(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非液晶性の有機半導体化合物と非液晶性の有機化合物とを少なくとも混合し、前記非液晶性の有機半導体化合物と前記非液晶性の有機化合物が水素結合をして超分子構造となった液晶性有機半導体混合物を形成し、該混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配向させることにより前記有機半導体化合物の分子を配向させて形成し、その後、配向させた非液晶性の前記有機半導体化合物を残し、非液晶性の前記有機化合物を除去する、導電性薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記有機半導体化合物又は前記有機化合物の何れかの化合物として窒素、酸素、硫黄、ハロゲンの何れかの元素を少なくとも有する化合物を用い、かつ前記元素と水素とを水素結合させる、請求項１記載の導電性薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記有機半導体化合物又は前記有機化合物の前記元素を少なくとも有する一方の化合物として、不飽和結合又はベンゼン環の少なくとも何れかを更に有する化合物を用いる、請求項２記載の導電性薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記有機半導体化合物として、アセン系、フタロシアニン系、チオフェン系の少なくとも何れかの系の有機半導体化合物からなる誘導体を用いる、請求項１記載の導電性薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記アセン系の有機半導体化合物からなる誘導体としてペンタセン誘導体を用いる、請求項４記載の導電性薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記フタロシアニン系の有機半導体化合物からなる誘導体として銅フタロシアニン誘導体を用いる、請求項４記載の導電性薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記液晶性有機半導体混合物から前記有機化合物を加熱又は紫外線照射の少なくとも何れかにより除去して形成する、請求項１記載の導電性薄膜の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の導電性薄膜の製造方法を、チャネル層を構成する半導体層としての導電性薄膜の製造方法として含む、薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノチューブ又は有機半導体化合物を配向させて形成する導電性薄膜及びそれを半導体層として用いる薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネルディスプレイ等で使用される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、その薄膜トランジスタを構成する半導体層の一方の面にソース電極及びドレイン電極が、その他方の面のチャネルに対して略中央の位置にゲート電極が配設され構成されている。
【０００３】
通常、上述した構成を有する薄膜トランジスタの半導体層は、基板上に成膜された半導体薄膜を薄膜制御プロセスによって精密に制御加工して形成される。ここで、この薄膜制御プロセスによって形成される薄膜トランジスタの半導体層には、半導体デバイスを構成するための優れたキャリア移動度が求められる。そのため、従来の薄膜トランジスタでは、半導体層を形成するための半導体材料として、優れたキャリア移動度を有するシリコンやゲルマニウム等の無機半導体が好適に用いられている。
【０００４】
一方、近年では、ＰＤＡ等の携帯型情報端末機器の普及に伴って、高精細かつシートライク或いはペーパーライクである安価なディスプレイや、超小型の安価な電子機器等が望まれている。又、これらの要求に応じるために、柔軟性を有する安価な電極及び配線や、柔軟性を有する微小かつ安価な薄膜トランジスタの実現が求められている。そして、これらの柔軟性を有しかつ安価な電極や薄膜トランジスタ等を形成するためには、導体層や半導体層に安価な手段によって柔軟性を付与する必要がある。そのため、上述した無機半導体に代わる、導体層や半導体層等に柔軟性を安価に付与可能な導体材料及び半導体材料が求められている。
【０００５】
ところで、近年では、電極又は配線等の導体層を形成するための導体材料や、薄膜トランジスタ又は有機電界発光素子（有機ＥＬ）等の半導体デバイスの半導体層を形成するための半導体材料として、チオフェンやペンタセン等の有機半導体化合物からなる有機電子機能材料が注目されている。
【０００６】
この有機電子機能材料は、室温若しくは室温に近い温度での堆積が可能であるという特徴を有している。従って、この有機電子機能材料を用いることにより、導体層や半導体層を低温プロセスによって形成することが可能になる。そのため、シリコンやゲルマニウム等の無機半導体を用いる場合と比べて、無機半導体を用いる場合に必要となる高温プロセスのための高額な製造設備を準備する必要が無く、低温プロセスのための比較的安価な製造設備により導体層や半導体層を形成することが可能になる。つまり、導体層や半導体層を安価に形成することが可能になる。
【０００７】
又、この有機電子機能材料は、一般的に、フレキシブル性を有している。従って、この有機電子機能材料を用いることにより、導体層や半導体層にフレキシブル性を付与することが可能になる。そのため、フレキシブル性を有するプラスチック基板や樹脂フィルムの表面に有機電子機能材料を用いて導体層や半導体層を形成することにより、フレキシブル性を有する電極や薄膜トランジスタ等を容易に製造することが可能になる。そして、フレキシブル性を有する電極や薄膜トランジスタ等を用いることにより、シートライク或いはペーパーライクなディスプレイや電子機器等を容易に構成することが可能になる。
【０００８】
有機電子機能材料を半導体層に用いる薄膜トランジスタとしては、例えば、有機半導体化合物であるオリゴチオフェンを半導体層に用いる薄膜トランジスタが知られている。この薄膜トランジスタは、有機半導体化合物であるオリゴチオフェンを基板上に蒸着、又は、オリゴチオフェンを有機溶媒に溶解した溶液を基板上に塗布することによりオリゴチオフェンを基板上に堆積させ、これにより形成したオリゴチオフェンの薄膜を半導体層として有している。しかし、この公知の薄膜トランジスタでは、半導体層がオリゴチオフェンを単に蒸着又は堆積することにより形成されており、オリゴチオフェンが配向配列されていないので、チャネルのキャリア移動度はシリコン等を用いる場合と比べて著しく低い。例えば、このオリゴチオフェンを単に蒸着又は堆積させて半導体層を形成した薄膜トランジスタのキャリア移動度は、概ね０．００１ｃｍ2／Ｖｓである（例えば、特許文献１参
照）。
【０００９】
このように、有機電子機能材料を用いる導体層又は半導体層は、その導体層又は半導体層のキャリア移動度が無機半導体を用いる場合のキャリア移動度と比べて著しく低いという課題を有している。具体的には、シリコンのキャリア移動度が、単結晶においては１０3ｃｍ2／Ｖｓ程度であり、多結晶においては１０2ｃｍ2／Ｖｓ程度であり、アモルファスにおいては１ｃｍ2／Ｖｓ程度であるのに対して、上述したオリゴチオフェン等の有機電
子機能材料を用いる場合のキャリア移動度は、０．００１〜０．０１ｃｍ2／Ｖｓ程度で
ある。
【００１０】
有機電子機能材料を用いて形成した導体層又は半導体層のキャリア移動度が無機半導体を用いる場合のキャリア移動度と比べて著しく低いのは、有機電子機能材料を単に蒸着又は堆積して形成した導体層又は半導体層では、その導体層又は半導体層の内部における有機電子機能材料の分子軸が乱雑に配列しており、従って複数の有機電子機能材料間での電荷移動が滑らかに起こらず、これにより電気伝導率が低下するからである。そのため、従来の技術では、電極又は配線等の導体層や、薄膜トランジスタ又は有機電界発光素子等の半導体デバイスにおける半導体層、特に、高精細の画像表示装置や高速のＬＳＩ等における半導体層を有機電子機能材料により形成することは困難であった。
【００１１】
そこで、従来から、有機電子機能材料を用いた導体層や半導体層のキャリア移動度を改善するための様々な検討が行われている。
【００１２】
例えば、有機電子機能材料としてペンタセン等からなる結晶性の低分子系有機電子機能材料を用い、この低分子系有機電子機能材料を蒸着技術によって配向配列させ、これにより半導体層を形成した薄膜トランジスタが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１３】
この低分子系の有機電子機能材料を配向配列して半導体層を形成した薄膜トランジスタでは、有機半導体化合物であるペンタセンが基板上に蒸着され、これにより薄膜トランジスタの半導体層が形成されている。ここで、ペンタセンは、その温度が室温（２７℃）である基板の表面に、蒸着レートが１Å／ｓの割合で蒸着されている。この蒸着により、ペンタセン分子を基板の法線方向に略配列させ、結晶粒界が少ない薄膜相を出現させている。かかる構成により、半導体層のキャリア移動度が約０．６ｃｍ2／Ｖｓという、有機電
子機能材料を用いて半導体層を形成した場合としてはキャリア移動度の値が比較的高い値の薄膜トランジスタを得たことが報告されている。
【００１４】
又、他の技術としては、半導体層が、側鎖に液晶性置換基が導入された有機半導体ポリマーによって構成されており、その有機半導体ポリマーの骨格鎖の方向が所定の方向に配列されている薄膜トランジスタが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
この側鎖に液晶性置換基が導入された有機半導体ポリマーを用いて半導体層を形成した薄膜トランジスタでは、チオフェンの３位或いは４位にフェニルシクロヘキサン（ＰＣＨ）系のような液晶性置換基が導入されたポリチオフェン誘導体の液晶相が半導体層として用いられている。そして、液晶相における液晶性置換基の配向によってチオフェンポリマーの主鎖方向を配向させることにより、チャネルのキャリア移動度が６×１０-5ｃｍ2／
Ｖｓである薄膜トランジスタを得たことが開示されている。
【００１６】
図１９は、上記特許文献２に示す薄膜トランジスタの断面構成を模式的に示す断面図である。
【００１７】
特許文献２によれば、図１９に示すように、薄膜トランジスタ１００は、ゲート電極１０３を形成した絶縁性基板１０１上に、ゲート絶縁膜１０２を介して有機半導体膜１０６が形成されている。更に、絶縁性基板１０１と有機半導体膜１０６との間には、ソース電極１０４及びドレイン電極１０５が有機半導体膜１０６と直接接続するように形成されている。有機半導体膜１０６は、ＰＣＨ系液晶化合物（ＰＣＨ５０４）−チオフェンを触媒重合法により重合し、この重合体をクロロホルム溶媒に溶かして液晶相を示させ、これをキャスティング法により膜厚１μｍでゲート絶縁膜１０２、ソース電極１０４及びドレイン電極１０５の各々の上部に塗布して形成されている。そして、ソース電極１０４及びドレイン電極１０５に渡って、配向処理制御を行った有機半導体膜１０６が形成されている。この有機半導体膜１０６では、有機半導体膜１０６を構成する有機半導体ポリマーに導入された液晶性置換基を、ラビング方向に対して平行方向に配向させることができる。この際、有機半導体ポリマーの骨格鎖は、作製される有機半導体膜１０６の膜厚が薄いため、側鎖である液晶性置換基に対してある一定の方向に配列する。つまり、この薄膜トランジスタ１００では、配向処理により液晶性置換基の配列方向を制御することを通して、有機半導体ポリマーの骨格鎖の配列方向を制御する。
【００１８】
一方、近年では、導体層や半導体層を形成するための半導体材料として、ナノ構造からなるナノチューブ（ＮＴ）、特に、カーボン（Ｃ）からなる無機化合物であるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）も注目されている。
【００１９】
ナノチューブ（ＮＴ）やカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、導電性が非常に良好でありかつ機械的強度が高く、更に化学的及び熱的にも非常に安定しているため、昨今において多くの研究が行われている。
【００２０】
カーボンナノチューブは、ナノメーターオーダーである極小の直径とミクロンオーダーの長さとを有しており、アスペクト比が非常に大きく、理想的な１次元システムに限りなく近い。このカーボンナノチューブとしては、分子構造の対象性により直径と螺旋度に応じて、高電気伝導率を有する金属性、又は、直径に反比例する大きさのバンドギャップを有する半導体性の性質を有するものが作成される。通常、カーボンナノチューブは、その合成の際、金属性を有するカーボンナノチューブと半導体性を有するカーボンナノチューブとが例えば約１：２の比率で含まれるカーボンナノチューブ混合物として作成される。ここで、金属性を有するカーボンナノチューブは、高い電気伝導率を有しているので、良好な配線材料としてやその他の微小な形状のデバイスの導電性部材として使用できる可能性がある。又、カーボンナノチューブを薄膜トランジスタの半導体層として利用する場合には、半導体性を有するカーボンナノチューブを使用する必要がある。この場合、半導体性を有するカーボンナノチューブを用いて半導体層を形成した薄膜トランジスタは、チャネルのキャリア移動度が非常に大きく、１０００〜１５００ｃｍ2／Ｖｓという非常に高
いキャリア移動度を得ることが可能である。
【００２１】
カーボンナノチューブを用いて半導体層を形成した薄膜トランジスタとして、直径約１．４ｎｍのカーボンナノチューブを適度の分散密度で分散配置し、約１．４ｎｍの厚さの半導体層を形成するナノチューブ型の薄膜トランジスタが報告されている（例えば、非特許文献２参照）。
【００２２】
