(57)【要約】  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及びその製造方法を提供する。ソース電極と、ソース電極から離間したドレイン電極と、両電極に接する活性層と、両電極から離間しかつゲート絶縁層を介して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、活性層が所定のカーボンナノチューブ及びポリエーテル化合物を含む分散膜で形成されている。
2010053171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極と、該ソース電極から離間したドレイン電極と、前記両電極に接する活性層と、前記両電極から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、
前記活性層が所定のカーボンナノチューブ及びポリエーテル化合物を含む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が、１ｇあたり０．１〜１０ｍｍｏｌのカルボニル基を含む官能基を有し、
前記ポリエーテル化合物が、
一般式（１）
【化１】
2010053171.tif 000005
（但し、式中、Ｒ、Ｒ’はそれぞれ炭素数１〜２０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｘは単結合あるいは炭素数１〜２のアルキレン基、ｎは２〜１００を表す。）
で表されることを特徴とする請求項１記載のスイッチング素子。
【請求項３】
前記カルボニル基を含む官能基が、カルボキシル基、エステル基、アミド基の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１または２記載のスイッチング素子。
【請求項４】
前記分散膜を形成するための分散媒が水であることを特徴とする請求項１記載のスイッチング素子。
【請求項５】
前記ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極が、印刷もしくは塗布法により形成されることを特徴とする請求項１から４の何れか一項記載のスイッチング素子。
【請求項６】
支持基板を準備する工程、
前記支持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として成膜する工程、
前記支持基板及び前記ゲート電極の上にゲート絶縁膜をスピンコート法により塗布する工程、
前記ゲート絶縁膜を塗布した前記支持基板を焼成する工程、
焼成した前記支持基板の上にソース電極及びドレイン電極を成膜する工程、
前記支持基板上の膜をリフトオフ法により電極のパターニングを行なう工程、
前記支持基板上に、所定のカーボンナノチューブ及びポリエーテル化合物を含む分散液をキャスト法にて加熱しながら塗布した分散膜で活性層を形成する工程、
を含むことを特徴とするスイッチング素子の製造方法。
【請求項７】
支持基板を準備する工程、
前記支持基板上に銀ペーストを用いディスペンサ法によりゲート電極を形成する工程、
前記支持基板上にゲート絶縁膜をディスペンサ法により塗布する工程、
前記ゲート絶縁膜を塗布した支持基板を焼成する工程、
前記支持基板上に、所定のカーボンナノチューブ及びポリエーテル化合物を含む分散液をキャスト法にて加熱しながら塗布した分散膜で活性層を形成する工程、
前記支持基板上の膜をリフトオフ法により電極のパターニングを行なう工程、
ドレイン電極及びソース電極を形成する工程、
を含むことを特徴とするスイッチング素子の製造方法。
【請求項８】
支持基板を準備する工程、
前記支持基板上に、所定のカーボンナノチューブ及びポリエーテル化合物を含む分散液をキャスト法にて加熱しながら塗布した分散膜で活性層を形成する工程、
前記活性層上に、ドレイン電極及びソース電極を形成する工程、
前記活性層、前記ドレイン電極、及び前記ソース電極上に、ゲート絶縁膜を形成する工程、
前記ゲート絶縁膜上に、ゲート電極を形成する工程、
を含むことを特徴とするスイッチング素子の製造方法。
【請求項９】
前記カーボンナノチューブが、１ｇあたり０．１〜１０ｍｍｏｌのカルボニル基を含む官能基を有し、
前記ポリエーテル化合物が、
一般式（１）
【化２】
2010053171.tif 000006
（但し、式中、Ｒ、Ｒ’はそれぞれ炭素数１〜２０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｘは単結合あるいは炭素数１〜２のアルキレン基、ｎは２〜１００を表す。）
で表されることを特徴とする請求項６から８の何れか一項記載のスイッチング素子の製造方法。
【請求項１０】
前記カルボニル基を含む官能基が、カルボキシル基、エステル基、アミド基の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９記載のスイッチング素子の製造方法。
【請求項１１】
前記分散膜は、所定の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する工程、
塗布した後に前記液体分散媒を除去して形成する工程、
を含むことを特徴とする請求項６から８の何れか一項記載のスイッチング素子の製造方法。
【請求項１２】
前記分散膜を形成するための分散媒として水を用いることを特徴とする請求項６から８の何れか一項記載の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】
（関連出願についての記載）
本発明は、日本国特許出願：特願２００８−２８７７０７号（２００８年１１月１０日出願）の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、スイッチング素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）などのスイッチング素子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。【０００３】
一般に、このような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(Chemical Vapor Deposition)装置は非常に高額であり、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】
このような問題点を解決する手段として半導体材料としてＣＮＴ(Carbon Nano Tube)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おり、ＣＮＴ分散膜を用いたＴＦＴの実用化が期待されている。【０００５】
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。
また、カーボンナノチューブを用いた技術の一例が特許文献１〜３に記載されている。  特許文献１のカーボンナノチューブ構造体の製造方法は、「カーボンナノチューブの精製工程を含むカーボンナノチューブ構造体の製造方法において、精製工程は、カーボンナノチューブをカルボキシル化し、カルボキシル基と反応する官能基を少なくとも２個有する化合物と反応させること」で構成されている。【０００６】
特許文献１によれば、カーボンナノチューブを多量化して回収を容易化すると共に回収量を増加させることができるので、精製収率を著しく向上することができる。また、多量化あるいは化学修飾されたカーボンナノチューブが精度良く配列されたカーボンナノチューブ構造体を実現することができるとしている。【０００７】
特許文献２のナノカーボン材料のパターン形成方法は、「ナノカーボン材料層のパターン形成方法において、基板上にナノカーボン材料層を形成する工程、ナノカーボン材料層の上に、少なくとも、亜鉛、スズ、インジウム、アルミニウム、チタンからなる群から選択される金属からなる第一の金属層の所望パターンを形成する工程、第一の金属層のパターンをポジパターンとするマスクとして、酸素プラズマに曝してナノカーボン材料層をエッチングする工程」で構成されている。【０００８】
特許文献２によれば、ナノカーボン材料の変質あるいは損傷を与えることなく、ナノカーボン材料の所望のパターンを形成することができ、ナノカーボン材料を応用した電界効果トランジスタやＦＥＤなどの高性能な半導体デバイス等を提供することができるとしている。【０００９】
特許文献３の薄膜トランジスタは、「第１の主面および第２の主面が平坦であり、かつ、均一な厚みを有する絶縁基板と、絶縁基板の第１の主面上に形成されたゲート電極と、絶縁基板の第２の主面上に形成され、有機半導体、カーボンナノチューブ、あるいは、カーボンナノチューブを少なくとも含む有機分散材料により構成されるチャネル層と、チャネル層上またはチャネル層と絶縁基板との間であってゲート電極の両側に位置するように形成されたソース電極およびドレイン電極と」で構成されている。【００１０】
特許文献３によれば、ゲート絶縁層である絶縁基板は、その両主面が平坦であり、かつ、均一な厚みを有するため、容量成分が基板面内において均一となり、特性の安定した薄膜トランジスタを実現できる。また、絶縁基板がゲート絶縁層を兼ねており、ゲート電極が形成された絶縁基板の第１の主面とは反対側の平坦な第２の主面上にチャネル層が形成されているので、チャネル層の膜厚の均一性が向上し、チャネル層におけるキャリア移動度および電流のＯＮ/ＯＦＦ比の特性が改善された信頼性の高い薄膜トランジスタを実現できる。また、絶縁基板がゲート絶縁層を兼ねているため、構成要素数の減少および製造プロセス数の減少による低コスト化を図ることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１２５４２８号公報
【特許文献２】特開２００５−３４７３７８号公報
【特許文献３】特開２００６−７３７７４号公報
【非特許文献】
【００１２】
【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. Grner 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. Takenobu, 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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記特許文献１〜３、及び非特許文献１〜４の全開示内容はその引用をもって本書に繰込み記載する。
以下の分析は、本発明の観点から与えられる。
