JP2021129107A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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浩二 清水
Koji Shimizu
浩二 清水
新司 堀井
Shinji Horii
新司 堀井
清一郎 村瀬
Seiichiro Murase
清一郎 村瀬
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Abstract

To provide a complementary semiconductor device with a wide noise margin.SOLUTION: A semiconductor device comprises a first semiconductor device 500, which is an n-type semiconductor device, and a second semiconductor device 501, which is a p-type semiconductor device, both of semiconductor layers 560 and 561 of each semiconductor device contain carbon nanotubes, and the total length (Cn) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the semiconductor layer of the first semiconductor device and the total length (Cp) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the semiconductor layer of the second semiconductor device are in a predetermined relationship.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

近年、電界効果型トランジスタ(以下、FETという)を用いたデバイスとして、RFID(Radio Frequency IDentification)技術を用いた無線通信システムが注目されている。RFIDタグは、FETで構成された回路を有するICチップと、リーダ/ライタとの無線通信するためのアンテナを有する。タグ内に設置されたアンテナが、リーダ/ライタから送信される搬送波を受信し、ICチップ内の駆動回路が動作する。 In recent years, as a device using a field effect transistor (hereinafter referred to as FET), a wireless communication system using RFID (Radio Frequency Identification) technology has attracted attention. The RFID tag has an IC chip having a circuit composed of FETs and an antenna for wireless communication with a reader / writer. The antenna installed in the tag receives the carrier wave transmitted from the reader / writer, and the drive circuit in the IC chip operates.

RFIDタグは、物流管理、商品管理、万引き防止などの様々な用途での利用が期待されており、交通カードなどのICカード、商品タグなど一部で導入が始まっている。 RFID tags are expected to be used for various purposes such as distribution management, product management, and shoplifting prevention, and some IC cards such as transportation cards and product tags have begun to be introduced.

今後、あらゆる商品でRFIDタグが使用されるためには、製造コストの低減が必要であり、その製造において、塗布・印刷技術を用いた安価なプロセスを利用することが検討されている。 In order for RFID tags to be used in all products in the future, it is necessary to reduce the manufacturing cost, and it is being considered to use an inexpensive process using coating / printing technology in the manufacturing.

例えば、ICチップ内の駆動回路におけるトランジスタにおいては、インクジェット技術やスクリーン印刷技術が適用できる、カーボンナノチューブ(CNT)や有機半導体を用いたFETが盛んに検討されている。 For example, as a transistor in a drive circuit in an IC chip, FETs using carbon nanotubes (CNTs) and organic semiconductors to which inkjet technology and screen printing technology can be applied are being actively studied.

ところで、ICチップ内の駆動回路は、データを記憶するメモリ回路と、リーダ/ライタから送信される交流信号から電源電圧を生成する整流回路と、上記交流信号を復調しメモリ回路に記憶されているデータを読み出すロジック回路とから少なくとも構成されている。中でもロジック回路は、その消費電力を抑制するなどのため、p型FETとn型FETとからなる相補型半導体装置で構成するのが一般的である。 By the way, the drive circuit in the IC chip includes a memory circuit for storing data, a rectifier circuit for generating a power supply voltage from an AC signal transmitted from a reader / writer, and a memory circuit for demodulating the AC signal. It is composed of at least a logic circuit that reads data. Above all, the logic circuit is generally composed of a complementary semiconductor device including a p-type FET and an n-type FET in order to suppress its power consumption.

しかし、CNTを用いたFET(以下、CNT−FETという)は、大気中では、通常、p型半導体素子の特性を示すことが知られている。そこで、CNTを含む半導体層の上に、n型改質ポリマーを形成することや、窒素原子およびリン原子から選ばれるいずれか1種以上を有する電子供与性化合物を含有する第2絶縁層を形成することにより、CNT−FETの特性をn型半導体素子に転換することが検討されている(例えば、特許文献1〜2参照)。 However, it is known that FETs using CNTs (hereinafter referred to as CNT-FETs) usually exhibit the characteristics of p-type semiconductor devices in the atmosphere. Therefore, an n-type modified polymer is formed on the semiconductor layer containing the CNT, and a second insulating layer containing an electron-donating compound having at least one selected from a nitrogen atom and a phosphorus atom is formed. By doing so, it has been studied to convert the characteristics of the CNT-FET into an n-type semiconductor element (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

国際公開第2009/139339号International Publication No. 2009/139339 国際公開第2018/180146号International Publication No. 2018/180146

しかしながら、特許文献1〜2に記載の技術では、相補型半導体装置を組んだ際、入力信号に対する出力信号のノイズマージンが狭いといった課題があった。 However, the techniques described in Patent Documents 1 and 2 have a problem that the noise margin of the output signal with respect to the input signal is narrow when the complementary semiconductor device is assembled.

そこで本発明は上記課題に着目し、ノイズマージンが広い相補型半導体装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention focuses on the above problems and aims to provide a complementary semiconductor device having a wide noise margin.

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
すなわち本発明は、
絶縁表面を有する基板上に設けられた、第1の半導体素子および第2の半導体素子を有する半導体装置であって、
前記第1の半導体素子は、n型半導体素子であり、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第2の半導体素子は、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第1の半導体層および前記第2の半導体層がともにカーボンナノチューブを含有し、
前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)を前記第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)が、前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)を前記第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)と異なる、ことを特徴とする半導体装置である。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
That is, the present invention
A semiconductor device having a first semiconductor element and a second semiconductor element provided on a substrate having an insulating surface.
The first semiconductor element is an n-type semiconductor element.
With the source electrode
With the drain electrode
With the gate electrode
A first semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode,
A gate insulating layer that insulates the first semiconductor layer from the gate electrode,
Including
The second semiconductor element is
With the source electrode
With the drain electrode
With the gate electrode
A second semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode,
A gate insulating layer that insulates the second semiconductor layer from the gate electrode,
Including
Both the first semiconductor layer and the second semiconductor layer contain carbon nanotubes, and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer both contain carbon nanotubes.
A value (Cn / Ln) obtained by dividing the total length (Cn) of the carbon nanotubes existing per 1 μm 2 of the first semiconductor layer by the distance (Ln) between the source electrode and the drain electrode of the first semiconductor element. ) Is the value obtained by dividing the total length (Cp) of the carbon nanotubes existing per 1 μm 2 of the second semiconductor layer by the distance (Lp) between the source electrode and the drain electrode of the second semiconductor element (). It is a semiconductor device characterized by being different from Cp / Lp).

また本発明の半導体装置は、
絶縁表面を有する基板上に設けられた、第1の半導体素子および第2の半導体素子を有する半導体装置であって、
前記第1の半導体素子は、n型半導体素子であり、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第2の半導体素子は、p型半導体素子であり、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第1の半導体層および前記第2の半導体層がともにカーボンナノチューブを含有し、
前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)が、前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)と異なる、ことを特徴とする半導体装置である。
Further, the semiconductor device of the present invention is
A semiconductor device having a first semiconductor element and a second semiconductor element provided on a substrate having an insulating surface.
The first semiconductor element is an n-type semiconductor element.
With the source electrode
With the drain electrode
With the gate electrode
A first semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode,
A gate insulating layer that insulates the first semiconductor layer from the gate electrode,
Including
The second semiconductor element is a p-type semiconductor element.
With the source electrode
With the drain electrode
With the gate electrode
A second semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode,
A gate insulating layer that insulates the second semiconductor layer from the gate electrode,
Including
Both the first semiconductor layer and the second semiconductor layer contain carbon nanotubes, and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer both contain carbon nanotubes.
The total length of the carbon nanotubes present in the first semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cn) is, the total length of the carbon nanotubes present in the second semiconductor layer 1 [mu] m 2 per different from (Cp), characterized in that It is a semiconductor device.

本発明によれば、ノイズマージンが広い相補型半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a complementary semiconductor device having a wide noise margin.

本発明の実施の形態1に係る半導体装置における第1の半導体素子を示した模式断面図Schematic cross-sectional view showing the first semiconductor element in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置における第2の半導体素子を示した模式断面図Schematic cross-sectional view showing a second semiconductor element in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態3に係る半導体装置における第1の半導体素子を示した模式断面図Schematic cross-sectional view showing the first semiconductor element in the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る半導体装置の機能を説明する模式図Schematic diagram illustrating the function of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る半導体装置の伝達特性の一例を示した図The figure which showed an example of the transmission characteristic of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示した模式断面図Schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

本発明に係る半導体装置の1つの実施形態は、n型半導体素子である第1の半導体素子とp型半導体素子である第2の半導体素子とを有し、各半導体素子の半導体層がともにカーボンナノチューブを含有し、上記第1の半導体素子の半導体層1μm当たりに存在する上記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)を上記第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)が、上記第2の半導体素子の半導体層1μm当たりに存在する上記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)を上記第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)と異なるものである。 One embodiment of the semiconductor device according to the present invention has a first semiconductor element which is an n-type semiconductor element and a second semiconductor element which is a p-type semiconductor element, and the semiconductor layer of each semiconductor element is carbon. The total length (Cn) of the carbon nanotubes containing nanotubes and existing per 1 μm 2 of the semiconductor layer of the first semiconductor element is the distance (Ln) between the source electrode and the drain electrode of the first semiconductor element. The value (Cn / Ln) divided by is the total length (Cp) of the carbon nanotubes present per 1 μm 2 of the semiconductor layer of the second semiconductor element, which is the source electrode and drain electrode of the second semiconductor element. It is different from the value (Cp / Lp) divided by the distance (Lp) between them.

また、本発明に係る半導体装置の1つの実施形態は、n型半導体素子である第1の半導体素子とp型半導体素子である第2の半導体素子とを有し、各半導体素子の半導体層がともにカーボンナノチューブを含有し、上記第1の半導体素子の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)が、上記第2の半導体素子の半導体層1μm当たりに存在する上記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)と異なるものである。 Further, one embodiment of the semiconductor device according to the present invention includes a first semiconductor element which is an n-type semiconductor element and a second semiconductor element which is a p-type semiconductor element, and the semiconductor layer of each semiconductor element is formed. both containing carbon nanotubes, the carbon the total length of the carbon nanotubes present in the semiconductor layer 1 [mu] m 2 per the first semiconductor element (Cn) is present in the semiconductor layer 1 [mu] m 2 per the second semiconductor device It is different from the total length (Cp) of the nanotube.

上記各実施形態にかかる構成により、ノイズマージンが広い相補型半導体装置を提供することができる。 According to the configuration according to each of the above embodiments, it is possible to provide a complementary semiconductor device having a wide noise margin.

以下、本発明に係る半導体装置およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、目的や用途に応じて種々に変更して実施することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified and implemented according to an object and an application.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る半導体装置は、第1の半導体素子が、さらに、第1の半導体層に対してゲート絶縁層とは反対側で第1の半導体層と接する第2絶縁層を含む、半導体装置である。
(Embodiment 1)
In the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, the first semiconductor element further comprises a second insulating layer in contact with the first semiconductor layer on the side opposite to the gate insulating layer with respect to the first semiconductor layer. Including, it is a semiconductor device.

<第1の半導体素子>
第1の半導体素子は、絶縁性表面を有する基材上に備えられており、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、ソース電極およびドレイン電極と接する第1の半導体層と、第1の半導体層をゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、第1の半導体層に対してゲート絶縁層とは反対側で前記第1の半導体層と接する第2絶縁層と、を備え、第1の半導体層が、カーボンナノチューブを含有する。
<First semiconductor element>
The first semiconductor element is provided on a base material having an insulating surface, and includes a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, a first semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode, and a first semiconductor element. The first semiconductor includes a gate insulating layer that insulates the semiconductor layer from the gate electrode, and a second insulating layer that is in contact with the first semiconductor layer on the side opposite to the gate insulating layer with respect to the first semiconductor layer. The layer contains carbon nanotubes.

図1に、第1の半導体素子の一例を示す模式断面図を示す。この半導体素子1は、基板10の上に形成されるゲート電極11と、それを覆うゲート絶縁層12と、その上に設けられるソース電極13およびドレイン電極14と、それらの電極の間に設けられる第1の半導体層15と、第1の半導体層15の上側に第1の半導体層を覆う第2絶縁層16を有する。第1の半導体層15は、カーボンナノチューブ(以下「CNT」と称する)を含有する。 FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view showing an example of the first semiconductor element. The semiconductor element 1 is provided between a gate electrode 11 formed on a substrate 10, a gate insulating layer 12 covering the gate electrode 11, a source electrode 13 and a drain electrode 14 provided on the gate electrode 11, and the electrodes thereof. It has a first semiconductor layer 15 and a second insulating layer 16 covering the first semiconductor layer on the upper side of the first semiconductor layer 15. The first semiconductor layer 15 contains carbon nanotubes (hereinafter referred to as “CNT”).

第1の半導体素子1の構造は、ゲート電極11が第1の半導体層15の下側(基板10側)に配置され、第1の半導体層15の下面にソース電極13およびドレイン電極14が配置される、いわゆるボトムゲート・ボトムコンタクト構造である。しかし、第1の半導体素子の構造はこれに限られるものではなく、例えば、ゲート電極11が第1の半導体層15の上側(基板10と反対側)に配置される、いわゆるトップゲート構造や、第1の半導体層15の上面にソース電極13およびドレイン電極14が配置される、いわゆるトップコンタクト構造であってもよい。 In the structure of the first semiconductor element 1, the gate electrode 11 is arranged on the lower side (the substrate 10 side) of the first semiconductor layer 15, and the source electrode 13 and the drain electrode 14 are arranged on the lower surface of the first semiconductor layer 15. It is a so-called bottom gate / bottom contact structure. However, the structure of the first semiconductor element is not limited to this, for example, a so-called top gate structure in which the gate electrode 11 is arranged on the upper side (opposite side of the substrate 10) of the first semiconductor layer 15. It may have a so-called top contact structure in which the source electrode 13 and the drain electrode 14 are arranged on the upper surface of the first semiconductor layer 15.

(絶縁性表面を有する基材)
第1の半導体素子の絶縁性表面を有する基材は、少なくとも電極系が配置される面が絶縁性であればいかなる材質のものでもよい。例えば、シリコンウエハ、ガラス、サファイア、アルミナ焼結体等の無機材料、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン等の有機材料などが好適に用いられる。また、例えばシリコンウエハ上にPVP膜を形成したものやポリエチレンテレフタレート上にポリシロキサン膜を形成したものなど複数の材料が積層されたものであってもよい。
(Base material with an insulating surface)
The base material having the insulating surface of the first semiconductor element may be any material as long as at least the surface on which the electrode system is arranged is insulating. For example, inorganic materials such as silicon wafers, glass, sapphire, alumina sintered body, polyimide, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, polysiloxane, polyvinylphenol (PVP), polyester, polycarbonate, polysulfone, polyether. Organic materials such as sulfone, polyethylene, polyphenylene sulfide, and polyparaxylene are preferably used. Further, a plurality of materials may be laminated, for example, one having a PVP film formed on a silicon wafer or one having a polysiloxane film formed on polyethylene terephthalate.

(ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極)
第1の半導体素子のソース電極、ドレイン電極およびゲート電極に用いられる材料は、一般的に電極として使用されうる導電性材料であれば、いかなるものでもよい。そのような導電性材料としては、例えば、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム(ITO)などの導電性金属酸化物が挙げられる。また、白金、金、銀、銅、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、パラジウム、モリブデン、アモルファスシリコンやポリシリコンなどの金属、これらの中から選択される複数の金属の合金、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質が挙げられる。また、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸との錯体、ヨウ素などのドーピングによって導電率を向上させた導電性ポリマーが挙げられる。さらには、炭素材料、有機成分と導電体とを含有する材料などが挙げられる。
(Source electrode, drain electrode, gate electrode)
The material used for the source electrode, drain electrode, and gate electrode of the first semiconductor element may be any conductive material that can be generally used as an electrode. Examples of such a conductive material include conductive metal oxides such as tin oxide, indium oxide, and indium tin oxide (ITO). Also, among these, metals such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, magnesium, palladium, molybdenum, amorphous silicon and polysilicon. Examples thereof include alloys of a plurality of metals selected from the above, and inorganic conductive substances such as copper iodide and copper sulfide. Examples thereof include polythiophene, polypyrrole, polyaniline, a complex of polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonic acid, and a conductive polymer whose conductivity has been improved by doping with iodine or the like. Further, a carbon material, a material containing an organic component and a conductor, and the like can be mentioned.

有機成分と導電体とを含有する材料は、電極の柔軟性が増し、屈曲時にも密着性が良く電気的接続が良好となる。有機成分としては、特に制限はないが、モノマー、オリゴマーもしくはポリマー、光重合開始剤、可塑剤、レベリング剤、界面活性剤、シランカップリング剤、消泡剤、顔料などが挙げられる。電極の折り曲げ耐性向上の観点からは、オリゴマーもしくはポリマーが好ましい。しかし、電極および配線の導電性材料は、これらに限定されるものではない。これらの導電性材料は、単独で用いてもよいが、複数の材料を積層または混合して用いてもよい。 The material containing the organic component and the conductor increases the flexibility of the electrode, has good adhesion even when bent, and has good electrical connection. The organic component is not particularly limited, and examples thereof include a monomer, an oligomer or a polymer, a photopolymerization initiator, a plasticizer, a leveling agent, a surfactant, a silane coupling agent, a defoaming agent, and a pigment. From the viewpoint of improving the bending resistance of the electrode, an oligomer or a polymer is preferable. However, the conductive material of the electrode and the wiring is not limited to these. These conductive materials may be used alone, or a plurality of materials may be laminated or mixed.

電極の形成方法としては、例えば国際公開第2018/180146号に記載されているような、公知の方法を用いることができる。 As a method for forming the electrode, a known method such as that described in International Publication No. 2018/180146 can be used.

第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離100(Ln)は、特に制限はないが、1000μm以下が好ましく、500μm以下がより好ましく、100μm以下がさらに好ましい。この範囲の距離にすることにより、より半導体素子の特性が向上する。電極間の距離は、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡(SEM)などにより測定できる。 The distance 100 (Ln) between the source electrode and the drain electrode of the first semiconductor element is not particularly limited, but is preferably 1000 μm or less, more preferably 500 μm or less, still more preferably 100 μm or less. By setting the distance within this range, the characteristics of the semiconductor element are further improved. The distance between the electrodes can be measured with an optical microscope, a scanning electron microscope (SEM), or the like.

また、複数の第1の半導体素子間を電気的に接続する配線を形成してもよい。配線に用いられる材料は、一般的に電極として使用されうる導電性材料であれば、いかなるものでもよい。例えば、上述の電極材料と同様のものが挙げられる。 Further, a wiring for electrically connecting a plurality of first semiconductor elements may be formed. The material used for wiring may be any conductive material that can be generally used as an electrode. For example, the same as the above-mentioned electrode material can be mentioned.

配線の形成方法、およびパターン状に形成する方法としては、導通を取ることができる方法であれば、特に制限されないが、例えば、上述の電極材料と同様のものが挙げられる。 The method for forming the wiring and the method for forming the wiring are not particularly limited as long as they can take conduction, and examples thereof include the same method as the above-mentioned electrode material.

(ゲート絶縁層)
ゲート絶縁層に用いられる材料は、特に限定されないが、酸化シリコン、アルミナ等の無機材料;ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール(PVP)等の有機高分子材料;あるいは無機材料粉末と有機材料の混合物を挙げることができる。有機材料の中でもケイ素と炭素の結合を含む有機化合物を含むものが基板や電極との密着性の観点から好ましい。
(Gate insulation layer)
The material used for the gate insulating layer is not particularly limited, but is an inorganic material such as silicon oxide and alumina; organic highs such as polyimide, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, polysiloxane, and polyvinylphenol (PVP). Molecular materials; or mixtures of inorganic material powders and organic materials can be mentioned. Among the organic materials, those containing an organic compound containing a bond between silicon and carbon are preferable from the viewpoint of adhesion to a substrate or an electrode.

ケイ素と炭素の結合を含む有機化合物としては、ポリシロキサン等が挙げられる。ポリシロキサンは絶縁性が高く、低温硬化が可能であるためより好ましい。 Examples of the organic compound containing a bond between silicon and carbon include polysiloxane. Polysiloxane is more preferable because it has high insulating properties and can be cured at low temperature.

第1の半導体素子のゲート絶縁層の膜厚は0.05〜5μmが好ましく、0.1〜1μmがより好ましい。この範囲の膜厚にすることにより、均一な薄膜形成が容易になる。膜厚は、原子間力顕微鏡やエリプソメトリ法などにより測定できる。 The film thickness of the gate insulating layer of the first semiconductor element is preferably 0.05 to 5 μm, more preferably 0.1 to 1 μm. By setting the film thickness in this range, it becomes easy to form a uniform thin film. The film thickness can be measured by an atomic force microscope, an ellipsometry method, or the like.

第1の半導体素子のゲート絶縁層の作製方法は特に制限はないが、例えば、ゲート絶縁層を形成する材料を含む組成物を基板に塗布し、乾燥することで得られたコーティング膜を必要に応じ熱処理する方法が挙げられる。塗布方法としては、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法などの公知の塗布方法が挙げられる。コーティング膜の熱処理の温度としては、100〜300℃の範囲にあることが好ましい。 The method for producing the gate insulating layer of the first semiconductor element is not particularly limited, but for example, a coating film obtained by applying a composition containing a material for forming the gate insulating layer to a substrate and drying it is required. A method of heat treatment may be mentioned. Examples of the coating method include known coating methods such as spin coating method, blade coating method, slit die coating method, screen printing method, bar coater method, mold method, printing transfer method, immersion pulling method, and inkjet method. The temperature of the heat treatment of the coating film is preferably in the range of 100 to 300 ° C.

ゲート絶縁層は単層でも複数層でもよい。また、1つの層を複数の絶縁性材料から形成してもよいし、複数の絶縁性材料を積層して複数のゲート絶縁層を形成しても構わない。 The gate insulating layer may be a single layer or a plurality of layers. Further, one layer may be formed from a plurality of insulating materials, or a plurality of insulating materials may be laminated to form a plurality of gate insulating layers.

(第1の半導体層)
第1の半導体層はCNTを含有する。CNTとしては、1枚の炭素膜(グラフェン・シート)が円筒状に巻かれた単層CNT、2枚のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた2層CNT、複数のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた多層CNTのいずれを用いてもよいが、高い半導体特性を得るためには単層CNTを用いるのが好ましい。CNTは、アーク放電法、化学気相成長法(CVD法)、レーザー・アブレーション法等により得ることができる。
(First semiconductor layer)
The first semiconductor layer contains CNT. The CNTs are a single-walled CNT in which one carbon film (graphene sheet) is wound in a cylindrical shape, a two-walled CNT in which two graphene sheets are wound concentrically, and a plurality of graphene sheets are concentric. Any of the multi-walled CNTs wound around the CNTs may be used, but it is preferable to use single-walled CNTs in order to obtain high semiconductor characteristics. CNTs can be obtained by an arc discharge method, a chemical vapor deposition method (CVD method), a laser ablation method, or the like.

また、CNTは半導体型CNTを80重量%以上含むことがより好ましい。さらに好ましくは半導体型CNTを95重量%以上含むことである。半導体型80重量%以上のCNTを得る方法としては、既知の方法を用いることができる。例えば、密度勾配剤の共存下で超遠心する方法、特定の化合物を選択的に半導体型もしくは金属型CNTの表面に付着させ、溶解性の差を利用して分離する方法、電気的性質の差を利用し電気泳動等により分離する方法などが挙げられる。半導体型CNTの含有率を測定する方法としては、可視−近赤外吸収スペクトルの吸収面積比から算出する方法や、ラマンスペクトルの強度比から算出する方法等が挙げられる。 Further, it is more preferable that the CNT contains 80% by weight or more of the semiconductor type CNT. More preferably, it contains 95% by weight or more of semiconductor-type CNTs. As a method for obtaining CNTs of 80% by weight or more of the semiconductor type, a known method can be used. For example, a method of ultracentrifugating in the presence of a density gradient agent, a method of selectively adhering a specific compound to the surface of a semiconductor-type or metal-type CNT and separating using the difference in solubility, a difference in electrical properties. There is a method of separating by electrophoresis or the like using the above. Examples of the method for measuring the content rate of the semiconductor type CNT include a method of calculating from the absorption area ratio of the visible-near infrared absorption spectrum, a method of calculating from the intensity ratio of the Raman spectrum, and the like.

CNT1本の長さは、ソース電極とドレイン電極間の距離(以下、単に「電極間距離」と称する)よりも短いことが好ましい。CNTの平均長さは、電極間距離にもよるが、好ましくは2μm以下である。 The length of one CNT is preferably shorter than the distance between the source electrode and the drain electrode (hereinafter, simply referred to as “distance between electrodes”). The average length of CNTs is preferably 2 μm or less, although it depends on the distance between the electrodes.

CNTの平均長さとは、ランダムにピックアップした20本のCNTの長さの平均値を言う。CNT平均長さの測定方法としては、原子間力顕微鏡で得た画像の中から、20本のCNTをランダムにピックアップし、それらの長さの平均値を得る方法が挙げられる。 The average length of CNTs is the average value of the lengths of 20 randomly picked CNTs. Examples of the method for measuring the average length of CNTs include a method of randomly picking up 20 CNTs from images obtained by an atomic force microscope and obtaining an average value of their lengths.

一般に市販されているCNTは長さに分布があり、電極間距離よりも長いCNTが含まれることがあるため、CNTの長さを電極間距離よりも短くする工程を加えることが好ましい。例えば、硝酸、硫酸などによる酸処理、超音波処理、または凍結粉砕法などにより、CNTを短繊維状にカットする方法が有効である。またフィルターによる分離を併用することは、CNTの純度を向上させる点でさらに好ましい。 Generally, commercially available CNTs have a distribution in length and may contain CNTs longer than the distance between electrodes. Therefore, it is preferable to add a step of making the length of CNTs shorter than the distance between electrodes. For example, a method of cutting the CNT into short fibers by acid treatment with nitric acid, sulfuric acid or the like, ultrasonic treatment, freeze pulverization method or the like is effective. Further, it is more preferable to use the separation by a filter together in terms of improving the purity of CNTs.

CNTの直径は特に限定されないが、1nm以上100nm以下が好ましく、より好ましくは50nm以下である。さらに好ましくは5nm以下である。 The diameter of the CNT is not particularly limited, but is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 50 nm or less. More preferably, it is 5 nm or less.

また、CNTとしては、CNTの表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着したCNT複合体を用いることが好ましい。共役系重合体とは、繰り返し単位が共役構造をとり、重合度が2以上の化合物を指す。 Further, as the CNT, it is preferable to use a CNT composite in which a conjugated polymer is attached to at least a part of the surface of the CNT. A conjugated polymer refers to a compound having a conjugated structure as a repeating unit and having a degree of polymerization of 2 or more.

CNTの表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着した状態とは、CNTの表面の一部、あるいは全部を共役系重合体が被覆した状態を意味する。共役系重合体がCNTを被覆できるのは、両者の共役系構造に由来するπ電子雲が重なることによって相互作用が生じるためと推測される。CNTが共役系重合体で被覆されているか否かは、被覆されたCNTの反射色が被覆されていないCNTの色から共役系重合体の色に近づくことで判断できる。定量的にはX線光電子分光(XPS)などの元素分析によって、付着物の存在とCNTに対する付着物の重量比を同定することができる。 The state in which the conjugated polymer is attached to at least a part of the surface of the CNT means a state in which a part or the whole of the surface of the CNT is covered with the conjugated polymer. It is presumed that the conjugated polymer can coat CNTs because the interaction occurs due to the overlap of the π-electron clouds derived from the conjugated structures of both. Whether or not the CNTs are coated with the conjugated polymer can be determined by the color of the coated CNTs approaching the color of the conjugated polymer from the color of the uncoated CNTs. Quantitatively, elemental analysis such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can identify the presence of deposits and the weight ratio of deposits to CNTs.

CNTの表面の少なくとも一部に共役系重合体を付着させることにより、CNTの保有する高い電気的特性を損なうことなくCNTを溶液中に均一に分散することが可能になる。また、CNTが均一に分散した溶液から塗布法により、均一に分散したCNT膜を形成することが可能になる。これにより、高い半導体特性を実現できる。 By adhering the conjugated polymer to at least a part of the surface of the CNT, the CNT can be uniformly dispersed in the solution without impairing the high electrical properties of the CNT. In addition, it becomes possible to form a uniformly dispersed CNT film from a solution in which CNTs are uniformly dispersed by a coating method. Thereby, high semiconductor characteristics can be realized.

CNTに共役系重合体を付着させる方法は、(I)溶融した共役系重合体中にCNTを添加して混合する方法、(II)共役系重合体を溶媒中に溶解させ、この中にCNTを添加して混合する方法、(III)CNTを溶媒中に超音波等で予備分散させておき、そこへ共役系重合体を添加し混合する方法、(IV)溶媒中に共役系重合体とCNTを入れ、この混合系へ超音波を照射して混合する方法などが挙げられる。本発明では、いずれの方法を用いてもよく、複数の方法を組み合わせてもよい。 The method of adhering the conjugated polymer to CNT is (I) a method of adding CNT to the molten conjugated polymer and mixing it, and (II) dissolving the conjugated polymer in a solvent and CNT in this. (III) Pre-dispersed in a solvent with a conjugated polymer by ultrasonic waves or the like, and then added and mixed a conjugated polymer there, (IV) With a conjugated polymer in a solvent. Examples thereof include a method in which CNT is added and the mixing system is irradiated with ultrasonic waves to mix. In the present invention, any method may be used, and a plurality of methods may be combined.

共役系重合体としては、ポリチオフェン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリ−p−フェニレン系重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体などが挙げられるが、特に限定されない。上記重合体は単一のモノマーユニットが並んだものが好ましく用いられるが、異なるモノマーユニットをブロック共重合したもの、ランダム共重合したものも用いられる。また、グラフト重合したものも用いることができる。 Examples of the conjugated polymer include polythiophene-based polymers, polypyrrole-based polymers, polyaniline-based polymers, polyacetylene-based polymers, poly-p-phenylene-based polymers, and poly-p-phenylene vinylene-based polymers. , Not particularly limited. As the above polymer, one in which a single monomer unit is lined up is preferably used, but one in which different monomer units are block-copolymerized or one in which different monomer units are randomly copolymerized is also used. Further, a graft-polymerized product can also be used.

上記重合体の中でも本発明においては、CNTへの付着が容易であり、CNT複合体を形成しやすいポリチオフェン系重合体が好ましく使用される。環中に含窒素二重結合を有する縮合へテロアリールユニットとチオフェンユニットを繰り返し単位中に含むものがより好ましい。 Among the above polymers, in the present invention, a polythiophene-based polymer that easily adheres to CNTs and easily forms CNT complexes is preferably used. It is more preferable that the condensed heteroaryl unit and the thiophene unit having a nitrogen-containing double bond in the ring are contained in the repeating unit.

環中に含窒素二重結合を有する縮合へテロアリールユニットとしては、特にベンゾチアジアゾールユニットまたはキノキサリンユニットが好ましい。これらのユニットを有することで、CNTと共役系重合体の密着性が増し、CNTを半導体層中により良好に分散することができる。 As the condensed heteroaryl unit having a nitrogen-containing double bond in the ring, a benzothiadiazole unit or a quinoxaline unit is particularly preferable. By having these units, the adhesion between the CNT and the conjugated polymer is increased, and the CNT can be more well dispersed in the semiconductor layer.

半導体層は電気特性を阻害しない範囲であれば、さらに有機半導体や絶縁材料を含んでもよい。半導体層の膜厚は1nm以上100nm以下が好ましい。この範囲内にあることで、均一な薄膜形成が容易になる。より好ましくは1nm以上50nm以下、さらに好ましくは1nm以上20nm以下である。膜厚は、原子間力顕微鏡により測定できる。 The semiconductor layer may further contain an organic semiconductor or an insulating material as long as it does not impair the electrical characteristics. The film thickness of the semiconductor layer is preferably 1 nm or more and 100 nm or less. Within this range, uniform thin film formation becomes easy. It is more preferably 1 nm or more and 50 nm or less, and further preferably 1 nm or more and 20 nm or less. The film thickness can be measured by an atomic force microscope.

半導体層の形成方法としては、抵抗加熱蒸着、電子線ビーム、スパッタリング、CVDなど乾式の方法を用いることも可能であるが、製造コストや大面積への適合の観点から塗布法を用いることが好ましい。具体的には、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法などを好ましく用いることができ、塗膜厚み制御や配向制御など、得ようとする塗膜特性に応じて塗布方法を選択できる。また、形成した塗膜に対して、大気下、減圧下または窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下でアニーリング処理を行ってもよい。 As a method for forming the semiconductor layer, a dry method such as resistance heating vapor deposition, electron beam, sputtering, or CVD can be used, but it is preferable to use a coating method from the viewpoint of manufacturing cost and compatibility with a large area. .. Specifically, a spin coating method, a blade coating method, a slit die coating method, a screen printing method, a bar coater method, a mold method, a printing transfer method, a dipping pulling method, an inkjet method and the like can be preferably used to control the coating film thickness. The coating method can be selected according to the coating film characteristics to be obtained, such as or orientation control. Further, the formed coating film may be subjected to an annealing treatment in the atmosphere, under reduced pressure, or in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon.

(第2絶縁層)
第2絶縁層は、半導体層に対してゲート絶縁層が形成された側の反対側に形成される。半導体層に対してゲート絶縁層が形成された側の反対側とは、例えば、半導体層の下側にゲート絶縁層を有する場合は、半導体層の上側を指す。第2絶縁層を形成することにより、通常はp型半導体特性を示すCNT−FETを、n型半導体特性を示す半導体素子へ転換できる。
(Second insulating layer)
The second insulating layer is formed on the side opposite to the semiconductor layer on which the gate insulating layer is formed. The side opposite to the side on which the gate insulating layer is formed with respect to the semiconductor layer refers to, for example, the upper side of the semiconductor layer when the gate insulating layer is provided on the lower side of the semiconductor layer. By forming the second insulating layer, CNT-FETs that normally exhibit p-type semiconductor characteristics can be converted into semiconductor elements that exhibit n-type semiconductor characteristics.

第2絶縁層は、炭素原子と窒素原子の結合を含む有機化合物を含有することが好ましい。そのような有機化合物としてはいかなる有機化合物でもよいが、例えば、アミド系化合物、イミド系化合物、ウレア系化合物、アミン系化合物、イミン系化合物、アニリン系化合物、ニトリル系化合物などを挙げることができる。中でも、第2絶縁層は、(a)1つの炭素−炭素二重結合または1つの共役系に一般式(1)および一般式(2)で表される基がそれぞれ少なくとも1つ以上結合した構造を有する化合物、および(b)ポリマーを含有することが好ましい。 The second insulating layer preferably contains an organic compound containing a bond between a carbon atom and a nitrogen atom. Such an organic compound may be any organic compound, and examples thereof include amide compounds, imide compounds, urea compounds, amine compounds, imine compounds, aniline compounds, and nitrile compounds. Among them, the second insulating layer has a structure in which at least one group represented by the general formula (1) and the general formula (2) is bonded to (a) one carbon-carbon double bond or one conjugated system. It is preferable to contain a compound having (b) and (b) a polymer.

(a)化合物は、1つの炭素−炭素二重結合または1つの共役系に一般式(1)および一般式(2)で表される基がそれぞれ少なくとも1つ以上結合していることにより、1つの炭素−炭素二重結合または1つの共役系のπ軌道の電子密度が高くなる。さらに、1つの炭素−炭素二重結合または1つの共役系といった構造は、CNTとπ−π相互作用や電荷移動相互作用をしやすいため、(a)化合物はCNTと強く電子的に相互作用し、通常はp型半導体特性を示すCNT−FETを、安定なn型半導体特性を示す半導体素子へ転換できると推定される。 The compound (a) has one carbon-carbon double bond or one conjugated system having at least one group represented by the general formula (1) and the general formula (2) bonded thereto. The electron density of one carbon-carbon double bond or the π orbital of one conjugated system increases. Furthermore, since structures such as one carbon-carbon double bond or one conjugate system are likely to engage in π-π interaction and charge transfer interaction with CNTs, (a) compounds strongly and electronically interact with CNTs. It is presumed that CNT-FETs, which normally exhibit p-type semiconductor characteristics, can be converted into semiconductor devices exhibiting stable n-type semiconductor characteristics.

さらに第2絶縁層は(b)ポリマーを含有することにより、(a)化合物とCNTとが相互作用する場を安定に保つことができると考えられるので、より安定なn型半導体特性が得られると推定される。 Further, since it is considered that the second insulating layer can keep the field where the compound and the CNT interact with each other stably by containing the polymer (b), more stable n-type semiconductor characteristics can be obtained. It is estimated to be.

Figure 2021129107
Figure 2021129107

一般式(1)および(2)中、Rは水素原子、アルキル基およびシクロアルキル基から選ばれる構造を示す。R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アリール基およびヘテロアリール基から選ばれる構造を示す。また、R〜Rのうち任意の2つにより環構造が形成されていてもよい。一般式(1)または一般式(2)で表される基がそれぞれ2つ以上含まれる場合、R〜Rは、互いに同じでも異なっていてもよい。 In the general formulas (1) and (2), R 1 represents a structure selected from a hydrogen atom, an alkyl group and a cycloalkyl group. R 2 to R 4 each independently represent a structure selected from a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, a cycloalkenyl group, an alkynyl group, an aryl group and a heteroaryl group. Further, a ring structure may be formed by any two of R 1 to R 4. When two or more groups represented by the general formula (1) or the general formula (2) are included, R 1 to R 4 may be the same or different from each other.

アルキル基とは、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基などの飽和脂肪族炭化水素基を示し、置換基を有していても有していなくてもよい。アルキル基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、1以上20以下が好ましく、より好ましくは1以上8以下である。 The alkyl group indicates a saturated aliphatic hydrocarbon group such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group and a tert-butyl group, and has a substituent. You may or may not have it. The number of carbon atoms of the alkyl group is not particularly limited, but is preferably 1 or more and 20 or less, and more preferably 1 or more and 8 or less, from the viewpoint of availability and cost.

シクロアルキル基とは、例えば、シクロプロピル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などの飽和脂環式炭化水素基を示す。シクロアルキル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。シクロアルキル基の炭素数は特に限定されないが、3以上20以下の範囲が好ましい。 The cycloalkyl group refers to a saturated alicyclic hydrocarbon group such as a cyclopropyl group, a cyclohexyl group, a norbornyl group, or an adamantyl group. The cycloalkyl group may or may not have a substituent. The number of carbon atoms of the cycloalkyl group is not particularly limited, but is preferably in the range of 3 or more and 20 or less.

アルケニル基とは、例えば、ビニル基、アリル基、ブタジエニル基などの二重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルケニル基の炭素数は、特に限定されないが、2以上20以下の範囲が好ましい。 The alkenyl group refers to an unsaturated aliphatic hydrocarbon group containing a double bond such as a vinyl group, an allyl group, or a butadienyl group, which may or may not have a substituent. The carbon number of the alkenyl group is not particularly limited, but is preferably in the range of 2 or more and 20 or less.

シクロアルケニル基とは、例えば、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基などの、二重結合を含む不飽和脂環式炭化水素基を示す。シクロアルケニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。シクロアルケニル基の炭素数は特に限定されないが、3以上20以下の範囲が好ましい。 The cycloalkenyl group refers to an unsaturated alicyclic hydrocarbon group containing a double bond, such as a cyclopentenyl group, a cyclopentadienyl group, and a cyclohexenyl group. The cycloalkenyl group may or may not have a substituent. The number of carbon atoms of the cycloalkenyl group is not particularly limited, but is preferably in the range of 3 or more and 20 or less.

アルキニル基とは、例えば、エチニル基などの、三重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示す。アルキニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アルキニル基の炭素数は特に限定されないが、2以上20以下の範囲が好ましい。 The alkynyl group refers to an unsaturated aliphatic hydrocarbon group containing a triple bond, such as an ethynyl group. The alkynyl group may or may not have a substituent. The carbon number of the alkynyl group is not particularly limited, but is preferably in the range of 2 or more and 20 or less.

アリール基とは、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ターフェニル基、ピレニル基などの芳香族炭化水素基を示す。アリール基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリール基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。 The aryl group indicates, for example, an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, an anthrasenyl group, a phenanthryl group, a terphenyl group, and a pyrenyl group. The aryl group may or may not have a substituent. The number of carbon atoms of the aryl group is not particularly limited, but is preferably in the range of 6 or more and 40 or less.

ヘテロアリール基とは、例えば、フラニル基、チオフェニル基、ベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基、ピリジル基、キノリニル基など、炭素以外の原子を一個または複数個環内に有する芳香族基を示す。ヘテロアリール基は、置換基を有していても有していなくてもよい。ヘテロアリール基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。 The heteroaryl group refers to an aromatic group having one or more atoms other than carbon in the ring, such as a furanyl group, a thiophenyl group, a benzofuranyl group, a dibenzofuranyl group, a pyridyl group, and a quinolinyl group. The heteroaryl group may or may not have a substituent. The number of carbon atoms of the heteroaryl group is not particularly limited, but is preferably in the range of 2 or more and 30 or less.

〜Rのうち任意の2つにより環構造が形成される場合とは、例えば、RとRや、RとRとが互いに結合して、共役または非共役の環構造を形成する場合である。環構造の構成元素として、炭素原子以外に、窒素、酸素、硫黄、リン、ケイ素の各原子を含んでいてもよい。また、環構造が、さらに別の環と縮合した構造であってもよい。 When a ring structure is formed by any two of R 1 to R 4 , for example, R 1 and R 2 or R 1 and R 3 are bonded to each other to form a conjugated or non-conjugated ring structure. Is the case of forming. As a constituent element of the ring structure, each atom of nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus and silicon may be contained in addition to the carbon atom. Further, the ring structure may be a structure condensed with another ring.

また共役系とは、多重結合が2個あるいはそれ以上共役している系のことであり、多重結合のπ電子は単結合を通して相互作用し非局在化している。例えば、二重結合および/または三重結合が単結合または非共有電子対または空のp軌道を有する原子により連結された構造であり、具体例としては、一般式(3)〜(5)にて示される。 A conjugated system is a system in which two or more multiple bonds are conjugated, and the π electrons of the multiple bonds interact with each other through a single bond and are delocalized. For example, a double bond and / or a triple bond is a structure in which a single bond or an unshared electron pair or an atom having an empty p-orbital is connected, and specific examples thereof include the general formulas (3) to (5). Shown.

Figure 2021129107
Figure 2021129107

また、1つの共役系に一般式(1)および一般式(2)で表される基がそれぞれ少なくとも1つ以上結合している例とは、例えば、一般式(6)〜(9)で表される化合物である。なお、1つの共役系に該当する構造を点線で覆っている。 Further, examples in which at least one or more groups represented by the general formulas (1) and (2) are bonded to one conjugated system are represented by, for example, the general formulas (6) to (9). It is a compound to be used. The structure corresponding to one conjugated system is covered with a dotted line.

Figure 2021129107
Figure 2021129107

(a)化合物としては、例えば、テトラキス(ジメチルアミノ)エチレン、4−((2−ジメチルアミノ)ビニル)―N,N−ジメチルアニリン、1,2−フェニレンジアミン、1,4−フェニレンジアミン、2,3,5,6−テトラメチル−1,4−フェニレンジアミン、N,N−ジメチル−1,4−フェニレンジアミン、N,N−ジメチル−N’,N’−ジフェニル−1,4−フェニレンジアミン、N,N,N’−トリメチル−N’−フェニル−1,4−フェニレンジアミン、N,N,N’−トリメチル−1,4−フェニレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,4−フェニレンジアミン、N,N−ビス(メトキシメチル)−N’,N’−ジメチル−1,4−フェニレンジアミン、5,10−ジヒドロ−5,10−ジメチルフェナジン、ベンジジン、3,3’,5,5’−テトラメチルベンジジン、N,N,N’,N’−テトラメチルベンジジン、4−(ピロリジン−1−イル)アニリン、4−(4−メチルピペリジン−1−イル)アニリン、2,4−ジピペリジン−1−イル−フェニルアミン、トリス[4−(ジエチルアミノ)フェニル]アミン、N,N,N’,N’−テトラキス[4−(ジイソブチルアミノ)フェニル] −1,4−フェニレンジアミン、1,5−ジアミノナフタレン、1,8−ジアミノナフタレンなどが挙げられる。該化合物は単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the compound (a) include tetrakis (dimethylamino) ethylene, 4-((2-dimethylamino) vinyl) -N, N-dimethylaniline, 1,2-phenylenediamine, 1,4-phenylenediamine, and 2 , 3,5,6-Tetramethyl-1,4-phenylenediamine, N, N-dimethyl-1,4-phenylenediamine, N, N-dimethyl-N', N'-diphenyl-1,4-phenylenediamine , N, N, N'-trimethyl-N'-phenyl-1,4-phenylenediamine, N, N, N'-trimethyl-1,4-phenylenediamine, N, N, N', N'-tetramethyl -1,4-phenylenediamine, N, N-bis (methoxymethyl) -N', N'-dimethyl-1,4-phenylenediamine, 5,10-dihydro-5,10-dimethylphenazine, benzidine, 3, 3', 5,5'-tetramethylbenzidine, N, N, N', N'-tetramethylbenzidine, 4- (pyrrolidin-1-yl) aniline, 4- (4-methylpiperidin-1-yl) aniline , 2,4-Dipiperidin-1-yl-phenylamine, tris [4- (diethylamino) phenyl] amine, N, N, N', N'-tetrakis [4- (diisobutylamino) phenyl] -1,4- Examples thereof include phenylenediamine, 1,5-diaminonaphthalene and 1,8-diaminonaphthalene. The compound may be used alone or in combination of two or more.

第2絶縁層中の(a)化合物や(b)ポリマーの分析方法としては、半導体素子から第2絶縁層の組成物を抽出するなどして得られたサンプルを核磁気共鳴(NMR)などで分析する方法や、第2絶縁層をXPSなどで分析する方法などが挙げられる。 As a method for analyzing the compound (a) and the polymer (b) in the second insulating layer, a sample obtained by extracting the composition of the second insulating layer from the semiconductor element is subjected to nuclear magnetic resonance (NMR) or the like. Examples thereof include a method of analyzing and a method of analyzing the second insulating layer by XPS or the like.

第2絶縁層の膜厚は、500nm以上であることが好ましく、1.0μm以上であることがより好ましく、3.0μm以上であることがさらに好ましく、10μm以上であることが特に好ましい。この範囲の膜厚にすることにより、より半導体素子の特性の安定性が向上する。また、上限としては、特に限定されるものではないが、500μm以下であることが好ましい。 The film thickness of the second insulating layer is preferably 500 nm or more, more preferably 1.0 μm or more, further preferably 3.0 μm or more, and particularly preferably 10 μm or more. By setting the film thickness in this range, the stability of the characteristics of the semiconductor element is further improved. The upper limit is not particularly limited, but is preferably 500 μm or less.

第2絶縁層の膜厚は、第2絶縁層の断面を走査型電子顕微鏡により測定し、得られた像のうち、半導体層上に位置する第2絶縁層部分の中から無作為に選択した10箇所の膜厚を算出し、その算術平均の値とする。 The film thickness of the second insulating layer was measured by measuring the cross section of the second insulating layer with a scanning electron microscope, and was randomly selected from the second insulating layer portion located on the semiconductor layer from the obtained images. Calculate the film thickness at 10 points and use it as the arithmetic average value.

第2絶縁層は(a)化合物や(b)ポリマー以外に他の化合物を含有していてもよい。他の化合物としては、例えば、第2絶縁層を塗布で形成する場合における、溶液の粘度やレオロジーを調節するための増粘剤やチクソ剤などが挙げられる。 The second insulating layer may contain other compounds in addition to the (a) compound and the (b) polymer. Examples of other compounds include thickeners and thixogens for adjusting the viscosity and rheology of the solution when the second insulating layer is formed by coating.

また、第2絶縁層は単層でも複数層でもよい。複数層である場合、少なくとも(a)化合物を含有する層が半導体層に接している限りにおいて、少なくとも一つの層が(a)化合物と(b)ポリマーとを含んでいてもよいし、(a)化合物と(b)ポリマーとがそれぞれ別々の層に含まれていてもよい。例えば、半導体層上に(a)化合物を含有する第1層が形成され、その上に(b)ポリマーを含有する第2層が形成された構成が挙げられる。 Further, the second insulating layer may be a single layer or a plurality of layers. In the case of a plurality of layers, at least one layer may contain the compound (a) and the polymer (b) as long as the layer containing the compound (a) is in contact with the semiconductor layer, or (a). ) Compound and (b) polymer may be contained in separate layers. For example, there is a configuration in which a first layer containing (a) a compound is formed on a semiconductor layer, and a second layer containing (b) a polymer is formed on the first layer.

第2絶縁層の形成方法としては、特に限定されず、抵抗加熱蒸着、電子線ビーム、スパッタリング、CVDなど乾式の方法を用いることも可能であるが、製造コストや大面積への適合の観点から塗布法を用いることが好ましい。塗布法として、具体的には、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法、ドロップキャスト法などを好ましく用いることができる。塗膜厚み制御や配向制御など、得ようとする塗膜特性に応じて塗布方法を選択できる。 The method for forming the second insulating layer is not particularly limited, and a dry method such as resistance heating vapor deposition, electron beam, sputtering, or CVD can be used, but from the viewpoint of manufacturing cost and compatibility with a large area. It is preferable to use a coating method. Specifically, as the coating method, a spin coating method, a blade coating method, a slit die coating method, a screen printing method, a bar coater method, a mold method, a printing transfer method, a dipping pulling method, an inkjet method, a drop casting method and the like are preferably used. be able to. The coating method can be selected according to the coating film characteristics to be obtained, such as coating film thickness control and orientation control.

(保護層)
第1の半導体素子は、第2絶縁層上に、さらに保護層を有していてもよい。保護層の役割としては、擦れなどの物理ダメージや大気中の水分や酸素から半導体素子を保護することなどが挙げられる。
(Protective layer)
The first semiconductor element may further have a protective layer on the second insulating layer. The role of the protective layer is to protect the semiconductor element from physical damage such as rubbing and moisture and oxygen in the atmosphere.

保護層の材料としては、例えば、シリコンウエハ、ガラス、サファイア、アルミナ焼結体等の無機材料、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、ポリアクリロニトリル、シクロオレフィンポリマー等の有機材料などが挙げられる。また、例えば、シリコンウエハ上にポリビニルフェノール膜を形成したものや、ポリエチレンテレフタレート上に酸化アルミニウム膜を形成したものなど、複数の材料が積層されたものであってもよい。 Examples of the protective layer material include inorganic materials such as silicon wafers, glass, sapphire, and alumina sintered bodies, polyimide, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, polysiloxane, polyvinylphenol, polyester, and polycarbonate. Examples thereof include organic materials such as polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polyphenylene sulfide, polyparaxylene, polyacrylonitrile, and cycloolefin polymer. Further, for example, a plurality of materials may be laminated, such as one having a polyvinylphenol film formed on a silicon wafer and one having an aluminum oxide film formed on polyethylene terephthalate.

半導体素子では、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流(ソース・ドレイン間電流)を、ゲート電圧を変化させることによって制御することができる。そして、半導体素子の移動度μ(cm/V・s)は、下記式を用いて算出することができる。 In a semiconductor element, the current flowing between the source electrode and the drain electrode (source-drain current) can be controlled by changing the gate voltage. Then, the mobility μ (cm 2 / V · s) of the semiconductor element can be calculated by using the following formula.

μ=(δId/δVg)L・D/(W・εr・ε・Vsd)
ただしIdはソース・ドレイン間電流(A)、Vsdはソース・ドレイン間電圧(V)、Vgはゲート電圧(V)、Dはゲート絶縁層の厚み(m)、Lはチャネル長(m)、Wはチャネル幅(m)、εrはゲート絶縁層の比誘電率(F/m)、εは真空の誘電率(8.85×10−12F/m)、δは該当の物理量の変化量を示す。
μ = (δId / δVg) L ・ D / (W ・ εr ・ ε ・ Vsd)
However, Id is the source-drain current (A), Vsd is the source-drain voltage (V), Vg is the gate voltage (V), D is the thickness of the gate insulating layer (m), and L is the channel length (m). W is the channel width (m), εr is the relative permittivity of the gate insulating layer (F / m), ε is the permittivity of the vacuum (8.85 × 10-12 F / m), and δ is the amount of change in the corresponding physical quantity. Is shown.

また、半導体素子のしきい値電圧は、Id−Vgグラフにおける線形部分の延長線とVg軸との交点から求めることができる。 Further, the threshold voltage of the semiconductor element can be obtained from the intersection of the extension line of the linear portion and the Vg axis in the Id-Vg graph.

しきい値電圧の絶対値が小さく、移動度が高いものが、高機能な、特性の良い半導体素子である。 A semiconductor device having a small absolute value of the threshold voltage and high mobility is a semiconductor device having high functionality and good characteristics.

<第2の半導体素子>
第2の半導体素子は、絶縁性表面を有する基材上に備えられており、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、ソース電極およびドレイン電極と接する第2の半導体層と、第2の半導体層をゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、を備え、第2の半導体層が、CNTを含有する。
<Second semiconductor element>
The second semiconductor element is provided on a substrate having an insulating surface, and includes a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, a second semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode, and a second semiconductor layer. A gate insulating layer that insulates the semiconductor layer from the gate electrode is provided, and the second semiconductor layer contains CNT.

図2に、第2の半導体素子の一例を示す模式断面図を示す。この半導体素子2は、基板20の上に形成されるゲート電極21と、それを覆うゲート絶縁層22と、その上に設けられるソース電極23およびドレイン電極24と、それらの電極の間に設けられる第2の半導体層25を有する。第2の半導体層25は、CNTを含有する。 FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view showing an example of the second semiconductor element. The semiconductor element 2 is provided between the gate electrode 21 formed on the substrate 20, the gate insulating layer 22 covering the gate electrode 21, the source electrode 23 and the drain electrode 24 provided on the gate electrode 21, and the electrodes thereof. It has a second semiconductor layer 25. The second semiconductor layer 25 contains CNT.

第2の半導体素子2の構造は、図1に示す半導体素子1と同様、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造である。しかし、第2の半導体素子2の構造はこれに限られるものではなく、トップゲート構造や、トップコンタクト構造であってもよい。 The structure of the second semiconductor element 2 is a bottom gate / bottom contact structure similar to the semiconductor element 1 shown in FIG. However, the structure of the second semiconductor element 2 is not limited to this, and may be a top gate structure or a top contact structure.

(絶縁性表面を有する基材)
第2の半導体素子の絶縁性表面を有する基材は、例えば、上述の第1の半導体素子の絶縁性表面を有する基材と同様のものが挙げられる。
(Base material with an insulating surface)
Examples of the base material having the insulating surface of the second semiconductor element include the same base material having the insulating surface of the first semiconductor element described above.

なお、製造コスト、プロセス簡便性の観点から、上述の第1の半導体素子と第2の半導体素子を別々の基材上に形成するのではなく、同一の絶縁性表面を有する基材上に形成することが好ましい。 From the viewpoint of manufacturing cost and process simplicity, the above-mentioned first semiconductor element and second semiconductor element are not formed on separate substrates, but are formed on substrates having the same insulating surface. It is preferable to do so.

(ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極)
第2の半導体素子のソース電極、ドレイン電極、およびゲート電極に用いられる材料は、例えば、上述の第1の半導体素子の電極に用いられる材料と同様のものが挙げられる。
(Source electrode, drain electrode, gate electrode)
Examples of the material used for the source electrode, drain electrode, and gate electrode of the second semiconductor element include the same materials as those used for the electrode of the first semiconductor element described above.

なお、第2の半導体素子の電極は、製造コストの観点から、上述の第1の半導体素子の電極と、別々の材料で形成するのではなく、同一の材料で形成することが好ましい。各電極が同一材料から形成されるとは、各電極に含まれる元素の中でも最も含有モル比率が高い元素が同一であることをいう。電極中の元素の種類と含有比率はX線光電子分光(XPS)や二次イオン質量分析法(SIMS)などの元素分析によって、同定することができる。 From the viewpoint of manufacturing cost, the electrode of the second semiconductor element is preferably formed of the same material as the electrode of the first semiconductor element described above, rather than being formed of a separate material. The fact that each electrode is formed of the same material means that the element having the highest molar content among the elements contained in each electrode is the same. The types and content ratios of the elements in the electrodes can be identified by elemental analysis such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and secondary ion mass spectrometry (SIMS).

さらに、第2の半導体素子の電極は、プロセス簡便性の観点から、上述の半導体素子の各電極と、同一工程で形成することが好ましい。 Further, the electrode of the second semiconductor element is preferably formed in the same process as each electrode of the above-mentioned semiconductor element from the viewpoint of process simplicity.

第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離200(Ln)は、特に制限はないが、1000μm以下が好ましく、500μm以下がより好ましく、100μm以下がさらに好ましい。この範囲の距離にすることにより、より半導体素子の特性が向上する。電極間の距離は、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡(SEM)などにより測定できる。 The distance 200 (Ln) between the source electrode and the drain electrode of the second semiconductor element is not particularly limited, but is preferably 1000 μm or less, more preferably 500 μm or less, still more preferably 100 μm or less. By setting the distance within this range, the characteristics of the semiconductor element are further improved. The distance between the electrodes can be measured with an optical microscope, a scanning electron microscope (SEM), or the like.

また、複数の第2半導体素子間、または第1の半導体素子と第2の半導体素子を電気的に接続する配線を形成してもよい。配線に用いられる材料は、一般的に電極として使用されうる導電性材料であれば、いかなるものでもよい。例えば、上述の第1の半導体素子間を電気的に接続する配線と同様のものが挙げられる。 Further, wiring may be formed between a plurality of second semiconductor elements or electrically connecting the first semiconductor element and the second semiconductor element. The material used for wiring may be any conductive material that can be generally used as an electrode. For example, the same wiring as the wiring for electrically connecting the first semiconductor elements described above can be mentioned.

(ゲート絶縁層)
第2の半導体素子のゲート絶縁層に用いられる材料は、特に限定されないが、例えば、上述の第1の半導体素子のゲート絶縁層と同様のものが挙げられる。
(Gate insulation layer)
The material used for the gate insulating layer of the second semiconductor element is not particularly limited, and examples thereof include the same materials as the gate insulating layer of the first semiconductor element described above.

なお、第2の半導体素子のゲート絶縁層は、製造コストの観点から、上述の第1の半導体素子のゲート絶縁層と、別々の材料で形成するのではなく、同一の材料で形成することが好ましい。これらのゲート絶縁層が同一材料からなるとは、各ゲート絶縁層を構成する組成物中に1モル%以上含まれる元素の種類および組成比が同じであることをいう。元素の種類および組成比が同じであるか否かは、X線光電子分光(XPS)や二次イオン質量分析法(SIMS)などの元素分析によって、同定することができる。 From the viewpoint of manufacturing cost, the gate insulating layer of the second semiconductor element may be formed of the same material as the gate insulating layer of the first semiconductor element described above, instead of being formed of different materials. preferable. When these gate insulating layers are made of the same material, it means that the types and composition ratios of the elements contained in 1 mol% or more in the composition constituting each gate insulating layer are the same. Whether or not the types and composition ratios of the elements are the same can be identified by elemental analysis such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and secondary ion mass spectrometry (SIMS).

さらに、第2の半導体素子のゲート絶縁層は、プロセス簡便性の観点から、上述の第1の半導体素子のゲート絶縁層と、同一工程で形成することが好ましい。 Further, the gate insulating layer of the second semiconductor element is preferably formed in the same process as the gate insulating layer of the first semiconductor element described above from the viewpoint of process simplicity.

(第2の半導体層)
第2の半導体層はCNTを含有する。CNTとしては、上述の第1の半導体層のものと同様である。
(Second semiconductor layer)
The second semiconductor layer contains CNT. The CNTs are the same as those of the first semiconductor layer described above.

なお、第2の半導体層は、製造コストの観点から、上述の第1の半導体層と、別の材料で形成するのではなく、同一の材料で形成することが好ましい。さらに、第2の半導体層は、プロセス簡便性の観点から、上述の第1の半導体層と、同一工程で形成することが好ましい。 From the viewpoint of manufacturing cost, the second semiconductor layer is preferably formed of the same material as the first semiconductor layer described above, rather than being formed of a different material. Further, the second semiconductor layer is preferably formed in the same process as the above-mentioned first semiconductor layer from the viewpoint of process simplicity.

本実施の形態1に係る半導体装置において、第1の半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さ(Cn)は、第2の半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さ(Cp)とは異なる。これにより、第1の半導体素子と第2の半導体素子の、オン電流やオフ電流、しきい値電圧といった電気的特性が同等になることで、ノイズマージンが広い半導体装置となる。 In the semiconductor device according to the first embodiment, the total length (Cn) of CNTs existing per 1 μm 2 of the first semiconductor layer is the total length (Cp) of CNTs existing per 1 μm 2 of the second semiconductor layer. Is different. As a result, the electrical characteristics such as the on-current, off-current, and threshold voltage of the first semiconductor element and the second semiconductor element become the same, so that the semiconductor device has a wide noise margin.

中でも、第2の半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さ(Cp)が、第1の半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さ(Cn)より短いことが好ましい。これにより、第1の半導体素子と第2の半導体素子の電気的特性がより等しくなるので好ましい。これは、下記の理由であると推定される。通常、CNT−TFTはp型半導体特性を示すことからも分かるように、CNTにおいては、p型半導体の電気的な伝導性を担うキャリアである正孔の移動度の方が、n型半導体の電気的な伝導性を担うキャリアである電子の移動度より大きい。このため、p型半導体素子とn型半導体素子の電気的特性を同等とするためには、n型半導体素子のキャリア密度を、p型半導体素子のキャリア密度よりも、密にすることが好ましい。さらに、p型半導体素子とn型半導体素子の電気的特性を同等とするためには、n型半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離を、p型半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離よりも、短くすることも好ましい。 Among them, the total length of the CNT present in the second semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cp) is preferably shorter than the total length of the CNT present in the first semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cn). This is preferable because the electrical characteristics of the first semiconductor element and the second semiconductor element become more equal. It is presumed that this is due to the following reasons. Normally, as can be seen from the fact that CNT-TFT exhibits p-type semiconductor characteristics, in CNT, the mobility of holes, which are carriers responsible for the electrical conductivity of p-type semiconductors, is higher than that of n-type semiconductors. It is larger than the mobility of electrons, which are carriers responsible for electrical conductivity. Therefore, in order to make the electrical characteristics of the p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element equivalent, it is preferable that the carrier density of the n-type semiconductor element is denser than the carrier density of the p-type semiconductor element. Further, in order to make the electrical characteristics of the p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element equivalent, the distance between the source electrode and the drain electrode of the n-type semiconductor element should be set to the source electrode and the drain electrode of the p-type semiconductor element. It is also preferable to make it shorter than the distance between the two.

さらに好ましくは、第2の半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さ(Cp)が、第1の半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さ(Cn)の0.2倍以上0.8倍以下である。なお、上記数値範囲は、限界値の有効数字の下一桁を四捨五入して得られる範囲である。すなわち、0.8倍以下とは、0.84倍以下であり、0.2倍以上とは、0.15倍以上である。この範囲にあることで、第1の半導体素子と第2の半導体素子の移動度が高くなり、電気的特性もより同等となり、ノイズマージンもより広い半導体装置となる。 More preferably, the total length of the CNT present in the second semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cp) is 0.2 times or more the total length of the CNT present in the first semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cn) 0. It is 8 times or less. The above numerical range is a range obtained by rounding off the last digit of significant figures of the limit value. That is, 0.8 times or less means 0.84 times or less, and 0.2 times or more means 0.15 times or more. Within this range, the mobility of the first semiconductor element and the second semiconductor element becomes high, the electrical characteristics become more equal, and the noise margin becomes wider.

半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さとは、半導体層中の無作為に抽出した1μm内に存在するCNTの長さの総和を言う。CNTの総長さの測定方法としては、原子間力顕微鏡で得た半導体素子の半導体層の画像の中から無作為に1μmを選択し、その領域に含まれる全てのCNTの長さを測定して合計する方法が挙げられる。なお、上記CNTの総長さは、1μm未満の数字を四捨五入して得られる値である。すなわち、CNTの総長さ1μmとは、0.5μm以上1.4μm以下である。 The total length of the CNT present in the semiconductor layer 1 [mu] m 2 per refers to the sum of the length of the CNT present in 1 [mu] m in 2 randomly extracted in the semiconductor layer. As a method for measuring the total length of CNTs, 1 μm 2 was randomly selected from the images of the semiconductor layer of the semiconductor element obtained by an atomic force microscope, and the lengths of all CNTs contained in the region were measured. There is a method of totaling. The total length of the CNTs is a value obtained by rounding off a number less than 1 μm. That is, the total length of CNTs of 1 μm is 0.5 μm or more and 1.4 μm or less.

また、半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離とは、ソース電極とドレイン電極間の最短距離を言う。ソース電極とドレイン電極間の距離の測定方法としては、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡(SEM)などで得た半導体素子の画像から、ソース電極とドレイン電極間の最短距離を測定する方法が挙げられる。 The distance between the source electrode and the drain electrode of the semiconductor element means the shortest distance between the source electrode and the drain electrode. Examples of the method for measuring the distance between the source electrode and the drain electrode include a method for measuring the shortest distance between the source electrode and the drain electrode from an image of a semiconductor element obtained by an optical microscope, a scanning electron microscope (SEM), or the like. ..

(第3絶縁層)
第2の半導体素子は、さらに、第2の半導体層に対してゲート絶縁層が形成された側の反対側に第3絶縁層を形成してもよい。第2の半導体層に対してゲート絶縁層が形成された側の反対側とは、例えば、第2の半導体層の下側にゲート絶縁層を有する場合は、半導体層の上側を指す。本発明の第3絶縁層をさらに形成することによって、第2の半導体層を酸素や水分などの外部環境、物理的な衝撃から保護することができる。また、第3絶縁層を形成することにより、第2の半導体素子の特性を調整することもできる。
(Third insulating layer)
The second semiconductor element may further form a third insulating layer on the side opposite to the side on which the gate insulating layer is formed with respect to the second semiconductor layer. The side opposite to the side on which the gate insulating layer is formed with respect to the second semiconductor layer refers to, for example, the upper side of the semiconductor layer when the gate insulating layer is provided below the second semiconductor layer. By further forming the third insulating layer of the present invention, the second semiconductor layer can be protected from the external environment such as oxygen and moisture and physical impact. Further, by forming the third insulating layer, the characteristics of the second semiconductor element can be adjusted.

第3絶縁層は、これを形成することにより通常はp型半導体特性を示すCNT−FETをn型半導体特性を示す半導体素子に転換するものではない。この点で、第3絶縁層は、第1の半導体素子が備える第2絶縁層とは異なる。 By forming the third insulating layer, the CNT-FET that normally exhibits p-type semiconductor characteristics is not converted into a semiconductor element that exhibits n-type semiconductor characteristics. In this respect, the third insulating layer is different from the second insulating layer included in the first semiconductor element.

なお、第3絶縁層と第2絶縁層が異なるとは、第3絶縁層、および第2絶縁層を構成する組成物中に1モル%以上含まれる元素の種類および組成比が異なることをいう。第3絶縁層、および第2絶縁層中の元素の種類と含有比率は、半導体素子から第3絶縁層、および第2絶縁層の組成物を抽出するなどして得られたサンプルをX線光電子分光(XPS)や二次イオン質量分析法(SIMS)などの元素分析によって、同定することができる。 The difference between the third insulating layer and the second insulating layer means that the types and composition ratios of the elements contained in the third insulating layer and the composition constituting the second insulating layer in an amount of 1 mol% or more are different. .. The types and content ratios of the elements in the third insulating layer and the second insulating layer are determined by X-ray photoelectrons of a sample obtained by extracting the composition of the third insulating layer and the second insulating layer from the semiconductor element. It can be identified by elemental analysis such as spectroscopy (XPS) or secondary ion mass spectrometry (SIMS).

第3絶縁層に用いられる材料としては、特に限定されないが、具体的には酸化シリコン、アルミナ等の無機材料;ポリイミドやその誘導体、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサンやその誘導体、ポリビニルフェノールやその誘導体等などの有機高分子材料;あるいは無機材料粉末と有機高分子材料の混合物や有機低分子材料と有機高分子材料の混合物を挙げることができる。これらの中でも、塗布法で作製できる有機高分子材料を用いることが好ましい。特に、ポリフルオロエチレン、ポリノルボルネン、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリスチレン、ポリカーボネートおよびこれらの誘導体、ポリアクリル酸誘導体、ポリメタクリル酸誘導体、およびこれらを含む共重合体からなる群より選ばれる有機高分子材料を用いることが、絶縁層の均一性の観点から好ましい。ポリシロキサン、ポリスチレン、ポリビニルフェノールおよびポリメチルメタクリレートからなる群より選ばれた有機高分子材料を用いることで、第2の半導体素子の電気特性を悪化させることなく、第2の半導体層の保護が可能となることから、特に好ましい。 The material used for the third insulating layer is not particularly limited, but specifically, an inorganic material such as silicon oxide or alumina; polyimide or its derivative, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, polysiloxane, or the like. Examples thereof include organic polymer materials such as derivatives thereof, polyvinylphenol and derivatives thereof; or a mixture of an inorganic material powder and an organic polymer material, or a mixture of an organic low molecular weight material and an organic polymer material. Among these, it is preferable to use an organic polymer material that can be produced by a coating method. In particular, organic polymer materials selected from the group consisting of polyfluoroethylene, polynorbornene, polysiloxane, polyimide, polystyrene, polycarbonate and derivatives thereof, polyacrylic acid derivatives, polymethacrylic acid derivatives, and copolymers containing these. It is preferable to use it from the viewpoint of uniformity of the insulating layer. By using an organic polymer material selected from the group consisting of polysiloxane, polystyrene, polyvinylphenol and polymethylmethacrylate, it is possible to protect the second semiconductor layer without deteriorating the electrical characteristics of the second semiconductor element. Therefore, it is particularly preferable.

第3絶縁層の膜厚は、50nm〜10μmが好ましく、より好ましくは100nm〜3μmである。第3絶縁層は単層でも複数層でもよい。また、1つの層を複数の絶縁性材料から形成してもよいし、複数の絶縁性材料を積層して形成しても構わない。 The film thickness of the third insulating layer is preferably 50 nm to 10 μm, more preferably 100 nm to 3 μm. The third insulating layer may be a single layer or a plurality of layers. Further, one layer may be formed from a plurality of insulating materials, or a plurality of insulating materials may be laminated and formed.

第3絶縁層の形成方法としては、特に限定されず、抵抗加熱蒸着、電子線ビーム、スパッタリング、CVDなど乾式の方法を用いることも可能であるが、製造コストや大面積への適合の観点から塗布法を用いることが好ましい。塗布法として、具体的には、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法、ドロップキャスト法などを好ましく用いることができる。塗膜厚み制御や配向制御など、得ようとする塗膜特性に応じて塗布方法を選択できる。 The method for forming the third insulating layer is not particularly limited, and a dry method such as resistance heating vapor deposition, electron beam, sputtering, or CVD can be used, but from the viewpoint of manufacturing cost and compatibility with a large area. It is preferable to use a coating method. Specifically, as the coating method, a spin coating method, a blade coating method, a slit die coating method, a screen printing method, a bar coater method, a mold method, a printing transfer method, a dipping pulling method, an inkjet method, a drop casting method and the like are preferably used. be able to. The coating method can be selected according to the coating film characteristics to be obtained, such as coating film thickness control and orientation control.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る半導体装置は、上記実施の形態1に係る半導体装置において、第1の半導体層1μm当たりに存在するカーボンナノチューブの総長さ(Cn)が、第2の半導体層1μm当たりに存在するカーボンナノチューブの総長さ(Cp)と異なる、という特徴の代わりに、第1の半導体層1μm当たりに存在するカーボンナノチューブの総長さ(Cn)を第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)が、第2の半導体層1μm当たりに存在するカーボンナノチューブの総長さ(Cp)を第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)と異なる、という特徴を有するものである。また、その点を除いては、上記実施の形態1に係る半導体装置と同様の構成である。
(Embodiment 2)
In the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, in the semiconductor device according to the first embodiment, the total length (Cn) of carbon nanotubes existing per 1 μm 2 of the first semiconductor layer is the second semiconductor layer. the total length of the carbon nanotubes present per 1 [mu] m 2 differs from the (Cp), in place of the feature that the source of the total length of the carbon nanotubes present in the first semiconductor layer 1 [mu] m 2 per the (Cn) first semiconductor element The value (Cn / Ln) divided by the distance (Ln) between the electrode and the drain electrode is the total length (Cp) of carbon nanotubes existing per 1 μm 2 of the second semiconductor layer as the source of the second semiconductor element. It has a feature that it is different from the value (Cp / Lp) divided by the distance (Lp) between the electrode and the drain electrode. Further, except for that point, the configuration is the same as that of the semiconductor device according to the first embodiment.

本実施の形態2に係る半導体装置は、上記特徴を有することにより、第1の半導体素子と第2の半導体素子の、オン電流やオフ電流、しきい値電圧といった電気的特性が同等になることで、ノイズマージンが広い半導体装置となる。 Since the semiconductor device according to the second embodiment has the above characteristics, the electrical characteristics of the first semiconductor element and the second semiconductor element, such as on-current, off-current, and threshold voltage, are the same. Therefore, the semiconductor device has a wide noise margin.

中でも、第2の半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さ(Cp)を上記第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)が、第1の半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さ(Cn)を第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)より小さいことが好ましい。これにより、第1の半導体素子と第2の半導体素子の電気的特性がより等しくなるので好ましい。これは、下記の理由であると推定される。通常、CNT−TFTはp型半導体特性を示すことからも分かるように、CNTにおいては、p型半導体の電気的な伝導性を担うキャリアである正孔の移動度の方が、n型半導体の電気的な伝導性を担うキャリアである電子の移動度より大きい。このため、p型半導体素子とn型半導体素子の電気的特性を同等とするためには、n型半導体素子のキャリア密度を、p型半導体素子のキャリア密度よりも、密にすることが好ましい。さらに、p型半導体素子とn型半導体素子の電気的特性を同等とするためには、n型半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離を、p型半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離よりも、短くすることも好ましい。 Above all, a value (Cp / Lp) obtained by dividing the total length (Cp) of CNTs existing per 1 μm 2 of the second semiconductor element by the distance (Lp) between the source electrode and the drain electrode of the second semiconductor element. Is the value (Cn / Ln) obtained by dividing the total length (Cn) of CNTs existing per 1 μm 2 of the first semiconductor element by the distance (Ln) between the source electrode and the drain electrode of the first semiconductor element. Small is preferable. This is preferable because the electrical characteristics of the first semiconductor element and the second semiconductor element become more equal. It is presumed that this is due to the following reasons. Normally, as can be seen from the fact that CNT-TFT exhibits p-type semiconductor characteristics, in CNT, the mobility of holes, which are carriers responsible for the electrical conductivity of p-type semiconductors, is higher than that of n-type semiconductors. It is larger than the mobility of electrons, which are carriers responsible for electrical conductivity. Therefore, in order to make the electrical characteristics of the p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element equivalent, it is preferable that the carrier density of the n-type semiconductor element is denser than the carrier density of the p-type semiconductor element. Further, in order to make the electrical characteristics of the p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element equivalent, the distance between the source electrode and the drain electrode of the n-type semiconductor element should be set to the source electrode and the drain electrode of the p-type semiconductor element. It is also preferable to make it shorter than the distance between the two.

さらに好ましくは、第2の半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さ(Cp)を第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)が、第1の半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さ(Cn)を第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)の0.2倍以上0.8倍以下である。なお、上記数値範囲は、限界値の有効数字の下一桁を四捨五入して得られる範囲である。すなわち、0.8倍以下とは、0.84倍以下であり、0.2倍以上とは、0.15倍以上である。この範囲にあることで、第1の半導体素子と第2の半導体素子の移動度が高くなり、電気的特性もより同等となり、ノイズマージンもより広い半導体装置となる。 More preferably, the total length (Cp) of CNTs present per 1 μm 2 of the second semiconductor layer is divided by the distance (Lp) between the source electrode and the drain electrode of the second semiconductor element (Cp / Lp). ) Is the value (Cn / Ln) obtained by dividing the total length (Cn) of CNTs existing per 1 μm 2 of the first semiconductor element by the distance (Ln) between the source electrode and the drain electrode of the first semiconductor element. 0.2 times or more and 0.8 times or less. The above numerical range is a range obtained by rounding off the last digit of significant figures of the limit value. That is, 0.8 times or less means 0.84 times or less, and 0.2 times or more means 0.15 times or more. Within this range, the mobility of the first semiconductor element and the second semiconductor element becomes high, the electrical characteristics become more equal, and the noise margin becomes wider.

なお、本実施の形態2に係る半導体装置は、さらに、第1の半導体層1μm当たりに存在するカーボンナノチューブの総長さ(Cn)が、第2の半導体層1μm当たりに存在するカーボンナノチューブの総長さ(Cp)と異なる、という特徴を有していても構わない。また、第2の半導体層1μm当たりに存在するカーボンナノチューブの総長さ(Cp)が、第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)より短い、という特徴を有していても構わない。さらに、第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)が、第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)の0.2倍以上0.8倍以下である、という特徴を有していても構わない。 The semiconductor device according to the second embodiment, further, the total length of the carbon nanotubes present in the first semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cn) is, the carbon nanotubes present in the second semiconductor layer 1 [mu] m 2 per It may have a feature that it is different from the total length (Cp). Also, chromatic total length of the carbon nanotubes present in the second semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cp) is shorter than the total length of the carbon nanotubes present in the first semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cn), characterized in that It doesn't matter if you do. Further, the total length of the carbon nanotubes present in the second semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cp) is the total length of the carbon nanotubes present in the first semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cn) 0.2 times or more of It may have a feature that it is 0.8 times or less.

(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係る半導体装置は、第1の半導体素子における第1の半導体層が、さらにn型改質剤を含む、半導体装置である。
(Embodiment 3)
The semiconductor device according to the third embodiment of the present invention is a semiconductor device in which the first semiconductor layer in the first semiconductor element further contains an n-type modifier.

図3に、本発明の実施の形態3に係る半導体装置における、第1の半導体素子の一例を示す模式断面図を示す。この半導体素子3は、基板30の上に形成されるゲート電極31と、それを覆うゲート絶縁層32と、その上に設けられるソース電極33およびドレイン電極34と、それらの電極の間に設けられる第1の半導体層35を有する。第1の半導体層35は、CNTおよびn型改質剤を含有する。 FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view showing an example of the first semiconductor element in the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The semiconductor element 3 is provided between the gate electrode 31 formed on the substrate 30, the gate insulating layer 32 covering the gate electrode 31, the source electrode 33 and the drain electrode 34 provided on the gate electrode 31, and the electrodes thereof. It has a first semiconductor layer 35. The first semiconductor layer 35 contains CNT and an n-type modifier.

<n型改質剤>
n型改質剤は、通常はp型半導体特性を示すCNT−FETを、n型半導体特性を示す半導体素子へ転換するための材料である。第1の半導体層がCNTとn型改質剤とを含むことで、第1の半導体素子はn型半導体素子となる。
<N-type modifier>
The n-type modifier is a material for converting a CNT-FET, which normally exhibits p-type semiconductor characteristics, into a semiconductor element that exhibits n-type semiconductor characteristics. When the first semiconductor layer contains CNT and an n-type modifier, the first semiconductor element becomes an n-type semiconductor element.

第1の半導体層にn型改質剤を含有させる手法としては、第1の半導体層中のCNTに対し、n型改質剤を、ドーピングする手法、吸着させる手法、コーティングする手法などが挙げられる。 Examples of the method of incorporating the n-type modifier in the first semiconductor layer include a method of doping, adsorbing, and coating the CNT in the first semiconductor layer with the n-type modifier. Be done.

n型改質剤は、CNT−FETを、n型半導体特性を示す半導体素子へ転換できるものであれば、特に限定されないが、例えば、カリウム等のアルカリ金属、リンなどのCNTに電子を提供する電子ドナー原子を含む物質、アミン類やハロゲン化アルキル類やアルコール類等の電子供与性基となる官能基を有する物質などが挙げられる。 The n-type modifier is not particularly limited as long as it can convert a CNT-FET into a semiconductor element exhibiting n-type semiconductor characteristics, but provides electrons to an alkali metal such as potassium or a CNT such as phosphorus. Examples thereof include substances containing an electron donor atom, substances having a functional group serving as an electron donating group such as amines, alkyl halides, and alcohols.

