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JP3281248B2 - Superconducting resonant tunneling diode element - Google Patents
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JP3281248B2 - Superconducting resonant tunneling diode element - Google Patents

Superconducting resonant tunneling diode element

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JP3281248B2
JP3281248B2 JP00001196A JP1196A JP3281248B2 JP 3281248 B2 JP3281248 B2 JP 3281248B2 JP 00001196 A JP00001196 A JP 00001196A JP 1196 A JP1196 A JP 1196A JP 3281248 B2 JP3281248 B2 JP 3281248B2
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anode
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博 鈴木
和彦 高橋
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は超電導共鳴トンネル
ダイオード素子に関する。
The present invention relates to a superconducting resonant tunneling diode.

【0002】[0002]

【従来の技術】図11は従来技術に係る共鳴トンネルダ
イオード素子のエネルギバンド構造図である。共鳴トン
ネルダイオード素子はカソード領域10A、バリア領域
11A、共鳴領域12、バリア領域11B及びアノード
領域10Bを備える。図11においては各領域のエネル
ギレベルが示される。
2. Description of the Related Art FIG. 11 is an energy band diagram of a resonance tunnel diode device according to the prior art. The resonance tunnel diode element includes a cathode region 10A, a barrier region 11A, a resonance region 12, a barrier region 11B, and an anode region 10B. FIG. 11 shows the energy level of each region.

【0003】前記カソード領域10Aからアノード領域
10Bにはキャリア(例えば、電子)が注入される。図
11中、符号eVはカソード領域10Aとアノード領域
10Bとの間に印加される動作電圧である。カソード領
域10A、アノード領域10Bはいずれも半導体、例え
ばGaAs化合物半導体で形成される。
[0003] Carriers (eg, electrons) are injected from the cathode region 10A to the anode region 10B. In FIG. 11, reference symbol eV is an operating voltage applied between the cathode region 10A and the anode region 10B. Both the cathode region 10A and the anode region 10B are formed of a semiconductor, for example, a GaAs compound semiconductor.

【0004】前記バリア領域11Aはカソード領域10
Aと共鳴領域12との間に形成され、このバリア領域1
1Aはポテンシャル障壁を形成する。バリア領域11B
はアノード領域10Bと共鳴領域12との間に形成さ
れ、このバリア領域11Bは前記バリア領域11Aと同
様にポテンシャル障壁を形成する。カソード領域10A
からアノード領域10Bに注入されるキャリアはトンネ
ル注入によりバリア領域11A、11Bを各々透過でき
る。バリア領域11A、11Bはいずれも半導体、例え
ばAlAsで形成される。
The barrier region 11A is a cathode region 10
A and the barrier region 1 formed between
1A forms a potential barrier. Barrier region 11B
Is formed between the anode region 10B and the resonance region 12, and the barrier region 11B forms a potential barrier similarly to the barrier region 11A. Cathode area 10A
Carriers injected into the anode region 10B from the barrier region 11A and 11B can be respectively transmitted through the tunnel injection. Each of the barrier regions 11A and 11B is formed of a semiconductor, for example, AlAs.

【0005】前記共鳴領域12においては共鳴効果によ
りカソード領域10Aからアノード領域10Bに注入さ
れるキャリアの注入効率(キャリアの到達率)が向上で
きる。つまり、特に最大電流量(ピーク電流量)が増加
できるので、共鳴トンネルダイオード素子においては電
流電圧特性が向上できる。共鳴領域12は半導体、例え
ばGaAsで形成される。
In the resonance region 12, the efficiency of carrier injection (carrier arrival rate) of carriers injected from the cathode region 10A into the anode region 10B can be improved by the resonance effect. That is, since the maximum current amount (peak current amount) can be particularly increased, the current-voltage characteristics of the resonant tunneling diode element can be improved. The resonance region 12 is formed of a semiconductor, for example, GaAs.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の共鳴トンネルダ
イオード素子においては、共鳴領域12が半導体で形成
され、この共鳴領域12を通過する際にキャリアが散乱
されるので、共鳴効果が弱まる。このため、カソード領
域10Aからアノード領域10Bに到達するキャリアが
減少し、充分な電流量が得られないので、共鳴トンネル
ダイオード素子の電流電圧特性が劣化する。
In the conventional resonant tunnel diode device, the resonance region 12 is formed of a semiconductor, and the carriers are scattered when passing through the resonance region 12, so that the resonance effect is weakened. For this reason, the number of carriers reaching the anode region 10B from the cathode region 10A decreases, and a sufficient amount of current cannot be obtained, so that the current-voltage characteristics of the resonant tunneling diode element deteriorate.

【0007】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、本発明の目的は以下の通りである。
The present invention has been made to solve the above problems, and the objects of the present invention are as follows.

【0008】(1)本発明の目的は、共鳴領域中のキャ
リアの散乱が減少でき、電流量が増加でき、電流電圧特
性に優れた共鳴トンネルダイオード素子を備えた超電導
デバイスの提供にある。
(1) It is an object of the present invention to provide a superconducting device having a resonant tunnel diode element which can reduce the scattering of carriers in a resonance region, increase the amount of current, and have excellent current-voltage characteristics.

【0009】(2)さらに、本発明の目的は、超電導体
特有の材料特性が利用でき、最大電流値が増加できる、
特有の電流電圧特性を備えた共鳴トンネルダイオード素
子を備えた超電導デバイスの提供にある。
(2) Another object of the present invention is to make use of the material properties specific to superconductors and to increase the maximum current value.
An object of the present invention is to provide a superconducting device including a resonant tunnel diode element having a specific current-voltage characteristic.

【0010】(3)さらに、本発明の目的は、加工精度
が緩和でき、製作が容易な共鳴トンネルダイオード素子
を備えた超電導デバイスの提供ある。
(3) Another object of the present invention is to provide a superconducting device having a resonant tunneling diode element which can ease processing accuracy and is easy to manufacture.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の超電導共鳴トンネルダイオード素子は、金
属体で形成されたカソード領域と、前記カソード領域に
対して離れて配置され、金属体で形成されたアノード領
域と、前記カソード領域とアノード領域との間に形成さ
れ、超電導体で形成された共鳴領域と、前記カソード領
域と共鳴領域との間、前記アノード領域と共鳴領域との
間に各々形成された絶縁体と、を備え、前記共鳴トンネ
ルダイオード素子のカソード領域、アノード領域には、
各々Auが使用され、前記共鳴領域には、BKBO超電
導体、YBCO超電導体、BSCCO超電導体、TBC
O超電導体、Nb超電導体、Nb3 Sn超電導体、Pb
超電導体のいずれかが使用されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a superconducting resonant tunneling diode element according to the present invention is provided with a cathode region formed of a metal member and a metal member arranged at a distance from the cathode region. Formed between the anode region, the cathode region and the anode region, a resonance region formed of a superconductor, between the cathode region and the resonance region, and between the anode region and the resonance region. And an insulator formed respectively in the cathode region and the anode region of the resonant tunneling diode element,
Au is used for each, and in the resonance region, BKBO superconductor, YBCO superconductor, BSCCO superconductor, TBC
O superconductor, Nb superconductor, Nb 3 Sn superconductor, Pb
It is characterized in that one of the superconductors is used.