図１８は、半導体層にカーボンナノチューブを使用した薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。
【００２３】
非特許文献２によれば、図１８に示すように、薄膜トランジスタ２００では、ゲート電極を兼ねるｐ+シリコン基板２０１の上部に熱酸化シリコンからなる厚さ１５０ｎｍのゲ
ート絶縁膜２０２が形成され、そのゲート絶縁層２０２の上に直径１．４ｎｍの半導体系カーボンナノチューブが適度の分散密度で分散配置されて厚さ１．４ｎｍの半導体層２０３が形成されている。又、半導体層２０３の表面にはチタン（Ｔｉ）或いはコバルト（Ｃｏ）金属が蒸着されており、更に、カーボンナノチューブとのコンタクト部２０６及び２０７の上部にチタンカーバイト或いはコバルトからなるソース電極２０４及びドレイン電極２０５が形成されている。これにより、薄膜トランジスタ２００が構成されている。かかる構成により、チャネルのキャリア移動度が十分に大きく、良好な電気特性を有するナノチューブ型の薄膜トランジスタを得ている。
【特許文献１】特開２０００−０２９４０３号公報
【特許文献２】特開平０９−０８３０４０号公報
【非特許文献１】Ｃ．Ｄ．Ｄｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏｓ、他１名、ＩＢＭ  Ｊ．ＲＥＳ．＆  ＤＥＶ．ＶＯＬ．４５  ＮＯ．１  ＪＡＮ．２００１  ｐｐ１９
【非特許文献２】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】
【００２４】
しかしながら、上述した有機電子機能材料を用いて導体層や半導体層を構成する提案では、従来の有機電子機能材料を配向配列させない半導体層と比べた場合には若干のキャリア移動度の改善は見られるものの、有機電子機能材料の配向度が依然として低いため、シリコン等の無機半導体を用いて半導体層を構成した場合と比べた場合、半導体層のキャリア移動度は依然として低い。つまり、有機電子機能材料を用いて半導体デバイスや配線等を形成するためには、有機電子機能材料の特性を保持しながら配向度を更に向上させて電子やホールの流れ性を改善し、これにより半導体層のキャリア移動度や導体層の電気伝導率を更に向上させる必要がある。又、近い将来に必要とされる、より一層高性能でありかつ微小な半導体デバイスへの応用に対応する導体層及び半導体層を提供するためには、有機電子機能材料の配向度をより一層向上させ、キャリア移動度をより一層改善する必要がある。
【００２５】
又、非特許文献１に示された提案では、低分子系の有機半導体化合物であるペンタセンを基板上に配向配列させるべく蒸着して半導体層を形成しているが、大きな面積のペンタセン結晶を得るのは実際上困難である。又、シングル結晶に近いペンタセン結晶を柔軟性のある基板上に半導体層として形成した薄膜トランジスタは、その取り扱いによっては半導体層が破壊され、半導体層に欠陥が発生するという問題がある。更に、半導体層を形成する際のペンタセンの蒸着レートが小さいために製造時間が長くなることや、蒸着装置が高価格であることから、薄膜トランジスタの製造コストが高くなるという問題がある。
【００２６】
又、特許文献２に示された提案では、液晶性置換基を導入したポリチオフェン誘導体の液晶性ポリマーを用い、液晶相において液晶性置換基が配向することによりポリチオフェン誘導体の主鎖を配向させて半導体層を形成する。しかし、この提案では、キャリア移動度の値が低いポリチオフェン誘導体に対して電荷移動に寄与しないＰＣＨ系液晶化合物を側鎖として化学的に結合させているため、簡便な方法で有機電子機能材料が配向した半導体層を形成することができる一方で、電荷移動という観点では良い影響を与えず、チャネルのキャリア移動度を十分に改善することは困難である。
【００２７】
一方、非特許文献２に示されたナノチューブを用いて導体層や半導体層を構成する提案では、キャリア移動度の値が大きいナノチューブを用い、このナノチューブを適度の分散密度で分散配置して半導体層を形成している。しかし、この提案では、分散密度が一定になるようにナノチューブを分散することは困難である。又、極小の薄膜トランジスタの半導体層を形成する場合、ナノ構造を有する多数本のナノチューブを重ねずに並列配列させて固定することは、製造プロセス的に困難である。
【００２８】
又、ナノチューブを分散配置して形成した導体層や半導体層は、耐屈曲性に乏しい。そのため、プラスチック基板のような柔軟性を有する基板上にナノチューブのみからなる導体層や半導体層を形成することは難しい。つまり、かかる構成では、フレキシブル性を有する電極や薄膜トランジスタ等を形成することは困難である。尚、この場合、キャリア移動度が高いナノチューブと柔軟性を有する有機化合物とを混合して複合系材料を準備し、この複合系材料を用いて導体層又は半導体層を形成することにより、キャリア移動度の値が大きくかつ柔軟性を有する電極や薄膜トランジスタを形成することが可能になると考えられる。しかし、上記複合系材料からなる導体層或いは半導体層の形成において、有機化合物とナノチューブとを単に混合して形成するだけでは、略一次元形状のナノチューブ分子が互いにバラバラな方向に疎に配列するだけで、高いキャリア移動度の導体層又は半導体層を得ることはできない。例えば、上記複合系材料を用いて導体層を形成した場合の電気伝導率は、約１０Ω-1ｃｍ-1と低い値である。又、この場合、既存の配向処理手段では、ナノチューブを十分に配向させることは難しい。
【００２９】
つまり、かかる構成としても、ナノチューブ分子の混合充填密度やナノチューブ分子間の電子的な接合点密度が低いので、導体層や半導体層の電気伝導率やキャリア移動度を向上させることは困難である。
【００３０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされてものであり、ナノチューブ又は有機電子機能材料を簡便な手段により高度に配向させて形成した、安価でかつ柔軟性を有するキャリア移動度や電気伝導率が優れた導電性薄膜、及びそれを用いた薄膜トランジスタ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】
【００３１】
上記課題を解決するためには、高いキャリア移動度や電気伝導率を有するナノチューブや有機化合物の分子を、簡単な方法によって、所定の方向に配向度をより向上させて密にかつ良好に配向させる必要がある。これにより、ナノチューブの混合充填密度やナノチューブ分子間の電子的な接合点密度を更に向上させ、電子やホールの流れをより滑らかにすることが可能になる。
【００３２】
そして、上記課題を解決するために、本発明に係る導電性薄膜の製造方法は、非液晶性の有機半導体化合物と非液晶性の有機化合物とを少なくとも混合し、前記非液晶性の有機半導体化合物と前記非液晶性の有機化合物が水素結合をして超分子構造となった液晶性有機半導体混合物を形成し、該混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配向させることにより前記有機半導体化合物の分子を配向させて形成し、その後、配向させた非液晶性の前記有機半導体化合物を残し、非液晶性の前記有機化合物を除去して導電性薄膜を形成する。
【００３３】
又、前記有機半導体化合物又は前記有機化合物の何れかの化合物として窒素、酸素、硫黄、ハロゲンの何れかの元素を少なくとも有する化合物を用い、かつ前記元素と水素とを水素結合させる。
【００３４】
又、前記有機半導体化合物又は前記有機化合物の前記元素を少なくとも有する一方の化合物として、不飽和結合又はベンゼン環の少なくとも何れかを更に有する化合物を用いる。
【００３５】
又、前記有機半導体化合物として、アセン系、フタロシアニン系、チオフェン系の少なくとも何れかの系の有機半導体化合物からなる誘導体を用いる。
【００３６】
又、前記アセン系の有機半導体化合物からなる誘導体として、ペンタセン誘導体を用いる。
【００３７】
又、前記フタロシアニン系の有機半導体化合物からなる誘導体として、銅フタロシアニン誘導体を用いる。
【００３８】
又、前記液晶性有機半導体混合物から前記有機化合物を加熱又は紫外線照射の少なくとも何れかにより除去して形成する。
【００３９】
又、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、本発明の特徴的な導電性薄膜の製造方法を、チャネル層を構成する半導体層としての導電性薄膜の製造方法として含む薄膜トランジスタの製造方法である。
【発明の効果】
【００４０】
本発明は、以上に説明した解決手段によって実施され、ナノチューブ又は有機電子機能材料を簡便な手段により高度に配向させて形成した、安価でかつ柔軟性を有するキャリア移動度や電気伝導率が優れた導電性薄膜、及びそれを用いた薄膜トランジスタを提供することが可能になる。
【００４１】
又、ナノチューブと液晶性有機化合物とを混合した複合系材料により導電性薄膜を構成する形態によれば、液晶性有機化合物が高度に配向することを利用してナノチューブを高度に配向させるので、キャリア移動度や電気伝導率が優れた導電性薄膜及びそれを用いた薄膜トランジスタを簡便な方法によって製造することが可能になる。
【００４２】
又、非液晶性の有機電子機能材料と非液晶性の有機化合物とを水素結合させてなる液晶性有機電子機能材料により導電性薄膜を構成する形態によれば、従来の配向技術を利用して液晶性有機電子機能材料を高度に配向させるので、キャリア移動度や電気伝導率が優れた導電性薄膜及びそれを用いた薄膜トランジスタを簡便な方法によって製造することが可能になる。
【００４３】
又、上記液晶性有機電子機能材料を用いる形態によれば、液晶性有機電子機能材料を高度に配向させた後、水素結合を切断して非液晶性の有機化合物を除去することができるので、有機電子機能材料が本来有する高いキャリア移動度が十分に発揮される導電性薄膜及びそれを用いた薄膜トランジスタを簡便な方法によって製造することが可能になる。
【００４４】
又、高温で秩序が高い第１の液晶相、或いは潜在的に秩序が高い第１の液晶相を有する有機電子機能材料と、秩序が低い第２の液晶相を示す有機化合物とを混合した混合組成物により導電性薄膜を構成する形態によれば、秩序が低い第２の液晶相を発現させることにより有機電子機能材料を所定の方向に配向させるので、キャリア移動度や電気伝導率が優れた導電性薄膜及びそれを用いた薄膜トランジスタを簡便な方法によって製造することが可能になる。
【００４５】
そして、本発明を実施することにより、安価でかつ柔軟性を有するキャリア移動度や電気伝導率が優れた導電性薄膜、及びそれを用いた薄膜トランジスタを提供することができるので、安価でかつ高性能及び高精細な画像表示装置や、超小型の半導体回路装置、及び超小型の電子機器を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において参照する図面に関し、同一の構成要素については、同一の符号を付している。又、本発明においては、「導電性薄膜」は、電極や配線等を構成する薄膜状の導体と、薄膜トランジスタや有機電界発光素子を構成する薄膜状の半導体との双方を含んでいる。
【００４７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１〜３では、導体材料又は半導体材料としてカーボンナノチューブを用い、このカーボンナノチューブと液晶性有機化合物とを混合して複合系材料を構成し、この複合系材料の液晶性有機化合物が有する良好な配向性を利用してカーボンナノチューブの分子を良好にかつ密に配向させることにより形成した、電気伝導率やキャリア移動度を更に向上させた導電性薄膜、及びその導電性薄膜を用いる薄膜トランジスタを実現する形態について説明する。
【００４８】
図１は、本発明の実施の形態１に係る導電性薄膜の作成工程の一部を模式的に示す断面図である。
【００４９】
図１において、導電性薄膜１は以下のようにして作成される。即ち、図１（ａ）において、薄いガラス板やプラスチック基板等からなるフレキシブル性を有する基板２の表面上に、間隙約５μｍを挟んで金等の材料により対向した２つの電極３及び４が設けられる。そして、この２つの対向する電極３及び４と基板２とを覆うようにして、或いは、少なくとも前記間隙を覆うようにして、後述する金属性のカーボンナノチューブ５と液晶性有機化合物６とを混合して作成した複合系化合物７が、その複合系化合物７中の液晶性有機化合物６が等方相の状態において塗布される。この時、図１（ａ）に示すように、金属性のカーボンナノチューブ５の分子は、等方相の液晶性有機化合物６の分子間でバラバラにかつ疎に配列している状態にある。
【００５０】
本実施の形態では、金属性のカーボンナノチューブ５として、例えば、（１〜５）×１０3Ω-1ｃｍ-1の高い電気伝導率を有する、直径１〜１０ｎｍ、長さ１〜５μｍのカーボ
ンナノチューブを使用する。尚、使用するカーボンナノチューブは、上述した電気特性及び形状を有するカーボンナノチューブに限定されず、上記形状や電気特性の範囲内の物でも範囲外の物でも構わない。
【００５１】
又、本実施の形態では、液晶性有機化合物６として、図６に示す構造を有する２−フェニルナフタレン誘導体の分子化合物である８−ＰＮＰ−Ｏ4を使用し、その液晶相の内、
スメクチック相であるＳｍＡ相或いはＳｍＥ相の状態の液晶相を使用する。尚、８−ＰＮＰ−Ｏ4は、摂氏１２９度以上で等方相を示し、摂氏１２５度〜摂氏１２９度の間でＳｍ
Ａ相を示し、摂氏５５度〜摂氏１２５度の間でＳｍＥ相を示す。
【００５２】
次に、図１（ｂ）に示す状態おいて、液晶性有機化合物６が等方相で塗布された複合系化合物７の温度を徐々に下げることにより、液晶性有機化合物６をＳｍＡ相、或いはＳｍＥ相の状態に保持する。ＳｍＡ相、ＳｍＥ相は、スメクチック相の中でも柔軟性結晶とも言える高次の分子配向秩序度を有する。そして、図１（ｂ）に示すように、上記複合系化合物７を塗布した後、その複合系化合物７の層上に、ロールコーター８等によって、略一定方向にずれ応力（剪断応力）を掛ける。すると、分子配向秩序度が優れたスメクチック相のＳｍＡ相或いはＳｍＥ相の状態にある液晶性有機化合物６としての８−ＰＮＰ−Ｏ4
分子は、良好にかつホモジニアスに配向する。これにより、良好に配向した８−ＰＮＰ−Ｏ4分子に沿って、これと混合された金属性のカーボンナノチューブ５が複合系化合物７
の内部において良好に配向する。このように、カーボンナノチューブ５を、液晶性有機化合物６の液晶性を利用することによって分子配向秩序度を向上させて密に配列配向させるという簡便な方法により、導電性薄膜１を形成する。これにより、複合系化合物７内において、金属性のカーボンナノチューブ５の分子は配列方向を略一方向に揃えて配列することができるようになり、その混合充填密度を向上させてより密に配向することにより、カーボンナノチューブ５の分子間の電子的な接合点密度を高くすることができる。
【００５３】
実験の結果、上述した作成方法により形成した、金属性のカーボンナノチューブ５と液晶性有機化合物６とを混合して作成した複合系化合物７を用い、この複合系化合物７の分子配向秩序度を従来以上に向上させて形成した導電性薄膜１の電気導電率は、約５×１０2Ω-1ｃｍ-1という非常に高い値であった。尚、これに対して、同様のカーボンナノチュ
ーブを使用し、従来技術によって作成された、上記と同様の複合系化合物を用いて形成したカーボンナノチューブの配向度が低い導電性薄膜の電気伝導率は、約１０Ω-1ｃｍ-1という低い値であった。
【００５４】
上記により、本発明に係る導電性薄膜によれば、これを形成する複合系化合物内の液晶性有機化合物の分子を所定の方向に配向させることにより、複合系化合物に混合したカーボンナノチューブ分子も良好にかつ密に配向されてその充填密度を向上させることができる。そのため、カーボンナノチューブ分子間の電子的な接合点密度を高くすることができるので、導電性薄膜の電気伝導率を飛躍的に改善することが可能になる。そして、かかる構成を有する導電性薄膜を用いることにより、微小な回路デバイスや高性能な電子デバイス等の部品や配線材料を実現するための、優れた特性を有する低温プロセスが可能な有機系の導電性薄膜を提供することが可能になる。
【００５５】
尚、本実施の形態では、液晶性有機化合物である２−フェニルナフタレン誘導体のスメクチック相のＳｍＡ相或いはＳｍＥ相を利用する形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、ＳｍＢ相等の液晶相を用いても同様に実施可能である。
【００５６】
又、本実施の形態では、液晶性有機化合物として、２−フェニルナフタレン誘導体である８−ＰＮＰ−Ｏ4を使用する形態について説明したが、この形態に限定されることはな
く、８−ＰＮＰ−Ｏ12のＳｍＡ相或いはＳｍＢ相のスメクチック相や、５−ＰＮＰ−Ｏ1
が有するネマチック相を使用する形態であっても構わない。
【００５７】
又、本実施の形態では、液晶性有機化合物として、２−フェニルナフタレン誘導体を使用する形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、分子配向秩序度が高いネマチック相やスメクチック相を有する液晶性有機化合物であれば、如何なる液晶性有機化合物を用いても構わない。
【００５８】
更に、本実施の形態では、ナノチューブとして、金属性のカーボンナノチューブのみを使用する形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、例えば、半導体性を有するナノチューブが混合されているナノチューブを使用しても構わない。
【００５９】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る導電性薄膜を半導体層として用いる複合系半導体層の作成工程の一部を模式的に示す断面図である。
【００６０】
図２において、半導体層１０としての複合系半導体層１５は、以下のようにして形成される。即ち、基板２上において相互に対向するように配設されたソース電極１１及びドレイン電極１２の少なくとも一部とそれらの間隙にある基板２の上面とを覆うようにして、少なくともチャネル（図示省略）を形成する部分の表面に形成したポリイミド膜や単分子膜等の配向膜（図示省略）を、ラビング法等の配向手段によって所定の方向に配向処理する。そして、その後、半導体性を有するカーボンナノチューブ１３と液晶性有機半導体化合物１６とを混合して準備した複合系化合物１４を、基板２上に塗布する。或いは、複合系化合物１４を、ソース電極１１及びドレイン電極１２及び基板２と、液晶性有機半導体化合物１６の上方に設けたゲート絶縁膜９とで挟まれる領域に注入する。
【００６１】
ここで、本実施の形態では、半導体性を有するカーボンナノチューブ１３として、例えば、キャリア移動度が約１０００ｃｍ2／Ｖｓであり、直径が１〜５ｎｍであり、長さが
約１μｍであるカーボンナノチューブを使用している。尚、これらの半導体性を有するカーボンナノチューブ１３は、金属性を有するカーボンナノチューブと半導体性を有するカーボンナノチューブとが混合した混合系のナノチューブから選別されたカーボンナノチューブである。又、液晶性有機半導体化合物１６としては、実施の形態１の場合と同様、図６に示す２−フェニルナフタレン誘導体である８−ＰＮＰ−Ｏ4を使用し、その液晶相の
内、スメクチック相であるＳｍＡ相或いはＳｍＥ相の状態の液晶相を利用している。
【００６２】
又、基板２上に、等方相の状態の液晶性有機半導体化合物１６と、半導体性を有するカーボンナノチューブ１３とを混合して作成した複合系化合物１４を塗布した後、その複合系化合物１４の温度を下げることにより、液晶性有機半導体化合物１６をＳｍＡ相或いはＳｍＥ相の状態に保持する。
【００６３】
本実施の形態では、少なくとも基板２上に形成された配向膜（図示省略）がラビング法等の配向手段によって予め所定の方向に配向処理されているので、分子配向秩序度が優れたスメクチック相のＳｍＡ相或いはＳｍＥ相の状態にある液晶性有機半導体化合物１６としての８−ＰＮＰ−Ｏ4分子が良好に配向する。又、その良好に配向した８−ＰＮＰ−Ｏ4分子の配向に従って、これと混合された半導体性を有するカーボンナノチューブ１３も、その分子配向秩序度を向上させるように密に配列する。これにより、半導体層１０としての複合系半導体層１５が好適に形成される。
【００６４】
特に、本実施の形態では、液晶性有機半導体化合物１６が、電荷輸送の機能を有する化合物で構成されている。具体的には、図６に示す８−ＰＮＰ−Ｏ4のＳｍＥ相からなる液
晶性有機半導体化合物１６は、それ自体で、キャリア移動度がホール及び電子共に、１０-2ｃｍ2／Ｖｓという値を得ている。このキャリア移動度の値は、ホールのキャリア移動
度に関してはａ−Ｓｉ：Ｈのそれに匹敵する値であり、電子のキャリア移動度に関しては分子性結晶を除いた有機化合物中で最大の値に近い値であることを意味している。このように、複合系半導体層１５内において、液晶性有機半導体化合物１６が良好に配向すると共に、半導体性を有するカーボンナノチューブ１３が良好にかつ密に配向して混合充填密度が向上することにより、ナノチューブ分子間における電子的な接合点密度を高くすることが可能になる。
【００６５】
実験の結果、上述した作成方法により形成した、半導体性を有するカーボンナノチューブ１３と液晶性有機半導体化合物１６とを混合して作成した複合系化合物１４を用いる、簡便な方法によって分子配向秩序度を従来以上に向上させた半導体層１０としての複合系半導体層１５のキャリア移動度は、約３５０ｃｍ2／Ｖｓという高い値のキャリア移動度
であった。尚、これに対して、同様の特性を有する半導体性のカーボンナノチューブを使用し、従来の複合系半導体材料を用いて従来技術によって形成された、配向度が低い複合系半導体層のキャリア移動度は、約０．６ｃｍ2／Ｖｓという低い値であった。
【００６６】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。
【００６７】
図３に示すように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１８ａは、金等の電極材料をパターン形成してなるソース電極１１及びドレイン電極１２を基板２上に有している。又、後述する方法によって構成される半導体層１０としての複合系半導体層１５を、ソース電極１１及びドレイン電極１２及び後述するゲート絶縁膜９との間に有している。又、複合系半導体層１５の上面には、酸化シリコンやポリフッ化ビニリデン系有機化合物等により構成されるゲート絶縁膜９を有している。更に、金等の電極材料により構成されるゲート電極１７を、ゲート絶縁膜９の上部に有している。これらのソース電極１１及びドレイン電極１２や、ゲート絶縁膜９、及びゲート電極１７は、薄膜作成技術、フォトリソ技術、リフトオフ技術等によって、それぞれ順次パターン形成される。そして、図３に示すように、ゲート電極１７をトップに配置したトップゲート型の薄膜トランジスタ１８ａが構成されている。尚、図３においては、保護膜や半導体層１０を封止するための封止膜等の構成部材は、簡便のために図示していない。
【００６８】
図３において、半導体層１０としての複合系半導体層１５は、以下のようにして形成される。即ち、基板２上において相互に対向するように配設されたソース電極１１及びドレイン電極１２の少なくとも一部とそれらの間隙にある基板２の上面とを覆うようにして、少なくともチャネル（図示省略）を形成する部分の表面に形成したポリイミド膜や単分子膜等の配向膜（図示省略）を、ラビング法等の配向手段によって所定の方向に配向処理する。そして、その後、半導体性を有するカーボンナノチューブ１３と液晶性有機半導体化合物１６とを混合して準備した複合系化合物１４を、ソース電極１１及びドレイン電極１２と基板２との上部に塗布する。又、薄膜トランジスタ１８ａのチャネル（図示省略）の位置を中央にして、ソース電極１１とドレイン電極１２とに挟まれて、半導体層１０の上にゲート絶縁膜９を設ける。そして、基板２と上記ゲート絶縁膜９との間に、上記複合系化合物１４を注入する。
【００６９】
本実施の形態では、半導体性を有するカーボンナノチューブ１３として、例えば、金属性のカーボンナノチューブ及び半導体性のカーボンナノチューブが混合した混合系のカーボンナノチューブから選別された、キャリア移動度が約１０００ｃｍ2／Ｖｓであり、直
径が１〜５ｎｍであり、長さが約１μｍであるカーボンナノチューブを使用した。
【００７０】
又、本実施の形態では、液晶性有機半導体化合物１６として、実施の形態１の場合と同様、図６に示す構造を有する２−フェニルナフタレン誘導体の分子化合物である８−ＰＮＰ−Ｏ4を使用し、その液晶相の内、スメクチック相であるＳｍＡ相或いはＳｍＥ相の状
態の液晶相を使用する。尚、８−ＰＮＰ−Ｏ4は、摂氏１２９度以上で等方相を示し、摂
氏１２５度〜摂氏１２９度の間でＳｍＡ相を示し、摂氏５５度〜摂氏１２５度の間でＳｍＥ相を示す。
【００７１】
又、本実施の形態では、等方相の状態を有する液晶性有機半導体化合物１６と半導体性を有するカーボンナノチューブ１３と混合して複合系化合物１４を準備し、この複合系化合物１４を基板２上に塗布する。そして、その塗布した複合系化合物１４の温度を下げることにより、液晶性有機半導体化合物１６をＳｍＡ相或いはＳｍＥ相の状態に保持する。
【００７２】
ＳｍＡ相或いはＳｍＥ相は、スメクチック相の中でも柔軟性結晶とも言える高次の分子配向秩序度を有している。そして、本実施の形態では、少なくとも基板２上に形成された配向膜（図示省略）がラビング法等の配向手段によって予め所定の方向に配向処理されているので、分子配向秩序度が優れたスメクチック相のＳｍＡ相或いはＳｍＥ相の状態にある液晶性有機半導体化合物１６としての８−ＰＮＰ−Ｏ4分子が良好に配向する。又、そ
の良好に配向した８−ＰＮＰ−Ｏ4分子の配向に従って、これと混合された半導体性を有
するカーボンナノチューブ１３も、その分子配向秩序度を向上させるように密にかつ良好に配列する。これにより、複合系半導体層１５内において、電荷輸送の機能を有する化合物である液晶性有機半導体化合物１６の分子を良好に配向させると共に、半導体性を有するカーボンナノチューブ１３をより良好に密に配向させてその混合充填密度を向上させ、ナノチューブ分子間における電子的な接合点密度を高くして良好な半導体層１０とすることができる。つまり、半導体層１０としての複合系半導体層１５が好適に形成される。
【００７３】
実験の結果、上述した作成方法により形成した複合系半導体層１５を備える薄膜トランジスタ１８ａでは、半導体性を有するカーボンナノチューブ１３と液晶性有機半導体化合物１６とを混合して作成した複合系化合物１４を用いる、簡便な方法によって分子配向秩序度を従来以上に向上させた半導体層１０としての複合系半導体層１５のキャリア移動度は、約３５０ｃｍ2／Ｖｓという高い値のキャリア移動度であった。尚、これに対して、
同様の特性を有する半導体性のカーボンナノチューブを使用し、従来の複合系半導体材料を用いて従来技術によって形成された、配向度が低い複合系半導体層を有する薄膜トランジスタのチャネルのキャリア移動度は、約０．６ｃｍ2／Ｖｓという低い値であった。
【００７４】
本実施の形態に示す形態によれば、複合系化合物１４により複合系半導体層１５を構成するので、複合系半導体層１５内で液晶性有機半導体化合物１６の分子を配向させると共に、混合された半導体性を有するカーボンナノチューブ１３も液晶性有機半導体化合物１６の配向に応じてより良好にかつ密に配向させることができる。又、液晶性有機半導体化合物１６を配向させる手段としては、従来から用いられている配向手段を適用することができるので、簡便な方法によってカーボンナノチューブ１３を配向させることができる。そして、簡便な方法により、カーボンナノチューブ１３の充填密度を向上させ、その分子間の電子的な接合点密度を高くすることができるので、キャリア移動度が改善された半導体層１０を有する薄膜トランジスタ１８ａを安価に提供することが可能になる。又、半導体層１０のキャリア移動度を改善することができるので、薄膜トランジスタ１８ａを微小な回路デバイスや高性能電子デバイス等に適用することが可能になる。
【００７５】
