JP2018070444A - 半導体層の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、半導体層の製造方法に関する。【解決手段】本発明の半導体層の製造方法は、導電基板の表面に絶縁層を設置する第一ステップと、絶縁層の表面にカーボンナノチューブ構造体を設置する第二ステップと、走査型電子顕微鏡の加速電圧が５ＫＶ〜２０ＫＶであり、滞留時間が６マイクロ秒間〜２０マイクロ秒間であり、倍率を１万倍〜１０万倍に調整して、カーボンナノチューブ構造体を撮影し、カーボンナノチューブ構造体の写真を得られた第三ステップと、得られた写真において、基板の色より薄いカーボンナノチューブが金属型カーボンナノチューブであること及び基板の色より濃いカーボンナノチューブが半導体型カーボンナノチューブであることを判断する第四ステップと、実物のカーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブの位置を表示して、金属型カーボンナノチューブを除去する第五ステップと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体層の製造方法に関し、特にカーボンナノチューブに基づく半導体層の製造方法に関する。
カーボンナノチューブは、良好な電気特性、光電特性及び半導体型エネルギーを有する。従来技術では、カーボンナノチューブ層を半導体層として使用することが注目される。カーボンナノチューブを用いて半導体層を製造する際、まずカーボンナノチューブアレイを成長させて、その後、カーボンナノチューブアレイを層状構造体に直接加工して、半導体層として用いる。カーボンナノチューブは、金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブの２種類に分類することができる。カーボンナノチューブアレイを成長させる際、成長したカーボンナノチューブの種類を制御できない。これにより、従来の方法によって製造する半導体層は、半導体型カーボンナノチューブの他に金属型カーボンナノチューブを有する可能性がある。半導体層は金属型カーボンナノチューブを有する際、半導体層の性能に悪い影響をもたらす。
従来技術は走査型電子顕微鏡を採用して、カーボンナノチューブの種類を区別する。図４及び図５を参照すると、従来技術は走査型電子顕微鏡によって、カーボンナノチューブを特徴付ける際、明瞭且つ高コントラストの写真を得るために、より低い（１ＫＶ程度）加速電圧が使用される。得られた写真において、カーボンナノチューブの導電性能は、写真の色と関係し、色が薄いほど、導電性能が良好である。しかし、カーボンナノチューブの色は基板（ベース）の色より薄い。写真におけるカーボンナノチューブが金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブを同時に含む際、グレーカーボンナノチューブのような中間色のカーボンナノチューブの種類を決定する際、誤りがしばしば生じる。したがって、走査型電子顕微鏡によるカーボンナノチューブを区別する従来の方法では、カーボンナノチューブを区別する精度が高くなく、カーボンナノチューブの種類に対して判断ミス又は判断が困難なことが多い。写真において、金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブの両者の色は基板の色よりも薄いため、写真で１種類のカーボンナノチューブのみを有する場合、写真におけるカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブであるか半導体型カーボンナノチューブであるかを判断しにくい。
本発明の目的は、前記課題を解決するための半導体層の製造方法を提供することである。
本発明の半導体層の製造方法は、導電基板を提供し、導電基板の表面に絶縁層を設置する第一ステップと、絶縁層の表面にカーボンナノチューブ構造体を設置する第二ステップと、走査型電子顕微鏡の加速電圧が５ＫＶ〜２０ＫＶであり、滞留時間が６マイクロ秒間〜２０マイクロ秒間であり、倍率を１万倍〜１０万倍に調整して、カーボンナノチューブ構造体の写真を撮る第三ステップと、得られた写真において、カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが基板の表面に分布して、基板の色より薄いカーボンナノチューブが金属型カーボンナノチューブであること及び基板の色より濃いカーボンナノチューブが半導体型カーボンナノチューブであることを判断する第四ステップと、写真の割合と同じ割合によって、実物のカーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブの位置を表示して、前記金属型カーボンナノチューブを除去する第五ステップと、を含む。
本発明の半導体層の製造方法では、走査型電子顕微鏡の加速電圧は１５ＫＶ〜２０ＫＶである。
本発明の半導体層の製造方法では、第五ステップは、写真に座標系を確立し、スケールを表示し、金属型カーボンナノチューブの座標を読み取るステップと、写真の割合と同じ割合によって、実物のカーボンナノチューブ構造体に座標系を確立し、写真における金属型カーボンナノチューブの座標によって、実物のカーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブの座標を表示して且つ除去するステップと、を含む。
