電子デバイス、電子デバイス製造方法、電子デバイス製造装置、電界効果トランジスタデバイス、有機電界発光素子及び制御方法
【課題】低仕事関数金属の使用や不純物ドーピングなしで伝導特性を制御し得る電子デバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明による電子デバイスは、電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスであって、前記吸着部において、前記電極層の原子表面と前記半導体層の原子表面との距離は、前記電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い。前記吸着部への加重によって、前記距離を前記安定吸着距離より短くする加重部を有する。
【解決手段】本発明による電子デバイスは、電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスであって、前記吸着部において、前記電極層の原子表面と前記半導体層の原子表面との距離は、前記電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い。前記吸着部への加重によって、前記距離を前記安定吸着距離より短くする加重部を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイス、電子デバイス製造方法、電子デバイス製造装置、第１吸着部と第２吸着部とを有する電界効果トランジスタデバイス、第３吸着部と第４吸着部とを有する有機電界発光素子及び電子デバイスの電気伝導特性を制御する制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）はシリコン系デバイスの集積限界を超えるナノ材料として、電子デバイス（例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や有機ＥＬ）への応用が期待される。ＣＮＴは高仕事関数を有する金属電極との接合でｐ型伝導特性の発現が確認されているものの、消費電力の小さい実用的な論理回路の形成にはｎ型特性の発現が不可欠である。そこで、ＣＮＴを用いたｎ型特性の発現のために、ＣＮＴへの不純物ドープ技術や低仕事関数を有する金属電極との接合技術（非特許文献１参照）が研究されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】アプライド フィジックス レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ） ８６，０７３１０５（２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、低仕事関数の金属電極の使用技術やＣＮＴへの不純物ドープ技術は、まだ基礎研究の段階であり実用化までの課題は多い。そこで、低仕事関数の金属電極の使用やＣＮＴへのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極とＣＮＴとの接合技術のみで、ｐ型とｎ型との両特性を発現するための技術の確立が必要である。
【０００５】
本発明は、低仕事関数金属の使用や不純物ドーピングなしで伝導特性を制御し得る電子デバイス、電子デバイス製造方法、電子デバイス製造装置、電界効果トランジスタデバイス、有機電界発光素子及び制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る電子デバイスの特徴構成は、電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスであって、吸着部において、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離は、電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い。
【０００７】
背景技術の項目で説明したように、従来の電子デバイスでは、半導体層（ＣＮＴ）を用いたｎ型特性の発現のために、ＣＮＴへの不純物ドープ技術や低仕事関数を有する金属電極との接合技術が用いられている。一方、本発明の電子デバイスによれば、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部では、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【０００８】
本発明の電子デバイスの好適な特徴構成は、吸着部への加重によって、距離を安定吸着距離より短くする加重部を有する。吸着部への加重により、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なうことなく、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【０００９】
本発明の電子デバイスの好適な特徴構成は、電極層の原子表面と半導体層の原子間距離を短くすることにより、電極層の原子表面から半導体層側にしみ出た電子雲を電極層の原子表面に押し戻す効果を促進する。この電子雲の押し戻し効果により、低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なうことなく、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００１０】
本発明の電子デバイスの好適な特徴構成によれば、半導体層は、カーボンナノチューブ、有機半導体又は酸化物半導体のうち少なくとも１つを含み、電極層は、金属的性質を有する複数の物質のうち少なくとも１つを含む。金属的性質を有する複数の物質には、少なくともＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｂ及びＣが含まれる。低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極と半導体層との接合のみで、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００１１】
本発明に係る電子デバイス製造方法の特徴構成は、電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスを製造する方法であって、吸着部において、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くする距離短縮工程を包含する。距離短縮工程は、吸着部への加重によって実行され得る。
【００１２】
本発明に係る電子デバイス製造装置の特徴構成は、電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスを製造する装置であって、吸着部において、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くする距離短縮装置を備える。吸着部への加重によって、距離を安定吸着距離より短くする加重装置を備え得る。
【００１３】
本発明に係る電界効果トランジスタデバイスの特徴構成は、第１吸着部と第２吸着部とを有する電界効果トランジスタデバイスであって、第１吸着部では、第１電極層と半導体層とが吸着し、第２吸着部では、第２電極層と半導体層とが吸着し、第１吸着部において、第１電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離は、第１電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短く、第２吸着部において、第２電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離は、第２電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い。
【００１４】
本発明の電界効果トランジスタデバイスによれば、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部では、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００１５】
本発明に係る電界効果トランジスタデバイスの好適な特徴構成によれば、第１吸着部と第２吸着部とは、ｎ型伝導特性を有し得る。低仕事関数の金属電極の使用やＣＮＴへのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極とＣＮＴとの接合のみでｐ型とｎ型との両特性を発現することができる。
【００１６】
