JP5144135B2 - Nanowire, device including nanowire, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、ナノワイヤ本体の表面に微粒子が自己組織的に形成されたナノワイヤに関している。 The present invention relates to a nanowire in which fine particles are self-organized on the surface of a nanowire body.
大規模集積回路（ＬＳＩ）におけるトランジスタや、フラットパネルディスプレイにおける薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を微細化するための研究開発が活発に進められている。シリコン半導体プロセスでは、フォトリソグラフィ工程における露光用光源の波長を短くすることにより、０．１μｍ以下の微細加工が実現されている。しかしながら、従来のリソグラフィー技術による微細化には限界があり、また微細化の進展に伴い、露光装置やマスク部材のコストが急増している。 Research and development for miniaturizing transistors in large scale integrated circuits (LSIs) and thin film transistors (TFTs) in flat panel displays are being actively promoted. In the silicon semiconductor process, microfabrication of 0.1 μm or less is realized by shortening the wavelength of the light source for exposure in the photolithography process. However, there is a limit to miniaturization by the conventional lithography technique, and along with the progress of miniaturization, the costs of the exposure apparatus and the mask member are rapidly increasing.
近年、カーボンナノチューブ（非特許文献１）や、半導体的性質を示す材料から形成されたナノワイヤ（特許文献１）が注目されている。カーボンナノチューブやナノワイヤは、直径が１ｎｍ〜１μｍ程度の微細構造体であり、自己組織的に形成することが可能である。このため、高度なフォトリソグラフィ技術やエッチング技術を用いなくても、ナノメーターサイズの高性能な電子デバイスを実現する可能性を有している。このような微細構造体は、複雑なプロセス技術を用いることなく、高性能デバイスを低コストで生産することを可能にする技術として期待されている。 In recent years, carbon nanotubes (Non-patent Document 1) and nanowires (Patent Document 1) formed from materials exhibiting semiconductor properties have attracted attention. Carbon nanotubes and nanowires are fine structures having a diameter of about 1 nm to 1 μm, and can be formed in a self-organized manner. For this reason, there is a possibility of realizing a nanometer-sized high-performance electronic device without using advanced photolithography technology and etching technology. Such a fine structure is expected as a technology that enables a high-performance device to be produced at a low cost without using a complicated process technology.
以下、図２０を参照にしながら、従来のナノワイヤ構造を説明する。 Hereinafter, a conventional nanowire structure will be described with reference to FIG.
図２０（ａ）は、ナノワイヤの模式構造図を示している。このナノワイヤの長さは、５００ｎｍ〜１ｍｍ程度であり、応用目的に合わせて適宜設定することができる。 FIG. 20A shows a schematic structural diagram of a nanowire. The length of the nanowire is about 500 nm to 1 mm, and can be appropriately set according to the application purpose.
図２０（ｂ）は、コア部２０２（内側）とシェル部２０３（外側）が異なる材料により構成されているナノワイヤ（以下、「コア・シェルナノワイヤ」と称する）２０１を示している（特許文献２）。 FIG. 20B shows a nanowire (hereinafter referred to as “core-shell nanowire”) 201 in which the core portion 202 (inner side) and the shell portion 203 (outer side) are made of different materials (Patent Document 2). ).
図２０（ｃ）は、ナノワイヤの長さ方向に第１の半導体ナノワイヤ２０５と第２の半導体ナノワイヤ２０６とが配列されたナノワイヤ２０４（ヘテロナノワイヤ）を示している（特許文献２）。 FIG. 20C shows a nanowire 204 (hetero nanowire) in which a first semiconductor nanowire 205 and a second semiconductor nanowire 206 are arranged in the length direction of the nanowire (Patent Document 2).
通常のエピタキシャル成長技術によるヘテロ成長技術では、欠陥や転移を低減するために、ヘテロ界面において格子定数を整合する必要があり、材料選択に制約があった。しかしながら、擬一次元構造を有するナノワイヤでは、格子定数不整合によるストレスを緩和できる可能性があるため、材料選択の自由度を向上させることができる。 In the hetero-growth technique based on the normal epitaxial growth technique, it is necessary to match the lattice constant at the hetero interface in order to reduce defects and dislocations, and there is a restriction in material selection. However, nanowires having a quasi-one-dimensional structure may be able to alleviate stress due to lattice constant mismatch, so that the degree of freedom in material selection can be improved.
このように自己組織的に微細構造体や材料エンジニアリングを実現できるナノワイヤは、将来を期待されている。 Nanowires that can realize microstructures and material engineering in a self-organizing manner are expected in the future.
非特許文献２は、ボロンをシリコンナノワイヤにドープすることにより、ナノワイヤの外径が大きくなるとともに、その表面に凹凸と金リッチな微粒子（ナノ粒子）が生成されることを報告している。
ナノワイヤは、種々の用途に用いることが期待され、活発に研究されているが、極めて微細な構造物であるため、ナノワイヤの表面に対して更に微細加工などの処理を施して機能性を高めることは、極めて困難である。 Nanowires are expected to be used in various applications and are being actively researched. However, since they are extremely fine structures, the surface of nanowires can be further processed to improve functionality. Is extremely difficult.
非特許文献１は、ナノワイヤの成長時に不純物をドープすると、ナノワイヤの表面に不規則な凹凸が形成されることを開示しているが、その凹凸の形成は制御できず、電子デバイスに応用することは困難である。 Non-Patent Document 1 discloses that when the impurity is doped during the growth of the nanowire, irregular irregularities are formed on the surface of the nanowire, but the formation of the irregularities cannot be controlled and applied to an electronic device. It is difficult.
ナノワイヤの成長条件によってはナノワイヤの表面に多数の微粒子が形成されることが知られているが、そのような微粒子をナノワイヤの所望の領域に選択的に形成する技術は知られていない。ナノワイヤの表面における微粒子の形成および分布を制御することができれば、微粒子付のナノワイヤを種所の電子デバイスに応用することも可能になるが、残念ながら、そのような制御技術は開発されていないのが現状である。 Although it is known that a large number of fine particles are formed on the surface of the nanowire depending on the growth conditions of the nanowire, a technique for selectively forming such fine particles in a desired region of the nanowire is not known. If the formation and distribution of fine particles on the surface of nanowires can be controlled, nanowires with fine particles can be applied to various electronic devices, but unfortunately no such control technology has been developed. Is the current situation.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ナノワイヤ本体の表面に微粒子を自己組織的に形成したナノワイヤ及び当該ナノワイヤを備える装置、並びに、その製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a nanowire in which fine particles are formed in a self-organized manner on the surface of a nanowire body, a device including the nanowire, and a manufacturing method thereof. It is in.
本発明のナノワイヤは、第１の材料から形成された結晶性半導体のナノワイヤ本体と、前記半導体を構成する元素を一部に含む第２の材料から形成され、前記ナノワイヤ本体の表面の少なくとも一部に位置する複数の微粒子とを備え、前記ナノワイヤ本体の表面が平滑である。 The nanowire of the present invention is formed of a crystalline semiconductor nanowire main body formed of a first material and a second material partially including an element constituting the semiconductor, and at least a part of the surface of the nanowire main body. And the surface of the nanowire body is smooth.
好ましい実施形態において、前記ナノワイヤ本体の前記平滑な表面のうち、少なくとも前記複数の微粒子と接触している部分には、酸化膜が実質的に形成されていない。 In a preferred embodiment, an oxide film is not substantially formed on at least a portion of the smooth surface of the nanowire body that is in contact with the plurality of fine particles.
好ましい実施形態において、前記ナノワイヤの平均直径は１ｎｍ以上１μｍ以下である。 In a preferred embodiment, the nanowire has an average diameter of 1 nm or more and 1 μm or less.
好ましい実施形態において、前記複数の微粒子は、前記ナノワイヤ本体の表面の全体に分散している。 In a preferred embodiment, the plurality of fine particles are dispersed throughout the surface of the nanowire body.
好ましい実施形態において、前記ナノワイヤ本体の表面は、前記複数の微粒子が分散している第１領域と、前記複数の微粒子が形成されていない第２領域とに分かれている。 In a preferred embodiment, the surface of the nanowire body is divided into a first region in which the plurality of fine particles are dispersed and a second region in which the plurality of fine particles are not formed.
好ましい実施形態において、前記複数の微粒子は、少なくとも一種類の金属元素を含有する。 In a preferred embodiment, the plurality of fine particles contain at least one metal element.
好ましい実施形態において、前記複数の微粒子は、金属、または金属と前記第１の材料との合金から形成されている。 In a preferred embodiment, the plurality of fine particles are formed of a metal or an alloy of a metal and the first material.
好ましい実施形態において、前記第２の材料は、金、銀、銅、及びイリジウムからなる群から選択された少なくとも１種の金属を含有している。 In a preferred embodiment, the second material contains at least one metal selected from the group consisting of gold, silver, copper, and iridium.
好ましい実施形態において、前記複数の微粒子の平均粒径が２０ｎｍ未満である。 In a preferred embodiment, the average particle size of the plurality of fine particles is less than 20 nm.
好ましい実施形態において、前記ナノワイヤ本体は単結晶である。 In a preferred embodiment, the nanowire body is a single crystal.
好ましい実施形態において、前記第１の材料は、シリコン、ゲルマニウム、及び炭素からなる群から選択された少なくとも１種の材料から形成されている。 In a preferred embodiment, the first material is formed of at least one material selected from the group consisting of silicon, germanium, and carbon.
本発明の電界効果型トランジスタは、上記いずれかのナノワイヤを備える電界効果トランジスタであって、前記ナノワイヤに形成されたチャネル領域と、前記ナノワイヤに接続され、ソース領域及びドレイン領域として機能する電極と、前記チャネル領域の少なくとも一部における導電性を制御するゲート電極と、前記ゲート電極を前記チャネル領域から電気的に絶縁するゲート絶縁膜とを備える。 The field effect transistor of the present invention is a field effect transistor comprising any one of the above nanowires, a channel region formed in the nanowire, an electrode connected to the nanowire and functioning as a source region and a drain region, A gate electrode that controls conductivity in at least a part of the channel region; and a gate insulating film that electrically insulates the gate electrode from the channel region.
好ましい実施形態において、前記ナノワイヤの表面のうち、前記電極と接触する領域に前記複数の微粒子の少なくとも一部の微粒子が存在している。 In a preferred embodiment, at least some of the plurality of fine particles are present in a region in contact with the electrode on the surface of the nanowire.
好ましい実施形態において、前記ナノワイヤのうち、前記電極と接触する部分に不純物がドープされている。 In a preferred embodiment, an impurity is doped in a portion of the nanowire that contacts the electrode.
好ましい実施形態において、前記微粒子に機能性分子が化学修飾されている。 In a preferred embodiment, the fine particles are chemically modified with functional molecules.
好ましい実施形態において、前記機能性分子は、前記微粒子との結合部位に−ＳＨ基を含んでいる。 In a preferred embodiment, the functional molecule contains a —SH group at a binding site with the fine particle.
好ましい実施形態において、前記機能性分子は、Ｘ−（ＣnＨm）−ＳＨ（ｎ、ｍは自然数）且つＸ：−ＮＨ2、−ＣＯＯＨ、−ＣxＨy、−ＣaＦb（ｘ、ｙ、ａ、ｂは自然数）である。 In a preferred embodiment, the functional molecule, X- (C n H m) -SH (n, m are natural numbers) and X: -NH 2, -COOH, -C x H y, -C a F b ( x, y, a, and b are natural numbers).
本発明のセンサーは、センシング部として機能する上記いずれかのナノワイヤと、前記ナノワイヤに接続された第１の電極及び第２の電極とを備える。 The sensor of the present invention includes any one of the nanowires functioning as a sensing unit, and a first electrode and a second electrode connected to the nanowire.
本発明の電子装置は、前記微粒子に機能性分子が化学修飾されている上記いずれかのナノワイヤと、前記機能性分子を介して前記ナノワイヤと化学的に結合した部材とを備える。 The electronic device of the present invention includes any one of the above nanowires in which a functional molecule is chemically modified in the fine particles, and a member chemically bonded to the nanowire via the functional molecule.
本発明の電子装置は、上記いずれかのナノワイヤを備えている。 The electronic device of the present invention includes any one of the above nanowires.
好ましい実施形態において、前記電子装置は、前記ナノワイヤにおける前記複数の微粒子と接触する電極を更に備えている。 In a preferred embodiment, the electronic device further includes an electrode in contact with the plurality of fine particles in the nanowire.
本発明によるナノワイヤの製造方法は、表面に触媒金属粒子が配置された基板を用意する工程（Ａ）と、前記基板上に第１の材料から形成されたナノワイヤ本体を成長させる工程（Ｂ）とを含むナノワイヤの製造方法であって、前記工程（Ｂ）において、第２の材料から形成された複数の微粒子を前記ナノワイヤ本体の表面の少なくとも一部に成長させる。 The method of manufacturing a nanowire according to the present invention includes a step (A) of preparing a substrate having catalytic metal particles disposed on the surface, and a step (B) of growing a nanowire body formed of a first material on the substrate. In the step (B), a plurality of fine particles formed from the second material are grown on at least a part of the surface of the nanowire body.
