JP2008205272A - グラフェントランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 グラフェントランジスタ及びその製造方法に関し、通常の安定したカーボンナノチューブの成長方法により作成したグラフェンを用いてトランジスタを構成する。
【解決手段】 カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェン３を接着作用を有する絶縁体２によって基板１に貼り付け、グラフェン３をチャネルとしてその一方の端部にソース電極４を形成し且つ他方の端部にドレイン電極５を形成するとともに、ゲート電極６を設ける。
【選択図】 図１
【解決手段】 カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェン３を接着作用を有する絶縁体２によって基板１に貼り付け、グラフェン３をチャネルとしてその一方の端部にソース電極４を形成し且つ他方の端部にドレイン電極５を形成するとともに、ゲート電極６を設ける。
【選択図】 図１
Description
本発明はグラフェントランジスタ及びその製造方法に関するものであり、特に、グラフェンをチャネル領域として用いた高周波用電界効果型トランジスタを実現するための構成に特徴のあるグラフェントランジスタ及びその製造方法に関するものである。
近年、カーボンナノチューブを用いたトランジスタは次世代の小型、高速デバイスとして注目されており、カーボンナノチューブをチャネルに用いたトランジスタの報告例は多く見られるが（例えば、特許文献１参照）、そのほとんどがＤＣ動作確認にとどまっており、高速動作の報告はほとんどないのが現状である。
これは、チャネルとなるカーボンナノチューブの径が数ｎｍと非常に小さいため体積に対する表面積の割合が大きく周辺の影響を受けやすいこと、及び、チャネルとなるチューブの本数が数本程度であり、駆動できる電流が１０μＡ程度と小さいことによる。
即ち、他のトランジスタ、例えば、ＭＯＳトランジスタなどに比べて真性容量に対する寄生容量比が非常に大きくなり、高速動作出来ないということが現状のカーボンナノチューブトランジスタが抱える大きな問題点である。
言い換えると、チャネル幅を制御できないという点が大きな問題点である。
言い換えると、チャネル幅を制御できないという点が大きな問題点である。
また、通常、カーボンナノチューブチャネルは成長によって形成されるが、その際にカイラリティ制御が困難であり、半導体ナノチューブに混じって金属ナノチューブができてしまうという問題点を抱えている。
したがって、チャネル幅を制御して、半導体のみのチャネルを作成することが次世代デバイスであるカーボン系トランジスタが抱える課題となっている。
そこで、この様な問題を解消するために、カーボンナノチューブトランジスタに代わるカーボン系トランジスタとして単層グラファイトであるグラフェン（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）をチャネルに用いたチャネル幅の制御が容易なグラフェントランジスタが提案されている。
例えば、ＳｉＣ薄膜を加熱処理してＳｉを除去することにより外形寸法が８０ｎｍのグラフェン半導体を作成し、不純物ドープのＳｉにおける電子移動度の１，５００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃより大きな２５，０００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃの電子移動度が得られたという報告がなされている（例えば、非特許文献１参照）。
或いは、高品質の親結晶から数原子層の厚みの単一のグラフェンシートを剥がして取り出し、このグラフェンシートから電界効果型トランジスタを作成して、室温下で１０，０００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃを超える高移動度が観測されたとの報告もなされている（例えば、非特許文献２参照）。
特開２００３−３３８６２１号公報
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｄｎｊａｐａｎ．ｃｏｍ／ｃｏｎｔｅｎｔ／Ｉ＿ｎｅｗｓ／２００６／０４／１９＿０１．ｈｔｍｌ
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｉｃｏｈ．ｃｏ．ｊｐ／ａｂｓ＿ｃｌｕｂ／Ｓｃｉｅｎｃｅ／Ｓｃｉｅｎｃｅ−２００４−１０２２．ｈｔｍｌ
しかし、上述のグラフェンに関する報告の場合には、グラフェンシートの作成がかなり特殊な方法であり、このようなグラフェンシートの作成方法では工業化、量産化に適さないという問題がある。
したがって、本発明は、通常のカーボンナノチューブの成長方法により作成したグラフェンを用いてトランジスタを構成することを目的とする。
図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記の課題を解決するために、本発明は、グラフェントランジスタにおいて、カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェン３を接着作用を有する絶縁体２によって基板１に貼り付け、グラフェン３をチャネルとしてその一方の端部にソース電極４を形成し且つ他方の端部にドレイン電極５を形成するとともに、ゲート電極６を設けたことを特徴とする。
図１参照
上記の課題を解決するために、本発明は、グラフェントランジスタにおいて、カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェン３を接着作用を有する絶縁体２によって基板１に貼り付け、グラフェン３をチャネルとしてその一方の端部にソース電極４を形成し且つ他方の端部にドレイン電極５を形成するとともに、ゲート電極６を設けたことを特徴とする。
このように、チャネルとしてカーボンナノチューブの代わりに、カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されるグラフェン３を用いることによって、従来の通常のカーボンナノチューブの成長方法を用いて単層のグラフェン３を安定して再現性良く形成することができる。
また、グラフェン３を接着作用を有する絶縁体２によって基板１に貼り付けることにより、極薄膜であるグラフェン３のハンドリングに細心の注意を払うことなく単層のグラフェン３を安定して再現性良く取り出すことができる。
なお、グラフェン３の特定の結晶軸方向にチャネルを作成することでチャネル幅の制御された半導体のみよりなるグラフェントランジスタをつくることができる。
また、グラフェン３自体の電子移動度は、上述のようにカーボンナノチューブと同じくＳｉよりも大きいため、結果としてｐｏｓｔ−Ｓｉとしての次世代の小型・高速トランジスタを実現することができる。
また、グラフェン３自体の電子移動度は、上述のようにカーボンナノチューブと同じくＳｉよりも大きいため、結果としてｐｏｓｔ−Ｓｉとしての次世代の小型・高速トランジスタを実現することができる。
この場合、グラフェン３の両端部に、グラフェン３を形成する際に用いたカーボンナノチューブが残存させても良く、ソース電極４及びドレイン電極５を少なくとも一部においてカーボンナノチューブに接触させることによって、コンタクト抵抗をより低減することができる。
また、基板１を導電性基板とした場合には、基板１がゲート電極６として作用するように構成しても良いし、或いは、ゲート電極６を、ソース電極４とゲート電極６との間において、ゲート絶縁膜を介して設けても良く、この場合には基板１は導電性である必要はない。
また、接着作用を有する絶縁体２としては、低温で成膜可能で且つ、未乾燥時に接着性を有する絶縁体２であればなんでも良いが、寄生容量を考慮すると低誘電率のスピンオングラスが好適である。
また、本発明は、グラフェントランジスタの製造方法において、カーボンナノチューブを成長させた第１の基板と接着作用を有する絶縁体２を設けた第２の基板とを対向して貼り合わせることによって、カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェン３を接着作用を有する絶縁体２によって第２の基板に固着する工程、及び、グラフェン３をチャンネルとしたトランジスタを形成する工程を有することを特徴とする。
このように、接着作用を有する絶縁体２を利用した基板貼り合わせ法を用いることによって、カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェン３を安定して再現性良く取り出すことができる。
この場合、カーボンナノチューブの成長モードは下地となる触媒に依存するので、カーボンナノチューブを成長させるための触媒としては、第１の基板の側からＴｉＮ及びＣｏを順次堆積させたＴｉＮ／Ｃｏを用いることが望ましい。
また、グラフェン３からカーボンナノチューブを除去する際に、カーボンナノチューブの一部を残存させるようにしても良く、この残存させたカーボンナノチューブを介してコンタクトをとることによってコンタクト抵抗を低減することができる。
また、グラフェン３の半導体としてのバンドギャップは、チャネル幅による量子的閉じ込め効果によるので、グラフェン３の素子形成領域を電子ビーム描画によって規定することが望ましく、それによって、微細なチャネル幅を再現性良く実現することができるので、トランジスタの特性を揃えることができる。
