線狀元件及其制造方法

專利名稱：線狀元件及其制造方法
技術領域：
本發明是涉及一種線狀元件及其制造方法。
背景技術：
目前，使用集成電路的各種設備已廣泛普及，并且還在積極致力于進一步的高集成、高密度化。其中之一，嘗試發展三維集成技術。
然而，任何設備均以晶片等硬基板作為基本構成要素。既然以硬基板作為基材，其制造方法勢必受到一定的限制，集成度也會有限度。而且，設備也會受限于某些特定的形狀。
此外，在棉或絹絲的表面電鍍或包覆上金或銀等導電材料的導電性纖維，也為眾所熟知的技術。
然而，目前尚未公開在一條線的內部形成有電路元件的技術。而且，導電性纖維也以棉線或絹絲等絲主體作為基本構成要素，絲主體位于其中心。

發明內容
本發明的目的是提供一種線狀元件及其制造方法，其形狀不受限制，具有柔軟性與可撓性，并可形成具有任意形狀的各種裝置。
本發明的線狀元件，其特征在于，在長度方向上連續或間隔形成有電路元件。
此外，本發明的線狀元件，其特征在于，在長度方向上連續或間隔形成有具有形成電路的多個區域的剖面。
再者，本發明的線狀元件的制造方法，其特征在于，將形成電路元件區域的材料進行溶解或熔融；并以所需的形狀線狀地壓出該材料。
亦即，本發明中具有在一個剖面內形成電路的多個區域。
另外，本發明線狀元件也包括前端為針狀或其他形狀的線狀元件。
(電路元件)
在此，作為電路元件，例如也可舉例能量轉換元件。能量轉換元件是將光能轉換成電能、或將電能轉換成光能的元件。例如電子電路、磁回路或光回路元件。電路元件與只傳送信號的光纖不同，而且也與導線不同。
作為電路元件，例如可舉例電子電路元件或光回路元件。更具體地說，例如為半導體元件。
從現有工藝技術的差異來分類，可舉例如分立元件(半導體)、光電元件、存儲器等。
更具體地說，分離式半導體例如為二極管、三極管(雙極型三極管、FET、絕緣柵極型三極管)、晶閘管等。作為光電元件，可舉例發光二極管、半導體激光器件、發光裝置(光電二極管、光敏三極管、圖象傳感器)等。此外，作為存儲器，可舉例DRAM、閃存、SRAM等。
(電路元件的形成)在本發明中，電路元件是在長度方向上連續或間隔形成。
亦即，在長度方向的垂直剖面中具有多個區域，該多個區域配置成形成一個電路元件，上述剖面在長度方向上連續或間隔形成線狀。
例如，NPN雙極型三極管的情況下，由射極N區、基極P區與集極P區三個區域構成。因此，這些三個區域在剖面中配置成具有所需的區間接合。
作為其配置方法，例如可考慮從形成中心起以同心圓狀依次配置各區域的方法。亦即，最好從中心起依次形成射極區、基極區、集極區。當然也可考慮其他配置，例如適當使用同一拓撲結構的配置即可。
另外，連接于各區域的電極可從線狀元件的端面連接到各區域，也可將其在開始時埋入各區域中。亦即，若以上述同心圓狀配置各半導體區時，在長度方向上，與各半導體區相同連續形成各半導體區域即可，即在射極區的中心形成射極、在基極區形成基極、在集極區外周形成集極。而且，對于基極，只要分割配置即可。
上述的NPN雙極型三極管也可利用壓出形成法一體形成。
以上，雖以NPN雙極型三極管為例，但同樣地，其他電路元件也可在剖面內具有多個區域間的所需接合地進行配置，并在長度方向上，例如通過壓出連續形成該剖面。
(連續形成、間隔形成)當連續形成電路元件時，不管從哪一剖面來看均為同一形狀。即俗稱的金太郎糖果狀態。
對于上述電路元件，可在線狀的長度方向上連續形成同一元件，也可間隔形成。
(線狀)本發明的線狀元件的外徑較佳為小于等于10mm或10mm以下，更佳為5mm或5mm以下。又，較佳為1mm或1mm以下，更佳為10μm或10μm以下。經由延伸加工后，可形成1μm或1μm以下，進而0.1μm或0.1μm以下。為了將線狀元件編織成布料，外徑越小越好。
當從模具的孔中射出并形成具有1μm或1μm以下外徑的極細線狀體時，有時產生孔的堵塞，或者線狀體斷裂等問題。在上述情形時，首先形成各區域的線狀體。接著，以該線狀體作為島而制造多個島，并用可溶性物質包覆其周圍(海)，然后將其用筒狀的蓋子捆束，由小孔射出一根線狀體。當島的成分增加，海的成分減少時，可制造出極細的線狀體元件。
作為另一方法，先形成較粗的線狀體元件，之后再再長度方向上進行延伸即可。此外，也可通過噴射氣流，對熔融的原料進行熔體吹拉(meltblow)，而形成極細的線狀體。
再者，長寬比可設定為壓出形成的任意值。利用抽絲技術時，線狀的長寬比較佳為1000或1000以上。例如可為100000或100000以上。在切斷后使用時，小單位線狀體的長寬比可為10～10000、10或10以下、進一步為1或1以下、0.1或0.1以下。
(間隔形成)當間隔形成同一元件時，可形成長度方向上與相鄰接的元件不同的元件。例如，在度方向上，依次形成MOSFET(1)、元件之間分隔層(1)、MOSFET(2)、元件之間分隔層(2)......MOSFET(n)、元件之間分隔層(n)即可。
此時，MOSFET(k)(k＝1-n)與其他MOSFET的長度可相同，也可不同。并且，可對應于欲形成的電路元件來作適當的選擇。另外，元件之間分隔層的長度也可相同樣，也可不同。
當然，在MOSFET和元件分隔層之間，也可間隔其他層。
以上，雖以MOSFET為例進行了說明，但當形成其他元件時，也可間隔插入對該其他元件的用途上必需的層。
(剖面形狀)線狀元件的剖面形狀并不限定于某特定形狀。例如為圓形、多邊形、星形及其他形狀。例如，也可為多個頂角為銳角的多邊形。
而且，也可形成任意的各區域剖面。亦即，例如如圖1所示的結構時，也可將柵電極形成為星形、或將線狀元件的外側形狀形成為圓形。
當增大與鄰接層的接觸面時，最好將元件形成為頂角為銳角的多邊形。
此外，在將剖面形狀形成為所需形狀時，若將所需形狀設定為壓出模的形狀，則可容易形成。
當將最外層的剖面形成星形或頂角為銳角的形狀時，在壓出成形后，例如，可通過浸漬法，在頂角間的空隙中填入其他的任意材料，并可依據元件的用途來改變元件的特性。
此外，可通過將剖面形狀為凹狀的線狀元件和剖面形狀為凸狀的線狀元件互相嵌合，來有效取得線狀元件之間的連接。
此外，當向半導體層摻雜不純物時，可在熔融原料中加入不純物，也可以在壓出形成后，使其維持線狀地通過真空室，并在真空室中例如通過離子注入法等摻雜不純物。當半導體層并非形成于最外層，而形成時內部時，可通過控制離子照射能量，來僅對內部的半導體層進行離子注入。
(制造例后加工形成)上述制造方法雖以利用壓出一體形成具有多個層的元件為例，但也可通過壓出形成元件的基本區域來形成線狀，之后，利用適當方法對該基本區域進行覆蓋來形成。
(原料)作為電極、半導體層的材料，最好使用導電性聚合物。例如，聚乙炔、聚烯烴(polyacene)、(寡烯烴(oligoacene))、聚噻唑(polythiazyl)、聚噻吩(polythiophene)、聚(3-烷基噻吩)、寡噻吩(oligothiophene)、聚吡咯(polypyrrole)、聚苯胺、聚苯撐(polyphenylene)等。從上述各種材料中，考慮導電率等進行選擇作為電極或半導體層材料。
作為半導體材料，例如，適用聚對苯撐乙烯、聚噻吩、聚(3-甲基噻吩)等。
再者，作為源極/漏極材料，使用上述半導體材料中加入了摻雜劑的材料即可。為形成n型，例如混入堿金屬(Na、K、Ca)等即可。此外，有時使用AsF5/AsF3或ClO4-作為摻雜。
此外，也可以在導電性高分子材料中加入富勒烯((Fullerene))，此時作為受主。
作為絕緣性材料使用一般的樹脂材料即可。此外，也可使用SiO2及其他無機材料。
此外，在中心部具有半導體區或導電性區結構的線狀元件時，中心部的區域，也可以由非晶質材料(鋁、銅等的金屬材料，硅等的半導體材料)構成。使線狀的非結晶材料通過模具的中心部而使非結晶材料移動，并在其外周進行射出，覆蓋其他所需的區域即可。


圖1是示出本發明實施例的線狀元件的立體圖。
圖2是示出線狀元件的制造裝置例的示意正視圖。
圖3是示出用于制造線狀元件的擠壓機的正視圖及模具的平面圖。
圖4是示出線狀元件的實施例。
圖5是示出用于制造線狀元件的模具的平面圖。
圖6是示出線狀元件的制造工序例的剖面圖。
圖7是示出線狀元件的制造工序例的圖。
圖8是示出線狀元件的制造例的圖。
圖9是示出實施例的線狀元件的立體圖。
圖10是示出實施例的線狀元件的剖面圖。
圖11是示出線狀元件的制造工序圖。
圖12是示出線狀元件的制造方法的立體圖。
圖13是示出集成電路裝置的應用例的圖。
圖14是示出集成電路裝置的應用例的圖。
圖15是示出集成電路裝置的應用例的圖。
圖16是示出集成電路裝置的應用例的圖。
圖17是示出實施例14的圖。
圖18是示出實施例15的圖。
圖19是示出實施例16的圖。
圖20是示出實施例17的圖。
具體實施例方式
(實施例1)圖1示出依據本發明實施例的線狀元件。
6表示線狀元件，此實施例中示出了MOSFET。
在元件的剖面，在中心具有柵電極區1，在其外側依次形成有絕緣區2、源極區4、漏極區3與半導體區5。
圖2示出用于形成上述線狀元件的擠壓機的一般構造。
擠壓機20具有原料容器21、22、23，使用于構成多個區域的原料保持熔融狀態、或溶解狀態或凝膠狀態。圖2中所示的例中，示出了3個原料容器，但也可依據所制造的線狀元件的結構適當設計。
原料容器23內的原料被運送至模具24。模具24中具有對應于所欲制作的線狀元件剖面的射出孔。從射出孔射出的線狀體被滾輪25卷取、或根據需要維持線狀地運送至下一步驟。
在制造圖1所示結構的線狀元件時，采用圖3所示的結構。
在各原料容器內，分別裝有柵極材料30、絕緣性材料31、源極/漏極材料32與半導體材料34，并保持熔融或溶解狀態、凝膠狀態。此外，模具24上形成有孔，連通各個原料容器。
即，首先，在中心部分形成有用于射出柵極材料30的多個孔30a。在其外圍形成有用于射出絕緣性材料31的多個孔30a。并且，在其外圍還形成有多個孔，這些多個孔中，僅有一部分孔32a、33a與源極/漏極材料容器32連通。其他孔34a則與半導體材料容器34連通。
將熔融、溶解狀態或凝膠狀態的原料從原料容器送入模具24，當從模具24射出原料時，原料從各孔射出并凝結。通過拉動該端，線狀地連續形成線狀元件。
可利用滾輪25卷起線狀的線狀元件。或根據需要維持線狀，運送至下一步驟。
柵電極材料只要使用導電性聚合物，例如聚乙炔、聚苯乙炔(polyphenylenevinylene)、聚吡咯(polypyrrole)等。尤其是利用聚乙炔，可形成外徑小的線狀元件，故以聚乙炔為佳。
半導體材料較佳是利用聚對苯撐乙烯(Polyparaphenylene)、聚噻吩(polythiophene)、聚(3-甲基噻吩)等。
