(57)【要約】【課題】  チャネル部全域のＣＮＴ密度をトランジスタ動作に有効な値にすることが可能なＣＮＴトランジスタおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】  本発明のＣＮＴトランジスタは、ＣＮＴランダムネットワークを有するアクティブチャネル部を備え、ＣＮＴインク液滴のコーヒーステイン形状と相似な形状で形成され、コンタクトホールを介して配線接続された第１電極と、前記第１電極を所定の間隔を開けて取り囲む形で形成された第２電極と、前記アクティブチャネル部、前記第１電極、前記第２電極を覆う形で形成されたゲート絶縁体層、前記ゲート絶縁体層上にゲート電極が形成されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＮＴランダムネットワークを有するアクティブチャネル部を備え、ＣＮＴインク液滴のコーヒーステイン形状と相似な形状で形成され、コンタクトホールを介して配線接続された第１電極と、前記第１電極を所定の間隔を開けて取り囲む形で形成された第２電極と、前記アクティブチャネル部、前記第１電極、前記第２電極を覆う形で形成されたゲート絶縁体層、前記ゲート絶縁体層上にゲート電極が形成されていることを特徴とするＣＮＴトランジスタ。
【請求項２】
ゲート電極、前記ゲート電極上にゲート絶縁体層が形成され、前記ゲート絶縁体層上に第１電極が形成され、前記第１電極を所定の間隔で取り囲む形で第２電極が形成され、前記第１電極と第２電極の間にＣＮＴランダムネットワークを有するアクティブチャネル部が形成され、前記第１電極はＣＮＴインク液滴のコーヒーステイン形状と相似な形状で形成され、しかもコンタクトホールを介して配線接続されていることを特徴とするＣＮＴトランジスタ。
【請求項３】
前記アクティブチャネル部全域のＣＮＴ密度が
【数４】
2014160722.tif 000007
の関係式を満たすように前記第１電極、前記第２電極が形成された請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＣＮＴトランジスタ。
【請求項４】
前記ＣＮＴインク液滴のコーヒーステイン領域が、前記第２電極上に位置する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＣＮＴトランジスタ。
【請求項５】
前記ゲート電極は前記アクティブチャネル部を覆う形で形成され、かつ、下部、もしくは上部電極とのオーバーラップを低減するように内部に電極非形成領域を含む環状構造に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＣＮＴトランジスタ。
【請求項６】
前記コンタクトホールを介して第１電極と接続する配線は、前記ＣＮＴトランジスタを形成する基板中に設けた配線である請求項１、３、４のいずれか一項に記載のＣＮＴトランジスタ。
【請求項７】
前記第１電極はソース電極であり、前記第２電極はドレイン電極である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＣＮＴトランジスタ。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＣＮＴトランジスタを備えた電子回路装置。
【請求項９】
基板上に、ＣＮＴインク液滴のコーヒーステイン形状と相似な形状でしかもコンタクトホールを介して基板内の配線と接続される第１電極、及び、前記第１電極と所定の間隔を開けて取り囲む形で形成された第２電極を形成し、
前記基板上にＣＮＴインクを塗布して少なくとも前記第１電極と前記第２電極の間のチャネル領域にＣＮＴランダムネットワークを形成し、
前記基板上にゲート絶縁体層を形成し、
前記ゲート絶縁体層上の前記チャネル領域上にゲート電極を形成すること、
を特徴とするＣＮＴトランジスタの製造方法。
【請求項１０】
基板上にゲート電極を形成し、
前記基板上にゲート絶縁体層を形成し、
前記ゲート絶縁体層上に、ＣＮＴインク液滴のコーヒーステイン形状と相似な形状の第１電極、及び、前記第１電極と所定の間隔を開けて取り囲む形で形成された第２電極を形成し、
前記基板上にＣＮＴインクを塗布して少なくとも前記第１電極と前記第２電極の間のチャネル領域にＣＮＴランダムネットワークを形成し、
前記基板上に絶縁膜を形成し、
前記第１電極上の前記絶縁膜コンタクトホールを開口し、前記開口で前記と接続する第１電極配線を形成すること、
を特徴とするＣＮＴトランジスタの製造方法。
【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、Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ）トランジスタ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の薄膜トランジスタ材料で主流なものとして、アモルファスシリコンや多結晶シリコンが利用されているが、作製にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置が必要、製造コストがかかる、大面積化が困難、高温プロセスのため基板の自由度が小さいなどの問題点がある。これらの問題を回避し、より簡便にトランジスタ素子を製造する方法として、半導体材料含有インクを用いた、印刷による素子作製プロセスの検討が進められており、その中でもインクジェットや、ディスペンサ等を用いた塗布法によるＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チャネル形成プロセスの研究開発が盛んに行なわれている。
【０００３】
印刷用アクティブチャネル材として、ルブレン、ペンタセン、Ｐ３ＨＴ（Ｐｏｌｙ（３ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−２，５−ｄｉｙｌ）などの有機半導体材料を用いた研究開発が行なわれている一方で、ＣＮＴをアクティブチャネル材として用いるトランジスタ素子の研究が注目を集めている。
ＣＮＴは、良電気伝導性、化学的安定性、機械的安定性等の優れた特性を有する。近年のＣＮＴ分散インクの技術進展により、ＣＮＴインクを用いて、印刷法により簡便な手法で作製可能なＦＥＴ素子作製プロセスが検討されている。
ＣＮＴをアクティブチャネル材として用いて、オン‐オフ比が高く、オン電流の大きいトランジスタ素子を実現する構造として、非特許文献１のＦｉｇ．１（ｄ）のように、ソース‐ドレイン電極間をＣＮＴで直接架橋する形が考えられる。直接架橋構造は、ＣＮＴ自身の有する良好な電気伝導性を反映した素子を作製するという点では望ましい形ではある。
【０００４】
しかし、ＣＮＴは金属成分と半導体成分が混ざった状態で精製されるという特徴を有し、直接架橋構造のチャネル部を作製すると、金属型ＣＮＴにより、ソース‐ドレイン電極間が短絡されてしまう危険性がある。近年のＣＮＴ分散インクの技術発展により、半導体型ＣＮＴ含有比率９０％以上のＣＮＴインクが開発されているものの、未だＣＮＴインクの完全半金分離技術は確立できていない。
【０００５】
特許文献１に開示されているように、電気的手法により金属型ＣＮＴのみを選択的に破壊する等の特別な後処理が検討されてはいるが、大面積化、低コストの面で課題が残る。すなわち、上記構造で低コスト、かつ歩留まり良く、ＣＮＴトランジスタを実現することは困難であると言える。
【０００６】
そこで、ソース電極‐ドレイン電極間距離よりも短いＣＮＴを用いて、アクティブチャネル部にＣＮＴランダムネットワーク構造を形成することで、トランジスタとして機能する素子構造が提案されている（特許文献２）。
【０００７】
ＣＮＴランダムネットワーク構造とは、基板上にランダムに分散した複数の半導体型ＣＮＴ同士の接触により、ゲート電圧印加時にソース‐ドレイン電極間に導電経路が生じる構造のことを言う。
上記の構造では、ソース‐ドレイン電極間を直接架橋するＣＮＴは存在せず、短絡の危険性を回避できる。また、非特許文献２に示されるように、ＣＮＴ密度ρを調整し、ＣＮＴの長さに合わせて、ソース‐ドレイン間距離を設計することで、複数の金属型ＣＮＴ同士の接触、電気的連結によるソース‐ドレイン電極間の短絡を確率的に低く抑えることが出来る。ここで用いるＣＮＴ密度ρとは、μｍ２あたりのＣＮＴ本数のことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＵＳ  ６，４２３，５８３  Ｂ１
【特許文献２】特許第４７３７４７４号
【特許文献３】特開２００８‐２８８３１３号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Qing Cao and John A. Rogers, “Random Networks and AlignedArrays of Single-Walled Carbon Nanotubes for Electronic Device Applications,””Nano Res, pp. 259-272， (2008)
【非特許文献２】Masahiko Ishida and Fumiyuki Nihey,“Estimating the yield and characteristics of random network carbon nanotube transistors,” Appl. Phys. Lett. 92, 163507, 2008
【非特許文献３】N. V. Pimparkar, S. Kumar, J. Y. Murthy and M. A. Alam， “Current−Voltage Characteristics of Long-Channel Nanobundle Thin-Film Transistors: A‘Bottom−up’ Perspective”
【非特許文献４】E. S. Snow, J. P. Novak, P. M. Campbell, and D. Park, “Random networks of carbon nanotubes as an electronic material”  Appl. Phys. Lett.82, 2145 2003
【非特許文献５】Hideaki Numata, Kazuki Ihara, Takeshi Saito, Hiroyuki Endoh, and Fumiaki Nihey, “Highly Uniform Thin-Film Transistors Printed on Flexible Plastic Films with Morphology−Controlled Carbon Nanotube Network Channels,” Appl. Phys. Express 5, 055102, 2012
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＣＮＴを用いたトランジスタの構造としては、特許文献２に示されるような、ソース電極とドレイン電極が平行直線構造をとったものが一般的である。
【００１１】
特許文献２に開示されているような電極構造で塗布法によりＣＮＴトランジスタを作製した場合、コーヒーステイン現象に起因する素子性能の低下という課題があった。
【００１２】
以下、コーヒーステイン現象の説明を簡単に記述する。
【００１３】
溶質を含んだ液滴を基板上で乾燥させるとき、液滴、基板および気層との境界部がピン止めされ、液滴中央と液滴外縁部との間に溶媒の蒸発速度差が生まれる。この蒸発速度差により、液滴内部に液滴外縁方向への溶媒流れが生じる。この溶媒流れにより、溶質成分が前記液滴外縁方向に流され、溶媒蒸発に伴い、堆積し、リング状のしみを形成する現象をコーヒーステイン現象という。すなわち、液滴中央部と液滴外縁部との間に、溶媒蒸発後、堆積溶質物質の単位面積あたりに対する密度差が生じる現象といえる。
【００１４】
非特許文献５にあるようにＣＮＴインク液滴を基板上で乾燥させた場合、コーヒーステイン現象によるＣＮＴ密度差の発生が確認されている。
【００１５】
すなわち、特許文献２にあるような電極構造の基板に、ＣＮＴインクを塗布、乾燥させ、アクティブチャネル部を形成した場合、相対的に液滴中央部にＣＮＴ低密度、液滴外縁部にＣＮＴ高密度領域が形成され、アクティブチャネル部に大きなＣＮＴ密度差が生じてしまう。
【００１６】
また、ＣＮＴインクによりアクティブチャネル部を形成する場合、素子特性のばらつきを抑えるために滴下液滴を所望の形状に制御できることが望ましい。しかし、平行直線構造の電極に液滴を滴下した場合、液滴の濡れ広がり方向に対し、ソース‐ドレイン電極が対称性の低い形状となっており、電極と基板との境界に存在する凹凸、および基板と電極間の濡れ性の違いにより、液滴形状が意図しない形状に濡れ広がる危険性がある。
【００１７】
平行直線電極構造以外の電極構造としては、特許文献３にあるような円形電極構造が考えられている。特許文献３の電極構造は、有機半導体の結晶成長の制御を目的としたものではあるが、アクティブチャネル部にＣＮＴランダムネットワークを用いることも可能ではある。
【００１８】
しかし、特許文献３のように、ソース電極配線とドレイン電極を同層に形成してしまうと、ドレイン電極とソース電極配線間にＣＮＴ高密度領域が形成されてしまい、金属型ＣＮＴによりオフ時にもおいても導通状態となってしまう危険性がある。その理由は、特許文献３の電極構造が形成された基板にＣＮＴインクを滴下すると、表面張力により、ソース電極配線とドレイン電極との間隙にＣＮＴインクが流れ込む形となり、液滴形状の制御に困難を伴う上、ソース電極配線とドレイン電極間におけるＣＮＴ高密度領域の形成を助長する形となってしまうためである。