また、カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェン３は通常は互いに異なった結晶軸を有する巨大多結晶の集合体となるので、グラフェン３のチャネル領域を電子ビーム描画によって規定する際には、チャネル方向をグラフェン３の平面に対してさまざまに分布するように規定することが望ましく、それよって、グラフェン３の特定の結晶軸方向とチャネル方向とが一致したものをトランジスタとして取り出せば良い。
本発明によれば、従来の通常のカーボンナノチューブの成長方法を用いて単層のグラフェンを安定して再現性良く取り出すことができ、それによって、ｐｏｓｔ−Ｓｉとしての次世代の小型・高速トランジスタの量産を可能にすることができる。
本発明は、ＴｉＮ／Ｃｏ等を触媒として用いてカーボンナノチューブを成長させた第１の基板とＳＯＧ（スピンオングラス）等の接着作用を有する絶縁体を設けた第２の基板とを対向して貼り合わせることによって、カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェンを接着作用を有する絶縁体によって第２の基板に固着したのち、第１の基板を剥がし、次いで、カーボンナノチューブを少なくともチャネル領域から選択的に除去したのち、チャネル方向がグラフェンの平面に対してさまざまに分布するようにグラフェンの素子形成領域を電子ビーム描画によって規定して素子形成領域を形成し、次いで、素子形成領域となるグラフェンの一方の端部にソース電極を設け、他方の端部にドレイン電極を設けたものである。
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の実施例１のバックゲート型グラフェントランジスタの製造工程を説明する。
図２参照
まず、ｐ型シリコン基板１１に厚さが、例えば、１００ｎｍのＳＯＧ（スピンオングラス）膜１２を塗布した状態のままの基板を用意する。
図２参照
まず、ｐ型シリコン基板１１に厚さが、例えば、１００ｎｍのＳＯＧ（スピンオングラス）膜１２を塗布した状態のままの基板を用意する。
一方、表面に例えば熱酸化によりＳｉＯ2 膜２２を形成したｐ型シリコン基板２１の表面にスパッタリング法を用いて厚さが、例えば、５ｎｍのＴｉＮ膜２４及び厚さが、例えば、１ｎｍのＣｏ膜２５を順次堆積させて触媒金属２３としたのち、例えば、１００Ｐａの圧力下においてアセチレンを原料としたＣＶＤ法によって６００℃の成長温度でカーボンナノチューブ２６を例えば、１０μｍの高さに成長させる。
この成長過程において、熱により溶融したＣｏ膜２５は局所的に凝集してカーボンナノチューブ２６の成長核になってカーボンナノチューブ２６が垂直方向に成長するとともに、このカーボンナノチューブ２６の頂面にグラフェン２７が形成される。
なお、この場合のグラフェンは六角格子の結晶軸が互いに異なった方向に配向した巨大多結晶からなる。
なお、この場合のグラフェンは六角格子の結晶軸が互いに異なった方向に配向した巨大多結晶からなる。
次いで、カーボンナノチューブ２６を成長させたｐ型シリコン基板２１とＳＯＧ膜１２を設けたｐ型シリコン基板１１とをグラフェン２７とＳＯＧ膜１２とが対向するように接触させたのち、未乾燥のＳＯＧ膜１２を例えば、３００℃の温度でキュアすることによって両方の基板を接着させる。
次いで、貼り合わせた基板を機械的に剥がし合うことにより最も密着の弱いカーボンナノチューブ２６と触媒金属２３との接合部で剥がれる。
図３参照
次いで、硫酸＋過酸化水素水を用いたウェットエッチングによりカーボンナノチューブ２６を選択的に除去することによって、グラフェン２７の取り出しが完了となる。
次いで、硫酸＋過酸化水素水を用いたウェットエッチングによりカーボンナノチューブ２６を選択的に除去することによって、グラフェン２７の取り出しが完了となる。
次いで、レジストを塗布したのち、例えば、電子ビーム露光装置を用い、幅１ｎｍ〜１０ｎｍ、長さ０．５〜３μｍのストライプ残しパターンを露光・現像することによって様々な方向性をもつレジストパターン１３を形成する。
この時、各レジストパターン１３の長軸方向が例えば、３０°ずつ順次ずれるように露光する。
この時、各レジストパターン１３の長軸方向が例えば、３０°ずつ順次ずれるように露光する。
次いで、レジストパターン１３をマスクとして、例えば、アルゴンを用いたイオンミリング法によりグラフェン２７の露出部をエッチング除去してグラフェンチャネル部１４を形成する。
次いで、レジストパターン１３を有機剥離により除去する。
次いで、レジストパターン１３を有機剥離により除去する。
図４参照
次いで、例えば、コンタクト露光装置を用いて２層レジストパターン１５をリフトオフ用マスクとして形成したのち、例えば、ＥＢ蒸着法により厚さが、例えば、１００ｎｍのＰｄ膜１６、１０ｎｍのＴｉ膜１７、２００ｎｍのＰｔ膜１８を順次堆積させる。
次いで、例えば、コンタクト露光装置を用いて２層レジストパターン１５をリフトオフ用マスクとして形成したのち、例えば、ＥＢ蒸着法により厚さが、例えば、１００ｎｍのＰｄ膜１６、１０ｎｍのＴｉ膜１７、２００ｎｍのＰｔ膜１８を順次堆積させる。
次いで、有機溶剤を用い２層レジストパターン１５ごと必要ないＰｔ膜１８、Ｔｉ膜１７、及び、Ｐｄ膜１６をリフトオフすることによりソース電極１９及びドレイン電極２０を形成する。
次いで、例えば、ＥＢ蒸着法により厚さが、例えば、１０ｎｍのＴｉ膜２９及び１００ｎｍのＡｕ膜３０をｐ型シリコン基板１１の裏面全体に堆積させることによってバックゲート２８とする。
最後に、出来上がり素子を測定しトランジスタ動作したものをダイシングにより切り出すことによって、本発明の実施例１のバックゲート型グラフェントランジスタの基本構成が完成する。
このように、本発明の実施例１においては、カーボンナノチューブの成長過程でカーボンナノチューブの頂面に必然的に形成されるグラフェンを利用し、また、その取り出しのためにＳＯＧ膜のキュアを利用しているので、単層グラファイトであるグラフェンを破壊することなく容易に取り出すことができる。
次に、図５乃至図８を参照して、本発明の実施例２のトップゲート型グラフェントランジスタの製造工程を説明する。
図５参照
まず、ｐ型シリコン基板１１に厚さが、例えば、１００ｎｍのＳＯＧ膜１２を塗布した状態のままの基板を用意する。
図５参照
まず、ｐ型シリコン基板１１に厚さが、例えば、１００ｎｍのＳＯＧ膜１２を塗布した状態のままの基板を用意する。
一方、表面に例えば熱酸化によりＳｉＯ2 膜２２を形成したｐ型シリコン基板２１の表面にスパッタリング法を用いて厚さが、例えば、５ｎｍのＴｉＮ膜２４及び厚さが、例えば、１ｎｍのＣｏ膜２５を順次堆積させて触媒金属２３としたのち、例えば、１００Ｐａの圧力下においてアセチレンを原料としたＣＶＤ法によって６００℃の成長温度でカーボンナノチューブ２６を例えば、１０μｍの高さに成長させる。
この成長過程において、熱により溶融したＣｏ膜２５は局所的に凝集してカーボンナノチューブ２６の成長核になってカーボンナノチューブ２６が垂直方向に成長するとともに、このカーボンナノチューブ２６の頂面にグラフェン２７が形成される。
なお、この場合のグラフェンは六角格子の結晶軸が互いに異なった方向に配向した巨大多結晶からなる。
なお、この場合のグラフェンは六角格子の結晶軸が互いに異なった方向に配向した巨大多結晶からなる。
次いで、カーボンナノチューブ２６を成長させたｐ型シリコン基板２１とＳＯＧ膜１２を設けたｐ型シリコン基板１１とをグラフェン２７とＳＯＧ膜１２とが対向するように接触させたのち、未乾燥のＳＯＧ膜１２を例えば、３００℃の温度でキュアすることによって両方の基板を接着させる。
次いで、貼り合わせた基板を機械的に剥がし合うことにより最も密着の弱いカーボンナノチューブ２６と触媒金属２３との接合部で剥がれる。
図６参照
次いで、硫酸＋過酸化水素水を用いたウェットエッチングによりカーボンナノチューブ２６を選択的に除去することによって、グラフェン２７の取り出しが完了となる。
次いで、硫酸＋過酸化水素水を用いたウェットエッチングによりカーボンナノチューブ２６を選択的に除去することによって、グラフェン２７の取り出しが完了となる。
次いで、レジストを塗布したのち、例えば、電子ビーム露光装置を用い、幅１ｎｍ〜１０ｎｍ、長さ０．５〜３μｍのストライプ残しパターンを露光・現像することによって様々な方向性をもつレジストパターン１３を形成する。
この時、各レジストパターン１３の長軸方向が例えば、３０°ずつ順次ずれるように露光する。
この時、各レジストパターン１３の長軸方向が例えば、３０°ずつ順次ずれるように露光する。
次いで、レジストパターン１３をマスクとして、例えば、アルゴンを用いたイオンミリング法によりグラフェン２７の露出部をエッチング除去してグラフェンチャネル部１４を形成する。
次いで、レジストパターン１３を有機剥離により除去する。
次いで、レジストパターン１３を有機剥離により除去する。
図７参照
次いで、例えば、コンタクト露光装置を用いて２層レジストパターン１５をリフトオフ用マスクとして形成したのち、例えば、ＥＢ蒸着法により厚さが、例えば、１００ｎｍのＰｄ膜１６、１０ｎｍのＴｉ膜１７、２００ｎｍのＰｔ膜１８を順次堆積させる。
次いで、例えば、コンタクト露光装置を用いて２層レジストパターン１５をリフトオフ用マスクとして形成したのち、例えば、ＥＢ蒸着法により厚さが、例えば、１００ｎｍのＰｄ膜１６、１０ｎｍのＴｉ膜１７、２００ｎｍのＰｔ膜１８を順次堆積させる。
次いで、有機溶剤を用い２層レジストパターン１５ごと必要ないＰｔ膜１８、Ｔｉ膜１７、及び、Ｐｄ膜１６をリフトオフすることによりソース電極１９及びドレイン電極２０を形成する。
ここまでは、上記の実施例１と全く同様である。
ここまでは、上記の実施例１と全く同様である。
次いで、ゲート酸化膜として用いるＳＯＧ膜３１を例えば、１００ｎｍの厚さに塗布したのち、３００℃でキュアする。
図８参照
次いで、レジストを塗布したのちソース電極１９及びドレイン電極２０上の窓開けパターンをコンタクト露光装置にて露光し、現像することによって、レジストパターン３２を形成し、次いで、フッ酸を用いたウェットエッチングによりＳＯＧ膜３１の露出部を除去してコンタクト用窓部３３を形成する。
次いで、レジストを塗布したのちソース電極１９及びドレイン電極２０上の窓開けパターンをコンタクト露光装置にて露光し、現像することによって、レジストパターン３２を形成し、次いで、フッ酸を用いたウェットエッチングによりＳＯＧ膜３１の露出部を除去してコンタクト用窓部３３を形成する。
次いで、レジストパターン３２を有機剥離したのち、例えば、コンタクト露光装置を用いて２層レジストパターン３４をリフトオフ用マスクとして形成したのち、例えば、ＥＢ蒸着法により厚さが、例えば、１０ｎｍのＴｉ膜３５及び１００ｎｍのＡｕ膜３６を順次堆積させる。
次いで、有機溶剤を用いて２層レジストパターン３４ごと必要ないＡｕ膜３６及びＴｉ膜３５をリフトオフしてゲート電極３７とする。
最後に、出来上がり素子を測定しトランジスタ動作したものをダイシングにより切り出すことによって、本発明の実施例２のトップゲート型グラフェントランジスタの基本構成が完成する。
最後に、出来上がり素子を測定しトランジスタ動作したものをダイシングにより切り出すことによって、本発明の実施例２のトップゲート型グラフェントランジスタの基本構成が完成する。
このように、本発明の実施例２においても、カーボンナノチューブの成長過程でカーボンナノチューブの頂面に必然的に形成されるグラフェンを利用し、また、その取り出しのためにＳＯＧ膜のキュアを利用しているので、単層グラファイトであるグラフェンを破壊することなく容易に取り出すことができる。
次に、図９乃至図１１を参照して、本発明の実施例３のバックゲート型グラフェントランジスタの製造工程を説明する。
図９参照
まず、ｐ型シリコン基板１１に厚さが、例えば、１００ｎｍのＳＯＧ膜１２を塗布した状態のままの基板を用意する。
図９参照
まず、ｐ型シリコン基板１１に厚さが、例えば、１００ｎｍのＳＯＧ膜１２を塗布した状態のままの基板を用意する。
一方、表面に例えば熱酸化によりＳｉＯ2 膜２２を形成したｐ型シリコン基板２１の表面にスパッタリング法を用いて厚さが、例えば、５ｎｍのＴｉＮ膜２４及び厚さが、例えば、１ｎｍのＣｏ膜２５を順次堆積させて触媒金属２３としたのち、例えば、１００Ｐａの圧力下においてアセチレンを原料としたＣＶＤ法によって６００℃の成長温度でカーボンナノチューブ２６を例えば、１０μｍの高さに成長させる。
この成長過程において、熱により溶融したＣｏ膜２５は局所的に凝集してカーボンナノチューブ２６の成長核になってカーボンナノチューブ２６が垂直方向に成長するとともに、このカーボンナノチューブ２６の頂面にグラフェン２７が形成される。
なお、この場合のグラフェンは六角格子の結晶軸が互いに異なった方向に配向した巨大多結晶からなる。
なお、この場合のグラフェンは六角格子の結晶軸が互いに異なった方向に配向した巨大多結晶からなる。
次いで、カーボンナノチューブ２６を成長させたｐ型シリコン基板２１とＳＯＧ膜１２を設けたｐ型シリコン基板１１とをグラフェン２７とＳＯＧ膜１２とが対向するように接触させたのち、未乾燥のＳＯＧ膜１２を例えば、３００℃の温度でキュアすることによって両方の基板を接着させる。
次いで、貼り合わせた基板を機械的に剥がし合うことにより最も密着の弱いカーボンナノチューブ２６と触媒金属２３との接合部で剥がれる。
ここまでは、上記の実施例１と全く同様である。
ここまでは、上記の実施例１と全く同様である。
図１０参照
次いで、レジストを塗布したのち、コンタクト露光装置にて露光し、現像することによって、レジストパターン４１を形成し、次いで、硫酸＋過酸化水素水を用いたウェットエッチングによりカーボンナノチューブ２６の露出部を除去し、残ったカーボンナノチューブ２６をコンタクト部４２とするグラフェン２７の取り出しが完了となる。
このカーボンナノチューブ２６の残存部がソース・ドレイン電極となるが、次工程で形成されるチャネル領域の各方向に合わせたパターニングが必要になる。
次いで、レジストを塗布したのち、コンタクト露光装置にて露光し、現像することによって、レジストパターン４１を形成し、次いで、硫酸＋過酸化水素水を用いたウェットエッチングによりカーボンナノチューブ２６の露出部を除去し、残ったカーボンナノチューブ２６をコンタクト部４２とするグラフェン２７の取り出しが完了となる。
このカーボンナノチューブ２６の残存部がソース・ドレイン電極となるが、次工程で形成されるチャネル領域の各方向に合わせたパターニングが必要になる。
次いで、レジストパターン４１を有機剥離したのち、新たにレジストを塗布し、次いで、例えば、電子ビーム露光装置を用い、幅１ｎｍ〜１０ｎｍ、長さ０．５〜３μｍのストライプ残しパターンを露光・現像することによって様々な方向性をもつレジストパターン１３を形成する。
この時、各レジストパターン１３の長軸方向が例えば、３０°ずつ順次ずれるように露光する。
この時、各レジストパターン１３の長軸方向が例えば、３０°ずつ順次ずれるように露光する。
次いで、レジストパターン１３をマスクとして、例えば、アルゴンを用いたイオンミリング法によりグラフェン２７の露出部をエッチング除去してグラフェンチャネル部１４を形成する。
次いで、レジストパターン１３を有機剥離により除去する。
次いで、レジストパターン１３を有機剥離により除去する。
図１１参照
次いで、例えば、コンタクト露光装置を用いて２層レジストパターン１５をリフトオフ用マスクとして形成したのち、例えば、ＥＢ蒸着法により厚さが、例えば、１００ｎｍのＰｄ膜１６、１０ｎｍのＴｉ膜１７、２００ｎｍのＰｔ膜１８を順次堆積させる。
次いで、例えば、コンタクト露光装置を用いて２層レジストパターン１５をリフトオフ用マスクとして形成したのち、例えば、ＥＢ蒸着法により厚さが、例えば、１００ｎｍのＰｄ膜１６、１０ｎｍのＴｉ膜１７、２００ｎｍのＰｔ膜１８を順次堆積させる。
次いで、有機溶剤を用い２層レジストパターン１５ごと必要ないＰｔ膜１８、Ｔｉ膜１７、及び、Ｐｄ膜１６をリフトオフすることによりソース電極１９及びドレイン電極２０を形成する。
この時、グラフェンチャネル部１４の両端部にはカーボンナノチューブからなるコンタクト部４２が存在するのでコンタクト抵抗が低減することになる。
この時、グラフェンチャネル部１４の両端部にはカーボンナノチューブからなるコンタクト部４２が存在するのでコンタクト抵抗が低減することになる。
次いで、例えば、ＥＢ蒸着法により厚さが、例えば、１０ｎｍのＴｉ膜２９及び１００ｎｍのＡｕ膜３０をｐ型シリコン基板１１の裏面全体に堆積させることによってバックゲート２８とする。
最後に、出来上がり素子を測定しトランジスタ動作したものをダイシングにより切り出すことによって、本発明の実施例３のバックゲート型グラフェントランジスタの基本構成が完成する。
このように、本発明の実施例３においては、カーボンナノチューブの成長過程でカーボンナノチューブの頂面に必然的に形成されるグラフェンを利用し、また、その取り出しのためにＳＯＧ膜のキュアを利用しているので、単層グラファイトであるグラフェンを破壊することなく容易に取り出すことができる。
また、グラフェンチャネル部の両端部にはグラフェンの形成工程で使用したカーボンナノチューブの一部をコンタクト部として残しているのでソース・ドレイン電極のコンタクト抵抗をより低減することができる。
以上、本発明の各実施例を説明したが、本発明は各実施例に示した構成、条件、数値に限られるものではなく、各種の変更が必要であり、例えば、上記の各実施例においては、基板としてｐ型シリコン基板を用いているが、ｎ型シリコン基板を用いても良いものであり、さらには、ＴｉやＷ等の導電性基板を用いても良いものである。
また、上記の各実施例におけるカーボンナノチューブ成長基板は導電性基板である必要がないので、アンドープシリコン基板、或いは、ガラス基板等の絶縁基板を用いても良いものであり、さらに、実施例２のトップゲート型グラフェントランジスタの場合には、ＳＯＧ膜を設ける側の基板の導電性基板である必要がないので、アンドープシリコン基板、或いは、ガラス基板等の絶縁基板を用いても良いものである。
また、上記の各実施例においてはリフトオフ用マスクを庇部を形成するために２層レジストで構成しているが、２層レジストに限られるものではなく、例えば、単層のレジストを形成したのち、表面をベンゼン処理したのち露光・現像しても良く、ベンゼン処理を施した表面部の溶解度が低くなるので庇部が形成される。
また、上記の各実施例においてはグラフェンチャネル部を形成する際に、パターン精度を高めるために電子ビーム露光装置を用いているが、電子ビーム露光法に限られるものではなく、紫外線を用いた光学露光法を用いても良いものである。
また、上記の各実施例においては、グラフェンを取り出す際に、未乾燥のＳＯＧ膜を用いているが、ＳＯＧ膜に限られるものではなく、有機系の絶縁体を用いても良いものであり、この場合も、有機系絶縁体が未硬化の状態で両方の基板を貼り合わせれば良い。
また、上記の実施例３に示したカーボンナノチューブをコンタクト部して残す構成は、上記の実施例２のトップゲート型トランジスタにも適用されるものであり、実施例３と同様にソース・ドレイン電極のコンタクト抵抗を低減することができる。
また、上記の各実施例においては、絶縁ゲート型トランジスタとして説明しているが、実施例２に示したトップゲート型トランジスタの場合には、グラフェンチャネル部に絶縁膜を介することなくグラフェンに対してショットキーバリアを形成する金属材料をゲート電極として直接設けることによって、ショットキーバリアゲート型トランジスタとしても良いものである。
ここで、再び図１を参照して、改めて、本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１） カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェンを接着作用を有する絶縁体２によって基板１に貼り付け、前記グラフェン３をチャネルとしてその一方の端部にソース電極４を形成し且つ他方の端部にドレイン電極５を形成するとともに、ゲート電極６を設けたことを特徴とするグラフェントランジスタ。
（付記２） 上記グラフェン３の両端部に、前記グラフェン３を形成する際に用いたカーボンナノチューブが残存し、上記ソース電極４及びドレイン電極５が少なくとも一部において前記カーボンナノチューブに接触していることを特徴とする付記１記載のグラフェントランジスタ。
（付記３） 上記基板１が導電性基板１であり、前記基板１がゲート電極６として作用することを特徴とする付記１または２に記載のグラフェントランジスタ。
（付記４） 上記ゲート電極６が、上記ソース電極４とゲート電極６との間において、ゲート絶縁膜を介して設けられていることを特徴とする付記１または２に記載のグラフェントランジスタ。
（付記５） 上記接着作用を有する絶縁体２が、スピンオングラスであることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１に記載のグラフェントランジスタ。
（付記６） カーボンナノチューブを成長させた第１の基板と接着作用を有する絶縁体２を設けた第２の基板とを対向して貼り合わせることによって、前記カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェン３を前記接着作用を有する絶縁体２によって第２の基板に固着する工程、及び、前記グラフェン３をチャンネルとしたトランジスタを形成する工程を有することを特徴とするグラフェントランジスタの製造方法。 （付記７） 上記カーボンナノチューブを成長させるための触媒として、上記第１の基板の側からＴｉＮ及びＣｏを順次堆積させたＴｉＮ／Ｃｏを用いることを特徴とする付記６記載のグラフェントランジスタの製造方法。
（付記８） 上記グラフェン３から上記カーボンナノチューブを除去する際に、前記カーボンナノチューブの一部を残存させることを特徴とする付記６または７に記載のグラフェントランジスタの製造方法。
（付記９） 上記グラフェン３の素子形成領域を電子ビーム描画によって規定することを特徴とする付記６乃至８のいずれか１に記載のグラフェントランジスタの製造方法。
（付記１０） 上記グラフェン３の素子形成領域を電子ビーム描画によって規定する際に、チャネル方向をグラフェン３の平面に対してさまざまに分布するように規定することを特徴とする付記６乃至９いずれか１に記載のグラフェントランジスタの製造方法。
再び、図１参照
（付記１） カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェンを接着作用を有する絶縁体２によって基板１に貼り付け、前記グラフェン３をチャネルとしてその一方の端部にソース電極４を形成し且つ他方の端部にドレイン電極５を形成するとともに、ゲート電極６を設けたことを特徴とするグラフェントランジスタ。
（付記２） 上記グラフェン３の両端部に、前記グラフェン３を形成する際に用いたカーボンナノチューブが残存し、上記ソース電極４及びドレイン電極５が少なくとも一部において前記カーボンナノチューブに接触していることを特徴とする付記１記載のグラフェントランジスタ。
（付記３） 上記基板１が導電性基板１であり、前記基板１がゲート電極６として作用することを特徴とする付記１または２に記載のグラフェントランジスタ。
（付記４） 上記ゲート電極６が、上記ソース電極４とゲート電極６との間において、ゲート絶縁膜を介して設けられていることを特徴とする付記１または２に記載のグラフェントランジスタ。
（付記５） 上記接着作用を有する絶縁体２が、スピンオングラスであることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１に記載のグラフェントランジスタ。
（付記６） カーボンナノチューブを成長させた第１の基板と接着作用を有する絶縁体２を設けた第２の基板とを対向して貼り合わせることによって、前記カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェン３を前記接着作用を有する絶縁体２によって第２の基板に固着する工程、及び、前記グラフェン３をチャンネルとしたトランジスタを形成する工程を有することを特徴とするグラフェントランジスタの製造方法。 （付記７） 上記カーボンナノチューブを成長させるための触媒として、上記第１の基板の側からＴｉＮ及びＣｏを順次堆積させたＴｉＮ／Ｃｏを用いることを特徴とする付記６記載のグラフェントランジスタの製造方法。
（付記８） 上記グラフェン３から上記カーボンナノチューブを除去する際に、前記カーボンナノチューブの一部を残存させることを特徴とする付記６または７に記載のグラフェントランジスタの製造方法。
（付記９） 上記グラフェン３の素子形成領域を電子ビーム描画によって規定することを特徴とする付記６乃至８のいずれか１に記載のグラフェントランジスタの製造方法。
（付記１０） 上記グラフェン３の素子形成領域を電子ビーム描画によって規定する際に、チャネル方向をグラフェン３の平面に対してさまざまに分布するように規定することを特徴とする付記６乃至９いずれか１に記載のグラフェントランジスタの製造方法。
本発明の活用例としては、高周波用の電界効果型トランジスタが典型的なものであるが、かならずしも、高周波用に限定されるものではなく、低周波用トランジスタや、グラフェントランジスタを並列接続することによって、電力用トランジスタとして用いても良いものである。
１ 基板
２ 絶縁体
３ グラフェン
４ ソース電極
５ ドレイン電極
６ ゲート電極
１１ ｐ型シリコン基板
１２ ＳＯＧ膜
１３ レジストパターン
１４ グラフェンチャネル部
１５ ２層レジストパターン
１６ Ｐｄ膜
１７ Ｔｉ膜
１８ Ｐｔ膜
１９ ソース電極
２０ ドレイン電極
２１ ｐ型シリコン基板
２２ ＳｉＯ2 膜
２３ 触媒金属
２４ ＴｉＮ膜
２５ Ｃｏ膜
２６ カーボンナノチューブ
２７ グラフェン
２８ バックゲート
２９ Ｔｉ膜
３０ Ａｕ膜
３１ ＳＯＧ膜
３２ レジストパターン
３３ コンタクト用窓部
３４ ２層レジストパターン
３５ Ｔｉ膜
３６ Ａｕ膜
３７ ゲート電極
４１ レジストパターン
４２ コンタクト部
２ 絶縁体
３ グラフェン
４ ソース電極
５ ドレイン電極
６ ゲート電極
１１ ｐ型シリコン基板
１２ ＳＯＧ膜
１３ レジストパターン
１４ グラフェンチャネル部
１５ ２層レジストパターン
１６ Ｐｄ膜
１７ Ｔｉ膜
１８ Ｐｔ膜
１９ ソース電極
２０ ドレイン電極
２１ ｐ型シリコン基板
２２ ＳｉＯ2 膜
２３ 触媒金属
２４ ＴｉＮ膜
２５ Ｃｏ膜
２６ カーボンナノチューブ
２７ グラフェン
２８ バックゲート
２９ Ｔｉ膜
３０ Ａｕ膜
３１ ＳＯＧ膜
３２ レジストパターン
３３ コンタクト用窓部
３４ ２層レジストパターン
３５ Ｔｉ膜
３６ Ａｕ膜
３７ ゲート電極
４１ レジストパターン
４２ コンタクト部
Claims (5)
- カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェンを接着作用を有する絶縁体によって基板に貼り付け、前記グラフェンをチャネルとしてその一方の端部にソース電極を形成し且つ他方の端部にドレイン電極を形成するとともに、ゲート電極を設けたことを特徴とするグラフェントランジスタ。
- 上記グラフェンの両端部に、前記グラフェンを形成する際に用いたカーボンナノチューブが残存し、上記ソース電極及びドレイン電極が少なくとも一部において前記カーボンナノチューブに接触していることを特徴とする請求項１記載のグラフェントランジスタ。
- カーボンナノチューブを成長させた第１の基板と接着作用を有する絶縁体を設けた第２の基板とを対向して貼り合わせることによって、前記カーボンナノチューブの成長過程においてその先端に形成されたグラフェンを前記接着作用を有する絶縁体によって第２の基板に固着する工程、及び、前記グラフェンをチャンネルとしたトランジスタを形成する工程を有することを特徴とするグラフェントランジスタの製造方法。
- 上記カーボンナノチューブを成長させるための触媒として、上記第１の基板の側からＴｉＮ及びＣｏを順次堆積させたＴｉＮ／Ｃｏを用いることを特徴とする請求項３記載のグラフェントランジスタの製造方法。
- 上記グラフェンのチャネル領域を電子ビーム描画によって規定する際に、チャネル方向をグラフェンの平面に対してさまざまに分布するように規定することを特徴とする請求項３または４に記載のグラフェントランジスタの製造方法。
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