JPWO2005018003A1 - 線状素子 - Google Patents
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Abstract
Description
線状素子の中心に、中空領域を形成すれば、線状素子を形成した線状体の重量を軽くすることができる。また、導電体領域を形成すれば、線状素子の電極抵抗又は配線抵抗を低減することができる。また、絶縁領域を形成すれば、線状体上に形成した複数の線状素子の電気的な分離が容易になる。また、半導体領域を形成すれば、線状体の中心部に、例えば、PN接合からなるダイオードを形成することが可能になる。線状素子の長手方向に複数のMISFETを形成すれば、線状素子からなる集積回路の作製が容易になり、集積度の向上にも効果がある。
ゲート電極、ゲート絶縁領域、ソース領域、ドレイン領域、及び/又は半導体領域を有機半導体又は導電性高分子からなる材料により形成することにより、材料コストの低減や製造プロセスの簡単化などにより製造コストの低減に効果がある。
2、8、16、22、26、33、42、52、82、202 ゲート絶縁領域
3、11、13、21、27、34、43、53、83、203 ソース領域
4、10、14、20、28、35、44、54、84、205 半導体領域
5、9、15、19、29、36、45、55、85、204 ドレイン領域
6、12、18、24、30、37、46、56、86、206 表面保護領域
31 中心領域
47、50、57、62 素子領域
49、59、61 分離領域
60 ソース引き出し電極
48、58 ドレイン引き出し電極
101 押し出し装置
102 原料1容器
103 原料2容器
104 原料3容器
105、110 型
106 線状体
107 ローラ
108 ドーピング処理部
109 電極形成処理部
「一又は複数のソース領域と一又は複数のドレイン領域との間に」とは、線状素子の断面中心からの、一又は複数のソース領域と一又は複数のドレイン領域との距離が相違していること(即ち、当該間に半導体領域が介在可能であること)を意味する。ここで、ソース領域及び/又はドレイン領域が複数存在する場合、中心から各領域の距離は、好適には同種の領域間で同一であるが、同種の領域間ですべて又は一部が異なっていてもよい。また、ソース領域及び/又はドレイン領域が複数存在する場合、任意のソース領域又はドレイン領域は、対応するドレイン領域又はソース領域と、同一径方向に存在していてもいなくてもよい。
最初に、本発明の線状素子の構造を、図に示す具体例を参照しながら説明する。
第1図(a)は、第一具体例に係る線状素子の斜視図である。本発明の第一具体例に係る線状素子は、線状素子の断面内において、線状のゲート電極1を中心に、その外側に向かって、順に、ゲート絶縁領域2、ソース領域3、半導体領域4、ドレイン領域5、及び絶縁性の表面保護領域6を配置している。さらに、ソース領域3を複数の線状体に分割することにより、ゲート絶縁領域2の一部が半導体領域4と接触している。
ゲート電極にゲート電圧を印加すると、前記ゲート絶縁領域と半導体領域が接触した領域において、半導体領域に前記ゲート電圧が作用する。
N型のMISFETの場合は、ゲート電極に半導体領域の電位を基準にして正のゲート電圧を印加すると、半導体領域内に電導キャリアとなる電子が蓄積し、チャネル領域となるソース領域とドレイン領域の間の半導体領域の電気伝導度が向上し、ソース領域とドレイン領域の間で流れる電流をゲート電極に印加するゲート電圧で制御できる。
また、P型のMISFETの場合は、ゲート電極に半導体領域の電位を基準にして負のゲート電圧を印加すると、半導体領域内に電導キャリアとなるホールが蓄積し、チャネル領域となるソース領域とドレイン領域の間の半導体領域の電気伝導度が向上し、ソース領域とドレイン領域の間で流れる電流をゲート電極に印加するゲート電圧で制御できる。
第二具体例は、ソース領域とドレイン領域の配置が、第一具体例と異なっている。
第1図(b)は、第一具体例に係る線状素子の斜視図である。本発明の第一具体例に係る線状素子は、線状素子の断面内において、線状のゲート電極7中心に、その外側に向かって、順に、ゲート絶縁領域8、ドレイン領域9、半導体領域10、ソース領域11、及び絶縁性の表面保護領域12を配置している。さらに、ドレイン領域9を複数の線状体に分割することにより、ゲート絶縁領域8の一部が半導体領域10と接触している。
第一具体例と第二具体例は、ゲート電極とゲート絶縁領域がソース領域とドレイン領域の内側に配置された構造の線状素子であるが、第三具体例と第四具体例は、ゲート電極とゲート絶縁領域がソース領域とドレイン領域の外側に配置された構造の線状素子である。
