(57)【要約】【課題】カーボンナノチューブや有機半導体を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）におけるしきい値電圧制御の問題と、特にカーボンナノチューブを用いたＴＦＴにおけるヒステリシス現象の問題をともに解決する。【解決手段】カーボンナノチューブおよび有機半導体のいずれか一方、またはその両方の複合材料をチャネル領域とする電界効果トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜および／または電極保護膜にアミノパリレン高分子あるいはその共重合体を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブおよび有機半導体のいずれか一方、またはその両方の複合材料を含有するチャネル領域と、
前記チャネル領域に接続されたソース電極およびドレイン電極と、
前記チャネル領域に接するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネル領域に接するゲート電極と
を持ち、前記ゲート絶縁膜がアミノパリレン高分子あるいはその共重合体からなることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
カーボンナノチューブおよび有機半導体のいずれか一方、またはその両方の複合材料を含有するチャネル領域と、
前記チャネル領域に接続されたソース電極およびドレイン電極と、
前記チャネル領域に接するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネル領域に接するゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の一部あるいは全部を被覆する電極保護膜と
を持ち、前記電極保護膜がアミノパリレンあるいはその共重合体からなることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項３】
カーボンナノチューブおよび有機半導体のいずれか一方、またはその両方の複合材料を含有するチャネル領域と、
前記チャネル領域に接続されたソース電極およびドレイン電極と、
前記チャネル領域に接するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネル領域に接するゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の一部あるいは全部を被覆する電極保護膜と
を持ち、前記ゲート絶縁膜および前記電極保護膜がアミノパリレンあるいはその共重合体からなることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜を構成するアミノパリレンあるいはその共重合体の組成と、前記電極保護膜を構成するアミノパリレンあるいはその共重合体の組成とが異なっていることを特徴とする請求項３に記載の電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカーボンナノチューブや有機半導体をチャネル領域とする電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果トランジスタは、電気機器のスイッチング素子として多用されており、なかでも薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＴＦＴ）はアクティブマトリックス液晶ディスプレイなどのスイッチング素子として実用化されている。ＴＦＴの一般的なチャネル材料としてはアモルファスシリコンや多結晶シリコンが用いられている。
【０００３】
近年、ＴＦＴの新しいチャネル材料としてカーボンナノチューブや有機半導体が注目されている（非特許文献１、２）。カーボンナノチューブや有機半導体は、スピンコーティングやスクリーン印刷法、インクジェット法といった簡便な成膜技術を用いることによって簡単に薄膜形成が可能であることに加え、アモルファスシリコンや多結晶シリコンに比べて製造プロセス温度を低く抑えることが可能である。そのため一般的には耐熱性が低いプラスチック基板などを用いることが可能となり、ディスプレイなどの電子機器の軽量化、低コスト化が期待できる。また、プラスチックなど曲げられる基板上にＴＦＴなどを形成することにより、機能性の高い電子機器への応用展開も可能となる。
【非特許文献１】Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ｒ．  Ｆｏｒｒｅｓｔ，Ｎａｔｕｒｅ，４２８，９１１（２００４）
【非特許文献２】Ｑｕｎｇ  Ｃａｏ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１６，２３５５（２００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、カーボンナノチューブや有機半導体を用いたＴＦＴにおいてはしきい値電圧の制御が課題となっている。しきい値電圧とはチャネルをオン状態にするために必要なゲート電圧をさす。アモルファスシリコンや多結晶シリコンを用いたＴＦＴでは、シリコンに対してドナーやアクセプターなどの不純物をドーピングすることにより、しきい値電圧を制御する。しかしながら、カーボンナノチューブや有機半導体に対してはこれら不純物のドーピングが難しく、これが実用化を妨げる要因の一つとなっている。
【０００５】
さらに、特にカーボンナノチューブを用いたＴＦＴにおいてはカーボンナノチューブへの水分子の吸着などによりヒステリシス現象が生じる。ここでのヒステリシス現象とは、ゲート電圧を掃引した際に、掃引方向によりしきい値電圧が変わることを意味している。ヒステリシス現象を抑制するためには、カーボンナノチューブへの水分子の吸着などを防止する電極保護膜を形成する必要がある。
【０００６】
本発明は、カーボンナノチューブや有機半導体を用いたＴＦＴにおける、しきい値電圧制御の問題と、特にカーボンナノチューブを用いたＴＦＴにおけるヒステリシス現象の問題をともに解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
通常のＴＦＴは、半導体特性を有するチャネル領域と、そのチャネル領域の両端に接続されたソース電極およびドレイン電極と、チャネル領域に接するゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介してチャネル領域に接するゲート電極を持つ。本発明においては、チャネル領域が含有する材料として、カーボンナノチューブおよび有機半導体のいずれか一方、またはその両方の複合材料を想定している。
【０００８】
本発明の第一の手段（請求項１）では、ゲート絶縁膜を構成する材料としてアミノパリレン高分子あるいはその共重合体を用いる。アミノパリレン高分子あるいはその共重合体の成分調整によってしきい値電圧が制御される。
【０００９】
本発明の第二の手段（請求項２）では、このアミノパリレン高分子あるいはその共重合体をソース電極およびドレイン電極を被覆する電極保護膜の材料として用いる。この場合も同様に、アミノパリレン高分子あるいはその共重合体の成分調整によってしきい値電圧が制御される。
【００１０】
本発明の第三の手段（請求項３）では、ゲート絶縁膜およびソース電極・ドレレン電極の電極保護膜のそれぞれ対して、アミノパリレン高分子あるいはその共重合体を用いる。ゲート絶縁膜および電極保護膜それぞれに適用する材料の組成は異なってよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明におけるアミノパリレン高分子あるいはその共重合体からなるゲート絶縁膜は、チャネル領域とゲート電極の電気的な絶縁性を良好に保ち、またこれらの成分調整によりカーボンナノチューブおよび有機半導体のいずれか一方、またはその両方の複合材料をチャネル領域とするＴＦＴのしきい値電圧を制御する。これらのゲート絶縁膜はＴＦＴのヒステリシス現象も抑制する。また、アミノパリレン高分子あるいはその共重合体からなる電極保護膜についても、その成分調整によりしきい値電圧を制御できる。ゲート絶縁膜および電極保護膜における材料の組み合わせにより、さらに精度を高めた制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１３】
図１は、本発明の電界効果トランジスタの第１の実施例の断面構造を示す模式図である。図１において、１は基板、２はチャネル領域、３はソース電極、４はドレイン電極、５はゲート絶縁膜、６はゲート電極である。
【００１４】
基板１は電気的には絶縁性であればよく、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、フッ化カルシウム、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂、ポリイミド、テフロンなど一般的に用いられる絶縁性基板を使うことができる。
【００１５】
チャネル領域２は、カーボンナノチューブおよび有機半導体のいずれか一方、またはその両方の複合材料を含有する材料からなる。カーボンナノチューブは単層ナノチューブ、二層ナノチューブ、多層ナノチューブのいずれでもよく、またカーボンナノチューブの内部空間に分子を内包した、いわゆるピーポッドナノチューブでも良い。内包する代表的な分子として、フラーレン、金属内包フラーレンなどが例示できる。有機半導体に関しては、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセンあるいはそれらの誘導体などのアセン分子材料や、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、あるいはそれらの誘導体などであればよい。また、カーボンナノチューブ、有機半導体を分散する有機溶媒として、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ベンゼン、ジクロロメタン、ジクロロエタン、ドデシル硫酸ナトリウムを、分散助剤としてポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレートを用いる。
【００１６】
ソース電極３およびドレイン電極４は、金属性を有する材料であればよく、例えば、金、銀、白金、チタン、炭化チタン、タングステン、アルミニウム、モリブデン、クロム、パラジウムなどを用いればよい。図１においてソース電極３およびドレイン電極４はチャネル領域２の上面に接している、いわゆるトップコンタクト型を例示しているが、ソース電極３およびドレイン電極４を形成した後にコンタクト領域２を形成することにより、チャネル領域２の下面で接している、いわゆるボトムコンタクト型でもよい。
【００１７】
ゲート絶縁膜５はアミノパリレン高分子あるいはその共重合体からなる。アミノパリレン高分子は、下記式（１）で示される、アミノ基で修飾されたパラシクロファンを重合することにより形成する。式（１）で示される分子の名称は、４−ａｍｉｎｏ［２．２］ｐａｒａｃｙｃｌｏｐｈａｎｅである。
【００１８】
【化１】
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【００１９】
重合のための最適条件は、気化温度に関して１５０℃から２５０℃，分解温度に関して６００℃から７５０℃，合成チャンバー内の真空度として１ｋＰａである。式（１）で示されるアミノパラシクロファンは１つのアミノ基が一方のベンゼン環を化学修飾しているが、もう一つのアミノ基が他方のベンゼン環も化学修飾している分子でも効果がある。また、アミノパラシクロファンと、通常のパラシクロファン（［２．２］ｐａｒａｃｙｃｌｏｐｈａｎｅ）との共重合体を形成することにより、電界効果トランジスタのしきい値電圧を精密に制御することが可能となる。
【００２０】
ゲート電極６は、導体を用いればよい。例えば、金、銀、白金、チタン、炭化チタン、窒化チタン、タングステン、ケイ化タングステン、窒化タングステン、アルミニウム、モリブデン、クロム、多結晶シリコン、あるいはその組み合わせでもよい。
【００２１】
（発明の他の実施の形態）
図２は本発明の電界効果トランジスタの第２および第３の実施例の断面図である。図２において、１は基板、２はチャネル領域、３はソース電極、４はドレイン電極、５はゲート絶縁膜、６はゲート電極、７は電極保護膜である。基板１、チャネル領域２、ソース電極３、ドレイン電極４、ゲート電極６に関しては第１の実施例で示した材料を用いる。
【００２２】
第２の実施例におけるゲート絶縁膜５は、通常の絶縁膜、すなわち、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、フッ化カルシウムなどの無機材料、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、テフロンなどの高分子材料、アミノプロピルエトキシシランなどの自己組織化単分子膜などを用いればよい。
【００２３】
電極保護膜７においては、第１の実施例においてゲート絶縁膜５に用いたアミノパリレン高分子あるいはその共重合体を用いる。成膜条件は第１の実施例で示した条件で実施できる。
【００２４】
本発明の電界効果トランジスタの第３の実施例においては、図２におけるゲート絶縁膜５にもアミノパリレン高分子あるいはその共重合体を用いる。ゲート絶縁膜５に用いるアミノパリレン高分子あるいはその共重合体は、電極保護膜７に用いる材料と組成が同じでもよく異なってもよい。
【００２５】
本発明によれば、カーボンナノチューブおよび有機半導体のいずれか一方、またはその両方の複合材料をチャネル領域とする電界効果トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜および／または電極保護膜にアミノパリレン高分子あるいはその共重合体を用いることにより、しきい値電圧の制御を可能とし、またヒステリシス現象の問題をともに解決する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例の電界効果トランジスタの模式図である。
【図２】本発明の第２および第３の実施例の電界効果トランジスタの模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１：基板
２：チャネル領域
３：ソース電極
４：ドレイン電極
５：ゲート絶縁膜
６：ゲート電極
７：電極保護膜
【図１】
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【図２】
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