(57)【要約】  低温で製造可能なカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）分散膜を活性層に用いたスイッチング素子において、ＣＮＴとソース・ドレイン電極表面との十分な電気的コンタクト及び熱伝導性が得られないという問題があった。本発明のスイッチング素子においてはソース及びドレイン電極上に、カーボンナノチューブと金属材料の混合層、前記金属材料からなる金属層の順で積層された構造を有することによりＣＮＴ分散膜と電極表面とが電気的、機械的、熱的に強固に接触することができる。それにより低温、簡便、安価なプロセスで良好かつ安定したトランジスタ特性を示すスイッチング素子が得られる。
2009031681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間したソース電極、ドレイン電極とその両方に接する活性層、さらに前記ソース／ドレイン電極と離間しかつゲート絶縁層を介して前記活性層に接するゲート電極とを有するスイッチング素子において、
前記ソース電極あるいはドレイン電極、カーボンナノチューブと金属材料の混合層、前記金属材料からなる金属層の順で積層された構造を有し、かつ、前記活性層が半導体特性を有するカーボンナノチューブを含んだカーボンナノチューブ分散膜で形成されていることを特徴とするスイッチング素子。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブの分散膜が、カーボンナノチューブを液体分散媒中に分散させた分散液を塗布した後、前記分散媒を除去して形成された膜であることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング素子。
【請求項３】
前記混合層中のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブの分散膜に含まれるカーボンナノチューブと同種のものである請求項１又は２に記載のスイッチング素子。
【請求項４】
前記混合層中の金属材料及び金属層が、直径１〜１００ｎｍの金属粒子が互いに融着した構造を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のスイッチング素子。
【請求項５】
前記直径１〜１００ｎｍの金属粒子が互いに融着した構造は、前記金属粒子を液体分散媒中に分散させた分散液を滴下あるいは塗布した後に、前記液体分散媒を除去し、その後金属粒子同士を融着させて形成されたものである請求項４に記載のスイッチング素子。
【請求項６】
前記混合層中の金属材料及び金属層が、有機金属化合物若しくは有機化合物の金属塩の溶液を滴下あるいは塗布した後に溶媒を除去し、その後有機成分を分解処理して形成されたものである請求項１から３のいずれかに記載のスイッチング素子。
【請求項７】
ソース及びドレイン電極が、印刷若しくは塗布法により形成されたものである請求項１から６のいずれかに記載のスイッチング素子。
【請求項８】
前記スイッチング素子は、フレキシブル基板上に形成されたものである請求項１から７のいずれかに記載のスイッチング素子。
【請求項９】
請求項１に記載のスイッチング素子の製造方法であって、
前記ソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極、ドレイン電極に少なくとも重なるように前記カーボンナノチューブの分散膜を形成する工程と、
前記ソース電極及びドレイン電極上のカーボンナノチューブの分散膜に直径１〜１００ｎｍの金属粒子を液体分散媒中に分散させた分散液を滴下あるいは塗布した後に、前記液体分散媒を除去し、その後金属粒子同士を融着し、混合層及び金属層を形成する工程と、
を有するスイッチング素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載のスイッチング素子の製造方法であって、
前記ソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極、ドレイン電極に少なくとも重なるように前記カーボンナノチューブの分散膜を形成する工程と、
前記ソース電極及びドレイン電極上のカーボンナノチューブの分散膜に有機金属化合物若しくは有機化合物の金属塩の溶液を滴下あるいは塗布した後に溶媒を除去し、その後有機成分を分解処理して、混合層及び金属層を形成する工程と、
を有するスイッチング素子の製造方法。
【請求項１１】
前記カーボンナノチューブの分散膜を、前記カーボンナノチューブを液体分散媒中に分散させた分散液を塗布した後、前記液体分散媒を除去して形成することを特徴とする請求項９又は１０に記載のスイッチング素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１に記載のスイッチング素子の製造方法であって、
基体上のソース電極及びドレイン電極形成予定部位の少なくとも一部に直径１〜１００ｎｍの金属粒子を液体分散媒中に分散させた分散液を滴下あるいは塗布した後に、前記液体分散媒を除去し、その後金属粒子同士を融着し、金属層を形成する工程と、
