JP2011166070A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Kiyohiko Toyama
清彦 當山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem with a semiconductor device which use properties of a semiconductor of nano-materials, wherein the semiconductor characteristics are degraded due to a metallic nano-material. <P>SOLUTION: In a method of manufacturing the semiconductor device, conductivity of a semiconductor nano-material among the semiconductor nano-material and metallic nano-material included in a plurality of nano-materials is lowered first. Then a cutting promoting material which promotes an action to cut the metallic nano-material is stuck on the metallic nano-material. Further, the metallic nano-material on which the cutting promoting material is cut. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にナノ物質を含む半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device containing a nanomaterial.

ナノ物質の一種であり、ナノメートル程度の直径を持つ炭素の筒状物質であるカーボンナノチューブは、優れた電気特性を有し、様々な電子デバイスへの応用が期待されている。カーボンナノチューブは、カイラリティによって半導体性のものが存在することが知られており、高い移動度が期待されることから、電界効果トランジスタのチャンネルへの応用が盛んに研究されてきた。カーボンナノチューブを含むチャンネルの構造は大きく分けて二種類ある。一つ目は、1本のカーボンナノチューブがソース電極とドレイン電極とを接続する構造である。二つ目は、複数本のカーボンナノチューブ同士が連続的に接触したネットワークを構成し、このネットワークがソース電極とドレイン電極とを接続する構造である。近年、後者の構造が注目を浴びている。その理由は、印刷技術を用いて製造できるため製造方法が容易であり、さらに、環境負荷が低いためである。   A carbon nanotube, which is a kind of nanomaterial and is a cylindrical material of carbon having a diameter of about nanometer, has excellent electrical characteristics and is expected to be applied to various electronic devices. Carbon nanotubes are known to have semiconducting properties due to chirality, and high mobility is expected. Therefore, application to a channel of a field effect transistor has been actively studied. There are two main types of channel structures containing carbon nanotubes. The first is a structure in which one carbon nanotube connects a source electrode and a drain electrode. The second is a structure in which a plurality of carbon nanotubes are continuously in contact with each other, and this network connects the source electrode and the drain electrode. In recent years, the latter structure has attracted attention. The reason is that the manufacturing method is easy because it can be manufactured using a printing technique, and the environmental load is low.

カーボンナノチューブを合成すると、半導体性の性質を備える半導体性ナノ物質の一種である半導体性カーボンナノチューブと、金属性の性質を備える金属性ナノ物質の一種である金属性カーボンナノチューブとが混合した状態で得られる。このうち、トランジスタのチャンネルに用いられるのは半導体性カーボンナノチューブであり、金属性カーボンナノチューブをトランジスタのチャンネルに用いるのは望ましくない。これは、金属性カーボンナノチューブがチャンネルに含まれるとソース−ドレイン間の電流のオン/オフ比が低下し、また、トランジスタ間の電気特性のばらつきが増大するためである。   When carbon nanotubes are synthesized, a semiconducting carbon nanotube that is a kind of semiconducting nanomaterial having semiconducting properties and a metallic carbon nanotube that is a kind of metallic nanomaterial having metallic properties are mixed. can get. Of these, semiconductor carbon nanotubes are used for transistor channels, and it is not desirable to use metallic carbon nanotubes for transistor channels. This is because when the metallic carbon nanotube is included in the channel, the on / off ratio of the current between the source and the drain is lowered, and variation in electrical characteristics between the transistors is increased.

そこで近年、金属性カーボンナノチューブの影響を取り除く技術が研究されてきた。その一例として、特許文献1には、遠心分離を用いて金属性カーボンナノチューブと半導体性ナノチューブとを材料レベルで分離する方法が開示されている。しかし、特許文献1に開示された方法は、分離能および収率が低いという問題があった。   Therefore, in recent years, techniques for removing the influence of metallic carbon nanotubes have been studied. As an example, Patent Document 1 discloses a method of separating metallic carbon nanotubes and semiconducting nanotubes at a material level using centrifugation. However, the method disclosed in Patent Document 1 has a problem of low resolution and yield.

この問題を解決する方法として、特許文献2にはデバイスレベルで金属性カーボンナノチューブの影響を取り除く方法が開示されている。特許文献2に開示された方法では、はじめに、チャンネルを形成するカーボンナノチューブの膜にゲート電圧を印加して、選択的に半導体性カーボンナノチューブのキャリアを枯渇させる。そして、ソース電極とドレイン電極との間に電流を流して、ソース電極とドレイン電極の間でネットワークを構成する金属性カーボンナノチューブを破壊する。カーボンナノチューブの膜をチャンネルとして備える電界効果トランジスタにこの方法を適用すれば、膜に含まれる金属性カーボンナノチューブを選択的に破壊できる。その結果、金属性カーボンナノチューブが引き起こすチャンネルの短絡を減少させ、電流のオン/オフ比を大きくすることができる。   As a method for solving this problem, Patent Document 2 discloses a method for removing the influence of metallic carbon nanotubes at the device level. In the method disclosed in Patent Document 2, first, a gate voltage is applied to a film of carbon nanotubes forming a channel to selectively deplete carriers of semiconductor carbon nanotubes. Then, a current is passed between the source electrode and the drain electrode to destroy the metallic carbon nanotubes that form the network between the source electrode and the drain electrode. If this method is applied to a field effect transistor including a carbon nanotube film as a channel, metallic carbon nanotubes contained in the film can be selectively destroyed. As a result, the short circuit of the channel caused by the metallic carbon nanotube can be reduced, and the on / off ratio of the current can be increased.

特開2008−266112号公報JP 2008-266112 A 特表2004−517489号公報JP-T-2004-517489

しかしながら、特許文献2に開示された方法は、膜に含まれる金属性ナノ物質のうちの、一部の状態の金属性ナノ物質にしか適用できないという問題があった。特許文献2に開示された方法では、半導体性ナノ物質のキャリアを枯渇させた状態で、ソース電極とドレイン電極の間でネットワークを構成する金属性ナノ物質に電流を流して、金属性ナノ物質を切断する。そのため、半導体性ナノ物質のキャリアを枯渇させた状態で電流を流すことができない金属性ナノ物質を切断することはできない。その結果、切断されない金属性ナノ物質が半導体装置のチャンネルに多く残存し、これらの金属性ナノ物質が半導体装置の半導体特性の劣化を招いていた。   However, the method disclosed in Patent Document 2 has a problem that it can be applied only to a part of the metallic nanomaterials included in the film. In the method disclosed in Patent Document 2, an electric current is passed through a metallic nanomaterial that forms a network between a source electrode and a drain electrode in a state where carriers of the semiconductor nanomaterial are depleted, and the metallic nanomaterial is Disconnect. For this reason, it is not possible to cut a metallic nanomaterial that cannot pass a current in a state where carriers of the semiconductor nanomaterial are depleted. As a result, many metallic nanomaterials that are not cut remain in the channel of the semiconductor device, and these metallic nanomaterials cause deterioration of the semiconductor characteristics of the semiconductor device.

本発明の目的は、上述したナノ物質の半導体の性質を利用した半導体装置においては、金属性ナノ物質により半導体装置の半導体特性が劣化するという課題を解決する半導体装置の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that solves the problem that the semiconductor characteristics of the semiconductor device deteriorate due to the metallic nanomaterial in the semiconductor device using the semiconductor properties of the nanomaterial described above. is there.

本発明の半導体装置の製造方法は、複数のナノ物質に含まれる半導体性ナノ物質と金属性ナノ物質のうち、半導体性ナノ物質の導電性を低下させる第1の工程と、第1の工程後に、金属性ナノ物質に、金属性ナノ物質を切断する作用を促進する切断促進物質を付着させる第2の工程と、切断促進物質が付着した金属性ナノ物質を切断する第3の工程と、を有する。   The semiconductor device manufacturing method of the present invention includes a first step of reducing the conductivity of a semiconductor nanomaterial among a semiconductor nanomaterial and a metal nanomaterial contained in a plurality of nanomaterials, and after the first step. A second step of attaching a cutting promoting substance for promoting the action of cutting the metallic nanomaterial to the metallic nanomaterial, and a third step of cutting the metallic nanomaterial to which the cutting promoting substance is attached. Have.

本発明によれば、ナノ物質の半導体の性質を利用した半導体装置において、金属性ナノ物質による半導体特性の劣化を低減することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the semiconductor device using the property of the semiconductor of a nanomaterial, the manufacturing method of the semiconductor device which can reduce deterioration of the semiconductor characteristic by a metallic nanomaterial can be provided.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す概略図1 is a schematic view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す概略図1 is a schematic view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す概略図1 is a schematic view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート概略図Schematic flowchart illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す概略図Schematic which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

〔第1の実施の形態〕
第1の実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体装置が電界効果トランジスタであるものとする。また、ナノ物質としてカーボンナノチューブを用いることとする。また、切断促進物質として、カーボンナノチューブを酸化する反応の触媒、または、カーボンナノチューブと反応する反応性物質を用いることとする。
[First Embodiment]
In the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment, the semiconductor device is a field effect transistor. In addition, carbon nanotubes are used as nanomaterials. In addition, as a cutting promoting substance, a catalyst for a reaction that oxidizes carbon nanotubes or a reactive substance that reacts with carbon nanotubes is used.

図1〜図3を用いて、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図1(A)〜(C)は、製造方法の所定の工程における半導体装置の状態を示す概略図である。図1(A)は、金属性カーボンナノチューブに切断促進物質が付着する前の状態を示した半導体装置の概略図である。図1(B)は、金属性カーボンナノチューブに切断促進物質が付着した後の状態を示した半導体装置の概略図である。図1(C)は、切断促進物質により、金属性カーボンナノチューブが切断された状態を示した半導体装置の概略図である。図2は、半導体性カーボンナノチューブの導電性を低下させ、金属性カーボンナノチューブに切断促進物質を付着させる方法を実施するための構成を示す概略図である。図3は、金属性カーボンナノチューブを切断した後に切断促進物質を除去した状態を示す半導体装置の概略図である。   A method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 1C are schematic views illustrating states of a semiconductor device in a predetermined process of the manufacturing method. FIG. 1A is a schematic view of a semiconductor device showing a state before a cutting promoting substance adheres to metallic carbon nanotubes. FIG. 1B is a schematic view of the semiconductor device showing a state after the cutting promoting substance is attached to the metallic carbon nanotube. FIG. 1C is a schematic view of a semiconductor device showing a state where metallic carbon nanotubes are cut by a cutting promoting substance. FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration for carrying out a method for reducing the conductivity of semiconducting carbon nanotubes and attaching a cutting promoting substance to metallic carbon nanotubes. FIG. 3 is a schematic view of the semiconductor device showing a state in which the cutting promoting substance is removed after the metallic carbon nanotube is cut.

はじめに、図1(A)に示す半導体装置を用意する。図1(A)に示す半導体装置は、基板150上に配置されたコンタクト電極141、142と、コンタクト電極141,142の間に配置されたカーボンナノチューブの膜を備える。本実施形態では、このカーボンナノチューブの膜をチャンネル110と呼ぶこととする。チャンネル110には金属性カーボンナノチューブ121、122、123と半導体性カーボンナノチューブ131、132、133、134が含まれる。   First, the semiconductor device illustrated in FIG. 1A is prepared. The semiconductor device illustrated in FIG. 1A includes contact electrodes 141 and 142 disposed on a substrate 150 and a carbon nanotube film disposed between the contact electrodes 141 and 142. In the present embodiment, this carbon nanotube film is referred to as a channel 110. The channel 110 includes metallic carbon nanotubes 121, 122, 123 and semiconducting carbon nanotubes 131, 132, 133, 134.

基板として用いることが可能な材料としては、ガラス、シリコン等の無機材料や、アクリル系樹脂のようなプラスチック材料などが挙げられる。なお、後の工程で切断促進物質を泳動させて金属性カーボンナノチューブに付着させる場合は、基板上に導電膜と絶縁膜とを形成したものを用いるのが望ましい。   Examples of materials that can be used for the substrate include inorganic materials such as glass and silicon, and plastic materials such as acrylic resins. In the case where the cutting promoting substance is migrated and attached to the metallic carbon nanotube in a later step, it is desirable to use a substrate in which a conductive film and an insulating film are formed on a substrate.

カーボンナノチューブのチャンネルの形成方法としては、スピンコート法、ディップ法、ディスペンサ法、インクジェット法等の溶液プロセスの他、化学気相成長法等の直接成長法を利用することができ、その方法は特に限定されない。   As a method of forming the channel of the carbon nanotube, a direct growth method such as a chemical vapor deposition method can be used in addition to a solution process such as a spin coating method, a dip method, a dispenser method, and an ink jet method. It is not limited.

コンタクト電極の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、エッチング法、リフトオフ法の電極形成プロセスを利用でき、特に限定されない。また、導電性ポリマーのような有機材料や、銀ペーストや金属微粒子を含んだ分散液を電極として使用する場合、スピンコート法、ディップ法、ディスペンサ法、インクジェット法等の溶液プロセスも利用でき、特に限定されない。また、コンタクト電極の位置はチャンネルの上であっても、下であっても良い。   A method for forming the contact electrode is not particularly limited, and an electrode formation process such as a vacuum deposition method, a sputtering method, an etching method, or a lift-off method can be used. In addition, when using an organic material such as a conductive polymer, or a dispersion containing silver paste or metal fine particles as an electrode, solution processes such as a spin coating method, a dip method, a dispenser method, and an ink jet method can also be used. It is not limited. Further, the position of the contact electrode may be above or below the channel.

カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブが挙げられるが、単層カーボンナノチューブを用いるのが好ましい。   Examples of carbon nanotubes include single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, and multi-walled carbon nanotubes, but it is preferable to use single-walled carbon nanotubes.

カーボンナノチューブはどの太さのものであっても良い。例えば、0.4ナノメートル程度の太さから、10ナノメートル程度の太さのものを用いることができる。なお、半導体性カーボンナノチューブのバンドギャップの大きさは太さに反比例する。そこで、半導体性カーボンナノチューブをより確実に得るために、2ナノメートル以下の太さのカーボンナノチューブを用いることが好ましい。   The carbon nanotube may have any thickness. For example, a thickness of about 0.4 nanometers to a thickness of about 10 nanometers can be used. The size of the band gap of the semiconducting carbon nanotube is inversely proportional to the thickness. Therefore, in order to more reliably obtain semiconducting carbon nanotubes, it is preferable to use carbon nanotubes having a thickness of 2 nanometers or less.

カーボンナノチューブの半導体特性はカーボンナノチューブの長さによっては変化しないと考えられているため、カーボンナノチューブはどの長さのものであっても良い。例えば、10ナノメートル程度の長さから1ミリメール程度の長さのものを用いることができる。カーボンナノチューブは、半導体装置の大きさに応じて、所望のチャンネル長と同程度かそれ以下の長さのものであることが好ましい。   Since the semiconductor characteristics of carbon nanotubes are considered not to change with the length of the carbon nanotubes, the carbon nanotubes can be of any length. For example, a length of about 10 nanometers to about 1 millimeter mail can be used. The carbon nanotubes are preferably of the same length as or less than the desired channel length depending on the size of the semiconductor device.

コンタクト電極に用いることができる材料としては、金、銀、白金、銅、パラジウム、チタン、インジウム、アルミニウム、マグネシウム等の金属やそれらの合金、さらに酸化インジウムスズ合金(ITO)、酸化亜鉛、酸化スズなどの金属酸化物の他、導電性ポリマーなどの有機材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Materials that can be used for contact electrodes include metals such as gold, silver, platinum, copper, palladium, titanium, indium, aluminum, and magnesium, and alloys thereof, as well as indium tin oxide alloys (ITO), zinc oxide, and tin oxide. In addition to metal oxides such as, organic materials such as conductive polymers can be mentioned, but are not limited thereto.

次に、第1の工程として半導体性カーボンナノチューブの導電性を低下させて、第2の工程として金属性カーボンナノチューブ121、122、123に切断促進物質160を付着させる。これを行う方法について、図2を参照して、以下説明する。   Next, the conductivity of the semiconducting carbon nanotubes is lowered as the first step, and the cutting promoting substance 160 is attached to the metallic carbon nanotubes 121, 122, 123 as the second step. A method for doing this will be described below with reference to FIG.

図2は、半導体装置の一部を切断促進物質260の分散液280に浸漬させた状態を示す。半導体装置は、基板250と、基板250の上に形成されたチャンネルと、コンタクト電極241、242とを有する。チャンネルは、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブ221とを含むカーボンナノチューブから構成される。基板250は、絶縁膜251と基板電極252とから構成される。分散液280には切断促進物質260が含まれる。少なくとも電気泳動用電極270と金属性カーボンナノチューブ221は分散液280に浸漬されるものとする。基板電極252には基板電極用電圧源291が接続されている。電気泳動用電極270には電気泳動用電圧源292が接続されている。   FIG. 2 shows a state in which a part of the semiconductor device is immersed in the dispersion 280 of the cutting promoting substance 260. The semiconductor device includes a substrate 250, a channel formed on the substrate 250, and contact electrodes 241 and 242. The channel is composed of carbon nanotubes including semiconducting carbon nanotubes and metallic carbon nanotubes 221. The substrate 250 includes an insulating film 251 and a substrate electrode 252. The dispersion 280 includes a cutting promoting substance 260. At least the electrode for electrophoresis 270 and the metallic carbon nanotube 221 are immersed in the dispersion 280. A substrate electrode voltage source 291 is connected to the substrate electrode 252. An electrophoresis voltage source 292 is connected to the electrophoresis electrode 270.

第1の工程では、基板電極用電圧源291を用いて、コンタクト電極241と基板電極252の間に電圧を印加する。すると、チャンネルに含まれる半導体性カーボンナノチューブのキャリアは移動する。その結果、半導体性カーボンナノチューブに含まれるキャリアの量は減り、半導体性カーボンナノチューブの導電性が低下する。   In the first step, a voltage is applied between the contact electrode 241 and the substrate electrode 252 using the substrate electrode voltage source 291. Then, the semiconductor carbon nanotube carrier contained in the channel moves. As a result, the amount of carriers contained in the semiconducting carbon nanotube is reduced, and the conductivity of the semiconducting carbon nanotube is reduced.

なお、半導体性カーボンナノチューブは、上述した方法以外の方法で、その導電性を低下させられても良い。例えば、半導体性カーボンナノチューブを冷却してその導電性を低下させても良い。金属性カーボンナノチューブの導電性は温度による変化が比較的小さいのに対し、半導体性カーボンナノチューブの導電性は温度による変化が大きく、低温にすると導電性が低下することが知られている。そこで、金属性のものと半導体性のものが混在するカーボンナノチューブを冷却すると、半導体性カーボンナノチューブのみの導電性を低下させることができる。温度は、常温以下の任意の温度を用いることができ、特に、−269℃〜10℃が好ましい。さらには、−196℃〜0℃が好ましい。   Note that the conductivity of the semiconducting carbon nanotube may be lowered by a method other than the method described above. For example, semiconductive carbon nanotubes may be cooled to reduce their conductivity. It is known that the electrical conductivity of metallic carbon nanotubes is relatively small with temperature, whereas the electrical conductivity of semiconducting carbon nanotubes is greatly varied with temperature, and the electrical conductivity decreases at low temperatures. Therefore, when the carbon nanotubes in which metallic and semiconducting materials are mixed are cooled, the conductivity of only the semiconducting carbon nanotubes can be reduced. As the temperature, any temperature below room temperature can be used, and −269 ° C. to 10 ° C. is particularly preferable. Furthermore, -196 degreeC-0 degreeC is preferable.

また、半導体性カーボンナノチューブが存在する環境を調整して、半導体性カーボンナノチューブの導電性を低下させても良い。半導体性カーボンナノチューブは、その存在する環境によってp型半導体又はn型半導体並びに導電性が失われた状態になる性質を有する。例えば、半導体性カーボンナノチューブに多くの酸素分子が吸着されると、半導体性カーボンナノチューブはp型半導体になる。また、半導体性カーボンナノチューブに多くのカリウム分子が吸着されると、半導体性カーボンナノチューブはn型半導体になる。そこで、この性質を利用して、半導体性カーボンナノチューブが存在する環境、具体的には後述する電気泳動や電解めっきを行う際に用いる溶液の種類や濃度を調節して、半導体カーボンナノチューブの導電性を低下させることができる。   In addition, the conductivity of the semiconducting carbon nanotubes may be reduced by adjusting the environment in which the semiconducting carbon nanotubes are present. The semiconducting carbon nanotube has a property that a p-type semiconductor or an n-type semiconductor and conductivity are lost depending on the environment in which it exists. For example, when many oxygen molecules are adsorbed on the semiconducting carbon nanotube, the semiconducting carbon nanotube becomes a p-type semiconductor. Further, when many potassium molecules are adsorbed on the semiconducting carbon nanotube, the semiconducting carbon nanotube becomes an n-type semiconductor. Therefore, using this property, the conductivity of semiconductor carbon nanotubes can be adjusted by adjusting the environment in which semiconducting carbon nanotubes exist, specifically, the type and concentration of solutions used in electrophoresis and electroplating described later. Can be reduced.

なお、上述した半導体性カーボンナノチューブの導電性を低下させる方法は併用可能である。従って、電圧を印加する方法と、カーボンナノチューブを冷却する方法と、半導体性カーボンナノチューブが存在する環境を調整する方法とを併用して用いても良い。   In addition, the method of reducing the electroconductivity of the semiconductor carbon nanotube mentioned above can be used together. Therefore, a method of applying a voltage, a method of cooling the carbon nanotubes, and a method of adjusting the environment where the semiconducting carbon nanotubes may be used in combination.

第2の工程では、電気泳動用電圧源292を用いて、コンタクト電極241と電気泳動用電極270の間に電圧を印加して、切断促進物質260の電気泳動を行う。このとき、半導体性カーボンナノチューブの導電性はほぼ失われた状態であるため、コンタクト電極241と接続する半導体性カーボンナノチューブは電気泳動の電極としては機能しない。一方で、コンタクト電極241と接続する金属性カーボンナノチューブ221は、導電性を備えるため電気泳動の電極として機能する。その結果、電気泳動を行うと、切断促進物質260は選択的に金属性カーボンナノチューブ221に付着する。   In the second step, a voltage is applied between the contact electrode 241 and the electrophoresis electrode 270 using the electrophoresis voltage source 292 to perform the electrophoresis of the cleavage promoting substance 260. At this time, since the conductivity of the semiconducting carbon nanotube is almost lost, the semiconducting carbon nanotube connected to the contact electrode 241 does not function as an electrode for electrophoresis. On the other hand, the metallic carbon nanotube 221 connected to the contact electrode 241 functions as an electrode for electrophoresis because it has conductivity. As a result, when electrophoresis is performed, the cleavage promoting substance 260 is selectively attached to the metallic carbon nanotube 221.

次に、図1の(C)に示すように、第3の工程として、切断促進物質160により、金属性カーボンナノチューブ121、122、123を切断する。切断促進物質160が酸化反応の触媒である場合は、触媒が付着した金属性カーボンナノチューブの酸化温度が下がるため、金属性カーボンナノチューブのみを酸化して切断することができる。切断促進物質160がカーボンナノチューブと反応する反応性物質の場合は、切断促進物質と金属性カーボンナノチューブを反応させることにより、金属性カーボンナノチューブのみを切断することができる。   Next, as shown in FIG. 1C, as a third step, the metallic carbon nanotubes 121, 122, 123 are cut with a cutting promoting substance 160. When the cleavage promoting substance 160 is a catalyst for the oxidation reaction, the oxidation temperature of the metallic carbon nanotube to which the catalyst is attached is lowered, so that only the metallic carbon nanotube can be oxidized and cut. When the cutting promoting substance 160 is a reactive substance that reacts with carbon nanotubes, only the metallic carbon nanotubes can be cut by reacting the cutting promoting substance with the metallic carbon nanotubes.

第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、上述のとおり、カーボンナノチューブに含まれる半導体性と金属性のカーボンナノチューブのうち、選択的に金属性カーボンナノチューブを破壊することができる。そのため、半導体性カーボンナノチューブの半導体特性を十分に活かした半導体装置を得ることができる。具体的には、電流のオン/オフ比を向上させることができ、さらに、ドレイン電流のばらつきを抑えることができる。   As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment can selectively destroy metallic carbon nanotubes among semiconducting and metallic carbon nanotubes contained in the carbon nanotubes. Therefore, it is possible to obtain a semiconductor device that fully utilizes the semiconductor characteristics of semiconducting carbon nanotubes. Specifically, the on / off ratio of the current can be improved, and variations in drain current can be suppressed.

図1を参照して、上述の効果について詳細に説明する。図1(A)に示す半導体装置のチャンネル110には金属性カーボンナノチューブ121、122、123が含まれていて、コンタクト電極141とコンタクト電極142の間を金属性カーボンナノチューブ121、122が短絡している。そのため、図1(A)に示す半導体装置を完全なオフ状態にすることができず、例えば、トランジスタのスイッチング動作が金属性カーボンナノチューブ121、122により阻害される。一方、金属性カーボンナノチューブ121,122が切断された図1(C)の状態では、これらによる短絡を防ぐことができる。その結果、図1(C)に示す半導体装置では優れた半導体特性を得ることができる。   The above effect will be described in detail with reference to FIG. A channel 110 of the semiconductor device shown in FIG. 1A includes metallic carbon nanotubes 121, 122, and 123, and the metallic carbon nanotubes 121 and 122 are short-circuited between the contact electrode 141 and the contact electrode 142. Yes. Therefore, the semiconductor device illustrated in FIG. 1A cannot be completely turned off. For example, the switching operation of the transistor is inhibited by the metallic carbon nanotubes 121 and 122. On the other hand, in the state of FIG. 1C in which the metallic carbon nanotubes 121 and 122 are cut, a short circuit due to these can be prevented. As a result, excellent semiconductor characteristics can be obtained in the semiconductor device illustrated in FIG.

また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法により、半導体性カーボンナノチューブが構成する電流パスの長さが短くなるのを防ぐことができる。金属性カーボンナノチューブと半導体性カーボンナノチューブが混在した状態の場合、図1(A)に示すように、金属性カーボンナノチューブ123により、半導体性カーボンナノチューブ131、132が構成する電流パスの長さが短くなる。しかしながら、本実施形態に係る半導体装置の製造方法により、図1(C)に示すように金属性カーボンナノチューブ123を切断して、電流パスの長さが短くなることを防ぐことができる。   Moreover, the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment can prevent the length of the current path formed by the semiconducting carbon nanotube from being shortened. In the case where metallic carbon nanotubes and semiconducting carbon nanotubes are mixed, as shown in FIG. 1A, the length of the current path formed by the semiconducting carbon nanotubes 131 and 132 is shortened by the metallic carbon nanotube 123. Become. However, with the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, it is possible to prevent the current path length from being shortened by cutting the metallic carbon nanotube 123 as shown in FIG.

半導体性カーボンナノチューブが構成する電流パスの長さが短くなることを防ぐことにより、次の効果が得られる。まず、半導体特性を改善することができる。その結果、例えば、電界効果トランジスタを製造した場合のオフ電流を低くすることができるため、オン/オフ比をあげることができる。さらに、半導体装置間の性能のばらつきが減らすことができる。半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブが混在した材料を用いて半導体装置のチャンネルを形成すると、チャンネルに含まれる金属性カーボンナノチューブの短絡パスが多いものと少ないものが作製できる。その結果、オフ電流が高くなる半導体装置とオフ電流が低い半導体装置とが作製される。一方、本実施形態に係る半導体装置の製造方法により、金属性カーボンナノチューブによる短絡パスを除去できるため、半導体装置間の性能のばらつきを低減することができる。   By preventing the length of the current path formed by the semiconducting carbon nanotube from being shortened, the following effects can be obtained. First, semiconductor characteristics can be improved. As a result, for example, the off-state current in the case of manufacturing a field effect transistor can be reduced, so that the on / off ratio can be increased. Furthermore, performance variations among semiconductor devices can be reduced. When a channel of a semiconductor device is formed using a material in which semiconducting carbon nanotubes and metallic carbon nanotubes are mixed, it is possible to produce one with a large number and a few short paths of metallic carbon nanotubes contained in the channel. As a result, a semiconductor device with a high off current and a semiconductor device with a low off current are manufactured. On the other hand, the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment can remove the short-circuit path caused by the metallic carbon nanotube, so that the performance variation between the semiconductor devices can be reduced.

本実施形態に示す半導体装置の製造方法を用いることにより、特許文献2に記載の方法よりも金属性カーボンナノチューブを多く切断することができる。以下にその理由を説明する。特許文献2に記載の方法は、金属性カーボンナノチューブに電流を流して金属性カーボンナノチューブを破壊する。しかし、電流は、半導体性カーボンナノチューブの導電性が失われた状態において、複数の電極と電気的に接続する金属性カーボンナノチューブにのみ流すことができる。そのため、例えば、図1(A)に示す金属性カーボンナノチューブ123を特許文献2に記載の方法を用いて切断することはできない。一方、本実施形態の半導体装置の製造方法では、図1(B)に示すように一つの電極のみに接続する金属性カーボンナノチューブ123に反応性物質または触媒を付着させることができるため、図1(C)に示すように、この金属性カーボンナノチューブ123を破壊することができる。その結果、本実施形態の半導体装置の製造方法は、特許文献2に記載の方法よりも金属性カーボンナノチューブを多く切断することができ、金属性カーボンナノチューブによる影響を多く取り除くことができる。   By using the manufacturing method of the semiconductor device shown in this embodiment, more metallic carbon nanotubes can be cut than the method described in Patent Document 2. The reason will be described below. In the method described in Patent Document 2, an electric current is applied to the metallic carbon nanotube to destroy the metallic carbon nanotube. However, current can be passed only to the metallic carbon nanotubes that are electrically connected to the plurality of electrodes in a state where the conductivity of the semiconducting carbon nanotubes is lost. Therefore, for example, the metallic carbon nanotube 123 shown in FIG. 1A cannot be cut using the method described in Patent Document 2. On the other hand, in the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, a reactive substance or a catalyst can be attached to the metallic carbon nanotube 123 connected to only one electrode as shown in FIG. As shown in (C), this metallic carbon nanotube 123 can be destroyed. As a result, the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment can cut more metallic carbon nanotubes than the method described in Patent Document 2, and can eliminate much influence of metallic carbon nanotubes.

本実施形態の半導体装置の製造方法では、切断促進物質による化学反応を用いて金属性カーボンナノチューブを切断するため、この切断作業を複数の半導体装置に対して一括で行うことができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the metallic carbon nanotubes are cut using a chemical reaction by a cutting promoting substance, so that this cutting operation can be performed on a plurality of semiconductor devices at once.

さらに、本実施形態の半導体装置の製造方法により、金属性カーボンナノチューブを切断する際に大電流が不要となるため、半導体装置の回路の設計やプロセスの自由度が高くなる。特許文献2に記載の方法では、金属性カーボンナノチューブに電流を流して金属性カーボンナノチューブを焼き切るため、カーボンナノチューブの電流密度耐性を超える電流密度が必要になる。カーボンナノチューブの電流密度耐性は一般的に10A/cm以上だと知られている。従って、例えば、直径が1nmのカーボンナノチューブを電流を用いて切断するためには、10uA以上の電流が必要になる。これは、半導体装置の回路の配線の一般的な材料である銅の電流密度耐性が10A/cm程度であり、直径が1nmの銅を切断するために必要な電流が10nA程度であることを考慮すると、大きな電流であると言える。一方、本発明では、例えば、電解めっき法を利用して一本のCNTに付着させる金微粒子の数を1個、金微粒子の粒径を100nm、付着させる金原子の個数を10〜10とした場合、流すべき電荷は10−12〜10−11クーロン程度となり、1秒に流す電流は0.001〜0.01nAとなる。この電流の大きさは、付着させる物質の量や電流を流す時間により変化するが、カーボンナノチューブを焼き切るために要する電流よりは小さくすることが可能である。従って、本実施形態の半導体装置の製造方法により、大電流に対する耐性の考慮が不要になるため、半導体装置の回路の設計やプロセスの自由度が高くなる。 Furthermore, the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment eliminates the need for a large current when cutting the metallic carbon nanotubes, thereby increasing the degree of freedom in circuit design and process of the semiconductor device. In the method described in Patent Document 2, since a current is passed through the metallic carbon nanotubes to burn out the metallic carbon nanotubes, a current density exceeding the current density tolerance of the carbon nanotubes is required. It is known that the current density tolerance of carbon nanotubes is generally 10 9 A / cm 2 or more. Therefore, for example, in order to cut a carbon nanotube having a diameter of 1 nm using a current, a current of 10 uA or more is required. This is because the current density resistance of copper, which is a general material of circuit wiring of a semiconductor device, is about 10 6 A / cm 2 , and the current required to cut copper having a diameter of 1 nm is about 10 nA. Considering this, it can be said that the current is large. On the other hand, in the present invention, for example, the number of gold fine particles to be attached to one CNT using an electroplating method is one, the particle size of the gold fine particles is 100 nm, and the number of gold atoms to be attached is 10 7 to 10 8. In this case, the electric charge to be supplied is about 10 −12 to 10 −11 coulombs, and the current supplied for 1 second is 0.001 to 0.01 nA. The magnitude of this current varies depending on the amount of substance to be deposited and the time during which the current is applied, but can be made smaller than the current required to burn off the carbon nanotubes. Therefore, the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment eliminates the need for consideration of resistance to a large current, and thus increases the degree of freedom in circuit design and process of the semiconductor device.

本実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体性または金属性になりうる性質を持ったナノ物質を用いることができる。ナノ物質には、例えば、上述したように、カイラリティによって半導体性または金属性になりうる性質を持ったカーボンナノチューブなどのナノチューブが含まれる。また、ナノ物質には、幅や層数によって半導体性と金属性が混在する恐れがあるグラフェンなどが含まれる。ナノチューブには、単層ナノチューブ(SWNT)、多層ナノチューブ(MWNT)の両方が含まれる。また、ナノ物質には、窒化ホウ素ナノチューブ(BNナノチューブ)や金属ジカルコゲナイドのナノストラクチャが含まれる。   The semiconductor device manufacturing method of this embodiment can use a nanomaterial having a property that can be semiconductive or metallic. Nanomaterials include, for example, nanotubes such as carbon nanotubes that have the property of becoming semiconducting or metallic due to chirality, as described above. In addition, the nanomaterial includes graphene and the like in which semiconductivity and metallicity may be mixed depending on the width and the number of layers. Nanotubes include both single-walled nanotubes (SWNT) and multi-walled nanotubes (MWNT). Nanomaterials include boron nitride nanotubes (BN nanotubes) and metal dichalcogenide nanostructures.

ナノ物質としては、単層のカーボンナノチューブを用いるのが特に好ましい。   It is particularly preferable to use single-walled carbon nanotubes as the nanomaterial.

本実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体性のナノ物質の特性を利用するトランジスタ、ダイオードおよび抵抗器などの製造方法に適用することができる。   The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment can be applied to a manufacturing method of a transistor, a diode, a resistor, or the like that uses the characteristics of a semiconducting nanomaterial.

なお、図1の半導体装置には金属性カーボンナノチューブが多く描かれているが、半導体装置としては、半導体性カーボンナノチューブが多い方が好ましい。   In addition, although many metallic carbon nanotubes are drawn in the semiconductor device of FIG. 1, it is preferable that there are many semiconducting carbon nanotubes as a semiconductor device.

触媒や反応性物質を金属性カーボンナノチューブに付着させる方法として、電気泳動の代わりに電解めっきを用いることができる。そして、電解めっきは、図2に示す構成を用いて行われる。例えば、触媒として金属微粒子を用いて電解めっきを行う場合、分散液280の代わりに、この金属のイオンを含む溶液を用いればよい。   As a method for attaching a catalyst or a reactive substance to the metallic carbon nanotube, electrolytic plating can be used instead of electrophoresis. And electroplating is performed using the structure shown in FIG. For example, when electrolytic plating is performed using metal fine particles as a catalyst, a solution containing metal ions may be used instead of the dispersion 280.

金属性カーボンナノチューブを酸化して切断する際の温度は、触媒がカーボンナノチューブに付着した場合の酸化温度よりも高く、かつ、触媒がカーボンナノチューブに付着していない場合の酸化温度よりも低い温度を選ぶのが望ましい。これにより、切断するカーボンナノチューブの選択性を高めることができる。   The temperature when oxidizing and cutting metallic carbon nanotubes is higher than the oxidation temperature when the catalyst adheres to the carbon nanotubes and lower than the oxidation temperature when the catalyst does not adhere to the carbon nanotubes. It is desirable to choose. Thereby, the selectivity of the carbon nanotube to cut | disconnect can be improved.

温度は、200℃から600℃が好ましく、特に、300℃から500℃が望ましい。200℃以上で加熱することにより、金属性カーボンナノチューブを十分に酸化することができる。また、600℃以下で加熱することにより、半導体性カーボンナノチューブが酸化されるのを防止できる。   The temperature is preferably 200 ° C. to 600 ° C., and particularly preferably 300 ° C. to 500 ° C. By heating at 200 ° C. or higher, the metallic carbon nanotube can be sufficiently oxidized. Moreover, it can prevent that a semiconductor carbon nanotube is oxidized by heating at 600 degrees C or less.

金属性カーボンナノチューブを酸化する環境には、酸化剤が存在するのが望ましい。例えば、酸素を含有する雰囲気において金属性カーボンナノチューブを加熱することにより、簡便に金属性カーボンナノチューブを酸化することができる。   It is desirable that an oxidizing agent be present in the environment in which metallic carbon nanotubes are oxidized. For example, the metallic carbon nanotube can be easily oxidized by heating the metallic carbon nanotube in an atmosphere containing oxygen.

触媒は酸化を促進するものであれば特に限定されない。例えば、金属のコロイドを触媒として用いることができる。また、金、銀、銅、白金、パラジウムなどの金属微粒子を用いることができるが、金属の種類はこれらに限定されるものではない。電気泳動は、金属のコロイドまたは微粒子の帯電を利用して行うことができる。   The catalyst is not particularly limited as long as it promotes oxidation. For example, a metal colloid can be used as a catalyst. Metal fine particles such as gold, silver, copper, platinum, and palladium can be used, but the type of metal is not limited to these. Electrophoresis can be performed by using metal colloids or charging of fine particles.

反応性物質に用いることができる材料としては、カーボンナノチューブと反応しカーボンナノチューブの構造を破壊するものであれば特に限定されない。例えば、コバルト、クロム、鉄、モリブデン、タンタル、チタン、トリウム、ウラン、マンガン、ニオブ、バナジウム、タングステン、イットリウム、ジルコニウムなど、炭素と合金を形成する金属を反応性物質として用いることができ、特に、コバルト、鉄、チタン、マンガンを用いることが好ましい。   The material that can be used for the reactive substance is not particularly limited as long as it reacts with the carbon nanotube and destroys the structure of the carbon nanotube. For example, a metal that forms an alloy with carbon, such as cobalt, chromium, iron, molybdenum, tantalum, titanium, thorium, uranium, manganese, niobium, vanadium, tungsten, yttrium, and zirconium, can be used as the reactive substance. It is preferable to use cobalt, iron, titanium, or manganese.

なお、反応促進物質は、非導電性の性質を有するものであるのが望ましい。非導電性の反応促進物質を用いることにより、切断した後に移動した反応促進物質が、切断された金属性カーボンナノチューブを電気的に接続するのを防ぐことができる。   It is desirable that the reaction promoting substance has a non-conductive property. By using a non-conductive reaction promoting substance, the reaction promoting substance that has moved after being cut can be prevented from being electrically connected to the cut metallic carbon nanotubes.

切断促進物質の大きさは1ナノメートルから100ナノメートル程度が好ましい。   The size of the cutting promoting substance is preferably about 1 nanometer to 100 nanometers.

金属性カーボンナノチューブに付着させる切断促進物質の数は、金属性カーボンナノチューブ1本あたりに1個以上が好ましい。付着させる切断促進物質の数をこのように制御することにより、金属性カーボンナノチューブを十分に破壊して、切断することができる。   The number of cutting promoting substances to be attached to the metallic carbon nanotubes is preferably 1 or more per metallic carbon nanotube. By controlling the number of cutting promoting substances to be attached in this manner, the metallic carbon nanotubes can be sufficiently broken and cut.

電気泳動または電解めっきを行う際に用いる溶液に含まれる切断促進物質の濃度は、切断促進物質の種類に応じて、安定的に切断促進物質が分散する濃度の範囲を選択することが好ましいが、これに限定されるものではない。   The concentration of the cleavage promoting substance contained in the solution used when performing electrophoresis or electroplating is preferably selected in accordance with the type of the cleavage promoting substance, the range of the concentration in which the cleavage promoting substance is stably dispersed, It is not limited to this.

電気泳動または電解めっきの電圧は、例えば、0〜1000Vとすることができるが、これに限定されるものではない。水を溶媒として用いる場合は、水の電気分解を抑えるために、0〜150Vの電圧を用いることが好ましい。   The voltage of electrophoresis or electrolytic plating can be set to, for example, 0 to 1000 V, but is not limited thereto. When water is used as a solvent, it is preferable to use a voltage of 0 to 150 V in order to suppress water electrolysis.

電気泳動または電解めっきの電流は、例えば、0.001〜10mA/cmとすることが、これに限定されるものではない。 The current of electrophoresis or electrolytic plating is not limited to 0.001 to 10 mA / cm 2 , for example.

電気泳動または電解めっきの時間は、例えば、0.01〜1000分間とすることができるが、これに限定されるものではない。   The time for electrophoresis or electrolytic plating can be, for example, 0.01 to 1000 minutes, but is not limited thereto.

金属性カーボンナノチューブに付着する切断促進物質の量は、電気泳動または電解めっきの電圧、電流、時間および、分散液またはめっき液に含まれる切断促進物質の濃度によって決定される。従って、チャンネルに含まれるカーボンナノチューブの密度に応じてこれらの条件を決めるのが望ましい。   The amount of the cutting promoting substance attached to the metallic carbon nanotube is determined by the voltage, current, time of electrophoresis or electroplating, and the concentration of the cutting promoting substance contained in the dispersion or plating solution. Therefore, it is desirable to determine these conditions according to the density of carbon nanotubes contained in the channel.

分散液またはめっき液の溶媒には、水や有機溶媒を用いることができる。   Water or an organic solvent can be used as a solvent for the dispersion or plating solution.

分散液またはめっき液は、切断促進物質を金属性カーボンナノチューブに付着させた後に半導体装置から除去されることとしても良い。   The dispersion liquid or the plating solution may be removed from the semiconductor device after the cutting promoting substance is attached to the metallic carbon nanotube.

電気泳動を行う際に用いるコンタクト電極の数は特に限定されるものではなく、例えば、1個でも良い。ただし、複数のコンタクト電極を用いるのが望ましく、例えば、図2に示すように、コンタクト電極241、242の両方を用いることが望ましい。このように複数の電極を用いることにより、より多くの金属性カーボンナノチューブに触媒を付着させることができる。   The number of contact electrodes used for electrophoresis is not particularly limited, and may be one, for example. However, it is desirable to use a plurality of contact electrodes. For example, it is desirable to use both contact electrodes 241 and 242 as shown in FIG. Thus, a catalyst can be made to adhere to more metallic carbon nanotubes by using a some electrode.

切断促進物質は、金属性カーボンナノチューブを切断した後に、半導体装置から除去されるのが望ましい。切断促進物質を除去することにより、金属性カーボンナノチューブをより確実に電気的に切断することができる。金属性カーボンナノチューブに付着していた切断促進物質は、金属性カーボンナノチューブを切断した後に金属性カーボンナノチューブから離れて移動する恐れがある。そのため、切断促進物質が金属性カーボンナノチューブの切断箇所に埋まり、切断した金属性カーボンナノチューブ同士が再び電気的に接続する恐れがある。そこで、確実に金属性カーボンナノチューブを電気的に切断するために、金属性カーボンナノチューブを切断した後に切断促進物質を除去するのがより望ましい。   The cutting promoting substance is preferably removed from the semiconductor device after cutting the metallic carbon nanotube. By removing the cutting promoting substance, the metallic carbon nanotube can be more reliably electrically cut. The cutting promoting substance adhering to the metallic carbon nanotube may move away from the metallic carbon nanotube after the metallic carbon nanotube is cut. For this reason, the cutting promoting substance is buried in the cut portions of the metallic carbon nanotubes, and the cut metallic carbon nanotubes may be electrically connected again. Therefore, in order to reliably cut the metallic carbon nanotube, it is more desirable to remove the cutting promoting substance after cutting the metallic carbon nanotube.

切断促進物質として金微粒子などを用いている場合は、カーボンナノチューブを王水に曝すことで、切断促進物質を溶解することができる。その結果、図3に示すように、金属性カーボンナノチューブ121,122,123に付着していた切断促進物質を除去することができる。   When gold fine particles or the like are used as the cutting promoting substance, the cutting promoting substance can be dissolved by exposing the carbon nanotubes to aqua regia. As a result, as shown in FIG. 3, the cutting promoting substance adhering to the metallic carbon nanotubes 121, 122, 123 can be removed.

本実施形態に係る半導体装置の製造方法により得られるトランジスタは、ボロメータやガスセンサなどのセンサ装置に用いられることにより、センサ装置の感度を上げることができる。例えば、本実施形態に係る半導体装置の製造方法により得られたトランジスタをボロメータに用いた場合、温度変化に対する電気抵抗変化を増大させることができる。また、ガスセンサに用いた場合、ガス濃度変化に対する電気抵抗変化を増大させることができる。これらのセンサ装置では、カーボンナノチューブ膜の電気抵抗を測定し、その温度変化またはガス濃度変化を検知する。そこで、温度またはガス濃度による抵抗変化が半導体性カーボンナノチューブのものと比べて小さい金属性カーボンナノチューブを減らすことにより、センサの感度を上げることができる。   The transistor obtained by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment can be used for a sensor device such as a bolometer or a gas sensor, thereby increasing the sensitivity of the sensor device. For example, when a transistor obtained by the method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment is used in a bolometer, a change in electrical resistance with respect to a temperature change can be increased. Further, when used in a gas sensor, it is possible to increase the electrical resistance change with respect to the gas concentration change. In these sensor devices, the electrical resistance of the carbon nanotube film is measured, and its temperature change or gas concentration change is detected. Therefore, the sensitivity of the sensor can be increased by reducing the number of metallic carbon nanotubes whose resistance change due to temperature or gas concentration is smaller than that of semiconducting carbon nanotubes.

〔第2の実施の形態〕
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いてダイオードを作製する例について、図4、図5を用いて説明する。
[Second Embodiment]
Next, an example of manufacturing a diode using the method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図4に示すとおり、はじめに、複数のナノ物質に含まれる半導体性ナノ物質と金属性ナノ物質のうち、半導体性ナノ物質の導電性を低下させる(S101)。次に、金属性ナノ物質に、金属性ナノ物質を切断する作用を促進する切断促進物質を付着させる(S102)。次に、切断促進物質が付着した金属性ナノ物質を切断する(S103)。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, first, the conductivity of the semiconductor nanomaterial is reduced among the semiconductor nanomaterial and the metal nanomaterial contained in the plurality of nanomaterials ( S101). Next, a cutting promoting substance that promotes the action of cutting the metallic nanomaterial is attached to the metallic nanomaterial (S102). Next, the metallic nanomaterial to which the cutting promoting substance is attached is cut (S103).

次に、切断促進物質を除去する。   Next, the cutting promoting substance is removed.

上述の工程を経ると、図1(D)に示す状態の半導体装置に似た状態の半導体装置が得られる。   Through the above steps, a semiconductor device in a state similar to the semiconductor device in the state shown in FIG.

次に、図5に示すように、複数のナノ物質310から構成される膜の電極341側をカルボキシル化合物などの電子求引性の物質でコーティングし、p型領域311を形成する。カルボキシル化合物としては、例えば、poly(acrylic acid)(PAA)を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 5, the electrode 341 side of the film composed of a plurality of nanomaterials 310 is coated with an electron-withdrawing substance such as a carboxyl compound to form a p-type region 311. As the carboxyl compound, for example, poly (acrylic acid) (PAA) can be used.

また、図5に示すように、複数のナノ物質310から構成される膜の電極342側をアミン化合物などの電子供与性の物質でコーティングし、n型領域312を形成する。アミン化合物としては、例えば、polyethylenimine(PEI)を用いることができる。   Further, as shown in FIG. 5, the electrode 342 side of the film composed of a plurality of nanomaterials 310 is coated with an electron donating substance such as an amine compound to form an n-type region 312. As the amine compound, for example, polyethylenimine (PEI) can be used.

このように、電子求引性の物質と電子供与性の物質を、複数のナノ物質310の別々の領域にコーティングすることにより、p型領域311のナノ物質をp型半導体にし、n型領域312のナノ物質をn型半導体にすることができる。従って、複数のナノ物質310の中に異なる極性を設けることができる。その結果、図5に示す半導体装置をダイオードとして用いることができる。   In this manner, by coating the electron-withdrawing substance and the electron-donating substance on different regions of the plurality of nanomaterials 310, the nanomaterial in the p-type region 311 is converted into a p-type semiconductor, and the n-type region 312 is formed. The nanomaterial can be an n-type semiconductor. Accordingly, different polarities can be provided in the plurality of nanomaterials 310. As a result, the semiconductor device shown in FIG. 5 can be used as a diode.

本実施形態に係る製造方法を用いてダイオードを作製することにより、金属性ナノ物質による電流パスを減らすことができるため、ダイオードの整流性を上げることができる。   By manufacturing the diode using the manufacturing method according to the present embodiment, the current path caused by the metallic nanomaterial can be reduced, so that the rectification of the diode can be improved.

複数のナノ物質310の極性は、複数のナノ物質310にドーパントをドーピングして制御することも可能である。例えば、複数のナノ物質310の材料として用いられる半導体性カーボンナノチューブは、通常はp型半導体である。そこで、これにカリウムをドープすることにより、p型の半導体カーボンナノチューブをn型に変えることができる。   The polarity of the plurality of nanomaterials 310 can also be controlled by doping the plurality of nanomaterials 310 with a dopant. For example, semiconducting carbon nanotubes used as the material of the plurality of nanomaterials 310 are usually p-type semiconductors. Therefore, by doping this with potassium, the p-type semiconductor carbon nanotubes can be changed to n-type.

また、複数のナノ物質310の極性は、複数のナノ物質310に接続された電極に電圧を印加することにより制御することも可能である。この場合は、図5に示す構成に、さらに、複数のナノ物質310の一部に絶縁膜を介して接続する電極を設け、この電極をゲート電極として用いることとする。ゲート電極が2個ある場合は、これらの電極に異なる電圧を印加することにより、複数のナノ物質310にp型の領域とn型の領域を形成し、複数のナノ物質310の中にpn接合を形成することができる。ゲート電極が1個のみの場合は、このゲート電極に電圧を印加して、複数のナノ物質310のゲート電極付近の領域の極性を、ゲート電極から離れた領域の極性に対して逆の極性になるように調整する。なお、このようにゲート電極に電圧を印加して複数のナノ物質310に極性を設けた場合は、ダイオードとしての機能を維持させるために、ゲート電極に電圧を印加し続けてその極性を維持し続けるのが望ましい。   In addition, the polarity of the plurality of nanomaterials 310 can be controlled by applying a voltage to the electrodes connected to the plurality of nanomaterials 310. In this case, an electrode connected to a part of the plurality of nanomaterials 310 through an insulating film is further provided in the structure shown in FIG. 5, and this electrode is used as a gate electrode. When there are two gate electrodes, by applying different voltages to these electrodes, a p-type region and an n-type region are formed in the plurality of nanomaterials 310, and a pn junction is formed in the plurality of nanomaterials 310. Can be formed. When there is only one gate electrode, a voltage is applied to the gate electrode so that the polarity of the region near the gate electrode of the plurality of nanomaterials 310 is opposite to the polarity of the region away from the gate electrode. Adjust so that In addition, when the voltage is applied to the gate electrode and the polarity is provided to the plurality of nanomaterials 310 in this way, in order to maintain the function as a diode, the voltage is continuously applied to the gate electrode to maintain the polarity. It is desirable to continue.

なお、ナノ物質としてカーボンナノチューブを用いた場合、カーボンナノチューブは大気中においては通常はp型であるため、p型領域をコーティングせずにダイオードを作製することも可能である。   Note that when carbon nanotubes are used as the nanomaterial, the carbon nanotubes are usually p-type in the atmosphere, and therefore it is possible to manufacture a diode without coating the p-type region.

また、上述のダイオードを作製する例と同様の方法を用いて、抵抗器を作製することが可能である。抵抗器の抵抗値は、複数のナノ物質310をコーティングする材料やドーパントの材料を選択することにより調節される。また、複数のナノ物質310に印加する電圧を制御することにより所望の抵抗をもった膜を得ることができる。   In addition, a resistor can be manufactured using a method similar to that in the above-described example of manufacturing a diode. The resistance value of the resistor is adjusted by selecting a material for coating a plurality of nanomaterials 310 or a dopant material. In addition, a film having a desired resistance can be obtained by controlling the voltage applied to the plurality of nanomaterials 310.

さらに、複数のナノ物質310中に含まれるカーボンナノチューブの数並びに複数のナノ物質の長さ又は幅を変えることにより、所望の抵抗値を備えた抵抗器を作製できる。   Furthermore, by changing the number of carbon nanotubes contained in the plurality of nanomaterials 310 and the length or width of the plurality of nanomaterials, a resistor having a desired resistance value can be manufactured.

本実施形態にかかる製造方法を用いて抵抗器を作製することで、高抵抗の膜の作製が容易になり、抵抗の制御性が上げることができる。   By manufacturing a resistor using the manufacturing method according to the present embodiment, a high-resistance film can be easily manufactured, and resistance controllability can be improved.

次に、実施例を用いて、本発明の製造方法を説明する。   Next, the manufacturing method of this invention is demonstrated using an Example.

まず、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブの混合物を分散させた分散液をシリコン基板上に滴下して、カーボンナノチューブのチャンネルを形成した。   First, a dispersion liquid in which a mixture of semiconducting carbon nanotubes and metallic carbon nanotubes was dispersed was dropped on a silicon substrate to form carbon nanotube channels.

次に、金を電子線蒸着して、シリコン基板上にコンタクト電極の対を形成した。   Next, gold was electron beam evaporated to form a pair of contact electrodes on the silicon substrate.

続いて、金コロイドの濃度が約1010個/cmの溶液に基板を浸漬し、図2に示す構成を用いて電気泳動を行った。電気泳動中は、チャンネルと基板電極との間に15Vの電圧を印加し、半導体性カーボンナノチューブの導電性を低下させた。また、電気泳動を行うために、電気泳動用電極とチャンネルとの間には10Vの電圧を印加した。電流の大きさは0.01mA/cm以下とし、印加した時間は1分間とした。絶縁膜にはシリコン酸化膜を、基板電極にはドープしたシリコンを利用した。分散液にはクエン酸水溶液を用いた。 Subsequently, the substrate was immersed in a solution having a concentration of colloidal gold of about 10 10 pieces / cm 3 , and electrophoresis was performed using the configuration shown in FIG. During electrophoresis, a voltage of 15 V was applied between the channel and the substrate electrode to reduce the conductivity of the semiconducting carbon nanotubes. In order to perform electrophoresis, a voltage of 10 V was applied between the electrophoresis electrode and the channel. The magnitude of the current was 0.01 mA / cm 2 or less, and the applied time was 1 minute. A silicon oxide film was used as the insulating film, and doped silicon was used as the substrate electrode. An aqueous citric acid solution was used for the dispersion.

最後に、乾燥空気雰囲気中で500度の加熱を行い、金属性カーボンナノチューブを酸化し、切断した。   Finally, heating was performed at 500 degrees in a dry air atmosphere to oxidize and cut the metallic carbon nanotubes.

上記の方法で得られたカーボンナノチューブのチャンネルについて、電界効果トランジスタとしての特性を評価した。その結果、特許文献2に開示された電流による金属性カーボンナノチューブの破壊方法を用いた場合と比べて、同じオン電流でのオン/オフ比が16〜25%向上した。また、オン電流のばらつきは10〜13%減少した。   About the channel of the carbon nanotube obtained by said method, the characteristic as a field effect transistor was evaluated. As a result, the on / off ratio at the same on-current was improved by 16 to 25% as compared with the case of using the method for destroying metallic carbon nanotubes by current disclosed in Patent Document 2. Also, the variation in on-current decreased by 10 to 13%.

(付記1) 複数のナノ物質に含まれる半導体性ナノ物質と金属性ナノ物質のうち、前記半導体性ナノ物質の導電性を低下させる第1の工程と、
前記第1の工程後に、前記金属性ナノ物質に、前記金属性ナノ物質を切断する作用を促進する切断促進物質を付着させる第2の工程と、
前記切断促進物質が付着した前記金属性ナノ物質を切断する第3の工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
(Additional remark 1) The 1st process of reducing the electroconductivity of the said semiconducting nanomaterial among the semiconducting nanomaterial and metallic nanomaterial contained in several nanomaterial,
After the first step, a second step of attaching a cutting promoting substance that promotes an action of cutting the metallic nanomaterial to the metallic nanomaterial;
A third step of cutting the metallic nanomaterial to which the cutting promoting substance is attached;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:

(付記2) 前記金属性ナノ物質が切断された後に、前記切断促進物質を除去する第4の工程を有することを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。     (Supplementary note 2) The method of manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 1, further comprising a fourth step of removing the cleavage promoting substance after the metallic nanomaterial is cut.

(付記3) 前記第2の工程は、前記複数のナノ物質と、前記複数のナノ物質に接続された第1の電極に電気的に接続された印加用電極と、を前記切断促進物質を含む溶液に浸漬させ、
前記第1の電極と前記印加用電極との間に電圧を印加して電気泳動または電解めっきを行うことにより、前記金属性ナノ物質に前記切断促進物質を付着させる工程を含むことを特徴とする付記1または2のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
(Additional remark 3) The said 2nd process contains the said cutting | disconnection acceleration | stimulation substance for the said several nanomaterial and the electrode for an application electrically connected to the 1st electrode connected to the said several nanomaterial. Soak in the solution
A step of applying the voltage between the first electrode and the application electrode to perform electrophoresis or electroplating to attach the cutting promoting substance to the metallic nanomaterial. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Appendix 1 or 2.

(付記4) 前記第1の工程は、前記複数のナノ物質に絶縁膜を介して配置された基板電極に電圧を印加して前記半導体性ナノ物質のキャリアを減らす工程を含むことを特徴とする付記1から3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。     (Additional remark 4) The said 1st process includes the process of applying a voltage to the board | substrate electrode arrange | positioned through the insulating film to these nanomaterials, and reducing the carrier of the said semiconductor nanomaterial, It is characterized by the above-mentioned. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3.

(付記5) 前記第3の工程は、前記切断促進物質が付着した前記複数のナノ物質を加熱する工程を含むことを特徴とする付記1から4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。     (Supplementary Note 5) The semiconductor device manufacturing according to any one of Supplementary notes 1 to 4, wherein the third step includes a step of heating the plurality of nanomaterials to which the cutting promoting substance is attached. Method.

(付記6) 前記第3の工程は、酸化剤が存在する雰囲気で行われることを特徴とする付記1から5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。     (Additional remark 6) The said 3rd process is performed in the atmosphere where an oxidizing agent exists, The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Additional remark 1 to 5 characterized by the above-mentioned.

(付記7) 前記切断促進物質は、前記金属性ナノ物質を酸化する反応の触媒であることを特徴とする付記1から6のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。     (Additional remark 7) The said cutting | disconnection acceleration | stimulation substance is a catalyst of the reaction which oxidizes the said metallic nanomaterial, The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of additional remark 1-6 characterized by the above-mentioned.

(付記8) 前記触媒は、金、銀、銅、白金、またはパラジウムであることを特徴とする付記7に記載の半導体装置の製造方法。     (Additional remark 8) The said catalyst is gold, silver, copper, platinum, or palladium, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 7 characterized by the above-mentioned.

(付記9) 前記切断促進物質は、前記金属性ナノ物質と直接反応する反応性物質であることを特徴とする付記1から6のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。     (Additional remark 9) The said cutting | disconnection acceleration | stimulation substance is a reactive substance which reacts directly with the said metallic nanomaterial, The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of additional remark 1-6 characterized by the above-mentioned.

(付記10) 前記反応性物質は、コバルト、クロム、鉄、モリブデン、タンタル、チタン、トリウム、ウラン、マンガン、ニオブ、バナジウム、タングステン、イットリウム、またはジルコニウムであることを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。     (Supplementary note 10) The supplementary note 9, wherein the reactive substance is cobalt, chromium, iron, molybdenum, tantalum, titanium, thorium, uranium, manganese, niobium, vanadium, tungsten, yttrium, or zirconium. A method for manufacturing a semiconductor device.

(付記11) 前記第4の工程は、王水を用いて前記反応促進物質を除去することを特徴とする付記2に記載の半導体装置の製造方法。     (Additional remark 11) The said 4th process removes the said reaction promoting substance using aqua regia, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 2 characterized by the above-mentioned.

(付記12) 前記第1の工程は、前記複数のナノ物質を冷却して前記半導体性ナノ物質のキャリアを減らす工程を含むことを特徴とする付記1から11に記載の半導体装置の製造方法。     (Supplementary note 12) The method of manufacturing a semiconductor device according to supplementary notes 1 to 11, wherein the first step includes a step of cooling the plurality of nanomaterials to reduce carriers of the semiconducting nanomaterial.

(付記13) 前記複数のナノ物質と接続する第2の電極を配置することを特徴とする付記1から12のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。     (Supplementary note 13) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary notes 1 to 12, wherein a second electrode connected to the plurality of nanomaterials is disposed.

(付記14)
前記ナノ物質がカーボンナノチューブであることを特徴とする付記1から13のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 14)
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 13, wherein the nanomaterial is a carbon nanotube.

110 チャンネル
121、122、123、221 金属性カーボンナノチューブ
131、132、133、134 半導体性カーボンナノチューブ
141、142、241、242 コンタクト電極
150、250、350 基板
160、260 切断促進物質
251 絶縁膜
252 基板電極
270 電気泳動用電極
280 分散液
291 基板電極用電圧源
292 電気泳動用電圧源
310 複数のナノ物質
311 p型領域
312 n型領域
321、322、323 金属性ナノ物質
331、332、333、334 半導体性ナノ物質
341、342 電極
110 Channels 121, 122, 123, 221 Metallic carbon nanotubes 131, 132, 133, 134 Semiconductor carbon nanotubes 141, 142, 241, 242 Contact electrodes 150, 250, 350 Substrate 160, 260 Cutting promoting substance 251 Insulating film 252 Substrate Electrode 270 Electrophoresis electrode 280 Dispersion liquid 291 Substrate electrode voltage source 292 Electrophoresis voltage source 310 Multiple nanomaterials 311 p-type region 312 n-type region 321 322 323 Metallic nanomaterial 331 332 333 334 Semiconductor nanomaterials 341, 342 Electrodes

Claims (10)

複数のナノ物質に含まれる半導体性ナノ物質と金属性ナノ物質のうち、前記半導体性ナノ物質の導電性を低下させる第1の工程と、
前記第1の工程後に、前記金属性ナノ物質に、前記金属性ナノ物質を切断する作用を促進する切断促進物質を付着させる第2の工程と、
前記切断促進物質が付着した前記金属性ナノ物質を切断する第3の工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
A first step of reducing conductivity of the semiconducting nanomaterial among the semiconducting nanomaterial and the metallic nanomaterial included in the plurality of nanomaterials;
After the first step, a second step of attaching a cutting promoting substance that promotes an action of cutting the metallic nanomaterial to the metallic nanomaterial;
A third step of cutting the metallic nanomaterial to which the cutting promoting substance is attached;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記金属性ナノ物質が切断された後に、前記切断促進物質を除去する第4の工程を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a fourth step of removing the cutting promoting substance after the metallic nanomaterial is cut. 前記第2の工程は、前記複数のナノ物質と、前記複数のナノ物質に接続された第1の電極に電気的に接続された印加用電極と、を前記切断促進物質を含む溶液に浸漬させ、
前記第1の電極と前記印加用電極との間に電圧を印加して電気泳動または電解めっきを行うことにより、前記金属性ナノ物質に前記切断促進物質を付着させる工程を含むことを特徴とする請求項1または2のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
The second step includes immersing the plurality of nanomaterials and an application electrode electrically connected to the first electrode connected to the plurality of nanomaterials in a solution containing the cutting promoting substance. ,
A step of applying the voltage between the first electrode and the application electrode to perform electrophoresis or electroplating to attach the cutting promoting substance to the metallic nanomaterial. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claim 1 or 2.
前記第1の工程は、前記複数のナノ物質に絶縁膜を介して配置された基板電極に電圧を印加して前記半導体性ナノ物質のキャリアを減らす工程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半導体装置の製造方法。 2. The method according to claim 1, wherein the first step includes a step of reducing a carrier of the semiconducting nanomaterial by applying a voltage to a substrate electrode disposed on the plurality of nanomaterials through an insulating film. 4. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3. 前記第3の工程は、前記切断促進物質が付着した前記複数のナノ物質を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the third step includes a step of heating the plurality of nanomaterials to which the cutting promoting substance is attached. 前記第3の工程は、酸化剤が存在する雰囲気で行われることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the third step is performed in an atmosphere in which an oxidizing agent is present. 前記切断促進物質は、前記金属性ナノ物質を酸化する反応の触媒であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the cleavage promoting substance is a catalyst for a reaction that oxidizes the metallic nanomaterial. 前記触媒は、金、銀、銅、白金、またはパラジウムであることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the catalyst is gold, silver, copper, platinum, or palladium. 前記切断促進物質は、前記金属性ナノ物質と直接反応する反応性物質であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the cutting promoting substance is a reactive substance that directly reacts with the metallic nanomaterial. 前記反応性物質は、コバルト、クロム、鉄、モリブデン、タンタル、チタン、トリウム、ウラン、マンガン、ニオブ、バナジウム、タングステン、イットリウム、またはジルコニウムであることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor device according to claim 9, wherein the reactive substance is cobalt, chromium, iron, molybdenum, tantalum, titanium, thorium, uranium, manganese, niobium, vanadium, tungsten, yttrium, or zirconium. Production method.
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