(57)【要約】    【課題】微細な有機電界効果型トランジスタを提供する。    【解決手段】絶縁層上にドレイン電極とソース電極を配置し、絶縁層下にゲート電極を配置し、絶縁層上に配置されたドレイン電極とソース電極の間に半導体活性層を有する電界効果型トランジスタであって、ドレイン電極および／またはソース電極が１本あるいは複数本のカーボンナノチューブからなり、かつ半導体活性層が有機半導体であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層上にドレイン電極とソース電極を配置し、絶縁層下にゲート電極を配置し、絶縁層上に配置されたドレイン電極とソース電極の間に半導体活性層を有する電界効果型トランジスタであって、ドレイン電極および／またはソース電極が１本のカーボンナノチューブからなり、かつ半導体活性層が有機半導体であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
絶縁層上にドレイン電極とソース電極を配置し、絶縁層下にゲート電極を配置し、絶縁層上に配置されたドレイン電極とソース電極の間に半導体活性層を有する電界効果型トランジスタであって、ドレイン電極および／またはソース電極が２本以上のカーボンナノチューブからなり、かつ半導体活性層が有機半導体であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
有機半導体が共役系高分子であり、共役系高分子がソース電極および／またはドレイン電極に電気的に接触していることを特徴とする請求項１または２記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
共役系高分子がポリチオフェン系高分子である請求項３記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである請求項１または２記載の電界効果型トランジスタ。
【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と有機半導体と用いた電界効果型トランジスタ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンや化合物半導体に代わる半導体素材として有機物半導体が注目されている。無機材料からなる従来の半導体による半導体素子は、高真空下、高温下の製造プロセスが不可欠であるため、製造コストの低減が困難である。これに対し、有機物が半導体素材として使用できれば、半導体塗液の塗布によって半導体素子が形成可能となるので常圧下、常温下での製造プロセスが可能となり、大幅なコスト削減が期待される。さらに、素子の大面積化が容易となることも期待される。
【０００３】
一方で、有機半導体の素材としては、ペンタセンなどの低分子の縮合化合物を基板に蒸着させて半導体薄膜を得る方法や（特許文献１参照）、共役系高分子の溶液を基板に塗布して半導体薄膜を形成する方法が知られている（特許文献２参照）。これらの半導体素材を用いて電界効果型トランジスタ（以下ＦＥＴという）の開発が現在活発に進められている。
【０００４】
特に共役系高分子を用いた半導体は常温、常圧でかつ塗布法による半導体素子の作製が可能なので、コスト的にも大面積化にもメリットがある。高分子半導体を半導体層としたＦＥＴ素子の技術としては、主鎖が環状π共役系構造の共役系高分子からなるＦＥＴ素子（特許文献３参照）や側鎖に液晶性置換基が導入された高分子からなるＦＥＴ素子（特許文献４参照）などが開示されている。
【０００５】
他方、無機半導体をベースにしたＦＥＴ素子では素子の微細化による高密度化が急速に進んでおり、その一つがナノメーターサイズのカーボンナノチューブ（以下ＣＮＴという）を半導体特性として利用したＣＮＴ−ＦＥＴである。この方法では、ナノサイズのＣＮＴをソース、ドレイン電極間に渡してＦＥＴを形成する（非特許文献１）。素子の微細化は素子の高密度化にとって好ましいだけではなく、高速駆動の上でも好ましい。
【特許文献１】特開２００１−９４１０７号公報（００５７段）
【特許文献２】特開平５−３２６９２３号公報（０００８段）
