JP3338139B2 - ダイヤモンドショットキダイオード並びにこれを利用したガスセンサ及び化学物質センサ - Google Patents
ダイヤモンドショットキダイオード並びにこれを利用したガスセンサ及び化学物質センサInfo
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1602—Diamond
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ電子デバイス
に関し、特に、ダイヤモンドを使用して組み立てられた
マイクロ電子デバイスに関する。
に関し、特に、ダイヤモンドを使用して組み立てられた
マイクロ電子デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】化学物質センサは、工場環境でプロセス
管理、環境管理及びその他の用途に広く使用される。こ
の化学物質センサは、液体又はガス中の特定の化学物質
の濃度をモニターする装置である。化学物質センサは、
低濃度の化学物質を検出するために、高感度であること
が要求される。また、化学物質センサは、プロセス管
理、環境管理若しくはその他の用途に使用される場合の
過酷な化学的環境条件又は高温に対する耐性が要求され
る。
管理、環境管理及びその他の用途に広く使用される。こ
の化学物質センサは、液体又はガス中の特定の化学物質
の濃度をモニターする装置である。化学物質センサは、
低濃度の化学物質を検出するために、高感度であること
が要求される。また、化学物質センサは、プロセス管
理、環境管理若しくはその他の用途に使用される場合の
過酷な化学的環境条件又は高温に対する耐性が要求され
る。
【０００３】化学物質センサの一形態がガスセンサであ
る。ガスセンサとしては、ショットキダイオードが広く
使用されている。ダイオードは一方向の電流に対して極
めて低い抵抗を示すが、反対方向の電流に対しては極め
て高い抵抗を示し、それによって整流作用が起こる。ま
た、ショットキダイオードは、電流が金属と半導体との
接合部を非線形的に流れることにより、整流作用を起こ
す。
る。ガスセンサとしては、ショットキダイオードが広く
使用されている。ダイオードは一方向の電流に対して極
めて低い抵抗を示すが、反対方向の電流に対しては極め
て高い抵抗を示し、それによって整流作用が起こる。ま
た、ショットキダイオードは、電流が金属と半導体との
接合部を非線形的に流れることにより、整流作用を起こ
す。
【０００４】例えば、プラチナ又はパラジウム等の触媒
作用を有する金属の接合を利用するショットキダイオー
ドは、優れた水素ガスセンサであることが認められてい
る。ショットキダイオードにおいて、装置が水素を含む
大気に触れた場合、ショットキバリヤの高さが減少す
る。水素によって起こった変化は、典型的にダイオード
のキャパシタンス電圧（Ｃ−Ｖ）又は電流電圧（Ｉ−
Ｖ）特性の変化として検出される（例えば、Sensors an
d Actuators、Vol.32(1992)、354-356頁、Lechugaら；U
se of the Electroreflectance Technique in Pt/GaAs
Schottky BarrierSensor Characterization参照）。
作用を有する金属の接合を利用するショットキダイオー
ドは、優れた水素ガスセンサであることが認められてい
る。ショットキダイオードにおいて、装置が水素を含む
大気に触れた場合、ショットキバリヤの高さが減少す
る。水素によって起こった変化は、典型的にダイオード
のキャパシタンス電圧（Ｃ−Ｖ）又は電流電圧（Ｉ−
Ｖ）特性の変化として検出される（例えば、Sensors an
d Actuators、Vol.32(1992)、354-356頁、Lechugaら；U
se of the Electroreflectance Technique in Pt/GaAs
Schottky BarrierSensor Characterization参照）。
【０００５】ダイヤモンドは、シリコン、ゲルマニウム
又はガリウム砒素よりも優れた半導体特性を有するた
め、半導体装置用として好ましい材料である。ダイヤモ
ンドは、従来の半導体材料よりもバンドギャップエネル
ギー、降伏電圧及び飽和速度が高い。
又はガリウム砒素よりも優れた半導体特性を有するた
め、半導体装置用として好ましい材料である。ダイヤモ
ンドは、従来の半導体材料よりもバンドギャップエネル
ギー、降伏電圧及び飽和速度が高い。
【０００６】このようなダイヤモンドの特性から、シリ
コン、ゲルマニウム又はガリウム砒素を用いた装置に比
較して、投影遮断周波数及び最大作動電圧の著しい増加
が得られる。シリコンは通常約２００℃を超える温度に
おいては使用されず、ガリウム砒素は通常３００℃を超
える温度では使用されない。このような温度制限の原因
の一部は、シリコン（室温で１．１２ｅＶ）及びガリウ
ム砒素（室温で１．４２ｅＶ）のバンドギャップエネル
ギーが比較的小さいためである。それに対して、ダイヤ
モンドは室温で５．４７ｅＶと大きなバンドギャップエ
ネルギーを有し、約１４００℃までの温度で安定であ
る。
コン、ゲルマニウム又はガリウム砒素を用いた装置に比
較して、投影遮断周波数及び最大作動電圧の著しい増加
が得られる。シリコンは通常約２００℃を超える温度に
おいては使用されず、ガリウム砒素は通常３００℃を超
える温度では使用されない。このような温度制限の原因
の一部は、シリコン（室温で１．１２ｅＶ）及びガリウ
ム砒素（室温で１．４２ｅＶ）のバンドギャップエネル
ギーが比較的小さいためである。それに対して、ダイヤ
モンドは室温で５．４７ｅＶと大きなバンドギャップエ
ネルギーを有し、約１４００℃までの温度で安定であ
る。
【０００７】ダイヤモンドは常温で固体の物質のなかで
熱伝導が最も高く、広い温度領域にわたって良好な熱伝
導性を示す。ダイヤモンドの高い熱伝導性は、特に集積
密度が高いとき、集積回路からの廃熱を除去するうえで
好都合である。更に、ダイヤモンドは中性子との相互作
用断面積が小さいため、放射線環境中でも劣化されにく
い。即ち、ダイヤモンドは「耐放射線材料」である。
熱伝導が最も高く、広い温度領域にわたって良好な熱伝
導性を示す。ダイヤモンドの高い熱伝導性は、特に集積
密度が高いとき、集積回路からの廃熱を除去するうえで
好都合である。更に、ダイヤモンドは中性子との相互作
用断面積が小さいため、放射線環境中でも劣化されにく
い。即ち、ダイヤモンドは「耐放射線材料」である。
【０００８】ダイヤモンドは半導体装置用の材料として
優れているため、現在、ダイヤモンドの合成及びダイヤ
モンドのショットキダイオードガスセンサへの利用が注
目されている。
優れているため、現在、ダイヤモンドの合成及びダイヤ
モンドのショットキダイオードガスセンサへの利用が注
目されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダイヤ
モンドを利用したショットキダイオードは、周波数に依
存したキャパシタンス／電圧特性を示すため、ダイヤモ
ンドを利用したショットキダイオード及びガスセンサの
利用には限界がある。
モンドを利用したショットキダイオードは、周波数に依
存したキャパシタンス／電圧特性を示すため、ダイヤモ
ンドを利用したショットキダイオード及びガスセンサの
利用には限界がある。
【００１０】ダイヤモンドを利用したショットキ装置に
おけるキャパシタンス／電圧特性の周波数に依存した変
動については、広く研究されている（例えば、Solid St
ateElectronics、Vol.16(1973)、973-983頁、Glover;C-
V Characteristics of Schottky Barriers on Laborato
ry Grown Semiconducting Diamonds及びApplied Physic
s Letters 、Vol.53、No.7、(1986)586-588頁、Gildenb
latら;Electrical Characteristics of Schottky Diode
s Fabricated Using Plasma Assisted Chemical Vapor
Deposited Diamond Films参照）。
おけるキャパシタンス／電圧特性の周波数に依存した変
動については、広く研究されている（例えば、Solid St
ateElectronics、Vol.16(1973)、973-983頁、Glover;C-
V Characteristics of Schottky Barriers on Laborato
ry Grown Semiconducting Diamonds及びApplied Physic
s Letters 、Vol.53、No.7、(1986)586-588頁、Gildenb
latら;Electrical Characteristics of Schottky Diode
s Fabricated Using Plasma Assisted Chemical Vapor
Deposited Diamond Films参照）。
【００１１】これらの研究で、周波数に依存したキャパ
シタンス／電圧特性の変動は、ダイヤモンドのバンドギ
ャップにおける深いエネルギー準位の存在、及びダイヤ
モンドの特異的なエネルギー準位に起因するバルクダイ
ヤモンドの高い抵抗率によるとされている。従って、こ
れまでショットキコンタクトの特徴づけにあたって、キ
ャパシタンス／電圧特性の好ましくない周波数依存性は
内在的なエネルギー準位構造（即ち、ダイヤモンドのバ
ンドギャップ中における深いエネルギー準位）及びダイ
ヤモンド材料自体の高い直列抵抗に起因すると考えられ
ている。ダイヤモンドは、特に高周波数又は高速過渡電
流で使用される半導体装置用の材料として優れているに
も拘らず、このような好ましくない周波数依存性のた
め、ダイヤモンドを利用したガスセンサの利用性には限
界がある。
シタンス／電圧特性の変動は、ダイヤモンドのバンドギ
ャップにおける深いエネルギー準位の存在、及びダイヤ
モンドの特異的なエネルギー準位に起因するバルクダイ
ヤモンドの高い抵抗率によるとされている。従って、こ
れまでショットキコンタクトの特徴づけにあたって、キ
ャパシタンス／電圧特性の好ましくない周波数依存性は
内在的なエネルギー準位構造（即ち、ダイヤモンドのバ
ンドギャップ中における深いエネルギー準位）及びダイ
ヤモンド材料自体の高い直列抵抗に起因すると考えられ
ている。ダイヤモンドは、特に高周波数又は高速過渡電
流で使用される半導体装置用の材料として優れているに
も拘らず、このような好ましくない周波数依存性のた
め、ダイヤモンドを利用したガスセンサの利用性には限
界がある。
【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、キャパシタンス／電圧特性の周波数依存性
が低いダイヤモンドを利用した化学物質センサを提供す
ることを目的とする。
のであって、キャパシタンス／電圧特性の周波数依存性
が低いダイヤモンドを利用した化学物質センサを提供す
ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係るガスセンサ
は、対向する第１の面及び第２の面を有するダイヤモン
ド層と、前記第１のコンタクトと、前記第２の面上の第
２コンタクトとを有し、前記第１コンタクトが前記第１
コンタクトと前記第１の面との間に予め設定したショッ
トキバリア高のショットキバリアを形成し、前記第１コ
ンタクトがガスと前記第１の面との相互作用を可能に
し、それにより前記予め設定したショットキバリア高を
変化させ、前記ダイヤモンド層が前記第２コンタクトに
隣接した高ドープ領域を有し、前記第２コンタクトが前
記高ドープ領域とオーミックコンタクトを形成すること
を特徴とする。
は、対向する第１の面及び第２の面を有するダイヤモン
ド層と、前記第１のコンタクトと、前記第２の面上の第
２コンタクトとを有し、前記第１コンタクトが前記第１
コンタクトと前記第１の面との間に予め設定したショッ
トキバリア高のショットキバリアを形成し、前記第１コ
ンタクトがガスと前記第１の面との相互作用を可能に
し、それにより前記予め設定したショットキバリア高を
変化させ、前記ダイヤモンド層が前記第２コンタクトに
隣接した高ドープ領域を有し、前記第２コンタクトが前
記高ドープ領域とオーミックコンタクトを形成すること
を特徴とする。
【００１４】本発明に係る他のガスセンサは、ショット
キコンタクト及びオーミックコンタクトを有するダイヤ
モンド層と、前記オーミックコンタクトに隣接し前記オ
ーミックコンタクトとの間でオーミック接合を形成する
高ドープ領域とを有し、前記ダイヤモンド層が、吸収さ
れたガスに感応して、前記ショットキコンタクトのバリ
ア高を変化させ、これによりガス濃度を検出することを
特徴とする。
キコンタクト及びオーミックコンタクトを有するダイヤ
モンド層と、前記オーミックコンタクトに隣接し前記オ
ーミックコンタクトとの間でオーミック接合を形成する
高ドープ領域とを有し、前記ダイヤモンド層が、吸収さ
れたガスに感応して、前記ショットキコンタクトのバリ
ア高を変化させ、これによりガス濃度を検出することを
特徴とする。
【００１５】本発明に係るダイヤモンド化学物質センサ
は、対向する第１の面及び第２の面を有するダイヤモン
