CN103718296B - 石墨烯纳米网的制造方法和半导体装置的制造方法 - Google Patents

石墨烯纳米网的制造方法和半导体装置的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103718296B
CN103718296B CN201180072619.8A CN201180072619A CN103718296B CN 103718296 B CN103718296 B CN 103718296B CN 201180072619 A CN201180072619 A CN 201180072619A CN 103718296 B CN103718296 B CN 103718296B
Authority
CN
China
Prior art keywords
particle
manufacture method
graphene
nano net
graphene nano
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.)
Active
Application number
CN201180072619.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103718296A (zh
Inventor
佐藤信太郎
岩井大介
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Publication of CN103718296A publication Critical patent/CN103718296A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103718296B publication Critical patent/CN103718296B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02378—Silicon carbide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/194—After-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02527—Carbon, e.g. diamond-like carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1606—Graphene
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66742—Thin film unipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78684—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising semiconductor materials of Group IV not being silicon, or alloys including an element of the group IV, e.g. Ge, SiN alloys, SiC alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/06—Graphene nanoribbons

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

在石墨烯（11）上堆积多个粒子（12），该粒子具有在规定的温度以上吸收碳的性质。进行加热直至粒子（12）的温度为规定的温度以上，使粒子（12）吸收构成石墨烯（11）的该粒子（12）下面的部分的碳。除去粒子（12）。由此得到石墨烯纳米网（10）。

Description

石墨烯纳米网的制造方法和半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及石墨烯纳米网的制造方法和半导体装置的制造方法。
背景技术
使用硅的大规模集成电路（LSI：large scale integration）为代表的半导体器件，通过微细化，实现了在速度、消耗电力方面等性能提高。但是，晶体管的栅极长度达到数十纳米，出现微细化的弊端，与性能提高不一定相关的状况正在出现。进一步地，关于栅极长度，据说10nm左右是物理上微细化的极限。在这样的状况中，作为用于不依赖于微细化而实现性能提高的1个手段，研究了对晶体管的沟道，使用电荷的迁移率比硅高的材料。
作为这样的材料的例子，可举出碳纳米管（CNT：CarbonNanoTube）和石墨烯（Graphene）。石墨烯是作为层状结晶的石墨（Graphite）的1层，碳（C）原子是以蜂巢状结合的理想的二维材料。碳纳米管是将石墨烯制为筒状的材料。碳纳米管和石墨烯均具有优异的性质，对于石墨烯，由于其平面的形状，与半导体工艺的亲和性更高。此外，石墨烯具有非常高的电荷迁移率，同时具有高热传导性和高机械强度。
但是，由于石墨烯中不存在能隙，即使直接将石墨烯用于沟道，也不能取得通断比。因此，提出了使石墨烯生成能隙的多种尝试。例如，提出了将石墨烯周期性地挖孔的结构即石墨烯纳米网。石墨烯纳米网也被称为反点晶格。此外，作为石墨烯纳米网的形成方法，提出了利用嵌段共聚物的自己组织化现象，在嵌段共聚物中制作纳米网结构，将其作为掩膜，加工石墨烯的方法。