【0012】また、本発明の超電導共鳴トンネルダイオ
ード素子は、縮退半導体で形成されたカソード領域と、
前記カソード領域に対して離れて配置され、縮退半導体
で形成されたアノード領域と、前記カソード領域とアノ
ード領域との間に形成され、超電導体で形成された共鳴
領域と、前記カソード領域と共鳴領域との間、前記アノ
ード領域と共鳴領域との間に各々形成されたバリア領域
と、を備え、カソード領域と共鳴領域との間に形成され
るバリア領域には、カソード領域の縮退半導体と共鳴領
域の超電導体との間のショットキー接合で形成されるシ
ョットキーバリア領域が使用され、アノード領域と共鳴
領域との間に形成されるバリア領域には、アノード領域
の縮退半導体と共鳴領域の超電導体との間のショットキ
ー接合で形成されるショットキーバリア領域が使用され
ることを特徴とする。このようにカソード領域と共鳴領
域とが直接接合されることでバリア領域が形成でき、ア
ノード領域と共鳴領域とが直接接合されることでバリア
領域が形成される。したがって、カソード領域、アノー
ド領域の各々と共鳴領域との間に別途バリア領域を形成
するための層を形成する必要がなくなるので、共鳴トン
ネルダイオード素子の構造が簡素化できる。
Further, a superconducting resonant tunneling diode element of the present invention comprises a cathode region formed of a degenerate semiconductor,
An anode region formed apart from the cathode region and formed of a degenerate semiconductor; a resonance region formed between the cathode region and the anode region, formed of a superconductor; and a cathode region and a resonance region. And a barrier region formed between the anode region and the resonance region. The barrier region formed between the cathode region and the resonance region includes a degenerated semiconductor of the cathode region and the resonance region. A Schottky barrier region formed by a Schottky junction between the superconductor and the superconductor is used. The barrier region formed between the anode region and the resonance region includes a degenerate semiconductor in the anode region and a superconductor in the resonance region. And a Schottky barrier region formed by a Schottky junction between the two. As described above, the barrier region can be formed by directly joining the cathode region and the resonance region, and the barrier region can be formed by directly joining the anode region and the resonance region. Therefore, it is not necessary to separately form a layer for forming a barrier region between each of the cathode region and the anode region and the resonance region, so that the structure of the resonance tunnel diode element can be simplified.

【0013】また、本発明の超電導共鳴トンネルダイオ
ード素子は、縮退半導体で形成されたカソード領域と、
前記カソード領域に対して離れて配置され、縮退半導体
で形成されたアノード領域と、前記カソード領域とアノ
ード領域との間に形成され、超電導体で形成された共鳴
領域と、前記カソード領域と共鳴領域との間、前記アノ
ード領域と共鳴領域との間に各々形成されたバリア領域
と、を備え、 前記共鳴トンネルダイオード素子のカソ
ード領域と共鳴領域との間、アノード領域と共鳴領域と
の間に形成されるバリア領域には、各々絶縁体が使用さ
れることを特徴とする。
[0013] The superconducting resonant tunneling diode element of the present invention further comprises a cathode region formed of a degenerate semiconductor;
An anode region disposed away from the cathode region and formed of a degenerate semiconductor; a resonance region formed between the cathode region and the anode region, formed of a superconductor; and a cathode region and a resonance region. And a barrier region formed between the anode region and the resonance region, respectively, between the cathode region and the resonance region of the resonance tunnel diode element, and between the anode region and the resonance region. An insulator is used for each of the barrier regions to be formed.

【0014】ここで、前記バリア領域にはMgO薄膜を
使用することができる。
Here, an MgO thin film can be used for the barrier region.

【0015】また、本発明の超電導共鳴トンネルダイオ
ード素子では、カソード領域、アノード領域には、各々
Nbが導入されたSTOを使用し、前記共鳴領域には、
BKBO超電導体、YBCO超電導体、BSCCO超電
導体、TBCO超電導体、Nb超電導体、Nb3 Sn超
電導体、Pb超電導体のいずれかを使用することができ
る。
In the superconducting resonant tunneling diode element of the present invention, the cathode region and the anode region each use STO into which Nb is introduced, and the resonance region includes
Any of a BKBO superconductor, a YBCO superconductor, a BSCCO superconductor, a TBCO superconductor, an Nb superconductor, an Nb 3 Sn superconductor, and a Pb superconductor can be used.

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【0022】[0022]

【0023】[0023]

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】実施形態1 図1は本実施形態1に係る超電導デバイスに搭載された
共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図であ
る。超電導デバイスは図1に示すように基板1を母体と
して構成され、共鳴トンネルダイオード素子は前記基板
1の表面上に構成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view showing a vertical structure of a resonant tunnel diode element mounted on a superconducting device according to Embodiment 1. As shown in FIG. 1, the superconducting device is configured with the substrate 1 as a base, and the resonant tunneling diode element is configured on the surface of the substrate 1.

【0025】前記基板1には超電導体の薄膜が成膜でき
る材料が使用される。本実施形態において、超電導体に
は、400℃前後の低温度において成膜が行え、他の結
晶体に熱的損傷を及ぼす影響が小さい、例えばBKBO
(BaKBiO)系超電導体が使用される。従って、基
板1には、BKBO系超電導体の結晶構造と同一のペロ
ブスカイト結晶構造を有する、又は結晶格子間隔が等し
い例えばSTO(SrTiO3 )結晶基板が使用され
る。STO結晶基板のa軸の結晶格子間隔はBKBO系
超電導体のa軸の結晶格子間隔に非常に近い格子間隔を
有する。STO結晶基板には1016−1018atoms/cm3
程度の低濃度においてNbが導入され、又Nbが導入さ
れず、基本的にSTO結晶基板は絶縁性基板として使用
される。また、基板1には同様な機能を備える縮退半導
体基板、具体的にはBaBiO3 結晶基板、KNbO3
結晶基板、KTaO3 結晶基板又はCeO2 結晶基板の
いずれかが使用できる。
The substrate 1 is made of a material capable of forming a superconductor thin film. In this embodiment, a film can be formed on the superconductor at a low temperature of about 400 ° C., and the influence of thermally damaging other crystals is small, for example, BKBO
A (BaKBiO) -based superconductor is used. Therefore, as the substrate 1, for example, an STO (SrTiO 3 ) crystal substrate having the same perovskite crystal structure as that of the BKBO-based superconductor or having the same crystal lattice spacing is used. The a-axis crystal lattice spacing of the STO crystal substrate is very close to the a-axis crystal lattice spacing of the BKBO-based superconductor. 10 16 -10 18 atoms / cm 3 for STO crystal substrate
At a low concentration, Nb is introduced and Nb is not introduced, and the STO crystal substrate is basically used as an insulating substrate. The substrate 1 is a degenerate semiconductor substrate having a similar function, specifically, a BaBiO 3 crystal substrate, KNbO 3
Either a crystal substrate, a KTaO 3 crystal substrate or a CeO 2 crystal substrate can be used.