ド層と、前記第１の面上の第１コンタクトと、前記第２
の面上の第２コンタクトとを有し、前記第１コンタクト
が前記第１コンタクトと前記第１の面との間に予め設定
したショットキバリア高のショットキバリアを形成し、
前記第１コンタクトが化学物質と前記第１の面との相互
作用を可能にし、それにより前記予め設定したショット
キバリア高を変化させ、前記ダイヤモンド層が前記第２
コンタクトに隣接した高ドープ領域を有し、前記第２コ
ンタクトが前記高ドープ領域とオーミックコンタクトを
形成することを特徴とする。
は、対向する第１の面及び第２の面を有するダイヤモン
ド層と、前記第１の面上の第１コンタクトと、前記第２
の面上の第２コンタクトとを有し、前記第１コンタクト
が前記第１コンタクトと前記第１の面との間に予め設定
したショットキバリア高のショットキバリアを形成し、
前記第１コンタクトが化学物質と前記第１の面との相互
作用を可能にし、それにより前記予め設定したショット
キバリア高を変化させ、前記ダイヤモンド層が前記第２
コンタクトに隣接した高ドープ領域を有し、前記第２コ
ンタクトが前記高ドープ領域とオーミックコンタクトを
形成することを特徴とする。
【００１６】本発明に係る他のダイヤモンド化学物質セ
ンサは、第１の伝導タイプのダイヤモンド層と、前記ダ
イヤモンド層に隣接して設けられ前記ダイヤモンド層と
の間に半導体接合を形成する第２の伝導タイプの半導体
層と、この半導体層に接続された第１コンタクトと、前
記ダイヤモンド層上に設けられた第２コンタクトと、前
記ダイヤモンド層内における前記第２コンタクトに隣接
する位置に形成され前記第１の伝導タイプでありその不
純物濃度が前記ダイヤモンド層の不純物濃度よりも高く
前記第２コンタクトとの間でオーミック接合を形成する
高ドープ領域と、を有し、前記ダイヤモンド層及び半導
体層の少なくとも１つが外部の化学物質と相互作用し、
前記半導体接合の電気的性質を変化させることにより前
記化学物質を検出することを特徴とする。
ンサは、第１の伝導タイプのダイヤモンド層と、前記ダ
イヤモンド層に隣接して設けられ前記ダイヤモンド層と
の間に半導体接合を形成する第２の伝導タイプの半導体
層と、この半導体層に接続された第１コンタクトと、前
記ダイヤモンド層上に設けられた第２コンタクトと、前
記ダイヤモンド層内における前記第２コンタクトに隣接
する位置に形成され前記第１の伝導タイプでありその不
純物濃度が前記ダイヤモンド層の不純物濃度よりも高く
前記第２コンタクトとの間でオーミック接合を形成する
高ドープ領域と、を有し、前記ダイヤモンド層及び半導
体層の少なくとも１つが外部の化学物質と相互作用し、
前記半導体接合の電気的性質を変化させることにより前
記化学物質を検出することを特徴とする。
【００１７】本発明に係る更に他のダイヤモンド化学物
質センサは、ダイヤモンド層と、このダイヤモンド層上
に設けられたゲートコンタクトと、前記ダイヤモンド層
に接続されたソースコンタクト及びドレインコンタクト
と、前記ダイヤモンド層内における前記ソースコンタク
トに隣接する位置に形成されその不純物濃度が前記ダイ
ヤモンド層の不純物濃度よりも高く前記ソースコンタク
トとの間でオーミック接合を形成する第１の高ドープ領
域と、前記ダイヤモンド層内における前記ドレインコン
タクトに隣接する位置に形成されその不純物濃度が前記
ダイヤモンド層の不純物濃度よりも高く前記ドレインコ
ンタクトとの間でオーミック接合を形成する第２の高ド
ープ領域と、を有し、外部の化学物質が前記ゲートコン
タクトと相互作用して前記ダイヤモンド層、ゲートコン
タクト、ソースコンタクト及びドレインコンタクトから
なるトランジスタの電気特性を変化させることにより前
記化学物質を検出することを特徴とする。
質センサは、ダイヤモンド層と、このダイヤモンド層上
に設けられたゲートコンタクトと、前記ダイヤモンド層
に接続されたソースコンタクト及びドレインコンタクト
と、前記ダイヤモンド層内における前記ソースコンタク
トに隣接する位置に形成されその不純物濃度が前記ダイ
ヤモンド層の不純物濃度よりも高く前記ソースコンタク
トとの間でオーミック接合を形成する第１の高ドープ領
域と、前記ダイヤモンド層内における前記ドレインコン
タクトに隣接する位置に形成されその不純物濃度が前記
ダイヤモンド層の不純物濃度よりも高く前記ドレインコ
ンタクトとの間でオーミック接合を形成する第２の高ド
ープ領域と、を有し、外部の化学物質が前記ゲートコン
タクトと相互作用して前記ダイヤモンド層、ゲートコン
タクト、ソースコンタクト及びドレインコンタクトから
なるトランジスタの電気特性を変化させることにより前
記化学物質を検出することを特徴とする。
【００１８】更に、前記ダイヤモンド化学物質センサ
は、前記ダイヤモンド層に熱結合して前記ダイヤモンド
化学物質センサを室温以上に加熱する加熱手段と、前記
ダイヤモンド層に熱結合してダイヤモンド化学物質セン
サの温度をモニターする温度モニター手段と、を有する
ことが好ましい。
は、前記ダイヤモンド層に熱結合して前記ダイヤモンド
化学物質センサを室温以上に加熱する加熱手段と、前記
ダイヤモンド層に熱結合してダイヤモンド化学物質セン
サの温度をモニターする温度モニター手段と、を有する
ことが好ましい。
【００１９】
【作用】本発明によれば、前述の本発明の目的は、ダイ
ヤモンド層と、その上に形成したショットキコンタクト
及びオーミックコンタクトとを有するショットキダイオ
ード及びガスセンサにより達成される。この場合に、前
記ダイヤモンド層は、低抵抗オーミックコンタクトを得
るため、前記オーミックコンタクトに隣接する高ドープ
領域を有する。
ヤモンド層と、その上に形成したショットキコンタクト
及びオーミックコンタクトとを有するショットキダイオ
ード及びガスセンサにより達成される。この場合に、前
記ダイヤモンド層は、低抵抗オーミックコンタクトを得
るため、前記オーミックコンタクトに隣接する高ドープ
領域を有する。
【００２０】本発明によれば、ショットキダイオード及
びそれにより形成されたガスセンサのキャパシタンス／
電圧特性の周波数依存性は、過去２０年間以上考えられ
ていたように、ダイヤモンドのバンドギャップ中におけ
る深いエネルギー準位の存在とは直接関連のないことが
明らかとなった。本発明によれば、強い周波数依存性
は、むしろダイヤモンド層に通常印加されるオーミック
コンタクトの高インピーダンス（即ち、抵抗及びキャパ
シタンス）に直接起因することが明らかとなった。
びそれにより形成されたガスセンサのキャパシタンス／
電圧特性の周波数依存性は、過去２０年間以上考えられ
ていたように、ダイヤモンドのバンドギャップ中におけ
る深いエネルギー準位の存在とは直接関連のないことが
明らかとなった。本発明によれば、強い周波数依存性
は、むしろダイヤモンド層に通常印加されるオーミック
コンタクトの高インピーダンス（即ち、抵抗及びキャパ
シタンス）に直接起因することが明らかとなった。
【００２１】また、既に知られているように、ダイヤモ
ンドの高直列抵抗も周波数依存性に重要な役割を果たし
ている。ダイヤモンド層がオーミックコンタクトに隣接
する高ドープ領域で構成される場合、キャパシタンス／
電圧特性の周波数依存性は著しく低下する。このように
して動作特性が向上したショットキダイオード及びガス
センサが得られる。
ンドの高直列抵抗も周波数依存性に重要な役割を果たし
ている。ダイヤモンド層がオーミックコンタクトに隣接
する高ドープ領域で構成される場合、キャパシタンス／
電圧特性の周波数依存性は著しく低下する。このように
して動作特性が向上したショットキダイオード及びガス
センサが得られる。
【００２２】更に、本発明によれば、ダイヤモンドを用
いて製造されたダイオード又はトランジスタを含む化学
物質センサにより、これらの目的並びにその他の目的が
達成される。ダイヤモンドを利用したダイオードの化学
物質センサは、第１の伝導タイプの第１ダイヤモンド層
と、第１ダイヤモンド層上に形成された第２の伝導タイ
プの第２ダイヤモンド層を有する。第１の層と第２の層
との間には、半導体接合が形成されている。第２の層
は、第２のダイヤモンド層であってもよい。第１の層と
第２の層のうち少なくともいずれかは、センサの外部に
ある化学物質と第１の層又は第２の層の相互作用を可能
にし、半導体接合の電気特性が変化するように形成され
ている。例えば、第１の層と第２の層のうち少なくとも
いずれかが、ガス分子又は原子を吸収／吸着して、表面
電位、伝導率、電荷密度又はその他の特性に変化が起こ
るように形成されている。このような変化は、ダイオー
ドのキャパシタンス電圧（Ｃ−Ｖ）特性の変化を検出す
ることにより、検出することができる。
いて製造されたダイオード又はトランジスタを含む化学
物質センサにより、これらの目的並びにその他の目的が
達成される。ダイヤモンドを利用したダイオードの化学
物質センサは、第１の伝導タイプの第１ダイヤモンド層
と、第１ダイヤモンド層上に形成された第２の伝導タイ
プの第２ダイヤモンド層を有する。第１の層と第２の層
との間には、半導体接合が形成されている。第２の層
は、第２のダイヤモンド層であってもよい。第１の層と
第２の層のうち少なくともいずれかは、センサの外部に
ある化学物質と第１の層又は第２の層の相互作用を可能
にし、半導体接合の電気特性が変化するように形成され
ている。例えば、第１の層と第２の層のうち少なくとも
いずれかが、ガス分子又は原子を吸収／吸着して、表面
電位、伝導率、電荷密度又はその他の特性に変化が起こ
るように形成されている。このような変化は、ダイオー
ドのキャパシタンス電圧（Ｃ−Ｖ）特性の変化を検出す
ることにより、検出することができる。
【００２３】ダイヤモンドダイオード化学物質センサの
一実施例では、第１のダイヤモンド層がｐ型ダイヤモン
ド層であり、第２の層がｎ型ガス感応性第２ダイヤモン
ド層を有している。この第２の層は、ｎ型湿度感応性の
第２層、ｎ型ガス感応性半導体酸化物層、ｎ型炭素層又
は別のｎ型化学物質感応性層であってもよい。第１のダ
イヤモンド層は比較的低ドープで、この第１ダイヤモン
ド層上に電気的コンタクトを形成するのが好ましい。第
１のダイヤモンド層中には電気的コンタクトに隣接して
比較的高ドープ領域が形成される結果、この電気的コン
タクトが高ドープ領域と共にオーミックコンタクトを形
成する。ダイヤモンド層がオーミックコンタクトに隣接
した高ドープ領域からなるとき、キャパシタス／電圧特
性の周波数依存性は著しく低下する。
一実施例では、第１のダイヤモンド層がｐ型ダイヤモン
ド層であり、第２の層がｎ型ガス感応性第２ダイヤモン
ド層を有している。この第２の層は、ｎ型湿度感応性の
第２層、ｎ型ガス感応性半導体酸化物層、ｎ型炭素層又
は別のｎ型化学物質感応性層であってもよい。第１のダ
イヤモンド層は比較的低ドープで、この第１ダイヤモン
ド層上に電気的コンタクトを形成するのが好ましい。第
１のダイヤモンド層中には電気的コンタクトに隣接して
比較的高ドープ領域が形成される結果、この電気的コン
タクトが高ドープ領域と共にオーミックコンタクトを形
成する。ダイヤモンド層がオーミックコンタクトに隣接
した高ドープ領域からなるとき、キャパシタス／電圧特
性の周波数依存性は著しく低下する。
【００２４】ダイヤモンドトランジスタ化学物質センサ
は、ダイヤモンド層と、このダイヤモンド層中に形成さ
れた電界効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタ
とにより構成されている。前記トランジスタは、ゲート
電極又はベース電極等の制御電極、並びにソース電極及
びドレイン電極又はエミッター及びコレクター電極等の
制御された第１及び第２の電極を備えている。制御電極
は、ダイヤモンドトランジスタの外部にある化学物質と
制御電極又はダイヤモンド層の相互作用を可能にし、ト
ランジスタの特性を変化させるように形成されている。
例えば、制御電極は、ガス感応性又は湿度感応性の層を
有していてもよい。前記のように、高ドープダイヤモン
ド層は、オーミックコンタクトが形成され、それにより
トランジスタの周波数に依存したキャパシタス／電圧特
性が低減するように、制御電極（ソース電極及びドレイ
ン電極等）に隣接して形成されるのが好ましい。
は、ダイヤモンド層と、このダイヤモンド層中に形成さ
れた電界効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタ
とにより構成されている。前記トランジスタは、ゲート
電極又はベース電極等の制御電極、並びにソース電極及
びドレイン電極又はエミッター及びコレクター電極等の
制御された第１及び第２の電極を備えている。制御電極
は、ダイヤモンドトランジスタの外部にある化学物質と
制御電極又はダイヤモンド層の相互作用を可能にし、ト
ランジスタの特性を変化させるように形成されている。
例えば、制御電極は、ガス感応性又は湿度感応性の層を
有していてもよい。前記のように、高ドープダイヤモン
ド層は、オーミックコンタクトが形成され、それにより
トランジスタの周波数に依存したキャパシタス／電圧特
性が低減するように、制御電極（ソース電極及びドレイ
ン電極等）に隣接して形成されるのが好ましい。
【００２５】本発明の別の観点によれば、ダイヤモンド
ダイオード又はトランジスタ化学物質センサは、センサ
を予め設定した温度まで加熱するため、センサに熱結合
したヒータを有している。ダイヤモンドは高温でも効果
的に作動させることが可能なため、センサの温度を上昇
させることにより、センサの化学的感度を増大させるよ
うにヒータを設けることもできる。ヒータは、化学物質
センサの浄化に使用することもできるし、操作温度の範
囲内でセンサ内の温度を変えることにより、別の物質に
対する感度を高めることもできる。また、センサの温度
をモニターするため、センサに温度監視装置を設置する
ことが好ましい。これにより、センサ温度を正確に表示
することができる。ヒータはダイオード又はトランジス
タの２層のダイヤモンド層のうちいずれかの層に形成さ
れたインターデジタル抵抗ヒータであることが好まし
く、また温度監視装置はダイヤモンドサーミスタである
ことが好ましい。
ダイオード又はトランジスタ化学物質センサは、センサ
を予め設定した温度まで加熱するため、センサに熱結合
したヒータを有している。ダイヤモンドは高温でも効果
的に作動させることが可能なため、センサの温度を上昇
させることにより、センサの化学的感度を増大させるよ
うにヒータを設けることもできる。ヒータは、化学物質
センサの浄化に使用することもできるし、操作温度の範
囲内でセンサ内の温度を変えることにより、別の物質に
対する感度を高めることもできる。また、センサの温度
をモニターするため、センサに温度監視装置を設置する
ことが好ましい。これにより、センサ温度を正確に表示
することができる。ヒータはダイオード又はトランジス
タの２層のダイヤモンド層のうちいずれかの層に形成さ
れたインターデジタル抵抗ヒータであることが好まし
く、また温度監視装置はダイヤモンドサーミスタである
ことが好ましい。
【００２６】本発明によるダイヤモンドダイオード又は
トランジスタ化学物質センサは、従来の化学物質センサ
が作動しないような高温環境でも使用することができ
る。また、従来のセンサが広範な領域を封止する等の保
護措置を設けることなしでは使用できないような腐食性
環境でも作用することが可能である。更に、当該センサ
は、ダイヤモンド半導体に基づいているので、化学物質
センサと共に使用される制御回路及びその他の回路を形
成するため、トランジスタ及びその他の装置に組み込む
ことができる。
トランジスタ化学物質センサは、従来の化学物質センサ
が作動しないような高温環境でも使用することができ
る。また、従来のセンサが広範な領域を封止する等の保
護措置を設けることなしでは使用できないような腐食性
環境でも作用することが可能である。更に、当該センサ
は、ダイヤモンド半導体に基づいているので、化学物質
センサと共に使用される制御回路及びその他の回路を形
成するため、トランジスタ及びその他の装置に組み込む
ことができる。
【００２７】本発明によれば、オーミックコンタクトに
連接した高ドープ領域は、１０20ｃｍ-3以上の濃度でボ
ロンドープすることが望ましい。このドーピングによ
り、１０-3Ω・ｃｍ2以下の接触抵抗を有するオーミッ
クコンタクトが形成される。このオーミックコンタクト
は、ダイヤモンド層におけるショットキコンタクトの反
対側の面に形成されたバックコンタクトであることが望
ましい。
連接した高ドープ領域は、１０20ｃｍ-3以上の濃度でボ
ロンドープすることが望ましい。このドーピングによ
り、１０-3Ω・ｃｍ2以下の接触抵抗を有するオーミッ
クコンタクトが形成される。このオーミックコンタクト
は、ダイヤモンド層におけるショットキコンタクトの反
対側の面に形成されたバックコンタクトであることが望
ましい。
【００２８】本発明のダイヤモンド層は、単結晶ダイヤ
モンド層であってもよいし、多結晶ダイヤモンド層であ
ってもよい。ダイヤモンド層は、当該技術分野の専門家
にとっては公知の技術を用い、ダイヤモンド又は非ダイ
ヤモンドの基板上に形成することができる。ダイヤモン
ド層上にバックオーミックコンタクトを形成する場合、
好ましくは基板の一部を除去して、ショットキコンタク
トに対向するダイヤモンド層の裏面を露出させ、高ドー
プボロン領域を形成させる。金属コンタクトは、ボロン
ドープ領域上に形成する。
モンド層であってもよいし、多結晶ダイヤモンド層であ
ってもよい。ダイヤモンド層は、当該技術分野の専門家
にとっては公知の技術を用い、ダイヤモンド又は非ダイ
ヤモンドの基板上に形成することができる。ダイヤモン
ド層上にバックオーミックコンタクトを形成する場合、
好ましくは基板の一部を除去して、ショットキコンタク
トに対向するダイヤモンド層の裏面を露出させ、高ドー
プボロン領域を形成させる。金属コンタクトは、ボロン
ドープ領域上に形成する。
【００２９】高ドープボロン領域は、インシチュー・ボ
ロンドーピングするか、又は公知のボロンイオン注入技
術によって、ダイヤモンド層中に形成することができ
る。オーミックコンタクトに隣接した高ボロンドープ領
域をショットキダイオード又はガスセンサに設けること
により、周波数によるキャパシタンス／電圧特性の変動
が低減される。
ロンドーピングするか、又は公知のボロンイオン注入技
術によって、ダイヤモンド層中に形成することができ
る。オーミックコンタクトに隣接した高ボロンドープ領
域をショットキダイオード又はガスセンサに設けること
により、周波数によるキャパシタンス／電圧特性の変動
が低減される。
【００３０】本発明のガスセンサは、対向する第１の面
と第２の面を有するダイヤモンド層と、前記第１の面上
に形成された第１コンタクトとを有し、第１コンタクト
は第１コンタクトと第１の面との間に、予め設定したシ
ョットキバリア高さのショットキバリアを形成する。こ
の第１コンタクトは、第１の面とガスとの相互作用を可
能にし、それによって予め設定したショットキバリア高
さが変化する。第１コンタクトは、プラチナ又はパラジ
ウム等の触媒作用を有する金属コンタクトであり、且つ
ガスとダイヤモンド層との相互作用を可能にするほどに
十分薄いことが好ましい。触媒金属層の厚さは、１００
０Å以下であることが望ましい。ダイヤモンド層が多結
晶ダイヤモンドの層である場合、非ドープダイヤモンド
層又は二酸化シリコンの薄層を、金属層と多結晶ダイヤ
モンド層との間に設けることが望ましい。また、１０-3
Ω・ｃｍ2以下の接触抵抗を有するオーミックコンタク
トを形成するために、ガスセンサは好ましくは第２の面
上に形成された第２のコンタクトを有し、ダイヤモンド
層は、前記第２のコンタクトの近傍に好ましくは１０20
ｃｍ-3以上の濃度でボロンドープした高ドープ領域を有
するものである。このようにして、改良されたガスセン
サが得られる。
と第２の面を有するダイヤモンド層と、前記第１の面上
に形成された第１コンタクトとを有し、第１コンタクト
は第１コンタクトと第１の面との間に、予め設定したシ
ョットキバリア高さのショットキバリアを形成する。こ
の第１コンタクトは、第１の面とガスとの相互作用を可
能にし、それによって予め設定したショットキバリア高
さが変化する。第１コンタクトは、プラチナ又はパラジ
ウム等の触媒作用を有する金属コンタクトであり、且つ
ガスとダイヤモンド層との相互作用を可能にするほどに
十分薄いことが好ましい。触媒金属層の厚さは、１００
０Å以下であることが望ましい。ダイヤモンド層が多結
晶ダイヤモンドの層である場合、非ドープダイヤモンド
層又は二酸化シリコンの薄層を、金属層と多結晶ダイヤ
モンド層との間に設けることが望ましい。また、１０-3
Ω・ｃｍ2以下の接触抵抗を有するオーミックコンタク
トを形成するために、ガスセンサは好ましくは第２の面
上に形成された第２のコンタクトを有し、ダイヤモンド
層は、前記第２のコンタクトの近傍に好ましくは１０20
ｃｍ-3以上の濃度でボロンドープした高ドープ領域を有
するものである。このようにして、改良されたガスセン
サが得られる。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の好適実施例について、添付の
図面を参照して、具体的に説明する。なお、本発明は特
許請求の範囲に記載した範囲内で種々の形態で実施する
ことができ、以下に示す実施例に限定して解釈されるも
のではない。本実施例は、本発明の開示を十分なものと
するためのものであり、また当該技術分野の専門家に発
明の範囲を十分に知らせるために提示するものである。
図面において、層、領域及び粒界の位置の厚さは、理解
の容易のために誇張されている。なお、同一エレメント
については、同一符号で表示する。
図面を参照して、具体的に説明する。なお、本発明は特
許請求の範囲に記載した範囲内で種々の形態で実施する
ことができ、以下に示す実施例に限定して解釈されるも
のではない。本実施例は、本発明の開示を十分なものと
するためのものであり、また当該技術分野の専門家に発
明の範囲を十分に知らせるために提示するものである。
図面において、層、領域及び粒界の位置の厚さは、理解
の容易のために誇張されている。なお、同一エレメント
については、同一符号で表示する。
【００３２】図１は、本発明の実施例に係る第１のダイ
ヤモンドガスセンサ１０を示す。ガスセンサ１０は、厚
さが好ましくは約１μｍから約２５０μｍまでの間にあ
り、好ましくは１０15〜１０18原子ｃｍ-3のボロン濃度
で低ドーピングしたダイヤモンド層１１を有する。ダイ
ヤモンド層１１は、単結晶ダイヤモンド又は多結晶ダイ
ヤモンドのいずれであってもよく、当該技術分野の専門
家にとっては公知の技術で合成することができる。ダイ
ヤモンド層１１は、第１の面１１ａと第２の面１１ｂを
有する。このダイヤモンド層１１の替りに、炭化ケイ素
又は窒化ガリウム等のバルク抵抗が高い半導体を使用し
てもよい。
ヤモンドガスセンサ１０を示す。ガスセンサ１０は、厚
さが好ましくは約１μｍから約２５０μｍまでの間にあ
り、好ましくは１０15〜１０18原子ｃｍ-3のボロン濃度
で低ドーピングしたダイヤモンド層１１を有する。ダイ
ヤモンド層１１は、単結晶ダイヤモンド又は多結晶ダイ
ヤモンドのいずれであってもよく、当該技術分野の専門
家にとっては公知の技術で合成することができる。ダイ
ヤモンド層１１は、第１の面１１ａと第２の面１１ｂを
有する。このダイヤモンド層１１の替りに、炭化ケイ素
又は窒化ガリウム等のバルク抵抗が高い半導体を使用し
てもよい。
【００３３】また、図１に示すように、ダイヤモンド層
１１は、第２の面１１ｂに高ドープ領域１１ｃを有す
る。高ドープ領域１１ｃは、好ましくは厚さが約０．３
μｍから約１μｍの間にあり、ｐ+領域を形成させるた
め１０20〜１０21原子ｃｍ-3の高濃度でボロンをドープ
する。
１１は、第２の面１１ｂに高ドープ領域１１ｃを有す
る。高ドープ領域１１ｃは、好ましくは厚さが約０．３
μｍから約１μｍの間にあり、ｐ+領域を形成させるた
め１０20〜１０21原子ｃｍ-3の高濃度でボロンをドープ
する。
【００３４】図１によると、ダイヤモンド層１１の第１
の面１１ａ上にショットキコンタクト１２が形成されて
いる。ショットキコンタクト１２は金属からなり、その
金属がダイヤモンドとショットキバリアを形成してい
る。ショットキコンタクト１２は、好ましくはプラチナ
又はパラジウム等の触媒金属で形成されている。触媒金
属は、検出ガスを矢印１６で示す方向に容易に透過さ
せ、ダイヤモンド層１１の第１の面１１ａと相互作用を
起こさせる。ショットキコンタクト１２は、ガスがダイ
ヤモンド層と相互作用を起こすために十分に薄いもので
あることが好ましい。プラチナ又はパラジウムを使用す
る場合、厚さは約１０００Å以下であることが好まし
い。
の面１１ａ上にショットキコンタクト１２が形成されて
いる。ショットキコンタクト１２は金属からなり、その
金属がダイヤモンドとショットキバリアを形成してい
る。ショットキコンタクト１２は、好ましくはプラチナ
又はパラジウム等の触媒金属で形成されている。触媒金
属は、検出ガスを矢印１６で示す方向に容易に透過さ
せ、ダイヤモンド層１１の第１の面１１ａと相互作用を
起こさせる。ショットキコンタクト１２は、ガスがダイ
ヤモンド層と相互作用を起こすために十分に薄いもので
あることが好ましい。プラチナ又はパラジウムを使用す
る場合、厚さは約１０００Å以下であることが好まし
い。
【００３５】上記のように、ダイヤモンド層１１は単結
晶のダイヤモンド層であってもよいし、多結晶のダイヤ
モンド層であってもよい。単結晶のダイヤモンド層を使
用する場合、ショットキコンタクト１２は、通常単結晶
ダイヤモンド層１１の第１の面１１ａ上に直接形成され
る。しかし、多結晶ダイヤモンド層を使用する場合、好
ましくは、金属１２と多結晶ダイヤモンド層１１との間
に中間層２１が含まれるようにショットキコンタクトを
形成する。
晶のダイヤモンド層であってもよいし、多結晶のダイヤ
モンド層であってもよい。単結晶のダイヤモンド層を使
用する場合、ショットキコンタクト１２は、通常単結晶
ダイヤモンド層１１の第１の面１１ａ上に直接形成され
る。しかし、多結晶ダイヤモンド層を使用する場合、好
ましくは、金属１２と多結晶ダイヤモンド層１１との間
に中間層２１が含まれるようにショットキコンタクトを
形成する。
【００３６】この中間層２１は、Applied Physics Lett
ers, Vol. 60, No.4(1992), 480-482頁；Miyataら、Met
al-Intrinsic Semiconductor-Semiconductor Structure
s Using Polycrystalline Diamond Filmsに記載されて
いるように、厚さが約２０００Åのアンドープ（絶縁
性）ダイヤモンド層であることが好ましい。また、中間
層２１は、本願発明の共同発明者のV. Venkatesanらに
よって発表されたJournalof the Electrochemical Soci
ety,Vol.139,No.5(1992), 1445-1449頁；Effectof Thin
Interfacial SiO2 Films on Metal Contacts to B-Dop
ed Diamond Filmsに記載されているように、金属層１２
と多結晶ダイヤモンド層１１との間に設けた厚さ約２０
Åの二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の極めて薄い層であって
もよい。
ers, Vol. 60, No.4(1992), 480-482頁；Miyataら、Met
al-Intrinsic Semiconductor-Semiconductor Structure
s Using Polycrystalline Diamond Filmsに記載されて
いるように、厚さが約２０００Åのアンドープ（絶縁
性）ダイヤモンド層であることが好ましい。また、中間
層２１は、本願発明の共同発明者のV. Venkatesanらに
よって発表されたJournalof the Electrochemical Soci
ety,Vol.139,No.5(1992), 1445-1449頁；Effectof Thin
Interfacial SiO2 Films on Metal Contacts to B-Dop
ed Diamond Filmsに記載されているように、金属層１２
と多結晶ダイヤモンド層１１との間に設けた厚さ約２０
Åの二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の極めて薄い層であって
もよい。
【００３７】当該技術分野の専門家の間ではよく知られ
ているように、ガスが基板１１を矢印１６の方向に透過
すると、コンタクト１２と面１１ａの間に形成されたシ
ョットキバリアのバリア高さが変化する。このバリア高
さの変化をガス検出基準として利用し、当該技術分野の
専門家にとっては公知の方法で測定する。従来、バリア
高さの測定において、ショットキコンタクトのキャパシ
タンスの周波数依存性が大きな障害であった。この周波
数依存性は、ダイヤモンドのバンドギャップ中に存在す
る深いエネルギー準位及びダイヤモンド層１１の高抵抗
率によると考えられていた。従って、従来ダイヤモンド
自体の内在的特性がガスセンサの性能における制限要因
であると考えられていた。
ているように、ガスが基板１１を矢印１６の方向に透過
すると、コンタクト１２と面１１ａの間に形成されたシ
ョットキバリアのバリア高さが変化する。このバリア高
さの変化をガス検出基準として利用し、当該技術分野の
専門家にとっては公知の方法で測定する。従来、バリア
高さの測定において、ショットキコンタクトのキャパシ
タンスの周波数依存性が大きな障害であった。この周波
数依存性は、ダイヤモンドのバンドギャップ中に存在す
る深いエネルギー準位及びダイヤモンド層１１の高抵抗
率によると考えられていた。従って、従来ダイヤモンド
自体の内在的特性がガスセンサの性能における制限要因
であると考えられていた。
【００３８】本発明によると、金属からなるオーミック
コンタクト１３がダイヤモンド層１１の第２の面１１ｂ
上に、高ドープ領域１１ｃに隣接して形成されている。
高ドープ領域１１ｃは、１０-3Ω・ｃｍ2以下の接触抵
抗を有することが好ましい。第１電極１４と第２電極１
５は、夫々ショットキコンタクト１２及びオーミックコ
ンタクト１３と接触している。第１の面１１ａでガスと
ダイヤモンド層１１が相互作用を起こし、それによって
ショットキバリア高さを変化させることができるように
する一方、装置を保護するために適当な収納カプセル１
７を用いる。ガスの相互作用が可能な限り、保護を目的
として、ショットキコンタクト１２上にも適当な収納カ
プセルを設けてもよいことは、当該技術分野の専門家に
とって容易に理解できる。
コンタクト１３がダイヤモンド層１１の第２の面１１ｂ
上に、高ドープ領域１１ｃに隣接して形成されている。
高ドープ領域１１ｃは、１０-3Ω・ｃｍ2以下の接触抵
抗を有することが好ましい。第１電極１４と第２電極１
５は、夫々ショットキコンタクト１２及びオーミックコ
ンタクト１３と接触している。第１の面１１ａでガスと
ダイヤモンド層１１が相互作用を起こし、それによって
ショットキバリア高さを変化させることができるように
する一方、装置を保護するために適当な収納カプセル１
７を用いる。ガスの相互作用が可能な限り、保護を目的
として、ショットキコンタクト１２上にも適当な収納カ
プセルを設けてもよいことは、当該技術分野の専門家に
とって容易に理解できる。
【００３９】次に、図２を参照して、本発明の実施例に
係る第１のショットキダイオード２０について説明す
る。この実施例は、大気中のガスがダイヤモンド層１１
中に浸入するのを収納カプセルが防止している点を除け
ば、図１に示したガスセンサ１０と同じである。この場
合も、ショットキコンタクト１２の層厚は、２０００Å
以上であることが望ましい。
係る第１のショットキダイオード２０について説明す
る。この実施例は、大気中のガスがダイヤモンド層１１
中に浸入するのを収納カプセルが防止している点を除け
ば、図１に示したガスセンサ１０と同じである。この場
合も、ショットキコンタクト１２の層厚は、２０００Å
以上であることが望ましい。
【００４０】図３は、本発明の実施例に係る第２のガス
センサを説明する断面図である。図３に示したように、
ガスセンサ３０はダイヤモンド層１１の第１の面１１ａ
上にオーミックコンタクト１３とショットキコンタクト
１２が設けてある。従って、高ドープ領域１１ｃは、オ
ーミックコンタクト１３に隣接するように、第１の面１
１ａに形成されている。
センサを説明する断面図である。図３に示したように、
ガスセンサ３０はダイヤモンド層１１の第１の面１１ａ
上にオーミックコンタクト１３とショットキコンタクト
１２が設けてある。従って、高ドープ領域１１ｃは、オ
ーミックコンタクト１３に隣接するように、第１の面１
１ａに形成されている。
【００４１】図４は、本発明の実施例に係る第２のショ
ットキダイオードを説明する断面図で、ショットキダイ
オード４０は、ダイヤモンド基板（ダイヤモンド層１
１）の第１の面１１ａに設けたショットキコンタクト１
２とオーミックコンタクト１３とからなる。図３及び４
の実施例では、層１１が単結晶ダイヤモンドである場合
であり、従って層２１は図に示さなかった。
ットキダイオードを説明する断面図で、ショットキダイ
オード４０は、ダイヤモンド基板（ダイヤモンド層１
１）の第１の面１１ａに設けたショットキコンタクト１
２とオーミックコンタクト１３とからなる。図３及び４
の実施例では、層１１が単結晶ダイヤモンドである場合
であり、従って層２１は図に示さなかった。
【００４２】図１〜４に示したショットキダイオード及
びガスセンサは、天然（２ｂ型）ダイヤモンドの結晶を
用い、研磨した後、ＣｒＯ3＋Ｈ2ＳＯ4の酸溶液中で化
学的に洗浄し、更に王水（３ＨＣｌ＋１ＨＮＯ3）とＲ
ＣＡ溶液中で洗浄することにより、製造することができ
る。プラチナ又はパラジウムの膜は、公知の抵抗加熱法
を用いて、結晶ダイヤモンド層１１の第１の表面１１ａ
上に形成する。領域１１ｃは、適当であれば、ボロンを
ダイヤモンド層１１の第２の面１１ｂ（図１又は図２）
又は第１の面１１ａ（図３又は図４）にイオン注入する
ことにより形成する。エネルギー６０ｋｅＶ及び基板温
度２００℃で、注入ドーズを５×１０16ｃｍ-2とするの
が望ましい。次いで、約１２００℃、１×１０-7Ｔｏｒ
ｒの電気炉中で、ダイヤモンドの結晶を３０分間アニー
リングする。イオン注入及びアニーリング中に生成した
グラファイトを、約２００℃のＣｒＯ3＋Ｈ2ＳＯ4溶液
中でエッチングする。所望の表面１１ｂ（図１又は図
２）又は１１ａ（図３又は図４）に、１０20〜１０21ｃ
ｍ-3の高ボロン原子濃度が得られる。
びガスセンサは、天然（２ｂ型）ダイヤモンドの結晶を
用い、研磨した後、ＣｒＯ3＋Ｈ2ＳＯ4の酸溶液中で化
学的に洗浄し、更に王水（３ＨＣｌ＋１ＨＮＯ3）とＲ
ＣＡ溶液中で洗浄することにより、製造することができ
る。プラチナ又はパラジウムの膜は、公知の抵抗加熱法
を用いて、結晶ダイヤモンド層１１の第１の表面１１ａ
上に形成する。領域１１ｃは、適当であれば、ボロンを
ダイヤモンド層１１の第２の面１１ｂ（図１又は図２）
又は第１の面１１ａ（図３又は図４）にイオン注入する
ことにより形成する。エネルギー６０ｋｅＶ及び基板温
度２００℃で、注入ドーズを５×１０16ｃｍ-2とするの
が望ましい。次いで、約１２００℃、１×１０-7Ｔｏｒ
ｒの電気炉中で、ダイヤモンドの結晶を３０分間アニー
リングする。イオン注入及びアニーリング中に生成した
グラファイトを、約２００℃のＣｒＯ3＋Ｈ2ＳＯ4溶液
中でエッチングする。所望の表面１１ｂ（図１又は図
２）又は１１ａ（図３又は図４）に、１０20〜１０21ｃ
ｍ-3の高ボロン原子濃度が得られる。
【００４３】次いで、高融点金属、好ましくはチタンを
用い、約２００Å〜約４００Åの厚さの金属コンタクト
１３を形成する。その他の高融点金属も使用することが
できる。その後、好ましくは約１０００Å〜約１５００
Åの厚さの金不活性化層を、高融点金属層上に形成して
もよい。その他の不活性化層を使用することもできる。
更に、約８００℃から約８５０℃で、約１５分から約９
０分間アニーリングして、少なくともチタン層の一部を
炭化チタンに変換させてもよい。このようにして、低抵
抗ソースコンタクトを形成する。オーミックコンタクト
層１３の形成工程は、MoazedらがA Thermally Activate
d Solid State Reaction Process for Fabricating Ohm
ic Contacts to Semiconducting Diamond, Journal of
AppliedPhysics, Vol.68, No.5, (1990)2246-2254 頁の
論文にて報告しているダイヤモンド上にオーミックコン
タクトを形成する工程と同様である。
用い、約２００Å〜約４００Åの厚さの金属コンタクト
１３を形成する。その他の高融点金属も使用することが
できる。その後、好ましくは約１０００Å〜約１５００
Åの厚さの金不活性化層を、高融点金属層上に形成して
もよい。その他の不活性化層を使用することもできる。
更に、約８００℃から約８５０℃で、約１５分から約９
０分間アニーリングして、少なくともチタン層の一部を
炭化チタンに変換させてもよい。このようにして、低抵
抗ソースコンタクトを形成する。オーミックコンタクト
層１３の形成工程は、MoazedらがA Thermally Activate
d Solid State Reaction Process for Fabricating Ohm
ic Contacts to Semiconducting Diamond, Journal of
AppliedPhysics, Vol.68, No.5, (1990)2246-2254 頁の
論文にて報告しているダイヤモンド上にオーミックコン
タクトを形成する工程と同様である。
【００４４】次に、図５を参照して、本発明に係るガス
センサの第３の実施例について説明する。ガスセンサ５
０は、ダイヤモンド層１１がそれ自体基板１８上に形成
されている点を除き、図１に記載したガスセンサ１０と
同じである。基板１８は、ダイヤモンド基板であっても
よいし、非ダイヤモンド基板であってもよい。単結晶ダ
イヤモンド層１１の形成を助長するために、基板１８は
炭化ケイ素結晶、立方晶窒化ボロン、銅の結晶、又はニ
ッケルの結晶が好ましい。また、基板１８は、ダイヤモ
ンド基板であってもよい。また、当該技術分野の専門家
にとっては公知の方法を用いて、非ダイヤモンド又はダ
イヤモンドの基板上に、多結晶ダイヤモンド層１１を合
成することもできる。多結晶ダイヤモンド層１１を使用
する場合、前述のように中間層２１を設けることが望ま
しい。
センサの第３の実施例について説明する。ガスセンサ５
０は、ダイヤモンド層１１がそれ自体基板１８上に形成
されている点を除き、図１に記載したガスセンサ１０と
同じである。基板１８は、ダイヤモンド基板であっても
よいし、非ダイヤモンド基板であってもよい。単結晶ダ
イヤモンド層１１の形成を助長するために、基板１８は
炭化ケイ素結晶、立方晶窒化ボロン、銅の結晶、又はニ
ッケルの結晶が好ましい。また、基板１８は、ダイヤモ
ンド基板であってもよい。また、当該技術分野の専門家
にとっては公知の方法を用いて、非ダイヤモンド又はダ
イヤモンドの基板上に、多結晶ダイヤモンド層１１を合
成することもできる。多結晶ダイヤモンド層１１を使用
する場合、前述のように中間層２１を設けることが望ま
しい。
【００４５】図５に示すように、基板１８の一部を除去
し、そこに直径約２ｍｍのアパーチャ１９を形成させ、
ダイヤモンド層１１の裏面１１ｂに到達しやすいように
する。アパーチャ１９を通してイオン注入を行い、高ド
ープボロン領域１１ｃを形成する。次いで、前述のよう
にオーミックコンタクト１３を形成する。
し、そこに直径約２ｍｍのアパーチャ１９を形成させ、
ダイヤモンド層１１の裏面１１ｂに到達しやすいように
する。アパーチャ１９を通してイオン注入を行い、高ド
ープボロン領域１１ｃを形成する。次いで、前述のよう
にオーミックコンタクト１３を形成する。
【００４６】図６は、ダイヤモンド層１１の裏面１１ｂ
上に注入領域１１ｃを有するショットキダイオード６０
を同様に構成したものである。
上に注入領域１１ｃを有するショットキダイオード６０
を同様に構成したものである。
【００４７】次に、図７を参照して、本発明に係るダイ
ヤモンドを基材としたガスセンサ７０の別の実施例につ
いて説明する。本実施例において、高ドープ領域１１ｃ
は、インシチュー・ドーピングする方法を用い、開口部
１９を介して、低ドープ部分１１ｄの上の所望の位置に
合成する。これにより、約０．３μｍから約１μｍの厚
さを有するドープ領域が形成される。
ヤモンドを基材としたガスセンサ７０の別の実施例につ
いて説明する。本実施例において、高ドープ領域１１ｃ
は、インシチュー・ドーピングする方法を用い、開口部
１９を介して、低ドープ部分１１ｄの上の所望の位置に
合成する。これにより、約０．３μｍから約１μｍの厚
さを有するドープ領域が形成される。
【００４８】図８は、図７に関連して説明した高ボロン
ドープ領域１１ｃを用いて形成したショットキダイオー
ド８０を示す。
ドープ領域１１ｃを用いて形成したショットキダイオー
ド８０を示す。
【００４９】本発明によると、高ボロンドープ領域１１
ｃを、コンタクト１３と組み合わせることにより、低抵
抗オーミックコンタクトが得られる。低抵抗オーミック
コンタクトは、ダイヤモンドショットキダイオード及び
ダイヤモンドガスセンサのキャパシタンスの測定におい
て、測定値の周波数依存性を著しく低下させる。従来、
キャパシタンス測定値の強い周波数依存性は、ダイヤモ
ンド自体の内在的性質、即ち深いエネルギー準位及び直
列抵抗によるものと考えられていた。本発明によると、
ショットキダイオード及びガスセンサに低接触抵抗オー
ミックコンタクトを付与することにより、装置の性能を
改善することができる。
ｃを、コンタクト１３と組み合わせることにより、低抵
抗オーミックコンタクトが得られる。低抵抗オーミック
コンタクトは、ダイヤモンドショットキダイオード及び
ダイヤモンドガスセンサのキャパシタンスの測定におい
て、測定値の周波数依存性を著しく低下させる。従来、
キャパシタンス測定値の強い周波数依存性は、ダイヤモ
ンド自体の内在的性質、即ち深いエネルギー準位及び直
列抵抗によるものと考えられていた。本発明によると、
ショットキダイオード及びガスセンサに低接触抵抗オー
ミックコンタクトを付与することにより、装置の性能を
改善することができる。
【００５０】本発明のオーミックコンタクトを組み込ん
だショットキダイオードと、これを組み込まない従来の
ショットキダイオードとの性能を比較するために、天然
（２ｂ型）ダイヤモンド結晶を研磨し、ＣｒＯ3＋Ｈ2Ｓ
Ｏ4の酸性溶液中で化学洗浄し、更に王水（３ＨＣｌ＋
１ＨＮＯ3）及びＲＣＡ溶液中で洗浄した。抵抗加熱法
を用い、洗浄ダイヤモンド結晶上に、夫々アルミニウム
（Ａｌ）及びプラチナ（Ｐｔ）の膜（厚さ約２０００
Å）を蒸着した。ダイヤモンド結晶上に金属を点状に蒸
着させるため、蒸着中は、直径３５５．６μｍの孔を有
するモリブデンのマスクを用いた。キャパシタンス／電
圧（Ｃ−Ｖ）特性に対するバックコンタクト抵抗の影響
を調べるため、高ボロン濃度領域１１ｃが得られるよう
に、一部の結晶の裏側にボロンイオン注入を行った。注
入条件はドーズ：５×１０16ｃｍ-2、エネルギー：６０
ｋｅＶ、基板温度：２００℃である。次いで、その結晶
を１２００℃、１×１０-7Ｔｏｒｒの電気炉中で、３０
分間アニーリングした。イオン注入及びアニーリングの
過程で生成したグラファイトを、約２００℃のＣｒＯ3
＋Ｈ2ＳＯ4酸溶液中でエッチングした。これにより、第
２表面１１ｂに、１０20〜１０21ｃｍ-3の高ボロン原子
濃度が得られた。
だショットキダイオードと、これを組み込まない従来の
ショットキダイオードとの性能を比較するために、天然
（２ｂ型）ダイヤモンド結晶を研磨し、ＣｒＯ3＋Ｈ2Ｓ
Ｏ4の酸性溶液中で化学洗浄し、更に王水（３ＨＣｌ＋
１ＨＮＯ3）及びＲＣＡ溶液中で洗浄した。抵抗加熱法
を用い、洗浄ダイヤモンド結晶上に、夫々アルミニウム
（Ａｌ）及びプラチナ（Ｐｔ）の膜（厚さ約２０００
Å）を蒸着した。ダイヤモンド結晶上に金属を点状に蒸
着させるため、蒸着中は、直径３５５．６μｍの孔を有
するモリブデンのマスクを用いた。キャパシタンス／電
圧（Ｃ−Ｖ）特性に対するバックコンタクト抵抗の影響
を調べるため、高ボロン濃度領域１１ｃが得られるよう
に、一部の結晶の裏側にボロンイオン注入を行った。注
入条件はドーズ：５×１０16ｃｍ-2、エネルギー：６０
ｋｅＶ、基板温度：２００℃である。次いで、その結晶
を１２００℃、１×１０-7Ｔｏｒｒの電気炉中で、３０
分間アニーリングした。イオン注入及びアニーリングの
過程で生成したグラファイトを、約２００℃のＣｒＯ3
＋Ｈ2ＳＯ4酸溶液中でエッチングした。これにより、第
２表面１１ｂに、１０20〜１０21ｃｍ-3の高ボロン原子
濃度が得られた。
【００５１】銀ペーストを用い、試料をプラチナ板上に
取り付けると共に、高ドープ領域を有しない面１１ｂ
（非オーミックコンタクト）又は高ドープ領域１１ｃを
有する面１１ｂ（オーミックコンタクト）と接続した
後、垂直配列におけるコンタクトについて、電気的測定
を行った。電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定は、ＨＰ ４１４
５Ｂ 半導体パラメータ分析計を用いて行った。Ｃ−Ｖ
の測定には、ＨＰ４２８４Ａ ＬＣＲメータを用いた。
Ａｌ及びＰｔコンタクトのＩ−Ｖ特性から、優れた整流
作用が認められた。２０Ｖのバイアスを印加した場合、
Ａｌ及びＰｔコンタクトで、夫々４．１×１０-8及び
６．３×１０-9Ａ／ｃｍ2の逆方向漏洩電流密度が得ら
れた。金属／ダイヤモンドショットキ接合部のインピー
ダンスが高かったので、Ｃ−Ｖ測定は並列回路モードで
行った。Ｃ−Ｖ測定値の信頼性は、クオリティー・ファ
クターＱ=ＲＣω（ただし、Ｒは等価並列抵抗であり、
ωは角周波数である）によって評価した。Ｑ＞５のと
き、測定値は信頼性があると判断した。
取り付けると共に、高ドープ領域を有しない面１１ｂ
（非オーミックコンタクト）又は高ドープ領域１１ｃを
有する面１１ｂ（オーミックコンタクト）と接続した
後、垂直配列におけるコンタクトについて、電気的測定
を行った。電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定は、ＨＰ ４１４
５Ｂ 半導体パラメータ分析計を用いて行った。Ｃ−Ｖ
の測定には、ＨＰ４２８４Ａ ＬＣＲメータを用いた。
Ａｌ及びＰｔコンタクトのＩ−Ｖ特性から、優れた整流
作用が認められた。２０Ｖのバイアスを印加した場合、
Ａｌ及びＰｔコンタクトで、夫々４．１×１０-8及び
６．３×１０-9Ａ／ｃｍ2の逆方向漏洩電流密度が得ら
れた。金属／ダイヤモンドショットキ接合部のインピー
ダンスが高かったので、Ｃ−Ｖ測定は並列回路モードで
行った。Ｃ−Ｖ測定値の信頼性は、クオリティー・ファ
クターＱ=ＲＣω（ただし、Ｒは等価並列抵抗であり、
ωは角周波数である）によって評価した。Ｑ＞５のと
き、測定値は信頼性があると判断した。
【００５２】裏面にイオン注入する前と注入後のＡｌ／
ダイヤモンド構造について、周波数（５００Ｈｚ〜８０
０Ｈｚ）の関数として行ったＣ−Ｖ測定の結果を、夫々
図９（ａ）及び図１０（ａ）に示す。図９（ａ）で認め
られるキャパシタンスの周波数依存性は、図１０（ａ）
に比較して極めて小さい。高濃度ボロンドープ領域１１
ｃは、Ｃ−Ｖ曲線の周波数依存性を著しく低減する。別
の天然ダイヤモンド上に組み立てたＰｔコンタクトにつ
いて、裏面にイオン注入を行う前と行った後に、Ｃ−Ｖ
曲線を同様に測定した。１／Ｃ2を逆バイアス電圧Ｖに
対してプロットすると、調査したバイアス及び周波数の
範囲で直線が得られた。図１０（ａ）に示した５００Ｈ
ｚにおけるデータについて、最少二乗法で求めた１／Ｃ
2−Ｖ直線から、ドーパント濃度として２．９±０．２
×１０16ｃｍ-3が得られ、バリア高として２．１±０．
１ｅＶが得られた。Ｐｔコンタクトにおける相当する値
は、２．６±０．１×１０16ｃｍ-3及び２．３±０．１
ｅＶであった。
ダイヤモンド構造について、周波数（５００Ｈｚ〜８０
０Ｈｚ）の関数として行ったＣ−Ｖ測定の結果を、夫々
図９（ａ）及び図１０（ａ）に示す。図９（ａ）で認め
られるキャパシタンスの周波数依存性は、図１０（ａ）
に比較して極めて小さい。高濃度ボロンドープ領域１１
ｃは、Ｃ−Ｖ曲線の周波数依存性を著しく低減する。別
の天然ダイヤモンド上に組み立てたＰｔコンタクトにつ
いて、裏面にイオン注入を行う前と行った後に、Ｃ−Ｖ
曲線を同様に測定した。１／Ｃ2を逆バイアス電圧Ｖに
対してプロットすると、調査したバイアス及び周波数の
範囲で直線が得られた。図１０（ａ）に示した５００Ｈ
ｚにおけるデータについて、最少二乗法で求めた１／Ｃ
2−Ｖ直線から、ドーパント濃度として２．９±０．２
×１０16ｃｍ-3が得られ、バリア高として２．１±０．
１ｅＶが得られた。Ｐｔコンタクトにおける相当する値
は、２．６±０．１×１０16ｃｍ-3及び２．３±０．１
ｅＶであった。
【００５３】ドーパント濃度の値は補償されていないボ
ロン濃度であり、別に報告されている値と一致した。天
然（２ｂ型）ダイヤモンドの二次イオンマススペクトル
（ＳＩＭＳ）分析で、約１〜５×１０16ｃｍ-3のボロン
原子濃度が認められた。この値は、調査した金属−ダイ
ヤモンドダイオードの空乏層（Ｃ−Ｖ測定で得られた）
におけるイオン化ドーパント濃度とよく一致した。ま
た、ショットキバリア高は、金属の仕事関数に依存しな
い。フェルミ準位のピンニングによると考えられる。
ロン濃度であり、別に報告されている値と一致した。天
然（２ｂ型）ダイヤモンドの二次イオンマススペクトル
（ＳＩＭＳ）分析で、約１〜５×１０16ｃｍ-3のボロン
原子濃度が認められた。この値は、調査した金属−ダイ
ヤモンドダイオードの空乏層（Ｃ−Ｖ測定で得られた）
におけるイオン化ドーパント濃度とよく一致した。ま
た、ショットキバリア高は、金属の仕事関数に依存しな
い。フェルミ準位のピンニングによると考えられる。
【００５４】図１０（ｂ）に示した交流等価回路は、図
１０（ａ）に示したＣ−Ｖ測定のモデルとして使用され
ている。この回路において、ＣS（Ｆ／ｃｍ2）はショッ
トキバリアの比キャパシタンス、ＲBはダイヤモンドの
バルク抵抗、ＣC（Ｆ／ｃｍ2）は比コンタクトキャパシ
タンス、ＲC（Ω・ｃｍ2）は比接触抵抗である。装置の
キャパシタンスＣm（Ｆ）は下記数式１により表すこと
ができる。
１０（ａ）に示したＣ−Ｖ測定のモデルとして使用され
ている。この回路において、ＣS（Ｆ／ｃｍ2）はショッ
トキバリアの比キャパシタンス、ＲBはダイヤモンドの
バルク抵抗、ＣC（Ｆ／ｃｍ2）は比コンタクトキャパシ
タンス、ＲC（Ω・ｃｍ2）は比接触抵抗である。装置の
キャパシタンスＣm（Ｆ）は下記数式１により表すこと
ができる。
【００５５】
【数１】 Ｃm＝ＧBＡSＣS×｛ω2ＣC（ＧBＣSＲa＋ＧB
ＣC＋ＧCＣS）＋ＧC（ＧCＧB−ω2ＣCＣS）｝／｛（ＧC
ＧB−ω2ＣCＣS）2 ＋ω2（ＣCＧB＋ＣSＲaＧB＋Ｇ
CＣS）2｝
ＣC＋ＧCＣS）＋ＧC（ＧCＧB−ω2ＣCＣS）｝／｛（ＧC
ＧB−ω2ＣCＣS）2 ＋ω2（ＣCＧB＋ＣSＲaＧB＋Ｇ
CＣS）2｝
【００５６】ここで、ＡS（ｃｍ2）はショットキコンタ
クトの面積、ＡC（ｃｍ2）はコンタクトの面積、Ｇ
C（Ｓ／ｃｍ2）はコンタクトの比コンダクタンス、ＧB
（Ｓ／ｃｍ2）はバルクの比コンダクタンス、ωは角周
波数、Ｒa＝ＡS／ＡC である。前記数式１から、低周波
数の場合は、Ｃm≒Ａs・CS であることがわかる。この
モデルを用い、図９（ａ）に示したように、Ｃ−Ｖデー
タの最尢曲線を求めた（実線）。５００Ｈｚから８００
Ｈｚの範囲にある全ての周波数について、実験データへ
の適合はかなり良好であった。このモデルにおいて、Ｃ
C及びＧC 電圧又は周波数の関数ではないと仮定した。
低抵抗バックコンタクトを有するＡｇ／ダイヤモンドに
ついて、夫々Ｃ−Ｖ及びＩ−Ｖを測定し、ＣC及びＧC
を求めた。モデルにおける変数に次の値を用いた。ＧB
＝７．２×１０-2Ｓ／ｃｍ2 、ＧC＝５．１×１０-6Ｓ
／ｃｍ2 、ＡS＝９．９×１０-4ｃｍ2 、Ｒa＝４×１０
-3 、ＣC＝１．８×１０-9Ｆ／ｃｍ2 。５００Ｈｚにお
けるバイアスの関数としてのＣmの値は、ＣS に等しい
と仮定した。上記のＧB の値は、バルク抵抗１４ｋΩに
相当する。この値は、天然ダイヤモンドのバルク抵抗の
測定値とよく一致した。
クトの面積、ＡC（ｃｍ2）はコンタクトの面積、Ｇ
C（Ｓ／ｃｍ2）はコンタクトの比コンダクタンス、ＧB
（Ｓ／ｃｍ2）はバルクの比コンダクタンス、ωは角周
波数、Ｒa＝ＡS／ＡC である。前記数式１から、低周波
数の場合は、Ｃm≒Ａs・CS であることがわかる。この
モデルを用い、図９（ａ）に示したように、Ｃ−Ｖデー
タの最尢曲線を求めた（実線）。５００Ｈｚから８００
Ｈｚの範囲にある全ての周波数について、実験データへ
の適合はかなり良好であった。このモデルにおいて、Ｃ
C及びＧC 電圧又は周波数の関数ではないと仮定した。
