(57)【要約】  カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いた電子素子を作製する場合、特に先に形成された電極上にカーボンナノチューブ薄膜を形成する場合、先に形成された電極の上にＣＮＴを製膜しそのまま電子素子として利用している。この場合、カーボンナノチューブと電極が充分に接触しないと接触抵抗が大きくなり充分な素子特性が得られないという課題がある。先に形成された電極上にカーボンナノチューブ薄膜を形成する際、カーボンナノチューブの製膜前、若しくは製膜後に導電性有機高分子薄膜を形成し、接触抵抗を小さくする。
2009031525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄膜とカーボンナノチューブ薄膜と有機導電性高分子薄膜を含み、該カーボンナノチューブ薄膜と該有機導電性高分子薄膜とが接していることを特徴とするカーボンナノチューブ構造物。
【請求項２】
前記有機導電性高分子薄膜が、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン及びポリチオフェンからなる群から選択される少なくとも１種のポリマーを主鎖として含有する有機導電性高分子を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ構造物。
【請求項３】
前記有機導電性高分子薄膜が、分子性ドナー及びイオン性ドナーから選択される１種以上のドナー、又は、分子性アクセプター及びイオン性アクセプターから選択される１種以上のアクセプターを、ドーパントとして含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のカーボンナノチューブ構造物。
【請求項４】
前記有機導電性高分子薄膜が、有機導電性高分子を含有する塗布液を塗布して成膜されたものである請求項１から３のいずれかに記載のカーボンナノチューブ構造物。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブ薄膜が、カーボンナノチューブを含有する塗布液を塗布して成膜されたものである請求項１から４のいずれかに記載のカーボンナノチューブ構造物。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブ構造物は、絶縁性材料上に前記金属薄膜とカーボンナノチューブ薄膜と有機導電性高分子薄膜とが形成されたものである請求項１から５のいずれかに記載のカーボンナノチューブ構造物。
【請求項７】
絶縁性材料上に、前記金属薄膜、前記カーボンナノチューブ薄膜、前記有機導電性高分子薄膜の順に積層してなる請求項６に記載のカーボンナノチューブ構造物。
【請求項８】
絶縁性材料上に、前記金属薄膜、前記有機導電性高分子薄膜、前記カーボンナノチューブ薄膜の順に積層してなる請求項６に記載のカーボンナノチューブ構造物。
【請求項９】
前記有機導電性高分子薄膜及びカーボンナノチューブ薄膜が、有機導電性高分子を含有する第１の塗布液を塗布し、該塗布液に含まれる溶媒若しくは分散媒が完全に除去される前に、カーボンナノチューブを含有する第２の塗布液を塗布して、第１及び第２の塗布液に含まれる溶媒若しくは分散媒を除去して成膜されたものである請求項８に記載のカーボンナノチューブ構造物。
【請求項１０】
互いに離間したソース／ドレイン電極と、チャネルと、前記ソース／ドレイン電極と離間しかつゲート絶縁膜を介して前記チャネルに接するゲート電極とを有する薄膜トランジスタにおいて、
前記チャネルと前記ソース／ドレイン電極とが重なる領域に、前記ソース／ドレイン電極を前記金属薄膜とした請求項１から９のいずれかに記載のカーボンナノチューブ構造物を有する薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
前記チャネルの材料が、半導体特性を有するカーボンナノチューブを含むことを特徴とする請求項１０に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
前記チャネルの材料が、前記カーボンナノチューブ構造物中のカーボンナノチューブ薄膜を構成する請求項１１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１３】
前記薄膜トランジスタは、可撓性の絶縁性基板上に形成されたものである請求項１０から１２のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１４】
前記可撓性の絶縁性基板は、プラスチックフィルムである請求項１３に記載の薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブを含有するカーボンナノチューブ構造物或いはカーボンナノチューブを半導体層として有する薄膜トランジスタに関する。特に、カーボンナノチューブと電極とのあいだの接触抵抗が小さく、また、プラスチック基板などを用いたフレキシブルデバイスにおいて、曲げに対する素子特性のばらつきの小さなＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を得ることが可能な薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタは、液晶表示装置等の表示用のスイッチング素子として広く用いられている。従来、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴとも呼ぶ）は、アモルファスや多結晶のシリコンを用いて作製されていた。しかし、このようなシリコンを用いたＴＦＴの作製に用いられるＣＶＤ装置は、非常に高価であり、ＴＦＴを用いた表示装置等の大型化は、製造コストの大幅な増加を伴うという問題点があった。また、アモルファスや多結晶のシリコンを成膜するプロセスは非常に高い温度下で行われるため、基板として使用可能な材料の種類が限られ、軽量な樹脂基板等は使用できないという問題があった。【０００３】
