[发明专利]半导体元件、其制造方法、无线通信装置及传感器

说明书

半导体元件，其是含有基板、第一电极、第二电极及半导体层、并且上述半导体层配置于上述第一电极与上述第二电极之间而成的半导体元件，其中，上述半导体层含有选自碳纳米管及石墨烯中的一种以上，上述半导体元件的沟道长度LC及沟道宽度WC的关系为0.01≤WC/LC≤0.8。提供开关特性优异的半导体元件、及用作传感器时具有高的检测灵敏度的半导体元件。

技术领域

本发明涉及半导体元件、其制造方法、以及使用半导体元件的无线通信装置及传感器。

背景技术

晶体管、存储器、电容器等半导体元件利用其半导体特性，被用于显示器、计算机等各种电子设备中。例如，利用了场效应晶体管(以下记为FET)的电特性的IC标签、传感器的开发正得以推进。

关于IC标签，近年来，作为非接触型的标签，使用RFID(Radio FrequencyIdentification(射频识别))技术的无线通信系统的开发正得以推进。RFID系统中，在被称为读写器的无线收发装置与RFID标签之间进行无线通信。RFID标签被期待用于物流管理、商品管理、防盗等各种用途中，已开始在交通卡等IC卡、商品标签等一部分用途中引入RFID标签。RFID标签具有IC芯片和天线。设置于RFID标签内的天线接收从读写器发出的载波，使得IC芯片内的驱动电路进行工作。

另外，作为传感器，从不需要利用荧光体等进行标记、电信号的转换快、与集成电路的连接容易这样的观点考虑，对FET型生物传感器(其使用FET来检测生物学反应)的研究正在活跃进行。以往，作为使用了FET的生物传感器，具有从金属-氧化物-半导体(MOS)型FET中除去栅电极、在绝缘膜上被覆离子感应膜而成的结构的、被称为离子感应型FET传感器的传感器是已知的。而且，通过在离子感应膜中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发挥功能。

作为用于这些用途的半导体元件，硅等无机半导体是主流。但是，存在以下课题：由于无机半导体元件的制造工艺中需要昂贵的制造装置，并且在真空、高温下进行，因此难以降低成本。因此，使用涂布·印刷技术的、灵活(flexible)且廉价的半导体元件的制造工艺正在被研究。作为适合于涂布·印刷技术的半导体层的材料，代替以往的无机半导体，正积极地研究使用了具有高的机械特性·电特性的碳纳米管(CNT)的FET(例如，参见专利文献1～3及非专利文献1～2)。上述文献中，公开了将1根CNT及CNT网络作为半导体层的半导体元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2009/139339号

专利文献2：日本特开2012-163578号公报

专利文献3：国际公开第2015/012186号

非专利文献

非专利文献1：ANALYTICAL CHEMISTRY 2007VOL.79782-787

非专利文献2：ACS NANO 2010 VOL.4No.116914-6922

发明内容

发明要解决的课题

对于在IC标签、传感器中使用的半导体元件要求高的开关特性。所谓开关特性，是指半导体元件的导通电流与截止电流之差，在低的截止电流下得到高的导通电流的半导体元件为具有高的开关特性的半导体元件。如非专利文献1～2所记载的技术中，难以获得高的开关特性。

另外，进一步用作传感器时，如非专利文献1所记载的技术中，存在沟道中的电流小、无法实现充分的信号/噪声比这样的课题。另外，如专利文献2～3所记载的技术中，检测灵敏度存在极限。

鉴于上述课题，本发明的目的在于提供开关特性优异的半导体元件、及用作传感器时具有高的检测灵敏度的半导体元件。