前記カーボンナノチューブを液体分散媒中に分散させた分散液を少なくとも前記金属層と重なる領域に塗布した後、前記液体分散媒を除去して前記カーボンナノチューブの分散膜で構成される活性層を形成する工程と、
前記金属層と活性層が重なる領域に、前記分散液を滴下あるいは塗布し、液体分散媒を除去し、その後金属粒子同士を融着して混合層を形成する工程と、
前記混合層に少なくとも接してソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、
を有するスイッチング素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１に記載のスイッチング素子の製造方法であって、
基体上のソース電極及びドレイン電極形成予定部位の少なくとも一部に有機金属化合物若しくは有機化合物の金属塩の溶液を滴下あるいは塗布した後に溶媒を除去し、その後有機成分を分解処理して、金属層を形成する工程、
前記カーボンナノチューブを液体分散媒中に分散させた分散液を少なくとも前記金属層と重なる領域に塗布した後、前記液体分散媒を除去して前記カーボンナノチューブの分散膜で構成される活性層を形成する工程と、
前記金属層と活性層が重なる領域に、前記有機金属化合物若しくは有機化合物の金属塩の溶液を滴下あるいは塗布し、溶媒を除去し、その後有機成分を分解処理して混合層を形成する工程と、
前記混合層に少なくとも接してソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、
を有するスイッチング素子の製造方法。
【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（ＣＮＴ）を活性層に用いたスイッチング素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は液晶ディスプレイやＥＬディスプレイなどの表示装置用の画素スイッチング素子として広く用いられている。また、近年では同一基板上で画素アレイのドライバ回路もＴＦＴによって形成される例が増えている。従来、こうしたＴＦＴはアモルファスや多結晶のシリコンを用いてガラス基板上に作成されていた。【０００３】
しかしこうしたシリコンを用いたＴＦＴの作成に用いられるＣＶＤ装置は非常に高価であり、ＴＦＴを用いた表示装置などの大面積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極めて高い温度で行われるため、基板として使用可能な材料が限られており、軽量な樹脂基板等が使用できないといった制限があった。【０００４】
こうした問題点を解決する手段として半導体材料としてＣＮＴの分散膜を用いたＴＦＴが提唱されている。ＣＮＴ分散膜は通常塗布法などのウェットプロセスにより形成するが、このプロセスは大面積化が安価に実現可能であると共に、そのプロセス温度が低いことから基板として用いる材料を選択する際の制限が少ないといった利点を有している。このため、ＣＮＴ分散膜を用いたＴＦＴの実用化が期待されている。実際、近年ＣＮＴ分散膜を用いたＴＦＴは盛んに報告されるようになり、非特許文献１〜４などの報告例がある。【０００５】
【非特許文献１】Ｅ．  Ｓ．  Ｓｎｏｗ，  Ｊ．  Ｐ．  Ｎｏｖａｋ，  Ｐ．  Ｍ．  Ｃａｍｐｂｅｌｌ，  Ｄ．  Ｐａｒｋ  著、アプライド  フィジックス  レターズ  （Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）  ８２巻，  ２１４５頁、２００３年
【非特許文献２】Ｅ．  Ａｒｔｕｋｏｖｉｃ，  Ｍ．  Ｋａｅｍｐｇｅｎ，  Ｄ．  Ｓ．  Ｈｅｃｈｔ，  Ｓ．  Ｒｏｔｈ，  Ｇ．  Ｇｒｕｅｎｅｒ  著、ナノレターズ  （Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）、５巻、７５７頁、２００５年
【非特許文献３】Ｓ．−Ｈ．  Ｈｕｒ，  Ｏ．  Ｏ．  Ｐａｒｋ，  Ｊ．  Ａ．  Ｒｏｇｅｒｓ  著、アプライド  フィジックス  レターズ、（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）  ８６巻、２４３５０２頁、２００５年
【非特許文献４】Ｔ．  Ｔａｋｅｎｏｂｕａ，  Ｔ．  Ｔａｋａｈａｓｈｉ，  Ｔ．  Ｋａｎｂａｒａ，  Ｋ．  Ｔｓｕｋａｇｏｓｈｉ，  Ｙ．  Ａｏｙａｇｉ，  Ｙ．  Ｉｗａｓａ  著、  アプライド  フィジックス  レターズ  （Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）  ８８巻，  ３３５１１頁、２００６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
こうしたＣＮＴ分散膜を用いたＴＦＴでは、ＣＮＴ分散膜の下部にソース電極及びドレイン電極が存在するボトムコンタクト構造がある。この場合、ＣＮＴ分散膜の電極上に配置された部分では最下層のＣＮＴのみが弱い分子間力で電極表面に接触することで、各電極とＣＮＴ分散膜との電気的なコンタクトが形成されている。他のＣＮＴに重なって電極表面に接触できないＣＮＴは電極とのコンタクトに寄与できないことから、分散膜中のＣＮＴ濃度を一定としても分散膜中のＣＮＴの配置によって電極とのコンタクト抵抗がバラつく。これは、スイッチング素子全体の性能のバラつきの原因となっていた。また、ＣＮＴと電極表面の相互作用が十分でない為に基板の曲げ伸ばしや駆動時に発生する熱が蓄積することによる素子の変形、あるいは経時によって、電極とＣＮＴ分散膜との電気的なコンタクトが失われやすく、素子の安定性向上を難しくしていた。【０００７】
一方、ＣＮＴ分散膜の上部にソース電極及びドレイン電極が存在するトップコンタクト構造がある。この場合、ソース電極及びドレイン電極の形成に蒸着などのドライプロセスを用いた場合でもＣＮＴ分散膜が基板やゲート絶縁膜と電極の間に挟まれる構造になる。このため、機械的な変形や経時的な変化はある程度抑えられるものの、製膜時のシャドウ効果からＣＮＴと基板又は絶縁膜の間に空隙ができるなど、電気的コンタクトのバラつきは十分に抑制できないという問題点を有していた。【０００８】
本発明の目的は低温、簡便、安価なプロセスで良好かつ安定したトランジスタ特性を示すスイッチング素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ＣＮＴ分散膜とソース電極又はドレイン電極が重なる領域において、前記ソース電極あるいはドレイン電極、カーボンナノチューブと金属材料の混合層、前記金属材料からなる金属層の順で積層された構造を有する。これにより、ＣＮＴ分散膜とそれぞれの電極との電気的コンタクト及び機械的な接触を良好かつバラつき無く安定なものとすることが可能であることを見出した。また、金属材料による熱伝導効果によりＣＮＴ分散膜のコンタクト領域周辺に発生する熱を効果的に電極及びこれに繋がる配線部へと逃がすことが可能である。これらによって簡便、安価なプロセスで良好かつ安定したトランジスタ特性を示すスイッチング素子が得られることを見出した。【００１０】
すなわち本発明は、互いに離間したソース電極、ドレイン電極とその両方に接する活性層、さらに前記ソース／ドレイン電極と離間しかつゲート絶縁層を介して前記活性層に接するゲート電極とを有するスイッチング素子において、前記ソース電極あるいはドレイン電極、カーボンナノチューブと金属材料の混合層、前記金属材料からなる金属層の順で積層された構造を有し、かつ、前記活性層が半導体特性を有するカーボンナノチューブを含んだカーボンナノチューブ分散膜で形成されていることを特徴とするスイッチング素子である。【００１１】
また、本発明は、前記カーボンナノチューブの分散膜が、カーボンナノチューブを液体分散媒中に分散させた分散液を塗布した後、前記分散媒を除去して形成された膜であることを特徴とするスイッチング素子である。【００１２】
また、本発明は、前記混合層中のカーボンナノチューブが、前記カーボンナノチューブの分散膜に含まれるカーボンナノチューブと同種のものであるスイッチング素子である。【００１３】
また、本発明は、前記混合層中の金属材料及び金属層が、直径１〜１００ｎｍの金属粒子が互いに融着した構造を有することを特徴とするスイッチング素子である。【００１４】
また、本発明は、前記直径１〜１００ｎｍの金属粒子が互いに融着した構造は、前記金属粒子を液体分散媒中に分散させた分散液を滴下あるいは塗布した後に、前記液体分散媒を除去し、その後金属粒子同士を融着させて形成されたものであるスイッチング素子である。【００１５】
また、本発明は、前記混合層中の金属材料及び金属層が、有機金属化合物若しくは有機化合物の金属塩の溶液を滴下あるいは塗布した後に溶媒を除去し、その後有機成分を分解処理して形成されたものであるスイッチング素子である。【００１６】
また、本発明は、ソース及びドレイン電極が、印刷若しくは塗布法により形成されたものである前段までのいずれかに記載のスイッチング素子である。【００１７】
また、本発明は、前記スイッチング素子が、フレキシブル基板上に形成されたものであるスイッチング素子である。【００１８】
また、本発明は、前記スイッチング素子の製造方法であって、
前記ソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極、ドレイン電極に少なくとも重なるように前記カーボンナノチューブの分散膜を形成する工程と、
前記ソース電極及びドレイン電極上のカーボンナノチューブの分散膜に直径１〜１００ｎｍの金属粒子を液体分散媒中に分散させた分散液を滴下あるいは塗布した後に、前記液体分散媒を除去し、その後金属粒子同士を融着し、混合層及び金属層を形成する工程と、
を有するスイッチング素子の製造方法である。【００１９】
また、本発明は、前記スイッチング素子の製造方法であって、
前記ソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極、ドレイン電極に少なくとも重なるように前記カーボンナノチューブの分散膜を形成する工程と、
前記ソース電極及びドレイン電極上のカーボンナノチューブの分散膜に有機金属化合物若しくは有機化合物の金属塩の溶液を滴下あるいは塗布した後に溶媒を除去し、その後有機成分を分解処理して、混合層及び金属層を形成する工程と、