本発明のナノワイヤは、ナノワイヤ本体の表面に位置する複数の微粒子を備えているため、この微粒子を利用した多様なデバイスを実現することが可能になる。本発明では、ナノワイヤ本体の表面に自己組織的に金属粒子を形成することができ、その製造が容易であるため、トランジスタ及びメモリなどの電子デバイス、並びに、これらの電子デバイスを用いた電子機器への応用が期待できる。 Since the nanowire of the present invention includes a plurality of fine particles located on the surface of the nanowire main body, various devices using the fine particles can be realized. In the present invention, metal particles can be formed in a self-organized manner on the surface of the nanowire body, and the manufacture thereof is easy. Therefore, to electronic devices such as transistors and memories, and electronic equipment using these electronic devices. The application of can be expected.
このようなナノワイヤを従来技術により製造するためには、ナノワイヤ本体の表面に別途作製した金属粒子を付着させる必要がある。このような方法で形成すると、金属粒子とナノワイヤの結合力を強くすることや金属粒子の密度や粒子径を正確に制御することが困難となる。 In order to manufacture such a nanowire by the conventional technique, it is necessary to attach separately produced metal particles to the surface of the nanowire body. When formed by such a method, it becomes difficult to increase the bonding force between the metal particles and the nanowire and to accurately control the density and particle size of the metal particles.
また、ナノワイヤの成長中に金の微粒子を形成し得ることが報告されているが、ナノワイヤ本体の表面に不規則な凹凸が形成されている。半導体からなるナノワイヤ本体の表面に不規則な凹凸が生じると、表面における結晶欠陥や準位が増大し、半導体特性を劣化させる。本発明によれば、ナノワイヤ本体の表面が平滑に維持されるため、優れた特性を発揮することができる。 Further, it has been reported that gold fine particles can be formed during the growth of the nanowire, but irregular irregularities are formed on the surface of the nanowire body. When irregular irregularities are generated on the surface of the nanowire body made of a semiconductor, crystal defects and levels on the surface increase and the semiconductor characteristics are deteriorated. According to the present invention, since the surface of the nanowire main body is maintained smooth, excellent characteristics can be exhibited.
まず、図１を参照しながら、本発明によるナノワイヤを説明する。図１（ａ）は、本発明によるナノワイヤの斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 First, a nanowire according to the present invention will be described with reference to FIG. 1A is a perspective view of a nanowire according to the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
図示されているナノワイヤは、複数の微粒子がナノワイヤ本体の表面に形成されたナノワイヤ（以下、「微粒子コートナノワイヤ」を称する。）である。図１に示す微粒子コートナノワイヤ１０１は、ナノワイヤ本体の一端に触媒金属１０２を有し、ナノワイヤ本体１０４の表面に複数の微粒子１０３が配置された構造を有している。触媒金属１０２と微粒子１０３には同一金属が含有されている。触媒金属１０２は、ナノワイヤの形成後に除去することが可能であり、最終的な微粒子コートナノワイヤは触媒金属１０２を有している必要は無い。簡単のため、図１以外の図面では、触媒金属１０２の図示を省略している。 The illustrated nanowire is a nanowire in which a plurality of fine particles are formed on the surface of a nanowire body (hereinafter referred to as “fine particle coated nanowire”). A fine particle-coated nanowire 101 shown in FIG. 1 has a structure in which a catalytic metal 102 is provided at one end of a nanowire main body, and a plurality of fine particles 103 are arranged on the surface of the nanowire main body 104. The catalyst metal 102 and the fine particles 103 contain the same metal. The catalytic metal 102 can be removed after the nanowire is formed, and the final particulate coated nanowire need not have the catalytic metal 102. For simplicity, illustration of the catalyst metal 102 is omitted in drawings other than FIG.
ナノワイヤ本体１０４は、表面が平滑な結晶性の半導体（第１の材料）からなり、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅなどのＩＶ族半導体、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体、またはＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳなどのＩＩ―ＶＩ族半導体から形成され得る。ここで、「結晶性の半導体」とは、好ましくは単結晶であるが、一部に欠陥などを含んでいても良いし、多結晶であってもよい。 The nanowire body 104 is made of a crystalline semiconductor (first material) having a smooth surface. For example, a group IV semiconductor such as Si, Ge, or SiGe, a group III-V semiconductor such as GaAs, InP, or InAs, or ZnS is used. , ZnSe, CdS, etc., can be formed from II-VI group semiconductors. Here, the “crystalline semiconductor” is preferably a single crystal, but may partially include a defect or may be polycrystalline.
触媒金属１０２及び微粒子１０３は、例えば、金、銀、銅、ニッケル、コバルト、鉄、チタンなどの金属原子、または、これらの金属原子とナノワイヤ本体１０４を構成する材料との合金若しくは複合材料から形成され得る。 The catalytic metal 102 and the fine particles 103 are formed from, for example, a metal atom such as gold, silver, copper, nickel, cobalt, iron, titanium, or an alloy or a composite material of these metal atoms and a material constituting the nanowire body 104. Can be done.
微粒子１０３は、ナノワイヤ本体１０４の半導体を構成する元素を一部に含む第２の材料から形成されている。微粒子１０３の平均粒径は、１ｎｍから５０ｎｍ程度であり、典型的には２０ｎｍ以下である。微粒子の断面は、典型的には円または楕円に近い形状を有しているが、多角形を含む様々な形状を有していてもよい。微粒子コートナノワイヤ１０１の長さは、例えば１μｍ〜１００μｍ程度であり、その直径は例えば２ｎｍ〜１μｍ程度である。 The fine particles 103 are formed of a second material that partially contains an element constituting the semiconductor of the nanowire body 104. The average particle diameter of the fine particles 103 is about 1 nm to 50 nm, and typically 20 nm or less. The cross section of the fine particles typically has a shape close to a circle or an ellipse, but may have various shapes including polygons. The length of the fine particle coated nanowire 101 is, for example, about 1 μm to 100 μm, and the diameter thereof is, for example, about 2 nm to 1 μm.
なお、好ましい実施形態において、ナノワイヤ本体１０４の平滑な表面のうち、少なくとも複数の微粒子１０３と接触している部分には、酸化膜が実質的に形成されていない。後述するように、複数の微粒子１０３が含有する金属は、触媒金属１０２に由来するものであり、複数の微粒子１０３の分布は、ナノワイヤ本体１０４の平滑な表面を微粒子１０３が移動すること（マイグレーション）によって広がっている。本発明者の実験によると、このマイグレーションは、ナノワイヤ本体１０４の表面が酸化されている場合には生じにくい。このため、ナノワイヤ本体１０４の表面が酸化されにいく状況で複数の微粒子１０３の形成およびマイグレーションを引き起こすことが好ましい。その結果、ナノワイヤ本体１０４の平滑な表面のうち、少なくとも複数の微粒子１０３と接触している部分には、酸化膜が実質的に形成されていない構成が実現する。このようなマイグレーションが完了した後、複数の微粒子１０３と接触していない部分が事後的に酸化されたり、あるいは酸化膜に被覆されていてもよい。 In a preferred embodiment, an oxide film is not substantially formed on at least a portion of the smooth surface of the nanowire body 104 that is in contact with the plurality of fine particles 103. As will be described later, the metal contained in the plurality of fine particles 103 is derived from the catalyst metal 102, and the distribution of the plurality of fine particles 103 is that the fine particles 103 move on the smooth surface of the nanowire body 104 (migration). Has spread by. According to the inventors' experiments, this migration is unlikely to occur when the surface of the nanowire body 104 is oxidized. For this reason, it is preferable to cause formation and migration of the plurality of fine particles 103 in a situation where the surface of the nanowire body 104 is being oxidized. As a result, a configuration in which an oxide film is not substantially formed on at least a portion of the smooth surface of the nanowire body 104 that is in contact with the plurality of fine particles 103 is realized. After such migration is completed, portions that are not in contact with the plurality of fine particles 103 may be oxidized afterwards or may be covered with an oxide film.
次に、図２（ａ）から（ｃ）を参照しながら、本発明による微粒子コートナノワイヤの製造方法の一例を説明する。図２（ａ）から（ｃ）は、本発明のナノワイヤの製造方法を示す工程図である。ナノワイヤの成長は公知の方法である気層−液層−固層（ＶＬＳ）成長機構によって成長することができる。 Next, an example of the method for producing the fine particle-coated nanowire according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (c) are process diagrams showing the nanowire manufacturing method of the present invention. Nanowires can be grown by a gas-liquid-solid (VLS) growth mechanism, which is a known method.
まず、図２（ａ）に示すように、触媒金属１０２を任意の基板１０５上に配置する。配置する方法としては、例えば、金属コロイド溶液をスピンコート法によって塗布する方法や金属薄膜をスパッタ法や蒸着法で堆積させ粒子化する方法で基板１０５上に配置することができる。 First, as shown in FIG. 2A, the catalytic metal 102 is disposed on an arbitrary substrate 105. Examples of the arrangement method include a method in which a metal colloid solution is applied by a spin coating method and a method in which a metal thin film is deposited by a sputtering method or a vapor deposition method to form particles.
次に、この触媒金属１０２を配置した基板１０５をＣＶＤ装置などのチャンバに導入する。図２（ｂ）に示すように、ナノワイヤを構成する元素を含む原料ガス１０６をチャンバ内に導入し、所定の圧力に保つ。この基板１０５は、ランプやヒーターなどで加熱し任意の温度（但し、原料ガス１０６が基板１０５上で分解する温度よりも低い温度である）に基板を保つ。このような状況において、原料ガス１０６は、触媒金属１０２の近傍においてのみ選択的に分解する。触媒金属１０２は、この分解した原料ガスと反応することにより、触媒金属とナノワイヤを構成する元素との合金１０２ａを形成する。 Next, the substrate 105 on which the catalytic metal 102 is disposed is introduced into a chamber such as a CVD apparatus. As shown in FIG. 2B, a source gas 106 containing an element constituting the nanowire is introduced into the chamber and kept at a predetermined pressure. The substrate 105 is heated by a lamp, a heater, or the like to keep the substrate at an arbitrary temperature (however, the temperature is lower than the temperature at which the source gas 106 decomposes on the substrate 105). In such a situation, the source gas 106 is selectively decomposed only in the vicinity of the catalytic metal 102. The catalytic metal 102 reacts with the decomposed source gas to form an alloy 102a of the catalytic metal and the elements constituting the nanowire.
次に、図２（ｃ）に示すように、原料ガス１０６が分解することにより生成したナノワイヤを構成する元素は、触媒金属とナノワイヤを構成する元素との合金１０２ａに溶解し、過飽和状態となる。この過飽和状態となった触媒金属とナノワイヤを構成する元素との合金１０２ａからナノワイヤを構成する元素が析出し、析出した元素が凝集することにより結晶半導体（ナノワイヤ本体）が成長する。 Next, as shown in FIG. 2C, the elements constituting the nanowires generated by the decomposition of the source gas 106 are dissolved in the alloy 102a of the catalyst metal and the elements constituting the nanowires and become supersaturated. . The element constituting the nanowire is precipitated from the supersaturated alloy 102a of the catalyst metal and the element constituting the nanowire, and the precipitated element aggregates to grow a crystalline semiconductor (nanowire body).
本発明では、ナノワイヤの成長中または成長後の熱処理時に微粒子が自己組織的にナノワイヤ表面上に形成される。このような微粒子を形成するには、ナノワイヤ成長雰囲気を制御すればよく、例えば低圧下（例えば、雰囲気ガス圧力：１０-3Ｔｏｒｒ以下）でナノワイヤを成長させることにより、ボロンなどの不純物を高濃度にドープさせなくとも、微粒子コートナノワイヤを形成することができる。詳細な成長条件については、後述する。 In the present invention, fine particles are formed on the nanowire surface in a self-organizing manner during the heat treatment during or after the nanowire growth. In order to form such fine particles, the nanowire growth atmosphere can be controlled. For example, by growing nanowires under a low pressure (for example, atmospheric gas pressure: 10 −3 Torr or less), impurities such as boron are concentrated at a high concentration. Even if it is not doped, a fine particle-coated nanowire can be formed. Detailed growth conditions will be described later.
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
（実施形態１）
まず、図３から図６を参照しながら、本発明によるナノワイヤの第１の実施形態を説明する。本実施形態のナノワイヤは、金粒子（金ドット）がＳｉナノワイヤ本体上に形成されたナノワイヤであるため、以下、「金ドットコートＳｉナノワイヤ」と称する。
(Embodiment 1)
First, a first embodiment of a nanowire according to the present invention will be described with reference to FIGS. Since the nanowire of the present embodiment is a nanowire in which gold particles (gold dots) are formed on the Si nanowire body, it is hereinafter referred to as “gold dot-coated Si nanowire”.
