(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース領域から注入されドレーン領域へ向かうキャリアが移動する半導体層を有し、前記半導体層が有機半導体材料とナノチューブとを含む複合材料で形成されており、
前記半導体層において、前記ナノチューブが複数個連結され、前記連結された複数のナノチューブの周囲および前記ナノチューブの結合部が前記有機半導体材料で被覆されている、電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記半導体層において、前記ナノチューブの混合比率は、前記半導体層全体に対する体積比率で３０〜９０％である、請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記複数のナノチューブの各間は化学結合により連結されている、請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記複数のナノチューブの各間はビス−ｏ−キノジメタン基を介して連結されている、請求項３に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記複数のナノチューブの各間は３重結合を介して連結されている、請求項３に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記ナノチューブは、カーボンナノチューブである、請求項１乃至５のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
前記有機半導体材料は、高分子系有機半導体材料である、請求項１乃至５のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
前記高分子系有機半導体材料は、チオフェン系材料である、請求項７に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項９】
前記有機半導体材料は、低分子系有機半導体材料である、請求項１乃至５のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１０】
前記低分子系有機半導体材料は、アセン系材料である、請求項９に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１１】
前記電界効果型トランジスタは、薄膜トランジスタである、請求項１乃至５のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１２】
前記電界効果型トランジスタは、基板上に形成されている、請求項１乃至５のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１３】
前記基板は、プラスチック板または樹脂フィルムである、請求項１２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１４】
ソース領域から注入されドレーン領域へ向かうキャリアが移動する半導体層を有する電界効果型トランジスタの製造方法であって、
有機半導体材料とナノチューブとを含む複合材料を用意する工程（ａ）、および前記複合材料を用いて前記半導体層を形成する工程（ｂ）、を含み、
前記工程（ａ）において、複数個が連結されている前記ナノチューブであって、前記連結された複数のナノチューブの周囲および前記ナノチューブの結合部が前記有機半導体材料で被覆されているナノチューブを用いる、電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記工程（ａ）の前に、複数個の前記ナノチューブを連結させる工程（ｃ）を含む、請求項１４に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ｃ）において、複数個の前記ナノチューブを化学結合により連結させる、請求項１５に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記ナノチューブは、カーボンナノチューブである、請求項１４に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の電界効果型トランジスタが、画素を駆動するためのスイッチング素子として複数個配設されてなる、アクティブマトリクス型ディスプレイ。
【請求項１９】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の電界効果型トランジスタが、集積回路を構成するための半導体素子として利用されてなる、無線ＩＤタグ。
【請求項２０】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の電界効果型トランジスタが、集積回路を構成するための半導体素子として利用されてなる、携行用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果型トランジスタ及びその製造方法、特に薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電界効果型の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴともいう）は、フラットパネルディスプレイ等における駆動素子として好適に使用されている。このＴＦＴの構成としては種々の構成が提案されているが、基本的には、半導体層に接触して設けられたソース電極とドレーン電極との間に流れる電流を、半導体層に対して絶縁層を介して設けられたゲート電極に印加される電圧（つまり、印加される電圧で発生する電界）により制御するように構成されている。通常、ＴＦＴは、基板上の層を精密に制御加工構成する薄膜制御プロセスにより作製される。これらのＴＦＴには、優れた電気特性や高い安定信頼性が求められる。現在実用化されているＴＦＴでは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）や低温ポリシリコンを半導体層に使用し、酸化シリコンや窒化シリコンをゲート絶縁層として使用する。アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）や低温ポリシリコンのデバイスをベースにしたアクティブマトリックス型液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）を作製する数々の材料と処理方式は、高温での製造プロセスが多く必要とされるため、他の場合であれば有用な多くの基板物質が使用できなくなる。
【０００３】
フラットパネルディスプレイの技術発展の中、基板の軽量化、機械的柔軟性、耐衝撃性あるいは省資源に対する要求も出てきていて、シートライクな、あるいはペーパーライクなディスプレイや携帯機器などの実現が要求されている。しかし、これらに有用なＡＭＬＣＤ用のプラスチック板や樹脂フィルムを、１５０℃乃至２５０℃を越える温度での製造工程において使用することは困難である。
【０００４】
近年、上記アモルファスシリコンや低温ポリシリコンなどの半導体に代わって、半導体の性質を示す有機材料ベースからなる有機半導体を利用する有機半導体ＴＦＴも研究されている。有機材料を用いることで、シリコンを用いたプロセスで必要とされる高コストのかかる設備を準備することなく、これらのデバイスを製造することが可能となる。機械的フレキシビリティが向上し、室温かそれに近い低温でのプロセスでデバイスを作製することが可能となり、しなやかなプラスチック基板や樹脂フィルムなどを利用して、シートライクな、あるいはペーパーライクなディスプレイなどに適する基板として使用することができる。
【０００５】