再者，作為源極/漏極材料，使用上述半導體材料中混入摻雜劑的材料。形成n型時例如混入堿金屬(Na、K、Ca)等的摻雜劑即可。有時將AsF5/AsF3或ClO4-作為摻雜劑使用。
絕緣性材料使用一般的樹脂材料即可。而且，也可使用SiO2之外的無機材料。
以上舉例的材料可同樣用于下列實施例中所示的線狀元件。
此外，在本實施例中，輸出電極連接在線狀元件的端面。當然，也可以在長度方向上的適當位置的側面設置輸出口。
(實施例2)圖4示出實施例2的線狀元件。
在本實施例中，在線狀元件的側面設置實施例1中所述的輸出電極。圖4(b)所示的輸出部41a、41b，可以設置于長度方向上的所需位置。輸出部41a與輸出部41b之間的距離也可設定為所需的值。
圖4(a)示出輸出部41的A-A的剖面。此外，圖4(b)的B-B剖面如圖1所示的端面的構造。
本實施例中，在源極4、漏極3的側面，將源電極45、漏電極46作為輸出電極分別與源極4、漏極4連接。另外，半導體層5與源電極45、漏電極46之間分別用絕緣膜47絕緣。
為了形成上述結構，利用圖5所示的模具。亦即，在源極/漏極材料射出口33a、34a的側面，設置絕緣膜用的孔40a與和輸出電極用的孔41a。絕緣膜用的孔40a連通到絕緣膜材料容器(未示出)，輸出電極用的孔41a則連通到輸出電極材料容器(未示出)。
此時，開始的時候，僅從30a、31a、32a、33a、34a射出原料材料。亦即，關閉40a、41a的射出。此時，半導體層原料覆蓋對應40a、41a的部分，從實施例1所示的剖面被壓出。此外，此時將絕緣膜47、漏電極46、源電極45的寬度設置為較小。當關閉40a、41a的射出時，形成半導體層的材料覆蓋該部分。
接著，開啟40a、41a的射出。由此，剖面形狀發生變化，以圖5所示的剖面被壓出。通過適當地改變開啟40a、41a的時間和關閉40a、41a的時間，可將A-A剖面的長度和B-B剖面的長度調整為任意長度。
此外，本實施例中剖面形狀也可間隔形成，也可形成其他剖面形狀，并且可利用其他材料來形成來形成A-A。例如，可用絕緣膜形成整個A-A部分。當形成其他端面形狀時，也可利用同樣的方法來形成。
另外，若將漏電極46、源電極45的面積設定為較大，且關閉輸出電極用的孔41a的射出，則半導體層的原料或絕緣膜的原料不會完全覆蓋，而對應于源電極/漏電極的部分產生空隙。在壓出后，只要在該空間填入電極材料即可。
(實施例3)圖6示出另一實施例。
實施例1、2中示出了通過壓出而一體形成線狀元件的例子，而本實施例中將示出通過壓出而形成線狀元件的局部，其他部分則通過外部加工來形成的例子。
在此，以實施例2所示的線狀元件為例進行說明。
首先，壓出柵電極1與絕緣膜2，形成線狀的中間體(圖6(a))。
接著，在絕緣膜2的外側涂敷熔融或溶解狀態、凝膠狀態的半導體材料，形成半導體層61，作為二次中間體(圖6(b))。上述涂敷，只要使線狀的中間體通過熔融或溶解狀態、凝膠狀態的半導體材料的槽中即可。或者，也可以采用蒸鍍等方法。
之后，在半導體層61的外側涂敷掩模材料62。掩模材料61的涂敷，只要使二次中間體通過熔融或溶解狀態、凝膠狀態的掩模材料中來形成即可。
然后，以蝕刻等方法去除特定位置(漏極源極所對應的位置)的掩模材料62，而形成開口63(圖6(c))。
接著，使線狀的二次中間體通過減壓室的同時，控制射程距離，來進行離子注入(圖6(d))。
之后，通過熱處理室進行回火，形成源極區、漏極區。
如上所述，只要對應于所形成區域的配置或材料，適當地結合壓出工序和外部加工工序即可。
(實施例4)本實施例中，示出了依次形成如圖1所示的線狀元件中的各區域的例子。
其工序示出于圖7中。
首先，利用紡絲技術，從模具a的孔射出柵電極原料，形成柵電極1(圖7(b))。為方便起見，在此將該柵電極1稱為中間線狀體。
接著，如圖7(a)所示，使中間線狀體插通模具b的中心而形成中間線狀體狀態的同時，從模具b中形成的孔射出絕緣膜材料，來形成絕緣膜2(圖7(c))。另外，在模具b的下游側設有加熱器。必要時可利用此加熱器對線狀體進行加熱。通過加熱，可從絕緣膜去除絕緣膜中的溶劑成分。以下的源極/漏極層、半導體層的形成，也是利用相同的方法。
之后，使中間線狀體進行移動，形成源極/漏極層3、4(圖7(c)、(d))。此外，絕緣膜2上的源極區4和漏極區3相互分開形成。這可通過僅在模具c的一部分設置孔來形成。
然后，使中間線狀體插通模具的中心并同樣地移動的同時，形成半導體層5。
如圖7(f)所示，欲在長度方向的一部分設置源極/漏極用的輸出電極時，可關閉模具d上所設置的多個孔中的部分孔(對應源極/漏電極的部分孔)的原料供給。此外，欲在整個長度方向上設置輸出用的孔時，可利用如圖7(g)所示的模具d2來形成半導體層。
(實施例6)圖8示出實施例6。
本實施例中，示出在利用導電性聚合物作為半導體元件的形成材料時，射出導電性聚合物的例子。
實施例5中示出了使中間線狀體通過模具內，并在中間線狀體的表面形成外層的例子。在本實施例中，示出了此外層為導電性聚合物的情況。
將原料82的(V1-V0)設定為1mm/sec或1mm/sec以上，較佳為20m/sec或20m/sec以上，更好為50m/sec，最好為100m/sec或100m/sec以上。其上限是中間線狀體不會產生斷裂的速度。產生斷裂的速度根據材料的射出量、材料的粘度、射出溫度等條件而不同，具體地說，最好設定所使用的材料等條件，并預先通過實驗求出該速度。