上記問題を解決するために、アモルファスや多結晶のシリコンに代えて有機物あるいはカーボンナノチューブを用いたＴＦＴが提案されている。有機物あるいはカーボンナノチューブでＴＦＴを形成する際に用いる成膜方法として真空蒸着法や塗布法等が知られている。これらの成膜方法によれば、コストアップを抑えつつ素子の大型化が実現可能になり、成膜時に必要となるプロセス温度を比較的低温にすることができる。このため、有機物あるいはカーボンナノチューブを用いたＴＦＴでは、基板に用いる材料の選択時の制限が少ないといった利点が得られ、その実用化が期待される。【０００４】
しかしながら、有機材料を用いたＴＦＴは有機材料の有する半導体特性がシリコン系材料に比べて著しく小さいため、実用的なＴＦＴ特性を得ることは困難である。【０００５】
一方、カーボンナノチューブを用いたＴＦＴは高い性能を有するＴＦＴを製造できる可能性があることから、盛んに研究されている。非特許文献１から５に記載されている報告では、カーボンナノチューブを用いたＴＦＴや、カーボンナノチューブを用いたＴＦＴがシリコン若しくはシリコン以上の性能を発揮することが示されている。【０００６】
カーボンナノチューブをチャネルの半導体材料として用いる場合、カーボンナノチューブを１本若しくは数本、あるいはカーボンナノチューブを多数本分散させてＴＦＴを製造することになる。カーボンナノチューブを１本若しくは数本用いる場合、一般的にカーボンナノチューブの長さが１μｍ程度若しくはそれ以下のものが用いられることが多い。このため、ＴＦＴを作る際に微細加工が必要となり、ソース電極、ドレイン電極間の、いわゆるチャネル長をサブミクロンスケールで製造する必要がある。これに対して、カーボンナノチューブを多数本用いる場合、カーボンナノチューブのネットワークをチャネルとして利用するため、チャネル長を大きくすることが可能となり、簡便に製造することが出来るようになる。多数本のカーボンナノチューブを分散させてＴＦＴを製造する報告例としては非特許文献５などが挙げられる。【０００７】
カーボンナノチューブを多数本分散させて薄膜を形成させるためには、カーボンナノチューブの溶液や分散液を用いると容易に薄膜を形成させることが出来る。非特許文献６から９に記載されている報告では、カーボンナノチューブの薄膜を溶液、分散液から形成する方法が示されている。【０００８】
半導体層の材料としてカーボンナノチューブを使用し、カーボンナノチューブの薄膜をカーボンナノチューブの分散液を用いた工程で形成する。これにより、素子・デバイスの基板もガラスなどの硬い材料はもちろんのこと、樹脂やプラスチックを適用することで素子全体にフレキシブル性を持たせることが可能となり、フレキシブルＴＦＴへの応用も期待できる。さらに、塗布プロセスを採用することができるため、塗布プロセス、印刷プロセスを適用した製造方法により、素子・デバイスの低コスト化を実現できる可能性を有している。【０００９】
ここで、代表的なカーボンナノチューブＴＦＴの断面構造を図１に示す。このＴＦＴは、基板１１上に、ゲート電極（層）１４及び絶縁体層１６をこの順に有し、絶縁体層１６上に、所定の間隔をあけて形成されたソース電極１２及びドレイン電極１３を有している。ソース電極１２及びドレイン電極１３の一部表面を含み、ソース電極１２及びドレイン電極１３間に露出する絶縁体層１６上には、カーボンナノチューブ層１５が形成されている。このような構成を有するＴＦＴでは、カーボンナノチューブ層１５がチャネル領域を成しており、ゲート電極１４に印加される電圧でソース電極１２とドレイン電極１３の間に流れる電流が制御されることによってオン／オフ動作する。【００１０】
【非特許文献１】Ｓ．Ｊ．Ｔａｎｓ，Ａ．Ｒ．Ｍ．Ｖｅｒｓｃｈｕｅｒｅｎ，Ｃ．Ｄｅｋｋｅｒ著、ネイチャー（ＮＡＴＵＲＥ）、３９３号、４９頁、１９９８年
【非特許文献２】Ｒ．Ｍａｒｔｅｌ，Ｔ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，Ｈ．Ｒ．Ｓｈｅａ，Ｔ．Ｈｅｒｔｅｌ，Ｐ．Ａｖｏｕｒｉｓ著、アプライド  フィジックス  レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、７３巻、１７号、２４４７頁、１９９８年
【非特許文献３】Ｓ．Ｊ．ｗｉｎｄ，Ｊ．Ａｐｐｅｎｚｅｌｌｅｒ，Ｒ．Ｍａｒｔｅｌ，Ｖ．Ｄｅｒｙｃｋｅ，Ｐ．Ａｖｏｕｒｉｓ著、アプライド  フィジックス  レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、８０巻、２０号、３８１７頁、２００２年
【非特許文献４】Ｋ．Ｘｉａｏ，Ｙ．Ｌｉｕ，Ｐ．Ｈｕ，Ｇ．Ｙｕ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｄ．Ｚｈｕ著、アプライド  フィジックス  レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、８３巻、１号、１５０頁、２００３年
【非特許文献５】Ｓ．Ｋｕｍａｒ，Ｇ．Ｂ．Ｂｌａｎｃｈｅｔ，Ｍ．Ｓ．Ｈｙｂｅｒｔｓｅｎ，Ｊ．Ｙ．Ｍｕｒｔｈｙ，Ｍ．Ａ．Ａｌａｍ著、アプライド  フィジックス  レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、８９巻、１４３５０１頁、２００６年
【非特許文献６】Ｎ．Ｓａｒａｎ，Ｋ．Ｐａｒｉｋｈ，Ｄ．Ｓｕｈ，Ｅ．Ｍｕｎｏｚ，Ｈ．Ｋｏｌｌａ，Ｓ．Ｋ．Ｍａｎｏｈａｒ著、ジャーナル  オブ  アメリカン  ケミカル  ソサエティー（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．）、１２６巻、４４６２頁、２００４年
