JP2006351613A - 電界効果トランジスタ、その製造方法および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高移動度、かつ、電極と半導体のコンタクトが良好で特性のばらつきが少ない電界効果トランジスタその製造方法、当該トランジスタを少なくとも一部に用いた電子機器を提供する。
【解決手段】ソース電極23、ドレイン電極24、ゲート電極21、および針状半導体26を備えた電界効果トランジスタであって、前記ソース電極23およびドレイン電極24において前記針状半導体26が導電性ポリマーに覆われており、チャネル部25において針状半導体26が絶縁性ポリマーに覆われている電界効果トランジスタ。
【選択図】図２

Description

本発明は、針状半導体を用いた電界効果トランジスタ、その製造方法および前記電界効果トランジスタを用いた電子機器に関するものである。

近年、情報処理や通信などの高速化に伴い、カーボンナノチューブ（以下CNTと略称する）やシリコンナノワイヤーなどの針状半導体をソース電極とドレイン電極間に形成されるチャネル領域に用いた移動度の大きな電界効果トランジスタの研究が進められている。図１に従来の典型的なCNTを用いた電界効果トランジスタの構造を示す。図１に示すように、ガラス基板１０上にゲート絶縁膜１２である酸化膜（１００〜５００nm）を形成し、その上に金や白金からなるソース電極１３とドレイン電極１４が形成され、有機溶媒に希釈して分散させたCNTを塗布し、電極間をまたぐCNTをもって半導体層１５を形成している。（特許文献１参照）
特開２００４−０７１６５４公報

しかし、ソース電極とドレイン電極間に溶媒を滴下し、溶媒を除去する方法で作製した電界効果トランジスタでは、CNTとソース電極およびドレイン電極のコンタクトはCNTと電極が接している部分だけとなり、半導体と電極間のコンタクト性が悪く、特性ばらつきが大きい。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、コンタクト性の良好な針状半導体を用いた高移動度の電界効果トランジスタおよびその製造方法、ならびに前記電界効果トランジスタを少なくとも一部に用いた電子機器を提供することを目的とする。

本発明の電界効果トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、および針状半導体を備えた電界効果トランジスタであって、前記ソース電極およびドレイン電極において前記針状半導体が導電性ポリマーに覆われており、前記ソース電極およびドレイン電極間を接続しているチャネル部において前記針状半導体が絶縁性ポリマーに覆われていることを特徴とする。これにより、電極と針状半導体のコンタクト性が良好な電界効果トランジスタが実現可能である。

さらに、前記針状半導体の長さがチャネル長よりも長いことが好ましい。これにより、ソース電極とドレイン電極間を一本の針状半導体でつなぐことができるため、分子間のホッピング伝導を要さず高移動度な電界効果トランジスタが実現可能となる。すなわち、ソース−ドレイン電極間の長さより短い長さの針状半導体複数個を、配向し直列につなげることによってソース−ドレイン電極間を針状半導体で接続した場合に比べ、より高移動度な電界効果トランジスタが実現可能となり好ましい。

さらに、前記針状半導体が、前記ソース電極と前記ドレイン電極を結ぶ方向に対し、ほぼ平行方向に配向していることが好ましい。これにより、ソース電極とドレイン電極をつなぐ針状半導体が増加し、高電流を安定して得ることができる電界効果トランジスタが実現可能となる。すなわち、前記ソース電極と前記ドレイン電極を結ぶ方向に対し、ほぼ平行でなく、角度が大きい方向に向いている針状半導体は、ソース-ドレイン電極間をつなぐことができなくなる確率が増大するので、ほぼ平行方向に配向しているものが多いほど、ソース電極とドレイン電極をつなぐ針状半導体が増加し、高電流を安定して得ることができる電界効果トランジスタが実現可能となり、好ましい。

また、本発明の電子機器は、少なくとも一つの半導体素子を含む電子機器であって、前記半導体素子の少なくとも一つが、上記したいずれかに記載の電界効果トランジスタである電子機器である。移動度の高い電界効果トランジスタが含まれる電子機器とすることにより、応答速度、処理速度などの反応速度が高められた電子機器が提供される。しかも針状半導体電界効果トランジスタは、電子機器上に直接容易に形成することも可能であり、また小型化できるので電子機器を小型化したり、本発明のトランジスタをより高密度に配置し、より高性能な電子機器を提供することも可能になり好ましい。

