JP2019029365A

JP2019029365A - 半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP2019029365A
Application number: JP2017143501A
Authority: JP
Inventors: 秀幸實宝; Hideyuki Jippo
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2037-07-25
Also published as: JP6905188B2

Abstract

【課題】大きな拡散電位を得ることができる半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置１００には、グラフェンナノリボン１１０と、グラフェンナノリボン１１０の表面を修飾するガス分子１０９と、が含まれる。グラフェンナノリボン１１０には、第１の修飾基で端部が終端された第１の領域１１１ａと、第１の領域１１１ａにヘテロ接合し、第１の修飾基とは異なる第２の修飾基で端部が終端された第２の領域１１２と、が含まれる。【選択図】図９

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。

ＬＳＩの微細化の限界を克服するための材料として、電荷の移動度が極めて高い２次元材料であるグラフェンが注目されている。グラフェンは、室温でも１００，０００ｃｍ²／Ｖｓ程度の高い移動度を持ち、更に電子、ホールの移動度に差が無いことから、将来の電子デバイスにおけるチャネル材料として期待されている。しかし、バンドギャップがないため、そのままではオン・オフ比が小さく、スイッチング素子としての利用は難しい。バンドギャップを形成するための様々な手法が提案されており、その１つとして、グラフェンをナノリボン化し、グラフェンナノリボン（ＧＮＲ）を作成することで、バンドギャップを形成する手法が提案されている。ＧＮＲはそのエッジを終端する修飾基によって電子状態を変調することが可能であるため、終端の修飾基が異なるＧＮＲを組み合わせることでヘテロ接合が実現できる。

しかしながら、終端の修飾基が異なるＧＮＲの組み合わせによるヘテロ接合の拡散電位は小さく、十分な特性を得ることができない。

特開２０１６−０９０５１０号公報特開２０１５−１９１９７５号公報特開２０１６−１９４４２４号公報特表２０１４−５０５５８０号公報

J. Cai et al., Nature 466 (2010) 470

本発明の目的は、大きな拡散電位を得ることができる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。

半導体装置の一態様には、グラフェンナノリボンと、前記グラフェンナノリボンの表面を修飾するガス分子と、が含まれる。前記グラフェンナノリボンには、第１の修飾基で端部が終端された第１の領域と、前記第１の領域にヘテロ接合し、前記第１の修飾基とは異なる第２の修飾基で端部が終端された第２の領域と、が含まれる。

半導体装置の製造方法の一態様では、第１の修飾基で端部が終端された第１の領域と、前記第１の領域にヘテロ接合し、前記第１の修飾基とは異なる第２の修飾基で端部が終端された第２の領域と、を有するグラフェンナノリボンを形成し、前記グラフェンナノリボンの表面をガス分子で修飾する。

ガスセンサの一態様には、第１の修飾基で端部が終端された第１の領域と、前記第１の領域にヘテロ接合し、前記第１の修飾基とは異なる第２の修飾基で端部が終端された第２の領域と、を有するグラフェンナノリボンが含まれる。前記第１の領域及び前記第２の領域が露出している。

上記の半導体装置等によれば、適切なグラフェンナノリボンが含まれ、グラフェンナノリボンの表面がガス分子で修飾されるため、大きな拡散電位を得ることができる。

端部が修飾基Ｒであるグラフェンナノリボン（ＧＮＲ）の例を示す図である。修飾基Ｒの種類と、ＧＮＲの伝導帯の底及び価電子帯の頂上のエネルギーとの関係を示す図である。端部が修飾基Ｒ₁である第１の領域及び端部が修飾基Ｒ₂である第２の領域を含む複合ＧＮＲを示す図である。図３の複合ＧＮＲの表面をガス分子Ｘで修飾した構造を示す図である。Ｈ終端のＧＮＲにガス分子が吸着した場合のバンド構造を示す図である。Ｆ終端のＧＮＲにガス分子が吸着した場合のバンド構造を示す図である。図３の複合ＧＮＲの表面をガス分子Ｘで修飾した場合の電子状態を示す図である。拡散電位の変化に伴うｐｎ接合ダイオードの電流電圧特性の変化を示す図である。第１の実施形態に係る半導体装置を示す図である。第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。図１０Ａに引き続き、半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。第２の実施形態に係る半導体装置を示す図である。第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。図１２Ａに引き続き、半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。第３の実施形態に係る半導体装置を示す図である。第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。第４の実施形態に係るガスセンサを示す断面図である。第４の実施形態に係るガスセンサの製造方法を工程順に示す断面図である。第１の実施形態の変形例を示す図である。第２の実施形態の変形例を示す図である。第３の実施形態の変形例を示す図である。ｎ⁺ｐ^-ｐ⁺構造のトランジスタを示す断面図である。他のｎ⁺ｐ^-ｐ⁺構造のトランジスタを示す断面図である。ｐ⁺ｎ^-ｎ⁺構造のトランジスタを示す断面図である。

（グラフェンナノリボン（ＧＮＲ）の性質）
先ず、グラフェンの性質について説明する。図１に、端部が修飾基ＲであるＧＮＲの例を示す。図２に、修飾基Ｒの種類と、ＧＮＲの伝導帯の底及び価電子帯の頂上のエネルギーとの関係を示す。図２では、各ＧＮＲの真空準位を揃えている。ＧＮＲの構造としては、図１のようにダイマーラインの数が７個からなるアームチェアＧＮＲを想定した。

図３に、端部が修飾基Ｒ₁である第１の領域及び端部が修飾基Ｒ₂である第２の領域を含む複合ＧＮＲを示す。図３（ａ）は構造式を示し、図３（ｂ）は修飾基Ｒ₁がＨ（Ｈ終端）、修飾基Ｒ₂がＦ（Ｆ終端）の場合の電子状態を示す。拡散電位Ｖ_D0は、Ｈ終端の伝導帯の底とＦ終端の伝導帯の底とのエネルギー差である。Ｈ終端のＧＮＲのフェルミ準位がＦ終端のＧＮＲのフェルミ準位より浅いため、Ｈ終端の第１の領域がｐ型にドープされ、Ｆ終端の第２の領域がｎ型にドープされた構成と等価である。従って、ｐｎ接合が形成される。つまり、この複合ＧＮＲでは、第１の領域と第２の領域とが互いにヘテロ接合している。Ｆ終端のＧＮＲの代わりに例えばＣｌ終端のＧＮＲを用いても、両者のフェルミ準位は近いため、略同様のｐｎ接合が形成される。図２に示した異なる修飾基を持ったＧＮＲでは、厳密にいえばすべてフェルミ準位が異なるため、図２に示したいずれのＧＮＲの組み合わせによっても、ｐｎ接合が形成される。但し、フェルミ準位の差やバンドギャップの違いにより、ドーピングの度合いは異なり、一般的には元々のフェルミ準位の差が大きいほど、強くｐ型又はｎ型にドープされる。図２に示した例では、Ｆ終端又はＣｌ終端のＧＮＲと、ＮＨ₂終端のＧＮＲとの組み合わせにより、ドーピングの度合いが特に大きなｐｎ接合が形成される。

図４に、図３の複合ＧＮＲの表面をガス分子Ｘで修飾した構造を示す。図４（ａ）は複合ＧＮＲの厚さ方向から見た構造を示し、図４（ｂ）は厚さ方向に垂直な方向から見た構造を示す。ガス分子ＸはＧＮＲの面に垂直な方向に吸着している。

図５に、Ｈ終端のＧＮＲにガス分子が吸着した場合のバンド構造を示し、図６に、Ｆ終端のＧＮＲにガス分子が吸着した場合のバンド構造を示す。これらバンド構造は、第一原理計算により求められる。図５（ａ）及び図６（ａ）には、リファレンスとしてガス分子Ｘが吸着していない場合のバンド構造を示す。図５（ｂ）及び図６（ｂ）には、ガス分子Ｘが窒素分子（Ｎ₂）である場合のバンド構造を示し、図５（ｃ）及び図６（ｃ）には、ガス分子Ｘがアンモニア分子（ＮＨ₃）である場合のバンド構造を示し、図５（ｄ）及び図６（ｄ）には、ガス分子Ｘが二酸化窒素分子（ＮＯ₂）である場合のバンド構造を示す。図５に示すように、Ｈ終端のＧＮＲでは、ガス分子ＸがＮ₂又はＮＯ₂である場合、伝導帯の底及び価電子帯の頂上のエネルギー位置はほとんど変化しないが、ガス分子ＸがＮＨ₃である場合、伝導帯の底及び価電子帯の頂上が０．４ｅＶ程度上方にシフトする。図６に示すように、Ｆ終端のＧＮＲでは、ガス分子ＸがＮ₂又はＮＨ₃である場合、伝導帯の底及び価電子帯の頂上のエネルギー位置はほとんど変化しないが、ガス分子ＸがＮＯ₂である場合、伝導帯の底が０．３ｅＶ程度下方にシフトする。

図７に、図３の複合ＧＮＲの表面をガス分子Ｘで修飾した場合の電子状態を示す。図７（ａ）はガス分子ＸがＮＨ₃である場合の電子状態を示し、図７（ｂ）はガス分子ＸがＮＯ₂である場合の電子状態を示す。ガス分子ＸがＮＨ₃である場合、図７（ａ）に示すように、Ｈ終端の第１の領域では伝導帯の底及び価電子帯の頂上がΔＶ₁だけエネルギー上方にシフトするが、Ｆ終端の第２の領域では伝導帯の底及び価電子帯の頂上のエネルギー位置は変化しない。このため、拡散電位Ｖ_D1は拡散電位Ｖ_D0よりもΔＶ₁だけ大きくなる。ガス分子ＸがＮＯ₂である場合、図７（ｂ）に示すように、Ｈ終端の第１の領域では伝導帯の底及び価電子帯の頂上のエネルギー位置は変化しないが、Ｆ終端の第２の領域では伝導帯の底がΔＶ₂だけエネルギー下方にシフトする。このため、拡散電位Ｖ_D2は拡散電位Ｖ_D0よりもΔＶ₂だけ大きくなる。このように、図３の複合ＧＮＲの表面をＮＨ₃又はＮＯ₂で修飾することにより、拡散電位Ｖ_D0より大きい拡散電位Ｖ_D1又はＶ_D2が得られる。

図８に、拡散電位の変化に伴うｐｎ接合ダイオードの電流電圧特性の変化を示す。図８中の破線は、ガス分子で修飾されていない複合ＧＮＲ（拡散電位はＶ_D0）の特性を示し、実線は、ＮＨ₃で修飾された複合ＧＮＲ（拡散電位はＶ_D1）の特性を示す。図８に示すように、ＮＨ₃で修飾された複合ＧＮＲでは、逆バイアスが印加された場合の降伏電圧が上昇している。このことは、耐圧性能が向上し、リーク電流が減少することを意味する。

このように、端部の修飾基が相違し互いにヘテロ接合する領域をＧＮＲに設け、ＧＮＲの表面を所定のガス分子で修飾することで大きな拡散電位を得ることができ、半導体装置（電子デバイス）の性能を向上することができる。

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
次に、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、ｐｎｐ構造を備えたトランジスタに関する。図９は、第１の実施形態に係る半導体装置を示す図である。図９（ａ）は上面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。

図９に示すように、第１の実施形態に係る半導体装置１００には、上面に溝１０２が形成された基板１０１が含まれ、基板１０１上に溝１０２を塞ぐようにしてＧＮＲ１１０が設けられている。基板１０１は、例えば表面にシリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されたシリコン基板である。ＧＮＲ１１０には、Ｈ終端ＧＮＲ１１１ａ、Ｆ終端ＧＮＲ１１２及びＨ終端ＧＮＲ１１１ｂが含まれており、Ｆ終端ＧＮＲ１１２がＨ終端ＧＮＲ１１１ａ及びＨ終端ＧＮＲ１１１ｂに挟まれている。Ｈ終端ＧＮＲ１１１ａとＦ終端ＧＮＲ１１２との間にｐｎ接合が形成され、Ｈ終端ＧＮＲ１１１ｂとＦ終端ＧＮＲ１１２との間にｐｎ接合が形成されている。ＧＮＲ１１０の一部が溝１０２の上方にあり、ＧＮＲ１１０の溝１０２側の面がＮＨ₃又はＮＯ₂のガス分子で修飾されている。つまり、ＧＮＲ１１０の溝１０２側の面に修飾層１０９が設けられている。Ｈ終端ＧＮＲ１１１ａが第１の領域の一例であり、Ｆ終端ＧＮＲ１１２が第２の領域の一例であり、Ｈ終端ＧＮＲ１１１ｂが第３の領域の一例である。

Ｆ終端ＧＮＲ１１２上にゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６が設けられており、Ｈ終端ＧＮＲ１１１ａに接続されたソース電極１０７及びＨ終端ＧＮＲ１１１ｂに接続されたドレイン電極１０８が基板１０１上に設けられている。例えば、ゲート電極１０６、ソース電極１０７及びドレイン電極１０８は、それぞれ、Ｔｉ膜及びその上のＡｕ膜を含み、ゲート絶縁膜１０５はＨｆＯ₂膜を含む。

第１の実施形態に係る半導体装置１００では、Ｈ終端ＧＮＲ１１１ａ及び１１１ｂがｐ型半導体として機能し、Ｆ終端ＧＮＲ１１２がｎ型半導体として機能する。従って、半導体装置１００は、ｐｎｐ構造のトランジスタとして機能する。そして、ＧＮＲ１１０の表面がＮＨ₃又はＮＯ₂のガス分子で修飾されているため、大きな拡散電位が得られ、優れた性能が得られる。

ＧＮＲ１１０のサイズは限定されないが、短手方向の幅、つまり、チャネル幅は１０ｎｍ以下であることが好ましい。半導体の性質をより確実に得るためである。

次に、第１の実施形態に係る半導体装置１００の製造方法について説明する。図１０Ａ乃至図１０Ｂは、第１の実施形態に係る半導体装置１００の製造方法を工程順に示す断面図である。

先ず、図１０Ａ（ａ）に示すように、基板１０１に溝１０２を形成する。例えば、溝１０２はレーザ光の照射又はエッチングによって形成することができる。溝１０２は、ソース・ドレイン方向の長さがＧＮＲ１１０の長手方向の長さよりも小さく、その方向に垂直な方向の長さ（幅）がチャネル幅よりも小さくなるように形成することが好ましい。つまり、溝１０２は、長手方向のサイズがＧＮＲ１１０の長手方向のサイズよりも小さく、短手方向のサイズがＧＮＲ１１０の短手方向のサイズよりも小さくなるように形成することが好ましい。また、例えば、溝１０２の深さは１ｎｍ以上とすることが好ましい。

Ｈ終端ＧＮＲ１１１を別途準備しておき、図１０Ａ（ｂ）に示すように、溝１０２を塞ぐように基板１０１上にＨ終端ＧＮＲ１１１を設ける。ここで、Ｈ終端ＧＮＲ１１１を形成する方法の一例について説明する。この方法では、先ず、端部がＨで終端されたアントラセンダイマー前駆体を例えば１８０℃程度〜２５０℃程度に加熱したＡｕ（１１１）基板上又はＡｇ（１１１）基板上に蒸着する。このとき、ラジカル重合によりアントラセンダイマー前駆体が直線状に連結する。次いで、基板の温度を例えば３５０℃程度〜４５０℃程度に昇温して１０分間程度〜２０分間程度、温度を保持する。この結果、縮環反応により、０．７ｎｍ程度の均一な幅を有し、長手方向に沿ったエッジ構造がアームチェア型の端部がＨで終端されたアントラセンＧＮＲが形成される。このようにして、Ｈ終端ＧＮＲ１１１を形成することができる。この方法は、例えば非特許文献１に記載されている。アントラセンダイマーの代わりに、ペンタセンダイマー又はノナセンダイマー等を用いてもよい。

基板１０１上にＨ終端ＧＮＲ１１１を設ける際の雰囲気は、例えばＮＨ₃ガス雰囲気とする。雰囲気をＮＨ₃ガス雰囲気とすることで、溝１０２内のＮＨ₃分子がＨ終端ＧＮＲ１１１に吸着し、修飾層１０９が形成される。雰囲気をＮＯ₂ガス雰囲気とした場合は、ＮＯ₂の修飾層１０９が形成される。溝１０２の深さが１ｎｍ以上であれば、修飾層１０９を形成しやすい。

基板１０１上にＨ終端ＧＮＲ１１１を設けた後、図１０Ａ（ｃ）に示すように、Ｈ終端ＧＮＲ１１１のＦ終端ＧＮＲ１１２を形成する予定の領域を露出する開口部１２２を備え、Ｈ終端ＧＮＲ１１１の他の領域を覆うレジストマスク１２１を形成する。レジストマスク１２１の形成に際しては、Ｈ終端ＧＮＲ１１１を覆うように基板１０１上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりパターニングする。このようにして、開口部１２２を備えたレジストマスク１２１が形成される。

次いで、フッ素雰囲気中で基板１０１と共にＨ終端ＧＮＲ１１１を加熱することで、開口部１２２から露出するＨ終端ＧＮＲ１１１の中央部分をフッ化する。この結果、図１０Ｂ（ｄ）に示すように、Ｈ終端ＧＮＲ１１１の中央部分にＦ終端ＧＮＲ１１２が形成されると共に、その一方側にＨ終端ＧＮＲ１１１ａが得られ、他方側にＨ終端ＧＮＲ１１１ｂが得られる。このようにして、Ｈ終端ＧＮＲ１１１ａ、Ｆ終端ＧＮＲ１１２及びＨ終端ＧＮＲ１１１ｂがこの順に並んでヘテロ接合したＧＮＲ１１０が形成される。

その後、図１０Ｂ（ｅ）に示すように、レジストマスク１２１を除去する。レジストマスク１２１は、例えば、アッシング処理又はウェット処理により除去することができる。続いて、Ｆ終端ＧＮＲ１１２上にゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６を形成する。ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６は、例えばリフトオフ法により形成することができる。例えば、ＧＮＲ１１０を覆うように基板１０１上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりＦ終端ＧＮＲ１１２を露出する形状にパターニングする。次いで、スパッタ法等により、全面にＡｌを１ｎｍ程度に薄く堆積し、このＡｌをシード層として原子層堆積（atomic layer deposition：ＡＬＤ）法により絶縁物、例えばＨｆＯ₂を堆積する。その後、ＨｆＯ₂等の絶縁物の上に、蒸着法又はスパッタ法により金属、例えばＴｉ及びＡｕを堆積する。そして、レジストマスク並びにその上に堆積した絶縁物及び金属を除去する。このようにして、絶縁物のゲート絶縁膜１０５、及び金属のゲート電極１０６が形成される。

次いで、図１０Ｂ（ｆ）に示すように、Ｈ終端ＧＮＲ１１１ａに接続されるソース電極１０７及びＨ終端ＧＮＲ１１１ｂに接続されるドレイン電極１０８を基板１０１上に形成する。ソース電極１０７及びドレイン電極１０８は、例えばリフトオフ法により形成することができる。例えば、ＧＮＲ１１０を覆うように基板１０１上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりソース電極１０７及びドレイン電極１０８を形成する予定の領域を露出する形状にパターニングする。次いで、蒸着法又はスパッタ法により金属、例えばＴｉ及びＡｕを全面に堆積する。そして、レジストマスク及びその上に堆積した金属を除去する。このようにして、金属のソース電極１０７及びドレイン電極１０８が形成される。

このようにして、半導体装置１００を製造することができる。その後に、配線及びパッシベーション膜等を形成してもよい。

第１の実施形態に係る半導体装置１００はｐｎｐ構造を有するが、ｎｐｎ構造としてもよい。ｎｐｎ構造を得るには、例えばＧＮＲの中央部分をＨ終端ＧＮＲとし、ＧＮＲの両端部分をＦ終端ＧＮＲとし、これらをヘテロ接合すればよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、ｐ⁺ｉｎ⁺構造を備えたトランジスタに関する。図１１は、第２の実施形態に係る半導体装置を示す図である。図１１（ａ）は上面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。

図１１に示すように、第２の実施形態に係る半導体装置２００には、上面に溝１０２が形成された基板１０１が含まれ、基板１０１上に溝１０２を塞ぐようにしてＧＮＲ２１０が設けられている。基板１０１は、例えば表面にシリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されたシリコン基板である。ＧＮＲ２１０には、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１、Ｈ終端ＧＮＲ２１３及びＦ終端ＧＮＲ２１２が含まれており、Ｈ終端ＧＮＲ２１３がＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１及びＦ終端ＧＮＲ２１２に挟まれている。ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１とＨ終端ＧＮＲ２１３との間にヘテロ接合が形成され、Ｈ終端ＧＮＲ２１３とＦ終端ＧＮＲ２１２との間にヘテロ接合が形成されている。ＧＮＲ２１０の一部が溝１０２の上方にあり、ＧＮＲ２１０の溝１０２側の面がＮＨ₃又はＮＯ₂のガス分子で修飾されている。つまり、ＧＮＲ２１０の溝１０２側の面に修飾層２０９が設けられている。ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１が第１の領域の一例であり、Ｈ終端ＧＮＲ２１３が第２の領域の一例であり、Ｆ終端ＧＮＲ２１２が第３の領域の一例である。

Ｈ終端ＧＮＲ２１３上にゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６が設けられており、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１に接続されたソース電極１０７及びＦ終端ＧＮＲ２１２に接続されたドレイン電極１０８が基板１０１上に設けられている。例えば、ゲート電極１０６、ソース電極１０７及びドレイン電極１０８は、それぞれ、Ｔｉ膜及びその上のＡｕ膜を含み、ゲート絶縁膜１０５はＨｆＯ₂膜を含む。

第２の実施形態に係る半導体装置２００では、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１がｐ型半導体として機能し、Ｈ終端ＧＮＲ２１３がｉ型半導体として機能し、Ｆ終端ＧＮＲ２１２がｎ型半導体として機能する。従って、半導体装置２００は、ｐ⁺ｉｎ⁺構造のトランジスタとして機能する。そして、ＧＮＲ２１０の表面がＮＨ₃又はＮＯ₂のガス分子で修飾されているため、大きな拡散電位が得られ、優れた性能が得られる。

ＧＮＲ２１０のサイズは限定されないが、短手方向の幅、つまり、チャネル幅は１０ｎｍ以下であることが好ましい。半導体の性質をより確実に得るためである。

次に、第２の実施形態に係る半導体装置２００の製造方法について説明する。図１２Ａ乃至図１２Ｂは、第２の実施形態に係る半導体装置２００の製造方法を工程順に示す断面図である。

先ず、図１２Ａ（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、基板１０１に溝１０２を形成する。溝１０２は、長手方向のサイズがＧＮＲ２１０の長手方向のサイズよりも小さく、短手方向のサイズがＧＮＲ２１０の短手方向のサイズよりも小さくなるように形成することが好ましい。また、例えば、溝１０２の深さは１ｎｍ以上とすることが好ましい。ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１を別途準備しておき、図１２Ａ（ａ）に示すように、溝１０２を塞ぐように基板１０１上にＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１を設ける。ここで、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１を形成する方法の一例について説明する。この方法では、端部がＨで終端されたアントラセンダイマー前駆体に代えて、端部がＮＨ₂で終端されたアントラセンダイマー前駆体を用い、第１の実施形態と同様の熱処理を行う。この結果、縮環反応により、０．７ｎｍ程度の均一な幅を有し、長手方向に沿ったエッジ構造がアームチェア型の端部がＮＨ₂で終端されたアントラセンＧＮＲが形成される。このようにして、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１を形成することができる。アントラセンダイマーの代わりに、ペンタセンダイマー又はノナセンダイマー等を用いてもよい。

基板１０１上にＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１を設ける際の雰囲気は、例えばＮＨ₃ガス雰囲気とする。雰囲気をＮＨ₃ガス雰囲気とすることで、溝１０２内のＮＨ₃分子がＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１に吸着し、修飾層２０９が形成される。雰囲気をＮＯ₂ガス雰囲気とした場合は、ＮＯ₂の修飾層２０９が形成される。溝１０２の深さが１ｎｍ以上であれば、修飾層２０９を形成しやすい。

基板１０１上にＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１を設けた後、図１２Ａ（ｂ）に示すように、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１のＦ終端ＧＮＲ２１２を形成する予定の領域を露出する開口部２２２を備え、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１の他の領域を覆うレジストマスク２２１を形成する。レジストマスク２２１の形成に際しては、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１を覆うように基板１０１上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりパターニングする。このようにして、開口部２２２を備えたレジストマスク２２１が形成される。

次いで、フッ素雰囲気中で基板１０１と共にＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１を加熱することで、開口部２２２から露出するＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１の一部をフッ化する。この結果、図１２Ａ（ｃ）に示すように、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１の一部にＦ終端ＧＮＲ２１２が形成される。

その後、図１２Ａ（ｄ）に示すように、レジストマスク２２１を除去する。レジストマスク２２１は、例えば、アッシング処理又はウェット処理により除去することができる。続いて、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１のＨ終端ＧＮＲ２１３を形成する予定の領域を露出する開口部２２４を備え、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１の他の領域を覆うレジストマスク２２３を形成する。Ｆ終端ＧＮＲ２１２はレジストマスク２２３から露出していてもよく、レジストマスク２２３により覆われてもよい。レジストマスク２２３の形成に際しては、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１及びＦ終端ＧＮＲ２１２を覆うように基板１０１上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりパターニングする。このようにして、開口部２２４を備えたレジストマスク２２３が形成される。

次に、水素雰囲気中で基板１０１と共にＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１を加熱することで、開口部２２４から露出するＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１の一部の端部のＮＨ₂をＨで置換する。この結果、図１２Ｂ（ｅ）に示すように、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１の一部にＨ終端ＧＮＲ２１３が形成される。Ｆ終端ＧＮＲ２１２はＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１よりも熱に対して安定であるため、Ｆ終端ＧＮＲ２１２の構造は殆ど変化しない。このようにして、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１、Ｈ終端ＧＮＲ２１３及びＦ終端ＧＮＲ２１２がこの順に並んでヘテロ接合したＧＮＲ２１０が形成される。

その後、図１２Ｂ（ｆ）に示すように、レジストマスク２２３を除去する。レジストマスク２２３は、例えば、アッシング処理又はウェット処理により除去することができる。続いて、Ｈ終端ＧＮＲ２１３上にゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６を形成する。ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６は、第１の実施形態と同様に、リフトオフ法により形成することができる。

次いで、図１２Ｂ（ｇ）に示すように、ＮＨ₂終端ＧＮＲ２１１に接続されるソース電極１０７及びＦ終端ＧＮＲ２１２に接続されるドレイン電極１０８を基板１０１上に形成する。ソース電極１０７及びドレイン電極１０８は、第１の実施形態と同様に、リフトオフ法により形成することができる。

このようにして、半導体装置２００を製造することができる。その後に、配線及びパッシベーション膜等を形成してもよい。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、ｐｎ接合ダイオードに関する。図１３は、第３の実施形態に係る半導体装置を示す図である。図１３（ａ）は上面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。

図１３に示すように、第３の実施形態に係る半導体装置３００には、上面に溝１０２が形成された基板１０１が含まれ、基板１０１上に溝１０２を塞ぐようにしてＧＮＲ３１０が設けられている。基板１０１は、例えば表面にシリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されたシリコン基板である。ＧＮＲ３１０には、Ｈ終端ＧＮＲ３１１及びＦ終端ＧＮＲ３１２が含まれており、Ｈ終端ＧＮＲ３１１とＦ終端ＧＮＲ３１２との間にｐｎ接合が形成されている。ＧＮＲ３１０の一部が溝１０２の上方にあり、ＧＮＲ３１０の溝１０２側の面がＮＨ₃又はＮＯ₂のガス分子で修飾されている。つまり、ＧＮＲ３１０の溝１０２側の面に修飾層３０９が設けられている。Ｈ終端ＧＮＲ３１１が第１の領域の一例であり、Ｆ終端ＧＮＲ３１２が第２の領域の一例である。

Ｈ終端ＧＮＲ３１１に接続されたアノード電極３０７及びＦ終端ＧＮＲ３１２に接続されたカソード電極３０８が基板１０１上に設けられている。例えば、アノード電極３０７及びカソード電極３０８は、それぞれ、Ｔｉ膜及びその上のＡｕ膜を含む。

第３の実施形態に係る半導体装置３００では、Ｈ終端ＧＮＲ３１１がｐ型半導体として機能し、Ｆ終端ＧＮＲ３１２がｎ型半導体として機能する。従って、半導体装置３００は、ｐｎ接合ダイオードとして機能する。そして、ＧＮＲ３１０の表面がＮＨ₃又はＮＯ₂のガス分子で修飾されているため、大きな拡散電位が得られ、優れた性能が得られる。

ＧＮＲ３１０のサイズは限定されないが、短手方向の幅は１０ｎｍ以下であることが好ましい。半導体の性質をより確実に得るためである。

次に、第３の実施形態に係る半導体装置３００の製造方法について説明する。図１４は、第３の実施形態に係る半導体装置３００の製造方法を工程順に示す断面図である。

先ず、図１４（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、基板１０１に溝１０２を形成する。溝１０２は、長手方向のサイズがＧＮＲ３１０の長手方向のサイズよりも小さく、短手方向のサイズがＧＮＲ３１０の短手方向のサイズよりも小さくなるように形成することが好ましい。また、例えば、溝１０２の深さは１ｎｍ以上とすることが好ましい。Ｈ終端ＧＮＲ３１１を別途準備しておき、図１４（ａ）に示すように、溝１０２を塞ぐように基板１０１上にＨ終端ＧＮＲ３１１を設ける。Ｈ終端ＧＮＲ３１１はＨ終端ＧＮＲ１１１と同様の方法で形成することができる。

基板１０１上にＨ終端ＧＮＲ３１１を設ける際の雰囲気は、例えばＮＨ₃ガス雰囲気とする。雰囲気をＮＨ₃ガス雰囲気とすることで、溝１０２内のＮＨ₃分子がＨ終端ＧＮＲ３１１に吸着し、修飾層３０９が形成される。雰囲気をＮＯ₂ガス雰囲気とした場合は、ＮＯ₂の修飾層３０９が形成される。溝１０２の深さが１ｎｍ以上であれば、修飾層３０９を形成しやすい。

基板１０１上にＨ終端ＧＮＲ３１１を設けた後、図１４（ｂ）に示すように、Ｈ終端ＧＮＲ３１１のＦ終端ＧＮＲ３１２を形成する予定の領域を露出する開口部３２２を備え、Ｈ終端ＧＮＲ３１１の他の領域を覆うレジストマスク３２１を形成する。レジストマスク３２１の形成に際しては、Ｈ終端ＧＮＲ３１１を覆うように基板１０１上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりパターニングする。このようにして、開口部３２２を備えたレジストマスク３２１が形成される。

次いで、フッ素雰囲気中で基板１０１と共にＨ終端ＧＮＲ３１１を加熱することで、開口部３２２から露出するＨ終端ＧＮＲ３１１の一部をフッ化する。この結果、図１４（ｃ）に示すように、Ｈ終端ＧＮＲ３１１の一部にＦ終端ＧＮＲ３１２が形成される。このようにして、Ｈ終端ＧＮＲ３１１及びＦ終端ＧＮＲ３１２が互いに接合したＧＮＲ３１０が形成される。

その後、図１４（ｄ）に示すように、レジストマスク３２１を除去する。レジストマスク３２１は、例えば、アッシング処理又はウェット処理により除去することができる。続いて、Ｈ終端ＧＮＲ３１１に接続されるアノード電極３０７及びＦ終端ＧＮＲ３１２に接続されるカソード電極３０８を基板１０１上に形成する。アノード電極３０７及びカソード電極３０８は、ソース電極１０７及びドレイン電極１０８と同様に、リフトオフ法により形成することができる。

このようにして、半導体装置３００を製造することができる。その後に、配線及びパッシベーション膜等を形成してもよい。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、ｎｐｎ構造を備えたガスセンサに関する。図１５は、第４の実施形態に係るガスセンサを示す断面図である。

図１５（ａ）に示すように、第４の実施形態に係るガスセンサ４００には、基板４０１上に設けられたＧＮＲ４１０が含まれる。基板４０１は、例えば表面にシリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されたシリコン基板である。ＧＮＲ４１０には、Ｆ終端ＧＮＲ４１２ａ、Ｈ終端ＧＮＲ４１１及びＦ終端ＧＮＲ４１２ｂが含まれており、Ｈ終端ＧＮＲ４１１がＦ終端ＧＮＲ４１２ａ及びＦ終端ＧＮＲ４１２ｂに挟まれている。Ｈ終端ＧＮＲ４１１とＦ終端ＧＮＲ４１２ａとの間にｐｎ接合が形成され、Ｈ終端ＧＮＲ４１１とＦ終端ＧＮＲ４１２ｂとの間にｐｎ接合が形成されている。

Ｆ終端ＧＮＲ４１２ａに接続された電極４０７及びＦ終端ＧＮＲ４１２ｂに接続された電極４０８が基板４０１上に設けられている。例えば、電極４０７及び４０８は、それぞれ、Ｔｉ膜及びその上のＡｕ膜を含む。

第４の実施形態に係るガスセンサ４００では、Ｆ終端ＧＮＲ４１２ａ及び４１２ｂがｎ型半導体として機能し、Ｈ終端ＧＮＲ４１１がｐ型半導体として機能する。また、ＧＮＲ４１０が露出しているため、ＧＮＲ４１０にガス分子が吸着し得る。そして、図１５（ｂ）に示すように、ＧＮＲ４１０にガス分子が吸着されると、ガス分子の修飾層４０９が形成され、ガス分子がＮＨ₃又はＮＯ₂であれば吸着前後で拡散電位が変化する。従って、電流電圧特性のしきい値の変化を通じてガス吸着を検出することができる。

ＧＮＲ４１０のサイズは限定されないが、短手方向の幅は１０ｎｍ以下であることが好ましい。半導体の性質をより確実に得るためである。

次に、第４の実施形態に係るガスセンサ４００の製造方法について説明する。図１６は、第４の実施形態に係るガスセンサ４００の製造方法を工程順に示す断面図である。

先ず、Ｈ終端ＧＮＲ４１１を準備しておき、図１６（ａ）に示すように、基板４０１上にＨ終端ＧＮＲ４１１を設ける。Ｈ終端ＧＮＲ４１１はＨ終端ＧＮＲ１１１と同様の方法で形成することができる。

次いで、図１６（ｂ）に示すように、Ｈ終端ＧＮＲ４１１のＦ終端ＧＮＲ４１２ａを形成する予定の領域を露出する開口部４２２ａ及びＦ終端ＧＮＲ４１２ｂを形成する予定の領域を露出する開口部４２２ｂを備え、Ｈ終端ＧＮＲ４１１の他の領域（中央部分）を覆うレジストマスク４２１を形成する。レジストマスク４２１の形成に際しては、Ｈ終端ＧＮＲ４１１を覆うように基板４０１上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりパターニングする。このようにして、開口部４２２ａ及び４２２ｂを備えたレジストマスク４２１が形成される。

次いで、フッ素雰囲気中で基板４０１と共にＨ終端ＧＮＲ４１１を加熱することで、開口部４２２ａ、４２２ｂから露出するＨ終端ＧＮＲ４１１の一部をフッ化する。この結果、図１６（ｃ）に示すように、Ｈ終端ＧＮＲ４１１の一部にＦ終端ＧＮＲ４１２ａが形成され、他の一部にＦ終端ＧＮＲ４１２ｂが形成される。このようにして、Ｆ終端ＧＮＲ４１２ａ、Ｈ終端ＧＮＲ４１１及びＦ終端ＧＮＲ４１２ｂがこの順に並んでヘテロ接合したＧＮＲ４１０が形成される。

その後、図１６（ｄ）に示すように、レジストマスク４２１を除去する。レジストマスク４２１は、例えば、アッシング処理又はウェット処理により除去することができる。続いて、Ｆ終端ＧＮＲ４１２ａに接続される電極４０７及びＦ終端ＧＮＲ４１２ｂに接続される電極４０８を基板４０１上に形成する。電極４０７及び４０８は、ソース電極１０７及びドレイン電極１０８と同様に、リフトオフ法により形成することができる。

このようにして、ガスセンサ４００を製造することができる。その後に、配線及びパッシベーション膜等を形成してもよい。

第４の実施形態に係るガスセンサ４００はｎｐｎ構造を有するが、ｐｎｐ構造としてもよい。ｐｎｐ構造を得るには、例えばＧＮＲの中央部分をＦ終端ＧＮＲとし、ＧＮＲの両端部分をＨ終端ＧＮＲとし、これらをヘテロ接合すればよい。

レジストマスク４２１に代えて、耐熱温度が高い犠牲層を用いてもよい。犠牲層の材料としては、金属が挙げられる。

図１７に示すように、第１の実施形態において、平面視で、溝１０２がＧＮＲ１１０からはみ出すように形成され、ＧＮＲ１１０が溝１０２の上方に架橋するように形成されていてもよい。この場合、ＨｆＯ₂等の絶縁性の保護膜１１５で溝１０２を覆うことが好ましい。修飾層１０９に含まれるガス分子をＧＮＲ１１０の表面に保持しやすくするためである。保護膜１１５は、例えばＡＬＤ法により形成することができる。保護膜１１５は、ゲート絶縁膜を兼ねる。図１８に示すように、第２の実施形態において、平面視で、溝１０２がＧＮＲ２１０からはみ出すように形成され、ＧＮＲ２１０が溝１０２の上方に架橋するように形成されていてもよい。この場合も、ＨｆＯ₂膜等の絶縁性の保護膜１１５で溝１０２を覆うことが好ましい。図１９に示すように、第３の実施形態において、平面視で、溝１０２がＧＮＲ３１０からはみ出すように形成され、ＧＮＲ３１０が溝１０２の上方に架橋するように形成されていてもよい。この場合も、ＨｆＯ₂膜等の絶縁性の保護膜１１５で溝１０２を覆うことが好ましい。

図２０に示すように、ｎ⁺ｐ^-ｐ⁺構造を有するＧＮＲ５１０が用いられてもよい。この半導体装置５００では、Ｆ終端ＧＮＲ５１１、ＣＨ₃終端ＧＮＲ５１２及びＮＨ₂終端ＧＮＲ５１３がこの順で並んでヘテロ接合している。Ｆ終端ＧＮＲ５１１がソース電極１０７に接続され、ＮＨ₂終端ＧＮＲ５１３がドレイン電極１０８に接続され、ＣＨ₃終端ＧＮＲ５１２上にゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６が形成される。ＧＮＲ５１０の溝１０２側の面がＮＨ₃又はＮＯ₂のガス分子で修飾されている。つまり、ＧＮＲ５１０の溝１０２側の面に修飾層５０９が設けられている。

この半導体装置５００では、ＣＨ₃終端ＧＮＲ５１２のｐ型ドープがＮＨ₂終端ＧＮＲ５１３のｐ型ドープより弱い。従って、半導体装置５００は、ｎ⁺ｐ^-ｐ⁺構造のトランジスタとして機能する。

図２１に示すように、ｎ⁺ｐ^-ｐ⁺構造を有するＧＮＲ６１０が用いられてもよい。この半導体装置６００では、Ｆ終端ＧＮＲ６１１及びＨ終端ＧＮＲ６１２が互いにヘテロ接合している。Ｆ終端ＧＮＲ６１１がソース電極１０７に接続され、Ｈ終端ＧＮＲ６１２の端部がドレイン電極１０８に接続され、Ｈ終端ＧＮＲ６１２のＦ終端ＧＮＲ６１１と接合する部分上にゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６が形成される。ゲート電極１０６とソース電極１０７との間でＦ終端ＧＮＲ６１１上にポリエチレンイミン（polyethylenimine：ＰＥＩ）６１６が設けられ、ゲート電極１０６とドレイン電極１０８との間でＨ終端ＧＮＲ６１２上にＦ₄−ＴＣＮＱ（2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane）６１７が設けられている。ＧＮＲ６１０の溝１０２側の面がＮＨ₃又はＮＯ₂のガス分子で修飾されている。つまり、ＧＮＲ６１０の溝１０２側の面に修飾層６０９が設けられている。

この半導体装置６００では、ＰＥＩ６１６がｎ型ドーパントとして機能し、Ｆ₄−ＴＣＮＱ６１７がｐ型ドーパントとして機能する。従って、半導体装置６００は、ｎ⁺ｐ^-ｐ⁺構造のトランジスタとして機能する。

図２２に示すように、ｐ⁺ｎ^-ｎ⁺構造を有するＧＮＲ７１０が用いられてもよい。この半導体装置７００では、ＮＨ₂終端ＧＮＲ７１１及びＨ終端ＧＮＲ７１２が互いにヘテロ接合している。ＮＨ₂終端ＧＮＲ７１１がソース電極７０７に接続され、Ｈ終端ＧＮＲ７１２の端部がドレイン電極７０８に接続され、Ｈ終端ＧＮＲ７１２のＮＨ₂終端ＧＮＲ７１１と接合する部分上にゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６が形成される。ソース電極７０７及びドレイン電極７０８は、Ｓｃ膜及びその上のＡｕ膜を含む。Ｓｃの仕事関数はＧＮＲ７１０のフェルミ準位（３．３ｅＶ程度）に近い。ゲート電極１０６とドレイン電極１０８との間でＨ終端ＧＮＲ７１２上にＰＥＩ７１６が設けられている。ＧＮＲ７１０の溝１０２側の面がＮＨ₃又はＮＯ₂のガス分子で修飾されている。つまり、ＧＮＲ７１０の溝１０２側の面に修飾層７０９が設けられている。

この半導体装置７００では、ＰＥＩ６１６がｎ型ドーパントとして機能する。従って、半導体装置７００は、ｐ⁺ｎ^-ｎ⁺構造のトランジスタとして機能する。

ＧＮＲの表面がＮＨ₃及びＮＯ₂の両方により修飾されていてもよい。ＧＮＲの修飾基は、例えばＨ、Ｆ、Ｃｌ、ＯＨ、ＮＨ₂又はＣＨ₃である。１つの領域の端部がこれらの２種以上で修飾されてもよい。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
グラフェンナノリボンと、
前記グラフェンナノリボンの表面を修飾するガス分子と、
を有し、
前記グラフェンナノリボンは、
第１の修飾基で端部が終端された第１の領域と、
前記第１の領域にヘテロ接合し、前記第１の修飾基とは異なる第２の修飾基で端部が終端された第２の領域と、
を有することを特徴とする半導体装置。

（付記２）
前記第１の修飾基及び前記第２の修飾基は、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、ＯＨ、ＮＨ₂若しくはＣＨ₃又はこれらの任意の組み合わせであることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。

（付記３）
前記ガス分子は、ＮＨ₃若しくはＮＯ₂又はこれらの両方であることを特徴とする付記１又は２に記載の半導体装置。

（付記４）
前記第１の領域及び前記第２の領域の一方がｐ型にドープされ、他方がｎ型にドープされていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。

（付記５）
前記グラフェンナノリボンは、前記第２の領域にヘテロ接合し、前記第２の修飾基とは異なる第３の修飾基で端部が終端された第３の領域を有し、
前記グラフェンナノリボンは、ｐｎｐ構造又はｎｐｎ構造を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。

（付記６）
前記グラフェンナノリボンは、前記第２の領域にヘテロ接合し、前記第２の修飾基とは異なる第３の修飾基で端部が終端された第３の領域を有し、
前記グラフェンナノリボンは、ｐ⁺ｉｎ⁺構造、ｐ⁺ｎ^-ｎ⁺構造、又はｐ⁺ｐ^-ｎ⁺構造を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。

（付記７）
前記グラフェンナノリボンは、溝が形成された基板上に、前記溝を塞ぐように設けられており、
前記ガス分子は前記溝内に閉じ込められていることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。

（付記８）
前記グラフェンの幅は１０ｎｍ以下であることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。

（付記９）
第１の修飾基で端部が終端された第１の領域と、前記第１の領域にヘテロ接合し、前記第１の修飾基とは異なる第２の修飾基で端部が終端された第２の領域と、を有するグラフェンナノリボンを形成する工程と、
前記グラフェンナノリボンの表面をガス分子で修飾する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

（付記１０）
前記第１の修飾基及び前記第２の修飾基は、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、ＯＨ、ＮＨ₂若しくはＣＨ₃又はこれらの任意の組み合わせ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。

（付記１１）
前記ガス分子は、ＮＨ₃若しくはＮＯ₂又はこれらの両方であることを特徴とする付記９又は１０に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１２）
第１の修飾基で端部が終端された第１の領域と、前記第１の領域にヘテロ接合し、前記第１の修飾基とは異なる第２の修飾基で端部が終端された第２の領域と、を有するグラフェンナノリボンを有し、
前記第１の領域及び前記第２の領域が露出していることを特徴とするガスセンサ。

（付記１３）
前記第１の修飾基及び前記第２の修飾基は、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、ＯＨ、ＮＨ₂若しくはＣＨ₃又はこれらの任意の組み合わせであることを特徴とする付記１２に記載のガスセンサ。

１００、２００、３００、５００、６００、７００：半導体装置
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０：ＧＮＲ
１０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９、７０９：修飾層
４００：ガスセンサ

Claims

グラフェンナノリボンと、
前記グラフェンナノリボンの表面を修飾するガス分子と、
を有し、
前記グラフェンナノリボンは、
第１の修飾基で端部が終端された第１の領域と、
前記第１の領域にヘテロ接合し、前記第１の修飾基とは異なる第２の修飾基で端部が終端された第２の領域と、
を有することを特徴とする半導体装置。
前記第１の修飾基及び前記第２の修飾基は、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、ＯＨ、ＮＨ₂若しくはＣＨ₃又はこれらの任意の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記ガス分子は、ＮＨ₃若しくはＮＯ₂又はこれらの両方であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
前記第１の領域及び前記第２の領域の一方がｐ型にドープされ、他方がｎ型にドープされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記グラフェンナノリボンは、前記第２の領域にヘテロ接合し、前記第２の修飾基とは異なる第３の修飾基で端部が終端された第３の領域を有し、
前記グラフェンナノリボンは、ｐｎｐ構造又はｎｐｎ構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記グラフェンナノリボンは、前記第２の領域にヘテロ接合し、前記第２の修飾基とは異なる第３の修飾基で端部が終端された第３の領域を有し、
前記グラフェンナノリボンは、ｐ⁺ｉｎ⁺構造、ｐ⁺ｎ^-ｎ⁺構造、又はｐ⁺ｐ^-ｎ⁺構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記グラフェンナノリボンは、溝が形成された基板上に、前記溝を塞ぐように設けられており、
前記ガス分子は前記溝内に閉じ込められていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
第１の修飾基で端部が終端された第１の領域と、前記第１の領域にヘテロ接合し、前記第１の修飾基とは異なる第２の修飾基で端部が終端された第２の領域と、を有するグラフェンナノリボンを形成する工程と、
前記グラフェンナノリボンの表面をガス分子で修飾する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
第１の修飾基で端部が終端された第１の領域と、前記第１の領域にヘテロ接合し、前記第１の修飾基とは異なる第２の修飾基で端部が終端された第２の領域と、を有するグラフェンナノリボンを有し、
前記第１の領域及び前記第２の領域が露出していることを特徴とするガスセンサ。