NEC希望在5年内利用印刷法形成RFID标签
- 2010-06-28 13:06:41685
碳材料将成为21世纪电子领域的主角。超越Si-MOSFET的高速FET、能够使用卷对卷方式制造的廉价柔性器件、超高灵敏度传感器等开发成果的接踵而至令人不禁产生了这样的预感。使用碳材料实现上述魅力器件的尝试正在*地开展。无论在何种用途中，碳材料都能够发挥出其他材料所没有的特殊物性。
在各种碳材料中，碳纳米管（carbonnanotube）的应用范围广泛，而且开发事例众多（图1）。现有用途包括：（1）LSI用晶体管、（2）柔性器件、（3）LSI布线、（4）传感器（注1）。对于以上用途，碳纳米管都克服了*以来一直存在的技术课题，展现出了雄厚实力的端倪。
利用涂布法在柔性底板上形成FET
（2）柔性器件用途能够发挥碳纳米管在溶剂中呈墨水状的特点。因为此类器件的图案可以使用涂布法绘制。与柔性器件领域开发活跃的有机材料相比，碳纳米管具有两项优势。，载子迁移率高，在柔性底板上也能够形成高速晶体管。使用涂布法的有机材料难以实现高于100cm2/V·s的载子迁移率，而碳纳米管能够达到这一水平。第二，特性的时间变化容易控制。
NEC正在开展使用印刷技术在柔性底板上形成碳纳米管FET的研究（图4）。该公司于2009年2月使用“全印刷工艺”试制碳纳米管FET，并对其工作情况进行了验证（图5）。包括通道在内，器件的电极、绝缘膜等全部结构要素均使用涂布法在塑料底板上形成。全过程的工艺温度不到200℃。
当载子迁移率约为0.01cm2/V·s时，开关比能够达到103，通过控制通道部位的碳纳米管密度，“高载子迁移率有望同时得到实现”（NEC纳米电子研究所主任研究员二瓶史行）。
NEC希望在5年内使利用印刷法形成于柔性底板的碳纳米管FET达到实用水平。设想用途为RFID标签等。在今后，“（NEC）将对照Si芯片，对其低制造成本进行验证”（NEC纳米电子研究所研究部长万伸一）。
石墨烯与纳米管分庭抗礼
在晶体管通道材料中，石墨烯（graphene）的迅速崛起对碳纳米管形成了威胁。石墨材料具有可逐层分离的结构。石墨烯成为焦点的原因有二。，载子迁移率为20万cm2/V·s，高于碳纳米管。第二，结构为层状，易于作为通道材料使用。为了提高通态电流，碳纳米管需要方向一致并大量排列。而石墨烯无需如此困难的制造工艺。
石墨烯通道FET潜力的发现者是IBM。该公司于2008年12月开发出了截止频率高达26GHz、栅极长度为150nm的石墨烯FET。新数据显示，截止频率“已经提高到了50GHz”（该公司Avouris）。
石墨烯能够形成于Si底板
在此之前，石墨烯FET一直面临以下两个基本课题。如今，所有问题都看到了解决的希望。
个课题是半导体通道特性优化技术。石墨烯虽然在单层状态下具备金属特性，但理论分析显示，“该材料在双层化后会出现带隙，具备半导体特性”（东京工业大学大学院理工学研究系物性物理学专业教授安藤恒也）（图6）。如果把双层石墨烯加工成细线（纳米带）状，带隙还能进一步扩大。借助此类器件结构方面的改进，石墨烯FET有望实现较高的开关比。