ショットキーダイオード及びその製造方法
【課題】本発明は、ショットキーダイオード及びその製造方法に関するものである。
【解決手段】本発明のショットキーダイオードは、第一金属層と、半導体層と、第二金属層と、を含む。前記第一金属層及び前記第二金属層は、相互に間隔をあけて設置され、それぞれ前記半導体層に電気的に接続されている。前記第一金属層と、前記半導体層との接合方式は、ショットキー接触である。前記第二金属層と、前記半導体層との接合方式は、オーミック接触である。前記半導体層は、高分子絶縁材料及び該高分子絶縁材料に分散した複数のカーボンナノチューブからなる。
【解決手段】本発明のショットキーダイオードは、第一金属層と、半導体層と、第二金属層と、を含む。前記第一金属層及び前記第二金属層は、相互に間隔をあけて設置され、それぞれ前記半導体層に電気的に接続されている。前記第一金属層と、前記半導体層との接合方式は、ショットキー接触である。前記第二金属層と、前記半導体層との接合方式は、オーミック接触である。前記半導体層は、高分子絶縁材料及び該高分子絶縁材料に分散した複数のカーボンナノチューブからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキーダイオード及びその製造方法に関し、特にカーボンナノチューブを利用したショットキーダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ショットキーダイオードは、低効率、大電流及び応答速度が速い等の優れた点を有するので、現在様々な電子装置に用いられている。一般には、ショットキーダイオードは、貴金属層と、該貴金属層に接触した半導体層と、を含む。整流作用を持つバリアは、前記貴金属層及び前記半導体層の間に設置されている。従来のショットキーダイオードの半導体層は、剛性を有する有機材料からなるので、前記ショットキーダイオードは、フレキシブル電子デバイスに利用されることができない。
【０００３】
銅フタロシアニンをショットキーダイオードの半導体層として、フレキシブル電子デバイスに利用することは、非特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｍｕｔａｂａｒ Ｓｈａｈ，Ｍ．Ｈ．Ｓａｙｙａｄ，Ｋｈ．Ｓ．Ｋａｒｉｍｏｖ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ａｇ／ＣｕＰｃ／Ａｕ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｄｉｏｄｅ ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ．，３２（４），０４４００１，２０１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記半導体層は、電子移動度が低く、例えば、１．７４×１０−９ｃｍ２／Ｖｓである。また原料の銅フタロシアニンを得ることは容易ではない。更に、前記半導体層を利用したフレキシブル電子デバイスの柔軟性も低い。
【０００６】
従って、前記課題を解決するために、本発明は、高い電子移動度及び優れた柔軟性を有する、カーボンナノチューブを利用したショットキーダイオード及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のショットキーダイオードは、第一金属層と、半導体層と、第二金属層と、を含む。前記第一金属層及び前記第二金属層は、相互に間隔をあけて設置され、それぞれ前記半導体層に電気的に接続されている。前記第一金属層と、前記半導体層との接続は、ショットキー接触である。前記第二金属層と、前記半導体層との接続は、オーミック接触である。前記半導体層は、高分子絶縁材料及び該高分子絶縁材料に分散した複数のカーボンナノチューブからなる。
【０００８】
本発明のショットキーダイオードの製造方法は、単量体材料を提供し、該単量体材料を有機溶剤に溶かして、単量体溶液を形成させる第一ステップと、複数のカーボンナノチューブを提供し、該複数のカーボンナノチューブを前記単量体溶液に均一に分散させる第二ステップと、前記有機溶剤を蒸発させた後、橋かけ剤を添加してカーボンナノチューブ複合材料を形成する第三ステップと、第一金属層を提供し、該第一金属層の一つの表面に前記カーボンナノチューブ複合材料を被覆し、半導体層を形成する第四ステップと、第二金属層を提供し、該第二金属層の一つの表面と、前記半導体層の前記第一金属層と隣接する表面とは反対の表面と、を隣接させてショットキーダイオードを形成する第五ステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
従来の技術と比べて、本発明のショットキーダイオードの製造方法で形成されたショットキーダイオードにおいて、半導体層は、高分子絶縁材料及び該高分子絶縁材料に分散した複数のカーボンナノチューブからなるので、前記ショットキーダイオードは、高い電子移動度（１．９８ｃｍ２／Ｖｓ）及び優れた柔軟性を有し、フレキシブル電子デバイスに用いられることができる。更に、前記高分子絶縁材料及び複数のカーボンナノチューブを得ることは容易であるので、前記ショットキーダイオードのコストは低い。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係るショットキーダイオード構造の断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係るショットキーダイオードの電流と電圧の関係を示す曲線図である
【図３】本発明の実施例１に係るショットキーダイオードにおける半導体層のソース電極とドレイン電極との間に流れる電流とグリッド電圧の関係を示す曲線図である。
【図４】本発明の実施例１に係るショットキーダイオードの製造方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係るショットキーダイオード構造の断面図である。