在將射出速度V0與移動速度V1的差值設定為1m/sec或1m/sec以上的、射出的材料上，施加外力而使其具備加速度。外力的主方向即為移動方向。導電性聚合物中的分子鏈一般呈圖8(c)所示的擰結狀態，其長度方向朝任意方向。然而，隨著射出，外力施加到移動方向時，分子鏈如圖8(b)所示，擰結狀態被拉直，并在長度方向上呈水平排列。
在此，如圖8(b)所示，電子(或空穴)跳過能級最近的分子鏈而移動。因此，當分子鏈如圖8(b)所示在水平方向取向時，與如圖8(c)所示在任意方向上取向的情況相比，極容易產生電子的跳躍。
隨著射出，外力施加到移動方向時，可使分子鏈如圖8(b)所示取向。而且，也可縮短分子鏈之間的距離。
除此之外，本實施例當然也可適用于用導電性聚合物形成特定區域的其他情況。
可通過將分子鏈的長度方向取向率設定為50％或50％以上，來提高電子的遷移率，由此可形成具有更加良好特性的線狀元件。可通過控制射出速度和移動方向速度之差，來控制高取向率。此外，也可通過控制長度方向的延伸率來進行控制。
在此，所謂的取向率即為相對于長度方向具有0～±5°的傾斜角的分子數占全部分子數的百分比。
通過將該百分比設定為70％或70％以上，可獲得具有更良好特性的線狀元件。
(實施例7)圖9示出依據實施例7的線狀元件。
本實施例的線狀元件在中心具有中空區域、或絕緣區70，在其外側具有半導體區5，在該半導體區5內具有向外部露出的源極區4和漏極區3，在源極區4和漏極區3的外側具有柵極絕緣膜區2和柵電極區1。
另外，可在電極區1的外側設置由絕緣性樹脂等構成的保護層。也可在保護層的適當位置形成開口，作為柵電極的輸出區。
此外，本實施例也可在長度方向上的任意位置、或與實施例2同樣地，在圖7所示的剖面間插入具有其他形狀的剖面。
本實施例的線狀元件中，壓出形成中空區域70和半導體區5之后，對源極區4、漏極區3進行摻雜，之后，最好通過涂敷分別形成絕緣膜區、柵電極區1，絕緣膜2的材料最好使用SiO2等無機材料。
(實施例8)圖10(a)示出實施例8的線狀元件。
本實施例為具有pin結構的線狀元件。
亦即，在中心具有電極區102，在其外側形成有n層區101、i層區100、p層區103、電極區104。此外，在本實施例中，還在p層區103的外側，設有由透明樹脂等形成的保護層區105。
該線狀元件的電極區102、n層區101、i層區100通過壓出而一體形成。
經后續加工來形成p層區103、電極區104，例如，利用涂敷等方法形成。可通過后續加工，將P層區103的P層區103的厚度形成為較薄。因此，當作為光電元件時，可將來自P層區103的入射光射進空乏層。
當然，在此也可以通過壓出而一體形成電極區102、n層區101、i層區100、p層區103、電極區104。
再者，在圖10(a)中，i層的圓周形狀雖為圓形，但最好形成星形的形狀。如此，可增大p層103與i層100間的接觸面積，提高轉換率。
圖10(a)所示的實施例中，電極104設在p層103的一部分，但也可覆蓋整個圓周而形成。
此外，為np結構時，也可在p層103和電極104之間設置p+層。通過設置p+層，可使p層103和電極104之間更容易產生歐姆接觸。而且，電子也更容易流向i層側。
用于形成p層、n層、i層的半導體材料較佳為有機半導體材料，例如，聚噻吩、聚吡咯等。為了形成p型、n型，只要進行適當的摻雜即可。也可采用p型聚吡咯/n型聚吡咯的組合。
另外，電極材料最好為導電性聚合物。
(實施例9)圖10(b)示出實施例9的線狀元件。
實施例5中的pin結構是形成同心圓的形狀，而本實施例中，則形成四邊形的剖面。橫向排列p層區83、i層區80、n層區81。并且，在兩側面上分別形成電極82、83。
本實施例中，圖10(b)所示的剖面是在長度方向上連續形成的。
該結構的線狀元件只要通過壓出加工而一體形成即可。
(實施例10)本實施例中，在中心部具有電極區，其外圍用p型材料和n型材料的混合材料形成一個區域。并在其外圍形成電極區。
亦即，上述實施例中，示出了p層和n層結合的雙層結構(或中間插入i層的3層結構)的二極管元件。但是，本實施例是以將p型材料和n型材料的混合材料所形成的單層結構為例。
p型/n型混合材料是通過將電子施主導電性聚合物和電子受主導電性聚合物進行混合而形成。
若用p型/n型混合材料形成元件區，則最好構成單純結構。
(實施例11)本實施例中，將在上述實施例中所示的線狀元件，在長度方向上進行延伸。其延伸方法，例如采用延伸銅線或銅管的技術即可。
通過延伸可使直徑變細。尤其是，當利用導電性聚合物時，如上所述，可使分子鏈在長度方向上平行。而且，可使平行的分子鏈之間的間隔變小。因此，電子的跳躍可更有效率地進行。因而，能夠獲得具有更良好特性的線狀元件。
延伸縮減率較佳為10％或10％以上，更好為在10～99％的范圍。縮減率為100×(延伸前的面積-延伸后的面積)/(延伸前的面積)。
延伸步驟也可反復進行數次。在用彈性模量不大的材料時，只要反復延伸即可。
延伸后的線狀元件的外徑較佳為1mm或1mm以下，更佳為10μm或10μm以下，更好為1μm或1μm以下，最好為0.1μm或0.1μm以下。
(實施例12)圖11示出實施例12。
本實施例中，通過以四邊形剖面形狀壓出原體材料而形成線狀，制造出中間線狀壓出體11(圖11(a))。當然，也可壓出其他的剖面形狀。
