半导体元件、其制造方法及使用其的传感器技术

本发明专利技术的课题在于提供作为传感器使用时具有高检测敏感度的半导体元件。本发明专利技术涉及半导体元件，其含有有机膜、第1电极、第2电极及半导体层，前述第1电极、前述第2电极及前述半导体层形成于前述有机膜上，前述半导体层被配置于前述第1电极与前述第2电极之间，前述半导体层含有碳纳米管，水相对前述有机膜的接触角为5度以上且50度以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体元件、其制造方法及使用其的传感器
本专利技术涉及半导体元件、其制造方法及使用其的传感器。
技术介绍
晶体管、存储器、电容器等半导体元件利用其半导体特性，已被用于显示器、计算机等各种电子设备中。例如，正在开发利用了场效应晶体管(以下称为FET)的电特性的IC标签、传感器。其中，从不需要利用荧光体等进行标记、电信号的转换快、容易与集成电路进行连接的观点考虑，使用FET来检测生物学反应的FET型生物传感器的研究正在活跃地进行。以往，使用了FET的生物传感器具有从MOS(金属-氧化物-半导体)型FET除去栅电极、并在绝缘膜上被覆离子感应膜而成的结构，将其称为离子感应型FET传感器。并且，通过在离子感应膜上配置生物分子识别物质，从而被设计成作为各种生物传感器而发挥功能。然而，对于在要求高敏感度的检测敏感度的利用了抗原-抗体反应的免疫传感器等中的应用而言，检测敏感度存在技术上的限制，尚未实现实用化。而且存在以下问题：将硅等无机半导体制成膜的工艺由于需要昂贵的制造装置，因而难以降低成本，并且，该工艺由于在非常高的温度下进行，因而可作为基板使用的材料种类受限，无法使用轻质的树脂基板等。另一方面，使用了具有高的机械/电特性的碳纳米管(以下也称为CNT)的FET是已知的，并已经开发了利用CNT-FET的电特性的传感器。例如，公开了使用了在基板上直接生长而成的CNT的传感器(例如，参见专利文献1)。另外，公开了将CNT分散于溶剂，然后将分散液进行涂布从而形成半导体层而成的传感器(例如，参见专利文献2～4)。专利文献专利文献1：日本特开2005-229017号公报专利文献2：日本特开2008-258594号公报专利文献3：日本特开2012-117883号公报专利文献4：国际公开第2015/012186号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题关于在专利文献1～4中记载的技术，存在下述课题：在检测感知对象物质时，对象物质附着在感应部以外的部位，从而妨碍对象物质的检测。另外，存在下述课题：将与感知对象物质选择性地相互作用的生物相关物质配置于感应部时，前述生物识别物质也附着在感应部以外的部位，从而妨碍对象物质的检测。鉴于上述课题，本专利技术提供作为传感器使用时具有高检测敏感度的半导体元件。用于解决课题的手段为了解决上述课题，本专利技术具有以下构成。即，半导体元件，所述半导体元件含有有机膜、第1电极、第2电极及半导体层，前述第1电极、前述第2电极及前述半导体层形成于前述有机膜上，前述半导体层被配置于前述第1电极与前述第2电极之间，前述半导体层含有选自有机半导体、碳纳米管、及石墨烯中的任一种以上，水相对前述有机膜的接触角为5度以上且50度以下。专利技术效果通过本专利技术的半导体元件，能够提供具有高检测敏感度的传感器。附图说明[图1A]图1A是表示本专利技术的半导体元件的例子的平面示意图。[图1B]图1B是表示本专利技术的半导体元件的例子的截面示意图。[图2]图2是表示本专利技术的半导体元件的例子的截面示意图。[图3]图3是表示本专利技术的半导体元件的例子的截面示意图。[图4]图4是表示向本专利技术的一个实施例所示的半导体元件的半导体层中添加BSA、抗生物素蛋白、IgE时在第1电极与第2电极之间流过的电流值的图。具体实施方式<半导体元件>本专利技术的半导体元件含有有机膜、第1电极、第2电极及半导体层，前述第1电极、前述第2电极及前述半导体层形成于前述有机膜上，前述半导体层被配置于前述第1电极与前述第2电极之间，前述半导体层含有选自有机半导体、碳纳米管(CNT)、及石墨烯中的任一种以上，水相对前述有机膜的接触角为5度以上且50度以下。图1A是表示本专利技术的半导体元件的例子的平面示意图，图1B是图1A的线AA’处的截面图。对于图1A及图1B的半导体元件而言，在有机膜1上形成有第1电极2和第2电极3，在包含第1电极2与第2电极3之间的区域配置有半导体层4。图2及图3所示的半导体元件是图1A及图1B所示的半导体元件的变形例，作为平面图与图1A所示的半导体元件是同样的，但截面图不同。图2及图3表示与图1的情况相同的部位处的截面图。对于图2的半导体元件而言，在基板5上形成有有机膜1，不仅如此，而且还形成有第1电极2和第2电极3，在包含第1电极2与第2电极3之间的区域配置有半导体层4。对于图3的半导体元件而言，在基板5上形成有栅电极6、有机膜1，不仅如此，而且还形成有第1电极2和第2电极3，在包含第1电极2与第2电极3之间的区域配置有半导体层4。对于图3的半导体元件而言，第1电极2和第2电极3分别相当于源电极和漏电极，有机膜1相当于绝缘层，具有作为FET的功能。作为用于基板的材料，例如可举出：硅晶片、玻璃、氧化铝烧结体等无机材料；聚酰亚胺、聚酯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜、聚乙烯、聚苯硫醚、聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏氟乙烯、聚硅氧烷、聚乙烯基苯酚等有机材料；或者无机材料粉末与有机材料的混合物。这些材料可单独使用，也可将多种材料层叠或混合而使用。作为用于第1电极2及第2电极3的材料，例如可举出氧化锡、氧化铟、氧化铟锡(ITO)等导电性金属氧化物、或者铂、金、银、铜、铁、锡、锌、铝、铟、铬、锂、钠、钾、铯、钙、镁、钯、钼、无定形硅、多晶硅等金属、它们的合金、碘化铜、硫化铜等无机导电性物质、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚乙烯二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸的络合物等有机导电性物质；碳纳米管、石墨烯等纳米碳材料等，但并不限定于它们。这些电极材料可单独使用，也可将多种材料层叠或混合而使用。用作传感器时，从在所接触的水溶液等中的稳定性的观点考虑，第1电极2及第2电极3优选选自金、铂、钯、有机导电性物质及纳米碳材料。第1电极及第2电极的宽度、厚度、间隔、配置是任意的。优选的是，宽度为1μm～1mm，厚度为1nm～1μm，电极间隔为1μm～10mm。例如，隔开2mm的间隔配置宽度为100μm、厚度为500nm的电极作为第1电极及第2电极，但并不限定于此。FET中，可通过改变栅电压来控制在源电极与漏电极之间流过的电流。FET的迁移率可采用下述式(a)算出。μ＝(δId/δVg)L·D/(W·εr·ε·Vsd)(a)其中，Id为源·漏极之间的电流，Vsd为源·漏极之间的电压，Vg为栅电压，D为绝缘层的厚度，L为沟道长度，W为沟道宽度，εr为栅绝缘层的相对介电常数，ε为真空的介电常数(8.85×10-12F/m)，δId/δVg为Id相对于Vg的变化量而言的变化。另外，可根据Id的最大值与Id的最小值的比值求出开关电流比(ON/OFFratio)。(有机膜)对于本专利技术的半导体元件而言，通过含有有机膜，并且水相对该有机膜的接触角为5度以上且50度以下，从而可容易检测出感知对象物质。这是因为，感知对象物质附着于感应部以外的部位的情况得以被抑制，由此感应部处的检测敏感度增大。另外，如后文所述，在感知对象物质是通过与某种生物相关物质的选择性相互作用而被检测到的物质、并且使传感器的感应部含有该生物相关物质从而检测感知对象物质的情况下，为了制造该传感器，有时将半导体元件暴露于包含生物相关物质的溶液中而使生物相关物质固定于感应部。此时，该生物相关物质附着于感应部以外的本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体元件，所述半导体元件含有有机膜、第1电极、第2电极及半导体层，所述第1电极、所述第2电极及所述半导体层形成于所述有机膜上，所述半导体层被配置于所述第1电极与所述第2电极之间，所述半导体层含有选自有机半导体、碳纳米管及石墨烯中的任一种以上，水相对所述有机膜的接触角为5度以上且50度以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.11 JP 2015-1586711.半导体元件，所述半导体元件含有有机膜、第1电极、第2电极及半导体层，所述第1电极、所述第2电极及所述半导体层形成于所述有机膜上，所述半导体层被配置于所述第1电极与所述第2电极之间，所述半导体层含有选自有机半导体、碳纳米管及石墨烯中的任一种以上，水相对所述有机膜的接触角为5度以上且50度以下。2.如权利要求1所述的半导体元件，其中，所述半导体层含有碳纳米管。3.如权利要求1或2所述的半导体元件，其中，水相对所述有机膜的接触角为35度以上且50度以下。4.如权利要求1～3中任一项所述的半导体元件，其中，所述有机膜含有具有非离子性官能团或两性离子性官能团的化合物。5.如权利要求4所述的半导体元件，其中，所述非离子性官能团或两性离子性官能团为选自聚乙二醇链、磷酸胆碱基、1,2-二羟基乙基、1,2-二羟基亚乙基及羟基乙基氧基中的至少1种结构。6.如权利要求4或5所述的半导体元件，其中，所述有机膜包含聚硅氧烷。7.如权利要求4～6中任一项所述的半导体元件，其中，所述化合物为聚硅氧烷。8.如权利要求4或5所述的半导体元件，其中，所述有机膜包含交联高分子。9.如权利要求4、5及8中任一项所述的半导体元件，其中，所述化合物为交联高分子。10.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：矶贝和生，村濑清一郎，清水浩二，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP