场效应晶体管、气体传感器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及场效应晶体管、气体传感器及其制造方法。本公开的目的在于提供场效应晶体管，其为使用金属有机结构体膜作为半导体层、具有新型结构的场效应晶体管。本实施方式为场效应晶体管，是包含基板、源极、漏极、栅极和作为半导体层的金属有机结构体膜的场效应晶体管，其中，金属有机结构体膜包含具有π共轭系骨架的有机配体和金属离子以在基板的面方向上展开的方式配位的多个晶体结构经由π

【技术实现步骤摘要】
场效应晶体管、气体传感器及其制造方法


[0001]本公开涉及场效应晶体管、气体传感器及其制造方法。

技术介绍

[0002]在金属有机结构体(MOF：Metal Organic Framework)中，有具有半导体特性的材料，这样的材料能够作为场效应晶体管(也称为FET)的半导体层应用。另外，金属有机结构体中也有除了半导体特性以外还具有气体吸附能力的材料，这样的材料可用于气体传感器。
[0003]例如，专利文献1公开了一种化学传感器，其包括场效应晶体管、在上述场效应晶体管上设置的检测区域、和在上述检测区域内设置的感应膜，上述感应膜包含金属有机结构体。专利文献1中记载了采用该化学传感器能够高精度地检测出试样中的检测对象成分。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：WO2016/185679

技术实现思路

[0007]专利技术要解决的课题
[0008]如上所述，应用了金属有机结构体膜的场效应晶体管可应用于包括气体传感器的各种设备中，希望更新型的场效应晶体管的开发。特别是，例如需要能够实现低电压驱动的场效应晶体管。
[0009]因此，本公开的目的在于提供一种场效应晶体管，其将金属有机结构体膜用作半导体层、且具有新型的结构。
[0010]用于解决课题的手段
[0011]将本实施方式的方案例记载如下。
[0012](1)场效应晶体管，是包含基板、源极、漏极、栅极和作为半导体层的金属有机结构体膜的场效应晶体管，其中，金属有机结构体膜包含具有π共轭系骨架的有机配体和金属离子以在基板的面方向上展开的方式配位的多个晶体结构经由π
‑
π相互作用在基板上层叠的层叠结构，各晶体结构具有通过有机配体和金属离子的配位而形成的细孔，在所述层叠结构中，邻接的晶体结构的细孔在膜厚方向上连通，场效应晶体管为顶部接触型。
[0013](2)根据(1)所述的场效应晶体管，其为底部栅极
‑
顶部接触型。
[0014](3)根据(1)或(2)所述的场效应晶体管，其中，π共轭系骨架包含至少一个芳环而构成。
[0015](4)根据(1)～(3)中任一项所述的场效应晶体管，其中，π共轭系骨架为多环芳族烃结构。
[0016](5)根据(1)～(4)中任一项所述的场效应晶体管，其中，有机配体具有三次对称性。
[0017](6)根据(1)～(5)中任一项所述的场效应晶体管，其中，金属离子为可取4以上的配位数的金属离子。
[0018](7)根据(1)～(6)中任一项所述的场效应晶体管，其中，栅极为铝电极。
[0019](8)根据(7)所述的场效应晶体管，其中，在铝电极的表面形成有作为栅极绝缘层的氧化铝。
[0020](9)根据(1)～(8)中任一项所述的场效应晶体管，其中，金属有机结构体膜采用LBL法形成，所述LBL法包括：在基板上涂布包含金属离子的含金属离子溶液的工序、和在基板上涂布包含有机配体的含有机配体溶液的工序。
[0021](10)气体传感器，其具备根据(1)～(9)中任一项所述的场效应晶体管。
[0022](11)方法，是制造根据(1)～(8)中任一项所述的场效应晶体管的方法，包括采用LBL法形成金属有机结构体膜的工序，所述LBL法包括：在基板上涂布包含金属离子的含金属离子溶液的工序、和在基板上涂布包含有机配体的含有机配体溶液的工序。
[0023]专利技术效果
[0024]根据本公开，能够提供使用金属有机结构体膜作为半导体层、且具有新型结构的场效应晶体管。
附图说明
[0025]图1A为用于说明作为本实施方式的场效应晶体管的一例的底部栅极
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顶部接触型的场效应晶体管10的基本结构的截面示意图。
[0026]图1B为用于说明作为场效应晶体管的一例的底部栅极
‑
底部接触型的场效应晶体管200的基本结构的截面示意图。
[0027]图2A为实施例1中得到的金属有机结构体膜的AFM图像。
[0028]图2B为实施例1中得到的金属有机结构体膜的AFM图像(放大)。
[0029]图3为实施例1中得到的金属有机结构体膜的截面的FE
‑
SEM图像。
[0030]图4为实施例1中得到的金属有机结构体膜的FT
‑
IR光谱。
[0031]图5为示出实施例1中得到的金属有机结构体膜的电阻评价的结果的坐标图。
[0032]图6A为用于说明实施例2或3中的场效应晶体管(顶部接触型)的制造工序的截面工序示意图。
[0033]图6B为接着图6A用于说明实施例2或3中的场效应晶体管(顶部接触型)的制造工序的截面工序示意图。
[0034]图6C为接着图6B用于说明实施例2或3中的场效应晶体管(顶部接触型)的制造工序的截面工序示意图。
[0035]图6D为接着图6C用于说明实施例2或3中的场效应晶体管(顶部接触型)的制造工序的截面工序示意图。
[0036]图6E为接着图6D用于说明实施例2或3中的场效应晶体管(顶部接触型)的制造工序的截面工序示意图。
[0037]图6F为接着图6E用于说明实施例2或3中的场效应晶体管(顶部接触型)的制造工序的截面工序示意图。
[0038]图7A为比较例1中得到的粒子状MOF的FT
‑
IR光谱。
[0039]图7B为比较例1中得到的粒子状MOF的XRD光谱。
[0040]图8A为示出实施例2中得到的场效应晶体管E1的传输特性的评价结果的坐标图。
[0041]图8B为示出实施例2中得到的场效应晶体管E1的输出特性的评价结果的坐标图。
[0042]图9为示出比较例1中得到的场效应晶体管C1的传输特性的评价结果的坐标图。
[0043]图10A为用于说明比较例2中的场效应晶体管(底部接触型)的制造工序的截面工序示意图。
[0044]图10B为接着图10A用于说明比较例2中的场效应晶体管(底部接触型)的制造工序的截面工序示意图。
[0045]图10C为接着图10B用于说明比较例2中的场效应晶体管(底部接触型)的制造工序的截面工序示意图。
[0046]图10D为接着图10C用于说明比较例2中的场效应晶体管(底部接触型)的制造工序的截面工序示意图。
[0047]图11为示出场效应晶体管E2(实施例3)的传输特性的评价结果的坐标图。
[0048]图12为示出场效应晶体管C2(比较例2)的传输特性的评价结果的坐标图。
[0049]附图标记说明
[0050]1ꢀꢀꢀꢀ
基板
[0051]2ꢀꢀꢀꢀ
栅极
[0052]3ꢀꢀꢀꢀ
栅极绝缘层
[0053]4A
ꢀꢀꢀ
源极
[0054]4B
ꢀꢀꢀ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.场效应晶体管，是包含基板、源极、漏极、栅极和作为半导体层的金属有机结构体膜的场效应晶体管，其中，金属有机结构体膜包含具有π共轭系骨架的有机配体和金属离子以在基板的面方向上展开的方式配位的多个晶体结构经由π
‑
π相互作用在基板上层叠的层叠结构，各晶体结构具有通过有机配体和金属离子的配位而形成的细孔，在所述层叠结构中，邻接的晶体结构的细孔在膜厚方向上连通，场效应晶体管为顶部接触型。2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其为底部栅极
‑
顶部接触型。3.根据权利要求1或2所述的场效应晶体管，其中，π共轭系骨架包含至少一个芳环而构成。4.根据权利要求1～3中任一项所述的场效应晶体管，其中，π共轭系骨架为多环芳族烃结构。5.根据权利要求1～4中任一项所述的场效应晶体管，其中，有机配体具有三次对称性。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：鹈饲顺三，汐月大志，南豪，佐佐木由比，
申请(专利权)人：国立大学法人东京大学，
类型：发明
国别省市：