(57)【要約】【課題】キャリヤトラッピング物質を含む単極性ナノチューブトランジスタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】両極性ナノチューブ電界効果トランジスタは、炭素ナノチューブに酸素分子のようなキャリヤトラッピング物質を吸着させるか、または前記炭素ナノチューブに隣接してキャリヤトラッピング物質を含む付加層を設けることによって、単極性ナノチューブ電界効果トランジスタに変換される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極及びドレイン電極と、
ゲートと、
前記ソース電極及びドレイン電極から前記ゲートを離隔させる絶縁層と、
前記ソース電極及びドレイン電極と電気的に接触し、電界効果トランジスタのチャンネル領域として作用するナノチューブと、
前記ナノチューブ上のキャリヤトラッピング物質と、
を備えることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記キャリヤトラッピング物質は、酸素分子であることを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記絶縁層とナノチューブとの間に付加層をさらに備え、
前記付加層は、前記キャリヤトラッピング物質を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記キャリヤトラッピング物質は、酸素分子であることを特徴とする請求項３に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記キャリヤトラッピング物質は、前記電界効果トランジスタを両極性素子から単極性素子に変換することを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項６】
前記電界効果トランジスタのための基板をさらに備え、
前記絶縁層は、前記基板上に位置し、前記ソース電極、ドレイン電極及びナノチューブは、前記絶縁層上に位置し、前記ナノチューブは、前記ソース電極とドレイン電極との間で延びたことを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項７】
前記キャリヤトラッピング物質は、酸素分子であることを特徴とする請求項６に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項８】
前記絶縁層とナノチューブとの間に付加層をさらに備え、
前記付加層は、前記キャリヤトラッピング物質を含むことを特徴とする請求項６に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項９】
前記キャリヤトラッピング物質は、酸素分子であることを特徴とする請求項８に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
前記基板は、バックゲートとして作用するようにドーピングされたことを特徴とする請求項８に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１１】
前記ソース電極及びドレイン電極は、Ｔｉ、ＭＯ又は両者から構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１２】
前記キャリヤトラッピング物質は、前記電界効果トランジスタを両極性素子から単極性素子に変換することを特徴とする請求項１１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１３】
前記ナノチューブ上に前記絶縁層が位置し、前記ゲートは、前記絶縁層上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１４】
前記キャリヤトラッピング物質は、酸素分子であることを特徴とする請求項１３に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１５】
前記絶縁層とナノチューブとの間に付加層をさらに備え、
前記付加層は、前記キャリヤトラッピング物質を含むことを特徴とする請求項１３に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１６】
前記キャリヤトラッピング物質は、酸素分子であることを特徴とする請求項１５に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１７】
前記ソース電極及びドレイン電極は、Ｔｉ、ＭＯ又は両者から構成されたことを特徴とする請求項１６に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１８】
前記キャリヤトラッピング物質は、前記電界効果トランジスタを両極性素子から単極性素子に変換することを特徴とする請求項１７に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１９】
前記キャリヤトラッピング物質は、前記ナノチューブに吸着されたことを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項２０】
ソース電極及びドレイン電極と、ゲートと、前記ソース電極及びドレイン電極から前記ゲートを離隔させる絶縁層と、前記ソース電極及びドレイン電極と電気的に接触し、前記電界効果トランジスタのチャンネル領域として作用するナノチューブとを備えたナノチューブ両極性ナノチューブ電界効果トランジスタを単極性ナノチューブ電界効果トランジスタに変換する方法であって、
前記ナノチューブにキャリヤトラッピング物質を設ける工程を備えることを特徴とする両極性ナノチューブ電界効果トランジスタを単極性ナノチューブ電界効果トランジスタに変換する方法。
【請求項２１】
前記ナノチューブにキャリヤトラッピング物質を設ける工程は、前記キャリヤトラッピング物質を前記ナノチューブに吸着させることを特徴とする請求項２０に記載の両極性ナノチューブ電界効果トランジスタを単極性ナノチューブ電界効果トランジスタに変換する方法。
【請求項２２】
前記キャリヤトラッピング物質は、酸素分子であることを特徴とする請求項２１に記載の両極性ナノチューブ電界効果トランジスタを単極性ナノチューブ電界効果トランジスタに変換する方法。
【請求項２３】
前記ナノチューブにキャリヤトラッピング物質を設ける工程は、前記絶縁層と前記ナノチューブとの間に前記ナノチューブのための前記キャリヤトラッピング物質を含む付加層を設けることを特徴とする請求項２０に記載の両極性ナノチューブ電界効果トランジスタを単極性ナノチューブ電界効果トランジスタに変換する方法。
【請求項２４】
前記ナノチューブにキャリヤトラッピング物質を設ける工程は、前記ナノチューブの近くの表面に前記キャリヤトラッピング物質を吸着させることを特徴とする請求項２０に記載の両極性ナノチューブ電界効果トランジスタを単極性ナノチューブ電界効果トランジスタに変換する方法。
【請求項２５】
基板を設ける工程と、
前記基板上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上にソース電極を形成する工程と、
前記絶縁層上にドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極及びドレイン電極と電気的に接触し、前記電界効果トランジスタのチャンネル領域に作用するナノチューブを設ける工程と、を含み、
前記ナノチューブにキャリヤトラッピング物質を設ける工程を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項２６】
前記ナノチューブにキャリヤトラッピング物質を設ける工程は、前記キャリヤトラッピング物質を前記ナノチューブに吸着させることを特徴とする請求項２５に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項２７】
前記キャリヤトラッピング物質は、酸素分子であることを特徴とする請求項２６に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項２８】
前記基板は、前記電界効果トランジスタでバックゲートとして作用するようにドーピングされたことを特徴とする請求項２６に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項２９】
前記ナノチューブにキャリヤトラッピング物質を提供する工程は、前記絶縁層と前記ナノチューブとの間に前記ナノチューブのための前記キャリヤトラッピング物質を含む付加層をを設けることを特徴とする請求項２５に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項３０】
前記ナノチューブにキャリヤトラッピング物質を提供する工程は、前記ナノチューブの近くの表面に前記キャリヤトラッピング物質を吸着させることを特徴とする請求項２６に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両極性ナノチューブ特性を単極性ナノチューブ特性に変換したキャリヤトラッピング物質を備えた単極性の炭素ナノチューブ電界効果トランジスタ（Carbon Nano Tube Field Effect Transistor：ＣＮＴ ＦＥＴ）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノチューブ電界効果トランジスタは、電子的性質に優れて電子的用途に広範囲に使われている。しかし、ナノチューブ電界効果トランジスタは、典型的に、両極性の電子的特性を表し、これは、多くの素子応用に望ましくない。
【０００３】
非特許文献１に開示されたように、ゲート酸化物の厚さを減少させてＣＮＴ  ＦＥＴのスイッチング特性を改善することは、公知である。しかし、ゲート酸化物の厚さを減少させると、両極性トランジスタ特性が顕著になり、オフ電流が高くなるので、望ましくない。
【０００４】
ＣＮＴのスイッチング特性は、高誘電率物質を使用することによって改善される。しかし、トランジスタで金属とナノチューブとの境界面に形成されたショットキー障壁コンタクトが従来のＦＥＴとは異なるスケーリング行動をＣＮＴ ＦＥＴが起こしてしまう。
前記非特許文献１で、ゲート構造エンジニアリングを使用して、両極性ＣＮＴトランジスタを単極性ＣＮＴトランジスタに変換する少なくとも一つの技術が開示されている。単極性ＣＮＴ ＦＥＴがソース電極及びドレイン電極に対して非対称ゲート構造を提供することによって得られた。このような工程によって、ｐ型ＣＮＴ ＦＥＴが両極性ＣＮＴ ＦＥＴから製造された。
【０００５】
前記非特許文献１によれば、両極性ＣＮＴ ＦＥＴがドレイン電極の長手方向に沿ってゲート酸化物層に“Ｖ”字形のトレンチを形成して単極性ＣＮＴ ＦＥＴとして作られている。前記素子で、ＣＮＴは、ソースとドレインとの間に延びている。しかし、前記非特許文献１に開示されるように、満足すべき単極性特性を得るために、比較的長い（深い）トレンチが必要である。
【０００６】
前記非特許文献１に開示された構造において、前記トレンチは、前記基板に延びる深さを有する。前記トレンチは、前記ソース及びドレイン静電気学間の非対称をもたらし、したがって、ナノチューブの一部分のみがバックゲートを通じて静電気的に制御される。しかし、両極性ＣＮＴ ＦＥＴから単極性ＣＮＴ ＦＥＴに転換する前記トレンチの能力は、トレンチ幅の機能であり、そしてこれは素子のスケール減少を望ましくなく、または問題のあるものにしてしまう。前記非特許文献１の著者は、比較的深いトレンチを使用して類似した部分ゲート構造を有する両極性ＣＮＴ ＦＥＴのｐ型ブランチを除去することによって、ｎ型ＣＮＴ ＦＥＴが得られ得ると提案している。
【０００７】
したがって、比較的大きいトレンチの使用のようなゲート構造エンジニアリングの使用を必要としない単極性ナノチューブ電界効果トランジスタが必要である。
【非特許文献１】Yu-Ming Lin,Joerg Appenzeller,Phaedon Avouris,“Ambipolar-to-Unipolar Conversion of Carbon Nanotube Transistors by Gate Structure Engineering”NANO LETTERS 2004 Vol.4,No.5,PP947-950
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、キャリヤトラッピング物質を使用することによって容易に両極性ナノチューブ電界効果トランジスタを単極性ナノチューブ電界効果トランジスタに変換する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明で、キャリヤトラッピング物質を利用して両極性ナノチューブ電界効果トランジスタを単極性ナノチューブ電界効果トランジスタに転換する容易な方法が提供される。本発明の例示的な実施形態において、前記キャリヤトラッピング物質は、酸素（特に、酸素分子）であり、前記酸素は、前記ナノチューブに吸着される。
【００１０】
本発明の実施形態による両極性ナノチューブ電界効果トランジスタを単極性ナノチューブ電界効果トランジスタに転換する方法において、ナノチューブ電界効果トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極とゲート、前記ソース電極、及びドレイン電極と前記ゲートとを分離する絶縁層を備える。ナノチューブは、前記ソース電極及びドレイン電極と電気的に接触されるように提供され、前記ナノチューブは、前記電界効果トランジスタのチャンネル領域として作用する。本発明において、キャリヤトラッピング物質がナノチューブの表面に設けられる。
【００１１】
本発明による一実施形態において、前記ナノチューブにキャリヤトラッピング物質を提供する工程は、キャリヤトラッピング物質、好ましくは酸素分子を前記ナノチューブに吸着させることを含む。
【００１２】
本発明による他の実施形態において、前記ナノチューブにキャリヤトラッピング物質を提供する工程は、前記ナノチューブと前記絶縁層との間に一つの物質層を設けることを含む。前記物質層は、前記ナノチューブのための前記キャリヤトラッピング物質を含み、前記キャリヤトラッピング物質は、酸素分子であることが好ましい。
【００１３】
本発明によるさらに他の実施形態において、前記ナノチューブにキャリヤトラッピング物質を設ける工程は、酸素分子のキャリヤトラッピング物質を前記ナノチューブに近い表面に吸着させることを含む。前記キャリアトラッピング剤が酸素分子であってもよい。
【００１４】
本発明による電界効果トランジスタの製造方法は、基板を提供する工程、前記基板上に絶縁層を形成する工程、前記絶縁層上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程を含む。ナノチューブは、前記ソース電極とドレイン電極との間に提供され、前記ナノチューブは、前記ソース電極及びドレイン電極と電気的に接触されるように配置される。前記キャリヤトラッピング物質が提供される前記ナノチューブは、前記電界効果トランジスタのチャンネル領域として作用する。望ましくは、前記キャリヤトラッピング物質は、酸素分子であってもよく、前記基板は、前記電界効果トランジスタのためのバックゲートとして作用するようにドーピングされてもよい。
【００１５】
本発明による実施形態において、前記ナノチューブのためのキャリヤトラッピング物質を設ける工程は、前記ナノチューブに前記キャリヤトラッピング物質を吸着させることを含む。他の実施形態において、前記ナノチューブにキャリヤトラッピング物質を設ける工程は、前記ナノチューブと前記絶縁層との間に前記ナノチューブのための前記物質層を設けるか、または前記ナノチューブに近い表面に前記キャリヤトラッピング物質を吸着させることを含む。
【００１６】
本発明による電界効果トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極、ゲート、前記ソース電極及びドレイン電極から前記ゲートを離隔させる絶縁層、前記ソース電極及びドレイン電極と電気的に接触するナノチューブを備える。前記ナノチューブは、前記電界効果トランジスタのチャンネル領域に作用し、キャリヤトラッピング物質が前記ナノチューブの表面に設けられる。
【００１７】
本発明の他の実施形態において、前記電界効果トランジスタは、前記絶縁層とナノチューブとの間に付加層をさらに備える。前記付加層は、前記ナノチューブのための前記キャリヤトラッピング物質を含む。
【００１８】
本発明のさらに他の実施形態において、前記キャリヤトラッピング物質は、前記ナノチューブに吸着される。望ましくは、前記ゲートは、前記電界効果トランジスタのための基板をさらに備え、前記絶縁層は、前記基板上に位置し、前記ソース電極、ドレイン電極及びナノチューブは、前記絶縁層上に位置する。望ましくは、前記ナノチューブは、前記ソース電極とドレイン電極との間で延び、前記基板は、バックゲートとして作用するようにドーピングされる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＣＮＴの表面にキャリヤトラッピング物質を吸着させることによって、両極性トランジスタを単極性トランジスタに容易に変換できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明によるキャリヤトラッピング物質を備えたナノチューブ電界効果トランジスタ及びその製造方法についてさらに詳細に説明する。
【００２１】
ＦＥＴは、従来のＦＥＴ設計にＣＮＴを用いたものである。ＦＥＴと共にＣＮＴの使用は、シリコンベーストランジスタの電流を超える特性を有する素子を具現する。従って、種々の電子機器にＣＮＴ  ＦＥＴの適用が考えられる。
【００２２】
図１を参照すれば、従来のＣＮＴ ＦＥＴは、バックゲートを形成するｐドーピングシリコン基板１０２を備えている。二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の絶縁層１０４は、バックゲート１０２上に位置し、ソース電極１０６が絶縁層１０４上に配置されている。同様に、ドレイン電極１０８が絶縁層１０４上に配置される。ＣＮＴ １１０がソース電極１０６とドレイン１０８との間に位置し、ＣＮＴ １１０がソース電極１０６及びドレイン電極１０８と電気的に接触されている。
【００２３】
ＣＮＴ  ＦＥＴの動作原理は、一般に、従来のシリコンＦＥＴと類似している。しかし、図１のＣＮＴ ＦＥＴの物理的素子構造は、典型的なシリコンＦＥＴの物理的素子構造に対して逆転（上側が下側に位置）されている。言い換えれば、従来のシリコンＦＥＴでゲートがソース及びドレイン上に位置することと比較して、ＣＮＴ ＦＥＴでソース及びドレインがゲート上に位置する。
【００２４】
また、ソースとドレインとの間のチャンネルは、シリコン単結晶の代りに、ＣＮＴが設けられる。従来のＣＮＴ ＦＥＴで、ＣＮＴとソース及びドレインがゲート上に設けられている場合であっても、ソース及びドレインがゲートの下側に配置されるか、またはＣＮＴが素子構造内に埋め込まれることが可能であると考えられている。本発明も同様にＣＮＴ  ＦＥＴの基板としてソースおよびドレインの上に隔離されたゲートまたはマルチゲートを備えたシリコン層であってもよいと考えられる。本発明は、図１のＣＮＴ  ＦＥＴの使用に制限されるものではなく、ナノチューブまたはナノワイヤによって提供されるチャンネルを備えた全てのＦＥＴと共に使用できる。
【００２５】
公知のＣＮＴ ＦＥＴで、ソース電極１０６及びドレイン電極１０８は、導電体として作用するようにドーピングされたポリシリコンから形成されることもあるが、ソース電極１０６及びドレイン電極１０８は、代表的には金属から形成されている。バックゲート１０２を形成する基板は、ＣＮＴ  ＦＥＴのための機能的ゲートを提供するいずれの物質から構成することができ、典型的にはシリコンから構成される。前記絶縁層１０４は、比較的高い誘電定数ｋを有する適切な物質から構成され、好ましくはＳｉＯ2から構成される。比較的高い誘電定数ｋ指数は、ＳｉＯ2の誘電定数指数である約４.０より大きいことを意味する。前記ナノチューブは、他の物質から構成してもよいが、望ましくは、炭素から構成される。
【００２６】
本発明による素子の前記ナノチューブ１１０は、１壁ＣＮＴ（ＳＷＣＮＴ：Single Wall  ＣＮＴ）または２壁ＣＮＴ（ＤＷＣＮＴ:Double Wall CNT）であることができ、あるいはナノチューブの束であってもよい。また、ナノワイヤも前記ナノチューブ１１０として使用できる。前記ナノチューブは、ショットキー障壁を形成するいかなる物質から構成してもよく、ショットキー障壁のエネルギーは、吸着された酸素分子のようなキャリヤトラッピング物質の存在を通じて変わりうる。キャリヤトラッピング物質は、チャンネル物質、すなわち、ナノチューブのバンドギャップ間に存在するＬＵＭＯ（最低空間分子軌道；Lowest Unoccupied Molecular Orbital）レベルを有することが望ましい。キャリヤトラッピング物質のＬＵＭＯ値がチャンネル物質のフェルミレベルの下側に位置した場合には、正孔がキャリヤとしてトラッピングされる。
【００２７】
従来のＣＮＴ ＦＥＴは、両極性素子である。典型的なシングルゲートＣＮＴ  ＦＥＴ素子が図示しているが、本発明は、ＣＮＴがソース電極とドレイン電極との間にわたっているＦＥＴだけでなく、マルチゲートまたは多壁ＦＥＴのようなＣＮＴを導電体として使用する全てのタイプのＦＥＴに使用可能である。ＣＮＴは、シリコンの単結晶の代りに、チャンネルとして作用する。本発明による素子において、ＣＮＴは、素子内に埋め込んでもよい。
【００２８】
接合は、典型的にはＣＮＴと金属電極との間に存在せず、その代りに、ＣＮＴとソース電極及びドレイン電極との境界面に設けられている。ゲートは、ＣＮＴの上側または下側に設けることができる。
図２を参照すれば、本発明によるナノチューブ電界効果トランジスタは、一般的に、図１に示した従来の素子に相当する。図２のナノチューブ電界効果トランジスタは、素子のゲートを形成するｐドーピングシリコン基板１０２を備える。シリコン基板１０２は、素子のバックゲートとして作用するように高濃度でドーピングできる。二酸化ケイ素ＳｉＯ2の絶縁層１０４は、ドーピングされた基板１０２上に設けられ、ソース電極１０６が絶縁層１０４上に設けられる。ドレイン電極１０８が絶縁層１０４上に設けられる。ソース電極１０６及びドレイン電極１０８は、チタン、モリブデンまたは金のような金属、またはこれら元素の合金から構成されることが望ましい。電極１０６，１０８は、導電体として作用するようにドーピングされたポリシリコンから構成されてもよい。ＣＮＴ １１０は、ソース電極１０６とドレイン電極１０８との間でソース電極１０６及びドレイン電極１０８と電気的に接触されるように延びている。
【００２９】
本発明によるＣＮＴ ＦＥＴは、ナノチューブにキャリヤトラッピング物質１１２が設けられている点で従来のＣＮＴと異なる。図２において、キャリヤトラッピング物質１１２は、酸素分子から構成される。酸素分子は、ＣＮＴ ＦＥＴの製造中にナノチューブ１１０に吸着される。酸素分子のようなキャリヤトラッピング物質の存在は、ドレイン電極から電子注入を抑制し、これは、従来の両極性ＣＮＴ ＦＥＴ素子から単極性ＣＮＴＦＥＴ素子に変える。
【００３０】
酸素分子のようなキャリヤトラッピング物質をＣＮＴ上に設けた場合（または絶縁層１０４上の近傍にまたはＣＮＴと隣接した付加層内にまたは付加層上に設けた場合）、キャリヤトラッピング物質の存在は、ＣＮＴエネルギーギャップのほぼ中間にＬＵＭＯレベルを提供する（図６Ａ〜図６Ｃを参照）。酸素分子のＬＵＭＯレベルが酸素原子のＯｐｐπ*軌道レベルによって提供される。したがって、酸素分子（または他のキャリヤトラッピング物質）は、ドレイン電極から電子をトラップさせる。電子のトラップ結果として、全体バンド（価電子バンドだけでなく、導電性バンドも）が金属（または電極）仕事関数に対して上方に移動する。結果として、電子注入のためのエネルギーバリヤが増加し、これは、ＣＮＴ ＦＥＴを両極性よりは単極性にする。
【００３１】
図３を参照すると、製造過程において、ＣＮＴは、酸素分子に曝露され、望ましくは、酸素分子がＣＮＴに吸着されるのに十分な酸素圧にＣＮＴが曝露される。酸素分子は、約２００℃まで安定的であり、これは、いくつかのの半導体製造工程で不安定的である。キャリヤトラッピング物質は、その物質のＬＵＭＯがチャンネル物質のバンドギャップ内であれば、すなわち、ＣＮＴのフェルミレベルとほぼ一致すれば、酸素以外の他の分子（高温に耐えられる）であってもよい。
【００３２】
図２（および図１）に示したように、ソースとドレインとの間のチャンネルは、シリコン単結晶の代りにＣＮＴが設けられている。ＣＮＴとソース及びドレイン電極がゲート上に設けられているが、本発明は、ソース及びドレイン電極がゲートの下側に設けられ、ＣＮＴが素子構造内に埋め込まれる構造にも適用可能である。このように、ＣＮＴ ＦＥＴの基板は、シリコン層であってもよく、ソース及びドレイン電極上に離隔されたゲートが配置されるか、または公知のＣＮＴ ＦＥＴのマルチゲートが配置できる。
【００３３】
ソース及びドレイン電極は、導電体として作用するように十分にドーピングされたポリシリコンから構成できるが、典型的には金属から構成される。ゲート１０２を形成する基板は、ＣＮＴ ＦＥＴにゲートを提供するいかなる物質からも構成できるが、典型的にはシリコンから構成される。このように、ゲート１０２上の絶縁層１０４は、適切な絶縁性物質、望ましくは、酸化物から構成できるが、二酸化ケイ素から構成するのが好ましい。同じ方式で、ナノチューブは、他の物質で構成してもよいが、炭素から構成するのが好ましい。
【００３４】
図３を参照すれば、酸素分子がＣＮＴの表面から３３ｎｍ（３.３Å）ほど離隔されるように吸着されている。このとき、酸素分子のナノチューブ壁に対する結合エネルギーは、０.１ｅＶであって、酸素分子とナノチューブとの間には、結合力が弱い吸着状態を示す。各酸素原子がナノチューブの隣接した炭素原子に支持されている。以下で詳細に説明するが、酸素原子は、ナノチューブでのキャリヤトラッピングを容易にする。実施形態において酸素分子のようなキャリヤトラッピング物質がＣＮＴに吸着されているが、キャリヤトラッピング物質は、絶縁層１０４に吸着されてもよい。酸素分子は、ＣＮＴの内部だけでなく、ＣＮＴの表面上にも吸着されうる。また、酸素分子のようなキャリヤトラッピング物質は、ＣＮＴに近接したＳｉＯ2のような絶縁層１０４上に吸着されて、結果的に、素子を単極性にすることができる。図４を参照すれば、キャリヤトラッピング物質が素子上にスピンコーティングされて付加層１０５を形成でき、または半導体素子の製造工程として適切な方法で蒸着されてもよい。
【００３５】
キャリヤトラッピング物質は、付加層１０５の物質として設けられることもある。または、次の製造工程で層を形成した後にに吸着されることもある。付加層１０５は、酸素分子のようなキャリヤトラッピング物質を吸着または含むことができる何れか適切な物質から構成される。付加層１０５は、素子の保護層、特に、比較的低温製造工程中に形成された層であることができる。
【００３６】
キャリヤトラッピング物質がナノチューブ１１０よりは絶縁層１０４または付加層１０５に含有または吸着される例示的な実施形態において、ＣＮＴとキャリヤトラッピング物質を有する物質との間のギャップは、１ｎｍ以下（すなわち、電子移動の量子長さ以下）であることができる。
【００３７】
図４を再び参照すれば、付加層１０５は、ＣＮＴ１１０の上側にまたは下側に、または上下側に（すなわち、ナノチューブに近接して）ＣＮＴ  ＦＥＴ製造工程中に設けることができる。付加層１０５は、ソース電極１０６とドレイン電極１０８との間にＣＮＴが提供される前または提供された後に設けることができる。
【００３８】
図５Ａを参照すれば、従来のＣＮＴ ＦＥＴ（すなわち、酸素分子のようなキャリヤトラッピング物質の使用がない）でゼロゲート電圧でのエネルギーｋグラフ（すなわち、ウェーブベクトル）が示されている。下曲線は、従来のＣＮＴ ＦＥＴでのＣＮＴチャンネルのＨＯＭＯ（最高被占有分子軌道レベル：Highest Occupied Molecular Orbital Level）を表し、上曲線は、ＬＵＭＯレベルを表す。
【００３９】
図５Ｂにおいて、酸素分子のようなキャリヤトラッピング物質がＣＮＴに吸着された本発明の実施形態によるＣＮＴ ＦＥＴで、ゼロゲート電圧でのエネルギーｋグラフ（すなわち、ウェーブベクトル）が示されている。
【００４０】
図５Ｃにおいて、ゲート電圧が高まるとき、電子を受容するキャリヤトラッピング物質の存在は、ＬＵＭＯを表す曲線を上昇させるだけでなく、ＨＯＭＯを表す曲線も上昇させる。電子がキャリヤトラッピング物質にトラッピングされてトラップエネルギーレベルがフェルミレベルより高くなる。
【００４１】
図６は、ＣＮＴの長手方向位置に応じた種々のゲート電圧での電子注入のエネルギーを示す。前述したように、ＣＭＯＳ素子及びＣＮＴ ＦＥＴを含むロジックゲートは、一般的に、ｎまたはｐトランジスタ素子（すなわち、単極性特性の素子）を必要とし、なおかつ同じゲートバイアスで作動する。しかし、従来のＣＮＴ ＦＥＴは、ソースまたはドレインの障壁を低めることによって、キャリヤを注入する結果、両極性特性を示す。図６において、ゲートの種々のバイアス条件でのバンドエネルギーが現れている。種々の電圧における正孔注入のエネルギーは、ＣＮＴの長手方向位置関数としての電圧でプロットされている。正孔注入エネルギーは、電子−電圧（ｅＶ）で提供され、位置は、ｎｍで表した。
【００４２】
図７を参照すれば、ＣＮＴのフェルミレベル２２０は、ＣＮＴのＬＵＭＯレベル２１２とＣＮＴのＨＵＭＯレベル２１４との間に一点鎖線で示されている。酸素分子のＬＵＭＯレベル２１６がＣＮＴのＬＵＭＯレベル２１２とＣＮＴのＨＯＭＯレベル２１４とのほぼ中間に位置する。
【００４３】
本発明の実施形態による製造方法において、ナノチューブ電界効果トランジスタは、ナノチューブに酸素分子のようなキャリヤトラッピング物質を設けることによって、両極性素子から単極性素子に転換される。キャリヤトラッピング物質は、ナノチューブに容易に吸着されるようにナノチューブを適切な圧力及び温度条件にすることが望ましい。
【００４４】
ナノチューブ電界効果トランジスタの製造工程中に、キャリヤトラッピング物質は、素子の絶縁層（ＳｉＯ2層のような）に設けられることもある。選択的に（または付加して）、他の層が素子の製造工程中にＣＮＴの上側または下側にスピンコーティングされるか、または蒸着される。キャリヤトラッピング物質が製造工程中に付加層に設けられない場合には、素子を製造工程中に再びキャリヤトラッピング物質（酸素分子のような）に曝露してキャリヤトラッピング物質を付加層に吸着させてもよい。キャリヤトラッピング物質を含む前記絶縁層または付加層は、ＣＮＴと接触するか、または近接して位置して、ＣＮＴとキャリヤトラッピング物質を含む物質との間のギャップを１ｎｍ以下（または電子移動の量子長さ以下）にすることが望ましい。
【００４５】
以上、多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって決定されず、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、ＣＮＴ ＦＥＴに関連した技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来のナノチューブ電界効果トランジスタの側面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるナノチューブ電界効果トランジスタの側面図である。
【図３】ナノチューブに酸素分子が吸着されたことを示す写真である。
【図４】本発明の他の実施形態によるナノチューブ電界効果トランジスタの側面図である。
【図５Ａ】従来のＣＮＴ ＦＥＴのエネルギーバンドギャップを示すグラフである。
【図５Ｂ】ゲート電圧が‘０'（ゼロ）である状態での本発明によるＣＮＴ ＦＥＴのエネルギーバンドギャップを示すグラフである。
【図５Ｃ】ゲート電圧が’０’より大きい状態での本発明によるＣＮＴ ＦＥＴのエネルギーバンドギャップを示すグラフである。
【図６】本発明によるＣＮＴ ＦＥＴで、ＣＮＴの長手方向位置によってソース電極と隣接した電子及び正孔のエネルギーを示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態によるＣＮＴ ＦＥＴのＬＵＭＯ及びＨＯＭＯのグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１０２    バックゲート
１０４    絶縁層
１０６    ソース
１０８    ドレイン
１１２    キャリヤトラッピング物質
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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