第1図(c)は、第三具体例に係る線状素子の斜視図である。本発明の第三具体例に係る線状素子は、線状素子の断面内において、線状のソース領域13を中心に、その外側に向かって、順に、半導体領域14、ドレイン領域15、ゲート絶縁領域16、ゲート電極17、及び絶縁性の表面保護領域18を配置している。さらに、ドレイン領域15を複数の線状体に分割することにより、ゲート絶縁領域16の一部が半導体領域14と接触している。
第四具体例は、ソース領域とドレイン領域の配置が、第三具体例と異なっている。
第1図(d)は、第四具体例に係る線状素子の斜視図である。本発明の第四具体例に係る線状素子は、線状素子の断面内において、線状のドレイン領域19を中心に、その外側に向かって、順に、半導体領域20、ソース領域21、ゲート絶縁領域22、ゲート電極23、及び絶縁性の表面保護領域24を配置している。さらに、ソース領域21を複数の線状体に分割することにより、ゲート絶縁領域22の一部が半導体領域20と接触している。
第五具体例は、ドレイン領域が連続した単一の領域ではなく、複数の領域に分割されている点が第一具体例と異なっている。
第1図(e)は、第五具体例に係る線状素子の斜視図である。本発明の第五具体例に係る線状素子は、線状素子の断面内において、線状のゲート電極25を中心に、その外側に向かって、順に、ゲート絶縁領域26、ソース領域27、半導体領域28、ドレイン領域28、及び絶縁性の表面保護領域30を配置している。さらに、ソース領域27を複数の線状体に分割することにより、ゲート絶縁領域26の一部が半導体領域28と接触している。
さらに、ソース領域27との重なり領域が小さくなるようにドレイン領域29を分割している。このことにより、ソース・ドレイン間の寄生容量を低減できるので、線状素子により構成した回路の動作を高速化することが可能になる。第一具体例だけでなく、第二具体例乃至第四具体例においても、ソース領域とドレイン領域を分割し、寄生容量を低減することにより同様の効果が得られる。
第六具体例は、線状素子を形成する線状体の中心に中心領域を配置した点が第一具体例と異なっている。
第1図(f)は、第六具体例に係る線状素子の斜視図である。本発明の第六具体例に係る線状素子は、線状素子の断面内において、中心領域31を中心に、その外側に向かって、順に、ゲート電極32、ゲート絶縁領域33、ソース領域34、半導体領域35、ドレイン領域36、及び絶縁性の表面保護領域37を配置している。さらに、ソース領域34を複数の線状体に分割することにより、ゲート絶縁領域33の一部が半導体領域35と接触している。
中心領域31として、中空領域を形成すれば、線状素子を形成した線状体の重量を軽くすることができる。また、導電体領域を形成すれば、線状素子の電極抵抗又は配線抵抗を低減することができる。また、絶縁領域を形成すれば、線状体上に形成した複数の線状素子の電気的な分離が容易になる。また、半導体領域を形成すれば、線状体の中心部に、例えば、PN接合からなるダイオードを形成することが可能になる。第一具体例だけでなく、第二具体例乃至第四具体例においても、線状体の中心に上記材料からなる中心領域を配置することにより同様の効果が得られる。
本発明の線状素子のゲート電極、ソース領域、ドレイン領域、半導体領域を外部回路と電気的に接続する方法としては、線状素子を形成した線状体の端部における各領域に接続端子を設け、外部回路と接続することが可能である。また、線状素子を形成した線状体の一部を引き出し電極領域として、線状体の側面から接続端子を取り出すことも可能である。
一本の線状体の中に複数の線状素子を形成することも可能である。素子領域と他の素子領域を電気的に分離するために、素子領域間に分離領域を形成するのが好ましい。
複数の線状素子を線状体の中に形成することにより、線状素子からなる集積回路の作製が容易になり、集積度の向上にも効果がある。線状素子の長手方向に複数のMISFETを形成すれば、ゲート電極を中心に配置して、ゲート電極を共通とする複数のMISFETからなる集積回路の形成が容易になる。同様に、ソース電極を中心に配置して、ソース電極を共通とする複数のMISFETからなる集積回路の形成が容易になる。また、ドレイン電極を中心に配置して、ドレイン電極を共通とする複数のMISFETからなる集積回路の形成が容易になる。
図2(a)において、図1(a)に示す線状素子と同じ断面構造を持つ2個の線状素子が一本の線状体に形成されている。素子領域47には第一の線状素子、素子領域50には第二の線状素子が形成されている。素子領域47と素子領域50の間に形成された引き出し電極48は、第一の線状素子のドレイン領域45と電気的に接続している。第一の線状素子のゲート電極、ソース領域は、それぞれ、第二の線状素子のゲート電極、ソース領域と電気的に接続している。一方、ドレイン領域と半導体領域は、分離領域49によって電気的に分離されている。
図3(b)は、図2(a)に示す線状素子の引き出し電極48において線状体を切断した断面図である。ゲート電極81を中心に、外側に向かって順に、ゲート絶縁領域82、ソース領域83、半導体領域84、ドレイン領域85が配置されている。引き出し電極48の表面は絶縁性の表面保護領域で覆われておらず、線状体の側面からドレイン領域85に対し電気的な接続をとることが可能である。
図3(c)は、図2(a)に示す線状素子の分離領域49において線状体を切断した断面図である。ゲート電極81を中心に、外側に向かって順に、ゲート絶縁領域82、ソース領域83、表面保護領域86が配置されている。表面保護領域86は絶縁性であるため、第一の線状素子と第二の線状素子の半導体領域、ドレイン領域は、電気的に分離される。
線状素子がN型のMISFETである場合は、ゲート電極はP型若しくはN型の半導体材料又は導電性材料により形成し、半導体領域はP型半導体材料により形成し、ソース領域とドレイン領域は、N型半導体材料又は導電性材料により形成する。また、ゲート絶縁領域と表面保護領域は絶縁性材料により形成する。
線状素子がP型のMISFETである場合は、ゲート電極はP型若しくはN型の半導体材料又は導電性材料により形成し、半導体領域はN型半導体材料により形成し、ソース領域とドレイン領域は、P型半導体材料又は導電性材料により形成する。また、ゲート絶縁領域と表面保護領域は絶縁性材料により形成する。
また、ソース・ドレイン領域又は半導体領域の材料としては、上記半導体材料に、ドーパントを混入せしめたものを用いることができる。
N型半導体とするためには、例えば、アルカリ金属(Li、Na、K)、AsF5/AsF3、ClO4 −をドーパントとして用いればよい。
P型半導体とするためには、例えば、ハロゲン(Cl2、Br2、I2など)、ルイス酸(PF5、AsF5、SbF5など)、プロトン酸(HF、HCl、HNO3など)、遷移金属化合物(FeCl3、FeOCl、TiCl4など)、電解質アニオン(Cl−、Br−、I−など)をドーパントとして用いればよい。
また、本発明の線状素子を構成する表面保護領域の絶縁性材料としては、例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PS(ポリスチレン)、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)、PVA(ポリビニルアルコール)、PC(ポリカーボネート)、PET(ポリエチレンラフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)を用いることができる。
図4(a)は、本発明の線状素子の製造装置の正面図であり、(b)は、本発明の線状素子の製造に用いられる型の平面図である。
押出し装置101は、複数の領域を構成するための原料を溶融状態あるいは溶解状態、あるいはゲル状態で保持するための原料容器102、103、104を有している。第4図(a)に示す例では、3個の原料容器を示しているが、製造する線状素子の構成に応じて適宜設ければよい。
原料容器102内の原料は、型105に送られる。型105には、製造しようとする線状素子の断面に応じた射出孔が形成されている。射出孔から射出された線状体は、ローラ107に巻き取られるか、あるいは必要に応じて次の工程に線状のまま送られる。
原料容器102、103、104には、ゲート電極材料、ゲート絶縁領域材料、ソース、ドレイン材料、半導体材料が、それぞれ、溶融あるいは溶解状態、ゲル状態で保持されている。一方、型105には、それぞれの材料容器に連通させて、孔が形成されている。
各原料容器から溶融あるいは溶解状態、ゲル状態の原料を型105に送入し、型から原料を射出すると、各孔から原料は射出し、固化する。その端を引っ張ることにより、糸状に連続して線状発光素子が形成される。線状素子は、ローラ107で巻き取る。あるいは必要に応じて次の工程に糸状のまま送る。
表面保護領域の形成:図4に示していないが、必要に応じ、絶縁性材料を塗布する処理部を設け、線状素子を形成した線状体の表面に絶縁領域を塗布形成する。
分離領域の形成:分離領域を形成する部分の分離したい導電性領域又は半導体領域を機械的加工や、エッチングなどの方法で選択的に除去する。除去した領域に絶縁領域を塗布形成する。または、ドーピング処理部108において、酸素イオンを注入、加熱し、絶縁分離領域を形成してもよい。
本発明における線状素子における外径は、10mm以下が好ましく、5mm以下がより好ましい。1mm以下が好ましく、10μm以下がさらに好ましい。延伸加工を行うことにより1μm、さらには0.1μm以下とすることも可能である。
1μm以下の外径を有する極細線状体を型の孔から吐出させて形成しようとする場合には、孔のつまりや糸状体の破断が生ずる場合がある。かかる場合には、各領域の線状体をまず形成する。次にこの線状体を島として多くの島を作り、その周囲(海)を溶融性のもので取り巻き、それをロート状の口金で束ねて、小口から一本の線状体として吐出させればよい。島成分を増やして海成分を小さくすると極めて細い線状体素子をつくることができる。他の方法として、一旦太めの線状体素子をつくり、その後長手方向に延伸すればよい。また、溶融した原料をジェット気流に乗せてメルトブローして極細化を図ることも可能である。
製造例
ゲート電極線の材料として、アルドリッチ製MEH−PPV(ポリ3ヘキシルチオフェン)を用いた。まず、MEH−PPVのトルエン溶液(10wt%)を300mlのビーカーに用意し、その中にヨウ素液を50ml添加し、超音波攪拌を行った。
ポリフッ化ビニリデンのジメチルホルムアミド溶液1wt%に、ゲート電極線を浸した後、80℃で乾燥させ、ゲート電極線の表面に膜厚1μmのポリフッ化ビニリデン膜を形成した。
MEH−PPVのキシレン溶液(10wt%)を300mlのビーカーに用意し、その中にヨウ素液を50ml添加し、超音波攪拌を行った。その後、真空乾燥して、フィルム状固体にした。このフィルム状固体を数mmの直径に切断した後、切断したMEH−PPVからなる線を溶融押し出し機(井元製作所製)により押し出し、直径約0.2mmの繊維形状にした。長さが約10cmの繊維を4本作製した。
表面にゲート絶縁領域を形成したゲート電極線上に、ソース領域となるMEH−PPVからなる線を4本配置した。線の端部は、エポキシ接着剤で固定した。その後、窒素雰囲気下200℃で1時間加熱処理し、ゲート絶縁領域と4本のソース領域を密着させた。
ソース領域を表面に形成した上記線状体をP3HTのトルエン溶液に浸した後、窒素雰囲気下80℃で24時間乾燥させた。
MEH−PPVのキシレン溶液(10w%)を300mlのビーカーに用意し、その中にヨウ素液を50ml添加し、超音波攪拌を行った。その後、真空乾燥して、フィルム状固体にした。このフィルム状固体を数mmの直径に切断した後、切断したMEH−PPVからなる線を溶融押し出し機(井元製作所製)により押し出し、直径約0.2mmの繊維形状にした。長さが約10cmの繊維を4本作製した。
半導体層を形成した線状体上に、直径0.2mmのP3HTからなる繊維を4本配置した。線の端部は、エポキシ接着剤で固定した。その後、窒素雰囲気下200℃で1時間加熱処理し、絶縁層と4本のドレイン領域を密着させた。
PMMA(ポリメチルメタクリレート)のジメチルフォルムアミド溶液(5wt%)に、ドレイン領域を形成した線状体を浸した後、窒素雰囲気下80℃で24時間乾燥させ、線状素子を完成した。
電気特性の測定試験
線状素子の中心に、中空領域を形成すれば、線状素子を形成した線状体の重量を軽くすることができる。また、導電体領域を形成すれば、線状素子の電極抵抗又は配線抵抗を低減することができる。また、絶縁領域を形成すれば、線状体上に形成した複数の線状素子の電気的な分離が容易になる。また、半導体領域を形成すれば、線状体の中心部に、例えば、PN接合からなるダイオードを形成することが可能になる。線状素子の長手方向に複数のMISFETを形成すれば、線状素子からなる集積回路の作製が容易になり、集積度の向上にも効果がある。
ゲート電極、ゲート絶縁領域、ソース領域、ドレイン領域、及び/又は半導体領域を有機半導体又は導電性高分子からなる材料により形成することにより、材料コストの低減や製造プロセスの簡単化などにより製造コストの低減に効果がある。
Claims (5)
- ゲート電極、ゲート絶縁領域、ソース領域、ドレイン領域、及び半導体領域を有する線状素子において、素子領域の断面内の径方向において、一又は複数のソース領域と一又は複数のドレイン領域との間に、半導体領域を、ゲート絶縁領域の一部と前記半導体領域が接触するように配置したことを特徴とする線状素子。
- ゲート電極及びゲート絶縁領域が、ソース領域及びドレイン領域の内側又は外側に配置されている、請求項1記載の線状素子。
- 中心が、中空領域、導電体領域、ゲート電極、ソース領域、ドレイン領域、前記ゲート絶縁領域とは異なる絶縁領域、又は前記半導体領域とは異なる半導体領域である、請求項1又は2記載の線状素子。
- 前記線状素子を構成する線状体の長手方向に、分離領域を介して複数の素子領域が配置された、請求項1乃至3のいずれか一項記載の線状素子。
- 前記線状素子を構成するゲート電極、ゲート絶縁領域、ソース領域、ドレイン領域、及び/又は半導体領域を有機半導体又は導電性高分子からなる材料により形成した、請求項1乃至4のいずれか一項記載の線状素子。
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