JP2008177580A - 低いフリンジキャパシタンス及び低チャネル抵抗を有するカーボンナノチューブ・トランジスタ - Google Patents
低いフリンジキャパシタンス及び低チャネル抵抗を有するカーボンナノチューブ・トランジスタ Download PDFInfo
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Abstract
【課題】低いフリンジキャパシタンス及び低チャネル抵抗を有するカーボンナノチューブ・トランジスタを提供する。
【解決手段】ＣＮＴトランジスタは、ソース延出部３６ａ及びドレイン延出部３６ｂを有し、この延出部３６ａ、３６ｂは、電気的に導電性を備え、ソース電極２２及びドレイン電極２４に電気的に接続される。延出部は夫々ギャップ部分３５ａ、３５ｂを架橋している。ナノチューブ２０は半導体の単一ウオール・カーボンナノチューブであり、延出部３６ａ、３６ｂは、ナノチューブ２０を同軸的に囲む金属導体ナノチューブから構成される。ナノチューブ２０及び延出部３６ａ、３６ｂは、多層ナノチューブからゲート電極の近くの領域において外側のナノチューブを選択的に削除して作られている。
【選択図】図２
【解決手段】ＣＮＴトランジスタは、ソース延出部３６ａ及びドレイン延出部３６ｂを有し、この延出部３６ａ、３６ｂは、電気的に導電性を備え、ソース電極２２及びドレイン電極２４に電気的に接続される。延出部は夫々ギャップ部分３５ａ、３５ｂを架橋している。ナノチューブ２０は半導体の単一ウオール・カーボンナノチューブであり、延出部３６ａ、３６ｂは、ナノチューブ２０を同軸的に囲む金属導体ナノチューブから構成される。ナノチューブ２０及び延出部３６ａ、３６ｂは、多層ナノチューブからゲート電極の近くの領域において外側のナノチューブを選択的に削除して作られている。
【選択図】図２
Description
この発明は、ナノスケール電子デバイスに関する。特に、好ましい実施例は、ソース電極及びドレイン電極に近接されているカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の部分が高導電性材料（例えば、金属導体ナノチューブ）で被覆されているカーボンナノチューブ・トランジスタに関する。この導体材料は、ナノチューブ・トランジスタの電気抵抗を減少させている。
近年、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）で作られていたナノスケール・トランジスタが注目されている。ＣＮＴトランジスタは、電子デバイスのサイズ、コスト及び動作電力を大きく減少させるポテンシャルを備えている。図１には、典型的な従来のＣＮＴトランジスタが示されている。このトランジスタは、ソース電極２２とドレイン電極２４の間に電気的に接続されたカーボンナノチューブ２０を備えている。ＣＮＴの上に配置されたゲート電極２６がＣＮＴを介して流れる電流を制御している。ゲート絶縁被膜２７（例えば、SｉO２で構成される膜）は、ＣＮＴ２０とゲート電極の間に配置されている。ＣＮＴは単一の壁半導体のナノチューブ（ＳＷＮＴ）で構成される。例えば、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極は、金属或いはドープされたポリシリコンで構成することがきる。ＣＮＴトランジスタの性能は、ゲート・ソース電極間のフリンジキャパシタンス(フリンジ容量）２８及びドレイン・ゲート電極間のフリンジキャパシタンス３０によって大きく影響される。これらのフリンジキャパシタンス２８、３０は、不所望にトランジスタのスイッチング速度を減少する。フリンジキャパシタンス２８、３０は、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の形状及びこれらの間の空間形状に大きく依存している。ＣＮＴトランジスタ・デバイスにおいては、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極が極めて近接配置されていることから、フリンジキャパシタンスが非常に大きい傾向がある。例えば、仮に、カーボンナノチューブ１０がシリコンより内在的に高い電子及び正孔移動度を有していても、カーボンナノチューブ・トランジスタの電気性能は、フリンジキャパシタンス２８、３０のためにシリコン・トランジスタより悪化する傾向がある。従って、シリコン・デバイスに比較して優れた性能がＣＮＴトランジスタに与えられる（経済性のためのベンチマーク）為には、フリンジキャパシタンスを減少しなければならないことなる。
図１に示されるデバイスに関する他の問題には、ＣＮＴ２０がゲート電極２６によって覆われない、ギャップ領域に比較的高い抵抗値を持っているということである。このギャップ領域３２の高抵抗値は、さらにトランジスタのスイッチング速度を減少する傾向がある。ＣＮＴの抵抗は、ギャップ３２の幅を減少させることにより減少する。しかしながら、これは、さらにフリンジキャパシタンスを増加させる傾向がある。従って、トランジスタ速度の一層の改良を妨げるフリンジキャパシタンス及びＣＮＴ抵抗との間に性能上のトレードオフが存在する。実際上、スイッチング速度は、フリンジキャパシタンス及びナノチューブ抵抗によって殆ど決定されるＲＣ時定数に反比例する傾向がある。ＣＮＴトランジスタ及びナノスケール電子デバイスの分野において、フリンジキャパシタンス及びＣＮＴ抵抗との間で上述したトレードオフを回避するＣＮＴトランジスタ構造を提供する開発がある。そのようなデバイスは、フリンジキャパシタンス及びＣＮＴ抵抗のいずれをも低い値として例外的に速いスイッチング速度及び高性能を実現する可能性がある。また、そのようなデバイスは、シリコン・トランジスタの性能特性を超える可能性がある。
本発明の好ましい実施例によれば、ソース電極及びドレイン電極並びにソース電極及びドレイン電極間に接続されている半導体ＣＮＴを有するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）・トランジスタが提供される。ゲート電極が抵抗を調整するために半導体ＣＮＴに近接して配置されている。このゲート電極がソース電極及びドレイン電極から分離されて配置され、ソース電極及びゲート電極が第１のギャップを定め、また、ドレイン電極及びゲート電極が第２のギャップを定める。半導体ＣＮＴは両ギャップに跨って配置されている。この発明においては、トランジスタは、ソース電極から延出するソース延出部、及び／又は、ドレイン電極から延出するドレイン延出部を有している。延出部は、ギャップの少なくとも一部分を亘っている。（例えば、ギャップの少なくとも１／２の経路を横切っている）。この延長部は、電気的な導体であって半導体ＣＮＴから電流を分流している。延出部は、現行のトランジスタのソース-ドレイン抵抗を減少し、ソース電極とドレイン電極とをゲート電極から分離させて、それによって、フリンジキャパシタンスを減少させている。
延出部は、好ましくは、半導体ＣＮＴを同軸的に取り囲む金属の導電性カーボンナノチューブから構成される。半導体ＣＮＴは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ：単一壁(ウオール）構造のＣＮＴ）で構成され、延出部は、例えば、半導体ＣＮＴに同軸の１から３０層のナノチューブから構成することができる。
延出部は、また、銅、アルミニウムのような溶着金属(ディポジット金属：deposited metal)で構成される。
好ましくは、延出部は、半導体ＣＮＴに直交するする方向（即ち、図２に示されるようにＹ方向）に狭い。例えば、延出部は、半導体ＣＮＴの幅の２倍或いは５倍未満である。
様々な実施例の上述した観点及び又は他の観点、特徴及び又は利点は、添付した図面に関連した下記の記載に鑑み、さらに評価されるべきである。適用可能なところで、様々な実施例は、異なる観点、特徴及び又は利点を含み、かつ／または、除外することができる。
さらに、適用可能なところで、様々な実施例は、他の実施例の１つ以上の概念或いは特徴を組み合わせることができる。特有な実施例の観点、特徴及び／又は利点の記述は、他の実施例或いは請求項の制限として解釈されるべきでない。
この発明によれば、低いフリンジキャパシタンス及び低チャネル抵抗を有するカーボンナノチューブ・トランジスタが提供される。
本発明は様々な異なる形態で具体化されていても良いが、多くの図示した実施例は、理解の為にここに記載されて現開示が発明の主題の例を提供することとなるものであると考慮されるべきであり、このような例は、発明を好ましい実施例に制限するようには意図するものではないことを明記しておく。
好ましい実施例においては、次の技術用語が用いられている。
カーボンナノチューブ（Carbon nanotube：ＣＮＴ）：１本以上の同軸のグラファイトがチューブ状になったものから構成される概略一次元とみなされるナノ構造体である。本発明中のカーボンナノチューブは、約１−１００ナノメーターの直径及び１から５０層のグラファイト層を持つことができる。カーボンナノチューブのグラファイト層の直径及び数は、その範囲外であってもよい。また、現在のトランジスタ構造の中のカーボンナノチューブは複数或いは多くの並列配置（即ち、非同軸的配置）のカーボンナノチューブ（即ち、ナノチューブ・ロープ）を含んでも良い。
以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係るカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）トランジスタを説明する。
本発明の好ましい実施例によれば、比較的低いフリンジキャパシタンス（即ち、ゲート・ソース間キャパシタンス及びゲート・ドレイン間キャパシタンス）及びソース・ドレイン間抵抗（即ち、ＣＮＴ抵抗）を備えてＣＮＴトランジスタが提供される。
現在のトランジスタ構造は、ソース電極及びドレイン電極並びにソース及びドレイン間に接続されるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を有している。この分野で知られているように、ゲート（ゲート電極）は、ＣＮＴに近接して配置され、ＣＮＴの抵抗を制御している。好ましいこの発明のトランジスタ構造では、ゲート及びソース間並びにゲート及びドレイン間にギャップが設けられている。ＣＮＴは、両ギャップに跨って配置されている。ギャップ領域においては、ＣＮＴは、ソース或いはドレイン（ソース延出部及びドレイン延出部）から延出される導電性の延出部（例えば、付加的なカーボンナノチューブ）で覆われている。ソース及びドレインの延出部は、電流を分流し、フリンジキャパシタンスを著しく増加させずに、ギャップ領域のＣＮＴにおける電気抵抗を減少させている。従って、このＣＮＴトランジスタ構造は、例外的に両フリンジキャパシタンスの容量が低く、また、電気抵抗が低い値となっている。
図２は、この発明のＣＮＴトランジスタ構造の斜視図を示し、また、図３は、トランジスタ構造の断面図を示している。トランジスタは半導体ＣＮＴ２０、ソース電極２２、ドレイン電極２４、ゲート電極２６及びゲート絶縁体２７を備えている。フリンジキャパシタンス２８、３０は、ソース、ゲート及びドレインの電極間にあり、デバイスの最大動作速度を減少させる傾向がある。しかしながら、現在のトランジスタ設計では、フリンジキャパシタンス２８、３０は、図１に示されている従来のＣＮＴトランジスタと比較してより低い値を有している。トランジスタ２０は基板２１上に製造され、基板は、シリコン、サファイア、セラミック或いは他の適切な基板材料で作ることができる。
好ましいこの発明のトランジスタ構造では、第１ギャップ３５ａ及び第２ギャップ３５ｂは、従来の装置に比べて比較的大きく、低いフリンジキャパシタンスに２８、３０の値を与えている。一例として、ギャップは、Ｘ方向において、約０．１ミクロン或いはこれよりも小さい。この発明では、ソース延出部３６ａは、ソース(ソース電極)２２から延出されて、第１ギャップ３５ａの中のＣＮＴ２０の部分を覆い、また、ドレイン延出部３６ｂは、ドレイン（ドレイン電極）２４から延出され、第２のギャップ３５ｂの中のＣＮＴ２０の部分を覆っている。延出部３６ａ、３６ｂは、夫々、電気的導電性を有し、ソース及びドレインに電気的に接続されている。
延出部３６ａ、３６ｂは、１０金属のカーボンナノチューブのような高導電性体材料或いはチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）又はプラチナ（Ｐｔ）のようなスパッタリング金属又は電気メッキ金属で作られている。好ましい実施例では、延出部３６ａ、３６ｂは、半導体ＣＮＴ２０に同軸的に多層カーボンナノチューブ（マルチウオール・カーボンナノチューブ）で構成されている。換言すれば、半導体ＣＮＴ２０は、延出部３６ａ、３６ｂの中心から延出される中央の単層(単一壁(ウオール）構造の）のナノチューブとすることができる。ＣＮＴ２０は、Ｎ形ドーパント或いはＰ型のドーパントがドープされた単一ウォール・ナノチューブ１５にすることができ、その結果、延出部３６ａ、３６ｂ及びＣＮＴ２０の間コンタクトがオーミック接触される。この場合、半導体ＣＮＴ２０は、延出部３６ａ、３６ｂよりより少ない数のナノチューブ壁を有している。延出部３６ａ、３６ｂが金属であり、ＣＮＴ２０が半導体であることから、延出部３６ａ、３６ｂは、ＣＮＴ２０よりは十分に低い単位長さ当たりの抵抗を有することとなる。例えば、延出部３６ａ、３６ｂは、ＣＮＴ２０の単位長さ当たりの抵抗の１／５０、１／１００、或いは１／５００よりも小さな単位長さ当たりの抵抗を有することとなる。例えば、延出部３６ａ、３６ｂは、夫々約５０−５００オームの抵抗を有することができ、また、延出部間の半導体ＣＮＴは、約１０ｋ―３０ｋの抵抗を有することとなる。
延出部３６ａ、３６ｂは、少なくとも部分的にギャップ３５ａ、３５ｂの中のＣＮＴを覆うこととなる。好ましくは、延出部３６ａ、３６ｂは、ギャップ３５ａ、３５ｂの幅の少なくとも１／４、１／２或いは２／３の幅を覆うこととなる。延出部３５ａ、３５ｂがゲート電極２６に触れていなければ、延出部３６ａ、３６ｂはギャップ３５ａ、３５ｂの全長に亘って延出することができる。しかしながら、延出部をゲート電極へ非常に近接しているようにしてフリンジキャパシタンスを不所望のレベルにまで増加させても良い。ソース及びドレイン延出部３６ａ、３６ｂがあれば、従来のトランジスタに比して、キャパシタンス及び抵抗間でのトレードオフは緩和されるが、フリンジキャパシタンス及びＣＮＴ抵抗の間でトレードオフが依然存在する。
延出部は、必ず幅が（即ち、Ｙ方向での長さ）制限される。好ましくは、延出部３６ａ、３６ｂは、ＣＮＴ２０の幅の２．５或いは１０倍未満の幅となる。延出部幅（Ｙ方向中の長さ）を増加させると、フリンジキャパシタンス２８、３０が増加されることとなる。また、延出部幅を減少させると、フリンジキャパシタンス２８、３０が減少されることとなる。例えば、延出部３６ａ、３６ｂがソース及びドレインと同じ幅であれば、延出部３６ａ、３６ｂによってフリンジキャパシタンスが減少されないこととなる。従って、延出部３６ａ、３６ｂがソース２２或いはドレインの幅(Ｙ方向の長さ）の１／２、１／４、１／１０未満の幅を有することが好ましい。一般に、延出部３６ａ、３６ｂは、Ｙ方向において、できるだけ狭くあるべきである。
トランジスタの作動中においては、半導体ＣＮＴ２０の導電性は、従来知られているように、ゲート電極２６に加えられた電圧によってコントロールされる。ソースとドレインの間に流れる電流は、典型的にはＣＮＴ２０より低抵抗を有することとなる延出部３６ａ、３６ｂによって分流される。また、延出部３６ａ、３６ｂがＹ方向に非常に狭いので、フリンジキャパシタンスは、非常に減少される。従って、この発明のＣＮＴトランジスタ構造は、例外的に、フリンジキャパシタンス及び抵抗の両方が低い値を持っている。
従来知られているように、基板をバックゲート電極として使用することができることを明記しておく。
図４ａ〜４ｄは、多層カーボンナノチューブからこの発明のＣＮＴトランジスタを作る好ましい方法が示されている。製造工程は、次の通りである。
図４ａに示されるように、マルチウォール・カーボンナノチューブ４０が基板上表面に配置される。ここで、基板は、例えば、酸化物または窒化物のコーティングと共に、シリコンウェーハを含むことができる。ソース２２及びドレイン２４電極が作られ、多層ナノチューブがソースとドレインの間で電気的に接続される。ソースとドレインは、例えば、スパッタリングした金属或いは電気メッキした金属で作ることができる。多層ナノチューブは、一例として、ソース及びドレインに埋め込むことができる。
多層ナノチューブ４０は、例えば、中央の半導体ＣＮＴ２０を囲む２〜３０層の或いはそれ以上の同軸のカーボンナノチューブで構成することができる。既に知られているように、典型的な例では、多層ナノチューブ４０は、触媒のプロセス、或いは炭素アーク放電によって作られても良い。多層ナノチューブは、溶剤担体によって基板に堆積（ディポジション）して、基板上に触媒成長されて、或いは既知の他の方法で形成することができる。
図４ａには、個々のカーボン（黒鉛状炭素）チューブ４２を示す多層カーボンナノチューブの拡大図も示されている。中央の半導体ＣＮＴ２０（ＳＷＮＴ）も示されている。
図４ｂでは、マスク４４ａ、４４ｂがディポジットされ、パターンニングされている。マスク４４ａ、４４ｂのサイズは、延出部３６ａ、３６ｂの長さを決定している。多層カーボンナノチューブ４０の中央の部分４５が露出される。マスクは、フォトレジスト及びSｉO２または金属(メタル)のような硬質のマスク材料を含む任意の従来のマスク材料で作ることができる。硬質のマスク材料は、下記のオーム加熱ステップにおいて生ずる高温により耐えることができる。
図４ｃでは、ソース２２及びドレイン２４の電極が多層ナノチューブ４０を介して電流を供給する電源４６に接続されている。また、同時に、多層ナノチューブは酸素雰囲気４８に晒される。この酸素雰囲気４８は、純酸素、或いは、他のガスが混合された酸素を含むことができる。電源４６からの電流は、多層ナノチューブ４０に抵抗加熱作用を生じさせ、多層ナノチューブの最外周のチューブを酸素によって酸化させることとなる。時間の経過と共に、原多層ナノチューブの外管は、玉ねぎの層のように一枚ずつ剥がされることとなる。典型的な例では、多層ナノチューブ４０は約５−３０個の同心状のナノチューブを持つことができる。
また、好ましくは、電源４６はほぼ一定の電圧を供給する。定電圧が選定された場合には、金属導体ナノチューブのオーム加熱及び酸化のために適切な電流が供給されるが、半導体ナノチューブのオーム加熱及び酸化のためには、不十分な電流となる。多層カーボンナノチューブでは、大径であれば、外側のナノチューブは、ほとんど常に金属導体であることを明記しておく。従って、外側のナノチューブは、オーム加熱及びオーム加熱に伴う酸化により最も影響を受け易いこととなる。最も内側の単体のナノチューブ２０は、半導体である可能性がよりあり、従って、その単体のナノチューブ２０は、電源４６によって与えられる定電圧によって加熱されないこととなる。また、いくつかの多層ナノチューブでは、１つ或いはそれ以上の外管が半導体のままとなっている。この場合、望ましくない半導体ナノチューブは、電源４６からの印加電圧を一時的に増加させることによって酸化して酸化されないナノチューブを除くことができる。
図４ｃに拡大されて示された図は、マスク４４ａの端に一致するカーボン・チューブの腐食された端を示している。マスク４４ａの下の酸化していないナノチューブはソース延出部３６ａを含んでいる。同様に、マスク４４ｂの下の酸化されないナノチューブはドレイン延出部３６ｂを含んでいる。残る酸化されないナノチューブ２０は、単層半導体カーボンナノチューブ（ウオール半導体カーボンナノチューブ）となる。
もし、中央のカーボンナノチューブが導電性金属特性を有しているならば、そのカーボンナノチューブは、オーム加熱され、酸化され、破壊され、完全に除去されることとなる。この場合において、ソース２２及びドレイン２４の電極間が電気的に接続されることはない。（但し、多数の並列ナノチューブが設けられていないことを前提している。）ＣＮＴトランジスタにおいて、金属のナノチューブが非作動であるから、このことは、望ましい作用となる。しかしながら、この場合、もし単一のナノチューブがあれば、トランジスタが非動作になる。この理由で、それは各々トランジスタが並列に接続された多数のナノチューブを有することが好ましいこととなる。もし、１つのナノチューブが導電性金属性の中央ナノチューブであれば、他は、並列の半導体のナノチューブとして残存していることとなる。
多層ナノチューブ４０の抵抗は加熱中にモニターされるべきである。抵抗の突然のステップ状の増加が最も外側のカーボンナノチューブを破壊することとなる。酸素雰囲気中におけるオーム加熱による多層カーボンナノチューブの直径が減少される上述したプロセスは、Ｐ．コリンズらによる"Engineering Carbon Nanotubes and Nanotube Circuits Using Electrical Breakdown"の中で説明されている。この記載の説明は、明細書の一部をなすものとする。
図４ｄにおいては、マスク４４ａ、４４ｂが除去されている。ゲート絶縁体２７及びゲート電極２６は、既知のディポジション、エッチング及びマスク工程によってＣＮＴ２０の上に設けられる。ナノチューブは、典型的には、図示されるように基板に向けて湾曲され、ファン・デル・ワールス力によって基板に付着される。
ここで、ナノチューブ・トランジスタがソースとドレインの電極間に接続されている図示されるように１つのナノチューブ或いは複数のナノチューブ（並列に配置されている）を接続することができることを明記しておく。複数のナノチューブを有するトランジスタの組立てプロセスは、図４ａ〜図４ｄに示されたと同様のプロセスとなる。複数のナノチューブが酸素雰囲気に晒されている間、電流が複数のナノチューブに同時に流される。もし、１つのカーボンナノチューブが金属性の中央ナノチューブを有している場合には、そのカーボンナノチューブには、電源４６から電圧が印加されることによって除去され、また、このカーボンナノチューブは、トランジスタ中に短絡回路を生じさせないこととなる。したがって、上記の直径を減少させる手法は、金属導体である中央ＣＮＴを必ず除去することとなる。
変形例として、酸素以外の酸化ガスは外周のカーボンナノチューブを除くために用いることができる。例えば、外周のカーボンナノチューブを除くことができると知られている塩素、フッ素、水蒸気或いは他のガスを使用することができる。
他の変形例として、延出部は、ディポジション金属（例えば、電気溶着された金属或いはスパッタリングされた金属）から構成される。この場合、金属は、半導体のカーボンナノチューブの頂部面にのみ配置されてもよい。このナノチューブ・トランジスタは、金属を溶着して延出部３６ａ、３６ｂを形成して製造することができる。
図５ａ〜図５ｅは、溶着金属から構成される延出部を備えたナノチューブ・トランジスタを作る好ましい方法を示している。組立てステップは、以下の通りである。
図５ａに示されるように、半導体ＣＮＴ２０は基板２１上にディポジットされる。また、ソース２２及びドレイン２４電極もディポジットされ、ＣＮＴ２０に電気的に接続される。ＣＮＴ２０は、触媒的作用で基板２１上に成長させることができ、或いは、他の場所に成長させ、例えば、溶媒キャリアで基板に搬送させることができる。半導体ＣＮＴ２０は単層カーボンナノチューブ(単一ウオールカーボンナノチューブ）とされる。
図５ｂ及び図５ｃは、同様の工程の断面図及び上面図を示している。ＣＮＴ２０の中央の部分はマスク４８で覆われている。マスク４８はゲート電極２６よりわずかに広くなっている。マスク４８は、フォトレジストのような任意の既知のマスキング材料で作ることができる。
図５ｄに示されるように、金属５０は、延出部３６ａ、３６ｂが形成されることが望まれる領域の半導体ＣＮＴにディポジットされる。例えば、金属は、スパッタリング、化学蒸着法、電着或いは他の蒸着工程によってディポジットさせることができる。いくつかの実施例の中では、金属５０は、例えば、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ或いはこれらの合金とすることができる。好ましくは、マスク４８が成形されて金属が極めて制限された幅（Ｙ方向に沿った方向）を有する領域にディポジットされる。この金属の外観が図５ｃの平面図に示されている。金属が電着され場合には、その金属は、単にＣＮＴ２０の露出した部分にのみディポジットされる。付加的に、マスク４０が除かれた後に、基板は数百℃に加熱される。従って、金属がディポジットされたＣＮＴ２０は、非常に安定し、耐久力のある金属カーバイドに改変される。金属カーバイド外周の金属は、化学的に、例えば、ＨＦ液によって、除去可能であり、延出部が金属カーバイドのみで組成させることができる。金属カーバイドが改変されることによって確実に延出部が制限された幅とされる。
図５ｅにおいては、マスク４８が除去されている。ゲート絶縁体２７及びゲート電極２６が溶着(ディポジィション)、エッチング及びマスキング・ステップによってＣＮＴ２０の上にディポジットされる。延出部、３６ａ、３６ｂは、蒸着金属で構成される。
この発明の好ましい実施例によれば、フリンジキャパシタンスを減少させ、従来に比べて「チャンネル」抵抗を減少させたカーボンナノチューブ・トランジスタが提供される。延出部、３６ａ、３６ｂ、トランジスタのソース・ドレイン抵抗を減少し、同時にフリンジキャパシタンスを減少する。当然に、フリンジキャパシタンスがより大きくなることを許容することにより、ソース・ドレイン抵抗をより減少させることができ、また、その逆に、フリンジキャパシタンスをより小さくすることにより、ソース・ドレイン抵抗をより減少させることができる。
好ましいこのトランジスタ構造は、記憶回路、マイクロプロセッサー等のような、広範囲のマイクロ電子回路及びデバイスに使用することができる。
このようなデバイスでは、同様の多層ナノチューブはトランジスタを作り上げる為に用いることができ、同様の電源４６からの印加電圧は全てのトランジスタにおける外周のカーボンナノチューブを取り除くために使用することができる。
いくつかの応用分野において、各トランジスタが並列接続された多数の半導体のカーボンナノチューブを有していることが望ましいことなる。図６には、例えば、並列接続された４つの半導体ＣＮＴ２０を備える本発明に基づいたＣＮＴトランジスタの上面図が示されている。各半導体ＣＮＴは夫々ソース及びドレイン延出部３６ａ、３６ｂを有している。多数のナノチューブを持っているという利点は、導電性金属中央のナノチューブによる製造歩留まり損失が減少させることとなることにある。何百万ものカーボンナノチューブ・トランジスタを備えるマイクロ電子デバイスにおいては、すべてのトランジスタが酸素中においてナノチューブを焼き取るステップにおいて適切な印加電圧を与えることを保証することは重要となる。それぞれのトランジスタに適切な電圧を与えることを保証する為に、ソース及びドレインが夫々デバイスの製造プロセスに先だって作られた試験用電圧供給ネットワークに接続しても良い。試験用の電圧を供給するネットワークは、従来の大規模な集積回路の電圧供給ネットワークに実質的に同一なものである。デバイスの製造後に、試験用電圧源のネットワークは、従来のエッチング工程によって部分的に或いは完全に一度除去することができる。さらに、欠陥トランジスタ・デバイスの影響を軽減するために冗長回路設計を採用することもできる。
発明の広範な概念：
発明の実例となる実施例は、ここに記述されているが、本発明は様々な好ましい実施例に制限されるものではなく、ここに記述したが、この開示に基づいた技術分野によって評価される改造、省略、組み合わせ（例えば、様々な実施例に亘る概念）、編成及びまたは変更がある全ての実施例を含むものである。請求項における限定は、請求項で使用された言語に基づいて広く解釈され、現明細書に記載され或いは出願の手続きで開示される例に限定されるものではなく、例示が排他的なものとして解釈されないことを明記しておく。例えば、現在の開示では、「好ましい」との用語は、排他的でなく、「単に好ましく、しかしもこれに制限されない」ことを意味している。機能的手段(ミーンズ・プラス・ファンクション)或いは機能的ステップ(ステップ・プラス・ファンクション)の限定は、特定の請求項の限定為に次の状況の全てとして限定があることを付け加えておく。即ち、「a)「為の手段」或いは「為のステップ」（のステップではない）は、積極的列挙であり、ｂ）対応する機能は積極的な列挙であり、また、構造をサポートする構造、材料或いは作用が列挙されていない。」ことを意味している。この開示では、及びこの出願の遂行中に、用語、「本発明」或いは「発明」は、現在の開示内の１つ以上の概念への言及として使用される。この発明における言語或いは発明は、臨界を定めるものとして不適当に解釈されず、全ての概念或いは実施例に亘って不適切に解釈されるべきでなく、即ち、本発明が多く概念及び実施例を持っていると理解されるべきであり、また、出願または請求項の範囲を制限するものとして不適切に解釈されるべきでないものである。この開示及びこの出願の遂行中における、用語「実施例」は、いずれの概念、特徴、或いは、プロセス、これらの任意の組み合わせ及び又はいずれの任意の部分を記述するために用いられている。いくつかの例において、様々な実施例は特徴をオーバーラップさせることを含んでいてもよい。
発明の実例となる実施例は、ここに記述されているが、本発明は様々な好ましい実施例に制限されるものではなく、ここに記述したが、この開示に基づいた技術分野によって評価される改造、省略、組み合わせ（例えば、様々な実施例に亘る概念）、編成及びまたは変更がある全ての実施例を含むものである。請求項における限定は、請求項で使用された言語に基づいて広く解釈され、現明細書に記載され或いは出願の手続きで開示される例に限定されるものではなく、例示が排他的なものとして解釈されないことを明記しておく。例えば、現在の開示では、「好ましい」との用語は、排他的でなく、「単に好ましく、しかしもこれに制限されない」ことを意味している。機能的手段(ミーンズ・プラス・ファンクション)或いは機能的ステップ(ステップ・プラス・ファンクション)の限定は、特定の請求項の限定為に次の状況の全てとして限定があることを付け加えておく。即ち、「a)「為の手段」或いは「為のステップ」（のステップではない）は、積極的列挙であり、ｂ）対応する機能は積極的な列挙であり、また、構造をサポートする構造、材料或いは作用が列挙されていない。」ことを意味している。この開示では、及びこの出願の遂行中に、用語、「本発明」或いは「発明」は、現在の開示内の１つ以上の概念への言及として使用される。この発明における言語或いは発明は、臨界を定めるものとして不適当に解釈されず、全ての概念或いは実施例に亘って不適切に解釈されるべきでなく、即ち、本発明が多く概念及び実施例を持っていると理解されるべきであり、また、出願または請求項の範囲を制限するものとして不適切に解釈されるべきでないものである。この開示及びこの出願の遂行中における、用語「実施例」は、いずれの概念、特徴、或いは、プロセス、これらの任意の組み合わせ及び又はいずれの任意の部分を記述するために用いられている。いくつかの例において、様々な実施例は特徴をオーバーラップさせることを含んでいてもよい。
１５．．．単一ウォール・ナノチューブ、２０．．．半導体ＣＮＴ、２１．．．基板、２２．．．ソース電極、２４．．．ドレイン電極、２６．．．ゲート電極、２７．．．ゲート絶縁体、２８、３０．．．周辺キャパシタ、３５ａ．．．第１ギャップ、３５ｂ．．．第２ギャップ、３６ａ．．．ソース延出部、３６ｂ．．．ドレイン延出部、４０．．．多層カーボンナノチューブ、４２．．．カーボンナノチューブ、４４ａ、４４ｂ．．．マスク、４６．．．電源、４８．．．酸素雰囲気、５０．．．金属(メタル)
Claims (16)
- （ａ） 基板に設けられた導電性のソース電極と、
（ｂ） このソース電極から間隔を空けて前記基板に設けられた導電性のドレイン電極と、
（ｃ） 前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間に電気的に接続される可変抵抗を有する半導体カーボンナノチューブと、
（ｄ） 前記半導体カーボンナノチューブに近接して設けられ、前記カーボンナノチューブの抵抗を制御する導電性のゲート電極であって、
（１）前記ゲート電極及び前記ソース電極の間に第１ギャップが設けられ、
（２）前記ゲート電極及び前記ドレイン電極の間に第２ギャップが設けられ、
前記半導体カーボンナノチューブが前記第１及び第２ギャップに架け渡されている導電性のゲート電極と、
を備え、前記カーボンナノチューブ・トランジスタが
（ｅ） 前記ソース電極から前記第１ギャップ内に延出され、少なくとも部分的に前記カーボンナノチューブを覆っている導電性のソース拡張部、
（ｆ） 前記ドレイン電極から前記第２ギャップに延出され、少なくとも部分的に前記カーボンナノチューブを覆っている導電性のドレイン拡張部、
の少なくとも１つを含むことを特徴とするカーボンナノチューブ・トランジスタ。 - 前記ソース延出部及び前記ドレイン延出部は、夫々前記第１ギャップ及び前記第２のギャップを横切って前記第１ギャップ及び前記第２のギャップの少なくとも途中まで延出される請求項１のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
- 前記ソース延出部及び前記ドレイン延出部は、金属を含む請求項１のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
- 前記ソース延出部及び前記ドレイン延出部は、金属カーバイドを含む請求項１のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
- 前記ソース延出部及び前記ドレイン延出部は、前記半導体カーボンナノチューブを同軸的に取り囲む金属カーボンナノチューブから構成される請求項１のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
- 前記ソース延出部及び前記ドレイン延出部は、前記半導体カーボンナノチューブを同軸的に取り囲む１から３０層の金属カーボンナノチューブから構成される請求項５のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
- 前記ソース延出部及び前記ドレイン延出部は、前記ＣＮＴの幅の５倍未満のＹ方向に沿った幅を有する請求項１のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
- 前記ソース延出部及び前記ドレイン延出部は、前記カーボンナノチューブの幅の２倍未満のＹ方向に沿った幅を有する請求項１のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
- （ａ） 基板に配置された導電性のソース電極と、
（ｂ） 基板に配置された導電性のドレイン電極と、
（ｃ） 前記ソース電極及び前記ドレイン電極間に電気的に接続された可変抵抗を有する半導体カーボンナノチューブ；
（ｄ） 前記半導体カーボンナノチューブに近接して設けられ、前記カーボンナノチューブの抵抗を制御する導電性のゲート電極であって、
（１）前記ゲート及び前記ソースの間に第１ギャップがあり、
（２）前記ゲート及び前記ドレインの間に第２ギャップがあり、
前記半導体カーボンナノチューブが前記第１及び第２ギャップに架け渡されているゲート電極と、
を備え、前記カーボンナノチューブ・トランジスタが
（ｅ） 前記ソース電極から前記第１ギャップ内に延出され、少なくとも部分的に前記カーボンナノチューブを覆っている導電性のソース拡張部、
（ｆ） 前記ドレイン電極から前記第２ギャップに延出され、少なくとも部分的に前記カーボンナノチューブを覆っている導電性のドレイン拡張部、
の少なくとも１つを含み、
前記拡張部が前記半導体カーボンナノチューブを同軸的に取り囲む金属カーボンナノチューブで構成されていることを特徴とするカーボンナノチューブ・トランジスタ。 - 前記ソース延出部及び前記ドレイン延出部は、前記半導体カーボンナノチューブを同軸的に取り囲む１から３０層の金属カーボンナノチューブで構成されることを特徴とする請求項９のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
- 前記ソース延出部及び前記ドレイン延出部は、夫々前記第１ギャップ及び前記第２のギャップを横切って前記第１ギャップ及び前記第２のギャップの少なくとも途中まで延出される請求項９のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
- （ａ）ソース電極及びドレイン電極間に電気的に接続されている半導体カーボンナノチューブと、
（ｂ） 前記半導体カーボンナノチューブに近接して設けられ、前記カーボンナノチューブの抵抗に作用するゲート電極であって、前記ソース電極及び前記ドレイン電極から第１及び第２のギャップで分離されているゲート電極と、
（ｃ） 前記第１ギャップに前記ソースから延出されている導電性のソース延出部と、
（ｄ） 前記第２のギャップに前記ドレインから延出されている導電性のドレイン延出部と、
を備え、前記延出部は、前記半導体カーボンナノチューブを同軸的に囲む導電性金属カーボンナノチューブから構成されることを特徴とするカーボンナノチューブ・トランジスタ。 - 前記ソース延出部及び前記ドレイン延出部は、夫々前記第１ギャップ及び前記第２のギャップを横切って前記第１ギャップ及び前記第２のギャップの少なくとも途中まで延出されることを特徴とする請求項１２のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
- 前記ソース延出部及びドレイン延出部は、前記カーボンナノチューブの幅の５倍未満のＹ方向の幅を有することを特徴とする請求項１２のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
- 前記ソース延出部及びドレイン延出部は、前記カーボンナノチューブの幅の２倍未満のＹ方向の幅を有することを特徴とする請求項１２のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
- 前記ソース延出部及びドレイン延出部は、前記半導体カーボンナノチューブを同軸的に取り囲む１〜３０層の金属カーボンナノチューブから構成されることを特徴とする請求項１２のカーボンナノチューブ・トランジスタ。
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