Der supraleitende Feldeffekttransistor. Potential und aktueller Stand der Entwicklung Abschlussbericht

Although numerous concepts for the manufacture of superconducting three-terminal devices exist, none of them has led to a useful device in low-temperature microelectronics up to now. This deficiency is an overwhelming obstacle for the spread of superconducting electronics and the combination with semiconducting electronics. The aim of this R+D project was to estimate the potential and the ultimate limits of superconducting field effect transistors on the base of YBa_2Cu_3O_7 (YBCO) and to compare them with the results which are feasible at the present state-of-the-art of the thin film technology. Furthermore, it was tried to exploit specific materials parameters like anisotropy and inherent grain-boundary structure of YBCO thin films with special orientations to reach stronger field effects. The results demonstrate that the potentially high performance of the transistors is limited by poor materials parameters and geometrical constraints. The further progress remains a great challenge for the thin film and processing technology. The exploitation of the anisotropy does not allow for stronger field effects, but the grain-boundary structure of specially oriented films enhances the field effect by nearly a factor of ten. The application of superconducting field effect transistors is currently limited to the basic research of superconductors. (orig.)Obwohl zahlreiche Ansaetze zur Herstellung supraleitender Dreitorbauelemente existieren, fuehrte bisher keiner davon zu einem in der Tieftemperatur-Mikroelektronik einsetzbaren Bauelement. Dieser Mangel stellt ein grosses Hindernis fuer die Verbreitung der Supraleiter-Elektronik und fuer ihre Kombination mit der Halbleiter-Elektronik dar. Das F and E-Vorhaben hatte einerseits zum Ziel, Potential und Grenzen supraleitender Feldeffekttransistoren auf der Basis von YBa_2Cu_3O_7 (YBCO) aufzuzeigen und mit den Ergebnissen zu vergleichen, die auf dem aktuellen Stand der Duennschichttechnik machbar sind. Andererseits wurden spezielle Materialeigenschaften wie Anisotropie und inhaerente Korngrenzen-Struktur duenner YBCO-Schichten spezieller Orientierungen daraufhin untersucht, ob sie fuer staerkere Feldeffekte ausgenutzt werden koennen. Die Ergebnisse zeigen, dass unzureichende Materialparameter und geometrische Einschraenkungen die potentiell hohe Guete der Transistoren stark einschraenken. Die weitere Verbesserung bedeutet eine grosse Herausforderung fuer die Duennschicht- und Prozesstechnik. Die Ausnutzung der Anisotropie erlaubt keine signifikante Verstaerkung des Feldeffekts in YBCO, jedoch fuehrt die Korngrenzen-Struktur speziell orientierter Schichten zu einem fast zehnfach staerkeren Effekt. Die Anwendung supraleitender Feldeffekttransistoren ist derzeit auf die Supraleiter-Grundlagenforschung beschraenkt. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F98B907+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman