(57)【要約】【課題】ナノワイヤを用いた電気素子の製造方法において、ナノワイヤの配向・配列制御を簡易なプロセスで行う。【解決手段】電気素子の製造方法において、まず、複数のナノワイヤ１３が溶媒中に分散された溶液１２と、溶媒を流し且つ複数のナノワイヤ１３をせき止めるストッパー１４を有する流路と１１を用意する。次いで、溶液１２を流路１１に沿って流すことにより、ストッパー１４上に複数のナノワイヤ１３をせき止めて堆積させ、その配向を制御する。そして、配向制御された状態の複数のナノワイヤ１３から成るナノワイヤ群１５を電気素子用の基板上に形成する。好適には、ストッパー１４上のナノワイヤ１３がせき止められる流路の断面幅Ｗは、ナノワイヤ１３の長軸長さＬの２倍以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のナノワイヤが溶媒中に分散された溶液と、前記溶媒を通し且つ前記複数のナノワイヤをせき止めるストッパーを有する流路とを用意する工程と、
前記溶液を前記流路に沿って流すことにより、前記ストッパー上に前記複数のナノワイヤをせき止めてその配向を制御する工程と、
配向制御された状態の複数のナノワイヤから成るナノワイヤ群を電気素子用の基板上に形成する工程とを有することを特徴とするナノワイヤを用いた電気素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のナノワイヤを用いた電気素子の製造方法において、
前記ストッパー上の前記複数本のナノワイヤがせき止められる前記流路の断面幅が、前記ナノワイヤの長軸長さの２倍以下であることを特徴とするナノワイヤを用いた電気素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載のナノワイヤを用いた電気素子の製造方法において、
前記ストッパー上の前記複数のナノワイヤがせき止められる前記流路の断面高さが、該ストッパー上の該複数のナノワイヤがせき止められる前記流路の断面幅の１０分の１以下であることを特徴とするナノワイヤを用いた電気素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のナノワイヤを用いた電気素子の製造方法において、
前記電気素子は、基板上にソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極を有し且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極間の導電性チャネルとして前記複数のナノワイヤを用いたＴＦＴ素子であることを特徴とするナノワイヤを用いた電気素子の製造方法。
【請求項５】
複数のナノワイヤが溶媒中に分散された溶液を流す流路と、
前記流路上に配置され、前記溶媒を通し且つ前記複数のナノワイヤをせき止めるストッパーとを有し、
前記溶液を前記流路に沿って流すことにより、前記複数のナノワイヤを前記ストッパー上にせき止めてその配向を制御し、配向制御された状態の複数のナノワイヤからなるナノワイヤ群を電気素子用の基板上に形成することを特徴とするナノワイヤを用いた電気素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノワイヤを用いた電気素子の製造方法及び製造装置に関し、特にナノワイヤを用いた電気素子の製造方法において、複数のナノワイヤが分散された溶液を流路に流すことで、基板上に形成すべきナノワイヤの配向・配列制御を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の技術進歩に伴うデバイスの微細化・高密度化・薄型化による高機能化においては、デバイスの構成要素である個々の各種電子デバイス自体を、高い動作特性を持った上で微細化・高密度化・薄型化していく必要がある。更に、実際に製品として製造していく上では、低コスト化のためにも簡易なプロセスでデバイスを形成できることが望ましい。このような電子デバイスの中でも、特にスイッチング素子であるＴＦＴは、デバイス全体の性能を大きく左右するため、その技術開発が盛んに取り組まれている。
【０００３】
ＴＦＴを構成する主なトランジスタ素子として、シリコン系トランジスタ（単結晶、多結晶、アモルファス）、化合物半導体トランジスタ（ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＶ−ＩＶ族）、有機トランジスタ（低分子、高分子）等が知られている。
【０００４】
シリコン系トランジスタは、半導体層にケイ素を用いたトランジスタである。これは、次のような特徴を有している。１）材料であるケイ素が地表に無尽蔵に存在する。２）ドーピングによりｐ型・ｎ型の構造を得られる。３）良質な絶縁膜としてケイ素の酸化物であるＳｉＯ２を利用できる。４）高いキャリア移動度（単結晶：〜１０３ｃｍ２／Ｖｓ、多結晶：〜１０２ｃｍ２／Ｖｓ、アモルファス：〜１ｃｍ２／Ｖｓ）により優れたトランジスタ性能を得ることができる。しかし、このシリコン系トランジスタは、素子形成プロセスにおいて、クリーンルームのような大規模な製造施設で、露光や転写などの複雑なプロセスが必要となり、低コスト化・プロセスの簡易化が課題となっている。
【０００５】
化合物半導体トランジスタは、半導体層に複数の元素から成る化合物（ＧａＡｓ、ＳｉＣ等）を用いたトランジスタである。これは、シリコン系のものよりもはるかに高いキャリア移動度を持つほか、化合物の種類により、高周波数域での低電力駆動、光反応性、マイクロ波放出といった様々な特性を示す。しかし、この化合物半導体トランジスタは、材料が高価であるだけでなく、素子形成プロセスにおいてシリコン系トランジスタ同様の大規模・複雑なプロセスが必要になるため、その用途は限られている。
【０００６】
有機トランジスタは、半導体層に有機物（低分子ではペンタセン等、高分子ではＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）等）を用いたトランジスタである。これは、特に高分子系において塗布成膜が可能であることから、インクジェット法やロール・トゥ・ロール法による簡易・大量・低コストな素子形成が可能である。しかし、この有機トランジスタは、トランジスタの性能を決めるキャリア移動度がシリコン系に比べて著しく低く（〜０．１ｃｍ２／Ｖｓ）、各種電子デバイスへ応用するには材料面・製造プロセス面での飛躍的な発展が必要とされる。
【０００７】
このように既存のＴＦＴ素子においては、高いトランジスタ性能と簡易かつ低コストな素子形成プロセスを両立した物は無く、その開発が望まれている。
【０００８】
このような次世代型のＴＦＴ素子として注目を集めているのが、ナノワイヤＴＦＴである。ナノワイヤＴＦＴは、トランジスタ回路におけるソース・ドレイン電極間をつなぐ半導体層として、ｎｍオーダーの径と高いアスペクト比を有するナノワイヤを用いた構造を特徴とするＴＦＴである。
【０００９】
ナノワイヤＴＦＴは、ナノワイヤ自体が非常に結晶性に優れた上、量子効果が発現することにより、高いトランジスタ性能が期待できる。また、ナノワイヤ自体を基板上に配向・配列制御するだけでＴＦＴの半導体層を形成できることから、簡易かつ低コストな素子形成プロセスも実現可能である。よって、ナノワイヤＴＦＴを用いることにより、従来のＴＦＴ技術には無い、高いトランジスタ性能と簡易かつ低コストな素子形成プロセスを両立した次世代型ＴＦＴの実現が期待されている。
【００１０】
現在開発が進められているナノワイヤＴＦＴとして、ナノワイヤ材料にケイ素を用いたシリコンナノワイヤＴＦＴが挙げられる。
【００１１】
シリコンナノワイヤの合成方法としては、例えば次の方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。まず、シリコン単結晶面に金を蒸着させた上で、シランガス雰囲気下で加熱する。これにより、シリコン基板の表面にシリコンと金の溶融化化合物合金が形成される。これを触媒としてシランガスが分解され、シリコンナノワイヤが触媒・シリコン基板間に成長する。
【００１２】
このようにして得られたシリコンナノワイヤは、軸方向の結晶性が非常に優れている。更に、表面が自然酸化膜ＳｉＯ２絶縁層（厚さ〜３０ｎｍ）で覆われた構造をとることから、ＴＦＴの半導体層として用いた場合、多結晶シリコン〜単結晶シリコン並みの高いトランジスタ性能を示す（例えば、特許文献２参照）。
【００１３】
また素子形成においては、ナノワイヤを溶媒中に分散させることで基板上への塗布形成が可能であり、簡易・低コスト・大量生産といったプロセス面でのメリットも併せ持つ。しかし、ＴＦＴ素子を形成する際、ただナノワイヤ溶液を基板上に塗布するだけでは不十分で、個々のナノワイヤの配向・配列を制御することが必要となる。ここでいう配向とは、基板上におけるナノワイヤの長軸の方向を表し、配列とは、基板上でのナノワイヤの２次元的な位置を示す。
【００１４】
このような例としては、ナノワイヤ溶液を基板上に設けた流路に流すことにより配向・配列制御をする技術が報告されている（例えば、特許文献３参照）。具体的には、基板上でナノワイヤを配向させたい方向に微小な流路状マスクを設計し、この流路にナノワイヤ溶液を流すことにより、流路方向にナノワイヤを配向制御する手法である。この方法によると、流路に沿った方向の配向制御性が高いものの、流路上でのナノワイヤの配列制御は流路の形態に依存する。また、個々のナノワイヤにおいて、長軸方向の位置のずれを制御することができず、電子デバイスとして利用する際に所望の効果を得られない可能性がある。
【００１５】
また、ナノワイヤを塗布する方法の一つとして、インクジェット方式が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。このインクジェット方式は、ナノワイヤを特定位置に配置するには有効であるが、ナノワイヤを配向する具体的な技術は全く開示されていない。
【００１６】
ナノワイヤＴＦＴの応用用途の一例として、フレキシブル基板へのＴＦＴ形成があげられる。ナノワイヤＴＦＴは、上記のようにＴＦＴ性能に優れるだけでなく、ドライバ回路の同時形成が可能、曲げ耐性に優れる、完全溶液プロセスによる形成の可能性を持つといった特徴を有する。そのため、プラスチック基板上に形成することで、従来のＴＦＴ技術では成し得なかった高いＴＦＴ性能と簡易な形成プロセスを併せ持つ、フレキシブルな電子デバイスの形成が期待されている。液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ技術に、ナノワイヤＴＦＴ技術を組み合わせることで、従来には無い高輝度・高画質・低電力駆動可能なフレキシブルディスプレイの実現が考えられる。
【００１７】
現在開発が進められているナノワイヤをチャネルとするＴＦＴのチャネル材料としては、カーボンナノチューブ、Ｓｉナノワイヤ、Ｇｅナノワイヤ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＣｄＳ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体等々の半導体材料が挙げられる。以下、これらの針状、ロッド状物質を総称してナノワイヤと呼ぶ。
【特許文献１】特開平１０−１０６９６０号公報
【特許文献２】米国特許第６８８２０５１号明細書
【特許文献３】米国特許第６８７２６４５号明細書
【非特許文献１】Nature, Vol.425, 18 Sep. 2003, p.274-278
【非特許文献２】Appl. Phys. Lett., Vol.78, p.2214-2216, 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記のように、ナノワイヤＴＦＴに代表されるナノワイヤ電気素子は、高い素子性能と簡易かつ低コストな素子形成プロセスを両立する可能性を持つものの、その実現のためには、素子形成段階におけるナノワイヤの配向・配列制御が必要となる。
【００１９】
しかし、特許文献３にあるような、ナノワイヤを流して配向制御する方法は、各ナノワイヤの長軸方向の位置にばらつきが生じやすく、また短軸方向のナノワイヤ密度を上げることが困難である。このため、例えばナノワイヤＴＦＴを形成する場合、電極間をつないでチャネル層として機能するナノワイヤの絶対本数がばらつき、素子間のデバイス特性のばらつきが大きくなるという課題がある。
【００２０】
本発明は、ナノワイヤを用いた電気素子の製造において、ナノワイヤの配向・配列制御を簡易なプロセスで行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明は、ナノワイヤが分散された溶液を、流路上にストッパーを有する流路に流すことにより、ナノワイヤをストッパー上にせき止めて配向制御し、得られるナノワイヤ群を配向制御された状態で基板上に形成する。
【００２２】
また本発明は、ナノワイヤ群の長軸方向の位置ばらつきを抑えるために、ストッパー上のナノワイヤがせき止められる流路の断面幅を、ナノワイヤの長軸長さの２倍以下にする。
【００２３】
また本発明は、ナノワイヤ群の角度ばらつきを抑えるために、ストッパー上の該ナノワイヤがせき止められる流路の断面高さを、ストッパー上のナノワイヤがせき止められる流路の断面幅の１０分の１以下にする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、配向・配列制御されたナノワイヤ群を基板上に形成する過程において、以下のような効果が得られる。
【００２５】
まず、流路上に設けたストッパー上にナノワイヤをせき止めるため、ストッパー上に形成されるナノワイヤ群において、個々のナノワイヤの配向方向を、ナノワイヤがせき止められた方向に制御することができる。またストッパー部分では、ナノワイヤはせき止められるが、溶媒はストッパーを通過するため、せき止められたナノワイヤには常に流れの方向に力が加わる。そのため、ナノワイヤ群の短軸方向に力が働くことにより、ナノワイヤ群の短軸方向の密度を高めることができる。このようにして配向制御されたナノワイヤ群を基板上に形成してＴＦＴのチャネル層などに利用した際、素子間の特性のばらつきが少なく、素子特性の高いデバイスを得ることができる。さらに、本方法は、非常に簡易・低コストなプロセスで、配向性・配列性の優れたナノワイヤ電気素子を大量・大面積にわたって形成することができ、デバイスの生産性にも優れる。
【００２６】
また、ストッパー部の流路の断面幅を制御することにより、堆積したナノワイヤ群において、各ナノワイヤにおける長軸方向の位置のばらつきを抑えることができる。これにより、例えばナノワイヤを用いたＴＦＴ構造などを形成する際、ソース・ドレイン電極間の途中で途切れているようなナノワイヤを無くすことができ、素子間のデバイス特性のばらつきを抑えることができる。
【００２７】
さらに、ストッパー部の流路の断面高さを制御することにより、せき止められた個々のナノワイヤ間の角度ばらつきを抑制し、より配向性の高いナノワイヤ群を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明に係るナノワイヤを用いた電気素子の製造方法及び製造装置を実施するための最良の形態について具体的に説明する。
【００２９】
まず、図１〜図７を参照して、本実施の形態によるナノワイヤを用いた電気素子の製造方法について説明する。
【００３０】
図１に示すように、本実施の形態では、溶媒中にナノワイヤ１３を分散させたナノワイヤ溶液１２を流す流路１１上に、適切なストッパー１４を設けたナノワイヤ塗布機構（電気素子の製造装置）を用いる。このナノワイヤ塗布機構を用いて、ナノワイヤ溶液１２を流路１１の流れ方向ＦＤに沿って流し、ストッパー１４上にナノワイヤ１３をせき止め、配向制御を行う。以下、その方法の原理について説明する。
【００３１】
まず、ナノワイヤ１３を、気相法、液相法などの各種合成法により合成する。
【００３２】
ナノワイヤ１３の材料としては、求めるデバイス機能に応じ、ＩＶ族半導体（Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ）とそれらの組合せ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）（Ｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ）、ＩＩ−ＶＩ族半導体（Ｂｅ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ）（Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）、その他の半導体（Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ）（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）、（Ｃｕ，Ａｇ）（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、（Ｃｕ，Ａｇ）（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｆｅ）（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）２、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）２（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）３、ＢｅＳｉＮ２、ＣａＣＮ２、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＳｎＡｓ２、ＺｎＳｎＳｂ２、ＣｕＧｅＰ３、ＣｕＳｉ２Ｐ３、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２ＣＯ等とこれらの組合せが使用可能である。ここで、（  ）内の元素は、それらの内の一種類からなる材料、あるいは複数種類の材料の混合からなる材料の全てを総括的に表している。また、ｐ型半導体、ｎ型半導体の形成のために、適宜ドーパントが添加される場合もある。
【００３３】
更に、ナノワイヤ１３の形状としては、カーボンナノチューブ等のようなチューブ状物質・ウィスカー状物質等のものも適用可能である。本発明は、これらの形状のものを含めて広くナノワイヤと呼ぶ。
【００３４】
ナノワイヤ１３は、径が１ｎｍ以上１μｍ以下、ワイヤ長が１００ｎｍ以上１００μｍ以下、アスペクト比が１００以上が望ましい。
【００３５】
本実施の形態では、ナノワイヤ１３を堆積させるため、ナノワイヤ１３同士で接触する部分が生じる。そこで、電気デバイスに使用する場合でナノワイヤ１３同士の導電部の接触を防ぎたい場合は、ナノワイヤ１３のコアを誘電体シェルで覆ったコアシェル構造をあらかじめ形成してもよい。
【００３６】
次いで、得られたナノワイヤ１３を、溶媒中に均一に分散させてナノワイヤ溶液１２とする。溶媒の例としては、水、エタノールやプロパノールなどのアルコール類、ベンゼンやトルエンなどの有機溶媒などから、ナノワイヤ１３の材料に応じて分散性の優れた物を適宜選択する。さらに分散性を高めるために、溶液に超音波処理などを行っても良い。
【００３７】
図７は、ナノワイヤ溶液１２を、流路１１中で一定方向に流した様子を示す。この状態では、個々のナノワイヤ１３は、流路１１内の流れ方向ＦＤに沿って配向制御される。この原理を利用したのが、前述の特許文献３である。
【００３８】
一方、本実施の形態では、図１のように、流路１１上に、ナノワイヤ１３をせき止め、溶媒のみを通過させるストッパー１４を設けている。ストッパー１４を設けることにより、流路１１中を運ばれてきたナノワイヤ溶液１２内のナノワイヤ１３は、ストッパー１４上にせき止められる。さらに、流れによって運ばれてきたナノワイヤ１３が順次堆積していき、ナノワイヤ群１５を形成する。堆積している間も、溶媒はストッパー１４を通過して流れるため、ナノワイヤ群１５に対して、流れの方向に力が作用し、ナノワイヤ群１５の短軸方向の密度を上げることができる。さらに密度を上げるため、ストッパー１４でせき止められて堆積したナノワイヤ群１５に超音波などで振動などの外部力を加えても良い。
【００３９】
ストッパー１４は、流路上の特定の位置においてストッパー１４上でナノワイヤ１３をせき止められるよう、流路１１中に組み込む。求めるナノワイヤ群１５の形状によっては、図２のようにナノワイヤ１３をせき止めるストッパー１４の配置角度が、流路の流れ方向ＦＤに対して垂直でない構成にしても良い。
【００４０】
図３は、流路１１上にストッパー１４が形成された様子を示す。ストッパー１４自体の形態には特に制限はなく、面内に貫通孔が多数開いたものや、流路１１上に櫛型構造を形成してストッパー１４としたもの、繊維状のものが凝集してフィルター効果を発揮するもの、など広く用いることができる。
【００４１】
ストッパー１４は、ナノワイヤ１３をせき止め、かつ溶媒を透過させる程度のフィルター的機能を持つものを用いる。これらの機能を有した上で、溶液の流れに対して構造破壊がおきない程度の材質・貫通孔率・厚さなどの条件を決める。たとえばストッパー１４が丸型の貫通孔をもつ構造の場合には、貫通孔の直径はナノワイヤ１３の長軸長さよりも十分小さくし、具体的には１μｍ以下が望ましい。
【００４２】
次に、上記手法により得られるナノワイヤ群１５の基板上への形成の方法について述べる。
【００４３】
図３において、流路１１の基板（図示しない）と接する流路壁で、ストッパー１４の手前のナノワイヤ群１５が形成される部分に開口部１６を設ける。これにより、ストッパー１４の手前側に形成されるナノワイヤ群１５は、開口部１６を通して、基板と直に接触することができる。そして、所望量のナノワイヤ群１５が形成し次第、流路１１を基板から引き離す。このとき、開口部１６を通して基板上に接していたナノワイヤ群１５はそのまま基板上に残る。その後、基板上に残留する溶媒を乾燥除去し、基板上のナノワイヤ群１５を利用したナノワイヤＴＦＴなどのデバイスを得ることができる。
【００４４】
なお、流路１１内の流路壁に開口部１６を設けることが困難な場合は、基板と接する流路全面を開口した構造でも良い。この場合は、流路形成用基板に所望の幅・高さの流路を溝状に形成し、デバイスを形成する基板と向かい合わせに配置し、流路１１にナノワイヤ溶液１２を流せばよい。
【００４５】
ここで用いるストッパー１４を有する流路１１からなるナノワイヤ１３の塗布機構（電気素子の製造装置）は、一つのチャンネルに限られず、多数のチャンネルを有し、同時に大面積基板上に塗布できるようなマルチチャンネル型でも良い。例えば、図３のようなナノワイヤ１３の塗布機構を１列に並べ、直線状に複数のナノワイヤ群１５を同時に基板上に形成する構造でも良い。また、図６に示すように、図３のようなナノワイヤ１３の塗布機構を２次元的に配置し、ある面内で複数のナノワイヤ群１５を同時に基板上の任意の位置に形成する構造でも良い。さらに、このようなマルチチャンネル型の塗布機構において、各々のナノワイヤ溶液源は一つの共通したナノワイヤ溶液１２でも良く、また各々で独立したナノワイヤ溶液１２を使用しても良い。
【００４６】
図４は、あらかじめＴＦＴ用の各電極（ソース電極２１、ドレイン電極２２、ゲート電極２３）を形成した基板上に、上記手法により配向制御したナノワイヤを配列して得られるナノワイヤＴＦＴ構造を示す。
【００４７】
電極は、基板上にナノワイヤ群を配列した後で蒸着などにより形成しても良い。この素子において、ナノワイヤ１３ａは、ソース電極２１とドレイン電極２２をつなぐチャネル層の役割を果たしている。ナノワイヤ１３ａの上もしくは下側に、ゲート絶縁層を介してゲート電極２３が形成される。もしくは、ナノワイヤ１３ａ自体をコアシェル構造化し、その表面のＳｉＯ２層をゲート絶縁層として機能させても良い。
【００４８】
上記方法により形成するナノワイヤＴＦＴ構造において、素子間のばらつきをより少なくすることもできる。例えば図４において、ナノワイヤ１３ｂは、ナノワイヤ４３に対して長軸方向のずれが大きく、ソース−ドレイン電極２１、２２間を連結していない。そこで、各ナノワイヤの長軸方向の位置を揃えるために、図１において、ストッパー１４の流路の断面幅Ｗをナノワイヤ１３の長軸長さＬの２倍以下、好ましくは１．２倍以下にする。このような流路設計をすることにより、図５のような各ナノワイヤ１３ａが長軸方向に揃ったナノワイヤ群を得ることができ、素子間のドレイン電流のばらつきを抑えることができる。
【００４９】
さらにナノワイヤ群の配向性を高めるために、ストッパー１４の流路断面高さを設計しても良い。具体的には、図３に示すようにストッパー１４の流路断面高さＨをストッパー１４の流路断面幅Ｗの１０分の１以下（Ｈ／Ｗ≦０．１）に設計するのが望ましい。これにより、せき止められた各ナノワイヤ１３における流路断面高さ方向の角度のばらつきを５°以下に抑えることができ、より配向性の優れたナノワイヤ群１５を得ることができる。更に塗布後のナノワイヤ群１５を同一平面状態にするために、基板上にナノワイヤ１３を塗布した後、上方から力学的な力を加えてもよい。
【００５０】
以下、本発明のナノワイヤを用いた電気素子の製造方法の実施例について説明する。以下の実施例では、電気素子としてナノワイヤＴＦＴ素子に適用した例を説明する。
【実施例１】
【００５１】
図１、図３、図５を参照して、本発明の第１の実施例を説明する。
【００５２】
まず、＜１１１＞シリコン基板上に２０ｎｍ径の金微粒子を並べ、真空下（＜１００ｍＴｏｒｒ）で加熱（４４０℃）し、例えばＳｉＨ４ガスを供給してＶＬＳ（気相−液相−固相）法によりＳｉナノワイヤを成長させる。
【００５３】
次に、酸素雰囲気下で加熱処理し、Ｓｉナノワイヤの表面を熱酸化処理する。その後、ナノワイヤをＳｉ基板から切断することで収穫する（例えば、非特許文献２参照）。本実施例のＳｉナノワイヤは、直径２０ｎｍ、長さ２０μｍで、その周りをＳｉＯ２が５ｎｍの膜厚でとりかこんでいる。
【００５４】
次いで、図１に示すように、形成されたＳｉナノワイヤ１をエタノール（溶媒）中に分散させてナノワイヤ溶液１２を作成する。また、図３に示すように、そのナノワイヤ溶液１３を流す流路（基板上塗布流路）１１を微細加工により作成する。この流路１１上には、ストッパー１５が設けられる。このストッパー１５の断面形状は、断面高さＨ×断面幅Ｗ＝２μｍ×２５μｍ（Ｈ／Ｗ＝２／２５＝０．０８）に設定される。また、流路１１上のストッパー１５の手前側の流路壁において、ＴＦＴ素子用の基板（図示しない）上を望む位置に開口部１５を設ける。この開口部１５が基板上に接する状態で、流路１１が配置される。このようにして、ナノワイヤ塗布機構が形成される。
【００５５】
次いで、上記のナノワイヤ塗布機構を用いて、図１及び図３に示すように、ナノワイヤ溶液１３を流路１１に流す。これにより、流路１１内の流れ方向（溶液導入方向）Ｄ１に沿ってナノワイヤ溶液１２が流れる。このナノワイヤ溶液１２のうち、ナノワイヤ１は、流路１１上に設けられたストッパー１４にせき止められて、その手前側の開口部１５で、配向を揃えて堆積し、ナノワイヤ群１５を形成する。一方、溶媒のエタノールは、ストッパー１４を通過して流れ方向（溶媒排出方向）Ｄ２に沿って排出される。
【００５６】
次いで、ストッパー１４上に所望量のナノワイヤ群１５が堆積したら、流路１１中のナノワイヤ溶液１３の流れを止める。そして、流路１１を基板から引き上げる。この結果、流路１１内の開口部１６を通して基板に接していたナノワイヤ群１５が基板上に形成される。
【００５７】
このようにして基板上の任意の位置に配向を揃えて配列されたナノワイヤ群１５を乾燥後、図５に示すように、その基板上の所定位置にソース電極２１、ドレイン電極２２、及びゲート電極２３を蒸着により形成する。これにより、ソース電極２１及びドレイン電極２２間のチャネルとして配向制御された状態のナノワイヤ１３ａを用いたナノワイヤＴＦＴ構造を得る。
【００５８】
従って、本実施例では、ストッパー１４を有しないナノワイヤ配列基板の製造方法に比べ、素子間のデバイス特性のばらつきがより少なく、かつ、より大きなドレイン電流を得ることができるナノワイヤＴＦＴ構造の形成が可能となる。
【実施例２】
【００５９】
図６を参照して、本発明の第２の実施例を説明する。
【００６０】
図６に示すように、本実施例では、ひとつの流路に対して、第１の実施例に示したようなナノワイヤ塗布機構を複数設置する。このような構造のナノワイヤ塗布機構に第１の実施例と同様のナノワイヤ１３を溶媒中に分散させたナノワイヤ溶液１２を流すことにより、１本のナノワイヤ溶液流路１１から、複数のナノワイヤ群１５を基板上に同時形成することが可能になる。
【００６１】
さらに、枝分かれした各ナノワイヤ塗布機構のピッチ（配列間隔）を所定値に設定することにより、基板上に形成するナノワイヤ群１５のピッチを調整することができる。例えば、ナノワイヤ群１５のピッチを１５０μｍに設定することで、画素間ピッチが１５０μｍになるディスプレイ用ナノワイヤＴＦＴ配列基板を形成することができる。
【００６２】
本実施例では、このようなマルチチャンネル型のナノワイヤ塗布機構を用いることにより、大面積基板に対して、素子間での特性ばらつきが少なく、かつデバイス特性の優れたナノワイヤ電気素子を短時間で形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明で用いるナノワイヤの配向・配列制御技術は、ＴＦＴに限らず、抵抗体、コンデンサ、電界発光素子、光電変換素子など、各種電気素子においてナノワイヤを用いる際にも使用できる。また、基板としてＰＥＴのようなフレキシブル基板を用いれば、ロール・トゥ・ロール過程中に本発明の配向・配列制御過程を導入することで、高性能なＴＦＴ構造を高効率に基板上に形成することが可能となる。更にドライバ形成、発光機能形成等もプロセスに盛り込むことにより、高性能なフレキシブルディスプレイの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施例による電気素子の製造方法において、ストッパーを有する流路（ナノワイヤ塗布機構）を用いてナノワイヤを配向制御する原理を説明する図である。
【図２】第１の実施例の変形例において、流路中の流れ方向に対して斜めの方向に角度をつけてストッパーを配置した場合を説明する図である。
【図３】第１の実施例において、流路中のストッパーの詳細を説明する拡大図である。
【図４】第１の実施例において、ナノワイヤの長軸方向の位置ずれを制御しないで形成したナノワイヤＴＦＴの構造を説明する図である。
【図５】第１の実施例において、ナノワイヤの長軸方向の位置ずれを制御して形成したナノワイヤＴＦＴの構造を説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施例による電気素子の製造方法において、複数の塗布機構を連結したナノワイヤ塗布機構を説明する図である。
【図７】ストッパーを有しない流路中を流れるナノワイヤを説明する図である。
【符号の説明】
【００６５】
１１  流路
１２  ナノワイヤ溶液
１３  ナノワイヤ
１３ａ  電極間をつなぐナノワイヤ
１３ｂ  電極間で途切れているナノワイヤ
１４  ストッパー
１５  ナノワイヤ群
１６  開口部
２１  ソース電極
２２  ドレイン電極
２３  ゲート電極
Ｈ  ストッパー部流路断面の短軸長
Ｗ  ストッパー部流路断面の長軸長
Ｄ１  溶液導入方向
Ｄ２  溶媒排出方向
【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７】
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