図３は、本実施形態における金ドットコートＳｉナノワイヤ１１０の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像の一例を示す写真である。図４（ａ）は、図３のＰＯＩＮＴ１領域、図４（ｂ）は図３のＰＯＩＮＴ２領域の元素分析結果を示すグラフである。図５（ａ）は、この金ドットコートＳｉナノワイヤの長さ方向に対して垂直な面の断面ＴＥＭ像、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ部拡大図を示す図である。図６（ａ）は、図５（ｂ）のＰＯＩＮＴ３領域、図６（ｂ）は図５（ｂ）のＰＯＩＮＴ４領域の元素分析結果を示す図である。 FIG. 3 is a photograph showing an example of a transmission electron microscope (TEM) image of the gold dot-coated Si nanowire 110 in the present embodiment. 4A is a graph showing the elemental analysis results in the POINT1 region in FIG. 3, and FIG. 4B is a graph showing the elemental analysis results in the POINT2 region in FIG. FIG. 5A is a cross-sectional TEM image of a plane perpendicular to the length direction of the gold dot-coated Si nanowire, and FIG. 5B is an enlarged view of a portion B in FIG. 5A. . 6A is a diagram showing the elemental analysis results in the POINT3 region of FIG. 5B, and FIG. 6B is a diagram showing the elemental analysis results in the POINT4 region of FIG. 5B.
図３に示す金ドットコートＳｉナノワイヤ１１０は、Ｓｉナノワイヤ本体１１１の表面に複数の金属粒子１１２が配置された構造を備えている。図４に示す元素分析の結果から、図３に示される粒子状の黒点部は、金及びシリコン元素から構成され、その他の領域はシリコン元素から構成されていることが分かる。従って、この金ドットコートＳｉナノワイヤ１１０には、粒径２ｎｍ〜５ｎｍ程度の金およびシリコン元素によって構成された粒子が、自己組織的に複数個形成された構造を有している。 The gold dot-coated Si nanowire 110 shown in FIG. 3 has a structure in which a plurality of metal particles 112 are arranged on the surface of the Si nanowire body 111. From the results of the elemental analysis shown in FIG. 4, it can be seen that the particulate black spots shown in FIG. 3 are composed of gold and silicon elements, and the other regions are composed of silicon elements. Therefore, the gold dot-coated Si nanowire 110 has a structure in which a plurality of particles composed of gold and silicon elements having a particle diameter of about 2 nm to 5 nm are formed in a self-organized manner.
金ドットコートＳｉナノワイヤ１１０の断面形状は、図５に示すように典型的には六角形であり、Ｓｉナノワイヤ本体１１１の外側に２ｎｍから３ｎｍ程度のシリコン酸化膜１１３に覆われた形状を有している。シリコン酸化膜１１３は、通常のバルクＳｉ基板等においても大気中の酸素と反応して形成される自然酸化膜である。このシリコン酸化膜１１３の形成は、金属粒子１１２がＳｉナノワイヤ本体１１１の表面に形成された後に行われたものであり、少なくとも金属粒子１１２が形成された時点において、金属粒子１１２はＳｉナノワイヤ本体１１１の半導体に接触していたものである。 The cross-sectional shape of the gold dot-coated Si nanowire 110 is typically a hexagon as shown in FIG. 5, and has a shape covered with a silicon oxide film 113 of about 2 nm to 3 nm outside the Si nanowire body 111. ing. The silicon oxide film 113 is a natural oxide film formed by reacting with oxygen in the atmosphere even in a normal bulk Si substrate or the like. The formation of the silicon oxide film 113 is performed after the metal particles 112 are formed on the surface of the Si nanowire body 111, and at least when the metal particles 112 are formed, the metal particles 112 are formed from the Si nanowire body 111. In contact with the semiconductor.
図６（ａ）及び（ｂ）に示す元素分析結果から、図５（ｂ）のＰＯＩＮＴ３領域は、金またはシリコン元素から構成されているのに対し、ＰＯＩＮＴ４領域は、シリコン元素から構成されていることが分かる。従って、図３に示される金属粒子１１２は、Ｓｉナノワイヤ本体１１１の表面に存在することが分かる。 From the results of elemental analysis shown in FIGS. 6A and 6B, the POINT3 region in FIG. 5B is composed of gold or silicon element, whereas the POINT4 region is composed of silicon element. I understand that. Therefore, it can be seen that the metal particles 112 shown in FIG. 3 are present on the surface of the Si nanowire body 111.
２ｎｍから１０ｎｍ程度の微細な微粒子が自己組織的にナノワイヤ本体の表面に形成された金ドットコートＳｉナノワイヤは、トランジスタ、メモリ、センサー等の電子デバイスへ広い応用が期待される。 Gold dot-coated Si nanowires in which fine particles of about 2 nm to 10 nm are formed on the surface of the nanowire body in a self-organized manner are expected to be widely applied to electronic devices such as transistors, memories, and sensors.
次に、図７（ａ）から（ｃ）を参照しながら、本実施形態におけるナノワイヤの製造方法の一例を説明する。 Next, an example of a nanowire manufacturing method in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、図７（ａ）に示すように、成長用基板として機能するシリコン基板１１５を用意し、シリコン基板１１５上に触媒金属粒子１１４を形成する。成長用基板は、ナノワイヤ成長中の熱処理温度に対する耐熱性があればよく、他の半導体材料、絶縁材料、または高融点金属材料などからなる基板上に、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などが堆積されたものであってもよい。成長用基板の面方位や抵抗率は任意に設定してよい。 First, as shown in FIG. 7A, a silicon substrate 115 that functions as a growth substrate is prepared, and catalytic metal particles 114 are formed on the silicon substrate 115. The growth substrate only needs to have heat resistance against the heat treatment temperature during nanowire growth. For example, a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited on a substrate made of another semiconductor material, an insulating material, a refractory metal material, or the like. It may be what was done. The plane orientation and resistivity of the growth substrate may be set arbitrarily.
本実施形態では、触媒金属粒子１１４として金を用いる。触媒金属粒子１１４は、原料ガスの分解促進に優れ、ナノワイヤを構成する元素と共晶状態を形成し、ナノワイヤの成長を促進させるために用いられる。触媒金属粒子１１４の大きさは、ナノワイヤの直径とほぼ等しい大きさになるため、所望の直径のナノワイヤが得られるように設定される。通常、触媒金属粒子１１４の直径は１ｎｍから１００００ｎｍであり、好ましくは５ｎｍから１００ｎｍの範囲内にある。 In this embodiment, gold is used as the catalyst metal particles 114. The catalytic metal particles 114 are excellent in promoting decomposition of the raw material gas, and are used to form a eutectic state with the elements constituting the nanowire and promote the growth of the nanowire. Since the size of the catalyst metal particle 114 is approximately equal to the diameter of the nanowire, it is set so that a nanowire having a desired diameter can be obtained. Usually, the catalyst metal particle 114 has a diameter of 1 nm to 10000 nm, preferably 5 nm to 100 nm.
触媒金属粒子１１４をシリコン基板１１５上に形成する方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、シリコン基板１１５の表面に触媒金属の薄膜をスパッタ法や蒸着法などの公知の薄膜形成装置を用いて形成する。その後、この触媒金属薄膜を熱処理することにより、触媒金属薄膜を自己凝集させてもよい。 As a method of forming the catalytic metal particles 114 on the silicon substrate 115, a known method can be used. For example, a thin film of a catalytic metal is formed on the surface of the silicon substrate 115 using a known thin film forming apparatus such as a sputtering method or a vapor deposition method. Thereafter, the catalytic metal thin film may be self-aggregated by heat-treating the catalytic metal thin film.
金粒子を形成する方法としては、例えば、ＥＢ蒸着法を用いて、０．５ｎｍから１０ｎｍ程度の金薄膜を堆積し、５００℃で３０分から３時間程度熱処理を行なうとよい。金粒子の直径は金薄膜の膜厚と熱処理条件に依存するため、所望の金粒子直径になるように金薄膜の膜厚を調整する。本実施形態では、金薄膜を約２ｎｍ堆積し、真空中、５００℃で１０分熱処理を行なっている。 As a method for forming gold particles, for example, an EB vapor deposition method may be used to deposit a gold thin film of about 0.5 nm to 10 nm and heat treatment may be performed at 500 ° C. for about 30 minutes to 3 hours. Since the diameter of the gold particles depends on the film thickness of the gold thin film and the heat treatment conditions, the film thickness of the gold thin film is adjusted so as to obtain a desired gold particle diameter. In this embodiment, a gold thin film is deposited to a thickness of about 2 nm, and heat treatment is performed at 500 ° C. for 10 minutes in a vacuum.
次に、触媒金属粒子１１４が形成されたシリコン基板１１５をＣＶＤ装置などのチャンバ内に挿入する。そして、図７（ｂ）に示すようにシリコン元素を含む原料ガス１０６をチャンバに導入し、所定の圧力に保ち、シリコン基板１１５は原料ガス１０６が分解する温度よりも低い温度で加熱する。これにより、シリコン基板１１５上において、触媒金属粒子１１４表面で分解された原料ガス１０６中のナノワイヤを構成する元素と触媒金属粒子１１４が反応し、これらの合金を形成する。 Next, the silicon substrate 115 on which the catalytic metal particles 114 are formed is inserted into a chamber such as a CVD apparatus. Then, as shown in FIG. 7B, a raw material gas 106 containing silicon element is introduced into the chamber and maintained at a predetermined pressure, and the silicon substrate 115 is heated at a temperature lower than the temperature at which the raw material gas 106 decomposes. Thereby, on the silicon substrate 115, the element constituting the nanowire in the source gas 106 decomposed on the surface of the catalytic metal particle 114 reacts with the catalytic metal particle 114 to form an alloy thereof.
シリコンナノワイヤを形成するための原料ガス１０６としては、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、Ｓｉ3Ｈ8、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＣｌ4などを用いることができる。本実施形態での成長条件の一例としては、ＣＶＤ装置として超高真空ＣＶＤ装置を用い、基板温度として３５０℃から５００℃の間で設定し、原料ガスとしてＳｉ2Ｈ6ガスを用い、チャンバ内圧力が１０-5Ｔｏｒｒから１０-2Ｔｏｒｒになるように、Ｓｉ2Ｈ6ガス流量を１０から１５０ｓｃｃｍの範囲で調節している。例えば、上記条件を用いると、５０ｎｍ／ｍｉｎ〜３００ｎｍ／ｍｉｎの速度で成長することができる。 As the source gas 106 for forming the silicon nanowire, SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8 , SiH 2 Cl 2 , SiCl 4 or the like can be used. As an example of the growth conditions in this embodiment, an ultra-high vacuum CVD apparatus is used as the CVD apparatus, the substrate temperature is set between 350 ° C. and 500 ° C., Si 2 H 6 gas is used as the source gas, The Si 2 H 6 gas flow rate is adjusted in the range of 10 to 150 sccm so that the pressure becomes 10 −5 Torr to 10 −2 Torr. For example, when the above conditions are used, growth can be performed at a rate of 50 nm / min to 300 nm / min.
次に、図７（ｃ）に示すように、原料ガス１０６の分解によりナノワイヤを構成する元素であるシリコンが析出し、析出したシリコンが凝集し結晶半導体層が成長していき、Ｓｉナノワイヤ本体１１１が形成される。成長工程中、触媒金属粒子１１４は、Ｓｉを含有する共晶状態にある。金とＳｉの共晶状態は、約３６０℃以上で実現するため、金ドットコートナノワイヤ１１０の成長は、３６０℃よりも高い温度で実行される。 Next, as shown in FIG. 7C, silicon, which is an element constituting the nanowire, is precipitated by decomposition of the source gas 106, and the deposited silicon is aggregated to grow a crystalline semiconductor layer. Is formed. During the growth process, the catalytic metal particles 114 are in a eutectic state containing Si. Since the eutectic state of gold and Si is realized at about 360 ° C. or higher, the growth of the gold dot-coated nanowire 110 is performed at a temperature higher than 360 ° C.
本実施形態の金ドットコートＳｉナノワイヤ１１０では、例えば上述したナノワイヤ成長中に、自己組織的にＳｉナノワイヤ本体１１１の表面上に金粒子（金属粒子１１２）が形成される。金または金とシリコンの合金からなる金属粒子１１２をＳｉナノワイヤ本体１１１の表面に成長させるには、ナノワイヤ成長雰囲気を制御すればよく、低圧下（例えば、１０-3Ｔｏｒｒ以下、好ましくは10-4Ｔｏｒｒ以下）で成長を行えばよい。 In the gold dot-coated Si nanowire 110 of the present embodiment, for example, during the nanowire growth described above, gold particles (metal particles 112) are formed on the surface of the Si nanowire body 111 in a self-organized manner. In order to grow metal particles 112 made of gold or an alloy of gold and silicon on the surface of the Si nanowire body 111, the nanowire growth atmosphere may be controlled under a low pressure (for example, 10 −3 Torr or less, preferably 10 −4 (Torr or less).
なお、非特許文献２は、シリコンナノワイヤにボロンを高濃度にドープすると、シリコンナノワイヤに金のナノ粒子が形成されることを報告している。しかし、非特許文献２に開示されているナノワイヤ本体の表面には、不規則な凹凸が形成され、平滑性が失われている。また、金のナノ粒子が形成されている部分では、ナノワイヤ本体の直径が他の部分よりも増大している。 Non-Patent Document 2 reports that gold nanoparticles are formed on silicon nanowires when boron is doped at a high concentration in silicon nanowires. However, irregular irregularities are formed on the surface of the nanowire body disclosed in Non-Patent Document 2, and the smoothness is lost. Further, in the portion where the gold nanoparticles are formed, the diameter of the nanowire body is larger than that in the other portions.
本実施形態の製造方法によれば、不純物を高濃度にドープしない場合でも、金属粒子１１２を自己組織的に生成することができ、また、Ｓｉナノワイヤ本体１１１の表面が平滑であるため、結晶欠陥などが形成されにくく、半導体の特性が向上する。なお、本明細書における「平滑」とは、表面に形成される微粒子の平均粒径よりも充分に小さな凹凸しか存在しないことを意味し、ナノワイヤ本体の表面に５ｎｍを超える凹凸段差が形成されていないことが好ましい。 According to the manufacturing method of the present embodiment, the metal particles 112 can be generated in a self-organized manner even when impurities are not doped at a high concentration, and since the surface of the Si nanowire body 111 is smooth, crystal defects Etc. are difficult to form, and the characteristics of the semiconductor are improved. In the present specification, “smooth” means that there are only irregularities sufficiently smaller than the average particle diameter of the fine particles formed on the surface, and an irregularity step exceeding 5 nm is formed on the surface of the nanowire body. Preferably not.
例えばナノワイヤ成長雰囲気を調整することにより、金属粒子１１２の密度を制御することも可能である。例えば、ナノワイヤ成長中のチャンバ内圧力を低下させるほど、金属粒子１１２の密度を増加させることができる。 For example, the density of the metal particles 112 can be controlled by adjusting the nanowire growth atmosphere. For example, the density of the metal particles 112 can be increased as the pressure in the chamber during nanowire growth is reduced.
以下、金属粒子１１２の形成メカニズムをより詳しく説明する。 Hereinafter, the formation mechanism of the metal particles 112 will be described in more detail.
まず、図２１Ａ〜図２２Ｂを参照する。図２１Ａおよび図２１Ｂは、雰囲気ガス圧力０．２Ｔｏｒｒで成長させたシリコンナノワイヤを示す写真であり、図２２Ａおよび図２２Ｂは、雰囲気ガス圧力０．０１Ｔｏｒｒで成長させたシリコンナノワイヤを示す写真である。多数のナノワイヤが示されている図２１Ａおよび図２２ＡはＳＥＭによる写真であり、１本のナノワイヤを拡大した撮影された図２１Ｂおよび図２２ＢはＴＥＭによる写真である。 First, FIG. 21A to FIG. 22B will be referred to. 21A and 21B are photographs showing silicon nanowires grown at an atmospheric gas pressure of 0.2 Torr, and FIGS. 22A and 22B are photographs showing silicon nanowires grown at an atmospheric gas pressure of 0.01 Torr. FIGS. 21A and 22A, in which a large number of nanowires are shown, are photographs taken by SEM, and FIGS. 21B and 22B taken by enlarging one nanowire are photographs taken by TEM.
図２１Ｂでは、ナノワイヤ本体の表面には微粒子が観察されず、図２２Ｂでは、多数の微粒子がナノワイヤ本体の表面に分布していることがわかる。 In FIG. 21B, fine particles are not observed on the surface of the nanowire body, and in FIG. 22B, it can be seen that a large number of fine particles are distributed on the surface of the nanowire body.
図２１Ａおよび図２１Ｂにおけるナノワイヤの成長レートは、約１μｍ／分であったが、図２２Ａおよび図２２Ｂにおけるナノワイヤの成長レートは、約０．２μｍ／分であった。このように、成長工程時における雰囲気ガスの圧力に依存して成長レートは大きく変化し、雰囲気ガス圧力が低いほど、ナノワイヤの成長レートは低下する。 The nanowire growth rate in FIGS. 21A and 21B was about 1 μm / min, whereas the nanowire growth rate in FIGS. 22A and 22B was about 0.2 μm / min. Thus, the growth rate greatly changes depending on the pressure of the atmospheric gas during the growth process, and the growth rate of the nanowire decreases as the atmospheric gas pressure decreases.
雰囲気ガスは、所定の分圧（例えば１０-3〜１０-6Ｔｏｒｒ）で原料ガスを含有しており、雰囲気ガス圧力の差異は、キャリアガス（典型的にはＨ2）の圧力によって依存している。キャリアガスの圧力が増加することにより雰囲気ガス圧力が増加すると、原料ガス分子の平均自由工程が短くなり、単位時間内に原料ガス分子が共晶状態の触媒金属に衝突する頻度が高くなる。このため、原料ガスの分圧が一定であれば、雰囲気ガス圧力（キャリアガス圧力）が高いほど、ナノワイヤの成長レートが高くなる。 The atmospheric gas contains the raw material gas at a predetermined partial pressure (for example, 10 −3 to 10 −6 Torr), and the difference in atmospheric gas pressure depends on the pressure of the carrier gas (typically H 2 ). ing. When the atmospheric gas pressure is increased by increasing the pressure of the carrier gas, the mean free path of the source gas molecules is shortened, and the frequency of the source gas molecules colliding with the eutectic catalyst metal within a unit time is increased. For this reason, if the partial pressure of the source gas is constant, the higher the atmospheric gas pressure (carrier gas pressure), the higher the nanowire growth rate.
雰囲気ガス圧力が低い場合において、ナノワイヤ本体の表面に微粒子が形成される理由は、ナノワイヤ成長工程中の共晶状態にある触媒金属に供給されるＳｉの量が低下するためと考えられる。このため触媒金属ではＳｉ濃度が低下し、金が過剰になる。過剰な金は触媒金属を離れてナノワイヤ本体の表面をマイグレートしてゆくと考えられる。 The reason why fine particles are formed on the surface of the nanowire body when the atmospheric gas pressure is low is considered to be because the amount of Si supplied to the catalyst metal in the eutectic state during the nanowire growth process is reduced. For this reason, in a catalyst metal, Si concentration falls and gold becomes excessive. Excess gold is thought to leave the catalytic metal and migrate the surface of the nanowire body.
このようにナノワイヤ成長工程時における雰囲気ガス圧力を調整することにより、微粒子の形成を制御できる。例えば雰囲気ガス圧力を０．１Ｔｏｒｒ以下にすると、微粒子の生成を促進させることができるが、０．１Ｔｏｒｒを超えて高くしてゆくと、微粒子の形成を抑制し、微粒子を形成しないようにすることもできる。また、ナノワイヤの成長工程の途中で雰囲気ガス圧力を変化させると、１本のナノワイヤの特定部分に選択的に微粒子を形成することも可能になる。すなわち、微粒子が表面に形成された部分と、微粒子が表面に形成されていない部分とが接続されたヘテロ構造のナノワイヤを得ることができる。 Thus, the formation of fine particles can be controlled by adjusting the atmospheric gas pressure during the nanowire growth step. For example, when the atmospheric gas pressure is 0.1 Torr or less, the generation of fine particles can be promoted. However, when the pressure is increased beyond 0.1 Torr, the formation of fine particles is suppressed and the formation of fine particles is prevented. You can also. Further, when the atmospheric gas pressure is changed during the nanowire growth process, it is possible to selectively form fine particles in a specific portion of one nanowire. That is, it is possible to obtain a heterostructure nanowire in which a portion where fine particles are formed on the surface and a portion where fine particles are not formed on the surface are connected.
図２１Ｂに示すように成長直後において微粒子が形成されなかったナノワイヤに対し、その後に熱処理を行った結果を図２３Ａ〜図２４Ｂに示す。図２３Ａおよび図２３Ｂは、高真空（ＵＨＶ）のもとで４５０℃、１０分の熱処理（Ａｎｎｅａｌ）を行ったサンプルのＴＥＭ写真（暗視野像）である。一方、図２４Ａおよび図２４Ｂは、低真空（０．３Ｔｏｒｒ）のもとで４５０℃、１０分の熱処理を行ったサンプルのＴＥＭ写真（暗視野像）である。 FIG. 23A to FIG. 24B show the results of the subsequent heat treatment performed on the nanowires in which the fine particles were not formed immediately after the growth as shown in FIG. 21B. FIG. 23A and FIG. 23B are TEM photographs (dark field images) of samples subjected to heat treatment (anneal) at 450 ° C. for 10 minutes under high vacuum (UHV). On the other hand, FIG. 24A and FIG. 24B are TEM photographs (dark field images) of samples subjected to heat treatment at 450 ° C. for 10 minutes under a low vacuum (0.3 Torr).
図２３Ｂおよび図２４Ｂに示されるように、熱処理時の雰囲気ガスの圧力差により、微粒子のマイグレーション距離が異なっている。すなわち、熱処理時の雰囲気ガス圧力が高いほど、微粒子のマイグレーション距離は長くなり、ナノワイヤ本体の表面における広い範囲にわたって微粒子が分布することができる。 As shown in FIGS. 23B and 24B, the migration distance of the fine particles varies depending on the pressure difference of the atmospheric gas during the heat treatment. That is, the higher the atmospheric gas pressure during heat treatment, the longer the migration distance of the fine particles, and the fine particles can be distributed over a wide range on the surface of the nanowire body.
なお、上記の熱処理は、成長後のナノワイヤ本体を大気に暴露することなく、成長装置内で成長工程と連続して行っている。成長後のナノワイヤ本体を大気に暴露すると、その表面に自然酸化膜が形成されるため、熱処理によって微粒子をマイグレートさせることは困難になる。図２５Ａおよび図２５Ｂは、大気暴露後に大気圧（窒素雰囲気）のもとで４５０℃、１０分の熱処理を行ったサンプルのＴＥＭ写真（暗視野像）である。図２５Ａおよび図２５Ｂからわかるように、大気暴露後に熱処理を行っても、微粒子の分布は広がらず、図２５Ａに示す触媒金属の近傍に僅かに存在するだけである。 The heat treatment is performed continuously with the growth process in the growth apparatus without exposing the grown nanowire body to the atmosphere. When the nanowire body after growth is exposed to the atmosphere, a natural oxide film is formed on the surface of the nanowire body, so that it is difficult to migrate the fine particles by heat treatment. FIG. 25A and FIG. 25B are TEM photographs (dark field images) of samples subjected to heat treatment at 450 ° C. for 10 minutes under atmospheric pressure (nitrogen atmosphere) after exposure to the atmosphere. As can be seen from FIG. 25A and FIG. 25B, even if the heat treatment is performed after exposure to the atmosphere, the distribution of fine particles does not spread and is only slightly present in the vicinity of the catalyst metal shown in FIG. 25A.
このため、ナノワイヤ成長時ではなく成長後に微粒子を形成する場合は、ナノワイヤ本体の表面が酸化されないように留意することが好ましい。 For this reason, when forming microparticles after growth rather than during nanowire growth, it is preferable to take care not to oxidize the surface of the nanowire body.
ナノワイヤ成長後に事後的に微粒子を形成するための熱処理は、ナノワイヤ本体を構成する半導体と触媒金属とが共晶となる温度以上の温度で実行する必要がある。金ドットコートナノワイヤの場合、３６０〜７５０℃の温度で熱処理を行うことが好ましい。熱処理温度の上限を７５０℃に設定する理由は、理温度が７５０℃を超えて高くなると、金の蒸発が始まるからである。 The heat treatment for forming fine particles after the nanowire growth needs to be performed at a temperature equal to or higher than the temperature at which the semiconductor and the catalyst metal constituting the nanowire body become eutectic. In the case of gold dot-coated nanowires, it is preferable to perform heat treatment at a temperature of 360 to 750 ° C. The reason why the upper limit of the heat treatment temperature is set to 750 ° C. is that the evaporation of gold starts when the theoretical temperature exceeds 750 ° C.
本実施形態では、金からなる金属粒子１１２がシリコンからなるＳｉナノワイヤ本体１１１の表面に形成されているが、金以外の金属粒子１１２をＳｉナノワイヤ本体１１１の表面に形成してもよい。Ｓｉナノワイヤ本体１１１の表面に形成したい金属粒子１１２の材料と同一の材料からなる触媒金属を用いることにより、所望の金属粒子１１２を形成することが可能になる。 In the present embodiment, the metal particles 112 made of gold are formed on the surface of the Si nanowire body 111 made of silicon. However, metal particles 112 other than gold may be formed on the surface of the Si nanowire body 111. Desired metal particles 112 can be formed by using a catalyst metal made of the same material as the material of the metal particles 112 to be formed on the surface of the Si nanowire body 111.
原料ガスを変更することにより、ナノワイヤ本体を構成する材料を変えることができる。例えばゲルマニウムのナノワイヤを成長する場合は、原料ガスとして、ゲルマンガスを用いるとよい。 By changing the source gas, the material constituting the nanowire body can be changed. For example, when growing germanium nanowires, germane gas may be used as a source gas.