又、本実施の形態では、液晶性有機半導体化合物１６と半導体性を有するカーボンナノチューブ１３とを複合した複合系半導体層１５を用いているので、液晶性有機化合物とカーボンナノチューブとを混合して半導体層を構成する場合よりも、薄膜トランジスタ１８ａのチャネルのキャリア移動度をより一層高くすることができる。具体的には、薄膜トランジスタ１８ａのオン動作時において、複合系半導体層１５における電流は、液晶性有機半導体化合物１６と半導体性を有するカーボンナノチューブ１３との中を流れる。又、近接して配置されたカーボンナノチューブ１３の分子間においては、周囲にある液晶性有機半導体化合物１６の分子の中を電流が流れる。従って、液晶性有機半導体化合物１６を用いることにより、液晶性有機化合物を用いる場合と比べて、キャリア移動度やオン特性が優れた薄膜トランジスタ１８ａを提供することが可能になる。
【００７６】
尚、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタは、図３に示すゲート電極１７をゲート絶縁膜９上の基板２とは反対側のトップに設けたトップゲート型の薄膜トランジスタであってもよく、又、図４に示すような図３の構成とは別の構成である、ゲート電極１７を基板２上、或いはボトムに設けたボトムゲート型の薄膜トランジスタであってもよい。以下、本実施の形態に係るボトムゲート型の薄膜トランジスタについて説明する。
【００７７】
図４は、本実施の形態に係るゲート電極を基板上或いはボトムに設けたボトムゲート型の薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。
【００７８】
図４に示すように、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ１８ｂでは、図３に示したトップゲート型の薄膜トランジスタ１８ａと比べて、ゲート電極１７が基板２の上部に配設されている。又、このゲート電極１７と基板２の露出する部分を覆うようにして、ゲート絶縁膜９が配設されている。そして、このゲート絶縁膜９の上部に、半導体層１０とソース電極１１及びドレイン電極１２とが配設されている。
【００７９】
図４に示す薄膜トランジスタ１８ｂを形成する際には、先ず、基板２の上部にゲート電極１７を配設した後、そのゲート電極１７と基板２の露出する部分とを覆うようにして、ゲート絶縁膜９を設ける。そして、ゲート絶縁膜９の上部に、ソース電極１１及びドレイン電極１２を対向させて配設する。次に、少なくともゲート絶縁膜９の上部に、２つの対向するソース電極１１及びドレイン電極１２にまたがるようにして、或いは、少なくとも２つの対向するソース電極１１及びドレイン電極１２の間隙を覆うようにして、半導体性を有するカーボンナノチューブ１３と液晶性有機半導体化合物１６とを混合した混合物を含む複合系化合物１４を塗布する。そして、例えば、液晶性有機半導体化合物１６がスメクチック相を呈する場合においては、その層上にロールコーター（図示省略）等によって略一定方向にずれ応力（剪断応力）を掛ける。これにより、複合系半導体層１５内において、液晶性有機半導体化合物１６の分子を良好に配向させると共に、半導体性を有するカーボンナノチューブ１３をより良好にかつ密に配向させてその混合充填密度を向上させることができる。又、これにより、カーボンナノチューブ１３の分子間における電子的な接合点密度を高めることができる。このように、半導体層１０としての分子配向秩序度を従来以上に向上させた複合系半導体層１５を形成することにより、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ１８ｂにおいてもチャネルのキャリア移動度を改善することができる。
【００８０】
尚、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１８ａ又は１８ｂの作成においては、ゲート電極１７、ソース電極１１、ドレイン電極１２に使用できる材料は、電気導電性でありかつ基板２や半導体層１０と反応しない材料であれば、如何なる材料を用いてもよい。例えば、ドープしたシリコンや、金、銀、白金、プラチナ、パラジウム等の貴金属や、リチウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ金属又は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、モリブデン等の金属又はそれらの合金も使用することができる。又、その他として、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等の導電性の有機化合物も使用することができる。特に、ゲート電極１７については、ゲート電極１７の電気抵抗が他の電極（ソース電極１１及びドレイン電極１２）の電気抵抗より大きくても薄膜トランジスタ１８ａ及び１８ｂは動作可能であるので、製造を容易にするために、ゲート電極１７の材料としてソース電極１１及びドレイン電極１２とは異なる材料を使用することも可能である。これらの電極材料は、特に必要ではないが、室温或いは室温に近い温度で被着形成する室温プロセスが適用可能である。
【００８１】
又、上述したゲート絶縁膜９の材料としては、電気絶縁性であり、基板２や各電極、及び半導体層１０と反応しない材料であれば、如何なる材料も使用可能である。又、基板２及びゲート絶縁膜９の形態としては、シリコン上に通常のシリコン酸化膜を成膜してこれをゲート絶縁膜として用いる形態としてもよく、又、酸化膜形成後に樹脂等の薄層を設けてゲート絶縁膜として機能させる形態としてもよい。又、ゲート絶縁膜９は、基板２や各電極と異なる元素で構成される化合物をＣＶＤや蒸着、スパッタ等で堆積、又は溶液として塗布、吹き付け、電解付着等して形成してもよい。又、薄膜トランジスタ１８ａ及び１８ｂ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膜９の材料として用いることも知られており、強誘電性化合物や、強誘電体ではないが誘電率の大きな化合物を用いてゲート絶縁膜９を形成してもよい。更に、無機物に限らず、ポリフッ化ビニリデン系やポリシアニン化ビニリデン系等の誘電率の大きな有機物であってもよい。
【００８２】
又、本発明の実施の形態２〜３では、液晶性有機半導体化合物１６として２−フェニルナフタレン誘導体化合物のスメクチック相のＳｍＡ相或いはＳｍＥ相を利用したが、ＳｍＢ相等の液晶相でも同様に実施することが可能である。又、液晶性有機半導体化合物１６として、２−フェニルナフタレン誘導体である８−ＰＮＰ−Ｏ4を使用したが、８−ＰＮ
Ｐ−Ｏ12のスメクチック相を使用しても構わない。
【００８３】
又、液晶性有機半導体化合物１６として２−フェニルナフタレン誘導体を例に挙げて説明したが、これに限定されず、液晶性有機半導体化合物１６がネマチック液晶化合物及びスメクチック液晶化合物の少なくとも１種を有していて、６π電子芳香族環（ｌ個）、１０π電子芳香族環（ｍ個）及び／又は１４π電子芳香族環（ｎ個）（但し、ｌ＋ｍ＋ｎ＝１〜４、ｌ及びｎはそれぞれ０〜４の整数を表す）をコアに有し、上記の各芳香族が、それぞれ同一又は異なる組み合わせで、直接、或いは炭素−炭素二重結合又は炭素−炭素三重結合を介して連結器で連結されているものであれば構わない。
【００８４】
ここで、６π電子系芳香環としては、例えば、ベンゼン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、トロポロン環が挙げられる。又、１０π電子系芳香環としては、例えば、ナフタレン環、アズレン環、ベンゾフラン環、インドール環、インダゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾイミダゾール環、キノリン環、イソキノリン環、キナゾリン環、キノキサリン環が挙げられる。又、１４π電子系芳香環としては、例えば、フェナントレン環、アントラセン環等が挙げられる。中でも、２−フェニルナフタレン環、ビフェニル環、ベンゾチアゾール環、ｔ−チオフェン環の内の何れか１種類又はそれ以上をコアに有し、かつ棒状分子構造を有する液晶性有機化合物が好ましく、さらに２−フェニルナフタレン環をコアに有し、ベンゼン環、及びナフタレン環の各々がアルキル基、アルコキシ基等の側鎖を有し、かつ棒状分子構造を有する液晶性有機化合物が好ましい。
【００８５】
又、本発明を実施する場合、液晶性有機化合物や液晶性有機半導体化合物としては、分子配向秩序度がより高いネマチック相や上記他のスメクチック相を有する液晶性有機化合物や液晶性有機半導体化合物であれば構わない。
【００８６】
又、本発明の実施の形態１〜３においては、液晶性有機化合物材料或いは液晶性有機半導体化合物材料とナノチューブ材料とは混合比率が調整されて混合される。例えば、カーボンナノチューブの混合比率は、全体に対して体積比で３０〜９０％が好ましく、望ましくは５０〜７０％であることが好ましい。このカーボンナノチューブの混合比率により、形成された導電性薄膜、半導体層及び薄膜トランジスタは、更に良好な電気特性を示す。又、その作成プロセスにおいて、扱いやすい材料とすることができる。尚、最適な混合比率は、使用材料や工程条件や所望の特性により、上記混合比率範囲以外にも適宜変えることが可能である。
【００８７】
又、本実施の形態１〜３に係る構成は、少なくとも有機材料の特質を生かした有機系の電子材料としての、液晶性有機化合物或いは液晶性有機半導体化合物と無機系材料であるカーボンナノチューブとを混合した複合系化合物によって導電性薄膜或いは半導体層を形成することにより、そのキャリア移動度や電気伝導率を更に向上させる構成である。そして、液晶性有機半導体化合物とキャリア移動度や電気伝導率が高い値を有するカーボンナノチューブ材料とを混合し、これらの組成分子を良好に配向させて複合化することによって、液晶性有機半導体化合物や有機半導体化合物のみの場合における低いキャリア移動度をより高いキャリア移動度へ向上させることができ、薄膜トランジスタのチャネル形状等の設計自由度を更に高めることができる。
【００８８】
又、上述した基板２としては、フレキシブル性を有する屈曲可能なプラスチック板や薄いガラス基板の他に、厚さが薄いポリイミドフィルム等のしなやかな性質を有する樹脂フィルム等の基板も使用することができる。例えば、ポリエチレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム等を用いることが可能である。これらによっても、プラスチック板や樹脂フィルムを基板とするフレキシブル性を有するペーパーディスプレイ或いはシートディスプレイ等を実現することができる。
【００８９】
又、上述した説明では、ナノチューブとしてカーボンナノチューブを用いているが、将来において、カーボンやその他の材料からなる新規なナノチューブが開発される可能性がある。そのような新規なナノチューブを用いても、本発明を実施することが可能である。
【００９０】
又、本発明の薄膜トランジスタ１８ａ及び１８ｂは、少なくとも液晶性有機半導体化合物１６とカーボンナノチューブ１３とを複合して更にその配向度を良好に形成した複合系半導体層１５で半導体層１０を形成していることにより、オン状態及びオフ状態共に、液晶性有機半導体化合物１６のみとカーボンナノチューブ１３のみの場合における特性の従来における中間値より更に高い値になるので、オン又はオフの片方の特性が不十分な場合の改善が更に可能となる。例えば、キャリア移動度が低い液晶性有機半導体化合物により半導体層が形成されている薄膜トランジスタの場合、そのゲート幅には約数百μｍの形状が必要となる。又、キャリア移動度が極めて高い半導体性を有するカーボンナノチューブにより半導体層が形成されている薄膜トランジスタでは、約０．１μｍの極微のゲート幅となり、どちらも設計上実用的ではない。これに対して、液晶性有機半導体化合物とカーボンナノチューブとを複合して配向性良く形成した複合系半導体層におけるキャリア移動度は、両者の従来における中間値より更に高い値であり、従って数μｍ程度の実用的なゲート幅で設計製作することができ、かつ長く広いチャネル領域も使えるので、オン及びオフ時の導電率に合わせてチャネル形状を設計することができる。つまり、本発明に係る薄膜トランジスタの複合系半導体層は、液晶性有機半導体化合物が有する欠点をカーボンナノチューブの利点が補い、その一方でカーボンナノチューブが有する欠点を液晶性有機半導体化合物の利点が補うという、それぞれの長所をより強化した複合系半導体層であるといえる。
【００９１】
次に、本発明に係る薄膜トランジスタを画像表示装置の半導体デバイスに適用した一例について説明する。
【００９２】
図５は、本発明に係る薄膜トランジスタを含む半導体回路装置を利用した画像表示装置の構成の一例を模式的に示す構成図である。
【００９３】
図５において、実施の形態３における複合系半導体層を半導体層として有する薄膜トランジスタ（図示省略）を、少なくとも画素のスイッチング素子（図示省略）として複数個配設して、アクティブマトリックス型の画像表示装置１９（ディスプレイ）を構成する。これにより、プラスチック基板２０等の上の、マトリックス型に配置した複数本の電極２１，２２の各交差点２３近傍に配置した微細な薄膜トランジスタ（図示省略）からなるスイッチング素子（図示省略）を用いて、情報信号を良好な特性でＯＮ／ＯＦＦすることができるようになる。つまり、しなやかな基板を使用した高精細な画像表示装置である、リライタブルなペーパーライク電子ディスプレイやシートディスプレイを構成することができるようになる。又、上述した導電性薄膜や薄膜トランジスタ（図示省略）を用いてディスプレイの周辺に配設される駆動回路２４ａ及び２４ｂや制御回路２５（コントローラ）を構成することにより、ディスプレイパネル２６と上記回路とを一体で製作することになるので、ナノチューブのみで導電性薄膜や薄膜トランジスタを構成する場合より、機械的信頼性を向上させた柔軟性を有するリライタブルなペーパーライク電子ディスプレイやシートディスプレイ等の画像表示装置を構成することができる。
【００９４】