ＣＮＴを塗布法でトランジスタチャネルに適した膜とするためには、ＣＮＴが良好に分散された塗布液を得る必要がある。さらにＣＮＴは強い凝集性を有する為、良好な分散状態を形成保持するためには分散剤の添加が必要である。分散剤分子は溶液中とＣＮＴ表面とに各々特定の比率で存在するため、ＣＮＴ表面で有効に働く分散剤分子を増やすには、全体の分散剤濃度を上げて溶液中にフリーに存在する分散剤分子をも同時に増やす必要があった。【００１４】
しかしながら、この分散剤は製膜後にもチャネル膜中に残るためＣＮＴ同士のコンタクト抵抗の上昇や電荷滞留を引き起こし、トランジスタ特性を悪化させる原因となる。こうしたことから、なるべく少ない添加量で十分な分散状態を得る手法が望まれていた。【００１５】
そこで、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及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】
【００１６】
本発明の第１の視点において、スイッチング素子は、ソース電極と、該ソース電極から離間したドレイン電極と、前記両電極に接する活性層と、前記両電極から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、前記活性層が所定のカーボンナノチューブ及びポリエーテル化合物を含む分散膜で形成されていることを特徴とする。
また、本発明のスイッチング素子において、前記ゲート電極、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極は印刷もしくは塗布法により形成されることができる。【００１７】
本発明の第２の視点において、スイッチング素子の一製造方法（第１の方法）が提供される。即ち、第１の方法は、支持基板を準備する工程、前記支持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として成膜する工程、前記支持基板及び前記ゲート電極の上にゲート絶縁膜をスピンコート法により塗布する工程、前記ゲート絶縁膜を塗布した前記支持基板を焼成する工程、焼成した前記支持基板の上にソース電極及びドレイン電極を成膜する工程、前記支持基板上の膜をリフトオフ法により電極のパターニングを行なう工程、前記支持基板上に、所定のカーボンナノチューブ及びポリエーテル化合物を含む分散液をキャスト法にて加熱しながら塗布した分散膜で活性層を形成する工程、を含むことを特徴とする。【００１８】
本発明の第３の視点において、スイッチング素子の他の製造方法（第２の方法）が提供される。即ち、第２の方法は、支持基板を準備する工程、前記支持基板上に銀ペーストを用いディスペンサ法によりゲート電極を形成する工程、前記支持基板上にゲート絶縁膜をディスペンサ法により塗布する工程、  前記ゲート絶縁膜を塗布した支持基板を焼成する工程、前記支持基板上に、所定のカーボンナノチューブ及びポリエーテル化合物を含む分散液をキャスト法にて加熱しながら塗布した分散膜で活性層を形成する工程、前記支持基板上の膜をリフトオフ法により電極のパターニングを行なう工程、ドレイン電極及びソース電極を形成する工程、を含むことを特徴とする。【００１９】
本発明の第４の視点において、スイッチング素子のさらに他の製造方法（第３の方法）が提供される。即ち、第３の方法は、支持基板を準備する工程、前記支持基板上に、所定のカーボンナノチューブ及びポリエーテル化合物を含む分散液をキャスト法にて加熱しながら塗布した分散膜で活性層を形成する工程、前記活性層上に、ドレイン電極及びソース電極を形成する工程、前記活性層、前記ドレイン電極、及び前記ソース電極上に、ゲート絶縁膜を形成する工程、前記ゲート絶縁膜上に、ゲート電極を形成する工程、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の各視点によれば、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及びその製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るスイッチング素子の一実施の形態を示す構造図の一例を示す図である。
【図２】本発明に係るスイッチング素子の他の実施の形態を示す構造図の別の一例を示す図である。
【図３】本発明に係るスイッチング素子の他の実施の形態を示す構造図の別の一例を示す図である。
【図４】本発明に係るスイッチング素子の製造方法の一実施例における工程図である。
【図５】本発明に係るスイッチング素子の製造方法の他の実施例における工程図である。
【図６】本発明に係るスイッチング素子の製造方法の他の実施例における工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本願発明者らは前述の課題解決のため鋭意検討を重ねた結果、表面に特定の官能基をある濃度で有するＣＮＴと特定のポリエーテル構造を有する分散剤とを組み合わせることによって、エーテル結合の酸素原子と官能基との相互作用によりＣＮＴ表面により効果的に分散剤分子を集中させ、少ない添加量で良好な分散状態を得ると同時に、良好なトランジスタ特性を得ることが可能となることを見出した。
【００２３】
