JPH07106647A - Superconducting element - Google Patents
Superconducting elementInfo
- Publication number
- JPH07106647A JPH07106647A JP5244255A JP24425593A JPH07106647A JP H07106647 A JPH07106647 A JP H07106647A JP 5244255 A JP5244255 A JP 5244255A JP 24425593 A JP24425593 A JP 24425593A JP H07106647 A JPH07106647 A JP H07106647A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting
- channel
- oxide
- electrode
- superconductors
- 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.)
- Granted
Links
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011017 operating method Methods 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 36
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 23
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 9
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 7
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は任意のゲ−ト長に対して超電導電流
が得られ、素子寸法が近接効果による超電導減衰長の制
約にとらわれない超電導トランジスタの動作方式と構造
を与えることを目的とする。
【構成】 基板上に形成されたソース電極、ドレイン電
極、上記ソース電極とドレイン電極の上部または下部に
形成された常伝導層、上記ソース電極とドレイン電極の
常伝導層とは反対の面にゲート絶縁膜を介して形成され
たゲート電極、とからなる超電導素子において、上記ソ
ース電極とドレイン電極の間に1次元列あるいは2次元
面に配列された複数個の超電導体の集団よりなるチャネ
ルを形成することにより達成される。
【効果】 本超電導素子では、ゲ−ト電極の寸法に制約
されることなく、超電導素子のスイッチングが実現さ
れ、かつ、準粒子から超電導ペアが生成されるキャリア
の再結合時間、あるいは超電導ペアが壊されて準粒子に
なる時間がスイッチング時間から除外され、従来の超電
導三端子素子と比較してスイッチング速度が向上する。
(57) [Summary] [Object] The present invention provides a superconducting transistor operating method and structure which can obtain a superconducting current for any gate length and whose device dimensions are not restricted by the constraint of the superconducting decay length due to the proximity effect. The purpose is to [Structure] A source electrode and a drain electrode formed on a substrate, a normal conductive layer formed above or below the source electrode and the drain electrode, and a gate on the surface opposite to the normal conductive layer of the source electrode and the drain electrode. In a superconducting element consisting of a gate electrode formed via an insulating film, a channel is formed between a plurality of superconductors arranged in a one-dimensional array or a two-dimensional plane between the source electrode and the drain electrode. It is achieved by [Effect] In the present superconducting device, switching of the superconducting device is realized without being restricted by the size of the gate electrode, and the recombination time of carriers in which the superconducting pair is generated from the quasiparticles, or the superconducting pair is reduced. The time for breaking into quasi-particles is excluded from the switching time, and the switching speed is improved as compared with the conventional superconducting three-terminal element.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は高速デジタル回路、アナ
ログデ−タ処理回路、センサ回路装置、微小磁場信号検
出装置等、超電導性を用いることにより特有の性能を発
揮する超電導エレクトロニクスの分野にかかわり、とく
に高速で低消費電力性能を有する超電導素子の動作方式
および素子構造に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of superconducting electronics, such as high-speed digital circuits, analog data processing circuits, sensor circuit devices, and minute magnetic field signal detecting devices, which exhibit unique performance by using superconductivity. In particular, the present invention relates to an operation system and a device structure of a superconducting device having high speed and low power consumption.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の超電導素子には、半導体の電界効
果トランジスタおよびバイポ−ラトランジスタに対応し
た動作方式の素子が得られている。超電導の電界効果ト
ランジスタはソ−スとドレイン電極間の超電導電流の振
幅をゲ−ト電圧によって制御するものであり、超電導の
パイポ−ラトランジスタは準粒子電流、すなわち常伝導
電流の値を超電導ベ−スに対する電圧バイアスによって
制御するものである。これらの中で超電導の電界効果ト
ランジスタは超電導の近接効果と常伝導層のキャリア分
布に対する近接効果を利用するものである。近接効果と
は超電導体と常伝導体を接すると、超電導キャリアが超
電導体から常伝導体内にしみだす現象のことである。従
って常伝導層を介して2個の超電導電極を接続すると、
超電導電極間で超電導電流が流れる。この超電導電流は
電界効果によって、ゲ−ト電圧を印加することにより制
御される。このような動作方式を有する超電導の電界効
果トランジスタは、H.タカヤナギ フィジカルレビュ
ーレター 54巻p2449〜p2452 1985年
に記載されている。上記トランジスタは、常伝導層に
InAs,超電導層にNbを用いて作製され、動作が実
現されている。2. Description of the Related Art As a conventional superconducting element, an element having an operation system corresponding to a semiconductor field effect transistor and a bipolar transistor has been obtained. The superconducting field-effect transistor controls the amplitude of the superconducting current between the source and drain electrodes by the gate voltage.The superconducting bipolar transistor determines the quasi-particle current, that is, the value of the normal conducting current. -It is controlled by the voltage bias with respect to the voltage. Among them, the superconducting field effect transistor utilizes the proximity effect of superconductivity and the proximity effect on the carrier distribution of the normal conductive layer. The proximity effect is a phenomenon in which a superconducting carrier exudes from the superconductor into the normal conductor when the superconductor and the normal conductor come into contact with each other. Therefore, if two superconducting electrodes are connected through the normal conductive layer,