尚、上記において、アクティブマトリックス型のディスプレイパネルとして、ペーパーライク或いはシート状のディスプレイパネルとして、液晶表示方式、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、電子粉流体方式や干渉型変調（ＭＥＭＳ）方式等によるディスプレイパネル方式を使うことができる。
【００９５】
又、情報を記録するＩＣと無線通信用のアンテナとで構成する超小型装置、即ち、使い捨ての無線周波数ＩＣタグ（ＲＦＩＤタグ）等のＩＣ部の駆動回路や制御回路或いは記憶回路に、上記導電性薄膜や薄膜トランジスタを一体で形成して適用させることも可能である。これにより、シリコンチップで構成された従来の無線周波数ＩＣタグより、全体がしなやかで壊れにくい無線周波数ＩＣタグを構成することができる。又、上記導電性薄膜や薄膜トランジスタを含んだ半導体回路装置を、携帯機器や使い捨て機器、或いはその他の電子機器等に適用させることもできる。
【００９６】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４〜５では、非液晶性の有機半導体化合物及び有機化合物を水素結合により結合させて液晶性を発現する液晶性有機半導体混合物を作成し、その液晶性有機半導体混合物を所定の方向に配向させるという簡便かつ低コストな手段により、有機半導体化合物の分子を所定の方向に配向させて形成した、電気伝導率やキャリア移動度を更に向上させた導電性薄膜、及びその導電性薄膜を用いる薄膜トランジスタを実現する形態について説明する。
【００９７】
図７は、本発明の実施の形態４に係る導電性薄膜の作成工程を模式的に説明する断面図である。尚、図７において、説明が煩雑になることを避けるため、一部の工程に関する図示は省略している。
【００９８】
図７を参照しながら、導電性薄膜の作成方法について説明する。
【００９９】
本実施の形態では、先ず、図１１（ａ）に示す非液晶性のペンタセン誘導体からなる有機半導体化合物材料と、図１１（ｂ）に示す非液晶性の有機化合物材料とをモル比が約１：１となるように混合する。
【０１００】
ここで、図１１（ａ）に示すペンタセン誘導体化合物は、有機半導体化合物材料であるペンタセンの少なくとも末端にあるベンゼン環の炭素原子の少なくとも１個を、水素原子より電気的に陰性の原子である窒素（Ｎ）に置換した化合物である。
【０１０１】
又、図１１（ｂ）に示す非液晶性の有機化合物は、カルボキシ基を有する安息香酸誘導体である。図１１（ｂ）の安息香酸誘導体において、アルコキシ基は少なくとも炭素数３から８程度のものであることが望ましいが、これらに限定するものではない。又、上記において、非液晶性の有機化合物を安息香酸誘導体として説明したが、ビフェニルカルボン酸誘導体でも使用が可能である。
【０１０２】
図１１（ａ）の非液晶性のペンタセン誘導体と、図１１（ｂ）の非液晶性の安息香酸誘導体とを混合すると、図１１（ｃ）に示すように、ペンタセン誘導体と安息香酸誘導体とは水素結合し、混合するだけで自発的にスメクチック液晶を示す超分子である液晶性有機半導体混合物を形成することができる。尚、超分子とは、ペンタセン誘導体と安息香酸誘導体とのそれぞれ単独では、分子配向もしないし液晶性も示さない非液晶性の化合物であるが、混合されて生成した混合物である液晶性有機半導体混合物は、新しい性質である液晶性を発現する構造となっていることを意味する。又、上記液晶性有機半導体混合物は、共有結合より更に結合力が弱い水素結合によって形成された混合物であるが、室温に近いプロセスで扱える安定した材料となっている。
【０１０３】
次に、図７（ａ）に示すように、ガラス基板やプラスチック基板などの基板２上に少なくとも２個の電極３，４を対向して設ける。そして、発現する液晶相を後に配向させるために、ポリイミドをスピンコート法により膜厚１００ｎｍで成膜して焼成し、基板２上に配向膜（図示省略）を形成する。又、少なくとも電極３，４間に存在する配向膜に対して配向処理を行う。この配向処理は、液晶表示技術において基板間に注入される液晶材料を配向させる場合に用いられる方法と同様に、配向膜表面を無塵布で所定の一定の方向に、例えば、電極３，４の方向（矢印方向）にラビングすることにより行う。
【０１０４】
次に、図７（ｂ）において、非液晶性のペンタセン誘導体（図１１（ａ）参照）と非液晶性の安息香酸誘導体（図１１（ｂ）参照）とを混合することにより、水素結合により超分子構造となった液晶性有機半導体混合物２７を準備する。そして、この液晶性有機半導体混合物２７を、図７（ａ）に示した工程において配向処理された基板２上の配向膜の上に、キャスティング法により約１μｍの厚みで塗布する。
【０１０５】
図７（ｃ）において、導電性薄膜２８では、スメクチック液晶相を示す液晶性有機半導体混合物２７で形成された超分子構造の分子長軸方向を、所定の方向である矢印方向に向けて配向することで、その構成分子である上記ペンタセン誘導体の分子長軸方向を所望の方向に配向させることができる。つまり、作成される導電性薄膜２８の膜厚が薄いため、配向処理により所定の一定方向に配向させた液晶性有機半導体混合物２７に対して、内部の構成分子である有機半導体化合物であるペンタセン誘導体の長軸方向も、所望の任意の一定方向に、例えば、電極３，４の方向に配列することになる。従って、上述した配向処理により、混合された液晶性有機半導体混合物２７の配列方向を所定の方向に制御することを通して、有機半導体化合物の長軸方向を任意の方向に配列制御することが可能となる。図７（ｃ）では、上記所定の方向と上記任意の方向とは電極間方向（矢印方向）と略同じ方向としている。尚、使用する化合物の組み合わせによっては、配向処理方向である所定の方向と形成される任意の方向とは異なる場合があるので、所望の任意の方向が得られるように所定の方向を選ぶ必要がある。
【０１０６】
本実施の形態によって、導電性薄膜２８は、液晶性有機半導体混合物２７中のペンタセン誘導体の分子長軸方向を所望の任意の方向に配向させることで、電荷の移動が電極間方向に滑らかに行われる導電性薄膜となり、電気伝導率やキャリア移動度が向上し、導電性薄膜或いは有機半導体膜のキャリア移動度として、約０．３ｃｍ2／Ｖｓという値を得る
ことができた。この値は、蒸着された従来の結晶性のペンタセンに比べても、同一レベルのキャリア移動度である。
【０１０７】
図８は、本発明の実施の形態４に係る他の導電性薄膜の構成を模式的に示す断面図である。
【０１０８】
図８における導電性薄膜２９が図７に示す導電性薄膜２８と異なる点は、図７（ｃ）に示す導電性薄膜２８を形成する液晶性有機半導体混合物２７から、少なくとも電荷移動の観点からは余分な構成分子である有機化合物の成分を除去している点である。より具体的には、図１１（ａ）に示す非液晶性のペンタセン誘導体と図１１（ｂ）に示す非液晶性の安息香酸誘導体とを混合することにより、水素結合をして超分子構造となった液晶性有機半導体混合物２７から、電荷の移動を阻害する有機化合物である安息香酸誘導体成分を除去する。この場合、液晶性有機半導体混合物２７から安息香酸誘導体成分を除去するために、液晶性有機半導体混合物２７を加熱することにより水素結合を破壊し、これにより安息香酸誘導体成分を飛散させる。例えば、図７（ｃ）の液晶性有機半導体混合物２７を摂氏約１８０度に加熱することにより、電荷移動の観点からは余分な構成分子である図１１（ｂ）に示す安息香酸誘導体は昇華して飛散する。これにより、所定の方向に配向させた有機半導体化合物である図１１（ａ）に示すペンタセン誘導体のみが残り、良好な特性を有する導電性薄膜２９を形成することができた。
【０１０９】
この本実施の形態に係る他の構成では、上記簡便な方法によって作成したペンタセン誘導体有機半導体による導電性薄膜２９のキャリア移動度として、更に向上した約１．０ｃｍ2／Ｖｓという高い値を得ることができ、ペンタセン有機半導体化合物が有する高いキ
ャリア移動度を更に向上させて形成することができることが確認された。この値は、従来の蒸着で形成されたペンタセン有機半導体結晶相が有するキャリア移動度（約０．６ｃｍ2／Ｖｓ）よりも高い値である。又、導電性薄膜２９は、しなやかなプラスチック基板上
に１００×１００ｍｍの大面積に渡って略均一に安定して作成することができ、上記プラスチック基板を適度に曲げても、欠陥が生じることがないことが確認できた。
【０１１０】
尚、上記において、液晶性有機半導体混合物２７から電荷の移動を阻害する有機化合物を除去する方法として、液晶性有機半導体混合物２７を加熱して不要な有機化合物を除去する構成を説明したが、この方法に限定されることはない。例えば、他の方法としては、感光性を有する有機化合物を混合することにより液晶性を発現する液晶性有機半導体化合物を用いて導電性薄膜を構成し、これに紫外線を照射することにより、或いは、これを加熱することにより、上記感光性の有機化合物を揮発或いは昇華させる構成としても構わない。
【０１１１】
以上、上述した構成により、本発明に係る導電性薄膜によれば、非液晶性の有機半導体化合物と非液晶性の有機化合物とを混合して水素結合させて液晶性有機半導体混合物を構成し、これを塗布して所定の方向に配向させ、少なくとも有機半導体化合物が所定の方向に配向するように導電性薄膜を形成するという簡便な方法によって、有機半導体化合物が有する高いキャリア移動度を向上させ、かつ安定に形成することができる。
【０１１２】
又、本発明に係る他の導電性薄膜の構成として、液晶性有機半導体混合物から少なくとも電荷の移動を阻害する有機化合物の成分を除去することにより、有機半導体化合物が有する高いキャリア移動度を更に向上させ、かつ安定に形成することができる。
【０１１３】
尚、本実施の形態において、図１１（ａ）に示すペンタセン誘導体は置換された窒素が１個であるが、複数個の炭素を窒素に置換したペンタセン誘導体でもよく、その混合比率は上記に限定するものではない。例えば、窒素原子が２個置換されたペンタセン誘導体分子は、図１１（ｂ）に示す安息香酸誘導体の２分子と二重の水素結合を形成することができ、図１１（ｄ）に示すような、超分子構造の液晶性有機半導体混合物とすることができる。
【０１１４】
又、上記において、液晶性有機半導体混合物２７を塗布する方法としては、上記キャスティング法の他に、滴下法、スピンナー塗布法、浸漬塗布法、又はスクリーン印刷等の印刷法や、ロール塗布法、インクジェット塗布法、スプレイ塗布法等の方法を用いることができる。
【０１１５】
又、上記において、液晶性有機半導体混合物２７からなる導電性薄膜２８，２９や有機半導体膜を所定の方向へ配向させる方法としては、配向処理が施された配向膜の上に導電性薄膜や有機半導体膜を形成する方法や、導電性薄膜や有機半導体膜に電界を印加する方法、導電性薄膜や有機半導体膜に磁界を印加する方法等が挙げられる。これらの配向処理方法は、本発明に係る全ての実施の形態において利用できる。
【０１１６】
又、上記において、配向膜としては、酸化ケイ素等の無機系配向膜、又はナイロン、ポリビニルアルコール、ポリイミド、単分子膜等の有機系の配向膜が挙げられる。これらの配向膜は、斜め蒸着、回転蒸着により形成したり、高分子液晶、ＬＢ膜を用いて配向させたり、磁場による配向、スペーサエッジ法による配向、ラビング法等により一定の方向に配向させられている。尚、この配向膜は、配向膜としての機能のみのために形成してもよいし、絶縁層、ゲート絶縁膜等の種々の機能を兼ねる膜としてもよいし、絶縁性基板表面を適用してもよい。
【０１１７】
（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。
【０１１８】
図９において、薄膜トランジスタ３０は、絶縁性の基板２上に所望の形状のゲート電極１７が形成されており、更にこのゲート電極１７上にゲート絶縁膜９を介してチャネル層を構成する半導体層３１が形成されている。又、絶縁性の基板２と半導体層３１との間には、ソース電極１１及びドレイン電極１２が半導体層３１と直接接続するように形成されている。更に、これらゲート電極１７、ソース電極１１及びドレイン電極１２及び半導体層３１の上には、通常、保護膜が積層される。そして、ソース電極１１及びドレイン電極１２には引出し電極がそれぞれ接続されるが、煩雑になるため図示を省略している。
【０１１９】
図１０は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタの作成工程を模式的に示す断面図である。尚、図１０において、薄膜トランジスタの作成に要する従来要素の一部については、煩雑になるので図示を省略している。
【０１２０】
本実施の形態では、先ず、図１０（ａ）に示したように、プラスチック基板やガラス基板等の絶縁性を有する基板２の表面上に、アルミニウム膜を膜厚３００ｎｍで成膜する。そして、このアルミニウム膜をフォトリソグラフィー及びエッチングによって成形し、これによりゲート電極１７を形成した。
【０１２１】
続いて、ゲート電極１７及び基板２の露出部分を覆うようにして、ポリイミドをスピンコート法により膜厚１００ｎｍで成膜して、ゲート絶縁膜９を形成した。
【０１２２】
そして、ゲート絶縁膜９上に、導電体膜としてインジューム錫酸化膜（ＩＴＯ）をＥＢ蒸着法により基板温度１００℃、膜厚３００ｎｍで成膜して、フォトリソグラフィー及びエッチングを行い、これによりソース電極１１及びドレイン電極１２を形成した。又、少なくともソース電極１１及びドレイン電極１２の間に存在するゲート絶縁膜９上に、配向処理を行った。又は、配向処理したポリイミドのゲート絶縁膜９上に、ソース電極１１及びドレイン電極１２を形成してもよい。ここで、配向処理の方法としては、実施の形態４で用いた配向処理方法と同じ、ゲート絶縁膜９の表面を所定の方向に、例えばソース電極１１及びドレイン電極１２の方向（矢印方向）に無塵布で一方向に擦る（ラビングする）ことにより行う方法を用いる。これにより、後述する液晶性有機半導体混合物２７の超分子の長軸を、ラビング方向に対して平行方向に揃えて配向させることができる。
【０１２３】
次に、図９に示したように、ゲート絶縁膜９上にチャネル層となる有機半導体膜である半導体層３１を形成する。有機半導体膜である半導体層３１は、実施の形態４における導電性薄膜を形成する場合と同様、以下のようにして形成する。
【０１２４】
