JP2008016832A - Field-effect transistor, tft drive circuit, panel, and display - Google Patents

Field-effect transistor, tft drive circuit, panel, and display Download PDF

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Takeshi Harada
健史 原田
Takayuki Takeuchi
孝之 竹内
Satoshige Nanai
識成 七井
Takahiro Kawashima
孝啓 川島
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the structure of a novel field-effect transistor that uses a semiconductor nanowire to have fine transistor characteristics. <P>SOLUTION: The field-effect transistor includes a board 40, gate electrode 41, a gate insulating film 42, which are arranged in increasing order, and the semiconductor nanowire 45 and a source electrode 43/drain electrode 44 that are formed on the gate insulating film 42. In a contact area between the semiconductor nanowire 45 and the source electrode 43/drain electrode 44, the surface of the semiconductor nanowire 45 is covered with the constituent material of the source electrode 43/drain electrode 44. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は電界効果トランジスタ、TFT駆動回路、パネルおよびディスプレイに関し、特に、半導体ナノワイヤをチャネルに用いた電界効果トランジスタ及びそれを用いたTFT駆動回路、パネルおよびディスプレイに関するものである。   The present invention relates to a field effect transistor, a TFT drive circuit, a panel and a display, and more particularly to a field effect transistor using a semiconductor nanowire as a channel and a TFT drive circuit, panel and display using the same.

従来のアクティブ型液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス(EL)表示素子はガラス基板に形成されており、基板上にマトリックス状に配置された画素はその近傍に配置されたトランジスタ素子によって制御されている。現在の技術ではガラス基板上には結晶半導体のトランジスタを形成することができないため、アモルファスシリコンやポリシリコン薄膜からなる電界効果トランジスタ(TFT)が画素の制御に用いられている。   Conventional active liquid crystal display devices and organic electroluminescence (EL) display elements are formed on a glass substrate, and pixels arranged in a matrix on the substrate are controlled by transistor elements arranged in the vicinity thereof. Since current technology cannot form a transistor of a crystalline semiconductor on a glass substrate, a field effect transistor (TFT) made of amorphous silicon or a polysilicon thin film is used for pixel control.

また近年、フレキシブル基板上に有機材料や半導体ナノワイヤをチャネル材料に用いて薄膜トランジスタを形成する技術が開発されてきている(特許文献1、非特許文献1参照)。   In recent years, a technique for forming a thin film transistor on a flexible substrate using an organic material or a semiconductor nanowire as a channel material has been developed (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

特許文献1および非特許文献1では、デバイスを形成する基板と異なる基板上に形成したシリコンナノワイヤを基板から剥離し、溶液に分散させて、この溶液に分散したナノワイヤを(フレキシブル)基板上に配置することで高移動度チャネルを形成する方法が提案されている。この方法では、トランジスタのチャネル領域が単結晶シリコンで形成されているため、移動度が100cm2-1-1を越えるトランジスタの形成に成功している。
特表2004−507104号公報 “High Performance thin film transistors using semiconductor nanowires and nanoribbons”, Nature, vol.425, 2003, pp.274. “Large-Scale Hierarchical Organization of Nanowire Arrays for Integrated Nanosystems”, NANO LETTERS, vol.3,No.9 2003, pp.1255-1259. “Directed Assemly of One-Dimensional Nonostructures into Functional Networks”, SCIENCE, vol.291, 2001, pp.630.
In Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, silicon nanowires formed on a substrate different from the substrate on which a device is formed are peeled from the substrate, dispersed in a solution, and the nanowires dispersed in the solution are disposed on a (flexible) substrate. Thus, a method of forming a high mobility channel has been proposed. In this method, since the channel region of the transistor is formed of single crystal silicon, the transistor having a mobility exceeding 100 cm 2 V −1 s −1 has been successfully formed.
Special table 2004-507104 gazette “High Performance thin film transistors using semiconductor nanowires and nanoribbons”, Nature, vol.425, 2003, pp.274. “Large-Scale Hierarchical Organization of Nanowire Arrays for Integrated Nanosystems”, NANO LETTERS, vol.3, No.9 2003, pp.1255-1259. “Directed Assemly of One-Dimensional Nonostructures into Functional Networks”, SCIENCE, vol.291, 2001, pp.630.

しかしながら、特許文献1、非特許文献1に開示されている方法では、半導体ナノワイヤの製造方法や基板上に半導体ナノワイヤを並べることに意識が集中しており、実用上求められる半導体の基本性能が十分発揮できるようにするための検討は行われていない。特に半導体ナノワイヤとソース電極およびドレイン電極との接続、およびチャネルとしての機能に関しての検討は行われていない。   However, in the methods disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, consciousness is concentrated on the method of manufacturing semiconductor nanowires and arranging semiconductor nanowires on a substrate, and the basic performance of semiconductors required in practice is sufficient. There is no study to make it possible to demonstrate. In particular, no study has been made on the connection between the semiconductor nanowire and the source and drain electrodes and the function as a channel.

このような状況において、本発明は、半導体ナノワイヤを用い良好なトランジスタ特性を有する新規な電界効果トランジスタの構造を提供することを目的の一つとする。また、本発明は、その電界効果トランジスタを用いた電子装置を提供することを目的の一つとする。   Under such circumstances, it is an object of the present invention to provide a novel field effect transistor structure using semiconductor nanowires and having good transistor characteristics. Another object of the present invention is to provide an electronic device using the field effect transistor.

上記課題を解決するために、半導体ナノワイヤをチャネル層に用いた電界効果トランジスタにおいて、電極からチャネル層への電荷注入障壁を小さくした。   In order to solve the above-described problems, in a field effect transistor using semiconductor nanowires as a channel layer, the charge injection barrier from the electrode to the channel layer is reduced.

具体的には、本発明の第1の電界効果トランジスタは、基板と、前記基板上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極およびドレイン電極の双方に電気的に接続しているとともに前記ゲート絶縁膜の上に配置され、チャネルとして機能する半導体ナノワイヤとを備え、前記半導体ナノワイヤの表面のうち前記ゲート電極の最も近くに位置する半導体ナノワイヤ底部から上方へ少なくとも5nmまでの部分が前記ソース電極およびドレイン電極に覆われている構成とした。半導体ナノワイヤが配置されているゲート絶縁膜の上とは、半導体ナノワイヤがゲート絶縁膜に接している場合とゲート絶縁膜に接していなくてその上方に存する場合の両方を含む。また、上記の構成では下から上へ、基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソースおよびドレイン電極、という順番で積み重ねられている。半導体ナノワイヤの表面のうち底部から上方へ少なくとも5nmまでの部分がソース電極およびドレイン電極に覆われていることによって半導体ナノワイヤとソース電極及びドレイン電極との電気的な接続が行われている。   Specifically, a first field effect transistor of the present invention includes a substrate, a gate electrode provided on the substrate, a gate insulating film provided on the gate electrode, and a gate insulating film provided on the gate insulating film. A semiconductor nanowire that is electrically connected to both the source electrode and the drain electrode and is disposed on the gate insulating film and functions as a channel. A portion of the surface from the bottom of the semiconductor nanowire located closest to the gate electrode to at least 5 nm upward is covered with the source electrode and the drain electrode. Above the gate insulating film in which the semiconductor nanowire is disposed includes both the case where the semiconductor nanowire is in contact with the gate insulating film and the case where the semiconductor nanowire is not in contact with the gate insulating film. In the above configuration, the substrate, the gate electrode, the gate insulating film, the source and the drain electrode are stacked in this order from bottom to top. The semiconductor nanowire is electrically connected to the source electrode and the drain electrode by covering at least 5 nm of the surface of the semiconductor nanowire with the source electrode and the drain electrode from the bottom to the upper side.

ある好適な実施形態において、前記ソース電極およびドレイン電極に覆われている前記半導体ナノワイヤの表面は、該ソース電極およびドレイン電極と化学的に結合している。ここで、半導体ナノワイヤとソース電極およびドレイン電極とが化学的に結合しているとは、例えば、半導体ナノワイヤを構成している物質と電極を構成している物質が合金化していることを言う。   In a preferred embodiment, the surface of the semiconductor nanowire covered with the source electrode and the drain electrode is chemically bonded to the source electrode and the drain electrode. Here, that the semiconductor nanowire and the source electrode and the drain electrode are chemically bonded means, for example, that the substance constituting the semiconductor nanowire and the substance constituting the electrode are alloyed.

ある好適な実施形態において、前記半導体ナノワイヤの表面のうち前記ソース電極およびドレイン電極に覆われている部分以外は、絶縁膜により覆われている。前記半導体ナノワイヤのうち前記ソース電極およびドレイン電極に覆われている部分以外は、該半導体ナノワイヤの表層と芯部とが異なる材質であることが好ましい。前記半導体ナノワイヤのうち前記ソース電極およびドレイン電極に覆われている部分以外の前記芯部がSiにより構成されていることが好ましい。前記半導体ナノワイヤのうち前記ソース電極およびドレイン電極に覆われている部分以外の前記表層がSiOにより構成されていることが好ましい。 In a preferred embodiment, portions of the surface of the semiconductor nanowire other than those covered with the source electrode and the drain electrode are covered with an insulating film. It is preferable that the surface layer and the core part of the semiconductor nanowire are made of different materials except for the part covered by the source electrode and the drain electrode in the semiconductor nanowire. It is preferable that the core part other than the part covered with the source electrode and the drain electrode in the semiconductor nanowire is made of Si. It is preferable that the surface layer of the semiconductor nanowire other than the portion covered with the source electrode and the drain electrode is made of SiO 2 .

前記基板は高分子材料または高分子材料と無機材料の複合体により構成されていることが好ましい。   The substrate is preferably made of a polymer material or a composite of a polymer material and an inorganic material.

本発明のTFT素子は、上記の電界効果トランジスタにより構成されている。   The TFT element of the present invention is composed of the above-described field effect transistor.

本発明のパネルは、上記のTFT素子を備えている。   The panel of the present invention includes the TFT element described above.

本発明のディスプレイは、上記のパネルを備えている。   The display of the present invention includes the panel described above.

本発明の電界効果トランジスタでは、半導体ナノワイヤのチャネル層に隣接して電極が形成されているため、チャネル層への電荷注入障壁が小さい。このため、フレキシブル基板上に、トランジスタ特性の良好な電界効果トランジスタを実現できる。   In the field effect transistor of the present invention, since the electrode is formed adjacent to the channel layer of the semiconductor nanowire, the charge injection barrier to the channel layer is small. Therefore, a field effect transistor with good transistor characteristics can be realized on the flexible substrate.

また、高分子材料や高分子材料と無機材料の複合体からなる基板を用いることができるため、フレキシブルな電界効果トランジスタの実現も可能となる。   In addition, since a substrate made of a polymer material or a composite of a polymer material and an inorganic material can be used, a flexible field effect transistor can be realized.

本発明の実施形態を説明する前に、図1及び図2を参照しながら本願に至った過程を説明する。   Before describing the embodiment of the present invention, the process leading to the present application will be described with reference to FIGS.

まず、電界効果トランジスタの動作原理について簡単に説明する。ゲート電極に電圧をかけると、静電誘導によってゲート絶縁膜と半導体の界面付近にチャネル層が形成される。この時にソース電極とドレイン電極との間に電圧をかけると、電荷はソース電極からチャネルへ注入され、チャネル層を伝い、ドレイン電極へ抜けるという電荷の流れが生じる。これが電界効果トランジスタにおいて電流が流れるしくみである。   First, the operation principle of the field effect transistor will be briefly described. When a voltage is applied to the gate electrode, a channel layer is formed near the interface between the gate insulating film and the semiconductor by electrostatic induction. At this time, when a voltage is applied between the source electrode and the drain electrode, electric charge is injected from the source electrode to the channel, passes through the channel layer, and flows out to the drain electrode. This is how the current flows in the field effect transistor.

図1(a)および図2(a)は、特許文献1や非特許文献1等に記載されている従来開示されている方法を電界効果トランジスタの製造に適用して、半導体ナノワイヤ15,25をチャネルに用いて作製した電界効果トランジスタ構造の模式的な断面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A線断面の一部拡大図、図2(b)は図2(a)のA−A線断面の一部拡大図である。   1 (a) and 2 (a) show that semiconductor nanowires 15 and 25 are formed by applying a conventionally disclosed method described in Patent Document 1, Non-Patent Document 1 and the like to the manufacture of a field effect transistor. It is typical sectional drawing of the field effect transistor structure produced using it for a channel, FIG.1 (b) is a partially expanded view of the AA line cross section of Fig.1 (a), FIG.2 (b) is FIG. It is a partially expanded view of the AA line cross section of (a).

半導体ナノワイヤ15を用いた電界効果トランジスタとしては、図1(a)に示すようにゲート電極11、ゲート絶縁膜12、ソース電極13・ドレイン電極14の順に形成され、ソース・ドレイン電極13,14上に半導体ナノワイヤ15が形成されるボトムコンタクト型(半導体ナノワイヤ15の底部がソース・ドレイン電極13,14に接触している)と、図2(a)に示すようにゲート電極21、ゲート絶縁膜22、半導体ナノワイヤ25の順に形成され、ナノワイヤ25上にソース電極23・ドレイン電極24が形成されるトップコンタクト型(半導体ナノワイヤ25の上部がソース・ドレイン電極23,24に接触している)が考えられる。ここで、ソース電極13,23とドレイン電極14,24との間に流れる電流は、ソース電極およびドレイン電極13,23,14,24と半導体ナノワイヤ15,25との間での電荷の移動し易さに依存している。この電荷の移動し易さは、半導体ナノワイヤ15,25とソース電極13,23・ドレイン電極14,24との接触抵抗やエネルギー準位に影響される。   As shown in FIG. 1A, a field effect transistor using the semiconductor nanowire 15 is formed in the order of a gate electrode 11, a gate insulating film 12, a source electrode 13 and a drain electrode 14, and on the source / drain electrodes 13 and 14. In the bottom contact type in which the semiconductor nanowire 15 is formed (the bottom of the semiconductor nanowire 15 is in contact with the source / drain electrodes 13 and 14), the gate electrode 21 and the gate insulating film 22 as shown in FIG. The semiconductor nanowire 25 is formed in this order, and a top contact type in which the source electrode 23 and the drain electrode 24 are formed on the nanowire 25 (the upper portion of the semiconductor nanowire 25 is in contact with the source / drain electrodes 23 and 24) can be considered. . Here, the current flowing between the source electrodes 13, 23 and the drain electrodes 14, 24 facilitates the movement of charges between the source and drain electrodes 13, 23, 14, 24 and the semiconductor nanowires 15, 25. Depends on being. The ease of movement of this charge is affected by the contact resistance and energy level between the semiconductor nanowires 15 and 25 and the source electrodes 13 and 23 and the drain electrodes 14 and 24.

図1(a)に示したボトムコンタクト型電界効果トランジスタにおいて、ソース電極13と半導体ナノワイヤ15とが接触している領域における断面図を図1(b)に示す。ゲート絶縁膜12上にソース電極13が形成され、その上に半導体ナノワイヤ15が配置されている。チャネル層16は半導体ナノワイヤ15の下部に形成される。前述のように、ソース電極13から半導体ナノワイヤ15への電荷の移動し易さは両者の接触抵抗に影響を受けるが、ソース電極13と半導体ナノワイヤ15の接触面積が大きいほど電荷の移動は良好に行われる。しかし、図1(b)に示すボトムコンタクト型電界効果トランジスタにおいては、ソース電極13と半導体ナノワイヤ15との接触は線接触(断面においては点接触)であるため接触面積は非常に小さく、従って電荷は移動しにくく、トランジスタ特性も低いものとなる。   In the bottom contact type field effect transistor shown in FIG. 1A, a cross-sectional view in a region where the source electrode 13 and the semiconductor nanowire 15 are in contact is shown in FIG. A source electrode 13 is formed on the gate insulating film 12, and a semiconductor nanowire 15 is disposed thereon. The channel layer 16 is formed below the semiconductor nanowire 15. As described above, the ease of charge transfer from the source electrode 13 to the semiconductor nanowire 15 is affected by the contact resistance between the two. However, the larger the contact area between the source electrode 13 and the semiconductor nanowire 15, the better the charge transfer. Done. However, in the bottom contact type field effect transistor shown in FIG. 1B, the contact area between the source electrode 13 and the semiconductor nanowire 15 is a line contact (point contact in the cross section), so the contact area is very small. Is difficult to move and has low transistor characteristics.

図2(a)に示したトップコンタクト型電界効果トランジスタにおいて、ソース電極23と半導体ナノワイヤ25が接触している領域における断面図を図2(b)に示す。ゲート絶縁膜22上に半導体ナノワイヤ25が配置され、その上にソース電極23が形成されている。半導体ナノワイヤ25を配置した後に蒸着系装置により電極を形成すると、半導体ナノワイヤ25上部においては、半導体ナノワイヤ25表面を覆うように電極が形成される。しかし、半導体ナノワイヤ25下部では半導体ナノワイヤ25自身がマスクとなり、電極材料が回りこめず、図2(b)に示した通り電極と半導体ナノワイヤ25の間に空隙27、27が生じる。図2に示すトップコンタクト型電界効果トランジスタでは、ソース電極23と半導体ナノワイヤ25との接触面積はボトムコンタクト型に比べ大きく、電荷の移動は行われ易くなる。しかし、半導体ナノワイヤ25中の電荷の通り道であるチャネル層26はゲート絶縁膜22付近に形成され、この部分では空隙27,27のため電極と半導体ナノワイヤ25とは接触していない。そのため、電荷は半導体ナノワイヤ25と電極との接触部分から半導体ナノワイヤ25に注入され、半導体部分を経由してチャネル層26へ移動する。   In the top contact type field effect transistor shown in FIG. 2A, a cross-sectional view in a region where the source electrode 23 and the semiconductor nanowire 25 are in contact is shown in FIG. A semiconductor nanowire 25 is disposed on the gate insulating film 22, and a source electrode 23 is formed thereon. When the electrode is formed by the vapor deposition system device after the semiconductor nanowire 25 is arranged, the electrode is formed on the semiconductor nanowire 25 so as to cover the surface of the semiconductor nanowire 25. However, under the semiconductor nanowire 25, the semiconductor nanowire 25 itself serves as a mask, and the electrode material cannot wrap around, so that voids 27 are formed between the electrode and the semiconductor nanowire 25 as shown in FIG. In the top contact type field effect transistor shown in FIG. 2, the contact area between the source electrode 23 and the semiconductor nanowire 25 is larger than that of the bottom contact type, and charge transfer is easily performed. However, the channel layer 26, which is a path for charges in the semiconductor nanowire 25, is formed in the vicinity of the gate insulating film 22, and the electrode and the semiconductor nanowire 25 are not in contact with each other due to the voids 27 and 27. Therefore, charges are injected into the semiconductor nanowire 25 from the contact portion between the semiconductor nanowire 25 and the electrode, and move to the channel layer 26 via the semiconductor portion.

チャネル層26以外の半導体部分はキャリア密度も低く、高抵抗である。したがって、トップコンタクト型電界効果トランジスタではソース電極23と半導体ナノワイヤ25の接触面積は大きくなるものの、電荷がチャネル層26へ高抵抗半導体領域を経由して移動するため、トランジスタ特性は低いものとなる。このような課題を解決するために本願発明者らは種々の検討を重ねて本願発明に至った。   The semiconductor portion other than the channel layer 26 has a low carrier density and a high resistance. Therefore, in the top contact type field effect transistor, although the contact area between the source electrode 23 and the semiconductor nanowire 25 increases, the charge moves to the channel layer 26 via the high-resistance semiconductor region, so that the transistor characteristics are low. In order to solve such a problem, the inventors of the present application have made various studies to arrive at the present invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of brevity.

(実施形態1)
図4を参照しながら、半導体ナノワイヤ45とソース電極43およびドレイン電極44とのコンタクト領域において半導体ナノワイヤ45の表面が電極43,44で被覆されている構造を有する実施形態1に係る電界効果トランジスタについて説明する。
(Embodiment 1)
Referring to FIG. 4, the field effect transistor according to the first embodiment having a structure in which the surface of the semiconductor nanowire 45 is covered with the electrodes 43 and 44 in the contact region between the semiconductor nanowire 45 and the source electrode 43 and the drain electrode 44. explain.

本実施形態の電界効果トランジスタは、基板40の上にゲート電極41が形成され、さらにその上にゲート絶縁膜42が形成されている。ゲート絶縁膜42の上にはチャネルとして機能する半導体ナノワイヤ45が配置されており、さらにゲート絶縁膜42の上に半導体ナノワイヤの両端を覆ってソース電極43とドレイン電極44とが形成されている。   In the field effect transistor of this embodiment, a gate electrode 41 is formed on a substrate 40, and a gate insulating film 42 is further formed thereon. A semiconductor nanowire 45 functioning as a channel is disposed on the gate insulating film 42, and a source electrode 43 and a drain electrode 44 are formed on the gate insulating film 42 so as to cover both ends of the semiconductor nanowire.

基板40としては、シリコンやガラスなどの無機材料、また、ポリイミドや芳香族ポリエステルのような有機材料によって構成される材料を用いることができるが、ここでは有機材料であるプラスティック基板を用いた。また、ゲート電極41、ソース電極43及びドレイン電極44の材料としては、Ti、Au、Al、Ni、Ag、Cu、Pt、Pdなど、あるいはこれらの合金のような無機材料や、スルホン酸やカルボン酸等をカウンターイオンとするポリアニリンやポリチオフェンなどの有機材料を使用することができるが、ここでは、AlやNiなどの金属を用いた。   As the substrate 40, an inorganic material such as silicon or glass or an organic material such as polyimide or aromatic polyester can be used. Here, a plastic substrate which is an organic material is used. In addition, as materials for the gate electrode 41, the source electrode 43, and the drain electrode 44, inorganic materials such as Ti, Au, Al, Ni, Ag, Cu, Pt, Pd, and alloys thereof, sulfonic acid, and carboxyl An organic material such as polyaniline or polythiophene using an acid or the like as a counter ion can be used, but a metal such as Al or Ni is used here.

ソース電極43及びドレイン電極44は、それぞれ半導体ナノワイヤ45と電気的コンタクトを形成しているが、半導体ナノワイヤ45の表面をソース電極43およびドレイン電極44の構成素材である金属が覆っているだけであって、本実施形態では両者の化学的結合は存していない。ゲート電極41にバイアスを印加すると半導体ナノワイヤ45のゲート絶縁膜42との界面付近にゲート絶縁膜42を介してチャネル層46の導電性が制御される。   The source electrode 43 and the drain electrode 44 are in electrical contact with the semiconductor nanowire 45, respectively, but the surface of the semiconductor nanowire 45 is only covered with the metal that is a constituent material of the source electrode 43 and the drain electrode 44. In this embodiment, there is no chemical bond between them. When a bias is applied to the gate electrode 41, the conductivity of the channel layer 46 is controlled through the gate insulating film 42 in the vicinity of the interface between the semiconductor nanowire 45 and the gate insulating film 42.

半導体ナノワイヤ45は、例えば、Si、Ge、SiGeなどのIV族半導体、GaAs、InP、InAsなどのIII―V族半導体、またはZnS、ZnSe、CdSなどのII―VI族半導体からなる半導体を用いることができるが、本実施形態ではSiを用いた。また、半導体ナノワイヤ45にドーピングを施すことによりP型半導体ナノワイヤやN型半導体ナノワイヤにしてもよい。また、PNP型半導体ナノワイヤのように一本の半導体ナノワイヤにN型、P型の両方を作りこんでも良い。   As the semiconductor nanowire 45, for example, a group IV semiconductor such as Si, Ge, or SiGe, a group III-V semiconductor such as GaAs, InP, or InAs, or a semiconductor made of a group II-VI semiconductor such as ZnS, ZnSe, or CdS is used. In this embodiment, Si is used. Alternatively, the semiconductor nanowire 45 may be doped to form a P-type semiconductor nanowire or an N-type semiconductor nanowire. Further, both N-type and P-type may be formed in one semiconductor nanowire like a PNP-type semiconductor nanowire.

半導体ナノワイヤ45の長さは、例えば、1μm〜100μm程度である。また直径は、例えば、5nm〜1μm程度である。これら半導体ナノワイヤ45の形状は、デバイス仕様に応じて変化する。なお、半導体ナノワイヤ45の断面形状は、円に限らず、四角形、六角形のような多角形や楕円のような形状であってもよい。   The length of the semiconductor nanowire 45 is, for example, about 1 μm to 100 μm. The diameter is, for example, about 5 nm to 1 μm. The shape of these semiconductor nanowires 45 changes according to device specifications. The cross-sectional shape of the semiconductor nanowire 45 is not limited to a circle, and may be a polygon such as a quadrangle or a hexagon, or a shape such as an ellipse.

本実施形態の電界効果トランジスタでは、ソース電極43及びドレイン電極44と半導体ナノワイヤ45内に形成されるチャネル層46との電荷障壁を小さくするために、半導体ナノワイヤ45の表面のうち最もゲート電極41側に位置する半導体ナノワイヤ底部Xから少なくとも上方に5nmに位置するまでの半導体ナノワイヤ45表面をソース電極43およびドレイン電極44が覆うように形成されている。ここで、最もゲート電極41側に位置する半導体ナノワイヤ底部Xとは、図4(b)におけるX点、またはX面のことである。また、半導体ナノワイヤ底部Xから上方に5nmに位置するまでの半導体ナノワイヤ45表面とは、図4(b)におけるY面のことであり、Y面よりも高い位置(上方の位置)にあるZ面が電極により少しでも覆われていても構わない。なお、半導体ナノワイヤ底部Xから上方に5nmというのは、高さ方向(ゲート絶縁膜42表面に対して略垂直な方向であってゲート絶縁膜42表面から遠ざかる方向)からで5nmということであり、Y面の弧の長さではない。   In the field effect transistor of the present embodiment, in order to reduce the charge barrier between the source electrode 43 and the drain electrode 44 and the channel layer 46 formed in the semiconductor nanowire 45, the surface of the semiconductor nanowire 45 is closest to the gate electrode 41. The source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed so as to cover the surface of the semiconductor nanowire 45 at least 5 nm upward from the bottom X of the semiconductor nanowire. Here, the semiconductor nanowire bottom X located closest to the gate electrode 41 is the X point or X plane in FIG. Further, the surface of the semiconductor nanowire 45 from the bottom X of the semiconductor nanowire to the position 5 nm upward is the Y plane in FIG. 4B, and the Z plane at a position higher than the Y plane (upper position). May be covered with the electrode even a little. Note that 5 nm upward from the bottom X of the semiconductor nanowire is 5 nm from the height direction (direction substantially perpendicular to the surface of the gate insulating film 42 and away from the surface of the gate insulating film 42). It is not the length of the Y-plane arc.

一般にチャネル層46の厚みは、ゲート電圧に依存するのだが、ゲート電極41に最も近い部分から上方へ2〜8nm程度である。従って、このチャネル層46の表面ができるだけ広くソース電極43およびドレイン電極44の構成材料で覆われて電気的に接続していれば、電荷注入障壁が低下してソース電極43からチャネル層46への電荷注入が容易に行われ、チャネル層46からドレイン電極44へ電荷が容易に流れていくことになる。そして、チャネル層46を流れる電流が多くなり、高いトランジスタ特性が得られる。ここで、半導体ナノワイヤ底部Xから、その上方に5nmに位置するまでの半導体ナノワイヤ45の表面がソース電極43およびドレイン電極44の構成材料によって覆われていればチャネル層46の表面の全てあるいは大部分がソース電極43およびドレイン電極44の構成材料で覆われることになり、従ってチャネル層46に流れる電流が十分に多くなり、優れたトランジスタ特性を有する電界効果トランジスタとなる。   In general, the thickness of the channel layer 46 depends on the gate voltage, but is about 2 to 8 nm upward from the portion closest to the gate electrode 41. Therefore, if the surface of the channel layer 46 is covered with the constituent materials of the source electrode 43 and the drain electrode 44 and is electrically connected as much as possible, the charge injection barrier is lowered, and the channel from the source electrode 43 to the channel layer 46 is reduced. Charge injection is easily performed, and charges easily flow from the channel layer 46 to the drain electrode 44. Then, the current flowing through the channel layer 46 increases, and high transistor characteristics can be obtained. Here, if the surface of the semiconductor nanowire 45 from the bottom X of the semiconductor nanowire to 5 nm above it is covered with the constituent material of the source electrode 43 and the drain electrode 44, all or most of the surface of the channel layer 46 is covered. Is covered with the constituent material of the source electrode 43 and the drain electrode 44, so that the current flowing through the channel layer 46 is sufficiently increased, and a field effect transistor having excellent transistor characteristics is obtained.

即ち本実施形態の電界効果トランジスタは、図1,2に示された電界効果トランジスタ構造とは違い、ソース電極43・ドレイン電極44と半導体ナノワイヤ45との接触面積が小さくなく、また、ソース電極43・ドレイン電極44から半導体ナノワイヤ45中のチャネル層46までの経路が長くない、ソース電極43,ドレイン電極44からチャネル層46への電荷障壁が小さいボトムゲート型電界効果トランジスタ構造を有することを特徴としている。これは、本実施形態の電界効果トランジスタでは、半導体ナノワイヤ45の中でチャネル層46となる部分とソース電極43・ドレイン電極44との接触面積が大きいことに由来している。   That is, unlike the field effect transistor structure shown in FIGS. 1 and 2, the field effect transistor of the present embodiment does not have a small contact area between the source electrode 43 and the drain electrode 44 and the semiconductor nanowire 45, and the source electrode 43 A path from the drain electrode 44 to the channel layer 46 in the semiconductor nanowire 45 is not long, and has a bottom gate type field effect transistor structure with a small charge barrier from the source electrode 43 and the drain electrode 44 to the channel layer 46 Yes. This is because, in the field effect transistor of this embodiment, the contact area between the source electrode 43 and the drain electrode 44 in the semiconductor nanowire 45 and the portion that becomes the channel layer 46 is large.

半導体ナノワイヤ45の製法としては、まず、任意の基板上に触媒となる金属微粒子を配置することからスタートする。触媒金属としては、例えば、コバルト、ニッケル、金または白金などを用いるとよい。この触媒金属の微粒子を基板へ配置する方法としては、例えば、スパッタ法や蒸着法などで1〜10nm程度の触媒金属の薄膜を堆積させ、任意の雰囲気中で熱処理することで金属微粒子化する方法や、金属微粒子コロイドを基板上に塗布する方法を用いるとよい。   As a manufacturing method of the semiconductor nanowire 45, first, metal fine particles serving as a catalyst are arranged on an arbitrary substrate. For example, cobalt, nickel, gold, or platinum may be used as the catalyst metal. As a method of arranging the catalyst metal fine particles on the substrate, for example, a method of forming a metal fine particle by depositing a catalyst metal thin film of about 1 to 10 nm by a sputtering method or a vapor deposition method and performing a heat treatment in an arbitrary atmosphere. Alternatively, a method of applying a metal fine particle colloid on the substrate may be used.

それからCVD法を用いてこの基板上に半導体ナノワイヤ45を成長させる。シリコンからなる半導体ナノワイヤを成長させる方法としては、例えば、ソースガスにシランやジシランを用い、基板温度を400〜600℃程度で成長させる方法を挙げることができる。触媒金属の微粒子からシリコンのワイヤが成長していく。   Then, semiconductor nanowires 45 are grown on this substrate using the CVD method. As a method for growing a semiconductor nanowire made of silicon, for example, there can be mentioned a method in which silane or disilane is used as a source gas and the substrate temperature is grown at about 400 to 600 ° C. Silicon wire grows from fine particles of catalytic metal.

このようにして作製した半導体ナノワイヤ45は、溶媒によって基板から剥がして溶媒中に分散させる。半導体ナノワイヤ45を剥離させる方法としては、例えば、基板に超音波処理を施し機械的に剥離する方法や、半導体ナノワイヤ45が成長した基板表面をライトエッチして剥離する方法を用いるとよい。ここで分散液に用いる溶媒としては、水溶液、有機溶媒、または、水と有機溶媒を混合したものを挙げることができる。有機溶媒としては、例えば、エタノール、プロパノール、ペンタノール、ヘキサノール、エチレングリコールなどのアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのエステル、メチルエチルケトンなどのケトン類、ヘキサン、オクタンなどのアルカン、テトラヒドロフラン、クロロホルムのような溶媒を用いるとよい。水と有機溶媒の混合液体としては、水とアルコールの混合液、水とテトラヒドロフランの混合液などを使用することができる。   The semiconductor nanowire 45 thus produced is peeled off from the substrate with a solvent and dispersed in the solvent. As a method of peeling the semiconductor nanowire 45, for example, a method of performing ultrasonic treatment on the substrate and mechanically peeling, or a method of performing light etching on the surface of the substrate on which the semiconductor nanowire 45 has been grown is preferably used. Here, examples of the solvent used for the dispersion include an aqueous solution, an organic solvent, or a mixture of water and an organic solvent. Examples of the organic solvent include alcohols such as ethanol, propanol, pentanol, hexanol and ethylene glycol, esters such as ethylene glycol monomethyl ether, ketones such as methyl ethyl ketone, alkanes such as hexane and octane, solvents such as tetrahydrofuran and chloroform. Should be used. As a mixed liquid of water and an organic solvent, a mixed liquid of water and alcohol, a mixed liquid of water and tetrahydrofuran, or the like can be used.

以下に上記のようにして作製した半導体ナノワイヤ45を用いた本実施形態のボトムゲート型電界効果トランジスタを製造する方法を説明する。   A method for manufacturing the bottom gate field effect transistor of the present embodiment using the semiconductor nanowire 45 manufactured as described above will be described below.

まず、リソグラフィー法を用いてプラスティック基板40上に、ゲート電極41を形成する領域以外の領域にレジストをパターニングにより形成する。   First, a resist is formed by patterning on the plastic substrate 40 in a region other than the region where the gate electrode 41 is formed by using a lithography method.

次に、上述したレジストをマスクとしてプラスティック基板をエッチングしてゲート電極41を形成する領域を凹ませる。エッチングは、例えば、CFや酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングによって行い、100〜300nm程度の深さにエッチングする。 Next, the plastic substrate is etched using the above resist as a mask to dent the region where the gate electrode 41 is to be formed. Etching is performed, for example, by reactive ion etching using CF 4 or oxygen gas, and is etched to a depth of about 100 to 300 nm.

次に、ゲート電極41となるゲート金属をエッチングした部分に堆積させる。ゲート電極41は、例えば、Alをスパッタ法によって100〜300nm程度堆積させて形成する。   Next, a gate metal to be the gate electrode 41 is deposited on the etched portion. The gate electrode 41 is formed, for example, by depositing about 100 to 300 nm of Al by sputtering.

次に、レジストおよびレジスト上に堆積しているゲート金属を除去し、ゲート電極41部分にのみゲート金属を残す。これらの除去には、有機系のレジスト除去液を用いてレジストを溶解し、レジスト上に堆積したゲート金属を除去する。こうして、ゲート電極41を形成する。   Next, the resist and the gate metal deposited on the resist are removed, leaving the gate metal only in the gate electrode 41 portion. For these removals, the resist is dissolved using an organic resist removing solution, and the gate metal deposited on the resist is removed. Thus, the gate electrode 41 is formed.

次に、絶縁層を堆積させてゲート絶縁膜42を形成する。ゲート絶縁膜42の形成法としては、例えば、SiOをCVD法によって50〜300nm程度堆積させる方法を挙げることができる。 Next, an insulating layer is deposited to form the gate insulating film 42. As a method for forming the gate insulating film 42, for example, a method of depositing SiO 2 by about 50 to 300 nm by a CVD method can be cited.

次に上述のように作成した半導体ナノワイヤ45を、ゲート絶縁膜42上であってゲート電極41の上方に配置する。配置する方法としては、例えば、半導体ナノワイヤ45を配置する所望の領域上にインクジェット法により半導体ナノワイヤ45を溶媒に分散させたインクを滴下、乾燥させて、半導体ナノワイヤ45を配置させる。また、スピンコート法や転写法、ディップコート法、ドクターブレード法などを用いて半導体ナノワイヤ45を配置させても良い。   Next, the semiconductor nanowire 45 prepared as described above is disposed on the gate insulating film 42 and above the gate electrode 41. As an arrangement method, for example, the semiconductor nanowire 45 is arranged by dropping and drying an ink in which the semiconductor nanowire 45 is dispersed in a solvent by an inkjet method on a desired region where the semiconductor nanowire 45 is arranged. Further, the semiconductor nanowire 45 may be arranged by using a spin coating method, a transfer method, a dip coating method, a doctor blade method, or the like.

半導体ナノワイヤ45は、この後に形成するソース電極43とドレイン電極44とを結ぶものであるので、両電極43,44を結ぶ方向がワイヤ軸方向となっていることが好ましい。このように半導体ナノワイヤ45の向きを所定の方向に揃えること、即ち配向させることは、半導体ナノワイヤ45を溶媒に分散させたインクを塗布するときあるいは塗布後にそのインクに流れを作ることによって行うことができる。例えば、半導体ナノワイヤインクに基板を浸した後基板を引き上げることによりインクに流れを作って半導体ナノワイヤ45を配向させたり、基板上に半導体ナノワイヤインクを載せた後ドクターブレードでそのインクを基板上に押し広げることによってインクに流れを作って半導体ナノワイヤ45を配向させる方法などを挙げることができる。なお、非特許文献2,3に記載されている方法を用いて半導体ナノワイヤ45を配置してもよい。   Since the semiconductor nanowire 45 connects the source electrode 43 and the drain electrode 44 to be formed later, the direction connecting the electrodes 43 and 44 is preferably the wire axis direction. Thus, the orientation of the semiconductor nanowire 45 is aligned in a predetermined direction, that is, the orientation is performed by applying a flow to the ink when the ink in which the semiconductor nanowire 45 is dispersed in the solvent is applied or after the application. it can. For example, after immersing the substrate in semiconductor nanowire ink, the substrate is lifted to create a flow in the ink to orient the semiconductor nanowire 45, or after placing the semiconductor nanowire ink on the substrate and pushing the ink onto the substrate with a doctor blade A method of orienting the semiconductor nanowire 45 by creating a flow in the ink by spreading can be mentioned. The semiconductor nanowires 45 may be arranged using the methods described in Non-Patent Documents 2 and 3.

この後に、ソース電極43・ドレイン電極44を形成する。この形成方法としては、以下のような方法を用いるとよい。   Thereafter, the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed. As this formation method, the following method may be used.

リソグラフィーによりソース電極43・ドレイン電極44の形成される領域以外の領域にレジストをパターニングにより形成する。この後、ゲート絶縁膜42をエッチングにより10〜100nm程度の深さにエッチングしてソース電極43およびドレイン電極44を形成する領域を凹ませる。   A resist is formed by patterning in a region other than the region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed by lithography. Thereafter, the gate insulating film 42 is etched to a depth of about 10 to 100 nm so that regions where the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed are recessed.

その後、ソース電極・ドレイン電極材料であるニッケルをスパッタ法により堆積させ、それからレジストおよびレジスト上に堆積したニッケルをリフトオフして除去する。ソース電極・ドレイン電極材料をスパッタ法により堆積させる際に、基板を傾け、回転させることにより、電極材料の基板への入射角が変化するようにして、半導体ナノワイヤ底部Xまで電極材料が回り込んで堆積するようにする。また、スパッタ法の代わりにインクジェット法などによって液状電極材料を塗布し、半導体ナノワイヤ底部Xまで電極材料が回り込むようにしてもよい。また、ソース電極43・ドレイン電極44の一部を半導体ナノワイヤ45を堆積する前にゲート絶縁膜42上に形成し、半導体ナノワイヤ45を配置した後に、上記のような手段を用いてソース・ドレイン電極材料を堆積・塗布してもよい。こうして、図4に示す電界効果トランジスタが出来上がる。   Thereafter, nickel as a source / drain electrode material is deposited by sputtering, and then the resist and nickel deposited on the resist are lifted off and removed. When the source / drain electrode material is deposited by sputtering, the substrate material is tilted and rotated to change the angle of incidence of the electrode material on the substrate so that the electrode material wraps around to the bottom X of the semiconductor nanowire. Allow to deposit. Alternatively, a liquid electrode material may be applied by an inkjet method or the like instead of the sputtering method, and the electrode material may wrap around to the bottom X of the semiconductor nanowire. Further, a part of the source electrode 43 / drain electrode 44 is formed on the gate insulating film 42 before the semiconductor nanowire 45 is deposited, and after the semiconductor nanowire 45 is disposed, the source / drain electrode is used by using the above-described means. Material may be deposited and applied. Thus, the field effect transistor shown in FIG. 4 is completed.

本実施形態のボトムゲート型電界効果トランジスタの製法によれば、ソース電極43およびドレイン電極44と、半導体ナノワイヤ45のチャネル層46との間に広い面積の良質な電気的接続が形成される。従って基板をプラスチック基板とした場合には、プラスティック基板上にトランジスタ特性が良好な電界効果トランジスタを形成することが可能となる効果を奏する。このため、プラスティック基板上に信頼性の高い高性能なトランジスタを製造することができる。   According to the manufacturing method of the bottom gate type field effect transistor of this embodiment, a high-quality electrical connection with a large area is formed between the source electrode 43 and the drain electrode 44 and the channel layer 46 of the semiconductor nanowire 45. Therefore, when the substrate is a plastic substrate, it is possible to form a field effect transistor with good transistor characteristics on the plastic substrate. Therefore, a highly reliable high performance transistor can be manufactured over a plastic substrate.

なお、図4(a)に記載の電界効果トランジスタでは、半導体ナノワイヤ45がソース電極43からドレイン電極44にゲート絶縁膜42に平行に一本で配向されているが、半導体ナノワイヤ45が複数本であったり、ソース電極43・ドレイン電極44間において両電極間を結ぶ方向と平行ではなくて斜めに配置されていてもよい。   In the field effect transistor shown in FIG. 4A, the semiconductor nanowires 45 are aligned in one line from the source electrode 43 to the drain electrode 44 in parallel to the gate insulating film 42. However, the semiconductor nanowires 45 are plural in number. Or the source electrode 43 and the drain electrode 44 may be arranged obliquely instead of being parallel to the direction connecting the two electrodes.

(実施形態2)
実施形態2のボトムゲート型電界効果トランジスタは、図5に示すように半導体ナノワイヤ45の上に絶縁膜である封止膜47を有している。それ以外の電界効果トランジスタの構成部分および製造方法は実施形態1と同じなので、封止膜47についてのみ以下に説明をする。
(Embodiment 2)
The bottom-gate field effect transistor of Embodiment 2 has a sealing film 47 that is an insulating film on the semiconductor nanowire 45 as shown in FIG. Since other components and manufacturing methods of the field effect transistor are the same as those of the first embodiment, only the sealing film 47 will be described below.

封止膜47としては、SiNやSiOなどの無機材料、また、ポリイミドや芳香族ポリエステルのような有機材料によって構成される絶縁性を有する材料を用いる。 As the sealing film 47, an insulating material composed of an inorganic material such as SiN or SiO 2 or an organic material such as polyimide or aromatic polyester is used.

封止膜47材料として例えばSiNやSiOなどの無機材料を用いる場合は、基板40上にゲート電極41、ゲート絶縁膜42、半導体ナノワイヤ45、ソース電極43・ドレイン電極44を形成した後、SiNやSiOをCVD法によって50〜300nm程度堆積させて封止膜47を形成すればよい。ポリイミドなど、用いる封止膜材料によっては、スピンコート法やインクジェット法などを用いても良い。また、例えば、ゲート絶縁膜42上に半導体ナノワイヤ45を形成した後、封止膜47を形成し、その後ソース電極43・ドレイン電極44を形成しても良い。また、ポリイミドなどの有機材料を封止膜47として用いる場合、ポリイミドの溶液、前駆体液などに半導体ナノワイヤ45を混合させてゲート絶縁膜42上に塗布して半導体ナノワイヤ45の配置と封止膜47形成とを同時に行っても良い。 In the case where an inorganic material such as SiN or SiO 2 is used as the sealing film 47 material, after forming the gate electrode 41, the gate insulating film 42, the semiconductor nanowire 45, the source electrode 43 and the drain electrode 44 on the substrate 40, the SiN Alternatively, the sealing film 47 may be formed by depositing about 50 to 300 nm of SiO 2 by the CVD method. Depending on the sealing film material used, such as polyimide, a spin coating method, an ink jet method, or the like may be used. Further, for example, after forming the semiconductor nanowire 45 on the gate insulating film 42, the sealing film 47 may be formed, and then the source electrode 43 and the drain electrode 44 may be formed. When an organic material such as polyimide is used as the sealing film 47, the semiconductor nanowire 45 is mixed in a polyimide solution, a precursor solution, and the like and applied onto the gate insulating film 42 to dispose the semiconductor nanowire 45 and the sealing film 47. The formation may be performed simultaneously.

本実施形態のボトムゲート型電界効果トランジスタによれば、ソース電極43およびドレイン電極44とチャネル層46との間の良好な電気的接続が得られ高いトランジスタ特性が得られる実施形態1の効果に加えて、半導体ナノワイヤ45が封止膜47に覆われていて大気中の水分や酸素の影響を受けにくいため、プラスティック基板上に良質な電気的接続を有するとともに環境変化があってもトランジスタ特性はほとんど変化しないトランジスタを形成することが可能となる。このため、プラスティック基板上に信頼性の高い高性能なトランジスタを製造することができる。   According to the bottom gate type field effect transistor of the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment in which good electrical connection is obtained between the source electrode 43 and the drain electrode 44 and the channel layer 46 and high transistor characteristics are obtained. In addition, since the semiconductor nanowire 45 is covered with the sealing film 47 and is not easily affected by moisture and oxygen in the atmosphere, the transistor characteristics are almost the same even when there is a change in the environment while having a good electrical connection on the plastic substrate. A transistor that does not change can be formed. Therefore, a highly reliable high performance transistor can be manufactured over a plastic substrate.

(実施形態3)
実施形態3のボトムゲート型電界効果トランジスタは、図3に示すように、横断面においてコアである芯部32の周りをシェルである表層33が覆っている、いわゆるコア・シェル型の半導体ナノワイヤ35を有している。ここで、表層33と芯部32とは互いに異なる材質からなっている。なお、この半導体ナノワイヤ35はソース電極43およびドレイン電極44と接続している領域においてはコア・シェル構造とはなっておらず、この領域では芯部32のみが存している。
(Embodiment 3)
As shown in FIG. 3, the bottom-gate field effect transistor of the third embodiment has a so-called core-shell type semiconductor nanowire 35 in which a surface layer 33 that is a shell covers a core portion 32 that is a core in a cross section. have. Here, the surface layer 33 and the core portion 32 are made of different materials. The semiconductor nanowire 35 does not have a core-shell structure in a region connected to the source electrode 43 and the drain electrode 44, and only the core portion 32 exists in this region.

本実施形態3の電界効果トランジスタは図6(a)に示す断面形状を有しており、図6(a)のA−A線断面は図6(b)である。半導体ナノワイヤ35がコア・シェル構造であること以外は、封止膜47を備えている実施形態2のトランジスタの構造および製造方法とほぼ同じなので、コア・シェル型の半導体ナノワイヤ35のことを中心に以下に説明をする。   The field effect transistor of Embodiment 3 has the cross-sectional shape shown in FIG. 6A, and the cross section taken along the line AA in FIG. 6A is FIG. 6B. The semiconductor nanowire 35 is almost the same as the structure and manufacturing method of the transistor of the second embodiment provided with the sealing film 47 except that the semiconductor nanowire 35 has a core / shell structure. This will be described below.

コア・シェル型の半導体ナノワイヤ35の製法をまず説明する。   First, a method for manufacturing the core-shell type semiconductor nanowire 35 will be described.

最初に、実施形態1で説明したようにして、シリコンからなるナノワイヤを形成する。   First, as described in Embodiment 1, nanowires made of silicon are formed.

次にこのシリコンナノワイヤが成長した基板ごとシリコンナノワイヤを熱酸化することで、表層33がSiO、芯部32がSiである図3に示すコア・シェル型の半導体ナノワイヤ35を形成することができる。ここで、この表層33のシリコン酸化膜の膜厚や膜質は、熱酸化の酸化時間、酸化温度および酸化雰囲気に依存するため、デバイスの仕様に合わせたシリコン酸化膜設計が可能となる。本実施形態の酸化条件としては、例えば、1100℃、酸素雰囲気を好ましく挙げることができ、ラピットサーマルプロセッシングにより表層33となるシリコン酸化膜を形成することが好ましい。 Next, by thermally oxidizing the silicon nanowire together with the substrate on which the silicon nanowire has grown, the core-shell type semiconductor nanowire 35 shown in FIG. 3 in which the surface layer 33 is made of SiO 2 and the core portion 32 is made of Si can be formed. . Here, the film thickness and quality of the silicon oxide film on the surface layer 33 depend on the oxidation time of thermal oxidation, the oxidation temperature, and the oxidizing atmosphere, so that the silicon oxide film can be designed according to the device specifications. As an oxidizing condition of this embodiment, for example, an oxygen atmosphere can be preferably mentioned at 1100 ° C., and it is preferable to form a silicon oxide film that becomes the surface layer 33 by rapid thermal processing.

本実施形態3のボトムゲート型電界効果トランジスタを製造する方法は、コア・シェル型半導体ナノワイヤ35を用いる以外の基本的な部分は実施形態2と同様である。ただし、コア・シェル型半導体ナノワイヤ35上にソース電極43・ドレイン電極44を形成する際に、ソース電極43・ドレイン電極44と電気的に接続する領域における半導体ナノワイヤ35の表層33を取り除く作業が必要であり、表層33を取り除けばソース電極43・ドレイン電極44を形成をする前にゲート絶縁膜42をエッチングする必要がないので、製造方法においてこれらに関する部分について説明する。   The method of manufacturing the bottom gate type field effect transistor of the third embodiment is the same as that of the second embodiment except that the core / shell type semiconductor nanowire 35 is used. However, when forming the source electrode 43 and the drain electrode 44 on the core-shell type semiconductor nanowire 35, it is necessary to remove the surface layer 33 of the semiconductor nanowire 35 in the region electrically connected to the source electrode 43 and the drain electrode 44. If the surface layer 33 is removed, it is not necessary to etch the gate insulating film 42 before forming the source electrode 43 and the drain electrode 44. Therefore, parts related to these in the manufacturing method will be described.

まず、ゲート絶縁膜42上にコア・シェル型の半導体ナノワイヤ35を配置する。   First, the core / shell type semiconductor nanowire 35 is disposed on the gate insulating film 42.

次にフォトリソグラフィーを用いてソース電極43・ドレイン電極44を形成する領域以外の領域にレジストをパターニングにより形成する。   Next, a resist is formed by patterning in a region other than the region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed using photolithography.

それから、ソース電極43・ドレイン電極44とコア・シェル型の半導体ナノワイヤ35とが電気的に接続するように、上述したレジストをマスクとしコア・シェル型の半導体ナノワイヤ35の表層33を除去する。この表層33を除去する方法としては、例えば、ドライエッチングやウエットエッチングを用いる。これによりソース電極43・ドレイン電極44を形成する領域においてはコア・シェル型の半導体ナノワイヤ35は表層33が取り除かれて芯部32のみとなり、ソース電極43・ドレイン電極44を形成する領域におけるゲート絶縁膜42とコア・シェル型の半導体ナノワイヤ35の間には取り除いた表層33分だけ空隙ができる。したがって本実施形態では、実施形態1や2のように半導体ナノワイヤ45とゲート絶縁膜42との間の空隙を設けるためのゲート絶縁膜42のエッチングが必要なくなり、ゲート絶縁膜42をエッチングすることにより生じる虞のあるゲート絶縁膜不良を本実施形態では抑制することができる。   Then, the surface layer 33 of the core / shell type semiconductor nanowire 35 is removed using the resist as a mask so that the source electrode 43 / drain electrode 44 and the core / shell type semiconductor nanowire 35 are electrically connected. As a method for removing the surface layer 33, for example, dry etching or wet etching is used. As a result, in the region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed, the core-shell type semiconductor nanowire 35 is removed from the surface layer 33 so that only the core portion 32 is formed, and the gate insulation in the region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed. A gap is formed between the film 42 and the core / shell type semiconductor nanowire 35 by the removed surface layer 33. Therefore, in this embodiment, it is not necessary to etch the gate insulating film 42 for providing a gap between the semiconductor nanowire 45 and the gate insulating film 42 as in the first and second embodiments, and the gate insulating film 42 is etched. In this embodiment, it is possible to suppress a gate insulating film defect that may occur.

次に、ソース電極43およびドレイン電極44の構成素材をゲート絶縁膜42上に堆積させる。ソース電極43およびドレイン電極44の構成素材を堆積させる方法は実施形態2と同じである。インクジェット法などの塗布プロセスを使用する場合は、ゲート絶縁膜42とコア・シェル型の半導体ナノワイヤ35の間に設けられた空隙にソース電極43およびドレイン電極44の構成素材が入り込めるように、空隙よりも小さな粒径の電極材料を用いることが好ましい。   Next, the constituent materials of the source electrode 43 and the drain electrode 44 are deposited on the gate insulating film 42. The method for depositing the constituent materials of the source electrode 43 and the drain electrode 44 is the same as in the second embodiment. When using a coating process such as an ink jet method, the constituent material of the source electrode 43 and the drain electrode 44 can enter the gap provided between the gate insulating film 42 and the core-shell type semiconductor nanowire 35 from the gap. It is preferable to use an electrode material having a small particle diameter.

本実施形態では、コア・シェル構造の半導体ナノワイヤ35を用いることにより、半導体である芯部32が表層33により保護されるため、チャネル領域が大気中の水分や酸素の影響を受けにくくなり、トランジスタの動作が使用環境に左右されず安定する。ここで半導体ナノワイヤ35の芯部32がSiからなっており表層33がSiOからなっているので、チャネル層の設計および製造に従来の半導体分野で用いられてきた装置や理論を応用でき、製造コストや開発コストを抑えることができるとともに、表層33の存在によってより酸素や水分に影響を受けにくいトランジスタ特性を得ることができる。また、ソース電極43・ドレイン電極44との接続する領域における半導体ナノワイヤ35の表層33を除くだけで、簡単に半導体ナノワイヤ35とゲート絶縁膜42との間に隙間を作ることができ、半導体ナノワイヤ35をチャネルとして用いた電界効果トランジスタを容易に作製することができる。 In this embodiment, since the core portion 32 that is a semiconductor is protected by the surface layer 33 by using the semiconductor nanowire 35 having a core / shell structure, the channel region is less susceptible to moisture and oxygen in the atmosphere, and the transistor The operation is stable regardless of the usage environment. Here, since the core portion 32 of the semiconductor nanowire 35 is made of Si and the surface layer 33 is made of SiO 2 , it is possible to apply the devices and theories used in the conventional semiconductor field to design and manufacture the channel layer. Costs and development costs can be reduced, and transistor characteristics that are less susceptible to oxygen and moisture due to the presence of the surface layer 33 can be obtained. Further, by simply removing the surface layer 33 of the semiconductor nanowire 35 in the region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 are connected, a gap can be easily formed between the semiconductor nanowire 35 and the gate insulating film 42, and the semiconductor nanowire 35. Can be easily manufactured.

以上より、本実施形態では、ゲート絶縁膜42をエッチングすることなく良質なソース電極43・ドレイン電極44と半導体ナノワイヤ35との電気的接続を形成することができ、かつ、大気中の水分や酸素の影響を受けにくいため、プラスティック基板上に良質なソース電極43・ドレイン電極44と半導体ナノワイヤ35との電気的接続を有するトランジスタを形成することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, it is possible to form a high-quality electrical connection between the source electrode 43 and the drain electrode 44 and the semiconductor nanowire 35 without etching the gate insulating film 42, and the moisture and oxygen in the atmosphere. Therefore, a transistor having an electrical connection between the source electrode 43 and the drain electrode 44 and the semiconductor nanowire 35 can be formed over a plastic substrate.

(実施形態4)
本実施形態は、ソース電極およびドレイン電極に覆われている半導体ナノワイヤの表面がソース電極・ドレイン電極と化学的に結合している点が実施形態1と異なっており、その他の点は実施形態1と同じであるので、異なっている点について以下に説明する。
(Embodiment 4)
The present embodiment is different from the first embodiment in that the surface of the semiconductor nanowire covered with the source electrode and the drain electrode is chemically bonded to the source electrode / drain electrode, and the other points are the first embodiment. Since these are the same, the differences will be described below.

図7(a)は本実施形態に係る電界効果トランジスタの断面図、図7(b)は図7(a)のA−A線断面図である。半導体ナノワイヤ45の材料、形状は本発明第一の電界効果トランジスタと同じである。ソース電極43およびドレイン電極44は、例えば、Ni、Au、Agなどの金属で、半導体ナノワイヤ45の材料であるSiと合金化(化学的結合)する金属を適宜選択して用いる。また、製造コストを考慮した場合に、合金化する温度が低いほど好ましい。   FIG. 7A is a cross-sectional view of the field effect transistor according to the present embodiment, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. The material and shape of the semiconductor nanowire 45 are the same as those of the first field effect transistor of the present invention. As the source electrode 43 and the drain electrode 44, for example, a metal such as Ni, Au, or Ag, which is alloyed (chemically bonded) with Si that is a material of the semiconductor nanowire 45, is appropriately selected and used. Moreover, when manufacturing cost is considered, the lower the temperature for alloying, the better.

本実施形態において、半導体ナノワイヤ45とソース電極43・ドレイン電極44とが化学的に結合している部分というのは、ソース電極43・ドレイン電極44と半導体ナノワイヤ45との合金部48である。   In the present embodiment, the portion where the semiconductor nanowire 45 and the source electrode 43 / drain electrode 44 are chemically bonded is the alloy portion 48 of the source electrode 43 / drain electrode 44 and the semiconductor nanowire 45.

本実施形態では、ソース電極43及びドレイン電極44が半導体ナノワイヤ45表面を覆うように形成され、かつ、ソース電極43及びドレイン電極44と半導体ナノワイヤ45とが化学的に結合しているので、ソース電極43・ドレイン電極44と半導体ナノワイヤ45のエネルギー準位の間に中間準位が形成される。このため、ソース電極43・ドレイン電極44とチャネル層46との電荷障壁が実施形態1に係るトランジスタよりも小さくなり、トランジスタ特性が実施形態1に係るトランジスタよりも向上する。これ以外の効果は実施形態1と同じである。   In the present embodiment, the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed so as to cover the surface of the semiconductor nanowire 45, and the source electrode 43 and the drain electrode 44 and the semiconductor nanowire 45 are chemically bonded. 43. An intermediate level is formed between the energy level of the drain electrode 44 and the semiconductor nanowire 45. Therefore, the charge barrier between the source electrode 43 / drain electrode 44 and the channel layer 46 is smaller than that of the transistor according to the first embodiment, and the transistor characteristics are improved as compared with the transistor according to the first embodiment. The other effects are the same as those of the first embodiment.

以下、本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法のうち、実施形態1とは異なる部分である半導体ナノワイヤ45とソース電極43・ドレイン電極44とが化学的に結合する工程を説明する。   Hereinafter, the process of chemically bonding the semiconductor nanowire 45 and the source electrode 43 / drain electrode 44, which are different from the first embodiment, in the method of manufacturing the field effect transistor of the present embodiment will be described.

実施形態1において説明した製造方法によってソース電極43・ドレイン電極44を形成した後、ソース電極43・ドレイン電極44と半導体ナノワイヤ45とを化学的に結合させる。この結合方法としては、基板ごと電気炉に入れて不活性雰囲気の中で熱処理を行う方法が好ましい。用いるソース・ドレイン電極材料に合わせて、熱処理温度、雰囲気を適宜選択すればよい。また、レーザーアニール法により、結合させてもよい。また、塗布法によりソース電極43・ドレイン電極44を形成する場合には、熱処理温度を下げるために、ソース・ドレイン電極材料として粒径の小さいもの(1〜10nm)を用いることが好ましい。   After forming the source electrode 43 and the drain electrode 44 by the manufacturing method described in the first embodiment, the source electrode 43 and the drain electrode 44 and the semiconductor nanowire 45 are chemically bonded. As this bonding method, a method in which the entire substrate is put in an electric furnace and heat treatment is performed in an inert atmosphere is preferable. The heat treatment temperature and atmosphere may be appropriately selected according to the source / drain electrode material to be used. Alternatively, bonding may be performed by laser annealing. Moreover, when forming the source electrode 43 and the drain electrode 44 by the apply | coating method, in order to reduce heat processing temperature, it is preferable to use what has a small particle size (1-10 nm) as a source / drain electrode material.

本実施形態のボトムゲート型電界効果トランジスタの製法によれば、ソース電極43およびドレイン電極44と、半導体ナノワイヤ45のチャネル層46との間に広い面積の良質な電気的接続が形成される。従って基板をプラスチック基板とした場合には、プラスティック基板上にトランジスタ特性が良好な電界効果トランジスタを形成することが可能となる効果を奏する。このため、プラスティック基板上に信頼性の高い高性能なトランジスタを製造することができる。   According to the manufacturing method of the bottom gate type field effect transistor of this embodiment, a high-quality electrical connection with a large area is formed between the source electrode 43 and the drain electrode 44 and the channel layer 46 of the semiconductor nanowire 45. Therefore, when the substrate is a plastic substrate, it is possible to form a field effect transistor with good transistor characteristics on the plastic substrate. Therefore, a highly reliable high performance transistor can be manufactured over a plastic substrate.

(実施形態5)
本実施形態のボトムゲート型電界効果トランジスタは、図8に示すようにソース電極43およびドレイン電極44に覆われている半導体ナノワイヤ45の表面がソース電極43・ドレイン電極44と化学的に結合しているとともに、ソース電極43およびドレイン電極44に覆われている部分以外の半導体ナノワイヤ45の上に絶縁膜である封止膜47を有している。封止膜47以外の電界効果トランジスタの構成部分および製造方法は実施形態4と同じである。なお、封止膜47については実施形態2と同じである。従って本実施形態の電界効果トランジスタの構造および製造方法については実施形態2および4を参照することとし説明を省略する。
(Embodiment 5)
In the bottom gate type field effect transistor of this embodiment, the surface of the semiconductor nanowire 45 covered with the source electrode 43 and the drain electrode 44 is chemically bonded to the source electrode 43 and the drain electrode 44 as shown in FIG. In addition, a sealing film 47 that is an insulating film is provided on the semiconductor nanowire 45 other than the portion covered with the source electrode 43 and the drain electrode 44. The components and manufacturing method of the field effect transistor other than the sealing film 47 are the same as those in the fourth embodiment. The sealing film 47 is the same as that in the second embodiment. Therefore, the structure and manufacturing method of the field effect transistor of this embodiment will be described with reference to Embodiments 2 and 4, and description thereof will be omitted.

なお製造方法において、封止膜47の形成および化学的結合の形成はどちらを先に行っても構わない。例えば、ゲート絶縁膜42上に半導体ナノワイヤ45を配置した後、封止膜47を形成し、その後ソース電極43・ドレイン電極44を形成してソース電極43・ドレイン電極44と半導体ナノワイヤ45との化学的結合を行っても良い。また、封止膜47の形成前に、半導体ナノワイヤ45とソース電極43・ドレイン電極44とを化学的に結合させてもよい。また、ポリイミドなどの有機材料を保護膜47として用いる場合、ポリイミドの溶液、前駆体液などに半導体ナノワイヤ45を混合させてゲート絶縁膜42上に塗布して半導体ナノワイヤ45の配置と封止膜47形成とを同時に行っても良い。   In the manufacturing method, either the sealing film 47 or the chemical bond may be formed first. For example, after the semiconductor nanowire 45 is disposed on the gate insulating film 42, the sealing film 47 is formed, and then the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed, and the chemistry between the source electrode 43 and the drain electrode 44 and the semiconductor nanowire 45 is performed. May be performed. Further, before the sealing film 47 is formed, the semiconductor nanowire 45 and the source electrode 43 / drain electrode 44 may be chemically bonded. When an organic material such as polyimide is used as the protective film 47, the semiconductor nanowire 45 is mixed with a polyimide solution, a precursor solution, etc. and applied onto the gate insulating film 42, and the semiconductor nanowire 45 is disposed and the sealing film 47 is formed. May be performed simultaneously.

本実施形態では、実施形態4の効果に加えて、封止膜47に関しては実施形態2において説明した効果を奏する。   In the present embodiment, in addition to the effects of the fourth embodiment, the sealing film 47 has the effects described in the second embodiment.

(実施形態6)
本実施形態のボトムゲート型電界効果トランジスタは、図9に示すようにソース電極43およびドレイン電極44に覆われているコア・シェル型の半導体ナノワイヤ35の表面がソース電極43・ドレイン電極44と化学的に結合しているとともに、半導体ナノワイヤ35の上に絶縁膜である封止膜47を有している。コア・シェル型の半導体ナノワイヤ35以外の電界効果トランジスタの構成部分および製造方法は実施形態5と同じである。なお、コア・シェル型の半導体ナノワイヤ35については実施形態3と同じである。従って本実施形態の電界効果トランジスタの構造および製造方法については実施形態3および5を参照することとし説明を省略する。
(Embodiment 6)
In the bottom gate type field effect transistor of this embodiment, the surface of the core-shell type semiconductor nanowire 35 covered with the source electrode 43 and the drain electrode 44 is chemically coupled to the source electrode 43 and the drain electrode 44 as shown in FIG. And a sealing film 47 which is an insulating film is provided on the semiconductor nanowire 35. The components and the manufacturing method of the field effect transistor other than the core-shell type semiconductor nanowire 35 are the same as those in the fifth embodiment. The core / shell type semiconductor nanowire 35 is the same as that of the third embodiment. Therefore, the structure and manufacturing method of the field effect transistor of this embodiment will be described with reference to Embodiments 3 and 5, and description thereof will be omitted.

本実施形態では、実施形態5の効果に加えて、コア・シェル型の半導体ナノワイヤ35に関しては実施形態3において説明した効果を奏する。   In this embodiment, in addition to the effects of the fifth embodiment, the core-shell type semiconductor nanowire 35 has the effects described in the third embodiment.

(実施形態7)
実施形態7では、ディスプレイの一例として、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)を用いたディスプレイについて説明する。
(Embodiment 7)
In Embodiment 7, a display using an organic electroluminescence element (organic EL element) will be described as an example of the display.

図10(a)は、本実施形態のディスプレイの構成を模式的に示す一部分解斜視図である。図10(a)に示すディスプレイは、プラスティック基板50上にアレイ状に配置された駆動回路51を備えている。駆動回路51は上記の実施形態1から6のいずれかの電界効果トランジスタを含み、画素電極に接続されている。駆動回路51の上には、有機EL層52、透明電極53および保護フィルム54が配置されている。有機EL層52は、電子輸送層、発光層および正孔輸送層といった複数の層が積層された構造を有している。各トランジスタの電極に接続されたX走査電極56とY走査電極55とは、それぞれ、Xドライバ及びYドライバを含む制御回路に接続される。   FIG. 10A is a partially exploded perspective view schematically showing the configuration of the display of this embodiment. The display shown in FIG. 10A includes a drive circuit 51 arranged in an array on a plastic substrate 50. The drive circuit 51 includes the field effect transistor according to any of the first to sixth embodiments, and is connected to the pixel electrode. On the drive circuit 51, the organic EL layer 52, the transparent electrode 53, and the protective film 54 are arrange | positioned. The organic EL layer 52 has a structure in which a plurality of layers such as an electron transport layer, a light emitting layer, and a hole transport layer are stacked. The X scan electrode 56 and the Y scan electrode 55 connected to the electrodes of each transistor are connected to a control circuit including an X driver and a Y driver, respectively.

図10(b)は、画素59近傍の回路図である。画素59はスイッチ用トランジスタ57とドライバ用トランジスタ58によって制御される。YドライバからY走査電極55を介してスイッチ用トランジスタ57のソース電極に電圧が印加される。スイッチ用トランジスタ57のドレイン電極とドライバ用トランジスタ58のゲート電極とは電気的に接続されている。ドライバ用トランジスタ58のドレイン電極は、画素59の下部に配置された画素電極(図示せず)に電気的に接続されている。また、ドライバ用トランジスタ58のソース電極には、画素59を発光させるための電圧が印加される。   FIG. 10B is a circuit diagram in the vicinity of the pixel 59. The pixel 59 is controlled by a switching transistor 57 and a driver transistor 58. A voltage is applied from the Y driver to the source electrode of the switching transistor 57 via the Y scanning electrode 55. The drain electrode of the switch transistor 57 and the gate electrode of the driver transistor 58 are electrically connected. The drain electrode of the driver transistor 58 is electrically connected to a pixel electrode (not shown) disposed below the pixel 59. A voltage for causing the pixel 59 to emit light is applied to the source electrode of the driver transistor 58.

一方、スイッチ用トランジスタ57のゲート電極には、XドライバからX走査電極56を介して画像信号電圧が印加される。画像信号の電圧が印加されたスイッチ用トランジスタ57から、ドライバ用トランジスタ58のゲート電極に電圧が加えられる。これによって、ドライバ用トランジスタ58から画素電極に電圧が加えられる。画素電極と透明電極との間に電圧が加わることによって、画素59部分が発光する。   On the other hand, an image signal voltage is applied from the X driver to the gate electrode of the switching transistor 57 via the X scanning electrode 56. A voltage is applied to the gate electrode of the driver transistor 58 from the switching transistor 57 to which the voltage of the image signal is applied. As a result, a voltage is applied from the driver transistor 58 to the pixel electrode. When a voltage is applied between the pixel electrode and the transparent electrode, the pixel 59 portion emits light.

本実施形態のディスプレイは、実施形態1から6のいずれかの電界効果トランジスタを駆動回路に用いているので、プラスティック基板の上に信頼性の高い高性能なトランジスタを形成することができ、信頼性の高い駆動を行うことができる。   Since the display of this embodiment uses any of the field effect transistors of Embodiments 1 to 6 in the drive circuit, a highly reliable and high performance transistor can be formed on the plastic substrate, and the reliability High driving can be performed.

(その他の実施形態)
上記の実施形態は本発明の例示であり、本発明はこれらの例に限定されない。例えば、半導体ナノワイヤとソース電極43・ドレイン電極44を構成する材料との化学的結合は合金のみに限られず、共有結合やイオン結合などでも構わない。電界効果トランジスタを用いたディスプレイは、液晶などでもよい。
(Other embodiments)
The above embodiments are examples of the present invention, and the present invention is not limited to these examples. For example, the chemical bond between the semiconductor nanowire and the material constituting the source electrode 43 and the drain electrode 44 is not limited to an alloy, but may be a covalent bond or an ionic bond. The display using the field effect transistor may be a liquid crystal or the like.