A superconducting current flows between the superconducting electrodes. This superconducting current is controlled by applying a gate voltage by the electric field effect. A superconducting field effect transistor having such an operation method is disclosed in Takayanagi Physical Review Letter, Vol. 54, p2449 to p2452, 1985. The transistor is manufactured by using InAs for the normal conductive layer and Nb for the superconducting layer to realize the operation.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の項にお
いて述べた超電導の電界効果トランジスタは以下に述べ
る問題点を有している。すなわち、近接効果によって超
電導キャリアが常伝導層にしみだす距離、すなわち超電
導減衰長は0.1マイクロメ−トル程度である。したが
って電極間で超電導電流を得るためには、電極間の距離
をサブミクロンの寸法に保つ必要がある。たとえば上記
従来例の常伝導層にInAsを用いた超電導の電界効果
トランジスタにおいては、ソ−スとドレインの電極間距
離が0.4マイクロメ−トルに設定されている。電極間
距離が超電導減衰長より十分に長い場合、超電導電流の
振幅が低下する。たとえ高いゲ−ト電圧によってキャリ
ア濃度を増加させても、超電導電流として期待される
値、すなわち超電導電極のギャップ電圧を素子抵抗で割
った値には達しない。この理由は近接効果によってしみ
だした超電導キャリアの密度は超電導体と常伝導体の界
面で、超電導減衰長を単位として指数関数的に減少する
からである。逆にスイッチング回路用に利得を有する素
子として、電界効果トランジスタを得るためには、必然
的にゲ−ト電極の長さ等をサブミクロンの寸法にする必
要がある。The superconducting field effect transistor described in the above section of the prior art has the following problems. That is, the distance by which the superconducting carriers seep into the normal conductive layer due to the proximity effect, that is, the superconducting decay length is about 0.1 micrometer. Therefore, in order to obtain a superconducting current between the electrodes, it is necessary to keep the distance between the electrodes at a submicron size. For example, in the conventional superconducting field effect transistor using InAs for the normal conductive layer, the distance between the source and drain electrodes is set to 0.4 micrometer. When the distance between the electrodes is sufficiently longer than the superconducting decay length, the amplitude of the superconducting current decreases. Even if the carrier concentration is increased by a high gate voltage, it does not reach the value expected for the superconducting current, that is, the value obtained by dividing the gap voltage of the superconducting electrode by the element resistance. The reason for this is that the density of superconducting carriers exuded by the proximity effect exponentially decreases at the interface between the superconductor and the normal conductor in units of the superconducting decay length. On the contrary, in order to obtain a field effect transistor as an element having a gain for a switching circuit, it is necessary to make the length of the gate electrode or the like sub-micron in size.
【0004】そこで本発明の目的は超電導素子におい
て、任意のゲ−ト長に対して超電導電流が得られ、素子
寸法が近接効果による超電導減衰長の制約にとらわれな
い超電導トランジスタの動作方式と構造を与えることに
ある。Therefore, an object of the present invention is to provide a superconducting transistor operating system and structure in which a superconducting current can be obtained for an arbitrary gate length in a superconducting element and the element size is not restricted by the restriction of the superconducting attenuation length due to the proximity effect. To give.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的は、第1図ある
いは第3図に示すごとく、超電導性のソ−ス電極1およ
びドレイン電極4、ソ−ス電極とドレイン電極の間にあ
って1次元列あるいは2次元面に配列された複数個の超
電導体2の集団によりなるチャネル、チャネルに接して
配されたゲ−ト絶縁膜10、およびゲ−ト絶縁膜に接し
て配されたゲ−ト電極11、およびチャネルを構成する
複数個の超電導体を堆積させ、かつ有限の電気伝導度を
有する基板3からなり、ゲ−ト絶縁膜を介して、チャネ
ルを構成する超電導体の全部あるいは一部がゲ−ト電極
と重なり、チャネルを構成する超電導体の全部あるいは
少なくとも一部が素子動作時に超電導性を示す構造を有
することにより達成される。The above-mentioned object is to provide a one-dimensional array, as shown in FIG. 1 or 3, in which a superconducting source electrode 1 and a drain electrode 4, and a source electrode and a drain electrode are provided. Alternatively, a channel composed of a group of a plurality of superconductors 2 arranged in a two-dimensional plane, a gate insulating film 10 arranged in contact with the channel, and a gate electrode arranged in contact with the gate insulating film. 11 and a plurality of superconductors forming a channel and consisting of a substrate 3 having a finite electric conductivity, and the whole or a part of the superconductor forming the channel is interposed through the gate insulating film. This is achieved by having a structure in which all or at least a part of the superconductor which overlaps with the gate electrode and constitutes the channel has a superconducting property when the device operates.
【0006】また、以下の構造を有することによっても
上記目的を達成することが出来る。チャネルを構成する
複数個の超電導体のあいだは抵抗の温度係数が負、すな
わち温度の低下とともに抵抗値が増大する特性を有する
半導体性の基板によって電気的に結合させる。The above object can also be achieved by having the following structure. The plurality of superconductors forming the channel are electrically coupled by a semiconductor substrate having a characteristic that the temperature coefficient of resistance is negative, that is, the resistance value increases as the temperature decreases.
【0007】さらにソース及びドレイン電極、さらには
チャネルを構成する複数個の超電導体がCu系酸化物超
電導体で構成される場合、超電導素子のチャネルを構成
する複数個の超電導体のあいだがCuを含む酸化物の常
伝導体によって電気的に結合される構造とする。Further, when the source and drain electrodes, and further, the plurality of superconductors forming the channel are formed of Cu-based oxide superconductor, Cu is contained between the plurality of superconductors forming the channel of the superconducting element. The structure is such that it is electrically coupled by the normal conductor of the oxide contained therein.
【0008】ソース及びドレイン電極さらにはチャネル
を構成する複数個の超電導体がCu系酸化物超電導体で
構成される場合、チャネルを構成する複数個の超電導体
が半導体あるいはCuを含む酸化物の常伝導体の基板上
に配列され、超電導体とこれら基板が電気的につながっ
ている構造とする。When the source and drain electrodes and the plurality of superconductors forming the channel are formed of Cu-based oxide superconductors, the plurality of superconductors forming the channel are usually semiconductors or oxides containing Cu. The conductors are arranged on the substrate, and the superconductor and these substrates are electrically connected.
【0009】チャネルを構成する複数個の超電導体が酸
化物半導体あるいはCuを含む酸化物の常伝導体の基板
上に配列された場合、これら酸化物系の超電導体と酸化
物基板が同一の結晶構造を有し、超電導体とこれら基板
が電気的につながっている構造とする。When a plurality of superconductors forming a channel are arranged on a substrate of an oxide semiconductor or an oxide normal conductor containing Cu, the oxide-based superconductor and the oxide substrate have the same crystal. The structure has a structure in which the superconductor and these substrates are electrically connected.
【0010】さらに、ゲート絶縁膜を介して、チャネル
を構成する複数個の超電導体の一部がゲート電極と重な
り、チャネルを構成する複数個の超電導体が配され、か
つ有限の電気伝導度を有する基板において、ソース及び
ドレイン電極の間にあって、ソース及びドレイン電極さ
らにはゲート電極のいずれにも重ならない領域が存在す
る構造とする。Further, a part of the plurality of superconductors forming the channel overlaps the gate electrode through the gate insulating film, the plurality of superconductors forming the channel are arranged, and a finite electric conductivity is provided. In the substrate having the structure, there is a region between the source and drain electrodes, which does not overlap with the source or drain electrode or the gate electrode.
【0011】以上の構造を有する超電導素子におけるス
イッチング動作は、ゲート電圧信号によって、チャネル
の両端間で超電導波動関数の位相の相対的により確定し
た状態と、より不確定な状態が実現されることにより、
ソースとドレイン電極間で流しえる超電導電流を制御す
ることを基本とする。ゲート電圧信号はチャネルを構成
する複数個の超電導電極に作用するのではなく、超電導
体が電気的につながる基板に印加される構造とする。The switching operation in the superconducting device having the above structure is achieved by the gate voltage signal realizing a state in which the phase of the superconducting waveguide function is relatively fixed between both ends of the channel and a more indeterminate state. ,
It is basically to control the superconducting current that can flow between the source and drain electrodes. The gate voltage signal does not act on the plurality of superconducting electrodes forming the channel, but is applied to the substrate to which the superconductor is electrically connected.
【0012】[0012]
【作用】本発明は、第2図に示されるごとく、多数の超
電導体が抵抗によって並列および直列に接続されている
場合、超電導電流の有無は抵抗値だけでなく直列につな
がる超電導体、あるいは並列につながる超電導体の個数
にも依存する。マトリックスの両端で得られる超電導電
流の大きさは超電導電流をになう超電導波動関数の位相
の揺らぎに依存する。すなわち、超電導体が直列に接続
された場合、超電導体列の両端では位相揺らぎが拡大さ
れて、超電導電流が得られなくなる。一方、直列接続の
個数を少なくし、並列接続成分を十分に多くした場合、
超電導列の両端における位相揺らぎは抑制されて、超電
導電流が得られる。According to the present invention, as shown in FIG. 2, when a large number of superconductors are connected in parallel and in series by resistors, the presence or absence of superconducting current is not limited to the resistance value, but the superconductors connected in series or in parallel. It also depends on the number of superconductors connected to. The magnitude of the superconducting current obtained at both ends of the matrix depends on the phase fluctuation of the superconducting waveguiding function that composes the superconducting current. That is, when the superconductors are connected in series, the phase fluctuation is enlarged at both ends of the superconductor row, and the superconducting current cannot be obtained. On the other hand, if you reduce the number of series connections and increase the number of parallel connection components sufficiently,
Phase fluctuations at both ends of the superconducting train are suppressed, and superconducting current is obtained.
【0013】以上のようなマトリックス構造による超電
導電流の有無に関しては、マトリックスの形状および構
成を固定しても、外部からの制御信号により調節でき、
スイッチング動作が与えられる。The presence or absence of the superconducting current due to the matrix structure as described above can be adjusted by a control signal from the outside even if the shape and configuration of the matrix are fixed,
Switching action is provided.
【0014】[0014]
【実施例】(実施例1)本発明の実施例1を第3図、第
4図、第5図を用いて説明する。(Embodiment 1) Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5.
【0015】基板材9としてSrTi酸化物の単結晶を
用い、SrTi酸化物基板上に金属元素の組成比が1:
2:3のPrBaCu酸化物薄膜を高周波マグネトロン
スパッタリング法により形成し、チャネル下地層3とす
る。成膜時の雰囲気ガスはアルゴンと酸素の混合ガスと
し、膜厚は300nmとする。PrBaCu酸化物薄膜
は有機レジスト膜を用いた電子線描画装置による転写用
パタ−ンの形成、およびArガスを用いたイオンビ−ム
エッチング法により超電導素子のチャネル下地層パタ−
ンの形成が施される。A single crystal of SrTi oxide is used as the substrate material 9, and the composition ratio of the metal element is 1: on the SrTi oxide substrate.
A 2: 3 PrBaCu oxide thin film is formed by a high frequency magnetron sputtering method to form a channel underlayer 3. The atmosphere gas at the time of film formation is a mixed gas of argon and oxygen, and the film thickness is 300 nm. The PrBaCu oxide thin film is used to form a transfer pattern by an electron beam drawing apparatus using an organic resist film and a channel underlayer pattern of a superconducting element by an ion beam etching method using Ar gas.
Is formed.
【0016】つぎにPrBaCu酸化物薄膜上に金属元
素の組成比が1:2:3のHoBaCu酸化物超電導薄
膜を高周波マグネトロンスパッタリング法により形成す
る。この酸化物超電導薄膜はソ−ス電極1、ドレイン電
極4、およびチャネル超電導層2として共通に用いる。
成膜時の雰囲気ガスはアルゴンと酸素の混合ガスとし、
膜厚は100nmとする。HoBaCu酸化物薄膜は有
機レジスト膜を用いた電子線描画装置による転写用パタ
−ンの形成、およびArガスを用いたイオンビ−ムエッ
チング法により超電導素子のソ−ス電極、ドレイン電
極、およびチャネル超電導層パタ−ンの形成が施され
る。チャネル超電導層はとくにパタ−ンを微細化し、超
電導ドットの寸法と間隔を0.05ミクロンから0.5
ミクロンまでのサブミクロンとする。つぎにSrTi酸
化物薄膜をレ−ザ蒸着法により形成し、ゲ−ト絶縁膜1
0とする。レ−ザ蒸着は酸素ガス雰囲気中で行い、Sr
Ti酸化物の膜厚は300nmとする。SrTi酸化物
薄膜は有機レジスト膜を用いた光学露光装置による転写
用パタ−ンの形成、およびArガスを用いたイオンビ−
ムエッチング法により超電導素子のゲ−ト絶縁膜パタ−
ンの形成が行われる。さらにあらかじめゲ−ト電極11
としての反転パタ−ンを有機レジストにより形成し、こ
の上からAu薄膜を真空蒸着法により形成し、リフトオ
フ工程を施すことにより、ゲ−ト電極を得る。ゲ−ト電
極はソ−スとドレイン間のチャネル層全体または一部を
覆う構造となるようにする。Next, a HoBaCu oxide superconducting thin film having a metal element composition ratio of 1: 2: 3 is formed on the PrBaCu oxide thin film by a high frequency magnetron sputtering method. This oxide superconducting thin film is commonly used as the source electrode 1, the drain electrode 4, and the channel superconducting layer 2.
The atmosphere gas during film formation was a mixed gas of argon and oxygen,
The film thickness is 100 nm. The HoBaCu oxide thin film is a transfer pattern formed by an electron beam drawing apparatus using an organic resist film, and a source electrode, a drain electrode, and a channel superconductivity of a superconducting element by an ion beam etching method using Ar gas. Formation of the layer pattern is performed. In the channel superconducting layer, the pattern is particularly miniaturized, and the size and spacing of the superconducting dots are set to 0.05 μm to 0.5 μm.
Submicron up to micron. Next, a SrTi oxide thin film is formed by a laser deposition method to form a gate insulating film 1.
Set to 0. Laser deposition is carried out in an oxygen gas atmosphere with Sr.
The film thickness of the Ti oxide is 300 nm. The SrTi oxide thin film is used to form a pattern for transfer by an optical exposure apparatus using an organic resist film, and an ion beam using Ar gas.
Gate insulating film pattern of superconducting device
Formation is performed. Further, the gate electrode 11
The reverse pattern is formed by an organic resist, an Au thin film is formed thereon by a vacuum deposition method, and a lift-off process is performed to obtain a gate electrode. The gate electrode has a structure that covers the whole or a part of the channel layer between the source and the drain.
【0017】本方法により作製した超電導素子は、第6
図に示すごとく、ゲ−ト電極に負の電圧を印加し、チャ
ネル層に負の電界が加えられた場合21にソ−スとドレ
イン間に流れる超電導電流が増大し、ゲ−ト電極に正の
電圧を印加し、チャネル層に正の電界が加えられた場合
22にソ−スとドレイン間に流れる超電導電流が減少す
る。したがって、本超電導素子は超電導電流をゲ−ト電
圧によって制御できる。(実施例2)本発明の実施例2
を第7図を用いて説明する。The superconducting device manufactured by this method is
As shown in the figure, when a negative voltage is applied to the gate electrode and a negative electric field is applied to the channel layer, the superconducting current flowing between the source and the drain increases at 21 and the positive electric field is applied to the gate electrode. When a positive electric field is applied to the channel layer by applying the voltage of, the superconducting current flowing between the source and the drain is reduced at 22. Therefore, the present superconducting element can control the superconducting current by the gate voltage. (Example 2) Example 2 of the present invention
Will be described with reference to FIG.
