JP2013521664A - 電気的浸透性ソース層を含む半導体デバイス及びこれの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2010年3月4日に出願された「SEMICONDUCTOR DEVICES INCLUDING A NANOTUBE LAYER AND A MEMORY LAYER AND METHODS OF FABRICATING THE SAME」という名称の同時係属中の米国仮特許出願第61/310,342号明細書の優先権を主張し、そのすべてを本明細書に参照として組み入れる。
本発明は、国立科学財団により与えられた助成金第ECCS−0824157/00069937号のもとで政府援助を受けた。政府は本発明に所定の権利を有する。
Claims (42)
- 半導体デバイスであって、
基板上に形成されるゲート層と、
前記ゲート層上に形成される誘電体層と、
前記誘電体層上に形成されるメモリ層と、
前記メモリ層上に形成されるソース層であって、前記ソース層は電気的浸透性であってパーフォレーションを有するソース層と、
前記ソース層上に形成される半導体チャネル層であって、前記半導体チャネル層は前記ソース層及び前記メモリ層と接触し、前記ソース層及び前記半導体チャネル層はゲート電圧チューナブル電荷注入バリアを形成する半導体チャネル層と、
前記半導体チャネル層上に形成されるドレイン層と
を含む半導体デバイス。 - 半導体デバイスであって、
基板上に形成されるドレイン層と、
前記ドレイン層上に形成される半導体チャネル層と、
前記半導体チャネル層上に形成されて前記半導体チャネル層と接触するソース層であって、前記ソース層は電気的浸透性かつパーフォレーションを有するソース層と、
前記ソース層上に形成されるメモリ層であって、前記半導体チャネル層は前記ソース層及び前記メモリ層と接触し、前記ソース層及び前記半導体チャネル層はゲート電圧チューナブル電荷注入バリアを形成するメモリ層と、
前記メモリ層上に形成される誘電体層と、
前記誘電体層上に形成されるドレイン層と
を含む半導体デバイス。 - 前記基板は絶縁基板である、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記絶縁基板は、絶縁表面層を有する伝導性基板を含む、請求項3に記載の半導体デバイス。
- 前記ゲート層は有機伝導性又は半導体材料を含む、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記ゲート層は無機伝導性又は半導体材料である、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記誘電体層は無機又は有機絶縁材料を含む、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記メモリ層は電荷蓄積層である、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記電荷蓄積層は、前記ソース層と前記電荷蓄積層との間の電荷交換が、ゲート電圧が臨界しきいゲート電圧を超えるときにのみ生じるように構成される、請求項8に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体デバイスは、プログラム可能なしきい電圧を有する、ヒステリシスなしのトランジスタとして動作する、請求項9に記載の半導体デバイス。
- 前記メモリ層は強誘電体層である、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 誘電体材料に完全に取り囲まれるフローティングゲートをさらに含む、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記メモリ層は前記フローティングゲートを含む、請求項12に記載の半導体デバイス。
- 前記メモリ層は、自己組織化単分子層、ポリマー、又は埋め込まれたナノ粒子を有するポリマーを含む、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記ソース層は複数カーボンナノチューブのネットワークである、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記ソース層はグラフェンを含む、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記ソース層は、金属又は半導体の複数ナノワイヤのネットワークである、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記ソース層は、パーフォレーションを有するべく構成される伝導体又は半導体の層である、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体チャネル層の価電子バンド縁端又は最高被占軌道準位が、前記ソース層の仕事関数の約−1.5eVから約+1.5eVの範囲内にある、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体チャネル層の伝導バンド縁端又は最低被占軌道準位が、前記ソース層の仕事関数の約−1.5eVから約+1.5eVの範囲内にある、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体チャネル層は有機半導体材料を含む、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体チャネル層は線形縮合多環芳香族化合物を含む、請求項21に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体チャネル層は、銅フタロシアニン(CuPc)系化合物、アゾ化合物、ペリレン系化合物、及びこれらの誘導体からなる群から選択される顔料を含む、請求項21に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体チャネル層は、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン系化合物、ジフェニルメタン系化合物、スチルベン系化合物、アリルビニル化合物、ピラゾリン系化合物、トリフェニルアミン誘導体(TPD)、アリルアミン化合物、低分子量アミン誘導体(a−NPD)、2,2’,7,7’−テトラキス(ジフェニルアミノ)−9,9’−スピロビフルオレン(スピロ−TAD)、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジアモノビフェニル(スピロ−NPB)、4,4’,4’’−トリス[N−3−メチルフェニル−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(mMTDATA)、2,2’,7,7’−テトラキス(2,2−ジフェニルビニル)−9,9−スピロビフルオレン(スピロ−DPVBi)、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi)、(8−キニノリノラト)アルミニウム(Alq)、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)、トリス(4−メチル−8キノリノラト)アルミニウム(Almq3)、及びこれらの誘導体からなる群から選択される低分子化合物を含む、請求項21に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体チャネル層は、ポリチオフェン、ポリ(p−フェニレンビニレン)(PPV)、ビフェニル基含有ポリマー、ジアルコキシ基含有ポリマー、アルコキシフェニルPPV、フェニルPPV、フェニル/ジアルコシキPPVコポリマー、ポリ(2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン)(MEH−PPV)、ポリ(エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)、ポリ(スチレンスルホン酸)(PSS)、ポリ(アニリン)(PAM)、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリ(ビニルピレン)、ポリ(ビニルアントラセン)、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒドハロゲン化樹脂、及びこれらの変性物からなる群から選択されるポリマー化合物を含む、請求項21に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体チャネル層は、5,5_−ジパーフルオロヘキシルカルボニル−2,2_:5_,2_:5_,2_−クアテルチオフェン(DFHCO−4T)、DFH−4T、DFCO−4T、P(NDI2OD−T2)、PDI8−CN2、PDIF−CN2、F16CuPc、及びフラーレン、ナフタレン、ペリレン、並びにオリゴチオフェン誘導体からなる群から選択されるn型輸送有機低分子、オリゴマー、又はポリマーを含む、請求項21に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体チャネル層は無機半導体を含む、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記ドレイン層は少なくとも一つのカーボンナノチューブを含む、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記ドレイン層は隣接半導体又は金属膜を含む、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記ドレイン層は隣接透明伝導性酸化物を含む、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記ドレイン層は複数の半導体ナノワイヤを含む、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記ソース層は一以上のナノチューブ又はナノワイヤであり、各ナノチューブ又はナノワイヤは伝導性又は半導体コンタクトにより直接接触される、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記基板、ゲート層、誘電体層、メモリ層、ソース層、半導体チャネル層、及びドレイン層はすべて光学的に透明である、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記基板、ゲート層、誘電体層、メモリ層、ソース層、半導体チャネル層、及びドレイン層はすべて可撓性である、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 方法であって、
基板上にゲート層を形成することと、
前記ゲート層上に誘電体層を形成することと、
前記誘電体層上にメモリ層を形成することと、
前記メモリ層上にソース層を形成することであって、前記ソース層は電気的浸透性及びパーフォレーションを有することと、
前記ソース層上及び前記メモリ層の少なくとも一部上に半導体チャネル層を形成することと、
前記半導体チャネル層上にドレイン層を形成することと
を含む方法。 - 方法であって、
基板上にドレイン層を形成することと、
前記ドレイン層上に半導体チャネル層を形成することと、
前記半導体チャネル層上にソース層を形成することであって、前記ソース層は電気的浸透性及びパーフォレーションを有することと、
前記ソース層上及び前記半導体チャネル層の少なくとも一部上に形成されたメモリ層を形成することと、
前記メモリ層上に誘電体層を形成することと、
前記誘電体層上にドレイン層を形成することと
を含む方法。 - 誘電体材料に完全に取り囲まれるフローティングゲートを形成することをさらに含む、請求項35又は36に記載の方法。
- 前記フローティングゲートは前記メモリ層内に形成される、請求項37に記載の方法。
- 前記ソース層は複数カーボンナノチューブのネットワークである、請求項35又は36に記載の方法。
- 前記ソース層はグラフェンを含む、請求項35又は36に記載の方法。
- 前記ソース層は、金属又は半導体の複数ナノワイヤのネットワークである、請求項35又は36に記載の方法。
- 前記ドレイン層は複数カーボンナノチューブのネットワークである、請求項35又は36に記載の方法。
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