【００１９】
上記特許文献３の構造においては、オフ時導通を回避するために、ソース電極配線とドレイン電極との間隔を大きくするという対処法が考えられるが、オン‐オフ動作に有効なアクティブチャネル領域が減少する。そのため、ＣＮＴランダムネットワーク全域を有効に活用した形とはなっていない。
【００２０】
以上説明した電極構造でＣＮＴトランジスタを作製した場合、用いるＣＮＴインクのＣＮＴ含有率、ＣＮＴの平均長、および金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴの含有比率等によって生じる問題は異なるが、顕著な問題としては、以下の二点が挙げられる。
１．ＣＮＴ含有率の高いＣＮＴインクを用いた場合、液滴外縁部のＣＮＴ高密度領域において、金属型ＣＮＴの密度が金属型ＣＮＴパーコレーション閾値付近、またはそれ以上となり、オフ時においてもソース電極−ドレイン電極間、またはソース電極配線−ドレイン電極間で導電経路が形成され、オン‐オフ比の低下を招いてしまう。
２．直線平行電極構造において、ＣＮＴ含有率が小さいＣＮＴインクを用いた場合、液滴中央部の領域が半導体型ＣＮＴのパーコレーション閾値以下のＣＮＴ密度となり、オン‐オフ動作に有効なアクティブチャネル部が外縁部のみに限定され、十分なオン‐オフ比を確保できない。
【００２１】
ここで、パーコレーション閾値とは、複数のＣＮＴが接触、電気的に連結することによりソース電極、ドレイン電極間に導電経路が形成される臨界ＣＮＴ密度を意味するものとする。
【００２２】
アクティブチャネル部のＣＮＴの密度差によって生じる上記の課題に対して、非特許文献５に、基板に表面処理を施し、ＣＮＴの密度差を抑制する方法が開示されている。しかし、非特許文献５の方法では、表面修飾のプロセスが別途必要となり、低コスト、省資源の面で不利と言える。
【００２３】
本発明は上記課題を鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、チャネル部全域のＣＮＴ密度をトランジスタ動作に有効な値にすることが可能なＣＮＴトランジスタおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明のＣＮＴトランジスタは、ＣＮＴランダムネットワークを有するアクティブチャネル部を備え、ＣＮＴインク液滴のコーヒーステイン形状と相似な形状で形成され、コンタクトホールを介して配線接続された第１電極と、前記第１を所定の間隔を開けて取り囲む形で形成された第２電極と、前記アクティブチャネル部、前記第１電極、前記第２電極を覆う形で形成されたゲート絶縁体層、前記ゲート絶縁体層上にゲート電極が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
また本発明のＣＮＴトランジスタは、ゲート電極、前記ゲート電極上にゲート絶縁体層が形成され、前記ゲート絶縁体層上に第１電極が形成され、前記第１電極を所定の間隔で取り囲む形で第２電極が形成され、前記第１電極と第２電極の間にＣＮＴランダムネットワークを有するアクティブチャネル部が形成され、前記第１電極はＣＮＴインク液滴のコーヒーステイン形状と相似な形状で形成され、しかもコンタクトホールを介して配線接続されていることを特徴とする。
【００２６】
また本発明のＣＮＴトランジスタの製造方法は、基板上に、ＣＮＴインク液滴のコーヒーステイン形状と相似な形状でしかもコンタクトホールを介して基板内の配線と接続される第１電極、及び、前記第１電極と所定の間隔を開けて取り囲む形で形成された第２電極を形成し、前記基板上にＣＮＴインクを塗布して少なくとも前記第１電極と前記第２電極の間のチャネル領域にＣＮＴランダムネットワークを形成し、前記基板上にゲート絶縁体層を形成し、前記ゲート絶縁体層上の前記チャネル領域上にゲート電極を形成すること、を特徴とする。
【００２７】
また本発明のＣＮＴトランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成し、前記基板上にゲート絶縁体層を形成し、前記ゲート絶縁体層上に、ＣＮＴインク液滴のコーヒーステイン形状と相似な形状の第１電極、及び、前記第１電極と所定の間隔を開けて取り囲む形で形成された第２電極を形成し、前記基板上にＣＮＴインクを塗布して少なくとも前記第１電極と前記第２電極の間のチャネル領域にＣＮＴランダムネットワークを形成し、前記基板上に絶縁膜を形成し、前記第１電極上の前記絶縁膜コンタクトホールを開口し、前記開口で前記と接続する第１電極配線を形成すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、チャネル全域のＣＮＴ密度をトランジスタ動作に有効な値にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態１に係るＣＮＴトランジスタ素子の形態におけるソースおよびドレイン電極が含まれる層の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ‐Ａ線に沿った断面図である。
【図２】（ａ）は図１の上面にランダムネットワーク部を形成した場合の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ‐Ｂ線に沿った断面図である。
【図３】（ａ）は図２の上面に絶縁体層、ゲート電極、ゲート電極配線を形成した場合の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図４】図３（ａ）のゲート電極に対して非電極領域を形成した場合の上面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るＣＮＴトランジスタ素子の形態におけるゲート電極をボトムゲート型に形成した場合の断面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るＣＮＴトランジスタ素子の製造方法の各ステップを（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順番で並べた概略断面図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るＣＮＴトランジスタ素子の形態におけるソースおよびドレイン電極が含まれる層の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（実施形態１）
ＣＮＴランダムネットワークがトランジスタのアクティブチャネル部として機能するには、ゲート電圧印加時に、ソース電極およびドレイン電極との間に半導体型ＣＮＴによる導電経路が形成される必要がある。
【００３１】
パーコレーション理論により、二次元平面におけるスティック状物質のパーコレーション閾値には
【００３２】
【数１】
2014160722.tif 000003
の関係が成り立つことが導かれている（非特許文献３）。この式１の分母のＬsとは、スティック状物質の長さであり、本実施形態では、ＣＮＴの平均分子長である。式１より、ＣＮＴランダムネットワークがアクティブチャネル部として機能している場合、少なくとも
【００３３】
【数２】
2014160722.tif 000004
の関係が満たされている。ρは、半導体型ＣＮＴ、金属型ＣＮＴ両方を含んだ値であり、条件式(式２)は、ソース電極、ドレイン電極間に導通経路が形成される最低条件である。
【００３４】
また、オン−オフ比が高く、オン電流の大きいトランジスタを実現するには、アクティブチャネル部に半導体型ＣＮＴを高密度に敷き詰めることが望ましい。しかし、ＣＮＴの完全半金分離技術は未確立であるため、高密度でＣＮＴランダムネットワークを形成すると、複数の金属型ＣＮＴ同士の接触、電気的連結により、ゲート電圧が印加されていない場合においても、ソース‐ドレイン電極間に導電経路が形成されてしまう危険性がある。ここで、金属型ＣＮＴによって導電経路が形成される金属型ＣＮＴの臨界密度をρmc、半導体型ＣＮＴに対する金属型ＣＮＴの含有比率をεと置く。
【００３５】
ρmc＝ερの関係が成り立つとし、複数の金属型ＣＮＴ同士の接触、電気的連結によりソース‐ドレイン電極間が短絡される場合のＣＮＴ密度を求めると、
【００３６】
【数３】
2014160722.tif 000005
となる。非特許文献２、非特許文献４に示されるように実験的、理論的研究の双方で、ＣＮＴ密度増加に伴う急激なオン‐オフ比の低下が報告されており、これらは金属型ＣＮＴによる伝導経路の形成によるものと判断できる。
【００３７】
したがって、金属型ＣＮＴを含むＣＮＴランダムネットワークが、オン‐オフ動作を示すアクティブチャネルとして機能している場合、ＣＮＴランダムネットワークのＣＮＴ密度が、少なくとも
【００３８】
【数４】
2014160722.tif 000006
の関係を満たしている。
【００３９】
ＣＮＴインクを乾燥させ、ＣＮＴランダムネットワークを形成する場合、ＣＮＴは液滴外縁形状に沿った形の密度分布を呈する。
【００４０】
そこで、ソース電極とドレイン電極をＣＮＴインク液滴外縁部に追従する形に設計の上、形成し、ソース電極を中心にＣＮＴインクを塗布することで、コーヒーステイン形状、すなわち、ＣＮＴ密度分布形状に沿った形のアクティブチャネル部を形成することが可能となる。その結果、前述の特許文献、非特許文献で述べたＣＮＴトランジスタ構造におけるよりも、ＣＮＴ密度分布幅の狭いアクティブチャネル部を形成することが可能となり、チャネル部全域にわたって、ＣＮＴパーコレーション閾値以上、かつ、オン‐オフ比に対する金属型ＣＮＴの影響の小さいＣＮＴ密度のＣＮＴネットワークを得ることができる。
【００４１】
また、本実施形態のＣＮＴトランジスタの構造は、液滴濡れ広がり方向に対し電極と基板との境界線が垂直に交わる形となっており、特許文献２、３のような電極構造よりも、液滴の濡れ広がり方向に対する電極構造の対称性が高い。そのため、たとえ電極と基板との境界の凹凸、基板と電極間の濡れ性の違いが存在していても、それらは液滴の濡れ広がり方向に対し対称な形状、分布となっている。その結果、液滴の形状制御が容易となっている。このため素子特性のばらつき低減の点でも優位な構造と言えるになる。
［構造］
本実施形態のＣＮＴトランジスタ素子は、基板１、ソース電極２およびドレイン電極３、ドレイン電極配線４、ソース電極配線５、ゲート電極６、ゲート電極６をソース電極２およびドレイン電極３から絶縁させるゲート絶縁体層７、ゲート電極６に接続された配線８、ゲート電極６から絶縁されたチャネル層に形成されたＣＮＴランダムネットワーク９を備える。ソース電極２およびドレイン電極３は基板１上の同層に形成している。
【００４２】
以下に、本実施形態１について図面を参照して詳細に説明する。
【００４３】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態であるトランジスタ素子のソース−ドレイン電極が含まれる層の上面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００４４】
基板１の表面に円形のソース電極２と、ソース電極２を取り囲むように円形に形成されたドレイン電極６を備える。ドレイン電極６は、ソース電極２と同層で配線接続されているが、ソース電極２は、コンタクトホール１０を介して配線接続される。
【００４５】
特許文献３にあるような電極構造では、オフ時導通を回避するために、ソース電極配線とドレイン電極との間隔を大きくするという対処法が考えられるが、オン‐オフ動作に有効なアクティブチャネル領域が減少してしまうという問題がある。それに対し、本実施形態の構造は、ソース電極２が、基板１に開口したコンタクトホール１０を介して、基板１内のソース電極配線５に接続されている。そのため、特許文献３にあるような、ソース電極配線とドレイン電極との間でのオフ時導通、オフ時導通を回避しようとすると生じてしまう有効なアクティブチャネル領域の減少といった問題は存在しないという特徴を有する。
【００４６】
図２（ａ）は、図１の層の上に円形にＣＮＴランダムネットワーク層９を形成した場合の上面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【００４７】
ソース電極２およびドレイン電極６の間にあるチャネル層に、アクティブチャネル材としてＣＮＴランダムネットワークを備える。ＣＮＴランダムネットワークの外縁部であるコーヒーステイン領域（ＣＮＴ高密度領域９−１）がドレイン電極上３に形成され、ＣＮＴ低密度領域９−２がアクティブチャネル部になる。
【００４８】
図３は、図２の層の上にゲート絶縁体層７、ゲート電極６、ゲート電極配線８を形成した場合の上面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
基板１としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリナフタレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、環状ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリスチレン等の樹脂基板、紙、不織布、ガラス、石英、酸化アルミニウム、サファイア、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス基板、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素等の半導体基板等が用いられるが、これらに限定されるものではない。
【００４９】
ＣＮＴランダムネットワーク形成に用いるＣＮＴインクは、水溶液系、有機溶媒系のいずれのタイプでも良い。
【００５０】
本実施形態に用いるＣＮＴインクに含有されるＣＮＴは、単層型、多層型、いずれの型であってもよい。
【００５１】
ゲート電極６、ゲート電極配線８、ソース電極２、ドレイン電極３、ドレイン電極配線４、ソース電極配線５は、導電性材料であることを除けば、特に限定はされない。例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、カルシウム、マグネシウム、イリジウム、モリブデン、アルミニウム、タングステン、タンタル、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、ルテニウム等やこれらの化合物等、不純物を含む多結晶シリコンまたは多結晶シリコンゲルマニウム等、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチオフェン誘導体、ポリピロール、ポリピリジン、ＰＥＤＯＴ/ＰＳＳ等の導電性高分子等の電極材料が用いられるが、これらに限定されない。
【００５２】
ゲート絶縁体層７は、ソース電極２、ドレイン電極３およびＣＮＴランダムネットワーク９が形成されている層と、ゲート電極６との間に挟まれた形で設けられている。このゲート絶縁体層７は、例えば、無機絶縁体ＳｉＯ2やＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3等の無機絶縁体、高分子絶縁体で構成できるが、絶縁特性が確保できる限りにおいて、これらに限定されない。
【００５３】
また、ソース電極と、ドレイン電極を入れ換えた形でも良い。
すなわち、２をドレイン電極、６をソース電極とし、ソース電極６は、ドレイン電極２と同層で配線接続されているが、ドレイン電極２は、コンタクトホール１０を介して配線接続される、という形をとっても良い。
【００５４】
ゲート絶縁体層７の上に円形のゲート電極６を形成する。ゲート電極６はソース電極２、ＣＮＴ低密度領域９−２（アクティブチャネル部）、ドレイン電極３のアクティブチャネル部側の上に形成する。
【００５５】
なおゲート電極６の形状は自由に形成してよい。たとえば、図４のような円環状に形成して良い。図４のように内部に電極非形成領域が設けられたゲート電極とすることで、下部電極との間のオーバーラップにより生じる寄生容量を低減することが可能となる。
【００５６】
また、上記ゲート電極はトップゲート構造としたが、図５のように、ボトムゲート構造としても良い。ボトムゲート構造の場合、基板上に形成されたゲート電極６の上に、絶縁体層７−１、その次に、ソース電極２とドレイン電極３およびドレイン電極配線４、その次に、ＣＮＴランダムネットワーク９、その次に、ゲート絶縁体層７−２、最後にソース電極配線５の順で積層される。ソース電極とソース電極配線はコンタクトホール１０を介して、接続される。絶縁体層７−１と絶縁体層７−２は、絶縁特性が確保される限りにおいて、異種物質であっても良い。
【００５７】
なおゲート電極端とソース・ドレイン電極端は、上面から見て、重なるか一致することが望ましいが、わずかに隙間があってもトランジスタ動作は可能である。
［製法］
以下の全行程における電極形成および配線形成は、例えば、スクリーン印刷などの印刷法、ディスペンサやインクジェット等を用いた塗布法およびメッキ法などが考えられるが、導通を確保できるかぎり、これらに限定されるものではない。
【００５８】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本実施形態１のＣＮＴトランジスタ素子の製造方法を説明する概略断面図である。以下この図６を用いて説明する。
【００５９】
まず始めに、コンタクトホール１０を介してソース電極２とソース電極配線５の接続が施された基板１を用意する。ソース電極配線５は基板１内に形成されている。
【００６０】
ここでは、ＣＮＴ液滴形状を円形に形成するものとし、ソース電極２はＣＮＴ液滴形状の相似形（円形）に設計し、基板上に形成しておく。また、ドレイン電極３は、チャネル長を一定とするため、ソース電極２と一定の間隔をあけ、取り囲むように形成する。図６（ａ）はこの段階の断面を示す。
【００６１】
オン‐オフ動作に有効なアクティブチャネル領域をより多く確保するには、図１（ａ）にあるように、ドレイン電極３が閉じた形に形成されていることが望ましい。本実施形態の構造は、ソース電極２とソース電極配線５がコンタクトホール１０を介して配線接続されており、ドレイン電極３が閉じた形に形成されている。これにより、ＣＮＴランダムネットワーク９全域をオン‐オフ動作に有効なアクティブチャネル領域として形成することが可能となっている。
【００６２】
次のステップを、図６（ｂ）を用いて説明する。ソース電極２の中央部にＣＮＴインクを塗布する。塗布方法は、ディスペンサ法、またはインクジェット法などが考えられるが、ＣＮＴランダムネットワークのＣＮＴ密度差が生じる限り、これらに限定されるものではない。ＣＮＴインクに非揮発性物質が含有されている場合は、ＣＮＴ間の導通に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、ＣＮＴランダムネットワーク９形成後に溶媒洗浄などによって、非揮発性物質の除去作業を追加しても良い。
【００６３】
なお、塗布したＣＮＴインク外縁部のコーヒーステイン領域（ＣＮＴ高密度領域９−１）がドレイン電極上に形成され、アクティブチャネル領域にはＣＮＴ低密度領域９−２が形成されるように、ＣＮＴインクの滴下法、滴下量、濃度などを条件出ししておく。
【００６４】
次のステップを、図６（ｃ）を用いて説明する。ドレイン電極３、ソース電極２、ＣＮＴランダムネットワーク９が形成された領域を覆うように、ゲート絶縁体層７を形成する。形成方法は、スピンコート法、バーコート法、塗布法などが考えられるが、ドレイン電極３、ソース電極２、ＣＮＴランダムネットワーク９とゲート電極６が絶縁状態にあるかぎり、形成方法はこれらに限定されない。
【００６５】
最後のステップを、図６（ｄ）を用いて説明する。ゲート絶縁体層７上に、ゲート電極６、およびゲート電極配線８を形成する。
以上によって、実施の形態１に係るＣＮＴランダムネットワーク9全域をオン‐オフ動作に有効なアクティブチャネル領域として形成したＣＮＴトランジスタ素子を作製することが出来る。
（実施形態２）
ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、アクティブチャネル部は必ずしも円形である必要は無く、コーヒーステイン形状に追従する形ならば、特に限定はしない。液滴形状に応じた形に形成する限りにおいて、トラック形状や楕円形状などの形を取りうる。
【００６６】
例えば、ソース電極、ドレイン電極の構造として、図７のような陸上競技のトラック形状でも良い。アクティブチャネル部、ゲート電極は、該トラック形状に追従する形で作製される。
【００６７】
本実施形態は、実施形態１と同様の手法で作製可能である。また実施形態１と同様に、ソース電極とドレイン電極を入れ換えても良い。
（他の実施形態）
本実施形態は、実施形態１と同様、電極間のオーバーラップにより生じる寄生容量を低減することを目的に、ゲート電極をアクティブチャネル部に追従する形であるトラック形状に形成して良い。
【００６８】
本実施形態２では、チャネル幅を任意に設定することが可能であり、実装面積が許す限り、チャネル幅を大きく取り、オン電流の値を増大させることが可能となる。また、円形状に限定されないため、トランジスタ素子の設計自由度が増すという利点を有する。
【００６９】
また実施形態１，２ではゲート電極端とソース電極、ドレイン電極端は重なっているが、わずかに隙間があっても良い。
【００７０】
実施形態１，２では単体のＣＮＴトランジスタについて説明したが、基板上にさらに他のＣＮＴトランジスタや配線等を形成することによって所望の電子回路装置を形成することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１    基板
２    ソース電極
３    ドレイン電極
４    ドレイン電極配線
５    ソース電極配線
６    ゲート電極
７    ゲート絶縁体層
７−１    絶縁体層
７−２    絶縁体層
８    ゲート電極配線
９    ＣＮＴランダムネットワーク
９−１    ＣＮＴ高密度領域
９−２    ＣＮＴ低密度領域
１０    コンタクトホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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