【0018】基板材としてSrTi酸化物9の単結晶を
用いる。金属元素の組成比が1:2:3のHoBaCu
酸化物超電導薄膜を高周波マグネトロンスパッタリング
法により形成する。有機レジストによりゲ−ト電極11
としてのパタ−ンを形成し、Arガスを用いたイオンビ
−ムエッチング法によりHoBaCu酸化物超電導薄膜
にパタ−ンを転写する。ゲ−ト電極はソ−スとドレイン
間にあり、チャネルの幅方向に並んだ微小超電導領域の
列の下部に配される。A single crystal of SrTi oxide 9 is used as a substrate material. HoBaCu in which the composition ratio of metal elements is 1: 2: 3
An oxide superconducting thin film is formed by a high frequency magnetron sputtering method. Gate electrode 11 with organic resist
And the pattern is transferred to the HoBaCu oxide superconducting thin film by the ion beam etching method using Ar gas. The gate electrode is located between the source and the drain, and is arranged at the bottom of the row of minute superconducting regions arranged in the width direction of the channel.
【0019】つぎにSrTi酸化物薄膜をレ−ザ蒸着法
により形成し、ゲ−ト絶縁膜10とする。レ−ザ蒸着は
酸素ガス雰囲気中で行い、SrTi酸化物の膜厚は30
0nmとする。SrTi酸化物薄膜は有機レジスト膜を
用いた電子線描画装置による転写用パタ−ンの形成、お
よびArガスを用いたイオンビ−ムエッチング法により
超電導素子のゲ−ト絶縁膜パタ−ンの形成が行われる。Next, a SrTi oxide thin film is formed by laser vapor deposition to form a gate insulating film 10. Laser deposition is performed in an oxygen gas atmosphere, and the film thickness of SrTi oxide is 30.
0 nm. The SrTi oxide thin film has a transfer pattern formed by an electron beam drawing apparatus using an organic resist film, and a gate insulating film pattern for a superconducting element formed by an ion beam etching method using Ar gas. Done.
【0020】さらに金属元素の組成比が1:2:3のH
oBaCu酸化物超電導薄膜を高周波マグネトロンスパ
ッタリング法により形成する。この酸化物超電導薄膜は
ソ−ス電極1、ドレイン電極4、およびチャネル超電導
層2として共通に用いる。成膜時の雰囲気ガスはアルゴ
ンと酸素の混合ガスとし、膜厚は100nmとする。H
oBaCu酸化物薄膜は有機レジスト膜を用いた電子線
描画装置による転写用パタ−ンの形成、およびArガス
を用いたイオンビ−ムエッチング法により超電導素子の
ソ−ス電極、ドレイン電極、およびチャネル超電導層パ
タ−ンの形成が施される。チャネル超電導層はとくにパ
タ−ンを微細化し、超電導ドットの寸法と間隔を0.0
5ミクロンから0.5ミクロンまでのサブミクロンとす
る。Further, the composition ratio of metal elements is H in which the composition ratio is 1: 2: 3.
An oBaCu oxide superconducting thin film is formed by a high frequency magnetron sputtering method. This oxide superconducting thin film is commonly used as the source electrode 1, the drain electrode 4, and the channel superconducting layer 2. The atmosphere gas during film formation is a mixed gas of argon and oxygen, and the film thickness is 100 nm. H
The oBaCu oxide thin film is a source pattern, a drain electrode, and a channel superconducting element of a superconducting element formed by an electron beam drawing apparatus using an organic resist film for forming a transfer pattern and an ion beam etching method using Ar gas. Formation of the layer pattern is performed. In the channel superconducting layer, the pattern is particularly miniaturized, and the size and spacing of the superconducting dots are set to 0.0.
Submicron from 5 microns to 0.5 microns.
【0021】この上に金属元素の組成比が1:2:3の
PrBaCu酸化物薄膜を高周波マグネトロンスパッタ
リング法により形成し、チャネル下地層3とする。成膜
時の雰囲気ガスはアルゴンと酸素の混合ガスとし、膜厚
は300nmとする。PrBaCu酸化物薄膜は有機レ
ジスト膜を用いた電子線描画装置による転写用パタ−ン
の形成、およびArガスを用いたイオンビ−ムエッチン
グ法により超電導素子のチャネル下地層パタ−ンの形成
が施される。A PrBaCu oxide thin film having a metal element composition ratio of 1: 2: 3 is formed thereon by a high frequency magnetron sputtering method to form a channel underlayer 3. The atmosphere gas at the time of film formation is a mixed gas of argon and oxygen, and the film thickness is 300 nm. On the PrBaCu oxide thin film, a transfer pattern is formed by an electron beam drawing apparatus using an organic resist film, and a channel underlayer pattern of a superconducting element is formed by an ion beam etching method using Ar gas. It
【0022】本方法により作製した超電導素子は、第6
図と同様にゲ−ト電極に負の電圧を印加し、チャネル層
に負の電界が加えられた場合にソ−スとドレイン間に流
れる超電導電流が増大し、ゲ−ト電極に正の電圧を印加
し、チャネル層に正の電界が加えられた場合にソ−スと
ドレイン間に流れる超電導電流が減少する。したがっ
て、本超電導素子は超電導電流をゲ−ト電圧によって制
御できる。The superconducting device manufactured by this method is
As in the figure, when a negative voltage is applied to the gate electrode and a negative electric field is applied to the channel layer, the superconducting current flowing between the source and drain increases, and a positive voltage is applied to the gate electrode. Is applied and a positive electric field is applied to the channel layer, the superconducting current flowing between the source and the drain is reduced. Therefore, the present superconducting element can control the superconducting current by the gate voltage.