を有するスイッチング素子の製造方法である。【００２０】
また、本発明は、前記カーボンナノチューブの分散膜を、前記カーボンナノチューブを液体分散媒中に分散させた分散液を塗布した後、前記液体分散媒を除去して形成することを特徴とするスイッチング素子の製造方法である。【００２１】
また、本発明は、前記スイッチング素子の製造方法であって、
基体上のソース電極及びドレイン電極形成予定部位の少なくとも一部に直径１〜１００ｎｍの金属粒子を液体分散媒中に分散させた分散液を滴下あるいは塗布した後に、前記液体分散媒を除去し、その後金属粒子同士を融着し、金属層を形成する工程と、
前記カーボンナノチューブを液体分散媒中に分散させた分散液を少なくとも前記金属層と重なる領域に塗布した後、前記液体分散媒を除去して前記カーボンナノチューブの分散膜で構成される活性層を形成する工程と、
前記金属層と活性層が重なる領域に、前記分散液を滴下あるいは塗布し、液体分散媒を除去し、その後金属粒子同士を融着して混合層を形成する工程と、
前記混合層に少なくとも接してソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、
を有するスイッチング素子の製造方法である。【００２２】
また、本発明は、前記スイッチング素子の製造方法であって、
基体上のソース電極及びドレイン電極形成予定部位の少なくとも一部に有機金属化合物若しくは有機化合物の金属塩の溶液を滴下あるいは塗布した後に溶媒を除去し、その後有機成分を分解処理して、金属層を形成する工程、
前記カーボンナノチューブを液体分散媒中に分散させた分散液を少なくとも前記金属層と重なる領域に塗布した後、前記液体分散媒を除去して前記カーボンナノチューブの分散膜で構成される活性層を形成する工程と、
前記金属層と活性層が重なる領域に、前記有機金属化合物若しくは有機化合物の金属塩の溶液を滴下あるいは塗布し、溶媒を除去し、その後有機成分を分解処理して混合層を形成する工程と、
前記混合層に少なくとも接してソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、
を有するスイッチング素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により低温、簡便、安価なプロセスで良好かつ安定したトランジスタ特性を示すスイッチング素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のスイッチング素子の断面図の一例である。
【図２】本発明のスイッチング素子の断面図の別の一例である。
【符号の説明】
【００２５】
１・・・支持基板
２・・・ゲート電極
３・・・ゲート絶縁膜
４・・・ソース電極
５・・・ドレイン電極
６・・・活性層（ＣＮＴ分散膜）
７・・・混合層
８・・・金属層
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
［構成の説明］
以下、本発明のスイッチング素子の構成について述べる。【００２７】
本発明のスイッチング素子の構造の一例を図１に示す。支持基板１上に形成されたゲート電極２に接するようにゲート絶縁膜３が形成される。さらにその上に互いにチャネル長に応じた距離を離間してソース電極４及びドレイン電極５が配置される。さらにゲート絶縁膜３、ソース電極４、ドレイン電極５の全てに接するように活性層（ＣＮＴ分散膜）６が配置される。ソース電極４、ドレイン電極５とＣＮＴ分散膜６が重なる部分にはＣＮＴ間の空隙に金属材料が配置された混合層７と、この金属材料で形成される金属層８が順に積層されて、本発明のスイッチング素子が得られる。【００２８】
また本発明のスイッチング素子の構造の別の一例を図２に示す。支持基板１上に活性層（ＣＮＴ分散膜）６が形成される。この上に、互いにチャネル長に応じた距離を離間してソース電極４及びドレイン電極５が配置される。ソース電極４及びドレイン電極５の下部においてはＣＮＴ間の空隙に金属材料が配置された混合層７が形成され、混合層７と支持基板１の間に金属層８が挟み込まれた構造を有する。さらにチャネルとなる領域の上にゲート絶縁膜３が、さらにその上にゲート電極２が形成されて本発明のスイッチング素子が得られる。【００２９】
ここで混合層７及び金属層８を形成する金属材料としては、ＣＮＴに対して十分な電気的コンタクトと熱的なコンタクトを有するものであればどのようなものでも用いることが出来る。例としては金、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、マグネシウム−銀合金等の金属や合金が挙げられるが、これらに限定されるものではない。【００３０】
混合層７の形成方法としてはＣＮＴ分散膜のＣＮＴ間の空隙を十分に金属材料で満たすことができる手法であれば、どのようなものでも用いることが出来る。真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などのドライプロセスの他、スピンコート法やバーコート法などの塗布法やキャスト法などの滴下法、さらに印刷プロセスを利用した方法などの湿式のプロセスも用いることが可能である。中でも、簡便に空隙を満たすことが出来るとともに真空プロセスを用いないことからコスト面でも優位となる湿式プロセスが好ましい。【００３１】
同様に金属層８の形成方法としては混合層７の形成方法として挙げたのと同様の手法が使用できるが、こちらもコスト面の優位性から湿式プロセスの使用が好ましい。【００３２】
また、混合層７中の金属材料及び金属層８は、微小な金属粒子が互いに融着した構造を有するのが好ましい。前記構造を有することで、混合層７中のＣＮＴ間の複雑な空隙を満たしつつ十分な伝導性と、金属−ＣＮＴ間の接触が実現できる。また金属層８と混合層７中の金属材料とを同じ構造に形成することで、相互の連続性が高まり、機械的強度の向上が実現できる。【００３３】
前記微小な金属粒子とは、直径１〜１００ｎｍの金属の粒子であり、有機金属化合物を還元処理するなどして形成される。【００３４】
また、混合層７中の金属材料及び金属層８は、前記微小な金属粒子を液体分散媒中に分散させた微小金属粒子分散液を滴下あるいは塗布した後に分散媒を除去し、その後金属粒子同士を融着させて形成する方法が好ましい。液体分散媒しては水及び水とアルコールの混合溶媒が挙げられるがこれに限定されるものではない。また、塗布後の金属粒子は、加熱処理や紫外線照射処理することで融着することができる。【００３５】
また、混合層７中の金属材料及び金属層８を、有機金属化合物若しくは有機化合物の金属塩の溶液を滴下あるいは塗布した後に溶媒を除去し、その後有機物を分解処理して形成する方法が好ましい。有機金属化合物若しくは金属原子と有機物の塩の溶液を塗布後、加熱処理や紫外線照射処理などにより有機物を分解処理し、目的物を得ることができる。【００３６】
本発明に用いられる支持基板としてはその上にスイッチング素子を形成しうるものであればいかなるものでも用いることが出来、フレキシブル基板であってもよい。例としてはガラス、石英、シリコンウェハなどの無機材料だけでなく、ポリエチレンスルフィド、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエチレン系樹脂の他、ポリアミド系、ポリカーボネート系などの高分子材料などが挙げられる。しかし、特にこれらに限定されるものではない。【００３７】
本発明に用いられるＣＮＴは分散膜で十分な半導体特性を示すものであれば特に限定されるものではない。ＣＮＴの製造方法も特に制限されるものではなく、アーク放電法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法など従来知られている製造方法により得られるＣＮＴはいずれも用いることが可能である。ＣＮＴには元来、単一の炭素層からなるシングルウォールナノチューブ（ＳＷＮＴ）と複数の炭素層からなるマルチウォールナノチューブ（ＭＷＮＴ）の２種が知られている。ＳＷＮＴは半導体特性を示すものと金属的性質を有するものが存在し、ＭＷＮＴはこれらがランダムに組み合わされて形成される。金属的性質を示すＣＮＴが分散膜中に存在した場合オフ電流を上昇させる要因となりうることから、低消費電力であることが求められる用途においては分散膜中におけるその比率はなるべく低いほうが望ましいといえるが、特に限定されるものではない。なお、前記混合層中のＣＮＴは、ＣＮＴ分散膜に含まれるＣＮＴと同種のものであってよい。【００３８】
ＣＮＴをチャネル領域に分散膜として配置させる手法としては、ＣＮＴを液体溶媒中に分散させた後に分散液を塗布あるいは散布する湿式法、凝集を解いたＣＮＴを担体ガスの気流で運搬し配置面上に散布する乾式法などが挙げられるが特にこれらに限定されるものではない。しかしながら、このうち湿式法は乾式法に比べプロセスが容易なことや用いるＣＮＴのロスが少ないため好ましい。湿式法でＣＮＴを分散させる液体分散媒の例としては、水の他、アルコール類、エーテル類、エステル類、アルキルアミド類、脂肪族炭化水素、芳香族化合物等の一般的な有機溶媒が挙げられるがこれに限定されるものではない。分散法としては攪拌、ミリング等の混練法の他、超音波照射など一般的な顔料等の分散工程に用いられる手法であればいかなる手法でも用いることができる。分散の促進、保持のために適切な界面活性剤あるいはバインダを添加しても良い。ＣＮＴの分散液を塗布、散布する手法としてはスピンコート、ブレードコートなどの成膜法のほかディスペンサによる滴下やインクジェット法等の印刷法も用いることができる。【００３９】
また本発明のスイッチング素子のソース、ドレイン、ゲートの各電極に用いられる材料としては十分な導電性を有するものであれば特に制限はない。しかし、電荷注入電極として作用する電極はＣＮＴへの電荷注入特性に優れたものがより望ましい。例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、マグネシウム−銀合金等の金属や合金、あるいはこれらの酸化物の他、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。【００４０】
本発明のスイッチング素子のソース、ドレイン、ゲートの各電極の形成方法は特に限定されない。従来公知の真空蒸着法、スピンコーティング法、スパッタリング法、ＣＶＤ法の他、塗布法や塗布焼結法等、一般的な薄膜形成法を用いることが可能である。そのパターニング法も一般的なフォトリソグラフィー法の他、印刷法等が適用可能であるが、所望の電極パターンを実現できる方法であれば特に制限されるものではない。【００４１】
また本発明のスイッチング素子の絶縁膜に用いられる材料の例としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、アルミナ等の汎用的に用いられる無機絶縁体の他、酸化チタンや酸化タングステン、酸化タンタルなどの高誘電率材料などが挙げられる。さらにポリアミドやポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート等の絶縁性ポリマー等も使用が可能である。絶縁膜の形成方法としては従来公知の真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等のドライプロセスの他、塗布法や塗布焼結法、インクジェット法などの印刷法等、一般的な薄膜形成法を用いることが可能である。
【実施例】
【００４２】
以下に本発明の望ましい実施の形態を例示する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。【００４３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１のスイッチング素子の構造図である。以下、実施例１のスイッチング素子作成工程について述べる。【００４４】
０．５ｍｍ厚のポリエチレンナフタレート基板上にスパッタリング法によりシャドウマスクを通しアルミニウムをゲート電極２として１００ｎｍ成膜した。この支持基板１にゲート絶縁膜３としてポリ―ｐ−キシリレンを蒸着重合法により１８０ｎｍ成膜した。その上にソース電極４、ドレイン電極５として金を真空蒸着法により蒸着して６０ｎｍの膜厚に形成し、リフトオフ法によりパターニングを行なった。ここで形成された電極構造のチャネル幅は１０００μｍ、チャネル長は３００μｍである。さらにその上にＳＷＮＴをドデシルスルホン酸ナトリウムの０．０１％水溶液に加え、１時間超音波処理を施して分散させた分散液をスピンコート法にて塗布した。その後、１２０℃にて３０分加熱し溶媒を除去して活性層（ＣＮＴ分散膜）６を形成した。このＣＮＴ分散膜６とソース電極及びドレイン電極の重なる領域に、住友金属鉱山社製の微細銀粒子（直径３〜１０ｎｍ）の分散液である「ＤＣＧ−３１２−ＣＮ１０」（商品名）を、ディスペンサを用いて滴下した。その後、１５０℃にて６０分加熱し銀粒子同士の融着処理を行なった。銀粒子分散液の滴下と融着処理をさらにもう１回繰り返して混合層７及び金属層８を形成し、目的とするスイッチング素子を得た。【００４５】
こうしてスイッチング素子を３０個作成し、得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定した。オン／オフ比（オン時：ゲート電圧＝−１０Ｖ、オフ時：ゲート電圧＝＋１０Ｖでのソースドレインバイアス−４Ｖの際のソース−ドレイン間電流の比とする。以下同様）はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値は全て１１０±１５μＡの範囲であった。この素子について素子が内側になるようにチャネル長方向に半径１０ｍｍの円柱状に曲げて平面に戻す操作を２０回行なった後同様のトランジスタ特性を測定した。このとき、オン／オフ比はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値の曲げ操作前後での変化量はいずれも２〜８μＡであった。さらにこの素子をオン状態にて１００時間電流を流し続けた後、再びトランジスタ特性を測定したところ、オン／オフ比はいずれもおよそ８×１０２、オン時の電流値は全て１０５±１９μＡの範囲であった。【００４６】
（比較例１）
０．５ｍｍ厚のポリエチレンナフタレート基板上にスパッタリング法によりシャドウマスクを通しアルミニウムをゲート電極２として１００ｎｍ成膜した。この基板にゲート絶縁膜３としてポリ―ｐ−キシリレンを蒸着重合法により１８０ｎｍ成膜した。その上にソース電極４、ドレイン電極５として金を真空蒸着法により蒸着して６０ｎｍの膜厚に形成し、リフトオフ法によりパターニングを行なった。ここで形成された電極構造のチャネル幅は１０００μｍ、チャネル長は３００μｍである。さらにその上にＳＷＮＴをドデシルスルホン酸ナトリウムの０．０１％水溶液に加え、１時間超音波処理を施して分散させた分散液をスピンコート法にて塗布した。その後、１２０℃にて３０分加熱し溶媒を除去して活性層（ＣＮＴ分散膜）６を形成して、スイッチング素子を得た。【００４７】
こうしてスイッチング素子を３０個作成し、得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところ、オン／オフ比はおよそ１０３、オン時の電流値は最頻値が９５±１５μＡの範囲で、この５０％以下の電流値を示す素子が２つあった。この素子について素子が内側になるように半径１０ｍｍの円柱状に曲げて平面に戻す操作を２０回行なった後同様のトランジスタ特性を測定した。このとき、オン／オフ比はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値の曲げ操作前後での変化量は５〜４０μＡの範囲の値であった。さらにこの素子をオン状態にて１００時間電流を流し続けた後、再びトランジスタ特性を測定したところ、オン／オフ比はいずれもおよそ２×１０２、オン時の電流値は最頻値が全て８０±１５μＡの範囲で、この５０％以下の電流値を示す素子が８個あった。【００４８】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２のスイッチング素子の構造図である。以下、実施例２のスイッチング素子作成工程について述べる。０．５ｍｍ厚のポリエチレンナフタレート基板上に「ＤＣＧ−３１２−ＣＮ１０」（商品名）を１０００μｍの幅に３００μｍの間隔を空けてディスペンサを用いて塗布した。これを１５０℃で６０分間加熱し銀粒子の融着処理を行い、金属層８を得た。その上にＳＷＮＴをジクロロエタン中１時間超音波処理して作成したＣＮＴ分散液をディスペンス法により塗布した後、１００℃にて１０分間加熱して溶媒を除去し活性層（ＣＮＴ分散膜）６を作成した。その後、前記の工程で「ＤＣＧ−３１２−ＣＮ１０」（商品名）を塗布した領域に再度「ＤＣＧ−３１２−ＣＮ１０」（商品名）を塗布、融着処理を行い、混合層７を形成した。シャドウマスク法により「ＤＣＧ−３１２−ＣＮ１０」（商品名）を塗布した領域を含み、かつチャネルとなる３００μｍの間隔を空けて金を真空蒸着法により６０ｎｍの膜厚に形成してソース電極４及びドレイン電極５とした。この上にゲート絶縁膜３としてポリ―ｐ−キシリレンを蒸着重合法により２５０ｎｍ成膜した後、シャドウマスク法によりチャネル部分を覆うようにアルミニウムをゲート電極２として１００ｎｍ形成して、目的のスイッチング素子を得た。【００４９】
こうしてスイッチング素子を３０個作成し、得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところ、オン／オフ比はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値は全て１００±１５μＡの範囲であった。この素子について素子が内側になるように半径１０ｍｍの円柱状に曲げて平面に戻す操作を２０回行なった後同様のトランジスタ特性を測定した。このとき、オン／オフ比はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値の曲げ操作前後での変化量はいずれも１〜９μＡであった。さらにこの素子をオン状態にて１００時間電流を流し続けた後、再びトランジスタ特性を測定したところ、オン／オフ比はいずれもおよそ６×１０２、オン時の電流値は全て９０±１５μＡの範囲であった。【００５０】
（比較例２）
０．５ｍｍ厚のポリエチレンナフタレート基板上に、ＳＷＮＴをジクロロエタン中１時間超音波処理して作成したＣＮＴ分散液をディスペンス法により塗布した。その後、１００℃にて１０分間加熱して溶媒を除去し活性層（ＣＮＴ分散膜）６を作成した。この上にシャドウマスクを通して、金を真空蒸着法により６０ｎｍの膜厚に形成してソース電極４及びドレイン電極５とした。チャネル幅は１０００μｍ、チャネル長は３００μｍである。この上にゲート絶縁膜３としてポリ―ｐ−キシリレンを蒸着重合法により２５０ｎｍ成膜した後、シャドウマスク法によりチャネル部分を覆うようにアルミニウムをゲート電極２として１００ｎｍ形成して、目的のスイッチング素子を得た。【００５１】
こうしてスイッチング素子を３０個作成し、得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところ、オン／オフ比はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値は最頻値が８５±１５μＡの範囲で、この５０％以下の電流値を示す素子が５個あった。この素子について素子が内側になるように半径１０ｍｍの円柱状に曲げて平面に戻す操作を２０回行なった後同様のトランジスタ特性を測定した。このとき、オン／オフ比はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値の曲げ操作前後での変化量はいずれも５〜２５μＡであった。さらにこの素子をオン状態にて１００時間電流を流し続けた後、再びトランジスタ特性を測定したところ、オン／オフ比はいずれもおよそ２×１０２、オン時の電流値は最頻値が７０±１５μＡの範囲で、この５０％以下の電流値を示す素子が５個あった。【００５２】
（実施例３）
以下、実施例３のスイッチング素子作成工程について述べる。０．５ｍｍ厚のポリエチレンナフタレート基板上にスパッタリング法によりシャドウマスクを通しアルミニウムをゲート電極２として１００ｎｍ成膜した。この基板にゲート絶縁膜３としてポリ―ｐ−キシリレンを蒸着重合法により１８０ｎｍ成膜した。その上にソース電極４、ドレイン電極５として金を真空蒸着法により蒸着して６０ｎｍの膜厚に形成し、リフトオフ法によりパターニングを行なった。ここで形成された電極構造のチャネル幅は１０００μｍ、チャネル長は３００μｍである。このソース電極及びドレイン電極の領域に「ＤＣＧ−３１２−ＣＮ１０」（商品名）を、ディスペンサを用いて塗布した後、室温で１０分乾燥を行なった。さらにその上にＳＷＮＴをドデシルスルホン酸ナトリウムの０．０１％水溶液に加え、１時間超音波処理を施して分散させた分散液をスピンコート法にて塗布した。その後、１２０℃にて３０分加熱し溶媒を除去して活性層（ＣＮＴ分散膜）６を形成した。さらに、前述したのと同じ領域に「ＤＣＧ−３１２−ＣＮ１０」（商品名）を、ディスペンサを用いて塗布、１５０℃にて６０分加熱し銀粒子同士の融着処理を行なって、目的とするスイッチング素子を得た。【００５３】
こうしてスイッチング素子を３０個作成し、得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところ、オン／オフ比はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値は全て１０５±１５μＡの範囲であった。この素子について素子が内側になるように半径１０ｍｍの円柱状に曲げて平面に戻す操作を２０回行なった後同様のトランジスタ特性を測定した。このとき、オン／オフ比はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値の曲げ操作前後での変化量はいずれも３〜９μＡであった。さらにこの素子をオン状態にて１００時間電流を流し続けた後、再びトランジスタ特性を測定したところ、オン／オフ比はいずれもおよそ９×１０２、オン時の電流値は全て１００±１９μＡの範囲であった。【００５４】
（実施例４）
ソース電極４及びドレイン電極５を金の真空蒸着法による製膜とリフトオフ法によるパターニングで形成するのではなく、「ＤＣＧ−３１２−ＣＮ１０」（商品名）のディスペンサによる描画と、その後の１５０℃、６０分間の加熱により銀薄膜で形成する以外は実施例１と同様にしてスイッチング素子を作成した。【００５５】
こうしてスイッチング素子を３０個作成し、得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定した。このときオン／オフ比（オン時：ゲート電圧＝−１０Ｖ、オフ時：ゲート電圧＝＋１０Ｖでのソースドレインバイアス−４Ｖの際のソース−ドレイン間電流の比とする。以下同様）はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値は全て１００±１５μＡの範囲であった。この素子について素子が内側になるように半径１０ｍｍの円柱状に曲げて平面に戻す操作を２０回行なった後同様のトランジスタ特性を測定した。このとき、オン／オフ比はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値の曲げ操作前後での変化量はいずれも２〜７μＡであった。さらにこの素子をオン状態にて１００時間電流を流し続けた後、再びトランジスタ特性を測定したところ、オン／オフ比はいずれもおよそ８×１０２、オン時の電流値は全て９５±１６μＡの範囲であった。【００５６】
（実施例５）
「ＤＣＧ−３１２−ＣＮ１０」（商品名）の代わりに藤倉化成株式会社製の有機銀化合物「ドータイトＸＡ−９０６９」（商品名）を用いる他は実施例１と同様にして目的とするスイッチング素子を得た。【００５７】
こうしてスイッチング素子を３０個作成し、得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定した。このときオン／オフ比（オン時：ゲート電圧＝−１０Ｖ、オフ時：ゲート電圧＝＋１０Ｖでのソースドレインバイアス−４Ｖの際のソース−ドレイン間電流の比とする。以下同様）はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値は全て１２５±１５μＡの範囲であった。この素子について素子が内側になるように半径１０ｍｍの円柱状に曲げて平面に戻す操作を２０回行なった後同様のトランジスタ特性を測定した。このとき、オン／オフ比はいずれもおよそ１０３、オン時の電流値の曲げ操作前後での変化量はいずれも１〜５μＡであった。さらにこの素子をオン状態にて１００時間電流を流し続けた後、再びトランジスタ特性を測定したところ、オン／オフ比はいずれもおよそ９×１０２、オン時の電流値は全て１１０±１７μＡの範囲であった。【００５８】
この出願は、２００７年９月７日に出願された日本出願特願２００７−２３２５９８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。【００５９】
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】
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【図２】
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【国際調査報告】
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