すなわち本願発明の一態様において、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２種の電極と離間しかつゲート絶縁層を介して活性層に接するゲート電極を有するスイッチング素子において、活性層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に分散媒を除去して形成された分散膜で形成され、分散液が１ｇあたり０．１〜１０ｍｍｏｌのカルボニル基を含む官能基を有するカーボンナノチューブと、一般式（１）で表されるポリエーテル化合物を含むスイッチング素子が提供される。式中、Ｒ、Ｒ’はそれぞれ炭素数１〜２０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｘは単結合あるいは炭素数１〜２のアルキレン基、ｎは２〜１００を表す。
【００２４】
【化１】
2010053171.tif 000003
【００２５】
また、本願発明の一態様において、前記カルボニル基を含む官能基がカルボキシル基、エステル基、アミド基のいずれか、あるいはこれらのうちの複数であることが好ましい。
【００２６】
また、本願発明の一態様において、前記分散媒が水であることが好ましい。
【００２７】
また、本願発明の一態様において、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極が印刷もしくは塗布法により形成されることが好ましい。
【００２８】
（実施の形態１）
以下、本発明の一実施形態に係るスイッチング素子の構成について述べる。
本発明に係るスイッチング素子の一実施の形態を示す構造図の一例を図１に示す。
支持基板１上に形成されたゲート電極２を覆うようにゲート絶縁膜３が形成される。さらにそのゲート絶縁膜３上にチャネル長に応じた距離を隔ててソース電極４及びドレイン電極５が配置される。さらにこれらゲート絶縁膜３、ソース電極４、及びドレイン電極５の全てに接するように活性層６としてＣＮＴ分散膜が配置されて、本発明に係るスイッチング素子が得られる。
【００２９】
（実施の形態２）
また本発明に係るスイッチング素子の他の実施の形態を示す構造図の別の一例を図２に示す。
支持基板１上に形成されたゲート電極２を覆うようにゲート絶縁膜３が形成される。さらにそのゲート絶縁膜３上に活性層６としてＣＮＴ分散膜が配置された後、チャネル長に応じた距離を隔ててソース電極４及びドレイン電極５が配置され、本発明に係るスイッチング素子が得られる。
【００３０】
（実施の形態３）
また本発明に係るスイッチング素子の他の実施の形態を示す構造図の別の一例を図３に示す。
支持基板１上に活性層６としてＣＮＴ分散膜が形成される。この活性層６の上に、チャネル長に応じた距離を隔ててソース電極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、さらにそのゲート絶縁膜３上にゲート電極２が形成されて本発明に係るスイッチング素子が得られる。
【００３１】
本発明に係るスイッチング素子に用いられる支持基板１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る。
【００３２】
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、ポリイミド系、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が、特にこれらに限定されるものではない。
【００３３】
また本発明に係るスイッチング素子のソース、ドレイン、及び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が、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。
【００３４】
例としては酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ：Indium-Tin Oxide）、酸化錫（ＮＥＳＡ：商品名）、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、特にこれらに限定されるものではない。
【００３５】
本発明に係る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。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。
しかしながら、プロセスの簡便さや消費エネルギー削減による環境負荷低減の観点から、印刷や塗布などの湿式法がより望ましい。
【００３６】
また本発明に係る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。さらにポリイ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。
【００３７】
本発明に係るスイッチング素子に用いられるＣＮＴは、１ｇあたり０．１〜１０ｍｍｏｌのカルボニル基を含む官能基を有し、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骨格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骨格はいずれも用いることが可能である。
【００３８】
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種が知られており、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。
【００３９】
ＣＮＴが有するカルボニル基を含む官能基としては、カルボキシル基、エステル基、アミド基、酸塩化物基、酸無水物基、ケトン基、ホルミル基などが挙げられるが、ポリエーテル構造との親和性及び官能基の安定性の観点から、特にカルボキシル基、エステル基、アミド基が好ましい。
【００４０】
ここで、カルボニル基を含む官能基量の測定方法としては非特許文献５に示される滴定法が有効であるが、赤外吸収スペクトルを用いて定量する方法なども用いることができる。前述の官能基量が１ｇあたり０．１ｍｍｏｌより少ない場合には、ポリエーテル構造を有する分散剤との相互作用が不十分となり、分散剤をＣＮＴ表面に十分に集中させることができない。
【００４１】
一方、１０ｍｍｏｌより多い場合には、ＣＮＴ骨格上の欠陥密度が大きくなりすぎる為に、素子化した際の電気特性が劣化するという問題が発生するため、官能基量は１ｇあたり０．１〜１０ｍｍｏｌが望ましい。
【００４２】
使用するＣＮＴが、１ｇあたり０．１ｍｍｏｌ以下のカルボニル基を含む官能基しか有していなかった場合には、化学的処理により官能基を導入して用いることも可能である。
ＣＮＴ骨格にカルボニル基を含む官能基を導入する方法としては、例えば参考文献１に示されるような強酸を用いた処理が知られているが、所定の濃度でカルボニル基を含む官能基を導入することが出来る手法であれば、特に限定されるものではない。
【００４３】
（参考文献１）Yong-Tae Kim, Yoshiki Ito, Kenji Tadai, Tadaoki Mitani, Un-Seok Kim,Hyung-Sun kim, Byung-Won Cho著、  アプライド  フィジックス  レターズ (Applied Physics Letters) ８７巻, ２３４１０６、２００５年
なお、上記参考文献１の全記載は、引用をもって本書に繰込み記載されているものとする。
【００４４】
本発明に用いられるポリエーテル骨格を有する分散剤は一般式（１）で表される。
【００４５】
【化２】
2010053171.tif 000004
【００４６】
一般式（１）中、Ｒ、Ｒ’はそれぞれ炭素数１〜２０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｘは単結合あるいは炭素数１〜２のアルキレン基、ｎは２〜１００を表す。こうした分散剤の例としては、ポリエキシエチレン（２０）セチルエーテル、ポリエキシエチレン（２３）ラウリルエーテル、ポリオキシエチレン（８）オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン（２０）ポリオキシプロピレン（４）セチルエーテルなどが挙げられるが、一般式（１）で表される構造を有するものであれば、特に限定されるものではない。
【００４７】
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使用可能だが、ポリエーテル構造を有する分散剤とCNT上の官能基との相互作用の効果を効果的に利用するには水を分散媒に用いるのが望ましい。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。
【００４８】
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が用いられる。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。
【００４９】
以上において、本実施形態によれば、簡便、安価に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。
なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
以下に本発明の実施例を示す。
【実施例１】
【００５０】
以下に本発明に係るスイッチング素子の製造方法の一実施例について説明する。
図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係るスイッチング素子の製造方法の一実施例における工程図である。
以下、スイッチング素子の製造工程について述べる。
例えば、０．５ｍｍ厚の支持基板１としてのポリイミド基板を準備し（図４（ａ））、ポリイミド基板上にスパッタリング法により図示しない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の膜厚で成膜した（図４（ｂ））。【００５１】
この支持基板１にゲート絶縁膜３として京セラケミカル社製のケミタイト、ＣＴ４１１２をスピンコート法により塗布した後、例えば１８０度で焼成し５００ｎｍの膜を得た（図４（ｃ））。【００５２】
その絶縁膜３及び支持基板１の上にソース電極４、及びドレイン電極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（図４（ｄ））。【００５３】
ここで、形成された電極構造のチャネル幅は５００μｍであり、チャネル長は３００μｍである。さらにそのチャンネル７上にＣｏＭｏＣＡＴ社製ＳＷＮＴ、ＳＧ６５を２．５ｍｇ、さらに２５ｍｇのポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテルを、水１００ｇに加えて超音波処理した分散液をキャスト法にて支持基板１を例えば１００度に加熱しながら例えば６回塗布して活性層６であるＣＮＴ分散膜を形成した（図４（ｅ））。【００５４】
ここで用いたＣｏＭｏＣＡＴ社製ＳＷＮＴ、ＳＧ６５は、赤外吸収スペクトルにおいてそれぞれカルボニル基及びカルボキシル基に相当する１６３５ｃｍ-1と１８００ｃｍ-1のピークが観測された。また前述の滴定法にて官能基量を測定したところ、１ｇあたり１．９ｍｍｏｌであった。超音波処理後の分散液には目視でＣＮＴの凝集体は確認されなかった。【００５５】
このようにして作製したスイッチング素子について、トランジスタ特性を測定したところ、オン/オフ比（オン時：ゲート電圧＝−２０Ｖ、オフ時：ゲート電圧＝＋２０Ｖでのソースドレインバイアス−２Ｖの際のソース−ドレイン間電流の比とする。以下同様）は３．２×１０3、オン時の電流値は１１ｎＡであった。【００５６】
（比較例１）
ＣＮＴとしてＣＶＤ法にて作製したＳＷＮＴを用い、ＣＮＴ分散液を作製した。
ここで用いたＳＷＮＴは赤外吸収スペクトルではカルボニル基に対応する１６５０ｃｍ-1付近のピークは観測されなかった。また前述の滴定法による測定から官能基量は１ｇ当たり０．０５ｍｍｏｌであった。このＳＷＮＴを２．５ｍｇさらに２５ｍｇのポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテルを、水１００ｇに加えて超音波処理したところ、超音波照射停止１時間後にはＣＮＴの凝集体形成が目視で確認された。ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテルをさらに１００ｍｇ加え、再度超音波処理を行なったところＣＮＴの凝集体は目視では確認されなかった。【００５７】
このようにして得られた分散液を用いて、実施例１と同様に作製したゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極を有する基板上にＣＮＴ分散膜を作製し、比較例１のスイッチング素子を得た。得られた素子についてトランジスタ特性を測定したところ、オン／オフ比は１．１×１０1、オン時の電流値は５００ｐＡであった。
【実施例２】
【００５８】
次に本発明に係るスイッチング素子の製造方法の他の実施例について説明する。
図５（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係るスイッチング素子の製造方法の他の実施例における工程図である。
ゲート電極２、ドレイン電極５、及びソース電極４を、銀ペーストを用いディスペンサ法により形成した厚さ１２０ｎｍの導電膜により形成し、またゲート絶縁膜３として京セラケミカル社製のケミタイト、ＣＴ４１１２をディスペンサ法により塗布後、１８０度で焼成した厚さ８００ｎｍの膜を用いる他は実施例１と同様の手法でスイッチング素子を作製した（図５（ａ）〜（ｅ））。
このようにして得られたスイッチング素子の特性を測定したところ、オン／オフ比は１．３×１０3、オン時の電流値は２５ｎＡであった。
【実施例３】
【００５９】
次に本発明に係るスイッチング素子の製造方法の他の実施例について説明する。
図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係るスイッチング素子の製造方法の他の実施例における工程図である。
分散剤としてポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテルの代わりに、ポリオキシエチレン（２０）ポリオキシプロピレン（４）セチルエーテルを用いる他は実施例２と同様の手法でスイッチング素子を作製した（図６（ａ）〜（ｅ））。
このようにして得られたスイッチング素子の特性を測定したところ、オン／オフ比は１．２×１０3、オン時の電流値は１０ｎＡであった。【００６０】
（比較例２）
分散剤としてドデシル硫酸ナトリウムを用いる他は実施例１と同様の手法でスイッチング素子を作製した。得られたスイッチング素子の特性を測定したところ、オン／オフ比は１．０２×１０1、オン時の電流値は２μＡであった。【００６１】
なお、上述した実施例は、本発明の好適な実施例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００６２】
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
７    チャンネル
【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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【手続補正書】
【提出日】平成23年5月16日(2011.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
ソース電極と、該ソース電極から離間したドレイン電極と、前記両電極に接する活性層と、前記両電極から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、
前記活性層がカルボニル基を含む官能基を有するカーボンナノチューブ及びポリエーテル化合物を含む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。
【国際調査報告】
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