従来から知られている、ペンタセンなどの低分子系有機半導体材料を半導体層に用いたＴＦＴでは、単結晶または多結晶の結晶相からなる有機半導体層としているが、シリコン系半導体層を有するＴＦＴに比べてキャリア移動度が小さく、約０．１〜０．６ｃｍ2／Ｖｓの値しか得られない。結晶粒界が増えたり結晶性が低下すると移動度はさらに小さくなり、ＴＦＴとして使用できなくなる。
【０００６】
また、有機半導体材料としてチオフェン系などの高分子系有機半導体材料を用いることも可能であるが、非晶質であるのでキャリア移動度は小さい（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１によれば、フルオレン−ビチオフェン共重合体を半導体層に使用したＴＦＴで、チャネルのキャリア移動度は０．００３〜０．００５ｃｍ2／Ｖｓのような低い値である。
【０００７】
非特許文献１に示されているような低いキャリア移動度の半導体層を有するＴＦＴでは、通常、約数百μｍもの極端に形状が大きいゲート幅が必要となり、実用的ではない。また、キャリア移動度が小さい高分子系有機半導体を使用する場合、ソース電極、ドレーン電極間の距離を極めて短くする必要があり、極端な微細加工が必要となり、現実的ではない。また、半導体層がチオフェン系などの高分子系有機半導体のみからなるＴＦＴでは、オフ抵抗は高く、半導体層と絶縁層との剥離強度は強いが、チャネルのキャリア移動度は小さく、オン伝導性は低い。
【０００８】
これに対して、最近研究されている、カーボンから作製された、導電性が非常に良好で強靱な性質を有する、ナノ構造からなるカーボンナノチューブを半導体層に用いたＴＦＴでは、キャリア移動度が大きく、約１０００〜１５００ｃｍ2／Ｖｓ程度の値が得られている（例えば、非特許文献２参照）。また、非特許文献２に示されるような高い値のキャリア移動度を有すると考えられる半導体系カーボンナノチューブを半導体層として用いたＴＦＴの構成と製造方法が報告されている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００９】
図１５は、カーボンナノチューブを使用した半導体層を有する従来例のＴＦＴの構成を模式的に示す断面図である。非特許文献３によれば、図１５に示すように、ＴＦＴ６０は、ゲート電極を兼ねるｐ+シリコン基板６１上に、熱酸化シリコンからなる厚さ１５０ｎｍのゲート絶縁層６２上が形成され、ゲート絶縁層６２上に直径１．４ｎｍの半導体系カーボンナノチューブを適度の分散密度で分散して配置し、厚さ１．４ｎｍの半導体層６３を形成されている。そして、半導体層６３の上に、チタン（Ｔｉ）あるいはコバルト（Ｃｏ）金属を蒸着し、カーボンナノチューブとのコンタクト部６６、６７の両側に、チタンカーバイトあるいはコバルトからなるソース電極６４、ドレーン電極６５を形成し、接合抵抗が小さくトランスコンダクタンスが良好な特性を有するＴＦＴを構成している。
【非特許文献１】Ｔａｋｅｏ  Ｋａｗａｓｅ、他２名、ＩＤＷ‘０２，ＡＭＤ２／ＥＰ１−１、ｐｐ．２１９−２２２、“Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ａｃｔｉｖｅ−Ｍａｔｒｉｘ  Ｂａｃｋｐｌａｎｅ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  Ｉｎｋ−Ｊｅｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”
【非特許文献２】Ｓａｍｉ  Ｒｏｓｅｎｂｌａｔｔ、他５名、Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．２、ｐｐ．８６９−８７２（２００２）、“Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｇａｔｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ”
【非特許文献３】Ｐｈａｅｄｏｎ  Ａｖｏｕｒｉｓ、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．２８１、ｐｐ．４２９−４４５（２００２）、Ｆｉｇ．６、“Ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、半導体層がナノチューブのみからなるＴＦＴでは、チャネルのキャリア移動度は大きく、オン伝導性は高いが、ゲート絶縁層６２上にナノチューブを載せただけで半導体層６３を形成しているので、その剥離強度は弱く、製造が困難である。
【００１１】
また、非特許文献３にあるように、直径１．４ｎｍのカーボンナノチューブなどのナノチューブを適度の分散密度で分散配置し、１．４ｎｍの厚さの半導体層を形成する工程において、ナノチューブの分散密度を高くし、これを一定とすることは、実際には困難である。さらに、ナノ構造の多数本のナノチューブを重ねずに並列配列させるプロセスは不安定な要素となり、ＴＦＴの電気特性のバラツキが大きくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、機械的柔軟性、及び耐衝撃性が優れた高キャリア移動度の電界効果型トランジスタ、特にＴＦＴであって、極小の微細構造を必要とせず、電気特性のバラツキの少ないＴＦＴと、そのＴＦＴの製造方法を提供することを第１の目的としている。
【００１３】
また、本発明は、前記電界効果型トランジスタを複数個配置したアクティブマトリクス型のディスプレイや、前記電界効果型トランジスタを集積回路部に用いた無線ＩＤタグや、携行用機器を提供することを第２の目的としている。
【００１４】
そして、これらの目的を達成するために、本発明に係る電界効果型トランジスタは、ソース領域から注入されドレーン領域へ向かうキャリアが移動する半導体層を有し、前記半導体層が有機半導体材料とナノチューブとを含む複合材料で形成されている。本明細書において、ソース領域及びドレーン領域とは、ソース電極及びドレーン電極、並びに、ソース電極及びドレーン電極を半導体層に接続するコンタクト層又は高濃度不純物領域等を含む概念をいう。
【００１５】
前記半導体層は、例えば前記ナノチューブの周囲が前記有機半導体材料で被覆されている構成を含む。
【００１６】
また、前記半導体層において、前記ナノチューブが複数個連結されている構成であっても良い。例えば、前記ナノチューブは化学結合により複数個連結することができる。この場合、前記ナノチューブが連結された部分が前記有機半導体材料で被覆されていることが好ましい。
【００１７】
前記ナノチューブとして、カーボンナノチューブが好ましく用いられる。
【００１８】
前記有機半導体材料として、例えばチオフェン系材料からなる高分子系有機半導体材料が好ましく用いられる。
【００１９】
前記有機半導体材料として、他には、例えばアセン系材料からなる低分子系有機半導体材料が好ましく用いられる。
【００２０】
前記半導体層において、好ましくは前記ナノチューブが所定の方向にほぼ配向しているような構成とする。
【００２１】
前記電界効果型トランジスタは、好ましくはＴＦＴである。
【００２２】
また、前記電界効果型トランジスタは、好ましくは基板上に形成されている。前記基板は、例えばプラスチック板または樹脂フィルムで形成することができる。
【００２３】
また、本発明は、ソース領域から注入されドレーン領域へ向かうキャリアが移動する半導体層を有する電界効果型トランジスタの製造方法であって、有機半導体材料とナノチューブとを含む複合材料を用意する工程（ａ）、および前記複合材料を用いて前記半導体層を形成する工程（ｂ）、を含む。
【００２４】
例えば、前記工程（ａ）は、前記有機半導体材料と前記ナノチューブを混合して前記複合材料を調製する工程を含む。
【００２５】