【0026】前記共鳴トンネルダイオード素子はカソー
ド領域4A、バリア領域3、共鳴領域2、バリア領域3
及びアノード領域4Bを備える。前記共鳴領域2は基板
1の表面上に直接成膜された超電導体(BKBO系超電
導体)で形成される。超電導体で形成される共鳴領域2
は、少なくともカソード領域4A及びアノード領域4B
を含む領域において形成される。量子力学的な共鳴効果
を確保するために、共鳴領域2の共鳴領域長Wは例えば
100−500nmに設定される。本実施形態に係る共
鳴トンネルダイオード素子の構造においては、この共鳴
領域長Wはカソード領域4Aとアノード領域4Bとの間
の離間距離に等しくなる。共鳴領域2の厚さは例えば1
00−200nmに設定される。
The resonance tunnel diode element includes a cathode region 4A, a barrier region 3, a resonance region 2, and a barrier region 3.
And an anode region 4B. The resonance region 2 is formed of a superconductor (a BKBO-based superconductor) formed directly on the surface of the substrate 1. Resonant region 2 formed by superconductor
Are at least the cathode region 4A and the anode region 4B
Is formed in a region including. In order to secure the quantum mechanical resonance effect, the resonance region length W of the resonance region 2 is set to, for example, 100 to 500 nm. In the structure of the resonant tunneling diode element according to the present embodiment, the resonance region length W is equal to the separation distance between the cathode region 4A and the anode region 4B. The thickness of the resonance region 2 is, for example, 1
It is set to 00-200 nm.

【0027】なお、共鳴領域2の超電導体にはBKBO
系超電導体と同様に低温度で成膜が実現できるBaRb
BiO系超電導体が使用できる。また、共鳴領域2の超
電導体にはYBCO系超電導体、BSCCO系超電導
体、TBCO系超電導体、Nb系超電導体、Nb3 Sn
系超電導体、Pb系超電導体等が使用でき、超電導体全
般が使用できる。
The superconductor in the resonance region 2 has BKBO
BaRb that can realize film formation at low temperature as in the case of system-based superconductors
BiO-based superconductors can be used. The superconductors in the resonance region 2 include YBCO-based superconductors, BSCCO-based superconductors, TBCO-based superconductors, Nb-based superconductors, and Nb 3 Sn.
Superconductors, Pb-based superconductors and the like can be used, and all superconductors can be used.

【0028】前記バリア領域3は少なくとも共鳴領域2
とカソード領域4Aとの間、共鳴領域2とアノード領域
4Bとの間に各々形成される。バリア領域3は共鳴領域
2の表面上に形成される。バリア領域3は少なくともト
ンネル領域としての機能を備える。本実施形態において
バリア領域3にはMgO薄膜又は非晶質薄膜で形成され
たバリア領域が使用される。このバリア領域はトンネル
効果が発生する例えば3−5nm程度の膜厚で形成され
る。
The barrier region 3 has at least the resonance region 2
And cathode region 4A, and between resonance region 2 and anode region 4B. The barrier region 3 is formed on the surface of the resonance region 2. The barrier region 3 has at least a function as a tunnel region. In this embodiment, a barrier region formed of an MgO thin film or an amorphous thin film is used as the barrier region 3. This barrier region is formed with a thickness of, for example, about 3-5 nm at which a tunnel effect occurs.

【0029】前記カソード領域4A、アノード領域4B
は、各々バリア領域3の表面上に形成され、前記共鳴領
域2の共鳴領域長Wに相当する離隔寸法分、互いに離れ
て配置される。カソード領域4A、アノード領域4Bは
本実施形態において同一層の金属体、例えばAuで形成
される。同一層の金属体とは製造プロセスにおいて同一
成膜工程で形成される金属体であるこを意味する。
The cathode region 4A and the anode region 4B
Are formed on the surface of the barrier region 3 and are separated from each other by a separation dimension corresponding to the resonance region length W of the resonance region 2. In the present embodiment, the cathode region 4A and the anode region 4B are formed of the same layer of a metal body, for example, Au. The metal body of the same layer means a metal body formed in the same film forming step in the manufacturing process.

【0030】図1には共鳴トンネルダイオード素子にお
いて電流iが流れる経路を示す。電流iはアノード領域
4Bから共鳴領域2を通過しカソード領域4Aに流れ
る。この電流iの流れと同時にかつ逆方向には電子が流
れる。
FIG. 1 shows a path through which a current i flows in the resonant tunneling diode element. The current i flows from the anode region 4B through the resonance region 2 to the cathode region 4A. Electrons flow simultaneously with the current i and in the opposite direction.

【0031】図2は前記共鳴トンネルダイオード素子の
エネルギバンド構造図である。図2に示す共鳴トンネル
ダイオード素子において、符号eVはカソード領域4A
とアノード領域4Bとの間に印加される動作電圧、符号
Δは共鳴領域2の超電導体のエネルギギャップである。
FIG. 2 is an energy band structure diagram of the resonance tunnel diode element. In the resonance tunnel diode element shown in FIG.
The operating voltage applied between the anode region 4B and the reference sign Δ is the energy gap of the superconductor in the resonance region 2.

【0032】共鳴トンネルダイオード素子においては、
カソード領域4Aとアノード領域4Bとの間に動作電圧
eVが印加されると、カソード領域4Aから共鳴領域2
に多数キャリア(電子)が注入される。この注入される
キャリアはトンネル注入によりバリア領域3を透過す
る。共鳴領域2においては量子力学的な共鳴効果により
キャリアの伝搬が助長され、共鳴領域2からアノード領
域4Bに多数キャリアが注入される。この注入されるキ
ャリアは前述と同様にトンネル注入によりバリア領域3
を透過する。
In the resonance tunnel diode element,
When an operating voltage eV is applied between the cathode region 4A and the anode region 4B, the resonance region 2
Is injected with majority carriers (electrons). The injected carriers pass through the barrier region 3 by tunnel injection. In the resonance region 2, carrier propagation is promoted by a quantum mechanical resonance effect, and majority carriers are injected from the resonance region 2 into the anode region 4B. The injected carriers are formed in the barrier region 3 by tunnel injection as described above.
Through.

