(57)【要約】【課題】  安定したトランジスタ特性を備え、かつ、カーボンナノチューブを含む半導体層を備えた薄膜トランジスタ及びその薄膜トランジスタの簡単な製造方法を提供すること。【解決手段】  ボトムゲート型の薄膜トランジスタを製造する場合、基板上にゲート電極を形成した後（Ｓ１１）、当該ゲート電極を覆うように基板上にゲート絶縁層を形成する（Ｓ１２）。続いて、ゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成し（Ｓ１３）、当該ソース電極とドレイン電極との間に、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を形成する（Ｓ１４）。半導体層の形成は、半導体層形成用の水溶液を、インクジェット法等の塗布法により塗布することにより行う。半導体層形成用の水溶液中では、界面活性剤により被覆されたシングルウォールカーボンナノチューブが、均一に分散している。【選択図】図３
2008235880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極形成工程で形成された前記ゲート電極を覆うように前記基板上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、
前記ゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、
シングルウォールカーボンナノチューブと、界面活性剤とを少なくとも含む水溶液である半導体層形成用の水溶液を、前記ソース・ドレイン電極形成工程において形成された前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に塗布法により塗布し、前記シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を形成する半導体層形成工程と
を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
基板上にソース電極及びドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、
シングルウォールカーボンナノチューブと、界面活性剤とを少なくとも含む水溶液である半導体層形成用の水溶液を、前記ソース・ドレイン電極形成工程において形成された前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に塗布法により塗布し、前記シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記半導体層の表面を覆うようにゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、
前記ゲート絶縁層形成工程で形成された前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と
を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記塗布法は、インクジェット法であることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記界面活性剤は、室温で固体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記界面活性剤は、デオキシコール酸ナトリウム及びドデシル硫酸ナトリウムの少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記シングルウォールカーボンナノチューブと前記界面活性剤とを含む水溶液を遠心分離する遠心分離工程を備え、
前記半導体層形成用の水溶液は、前記遠心分離工程において遠心分離された前記水溶液の上澄みであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記半導体層形成工程では、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に交流電圧を印加しながら前記半導体層形成用の水溶液を塗布することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法により製造されたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法に関し、詳細には、カーボンナノチューブを含む半導体層を備えた薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機ＥＬやフィルム液晶、電子ペーパ等の、明るくて見やすいフレキシブルディスプレイの各画素には、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＴＦＴ）を備えたアクティブ駆動回路が埋め込まれている。ＴＦＴの中でも、有機半導体を用いた有機ＴＦＴは、常温で製造することができ、かつ、フレキシブルなプラスチック基板上にも低コストで形成できるものとして期待されている。一方で、有機ＴＦＴには、キャリア移動度が低い、環境安定性が悪いという問題点がある。
【０００３】
これに対し、カーボンナノチューブとイオン性液体からなるゲル状組成物を作成し、ゲル状組成物を基材に印刷又は塗布して半導体層として用いる半導体素子とその製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、カーボンナノチューブをエタノール又はジメチルホルムアミド等の溶媒に分散させて、所定パターンに付着させ、乾燥定着させている電界効果半導体装置の製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献１，２に記載の半導体素子とその製造方法によれば、カーボンナノチューブの有する光電子速度、高電流密度という優れた材料特性により、高移動度の半導体層を形成することができる。また、カーボンナノチューブは、柔軟性が高く、強く細い糸状の材料であるため、フレシキブルディスプレイに好適に用いることができる。
【特許文献１】特開２００５−２０９７３６号公報
【特許文献２】特開２００５−９３４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の半導体素子とその製造方法や、特許文献２記載の電界効果半導体装置の製造方法でも、一長一短であった。例えば、特許文献１に記載の半導体素子とその製造方法では、半導体層を形成する際に、カーボンナノチューブとイオン性液体とを含むゲル状組成物が用いられるため、塗布法等のウェットプロセスで半導体層を形成できるという長所がある。一方で、上述のイオン性液体はゲル状であるため、インクジェット法のような簡便な塗布法を用いて半導体層を形成することができないという欠点があった。また、特許文献２に記載の電界効果半導体装置の製造方法では、簡便な方法で作製できるという長所がある。一方で、カーボンナノチューブの分散性が悪く、カーボンナノチューブを均一に配置することができないため、製造された薄膜トランジスタの特性にはバラツキが大きいという欠点があった。フレシキブルディスプレイ等の微細化したデバイスでは、薄膜トランジスタの特性のバラツキがデバイス全体の動作に大きく影響する。そのため、安定したトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタの製造方法の確立が強く要望されている。
【０００５】
本発明は、安定したトランジスタ特性を備え、かつ、カーボンナノチューブを含む半導体層を備えた薄膜トランジスタ及びその薄膜トランジスタの簡単な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ゲート電極形成工程で形成された前記ゲート電極を覆うように前記基板上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、前記ゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、シングルウォールカーボンナノチューブと、界面活性剤とを少なくとも含む水溶液である半導体層形成用の水溶液を、前記ソース・ドレイン電極形成工程において形成された前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に塗布法により塗布し、前記シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を形成する半導体層形成工程とを備えている。
【０００７】
また、請求項２に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にソース電極及びドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、シングルウォールカーボンナノチューブと、界面活性剤とを少なくとも含む水溶液である半導体層形成用の水溶液を、前記ソース・ドレイン電極形成工程において形成された前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に塗布法により塗布し、前記シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記半導体層の表面を覆うようにゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、前記ゲート絶縁層形成工程で形成された前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程とを備えている。
【０００８】
また、請求項３に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記塗布法は、インクジェット法であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記界面活性剤は、室温で固体であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記界面活性剤は、デオキシコール酸ナトリウム及びドデシル硫酸ナトリウムの少なくともいずれか一方であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記シングルウォールカーボンナノチューブと前記界面活性剤とを含む水溶液を遠心分離する遠心分離工程を備え、前記半導体層形成用の水溶液は、前記遠心分離工程において遠心分離された前記水溶液の上澄みであることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記半導体層形成工程では、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に交流電圧を印加しながら前記半導体層形成用の水溶液を塗布することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に係る発明の薄膜トランジスタは、請求項１乃至７のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に形成されたゲート電極がゲート絶縁層に覆われた所謂「ボトムゲート型」の薄膜トランジスタに適用される。界面活性剤の作用により、即ち、シングルウォールカーボンナノチューブを覆う界面活性剤がミセル化することにより、シングルウォールカーボンナノチューブは半導体層形成用の水溶液中に安定して分散する。この半導体層形成用の水溶液を用いて、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を形成すれば、シングルウォールカーボンナノチューブがほぼ均一に配置された半導体層を形成することができる。このため、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を備え、かつ、安定したトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタを得ることができ、本発明の製造方法で製造した薄膜トランジスタは、フレシキブルディスプレイ等の微細化したデバイスにも好適に用いることができる。
【００１５】
また、シングルウォールカーボンナノチューブは電子速度が速く、電流密度が高いという優れた材料特性を有しているため、半導体層のキャリア移動度を高くすることができる。また、半導体層の厚みは半導体層形成用の水溶液の塗布量を調整することにより容易に調整可能であり、所望の厚みを有する半導体層を容易に形成することができる。さらに、半導体層形成用の水溶液の調製に際しては、イオン性液体等の特殊な材料を必要とせず、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を備えた薄膜トランジスタの製造コストを低減することが可能である。
【００１６】
請求項２に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にソース電極及びドレイン電極が形成され、ゲート絶縁層上にゲート電極が形成された「トップゲート型」の薄膜トランジスタに適用される。界面活性剤の作用により、即ち、シングルウォールカーボンナノチューブを覆う界面活性剤がミセル化することにより、シングルウォールカーボンナノチューブは半導体層形成用の水溶液中に安定して分散する。この半導体層形成用の水溶液を用いて、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を形成すれば、シングルウォールカーボンナノチューブがほぼ均一に配置された半導体層を形成することができ、請求項１に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法と同様の効果を得ることができる。
【００１７】
また、この構成の薄膜トランジスタでは、最も位置精度が必要なソース電極とドレイン電極を平坦な基板上に形成するので、ゲート絶縁膜上にソース電極とドレイン電極を形成するボトムゲート型に比べて良好な位置精度で形成できる。
【００１８】
また、請求項３に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、インクジェット法で半導体層を形成するため、簡便な方法でカーボンナノチューブを含む半導体層を備えた薄膜トランジスタを製造することができる。この半導体層形成用の水溶液の粘度は、水とほぼ等しい値である。このため、塗布する試料の粘度が、１〜２０ｍＰａ・ｓの範囲であることが求められるインクジェット法のような簡便な塗布法を用いることができる。またインクジェット法によれば、所定の位置に半導体層形成用の水溶液を正確に供給することができ、その結果、所定形状の半導体層を寸法精度よく形成することができる。尚、前述のように、半導体層形成用の水溶液の粘度は、水とほぼ等しいため、インクジェット法を適用可能である。
【００１９】
また、請求項４に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、室温で固体の界面活性剤は通常粉末のものが多いので、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果に加え、半導体層形成用の水溶液を調製する場合の取り扱いが容易である。
【００２０】
また、請求項５に係発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加え、界面活性剤としてデオキシコール酸ナトリウム及びドデシル硫酸ナトリウムの少なくともいずれか一方を用いているため、シングルウォールカーボンナノチューブを界面活性剤の添加量が少量でも良好に半導体層形成用の水溶液中に分散させることができる。
【００２１】
また、請求項６に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の効果に加え、遠心分離工程において、シングルウォールカーボンナノチューブと界面活性剤とを含む水溶液中に含まれる凝集したシングルウォールカーボンナノチューブを沈降させ、遠心分離工程を経た水溶液の上澄みを半導体層形成用の水溶液として用いている。凝集したシングルウォールカーボンナノチューブが少なくなるほど、スイッチング特性が優れた薄膜トランジスタを得られるため、凝集したシングルウォールカーボンナノチューブの割合の少ない半導体層を形成することにより、スイッチング特性が優れた薄膜トランジスタを製造することができる。
【００２２】
また、請求項７に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の効果に加え、ソース電極とドレイン電極との間に印加される交流電圧の作用により、半導体層形成用の水溶液に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブの長手方向が、ソース電極とドレイン電極とを結ぶ最短距離の方向に配列しやすくなる。このため、自身の長手方向が、ソース電極とドレイン電極とを結ぶ直線と平行となるように配列したシングルウォールカーボンナノチューブの割合を増加させることにより、薄膜トランジスタのスイッチング特性を向上させることができる。
【００２３】
また、請求項８に係る発明の薄膜トランジスタによれば、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を備えているため、有機半導体層を備える薄膜トランジスタに比べ、半導体層のキャリア移動度を高くすることができる。また、半導体層に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブは、柔軟性が高く、かつ、引張強度が高い糸状の材料であるため、フレキシブルデバイスにも適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した薄膜トランジスタ及びその製造方法の一例として、第１及び第２の実施形態を、図面を参照して順に説明する。まず、第１の実施形態に係る薄膜トランジスタ１の構造について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、薄膜トランジスタ１の平面図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ線における矢視方向断面図のうち、半導体層９が形成されている部分を拡大した部分断面図である。
【００２５】
図１及び図２に示す薄膜トランジスタ１は、所謂「ボトムゲート型」の薄膜トランジスタである。「ボトムゲート型」の薄膜トランジスタは、ゲート電極６が、ソース電極３やドレイン電極４より下側（基板２側）に位置する。薄膜トランジスタ１は、所定の厚みを有する板状の基板２を備えている。基板２は、薄膜トランジスタ１を構成する各部材を支持する部材である。基板２としては、例えば、ガラス基板並びに、プラスチック基板等の絶縁性で板状の材料が用いられる。基板２に可撓性を付与する場合には、プラスチック基板が用いられる。プラスチック基板の材質としては、具体的には、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）及び、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等が挙げられる。尚、基板２上には、基板２とソース電極３及びドレイン電極４との密着性を向上させるための密着層等、各種下地層（膜）が設けられていてもよい。
【００２６】
基板２の上面中央部には、パターニングされたゲート電極６が所定の幅（例えば、１００μｍ）で帯状に形成されている。ゲート電極６の材料には、導電性材料が含まれている。ゲート電極６の導電性材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）等の金属の他、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の導電性ポリマーが適用可能である。これらの導電性材料は１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。尚、ＰＥＤＯＴは、３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を高分子量ポリスチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマーである。
【００２７】
また、基板２の上面及びゲート電極６の上面は、ゲート絶縁層５により覆われている。ゲート絶縁層５は、ゲート電極６と後述するソース電極３及びドレイン電極４とを絶縁するためのものであり、ゲート電極６を覆うように、無機材料又は有機材料を用いて形成される。ゲート絶縁層５の材料として無機材料を採用する場合は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）等が適用される。一方、ゲート絶縁層５の材料として有機材料を採用する場合は、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリパラビニルフェノール（ＰＶＰ）等が適用される。
【００２８】
また、ゲート絶縁層５の上面には、ソース電極３及びドレイン電極４が、所定のチャネル長の離間幅をもって各々設けられている。ソース電極３及びドレイン電極４の材質として、Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ及びＣｒ等の金属の他、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）等の透明導電材料、ＰＥＤＯＴ等の導電性ポリマーが適用可能である。そして、ソース電極３及びドレイン電極４との間には、キャリアが移動する「チャネル」が形成されている。チャネルは、所定のチャネル長及びチャネル幅を有する。ここで、「チャネル長」とは、図１において矢印３０２で示すソース電極３の端面からドレイン電極４の端面までの距離と定義されており、第１の実施形態では３０μｍである。
【００２９】
ソース電極３とドレイン電極４との間には、互いに離間して形成された溝を埋めるように、かつ、ソース電極３及びドレイン電極４の表面を覆うように、半導体層９が設けられている。半導体層９は、ゲート絶縁層５を介して、ゲート電極６に対向するようにして配置されている。半導体層９は、半導体層形成用の水溶液を用いて形成される。半導体層形成用の水溶液は、シングルウォールカーボンナノチューブと、界面活性剤とを含む水溶液である。
【００３０】
半導体層形成用の水溶液に含ませる界面活性剤としては、陰イオン性、陽イオン性、両性及び非イオン性のいずれの界面活性剤を用いてもよい。陰イオン性界面活性剤としては、例えば、ｓｏｄｉｕｍ  ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒａｔｅ（ＳＰＢ）、常温で固体（粉末）のドデシル硫酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ  ｄｏｄｅｃｙｌｓｕｌｆａｔｅ，ＳＤＳ）、コ−ル酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ  ｃｈｏｌａｔｅ，ＣＡＳ）、デオキシコ−ル酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ  ｄｅｏｘｙｃｈｏｌａｔｅ，ＤＯＣ）、タウロデオキシコ−ル酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ  ｔａｕｒｏｄｅｏｘｙｃｈｏｌａｔｅ，ＴＤＯＣ）等を用いることができる。また、陰イオン性界面活性剤として、例えば、常温で液体のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ  ｄｏｄｅｃｙｌｂｅｎｚｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ，ＤＤＢＳ）、ｄｉｏｃｔｙｌ  ｓｕｌｆｏｓｕｃｃｉｎａｔｅ，ｓｏｄｉｕｍ  ｓａｌｔ（ＤＩＯＣＴ）を用いることができる。また、陽イオン性界面活性剤としては、例えば、臭化セチルトリメチルアンモニウム（ｃｅｔｙｌｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  ｂｒｏｍｉｄｅ，ＣＴＡＢｒ）、塩化セチルピリジニウム（ｃｅｔｙｌｐｙｒｉｄｉｎｉｕｍ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ，ＣＰＣＩ）等を用いることができる。また、両性界面活性剤としては、３−［（３−Ｃｈｏｌａｍｉｄｏｐｒｏｐｙｌ）ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｏ］ｐｒｏｐａｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ（ＣＨＡＰＳ）、３−［（３−Ｃｈｏｌａｍｉｄｏｐｒｏｐｙｌ）ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｏ］−２−ｈｙｄｒｏｘｙｐｒｏｐａｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ（ＣＨＡＰＳＯ）等を用いることができる。さらに非イオン性界面活性剤としては、Ｐｏｌｙｏｘｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（２０）Ｓｏｒｂｉｔａｎ  Ｍｏｎｏｌａｕｒａｔｅ（Ｔｗｅｅｎ（ＩＣＩ  Ａｍｅｒｉｃａｓ社の登録商標）  ２０）、Ｐｏｌｙｏｘｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（２０）Ｓｏｒｂｉｔａｎ  Ｍｏｎｏｐａｌｍｉｔａｔｅ（Ｔｗｅｅｎ（登録商標）  ４０）、Ｐｏｌｙｏｘｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（２０）Ｓｏｒｂｉｔａｎ  Ｍｏｎｏｓｔｅａｒａｔｅ（Ｔｗｅｅｎ（登録商標）  ６０）、Ｐｏｌｙｏｘｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（２０）Ｓｏｒｂｉｔａｎ  Ｍｏｎｏｏｌｅａｔｅ（Ｔｗｅｅｎ（登録商標）  ８０）、ポリビニルピロリドン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ，ＰＶＰ）等を用いることができる。これらの界面活性剤は１種を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３１】
このような界面活性剤のうち、好ましくは室温で固体の界面活性剤を用いる。室温で固体の界面活性剤は通常粉末のものが多いので、半導体層形成用の水溶液を調製する場合の取り扱いが容易であるからである。半導体層形成用の水溶液は、後述する薄膜トランジスタ１の製造方法において、半導体層９を形成するために用いる。尚、本発明における室温とは、摂氏２５度を意味する。さらに好ましくは、界面活性剤は、デオキシコール酸ナトリウム及びドデシル硫酸ナトリウムの少なくともいずれか一方を用いる。後述する薄膜トランジスタ１の製造方法において、これらの界面活性剤は、添加量が少量でも、シングルウォールカーボンナノチューブを、良好に半導体層形成用の水溶液中に分散させることができるからである。
【００３２】
界面活性剤の添加量は、シングルウォールカーボンナノチューブを均一に分散させる量であればよく、特に制限はない。界面活性剤の添加量は、機能的には、水溶液全重量の１％程度で十分である。さらに、界面活性剤は、薄膜トランジスタ１の製造過程において、洗浄等の操作により除去することも可能であり、その場合、半導体層９には界面活性剤が含まれない。
【００３３】
一方、半導体層形成用の水溶液に含ませるシングルウォールカーボンナノチューブとしては、半導体性のシングルウォールカーボンナノチューブを含むものであればよい。ただし、凝集していないシングルウォールカーボンナノチューブの割合が多い方が、凝集していないシングルウォールカーボンナノチューブの割合が少ない場合に比べ、スイッチング特性が優れている点で好ましい。また、半導体性のシングルウォールカーボンナノチューブの割合が多い方が、半導体性のシングルウォールカーボンナノチューブの割合が少ない場合に比べ、スイッチング特性が優れている点で好ましい。さらに、半導体層９に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブの長手方向が、ソース電極とドレイン電極とを最短距離で結ぶ直線と平行となるように配列されている方が、シングルウォールカーボンナノチューブがランダムに配置されている場合に比べ、スイッチング特性が優れている点で好ましい。
【００３４】
以上詳述した第１の実施形態の薄膜トランジスタ１は、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層９を備えている。シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層９を備えた薄膜トランジスタ１と、有機半導体層を備えた薄膜トランジスタとでは、前者の方がキャリア移動度の点で優れている。例えば、ポリチオフェンで形成（溶液法）されている有機半導体層を備えた薄膜トランジスタのキャリア移動度は、９．４×１０−３ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃである。また、ペンタセンで形成（真空蒸着法）されている有機半導体層を備えた薄膜トランジスタのキャリア移動度は、１ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃである。これに対し、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を備えた薄膜トランジスタのキャリア移動度は、３〜１０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃである。
【００３５】
また、半導体層９に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブは、柔軟性が高く、かつ、引張強度が高い糸状の材料である。そのため、半導体層９を備える薄膜トランジスタ１は、フレキシブルデバイスにも適用可能であるという利点を有する。また、半導体層９には、シングルウォールカーボンナノチューブがほぼ均一に配置されている。そのため、安定したトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタ１を得ることができる。このため、薄膜トランジスタ１は、フレシキブルディスプレイ等の微細化したデバイスにも好適に用いることができる。
【００３６】
次に、薄膜トランジスタ１の製造方法の一例を、図３〜図９を参照して説明する。尚、図４〜図７に示す説明図は、各製造工程における図２に対応する部分断面図を模式的に示している。また、図９に示す説明図は、半導体層９が形成されている部分を拡大した部分平面図を模式的に示している。
【００３７】
薄膜トランジスタ１の製造方法は、図３の製造フローに示すように、ゲート電極形成工程（Ｓ１１）と、ゲート絶縁層形成工程（Ｓ１２）と、ソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ１３）と、半導体層形成工程（Ｓ１４）と、ブレイクダウン工程（Ｓ１５）とを備えている。ゲート電極形成工程（Ｓ１１）では、基板２の上面に、ゲート電極６が形成される。ゲート絶縁層形成工程（Ｓ１２）では、基板２の上面に、ゲート電極６を覆うようにして、ゲート絶縁層５が形成される。ソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ１３）では、ゲート絶縁層５上にソース電極３及びドレイン電極４が各々形成される。半導体層形成工程（Ｓ１４）では、ソース電極３及びドレイン電極４を覆う半導体層９が形成される。ブレイクダウン工程（Ｓ１５）では、半導体層９に含まれる導電性のシングルウォールカーボンナノチューブが焼き切られる。尚、半導体層形成工程（Ｓ１４）において用いられる半導体層形成用の水溶液は、遠心分離工程（Ｓ１）において別途調製される。遠心分離工程（Ｓ１）では、シングルウォールカーボンナノチューブと界面活性剤とを含む水溶液を遠心分離して、半導体層形成用の水溶液の調製を行う。以下、各工程について図面を参照して順に説明する。
【００３８】
はじめに、ゲート電極形成工程（Ｓ１１）を行う。ゲート電極形成工程では、まず、図４に示す基板２をアセトンで５分間超音波をかけて十分に洗浄する。次に、基板２を脱ガスする。そして、図５に示すように、ゲート電極６を基板２上に形成する。ゲート電極６は、Ａｌからなり、マスク蒸着によって形成される。尚、ゲート電極形成工程におけるマスク蒸着の条件は、真空度は３×１０−４Ｐａであり、基板２の加熱は不要である。第１の実施形態では、ゲート電極形成工程において、基板２の上面に、膜厚が６０ｎｍ，幅が１００μｍの帯状のゲート電極６が形成される。
【００３９】
次に、ゲート絶縁層形成工程（Ｓ１２）を行う。ゲート絶縁層形成工程では、図６に示すように、ゲート電極６が形成された基板２の上面に、ゲート絶縁層５を形成する。ゲート絶縁層５には、ポリイミド（ＰＩ）が含まれる。ゲート絶縁層５はスピンコート法によって形成される。スピンコート法では、基板２の上面に、高耐熱性ポリイミド樹脂（京セラケミカル株式会社製：商品名「ＣＴ４１１２」）の５ｗｔ％溶液を塗布した後に、基板２を水平に回転させる。その後、基板２を１８０℃で１時間乾燥することによって、基板２上に、膜厚が３５０ｎｍのゲート絶縁層５を形成できる。尚、スピンコート法のメリットとしては、ゲート絶縁層５の膜厚を精密に制御し易い点が挙げられる。
【００４０】
次に、ソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ１３）を行う。ソース・ドレイン電極形成工程では、図７に示すように、ソース電極３と、ドレイン電極４とをゲート絶縁層５の表面に各々形成する。ソース電極３と、ドレイン電極４とは、一例として、Ａｕからなる。また、ソース電極３と、ドレイン電極４とは、マスク蒸着によって形成される。尚、この時のマスク蒸着の条件は、真空度は３×１０−４Ｐａであり、基板２の加熱は不要である。こうして、ゲート絶縁層５の表面に厚さが１００ｎｍ，幅が１００μｍ，長さが５００μｍの帯状のソース電極３及びドレイン電極４を各々形成することができる。尚、図９において、ソース電極３の幅は、矢印３０１で図示され、ドレイン電極４の幅は、矢印３０３で図示される。
【００４１】
続いて、半導体層形成工程（Ｓ１４）を行う。半導体層形成工程では、半導体層９を形成する。半導体層９の形成は、半導体層形成用の水溶液を、インクジェット装置を用いて、ソース電極３及びドレイン電極４を覆うように吐出することにより行う。尚、半導体層形成用の水溶液は、別途実行される遠心分離工程（Ｓ１）において調製する。まず、半導体層形成用の水溶液を調製する遠心分離工程（Ｓ１）について説明する。
【００４２】
遠心分離工程（Ｓ１）では、超遠心分離処理を行う。超遠心分離処理は、半導体層９を形成するために用いる半導体層形成用の水溶液を調製するためのものである。第１の実施形態では、半導体層形成用の水溶液を以下のように調製する。まず、シングルウォールカーボンナノチューブと界面活性剤とを含む水溶液を調製する。このとき用いる界面活性剤としては、前述のように、陰イオン性、陽イオン性、両性及び非イオン性のいずれの界面活性剤を用いてもよい。また、１種の界面活性剤を用いる場合の他、２種以上の界面活性剤を組み合わせて用いてもよい。第１の実施形態では、純水１００ｍｌ中に、シングルウォールカーボンナノチューブ（商品名「ＨｉＰｃｏ（登録商標）」、Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）を０．１ｗｔ％、ＳＤＳ（和光純薬社製）を１ｗｔ％の割合で混合した。そして、撹拌装置を用いて、２００ｒｐｍで１時間程度撹拌し、その後超音波洗浄装置で３時間程度加振した。この段階で、水溶液に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブは、界面活性剤の作用により、水溶液中に安定して分散されている。しかし、水溶液中に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブの中には、凝集体として存在するものが多数ある。
【００４３】
そこでさらに、超遠心分離装置（日立ハイテク社製  超遠心分離装置ＣＰ８０ＷＸ）を用い、調製した水溶液を４０，０００ｒｐｍ程度で９０分超遠心分離処理した。調製した水溶液を、４０，０００ｒｐｍ程度で遠心分離処理することにより、およそ１５０，０００×ｇの遠心力が水溶液に加わることになる。超遠心分離処理後の水溶液の上澄みを採集して半導体層形成用の水溶液とした。超遠心処理により、凝集しているシングルウォールカーボンナノチューブは水溶液中に沈降する。そのため、水溶液の上澄みである半導体層形成用の水溶液は、超遠心分離処理前の水溶液に比べ、凝集していないシングルウォールカーボンナノチューブの割合が多くなっている。尚、遠心分離工程は、半導体層形成工程（Ｓ１４）よりも前に行われればよい。
【００４４】
次に、半導体層形成工程（Ｓ１４）に用いるインクジェット装置の一例を、図８を参照して簡単に説明する。尚、紙面手前側からインクジェット装置を見た左右方向を、左右方向とする。図８に示すように、インクジェット装置４００は、所謂インクジェットプリンタである。インクジェット装置４００では、略正方形に形成されたベースフレーム４０２の後端部から保持フレーム４４１，４４２が立設され、当該保持フレーム４４１，４４２間にＸ軸枠４０４が架設されている。そして、当該Ｘ軸枠４０４上にＸ軸を構成するリニアスケール４０５が設けられている。リニアスケール４０５上には、キャリッジ４０６がリニアスケール４０５の長手方向に摺動可能に載置されている。キャリッジ４０６は、半導体層形成用の水溶液が封入された印字ヘッド４１４を保持している。また、キャリッジ４０６には、各色の印字ヘッド４１４を各々駆動する駆動回路基板４０８が４枚設けられている。Ｘ軸枠４０４の右端部には、Ｘ軸モータ４０７が設けられている。Ｘ軸モータ４０７は、キャリッジ４０６をリニアスケール４０５に沿って往復移動させる。
【００４５】
さらに、ベースフレーム４０２には、Ｘ軸枠４０４と直交する位置に、Ｙ軸枠４０９が設けられる。Ｙ軸枠４０９上には、略長方形の平面状のプラテン４１０がＹ軸枠４０９の長手方向に往復移動可能に設けられる。Ｙ軸枠４０９の端部にはＹ軸モータ４１１が設けられる。Ｙ軸モータ４１１は、プラテン４１０を、Ｙ軸に沿って往復移動させる。尚、ベースフレーム４０２の左端部には、フラッシングポジション４１２が設けられる。フラッシングポジション４１２は、印字ヘッド４１４の目詰まり解消等のために、フラッシング動作を行う場所である。ベースフレーム４０２の右端部には、メンテナンスユニット４１３が設けられている。メンテナンスユニット４１３は、印字ヘッド４１４のノズル表面のふき取り動作及び印字ヘッドのノズル内の半導体層形成用の水溶液の吸引動作（パージ動作）を行う。
【００４６】
次に、上述のインクジェット装置４００を用いて、半導体層９を形成する方法を説明する。半導体層９の形成は、遠心分離工程（Ｓ１）において調製した半導体層形成用の水溶液を、ソース電極３とドレイン電極４を覆うように、吐出することにより行う。インクジェット装置４００が備える制御部により、Ｘ軸モータ４０７及びＹ軸モータ４１１が駆動され、半導体層形成用の水溶液が所定の位置に吐出される。このとき、ソース電極３とドレイン電極４との間に１〜１０Ｖ程度の交流電圧を印加しつつ、半導体層形成用の水溶液を滴下することが好ましい。ソース電極３とドレイン電極４との間に印加される交流電圧の作用により、半導体層形成用の水溶液に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブの長手方向が、ソース電極３とドレイン電極４とを結ぶ直線と平行となるように配列しやすくなるからである。ソース電極３とドレイン電極４とを最短距離で結ぶ方向に、長手方向が配列されたシングルウォールカーボンナノチューブの割合を増加させることにより、薄膜トランジスタ１のスイッチング特性を向上させることができる。
【００４７】
半導体層形成用の水溶液の吐出量および吐出領域について説明する。第１の実施形態において、ソース電極３及びドレイン電極４は、チャネル長が３０μｍとなる離間幅で形成されている。以下、チャネル長の方向を縦、チャネル長と垂直な方向を横とする。ソース電極３とドレイン電極４とのギャップを覆うように、図９に示すように、半導体層形成用の水溶液滴を１０μｍピッチで吐出した。半導体層形成用の水溶液滴は、縦に１０ドット、横に３０ドット吐出した。１度に吐出される半導体層形成用の水溶液の吐出量は数ｐｌである。半導体層形成用の水溶液滴のドット径約８０μｍも含めて、およそ縦１７０μｍ×横３７０μｍの領域に半導体層形成用の水溶液が吐出された。図９において、半導体層９中に描かれた円は半導体層形成用の水溶液滴により形成されたドットの一部を表している。その後、自然乾燥又は恒温槽で１５０℃、１０分程度の乾燥定着を行い、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層９を形成する。こうして、ソース電極３とドレイン電極４との間に、チャネル長およそ３０μｍ、チャネル幅およそ３７０μｍのチャネルが形成される。尚、チャネル長は、図９において矢印３０２で示され、チャネル幅は、矢印３０４で示される。
【００４８】
第１の実施形態では、インクジェット法により半導体層９を形成する。そのため、簡便な方法でシングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層９を備えた薄膜トランジスタ１を製造することができる。また、インクジェット法を用いるため、所定の位置に半導体層形成用の水溶液を正確に供給することができる。その結果、所定形状の半導体層９を精度よく形成することができる。
【００４９】
最後に好ましくは、ブレイクダウン工程（Ｓ１５）を行う。半導体層９に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブは、半導体性のものと導電性のものとを両方含んでいる。ブレイクダウン工程では、半導体性のシングルウォールカーボンナノチューブだけを残すために、通電によって導電性のシングルウォールカーボンナノチューブを焼き切る処理を行う。具体的には、ソース電極３とドレイン電極４の間に電圧を印加する。すると、導電性のシングルウォールカーボンナノチューブのみが、通電による発熱によって焼き切られる。このようにして半導体性のシングルウォールカーボンナノチューブのみを残した所望の半導体層９が形成される。尚、ブレイクダウン工程は必要に応じて省略するようにしてもよい。
【００５０】
以上詳述したように、第１の実施形態の薄膜トランジスタ１が製造される。次に、第１の実施形態の製造方法によって製造された薄膜トランジスタ１の性能を調べるために、特に遠心分離工程の効果に着目して比較試験を行った。以下、比較試験について、図１０及び図１１を参照して説明する。
【００５１】
まず、第１の実施形態の半導体層形成用の水溶液と、比較例の半導体層形成用の水溶液とについて、波長４００〜１７００ｎｍにおける光吸収スペクトルを比較した。第１の実施形態の半導体層形成用の水溶液の調製方法と、比較例の半導体層形成用の水溶液の調製方法とでは、遠心分離工程が異なるのみである。比較例の半導体層形成用の水溶液は、第１の実施形態と同様のシングルウォールカーボンナノチューブと界面活性剤とを含む水溶液を、１０，０００ｒｐｍでおよそ２０分（数千×ｇ）遠心分離した（遠心分離処理）後に採取した上澄みである。比較例の半導体層形成用の水溶液における光吸収スペクトルを曲線２０１で示し、第１の実施形態の半導体層形成用の水溶液における光吸収スペクトルを曲線２０２で示す。図１０のグラフ２００に示すように、曲線２０１で示す比較例の半導体層形成用の水溶液の光吸収スペクトルは、波長１１００〜１２００ｎｍ付近の吸収ピークの線幅が広い。一方、曲線２０２で示す第１の実施形態の半導体層形成用の水溶液の光吸収スペクトルでは、波長１１００〜１２００ｎｍ付近に、線幅が非常に狭いピークが見られた。波長１１００〜１２００ｎｍ付近の吸収ピークの線幅は、シングルウォールカーボンナノチューブが凝集し束状に存在している場合は広く、逆に孤立して存在している時は狭くなる事が知られている。このことより、比較例の半導体層形成用の水溶液には、第１の実施形態の半導体層形成用の水溶液よりも、より多くの凝集したシングルウォールカーボンナノチューブが含まれている事が分かる。図１０に示すグラフ２００において、曲線２０２で示される光吸収量の値よりも、曲線２０１で示される光吸収量の値は、全波長域にわたって高くなっている。すなわち、比較例の半導体層形成用の水溶液の光吸収量は、第１の実施形態の半導体層形成用の水溶液の光吸収量よりも全波長域にわたって多くなっている。これは、第１の実施形態の半導体層形成用の水溶液では、超遠心分離処理により、凝集したシングルウォールカーボンナノチューブが沈降したためである。すなわち、遠心分離処理を経た比較例の半導体層形成用の水溶液と、超遠心分離処理を経た第１の実施形態の半導体層形成用の水溶液とでは、シングルウォールカーボンナノチューブの濃度が異なるためである。
【００５２】
次に、上述の製造方法により製造した薄膜トランジスタ１と、比較例の薄膜トランジスタとについて、それぞれのトランジスタ特性を測定した。トランジスタ特性の測定は、半導体パラメータ・アナライザを用いて行った。比較例の薄膜トランジスタでは、遠心分離工程（Ｓ１）において水溶液を１０，０００ｒｐｍでおよそ２０分（数千×ｇ）遠心分離した後の上澄みを用いて半導体層を形成した。比較例の薄膜トランジスタは、遠心分離工程（Ｓ１）を除いて、上述の製造方法と同じ製造方法で製造した。すなわち、遠心分離工程（Ｓ１）において、薄膜トランジスタ１の製造時には超遠心分離処理が行われているのに対し、比較例の薄膜トランジスタ１の製造時には遠心分離処理が行われている。比較例の薄膜トランジスタにおけるゲート電圧Ｖｇ（Ｖ）の変化に対するソース電極及びドレイン電極間に流れる電流値Ｉｄｓの変化を、曲線１０１で示す。また、第１の実施形態の薄膜トランジスタにおけるゲート電圧Ｖｇ（Ｖ）の変化に対するソース電極及びドレイン電極間に流れる電流値Ｉｄｓの変化を、曲線１０２で示す。図１１において、曲線１０１で示すように、比較例の薄膜トランジスタでは、ゲート電圧Ｖｇ（Ｖ）の変化に対するソース電極及びドレイン電極間に流れる電流値Ｉｄｓの変化量は小さい。比較例の薄膜トランジスタでは、Ｏｎ／Ｏｆｆ比は１×１０程度である。一方、曲線１０２で示すように、第１の実施形態の薄膜トランジスタ１では、ゲート電圧Ｖｇ（Ｖ）の変化に対するソース電極及びドレイン電極間に流れる電流値Ｉｄｓの変化量は、比較例の薄膜トランジスタに比べ大きい。第１の実施形態の薄膜トランジスタ１では、Ｏｎ／Ｏｆｆ比は１×１０４以上である。遠心分離工程（Ｓ１）において、シングルウォールカーボンナノチューブに加える遠心力が大きい方が、凝集したシングルウォールカーボンナノチューブが多く沈降する。そして、凝集していない孤立したシングルウォールカーボンナノチューブが上澄みに残る。このため、超遠心分離後の半導体層形成用の水溶液を用いて半導体層９を形成すれば、全伝導パス中の半導体パス比率が多くなりトランジスタ特性が向上すると考えられる。
【００５３】
また、遠心分離しない半導体層形成用の水溶液を用いて作成した薄膜トランジスタでは、比較例の薄膜トランジスタよりも、さらにトランジスタ特性が低くなり、Ｏｎ／Ｏｆｆ比は１×１０よりも小さくなる。これは、凝集したシングルウォールカーボンナノチューブが半導体層形成用の水溶液中に多数存在し、その中には導電性のシングルウォールカーボンナノチューブが多数存在するので、Ｏｆｆ電流が小さくならないためである。この場合であっても、トランジスタとしては動作可能である。
【００５４】
尚、遠心分離工程における、回転数や回転時間等の条件は、凝集したシングルウォールカーボンナノチューブが沈降する条件であればよく、例えば、１５０，０００×ｇの遠心力が水溶液に加わる条件であれば、凝集したシングルウォールカーボンナノチューブの大部分を沈降させることができる。以上の知見に基づき、遠心工程の際に、シングルウォールカーボンナノチューブと界面活性剤とを含む水溶液に加わる遠心力が大きいほど、凝集したシングルウォールカーボンナノチューブの沈降度合いが大きいことが示唆される。また、薄膜トランジスタとしては、遠心分離工程（Ｓ１）において、シングルウォールカーボンナノチューブと界面活性剤とを含む水溶液に加わる遠心力が大きいほど、トランジスタ特性が向上することが示唆される。特に、遠心分離工程（Ｓ１）において、上記水溶液に、１５０，０００×ｇ以上の遠心力（前記超遠心分離の遠心力）を加えると、上記水溶液中の凝集したシングルウォールカーボンナノチューブの大部分が沈降する。そのため、上記水溶液の上澄みである半導体層形成用の水溶液では、凝集していないシングルウォールカーボンナノチューブの割合が非常に高くなる。その上澄みを半導体層形成用の水溶液として利用すると、Ｏｎ／Ｏｆｆ比が大きく安定したトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。尚、シングルウォールカーボンナノチューブと界面活性剤とを含む水溶液を、遠心分離せずに半導体層形成用の水溶液として利用し、薄膜トランジスタを作成した場合であっても、トランジスタとして動作する。
【００５５】
以上詳述した、第１の実施形態のボトムゲート型薄膜トランジスタ１の製造方法によれば、界面活性剤の作用により半導体層形成用の水溶液中にシングルウォールカーボンナノチューブを安定して分散させることができる。即ち、シングルウォールカーボンナノチューブを覆う界面活性剤がミセル化することにより、シングルウォールカーボンナノチューブは、半導体層形成用の水溶液中に安定して分散する。半導体層形成用の水溶液に含ませる界面活性剤としてデオキシコール酸ナトリウム及びドデシル硫酸ナトリウムの少なくともいずれか一方を用いた場合には、界面活性剤の添加量が少量でもシングルウォールカーボンナノチューブを半導体層形成用の水溶液中に良好に分散させることができる。シングルウォールカーボンナノチューブが良好に分散した半導体層形成用の水溶液を用いて、半導体層９を形成すれば、シングルウォールカーボンナノチューブがほぼ均一に配置された半導体層９を形成することができる。このため、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層９を備え、かつ、安定したトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタ１を得ることができる。第１の実施形態の製造方法で製造した薄膜トランジスタ１は、フレシキブルディスプレイ等の微細化したデバイスにも好適に用いることができる。
【００５６】
シングルウォールカーボンナノチューブは電子速度が速く、電流密度が高いという優れた材料特性を有している。そのため、半導体層９を備えた薄膜トランジスタ１は、有機半導体層を備えた薄膜トランジスタに比べキャリア移動度を高くすることができる。また、シングルウォールカーボンナノチューブは、柔軟性が高く、かつ、引張強度が高い糸状の材料であるため、薄膜トランジスタ１は、フレキシブルデバイスにも適用可能である。
【００５７】
半導体層形成用の水溶液の粘度は、水とほぼ等しい値である。このため、インクジェット法のような簡便な塗布法を用いて半導体層を簡便に形成することができる。尚、インクジェット法では、塗布する試料の粘度が、１〜２０ｍＰａ・ｓの範囲であることが求められる。また、インクジェット法を用いることができるため、半導体層形成用の水溶液の吐出量を調整することができ、半導体層９の厚みを容易に調整可能である。すなわち、所望の厚みを有する半導体層９を容易に形成することができる。さらに、半導体層形成用の水溶液の調製に際しては、イオン性液体等の特殊な材料を必要しない。そのため、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を備えた薄膜トランジスタを、低コストで製造することが可能である。また、室温で固体の界面活性剤を用いているため、半導体層形成用の水溶液を調製する場合の、計量や保管等の取り扱いが容易である。
【００５８】
また第１の実施形態では、遠心分離工程（Ｓ１）を経た水溶液の上澄みを半導体層形成用の水溶液として用いている。遠心分離工程（Ｓ１）では、シングルウォールカーボンナノチューブと界面活性剤とを含む水溶液中に含まれる凝集したシングルウォールカーボンナノチューブを沈降させている。半導体層９中の凝集したシングルウォールカーボンナノチューブが少なくなるほど、スイッチング特性が優れた薄膜トランジスタを得られる。そのため、凝集したシングルウォールカーボンナノチューブの割合の小さい半導体層９を形成することにより、スイッチング特性が優れた薄膜トランジスタを製造することができる。
【００５９】
半導体層形成工程（Ｓ１４）において、ソース電極３とドレイン電極４との間に電圧を印加しながら半導体層９を形成した場合には、さらに、薄膜トランジスタ１のスイッチング特性を向上させることができる。なぜなら、印加される交流電圧の作用により、半導体層形成用の水溶液に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブの長手方向が、ソース電極３とドレイン電極４とを最短距離で結ぶ直線と平行となるように配列しやすくなるからである。このため、長手方向が、ソース電極３とドレイン電極４とを最短距離で結ぶ直線と平行であるシングルウォールカーボンナノチューブの割合を増加させることにより、薄膜トランジスタ１のスイッチング特性を向上させることができる。尚、ソース電極３およびドレイン電極４を最短距離で結ぶ直線と図９における矢印３０２で示すチャネル長の方向とは、平行関係にある。
【００６０】
尚、本発明は、以上詳述した第１の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、薄膜トランジスタ１を構成する基板２，ゲート電極６，ソース電極３，ドレイン電極４，ゲート絶縁層５，半導体層９の材料、大きさ、形状及び配置は第１の実施形態の場合に限定されず、適宜変更可能である。
【００６１】
また、遠心分離工程（Ｓ１）において、半導体層形成用の水溶液を調製するためのシングルウォールカーボンナノチューブ及び界面活性剤の添加量は、適宜変更可能である。また、シングルウォールカーボンナノチューブ及び界面活性剤を含む水溶液の攪拌条件、超遠心分離処理等の条件も、適宜変更可能であり、第１の実施形態の場合に限定されない。例えば、シングルウォールカーボンナノチューブ及び界面活性剤を含む水溶液を超遠心分離処理する際の条件は１５０，０００×ｇ以上であれば、水溶液中に含まれる凝集したシングルウォールカーボンナノチューブを沈降させることができる。また、上述のように、超遠心処理を省略して、半導体層形成用の水溶液を調製するようにしてもよい。
【００６２】
また第１の実施形態では、半導体層形成工程（Ｓ１４）において、インクジェット法を用いて半導体層９を形成していたが、スクリーン印刷法等の他の塗布法を用いて半導体層９を形成してもよい。さらに、第１の実施形態では、半導体層形成工程（Ｓ１４）中又は、半導体層形成工程後において、界面活性剤を低減又は除去するための洗浄や加熱処理を行わなかったが、これらの処理を行うようにしてもよい。
【００６３】
次に、第２の実施形態として、所謂「トップゲート型」の薄膜トランジスタ１１である場合について図１２を参照して説明する。トップゲート型」の薄膜トランジスタ１１では、ゲート電極１６がソース電極１３やドレイン電極１４より上側に位置する。
【００６４】
尚、薄膜トランジスタ１１は、「ボトムゲート型」の薄膜トランジスタ１と構造が異なるが、各層の材質は同じである。したがって、第２の実施形態では、薄膜トランジスタ１１の構造と、その製造方法とを中心に説明し、材質の説明については省略する。
【００６５】
はじめに、薄膜トランジスタ１１の断面構造について説明する。図１２に示す薄膜トランジスタ１１は、板状の基板１２を有し、基板１２上にソース電極１３及びドレイン電極１４がそれぞれ設けられている。ソース電極１３のチャネル側の側部と、ドレイン電極１４のチャネル側の側部との距離がチャネル長となる。
【００６６】
また、ソース電極１３及びドレイン電極１４に挟まれる基板１２の表面上には、半導体層１９が設けられている。そして、半導体層１９の表面と、ソース電極１３及びドレイン電極１４の各表面と、基板１２の上面とは、ゲート絶縁層１５により覆われている。さらに、ゲート絶縁層１５の表面には、半導体層１９に対向する位置に、ゲート電極１６が設けられている。
【００６７】
次に、薄膜トランジスタ１１の製造方法について、図１３〜図１７を参照して説明する。尚、図１４〜図１７に示す説明図は、各製造工程における図２に対応する部分断面図を模式的に示している。
【００６８】
薄膜トランジスタ１１の製造方法は、図１３に示すように、ソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ２１）と、半導体層形成工程（Ｓ２２）と、ゲート絶縁層形成工程（Ｓ２３）と、ゲート電極形成工程（Ｓ２４）と、ブレイクダウン工程（Ｓ２５）とを備えている。ソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ２１）では、基板１２の上面に、ソース電極１３及びドレイン電極１４を各々形成する。半導体層形成工程（Ｓ２２）では、ソース電極１３及びドレイン電極１４に挟まれる基板１２の表面に半導体層１９を形成する。ゲート絶縁層形成工程（Ｓ２３）では、半導体層１９の表面、ソース電極１３及びドレイン電極１４の各表面を覆うようにゲート絶縁層１５を形成する。ゲート電極形成工程（Ｓ２４）では、ゲート絶縁層１５の表面にゲート電極１６を形成する。ブレイクダウン工程（Ｓ２５）では、通電によって、半導体層１９に含まれる導電性のシングルウォールカーボンナノチューブを焼ききる。尚、半導体層形成工程（Ｓ２２）において用いられる半導体層形成用の水溶液は、遠心分離工程（Ｓ１）において調整される。以下、各工程について具体的に説明する。
【００６９】
まず、ソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ２１）を行う。ソース・ドレイン電極形成工程では、まず、図１４に示す基板１２を十分に洗浄する。次に、基板１２を脱ガスする。そして、図１５に示すように、マスク蒸着によって、ソース電極１３とドレイン電極１４とをゲート絶縁層１５の表面に各々形成する。ソース電極１３とドレイン電極１４とは、一例としてＡｕからなる。尚、この時のマスク蒸着の条件は、真空度は３×１０−４Ｐａであり、基板１２の加熱は不要である。こうして、基板１２の表面に厚さ１００ｎｍのソース電極１３及びドレイン電極１４を各々形成することができる。
【００７０】
次に、半導体層形成工程（Ｓ２２）を行う。半導体層形成工程では、図１６に示すように、ソース電極１３及びドレイン電極１４の間の基板１２を覆うように、半導体層形成用の水溶液が塗布される。半導体層形成用の水溶液の塗布は、インクジェット法に行われる。また、半導体層形成用の水溶液は、別途実行される遠心分離工程（Ｓ１）において調製される。インクジェット法及び遠心分離工程（Ｓ１）の詳細は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００７１】
次に、ゲート絶縁層形成工程（Ｓ２３）を行う。ゲート絶縁層形成工程では、図１７に示すように、半導体層１９の表面、ソース電極１３及びドレイン電極１４の各表面を覆うように、ゲート絶縁層１５を形成する。ゲート絶縁層１５は、ポリイミド（ＰＩ）からなる。また、ゲート絶縁層１５は、スピンコート法によって形成する。スピンコート法では、基板１２の上面に、高耐熱性ポリイミド樹脂の５ｗｔ％溶液を塗布した後に、基板１２を水平に回転させる。その後、ポリイミド樹脂を塗布した基板１２を、１８０℃で約１時間乾燥することによって、基板１２上に、膜厚が３５０ｎｍのゲート絶縁層１５を形成することができる。
【００７２】
次に、ゲート電極形成工程を行う（Ｓ２４）。ゲート電極形成工程では、ゲート電極１６を、ゲート絶縁層１５の表面上であって、且つ、半導体層１９と対向する位置に形成する。ゲート電極１６は、Ａｌからなる。また、ゲート電極１６は、マスク蒸着によって形成する。尚、この時のマスク蒸着の条件は、真空度は３×１０−４Ｐａであり、基板１２の加熱は不要である。こうして、ゲート絶縁層１５の表面に厚さ６０ｎｍのゲート電極１６を形成することができ、図１２に示す薄膜トランジスタ１１を製造することができる。
【００７３】
最後に好ましくは、ブレイクダウン工程（Ｓ２５）を行う。ブレイクダウン工程は、通電によって、半導体層１９に含まれる導電性のシングルウォールカーボンナノチューブを焼き切って、半導体性のシングルウォールカーボンナノチューブだけを残すための工程である。ブレイクダウン工程の詳細は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。尚、ブレイクダウン工程は必要に応じて省略するようにしてもよい。
【００７４】
以上詳述した、第２の実施形態の薄膜トランジスタ１１の製造方法によれば、第１の実施形態の場合と同様な効果が得られる。さらに、最も位置精度が必要なソース電極１３とドレイン電極１４とを平坦な基板１２上に形成するので、ゲート絶縁膜上にソース電極とドレイン電極を形成するボトムゲート型に比べて良好な位置精度で形成できる。
【００７５】
尚、本発明は、以上詳述した第２の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、薄膜トランジスタ１１を構成する基板１２，ゲート電極１６，ソース電極１３，ドレイン電極１４，ゲート絶縁層１５，半導体層１９の材料、大きさ、形状及び配置は第２の実施形態の場合に限定されず、適宜変更可能である。
【００７６】
また第２の実施形態では、半導体層形成工程（Ｓ２２）において、インクジェット法を用いて半導体層１９を形成していたが、スクリーン印刷法等の他の塗布法を用いて半導体層１９を形成してもよい。さらに、第２の実施形態では、半導体層形成工程（Ｓ２２）中又は、半導体層形成工程後において、界面活性剤を低減又は除去するための洗浄や加熱処理を行わなかったが、これらの処理を行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法は、所謂ボトムゲート型又はトップゲート型の薄膜トランジスタ及びその製造方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】薄膜トランジスタ１の平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線における矢視方向断面図のうち、半導体層９が形成されている部分を拡大した部分断面図である。
【図３】薄膜トランジスタ１の製造フローである。
【図４】基板２を説明するための説明図である。
【図５】図４に示す基板２の上面にゲート電極６が形成された状態を説明するための説明図である。
【図６】図５に示す基板２の上面にゲート絶縁層５が形成された状態を説明するための説明図である。
【図７】図６に示すゲート絶縁層５の表面に、ソース電極３及びドレイン電極４が形成された状態を説明するための説明図である。
【図８】半導体層形成工程において用いるインクジェット装置４００の斜視図である。
【図９】半導体層形成工程において、ソース電極３及びドレイン電極４を覆うように半導体層９が形成された状態を説明するための説明図である。
【図１０】第１の実施形態の半導体層形成用の水溶液と、比較例の半導体層形成用の水溶液とにおける、波長４００〜１７００ｎｍの光吸収スペクトルを示すグラフである。
【図１１】第１の実施形態の薄膜トランジスタ１と、比較例の薄膜トランジスタとにおける、ゲート電圧Ｖｇ（Ｖ）の変化に対するソース電極及びドレイン電極間に流れる電流値Ｉｄｓの変化を示すグラフである。
【図１２】第２の実施形態の薄膜トランジスタ１１の断面図である。
【図１３】薄膜トランジスタ１１の製造フローである。
【図１４】基板１２を説明するための説明図である。
【図１５】図１４に示す基板１２の表面にソース電極１３及びドレイン電極１４が形成された状態を説明するための説明図である。
【図１６】図１５に示すソース電極１３及びドレイン電極１４を覆うように半導体層１９が形成された状態を説明するための説明図である。
【図１７】図１６に示す半導体層１９の表面、ソース電極１３及びドレイン電極１４の各表面を覆うようにゲート絶縁層１５が形成された状態を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００７９】
１，１１    薄膜トランジスタ
２，１２    基板
３，１３    ソース電極
４，１４    ドレイン電極
５，１５    ゲート絶縁層
６，１６    ゲート電極
９，１９    半導体層
【図１】
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【図２】
2008235880.tif 000004
【図３】
2008235880.tif 000005
【図４】
2008235880.tif 000006
【図５】
2008235880.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008235880.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008235880.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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