但是，由现有的方法制造的石墨烯纳米网不能得到充分的能隙，即使将其用于沟道，得到充分的通断比也是困难的。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:K.S.Novoselov,et al.,“ElectronicField Effect inAtomically Thin Carbon Films”,Science,306,2004,666
非专利文献2:J.Bai et al.,“Graphene Nanomesh”,NatureNanotech5,2010,190
非专利文献3:D.Kondo et al.,“Low-TemperatureSynthesis ofGraphene and Fabrication of Top-Gated Field EffectTransistorswithout Using Transfer Process”,Applied Physics Express3,2010,025102
非专利文献4:X.Liang et al.,“Formationof Bandgap andSubbands in Graphene Nanomeshes with Sub-10nm RibbonWidthFabricated via Nanoimprint LithographyGraphene Nanomesh”,Nano Lett.10,2010,2454
发明内容
本发明的目的在于，提供能够获得充分能隙的石墨烯纳米网的制造方法和半导体装置的制造方法。
石墨烯纳米网的制造方法的一个实施方式中，在石墨烯上堆积多个粒子，该粒子具有在规定的温度以上吸收碳的性质，进行加热直至上述粒子的温度为上述规定的温度以上，使上述粒子吸收构成上述石墨烯的该粒子下面的部分的碳，除去上述粒子。
半导体装置的制造方法的一个实施方式中，在基板上形成在石墨烯纳米网的两端设有源极和漏极的结构，形成控制上述源极和上述漏极之间的上述石墨烯纳米网的电位的栅极。形成上述结构时，在成为上述石墨烯纳米网的石墨烯上堆积多个粒子，该粒子具有在规定的温度以上吸收碳的性质，进行加热直至上述粒子的温度为上述规定的温度以上，使上述粒子吸收构成上述石墨烯的该粒子下面的部分的碳，除去上述粒子。
光探测器的制造方法的一个实施方式中，在基板上形成如下结构，即，在石墨烯纳米网的两端设有阳极和阴极，在上述石墨烯纳米网的上述阳极和上述阴极之间的部分存在pn结。形成上述结构时，在成为上述石墨烯纳米网的石墨烯上堆积多个粒子，该粒子具有在规定的温度以上吸收碳的性质，进行加热直至上述粒子的温度为上述规定的温度以上，使上述粒子吸收构成上述石墨烯的该粒子下面的部分的碳，除去上述粒子。
根据上述的石墨烯纳米网的制造方法等，能够以简便的方法得到充分的能隙。
附图说明
图1A是表示第1实施方式的石墨烯纳米网的制造方法的图。
图1B是继图1A之后表示石墨烯纳米网的制造方法的图。
图1C是继图1B之后表示石墨烯纳米网的制造方法的图。
图1D是表示石墨烯和基板关系的其他例子的图。
图2是表示用于粒子的堆积的装置的例子的图。
图3A是表示堆积在基板上的纳米粒子的扫描型电子显微镜图像的一例的图。
图3B是表示纳米粒子的直径分布的图。
图4A是表示堆积粒子的方法的图。
图4B是继图4A之后表示堆积粒子的方法的图。
图5A是表示第3实施方式的半导体装置的制造方法的图。
图5B是继图5A之后表示半导体装置的制造方法的图。
图5C是继图5B之后表示半导体装置的制造方法的图。
图5D是继图5C之后表示半导体装置的制造方法的图。
图6A是表示第4实施方式的半导体装置的制造方法的图。
图6B是继图6A之后表示半导体装置的制造方法的图。
图6C是继图6B之后表示半导体装置的制造方法的图。
图7是表示第3实施方式、第4实施方式的变形例的图。
图8A是表示第5实施方式的半导体装置的制造方法的图。
图8B是继图8A之后表示半导体装置的制造方法的图。
图8C是继图8B之后表示半导体装置的制造方法的图。
图8D是继图8C之后表示半导体装置的制造方法的图。
图8E是继图8D之后表示半导体装置的制造方法的图。
图9A是表示第6实施方式的半导体装置的制造方法的图。
图9B是继图9A之后表示半导体装置的制造方法的图。
图9C是继图9B之后表示半导体装置的制造方法的图。
图10是表示第7实施方式的半导体装置的制造方法的图。
具体实施方式
以下，关于实施方式，参照附加的附图作具体的说明。
（第1实施方式）
首先，对第1实施方式进行说明。图1A～图1C是按照工序顺序表示第1实施方式的石墨烯纳米网的制造方法的图。
首先，如图1A所示，在基板14上准备石墨烯11。例如，将用胶带从石墨结晶剥离的石墨烯11贴合在基板14上。另外，可以作为基板14使用SiC基板，将基板14退火而在其表面形成石墨烯11。另外，也可利用由化学气相沉积（CVD：chemical vapor deposition）法合成的石墨烯。应予说明，石墨烯11没有必要与基板14连接，例如，如图1D所示，通过在基板14上设置的支持部材15将石墨烯11悬挂，可以在石墨烯11和基板14之间存有空间。
接下来，如图1B所示，在石墨烯11上堆积粒子12，该粒子具有在规定的温度以上吸收碳的性质。作为粒子12的材料，例如，可举出Ni、Co、Fe、Cu、Ru、Ti、Ta、Mo、Pt、Pd、W、Re、和V等。可使用这些金属的合金。另外，这些材料中，特别优选Ni、Co和Fe的单质金属或合金。这些材料可作为形成碳纳米管等时的催化剂使用。粒子12的尺寸优选根据要制造的石墨烯纳米网的孔的大小确定，例如，设置为0.5nm～100nm左右。
其中，关于堆积粒子12的方法的一例进行说明。图2是表示用于粒子12的堆积的装置的例子的图。使用该装置方法中，利用低压He气中的激光烧蚀产生纳米粒子。具体的，将1.9SLM（标准升每分钟）的He气导入生成室61，将生成室61的压力调整为约1kPa。接下来，对设置于生成室61的金属靶62，例如Co靶由脉冲激光63照射。其中，作为脉冲激光63，例如，使用YAG（Yttrium Aluminum Garnet）激光的2倍波（532nm）的激光，将功率设置为2W，脉冲的重复频率设置为20Hz。利用激光的照射由金属靶62生成金属蒸汽，该金属蒸汽由He气骤冷，形成粒径为1nm～100nm左右的粒子。粒径为1nm～100nm左右的粒子叫做纳米粒子。接下来，将粒子利用He气输送至微粒尺寸分选部（冲击器）64。
冲击器64是利用粒子的惯性而将某一尺寸以上的粒子除去的装置。由于纳米粒子一般的通过凝集等伴随时间成长，纳米粒子的尺寸存在下限。因此，利用冲击器64将某一尺寸以上的纳米粒子除去，控制通过冲击器64的纳米粒子的尺寸。其中，例如，可在将通过冲击器64的纳米粒子的直径为约4nm的条件下，使用冲击器64。然后，将利用冲击器64而进行了尺寸分选的纳米粒子通过使用泵65和66的差压排气将其导入与泵67连接的10-3Pa左右压力的堆积室70。导入堆积室70的过程中纳米粒子变为束状，与配置于载物台68的基板69基本垂直碰撞并进行堆积。该方法中，粒子12不以最紧密填充进行排列而采取随机的配置。图3A表示基板上被堆积的纳米粒子的扫描型电子显微镜像的一例，图3B表示该纳米粒子的直径D的分布。
上述的方法是所谓的干法，但是也可以利用液相法将粒子12堆积在石墨烯11上。液相法中，例如，如图4A所示，在分散有粒子12的悬浊液21中浸渍石墨烯11和基板14，接下来，如图4B所示，将石墨烯11和基板14从悬浊液21中提起。
应予说明，将干法和液相法比较，使用干法的情况下，在粒子12的堆积时，石墨烯11中产生的污染受到抑制。因此，优选采用干法。
将粒子12堆积在石墨烯11上之后，例如在退火炉内等，进行加热直至粒子12的温度为吸收碳的温度以上，使粒子12吸收石墨烯11的构成该粒子12下面的部分的碳。该结果，如图1C所示，在石墨烯11的吸收碳的部分形成孔13。应予说明，粒子12吸收碳的温度因其材料不同而不同，多数材料中是300℃以上。另外，粒子12的温度超过700℃时，有时粒子12在石墨烯11上表面扩散。因此，将粒子12加热的温度优选设置在300℃～700℃。作为粒子12的材料使用Co的情况，将加热温度，例如设置在400℃～500℃左右。另外，加热的时间可根据粒子12的材料和大小，以及形成的孔13的大小进行确定，例如30分钟左右。某一时间为止，加热时间越长孔13越大。由于粒子12可吸收的碳的量存在上限，即使进行比其更长的时间的加热，孔13也难以变大。因此，使用适当的材料和大小的粒子12时，对加热时间不进行严密控制也能够稳定得到一定大小的孔13。进行加热的气氛没有特别限定，例如，取氩和氢气的混合气的气氛，将退火炉内的压力设置为约1kPa。
接下来，如图1C所示，将吸收了碳的粒子12除去。粒子12的除去中，例如，在稀盐酸或氯化铁水溶液等的酸性溶液中浸渍粒子12等，将粒子12溶解。浸渍时间，例如设置在1分钟左右。该结果，得到在石墨烯11上形成多个孔13而构成的石墨烯纳米网10。
根据本实施方式的方法，能够稳定形成微细的孔13，伴随该过程，石墨烯纳米网10的颈（neck）宽也能够稳定形成微细的结构。由于颈宽越狭窄，石墨烯纳米网的能隙变得越大，因此能够稳定得到大的能隙。根据非专利文献4可知，石墨烯纳米网的能隙Eg呈现与颈宽W（nm）成反比例的依存性（Eg≒0.95/W（eV））。利用现有的方法得到的颈宽尽管较小也在7nm左右，与此相对，根据本实施方式的方法，能够得到5nm以下的颈宽。该结果表明能够得到大的能隙，并能够得到大的通断比。另外，通过控制粒子12的尺寸和密度，能够控制能隙的大小。
应予说明，与颈宽相比，在孔13极端大的情况下，存在大的电流不会流通的情况。因此，优选将孔13的尺寸和颈宽设置为相同程度。例如，颈宽优选在孔13的尺寸的±20%的范围内。
用干法将粒子12堆积在石墨烯11上时，如上述的那样，粒子12不规则排列，形成的孔13的排列也是不规则的，其颈宽有波动产生。因此，测定颈宽是困难的。但是，这种情况下的能隙与假定相同大小的孔13以相同的密度在石墨烯纳米网10上规则排列时的能隙是相同程度的。因此，即使孔13的排列是不规则的，此时的颈宽可以看做与假定相同大小的孔13以相同的密度在石墨烯纳米网10上规则排列时的颈宽是相同程度的。
（第2实施方式）
接下来，对第2实施方式进行说明。第2实施方式中，吸收碳的粒子12的蚀刻方法与第1实施方式不同。即，第2实施方式中，在使粒子12吸收碳之后，将退火炉排气直至真空，然后，进一步加热将粒子12蒸发，降低温度。其他构成与第1实施方式相同。应予说明，对于进一步加热，例如以5秒钟左右加热至1100℃左右。另外，温度的降低例如可在粒子12的蒸发后瞬时进行。
根据这样的第2实施方式，可通过干法工艺将粒子12除去。像第1实施方式那样用湿法工艺将粒子12除去时，该过程存在对石墨烯11产生损伤的可能性，但是根据第2实施方式，能够显著抑制这种可能性。另外，干法工艺后有残渣存在，即使在该残渣的除去中进行湿法工艺，由于能够将其时间极大缩短，因此对石墨烯11基本不产生损伤。
（第3实施方式）
接下来，对第3实施方式进行说明。图5A～图5D是按照工序顺序表示第3实施方式的半导体装置的制造方法的图。
首先，如图5A所示，在基板31上设置的绝缘膜32上，配置沟道形状的石墨烯纳米网30。石墨烯纳米网30的配置时，可将预先加工为沟道形状的石墨烯纳米网30配置在绝缘膜32上，也可以在形成比沟道更大的石墨烯纳米网之后加工为沟道形状。对于任一情况，石墨烯纳米网均按照第1或第2实施方式的方法形成。
接下来，如图5B所示，在石墨烯纳米网30的两端形成源极34和漏极35。源极34和漏极35中，例如，含有厚度是10nm左右的Ti膜和在其上形成的厚度是50nm左右的Au膜。源极34和漏极35例如可利用提离（lift-off）法形成。此时，利用光刻或电子束蚀刻形成将形成源极34的预定区域和形成漏极35的预定区域露出的抗蚀剂掩膜，进行电极材料的真空蒸镀，将抗蚀剂掩膜与其上的电极材料同时除去。
然后，如图5C所示，形成包覆石墨烯纳米网30、源极34和漏极35的栅绝缘膜36。栅绝缘膜36的形成中，例如，利用蒸镀法堆积厚度为2nm左右的Al膜，将该Al膜氧化，接下来，利用原子层堆积（ALD：atomic layer deposition）法堆积厚度为10nm左右的氧化铝膜。
接下来，如图5D所示，在栅绝缘膜36上形成控制源极34和漏极35之间的石墨烯纳米网30的电位的栅极37。栅极37中，例如，含有厚度为10nm左右的Ti膜和其上形成的厚度为50nm左右的Au膜。栅极37也可例如利用lift-off法形成。另外，栅绝缘膜36中形成露出源极34一部分的开口部34a和露出漏极35的一部分的开口部35a。由此得到将石墨烯纳米网30设置为沟道的顶栅型的场效应晶体管。
应予说明，源极34、漏极35和栅极37的材料不局限于上述的Au和Ti。例如，可以使用Cr膜和其上的Au膜的层叠体、Ni膜、Co膜、Pt膜、Pd膜和Si膜等。另外，栅绝缘膜36的材料不局限于上述材料，可使用HfO2膜和SiO2膜等。
（第4实施方式）
接下来，对第4实施方式进行说明。图6A～图6C是按照工序顺序表示第4实施方式的半导体装置的制造方法的图。
首先，如图6A所示，在基板31上设置的绝缘膜32上，配置沟道形状的石墨烯41。石墨烯41的配置时，可将预先加工为沟道形状的石墨烯41配置在绝缘膜32上，也可以在形成比沟道更大的石墨烯之后加工为沟道的形状。接下来，与第3实施方式同样，在石墨烯41的两端形成源极34和漏极35。
然后，如图6B所示，在石墨烯41上堆积粒子42。作为粒子42，可用于与第1实施方式中的粒子12相同的粒子。
接下来，加热粒子42等，使粒子42吸收构成石墨烯41的该粒子42正下面的部分的碳。接下来，将吸收了碳的粒子42除去。该结果，如图6C所示，得到设置有多个孔的石墨烯纳米网30。
然后，进行与第3实施方式相同的栅绝缘膜36的形成以后的处理（参照图5C、图5D），完成半导体装置。
第3实施方式中，源极34和漏极35的形成时，石墨烯纳米网30可能产生损伤，但是根据这样的第4实施方式，能够打消这种顾虑。因此在得到石墨烯纳米网30之前形成源极34和漏极35。
应予说明，作为第3实施方式、第4实施方式的变形例，如图7所示，可制造背栅型的场效应晶体管，其具有埋置于绝缘膜32的栅极39和其上的栅绝缘膜38。这种情况下，能够防止伴随栅极39的形成和栅绝缘膜38的形成的对石墨烯纳米网30的损伤。这是因为，在得到石墨烯纳米网30之前形成栅极39和栅绝缘膜38。
（第5实施方式）
接下来，对第5实施方式进行说明。图8A～图8E是按照工序顺序表示第5实施方式的半导体装置的制造方法的图。
首先，如图8A所示，在基板31上设置的绝缘膜32上，形成与沟道相同的平面形状的金属膜43，其上利用CVD法形成石墨烯41。作为金属膜43，形成在形成石墨烯41时作为催化剂发挥功能的物质。
接下来，如图8B所示，在金属膜43和石墨烯41的两端以从上方和侧方包围金属膜43和石墨烯41的方式形成源极34和漏极35。
然后，如图8C所示，利用湿法蚀刻，在将源极34、漏极35和石墨烯41原样残留的情况下除去金属膜43。为了进行该处理，作为金属膜43的材料，采用在使用规定的溶液、例如盐酸的湿法蚀刻中比源极34和漏极35更容易溶解的材料，例如，Fe、Co、Ni、Cu等。应予说明，如图1D所示的实施方式，利用这样的处理能够得到。
金属膜43的除去之后，如图8D所示，在石墨烯41上堆积粒子42。接下来，加热粒子42等，使粒子42吸收构成石墨烯41的该粒子42正下面的部分的碳。接下来，将吸收了碳的粒子42除去。该结果，如图8E所示，得到设置有多个孔的石墨烯纳米网30。
然后，与第3实施方式相同进行栅绝缘膜36的形成以后的处理（参照图5C、图5D），完成半导体装置。
（第6实施方式）
接下来，对第6实施方式进行说明。图9A～图9C是按照工序顺序表示第6实施方式的半导体装置的制造方法的图。
首先，如图9A所示，在基板31上设置的绝缘膜32上，形成与沟道相同的平面形状的金属膜43，其上配置石墨烯纳米网30。石墨烯纳米网30的配置中，例如，利用CVD法形成石墨烯，其上堆积与粒子12相同的粒子，通过加热使该粒子吸收构成石墨烯的碳的一部分，将该粒子除去。
接下来，如图9B所示，在金属膜43和石墨烯纳米网30的两端，以从上方和侧方包围金属膜43和石墨烯纳米网30的方式，形成源极34和漏极35。
然后，如图9C所示，利用湿法蚀刻，在将源极34、漏极35和石墨烯纳米网30原样残留的情况下除去金属膜43。
然后，与第3实施方式相同进行栅绝缘膜36的形成以后的处理（参照图5C、图5D），完成半导体装置。
（第7实施方式）
接下来，对第7实施方式进行说明。图10是表示第7实施方式的半导体装置的制造方法的图。第7实施方式中，制造光探测器。
首先，如图10所示，在透明基板55上配置光接受部形状的石墨烯纳米网50。石墨烯纳米网50的配置时，可将预先加工为光接受部形状的石墨烯纳米网50配置在透明基板55上，也可以在形成比光接受部更大的石墨烯纳米网之后加工为光接受部形状。对于任一者，石墨烯纳米网均通过第1或第2实施方式的方法形成。
接下来，在石墨烯纳米网50的两端形成阳极53和阴极54，在这些之间，石墨烯纳米网50上形成Al2O3膜51和HfO2膜52。此时，将Al2O3膜51设置于与HfO2膜52相比更靠近阳极53的一侧。
石墨烯纳米网50的Al2O3膜51下面的部分作为p型半导体发挥功能，HfO2膜52下面的部分作为n型半导体发挥功能。因此，石墨烯纳米网50中存在pn结。因此，对石墨烯纳米网50介由透明基板55照射光时，产生光伏发电。
应予说明，上述实施方式均只是表示实施本发明时的具体化的例子，这些实施方式不会限制性地解释本发明的权利要求。即，对于本发明，能够不脱离其技术思想或其主要的特征而以多种形式实施。
工业上的利用可能性
根据这些石墨烯纳米网的制造方法等，能够得到具有充分的能隙的沟道材料。

Claims (20)

1.一种石墨烯纳米网的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
在石墨烯上堆积多个粒子工序，所述粒子具有在规定的温度以上吸收碳的性质；
进行加热直至所述粒子的温度为所述规定的温度以上，边将所述粒子留在堆积场所，边使所述粒子吸收构成所述石墨烯的该粒子下面的部分的碳的工序；和
除去所述粒子的工序。
2.根据权利要求1所述的石墨烯纳米网的制造方法，其特征在于，所述粒子含有选自Ni、Co、Fe、Cu、Ru、Ti、Ta、Mo、Pt、Pd、W、Re、和V中的至少1种。
3.根据权利要求1所述的石墨烯纳米网的制造方法，其特征在于，所述粒子的直径是0.5nm～100nm。
4.根据权利要求1所述的石墨烯纳米网的制造方法，其特征在于，除去所述粒子的工序具有将所述粒子溶解于酸性溶液的工序。
5.根据权利要求1所述的石墨烯纳米网的制造方法，其特征在于，除去所述粒子的工序具有通过升温使所述粒子蒸发的工序。
6.根据权利要求1所述的石墨烯纳米网的制造方法，其特征在于，利用干法将所述粒子堆积在所述石墨烯上。
7.根据权利要求1所述的石墨烯纳米网的制造方法，其特征在于，将使所述粒子吸收碳时的温度设置在700℃以下。
8.根据权利要求1所述的石墨烯纳米网的制造方法，其特征在于，相对于通过除去所述粒子的工序而形成的孔的尺寸，将颈宽设置在－20％～+20％的范围内。
9.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有以下工序：在基板上形成在石墨烯纳米网的两端设有源极和漏极的结构的工序，和
形成控制所述源极和所述漏极之间的所述石墨烯纳米网的电位的栅极的工序；
形成所述结构的工序具有以下工序：
在成为所述石墨烯纳米网的石墨烯上堆积多个粒子工序，所述粒子具有在规定的温度以上吸收碳的性质，
进行加热直至所述粒子的温度为所述规定的温度以上，边将所述粒子留在堆积场所，边使所述粒子吸收构成所述石墨烯的该粒子下面的部分的碳的工序，和
除去所述粒子的工序。
10.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，形成所述结构的工序具有在除去所述粒子的工序之后形成所述源极和所述漏极的工序。
11.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，形成所述结构的工序具有在堆积所述粒子的工序之前在所述石墨烯的两端形成所述源极和所述漏极的工序。
12.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，作为所述结构，形成在所述石墨烯纳米网和所述基板之间存在空间的结构。
13.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述粒子含有选自Ni、Co、Fe、Cu、Ru、Ti、Ta、Mo、Pt、Pd、W、Re、和V中的至少1种。
14.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述粒子的直径是0.5nm～100nm。
15.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，除去所述粒子的工序具有将所述粒子溶解于酸性溶液的工序。
16.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，除去所述粒子的工序具有通过升温使所述粒子蒸发的工序。
17.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，利用干法将所述粒子堆积于所述石墨烯上。
18.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，将使所述粒子吸收碳时的温度设置在700℃以下。