【0023】(実施例3)本発明の実施例3を第8図を
用いて説明する。(Embodiment 3) A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0024】基板材としてSrTi酸化物の単結晶を用
い、SrTi酸化物基板上に金属元素の組成比が1.
5:1.5:3のLaBaCu酸化物薄膜を高周波マグ
ネトロンスパッタリング法により形成し、チャネル下地
層とする。成膜時の雰囲気ガスはアルゴンと酸素の混合
ガスとし、膜厚は300nmとする。LaBaCu酸化
物薄膜は有機レジスト膜を用いた電子線描画装置による
転写用パタ−ンの形成、およびArガスを用いたイオン
ビ−ムエッチング法により超電導素子のチャネル下地層
パタ−ンの形成が施される。A single crystal of SrTi oxide is used as the substrate material, and the composition ratio of the metal element is 1. on the SrTi oxide substrate.
A 5: 1.5: 3 LaBaCu oxide thin film is formed by a high frequency magnetron sputtering method to form a channel underlayer. The atmosphere gas at the time of film formation is a mixed gas of argon and oxygen, and the film thickness is 300 nm. The LaBaCu oxide thin film is formed with a transfer pattern by an electron beam drawing apparatus using an organic resist film and a channel underlayer pattern of a superconducting element by an ion beam etching method using Ar gas. It
【0025】つぎにLaBaCu酸化物薄膜上に金属元
素の組成比が1:2:3のHoBaCu酸化物超電導薄
膜を高周波マグネトロンスパッタリング法により形成す
る。この酸化物超電導薄膜はソ−ス電極、ドレイン電
極、およびチャネル超電導層として共通に用いる。成膜
時の雰囲気ガスはアルゴンと酸素の混合ガスとし、膜厚
は100nmとする。HoBaCu酸化物薄膜は有機レ
ジスト膜を用いた電子線描画装置による転写用パタ−ン
の形成、およびArガスを用いたイオンビ−ムエッチン
グ法により超電導素子のソ−ス電極、ドレイン電極、お
よびチャネル超電導層パタ−ンの形成が施される。チャ
ネル超電導層はとくにパタ−ンを微細化し、超電導ドッ
トの寸法と間隔を0.05ミクロンから0.5ミクロン
までのサブミクロンとする。つぎにSrTi酸化物薄膜
をレ−ザ蒸着法により形成し、ゲ−ト絶縁膜とする。レ
−ザ蒸着は酸素ガス雰囲気中で行い、SrTi酸化物の
膜厚は300nmとする。SrTi酸化物薄膜は有機レ
ジスト膜を用いた光学露光装置による転写用パタ−ンの
形成、およびArガスを用いたイオンビ−ムエッチング
法により超電導素子のゲ−ト絶縁膜パタ−ンの形成が行
われる。Next, a HoBaCu oxide superconducting thin film having a metal element composition ratio of 1: 2: 3 is formed on the LaBaCu oxide thin film by a high frequency magnetron sputtering method. This oxide superconducting thin film is commonly used as a source electrode, a drain electrode, and a channel superconducting layer. The atmosphere gas during film formation is a mixed gas of argon and oxygen, and the film thickness is 100 nm. The HoBaCu oxide thin film is a transfer pattern formed by an electron beam drawing apparatus using an organic resist film, and a source electrode, a drain electrode, and a channel superconductivity of a superconducting element by an ion beam etching method using Ar gas. Formation of the layer pattern is performed. In the channel superconducting layer, the pattern is particularly miniaturized, and the superconducting dots are dimensioned and spaced from 0.05 micron to 0.5 micron submicron. Next, a SrTi oxide thin film is formed by a laser deposition method to form a gate insulating film. Laser deposition is performed in an oxygen gas atmosphere, and the film thickness of SrTi oxide is 300 nm. For the SrTi oxide thin film, a transfer pattern is formed by an optical exposure apparatus using an organic resist film, and a gate insulating film pattern of a superconducting element is formed by an ion beam etching method using Ar gas. Be seen.
【0026】さらに金属元素の組成比が1:2:3のH
oBaCu酸化物超電導薄膜を高周波マグネトロンスパ
ッタリング法により形成する。有機レジストによりゲ−
ト電極としてのパタ−ンを形成し、Arガスを用いたイ
オンビ−ムエッチング法によりHoBaCu酸化物超電
導薄膜にパタ−ンを転写する。Further, H having a composition ratio of metal elements of 1: 2: 3
An oBaCu oxide superconducting thin film is formed by a high frequency magnetron sputtering method. With an organic resist
A pattern is formed as a cathode electrode, and the pattern is transferred to the HoBaCu oxide superconducting thin film by an ion beam etching method using Ar gas.
【0027】超電導素子間の配線はHoBaCu酸化物
超電導薄膜によってなされ、ゲ−ト電極およびソ−ス、
ドレイン電極と共通のHoBaCu酸化物超電導薄膜が
配線膜に用いられる。Wiring between the superconducting elements is made of a HoBaCu oxide superconducting thin film, and a gate electrode and a source,
The HoBaCu oxide superconducting thin film common to the drain electrode is used for the wiring film.
【0028】本方法によって超電導素子2個と抵抗から
なるインバ−タ回路が構成される。抵抗素子はAu薄膜
よりなる。インバ−タ回路は入力信号に対して正しく反
転信号を出力する。According to this method, an inverter circuit composed of two superconducting elements and a resistor is constructed. The resistance element is made of an Au thin film. The inverter circuit correctly outputs an inverted signal with respect to the input signal.
【0029】[0029]
【発明の効果】本発明は以下に示す効果を有する。The present invention has the following effects.
【0030】(1)本超電導素子では、準粒子から超電
導ペアが生成されるキャリアの再結合時間、あるいは超
電導ペアが壊されて準粒子になる時間はスイッチング時
間から除外され、従来の超電導三端子素子と比較してス
イッチング速度が向上する。(1) In the present superconducting device, the recombination time of carriers in which a superconducting pair is generated from a quasi-particle, or the time when the superconducting pair is destroyed to become a quasi-particle is excluded from the switching time. The switching speed is improved as compared with the device.
【0031】(2)ゲ−ト電極の寸法に制約されること
なく、超電導素子のスイッチングが実現される。(2) Switching of the superconducting element is realized without being restricted by the size of the gate electrode.
【図1】本発明にかかる超電導素子の模式図である。FIG. 1 is a schematic view of a superconducting element according to the present invention.
【図2】本発明にかかる超電導素子の等価回路である。FIG. 2 is an equivalent circuit of a superconducting element according to the present invention.
【図3】本発明にかかる超電導素子の構造図1である。FIG. 3 is a structural diagram 1 of a superconducting element according to the present invention.
【図4】本発明にかかる超電導素子の構造図2である。FIG. 4 is a structural diagram 2 of a superconducting element according to the present invention.
【図5】本発明にかかる超電導素子の構造図3である。FIG. 5 is a structural diagram 3 of a superconducting element according to the present invention.
【図6】超電導素子の電圧−電流特性である。FIG. 6 is a voltage-current characteristic of a superconducting element.
【図7】本発明にかかる超電導素子の構造図4である。FIG. 7 is a structural diagram 4 of a superconducting element according to the present invention.
【図8】本発明にかかる超電導素子を用いたインバ−タ
回路である。FIG. 8 is an inverter circuit using a superconducting element according to the present invention.
1……ソ−ス、2……微小超電導領域、3……常伝導
層、4……ドレイン、5……位相、6……超電導電極、
7……抵抗、8……ジョセフソン結合、9……基板、1
0……ゲ−ト絶縁膜、11……ゲ−ト電極、20……ゲ
−ト電圧零、21……ゲ−ト電圧負、22……ゲ−ト電
圧正、31……超電導素子。1 ... Source, 2 ... Small superconducting region, 3 ... Normal conductive layer, 4 ... Drain, 5 ... Phase, 6 ... Superconducting electrode,
7 ... Resistor, 8 ... Josephson coupling, 9 ... Substrate, 1
0 ... Gate insulating film, 11 ... Gate electrode, 20 ... Gate voltage zero, 21 ... Gate voltage negative, 22 ... Gate voltage positive, 31 ... Superconducting element.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 晃 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 赤松 正一 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 岡本 政邦 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 高木 一正 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Akira Tsukamoto 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Shoichi Akamatsu 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Masakuni Okamoto 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Central Research Institute (72) Inventor Kazumasa Takagi 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Central In the laboratory
Claims (8)
電極、上記ソース電極とドレイン電極の上部または下部
に形成された常伝導層、上記ソース電極とドレイン電極
の常伝導層とは反対の面にゲート絶縁膜を介して形成さ
れたゲート電極、とからなる超電導素子において、上記
ソース電極とドレイン電極の間に1次元列あるいは2次
元面に配列された複数個の超電導体の集団よりなるチャ
ネルを形成することを特徴とする超電導素子。1. A source electrode and a drain electrode formed on a substrate, a normal conductive layer formed above or below the source electrode and the drain electrode, and a surface opposite to the normal conductive layer of the source electrode and the drain electrode. A superconducting element comprising a gate electrode formed via a gate insulating film, and a channel comprising a group of a plurality of superconductors arranged in a one-dimensional array or two-dimensional plane between the source electrode and the drain electrode. Forming a superconducting element.
おいて、チャネルを構成する複数個の超電導体のあいだ
が半導体によって電気的に結合されて成ることを特徴と
する超電導素子。2. A superconducting element according to claim 1, wherein a plurality of superconductors forming a channel are electrically coupled by a semiconductor.
おいて、チャネルを構成する複数個の超電導体のあいだ
がCuを含む酸化物の常伝導体によって電気的に結合さ
れて成ることを特徴とする超電導素子。3. The superconducting element according to claim 1, wherein a plurality of superconductors forming a channel are electrically coupled by a normal conductor of an oxide containing Cu. And superconducting element.
おいて、チャネルを構成する複数個の超電導体が酸化物
半導体あるいはCuを含む酸化物の常伝導体の基板上に
配列され、超電導体とこれら基板が電気的につながって
いることを特徴とする超電導素子。4. A superconductor according to claim 1, wherein a plurality of superconductors forming a channel are arranged on a substrate of an oxide semiconductor or an oxide normal conductor containing Cu. A superconducting device characterized in that these substrates are electrically connected to each other.
の超電導素子において、チャネルを構成する複数個の超
電導体が酸化物からなり、酸化物半導体あるいはCuを
含む酸化物の常伝導体の基板上に配列され、かつこれら
酸化物系の超電導体と酸化物基板が同一の結晶構造を有
し、超電導体とこれら基板が電気的につながっているこ
とを特徴とする超電導素子。5. The superconducting element according to claim 1 or 2, wherein the plurality of superconductors constituting the channel are made of oxide, and the normal conductivity of the oxide semiconductor or the oxide containing Cu. A superconducting element arranged on a body substrate, wherein the oxide-based superconductor and the oxide substrate have the same crystal structure, and the superconductor and these substrates are electrically connected.
において、ゲ−ト電圧信号によって、チャネルの両端間
で超電導波動関数の位相の相対的により確定した状態と
より不確定な状態が実現されることにより、ソ−スとド
レイン電極間で流しえる超電導電流を制御することがで
きることを特徴とする超電導素子。6. The superconducting device according to claim 1, wherein a gate voltage signal causes a state in which the phase of the superconducting waveguide function is relatively fixed and a state in which it is more uncertain between the two ends of the channel. When realized, a superconducting device capable of controlling a superconducting current flowing between a source and a drain electrode.
において、ゲ−ト絶縁膜を介して、チャネルを構成する
複数個の超電導体の一部がゲ−ト電極と重なり、さらに
はチャネルを構成する複数個の超電導体が配され、かつ
有限の電気伝導度を有する基板において、ソ−スおよび
ドレイン電極の間にあって、ソ−スおよびドレイン電極
さらにはゲ−ト電極のいづれにも重ならない領域が存在
することを特徴とする超電導素子。7. The superconducting device according to claim 1, wherein a part of a plurality of superconductors forming a channel overlaps with the gate electrode via the gate insulating film, and further, In a substrate having a plurality of superconductors forming a channel and having a finite electric conductivity, it is located between the source and drain electrodes, and the source and drain electrodes as well as the gate electrode are provided. A superconducting element characterized by having non-overlapping regions.
において、超電導性の配線および抵抗体とともに1枚の
基板上に複数個搭載されて成り、スイッチング機能を有
する超電導集積回路を構成する超電導素子。8. The superconducting element according to claim 1, wherein a plurality of superconducting wirings and resistors are mounted on a single substrate together with a superconducting wiring to form a superconducting integrated circuit having a switching function. Superconducting element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5244255A JP2596337B2 (en) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | Superconducting element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5244255A JP2596337B2 (en) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | Superconducting element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07106647A true JPH07106647A (en) | 1995-04-21 |
JP2596337B2 JP2596337B2 (en) | 1997-04-02 |
Family
ID=17116039
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5244255A Expired - Fee Related JP2596337B2 (en) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | Superconducting element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2596337B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101437779B1 (en) * | 2013-05-09 | 2014-09-12 | 한양대학교 산학협력단 | Thin Film Transistor Having Oxide Semiconductor and Method for Fabricating the Same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61206278A (en) * | 1985-03-11 | 1986-09-12 | Hitachi Ltd | Superconductive device |
JPH04118977A (en) * | 1990-09-10 | 1992-04-20 | Hitachi Ltd | Oxide superconducting three-terminal element |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP5244255A patent/JP2596337B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61206278A (en) * | 1985-03-11 | 1986-09-12 | Hitachi Ltd | Superconductive device |
JPH04118977A (en) * | 1990-09-10 | 1992-04-20 | Hitachi Ltd | Oxide superconducting three-terminal element |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101437779B1 (en) * | 2013-05-09 | 2014-09-12 | 한양대학교 산학협력단 | Thin Film Transistor Having Oxide Semiconductor and Method for Fabricating the Same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2596337B2 (en) | 1997-04-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4831421A (en) | Superconducting device | |
JP2641447B2 (en) | Superconducting switching element | |
JP2596337B2 (en) | Superconducting element | |
JP3123164B2 (en) | Superconducting device | |
JP2986819B2 (en) | Superconducting device | |
JP2730502B2 (en) | Superconducting transistor | |
EP0218119A2 (en) | Superconductor switching device | |
JPH0315355B2 (en) | ||
JP2867956B2 (en) | Superconducting transistor | |
Sweeny et al. | Materials and fabrication processes for Nb-Si-Nb SNAP devices | |
JPS60246601A (en) | Resistor for superconductive circuit | |
JP2768276B2 (en) | Oxide superconducting junction element | |
JPH02194667A (en) | Superconducting transistor and its manufacturing method | |
JP2838979B2 (en) | Superconducting circuit | |
JPH0831625B2 (en) | Superconducting 3-terminal element | |
JP3281738B2 (en) | Vortex flow transistor and method of manufacturing the same | |
JP3082667B2 (en) | Superconducting signal output device | |
JP2597745B2 (en) | Superconducting element and fabrication method | |
JP2701732B2 (en) | Superconducting three-terminal element | |
JP3126410B2 (en) | Semiconductor device | |
JPS63211688A (en) | superconducting transistor | |
JPH03228382A (en) | Superconducting switching element | |
Jackel | Junction and circuit fabrication | |
JPH0810769B2 (en) | Superconducting element | |
JPS63208283A (en) | superconducting element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080109 Year of fee payment: 11 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |