JP5928420B2 - 縦型トランジスタを用いた荷重センサ - Google Patents
縦型トランジスタを用いた荷重センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP5928420B2 JP5928420B2 JP2013172293A JP2013172293A JP5928420B2 JP 5928420 B2 JP5928420 B2 JP 5928420B2 JP 2013172293 A JP2013172293 A JP 2013172293A JP 2013172293 A JP2013172293 A JP 2013172293A JP 5928420 B2 JP5928420 B2 JP 5928420B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rib
- load
- substrate
- electrode layer
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 58
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 50
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 42
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 37
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 12
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 2
- 101100334009 Caenorhabditis elegans rib-2 gene Proteins 0.000 description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 6
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 4
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 229920000052 poly(p-xylylene) Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 1
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
- G01L1/2293—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges of the semi-conductor type
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/22—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIBVI compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/491—Vertical transistors, e.g. vertical carbon nanotube field effect transistors [CNT-FETs]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Description
本発明は、半導体薄膜を用いて構成される縦型トランジスタを用いた荷重センサに関するものである。
従来、面圧を測定する荷重センサでは、フィルム状の感圧ゴムの両面それぞれに互いに直交した配線を形成し、荷重が印加されたときにそれら配線の交点での感圧ゴムの厚みが変化することを利用して、その交点での感圧ゴムの抵抗変化に基づき、荷重検出を行うようにしている。しかしながら、このような構造の荷重センサでは、単純マトリクス型、つまり感圧ゴムの両面において互いに直交した配線の各交点がマトリクス状に配置された構造による荷重検知となるため、測定点が多くなると他の交点での抵抗変化の影響を受け易い。このため、Ｓ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比が悪くなり、測定精度が低下してしまって、ロボット用途などの高速計測が必要な場合は周辺回路が複雑になってしまう。
これを解決する為に、特許文献１において、有機半導体材料などで構成された有機半導体薄膜を用いて形成される横型トランジスタを荷重センサに適用することが提案されている。有機半導体薄膜を用いた横型トランジスタは、印加される荷重によってゲート酸化膜の厚みが変わり、ドレイン・ソース間に流れる電流Ｉｄｓが変化することに基づいて、荷重検出を行うものである。横型トランジスタは、ゲートをオンしないと電流が流れないことから、横型トランジスタを用いた荷重センサでは、隣接する他の横型トランジスタの影響を受けないようにでき、Ｓ／Ｎ比を良好にできることから、測定精度の向上を図ることが可能となる。
電流Ｉｄｓは、移動度μ、ゲート容量Ｃ、ゲート幅Ｗ、ゲート長Ｌ、ゲート電圧Ｖｇ、閾値電圧Ｖｔｈを用いて、下記の数式１のように表される。この数式１に示されるように、ゲート酸化膜の膜厚が変化すると、移動度μ、ゲート容量Ｃ、ゲート長Ｌなど多くのパラメータに影響を与える。これにより、ドレイン・ソース間に流れる電流Ｉｄｓが非線形な変化を示していた。
本発明は上記点に鑑みて、印加される荷重に対してドレイン・ソース間の電流が線形的な変化を示す荷重センサを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、少なくとも表層が絶縁体とされた基板（１）と、基板の上に、側面および上面を有し、少なくともその表面が絶縁体で構成されたリブ（２）と、リブの一側面に形成されたゲート電極（３）、ゲート絶縁膜（４）、半導体薄膜（５）とを有するトランジスタと、基板のうちリブが形成された部分を凸部とし、リブが形成されていない部分を凹部として、凹部の底面において半導体薄膜と接するように形成された底部電極層（６）および凸部の上面において半導体薄膜と接するように形成された頂部電極層（７）と、を有し、ゲート電極に対してゲート電圧が印加されることで半導体薄膜にチャネル領域が形成されて底部電極層と頂部電極層との間に電流を流すと共に、凸部に対して荷重が印加されると、リブの変形に伴って該リブの高さ方向において半導体薄膜の長さや移動度が変化し、電流が変化することに基づいて荷重測定を行うことを特徴としている。
このように、リブおよび半導体薄膜などを用いた縦型トランジスタによって荷重センサを構成している。そして、縦型トランジスタにおけるチャネル長、つまり底部電極層と頂部電極層とによって構成されるドレイン・ソース間の間隔の変化とチャネル領域を構成する半導体薄膜の長さの変化に基づいて荷重測定が行えるようにしている。このため、ドレイン・ソース間の電流（Ｉｄｓ）が印加される荷重に対して線形的な変化を示すようにできる。これにより、印加される荷重に対してドレイン・ソース間の電流が線形的な変化を示す荷重センサにできる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、有機半導体薄膜を用いて構成される縦型トランジスタを用いて荷重センサを構成している。この縦型トランジスタを用いた荷重センサの構造について、図１および図２を参照して説明する。
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、有機半導体薄膜を用いて構成される縦型トランジスタを用いて荷重センサを構成している。この縦型トランジスタを用いた荷重センサの構造について、図１および図２を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の縦型トランジスタを用いた荷重センサ１００は、ガラスやプラステックフィルムなどのように少なくとも表面が絶縁体とされた絶縁性基板によって構成される基板１の上に形成されている。具体的には、荷重センサ１００は、次のように構成されている。
基板１の上に、リブ２が形成されている。リブ２は、基板１よりもヤング率が小さくて変形し易い材質で構成されており、例えばフォトレジストとして用いられるＳＵ−８やＰＤＭＳ等などの絶縁材料で構成される。本実施形態では、リブ２は、図１に示すように断面形状が四角形とされていると共に、図２に示すように上面形状も四角形とされている。具体的には、リブ２は、上面形状が２ｍｍ×２ｍｍ□、高さ（厚み方向寸法）が１μｍ以上、例えば５０μｍとされ、図１の紙面垂直方向を幅方向として延設されている。また、リブ２の一側面には、導電層として例えばＡｕとＣｒとが順に積層されたゲート電極３が形成されている。例えば、本実施形態では、Ａｕを６０ｎｍ、Ｃｒを３ｎｍの厚みで成膜することでゲート電極３を形成している。これらリブ２およびゲート電極３は、複数個が例えば等間隔に並べられて配置されたり、マトリクス状に配置されており、リブ２が形成された位置は凸部、これらが形成されていない位置は凹部となっている。
基板１の表面やリブ２およびゲート電極３の表面にはパリレン（登録商標）、ＳｉＯ2、アルミナもしくは有機材料などの絶縁材料によって構成されたゲート絶縁膜４が形成されている。例えば、本実施形態では、ゲート絶縁膜４を４５０ｎｍの厚みで形成している。また、リブ２の一側面におけるゲート絶縁膜４の表面からリブ２の上面および基板１上におけるリブ２が形成されていない位置に延設されるように、有機半導体薄膜５が形成されている。有機半導体薄膜５は、例えば高分子有機材料や低分子有機材料もしくはそれらの積層構造などからなる有機半導体材料にて構成されている。
そして、有機半導体薄膜５のうち、凹部の底面、つまり基板１上においてリブ２が形成されていない位置に配置された部分の上に、有機半導体薄膜５と接するようにＡｕなどの電極材料で構成された底部電極層６が形成されている。さらに、有機半導体薄膜５のうち、凸部の上面、つまり基板１上においてリブ２が形成されている位置に配置された部分の上に、有機半導体薄膜５と接するようにＡｕなどの電極材料で構成された頂部電極層７が形成されている。これら底部電極層６および頂部電極層７は離間配置させられていることで電気的に分離されている。本実施形態では、これら底部電極層６および頂部電極層７を例えば２０ｎｍの厚みで形成している。
なお、図２に示すように、底部電極層６および頂部電極層７をリブ２のうちゲート電極３が形成された側面と同じ幅の四角形状で形成しているが、基板１の表面における図２の紙面上下方向（図１の紙面垂直方向に相当）には引出配線部６ａ、７ａを延設してある。底部電極層６については、基板１のうちリブ２が形成されていない凹部上に形成されていることから、この凹部上において引出配線部６ａに繋がっている。頂部電極層７に関しては、基本的にはリブ２が形成された凸部上に形成されている。このため、基板１上に形成された引出配線部７ａに繋がるように、リブ２のうちゲート電極３が形成された側面と対向する側面やそれと隣り合う側面上にも頂部電極層７が形成されるようにすることで、リブ２の下に位置する基板１上まで延設してある。
このような構造により、本実施形態にかかる縦型トランジスタを用いた荷重センサ１００が構成されている。このように構成された縦型トランジスタを用いた荷重センサ１００では、底部電極層６と頂部電極層７のうちの一方がドレイン電極、他方がソース電極を構成する。そして、縦型トランジスタは、ゲート電極３に対して所定のゲート電圧が印加されると、有機半導体薄膜５のうちドレイン電極とソース電極の間に位置する部分においてチャネル領域を形成する。これにより、チャネル領域を通じてドレイン・ソース間、つまりリブ２の側面において電流Ｉｄｓを流すという動作を行う。
このとき、荷重センサ１００に対して図１の紙面上方、つまり基板１に対して垂直方向（基板１の表面に対する法線方向）の荷重が印加されると、その荷重に応じてリブ２が変形させられる。これにより、リブ２の高さが低くなり、有機半導体薄膜５のうち底部電極層６および頂部電極層７の間に位置する部分の最短距離が荷重印加前よりも短くなって、チャネル長が短くなる。このため、チャネル長が短くなることに伴ってチャネル抵抗が低下し、それに基づいて電流Ｉｄｓが大きくなる。この電流Ｉｄｓの変化に基づいて、荷重測定を行うことが可能となる。具体的に、本実施形態の荷重センサ１００について荷重印加時の電流Ｉｄｓの変化を調べたところ、図３に示す結果が得られた。リブの上面形状は、２ｍｍ×２ｍｍとし、トランジスタサイズはＬ／Ｗ＝５０／２０００μｍで、Ｖｇｓ＝−２０Ｖ、Ｖｄｓ＝−２０Ｖで測定した。Ｔ１、Ｔ３期間は荷重が０であり、Ｔ２期間は３０Ｎを印加した。また、荷重と電流Ｉｄｓの変化率の関係について調べたところ、図４に示す結果が得られた。Ｉｄｓの変化率は、ΔＩｄｓ＝Ｔ２期間の平均電流値／Ｔ１期間の平均電流値×１００で定義した。
図３の結果から判るように、荷重印加前の期間Ｔ１と比較して荷重印加時の期間Ｔ２では電流Ｉｄｓが増加しており、荷重開放時となる期間Ｔ３になると再び電流Ｉｄｓが減少している。また、Ｔ１期間とＴ３期間の平均電流値に概ね同様であった。このため、電流Ｉｄｓの変化に基づいて荷重測定を行うことが可能であることが判る。
また、図４の結果から判るように、荷重に対して電流Ｉｄｓの変化率がほぼ比例して変化している。特に、荷重が３０〜１５０Ｎの間においては、荷重に対して電流Ｉｄｓが比例して変化していることが判る。これは、荷重に対する電流Ｉｄｓの変化が主にチャネル領域を構成する有機半導体薄膜５の長さの変化に基づいて生じているからである。
従来のように、横型トランジスタを用いて荷重センサを構成する場合には、荷重に対するゲート絶縁膜の膜厚の変化に基づいて電流Ｉｄｓが変化することから、電流Ｉｄｓの変化に基づいて荷重を測定している。しかしながら、ゲート絶縁膜の膜厚変化を前提としていることから、上記した数式１に示される移動度μ、ゲート容量Ｃ、ゲート長Ｌなど多くのパラメータに影響を与えることになる。このため、横型トラジスタを荷重センサに適用した場合には、ドレイン・ソース間に流れる電流Ｉｄｓが非線形な変化を示していた。
これに対して、本実施形態では、荷重センサ１００を縦型トランジスタにて構成しており、縦型トランジスタにおけるチャネル長と移動度の変化に基づいて荷重測定が行えるようにしている。チャネル長は、特に歪みの変化率が７％以内の場合には、チャネル長の変化率も小さくなるので、その範囲ではチャネル長の変化率と電流Ｉｄｓの変化率は比例することになる。また、トランジスタの移動度は、荷重によって有機半導体層をなす分子間位置関係が変化しトランスファー積分が大きくなることで向上する。よって、移動度もチャネル領域の歪みが小さい場合は、荷重の変化に比例することになる。なお、図４において、１５０Ｎの力が加わったときの歪み量は１．５％であった。
したがって、本実施形態のように荷重センサ１００を縦型トランジスタにて構成することで、電流Ｉｄｓが印加される荷重に対して線形的な変化を示すようにできる。これにより、従来必要とされていた実際の荷重を測定してテーブルを作成するなどの処置が必要なくなり、製品作成を簡素化することが可能になる。
ただし、上記したように、荷重が３０〜１５０Ｎの間においては荷重に対して電流Ｉｄｓが比例して変化しているが、荷重が１５０Ｎを超えると若干比例関係にずれが生じていた。これは、荷重印加に伴ってリブ２が変形すると、底部電極層６や頂部電極層７が押し潰され、底部電極層６や頂部電極層７を通じる金属配線の抵抗が変動するためと考えられる。これについて調べたところ、荷重に基づくリブ２の歪み（％）に対して金属配線の抵抗変動（％）が図５に示す関係になることが確認された。ここで、リブの歪みとは、荷重の有無によるリブ高さの変化率をいう。金属配線の抵抗変動は、リブを跨ぐ形でゲート電極をなす材料を形成した際に、その配線の基板底部間の抵抗変化率をいう。すなわち、リブ２の歪みが７％に至るまでは金属配線の抵抗変動が無いが、１０％に至ると金属配線の抵抗の増加が生じ、歪が大きくなるほどその抵抗変動が大きくなる。このことから、測定対象として想定される最大荷重が印加されたときに、リブ２の高さが荷重無印加時に対して１０％未満、好ましくは７％以下の変化率となるようにリブ２の材料を選定し、リブ２のヤング率を調整するのが好ましい。荷重の範囲の調整方法として、リブの面積を変化させる方法もある。例えば、リブを２ｍｍ×４ｍｍにして、４ｍｍの壁の側面に有機薄膜トランジスタを形成すればリブの面積は倍になり、２ｍｍ×２ｍｍと比較して倍の荷重である３００Ｎまで線形性を確保でき、トランジスタの幅が２倍になるのでＩｄｓも２倍になりよりＳ／Ｎ比を向上させることができる。
なお、本実施形態では、リブ２の歪みが上記関係を満たすようにするのに加えて、基板１よりもリブ２のヤング率が小さくなるようにしている。このため、荷重印加時に基板１ではなくリブ２が変形するようにできる。
また、本実施形態では、リブ２の高さをリブ２の一辺の長さよりも小さくしつつ、１μｍ以上に設定している。このように、リブ２の高さをリブ２の一辺の長さよりも小さくすることで、リブ２の側面に対する荷重を受け難くでき、リブ２の上面に対する荷重のみによってリブ２が変形するようにできる。また、リブ２の高さを１μｍ以上にすることで、荷重が加えられたときに、荷重を印加している対象物が基板１のうちリブ２の形成されていない凹部に接してしまわないようにできる。これにより、荷重をすべてリブ２の表面において受け止めることが可能となり、正確に荷重測定を行うことが可能となる。
続いて、本実施形態にかかる縦型トランジスタの製造方法について、図６に示す各製造工程を示した断面図を用いて説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、ガラスなどの絶縁性基板によって構成される基板１を用意する。そして、図６（ｂ）に示すように、その基板１の上にＳＵ−８などの絶縁材料であってヤング率が基板１よりも小さな材料で構成される絶縁層を例えば厚さ５０μｍ形成する。例えば、スピンコート法などによって絶縁層を形成することができる。そして、フォトエッチングなどにより、絶縁層をパターニングして上面形状が２ｍｍ×２ｍｍ□のリブ２を形成する。または、印刷によって形成してもよい。
次に、図６（ｃ）に示すように、リブ２の表面を含む基板１の表面に、スパッタなどによってＡｕとＣｒをそれぞれ６０ｎｍ、３ｎｍの厚みで形成し、これをパターニングすることでゲート電極３を形成する。このとき、リブ２の側面が垂直であると、基板１に対して垂直方向からゲート電極３の構成材料を成膜しようとしたのでは、リブ２の側面にゲート電極３を形成し難い。このため、ゲート電極３の構成材料を斜めにスパッタするなどにより、リブ２の側面にも形成し易くなるようにするのが好ましい。
続いて、図６（ｄ）に示すように、パリレン（登録商標）、ＳｉＯ2、アルミナもしくは有機材料などの絶縁材料を成膜することでゲート絶縁膜４を例えば４５０ｎｍの厚みで形成する。例えば、トリメチルアルミニウムを原料にして、ＡＬＤ（電子層成長）法などによってゲート絶縁膜４を形成すれば、９０℃程度の低温プロセスでゲート絶縁膜４を成膜することができる。このような低温プロセスを適用すると、耐熱性が十分ではないリブ２などを高温に晒す必要がなくなるため、リブ２を高温から保護することが可能となる。また、基板１をガラス基板で構成すれば耐熱性に優れているが、基板１を絶縁性の樹脂基板などで構成することもできる。このような樹脂基板を用いる場合には、耐熱性が十分ではないため、低温プロセスでゲート絶縁膜４を成膜することは有効である。
そして、図６（ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜４の上に例えば蒸着法などによって０．６〜０．８Å／ｓｅｃの成膜速度で有機半導体材料を１２０ｎｍの厚みで成膜したのち、これをパターニングして有機半導体薄膜５を形成する。そして、図６（ｆ）に示すように、スパッタ法やシャドウマスクを用いた真空蒸着法などにより、底部電極層６および頂部電極層７を構成するための電極材料を０．５〜０．８Å／ｓｅｃの成膜速度で２０ｎｍの厚みを成膜する。このとき、成膜の方法により有機半導体薄膜５のうちチャネルとなる部分に電極材料が成膜されないようにすることも可能である。例えば、垂直方向からスパッタや蒸着を行えば、有機半導体薄膜５のうち基板１の表面に対して垂直になっている部分の表面、つまりチャネルとなる部分に電極材料が成膜されないようにすることができる。これにより、有機半導体薄膜５上において、自己整合的（セルフアライン）に底部電極層６と頂部電極層７とを分離することが可能となる。
また、チャネルとなる部分に電極材料が成膜されたとしても必要に応じてフォトエッチング工程を行って底部電極層６および頂部電極層７をパターニングすれば良い。このようにして底部電極層６および頂部電極層７を形成すると、図１および図２に示した本実施形態にかかる縦型トランジスタを用いた荷重センサ１００が製造される。
以上説明したように、本実施形態では、リブ２および有機半導体薄膜５などを用いた縦型トランジスタによって荷重センサ１００を構成し、縦型トランジスタにおけるチャネル長、つまりドレイン・ソース間の間隔の変化に基づいて荷重測定が行えるようにしている。このため、電流Ｉｄｓが印加される荷重に対して線形的な変化を示すようにできる。これにより、従来必要とされていた実際の荷重を測定してテーブルを作成するなどの処置が必要なくなり、製品作成を簡素化することが可能になる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してリブ２の形状を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してリブ２の形状を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図７に示すように、本実施形態では、リブ２を上面形状が三角形となるようにすると共に、リブ２の一側面、つまり３辺のうちの一辺にゲート電極３や有機半導体薄膜５を形成し、チャネル領域が形成されるようにしている。このように、リブ２を三角形とすれば、第１実施形態のように四角形とする場合と比較して、リブ２の面積を小さくできる。そして、リブ２の面積を小さくすれば、リブ２の面積に対するトランジスタ領域の割合（つまりチャネル領域となる部分の割合）を大きくすることができる。このため、基板１中に形成されるリブ２の数を第１実施形態と比較して多くすることが可能となり、より荷重測定の精度を向上させることが可能になる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２実施形態に対してリブ２の形状を変更したものであり、その他については第１、第２実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２実施形態に対してリブ２の形状を変更したものであり、その他については第１、第２実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図８に示すように、本実施形態では、リブ２のうちゲート電極３を形成する一面とは異なる一面もしくは複数面の少なくとも一部をテーパ状にしている。なお、図８では、第１実施形態のようにリブ２を上面形状が四角形となるようにする場合の断面として記載してあるが、第２実施形態のようにリブ２を上面形状が三角形となるようにする場合も同様である。
このように、リブ２の一部をテーパ状にすれば、その部分においてリブ２の上面と側面とが成す角やリブ２の側面と基板１の表面とが成す角が鈍角になる。このため、リブ２のうちテーパ状とされた部分の上に形成される頂部電極層７がリブ２の上面と側面との境界位置もしくはリブ２の側面と基板１との境界位置において薄肉になることを抑制できる。このため、頂部電極層７の断線を抑制することが可能となる。
なお、このようにリブ２を形成するには、例えばリブ２のパターニングを２回に分けて行えば良い。すなわち、リブ２のうちテーパ状とする部分については等方性エッチング、リブ２のうち側面を基板１に対して垂直方向とする部分については異方性エッチングによってパターニングすれば良い。また、このようにリブ２のうちテーパ状とする部分を設ける場合、底部電極層６および頂部電極層７を形成する際に、これらの構成材料を基板１に対して垂直方向からスパッタすれば良い。このようにすれば、リブ２のうち側面が基板１の表面に対して垂直方向になっている部分では底部電極層６および頂部電極層７の構成材料が付着せず、テーパ状とされている部分ではそれが付着する。このため、有機半導体薄膜５上において、自己整合的（セルフアライン）に底部電極層６と頂部電極層７とを分離することが可能となる。
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
例えば、上記各実施形態では、有機半導体薄膜５の上に底部電極層６および頂部電極層７を形成したトップコンタクト構造のデバイスを例に挙げたが、有機半導体薄膜５の下に底部電極層６および頂部電極層７を形成したボトムコンタクト構造であっても良い。また、リブ２の上面形状を四角形や三角形以外の多角形や他の形状としても良い。また、上記実施形態では、有機トランジスタの構造が基板側からゲート電極３と、ゲート電極３の表面に形成されたゲート絶縁膜４と、ゲート絶縁膜４上に形成された有機半導体薄膜５となるボトムゲート構造で説明したが、構成が逆になるトップゲート構造の有機トランジスタでもよい。
また、荷重センサ１００を構成する縦型トランジスタの構成要素の構成材料についても適宜変更可能であり、例えば基板１としてガラスなどを用いたが、少なくとも表面が絶縁体とされた基板、例えばシリコン基板の表面に絶縁膜を形成したものなどでも良い。リブ２についても同様であり、少なくとも表面が絶縁膜で構成されていれば良い。さらに、縦型トランジスタとして、半導体層に有機膜を用いた場合を述べてきたが、ＺｎＯなどの酸化物半導体でもよい。ゲート絶縁膜はＳｉＮなどの窒化物でもよい。
１００ 荷重センサ
１ 基板
２ リブ
３ ゲート電極
４ ゲート絶縁膜
５ 有機半導体薄膜
６ 底部電極層
６ａ 引出配線部
７ 頂部電極層
７ａ 引出配線部
１ 基板
２ リブ
３ ゲート電極
４ ゲート絶縁膜
５ 有機半導体薄膜
６ 底部電極層
６ａ 引出配線部
７ 頂部電極層
７ａ 引出配線部
Claims (5)
- 少なくとも表層が絶縁体とされた基板（１）と、
前記基板の上に、側面および上面を有し、少なくとも表面が絶縁体で構成され、前記基板と異なる材料で構成されたリブ（２）と、
前記リブの一側面に形成されたゲート電極（３）、ゲート絶縁膜（４）および半導体薄膜（５）を有するトランジスタと、
前記基板のうち前記リブが形成された部分を凸部とし、前記リブが形成されていない部分を凹部として、前記凹部の底面において前記半導体薄膜と接するように形成された底部電極層（６）および前記凸部の上面において前記半導体薄膜と接するように形成された頂部電極層（７）と、を有し、
前記ゲート電極に対してゲート電圧が印加されることで前記半導体薄膜にチャネル領域が形成されて前記底部電極層と前記頂部電極層との間に電流を流すと共に、前記凸部に対して荷重が印加されると、前記リブの変形に伴って該リブの高さ方向において前記半導体薄膜の長さが変化し、前記電流が変化することに基づいて荷重測定を行うことを特徴とする縦型トランジスタを用いた荷重センサ。 - 前記リブは、前記基板よりもヤング率が小さな材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の縦型トランジスタを用いた荷重センサ。
- 前記リブは、上面形状が四角形もしくは三角形とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の縦型トランジスタを用いた荷重センサ。
- 前記リブは、測定対象として想定される最大荷重が印加されたときの該リブの高さの変化率が７％以下となる材料で構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の縦型トランジスタを用いた荷重センサ。
- 前記リブは、該リブのうち前記ゲート電極が形成されている一側面が前記基板の表面に対して垂直になっており、該一側面と異なる面においてテーパ形状とされ、該リブの上面から前記テーパ形状の部分および前記基板のうち該リブが形成されていない部分にわたって前記頂部電極層が延設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の縦型トランジスタを用いた荷重センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013172293A JP5928420B2 (ja) | 2013-08-22 | 2013-08-22 | 縦型トランジスタを用いた荷重センサ |
| PCT/JP2014/004000 WO2015025480A1 (ja) | 2013-08-22 | 2014-07-30 | 縦型トランジスタを用いた荷重センサ |
| CN201480045954.2A CN105473990B (zh) | 2013-08-22 | 2014-07-30 | 使用纵型晶体管的载荷传感器 |
| KR1020167004036A KR101901036B1 (ko) | 2013-08-22 | 2014-07-30 | 종형 트랜지스터를 사용한 하중 센서 |
| US14/913,067 US9658121B2 (en) | 2013-08-22 | 2014-07-30 | Load sensor using vertical transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013172293A JP5928420B2 (ja) | 2013-08-22 | 2013-08-22 | 縦型トランジスタを用いた荷重センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015040778A JP2015040778A (ja) | 2015-03-02 |
| JP5928420B2 true JP5928420B2 (ja) | 2016-06-01 |
Family
ID=52483276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013172293A Expired - Fee Related JP5928420B2 (ja) | 2013-08-22 | 2013-08-22 | 縦型トランジスタを用いた荷重センサ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9658121B2 (ja) |
| JP (1) | JP5928420B2 (ja) |
| KR (1) | KR101901036B1 (ja) |
| CN (1) | CN105473990B (ja) |
| WO (1) | WO2015025480A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6330595B2 (ja) | 2014-09-15 | 2018-05-30 | 株式会社デンソー | 荷重センサ |
| CN106684251B (zh) * | 2016-12-09 | 2018-06-01 | 武汉华星光电技术有限公司 | 柔性垂直沟道有机薄膜晶体管及其制作方法 |
| CN113345967B (zh) * | 2021-05-21 | 2022-09-09 | Tcl华星光电技术有限公司 | 薄膜晶体管及led背板 |
| US11832486B2 (en) | 2021-09-14 | 2023-11-28 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Semiconductor device, display panel, and display device including the same |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3053007B2 (ja) | 1997-07-28 | 2000-06-19 | 日本電気株式会社 | 指紋センサ |
| WO2005020342A1 (ja) | 2003-08-22 | 2005-03-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 縦型有機ｆｅｔ及びその製造方法 |
| JP2005150146A (ja) | 2003-11-11 | 2005-06-09 | Univ Of Tokyo | フレキシブル検知装置 |
| FR2918747A1 (fr) * | 2007-07-12 | 2009-01-16 | St Microelectronics Sa | Microcapteur de pression |
| JP5396698B2 (ja) * | 2007-07-25 | 2014-01-22 | セイコーエプソン株式会社 | 圧力センサー |
| WO2009095996A1 (ja) * | 2008-01-29 | 2009-08-06 | Unisantis Electronics (Japan) Ltd. | 半導体記憶装置 |
| WO2009095998A1 (ja) * | 2008-01-29 | 2009-08-06 | Unisantis Electronics (Japan) Ltd. | 半導体記憶装置 |
| JP5605705B2 (ja) | 2008-04-30 | 2014-10-15 | 国立大学法人大阪大学 | 縦型電界効果トランジスタ |
| JP5525940B2 (ja) * | 2009-07-21 | 2014-06-18 | ローム株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JP5128630B2 (ja) * | 2010-04-21 | 2013-01-23 | ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッド | 半導体装置 |
| JP2011242153A (ja) | 2010-05-14 | 2011-12-01 | Citizen Holdings Co Ltd | 歪センサおよび歪み測定方法 |
| CN102856495B (zh) * | 2011-06-30 | 2014-12-31 | 清华大学 | 压力调控薄膜晶体管及其应用 |
| TWI469023B (zh) * | 2011-07-21 | 2015-01-11 | Ind Tech Res Inst | 觸控感應裝置 |
| JP5887591B2 (ja) * | 2012-02-10 | 2016-03-16 | パイクリスタル株式会社 | 三次元構造を有する薄膜トランジスタ及びその製造方法 |
-
2013
- 2013-08-22 JP JP2013172293A patent/JP5928420B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2014
- 2014-07-30 WO PCT/JP2014/004000 patent/WO2015025480A1/ja active Application Filing
- 2014-07-30 CN CN201480045954.2A patent/CN105473990B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2014-07-30 KR KR1020167004036A patent/KR101901036B1/ko active IP Right Grant
- 2014-07-30 US US14/913,067 patent/US9658121B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9658121B2 (en) | 2017-05-23 |
| JP2015040778A (ja) | 2015-03-02 |
| CN105473990A (zh) | 2016-04-06 |
| US20160202132A1 (en) | 2016-07-14 |
| CN105473990B (zh) | 2018-12-18 |
| KR101901036B1 (ko) | 2018-09-20 |
| WO2015025480A1 (ja) | 2015-02-26 |
| KR20160033176A (ko) | 2016-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5928420B2 (ja) | 縦型トランジスタを用いた荷重センサ | |
| JP2022043102A5 (ja) | ||
| JP6106807B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JP2010278436A5 (ja) | ||
| JP2010278436A (ja) | パワー集積回路デバイス | |
| JP2014215485A5 (ja) | ||
| US9627504B2 (en) | Semiconductor device | |
| KR101423925B1 (ko) | 그래핀 다치 로직 소자, 이의 동작방법 및 이의 제조방법 | |
| JP2014187093A (ja) | 薄膜トランジスタアレイ | |
| WO2006006369A1 (ja) | 半導体装置 | |
| CN107389256B (zh) | 用于检测压力的电子装置 | |
| US20150060948A1 (en) | Semiconductor device | |
| US10424672B2 (en) | Oxide semiconductor transistor | |
| JP6541803B2 (ja) | 薄膜トランジスタ及びその製造方法 | |
| CN106024637A (zh) | 薄膜晶体管及其制作方法 | |
| JP5708124B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP6241285B2 (ja) | マトリクス型の荷重センサ | |
| JP2010123765A (ja) | 半導体装置、その製造方法及びその駆動方法 | |
| KR20130098739A (ko) | 박막 트랜지스터를 이용한 인버터 소자 및 그 제조방법 | |
| US20140042505A1 (en) | Device active channel length/width greater than channel length/width | |
| CN103578997A (zh) | 一种ldmos栅极的制作方法及产品 | |
| TWI617030B (zh) | 薄膜電晶體及其製造方法 | |
| US8766367B2 (en) | Textured gate for high current thin film transistors | |
| KR102320396B1 (ko) | 그래핀과 탄소 나노 튜브 접합에 기반하는 트랜지스터 및 이를 제조하는 방법 | |
| KR102307071B1 (ko) | 배리스터 접합 어레이 소자 및 이의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150722 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160329 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160411 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5928420 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |