JP6905188B2 - Semiconductor devices and their manufacturing methods - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置及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.

LSIの微細化の限界を克服するための材料として、電荷の移動度が極めて高い2次元材料であるグラフェンが注目されている。グラフェンは、室温でも100,000cm2/Vs程度の高い移動度を持ち、更に電子、ホールの移動度に差が無いことから、将来の電子デバイスにおけるチャネル材料として期待されている。しかし、バンドギャップがないため、そのままではオン・オフ比が小さく、スイッチング素子としての利用は難しい。バンドギャップを形成するための様々な手法が提案されており、その1つとして、グラフェンをナノリボン化し、グラフェンナノリボン(GNR)を作成することで、バンドギャップを形成する手法が提案されている。GNRはそのエッジを終端する修飾基によって電子状態を変調することが可能であるため、終端の修飾基が異なるGNRを組み合わせることでヘテロ接合が実現できる。 Graphene, which is a two-dimensional material having extremely high charge mobility, is attracting attention as a material for overcoming the limit of miniaturization of LSI. Graphene has a high mobility of about 100,000 cm 2 / Vs even at room temperature, and since there is no difference in electron and hole mobilities, graphene is expected as a channel material in future electronic devices. However, since there is no band gap, the on / off ratio is small as it is, and it is difficult to use it as a switching element. Various methods for forming a bandgap have been proposed, and as one of them, a method for forming a bandgap by converting graphene into nanoribbons and producing graphene nanoribbons (GNR) has been proposed. Since the GNR can modulate the electronic state with a modifying group that terminates its edge, a heterojunction can be realized by combining GNRs having different termination modifying groups.

しかしながら、終端の修飾基が異なるGNRの組み合わせによるヘテロ接合の拡散電位は小さく、十分な特性を得ることができない。 However, the diffusion potential of the heterojunction due to the combination of GNRs having different terminal modifying groups is small, and sufficient characteristics cannot be obtained.

特開2016−090510号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-090510 特開2015−191975号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-1975 特開2016−194424号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-194424 特表2014−505580号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-505580

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

本発明の目的は、大きな拡散電位を得ることができる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of obtaining a large diffusion potential and a method for manufacturing the same.

半導体装置の一態様には、グラフェンナノリボンと、前記グラフェンナノリボンの表面を修飾するガス分子と、が含まれる。前記グラフェンナノリボンには、第1の修飾基で端部が終端された第1の領域と、前記第1の領域にヘテロ接合し、前記第1の修飾基とは異なる第2の修飾基で端部が終端された第2の領域と、が含まれる。 One aspect of the semiconductor device includes graphene nanoribbons and gas molecules that modify the surface of the graphene nanoribbons. The graphene nanoribbon has a first region whose end is terminated by a first modifying group and a second modifying group that is heterojunction to the first region and is different from the first modifying group. A second region, which is terminated, is included.

半導体装置の製造方法の一態様では、第1の修飾基で端部が終端された第1の領域と、前記第1の領域にヘテロ接合し、前記第1の修飾基とは異なる第2の修飾基で端部が終端された第2の領域と、を有するグラフェンナノリボンを形成し、前記グラフェンナノリボンの表面をガス分子で修飾する。 In one aspect of the method for manufacturing a semiconductor device, a first region whose end is terminated by a first modifying group and a second region that is heterobonded to the first region and is different from the first modifying group. A graphene nanoribbon having a second region whose end is terminated by a modifying group is formed, and the surface of the graphene nanoribbon is modified with a gas molecule.

ガスセンサの一態様には、第1の修飾基で端部が終端された第1の領域と、前記第1の領域にヘテロ接合し、前記第1の修飾基とは異なる第2の修飾基で端部が終端された第2の領域と、を有するグラフェンナノリボンが含まれる。前記第1の領域及び前記第2の領域が露出している。 In one aspect of the gas sensor, a first region whose ends are terminated by a first modifying group and a second modifying group that is heterojunction to the first region and is different from the first modifying group. Included is a graphene nanoribbon with a second region that is terminated at the ends. The first region and the second region are exposed.

上記の半導体装置等によれば、適切なグラフェンナノリボンが含まれ、グラフェンナノリボンの表面がガス分子で修飾されるため、大きな拡散電位を得ることができる。 According to the above-mentioned semiconductor device or the like, an appropriate graphene nanoribbon is included, and the surface of the graphene nanoribbon is modified with gas molecules, so that a large diffusion potential can be obtained.

端部が修飾基Rであるグラフェンナノリボン(GNR)の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the graphene nanoribbon (GNR) whose end is a modifying group R. 修飾基Rの種類と、GNRの伝導帯の底及び価電子帯の頂上のエネルギーとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the type of a modifying group R, and the energy of the bottom of the conduction band of GNR and the top of a valence band. 端部が修飾基R1である第1の領域及び端部が修飾基R2である第2の領域を含む複合GNRを示す図である。It is a figure which shows the composite GNR which contains the 1st region which the end part is a modification group R 1 and the 2nd region which end is a modification group R 2. 図3の複合GNRの表面をガス分子Xで修飾した構造を示す図である。It is a figure which shows the structure which modified the surface of the composite GNR of FIG. 3 with a gas molecule X. H終端のGNRにガス分子が吸着した場合のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure at the time of adsorbing a gas molecule to GNR of H terminal. F終端のGNRにガス分子が吸着した場合のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure at the time of adsorbing a gas molecule to GNR of F terminal. 図3の複合GNRの表面をガス分子Xで修飾した場合の電子状態を示す図である。It is a figure which shows the electronic state when the surface of the composite GNR of FIG. 3 is modified with a gas molecule X. 拡散電位の変化に伴うpn接合ダイオードの電流電圧特性の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the current-voltage characteristic of a pn junction diode with change of a diffusion potential. 第1の実施形態に係る半導体装置を示す図である。It is a figure which shows the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment in process order. 図10Aに引き続き、半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。Following FIG. 10A, it is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device in the order of processes. 第2の実施形態に係る半導体装置を示す図である。It is a figure which shows the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment in process order. 図12Aに引き続き、半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。Following FIG. 12A, it is a cross-sectional view which shows the manufacturing method of a semiconductor device in process order. 第3の実施形態に係る半導体装置を示す図である。It is a figure which shows the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment in process order. 第4の実施形態に係るガスセンサを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the gas sensor which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係るガスセンサの製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the gas sensor which concerns on 4th Embodiment in process order. 第1の実施形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of 1st Embodiment. 第2の実施形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the 2nd Embodiment. 第3の実施形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the 3rd Embodiment. +-+構造のトランジスタを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the transistor of the n + p p + structure. 他のn+-+構造のトランジスタを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the transistor of another n + p - p + structure. +-+構造のトランジスタを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the transistor of the p + n n + structure.

(グラフェンナノリボン(GNR)の性質)
先ず、グラフェンの性質について説明する。図1に、端部が修飾基RであるGNRの例を示す。図2に、修飾基Rの種類と、GNRの伝導帯の底及び価電子帯の頂上のエネルギーとの関係を示す。図2では、各GNRの真空準位を揃えている。GNRの構造としては、図1のようにダイマーラインの数が7個からなるアームチェアGNRを想定した。
(Characteristics of graphene nanoribbon (GNR))
First, the properties of graphene will be described. FIG. 1 shows an example of GNR having a modifying group R at the end. FIG. 2 shows the relationship between the type of modifying group R and the energy at the bottom of the conduction band and the top of the valence band of GNR. In FIG. 2, the vacuum levels of each GNR are aligned. As the structure of the GNR, an armchair GNR having seven dimer lines was assumed as shown in FIG.

図3に、端部が修飾基R1である第1の領域及び端部が修飾基R2である第2の領域を含む複合GNRを示す。図3(a)は構造式を示し、図3(b)は修飾基R1がH(H終端)、修飾基R2がF(F終端)の場合の電子状態を示す。拡散電位VD0は、H終端の伝導帯の底とF終端の伝導帯の底とのエネルギー差である。H終端のGNRのフェルミ準位がF終端のGNRのフェルミ準位より浅いため、H終端の第1の領域がp型にドープされ、F終端の第2の領域がn型にドープされた構成と等価である。従って、pn接合が形成される。つまり、この複合GNRでは、第1の領域と第2の領域とが互いにヘテロ接合している。F終端のGNRの代わりに例えばCl終端のGNRを用いても、両者のフェルミ準位は近いため、略同様のpn接合が形成される。図2に示した異なる修飾基を持ったGNRでは、厳密にいえばすべてフェルミ準位が異なるため、図2に示したいずれのGNRの組み合わせによっても、pn接合が形成される。但し、フェルミ準位の差やバンドギャップの違いにより、ドーピングの度合いは異なり、一般的には元々のフェルミ準位の差が大きいほど、強くp型又はn型にドープされる。図2に示した例では、F終端又はCl終端のGNRと、NH2終端のGNRとの組み合わせにより、ドーピングの度合いが特に大きなpn接合が形成される。 Figure 3 shows a composite GNR comprising a second region the first region and the end edge portion is a modifying group R 1 is a modifying group R 2. FIG. 3A shows a structural formula, and FIG. 3B shows an electronic state when the modifying group R 1 is H (H-terminated) and the modifying group R 2 is F (F-terminated). The diffusion potential V D0 is the energy difference between the bottom of the conduction band at the H end and the bottom of the conduction band at the F end. Since the Fermi level of the GNR at the H end is shallower than the Fermi level of the GNR at the F end, the first region at the H end is doped with a p-type and the second region at the F end is doped with an n-type. Is equivalent to. Therefore, a pn junction is formed. That is, in this composite GNR, the first region and the second region are heterojunction to each other. Even if, for example, a Cl-terminated GNR is used instead of the F-terminated GNR, since the Fermi levels of the two are close to each other, substantially the same pn junction is formed. Strictly speaking, all GNRs having different modifying groups shown in FIG. 2 have different Fermi levels. Therefore, any combination of GNRs shown in FIG. 2 forms a pn junction. However, the degree of doping differs depending on the difference in Fermi level and the difference in band gap. Generally, the larger the difference in the original Fermi level, the stronger the doping to p-type or n-type. In the example shown in FIG. 2, the combination of the F-terminal or Cl-terminal GNR and the NH 2- terminal GNR forms a pn junction having a particularly large degree of doping.

図4に、図3の複合GNRの表面をガス分子Xで修飾した構造を示す。図4(a)は複合GNRの厚さ方向から見た構造を示し、図4(b)は厚さ方向に垂直な方向から見た構造を示す。ガス分子XはGNRの面に垂直な方向に吸着している。 FIG. 4 shows a structure in which the surface of the composite GNR of FIG. 3 is modified with a gas molecule X. FIG. 4A shows the structure of the composite GNR seen from the thickness direction, and FIG. 4B shows the structure seen from the direction perpendicular to the thickness direction. The gas molecule X is adsorbed in the direction perpendicular to the plane of GNR.

図5に、H終端のGNRにガス分子が吸着した場合のバンド構造を示し、図6に、F終端のGNRにガス分子が吸着した場合のバンド構造を示す。これらバンド構造は、第一原理計算により求められる。図5(a)及び図6(a)には、リファレンスとしてガス分子Xが吸着していない場合のバンド構造を示す。図5(b)及び図6(b)には、ガス分子Xが窒素分子(N2)である場合のバンド構造を示し、図5(c)及び図6(c)には、ガス分子Xがアンモニア分子(NH3)である場合のバンド構造を示し、図5(d)及び図6(d)には、ガス分子Xが二酸化窒素分子(NO2)である場合のバンド構造を示す。図5に示すように、H終端のGNRでは、ガス分子XがN2又はNO2である場合、伝導帯の底及び価電子帯の頂上のエネルギー位置はほとんど変化しないが、ガス分子XがNH3である場合、伝導帯の底及び価電子帯の頂上が0.4eV程度上方にシフトする。図6に示すように、F終端のGNRでは、ガス分子XがN2又はNH3である場合、伝導帯の底及び価電子帯の頂上のエネルギー位置はほとんど変化しないが、ガス分子XがNO2である場合、伝導帯の底が0.3eV程度下方にシフトする。 FIG. 5 shows a band structure when gas molecules are adsorbed on the H-terminal GNR, and FIG. 6 shows a band structure when gas molecules are adsorbed on the F-terminal GNR. These band structures are obtained by first-principles calculation. 5 (a) and 6 (a) show a band structure when the gas molecule X is not adsorbed as a reference. 5 (b) and 6 (b) show the band structure when the gas molecule X is a nitrogen molecule (N 2 ), and FIGS. 5 (c) and 6 (c) show the gas molecule X. Is an ammonia molecule (NH 3 ), and FIG. 5 (d) and FIG. 6 (d) show a band structure when the gas molecule X is a nitrogen dioxide molecule (NO 2 ). As shown in FIG. 5, in the H-terminated GNR, when the gas molecule X is N 2 or NO 2 , the energy positions at the bottom of the conduction band and the top of the valence band hardly change, but the gas molecule X is NH. If it is 3 , the bottom of the conduction band and the top of the valence band shift upward by about 0.4 eV. As shown in FIG. 6, in the F-terminated GNR, when the gas molecule X is N 2 or NH 3 , the energy positions at the bottom of the conduction band and the top of the valence band hardly change, but the gas molecule X is NO. If it is 2 , the bottom of the conduction band shifts downward by about 0.3 eV.

図7に、図3の複合GNRの表面をガス分子Xで修飾した場合の電子状態を示す。図7(a)はガス分子XがNH3である場合の電子状態を示し、図7(b)はガス分子XがNO2である場合の電子状態を示す。ガス分子XがNH3である場合、図7(a)に示すように、H終端の第1の領域では伝導帯の底及び価電子帯の頂上がΔV1だけエネルギー上方にシフトするが、F終端の第2の領域では伝導帯の底及び価電子帯の頂上のエネルギー位置は変化しない。このため、拡散電位VD1は拡散電位VD0よりもΔV1だけ大きくなる。ガス分子XがNO2である場合、図7(b)に示すように、H終端の第1の領域では伝導帯の底及び価電子帯の頂上のエネルギー位置は変化しないが、F終端の第2の領域では伝導帯の底がΔV2だけエネルギー下方にシフトする。このため、拡散電位VD2は拡散電位VD0よりもΔV2だけ大きくなる。このように、図3の複合GNRの表面をNH3又はNO2で修飾することにより、拡散電位VD0より大きい拡散電位VD1又はVD2が得られる。 FIG. 7 shows the electronic state when the surface of the composite GNR of FIG. 3 is modified with the gas molecule X. FIG. 7A shows an electronic state when the gas molecule X is NH 3 , and FIG. 7B shows an electronic state when the gas molecule X is NO 2 . When the gas molecule X is NH 3 , as shown in FIG. 7 (a), the bottom of the conduction band and the top of the valence band shift upward by ΔV 1 in the first region of the H termination, but F In the second region of the termination, the energy positions at the bottom of the conduction band and at the top of the valence band do not change. Therefore, the diffusion potential V D1 is larger by ΔV 1 than the diffusion potential V D0. When the gas molecule X is NO 2 , as shown in FIG. 7 (b), the energy positions of the bottom of the conduction band and the top of the valence band do not change in the first region of the H termination, but the first region of the F termination. In region 2, the bottom of the conduction band shifts downward in energy by ΔV 2. Therefore, the diffusion potential V D 2 is larger than the diffusion potential V D 0 by ΔV 2. By modifying the surface of the composite GNR of FIG. 3 with NH 3 or NO 2 , a diffusion potential V D1 or V D2 larger than the diffusion potential V D0 can be obtained.

図8に、拡散電位の変化に伴うpn接合ダイオードの電流電圧特性の変化を示す。図8中の破線は、ガス分子で修飾されていない複合GNR(拡散電位はVD0)の特性を示し、実線は、NH3で修飾された複合GNR(拡散電位はVD1)の特性を示す。図8に示すように、NH3で修飾された複合GNRでは、逆バイアスが印加された場合の降伏電圧が上昇している。このことは、耐圧性能が向上し、リーク電流が減少することを意味する。 FIG. 8 shows the change in the current-voltage characteristics of the pn junction diode with the change in the diffusion potential. The broken line in FIG. 8 shows the characteristics of the composite GNR not modified with gas molecules (diffusion potential is V D0 ), and the solid line shows the characteristics of the composite GNR modified with NH 3 (diffusion potential is V D1 ). .. As shown in FIG. 8, in the composite GNR modified with NH 3 , the yield voltage when the reverse bias is applied increases. This means that the withstand voltage performance is improved and the leakage current is reduced.

このように、端部の修飾基が相違し互いにヘテロ接合する領域をGNRに設け、GNRの表面を所定のガス分子で修飾することで大きな拡散電位を得ることができ、半導体装置(電子デバイス)の性能を向上することができる。 In this way, a large diffusion potential can be obtained by providing a region in the GNR where the modifying groups at the ends are different and heterojunction with each other and modifying the surface of the GNR with a predetermined gas molecule, and a semiconductor device (electronic device). Performance can be improved.

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments will be specifically described with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施形態)
次に、第1の実施形態について説明する。第1の実施形態は、pnp構造を備えたトランジスタに関する。図9は、第1の実施形態に係る半導体装置を示す図である。図9(a)は上面図であり、図9(b)は図9(a)中のI−I線に沿った断面図である。
(First Embodiment)
Next, the first embodiment will be described. The first embodiment relates to a transistor having a pnp structure. FIG. 9 is a diagram showing a semiconductor device according to the first embodiment. 9 (a) is a top view, and FIG. 9 (b) is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG. 9 (a).

図9に示すように、第1の実施形態に係る半導体装置100には、上面に溝102が形成された基板101が含まれ、基板101上に溝102を塞ぐようにしてGNR110が設けられている。基板101は、例えば表面にシリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されたシリコン基板である。GNR110には、H終端GNR111a、F終端GNR112及びH終端GNR111bが含まれており、F終端GNR112がH終端GNR111a及びH終端GNR111bに挟まれている。H終端GNR111aとF終端GNR112との間にpn接合が形成され、H終端GNR111bとF終端GNR112との間にpn接合が形成されている。GNR110の一部が溝102の上方にあり、GNR110の溝102側の面がNH3又はNO2のガス分子で修飾されている。つまり、GNR110の溝102側の面に修飾層109が設けられている。H終端GNR111aが第1の領域の一例であり、F終端GNR112が第2の領域の一例であり、H終端GNR111bが第3の領域の一例である。 As shown in FIG. 9, the semiconductor device 100 according to the first embodiment includes a substrate 101 having a groove 102 formed on its upper surface, and a GNR 110 is provided on the substrate 101 so as to close the groove 102. There is. The substrate 101 is, for example, a silicon substrate having an insulating film such as a silicon oxide film formed on its surface. The GNR 110 includes an H-terminal GNR111a, an F-terminal GNR112, and an H-terminal GNR111b, and the F-terminal GNR112 is sandwiched between the H-terminal GNR111a and the H-terminal GNR111b. A pn junction is formed between the H-terminal GNR111a and the F-terminal GNR112, and a pn junction is formed between the H-terminal GNR111b and the F-terminal GNR112. A part of GNR110 is above the groove 102, and the surface of GNR110 on the groove 102 side is modified with NH 3 or NO 2 gas molecules. That is, the modification layer 109 is provided on the surface of the GNR 110 on the groove 102 side. The H-terminal GNR111a is an example of the first region, the F-terminal GNR112 is an example of the second region, and the H-terminal GNR111b is an example of the third region.

F終端GNR112上にゲート絶縁膜105及びゲート電極106が設けられており、H終端GNR111aに接続されたソース電極107及びH終端GNR111bに接続されたドレイン電極108が基板101上に設けられている。例えば、ゲート電極106、ソース電極107及びドレイン電極108は、それぞれ、Ti膜及びその上のAu膜を含み、ゲート絶縁膜105はHfO2膜を含む。 A gate insulating film 105 and a gate electrode 106 are provided on the F-terminal GNR 112, and a source electrode 107 connected to the H-terminal GNR 111a and a drain electrode 108 connected to the H-terminal GNR 111b are provided on the substrate 101. For example, the gate electrode 106, the source electrode 107, and the drain electrode 108 each include a Ti film and an Au film on the Ti film, and the gate insulating film 105 contains an HfO 2 film.

第1の実施形態に係る半導体装置100では、H終端GNR111a及び111bがp型半導体として機能し、F終端GNR112がn型半導体として機能する。従って、半導体装置100は、pnp構造のトランジスタとして機能する。そして、GNR110の表面がNH3又はNO2のガス分子で修飾されているため、大きな拡散電位が得られ、優れた性能が得られる。 In the semiconductor device 100 according to the first embodiment, the H-terminal GNR111a and 111b function as p-type semiconductors, and the F-terminal GNR112 functions as an n-type semiconductor. Therefore, the semiconductor device 100 functions as a transistor having a pnp structure. Since the surface of GNR110 is modified with NH 3 or NO 2 gas molecules, a large diffusion potential can be obtained and excellent performance can be obtained.

GNR110のサイズは限定されないが、短手方向の幅、つまり、チャネル幅は10nm以下であることが好ましい。半導体の性質をより確実に得るためである。 The size of the GNR 110 is not limited, but the width in the lateral direction, that is, the channel width is preferably 10 nm or less. This is to obtain the properties of the semiconductor more reliably.

次に、第1の実施形態に係る半導体装置100の製造方法について説明する。図10A乃至図10Bは、第1の実施形態に係る半導体装置100の製造方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method of manufacturing the semiconductor device 100 according to the first embodiment will be described. 10A to 10B are cross-sectional views showing the manufacturing method of the semiconductor device 100 according to the first embodiment in the order of processes.

先ず、図10A(a)に示すように、基板101に溝102を形成する。例えば、溝102はレーザ光の照射又はエッチングによって形成することができる。溝102は、ソース・ドレイン方向の長さがGNR110の長手方向の長さよりも小さく、その方向に垂直な方向の長さ(幅)がチャネル幅よりも小さくなるように形成することが好ましい。つまり、溝102は、長手方向のサイズがGNR110の長手方向のサイズよりも小さく、短手方向のサイズがGNR110の短手方向のサイズよりも小さくなるように形成することが好ましい。また、例えば、溝102の深さは1nm以上とすることが好ましい。 First, as shown in FIG. 10A (a), a groove 102 is formed in the substrate 101. For example, the groove 102 can be formed by irradiating or etching a laser beam. The groove 102 is preferably formed so that the length in the source / drain direction is smaller than the length in the longitudinal direction of the GNR 110, and the length (width) in the direction perpendicular to the direction is smaller than the channel width. That is, it is preferable that the groove 102 is formed so that the size in the longitudinal direction is smaller than the size in the longitudinal direction of the GNR 110 and the size in the lateral direction is smaller than the size in the lateral direction of the GNR 110. Further, for example, the depth of the groove 102 is preferably 1 nm or more.

H終端GNR111を別途準備しておき、図10A(b)に示すように、溝102を塞ぐように基板101上にH終端GNR111を設ける。ここで、H終端GNR111を形成する方法の一例について説明する。この方法では、先ず、端部がHで終端されたアントラセンダイマー前駆体を例えば180℃程度〜250℃程度に加熱したAu(111)基板上又はAg(111)基板上に蒸着する。このとき、ラジカル重合によりアントラセンダイマー前駆体が直線状に連結する。次いで、基板の温度を例えば350℃程度〜450℃程度に昇温して10分間程度〜20分間程度、温度を保持する。この結果、縮環反応により、0.7nm程度の均一な幅を有し、長手方向に沿ったエッジ構造がアームチェア型の端部がHで終端されたアントラセンGNRが形成される。このようにして、H終端GNR111を形成することができる。この方法は、例えば非特許文献1に記載されている。アントラセンダイマーの代わりに、ペンタセンダイマー又はノナセンダイマー等を用いてもよい。 The H-terminal GNR111 is prepared separately, and as shown in FIG. 10A (b), the H-terminal GNR111 is provided on the substrate 101 so as to close the groove 102. Here, an example of a method of forming the H-terminated GNR111 will be described. In this method, first, an anthracene dimer precursor whose end is terminated with H is deposited on an Au (111) substrate or an Ag (111) substrate heated to, for example, about 180 ° C. to about 250 ° C. At this time, the anthracene dimer precursors are linearly linked by radical polymerization. Next, the temperature of the substrate is raised to, for example, about 350 ° C. to about 450 ° C., and the temperature is maintained for about 10 minutes to about 20 minutes. As a result, an anthracene GNR having a uniform width of about 0.7 nm and having an armchair-shaped end of the armchair-shaped edge structure along the longitudinal direction is formed by the ring-condensation reaction. In this way, the H-terminated GNR111 can be formed. This method is described, for example, in Non-Patent Document 1. Instead of the anthracene dimer, a pentacene dimer, a nonacene dimer, or the like may be used.

基板101上にH終端GNR111を設ける際の雰囲気は、例えばNH3ガス雰囲気とする。雰囲気をNH3ガス雰囲気とすることで、溝102内のNH3分子がH終端GNR111に吸着し、修飾層109が形成される。雰囲気をNO2ガス雰囲気とした場合は、NO2の修飾層109が形成される。溝102の深さが1nm以上であれば、修飾層109を形成しやすい。 The atmosphere when the H-terminated GNR 111 is provided on the substrate 101 is, for example, an NH 3 gas atmosphere. By setting the atmosphere to the NH 3 gas atmosphere, the NH 3 molecules in the groove 102 are adsorbed on the H-terminated GNR 111, and the modified layer 109 is formed. When the atmosphere is a NO 2 gas atmosphere, a NO 2 modified layer 109 is formed. When the depth of the groove 102 is 1 nm or more, the modified layer 109 can be easily formed.

基板101上にH終端GNR111を設けた後、図10A(c)に示すように、H終端GNR111のF終端GNR112を形成する予定の領域を露出する開口部122を備え、H終端GNR111の他の領域を覆うレジストマスク121を形成する。レジストマスク121の形成に際しては、H終端GNR111を覆うように基板101上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりパターニングする。このようにして、開口部122を備えたレジストマスク121が形成される。 After the H-terminal GNR111 is provided on the substrate 101, as shown in FIG. 10A (c), the other H-terminal GNR111 is provided with an opening 122 that exposes the area where the F-terminal GNR112 of the H-terminal GNR111 is to be formed. A resist mask 121 covering the region is formed. When forming the resist mask 121, a resist is applied onto the substrate 101 so as to cover the H-terminated GNR 111, and the resist is patterned by lithography. In this way, the resist mask 121 having the opening 122 is formed.

次いで、フッ素雰囲気中で基板101と共にH終端GNR111を加熱することで、開口部122から露出するH終端GNR111の中央部分をフッ化する。この結果、図10B(d)に示すように、H終端GNR111の中央部分にF終端GNR112が形成されると共に、その一方側にH終端GNR111aが得られ、他方側にH終端GNR111bが得られる。このようにして、H終端GNR111a、F終端GNR112及びH終端GNR111bがこの順に並んでヘテロ接合したGNR110が形成される。 Next, by heating the H-terminal GNR111 together with the substrate 101 in a fluorine atmosphere, the central portion of the H-terminal GNR111 exposed from the opening 122 is fluorinated. As a result, as shown in FIG. 10B (d), the F-terminal GNR112 is formed in the central portion of the H-terminal GNR111, the H-terminal GNR111a is obtained on one side thereof, and the H-terminal GNR111b is obtained on the other side. In this way, the H-terminal GNR111a, the F-terminal GNR112, and the H-terminal GNR111b are arranged in this order to form a heterojunction GNR110.

その後、図10B(e)に示すように、レジストマスク121を除去する。レジストマスク121は、例えば、アッシング処理又はウェット処理により除去することができる。続いて、F終端GNR112上にゲート絶縁膜105及びゲート電極106を形成する。ゲート絶縁膜105及びゲート電極106は、例えばリフトオフ法により形成することができる。例えば、GNR110を覆うように基板101上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりF終端GNR112を露出する形状にパターニングする。次いで、スパッタ法等により、全面にAlを1nm程度に薄く堆積し、このAlをシード層として原子層堆積(atomic layer deposition:ALD)法により絶縁物、例えばHfO2を堆積する。その後、HfO2等の絶縁物の上に、蒸着法又はスパッタ法により金属、例えばTi及びAuを堆積する。そして、レジストマスク並びにその上に堆積した絶縁物及び金属を除去する。このようにして、絶縁物のゲート絶縁膜105、及び金属のゲート電極106が形成される。 Then, as shown in FIG. 10B (e), the resist mask 121 is removed. The resist mask 121 can be removed by, for example, an ashing treatment or a wet treatment. Subsequently, the gate insulating film 105 and the gate electrode 106 are formed on the F-terminal GNR 112. The gate insulating film 105 and the gate electrode 106 can be formed by, for example, a lift-off method. For example, a resist is applied onto the substrate 101 so as to cover the GNR 110, and the resist is patterned by lithography in a shape that exposes the F-terminal GNR 112. Next, Al is thinly deposited on the entire surface by a sputtering method or the like to about 1 nm, and an insulator, for example, HfO 2, is deposited by an atomic layer deposition (ALD) method using this Al as a seed layer. Then, metals such as Ti and Au are deposited on an insulating material such as HfO 2 by a vapor deposition method or a sputtering method. Then, the resist mask and the insulators and metals deposited on the resist mask are removed. In this way, the gate insulating film 105 of the insulator and the metal gate electrode 106 are formed.

次いで、図10B(f)に示すように、H終端GNR111aに接続されるソース電極107及びH終端GNR111bに接続されるドレイン電極108を基板101上に形成する。ソース電極107及びドレイン電極108は、例えばリフトオフ法により形成することができる。例えば、GNR110を覆うように基板101上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりソース電極107及びドレイン電極108を形成する予定の領域を露出する形状にパターニングする。次いで、蒸着法又はスパッタ法により金属、例えばTi及びAuを全面に堆積する。そして、レジストマスク及びその上に堆積した金属を除去する。このようにして、金属のソース電極107及びドレイン電極108が形成される。 Next, as shown in FIG. 10B (f), the source electrode 107 connected to the H-terminal GNR111a and the drain electrode 108 connected to the H-terminal GNR111b are formed on the substrate 101. The source electrode 107 and the drain electrode 108 can be formed by, for example, a lift-off method. For example, a resist is applied onto the substrate 101 so as to cover the GNR 110, and the resist is patterned by lithography in a shape that exposes the regions where the source electrode 107 and the drain electrode 108 are to be formed. Then, a metal such as Ti and Au is deposited on the entire surface by a vapor deposition method or a sputtering method. Then, the resist mask and the metal deposited on the resist mask are removed. In this way, the metal source electrode 107 and drain electrode 108 are formed.

このようにして、半導体装置100を製造することができる。その後に、配線及びパッシベーション膜等を形成してもよい。 In this way, the semiconductor device 100 can be manufactured. After that, wiring, a passivation film, and the like may be formed.

第1の実施形態に係る半導体装置100はpnp構造を有するが、npn構造としてもよい。npn構造を得るには、例えばGNRの中央部分をH終端GNRとし、GNRの両端部分をF終端GNRとし、これらをヘテロ接合すればよい。 Although the semiconductor device 100 according to the first embodiment has a pnp structure, it may have an npn structure. In order to obtain an npn structure, for example, the central portion of the GNR may be an H-terminal GNR, both end portions of the GNR may be an F-terminal GNR, and these may be heterojunctioned.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、p+in+構造を備えたトランジスタに関する。図11は、第2の実施形態に係る半導体装置を示す図である。図11(a)は上面図であり、図11(b)は図11(a)中のI−I線に沿った断面図である。
(Second embodiment)
Next, the second embodiment will be described. The second embodiment relates to a transistor having a p + in + structure. FIG. 11 is a diagram showing a semiconductor device according to the second embodiment. 11 (a) is a top view, and FIG. 11 (b) is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG. 11 (a).

図11に示すように、第2の実施形態に係る半導体装置200には、上面に溝102が形成された基板101が含まれ、基板101上に溝102を塞ぐようにしてGNR210が設けられている。基板101は、例えば表面にシリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されたシリコン基板である。GNR210には、NH2終端GNR211、H終端GNR213及びF終端GNR212が含まれており、H終端GNR213がNH2終端GNR211及びF終端GNR212に挟まれている。NH2終端GNR211とH終端GNR213との間にヘテロ接合が形成され、H終端GNR213とF終端GNR212との間にヘテロ接合が形成されている。GNR210の一部が溝102の上方にあり、GNR210の溝102側の面がNH3又はNO2のガス分子で修飾されている。つまり、GNR210の溝102側の面に修飾層209が設けられている。NH2終端GNR211が第1の領域の一例であり、H終端GNR213が第2の領域の一例であり、F終端GNR212が第3の領域の一例である。 As shown in FIG. 11, the semiconductor device 200 according to the second embodiment includes a substrate 101 having a groove 102 formed on the upper surface thereof, and a GNR 210 is provided on the substrate 101 so as to close the groove 102. There is. The substrate 101 is, for example, a silicon substrate having an insulating film such as a silicon oxide film formed on its surface. The GNR 210 includes an NH 2 terminal GNR211 and an H terminal GNR213 and an F terminal GNR212, and the H terminal GNR213 is sandwiched between the NH 2 terminal GNR211 and the F terminal GNR212. A heterojunction is formed between the NH 2 terminal GNR211 and the H terminal GNR213, and a heterojunction is formed between the H terminal GNR213 and the F terminal GNR212. A part of GNR210 is above the groove 102, and the surface of GNR210 on the groove 102 side is modified with NH 3 or NO 2 gas molecules. That is, the modification layer 209 is provided on the surface of the GNR 210 on the groove 102 side. The NH 2 terminal GNR211 is an example of the first region, the H terminal GNR213 is an example of the second region, and the F terminal GNR212 is an example of the third region.

H終端GNR213上にゲート絶縁膜105及びゲート電極106が設けられており、NH2終端GNR211に接続されたソース電極107及びF終端GNR212に接続されたドレイン電極108が基板101上に設けられている。例えば、ゲート電極106、ソース電極107及びドレイン電極108は、それぞれ、Ti膜及びその上のAu膜を含み、ゲート絶縁膜105はHfO2膜を含む。 A gate insulating film 105 and a gate electrode 106 are provided on the H-terminal GNR 213, and a source electrode 107 connected to the NH 2- terminal GNR 211 and a drain electrode 108 connected to the F-terminal GNR 212 are provided on the substrate 101. .. For example, the gate electrode 106, the source electrode 107, and the drain electrode 108 each include a Ti film and an Au film on the Ti film, and the gate insulating film 105 contains an HfO 2 film.

第2の実施形態に係る半導体装置200では、NH2終端GNR211がp型半導体として機能し、H終端GNR213がi型半導体として機能し、F終端GNR212がn型半導体として機能する。従って、半導体装置200は、p+in+構造のトランジスタとして機能する。そして、GNR210の表面がNH3又はNO2のガス分子で修飾されているため、大きな拡散電位が得られ、優れた性能が得られる。 In the semiconductor device 200 according to the second embodiment, the NH 2- terminal GNR211 functions as a p-type semiconductor, the H-terminal GNR213 functions as an i-type semiconductor, and the F-terminal GNR212 functions as an n-type semiconductor. Therefore, the semiconductor device 200 functions as a transistor having a p + in + structure. Since the surface of GNR210 is modified with NH 3 or NO 2 gas molecules, a large diffusion potential can be obtained and excellent performance can be obtained.

GNR210のサイズは限定されないが、短手方向の幅、つまり、チャネル幅は10nm以下であることが好ましい。半導体の性質をより確実に得るためである。 The size of the GNR 210 is not limited, but the width in the lateral direction, that is, the channel width is preferably 10 nm or less. This is to obtain the properties of the semiconductor more reliably.

次に、第2の実施形態に係る半導体装置200の製造方法について説明する。図12A乃至図12Bは、第2の実施形態に係る半導体装置200の製造方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method of manufacturing the semiconductor device 200 according to the second embodiment will be described. 12A to 12B are cross-sectional views showing the manufacturing method of the semiconductor device 200 according to the second embodiment in the order of processes.

先ず、図12A(a)に示すように、第1の実施形態と同様に、基板101に溝102を形成する。溝102は、長手方向のサイズがGNR210の長手方向のサイズよりも小さく、短手方向のサイズがGNR210の短手方向のサイズよりも小さくなるように形成することが好ましい。また、例えば、溝102の深さは1nm以上とすることが好ましい。NH2終端GNR211を別途準備しておき、図12A(a)に示すように、溝102を塞ぐように基板101上にNH2終端GNR211を設ける。ここで、NH2終端GNR211を形成する方法の一例について説明する。この方法では、端部がHで終端されたアントラセンダイマー前駆体に代えて、端部がNH2で終端されたアントラセンダイマー前駆体を用い、第1の実施形態と同様の熱処理を行う。この結果、縮環反応により、0.7nm程度の均一な幅を有し、長手方向に沿ったエッジ構造がアームチェア型の端部がNH2で終端されたアントラセンGNRが形成される。このようにして、NH2終端GNR211を形成することができる。アントラセンダイマーの代わりに、ペンタセンダイマー又はノナセンダイマー等を用いてもよい。 First, as shown in FIG. 12A (a), a groove 102 is formed in the substrate 101 as in the first embodiment. The groove 102 is preferably formed so that the size in the longitudinal direction is smaller than the size in the longitudinal direction of the GNR 210 and the size in the lateral direction is smaller than the size in the lateral direction of the GNR 210. Further, for example, the depth of the groove 102 is preferably 1 nm or more. The NH 2 terminal GNR211 is prepared separately, and as shown in FIG. 12A (a), the NH 2 terminal GNR211 is provided on the substrate 101 so as to close the groove 102. Here, an example of a method of forming the NH 2 terminal GNR211 will be described. In this method, instead of the anthracene dimer precursor whose end is terminated with H, an anthracene dimer precursor whose end is terminated with NH 2 is used, and the same heat treatment as in the first embodiment is performed. As a result, the condensed reaction, has a uniform width of about 0.7 nm, the edge structure along the longitudinal direction end portions of the armchair is terminated anthracene GNR with NH 2 is formed. In this way, the NH 2 terminal GNR211 can be formed. Instead of the anthracene dimer, a pentacene dimer, a nonacene dimer, or the like may be used.

基板101上にNH2終端GNR211を設ける際の雰囲気は、例えばNH3ガス雰囲気とする。雰囲気をNH3ガス雰囲気とすることで、溝102内のNH3分子がNH2終端GNR211に吸着し、修飾層209が形成される。雰囲気をNO2ガス雰囲気とした場合は、NO2の修飾層209が形成される。溝102の深さが1nm以上であれば、修飾層209を形成しやすい。 Atmosphere for providing the NH 2 end GNR211 on the substrate 101 is, for example, NH 3 gas atmosphere. By setting the atmosphere to the NH 3 gas atmosphere, the NH 3 molecules in the groove 102 are adsorbed on the NH 2 terminal GNR211 to form the modified layer 209. When the atmosphere is a NO 2 gas atmosphere, a NO 2 modified layer 209 is formed. When the depth of the groove 102 is 1 nm or more, the modified layer 209 can be easily formed.

基板101上にNH2終端GNR211を設けた後、図12A(b)に示すように、NH2終端GNR211のF終端GNR212を形成する予定の領域を露出する開口部222を備え、NH2終端GNR211の他の領域を覆うレジストマスク221を形成する。レジストマスク221の形成に際しては、NH2終端GNR211を覆うように基板101上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりパターニングする。このようにして、開口部222を備えたレジストマスク221が形成される。 After the NH 2 terminal GNR 211 is provided on the substrate 101, as shown in FIG. 12A (b), the NH 2 terminal GNR 211 is provided with an opening 222 that exposes the area where the F terminal GNR 212 of the NH 2 terminal GNR 211 is to be formed, and the NH 2 terminal GNR 211 is provided. A resist mask 221 is formed to cover other regions. When forming the resist mask 221, a resist is applied onto the substrate 101 so as to cover the NH 2 terminal GNR 211, and the resist is patterned by lithography. In this way, the resist mask 221 having the opening 222 is formed.

次いで、フッ素雰囲気中で基板101と共にNH2終端GNR211を加熱することで、開口部222から露出するNH2終端GNR211の一部をフッ化する。この結果、図12A(c)に示すように、NH2終端GNR211の一部にF終端GNR212が形成される。 Next, by heating the NH 2 terminal GNR 211 together with the substrate 101 in a fluorine atmosphere, a part of the NH 2 terminal GNR 211 exposed from the opening 222 is fluorinated. As a result, as shown in FIG. 12A (c), an F-terminal GNR212 is formed in a part of the NH 2-terminal GNR211.

その後、図12A(d)に示すように、レジストマスク221を除去する。レジストマスク221は、例えば、アッシング処理又はウェット処理により除去することができる。続いて、NH2終端GNR211のH終端GNR213を形成する予定の領域を露出する開口部224を備え、NH2終端GNR211の他の領域を覆うレジストマスク223を形成する。F終端GNR212はレジストマスク223から露出していてもよく、レジストマスク223により覆われてもよい。レジストマスク223の形成に際しては、NH2終端GNR211及びF終端GNR212を覆うように基板101上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりパターニングする。このようにして、開口部224を備えたレジストマスク223が形成される。 Then, as shown in FIG. 12A (d), the resist mask 221 is removed. The resist mask 221 can be removed by, for example, an ashing treatment or a wet treatment. Subsequently, a resist mask 223 is provided with an opening 224 that exposes the region where the H-terminal GNR 213 of the NH 2- terminal GNR 211 is to be formed, and covers the other region of the NH 2-terminal GNR 211. The F-terminal GNR212 may be exposed from the resist mask 223 or may be covered with the resist mask 223. When forming the resist mask 223 , a resist is applied onto the substrate 101 so as to cover the NH 2 terminal GNR211 and the F terminal GNR212, and the resist is patterned by lithography. In this way, a resist mask 223 with an opening 224 is formed.

次に、水素雰囲気中で基板101と共にNH2終端GNR211を加熱することで、開口部224から露出するNH2終端GNR211の一部の端部のNH2をHで置換する。この結果、図12B(e)に示すように、NH2終端GNR211の一部にH終端GNR213が形成される。F終端GNR212はNH2終端GNR211よりも熱に対して安定であるため、F終端GNR212の構造は殆ど変化しない。このようにして、NH2終端GNR211、H終端GNR213及びF終端GNR212がこの順に並んでヘテロ接合したGNR210が形成される。 Next, by heating the NH 2 terminal GNR 211 together with the substrate 101 in a hydrogen atmosphere, NH 2 at a part of the end of the NH 2 terminal GNR 211 exposed from the opening 224 is replaced with H. As a result, as shown in FIG. 12B (e), an H-terminal GNR 213 is formed in a part of the NH 2-terminal GNR 211. Since the F-terminal GNR212 is more heat-stable than the NH 2- terminal GNR211, the structure of the F-terminal GNR212 hardly changes. In this way, a GNR 210 in which the NH 2- terminal GNR211, the H-terminal GNR213, and the F-terminal GNR212 are arranged in this order and heterojunction is formed is formed.

その後、図12B(f)に示すように、レジストマスク223を除去する。レジストマスク223は、例えば、アッシング処理又はウェット処理により除去することができる。続いて、H終端GNR213上にゲート絶縁膜105及びゲート電極106を形成する。ゲート絶縁膜105及びゲート電極106は、第1の実施形態と同様に、リフトオフ法により形成することができる。 Then, as shown in FIG. 12B (f), the resist mask 223 is removed. The resist mask 223 can be removed by, for example, an ashing treatment or a wet treatment. Subsequently, the gate insulating film 105 and the gate electrode 106 are formed on the H-terminal GNR 213. The gate insulating film 105 and the gate electrode 106 can be formed by the lift-off method as in the first embodiment.

次いで、図12B(g)に示すように、NH2終端GNR211に接続されるソース電極107及びF終端GNR212に接続されるドレイン電極108を基板101上に形成する。ソース電極107及びドレイン電極108は、第1の実施形態と同様に、リフトオフ法により形成することができる。 Next, as shown in FIG. 12B (g), a source electrode 107 connected to the NH 2 terminal GNR 211 and a drain electrode 108 connected to the F terminal GNR 212 are formed on the substrate 101. The source electrode 107 and the drain electrode 108 can be formed by the lift-off method as in the first embodiment.

このようにして、半導体装置200を製造することができる。その後に、配線及びパッシベーション膜等を形成してもよい。 In this way, the semiconductor device 200 can be manufactured. After that, wiring, a passivation film, and the like may be formed.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は、pn接合ダイオードに関する。図13は、第3の実施形態に係る半導体装置を示す図である。図13(a)は上面図であり、図13(b)は図13(a)中のI−I線に沿った断面図である。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment will be described. A third embodiment relates to a pn junction diode. FIG. 13 is a diagram showing a semiconductor device according to the third embodiment. 13 (a) is a top view, and FIG. 13 (b) is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG. 13 (a).

図13に示すように、第3の実施形態に係る半導体装置300には、上面に溝102が形成された基板101が含まれ、基板101上に溝102を塞ぐようにしてGNR310が設けられている。基板101は、例えば表面にシリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されたシリコン基板である。GNR310には、H終端GNR311及びF終端GNR312が含まれており、H終端GNR311とF終端GNR312との間にpn接合が形成されている。GNR310の一部が溝102の上方にあり、GNR310の溝102側の面がNH3又はNO2のガス分子で修飾されている。つまり、GNR310の溝102側の面に修飾層309が設けられている。H終端GNR311が第1の領域の一例であり、F終端GNR312が第2の領域の一例である。 As shown in FIG. 13, the semiconductor device 300 according to the third embodiment includes a substrate 101 having a groove 102 formed on the upper surface thereof, and a GNR 310 is provided on the substrate 101 so as to close the groove 102. There is. The substrate 101 is, for example, a silicon substrate having an insulating film such as a silicon oxide film formed on its surface. The GNR 310 includes an H-terminal GNR311 and an F-terminal GNR312, and a pn junction is formed between the H-terminal GNR311 and the F-terminal GNR312. A part of GNR310 is above the groove 102, and the surface of GNR310 on the groove 102 side is modified with NH 3 or NO 2 gas molecules. That is, the modification layer 309 is provided on the surface of the GNR 310 on the groove 102 side. The H-terminal GNR311 is an example of the first region, and the F-terminal GNR312 is an example of the second region.

H終端GNR311に接続されたアノード電極307及びF終端GNR312に接続されたカソード電極308が基板101上に設けられている。例えば、アノード電極307及びカソード電極308は、それぞれ、Ti膜及びその上のAu膜を含む。 An anode electrode 307 connected to the H-terminal GNR311 and a cathode electrode 308 connected to the F-terminal GNR312 are provided on the substrate 101. For example, the anode electrode 307 and the cathode electrode 308 each include a Ti film and an Au film on it.

第3の実施形態に係る半導体装置300では、H終端GNR311がp型半導体として機能し、F終端GNR312がn型半導体として機能する。従って、半導体装置300は、pn接合ダイオードとして機能する。そして、GNR310の表面がNH3又はNO2のガス分子で修飾されているため、大きな拡散電位が得られ、優れた性能が得られる。 In the semiconductor device 300 according to the third embodiment, the H-terminal GNR311 functions as a p-type semiconductor, and the F-terminal GNR312 functions as an n-type semiconductor. Therefore, the semiconductor device 300 functions as a pn junction diode. Since the surface of GNR310 is modified with NH 3 or NO 2 gas molecules, a large diffusion potential can be obtained and excellent performance can be obtained.

GNR310のサイズは限定されないが、短手方向の幅は10nm以下であることが好ましい。半導体の性質をより確実に得るためである。 The size of the GNR 310 is not limited, but the width in the lateral direction is preferably 10 nm or less. This is to obtain the properties of the semiconductor more reliably.

次に、第3の実施形態に係る半導体装置300の製造方法について説明する。図14は、第3の実施形態に係る半導体装置300の製造方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method of manufacturing the semiconductor device 300 according to the third embodiment will be described. FIG. 14 is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device 300 according to the third embodiment in the order of processes.

先ず、図14(a)に示すように、第1の実施形態と同様に、基板101に溝102を形成する。溝102は、長手方向のサイズがGNR310の長手方向のサイズよりも小さく、短手方向のサイズがGNR310の短手方向のサイズよりも小さくなるように形成することが好ましい。また、例えば、溝102の深さは1nm以上とすることが好ましい。H終端GNR311を別途準備しておき、図14(a)に示すように、溝102を塞ぐように基板101上にH終端GNR311を設ける。H終端GNR311はH終端GNR111と同様の方法で形成することができる。 First, as shown in FIG. 14A, a groove 102 is formed in the substrate 101 as in the first embodiment. The groove 102 is preferably formed so that the size in the longitudinal direction is smaller than the size in the longitudinal direction of the GNR 310 and the size in the lateral direction is smaller than the size in the lateral direction of the GNR 310. Further, for example, the depth of the groove 102 is preferably 1 nm or more. The H-terminal GNR311 is prepared separately, and as shown in FIG. 14A, the H-terminal GNR311 is provided on the substrate 101 so as to close the groove 102. The H-terminal GNR311 can be formed in the same manner as the H-terminal GNR111.

基板101上にH終端GNR311を設ける際の雰囲気は、例えばNH3ガス雰囲気とする。雰囲気をNH3ガス雰囲気とすることで、溝102内のNH3分子がH終端GNR311に吸着し、修飾層309が形成される。雰囲気をNO2ガス雰囲気とした場合は、NO2の修飾層309が形成される。溝102の深さが1nm以上であれば、修飾層309を形成しやすい。 The atmosphere when the H-terminated GNR311 is provided on the substrate 101 is, for example, an NH 3 gas atmosphere. By setting the atmosphere to the NH 3 gas atmosphere, the NH 3 molecules in the groove 102 are adsorbed on the H-terminated GNR311 to form the modified layer 309. When the atmosphere is a NO 2 gas atmosphere, a NO 2 modified layer 309 is formed. When the depth of the groove 102 is 1 nm or more, the modified layer 309 can be easily formed.

基板101上にH終端GNR311を設けた後、図14(b)に示すように、H終端GNR311のF終端GNR312を形成する予定の領域を露出する開口部322を備え、H終端GNR311の他の領域を覆うレジストマスク321を形成する。レジストマスク321の形成に際しては、H終端GNR311を覆うように基板101上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりパターニングする。このようにして、開口部322を備えたレジストマスク321が形成される。 After the H-terminated GNR311 is provided on the substrate 101, as shown in FIG. 14B, it is provided with an opening 322 that exposes the area where the F-terminated GNR312 of the H-terminated GNR311 is to be formed, and the other H-terminated GNR311. A resist mask 321 that covers the region is formed. When forming the resist mask 321, a resist is applied onto the substrate 101 so as to cover the H-terminated GNR311 and the resist is patterned by lithography. In this way, the resist mask 321 having the opening 322 is formed.

次いで、フッ素雰囲気中で基板101と共にH終端GNR311を加熱することで、開口部322から露出するH終端GNR311の一部をフッ化する。この結果、図14(c)に示すように、H終端GNR311の一部にF終端GNR312が形成される。このようにして、H終端GNR311及びF終端GNR312が互いに接合したGNR310が形成される。 Next, by heating the H-terminal GNR311 together with the substrate 101 in a fluorine atmosphere, a part of the H-terminal GNR311 exposed from the opening 322 is fluorinated. As a result, as shown in FIG. 14C, the F-terminal GNR312 is formed in a part of the H-terminal GNR311. In this way, a GNR 310 is formed in which the H-terminal GNR311 and the F-terminal GNR312 are joined to each other.

その後、図14(d)に示すように、レジストマスク321を除去する。レジストマスク321は、例えば、アッシング処理又はウェット処理により除去することができる。続いて、H終端GNR311に接続されるアノード電極307及びF終端GNR312に接続されるカソード電極308を基板101上に形成する。アノード電極307及びカソード電極308は、ソース電極107及びドレイン電極108と同様に、リフトオフ法により形成することができる。 Then, as shown in FIG. 14 (d), the resist mask 321 is removed. The resist mask 321 can be removed by, for example, an ashing treatment or a wet treatment. Subsequently, the anode electrode 307 connected to the H-terminal GNR311 and the cathode electrode 308 connected to the F-terminal GNR312 are formed on the substrate 101. The anode electrode 307 and the cathode electrode 308 can be formed by the lift-off method in the same manner as the source electrode 107 and the drain electrode 108.

このようにして、半導体装置300を製造することができる。その後に、配線及びパッシベーション膜等を形成してもよい。 In this way, the semiconductor device 300 can be manufactured. After that, wiring, a passivation film, and the like may be formed.

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態は、npn構造を備えたガスセンサに関する。図15は、第4の実施形態に係るガスセンサを示す断面図である。
(Fourth Embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. A fourth embodiment relates to a gas sensor having an npn structure. FIG. 15 is a cross-sectional view showing a gas sensor according to a fourth embodiment.

図15(a)に示すように、第4の実施形態に係るガスセンサ400には、基板401上に設けられたGNR410が含まれる。基板401は、例えば表面にシリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されたシリコン基板である。GNR410には、F終端GNR412a、H終端GNR411及びF終端GNR412bが含まれており、H終端GNR411がF終端GNR412a及びF終端GNR412bに挟まれている。H終端GNR411とF終端GNR412aとの間にpn接合が形成され、H終端GNR411とF終端GNR412bとの間にpn接合が形成されている。 As shown in FIG. 15A, the gas sensor 400 according to the fourth embodiment includes a GNR 410 provided on the substrate 401. The substrate 401 is, for example, a silicon substrate having an insulating film such as a silicon oxide film formed on its surface. The GNR 410 includes an F-terminal GNR412a, an H-terminal GNR411, and an F-terminal GNR412b, and the H-terminal GNR411 is sandwiched between the F-terminal GNR412a and the F-terminal GNR412b. A pn junction is formed between the H-terminal GNR411 and the F-terminal GNR412a, and a pn junction is formed between the H-terminal GNR411 and the F-terminal GNR412b.

F終端GNR412aに接続された電極407及びF終端GNR412bに接続された電極408が基板401上に設けられている。例えば、電極407及び408は、それぞれ、Ti膜及びその上のAu膜を含む。 An electrode 407 connected to the F-terminal GNR412a and an electrode 408 connected to the F-terminal GNR412b are provided on the substrate 401. For example, the electrodes 407 and 408 include a Ti film and an Au film on it, respectively.

第4の実施形態に係るガスセンサ400では、F終端GNR412a及び412bがn型半導体として機能し、H終端GNR411がp型半導体として機能する。また、GNR410が露出しているため、GNR410にガス分子が吸着し得る。そして、図15(b)に示すように、GNR410にガス分子が吸着されると、ガス分子の修飾層409が形成され、ガス分子がNH3又はNO2であれば吸着前後で拡散電位が変化する。従って、電流電圧特性のしきい値の変化を通じてガス吸着を検出することができる。 In the gas sensor 400 according to the fourth embodiment, the F-terminal GNR412a and 412b function as n-type semiconductors, and the H-terminal GNR411 functions as p-type semiconductors. Further, since GNR410 is exposed, gas molecules can be adsorbed on GNR410. Then, as shown in FIG. 15B, when the gas molecule is adsorbed on the GNR 410, a modified layer 409 of the gas molecule is formed, and if the gas molecule is NH 3 or NO 2 , the diffusion potential changes before and after the adsorption. do. Therefore, gas adsorption can be detected through a change in the threshold value of the current-voltage characteristic.

GNR410のサイズは限定されないが、短手方向の幅は10nm以下であることが好ましい。半導体の性質をより確実に得るためである。 The size of GNR410 is not limited, but the width in the lateral direction is preferably 10 nm or less. This is to obtain the properties of the semiconductor more reliably.

次に、第4の実施形態に係るガスセンサ400の製造方法について説明する。図16は、第4の実施形態に係るガスセンサ400の製造方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method of manufacturing the gas sensor 400 according to the fourth embodiment will be described. FIG. 16 is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the gas sensor 400 according to the fourth embodiment in the order of processes.

先ず、H終端GNR411を準備しておき、図16(a)に示すように、基板401上にH終端GNR411を設ける。H終端GNR411はH終端GNR111と同様の方法で形成することができる。 First, the H-terminal GNR411 is prepared, and as shown in FIG. 16A, the H-terminal GNR411 is provided on the substrate 401. The H-terminal GNR411 can be formed in the same manner as the H-terminal GNR111.

次いで、図16(b)に示すように、H終端GNR411のF終端GNR412aを形成する予定の領域を露出する開口部422a及びF終端GNR412bを形成する予定の領域を露出する開口部422bを備え、H終端GNR411の他の領域(中央部分)を覆うレジストマスク421を形成する。レジストマスク421の形成に際しては、H終端GNR411を覆うように基板401上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーによりパターニングする。このようにして、開口部422a及び422bを備えたレジストマスク421が形成される。 Next, as shown in FIG. 16B, an opening 422a that exposes the region where the F-terminal GNR412a of the H-terminal GNR411 is to be formed and an opening 422b that exposes the region where the F-terminal GNR412b is to be formed are provided. A resist mask 421 that covers the other region (central portion) of the H-terminated GNR411 is formed. When forming the resist mask 421, a resist is applied onto the substrate 401 so as to cover the H-terminated GNR411, and the resist is patterned by lithography. In this way, a resist mask 421 having openings 422a and 422b is formed.

次いで、フッ素雰囲気中で基板401と共にH終端GNR411を加熱することで、開口部422a、422bから露出するH終端GNR411の一部をフッ化する。この結果、図16(c)に示すように、H終端GNR411の一部にF終端GNR412aが形成され、他の一部にF終端GNR412bが形成される。このようにして、F終端GNR412a、H終端GNR411及びF終端GNR412bがこの順に並んでヘテロ接合したGNR410が形成される。 Next, by heating the H-terminal GNR411 together with the substrate 401 in a fluorine atmosphere, a part of the H-terminal GNR411 exposed from the openings 422a and 422b is fluorinated. As a result, as shown in FIG. 16C, the F-terminal GNR412a is formed in a part of the H-terminal GNR411, and the F-terminal GNR412b is formed in the other part. In this way, the F-terminal GNR412a, the H-terminal GNR411, and the F-terminal GNR412b are arranged in this order to form a heterojunction GNR410.

その後、図16(d)に示すように、レジストマスク421を除去する。レジストマスク421は、例えば、アッシング処理又はウェット処理により除去することができる。続いて、F終端GNR412aに接続される電極407及びF終端GNR412bに接続される電極408を基板401上に形成する。電極407及び408は、ソース電極107及びドレイン電極108と同様に、リフトオフ法により形成することができる。 Then, as shown in FIG. 16D, the resist mask 421 is removed. The resist mask 421 can be removed by, for example, an ashing treatment or a wet treatment. Subsequently, an electrode 407 connected to the F-terminal GNR412a and an electrode 408 connected to the F-terminal GNR412b are formed on the substrate 401. The electrodes 407 and 408 can be formed by the lift-off method in the same manner as the source electrode 107 and the drain electrode 108.

このようにして、ガスセンサ400を製造することができる。その後に、配線及びパッシベーション膜等を形成してもよい。 In this way, the gas sensor 400 can be manufactured. After that, wiring, a passivation film, and the like may be formed.

第4の実施形態に係るガスセンサ400はnpn構造を有するが、pnp構造としてもよい。pnp構造を得るには、例えばGNRの中央部分をF終端GNRとし、GNRの両端部分をH終端GNRとし、これらをヘテロ接合すればよい。 The gas sensor 400 according to the fourth embodiment has an npn structure, but may have a pnp structure. In order to obtain a pnp structure, for example, the central portion of the GNR may be an F-terminal GNR, both end portions of the GNR may be H-terminal GNRs, and these may be heterojunctioned.

レジストマスク421に代えて、耐熱温度が高い犠牲層を用いてもよい。犠牲層の材料としては、金属が挙げられる。 Instead of the resist mask 421, a sacrificial layer having a high heat resistant temperature may be used. Examples of the material of the sacrificial layer include metal.

図17に示すように、第1の実施形態において、平面視で、溝102がGNR110からはみ出すように形成され、GNR110が溝102の上方に架橋するように形成されていてもよい。この場合、HfO2等の絶縁性の保護膜115で溝102を覆うことが好ましい。修飾層109に含まれるガス分子をGNR110の表面に保持しやすくするためである。保護膜115は、例えばALD法により形成することができる。保護膜115は、ゲート絶縁膜を兼ねる。図18に示すように、第2の実施形態において、平面視で、溝102がGNR210からはみ出すように形成され、GNR210が溝102の上方に架橋するように形成されていてもよい。この場合も、HfO2膜等の絶縁性の保護膜115で溝102を覆うことが好ましい。図19に示すように、第3の実施形態において、平面視で、溝102がGNR310からはみ出すように形成され、GNR310が溝102の上方に架橋するように形成されていてもよい。この場合も、HfO2膜等の絶縁性の保護膜115で溝102を覆うことが好ましい。 As shown in FIG. 17, in the first embodiment, the groove 102 may be formed so as to protrude from the GNR 110 and the GNR 110 may be formed so as to bridge above the groove 102 in a plan view. In this case, it is preferable to cover the groove 102 with an insulating protective film 115 such as HfO 2. This is to facilitate holding the gas molecules contained in the modified layer 109 on the surface of the GNR 110. The protective film 115 can be formed by, for example, the ALD method. The protective film 115 also serves as a gate insulating film. As shown in FIG. 18, in the second embodiment, the groove 102 may be formed so as to protrude from the GNR 210 and the GNR 210 may be formed so as to bridge above the groove 102 in a plan view. Also in this case, it is preferable to cover the groove 102 with an insulating protective film 115 such as an HfO 2 film. As shown in FIG. 19, in the third embodiment, the groove 102 may be formed so as to protrude from the GNR 310 and the GNR 310 may be formed so as to bridge above the groove 102 in a plan view. Also in this case, it is preferable to cover the groove 102 with an insulating protective film 115 such as an HfO 2 film.

図20に示すように、n+-+構造を有するGNR510が用いられてもよい。この半導体装置500では、F終端GNR511、CH3終端GNR512及びNH2終端GNR513がこの順で並んでヘテロ接合している。F終端GNR511がソース電極107に接続され、NH2終端GNR513がドレイン電極108に接続され、CH3終端GNR512上にゲート絶縁膜105及びゲート電極106が形成される。GNR510の溝102側の面がNH3又はNO2のガス分子で修飾されている。つまり、GNR510の溝102側の面に修飾層509が設けられている。 As shown in FIG. 20, GNR510 having an n + p - p + structure may be used. In this semiconductor device 500, the F-terminal GNR511, the CH 3- terminal GNR512, and the NH 2- terminal GNR513 are arranged in this order and heterojunction is performed. The F-terminal GNR 511 is connected to the source electrode 107, the NH 2- terminal GNR 513 is connected to the drain electrode 108, and the gate insulating film 105 and the gate electrode 106 are formed on the CH 3-terminal GNR 512. The surface of GNR510 on the groove 102 side is modified with NH 3 or NO 2 gas molecules. That is, the modification layer 509 is provided on the surface of the GNR 510 on the groove 102 side.

この半導体装置500では、CH3終端GNR512のp型ドープがNH2終端GNR513のp型ドープより弱い。従って、半導体装置500は、n+-+構造のトランジスタとして機能する。 In this semiconductor device 500, the p-type doping of the CH 3- terminal GNR 512 is weaker than the p-type doping of the NH 2- terminal GNR 513. Therefore, the semiconductor device 500 functions as a transistor having an n + p p + structure.

図21に示すように、n+-+構造を有するGNR610が用いられてもよい。この半導体装置600では、F終端GNR611及びH終端GNR612が互いにヘテロ接合している。F終端GNR611がソース電極107に接続され、H終端GNR612の端部がドレイン電極108に接続され、H終端GNR612のF終端GNR611と接合する部分上にゲート絶縁膜105及びゲート電極106が形成される。ゲート電極106とソース電極107との間でF終端GNR611上にポリエチレンイミン(polyethylenimine:PEI)616が設けられ、ゲート電極106とドレイン電極108との間でH終端GNR612上にF4−TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane)617が設けられている。GNR610の溝102側の面がNH3又はNO2のガス分子で修飾されている。つまり、GNR610の溝102側の面に修飾層609が設けられている。 As shown in FIG. 21, GNR610 having an n + p - p + structure may be used. In this semiconductor device 600, the F-terminal GNR611 and the H-terminal GNR612 are heterojunctioned to each other. The F-terminal GNR611 is connected to the source electrode 107, the end of the H-terminal GNR612 is connected to the drain electrode 108, and the gate insulating film 105 and the gate electrode 106 are formed on the portion of the H-terminal GNR612 that joins with the F-terminal GNR611. .. Polyethyleneimine on F termination GNR611 between the gate electrode 106 and the source electrode 107 (polyethylenimine: PEI) 616 is provided, F 4 -TCNQ on H-terminated GNR612 between the gate electrode 106 and the drain electrode 108 (2 , 3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane) 617 is provided. The surface of GNR610 on the groove 102 side is modified with NH 3 or NO 2 gas molecules. That is, the modification layer 609 is provided on the surface of the GNR 610 on the groove 102 side.

この半導体装置600では、PEI616がn型ドーパントとして機能し、F4−TCNQ617がp型ドーパントとして機能する。従って、半導体装置600は、n+-+構造のトランジスタとして機能する。 In the semiconductor device 600, PEI616 functions as an n-type dopant, F 4 -TCNQ617 functions as a p-type dopant. Therefore, the semiconductor device 600 functions as a transistor having an n + p - p + structure.

図22に示すように、p+-+構造を有するGNR710が用いられてもよい。この半導体装置700では、NH2終端GNR711及びH終端GNR712が互いにヘテロ接合している。NH2終端GNR711がソース電極707に接続され、H終端GNR712の端部がドレイン電極708に接続され、H終端GNR712のNH2終端GNR711と接合する部分上にゲート絶縁膜105及びゲート電極106が形成される。ソース電極707及びドレイン電極708は、Sc膜及びその上のAu膜を含む。Scの仕事関数はGNR710のフェルミ準位(3.3eV程度)に近い。ゲート電極106とドレイン電極108との間でH終端GNR712上にPEI716が設けられている。GNR710の溝102側の面がNH3又はNO2のガス分子で修飾されている。つまり、GNR710の溝102側の面に修飾層709が設けられている。 As shown in FIG. 22, GNR710 having a p + n n + structure may be used. In this semiconductor device 700, the NH 2- terminal GNR711 and the H-terminal GNR712 are heterojunctioned with each other. The NH 2 terminal GNR 711 is connected to the source electrode 707, the end of the H terminal GNR 712 is connected to the drain electrode 708, and the gate insulating film 105 and the gate electrode 106 are formed on the portion of the H terminal GNR 712 that joins with the NH 2 terminal GNR 711. Will be done. The source electrode 707 and the drain electrode 708 include a Sc film and an Au film on the Sc film. The work function of Sc is close to the Fermi level (about 3.3 eV) of GNR710. A PEI 716 is provided on the H-terminated GNR 712 between the gate electrode 106 and the drain electrode 108. The surface of GNR710 on the groove 102 side is modified with NH 3 or NO 2 gas molecules. That is, the modification layer 709 is provided on the surface of the GNR 710 on the groove 102 side.

この半導体装置700では、PEI616がn型ドーパントとして機能する。従って、半導体装置700は、p+-+構造のトランジスタとして機能する。 In this semiconductor device 700, PEI 616 functions as an n-type dopant. Therefore, the semiconductor device 700 functions as a transistor having a p + n n + structure.

GNRの表面がNH3及びNO2の両方により修飾されていてもよい。GNRの修飾基は、例えばH、F、Cl、OH、NH2又はCH3である。1つの領域の端部がこれらの2種以上で修飾されてもよい。 The surface of GNR may be modified with both NH 3 and NO 2. The modifying group of GNR is, for example, H, F, Cl, OH, NH 2 or CH 3 . The edges of one region may be modified with two or more of these.

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as appendices.

(付記1)
グラフェンナノリボンと、
前記グラフェンナノリボンの表面を修飾するガス分子と、
を有し、
前記グラフェンナノリボンは、
第1の修飾基で端部が終端された第1の領域と、
前記第1の領域にヘテロ接合し、前記第1の修飾基とは異なる第2の修飾基で端部が終端された第2の領域と、
を有することを特徴とする半導体装置。
(Appendix 1)
Graphene nanoribbon and
Gas molecules that modify the surface of the graphene nanoribbon and
Have,
The graphene nanoribbon is
A first region whose ends are terminated with a first modifying group,
A second region that is heterozygous to the first region and whose ends are terminated with a second modifying group that is different from the first modifying group.
A semiconductor device characterized by having.

(付記2)
前記第1の修飾基及び前記第2の修飾基は、H、F、Cl、OH、NH2若しくはCH3又はこれらの任意の組み合わせであることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(Appendix 2)
The semiconductor device according to Appendix 1, wherein the first modifying group and the second modifying group are H, F, Cl, OH, NH 2 or CH 3, or any combination thereof.

(付記3)
前記ガス分子は、NH3若しくはNO2又はこれらの両方であることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置。
(Appendix 3)
The semiconductor device according to Appendix 1 or 2, wherein the gas molecule is NH 3 or NO 2 or both.

(付記4)
前記第1の領域及び前記第2の領域の一方がp型にドープされ、他方がn型にドープされていることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
(Appendix 4)
The semiconductor device according to any one of Supplementary note 1 to 3, wherein one of the first region and the second region is doped in a p-type and the other is doped in an n-type.

(付記5)
前記グラフェンナノリボンは、前記第2の領域にヘテロ接合し、前記第2の修飾基とは異なる第3の修飾基で端部が終端された第3の領域を有し、
前記グラフェンナノリボンは、pnp構造又はnpn構造を有することを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
(Appendix 5)
The graphene nanoribbon has a third region that is heterozygous to the second region and whose ends are terminated with a third modifying group that is different from the second modifying group.
The semiconductor device according to any one of Supplementary note 1 to 3, wherein the graphene nanoribbon has a pnp structure or an npn structure.

(付記6)
前記グラフェンナノリボンは、前記第2の領域にヘテロ接合し、前記第2の修飾基とは異なる第3の修飾基で端部が終端された第3の領域を有し、
前記グラフェンナノリボンは、p+in+構造、p+-+構造、又はp+-+構造を有することを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
(Appendix 6)
The graphene nanoribbon has a third region that is heterozygous to the second region and whose ends are terminated with a third modifying group that is different from the second modifying group.
The semiconductor device according to any one of Supplementary note 1 to 3, wherein the graphene nanoribbon has a p + in + structure, a p + n n + structure, or a p + p n + structure.

(付記7)
前記グラフェンナノリボンは、溝が形成された基板上に、前記溝を塞ぐように設けられており、
前記ガス分子は前記溝内に閉じ込められていることを特徴とする付記1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置。
(Appendix 7)
The graphene nanoribbon is provided on a grooved substrate so as to close the groove.
The semiconductor device according to any one of Supplementary note 1 to 6, wherein the gas molecule is confined in the groove.

(付記8)
前記グラフェンの幅は10nm以下であることを特徴とする付記1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。
(Appendix 8)
The semiconductor device according to any one of Supplementary note 1 to 7, wherein the graphene has a width of 10 nm or less.

(付記9)
第1の修飾基で端部が終端された第1の領域と、前記第1の領域にヘテロ接合し、前記第1の修飾基とは異なる第2の修飾基で端部が終端された第2の領域と、を有するグラフェンナノリボンを形成する工程と、
前記グラフェンナノリボンの表面をガス分子で修飾する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 9)
A first region whose ends are terminated by a first modifying group and a second region that is heterojunctioned to the first region and whose ends are terminated by a second modifying group different from the first modifying group. A step of forming a graphene nanoribbon having two regions,
The step of modifying the surface of the graphene nanoribbon with gas molecules and
A method for manufacturing a semiconductor device.

(付記10)
前記第1の修飾基及び前記第2の修飾基は、H、F、Cl、OH、NH2若しくはCH3又はこれらの任意の組み合わせであることを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 10)
The manufacture of the semiconductor device according to Appendix 9, wherein the first modifying group and the second modifying group are H, F, Cl, OH, NH 2 or CH 3, or any combination thereof. Method.

(付記11)
前記ガス分子は、NH3若しくはNO2又はこれらの両方であることを特徴とする付記9又は10に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 11)
The method for manufacturing a semiconductor device according to Appendix 9 or 10, wherein the gas molecule is NH 3 or NO 2 or both.

(付記12)
第1の修飾基で端部が終端された第1の領域と、前記第1の領域にヘテロ接合し、前記第1の修飾基とは異なる第2の修飾基で端部が終端された第2の領域と、を有するグラフェンナノリボンを有し、
前記第1の領域及び前記第2の領域が露出していることを特徴とするガスセンサ。
(Appendix 12)
A first region whose ends are terminated by a first modifying group and a second region that is heterojunctioned to the first region and whose ends are terminated by a second modifying group different from the first modifying group. Has a graphene nanoribbon with 2 regions and
A gas sensor characterized in that the first region and the second region are exposed.

(付記13)
前記第1の修飾基及び前記第2の修飾基は、H、F、Cl、OH、NH2若しくはCH3又はこれらの任意の組み合わせであることを特徴とする付記12に記載のガスセンサ。
(Appendix 13)
The gas sensor according to Appendix 12, wherein the first modifying group and the second modifying group are H, F, Cl, OH, NH 2 or CH 3 or any combination thereof.

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

Claims (9)

グラフェンナノリボンと、
前記グラフェンナノリボンの表面を修飾するガス分子と、
を有し、
前記グラフェンナノリボンは、
第1の修飾基で端部が終端された第1の領域と、
前記第1の領域にヘテロ接合し、前記第1の修飾基とは異なる第2の修飾基で端部が終端された第2の領域と、
を有することを特徴とする半導体装置。
Graphene nanoribbon and
Gas molecules that modify the surface of the graphene nanoribbon and
Have,
The graphene nanoribbon is
A first region whose ends are terminated with a first modifying group,
A second region that is heterozygous to the first region and whose ends are terminated with a second modifying group that is different from the first modifying group.
A semiconductor device characterized by having.
前記第1の修飾基及び前記第2の修飾基は、H、F、Cl、OH、NH2若しくはCH3又はこれらの任意の組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first modifying group and the second modifying group are H, F, Cl, OH, NH 2 or CH 3, or any combination thereof. 前記ガス分子は、NH3若しくはNO2又はこれらの両方であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the gas molecule is NH 3 or NO 2 or both. 前記第1の領域及び前記第2の領域の一方がp型にドープされ、他方がn型にドープされていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein one of the first region and the second region is doped in a p-type and the other is doped in an n-type. 前記グラフェンナノリボンは、前記第2の領域にヘテロ接合し、前記第2の修飾基とは異なる第3の修飾基で端部が終端された第3の領域を有し、
前記グラフェンナノリボンは、pnp構造又はnpn構造を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
The graphene nanoribbon has a third region that is heterozygous to the second region and whose ends are terminated with a third modifying group that is different from the second modifying group.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the graphene nanoribbon has a pnp structure or an npn structure.
前記グラフェンナノリボンは、前記第2の領域にヘテロ接合し、前記第2の修飾基とは異なる第3の修飾基で端部が終端された第3の領域を有し、
前記グラフェンナノリボンは、p+in+構造、p+-+構造、又はp+-+構造を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
The graphene nanoribbon has a third region that is heterozygous to the second region and whose ends are terminated with a third modifying group that is different from the second modifying group.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the graphene nanoribbon has a p + in + structure, a p + n n + structure, or a p + p n + structure.
前記グラフェンナノリボンは、溝が形成された基板上に、前記溝を塞ぐように設けられており、
前記ガス分子は前記溝内に閉じ込められていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置。
The graphene nanoribbon is provided on a grooved substrate so as to close the groove.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the gas molecule is confined in the groove.
第1の修飾基で端部が終端された第1の領域と、前記第1の領域にヘテロ接合し、前記第1の修飾基とは異なる第2の修飾基で端部が終端された第2の領域と、を有するグラフェンナノリボンを形成する工程と、
前記グラフェンナノリボンの表面をガス分子で修飾する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first region whose ends are terminated by a first modifying group and a second region that is heterojunctioned to the first region and whose ends are terminated by a second modifying group different from the first modifying group. A step of forming a graphene nanoribbon having two regions,
The step of modifying the surface of the graphene nanoribbon with gas molecules and
A method for manufacturing a semiconductor device.
第1の修飾基で端部が終端された第1の領域と、前記第1の領域にヘテロ接合し、前記第1の修飾基とは異なる第2の修飾基で端部が終端された第2の領域と、を有するグラフェンナノリボンを有し、
前記第1の領域及び前記第2の領域が露出していることを特徴とするガスセンサ。
A first region whose ends are terminated by a first modifying group and a second region that is heterojunctioned to the first region and whose ends are terminated by a second modifying group different from the first modifying group. Has a graphene nanoribbon with 2 regions and
A gas sensor characterized in that the first region and the second region are exposed.
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JP5544796B2 (en) * 2009-09-10 2014-07-09 ソニー株式会社 Three-terminal electronic device and two-terminal electronic device
JP6323114B2 (en) * 2014-03-27 2018-05-16 富士通株式会社 Electronic device and manufacturing method thereof
KR102374118B1 (en) * 2014-10-31 2022-03-14 삼성전자주식회사 Graphene layer, method of forming the same, device including graphene layer and method of manufacturing the device
JP6439546B2 (en) * 2015-03-31 2018-12-19 富士通株式会社 Gas sensor and manufacturing method thereof

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