19.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，相对于通过除去所述粒子的工序而形成的孔的尺寸，将颈宽设置在－20％～+20％的范围内。
20.一种光探测器的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
在基板上形成如下结构：在石墨烯纳米网的两端设有阳极和阴极，在所述石墨烯纳米网的所述阳极和所述阴极之间的部分存在pn结；
形成所述结构的工序具有以下工序：
在成为所述石墨烯纳米网的石墨烯上堆积多个粒子工序，所述粒子具有在规定的温度以上吸收碳的性质，
进行加热直至所述粒子的温度为所述规定的温度以上，边将所述粒子留在堆积场所，边使所述粒子吸收构成所述石墨烯的该粒子下面的部分的碳的工序，和
除去所述粒子的工序。
CN201180072619.8A 2011-07-29 2011-07-29 石墨烯纳米网的制造方法和半导体装置的制造方法 Active CN103718296B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2011/067403 WO2013018153A1 (ja) 2011-07-29 2011-07-29 グラフェンナノメッシュの製造方法及び半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103718296A CN103718296A (zh) 2014-04-09
CN103718296B true CN103718296B (zh) 2016-09-07

Family

ID=47628726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180072619.8A Active CN103718296B (zh) 2011-07-29 2011-07-29 石墨烯纳米网的制造方法和半导体装置的制造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9034687B2 (zh)
JP (1) JP5737405B2 (zh)
CN (1) CN103718296B (zh)
WO (1) WO2013018153A1 (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9102118B2 (en) 2011-12-05 2015-08-11 International Business Machines Corporation Forming patterned graphene layers
JP6268419B2 (ja) * 2013-04-03 2018-01-31 富士通株式会社 電子装置及びその製造方法
TWI493739B (zh) * 2013-06-05 2015-07-21 Univ Nat Taiwan 熱載子光電轉換裝置及其方法
US10464025B2 (en) 2014-12-04 2019-11-05 Shinshu University Method for producing molded filter body
CN104409555B (zh) * 2014-12-05 2016-05-25 厦门烯成石墨烯科技有限公司 一种基于石墨烯的紫外感应器及其制备方法
CN104882507B (zh) * 2015-04-03 2017-01-25 三峡大学 一种Pt‑GFW/SiO2/n‑Si异质结材料及其制备方法
US10217819B2 (en) 2015-05-20 2019-02-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device including metal-2 dimensional material-semiconductor contact
KR102417998B1 (ko) 2015-07-07 2022-07-06 삼성전자주식회사 그래핀 나노패턴의 형성방법과 그래핀 함유 소자 및 그 제조방법
KR102434700B1 (ko) 2015-09-03 2022-08-22 삼성전자주식회사 그래핀 나노-메쉬 제조방법
KR102437578B1 (ko) 2015-11-11 2022-08-26 삼성전자주식회사 투명 전극 및 이를 포함하는 소자
KR102522012B1 (ko) 2015-12-23 2023-04-13 삼성전자주식회사 전도성 소자 및 이를 포함하는 전자 소자
KR102543984B1 (ko) 2016-03-15 2023-06-14 삼성전자주식회사 도전체, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 전자 소자
KR101862477B1 (ko) * 2016-11-11 2018-05-30 광주과학기술원 쇼트키 접합 그래핀 반도체를 이용한 삼진 배리스터
US20180282165A1 (en) * 2017-03-28 2018-10-04 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Method of forming a multilayer structure
WO2019138143A1 (es) 2018-01-12 2019-07-18 Asociación De Investigación Metalúrgica Del Noroeste Método de obtención de una nanomalla de grafeno
WO2019158694A1 (en) 2018-02-15 2019-08-22 Fundació Institut Català De Nanociència I Nanotecnologia A nanoporous graphene structure and method for preparation thereof
GB2574412A (en) * 2018-06-05 2019-12-11 Univ Manchester Methods of manufacturing a graphene-based device
JP6841380B1 (ja) * 2019-03-26 2021-03-10 東レ株式会社 ｎ型半導体素子、ｎ型半導体素子の製造方法、無線通信装置および商品タグ
JP7477766B2 (ja) 2020-09-25 2024-05-02 富士通株式会社 光検出装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8048940B2 (en) * 2004-07-09 2011-11-01 Vanderbilt University Reactive graphitic carbon nanofiber reinforced polymeric composites showing enhanced flexural strength
JP2006190729A (ja) * 2005-01-04 2006-07-20 Shinshu Univ 光センサーおよびその製造方法
JP5233147B2 (ja) * 2007-03-30 2013-07-10 富士通セミコンダクター株式会社 電子デバイス及びその製造方法
US20110036829A1 (en) * 2007-12-26 2011-02-17 Hodogaya Chemical Co., Ltd. Planar heating element obtained using dispersion of fine carbon fibers in water and process for producing the planar heating element
US20120034707A1 (en) * 2008-06-02 2012-02-09 Datta Sujit S Atomically precise nanoribbons and related methods
JP2010109037A (ja) * 2008-10-29 2010-05-13 Nec Corp グラファイト薄膜の切断方法、グラファイト薄膜を備える積層基板、およびこれを用いる電界効果トランジスタ
KR101681950B1 (ko) * 2009-01-15 2016-12-05 삼성전자주식회사 그라펜 에지의 화학적 변형 방법 및 이에 의하여 얻어진 그라펜
JP5473616B2 (ja) * 2009-02-09 2014-04-16 独立行政法人理化学研究所 テラヘルツ電磁波検出装置とその検出方法
KR101089851B1 (ko) * 2009-04-10 2011-12-05 포항공과대학교 산학협력단 그라핀 위에 촉매제를 분포시키는 방법
US8835046B2 (en) * 2009-08-10 2014-09-16 Battelle Memorial Institute Self assembled multi-layer nanocomposite of graphene and metal oxide materials
US9273398B2 (en) * 2010-01-16 2016-03-01 Nanoridge Materials, Inc. Metallized nanotubes
WO2011094597A2 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 The Regents Of The University Of California Graphene nanomesh and method of making the same
RU2565336C2 (ru) * 2010-05-05 2015-10-20 Нэйшнл Юниверсити оф Сингапур Легирование графена дырками
US20120156424A1 (en) * 2010-12-15 2012-06-21 Academia Sinica Graphene-silicon carbide-graphene nanosheets

Also Published As

Publication number Publication date
CN103718296A (zh) 2014-04-09
WO2013018153A1 (ja) 2013-02-07
JPWO2013018153A1 (ja) 2015-02-23
JP5737405B2 (ja) 2015-06-17
