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JP7589569B2 - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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JP7589569B2
JP7589569B2 JP2021012739A JP2021012739A JP7589569B2 JP 7589569 B2 JP7589569 B2 JP 7589569B2 JP 2021012739 A JP2021012739 A JP 2021012739A JP 2021012739 A JP2021012739 A JP 2021012739A JP 7589569 B2 JP7589569 B2 JP 7589569B2
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浩二 清水
新司 堀井
清一郎 村瀬
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Description

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
すなわち本発明は、
絶縁表面を有する基板上に設けられた、第1の半導体素子および第2の半導体素子を有する半導体装置であって、
前記第1の半導体素子は、n型半導体素子であり、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第2の半導体素子は、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第1の半導体層および前記第2の半導体層がともにカーボンナノチューブを含有し、
前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)を前記第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)が、前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)を前記第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)と異なる、ことを特徴とする半導体装置である。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
That is, the present invention provides:
A semiconductor device including a first semiconductor element and a second semiconductor element provided on a substrate having an insulating surface,
the first semiconductor element is an n-type semiconductor element,
A source electrode;
A drain electrode;
A gate electrode;
a first semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode;
a gate insulating layer insulating the first semiconductor layer from the gate electrode;
Including,
The second semiconductor element includes:
A source electrode;
A drain electrode;
A gate electrode;
a second semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode;
a gate insulating layer insulating the second semiconductor layer from the gate electrode;
Including,
the first semiconductor layer and the second semiconductor layer both contain carbon nanotubes;
The semiconductor device is characterized in that the value (Cn/Ln) obtained by dividing the total length (Cn ) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the first semiconductor layer by the distance (Ln) between the source electrode and drain electrode of the first semiconductor element is different from the value (Cp/Lp) obtained by dividing the total length (Cp) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the second semiconductor layer by the distance (Lp) between the source electrode and drain electrode of the second semiconductor element.

また本発明の半導体装置は、
絶縁表面を有する基板上に設けられた、第1の半導体素子および第2の半導体素子を有する半導体装置であって、
前記第1の半導体素子は、n型半導体素子であり、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第2の半導体素子は、p型半導体素子であり、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第1の半導体層および前記第2の半導体層がともにカーボンナノチューブを含有し、
前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)が、前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)と異なる、ことを特徴とする半導体装置である。
The semiconductor device of the present invention further comprises:
A semiconductor device including a first semiconductor element and a second semiconductor element provided on a substrate having an insulating surface,
the first semiconductor element is an n-type semiconductor element,
A source electrode;
A drain electrode;
A gate electrode;
a first semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode;
a gate insulating layer insulating the first semiconductor layer from the gate electrode;
Including,
the second semiconductor element is a p-type semiconductor element,
A source electrode;
A drain electrode;
A gate electrode;
a second semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode;
a gate insulating layer insulating the second semiconductor layer from the gate electrode;
Including,
the first semiconductor layer and the second semiconductor layer both contain carbon nanotubes;
The semiconductor device is characterized in that the total length (Cn) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the first semiconductor layer is different from the total length (Cp) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the second semiconductor layer.

本発明によれば、ノイズマージンが広い相補型半導体装置を提供することができる。 The present invention provides a complementary semiconductor device with a wide noise margin.

本発明の実施の形態1に係る半導体装置における第1の半導体素子を示した模式断面図FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a first semiconductor element in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention; 本発明の実施の形態1に係る半導体装置における第2の半導体素子を示した模式断面図FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a second semiconductor element in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention; 本発明の実施の形態3に係る半導体装置における第1の半導体素子を示した模式断面図FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a first semiconductor element in a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention; 本発明の実施の形態に係る半導体装置の機能を説明する模式図FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the function of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施の形態に係る半導体装置の伝達特性の一例を示した図FIG. 1 is a diagram showing an example of transfer characteristics of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示した模式断面図1A to 1C are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention;

本発明に係る半導体装置の1つの実施形態は、n型半導体素子である第1の半導体素子とp型半導体素子である第2の半導体素子とを有し、各半導体素子の半導体層がともにカーボンナノチューブを含有し、上記第1の半導体素子の半導体層1μm当たりに存在する上記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)を上記第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)が、上記第2の半導体素子の半導体層1μm当たりに存在する上記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)を上記第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)と異なるものである。 One embodiment of the semiconductor device according to the present invention has a first semiconductor element which is an n-type semiconductor element and a second semiconductor element which is a p-type semiconductor element, and the semiconductor layers of both semiconductor elements contain carbon nanotubes, and the value (Cn/Ln) obtained by dividing the total length (Cn) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the semiconductor layer of the first semiconductor element by the distance (Ln) between the source electrode and drain electrode of the first semiconductor element is different from the value (Cp/Lp) obtained by dividing the total length (Cp) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the semiconductor layer of the second semiconductor element by the distance (Lp) between the source electrode and drain electrode of the second semiconductor element.

また、本発明に係る半導体装置の1つの実施形態は、n型半導体素子である第1の半導体素子とp型半導体素子である第2の半導体素子とを有し、各半導体素子の半導体層がともにカーボンナノチューブを含有し、上記第1の半導体素子の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)が、上記第2の半導体素子の半導体層1μm当たりに存在する上記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)と異なるものである。 Furthermore, one embodiment of the semiconductor device according to the present invention has a first semiconductor element which is an n-type semiconductor element and a second semiconductor element which is a p-type semiconductor element, the semiconductor layers of both semiconductor elements contain carbon nanotubes, and the total length (Cn) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the semiconductor layer of the first semiconductor element is different from the total length (Cp ) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the semiconductor layer of the second semiconductor element.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

電極の形成方法としては、例えば国際公開第2018/180146号に記載されているような、公知の方法を用いることができる。 The electrodes can be formed using known methods, such as those described in WO 2018/180146.

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

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

配線の形成方法、およびパターン状に形成する方法としては、導通を取ることができる方法であれば、特に制限されないが、例えば、上述の電極材料と同様のものが挙げられる。 There are no particular limitations on the method of forming the wiring and the method of forming the pattern as long as it is a method that can provide electrical continuity, but examples include the same methods as those for the electrode materials described above.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

CNTに共役系重合体を付着させる方法は、(I)溶融した共役系重合体中にCNTを添加して混合する方法、(II)共役系重合体を溶媒中に溶解させ、この中にCNTを添加して混合する方法、(III)CNTを溶媒中に超音波等で予備分散させておき、そこへ共役系重合体を添加し混合する方法、(IV)溶媒中に共役系重合体とCNTを入れ、この混合系へ超音波を照射して混合する方法などが挙げられる。本発明では、いずれの方法を用いてもよく、複数の方法を組み合わせてもよい。 Methods for attaching a conjugated polymer to CNT include (I) adding CNT to a molten conjugated polymer and mixing, (II) dissolving a conjugated polymer in a solvent and adding CNT to the solution and mixing, (III) pre-dispersing CNT in a solvent using ultrasound or the like, adding a conjugated polymer to the solution and mixing, and (IV) placing a conjugated polymer and CNT in a solvent and irradiating the mixture with ultrasound to mix. In the present invention, any of these methods may be used, or a combination of multiple methods may be used.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Figure 0007589569000001
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一般式(1)および(2)中、Rは水素原子、アルキル基およびシクロアルキル基から選ばれる構造を示す。R~Rは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アリール基およびヘテロアリール基から選ばれる構造を示す。また、R~Rのうち任意の2つにより環構造が形成されていてもよい。一般式(1)または一般式(2)で表される基がそれぞれ2つ以上含まれる場合、R~Rは、互いに同じでも異なっていてもよい。 In general formulas (1) and (2), R 1 represents a structure selected from a hydrogen atom, an alkyl group, and a cycloalkyl group. R 2 to R 4 each independently represent a structure selected from a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, a cycloalkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, and a heteroaryl group. Any two of R 1 to R 4 may form a ring structure. When two or more groups represented by general formula (1) or general formula (2) are included, R 1 to R 4 may be the same or different from each other.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Figure 0007589569000002
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また、1つの共役系に一般式(1)および一般式(2)で表される基がそれぞれ少なくとも1つ以上結合している例とは、例えば、一般式(6)~(9)で表される化合物である。なお、1つの共役系に該当する構造を点線で覆っている。 Examples of compounds in which at least one group represented by general formula (1) and at least one group represented by general formula (2) are bonded to one conjugated system include compounds represented by general formulas (6) to (9). The structure corresponding to one conjugated system is covered with a dotted line.

Figure 0007589569000003
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(a)化合物としては、例えば、テトラキス(ジメチルアミノ)エチレン、4-((2-ジメチルアミノ)ビニル)―N,N-ジメチルアニリン、1,2-フェニレンジアミン、1,4-フェニレンジアミン、2,3,5,6-テトラメチル-1,4-フェニレンジアミン、N,N-ジメチル-1,4-フェニレンジアミン、N,N-ジメチル-N’,N’-ジフェニル-1,4-フェニレンジアミン、N,N,N’-トリメチル-N’-フェニル-1,4-フェニレンジアミン、N,N,N’-トリメチル-1,4-フェニレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチル-1,4-フェニレンジアミン、N,N-ビス(メトキシメチル)-N’,N’-ジメチル-1,4-フェニレンジアミン、5,10-ジヒドロ-5,10-ジメチルフェナジン、ベンジジン、3,3’,5,5’-テトラメチルベンジジン、N,N,N’,N’-テトラメチルベンジジン、4-(ピロリジン-1-イル)アニリン、4-(4-メチルピペリジン-1-イル)アニリン、2,4-ジピペリジン-1-イル-フェニルアミン、トリス[4-(ジエチルアミノ)フェニル]アミン、N,N,N’,N’-テトラキス[4-(ジイソブチルアミノ)フェニル] -1,4-フェニレンジアミン、1,5-ジアミノナフタレン、1,8-ジアミノナフタレンなどが挙げられる。該化合物は単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。 (a) Examples of the compound include tetrakis(dimethylamino)ethylene, 4-((2-dimethylamino)vinyl)-N,N-dimethylaniline, 1,2-phenylenediamine, 1,4-phenylenediamine, 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-phenylenediamine, N,N-dimethyl-1,4-phenylenediamine, N,N-dimethyl-N',N'-diphenyl-1,4-phenylenediamine, N,N,N'-trimethyl-N'-phenyl-1,4-phenylenediamine, N,N,N'-trimethyl-1,4-phenylenediamine, N,N,N',N'-tetramethyl ethyl-1,4-phenylenediamine, N,N-bis(methoxymethyl)-N',N'-dimethyl-1,4-phenylenediamine, 5,10-dihydro-5,10-dimethylphenazine, benzidine, 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine, N,N,N',N'-tetramethylbenzidine, 4-(pyrrolidin-1-yl)aniline, 4-(4-methylpiperidin-1-yl)aniline, 2,4-dipiperidin-1-yl-phenylamine, tris[4-(diethylamino)phenyl]amine, N,N,N',N'-tetrakis[4-(diisobutylamino)phenyl]-1,4-phenylenediamine, 1,5-diaminonaphthalene, 1,8-diaminonaphthalene, etc. These compounds may be used alone or in combination.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

(絶縁性表面を有する基材)
第2の半導体素子の絶縁性表面を有する基材は、例えば、上述の第1の半導体素子の絶縁性表面を有する基材と同様のものが挙げられる。
(Substrate having an insulating surface)
The substrate having an insulating surface of the second semiconductor element may be, for example, the same as the substrate having an insulating surface of the first semiconductor element described above.

なお、製造コスト、プロセス簡便性の観点から、上述の第1の半導体素子と第2の半導体素子を別々の基材上に形成するのではなく、同一の絶縁性表面を有する基材上に形成することが好ましい。 From the viewpoint of manufacturing costs and process simplicity, it is preferable to form the first and second semiconductor elements on a substrate having the same insulating surface, rather than on separate substrates.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

なお、本実施の形態2に係る半導体装置は、さらに、第1の半導体層1μm当たりに存在するカーボンナノチューブの総長さ(Cn)が、第2の半導体層1μm当たりに存在するカーボンナノチューブの総長さ(Cp)と異なる、という特徴を有していても構わない。また、第2の半導体層1μm当たりに存在するカーボンナノチューブの総長さ(Cp)が、第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)より短い、という特徴を有していても構わない。さらに、第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)が、第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)の0.2倍以上0.8倍以下である、という特徴を有していても構わない。 The semiconductor device according to the second embodiment may further have a feature that the total length (Cn) of the carbon nanotubes present per 1 μm 2 of the first semiconductor layer is different from the total length (Cp) of the carbon nanotubes present per 1 μm 2 of the second semiconductor layer. Also, the total length (Cp) of the carbon nanotubes present per 1 μm 2 of the second semiconductor layer may be shorter than the total length (Cn) of the carbon nanotubes present per 1 μm 2 of the first semiconductor layer. Furthermore, the total length (Cp) of the carbon nanotubes present per 1 μm 2 of the second semiconductor layer may be 0.2 to 0.8 times the total length (Cn) of the carbon nanotubes present per 1 μm 2 of the first semiconductor layer.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

実施例2
第2の半導体素子の第2の半導体層561上に、ポリスチレン(アルドリッチ社製、重量平均分子量(Mw):192000、以下PSという)の5質量%プロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセタート溶液を10μLドロップキャストし、30℃で5分風乾した後、ホットプレート上で窒素気流下、120℃、30分の熱処理を行い、第3絶縁層を有する第2の半導体素子を形成した以外は、実施例1同様に半導体装置を作製した。実施例1同様に第1の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、16μmであった。また、第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定したところ、11μmであった。また、この半導体装置について上記の評価を行ったところ、ゲインは30、Voutが変化するVinは、5.7Vであった。
Example 2
A semiconductor device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that 10 μL of a 5% by mass propylene glycol 1-monomethyl ether 2-acetate solution of polystyrene (manufactured by Aldrich, weight average molecular weight (Mw): 192,000, hereinafter referred to as PS) was drop-cast onto the second semiconductor layer 561 of the second semiconductor element, and the solution was air-dried at 30° C. for 5 minutes, and then heat-treated at 120° C. for 30 minutes under a nitrogen stream on a hot plate to form a second semiconductor element having a third insulating layer. The total length of the CNT complexes present per 1 μm 2 in the first semiconductor layer was measured in the same manner as in Example 1, and was found to be 16 μm. The total length of the CNT complexes present per 1 μm 2 in the second semiconductor layer was measured and was found to be 11 μm. The above evaluation of this semiconductor device was also performed, and the gain was 30, and the V in at which V out changed was 5.7 V.

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

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

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

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

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

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

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

実施例10~12
PSの5質量%プロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセタート溶液の代わりに、表1に記載のように、第3絶縁層溶液A、BおよびCをそれぞれ用いたこと以外は実施例2と同様にして、半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Examples 10 to 12
Semiconductor devices were fabricated in the same manner as in Example 2, except that third insulating layer solutions A, B, and C were used, respectively, as shown in Table 1, instead of the 5 mass % propylene glycol 1-monomethyl ether 2-acetate solution of PS. As in Example 1, the total length of the CNT hybrids present per μm2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed on each semiconductor device.

実施例13
第2の半導体素子のソース電極541、およびドレイン電極551の電極間の距離を35μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 13
Except for setting the distance between source electrode 541 and drain electrode 551 of the second semiconductor element to 35 μm, semiconductor devices were fabricated in the same manner as in Example 1. As in Example 1, the total length of CNT hybrids present per μm2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed on each semiconductor device.

実施例14
第2の半導体素子の第2の半導体層を、半導体溶液A1を200pl敵下して形成し、第2の半導体素子のソース電極541、およびドレイン電極551の電極間の距離を60μmとしたこと以外実施例1と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 14
A semiconductor device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the second semiconductor layer of the second semiconductor element was formed by depositing 200 pl of semiconductor solution A1, and the distance between the electrodes of source electrode 541 and drain electrode 551 of the second semiconductor element was set to 60 μm. As in Example 1, the total length of the CNT complexes present per μm2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed on each semiconductor device.

実施例15
第2の半導体素子のソース電極541、およびドレイン電極551の電極間の距離を130μmとしたこと以外は、実施例14と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 15
Except for setting the distance between source electrode 541 and drain electrode 551 of the second semiconductor element to 130 μm, semiconductor devices were fabricated in the same manner as in Example 14. As in Example 1, the total length of the CNT complexes present per μm2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed on each semiconductor device.

実施例16
第1の半導体素子のソース電極540、およびドレイン電極550の電極間の距離を10μm、第2の半導体素子のソース電極541、およびドレイン電極551の電極間の距離を100μmとしたこと以外は、実施例14と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 16
Except for setting the distance between source electrode 540 and drain electrode 550 of the first semiconductor element to 10 μm and the distance between source electrode 541 and drain electrode 551 of the second semiconductor element to 100 μm, semiconductor devices were fabricated in the same manner as in Example 14. As in Example 1, the total length of the CNT complexes present per μm2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed on each semiconductor device.

実施例17
第1の半導体素子のソース電極540、およびドレイン電極550の電極間の距離を30μm、第2の半導体素子のソース電極541、およびドレイン電極551の電極間の距離を35μmとしたこと以外は、実施例14と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 17
Except for setting the distance between source electrode 540 and drain electrode 550 of the first semiconductor element to 30 μm and the distance between source electrode 541 and drain electrode 551 of the second semiconductor element to 35 μm, semiconductor devices were fabricated in the same manner as in Example 14. As in Example 1, the total length of the CNT complexes present per μm2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed on each semiconductor device.

実施例18
第2の半導体素子の第2の半導体層を、半導体溶液A2を100pl敵下して形成したこと以外は、実施例14と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さを測定し、それぞれの半導体装置について上記の評価を行った。
Example 18
Except for forming the second semiconductor layer of the second semiconductor element by depositing 100 pl of semiconductor solution A2, semiconductor devices were fabricated in the same manner as in Example 14. As in Example 1, the total length of the CNT complexes present per μm2 in the first and second semiconductor layers was measured, and the above evaluation was performed on each semiconductor device.

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

比較例1
第1の半導体素子の第1の半導体層、第2の半導体素子の第2の半導体層を、ともに半導体溶液A1を100pl滴下して形成したこと以外は、実施例1と同様にして半導体装置を作製した。実施例1同様に第1の半導体層、および第2の半導体層中の1μm当たりに存在するCNT複合体の総長さをそれぞれ測定したところ、ともに11μmであった。また、この半導体装置について上記の評価を行ったところ、Vinの0→10Vの変化に対しVoutは10V→4Vまでしか変化せず、完全な半導体装置の動作は得られなかった。
Comparative Example 1
A semiconductor device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the first semiconductor layer of the first semiconductor element and the second semiconductor layer of the second semiconductor element were both formed by dropping 100 pl of semiconductor solution A1. The total lengths of the CNT complexes present per 1 μm2 in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer were measured in the same manner as in Example 1, and both were 11 μm. In addition, when the above evaluation was performed on this semiconductor device, V out only changed from 10 V to 4 V in response to a change in V in from 0 to 10 V, and complete operation of the semiconductor device was not obtained.

Figure 0007589569000004
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Figure 0007589569000005
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10、20、30、50 基板
11、21、31、510、511 ゲート電極
12、22、32、520、521 ゲート絶縁層
13、23、33、540、541 ソース電極
14、24、34、550、551 ドレイン電極
15、35、560 第1の半導体層
16、58 第2絶縁層
100、200 半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離
25、561 第2の半導体層
41、500 第1の半導体素子
42、501 第2の半導体素子
10, 20, 30, 50 Substrate 11, 21, 31, 510, 511 Gate electrode 12, 22, 32, 520, 521 Gate insulating layer 13, 23, 33, 540, 541 Source electrode 14, 24, 34, 550, 551 Drain electrode 15, 35, 560 First semiconductor layer 16, 58 Second insulating layer 100, 200 Distance between source electrode and drain electrode of semiconductor element 25, 561 Second semiconductor layer 41, 500 First semiconductor element 42, 501 Second semiconductor element

Claims (14)

絶縁表面を有する基板上に設けられた、第1の半導体素子および第2の半導体素子を有する半導体装置であって、
前記第1の半導体素子は、n型半導体素子であり、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第2の半導体素子は、p型半導体素子であり、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記半導体装置が、前記n型半導体素子と前記p型半導体素子とから構成される相補型半導体装置であり、
前記第1の半導体層および前記第2の半導体層がともにカーボンナノチューブを含有し、
前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)を前記第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)が、前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)を前記第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)と異なる、ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a first semiconductor element and a second semiconductor element provided on a substrate having an insulating surface,
the first semiconductor element is an n-type semiconductor element,
A source electrode;
A drain electrode;
A gate electrode;
a first semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode;
a gate insulating layer insulating the first semiconductor layer from the gate electrode;
Including,
the second semiconductor element is a p-type semiconductor element,
A source electrode;
A drain electrode;
A gate electrode;
a second semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode;
a gate insulating layer insulating the second semiconductor layer from the gate electrode;
Including,
the semiconductor device is a complementary semiconductor device including the n-type semiconductor element and the p-type semiconductor element,
the first semiconductor layer and the second semiconductor layer both contain carbon nanotubes;
A semiconductor device characterized in that a value (Cn/Ln) obtained by dividing the total length (Cn) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the first semiconductor layer by the distance (Ln) between the source electrode and drain electrode of the first semiconductor element is different from a value (Cp/Lp) obtained by dividing the total length (Cp) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the second semiconductor layer by the distance (Lp) between the source electrode and drain electrode of the second semiconductor element.
前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)を前記第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)が、前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)を前記第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)より小さい、請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a value (Cp/Lp) obtained by dividing a total length (Cp) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the second semiconductor layer by a distance (Lp) between the source electrode and drain electrode of the second semiconductor element is smaller than a value (Cn/Ln) obtained by dividing a total length (Cn) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the first semiconductor layer by a distance (Ln) between the source electrode and drain electrode of the first semiconductor element. 前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)を前記第2の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Lp)で割った値(Cp/Lp)が、前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)を前記第1の半導体素子のソース電極とドレイン電極との間の距離(Ln)で割った値(Cn/Ln)の0.2倍以上0.8倍以下である、請求項1または2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a value (Cp/Lp) obtained by dividing the total length (Cp) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the second semiconductor layer by the distance (Lp) between the source electrode and drain electrode of the second semiconductor element is 0.2 to 0.8 times a value (Cn/Ln) obtained by dividing the total length (Cn) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the first semiconductor layer by the distance (Ln) between the source electrode and drain electrode of the first semiconductor element. 絶縁表面を有する基板上に設けられた、第1の半導体素子および第2の半導体素子を有する半導体装置であって、
前記第1の半導体素子は、n型半導体素子であり、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記第2の半導体素子は、p型半導体素子であり、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記半導体装置が、前記n型半導体素子と前記p型半導体素子とから構成される相補型半導体装置であり、
前記第1の半導体層および前記第2の半導体層がともにカーボンナノチューブを含有し、
前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)が、前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)と異なる、ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a first semiconductor element and a second semiconductor element provided on a substrate having an insulating surface,
the first semiconductor element is an n-type semiconductor element,
A source electrode;
A drain electrode;
A gate electrode;
a first semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode;
a gate insulating layer insulating the first semiconductor layer from the gate electrode;
Including,
the second semiconductor element is a p-type semiconductor element,
A source electrode;
A drain electrode;
A gate electrode;
a second semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode;
a gate insulating layer insulating the second semiconductor layer from the gate electrode;
Including,
the semiconductor device is a complementary semiconductor device including the n-type semiconductor element and the p-type semiconductor element,
the first semiconductor layer and the second semiconductor layer both contain carbon nanotubes;
A semiconductor device, characterized in that a total length (Cn) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the first semiconductor layer is different from a total length (Cp ) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the second semiconductor layer.
前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)が、前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)より短い、請求項4記載の半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 4, wherein a total length (Cp) of said carbon nanotubes present per 1 μm 2 of said second semiconductor layer is shorter than a total length (Cn) of said carbon nanotubes present per 1 μm 2 of said first semiconductor layer. 前記第2の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cp)が、前記第1の半導体層1μm当たりに存在する前記カーボンナノチューブの総長さ(Cn)の0.2倍以上0.8倍以下である、請求項4または5に記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 4 , wherein the total length (Cp) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the second semiconductor layer is 0.2 to 0.8 times the total length (Cn) of the carbon nanotubes present per 1 μm2 of the first semiconductor layer. 前記第1の半導体素子は、さらに、前記第1の半導体層に対して前記ゲート絶縁層とは反対側で前記第1の半導体層と接する第2絶縁層を含む、請求項1~6のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the first semiconductor element further includes a second insulating layer that contacts the first semiconductor layer on the side opposite the gate insulating layer with respect to the first semiconductor layer. 前記第1の半導体層は、さらにn型改質剤を含む、請求項1~6のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the first semiconductor layer further contains an n-type modifier. 前記第2の半導体素子が前記第2絶縁層と異なる第3絶縁層を有し、前記第3絶縁層は、前記第2の半導体層に対して前記ゲート絶縁層とは反対側で前記第2の半導体層と接する、請求項に記載の半導体装置。 8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the second semiconductor element has a third insulating layer different from the second insulating layer, and the third insulating layer contacts the second semiconductor layer on a side opposite to the gate insulating layer with respect to the second semiconductor layer. 請求項1~9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記第1の半導体層および前記第2の半導体層を塗布および乾燥して形成する工程を含む半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, comprising the steps of applying and drying the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. 前記第1の半導体層および前記第2の半導体層を同一工程で塗布および乾燥して形成する請求項10記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are formed by coating and drying in the same process. 前記第1の半導体層を形成するために用いられる組成物と、前記第2の半導体層を形成するために用いられる組成物とが、同一の組成物である、請求項10または11記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10 or 11, wherein the composition used to form the first semiconductor layer and the composition used to form the second semiconductor layer are the same composition. 前記第1の半導体層を形成するために用いられる組成物の濃度と、前記第2の半導体層を形成するために用いられる組成物の濃度とが異なる、請求項10~12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 10 to 12, wherein the concentration of the composition used to form the first semiconductor layer is different from the concentration of the composition used to form the second semiconductor layer. 前記第1の半導体層を形成するために用いられる組成物の塗布量と、前記第2の半導体層を形成するために用いられる組成物の塗布量とが異なる、請求項10~13のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 10 to 13, wherein the coating amount of the composition used to form the first semiconductor layer is different from the coating amount of the composition used to form the second semiconductor layer.
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