JP2010208914A - ナノチューブ状物質含有膜、それを用いた半導体装置及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のナノチューブ状物質含有膜は、第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質と、第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質とを少なくとも有し、第1のナノチューブ状物質または第2のナノチューブ状物質の少なくとも一方が所定の方向に配向している。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係るナノチューブ状物質含有膜100の平面図である。ナノチューブ状物質含有膜100は、第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質101と、第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質102とを少なくとも有し、第1のナノチューブ状物質または第2のナノチューブ状物質の少なくとも一方が所定の配向方向103に配向している。図1では、第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質101のみが所定の配向方向103に配向している場合を示している。
T(θ)=αLE2sin(2θ) (1)
また、そのときにナノチューブ状物質が持つエネルギーUは
U(θ)=(1/2)αLE2sin2(θ) (2)
と表すことができる。ナノチューブ状物質が電場に対してθの角度へ向く確率p(θ)は、エネルギーの式とDebye−Lanqevinの式から、
p(θ)∝a×exp(−αE2Lsin2θ/2kT) (3)
となる。ここで、aは規格化定数、kはボルツマン定数、Tはナノチューブの温度である。配向した状態に必要な電場強度は、上述の定義よりp(θ)の半値全幅がθ=±15度となるのに必要な電場であるから、次の式が成り立つ。
0.5p(0)=p(15) (4)
この式を用いて、半導体性を有する単層カーボンナノチューブ及び金属性を有する単層カーボンナノチューブについて、配向した状態に必要な電場強度を求めると以下のようになる。ここで各数値には、それぞれ一般的に知られている値として以下のものを用いた。半導体性を有する単層カーボンナノチューブの分極テンソルαは非特許文献1より1.1×103Å2とし、単層カーボンナノチューブの長さは1μm、温度Tは300Kとした。このとき、式(4)を満たす電場の強度Esは約100V/mとなる。一方、金属性を有する単層カーボンナノチューブの場合、分極テンソルαは非特許文献1より7.8×105Å2とし、単層カーボンナノチューブの長さは1μm、温度Tは300Kとした。このとき、式(4)を満たす電場の強度Emは約3V/mとなる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図6は、本発明の第2の実施形態に係るナノチューブ状物質含有膜200の平面図である。ナノチューブ状物質含有膜200は、第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質201と、第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質202とを少なくとも有し、第1のナノチューブ状物質は第1の配向方向203に配向し、第2のナノチューブ状物質は第2の配向方向204に配向している。第1のナノチューブ状物質201としては、例えば金属性を有する単層カーボンナノチューブを、第2のナノチューブ状物質202としては、例えば半導体性を有する単層カーボンナノチューブを用いることができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図12は本実施形態による、ナノチューブ状物質含有膜を用いた薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)300の断面図(a)及び平面図(b)である。図12(a)に示すように、薄膜トランジスタ300は、チャネル層としてのナノチューブ状物質含有膜310と、ナノチューブ状物質含有膜310の両端領域に接続してそれぞれ配置された第1の電極であるソース電極311及び第2の電極であるドレイン電極312と、ナノチューブ状物質含有膜310に接して配置されたゲート絶縁膜313と、ゲート絶縁膜313を挟み、ナノチューブ状物質含有膜310に対向して配置された第3の電極であるゲート電極314とを基板315上に備えている。ナノチューブ状物質含有膜310は、第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質と、第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質とを少なくとも有し、第1のナノチューブ状物質または第2のナノチューブ状物質の少なくとも一方が所定の方向に配向している。このような構成を採用することにより、特定の誘電率を有するナノチューブ状物質によるトランジスタ特性への影響を制御することができるので、薄膜トランジスタ300の特性の低下、または、その特性のばらつきを抑制することができる。
101、201 第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質
102、202 第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質
103 配向方向
110 ナノチューブ状物質
111 ナノチューブ状物質を内包する長方形の短辺
112 ナノチューブ状物質を内包する長方形の長辺
113 ナノチューブ状物質の向き
120、220、315 基板
121、221、331 ナノチューブ混合液滴
130 レーザー光
131 光照射領域
132 レーザー光の偏光方向
140、240 端子
142 交流電場の振動方向
150、250 電磁石
152 交流磁場の振動方向
203 第1の配向方向
204 第2の配向方向
230 第1のレーザー光
231 第1の光照射領域
232 第1のレーザー光の偏光方向
233 第2のレーザー光
234 第2の光照射領域
235 第2のレーザー光の偏光方向
242 第1の交流電場の振動方向
245 第2の交流電場の振動方向
252 第1の交流磁場の振動方向
255 第2の交流磁場の振動方向
300 薄膜トランジスタ
301、410 金属性を有する単層カーボンナノチューブ
302、420 半導体性を有する単層カーボンナノチューブ
311 ソース電極
312 ドレイン電極
313 ゲート絶縁膜
314 ゲート電極
321 電流方向
322 チャネル幅方向
400 関連する単層カーボンナノチューブの混合材料
Claims (13)
- 第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質と、第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質とを少なくとも有し、前記第1のナノチューブ状物質または前記第2のナノチューブ状物質の少なくとも一方が所定の方向に配向していることを特徴とするナノチューブ状物質含有膜。
- 前記第1のナノチューブ状物質は第1の方向に配向し、前記第2のナノチューブ状物質は第2の方向に配向していることを特徴とする請求項1に記載のナノチューブ状物質含有膜。
- 前記第1のナノチューブ状物質は金属性を有し、前記第2のナノチューブ状物質は半導体性を有することを特徴とする請求項1または2に記載のナノチューブ状物質含有膜。
- 前記第1のナノチューブ状物質または前記第2のナノチューブ状物質はカーボンナノチューブを含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のナノチューブ状物質含有膜。
- 前記第1のナノチューブ状物質は金属性を有するカーボンナノチューブを含み、前記第2のナノチューブ状物質は半導体性を有するカーボンナノチューブを含み、前記金属性を有するカーボンナノチューブが所定の方向に配向していることを特徴とする請求項1に記載のナノチューブ状物質含有膜。
- ナノチューブ状物質含有膜と、前記ナノチューブ状物質含有膜の両端領域に接続してそれぞれ配置された第1の電極及び第2の電極と、前記ナノチューブ状物質含有膜に接して配置された絶縁膜と、前記絶縁膜を挟み、前記ナノチューブ状物質含有膜に対向して配置された第3の電極とを備え、前記ナノチューブ状物質含有膜は、第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質と、第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質とを少なくとも有し、前記第1のナノチューブ状物質または前記第2のナノチューブ状物質の少なくとも一方が所定の方向に配向していることを特徴とする半導体装置。
- 前記第1のナノチューブ状物質は、金属性を有し、かつ、前記ナノチューブ状物質含有膜を通して前記第1の電極と前記第2の電極との間を流れる電流の方向に対して略垂直な方向に配向していることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
- 第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質と第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質とを少なくとも含むナノチューブ混合溶液を基板上に付着させ、前記ナノチューブ混合溶液に対して所定の方向に制御された電磁的作用を施し、
前記第1のナノチューブ状物質または前記第2のナノチューブ状物質の一方を、前記所定の方向と略平行な方向に配向させることを特徴とするナノチューブ状物質含有膜の製造方法。 - 前記電磁的作用は偏光方向を制御したレーザー光を照射するものであり、前記所定の方向は前記偏光方向であることを特徴とする請求項8に記載のナノチューブ状物質含有膜の製造方法。
- 前記電磁的作用は交流電場を印加するものであり、前記所定の方向は前記交流電場の振動方向であることを特徴とする請求項8に記載のナノチューブ状物質含有膜の製造方法。
- 前記電磁的作用は磁場を印加するものであり、前記所定の方向は前記磁場の方向であることを特徴とする請求項8に記載のナノチューブ状物質含有膜の製造方法。
- 第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質と第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質とを少なくとも含むナノチューブ混合溶液を基板上に付着させ、前記ナノチューブ混合溶液に対して偏光方向を制御した第1のレーザー光を照射し、前記第1のナノチューブ状物質及び前記第2のナノチューブ状物質を、前記第1のレーザー光の偏光方向と略平行な方向に配向させ、前記第1のレーザー光と異なる偏光方向を有する第2のレーザー光を照射し、前記第1のナノチューブ状物質または前記第2のナノチューブ状物質の一方を、前記第2のレーザー光の偏光方向と略平行な方向に配向させることを特徴とするナノチューブ状物質含有膜の製造方法。
- 第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質と第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質とを少なくとも含むナノチューブ混合溶液を基板上に付着させ、前記ナノチューブ混合溶液に対して偏光方向を制御したレーザー光を照射し、前記第1のナノチューブ状物質または前記第2のナノチューブ状物質の一方を、前記偏光方向と略平行な方向に配向させたナノチューブ状物質含有膜を形成し、前記ナノチューブ状物質含有膜の両端領域に接続してそれぞれ第1の電極と第2の電極を形成し、前記ナノチューブ状物質含有膜に接して絶縁膜を形成し、前記絶縁膜を挟み、前記ナノチューブ状物質含有膜に対向して第3の電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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JP2003512286A (ja) * | 1999-10-27 | 2003-04-02 | ウィリアム・マーシュ・ライス・ユニバーシティ | カーボンナノチューブの巨視的に配置された集成体 |
JP2006510141A (ja) * | 2002-12-10 | 2006-03-23 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 光情報記録媒体 |
WO2008075642A1 (ja) * | 2006-12-18 | 2008-06-26 | Nec Corporation | 半導体装置及びその製造方法 |
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WO2008075642A1 (ja) * | 2006-12-18 | 2008-06-26 | Nec Corporation | 半導体装置及びその製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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JPN6013035501; Ernesto JOSELEVICH et al.: 'Vectorial Growth of Metallic and Semiconducting Single-Wall Carbon Nanotubes' Nano Lett. Vol.2, No.10, 20020830, p.1137-1141 * |
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