JP2018117119A

JP2018117119A - ショットキーダイオード、ショットキーダイオードアレイ及びショットキーダイオードの製造方法

Info

Publication number: JP2018117119A
Application number: JP2018000468A
Authority: JP
Inventors: 宇丹趙; yu-dan Zhao; 小陽肖; xiao-yang Xiao; 営城王; ying cheng Wang; 元浩金; Yuan-Hao Jin; 天夫張; tian-fu Zhang; 李　群慶; Gun-Gyong Yi; 群慶李
Original assignee: Qinghua University; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Qinghua University; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2018-01-05
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2038-01-05
Also published as: JP6538892B2

Abstract

【課題】ショットキーダイオード、ショットキーダイオードアレイ及びショットキーダイオードの製造方法を提供する。
【解決手段】ショットキーダイオード２００は、第一電極２０４、半導体構造２０８及び第二電極２０６を含む。第一電極が第一金属層２０４ａ及び第二金属層２０４ｂを含み、第一金属層と第二金属層が積層して設置され、第一金属層の側面と第二金属層の上表面が階段構造体２１２を形成する。第二電極が第三金属層２０６ａ及び第四金属層２０６ｂを含み、第三金属層と第四金属層が積層して設置され、第三金属層の下表面と第四金属層の側面が反方向階段構造体２１４を形成する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、ショットキーダイオード、ショットキーダイオードアレイ及びショットキーダイオードの製造方法に関するものである。

ショットキーダイオードは、金属と半導体が接触して形成された金属-半導体接合を利用して製造されるダイオードである。ショットキーダイオードは、ＰＮ接合ダイオードより低消費電力、大電流及び超高速などの利点を有するので、電子部品の中で注目される。

ＫａｉｌｉＪｉａｎｇ、ＱｕｎｑｉｎｇＬｉ、ＳｈｏｕｓｈａｎＦａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

しかし、低次元のナノスケールの電子材料にとって、伝統的なシリコン材料と異なって、ドーピング法によってダイオードを製造することが難しい。現在、ナノスケールの半導体材料のダイオードは主に化学ドーピング法又はヘテロ接合法によって製造されるので、工程が複雑であり、ダイオード及びダイオードが応用された薄膜トランジスタの応用が制限される。

従って、本発明は、ショットキーダイオード、ショットキーダイオードアレイ及びショットキーダイオードの製造方法を提供する。

ショットキーダイオードは、第一電極、半導体構造及び第二電極を含む。前記第一電極が第一金属層及び第二金属層を含み、前記第一金属層と前記第二金属層が積層して設置され、前記第一金属層の側面と前記第二金属層の上表面が階段構造体を形成する。前記第二電極が第三金属層及び第四金属層を含み、前記第三金属層と前記第四金属層が積層して設置され、前記第三金属層の下表面と前記第四金属層の側面が反方向階段構造体を形成する。前記半導体構造が前記第一電極と前記第二電極との間に設置され、前記半導体構造が第一端部、該第一端部と対向して設置された第二端部及び、前記第一端部と前記第二端部との間に位置する中間部を含み、前記半導体構造の第一端部が前記第一金属層と前記第二金属層に挟まれ、前記半導体構造の第二端部が前記第三金属層と前記第四金属層に挟まれ、前記階段構造体及び前記反方向階段構造体が前記半導体構造の第一端部と第二端部との間に位置して、前記半導体構造の中間部が前記階段構造体から前記反方向階段構造体に延伸して、前記半導体構造がナノスケールの半導体構造である。

前記ナノスケールの半導体構造は、一次元の半導体線形材料又は二次元の半導体フィルムである。

前記半導体構造は、カーボンナノチューブ構造体であり、前記カーボンナノチューブ構造体が少なくとも一本カーボンナノチューブを含み、前記カーボンナノチューブ構造体における半導体型のカーボンナノチューブの質量百分率が８０％以上である。

ショットキーダイオードアレイは、絶縁基板及び該絶縁基板の表面に設置された複数のショットキーダイオードユニットを含む。前記複数のショットキーダイオードユニットがアレイの形式で前記絶縁基板の表面に配列され、前記各々のショットキーダイオードユニットが間隔をあけて設置される。前記ショットキーダイオードユニットが第一電極、半導体構造及び第二電極を含む。前記第一電極が第一金属層及び第二金属層を含み、前記第一金属層と前記第二金属層が積層して設置され、前記第一金属層の側面と前記第二金属層の上表面が階段構造体を形成する。前記第二電極が第三金属層及び第四金属層を含み、前記第三金属層と前記第四金属層が積層して設置され、前記第三金属層の下表面と前記第四金属層の側面が反方向階段構造体を形成する。前記半導体構造が前記第一電極と前記第二電極との間に設置され、前記半導体構造が第一端部、該第一端部と対向して設置された第二端部及び、前記第一端部と前記第二端部との間に位置する中間部を含み、前記半導体構造の第一端部が前記第一金属層と前記第二金属層に挟まれ、前記半導体構造の第二端部が前記第三金属層と前記第四金属層に挟まれ、前記階段構造体及び前記反方向階段構造体が前記半導体構造の第一端部と第二端部との間に位置して、前記半導体構造の中間部が前記階段構造体から前記反方向階段構造体に延伸して、前記半導体構造がナノスケールの半導体構造である。

ショットキーダイオードの製造方法は、絶縁基板を提供し、該絶縁基板に第二金属層及び第四金属層が形成され、前記第二金属層及び前記第四金属層が間隔をあけて設置されるステップと、前記第二金属層、前記第四金属層及び前記絶縁基板に半導体構造を形成して、該半導体構造が第一端部及び該第一端部と対向して設置された第二端部を含み、前記半導体構造の第一端部を前記第二金属層の上表面に設置し、前記半導体構造の第二端部を前記第四金属層の上表面に設置し、前記半導体構造の第一端部と第二端部との間の中間部を前記絶縁基板の表面に設置するステップと、前記半導体構造の第一端部の上表面に第一金属層を形成して、前記半導体構造の第一端部が前記第一金属層及び前記第二金属層に挟まれ、前記第一金属層の側面と前記第二金属層の上表面に階段構造体を形成するステップと、前記半導体構造の第二端部の上表面に第三金属層を形成して、前記半導体構造の第二端部が第三金属層及び第四金属層に挟まれ、前記第三金属層の下表面と前記第四金属層の側面に反方向階段構造体を形成して、前記階段構造体及び前記反方向階段構造体が前記半導体構造の第一端部と第二端部との間に位置して、前記半導体構造の中間部が前記階段構造体から前記反方向階段構造体に延伸するステップと、を含む。

前記第一金属層、前記第二金属層、前記第三金属層及び前記第四金属層がフォトエッチング法によって形成される。

従来技術と比べると、本発明のショットキーダイオードは、一次元のナノ材料又は二次元のナノ材料を半導体構造とするので、複雑である化学ドーピング法によって半導体材料を獲得する必要はない。従って、半導体材料が製造しやすく、且つコストが低く、ショットキーダイオードの構造が簡単である。

本発明の第一実施例に係るショットキーダイオードの構造を示す図である。本発明の実施例に係るショットキーダイオードの断面図である本発明の実施例に係る他のショットキーダイオードの断面図である本発明の実施例に係るショットキーダイオードアレイの構造を示す図である。本発明の実施例に係るショットキーダイオードが一次元ナノ構造を半導体構造とするショットキーダイオードの上面図である。本発明の実施例に係るショットキーダイオードが二次元ナノ構造を半導体構造とするショットキーダイオードの上面図である。本発明の実施例に係るカーボンナノチューブアレイフィルムのＳＥＭ写真である。図７のカーボンナノチューブアレイフィルムの構造を示す図である。非配向型のカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。本発明の実施例に係るショットキーダイオードのバイアス電圧と電流の曲線図である。本発明の第二実施例に係る第一種のショットキーダイオードの断面図である。本発明の第二実施例に係る第二種のショットキーダイオードの断面図である。本発明の第二実施例に係る第三種のショットキーダイオードの断面図である。本発明の実施例に係る、絶縁基板を含むショットキーダイオードの断面図である。本発明の実施例に係るショットキーダイオードアレイの断面図である。本発明の第三実施例に係る薄膜トランジスタの断面図である。本発明の実施例に係る薄膜トランジスタの転移特性曲線図である。本発明の第四実施例に係る薄膜トランジスタの断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
図１及び図２を参照すると、本発明の第一実施例は、ショットキーダイオード１００を提供する。ショットキーダイオード１００は、絶縁基板１０２及びショットキーダイオードユニット（図示せず）を含む。ショットキーダイオードユニットが絶縁基板１０２の表面に設置され、絶縁基板１０２に支持される。ショットキーダイオードユニットが第一電極１０４、半導体構造１０８及び第二電極１０６を含む。第一電極１０４が絶縁基板１０２の表面に設置される。半導体構造１０８が第一端部１０８２及び第一端部１０８２と対向して設置された第二端部１０８４を含む。第一端部１０８２が第一電極１０４に敷設され、第一電極１０４を半導体構造１０８の第一端部１０８２と絶縁基板１０２との間に位置させる。第二端部１０８４が、絶縁基板１０２の表面に設置され、第二電極１０６が半導体構造１０８の第二端部１０８４に設置され、半導体構造１０８の第二端部１０８４を第二電極１０６と絶縁基板１０２との間に位置させる。

図３を参照すると、もう一つの構造を有するショットキーダイオードである。ショットキーダイオードにおいて、第一電極１０４が絶縁基板１０２にはめ込まれ、第一電極１０４の上表面と絶縁基板１０２の表面が同じ平面に位置する。半導体構造１０８が基板１０２の表面に水平に設置され、第一端部１０８２が第一電極１０４の上表面に位置する。第二電極１０６が半導体構造１０８の表面に設置され、半導体構造１０８の第二端部１０８４を被覆する。第一電極１０４が半導体構造１０８の第一端部１０８２と絶縁基板１０２との間に位置する。半導体構造１０８の第二端部１０８４が第二電極１０６と絶縁基板１０２との間に位置する。

図４を参照すると、本発明は、更にショットキーダイオードアレイ１０を提供する。ショットキーダイオードアレイ１０は、絶縁基板１０２及び絶縁基板１０２の表面に設置された複数のショットキーダイオードユニット１１０を含み、複数のショットキーダイオードユニット１１０がアレイの形式で絶縁基板１０２の表面に配列される。各ショットキーダイオードユニット１１０が間隔をあけて設置される。ショットキーダイオードユニット１１０が第一実施例のショットキーダイオードユニットと同じである。

ショットキーダイオード１００は、下記の方法によって製造することができる。まず、絶縁基板１０２に第一電極１０４を形成して、第一電極１０４及び絶縁基板１０２に半導体構造１０８を形成する。即ち、半導体構造１０８の第一端部１０８２が第一電極１０４の上表面に設置され、第二端部１０８４が絶縁基板１０２の表面に設置される。次に、半導体構造１０８の第二端部１０８４の上表面に第二電極１０６を形成する。本実施例において、第一電極１０４及び第二電極１０６がフォトエッチング法によって形成される。

ショットキーダイオードアレイは、下記の方法によって製造することができる。まず、絶縁基板１０２に複数の第一電極１０４を形成して、第一電極１０４及び絶縁基板１０２に複数の半導体構造１０８を形成して、半導体構造１０８及び第一電極１０４が一対一で対応する。即ち、各半導体構造１０８の第一端部１０８２が第一電極１０４の上表面に設置され、第二端部１０８４が絶縁基板１０２の表面に設置される。次に、各半導体構造１０８の第二端部１０８４の上方に第二電極１０６を形成して、半導体構造１０８及び第二電極１０６が一対一で対応する。即ち、各第二電極１０６が一つの半導体構造１０８の第二端部１０８４の上方に設置される。複数の第一電極１０４及び複数の第二電極１０６がフォトエッチング法によって形成される。

絶縁基板１０２が支持作用を果たして、その材料がガラス、石英、セラミックス、ダイヤモンド、シリコンウェーハなどの硬性材料又はプラスッチク、樹脂などの柔軟な材料である。本実施例において、絶縁基板１０２の材料が二酸化珪素層を有するシリコンウェーハである。絶縁基板１０２は、ショットキーダイオード１００を支持することに用いられる。絶縁基板１０２が大規模集積回路における基板を使用してもよく、且つ複数のショットキーダイオード１００が予定の規律又はパターンどおりに、同一絶縁基板１０２に集積することができ、薄膜トランジスタ又は他の半導体部品を形成する。

第一電極１０４及び第二電極１０６の材料がアルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム、セシウム又はそれらの合金である。本実施例において、第一電極１０４及び第二電極１０６は、材料が金属のパラジウムフィルムであり、厚さが５０ナノメートルである。

ある実施例において、図５に示すように、半導体構造１０８がナノスケールの半導体構造であり、ナノスケールの半導体構造が一次元のナノ構造であり、即ち、線形構造であり、その直径が２００ナノメートルより小さい。もう一つの実施例において、図６に示すように、ナノスケールの半導体構造が二次元のナノの構造であってもよい。即ち、ナノスケールの半導体構造は、フィルム構造であり、その厚さが２００ナノメートルより小さい。半導体構造１０８の材料がＮ型の半導体又はＰ型半導体である。半導体構造１０８の材料が制限されず、無機化合物半導体、元素半導体又は有機半導体材料である。例えば、半導体構造１０８の材料がガリウム砒素、炭化珪素、多結晶シリコン、単結晶シリコン又はナフタリンなどである。一次元のナノ構造がナノ線、ナノチューブ及びナノ棒などの半導体材料であり、例えば、カーボンナノチューブ、シリコンナノ線などである。半導体構造１０８が一次元のナノ構造である時には、半導体構造１０８は、第一電極１０４から第二電極１０６まで延伸する。二次元のナノ構造がナノフィルムであり、例えば、カーボンナノチューブフィルム、ＭoＳ_２フィルムなどである。ある本実施例において、半導体構造１０８の材料が遷移金属硫化物である。本実施例において、半導体構造１０８の材料がＭoＳ_２であり、Ｎ型の半導体材料であり、その厚さが１〜２ナノメートルである。

半導体構造１０８がカーボンナノチューブ構造体である。カーボンナノチューブ構造体が一本の半導体型のカーボンナノチューブであり、カーボンナノチューブフィルムであってもよい。カーボンナノチューブフィルムの厚さが２００ナノメートル以下である。

ある実施例において、図５に示すように、半導体構造１０８が一本の半導体型のカーボンナノチューブである。カーボンナノチューブの直径が１ナノメートル〜１０ナノメートルである。好ましくは、カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブであり、直径が１ナノメートル〜５ナノメートルであり、長さが１００ナノメートル〜１ミリメートルである。カーボンナノチューブが第一電極１０４から、第二電極１０６まで延伸して、カーボンナノチューブの一つの端部が第一電極１０４に設置され、もう一つの端部が第二電極１０６の下方に設置される。

他の実施例において、半導体構造１０８がカーボンナノチューブフィルムであり、カーボンナノチューブフィルムが複数のカーボンナノチューブを含む。カーボンナノチューブフィルムにおいて、半導体型のカーボンナノチューブの質量百分率が８０％以上である。半導体構造１０８が複数のカーボンナノチューブからなる。カーボンナノチューブフィルムに、複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。複数のカーボンナノチューブの配列方式により、カーボンナノチューブフィルムは非配向型のカーボンナノチューブフィルム及び配向型のカーボンナノチューブフィルムの二種に分類される。配向型のカーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブが特定の規律によって配列される。非配向型のカーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブがランダムに配列される。

図７及び図８を参照すると、ある実施例において、配向型のカーボンナノチューブフィルム１１２は、カーボンナノチューブアレイフィルムである。カーボンナノチューブアレイフィルムは、互いに平行し、水平に配列されたカーボンナノチューブ１１２２からなり、カーボンナノチューブ１１２２が絶縁基板１０２の表面に平行し、第一電極１０４から第二電極１０６まで延伸する。配向型のカーボンナノチューブフィルム１１２におけるカーボンナノチューブがＣＶＤ法によって成長し、或いはカーボンナノチューブアレイから目標基板に転移し、複数のカーボンナノチューブの導電チャンネルを形成する。配向型のカーボンナノチューブフィルム１１２の厚さの方向に一本のカーボンナノチューブ１１２２のみを含む。即ち、カーボンナノチューブフィルム１１２の厚さがカーボンナノチューブ１１２２の直径によって決められる。カーボンナノチューブの直径が１ナノメートル〜１０ナノメートルである。配向型のカーボンナノチューブフィルム１１２の厚さが１ナノメートル〜１０ナノメートルである。好ましくは、カーボンナノチューブ１１２２が単層カーボンナノチューブであり、直径が１ナノメートル〜５ナノメートルであり、長さが１００ナノメートル〜１ミリメートルである。

図９を参照すると、ある実施例において、非配向型のカーボンナノチューブフィルムは、ランダムに配列された複数のカーボンナノチューブを含み、カーボンナノチューブが半導体型のカーボンナノチューブであり、直径が１ナノメートル〜５０ナノメートルである。非配向型のカーボンナノチューブフィルムの厚さが１ナノメートル〜１００ナノメートルである。ある実施例において、非配向型のカーボンナノチューブフィルムは、溶液でカーボンナノチューブを浸した後、沈積することによって獲得することができる。具体的には、カーボンナノチューブ粉末を分散剤に分散し、分散液を形成する。カーボンナノチューブ粉末は、半導体型のカーボンナノチューブを含み、半導体型のカーボンナノチューブの質量百分率が８０％以上であり、分散剤がＮＭＰ又はトルエンなどの有機溶剤である。次に、目標基板を分散液に浸し、カーボンナノチューブが目標基板の表面に沈積して、非配向型のカーボンナノチューブネットワークフィルムを形成する。本実施例において、目標基板は第一電極１０４が形成された絶縁基板１０２であり、カーボンナノチューブが第一電極１０４の表面及び絶縁基板１０２の表面に沈積して、カーボンナノチューブフィルムを形成する。その後、カーボンナノチューブフィルムの第一電極１０４から離れる端部に第二電極１０６を形成することによって、図１に示すような構造を獲得することができる。カーボンナノチューブフィルムが半導体構造１０８である。

もう一つの実施例において、カーボンナノチューブフィルムがインクジェットプリンタによって形成される。インクジェットプリンタとは、分散剤に分散されたカーボンナノチューブ粉末をインクに製造し、インクを利用して、カーボンナノチューブネットワークチャンネルを直接に印刷する。これによって、カーボンナノチューブフィルムを獲得する。本実施例において、第一電極１０４が形成された絶縁基板１０２にインクを直接に印刷し、カーボンナノチューブフィルムを形成する。他の実施例において、カーボンナノチューブフィルムは、ＣＶＤ法によって成長し、獲得されたカーボンナノチューブネットワークであり、ＣＶＤ法が金属を触媒とする。触媒とする金属は、鉄、鈷、ニッケル、それらの合金及び塩類などを含む。カーボン素源は、アセチレン、エチレン、メタン、一酸化炭素、アルコール、イソプロピルアルコールなどの気体又は液体であり、エチレンを選択することが好ましい。

配向型のカーボンナノチューブフィルムは、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムであってもよい。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブからなり、半導体型のカーボンナノチューブの質量百分率が８０％以上である。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおける大多数のカーボンナノチューブは、分子間力で端と端が接続されている。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄａｒｒａｙｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）から引き出して得られ、自立構造を有したものである。カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブフィルムを引き出す方向に沿って、且つ、同じ方向に沿って配列されている。微視的には、カーボンナノチューブフィルムにおいて、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブ以外に、同じ方向に沿っておらずランダムな方向を向いたカーボンナノチューブも存在している。ここで、ランダムな方向を向いたカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブと比べて、割合は小さい。従って、ランダムな方向を向いたカーボンナノチューブは、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおける大多数のカーボンナノチューブの配列方向に顕著な影響をもたらさない。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを独立して利用することができるという形態である。

配向型のカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムであってもよい。プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムは、均一的に分布された複数のカーボンナノチューブからなる。半導体型のカーボンナノチューブの質量百分率が８０％以上である。単一のプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。好ましくは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、互いに重複し、分子間力で相互に引き合い、接続するので、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムは、シート状の自立構造である。プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムは、優れた柔軟性を有するので、任意の形状に湾曲でき、破裂しない。

プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけてカーボンナノチューブアレイを押し、カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成されたものである。プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、押し器具の形状及びカーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブとプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。圧力が大きくなるほど、傾斜の程度が大きくなり、角度αが小さくなる。プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの長さ及び幅が制限されない。プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムは、複数の微孔を含み、微孔が均一的に規則的にプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムに分布され、微孔の直径が１ナノメートル〜０．５ミリメートルである。

本発明のショットキーダイオード１００が特別非対称構造である。即ち、第一電極１０４が半導体構造１０８の上方に設置され、第二電極１０６が半導体構造１０８の下方に設置される。半導体構造１０８がＰ型の半導体それともＮ型の半導体であっても、半導体構造１０８が電極の上方にあるショットキーバリアは、半導体構造１０８が電極の下方にあるショットキーバリアより大きい。従って、本発明のショットキーダイオードは、特別非対称構造を有するので、簡単である半導体材料を採用しても、性能が優れたショットキーダイオードが形成でき、複雑である化学ドーピング法が必要はなく、多種類の材料を採用するヘテロ接合法が必要はない。本実施例において、半導体構造１０８がＰ型の半導体を採用するショットキーダイオード（即ち、Ｐ型のショットキーダイオード）に対して、半導体構造１０８の上方に設置された第一電極１０４から半導体構造１０８の下方に設置された第二電極１０６に流れる電流は、半導体構造１０８の下方に設置された第二電極１０６から半導体構造１０８の上方に設置された第一電極１０４に流れる電流より大きいので、電流が第一電極１０４から第二電極１０６に流れる時に、ショットキーダイオードがオン状態になり、電流が第二電極１０６から第一電極１０４に流れる時に、ショットキーダイオードがオフ状態になる。半導体構造１０８がＮ型の半導体を採用するショットキーダイオード（即ち、Ｎ型のショットキーダイオード）に対して、半導体構造１０８の下方に設置された第二電極１０６から半導体構造１０８の上方に設置された第一電極１０４に流れる電流は、半導体構造１０８の上方に設置された第一電極１０４から半導体構造１０８の下方に設置された第二電極１０６に流れる電流より大きいので、電流が第二電極１０６から第一電極１０４に流れる時に、ショットキーダイオードがオン状態になり、電流が第一電極１０４から第二電極１０６に流れる時に、ショットキーダイオードがオフ状態になる。上記現象は、電子と正孔が移動して形成された電流の向きが異なるので、引き起こされる。電子がＰ型の半導体での運動規律及び大きさが方向との関係は、電子がＮ型の半導体での運動規律及び大きさが方向との関係と、類似するが、定義された電流の向きが正孔の移動方向と同じであり、電子の移動方向と相反するので、Ｐ型の半導体とＮ型の半導体は、電流の大きさ及び規律が異なる。

図１０は、本発明の実施例のショットキーダイオードのバイアス電圧と電流の曲線図である。本実施例において、二硫化モリブデンのナノフィルムを半導体構造とする。図１０から、ショットキーダイオードが優れた方向性を有して、順方向電圧と逆方向電圧との比が１０^４に達することができることが分かる。

本発明のショットキーダイオードが以下の利点を有する。第一に、ショットキーダイオードは、特別非対称構造で設置されるので、簡単である半導体材料を採用しても、整流効果が優れたショットキーダイオードが形成でき、順方向電圧と逆方向電圧との比が１０^４に達することができる。第二に、半導体構造の材料が簡単であり、製造方法が容易であり、ショットキーダイオードのコストを低減でき、大規模に製造できる。

図１１、図１２又は図１３を参照すると、本発明の第二実施例は、ショットキーダイオード２００を提供する。ショットキーダイオード２００は、第一電極２０４、第二電極２０６及び半導体構造２０８を含む。半導体構造２０８は、第一端部２０８２及び第一端部２０８２と対向して設置された第二端部２０８４を含み、第一端部２０８２が第一電極２０４と接触して、第二端部２０８４が第二電極２０６と接触する。第一電極２０４が第一金属層２０４ａ及び第二金属層２０４ｂを含み、第一金属層２０４ａが第二金属層２０４ｂに設置され、第二金属層２０４ｂの一つの端部が第一金属層２０４ａから露出して、第一金属層２０４ａの側面と第二金属層２０４ｂの上表面に階段構造体２１２を形成させる。第二電極２０６が第三金属層２０６ａ及び第四金属層２０６ｂを含み、第三金属層２０６ａが第四金属層２０６ｂに設置され、第三金属層２０６ａの一つの端部が第四金属層２０６ｂから伸出して、第三金属層２０６ａの下表面と第四金属層２０６ｂの側面に反方向階段構造体２１４を形成させる。半導体構造２０８の第一端部２０８２は、半導体構造２０８が第一金属層２０４ａ及び第二金属層２０４ｂに挟まれた部分である。半導体構造２０８の第二端部２０８４は、半導体構造２０８が第三金属層２０６ａ及び第四金属層２０６ｂに挟まれた部分である。第一端部２０８２と第二端部２０８４との間の半導体構造２０８が中間部（図示せず）である。階段構造体２１２及び反方向階段構造体２１４がそれぞれ半導体構造２０８の第一端部２０８２と第二端部２０８４との間に位置して、半導体構造２０８の中間部に接近する位置にある。図１１、図１２又は図１３から、半導体構造２０８の中間部は、第一電極２０４の階段構造体２１２から第二電極２０６の反方向階段構造体２１４に延伸することが分かる。

第一電極２０４、第二電極２０６の材料は、第一実施例の第一電極１０４、第二電極１０６の材料と同じである。

半導体構造２０８の構造及び材料は、第一実施例の半導体構造１０８の構造及び材料と同じである。

ショットキーダイオード２００が更に絶縁基板２０２を含む。絶縁基板２０２は、第一電極２０４、第二電極２０６及び半導体構造２０８を支持することに用いられる。絶縁基板２０２の構造が制限されず、平面を有する板状の構造である。ショットキーダイオード２００が絶縁基板２０２の表面に設置される。図１４を参照すると、絶縁基板２０２が凹溝を有する基板であり、ショットキーダイオード２００の第一電極２０４の第二金属層２０４ｂ及び第二電極２０６の第四金属層２０６ｂが絶縁基板２０２の内部に嵌め込まれ、第二金属層２０４ｂ、第四金属層２０６ｂ及び絶縁基板２０２の表面を同一表面に位置させる。半導体構造２０８が上記表面に設置される。

ショットキーダイオード２００の他の構造及び特徴は、第一実施例のショットキーダイオード１００の構造及び特徴と同じである。

本発明の実施例は、ショットキーダイオード２００の製造方法を提供する。ショットキーダイオード２００の製造方法は、下記のステップを含む。

絶縁基板２０２を提供し、絶縁基板２０２に第二金属層２０４ｂ及び第四金属層２０６ｂが形成され、第二金属層２０４ｂ及び第四金属層２０６ｂが間隔をあけて設置される。

第二金属層２０４ｂ、第四金属層２０６ｂ及び絶縁基板２０２に半導体構造２０８を形成して、半導体構造２０８が第一端部２０８２及び第一端部２０８２と対向して設置された第二端部２０８４を含み、第一端部２０８２を第二金属層２０４ｂの上表面に設置し、第二端部２０８４を第四金属層２０６ｂの上表面に設置し、半導体構造２０８の第一端部２０８２と第二端部２０８４との間の中間部を絶縁基板２０２の表面に設置する。

半導体構造２０８の第一端部２０８２の上表面に第一金属層２０４ａを形成して、半導体構造２０８の第一端部２０８２が第一金属層２０４ａ及び第二金属層２０４ｂに挟まれ、第一金属層２０４ａの側面と第二金属層２０４ｂの上表面に階段構造体２１２を形成する。

半導体構造２０８の第二端部２０８４の上表面に第三金属層２０６ａを形成して、半導体構造２０８の第二端部２０８４が第三金属層２０６ａ及び第四金属層２０６ｂに挟まれ、第三金属層２０６ａの下表面と第四金属層２０６ｂの側面に反方向階段構造体２１４を形成して、階段構造体２１２及び反方向階段構造体２１４が半導体構造２０８の第一端部２０８２と第二端部２０８４との間に位置して、半導体構造２０８の中間部が階段構造体２１２から反方向階段構造体２１４に延伸する。

第一金属層２０４ａ、第二金属層２０４ｂ、第三金属層２０６ａ及び第四金属層２０６ｂがフォトエッチング法によって形成される。

図１５を参照すると、本発明の実施例は、更にショットキーダイオードアレイ２０を提供する。ショットキーダイオードアレイ２０は、絶縁基板２０２及び複数のショットキーダイオードユニット２１０を含む。ショットキーダイオードユニット２１０は、絶縁基板２０２の表面に均一的に分布される。ショットキーダイオードユニット２１０は、本発明の第二実施例のショットキーダイオード２００と同じである。

図１６を参照すると、本発明の第三実施例は、薄膜トランジスタ３００を提供する。薄膜トランジスタ３００は、ゲート電極３０２、絶縁誘電層３０４及び少なくとも一つのショットキーダイオードユニット１１０を含む。

前記ゲート電極３０２が導電フィルムであり、導電フィルムの厚さが０．５ナノメートル〜１００ナノメートルである。導電フィルムの材料は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルム、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、銀ペースト、導電重合体又は導電カーボンナノチューブなどである。金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウムなどである。合金は、上記金属の合金である。本実施例において、ゲート電極３０２の材料は、パラジウムフィルムであり、その厚さが５０ナノメートルである。

絶縁誘電層３０４が支持作用及び絶縁作用を果たして、その材料は、ガラス、石英、セラミック、ダイヤモンド及び酸化物などの硬性の材料又はプラスチック及び樹脂などの柔らかな材料である。本実施例において、絶縁誘電層３０４は、ＡＬＤ法によって成長された酸化アルミニウムフィルムであり、厚さが２０ナノメートルである。薄膜トランジスタ３００が複数のショットキーダイオードユニット１１０を含む時に、絶縁誘電層３０４も大規模集積回路の基板を採用してもよく、且つ複数のショットキーダイオードユニット１１０が予定の規律又はパターンどおりに、同一絶縁誘電層３０４に集積され、薄膜トランジスタパネル又は他の薄膜トランジスタの半導体部品が形成される。絶縁誘電層３０４の形状が制限されず、平面を有する板状の構造であってもよく、ショットキーダイオードユニット１１０が絶縁誘電層の表面に設置される。絶縁誘電層３０４は、凹溝を有する基板であってもよく、ショットキーダイオードユニット１１０の第一電極及び第二電極が絶縁誘電層３０４の内部に嵌め込まれ、第一電極１０４、第二電極１０６及び絶縁誘電層３０４の表面を同一表面に位置させる。

ショットキーダイオードユニット１１０は、第一実施例のショットキーダイオード１００と同じであるので、ここで詳しく説明しない。

ある実施例において、Ｐ型のカーボンナノチューブを半導体構造１０８とする。第一電極１０４に-１Ｖのバイアス電圧を印加して、異なる電圧でゲート電極３０２を走査する時に、獲得した電流及び電圧の曲線図が図１７のＩ_１に示すようになる。第二電極１０６に-１Ｖのバイアス電圧を印加して、異なる電圧でゲート電極３０２を走査する時に、獲得した電流及び電圧の曲線図が図１７のＩ_２に示すようになる。図１７から、薄膜トランジスタ３００がオン状態になる時に、半導体構造１０８の上方に位置する第一電極１０４から、半導体構造１０８の下方に位置する第二電極１０６に流れる電流は、半導体構造１０８の下方に位置する第二電極１０６から半導体構造１０８の上方に位置する第一電極１０４に流れる電流より大きく、即ち、Ｉ_１がＩ_２より大きいことが分かる。

他の実施例において、薄膜トランジスタ３００が複数のショットキーダイオードユニット１１０を含む時に、複数のショットキーダイオードユニット１１０が絶縁誘電層３０４の表面に間隔をあけて分布される。

図１８を参照すると、本発明の第四実施例が薄膜トランジスタ４００を提供する。薄膜トランジスタ４００は、ゲート電極４０２、絶縁誘電層４０４及び少なくとも一つのショットキーダイオードユニット２１０を含む。ゲート電極４０２が第三実施例のゲート電極３０２と同じである。絶縁誘電層４０４が第三実施例の絶縁誘電層４０４と同じである。ショットキーダイオードユニット２１０が第二実施例のショットキーダイオードユニット２１０と同じである。

絶縁誘電層４０４が平面を有する板状の構造であり、ショットキーダイオードユニット２１０が絶縁誘電層の表面に設置される。絶縁誘電層４０４は、凹溝を有する基板であってもよく、ショットキーダイオードユニット２１０の第一電極２０４の第二金属層２０４ｂ及び第二電極２０６の第四金属層２０６ｂが絶縁誘電層４０４の内部に嵌め込まれ、第二金属層２０４ｂ、第四金属層２０６ｂ及び絶縁誘電層４０４の表面を同一表面に位置させる。

ある実施例において、Ｐ型のカーボンナノチューブを半導体構造１０８とする。薄膜トランジスタ３００がオン状態になる時に、半導体構造１０８の上方に位置する第一電極１０４から、半導体構造１０８の下方に位置する第二電極１０６に流れる電流は、半導体構造１０８の下方に位置する第二電極１０６から半導体構造１０８の上方に位置する第一電極１０４に流れる電流より大きい。

１００、２００ショットキーダイオード
１０２、２０２絶縁基板
１０４、２０４第一電極
２０４ａ第一金属層
２０４ｂ第二金属層
１０６、２０６第二電極
２０６ａ第三金属層
２０６ｂ第四金属層
１０８、２０８半導体構造
１０８２、２０８２第一端部
１０８４、２０８４第二端部
１１０、２２０ショットキーダイオードユニット
１０、２０ショットキーダイオードアレイ
２１２階段構造体
２１４反方向階段構造体
３０４、４０４絶縁誘電層
３０２、４０２ゲート電極
３００、４００薄膜トランジスタ

Claims

第一電極、半導体構造及び第二電極を含むショットキーダイオードにおいて、
前記第一電極が第一金属層及び第二金属層を含み、前記第一金属層と前記第二金属層が積層して設置され、前記第一金属層の側面と前記第二金属層の上表面が階段構造体を形成し、
前記第二電極が第三金属層及び第四金属層を含み、前記第三金属層と前記第四金属層が積層して設置され、前記第三金属層の下表面と前記第四金属層の側面が反方向階段構造体を形成し、
前記半導体構造が前記第一電極と前記第二電極との間に設置され、前記半導体構造が第一端部、該第一端部と対向して設置された第二端部及び、前記第一端部と前記第二端部との間に位置する中間部を含み、前記半導体構造の第一端部が前記第一金属層と前記第二金属層に挟まれ、前記半導体構造の第二端部が前記第三金属層と前記第四金属層に挟まれ、前記階段構造体及び前記反方向階段構造体が前記半導体構造の第一端部と第二端部との間に位置して、前記半導体構造の中間部が前記階段構造体から前記反方向階段構造体に延伸して、前記半導体構造がナノスケールの半導体構造であることを特徴とするショットキーダイオード。
前記ナノスケールの半導体構造は、一次元の半導体線形材料又は二次元の半導体フィルムであることを特徴とする、請求項１に記載のショットキーダイオード。
前記半導体構造は、カーボンナノチューブ構造体であり、前記カーボンナノチューブ構造体が少なくとも一本カーボンナノチューブを含み、前記カーボンナノチューブ構造体における半導体型のカーボンナノチューブの質量百分率が８０％以上であることを特徴とする、請求項１に記載のショットキーダイオード。
絶縁基板及び該絶縁基板の表面に設置された複数のショットキーダイオードユニットを含み、前記複数のショットキーダイオードユニットがアレイの形式で前記絶縁基板の表面に配列され、前記各々のショットキーダイオードユニットが間隔をあけて設置されるショットキーダイオードアレイにおいて、
前記ショットキーダイオードユニットが第一電極、半導体構造及び第二電極を含み、
前記第一電極が第一金属層及び第二金属層を含み、前記第一金属層と前記第二金属層が積層して設置され、前記第一金属層の側面と前記第二金属層の上表面が階段構造体を形成し、
前記第二電極が第三金属層及び第四金属層を含み、前記第三金属層と前記第四金属層が積層して設置され、前記第三金属層の下表面と前記第四金属層の側面が反方向階段構造体を形成し、
前記半導体構造が前記第一電極と前記第二電極との間に設置され、前記半導体構造が第一端部、該第一端部と対向して設置された第二端部及び、前記第一端部と前記第二端部との間に位置する中間部を含み、前記半導体構造の第一端部が前記第一金属層と前記第二金属層に挟まれ、前記半導体構造の第二端部が前記第三金属層と前記第四金属層に挟まれ、前記階段構造体及び前記反方向階段構造体が前記半導体構造の第一端部と第二端部との間に位置して、前記半導体構造の中間部が前記階段構造体から前記反方向階段構造体に延伸して、前記半導体構造がナノスケールの半導体構造であることを特徴とするショットキーダイオードアレイ。
絶縁基板を提供し、該絶縁基板に第二金属層及び第四金属層が形成され、前記第二金属層及び前記第四金属層が間隔をあけて設置されるステップと、
前記第二金属層、前記第四金属層及び前記絶縁基板に半導体構造を形成して、該半導体構造が第一端部及び該第一端部と対向して設置された第二端部を含み、前記半導体構造の第一端部を前記第二金属層の上表面に設置し、前記半導体構造の第二端部を前記第四金属層の上表面に設置し、前記半導体構造の第一端部と第二端部との間の中間部を前記絶縁基板の表面に設置するステップと、
前記半導体構造の第一端部の上表面に第一金属層を形成して、前記半導体構造の第一端部が前記第一金属層及び前記第二金属層に挟まれ、前記第一金属層の側面と前記第二金属層の上表面に階段構造体を形成するステップと、
前記半導体構造の第二端部の上表面に第三金属層を形成して、前記半導体構造の第二端部が第三金属層及び第四金属層に挟まれ、前記第三金属層の下表面と前記第四金属層の側面に反方向階段構造体を形成して、前記階段構造体及び前記反方向階段構造体が前記半導体構造の第一端部と第二端部との間に位置して、前記半導体構造の中間部が前記階段構造体から前記反方向階段構造体に延伸するステップと、
を含むことを特徴とするショットキーダイオードの製造方法。
前記第一金属層、前記第二金属層、前記第三金属層及び前記第四金属層がフォトエッチング法によって形成されることを特徴とする、請求項５に記載のショットキーダイオードの製造方法。