高温超伝導体の非平衡現象の解明とトランジスタへの応用

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63460058
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 小林 猛 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (80153617)
• 研究分担者: 藤原 康文 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (10181421)
• キーワード: 高温超伝導体 / 非平衡 / エピタキシャル成長 / 準粒子 / 3端子

研究概要

(当該年度のまとめ)
前年度の研究において、多結晶YBCO薄膜をソ-ス・ドレイン電極を持つチャンネルの形状にパタ-ニングして、さらにチャンネルの上部に準粒子注入用のゲ-ト電極を設けた3端子トランジスタが、ゲ-トからの準粒子注入に対してジョセフソン臨界電流の大きな変調を示すことを明らかにした。
本年度は、この現象を明らかにするために、単結晶エピタキシャルYBCO薄膜を使って同一形状の3端子トランジスタを作製して、その特性を測定すると共に、実験結果を解析した。エピタキシャル薄膜を使う理由は以下のとうりである。すなはち、エピタキシャル膜により実験の舞台を極力単純化でき、そこに現れる諸現象の理解を容易ならしめることが可能になる。
本年度実施したエピタキシャルYBCO薄膜の3端子トランジスタにおいては、チャンネルを流れる超伝導臨界電流がゲ-トからの準粒子注入により直接変調されることが判った。この電流変調特性が試料温度に敏感に影響されていた。電流変調特性の温度依存性を理論的に解析することを試みたが、とりあえず既知のBCS理論を基盤にした非平衡超伝導モデルを検討した。解析結果と実験結果を対比したところ、BCS理論が実験結果を良く説明することが判った。
以上のことから、酸化物高温超伝導体においても準粒子注入により非平衡現象が起きること、この非平衡現象を利用して電流利得のあるトランジスタを作成できること、BCS理論が高温超伝導特性にも良く適合できることが判明した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Nishimori,Y.Fujiwara,T.Kobayashi: "As-grown BSCCO Thin Film Formation by Electron Cyclotron Resonance Microwave Plasma Sputtering." Jpn.J.Appl.Phys.28. L1220-L1222 (1989)
• [文献書誌] T.Kobayashi,K.Hashimoto,U.Kabasawa,M.Tonouchi: "THREE TERMINAL YBaCuO JOSEPHSON DEVICE WITH QUASI-PARTICLE INJECTION GATE" IEEE Trans.on Magn.25. 927-930 (1989)
• [文献書誌] 小林猛、井寄将博: "高温超伝導薄膜エピタキシャル成長の基板依存性" 表面科学. 10. 265-270 (1989)
• [文献書誌] U.Kabasawa,K.Asano,T.Kobayashi: "Electric Field Effect on Al-MgO-YBa_2Cu_3Oy Structure" Jpn.J.Appl.Phys.29. L86-L88 (1990)
• [文献書誌] 小林猛: "高温超伝導体の応用" 応用物理. 58. 727-733 (1989)
• [文献書誌] 藤原康文、小林猛: "高温超伝導体のルミネセンス評価" 応用物理. 58. 52-58 (1989)
• [文献書誌] 小林猛(編著): "高温超伝導材料プロセスと応用技術" IPC出版社, 400 (1989)
• [文献書誌] T.Kobayashi,U.Kabasawa(分担執筆): "Studies of High Temperature Superconductors" Nova Science Publishers,Inc.(N.Y.), 382 (1989)