前記電子機器としては、前記電子機器がアクティブマトリクス型ディスプレイであることが好ましい。

移動度が高く、特性ばらつきの小さい本発明の電界効果トランジスタは、アクティブマトリクス型のディスプレイを構成する部材上で容易に安定して形成でき、また、電界効果トランジスタを用いてアクティブマトリクス型のディスプレイを構成することによって、特性が高く安価なディスプレイを得ることができる。また、本発明の電界効果トランジスタを用いることによって、電界効果トランジスタを小型化でき、そして軽くて柔軟性のあるプラスチック基板（フィルム状プラスチック基板）を用いることができるので、柔軟性および耐衝撃性を備えたシートライクなディスプレイを実現できる。また、移動度の向上によって、表示速度（反応速度）の速いアクティブマトリクス型のディスプレイを得ることが可能となる。

また、前記電子機器としては、前記電子機器が無線IDタグであることが好ましい。本発明の電界効果トランジスタを用いることによって、電界効果トランジスタを小型化でき、様々な素材の物品へ貼り付けることも可能であるので、様々な形状の無線IDタグを容易に提供できる。また、移動度が高い本発明の電界効果トランジスタを用いることによって、反応速度（処理速度）が速く、通信周波数の高い無線IDタグが得られる。

また、前記電子機器としては、前記電子機器が携行用機器であることが好ましい。

これらの携行用機器の素子の少なくとも一部に本発明の電界効果トランジスタを用いることによって、電界効果トランジスタを小型化でき、また、かなりの部分をプラスチックなどの有機材料とすることもできるので機械的柔軟性、耐衝撃性、捨てる際の対環境性、軽量、安価といった特性に優れるという有機材料の利点を備える携行用機器も製造可能となる。

また、本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、および前記ソース電極、ドレイン電極ならびにその間を接続しているチャネル部において針状半導体を備えている電界効果トランジスタの製造方法であって、前記ソース電極、ドレイン電極ならびにチャネル部を形成する部位を絶縁性ポリマーと針状半導体混合層で形成し、次いで前記絶縁性ポリマーと針状半導体混合層の一部の絶縁性ポリマーを導電性ポリマーに変換することで、前記ソース電極およびドレイン電極を形成することを特徴とする。これにより、前記ソース電極およびドレイン電極近傍部分の針状半導体の周りはすべて導電性ポリマーにより覆われており、電極と針状半導体のコンタクト性が良好となり、移動度が大きく、特性ばらつきの少ない電界効果トランジスタが実現可能となる。

また、本発明の別の電界効果トランジスタの製造方法は、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、および前記ソース電極、ドレイン電極ならびにその間を接続しているチャネル部において針状半導体を備えている電界効果トランジスタの製造方法であって、前記ソース電極、ドレイン電極ならびにチャネル部を形成する部位を導電性ポリマーと針状半導体混合層で形成し、次いで前記導電性ポリマーと針状半導体混合層の一部の導電性ポリマーを絶縁性ポリマーに変換することで、チャネル部を形成することを特徴とする。これにより、前記ソース電極およびドレイン電極近傍部分の針状半導体の周りはすべて導電性ポリマーにより覆われており、電極と針状半導体のコンタクト性が良好となり、移動度が大きく、特性ばらつきの少ない電界効果トランジスタが実現可能となる。

本発明によれば、高移動度かつ特性ばらつきの少ない針状半導体を用いた電界効果トランジスタおよびその容易な製造方法を提供することができる。

また、本発明の電界効果トランジスタを少なくとも一部に用いた電子機器においては、応答速度、処理速度などの反応速度が高められた電子機器が提供される。また、本発明の電界効果トランジスタは小型化でき、また、かなりの部分をプラスチックなどの有機材料とすることもできるので、機械的柔軟性、耐衝撃性、捨てる際の対環境性、軽量、安価といった特性に優れるという有機材料の利点を備える携行用機器も製造可能となる。

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説明する。

（実施の形態１）
図２は本実施の形態に係る針状半導体を用いた電界効果トランジスタの断面図の一例である。図２に示した電界効果トランジスタは、基板２０上にゲート電極２１が形成され、ゲート電極２１を覆ってゲート絶縁膜２２が形成されている。ゲート絶縁膜２２の上には、一定の間隔を保ったソース電極２３とドレイン電極２４、さらにチャネル領域２５が形成されている。このとき、針状半導体２６は、ソース電極２３、ドレイン電極２４およびチャネル領域２５に含まれている。

基板２０を構成する材料は特に制限するものではないが、例えば、ガラス、石英、アルミナ焼結体などの無機材料、ポリイミド膜、ポリエステル膜などのプラスチックといった絶縁性基板などが用いられる。特に機械的柔軟性、耐衝撃性、軽量性などの観点を重視する場合には、プラスチック基板が好適である。基板の厚さも特に制限するものではないが、小型化、薄型化などの観点からは、５〜２００nmの範囲のものが好都合である。

ゲート電極２１としては、例えば、金、白金、銀、銅、アルミニウム、クロム、モリブデン、ニッケルなどや、これらの合金、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ITO（インジウム‐錫酸化物）などの無機材料で形成してもよい。これらの導電材は、蒸着法、スパッタ法などにより膜厚50〜500nm程度に成膜され、通常のフォトリソグラフィ工程、およびエッチング工程により、所望の形状に加工されてもよい。また、導電性の有機材料で形成してもよい。導電性の有機材料は、インクジェット法で印刷することによって形成してもよい。導電性の有機材料としては、例えば、ポリアニリンやポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸（以下PEDOT/PSSと略称する）などがあげられる。

ゲート絶縁膜２２としては、SiO₂、Al₂O₃などの無機絶縁材料、ポリアクリロニトリル、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、ポリイミドなどの有機絶縁材料で形成してもよい。これら絶縁膜は、CVD法、スピンコート法、キャスト法、蒸着法などにより膜厚50nmから1000nm程度に成膜される。

ソース電極２３、ドレイン電極２４およびチャネル領域２５は、出発原料物質として導電性ポリマーと針状半導体複合材料を用いて作製することができる（ただし、出発原料物質として導電性ポリマーの代わりに絶縁性ポリマーを用いることもできる。後述の実施例1は、この実施の態様1の構造で出発原料物質として絶縁性ポリマーを用いた例を示している）。まず、ゲート絶縁膜２２上で、チャネル領域２５、ソース電極２３およびドレイン電極２４とすべき部分に、導電性ポリマーと針状半導体複合層を形成する。この導電性ポリマーと針状半導体複合層の形成は、導電性ポリマーと針状半導体の混合液を、インクジェット法、ディップコーティング法、スピンコーティング法などを用いることにより形成することができるが、これらのみに限定されるものではない。導電性ポリマーと針状半導体の混合液の調整には、例えば、導電性ポリマーを溶解するが、針状半導体は溶解しないような有機溶媒が溶媒として用いられる。かかる有機溶媒としては、用いる導電性ポリマーと針状半導体によって異なるので、一概に規定できないが、例えばクロロホルムやジメチルホルムアミド（以下DMFと略称する）などの有機溶媒が挙げられる。

つぎに、チャネル領域２５におけるポリマーの導電性を絶縁性に変換することによって、チャネル領域２５、ソース電極２３およびドレイン電極２４を形成することができる。ポリマーの導電性変換方法として、導電性にするための添加剤などのドーピング量を変化させる方法や、熱を加えて結晶から非結晶に相変化させる方法、分子や結晶の配向方向を変化させる方法などが例示されるが、特にこれらのみに限定されるものではない。

導電性ポリマー材料としては、導電性を示す有機材料であり、公知の有機分子を用いることができる。例えば、酸化剤や還元剤が添加されたポリピロール、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリアニリンなどが例示されるが、特にこれらのみに限定されるものではない。これらのポリマーは、上述したように酸化剤などが添加されラジカルやイオンが形成されて導電性を有するようになると考えられる。本発明では、本来、絶縁性のポリマーでも、上記のごとく何らかの添加剤などの添加によって導電性を有するポリマーとしたものも、“導電性ポリマー”と称している。また、導電性ポリマーは、ソース電極およびドレイン電極となるため、導電性が優れている材料であることが好ましい。また、チャネル領域２５において、前記導電性ポリマーが絶縁性に変換されたポリマーは針状半導体２６の保護膜ともなりうるため、ポリマー材料は耐酸素性（耐酸化性）や耐水分性（耐湿性）に優れた材料であることが好ましい。

針状半導体材料としては、バルクの状態で半導体特性を示す材料で形成でき、例えば、シリコンやゲルマニウムといった半導体で形成できる。これらの半導体には不純物(ドーパント)をドーピングしてもよく、例えば、リンをドープしたシリコンや、ホウ素をドープしたゲルマニウムなどを用いてもよい。ドーピングは、針状半導体を形成する際の原料にドーパントを添加することによって行ってもよいし、形成された針状半導体にドーパントをイオン注入することによって行ってもよい。また、半導体タイプのCNTを針状半導体に用いてもよい。CNTは、単層CNTあるいは多層CNTのどちらでもよい。

針状半導体の形状は、製造方法や製造条件によって変化する。針状半導体の平均直径は、特に限定するものではないが、０．５nm〜１００nm程度が好ましく、特に好ましくは０．７nm〜３０ｎｍ程度である。針状半導体の平均長さに特に限定はないが、チャネル長よりも長いことが好ましい。チャネル長としては、目的とするトランジスタの大きさに応じて決めればよいが、特に小型化する場合においては、フォトレジストなどのマスクの加工能力の下限の限界がほぼ数μm程度であるため、針状半導体の長さとしては、例えば５〜１００μmであることが好ましい。

尚、図２では針状半導体２６が、一本でソース電極２３とチャネル領域２５とドレイン電極２４間にまたがって存在している長さ（すなわち連続した一本の針状半導体２６でソース電極２３とチャネル領域２５とドレイン電極２４間に亘って存在する長さ）の針状半導体２６を用いた例を図示しているが、連続した一本の針状半導体でなく、これらの電極間をより長さの短い針状半導体複数本が直列につながって、ソース電極２３とチャネル領域２５とドレイン電極２４間をつないでいるものも使用可能である。連続した一本の針状半導体２６でソース電極２３とチャネル領域２５とドレイン電極２４間に亘って存在する長さの針状半導体２６を用いた方が、移動度のより高い電界効果トランジスタとすることができ好ましい。このことは、後述する実施の形態２の図３を用いて説明する電界効果トランジスタにおいても同様である。

また、針状半導体をソース電極２３およびドレイン電極２４を結ぶ方向になるべく平行になるように配向させることが好ましいが、針状半導体をこのように配向させるには、用いる針状半導体材料の種類などによっても異なるので、一概に規定できないが、例えばソース電極とドレイン電極を結ぶ方向に対してほぼ平行に針状半導体が配向するように、ラビング処理を施したゲート絶縁膜上に導電性ポリマーと針状半導体混合液を塗布してもよい。また、導電性ポリマーと針状半導体混合液に基板を浸し、ソース電極とドレイン電極を結ぶ方向に対してほぼ平行に基板を引き上げることによって、混合液を塗布しても良い。また、ゲート絶縁膜上に配向膜を形成し、その上に、導電性ポリマーと針状半導体混合液を塗布してもよい。また、ソース電極とドレイン電極に電界や磁界を加えた基板上に導電性ポリマーと針状半導体混合液を塗布してもよい。また、配向膜を形成する場合には、その材料としては、特に限定するものではないが、ポリイミドなどが好適な例として例示される。配向膜は、例えば、凸版印刷法、スピンコート法などで、特に限定するものではないが、好ましくは４０〜５０ｎｍ程度の厚さに形成され、ポリイミドなどのベークを必要とする材料においては、ベークを行う。上述のようにして基板上に塗布した導電性ポリマーと針状半導体混合液は、適宜加熱して、乾燥固化される。

このように針状半導体を配向させた構成にすることにより、移動度がより高いチャネル領域を形成できるので好ましい。かくして導電性ポリマーと針状半導体から形成された、ソース電極およびドレイン電極その間を結ぶチャネル領域のうち、チャネル領域２５とすべき部分の導電性ポリマーを、前述したような導電性ポリマーの種類に応じた適宜の方法で絶縁性ポリマーに変換することにより、本発明の電界効果トランジスタを形成できる。

（実施の形態２）
図３は本実施の形態に係る針状半導体を用いた電界効果トランジスタの断面図の一例である。図３に示した電界効果トランジスタは、基板３０上に、一定の間隔を保ったソース電極３３とドレイン電極３４、さらにこれらの中間にこの両者と結合しているチャネル領域３５が形成されている。その上に、ゲート絶縁膜３２が形成されており、ゲート絶縁膜３２の上にゲート電極３１が形成されている。このとき、針状半導体３６は、ソース電極３３、ドレイン電極３４およびチャネル領域３５内に含まれている。

基板３０、ゲート電極３１およびゲート絶縁膜３２は、実施の形態１に記述した材料および形成方法を同様に用いることができる。

ソース電極３３、ドレイン電極３４およびチャネル領域３５は、出発原料物質として絶縁性ポリマーと針状半導体複合材料を用いて作製することができる（ただし、出発原料物質として絶縁性ポリマーの代わりに導電性ポリマーを用いることもできる。後述の実施例2は、この実施の態様2の構造で出発原料物質として導電性ポリマーを用いた例を示している）。まず、基板３０上で、チャネル領域3５、ソース電極3３およびドレイン電極3４とすべき部分に、絶縁性ポリマーと針状半導体複合層を形成する。この絶縁性ポリマーと針状半導体複合層の形成は、絶縁性ポリマーと針状半導体の混合液を、インクジェット法、ディップコーティング法、スピンコーティング法などを用いることにより形成することができるが、これらのみに限定されるものではない。絶縁性ポリマーと針状半導体の混合液の調整には、例えば、絶縁性ポリマーを溶解するが、針状半導体は溶解しないような有機溶媒が溶媒として用いられる。かかる有機溶媒としては、例えば、用いる絶縁性ポリマーと針状半導体によって異なるので、一概に規定できないがクロロホルムやDMFなどの有機溶媒が挙げられる。つぎに、ソース電極３３およびドレイン電極３４におけるポリマーの絶縁性を導電性に変換することによって、ソース電極３３、ドレイン電極３４およびチャネル領域３５を形成することができる。ポリマーの導電性変換方法として、導電性にするための添加剤などのドーピング量を変化させる方法や、熱を加えて非結晶から結晶に相変化させる方法、分子や結晶の配向方向を変化させる方法などが例示されるが、特にこれらのみに限定されるものではない。

絶縁性ポリマー材料としては、絶縁性を示す有機材料であり、公知の有機分子を用いることができる。例えば、好ましくはポリピロール、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリアニリンなどが例示されるが、特にこれらのみに限定されるものではない。また、絶縁性ポリマーは、チャネル領域３５において針状半導体３６の保護膜にもなりうるため、ポリマー材料は耐酸素性（耐酸化性）や耐水分性（耐湿性）に優れた材料であることが好ましい。

針状半導体材料としては、実施の形態１に記述した材料および形成方法を同様に用いることができる。また、針状半導体の配向方法も実施の形態１に記述した方法を同様に用いることができる。

なお、本発明の効果が得られる限り、電界効果トランジスタの構成に特に限定はない。また、実施の形態１および２で説明した各部分の材料および形成方法は一例であり、本発明はこれに限定されない。

（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態２で説明した本発明の電界効果トランジスタを備える電子機器として、アクティブマトリクス型ディスプレイ、無線IDタグ、および携行用機器について説明する。

アクティブマトリクス型ディスプレイの一例として、表示部に有機EL（エレクトロルミネッセンス）を用いたディスプレイについて説明する。ディスプレイの構成を模式的に示す一部分解斜視図を図４に示す。図4に示すディスプレイは、プラスチック基板４０上にアレイ状に配置された駆動回路５０を備える。駆動回路５０は本発明の電界効果トランジスタを含み、画素電極に接続されている。駆動回路５０の上には、有機EL層４１、透明電極４２および保護フィルム４３が配置されている。有機EL層４１は、電子輸送層、発光層および正孔輸送層といった複数の層が積層された構造を有する。各トランジスタの電極に接続されたソース電極線４４とゲート電極線４５とは、それぞれ、制御回路へ接続される。

駆動回路50およびその周辺の一例の拡大斜視図を、図５に示す。図５に示すトランジスタの構造は、図３に示す電界効果トランジスタの構造と基本的には同じである。図５に示すトランジスタでは、チャネル領域５５、ソース電極５３、ドレイン電極５４、ゲート絶縁層５２、ゲート電極５１が、基板上に積層されている。そして、ドレイン電極５４は、導電線５８を介して有機ELの画素電極56に電気的に接続されている。また、ソース電極５３は、ソース電極線４４の一部に含まれて形成されている導電線を介してソース電極線４４に電気的に接続されている。また、ゲート電極５１が接続されたゲート電極線４５と、ソース電極５２が接続されたソース電極線４４とが交差する部分には、絶縁層５７が形成されている。チャネル領域５５には、上述したチャネル領域３５が適用される。

移動度が高く、特性ばらつきの小さい本発明の電界効果トランジスタは、アクティブマトリクス型のディスプレイを構成する部材上で容易に安定して形成でき、また、実施の形態２で説明した電界効果トランジスタを用いてアクティブマトリクス型のディスプレイを構成することによって、特性が高く安価なディスプレイを得ることができる。また、本発明の電界効果トランジスタを用いることによって、電界効果トランジスタを小型化でき、しかもプラスチックなどの柔軟性を有する材料の上に容易に電界効果トランジスタを形成できるので、柔軟性および耐衝撃性を備えたシートライクなディスプレイを実現できる。また、電界効果トランジスタの移動度の向上によって、表示速度（反応速度）の速いアクティブマトリクス型のディスプレイを得ることが可能となる。

なお、この実施の形態では表示部に有機ELを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、電界効果トランジスタを含む回路を備える他のアクティブマトリクス型のディスプレイ、例えば、液晶ディスプレイ、電気泳動ディスプレイや粉流体ディスプレイなどにも適用でき、それによって同様の効果が得られる。

また、画素を駆動する駆動回路部の構成は、この実施の形態で示した構成には限定されない。例えば、1つの画素を駆動するために電流駆動用の電界効果トランジスタとそれを制御するためのスイッチング用電界効果トランジスタとを組み合わせた構成としてもよい。また、さらに複数個の電界効果トランジスタを組み合わせた構成としてもよい。また、図５に示したトランジスタに代えて本発明の別の構造のトランジスタを用いてもよく、その場合も同様の効果が得られる。

次に、本発明の電界効果トランジスタを無線IDタグに応用した場合について説明する。本発明の電界効果トランジスタを用いた無線IDタグの一例の斜視図を図６に模式的に示す。

図６に示すように、無線IDタグ６０は、フィルム状のプラスチック基板６１を基板として使用している。この基板６１上には、アンテナ部６２とメモリーIC部６３とが設けられている。ここで、メモリーIC部６３は、実施の形態１において説明した本発明の電界効果トランジスタを利用して構成される。無線IDタグ６０は、柔軟性を有するので、基板の裏面に例えば適宜の粘着剤層や接着剤層を設けるなどの手段により、粘着機能や接着機能を持たせることによって、菓子袋やドリンク缶のような平坦でないものに貼り付けることが可能である。なお、無線IDタグ６０の表面には、必要に応じて保護膜が設けられる。保護膜としては、特に限定するものではないが、例えば適宜のプラスチックコーティングやプラスチック膜のラミネートなどが用いられる。

このように、本発明の電界効果トランジスタを用いることによって、様々な素材の物品へ貼り付けることも可能で、様々な形状の無線IDタグが得られる。また、移動度が高い本発明の電界効果トランジスタを用いることによって、反応速度（処理速度）が速く、通信周波数の高い無線IDタグが得られる。従って、品質管理や在庫や出庫管理、製造工程管理などの各種管理にも有用な無線IDタグが得られる。

なお、本発明の無線IDタグは、図６に示した無線IDタグに限定されない。したがって、アンテナ部およびメモリーIC部の配置や構成に限定はない。例えば、倫理回路を無線IDタグに組み込んでもよい。

また、この実施の形態では、アンテナ部６２とメモリーIC部６３とをプラスチック基板６１上に形成する場合について説明したが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、インクジェット印刷のような方法を用いて、目的とする対象物に直接、アンテナ部６２とメモリーIC部６３とを形成してもよい。その場合も、本発明の電界効果トランジスタを形成することによって、移動度および特性ばらつきが改善されたトランジスタを備える無線IDタグを低コストで製造できる。

次に、本発明の電界効果トランジスタを含む集積回路を備える携行用機器について説明する。携行用機器の集積回路には、演算素子や記憶素子やスイッチング素子など半導体の特性を利用した様々な素子が用いられる。これらの素子の少なくとも一部に本発明の電界効果トランジスタを用いることによって、電界効果トランジスタを小型化でき、また、かなりの部分をプラスチックなどの有機材料とすることもできるので、機械的柔軟性、耐衝撃性、捨てる際の対環境性、軽量、安価といった特性に優れるという有機材料の利点を備える携行用機器も製造可能となる。

本発明の携行用電子機器の例として、３つの携帯用機器を図７〜図９（いずれも模式的斜視図）に示す。図７に示す携帯テレビジョン７０は、表示装置７１、受信装置７２、側面スイッチ（例えば電源切替用スイッチなど）７３、前面スイッチ（例えば音量や画面切替用スイッチなど）７４、音声出力部７５、入出力装置７６、記録メディア挿入部７７を備える。本発明の電界効果トランジスタを含む集積回路は、携帯テレビ７０を構成する演算素子や記憶素子やスイッチング素子などの素子を含む回路として使用される。

図８に示す携帯電話機などの通信端末機器８０は、表示装置８１、送受信装置８２、音声出力部８３、カメラ部８４、折りたたみ用可動部８５、操作スイッチ８６、音声入力部８７を備える。本発明の電界効果トランジスタを含む集積回路は、通信端末８０を構成する演算素子や記憶素子やスイッチング素子などの素子を含む回路として使用される。

図９に示す携帯用医療機器９０は、表示装置９１、操作スイッチ９２、医療的処置部９３、経皮コンタクト部９４を備える。携帯用医療機器９０は、例えば腕などに巻きつけられて携行される。医療的処置部９３は、経皮コンタクト部９４から得られる生態情報を処理し、それに応じて経皮コンタクト部９４を通じて薬物投与などの医療的処置を行う部分である。具体的には、例えば糖尿病患者の場合、経皮コンタクト部９４で血液中の成分評価を行い、その結果に対して適切かつ適量の薬物を医療的処置部９３から投与し治療することができる携帯用医療機器などである。本発明の電界効果トランジスタを含む集積回路は、携帯用医療機器９０を構成する演算素子や記憶素子やスイッチング素子などの素子を含む回路として使用される。尚、点線で示した９５は、上肢や下肢など身体の一部を示している。

なお、本発明の電界効果トランジスタを応用した電子機器の構成について例を挙げて説明したが、本発明はこれらの構成に限定されない。また、本発明の電界効果トランジスタを適用できる電子機器は、例示した機器に限定されない。本発明の電界効果トランジスタは、小型化が可能であり、しかも軽くて柔軟性のあるプラスチック基板の上に形成することができ、さらに従来のシリコン半導体を用いた技術に比べ安価な製造プロセスを用いることができるので、PDA端末（パーソナルデジタルアシスタント端末）や、ウエアラブルなAV（視聴覚）機器、ポータブルなコンピュータ、腕時計タイプの通信機器など、機械的柔軟性、耐衝撃性、捨てる際の対環境性、軽量性、安価といった特性が要求される機器に好適に応用できる

本実施例では、図２に示す構造を用いて、電界効果トランジスタを作製した。

図２は、基板２０上にゲート電極２１、その上にゲート絶縁体２２、その上にソース電極２３、ドレイン電極２４およびチャネル領域２５が形成された電界効果トランジスタ構造である。

基板２０としてガラス基板、ゲート電極２１としてITO（インジウム・錫酸化物）、ゲート絶縁体２２としてポリビニルフェノール(PVP)、ソース電極２３、ドレイン電極２４および針状半導体２６を含有するチャネル領域２５として絶縁性ポリマーであるポリチオフェンと針状半導体２６であるCNTの混合液を用いて電界効果トランジスタを作製した。

まず、洗浄したITO膜付きガラス基板２０（厚み：７００μｍ）を用意し、この基板２０上に、スピンコート法（用いた溶媒はPGMEA［プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート］）を用いてPVPゲート絶縁体２２（厚み：０．３μｍ）を形成した。つぎに、CNT（長さ：１０μｍ、太さ：０．７ｎｍ）を１重量％（溶媒も含む全体の重量に対し）混合したポリチオフェン溶液［溶媒トルエン、ポリチオフェン含有量１０重量％（溶媒も含む全体の重量に対し）］をゲート絶縁膜２２上にスピンコート法を用いて塗布した。その後、ホットプレート上で80℃に加熱し、乾燥固化した。CNTの配向は、CNTを含む溶液を上記のごとくスピンコート法で塗布することで円の中心から外に向かって配向された。最後に、ポリチオフェンとCNT混合層（厚み ０．３μｍ）の上にソース電極２３およびドレイン電極２４とすべき部分に対応する位置に当該ソース電極ならびにドレイン電極のパターンが開口されたマスクを施し、当該開口部よりヨウ素を０．１ｍｏｌ％ドーピングすることでポリチオフェンとCNT混合層にソース電極２３およびドレイン電極２４を形成した。このとき、チャネル領域２５のチャネル長は５μｍとした。

この電界効果トランジスタの電気特性を半導体パラメーターアナライザー（アジレントテクノロジー社製“HP4155A”）を用いて電流―電圧曲線測定により評価した。測定は、窒素ガス雰囲気下で行った。その結果、移動度100cm²/Vsと高移動度なトランジスタが安定して得られた。

本実施例では、図３に示す構造を用いて、電界効果トランジスタを作製した。

図３は、基板３０上にソース電極３３、ドレイン電極３４およびチャネル領域３５が形成された、その上にゲート絶縁体３２、最後にゲート電極３１が形成された電界効果トランジスタ構造である。

基板３０としてプラスチック基板、ゲート電極３１として金、ゲート絶縁体３２としてポリイミド、ソース電極３３、ドレイン電極３４および針状半導体３６を含有するチャネル領域３５として導電性性ポリマーであるスルホン酸をドープしたポリアニリンと針状半導体３６であるZnOナノワイヤーの混合液を用いて電界効果トランジスタを作製した。

まず、プラスチック基板３０を用意し（ここでは厚み７０μｍのポリエステルフィルム基板を用いた）、基板３０表面にラビング処理を施した。つぎにラビング処理を施した基板３０上に、ZnOナノワイヤー（長さ：１０μｍ、太さ：５０ｎｍ）を３重量％（溶媒も含む全体の重量に対し）混合したポリアニリン溶液［溶媒トルエン、ポリアニリン含有量５重量％、スルホン酸のドープ量１重量％（いずれも溶媒も含む全体の重量に対し）］を基板３０上にスピンコート法を用いて塗布し（厚み：０．３μｍ）、ホットプレート上で80℃で乾燥固化した。このとき、ZnOナノワイヤーを混合したポリアニリン溶液に光化学ラジカル開始剤であるヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを３重量％混合（いずれも溶媒も含む全体の重量に対し）しておいた。つぎに、ZnOナノワイヤーとポリアニリン混合層のうちチャネル領域３５とすべき部分に対応する位置に開口部を形成したマスクを施し、チャネル領域３５にのみ紫外線光を照射し、導電性ポリアニリンを絶縁性へ変換した。このときチャネル領域３５のチャネル長は５μｍとした。また、紫外線光が照射されなかったZnOナノワイヤーとポリアニリン混合層は導電性を保っており、ソース電極３３およびドレイン電極３４となる。つぎに、ソース電極３３、ドレイン電極３４およびチャネル領域３５の上に、スピンコート法（溶媒DMF）を用いてポリイミド溶液（濃度６０重量％）を塗布し、１８０℃でベークしてポリイミドゲート絶縁膜（厚み：０．５μｍ）を形成した。最後に、ポリイミドゲート絶縁膜３２の上にゲート電極３１として金を厚み０．１μｍ蒸着した。

この電界効果トランジスタの電気特性を実施例1と同様に半導体パラメーターアナライザー（アジレントテクノロジー社製“HP4155A”）を用いて電流―電圧曲線測定により評価した。測定は、窒素ガス雰囲気下で行った。その結果、移動度20cm²/Vsと高移動度なトランジスタが安定して得られた。

本発明における電界効果型トランジスタは、針状半導体を用いた電界効果トランジスタとして高い移動度および特性ばらつきが少ないという効果を有し、電界効果トランジスタを用いて画素を駆動するアクティブマトリックス型のディスプレイ等の各種電子機器への応用において有用である。

従来例である電界効果トランジスタの断面図 本発明の一実施の形態に係る電界効果トランジスタの断面図 本発明の別の一実施の形態に係る電界効果トランジスタの断面図 本発明のアクティブマトリクス型ディスプレイの一例を模式的に示す一部分解斜視図 図４のアクティブマトリクス型ディスプレイに用いられている駆動回路およびその周辺の構成を模式的に示す斜視図 本発明の無線IDタグの一例の構成を示す模式的斜視図 本発明の携帯テレビの一例の構成を示す模式的斜視図 本発明の通信端末機器の一例の構成を示す模式的斜視図 本発明の携帯用医療機器の一例の構成を示す模式的斜視図

符号の説明

10、20、30、40、61・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・基板
11、21、31、51・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ゲート電極
12、22、32、52・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ゲート絶縁膜
13、23、33、53・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ソース電極
14、24、34、54・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ドレイン電極
25、35、55・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・チャネル領域
15、26、36・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・針状半導体
41・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・有機EL層
42・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・透明電極
43・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・保護フィルム
44・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ソース電極線
45・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ゲート電極線
50・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・駆動回路
56・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・画素電極
57・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・絶縁膜
58・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・導電線
60・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・無線IDタグ
62・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・アンテナ部
63・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・メモリーIC部
70・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・携帯テレビ
71、81、91・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・表示装置
72・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・受信装置
73・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・側面スイッチ
74・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・前面スイッチ
75、83・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・音声出力部
76・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・入出力装置
77・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・記録メディア挿入部
80・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・通信端末機器
82・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・送受信装置
84・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・カメラ部
85・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・折りたたみ可動部
86、92・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・操作スイッチ
87・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・音声入力部
90・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・携帯用医療機器
93・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・医療的処置部
94・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・経皮コンタクト部
95・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・体の一部

Claims (9)

1. ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、および針状半導体を備えた電界効果トランジスタであって、前記ソース電極およびドレイン電極において前記針状半導体が導電性ポリマーに覆われており、前記ソース電極およびドレイン電極間を接続しているチャネル部において前記針状半導体が絶縁性ポリマーに覆われていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
2. 前記針状半導体の長さが前記チャネル長よりも長い請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
3. 前記針状半導体が、前記ソース電極と前記ドレイン電極を結ぶ方向に配向している請求項１または２に記載の電界効果トランジスタ。
4. 少なくとも一つの半導体素子を含む電子機器であって、前記半導体素子の少なくとも一つが請求項１〜３のいずれかに記載の電界効果トランジスタである電子機器。
5. 電子機器がアクティブマトリクス型ディスプレイである請求項４に記載の電子機器。
6. 電子機器が無線IDタグである請求項４に記載の電子機器。
7. 電子機器が携行用機器である請求項４に記載の電子機器。
8. ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、および前記ソース電極、ドレイン電極ならびにその間を接続しているチャネル部において針状半導体を備えている電界効果トランジスタの製造方法であって、前記ソース電極、ドレイン電極ならびにチャネル部を形成する部位を絶縁性ポリマーと針状半導体混合層で形成し、次いで前記絶縁性ポリマーと針状半導体混合層の一部の絶縁性ポリマーを導電性ポリマーに変換することで、前記ソース電極およびドレイン電極を形成することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
9. ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、および前記ソース電極、ドレイン電極ならびにその間を接続しているチャネル部において針状半導体を備えている電界効果トランジスタの製造方法であって、前記ソース電極、ドレイン電極ならびにチャネル部を形成する部位を導電性ポリマーと針状半導体混合層で形成し、次いで前記導電性ポリマーと針状半導体混合層の一部の導電性ポリマーを絶縁性ポリマーに変換することで、チャネル部を形成することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
   
   

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