低抵抗バックコンタクトを有するＡｇ／ダイヤモンドに
ついて、夫々Ｃ−Ｖ及びＩ−Ｖを測定し、ＣC及びＧC
を求めた。モデルにおける変数に次の値を用いた。ＧB
＝７．２×１０-2Ｓ／ｃｍ2 、ＧC＝５．１×１０-6Ｓ
／ｃｍ2 、ＡS＝９．９×１０-4ｃｍ2 、Ｒa＝４×１０
-3 、ＣC＝１．８×１０-9Ｆ／ｃｍ2 。５００Ｈｚにお
けるバイアスの関数としてのＣmの値は、ＣS に等しい
と仮定した。上記のＧB の値は、バルク抵抗１４ｋΩに
相当する。この値は、天然ダイヤモンドのバルク抵抗の
測定値とよく一致した。
【００５７】図１０（ｂ）に示した回路は、その整流コ
ンタクトにおけるＣ−Ｖ測定値の周波数依存性を本発明
に係る裏面注入ダイヤモンド結晶のモデルとして使用す
ることができる。この場合、Ｃmは下記数式２により表
される。
ンタクトにおけるＣ−Ｖ測定値の周波数依存性を本発明
に係る裏面注入ダイヤモンド結晶のモデルとして使用す
ることができる。この場合、Ｃmは下記数式２により表
される。
【００５８】
【数２】 Ｃm＝（ＡSＣSＧB 2）／（ＧB 2＋ω2ＣS 2） この数式２から、低周波数の場合Ｃm≒Ａs・CS である
ことがわかる。このモデルを用い、注入バックコンタク
トを有するＡｌコンタクトの測定から得られたＣ−Ｖデ
ータの最尢曲線を求めた（図１０（ａ）の実線）。５０
０Ｈｚから８００Ｈｚの範囲にある全ての周波数につい
て、実験データへの適合はかなり良好であった。前と同
様に、５００Ｈｚにおけるバイアスの関数としてのＣm
の値は、ＣS に等しいと仮定した。このモデルにおい
て、ＧBは０．２３Ｓ／ｃｍ2とした。この値は、天然ダ
イヤモンドのバルク抵抗４．３ｋΩに相当する。
ことがわかる。このモデルを用い、注入バックコンタク
トを有するＡｌコンタクトの測定から得られたＣ−Ｖデ
ータの最尢曲線を求めた（図１０（ａ）の実線）。５０
０Ｈｚから８００Ｈｚの範囲にある全ての周波数につい
て、実験データへの適合はかなり良好であった。前と同
様に、５００Ｈｚにおけるバイアスの関数としてのＣm
の値は、ＣS に等しいと仮定した。このモデルにおい
て、ＧBは０．２３Ｓ／ｃｍ2とした。この値は、天然ダ
イヤモンドのバルク抵抗４．３ｋΩに相当する。
【００５９】以上のように、天然（２ｂ型）ダイヤモン
ド上のＡｌ及びＰｔ整流コンタクトについて、微分キャ
パシタンス−電圧（Ｃ−Ｖ）の測定を行った。キャパシ
タンス−電圧データは周波数依存性を示したが、バック
コンタクトのインピーダンスを低下させると、周波数依
存性が著しく減少した。従って、キャパシタンス−電圧
データの周波数依存性は、主としてバックコンタクトの
キャパシタンス及び抵抗並びにダイヤモンドのバルク抵
抗の影響であると思われる。以上のようにして、高性能
のショットキダイオード及びガスセンサが得られた。
ド上のＡｌ及びＰｔ整流コンタクトについて、微分キャ
パシタンス−電圧（Ｃ−Ｖ）の測定を行った。キャパシ
タンス−電圧データは周波数依存性を示したが、バック
コンタクトのインピーダンスを低下させると、周波数依
存性が著しく減少した。従って、キャパシタンス−電圧
データの周波数依存性は、主としてバックコンタクトの
キャパシタンス及び抵抗並びにダイヤモンドのバルク抵
抗の影響であると思われる。以上のようにして、高性能
のショットキダイオード及びガスセンサが得られた。
【００６０】図１１は、本発明の実施例に係る第１のダ
イヤモンドダイオード化学物質センサを示す。化学物質
センサ１１０は、前述の実施例と同様に、ダイヤモンド
層１１を有する。図１１に示したように、ダイヤモンド
層は、好ましくは１０15〜１０18原子ｃｍ-3のボロン濃
度でドーピングした低ドープ層１１ｅを有する。アンド
ープ領域１１ｄのドーピング濃度は、１０15原子ｃｍ-3
以下であることが望ましい。また、第１の面１１ａには
高ドープ領域１１ｃが形成されている。領域１１ｃは、
１０20〜１０21原子ｃｍ-3のボロン濃度で高ドープする
のが望ましい。
イヤモンドダイオード化学物質センサを示す。化学物質
センサ１１０は、前述の実施例と同様に、ダイヤモンド
層１１を有する。図１１に示したように、ダイヤモンド
層は、好ましくは１０15〜１０18原子ｃｍ-3のボロン濃
度でドーピングした低ドープ層１１ｅを有する。アンド
ープ領域１１ｄのドーピング濃度は、１０15原子ｃｍ-3
以下であることが望ましい。また、第１の面１１ａには
高ドープ領域１１ｃが形成されている。領域１１ｃは、
１０20〜１０21原子ｃｍ-3のボロン濃度で高ドープする
のが望ましい。
【００６１】図１１によると、領域１１ｅとは伝導型が
逆の、化学物質又はガス感応半導体領域１１１を第１の
面１１ａ上に形成することにより、ダイヤモンド層１１
の第１の面１１ａ上にダイオードを形成する。例えば、
ｐ型ダイヤモンドとヘテロ接合を形成し、その結果、ガ
ス感応ダイオードを形成することができる多数のガス感
応酸化物が存在する（例えば、Sensors and Actuator,
Vol.B6(1992), 149-156頁; P.T.Moseley、Materials Se
lection for Semiconductor Gas Sensorsに記載された
表１及び４を参照）。下記表１及び表２には、この文献
に記載されたいくつかの物質の特性を示す。表１は、酸
素センサとして用いることのできる物質を示し、表２に
は、その他のガスセンサに用いることができる物質を示
す。
逆の、化学物質又はガス感応半導体領域１１１を第１の
面１１ａ上に形成することにより、ダイヤモンド層１１
の第１の面１１ａ上にダイオードを形成する。例えば、
ｐ型ダイヤモンドとヘテロ接合を形成し、その結果、ガ
ス感応ダイオードを形成することができる多数のガス感
応酸化物が存在する（例えば、Sensors and Actuator,
Vol.B6(1992), 149-156頁; P.T.Moseley、Materials Se
lection for Semiconductor Gas Sensorsに記載された
表１及び４を参照）。下記表１及び表２には、この文献
に記載されたいくつかの物質の特性を示す。表１は、酸
素センサとして用いることのできる物質を示し、表２に
は、その他のガスセンサに用いることができる物質を示
す。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】ここで、例えば二酸化チタニウムを使用す
ることができる。また、二酸化チタニウムは、高温で酸
素と反応し、ｎ型の半導体特性を示す。
ることができる。また、二酸化チタニウムは、高温で酸
素と反応し、ｎ型の半導体特性を示す。
【００６５】前記表１，２から明らかなように、大部分
のガス感応性酸化物は、通常、ｐ型ダイヤモンドは耐え
うるが、その他の大部分の半導体は耐え得ない温度領域
の２００〜７００℃で作動する。別の方法として、炭素
ｐｎダイオード湿度センサは、部分的に重縮合したフル
フリルアルコール層１１１を用いて製造することができ
る。この部分重縮合フルフリルアルコール層１１１は、
４００〜４５０℃で噴霧熱分解によりダイヤモンド層１
１の基板上に蒸着させた後、５５０〜８００℃でアニー
リングすることによって、ｐ型ダイヤモンド領域１１ｅ
上にｎ型炭素層を形成する（Sensor Actuator, Vol.B6
(1992), 61-65頁、Lukaszewicz; An Application of Ca
rbon-Type Semiconductors for the Construction of a
Humidity-Sensitive Diode）。
のガス感応性酸化物は、通常、ｐ型ダイヤモンドは耐え
うるが、その他の大部分の半導体は耐え得ない温度領域
の２００〜７００℃で作動する。別の方法として、炭素
ｐｎダイオード湿度センサは、部分的に重縮合したフル
フリルアルコール層１１１を用いて製造することができ
る。この部分重縮合フルフリルアルコール層１１１は、
４００〜４５０℃で噴霧熱分解によりダイヤモンド層１
１の基板上に蒸着させた後、５５０〜８００℃でアニー
リングすることによって、ｐ型ダイヤモンド領域１１ｅ
上にｎ型炭素層を形成する（Sensor Actuator, Vol.B6
(1992), 61-65頁、Lukaszewicz; An Application of Ca
rbon-Type Semiconductors for the Construction of a
Humidity-Sensitive Diode）。
【００６６】前述のように、ｎ型ガス感応性又は湿度感
応性層の多くは、高い温度で最もよく作動する。従っ
て、好ましい実施例として、ダイヤモンドダイオードセ
ンサは、インターデジタル抵抗ヒータ１１７を有するこ
とが好ましく、アンドープ領域１１ｄに１０15〜１０22
原子ｃｍ-3のボロン濃度でドープしたｐ型であることが
好ましい。本発明によるセンサは、感度が最も高くなる
か、又はガス感応性半導体の活性化に必要な高温で作動
させるため、ヒータを組み込んでもよい。また、前記ヒ
ータは、装置の表面がガスで飽和した場合に表面の浄化
に使用することもでき、ガス感応性半導体が別のガスに
感応するような操作温度に装置の温度を変えるために使
用することもできる。
応性層の多くは、高い温度で最もよく作動する。従っ
て、好ましい実施例として、ダイヤモンドダイオードセ
ンサは、インターデジタル抵抗ヒータ１１７を有するこ
とが好ましく、アンドープ領域１１ｄに１０15〜１０22
原子ｃｍ-3のボロン濃度でドープしたｐ型であることが
好ましい。本発明によるセンサは、感度が最も高くなる
か、又はガス感応性半導体の活性化に必要な高温で作動
させるため、ヒータを組み込んでもよい。また、前記ヒ
ータは、装置の表面がガスで飽和した場合に表面の浄化
に使用することもでき、ガス感応性半導体が別のガスに
感応するような操作温度に装置の温度を変えるために使
用することもできる。
【００６７】更に、温度をモニターし、調節するため、
温度監視装置１１２を例えば第１の面１１ａ上に設ける
ことが好ましい。色々な形態の温度監視装置を用いるこ
とができる。その１例として、アンドープダイヤモンド
層１１３上にドープしたダイヤモンド領域１１４（例え
ば、約１×１０17〜１×１０19ｃｍ-3の濃度でボロンド
ープしたもの）を使用する。しかし、その他の形態の温
度監視装置を使用してもよい。抵抗ヒータ１１７と前記
の温度監視装置１１２は、ダイヤモンドダイオードセン
サ１１０に熱結合する。
温度監視装置１１２を例えば第１の面１１ａ上に設ける
ことが好ましい。色々な形態の温度監視装置を用いるこ
とができる。その１例として、アンドープダイヤモンド
層１１３上にドープしたダイヤモンド領域１１４（例え
ば、約１×１０17〜１×１０19ｃｍ-3の濃度でボロンド
ープしたもの）を使用する。しかし、その他の形態の温
度監視装置を使用してもよい。抵抗ヒータ１１７と前記
の温度監視装置１１２は、ダイヤモンドダイオードセン
サ１１０に熱結合する。
【００６８】センサ１１０の各領域を電気的に接触させ
るため、適切な金属又はその他のコンタクトを用いる。
コンタクト１１６は層１１１と電気的に接触している。
コンタクト１３はｐ+高ドープ領域１１ｃと電気的に接
触している。コンタクト１１５と１１５´は領域１１４
及び１１４´と電気的に接触し、またコンタクト１１８
と１１８´は抵抗ヒータ１１７と電気的に接触してい
る。
るため、適切な金属又はその他のコンタクトを用いる。
コンタクト１１６は層１１１と電気的に接触している。
コンタクト１３はｐ+高ドープ領域１１ｃと電気的に接
触している。コンタクト１１５と１１５´は領域１１４
及び１１４´と電気的に接触し、またコンタクト１１８
と１１８´は抵抗ヒータ１１７と電気的に接触してい
る。
【００６９】最後に、適切な外部接続を装置に設ける。
特に、陰極Ｃ、陽極Ａ、一対の温度監視装置接続Ｔ、Ｔ
´及び一対のヒータ接続Ｈ、Ｈ´が設けられている。ま
た、前記実施例に関連して既に説明したように、本装置
は収納カプセル１７を構成する層により封止されてい
る。しかし、センサにダイヤモンドを使用した場合、封
止の必要性はかなり低くなるか、又は全く必要ない。
特に、陰極Ｃ、陽極Ａ、一対の温度監視装置接続Ｔ、Ｔ
´及び一対のヒータ接続Ｈ、Ｈ´が設けられている。ま
た、前記実施例に関連して既に説明したように、本装置
は収納カプセル１７を構成する層により封止されてい
る。しかし、センサにダイヤモンドを使用した場合、封
止の必要性はかなり低くなるか、又は全く必要ない。
【００７０】図１２は、本発明の実施例の第２のダイヤ
モンドダイオード化学物質センサ１２０を示す。図１２
に示したように、化学物質センサ１２０は、埋め込んだ
陽極コンタクト１３とこれに隣接するｐ+高ドープ領域
１１ｃを有する。そのほかの部分の構造は、図１１と同
様である。
モンドダイオード化学物質センサ１２０を示す。図１２
に示したように、化学物質センサ１２０は、埋め込んだ
陽極コンタクト１３とこれに隣接するｐ+高ドープ領域
１１ｃを有する。そのほかの部分の構造は、図１１と同
様である。
【００７１】図１３は、本発明の実施例の第３のダイオ
ード化学物質センサ１３０を示す。このダイオード化学
物質センサ１３０においては、抵抗ヒータ１１７が面１
１ａに設けられ、陽極コンタクトが面１１ｂに設けられ
ている。この装置は、金属基板等の基板１３１上に搭載
されている。
ード化学物質センサ１３０を示す。このダイオード化学
物質センサ１３０においては、抵抗ヒータ１１７が面１
１ａに設けられ、陽極コンタクトが面１１ｂに設けられ
ている。この装置は、金属基板等の基板１３１上に搭載
されている。
【００７２】図１４は、第４のダイオード化学物質セン
サ１４０を示す。図１４に示したように、陽極コンタク
ト１３とｐ+領域１１ｃは、既に図５に関連して記載し
たように、基板１８の開口部１９の中に形成されてい
る。
サ１４０を示す。図１４に示したように、陽極コンタク
ト１３とｐ+領域１１ｃは、既に図５に関連して記載し
たように、基板１８の開口部１９の中に形成されてい
る。
【００７３】図１５は、第５のダイヤモンドダイオード
化学物質センサ１５０を示す。このセンサ１５０は、液
体１５１中の化学物質に感応する。前記液体は、膜１５
２によって、ｎ-層１１１に隣接して保持されている。
化学物質センサ１５０を示す。このセンサ１５０は、液
体１５１中の化学物質に感応する。前記液体は、膜１５
２によって、ｎ-層１１１に隣接して保持されている。
【００７４】次に、図１６を参照して、本発明の実施例
に係る第１のダイヤモンドトランジスタ化学物質センサ
１６０について説明する。図１６に示したように、セン
サ１６０は、ダイオードの代わりに電界効果トランジス
タを設けたこと以外は、センサ１１０（図１１）と同じ
である。電界効果トランジスタを実行するために、一対
のｐ+領域１１ｃ，１１ｃ´を設ける。各ｐ+領域１１
ｃ，１１ｃ´に夫々ソースコンタクト１６１とドレイン
コンタクト１６２を設け、夫々ソース及びドレイン接続
Ｓ及びＤを設ける。二酸化ケイ素又は絶縁ダイヤモンド
等の絶縁層１６３を、パラジウム等の触媒金属からなる
ゲートコンタクト１６４に沿って設ける。また、ゲート
接続Ｇを設ける。
に係る第１のダイヤモンドトランジスタ化学物質センサ
１６０について説明する。図１６に示したように、セン
サ１６０は、ダイオードの代わりに電界効果トランジス
タを設けたこと以外は、センサ１１０（図１１）と同じ
である。電界効果トランジスタを実行するために、一対
のｐ+領域１１ｃ，１１ｃ´を設ける。各ｐ+領域１１
ｃ，１１ｃ´に夫々ソースコンタクト１６１とドレイン
コンタクト１６２を設け、夫々ソース及びドレイン接続
Ｓ及びＤを設ける。二酸化ケイ素又は絶縁ダイヤモンド
等の絶縁層１６３を、パラジウム等の触媒金属からなる
ゲートコンタクト１６４に沿って設ける。また、ゲート
接続Ｇを設ける。
【００７５】図１７は、本発明の実施例に係る第２のダ
イヤモンドトランジスタ化学物質センサ１７０を示す。
センサ１７０は、夫々ソースコンタクト１６１及びドレ
インコンタクト１６２をダイヤモンド層１１中に埋没し
たこと以外は、センサ１５０（図１５）と同じである。
イヤモンドトランジスタ化学物質センサ１７０を示す。
センサ１７０は、夫々ソースコンタクト１６１及びドレ
インコンタクト１６２をダイヤモンド層１１中に埋没し
たこと以外は、センサ１５０（図１５）と同じである。
【００７６】図１８は、同じく第３のダイヤモンドトラ
ンジスタ化学物質センサ１８０を示す。センサ１８０
は、ソースコンタクト１６１及びドレインコンタクト１
６１´を層１１の面１１ｂ上に形成したこと以外は、セ
ンサ１７０（図１７）と同じである。
ンジスタ化学物質センサ１８０を示す。センサ１８０
は、ソースコンタクト１６１及びドレインコンタクト１
６１´を層１１の面１１ｂ上に形成したこと以外は、セ
ンサ１７０（図１７）と同じである。
【００７７】図１９は、同じく第４のダイヤモンドトラ
ンジスタ化学物質センサ１９０を示す。センサ１９０
は、ソースコンタクト１６１及びドレインコンタクト１
６１´を基板１８の開口部１９内に形成したことを除
き、センサ１８０（図１８）と同じである。
ンジスタ化学物質センサ１９０を示す。センサ１９０
は、ソースコンタクト１６１及びドレインコンタクト１
６１´を基板１８の開口部１９内に形成したことを除
き、センサ１８０（図１８）と同じである。
【００７８】図２０は、同じく第５のダイヤモンドトラ
ンジスタ化学物質センサ２００を示す。センサ２００
は、液体１５１中のイオンを検出するために、膜１５２
を設けたことを除き、センサ１６０（図１６）と同じで
ある。
ンジスタ化学物質センサ２００を示す。センサ２００
は、液体１５１中のイオンを検出するために、膜１５２
を設けたことを除き、センサ１６０（図１６）と同じで
ある。
【００７９】図２１は、同じく第６のダイヤモンドトラ
ンジスタ化学物質センサ２１０を示す。センサ２１０
は、絶縁層１６３から離して設けた標準電極２４１を使
用することを除き、センサ２００（図２０）と同じであ
る。このような絶縁層と標準電極の間に電解液を設ける
構成は、MariucciらによるHydrogeninated Amorphous S
ilicon Technology for Chemically Sensitive Thin-Fi
lmed Transistors; Sensors and Actuators, Vol.B6, 2
9-33頁(1992)に記載されている構成と同じである。
ンジスタ化学物質センサ２１０を示す。センサ２１０
は、絶縁層１６３から離して設けた標準電極２４１を使
用することを除き、センサ２００（図２０）と同じであ
る。このような絶縁層と標準電極の間に電解液を設ける
構成は、MariucciらによるHydrogeninated Amorphous S
ilicon Technology for Chemically Sensitive Thin-Fi
lmed Transistors; Sensors and Actuators, Vol.B6, 2
9-33頁(1992)に記載されている構成と同じである。
【００８０】図２２は、本発明の実施例に係るショット
キダイオード化学物質センサ２２０を示す。図２２に示
したように、センサ２２０は、温度モニター１１２及び
インターデジタル抵抗ヒータ１１７を追加したことを除
き、図１のセンサ１０と同じである。温度モニター及び
抵抗ヒータによって、室温よりも高い温度でもショット
キダイオードは作動することができる。
キダイオード化学物質センサ２２０を示す。図２２に示
したように、センサ２２０は、温度モニター１１２及び
インターデジタル抵抗ヒータ１１７を追加したことを除
き、図１のセンサ１０と同じである。温度モニター及び
抵抗ヒータによって、室温よりも高い温度でもショット
キダイオードは作動することができる。
【００８１】ショットキダイオードの代わりにＭＯＳコ
ンデンサを形成するため、比較的厚い絶縁層２１を使用
できることは、当該技術分野の専門家にとって容易に推
定できる。例えば、ＭＯＳコンデンサを形成するために
は、厚さ１０００〜２０００Åの絶縁層を使用すること
ができる。ＭＯＳコンデンサのキャパシタンスが、ショ
ットキダイオードと同様にガス濃度の変化に応じて変化
することは、当該技術分野の専門家にとって容易に推定
できる。装置のキャパシタンス測定効率に影響を及ぼす
ガス感応性金属を用いて、金属ゲート１２又は絶縁体２
１のいずれかを形成してもよい（例えば、Lundstrom
ら，Physics With Catalytic Metal Gate Chemical Sen
sors, CRC Critical Reviews in Solid State and Mate
rials Sciences, Vol.15, 第３版、201-278頁(198
9)）。この文献に一例が記載されているように、層２１
にはプラチナ等の触媒金属を使用することができる。
ンデンサを形成するため、比較的厚い絶縁層２１を使用
できることは、当該技術分野の専門家にとって容易に推
定できる。例えば、ＭＯＳコンデンサを形成するために
は、厚さ１０００〜２０００Åの絶縁層を使用すること
ができる。ＭＯＳコンデンサのキャパシタンスが、ショ
ットキダイオードと同様にガス濃度の変化に応じて変化
することは、当該技術分野の専門家にとって容易に推定
できる。装置のキャパシタンス測定効率に影響を及ぼす
ガス感応性金属を用いて、金属ゲート１２又は絶縁体２
１のいずれかを形成してもよい（例えば、Lundstrom
ら，Physics With Catalytic Metal Gate Chemical Sen
sors, CRC Critical Reviews in Solid State and Mate
rials Sciences, Vol.15, 第３版、201-278頁(198
9)）。この文献に一例が記載されているように、層２１
にはプラチナ等の触媒金属を使用することができる。
【００８２】次に、図１１〜２２に記載したセンサの作
用について説明する。陽極１３、ソース１６１及びドレ
イン１６２に低抵抗オーミックコンタクトを与える高ド
ープ領域１１ｃ、１１ｃ´を設けることにより、キャパ
シタンスの周波数依存性は著しく低下するか、完全に消
失する。このように、キャパシタンス／電圧特性の周波
数依存性は著しく低下する。更に、ダイヤモンドダイオ
ード及びトランジスタセンサを設けることにより、高温
下でも高い測定感度が得られる。インターデジタル抵抗
ヒータ１１７は、３００〜７００℃の高い温度領域でも
装置を最適感度に保つために使用することができ、また
温度モニター１１２はセンサ温度をモニターするために
使用することができる。
用について説明する。陽極１３、ソース１６１及びドレ
イン１６２に低抵抗オーミックコンタクトを与える高ド
ープ領域１１ｃ、１１ｃ´を設けることにより、キャパ
シタンスの周波数依存性は著しく低下するか、完全に消
失する。このように、キャパシタンス／電圧特性の周波
数依存性は著しく低下する。更に、ダイヤモンドダイオ
ード及びトランジスタセンサを設けることにより、高温
下でも高い測定感度が得られる。インターデジタル抵抗
ヒータ１１７は、３００〜７００℃の高い温度領域でも
装置を最適感度に保つために使用することができ、また
温度モニター１１２はセンサ温度をモニターするために
使用することができる。
【００８３】従って、本発明の化学物質センサでは、シ
リコン又はガリウム砒素等に比較して優れているダイヤ
モンド固有の性質を利用して、耐熱性、高速、高電圧化
学物質センサを提供することができる。更に、化学物質
センサは、過酷な環境下で使用されるため、最高水準の
電子装置に組み込むのが最も難しいセンサである。化学
物質検出半導体としてダイヤモンドを利用すると、ダイ
ヤモンド固有の化学的安定性のため、半導体装置を封止
する必要性が少なくなる。
リコン又はガリウム砒素等に比較して優れているダイヤ
モンド固有の性質を利用して、耐熱性、高速、高電圧化
学物質センサを提供することができる。更に、化学物質
センサは、過酷な環境下で使用されるため、最高水準の
電子装置に組み込むのが最も難しいセンサである。化学
物質検出半導体としてダイヤモンドを利用すると、ダイ
ヤモンド固有の化学的安定性のため、半導体装置を封止
する必要性が少なくなる。
【００８４】図１１〜２２に示したように、ダイオード
又はトランジスタを製造する場合、絶縁層１６３、２１
又は陰極／ゲートコンタクト１６４、１２のいずれか、
又はその両方が検出材料であってもよいことは容易に推
察される。例えば、ｐ型ダイヤモンド上の二酸化ケイ素
上のプラチナは水素センサとして機能する。水素分子又
は元素が金属の表面に吸着し、金属表面の電圧を変化さ
せることにより、水素が存在しない条件下での測定値に
比較してキャパシタンス／電圧（Ｃ−Ｖ）曲線のシフト
を起こすと考えられる。しかし、吸着又は吸収されたガ
スによる絶縁体又は金属ゲートの変化もＣ−Ｖ曲線に影
響を及ぼす。典型的なＣ−Ｖ曲線を図２３に示す。従っ
て、絶縁体又は金属ゲートの選択は、検出する化学物質
によって変えることができる。
又はトランジスタを製造する場合、絶縁層１６３、２１
又は陰極／ゲートコンタクト１６４、１２のいずれか、
又はその両方が検出材料であってもよいことは容易に推
察される。例えば、ｐ型ダイヤモンド上の二酸化ケイ素
上のプラチナは水素センサとして機能する。水素分子又
は元素が金属の表面に吸着し、金属表面の電圧を変化さ
せることにより、水素が存在しない条件下での測定値に
比較してキャパシタンス／電圧（Ｃ−Ｖ）曲線のシフト
を起こすと考えられる。しかし、吸着又は吸収されたガ
スによる絶縁体又は金属ゲートの変化もＣ−Ｖ曲線に影
響を及ぼす。典型的なＣ−Ｖ曲線を図２３に示す。従っ
て、絶縁体又は金属ゲートの選択は、検出する化学物質
によって変えることができる。
【００８５】ｐ−ｎ化学物質感応ダイオードの設計にお
いて、多くのガス感応性酸化物を使用して、ｐ型ダイヤ
モンドとヘテロ接合を作り、ガス感応ダイオードを作る
ことができる。先に電界効果トランジスタ／コンデンサ
構造について述べた如く、当該装置に使用するガス感応
性材料を変えることにより、キャパシタンス−電圧曲線
を変えることができる。更に、ガスが存在することは、
電界効果トランジスタの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定値か
ら知ることができる。電界効果トランジスタについて、
ソース及びドレイン電圧を一定とした場合のゲート電圧
に対するドレイン電流をプロットし、期待される電流又
は電圧応答を図２４に示す。
いて、多くのガス感応性酸化物を使用して、ｐ型ダイヤ
モンドとヘテロ接合を作り、ガス感応ダイオードを作る
ことができる。先に電界効果トランジスタ／コンデンサ
構造について述べた如く、当該装置に使用するガス感応
性材料を変えることにより、キャパシタンス−電圧曲線
を変えることができる。更に、ガスが存在することは、
電界効果トランジスタの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定値か
ら知ることができる。電界効果トランジスタについて、
ソース及びドレイン電圧を一定とした場合のゲート電圧
に対するドレイン電流をプロットし、期待される電流又
は電圧応答を図２４に示す。
【００８６】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ものではない。本発明は特許請求の範囲の記載に基いて
規定される範囲内で種々の変形が可能である。
ものではない。本発明は特許請求の範囲の記載に基いて
規定される範囲内で種々の変形が可能である。
【００８７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
キャパシタンス／電圧特性の周波数依存性が抑制された
ダイヤモンドショットキダイオード並びにガスセンサ及
び化学物質センサが得られる。
キャパシタンス／電圧特性の周波数依存性が抑制された
ダイヤモンドショットキダイオード並びにガスセンサ及
び化学物質センサが得られる。
【図１】本発明の実施例に係る第１のガスセンサを示す
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る第１のショットキダイオ
ードを示す断面図である。
ードを示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る第２のガスセンサを示す
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る第２のショットキダイオ
ードを示す断面図である。
ードを示す断面図である。
【図５】本発明の実施例に係る第３のガスセンサを示す
断面図である。
断面図である。
【図６】本発明の実施例に係る第３のショットキダイオ
ードを示す断面図である。
ードを示す断面図である。
【図７】本発明の実施例に係る第４のガスセンサを示す
断面図である。
断面図である。
【図８】本発明の実施例に係る第４のショットキダイオ
ードを示す断面図である。
ードを示す断面図である。
【図９】図９（ａ）及び９（ｂ）は、夫々従来のショッ
トキダイオードのキャパシタンス／電圧の測定値を周波
数の関数として示したグラフ及び従来のショットキダイ
オードの等価回路図である。
トキダイオードのキャパシタンス／電圧の測定値を周波
数の関数として示したグラフ及び従来のショットキダイ
オードの等価回路図である。
【図１０】図１０（ａ）及び１０（ｂ）は、夫々本発明
に係るショットキダイオードのキャパシタンス／電圧の
測定値を周波数の関数として示したグラフ及び本発明に
係るショットキダイオードの等価回路図である。
に係るショットキダイオードのキャパシタンス／電圧の
測定値を周波数の関数として示したグラフ及び本発明に
係るショットキダイオードの等価回路図である。
【図１１】本発明の実施例に係る第１のダイヤモンドダ
イオード化学物質センサを示す断面図である。
イオード化学物質センサを示す断面図である。
【図１２】本発明の実施例に係る第２のダイヤモンドダ
イオード化学物質センサを示す断面図である。
イオード化学物質センサを示す断面図である。
【図１３】本発明の実施例に係る第３のダイヤモンドダ
イオード化学物質センサを示す断面図である。
イオード化学物質センサを示す断面図である。
【図１４】本発明の実施例に係る第４のダイヤモンドダ
イオード化学物質センサ断面図である。
イオード化学物質センサ断面図である。
【図１５】本発明の実施例に係る第５のダイヤモンドダ
イオード化学物質センサを示す断面図である。
イオード化学物質センサを示す断面図である。
【図１６】本発明の実施例に係る第１のダイヤモンドト
ランジスタ化学物質センサ断面図である。
ランジスタ化学物質センサ断面図である。
【図１７】本発明の実施例に係る第２のダイヤモンドト
ランジスタ化学物質センサ断面図である。
ランジスタ化学物質センサ断面図である。
【図１８】本発明の実施例に係る第３のダイヤモンドト
ランジスタ化学物質センサ断面図である。
ランジスタ化学物質センサ断面図である。
【図１９】本発明の実施例に係る第４のダイヤモンドト
ランジスタ化学物質センサ断面図である。
ランジスタ化学物質センサ断面図である。
【図２０】本発明の実施例に係る第５のダイヤモンドト
ランジスタ化学物質センサ断面図である。
ランジスタ化学物質センサ断面図である。
【図２１】本発明の実施例に係る第６のダイヤモンドト
ランジスタ化学物質センサ断面図である。
ランジスタ化学物質センサ断面図である。
【図２２】本発明の実施例に係る高温化学物質センサを
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２３】図１１〜１５に示したダイオード化学物質セ
ンサの代表的なキャパシタンス対電圧変化を示す図であ
る。
ンサの代表的なキャパシタンス対電圧変化を示す図であ
る。
【図２４】図１６〜２１に示したトランジスタセンサの
トランジスタ特性の変化を示すグラフである。
トランジスタ特性の変化を示すグラフである。
１０，３０，５０，７０；ガスセンサ １１；ダイヤモンド層 １１ａ；第１の面 １１ｂ；第２の面 １１ｃ，１１ｃ´；高ボロンドープ領域 １２；ショットキコンタクト １３；オーミックコンタクト １７；収納カプセル ２１；中間層 ２０，４０，６０，８０；ショットキダイオード １８；基板 １９；開口部 １１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１
７０，１８０，１９０，２００，２１０，２２０；セン
サ １１ｅ；低ドープ領域 １１ｄ；アンドープ領域 １１１；フルフリルアルコール層 １１７；抵抗ヒータ １１３；アンドープダイヤモンド層 １１４；ダイヤモンド領域 １１２；温度監視装置 １１５，１１６，１１８，１６１，１６２，１６４，；
コンタクト １５１；液体 １５２；膜 １６３；絶縁層 ２４１；標準電極
７０，１８０，１９０，２００，２１０，２２０；セン
サ １１ｅ；低ドープ領域 １１ｄ；アンドープ領域 １１１；フルフリルアルコール層 １１７；抵抗ヒータ １１３；アンドープダイヤモンド層 １１４；ダイヤモンド領域 １１２；温度監視装置 １１５，１１６，１１８，１６１，１６２，１６４，；
コンタクト １５１；液体 １５２；膜 １６３；絶縁層 ２４１；標準電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−22172（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開488352（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/49 H01L 29/872
Claims (6)
- 【請求項１】 対向する第１の面及び第２の面を有する
ダイヤモンド層と、前記第１の面上の第１コンタクト
と、前記第２の面上の第２コンタクトとを有し、前記第
１コンタクトが前記第１コンタクトと前記第１の面との
間に予め設定したショットキバリア高のショットキバリ
アを形成し、前記第１コンタクトがガスと前記第１の面
との相互作用を可能にし、それにより前記予め設定した
ショットキバリア高を変化させ、前記ダイヤモンド層が
前記第２コンタクトに隣接した高ドープ領域を有し、前
記第２コンタクトが前記高ドープ領域とオーミックコン
タクトを形成することを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項２】 ショットキコンタクト及びオーミックコ
ンタクトを有するダイヤモンド層と、前記オーミックコ
ンタクトに隣接し前記オーミックコンタクトとの間でオ
ーミック接合を形成する高ドープ領域とを有し、前記ダ
イヤモンド層が、吸収されたガスに感応して、前記ショ
ットキコンタクトのバリア高を変化させ、これによりガ
ス濃度を検出することを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項３】 対向する第１の面及び第２の面を有する
ダイヤモンド層と、前記第１の面上の第１コンタクト
と、前記第２の面上の第２コンタクトとを有し、前記第
１コンタクトが前記第１コンタクトと前記第１の面との
間に予め設定したショットキバリア高のショットキバリ
アを形成し、前記第１コンタクトが化学物質と前記第１
の面との相互作用を可能にし、それにより前記予め設定
したショットキバリア高を変化させ、前記ダイヤモンド
層が前記第２コンタクトに隣接した高ドープ領域を有
し、前記第２コンタクトが前記高ドープ領域とオーミッ
クコンタクトを形成することを特徴とするダイヤモンド
化学物質センサ。 - 【請求項４】 第１の伝導タイプのダイヤモンド層と、
前記ダイヤモンド層に隣接して設けられ前記ダイヤモン
ド層との間に半導体接合を形成する第２の伝導タイプの
半導体層と、この半導体層に接続された第１コンタクト
と、前記ダイヤモンド層上に設けられた第２コンタクト
と、前記ダイヤモンド層内における前記第２コンタクト
に隣接する位置に形成され前記第１の伝導タイプであり
その不純物濃度が前記ダイヤモンド層の不純物濃度より
も高く前記第２コンタクトとの間でオーミック接合を形
成する高ドープ領域と、を有し、前記ダイヤモンド層及
び半導体層の少なくとも１つが外部の化学物質と相互作
用し、前記半導体接合の電気的性質を変化させることに
より前記化学物質を検出することを特徴とするダイヤモ
ンド化学物質センサ。 - 【請求項５】 ダイヤモンド層と、このダイヤモンド層
上に設けられたゲートコンタクトと、前記ダイヤモンド
層に接続されたソースコンタクト及びドレインコンタク
トと、前記ダイヤモンド層内における前記ソースコンタ
クトに隣接する位置に形成されその不純物濃度が前記ダ
イヤモンド層の不純物濃度よりも高く前記ソースコンタ
クトとの間でオーミック接合を形成する第１の高ドープ
領域と、前記ダイヤモンド層内における前記ドレインコ
ンタクトに隣接する位置に形成されその不純物濃度が前
記ダイヤモンド層の不純物濃度よりも高く前記ドレイン
コンタクトとの間でオーミック接合を形成する第２の高
ドープ領域と、を有し、外部の化学物質が前記ゲートコ
ンタクトと相互作用して前記ダイヤモンド層、ゲートコ
ンタクト、ソースコンタクト及びドレインコンタクトか
らなるトランジスタの電気特性を変化させることにより
前記化学物質を検出することを特徴とするダイヤモンド
化学物質センサ。 - 【請求項６】 前記ダイヤモンド層に熱結合して前記ダ
イヤモンド化学物質センサを室温以上に加熱する加熱手
段と、前記ダイヤモンド層に熱結合してダイヤモンド化
学物質センサの温度をモニターする温度モニター手段
と、を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれ
か１項に記載のダイヤモンド化学物質センサ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/939,446 US5285084A (en) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | Diamond schottky diodes and gas sensors fabricated therefrom |
| US07/939,446 | 1993-07-08 | ||
| US08/089,170 | 1993-07-08 | ||
| US08/089,170 US5362975A (en) | 1992-09-02 | 1993-07-08 | Diamond-based chemical sensors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06222027A JPH06222027A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3338139B2 true JP3338139B2 (ja) | 2002-10-28 |
Family
ID=26780316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21626793A Expired - Fee Related JP3338139B2 (ja) | 1992-09-02 | 1993-08-31 | ダイヤモンドショットキダイオード並びにこれを利用したガスセンサ及び化学物質センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5362975A (ja) |
| JP (1) | JP3338139B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107228883A (zh) * | 2016-03-25 | 2017-10-03 | 松下知识产权经营株式会社 | 气体传感器、氢检测方法以及燃料电池汽车 |
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