JP2005526973A - 有機シリコンハイブリッド電界効果トランジスタ構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、i)ソース領域、ゲート領域およびドレイン領域を備え、少なくともゲート領域に水素末端IV族元素を有する表面をもつ、IV族元素系半導体基板を準備する工程;および、ii)末端水素反応性の近位の基およびスペーサ基を備える単分子層生成分子と、表面のIV族元素の末端水素とを、反応させて共有結合を生成させることにより、少なくともゲート領域を有機単分子層で被覆する工程を含む、有機シリコンハイブリッド電界効果トランジスタ構造体の製造方法、ならびに、前記の方法で得られる有機シリコンハイブリッド電界効果トランジスタ構造体に関する。

Description

本発明は、有機シリコンハイブリッド電界効果トランジスタ構造体の製造方法と、該方法により得られる該有機シリコンハイブリッド電界効果トランジスタ構造体とに関する。

以後、有機シリコンハイブリッド電界効果トランジスタ構造体はHOSFETと呼ばれる。該HOSFETはセンサである。

従来技術において、イオン感応性(ion sensitive)電界効果トランジスタ(ISFET)が知られている。ISFETは、ソース領域およびドレイン領域のためのn-ドープ領域と、さらにゲート領域のためのp-ドープ領域を有する半導体基板を備える。ソースおよびゲート領域がp-ドープされていてもよく、この場合ゲート領域は当然n-ドープされていることを記しておく。このゲート領域は二酸化ケイ素の絶縁層を備えている。この絶縁層は、感応性物質を任意に含み得るプラスチック層をそのトップ層としてもつ、ヒドロゲルを含むバッファにより被覆されている。

この積層構造体は10〜30μmの範囲の厚さをもつ。二酸化ケイ素の絶縁層は、水の浸透、加水分解および金属イオンの汚染に対して影響を受けやすく、またこれらにより悪影響を受ける。

Buriakの論文(Chem.Commun.、1999、1051-1060)は、平坦で多孔性のシリコン表面に有機単分子層を形成することを開示する。形成された単分子層は、FTIRスペクトルに2926cm-1のピークが存在することから、液体(非固体)状態にある。有機単分子層で機能化されたこれらの多孔性シリコン表面は、トランジスタ、例えばMOSFETに使える可能性があると考えられ、この場合、単分子層は金属層で被覆される。このトランジスタ構造では、単分子層は、多孔性シリコン表面と金属層との間の絶縁層として機能する。

本発明は、ISFETセンサを検討すると、二酸化ケイ素絶縁層およびバッファ層を共有結合した有機単分子層だけで置き換えることによりセンサが改善されるという洞察に基づいている。このHOSFETで測定されようとする媒体は、有機単分子層絶縁体と直接接触する。測定される媒体の性質は、単分子層の遠位の(distal)反応基に依存する。
Buriakの論文(Chem.Commun.、1999、1051-1060) A.B.Sieval、A.L.Demirel、J.W.M.Nissink、M.R.Linford、J.H.van der Maas、W.H.de Jeu、H.Zuilhof、およびE.J.R.Sudholter、Highly stable Si-C linked functionalized monolayers on silicon(100)surface(シリコン(100)表面の非常に安定なSi-C結合機能性単分子層)、Langmuir 14、1759-1768(1998) A.B.Sieval、R.Opitz、H.P.A.Maas、M.G.Schoeman、G.Meijer、F.J.Vergeldt、H.Zuilhof、およびE.J.R.Sudholter、Monolayers of 1-alkynes on H-terminated Si(100)surface(H-末端Si(100)表面の1-アルキン単分子層)、Langmuir、16、10359-10368(2000) 米国特許第5238548号 Comprehensive Chemical Kinetics(化学速度総論)の13巻(American Elsevier Publ.Com.、New York、1972)中のTaylorによる記述、頁186-194 A.B.Sieval、V.Vleeming、H.Zuilhof、およびE.J.R.Sudholter、An improved method for the preparation of organic monolayers of 1-alkenes on hydrogen terminated silicon surfaces(水素末端シリコン表面に1-アルケン有機単分子層を生成させる改善された方法)、Langmuir 15、8288-8291(1999) A.van den Berg、P.Bergveld、D.N.Reinhoudt、E.J.R.Sudholter、Sensors and Actuators 8、129-149(1985) H.M.Barentsen、M.van Dijk、H.Zuilhof、およびE.J.R.Sudholter、Thermal and phote oinduced polymerization of thin diacetylene films.Part 1.Phthalimido substituted diacetylenes(ジアセチレン薄膜の熱および光誘起重合、Part 1.フタルイミド置換ジアセチレン)、Macromolecules 33、766-774(2000) P.Oggenfuss、W.E.Morf、U.Oesch、D.Ammann、E.Pretsch、およびW.Simon、Anal.Chim.Acta 180、299(1986) D.Ammann、W.E.Morf、P.Anker、P.C.Meier、E.Pretsch、およびW.Simon、Ion-Selective Electrode Review 5(イオン選択性電極再考)、3(1983) W.E.Morfの「The principles of ion-selective electrodes and of membrane transport(イオン選択電極と膜輸送の原理)」(Elsevier、Amsterdam(1981))

本発明の目的は、シグナル/ノイズ比の改善により感度を上げることで、このFET型構造を改善することである。

本発明は、ISFETの半導体基板上の積層を、半導体基板に共有結合した有機単分子層により置き換えることができるという発見に基づいている。

こうして、HOSFETの製造はより簡単になり、より少ない工程で済み、その寸法の縮小により、容積のより小さい試料での測定に、あるいは、チップサイズの集積回路として使用され得る。

こうして、本発明は、
i)ソース領域、ゲート領域およびドレイン領域を備え、少なくともゲート領域に水素末端IV族元素を有する表面をもつ、IV族元素系半導体基板を準備する工程;および
ii)末端水素反応性の近位の(proximal)基およびスペーサ(spacer)基を備える単分子層生成分子と、表面のIV族元素の末端水素とを反応させて共有結合を生成させることにより、少なくともゲート領域を有機単分子層で被覆する工程
を含む、有機シリコンハイブリッド電界効果トランジスタ構造体の製造方法を提供する。

HOSFETでは、共有結合した有機単分子層での界面電位の変化は、一定のソース-ドレイン電圧でのソース-ドレイン電流に影響を及ぼす。設定されたソース-ドレイン電圧でソース-ドレイン電流が一定であるように、界面電位の変化が、基準電極と半導体基板との間の電圧変化により補償される。電圧変化は、HOSFETが曝されている試料の組成変化の関数としてモニタされる。

一般に、半導体基板はIV族元素系である。例はシリコンおよびゲルマニウムである。シリコンは、半導体基板に好ましいIV族元素である。通常の方法を用いて、半導体基板に、ソース領域、ゲート領域およびドレイン領域が設けられる。通常の方法に従って電気的接続が形成される。

有機単分子層は、水素末端半導体表面、例えば、水素末端ケイ素原子の水素に対抗して、共有結合で結合する。このような水素原子は、適当な処理、例えば、表面のヒドロキシル基が、下にある半導体基板の末端水素原子に置き換えられるHF処理により、半導体表面に生成する。

有機単分子層は、単分子層生成分子により形作られ、これらの分子は、末端水素反応性の近位の基を備え、さらにスペーサ基を備える。この単分子層生成分子は、半導体基板上に共有結合して生成する有機単分子層が、少なくとも0.5nm、好ましくは、少なくとも0.7nmの厚さをもつような長さを有する。半導体基板表面の末端水素原子は、全てが単分子層生成分子と反応しているわけではない。これらの単分子層生成分子は、利用可能なスペースと立体障害との関係で、利用可能な末端水素原子と共存する(commensurate)。単分子層生成分子のスペーサ基は、半導体基板から遠位に秩序領域を形作ることにより、水および電気に対する絶縁単分子層となる。有機単分子層は、好ましくは、0.7〜2.5nmの範囲内、より好ましくは、0.8〜2.2nmの範囲内の厚さをもつ。

近位の反応基が末端水素と反応した後、炭素-ケイ素共有結合または酸素-ケイ素結合が形成されている。

好ましくは、水素と反応性のある単分子層生成分子の基は、
C=R₁(Ia)またはC≡R₂(Ib)
という式をもち、R₁はC、O、S、またはN-Hであり、R₂はCまたはNである。好ましくは、水素と反応性のある基はアルキレン基またはアルキン基である。水素と反応性のある基の別の可能な例は、アルコール、アミン、ホスフィン、ホスフィンオキシド、ハロゲン化アルキルおよびカルボン酸である(最後のものは酸素-ケイ素結合を生成する)。

単分子層生成分子のスペーサ基は、半導体基板の遠位に秩序領域が形成されるようなものであるべきである。したがって、スペーサ基は、1つまたは複数のアルキレン、アルキン、またはアリール基を含み得る分岐のない炭化水素鎖を含み、この炭化水素鎖の炭素原子の数により有機単分子層が少なくとも0.5nmの厚さになり、水素原子がフッ素原子で置換されていることが好ましい。一実施形態によれば、スペーサ基は、分岐のないC₆〜C₂₂アルキル基、好ましくはC₈〜C₁₄アルキル基を含む。別の実施形態によれば、水素鎖は、C₆〜C₂₂アルキレン基、あるいは、好ましくはC₈〜C₁₄アルキレン基を含む。同じ条件が、C₆〜C₂₂アルキン基に適用される。任意に、これらの基は、それらの遠位、近位および中間の位置で、1つまたは複数のフェニル基で置換されている。例は以下の構造で与えられる。

単分子層生成分子により生成する単分子層が、共有結合により、元は末端水素原子を備えていたケイ素原子と共存しており、遠位末端に向かって、単分子層が、秩序の少ない共存領域から、単分子層生成分子の遠位の秩序領域へと変わっていくことは、本発明にとって本質的である。

単分子層生成分子の遠位末端は、ゲート領域のHOSFETの感応性が特定の目的に対して改善されるか、それに対して適したものとなるような、遠位の反応性基をもつことができる。このような反応基は、HOSFETに特別な感応性を付与する感応基であり得る。このような感応基の例には、塩基性基、酸性基、イオノフォア、フェニル水銀基、金属イオンと任意に錯形成した不飽和脂肪酸基、モノ-またはオリゴ炭水化物基、抗原、抗体、ペプチド、ホルモン、テルペンなどが含まれる。

遠位の反応基は、基の少なくとも一部分が後の反応で置き換えられて感応性の基となることを意味する脱離基であり得る。例は、ヒドラジンとの反応により、塩基性を示すアミン基に転化されるフタルイミド基である。

後の試薬および/または作用剤との相互作用で、反応性基、感応性基および脱離基を最適に曝すために、また、単分子層に、特に嵩高い反応性基または感応性基の場合に、実質的に領域を保つために、遠位の反応性基を備える層分子のスペーサ基の長さは、他の層分子のスペーサ基の長さより長いことが好ましい。反応基は、それを保持する単分子層生成分子の長さが炭素原子1〜5個分だけ増せば、単分子層の表面を越えて十分に伸びる。好ましくは、追加の炭素原子の数は、2〜3個の炭素原子である。炭素原子のこの数は、アルキル、アルキレンおよびアルキン基に対してだけでなく、これらの基内部の置換基を構成する鎖にも関係があることを記しておく。

好ましい実施形態では、半導体基板は、シリコンおよび/またはゲルマニウム系である。したがって、HOSFETは1つまたは複数の導電性経路を備える。

本発明によれば、ゲート領域だけに有機単分子層が備わることで十分であるが、半導体基板の表面がよりよく封止されるという理由で、ソース領域とドレイン領域もまた有機単分子層を備えることが好ましい。したがって、ソース領域および/またはドレイン領域に有機単分子層が備わることが好ましい。

本発明の他の態様は、本発明による前記の方法によって得られるHOSFETに関する。

HOSFETとその製造に関連する、本発明の記載された特徴と利点および他の特徴と利点は、本発明の以下のより詳細な説明によりさらに明らかとなるであろう。しかし、本発明はこのより詳細な説明に限定されないことを記しておく。

シリコン系半導体基板に関連する好ましい実施形態では、本発明の方法は、フッ化水素による裸のシリコン表面のエッチングにより生来の二酸化ケイ素の層を除去することで始まる。次に、この例では、生成した水素末端シリコン表面を、C₆〜C₂₂末端アルケンまたはアルキンと反応させる。この反応は以下の文献に開示されている。
参考文献1:A.B.Sieval、A.L.Demirel、J.W.M.Nissink、M.R.Linford、J.H.van der Maas、W.H.de Jeu、H.Zuilhof、およびE.J.R.Sudholter、Highly stable Si-C linked functionalized monolayers on silicon(100)surface(シリコン(100)表面の非常に安定なSi-C結合機能性単分子層)、Langmuir 14、1759-1768(1998)
参考文献2:A.B.Sieval、R.Opitz、H.P.A.Maas、M.G.Schoeman、G.Meijer、F.J.Vergeldt、H.Zuilhof、およびE.J.R.Sudholter、Monolayers of 1-alkynes on H-terminated Si(100)surface(H-末端Si(100)表面の1-アルキン単分子層)、Langmuir、16、10359-10368(2000)

置換反応は、優先的に、少なくとも8個の炭素原子で、最高で22個の炭素原子を含む、様々な線状の末端アルケンとアルキンで実施された。また、ポリマー骨格の末端にアルケンおよび/またはアルキンを含む近位の基を有する(テレケリックポリマー)か、あるいは、側鎖の末端にアルケンおよび/またはアルキン基を有するポリマーを用いて、反応を実施することができる。8〜22個の炭素原子を有するアルケンまたはアルキンで実施された置換反応では、生成した単分子層の厚さは、それぞれ、0.8と2.2ナノメートルの間で変わる。ポリマーでは、厚さは、特定のポリマーの性質に応じて、より広い範囲で変わり得る。

いくつかの方法で、この単分子層に、感応性または官能性を導入することができ、感応性または官能性は、例えば、想定される使い方と、反応性末端アルケンまたはアルキンに適用される有機化学により決められる。官能化された単分子層に、次に、別の分子をグラフトして、別の官能化された単分子層を得ることも可能である。例は、(オメガ)ω-官能化アルケンの場合であるが、同じことは、ω-官能化アルキンにも当てはまる。以下でアルケンについて言われることは、アルキンにも当てはまる。ω-官能性基がフタルイミド基である場合、置換反応によりフタルイミド基は遠位または最も外側の表面にある。

このフタルイミドで官能化された単分子層とヒドラジン試薬との後の反応により、フタルイミド官能基がアミン官能基に転化される。このアミン基は塩基性基として作用し、溶液のpHがアミン基のpKa値に近ければ、プロトン化され得る。(脱)プロトン化の程度は、単分子層の表面荷電状態に影響を及ぼし、荷電状態のこの変化が、FET構造の補償電圧ΔVに影響を及ぼす。シリコン表面は、オメガ-官能化アルケンまたはアルキンだけからなる単分子層により、また、所定のオメガ-官能化アルケンまたはアルキンと官能化されていないアルケンおよび/またはアルキンとの混合物を用いることにより、修飾され得る。

ピリジン、イミダゾールのような他の塩基性官能基、および、カルボン酸、スルホン酸のような酸性基もまた導入して、所定の官能基のpKa値の領域のpH変化に対して感応するセンサを作ることができる。望まれる特定のpHの感応性のどれに対しても、最適な官能基を選択することができ、センサに組み入れることができる。これは、特定の材料により決まる感応性を実際に示すSiO₂またはTa₂O₅のような酸化物表面をもつ従来のISFETセンサとの比較で利点がある。この新しいタイプのセンサでは、選択の自由が大幅に広がる。最終のセンサのpH感応領域を広げるために、混合単分子層、すなわち、異なる塩基性および酸性の基(異なるpKa値)を含む単分子層を用いることも可能である。中性分子の場合には、ゲスト-共役分子の存在下に測定は実施される。この分子のゲスト部分はリセプタにも結合することができ、共役部分が電荷を帯びている(カチオンまたはアニオン)。競合的な結合により、ゲスト-共役を有する錯体の割合が変わり、これが電圧の変化を生じる。

FET構造に基づくセンサの封止は、最終デバイスの実現にとって常に重要な一面である。前記の置換反応を光によるパターニング法と組み合わせて用いると、従来の封止方法によるよりはるかに簡単な方法でセンサを封止することが可能である。最初にフォトマスクを用いて、ゲート領域(ソースとドレイン領域の間)が官能性単分子層または官能化および非官能化単分子層の組合せで置き換えられる。次にゲート領域外の領域が非官能化単分子層で置き換えられる。熱的に誘起しても、光化学処理によっても、この反応を実施することができる。

プロトン(pH)以外のイオンに対する感応性と選択性を、アルケンまたはアルキン試薬のω-位置に適切なイオノフォア基を導入することにより実現することができる。このような基を、すでに調製された官能化単分子層にグラフトすることも可能である。また、この単分子層を、純粋な官能性アルケンまたはアルキンから、あるいは、不活性なアルケンまたはアルキンとの混合物から調製することもできる。

例が下に記載される。

最初に、ω-COOCH₃(メチルエステル官能基)官能化アルケンまたはアルキンと組み合わせた非官能性アルケンまたはアルキンから、混合単分子層を調製する。次に、この混合単分子層を加水分解し、メチルエステル官能基をカルボン酸官能基に転化させる。この混合単分子層は、存在する酸性のカルボン酸(COOH)基のために、電解質溶液のpH変化に感応性がある。続く反応で、イオノフォア(HO-イオノフォア)を、エステル結合生成を通じてこの単分子層にグラフトする。最終のセンサは、金属イオンに対する感応性と選択性を示し、US-A-5,238,548に記載されるセンサをこれと比較することができる。比較により、本出願に開示されるセンサの製造は、US-A-5,238,548に開示されるものより簡単であることが示される。

最後に、FET構造に基づき、カロメル電極および銀-塩化銀電極に似る、2つのタイプの基準センサの作製がそれぞれ記載される。

やはり、不活性アルケンまたはアルキンと、ω-フェニルアルケンまたはアルキンとの混合単分子層を形成する。次に、ω-フェニル基を、酢酸水銀を用いて、示されたモノ酢酸フェニル水銀へと親電子置換する[参考文献3:Comprehensive Chemical Kinetics(化学速度総論)の13巻(American Elsevier Publ.Com.、New York、1972)中のTaylorによる記述、頁186-194]。塩素イオンの存在下に酢酸イオンを塩素イオンで置換することができ、結果として、塩化フェニル水銀が生成する。最終のセンサは塩素イオンに対して感応性がある。塩素イオンが過剰に存在すると、センサは基準電極としても機能する。銀-塩化銀のタイプのHOSFETセンサは以下の方法で製造される。

最初に、アセチル官能化(OCCH3)および非官能化アルケンまたはアルキンの混合単分子層を調製する。アセチル官能基は加水分解されてω-位置にヒドロキシル官能基が生成する。次に、ヒドロキシル官能基を、例えばリノール酸のような3つの不飽和基をもつ脂肪族カルボン酸を用いてエステル化する。

リノール部分を銀イオンと接触させると、3つの不飽和結合と銀イオンとの間で錯体が生成する。最終のセンサは塩素イオンに対して感応性がある。塩素イオンが過剰に存在すると、このセンサもまた基準電極として機能する。

さらに、このHOSFET基準電極のような小さなFET系の基準電極は、例えば従来のカロメル電極に比べて、他のセンサと容易に一体化される。

以後に、特定の実施例に関連させて本発明がさらに説明される。

（実施例１：pH感応性HOSFETの作製手順）
参考文献1に記載されるように、ソースおよびドレイン領域のためのn-ドープシリコン領域とゲート領域のためのp-ドープ領域とを有するイオン感応性電界効果トランジスタ(ISFET)に、2%フッ化水素酸を用いて1〜5分間エッチングを行って、二酸化ケイ素絶縁層を除去する。

ISFETは標準的なMOS技術により作製される。

ゲート領域の寸法は15×500マイクロメータである。

次に、参考文献4:A.B.Sieval、V.Vleeming、H.Zuilhof、およびE.J.R.Sudholter、An improved method for the preparation of organic monolayers of 1-alkenes on hydrogen terminated silicon surfaces(水素末端シリコン表面に1-アルケン有機単分子層を生成させる改善された方法)、Langmuir 15、8288-8291(1999)、に記載される手順に従って、溶剤としてのメシチレン中の10-ウンデシレン酸のメチルエステルと1-デセンとの混合物(モル比は1:10)を表面領域と反応させる。沸騰する酸性の水に30分間、修飾された表面を入れることにより、表面に結合するメチルエステルをさらに加水分解した。

A.van den Berg、P.Bergveld、D.N.Reinhoudt、E.J.R.Sudholter、Sensors and Actuators 8、129-149(1985)、に記載されるようにして、HOSFETを評価した。結果は表1に示されている。

（実施例２：カルシウム感応性HOSFETの作製手順）
実施例1に記載されたHOSFETを、イオノフォアAを含む酸性水溶液にHOSFETを入れ、30分間加熱還流することにより、さらに修飾する。

Aの合成は参考文献の米国特許第5238548号に記載されている。

（実施例３：塩素イオン感応性HOSFETの作製手順と基準センサとしてのその機能）
参考文献1に記載されるように、ソースおよびドレイン領域のためのn-ドープシリコン領域とゲート領域のためのp-ドープ領域とを有するイオン感応性電界効果トランジスタ(ISFET)に、2%フッ化水素酸を用いて1〜5分間エッチングを行って、二酸化ケイ素絶縁層を除去する。

ISFETは標準的なMOS技術により作製される。

ゲート領域の寸法は15×500マイクロメータである。

次に、参考文献4に記載される手順に従って、溶剤としてのメシチレン中の酢酸10-ウンデシレニルと1-デセンとの混合物(モル比は1:10)を表面領域と反応させる。参考文献1に記載される方法を用いて、リノール酸を含む沸騰する酸性の水に30分間、修飾された表面を入れることにより、表面に結合した酢酸エステルをエステル交換した。リノール酸で修飾されたHOSFETを、光を遮断して、硝酸銀を含む水溶液に2時間入れた。次に、HOSFETを水で洗い、最後に、HOSFETを塩化ナトリウム水溶液に入れ、硝酸対イオンを塩素イオンに置き換えた。

（実施例４：導電性ポリマー-絶縁体-シリコン電界効果トランジスタの作製手順）
参考文献1に記載されるように、ソースおよびドレイン領域のためのn-ドープシリコン領域とゲート領域のためのp-ドープ領域とを有するイオン感応性電界効果トランジスタ(ISFET)に、2%フッ化水素酸を用いて1〜5分間エッチングを行って、二酸化ケイ素絶縁層を除去する。

ISFETは標準的なMOS技術により作製される。

ゲート領域の寸法は15×500マイクロメータである。

次に、参考文献1に記載される手順に従って、溶剤としてのメシチレン中の酢酸10-ウンデシレニルと1-デセンとの混合物(モル比は1:10)を表面領域と反応させる。

参考文献1に記載される方法を用いて、1-(1,3-ジオキソ-1,3-ジヒドロイソインドール-2-イル)ヘプタデカ-5,7-ジイン酸(diynoic acid)(構造B参照;この化合物については、参考文献:H.M.Barentsen、M.van Dijk、H.Zuilhof、およびE.J.R.Sudholter、Thermal and phote oinduced polymerization of thin diacetylene films.Part 1.Phthalimido substituted diacetylenes(ジアセチレン薄膜の熱および光誘起重合、Part 1.フタルイミド置換ジアセチレン)、Macromolecules 33、766-774(2000)を参照)を含む沸騰する酸性の水に30分間、修飾された表面を入れることにより、表面に結合した酢酸エステルをエステル交換した。次に、参考文献5に記載にされる手順に従って、ジアセチレン単位を光重合させた。

重合したジアセチレンは共役したホール導電性ポリマーとなる。この導電性ポリマーを白金微小電極に接触させる。この白金微小電極とシリコン本体との間の電位を変えることにより、一定のソースドレイン電圧で、ソースドレイン電流が、通常のMOSFET(金属酸化物半導体FET)でのように変化する。

表I:HOSFETの測定された特性
実施例 ノイズ(mV) 応答
1 +/- 0.005 pH8〜4の間で56mV/pH
2 +/- 0.005 pCa6〜2の間で27mV/pCa
3 +/- 0.005 0.1Mの一定の塩化ナトリウム濃度で、2〜8の間のpH変化で
応答なし
4 +/- 0.005

ジアセチレン基を単分子層生成分子のスペーサ基に配置することもできることを記しておく。

本発明が特定のイオノフォアを含む反応基について特に説明されたが、反応基を有する単分子層生成分子に共有結合し得る如何なるイオノフォアでも使用に適することを記しておく。このようなイオノフォアは、例えば、以下に開示されている。
P.Oggenfuss、W.E.Morf、U.Oesch、D.Ammann、E.Pretsch、およびW.Simon、Anal.Chim.Acta 180、299(1986)
D.Ammann、W.E.Morf、P.Anker、P.C.Meier、E.Pretsch、およびW.Simon、Ion-Selective Electrode Review 5(イオン選択性電極再考)、3(1983)
W.E.Morfの「The principles of ion-selective electrodes and of membrane transport(イオン選択電極と膜輸送の原理)」(Elsevier、Amsterdam(1981))

Claims (14)

1. i)ソース領域、ゲート領域およびドレイン領域を備え、少なくとも前記ゲート領域に水素末端IV族元素を有する表面をもつ、IV族元素系半導体基板を準備する工程;および、
   ii)末端水素反応性の近位の基およびスペーサ基を備える単分子層生成分子と、前記表面の前記IV族元素の末端水素とを反応させて共有結合を生成させることにより、少なくとも前記ゲート領域を有機単分子層で被覆する工程
   を含む、有機シリコンハイブリッド電界効果トランジスタ構造体の製造方法。
2. 前記半導体基板がシリコンおよび/またはゲルマニウム系である請求項1に記載の方法。
3. 前記有機単分子層の厚さが、少なくとも0.5nm、好ましくは少なくとも0.7nm、例えば0.6〜3.0nm、好ましくは、0.7〜2.5nm、より好ましくは、0.8〜2.2nmである請求項1または2に記載の方法。
4. 前記層分子の前記の水素反応性基が、
   C=R₁(Ia)またはC≡R₂(Ib)
   という式(R₁はC、O、S、またはN-Hであり、R₂はCまたはNである)をもつ請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記スペーサ基が、1つまたは複数のアルキレン、アルキン、またはアリール基を含み得る分岐のない炭化水素鎖を含み、前記炭化水素鎖の炭素原子数により有機単分子層が少なくとも0.5nmの厚さになり、水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記炭化水素鎖が、1つまたは複数のフェニル基により任意に置換された、C₆〜C₂₂アルキル、C₆〜C₂₂アルキレン、C₆〜C₂₂アルキンから選択される請求項5に記載の方法。
7. 単分子層生成分子の少なくとも一部分が、遠位の反応基を含む請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
8. 遠位の反応基を含む前記層分子の前記スペーサ基の長さが、他の前記層分子の前記スペーサ基の長さより大きい請求項7に記載の方法。
9. 前記長さの増加が炭素原子1〜5個、好ましくは炭素原子2〜3個に相当する請求項8に記載の方法。
10. 前記の遠位の反応基が感応性の基または脱離基である請求項7から9のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記の感応性の基に、塩基性基、酸性基、イオノフォア、フェニル水銀基、金属イオンと任意に錯形成した不飽和脂肪酸基、糖基、抗原、抗体が含まれる請求項10に記載の方法。
12. 単分子層生成分子が、隣のアセチレン基と重合した後に共役したホール導電性ポリアセチレンとなる少なくとも2つのアセチレン基を含む請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
13. 工程ii)で、前記ソース領域および/またはドレイン領域が有機単分子層を備える請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
14. 請求項1から13のいずれか一項による方法で得られる有機シリコンハイブリッド電界効果トランジスタ構造体。