接著，將中間線狀壓出體111以剖面的橫向、或剖面的縱向進行拉伸，形成拉伸體112(圖11(b))。圖中所示出的是以圖式的橫向拉伸的例子。
然后，將拉伸體112在長度方向上平行地切成適當段數，以制造多個單位拉伸體113a、113b、113c、1113d。另外，也可不進行此切斷步驟，而直接進行下一步驟。
接著，對單位拉伸體進行加工形成適當的形狀。圖中所示的例子中，加工成環狀(圖11(d))、螺旋狀(圖11(e))、雙環狀(圖11(f))。
之后，將適當材料填入中空部114a、114b、114c、114d中。當單位拉伸體為半導體材料時，則填入電極材料。當然，也可不在環狀等加工之后，而是與環狀加工同時進行填入步驟。
此外，當形成如圖11(f)所示的雙環結構時，也可以使用與單位拉伸體114c和單位拉伸體114d不同的材料。
另外，也可在壓出后(圖11(a))、拉伸后(圖11(b)、切斷后(圖11(d)))，在其表面上涂敷其他材料。例如，可利用浸漬、蒸鍍、電鍍等其他方法進行涂敷。涂敷的材料可依照制造的元件功能作適當的選擇。例如半導體材料、磁性材料、導電性材料、絕緣性材料中的任意材料均可。此外，也可使用無機材料或有機材料。
在本實施例中，當利用導電性聚合物作為拉伸體材料時，分子鏈的長度方向是按照圖式中的拉伸方向即左右方向來進行取向。因此，加工成環狀之后，分子鏈的長度方向按照如圖11(g)所示的圓周方向來進行取向。因此，電子在半徑方向上容易進行跳躍。
再者，加工成環狀時，若設置開口115，則可將該開口例如作為電極等的輸出口。在將線狀元件相互編織成集成裝置時，其也可作為線狀元件間的連接部分。另外，也可用作與其他區域的接合面。
此外，在加工形成環狀之后，也可利用具有該環狀等的線狀體作為中間體，以形成具有所需的剖面區域的線狀元件。
另外，如圖11(h)所示，也可在線狀體的長度方向上的適當位置，周期性地或非周期性地設置縮頸部117(剖面的外徑形狀與其他部分不相同的部分)。當在長度方向上垂直地編入其他線狀元件時，可將該縮頸部作為定位標記使用。該縮頸部的形成并不限于本實施例，也可適用于其他的線狀元件。
又，圓周方向的分子鏈的取向率較好是設定為50％或50％以上，更好是設定為70％以上。如此，可得到特性優良的線狀元件。
(實施例13)上述實施例中示出了間隔形成剖面形狀的元件的制造方法例，在本實施例中則如圖12所示，示出壓出形成時的其他實施例，。
圖12僅示出了形成電路元件的區域的一部分區域。
圖12(a)示出在射出半導體材料時，僅在a所示的時間點射出半導體材料。在此，可連續射出導線材料，并間歇地射出半導體材料，而同時形成導線和半導體。此外，也可先形成導線部分，之后使導線移動，而在導線周圍間歇地射出半導體材料。
圖12(b)所示的實施例中，先形成線狀的半導體或絕緣體，其后利用蒸鍍等方法，在長度方向上間隔涂敷導電體，以形成在長度方向上不同的剖面區域。
圖12(c)所示的實施例中，先形成線狀的有機材料。接著，在長度方向上間歇地照射光，使被照射的部分產生光聚合反應。
由此，可在長度方向上形成不同的剖面區域。
圖12(d)中，α表示透光性導電聚合物，β表示由光硬化性導電聚合物構成的、將兩層一體壓出而形成的中間線狀體。當使該中間線狀體移動的同時，對其間歇地照射光時，a部分產生光硬化。由此，可在長度方向上形成不同的剖面區域。
圖12(e)示出利用離子照射的例子。使線狀體移動，并在該途中設置照射裝置。通過離子照射間歇性地照射離子。離子的照射可在全方向上進行。也可僅在某特定方向上進行。再者，也可根據所欲形成的剖面區域來決定適當的照射方向。此外，離子的射程距離也可設定為適當的任意距離。
在離子照射裝置的下游設置加熱裝置，在離子照射之后，對線狀體進行加熱。通過加熱，經離子照射過的部分會轉變成別的組織。
在全方向上進行照射時，整個表面轉變成別的組織。此外，僅在某特定方向上照射離子時，只有該部分轉變成別的組織。
通過上述而照射了離子的部分，在圖12(f)所示的例中，示出了作為離子的照射對象的中間線狀體為單層結構的例，但即使是雙層結構，也可通過控制離子照射時的射程距離，只向內部注入離子。經由熱處理，可在離子所照射過的內部形成別的組織。
中間線狀體可利用硅線狀體，若注入O離子，則可形成SiO2區域。若控制射程距離，則可形成所謂的BOX(嵌入氧化層)。另外，作為間歇地形成其他剖面區域的情況說明了BOX，但BOX也可連續形成于整個長度方向上。
(應用例1)本實施例是編入多個線狀元件而形成集成電路的例子。
圖13示出集成電路圖。
圖13所示出的集成電路為DRAM型的半導體存儲器。DRAM存儲器由縱橫排列的存儲單元組成，其電路如圖13(a)所示。
一個存儲單元由MOSFET 209a1和電容器207構成。每個存儲單元上連接有位線S1、S2......和字符線G1、G2......。
如圖13(b)圖所示，該存儲單元由MOSFET線狀元件209a1和電容器線狀元件207構成。僅準備與列數相等的MOSFET線狀元件。
該MOSFET 209a1中，從中心部向外周方向，依次形成柵電極201、絕緣層202、源極/漏極204、205以及半導體層203。
再者，在長度方向上，形成有元件分離區210。此外，柵電極201僅貫穿一個線狀體。亦即，將一個柵電極作為共通的字符線，在一個線狀體上，長度方向上形成多個MOSFET 209a1、209b1......。
此外，圖13(a)的MOSFET 209a2、a3......也同樣由線狀元件構成。
該MOSFET線狀元件最好由高分子材料構成。
另外，源極區204的輸出部如圖13(c)所示，在直徑方向上突出。這是為了使與位線S1的接觸更容易進行。此外，如圖13(d)所示，漏極區205也在直徑方向上突出。在長度方向上，源極區和漏極區的所述突出位置互相錯開。
另一方面，電容器線狀元件207中，從中心向外側依次形成電極、絕緣層和電極。
S1為位線，形成線狀。作為其材料，較佳為導電性聚合物。將該位線S1206纏繞于源極部204上，使其與源極204接觸。該位線S1纏繞在分別由MOSFET 209a2、a3......構成的MOSFET元件的源極區。
此外，漏極區205和電容器207通過線狀的導電性聚合物210來連接。
圖13的實施例中，用線狀元件作為電容器，但也可設置于MOSFET所形成的線狀體的適當位置。如此，可減少所使用的線狀元件的個數，進一步提高集成度。而且，也可不使用導電性聚合物210來連接電容器，而利用導電性接著劑等而直接與MOSFET線狀元件接合。
如上所述，將線狀元件縱橫編入之后，最好用絕緣性材料包覆整體，以防止導電部發生漏電。
此外，也可不使用電容器而改用二極管。
(應用例2)本實施例中，示出了通過捆束多個線狀元件來形成的集成電路。
本實施例中，示出了使用MOSFET線狀元件的例子。當然，也可使用其他的線狀元件。
先準備多個MOSFET線狀元件。
在各線狀元件的端面上形成信號輸入元件，若進行了捆束，則可檢測出各種信息。例如，若設置光傳感器、離子傳感器、壓力傳感器等，則可檢測出對應人類五感的信息。
例如，當用現有的基板型半導體集成電路形成與100種信號對應的傳感器時，必須反復進行100次光刻工序。然而，在使用線狀元件的端面時，不需要反復進行光刻工序，而簡單地形成對應100種信號的傳感器。而且，也可獲得高密度的感測器。
(應用例3)例如，如以下所述，本發明也可作為光電集成裝置。
將具有pin結構的線狀元件進行捆束、加捻或編入，可作成光電裝置。pin層最好由導電性聚合物形成。另外，也可添加敏化劑。
例如，也可將線狀元件編織成布料，并用該布料制作衣服。此時，也將線狀元件整個作為受光區，可從360°角度接受入射光。而且，也可以三維的方式受光，形成受光效率優良的光電元件。
此外，光的收集效率非常高。亦即，沒有輸入到線狀元件而反射的光也射入布料中而反復進行反射，這樣可輸入到其他線狀元件中。
此外，上述線狀元件最好通過壓出加工來形成。
最好將來自各元件的電極連接于集電極，并在該集電極上設置連接端子。
而且，若在衣服里內面組裝蓄電池，也可在暗處使用電。
另外，若在衣服上裝設發熱器，則可制造具有暖氣效果的衣服。
而且，若用絕緣體包覆線狀發熱體，并與線狀光電元件一起織入到布料中，則可制作具有暖氣效果的衣服。
此外，也可將線狀元件植于規定形狀的基材上，來作為太陽電池。亦即，將線狀元件以毛立狀態或刺猬形狀進行植入，來可作為光收集效率非常好的太陽電池。
若用于通訊衛星，則可望減輕整體重量。由于上述太陽電池重量非常輕，故可有效作為通訊衛星的發電裝置。
由于具有可撓性，因此可適于任意形狀，故可用接著劑將其貼附于通訊衛星主體的外表面。
此外，若準備與人的頭部形狀相符的基材，并在其表面植入線狀的光電元件，則可制造具有發電功能的人工假發。
另外，在使用極細的線狀元件時，具有類似麂皮效果，可作為皮革的表面。也可以上述線狀元件制造皮包。亦即，可作成具有發電功能的皮包。
(應用例4)圖14示出另一應用例。
在本實施例中，在用絕緣膜包覆柵電極的線狀體的適當位置，接觸線狀源電極和漏電極。在與源電極的接觸部和漏電極的接觸部接觸的范圍內，涂敷有機半導體材料。
此外，也可如圖15所示，在用絕緣膜包覆柵電極的線狀體上，卷繞一圈或數圈的線狀源電極或漏電極。通過纏繞，可獲得充分接觸。而且，若在線狀體設置縮頸區域，可方便進行卷繞等時的定位。
如圖16所示，也可使源電極/漏電極僅接觸適當的線狀體(A點)。也可以用其他導線連接源極/漏電極之間(B點)。
圖16中，示出列數為一列的實施例，但也可配置成多個列。此時，只要以三維方式進行連接即可。由于線狀體、源電極、漏電極均具有可撓性，因此，可在所需的位置按所需的方向彎曲。
也可例如使用MOSFET線狀元件作為線狀體，若在所希望的位置以三維的方式相互連接，則可構成所需的邏輯電路。在將現有的半導體基板作為基本構成要素時，不能使電流路徑長，但通過線狀元件可使電流路徑極短，構成極高速的邏輯電路。
(實施例14)圖17示出實施例14。
如圖17(a)所示，本實施例的線狀元件中，在中心部具有中心電極3000，在該中心電極3000的外周形成絕緣層3003，在該絕緣層3003的外周形成有半導體層3004，該半導體層3004中形成有成對的源極區3001a、3001b、3001c、3001d和漏極區3002a、3002b、3002c、3002d的多對3005a、3005b、3005c、3005d。
圖17(b)是示出圖17(a)所示的線狀元件的等價電路。
本實施例中，中心電極3000成為柵電極。此外，中心電極3000成為共用電極。亦即，成為四對成對的源極/漏極3005a、3005b、3005c、3005d即為共用電極。可通過只具有一個柵電極，來將四對的MOSFET可形成在一個線狀體中。當然，源極/漏極對并不只限于四對，也可形成2以上的多個對。
圖17(c)示出用共用線連結源極時的等價電路。只要在線狀體的上或下端面連接源極即可。此外，也可以在線狀體的長度方向上的中間部分預先形成露出區，并在該處連線。
圖17(d)示出用共用線連接漏極時的等價電路。漏極間的連線只要與源極相同即可。
本實施例的元件，例如可通過前述的射出成型來制造。
(實施例15)圖18示出實施例15。
如圖18(a)所示，本實施例的線狀元件在中心具有中心電極3100，在該中心電極3100的外周形成有絕緣膜3103a，在該絕緣膜3103a的外周交替形成有多層的半導體層3104b、3104c和絕緣膜3103b、3103c，在第2層以外的各半導體層中，形成有一對或一對以上的成對的源極區3102b與漏極區3101b，并且，在該源極區3102b和漏極區3101b之間，設有內側半導體層中的漏極區310a或漏電極。
圖18(b)示出圖17(a)所示元件的等價電路。
本實施例中，在內側圓周的漏極輸出成為外側圓周的半導體層的輸入。因此，可用一個柵極(中心電極3100)并列處理多個信號。
圖18(c)示出在一層的半導體層上形成多個MOSFET時的等價電路。利用本實施例，可形成高集成度的集成電路。
(實施例16)圖19示出實施例16。
本實施例中，在半導體層3200的中心具有源極區3201，在該源極區3201的周圍，間隔半導體層，在周向上間隔形成有多個柵電極3202a、3202b、3202c、3202d、3202e、3202f，并在該半導體層3200的外周具有漏極區3203。
本實施例的元件的制造例如圖19的①～⑤所示。
首先，準備源極用的線3201。源極用的線例如只要使用銀、金或其他導電性材料即可。
接著，以浸漬等方法，在源極用的線3201的表面上包覆半導體層。作為半導體層，最好使用上述有機半導體。
另外，準備多個柵電極，將該柵電極以希望的間隔配置于平面上。
在包覆半導體層后，半導體層半乾燥的狀態下，如③所示，將其在柵電極上滾動。由此，在半導體層的表面的以期望間隔環狀地配置柵電極，以形成中間體。
然后，在形成有柵電極的中間體表面上，利用浸漬等方法形成半導體液層。
接著，以蒸鍍等方法，在半導體層的外周形成由金等形成的漏電極。
(實施例17)對線狀元件進行具有各種目的的熱處理。并對線狀元件注入摻雜劑。
圖20示出可進行不同溫度的熱處理、注入不同摻雜劑的裝置。
本裝置中，多段狀地配置有管子2200a、2200b，線狀元件2202貫穿多個段地配置的管子2200a、2200b來進行運送。
例如，欲在線狀元件2202的A區域形成氧化膜時，只要停止線狀元件2202的運送，并注入被管子2200a加熱的氧化氣體。或者，只要導入包含摻雜劑的氣體，即可向A區域注入摻雜劑。因此，可制造在長度方向上具有不同剖面區的線狀元件。
再者，欲對整個線狀元件2202進行熱處理時，可在持續輸送線狀元件的狀態下，注入被管子2200a加熱的惰性氣體。例如，可在注入摻雜劑制后，進行用于使摻雜劑擴散的熱處理。
此外，管子2200a與管子2200b中可注入相同氣體，也可注入不同的氣體。當注入相同氣體時，可使氣體溫度不同，也可使氣體溫度相同。
而且，最好使管子2200a與管子2200b之間形成密閉狀態，并可從該密閉空間進行排氣。如此，可防止氣體泄漏到外部。
此外，作為所述氣體，也可以使用二硼烷其體。此時，線狀元件通過液相，因此例如可進行摻雜。亦即，即使如圖20所示的簡單的裝置，也可進行摻雜。
再有，線狀元件的熱處理，可舉例以獲得最佳接合或結晶性為目的的熱處理、以摻雜劑的擴散為目的的熱處理以外的熱處理。
產業上的可利用性本發明提供一種線狀元件及其制造方法，其形狀不受限制，具有柔軟性與可撓性，并可作成具有任意形狀的各種裝置。
權利要求
1.一種線狀元件，其特征在于，在長度方向上連續或間隔形成有電路元件。
2.一種線狀元件，其特征在于，在長度方向上連續或間隔形成有具有形成電路的多個區域的剖面。
3.如權利要求1或2所述的線狀元件，其中，上述元件為能量轉換元件。
4.如權利要求1或2所述的線狀元件，其中，上述元件為電子電路元件或光回路元件。
5.如權利要求1或2所述的線狀元件，其中，上述元件為半導體元件。
6.如權利要求1或2所述的線狀元件，其中，上述元件為二極管、三極管或晶閘管。
7.如權利要求1或2所述的線狀元件，其中，上述元件為發光二極管、半導體激光器件或受光器件。
8.如權利要求1或2所述的線狀元件，其中，上述元件為DRAM、SRAM、閃存及其他存儲器。
9.如權利要求1或2所述的線狀元件，其中，上述元件為光電元件。
10.如權利要求1或2所述的線狀元件，其中，上述元件為圖象傳感器元件或二次電池元件。
11.如權利要求1～10中任一項所述的線狀元件，其中，縱向剖面形狀為圓形、多邊形、星形、新月形、花瓣狀、文字形狀及其他任意形狀。
12.如權利要求1～11中任一項所述的線狀元件，其中，在線側面上具有多個暴露區。
13.如權利要求1～12中任一項所述的線狀元件，其中，上述線狀元件的全部或一部分是通過壓出加工形成的。
14.如權利要求13所述的線狀元件，其中，上述線狀元件的全部或一部分是經壓出加工之后再進行延伸加工形成的。
15.如權利要求12～14中任一項所述的線狀元件，其中，上述線狀元件是在壓出加工后再進行拉伸加工形成的。
16.如權利要求15所述的線狀元件，其中，在上述拉伸加工后，形成環狀或螺旋狀。
17.如權利要求16所述的線狀元件，其中，上述環為多重環。
18.如權利要求17所述的線狀元件，其中，上述多重環由不同材料形成。
19.如權利要求16～18中任一項所述的線狀元件，其中，環或螺旋的一部分形成暴露區。
20.如權利要求16～19中任一項所述的線狀元件，其中，在上述環或螺旋的空隙部的一部分或全部填入其他材料。
21.如權利要求1～20中任一項所述的線狀元件，其中，外徑為10mm或10mm以下。
22.如權利要求1～21中任一項所述的線狀元件，其中，外徑為1mm或1mm以下。
23.如權利要求1～20中任一項所述的線狀元件，其中，外徑為1μm或1μm以下。
24.如權利要求1～23中任一項所述的線狀元件，其中，長寬比為10或10以上。
25.如權利要求1～24中任一項所述的線狀元件，其中，長寬比為100或100以上。
26.如權利要求1～25中任一項所述的線狀元件，其中，在剖面內形成有柵電極區、絕緣區、源極與漏極區、半導體區。
27.如權利要求26所述的線狀元件，其中，在中心具有柵電極區，在其外側依次形成有絕緣區、源極及漏極區、半導體區。
28.如權利要求26所述的線狀元件，其中，在中心具有中空區域或絕緣區，在其外側形成有半導體區，并在上述半導體區內形成有部分暴露在外側的源極及漏極區，在該源極及漏極區外側形成有絕緣區及柵電極區。
29.如權利要求1～26中任一項所述的線狀元件，其中，在剖面中形成有至少具有pn接合或pin接合的區域。
30.如權利要求1～29中任一項所述的線狀元件，其中，形成上述電路的半導體區，由有機半導體材料構成。
31.如權利要求30所述的線狀元件，其中，上述有機半導體層材料為聚噻吩、聚苯撐。
32.如權利要求1～31中任一項所述的線狀元件，其中，形成上述電路的導電性區域由導電性聚合物構成。
33.如權利要求32所述的線狀元件，其中，上述導電性聚合物為聚乙炔、聚苯乙炔、聚吡咯。
34.如權利要求1～33中任一項所述的線狀元件，其中，在長度方向上的任意位置形成有不同的電路元件。
35.如權利要求1～34中任一項所述的線狀元件，其中，在長度方向上的任意位置具有電路元件分隔區。
36.如權利要求1～35中任一項所述的線狀元件，其中，在長度方向上的任意位置具有剖面的外徑形狀不同的部分。
37.如權利要求1～36中任一項所述的線狀元件，其中，區域的一部分由導電性聚合物構成，且分子鏈的長度方向取向率為50％或50％以上。
38.如權利要求1～36中任一項所述的線狀元件，其中，區域的一部分由導電性聚合物構成，且分子鏈的長度方向取向率為70％或70％以上。
39.如權利要求16～20中任一項所述的線狀元件，其中，區域的一部分由導電性聚合物構成，且分子鏈的圓周方向的取向率為50％或50％以上。
40.如權利要求16～20中任一項所述的線狀元件，其中，區域的一部分由導電性聚合物構成，且分子鏈的圓周方向的取向率為70％或70％以上。
41.一種線狀元件的制造方法，其特征在于，將形成電路元件區域的材料進行溶解、熔融或凝膠化；并以所需的形狀線狀地壓出該材料。
42.如權利要求41所述的線狀元件的制造方法，其中，上述區域的一部分由導電性聚合物形成。
43.如權利要求41或42所述的線狀元件的制造方法，其中，在上述壓出后，再進行延伸加工。
44.如權利要求41或42所述的線狀元件的制造方法，其中，上述壓出加工后，再進行拉伸加工。
45.如權利要求43所述的線狀元件的制造方法，其中，上述延伸加工后，再進行拉伸加工。
46.如權利要求44或45所述的線狀元件的制造方法，其中，上述拉伸加工后，形成環狀。
47.如權利要求41～46中任一項所述的線狀元件的制造方法，是由中心往外側層疊多層的線狀元件的制造方法，其特征在于，將通過壓出形成線狀的中心層，作為一次線狀體；之后，使該一次線狀體移動的同時，在其表面射出外層原料，而依次形成外層。
48.如權利要求47所述的線狀元件的制造方法，其中，當壓出導電性聚合物時，將移動速度和射出速度之差設定為20m/sec或20m/sec以上。
49.一種小單位的線狀元件，對權利要求1至第40項中任一項所述的線狀元件，垂直于長度方向進行切割、分離而形成。
50.如權利要求1所述的線狀元件，其中，在中心部具有電極，在該中心電極的外周形成絕緣層，在該絕緣層的外周形成有半導體層，該半導體層中形成有多個成對的源極區和漏極區。
51.如權利要求1所述的線狀元件，其中，在中心部具有電極，在上述中心電極的外周形成絕緣層，在該絕緣膜的外周交替形成多層的半導體層和絕緣膜，在各半導體層中形成有一對或一對以上的成對源極區和漏極區，并且，內側層的漏極區或漏電極形成在源極區和漏極區之間。
52.如權利要求1所述的線狀元件，其中，在半導體層的中心具有源電極，在該源電極的周圍，在周向上用半導體層進行間隔而間隔形成多個柵電極，在該半導體層的外周具有漏電極。
全文摘要
本發明提供一種元件及其制造方法，其形狀不受限制，具有柔軟性與可撓性，并可形成具任意形狀的各種裝置。亦即為一種在長度方向上，連續或間隔形成具有電路元件的元件。此外，作為一種元件，在長度方向上，連續或間隔形成具有電路的多個區域的剖面。
文檔編號H01L21/8247GK1650433SQ0380996
公開日2005年8月3日 申請日期2003年5月2日 優先權日2002年5月2日
發明者笠間泰彥, 藤本諭, 表研次 申請人:理想星株式會社