(57)【要約】【課題】  フレキシブル基板上に親水性のバッファ層を蒸着し、ナノ粒子膜の形成を容易にするだけでなく、熱処理されたナノ粒子を活性層として用い、ゲート絶縁層をナノ粒子膜上に形成させたトップゲート型トランジスタを作製し、低電圧駆動が可能であり、低温で作製可能なフレキシブル基板上にナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  基板上にナノ粒子膜を形成させ、熱処理するステップと、ナノ粒子膜にソース電極とドレイン電極を形成させるステップと、ソースとドレイン電極が形成されたナノ粒子膜の上部に絶縁体を蒸着させ、ゲート絶縁層を形成させるステップと、ゲート絶縁層の上部に、トップゲート電極を形成させるステップとを含む。【選択図】      図４
2007273949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子を用いた薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上にナノ粒子膜を形成させ、熱処理するステップと、
前記ナノ粒子膜にソース電極とドレイン電極を形成させるステップと、
前記ソースとドレイン電極が形成されたナノ粒子膜の上部に絶縁体を蒸着させ、ゲート絶縁層を形成させるステップと、
前記ゲート絶縁層の上部に、トップゲート電極を形成させるステップと、
を含むことを特徴とするナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記基板と前記ナノ粒子膜との間に、親水性物質としてバッファ層を蒸着形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記基板は、シリコン基板、ガラス基板、およびフレキシブル基板のいずれか一つであることを特徴とする請求項１または２に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記フレキシブル基板は、プラスチック基板であることを特徴とする請求項３に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記プラスチック基板は、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＥＮ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎａｐｔｈａｎａｔｅ）、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、およびＰＥＳ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎ
ｓｕｌｆｏｎｅ）のいずれか一つであることを特徴とする請求項４に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記バッファ層は、親水性の無機物または親水性の有機物であることを特徴とする請求項２に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記親水性の無機物は、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、およびＳｉＯ２のいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記親水性の無機物は、原子層蒸着法（ＡＬＤ）またはスパッタ法または有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成されることを特徴とする請求項７に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記有機物は、ＡＩＤＣＮ、Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ、Ｃｄ−ＡＡ（Ａｒａｃｈｉｄａｔｅ）、ＰＶＰ、ＰＶＡ、ＰＥＤＯＴのいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記有機物は、反応ガスとしてＯ３を用いた紫外線（ＵＶ）工程、または反応ガスとしてＯ２を用いたプラズマ工程を通じて、表面が親水化することを特徴とする請求項９に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記有機物は、スピンコート法、スプレー法、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ法、およびプリント法のいずれか一つを用いて蒸着形成されることを特徴とする請求項１０に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記バッファ層の厚さは、２ｎｍ〜２０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記バッファ層は、１００℃〜１５０℃の範囲の温度で、前記基板上に蒸着されることを特徴とする請求項２に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記ナノ粒子膜を形成させるステップは、
ナノ粒子を溶媒に分散させ、ナノ粒子溶液を用意する工程と、
前記ナノ粒子溶液に沈殿剤を混合させる工程と、
前記沈殿剤が含まれたナノ粒子溶液を前記基板上に蒸着する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記ナノ粒子は、ＨｇＴｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＳ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＰｂＴｅ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、およびＺｎＯのいずれか一つであることを特徴とする請求項１４に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記沈殿剤が含まれたナノ粒子溶液を、前記基板上に蒸着する方法は、スピンコート法、ディップコート法、スタンプ法、スプレー法、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ法、およびプリント法のいずれか一つを用いることを特徴とする請求項１４に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記熱処理は、１００℃〜１８５℃で１０〜２００分間行われることを特徴とする請求項１または２に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記ゲート絶縁層は、高誘電定数の絶縁体を、前記ナノ粒子膜上に蒸着して形成するが、このような絶縁体としては、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２のような無機物や、ＡＩＤＣＮ、Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ、Ｃｄ−ＡＡ（Ａｒａｃｈｉｄａｔｅ）、ＰＶＰ、ＰＶＡ、ＰＥＤＯＴのような有機物のいずれか一つが、前記ナノ粒子膜の上部に蒸着されて形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記高誘電定数の絶縁体を前記ナノ粒子膜の上部に蒸着するときの基板温度は、１００℃〜１８５℃の範囲とし、前記ゲート絶縁層の厚さは、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１８に記載のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２０】
ナノ粒子を用いた薄膜トランジスタにおいて、
フレキシブル基板上に親水性物質で蒸着されて形成されるバッファ層と、
前記バッファ層上に蒸着されて熱処理されるナノ粒子膜と、
前記ナノ粒子膜上に形成されるソース電極およびドレイン電極と、
前記ソースとドレイン電極が形成されたナノ粒子膜の上部に絶縁体を蒸着させて形成されるゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上部に形成されるトップゲート電極と、
を備えることを特徴とするナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子を用いた薄膜トランジスタの製造方法、およびこれを用いて製造された薄膜トランジスタに関し、特に、基板上に親水性のバッファ層を蒸着し、ナノ粒子膜の形成を容易にするだけでなく、熱処理されたナノ粒子を活性層として用い、高誘電定数の絶縁体をゲート絶縁層として用い、前記ゲート絶縁層上にトップゲート電極を形成させることにより、低電圧駆動が可能であり、低温でも作製可能にしたナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタ、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）を含めたフラットパネルディスプレイにおいて用いられる薄膜電界効果トランジスタは、一般に、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）または多結晶シリコンを活性層として用い、ゲート絶縁層としては、シリコン酸化物や窒化物を用いて作製している。
【０００３】
最近、低温工程が可能であり、低価の作製費用のために、ペンタセン、ヘキサチオフェン等の有機物を用いた薄膜トランジスタの作製についての研究が盛んに行われている。しかしながら、有機薄膜トランジスタの場合、移動度、物理的および化学的安定性等において根本的な限界を有していて、現在まで、無機半導体を中心に研究されてきた工程にそのまま適用するのには困難があった。
【０００４】
このような問題点を解決するために、１９９９年アメリカ・ＭＩＴ大学のＢ．Ａ．Ｒｉｄｌｅｙ、Ｂ．Ｎｉｖｉ、Ｊ．Ｍ．Ｊａｃｏｂｓｏｎは、ＣｄＳｅナノ粒子を用いて、薄膜トランジスタを作製した（Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８６巻、７４６頁参照）。
【０００５】
この研究では、１ｃｍ２／Ｖｓｅｃ水準の電界効果移動度と、１０４以上の電流点滅比を有する典型的なトランジスタを作製し、ナノ粒子を用いた薄膜トランジスタの可能性を提示した。また、２００５年アメリカ・ＩＢＭのＤ．Ｖ．ＴａｌａｐｉｎとＣ．Ｂ．Ｍｕｒｒａｙは、ＰｂＳｅナノ粒子を用いて、薄膜トランジスタを作製した（Ｓｃｉｅｎｃｅ、３１０巻、８６頁参照）。
【０００６】
この研究では、ヒドラジンをナノ粒子膜に化学的に処理し、膜伝導度を向上させ、熱処理を通じて、ｎチャネルおよびｐチャネルトランジスタを作製した。このように無機半導体ナノ粒子を用いる場合、有機薄膜トランジスタと同様に、溶液状態の工程による長所が得られ、有機物質と関連した根本的な問題点も解決することができる。
【０００７】
しかしながら、殆どの有機薄膜トランジスタを含めて、今まで開発された、無機半導体ナノ粒子を用いたトランジスタは、シリコン基板を酸化したＳｉＯ２をゲート絶縁層として用いたバックゲート型のトランジスタであり、トランジスタの作動のために、数十Ｖ以上のゲート電圧が求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、フレキシブル基板上に親水性のバッファ層を蒸着し、ナノ粒子膜の形成を容易にするだけでなく、熱処理されたナノ粒子を活性層として用い、ゲート絶縁層をナノ粒子膜上に形成させたトップゲート型トランジスタを作製し、低電圧駆動が可能であり、低温で作製可能なナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタおよびその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】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明に係るナノ粒子を用いた薄膜トランジスタの製造方法をなす構成手段は、ナノ粒子を用いた薄膜トランジスタの製造方法であって、基板上にナノ粒子膜を形成させ、熱処理するステップと、前記ナノ粒子膜にソース電極とドレイン電極を形成させるステップと、前記ソースとドレイン電極が形成されたナノ粒子膜の上部に絶縁体を蒸着させ、ゲート絶縁層を形成させるステップと、前記ゲート絶縁層の上部に、トップゲート電極を形成させるステップとを含んでなることを特徴とする。
【００１０】
また、前記基板と前記ナノ粒子膜との間に、親水性物質としてバッファ層を蒸着形成するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１１】
また、前記基板は、シリコン基板、ガラス基板、およびフレキシブル基板のいずれか一つであることを特徴とする。
【００１２】
また、前記フレキシブル基板は、プラスチック基板であることが好ましく、前記プラスチック基板は、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＥＮ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎａｐｔｈａｎａｔｅ）、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、およびＰＥＳ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎ  ｓｕｌｆｏｎｅ）のいずれか一つであることが好ましい。
【００１３】
また、前記バッファ層は、親水性の無機物または親水性の有機物であることを特徴とし、前記親水性の無機物は、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、およびＳｉＯ２のいずれか一つであることが好ましい。
【００１４】
また、前記親水性の無機物は、原子層蒸着法（ＡＬＤ）またはスパッタ法または有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成されることを特徴とする。
【００１５】
また、前記有機物は、ＡＩＤＣＮ、Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ、Ｃｄ−ＡＡ（Ａｒａｃｈｉｄａｔｅ）、ＰＶＰ、ＰＶＡ、ＰＥＤＯＴのいずれか一つであることを特徴とし、前記有機物は、反応ガスとしてＯ３を用いた紫外線（ＵＶ）工程、または反応ガスとしてＯ２を用いたプラズマ工程を通じて、表面が親水化することを特徴とする。
【００１６】
また、前記有機物は、スピンコート法、スプレー法、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ法、およびプリント法のいずれか一つを用いて蒸着形成されることを特徴とする。
【００１７】
また、前記バッファ層の厚さは、２ｎｍ〜２０ｎｍの範囲であることを特徴とする。
【００１８】
また、前記バッファ層は、１００℃〜１５０℃の範囲の温度で、前記基板上に蒸着されることを特徴とする。
【００１９】
また、前記ナノ粒子膜を形成させるステップは、ナノ粒子を溶媒に分散させ、ナノ粒子溶液を用意する工程と、前記ナノ粒子溶液に沈殿剤を混合させる工程と、前記沈殿剤が含まれたナノ粒子溶液を前記基板上に蒸着する工程と、を含んでなることを特徴とする。
【００２０】
また、前記ナノ粒子は、ＨｇＴｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＳ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＰｂＴｅ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、およびＺｎＯのいずれか一つであることを特徴とし、前記沈殿剤が含まれたナノ粒子溶液を、前記基板上に蒸着する方法は、スピンコート法、ディップコート法、スタンプ法、スプレー法、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ法、およびプリント法のいずれか一つを用いることが好ましい。
【００２１】
また、前記熱処理は、１００℃〜１８５℃で１０〜２００分間行われることを特徴とする。
【００２２】
また、前記ゲート絶縁層は、高誘電定数の絶縁体を、前記ナノ粒子膜上に蒸着して形成するが、このような絶縁体としては、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２のような無機物や、ＡＩＤＣＮ、Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ、Ａｒａｃｈｉｄａｔｅ、ＰＶＰ、ＰＶＡ、ＰＥＤＯＴのような有機物のいずれか一つが、前記ナノ粒子膜の上部に蒸着されて形成されることを特徴とする。
【００２３】
また、前記高誘電定数の絶縁体を前記ナノ粒子膜の上部に蒸着するときの基板温度は、１００℃〜１８５℃の範囲とし、前記ゲート絶縁層の厚さは、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲であることを特徴とする。
【００２４】
さらに、また他の本発明であるナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタに関する構成手段は、フレキシブル基板上に親水性物質で蒸着されて形成されるバッファ層と、前記バッファ層上に蒸着されて熱処理されるナノ粒子膜と、前記ナノ粒子膜上に形成されるソース電極およびドレイン電極と、前記ソースとドレイン電極が形成されたナノ粒子膜の上部に絶縁体を蒸着させて形成されるゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層の上部に形成されるトップゲート電極とを備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタおよびその製造方法によれば、基板上に親水性のバッファ層を蒸着することにより、ナノ粒子膜の形成を容易にするだけでなく、プラスチック基板上において、ナノ粒子を活性層として用いて、トップゲート絶縁層を用いて低ゲート電圧で駆動可能であるトップゲート型薄膜トランジスタを製造することができる。したがって、作製工程が低温で可能であるので、フレキシブルプラスチック基板や透明基板に適用することができ、溶液状態の工程が可能であるので、薄膜トランジスタの作製費用の節減効果も得られる。
【００２６】
また、プラスチック基板を用いることができるので、透明、かつフレキシブルな薄膜トランジスタを製造することができ、特に、大面積が可能であり、常温でのナノ粒子層の蒸着が可能であるので、高価の高真空蒸着装備を必要とせず、作製費用の節減は、産業化の適用可能性が極めて高い。
【００２７】
また、無機物半導体ナノ粒子を用いて半導体薄膜トランジスタを製造するので、高電荷移動度を有し、化学的な安定性が高く、熱的耐久性が高く、高電圧に強いという長所がある。
【００２８】
また、プラスチック基板上に形成された既存の半導体薄膜トランジスタは、チャネルが非晶質や多結晶であるが、本発明によれば、プラスチック基板上に半導体ナノ粒子を用いた半導体薄膜トランジスタのチャネルは、殆ど単結晶物質であるという特徴的長所を有しており、高電荷移動度を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳しく説明する。
【００３０】
本発明に係るナノ粒子を用いた薄膜トランジスタの製造方法をなす構成手段は、基本的に、基板上にナノ粒子膜を形成させ、熱処理するステップと、前記ナノ粒子膜にソース電極とドレイン電極を形成させるステップと、前記ソースとドレイン電極が形成されたナノ粒子膜の上部に絶縁体を蒸着させ、ゲート絶縁層を形成させるステップと、前記ゲート絶縁層の上部に、トップゲート電極を形成させるステップとを含んでなることを特徴とする。
【００３１】
さらに、他の本発明の構成手段は、前記基板と前記ナノ粒子膜との間に、親水性物質としてバッファ層を蒸着形成するステップをさらに含むことを特徴とする。この際、前記基板は、シリコン基板、ガラス基板、およびフレキシブル基板のいずれか一つであることを特徴とする。
【００３２】
以下では、前記基板と前記ナノ粒子膜との間に親水成物質を用いて形成されるバッファ層を含むナノ粒子を用いた薄膜トランジスタの製造方法についてのみ説明する。前記バッファ層を含まないナノ粒子を用いた薄膜トランジスタの製造方法についても、下記の説明が同様に適用される。
【００３３】
図１乃至図４は、本発明に係るナノ粒子を用いたトップゲート型薄膜トランジスタ素子の製造工程を示す断面図である。
【００３４】
はじめに、図１に示すように、フレキシブル基板１０の上部に、親水性物質としてバッファ層１５を形成させる。フレキシブル基板１０は、フレキシブルなものであれば、多様な基板を使用可能である。例えば、フレキシブルなプラスチック基板が使用され得る。
【００３５】
本発明に係る薄膜トランジスタは、低温の工程で製造可能であるので、プラスチック基板を用いることができる。プラスチック基板１０としてフレキシブルなプラスチック基板を用いる場合は、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＣ、およびＰＥＳ等を含めた全てのプラスチック基板のいずれか一つが使用可能である。
【００３６】
このようなプラスチック基板１０上に形成されるバッファ層１５は、親水性の無機物または親水性の有機物を用いて形成される。すなわち、バッファ層１５は、無機物や有機物を用いて形成することができるが、親水性である物質で形成されることが好ましい。
【００３７】
バッファ層１５を親水性の無機物で形成する場合は、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、およびＳｉＯ２等を含めた全ての無機物のいずれか一つを用いることができる。前記親水性の無機物であるＡｌ２Ｏ３は、多様な方法により蒸着され得るが、本発明では、ＡＬＤ、ＭＯＣＶＤ、およびスパッタ法を用いて、前記Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、およびＳｉＯ２等を含めた全ての親水性の無機物を、プラスチック基板１０上に蒸着することにより、バッファ層１５を形成する。
【００３８】
一方、バッファ層１５を親水性の有機物を用いる場合は、ＡＩＤＣＮ、Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ、Ｃｄ−ＡＡ（Ａｒａｃｈｉｄａｔｅ）、ＰＶＰ、ＰＶＡ、およびＰＥＤＯＴ等を含めた全ての有機物のいずれか一つを用いる。前記有機物は、親水性を呈するように処理されなければならない。したがって、前記有機物は、反応ガスとしてＯ３を用いた紫外線（ＵＶ）工程、または反応ガスとしてＯ２を用いたプラズマ工程を通じて、表面が親水化する。
【００３９】
前記親水性の有機物は、多様な方法により蒸着形成されるが、本発明では、スピンコート法、スプレー法、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ法、およびプリント法のいずれか一つを用いて蒸着形成され得る。
【００４０】
このようなバッファ層１５は、多様な厚さに形成されるが、本発明では、２ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の厚さに蒸着形成されることが好ましい。この厚さにバッファ層１５を形成するときは、蒸着温度としては、比較的に低温である１００℃〜１５０℃の温度で前記基板上に蒸着される。
【００４１】
このようにプラスチック基板１０上にバッファ層１５を形成することにより、後述するナノ粒子溶液は、親水性であるため、プラスチック基板１０に蒸着されにくいという問題点を克服可能であるという効果が得られる。
【００４２】
このようにプラスチック基板１０上にバッファ層１５を形成した後は、図２に示すように、バッファ層１５上にナノ粒子膜２０を形成させる。
【００４３】
以下、このようなバッファ層１５上にナノ粒子膜を形成させる工程について具体的に説明する。
【００４４】
はじめに、所定のナノ粒子を溶媒に分散させ、ナノ粒子溶液を用意する。この際、溶媒に分散されるナノ粒子の濃度は、０．０１〜１ｍｇ／μｌであることが好ましい。このようにナノ粒子溶液が用意された後は、２−プロパノールのような沈殿剤と、前記ナノ粒子溶液を混合する。
【００４５】
この際、混合体積比は、１：１００〜１：１で混合する。その後、前記沈殿剤が含まれたナノ粒子溶液を、バッファ層１５上に蒸着させることにより、バッファ層１５上にナノ粒子膜２０を形成させるようになる。
【００４６】
前記工程において用いられるナノ粒子は、多様に構成され得るが、本発明では、ＨｇＴｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＳ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＰｂＴｅ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、およびＺｎＯ等を含めた全ての半導体ナノ粒子のいずれか一つを用いる。
【００４７】
また、前記沈殿剤が含まれたナノ粒子溶液をバッファ層１５上に蒸着する方法は、スピンコート法、ディップコート法、スタンプ法、スプレー法、プリント法、および他の溶液処理技術のいずれか一つを用いて、バッファ層１５上にナノ粒子膜２０を形成させる。
【００４８】
このような工程により、バッファ層１５上にナノ粒子膜２０が形成された後は、ナノ粒子膜２０を所定の温度で熱処理する工程を行う。このような熱処理工程は、ナノ粒子の種類に応じて、１００℃〜１８５℃で１０〜２００分間行われる。現在使用中であるＰＥＳフレキシブルプラスチック基板の融点は１８５℃であるので、前記範囲の低温で熱処理を行うことができる。
【００４９】
このような熱処理工程は、ナノ粒子膜の結晶性を向上させ、移動度を向上させる役割と、ナノ粒子膜と基板との間の粘着力を向上させることにより、フォトリソグラフィー工程上で発生するナノ粒子層と基板上で発生する粘着力の減少による、ナノ粒子層と基板との分離という問題点を防止する役割をする。
【００５０】
図５は、ＨｇＴｅナノ粒子膜を１５０℃で１８０分間熱処理した後、電流の大きさを測定したグラフである。図５に示すように、熱処理を行わなかったグラフ（「ａ」と示す）と、熱処理を行ったグラフ（「ｂ」と示す）とを比較すると、熱処理を行った場合の電流の大きさが１０５倍以上増加することがわかる。前記熱処理が行われたナノ粒子膜２０部分は、活性層として動作され得る。
【００５１】
このようにナノ粒子膜に熱処理を行った後は、図３に示すように、ナノ粒子膜２０上にソース電極３１とドレイン電極３２を電子ビームまたはフォトリソグラフィー法や金属マスクを用いて形成する。
【００５２】
このようにソース電極３１とドレイン電極３２をナノ粒子膜２０上に形成した後は、図４に示すように、ソース電極３１とドレイン電極３２が形成されたナノ粒子膜２０の上部に、高誘電定数を有する絶縁体を蒸着させ、ゲート絶縁層４０を形成させる。その後、ゲート絶縁層４０の上部に、電子ビームまたはフォトリソグラフィー法や金属マスクを用いてゲート電極５０を形成させる。
【００５３】
ゲート絶縁層４０は、ナノ粒子膜２０上に高誘電定数の絶縁体を蒸着して形成するが、このような絶縁体としては、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２等を含めた全ての無機絶縁体や、ＡＩＤＣＮ、Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ、Ａｒａｃｈｉｄａｔｅ、ＰＶＰ、ＰＥＤＯＴ等を含めた全ての有機絶縁体のいずれか一つが該当されることが好ましい。
【００５４】
このような絶縁体を前記ナノ粒子膜の上部に蒸着するときの基板の温度は、常温（１００℃以上）〜１８５℃とし、ゲート絶縁層の厚さは、１０ｎｍ〜５００ｎｍとすることが好ましい。
【００５５】
図６は、上記した工程により形成されるプラスチック基板を用いて作製されたトップゲート型薄膜トランジスタの上面を示す光学顕微鏡写真である。また、図７は、本発明の実施の形態により、透明なプラスチック基板を用いて作製したトップゲート型トランジスタを示す写真であり、図８は、本発明の実施の形態により、透明なプラスチック基板を用いて作製したトップゲート型トランジスタを曲げた様子を示す写真である。図７および図８に示すように、透明なプラスチック基板を用いてトップゲート型薄膜トランジスタを作製する場合は、透明、かつフレキシブルな特性を有することができる。
【００５６】
図９および図１０は、本発明により、プラスチック基板上に形成されたトップゲート型トランジスタの特性を示すグラフであり、ここでは、ＨｇＴｅナノ粒子膜を活性層として用いており、トップゲートとして、ＡＬＤで蒸着された６０ｎｍ厚さのＡｌ２Ｏ３ゲート絶縁層を用いて作製した。この際のソースとドレインとの間隔は１０μｍ、幅は、１０００μｍである。
【００５７】
図９は、ゲート電極に印加される不連続的な電圧（ＶＧ）において、ドレインおよびソース電極に印加される電圧（ＶＤＳ）に対するドレイン電流（ＩＤ）の依存性を示す。ゲート電圧が小さくなるほど、ドレイン電流が増加することにより、ｐチャネルトランジスタであることがわかる。
【００５８】
図１０は、ゲート電圧によるドレイン電流を示している。固定されたＶＤＳ＝１０Ｖにおいて、
【００５９】
【数１】
2007273949.tif 000003
曲線の傾きを用いて計算された電界効果移動度は、０．８８ｃｍ２／Ｖｓである。また、トップゲート型薄膜トランジスタが、プラスチック基板上において、ナノ粒子溶液状態の工程を通じて作製されて報告された例が、現在まではなく、本発明で初めて試みられた。
【００６０】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、これは例示のためのものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の思想を逸脱しない範囲内で種々の変形または修正が可能である。従って、本発明の保護範囲は、前述した実施の形態に限定されるのではなく、特許請求の範囲によって定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態によるナノ粒子を用いてフレキシブル基板上にトップゲート型薄膜トランジスタを製造する工程の順序を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態によるナノ粒子を用いてフレキシブル基板上にトップゲート型薄膜トランジスタを製造する工程の順序を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態によるナノ粒子を用いてフレキシブル基板上にトップゲート型薄膜トランジスタを製造する工程の順序を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態によるナノ粒子を用いてフレキシブル基板上にトップゲート型薄膜トランジスタを製造する工程の順序を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態により、ＨｇＴｅナノ粒子膜を１５０℃で１８０分間熱処理した後、電流の大きさを測定したグラフである。
【図６】本発明の実施の形態によるトップゲート型薄膜トランジスタの上面を示す光学顕微鏡写真である。
【図７】本発明の実施の形態により、プラスチック基板を用いて作製したトップゲート型トランジスタを示す写真である。
【図８】本発明の実施の形態により、プラスチック基板を用いて作製したトップゲート型トランジスタを曲げた様子を示す写真である。
【図９】本発明により、プラスチック基板上に形成されたトップゲート型トランジスタの特性を示すグラフである。
【図１０】本発明により、プラスチック基板上に形成されたトップゲート型トランジスタの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１０    基板
１５    バッファ層
２０    ナノ粒子膜
３１    ソース電極
３２    ドレイン電極
４０    ゲート絶縁層
５０    トップゲート電極
【図１】
2007273949.tif 000004
【図２】
2007273949.tif 000005
【図３】
2007273949.tif 000006
【図４】
2007273949.tif 000007
【図５】
2007273949.tif 000008
【図９】
2007273949.tif 000009
【図１０】
2007273949.tif 000010
【図６】
2007273949.tif 000011
【図７】
2007273949.tif 000012
【図８】
2007273949.tif 000013