【非特許文献７】Ｚ．Ｗｕ，Ｚ．Ｃｈｅｎ，Ｘ．Ｄｕ，Ｊ．Ｍ．Ｌｏｇａｎ，Ｊ．Ｓｉｐｐｅｌ，Ｍ．Ｎｉｋｏｌｏｕ，Ｋ．Ｋａｍａｒａｓ，Ｊ．Ｒ．Ｒｅｙｎｏｌｄｓ，Ｄ．Ｂ．Ｔａｎｎｅｒ，Ａ．Ｆ．Ｈｅｂａｒｄ，Ａ．Ｇ．Ｒｉｎｚｌｅｒ著、サイエンス（ＳＣＩＥＮＣＥ）、３０５号、１２７３頁、２００４年
【非特許文献８】Ｍ．Ｚｈａｎｇ，Ｓ．Ｆａｎｇ，Ａ．Ａ．Ｚａｋｈｉｄｏｖ，Ｓ．Ｂ．Ｌｅｅ，Ａ．Ｅ．Ａｌｉｅｖ，Ｃ．Ｄ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ，Ｋ．Ｒ．Ａｔｋｉｎｓｏｎ，Ｒ．Ｈ．Ｂａｕｇｈｍａｎ著、サイエンス（ＳＣＩＥＮＣＥ）、３０９号、１２１５頁、２００５年
【非特許文献９】Ｙ．Ｚｈｏｕ，Ｌ．Ｈｕ，Ｇ．Ｇｒｕｎｅｒ著、アプライド  フィジックス  レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、８８巻、１２３１０９頁、２００６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記カーボンナノチューブＴＦＴを製造しようとする場合、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極とドレイン電極、カーボンナノチューブチャネルの配置は自由に設定することが出来る。ゲート電極、ゲート絶縁膜をはじめに作製するボトムゲート構造や、ゲート電極、ゲート絶縁膜をあとに作製するトップゲート構造のどちらでもよい。また、ソース電極とドレイン電極を作製してからカーボンナノチューブチャネルを作製するボトムコンタクト構造でもカーボンナノチューブチャネルを作製してからソース電極とドレイン電極を作製するトップコンタクト構造のどちらでも良い。しかしながら特にカーボンナノチューブチャネルをカーボンナノチューブの溶液若しくは分散液から作製する場合、先に他の構造を作製してから塗布工程を行うことの出来るボトムゲート、かつボトムコンタクト構造を選択するのが好ましい。これにより、カーボンナノチューブＴＦＴを簡便に製造することが出来る。【００１２】
このとき、カーボンナノチューブ薄膜は、ソース電極あるいはドレイン電極の上に形成することになる。カーボンナノチューブは直径がナノメートルオーダー、長さがマイクロメートルオーダーの非常に細長い形状をしている。このため、ソース電極あるいはドレイン電極の上にカーボンナノチューブ薄膜を形成する場合、電極とカーボンナノチューブを密着させて積層することが非常に困難となる。ＴＦＴや他の電子素子・デバイスの場合、異なる材料・薄膜を接合する場合の接触抵抗が非常に重要であり、２つの材料・薄膜が物理的・機械的にしっかりと接合されていないと接触抵抗が大きくなり、素子性能の低下、不安定の原因となる。また、特に基板にプラスチックのようなフレキシブルな材料を用いた場合、基板を曲げたり戻したりする際に、電極とカーボンナノチューブの接触の度合いが変化し、そのことが素子・デバイスの曲げに対する特性の低下を引き起こす原因となる。【００１３】
本発明は、上記に鑑み、電極の上に後からカーボンナノチューブ薄膜を形成するカーボンナノチューブ構造物あるいはカーボンナノチューブを半導体層として有するＴＦＴに関する。本発明により、カーボンナノチューブと電極とのあいだの接触抵抗が小さく、また、プラスチック基板などを用いたフレキシブルデバイスにおいて、曲げに対する素子特性のばらつきの小さなカーボンナノチューブＴＦＴを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のカーボンナノチューブ構造物は、金属薄膜とカーボンナノチューブ薄膜と有機導電性高分子薄膜を含み、該カーボンナノチューブ薄膜と該有機導電性高分子薄膜とが接していることを特徴とする。【００１５】
また、本発明の薄膜トランジスタは、互いに離間したソース／ドレイン電極と、チャネルと、前記ソース／ドレイン電極と離間しかつゲート絶縁膜を介してチャネルに接するゲート電極とを有する薄膜トランジスタにおいて、前記チャネルと前記ソース／ドレイン電極とが重なる領域に、前記ソース／ドレイン電極を前記金属薄膜とした前記カーボンナノチューブ構造物を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のカーボンナノチューブ構造物及びカーボンナノチューブＴＦＴによると、電極とカーボンナノチューブ間の接触抵抗が小さく、曲げ特性が安定なカーボンナノチューブ構造物及びカーボンナノチューブＴＦＴを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一般的なＴＦＴの構成を示す断面図である。
【図２】電極表面に理想的に配置されたカーボンナノチューブの状態を示す断面図である。
【図３】電極表面に斜めに配置されたカーボンナノチューブの状態を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明のカーボンナノチューブ構造物の構造を示す断面図である。
【図４Ｂ】本発明のカーボンナノチューブ構造物の構造を示す断面図である。
【図５Ａ】一般的なカーボンナノチューブ構造物を曲げたときの状態を示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明のカーボンナノチューブ構造物を曲げたときの状態を示す断面図である。
【図６Ａ】本発明のカーボンナノチューブＴＦＴの構造を示す断面図である。
【図６Ｂ】本発明のカーボンナノチューブＴＦＴの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１１    基板
１２    ソース電極
１３    ドレイン電極
１４    ゲート電極
１５    カーボンナノチューブ薄膜
１６    絶縁体層
１７    有機導電性高分子薄膜
１８    カーボンナノチューブ
１９    金属薄膜