また、例えば、前記工程（ａ）においては、前記有機半導体材料の溶液に前記ナノチューブを混合して前記複合材料を調製し、前記工程（ｂ）において、前記複合材料を乾燥させて半導体層を形成する。
【００２６】
また、例えば、前記工程（ａ）において、前記有機半導体材料で被覆されている前記ナノチューブを含む前記複合材料を調製する。このような方法として、前記有機半導体材料の溶液中に前記ナノチューブを浸漬して濾過する工程を繰り返して前記複合材料を調製する方法を採用することができる。
【００２７】
前記ナノチューブとして、カーボンナノチューブが好ましく用いられる。
【００２８】
また、前記工程（ａ）において、複数個が連結されている前記ナノチューブを用いても良い。この場合、例えば、前記工程（ａ）の前に、複数個の前記ナノチューブを連結させる工程（ｃ）を含む。前記工程（ｃ）においては、例えば複数個の前記ナノチューブを化学結合により連結させることができる。
【００２９】
また、本発明に係るアクティブマトリクス型ディスプレイは、請求項１または２に記載の電界効果型トランジスタが、画素を駆動するためのスイッチング素子として複数個配設されてなる。
【００３０】
また、本発明に係る無線ＩＤタグは、請求項１または２に記載の電界効果型トランジスタが、集積回路を構成するための半導体素子として利用されてなる。
【００３１】
また、本発明に係る携行用機器は、請求項１または２に記載の電界効果型トランジスタが、集積回路を構成するための半導体素子として利用されてなる。
【００３２】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、機械的柔軟性、及び耐衝撃性が優れた高キャリア移動度のＴＦＴを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する図面において、同一要素については同じ番号を付している。
【００３５】
（第１の実施の形態）
第１の実施形態は、半導体層が有機半導体材料とナノチューブとを含む複合材料によって形成されたＴＦＴにかかる。
【００３６】
図１は、本実施形態のＴＦＴの構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、ＴＦＴ１は、基板２上にゲート電極５と、ゲート絶縁層３と、半導体層４と、ソース電極６と、ドレーン電極７とを有している。具体的には、基板２の主面上にゲート電極５が設けられており、このゲート電極５を覆うようにゲート絶縁層３が設けられている。そして、ゲート絶縁層３上に、半導体層４が設けられており、半導体層４の上に  ソース電極６及びドレーン電極７が、互いに分離するように設けられている。尚、ゲート電極５は、平面視においてソース電極６とドレーン電極７との間に位置するように設けられている。このような構成により、ゲート電極５が、ゲート絶縁層３によって、半導体層４に電気的に生成されるチャンネル８から分離される構成となる。
【００３７】
半導体層４は、高分子系有機半導体材料とカーボンナノチューブとを含む複合材料を用いて形成されている。本実施形態において、複合材料として、フルオレン−ビチオフェン共重合体からなる高分子系有機半導体材料と、通常、カーボンナノチューブ作製時に得られる半導体系と金属系が混在した混合系のカーボンナノチューブとが複合されたものを使用している。
【００３８】
以下、本実施形態のＴＦＴ１の製造方法について説明する。図２は、半導体層４を形成する方法を示すフローチャートである。図２に示すように、フルオレン−ビチオフェン共重合体からなる高分子系有機半導体材料と、上記混合系のカーボンナノチューブ材料とを混合した複合材料をあらかじめ調製する複合材料調製工程（Ｓｔ１）と、調製した複合材料を使用して、ゲート絶縁層３の上に半導体層４を形成する半導体層形成工程（Ｓｔ２）を有する。
【００３９】
複合材料調製工程において、望ましくは、有機半導体材料とナノチューブとを混合比率を調整して混合する。混合比率を調整することにより、ＴＦＴ１のキャリア移動度を調整することができる。ナノチューブの混合比率は、全体に対して体積比で約３０〜９０％が良い。ナノチューブの体積比が３０％より低いと、半導体層４において十分な導電率を得ることが困難となる。また、ナノチューブの体積比が９０％より大きいと、十分な結着作用を発現させることが困難となり、安定した半導体層４の形成が困難となる。ナノチューブの体積比は、約５０〜７０％がさらに良好である。また、複合材料調製工程において、複合材料調製工程及び半導体層形成工程が円滑に進むように、他の工程や材料を加えることも可能である。
【００４０】
尚、上記においては、複合材料調製工程（Ｓｔ１）により複合材料を用意することとしたが、複合材料調製工程（Ｓｔ１）に換えてすでに調製が完了している複合材料を用意する工程であってもよい。
【００４１】
ＴＦＴ１は、複合材料を用いて半導体層４が形成されるので、多数本のナノチューブのみを分散して配列させることにより半導体層を形成するという困難な工程が不要となり、優れた特性を有するＴＦＴを容易に安定して製造することができる。
【００４２】
次に、ＴＦＴ１全体の製造方法を説明する。まず、基板２上にゲート電極５を形成するため、所定の電極材料を、所望の形状が得られるように予めパターニングされたスクリーン版を用いることによって印刷し、十分に乾燥させる。この工程によって、基板２上に所望の形状のゲート電極５が形成される。
【００４３】
次に、ゲート絶縁層３を形成するために、所定の絶縁材料を予めパターニングされたスクリーン版を用いることによって、基板２及びゲート電極５上に印刷し、十分に乾燥させる。この工程によって、基板２及びゲート電極５上にゲート絶縁層３が形成される。
【００４４】
次に、ゲート絶縁層３上に上述の半導体形成工程により、半導体層４を形成する。具体的には、複合材料調製工程であらかじめ調製した有機半導体材料とナノチューブとを混合した複合材料を、ゲート絶縁層３上に塗布することにより半導体層４を形成する。
【００４５】
そして、半導体層４上に所定の電極材料を蒸着して、ソース電極６とドレーン電極７とを形成する。
【００４６】
図３は、本実施形態のＴＦＴ１の半導体層４における有機半導体材料とナノチューブとの関係を概念的に示す上面図である。図３に示すように、半導体層４においては、長さ約０．１〜数μｍ、直径約１〜数ｎｍからなる、半導体系と金属系が混在した材料である混合系のカーボンナノチューブ１０の１本ずつの周囲が、柔軟なフルオレン−ビチオフェン共重合体からなる高分子系有機半導体材料１で被覆されている。すなわち、半導体層４においてカーボンナノチューブ１０が有機半導体材料１１の中に混合分散されている。本実施形態のＴＦＴ１のチャネルの移動度は１１０ｃｍ2／Ｖｓであり、半導体層４が有機半導体材料のみからなるＴＦＴより大幅に向上している。
【００４７】
ＴＦＴ１のオン時において、半導体層４における電流は、混合系のカーボンナノチューブ１０の中を流れ、近接した短距離間に配置されたナノチューブ１０間においては、ナノチューブ１０の周囲を取り巻く高分子系有機半導体材料１１の中を電流が流れる。従って、本実施形態によると、半導体層が高分子系有機半導体材料のみからなるＴＦＴより、キャリア移動度やオン特性が大幅に改善したＴＦＴ１とすることができる。ＴＦＴ１は、オフ時において、カーボンナノチューブ１０の個々がその周囲を有機半導体材料１１により被覆されていて直接接触することがないので、半導体層がナノチューブのみからなるＴＦＴのオフ特性よりも良好となる。回路的にはカーボンナノチューブ１０の個々の接触部に存在する有機半導体材料１１が実質的にスイッチ部となるので、基板上に困難な極端な微細パターンを形成しなくても微細構造を有しているので製造し易く、かつ特性バラツキの少ないＴＦＴとすることができる。
【００４８】
上述のように、本実施形態のＴＦＴ１の特性は、オン状態、オフ状態とも、有機半導体材料のみあるいはナノチューブ材料のみで半導体層が形成されたＴＦＴの特性の中間値になるので、オン状態、オフ状態での片方の特性が不十分な場合の改善が可能となる。例えば、キャリア移動度が低い有機半導体材料のみからなる半導体層を有するＴＦＴの場合、そのゲート幅は約数百μｍの形状が必要となり、また、キャリア移動度が極めて高いナノチューブ材料のみからなる半導体層を有するＴＦＴの場合、約０．１μｍの極微のゲート幅となり、どちらも実用的ではない。これに対して、本実施形態のＴＦＴ１のキャリア移動度は、両者の中間値となり、数μｍ程度の実用的なゲート幅で設計製作でき、長く広いチャネル領域も使えるので、オン時、オフ時の導電率に合わせてチャネル形状の設計の自由度が高くなる。
【００４９】
さらに、本実施形態のＴＦＴ１においては、柔軟な半導体層４を形成できる高分子系有機半導体材料とナノチューブとを混合した複合材料を用いて半導体層４を形成したことにより、高分子系有機半導体材料のみからなる半導体層を有するＴＦＴや、ナノチューブ材料のみのからなる半導体層を有するＴＦＴより、剥離強度などの機械的強度がさらに向上し、高分子系有機半導体材料のみからなる半導体層を有するＴＦＴより、化学的安定性、耐熱性が向上し、製造し易く利用に供し易いＴＦＴとすることができる。
【００５０】
ＴＦＴ１の製造工程において、半導体層４を形成する時に、あらかじめゲート絶縁層３の表面を配向処理し、半導体層４に配向をもたせてもよい。配向処理の方法は液晶技術におけるラビング法など、当該業者に周知の方法を利用できる。これらにより、有機半導体材料１１を配向させるとともに、カーボンナノチューブ１０を半導体層４の内部で良好に方向をそろえて配列させることができ、さらに特性を改善することができる。
【００５１】
また、ＴＦＴ１の製造方法において、複合材料調製工程は、高分子系有機半導体材料の溶液中にナノチューブを浸漬して濾過し、これを繰り返すことにより複合材料を調製する工程としてもよい。この工程によると、余分な溶液がおおよそ取り除かれ、ナノチューブの周囲に有機半導体材料をさらに良好に被覆させた複合材料を調製することができる。この複合材料を用いて、容易に複合材料からなる半導体層４を形成することができる。
【００５２】
複合材料調製工程は、ナノチューブを分散させた高分子系有機半導体材料の溶液を噴霧し、乾燥させて複合材料を調製してもよい。この工程により、周囲が有機半導体材料で被覆されたナノチューブからなる粉体状の複合材料を調製できる。この複合材料を用いることにより、容易に複合材料からなる半導体層４を形成することができる。
【００５３】
複合材料調製工程は、有機半導体材料の高濃度溶液中に多量のナノチューブを投入し練合してペースト状の複合材料を調製してもよい。そして、半導体層形成工程において、ペースト状の複合材料を塗布あるいは印刷し、乾燥させて半導体層を形成してもよい。このような複合材料調製工程によると、ナノチューブの周囲に有機半導体材料を被覆したペースト状の複合材料を調製でき、半導体層形成工程でこの複合材料を塗布あるいは印刷し乾燥させることで、半導体層を容易に形成することができる。
【００５４】
上記基板２としては、例えばポリカーボネートからなるプラスチック板が用いられるが、フレキシブルで曲げることが可能なその他のプラスチック板や薄いガラス基板、薄い厚さのポリイミドフィルムなどのしなやかな性質を有する樹脂フィルムなども使用できる。このような基板を使用することにより、ＴＦＴをペーパーディスプレイあるいはシートディスプレイなどに利用することができる。
【００５５】
また、上記ゲート電極５、ソース電極６、ドレーン電極７に使用できる物質は、電気導電性を持ち、基板２や半導体層４と反応しないものならば使用可能である。ドープしたシリコンや金、銀、白金、プラチナ、パラジウムなどの貴金属や、リチウム、セシウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属の他に、銅、ニッケル、アルミニウム、チタン、モリブデンなどの金属、また、それらの合金も使用できる。その他、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフェニレンビニレンなどの導電性を持つ有機物も使用できる。特に、ゲート電極５は他の電極６，７よりも電気抵抗が大きくても動作可能であるので、製造を容易にするためにソース電極６、ドレーン電極７とは異なる材料を使用することも可能である。これらの電極は、室温あるいは室温に近い温度で被着形成する室温プロセスが可能である。
【００５６】
また、上記ゲート絶縁層３は、電気絶縁性を持ち、基板２や電極５，６，７、半導体層４と反応しないものならば、使用可能である。基板２として先に例示した柔軟なもの以外に、シリコンを使用することができる。シリコンからなる基板２上に通常のシリコン酸化膜を形成し、これをゲート絶縁層３としてもよい。さらに、酸化膜形成後に樹脂などの薄層を設けてもゲート絶縁層３として機能する。また、基板２や電極５，６，７と異なる元素で構成される化合物をＣＶＤ、蒸着、スパッタなどの方法で堆積することにより、または塗布、吹き付け、電解付着などすることによりゲート絶縁層３を形成してもよい。また、ＴＦＴのゲート電圧を下げるために、誘電率の高い物質をゲート絶縁層として用いることも知られており、誘電率の大きい化合物であって強誘電性化合物や強誘電体以外の化合物を用いてもよい。さらに、無機物に限らず、ポリフッ化ビニリデン系やポリシアン化ビニリデン系などの誘電率の大きな有機物でもよい。
【００５７】
なお、本実施形態では、複合材料に含まれる高分子系有機半導体材料としてチオフェン系共重合体を用いたが、キャリア移動度が適度の値を有する高分子系有機半導体材料であれば同様に実施可能である。また、高分子系有機半導体材料に代えて低分子系有機半導体材料を用いてもよく、例えば、高いキャリア移動度を有するアセン系材料を好ましく用いることができる。このような有機半導体材料が含まれる複合材料で半導体層を形成することにより、優れた特性を有するＴＦＴとすることができる。
【００５８】
また、ナノチューブとしてカーボンナノチューブを用いたが、将来において、カーボン以外の材料からなるナノチューブも使用できる可能性がある。
【００５９】
また、高分子系有機半導体材料として、液晶相を有している高分子系有機半導体材料の溶液を用いる場合は、配向処理により、高分子系有機半導体分子が並ぶとともに、ナノチューブをもさらに良好に配列させることができる。また、高分子系有機半導体材料は、それ自身が液晶性高分子からなる有機半導体材料であってもよく、配向処理し硬化させて用いることができる。液晶性高分子からなる有機半導体材料を使用した場合は、さらに配向性が向上する。ナノチューブを配向させることにより、より隙間なくナノチューブを充填させることができ、ナノチューブの分散密度を向上させることができ、キャリア移動度をより向上させることができる。
【００６０】
また、本実施形態のＴＦＴ１は、ゲート電極５を基板上に設けたボトムゲート型としたが、ＴＦＴ１の構成は図１に示すものに限定されることはなく、例えばゲート電極をゲート絶縁層上に基板とは反対側に設けたトップゲート型のＴＦＴであっても良い。
【００６１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、半導体層が有機半導体材料とナノチューブとを含む複合材料によって形成されたＴＦＴにかかる。
【００６２】
図４は、本実施形態のＴＦＴの構成を模式的に示す断面図である。図４に示すように、ＴＦＴ１５は、基板２上にゲート電極５と、ゲート絶縁層３と、ソース電極６と、ドレーン電極７と、半導体層１６とを有している。具体的には、基板２の主面上にゲート電極５が設けられており、このゲート電極５を覆うようにゲート絶縁層３が設けられている。そして、ゲート絶縁層３上に、ソース電極６及びドレーン電極７が互いに分離するように設けられており、ソース電極６、ドレーン電極７、ゲート絶縁層３を覆うように半導体層１６が設けられている。尚、ゲート電極５は、平面視においてソース電極６とドレーン電極７との間に位置するように設けられている。このような構成により、ゲート電極５が、ゲート絶縁層３によって、半導体層４に電気的に生成されるチャンネル８から分離される構成となる。
【００６３】
本実施形態のＴＦＴ１５の製造方法は、半導体層１６の形成方法を除いて、第１の実施形態のＴＦＴ１（図１参照）の製造方法とは各構成要素の積層順序が異なるのみなので、半導体層１６の形成方法以外の説明を省略する。
【００６４】
本実施形態では、高分子系有機半導体材料と半導体系のカーボンナノチューブとを含む複合材料を用いて半導体層１６を形成する。詳しくは、フルオレン−ビチオフェン共重合体からなる高分子系有機半導体材料と、通常、半導体系と金属系が混在して得られるカーボンナノチューブから選別して得られた半導体系のカーボンナノチューブとを混合して複合材料を調製する。
【００６５】
半導体層１６を形成する手順は、第１の実施形態の図２に示す手順と同様であり、上記有機半導体材料の溶液中に半導体系のカーボンナノチューブを浸漬して得られる複合材料の溶液を調製する複合材料調製工程（Ｓｔ１）と、その複合材料の溶液をゲート絶縁層３の上に塗布し、あるいはインクジェット法などによる吹き付けをし、これを濃縮して有機半導体材料が被覆された半導体系のカーボンナノチューブを析出することにより半導体層１６を形成する半導体層形成工程（Ｓｔ２）を有する。かかる工程により、ナノチューブの１本ずつの配列を調整して分散配列させるという困難な工程を有することなく、多数本のナノチューブを分散配列させることができ、簡便な工程で半導体層１６を形成することができる。
【００６６】
図５は、本実施形態のＴＦＴ１５の半導体層１６の有機半導体材料とナノチューブとの関係を概念的に示す上面図である。複合材料調製工程において、半導体系のカーボンナノチューブを高分子系有機半導体溶液に浸漬することにより、半導体系のカーボンナノチューブ１７の１本ずつの周囲は、柔軟なフルオレン−ビチオフェン共重合体からなる高分子系有機半導体材料１８で被覆される。そして、カーボンナノチューブ１７と高分子系有機半導体材料１８とを混合した有機半導体材料の溶液を、ゲート絶縁層３あるいは電極６，７上の所望の位置に塗布あるいは吹き付け付着させ、これを濃縮し析出することにより、半導体層１６を形成する。すなわち、半導体層１６は、１本ずつの周囲が柔軟な高分子系有機半導体材料１８で被覆された、長さ約０．１〜数μｍ、直径約１〜数ｎｍの半導体系のカーボンナノチューブ１７が積み重なって形成される。このように、高分子系有機半導体材料１８は、カーボンナノチューブ１７の各周囲を容易になめらかに被覆することができる。
【００６７】
ここで、約０．００３〜０．０１ｃｍ2／Ｖｓの低いキャリア移動度を有するチオフェン系高分子系有機半導体材料１８と、約１０００〜１５００ｃｍ2／Ｖｓの高いキャリア移動度を有する半導体系カーボンナノチューブ１７とからなる半導体層１６を有するＴＦＴ１５を作製した。このＴＦＴ１５のチャネル８のキャリア移動度は、１７０ｃｍ2／Ｖｓの値を示し、高いキャリア移動度を有する、優れた特性のＴＦＴとすることができた。
【００６８】
ＴＦＴ１５のオン時には、半導体層１６における電流は、半導体系のナノチューブ１７の中を大部分が流れ、近接した短距離間に配列したナノチューブ１７間においては、ナノチューブ１７の周囲に形成された高分子系有機半導体材料の中を電流が流れる。従って、キャリア移動度やオン特性が、有機半導体材料のみで半導体層を形成したＴＦＴより大幅に改善される。
【００６９】
また、ＴＦＴのオフ時においては、ナノチューブ１７の個々とその周囲に被覆形成された高分子系有機半導体材料１８とが複合した半導体層１６となっているので、半導体層１６がナノチューブ１７のみからなるＴＦＴのオフ特性よりも良好となる。また、半導体層１６がナノチューブ１７のみからなるＴＦＴと比較して長く広いチャンネル領域も使えるので、オン時、オフ時の導電率に合わせてチャンネル形状の設計の自由度が高くなる。
【００７０】
さらに、機械的に柔軟な膜を形成できる高分子系有機半導体材料とナノチューブとを含む複合材料からなる半導体層１６としたことにより、高分子系有機半導体材料のみの場合やナノチューブ材料のみの場合より、剥離強度などの機械的強度がさらに向上し、高分子系有機半導体材料のみの場合より、化学的にも耐熱的にもその信頼性は向上し、製造し易く利用に供し易いＴＦＴとすることができる。
【００７１】
また、ＴＦＴ１５の製造方法において、複合材料調製工程がナノチューブを分散した複合材料を調製する工程であって、半導体層形成工程が、複合材料を噴霧し乾燥させて半導体層を形成する工程であってもよい。これにより、複合材料調製工程で、有機半導体材料で周囲を被覆するようにナノチューブを分散した複合系半導体材料の溶液を用意し、半導体層形成工程で、基板上の所定の位置に複合系半導体材料の溶液を噴霧し、あるいはインクジェットの手段などで吹き付け塗布し、乾燥させることにより、半導体層を容易に形成することができる。
【００７２】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、半導体層が有機半導体材料とナノチューブとを含む複合材料によって形成されたＴＦＴにかかる。
【００７３】
図６は、本実施形態のＴＦＴの構成を模式的に示す断面図である。図６に示すように、ＴＦＴ２０は、基板２上にソース電極６と、ドレーン電極７と、半導体層１３と、ゲート絶縁層３と、ゲート電極５とを有するトップゲート型のＴＦＴである。具体的には、基板２の主面上にソース電極６及びドレーン電極７が互いに分離するように設けられており、ソース電極６、ドレーン電極７、及び基板２を覆うように半導体層１３が設けられ、半導体層１３上にゲート絶縁層３が設けられ、ゲート絶縁層３上にゲート電極５が設けられている。尚、ゲート電極５は、平面視においてソース電極６とドレーン電極７との間に位置するように設けられている。このような構成により、ゲート電極５が、ゲート絶縁層３によって、半導体層１３に電気的に生成されるチャンネルから分離される構成となる。
【００７４】
本実施形態のＴＦＴ２０の製造方法は、半導体層１３の形成方法を除いて、第１の実施形態のＴＦＴ１（図１参照）の製造方法とは各構成要素の積層順序が異なるのみなので、半導体層１３形成方法以外の説明を省略する。
【００７５】
半導体層１３を形成するために用いられる複合材料は第２の実施形態と同様である。また、半導体層１３の形成方法は、ナノチューブ１７を配向させる点を除いて第２の実施形態と同様である。すなわち、半導体層形成工程において、少なくともチャネル８を形成する部分に相当する基板２の表面に形成したポリイミド膜や単分子膜などの配向膜を、ラビング法などで所定の方向に配向処理した後、複合材料の溶液をゲート絶縁層３の上に塗布あるいは吹き付けし、これを濃縮して有機半導体材料が被覆された半導体系のカーボンナノチューブ１７を析出させて半導体層１３を形成する。
【００７６】
図７Ａは、半導体層形成工程において、複合材料の溶液を基板２の表面に塗布した直後の半導体層１３における有機半導体材料とナノチューブとの関係を概念的に示す上面図である。図７Ｂは、塗布した複合材料を濃縮して有機半導体材料が被覆された半導体系のカーボンナノチューブ１７を析出させた状態の半導体層１３における有機半導体材料とナノチューブとの関係を概念的に示す上面図である。図７Ａに示すように、複合材料の溶液１９中でカーボンナノチューブ１７の個々は基板（図示省略）表面の配向処理方向（矢印Ａ）に対して、物理的におおよそ向きをそろえて配列される。この配向原理は液晶配向技術から明らかである。この状態で複合材料の溶液１９を濃縮すると、図７Ｂに示すように、カーボンナノチューブ１７は、その周囲が高分子系有機半導体材料１８で被覆されつつ、良好に配向された状態で基板（図示省略）上に析出される。配向方向は、ソース電極，ドレーン電極（図示省略）を結ぶ線に対して、所望の電気特性が得られる方向を選択する。例えば、カーボンナノチューブの配向方向に関して、オン特性が向上される方向は、ソース電極とドレーン電極を結ぶ線との平行方向である。
【００７７】
また、有機半導体材料として液晶性の高分子系有機半導体材料を用いる場合は、配向処理により、高分子系有機半導体分子が並ぶとともに、ナノチューブをさらに良好に配列させることができる。また、ナノチューブをそろえて配列させることにより、隙間がなく充填率が高い半導体層１３を形成することができるので、分散密度を向上させることができ、高いキャリア移動度を有するＴＦＴを構成することができる。また、ナノチューブがそろえて配列されていることにより、電子がよりスムーズに流れるという効果もあり、かかる効果はキャリア移動度の向上に寄与する。
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、半導体層が有機半導体材料とナノチューブとを含む複合材料によって形成されたＴＦＴにかかる。前記ナノチューブは複数個が連結されているナノチューブを含む。
【００７８】
図８は、本実施形態のＴＦＴの構成を模式的に示す断面図である。図８に示すように、本実施形態のＴＦＴ２１の構成は、半導体層２２以外は、図１に示す第１の実施形態の構成と同様であるので、半導体層２２の形成工程以外の説明は省略する。
【００７９】
第４の実施形態では、半導体層２２は、有機半導体材料と、複数個が連結されているナノチューブとを含む複合材料で形成されている。
【００８０】
さらに詳しくは、複合材料は、キャリア移動度が高いカーボンナノチューブを用いその端部を共有結合などによって相互に化学結合させて連結したカーボンナノチューブと、フルオレン−ビチオフェン共重合体からなる高分子系有機半導体とを含む。カーボンナノチューブの連結個数は限定されることなく、２個連結されたもの、３個以上連結されたものを含んでいてもよい。
図９は、本実施形態のＴＦＴの半導体層２２の有機半導体材料とナノチューブとの関係を概念的に示す上面図である。複合材料調製工程において、カーボンナノチューブ２５のユニット間を結合部２７により相互に結合させて連結したカーボンナノチューブを含むナノチューブ材料と、有機半導体材料２６とを含む複合材料を調製する。
【００８１】
例えば、以下に述べるように、カーボンナノチューブ２５間を少なくともその端部で共有結合などによって化学結合させる方法により連結したナノチューブ材料をあらかじめ用意しておく。カーボンナノチューブユニットの典型的な例は（化１）の形で示される。
【００８２】
【化１】
0004632952.tif 000002
（化１）に示す５員環と６員環で形成されたカーボンナノチューブ先端同士を化学結合させるために、（化２）に示すビスヘキシルオキシ基で置換したビススルホンを準備する。
【００８３】
【化２】
0004632952.tif 000003
この（化２）に示す化合物と、（化１）のナノチューブ等モル量とを１，２，４−トリクロロベンゼン溶媒で環流し、反応させる。約２０時間の反応後に、カーボンナノチューブ間が連結された（化３）に示す化合物が生成される。
【００８４】
【化３】
0004632952.tif 000004
（化３）に示すように、カーボンナノチューブは、ビス−ο−キノジメタン基によってその端部が化学結合されて連結する。このようにして、カーボンナノチューブ２５間を共有結合で連結させたナノチューブ材料を用意する。
【００８５】
本実施形態においては、上記のような合成方法で、形状がナノ構造で長さ０．２〜３μｍ、直径約１．５ｎｍ（１．４ｎｍ以上）からなるカーボンナノチューブ１０同士が、その端部に共有結合する結合部１２のスペーサで連結される。
【００８６】
半導体層２２において、図９に示すように、少なくとも上記の合成方法で連結させたカーボンナノチューブ２５の周囲や、その結合部２７や結合部２７の周囲２８が、非晶質で機械的に強度が高いフルオレン−ビチオフェン共重合体の高分子系の有機半導体２６の材料で被覆される。すなわち、図９において、半導体層２２は、ナノ構造からなる互いに連結したカーボンナノチューブ２５が有機半導体材料２６の中に分散されていて、カーボンナノチューブ２５やその結合部２７および結合部２７の周囲２８は、非晶質で機械的に強度が高い高分子系有機半導体材料からなる有機半導体２６で被覆されている。その結果、多数の連結したカーボンナノチューブ２５の間にしなやかな材料である高分子系有機半導体材料が、良好に充填され、全体をしなやかに保持することができる。
【００８７】
ＴＦＴ２１オン時において、カーボンナノチューブ２５を伝搬してきたキャリアは、カーボンナノチューブ２５間の結合部２７の周囲２８における有機半導体材料２６を介して、カーボンナノチューブ２５間を伝わることができる。すなわち、有機半導体材料２６によって、カーボンナノチューブ２５が有する高いキャリア移動度が結合部２７における化学結合において低下するのを補うことができ、高いキャリア移動度のＴＦＴとすることができる。本実施形態のＴＦＴ２１のチャネル８のキャリア移動度は、２１０ｃｍ２／Ｖｓであり、高いキャリア移動度を有することが示された。
【００８８】
上記により、半導体層２２を形成する複合材料において、相互に結合させて連結したナノチューブ２５を用いることにより、半導体層２２内のナノチューブ２５の配置数あるいは充填密度をさらに高めることができ、ナノチューブ２５間の電気的な接合点密度をさらに高くでき、キャリア移動度をさらに向上させることができる。また、互いに化学的に連結させたナノチューブ２５が半導体層２２に含まれることにより、半導体層２２の機械的強度が向上する。
【００８９】
また、カーボンナノチューブ２５およびカーボンナノチューブ２５間の結合部２７の少なくとも周囲２８を、有機半導体材料２６で覆うことにより、望ましくは高分子系有機半導体材料で覆うことにより、カーボンナノチューブ間の結合部や結合部の周辺などが強固な膜を形成する高分子系有機半導体で覆われることになるので、カーボンナノチューブは強固に配置保持され、機械的強度の高いＴＦＴとなる。
【００９０】
また、ＴＦＴ２２のオフ時において、ナノチューブ２５個々はその周囲に有機半導体材料２６が被覆されていて直接接触することがないので、ＴＦＴ２１のオフ特性は良好となる。
【００９１】
微視的にはナノチューブ２５個々の接合点に存在する有機半導体材料２６がスイッチ部となるので、作製に困難である極端な微細パターンを基板上に形成することなく、特性バラツキの少ないＴＦＴとすることができる。
【００９２】
なお、複合材料調製工程、半導体層形成工程において、様々な方法を採用しうることは、第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態においては、複合材料調製工程前に、あらかじめ相互に連結されたナノチューブを用意し、これを複合材料の調製に用いる点のみ、第１の実施形態とは異なる。
【００９３】
なお，前記したような本願発明の構成により，半導体層が、有機半導体とナノチューブ（ＮＴ）とを混合して複合化して形成した複合系半導体層であるように構成され、複合系半導体層内のナノチューブは混合分散されたものとなっているような場合と比べ，カーボンナノチューブの配置数を増やし、ナノチューブ間における電気的な接合点の密度を高くし、より特性が高い薄膜トランジスタを実現できる。
【００９４】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、半導体層が有機半導体材料とナノチューブとを含む複合材料によって形成されたＴＦＴにかかる。前記ナノチューブは複数個が連結されているナノチューブを含む。