<実施例1>
実施例1は実施形態1の例示である。なお、この実施例は実施形態1の一例であり、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
<Example 1>
Example 1 is an illustration of Embodiment 1. In addition, this Example is an example of Embodiment 1, and this invention is not limited to this Example.

図4を参照しながら、本実施例の電界効果トランジスタについて説明する。基板40としては、厚み0.5mmのPETフィルムを用いた。また、ゲート電極41、ソース電極43及びドレイン電極44の材料としては、Agを用いた。また、半導体ナノワイヤ45としてはシリコンで構成されたワイヤを用いた。   The field effect transistor of the present embodiment will be described with reference to FIG. As the substrate 40, a PET film having a thickness of 0.5 mm was used. Further, Ag was used as the material of the gate electrode 41, the source electrode 43, and the drain electrode 44. Further, as the semiconductor nanowire 45, a wire made of silicon was used.

以下に本実施例のボトムゲート型電界効果トランジスタの製法を説明する。   A method for manufacturing the bottom-gate field effect transistor of this example will be described below.

まず半導体ナノワイヤ45の製造方法を説明する。   First, a method for manufacturing the semiconductor nanowire 45 will be described.

最初に、Si基板上に触媒となる金微粒子コロイドを塗布した。次に前記基板をCVD装置に入れ、ソースガスにシランやジシランを用い、基板温度を400℃としてCVD法により半導体ナノワイヤ45を形成した。このとき形成された半導体ナノワイヤ45は、Siからなり、直径50nm、長さ10〜15μmであった。   First, a gold fine particle colloid as a catalyst was applied on a Si substrate. Next, the substrate was put into a CVD apparatus, silane or disilane was used as a source gas, and the semiconductor nanowire 45 was formed by the CVD method at a substrate temperature of 400 ° C. The semiconductor nanowire 45 formed at this time was made of Si and had a diameter of 50 nm and a length of 10 to 15 μm.

次にこの半導体ナノワイヤ45を溶媒に分散させた。この方法としては、半導体ナノワイヤ45の成長した基板をエタノールに漬け、超音波処理により、基板から半導体ナノワイヤ45を剥離させる方法を用い、それにより半導体ナノワイヤ45が分散したインクを作成した。   Next, the semiconductor nanowire 45 was dispersed in a solvent. As this method, a method was used in which the substrate on which the semiconductor nanowire 45 was grown was immersed in ethanol, and the semiconductor nanowire 45 was peeled off from the substrate by ultrasonic treatment, thereby producing an ink in which the semiconductor nanowire 45 was dispersed.

つぎに、PET基板40上にリソグラフィー法を用いて、ゲート電極41を形成する領域以外にレジストが載るようにパターニングし、レジストをマスクとしてプラスティック基板をエッチングして300nmの深さの窪みを形成した。   Next, using a lithography method, patterning was performed on the PET substrate 40 so that a resist was placed in a region other than the region where the gate electrode 41 was to be formed, and the plastic substrate was etched using the resist as a mask to form a recess having a depth of 300 nm. .

それから、基板40のエッチングをした面に、ゲート金属材料であるAgをEB蒸着装置により300nm堆積させ、その後レジストを除去することによりゲート電極41を形成した。   Then, Ag, which is a gate metal material, was deposited on the etched surface of the substrate 40 by 300 nm using an EB vapor deposition apparatus, and then the resist was removed to form the gate electrode 41.

次に、基板40のゲート電極41を形成した面に、ゲート絶縁膜42としてSiNをCVD装置により200nm堆積させた。   Next, 200 nm of SiN was deposited as a gate insulating film 42 on the surface of the substrate 40 on which the gate electrode 41 was formed by a CVD apparatus.

さらに、ゲート絶縁膜42上に前述した半導体ナノワイヤ45が分散したインクをスピンコート法により塗布し、半導体ナノワイヤ45をゲート絶縁膜42上に配置した。   Furthermore, the above-described ink in which the semiconductor nanowire 45 was dispersed was applied on the gate insulating film 42 by a spin coating method, and the semiconductor nanowire 45 was disposed on the gate insulating film 42.

次に、ゲート絶縁膜42上にリソグラフィー法を用いて、ソース電極43およびドレイン電極44を形成する領域以外にレジストが載るようにパターニングした。この時のソース電極43およびドレイン電極44を形成する領域の大きさは100μm×100μm、ソース電極43とドレイン電極44との距離は30μmとした。そして、レジストをマスクとしてゲート絶縁膜42をドライエッチングにより50nmエッチングした。このエッチングにより、ソース電極43・ドレイン電極44が形成される領域において、半導体ナノワイヤ45とゲート絶縁膜42間に50nmの空隙ができた。   Next, patterning was performed on the gate insulating film 42 using a lithography method so that a resist was placed in a region other than the region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 were to be formed. At this time, the size of the region for forming the source electrode 43 and the drain electrode 44 was 100 μm × 100 μm, and the distance between the source electrode 43 and the drain electrode 44 was 30 μm. Then, the gate insulating film 42 was etched by 50 nm by dry etching using the resist as a mask. By this etching, a gap of 50 nm was formed between the semiconductor nanowire 45 and the gate insulating film 42 in the region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 were formed.

この後、ソース電極43およびドレイン電極44が形成される領域にAg粒子をインクジェット法により塗布してAgを300nm堆積させ、ソース電極43およびドレイン電極44を形成した。このときインクに用いたAg粒子の平均粒径は3nmであった。また、インクの溶媒はトルエンとし、インクの粘度は5mPa・sであった。また塗布したインクは、180℃、2時間の焼成を行った。これにより、半導体ナノワイヤ45は底部Xから上方へ50nmのところまでソース電極43およびドレイン電極44によって覆われた。即ち、ソース電極43およびドレイン電極44の形成領域においては、半導体ナノワイヤ45の全面がソース電極43およびドレイン電極44により覆われた。   Thereafter, Ag particles were applied to a region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 were formed by an inkjet method, and Ag was deposited to a thickness of 300 nm to form the source electrode 43 and the drain electrode 44. At this time, the average particle diameter of Ag particles used in the ink was 3 nm. Moreover, the solvent of the ink was toluene, and the viscosity of the ink was 5 mPa · s. The applied ink was baked at 180 ° C. for 2 hours. Thus, the semiconductor nanowire 45 was covered with the source electrode 43 and the drain electrode 44 from the bottom X up to 50 nm upward. That is, in the region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed, the entire surface of the semiconductor nanowire 45 is covered with the source electrode 43 and the drain electrode 44.

最後にレジストを除去することにより本実施例のボトムゲート型電界効果トランジスタを作製した。   Finally, the bottom gate type field effect transistor of this example was manufactured by removing the resist.

本実施例のボトムゲート型電界効果トランジスタの窒素中におけるトランジスタ特性の一つである電流−電圧特性を図11に示す。また、比較例1として構成材料は本実施例のトランジスタと同じであって、図2に示す構造を有している電界効果トランジスタの特性も同時に図11に示す。この図から、本実施例の電界効果トランジスタは比較例1の電界効果トランジスタよりも広範な電圧領域に亘って電流が増加しており、チャネル層を流れる電流が増加しているということがわかる。つまり、本実施例では、半導体ナノワイヤ45が底部Xから上方へ5nm以上(具体的には50nmのところまで)ソース電極43およびドレイン電極44によって覆われているため、プラスティック基板上に窒素中のような不活性雰囲気下において信頼性の高い高性能なトランジスタを製造することができた。   FIG. 11 shows current-voltage characteristics which are one of the transistor characteristics in nitrogen of the bottom-gate type field effect transistor of this example. Further, as Comparative Example 1, the constituent material is the same as that of the transistor of this example, and the characteristics of the field effect transistor having the structure shown in FIG. 2 are also shown in FIG. From this figure, it can be seen that the current of the field effect transistor of this example increases over a wider voltage range than the field effect transistor of Comparative Example 1, and the current flowing through the channel layer increases. In other words, in this embodiment, since the semiconductor nanowire 45 is covered by the source electrode 43 and the drain electrode 44 from the bottom X upward by 5 nm or more (specifically, up to 50 nm), the semiconductor nanowire 45 appears to be in nitrogen on the plastic substrate. In such an inert atmosphere, a highly reliable high-performance transistor could be manufactured.

<実施例2>
実施例2は実施形態2の例示である。なお、この実施例は実施形態2の一例であり、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
<Example 2>
Example 2 is an illustration of Embodiment 2. In addition, this Example is an example of Embodiment 2, and this invention is not limited to this Example.

図5を参照しながら、本実施例の電界効果トランジスタについて説明する。基板40としては、厚み0.5mmのPETフィルムを用いた。また、ゲート電極41、ソース電極43及びドレイン電極44材料としては、Agを用いた。また、半導体ナノワイヤ45としてはシリコンで構成されたワイヤを用いた。また、封止膜47材料としては、ポリイミドを用いた。   The field effect transistor of the present embodiment will be described with reference to FIG. As the substrate 40, a PET film having a thickness of 0.5 mm was used. Further, Ag is used as the material of the gate electrode 41, the source electrode 43, and the drain electrode 44. Further, as the semiconductor nanowire 45, a wire made of silicon was used. In addition, polyimide was used as the sealing film 47 material.

本実施例におけるボトムゲート型電界効果トランジスタの基本構成および製法は、封止膜47を除いて実施例1と同じであるので、封止膜47についてのみ説明する。ゲート電極41、ゲート絶縁膜42、半導体ナノワイヤ45、ソース電極43・ドレイン電極44の順に形成された基板40上に、ポリイミド溶液をスピンコート法により塗布して乾燥させることにより、500nmの厚みに封止膜47を形成した。   Since the basic configuration and manufacturing method of the bottom gate type field effect transistor in this example are the same as those in Example 1 except for the sealing film 47, only the sealing film 47 will be described. A polyimide solution is applied by spin coating on the substrate 40 formed in the order of the gate electrode 41, the gate insulating film 42, the semiconductor nanowire 45, the source electrode 43, and the drain electrode 44, and dried to provide a thickness of 500 nm. A stop film 47 was formed.

本実施例のボトムゲート型電界効果トランジスタの大気中におけるトランジスタ特性の一つである電流−電圧特性を図12に示す。また、比較例2としてゲート絶縁膜42上に半導体ナノワイヤ45、ソース・ドレイン電極の順に形成し、封止膜を設けない実施例1に示した電界効果トランジスタの特性も同時に図12に示す。図12では図11の窒素中のデータとは異なり大気中のデータを示している。この図から、比較例2ではVgsの絶対値が小さくても電流が流れてしまって、オン電流とオフ電流との比(オンオフ比)が小さいのに対し、本実施例ではVgsの絶対値が大きいときには流れる電流が大きく、Vgsの絶対値が小さくなると流れる電流も小さくなりオンオフ比を大きくできることがわかる。従って、封止膜47を半導体ナノワイヤ45上に設けることにより、大気中の水分や酸素の影響を受けにくいトランジスタ特性が得られたことがわかる。   FIG. 12 shows current-voltage characteristics which are one of the transistor characteristics in the atmosphere of the bottom gate field effect transistor of this example. Further, as Comparative Example 2, the characteristics of the field effect transistor shown in Example 1 in which the semiconductor nanowire 45 and the source / drain electrodes are formed in this order on the gate insulating film 42 and the sealing film is not provided are also shown in FIG. FIG. 12 shows atmospheric data unlike the nitrogen data of FIG. From this figure, in Comparative Example 2, current flows even if the absolute value of Vgs is small, and the ratio of on-current to off-current (on-off ratio) is small, whereas in this embodiment, the absolute value of Vgs is It can be seen that when it is large, the flowing current is large, and when the absolute value of Vgs is small, the flowing current is small and the on / off ratio can be increased. Therefore, it can be seen that by providing the sealing film 47 on the semiconductor nanowire 45, transistor characteristics that are hardly affected by moisture and oxygen in the atmosphere are obtained.

<実施例3>
実施例3は実施形態3の例示である。なお、この実施例は実施形態3の一例であり、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
<Example 3>
Example 3 is an illustration of Embodiment 3. This example is an example of Embodiment 3, and the present invention is not limited to this example.

図6を参照しながら、本実施例3の電界効果トランジスタについて説明する。基板40としては、厚み0.5mmのPETフィルムを用いた。また、ゲート電極41、ソース電極43及びドレイン電極44材料としては、Agを用いた。また、半導体ナノワイヤ35としては表層33がSiO、芯部32がSiにより構成されたコア・シェル型の半導体ナノワイヤ35を用いた。また、封止膜47材料としては、ポリイミドを用いた。 The field effect transistor of Example 3 will be described with reference to FIG. As the substrate 40, a PET film having a thickness of 0.5 mm was used. Further, Ag is used as the material of the gate electrode 41, the source electrode 43, and the drain electrode 44. As the semiconductor nanowire 35, a core-shell type semiconductor nanowire 35 in which the surface layer 33 is made of SiO 2 and the core portion 32 is made of Si is used. In addition, polyimide was used as the sealing film 47 material.

本実施例におけるボトムゲート型電界効果トランジスタの基本構成および製法は、半導体ナノワイヤ35の構造を除いて実施例2とほぼ同じであるので、実施例2と異なっている点について説明する。なお、実施例2のうち、実施例1と同じ部分は実施例1の記述を参照する。   Since the basic configuration and manufacturing method of the bottom gate type field effect transistor in the present embodiment are substantially the same as those in the second embodiment except for the structure of the semiconductor nanowire 35, the differences from the second embodiment will be described. In addition, in Example 2, the same part as Example 1 refers to the description of Example 1.

コア・シェル型の半導体ナノワイヤ35は以下の通りに作製した。   The core-shell type semiconductor nanowire 35 was produced as follows.

まず、Si基板上に触媒となる金微粒子コロイドを塗布した。次に前記基板をCVD装置に入れ、ソースガスにシランやジシランを用い、基板温度を400℃としてCVD法によりSiよりなる半導体ナノワイヤを形成した。この時点では、半導体ナノワイヤはコア・シェル構造ではない。   First, a gold fine particle colloid as a catalyst was applied on a Si substrate. Next, the substrate was put in a CVD apparatus, silane or disilane was used as a source gas, a substrate temperature was set to 400 ° C., and semiconductor nanowires made of Si were formed by a CVD method. At this point, the semiconductor nanowire is not a core-shell structure.

次に、この半導体ナノワイヤが成長した基板を反応器に入れて、酸素雰囲気のラピットサーマルプロセッシングにより1100℃にて熱酸化させてコア・シェル型の半導体ナノワイヤ45を形成した。この熱酸化により形成されたコア・シェル型半導体ナノワイヤ35は、長さ10〜15μm、直径80nm、芯部32の直径50nm、表層33の厚みが15nmであった。   Next, the substrate on which the semiconductor nanowires were grown was placed in a reactor and thermally oxidized at 1100 ° C. by rapid thermal processing in an oxygen atmosphere to form core / shell type semiconductor nanowires 45. The core-shell type semiconductor nanowire 35 formed by this thermal oxidation had a length of 10 to 15 μm, a diameter of 80 nm, a diameter of the core portion 32 of 50 nm, and a thickness of the surface layer 33 of 15 nm.

次にこのコア・シェル型半導体ナノワイヤ35を溶媒に分散させた。この方法として、半導体ナノワイヤ35の成長した基板をエタノールに漬け、超音波処理により、基板からコア・シェル型半導体ナノワイヤ35を剥離させる方法を用い、半導体ナノワイヤ35が分散しているインクを作製した。   Next, the core-shell type semiconductor nanowire 35 was dispersed in a solvent. As this method, an ink in which the semiconductor nanowires 35 are dispersed was prepared by immersing the substrate on which the semiconductor nanowires 35 were grown in ethanol and peeling the core-shell type semiconductor nanowires 35 from the substrate by ultrasonic treatment.

それから、実施例1で説明した製造方法に従って作製したゲート絶縁膜42上に前述した半導体ナノワイヤインクをスピンコート法により塗布し、コア・シェル型半導体ナノワイヤ35をゲート絶縁膜42上に配置した。このとき、ゲート絶縁膜42はCVD法によって形成されただけで、エッチングはされていない状態であった。   Then, the above-described semiconductor nanowire ink was applied to the gate insulating film 42 manufactured according to the manufacturing method described in Example 1 by a spin coating method, and the core-shell type semiconductor nanowire 35 was disposed on the gate insulating film 42. At this time, the gate insulating film 42 was only formed by the CVD method and was not etched.

次に、半導体ナノワイヤ35上にリソグラフィー法を用いて、ソース電極43およびドレイン電極44を形成する領域以外にレジストが載るようにパターニングした。そして、レジストをマスクとしてソース・ドレイン電極領域におけるコア・シェル型半導体ナノワイヤ35の表層33をフッ酸により取り除いた。   Next, patterning was performed on the semiconductor nanowire 35 using a lithography method so that a resist was placed in a region other than the region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 were to be formed. Then, the surface layer 33 of the core-shell type semiconductor nanowire 35 in the source / drain electrode region was removed with hydrofluoric acid using the resist as a mask.

この後に、実施例1と同様に、ソース電極43およびドレイン電極44を形成した。最後にレジストを除去し、実施例2と同様にポリイミドを塗布し封止膜47を形成することにより本実施例のボトムゲート型電界効果トランジスタを作製した。   Thereafter, the source electrode 43 and the drain electrode 44 were formed in the same manner as in Example 1. Finally, the resist was removed, and polyimide was applied to form a sealing film 47 in the same manner as in Example 2 to produce a bottom gate type field effect transistor of this example.

本実施例のボトムゲート型電界効果トランジスタの窒素中におけるトランジスタ特性の一つである電流−電圧特性を図13に示す。また、比較として実施例1の電界効果トランジスタの特性も同時に図13に示す。この図から、コア・シェル型半導体ナノワイヤ35をチャネルとして用いることにより、大気中の水分や酸素の影響を受けにくく、かつ、ゲート絶縁膜42をエッチングすることなく、実施例1よりも良質なトランジスタ特性が得られたことがわかる。   FIG. 13 shows a current-voltage characteristic which is one of the transistor characteristics in nitrogen of the bottom gate field effect transistor of this example. For comparison, the characteristics of the field effect transistor of Example 1 are also shown in FIG. From this figure, by using the core-shell type semiconductor nanowire 35 as a channel, it is less susceptible to the influence of moisture and oxygen in the atmosphere, and the transistor is better than that of the first embodiment without etching the gate insulating film 42. It can be seen that the characteristics were obtained.

<実施例4>
実施例4は実施形態4の例示である。なお、この実施例は実施形態4の一例であり、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
<Example 4>
Example 4 is an illustration of the fourth embodiment. In addition, this Example is an example of Embodiment 4, and this invention is not limited to this Example.

図7を参照しながら、本実施例の電界効果トランジスタについて説明する。基板40としては、厚み0.7mmのガラスを用いた。また、ゲート電極41材料としてはAl、ソース電極43及びドレイン電極44材料としては、Niを用いた。また、半導体ナノワイヤ45としてはシリコンで構成されたワイヤを用いた。なお、本実施例は半導体ナノワイヤ45の表面の一部がソース電極43およびドレイン電極44の構成材料と化学的結合をしている点が実施例1と異なっており、その他の点は実施例1とほぼ同じであるので、実施例1と異なっている点を中心に説明をする。   The field effect transistor of this example will be described with reference to FIG. As the substrate 40, 0.7 mm thick glass was used. Further, Al was used as the material of the gate electrode 41, and Ni was used as the material of the source electrode 43 and the drain electrode 44. Further, as the semiconductor nanowire 45, a wire made of silicon was used. This embodiment is different from the first embodiment in that a part of the surface of the semiconductor nanowire 45 is chemically bonded to the constituent material of the source electrode 43 and the drain electrode 44. Therefore, the description will focus on the differences from the first embodiment.

本実施例では実施例1と同様に、ソース電極43及びドレイン電極44が半導体ナノワイヤ45表面を底部から上端まで覆うように形成されている。さらに、ソース電極43及びドレイン電極44と半導体ナノワイヤ45とは化学的に結合してシリサイドである合金部48が形成されており、ソース電極43・ドレイン電極44のエネルギー準位と半導体ナノワイヤ45とのエネルギー準位の間に中間準位が形成されている。このため、ソース電極43・ドレイン電極47とチャネル層46との電気的に接触している接触面積が大きくなっているともに、合金部48が存在しているためソース電極43及びドレイン電極44と半導体ナノワイヤ45との間の電荷障壁が小さくなっており、実施例1よりもトランジスタ特性が向上している。   In the present embodiment, as in the first embodiment, the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed so as to cover the surface of the semiconductor nanowire 45 from the bottom to the top. Further, the source electrode 43 and the drain electrode 44 and the semiconductor nanowire 45 are chemically bonded to form an alloy part 48 made of silicide, and the energy levels of the source electrode 43 and the drain electrode 44 and the semiconductor nanowire 45 are An intermediate level is formed between the energy levels. Therefore, the contact area where the source electrode 43 / drain electrode 47 and the channel layer 46 are in electrical contact with each other is increased, and the alloy portion 48 is present, so that the source electrode 43, the drain electrode 44 and the semiconductor are present. The charge barrier between the nanowire 45 and the nanowire 45 is small, and the transistor characteristics are improved as compared with the first embodiment.

以下、本実施例のボトムゲート型電界効果トランジスタの製法を説明する。   Hereinafter, a manufacturing method of the bottom gate type field effect transistor of this example will be described.

半導体ナノワイヤ45および半導体ナノワイヤインクの製法は、実施例1と同じである。まず、リソグラフィー法を用いてガラス基板40上に、ゲート電極41を形成する領域以外にレジストが載るようにパターニングした。   The manufacturing method of the semiconductor nanowire 45 and the semiconductor nanowire ink is the same as that in the first embodiment. First, using a lithography method, patterning was performed on the glass substrate 40 so that a resist was placed in a region other than the region where the gate electrode 41 was to be formed.

それから、ガラス基板40のパターニング面にゲート金属材料であるAlをEB蒸着装置により300nmの厚みで堆積させ、その後レジストを除去することによりゲート電極41を形成した。   Then, Al, which is a gate metal material, was deposited on the patterning surface of the glass substrate 40 with a thickness of 300 nm by an EB vapor deposition apparatus, and then the resist was removed to form the gate electrode 41.

次に、実施例1と同様にして、ゲート絶縁膜42の形成、エッチング、半導体ナノワイヤ45の配置を行った。   Next, in the same manner as in Example 1, the gate insulating film 42 was formed, etched, and the semiconductor nanowires 45 were arranged.

それから、リソグラフィー法を用いて半導体ナノワイヤ45が載った基板40上に、ソース電極43およびドレイン電極44を形成する領域以外にレジストが載るようにパターニングした。この時のソース電極43およびドレイン電極44を形成する領域の大きさは100μm×100μm、ソース電極43とドレイン電極44との距離は30μmとした。その後、ソース電極43・ドレイン電極44を形成する領域にNiをEB蒸着装置により厚み300nm堆積させ、それからレジストを除去することにより、ソース電極43およびドレイン電極44を形成した。このとき、電極材料蒸発源に対し、基板40の角度を、半導体ナノワイヤ45が延びる方向に延びる基板40表面の二等分線を回転軸として変えることにより、半導体ナノワイヤ45の底部XにもNi電極が回りこみ形成されるようにした。   Then, using a lithography method, patterning was performed on the substrate 40 on which the semiconductor nanowire 45 was placed so that a resist was placed in a region other than the region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 were formed. At this time, the size of the region for forming the source electrode 43 and the drain electrode 44 was 100 μm × 100 μm, and the distance between the source electrode 43 and the drain electrode 44 was 30 μm. Thereafter, Ni was deposited to a thickness of 300 nm by an EB vapor deposition apparatus in a region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 were to be formed, and then the resist was removed, thereby forming the source electrode 43 and the drain electrode 44. At this time, by changing the angle of the substrate 40 with respect to the electrode material evaporation source with the bisector of the surface of the substrate 40 extending in the direction in which the semiconductor nanowire 45 extends as the rotation axis, the Ni electrode is also applied to the bottom X of the semiconductor nanowire 45. Was formed to wrap around.

図17に蒸着時の基板40と電極材料蒸発源80との位置関係を示す。Niを堆積させるために、まず基板40を基板ステージ70に固定する。このとき半導体ナノワイヤ45が延びる方向と基板ステージ70の回転軸72とが平行になるように、即ち上記基板表面の二等分線と基板ステージ70の回転軸72とが平行になるように基板40を固定する。この固定時には基板40の蒸着面と、電極材料蒸発源80と回転軸72とを結ぶ線とが直交している。それからNiの堆積時には、回転軸72を軸として基板ステージ70を回転させてNi電極が半導体ナノワイヤ45の底部Xにも回り込むようにした。この時の基板ステージ70の回転角は、固定時の状態を0度としたときに、図の反時計回り方向(+方向)に87度まで、時計周り(−方向)に87度まで(−87度)の間を変化していった。   FIG. 17 shows the positional relationship between the substrate 40 and the electrode material evaporation source 80 during vapor deposition. In order to deposit Ni, the substrate 40 is first fixed to the substrate stage 70. At this time, the substrate 40 is arranged such that the direction in which the semiconductor nanowire 45 extends and the rotation axis 72 of the substrate stage 70 are parallel, that is, the bisector of the substrate surface and the rotation axis 72 of the substrate stage 70 are parallel. To fix. At the time of fixing, the vapor deposition surface of the substrate 40 and the line connecting the electrode material evaporation source 80 and the rotating shaft 72 are orthogonal to each other. Then, at the time of deposition of Ni, the substrate stage 70 was rotated about the rotation shaft 72 so that the Ni electrode also wraps around the bottom X of the semiconductor nanowire 45. The rotation angle of the substrate stage 70 at this time is up to 87 degrees in the counterclockwise direction (+ direction) and up to 87 degrees in the clockwise direction (− direction) when the fixed state is 0 degree (−). 87 degrees).

最後に、電界効果トランジスタを作りこんだ基板40を窒素雰囲気のラピットサーマルプロセッシングにより500℃にて熱処理を施し、半導体ナノワイヤ45とソース電極43・ドレイン電極44とを合金化させ、本実施例のボトムゲート型電界効果トランジスタを作製した。   Finally, the substrate 40 on which the field effect transistor is formed is heat-treated at 500 ° C. by rapid thermal processing in a nitrogen atmosphere, and the semiconductor nanowire 45 and the source electrode 43 and the drain electrode 44 are alloyed to form the bottom of this embodiment. A gate type field effect transistor was fabricated.

本実施例のボトムゲート型電界効果トランジスタの窒素中におけるトランジスタ特性の一つである電流−電圧特性を図14に示す。比較例3として構成材料は本実施例のトランジスタと同じであって、図2に示す構造を有している電界効果トランジスタの特性も同時に図14に示す。なお、比較例1と比較例3は同じものである。   FIG. 14 shows a current-voltage characteristic which is one of the transistor characteristics in nitrogen of the bottom gate field effect transistor of this example. As a comparative example 3, the constituent material is the same as that of the transistor of this example, and the characteristics of the field effect transistor having the structure shown in FIG. 2 are also shown in FIG. Note that Comparative Example 1 and Comparative Example 3 are the same.

この図から、本実施例の電界効果トランジスタは比較例3の電界効果トランジスタよりも広範な電圧領域に亘って電流が増加しており、チャネル層を流れる電流が増加していることがわかり、窒素中のような不活性雰囲気下では高いトランジスタ特性を有していることがわかる。   From this figure, it can be seen that the current of the field effect transistor of this example increased over a wider voltage range than the field effect transistor of Comparative Example 3, and the current flowing through the channel layer increased. It can be seen that the transistor has high transistor characteristics under an inert atmosphere as shown in FIG.

<実施例5>
実施例5は実施形態5の例示である。なお、この実施例は実施形態5の一例であり、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
<Example 5>
Example 5 is an illustration of the fifth embodiment. In addition, this Example is an example of Embodiment 5, and this invention is not limited to this Example.

図8を参照しながら、本実施例の電界効果トランジスタについて説明する。本実施例は封止膜47が存すること以外は実施例4と同じであるので、実施例4と異なっている点を主に説明をする。   The field effect transistor of this example will be described with reference to FIG. Since the present embodiment is the same as the fourth embodiment except that the sealing film 47 exists, the difference from the fourth embodiment will be mainly described.

封止膜47材料としては、ポリイミドを用いた。そして、基板40上にゲート電極41、ゲート絶縁膜42、半導体ナノワイヤ45、ソース電極43・ドレイン電極44の順に形成・配置されて、窒素中において500℃で熱処理を施された電界効果トランジスタ上に、ポリイミド溶液をスピンコート法を用いて塗布し、乾燥させることにより500nmの厚みの封止膜47を形成した。   As a material for the sealing film 47, polyimide was used. Then, the gate electrode 41, the gate insulating film 42, the semiconductor nanowire 45, the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed and arranged in this order on the substrate 40, and on the field effect transistor which is heat-treated at 500 ° C. in nitrogen. Then, a polyimide solution was applied by using a spin coating method and dried to form a sealing film 47 having a thickness of 500 nm.

本実施例のボトムゲート型電界効果トランジスタの大気中におけるトランジスタ特性の一つである電流−電圧特性を図15に示す。また、比較として封止膜47を設けていない実施例4の電界効果トランジスタの特性も同時に図15に示す。なお、実施例4に係るトランジスタの図14に示すトランジスタ特性は、窒素中における特性であるので、大気中における図15に示す特性とは異なっている。実施例2で説明したように、図15から、封止膜47を半導体ナノワイヤ45上に設けることにより、大気中の水分や酸素の影響を受けにくいトランジスタ特性が得られたことがわかる。   FIG. 15 shows current-voltage characteristics which are one of the transistor characteristics in the atmosphere of the bottom-gate type field effect transistor of this example. For comparison, the characteristics of the field effect transistor of Example 4 in which the sealing film 47 is not provided are also shown in FIG. Note that the transistor characteristics shown in FIG. 14 of the transistor according to Example 4 are characteristics in nitrogen, which is different from the characteristics shown in FIG. 15 in the atmosphere. As described in Example 2, it can be seen from FIG. 15 that by providing the sealing film 47 on the semiconductor nanowire 45, transistor characteristics that are not easily affected by moisture or oxygen in the atmosphere are obtained.

<実施例6>
実施例6は実施形態6の例示である。なお、この実施例は実施形態6の一例であり、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
<Example 6>
Example 6 is an illustration of the sixth embodiment. This example is an example of the sixth embodiment, and the present invention is not limited to this example.

図9を参照しながら、本実施例の電界効果トランジスタについて説明する。なお、本実施例は、半導体ナノワイヤ35がコア・シェル型の構造を有している点以外は実施例5と同じであるので、実施例5と異なっている点を主に説明を行う。   The field effect transistor of the present embodiment will be described with reference to FIG. Note that this example is the same as Example 5 except that the semiconductor nanowire 35 has a core-shell type structure, and therefore, differences from Example 5 will be mainly described.

本実施例におけるボトムゲート型電界効果トランジスタの基本構成および製法は実施例5とほぼ同じである。なお、実施例5の構成及び製法は、実施例1乃至4の構成と製法を参照しているので、本実施例においても実施例1乃至4の構成と製法を参照する。また、コア・シェル型半導体ナノワイヤ35および半導体ナノワイヤインクの製法は実施例3と同じである。   The basic configuration and manufacturing method of the bottom gate type field effect transistor in this example are substantially the same as those in Example 5. In addition, since the structure and manufacturing method of Example 5 refer to the structure and manufacturing method of Examples 1 to 4, the configuration and manufacturing method of Examples 1 to 4 are also referred to in this example. The core / shell type semiconductor nanowire 35 and the method for producing the semiconductor nanowire ink are the same as those in Example 3.

本実施例の電界効果トランジスタの製造は、まず実施例4と同様にして基板40上にゲート絶縁膜42を形成することからスタートした。このゲート絶縁膜42上に前述した半導体ナノワイヤインクをスピンコート法により塗布し、コア・シェル型の半導体ナノワイヤ35をゲート絶縁膜42上に配置した。   The manufacture of the field effect transistor of this example was started by first forming the gate insulating film 42 on the substrate 40 in the same manner as in Example 4. The semiconductor nanowire ink described above was applied onto the gate insulating film 42 by spin coating, and the core / shell type semiconductor nanowire 35 was disposed on the gate insulating film 42.

次に、半導体ナノワイヤ35上にリソグラフィー法を用いて、ソース電極43およびドレイン電極44を形成する領域以外にレジストが載るようにパターニングした。この時のソース電極43およびドレイン電極44を形成する領域の大きさは100μm×100μm、ソース電極43とドレイン電極44との距離は30μmとした。   Next, patterning was performed on the semiconductor nanowire 35 using a lithography method so that a resist was placed in a region other than the region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 were to be formed. At this time, the size of the region for forming the source electrode 43 and the drain electrode 44 was 100 μm × 100 μm, and the distance between the source electrode 43 and the drain electrode 44 was 30 μm.

それから、レジストをマスクとしてソース電極43・ドレイン電極44が形成される領域における半導体ナノワイヤ35の表層33をフッ酸により取り除いた。   Then, using the resist as a mask, the surface layer 33 of the semiconductor nanowire 35 in the region where the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed was removed with hydrofluoric acid.

つぎに、実施例4と同様にして、ソース電極43およびドレイン電極44を形成し、さらに実施例5と同様にして封止膜47を形成することにより本実施例のボトムゲート型電界効果トランジスタを作製した。   Next, the source electrode 43 and the drain electrode 44 are formed in the same manner as in the fourth embodiment, and the sealing film 47 is formed in the same manner as in the fifth embodiment, whereby the bottom gate type field effect transistor of the present embodiment is obtained. Produced.

本実施例のボトムゲート型電界効果トランジスタの窒素中におけるトランジスタ特性の一つである電流−電圧特性を図16に示す。また、比較として封止膜47を設けておらず、半導体ナノワイヤ45もコア・シェル型ではない実施例4の電界効果トランジスタの特性も同時に図16に示す。図16から、コア・シェル型半導体ナノワイヤ35をチャネルとして設けることにより、大気中の水分や酸素の影響を受けにくく、かつ、ゲート絶縁膜42をエッチングすることがないため良質なトランジスタ特性が得られたことがわかる。   FIG. 16 shows current-voltage characteristics, which is one of the transistor characteristics in nitrogen of the bottom-gate field effect transistor of this example. For comparison, the characteristics of the field effect transistor of Example 4 in which the sealing film 47 is not provided and the semiconductor nanowire 45 is not the core-shell type are also shown in FIG. From FIG. 16, by providing the core-shell type semiconductor nanowire 35 as a channel, it is difficult to be affected by moisture and oxygen in the atmosphere, and the gate insulating film 42 is not etched, so that good transistor characteristics can be obtained. I understand that.

以上説明したように、本発明に係る電界効果トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極とチャネル層との間の電荷注入障壁が低く、フレキシブルディスプレイやフレキシブル基板を用いた電子デバイスやマイクロデバイス等に用いるトランジスタとして有用である。   As described above, the field effect transistor according to the present invention has a low charge injection barrier between the source and drain electrodes and the channel layer, and is used for an electronic device or a microdevice using a flexible display or a flexible substrate. Useful as.

(a)は半導体ナノワイヤを用いた電界効果トランジスタの一例の断面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。(A) is sectional drawing of an example of the field effect transistor using a semiconductor nanowire, (b) is the sectional view on the AA line of (a). (a)は半導体ナノワイヤを用いた電界効果トランジスタの別の例の断面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。(A) is sectional drawing of another example of the field effect transistor using semiconductor nanowire, (b) is the sectional view on the AA line of (a). コア・シェル型の半導体ナノワイヤの横断面図である。It is a cross-sectional view of a core-shell type semiconductor nanowire. (a)は実施形態1に係る電界効果トランジスタの断面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。(A) is sectional drawing of the field effect transistor which concerns on Embodiment 1, (b) is the sectional view on the AA line of (a). (a)は実施形態2に係る電界効果トランジスタの断面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。(A) is sectional drawing of the field effect transistor which concerns on Embodiment 2, (b) is the sectional view on the AA line of (a). (a)は実施形態3に係る電界効果トランジスタの断面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。(A) is sectional drawing of the field effect transistor which concerns on Embodiment 3, (b) is the sectional view on the AA line of (a). (a)は実施形態4に係る電界効果トランジスタの断面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。(A) is sectional drawing of the field effect transistor which concerns on Embodiment 4, (b) is the sectional view on the AA line of (a). (a)は実施形態5に係る電界効果トランジスタの断面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。(A) is sectional drawing of the field effect transistor which concerns on Embodiment 5, (b) is the sectional view on the AA line of (a). (a)は実施形態6に係る電界効果トランジスタの断面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。(A) is sectional drawing of the field effect transistor which concerns on Embodiment 6, (b) is the sectional view on the AA line of (a). (a)は実施形態7における有機ELディスプレイを模式的に示す一部分解斜視図、(b)は画素駆動用トランジスタの回路図である。(A) is a partially exploded perspective view schematically showing an organic EL display in Embodiment 7, and (b) is a circuit diagram of a pixel driving transistor. 実施例1における電界効果トランジスタのトランジスタ特性図である。3 is a transistor characteristic diagram of a field effect transistor in Example 1. FIG. 実施例2における電界効果トランジスタのトランジスタ特性図である。6 is a transistor characteristic diagram of a field effect transistor in Example 2. FIG. 実施例3における電界効果トランジスタのトランジスタ特性図である。6 is a transistor characteristic diagram of a field effect transistor in Example 3. FIG. 実施例4における電界効果トランジスタのトランジスタ特性図である。6 is a transistor characteristic diagram of a field effect transistor in Example 4. FIG. 実施例5における電界効果トランジスタのトランジスタ特性図である。10 is a transistor characteristic diagram of a field effect transistor in Example 5. FIG. 実施例6における電界効果トランジスタのトランジスタ特性図である。10 is a transistor characteristic diagram of a field effect transistor in Example 6. FIG. 実施例6における蒸着時の基板ステージの回転を示す図である。It is a figure which shows rotation of the substrate stage at the time of vapor deposition in Example 6. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

41 ゲート電極
42 ゲート絶縁膜
43 ソース電極
44 ドレイン電極
35、45 半導体ナノワイヤ
46 チャネル層
32 芯部
33 表層
40、50 基板
47 封止膜
48 合金部(化学的結合の部分)
51 駆動回路
52 有機EL層
53 透明電極
54 保護フィルム
55 X走査電極
56 Y走査電極
57 スイッチ用トランジスタ
58 ドライバ用トランジスタ
59 画素
41 Gate electrode 42 Gate insulating film 43 Source electrode 44 Drain electrode 35, 45 Semiconductor nanowire 46 Channel layer 32 Core part 33 Surface layer 40, 50 Substrate 47 Sealing film 48 Alloy part (chemical bond part)
51 Drive Circuit 52 Organic EL Layer 53 Transparent Electrode 54 Protective Film 55 X Scan Electrode 56 Y Scan Electrode 57 Switch Transistor 58 Driver Transistor 59 Pixel

Claims (10)

基板と、
前記基板上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極の双方に電気的に接続しているとともに前記ゲート絶縁膜の上に配置され、チャネルとして機能する半導体ナノワイヤと
を備え、
前記半導体ナノワイヤの表面のうち前記ゲート電極の最も近くに位置する半導体ナノワイヤ底部から上方へ少なくとも5nmまでの部分が前記ソース電極およびドレイン電極に覆われている、電界効果トランジスタ。
A substrate,
A gate electrode provided on the substrate;
A gate insulating film provided on the gate electrode;
A source electrode and a drain electrode provided on the gate insulating film;
A semiconductor nanowire electrically connected to both the source electrode and the drain electrode and disposed on the gate insulating film and functioning as a channel;
A field effect transistor, wherein a portion of the surface of the semiconductor nanowire extending from the bottom of the semiconductor nanowire closest to the gate electrode to at least 5 nm upward is covered with the source electrode and the drain electrode.
前記ソース電極およびドレイン電極に覆われている前記半導体ナノワイヤの表面は、該ソース電極およびドレイン電極と化学的に結合している、請求項1に記載の電界効果トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 1, wherein a surface of the semiconductor nanowire covered with the source electrode and the drain electrode is chemically bonded to the source electrode and the drain electrode. 前記半導体ナノワイヤの表面のうち前記ソース電極およびドレイン電極に覆われている部分以外は、絶縁膜により覆われている、請求項1または2に記載の電界効果トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 1 or 2, wherein a portion of the surface of the semiconductor nanowire other than a portion covered with the source electrode and the drain electrode is covered with an insulating film. 前記半導体ナノワイヤのうち前記ソース電極およびドレイン電極に覆われている部分以外は、該半導体ナノワイヤの表層と芯部とが異なる材質である、請求項3に記載の電界効果トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 3, wherein a surface layer and a core portion of the semiconductor nanowire are made of different materials except for portions of the semiconductor nanowire covered by the source electrode and the drain electrode. 前記半導体ナノワイヤのうち前記ソース電極およびドレイン電極に覆われている部分以外の前記芯部がSiにより構成されている、請求項4に記載の電界効果トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 4, wherein the core portion other than the portion covered with the source electrode and the drain electrode in the semiconductor nanowire is made of Si. 前記半導体ナノワイヤのうち前記ソース電極およびドレイン電極に覆われている部分以外の前記表層がSiOにより構成されている、請求項4または5に記載の電界効果トランジスタ。 The semiconductor surface layer other than the portion covered with the source electrode and the drain electrode of the nanowire is composed of SiO 2, the field effect transistor according to claim 4 or 5. 前記基板は高分子材料または高分子材料と無機材料の複合体により構成されている、請求項1から6のいずれか一つに記載の電界効果トランジスタ。   The field effect transistor according to any one of claims 1 to 6, wherein the substrate is made of a polymer material or a composite of a polymer material and an inorganic material. 請求項1から7のいずれか一つに記載の電界効果トランジスタにより構成されていることを特徴とするTFT素子。   A TFT element comprising the field effect transistor according to claim 1. 請求項8に記載のTFT素子を備えることを特徴とするパネル。   A panel comprising the TFT element according to claim 8. 請求項9に記載のパネルを備えることを特徴とするディスプレイ。   A display comprising the panel according to claim 9.
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