(57)【要約】  吐出用溶液を供給する溶液保存装置と、該溶液保存装置から供給された吐出用溶液を吐出するノズルと、該ノズルに高電圧を印加する電圧印加装置と、該ノズルから吐出されて形成された有機ワイヤがその上に整列される、偏平であって移動可能なコレクタと、該コレクタの下に設置され、コレクタを、水平面内で、ｘｙ方向（水平方向）で動かすことができるロボットステージと、ｚ方向（垂直方向）に、ノズルとコレクタとの距離を調節するマイクロ距離調節器と、該コレクタの平面度を維持し、ロボットステージの作動中に発生する振動を抑制するように、ロボットステージ下に位置した石定盤と、を含む電場補助ロボティック・ノズルプリンタである。
2014500134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出用溶液を供給する溶液保存装置と、
前記溶液保存装置から供給された前記吐出用溶液を吐出するノズルと、
前記ノズルに高電圧を印加する電圧印加装置と、
前記ノズルから吐出されて形成された有機ワイヤがその上に整列される、偏平であって移動可能なコレクタと、
前記コレクタの下に設置され、前記コレクタを、水平面内で、ＸＹ方向に動かすことができるロボットステージと、
Ｚ方向（垂直方向）に、前記ノズルと前記コレクタとの距離を調節するマイクロ距離調節器と、
前記コレクタの平面度を維持し、前記ロボットステージの作動中に発生する振動を抑制するように、前記ロボットステージの下に位置した石定盤（base plate）と、を含む電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項２】
前記溶液保存装置に連結され、前記溶液保存装置内の前記吐出用溶液を、一定速度で吐出させる吐出調節器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項３】
前記吐出調節器は、ポンプまたはガス圧力調節器を含み、前記吐出用溶液の吐出速度を、１．０ｎｌ／ｍｉｎないし５０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内で調節することを特徴とする請求項２に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項４】
前記溶液保存装置、前記ノズル、前記コレクタ、前記ロボットステージ、前記マイクロ距離調節器及び前記石定盤を含む全体システムを覆い包むハウジングをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項５】
前記ハウジングは、密閉可能であり、前記ハウジングの内部が、ガス注入器を介して不活性ガスまたは乾燥空気で満たされることを特徴とする請求項４に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項６】
前記ハウジング内部のガスを外に送り出すベンチレータをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項７】
前記溶液保存装置は、複数個からなり、前記複数個の溶液保存装置に、別個の吐出調節器が独立して作動することを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項８】
前記溶液保存装置は、プラスチック、ガラスまたはステンレススチールからなることを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項９】
前記溶液保存装置の容量は、１μｌないし５，０００ｍｌの範囲を有することを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項１０】
前記ノズルは、単一ノズル、二重ノズル、三重ノズル、分割ノズルまたはマルチノズルであることを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項１１】
前記二重ノズルまたは前記三重ノズルは、それぞれ、前記複数個の溶液保存装置から吐出用溶液を供給されることを特徴とする請求項１０に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項１２】
前記分割ノズルは、２個ないし３０個のノズルが、一定間隔を有して一列に配置されており、１つの溶液保存装置から吐出用溶液を供給されることを特徴とする請求項１０に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項１３】
前記マルチノズルは、２個ないし３０個のノズルが、一定間隔を有して一列に配置されており、それぞれ、前記複数個の溶液保存装置から吐出用溶液を供給されることを特徴とする請求項１０に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項１４】
前記ノズルの直径は、１００ｎｍないし１．５ｍｍの範囲を有することを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項１５】
前記電圧印加装置の印加電圧は、０．１ｋＶないし５０ｋＶの範囲を有することを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項１６】
前記コレクタは、接地されており、０．５μｍないし１０μｍ範囲の平面度を有することを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項１７】
前記ロボットステージは、１０ｎｍないし１００ｃｍの範囲で移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項１８】
前記ロボットステージは、１ｍｍ／ｍｉｎないし６０，０００ｍｍ／ｍｉｎの範囲で移動速度を調節可能であることを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項１９】
前記マイクロ距離調節器は、ジョグと微細調節器とを含み、前記ノズルと前記コレクタとの距離を、１０μｍないし２０ｍｍの範囲で調節することを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項２０】
前記石定盤は、０．１μｍないし５μｍの範囲の平面度を有することを特徴とする請求項１に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタ。
【請求項２１】
有機材料または有機／無機ハイブリッド材料を、蒸溜水または有機溶媒の中に混合させた有機溶液を、請求項１ないし２０のうちいずれか１項に記載の電場補助ロボティック・ノズルプリンタの前記溶液保存装置内に込める段階と、
前記電場補助ロボティック・ノズルプリンタの前記電圧印加装置によって、前記ノズルに高電圧を印加しながら、前記ノズルから前記有機溶液を吐出させる段階と、
前記ノズルから吐出される前記有機溶液から形成される有機ワイヤまたは有機／無機ハイブリッドワイヤを、前記コレクタを移動させながら、前記コレクタの上に置かれた基板の上に整列させる段階と、を含む有機ワイヤパターンの製造方法。