【図６】本発明の実施例２に係るショットキーダイオードの製造方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１を参照すると、本発明のショットキーダイオード１０は、第一金属層１２と、半導体層１４と、第二金属層１６と、を含む。前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６は、相互に間隔をあけて設置され、それぞれ前記半導体層１４に電気的に接続される。前記第一金属層１２と、前記半導体層１４との接合方式は、ショットキー接触である。前記第二金属層１６と、前記半導体層１４との接合方式は、オーミック接触である。前記半導体層１４は、フレキシブル高分子複合層である。前記半導体層１４は、高分子絶縁材料１４４及び該高分子絶縁材料１４４に分散した複数のカーボンナノチューブ１４２からなる。本実施例において、前記第一金属層１２、前記半導体層１４、及び前記第二金属層１６は、順に積層され、サンドイッチ構造体を形成している。これにより、前記半導体層１４は、前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６の間に設置される。
【００１３】
前記半導体層１４は、第一表面１４１及び該第一表面に対向する第二表面１４３を有する。前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６は、それぞれ前記第一表面１４１及び前記第二表面１４３に設置される。例えば、前記第一金属層１２は、前記第一表面１４１に設置され、且つ前記半導体層１４に電気的に接続され、前記第二金属層１６は、前記第二表面１４３に設置され、且つ前記半導体層１４に電気的に接続される。又は、それぞれ前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６は、前記半導体層１４の中に埋め込まれ、且つ前記第一金属層１２と前記第二金属層１６は、相互に間隔をあけて設置される。
【００１４】
前記半導体層１４は、薄いシート状の構造体である。その形状は制限されず、例えば、円形、ダイヤモンド、長方形、正方形、または五角形である。前記半導体層１４は、優れた半導体性及び柔軟性を有する。前記半導体層１４において、前記複数のカーボンナノチューブ１４２の質量比は、０．１％〜１％である。本実施例において、前記半導体層１４における前記複数のカーボンナノチューブ１４２の質量比は、０．２％〜０．５％である。前記複数のカーボンナノチューブ１４２は、均一に前記高分子絶縁材料１４４に分散しており、ネットワーク状構造体を形成する。
【００１５】
前記高分子絶縁材料１４４は、シリコーンゲル、シリコーンゴム、低酸素樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステルの一種または多種である。前記複数のカーボンナノチューブ１４２は、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。本実施例において、前記カーボンナノチューブ１４２は、半導体型カーボンナノチューブである。前記半導体層１４の厚さは、１μｍ〜１ｍｍである。本実施例において、前記半導体層１４の厚さは、１５０μｍであり、その電子移動度は、０．１ｃｍ２／Ｖｓ〜１０ｃｍ２／Ｖｓである。
【００１６】
前記半導体層１４は、Ｐ型半導体またはＮ型半導体であることができる。前記半導体層１４が、Ｐ型半導体である場合、前記第一金属層１２の仕事関数ｅＶ１と、前記半導体層１４の仕事関数ｅＶ２は、次のような関係となる。
【００１７】
ｅＶ１＜ｅＶ２ (式１)
【００１８】
前記第二金属１６の仕事関数ｅＶ３と、前記半導体層１４の仕事関数ｅＶ２は、次のような関係となる。
【００１９】
ｅＶ３≦ｅＶ２ (式２)
【００２０】
本実施例において、前記半導体層１４における複数のカーボンナノチューブ１４２は、酸素ガスを吸収することができるので、前記半導体層１４はＰ型半導体である。これによって、前記半導体層１４は、Ｐ型半導体の特徴を有する。
【００２１】
前記半導体層１４が、Ｎ型半導体である場合、前記第一金属層１２の仕事関数ｅＶ１と、前記半導体層１４の仕事関数ｅＶ２は、次のような関係となる。
【００２２】
ｅＶ１＞ｅＶ２ (式３)
【００２３】
前記第二金属１６の仕事関数ｅＶ３と、前記半導体層１４の仕事関数ｅＶ２は、次のような関係となる。
【００２４】
ｅＶ３≧ｅＶ２ (式４)
【００２５】
本実施例において、前記半導体層１４における複数のカーボンナノチューブ１４２を化学的にドープすることによって、前記半導体層１４はＮ型半導体となり、これによって該カーボンナノチューブは、Ｎ型半導体の特徴を有する。本実施例において、前記複数のカーボンナノチューブをポリエチレンイミン溶液で浸漬させた後、前記高分子絶縁材料１４４に分散させることによって、前記Ｎ型の半導体層１４を形成する。
【００２６】
本実施例において、前記半導体層１４における前記高分子絶縁材料１４４は、ポリジメチルシロキサンである。前記半導体層１４における前記複数のカーボンナノチューブ１４２の質量比は、０．３５％である。前記複数のカーボンナノチューブ１４２はそれぞれ接続され、ネットワーク状の構造体に形成される。これにより、前記半導体層１４のバンドギャップは、０．３６ｅＶに達する。前記半導体層１４の仕事関数は、４．６ｅＶ〜４．９ｅＶであり、その電子移動度は、１．９８ｃｍ２／Ｖｓである（図２を参照）
【００２７】
前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６は、それぞれ薄いシート状の構造体である。各々の厚さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるが、前記第一金属層１２と、前記第二金属層１６との厚さは、同じでも異なっていても良い。前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６の形状は制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。例えば、前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６の形状は、円形、長方形、正方形、または五角形であることができる。
【００２８】
前記第一金属層１２は、銅、アルミニウム、銀または他の貴金属からなる。前記第二金属層１６は、金、パラジウム、白金または他の貴金属からなる。本実施例において、前記第一金属層１２は、円形の銅板であり、その厚さは５０ｎｍである。前記第二金属層１６は、円形の金板であり、その厚さは５０ｎｍである。
【００２９】
前記半導体層１４は、前記高分子絶縁材料１４４及び該高分子絶縁材料に分散している複数のカーボンナノチューブ１４２からなる。前記高分子絶縁材料１４４及び前記複数のカーボンナノチューブ１４２は優れた柔軟性を有するので、前記半導体層１４も優れた柔軟性を有する。更に、前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６も柔軟性を有するので、曲げることができる。これにより、前記ショットキーダイオード１０は優れた柔軟性を有し、フレキシブル電子デバイスに広く用いることができる。更に、図３を参照すると、前記ショットキーダイオード１０は、優れた整流特性を有する。
【００３０】
図４を参照すると、前記ショットキーダイオード１０の製造方法は、単量体材料を提供し、該単量体材料を有機溶剤に溶かし、単量体溶液を形成させるステップＳ１１０と、複数のカーボンナノチューブを前記単量体溶液に均一に分散させて混合溶液を形成するステップＳ１２０と、前記混合溶液中の前記有機溶剤を蒸発させた後、橋かけ剤を添加してカーボンナノチューブ複合材料を形成するステップＳ１３０と、第一金属層を提供し、該第一金属層の一つの表面に前記カーボンナノチューブ複合材料を被覆して半導体層を形成するステップＳ１４０と、第二金属層を提供し、該第二金属層の一つの表面と、前記半導体層の前記第一金属層に隣接する表面とは反対の表面と、を隣接させてショットキーダイオード１０を形成するＳ１５０と、を含む。
【００３１】
前記ステップＳ１１０において、前記単量体材料は、重合反応によって高分子絶縁材料を形成する。例えば、前記単量体材料は、ジメチルシロキサン（ＤＭＳ）、またはメチルビニルシロキサンである。一方、前記有機溶剤は例えば、酢酸エチル、またはエチルエーテルである。本実施例において、ジメチルシロキサンを酢酸エチルに添加して攪拌した後、透明なジメチルシロキサン溶液を形成した。
【００３２】
前記ステップＳ１２０において、超音波分散または機械的な攪拌でカーボンナノチューブを前記単量体溶液に均一に分散させる。本実施例において、前記複数のカーボンナノチューブの前記混合溶液との質量比は、０．３５％である。超音波によって２０分攪拌し、前記カーボンナノチューブを前記ＤＭＳ溶液に均一に分散させる。
【００３３】
前記ステップＳ１３０において、前記ステップＳ１２０で得られた前記混合溶液を加熱し、前記有機溶剤を完全に蒸発させた後、橋かけ剤を添加してカーボンナノチューブ複合材料を形成する。本実施例において、前記橋かけ剤は、オリジナルテトラエチルシリケートである。本実施例において、前記オリジナルテトラエチルシリケートの前記ジメチルシロキサンとの質量比は６％である。
【００３４】
前記ステップＳ１４０において、試験管又は滴瓶を利用して、前記カーボンナノチューブ複合材料を前記第一金属層の一つの表面に滴下する第一サブステップと、前記カーボンナノチューブ複合材料を被覆させた前記第一金属層を真空の雰囲気に置き、該カーボンナノチューブ複合材料を排気処理し、気泡を完全に除去させる第二サブステップと、を含む。
【００３５】
前記第二サブステップにおいて、前記真空の雰囲気の温度は２５℃である。前記排気処理の時間は１分〜２０分である。本実施例において、前記排気処理の時間は２分である。
【００３６】
前記ステップＳ１５０において、前記ステップＳ１４０で得られた前記カーボンナノチューブ複合材料及び前記第一金属層を固化し、前記カーボンナノチューブ複合材料の擬固体を形成させるサブステップｂ１と、擬固体状態のカーボンナノチューブ複合材料の前記第一金属層に隣接する表面とは反対の表面に第二金属層を設置させ、半導体層を形成し、前記第一金属層、前記第二金属層、及び前記半導体層を第一複合構造体として形成させるサブステップｂ２と、前記第一複合構造体を固化させ、前記ショットキーダイオードを形成するサブステップｂ３と、を含む。
【００３７】
前記サブステップｂ２において、前記擬固体状態のカーボンナノチューブ複合材料は、接着性を有するので、前記第二金属層１６を直接前記カーボンナノチューブ複合材料の表面に設置することができる。
【００３８】
更に、前記ショットキーダイオードの製造方法は、前記ステップＳ１５０で得られたショットキーダイオードをパッケージするステップＳ１６０を含む。前記ステップＳ１６０は、液状樹脂を形成し、該液状樹脂で前記ショットキーダイオードを被覆するサブステップｃ１と、前記液状樹脂に被覆された前記ショットキーダイオードを固化するサブステップｃ２と、を含むこともできる。
【００３９】
本実施例において、前記サブステップｃ１は、ブラシで前記液状樹脂を前記ショットキーダイオードに被覆させる。他の実施例において、前記サブステップｃ１は、前記ショットキーダイオードを前記液状樹脂に浸漬させ、または、前記ショットキーダイオードを金型の中に設置した後、該金型の中に前記液状樹脂を注入する。
【００４０】
（実施例２）
図５を参照すると、本実施例のショットキーダイオード２０は、実施例１のショットキーダイオード１０と比べて絶縁基板２８を含む。具体的には、前記ショットキーダイオード２０は、第一金属層２２と、半導体層２４と、第二金属層２６と、絶縁基板２８と、を含む。前記第一金属層２２と前記第二金属層２６は、間隔をあけて前記絶縁基板２８の一つの表面に設置される。前記半導体層２４は、前記第一金属層２２と前記第二金属層２６との間に設置され、且つそれぞれ前記第一金属層２２及び前記第二金属層２６の少なくとも一部が前記半導体層２４に被覆されている。
【００４１】
前記絶縁基板２８は、前記第一金属層２２、前記半導体層２４、及び前記第二金属層２６を支持する。前記絶縁基板２８の材料は、シリコーンゴム、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリプロピレン、またはポリエチレンなどのフレキシブルポリマーである。本実施例において、前記絶縁基板２８の材料は、シリコーンゴムである。更に、複数の前記ショットキーダイオード２０が一つの前記絶縁基板２８を共有し、所定のパターンで前記絶縁基板２８の一つの表面に設置され、ショットキーダイオードパネル又はショットキーダイオード半導体素子に形成されることができる。
【００４２】
図６を参照すると、前記ショットキーダイオード２０の製造方法は、単量体材料を提供し、該単量体材料を有機溶剤に溶かし、単量体溶液を形成させるステップＳ２１０と、複数のカーボンナノチューブを前記単量体溶液に均一に分散させて混合溶液を形成するステップＳ２２０と、前記混合溶液中の前記有機溶剤を蒸発させた後、橋かけ剤を添加してカーボンナノチューブ複合材料を形成するステップＳ２３０と、第一金属層、第二金属層、及び絶縁基板を提供し、前記第一金属層及び前記第二金属層を、間隔をあけて前記絶縁基板の一つの表面に設置させるステップＳ２４０と、前記カーボンナノチューブ複合材料を、前記絶縁基板の前記一つの表面上に、且つ前記第一金属層と前記第二金属層との間に設置して半導体層を形成し、前記第一金属層、第二金属層、前記半導体層、及び前記絶縁基板を第二複合構造体として形成させるステップＳ２５０と、前記第二複合構造体を固化するステップＳ２６０と、を含む。
【００４３】
前記ステップＳ２１０において、前記単量体材料は、重合反応によって高分子絶縁材料を形成する。前記単量体材料は例えば、ジメチルシロキサンまたはメチルビニルシロキサンである。前記有機溶剤は例えば、酢酸エチルまたはエチルエーテルである。本実施例において、ジメチルシロキサンを酢酸エチルに添加して攪拌した後、透明なジメチルシロキサン溶液を形成した。
【００４４】
前記ステップＳ２２０において、超音波分散または機械的な攪拌でカーボンナノチューブを前記単量体溶液に均一に分散させる。本実施例において、前記複数のカーボンナノチューブの前記混合溶液との質量比は、０．３５％である。超音波によって２０分攪拌し、前記カーボンナノチューブを前記ＤＭＳ溶液に均一に分散させる。
【００４５】
前記ステップＳ２３０において、前記ステップＳ２２０で得た前記混合溶液を加熱し、前記有機溶剤を完全に蒸発させた後、橋かけ剤を添加してカーボンナノチューブ複合材料を形成する。本実施例において、前記橋かけ剤は、オリジナルテトラエチルシリケートである。本実施例において、前記オリジナルテトラエチルシリケートの前記ジメチルシロキサンとの質量比は、６％である。
【００４６】
前記ステップＳ２４０において、前記第一金属層及び前記第二金属層を前記絶縁基板の表面に設置する方式は制限されない。例えば、接着剤で前記第一金属層及び前記第二金属層を前記絶縁基板の表面に設置させる。または、堆積方法より、前記第一金属層及び前記第二金属層を前記絶縁基板の表面に堆積して形成させる。前記堆積方法は、スプレー法、真空蒸着法又は電鍍法である。
【００４７】
前記ステップＳ２５０において、前記カーボンナノチューブ複合材料を、前記第一金属層及び前記第二金属層が設置された前記絶縁基板の表面上に、且つ前記第一金属層と第二金属層との間に設置して半導体層を形成し、前記第一金属層、前記第二金属層、前記絶縁基板、及び前記半導体層を前記第二複合構造体として形成させる。前記第二複合構造体を真空の雰囲気に置き、該カーボンナノチューブ複合材料を排気処理した後、気泡を完全に除去させる。前記真空の雰囲気の温度は２５℃である。前記排気処理の時間は１分〜２０分である。本実施例において、前記排気処理の時間は２分である。
【００４８】
前記ステップＳ２５０において、前記半導体層の形成方法は、試験管又は滴瓶を利用して、前記カーボンナノチューブ複合材料を、前記第一金属層及び前記第二金属層が設置された前記絶縁基板の表面上に、且つ前記第一金属層と第二金属層との間に形成させ、前記第一金属層、前記第二金属層、前記絶縁基板、及び前記半導体層を前記第二複合構造体として形成させる第一サブステップと、前記第二複合構造体を真空の雰囲気に置き、該カーボンナノチューブ複合材料を排気処理し、気泡を完全に除去する第二サブステップと、を含む。
【００４９】
更に、前記半導体層は、次の形成方法によって得ることもできる。すなわち、前記第一金属層、前記第二金属層、及び前記絶縁基板の前記半導体層が形成される部分以外の部分をマスクでカバーする第一サブステップと、前記半導体層が形成される部分に前記カーボンナノチューブ複合材料を堆積させる第二サブステップと、前記カーボンナノチューブ複合材料を固化させる第三サブステップと、前記マスクを除去する第四サブステップと、を含む。
【符号の説明】
【００５０】
１０、２０ ショットキーダイオード
１２、２２ 第一金属層と、
１４、２４ 半導体層
１６、２６ 第二金属層
１４１ 第一表面
１４２、２４２ カーボンナノチューブ
１４３ 第二表面
１４４、２４４ 高分子絶縁材料
２８ 絶縁基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキーダイオード及びその製造方法に関し、特にカーボンナノチューブを利用したショットキーダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ショットキーダイオードは、低効率、大電流及び応答速度が速い等の優れた点を有するので、現在様々な電子装置に用いられている。一般には、ショットキーダイオードは、貴金属層と、該貴金属層に接触した半導体層と、を含む。整流作用を持つバリアは、前記貴金属層及び前記半導体層の間に設置されている。従来のショットキーダイオードの半導体層は、剛性を有する有機材料からなるので、前記ショットキーダイオードは、フレキシブル電子デバイスに利用されることができない。
【０００３】
銅フタロシアニンをショットキーダイオードの半導体層として、フレキシブル電子デバイスに利用することは、非特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｍｕｔａｂａｒ Ｓｈａｈ，Ｍ．Ｈ．Ｓａｙｙａｄ，Ｋｈ．Ｓ．Ｋａｒｉｍｏｖ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ａｇ／ＣｕＰｃ／Ａｕ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｄｉｏｄｅ ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ．，３２（４），０４４００１，２０１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記半導体層は、電子移動度が低く、例えば、１．７４×１０−９ｃｍ２／Ｖｓである。また原料の銅フタロシアニンを得ることは容易ではない。更に、前記半導体層を利用したフレキシブル電子デバイスの柔軟性も低い。
【０００６】
従って、前記課題を解決するために、本発明は、高い電子移動度及び優れた柔軟性を有する、カーボンナノチューブを利用したショットキーダイオード及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のショットキーダイオードは、第一金属層と、半導体層と、第二金属層と、を含む。前記第一金属層及び前記第二金属層は、相互に間隔をあけて設置され、それぞれ前記半導体層に電気的に接続されている。前記第一金属層と、前記半導体層との接続は、ショットキー接触である。前記第二金属層と、前記半導体層との接続は、オーミック接触である。前記半導体層は、高分子絶縁材料及び該高分子絶縁材料に分散した複数のカーボンナノチューブからなる。
【０００８】
本発明のショットキーダイオードの製造方法は、単量体材料を提供し、該単量体材料を有機溶剤に溶かして、単量体溶液を形成させる第一ステップと、複数のカーボンナノチューブを提供し、該複数のカーボンナノチューブを前記単量体溶液に均一に分散させる第二ステップと、前記有機溶剤を蒸発させた後、橋かけ剤を添加してカーボンナノチューブ複合材料を形成する第三ステップと、第一金属層を提供し、該第一金属層の一つの表面に前記カーボンナノチューブ複合材料を被覆し、半導体層を形成する第四ステップと、第二金属層を提供し、該第二金属層の一つの表面と、前記半導体層の前記第一金属層と隣接する表面とは反対の表面と、を隣接させてショットキーダイオードを形成する第五ステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
従来の技術と比べて、本発明のショットキーダイオードの製造方法で形成されたショットキーダイオードにおいて、半導体層は、高分子絶縁材料及び該高分子絶縁材料に分散した複数のカーボンナノチューブからなるので、前記ショットキーダイオードは、高い電子移動度（１．９８ｃｍ２／Ｖｓ）及び優れた柔軟性を有し、フレキシブル電子デバイスに用いられることができる。更に、前記高分子絶縁材料及び複数のカーボンナノチューブを得ることは容易であるので、前記ショットキーダイオードのコストは低い。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係るショットキーダイオード構造の断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係るショットキーダイオードの電流と電圧の関係を示す曲線図である
【図３】本発明の実施例１に係るショットキーダイオードにおける半導体層のソース電極とドレイン電極との間に流れる電流とグリッド電圧の関係を示す曲線図である。
【図４】本発明の実施例１に係るショットキーダイオードの製造方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係るショットキーダイオード構造の断面図である。
【図６】本発明の実施例２に係るショットキーダイオードの製造方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１を参照すると、本発明のショットキーダイオード１０は、第一金属層１２と、半導体層１４と、第二金属層１６と、を含む。前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６は、相互に間隔をあけて設置され、それぞれ前記半導体層１４に電気的に接続される。前記第一金属層１２と、前記半導体層１４との接合方式は、ショットキー接触である。前記第二金属層１６と、前記半導体層１４との接合方式は、オーミック接触である。前記半導体層１４は、フレキシブル高分子複合層である。前記半導体層１４は、高分子絶縁材料１４４及び該高分子絶縁材料１４４に分散した複数のカーボンナノチューブ１４２からなる。本実施例において、前記第一金属層１２、前記半導体層１４、及び前記第二金属層１６は、順に積層され、サンドイッチ構造体を形成している。これにより、前記半導体層１４は、前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６の間に設置される。
【００１３】
前記半導体層１４は、第一表面１４１及び該第一表面に対向する第二表面１４３を有する。前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６は、それぞれ前記第一表面１４１及び前記第二表面１４３に設置される。例えば、前記第一金属層１２は、前記第一表面１４１に設置され、且つ前記半導体層１４に電気的に接続され、前記第二金属層１６は、前記第二表面１４３に設置され、且つ前記半導体層１４に電気的に接続される。又は、それぞれ前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６は、前記半導体層１４の中に埋め込まれ、且つ前記第一金属層１２と前記第二金属層１６は、相互に間隔をあけて設置される。
【００１４】
前記半導体層１４は、薄いシート状の構造体である。その形状は制限されず、例えば、円形、ダイヤモンド、長方形、正方形、または五角形である。前記半導体層１４は、優れた半導体性及び柔軟性を有する。前記半導体層１４において、前記複数のカーボンナノチューブ１４２の質量比は、０．１％〜１％である。本実施例において、前記半導体層１４における前記複数のカーボンナノチューブ１４２の質量比は、０．２％〜０．５％である。前記複数のカーボンナノチューブ１４２は、均一に前記高分子絶縁材料１４４に分散しており、ネットワーク状構造体を形成する。
【００１５】
前記高分子絶縁材料１４４は、シリコーンゲル、シリコーンゴム、低酸素樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステルの一種または多種である。前記複数のカーボンナノチューブ１４２は、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。本実施例において、前記カーボンナノチューブ１４２は、半導体型カーボンナノチューブである。前記半導体層１４の厚さは、１μｍ〜１ｍｍである。本実施例において、前記半導体層１４の厚さは、１５０μｍであり、その電子移動度は、０．１ｃｍ２／Ｖｓ〜１０ｃｍ２／Ｖｓである。
【００１６】
前記半導体層１４は、Ｐ型半導体またはＮ型半導体であることができる。前記半導体層１４が、Ｐ型半導体である場合、前記第一金属層１２の仕事関数ｅＶ１と、前記半導体層１４の仕事関数ｅＶ２は、次のような関係となる。
【００１７】
ｅＶ１＜ｅＶ２ (式１)
【００１８】
前記第二金属１６の仕事関数ｅＶ３と、前記半導体層１４の仕事関数ｅＶ２は、次のような関係となる。
【００１９】
ｅＶ３≦ｅＶ２ (式２)
【００２０】
本実施例において、前記半導体層１４における複数のカーボンナノチューブ１４２は、酸素ガスを吸収することができるので、前記半導体層１４はＰ型半導体である。これによって、前記半導体層１４は、Ｐ型半導体の特徴を有する。
【００２１】
前記半導体層１４が、Ｎ型半導体である場合、前記第一金属層１２の仕事関数ｅＶ１と、前記半導体層１４の仕事関数ｅＶ２は、次のような関係となる。
【００２２】
ｅＶ１＞ｅＶ２ (式３)
【００２３】
前記第二金属１６の仕事関数ｅＶ３と、前記半導体層１４の仕事関数ｅＶ２は、次のような関係となる。
【００２４】
ｅＶ３≧ｅＶ２ (式４)
【００２５】
本実施例において、前記半導体層１４における複数のカーボンナノチューブ１４２を化学的にドープすることによって、前記半導体層１４はＮ型半導体となり、これによって該カーボンナノチューブは、Ｎ型半導体の特徴を有する。本実施例において、前記複数のカーボンナノチューブをポリエチレンイミン溶液で浸漬させた後、前記高分子絶縁材料１４４に分散させることによって、前記Ｎ型の半導体層１４を形成する。
【００２６】
本実施例において、前記半導体層１４における前記高分子絶縁材料１４４は、ポリジメチルシロキサンである。前記半導体層１４における前記複数のカーボンナノチューブ１４２の質量比は、０．３５％である。前記複数のカーボンナノチューブ１４２はそれぞれ接続され、ネットワーク状の構造体に形成される。これにより、前記半導体層１４のバンドギャップは、０．３６ｅＶに達する。前記半導体層１４の仕事関数は、４．６ｅＶ〜４．９ｅＶであり、その電子移動度は、１．９８ｃｍ２／Ｖｓである（図２を参照）
【００２７】
前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６は、それぞれ薄いシート状の構造体である。各々の厚さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるが、前記第一金属層１２と、前記第二金属層１６との厚さは、同じでも異なっていても良い。前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６の形状は制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。例えば、前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６の形状は、円形、長方形、正方形、または五角形であることができる。
【００２８】
前記第一金属層１２は、銅、アルミニウム、銀または他の貴金属からなる。前記第二金属層１６は、金、パラジウム、白金または他の貴金属からなる。本実施例において、前記第一金属層１２は、円形の銅板であり、その厚さは５０ｎｍである。前記第二金属層１６は、円形の金板であり、その厚さは５０ｎｍである。
【００２９】
前記半導体層１４は、前記高分子絶縁材料１４４及び該高分子絶縁材料に分散している複数のカーボンナノチューブ１４２からなる。前記高分子絶縁材料１４４及び前記複数のカーボンナノチューブ１４２は優れた柔軟性を有するので、前記半導体層１４も優れた柔軟性を有する。更に、前記第一金属層１２及び前記第二金属層１６も柔軟性を有するので、曲げることができる。これにより、前記ショットキーダイオード１０は優れた柔軟性を有し、フレキシブル電子デバイスに広く用いることができる。更に、図３を参照すると、前記ショットキーダイオード１０は、優れた整流特性を有する。
【００３０】
図４を参照すると、前記ショットキーダイオード１０の製造方法は、単量体材料を提供し、該単量体材料を有機溶剤に溶かし、単量体溶液を形成させるステップＳ１１０と、複数のカーボンナノチューブを前記単量体溶液に均一に分散させて混合溶液を形成するステップＳ１２０と、前記混合溶液中の前記有機溶剤を蒸発させた後、橋かけ剤を添加してカーボンナノチューブ複合材料を形成するステップＳ１３０と、第一金属層を提供し、該第一金属層の一つの表面に前記カーボンナノチューブ複合材料を被覆して半導体層を形成するステップＳ１４０と、第二金属層を提供し、該第二金属層の一つの表面と、前記半導体層の前記第一金属層に隣接する表面とは反対の表面と、を隣接させてショットキーダイオード１０を形成するＳ１５０と、を含む。
【００３１】
前記ステップＳ１１０において、前記単量体材料は、重合反応によって高分子絶縁材料を形成する。例えば、前記単量体材料は、ジメチルシロキサン（ＤＭＳ）、またはメチルビニルシロキサンである。一方、前記有機溶剤は例えば、酢酸エチル、またはエチルエーテルである。本実施例において、ジメチルシロキサンを酢酸エチルに添加して攪拌した後、透明なジメチルシロキサン溶液を形成した。
【００３２】
前記ステップＳ１２０において、超音波分散または機械的な攪拌でカーボンナノチューブを前記単量体溶液に均一に分散させる。本実施例において、前記複数のカーボンナノチューブの前記混合溶液との質量比は、０．３５％である。超音波によって２０分攪拌し、前記カーボンナノチューブを前記ＤＭＳ溶液に均一に分散させる。
【００３３】
前記ステップＳ１３０において、前記ステップＳ１２０で得られた前記混合溶液を加熱し、前記有機溶剤を完全に蒸発させた後、橋かけ剤を添加してカーボンナノチューブ複合材料を形成する。本実施例において、前記橋かけ剤は、オリジナルテトラエチルシリケートである。本実施例において、前記オリジナルテトラエチルシリケートの前記ジメチルシロキサンとの質量比は６％である。
【００３４】
前記ステップＳ１４０において、試験管又は滴瓶を利用して、前記カーボンナノチューブ複合材料を前記第一金属層の一つの表面に滴下する第一サブステップと、前記カーボンナノチューブ複合材料を被覆させた前記第一金属層を真空の雰囲気に置き、該カーボンナノチューブ複合材料を排気処理し、気泡を完全に除去させる第二サブステップと、を含む。
【００３５】
前記第二サブステップにおいて、前記真空の雰囲気の温度は２５℃である。前記排気処理の時間は１分〜２０分である。本実施例において、前記排気処理の時間は２分である。
【００３６】
前記ステップＳ１５０において、前記ステップＳ１４０で得られた前記カーボンナノチューブ複合材料及び前記第一金属層を固化し、前記カーボンナノチューブ複合材料の擬固体を形成させるサブステップｂ１と、擬固体状態のカーボンナノチューブ複合材料の前記第一金属層に隣接する表面とは反対の表面に第二金属層を設置させ、半導体層を形成し、前記第一金属層、前記第二金属層、及び前記半導体層を第一複合構造体として形成させるサブステップｂ２と、前記第一複合構造体を固化させ、前記ショットキーダイオードを形成するサブステップｂ３と、を含む。
【００３７】
前記サブステップｂ２において、前記擬固体状態のカーボンナノチューブ複合材料は、接着性を有するので、前記第二金属層１６を直接前記カーボンナノチューブ複合材料の表面に設置することができる。
【００３８】
更に、前記ショットキーダイオードの製造方法は、前記ステップＳ１５０で得られたショットキーダイオードをパッケージするステップＳ１６０を含む。前記ステップＳ１６０は、液状樹脂を形成し、該液状樹脂で前記ショットキーダイオードを被覆するサブステップｃ１と、前記液状樹脂に被覆された前記ショットキーダイオードを固化するサブステップｃ２と、を含むこともできる。
【００３９】
本実施例において、前記サブステップｃ１は、ブラシで前記液状樹脂を前記ショットキーダイオードに被覆させる。他の実施例において、前記サブステップｃ１は、前記ショットキーダイオードを前記液状樹脂に浸漬させ、または、前記ショットキーダイオードを金型の中に設置した後、該金型の中に前記液状樹脂を注入する。
【００４０】
（実施例２）
図５を参照すると、本実施例のショットキーダイオード２０は、実施例１のショットキーダイオード１０と比べて絶縁基板２８を含む。具体的には、前記ショットキーダイオード２０は、第一金属層２２と、半導体層２４と、第二金属層２６と、絶縁基板２８と、を含む。前記第一金属層２２と前記第二金属層２６は、間隔をあけて前記絶縁基板２８の一つの表面に設置される。前記半導体層２４は、前記第一金属層２２と前記第二金属層２６との間に設置され、且つそれぞれ前記第一金属層２２及び前記第二金属層２６の少なくとも一部が前記半導体層２４に被覆されている。
【００４１】
前記絶縁基板２８は、前記第一金属層２２、前記半導体層２４、及び前記第二金属層２６を支持する。前記絶縁基板２８の材料は、シリコーンゴム、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリプロピレン、またはポリエチレンなどのフレキシブルポリマーである。本実施例において、前記絶縁基板２８の材料は、シリコーンゴムである。更に、複数の前記ショットキーダイオード２０が一つの前記絶縁基板２８を共有し、所定のパターンで前記絶縁基板２８の一つの表面に設置され、ショットキーダイオードパネル又はショットキーダイオード半導体素子に形成されることができる。
【００４２】
図６を参照すると、前記ショットキーダイオード２０の製造方法は、単量体材料を提供し、該単量体材料を有機溶剤に溶かし、単量体溶液を形成させるステップＳ２１０と、複数のカーボンナノチューブを前記単量体溶液に均一に分散させて混合溶液を形成するステップＳ２２０と、前記混合溶液中の前記有機溶剤を蒸発させた後、橋かけ剤を添加してカーボンナノチューブ複合材料を形成するステップＳ２３０と、第一金属層、第二金属層、及び絶縁基板を提供し、前記第一金属層及び前記第二金属層を、間隔をあけて前記絶縁基板の一つの表面に設置させるステップＳ２４０と、前記カーボンナノチューブ複合材料を、前記絶縁基板の前記一つの表面上に、且つ前記第一金属層と前記第二金属層との間に設置して半導体層を形成し、前記第一金属層、第二金属層、前記半導体層、及び前記絶縁基板を第二複合構造体として形成させるステップＳ２５０と、前記第二複合構造体を固化するステップＳ２６０と、を含む。
【００４３】
前記ステップＳ２１０において、前記単量体材料は、重合反応によって高分子絶縁材料を形成する。前記単量体材料は例えば、ジメチルシロキサンまたはメチルビニルシロキサンである。前記有機溶剤は例えば、酢酸エチルまたはエチルエーテルである。本実施例において、ジメチルシロキサンを酢酸エチルに添加して攪拌した後、透明なジメチルシロキサン溶液を形成した。
【００４４】
前記ステップＳ２２０において、超音波分散または機械的な攪拌でカーボンナノチューブを前記単量体溶液に均一に分散させる。本実施例において、前記複数のカーボンナノチューブの前記混合溶液との質量比は、０．３５％である。超音波によって２０分攪拌し、前記カーボンナノチューブを前記ＤＭＳ溶液に均一に分散させる。
【００４５】
前記ステップＳ２３０において、前記ステップＳ２２０で得た前記混合溶液を加熱し、前記有機溶剤を完全に蒸発させた後、橋かけ剤を添加してカーボンナノチューブ複合材料を形成する。本実施例において、前記橋かけ剤は、オリジナルテトラエチルシリケートである。本実施例において、前記オリジナルテトラエチルシリケートの前記ジメチルシロキサンとの質量比は、６％である。
【００４６】
前記ステップＳ２４０において、前記第一金属層及び前記第二金属層を前記絶縁基板の表面に設置する方式は制限されない。例えば、接着剤で前記第一金属層及び前記第二金属層を前記絶縁基板の表面に設置させる。または、堆積方法より、前記第一金属層及び前記第二金属層を前記絶縁基板の表面に堆積して形成させる。前記堆積方法は、スプレー法、真空蒸着法又は電鍍法である。
【００４７】
前記ステップＳ２５０において、前記カーボンナノチューブ複合材料を、前記第一金属層及び前記第二金属層が設置された前記絶縁基板の表面上に、且つ前記第一金属層と第二金属層との間に設置して半導体層を形成し、前記第一金属層、前記第二金属層、前記絶縁基板、及び前記半導体層を前記第二複合構造体として形成させる。前記第二複合構造体を真空の雰囲気に置き、該カーボンナノチューブ複合材料を排気処理した後、気泡を完全に除去させる。前記真空の雰囲気の温度は２５℃である。前記排気処理の時間は１分〜２０分である。本実施例において、前記排気処理の時間は２分である。
【００４８】
前記ステップＳ２５０において、前記半導体層の形成方法は、試験管又は滴瓶を利用して、前記カーボンナノチューブ複合材料を、前記第一金属層及び前記第二金属層が設置された前記絶縁基板の表面上に、且つ前記第一金属層と第二金属層との間に形成させ、前記第一金属層、前記第二金属層、前記絶縁基板、及び前記半導体層を前記第二複合構造体として形成させる第一サブステップと、前記第二複合構造体を真空の雰囲気に置き、該カーボンナノチューブ複合材料を排気処理し、気泡を完全に除去する第二サブステップと、を含む。
【００４９】
更に、前記半導体層は、次の形成方法によって得ることもできる。すなわち、前記第一金属層、前記第二金属層、及び前記絶縁基板の前記半導体層が形成される部分以外の部分をマスクでカバーする第一サブステップと、前記半導体層が形成される部分に前記カーボンナノチューブ複合材料を堆積させる第二サブステップと、前記カーボンナノチューブ複合材料を固化させる第三サブステップと、前記マスクを除去する第四サブステップと、を含む。
【符号の説明】
【００５０】
１０、２０ ショットキーダイオード
１２、２２ 第一金属層と、
１４、２４ 半導体層
１６、２６ 第二金属層
１４１ 第一表面
１４２、２４２ カーボンナノチューブ
１４３ 第二表面
１４４、２４４ 高分子絶縁材料
２８ 絶縁基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一金属層と、半導体層と、第二金属層と、を含むショットキーダイオードにおいて、
前記第一金属層及び前記第二金属層は、相互に間隔をあけて設置され、それぞれ前記半導体層に電気的に接続され、
前記第一金属層と、前記半導体層との接合方式は、ショットキー接触であり、
前記第二金属層と、前記半導体層との接合方式は、オーミック接触であり、
前記半導体層は、高分子絶縁材料及び該高分子絶縁材料に分散した複数のカーボンナノチューブからなることを特徴とするショットキーダイオード。
【請求項２】
単量体材料を提供し、該単量体材料を有機溶剤に溶かして、単量体溶液を形成させる第一ステップと、
複数のカーボンナノチューブを提供し、該複数のカーボンナノチューブを前記単量体溶液に均一に分散させる第二ステップと、
前記有機溶剤を蒸発させた後、橋かけ剤を添加してカーボンナノチューブ複合材料を形成する第三ステップと、
第一金属層を提供し、該第一金属層の一つの表面に前記カーボンナノチューブ複合材料を被覆し、半導体層を形成する第四ステップと、
第二金属層を提供し、該第二金属層の一つの表面と、前記半導体層の前記第一金属層と隣接する表面とは反対の表面と、を隣接させてショットキーダイオードを形成する第五ステップと、
を含むことを特徴とするショットキーダイオードの製造方法。
【請求項１】
第一金属層と、半導体層と、第二金属層と、を含むショットキーダイオードにおいて、
前記第一金属層及び前記第二金属層は、相互に間隔をあけて設置され、それぞれ前記半導体層に電気的に接続され、
前記第一金属層と、前記半導体層との接合方式は、ショットキー接触であり、
前記第二金属層と、前記半導体層との接合方式は、オーミック接触であり、
前記半導体層は、高分子絶縁材料及び該高分子絶縁材料に分散した複数のカーボンナノチューブからなることを特徴とするショットキーダイオード。
【請求項２】
単量体材料を提供し、該単量体材料を有機溶剤に溶かして、単量体溶液を形成させる第一ステップと、
複数のカーボンナノチューブを提供し、該複数のカーボンナノチューブを前記単量体溶液に均一に分散させる第二ステップと、
前記有機溶剤を蒸発させた後、橋かけ剤を添加してカーボンナノチューブ複合材料を形成する第三ステップと、
第一金属層を提供し、該第一金属層の一つの表面に前記カーボンナノチューブ複合材料を被覆し、半導体層を形成する第四ステップと、
第二金属層を提供し、該第二金属層の一つの表面と、前記半導体層の前記第一金属層と隣接する表面とは反対の表面と、を隣接させてショットキーダイオードを形成する第五ステップと、
を含むことを特徴とするショットキーダイオードの製造方法。
【図４】
【図６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３３８９９（Ｐ２０１３−３３８９９Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４９５５（Ｐ２０１２−４９５５）
【出願日】平成２４年１月１３日（２０１２．１．１３）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１３日（２０１２．１．１３）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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