即ち、図１０（ｂ）において、図１１（ａ）に示す非液晶性のペンタセン誘導体と図１１（ｂ）に示す非液晶性の安息香酸誘導体とを混合し、水素結合して超分子構造となった図１１（ｃ）に示す液晶性有機半導体混合物２７を、図１０（ａ）に示す工程において配向処理された基板２上のソース電極１１及びドレイン電極１２を少なくとも覆うようにして、キャスティング法により約１μｍの厚みで塗布する。スメクチック液晶相を示す液晶性有機半導体混合物２７は、形成された超分子構造の分子長軸方向を所定の方向（矢印方向）に向けて配向することで、その内部構成分子である上記ペンタセン誘導体の分子長軸方向を所望の方向に配向させることができる。つまり、作成される液晶性有機半導体混合物２７からなる導電性薄膜３１の膜厚が薄いため、配向処理により所定の一定の方向に配向させた液晶性有機半導体混合物２７に対して、内部の構成分子であるペンタセン誘導体の長軸方向も、所望の任意の略一定方向、ここではソース電極１１及びドレイン電極１２の方向（矢印方向）に配列することになる。図１０（ｂ）においては、上記所定の方向と上記任意の方向とは電極間方向（矢印方向）と略同じ方向としている。尚、使用する化合物の組み合わせによっては、配向処理方向である所定の方向と形成される任意の方向とが異なる場合があるので、所望の方向が得られるように所定の方向を選ぶ必要がある。
【０１２５】
次に、図１０（ｃ）において、図１１（ａ）に示す非液晶性のペンタセン誘導体と図１１（ｂ）に示す非液晶性の安息香酸誘導体とを混合しかつ水素結合させて構成した液晶性有機半導体混合物２７から、電荷の移動を阻害する有機化合物である安息香酸誘導体成分を除去する。この安息香酸誘導体成分の除去は、少なくとも液晶性有機半導体混合物２７を加熱することによって水素結合を破壊し、これにより安息香酸誘導体を飛散させる。このようにして、所定の方向に配向した、有機半導体化合物であるペンタセン誘導体を残した導電性薄膜３１を有する薄膜トランジスタ３０を作成した。
【０１２６】
本実施の形態に係る簡便な方法によって作成したペンタセン誘導体有機半導体膜からなる半導体層を備える薄膜トランジスタのチャネルのキャリア移動度は、約１．０ｃｍ2／
Ｖｓという高い値であった。つまり、本実施の形態によれば、ペンタセン有機半導体化合物が有する高いキャリア移動度を更に向上させた薄膜トランジスタを形成することができることが確認された。この値は、従来の蒸着によって形成したペンタセン有機半導体結晶相が有する薄膜トランジスタのキャリア移動度（約０．６ｃｍ2／Ｖｓ）よりも高い値で
ある。又、本実施の形態によれば、１００×１００ｍｍの形状の柔軟性を有するプラスチック基板上に、有機化合物である安息香酸誘導体成分を除去した導電性薄膜３１からなる半導体層を有する薄膜トランジスタ３０を多数個安定して作成することができ、上記プラスチック基板を適度に曲げても多数個作成した薄膜トランジスタ３０に欠陥が生じることがないことが確認できた。
【０１２７】
上記により、本実施の形態によれば、非液晶性の有機半導体化合物と非液晶性の有機化合物とを混合して水素結合させた液晶性有機半導体混合物を所定の方向に配向させることにより、有機半導体化合物を所定の方向に配向させることが可能になる。又、本実施の形態では、電荷の移動を阻害する有機化合物を簡便な手段によって除去して有機半導体膜を形成しているので、有機半導体化合物が本来有する高いキャリア移動度を更に向上させた良好な電気特性を有する薄膜トランジスタを提供することができる。又、本実施の形態に係る薄膜トランジスタも、優れた電気特性を有する薄膜トランジスタとして提供することができるので、微小な回路デバイスや高性能電子デバイス等に適用することができる。
【０１２８】
尚、上記において、本発明に係る薄膜トランジスタは、ゲート絶縁層と、ゲート絶縁層と接触して設けた半導体層と、ゲート絶縁層の一方の側に接触して半導体層とは反対側に設けたゲート電極と、半導体層の少なくとも一方の側に接触してゲート電極に対して位置合わせしてゲート電極を挟むようにして設けたソース電極及びドレイン電極とを含む薄膜トランジスタである。ここで、本発明に係る薄膜トランジスタは、ゲート電極を基板上のボトムに設けたボトムゲート型の薄膜トランジスタとして説明したが、ゲート電極をゲート絶縁膜上に基板とは反対側のトップに設けたトップゲート型の薄膜トランジスタとして構成してもよい。
【０１２９】
又、本発明の実施の形態５における薄膜トランジスタ３０の作成において、ゲート電極１７、ソース電極１１、及びドレイン電極１２に使用できる材料は、電気導電性で、基板２や半導体層と反応しないものであれば、如何なる材料を用いてもよい。例えば、ドープしたシリコン、金、銀、白金、プラチナ、パラジウム等の貴金属や、リチウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム等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、モリブデン等の金属、又、それらの合金も使用することができる。又、その他の材料としては、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等の導電性の有機物も使用することができる。特に、ゲート電極は他の電極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、ゲート電極を、ソース電極及びドレイン電極を構成する材料とは異なる材料によって形成してもよい。
【０１３０】
又、上述したゲート絶縁膜９の材料としては、電気絶縁性であり、基板２や各電極、及び半導体層と反応しない材料であれば、如何なる材料も使用可能である。又、基板２及びゲート絶縁膜９の形態としては、シリコン上に通常のシリコン酸化膜を成膜してこれをゲート絶縁膜として用いる形態としてもよく、又、酸化膜形成後に樹脂等の薄層を設けてゲート絶縁膜として機能させる形態としてもよい。又、ゲート絶縁膜９は、基板２や各電極と異なる元素で構成される化合物をＣＶＤや蒸着、スパッタ等で堆積、又は溶液として塗布、吹き付け、電解付着等して形成してもよい。又、薄膜トランジスタ３０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膜９の材料として用いることも知られており、強誘電性化合物や、強誘電体ではないが誘電率の大きな化合物を用いてゲート絶縁膜９を形成してもよい。更に、無機物に限らず、ポリフッ化ビニリデン系やポリシアニン化ビニリデン系等の誘電率の大きな有機物であってもよい。
【０１３１】
又、本実施の形態によれば、薄膜形成や半導体層の形成において、従来の低温の薄膜形成技術を使用することができるので、上述した基板２として、フレキシブル性を有する屈曲可能なプラスチック板や薄いガラス基板の他に、厚さが薄いポリイミドフィルム等のしなやかな性質を有する樹脂フィルム等の基板も使用することができる。例えば、ポリエチレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム等を用いることが可能である。これらによっても、プラスチック板や樹脂フィルムを基板とするフレキシブル性を有するペーパーディスプレイ或いはシートディスプレイ等を実現することができる。
【０１３２】
上記により、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法によって、非液晶性の有機半導体化合物と非液晶性の有機化合物とを混合して水素結合させた液晶性有機半導体混合物を基板上に塗布して所定の方向に配向させることで、所望の方向に配向した導電性薄膜を簡便に形成することができる。又、簡便な方法により、上記液晶性有機半導体混合物から少なくとも電荷の移動を阻害する有機化合物を除去することができるので、有機半導体化合物が本来有する高いキャリア移動度を更に向上させた導電性薄膜を半導体層として有する薄膜トランジスタを、安価に製造することが可能になる。
【０１３３】
尚、実施の形態４，５においては、ペンタセン誘導体と安息香酸誘導体とが水素結合して液晶性有機半導体混合物を形成する構成として説明したが、有機半導体化合物及び有機化合物が水素結合することにより液晶性を発現する液晶性有機半導体混合物を構成するのであれば、如何なる有機半導体化合物及び有機化合物を用いても構わない。従って、本発明における有機半導体化合物及び有機化合物は、少なくとも水素結合するために、水素原子より電気的に陰性の原子である窒素、酸素、硫黄及びハロゲン元素から選択された少なくとも一種の元素をそれぞれ有していることが必要であり、それらの元素同士が水素を介して結合する化合物が好適である。又、本発明における有機半導体化合物及び有機化合物は、不飽和結合及びベンゼン環から選択された少なくとも一種をそれぞれ有していて、その一種が、上記の窒素、酸素、硫黄及びハロゲン元素の何れかの元素と水素を介して結合する化合物が好適である。
【０１３４】
又、上記において、有機半導体化合物としてペンタセン誘導体を使用する形態について説明したが、ペンタセンの他に、ナフタセン、テトラセン等のアセン系の有機半導体化合物誘導体や、銅フタロシアニン誘導体等のフタロシアニン系の有機半導体化合物誘導体、或いは、チオフェン系有機半導体化合物誘導体を用いる構成としても構わない。
【０１３５】
更に、上記において、非液晶性の有機半導体化合物と非液晶性の有機化合物を混合して水素結合させることにより形成する、液晶性を発現する液晶性有機半導体混合物の超分子構造は、ネマチック液晶又はスメクチック液晶のような略棒状の超分子構造であってもよく、ディスコチック液晶のような円盤状の超分子構造となっても構わない。
【０１３６】
尚、その他の点については、実施の形態１〜３の場合と同様である。
【０１３７】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６〜７では、秩序が高い第１の液晶相を有する有機半導体化合物と秩序が低い第２の液晶相を示す有機化合物との混合組成物層を用い、秩序が低い第２の液晶相を発現させることにより有機半導体化合物分子を所定の方向に配向させて形成した、電気伝導率やキャリア移動度を更に向上させた導電性薄膜、及びその導電性薄膜を用いる薄膜トランジスタを実現する形態について説明する。
【０１３８】
図１２は、本発明の実施の形態６に係る導電性薄膜の作成工程を模式的に示す断面図である。尚、図１２においては、煩雑を避けるために、一部の工程に関する図示は省略している。
【０１３９】
以下、図１２を参照しながら、本実施の形態に係る導電性薄膜の作成工程について詳細に説明する。
【０１４０】
本実施の形態において用いる有機半導体化合物は、高温で秩序が高い液晶相（対称性が低い液晶相）を有する有機半導体化合物、或いは、潜在的に秩序が高い液晶相を有する有機半導体化合物である。具体的には、スメクチック液晶相のような秩序が高い液晶相からなる第１の液晶相を高温で有する有機半導体化合物、更に具体的には、例えば、高温でスメクチック液晶相を有する図１６に示すオリゴチオフェン誘導体のような低重合体有機半導体化合物を少なくとも含む材料を使用する。尚、上記において、有機半導体化合物が高温で秩序が高い液晶相を有するとは、少なくとも秩序が高い液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上に存在し、上記秩序が高い液晶相が上記結晶化温度より高温の温度範囲に存在することを意味している。
【０１４１】
図１６に示すオリゴチオフェン誘導体は、チオフェン環Ｔを正逆に５個連結したＤｅｃ−５Ｔ−Ｄｅｃ（Ｄｅｃは、炭素分子１０個からなるアルキル基）からなる有機半導体化合物である。このＤｅｃ−５Ｔ−Ｄｅｃは、示差走査熱分析法（ＤＳＣ）によって測定した結果から、摂氏１００度から１７０度の高温の温度範囲においてスメクチック液晶相を有し、摂氏１００度以下で結晶となり、摂氏１７０度以上で等方性液体となることが分かっている。
【０１４２】
又、上記有機半導体化合物のオリゴチオフェン誘導体と混合させる有機化合物材料としては、少なくとも、秩序が低い液晶相（対称性が高い液晶相）であるネマチック相のような第２の液晶相を示す有機化合物である、例えば、図１７の（ａ）及び（ｂ）に示すシアノビフェニール系、又は、図１７（ｃ）に示すシアノターフェニール系（以下、ビフェニール系という）を混合してなる液晶化合物を使用する。
【０１４３】
有機化合物である、図１７に示すビフェニール系液晶化合物において、アルキル基Ｒ及びＲａは少なくとも炭素数が３〜８の直鎖状或いは分岐状のアルキル基であり、これらＲ及びＲａが異なる複数成分を含むネマチック液晶化合物とする。又、これらのネマチック液晶化合物に他の系列の液晶化合物を混合した、混合ネマチック液晶化合物を用いてもよい。又、シアノ基やフッ素基で置換していないネマチック液晶化合物も使用することができる。
【０１４４】
上記において、有機化合物であるネマチック液晶相を発現させる温度範囲は、有機半導体化合物のスメクチック液晶相を発現させる温度範囲より低くても高くてもよい。
【０１４５】
図１３は、本実施の形態に係る有機半導体化合物と有機化合物との混合組成物の相図の例を示す概念図である。尚、図１３において、横軸はオリゴチオフェン誘導体の重量（％）を示しており、オリゴチオフェン誘導体の重量が減少するに連れて、ビフェニール系液晶化合物の重量が増加する。又、図１３において、縦軸は相転移温度（℃）を示している。
【０１４６】
図１３に示すように、上記有機半導体化合物であるオリゴチオフェン誘導体Ｄｅｃ−５Ｔ−Ｄｅｃは、摂氏１００度から１７０度の範囲でスメクチック液晶相（Ｓ）を有し、摂氏１７０度以上で等方性液体（Ｉ）となる。しかし、図１３の相図に示すように、有機半導体化合物であるオリゴチオフェン誘導体Ｄｅｃ−５Ｔ−Ｄｅｃを９３重量％と、有機化合物であるビフェニール系液晶化合物を７重量％とを混合した混合組成物は、摂氏１６０度から摂氏１６７度の温度範囲で、ネマチック相（Ｎ）を発現することがわかる。
【０１４７】
図１３に示す相図に基づき、例えば、高温で秩序が高い第１の液晶相、或いは、潜在的に秩序が高い第１の液晶相を有する有機半導体化合物を９３重量％と、秩序が低い液晶相としてネマチック液晶相のような第２の液晶相を示す有機化合物を７重量％とを少なくとも混合した混合組成物を作成する。この際、必要に応じて、塗布しやすいように、クロロベンゼン等の有機溶媒を上記混合組成物に混ぜておくとよい。
【０１４８】
有機半導体化合物と有機化合物との混合比率は、使用する双方の材料種類或いは所望の電気特性によっても異なるが、混合組成物における有機半導体化合物の量はできるだけ多い比率がよく、所望の高い特性を得やすい。望ましくは、７０〜９８重量％の有機半導体化合物が混合組成物に含まれる構成が好ましいが、更に望ましくは、９０〜９５重量％の有機半導体化合物が混合組成物に含まれる構成が好ましい。これにより、更に高い特性が得られる。尚、本発明においては、有機半導体化合物の混合比率は上述した値に限定するわけではない。
【０１４９】
そして、図１２（ａ）に示すように、ガラス基板やプラスチック基板等の基板２上に、少なくとも２個の電極３，４を対向して設ける。又、発現した第２の液晶相を配向させるために、ポリイミドをスピンコート法により膜厚１００ｎｍで成膜しかつ焼成することにより、基板２上に配向膜（図示省略）を形成する。又、その後、少なくとも電極３，４間に渡って存在する配向膜上に配向処理を行う。ここで、この配向処理は、液晶表示技術において基板間に注入される液晶材料を配向させる場合に用いる方法と同様の、配向膜表面を無塵布で任意の一定の方向に、例えば電極３，４の方向（矢印）にラビングする方法により行う。
【０１５０】
次に、図１２（ｂ）に示すように、配向処理された基板２上の少なくとも電極３，４に渡る範囲に、上記混合組成物の溶液を、滴下ノズル３２から滴下法により滴下して、約１μｍの厚さに塗布する。そして、少なくとも混合組成物の溶液部分を加温して、これにより混合組成物の溶液から有機溶媒を飛散させて混合組成物層３３を形成する。
【０１５１】
次に、図１２（ｃ）に示すように、電極３，４間の少なくとも間隙部分に塗布した混合組成物層３３を、所定の温度範囲下に置く。ここで、「所定の温度範囲」とは、混合組成物層３３から、図１６に示すオリゴチオフェン誘導体を含んだ秩序が低い第２の液晶相であるネマチック相が発現する温度範囲を意味する。尚、本実施の形態で例示する、９３重量％の有機半導体化合物と７重量％の有機化合物とを混合した混合物を含む混合組成物層３３では、図１３の相図に示す通り、摂氏１６０度から摂氏１６７度の温度範囲で、任意の方向に配向させた秩序が低い第２の液晶相であるネマチック相３４が、電極３，４間に渡って発現した。
【０１５２】
次に、図１２（ｄ）に示すように、電極３，４間の少なくとも間隙部分や境界に発現したネマチック相３４を徐冷して冷却固化することにより、有機半導体化合物を９３重量％含んだ混合組成物層３３を所定の方向に配向させた導電性薄膜３５を形成した。尚、ネマチック相３４を徐冷して冷却固化することにより、その混合組成と配向性とを維持した固相を形成することができることは、従来の液晶技術から明らかである。そして、作成される混合組成物層３３の膜厚が薄いため、配向処理により任意の一定の方向に配向させたビフェニール系液晶化合物に対して、これと混合している有機半導体化合物であるオリゴチオフェン誘導体におけるチオフェンが連結した骨格鎖は、所定の一定の方向に、例えば、電極３，４の方向に配列することになる。従って、この配向処理により、混合されたネマチック液晶相である有機化合物の配列方向を所定の方向に制御することを通して、有機半導体化合物の骨格鎖の配列方向を所定の方向に制御することが可能となる。
【０１５３】
尚、上記において、配向処理して有機化合物を配向させる所定の方向と、その配向に伴って配列する有機半導体化合物の骨格鎖の所定の方向とは、同じであってもよく、又、異なっていてもよい。つまり、本発明において必要となる点は、有機半導体化合物が所定の方向に配列することである。
【０１５４】
本実施の形態において作成した導電性薄膜３５のキャリア移動度は、１０-2ｃｍ2／Ｖ
ｓという高い値であった。これにより、オリゴチオフェン誘導体を所定の略一定の方向に配向させた導電性薄膜の特性の向上が確認された。尚、これに対して、本実施の形態で用いる誘導体と同様のオリゴチオフェン誘導体を使用し、蒸着によって作成した導電性薄膜では、そのキャリア移動度は１０-3ｃｍ2／Ｖｓと低い値であった。
【０１５５】
上記の結果から、高温で秩序が高い第１の液晶相を有する有機半導体化合物と、秩序が低い第２の液晶相を示す有機化合物とを混合して形成した混合組成物層を用い、これを所定の温度範囲下に置き、基板上に形成配置した電極間において混合組成物層から有機半導体化合物を含む秩序が低い第２の液晶相を発現させて所定の方向に配向させることにより、有機半導体化合物の分子自体が所定の方向に配向して、導電性薄膜のキャリア移動度や電気伝導率がより向上することが判明した。
【０１５６】
又、好ましくは、第１の液晶相をスメクチック液晶相とし、第２の液晶相をネマチック液晶相として、これらの液晶相の制御を組み合わせることにより、導電性薄膜を容易に形成することができる。又、有機半導体化合物は、オリゴチオフェン誘導体等の低重合体有機半導体化合物を含んでおり、これを略均一に配向させることにより、低重合体有機半導体化合物を使用した導電性薄膜において、キャリア移動度や電気伝導率等の電気特性をより向上させることができる。
【０１５７】
尚、上記において、有機半導体化合物であるオリゴチオフェン誘導体はチオフェン環を複数結合した誘導体であり、チオフェン環を少なくとも４〜６個連結して高温下に置くことでスメクチック液晶相を有するので、これらを使用することができる。
【０１５８】
（実施の形態７）
図１４は、本発明の実施の形態７に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。
【０１５９】
図１４において、薄膜トランジスタ３７は、絶縁性を有する基板２上に所望の形状のゲート電極１７が形成されており、更にゲート電極１７上にゲート絶縁膜９を介してチャネル層を構成する半導体層３６が形成されている。又、絶縁性を有する基板２と半導体層３６との間には、ソース電極１１及びドレイン電極１２が半導体層３６と直接接続するようにして形成されている。尚、これらゲート電極１７、ソース電極１１及びドレイン電極１２、及び半導体層３６の上には、通常、保護膜が積層されている。又、ソース電極１１及びドレイン電極１２には引出し電極がそれぞれ接続されるが、図が煩雑になるため、ここではそれらの図示を省略している。
【０１６０】
図１５は、本発明の実施の形態７に係る薄膜トランジスタの作成工程を模式的に示す断面図である。尚、図１５において、薄膜トランジスタの作成に要する従来要素の一部については、図が煩雑になるのでその図示を省略する。
【０１６１】
先ず、図１５（ａ）に示すように、プラスチック基板やガラス基板等からなる絶縁性を有する基板２の表面に、アルミニウム膜を膜厚３００ｎｍで成膜して、その後フォトリソグラフィー及びエッチングによってゲート電極１７を形成する。続いて、ゲート電極１７と基板２の露出する部分とを覆うようにして、ポリイミドをスピンコート法により膜厚１００ｎｍで成膜して、これによりゲート絶縁膜９を形成する。
【０１６２】
次に、ゲート絶縁膜９の上部に、導電体膜としてのインジューム錫酸化膜（ＩＴＯ）をＥＢ蒸着法によって基板温度１００℃、膜厚３００ｎｍで成膜する。そして、このインジューム錫酸化膜から、フォトリソグラフィー及びエッチングを行うことにより、ソース電極１１及びドレイン電極１２を形成する。その後、少なくともソース電極１１及びドレイン電極１２の間に存在するゲート絶縁膜９上に配向処理を行う。尚、この配向処理の方法は、実施の形態６で用いた配向処理方法と同様の、ゲート絶縁膜９の表面を所定の方向に無塵布で一方向に擦る（ラビングする）方法によって行う。これにより、後述する混合組成物層に含まれる液晶性の有機化合物を、ラビング方向に対して平行方向に配向させることが可能になる。又、上記においては、ソース電極１１及びドレイン電極１２を形成した後にゲート絶縁膜９の表面に配向処理を行う形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、例えば、配向処理を行ったポリイミドからなるゲート絶縁膜９の上部にソース電極１１及びドレイン電極１２を形成する形態としてもよい。
【０１６３】
次に、図１４に示したように、ゲート絶縁膜９の上部にチャネル層となる有機半導体膜である半導体層３６を形成する。この半導体層３６は、以下に説明するように、実施の形態６で説明した導電性薄膜を形成する方法と同様の方法によって形成する。
【０１６４】
先ず、有機半導体化合物として、実施の形態６の場合と同じように、例えば、図１６に示すＤｅｃ−５Ｔ−Ｄｅｃからなる高温で秩序が高い液晶相であるスメクチック相を有する、オリゴチオフェン誘導体の低重合体有機半導体化合物を少なくとも含む材料を用意する。ここで、オリゴチオフェン誘導体としては、チオフェン環を少なくとも４〜６個結合した材料を使用することができる。
【０１６５】
又、有機化合物として、秩序が低い液晶相（対称性が高い液晶相）であるネマチック相のような第２の液晶相を示す有機化合物である、例えば、図１７（ａ）に示すビフェニール系液晶化合物を用意する。そして、有機半導体化合物であるオリゴチオフェン誘導体Ｄｅｃ−５Ｔ−Ｄｅｃを９３重量％と、上記有機化合物であるビフェニール系液晶化合物を７重量％とを少なくとも混合して、混合組成物を作成する。又、塗布し易くするために、この混合組成物にクロロベンゼン等の有機溶媒を混ぜておく。
【０１６６】
次に、図１５（ｂ）に示すように、表面が所定の方向にラビング配向処理されたポリイミドからなるゲート絶縁膜９の露出部分と、ソース電極１１及びドレイン電極１２との上部に、上記準備した混合組成物の溶液を滴下法によって膜厚が約１μｍとなるように塗布する。そして、少なくとも混合組成物の溶液部分を加温することにより、混合組成物の溶液から有機溶媒を飛散させ、これにより有機半導体化合物である９３重量％のオリゴチオフェン誘導体を含む混合組成物を有する混合組成物層３８を形成する。
【０１６７】
有機半導体化合物と有機化合物との混合比率は、使用する双方の材料種類或いは所望の電気特性によっても異なるが、混合組成物層における有機半導体化合物の量は可能な限り多い比率が好適であり、所望の良好な電気特性を得やすい。望ましくは、混合組成物層３８の７０〜９８重量％の有機半導体化合物を含む構成が好ましいが、更に望ましくは、混合組成物層３８の９０〜９５重量％の有機半導体化合物を含む構成がより好ましい。これにより、更に良好な電気特性を得ることが可能になる。尚、混合組成物層３８における有機半導体化合物の混合比率は、上述した混合比率に限定されることはなく、有機半導体化合物の種類や要求される電気特性に応じて、適宜調整することが可能である。
【０１６８】
次に、図１５（ｃ）に示すように、ソース電極１１及びドレイン電極１２の間の少なくとも間隙部分に塗布した混合組成物層３８を、混合組成物から図１６に示すオリゴチオフェン誘導体を含む秩序が低い第２の液晶相であるネマチック相が発現する所定の温度範囲下に置く。これにより、本実施の形態に係る有機半導体化合物Ｄｅｃ−５Ｔ−Ｄｅｃ（９３重量％）と有機化合物（７重量％）とを混合した混合組成物３８から、図１３に示す相図に従って、摂氏１６０度から摂氏１６７度の温度範囲でネマチック相３９が発現する。
【０１６９】
次に、図１５（ｄ）に示すように、ソース電極１１及びドレイン電極１２の少なくとも間隙部分や境界に発現したネマチック相３９を徐冷し、冷却固化することにより、有機半導体化合物を９３重量％含む混合組成物層３８から所定の方向に配向させた有機半導体層としての半導体層３６を形成する。これにより、図１４に示す薄膜トランジスタ３７の半導体層３６が完成する。薄膜トランジスタ３７の半導体層３６において、配向処理により任意の一定の方向に配向させたビフェニール系液晶化合物に対して、これと混合している有機半導体化合物であるオリゴチオフェン誘導体分子、即ちオリゴチオフェン誘導体におけるチオフェンが連結した骨格鎖は、ある所定の略一定の方向（例えば、ソース電極１１及びドレイン電極１２の方向）に並んで配列することになる。
【０１７０】
本実施の形態に示す構成によって作成した有機半導体層としての半導体層３６を有する薄膜トランジスタ３７のチャネルのキャリア移動度は、１０-2ｃｍ2／Ｖｓという高い値
であった。この結果から、オリゴチオフェン誘導体を所定の略一定方向に配向させた半導体層３６の電気特性の向上が確認された。尚、これに対して、本実施の形態で用いたオリゴチオフェン誘導体と同様の誘導体を使用し、このオリゴチオフェン誘導体を単に蒸着して形成した半導体層を有する薄膜トランジスタのキャリア移動度は、１０-3ｃｍ2／Ｖｓ
という低い値であった。
【０１７１】
以上、説明したように、本実施の形態では、高温で秩序が高い第１の液晶相を有する有機半導体化合物と秩序が低い第２の液晶相を示す有機化合物とを混合して作成した混合組成物を用い、基板上に形成配置したソース電極及びドレイン電極の間に塗布して混合組成物層を形成し、その後、混合組成物層から有機半導体化合物を含む秩序が低い第２の液晶相が発現する所定の温度範囲下に置く。そして、ソース電極及びドレイン電極の両電極間において、第２の液晶相を発現し任意の方向に配向させる。これにより、有機半導体化合物の分子自体が、所定の方向に配向する。そして、これにより、有機半導体化合物の分子を良好に配向させて電荷輸送の性能を高めた導電性薄膜を形成し、この導電性薄膜を半導体層として利用して、チャネルのキャリア移動度がより向上した薄膜トランジスタを形成する。
【０１７２】
この場合、好ましくは、第１の液晶相をスメクチック液晶相、第２の液晶相をネマチック液晶相として、これらの液晶相の制御を組み合わせることにより、半導体層を容易に形成することが可能になる。
【０１７３】
又、有機半導体化合物は、オリゴチオフェン系誘導体等の有機半導体化合物の低重合体を含んでいて、この有機半導体化合物の低重合体を略均一に配向させることによって導電性薄膜を形成し、この導電性薄膜を用いて半導体層を形成しても、薄膜トランジスタのチャネルのキャリア移動度等の電気特性をより向上させることができる。