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明者らは、上述の課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の構造を有するカーボンナノチューブ構造物及びカーボンナノチューブＴＦＴを用いることによって、接触抵抗を下げることが実現できることを見出した。さらにフレキシブルＴＦＴとして曲げに対する性能ばらつきを小さくできることを見出し、本発明に到った。【００２０】
上記目的を達成するために、本発明に係るカーボンナノチューブ構造物は金属薄膜とカーボンナノチューブ薄膜と有機導電性高分子薄膜からなることで、接触抵抗の小さなカーボンナノチューブ構造物を得ることができる。また、チャネルとソース／ドレイン電極とが重なる領域に、該ソース／ドレイン電極を前記金属薄膜とした前記カーボンナノチューブ構造物を有するカーボンナノチューブＴＦＴは、曲げに対する特性変化が小さい。電極上にカーボンナノチューブ薄膜を形成する際の接触抵抗の増大は、カーボンナノチューブが細長いために、電極とカーボンナノチューブ薄膜との接触点の制御が困難なために引き起こる。【００２１】
図２のように電極の表面上にカーボンナノチューブが平行に接触すれば、電極とカーボンナノチューブとの接触点が多く電極とカーボンナノチューブとの間での電荷のやり取りを容易に行うことが出来る。しかし、図３のように電極の表面上にカーボンナノチューブが斜めに接触する場合、電極とカーボンナノチューブとの接触点はただ一つとなってしまい、電荷の受け渡しが不安定となり、結果として接触抵抗の増大を引き起こす。塗布プロセスでカーボンナノチューブ薄膜の形成を行う場合、電極表面上へのカーボンナノチューブの配列制御まで行うことは容易ではなく、電極表面とカーボンナノチューブの接触点制御が充分出来ていなかった。【００２２】
本発明では、図４Ａ、Ｂのようにカーボンナノチューブ薄膜の上若しくは下に有機導電性高分子薄膜を形成することでカーボンナノチューブが効果的に電荷の受け渡しを行うことが可能となり、接触抵抗を低減させることができる。また、図５Ａのように基板が曲がった際に接触点が少なくなる場合にも、柔軟性の大きな有機導電性高分子薄膜を用いることで図５Ｂのように接触抵抗を増大させることなく安定した素子特性を実現させることが出来る。【００２３】
本発明のカーボンナノチューブ構造物は、金属薄膜、カーボンナノチューブ薄膜、有機導電性高分子薄膜を含み、該カーボンナノチューブ薄膜と該有機導電性高分子薄膜とが接してしていれば、金属電極とカーボンナノチューブ薄膜との間の接触抵抗を下げることができる。積層順序は、金属薄膜、カーボンナノチューブ薄膜、有機導電性高分子薄膜の順に積層していても金属薄膜、有機導電性高分子薄膜、カーボンナノチューブ薄膜の順に積層していてもよい。また、前記金属薄膜、カーボンナノチューブ薄膜、有機導電性高分子薄膜は、絶縁性材料上に形成されたものであってもよい。【００２４】
金属薄膜、カーボンナノチューブ薄膜、有機導電性高分子薄膜の順に積層する場合、カーボンナノチューブは図４Ｂの様に有機導電性高分子薄膜で覆われてしまうため、充分な電荷受け渡し部位を保持することが出来る。また、金属薄膜、有機導電性高分子薄膜、カーボンナノチューブ薄膜の順に積層する場合、有機導電性高分子薄膜は電極表面に比べて空間が多く、細長いカーボンナノチューブは図４Ａの様にある程度有機導電性高分子薄膜内にもぐりこむ。このため、こちらの場合でも充分な電荷受け渡し部位を有することが出来る。【００２５】
有機導電性高分子薄膜は該当する有機導電性高分子を含有する塗布液を塗布し、該塗布液を乾燥除去することによって成膜することが出来る。また、カーボンナノチューブ薄膜は種々の方法で形成することが可能であるが、カーボンナノチューブを含有する塗布液を塗布し、該塗布液を乾燥除去することによって成膜することができる。【００２６】
前記塗布液において、有機導電性高分子あるいはカーボンナノチューブを溶解若しくは分散する溶媒としては、水や一般的な有機溶剤を使用することできる。一般的な有機溶剤としてはメタノールなどのアルコール系溶剤、クロロホルムなどのハロゲン系溶剤、酢酸エチルなどのエステル系溶剤、トルエンなどの芳香族系溶剤などが挙げられる。しかし、有機導電性高分子あるいはカーボンナノチューブの溶液・分散液を形成することが出来ればどんな溶媒を使用してもよく、溶媒の種類に限定されない。【００２７】
有機導電性高分子あるいはカーボンナノチューブの塗布液を塗布する方法もキャスト法、活版印刷法、スクリーン印刷法などの有版印刷法、ディスペンサやインクジェット装置を用いる無版印刷法でも適用可能であり、塗布方法には限定されない。【００２８】
カーボンナノチューブ構造物が、金属薄膜、有機導電性高分子を含有する第１の塗布液から成膜された有機導電性高分子薄膜、カーボンナノチューブを含有する第２の塗布液から成膜されたカーボンナノチューブ薄膜の順に積層して形成される場合、有機導電性高分子を含有する第１の塗布液を塗布した後、第１の塗布液が完全に乾燥除去する前にカーボンナノチューブを含有する第２の塗布液を塗布し、第１及び第２の塗布液を乾燥除去することによって成膜することによって、カーボンナノチューブ周囲の有機導電性高分子の被覆率が向上し、特性を安定させることが出来る。【００２９】
有機導電性高分子薄膜を構成する有機導電性高分子材料は、ある程度の導電率を有する高分子材料であれば適用可能であるが、より導電率の大きなポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフェンを主鎖とする高分子材料を使用するのが好ましい。【００３０】
また、有機導電性高分子薄膜中に分子性ドナー及びイオン性ドナーから選択される１種以上のドナー、又は、分子性アクセプター及びイオン性アクセプターから選択される１種以上のアクセプターを、ドーパントとして含有することによってより導電性の向上を図ることが出来る。分子性ドナー、イオン性ドナー、分子性アクセプター、イオン性アクセプターとしては、ヨウ素、テトラチアフルバレン、テトラシアノキノジメタン等の分子の他、スルホン酸ナトリウム系化合物のようなイオン性材料を用いることができる。【００３１】
さらに、互いに離間したソース／ドレイン電極と、チャネルと、前記ソース／ドレイン電極と離間しかつゲート絶縁膜を介して前記チャネルに接するゲート電極と、を有するＴＦＴにおいて、前記チャネルと前記ソース／ドレイン電極とが重なる領域に、前記ソース／ドレイン電極を前記金属薄膜とした前記カーボンナノチューブ構造物を有することにより、電気特性の優れたカーボンナノチューブＴＦＴを得ることができる。一般的なカーボンナノチューブＴＦＴの構造は前述のように図１のような構造を有している。本発明のカーボンナノチューブＴＦＴは上述のカーボンナノチューブ構造物を適用することにより、図６Ａ、Ｂに示すソース／ドレイン電極は、上部又は下部に有機導電性高分子薄膜を積層する構造を有する。ソース／ドレイン電極を前記金属薄膜とした接触抵抗の小さなカーボンナノチューブ構造物を適用することによって、電気特性の優れたカーボンナノチューブＴＦＴを得ることができる。このとき、前記チャネルの材料は、半導体特性を有するカーボンナノチューブを含むことができる。また、前記チャネルの材料は、前記カーボンナノチューブ構造物中のカーボンナノチューブ薄膜を構成することができる。【００３２】
このカーボンナノチューブＴＦＴにおいて、電極部のカーボンナノチューブとチャネル部のカーボンナノチューブは同一の塗布液から同一工程で形成すると簡便に本発明のカーボンナノチューブＴＦＴを得ることができる。有機導電性高分子薄膜はカーボンナノチューブ薄膜とは別の工程で形成されるため、チャネル部に有機導電性高分子薄膜を有することなくカーボンナノチューブＴＦＴを得ることができる。【００３３】
本発明のカーボンナノチューブＴＦＴは、前記カーボンナノチューブ構造物部分について、ソース／ドレイン電極、有機導電性高分子薄膜、カーボンナノチューブ薄膜の順に成膜しても、ソース／ドレイン電極、カーボンナノチューブ薄膜、有機導電性高分子薄膜の順に成膜してもよい。これは、上述のカーボンナノチューブ構造物の場合と同様である。また、ソース／ドレイン電極、有機導電性高分子薄膜、カーボンナノチューブ薄膜の順に成膜する場合、有機導電性高分子を含有する第１の塗布液を塗布した後、第１の塗布液が完全に乾燥除去する前にカーボンナノチューブを含有する第２の塗布液を塗布し、第１及び第２の塗布液を乾燥除去することによって成膜することによって、さらに特性を安定させることが出来るのも上述のカーボンナノチューブ構造物の場合と同様である。【００３４】
本発明のカーボンナノチューブＴＦＴの基板としては、可撓性の絶縁性基板を用いることができる。可撓性の絶縁性基板としては、例えば、プラスチックフィルムを用いることができる。基板にプラスチックフィルムを用いる場合にも、カーボンナノチューブ構造物の場合と同様に有機導電性高分子薄膜がカーボンナノチューブを被覆する。このため、曲げに対して安定した特性を保有するカーボンナノチューブＴＦＴを得ることができる。【００３５】
本発明のカーボンナノチューブＴＦＴに用いられる有機導電性高分子薄膜の材料はカーボンナノチューブ構造物と同様の材料が適用できる。また、本発明のカーボンナノチューブＴＦＴは電極とチャネルであるカーボンナノチューブ間の抵抗・電気特性を安定化させることのできる構造であり、その他の構成部位の作製プロセスを限定するものでない。したがって、一般的な薄膜製造方法である、真空蒸着法、スパッタリング法、塗布法などで製造することが可能である。【００３６】
以下、図面等を参照し、本発明に係る実施形態の一例を示し、本発明を更に詳細に説明する。図４Ａ、Ｂは本発明に係る実施形態のカーボンナノチューブ構造物の構成の一例を示す断面図であり、図６Ａ、Ｂは、本発明に係る実施形態のカーボンナノチューブＴＦＴの構成の一例を示す断面図である。【００３７】
本発明の実施形態のカーボンナノチューブ構造物は、図４Ａ、Ｂに示すように、金属薄膜１９、有機導電性高分子薄膜１７、カーボンナノチューブ１８を有する。金属薄膜１９とカーボンナノチューブ１８がどのような配置になっていても有機導電性高分子薄膜１７である程度被覆されるので安定した接触特性を示すことが出来る。【００３８】
また、本発明の実施形態のカーボンナノチューブＴＦＴは図６Ａ、Ｂに示すように、１対のソース電極１２とドレイン電極１３を有する。ソース電極１２、ドレイン電極１３とカーボンナノチューブ薄膜１５との接触部位に関し、カーボンナノチューブ薄膜１５の上部又は下部に有機導電性高分子薄膜１７を有している。上記カーボンナノチューブ構造物と同様に、カーボンナノチューブ薄膜１５が有機導電性高分子薄膜１７である程度被覆されるため、安定した優れた特性のＴＦＴが得られる。【００３９】
基板１１として用いることが可能な材料としては、ガラス、シリコン等の無機材料やアクリル系樹脂のようなプラスチック材料などその上に形成されるＴＦＴを保持できる材料であれば特に限定はされない。また、基板以外の構成要素によりＴＦＴの構造を十分に支持し得る場合には、使用しないことも可能である。【００４０】
ソース電極１２、ドレイン電極１３、ゲート電極１４及び金属薄膜１９にそれぞれ用いることが可能な材料としては、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、金、銀、白金、銅、インジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等の金属や合金の他、導電性ポリマーなどの有機材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。【００４１】
カーボンナノチューブ層１５はカーボンナノチューブから形成されるが、カーボンナノチューブを含有した混合物を使用することも出来、混合物が半導体特性を示せば特に限定されない。本発明に用いるカーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、二層カーボンナノチューブ（ＤＷＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）が挙げられ、特に半導体特性を示すＳＷＮＴ、ＤＷＮＴを用いるのが好ましい。しかし、これに限定されるものではない。【００４２】
カーボンナノチューブの長さについては、４ｎｍ程度の長さから１０μｍ程度の長さまで種々存在し、長さで半導体特性が規定されるものではない。しかし、塗布液の安定性・取り扱いの簡便さから５０ｎｍから２μｍ程度の長さのカーボンナノチューブを用いるのが好ましい。【００４３】
カーボンナノチューブの太さについては、０．４ｎｍ程度の太さから４ｎｍ程度の太さのカーボンナノチューブが存在し、どの太さのカーボンナノチューブを用いても目的とする素子を得ることができる。しかし、カーボンナノチューブの化学的安定性、機械的安定性から０．５ｎｍから２ｎｍの太さのカーボンナノチューブを用いるのが好ましい。【００４４】
ゲート絶縁膜１６に用いることが可能な材料としては、二酸化ケイ素膜、窒化珪素膜のような無機化合物のほか、アクリル樹脂、ポリイミドのような有機絶縁性材料を使用することが出来るが、電気絶縁性を有していれば用いることができ、特に限定されない。【００４５】
有機導電性高分子薄膜１７に用いることが可能な材料としては、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフェンを主鎖とする高分子材料などが挙げられるが、通常の状態で導電性を有する高分子であれば特に限定されない。有機導電性高分子薄膜１７中に用いることの出来る分子性ドナー、イオン性ドナー、分子性アクセプター、イオン性アクセプターとしては、前記と同様に、ヨウ素、テトラチアフルバレン、テトラシアノキノジメタン等の分子の他、スルホン酸ナトリウム系化合物のようなイオン性材料を用いることができる。【００４６】
ソース電極１２、ドレイン電極１３、ゲート電極１４及び金属薄膜１９の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、エッチング法、リフトオフ等通常の電極形成プロセスを利用でき、特に限定されない。また、導電性ポリマーのような有機材料や、銀ペーストや金属粒子を含んだ分散液、金属の有機化合物を電極として使用する場合、スピンコート法、ディップ法、ディスペンサ法、インクジェット法等の溶液プロセスも利用でき、特に限定されない。【００４７】
カーボンナノチューブ薄膜層１５の形成方法としては、スピンコート法、ディップ法、ディスペンサ法、インクジェット法等の溶液プロセスのほかＣＶＤのような直接成長法も利用することができる。【００４８】
ゲート絶縁膜１６の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法等のドライプロセスの他、スピンコート法、ディップ法、ディスペンサ法、インクジェット法等の溶液プロセスも利用することができ、特に限定されない。【００４９】
有機導電性高分子薄膜１７の形成方法としてはスピンコート法、ディップ法、ディスペンサ法、インクジェット法等の溶液プロセスのほか、ＣＶＤ法、真空蒸着法なども利用することが出来る。【００５０】
本発明のカーボンナノチューブ構造物、カーボンナノチューブＴＦＴにおけるカーボンナノチューブ薄膜１５の膜厚は、特に制限されることはない。カーボンナノチューブ薄膜は含有するカーボンナノチューブ同士が接触するネットワークが形成されれば単層膜でも用いることができ、この場合カーボンナノチューブ薄膜の膜厚は１μｍ〜２μｍ程度である。しかし、厚すぎると素子を流れる電流の制御が困難となるので、１μｍの膜厚が好ましい。【００５１】
有機導電性高分子薄膜１７の膜厚は特に限定されないが、コスト、製造プロセスの簡便さから１０ｎｍから５００ｎｍの範囲が好ましい。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例をもとに本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。【００５３】
［実施例１］
本実施例では、実施形態例で説明した図４Ａのカーボンナノチューブ構造物を以下の手順で作製した。まず、ガラス基板上にクロムを真空蒸着法により幅２ｍｍの短冊状に１００ｎｍの膜厚で成膜して金属薄膜１９とした。次いで、この金属薄膜１９の直上に、ヨウ素をドーパントとしたポリチオフェン（アルドリッチ社製）のキシレン溶液を、ディスペンサ装置を用いて１００ｎｍの膜厚に成膜し、これを有機導電性高分子薄膜１７とした。更に、ポリチオフェン薄膜の溶媒が乾燥し切る前に、カーボンナノチューブ（アルドリッチ社製）のジメチルホルムアミド分散液を用いてカーボンナノチューブ薄膜を製膜しカーボンナノチューブ構造物１０１を得た。カーボンナノチューブ薄膜はディスペンサ装置を使用し、金属薄膜１９の短冊と直行する幅１ｍｍ長さ２０ｍｍの形状で形成した。【００５４】
カーボンナノチューブ構造物１０１とは別に、有機導電性高分子薄膜１７を設けない以外は上記と同様にカーボンナノチューブ構造物を作製し、カーボンナノチューブ構造物２０１を得た。【００５５】
金属薄膜であるクロム短冊の端部とカーボンナノチューブ短冊の端部にプローブをあて、クロム短冊とカーボンナノチューブ短冊の交点を流れる電流を測定した。カーボンナノチューブ構造物２０１の流れる電流を１としたとき、カーボンナノチューブ構造物１０１の流れる電流を前記２０１の電流値との比として評価したところ、カーボンナノチューブ構造物１０１の電流は３８であり、流れる電流値の向上が見られた。結果を表１に示す。【００５６】
［実施例２〜５］
有機導電性高分子薄膜材料として表１に示した化合物を用いた以外は実施例１と全く同様にカーボンナノチューブ構造物を作製し、カーボンナノチューブ構造物１０２〜１０５を得た。作製したカーボンナノチューブ構造物１０２〜１０５について、実施例１と同様にカーボンナノチューブ構造物２０１との比を評価したところ、それぞれ表１に示す結果となり電流値の向上が見られた。なお、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレンには、ポリアニリン（アルドリッチ社製）、ポリピロール（アルドリッチ社製）、ポリアセチレン（Ｈ．Ｓｈｉｒａｋａｗａら著、ジャーナル  オブ  ケミカル  ソサイエティ  ケミカルコミュニケーションズ（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．）、５７８頁、１９７７年に記載の方法で合成）を用いた。【００５７】
【表１】
2009031525.tif 000003
【００５８】
［実施例６］
本実施例では、実施形態例で説明した図４Ｂのカーボンナノチューブ構造物を以下の手順で作製した。まず、プラスチック基板であるポリエチレンナフタレート基板上に金を真空蒸着法により幅２ｍｍの短冊状に１００ｎｍの膜厚で成膜して金属薄膜１９とした。次いで、カーボンナノチューブ（アルドリッチ社製）のジメチルホルムアミド分散液を用いてカーボンナノチューブ薄膜を製膜した。カーボンナノチューブ薄膜はディスペンサ装置を使用し、金属薄膜１９の短冊と直行する幅１ｍｍ長さ２０ｍｍの形状で形成した。更にこの金属薄膜１９とカーボンナノチューブの交点の直上に、ヨウ素をドーパントとしたポリチオフェン（アルドリッチ社製）のキシレン溶液を、ディスペンサ装置を用いて１００ｎｍの膜厚に成膜し、カーボンナノチューブ構造物１０６を得た。【００５９】
カーボンナノチューブ構造物１０６とは別に、有機導電性高分子薄膜１７を設けない以外は上記と同様にカーボンナノチューブ構造物を作製し、カーボンナノチューブ構造物２０２を得た。【００６０】
金属薄膜である金短冊の端部とカーボンナノチューブ短冊の端部にプローブをあて、金短冊とカーボンナノチューブ短冊の交点を流れる電流を測定した。カーボンナノチューブ構造物２０２の流れる電流を１としたとき、カーボンナノチューブ構造物１０６の流れる電流を２０２の電流値との比として評価したところ、カーボンナノチューブ構造物１０６の電流は８４であり、流れる電流値の向上が見られた。【００６１】
［実施例７〜１０］
有機導電性高分子薄膜材料として表２に示した化合物を用いた以外は実施例６と全く同様にカーボンナノチューブ構造物を作製し、カーボンナノチューブ構造物１０７〜１１０を得た。作製したカーボンナノチューブ構造物１０７〜１１０について、実施例６と同様にカーボンナノチューブ構造物２０２との比を評価したところ、それぞれ表２に示す結果となり電流値の向上が見られた。なお、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレンには、ポリアニリン（アルドリッチ社製）、ポリピロール（アルドリッチ社製）、ポリアセチレン（Ｈ．Ｓｈｉｒａｋａｗａら著、ジャーナル  オブ  ケミカル  ソサイエティ  ケミカルコミュニケーションズ（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．）、５７８頁、１９７７年に記載の方法で合成）を用いた。【００６２】
【表２】
2009031525.tif 000004
【００６３】
［比較例１］
カーボンナノチューブ構造物２０２を直径２ｃｍの円柱に巻きつけ、巻きつける前の電流値と巻きつけた後の電流値を測定したところ、巻きつけた後の電流値は巻きつける前の電流値の０．７５であった。【００６４】
［実施例１１］
カーボンナノチューブ構造物１０６を比較例１と同様の試験を実施したところ、円柱に巻きつけた後の電流値は巻きつける前の電流値の０．９７であり、比較例１よりも変化量が小さかった。【００６５】
［実施例１２］
本実施例では、実施形態例で説明した図６ＡのカーボンナノチューブＴＦＴを以下の手順で作製した。まず、ガラス基板１１上にクロムを真空蒸着法により１０ｎｍ、金を真空蒸着法により９０ｎｍ製膜しゲート電極１４とした。ゲート電極１４の上に、二酸化ケイ素膜をスパッタリング法によって２００ｎｍの膜厚に成膜し、これを絶縁体層１６とした。絶縁体層１６の上にクロムを真空蒸着法により１０ｎｍ、金を真空蒸着法により９０ｎｍ製膜しソース電極１２、ドレイン電極１３を形成した。ソース電極１２、ドレイン電極１３はメタルシャドウマスクを使って製膜し、２電極間は３００μｍの間隔になるように配置した。ソース電極１２及びドレイン電極１３の直上に、ヨウ素をドーパントとしたポリチオフェン（アルドリッチ社製）のキシレン溶液を、ディスペンサ装置を用いて１００ｎｍの膜厚に成膜し、これを有機導電性高分子薄膜１７とした。更に、ポリチオフェン薄膜の溶媒が乾燥し切る前に、カーボンナノチューブ（アルドリッチ社製）のジメチルホルムアミド分散液を用いてカーボンナノチューブ薄膜１５を製膜しカーボンナノチューブＴＦＴ３０１を得た。カーボンナノチューブ薄膜１５はディスペンサ装置を使用し、ソース・ドレイン電極の上、及び間にチャネル幅２ｍｍになるように形成した。【００６６】
カーボンナノチューブＴＦＴ３０１とは別に有機導電性高分子薄膜１７を設けない以外は上記と同様にカーボンナノチューブＴＦＴを作製し、カーボンナノチューブＴＦＴ４０１を得た。【００６７】
ソース・ドレイン間の電圧に１０Ｖ印加し、ゲート電圧に−２Ｖ印加した際のソース・ドレイン間の電流値を測定した。カーボンナノチューブＴＦＴ４０１の電流値を１としたとき、カーボンナノチューブＴＦＴ３０１の電流値を４０１の電流値との比として評価したところ、カーボンナノチューブＴＦＴ３０１の電流は５２であり、素子特性の向上が見られた。【００６８】
［実施例１３〜１６］
有機導電性高分子薄膜材料として表３に示した化合物を用いた以外は実施例１２と全く同様にカーボンナノチューブＴＦＴを作製し、カーボンナノチューブＴＦＴ３０２〜３０５を得た。作製したカーボンナノチューブＴＦＴ３０２〜３０５について、実施例１２と同様にカーボンナノチューブＴＦＴ４０１との比を評価したところ、それぞれ表３に示す結果となり素子特性の向上が見られた。なお、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレンには、ポリアニリン（アルドリッチ社製）、ポリピロール（アルドリッチ社製）、ポリアセチレン（Ｈ．Ｓｈｉｒａｋａｗａら著、ジャーナル  オブ  ケミカル  ソサイエティ  ケミカルコミュニケーションズ（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．）、５７８頁、１９７７年に記載の方法で合成）を用いた。【００６９】
【表３】
2009031525.tif 000005
【００７０】
［実施例１７］
本実施例では、実施形態例で説明した図６ＢのカーボンナノチューブＴＦＴを以下の手順で作製した。まず、プラスチック材料であるポリエチレンナフタレート基板１１上に金を真空蒸着法により１００ｎｍ製膜しゲート電極１４とした。ゲート電極１４の上に、二酸化ケイ素膜をスパッタリング法によって２００ｎｍの膜厚に成膜し、これを絶縁体層１６とした。絶縁体層１６の上にクロムを真空蒸着法により１０ｎｍ、金を真空蒸着法により９０ｎｍ製膜しソース電極１２、ドレイン電極１３を形成した。ソース電極１２、ドレイン電極１３はメタルシャドウマスクを使って製膜し、２電極間は３００μｍの間隔になるように配置した。続いて、カーボンナノチューブ（アルドリッチ社製）のジメチルホルムアミド分散液を用いてカーボンナノチューブ薄膜１５を製膜しカーボンナノチューブチャネルを形成した。カーボンナノチューブ薄膜１５はディスペンサ装置を使用し、ソース・ドレイン電極の上及び間にチャネル幅２ｍｍになるように形成した。さらに、カーボンナノチューブチャネルとソース・ドレイン電極との交点の直上にヨウ素をドーパントとしたポリチオフェン（アルドリッチ社製）のキシレン溶液をディスペンサ装置を用いて有機導電性高分子薄膜１７を１００ｎｍの膜厚に成膜した。これにより、カーボンナノチューブＴＦＴ３０６を得た。【００７１】
カーボンナノチューブＴＦＴ３０６とは別に有機導電性高分子薄膜１７を設けない以外は上記と同様にカーボンナノチューブＴＦＴを作製し、カーボンナノチューブＴＦＴ４０２を得た。【００７２】
ソース・ドレイン間の電圧に１０Ｖ印加し、ゲート電圧に−２Ｖ印加した際のソース・ドレイン間の電流値を測定した。カーボンナノチューブＴＦＴ４０２の電流値を１としたとき、カーボンナノチューブＴＦＴ３０６の電流値を４０２の電流値との比として評価したところ、カーボンナノチューブＴＦＴ３０６の電流は１８９であり、素子特性の向上が見られた。【００７３】
［実施例１８〜２１］
有機導電性高分子薄膜材料として表４に示した化合物を用いた以外は実施例１７と全く同様にカーボンナノチューブＴＦＴを作製し、カーボンナノチューブＴＦＴ３０７〜３１０を得た。作製したカーボンナノチューブＴＦＴ３０７〜３１０について、実施例１７と同様にカーボンナノチューブＴＦＴ４０２との比を評価したところ、それぞれ表４に示す結果となり電流値の向上が見られた。なお、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレンには、ポリアニリン（アルドリッチ社製）、ポリピロール（アルドリッチ社製）、ポリアセチレン（Ｈ．Ｓｈｉｒａｋａｗａら著、ジャーナル  オブ  ケミカル  ソサイエティ  ケミカルコミュニケーションズ（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．）、５７８頁、１９７７年に記載の方法で合成）を用いた。【００７４】
【表４】
2009031525.tif 000006
【００７５】
［比較例２］
カーボンナノチューブＴＦＴ４０２を直径２ｃｍの円柱に巻きつけ、まきつける前の電流値とまきつけた後でソース・ドレイン間の電圧に１０Ｖ印加し、ゲート電圧に−２Ｖ印加した際のソース・ドレイン間の電流値を測定した。巻きつけた後の電流値は巻きつける前の電流値の０．４２であった。【００７６】
［実施例２２］
カーボンナノチューブＴＦＴ３０６を比較例２と同様の試験を実施したところ、円柱に巻きつけた後の電流値は巻きつける前の電流値の０．８８であり、比較例２よりも変化量が小さかった。【００７７】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明に係る薄膜トランジスタは、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではない。【００７８】
この出願は、２００７年９月７日に出願された日本出願特願２００７−２３２６０３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。【００７９】
以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【図１】
2009031525.tif 000007
【図２】
2009031525.tif 000008
【図３】
2009031525.tif 000009
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2009031525.tif 000011
【図５Ａ】
2009031525.tif 000012
【図５Ｂ】
2009031525.tif 000013
【図６Ａ】
2009031525.tif 000014
【図６Ｂ】
2009031525.tif 000015
【国際調査報告】
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