【００９５】
図１０は、本実施形態のＴＦＴの構成を模式的に示す断面図である。図１０に示すように、本実施形態のＴＦＴ２３の構成は、半導体層２４以外は、図４に示す第２の実施形態の構成と同様であるので、半導体層２４の形成工程以外の説明は省略する。
第５の実施形態では、半導体層２４は、有機半導体材料と、複数個が連結されているナノチューブとを含む複合材料で形成されている。
【００９６】
半導体層２４を形成する方法は、まず、高分子系有機半導体材料の溶液中に複数本連結させたカーボンナノチューブを浸漬して複合材料を調製する複合材料調製工程と、前記複合材料をゲート絶縁層３の上に塗布あるいはインクジェット法などによる吹き付けをして濃縮または乾燥させ、その後、高分子系有機半導体材料で被覆された連結したカーボンナノチューブを析出する工程により、ゲート絶縁層３の上に半導体層２４を形成する半導体層形成工程を有する。
【００９７】
図１１は、本実施形態のＴＦＴ２３の半導体層２４における有機半導体材料とナノチューブとの関係を示す概念的に示す断面図である。半導体層２４の形成には、フルオレン−ビチオフェン共重合体の高分子系有機半導体材料からなる有機半導体材料２６と、以下に述べる合成法で作成した、複数本のカーボンナノチューブ２５が連結したナノチューブ材料との複合からなる複合材料を使用する。カーボンナノチューブ２５間を少なくともその端部で化学結合させて複数本連結したナノチューブ材料の合成方法は以下の通りである。
【００９８】
（化４）に示すカーボンナノチューブの（トリメチルシリル）エチニル誘導体を、ＴＨＦ中で、フッ化物イオンにより脱シリル化し、（化５）のナノチューブ誘導体分散液を形成する。反応が進んで、（化５）に示すナノチューブのアルキル誘導体化合物が十分形成されたら、トリフルオロ酢酸で反応を止める。
【００９９】
【化４】
0004632952.tif 000005
【０１００】
【化５】
0004632952.tif 000006
そして、形成された（化５）の化合物を、室温空気中、クロロベンゼンの中で、ＣｕＣｌとＴＭＥＤＡにより６時間、酸化カップリングすることにより、（化６）に示すカーボンナノチューブが複数本連結した化合物が合成される。
【０１０１】
【化６】
0004632952.tif 000007
図１１に示すように、長さ０．２〜３μｍ、直径約１．５ｎｍ（１．４ｎｍ以上）のナノ構造からなるカーボンナノチューブ２５を、上記に述べた合成方法によって、２〜４本のカーボンナノチューブ２５を共有結合によって連結させ、連結させたカーボンナノチューブ２５と高分子系有機半導体材料２６とからなる半導体層１６を形成した。本実施形態のように、高キャリア移動度を有するカーボンナノチューブ２５を複数本連結させたカーボンナノチューブを用いることで、カーボンナノチューブ同士をより近接させて配置することができ、またカーボンナノチューブの結合部２７においては有機半導体２６を介してキャリアが移動できる電気的な接合点が増加することになり、より高いキャリア移動度を有する半導体層２４とすることができる。
【０１０２】
約０．００３〜０．０２ｃｍ２／Ｖｓの低いキャリア移動度を有するチオフェン高分子系の有機半導体材料２６と、約１０００〜１５００ｃｍ２／Ｖｓの高いキャリア移動度を有するカーボンナノチューブ２５を複数本連結させたカーボンナノチューブを複合させた複合系半導体層２４を有するＴＦＴ２３を作製した。このＴＦＴ２３のチャネル８のキャリア移動度は、２４０ｃｍ２／Ｖｓの値を示し、高いキャリア移動度を有する優れた特性のＴＦＴとすることができた。
【０１０３】
また、複合材料調製工程において、機械的強度が高い高分子系有機半導体膜がナノ構造からなるカーボンナノチューブを複数本連結させたカーボンナノチューブの周囲表面に被覆形成される。半導体形成工程において、作製された複合材料を濃縮して析出させながら、高分子系有機半導体膜で被覆された複数本連結させたカーボンナノチューブが積み重ねられることにより、半導体層２４が形成される。高分子系有機半導体材料はしなやかな膜材料であるので、連結させたカーボンナノチューブを充填率よく保持し、かつ結合部においてキャリアを伝搬させるので、機械的強度や特性を向上させたＴＦＴを容易に製造することができる。
【０１０４】
また、複合材料調製工程が、有機半導体材料の溶液中に上記連結させたカーボンナノチューブを分散した複合材料の溶液を調製する工程であり、半導体層形成工程が複合材料の溶液を噴霧して乾燥させる工程であってもよい。
【０１０５】
ＴＦＴ２３のオン時においては、半導体層２４における電流はナノチューブ２５の中を大部分が流れ、近接した短距離間で結合させて連結したナノチューブ２５の間においては、周囲に被覆された高分子系有機半導体材料２６の中を電流が流れる。また、結合させて連結したナノチューブを用いることで、連結しない場合よりも、半導体層２４内でナノチューブ同士が近接する頻度が向上する。従って、高分子系有機半導体材料のみからなる半導体層や、高分子系有機半導体材料中に連結されないナノチューブが分散された半導体層を有するＴＦＴよりも、高いキャリア移動度を有し、オン特性が優れたＴＦＴとすることができる。
【０１０６】
また、連結させたナノチューブ２５とその周囲に被覆形成された高分子系有機半導体材料２６とが複合された半導体層２４となっているので、ナノチューブのみからなる半導体層を有するＴＦＴよりも良好なオフ特性が得られる。
【０１０７】
第４、第５の実施形態において、ナノチューブ間を結合させる方法として、共有結合による合成方法の一例を用いて説明したが、他の合成方法を使用しても同様に実施可能である。
【０１０８】
また、第４、第５の実施形態のＴＦＴの半導体層は、連結させたナノチュ−ブを少なくとも含むものであるが、連結させたナノチュ−ブの量はナノチューブ全体量の２０〜１００％でよい。望ましくはナノチューブ全体量の５０〜１００％が好ましく、連結させたナノチューブが多く含まれるほど、半導体層中のナノチューブの接合点密度が増加することになるので、特性がさらに高いＴＦＴとすることができる。
【０１０９】
また、第４、第５の実施形態で使用するナノチューブは、長さ０．２〜３μｍ、直径ｎｍ１以上、好ましくは１．４ｎｍ以上の形状範囲のものを使用することができるが、この範囲に限定されるものではない。また、上記ナノチューブにおいて、金属性と半導体性を含む混合系あるいは金属性を含まない半導体性のナノチューブを使用することができるが、半導体性のものが多い方が好ましい。さらに好ましくは、すべて半導体性であるのが良い。
【０１１０】
また、ナノチューブは、上記においてカーボンナノチューブを使用するとして説明したが、将来において、炭素以外の材料からなるナノチューブも使用できる可能性がある。
【０１１１】
また、上記第１〜第５の実施形態のＴＦＴは、半導体回路装置や、その半導体回路装置を使用した携帯機器や使い捨て機器あるいはその他の電子機器などに適用することもできる。
【０１１２】
（第６の実施形態）
本実施形態では、第１〜第５の実施形態のＴＦＴを用いたアプリケーション例として、シートライクなフレキシブルディスプレイ、無線ＩＤタグ、及び携帯電話について説明する。
【０１１３】
まず、フレキシブルディスプレイとしてアクティブマトリクス型ディスプレイの構成例について説明する。
【０１１４】
図１２は、本実施形態に係るアクティブマトリクス型ディスプレイの構成を模式的に示す断面図である。図１２に示すように、本実施形態のアクティブマトリクス型ディスプレイ１１１は、プラスチック基板１１２上にマトリックス型に配置された複数本の電極１１３、１１４を有する。電極１１３、１１４の各交点１１５には第１〜第５の実施形態のいずれかのＴＦＴ（不図示）が配置されており各画素のスイッチング素子として機能する。各画素のスイッチング素子となる第１〜第５の実施形態のＴＦＴは、情報信号を良好な特性でＯＮ／ＯＦＦすることができるので、信頼性の高いリライタブル可能なアクティブマトリクス型ディスプレイを提供することができる。ＴＦＴの上には、ディスプレイパネル１１８が配設されている。さらに、各交点１１５に配置されたＴＦＴを電極１１３、１１４を介して駆動する駆動回路１１６ａ、１１６ｂと、駆動回路１１６ａ、１１６ｂを制御する制御回路１１７とを備える。駆動回路１１６ａ、１１６ｂ及び制御回路１１７についても、第１〜第５の実施形態のＴＦＴを備えた半導体回路により構成することが可能である。このような構成とすることにより、ディスプレイパネル１１８、駆動回路１１６ａ、１１６ｂ、制御回路１１７を一体で作製することが可能となるので、機械的柔軟性及び耐衝撃性に優れたシートディスプレイを提供することが可能となる。
【０１１５】
アクティブマトリクス型のディスプレイとして、シートライクあるいはペーパーライクなディスプレイを構成することができるが、ディスプレイパネルとして、液晶表示方式、電気泳動表示方式、有機ＥＬ方式、エレクトロクロミック表示方式（ＥＣＤ）、電解析出方式、電子粉流体方式、干渉型変調（ＭＥＭＳ）方式などのディスプレイパネル方式を使うことができる。
【０１１６】
次に、本発明に係るＴＦＴを無線ＩＤタグに応用した場合について説明する。図１３は、本実施形態に係るＴＦＴを用いた無線ＩＤタグの構成を模式的に示した斜視図である。
【０１１７】
図１３に示すように、本実施形態に係る無線ＩＤタグ１２０は、フィルム状のプラスチック基板１２１を基材として使用している。この基板１２１上には、アンテナ部１２２とメモリーＩＣ部１２３とが設けられている。ここで、メモリーＩＣ部１２３は、第１〜第５の実施形態のいずれかのＴＦＴを利用して構成することが可能である。そして、この無線ＩＤタグ１２０は、裏面に粘着効果を持たせることで、菓子袋やドリンク缶のような平坦でないものにも貼り付けて使用することが可能である。尚、無線ＩＤタグ１２０の表面には、必要に応じて保護膜が設けられる。
【０１１８】
このように、第１〜第５の実施形態のＴＦＴを用いて無線ＩＤタグを構成することにより、様々な形状、又は素材へ貼り付けることが可能なしなやかで壊れにくい無線ＩＤタグを具現化することが可能になる。また、反応速度（処理速度）の速い無線ＩＤタグを具現化することが可能になる。
【０１１９】
尚、本発明の効果は、図１３に示した無線ＩＤタグの構成に限定されるものではない。従って、アンテナ部、メモリーＩＣ部の配置や構成方法は、任意に設定可能である。また、例えば倫理回路部を無線ＩＤタグに組み込むことも可能である。また、本実施形態では、プラスチック基板１２１上に予めアンテナ部１２２とメモリーＩＣ部１２３とを形成しておく形態について説明したが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、インクジェット印刷のような方法を用いて、直接対象物に無線ＩＤタグを形成することも可能である。この場合も、本発明に係るＴＦＴの構成を用いることにより、機械的柔軟性、耐衝撃性に優れた高性能な無線ＩＤタグを作製することができる。
【０１２０】
次に、本発明に係るＴＦＴを携行用機器に応用した一例として、携帯電話に応用した場合について説明する。図１４は、本実施形態に係るＴＦＴを用いた携帯電話の構成を模式的に示した正面図である。
【０１２１】
図１４に示すように、本実施形態に係る携帯電話１４０は、電話番号等を表示する液晶表示装置等からなる表示部１４１と、ここでは収納自在なホイップアンテナからなる通信電波を送受信可能な送受信部１４２と、通信音声を出力するスピーカ等からなる音声出力部１４３と、写真撮影可能なＣＣＤ素子等を有するカメラ部１４４と、携帯電話１４０を必要に応じて折り畳むための折り畳み用可動部１４５と、電話番号や文字を入力するための複数の操作スイッチ１４６と、通信音声を入力するコンデンサマイク等からなる音声入力部１４７とを備えている。
【０１２２】
この携帯電話１４０は、図１４では特に図示しないが、その内部にＩＤやＬＳＩ等の集積回路を有している。そして、本発明に係るＴＦＴを利用した集積回路が、携帯電話１４０を構成する演算素子、記憶素子、スイッチング素子等として適宜使用されている。これにより、携帯電話１４０は、携帯型の通信端末として機能する。
【０１２３】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、機械的柔軟性、及び耐衝撃性が優れた高キャリア移動度のＴＦＴ及びその製造方法として有用である。また、本発明に係るＴＦＴは、シートライク又はペーパーライクなアクティブマトリクス型のディスプレイや、無線ＩＤタグ、携帯電話等の携行用機器等を製造するために有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】第１の実施形態のＴＦＴの構成を模式的に示す断面図。
【図２】半導体層を形成する方法を示すフローチャート。
【図３】第１の実施形態のＴＦＴの半導体層における有機半導体材料とナノチューブとの関係を概念的に示す上面図。
【図４】第２の実施形態のＴＦＴの構成を模式的に示す断面図。
【図５】第２の実施形態のＴＦＴの半導体層における有機半導体材料とナノチューブとの関係を概念的に示す上面図。
【図６】第３の実施形態のＴＦＴの構成を模式的に示す断面図。
【図７Ａ】第３の実施形態のＴＦＴの製造工程において、複合材料を塗布した直後の半導体層における有機半導体材料とナノチューブとの関係を概念的に示す上面図。
【図７Ｂ】図７Ａの状態からカーボンナノチューブを析出させた状態の半導体層における有機半導体材料とナノチューブとの関係を概念的に示す上面図。
【図８】第４の実施形態のＴＦＴの構成を模式的に示す断面図。
【図９】第４の実施形態のＴＦＴの半導体層における有機半導体材料とナノチューブとの関係を概念的に示す上面図。
【図１０】第５の実施形態のＴＦＴの構成を模式的に示す断面図。
【図１１】第５の実施形態のＴＦＴの半導体層における有機半導体材料とナノチューブとの関係を概念的に示す上面図。
【図１２】第６の実施形態に係るアクティブマトリクス型ディスプレイの構成を模式的に示す断面図。
【図１３】第６の実施形態に係るＴＦＴを用いた無線ＩＤタグの構成を模式的に示した斜視図。
【図１４】第６の実施形態に係るＴＦＴを用いた携帯電話の構成を模式的に示した正面図。
【図１５】カーボンナノチューブを使用した半導体層を有する従来例のＴＦＴの構成を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【０１２６】
１，１５，２０，２１，２３    薄膜トランジスタ
２      基板
３      ゲート絶縁層
４，１３，１６，２２，２４    半導体層
５      ゲート電極
６      ソース電極
７      ドレーン電極
８      チャンネル
１０，１７，２５    カーボンナノチューブ
１１，１８，２６    有機半導体材料
２７    結合部
１１１  アクティブマトリクス型ディスプレイ
１１２  プラスティック基板
１１３，１１４    電極
１１５  交点
１１６ａ，１１６ｂ    駆動回路
１１７  制御回路
１１８  ディスプレイパネル
１２０  無線ＩＤタグ
１２１  プラスティック基板
１２２  アンテナ部
１２３  メモリーＩＣ部
１４０  携帯電話
１４１  表示部
１４２  送受信部
１４３  音声出力部
１４４  カメラ部
１４５  折り畳み用可動部
１４６  操作スイッチ
１４７  音声入力部
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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