【０１７４】
尚、上記において、有機化合物であるネマチック液晶相の発現温度は、有機半導体化合物のスメクチック液晶相の発現温度よりも低くてもよく、又、高くてもよい。
【０１７５】
又、上記において、有機半導体化合物であるオリゴチオフェン誘導体は、スメクチック液晶相を発現するオリゴチオフェン誘導体であれば如何なる誘導体でもよく、チオフェン環の個数やアルキル基の長さを限定する必要はない。
【０１７６】
又、上記において、有機半導体化合物としてオリゴチオフェン誘導体を使用する形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、ペンタセン、テトラセン、フェニレン誘導体、フタロシアニン化合物、シアニン色素等の低重合体有機半導体化合物における誘導体においてスメクチック液晶相を発現する材料を使用しても、同様にして本発明を実施することが可能である。
【０１７７】
又、上記において、有機化合物としてシアノビフェニール系、シアノターフェニール系ネマチック液晶化合物を使用する形態について説明したが、フェニルシクロヘキサン（ＰＣＨ）系、フェニルエステル系、フェニルピリミジン系、フェニルジオキサン系、トラン系等の略棒状分子構造を有するネマチック液晶化合物や、その他の系列のネマチック液晶化合物や、これらの混合系からなる混合ネマチック液晶化合物を用いる形態であっても構わない。又、上記において、有機化合物としてネマチック液晶化合物を用いる形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、濃度転移型液晶（リオトロピック液晶）を使用する形態としても構わない。
【０１７８】
又、有機化合物として、シアノビフェニール系又はシアノフェニルエステル系等の、極性が強いシアノ基或いはフッ素基等を末端に有するネマチック液晶化合物を使用する場合には、上述したように配向膜を配向処理することにより有機半導体化合物を配向させてもよいが、ソース電極及びドレイン電極に電圧を印加することにより発生する電界によって有機半導体化合物を配向させることも可能である。
【０１７９】
又、上記において、混合組成物としては、上記有機半導体化合物と上記有機化合物とを少なくとも含んでいればよく、この他に、電荷極性付与剤等の他の材料を含んでいてもよい。
【０１８０】
又、上記において、有機溶媒の種類は、選択する有機半導体化合物の種類によって適宜選択することが可能である。例えば、上述したクロロベンゼンの他に、クロロホルム、１，２，４−トリクロロベンゼン等の芳香族溶媒を用いることも可能である。又、テトラヒドロフラン、ジエチルグリコール、ジエチルエーテル等の有機溶媒を用いることも可能である。
【０１８１】
又、上記において、混合組成物の溶液を塗布する方法としては、上記滴下法の他に、キャスティング法、スピンナー塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷等の印刷法や、ロール塗布法、インクジェット塗布法、スプレイ塗布法等の塗布方法を用いることができる。
【０１８２】
又、上記において、液晶相を任意の所定の方向へ配向させる方法としては、配向処理が施された配向膜の上に有機半導体膜を形成する方法の他、有機半導体膜に電界を印加する方法や、有機半導体膜に磁界を印加する方法等が挙げられる。
【０１８３】
又、上記において、配向膜としては、酸化ケイ素等の無機系配向膜又はナイロン、ポリビニルアルコール、ポリイミド、単分子膜等の有機系の配向膜が挙げられる。これらの配向膜は、斜め蒸着や回転蒸着により形成することが可能であり、高分子液晶、ＬＢ膜を用いる配向、磁場による配向、スペーサエッジ法による配向、ラビング法による配向が可能である。尚、この配向膜は、配向膜としての機能のためだけに形成してもよいが、絶縁層やゲート絶縁膜等の種々の機能を兼ねる膜としてもよく、又、絶縁性基板表面を適用してもよい。
【０１８４】
又、上記においては、薄膜トランジスタの半導体層として、有機半導体化合物と液晶性の有機化合物との混合組成物から形成した有機半導体層を利用する形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、有機半導体化合物及び半導体性のカーボンナノチューブを複合させた複合系半導体材料と液晶性の有機化合物との混合組成物から形成した複合系半導体層を利用する形態としても構わない。
【０１８５】
又、上記において、本発明に係る薄膜トランジスタは、ゲート絶縁層と、ゲート絶縁層と接触して設けた半導体層と、ゲート絶縁層の一方の側に接触して半導体層とは反対側に設けたゲート電極と、半導体層の少なくとも一方の側に接触してゲート電極に対して位置合わせしてゲート電極を挟むようにして設けたソース電極及びドレイン電極とを含む薄膜トランジスタである。ここで、本発明に係る薄膜トランジスタは、ゲート電極を基板上のボトムに設けたボトムゲート型の薄膜トランジスタとして説明したが、ゲート電極をゲート絶縁膜上に基板とは反対側のトップに設けたトップゲート型の薄膜トランジスタとして構成してもよい。
【０１８６】
又、本発明の実施の形態７における薄膜トランジスタ３７の作成において、ゲート電極１７、ソース電極１１、及びドレイン電極１２に使用できる材料は、電気導電性で、基板２や半導体層３６と反応しないものであれば、如何なる材料を用いてもよい。例えば、ドープしたシリコン、金、銀、白金、プラチナ、パラジウム等の貴金属や、リチウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム等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、モリブデン等の金属、又、それらの合金も使用することができる。又、その他の材料としては、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等の導電性の有機物も使用することができる。特に、ゲート電極は他の電極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、ゲート電極を、ソース電極及びドレイン電極を構成する材料とは異なる材料によって形成してもよい。
【０１８７】
又、上述したゲート絶縁膜９の材料としては、電気絶縁性であり、基板２や各電極、及び半導体層３６と反応しない材料であれば、如何なる材料も使用可能である。又、基板２及びゲート絶縁膜９の形態としては、シリコン上に通常のシリコン酸化膜を成膜してこれをゲート絶縁膜として用いる形態としてもよく、又、酸化膜形成後に樹脂等の薄層を設けてゲート絶縁膜として機能させる形態としてもよい。又、ゲート絶縁膜９は、基板２や各電極と異なる元素で構成される化合物をＣＶＤや蒸着、スパッタ等で堆積、又は溶液として塗布、吹き付け、電解付着等して形成してもよい。又、薄膜トランジスタ３７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膜９の材料として用いることも知られており、強誘電性化合物や、強誘電体ではないが誘電率の大きな化合物を用いてゲート絶縁膜９を形成してもよい。更に、無機物に限らず、ポリフッ化ビニリデン系やポリシアニン化ビニリデン系等の誘電率の大きな有機物であってもよい。
【０１８８】
又、本実施の形態によれば、薄膜形成や半導体層の形成において、従来の低温の薄膜形成技術を使用することができるので、上述した基板２として、フレキシブル性を有する屈曲可能なプラスチック板や薄いガラス基板の他に、厚さが薄いポリイミドフィルム等のしなやかな性質を有する樹脂フィルム等の基板も使用することができる。例えば、ポリエチレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム等を用いることが可能である。これらによっても、プラスチック板や樹脂フィルムを基板とするフレキシブル性を有するペーパーディスプレイ或いはシートディスプレイ等を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８９】
本発明に係る導電性薄膜及び薄膜トランジスタとそれらの製造方法は、半導体回路装置や表示装置を超小型化及び高性能化するための導電性薄膜及び薄膜トランジスタとそれらの製造方法として有用である。又、ペーパーライク或いはシート状の画像表示装置や、小型でかつ高性能な半導体回路装置を使用した携帯機器、無線ＩＣタグ等の使い捨て機器、或いはその他の電子機器、ロボット、超小型医療器具等を実現するための導電性薄膜及び薄膜トランジスタとそれらの製造方法として有用である。又、これらの半導体回路装置や表示装置等を安価に製造するための導電性薄膜及び薄膜トランジスタとそれらの製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る導電性薄膜の作成工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２に係る導電性薄膜を半導体層として用いる複合系半導体層の作成工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態３に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３に係るゲート電極を基板上或いはボトムに設けたボトムゲート型の薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明に係る薄膜トランジスタを含む半導体回路装置を利用した画像表示装置の構成の一例を模式的に示す構成図である。
【図６】図６は、２−フェニルナフタレン誘導体の分子化合物である８−ＰＮＰ−Ｏ4の構造を示す構造図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態４に係る導電性薄膜の作成工程を模式的に説明する断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態４に係る他の導電性薄膜の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態５に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態５に係る薄膜トランジスタの作成工程を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は非液晶性のペンタセン誘導体からなる有機半導体化合物材料の構造を示す構造図であり、図１１（ｂ）は非液晶性の有機化合物材料の構造を示す構造図であり、図１１（ｃ）はペンタセン誘導体と安息香酸誘導体とが水素結合している状態を示す構造図であり、図１１（ｄ）は超分子構造を有する液晶性有機半導体混合物の構造を示す構造図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態６に係る導電性薄膜の作成工程を模式的に示す断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態６に係る有機半導体化合物と有機化合物との混合組成物の相図の例を示す概念図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態７に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態７に係る薄膜トランジスタの作成工程を模式的に示す断面図である。
【図１６】図１６は、オリゴチオフェン誘導体の構造を示す構造図である。
【図１７】図１７は、オリゴチオフェン誘導体と混合させる有機化合物材料の構造を示す構造図であり、図１７（ａ）及び（ｂ）はシアノビフェニール系の有機化合物材料の構造を示しており、図１７（ｃ）はシアノターフェニール系（ビフェニール系）の有機化合物材料の構造を示している。
【図１８】図１８は、半導体層にカーボンナノチューブを使用した従来の薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。
【図１９】図１９は、半導体層が側鎖に液晶性置換基が導入された有機半導体ポリマーで構成された従来の薄膜トランジスタの断面構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１９１】
１  導電性薄膜
２  基板
３，４  電極
５  カーボンナノチューブ
６  液晶性有機化合物
７  複合系化合物
８  ロールコーター
９  ゲート絶縁膜
１０  半導体層
１１  ソース電極
１２  ドレイン電極
１３  カーボンナノチューブ
１４  複合系化合物
１５  複合系半導体層
１６  液晶性有機半導体化合物
１７  ゲート電極
１８ａ，１８ｂ  薄膜トランジスタ
１９  画像表示装置
２０  プラスチック基板
２１，２２  電極
２３  交差点
２４ａ，２４ｂ  駆動回路
２５  制御装置
２６  ディスプレイパネル
２７  液晶性有機半導体化合物
２８  導電性薄膜
２９  導電性薄膜
３０  薄膜トランジスタ
３１  半導体層
３２  滴下ノズル
３３  混合組成物層  ３４  ネマチック相
３５  導電性薄膜
３６  半導体層
３７  薄膜トランジスタ
３８  混合組成物層
３９  ネマチック相
１００  薄膜トランジスタ
１０１  絶縁性基板
１０２  ゲート絶縁膜
１０３  ゲート電極
１０４  ソース電極
１０５  ドレイン電極
１０６  有機半導体膜
２００  薄膜トランジスタ
２０１  ｐ+シリコン基板
２０２  ゲート絶縁層
２０３  半導体層
２０４  ソース電極
２０５  ドレイン電極
２０６，２０７  コンタクト部
【図１】
0004878841.tif 000002
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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