【0033】図3は共鳴トンネルダイオード素子の電流
−電圧特性図である。図3において、縦軸は電流値を示
し、横軸は電圧値を示す。図3に示す電流電圧特性D2
は前述の図11に示す従来技術に係る共鳴トンネルダイ
オード素子の電流−電圧特性である。この共鳴トンネル
ダイオード素子においては、最初に電圧の増加に伴い順
方向電流が単純に増加し、次に電圧V21で最大値の電流
(ピーク電流)I21が得られる。電圧V21を超えると電
圧の増加に伴い電流が減少し、電圧V22で最小値の電流
22が得られる。電圧V22を超えると指数関数的に電流
が増加する。
FIG. 3 is a current-voltage characteristic diagram of the resonant tunnel diode element. In FIG. 3, the vertical axis indicates a current value, and the horizontal axis indicates a voltage value. The current-voltage characteristic D2 shown in FIG.
Is a current-voltage characteristic of the resonance tunnel diode element according to the related art shown in FIG. In this resonant tunneling diode element, first, the forward current simply increases with an increase in the voltage, and then the maximum current (peak current) I 21 is obtained at the voltage V 21 . And with current decreases exceeds the voltage V 21 to increase the voltage, the current I 22 of the minimum value in the voltage V 22 is obtained. Exponentially current increases exceeds the voltage V 22.

【0034】図3に示す電流−電圧特性D1は本実施形
態に係る共鳴トンネルダイオード素子の電流−電圧特性
である。この本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード
素子においては、共鳴領域2に超電導体が使用され、超
電導体のエネルギギャップΔが存在する。このため、カ
ソード領域4Aとアノード領域4Bとの間に印加される
動作電圧eVによるカソード領域4Aの電位がεF +Δ
以下においては電流が流れず、εF +Δを超えてから電
流が流れる(図2及び図3参照)。次に電圧V11で最大
値の電流(ピーク電流)I11が得られる。共鳴領域2が
超電導体で形成されることによりキャリアの散乱が減少
できキャリアの注入効率が向上できるので、最大値の電
流I11は電流−電圧特性D2に比べて高くできる。電圧
11を超えると電圧の増加に伴い電流が減少し、電圧V
12で最小値の電流I12が得られる。電圧V12を超えると
指数関数的に電流が増加する。電圧V12における最小値
の電流I12、電圧V12を超えた後の電流においてはいず
れも共鳴領域2が超電導体で形成されたことによるエネ
ルギギャップΔ、及び量子力学的な共鳴効果が反映さ
れ、本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子にお
いて特有な電流電圧特性を有する負性抵抗素子が実現で
きる。
The current-voltage characteristic D1 shown in FIG. 3 is the current-voltage characteristic of the resonant tunnel diode device according to the present embodiment. In the resonance tunnel diode element according to the present embodiment, a superconductor is used in the resonance region 2, and there is an energy gap Δ of the superconductor. Therefore, the potential of the cathode region 4A due to the operating voltage eV applied between the cathode region 4A and the anode region 4B becomes ε F + Δ
In the following, no current flows, and a current flows after exceeding ε F + Δ (see FIGS. 2 and 3). Then the maximum value of the current (peak current) I 11 are obtained by the voltage V 11. Since the resonance region 2 can be improved injection efficiency of carriers can be reduced scattering of carriers by being formed by a superconductor, the current I 11 of the maximum current - be higher than the voltage characteristic D2. Current with exceeding voltage V 11 to increase the voltage decreases, voltage V
At 12 , a minimum current I 12 is obtained. Exponentially current increases exceeds the voltage V 12. Current I 12 of the minimum value in the voltage V 12, both in the current after exceeding the voltage V 12 is the resonance region 2 energy gap Δ by formed of superconductors, and quantum mechanical resonance effects is reflected Thus, a negative resistance element having a unique current-voltage characteristic in the resonance tunnel diode element according to the present embodiment can be realized.

【0035】前記エネルギギャップΔはBKBO系超電
導体、YBCO系超電導体等の材料毎に固有の値を有す
る。従って、前記共鳴領域2を形成する超電導体の材料
を目的に応じて選別することにより、最大値の電流
11、最小値の電流I12が意図的に制御された特有な電
圧−電流特性D1が作り出せるとともに、共鳴領域2に
おいてキャリアの散乱が減少されキャリアの注入効率が
向上できる特有な電圧−電流特性D1が作り出せる。
The energy gap Δ has a unique value for each material such as a BKBO superconductor and a YBCO superconductor. Therefore, by selecting the material of the superconductor forming the resonance region 2 according to the purpose, the current I 11 having the maximum value and the current I 12 having the minimum value are uniquely controlled in a specific voltage-current characteristic D1. And a unique voltage-current characteristic D1 that can reduce carrier scattering in the resonance region 2 and improve carrier injection efficiency.

【0036】さらに、本実施形態に係る共鳴トンネルダ
イオード素子においては、共鳴領域2の共鳴領域長Wの
制御により最大値の電流I11の位置が制御できる。共鳴
領域長Wを長く設定すれば、最大値の電流I11の位置は
低電圧側に移動できる。逆に、共鳴領域長Wを短く設定
すれば、最大値の電流I11の位置は高電圧側に移動でき
る。
Furthermore, in the resonant tunneling diode according to the present embodiment can control the position of the current I 11 of the maximum value by controlling the resonance region length W of the resonance region 2. By setting a longer resonance region length W, the position of the current I 11 of the maximum value may be moved to the low voltage side. Conversely, if shorter resonance region length W, the position of the current I 11 of the maximum value can move to the high voltage side.

【0037】<製造方法>図4(A)及び図4(B)は
前述の共鳴トンネルダイオード素子を備えた超電導デバ
イスの製造方法を説明する各工程毎に示す断面図であ
る。
<Manufacturing Method> FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views showing steps for explaining a method of manufacturing a superconducting device having the above-described resonant tunneling diode element.

【0038】まず、図4(A)に示すように、最初に基
板1が準備される。前述の通り、この基板1には表面上
に超電導体が成膜できるSTO結晶基板が使用される。
First, as shown in FIG. 4A, a substrate 1 is first prepared. As described above, the substrate 1 is an STO crystal substrate on which a superconductor can be formed on the surface.

【0039】次に、前記基板1の表面上に超電導体が成
膜され、この超電導体により共鳴領域2が形成される
(図4(B)参照)。前記超電導体にはBKBO系超電
導体が使用され、このBKBO系超電導体は例えば高周
波マグネトロンスパッタリング法により成膜される。高
周波マグネトロンスパッタリング法において、スパッタ
リングターゲットにはBaKBiO3 粉末をプレスで固
めた粉末ターゲットが使用される。成膜条件は真空圧1
×10-5Pa、基板温度300−400℃、スパッタリ
ングガスO2 及びArの混合ガス、ガス流量比1:1、
ガス圧80Pa、高周波出力100W、堆積速度0. 1
〓/sec、堆積時間2000秒に設定される。この条
件において、100−200nmの膜厚を有するBKB
O系超電導体が形成できる。
Next, a superconductor is formed on the surface of the substrate 1, and a resonance region 2 is formed by the superconductor (see FIG. 4B). A BKBO-based superconductor is used as the superconductor, and the BKBO-based superconductor is formed by, for example, a high-frequency magnetron sputtering method. In the high-frequency magnetron sputtering method, a powder target obtained by solidifying BaKBiO 3 powder by pressing is used as a sputtering target. The film formation condition is vacuum pressure 1
× 10 −5 Pa, substrate temperature 300-400 ° C., mixed gas of sputtering gas O 2 and Ar, gas flow ratio 1: 1,
Gas pressure 80 Pa, high frequency output 100 W, deposition rate 0.1
〓 / sec, deposition time 2000 sec. Under these conditions, a BKB having a thickness of 100-200 nm
An O-based superconductor can be formed.