本実施の形態2に係る半導体装置は、第1の半導体素子が第2絶縁層を必須の構成要素としては含まず、代わりに、第1の半導体層が上記n型改質剤を含む点を除いては、その構成や製造方法等は実施の形態1と同様である。 In the semiconductor device according to the second embodiment, the first semiconductor element does not include the second insulating layer as an essential component, and instead, the first semiconductor layer contains the n-type modifier. Except for this, the configuration, manufacturing method, and the like are the same as those in the first embodiment.

本実施の形態3に係る半導体装置においても、第1の半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さ(Cn)は、第2の半導体層1μm当たりに存在するCNTの総長さ(Cp)とは異なる。または、第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)を第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)が、第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)を第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)と異なる。これにより、第1の半導体素子と第2の半導体素子の、オン電流やオフ電流、しきい値電圧といった電気的特性が同等になることで、ノイズマージンが広い半導体装置となる。 Also in the semiconductor device according to the third embodiment, the total length (Cn) of CNTs existing per 1 μm 2 of the first semiconductor layer is the total length (Cp) of CNTs existing per 1 μm 2 of the second semiconductor layer. Is different. Alternatively, the total length (Cn) of the carbon nanotubes existing per 1 μm 2 of the first semiconductor layer divided by the distance (Ln) between the source electrode and the drain electrode of the first semiconductor element (Cn / Ln). ) Is the value (Cp /) obtained by dividing the total length (Cp) of the carbon nanotubes existing per 1 μm 2 of the second semiconductor element by the distance (Lp) between the source electrode and the drain electrode of the second semiconductor element. It is different from Lp). As a result, the electrical characteristics such as the on-current, off-current, and threshold voltage of the first semiconductor element and the second semiconductor element become the same, so that the semiconductor device has a wide noise margin.

<半導体装置>
本発明の半導体装置は、第1の半導体素子、及び第2の半導体素子の両方を備えている。本発明の実施の形態に係る半導体装置の一例を図4Aに示す。ここで、第1の半導体素子41はn型半導体素子であって、第2の半導体素子42はp型半導体素子である。図3Aに示す半導体装置の動作を以下に示す。
<Semiconductor device>
The semiconductor device of the present invention includes both a first semiconductor element and a second semiconductor element. An example of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. 4A. Here, the first semiconductor element 41 is an n-type semiconductor element, and the second semiconductor element 42 is a p-type semiconductor element. The operation of the semiconductor device shown in FIG. 3A is shown below.

まず、入力信号(Vin)は、ロー “L”(接地電位GND)とハイ “H”(VDD)との間で変化する。入力信号が“L”の場合、p型半導体素子が導通し、n型半導体素子が遮断されることにより、出力信号(Vout)が“H”になる。逆に、入力信号が“H”の場合、n型半導体素子41が導通し、p型半導体素子42が遮断されることにより、出力信号が“L”になる。この半導体装置の伝達特性の一例を図4Bに示す。 First, the input signal (V in ) changes between low “L” (ground potential GND) and high “H” ( VDD). When the input signal is “L”, the p-type semiconductor element conducts and the n-type semiconductor element is cut off, so that the output signal (V out ) becomes “H”. On the contrary, when the input signal is "H", the n-type semiconductor element 41 conducts and the p-type semiconductor element 42 is cut off, so that the output signal becomes "L". An example of the transmission characteristics of this semiconductor device is shown in FIG. 4B.

例えば、n型半導体素子のしきい値電圧とp型半導体素子のしきい値電圧が異なると、n型半導体素子とp型半導体素子の導通と遮断のタイミングがずれてしまい、入力信号に対して、出力信号が反転せず、正常に動作しないことがある。そのため、n型半導体素子とp型半導体素子の電気的特性が同等であることで、特性の良い半導体装置となる。例えば、n型半導体素子とp型半導体素子の電気的特性が同等であると、出力信号が変化する入力信号(図3B中のV:出力信号がVDD/2となる入力信号)が、VDD/2となり、ノイズマージンが広く高性能な半導体装置となる。また、図4Bに示す、入力信号に対する出力信号を表す曲線(伝達特性曲線)において、Vin=Vにおける接線の傾き(ゲイン)は各半導体素子の移動度と相関しており、ゲインが大きい半導体装置が高性能である。なお、電気的特性とは、前述のしきい値電圧以外にも、例えばオン電流、オフ電流、移動度などがあげられる。 For example, if the threshold voltage of the n-type semiconductor element and the threshold voltage of the p-type semiconductor element are different, the timing of conduction and interruption between the n-type semiconductor element and the p-type semiconductor element will be different, and the input signal will be affected. , The output signal may not be inverted and may not operate normally. Therefore, since the electrical characteristics of the n-type semiconductor element and the p-type semiconductor element are the same, the semiconductor device has good characteristics. For example, when the electrical characteristics of the n-type semiconductor element and the p-type semiconductor element are the same, the input signal whose output signal changes (V in FIG. 3B: the input signal whose output signal is VDD / 2) is V. It becomes DD / 2, and it becomes a high-performance semiconductor device with a wide noise margin. Further, in the curve (transmission characteristic curve) showing the output signal with respect to the input signal shown in FIG. 4B, the slope (gain) of the tangent line at Vin = V correlates with the mobility of each semiconductor element, and the semiconductor device having a large gain. Is high performance. In addition to the above-mentioned threshold voltage, the electrical characteristics include, for example, on-current, off-current, mobility, and the like.

(半導体装置の適用可能性)
本発明の実施の形態に係る半導体装置は、各種電子機器のIC、RFIDタグなどの無線通信装置、無線給電装置、アクティブマトリクス駆動の液晶ディスプレイや電子ペーパーなどのディスプレイ用TFTアレイ、センサ、開封検知システム、などに適用可能である。
(Applicability of semiconductor devices)
The semiconductor device according to the embodiment of the present invention includes ICs of various electronic devices, wireless communication devices such as RFID tags, wireless power supply devices, TFT arrays for displays such as active matrix-driven liquid crystal displays and electronic paper, sensors, and open detection. It can be applied to systems, etc.

<半導体装置の製造方法>
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第1の半導体素子、及び第2の半導体素子におけるソース電極とドレイン電極との間の領域に、半導体層を塗布および乾燥して形成する工程を、少なくとも含むことが好ましい。また、この製造方法において、製造対象の第1の半導体素子及び第2の半導体素子を構成する、電極、ゲート絶縁層、半導体層、第2絶縁層、第3絶縁層の形成方法は前述の通りである。これらの形成方法の順序を適宜選択することで、本発明に係る半導体装置を製造することができる。
<Manufacturing method of semiconductor devices>
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a semiconductor layer is applied and dried in a region between a source electrode and a drain electrode in a first semiconductor element and a second semiconductor element. It is preferable to include at least the step. Further, in this manufacturing method, the method for forming the electrodes, the gate insulating layer, the semiconductor layer, the second insulating layer, and the third insulating layer constituting the first semiconductor element and the second semiconductor element to be manufactured is as described above. Is. By appropriately selecting the order of these forming methods, the semiconductor device according to the present invention can be manufactured.

製造コスト、プロセス簡便性の観点から、第1の半導体素子と第2の半導体素子を別々に形成するのではなく、同時に形成することが好ましい。そのため、同一構造であることが好ましい。特に、第1の半導体層および第2の半導体層を同一工程で塗布および乾燥して形成することが好ましい。 From the viewpoint of manufacturing cost and process simplicity, it is preferable to form the first semiconductor element and the second semiconductor element at the same time instead of forming them separately. Therefore, it is preferable that they have the same structure. In particular, it is preferable to form the first semiconductor layer and the second semiconductor layer by coating and drying in the same step.

ここで、同時に形成するとは、その電極や層の形成に必要なプロセスを1回行うことで、2つの電極や層をともに形成することをいう。また、同一工程で塗布および乾燥して形成するとは、対象となる層を形成するための塗布および乾燥工程を1回行うことで、それらの層を形成することをいう。 Here, forming at the same time means forming two electrodes or layers together by performing the process necessary for forming the electrodes or layers once. Further, coating and drying in the same step means forming those layers by performing the coating and drying steps for forming the target layer once.

これらの工程はいずれも、第1の半導体素子と第2の半導体素子の構造が異なる場合であっても適用可能であるが、それらが同一構造である場合の方が適用は容易である。 All of these steps can be applied even when the structures of the first semiconductor element and the second semiconductor element are different, but the application is easier when they have the same structure.

以下、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を具体的に説明する。まず、図5(a)に示すように、基板50上の第1の半導体素子領域500にゲート電極510を、第2の半導体素子領域501にゲート電極511を、前述の方法で形成する。 Hereinafter, an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be specifically described. First, as shown in FIG. 5A, a gate electrode 510 is formed in the first semiconductor element region 500 on the substrate 50, and a gate electrode 511 is formed in the second semiconductor element region 501 by the method described above.

次に図5(b)に示すように第1の半導体素子500および第2の半導体素子501のゲート絶縁層520、521を形成する。 Next, as shown in FIG. 5B, the gate insulating layers 520 and 521 of the first semiconductor element 500 and the second semiconductor element 501 are formed.

次に図5(c)に示すように第1の半導体素子500および第2の半導体素子501のゲート絶縁層520、521の上部にソース電極540、541およびドレイン電極550、551を、同一の材料を用いて前述の方法で同時に形成する。 Next, as shown in FIG. 5C, the source electrodes 540 and 541 and the drain electrodes 550 and 551 are made of the same material above the gate insulating layers 520 and 521 of the first semiconductor element 500 and the second semiconductor element 501. Is formed at the same time by the above-mentioned method using.

次に図5(d)に示すように第1の半導体素子500および第2の半導体素子501のソース電極540、541とドレイン電極550、551間それぞれに第1の半導体層560、460、および第2の半導体層561を前述の方法で形成する。 Next, as shown in FIG. 5D, the first semiconductor layers 560, 460, and the first semiconductor layers 560, 460, and the first semiconductor layers 560, 460, respectively, between the source electrodes 540 and 541 and the drain electrodes 550 and 551 of the first semiconductor element 500 and the second semiconductor element 501, respectively. The semiconductor layer 561 of 2 is formed by the above-mentioned method.

次に図5(e)に示すように、第1の半導体素子500の第1の半導体層560を覆うように第2絶縁層5848を前述の方法で形成することにより半導体装置を作製できる。 Next, as shown in FIG. 5 (e), the semiconductor device can be manufactured by forming the second insulating layer 5848 by the above-mentioned method so as to cover the first semiconductor layer 560 of the first semiconductor element 500.

なお、材料の使用効率向上、材料種類が少なくなることから、第1の半導体素子400および第2の半導体素子501のゲート電極510、511は同一材料であることが好ましい。同様の理由で、第1の半導体層560を形成するために用いられる組成物と第2の半導体層561を形成するために用いられる組成物が、同一の組成物であることが好ましい。組成物が同一であるとは、各組成物中に1モル%以上含まれる元素の種類および組成比が同じであることをいう。元素の種類および組成比が同じであるか否かは、X線光電子分光(XPS)や二次イオン質量分析法(SIMS)などの元素分析によって、同定することができる。 It is preferable that the gate electrodes 510 and 511 of the first semiconductor element 400 and the second semiconductor element 501 are made of the same material because the efficiency of material use is improved and the number of material types is reduced. For the same reason, it is preferable that the composition used for forming the first semiconductor layer 560 and the composition used for forming the second semiconductor layer 561 are the same composition. The same composition means that the types and composition ratios of the elements contained in each composition in an amount of 1 mol% or more are the same. Whether or not the types and composition ratios of the elements are the same can be identified by elemental analysis such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and secondary ion mass spectrometry (SIMS).

また、第1の半導体層560を形成するために用いられる組成物の濃度と、第2の半導体層561を形成するために用いられる組成物の濃度とが異なることが好ましい。または、第1の半導体層560を形成するために用いられる組成物の塗布量と、第2の半導体層561を形成するために用いられる組成物の塗布量とが異なることが好ましい。これらのいずれかの方法を用いると、簡便に、第1の半導体素子と第2の半導体素子の電気的特性が同等な半導体装置が作製できるため、好ましい。 Further, it is preferable that the concentration of the composition used for forming the first semiconductor layer 560 and the concentration of the composition used for forming the second semiconductor layer 561 are different. Alternatively, it is preferable that the coating amount of the composition used for forming the first semiconductor layer 560 and the coating amount of the composition used for forming the second semiconductor layer 561 are different. It is preferable to use any of these methods because a semiconductor device having the same electrical characteristics of the first semiconductor element and the second semiconductor element can be easily manufactured.

また、第1の半導体層560および第2の半導体層561の塗布工程における塗布法は、特に限定されるものではないが、インクジェット法、ディスペンサー法およびスプレー法からなる群より選ばれるいずれか一つであることが好ましい。中でも、原料使用効率の観点から、塗布法としてインクジェット法がより好ましい。その際は、例えば、ショット数や溶液押し出し圧などの調整により、塗布量を調整することが考えられる。 The coating method in the coating step of the first semiconductor layer 560 and the second semiconductor layer 561 is not particularly limited, but is any one selected from the group consisting of an inkjet method, a dispenser method, and a spray method. Is preferable. Above all, the inkjet method is more preferable as the coating method from the viewpoint of raw material usage efficiency. In that case, for example, it is conceivable to adjust the coating amount by adjusting the number of shots, the solution extrusion pressure, and the like.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. The present invention is not limited to the following examples.

半導体溶液の作製例1;半導体溶液A1、半導体溶液A2
まず、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT)(アルドリッチ(株)製)2.0mgのクロロホルム10ml溶液にCNT1(CNI社製、単層CNT、純度95%)を1.0mg加え、氷冷しながら超音波ホモジナイザー(東京理化器械(株)製VCX−500)を用いて出力20%で4時間超音波撹拌し、CNT分散液A(溶媒に対するCNT複合体濃度0.96g/l)を得た。次に、半導体層を形成するための半導体溶液の作製を行った。上記CNT分散液Aをメンブレンフィルター(孔径10μm、直径25mm、ミリポア社製オムニポアメンブレン)を用いてろ過を行い、長さ10μm以上のCNT複合体を除去した。得られた濾液にo−DCB(和光純薬工業(株)製)5mlを加えた後、ロータリーエバポレーターを用いて、低沸点溶媒であるクロロホルムを留去し、溶媒をo−DCBで置換し、CNT分散液A’を得た。
CNT分散液A’1mlにo−DCB3mLを加え、半導体溶液A1(溶媒に対するCNT複合体濃度0.033g/l)とした。また、CNT分散液A’1mlにo−DCB1.5mLを加え、半導体溶液A2(溶媒に対するCNT複合体濃度0.061g/l)とした。
Semiconductor Solution Preparation Example 1; Semiconductor Solution A1, Semiconductor Solution A2
First, 1.0 mg of CNT1 (manufactured by CNI, single layer CNT, purity 95%) was added to a solution of 2.0 mg of poly (3-hexylthiophene) (P3HT) (manufactured by Aldrich Co., Ltd.) in 10 ml of chloroform, and the mixture was ice-cooled. While using an ultrasonic homogenizer (VCX-500 manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.), ultrasonic stirring was performed at an output of 20% for 4 hours to obtain a CNT dispersion liquid A (CNT complex concentration 0.96 g / l with respect to the solvent). .. Next, a semiconductor solution for forming the semiconductor layer was prepared. The CNT dispersion liquid A was filtered using a membrane filter (pore diameter 10 μm, diameter 25 mm, omnipore membrane manufactured by Millipore) to remove a CNT complex having a length of 10 μm or more. After adding 5 ml of o-DCB (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to the obtained filtrate, chloroform, which is a low boiling point solvent, was distilled off using a rotary evaporator, and the solvent was replaced with o-DCB. CNT dispersion liquid A'was obtained.
3 mL of o-DCB was added to 1 ml of the CNT dispersion liquid A'to obtain a semiconductor solution A1 (CNT complex concentration 0.033 g / l with respect to the solvent). Further, 1.5 mL of o-DCB was added to 1 ml of the CNT dispersion liquid A'to obtain a semiconductor solution A2 (CNT complex concentration 0.061 g / l with respect to the solvent).

組成物の作製例1;ゲート絶縁層溶液A
メチルトリメトキシシラン61.29g(0.45モル)、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン12.31g(0.05モル)、およびフェニルトリメトキシシラン99.15g(0.5モル)をプロピレングリコールモノブチルエーテル(沸点170℃)203.36gに溶解し、これに、水54.90g、リン酸0.864gを撹拌しながら加えた。得られた溶液をバス温105℃で2時間加熱し、内温を90℃まで上げて、主として副生するメタノールからなる成分を留出せしめた。次いでバス温130℃で2.0時間加熱し、内温を118℃まで上げて、主として水とプロピレングリコールモノブチルエーテルからなる成分を留出せしめた後、室温まで冷却し、固形分濃度26.0重量%のポリシロキサン溶液Aを得た。得られたポリシロキサンの重量平均分子量は6000であった。得られたポリシロキサン溶液Aを10gはかり取り、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート(以下、PGMEAという)54.4gを混合して、室温にて2時間撹拌し、ゲート絶縁層溶液Aを得た。
Composition Example 1; Gate Insulation Layer Solution A
Methyltrimethoxysilane 61.29 g (0.45 mol), 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane 12.31 g (0.05 mol), and phenyltrimethoxysilane 99.15 g (0.5 mol). Mol) was dissolved in 203.36 g of propylene glycol monobutyl ether (boiling point: 170 ° C.), and 54.90 g of water and 0.864 g of phosphoric acid were added thereto with stirring. The obtained solution was heated at a bath temperature of 105 ° C. for 2 hours, the internal temperature was raised to 90 ° C., and a component mainly composed of methanol produced as a by-product was distilled off. Next, the bath temperature was heated at 130 ° C. for 2.0 hours, the internal temperature was raised to 118 ° C., components mainly composed of water and propylene glycol monobutyl ether were distilled off, and then cooled to room temperature, and the solid content concentration was 26.0. A weight% polysiloxane solution A was obtained. The weight average molecular weight of the obtained polysiloxane was 6000. 10 g of the obtained polysiloxane solution A was weighed, 54.4 g of propylene glycol monoethyl ether acetate (hereinafter referred to as PGMEA) was mixed, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours to obtain a gate insulating layer solution A.

組成物の作製例2;第2絶縁層作製用の溶液A
ポリメチルメタクリレート(富士フィルム和光純薬株式会社製)2.5gをN,N−ジメチルホルムアミド7.5gに溶解し、ポリマー溶液Aを調製した。次に、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,4−フェニレンジアミン(東京化成工業株式会社製)1gをN,N−ジメチルホルムアミド9.0gに溶解し、化合物溶液Aを調製した。ポリマー溶液A0.68gに化合物溶液A0.30gを添加し、第2絶縁層作製用の溶液Aを得た。
Composition example 2; Solution A for preparing the second insulating layer
2.5 g of polymethylmethacrylate (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 7.5 g of N, N-dimethylformamide to prepare a polymer solution A. Next, 1 g of N, N, N', N'-tetramethyl-1,4-phenylenediamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was dissolved in 9.0 g of N, N-dimethylformamide to prepare compound solution A. bottom. 0.30 g of the compound solution A was added to 0.68 g of the polymer solution A to obtain a solution A for preparing the second insulating layer.

組成物の作製例3;第2絶縁層作製用の溶液B
N,N,N’,N’−テトラメチル−1,4−フェニレンジアミンの代わりにN,N,N’,N’−テトラメチルベンジジン(東京化成工業株式会社製)を用いたこと以外は組成物の作製例2と同様にして、第2絶縁層作製用の溶液Bを得た。
Composition example 3; Solution B for preparing the second insulating layer
Composition except that N, N, N', N'-tetramethylbenzidine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used instead of N, N, N', N'-tetramethyl-1,4-phenylenediamine. A solution B for preparing the second insulating layer was obtained in the same manner as in Production Example 2.

組成物の作製例4;第3絶縁層溶液A
ポリメチルメタクリレート1.485gをシクロヘキサノン8.5gに溶解し、第3絶縁層溶液Aを調製した。
Composition Example 4; Third Insulating Layer Solution A
1.485 g of polymethylmethacrylate was dissolved in 8.5 g of cyclohexanone to prepare a third insulating layer solution A.

組成物の作製例5;第3絶縁層溶液B
ポリメチルメタクリレートの代わりにヒドロキシ基を有するアクリル樹脂(共栄社化学株式会社製、品番「オリコックス KC−7000」)を用いたこと以外は組成物の作製例4と同様にして、第3絶縁層溶液Bを得た。
Composition Example 5; Third Insulating Layer Solution B
A third insulating layer solution in the same manner as in Preparation Example 4 of the composition except that an acrylic resin having a hydroxy group (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd., product number "Oricox KC-7000") was used instead of polymethylmethacrylate. B was obtained.

組成物の作製例6;第3絶縁層溶液C
ポリメチルメタクリレートの代わりにエチルセルロース(ダウケミカル社製、品番「エトセル STD−100CPS」)を用いたこと以外は組成物の作製例4と同様にして、第3絶縁層溶液Cを得た。
Composition Example 6; Third Insulating Layer Solution C
A third insulating layer solution C was obtained in the same manner as in Preparation Example 4 of the composition except that ethyl cellulose (manufactured by Dow Chemical Co., Ltd., product number "Etocell STD-100CPS") was used instead of polymethylmethacrylate.

(半導体装置の評価)
各実施例および比較例で作製した、第1の半導体素子および第2の半導体素子から構成される、図3Aに示す半導体装置の評価を行った。VDDは10V、GND端子は接地とした。入力信号(Vin)の0→10Vの変化に対する出力信号(Vout)の伝達特性の接線の傾き(ゲイン)を測定した。また、Voutが変化するVin(VoutがVDD/2となるVin)を測定した。ゲインが大きいほど高性能な半導体装置であることを示す。また、Vinは5V(=VDD/2)に近いほど、n型半導体素子とp型半導体素子との半導体特性が同等で良好であることを示す。
(Evaluation of semiconductor devices)
The semiconductor device shown in FIG. 3A, which is composed of the first semiconductor element and the second semiconductor element, produced in each Example and Comparative Example was evaluated. The VDD was 10V and the GND terminal was grounded. The slope (gain) of the tangent line of the transmission characteristic of the output signal (V out ) with respect to the change of the input signal (V in) from 0 to 10 V was measured. In addition, V in the V out changes were measured (V out is V in which the V DD / 2). The larger the gain, the higher the performance of the semiconductor device. Further, the closer Vin is to 5V (= V DD / 2), the better the semiconductor characteristics of the n-type semiconductor element and the p-type semiconductor element are.

実施例1
まず、ガラス製の基板(膜厚0.7mm)上に、抵抗加熱法により、マスクを通してクロムを5nmおよび金を50nm真空蒸着し、これにより、図5に示す第1の半導体素子のゲート電極510、第2の半導体素子のゲート電極511を形成した。
Example 1
First, on a glass substrate (thickness 0.7 mm), chrome was vacuum-deposited at 5 nm and gold at 50 nm through a mask by a resistance heating method, whereby the gate electrode 510 of the first semiconductor element shown in FIG. 5 was vapor-deposited. , The gate electrode 511 of the second semiconductor element was formed.

次に上記ゲート絶縁層溶液Aを上記基板上にスピンコート塗布(2000rpm×30秒)し、窒素気流下200℃、1時間熱処理することによって、膜厚600nmのゲート絶縁層520、521を形成した。 Next, the gate insulating layer solution A was spin-coated on the substrate (2000 rpm × 30 seconds) and heat-treated at 200 ° C. for 1 hour under a nitrogen stream to form a gate insulating layer 520 and 521 having a film thickness of 600 nm. ..

つぎに、抵抗加熱法により、金を膜厚50nmになるように真空蒸着し、その上にフォトレジスト(商品名“LC100−10cP”、ローム・アンド・ハース株式会社製)をスピンコート法で塗布(1000rpm×20秒)し、100℃で10分間加熱乾燥した。ついで、上記のように作製したフォトレジスト膜を、パラレルライトマスクアライナー(キヤノン株式会社製、PLA−501F)を用いて、マスクを介してパターン露光した後、自動現像装置(滝沢産業株式会社製、AD−2000)を用いて、2.38重量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(商品名“ELM−D”、三菱ガス化学株式会社製)で70秒間シャワー現像し、続いて水で30秒間洗浄した。その後、エッチング処理液(商品名“AURUM−302”、関東化学株式会社製)で5分間エッチング処理した後、水で30秒間洗浄した。ついで、剥離液(商品名“AZリムーバ100”、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)に5分間浸漬してレジストを剥離し、水で30秒間洗浄後、120℃で20分間加熱乾燥することで第1の半導体素子のソース電極540、およびドレイン電極550、第2の半導体素子のソース電極541、およびドレイン電極551を形成した。 Next, gold is vacuum-deposited to a film thickness of 50 nm by the resistance heating method, and a photoresist (trade name "LC100-10cP", manufactured by Roam & Haas Co., Ltd.) is applied thereto by the spin coating method. (1000 rpm × 20 seconds), and dried by heating at 100 ° C. for 10 minutes. Then, the photoresist film prepared as described above is patterned and exposed through a mask using a parallel light mask aligner (manufactured by Canon Inc., PLA-501F), and then subjected to an automatic developing apparatus (manufactured by Takizawa Sangyo Co., Ltd.). Using AD-2000), shower develop with 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (trade name "ELM-D", manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.) for 70 seconds, and then wash with water for 30 seconds. bottom. Then, it was etched with an etching solution (trade name "AURUM-302", manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) for 5 minutes, and then washed with water for 30 seconds. Then, the electrode is peeled off by immersing it in a stripping solution (trade name "AZ Remover 100", manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) for 5 minutes, washed with water for 30 seconds, and then heated and dried at 120 ° C. for 20 minutes. The source electrode 540 and drain electrode 550 of the semiconductor element 1 and the source electrode 541 and drain electrode 551 of the second semiconductor element were formed.

第1の半導体素子のソース電極540、およびドレイン電極550、第2の半導体素子のソース電極541、およびドレイン電極551の幅は100μmとし、これらの電極間の距離は30μmとした。上記のように各電極が形成された基板1上において、インクジェット法で、第1の半導体素子には200plの半導体溶液A1を塗布し、第2の半導体素子には100plの半導体溶液A1を塗布した後、ホットプレート上で窒素気流下、150℃で30分間の熱処理を行うことによって第1の半導体層560、および第2の半導体層561を形成した。次に、第2絶縁層作製用の溶液A5μLを、第1の半導体層560上に、第1の半導体層を覆うように滴下し、窒素気流下、110℃で30分熱処理して、第2絶縁層58を形成した。 The width of the source electrode 540 and the drain electrode 550 of the first semiconductor element, the source electrode 541 of the second semiconductor element, and the drain electrode 551 was 100 μm, and the distance between these electrodes was 30 μm. On the substrate 1 on which each electrode was formed as described above, a 200 pl semiconductor solution A1 was applied to the first semiconductor element and a 100 pl semiconductor solution A1 was applied to the second semiconductor element by an inkjet method. After that, the first semiconductor layer 560 and the second semiconductor layer 561 were formed by performing heat treatment on a hot plate at 150 ° C. for 30 minutes under a nitrogen stream. Next, 5 μL of the solution A for producing the second insulating layer is dropped onto the first semiconductor layer 560 so as to cover the first semiconductor layer, and heat-treated at 110 ° C. for 30 minutes under a nitrogen stream to obtain a second. The insulating layer 58 was formed.

このようにして、実施例1の半導体装置を得た。次に第1の半導体層の画像を原子間力顕微鏡Dimension Icon(ブルカー・エイエックスエス株式会社製)を用いて取得し、第1の半導体層中央1μm当たりに存在するCNT複合体全ての長さを測定し、合計したところ、16μmであった。また同様に第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、11μmであった。また、この半導体装置について上記の評価を行ったところ、ゲインは29、Voutが変化するVinは、5.9Vであった。 In this way, the semiconductor device of Example 1 was obtained. Next, an image of the first semiconductor layer was acquired using an atomic force microscope Dimension Icon (manufactured by Bruker AXS Co., Ltd.), and the lengths of all the CNT complexes existing per 1 μm 2 in the center of the first semiconductor layer. When the shavings were measured and totaled, it was 16 μm. Similarly, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the second semiconductor layer was measured and found to be 11 μm. In addition, when this semiconductor device were evaluated in the above-mentioned, the gain is V in the 29, V out changes, it was 5.9V.

実施例2
第2の半導体素子の第2の半導体層561上に、ポリスチレン(アルドリッチ社製、重量平均分子量(Mw):192000、以下PSという)の5質量%プロピレングリコール1−モノメチルエーテル2−アセタート溶液を10μLドロップキャストし、30℃で5分風乾した後、ホットプレート上で窒素気流下、120℃、30分の熱処理を行い、第3絶縁層を有する第2の半導体素子を形成した以外は、実施例1同様に半導体装置を作製した。実施例1同様に第1の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、16μmであった。また、第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、11μmであった。また、この半導体装置について上記の評価を行ったところ、ゲインは30、Voutが変化するVinは、5.7Vであった。
Example 2
On the second semiconductor layer 561 of the second semiconductor device, 10 μL of a 5 mass% propylene glycol 1-monomethyl ether 2-acetylate solution of polystyrene (manufactured by Aldrich, weight average molecular weight (Mw): 192000, hereinafter referred to as PS). Examples except that a second semiconductor element having a third insulating layer was formed by drop casting, air drying at 30 ° C. for 5 minutes, and then heat treatment at 120 ° C. for 30 minutes on a hot plate under a nitrogen stream. 1 A semiconductor device was manufactured in the same manner. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first semiconductor layer was measured and found to be 16 μm. Moreover, when the total length of the CNT composite existing per 1 μm 2 in the second semiconductor layer was measured, it was 11 μm. Moreover, when the semiconductor device was evaluated for the, V in the gain which is 30, V out changes it was 5.7 V.

実施例3
第1の半導体素子の第1の半導体層を、半導体溶液A1を250pl滴下して形成し、第2の半導体素子の第2の半導体層を、半導体溶液A1を200pl敵下して形成したこと以外は、実施例1と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、18μmであった。また、第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、16μmであった。また、この半導体装置について上記の評価を行ったところ、ゲインは7、Voutが変化するVinは、7.9Vであった。
Example 3
Except that the first semiconductor layer of the first semiconductor element was formed by dropping 250 pl of the semiconductor solution A1 and the second semiconductor layer of the second semiconductor element was formed by 200 pl of the semiconductor solution A1. Made a semiconductor device in the same manner as in Example 1. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first semiconductor layer was measured and found to be 18 μm. Moreover, when the total length of the CNT composite existing per 1 μm 2 in the second semiconductor layer was measured, it was 16 μm. In addition, when this semiconductor device were evaluated in the above-mentioned, the gain is V in the 7, V out changes, was 7.9V.

実施例4
第1の半導体素子の第1の半導体層を、半導体溶液A2を100pl滴下して形成し、第2の半導体素子の第2の半導体層を、半導体溶液A1を250pl敵下して形成したこと以外は、実施例1と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、24μmであった。また、第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、18μmであった。また、この半導体装置について上記の評価を行ったところ、ゲインは19、Voutが変化するVinは、6.1Vであった。
Example 4
Except that the first semiconductor layer of the first semiconductor element was formed by dropping 100 pl of the semiconductor solution A2, and the second semiconductor layer of the second semiconductor element was formed by 250 pl of the semiconductor solution A1. Made a semiconductor device in the same manner as in Example 1. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first semiconductor layer was measured and found to be 24 μm. Moreover, when the total length of the CNT composite existing per 1 μm 2 in the second semiconductor layer was measured, it was 18 μm. In addition, when this semiconductor device were evaluated in the above-mentioned, the gain is V in the 19, V out changes, was 6.1V.

実施例5
第1の半導体素子の第1の半導体層を、半導体溶液A2を100pl滴下して形成し、第2の半導体素子の第2の半導体層を、半導体溶液A1を100pl敵下して形成したこと以外は、実施例1と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、24μmであった。また、第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、11μmであった。また、この半導体装置について上記の評価を行ったところ、ゲインは38、Voutが変化するVinは、4.8Vであった。
Example 5
Except that the first semiconductor layer of the first semiconductor element was formed by dropping 100 pl of the semiconductor solution A2, and the second semiconductor layer of the second semiconductor element was formed by 100 pl of the semiconductor solution A1. Made a semiconductor device in the same manner as in Example 1. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first semiconductor layer was measured and found to be 24 μm. Moreover, when the total length of the CNT composite existing per 1 μm 2 in the second semiconductor layer was measured, it was 11 μm. In addition, when this semiconductor device were evaluated in the above-mentioned, the gain is V in the 38, V out changes, was 4.8V.

実施例6
第2絶縁層作製用の溶液Aの代わりに第2絶縁層作製用の溶液Bを用いたこと以外は実施例5と同様にして、半導体素子を作製し、実施例1同様に第1の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、24μmであった。また、第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、11μmであった。また、この半導体装置について上記の評価を行ったところ、ゲインは34、Voutが変化するVinは、4.5Vであった。
Example 6
A semiconductor device was produced in the same manner as in Example 5 except that the solution B for producing the second insulating layer was used instead of the solution A for producing the second insulating layer, and the first semiconductor was produced in the same manner as in Example 1. The total length of the CNT complex present per 1 μm 2 in the layer was measured and found to be 24 μm. Moreover, when the total length of the CNT composite existing per 1 μm 2 in the second semiconductor layer was measured, it was 11 μm. Also were evaluated in the above for the semiconductor device, the gain is V in which 34, V out is changed, was 4.5V.

実施例7
第1の半導体素子の第1の半導体層を、半導体溶液A1を3000pl滴下して形成し、第2の半導体素子の第2の半導体層を、半導体溶液A2を100pl敵下して形成したこと以外は、実施例1と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、80μmであった。また、第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、24μmであった。また、この半導体装置について上記の評価を行ったところ、ゲインは18、Voutが変化するVinは、3.8Vであった。
Example 7
Except that the first semiconductor layer of the first semiconductor element was formed by dropping 3000 pl of the semiconductor solution A1 and the second semiconductor layer of the second semiconductor element was formed by 100 pl of the semiconductor solution A2. Made a semiconductor device in the same manner as in Example 1. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first semiconductor layer was measured and found to be 80 μm. Moreover, when the total length of the CNT composite existing per 1 μm 2 in the second semiconductor layer was measured, it was 24 μm. In addition, when this semiconductor device were evaluated in the above-mentioned, the gain is V in the 18, V out changes, was 3.8V.

実施例8
第1の半導体素子の第1の半導体層を、半導体溶液A1を1000pl滴下して形成し、第2の半導体素子の第2の半導体層を、半導体溶液A1を70pl敵下して形成したこと以外は、実施例1と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、53μmであった。また、第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、7μmであった。また、この半導体装置について上記の評価を行ったところ、ゲインは5、Voutが変化するVinは、1.9Vであった。
Example 8
Except that the first semiconductor layer of the first semiconductor element was formed by dropping 1000 pl of the semiconductor solution A1 and the second semiconductor layer of the second semiconductor element was formed by 70 pl of the semiconductor solution A1. Made a semiconductor device in the same manner as in Example 1. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first semiconductor layer was measured and found to be 53 μm. Moreover, when the total length of the CNT composite existing per 1 μm 2 in the second semiconductor layer was measured, it was 7 μm. In addition, were evaluated in the above for the semiconductor device, the gain V in which change is 5, V out was 1.9V.

実施例9
第1の半導体素子の第1の半導体層を、半導体溶液A1を3000pl滴下して形成し、第2の半導体素子の第2の半導体層を、半導体溶液A1を200pl敵下して形成したこと以外は、実施例1と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、80μmであった。また、第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、16μmであった。また、この半導体装置について上記の評価を行ったところ、ゲインは15、Voutが変化するVinは、3.2Vであった。
Example 9
Except that the first semiconductor layer of the first semiconductor element was formed by dropping 3000 pl of the semiconductor solution A1 and the second semiconductor layer of the second semiconductor element was formed by 200 pl of the semiconductor solution A1. Made a semiconductor device in the same manner as in Example 1. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first semiconductor layer was measured and found to be 80 μm. Moreover, when the total length of the CNT composite existing per 1 μm 2 in the second semiconductor layer was measured, it was 16 μm. Moreover, when the semiconductor device was evaluated for the gain is V in which changes 15, V out, was 3.2 V.

実施例10〜12
PSの5質量%プロピレングリコール1−モノメチルエーテル2−アセタート溶液の代わりに、表1に記載のように、第3絶縁層溶液A、BおよびCをそれぞれ用いたこと以外は実施例2と同様にして、半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Examples 10-12
Same as in Example 2 except that the third insulating layer solutions A, B and C were used instead of the 5 mass% propylene glycol 1-monomethyl ether 2-acetate solution of PS as shown in Table 1. To produce a semiconductor device. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed for each semiconductor device.

実施例13
第2の半導体素子のソース電極541、およびドレイン電極551の電極間の距離を35μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 13
A semiconductor device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the distance between the source electrode 541 and the drain electrode 551 of the second semiconductor element was 35 μm. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed for each semiconductor device.

実施例14
第2の半導体素子の第2の半導体層を、半導体溶液A1を200pl敵下して形成し、第2の半導体素子のソース電極541、およびドレイン電極551の電極間の距離を60μmとしたこと以外実施例1と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 14
Except that the second semiconductor layer of the second semiconductor element was formed by 200 pl of the semiconductor solution A1 and the distance between the source electrode 541 and the drain electrode 551 of the second semiconductor element was 60 μm. A semiconductor device was manufactured in the same manner as in Example 1. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed for each semiconductor device.

実施例15
第2の半導体素子のソース電極541、およびドレイン電極551の電極間の距離を130μmとしたこと以外は、実施例14と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 15
A semiconductor device was manufactured in the same manner as in Example 14 except that the distance between the source electrode 541 and the drain electrode 551 of the second semiconductor element was set to 130 μm. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed for each semiconductor device.

実施例16
第1の半導体素子のソース電極540、およびドレイン電極550の電極間の距離を10μm、第2の半導体素子のソース電極541、およびドレイン電極551の電極間の距離を100μmとしたこと以外は、実施例14と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 16
Except that the distance between the source electrode 540 and the drain electrode 550 of the first semiconductor element was 10 μm, and the distance between the source electrode 541 and the drain electrode 551 of the second semiconductor element was 100 μm. A semiconductor device was manufactured in the same manner as in Example 14. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed for each semiconductor device.

実施例17
第1の半導体素子のソース電極540、およびドレイン電極550の電極間の距離を30μm、第2の半導体素子のソース電極541、およびドレイン電極551の電極間の距離を35μmとしたこと以外は、実施例14と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 17
Except that the distance between the source electrode 540 and the drain electrode 550 of the first semiconductor element was 30 μm, and the distance between the source electrode 541 and the drain electrode 551 of the second semiconductor element was 35 μm. A semiconductor device was manufactured in the same manner as in Example 14. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed for each semiconductor device.

実施例18
第2の半導体素子の第2の半導体層を、半導体溶液A2を100pl敵下して形成したこと以外は、実施例14と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 18
A semiconductor device was produced in the same manner as in Example 14 except that the second semiconductor layer of the second semiconductor element was formed with 100 pl of the semiconductor solution A2. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed for each semiconductor device.

実施例19
第2の半導体素子の第2の半導体層561上に、第3絶縁層溶液Aを10μLドロップキャストし、30℃で5分風乾した後、ホットプレート上で窒素気流下、120℃、30分の熱処理を行い、第3絶縁層を有する第2の半導体素子を形成した以外は、実施例14と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 19
10 μL of the third insulating layer solution A was dropcast onto the second semiconductor layer 561 of the second semiconductor element, air-dried at 30 ° C. for 5 minutes, and then air-dried at 30 ° C. for 5 minutes, and then on a hot plate under a nitrogen stream at 120 ° C. for 30 minutes. A semiconductor device was produced in the same manner as in Example 14 except that the second semiconductor element having the third insulating layer was formed by heat treatment. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed for each semiconductor device.

比較例1
第1の半導体素子の第1の半導体層、第2の半導体素子の第2の半導体層を、ともに半導体溶液A1を100pl滴下して形成したこと以外は、実施例1と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1の半導体層、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さをそれぞれ測定したところ、ともに11μmであった。また、この半導体装置について上記の評価を行ったところ、Vinの0→10Vの変化に対しVoutは10V→4Vまでしか変化せず、完全な半導体装置の動作は得られなかった。
Comparative Example 1
The semiconductor device is formed in the same manner as in the first embodiment except that the first semiconductor layer of the first semiconductor element and the second semiconductor layer of the second semiconductor element are both formed by dropping 100 pl of the semiconductor solution A1. Made. Similarly to Example 1, the total length of the CNT composites present per 1 μm 2 in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer was measured and found to be 11 μm. In addition, the semiconductor device was subjected to evaluation of the above, V out for a change of 0 → 10V of V in does not change only up to 10V → 4V, the operation of a complete semiconductor device could not be obtained.

Figure 2021129107
Figure 2021129107

Figure 2021129107
Figure 2021129107

10、20、30、50 基板
11、21、31、510、511 ゲート電極
12、22、32、520、521 ゲート絶縁層
13、23、33、540、541 ソース電極
14、24、34、550、551 ドレイン電極
15、35、560 第1の半導体層
16、58 第2絶縁層
100、200 半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離
25、561 第2の半導体層
41、500 第1の半導体素子
42、501 第2の半導体素子
10, 20, 30, 50 Substrate 11, 21, 31, 510, 511 Gate electrodes 12, 22, 32, 520, 521 Gate insulation layers 13, 23, 33, 540, 541 Source electrodes 14, 24, 34, 550, 551 Drain electrodes 15, 35, 560 First semiconductor layers 16, 58 Second insulating layers 100, 200 Distances between source and drain electrodes of semiconductor elements 25,561 Second semiconductor layers 41,500 First Semiconductor elements 42, 501 Second semiconductor element

Claims (14)

絶縁表面を有する基板上に設けられた、第1の半導体素子および第2の半導体素子を有する半導体装置であって、
前記第1の半導体素子は、n型半導体素子であり、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第2の半導体素子は、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第1の半導体層および前記第2の半導体層がともにカーボンナノチューブを含有し、
前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)を前記第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)が、前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)を前記第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)と異なる、ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a first semiconductor element and a second semiconductor element provided on a substrate having an insulating surface.
The first semiconductor element is an n-type semiconductor element.
With the source electrode
With the drain electrode
With the gate electrode
A first semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode,
A gate insulating layer that insulates the first semiconductor layer from the gate electrode,
Including
The second semiconductor element is
With the source electrode
With the drain electrode
With the gate electrode
A second semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode,
A gate insulating layer that insulates the second semiconductor layer from the gate electrode,
Including
Both the first semiconductor layer and the second semiconductor layer contain carbon nanotubes, and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer both contain carbon nanotubes.
A value (Cn / Ln) obtained by dividing the total length (Cn) of the carbon nanotubes existing per 1 μm 2 of the first semiconductor layer by the distance (Ln) between the source electrode and the drain electrode of the first semiconductor element. ) Is the value obtained by dividing the total length (Cp) of the carbon nanotubes existing per 1 μm 2 of the second semiconductor layer by the distance (Lp) between the source electrode and the drain electrode of the second semiconductor element (). A semiconductor device characterized by being different from Cp / Lp).
前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)を前記第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)が、前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)を前記第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)より小さい、請求項1に記載の半導体装置。 It said second semiconductor layer 1μm total length of the carbon nanotubes present per 2 divided by the distance (Lp) between the (Cp) a source electrode and a drain electrode of the second semiconductor element (Cp / Lp ) Is the value obtained by dividing the total length (Cn) of the carbon nanotubes existing per 1 μm 2 of the first semiconductor layer by the distance (Ln) between the source electrode and the drain electrode of the first semiconductor element (). The semiconductor device according to claim 1, which is smaller than Cn / Ln). 前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)を前記第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)が、前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)を前記第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)の0.2倍以上0.8倍以下である、請求項1または2に記載の半導体装置。 It said second semiconductor layer 1μm total length of the carbon nanotubes present per 2 divided by the distance (Lp) between the (Cp) a source electrode and a drain electrode of the second semiconductor element (Cp / Lp ) Is the value obtained by dividing the total length (Cn) of the carbon nanotubes existing per 1 μm 2 of the first semiconductor layer by the distance (Ln) between the source electrode and the drain electrode of the first semiconductor element (). The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the semiconductor device is 0.2 times or more and 0.8 times or less of Cn / Ln). 絶縁表面を有する基板上に設けられた、第1の半導体素子および第2の半導体素子を有する半導体装置であって、
前記第1の半導体素子は、n型半導体素子であり、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第2の半導体素子は、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第1の半導体層および前記第2の半導体層がともにカーボンナノチューブを含有し、
前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)が、前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)と異なる、ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a first semiconductor element and a second semiconductor element provided on a substrate having an insulating surface.
The first semiconductor element is an n-type semiconductor element.
With the source electrode
With the drain electrode
With the gate electrode
A first semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode,
A gate insulating layer that insulates the first semiconductor layer from the gate electrode,
Including
The second semiconductor element is
With the source electrode
With the drain electrode
With the gate electrode
A second semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode,
A gate insulating layer that insulates the second semiconductor layer from the gate electrode,
Including
Both the first semiconductor layer and the second semiconductor layer contain carbon nanotubes, and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer both contain carbon nanotubes.
The total length of the carbon nanotubes present in the first semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cn) is, the total length of the carbon nanotubes present in the second semiconductor layer 1 [mu] m 2 per different from (Cp), characterized in that Semiconductor device.
前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)が、前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)より短い、請求項4記載の半導体装置。 The total length of the carbon nanotubes present in the second semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cp) is shorter than the total length of the carbon nanotubes present in the first semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cn), according to claim 4 The semiconductor device described. 前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)が、前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)の0.2倍以上0.8倍以下である、請求項4または5に記載の半導体装置。 The total length of the carbon nanotubes present in the second semiconductor layer 1 [mu] m 2 per (Cp) is the total length of the carbon nanotubes (Cn) 0.2 times or more of that present in the first semiconductor layer 1 [mu] m 2 per The semiconductor device according to claim 4 or 5, which is 0.8 times or less. 前記第1の半導体素子は、さらに、前記第1の半導体層に対して前記ゲート絶縁層とは反対側で前記第1の半導体層と接する第2絶縁層を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置。 Any of claims 1 to 6, wherein the first semiconductor element further includes a second insulating layer that is in contact with the first semiconductor layer on the side opposite to the gate insulating layer with respect to the first semiconductor layer. The semiconductor device described in Crab. 前記第1の半導体層は、さらにn型改質剤を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the first semiconductor layer further contains an n-type modifier. 前記第2の半導体素子が前記第2絶縁層と異なる第3絶縁層を有し、前記第3絶縁層は、前記第2の半導体層に対して前記ゲート絶縁層とは反対側で前記第2の半導体層と接する、請求項1〜8のいずれかに記載の半導体装置。 The second semiconductor element has a third insulating layer different from the second insulating layer, and the third insulating layer is on the side opposite to the gate insulating layer with respect to the second semiconductor layer. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, which is in contact with the semiconductor layer of the above. 請求項1〜9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記第1の半導体層および前記第2の半導体層を塗布および乾燥して形成する工程を含む半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the method for manufacturing a semiconductor device includes a step of applying and drying the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. 前記第1の半導体層および前記第2の半導体層を同一工程で塗布および乾燥して形成する請求項10記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are coated and dried in the same step. 前記第1の半導体層を形成するために用いられる組成物と、前記第2の半導体層を形成するために用いられる組成物とが、同一の組成物である、請求項10または11記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor according to claim 10 or 11, wherein the composition used for forming the first semiconductor layer and the composition used for forming the second semiconductor layer are the same composition. Manufacturing method of the device. 前記第1の半導体層を形成するために用いられる組成物の濃度と、前記第2の半導体層を形成するために用いられる組成物の濃度とが異なる、請求項10〜12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The invention according to any one of claims 10 to 12, wherein the concentration of the composition used for forming the first semiconductor layer is different from the concentration of the composition used for forming the second semiconductor layer. Manufacturing method of semiconductor devices. 前記第1の半導体層を形成するために用いられる組成物の塗布量と、前記第2の半導体層を形成するために用いられる組成物の塗布量とが異なる、請求項10〜13のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 Any of claims 10 to 13, wherein the coating amount of the composition used for forming the first semiconductor layer and the coating amount of the composition used for forming the second semiconductor layer are different. The method for manufacturing a semiconductor device according to the above.
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