JPS62261175A - 電堺素子の構造 - Google Patents
電堺素子の構造Info
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- JPS62261175A JPS62261175A JP61105741A JP10574186A JPS62261175A JP S62261175 A JPS62261175 A JP S62261175A JP 61105741 A JP61105741 A JP 61105741A JP 10574186 A JP10574186 A JP 10574186A JP S62261175 A JPS62261175 A JP S62261175A
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- Japan
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- electric field
- insulating layer
- aromatic
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
- H10D64/66—Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes
- H10D64/68—Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes characterised by the insulator, e.g. by the gate insulator
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はFET、可変容量素子、ホール素子等の電界素
子の構造部材の改曳に関する。
子の構造部材の改曳に関する。
従来の技術
従来の電界素子、例えばMOS FETに関する技術と
して、例えば特公昭38−11563号公報や特公昭5
9−10579号公報に開示されたものである。従来の
MOS FETの構造は例えば第2図に示すごときもの
であった。第20図について構成を説明すれば、先ず1
はP形基板からなる半導体部材2a、2bは前記半導体
部材1に拡散やイオン注入によって形成されたn影領域
、3aないし6cは酸化珪素(s10□)力)らなるe
縁周であり3bを特にゲート絶縁層と称する。
して、例えば特公昭38−11563号公報や特公昭5
9−10579号公報に開示されたものである。従来の
MOS FETの構造は例えば第2図に示すごときもの
であった。第20図について構成を説明すれば、先ず1
はP形基板からなる半導体部材2a、2bは前記半導体
部材1に拡散やイオン注入によって形成されたn影領域
、3aないし6cは酸化珪素(s10□)力)らなるe
縁周であり3bを特にゲート絶縁層と称する。
又、4aないし4Cは、アルミニウム(Az)や金(A
u)などの金属を蒸着して形成した電極、5aないし5
Cは端子である。そして端子5bを介して電極4bに電
圧を印加すれば、半導体部材1に対し電界が印加され、
電界強度に応じて半導体部材1内のキャリアの流れを制
御するものであった。
u)などの金属を蒸着して形成した電極、5aないし5
Cは端子である。そして端子5bを介して電極4bに電
圧を印加すれば、半導体部材1に対し電界が印加され、
電界強度に応じて半導体部材1内のキャリアの流れを制
御するものであった。
ここで、前記電極4aをドレイン電極、4bを電界印加
極子としてのゲート電極、4Cをソース電極と称する。
極子としてのゲート電極、4Cをソース電極と称する。
発明が解決しようとする問題点
上述のMOS FEiTは従来の電界素子の1つとして
例示したものであるが、従来のゲート絶縁層3bは絶縁
耐圧E(V/e”)が低く、次に列挙する欠点を有して
いた。因みに、従来の酸化珪素(si02)等の絶縁端
圧Eは約10 ’ (V/cm)であった。
例示したものであるが、従来のゲート絶縁層3bは絶縁
耐圧E(V/e”)が低く、次に列挙する欠点を有して
いた。因みに、従来の酸化珪素(si02)等の絶縁端
圧Eは約10 ’ (V/cm)であった。
(a) ゲート絶縁層3bの絶縁破壊を防止するため
には駆動電圧を下げること等が困難であった。
には駆動電圧を下げること等が困難であった。
例えば、ドレイン電極4aに流れるドレイン電流ID(
A)は周知の次式によって示される。
A)は周知の次式によって示される。
飽和領域
、D、goxe7*w v()−ytH)” (A〕
・−−−−・式(2)%式% ここに於いて、 εox(F、/m) :ゲート絶縁膜3bの誘電率p(
cr/l/v−BeC) :キャリア移動度W(−)j
チャンネル幅(第3図参照)L(3):チャンネル長(
第3図参照)Tax [α]:ゲート絶縁層3bの厚さ
■GCv〕:ゲート電極4bとソース電極4cとの間の
電圧(以下「ゲート電圧」と言 う。) VTH(V) : L、きい値電圧 vDCv〕: ドレイン電極4aとソース電極4Cとの
間の電圧(以下「ドレイン電圧」と言う。) である。
・−−−−・式(2)%式% ここに於いて、 εox(F、/m) :ゲート絶縁膜3bの誘電率p(
cr/l/v−BeC) :キャリア移動度W(−)j
チャンネル幅(第3図参照)L(3):チャンネル長(
第3図参照)Tax [α]:ゲート絶縁層3bの厚さ
■GCv〕:ゲート電極4bとソース電極4cとの間の
電圧(以下「ゲート電圧」と言 う。) VTH(V) : L、きい値電圧 vDCv〕: ドレイン電極4aとソース電極4Cとの
間の電圧(以下「ドレイン電圧」と言う。) である。
すなわち、前記ゲート絶縁層3bの厚さTox(m)は
絶縁破壊の防止のために薄くすることはできない。
絶縁破壊の防止のために薄くすることはできない。
酸化珪素(sto、) ノ場合、一般的にTox中io
−’(m)−1ooo(X)の厚さを必要としている。
−’(m)−1ooo(X)の厚さを必要としている。
したがって、所望のドレイン電流よりCA〕を得るには
前記式fl)、 (2)に示される関係から、駆動電圧
すなわちゲート電圧Vo(v〕やドレイン電圧VD(V
)を下げることは困難であった。
前記式fl)、 (2)に示される関係から、駆動電圧
すなわちゲート電圧Vo(v〕やドレイン電圧VD(V
)を下げることは困難であった。
(b) 又、ゲート絶縁層3bの絶縁破壊を防止する
ためには、FETのスイッチング速度を速くすることが
困難であった。
ためには、FETのスイッチング速度を速くすることが
困難であった。
醪
FlnTのスイッチング速fliFETの有する相互コ
ンダクタンス0m日〔じ〕に反比例していることは自明
である。すなわち、相互コンダクタンスGma(’tJ
)が小さくなるとスイッチング速度は遅くなる。又、周
知の次式(3)によって示される関係から、相互コンダ
クタンスa m s ’(U)はゲート絶縁層3bの厚
さに反比例していることが分る。
ンダクタンス0m日〔じ〕に反比例していることは自明
である。すなわち、相互コンダクタンスGma(’tJ
)が小さくなるとスイッチング速度は遅くなる。又、周
知の次式(3)によって示される関係から、相互コンダ
クタンスa m s ’(U)はゲート絶縁層3bの厚
さに反比例していることが分る。
、m、 、5μL1. (ya−vru ) (U)
−−””・式(3)したがって、スイッチング速度はゲ
ート絶縁層5bの厚さを薄くすればするほど高速になる
はずであるが、前述のごとく絶縁破壊を防止するために
ゲート絶縁膜3bを薄くすることはできない。
−−””・式(3)したがって、スイッチング速度はゲ
ート絶縁層5bの厚さを薄くすればするほど高速になる
はずであるが、前述のごとく絶縁破壊を防止するために
ゲート絶縁膜3bを薄くすることはできない。
問題点を解決するための手段
本発明は、上記諸問題を解消するもので、次に述べる技
術を提供するものである。すなわち本発明は半導体の表
面に絶縁層を介して電界印加極子を配設した電界素子に
おいて、前記絶縁層は単分子配列構造の芳香族薄膜で構
成された電界素子の構造を提供するものである。
術を提供するものである。すなわち本発明は半導体の表
面に絶縁層を介して電界印加極子を配設した電界素子に
おいて、前記絶縁層は単分子配列構造の芳香族薄膜で構
成された電界素子の構造を提供するものである。
又、本発明は前記芳香族薄膜が、各分子の疎水性端部が
一方の面をなし、親水性端部が他方の面をなす配列構造
を形成した1分子鎖分の厚みを有する薄膜の少くとも一
層からなる電界素子の構造を提供し、又本発明は前記芳
香族薄膜がラングミュア−プロジェット法(LB法)に
よりポリアミド酸をイミド化することによって形成され
たポリイミド薄膜からなる電界素子の構造を提供するも
のである。
一方の面をなし、親水性端部が他方の面をなす配列構造
を形成した1分子鎖分の厚みを有する薄膜の少くとも一
層からなる電界素子の構造を提供し、又本発明は前記芳
香族薄膜がラングミュア−プロジェット法(LB法)に
よりポリアミド酸をイミド化することによって形成され
たポリイミド薄膜からなる電界素子の構造を提供するも
のである。
作 用
上記した手段による本発明の詳細な説明する。
本発明の電界素子の構造は、前記したごとく例えば、L
B法により形成された配列構造のポリイミド薄膜等の芳
香族薄膜を半導体の表面と電界印加極子との間に介設し
たものであるが、前記芳香族薄膜は配列構造をなした、
1分子鎖分の厚みを有する薄膜であるため、凹凸のない
極めて均一な面を構成し、且つ極めて薄い絶縁層を形成
する。
B法により形成された配列構造のポリイミド薄膜等の芳
香族薄膜を半導体の表面と電界印加極子との間に介設し
たものであるが、前記芳香族薄膜は配列構造をなした、
1分子鎖分の厚みを有する薄膜であるため、凹凸のない
極めて均一な面を構成し、且つ極めて薄い絶縁層を形成
する。
又、前記芳香族薄膜がポリイミド薄膜である場合、ポリ
イミド樹脂としての基本的な性質を受は継いでおり、そ
のため耐熱性及び機械的強度に優れ、かつ化学的に安定
しているが、均一な超薄膜構造を形成する故に下記に説
明するごとく耐電圧性にも優れている。
イミド樹脂としての基本的な性質を受は継いでおり、そ
のため耐熱性及び機械的強度に優れ、かつ化学的に安定
しているが、均一な超薄膜構造を形成する故に下記に説
明するごとく耐電圧性にも優れている。
尚、前記ポリイミド薄膜について実験を試みた結果、次
のことが確認されている。
のことが確認されている。
すなわち、試料片としてスライドガラス上にアルミニウ
ム電極を蒸着し、その上にLB法によって形成されたポ
リイミド薄膜を付着し、更にその上にアルミニウム電極
を蒸着したものを作成した。
ム電極を蒸着し、その上にLB法によって形成されたポ
リイミド薄膜を付着し、更にその上にアルミニウム電極
を蒸着したものを作成した。
このようにして漁備された試料片の各アルミニウム電極
に外部配線を接続し、印加電圧を徐々に上昇し絶縁耐圧
Eを測定したきこる約10’(V/ca)というデータ
が得られた。この値は、従来の絶縁材料が最大約10’
(V/α)程度であったことに比較し、格別の効果が発
揮できた。
に外部配線を接続し、印加電圧を徐々に上昇し絶縁耐圧
Eを測定したきこる約10’(V/ca)というデータ
が得られた。この値は、従来の絶縁材料が最大約10’
(V/α)程度であったことに比較し、格別の効果が発
揮できた。
この格別の絶縁耐圧が得られた原因として、ポリイミド
薄膜の厚さ及び均一性に起因するものと考えられる。
薄膜の厚さ及び均一性に起因するものと考えられる。
すなわち、ポリイミド薄膜の単分子膜の厚さは測定の結
果、約4〔41前後であることが確認されており、又そ
の厚さはポリイミドの芳香環の構造に関係しており凹凸
のない極めて均一な表面を有した超薄膜が形成されてい
る。又、ポリイミド薄膜を構成する各分子が配列構造を
形成しているため、隣同志で強力に結合しあっており強
度が強いうえ分子の欠陥が発生し難く、したがってピン
ホ、−ルも存在し難いことが確認されている。
果、約4〔41前後であることが確認されており、又そ
の厚さはポリイミドの芳香環の構造に関係しており凹凸
のない極めて均一な表面を有した超薄膜が形成されてい
る。又、ポリイミド薄膜を構成する各分子が配列構造を
形成しているため、隣同志で強力に結合しあっており強
度が強いうえ分子の欠陥が発生し難く、したがってピン
ホ、−ルも存在し難いことが確認されている。
又、一般的に絶縁破壊は前記したごとくアバランシェ効
果すなわち強電界を受けたキャリアが玉突き現象をおこ
し、雪なだれのごとく次々とキャリアの流れを増加して
ゆき大きな電流の流れに生長して絶縁破壊を起こすこと
がいわれている。
果すなわち強電界を受けたキャリアが玉突き現象をおこ
し、雪なだれのごとく次々とキャリアの流れを増加して
ゆき大きな電流の流れに生長して絶縁破壊を起こすこと
がいわれている。
しかし、本発明における前記ポリイミド薄膜の厚さは約
4〔41前後であることが確認されており、この厚さに
おいてはトンネル効果等によるごくわずかのキャリアの
移動があっても電子なだれを起すに至らないものと考え
られる。
4〔41前後であることが確認されており、この厚さに
おいてはトンネル効果等によるごくわずかのキャリアの
移動があっても電子なだれを起すに至らないものと考え
られる。
すなわち、前記した絶縁耐圧Eが約10’(v々)とい
う格別な値が得られたのは、ポリイミド薄膜が均一性を
有しているためピンホールがなく且つ強力であり、更に
薄膜の厚さが極めて薄くできることによりなし得たもの
と考えられる。
う格別な値が得られたのは、ポリイミド薄膜が均一性を
有しているためピンホールがなく且つ強力であり、更に
薄膜の厚さが極めて薄くできることによりなし得たもの
と考えられる。
以下、本発明による実施例を添付図面を用いて詳述する
。
。
実 施 例
第1図は、本発明の好適な実施例を示す斜視図である。
ここで、第1図において前記第2図の従来技術を示す図
面中の番号と同一のものは同一の構成を示し説明を省略
する。
面中の番号と同一のものは同一の構成を示し説明を省略
する。
そして、第1図には第2図に示す従来技術のゲート絶縁
層に替わる芳香族薄膜としてのポリイミド薄膜6が示さ
れている。
層に替わる芳香族薄膜としてのポリイミド薄膜6が示さ
れている。
詳述すれば、該ポリイミド薄膜6はLB法によって形成
されたものであり、以下その形成工程を詳述する。
されたものであり、以下その形成工程を詳述する。
先ず、第1段階としてn影領域2a、2b、絶縁層”a
5c、 ドレイン電極4a及びソース電極4cを形成
した半導体部材1を予め用意する。
5c、 ドレイン電極4a及びソース電極4cを形成
した半導体部材1を予め用意する。
詳しくは、該半導体部材1はダイシング加工前の図示し
ないウェハーの状態で用意したものである。
ないウェハーの状態で用意したものである。
次に、第2段階で合成されたポリアミド酸を、第3段階
によって比率が各々同率であるDMA(!−ベンゼンに
より希釈した溶液と同溶媒による同濃度のジメチルヘキ
サデシルアミンの溶液を1:2に混合しポリアミド酸長
鎖誘導体膜を作る。
によって比率が各々同率であるDMA(!−ベンゼンに
より希釈した溶液と同溶媒による同濃度のジメチルヘキ
サデシルアミンの溶液を1:2に混合しポリアミド酸長
鎖誘導体膜を作る。
次に、第4段階としてウェハー状の半導体部材1の長さ
方向を下にしてポリアミド酸長鎖誘導体膜の浮遊する前
記溶液中に浸漬し取り出す。
方向を下にしてポリアミド酸長鎖誘導体膜の浮遊する前
記溶液中に浸漬し取り出す。
付言すれば、半導体部材1には最初の浸漬によってポリ
アミド酸長鎖誘導体膜の1層目が被着され、最初の取り
出しによって2層月が被着され、以下この浸漬と取り出
しを繰り返すことによって所望の厚さの絶縁層が形成で
きる。
アミド酸長鎖誘導体膜の1層目が被着され、最初の取り
出しによって2層月が被着され、以下この浸漬と取り出
しを繰り返すことによって所望の厚さの絶縁層が形成で
きる。
その後第5段階として無水酢酸−ピリジン−ベンゼンを
各々1 :1 :3の比率で混合した溶媒に前記ポリア
ミド酸長鎖誘導体膜の被着されたウェハー状の半導体部
材1を約12時間浸漬してポリイミド薄膜6を半導体部
材1の表面に形成する。
各々1 :1 :3の比率で混合した溶媒に前記ポリア
ミド酸長鎖誘導体膜の被着されたウェハー状の半導体部
材1を約12時間浸漬してポリイミド薄膜6を半導体部
材1の表面に形成する。
付言すれば、前記液面上に浮遊するポリアミド酸長鎖誘
導体膜の上面は疎水性を示し、液に面した下面は親水性
を示す関係に位置し各分子の向きが同一方向に規則的に
整列した配列構造を形成しており、ポリイミド薄膜6か
らなる単分子膜も規則的な配列構造をなしており、ポリ
イミド薄膜6の芳香環の構造により決定される一様な厚
さの単分子膜となって半導体部材1の表面に被着される
ことになる。
導体膜の上面は疎水性を示し、液に面した下面は親水性
を示す関係に位置し各分子の向きが同一方向に規則的に
整列した配列構造を形成しており、ポリイミド薄膜6か
らなる単分子膜も規則的な配列構造をなしており、ポリ
イミド薄膜6の芳香環の構造により決定される一様な厚
さの単分子膜となって半導体部材1の表面に被着される
ことになる。
次に第6段階としてフォトエツチングにより少くともゲ
ート電極4bの形成される部分を残して除去し、その後
ゲート電極4bをポリイミド薄膜6上に蒸着し、後工程
を完了後ダイシング加工によって個々の半導体部材1に
分離する。
ート電極4bの形成される部分を残して除去し、その後
ゲート電極4bをポリイミド薄膜6上に蒸着し、後工程
を完了後ダイシング加工によって個々の半導体部材1に
分離する。
このようにして形成されたFETは、従来のMOSFE
Tに比べてゲート絶縁層の絶縁耐圧B(V/ff1)が
約100倍高く、したがってゲート絶縁層の厚さは約1
/100倍に薄くできる。つまり、前のドレイン電流I
D(A)と同じ値のドレイン電流ID(A)を、当該実
施例では低い駆動電圧によって得ることができ、又前記
式(3)の関係から上述の実施例では相互コンダクタン
スG m s (TI )が大きくなりスイッチング速
度は速くなる。
Tに比べてゲート絶縁層の絶縁耐圧B(V/ff1)が
約100倍高く、したがってゲート絶縁層の厚さは約1
/100倍に薄くできる。つまり、前のドレイン電流I
D(A)と同じ値のドレイン電流ID(A)を、当該実
施例では低い駆動電圧によって得ることができ、又前記
式(3)の関係から上述の実施例では相互コンダクタン
スG m s (TI )が大きくなりスイッチング速
度は速くなる。
尚、上記実施例において電界素子としてFETを例示し
、芳香族薄膜としてポリイミド薄膜を例示して説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく各種
実施態様を包含するものである。
、芳香族薄膜としてポリイミド薄膜を例示して説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく各種
実施態様を包含するものである。
例えば、本発明はLSI等の各種電界素子に利用できる
ものであり、又、芳香族薄膜はポリイミド薄膜に類似す
る物性的特性を有したものであればよい。
ものであり、又、芳香族薄膜はポリイミド薄膜に類似す
る物性的特性を有したものであればよい。
発明の効果
以上、詳細に説明したように本発明は半導体の表面に絶
縁層を介して電界印加極子を配設した電界素子において
、前記絶縁層を例えばLB法によって形成されたポリイ
ミド薄膜等の単分子配列構造の芳香族薄膜で構成するこ
とに特徴がある。その為、次に列挙する効果を奏する。
縁層を介して電界印加極子を配設した電界素子において
、前記絶縁層を例えばLB法によって形成されたポリイ
ミド薄膜等の単分子配列構造の芳香族薄膜で構成するこ
とに特徴がある。その為、次に列挙する効果を奏する。
すなわち、絶縁耐圧K (’l//rs+ 1が、従来
技術の約100倍であるため、従来技術と同程度の耐電
圧値を得るためには絶縁層の厚さは約1/100倍に薄
くでき、電界印加極子から半導体に加えられる電界の大
きさは大幅に増大し、PET等の電界素子の駆動電圧を
下げることができ、又、相互コンダクタンス() m
8 (U)を大きくでき、したがって電界素子のスイッ
チング速度を高速にできるという優れた効果がある。
技術の約100倍であるため、従来技術と同程度の耐電
圧値を得るためには絶縁層の厚さは約1/100倍に薄
くでき、電界印加極子から半導体に加えられる電界の大
きさは大幅に増大し、PET等の電界素子の駆動電圧を
下げることができ、又、相互コンダクタンス() m
8 (U)を大きくでき、したがって電界素子のスイッ
チング速度を高速にできるという優れた効果がある。
第1図は、本発明の好適な実施例を示す斜視図である。
M2図は、従来の技術を示す斜視図である。
1・・・・・半導体部材、3b・・・・・・ゲート絶縁
層、 4a・・・・・・ドレイン電極、4b・・・・
・・ゲート電極、4c・・・・・・ソース電極、6・・
・・・芳香族薄膜としてのポリイミド薄膜。 以上
層、 4a・・・・・・ドレイン電極、4b・・・・
・・ゲート電極、4c・・・・・・ソース電極、6・・
・・・芳香族薄膜としてのポリイミド薄膜。 以上
Claims (3)
- (1)半導体の表面に絶縁層を介して電界印加極子を配
設した電界素子において、前記絶縁層は単分子配列構造
の芳香族薄膜で構成されたことを特徴とする電界素子の
構造。 - (2)前記芳香族薄膜は、各分子の疎水性端部が一方の
面をなし、親水性端部が他方の面をなす配列構造を形成
した1分子鎖分の厚みを有する薄膜の少くとも一層から
なることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電界
素子の構造 - (3)前記芳香族薄膜は、ラングミュア・プロジェット
法によりポリアミド酸をイミド化することによつて形成
されたポリイミド薄膜からなることを特徴とする特許請
求の範囲第1項又は第2項記載の電界素子の構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61105741A JPS62261175A (ja) | 1986-05-08 | 1986-05-08 | 電堺素子の構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61105741A JPS62261175A (ja) | 1986-05-08 | 1986-05-08 | 電堺素子の構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62261175A true JPS62261175A (ja) | 1987-11-13 |
Family
ID=14415691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61105741A Pending JPS62261175A (ja) | 1986-05-08 | 1986-05-08 | 電堺素子の構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62261175A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010516012A (ja) * | 2007-01-05 | 2010-05-13 | シリコン・コア・テクノロジー・インコーポレーテッド | 高性能のdvdライト電流回路 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62183881A (ja) * | 1986-02-07 | 1987-08-12 | Res Dev Corp Of Japan | 複素芳香族高分子超薄膜の製造方法 |
| JPS62241371A (ja) * | 1986-04-11 | 1987-10-22 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 2−6族化合物半導体デバイス |
-
1986
- 1986-05-08 JP JP61105741A patent/JPS62261175A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010516012A (ja) * | 2007-01-05 | 2010-05-13 | シリコン・コア・テクノロジー・インコーポレーテッド | 高性能のdvdライト電流回路 |
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