(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブと、第１の有機溶媒と、該第１の有機溶媒と相溶する第２の有機溶媒とを混合して得られる、カーボンナノチューブ分散液であって、
前記第１の有機溶媒は、炭素数８〜１８の鎖式飽和炭化水素であり、
前記第２の有機溶媒は、グライム類、酢酸エステル類、アミド類、アルコール類又はハロゲン化炭化水素である、カーボンナノチューブ分散液。
【請求項２】
前記第１の有機溶媒は、ｎ−デカン、ｎ−ドデカン、ｎ−テトラデカンから選ばれる少なくとも１種の溶媒である、請求項１記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項３】
前記グライム類は、炭素数４〜１２のグライム類であり、
前記酢酸エステル類は、酢酸エチル、炭素数５〜８のグリコールアセテート類から選ばれる少なくとも１種であり、
前記アミド類は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドから選ばれる少なくとも１種であり、
前記アルコール類は、炭素数３〜６の一価の脂肪族アルコール類であり、
前記ハロゲン化炭化水素は、炭素数２〜６のハロゲン化脂肪族炭化水素である、請求項１又は２記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項４】
分散剤として、イオン性界面活性剤および非イオン性界面活性剤を用いることなく前記カーボンナノチューブが分散している、請求項１から３のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブの含有量が１ｐｐｍから１００ｐｐｍの範囲にある、請求項１から４のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項６】
前記第１の有機溶媒と前記第２の有機溶媒の含有量の質量比が１／９から９／１の範囲にある、請求項１から５のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項７】
前記第１有機溶媒と前記第２有機溶媒との混合液の沸点が１００℃から２８０℃の範囲にある、請求項１から６のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項８】
前記第１の有機溶媒の比誘電率が２．５未満であり、前記第２の有機溶媒の比誘電率が３以上である、請求項１から７のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項９】
前記第１の有機溶媒は、沸点が１１０℃以上２６０℃以下の炭化水素である、請求項１から８のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項１０】
昇華点が２２０℃以下の昇華性有機物が添加されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項１１】
アズレン又はグアイアズレンが添加されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項１２】
前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブである、請求項１から１１のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項１３】
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に、該ソース電極及び該ドレイン電極と接するように半導体チャンル層を形成する工程を有し、
前記半導体チャネル層の形成工程は、請求項１から１２のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ分散液を塗布または印刷し、乾燥する工程を含む、半導体装置の製造方法。
【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分散液及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＥＴ）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にＴＦＴが用いられることも多くなっている。【０００３】
このようなＴＦＴを用いた表示装置は大面積化が求められているが、ＴＦＴは、通常、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るため、次のような製造上の問題がある。第一に、ＴＦＴの製造に用いられるＣＶＤ装置は非常に高額であり、維持費も高いため、表示装置の大面積化は製造コストの大幅な増加を伴う。第二に、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、使用可能な基板材料が限られ、軽量な樹脂材料の使用が困難である。【０００４】
一方、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、高い導電性や機械的強度を有することから、その特性を利用した種々の用途が検討されている。ＣＮＴは、炭素のみからなる筒状炭素分子であり、炭素原子の六員環で構成されるグラフェンシートを巻いた構造をとっている。１枚のグラフェンシートを丸めて筒状になったＣＮＴは、単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）とよばれ、また、直径の異なる円筒状のカーボンナノチューブが複数層積層されたＣＮＴは、多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）と呼ばれる。ＳＷＮＴの直径は約１ｎｍ、ＭＷＮＴの直径は数十ｎｍ程度である。ＣＮＴは、直径の違い以外に、グラフェンシートを丸める向きの違い、即ち、円周方向に対する炭素原子の六員環の配向の違いによって、らせん度（カイラリティ）の異なる種々のカーボンナノチューブ、例えば、らせん型カーボンナノチューブ、ジグザグ型カーボンナノチューブ、アームチェア型カーボンナノチューブ等がある。特に、ＳＷＮＴでは、らせん度（カイラリティ）の違いにより、金属性と半導体性の両方の性質が現れる。【０００５】
このようなＳＷＮＴを、例えば化学的気相成長法（ＣＶＤ）によってランダムにソース−ドレイン電極間に成長させることにより、チャネル層がＳＷＮＴからなる電界効果トランジスタを作製することができる。また、このＳＷＮＴからなるチャネル層は、ＳＷＮＴの分散液を基板上に塗布や印刷して形成することも可能である。非特許文献１には、このようにして形成されたＣＮＴのランダムネットワークでは、多くの接触が形成されてカーボンナノチューブ間の接続が発生し、薄膜トランジスタのチャネル層に利用することができることが記載されている。【０００６】
他方で、ＣＮＴを液体中で分散させる技術が種々検討されている。ＣＮＴは、凝集力が強く、液体中で数本〜数百本程度が束になった状態（バンドル）になる傾向があり、時間の経過に伴ってＣＮＴが凝集し、沈殿してしまうからである。【０００７】
特許文献１には、ＣＮＴ、アミド系有機溶媒、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、非イオン性界面活性剤からなる分散液が開示されている。非イオン界面活性剤として、ポリオキシエチレン系界面活性剤が用いられている。【０００８】
特許文献２には、ＣＮＴ、分散剤、特定の疎水部−親水部−疎水部の構造を有する化合物を含む親水性分散液が開示されている。分散剤として、アルキルベンゼンスルホン酸塩及び／又はアルキルエーテル硫酸塩が用いられている。【０００９】
特許文献３には、電気泳動法によるＣＮＴの分画方法に用いられるＣＮＴ分散液として、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを含む液体中にＣＮＴを分散させた分散液が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１５４６３０号公報
【特許文献２】特開２００３−２３８１２６号公報
【特許文献３】特開２００５−９５８０６号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｅ．Ｓ．Ｓｎｏｗ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｖｏｌ．８２，Ｎｏ．１３，ｐ．２１４５，（２００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＣＮＴのランダムネットワークは、前述したように、ＣＮＴ分散液の塗布または印刷により形成できる。この方法によれば表示装置の大面積化が低コストで実現可能であると共に、そのプロセス温度が低く、基板材料の制限が少ない。そのため、ガラス基板上にシリコン系のＴＦＴを形成する方法に比べて、大幅に製造コストを抑えることが可能である。【００１３】
しかしながら、通常のＣＮＴ分散液には不揮発性の分散剤が含まれているため、ＣＮＴ分散液を塗布または印刷し、溶媒を除去した後、分散剤が残留する問題がある。特に、ＣＮＴランダムネットワークの電気伝導性を利用する際には、この問題は大きな障害となる。【００１４】
分散剤を使用しないでＣＮＴを分散できる有機溶媒として、１，２−ジクロロエタンがある。１，２−ジクロロエタンは沸点が８３．７℃であるため、十分に揮発させることができる。しかしながら、ＣＮＴ濃度が充分に薄くなければ分散せず、また、このようなＣＮＴ分散液は、印刷後にＣＮＴが偏析しやすく、均一性に劣るランダムネットワークが形成されるという問題がある。【００１５】
図１に、分散剤を用いず、溶媒に１，２−ジクロロエタンのみを使用したＣＮＴ分散液の印刷後の状態を、コンダクティブ原子間力顕微鏡（Ｃ−ＡＦＭ）で観察した結果を示す。図１の左側（Ａ）は段差像を示し、右側（Ｂ）は電流像を示す。電流像において偏在している濃色部分が、実際に通電しているアクティブな電流チャネルを示している。左側の段差像（Ａ）では、ＣＮＴが均一性よく分布しているように見えるが、右側の電流像（Ｂ）では、アクティブな電流チャネルの均一性が低いことがわかる。【００１６】
また、印刷時に、インク液滴の乾燥条件が不適当であると、液滴内部に生じる対流の影響でコーヒーステインと呼ばれるリング状のしみが生じることが知られている。このようなコーヒーステインが発生する不適当な条件で、１，２−ジクロロエタンを用いた上記ＣＮＴ分散液を印刷すると、さらに均一性が劣化する。図２に、上記ＣＮＴ分散液の印刷で生じたコーヒーステインを、Ｃ−ＡＦＭで観察した結果を示す。図２の左側（Ａ）は段差像を示し、右側（Ｂ）は電流像を示す。図２の電流像では、通電箇所は白い部分で示している。縞状にＣＮＴの密度が極度に大きい部分と、ほとんどＣＮＴ無い部分が生じている。通電部分では、ＣＮＴ密度が大きすぎて、金属的な電気伝導を示し、薄膜トランジスタのチャネルには適さない。【００１７】
コーヒーステインは、前述のように、液滴の対流に起因した現象であり、液滴の対流を減らすことにより抑制することができる。液滴の対流を低減するためには、液滴を小さくしたり、分散液の粘度を大きくしたりすること等が有効であると考えられる。しかしながら、１，２−ジクロロエタンは、沸点が８３．７℃と低く、蒸気圧も高いために、インクジェットなどの微細なノズルから極微量の液滴を吐出しようとすると、室温下ではノズル内部で揮発するため、安定に微細な液滴を印刷することができない。さらに、１，２−ジクロロエタンの粘度は、０．８４ｍＰａ・ｓと小さく、このような小さい粘度も、安定な液滴の形成と、乾燥時の均一なＣＮＴネットワークの形成を阻害する要因となっている。【００１８】
本発明の目的は、分散安定性の高いＣＮＴ分散液を提供することである。また、本発明の他の目的は、ＣＮＴ分散液を用いてＣＮＴのランダムネットワークからなる電流通路を形成することにより、電気特性に優れた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一態様によれば、カーボンナノチューブと、非極性溶媒である第１の有機溶媒と、該第１の有機溶媒より極性が高く且つ該第１の有機溶媒と相溶する第２の有機溶媒とを混合して得られる、カーボンナノチューブ分散液が提供される。【００２０】
このカーボンナノチューブ分散液は、分散剤を用いることなくカーボンナノチューブが分散しているものである。【００２１】
本発明の他の態様によれば、
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に、該ソース電極及び該ドレイン電極と接するように半導体チャネル層を形成する工程を有し、
前記半導体チャネル層の形成工程は、上記のカーボンナノチューブ分散液を塗布または印刷し、乾燥する工程を含む、半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、安定なＣＮＴの分散液を得ることができる。また、本発明のＣＮＴ分散液は、ＣＮＴ以外は気化して除去可能な成分のみで構成されている。したがって、本発明のＣＮＴ分散液を用いて形成したＣＮＴランダムネットワークは、電気伝導を阻害する物質が残留しないために、薄膜トランジスタ等の電子デバイスの電流通路に好適である。【００２３】