【0040】次に、図4(B)に示すように、前記共鳴
領域2の表面上にバリア領域3が形成される。バリア領
域3にはMgO薄膜又は非晶質薄膜からなるバリア領域
が使用され、前記MgO薄膜は例えば分子線エピタキシ
ー(MBE)法で成膜される。成膜条件は基板温度20
0−400℃、成膜温度200−400℃、成長速度
0. 1−0. 5〓/secに設定される。
Next, as shown in FIG. 4B, a barrier region 3 is formed on the surface of the resonance region 2. As the barrier region 3, a barrier region made of an MgO thin film or an amorphous thin film is used, and the MgO thin film is formed by, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) method. The film formation condition is a substrate temperature of 20.
The temperature is set to 0 to 400 ° C, the film forming temperature is set to 200 to 400 ° C, and the growth rate is set to 0.1 to 0.5 ° / sec.

【0041】次に、前述の図1に示すように、バリア領
域3の表面上にカソード領域4A及びアノード領域4B
が形成される。カソード領域4A、アノード領域4Bに
は例えば同一製造工程で成膜されたAuが使用され、A
uは例えばスパッタ法又は蒸着法で成膜される。
Next, as shown in FIG. 1, the cathode region 4A and the anode region 4B are formed on the surface of the barrier region 3.
Is formed. For example, Au formed in the same manufacturing process is used for the cathode region 4A and the anode region 4B.
u is formed by, for example, a sputtering method or an evaporation method.

【0042】これら一連の製造工程が終了すると、本実
施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子が完成する。
When these series of manufacturing steps are completed, the resonant tunnel diode device according to the present embodiment is completed.

【0043】実施形態2 図5は本実施形態2に係る超電導デバイスに搭載された
共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図であ
る。本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子にお
いては、カソード領域4Aと共鳴領域2との間がショッ
トキーバリア領域SB1で分離(接合分離)され、アノー
ド領域4Bと共鳴領域2との間がショットキーバリア領
域SB2で分離される。
Embodiment 2 FIG. 5 is a cross-sectional view showing the vertical structure of a resonant tunnel diode mounted on a superconducting device according to Embodiment 2. In the resonance tunnel diode element according to the present embodiment, the cathode region 4A and the resonance region 2 are separated (junction separated) by the Schottky barrier region SB1 , and the anode region 4B and the resonance region 2 are Schottky. It is separated by the barrier region SB2 .

【0044】共鳴トンネルダイオード素子が搭載される
基板1には前述の実施形態1に係る超電導デバイスと同
様に超電導体の薄膜が成膜できる例えばSTO結晶基板
が使用される。STO結晶基板には1016−1018atom
s/cm3 程度の低濃度においてNbが導入され、又Nbが
導入されず、基本的にSTO結晶基板は絶縁性基板とし
て使用される。
As the substrate 1 on which the resonance tunnel diode element is mounted, for example, an STO crystal substrate on which a thin film of a superconductor can be formed as in the superconducting device according to the first embodiment is used. 10 16 -10 18 atom for STO crystal substrate
Nb is introduced at a low concentration of about s / cm 3 , and Nb is not introduced, and the STO crystal substrate is basically used as an insulating substrate.

【0045】前記共鳴トンネルダイオード素子はカソー
ド領域4A、ショットキーバリア領域SB1、共鳴領域
2、ショットキーバリア領域SB2及びアノード領域4B
を基本的構成として備える。本実施形態に係る共鳴トン
ネルダイオード素子は、前述の実施形態1に係る共鳴ト
ンネルダイオード素子のバリア領域3に代えてショット
キーバリア領域SB1及びショットキーバリア領域SB2
備えたことを特徴とする。
The resonance tunnel diode element includes a cathode region 4A, a Schottky barrier region S B1 , a resonance region 2, a Schottky barrier region S B2 and an anode region 4B.
Is provided as a basic configuration. The resonance tunnel diode element according to the present embodiment is characterized by including a Schottky barrier region S B1 and a Schottky barrier region S B2 instead of the barrier region 3 of the resonance tunnel diode element according to the first embodiment. .

【0046】前記共鳴トンネルダイオード素子のカソー
ド領域4A、アノード領域4Bは各々互いに離間し基板
1の表面層に形成される。このカソード領域4A、アノ
ード領域4Bは各々基板1であるSTO結晶基板の表面
層に高濃度にNbが導入された導電性領域で形成される
(縮退半導体化がなされる)。カソード領域4A、アノ
ード領域4BとしてのSTO結晶基板の表面層には例え
ば1018−1019atoms/cm3 程度の高濃度においてNb
が導入される。カソード領域4Aとアノード領域4Bと
の間の離間距離は共鳴領域長Wに等しくなる。
The cathode region 4A and the anode region 4B of the resonant tunneling diode are separated from each other and formed on the surface layer of the substrate 1. The cathode region 4A and the anode region 4B are each formed of a conductive region in which Nb is introduced at a high concentration on the surface layer of the STO crystal substrate as the substrate 1 (degenerate semiconductor). The surface layer of the STO crystal substrate serving as the cathode region 4A and the anode region 4B has Nb at a high concentration of, for example, about 10 18 -10 19 atoms / cm 3.
Is introduced. The distance between the cathode region 4A and the anode region 4B is equal to the resonance region length W.

【0047】前記共鳴領域2はカソード領域4Aの表面
上及びアノード領域4Bの表面上を含む基板1の表面上
に直接成膜された超電導体で形成される。共鳴領域2に
は前述の実施形態1に係る共鳴トンネルダイオード素子
の共鳴領域2と同様に例えばBKBO系超電導体が使用
される。
The resonance region 2 is formed of a superconductor directly formed on the surface of the substrate 1 including the surface of the cathode region 4A and the surface of the anode region 4B. For example, a BKBO-based superconductor is used for the resonance region 2 similarly to the resonance region 2 of the resonance tunnel diode element according to the first embodiment.