このように、ナノワイヤ本体の表面に付着した粒子は、特別な製造工程を追加することなく、従来のナノワイヤ形成中に形成することが可能であり、また、ナノワイヤの成長条件を変化させることにより、粒子密度を制御することができる。公知のナノワイヤ成長装置を用いて、微細な金属粒子をナノワイヤ本体の表面に形成でき、しかも、密度制御も可能であるため、トランジスタやメモリのような電子デバイスへの応用が期待される。 Thus, the particles attached to the surface of the nanowire body can be formed during the formation of the conventional nanowire without adding a special manufacturing process, and by changing the growth conditions of the nanowire, The particle density can be controlled. Fine metal particles can be formed on the surface of the nanowire body using a known nanowire growth apparatus, and the density can be controlled. Therefore, application to electronic devices such as transistors and memories is expected.
（実施形態２）
次に、図８から図１０を参照しながら、本発明によるナノワイヤの第２の実施形態を説明する。本実施形態のナノワイヤは、ヘテロ金属粒子コートナノワイヤである。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of a nanowire according to the present invention will be described with reference to FIGS. The nanowire of this embodiment is a hetero metal particle coated nanowire.
図８（ａ）は、ヘテロ金属粒子コートナノワイヤ構造を示す斜視図、図８（ｂ）は、両端部に金属粒子の存在するヘテロ金属粒子コートナノワイヤ構造を示す斜視図、図８（ｃ）は、両端部に金属粒子の存在しないヘテロ金属粒子コートナノワイヤ構造を示す斜視図である。図９（ａ）はヘテロ金粒子コートＳｉナノワイヤＴＥＭ像、図９（ｂ）は図９（ａ）のＸ部拡大ＴＥＭ像、図９（ｃ）は図９（ａ）のＹ部拡大ＴＥＭ像である。図１０（ａ）は図９のＰＯＩＮＴ１領域、図１０（ｂ）は図９のＰＯＩＮＴ２領域、図１０（ｃ）は図９のＰＯＩＮＴ３領域の元素分析結果を示す図である。 FIG. 8A is a perspective view showing a hetero metal particle coated nanowire structure, FIG. 8B is a perspective view showing a hetero metal particle coated nanowire structure in which metal particles are present at both ends, and FIG. FIG. 2 is a perspective view showing a hetero metal particle-coated nanowire structure having no metal particles at both ends. 9A is a hetero gold particle-coated Si nanowire TEM image, FIG. 9B is an X portion enlarged TEM image of FIG. 9A, and FIG. 9C is a Y portion enlarged TEM image of FIG. 9A. It is. FIG. 10A shows the results of elemental analysis in the POINT1 region of FIG. 9, FIG. 10B shows the results of POINT2 in FIG. 9, and FIG. 10C shows the results of elemental analysis in the POINT3 region of FIG.
本実施形態のヘテロ金属粒子コートナノワイヤは、図８（ａ）に示すように、ナノワイヤ本体１０４の表面に金属粒子１１２が存在する領域１２０と、金属粒子１１２が存在しない領域１２１とに分かれている。金属粒子の存在しない領域１２１は従来のナノワイヤと同様の構造を有している。 As shown in FIG. 8A, the hetero metal particle-coated nanowire of the present embodiment is divided into a region 120 where the metal particles 112 are present on the surface of the nanowire body 104 and a region 121 where the metal particles 112 are not present. . The region 121 where no metal particles are present has a structure similar to that of a conventional nanowire.
図８（ｂ）に示すヘテロ金属粒子コートナノワイヤは、ナノワイヤ本体１０４の両端部に金属粒子１１２の存在する領域１２０を有している点で、図８（ａ）のナノワイヤと異なっているが、他の点では同一である。 The hetero metal particle-coated nanowire shown in FIG. 8 (b) is different from the nanowire of FIG. 8 (a) in that it has regions 120 where the metal particles 112 are present at both ends of the nanowire body 104. It is the same in other respects.
図８（ｃ）に示すヘテロ金属粒子コートナノワイヤは、ナノワイヤ本体１０４の両端部に金属粒子１１２の存在しない領域１２１を有している点で、図８（ａ）のナノワイヤと異なっている。 The hetero metal particle-coated nanowire shown in FIG. 8C is different from the nanowire of FIG. 8A in that it has regions 121 where the metal particles 112 do not exist at both ends of the nanowire body 104.
図９(ａ)から(ｃ)は、シリコンのナノワイヤ本体の表面に金粒子が形成されたヘテロ金コートＳｉナノワイヤのＴＥＭ像を示す。図９から、ヘテロ金コートＳｉナノワイヤは、金触媒１２２付近のＹ部に金ドットの存在する領域１２３を有し、Ｘ部が従来のナノワイヤ構造を有していることがわかる。 FIGS. 9A to 9C show TEM images of hetero gold-coated Si nanowires in which gold particles are formed on the surface of a silicon nanowire body. From FIG. 9, it can be seen that the hetero gold-coated Si nanowire has a region 123 where gold dots exist in the Y portion in the vicinity of the gold catalyst 122, and the X portion has a conventional nanowire structure.
図１０（ａ）から（ｃ）の元素分析結果から、ＰＯＩＮＴ１領域（金触媒１２２）は金、ＰＯＩＮＴ２領域（金属粒子１１２）は金及びシリコン、ＰＯＩＮＴ３領域（Ｓｉナノワイヤ本体１１１）はシリコン元素から構成されていることがわかる。金粒子の大きさは、２ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。 10A to 10C, the POINT1 region (gold catalyst 122) is composed of gold, the POINT2 region (metal particles 112) is composed of gold and silicon, and the POINT3 region (Si nanowire body 111) is composed of silicon element. You can see that The size of the gold particles is about 2 nm to 10 nm.
このように、一本のナノワイヤ本体に２ｎｍから１０ｎｍ程度の微細な金属粒子が自己組織的に形成される領域と、金属粒子が形成されない領域とを配列することができる。このようなナノワイヤも、トランジスタ、メモリ、センサー等の電子デバイスへ広い応用が期待される。 In this manner, a region where fine metal particles of about 2 nm to 10 nm are formed in a self-organized manner on one nanowire body and a region where no metal particles are formed can be arranged. Such nanowires are also expected to be widely applied to electronic devices such as transistors, memories, and sensors.
次に、本実施形態のナノワイヤの製造方法を説明する。 Next, the manufacturing method of the nanowire of this embodiment is demonstrated.
本実施形態のナノワイヤを製造する方法は、実施形態１について説明した金ドットコートＳｉナノワイヤの製造工程を利用する。以下に、本実施形態の製造方法を説明する。 The method of manufacturing the nanowire of this embodiment uses the manufacturing process of the gold dot-coated Si nanowire described in the first embodiment. Below, the manufacturing method of this embodiment is demonstrated.
まず、シリコン基板上に金粒子を形成する。形成方法としては、実施形態１と同様の方法を用いることができる。次に、この成長用基板をＣＶＤ装置のチャンバ内に挿入する。シリコン元素を含む原料ガスとしてＳｉ2Ｈ6ガスをチャンバに導入し、１０-4Ｔｏｒｒ程度の圧力に保ち、基板を４５０℃で加熱することにより、金ドットコートＳｉナノワイヤを成長することができる。成長時間を調整することにより所望の長さまで成長する。例えば、上記の条件を用いると、成長速度は５０ｎｍ／ｍｉｎ〜３００ｎｍ／ｍｉｎの成長速度を実現することが可能となる。 First, gold particles are formed on a silicon substrate. As a formation method, the same method as in Embodiment 1 can be used. Next, this growth substrate is inserted into the chamber of the CVD apparatus. Gold dot-coated Si nanowires can be grown by introducing Si 2 H 6 gas as a source gas containing silicon element into the chamber, maintaining the pressure at about 10 −4 Torr, and heating the substrate at 450 ° C. It grows to a desired length by adjusting the growth time. For example, when the above conditions are used, a growth rate of 50 nm / min to 300 nm / min can be realized.
次に、金ドットコートＳｉナノワイヤを所望の長さまで成長した後、連続的に従来のＳｉナノワイヤを成長させる。ヘテロ成長させる方法としては、原料ガスであるＳｉ2Ｈ6の流量を増加させたり、Ｈ2ガスなどをチャンバ内に導入させたりすることによりチャンバ内圧力を１０-2Ｔｏｒｒ程度に保つことにより従来のＳｉナノワイヤを成長することができる。 Next, after growing gold dot-coated Si nanowires to a desired length, conventional Si nanowires are continuously grown. As a method of hetero-growth, the pressure in the chamber is kept at about 10 −2 Torr by increasing the flow rate of the source gas Si 2 H 6 or introducing H 2 gas into the chamber. Si nanowires can be grown.
本実施形態では、成長法基板から金ドットコートＳｉナノワイヤを形成した後、引き続き、従来のＳｉナノワイヤを成長しているが、チャンバ内の圧力を制御することにより、この順序を変更することや、１本のナノワイヤ中に複数の金ドットコート領域を形成することも可能である。 In this embodiment, after forming the gold dot-coated Si nanowire from the growth substrate, the conventional Si nanowire is continuously grown, but this order can be changed by controlling the pressure in the chamber, It is also possible to form a plurality of gold dot coat regions in one nanowire.
本実施形態では、ナノワイヤ材料としてシリコン、金属粒子材料として金を用いているが、ナノワイヤの原料ガス及び触媒金属を変更することにより、ナノワイヤや金属粒子の材料を変えることができる。 In this embodiment, silicon is used as the nanowire material and gold is used as the metal particle material. However, the material of the nanowire or the metal particles can be changed by changing the nanowire source gas and the catalyst metal.
このように、本実施形態によれば、２ｎｍから１０ｎｍ程度の微細な金属粒子が自己組織的にナノワイヤ本体の表面に形成された金属粒子コートナノワイヤと従来のナノワイヤとを一本のナノワイヤ中に、新たにプロセスを追加することなく成長することが可能となる。従って、従来のナノワイヤ成長プロセスを用いて、自己形成によりナノワイヤの任意の位置に微細な金属粒子を形成できることから、電子デバイスへの応用が期待される。 As described above, according to the present embodiment, the metal particle-coated nanowire in which fine metal particles of about 2 nm to 10 nm are formed on the surface of the nanowire body and the conventional nanowire in a single nanowire. It becomes possible to grow without adding a new process. Therefore, since a fine metal particle can be formed at an arbitrary position of the nanowire by self-formation by using a conventional nanowire growth process, application to an electronic device is expected.
（実施形態３）
次に、図１１から図１３を参照しながら、本発明による電界効果トランジスタの実施形態を説明する。このトランジスタは、電極と接触するコンタクト領域に不純物がドープされ、かつ金属粒子が形成されているナノワイヤ（以下、「コンタクトドープへテロ金属粒子コートナノワイヤ」と称する。）を備えている。
(Embodiment 3)
Next, an embodiment of a field effect transistor according to the present invention will be described with reference to FIGS. This transistor includes a nanowire (hereinafter referred to as “contact-doped hetero metal particle-coated nanowire”) in which impurities are doped in a contact region in contact with an electrode and metal particles are formed.
図１１（ａ）は、本実施形態におけるコンタクトドープヘテロ金属粒子コートナノワイヤ１３０を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図１２は、このコンタクトドープへテロ金属粒子コートナノワイヤ１３０を用いたトランジスタ（以下、「ナノワイヤトランジスタ」と称する。）の斜視図である。図１３（ａ）は、図１２のナノワイヤトランジスタの上面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 FIG. 11A is a perspective view showing the contact-doped hetero metal particle-coated nanowire 130 in this embodiment, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. FIG. 12 is a perspective view of a transistor using the contact-doped hetero metal particle-coated nanowire 130 (hereinafter referred to as “nanowire transistor”). FIG. 13A is a top view of the nanowire transistor of FIG. 12, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 13A.
図１１に示すコンタクトドープヘテロ金属粒子コートナノワイヤ１３０は、図８（ｂ）のヘテロ金属粒子コートナノワイヤと同様に、両端部が金属粒子でコートされている。図８（ｂ）のヘテロ金属粒子コートナノワイヤと異なる点は、両端部（金属粒子コート領域１３１）に不純物がドープされ、コンタクト領域として機能しえる点にある。例えば、ナノワイヤがシリコンにから形成されている場合、金属粒子コート領域１３１は、ボロンなどのＩＩＩ族元素や、リン、砒素などのようなＶ族元素が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ-3〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ-3程度ドープされている。また、金属粒子コート領域１３１の金属粒子１３４は、ナノワイヤ材料と金属との合金から形成されていることが好ましい。例えばナノワイヤがシリコンから形成されている場合、金属粒子１３４は、ニッケルシリサイドやチタンシリサイドなどの合金から形成されていることが好ましい。 The contact doped hetero metal particle-coated nanowire 130 shown in FIG. 11 is coated with metal particles at both ends, similarly to the hetero metal particle-coated nanowire of FIG. The difference from the hetero metal particle coated nanowire of FIG. 8B is that both ends (metal particle coated region 131) are doped with impurities and can function as contact regions. For example, when the nanowire is formed of silicon, the metal particle coat region 131 is formed of a group III element such as boron or a group V element such as phosphorus or arsenic at 1 × 10 18 atoms / cm −3 to 1. × 10 20 atoms / cm -3 is doped. The metal particles 134 in the metal particle coating region 131 are preferably formed from an alloy of a nanowire material and a metal. For example, when the nanowire is made of silicon, the metal particles 134 are preferably made of an alloy such as nickel silicide or titanium silicide.
図１２及び図１３は、コンタクトドープへテロ金属粒子コートナノワイヤ１３０をチャネルに用いたトランジスタ１４０を示している。以下、このナノワイヤトランジスタ１４０の構造を説明する。 FIGS. 12 and 13 show a transistor 140 using contact-doped hetero metal particle coated nanowires 130 as a channel. Hereinafter, the structure of the nanowire transistor 140 will be described.
ナノワイヤトランジスタ１４０は、上述のコンタクトドープへテロ金属粒子コートナノワイヤ１３０にそれぞれ接触するソース電極１４４及びドレイン電極１４５と、これらを支持する基板１４１とを備えている。ソース電極１４４及びドレイン電極１４５とコンタクトドープへテロ金属粒子ナノワイヤ１３０との間において良好な電気的なコンタクトを形成するために、不純物がドープされた金属粒子領域１３１を介して電気的なコンタクトが形成されている。 The nanowire transistor 140 includes a source electrode 144 and a drain electrode 145 that are in contact with the contact-doped hetero metal particle-coated nanowire 130, respectively, and a substrate 141 that supports them. In order to form a good electrical contact between the source electrode 144 and the drain electrode 145 and the contact-doped hetero metal particle nanowire 130, an electrical contact is formed via the impurity-doped metal particle region 131. Has been.
基板１４１の主面上には、ゲート電極１４２と、このゲート電極１４２とコンタクトドープへテロ金属粒子コートナノワイヤ１３０との間を電気的に絶縁するゲート絶縁膜１４３とが形成されている。このように、本実施形態のトランジスタは、ゲート絶縁膜１４３上にコンタクトドープへテロ金属粒子コートナノワイヤ１３０が配置されたボトムゲート型のトランジスタ構造を有している。 On the main surface of the substrate 141, a gate electrode 142 and a gate insulating film 143 that electrically insulates between the gate electrode 142 and the contact-doped hetero metal particle coated nanowire 130 are formed. As described above, the transistor of this embodiment has a bottom gate type transistor structure in which the contact-doped hetero metal particle coated nanowire 130 is disposed on the gate insulating film 143.
ゲート電極１４２に電圧を印加すると、ゲート絶縁膜１４３を介して、コンタクトドープへテロ金属粒子コートナノワイヤ１３０のチャネル領域の導電性が制御される。 When a voltage is applied to the gate electrode 142, the conductivity of the channel region of the contact-doped hetero metal particle-coated nanowire 130 is controlled via the gate insulating film 143.
基板１４１としては、ポリイミドや芳香族エステルのようなプラスティック基板、ガラス基板、サファイア基板などを用いるとよい。また、ゲート電極１４２、ソース電極１４４及びドレイン電極１４５の材料としては、チタン、金、アルミニウム、ニッケルのような金属、導電性ポリマー、ポリシリコン、チタンシリサイドのような半導体材料と金属との合金を用いるとよい。 As the substrate 141, a plastic substrate such as polyimide or aromatic ester, a glass substrate, a sapphire substrate, or the like may be used. As materials for the gate electrode 142, the source electrode 144, and the drain electrode 145, metals such as titanium, gold, aluminum, and nickel, conductive polymers, alloys of semiconductor materials such as polysilicon and titanium silicide, and metals are used. Use it.
なお、本実施形態のトランジスタは、ボトムゲート型であるが、本発明のトランジスタは、トップゲート構造を有していても良い。 Note that although the transistor of this embodiment is a bottom gate type, the transistor of the present invention may have a top gate structure.
本実施形態では、ソース・ドレイン電極とのコンタクト部に不純物がドープされているが、不純物がドープされていなくても、従来のナノワイヤを用いた場合に比べ、コンタクト抵抗が低減される。 In this embodiment, the impurity is doped in the contact portion with the source / drain electrode. However, even if the impurity is not doped, the contact resistance is reduced as compared with the case of using the conventional nanowire.
本実施形態のナノワイヤトランジスタでは、ナノワイヤとソース・ドレイン電極とのコンタクト部に金属又は金属とナノワイヤ材料との合金粒子が複数形成されているために、耐熱性の低い基板上でコンタクト抵抗を低減することができる。従って、一本のナノワイヤ中に２ｎｍから１０ｎｍ程度の微細な金属粒子が自己組織的に形成される領域と形成されない領域を設けることにより、デバイスに悪影響を与えることなく、電極と半導体層間でのコンタクト特性の改善された高電流駆動力を示すトランジスタを実現することができる。 In the nanowire transistor of this embodiment, since a plurality of metal or alloy particles of metal and nanowire material are formed at the contact portion between the nanowire and the source / drain electrode, the contact resistance is reduced on a substrate having low heat resistance. be able to. Therefore, by providing a region where fine metal particles of about 2 nm to 10 nm are formed in a single nanowire and a region where they are not formed, contact between the electrode and the semiconductor layer without adversely affecting the device. A transistor exhibiting a high current driving capability with improved characteristics can be realized.
次に、本実施形態のナノワイヤ及びナノワイヤトランジスタの製造方法を説明する。 Next, the manufacturing method of the nanowire and nanowire transistor of this embodiment is demonstrated.
図１４（ａ）から図１４（ｃ）は、本実施形態におけるナノワイヤトランジスタの製造方法の一例を示す図である。 FIG. 14A to FIG. 14C are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a nanowire transistor in the present embodiment.
本実施形態におけるナノワイヤの製造方法は、基本的な部分は、実施形態２における製造方法と同様である。ただし、本実施形態では、ナノワイヤ材料と金属との合金から金属粒子を形成している。合金粒子を形成するには、金属粒子コートナノワイヤを成長時にチャンバ内の圧力と触媒金属種の最適化するか、あるいは、金属粒子コートナノワイヤを成長した後、任意の雰囲気中で熱処理を行えばよい。 The basic method of the manufacturing method of the nanowire in the present embodiment is the same as the manufacturing method in the second embodiment. However, in this embodiment, metal particles are formed from an alloy of a nanowire material and a metal. In order to form alloy particles, the pressure in the chamber and the metal species of the catalyst may be optimized during the growth of the metal particle-coated nanowire, or the metal particle-coated nanowire may be grown and then heat-treated in an arbitrary atmosphere. .
ナノワイヤトランジスタは、金属粒子コートナノワイヤを用いる点を除けば、公知の方法により製造することが可能である。以下、本実施形態におけるナノワイヤトランジスタの製造方法を説明する。 The nanowire transistor can be manufactured by a known method except that a metal particle-coated nanowire is used. Hereinafter, the manufacturing method of the nanowire transistor in this embodiment is demonstrated.
まず、図１４（ａ）に示すように、基板１４１の主面上にゲート電極１４２及びゲート絶縁膜１４３を形成する。ゲート電極１４２は、例えば、スパッタ法や蒸着法などによる公知の成膜形成装置を用いてゲート金属を堆積させた後、フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、ゲート金属をパターニングして形成することができる。ゲート絶縁膜１４３は、例えばゲート絶縁膜材料前駆体を基板１４１の上にスピンコートした後、溶媒の除去及び熱処理をすることにより形成可能である。他に、ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法を用いてゲート絶縁膜１４３を堆積してもよい。 First, as shown in FIG. 14A, the gate electrode 142 and the gate insulating film 143 are formed on the main surface of the substrate 141. The gate electrode 142 can be formed by, for example, depositing a gate metal using a known film forming apparatus such as a sputtering method or an evaporation method, and then patterning the gate metal by photolithography and etching techniques. The gate insulating film 143 can be formed by, for example, spin-coating a gate insulating film material precursor on the substrate 141 and then removing the solvent and performing heat treatment. In addition, the gate insulating film 143 may be deposited by a CVD method, a sputtering method, or an evaporation method.
次に、図１４（ｂ）に示すように、コンタクトドープへテロ金属粒子コートナノワイヤ１３０を上述したゲート絶縁膜１４３上に配置する。具体的には、コンタクトドープへテロ金属粒子コートナノワイヤ１３０を、その成長用基板（図１４において不図示）から剥離させ、溶液に分散させる。ナノワイヤを成長用基板から剥離する方法は、例えば、成長用基板に超音波を照射して機械的に剥離する方法や、成長用基板の表面を薄くエッチングする方法を用いるとよい。 Next, as shown in FIG. 14B, the contact-doped hetero metal particle coated nanowire 130 is disposed on the gate insulating film 143 described above. Specifically, the contact-doped hetero metal particle-coated nanowire 130 is peeled from the growth substrate (not shown in FIG. 14) and dispersed in a solution. As a method of peeling the nanowire from the growth substrate, for example, a method of mechanically peeling the growth substrate by irradiating ultrasonic waves or a method of thinly etching the surface of the growth substrate may be used.
分散液に用いる溶媒には、水溶液、有機溶媒、または、水と有機溶媒を混合したものがある。有機溶媒としては、例えば、エタノール、プロパノール、ペンタノール、ヘキサノール、エチレングリコールなどのアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのエステル、メチルエチルケトンなどのケトン類、ヘキサン、オクタンなどのアルカン、テトラヒドロフラン、クロロホルムのような溶媒を用いるとよい。水と有機溶媒の混合液体としては、水とアルコールの混合液、水とテトラヒドロフランの混合液などが使用可能である。 The solvent used for the dispersion includes an aqueous solution, an organic solvent, or a mixture of water and an organic solvent. Examples of the organic solvent include alcohols such as ethanol, propanol, pentanol, hexanol and ethylene glycol, esters such as ethylene glycol monomethyl ether, ketones such as methyl ethyl ketone, alkanes such as hexane and octane, solvents such as tetrahydrofuran and chloroform. Should be used. As a mixed liquid of water and an organic solvent, a mixed liquid of water and alcohol, a mixed liquid of water and tetrahydrofuran, or the like can be used.
次に、表面に所望形状を有する溝を有するモールドをゲート絶縁膜１４３の上面に密着させ、この溝に、上述した分散液をフローさせる（フロー法）。このようなフロー法を用いると、ナノワイヤの位置や形状は、モールドの溝によって制御することが可能であり、ナノワイヤ方向は液体の流れによってモールドの方法に配向することが可能となる。なお、フロー法以外の公知の方法、例えば転写法を用いても、コンタクトドープへテロ金属粒子コートナノワイヤ１３０を基板１４１上の所望の位置に配置することが可能である。 Next, a mold having a groove having a desired shape on its surface is brought into close contact with the upper surface of the gate insulating film 143, and the above-described dispersion is caused to flow in this groove (flow method). When such a flow method is used, the position and shape of the nanowire can be controlled by the groove of the mold, and the nanowire direction can be oriented in the mold method by the flow of liquid. Note that the contact-doped hetero metal particle-coated nanowire 130 can be disposed at a desired position on the substrate 141 even by using a known method other than the flow method, for example, a transfer method.
次に、図１４（ｃ）に示すように、ソース電極１４４・ドレイン電極１４５を形成する。具体的には、金属膜を堆積した後、フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、金属膜をパターニングしてもよい、リフトオフ法を用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 14C, a source electrode 144 and a drain electrode 145 are formed. Specifically, after the metal film is deposited, a lift-off method may be used in which the metal film may be patterned by photolithography and etching techniques.
このように本実施形態によれば、２ｎｍから１０ｎｍ程度の微細な金属粒子が自己組織的にナノワイヤ表面に形成された金属粒子コートナノワイヤを用いることにより、コンタクト抵抗を低減できる。また、電極材料と半導体層材料とを熱処理し、合金化するプロセスが不要となるため、耐熱性の低い基板上に、高性能化且つバラツキを低減したトランジスタを実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, the contact resistance can be reduced by using the metal particle-coated nanowire in which fine metal particles of about 2 nm to 10 nm are self-organized on the nanowire surface. In addition, since a process of heat-treating and alloying the electrode material and the semiconductor layer material is not necessary, a transistor with high performance and reduced variation can be realized over a substrate with low heat resistance.
上記のようにナノワイヤ本体の微粒子と接触する電極を備えることにより、コンタクト特性に優れた各種の電子装置を製造することができる。このような電子装置は、トランジスタに限定されず、センサー、発光素子、または受光素子であってもよい。 By providing the electrode that contacts the fine particles of the nanowire body as described above, various electronic devices having excellent contact characteristics can be manufactured. Such an electronic device is not limited to a transistor, and may be a sensor, a light emitting element, or a light receiving element.
（実施形態４）
以下、図１５を参照しながら、本発明によるナノワイヤを用いたセンサー（以下、「ナノワイヤセンサー」と称する。）の実施形態を説明する。
(Embodiment 4)
Hereinafter, an embodiment of a sensor using nanowires according to the present invention (hereinafter referred to as “nanowire sensor”) will be described with reference to FIG.
図１５（ａ）は、金属粒子コートナノワイヤ表面が機能性分子により化学修飾されたナノワイヤ（以下、「化学修飾されたナノワイヤ」と称する。）１５０の表面構造の模式図であり、図１５（ｂ）は、このナノワイヤ１５０を用いたセンサーの構造を示す断面図である。図１５（ａ）の化学修飾されたナノワイヤ１５０は、半導体ナノワイヤ本体１５３と、その表面に形成された複数の金属粒子１５２と、化学修飾に用いられた機能性分子１５１とを備えている。本実施形態における金属粒子１５２は、金から形成されているが、その他の金属（例えば銀、銅、イリジウムなどの貴金属）から形成されていても、同様の効果を期待できる。 FIG. 15A is a schematic view of the surface structure of a nanowire (hereinafter referred to as “chemically modified nanowire”) 150 in which the surface of the metal particle-coated nanowire is chemically modified with a functional molecule, and FIG. ) Is a cross-sectional view showing the structure of a sensor using the nanowire 150. The chemically modified nanowire 150 in FIG. 15A includes a semiconductor nanowire body 153, a plurality of metal particles 152 formed on the surface thereof, and a functional molecule 151 used for the chemical modification. The metal particles 152 in the present embodiment are made of gold, but the same effect can be expected even if they are made of other metals (for example, noble metals such as silver, copper, iridium).
図１５（ａ）に示すナノワイヤ１５０の特徴点は、半導体ナノワイヤ本体１５３の表面に位置する金属粒子１５２が機能性分子１５１によって化学修飾されている点にある。金属粒子１５２に化学修飾する機能性分子１５１としては、例えば、ＮＨ2（ＣＨ2）nＳＨ、ＣＯＯＨ（ＣＨ）nＳＨ、ＣＦ3（ＣＦ2）n（Ｃ2Ｈ4）mＳＨ（但し、ｎ、ｍは自然数）が挙げられる。 A feature of the nanowire 150 shown in FIG. 15A is that the metal particles 152 located on the surface of the semiconductor nanowire body 153 are chemically modified with the functional molecules 151. Examples of the functional molecule 151 that chemically modifies the metal particles 152 include NH 2 (CH 2 ) n SH, COOH (CH) n SH, CF 3 (CF 2 ) n (C 2 H 4 ) m SH (provided that n and m are natural numbers).
図１５（ｂ）に示すナノワイヤセンサーは、化学修飾されたナノワイヤ１５０をセンシング部として用いるセンサーである。ナノワイヤセンサーの構造としては、実施形態３のナノワイヤトランジスタと同様の構造を備えている。本実施形態のナノワイヤセンサーはゲート電極１４２を具備しているが、ゲート電極１４２は具備しなくてもよい。 The nanowire sensor shown in FIG. 15B is a sensor that uses the chemically modified nanowire 150 as a sensing unit. The nanowire sensor has the same structure as the nanowire transistor of the third embodiment. Although the nanowire sensor of this embodiment includes the gate electrode 142, the gate electrode 142 may not be included.
本実施形態のナノワイヤセンサーは、ｐＨセンサーとして機能する。化学修飾されたナノワイヤ１５０は、機能性分子としてＮＨ2（Ｃ6Ｈ6）ＳＨを化学修飾したものである場合、溶液中のｐＨが低くなると、ナノワイヤ１５０の表面の機能性分子１５１内のアミノ基が−ＮＨ3 +に変化する。その結果、ソース電極１４４とドレイン電極１４５との間におけるコンダクタンスが変化するため、半導体ナノワイヤ本体１５３を流れるドレイン電流に応じて溶液のｐＨをセンシングすることができる。 The nanowire sensor of this embodiment functions as a pH sensor. When the chemically modified nanowire 150 is obtained by chemically modifying NH 2 (C 6 H 6 ) SH as a functional molecule, the amino in the functional molecule 151 on the surface of the nanowire 150 decreases when the pH in the solution is lowered. group is changed to -NH 3 +. As a result, since the conductance between the source electrode 144 and the drain electrode 145 changes, the pH of the solution can be sensed according to the drain current flowing through the semiconductor nanowire body 153.
このナノワイヤセンサーは、実施形態３のナノワイヤトランジスタの製造方法と同様の方法で製造され得る。 This nanowire sensor can be manufactured by a method similar to the method of manufacturing the nanowire transistor of the third embodiment.
なお、本実施形態のセンサーは、ｐＨセンサーとして機能しているが、機能性分子１５１を適宜選択することにより、他のセンサーとしても動作することが可能である。また、化学修飾されたナノワイヤは、センサー以外の電子素子にも利用可能である。例えば、機能性分子１５１を介して電荷を出し入れさせれば、メモリとして動作させることも可能である。 Although the sensor of this embodiment functions as a pH sensor, it can operate as another sensor by appropriately selecting the functional molecule 151. Further, chemically modified nanowires can be used for electronic devices other than sensors. For example, if charge is taken in and out through the functional molecule 151, it can be operated as a memory.
本実施形態のナノワイヤセンサーでは、自己組織的に形成された金属粒子に機能性分子を化学修飾し、この機能性分子に検体物を吸着又は反応させることによりセンシングすることができる。本発明のナノワイヤを用いると、ナノワイヤの成長条件によって金属粒子の密度を制御できるため、高感度センサーを実現することができる。 In the nanowire sensor of the present embodiment, sensing can be performed by chemically modifying a functional molecule on a self-organized metal particle and adsorbing or reacting a specimen with the functional molecule. When the nanowire of the present invention is used, the density of the metal particles can be controlled depending on the growth condition of the nanowire, so that a highly sensitive sensor can be realized.
（実施形態５）
以下、図１６を参照しながら、本発明の金属粒子に化学修飾したナノワイヤを用い、任意の基板または電極上の任意の位置にナノワイヤを配置した構造体の実施形態を説明する。
(Embodiment 5)
Hereinafter, with reference to FIG. 16, an embodiment of a structure in which nanowires chemically modified to metal particles of the present invention are used and nanowires are arranged at arbitrary positions on an arbitrary substrate or electrode will be described.
図１６（ａ）は、化学修飾されたナノワイヤ１６０と基板１６１を示す模式図であり、図１６（ｂ）は、ナノワイヤ１６０を基板１６１に設けられた電極１６４の任意の位置に配置した構造体を示す図である。本実施形態のナノワイヤ１６０の表面には金微粒子１６２が形成されている。 FIG. 16A is a schematic diagram showing chemically modified nanowires 160 and a substrate 161, and FIG. 16B shows a structure in which nanowires 160 are arranged at arbitrary positions on electrodes 164 provided on the substrate 161. FIG. Gold fine particles 162 are formed on the surface of the nanowire 160 of the present embodiment.
図１６（ａ）の化学修飾されたナノワイヤ１６０は、実施形態４の化学修飾されたナノワイヤ１５０と同様の構成を有している。本実施形態に特徴的な点は、化学修飾されたナノワイヤ１６０が、基板１６１上の官能基と化学的に結合している点にある。 The chemically modified nanowire 160 in FIG. 16A has the same configuration as the chemically modified nanowire 150 of the fourth embodiment. A characteristic point of this embodiment is that the chemically modified nanowire 160 is chemically bonded to a functional group on the substrate 161.
ナノワイヤ１６０と化学的に結合する機能性分子内の官能基Ｘは、例えば、以下のような組合せから選択することができる。 The functional group X in the functional molecule chemically bonded to the nanowire 160 can be selected from the following combinations, for example.
基板１６１の表面が−ＯＨの場合、Ｘは（ＣＨ3Ｏ）3Ｓｉ−、（Ｃ2Ｈ5）3Ｓｉ−、Ｃｌ3Ｓｉ−、ＮＣＯ−などであり、基板１６１の表面が−ＮＨ2、−ＮＨ−の場合、ＸはＨＯＯＣ−、ＮＣＯ−などである。 If the surface of the substrate 161 is -OH, X is (CH 3 O) 3 Si - , (C 2 H 5) 3 Si-, Cl 3 Si-, NCO- and the like, surface -NH 2 substrate 161 , -NH-, X is HOOC-, NCO-, and the like.
実施形態２におけるヘテロ金属粒子コートナノワイヤを用いると、半導体ナノワイヤの特定部分に選択的に金属粒子を形成しているため、ナノワイヤ中の任意の位置に化学結合部位を形成することができる。 When the hetero metal particle-coated nanowire in the second embodiment is used, the metal particles are selectively formed in a specific portion of the semiconductor nanowire, so that a chemical bonding site can be formed at an arbitrary position in the nanowire.
図１６（ｂ）の例では、化学修飾したナノワイヤ１６０が基板１６１の表面との間で化学結合を形成するのではなく、電極１６４との間で化学結合を形成している。この場合のナノワイヤ１６０としては、図８（ｂ）に示すように、両端部に金属粒子がコートされたナノワイヤを用いることが好ましい。 In the example of FIG. 16B, the chemically modified nanowire 160 does not form a chemical bond with the surface of the substrate 161, but forms a chemical bond with the electrode 164. As the nanowire 160 in this case, as shown in FIG. 8B, it is preferable to use a nanowire having both ends coated with metal particles.
ナノワイヤ１６０の配置位置を規定するため、電極１６４の任意の位置に、例えばＨＯＯＣ−（ＣＨ2）n−ＳＨのような機能性分子を用いて化学修飾を施しておけばよい。ナノワイヤ１６０がＮＨ2−（ＣＨ2）n−ＳＨのような機能性分子１６３で化学修飾されていれば、機能性分子間でアミド結合を形成するようにナノワイヤ１６０の位置が定まる。従って、電極１６４の任意の位置へナノワイヤ１６０を配置することができる。 In order to define the arrangement position of the nanowire 160, chemical modification may be performed at any position of the electrode 164 using a functional molecule such as HOOC— (CH 2 ) n —SH. If the nanowire 160 is chemically modified with a functional molecule 163 such as NH 2 — (CH 2 ) n —SH, the position of the nanowire 160 is determined so as to form an amide bond between the functional molecules. Accordingly, the nanowire 160 can be disposed at an arbitrary position of the electrode 164.
従来の化学修飾を用いてナノワイヤを配置させる方法では、ナノワイヤの成長に必要な触媒金属部を基板と結合させていたため、ナノワイヤの位置や方向を正確に制御することが困難であった。しかしながら、本実施形態では、ナノワイヤの軸方向の広い範囲に化学修飾を施すことができるため、基板や電極などの対象物に対する密着性が向上する。また、対象物の任意の部分を選択的に化学修飾することにより、化学修飾されたナノワイヤ１６０の位置や向きを対象物に対して自己整合的に規定することができる。 In the conventional method of arranging nanowires using chemical modification, it is difficult to accurately control the position and direction of the nanowires because the catalytic metal part necessary for the growth of the nanowires is bonded to the substrate. However, in the present embodiment, since chemical modification can be applied to a wide range in the axial direction of the nanowire, adhesion to an object such as a substrate or an electrode is improved. In addition, by selectively chemically modifying any part of the object, the position and orientation of the chemically modified nanowire 160 can be defined in a self-aligned manner with respect to the object.
（実施形態６）
以下、図１７を参照しながら、本発明の本発明の金属粒子を絶縁膜中に埋め込んだメモリ（以下、「ナノワイヤメモリ」と称する。）の実施形態を説明する。
(Embodiment 6)
Hereinafter, an embodiment of a memory (hereinafter referred to as “nanowire memory”) in which the metal particles of the present invention are embedded in an insulating film will be described with reference to FIG.
図１７（ａ）は、絶縁膜中に金属粒子を埋め込んだナノワイヤ１７０の断面構造を示し、図１７（ｂ）は、ナノワイヤ１７０を用いて形成したナノワイヤメモリの断面構成例を示している。 FIG. 17A shows a cross-sectional structure of a nanowire 170 in which metal particles are embedded in an insulating film, and FIG. 17B shows a cross-sectional configuration example of a nanowire memory formed using the nanowire 170.
図１７（ａ）に示すナノワイヤ１７０は、絶縁膜１７３に被覆されたナノワイヤ１７１を有しており、絶縁膜１７８中に金属粒子１７２が埋め込まれている。絶縁膜１７３は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、ハフニウム酸化物などから好適に形成される。 A nanowire 170 shown in FIG. 17A has a nanowire 171 covered with an insulating film 173, and metal particles 172 are embedded in the insulating film 178. The insulating film 173 is preferably formed from, for example, silicon oxide, silicon nitride, hafnium oxide, or the like.
ナノワイヤ１７０は、例えば、前述した金属粒子コートナノワイヤの周囲にスパッタ法やレーザーアブレーション法により絶縁膜１７３を形成した後、熱処理を行い、金属粒子１７２を絶縁膜１７３中に拡散させることにより製造することができる。 The nanowire 170 is manufactured by, for example, forming an insulating film 173 around the above-described metal particle-coated nanowire by sputtering or laser ablation, and then performing heat treatment to diffuse the metal particles 172 into the insulating film 173. Can do.
金ドットコートＳｉナノワイヤを用いる場合は、酸素雰囲気中でナノワイヤを酸化させることにより、シリコン酸化膜中に金粒子を埋め込んだナノワイヤを形成することができる。 When gold dot-coated Si nanowires are used, nanowires in which gold particles are embedded in a silicon oxide film can be formed by oxidizing the nanowires in an oxygen atmosphere.
図１７（ｂ）に示すナノワイヤメモリは、絶縁膜１７３中に金属粒子１７２を埋め込んだナノワイヤ１７０を含んでいるが、基本的には、実施形態３のナノワイヤトランジスタの構造と同様の構造を有している。メモリ動作は、ゲート電極１４２にバイアス電圧を印加することにより、ナノワイヤ１７１から金属粒子１７２に電荷を注入する。一方、ゲート電極１４２に逆バイアス電圧を印加することにより、金属粒子１７２からナノワイヤ１７１に電荷を注入することができる。 The nanowire memory shown in FIG. 17B includes a nanowire 170 in which metal particles 172 are embedded in an insulating film 173, but basically has a structure similar to the structure of the nanowire transistor of the third embodiment. ing. In the memory operation, charges are injected from the nanowire 171 into the metal particle 172 by applying a bias voltage to the gate electrode 142. On the other hand, by applying a reverse bias voltage to the gate electrode 142, charges can be injected from the metal particles 172 into the nanowire 171.
図１７（ｂ）のナノワイヤメモリも、実施形態３のナノワイヤトランジスタの製造方法と同様にして製造することができる。 The nanowire memory of FIG. 17B can also be manufactured in the same manner as the manufacturing method of the nanowire transistor of the third embodiment.
本実施形態のナノワイヤメモリでは、本発明の自己組織的に形成された金属粒子１７２を絶縁膜１７３中に埋め込んだナノワイヤをメモリに応用することにより、高精度のメモリを形成することができる。また、本発明のナノワイヤを用いると、金属粒子１７２の密度を成長条件によって制御できるため、粒子密度のバラツキを低減でき、精度を向上したメモリを実現することができる。 In the nanowire memory of this embodiment, a highly accurate memory can be formed by applying a nanowire in which the metal particles 172 formed in a self-organized manner according to the present invention are embedded in an insulating film 173 to the memory. In addition, when the nanowire of the present invention is used, the density of the metal particles 172 can be controlled by the growth conditions, so that variation in particle density can be reduced and a memory with improved accuracy can be realized.
（実施形態７）
次に、図１８及び図１９を参照して、本発明による電子装置の実施形態を説明する。本実施形態の電子装置は、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を備えるディスプレイである。
(Embodiment 7)
Next, an embodiment of an electronic device according to the present invention will be described with reference to FIGS. The electronic device of the present embodiment is a display including an organic electroluminescence element (organic EL element).
図１８は、ディスプレイの構成を模式的に示す。図１８のディスプレイでは、基板１８０上に、複数の画素１８５がマトリクス状に配置されている。各画素１８５には、有機ＥＬ素子が配置されており、その有機ＥＬ素子は、その近傍に配置されたＴＦＴを含む回路で制御される。基板１８０上には、ＴＦＴを制御するためのＸ走査電極１８３、Ｙ走査電極１８４、Ｘドライバ１８１、及びＹドライバ１８２が形成されている。 FIG. 18 schematically shows the configuration of the display. In the display of FIG. 18, a plurality of pixels 185 are arranged in a matrix on a substrate 180. Each pixel 185 is provided with an organic EL element, and the organic EL element is controlled by a circuit including a TFT arranged in the vicinity thereof. On the substrate 180, an X scan electrode 183, a Y scan electrode 184, an X driver 181 and a Y driver 182 for controlling the TFT are formed.
図１９は、画素近傍の回路図を示す。画素１８５はスイッチ用トランジスタ１９０とドライバ用トランジスタ１９１とによって制御される。これらのトランジスタ１９０、１９１は、本発明によるナノワイヤを備えるトランジスタである。 FIG. 19 shows a circuit diagram in the vicinity of a pixel. The pixel 185 is controlled by a switching transistor 190 and a driver transistor 191. These transistors 190, 191 are transistors comprising nanowires according to the present invention.
Ｙドライバ１８２からＹ走査電極１８４を介してスイッチ用トランジスタ１９０のソース電極に電圧が印加される。スイッチ用トランジスタ１９０のドレイン電極とドライバ用トランジスタ１９１のゲート電極とは電気的に接続されている。ドライバ用トランジスタ１９１のドレイン電極は、画素の下部に配置された画素電極（図示せず）に電気的に接続されている。また、ドライバ用トランジスタ１９１のソース電極には、画素を発光させるための電圧が印加される。 A voltage is applied from the Y driver 182 to the source electrode of the switching transistor 190 via the Y scanning electrode 184. The drain electrode of the switch transistor 190 and the gate electrode of the driver transistor 191 are electrically connected. The drain electrode of the driver transistor 191 is electrically connected to a pixel electrode (not shown) disposed under the pixel. In addition, a voltage for causing the pixel to emit light is applied to the source electrode of the driver transistor 191.
一方、スイッチ用トランジスタ１９０のゲート電極には、Ｘドライバ１８１からＸ走査電極１８３を介して画像信号電圧が印加される。画像信号の電圧が印加されたスイッチ用トランジスタから、ドライバ用トランジスタ１９１のゲート電極に電圧が加えられる。これによって、ドライバ用トランジスタから画素電極に電圧が加えられる。図示はしていないが、画素上には透明電極が配置されている。画素電極と透明電極との間に電圧が加わることによって、画素部分が発光する。 On the other hand, an image signal voltage is applied to the gate electrode of the switching transistor 190 from the X driver 181 via the X scanning electrode 183. A voltage is applied to the gate electrode of the driver transistor 191 from the switching transistor to which the voltage of the image signal is applied. As a result, a voltage is applied from the driver transistor to the pixel electrode. Although not shown, a transparent electrode is disposed on the pixel. When a voltage is applied between the pixel electrode and the transparent electrode, the pixel portion emits light.
本発明による電子装置は、上記のディスプレイに限定されず、液晶表示装置や他の電子装置であってもよい。本発明によるナノワイヤは、各種の電子装置に使用可能である。 The electronic device according to the present invention is not limited to the above-described display, and may be a liquid crystal display device or another electronic device. The nanowire according to the present invention can be used in various electronic devices.
本発明によるナノワイヤは、簡便な製造プロセスにより製造することができ、トランジスタやメモリなどの電子デバイスやマイクロデバイス等へ応用することができる。 The nanowire according to the present invention can be manufactured by a simple manufacturing process, and can be applied to electronic devices such as transistors and memories, micro devices, and the like.
１０１ 微粒子コートナノワイヤ
１０２ 触媒金属
１０３ 微粒子
１０２ａ 触媒金属と半導体材料の合金
１０４ ナノワイヤ本体
１０５ 基板
１０６ 原料ガス
１１０ 金ドットコートＳｉナノワイヤ
１１１ Ｓｉナノワイヤ本体
１１２ 金属粒子
１１３ シリコン酸化膜（自然酸化膜）
１１４ 触媒金属粒子
１１５ シリコン基板
１１６ ジシランガス
１２０ 金属粒子の存在する領域
１２１ 金属粒子の存在しない領域
１２２ 金触媒
１２３ 金ドットの存在する領域
１２４ 金ドットの存在しない領域
１３０ コンタクトドープへテロ金属粒子コートナノワイヤ
１３１ 不純物がドープされた金属粒子コート領域
１３２ 半導体ナノワイヤ
１３３ 不純物がドープされた領域
１３４ 半導体と金属の合金粒子
１４０ ナノワイヤトランジスタ
１４１ 基板
１４２ ゲート電極
１４３ ゲート絶縁膜
１４４ ソース電極
１４５ ドレイン電極
１５０ 化学修飾されたナノワイヤ
１５１ 機能性分子
１５２ 金属粒子
１５３ 半導体ナノワイヤ本体
１６０ 化学修飾されたナノワイヤ
１６１ 基板
１６２ 金属粒子
１６３ 機能性分子
１６４ 電極
１６５ 化学結合
１７０ 絶縁膜中に金属粒子の埋め込まれたナノワイヤ
１７１ ナノワイヤ
１７２ 金属粒子
１７３ 絶縁膜
１８０ フレキシブル基板
１８１ Ｘドライバ
１８２ Ｙドライバ
１８３ Ｘ走査電極
１８４ Ｙ走査電極
１８５ 画素
１９０ スイッチ用トランジスタ
１９１ ドライバ用トランジスタ
２００ 半導体ナノワイヤ
２０１ コア・シェルナノワイヤ
２０２ コア部
２０３ シェル部
２０４ ヘテロナノワイヤ
２０５ 第１の半導体ナノワイヤ
２０６ 第２の半導体ナノワイヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Fine particle coated nanowire 102 Catalytic metal 103 Fine particle 102a Alloy of catalytic metal and semiconductor material 104 Nanowire main body 105 Substrate 106 Source gas 110 Gold dot coat Si nanowire 111 Si nanowire main body 112 Metal particle 113 Silicon oxide film (natural oxide film)
114 Catalytic metal particles 115 Silicon substrate 116 Disilane gas 120 Metal particle present area 121 Metal particle absent area 122 Gold catalyst 123 Gold dot present area 124 Gold dot absent area 130 Contact doped hetero metal particle coated nanowire 131 Impurity-doped metal particle coated region 132 Semiconductor nanowire 133 Impurity-doped region 134 Semiconductor-metal alloy particle 140 Nanowire transistor 141 Substrate 142 Gate electrode 143 Gate insulation film 144 Source electrode 145 Drain electrode 150 Chemically modified nanowire 151 Functional molecule 152 Metal particle 153 Semiconductor nanowire body 160 Chemically modified nanowire 161 Substrate 162 Metal particle 163 Functional molecule 164 Electrode 165 Chemical bond 170 Nanowire embedded with metal particles in insulating film 171 Nanowire 172 Metal particle 173 Insulating film 180 Flexible substrate 181 X driver 182 Y driver 183 X scan electrode 184 Y scan electrode 185 Pixel 190 Switch transistor 191 Driver transistor DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 Semiconductor nanowire 201 Core shell nanowire 202 Core part 203 Shell part 204 Hetero nanowire 205 1st semiconductor nanowire 206 2nd semiconductor nanowire
Claims (22)
前記半導体を構成する元素を一部に含む第２の材料から形成され、前記ナノワイヤ本体の表面の少なくとも一部に位置する複数の微粒子と、
を備え、
前記ナノワイヤ本体の表面が平滑である、ナノワイヤ。 A crystalline semiconductor nanowire body formed from a first material;
A plurality of fine particles formed from a second material partly including an element constituting the semiconductor and located on at least part of the surface of the nanowire body;
With
A nanowire having a smooth surface of the nanowire body.
前記ナノワイヤに形成されたチャネル領域と、
前記ナノワイヤに接続され、ソース領域及びドレイン領域として機能する電極と、
前記チャネル領域の少なくとも一部における導電性を制御するゲート電極と、
前記ゲート電極を前記チャネル領域から電気的に絶縁するゲート絶縁膜と、
を備える電界効果型トランジスタ。 A field effect transistor comprising the nanowire according to claim 1,
A channel region formed in the nanowire;
An electrode connected to the nanowire and functioning as a source region and a drain region;
A gate electrode for controlling conductivity in at least a part of the channel region;
A gate insulating film for electrically insulating the gate electrode from the channel region;
A field effect transistor comprising:
前記ナノワイヤに接続された第１の電極及び第２の電極と、
を備えるセンサー。 The nanowire according to any one of claims 1 to 9, which functions as a sensing unit;
A first electrode and a second electrode connected to the nanowire;
With a sensor.
前記機能性分子を介して前記ナノワイヤと化学的に結合した部材と、
を備える電子装置。 A nanowire according to any of claims 15 to 17,
A member chemically bonded to the nanowire via the functional molecule;
An electronic device comprising:
前記基板上に第１の材料から形成されたナノワイヤ本体を成長させる工程（Ｂ）と、
を含む、ナノワイヤの製造方法であって、
前記工程（Ｂ）において、第２の材料から形成された複数の微粒子を前記ナノワイヤ本体の表面の少なくとも一部に成長させる、ナノワイヤの製造方法。 Preparing a substrate having catalytic metal particles disposed on the surface (A);
Growing a nanowire body formed from a first material on the substrate (B);
A method for producing nanowires, comprising:
In the step (B), a method for producing a nanowire, wherein a plurality of fine particles formed from a second material are grown on at least a part of the surface of the nanowire body.
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