(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンネルとしてグラフェン層を備えたトランジスタと、
前記トランジスタのゲート上に片方の端部が接続され、圧電材料を含むワイヤと、
を有し、
前記トランジスタは、
基板上に形成された触媒層と、
前記触媒層の側面と上面とに形成された前記グラフェン層と、
前記グラフェン層の一部の側面上と上面上とに形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の側面上と上面上とに形成され、前記グラフェン層の側面に対向するオーバーハング部を有する前記ゲートとを備えていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記ゲートのオーバーハング部は、前記ゲート絶縁膜のチャンネル幅方向の側面上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記ワイヤは、前記ゲートの上面に垂直な方向に延在することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記ワイヤは、直径が５０nm〜１００nmであり長さが１００μm〜５００μmであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記圧電材料は、酸化亜鉛又は窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項６】
基板上に、チャンネルとしてグラフェン層を備えたトランジスタを形成する工程と、
前記トランジスタのゲート上に、圧電材料を含むワイヤを成長させる工程と、
を有し、
前記トランジスタを形成する工程は、
基板上に触媒層を形成する工程と、
前記触媒層の側面と上面とに前記グラフェン層を形成する工程と、
前記グラフェン層の側面上と上面上とにゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の側面上と上面上とに、前記グラフェン層の側面に対向するオーバーハング部を有する前記ゲートを形成する工程とを有することを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項７】
前記ゲートを形成する工程では、前記ゲートのオーバーハング部を、前記ゲート絶縁膜のチャンネル幅方向の側面上に形成することを特徴とする請求項６に記載の圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサは、水圧や気圧等の様々な圧力を測定する目的で広く使用されている。圧力センサには様々な種類があるが、圧力を検知するセンサ部に圧電薄膜を使用するタイプのセンサでは、圧力によって圧電薄膜に誘起される電荷量を利用して圧力を測定する。
【０００３】
ただし、このタイプの圧力センサにおいては、圧電薄膜の全体に誘起される電荷量に基づいて圧力を測定するため、圧電薄膜が形成されている領域全体の圧力しか測定することができず、当該領域の局所的な圧力を測定することができない。また、局所的な圧力を測定すべく、複数個の圧力センサを一平面に並べて使用する場合、一つの圧力センサにおける圧電薄膜の膜質が悪いと、当該圧力センサにおける圧力測定値が不正確になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０８５５９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６２８８５号公報
【特許文献１】特開２００７−１８２３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧力センサとその製造方法において、従来よりも微小な領域の圧力を測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の開示の一観点によれば、チャンネルとしてグラフェン層を備えたトランジスタと、前記トランジスタのゲート上に片方の端部が接続され、圧電材料を含むワイヤとを有し、前記トランジスタは、基板上に形成された触媒層と、前記触媒層の側面と上面とに形成された前記グラフェン層と、前記グラフェン層の一部の側面上と上面上とに形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の側面上と上面上とに形成され、前記グラフェン層の側面に対向するオーバーハング部を有する前記ゲートとを備えている圧力センサが提供される。
【０００７】
また、その開示の他の観点によれば、基板上に、チャンネルとしてグラフェン層を備えたトランジスタを形成する工程と、前記トランジスタのゲート上に、圧電材料を含むワイヤを成長させる工程とを有し、前記トランジスタを形成する工程は、基板上に触媒層を形成する工程と、前記触媒層の側面と上面とに前記グラフェン層を形成する工程と、前記グラフェン層の側面上と上面上とにゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の側面上と上面上とに、前記グラフェン層の側面に対向するオーバーハング部を有する前記ゲートを形成する工程とを有する圧力センサの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
以下の開示で使用するナノワイヤは、圧電薄膜と比較して圧力センサ内で占める面積が小さいので、微小な領域の圧力を検出するのに有利である。
【０００９】
しかも、チャンネルとしてグラフェン層が形成されたトランジスタを利用することで、そのナノワイヤに発生した誘起電圧の微小な変動を高感度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１実施形態に係る圧力センサの斜視図である。
【図２】図２は、図１のI−I線に沿う断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態においてシミュレーションに用いたモデルの斜視図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る圧力センサにおいてナノワイヤがたわんだ場合の斜視図である。
【図５】図５は、式（３）の意義を模式的に示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態において、ナノワイヤの長さと誘起電圧との関係をシミュレーションして得られたグラフである。
【図７】図７は、第１実施形態において、ゲート電圧とドレイン電流との関係をシミュレーションして得られたグラフである。
【図８】図８は、第１実施形態において、風速と誘起電圧との関係をシミュレーションして得られたグラフである
【図９】図９は、第１実施形態において、血圧と誘起電圧との関係をシミュレーションして得られたグラフである。
【図１０】図１０は、第２実施形態の回路図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態の機能ブロック図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態に係る圧力センサの製造途中の斜視図（その１）である。
【図１３】図１３は、第３実施形態に係る圧力センサの製造途中の斜視図（その２）である。
【図１４】図１４は、第３実施形態に係る圧力センサの製造途中の斜視図（その３）である。
【図１５】図１５は、第３実施形態に係る圧力センサの製造途中の斜視図（その４）である。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態に係る圧力センサの製造途中の断面図と側面図（その１）である。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態に係る圧力センサの製造途中の断面図と側面図（その２）である。
【図１８】図１８（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る圧力センサの製造途中の断面図と側面図（その３）である。
【図１９】図１９（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る圧力センサの製造途中の断面図と側面図（その４）である。
【図２０】図２０（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る圧力センサの製造途中の断面図と側面図（その５）である。
【図２１】図２０（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る圧力センサの製造途中の断面図と側面図（その６）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下に、本実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る圧力センサの斜視図である。
【００１３】
この圧力センサ１０は、熱酸化膜等の下地絶縁膜２が形成されたシリコン基板１の上にトランジスタTRを有する。
【００１４】
そのトランジスタTRは、チャンネルとして機能するグラフェン層３と、その上に順に形成されたゲート絶縁膜４及びゲート５を有する。このうち、グラフェン層３は、層数が約５層の炭素原子層を有し、例えばCVD法により形成され得る。
【００１５】
そして、ゲート絶縁膜４としては、厚さが約５０nmの酸化ハフニウム(HfO2)層が形成される。また、ゲート５は、金層等の導電層をパターニングしてなる。
【００１６】
上記のグラフェン層３の両端には、グラフェン層３を流れるドレイン電流を引き出すためのチタン層等を含むソース電極６とドレイン電極７とが形成される。
【００１７】
そして、ゲート５の上面５ａには、ナノワイヤ８の片方の端部が接続される。そのナノワイヤ８の材料は圧電材料であれば特に限定されず、本実施形態ではナノワイヤ８として酸化亜鉛(ZnO)ナノワイヤをゲート５上に立設する。なお、酸化亜鉛ナノワイヤに代えて、窒化アルミニウム(AlN)ナノワイヤを形成してもよい。
【００１８】
また、ナノワイヤ８の長さも特に限定されないが、本実施形態では１００μm〜５００μm程度の長さにナノワイヤ８を形成する。長さの下限値を１００μmとしたのは、これよりも短いと外部圧力が加わってもナノワイヤ８が変形し難くなるからである。ひずみによりナノワイヤ８に電荷を誘起するには、ある程度の変形が必要であり、最低でも１００μm程度あれば検出に十分な電荷が誘起される。
【００１９】
一方、長さの上限値を５００μmとしたのは、これよりも長いとナノワイヤ８の強度が弱まり、ナノワイヤ８に欠陥が生じるおそれがあるためである。
【００２０】
ナノワイヤ８の直径も特に限定されないが、ナノワイヤ８の強度を確保するという観点から５０nm以上の直径にするのが好ましい。また、ゲート５上により多くのナノワイヤ８を立設するという点からは、ナノワイヤ８の直径を１００nm以下にするのが好ましい。
【００２１】
このような圧力センサ１０によれば、外部から加わる圧力ωによって各ワイヤ８が変形し、それによりゲート５に接続している部分のワイヤ８の端部に誘起電圧が生じる。その誘起電圧によってゲート５のゲート電圧が変動するため、各電極６、７間を流れるドレイン電流Idも変動する。
【００２２】
よって、この圧力センサ１０では、ドレイン電流Idの変動に基づいて、各ワイヤ８に加わる圧力ωの大きさを測定することができる。
【００２３】
また、その圧力センサ１０が備えるトランジスタTRは、チャンネルとしてグラフェン層３を備える。グラフェン層３は、シリコンと比較して非常に高い電子移動度を有するため、ワイヤ８に生じる誘起電圧の変動幅が数１００nV〜数１０mV程度と微小であっても、グラフェン層３中を流れるドレイン電流Idを実用に耐えられる程度の振幅に増幅できる。
【００２４】
これにより、ナノワイヤ８に発生した誘起電圧の微小な変動を高感度に捉えることができ、圧力の検出感度を高めることが可能となる。
【００２５】
更に、ナノワイヤ８は、圧電薄膜と比較して圧力センサ１０内で占める面積が小さいので、圧力センサ１０によって微小な領域の圧力を検出することができる。
【００２６】
しかも、ゲート５上にワイヤ８を複数形成することで、そのうちの数本に欠陥があったとしても、残りのワイヤ８に正常に生じる誘起電圧によってゲート電圧を変動させることができるので、圧力ωの測定値の信頼性が高まる。
【００２７】
また、図１のようにナノワイヤ８の延在方向をゲート５の上面５ａに垂直な方向とすることで、基板横方向から圧力ωが加わったときに、ナノワイヤ８が基板横方向に撓みやすくなる。これにより、ナノワイヤ８の延在方向がゲート５の上面５ａから傾いている場合と比較して、ワイヤ８に生じる誘起電圧を大きくすることができ、圧力ωの検出感度を高めることができる。
【００２８】
図２は、図１のI−I線に沿う断面図である。
【００２９】
図２に示すように、下地絶縁膜２の上には、グラフェン層３の成長時に触媒として機能する第１の触媒層１３が形成される。その第１の触媒層１３として、本実施形態では、厚さが約２００nmの鉄層を形成する。
【００３０】
その第１の触媒層１３の上面１３ａと側面１３ｂの上に上記のグラフェン層３が形成され、そのグラフェン層３を覆うようにしてゲート絶縁膜４が形成される。
【００３１】
また、ゲート５は、ゲート絶縁膜４の上面４ａ上に形成された本体５ｄと、その本体５ｄから張り出してゲート絶縁膜４の側面４ｂ上に形成されたオーバーハング部５ｃとを有する。
【００３２】
このようにオーバーハング部５ｃをグラフェン層３の側面３ｂに対向するように形成することで、上面３ａを流れるドレイン電流だけでなく、側面３ｂにおけるドレイン電流をゲート５で制御することができる。そのため、ワイヤ８に発生する誘起電圧に対してドレイン電流が敏感に反応するようになり、圧力の検出感度を高めることができるようになる。
【００３３】
次に、この圧力センサ１０の動作についてのシミュレーション結果について説明する。
【００３４】
図３は、シミュレーションに用いたモデルの斜視図である。
【００３５】
なお、図３において、図１で説明したのと同じ要素には同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００３６】
このモデルでは、下地絶縁膜２の全面にグラフェン層３を形成した場合を想定している。また、ゲート５については、ゲート絶縁膜４の上面のみに形成した。そして、ゲート幅Wは１００μm、ゲート長L0は１μm、各電極６、７の長さL1は１０μmである。また、各電極６、７とゲート５との間の間隔L2は５μmであり、ゲート絶縁膜４の膜厚は５０nmである。
【００３７】
更に、ナノワイヤ８については、ゲート５上に一本のみ形成した場合を想定した。また、座標系については、図３中に示される方向にX軸、Y軸、及びZ軸を設定した。なお、その座標系の原点は、ナノワイヤ８の二つの端部のうち、ゲート５に接続されている方の端部に一致する。
【００３８】
ナノワイヤ８の材料として酸化亜鉛のようなウルツ鉱構造を有する圧電材料を使用した場合、ナノワイヤ８に誘起される電荷密度PXX、PYY、PZZは次の式（１）のように表される。
【００３９】
【数１】
0005440295.tif 000002
【００４０】
式（１）において、PXXは、X軸方向に垂直な面に誘起される電荷密度である。同様に、PYYとPZZは、それぞれY軸方向とZ軸方向に垂直な面に誘起される電荷密度である。
【００４１】
また、σijは、i面に加わるj方向の圧力である。
【００４２】
更に、dijは、ナノワイヤ８中の圧電材料の電気機械結合定数である。圧電材料として本実施形態のように酸化亜鉛を使用する場合、各成分の値は次のようになる。
【００４３】
d15＝-41.7×10-8 (CGSesu/dyn)
d33＝31.8×10-8 (CGSesu/dyn)
d31＝-15.6×10-8 (CGSesu/dyn)
図４は、Y軸方向に平行な方向に加わる圧力ωによって、ワイヤ８がY軸方向にたわんだ場合の斜視図である。
【００４４】
その圧力ωがX軸方向で一様な場合、高さxにおけるワイヤ８に加わる応力fxは、次の式（２）のように表されることが知られている。
【００４５】
【数２】
0005440295.tif 000003
【００４６】
なお、式（２）において、Lはワイヤ８の長さである。
【００４７】
その応力fxを用いると、電気機械結合定数σXYは次の式（３）で表されることが知られている。
【００４８】
【数３】
0005440295.tif 000004
【００４９】
図５は、式（３）の意義を模式的に示す図である。図５に示すように、電気機械結合定数σXYは、応力fxのグラフとX軸との間の部分の面積に等しい。
【００５０】
一方、上記のようにワイヤ８がY軸方向にたわんだ場合、ワイヤ８に誘起される電荷密度のうち、PYYは、式（１）から次の式（４）のようになる。
【００５１】
【数４】
0005440295.tif 000005
【００５２】
式（４）に式（３）を代入すると共に、式（３）の積分を計算すると、PYYは次の式（５）のように表される。
【００５３】
【数５】
0005440295.tif 000006
【００５４】
本実施形態に係る圧力センサの用途の一つに風速計がある。
【００５５】
そこで、以下では、ナノワイヤ８に横から風を当てたときに、圧力センサ１０にどの程度のドレイン電流Idが流れるかについて式（５）を用いて説明する。
【００５６】
風速が５m/sのとき、圧力ωは経験的に約１．３N/m2となる。このωの値と既述のd15の値を式（５）に用い、これにより得られた電荷量PYYからナノワイヤ８に誘起される誘起電圧VIを計算すると、図６のような結果となった。
【００５７】
図６の結果から、ワイヤ長Lが３２０μmとするときは、誘起電圧VIが約１μVとなることが明らかとなった。
【００５８】
一方、図３のモデルにおいて、グラフェン層３におけるキャリアの移動度を１０5cm2/V・sと仮定したとき、ゲート電圧Vgとドレイン電流Idとの関係をシミュレーションしたところ、図７のようになった。
【００５９】
既述のように、風速５m/sの風によりゲート５に発生する誘起電圧は約１μVである。よって、無風状態から５m/sの風が吹いたとき、ゲート５に印加する動作点電圧を中心にしてゲート電圧Vgが約１μVだけ上昇することになる。図７によれば、約１μVのゲート電圧Vgの上昇によって、ドレイン電流が約１０μAに上昇することになる。
【００６０】
図８は、ナノワイヤ８に横から当たる風の風速と、ナノワイヤ８に誘起される誘起電圧VIとの関係をシミュレーションして得られた図である。
【００６１】
図８に示すように、風速５m/sから台風クラスの風速４０m/sの範囲では、およそ数１００nV〜数μVの誘起電圧VIが生じる。この範囲の誘起電圧VIによれば、トランジスタTRの動作点電圧を２．０Vとした場合に、１μA〜１００μAのドレイン電流Idが流れることが明らかとなった。この値は、実用に耐えうる十分に大きな値である。
【００６２】
この結果から、本実施形態に係る圧力センサを風速計に使用できることが明らかとなった。
【００６３】
一方、その圧力センサの他の用途として血圧計がある。
【００６４】
血圧計の場合、測定する圧力の範囲は１０mmHg〜２００mmHg程度である。図９は、この範囲における血圧と、ナノワイヤ８に誘起される誘起電圧VIとの関係をシミュレーションして得られた図である。
【００６５】
図９に示すように、血圧が１０mmHg〜２００mmHgの範囲では、数mV〜数１０mVの誘起電圧VIが生じる。この範囲の誘起電圧VIによれば、トランジスタTRの動作点電圧を２．０Vとした場合に、約１０mA〜１００mAの十分に大きなドレイン電流が流れることがシミュレーションによって判明した。
【００６６】
このことから、本実施形態に係る圧力センサを血圧計として使用できることが明らかとなった。
【００６７】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態の圧力センサ１０を一平面内に行列状に複数配列し、平面内での局所的な圧力を検出できるようにする。
【００６８】
図１０は、本実施形態の回路図である。
【００６９】
図１０に示すように、本実施形態では、複数のワード線WL1〜WL3の各々に複数の圧力センサ１０のゲート５を電気的に接続する。
【００７０】
それらの圧力センサ１０のうち、同じ行内にあるものは、各々のドレインが同一のビット線BL1〜BL3に電気的に接続される。
【００７１】
更に、各圧力センサ１０のドレインは、キャパシタCを介して抵抗Rと電気的に接続される。このような回路によれば、ドレイン電流Idのうち直流成分がキャパシタCによりカットされ、ドレイン電流Idの交流成分のみが抵抗Rを流れる。そして、i行j列目の抵抗Rの両端には、ドレイン電流Idの交流成分が流れることでセンス電圧Vijが生じる。
【００７２】
なお、十分な大きさのセンス電圧Vijを発生させるためには、抵抗Rの抵抗値を数１０Ω〜数MΩとするのが好ましい。
【００７３】
そのセンス電圧Vijは、キャパシタCを介して各ビット線BL1〜BL3に出力される。なお、同一行内におけるセンス電圧Vijのどれをビット線BL1〜BL3に出力するかは、ワード線WL1〜WL3に列選択電圧Vg1〜Vg3を印加することで選択し得る。例えば、列選択電圧Vg1のみをハイレベルにし、これ以外の列選択電圧Vg2、Vg3をローレベルにすれば、ワード線WL1に接続されたセンサ１０のみがオン状態となり、これらのセンサ１０からセンス電圧V11、V21、V31がビット線BL1〜BL3に出力される。
【００７４】
図１１は、各ビット線BL1〜BL3の後段の機能ブロック図である。
【００７５】
図１１に示すように、各ビット線BL1〜BL3から出力されたセンス電圧Vijは、増幅回路１０１において増幅された後、波形整形回路１０２において波形が整えられる。
【００７６】
その後、センス電圧Vijに含まれる余分なノイズ成分がノイズ除去フィルタ１０３により除去され、A/D変換回路においてセンス電圧Vijがデジタル化される。
【００７７】
そして、デジタル化されたセンス電圧Vijに基づいて、i行j列目の圧力値がモニタ等の表示機１０５に表示される。
【００７８】
以上説明した本実施形態によれば、図１０に示したように、一平面内に複数の圧力センサ１０を設けたので、平面内の局所的な圧力を各圧力センサ１０によって測定することができる。
【００７９】
更に、各圧力センサ１０が備えるナノワイヤ８（図１参照）はゲート５上に立てて設けられるため、圧電薄膜を利用して圧力を検出する従来例と比較して、圧力センサ１０の基板横方向のサイズが小さくなる。そのため、従来例では１cm2の領域に１個しか圧力センサを設けることができないのに対し、本実施形態では１cm2の領域に１０００個の圧力センサ１０を設けることができるようになる。このように各圧力センサ１０を一平面内に高密度に配列することで、従来よりも微小な領域における圧力変化を検出することが可能となる。
【００８０】
また、一つの圧力センサ１０に設けるナノワイヤ８の数を複数にすることで、当該ナノワイヤ８のいずれかに欠陥があっても、残りのナノワイヤにより圧力を検出できる。よって、一つの圧力センサ１０が完全に故障するのが稀になり、一平面内における局所的な圧力の測定値が不正確になるのを抑制できる。
【００８１】
（第３実施形態）
本実施形態では、第２実施形態で説明した圧力センサの製造方法について説明する。
【００８２】
図１２〜図１５は、本実施形態に係る圧力センサの製造途中の斜視図であり、図１６〜図２１はその断面図と側面図である。
【００８３】
圧力センサの製造にあたっては、まず、図１２に示すように、シリコン基板１の表面を熱酸化することにより、下地絶縁膜２として熱酸化膜を形成する。
【００８４】
そして、その下地絶縁膜２の上にアルミニウム等の金属膜をスパッタ法により形成し、その金属膜をパターニングすることにより、行方向に延在するワード線WL1〜WL3とキャパシタCとを形成する。
【００８５】
本工程では、キャパシタCの形成と同時に、そのキャパシタCの両極板に接続された第１及び第２の配線２１、２２と、既述の抵抗R（図１０参照）に接続される第３の配線２３も形成される。
【００８６】
また、各ワード線WL1〜WL3には、列方向に延在する第１の延在部２４が形成される。
【００８７】
次いで、図１３に示すように、ビット線BL1〜BL3と交差する部分のワード線WL1〜WL3上に、層間絶縁膜３０として酸化シリコン膜を選択的に形成する。このように層間絶縁膜３０を選択的に形成するには、例えば、シリコン基板１の上側全面にレジストパターンを形成し、そのレジストパターンの窓内に層間絶縁膜３０を形成した後、レジストパターンをリフトオフすればよい。
【００８８】
その後に、下地絶縁膜２と層間絶縁膜３０の上に、列方向に延在するBL1〜BL3を形成する。そのビット線BL1〜BL3は、層間絶縁膜３０と同様に、レジストパターンを用いてアルミニウム膜等の金属膜をリフトオフすることにより形成される。
【００８９】
また、本工程では、各ビット線BL1〜BL3の形成と同時に、これらのビット線BL1〜BL3に接続されて列方向に延在する第２の延在部２５も形成される。
【００９０】
次に、図１４に示すように、レジストパターンを用いたリフトオフにより選択的に抵抗Rを形成する。その抵抗Rの材料としては、例えば、ニクロム、シクロム、窒化タンタル等が使用される。そして、既述の第２の配線２２と第３の配線２３がその抵抗Rの両端に電気的に接続される。
【００９１】
ここまでの工程により回路基板３５の基本構造が完成した。
【００９２】
この後は、その回路基板３５のセンサ形成領域３５ａに応力センサを形成する工程に移る。その工程について、図１６〜図２１を参照しながら説明する。
【００９３】
なお、図１６〜図２１における断面図は図１のI−I線に沿う断面に相当する。また、これら図１６〜図２１における側面図は、図１のトランジスタTRをそのチャンネル幅方向Aから見た側面に相当する。
【００９４】
まず、図１６（ａ）に示すように、不図示のレジストパターンを用いたリフトオフにより、下地絶縁膜２の上に第１の触媒層１３として厚さが約２００nmの鉄層を形成する。
【００９５】
次いで、図１６（ｂ）に示すように、上記の第１の触媒層１３の上面１３ａと側面１３ｂに、第１の触媒層１３中の鉄を触媒に使用しながら、CVD法によりグラフェン層３を成長させる。そのCVD法では、アセチレンガスとアルゴンガスとの混合ガスが反応ガスとして使用され、基板温度は約６５０℃とされる。
【００９６】
また、そのCVD法では、成膜時間をコントロールすることにより、約５層の炭素原子層が積層された時点でグラフェン層３の成長を停止させる。
【００９７】
次に、図１６（ｃ）に示すように、ALD(Atomic Layer Deposition)法により、グラフェン層３の上面３ａ上と側面３ｂ上とに、ゲート絶縁膜４として酸化ハフニウム膜を選択的に形成する。そのゲート絶縁膜４の厚さは特に限定されないが、本実施形態ではグラフェン層３の上面３ａ上でのゲート絶縁膜４の厚さを約５０nmとする。
【００９８】
また、このように上面３ａ上と側面３ｂ上のみに選択的にゲート絶縁膜４を形成する方法としては、不図示のレジストパターンを用いたリフトオフが使用される。
【００９９】
次いで、図１７（ａ）に示すように、シリコン基板１の上側全面にフォトレジストを塗布し、そのフォトレジストをベークして第１のレジスト層３２を形成する。
【０１００】
そして、ゲート絶縁膜４の側面４ａに接する部分の第１のレジスト層３２を選択的に露光することにより、当該部分に溝状の潜像３２ａを形成する。
【０１０１】
続いて、図１７（ｂ）に示すように、第１のレジスト層３２を現像することにより上記の潜像３２ａを除去し、ゲート絶縁膜４の側面４ａが現れる溝３２ｂをレジスト層３２に形成する。
【０１０２】
その溝３２ｂの深さは特に限定されないが、本実施形態では溝３２ｂの底面と下地絶縁膜２の上面との距離を約１０μm程度とする。
【０１０３】
次いで、図１７（ｃ）に示すように、第１のレジスト層３２の上側全面に第１の導電層５ｘとして金層を蒸着法により形成し、その第１の導電層５ｘによりレジスト層３２の溝３２ｂを完全に埋め込む。
【０１０４】
その後、図１８（ａ）に示すように、上記の第１のレジスト層３２をリフトオフすることにより、ゲート絶縁膜４の側面４ｂ上に第１の導電層５ｘをゲートのオーバーハング部５ｃとして残す。
【０１０５】
次に、図１８（ｂ）に示すように、シリコン基板１の上側全面にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、窓３６ａを備えた第２のレジスト層３６を形成する。その窓３６ａからは、ゲートのオーバーハング部５ｃとゲート絶縁膜４の上面４ａが露出する。
【０１０６】
続いて、図１９（ａ）に示すように、第２のレジスト層３６の上面と窓３６ａ内に第２の導電層５ｙとして蒸着法により金層を形成し、その第２の導電層５ｙで窓３６ａを完全に埋め込む。
【０１０７】
その後に、図１９（ｂ）に示すように、第２のレジスト層３６をリフトオフすることにより、オーバーハング部５ｃとゲート絶縁膜４の上面４ａとに、ゲート５の本体５ｄを形成する。
【０１０８】
次いで、図２０（ａ）に示すように、不図示のレジスト層を用いたリフトオフにより、下地絶縁膜２の上にソース電極６とドレイン電極７としてチタン層を形成する。なお、各電極６、７の材料はチタンに限定されず、鉄、パラジウム、白金、及びバナジウムのいずれかであってもよい。
【０１０９】
ここまでの工程により、シリコン基板１の上方に、チャンネルとしてグラフェン層３を備えたトランジスタTRが形成されたことになる。
【０１１０】
この後は、そのトランジスタTRのゲート５上にナノワイヤを成長させる工程に移る。
【０１１１】
まず、図２０（ｂ）に示すように、下地絶縁膜２とゲート５のそれぞれの上にフォトレジストを塗布し、それを現像することにより、ゲート電極５の上に複数の微細な窓３８ａを備えた第３のレジスト層３８を形成する。
【０１１２】
そして、その窓３８ａ内と第３のレジスト層３８上に、スパッタ法や蒸着法により第２の触媒層３９としてニッケル層を形成する。
【０１１３】
なお、ニッケル層に代えて、酸化亜鉛層を第２の触媒層３９として形成してもよい。
【０１１４】
その後、図２１（ａ）に示すように、第３のレジスト層３８をリフトオフし、ゲート５の上面５ａにのみ第２の触媒層３９をドット状に残す。
【０１１５】
次に、図２１（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【０１１６】
まず、不図示の成長炉内にシリコン基板１を入れ、そのシリコン基板１を８００〜１０００℃程度の温度に加熱する。その後、上記の成長炉内に、加熱により気化したジエチルジンク((C2H5)2Zn)を亜鉛の原料として供給すると共に、酸素の原料として気体の水を供給する。
【０１１７】
なお、ジエチルジンクに代えて、パウダー状の亜鉛を加熱により気化したものを亜鉛の材料として成長炉内に供給してもよい。
【０１１８】
これにより、第２の触媒層３９中のニッケルが触媒となり、その第２の触媒層３９上にナノワイヤ８として酸化亜鉛ナノワイヤが成長する。
【０１１９】
そのナノワイヤ８の長さは成長時間を変えることにより制御することができ、本実施形態では１００μm〜５００μm程度の長さにナノワイヤ８を形成する。また、ナノワイヤ８の直径は、ドット状の第２の触媒層３９の直径により制御でき、５０nm〜１００nm程度の直径にナノワイヤ８を形成する。
【０１２０】
なお、ナノワイヤ８の材料は、圧電材料であれば酸化亜鉛に限定されず、窒化アルミニウムであってもよい。
【０１２１】
以上により、圧力センサ１０の基本構造が完成する。
【０１２２】
図１５は、本工程を終了した後の斜視図である。
【０１２３】
図１５に示すように、上記の圧力センサ１０のドレイン電極７は、第１の配線２１と第２の延在部２５の各々に接続される。また、圧力センサ１０のゲート５は、第１の延在部２４に接続される。
【０１２４】
以上説明した本実施形態によれば、第２実施形態のように複数の圧力センサ１０を行列状に配列することができ、一平面内における局所的な圧力を各圧力センサ１０により検出することができる。
【０１２５】
また、図１７（ｂ）〜図１８（ａ）に示したように、第１の導電層５ｘをリフトオフすることにより、ゲート５のオーバーハング部５ｃを形成することができる。そのオーバーハング部５ｃにより、第１実施形態で説明したように、グラフェン層３の側面３ｂを流れるドレイン電流がゲート電圧に敏感に反応するようになり、圧力の検出感度を高めることができるようになる。
【０１２６】
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１２７】
（付記１）  チャンネルとしてグラフェン層を備えたトランジスタと、
前記トランジスタのゲート上に片方の端部が接続され、圧電材料を含むワイヤと、
を有することを特徴とする圧力センサ。
【０１２８】
（付記２）  前記ワイヤが複数本設けられたことを特徴とする付記１に記載の圧力センサ。
【０１２９】
（付記３）  前記ワイヤは、前記ゲートの上面に垂直な方向に延在することを特徴とする付記１に記載の圧力センサ。
【０１３０】
（付記４）  前記ワイヤは、直径が５０nm〜１００nmであり長さが１００μm〜５００μmであることを特徴とする付記１に記載の圧力センサ。
【０１３１】
（付記５）  前記ゲートは、前記グラフェン層の側面に対向するオーバーハング部を有することを特徴とする付記１に記載の圧力センサ。
【０１３２】
（付記６）  前記トランジスタは、一平面内に行列状に複数配置されたことを特徴とする付記１に記載の圧力センサ。
【０１３３】
（付記７）  前記圧電材料は、酸化亜鉛又は窒化アルミニウムであることを特徴とする付記１に記載の圧力センサ。
【０１３４】
（付記８）  基板上に、チャンネルとしてグラフェン層を備えたトランジスタを形成する工程と、
前記トランジスタのゲート上に、圧電材料を含むワイヤを成長させる工程と、
を有することを特徴とする圧力センサの製造方法。
【０１３５】
（付記９）  前記ワイヤを成長させる工程は、
前記ゲートの上面に、ドット状の第１の触媒層を形成する工程と、
前記基板を加熱しながら、前記第１の触媒層の上に圧電材料の原料を供給することにより、前記触媒層の上に前記ワイヤを成長させる工程とを有することを特徴とする付記８に記載の圧力センサの製造方法。
【０１３６】
（付記１０）  前記トランジスタを形成する工程は、
前記基板上に、第２の触媒層を形成する工程と、
前記第２の触媒層の側面と上面に前記グラフェン層を成長させる工程と、
前記グラフェン層の側面上と上面上とにゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の側面上と上面上とに前記ゲートを形成する工程と、
を有することを特徴とする付記７に記載の圧力センサの製造方法。
【符号の説明】
【０１３７】
１…シリコン基板、２…下地絶縁膜、３…グラフェン層、３ａ…上面、３ｂ…側面、４…ゲート絶縁膜、４ａ…上面、４ｂ…側面、５…ゲート、５ａ…上面、５ｃ…オーバーハング部、５ｄ…本体、５ｘ…第１の導電層、５ｙ…第２の導電層、６…ソース電極、７…ドレイン電極、８…ナノワイヤ、１０…圧力センサ、１３…第１の触媒層、２１〜２３…第１〜第３の配線、２４、２５…第１及び第２の延在部、３０…層間絶縁膜、３２…第１のレジスト層、３２ａ…潜像、３２ｂ…溝、３５…回路基板、３５ａ…センサ形成領域、３６…第２のレジスト層、３６ａ…窓、３８…第３のレジスト層、３８ａ…窓、３９…第２の触媒層、１０１…増幅回路、１０２…波形整形回路、１０３…ノイズ除去フィルタ、１０４…A/D変換回路、１０５…表示器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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