【0048】前記ショットキーバリア領域SB1はカソー
ド領域4Aである縮退半導体と共鳴領域2である超電導
体との接触により形成される。ショットキーバリア領域
B1はカソード領域4Aと共鳴領域2との間の界面から
カソード領域4A側に形成される。図6は前記共鳴トン
ネルダイオード素子のエネルギバンド構造図である。図
6に示す共鳴トンネルダイオード素子において、符号S
L1はショットキーバリア領域SB1の障壁長である。前記
ショットキーバリア領域SB2はアノード領域4Bである
縮退半導体と共鳴領域2である超電導体との接触により
形成される。ショットキーバリア領域SB2はアノード領
域4Bと共鳴領域2との間の界面からアノード領域4B
側に形成される。図6に示す共鳴トンネルダイオード素
子において、符号SL2はショットキーバリア領域SB2
障壁長である。
The Schottky barrier region S B1 is formed by contact between the degenerate semiconductor as the cathode region 4A and the superconductor as the resonance region 2. Schottky barrier region SB1 is formed on the side of cathode region 4A from the interface between cathode region 4A and resonance region 2. FIG. 6 is an energy band diagram of the resonance tunnel diode element. In the resonance tunnel diode element shown in FIG.
L1 is the barrier length of the Schottky barrier region SB1 . The Schottky barrier region SB2 is formed by contact between the degenerate semiconductor as the anode region 4B and the superconductor as the resonance region 2. The Schottky barrier region S B2 extends from the interface between the anode region 4B and the resonance region 2 to the anode region 4B.
Formed on the side. In the resonance tunnel diode element shown in FIG. 6, reference symbol S L2 denotes a barrier length of the Schottky barrier region S B2 .

【0049】本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード
素子においては、カソード領域4A及びアノード領域4
Bが基板1の表面層に形成され、かつカソード領域4A
と共鳴領域2との間にショットキーバリア領域SB1が、
アノード領域4Bと共鳴領域2との間にショットキーバ
リア領域SB2が各々形成されるので、前述の実施形態1
に係る共鳴トンネルダイオード素子のバリア領域3とし
てのMgO薄膜又は非晶質薄膜が不必要になる。従っ
て、共鳴トンネルダイオード素子は実質的に基板1及び
共鳴領域(超電導体)2で実現できるので、共鳴トンネ
ルダイオード素子の構造が簡素化できる。
In the resonance tunnel diode device according to the present embodiment, the cathode region 4A and the anode region 4
B is formed on the surface layer of the substrate 1 and the cathode region 4A
A Schottky barrier region S B1 between
Since each of the Schottky barrier regions S B2 is formed between the anode region 4B and the resonance region 2, the first embodiment is used.
The need for the MgO thin film or the amorphous thin film as the barrier region 3 of the resonant tunneling diode element according to the above is unnecessary. Therefore, since the resonant tunnel diode element can be substantially realized by the substrate 1 and the resonant region (superconductor) 2, the structure of the resonant tunnel diode element can be simplified.

【0050】<製造方法>図7(A)及び図7(B)は
前述の共鳴トンネルダイオード素子を備えた超電導デバ
イスの製造方法を説明する各工程毎に示す断面図であ
る。
<Manufacturing Method> FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views showing steps of a method for manufacturing a superconducting device having the above-described resonant tunneling diode element.

【0051】まず、図7(A)に示すように、最初に基
板1が準備される。前述の通り、この基板1には表面上
に超電導体が成膜できるSTO結晶基板が使用される。
First, as shown in FIG. 7A, a substrate 1 is first prepared. As described above, the substrate 1 is an STO crystal substrate on which a superconductor can be formed on the surface.

【0052】次に、図7(B)に示すように、基板1の
表面層において互いに離間した位置にカソード領域4A
及びアノード領域4Bが形成される。このカソード領域
4A、アノード領域4Bの形成には例えばFIB(Foc
us Ion Beam )法が使用され、FIB法により基板
1の表面層に高濃度においてNbが導入される。このN
bの導入により基板1の表面層が縮退半導体化され、カ
ソード領域4A、アノード領域4Bが各々形成される。
なお、Nbの導入にはイオン注入法が使用できる。
Next, as shown in FIG. 7B, the cathode region 4A is located at a position separated from each other on the surface layer of the substrate 1.
And an anode region 4B. For forming the cathode region 4A and the anode region 4B, for example, FIB (Foc
Us Ion Beam) method is used, and Nb is introduced at a high concentration into the surface layer of the substrate 1 by the FIB method. This N
By introducing b, the surface layer of the substrate 1 becomes a degenerate semiconductor, and the cathode region 4A and the anode region 4B are formed.
Note that an ion implantation method can be used to introduce Nb.

【0053】次に、前述の図5に示すように、前記基板
1の表面上に超電導体が成膜され、この超電導体により
共鳴領域2が形成される。前記超電導体にはBKBO系
超電導体が使用され、このBKBO系超電導体の形成に
は前述の実施形態1の製造方法で説明した高周波マグネ
トロンスパッタリング法が使用される。超電導体の成膜
条件は既に説明しているので、本実施形態に係る製造方
法においては成膜条件についての説明は省略する。
Next, as shown in FIG. 5, a superconductor is formed on the surface of the substrate 1, and a resonance region 2 is formed by the superconductor. A BKBO-based superconductor is used for the superconductor, and the high-frequency magnetron sputtering method described in the manufacturing method of the first embodiment is used for forming the BKBO-based superconductor. Since the film forming conditions of the superconductor have already been described, the description of the film forming conditions is omitted in the manufacturing method according to the present embodiment.

【0054】前記共鳴領域2が形成されると、この共鳴
領域2とカソード領域4Aとの間にショットキーバリア
領域SB1が形成され、共鳴領域2とアノード領域4Bと
の間にショットキーバリア領域SB2が形成される。
When the resonance region 2 is formed, a Schottky barrier region SB1 is formed between the resonance region 2 and the cathode region 4A, and a Schottky barrier region between the resonance region 2 and the anode region 4B. S B2 is formed.

【0055】これら一連の製造工程が終了すると、本実
施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子が完成する。
When these series of manufacturing steps are completed, the resonant tunnel diode device according to the present embodiment is completed.

【0056】実施形態3 図8は本実施形態3に係る超電導デバイスに搭載された
共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図であ
る。本実施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子にお
いては、カソード領域4Aと共鳴領域2との間がショッ
トキーバリア領域SB1及びバリア領域3で分離され、ア
ノード領域4Bと共鳴領域2との間がショットキーバリ
ア領域SB2及びバリア領域3で分離される。つまり、本
実施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子は、前述の
実施形態2に係る共鳴トンネルダイオード素子の共鳴領
域2とショットキーバリア領域SB1との間にバリア領域
3が形成され、共鳴領域2とショットキーバリア領域S
B2との間にバリア領域3が形成される。バリア領域3に
は前述の実施形態1に係る共鳴トンネルダイオード素子
のバリア領域3と同様にMgO薄膜又は非晶質薄膜が使
用される。
Third Embodiment FIG. 8 is a cross-sectional view showing a vertical structure of a resonant tunnel diode element mounted on a superconducting device according to a third embodiment. In the resonance tunnel diode element according to the present embodiment, the cathode region 4A and the resonance region 2 are separated by the Schottky barrier region SB1 and the barrier region 3, and the anode region 4B and the resonance region 2 are Schottky. It is separated by the barrier region SB2 and the barrier region 3. That is, resonant tunneling diode according to this embodiment, barrier region 3 is formed between the resonance region 2 and the Schottky barrier region S B1 of the resonant tunneling diode according to the second embodiment described above, the resonance region 2 Schottky barrier area S
A barrier region 3 is formed between B2 and B2 . As the barrier region 3, an MgO thin film or an amorphous thin film is used similarly to the barrier region 3 of the resonance tunnel diode element according to the first embodiment.

【0057】図9は前記共鳴トンネルダイオード素子の
エネルギバンド構造図である。図9に示すように、カソ
ード領域4Aと共鳴領域2との間には2層構造において
ショットキーバリア領域SB1及びバリア領域3が形成さ
れ、アノード領域4Bと共鳴領域2との間には2層構造
においてショットキーバリア領域SB2及びバリア領域3
が形成される。
FIG. 9 is an energy band structure diagram of the resonance tunnel diode element. As shown in FIG. 9, a Schottky barrier region SB1 and a barrier region 3 are formed between the cathode region 4A and the resonance region 2 in a two-layer structure. Schottky barrier region S B2 and barrier region 3 in the layer structure
Is formed.

【0058】<製造方法>図10(A)乃至図10
(C)は前述の共鳴トンネルダイオード素子を備えた超
電導デバイスの製造方法を説明する各工程毎に示す断面
図である。
<Manufacturing Method> FIGS. 10A to 10
(C) is sectional drawing shown in each process explaining the manufacturing method of the superconducting device provided with the above-mentioned resonant tunnel diode element.

【0059】まず、図10(A)に示すように、最初に
基板1が準備される。前述の通り、この基板1には表面
上に超電導体が成膜できるSTO結晶基板が使用され
る。
First, as shown in FIG. 10A, a substrate 1 is first prepared. As described above, the substrate 1 is an STO crystal substrate on which a superconductor can be formed on the surface.

【0060】次に、図10(B)に示すように、基板1
の表面層にカソード領域4A及びアノード領域4Bが形
成される。このカソード領域4A、アノード領域4Bの
形成には前述の実施形態2に係る製造方法で説明したF
IB法が使用され、FIB法により基板1の表面層に高
濃度においてNbが導入され、カソード領域4A、アノ
ード領域4Bが各々形成される。
Next, as shown in FIG.
The cathode region 4A and the anode region 4B are formed on the surface layer of the first embodiment. The formation of the cathode region 4A and the anode region 4B is performed by using the F described in the manufacturing method according to the second embodiment.
The IB method is used, Nb is introduced at a high concentration into the surface layer of the substrate 1 by the FIB method, and the cathode region 4A and the anode region 4B are formed.

【0061】次に、図10(C)に示すように、少なく
ともカソード領域4Aの表面上及びアノード領域4Bの
表面上を含む基板1の表面上にバリア領域3が形成され
る。このバリア領域3の形成には前述の実施形態1に係
る製造方法で説明した分子線エピタキシー法が使用さ
れ、MgO薄膜又は非晶質薄膜が形成される。
Next, as shown in FIG. 10C, the barrier region 3 is formed on the surface of the substrate 1 including at least the surface of the cathode region 4A and the surface of the anode region 4B. The barrier region 3 is formed by the molecular beam epitaxy described in the manufacturing method according to the first embodiment, and an MgO thin film or an amorphous thin film is formed.

【0062】次に、前述の図8に示すように、前記バリ
ア領域3の表面上に超電導体が成膜され、この超電導体
により共鳴領域2が形成される。前記超電導体にはBK
BO系超電導体が使用され、このBKBO系超電導体の
形成には前述の実施形態1の製造方法で説明した高周波
マグネトロンスパッタリング法が使用される。超電導体
の成膜条件は既に説明しているので、本実施形態に係る
製造方法においては成膜条件についての説明は省略す
る。
Next, as shown in FIG. 8, a superconductor is formed on the surface of the barrier region 3, and the resonance region 2 is formed by the superconductor. The superconductor has BK
A BO-based superconductor is used, and the BKBO-based superconductor is formed by the high-frequency magnetron sputtering method described in the manufacturing method of the first embodiment. Since the film forming conditions of the superconductor have already been described, the description of the film forming conditions is omitted in the manufacturing method according to the present embodiment.

【0063】前記共鳴領域2が形成されると、この共鳴
領域2とカソード領域4Aとの間にショットキーバリア
領域SB1及びバリア領域3が形成され、共鳴領域2とア
ノード領域4Bとの間にショットキーバリア領域SB2
びバリア領域3が形成される。
When the resonance region 2 is formed, a Schottky barrier region SB1 and a barrier region 3 are formed between the resonance region 2 and the cathode region 4A, and between the resonance region 2 and the anode region 4B. A Schottky barrier region SB2 and a barrier region 3 are formed.

【0064】これら一連の製造工程が終了すると、本実
施形態に係る共鳴トンネルダイオード素子が完成する。
When these series of manufacturing steps are completed, the resonant tunnel diode device according to the present embodiment is completed.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明においては、下記の効果が得られ
る。
According to the present invention, the following effects can be obtained.

【0066】(1)共鳴領域中のキャリアの散乱が減少
でき、電流量が増加でき、電流電圧特性に優れた共鳴ト
ンネルダイオード素子が提供できる。 (2)さらに、超電導体特有の材料特性が利用でき、最
大電流値が増加できる、特有の電流電圧特性を備えた共
鳴トンネルダイオード素子が提供できる。 (3)さらに、加工精度が緩和でき、製作が容易な共鳴
トンネルダイオード素子が提供できる。
(1) Scattering of carriers in the resonance region can be reduced, the amount of current can be increased, and a resonance tunnel diode element having excellent current-voltage characteristics can be provided. (2) Further, it is possible to provide a resonant tunnel diode element having specific current-voltage characteristics, which can utilize the material characteristics specific to the superconductor and can increase the maximum current value. (3) Further, it is possible to provide a resonance tunnel diode element in which processing accuracy can be eased and which can be easily manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本実施形態1に係る超電導デバイスに搭載さ
れた共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図
である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a vertical structure of a resonant tunneling diode element mounted on a superconducting device according to a first embodiment.

【図2】 前記共鳴トンネルダイオード素子のエネルギ
バンド構造図である。
FIG. 2 is an energy band structure diagram of the resonance tunnel diode element.

【図3】 前記共鳴トンネルダイオード素子の電流−電
圧特性図である。
FIG. 3 is a current-voltage characteristic diagram of the resonant tunneling diode element.

【図4】 (A)及び(B)は前述の共鳴トンネルダイ
オード素子を備えた超電導デバイスの製造方法を説明す
る各工程毎に示す断面図である。
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views showing steps for explaining a method of manufacturing a superconducting device including the above-described resonant tunneling diode element.

【図5】 本実施形態2に係る超電導デバイスに搭載さ
れた共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図
である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a vertical structure of a resonant tunneling diode element mounted on the superconducting device according to the second embodiment.

【図6】 前記共鳴トンネルダイオード素子のエネルギ
バンド構造図である。
FIG. 6 is an energy band structure diagram of the resonance tunnel diode element.

【図7】 (A)及び(B)は前述の共鳴トンネルダイ
オード素子を備えた超電導デバイスの製造方法を説明す
る各工程毎に示す断面図である。
FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views showing steps for explaining a method of manufacturing a superconducting device including the above-described resonant tunneling diode element.

【図8】 本実施形態3に係る超電導デバイスに搭載さ
れた共鳴トンネルダイオード素子の縦構造を示す断面図
である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a vertical structure of a resonant tunneling diode element mounted on the superconducting device according to the third embodiment.

【図9】 前記共鳴トンネルダイオード素子のエネルギ
バンド構造図である。
FIG. 9 is an energy band structure diagram of the resonance tunnel diode element.

【図10】 (A)乃至(C)は前述の共鳴トンネルダ
イオード素子を備えた超電導デバイスの製造方法を説明
する各工程毎に示す断面図である。
FIGS. 10A to 10C are cross-sectional views illustrating each step of a method for manufacturing a superconducting device including the above-described resonant tunneling diode element.

【図11】 従来技術に係る共鳴トンネルダイオード素
子のエネルギバンド構造図である。
FIG. 11 is an energy band structure diagram of a resonant tunnel diode device according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板、2 共鳴領域、3 バリア領域、4A カソ
ード領域、4B アノ ード領域。
1 Substrate, 2 resonance region, 3 barrier region, 4A cathode region, 4B anode region.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 善里 順信 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−173767(JP,A) 特開 平6−204578(JP,A) 特開 平6−169114(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 39/00 H01L 39/22 - 39/24 H01L 29/88 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Junnobu Yoshizato 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-1-173767 JP-A-6-204578 (JP, A) JP-A-6-169114 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 39/00 H01L 39/22-39/24 H01L 29/88

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 金属体で形成されたカソード領域と、 前記カソード領域に対して離れて配置され、金属体で形
成されたアノード領域と、 前記カソード領域とアノード領域との間に形成され、超
電導体で形成された共鳴領域と、 前記カソード領域と共鳴領域との間、前記アノード領域
と共鳴領域との間に各々形成された絶縁体と、 を備え、前記カソード領域、アノード領域には、各々A
uが使用され、 前記共鳴領域には、BKBO超電導体、YBCO超電導
体、BSCCO超電導体、TBCO超電導体、Nb超電
導体、Nb3 Sn超電導体、Pb超電導体のいずれかが
使用されることを特徴とする超電導共鳴トンネルダイオ
ード素子。
A cathode region formed of a metal body; an anode region formed of a metal body and spaced apart from the cathode region; a cathode region formed between the cathode region and the anode region; A resonance region formed of a body, an insulator formed between the cathode region and the resonance region, and an insulator formed between the anode region and the resonance region, wherein the cathode region and the anode region each include: A
u is used, and in the resonance region, any one of BKBO superconductor, YBCO superconductor, BSCCO superconductor, TBCO superconductor, Nb superconductor, Nb 3 Sn superconductor, and Pb superconductor is used. Superconducting resonance tunnel diode element.
【請求項2】 縮退半導体で形成されたカソード領域
と、 前記カソード領域に対して離れて配置され、縮退半導体
で形成されたアノード領域と、 前記カソード領域とアノード領域との間に形成され、超
電導体で形成された共鳴領域と、 前記カソード領域と共鳴領域との間、前記アノード領域
と共鳴領域との間に各々形成されたバリア領域と、 を備え、カソード領域と共鳴領域との間に形成されるバ
リア領域には、カソード領域の縮退半導体と共鳴領域の
超電導体との間のショットキー接合で形成されるショッ
トキーバリア領域が使用され、 アノード領域と共鳴領域との間に形成されるバリア領域
には、アノード領域の縮退半導体と共鳴領域の超電導体
との間のショットキー接合で形成されるショットキーバ
リア領域が使用されることを特徴とする超電導共鳴トン
ネルダイオード素子。
A cathode region formed of a degenerate semiconductor; an anode region formed at a distance from the cathode region and formed of the degenerate semiconductor; a cathode region formed between the cathode region and the anode region; A resonance region formed of a body, a barrier region formed between the cathode region and the resonance region, and a barrier region formed between the anode region and the resonance region, respectively, formed between the cathode region and the resonance region. The barrier region formed is a Schottky barrier region formed by a Schottky junction between the degenerate semiconductor in the cathode region and the superconductor in the resonance region, and a barrier formed between the anode region and the resonance region. In the region, a Schottky barrier region formed by a Schottky junction between a degenerate semiconductor in an anode region and a superconductor in a resonance region is used. Superconducting resonant tunneling diode element.
【請求項3】 縮退半導体で形成されたカソード領域
と、 前記カソード領域に対して離れて配置され、縮退半導体
で形成されたアノード領域と、 前記カソード領域とアノード領域との間に形成され、超
電導体で形成された共鳴領域と、 前記カソード領域と共鳴領域との間、前記アノード領域
と共鳴領域との間に各々形成されたバリア領域と、 を備え、 前記カソード領域と共鳴領域との間、アノー
ド領域と共鳴領域との間に形成されるバリア領域には、
各々絶縁体が使用されることを特徴とする超電導共鳴ト
ンネルダイオード素子。
A cathode region formed of a degenerate semiconductor; an anode region formed at a distance from the cathode region and formed of the degenerate semiconductor; a cathode region formed between the cathode region and the anode region; A resonance region formed of a body, between the cathode region and the resonance region, and a barrier region formed between the anode region and the resonance region, respectively, between the cathode region and the resonance region, In the barrier region formed between the anode region and the resonance region,
A superconducting resonant tunneling diode element wherein an insulator is used.
【請求項4】 前記請求項2又は請求項3に記載され
る、超電導共鳴トンネルダイオード素子において、 前記共鳴トンネルダイオード素子のカソード領域、アノ
ード領域には、各々Nbが導入されたSTOが使用さ
れ、 前記共鳴領域には、BKBO超電導体、YBCO超電導
体、BSCCO超電導体、TBCO超電導体、Nb超電
導体、Nb3 Sn超電導体、Pb超電導体のいずれかが
使用されることを特徴とする超電導共鳴トンネルダイオ
ード素子。
4. The superconducting resonant tunneling diode element according to claim 2 or 3, wherein an STO into which Nb is introduced is used for each of a cathode region and an anode region of the resonant tunneling diode device, In the resonance region, any one of a BKBO superconductor, a YBCO superconductor, a BSCCO superconductor, a TBCO superconductor, an Nb superconductor, an Nb 3 Sn superconductor, and a Pb superconductor is used. Diode element.
【請求項5】 前記請求項3に記載される、共鳴トンネ
ルダイオード素子において、 前記バリア領域にはMgO薄膜が使用されることを特徴
とする超電導共鳴トンネルダイオード素子。
5. The superconducting resonant tunneling diode element according to claim 3, wherein an MgO thin film is used for the barrier region.
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