【請求項２２】
前記有機材料は、低分子有機半導体、高分子有機半導体、伝導性高分子、絶縁性高分子、またはそれらの混合物を含むことを特徴とする請求項２１に記載の有機ワイヤパターンの製造方法。
【請求項２３】
前記有機材料は、６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン（ＴＩＰＳペンタセン）、トリエチルシリルエチニルアントラジチオフェン（ＴＥＳ ＡＤＴ）または［６，６］−フェニルＣ６１ブチル酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）を含む群から選択される低分子有機半導体材料；ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（９−ビニルカルバゾール）（ＰＶＫ）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（poly（ｐ−phenylenevinylene））、ポリフルオレン（polyfluorene）、ポリアニリン（polyaniline）、ポリピロール（polypyrrole）、またはそれらの誘導体を含む群から選択される高分子有機半導体または伝導性高分子材料；ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリイミド（polyimide）、ポリ（フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を含む群から選択される絶縁性高分子材料；を含むことを特徴とする請求項２１に記載の有機ワイヤパターンの製造方法。
【請求項２４】
前記有機／無機ハイブリッド材料は、ナノサイズの粒子；ワイヤ・リボン・ロッド形態を有する半導体、金属、金属酸化物、金属または金属酸化物の前駆体；炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）；還元されたグラフェン酸化物；グラフェン；グラフェン量子点；グラフェンナノリボン；グラファイト；及びナノサイズのＩＩ−ＶＩ半導体粒子（ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ）が中心をなす量子点有機材料のうち少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項２１に記載の有機ワイヤパターンの製造方法。
【請求項２５】
前記基板は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、クロム、チタン、亜鉛、鉛、金及び銀を含む群から選択される伝導体材料；シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）を含む群から選択される半導体材料；またはガラス、プラスチックフィルムまたは紙を含む群から選択されるアイソレータ材料；を含むことを特徴とする請求項２１に記載の有機ワイヤパターンの製造方法。
【請求項２６】
前記有機ワイヤの間隔は、１０ｎｍないし２０ｃｍであることを特徴とする請求項２１に記載の有機ワイヤパターンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルプリンタ（nozzle printer）と、それを利用した有機ワイヤパターンの製造方法に係り、さらに詳細には、電場及びロボットステージを介して、高解像度のワイヤパターンを作ることができる電場補助ロボティック・ノズルプリンタと、それを利用して有機ワイヤパターンを大面積に配列する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在まで、高性能のナノスケールの電子素子及び光電子素子を開発するにおいて、無機半導体ナノワイヤのような無機物ナノ構造体が集中的に使用されてきた。しかし、今まで無機半導体ナノワイヤは、１本のナノワイヤ素子の性能は優秀であるが、垂直に成長されるので、これを基板に移して大面積に整列／パターニングする工程が困難であり、商用化の障害物になってきた。柔軟性（flexibility）を有する高性能のナノ電子素子を開発するために、無機半導体ナノワイヤが使用されるが、有機半導体材料や、有機／無機複合半導体材料を利用するのがさらに有利である。
【０００３】
一般的に、有機材料は、合成が容易であり、大量合成が可能であり、溶液工程が可能であり、分子設計による分子及び電気的性質の調節が容易であるという長所がある。従って、有機半導体は、無機半導体より材料費が格段に節減され、量産にさらに適する。また、有機半導体は、プラスチック基板との親和性（compatibility）が良好であるので、今後有機半導体の柔軟性（flexible）素子への応用性が無機物半導体に比べて大きいと言える。
【０００４】
有機ナノワイヤの製造方法として、溶液蒸着法（solution deposition）、蒸気運搬法（vapor transport）、溶液アニーリング法（solvent-annealing）、陽極酸化アルミニウムテンプレート法（ＡＡＰ（anodic aluminum oxide）template method）、ダイレクトチップドローイング法（direct-tip drawing）などがある。しかし、それらの方法は、有機ナノワイヤの大きさ（dimension）または数を制御し難いか、あるいは有機ナノワイヤがマトリックスに付着している形態で得られ、有機ナノワイヤをマトリックスから分離させ難いという短所がある。従って、それらの方法では、有機ナノワイヤを利用した応用素子を作ることはもとより、再現性ある結果を得ることも困難である。
【０００５】
マトリックスに埋め込まれず、大きさを制御しやすい有機ナノワイヤの製造方法としては、電気放射法（electro spinning）がある。電気放射法は、ナノワイヤに作ろうとする溶液から形成された液滴に高電圧をかけ、液滴と基板との間の電場の強度が、液滴の表面張力より大きくなれば、液滴が糸のように大きくなりながら基板に落ちる原理を利用する。この方法を介して、数マイクロ級やサブマイクロ級のワイヤを作ることができる。図１は、従来の電気放射法によって、基板の上に形成されたナノワイヤの写真である。電気放射法によって形成されたナノワイヤは、基板に付く前に、不安定な電場によって、図１の写真から分かるように不規則に絡み合い、整列された形態のナノワイヤを得難い。既存の、電場を与えて高分子溶液の液滴を落とす電気水力学的ジェットプリンティング（electrohydrodynamic jet printing）技法は、ドロップ・オン・デマンド（ＤＯＤ：drop on demand）方式で、連続的な流体フロー（continuous flow）をなすことができないので、整列されたナノワイヤを作ることができない。また、一般的なノズルプリンティングは、電場を補助せずに、圧力によってのみ溶液がノズルチップから導出されて連続的なフローとして出てくる方式を行う。