また、本発明によるＣＮＴ分散液を用いた製造方法によれば、均一性に優れたＣＮＴランダムネットワークを形成できるので、電気的特性に優れた半導体装置を提供できる。【００２４】
さらに、本発明によるＣＮＴ分散液を用いて印刷法や塗布法でＣＮＴランダムネットワークを形成する製造方法によれば、低コストで、大型の半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】関連技術によるＣＮＴ分散液の印刷、乾燥後の、コンダクティブ原子間力顕微鏡（Ｃ−ＡＦＭ）による観察像である。左側（Ａ）は段差像を示し、右側（Ｂ）は電流像を示す。電流像において、偏在している濃色部分が実際の通電箇所を示す。
【図２】関連技術によるＣＮＴ分散液の印刷、乾燥後の、コーヒーステインが生じた状態のコンダクティブ原子間力顕微鏡（Ｃ−ＡＦＭ）による観察像である。左側（Ａ）は段差像を示し、右側（Ｂ）は電流像を示す。電流像において、白い部分が実際の通電箇所を示す。
【図３】本発明の第１の実施形態によるＣＮＴ分散液及び比較例の分散状態を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるＣＮＴ分散液及び比較例の分散状態を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態によるＣＮＴ分散液及び比較例の分散状態を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態によるＣＮＴ分散液及び比較例の分散状態を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施形態によるＣＮＴ分散液及び比較例の分散状態を示す図である。
【図８】本発明の実施形態によるＣＮＴ分散液を用いて形成したＣＮＴのランダムネットワークをチャネル層に適用した電界効果トランジスタの模式断面図である。
【図９】本発明の実施形態によるＣＮＴ分散液を用いて形成したＣＮＴのランダムネットワークのコンダクティブ原子間力顕微鏡（Ｃ−ＡＦＭ）による観察像（段差像）である。
【図１０】本発明の実施形態によるＣＮＴ分散液を用いて形成したＣＮＴのランダムネットワークをチャネル層に適用した電界効果トランジスタの伝達特性を示す図である。
【図１１Ａ】本発明の実施形態による半導体素子を複数備えた半導体装置の一例を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示した半導体装置を構成する基本セルの第１の例として、強誘電体メモリの基本セルの構成を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａに示した半導体装置を構成する基本セルの第２の例として、表示装置の基本セルの構成を示す図である。
【図１１Ｄ】図１１Ａに示した半導体装置を構成する基本セルの第３の例として、センサアレイ装置の基本セルの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本実施形態によるカーボンナノチューブ分散液（ＣＮＴ分散液）は、カーボンナノチューブと、非極性溶媒である第１の有機溶媒と、この第１の有機溶媒より極性が高く且つこの第１の有機溶媒と相溶する第２の有機溶媒とを混合して得られ、分散剤を添加しなくてもカーボンナノチューブが分散しているものである。
【００２７】
第１の有機溶媒と第２の有機溶媒の質量比は、より安定な分散液を得る点から、１／９から９／１の範囲にあることが好ましく、１／４〜４／１の範囲にあることがより好ましい。
【００２８】
第１の有機溶媒は、炭化水素を用いることができる。沸点が１１０℃以上２６０℃以下の炭化水素を好適に用いることができる。
【００２９】
第１の有機溶媒は、脂肪族炭化水素を用いることができ、例えば炭素数８〜１８鎖式飽和炭化水素を用いることができ、特に直鎖飽和炭化水素、例えばｎ−デカン、ｎ−ドデカン、ｎ−テトラデカンから選ばれる少なくとも１種の溶媒を用いることができる。
【００３０】
また、第１の有機溶媒は、芳香族炭化水素を用いることができ、例えば炭素数７〜９の芳香族単環炭化水素を用いることができ、特にトルエン、キシレン、メシチレンから選ばれる少なくとも１種の溶媒を用いることができる。
【００３１】
第２の有機溶媒は、第１の有機溶媒と相溶する極性溶媒を用いることができる。
【００３２】
第２の有機溶媒は、グライム類を用いることができ、炭素数４〜１２のグライム類が好ましい。グライム類としては、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテルが挙げられる。これらの中でも、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルから選ばれる少なくとも１種の溶媒が好ましい。
【００３３】
また、第２の有機溶媒は、酢酸エステル類を用いることができ、例えば酢酸エチルやグリコールアセテート類、特にエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートから選ばれる少なくとも１種の溶媒を用いることができる。
【００３４】
また、第２の有機溶媒は、アミド類を用いることができ、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドから選ばれる少なくとも１種の溶媒を用いることができる。
【００３５】
また、第２の有機溶媒は、アルコール類を用いることができ、例えば炭素数３〜６の一価の脂肪族アルコール類を用いることができ、特にイソプロピルアルコールを用いることができる。
【００３６】
また、第２の有機溶媒は、ハロゲン化炭化水素を用いることができ、例えば炭素数２〜６の脂肪族炭化水素のハロゲン化物、特に１，２−ジクロロエタンを用いることができる。
【００３７】
本発明において、第１有機溶媒としては、沸点や浸食性、取り扱い性等の観点から、炭素数８〜１８の鎖式飽和炭化水素が好ましく、炭素数８〜１８の直鎖飽和炭化水素がより好ましく、特に、ｎ−デカン、ｎ−ドデカン、ｎ−テトラデカンから選ばれる少なくとも１種の溶媒が好ましい。第２有機溶媒としては、沸点や侵食性等の観点から、グライム類、グリコールアセテート類が好ましく、炭素数４〜１２のグライム類、炭素数５〜８のグリコールアセテート類がより好ましく、特に、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートから選ばれる少なくとも１種以上の溶媒が好ましい。さらに取り扱い性等の観点から、グライム類が好ましく、炭素数４〜１２のグライム類がより好ましく、特に、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルから選ばれる少なくとも１種以上の溶媒が好ましい。
【００３８】
本発明において、第１の有機溶媒としては、比誘電率が２．５未満の溶媒を用いることができ、第２の有機溶媒は、第１の有機溶媒の比誘電率より大きい比誘電率をもつ溶媒を用いることができる。十分な分散効果を得る点から第２の有機溶媒の比誘電率は３以上が好ましく、４以上がより好ましく、５以上がさらに好ましい。
【００３９】
本発明において、第１有機溶媒と第２有機溶媒との混合液の沸点は、印刷や塗布時の乾燥を抑えて良好な電流通路（ＣＮＴランダムネットワーク）を形成する点から、１００℃以上が好ましく、１５０℃以上がより好ましく、２００℃以上がさらに好ましい。このような沸点の混合液を用いることにより、特にインクジェット法による印刷においてノズル部の乾燥を抑えることができ、良好な印刷が可能になる。他方、印刷後や塗布後の乾燥時間や重ね塗りを良好に行う観点から、この混合液の沸点は２８０℃以下であることが好ましく、２５０℃以下であることがより好ましい。
【００４０】
本発明のＣＮＴ分散液中のＣＮＴ濃度は、より十分な電気特性を有する電流通路を形成する点から、１ｐｐｍ以上が好ましく、５ｐｐｍ以上がより好ましい。他方、ＣＮＴ分散液の分散安定性や印刷後または塗布後のＣＮＴ分布の均一性の観点から、ＣＮＴ濃度は１００ｐｐｍ以下が好ましく、５０ｐｐｍ以下がより好ましい。
【００４１】
本発明における「分散」とは、溶媒に溶解しない固形物（ＣＮＴ）が当該溶媒（第１の有機溶媒と第２の有機溶媒の混合液）中に一様に浮遊あるいは懸濁している状態を意味する。また、分散液の調製直後から少なくとも７０時間は、分散状態を維持できることを意味する。液中の特定の部分（例えば底や表面、液内領域）に固形物が集まって析出したり、その析出物が浮遊したりしていることが目視で判別できる状態は分散とはいわない。
【００４２】
本発明において、第１有機溶媒と第２有機溶媒の混合液は、当該第１有機溶媒と第２有機溶媒とが相溶し、均一な液体の状態のものをいう。
【００４３】
本発明のＣＮＴ分散液は、一般に固体粒子を液中へ分散させるための分散剤として使用されるイオン性界面活性剤や非イオン性界面活性剤を用いることなく、ＣＮＴが分散しているものである。このＣＮＴ分散液は、第１の有機溶媒と第２の有機溶媒とＣＮＴのみから構成することができる。これにより、塗布または印刷されたＣＮＴ分散液から溶媒を除去した後、分散剤が残留することなく、ＣＮＴのみからなる電気特性に優れたＣＮＴランダムネットワークを形成することができる。
【００４４】
本発明に用いられるＣＮＴは、単層のチューブ形状のシングルウォールカーボンナノチューブ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｗａｌｌｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ：ＳＷＣＮＴ）が好ましく、その直径及び長さに特に制限はないが、直径０．７ｎｍ〜２ｎｍ、長さ０．５μｍ〜２．０μｍのものが好適に用いられる。ＳＷＣＮＴの端部については、カルボキシル基や水酸基等で修飾されて端面が開いているものと、官能基で修飾されずに閉じているものが存在するが、本発明で使用する際には、端部の構造は限定されない。
【００４５】
本発明のＣＮＴ分散液には、溶媒とともに気化できる他の成分を添加してもよい。例えば、ナフタレンやアダマンタン等の昇華性有機物を増粘剤として添加したり、アズレンやグアイアズレン等の揮発性の高い有機物を着色剤として添加することができる。
【００４６】
以下、本発明の実施形態のＣＮＴ分散液および半導体装置の製造方法について説明する。
【００４７】
［第１の実施形態］
本実施形態では、非極性の第１の有機溶媒としてキシレンを用い、第２の有機溶媒として種々の極性有機溶媒を用いた１００ｍｌの混合溶媒に対して、１ｍｇの割合で単層ＣＮＴ（ＳＷＣＮＴ）を加え、さらに超音波を照射し、約１０ｐｐｍの濃度のＣＮＴ分散液を調整した。
【００４８】
ここで使用した単層ＣＮＴは、あらかじめ強酸処理が施され、ＣＮＴの合成時に使用された微小な金属触媒、ＣＮＴと同時に生成されたアモルファスカーボンなどが取り除かれ、ＣＮＴの純度が高められている。このような強酸処理を経て純度が高められた単層ＣＮＴでは、表面にカルボキシル基などの官能基が付与され、分散性に寄与することが一般に知られている。この単層ＣＮＴは、Ｈｉｐｃｏ（Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃａｒｂｏｎ  ｍｏｎｏｏｘｉｄｅ）法により作製されたもの（ＣＮＩ社製、purified  grade、直径１．０〜１．２ｎｍ、長さ１．０〜１．５μｍ）を用いた。後述の各実施形態においても同様の単層ＣＮＴを用いた。
【００４９】
本実施形態の混合溶媒は、非極性の第１の有機溶媒としてキシレン（ｍ−キシレンの誘電率は２．３７４）を用い、第１の有機溶媒と混合する第２の有機溶媒として、１，２−ジクロロエタン（誘電率は１０．３）、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル（誘電率は５．９７）、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（誘電率は３２．０）を用いた。第１の有機溶媒であるキシレンと第２の有機溶媒の混合比（質量比）は１：１とした。
【００５０】
比較例として、第２の有機溶媒として、ｎ−テトラデカンを用いた分散液、メシチレン（誘電率は２．２７９）を用いた分散液を調製した。また、混合溶媒に代えてキシレン単独（１００％キシレン溶媒）を用いた分散液を調製した。
【００５１】
なお、ｎ−テトラデカンの誘電率は、同じアルカン類で同様な分子構造のｎ−ドデカン、ｎ−デカンの誘電率がそれぞれ２．０１６、１．９９１であるので、ｎ−テトラデカンの誘電率は２程度と推定できる。また、トリエチレングリコールジメチルエーテルとジエチレングリコールジエチルエーテルの誘電率は、同じグライム類で同様な複数のエーテル結合を有するジエチレングリコールジメチルエーテルの誘電率が５．９７であるので、トリエチレングリコールジメチルエーテルとジエチレングリコールジエチルエーテルの誘電率は６程度と推定できる。ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートの誘電率は、同じエステル類の酢酸エチルの誘電率は６．０５３であるので、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートの誘電率は６程度と推定できる。
【００５２】
図３に、超音波照射から７０時間経過後のＣＮＴ分散液の様子を示した。
【００５３】
キシレン（非極性の第１の有機溶媒）とｎ−テトラデカンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ａ）、キシレンとメシチレンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｂ）、および、キシレン単独溶媒（Ｃ）を用いたＣＮＴ分散液では、ＣＮＴが互いに凝集し、沈殿している。
【００５４】
これらに対して、キシレンと１，２−ジクロロエタンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｄ）、キシレンとトリエチレングリコールジメチルエーテルの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｅ）、キシレンとジエチレングリコールジエチルエーテルの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｆ）、キシレンとジエチレングリコールジメチルエーテルの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｇ）、キシレンとジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｈ）、キシレンとＮ−メチル−２−ピロリドンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｉ）では、ＣＮＴが安定に分散している。
【００５５】
このように、誘電率の小さな非極性の単環の芳香族炭化水素と、より誘電率が大きい極性の有機溶媒の混合溶媒は、分散剤を使用することなくＣＮＴを安定に分散することができる。
【００５６】
ここで用いられた溶媒は、いずれも室温（２５℃）下で適度な蒸気圧を有するため、このような混合溶媒を用いたＣＮＴ分散液を塗布または印刷し、乾燥させることで、電流通路に適したＣＮＴのランダムネットワークを形成することができる。
【００５７】
［第２の実施形態］
本実施形態では、非極性の第１の有機溶媒としてｎ−テトラデカンを用い、第２の有機溶媒として種々の極性有機溶媒を用いた１００ｍｌの混合溶媒に対して、１ｍｇの割合で単層ＣＮＴを加え、さらに超音波を照射し、約１０ｐｐｍの濃度のＣＮＴ分散液を調整した。
【００５８】
ここで使用した単層ＣＮＴは、第１の実施形態で使用したものと同様なものを用いた。
【００５９】
本実施形態の混合溶媒は、非極性の第１の有機溶媒としてｎ−テトラデカンを用い、第１の有機溶媒と混合する第２の溶媒として、１，２−ジクロロエタン（誘電率は１０．３）、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル（誘電率は５．９７）、イソプロピルアルコール（誘電率は１８．６２）を用いた。第１の有機溶媒であるｎ−テトラデカンと第２の有機溶媒の混合比（質量比）は１：１とした。
【００６０】
比較例として、第２の有機溶媒として、ｎ−ドデカン（誘電率は２．０１６）を用いた分散液、ｎ−デカン（誘電率は１．９９１）を用いた分散液、メシチレン（誘電率は２．２７９）を用いた分散液、キシレン（ｍ−キシレンの誘電率は２．３７４）を用いた分散液を調製した。また、混合液が層分離する例として、第２の有機溶媒として、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートを用いた分散液、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（誘電率は３２．０）を用いた分散液を調製した。また、混合溶媒に代えてｎ−テトラデカン単独（１００％ｎ−テトラデカン溶媒）を用いた分散液を調製した。
【００６１】
図４に、超音波照射から７０時間経過後のＣＮＴ分散液の様子を示した。
【００６２】
ｎ−テトラデカン単独溶媒を用いたＣＮＴ分散液（Ａ）、ｎ−テトラデカン（非極性の第１の有機溶媒）とｎ−ドデカンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｂ）、ｎ−テトラデカンとｎ−デカンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｃ）、ｎ−テトラデカンとメシチレンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｄ）、ｎ−テトラデカンとキシレンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｅ）では、ＣＮＴが互いに凝集し、沈殿している。
【００６３】
また、ｎ−テトラデカンとジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｊ）、ｎ−テトラデカンとＮ−メチル−２−ピロリドンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｋ）は、２層に分離している。
【００６４】
これらに対して、ｎ−テトラデカンと１，２−ジクロロエタンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｆ）、ｎ−テトラデカンとトリエチレングリコールジメチルエーテルの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｇ）、ｎ−テトラデカンとジエチレングリコールジエチルエーテルの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｈ）、ｎ−テトラデカンとジエチレングリコールジメチルエーテルの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｉ）、ｎ−テトラデカンとイソプロピルアルコールの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｌ）では、ＣＮＴが安定に分散している。
【００６５】
このように、誘電率の小さなアルカン型の非極性炭化水素と、より誘電率が大きい極性有機溶媒の混合溶媒は、溶媒が二相分離しない限り、分散剤を使用することなく安定にＣＮＴを分散することができる。
【００６６】
ここで用いられた溶媒は、いずれも室温（２５℃）下で適度な蒸気圧を有するため、このような混合溶媒を用いたＣＮＴ分散液を塗布または印刷し、乾燥させることで、電流通路に適したＣＮＴのランダムネットワークを形成することができる。
【００６７】
［第３の実施形態］
本実施形態では、極性の第２の有機溶媒として１，２−ジクロロエタンを用い、第１の有機溶媒として種々の非極性有機溶媒を用いた１００ｍｌの混合溶媒に対して、１ｍｇの割合で単層のＣＮＴを加え、さらに超音波を照射し、約１０ｐｐｍの濃度のＣＮＴ分散液を調整した。
【００６８】
ここで使用した単層ＣＮＴは、第１の実施形態で使用したものと同様なものを用いた。
【００６９】
本実施形態の混合溶媒は、極性の第２の有機溶媒として１，２−ジクロロエタン（誘電率は１０．３）を用い、第１の有機溶媒として、ｎ−テトラデカン、メシチレン（誘電率は２．２７９）、キシレン（ｍ−キシレンの誘電率は２．３７４）を用いた。第１の有機溶媒と第２の有機溶媒である１，２−ジクロロエタンの混合比（質量比）は１：１とした。
【００７０】
比較例として、第１の有機溶媒として、トリエチレングリコールジメチルエーテルを用いた分散液、ジエチレングリコールジエチルエーテルを用いた分散液、ジエチレングリコールジメチルエーテル（誘電率は５．９７）を用いた分散液、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートを用いた分散液、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（誘電率は３２．０）を用いた分散液、イソプロピルアルコール（誘電率は１８．６２）を用いた分散液を調製した。また、混合溶媒に代えて１，２−ジクロロエタン単独（１，２−ジクロロエタン１００％溶媒）を用いた分散液を調製した。
【００７１】
図５に、超音波照射から７０時間経過後のＣＮＴ分散液の様子を示した。
【００７２】
１，２−ジクロロエタン（極性の第２の有機溶媒）とｎ−テトラデカンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ａ）、１，２−ジクロロエタンとメシチレンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｂ）、１，２−ジクロロエタンとキシレンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｃ）は、ＣＮＴを安定に分散している。また、１，２−ジクロロエタン単独溶媒を用いたＣＮＴ分散液（Ｄ）は、前述したようにＣＮＴを分散している。
【００７３】
これらに対して、１，２−ジクロロエタンとトリエチレングリコールジメチルエーテルの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｅ）、１，２−ジクロロエタンとジエチレングリコールジエチルエーテルの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｆ）、１，２−ジクロロエタンとジエチレングリコールジメチルエーテルの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｇ）、１，２−ジクロロエタンとジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｈ）、１，２−ジクロロエタンとＮ−メチル−２−ピロリドンの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｉ）、１，２−ジクロロエタンとイソプロピルアルコールの混合液を用いたＣＮＴ分散液（Ｊ）では、ＣＮＴが互いに凝集し、沈殿している。
【００７４】
このように、誘電率の小さな非極性のアルカン型の炭化水素、あるいは、単環の芳香族炭化水素と、より誘電率が大きい１，２−ジクロロエタンの混合溶媒は、分散剤を使用することなくＣＮＴを安定に分散することができる。
【００７５】
本実施形態で用いられた溶媒は、いずれも室温（２５℃）下で適度な蒸気圧を有するため、このような混合溶媒を用いたＣＮＴ分散液を塗布または印刷し、乾燥させることで、電流通路に適したＣＮＴのランダムネットワークを形成することができる。
【００７６】
［第４の実施形態］
本実施形態では、非極性の第１の有機溶媒としてｎ−テトラデカンを用い、極性の第２の有機溶媒としてトリエチレングリコールジメチルエーテルを用い、第１の有機溶媒と第２の有機溶媒の混合比（質量比）の異なる分散液を調製した。
【００７７】
１００ｍｌの混合溶媒に対して、１ｍｇの割合で単層ＣＮＴを加え、さらに超音波を照射し、約１０ｐｐｍの濃度のＣＮＴ分散液を調製した。ここで使用した単層ＣＮＴは、第１の実施形態で使用したものと同様なものを用いた。
【００７８】
図６には、ｎ−テトラデカンの割合（質量％）が０％（トリエチレングリコールジメチルエーテルの割合が１００％）、２５％、５０％、７５％のＣＮＴ分散液の分散状態を示し、図７には、ｎ−テトラデカンの割合（質量％）が２５％、５０％、７５％、１００％（トリエチレングリコールジメチルエーテルの割合が０％）のＣＮＴ分散液の分散状態を示す。いずれのＣＮＴ分散液も、超音波照射してから７０時間経過後の状態である。これらの図より明らかなように、混合溶媒を用いたＣＮＴ分散液は、混合溶媒の混合比によらず、安定した分散性を示している。このような混合比の自由度の高さは、ＣＮＴ分散液の利用形態に応じた溶媒設計を可能にし、ＣＮＴ分散液の適用範囲を広げることができる。
【００７９】
本実施形態で用いたｎ−テトラデカンのようなアルカン類、トリエチレングリコールジメチルエーテルのようなグライム類は、ともに直鎖状の分子構造をもち、分子量が大きくなるにつれて分子鎖が長くなり、粘度と沸点がともに高くなる傾向がある。したがって、溶媒の種類や混合比を適宜変更することによって、ＣＮＴランダムネットワークの形成の際、ＣＮＴ分散液の塗布や印刷の手法に応じて粘度と沸点を調整することが可能になる。
【００８０】
例えば、スピンコート法などの塗布法を用いる場合は、ＣＮＴ分散液の粘度は低く、溶媒の沸点は低めに設定すると、均一なＣＮＴランダムネットワークを形成しやすい。このような場合は、アルカン類、グライム類ともに低分子量体が適している。
【００８１】
これに対して、インクジェットプリンタやディスペンサなど、微細なノズルから微小な液滴を吐出する印刷描画法を用いる場合は、溶媒の沸点が低いと微細なノズル内で溶媒が揮発し、ノズルが詰まり易くなる。また、溶媒の粘度が高い方が吐出時の液滴形状が安定し、さらに、液滴が基板に着弾した後の印刷描画パターンの安定性も高い。したがって、このような印刷描画法を用いる場合は、沸点が高く、粘度がより大きい、分子量の大きいアルカン類、グライム類が適している。
【００８２】
本実施形態で用いたｎ−テトラデカンとトリエチレングリコールジメチルエーテルの沸点はそれぞれ、２５２．５℃及び２１６℃であり、これらの混合溶媒を用いたＣＮＴ分散液は、印刷中にノズル内で揮発しにくく、安定な印刷が可能である。また、粘性率もそれぞれ、２．０６ＣＰ（ｍＰａ・ｓ）及び３．８０ＣＰ（ｍＰａ・ｓ）と大きく、吐出時の液滴形状および印刷描画パターンの安定性にも優れている。尚、どちらの溶媒も、室温では充分な蒸気圧があることと、微細な液滴では表面が活性になることから、基板上の印刷描画パターンでの蒸発乾燥は実用上、問題がない。より高速に乾燥させるためには、印刷後に減圧環境下で保持することが特に効果的である。乾燥した後に、さらに、１８０℃程度の高温環境下で保持することで、残留した溶媒成分を揮発させることも可能である。
【００８３】
さらに、アルカン類とグライム類の混合溶媒を用いたＣＮＴ分散液には以下の利点がある。第一に、作業環境的に有利な点である。芳香族炭化水素やハロゲンを含有する溶剤に比べて環境負荷が低く、特に大面積の表示装置などの大型の半導体装置を塗布法や印刷法で製造する際には大きな利点となる。第二に、他の樹脂材料に対する侵食性が低いことである。例えば、液体材料で提供され、低温で硬化するポリイミド樹脂は、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどのアミド溶媒に侵されるが、アルカン類やグライム類に対しては耐性がある。印刷法で電子デバイスを製造する際には、金属、半導体、絶縁体などの様々な材料を層状に重ねて配置していく必要があり、材料に対する侵食性が低いことは、電子デバイスの製造上で極めて重要な利点となる。
【００８４】
このように、本発明のＣＮＴ分散液は、２種類以上の溶媒を組み合わせた混合溶媒を用いて形成される。この混合溶媒を構成する溶媒の種類や混合比を適宜選択することによって、分散性を確保しながら、用途に応じて特性を付与したり調整したりすることができる。特に、電子デバイスの製造においてＣＮＴのランダムネットワークを印刷形成する場合には、溶媒の沸点、蒸気圧、粘度、材料に対する侵食性などを考慮した分散液を調整することができる。結果、印刷性に優れ、且つＣＮＴの分散性に優れたＣＮＴ分散液を提供することができる。
【００８５】
また、本発明のＣＮＴ分散液は、必要に応じて、溶媒とともに気化できる添加剤を加えることにより、さらに特性を改善することができる。たとえば、ナフタレンやアダマンタンなどの昇華点が２２０℃以下の固体を添加すると、ＣＮＴ分散液の粘度を増加するとともに、印刷された液滴が乾燥する際に析出する固体成分がＣＮＴを固定することで、印刷精度が向上する。ナフタレンやアダマンタンは、その後、２００℃程度の熱処理で十分に昇華させることができ、ＣＮＴランダムネットワークの電気伝導を阻害する要因とはならない。また、アズレンや、グアイアズレンのなどの金属元素を含まない有色の有機物の添加も効果的である。たとえば、薄膜トランジスタの半導体チャネルに用いられるＣＮＴはとても少量で、通常の光学顕微鏡等では、その存在を確認が困難である。アズレンや、グアイアズレンをＣＮＴ分散液に添加しおくと、それらが発する色により、ＣＮＴ分散液を印刷した領域を、光学顕微鏡等による確認が容易になる。金属イオンを含有する通常の顔料とは異なり、アズレンや、グアイアズレンは、２００℃程度の熱処理で十分に揮発させることができる。したがって、ＣＮＴ分散液を印刷した領域を確認した後に除去でき、良好な電気伝導性をしめすＣＮＴランダムネットワークを得ることができる。
【００８６】
［第５の実施形態］
本発明の一実施形態のＣＮＴ分散液（ＣＮＴ濃度：１０ｐｐｍ）を用いて作製した半導体素子の断面構造を図８に示す。この半導体素子は、ＣＮＴのランダムネットワークをチャネル層に用いた電界効果トランジスタである。
【００８７】
図８に示されるように、支持基板８１上にゲート電極８２が形成され、ゲート電極８２を覆うように、ゲート絶縁膜８３が形成されている。このゲート絶縁膜８３上には、チャネル長に応じた距離を隔ててソース電極８４及びドレイン電極８５が配置されている。さらに、ゲート絶縁膜８３、ソース電極８４及びドレイン電極８５に接するように、チャネル層８６としてＣＮＴのランダムネットワークが配置されている。
【００８８】
上記の構造を有する半導体素子は、例えば以下のような作製方法で作製される。
【００８９】
まず、０．２ｍｍ厚のポリイミド基板８１上に、銀のナノ粒子を溶媒で分散させた分散液をインクとして、例えばインクジェットプリンタを用いて所望のゲート電極８２の形状を描画し、乾燥させる。
【００９０】
次に、２００℃で熱処理を行い、焼結させたゲート電極８２を得る。
【００９１】
次に、有機高分子からなる絶縁体を、前記ゲート電極８２を覆うように塗布し、１８０℃で焼き締め、ゲート絶縁膜８３を形成する。このゲート絶縁膜８３の膜厚は特に制限されるものではないが、薄すぎるとゲート電極と他の電極間のリーク電流を効果的に抑制することが困難となり、厚すぎるとゲートバイアス電圧による活性層のスイッチング現象を効果的に制御できなくなるため、１０〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。
【００９２】
ソース電極８４、ドレイン電極８５を形成する際には、銀のナノ粒子を溶媒で分散させた分散液をインクとして、例えばインクジェットプリンタを用いて所望の電極の形状に描画し、乾燥させる。次に、１８０℃で熱処理を行い、焼結させた電極を得る。
【００９３】
強酸処理で高純度化された単層ＣＮＴを、ｎ−テトラデカン７５質量％、トリエチレングリコールジメチルエーテル質量２５％の混合溶媒と混合し、超音波を照射してＣＮＴ分散液（ＣＮＴインク）を調製する。その後、ＣＮＴインクを、ディスペンサを用いてソース電極８４及びドレイン電極８５間に塗布し、乾燥させる。
【００９４】
ポリイミド上に、ＣＮＴインクを滴下し、乾燥させた後の、Ｃ−ＡＦＭによる観察像（段差像）を図９に示す。ＣＮＴ（白い部分）は均一に配置していることがわかる。印刷法でこのようにＣＮＴを均一に配置するには、ＣＮＴインク中でＣＮＴが安定に分散していること、印刷時のインク吐出が安定であること、適当な乾燥条件が施されていることなどの、多くの条件を満足する必要がある。本実施形態のＣＮＴ分散液はこうした要求を満足していることが確認された。このＣ−ＡＦＭによる観察像のＣＮＴの、密度は低く、ＣＮＴは相互の接続点が少ない。さらに、ＣＮＴインクを塗り重ねることによりＣＮＴのランダムネットワークが形成され、良好な半導体チャネルが形成される。
【００９５】
このようにして作製された、印刷法によるＣＮＴ薄膜トランジスタの伝達特性を図１０に示す。横軸のゲート電圧を正に増やしていくと、縦軸のドレイン電流が低下し、反対に、ゲート電圧を負に増やしていくとドレイン電流が増加している。すなわち、ｐ型のトランジスタ特性が得られた。ｏｎ／ｏｆｆ比は約１０４を得た。本実施形態のＣＮＴ分散液を用いることで、印刷手法で、このように高性能なＣＮＴ薄膜トランジスタを製造することができる。
【００９６】
［第６の実施形態］
図１１Ａに、本発明の実施形態による半導体素子を複数備えた半導体装置の一例を示す。図１１Ｂから図１１Ｄには、この半導体装置を構成する基本セルの例を示す。
【００９７】
この半導体装置は、複数のビット線１５１〜１５４と、ビット線と直交する複数のワード線１６１〜１６４、複数のプレート線１６６〜１６９を有している。ビット線１５１〜１５４の一端は、Ｘ−周辺回路１４１に接続されており、ワード線１６１〜１６４及びプレート線１６６〜１６９の一端は、Ｙ−周辺回路１４２に接続されている。Ｘ−周辺回路１４１及びＹ−周辺回路１４２は、それぞれデコーダ回路、ドライバ回路、Ｏｎ／Ｏｆｆスイッチなどで構成されている。ビット線１５１〜１５４と、ワード線１６１〜１６４及びプレート線１６６〜１６９が交差する領域には、それぞれ、基本セル１４３が配置されている。図１１Ａでは、４×４のマトリックス状に基本セル１４３が配置されている。基本セル１４３には、それぞれ３つの接続点を有し、各接続点は、ビット線、ワード線、プレート線にそれぞれ接続されている。例えば、図１１Ａ中の破線で囲まれた基本セルは、ビット線１５２、ワード線１６２、プレート線１６７に接続されている。
【００９８】
基本セル１４３の一例を図１１Ｂに示す。この例では、基本セルは、１つの電界効果トランジスタ１４７ｂと、この電界効果トランジスタ１４７ｂと直列に接続された強誘電体コンデンサ１４８ｂから構成されている。強誘電体コンデンサ１４８ｂの他方の端子はプレート線１４６ｂに接続されている。電界効果トランジスタ１４７ｂの他方の端子はビット線１４４ｂに、電界効果トランジスタ１４７ｂのゲート電極はワード線１４５ｂに接続されている。電界効果トランジスタ１４７ｂは、選択トランジスタであり、第５の実施形態による薄膜トランジスタが用いられている。この電界効果トランジスタ１４７ｂの作用により、２次元アレイ中で、所定の強誘電体コンデンサ１４８ｂが選択される。選択された強誘電体コンデンサ１４８ｂには、ビット線１４４ｂとプレート線１４６ｂの電位差で決められる規定の電圧が印加され、強誘電体ＲＡＭとして機能する。各基本セルのトランジスタは、第５の実施形態と同様に、プラスチック基板上に印刷法で作製できるため、大面積の強誘電体ＲＡＭを安価に製造することが可能である。
【００９９】
基本セル１４３の第２の例を図１１Ｃに示す。この例では、基本セルは、１つの電界効果トランジスタ１４７ｃと、この電界効果トランジスタ１４７ｃと直列に接続された、いわゆる電子インクと呼ばれる、電気泳動型マイクロカプセル１４８ｃから構成されている。電気泳動型マイクロカプセル１４８ｃの他方の端子はプレート線１４６ｃに接続されている。電界効果トランジスタ１４７ｃの他方の端子はビット線１４４ｃに、電界効果トランジスタ１４７ｃのゲート電極はワード線１４５ｃに接続されている。電界効果トランジスタ１４７ｃは、選択トランジスタであり、第５の実施形態による薄膜トランジスタが用いられている。この電界効果トランジスタ１４７ｃの作用により、２次元アレイ中で、所定の電気泳動型マイクロカプセル１４８ｃが選択される。選択された電気泳動型マイクロカプセル１４８ｃには、ビット線１４４ｃとプレート線１４６ｃの電位差で決められる規定の電圧が印加され、電気泳動型マイクロカプセル１４８ｃの表示状態を変更することができる。各基本セルのトランジスタは、第５の実施形態のように、プラスチック基板上に印刷法で作製できるため、大面積かつ柔軟性のある表示装置を安価に製造することが可能である。
【０１００】
基本セル１４３の第３の例を図１１Ｄに示す。この例では、基本セルは、１つの電界効果トランジスタ１４７ｄと、この電界効果トランジスタ１４７ｄと直列に接続された可変抵抗１４８ｄから構成されている。可変抵抗１４８ｄの他方の端子はグランド接地されている。電界効果トランジスタ１４７ｄの他方の端子はビット線１４４ｄに、電界効果トランジスタ１４７ｄのゲート電極はワード線１４５ｄに接続されている。電界効果トランジスタ１４７ｄは、選択トランジスタであり、第５の実施形態による薄膜トランジスタが用いられている。この電界効果トランジスタ１４７ｄの作用により、２次元アレイ中で、所定の可変抵抗１４８ｄが選択される。選択された可変抵抗１４８ｄには、Ｘ−周辺回路１４１（図１１Ａ）から、ビット線１４４ｄ、電界効果トランジスタ１４７ｄを介して、一定の電流もしくは一定の電圧が印加され、可変抵抗１４８ｄの抵抗値が検出される。可変抵抗１４８ｄとしては、磁界あるいは圧力により抵抗値が変化するものを用いることができる。すなわち、この半導体装置は、磁場あるいは圧力の２次元的な分布を調べることができるセンサアレイである。各基本セルのトランジスタは、第５の実施形態のように、プラスチック基板上に印刷法で作製できるため、大面積かつ柔軟性のあるセンサアレイを安価に製造することが可能である。
【０１０１】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲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。
【０１０２】
この出願は、２０１０年１月１９日に出願された日本出願特願２０１０−００９２５３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。
【符号の説明】
【０１０３】
８１  支持基板
８２  ゲート電極
８３  ゲート絶縁膜
８４  ソース電極
８５  ドレイン電極
８６  チャネル層
１４１  Ｘ−周辺回路
１４２  Ｙ−周辺回路
１４３  基本セル
１５１〜１５４  ビット線
１６１〜１６４  ワード線
１６６〜１６９  プレート線
１４４ｂ  ビット線
１４５ｂ  ワード線
１４６ｂ  プレート線
１４７ｂ  電界効果トランジスタ
１４８ｂ  強誘電体コンデンサ
１４４ｃ  ビット線
１４５ｃ  ワード線
１４６ｃ  プレート線
１４７ｃ  電界効果トランジスタ
１４８ｃ  電気泳動型マイクロカプセル
１４４ｄ  ビット線
１４５ｄ  ワード線
１４６ｄ  プレート線
１４７ｄ  電界効果トランジスタ
１４８ｄ  可変抵抗
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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