since it is O 2, it is possible to prevent the decrease of the current due to the bending of the band by forming it extremely thin, and
Complete the barrier by eliminating pinholes. Second
Since the current density of MgO and NdGaO 3 of the barrier layer 3 can be relatively high, a barrier having a high current density can be formed.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、図１（ａ）を参照して、本発明の七つ
の実施例に係る高誘電体と酸化物超伝導体との間のトン
ネルバリアについて説明する。EXAMPLE A tunnel barrier between a high dielectric and an oxide superconductor according to seven examples of the present invention will be described below with reference to FIG.
【００１３】なお、下記いずれの実施例においても、高
誘電体１と酸化物超伝導体４との間に形成される第１の
バリア層２及び第２のバリア層３はいずれもレーザマグ
レーション法を使用して堆積する。また、第１のバリア
層２の堆積厚さは１０〜２０Åとし、第２のバリア層３
の堆積厚さは２０〜３０Åとする。In each of the following examples, the first barrier layer 2 and the second barrier layer 3 formed between the high dielectric substance 1 and the oxide superconductor 4 are both laser-abraded. Deposition using the method. Further, the deposition thickness of the first barrier layer 2 is set to 10 to 20Å, and the second barrier layer 3
The thickness of the deposit is 20 to 30Å.
【００１４】第１例 第１のバリア層２にＭｇＯを使用し、第２のバリア層３
にＣｅＯ2 を使用するものとする。 First Example MgO is used for the first barrier layer 2 and the second barrier layer 3 is used.
CeO 2 shall be used for.
【００１５】第２例 第１のバリア層２にＭｇＯを使用し、第２のバリア層３
にＣａをドープしたＣｅＯ2 を使用する。 Second Example MgO is used for the first barrier layer 2 and the second barrier layer 3 is used.
CeO 2 doped with Ca is used.
【００１６】第３例 第１のバリア層２にＭｇＯを使用し、第２のバリア層３
にＮｄＧａＯ3 を使用する。 Third Example MgO is used for the first barrier layer 2 and the second barrier layer 3 is used.
NdGaO 3 is used for.
【００１７】第４例 第１のバリア層２にＣｅＯ2 を使用し、第２のバリア層
３にＭｇＯを使用する。 Fourth Example CeO 2 is used for the first barrier layer 2 and MgO is used for the second barrier layer 3.
【００１８】第５例 第１のバリア層２にＣａをドープしたＣｅＯ2 を使用
し、第２のバリア層３にＭｇＯを使用する。 Fifth Example CeO 2 doped with Ca is used for the first barrier layer 2 and MgO is used for the second barrier layer 3.
【００１９】第６例 第１のバリア層２にＣｅＯ2 を使用し、第２のバリア層
３にＮｄＧａＯ3 を使用する。 Sixth Example CeO 2 is used for the first barrier layer 2 and NdGaO 3 is used for the second barrier layer 3.
【００２０】第７例 第１のバリア層２にＣａをドープしたＣｅＯ2 を使用
し、第２のバリア層３にＮｄＧａＯ3 を使用する。 Seventh Example CaO-doped CeO 2 is used for the first barrier layer 2 and NdGaO 3 is used for the second barrier layer 3.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る高誘
電体と酸化物超伝導体との間のトンネルバリアにおいて
は、ＭｇＯ、ＣｅＯ2 、ＣａをドープしたＣｅＯ2 、Ｎ
ｄＧａＯ3 の中から選択された２種類の材料を組み合わ
せて２重層構造のトンネルバリアを形成することによっ
て、単層バリアでは困難であった大きな電流密度と良好
な被覆性との両立を可能にし、高誘電体と酸化物超伝導
体とを組み合わせた素子の特性を著しく改善することが
できた。As described above, in the tunnel barrier between the high dielectric material and the oxide superconductor according to the present invention, CeO 2 , N doped with MgO, CeO 2 , and Ca is used.
By combining two kinds of materials selected from dGaO 3 to form a tunnel barrier having a double-layer structure, it is possible to achieve both large current density and good coverage which were difficult with a single-layer barrier. It was possible to significantly improve the characteristics of the device in which the high dielectric and the oxide superconductor were combined.
【図１】本発明の原理説明図であり、図中の（ａ）は２
重層構造のバリア構成図であり、（ｂ）はエネルギーバ
ンド図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention, in which (a) in FIG.
It is a barrier block diagram of a multilayer structure, (b) is an energy band diagram.
【図２】従来の単層バリア構造のエネルギーバンド図で
ある。FIG. 2 is an energy band diagram of a conventional single layer barrier structure.
１ 高誘電体 ２ 第１のバリア層 ３ 第２のバリア層 ４ 酸化物超伝導体 1 High Dielectric 2 First Barrier Layer 3 Second Barrier Layer 4 Oxide Superconductor
Claims (5)
オキサイド（ＣｅＯ 2 ）との２重層構造からなることを
特徴とする高誘電体と酸化物超伝導体との間のトンネル
バリア。1. Magnesium oxide (MgO) and cerium
Oxide (CeO 2) And a double layer structure
Tunnels between high-k dielectrics and oxide superconductors featuring
barrier.
ム（Ｃａ）のドープされたセリウムオキサイド（ＣｅＯ
2 ）との２重層構造からなることを特徴とする高誘電体
と酸化物超伝導体との間のトンネルバリア。2. Magnesium oxide (MgO) and calcium (Ca) doped cerium oxide (CeO)
2 ) A tunnel barrier between a high-k dielectric and an oxide superconductor, characterized by comprising a double-layer structure with.
ムガリウムオキサイド（ＮｄＧａＯ3 ）との２重層構造
からなることを特徴とする高誘電体と酸化物超伝導体と
の間のトンネルバリア。3. A tunnel barrier between a high dielectric and an oxide superconductor, which has a double layer structure of magnesium oxide (MgO) and neodymium gallium oxide (NdGaO 3 ).
ジウムガリウムオキサイド（ＮｄＧａＯ3 ）との２重層
構造からなることを特徴とする高誘電体と酸化物超伝導
体との間のトンネルバリア。4. A tunnel barrier between a high dielectric constant and an oxide superconductor, which has a double layer structure of cerium oxide (CeO 2 ) and neodymium gallium oxide (NdGaO 3 ).
ウムオキサイド（ＣｅＯ2 ）とネオジウムガリウムオキ
サイド（ＮｄＧａＯ3 ）との２重層構造からなることを
特徴とする高誘電体と酸化物超伝導体との間のトンネル
バリア。5. A high dielectric constant and oxide superconductor characterized by comprising a double layer structure of cerium oxide (CeO 2 ) doped with calcium (Ca) and neodymium gallium oxide (NdGaO 3 ). Tunnel barrier between.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4303501A JPH06151982A (en) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Tunnel barrier between high dielectric and oxide superconductor |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP4303501A JPH06151982A (en) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Tunnel barrier between high dielectric and oxide superconductor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06151982A true JPH06151982A (en) | 1994-05-31 |
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| JP4303501A Withdrawn JPH06151982A (en) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Tunnel barrier between high dielectric and oxide superconductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06151982A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7345855B2 (en) | 2005-09-07 | 2008-03-18 | International Business Machines Corporation | Tunnel barriers based on rare earth element oxides |
-
1992
- 1992-11-13 JP JP4303501A patent/JPH06151982A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7345855B2 (en) | 2005-09-07 | 2008-03-18 | International Business Machines Corporation | Tunnel barriers based on rare earth element oxides |
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Legal Events
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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