US20140141581A1 (en) 2014-05-22
US9034687B2 (en) 2015-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103718296B (zh) 石墨烯纳米网的制造方法和半导体装置的制造方法
Meng et al. Interface engineering for highly efficient graphene-on-silicon Schottky junction solar cells by introducing a hexagonal boron nitride interlayer
Ben et al. 2D III‐Nitride Materials: Properties, Growth, and Applications
Xu et al. Large‐scale growth and field‐effect transistors electrical engineering of atomic‐layer SnS2
Ostrikov et al. Plasma nanoscience: from nano-solids in plasmas to nano-plasmas in solids
KR101284059B1 (ko) 그라핀-산화물반도체 이종접합 소자 및 그의 제조방법
Kim et al. Graphene/Si-nanowire heterostructure molecular sensors
Tian et al. One-dimensional boron nanostructures: Prediction, synthesis, characterizations, and applications
Kim et al. Plasma-induced phase transformation of SnS2 to SnS
Kang et al. Characteristics of CVD graphene nanoribbon formed by a ZnO nanowire hardmask
JP2007123657A (ja) 半導体装置及びその製造方法
Patra et al. Field emission applications of graphene-analogous two-dimensional materials: recent developments and future perspectives
Han et al. GaAs nanowire Schottky barrier photovoltaics utilizing Au–Ga alloy catalytic tips
Kang et al. Large-area growth of ultra-high-density single-walled carbon nanotube arrays on sapphire surface
Qin et al. van der Waals epitaxy of large-area continuous ReS 2 films on mica substrate
Aliofkhazraei et al. Graphene science handbook: nanostructure and atomic arrangement
JP4984498B2 (ja) 機能素子及びその製造方法
Ma et al. Catalyst-and template-free low-temperature in situ growth of n-type CdS nanowire on p-type CdTe film and p-n heterojunction properties
JP6052537B2 (ja) グラフェン構造体及びそれを用いた半導体装置並びにそれらの製造方法
Cho et al. Enhancement of photoresponsive electrical characteristics of multilayer MoS 2 transistors using rubrene patches
Shin et al. Phosphorus doped graphene by inductively coupled plasma and triphenylphosphine treatments
KR101425376B1 (ko) 고분자 기반의 대면적 탄소 나노그물 및 그 제조방법
Shen et al. High mobility monolayer MoS 2 transistors and its charge transport behaviour under E-beam irradiation
Chai et al. Nanodiode based on a multiwall CNx/carbon nanotube intramolecular junction
Tan et al. Unique hierarchical structure and high thermoelectric properties of antimony telluride pillar arrays

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant