JP2006093725A - Electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機分子を有する電界効果型トランジスタ等の電子デバイスに関する。 The present invention relates to an electronic device such as a field effect transistor having organic molecules.
近年、半導体を用いる電子集積回路の高集積化の進展に伴って、トランジスタのサイズも微細化されてきており、現在では、10nmのゲート長を有するトランジスタの動作が確認されている。 In recent years, with the progress of higher integration of electronic integrated circuits using semiconductors, the size of transistors has been reduced, and at present, the operation of transistors having a gate length of 10 nm has been confirmed.
しかしながら、ゲート長が10nm以下であるトランジスタを有する電子集積回路においては、ゲート寸法として1nm以下の精度が要求されるので、トランジスタの微細加工が困難になってきている。 However, in an electronic integrated circuit having a transistor having a gate length of 10 nm or less, an accuracy of 1 nm or less is required as a gate dimension, and thus it is difficult to finely process the transistor.
そこで、トランジスタの微細化の課題を克服するために、有機分子を用いたトランジスタが提案されている。例えば、Nature Vol.413の713ページに記載されている論文「Self-assembled monolayer organic field-effect transistors」によると、図7に示されるような有機分子を構成要件とするトランジスタが提案されている。 Thus, in order to overcome the problem of miniaturization of transistors, transistors using organic molecules have been proposed. For example, according to a paper “Self-assembled monolayer organic field-effect transistors” described on page 713 of Nature Vol. 413, a transistor having an organic molecule as a constituent element as shown in FIG. 7 is proposed.
図7に示すように、段差部を有するシリコン基板10の上に、段差部を覆うようにシリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜11が形成されている。ゲート絶縁膜11の上における段差部の下側の面にソース電極12が形成され、該ソース電極12の上に有機分子膜13が形成されている。そして、有機分子膜13の上面から段差部を介して、ゲート絶縁膜11の上における段差部の上側の面に掛けてドレイン電極14が形成されている。
As shown in FIG. 7, a
このトランジスタにおいては、シリコン基板10にゲート電圧を印加しなければ、有機分子膜13に電流が流れないため、トランジスタはオフ状態になる一方、シリコン基板10にゲート電圧を印加すると、ソース電極12から有機分子膜13を介してドレイン電極14に電流が流れるため、トランジスタはオン状態になるので、トランジスタとしての動作を行なう。このトランジスタにおいては、ゲート長は有機分子の長さつまり有機分子膜13の厚さに相当し、有機分子の長さを10nm以下に制御することは容易である。
In this transistor, if no gate voltage is applied to the
ところで、前述の有機分子トランジスタでは、有機分子の安定性に問題がある。より詳しくは、電子デバイスを構成する有機分子は、その周囲に存在する、水、酸素又は活性酸素の影響により分解し易いということである。このため、長期間に亘って安定なトランジスタ性能を得るのは困難である。この問題は、有機分子トランジスタを集積化した状態でパッケージに実装し、最終的にチップとして製品化する際に特に重要となる。 By the way, the aforementioned organic molecular transistor has a problem in the stability of the organic molecule. More specifically, the organic molecules constituting the electronic device are easily decomposed by the influence of water, oxygen, or active oxygen present in the vicinity thereof. For this reason, it is difficult to obtain stable transistor performance over a long period of time. This problem is particularly important when organic molecular transistors are integrated in a package and finally packaged as a chip.
前記に鑑み、本発明は、電子デバイスを構成する有機分子が長期にわたって絶縁性を保持できるようにすることを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to enable organic molecules constituting an electronic device to maintain insulating properties for a long period of time.
前記の目的を達成するため、本発明に係る第1の電子デバイスは、有機分子を構成要素とする電子デバイスを対象とし、有機分子の外周部は撥水性である。 In order to achieve the above object, the first electronic device according to the present invention is directed to an electronic device having an organic molecule as a component, and the outer peripheral portion of the organic molecule is water-repellent.
本発明に係る第1の電子デバイスによると、有機分子の外周部が撥水性であるため、有機分子に付着しようとする水ははじかれるので、有機分子の酸化を防止でき、これによって、有機分子が長期にわたって絶縁性を保持することができる。 According to the first electronic device of the present invention, since the outer peripheral portion of the organic molecule is water repellent, water that tries to adhere to the organic molecule is repelled, so that the oxidation of the organic molecule can be prevented. However, the insulating property can be maintained for a long time.
第1の電子デバイスにおいて、有機分子は、その外周部に撥水性の基を有することが好ましい。 In the first electronic device, the organic molecule preferably has a water-repellent group on the outer periphery thereof.
このようにすると、有機分子に付着しようとする水は確実にはじかれる。 In this way, the water that tries to adhere to the organic molecules is surely repelled.
この場合、撥水性の基は、フッ素を含む基であることが好ましい。 In this case, the water-repellent group is preferably a group containing fluorine.
このようにすると、有機分子の外周部は強い撥水性を発揮することができる。 If it does in this way, the outer peripheral part of an organic molecule can exhibit strong water repellency.
第1の電子デバイスは、有機分子の少なくとも一方の端部が基板の表面に形成された電極に接合されている場合に特に効果的である。すなわち、有機分子が基板の表面に露出している場合に有機分子の外周部を撥水性にすると、有機分子の酸化を確実に防止することができる。 The first electronic device is particularly effective when at least one end of the organic molecule is bonded to an electrode formed on the surface of the substrate. That is, when the organic molecule is exposed on the surface of the substrate, the organic molecule can be reliably prevented from being oxidized by making the outer periphery of the organic molecule water repellent.
有機分子の少なくとも一方の端部が電極に接合されている場合、基板は、電極に接続され且つ有機分子に対して電気信号を入力又は出力する配線を有していることが好ましい。 In the case where at least one end of the organic molecule is bonded to the electrode, the substrate preferably has a wiring that is connected to the electrode and inputs or outputs an electric signal to the organic molecule.
前記の目的を達成するため、本発明に係る第2の電子デバイスは、有機分子を構成要素とする電子デバイスを対象とし、有機分子の外周部が電気的に絶縁性である。 In order to achieve the above object, a second electronic device according to the present invention is directed to an electronic device having an organic molecule as a component, and the outer peripheral portion of the organic molecule is electrically insulating.
本発明に係る第2の電子デバイスによると、有機分子の外周部が電気的に絶縁性であるため、有機分子は静電気又はイオン物質等の外部からの影響を受けることがないので、電子デバイスの電気特性が長期にわたって安定する。 According to the second electronic device of the present invention, since the outer peripheral portion of the organic molecule is electrically insulative, the organic molecule is not affected from the outside by static electricity or an ionic substance. Electrical characteristics are stable over a long period of time.
第2の電子デバイスにおいて、有機分子は、その外周部に絶縁性の基を有することが好ましい。 In the second electronic device, the organic molecule preferably has an insulating group on the outer periphery thereof.
このようにすると、有機分子が静電気又はイオン物質等の影響を受ける事態を確実に防止できる。 In this way, it is possible to reliably prevent the situation where the organic molecules are affected by static electricity or ionic substances.
この場合、絶縁性の基は、アルキル鎖を含む基であることが好ましい。 In this case, the insulating group is preferably a group containing an alkyl chain.
このようにすると、有機分子の外周部は強い絶縁性を発揮することができる。 If it does in this way, the outer peripheral part of an organic molecule can exhibit strong insulation.
第2の電子デバイスは、有機分子の少なくとも一方の端部が基板の表面に形成された電極に接合されている場合に特に効果的である。すなわち、有機分子が基板の表面に露出している場合に有機分子の外周部を絶縁性にすると、有機分子に対する静電気又はイオン物質等の影響を確実に防止することができる。 The second electronic device is particularly effective when at least one end of the organic molecule is bonded to an electrode formed on the surface of the substrate. That is, when the organic molecule is exposed on the surface of the substrate, if the outer periphery of the organic molecule is made insulative, the influence of static electricity or an ionic substance on the organic molecule can be surely prevented.
有機分子の少なくとも一方の端部が電極に接合されている場合、基板は、電極に接続され且つ有機分子に対して電気信号を入力又は出力する配線を有していることが好ましい。 In the case where at least one end of the organic molecule is bonded to the electrode, the substrate preferably has a wiring that is connected to the electrode and inputs or outputs an electric signal to the organic molecule.
本発明に係る第1の電子デバイスによると、有機分子の外周部が撥水性であるため、有機分子に付着しようとする水ははじかれるため、有機分子の酸化を防止できるので、有機分子が長期にわたって絶縁性を保持することができる。 According to the first electronic device of the present invention, since the outer peripheral portion of the organic molecule is water repellent, water that adheres to the organic molecule is repelled, so that the organic molecule can be prevented from being oxidized. Insulating properties can be maintained.
本発明に係る第2の電子デバイスによると、有機分子の外周部が電気的に絶縁性であるため、有機分子は静電気又はイオン物質等の外部からの影響を受けることがないので、電子デバイスの電気特性が長期にわたって安定する。 According to the second electronic device of the present invention, since the outer peripheral portion of the organic molecule is electrically insulative, the organic molecule is not affected from the outside by static electricity or an ionic substance. Electrical characteristics are stable over a long period of time.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る電子デバイスについて、図1及び図2を参照しながら説明する。尚、図1は第1の実施形態に係る電子デバイスの断面構造を示し、図2は図1における要部の拡大断面構造を示している。
(First embodiment)
Hereinafter, an electronic device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of the electronic device according to the first embodiment, and FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional structure of a main part in FIG.
図1及び図2に示すように、基板内部に多層の金属配線が形成されている集積回路基板100の表面部にはポリシリコン膜よりなるゲート電極101が形成されていると共に、集積回路基板100の上には、ゲート電極101を覆うように、ジルコニウム酸化膜よりなり3nmの厚さを有するゲート絶縁膜102が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
ゲート絶縁膜102の上には、ゲート電極101の上側部分を介して対向するようにソース電極103及びドレイン電極104が形成されていると共に、ソース電極103とドレイン電極104とを接続するように有機分子105が設けられており、これらソース電極103、ドレイン電極104及び有機分子105により、有機分子を構成要素とする電子素子である電界効果型トランジスタ106が構成されている。尚、有機分子105は紙面の表裏方向に並んで配置されている。
A
ゲート電極101、ソース電極103及びドレイン電極104は、それぞれ集積回路基板100の内部に形成されている金属配線と接続されており、該金属配線から、ゲート電極101、ソース電極103及びドレイン電極104に対して、入力信号又は出力信号が入出力される。
The
ゲート電極101に電圧が印加されない状態では、有機分子105に電流が流れないので、電界効果型トランジスタ106はオフ状態である一方、ゲート電極101に電圧が印加される状態では、ソース電極103から有機分子105を介してドレイン電極104に電流が流れるので、電界効果型トランジスタ106はオン状態になる。
When no voltage is applied to the
電界効果型トランジスタ106は、集積回路基板100と共に不活性ガス例えば窒素ガス107を閉じ込めている保護部材108に覆われている。この場合、不活性ガス例えば窒素ガス107の雰囲気中においては、水、酸素及びイオン物質は実質的に含まれていない。
The
このように、有機分子105は、水、酸素及びイオン物質等の不純物が存在しない窒素ガス107中に存在するため、イオン物質による影響を受けないので、良好な絶縁性の状態で保持されており、トランジスタの誤動作が生じないと共に、有機分子105は水又は酸素等による酸化分解が生じない。
Thus, since the
集積回路基板100と、窒素ガス107の雰囲気中で集積回路基板100に保持されている電界効果型トランジスタ106とは、パッケージ109に封止されている。パッケージ109を貫通しているリード端子110の内部側の端部は、集積回路基板100の表面部に形成されたボンディング端子111にボンディングワイヤ112を介して接続されている。
The
第1の実施形態に係る電子デバイスを製造するには、集積回路基板100の上に保持されている複数の電界効果型トランジスタ106を保護部材108で覆っておいてから、集積回路基板100と保護部材108とにより形成される空間を窒素ガス107でパージする。
In order to manufacture the electronic device according to the first embodiment, a plurality of
第1の実施形態によると、電界効果型トランジスタ106の上に絶縁膜を堆積することなく有機分子105の絶縁性を保持できるので、つまり、有機分子106が絶縁膜の自重又は膜形成時の熱による損傷を受けることなく絶縁性を保持できるので、長期に亘って電子デバイスを安定に動作させることができる。
According to the first embodiment, since the insulating property of the
また、有機分子105を有する電界効果型トランジスタ106は、水、酸素及びイオン物質等の不純物を含まない窒素ガス107の雰囲気中で保持されるので、水又は酸素による有機分子105の酸化分解が生じないと共に、イオン物質による電子素子の誤動作が生じず良好な絶縁性が得られる。
In addition, since the
また、有機分子105は窒素ガス107を閉じ込めた保護部材108により覆われているため、不純物が外部から浸入する事態が防止されるので、不純物による電気特性の劣化を防止することができる。
In addition, since the
尚、第1の実施形態においては、有機分子105としては、ポリチオフェン等のように半導体を示す分子を用いたが、これに代えて、ポルフィリン、フェニルベースポリマー、他のチオフェンユニットを有するポリマー、カーボンナノチューブ又はフラーレン等のように、半導体又は導電性を示す有機分子を用いることができる。
In the first embodiment, a molecule indicating a semiconductor such as polythiophene is used as the
また、第1の実施形態においては、不活性ガスとして、窒素ガス107を用いたが、これに代えて、アルゴンガス、ヘリウムガス又はネオンガス等を用いることができる。
Further, in the first embodiment, the
また、第1の実施形態においては、電子素子としては、有機分子を有する電界効果トランジスタを用いたが、これに限られず、ダイオード又は光スイッチ等の他の機能を有する、有機分子の電子素子であってもよいと共に、電子素子の構造としても第1の実施形態のものに限られない。 In the first embodiment, a field effect transistor having an organic molecule is used as the electronic element. However, the electronic element is not limited to this, and is an organic molecular electronic element having other functions such as a diode or an optical switch. In addition, the structure of the electronic element is not limited to that of the first embodiment.
また、第1の実施形態においては、電界効果型トランジスタ106は、窒素ガス107を閉じ込めている保護部材108に覆われていたが、これに代えて、電界効果型トランジスタ106を、保護部材108により覆うことなく、パッケージ109内に充填された窒素ガスの雰囲気中で保持してもよい。
In the first embodiment, the
(第1の実施形態の変形例)
以下、第1の実施形態の変形例に係る電子デバイスについて、図3を参照しながら説明する。
(Modification of the first embodiment)
Hereinafter, an electronic device according to a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
基板内部に多層の金属配線が形成されている集積回路基板150の上には、シリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜151を介してポリシリコン膜よりなるゲート電極152が形成されている。集積回路基板150の表面部には、ゲート電極152の下側部分を介して対向するようにソース領域153及びドレイン領域154が形成されており、これらゲート電極152、ソース領域153及びドレイン領域154によって電子素子であるMOS型の電界効果型トランジスタが構成されている。
A
MOS型の電界効果型トランジスタは、集積回路基板150と共に不活性ガス例えば窒素ガス155を閉じ込めている保護部材(図示は省略している)に覆われている。この場合、不活性ガス例えば窒素ガス155の雰囲気中においては、水、酸素及びイオン物質は実質的に含まれていない。
The MOS field effect transistor is covered with a protective member (not shown) that confines an inert gas such as
第1の実施形態の変形例によると、ゲート電極152の上に絶縁膜を堆積することなく、ゲート電極152の絶縁性を保持することができる。このため、ゲート電極152が、極めて微細になって、絶縁膜の自重又は膜を堆積する際の熱に耐えられなくなっても、絶縁性を保持することができる。このため、長期に亘って電子デバイスを安定に動作させることができる。
According to the modification of the first embodiment, the insulating property of the
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る電子デバイスについて、図4を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, an electronic device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第1の実施形態と同様に、基板内部に多層の金属配線が形成されている集積回路基板200の表面部にはポリシリコン膜よりなるゲート電極が形成されていると共に、集積回路基板の上には、ゲート電極を覆うように、ジルコニウム酸化膜よりなり3nmの厚さを有するゲート絶縁膜が形成されている。また、ゲート絶縁膜の上には、ゲート電極の上側部分を介して対向するように、ソース電極及びドレイン電極が形成されていると共に、ソース電極とドレイン電極とを接続するように有機分子が設けられており、これらソース電極、ドレイン電極及び有機分子により、有機分子を構成要素とする電子素子である電界効果型トランジスタが構成されている。
As in the first embodiment, a gate electrode made of a polysilicon film is formed on the surface portion of the
ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極は、それぞれ集積回路基板の内部に形成されている金属配線と接続されており、該金属配線から、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極に対して、入力信号又は出力信号が入出力される。 The gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are each connected to a metal wiring formed inside the integrated circuit substrate, and an input signal or an output from the metal wiring to the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode. Signals are input and output.
図4に示すように、電界効果型トランジスタ206は、集積回路基板200と共に内部を真空状態207に保持する保護部材208に覆われている。この場合、真空状態207の雰囲気中においては、水、酸素及びイオン物質は実質的に含まれていない。
As shown in FIG. 4, the
集積回路基板200と、真空状態207の雰囲気中で集積回路基板200に保持されている電界効果型トランジスタ206とは、パッケージ209に封止されている。パッケージ209を貫通しているリード端子210の内部側の端部は、集積回路基板200の表面部に形成されたボンディング端子211にボンディングワイヤ212を介して接続されている。
The
第2の実施形態に係る電子デバイスを製造するには、集積回路基板200の上に保持されている複数の電界効果型トランジスタ206を保護部材208で覆っておいてから、集積回路基板200と保護部材208とにより形成される空間を減圧して真空状態にする。
In order to manufacture an electronic device according to the second embodiment, a plurality of
第2の実施形態によると、電界効果型トランジスタ206の上に絶縁膜を堆積することなく有機分子の絶縁性を保持できるので、つまり、有機分子が絶縁膜の自重又は膜形成時の熱による損傷を受けることなく絶縁性を保持できるので、長期に亘って電子デバイスを安定に動作させることができる。
According to the second embodiment, the insulating properties of organic molecules can be maintained without depositing an insulating film on the
また、有機分子を有する電界効果型トランジスタ206は、水、酸素及びイオン物質等の不純物を含まない真空状態207の雰囲気中で保持されるので、水又は酸素による有機分子の酸化分解が生じないと共にイオン物質による電子素子の誤動作が生じず良好な絶縁性が得られる。
In addition, since the
また、有機分子は真空状態207の雰囲気中で保持されているため、有機分子のポテンシャルの揺らぎの原因となる他の分子との衝突が殆ど起こらないので、信頼性の高い電気特性が得られる。
In addition, since the organic molecules are held in an atmosphere in a
尚、第2の実施形態においては、有機分子としては、ポリチオフェン等のように半導体を示す分子を用いたが、これに代えて、ポルフィリン、フェニルベースポリマー、他のチオフェンユニットを有するポリマー、カーボンナノチューブ又はフラーレン等のように、半導体又は導電性を示す有機分子を用いることができる。 In the second embodiment, as the organic molecule, a molecule indicating a semiconductor such as polythiophene is used. Instead, a porphyrin, a phenyl base polymer, a polymer having another thiophene unit, a carbon nanotube Alternatively, a semiconductor or a conductive organic molecule such as fullerene can be used.
また、第2の実施形態においては、電子素子として、有機分子を有する電界効果トランジスタを用いたが、これに限られず、ダイオード又は光スイッチ等の他の機能を有する、有機分子の電子素子であってもよいと共に、電子素子の構造としては第2の実施形態のものに限られない。 In the second embodiment, a field effect transistor having an organic molecule is used as the electronic element. However, the present invention is not limited to this, and the electronic element is an organic molecular electronic element having other functions such as a diode or an optical switch. In addition, the structure of the electronic element is not limited to that of the second embodiment.
また、第2の実施形態においては、電界効果型トランジスタ206は、真空状態207を保持している保護部材208に覆われていたが、これに代えて、電界効果型トランジスタ206を、保護部材208により覆うことなく、真空状態に保持されたパッケージ209の内部で保持してもよい。
In the second embodiment, the
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る電子デバイスについて、図5を参照しながら説明する。尚、図5は第3の実施形態に係る電子デバイスの要部の拡大断面構造を示している。
(Third embodiment)
Hereinafter, an electronic device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows an enlarged cross-sectional structure of the main part of the electronic device according to the third embodiment.
図5に示すように、基板内部に多層の金属配線が形成されている集積回路基板300の表面部にはポリシリコン膜よりなるゲート電極301が形成されていると共に、集積回路基板300の上には、ゲート電極301を覆うように、ジルコニウム酸化膜よりなり3nmの厚さを有するゲート絶縁膜302が形成されている。
As shown in FIG. 5, a
ゲート絶縁膜302の上には、ゲート電極301の上側部分を介して対向するようにソース電極303及びドレイン電極304が形成されていると共に、ソース電極303とドレイン電極304とを接続するように有機分子305が設けられており、これらソース電極303、ドレイン電極304及び有機分子305により、電界効果型トランジスタ306が構成されている。尚、有機分子305は紙面の表裏方向に並んで配置されている。
A
ゲート電極301、ソース電極303及びドレイン電極304は、それぞれ集積回路基板300の内部に形成されている金属配線と接続されており、該金属配線から、ゲート電極301、ソース電極303及びドレイン電極304に対して、入力信号又は出力信号が入出力される。
The
ゲート電極301に電圧が印加されない状態では、有機分子305に電流が流れないので、電界効果型トランジスタ306はオフ状態である一方、ゲート電極301に電圧が印加される状態では、ソース電極303から有機分子305を介してドレイン電極304に電流が流れるので、電界効果型トランジスタ306はオン状態になる。
When no voltage is applied to the
有機分子305は、半導体の性質を有するポリチオフェンを骨格とするポリマーであって、チオフェンが例えばトリフロロアルキル鎖で修飾されることにより、ポリマーの外周部は撥水性になっている。
The
複数の電界効果型トランジスタ306が集積回路基板300の上に集積された構造体が、内部がアルゴンガス307で充填されてなるパッケージ(図示は省略している)の内部に収納されている。
A structure in which a plurality of
第3の実施形態によると、有機分子305を有する電子デバイスにおいて、有機分子305を破壊することなく絶縁性を保持することができるので、長期に亘って電子デバイスが安定に動作することが可能となる。
According to the third embodiment, in the electronic device having the
特に、有機分子305の外周部が撥水性を有するため、アルゴンガス307の雰囲気中に僅かな水が存在しても、有機分子305は水をはじくので、有機分子305は水による酸化分解が生じない。また、有機分子305の外周部の撥水基は、アルキル鎖を含んでいるので、高い絶縁性が得られる。
In particular, since the outer peripheral portion of the
尚、第3の実施形態においては、有機分子305としてポリチオフェンを骨格とするポリマーに、撥水性の基が修飾された分子を用いたが、フェニルベースポリマーを骨格とするポリマー又はカーボンナノチューブ等の分子の外周部に、撥水性の基を修飾して用いてもよい。
In the third embodiment, a polymer having a polythiophene skeleton as the
また、撥水性の基としては、トリフロロアルキル鎖を用いたが、これに代えて、他のフッ素原子を含む基を用いてもよい。 Further, as the water-repellent group, a trifluoroalkyl chain is used, but instead, a group containing another fluorine atom may be used.
また、第3の実施形態においては、有機分子305を有する電界効果型トランジスタ306を、アルゴンガスの雰囲気中で保持したが、アルゴンガスに代えて、窒素ガス、ヘリウムガス又はネオンガス等の不活性ガスを用いてもよい。また、第1又は第2の実施形態と同様、電界効果型トランジスタ306を、集積回路基板300と共に不活性ガスの雰囲気を保持する保護部材により覆う方が好ましいが、必ずしも保護部材で覆わなくてもよい。
In the third embodiment, the
また、第3の実施形態においては、電子素子として、有機分子305を有する電界効果型トランジスタ306を用いたが、これに代えて、ダイオード又は光スイッチ素子等の機能を有する電子素子を用いてもよいと共に、電子素子の構造についても、第3の実施形態のものに限定されない。
In the third embodiment, the
(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態に係る電子デバイスについて、図6を参照しながら説明する。尚、図6は第4の実施形態に係る電子デバイスの要部の拡大断面構造を示している。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, an electronic device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows an enlarged cross-sectional structure of the main part of the electronic device according to the fourth embodiment.
図6に示すように、基板内部に多層の金属配線が形成されている集積回路基板400の表面部にはポリシリコン膜よりなるゲート電極401が形成されていると共に、集積回路基板400の上には、ゲート電極401を覆うように、ジルコニウム酸化膜よりなり3nmの厚さを有するゲート絶縁膜402が形成されている。
As shown in FIG. 6, a
ゲート絶縁膜402の上には、ゲート電極401の上側部分を介して対向するように、ソース電極403及びドレイン電極404が形成されていると共に、ソース電極403とドレイン電極404とを接続するように有機分子405が設けられており、これらソース電極403、ドレイン電極404及び有機分子405により、電界効果型トランジスタ406が構成されている。尚、有機分子405は紙面の表裏方向に並んで配置されている。
A
ゲート電極401、ソース電極403及びドレイン電極404は、それぞれ集積回路基板400の内部に形成されている金属配線と接続されており、該金属配線から、ゲート電極401、ソース電極403及びドレイン電極404に対して、入力信号又は出力信号が入出力される。
The
ゲート電極401に電圧が印加されない状態では、有機分子405に電流が流れないので、電界効果型トランジスタ406はオフ状態である一方、ゲート電極401に電圧が印加される状態では、ソース電極403から有機分子405を介してドレイン電極404に電流が流れるので、電界効果型トランジスタ406はオン状態になる。
When no voltage is applied to the
有機分子405は、半導体の性質を有するポリチオフェンを骨格とするポリマーであって、チオフェンが例えばデンドライド構造を有するアルキル鎖で修飾されることにより、ポリマーの外周部は電気的に絶縁性を有している。
The
複数の電界効果型トランジスタ406が集積回路基板400の上に集積されてなる構造体が、水分を含まない乾燥した大気407で充填されているパッケージ(図示は省略している)の内部に収納されている。
A structure in which a plurality of
第4の実施形態によると、有機分子405を有する電子デバイスにおいて、有機分子405を破壊することなく絶縁性を保持することができるので、長期に亘って電子デバイスが安定に動作することが可能となる。
According to the fourth embodiment, in the electronic device having the
特に、有機分子405の外周部は、アルキル鎖を含んでいるので、高い絶縁性が得られる。仮に、乾燥した大気407の雰囲気中にイオン物質が含まれていても、有機分子405の外周部がアルキル鎖により保護されているため、半導体の性質を有するポリマー骨格にまではイオン物質が浸入できないので、電子素子は誤作動を起こすことなく、安定に動作する。
In particular, since the outer peripheral portion of the
尚、第4の実施形態においては、有機分子405として、ポリチオフェンを骨格とするポリマーに絶縁性の基が修飾された分子を用いたが、フェニルベースポリマーを骨格とするポリマー又はカーボンナノチューブ等の分子の外周部に絶縁性の基が修飾された分子を用いてもよい。また、絶縁性の基としては、デンドライド構造のアルキル鎖を用いたが、これに代えて、シロキサン骨格の基又は他の絶縁性の基を用いてもよい。
In the fourth embodiment, as the
また、第4の実施形態においては、有機分子405を、水を含まない乾燥した大気407の雰囲気中で保持したが、これに代えて、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス又はネオンガス等の不活性ガスの雰囲気中で保持する方が好ましい。この場合、第1又は第2の実施形態と同様、有機分子405を有する電界効果型トランジスタ406を、集積回路基板400と共に不活性ガスの雰囲気を保持する保護部材により覆う方が好ましいが、必ずしも保護部材で覆わなくてもよい。
In the fourth embodiment, the
また、第4の実施形態においては、電子素子として、有機分子405を有する電界効果型トランジスタ406を用いたが、これに代えて、ダイオード又は光スイッチ素子等の機能を有する電子素子を用いてもよいと共に、電子素子の構造についても第4の実施形態のものに限定されない。
In the fourth embodiment, the
本発明の電子デバイスは、構成要素である有機分子に付着しようとする水がはじかれるために有機分子の酸化が抑制されており、有機分子が長期にわたって絶縁性を保持するため、有機分子を有する電子デバイス、例えば電界効果トランジスタとして有用である。 The electronic device of the present invention has an organic molecule because the water that tries to adhere to the organic molecule as a constituent element is repelled so that the oxidation of the organic molecule is suppressed, and the organic molecule retains insulation for a long time. It is useful as an electronic device, for example, a field effect transistor.
100 集積回路基板
101 ゲート電極
102 ゲート絶縁膜
103 ソース電極
104 ドレイン電極
105 有機分子
106 電界効果型トランジスタ
107 窒素ガス
108 保護部材
109 パッケージ
110 リード端子
111 ボンディング端子
112 ボンディングワイヤ
150 集積回路基板
151 ゲート絶縁膜
152 ゲート電極
153 ソース領域
154 ドレイン領域
155 窒素ガス
200 集積回路基板
206 電界効果型トランジスタ
207 真空状態
208 保護部材
209 パッケージ
210 リード端子
211 ボンディング端子
212 ボンディングワイヤ
300 集積回路基板
301 ゲート電極
302 ゲート絶縁膜
303 ソース電極
304 ドレイン電極
305 有機分子
306 電界効果型トランジスタ
307 アルゴンガス
400 集積回路基板
401 ゲート電極
402 ゲート絶縁膜
403 ソース電極
404 ドレイン電極
405 有機分子
406 電界効果型トランジスタ
407 乾燥した大気
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2005
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