【特許文献３】特開２００３−１１９２５５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】特開平１−２５９５６３号公報（特許請求の範囲）
【非特許文献１】ジャパニーズ  ジャーナル  オブ  アプライド  フィジックス誌（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）誌、ｖｏｌ．４２、Ｎｏ．２、ｐ１２８８（２００３年８月８日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の無機半導体をベースにしたＦＥＴでは、半導体のＣＮＴがナノサイズであってもソース電極やドレイン電極がフォトリソグラフィー法で作製されるため、ＣＮＴを使用しても従来と比べて大幅にＦＥＴ素子の微細化を図ることはできない。さらに有機ＦＥＴでは使用する有機半導体が一般に溶剤に溶解しやすいため、微細なスケールを形成するために使用されるフォトリソグラフィー法の適用が困難である。そこで本発明は、フォトリソグラフィー法を用いることなく微細化したミクロンサイズの有機ＦＥＴの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明は上記目的を達成するため、以下の構成からなる。
（１）絶縁層上にドレイン電極とソース電極を配置し、絶縁層下にゲート電極を配置し、絶縁層上に配置されたドレイン電極とソース電極の間に半導体活性層を有する電界効果型トランジスタであって、ドレイン電極および／またはソース電極が１本のカーボンナノチューブからなり、かつ半導体活性層が有機半導体であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
（２）絶縁層上にドレイン電極とソース電極を配置し、絶縁層下にゲート電極を配置し、絶縁層上に配置されたドレイン電極とソース電極の間に半導体活性層を有する電界効果型トランジスタであって、ドレイン電極および／またはソース電極が２本以上のカーボンナノチューブからなり、かつ半導体活性層が有機半導体であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
（３）有機半導体が共役系高分子であり、共役系高分子がソース電極および／またはドレイン電極に電気的に接触していることを特徴とする上記（１）または（２）記載の電界効果型トランジスタ。
（４）共役系高分子がポリチオフェン系高分子である上記（３）記載の電界効果型トランジスタ。
（５）カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである上記（１）または（２）記載の電界効果型トランジスタ。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）によれば、塗布法などの安価な方法によって格段に微細なＦＥＴ素子が実現できる。また、本発明のＦＥＴはトランジスタ・アレイに適用でき、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置の駆動用に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明ではＦＥＴのソースおよび／またはドレイン電極に直径がナノサイズのＣＮＴを用い、半導体活性層として有機半導体薄膜を用いる。本発明のＦＥＴは、絶縁層表面上に接して配置された１本のＣＮＴまたは２本以上のＣＮＴからなるソース電極およびドレイン電極と、これらの電極を覆ってＣＮＴと電気的に接触し（以下これをＣＮＴ電極と呼ぶ）、かつＣＮＴ電極間の絶縁層表面上に非常に薄くかつ均一な厚みで形成された有機半導体を有している。この時の有機半導体の膜厚は数ｎｍから数１０ｎｍの薄膜である。薄膜内の分子配向構造は薄膜の形成方法によって異なるが、どのような分子配向構造も本発明に使用される。分子配向構造が絶縁層面とほぼ平行なラメラ構造であることが、隣接する分子間での電子や正孔の移動がしやすく、移動度が向上するので好ましい。
【００１０】
本発明の有機ＦＥＴでは、ソース電極および／またはドレイン電極に数ｎｍ幅のＣＮＴが使用されるので、ナノサイズの電極幅とすることが可能となる。また、数ミクロン長のＣＮＴを使用し、それらの電極間を数μｍに設定することによって、ミクロンサイズのＦＥＴが可能となる。通常の有機ＦＥＴでは電極幅はフォトリソグラフィー法によって作製されているので数十ミクロンのサイズであるが、本発明では従来の有機ＦＥＴと比べて面積比で１／１０から１／１００程度のサイズにすることが可能となる。
【００１１】
本発明のＦＥＴにおいて、半導体活性層として用いる有機半導体は、共役系の発達した化合物であれば用いることができ、低分子量、あるいは高分子量のいずれも用いることができる。有機半導体の溶媒への溶解性や基板への塗布性の点から、より好ましくは共役系高分子が用いられる。ここでいう高分子とは、分子量８００〜１０００００程度のものを指し、モノマーユニットが４〜２０個並んだオリゴマー程度の分子量のものも含まれる。また、低分子量の共役系化合物とは、ペンタセンやペリレンなどの縮合環を有するものや、ポルフィリンやフタロシアニンなどの環状化合物を指す。分子量は２００〜８００程度が主であるが、大きな置換基を有する場合、分子量２０００程度の化合物も含まれる。
【００１２】
さらに本発明で用いられる共役系高分子は、ソース電極および／またはドレイン電極に電気的に接触していることが好ましい。すなわち、半導体素子においては半導体層とソース電極および／またはドレイン電極との界面において、実用的な低電圧で電子又は正電荷を流せる状態にしておくことが好ましい。逆に、電極界面に電導率の低い界面活性剤が一面に付着している場合や、電極界面に絶縁性の酸化膜が形成されている場合、あるいは、半導体層の結晶性が高すぎて結晶界面と電極との抵抗が非常に大きくなっている場合や、半導体と電極とのショットキー障壁が著しく大きい場合には、半導体層と電極との電気的な接触が得られにくくなるので、好ましくはこれらの状態がないようにしておくことがよい。
【００１３】
本発明はＣＮＴと有機半導体の溶液を絶縁層上に塗布することによって、有機半導体がＣＮＴに絡んで電気的接触を保ちながらＣＮＴ電極間に薄膜を形成することができることに基づくものである。一般にＣＮＴは繊維が数十本集まった束構造を取りやすく、さらにこの束構造は網目状に絡まっていることが多い。しかもＣＮＴは溶媒への親和性が小さいので、ＣＮＴを溶液に分散しようとしても網目構造や束構造が解けず、分散が難しい。しかし、上記有機半導体の溶液中ではＣＮＴは少なくとも網目構造はほぼ完全に解かれ、１本または数本の束構造状態にまでに解かれた状態で溶液中に分散できる。本発明のＦＥＴの電極として用いられるＣＮＴは網目構造が解かれており、束構造は１本から数本、あるいは十数本の束の状態で用いることが好ましい。また、束構造の太さとしては１００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以下であることがよい。また、これらの１本、または２本以上の束構造のＣＮＴの表面には有機半導体の分子鎖が絡まっており、隣接する１本、または２本以上からなる束構造のＣＮＴは有機半導体分子で繋がっている。なお、ここでいう隣接とは、同一束内のＣＮＴを指さず、有機半導体層を挟んで対向するＣＮＴを指す。
【００１４】
絶縁層上に上記の溶液を塗布すると、ＣＮＴと有機半導体を有する複合体薄膜が得られる。ＣＮＴとＣＮＴの間には、ＣＮＴ間にまたがった有導半導体の薄膜が得られ、有機半導体はＣＮＴと電気的に接触している。そこでこれらのＣＮＴをそれぞれドレイン電極とソース電極とし、ＣＮＴのドレイン電極とソース電極間にある有機半導体薄膜を半導体活性層として用いることによってＦＥＴ構造が作られる。ここでＣＮＴは１本または２本以上の束からなるＣＮＴのドレイン電極とソース電極として機能する。
【００１５】
本発明のＦＥＴを図１を用いて説明する。ゲート電極７上に絶縁層６が形成されたＦＥＴ基板、絶縁層の表面には予めソース電極またはドレイン電極の取り出し電極５として用いる金属薄膜が電極パターン状に形成されている。ゲート電極上の絶縁層の上には、共役系高分子に分散しているＣＮＴ分散体薄膜があり、ＣＮＴ電極とＣＮＴ電極の間には有機半導体の薄膜３がある。取り出し電極５上に乗ったＣＮＴ電極１がソース電極（またはドレイン電極）であり、ＣＮＴ電極１と対向し、かつ取り出し電極に接していないＣＮＴ電極２がドレイン電極（またはソース電極）である。この対極電極（ＣＮＴ電極１とＣＮＴ電極２）とその間に存在する有機半導体（例えば共役系高分子）薄膜、絶縁層６、ゲート電極７によってＦＥＴが形成される。
【００１６】
本発明のＦＥＴは、取り出し用電極にリード線を取りつけて接地したソース電極（またはドレイン電極）、すなわちＣＮＴ電極１を０電位とし、電圧を印加したスキャニングプローブ顕微鏡（ＳＰＭ）のプローブをＣＮＴに接触させることによってドレイン電極（またはソース電極）に電界Ｖｓｄを加え、ＦＥＴとして機能させる。
【００１７】
次に、本発明のＦＥＴの作製について詳述する。本発明のＦＥＴを作製するには、先ず有機半導体として共役系高分子、例えばポリ−３−アルキルチオフェンなどを用い、その希薄な溶液中にＣＮＴを分散してＣＮＴ分散液を作製する。次に、ゲート電極上に絶縁層が形成されたＦＥＴ基板を作製する。具体例としては、アンチモンをドープしたシリコン基板（Ｎ＋＋）をゲート電極としてその上にＳｉＯ２層を絶縁層とした基板や、プラスチック等の基板に金属膜を蒸着し、その上にＳｉＯ２などの絶縁層を設けたＦＥＴ基板を用いる。絶縁層の表面には、予めソース電極またはドレイン電極の取り出し電極として用いる金属薄膜を、電極パターン状に形成しておく。金属薄膜は蒸着法やスパッタリング法によって行うことができ、例えば、まず薄いチタンの薄層を形成し、続いて金の膜を形成するなどの構成が用いられる。電極パターンの形成方法は、フォトレジストを用いたリフトオフ法や、あるいは、マスクを介してスパッタリングや真空蒸着を行って直接形成する方法などを用いることができる。
【００１８】
次にゲート電極上の絶縁層の上に前記分散液を塗布して、分散体薄膜を得る。分散体薄膜は、分散されたＣＮＴ電極と、ＣＮＴ電極の間に形成される共役系高分子の薄膜で主に構成される。
【００１９】
走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）で分散体薄膜を観察して、取り出し電極上に存在する電極１をソース電極（またはドレイン電極）とし、ＣＮＴ電極１と対向しかつ取り出し電極に接していないＣＮＴ電極２をドレイン電極（またはソース電極）とする。
【００２０】
次に、ゲート電極に電圧Ｖｇを印加させながらソース電極、ドレイン電極間の電流を測定することによって、ＦＥＴの特性を評価することができる。
【００２１】
本発明で使用されるＣＮＴはアーク放電法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、レーザー・アブレーション法等によって作製され、いずれの方法でもよい。カーボンナノチューブには１枚の炭素膜（グラッフェン・シート）が円筒状に巻かれた単層カーボンナノチューブ（ＳＣＴＮ）、２層からなるカーボンナノチューブ（ＤＷＣＮＴ）または３層以上の複数のグラッフェン・シートが同心円状に巻かれた複層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）があるが、本発明にはＳＷＣＮＴ、ＤＷＣＮＴ、ＭＷＣＮＴのいずれも使用することができる。上記の方法でＣＮＴを作製する際には、同時にフラーレンやグラファイト、非晶性炭素が副生産物として生成され、またニッケル、鉄、コバルト、イットリウムなどの触媒金属も残存するので、これらの不純物を精製する必要がある。また、ＣＮＴは紐状に形成されるので、微細なＦＥＴを得るにはＣＮＴを短繊維状にカットすることが好ましい。以上の不純物の精製や短繊維へのカットには、硝酸、硫酸などによる酸処理とともに超音波処理が有効であり、またフィルターによる分離を併用してＣＮＴの長さを制御することも、使用するＣＮＴの純度を向上させる上でさらに好ましい。本発明で用いられるＣＮＴの直径は特に限定されないが、１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下が良好に使用される。
【００２２】
本発明ではカットしたＣＮＴだけではなく、あらかじめ短繊維状に作製したＣＮＴも好ましく使用できる。このような短繊維状ＣＮＴは例えば、基板上に鉄、コバルトなどの触媒金属を形成し、その表面にＣＶＤ法により７００〜９００℃で炭素化合物を熱分解し、ＣＮＴを気相成長させることによって基板表面に垂直方向に配向した形状で得られる。短繊維状ＣＮＴは基板から剥ぎ取るなどの方法で取り出すことができる。また、短繊維状ＣＮＴはポーラスシリコンのようなポーラスな支持体や、アルミナの陽極酸化膜上に触媒金属を担持させ、その表面にＣＮＴをＣＶＤ法にて成長させることもできる。また触媒金属を分子内に含む鉄フタロシアニンのような分子を原料とし、アルゴン／水素のガス流中でＣＶＤを行い、基板上にＣＮＴを作製する方法でも、配向した短繊維状のＣＮＴを作製することもできる。他には、ＳｉＣ単結晶表面にエピタキシャル成長法によって配向した短繊維状ＣＮＴを得る方法や、破砕機を用いてＣＮＴを破砕し、短繊維化することも可能である。特に液体窒素温度程度の低温下で凍結粉砕する方法は好ましく用いられる。
【００２３】
本発明で好ましく用いられる有機半導体としては、一般的な共役系高分子であるポリチオフェン系共役系高分子、ポリピロール系共役系高分子、ポリアニリン系共役系高分子、ポリフェニレンビニレン系共役系高分子などが使用される。好ましくはポリチオフェン系共役系高分子、さらに好ましくはポリ−３−アルキルチオフェンが使用される。ここでアルキル基は、その炭素数に特に制限はないが、好ましくは炭素数１〜１２を有しているアルキル基が好ましい。具体例は、ポリ−３−メチルチオフェン、ポリ−３−ブチルチオフェン、ポリ−３−ヘキシルチオフェン、ポリ−３−オクチルチオフェン、ポリ−３−ドデシルチオフェン等が挙げられる。中でもポリ−３−ブチルチオフェン、ポリ−３−ヘキシルチオフェンが特に好ましい。
【００２４】
用いられる上記ポリ−３−アルキルチオフェン（Ｐ３ＡＴ）のアルキル側鎖の結合様式は、レジオレギュラーな構造を有するものが好ましく、少なくとも８０％以上のレジオレギュラリティーを有するものが好ましく用いられる。レジオレギュラリティーとは、チオフェン環における側鎖の位置がhead−to−tail構造でどの程度規則的に並んで連結しているかを表す指標である。レジオレギュラリティーは核磁気共鳴分光装置（ＮＭＲ）によって定量することが可能であり、レジオレギュラリティーが大きいほど良好な半導体特性を得ることができる。
【００２５】
以上のように、分子内の不規則性が小さいポリマーを用いるとともに、ポリマーに含まれる不純物を除去することも半導体特性を向上させる上で好ましい。
【００２６】
不純物を除去する方法は特に限定されないが、基本的には合成過程で使用した原料や副生成物を除去する精製工程であり、再沈殿法、ソクスレー抽出法、濾過法、イオン交換法、キレート法等を用いることができる。中でも低分子量成分を除去する場合には再沈殿法やソクスレー抽出法が好ましく用いられ、金属成分の除去には再沈殿法やキレート法、イオン交換法が好ましく用いられる。特に再沈殿を行う場合には貧溶媒に塩酸／メタノールを用いることが好ましい。本発明では上記の方法の１種を単独で用いるか、あるいは複数を組み合わせても良く、特に限定されない。
【００２７】
ＣＮＴを有機半導体中に分散する方法は特に限定されないが、例えば共役系高分子にＣＮＴを分散する方法として、（Ｉ）溶融した共役系高分子中にＣＮＴを添加して混合させる方法、（II）共役系高分子を溶媒中に溶解させこの中にＣＮＴを添加して混合させる方法、（III）ＣＮＴを溶媒中で予め超音波等で予備分散しておいたところに共役系高分子を添加し混合させる方法、（IV）溶媒中に共役系高分子とＣＮＴを入れ、この混合系に超音波を照射して混合させる方法等が挙げられる。本発明では、上記の方法を単独で用いるか、あるいは複数の方法を組み合わせても良く、特に限定されない。
【００２８】
本発明では数ナノメーターの有機半導体層（ＣＮＴ分散体薄膜）を形成するので、塗布用の分散液は、有機半導体およびＣＮＴの濃度を薄くして用いることが好ましい。溶媒１Ｌ当たりの有機半導体の量は１０ｍｇ以下、好ましくは１ｍｇ以下１０μｇ以上が使用される。有機半導体に対するＣＮＴの割合は特に限定されない。ＣＮＴの割合が多いほど、ＣＮＴの電極数が多くなるのでソース・ドレイン間の平均距離（チャンネル長）が短くなり、少ない場合には平均的なチャンネル長が長くなる。ＣＮＴは有機半導体に対して１〜１００重量％が好ましく用いられる。
【００２９】
上記ＣＮＴ分散液から薄膜およびＦＥＴの有機半導体層を形成するには、例えばＦＥＴ基板にキャスト法、スピンコート法、ブレードコート法、バーコーター塗布法、浸漬引き上げ法などの方法を用いることができる。特に、２〜５ｎｍの超薄膜を得る上ではキャスト法が好ましく用いられる。
【００３０】
有機半導体薄膜を構成する共役系高分子は非配向構造でも配向構造でもＦＥＴ特性を示すが、好ましくは、配向構造を有する薄膜が良い。これはラメラ構造を構成する層を多く含むことにあり、ＦＥＴの移動度をより高められるからである。またポリマー構造中に芳香環を有する共役系高分子に存在するラメラ構造は、芳香環が膜面に垂直に立っているので、当該共役系高分子のπ電子が膜面内方向に並び、膜面方向に電荷が移動しやすい。
【００３１】
有機半導体薄膜の構造はＸ線回折や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって判定することができる。「ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）」誌（ｖｏｌ．４０１、ｐ６８５（１９９９年１０月１４日発行））によれば、有機半導体薄膜の具体例としてポリ−３−アルキルチオフェンの場合では、Ｘ線回折スペクトルにおいて（０１０）面からの回折線は、チオフェン環が膜面に垂直に立ったラメラ構造に対応するものであり、この回折線の相対強度の強弱からラメラ構造が多く形成されているか否かを判定できる。
【００３２】
次に上記の方法で前述の電極基板にＣＮＴ分散体薄膜を作製した後、１００℃前後で熱処理を行ってＦＥＴが作製される。なおこのＦＥＴ素子の特性は、例えばヒューレット・パッカード社製ピコアンメータ／ボルテージソースを用い、ゲート電圧を変えながらソース、ドレイン間の電圧−電流特性を測定することによって評価することができる。
【００３３】
上述の電圧−電流特性の結果を用いてＦＥＴの移動度μは、下記の式（１）または（２）から求められる。
【００３４】
Ｉｓｄ＝（ＣＷ／Ｄ）μ（Ｖｇ−Ｖｔｈ）Ｖｓｄ            （１）
Ｉｓａｔ ＝（ＣＷ／２Ｄ）μ（Ｖｇ−Ｖｔｈ）２                    （２）
ここで、Ｉｓｄはソース電極とドレイン電極間に流れる電流、Ｉｓａｔはその飽和電流、Ｃはゲート／絶縁体での容量、Ｄ、Ｗはそれぞれチャンネルの長さと幅である。Ｖｇはゲート電圧、Ｖｔｈはゲートのしきい値電圧である。また、ＦＥＴの重要な特性であるオンオフ比は、ゲート電極に所定のオフ電圧を印加した時の電流Ｉｓｄ（オフ）に対するゲート電極に所定のオン電圧を印加した時の電流Ｉｓｄ（オン）電流の比として求められる。
【００３５】
本発明のトランジスタはアクティブ型フレキシブルディスプレイ用のＴＦＴアレイやＩＣタグ用の回路素子に利用される。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。ただし本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００３７】
実施例１
０．６ｍｇのＣＮＴ（単層カーボンナノチューブ：サイエンスラボラトリーズ社製、純度９５％）と、共役系重合体のポリ−３−ヘキシルチオフェン（以下、Ｐ３ＨＴと略す。アルドリッチ社製、レジオレギュラー、分子量：Ｍｗ２００００）０．６ｍｇと、クロロホルム３ｍＬを１０ｍＬのサンプル管に入れ、超音波洗浄機（井内盛栄堂（株）製ＵＳ−２、出力１２０Ｗ）を用いて３時間超音波照射し、ＣＮＴの均一分散液（ＣＮＴ濃度０．２ｇ／Ｌ）を得た。分散液をクロロホルムで３００倍に希釈し、０．０００６７ｇ／Ｌの希釈液を調製した。
【００３８】
本実施例で用いたシリコンウエハーは、表面にＳｉＯ２熱酸化膜（膜厚３００ｎｍ）が形成されたアンチモンドープシリコンウエハー（抵抗率０．０２Ωｃｍ以下）であり、シリコンウエハーは基板であると同時に、ゲート電極となる。また、熱酸化膜は絶縁層となる。ソース電極取り出し用の金電極は、幅１００μｍ、長さ１０ｍｍの長方形の形状をしたものをマスク蒸着法によって形成した。真空蒸着時には、シリコンウエハーの熱酸化膜側の表面に、電極パターンをくりぬいたステンレス製のマスクをあてがい、始めに厚み５ｎｍになるようクロムを蒸着し、次いで金を厚み３５ｎｍになるように蒸着し、ソース電極取り出し用金電極５を形成した。（図１参照）
次に、前記希釈液０．１ｍＬを、金電極を設けた２ｃｍ角のシリコンウエハー上に滴下し、約１分間静置して溶媒を除去し、Ｐ３ＨＴとＣＮＴを含む薄膜を形成した。薄膜をＡＦＭ（原子間力顕微鏡：ディジタルインスツルメンツ社製ナノスコープIIIａ）を用いてタッピングモードで観察したところ、図１に示した形状の有機半導体の薄膜３が形成された。このときＰ３ＨＴ薄膜の厚みは４ｎｍで、ソース電極１とドレイン電極２であるＣＮＴ電極はそれぞれ１本のＣＮＴからなり、電極幅は約２ｎｍ、ＣＮＴ電極１、２の長さ（すなわちチャネル幅）は約３μｍ、電極間の長さ、すなわちチャネル長は約１μｍであり、ミクロンサイズのＦＥＴが形成された。
次いで、ソース電極の取り出し電極５とゲート電極７にリード線を取り付けてＦＥＴを作製した。ＦＥＴを真空雰囲気下に制御できるＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡、セイコーインスツルメンツ社製ＳＰＩ３８００Ｎ、導電性プローブ使用）のチャンバー内に設置し、真空下で１８時間静置した。次いで、金電極５と接しているＣＮＴ電極１に対向するＣＮＴ電極２に、ＳＰＭの導電性プローブを接触させることによりドレイン電圧を印加する。
【００３９】
図２に示す測定回路により、このＦＥＴ素子のゲート電圧（Ｖｇ）を変えながらＣＮＴ電極１とＣＮＴ電極２との間の電圧／電流特性、すなわち電界効果型トランジスタにおけるソース・ドレイン電圧（Ｖｓｄ）／ソース・ドレイン電流（Ｉｓｄ）特性を測定した。測定にはヒューレット・パッカード社製ピコアンメータ／ボルテージソース４１４０Ｂを用い、減圧下（１３３Ｐａ以下）で測定した。Ｖｇ＝−５０ＶのときのＶｓｄ＝−５ＶにおけるＩｓｄの値と、Ｖｇ＝＋５０ＶのときのＶｓｄ＝−５ＶにおけるＩｓｄの値の比からオンオフ比を求めたところ、１．７×１０５と高く、良好なＦＥＴ特性が得られた。Ｖｇ＝０〜−５０Ｖに変化させたときのＶｓｄ＝−５ＶにおけるＩｓｄの値の変化から移動度を求めたところ、移動度は２．２×１０−３ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであった。
【００４０】
実施例２
ＣＮＴ分散液を作製する際、超音波照射時間を３時間から１時間３０分に変えた以外は、実施例１と同様の操作を行い、ＣＮＴ濃度０．０００６７ｇ／Ｌの希釈液を調製した。次に、得られた希釈液０．１ｍＬを、金電極を設けた２ｃｍ角のシリコンウエハー上に滴下し、約１分間静置して溶媒を除去し、Ｐ３ＨＴとＣＮＴを含む薄膜を形成した。薄膜をＡＦＭを用いて観察したところ、Ｐ３ＨＴ薄膜の厚みは４ｎｍ、ソース電極１とドレイン電極２であるＣＮＴ電極はそれぞれ約１０本のＣＮＴからなり、電極幅は約１０ｎｍ、ＣＮＴ電極１、２の長さ（すなわちチャネル幅）は約３μｍ、電極間の長さ、すなわちチャネル長は約１μｍであり、ミクロンサイズのＦＥＴが形成されていた。
【００４１】
次いで、ソース電極の取り出し電極５とゲート電極７にリード線を取り付けてＦＥＴを作製し、ＦＥＴを実施例１と同様の条件で測定したところ、オンオフ比は１．０×１０５と高く、良好なＦＥＴ特性が得られた。また、移動度は４．１×１０−３ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の微細有機トランジスタの一態様を示した平面図
【図２】本発明の微細有機トランジスタの測定回路の一態様を示した断面図
【符号の説明】
【００４３】
１  ＣＮＴ電極（ソース電極）
２  ＣＮＴ電極（ドレイン電極）
３  有機半導体の薄膜
４  ＳＰＭの探針（導電性プローブ）
５  取り出し電極
６  絶縁層
７  ゲート電極
【図１】
2006294667.tif 000002
【図２】
2006294667.tif 000003