ところで、そのときに出てくる溶液は、ノズルチップの口径によって決定されるので、ナノサイズの構造体を描くことができず、また出てくる構造体も、完全なワイヤの形態を示すことができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、高解像度の整列された有機ワイヤパターンを形成することができる装置を提供するところにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、前記装置を利用して、大面積上に高解像度の整列された有機ワイヤパターンを形成する方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面によって、吐出用溶液を供給する溶液保存装置と、前記溶液保存装置から供給された前記吐出用溶液を吐出するノズルと、前記ノズルに高電圧を印加する電圧印加装置と、前記ノズルから吐出されて形成された有機ワイヤがその上に整列される、偏平であって移動可能なコレクタと、前記コレクタの下に設置され、前記コレクタを、水平面内で、ｘｙ方向（水平方向）に動かすことができるロボットステージと、ｚ方向（垂直方向）に、前記ノズルと前記コレクタとの距離を調節するマイクロ距離調節器と、前記コレクタの平面度を維持し、前記ロボットステージの作動中に発生する振動を抑制するように、前記ロボットステージの下に位置した石定盤と、を含む電場補助ロボティック・ノズルプリンタが提供される。
【０００９】
前記溶液保存装置に連結され、前記溶液保存装置内の前記吐出用溶液を、一定速度で吐出させる吐出調節器をさらに含んでもよい。
【００１０】
前記吐出調節器は、ポンプまたはガス圧力調節器などを含んでもよいが、それらに制限されるものではない。前記吐出用溶液の吐出速度を、１．０ｎｌ／ｍｉｎないし５０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内で調節することができる。
【００１１】
前記溶液保存装置は、複数個からなり、前記複数個の溶液保存装置に、別個の吐出調節器が独立して作動することができる。
【００１２】
前記溶液保存装置の素材は、プラスチック、ガラスまたはステンレススチールを含んでもよいが、それらに制限されるものではない。また、前記溶液保存装置の容量は、１μｌないし５，０００ｍｌの範囲を有することができる。
【００１３】
前記ノズルは、単一ノズル、二重ノズル（dual-concentric nozzle）、三重ノズル（triple-concentric nozzle）、分割ノズル（split nozzle）またはマルチノズル（multi nozzle）であってもよい。このとき、前記二重ノズルまたは前記三重ノズルは、それぞれ、前記複数個の溶液保存装置から、吐出用溶液を供給される。前記分割ノズルは、２個ないし３０個のノズルが、一定間隔を有して一列に配置されており、１つの溶液保存装置から吐出用溶液を供給される。前記マルチノズルは、２個ないし３０個のノズルが、一定間隔を有して一列に配置されており、それぞれ、前記複数個の溶液保存装置から吐出用溶液を供給される。
【００１４】
前記ノズルの直径は１００ｎｍないし１．５ｍｍの範囲を有することができる。
【００１５】
前記電圧印加装置の印加電圧は、０．１ｋＶないし５０ｋＶの範囲を有することができる。
【００１６】
前記コレクタは、接地されており、０．５μｍないし１０μｍ以内の平面度（flatness）を有することができる。前記石定盤の平面度は、０．１μｍないし５μｍの範囲で選択される。
【００１７】
前記ロボットステージは、サーボモータによって駆動され、水平面で、互いに垂直である２方向に移動することができる。
【００１８】
前記ロボットステージは、１０ｎｍないし１００ｃｍの範囲で移動することができる。また、前記ロボットステージの移動速度は、１ｍｍ／ｍｉｎないし６０，０００ｍｍ／ｍｉｎの範囲で調節される。
【００１９】
前記マイクロ距離調節器は、ジョグ（jog）と微細調節器（micrometer）とを含み、前記ノズルと前記コレクタとの距離を、１０μｍないし２０ｍｍの範囲で調節することができる。
【００２０】
前記電場補助ノズルプリンタは、溶液保存装置、ノズル、コレクタ、ロボットステージ、マイクロ距離調節器及び石定盤を含むシステムを覆い包むハウジング（housing）をさらに含んでもよい。該ハウジングは、外部空気を遮断し、全体システム内の内部気体雰囲気を調節することができる。前記ハウジングは、密閉可能であり、ガス注入器を介して、ハウジングの内部が、不活性ガスまたは乾燥空気で満たされる。ハウジングは、内部のガスを外に送り出すベンチレータ（ventilator）をさらに含んでもよい。
【００２１】
本発明の他の一側面によって、有機ワイヤパターンの製造方法が提供される。前記有機ワイヤパターンの製造方法は、有機材料または有機／無機ハイブリッド材料を、蒸溜水または有機溶媒の中に混合させた有機溶液を、電場補助ロボティック・ノズルプリンタの前記溶液保存装置内に込める段階と、前記電場補助ロボティック・ノズルプリンタの前記電圧印加装置によって、前記ノズルに高電圧を印加しながら、前記ノズルから前記有機溶液を吐出させる段階と、前記ノズルから吐出される前記有機溶液から形成される有機ワイヤまたは有機／無機ハイブリッドワイヤを、前記コレクタを移動させながら、前記コレクタの上に置かれた基板の上に整列させる段階と、を含む。
【００２２】
前記有機材料は、低分子有機半導体、高分子有機半導体、伝導性高分子、絶縁性高分子、またはそれらの混合物を含んでもよい。前記低分子有機半導体材料は、６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン（ＴＩＰＳペンタセン）、トリエチルシリルエチニルアントラジチオフェン（ＴＥＳ ＡＤＴ）または［６，６］−フェニルＣ６１ブチル酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）であってもよいが、それらに制限されるものではない。高分子有機半導体または伝導性高分子材料は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）を含むポリチオフェン（polythiophene）誘導体；ポリ（９−ビニルカルバゾール）（ＰＶＫ）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（poly（p-phenylenevinylene））、ポリフルオレン（polyfluorene）、ポリアニリン（polyaniline）、ポリピロール（polypyrrole）、またはそれらの誘導体；でもあるが、それらに制限されるものではない。絶縁性高分子材料は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリイミド（polyimide）、ポリ（フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を含んでもよいが、それらに限定されるものではない。
【００２３】
また、それら有機材料に、ナノサイズの粒子；ワイヤ・リボン（ribbon）・ロッド形態を有する半導体、金属、金属酸化物、金属または金属酸化物の前駆体、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、還元されたグラフェン酸化物（reduced grapheme oxide）、グラフェン（graphene）またはグラファイト（graphite）；ナノサイズのＩＩ−ＶＩ半導体粒子（ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳなど）が中心（core）をなす量子点などの材料が選択的に含まれてもよい。
【００２４】
従って、本発明による電場補助ロボティック・ノズルプリンタを使用して有機ワイヤまたは有機／無機ハイブリッドワイヤを形成することができる。本明細書で、「有機ワイヤ」は、有機ワイヤと有機／無機ハイブリッドワイヤとをいずれも含む用語として使用される。
【００２５】
前記有機ワイヤの間隔（line spacing）は、１０ｎｍないし２０ｃｍであってもよい。原子間力顕微鏡（atomic force microscope）に使用される微細ｘｙロボットステージを使用すれば、１０ｎｍまで有機ワイヤの間隔を縮めることができる。
【００２６】
前記有機溶媒としては、有機材料を溶かすことができる溶媒であり、例えば、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、スチレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、キシレン、トルエン、シクロヘキセン、イソプロピルアルコール、エタノール、アセトン、またはそれらの混合溶媒などが使用されるが、それらに制限されるものではない。
【００２７】
前記基板は、約５０μｍないし５０ｍｍ範囲の厚さを有することができる。前記基板は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、クロム、チタン、亜鉛、鉛、金、銀などの伝導体材料；シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）などの半導体材料；ガラス、プラスチックフィルム、紙などのアイソレータ材料を含んでもよいが、それらに制限されるものではない。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の一形態による電場補助ロボティック・ノズルプリンタは、ノズルとコレクタとの距離を非常に近い範囲まで調節することができ、高速ロボットステージによって、コレクタを移動させることができ、分離された有機ワイヤが、整列された高解像度の微細有機ワイヤパターンを形成することができる。
【００２９】
本発明の他の一形態による有機ワイヤパターンの製造方法は、前記電場補助ロボティック・ノズルプリンタを使用することにより、高解像度の整列された有機ワイヤパターンを形成することができる。
【００３０】
高解像度の整列された有機ワイヤパターンを使用して、ナノワイヤトランジスタ及び高感度バイオセンサのようなナノ素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の電気放射法によって、基板の上に形成された有機ナノワイヤの写真である。
【図２Ａ】本発明の一具現例による電場補助ロボティック・ノズルプリンタを概略的に示した斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の一具現例による電場補助ロボティック・ノズルプリンタを概略的に示した側面図である。
【図３Ａ】二重ノズル部分を概略的に図示した断面図である。
【図３Ｂ】三重ノズル部分を概略的に図示した断面図である。
【図３Ｃ】分割ノズル部分を概略的に図示した断面図である。
【図３Ｄ】マルチノズル部分を概略的に図示した断面図である。
【図４】本発明の一具現例による有機ワイヤパターンの形成方法を説明するためのフローチャートである。
【図５Ａ】実施例１によって形成した有機ワイヤパターンの光学顕微鏡写真である。
【図５Ｂ】実施例１によって形成した有機ワイヤパターンのＳＥＭ（scanning electron microscopy）写真である。
【図６Ａ】実施例２によって形成した有機ナノワイヤトランジスタの配列を示す写真である。
【図６Ｂ】図６Ａの有機ナノワイヤトランジスタの配列のうち１つのトランジスタのＳＥＭ写真である。
【図７Ａ】図６Ａ及び図６Ｂのトランジスタのドレイン電流対ドレイン電圧を測定したグラフである。
【図７Ｂ】図６Ａ及び図６Ｂのトランジスタのドレイン電流対ゲート電圧を測定したグラフである。
【図８】実施例３のＰ３ＨＴナノワイヤトランジスタを示す写真である。
【図９】図８のトランジスタのドレイン電流対ゲート電圧を測定したグラフである。
【図１０】実施例４のトランジスタのドレイン電流対ゲート電圧を測定したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付された図面を参照し、本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施例に限定されるものではなく、他の形態に具体化されもする。むしろここで紹介される実施例は、開示された内容が徹底したものであり、完全なものになるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達させるために提供されるものである。
【００３３】
図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ本発明の一実施例による電場補助ロボティック・ノズルプリンタ１００を概略的に示した斜視図及び側面図である。
【００３４】
図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、本発明による電場補助ロボティック・ノズルプリンタ１００は、溶液保存装置１０、吐出調節器２０、ノズル３０、電圧印加装置４０、コレクタ５０、ロボットステージ６０、石定盤６１、マイクロ距離調節器７０を含む。
【００３５】
溶液保存装置１０は、有機溶液を込め、ノズル３０が有機溶液を吐出することができるように、ノズル３０に、前記有機溶液を供給する部分である。溶液保存装置１０は、シリンジ（syringe）形態であってもよい。溶液保存装置１０は、プラスチック、ガラスまたはステンレススチールなどが使用可能であるが、それらに制限されるものではない。溶液保存装置１０の保存容量は、約１μｌないし約５，０００ｍｌの範囲内で選択可能であるが、それに制限されるものではない。望ましくは、溶液保存装置１０の保存容量は、約１０μｌないし約５０ｍｌの範囲内で選択される。ステンレススチール材質の溶液保存装置１０の場合には、溶液保存装置１０にガスを注入することができるガス注入器（図示せず）があって、ガスの圧力を利用して、有機溶液を溶液保存装置外に吐出させることができる。一方、コアシェル構造の有機ワイヤを形成するために、溶液保存装置１０は、複数個からなってもよい。
【００３６】
吐出調節器２０は、溶液保存装置１０内の有機溶液を、ノズル３０を介して一定速度で吐出させるために、溶液保存装置１０内の有機溶液に、圧力を加える部分である。吐出調節器２０として、ポンプまたはガス圧力調節器が使用される。吐出調節器２０は、有機溶液の吐出速度を、１ｎｌ／ｍｉｎないし５０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内で調節することができる。複数個の溶液保存装置１０を使用する場合、それぞれの溶液保存装置１０に、別個の吐出調節器２０が具備され、独立して作動することができる。ステンレススチール材質の溶液保存装置１０の場合、吐出調節器２０としてガス圧力調節器（図示せず）が使用される。
【００３７】
ノズル３０は、溶液保存装置１０から、有機溶液を供給され、有機溶液が吐出される部分であり、吐出される有機溶液は、ノズル３０端で液滴（drop）を形成することができる。ノズル３０の直径は、約１００ｎｍないし約１．５ｍｍの範囲を有することができるが、それに制限されるものではない。
【００３８】
ノズル３０は、単一ノズル、二重（dual-concentric）ノズル、三重（triple-concentric）ノズル、分割（split）ノズルまたはマルチ（multi）ノズルを含んでもよい。コアシェル構造の有機ワイヤを形成する場合、二重ノズルまたは三重ノズルを使用して、２種類以上の有機溶液を吐出させることができる。その場合、二重ノズルまたは三重ノズルに、２個または３個の溶液保存装置１０が連結される。
【００３９】
図３Ａは、二重ノズル部分を概略的に図示した断面図であり、図３Ｂは、三重ノズル部分を概略的に図示した断面図である。図３Ａを参照すれば、二重ノズル３０ａ，３０ｂが溶液保存装置から有機溶液を供給される２個の溶液注入口３１ａ，３１ｂと連結されている。図３Ｂを参照すれば、三重ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃが、溶液保存装置から有機溶液を供給される３個の溶液注入口３１ａ，３１ｂ，３１ｃと連結されている。
【００４０】
図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、溶液注入口３１ａ，３１ｂ，３１ｃの方向は、それぞれ異なり、溶液保存装置から注入された溶液は、同心を有する（concentric）シリンダからなる本体を通過する。それぞれのノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、それぞれのシリンダの端に連結されている。二重ノズルの場合、内側ノズル３０ａから、有機ワイヤ１のコア部分１ａを、外側ノズル３０ｂから、有機ワイヤのシェル部分１ｂを形成することができる。三重ノズルの場合、内側ノズル３０ａから、有機ワイヤのコア部分２ａを、外側ノズル３０ｂから、有機ワイヤのシェル部分２ｂを、中間ノズル３０ｃから、コア２ａとシェル２ｂとの間の緩衝層２ｃを形成し、さらに安定したコアシェル構造の有機ワイヤ２を形成することができる。
【００４１】
いくつかの有機ワイヤを同時に一直線に形成する場合、分割ノズルまたはマルチノズルを使用して、２個以上の有機溶液を同時に吐出させることができる。分割ノズルの場合、１個の溶液保存装置１０が連結され、マルチノズルの場合、２個ないし３０個の溶液保存装置１０が連結される。
【００４２】
図３Ｃは、分割ノズル部分を概略的に図示した断面図である。図３Ｃを参照すれば、分割ノズル３０ｄが、１個の溶液保存装置から有機溶液を供給される１個の溶液注入口３１ｄと連結されている。１個の溶液保存装置から注入された溶液は、一定間隔を有し、一列に配列されたシリンダからなる本体を通過する。それぞれのノズル３０ｄは、それぞれのシリンダの端に連結され、一定間隔を有して一列に配置されている。ノズルの数は、２個ないし３０個の範囲で調節することができる。ノズルの間隔は、５００ｎｍないし１０ｃｍの範囲で調節することができる。分割ノズルを使用して、一定間隔を有し、同じ方向に整列された有機ワイヤを同時に製造することができる。
【００４３】
図３Ｄは、マルチノズル部分を概略的に図示した断面図である。図３Ｄを参照すれば、マルチノズル３０ｅが、それぞれ複数個の溶液保存装置から有機溶液を供給される複数個の溶液注入口３１ｅと連結されている。複数個の溶液保存装置から注入されたそれぞれの溶液は、シリンダからなる本体を通過する。それぞれのノズル３０ｅは、それぞれのシリンダの端に連結されている。それぞれのシリンダとノズルは、一定間隔を有し、一列に配置されている。シリンダ及びノズルの数は、２個ないし３０個の範囲で調節することができる。ノズルの間隔は、５００ｎｍないし１０ｃｍの範囲で調節することができる。マルチノズルを使用して、一定間隔を有し、同じ方向に整列された互いに異なる種類の有機ワイヤを同時に製造することができる。
【００４４】
電圧印加装置４０は、ノズル３０に高電圧を印加するためのものであり、高電圧発生装置を含んでもよい。電圧印加装置４０は、例えば、溶液保存装置１０を介して、ノズル３０に電気的に連結される。電圧印加装置４０は、約０．１ｋＶないし約５０ｋＶの電圧を印加することができるが、これに制限されるものではない。電圧印加装置４０によって、高電圧が印加されたノズル３０と、接地されたコレクタ５０との間に電場が存在することになり、前記電場によって、ノズル３０端で形成された液滴が、テイラコーン（taylor cone）を形成することになり、その端から連続的に有機ワイヤが形成される。
【００４５】
コレクタ５０は、ノズル３０から吐出された有機溶液から形成された有機ワイヤが整列されて付く部分である。コレクタ５０は、偏平な形態であり、その下のロボットステージ６０によって、水平面の上で移動可能である。コレクタ５０は、ノズル３０に加えられた高電圧に対して、相対的に接地特性を有するように接地されている。参照番号５１は、コレクタ５０が接地されていることを示す。コレクタ５０は、伝導性材質、例えば、金属からなり、０．５μｍないし１０μｍ範囲の平面度（flatness）を有することができる（平面度は、完全に水平である面の平面度が０の値を有するとき、完全な水平面からの実際面の最大誤差値を示す。例えば、１つの面の平面度は、その面の最低点と最高点との距離である）。
【００４６】
ロボットステージ６０は、コレクタ５０を移動させる手段である。ロボットステージ６０は、サーボモータ（servo motor）によって駆動され、精密な速度で移動することができる。ロボットステージ６０は、例えば、水平面上で、ｘ軸とｙ軸との２方向に移動するように制御される。ロボットステージ６０は、例えば、ｘ軸方向に移動するｘ軸ロボットステージ６０ａと、ｙ軸方向に移動するｙ軸ロボットステージ６０ｂとからなってもよい。ロボットステージ６０は、距離を、１０ｎｍ以上１００ｃｍ以内の範囲の間隔で移動することができるが、それに制限されるものではない。望ましくは、１０μｍ以上２０ｃｍ以内の範囲である。
【００４７】
ロボットステージ６０の移動速度は、１ｍｍ／ｍｉｎないし６０，０００ｍｍ／ｍｉｎの範囲で調節することができるが、それに制限されるものではない。ロボットステージ６０は、石定盤（base plate）６１上に設置されており、石定盤６１は、０．１μｍないし５μｍの範囲の平面度を有することができる。石定盤６１の平面度によって、ノズル３０とコレクタ５０との距離が一定間隔を有するように調節される。石定盤６１は、ロボットステージ６０の作動によって発生する振動を抑制することにより、有機ワイヤパターンの精度を調節することができる。
【００４８】
マイクロ距離調節器７０は、ノズル３０とコレクタ５０との距離を調節するための手段である。マイクロ距離調節器７０が、溶液保存装置１０とノズル３０とを垂直に移動させることにより、ノズル３０とコレクタ５０との距離を調節することができる。
【００４９】
マイクロ距離調節器７０は、ジョグ（jog）７１と微細調節器（micrometer）７２とからなってもよい。ジョグ７１は、ｍｍ単位またはｃｍ単位の距離を大体調節するのに使用され、微細調節器７２は、最小１０μｍの微細な距離を調整するのに使用される。ジョグ７１で、ノズル３０をコレクタ５０に接近させた後、微細調節器７２で、ノズル３０とコレクタ５０との距離を正確に調節することができる。マイクロ距離調節器７０によって、ノズル３０とコレクタ５０との距離は、１０μｍないし２０ｍｍの範囲で調節される。例えば、水平面であるＸＹ平面に一直線なコレクタ５０を、ロボットステージ６０によってＸＹ平面上で移動することができるし、マイクロ距離調節器７０によって、Ｚ軸方向に、ノズル３０とコレクタ５０との距離を調節することができる。
【００５０】
電気放射でノズルから放射されるナノファイバの三次元経路を計算したD. H. Reneker，A. L. Yarin，H. Fong，S. Koombhongse，「Bending instability of electrically charged liquid jets of polymer solutions in electrospinning」，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，８７，９，４５３１−４５４６（２０００）の論文に、コレクタとノズルとの距離が長いほど、ナノファイバの撹乱（perturbation）が大きくなるということが開示されている。
【００５１】
前記論文によれば、
【数１】
2014500134.tif 000003
【数２】
2014500134.tif 000004
【００５２】
ここでｘ，ｙは、コレクタと水平である面で、ｘ軸とｙ軸との方向の位置であり、Ｌは、長さスケールを示す定数であり、λは、撹乱波長（perturbation wavelength）であり、ｚは、有機ワイヤのコレクタ（ｚ＝０）に係わる垂直位置であり、ｈは、ノズルとコレクタとの距離である。上述の数式１Ａ及び数式１Ｂから、等しいｚ値について、コレクタとノズルとの距離ｈが大きいほど、有機ワイヤの撹乱を示すｘ，ｙ値が大きくなるということが分かる。
【００５３】
実際、ノズル端の液滴から生成され、伸張していく有機ワイヤは、有機ワイヤが生成されるノズルの近くでは、コレクタに垂直であるＺ方向にほぼ直線形態である。しかし、ノズルから遠くなるほど、有機ワイヤの水平方向の速度（lateral velocity）が増加し、有機ワイヤが反る。
【００５４】
本発明の一実施例による電場補助ロボティック・ノズルプリンタ１００は、ノズル３０とコレクタ５０との距離を、十ないし数十μｍ単位に、十分に狭めることができ、有機ワイヤが撹乱される前に、コレクタ５０上に直線に落ちることができる。従って、コレクタ５０の移動によって、有機ワイヤのパターンが形成される。
【００５５】
コレクタの移動によって、有機ワイヤのパターンを形成することは、ノズルの移動に比べ、有機ワイヤパターンの撹乱変数を減らすことにより、さらに精密な有機ワイヤパターンを形成することができる。
【００５６】
一方、電場補助ロボティック・ノズルプリンタ１００は、ハウジング８０中に置かれる。前記ハウジング８０は、透明な材質から形成される。ハウジング８０は、密閉可能であり、ガス注入口（図示せず）を介して、ハウジング８０内にガスを注入することができる。注入されるガスは、窒素、乾燥空気などであってもよく、前記ガスの注入によって、水気によって酸化されやすい有機溶液が安定して維持される。また、ハウジング８０には、ベンチレータ（ventilator）８１と電灯８２とが設置される。ベンチレータ８１と電灯８２は、適切な位置に設置される。ベンチレータ８１は、ハウジング８０内の（溶媒から発生する）蒸気圧を調節し、有機ワイヤ形成時に、溶媒の蒸発速度を調節することができる。溶媒の早い蒸発を要するロボティック・ノズルプリンティングでは、ベンチレータ８１の速度を調節し、溶媒の蒸発をサポートすることができる。溶媒の蒸発速度は、有機ワイヤの形態と電気的特性とに影響を与えることができる。溶媒の蒸発速度が過度に速い場合、有機ワイヤが形成される前に、ノズル終端で溶液が乾いてしまってノズルが詰まり、溶媒の蒸発速度が過度に遅い場合、固体の有機ワイヤが形成されず、液体状態でコレクタに置かれてしまう。液体状態の有機溶液ラインは、電気的特性が良好ではないので、これを素子製作に使用することができない。このように、溶媒の蒸発速度が有機ワイヤの形成及び特性に影響を与えるので、ベンチレータ８１は、有機ワイヤの形成に重要な役割が行う。
【００５７】
図４は、本発明の一実施例による有機ワイヤパターンの形成方法を説明するためのフローチャートである。
【００５８】
図４を参照すれば、まず、有機材料を、蒸溜水または有機溶媒の中に混合させ、有機溶液を準備する（Ｓ１１０）。有機材料としては、低分子有機半導体または高分子有機半導体、伝導性高分子、絶縁性高分子、またはそれらの混合物などを使用することができる。
【００５９】
前記低分子有機半導体材料は、６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン（ＴＩＰＳペンタセン）、トリエチルシリルエチニルアントラジチオフェン（ＴＥＳ ＡＤＴ）、または［６，６］−フェニルＣ６１ブチル酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）であってもよいが、それらに制限されるものではない。高分子有機半導体または伝導性高分子材料は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）を含むポリチオフェン（polythiophene）誘導体；ポリ（９−ビニルカルバゾール）（ＰＶＫ）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（poly（p-phenylenevinylene））、ポリフルオレン（polyfluorene）、ポリアニリン（polyaniline）、ポリピロール（polypyrrole）、またはそれらの誘導体でもあるが、それらに制限されるものではない。絶縁性高分子材料は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリイミド（polyimide）、ポリ（フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を含んでもよいが、それらに限定されるものではない。
【００６０】
また、それら有機材料に、ナノサイズの粒子；ワイヤ・リボン・ロッド形態を有する半導体、金属、金属酸化物、金属または金属酸化物の前駆体；炭素ナノチューブ；還元されたグラフェン酸化物；グラフェン；グラファイト；またはナノサイズのＩＩ−ＶＩ半導体粒子（ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳなど）が中心（core）をなす量子点などの材料が選択的に含まれてもよい。
【００６１】
有機溶媒としては、有機材料を溶かすことができる溶媒として、例えば、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、スチレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、キシレン、トルエン、シクロヘキセン、イソプロピルアルコール、エタノール、アセトン、及びそれらの混合溶媒などが使用されるが、それらに制限されるものではない。
【００６２】
有機溶液の濃度と粘度は、使用されるノズル３０の大きさを考慮し、ノズル３０から吐出されるのに適する濃度と粘度とに調節される。有機溶液内に、粘度調節のための物質が添加されもする。粘度を調節するための物質は、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリ（９−ビニルカルバゾール）（ＰＶＫ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリスチレン（ＰＳ）を含んでもよいが、それらに制限されるものではない。
【００６３】
次に、図２Ａ及び図２Ｂで説明した電場補助ロボティック・ノズルプリンタを利用して、有機溶液をノズルから吐出させる（Ｓ１２０）。有機材料が、蒸溜水または有機溶媒の中に混合された前記有機溶液を、溶液保存装置１０に込めた後、吐出調節器２０によって、ノズル３０から吐出させれば、ノズル３０の端の部分に液滴が形成される。このノズル３０に、電圧印加装置４０を利用して、０．１ｋＶないし５０ｋＶ範囲の電圧を印加すれば、液滴に形成された電荷と、接地されたコレクタ５０との間の静電気力（electrostatic force）によって、液滴が散らばらずに、電場の方向に大きくなりながら、コレクタ５０上に置かれた基板（図示せず）に付着する。
【００６４】
このとき、液滴が大きくなることによって、液滴から一方向の長さが、他の方向より長い有機ワイヤが形成される。この有機ワイヤの幅（diameter）は、印加電圧及びノズルサイズを調節することによって、１０ｎｍないし１００μｍの範囲で調節することができる。本明細書で、１μｍ未満のワイヤをナノワイヤと言い、それ以上の幅を有するワイヤをマイクロワイヤと言う。
【００６５】
ノズル３０の荷電された吐出物から形成された有機ワイヤを、コレクタ５０上に置かれた基板（図示せず）上に整列させる（Ｓ１３０）。このとき、ノズル３０とコレクタ５０との距離を、１０μｍないし２０ｍｍの間で調節することにより、有機ワイヤを、図１に示したような絡み合っている形態ではなく、分離された形態で、コレクタ５０上に置かれた基板（図示せず）上に形成することができる。このとき、ノズル３０とコレクタ５０との距離は、マイクロ距離調節器７０を利用して調節することができる。基板（図示せず）は、有機ワイヤパターンをコレクタから分離して得るために使用する。基板（図示せず）は、５０μｍないし５０ｍｍ範囲の厚さを有することができる。基板（図示せず）は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、クロム、チタン、亜鉛、鉛、金、銀などの伝導体材料；シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）などの半導体材料；ガラス、プラスチックフィルム、紙などのアイソレータ材料などを選択することができるが、それらに制限されるものではない。
【００６６】
また、コレクタ５０を移動させることによって、有機ワイヤを所望の位置に所望の方向、所望の個数ほど整列させることにより、コレクタ５０上に置かれた基板（図示せず）上に有機ワイヤパターンを形成することができる。整列された有機ワイヤを形成するとき、サーボモータによって駆動されるロボットステージ６０によって、コレクタ５０を１０ｎｍないし１００ｃｍの範囲で精密に移動させることができる。
【００６７】
有機半導体物質を使用して、本発明の方法によって整列した有機ナノワイヤパターンを、電子素子に適用することができる。例えば、有機ナノワイヤトランジスタ素子（organic nanowire transistor）の活性層、及びバイオセンサの検出素材として、有機ナノパターンを使用することにより、高性能有機ナノワイヤトランジスタ、及び高感度バイオセンサの製作が可能である。
【００６８】
実施例１
本発明の有機ワイヤパターンの形成方法によって、ポリ（９−ビニルカルバゾール）（ＰＶＫ）ナノワイヤパターンを形成した。
【００６９】
まず、ＰＶＫ（分子量〜１，０００，０００）をスチレンに溶解させ、ＰＶＫ溶液を製造した。ＰＶＫの濃度は、有機溶液全体重量に対して、４重量％（ｗｔ％）だあり、粘度は、６．３±５．８ｃｐ（２３℃）であった。
【００７０】
製造されたＰＶＫ溶液を、電場補助ロボティック・ノズルプリンタのシリンジに込め、ノズルに４ｋＶの電圧を印加しながら、ＰＶＫ溶液をノズルから吐出させた。ロボットステージによって移動するコレクタの基板の上に、ＰＶＫナノワイヤパターンを形成した。
【００７１】
このとき、使用したノズルの直径は、１００μｍであり、ノズルとコレクタとの距離は、２．５ｍｍであった。ロボットステージのＹ軸方向の移動間隔は、５０μｍであり、Ｘ軸方向の移動距離は、１５ｃｍであった。コレクタの大きさは、２０ｃｍ×２０ｃｍであり、コレクタ上の基板の大きさは、２ｃｍ×１０ｃｍであった。
【００７２】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ本発明の実施例１によって形成したＰＶＫナノワイヤパターンの光学顕微鏡写真及びＳＥＭ（scanning electron microscopy）写真である。
【００７３】
図５Ａの光学顕微鏡写真から、ＰＶＫナノワイヤパターンが、Ｙ軸方向に５０μｍ間隔を有し、Ｘ軸方向に伸びる直線として形成されていることを確認することができる。ＰＶＫナノワイヤパターンの間隔は、コレクタのＹ軸方向の移動間隔と一致する。
【００７４】
図５ＢのＳＥＭ写真から、ＰＶＫナノワイヤパターンの直線ラインが、約３５０ｎｍの均一な幅（diameter）に形成されており、直線ライン間の間隔（line spacing）も、５０μｍの均一な間隔に形成されていることが分かる。
【００７５】
本実施例のＰＶＫナノワイヤパターンの全長は、約１５ｍであり、これを形成するのに、約２分の時間が必要であった。従って、本発明の有機ワイヤパターンの形成方法は、大面積の有機ワイヤパターンを効率的に形成するのに使用することが可能であるということが分かる。
【００７６】
実施例２
本発明の有機ワイヤパターンの形成方法を使用して、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）ナノワイヤＦＥＴ（field effect transistor）の配列を製作した。ゲート電極として、ドーピングされたシリコン（doped-Si）、及びその上のゲート絶縁膜として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）が１００ｎｍ厚にコーティングされたシリコン（Ｓｉ）ウェーハの上に、活性層としてＰ３ＨＴナノワイヤパターンを形成し、その上に熱蒸着を介して、１００ｎｍ厚の金を蒸着して電極を形成した。
【００７７】
Ｐ３ＨＴとポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）（分子量〜４００，０００）とを７：３重量比で交ぜた粉末を、クロロベンゼン：トリクロロエチレン＝２：１重量比の混合溶液に溶解させ、Ｐ３ＨＴ溶液を製造した。Ｐ３ＨＴ溶液で、全体溶液に対してＰ３ＨＴの濃度は、２．６重量％であり、ＰＥＯの濃度は、１．１重量％であった。このとき、使用したＰ３ＨＴ、ＰＥＯ、クロロベンゼン、トリクロロエチレンの質量は、それぞれ９．０ｍｇ、３．９ｍｇ、２２３ｍｇ、１１１．５ｍｇであった。
【００７８】
Ｐ３ＨＴ溶液を、電場補助ロボティック・ノズルプリンタのシリンジに込め、ノズルに１．５ｋＶの電圧を印加しながら、Ｐ３ＨＴ溶液をノズルから吐出させた。ロボットステージによって移動するコレクタ上の、シリコン酸化膜がコーティングされたシリコンウェーハ上に、Ｐ３ＨＴナノワイヤパターンが形成された。
【００７９】
このとき、使用したノズルの直径は、１００μｍであり、ノズルとコレクタとの距離は、５．５ｍｍであり、印加電圧は、１．５ｋＶであり、溶液の吐出速度は、２００ｎｌ／ｍｉｎであった。ロボットステージのＹ軸方向の移動間隔は、５．５ｍｍであり、Ｘ軸方向の移動距離は、１５ｃｍであった。ロボットステージのＹ軸方向移動速度は、１，０００ｍｍ／ｍｉｎであり、Ｘ軸方向移動速度は、３０，０００ｍｍ／ｍｉｎであった。コレクタの大きさは、２０ｃｍ×２０ｃｍであり、コレクタ上の基板の大きさは、８ｃｍ×８ｃｍであった。
【００８０】
図６Ａは、本実施例によって形成した有機ナノワイヤトランジスタの配列を示す写真である。前記トランジスタ配列の活性層のＰ３ＨＴナノワイヤパターンは、１つの工程過程で形成された。
【００８１】
図６Ｂは、図６Ａの有機ナノワイヤトランジスタの配列のうち１つのトランジスタのＳＥＭ写真である。図６ＢのＳＥＭ写真で、金電極の下に、Ｐ３ＨＴナノワイヤが形成されている。これにより、Ｐ３ＨＴナノワイヤが所望する位置で、所望する個数に形成されているということが分かる。ＳＥＭを介して測定したＰ３ＨＴの幅（diameter）は、約３４６．７ｎｍであった。
【００８２】
図７Ａは、図６Ａ及び図６Ｂのトランジスタのドレイン電流対ドレイン電圧を測定したグラフである。図７Ａのグラフは、ゲート電圧（ＶＧ）の絶対値が増加するにつれ、ドレイン電圧ＶDの絶対値の増加によるドレイン電流ＩDの増加を示す。図７Ｂは、図６Ａ及び図６Ｂのトランジスタのドレイン電流対ゲート電圧を測定したグラフである。図７Ｂのグラフで、−２０Ｖ以上（絶対値２０Ｖ以下）の低いゲート電圧では、０．１ｎＡ以下の低いドレイン電流値を有するが、−３０Ｖ以下（絶対値３０Ｖ以上）で、ゲート電圧の絶対値が増加する場合、最大４ｎＡの高いドレイン電流が流れる様子を示している。図７Ａ及び図７Ｂのグラフは、いずれも典型的なｐ−タイプトランジスタの作動特性と一致し、これにより、実施例２のトランジスタが正常に作動しているということを確認することができる。
【００８３】
実施例３
Ｐ３ＨＴとＰＥＯとを７：３とする代わりに、８：２で混合したことを除いて、実施例３と同一の方法を使用して、Ｐ３ＨＴナノワイヤトランジスタを製作した。
【００８４】
図８は、実施例３のＰ３ＨＴナノワイヤトランジスタを示す写真である。図８を参照すれば、７７７ｎｍの幅（diameter）を有するＰ３ＨＴナノワイヤが、電極間に整列されている。
【００８５】
図９は、実施例３のトランジスタのドレイン電流対ゲート電圧を測定したグラフである。図９の電流対電圧グラフは、−５０Ｖのドレイン電圧ＶＤを印加し、ゲート電圧ＶGを、１５Ｖで−６０Ｖまで変化させ、ドレイン電流ＩDを測定した。図９のグラフから、実施例３のＰ３ＨＴナノワイヤトランジスタが、ｐ型ＦＥＴトランジスタとして正常に作動しているということが分かる。一方、実施例３のＰ３ＨＴナノワイヤトランジスタで、電荷（正孔）の移動度が０．０１４８ｃｍ２／Ｖ・ｓと測定された。
【００８６】
実施例４
ＦＥＴトランジスタ内のＰ３ＨＴナノワイヤの数を、１本、３本、５本及び９本に変化させたことを除き、実施例２と同一の方法を使用して、Ｐ３ＨＴナノワイヤトランジスタを製作した。
【００８７】
図１０は、実施例４のトランジスタのドレイン電流対ゲート電圧を測定したグラフである。図１０のグラフから、Ｐ３ＨＴナノワイヤの個数が増加するほど、全電流の大きさが増加するということが分かる。これにより、Ｐ３ＨＴナノワイヤの個数を調節するによって、トランジスタの電気的な特性を調節することができるということが分かる。
【図３Ａ】
2014500134.tif 000005
【図３Ｂ】
2014500134.tif 000006
【図３Ｃ】
2014500134.tif 000007
【図３Ｄ】
2014500134.tif 000008
【図４】
2014500134.tif 000009
【図１】
2014500134.tif 000010
【図２Ａ】
2014500134.tif 000011
【図２Ｂ】
2014500134.tif 000012
【図５Ａ】
2014500134.tif 000013
【図５Ｂ】
2014500134.tif 000014
【図６Ａ】
2014500134.tif 000015
【図６Ｂ】
2014500134.tif 000016
【図７Ａ】
2014500134.tif 000017
【図７Ｂ】
2014500134.tif 000018
【図８】
2014500134.tif 000019
【図９】
2014500134.tif 000020
【図１０】
2014500134.tif 000021
【国際調査報告】
2014500134.tif 000022
2014500134.tif 000023
2014500134.tif 000024
2014500134.tif 000025
2014500134.tif 000026
2014500134.tif 000027