本発明に係る有機電界発光素子の特徴構成は、第３吸着部と第４吸着部とを有する有機電界発光素子であって、第３吸着部では、半導体層の第１表面と第３電極層とが吸着し、第４吸着部では、第１表面の反対側にある半導体層の第２表面と第４電極層とが吸着し、第３吸着部において、第３電極層の原子表面と半導体層の第１表面の原子表面との距離は、第３電極層の原子表面と半導体層の第１表面の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短く、第４吸着部において、第４電極層の原子表面と半導体層の第２表面の原子表面との距離は、第４電極層の原子表面と半導体層の第２表面の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離である。
【００１７】
本発明の有機電界発光素子によれば、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部では、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００１８】
本発明に係る有機電界発光素子の好適な特徴構成によれば、第３吸着部は、電子輸送特性を有し、第４吸着部は、正孔輸送特性を有し得る。本発明の有機電界発光素子によれば、低仕事関数の金属電極の使用や有機半導体へのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極と有機半導体との接合のみで電子輸送型と精巧輸送型との両特性の型を発現することができる。
【００１９】
本発明に係る電気伝導特性を制御する制御方法の特徴構成は、電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスの電気伝導特性を制御する制御方法であって、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との吸着距離を電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離から変更する変更工程を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１に係る電子デバイスを示す模式図である。
【図２】第１電極層の原子表面と第２電極層の原子表面との距離Ｚに対する半導体層（ＣＮＴ）中心部付近の状態密度を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態２に係る電界効果トランジスタを示す模式図である。
【図４】電界効果トランジスタの製造方法を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る有機電界発光素子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１〜図５を参照して、本発明の電子デバイス、電子デバイス製造方法、電子デバイス製造装置、電界効果トランジスタデバイス、有機電界発光素子及び制御方法を説明する。本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図せず、当該構成と均等な構成も含む。
【００２２】
[実施形態１]
[電子デバイス]
図１は、本発明の実施形態１に係る電子デバイス１００を示す模式図である。電子デバイス１００は、第１電極層１０２、第２電極層１０４、半導体層１０６、第１電極層１０２と半導体層１０６とが吸着した第１吸着部１０８及び第２電極層１０４と半導体層１０６とが吸着した第２吸着部１１０を含む。本発明の実施形態１において、電子デバイス１００は、半導体装置として機能する。半導体装置は、電界効果トランジスタ、有機電界発光素子などの半導体デバイスが備える素子として用いられる。第１電極層１０２と第２電極層１０４とはＡｕ電極として機能し、半導体層１０６は、カイラリティ（１０、０）のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）として機能する。
【００２３】
電子デバイス１００は、第１加重部１１２と第２加重部１１４とを更に有する。第１加重部１１２による第１吸着部１０８への加重によって、第１電極層１０２の原子表面と半導体層１０６の原子表面との距離ｘ１を第１安定吸着距離Ｘ１より短くすることができる。さらに、第２加重部１１４による第２吸着部１１０への加重によって、第２電極層１０４の原子表面と半導体層１０６の原子表面との距離ｘ２を第２安定吸着距離Ｘ２より短くすることができる。ここで、第１安定吸着距離Ｘ１は第１電極層１０２の原子表面と半導体層１０６の原子表面とが第１吸着部１０８への無加重時に安定して吸着する距離であり、第２安定吸着距離Ｘ２は第２電極層１０４の原子表面と半導体層１０８の原子表面とが第２吸着部１１０への無加重時に安定して吸着する距離である。
【００２４】
また、Ｚ＝ｘ１＋ｘ２＋Ｙが成立する。Ｚは第１電極層１０２の原子表面と第２電極層１０４の原子表面との距離を示し、Ｙはカイラリティ（１０、０）のＣＮＴの直径（０．７９ｎｍ）を示す。更に、既に説明したように、ｘ１は第１電極層１０２の原子表面と半導体層１０６の原子表面との距離を示し、ｘ２は第２電極層１０４の原子表面と半導体層１０６の原子表面との距離を示す。
【００２５】
第１電極層１０２の原子表面から半導体層１０６側にしみ出た電子雲を第１電極層１０２の原子表面に押し戻すことによって、第１距離ｘ１を第１安定吸着距離Ｘ１より短くする。第２電極層１０４の原子表面から半導体層１０６側にしみ出た電子雲を第２電極層１０４の原子表面に押し戻すことによって、第２距離ｘ２を第２安定吸着距離Ｘ２より短くする。
【００２６】
第１電極層１０２に強く押し付けられた半導体層１０６は第１電極層１０２の表面に近づくと、第１電極層１０２の表面から半導体層１０６側にしみ出た電子雲を量子力学的な斥力で第１電極層１０２側に押し戻すプッシュバック効果によって、第１電極層１０２表面から半導体層１０６側に向いた電気双極子層を形成する。また、第２電極層１０４に強く押し付けられた半導体層１０６は第２電極層１０４の表面に近づくと、第２電極層１０４の表面から半導体層１０６側にしみ出た電子雲を量子力学的な斥力で第２電極層１０４側に押し戻すプッシュバック効果によって、第２電極層１０４表面から半導体層１０６側に向いた電気双極子層を形成する。
【００２７】
プッシュバック効果により半導体層１０６の電子注入障壁が下がり、電子注入準位が第１電極層１０２表面のフェルミ準位近くまで下がって、第１電極層１０２から半導体層１０６に電荷が注入されやすくなる。同様に、電子注入準位が第２電極層１０４表面のフェルミ準位近くまで下がって、第２電極層１０４から半導体層１０６に電荷が注入されやすくなる。その結果、第１吸着部１０８では、第１安定吸着距離Ｘ１を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができ、第２吸着部１１０では、第２安定吸着距離Ｘ２を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００２８】
図２は、第１電極層１０２の原子表面と第２電極層１０４の原子表面との距離Ｚに対する半導体層１０６（ＣＮＴ）中心部付近の状態密度を示すグラフである。縦軸は半導体層１０６中心部付近の状態密度を示し、横軸は第１電極層１０２及び第２電極層１０４のフェルミ準位に対する相対準位を示す。
【００２９】
図２（ａ）〜（ｅ）は、距離Ｚ＝１．４４ｎｍ、１．３７ｎｍ、１．３４ｎｍ、１．２９ｎｍ、及び１．２６ｎｍの各々における半導体層１０６中心部付近の状態密度を示す。図２において、矢印は、各Ｚ値での半導体層１０６の電子注入準位を示す。距離Ｚが狭まり半導体層１０６の原子表面が第１電極層１０２及び第２電極層１０４に近づくにつれて電子注入準位がフェルミ準位よりも下がり、第１電極層１０２から半導体層１０６に電荷が注入されやすくなり、第２電極層１０４から半導体層１０６に電荷が注入されやすくなる。また、距離Ｚが広がり半導体層１０６の原子表面が第１電極層１０２及び第２電極層１０４から離れるにつれて電子注入準位がフェルミ準位よりも上がり、第１電極層１０２から半導体層１０６に電荷が注入されにくくなり、第２電極層１０４から半導体層１０６に電荷が注入されにくくなる。例えば、第１加重部１１２による第１吸着部１０８への加重や第２加重部１１４による第２吸着部１１０への加重を調整することで、電子デバイス１００の電気伝導特性を制御する。
【００３０】
このように、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との吸着距離を安定吸着距離から変更することにより、安定吸着距離を有する吸着部における伝道特性とは異なる伝導特性を発現することができる。例えば、電子デバイス１００が電界効果トランジスタデバイスとして機能する場合は、半導体層１０６の原子表面と電極層との距離を変更することにより、ｐ型伝導特性とｎ型伝導特性とを切り換えることができる。
【００３１】
以上、図１と図２とを参照して、本発明の実施形態１に係る電子デバイス１００を説明した。電子デバイス１００によれば、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部では、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００３２】
また、電子デバイス１００によれば、吸着部への加重により、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なうことなく、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００３３】
さらに、電子デバイス１００によれば、半導体層からの量子力学的な斥力によって距離を安定吸着距離より短くするため、低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なうことなく、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００３４】
さらに、電子デバイス１００によれば、電気伝導特性の制御を実行し得る。即ち、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との吸着距離に伴って、半導体層の電子注入障壁の大きさが変更する。例えば、吸着距離が安定吸着距離より短くなれば、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなり、また、吸着距離が安定吸着距離より長くなれば、電極層から半導体層に電荷が注入され難くなる。その結果、安定吸着距離を有する吸着部における伝道特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００３５】
[実施形態２]
[電界効果トランジスタ]
図３は、本発明の実施形態２に係る電界効果トランジスタ２００を示す模式図である。電界効果トランジスタ２００は、第３吸着部２０２と第４吸着部２０４とを有する。第３吸着部２０２では、第３電極層２０６と半導体層２０８とが吸着し、第４吸着部２０４では、第４電極層２１０と半導体層２０８とが吸着している。第３吸着部２０２において、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面との距離は、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い。第４吸着部２０４において、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面との距離は、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い。第３吸着部２０２と第４吸着部２０４とは、ｎ型伝導特性を有する。
【００３６】
電界効果トランジスタ２００は、第１触媒層２１２、第２触媒層２１４、ＳｉＯ２層２１６，Ｓｉ層２１８及びバックゲート層２２０を更に備える。また、電界効果トランジスタ２００は、第３加重部２２２と第４加重部２２４とを有する。第３加重部２２２による第３吸着部２０２への加重によって、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面との距離は第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くなる。第４加重部２２４による第４吸着部２０４への加重によって、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面との距離は第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くなる。
【００３７】
半導体層２０８は、半導体的性質を示すカーボンナノチューブとして機能する。半導体的性質を示すカーボンナノチューブは、電界効果トランジスタ（ＣＮＴ−ＦＥＴ）への適用が期待されている。また、第３電極層２０６と第４電極層２１０とは、Ａｕ電極として機能する。一般に、仕事関数の大きいＡｕを電極として用いた場合にはｐ型伝導特性が発現することが確認されている。消費電力の小さい論理回路を形成するにはＳｉ−ＣＭＯＳと同様、ｎ型伝導特性が必要であり、ｎ型ＦＥＴを得るためには電極に仕事関数の小さいＣａなどを用いる必要があった。しかし、本発明の実施形態２によれば、仕事関数の大きいＡｕ電極を用いてｐ型とｎ型の伝導特性を得ることができることを第一原理計算によって示し得る。
【００３８】
ＳＴＭ観察結果を参照して、Ａｕ（１１１）表面にカイラリティ（１０、０）のＣＮＴを吸着させた構造を作り、ＣＮＴ−Ａｕ間の距離を変えながら第一原理計算を行った。計算にはファンデルワールス相互作用補正を取り入れた密度汎関数法を用いた。ＣＮＴ−Ａｕ間の距離が７ｂｏｈｒ程度ではｐ型を示したが、近づけていくにつれ伝導帯の底がフェルミ準位近くまで下がることが確認された。
【００３９】
図４は、電界効果トランジスタ２００の製造方法を示す模式図である。
電界効果トランジスタ２００は、距離短縮装置を備える電子デバイス製造装置によって製造される。電子デバイス製造装置は、距離短縮装置を備える。距離短縮装置は、吸着部において電極層の原子表面と半導体層の原子表面との吸着距離を電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くする。電子デバイス製造装置は、更に加重装置を備え得る。加重装置は、吸着部への 加重によって距離を安定吸着距離より短くする。
【００４０】
以下、図４を参照して、電子デバイス製造装置を用いた電界効果トランジスタ２００の製造方法を説明する。
【００４１】
ｐ型にドーピングされたＳｉ層２１８及びＳｉ層２１８の背面に設けられたバックゲート層２２０が準備される（図４（ａ））。バックゲート層２２０は、ゲート電極のためのＡｕ層として機能する。
【００４２】
Ｓｉ層２１８の一部を熱酸化させることで、ＳｉＯ２層２１６を設ける（図４（ｂ））。ＳｉＯ２層２１６は、１００ｎｍである。フォトリソグラフィー、電子ビーム蒸着及び解離プロセスによって、ＳｉＯ２層２１６の上に、第１触媒層２１２と第２触媒層２１４と半導体層２０８とを設ける（（図４（ｃ）、図４（ｄ））。半導体層２０８は、単層カーボンナノチューブとして機能する。さらに、第１触媒層２１２と半導体層２０８との上に、第３電極層２０６を設け、第２触媒層２１４と半導体層２０８との上に、第４電極層２１０を設ける（図４（ｅ））。第３電極層２０６と第４電極層２１０とは、Ａｕ電極として機能する。なお、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面とは、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離で吸着している。 また、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面とは、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する吸着する安定吸着距離で吸着している。
【００４３】
第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが吸着した第１吸着部２０２に加重するために、第３電極層２０６の上に第１加重部２２２を設ける。その結果、第１吸着部２０２において、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面との距離は、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くなる（図４（ｆ））。さらに第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが吸着した第２吸着部２０４に加重するために、第４電極層２１０の上に第２加重部２２４を設ける。その結果、第２吸着部２０４において、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面との距離は、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くなる（図４（ｆ））。
【００４４】
以上、図３と図４とを参照して、本発明の実施形態２に係る電界効果トランジスタ２００を説明した。電界効果トランジスタ２００によれば、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部では、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。また、電界効果トランジスタ２００によれば、低仕事関数の金属電極の使用やＣＮＴへのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極とＣＮＴとの接合のみでｐ型とｎ型との両特性を発現することができる。
【００４５】
[実施形態３]
[有機電界発光素子]
図５は、本発明の実施形態３に係る有機電界発光素子４００を示す模式図である。有機電界発光素子４００は、第５電極層４０２、第６電極層４０４、半導体層４０６、半導体層４０６の第１表面と第５電極層４０２とが吸着している第５吸着部４０８及び第１表面の反対側にある半導体層４０６の第２表面と第６電極層４０４とが吸着している第６吸着部４１０とを含む。有機電界発光素子４００は、ガラス基板４１２と第５加重部４１４とを更に含む。
【００４６】
第５吸着部４０８において、第５電極層４０２の原子表面と半導体層４０６の第１表面の原子表面との距離は、第５電極層４０２の原子表面と半導体層４０６の第１表面の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い。第５加重部４１４による第５吸着部４０８への加重によって、実現され得る。また、第６吸着部４１０において、第６電極層４０４の原子表面と半導体層４０６の第２表面の原子表面との距離は、第６電極層４０４の原子表面と半導体層４０６の第２表面の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離である。第５加重部４１４によっては、第６吸着部４１０に加重されないため、第６電極層４０４の原子表面と半導体層４０６の第２表面の原子表面との距離は変更されない。
【００４７】
有機電界発光素子４００において、第５吸着部４０８は電子輸送特性を有し、第６吸着部４１０は、正孔輸送特性を有する。また、第５電極層４０２は陰極として、半導体層４０６は発光層として、さらに第６電極層４０４は陽極として機能する。
【００４８】
以上、図５を参照して、本発明の実施形態３に係る有機電界発光素子４００を説明した。有機電界発光素子４００によれば、低仕事関数の金属電極の使用やＣＮＴへのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極とＣＮＴとの接合のみで電子輸送型と正孔輸送型との両特性の型を発現することができる。
【００４９】
以上、図１〜図５を参照して、本発明の実施形態１〜実施形態３を説明した。本発明の実施形態１〜実施形態３では、半導体層としてＣＮＴを用い、電極層としてＡｕを用いたが、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部で、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる限りは、半導体層としてＣＮＴを用い、電極層としてＡｕを用いることに限定されない。 半導体層は、カーボンナノチューブ、有機半導体（例えば、ペンタセン）又は酸化物半導体のうち少なくとも１つを含み、電極層は、金属的性質を有する複数の物質のうち少なくとも１つを含み得る。金属的性質を有する複数の物質には、少なくともＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｂ及びＣが含まれる。カーボンナノチューブは、カイラリティー（ｎ、ｍ）のカーボンナノチューブであり得る。ここで、ｎとｍとは、ｎ−ｍ＝３ｌ（ｎ、ｍ、ｌは整数）を満たさない整数である。
【００５０】
本発明の電子デバイスによれば、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部では、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。従って、電界効果トランジスタや有機電界発光素子の半導体デバイスに限らず、様々な半導体デバイスに用いられ得る。
【００５１】
本発明の実施形態１〜実施形態３では、吸着部への加重によって安定吸着距離より短い距離を有する吸着部を設けたが、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部を設けることができる限りは、吸着部への加重に限定されない。
【００５２】
本発明の電子デバイス１００、電界効果トランジスタ２００、及び有機電界発光素子４００によれば、低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極と半導体層との接合のみで、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、電界効果トランジスタデバイス、有機電界発光素子など、低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なうことなく、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる電子デバイスに利用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１００ 電子デバイス
１０２ 第１電極層
１０４ 第２電極層
１０６ 半導体層
１０８ 第１吸着部
１１０ 第２吸着部
１１２ 第１加重部
１１４ 第２加重部
２００ 電界効果トランジスタ
２０２ 第３吸着部
２０４ 第４吸着部
２０６ 第３電極層
２０８ 半導体層
２１０ 第４電極層
２１２ 第１触媒層
２１４ 第２触媒層
２１６ ＳｉＯ２層
２１８ Ｓｉ層
２２０ バックゲート層
２２２ 第３加重部
２２４ 第４加重部
４００ 有機電界発光素子
４０２ 第５電極層
４０４ 第６電極層
４０６ 半導体層
４０８ 第５吸着部
４１０ 第６吸着部
４１２ ガラス基板
４１４ 第５加重部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイス、電子デバイス製造方法、電子デバイス製造装置、第１吸着部と第２吸着部とを有する電界効果トランジスタデバイス、第３吸着部と第４吸着部とを有する有機電界発光素子及び電子デバイスの電気伝導特性を制御する制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）はシリコン系デバイスの集積限界を超えるナノ材料として、電子デバイス（例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や有機ＥＬ）への応用が期待される。ＣＮＴは高仕事関数を有する金属電極との接合でｐ型伝導特性の発現が確認されているものの、消費電力の小さい実用的な論理回路の形成にはｎ型特性の発現が不可欠である。そこで、ＣＮＴを用いたｎ型特性の発現のために、ＣＮＴへの不純物ドープ技術や低仕事関数を有する金属電極との接合技術（非特許文献１参照）が研究されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】アプライド フィジックス レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ） ８６，０７３１０５（２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、低仕事関数の金属電極の使用技術やＣＮＴへの不純物ドープ技術は、まだ基礎研究の段階であり実用化までの課題は多い。そこで、低仕事関数の金属電極の使用やＣＮＴへのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極とＣＮＴとの接合技術のみで、ｐ型とｎ型との両特性を発現するための技術の確立が必要である。
【０００５】
本発明は、低仕事関数金属の使用や不純物ドーピングなしで伝導特性を制御し得る電子デバイス、電子デバイス製造方法、電子デバイス製造装置、電界効果トランジスタデバイス、有機電界発光素子及び制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る電子デバイスの特徴構成は、電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスであって、吸着部において、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離は、電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い。
【０００７】
背景技術の項目で説明したように、従来の電子デバイスでは、半導体層（ＣＮＴ）を用いたｎ型特性の発現のために、ＣＮＴへの不純物ドープ技術や低仕事関数を有する金属電極との接合技術が用いられている。一方、本発明の電子デバイスによれば、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部では、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【０００８】
本発明の電子デバイスの好適な特徴構成は、吸着部への加重によって、距離を安定吸着距離より短くする加重部を有する。吸着部への加重により、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なうことなく、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【０００９】
本発明の電子デバイスの好適な特徴構成は、電極層の原子表面と半導体層の原子間距離を短くすることにより、電極層の原子表面から半導体層側にしみ出た電子雲を電極層の原子表面に押し戻す効果を促進する。この電子雲の押し戻し効果により、低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なうことなく、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００１０】
本発明の電子デバイスの好適な特徴構成によれば、半導体層は、カーボンナノチューブ、有機半導体又は酸化物半導体のうち少なくとも１つを含み、電極層は、金属的性質を有する複数の物質のうち少なくとも１つを含む。金属的性質を有する複数の物質には、少なくともＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｂ及びＣが含まれる。低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極と半導体層との接合のみで、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００１１】
本発明に係る電子デバイス製造方法の特徴構成は、電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスを製造する方法であって、吸着部において、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くする距離短縮工程を包含する。距離短縮工程は、吸着部への加重によって実行され得る。
【００１２】
本発明に係る電子デバイス製造装置の特徴構成は、電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスを製造する装置であって、吸着部において、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くする距離短縮装置を備える。吸着部への加重によって、距離を安定吸着距離より短くする加重装置を備え得る。
【００１３】
本発明に係る電界効果トランジスタデバイスの特徴構成は、第１吸着部と第２吸着部とを有する電界効果トランジスタデバイスであって、第１吸着部では、第１電極層と半導体層とが吸着し、第２吸着部では、第２電極層と半導体層とが吸着し、第１吸着部において、第１電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離は、第１電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短く、第２吸着部において、第２電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離は、第２電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い。
【００１４】
本発明の電界効果トランジスタデバイスによれば、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部では、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００１５】
本発明に係る電界効果トランジスタデバイスの好適な特徴構成によれば、第１吸着部と第２吸着部とは、ｎ型伝導特性を有し得る。低仕事関数の金属電極の使用やＣＮＴへのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極とＣＮＴとの接合のみでｐ型とｎ型との両特性を発現することができる。
【００１６】
本発明に係る有機電界発光素子の特徴構成は、第３吸着部と第４吸着部とを有する有機電界発光素子であって、第３吸着部では、半導体層の第１表面と第３電極層とが吸着し、第４吸着部では、第１表面の反対側にある半導体層の第２表面と第４電極層とが吸着し、第３吸着部において、第３電極層の原子表面と半導体層の第１表面の原子表面との距離は、第３電極層の原子表面と半導体層の第１表面の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短く、第４吸着部において、第４電極層の原子表面と半導体層の第２表面の原子表面との距離は、第４電極層の原子表面と半導体層の第２表面の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離である。
【００１７】
本発明の有機電界発光素子によれば、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部では、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００１８】
本発明に係る有機電界発光素子の好適な特徴構成によれば、第３吸着部は、電子輸送特性を有し、第４吸着部は、正孔輸送特性を有し得る。本発明の有機電界発光素子によれば、低仕事関数の金属電極の使用や有機半導体へのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極と有機半導体との接合のみで電子輸送型と精巧輸送型との両特性の型を発現することができる。
【００１９】
本発明に係る電気伝導特性を制御する制御方法の特徴構成は、電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスの電気伝導特性を制御する制御方法であって、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との吸着距離を電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離から変更する変更工程を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１に係る電子デバイスを示す模式図である。
【図２】第１電極層の原子表面と第２電極層の原子表面との距離Ｚに対する半導体層（ＣＮＴ）中心部付近の状態密度を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態２に係る電界効果トランジスタを示す模式図である。
【図４】電界効果トランジスタの製造方法を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る有機電界発光素子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１〜図５を参照して、本発明の電子デバイス、電子デバイス製造方法、電子デバイス製造装置、電界効果トランジスタデバイス、有機電界発光素子及び制御方法を説明する。本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図せず、当該構成と均等な構成も含む。
【００２２】
[実施形態１]
[電子デバイス]
図１は、本発明の実施形態１に係る電子デバイス１００を示す模式図である。電子デバイス１００は、第１電極層１０２、第２電極層１０４、半導体層１０６、第１電極層１０２と半導体層１０６とが吸着した第１吸着部１０８及び第２電極層１０４と半導体層１０６とが吸着した第２吸着部１１０を含む。本発明の実施形態１において、電子デバイス１００は、半導体装置として機能する。半導体装置は、電界効果トランジスタ、有機電界発光素子などの半導体デバイスが備える素子として用いられる。第１電極層１０２と第２電極層１０４とはＡｕ電極として機能し、半導体層１０６は、カイラリティ（１０、０）のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）として機能する。
【００２３】
電子デバイス１００は、第１加重部１１２と第２加重部１１４とを更に有する。第１加重部１１２による第１吸着部１０８への加重によって、第１電極層１０２の原子表面と半導体層１０６の原子表面との距離ｘ１を第１安定吸着距離Ｘ１より短くすることができる。さらに、第２加重部１１４による第２吸着部１１０への加重によって、第２電極層１０４の原子表面と半導体層１０６の原子表面との距離ｘ２を第２安定吸着距離Ｘ２より短くすることができる。ここで、第１安定吸着距離Ｘ１は第１電極層１０２の原子表面と半導体層１０６の原子表面とが第１吸着部１０８への無加重時に安定して吸着する距離であり、第２安定吸着距離Ｘ２は第２電極層１０４の原子表面と半導体層１０８の原子表面とが第２吸着部１１０への無加重時に安定して吸着する距離である。
【００２４】
また、Ｚ＝ｘ１＋ｘ２＋Ｙが成立する。Ｚは第１電極層１０２の原子表面と第２電極層１０４の原子表面との距離を示し、Ｙはカイラリティ（１０、０）のＣＮＴの直径（０．７９ｎｍ）を示す。更に、既に説明したように、ｘ１は第１電極層１０２の原子表面と半導体層１０６の原子表面との距離を示し、ｘ２は第２電極層１０４の原子表面と半導体層１０６の原子表面との距離を示す。
【００２５】
第１電極層１０２の原子表面から半導体層１０６側にしみ出た電子雲を第１電極層１０２の原子表面に押し戻すことによって、第１距離ｘ１を第１安定吸着距離Ｘ１より短くする。第２電極層１０４の原子表面から半導体層１０６側にしみ出た電子雲を第２電極層１０４の原子表面に押し戻すことによって、第２距離ｘ２を第２安定吸着距離Ｘ２より短くする。
【００２６】
第１電極層１０２に強く押し付けられた半導体層１０６は第１電極層１０２の表面に近づくと、第１電極層１０２の表面から半導体層１０６側にしみ出た電子雲を量子力学的な斥力で第１電極層１０２側に押し戻すプッシュバック効果によって、第１電極層１０２表面から半導体層１０６側に向いた電気双極子層を形成する。また、第２電極層１０４に強く押し付けられた半導体層１０６は第２電極層１０４の表面に近づくと、第２電極層１０４の表面から半導体層１０６側にしみ出た電子雲を量子力学的な斥力で第２電極層１０４側に押し戻すプッシュバック効果によって、第２電極層１０４表面から半導体層１０６側に向いた電気双極子層を形成する。
【００２７】
プッシュバック効果により半導体層１０６の電子注入障壁が下がり、電子注入準位が第１電極層１０２表面のフェルミ準位近くまで下がって、第１電極層１０２から半導体層１０６に電荷が注入されやすくなる。同様に、電子注入準位が第２電極層１０４表面のフェルミ準位近くまで下がって、第２電極層１０４から半導体層１０６に電荷が注入されやすくなる。その結果、第１吸着部１０８では、第１安定吸着距離Ｘ１を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができ、第２吸着部１１０では、第２安定吸着距離Ｘ２を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００２８】
図２は、第１電極層１０２の原子表面と第２電極層１０４の原子表面との距離Ｚに対する半導体層１０６（ＣＮＴ）中心部付近の状態密度を示すグラフである。縦軸は半導体層１０６中心部付近の状態密度を示し、横軸は第１電極層１０２及び第２電極層１０４のフェルミ準位に対する相対準位を示す。
【００２９】
図２（ａ）〜（ｅ）は、距離Ｚ＝１．４４ｎｍ、１．３７ｎｍ、１．３４ｎｍ、１．２９ｎｍ、及び１．２６ｎｍの各々における半導体層１０６中心部付近の状態密度を示す。図２において、矢印は、各Ｚ値での半導体層１０６の電子注入準位を示す。距離Ｚが狭まり半導体層１０６の原子表面が第１電極層１０２及び第２電極層１０４に近づくにつれて電子注入準位がフェルミ準位よりも下がり、第１電極層１０２から半導体層１０６に電荷が注入されやすくなり、第２電極層１０４から半導体層１０６に電荷が注入されやすくなる。また、距離Ｚが広がり半導体層１０６の原子表面が第１電極層１０２及び第２電極層１０４から離れるにつれて電子注入準位がフェルミ準位よりも上がり、第１電極層１０２から半導体層１０６に電荷が注入されにくくなり、第２電極層１０４から半導体層１０６に電荷が注入されにくくなる。例えば、第１加重部１１２による第１吸着部１０８への加重や第２加重部１１４による第２吸着部１１０への加重を調整することで、電子デバイス１００の電気伝導特性を制御する。
【００３０】
このように、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との吸着距離を安定吸着距離から変更することにより、安定吸着距離を有する吸着部における伝道特性とは異なる伝導特性を発現することができる。例えば、電子デバイス１００が電界効果トランジスタデバイスとして機能する場合は、半導体層１０６の原子表面と電極層との距離を変更することにより、ｐ型伝導特性とｎ型伝導特性とを切り換えることができる。
【００３１】
以上、図１と図２とを参照して、本発明の実施形態１に係る電子デバイス１００を説明した。電子デバイス１００によれば、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部では、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００３２】
また、電子デバイス１００によれば、吸着部への加重により、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なうことなく、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００３３】
さらに、電子デバイス１００によれば、半導体層からの量子力学的な斥力によって距離を安定吸着距離より短くするため、低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なうことなく、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００３４】
さらに、電子デバイス１００によれば、電気伝導特性の制御を実行し得る。即ち、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との吸着距離に伴って、半導体層の電子注入障壁の大きさが変更する。例えば、吸着距離が安定吸着距離より短くなれば、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなり、また、吸着距離が安定吸着距離より長くなれば、電極層から半導体層に電荷が注入され難くなる。その結果、安定吸着距離を有する吸着部における伝道特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【００３５】
[実施形態２]
[電界効果トランジスタ]
図３は、本発明の実施形態２に係る電界効果トランジスタ２００を示す模式図である。電界効果トランジスタ２００は、第３吸着部２０２と第４吸着部２０４とを有する。第３吸着部２０２では、第３電極層２０６と半導体層２０８とが吸着し、第４吸着部２０４では、第４電極層２１０と半導体層２０８とが吸着している。第３吸着部２０２において、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面との距離は、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い。第４吸着部２０４において、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面との距離は、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い。第３吸着部２０２と第４吸着部２０４とは、ｎ型伝導特性を有する。
【００３６】
電界効果トランジスタ２００は、第１触媒層２１２、第２触媒層２１４、ＳｉＯ２層２１６，Ｓｉ層２１８及びバックゲート層２２０を更に備える。また、電界効果トランジスタ２００は、第３加重部２２２と第４加重部２２４とを有する。第３加重部２２２による第３吸着部２０２への加重によって、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面との距離は第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くなる。第４加重部２２４による第４吸着部２０４への加重によって、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面との距離は第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くなる。
【００３７】
半導体層２０８は、半導体的性質を示すカーボンナノチューブとして機能する。半導体的性質を示すカーボンナノチューブは、電界効果トランジスタ（ＣＮＴ−ＦＥＴ）への適用が期待されている。また、第３電極層２０６と第４電極層２１０とは、Ａｕ電極として機能する。一般に、仕事関数の大きいＡｕを電極として用いた場合にはｐ型伝導特性が発現することが確認されている。消費電力の小さい論理回路を形成するにはＳｉ−ＣＭＯＳと同様、ｎ型伝導特性が必要であり、ｎ型ＦＥＴを得るためには電極に仕事関数の小さいＣａなどを用いる必要があった。しかし、本発明の実施形態２によれば、仕事関数の大きいＡｕ電極を用いてｐ型とｎ型の伝導特性を得ることができることを第一原理計算によって示し得る。
【００３８】
ＳＴＭ観察結果を参照して、Ａｕ（１１１）表面にカイラリティ（１０、０）のＣＮＴを吸着させた構造を作り、ＣＮＴ−Ａｕ間の距離を変えながら第一原理計算を行った。計算にはファンデルワールス相互作用補正を取り入れた密度汎関数法を用いた。ＣＮＴ−Ａｕ間の距離が７ｂｏｈｒ程度ではｐ型を示したが、近づけていくにつれ伝導帯の底がフェルミ準位近くまで下がることが確認された。
【００３９】
図４は、電界効果トランジスタ２００の製造方法を示す模式図である。
電界効果トランジスタ２００は、距離短縮装置を備える電子デバイス製造装置によって製造される。電子デバイス製造装置は、距離短縮装置を備える。距離短縮装置は、吸着部において電極層の原子表面と半導体層の原子表面との吸着距離を電極層の原子表面と半導体層の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くする。電子デバイス製造装置は、更に加重装置を備え得る。加重装置は、吸着部への 加重によって距離を安定吸着距離より短くする。
【００４０】
以下、図４を参照して、電子デバイス製造装置を用いた電界効果トランジスタ２００の製造方法を説明する。
【００４１】
ｐ型にドーピングされたＳｉ層２１８及びＳｉ層２１８の背面に設けられたバックゲート層２２０が準備される（図４（ａ））。バックゲート層２２０は、ゲート電極のためのＡｕ層として機能する。
【００４２】
Ｓｉ層２１８の一部を熱酸化させることで、ＳｉＯ２層２１６を設ける（図４（ｂ））。ＳｉＯ２層２１６は、１００ｎｍである。フォトリソグラフィー、電子ビーム蒸着及び解離プロセスによって、ＳｉＯ２層２１６の上に、第１触媒層２１２と第２触媒層２１４と半導体層２０８とを設ける（（図４（ｃ）、図４（ｄ））。半導体層２０８は、単層カーボンナノチューブとして機能する。さらに、第１触媒層２１２と半導体層２０８との上に、第３電極層２０６を設け、第２触媒層２１４と半導体層２０８との上に、第４電極層２１０を設ける（図４（ｅ））。第３電極層２０６と第４電極層２１０とは、Ａｕ電極として機能する。なお、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面とは、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離で吸着している。 また、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面とは、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する吸着する安定吸着距離で吸着している。
【００４３】
第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが吸着した第１吸着部２０２に加重するために、第３電極層２０６の上に第１加重部２２２を設ける。その結果、第１吸着部２０２において、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面との距離は、第３電極層２０６の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くなる（図４（ｆ））。さらに第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが吸着した第２吸着部２０４に加重するために、第４電極層２１０の上に第２加重部２２４を設ける。その結果、第２吸着部２０４において、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面との距離は、第４電極層２１０の原子表面と半導体層２０８の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くなる（図４（ｆ））。
【００４４】
以上、図３と図４とを参照して、本発明の実施形態２に係る電界効果トランジスタ２００を説明した。電界効果トランジスタ２００によれば、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部では、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。また、電界効果トランジスタ２００によれば、低仕事関数の金属電極の使用やＣＮＴへのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極とＣＮＴとの接合のみでｐ型とｎ型との両特性を発現することができる。
【００４５】
[実施形態３]
[有機電界発光素子]
図５は、本発明の実施形態３に係る有機電界発光素子４００を示す模式図である。有機電界発光素子４００は、第５電極層４０２、第６電極層４０４、半導体層４０６、半導体層４０６の第１表面と第５電極層４０２とが吸着している第５吸着部４０８及び第１表面の反対側にある半導体層４０６の第２表面と第６電極層４０４とが吸着している第６吸着部４１０とを含む。有機電界発光素子４００は、ガラス基板４１２と第５加重部４１４とを更に含む。
【００４６】
第５吸着部４０８において、第５電極層４０２の原子表面と半導体層４０６の第１表面の原子表面との距離は、第５電極層４０２の原子表面と半導体層４０６の第１表面の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い。第５加重部４１４による第５吸着部４０８への加重によって、実現され得る。また、第６吸着部４１０において、第６電極層４０４の原子表面と半導体層４０６の第２表面の原子表面との距離は、第６電極層４０４の原子表面と半導体層４０６の第２表面の原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離である。第５加重部４１４によっては、第６吸着部４１０に加重されないため、第６電極層４０４の原子表面と半導体層４０６の第２表面の原子表面との距離は変更されない。
【００４７】
有機電界発光素子４００において、第５吸着部４０８は電子輸送特性を有し、第６吸着部４１０は、正孔輸送特性を有する。また、第５電極層４０２は陰極として、半導体層４０６は発光層として、さらに第６電極層４０４は陽極として機能する。
【００４８】
以上、図５を参照して、本発明の実施形態３に係る有機電界発光素子４００を説明した。有機電界発光素子４００によれば、低仕事関数の金属電極の使用やＣＮＴへのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極とＣＮＴとの接合のみで電子輸送型と正孔輸送型との両特性の型を発現することができる。
【００４９】
以上、図１〜図５を参照して、本発明の実施形態１〜実施形態３を説明した。本発明の実施形態１〜実施形態３では、半導体層としてＣＮＴを用い、電極層としてＡｕを用いたが、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部で、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる限りは、半導体層としてＣＮＴを用い、電極層としてＡｕを用いることに限定されない。 半導体層は、カーボンナノチューブ、有機半導体（例えば、ペンタセン）又は酸化物半導体のうち少なくとも１つを含み、電極層は、金属的性質を有する複数の物質のうち少なくとも１つを含み得る。金属的性質を有する複数の物質には、少なくともＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｂ及びＣが含まれる。カーボンナノチューブは、カイラリティー（ｎ、ｍ）のカーボンナノチューブであり得る。ここで、ｎとｍとは、ｎ−ｍ＝３ｌ（ｎ、ｍ、ｌは整数）を満たさない整数である。
【００５０】
本発明の電子デバイスによれば、電極層の原子表面と半導体層の原子表面との距離を安定吸着距離よりも短くすることで、半導体層の電子注入障壁が下がり、電極層から半導体層に電荷が注入されやすくなる。その結果、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部では、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。従って、電界効果トランジスタや有機電界発光素子の半導体デバイスに限らず、様々な半導体デバイスに用いられ得る。
【００５１】
本発明の実施形態１〜実施形態３では、吸着部への加重によって安定吸着距離より短い距離を有する吸着部を設けたが、安定吸着距離より短い距離を有する吸着部を設けることができる限りは、吸着部への加重に限定されない。
【００５２】
本発明の電子デバイス１００、電界効果トランジスタ２００、及び有機電界発光素子４００によれば、低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なわずに仕事関数の大きい電極と半導体層との接合のみで、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、電界効果トランジスタデバイス、有機電界発光素子など、低仕事関数の金属電極の使用や半導体層へのドープを行なうことなく、安定吸着距離を有する吸着部における伝導特性とは異なる伝導特性を発現することができる電子デバイスに利用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１００ 電子デバイス
１０２ 第１電極層
１０４ 第２電極層
１０６ 半導体層
１０８ 第１吸着部
１１０ 第２吸着部
１１２ 第１加重部
１１４ 第２加重部
２００ 電界効果トランジスタ
２０２ 第３吸着部
２０４ 第４吸着部
２０６ 第３電極層
２０８ 半導体層
２１０ 第４電極層
２１２ 第１触媒層
２１４ 第２触媒層
２１６ ＳｉＯ２層
２１８ Ｓｉ層
２２０ バックゲート層
２２２ 第３加重部
２２４ 第４加重部
４００ 有機電界発光素子
４０２ 第５電極層
４０４ 第６電極層
４０６ 半導体層
４０８ 第５吸着部
４１０ 第６吸着部
４１２ ガラス基板
４１４ 第５加重部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスであって、
前記吸着部において、前記電極層の原子表面と前記半導体層の原子表面との距離は、前記電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い、電子デバイス。
【請求項２】
前記吸着部への加重によって、前記距離を前記安定吸着距離より短くする加重部を有する、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記電極層の前記原子表面から前記半導体層側にしみ出た電子雲を前記電極層の前記原子表面に押し戻すことによって、前記距離を前記安定吸着距離より短くする、請求項１又は請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記半導体層は、カーボンナノチューブ、有機半導体又は酸化物半導体のうち少なくとも１つを含み、
前記電極層は、金属的性質を有する複数の物質のうち少なくとも１つを含み、前記複数の物質には、少なくともＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｂ及びＣが含まれる、請求項１から請求項３のうちの一項に記載の電子デバイス。
【請求項５】
電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスを製造する方法であって、
前記吸着部において、前記電極層の原子表面と前記半導体層の原子表面との距離を前記電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くする距離短縮工程を包含する、電子デバイス製造方法。
【請求項６】
電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスを製造する装置であって、
前記吸着部において、前記電極層の原子表面と前記半導体層の原子表面との吸着距離を前記電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くする距離短縮装置を備える、電子デバイス製造装置。
【請求項７】
第１吸着部と第２吸着部とを有する電界効果トランジスタデバイスであって、
前記第１吸着部では、第１電極層と半導体層とが吸着し、
前記第２吸着部では、第２電極層と前記半導体層とが吸着し、
前記第１吸着部において、前記第１電極層の原子表面と前記半導体層の原子表面との距離は、前記第１電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短く、
前記第２吸着部において、前記第２電極層の原子表面と前記半導体層の前記原子表面との距離は、前記第２電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い、電界効果トランジスタデバイス。
【請求項８】
前記第１吸着部と前記第２吸着部とは、ｎ型伝導特性を有する、請求項７に記載の電界効果トランジスタデバイス。
【請求項９】
第３吸着部と第４吸着部とを有する有機電界発光素子であって、
前記第３吸着部では、半導体層の第１表面と第３電極層とが吸着し、
前記第４吸着部では、前記第１表面の反対側にある前記半導体層の第２表面と第４電極層とが吸着し、
前記第３吸着部において、前記第３電極層の原子表面と前記半導体層の前記第１表面の原子表面との距離は、前記第３電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記第１表面の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短く、
前記第４吸着部において、前記第４電極層の原子表面と前記半導体層の前記第２表面の原子表面との距離は、前記第４電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記第２表面の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離である、有機電界発光素子。
【請求項１０】
前記第３吸着部は、電子輸送特性を有し、
前記第４吸着部は、正孔輸送特性を有する、請求項９に記載の有機電界発光素子。
【請求項１】
電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスであって、
前記吸着部において、前記電極層の原子表面と前記半導体層の原子表面との距離は、前記電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い、電子デバイス。
【請求項２】
前記吸着部への加重によって、前記距離を前記安定吸着距離より短くする加重部を有する、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記電極層の前記原子表面から前記半導体層側にしみ出た電子雲を前記電極層の前記原子表面に押し戻すことによって、前記距離を前記安定吸着距離より短くする、請求項１又は請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記半導体層は、カーボンナノチューブ、有機半導体又は酸化物半導体のうち少なくとも１つを含み、
前記電極層は、金属的性質を有する複数の物質のうち少なくとも１つを含み、前記複数の物質には、少なくともＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｂ及びＣが含まれる、請求項１から請求項３のうちの一項に記載の電子デバイス。
【請求項５】
電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスを製造する方法であって、
前記吸着部において、前記電極層の原子表面と前記半導体層の原子表面との距離を前記電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くする距離短縮工程を包含する、電子デバイス製造方法。
【請求項６】
電極層と半導体層とが吸着した吸着部を有する電子デバイスを製造する装置であって、
前記吸着部において、前記電極層の原子表面と前記半導体層の原子表面との吸着距離を前記電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短くする距離短縮装置を備える、電子デバイス製造装置。
【請求項７】
第１吸着部と第２吸着部とを有する電界効果トランジスタデバイスであって、
前記第１吸着部では、第１電極層と半導体層とが吸着し、
前記第２吸着部では、第２電極層と前記半導体層とが吸着し、
前記第１吸着部において、前記第１電極層の原子表面と前記半導体層の原子表面との距離は、前記第１電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短く、
前記第２吸着部において、前記第２電極層の原子表面と前記半導体層の前記原子表面との距離は、前記第２電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短い、電界効果トランジスタデバイス。
【請求項８】
前記第１吸着部と前記第２吸着部とは、ｎ型伝導特性を有する、請求項７に記載の電界効果トランジスタデバイス。
【請求項９】
第３吸着部と第４吸着部とを有する有機電界発光素子であって、
前記第３吸着部では、半導体層の第１表面と第３電極層とが吸着し、
前記第４吸着部では、前記第１表面の反対側にある前記半導体層の第２表面と第４電極層とが吸着し、
前記第３吸着部において、前記第３電極層の原子表面と前記半導体層の前記第１表面の原子表面との距離は、前記第３電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記第１表面の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離より短く、
前記第４吸着部において、前記第４電極層の原子表面と前記半導体層の前記第２表面の原子表面との距離は、前記第４電極層の前記原子表面と前記半導体層の前記第２表面の前記原子表面とが安定して吸着する安定吸着距離である、有機電界発光素子。
【請求項１０】
前記第３吸着部は、電子輸送特性を有し、
前記第４吸着部は、正孔輸送特性を有する、請求項９に記載の有機電界発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−５４４９０（Ｐ２０１２−５４４９０Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９７５９３（Ｐ２０１０−１９７５９３）
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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