従来技術に比べて、本発明の半導体層の製造方法は以下の優れる点を有する。本発明の半導体層の製造方法は、金属型カーボンナノチューブを除去するステップを含む。これにより、半導体層は半導体型カーボンナノチューブのみを含み、半導体層の性能を高めることができる。さらに、本発明の半導体層の製造方法はカーボンナノチューブの種類を迅速且つ正確に区別できる。これにより、金属型カーボンナノチューブを表示し且つ除去できる。
本発明の実施例１における半導体層の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例１における半導体層の製造方法によって得られたカーボンナノチューブ構造体の写真である。 図２の概略図である。 従来技術で、走査型電子顕微鏡を採用して得られたカーボンナノチューブ構造体の写真である。 図４の概略図である
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例１は、半導体層の製造方法を提供する。図１を参照すると、半導体層の製造方法は以下のステップを含む。
Ｓ１、導電基板を提供し、導電基板の表面に絶縁層を設置する。
Ｓ２、絶縁層の表面にカーボンナノチューブ構造体を設置する。
Ｓ３、走査型電子顕微鏡の加速電圧が５ＫＶ〜２０ＫＶであり、滞留時間が６マイクロ秒間〜２０マイクロ秒間であり、倍率を１万倍〜１０万倍に調整して、カーボンナノチューブ構造体を撮影し、カーボンナノチューブ構造体の写真を得る。
Ｓ４、得られた写真において、カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは基板の表面に分布して、基板の色より薄いカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブであり、基板の色より濃いカーボンナノチューブは半導体型カーボンナノチューブである。
Ｓ５、写真の割合と同じ割合によって、実物のカーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブの位置を表示して、金属型カーボンナノチューブを除去する。
ステップＳ１において、導電基板は導電材料からなる。導電基板の材料は金属、導電性有機物又はドープされた導電性材料であってもよい。本実施例において、導電基板の材料はドープされたシリコンである。絶縁層は絶縁材料からなる。絶縁層の材料は酸化物又は高分子材料であってもよい。本実施例において、絶縁層の材料は酸化ケイ素であり、絶縁層の厚さは５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
ステップＳ２において、カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブを含む。カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは絶縁層の表面に平行であってもよい。カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブを含む際、複数のカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブ及び/又は半導体型カーボンナノチューブを含んでもよい。本実施例において、カーボンナノチューブ構造体は複数の金属型カーボンナノチューブ及び複数の半導体型カーボンナノチューブを含む。
ステップＳ３において、カーボンナノチューブ構造体を走査型電子顕微鏡によって観察できる位置に設置してもよい。好ましくは、走査型電子顕微鏡の加速電圧は１５ＫＶ〜２０ＫＶであり、滞留時間は１０マイクロ秒間〜２０マイクロ秒間である。本実施例において、走査型電子顕微鏡の加速電圧は１０ＫＶであり、滞留時間は２０マイクロ秒間であり、倍率は２万倍である。
ステップＳ４において、得られた写真は図２である。その概略図は図３である。図２及び図３は基板及び基板におけるカーボンナノチューブの画像を含む。図２及び図３から分かるように、一部のカーボンナノチューブの色は基板の色より薄く、一部のカーボンナノチューブの色は基板の色より濃い。基板の色より薄いカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブであり、基板の色より濃いカーボンナノチューブは半導体型カーボンナノチューブである。
図４は、従来技術において走査型電子顕微鏡を用いてカーボンナノチューブを特徴付ける方法によって得られたカーボンナノチューブ構造体の写真である。図５は図４の概略図である。図２は、本発明の半導体層の製造方法によって得られたカーボンナノチューブ構造体の写真である。図３は図２の概略図である。図４及び図５を図２及び図３と対比することにより、以下の四つの区別が得られる。
第一に、従来技術によって得られたカーボンナノチューブ構造体の写真において、カーボンナノチューブの導電性能は写真の色と関係し、色が薄いほど、導電性能が良好である。しかし、カーボンナノチューブの色は基板の色より薄い。写真におけるカーボンナノチューブが金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブを同時に含む際、グレーカーボンナノチューブのような中間色のカーボンナノチューブの種類を判断する際、誤りがしばしば生じる。したがって、走査型電子顕微鏡によるカーボンナノチューブを区別する従来技術は、カーボンナノチューブを区別する精度が高くなく、カーボンナノチューブの種類に対して判断ミス又は判断が困難なことが多い。本発明の実施例で得られたカーボンナノチューブ構造体の写真において、金属型カーボンナノチューブは基板よりも色が薄く、半導体型カーボンナノチューブは基板の色より濃いので、カーボンナノチューブが金属型カーボンナノチューブであるか半導体カーボンナノチューブであるかは、一目で分かる。
第二に、従来技術によって得られたカーボンナノチューブ構造体の写真において、金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブ両者の色は基板の色よりも薄いため、写真で１種類のカーボンナノチューブのみを有する場合、写真におけるカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブであるか半導体型カーボンナノチューブであるかを判断しにくい。本発明の実施例で得られたカーボンナノチューブ構造体の写真において、金属型カーボンナノチューブは基板よりも色が薄く、半導体型カーボンナノチューブは基板の色より濃いので、写真で１種類のカーボンナノチューブのみを有する場合、写真におけるカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブであるか半導体型カーボンナノチューブであるかを速やかに判断できる。
第三に、図２及び図３と比較すると、図４及び図５のコントラストが高いので、カーボンナノチューブを視認し易く、写真がより美しい。本発明の実施例で得られた図２は、解像度が低く、写真が美しくない。したがって、従来技術では、低加速電圧によってカーボンナノチューブを特徴付け且つ区別する。しかし、カーボンナノチューブを区別する従来技術で得られた写真によって、カーボンナノチューブの種類を正確に区別することは困難である。本発明の半導体層の製造方法では、迅速かつ正確にカーボンナノチューブの種類を判断でき、技術的偏見を克服することができる。
第四に、図４及び図５に比べて、図２及び図３におけるカーボンナノチューブ画像の幅は比較的狭いので、密度の高い複数のカーボンナノチューブを区別する際、本発明が提供する半導体層の製造方法におけるカーボンナノチューブの種類を区別する方法はより適している。
ステップＳ５は以下のステップを含む。
Ｓ５１、写真に座標系を確立し、スケールを表示し、金属型カーボンナノチューブの座標を読み取る。
Ｓ５２、写真の割合と同じ割合によって、実物のカーボンナノチューブ構造体に座標系を確立し、写真における金属型カーボンナノチューブの座標によって、実物の前記カーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブを表示して且つ除去する。
本実施例において、電子線露光方法により、半導体型カーボンナノチューブを保護し、金属型カーボンナノチューブを露出させ、プラズマエッチングにより金属型カーボンナノチューブを除去する。
本発明の半導体層の製造方法はカーボンナノチューブの種類を迅速且つ正確に区別できる。これにより、金属型カーボンナノチューブを除去でき、半導体層は半導体型カーボンナノチューブのみを含み、半導体層の性能を高めることができる。

Claims (3)

  1. 導電基板を提供し、前記導電基板の表面に絶縁層を設置する第一ステップと、
    前記絶縁層の表面にカーボンナノチューブ構造体を設置する第二ステップと、
    走査型電子顕微鏡の加速電圧が５ＫＶ〜２０ＫＶであり、滞留時間が６マイクロ秒間〜２０マイクロ秒間であり、倍率を１万倍〜１０万倍に調整して、前記カーボンナノチューブ構造体を撮影し、カーボンナノチューブ構造体の写真を得る第三ステップと、
    得られた前記写真において、前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが基板の表面に分布して、前記基板の色より薄いカーボンナノチューブが金属型カーボンナノチューブであること及び前記基板の色より濃いカーボンナノチューブが半導体型カーボンナノチューブであることを判断する第四ステップと、
    前記写真の割合と同じ割合によって、実物の前記カーボンナノチューブ構造体における前記金属型カーボンナノチューブの位置を表示して、前記金属型カーボンナノチューブを除去する第五ステップと、
    を含むことを特徴とする半導体層の製造方法。
  2. 前記走査型電子顕微鏡の加速電圧が１５ＫＶ〜２０ＫＶであることを特徴とする請求項１に記載の半導体層の製造方法。
  3. 前記第五ステップが、
    前記写真に座標系を確立し、スケールを表示し、前記金属型カーボンナノチューブの座標を読み取るステップと、
    写真の割合と同じ割合によって、実物の前記カーボンナノチューブ構造体に座標系を確立し、前記写真における前記金属型カーボンナノチューブの座標によって、実物の前記カーボンナノチューブ構造体における前記金属型カーボンナノチューブの座標を表示して且つ除去するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体層の製造方法。
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