JP2009105083A - Method of manufacturing thin film transistor, and thin film transistor manufactured by the manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタの製造方法及びその製造方法により製造された薄膜トランジスタに関し、詳細には、カーボンナノチューブを含む水溶液からなる分散液を使用して半導体層を形成する薄膜トランジスタの製造方法及びその製造方法により製造された薄膜トランジスタに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor and a thin film transistor manufactured by the method, and more particularly, to a method for manufacturing a thin film transistor using a dispersion composed of an aqueous solution containing carbon nanotubes and a method for manufacturing the thin film transistor. The present invention relates to a manufactured thin film transistor.
従来、高い周波数のデジタル信号やアナログ電気信号を制御あるいは増幅するためには、高周波特性に優れる電界効果トランジスタが使用されている。また、有機ELやフィルム液晶、電子ペーパ等の明るくて見やすいフレキシブルディスプレイを実現するために、フレキシブルディスプレイの各画素には、TFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)として電界効果トランジスタを備えたアクティブ駆動回路が埋め込まれている。 Conventionally, in order to control or amplify high frequency digital signals and analog electric signals, field effect transistors having excellent high frequency characteristics have been used. In order to realize a bright and easy-to-view flexible display such as organic EL, film liquid crystal, and electronic paper, each pixel of the flexible display has an active drive circuit including a field effect transistor as a TFT (Thin Film Transistor). Embedded.
このような電界効果トランジスタでは、近年の情報処理量の増大や通信の高速化に伴い、ガリウム砒素を材料とする電界効果トランジスタで処理できる周波数よりもさらに高い周波数のデジタル信号やアナログ電気信号を制御あるいは増幅する電子デバイスが必要となって来た。このために、荷電粒子が走行するチャネルと、それぞれチャネルの一部に接続されるソース電極及びドレイン電極と、チャネルと電磁的に結合するゲート電極からなる電界効果トランジスタにおいて、チャネルがカーボンナノチューブで構成される電界効果トランジスタが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 In such field effect transistors, digital signals and analog electrical signals with frequencies higher than those that can be processed by field effect transistors made of gallium arsenide are controlled with the recent increase in information processing and communication speed. Alternatively, an electronic device for amplification has become necessary. For this purpose, in a field effect transistor comprising a channel in which charged particles travel, a source electrode and a drain electrode connected to a part of each channel, and a gate electrode that is electromagnetically coupled to the channel, the channel is composed of carbon nanotubes. A field effect transistor has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
また、カーボンナノチューブのパターンの形成方法としては、感光性有機溶剤を用いたカーボンナノチューブ分散液を用いて基板表面に所望のパターン印刷し、当該パターン層を固定させる方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。 Further, as a method for forming a carbon nanotube pattern, a method of printing a desired pattern on a substrate surface using a carbon nanotube dispersion using a photosensitive organic solvent and fixing the pattern layer has been proposed (for example, (See Patent Document 2).
従来の方法で、カーボンナノチューブ分散液を用いて電界効果トランジスタを形成する場合には、図23に示すように、基板2上にゲート電極6を形成し、その上をゲート絶縁層5で覆う。次いで、ゲート絶縁層5上にソース電極3及びドレイン電極4を形成し、その後、当該ソース電極3及びドレイン電極4間にカーボンナノチューブ分散液を滴下して半導体層7を形成していた。
しかしながら、カーボンナノチューブの直径は0.5〜5nmであり、厚さ数十〜数百nmのソース電極3及びドレイン電極4の上に乗るように、当該離間配置されたソース電極3及びドレイン電極4間の基板2上に塗布すると、ソース電極3及びドレイン電極4の厚みの影響で、図23に示すように当該カーボンナノチューブからなる半導体層7とソース電極3の端面及びドレイン電極4の端面の電気的接続が十分取りにくいという問題点があった。
However, the diameter of the carbon nanotube is 0.5 to 5 nm, and the
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ソース電極及びドレイン電極間にカーボンナノチューブの分散液を塗布して半導体層を形成する場合に、ソース電極及びドレイン電極とカーボンナノチューブからなる半導体層との電気的接続が十分に取れる薄膜トランジスタの製造方法及びその製造方法により製造された薄膜トランジスタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem. When a semiconductor layer is formed by applying a dispersion of carbon nanotubes between a source electrode and a drain electrode, the source electrode, the drain electrode, and the carbon nanotube are used. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a thin film transistor that can be sufficiently electrically connected to a semiconductor layer, and a thin film transistor manufactured by the method.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ゲート電極を覆うように前記基板上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、前記ゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を互いに離間して形成するソース・ドレイン電極形成工程と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極間の前記ゲート絶縁層上に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と離間して、少なくともカーボンナノチューブを含む水溶液からなる分散液を塗布してカーボンナノチューブからなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記半導体層と前記ソース電極との間及び前記半導体層と前記ドレイン電極との間に各々導電性液体を塗布して導電部を形成する導電性液体塗布工程とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a thin film transistor according to a first aspect of the present invention includes a gate electrode forming step of forming a gate electrode on a substrate, and a gate insulating layer on the substrate so as to cover the gate electrode. Forming a gate insulating layer; forming a source / drain electrode on the gate insulating layer separately from each other; and forming the source / drain electrode on the gate insulating layer between the source electrode and the drain electrode. A semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer made of carbon nanotubes by applying a dispersion made of an aqueous solution containing at least carbon nanotubes apart from the source electrode and the drain electrode; and the semiconductor layer and the source electrode And a conductive portion is formed by applying a conductive liquid between the semiconductor layer and between the semiconductor layer and the drain electrode. Characterized in that a conductive liquid coating process.
また、請求項2に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にソース電極及びドレイン電極を互いに離間して形成するソース・ドレイン電極形成工程と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極間の前記基板上に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と離間して、少なくともカーボンナノチューブを含む水溶液からなる分散液を塗布してカーボンナノチューブからなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記半導体層と前記ソース電極との間及び前記半導体層と前記ドレイン電極との間に各々導電性液体を塗布して導電部を形成する導電性液体塗布工程と、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記導電部を覆うようにゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、前記ゲート絶縁層形成工程で形成された前記ゲート絶縁層上に、ゲート電極を形成するゲート電極形成工程とを備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor, wherein a source / drain electrode forming step of forming a source electrode and a drain electrode on a substrate apart from each other, and the substrate between the source electrode and the drain electrode on the substrate A semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer made of carbon nanotubes by applying a dispersion made of an aqueous solution containing at least carbon nanotubes apart from the source electrode and the drain electrode; and the semiconductor layer and the source electrode A conductive liquid applying step of forming a conductive portion by applying a conductive liquid between the semiconductor layer and between the semiconductor layer and the drain electrode, so as to cover the source electrode, the drain electrode, and the conductive portion A gate insulating layer forming step for forming a gate insulating layer; and the gate insulating layer formed in the gate insulating layer forming step. On the layer, characterized by comprising a gate electrode forming step of forming a gate electrode.
また、請求項3に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項1又は2に記載の発明の構成に加え、前記半導体層形成工程では、前記分散液を塗布後に乾燥することで前記カーボンナノチューブを定着させて前記半導体層を形成することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a thin film transistor, wherein, in the semiconductor layer forming step, the carbon nanotubes are dried by applying and then drying the dispersion. The semiconductor layer is formed by fixing.
また、請求項4に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項3に記載の発明の構成に加え、前記半導体層を定着後に洗浄して、少なくとも界面活性剤及び乾燥防止剤の一方を含む不純物を除去する洗浄工程を行うことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor, wherein the semiconductor layer is washed after fixing in addition to the structure of the third aspect of the invention, and includes at least one of a surfactant and a drying inhibitor. It is characterized by performing a cleaning process to remove the.
また、請求項5に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項1又は2に記載の発明の構成に加え、前記半導体層形成工程で前記分散液を塗布後に、前記導電性液体塗布工程を行い、その後乾燥して前記カーボンナノチューブ及び前記導電性液体を定着することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a thin film transistor, wherein, in addition to the configuration of the first or second aspect, the conductive liquid application step is performed after the dispersion is applied in the semiconductor layer forming step. Then, the carbon nanotube and the conductive liquid are fixed by drying.
また、請求項6に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項1乃至5の何れかに記載の発明の構成に加え、前記半導体層上の一部に導電性液体の付着を防ぐレジスト層を形成して、チャネル長を制御するレジスト塗布工程を備え、当該レジスト層を形成後に前記導電性液体塗布工程を行い、その後、前記レジスト層を剥離する剥離工程を行うことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor, wherein, in addition to the configuration of the first aspect of the present invention, a resist layer that prevents adhesion of a conductive liquid is partially formed on the semiconductor layer. Forming a resist coating step for controlling a channel length, performing the conductive liquid coating step after forming the resist layer, and then performing a stripping step for stripping the resist layer.
また、請求項7に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項1乃至6の何れかに記載の発明の構成に加え、最上層に保護層を形成する保護層形成工程を備えたことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a thin film transistor manufacturing method comprising a protective layer forming step of forming a protective layer on the uppermost layer in addition to the structure of the first aspect of the present invention. And
また、請求項8に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項1乃至7の何れかに記載の発明の構成に加え、前記導電性液体として、銀ナノインク、金ナノインク、又は導電性高分子を含む液体の何れかを用いることを特徴とする。
In addition to the configuration of the invention according to any one of
また、請求項9に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項1乃至8の何れかに記載の発明の構成に加え、前記導電性液体塗布工程では、前記導電性液体をインクジェット法、スクリーン印刷法、ディスペンサ法の何れかにより塗布することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor, in addition to the configuration of the first aspect of the present invention, in the conductive liquid application step, the conductive liquid is an inkjet method or screen printing. It is characterized in that it is applied by either a method or a dispenser method.
また、請求項10に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項1乃至9の何れかに記載の発明の構成に加え、前記導電性液体塗布工程では、前記分散液をインクジェット法、スクリーン印刷法、ディスペンサ法の何れかにより塗布することを特徴とする。
In addition to the constitution of the invention according to any one of
また、請求項11に係る発明の薄膜トランジスタは、請求項1乃至10の何れかに記載の発明の薄膜トランジスタの製造方法により製造されたことを特徴とする。 A thin film transistor according to an eleventh aspect of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a thin film transistor according to any one of the first to tenth aspects.
本発明の請求項1に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法では、ボトムゲートタイプの薄膜トランジスタの製造方法において、半導体層形成工程でソース電極及びドレイン電極間のゲート絶縁層上に、少なくともカーボンナノチューブと界面活性剤と乾燥防止剤とを含む水溶液からなる分散液を塗布し、その後、乾燥することでカーボンナノチューブを定着させて半導体層を形成している。さらに、導電性液体塗布工程で、半導体層とソース電極との間及び半導体層とドレイン電極との間に各々導電性液体を塗布して導電部を形成しているので、半導体層とソース電極との間の導通及び半導体層とドレイン電極との間の導通が良好に確保できる。従って、導通不良の発生率を減らすことが出来る。 In the method for manufacturing a thin film transistor according to the first aspect of the present invention, in the method for manufacturing a bottom gate type thin film transistor, at least a carbon nanotube and a surface activity are formed on the gate insulating layer between the source electrode and the drain electrode in the semiconductor layer forming step. A dispersion liquid composed of an aqueous solution containing an agent and an anti-drying agent is applied and then dried to fix the carbon nanotubes to form a semiconductor layer. Furthermore, in the conductive liquid application step, the conductive portion is formed by applying the conductive liquid between the semiconductor layer and the source electrode and between the semiconductor layer and the drain electrode. And the conduction between the semiconductor layer and the drain electrode can be ensured satisfactorily. Accordingly, the occurrence rate of conduction failure can be reduced.
請求項2に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法では、トップゲートタイプの薄膜トランジスタの製造方法において、半導体層形成工程でソース電極及びドレイン電極間のゲート絶縁層上に、少なくともカーボンナノチューブと界面活性剤と乾燥防止剤とを含む水溶液からなる分散液を塗布し、その後、乾燥することでカーボンナノチューブを定着させて半導体層を形成している。さらに、導電性液体塗布工程で、半導体層とソース電極との間及び半導体層とドレイン電極との間に各々導電性液体を塗布して導電部を形成しているので、半導体層とソース電極との間の導通及び半導体層とドレイン電極との間の導通が良好に確保できる。従って、導通不良の発生率を減らすことが出来る。 According to a method of manufacturing a thin film transistor according to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a top gate type thin film transistor, at least a carbon nanotube, a surfactant, and a dry are formed on the gate insulating layer between the source electrode and the drain electrode in the semiconductor layer forming step. A dispersion liquid composed of an aqueous solution containing an inhibitor is applied and then dried to fix the carbon nanotubes, thereby forming a semiconductor layer. Furthermore, in the conductive liquid application step, the conductive portion is formed by applying the conductive liquid between the semiconductor layer and the source electrode and between the semiconductor layer and the drain electrode. And the conduction between the semiconductor layer and the drain electrode can be ensured satisfactorily. Accordingly, the occurrence rate of conduction failure can be reduced.
請求項3に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法では、請求項1又は2に記載の発明の効果に加えて、前記半導体層形成工程では、前記分散液を塗布後に乾燥することで前記カーボンナノチューブを定着させてから次の工程に移行することができる。 In the thin film transistor manufacturing method according to a third aspect of the invention, in addition to the effect of the first or second aspect of the invention, in the semiconductor layer forming step, the dispersion is applied and then dried to fix the carbon nanotubes. Then, the process can move to the next step.
請求項4に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法では、請求項3に記載の発明の効果に加えて、前記半導体層を定着後に洗浄工程で洗浄して、少なくとも界面活性剤及び乾燥防止剤の一方を含む不純物を除去するので、薄膜トランジスタの特性を向上することができる。 In the thin film transistor manufacturing method according to a fourth aspect of the invention, in addition to the effect of the third aspect of the invention, the semiconductor layer is washed in a washing step after fixing, and at least one of the surfactant and the drying inhibitor is removed. Since the impurities contained are removed, the characteristics of the thin film transistor can be improved.
請求項5に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法では、請求項1又は2に記載の発明の効果に加えて、前記半導体層形成工程で前記分散液を塗布後に、前記導電性液体塗布工程を行い、その後乾燥して前記カーボンナノチューブ及び前記導電性液体を定着するので、乾燥を一度で済ますことが出来、薄膜トランジスタの製造効率を改善できる。
In the method for producing a thin film transistor of the invention according to
請求項6に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法では、請求項1乃至5の何れかに記載の発明の効果に加えて、前記半導体層上の一部に導電性液体の付着を防ぐレジスト層を形成して、チャネル長を制御するレジスト塗布工程行い、当該レジスト層を形成後に前記導電性液体塗布工程を行い、そのレジスト層を剥離する剥離工程を行うので、レジストの長さ及び幅を細かく制御することにより、チャネル長を細かく制御して形成することができる。 In the thin film transistor manufacturing method according to the sixth aspect of the invention, in addition to the effect of the invention according to any one of the first to fifth aspects, a resist layer that prevents adhesion of conductive liquid is formed on a part of the semiconductor layer. Then, the resist coating process for controlling the channel length is performed, the conductive liquid coating process is performed after the resist layer is formed, and the stripping process for stripping the resist layer is performed. Therefore, the length and width of the resist are finely controlled. Thus, the channel length can be finely controlled.
請求項7に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法では、請求項1乃至6の何れかに記載の発明の効果に加えて、保護層形成工程により薄膜トランジスタの最上層に保護層を形成することができる。従って、ソース電極、ドレイン電極及び半導体層を保護して、耐久性の有る薄膜トランジスタを実現することができる。 In the method for manufacturing a thin film transistor according to the seventh aspect, in addition to the effect of the invention according to any one of the first to sixth aspects, a protective layer can be formed on the uppermost layer of the thin film transistor by the protective layer forming step. Therefore, a durable thin film transistor can be realized by protecting the source electrode, the drain electrode, and the semiconductor layer.
請求項8に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法では、請求項1乃至7の何れかに記載の発明の効果に加えて、導電性液体として、銀ナノインク、金ナノインク、又は導電性高分子を含む液体の何れかを用いるので、導電部を簡便に形成できる。 In the thin-film transistor manufacturing method according to an eighth aspect of the invention, in addition to the effect of the invention according to any one of the first to seventh aspects, a liquid containing silver nanoink, gold nanoink, or a conductive polymer as the conductive liquid. Since either of these is used, the conductive portion can be formed easily.
請求項9に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法では、請求項1乃至8の何れかに記載の発明の効果に加えて、導電性液体塗布工程では、導電性液体をインクジェット法、スクリーン印刷法、ディスペンサ法の何れかにより塗布するので、効率よく正確に導電部を形成できる。 In the thin film transistor manufacturing method according to the ninth aspect of the invention, in addition to the effect of the invention according to any one of the first to eighth aspects, in the conductive liquid application step, the conductive liquid is applied by an ink jet method, a screen printing method, a dispenser. Since the coating is performed by any of the methods, the conductive portion can be formed efficiently and accurately.
請求項10に係る発明の薄膜トランジスタの製造方法では、請求項1乃至9の何れかに記載の発明の効果に加えて、半導体層形成工程では、分散液をインクジェット法、スクリーン印刷法、ディスペンサ法の何れかにより塗布するので、半導体層を簡便な方法で正確に形成することができる。 In the method for manufacturing a thin film transistor according to a tenth aspect of the invention, in addition to the effects of the invention according to any one of the first to ninth aspects, in the semiconductor layer forming step, the dispersion liquid may be an inkjet method, a screen printing method, or a dispenser method. Since it is applied by either, the semiconductor layer can be accurately formed by a simple method.
請求項11に係る発明の薄膜トランジスタでは、前記請求項1乃至10の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法により製造されるので、上記請求項1乃至10の何れかに記載の発明の効果を奏することができる。
Since the thin film transistor of the invention according to
以下、本発明を具体化した薄膜トランジスタ及びその製造方法の第一の実施形態に係る薄膜トランジスタ1の構造について、図1及び図2を参照して説明する。図1は、薄膜トランジスタ1の平面図であり、図2は、図1のI−I線における矢視方向断面図のうち、半導体層7が形成されている部分を拡大した部分断面図である。
Hereinafter, the structure of the
図1及び図2に示す薄膜トランジスタ1は、ゲート電極6がソース電極3やドレイン電極4より下側(基板2側)に位置する、所謂「ボトムゲート型」の薄膜トランジスタである。この薄膜トランジスタ1は、所定の厚みを有する板状の基板2を備えている。この基板2は、薄膜トランジスタ1を構成する各部材を支持する部材であり、基板2として、例えば、ガラス基板並びに、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリイミド(PI)及び、ポリエチレンナフタレート(PEN)等で構成されるプラスチック基板等の絶縁性で板状の基板が用いられる。この基板2に可撓性を付与する場合には、プラスチック基板が用いられる。尚、この基板2上には、基板2とゲート電極6との密着性を向上させるための密着層等、各種下地層(膜)が設けられていてもよい。
The
この基板2の上面中央部には、導電性材料を含む材料を用いてパターニングされたゲート電極6が所定の幅(例えば、100μm)で帯状に形成されている。導電性材料としては、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、金(Au)、クロム(Cr)等の金属の他、ポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェン(PEDOT)等の導電性ポリマーが適用可能であり、これらの導電性材料は1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。尚、PEDOTは、3,4−ethylenedioxythiophene(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を高分子量ポリスチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマーである。
A
また、基板2の上面及びゲート電極6の上面は、ゲート絶縁層5により覆われている。このゲート絶縁層5は、ゲート電極6と後述するソース電極3及びドレイン電極4とを絶縁するためのものであり、ゲート電極6を覆うように、無機材料又は有機材料を用いて形成される。ゲート絶縁層5の材料として無機材料を採用する場合は、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)等が適用される。一方、ゲート絶縁層5の材料として有機材料を採用する場合は、ポリイミド(PI)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリパラビニルフェノール(PVP)等が適用される。
The upper surface of the
また、ゲート絶縁層5の上面には、ソース電極3及びドレイン電極4が、所定の間隔を空けて各々設けられている。このソース電極3及びドレイン電極4の材質として、Al,Mo,Au及びCr等の金属の他、ITO(Indium tin oxide)等の透明導電材料、PEDOT等の導電性ポリマーが適用可能である。そして、ソース電極3及びドレイン電極4との間のゲート絶縁層5の上面には、ソース電極3及びドレイン電極4と離間して、半導体層7が設けられている。そして、半導体層7は、ゲート絶縁層5を介して、ゲート電極6に対向するようにして配置されている。この半導体層7は、シングルウォールカーボンナノチューブと、界面活性剤と乾燥防止剤とを含む水溶液である半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を用いて形成されている。
In addition, a
また、ソース電極3及び半導体層7間のゲート絶縁層5上には、当該ソース電極3の端部と半導体層7の端部とを覆うように銀ナノインク9が塗布されて電気的に接続(コンタクト)されている。また、ドレイン電極4及び半導体層7間のゲート絶縁層5上にも、当該ドレイン電極4の端部と半導体層7の端部とを覆うように銀ナノインク10が塗布されて電気的に接続(コンタクト)されている。また、半導体層7上では、銀ナノインク9及び銀ナノインク10が一定の間隔(一例として、数十μm)空けて、滴下されている。従って、図2に示す矢印300で示す長さの部分が半導体層7においてキャリアが移動する「チャネル」となっている。ここで、「チャネル長」とは、図2において矢印300で示す部分の長さになる。ここで、銀ナノインク9,10が「導電部」に相当する。
Further, on the
次に、半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液に含ませる界面活性剤について説明する。界面活性剤としては、陰イオン性、陽イオン性、両性及び非イオン性のいずれの界面活性剤を用いてもよい。陰イオン性界面活性剤としては、例えば、sodium pyrenebutyrate(SPB)、常温で固体(粉末)のドデシル硫酸ナトリウム(sodium dodecylsulfate,SDS)、コ−ル酸ナトリウム(sodium cholate,CAS)、デオキシコ−ル酸ナトリウム(sodium deoxycholate,DOC)、タウロデオキシコ−ル酸ナトリウム(sodium taurodeoxycholate,TDOC)等を用いることができる。また、陰イオン性界面活性剤として、例えば、常温で液体のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(sodium dodecylbenzenesulfonate,DDBS)、dioctyl sulfosuccinate,sodium salt(DIOCT)を用いることができる。また、陽イオン性界面活性剤としては、例えば、臭化セチルトリメチルアンモニウム(cetyltrimethylammonium bromide,CTABr)、塩化セチルピリジニウム(cetylpyridinium chloride,CPCI)等を用いることができる。また、両性界面活性剤としては、3−[(3−Cholamidopropyl)dimethylammonio]propanesulfonate(CHAPS)、3−[(3−Cholamidopropyl)dimethylammonio]−2−hydroxypropanesulfonate(CHAPSO)等を用いることができる。さらに非イオン性界面活性剤としては、Polyoxyethylene(20)Sorbitan Monolaurate(Tween(ICI Americas社の登録商標) 20)、Polyoxyethylene(20)Sorbitan Monopalmitate(Tween(登録商標) 40)、Polyoxyethylene(20)Sorbitan Monostearate(Tween(登録商標)60)、Polyoxyethylene(20)Sorbitan Monooleate(Tween(登録商標)80)、ポリビニルピロリドン(polyvinylpyrrolidone,PVP)等を用いることができる。これらの界面活性剤は1種を用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Next, the surfactant contained in the carbon nanotube dispersion for forming the semiconductor layer will be described. As the surfactant, any of anionic, cationic, amphoteric and nonionic surfactants may be used. Examples of the anionic surfactant include sodium pyrene butyrate (SPB), sodium dodecyl sulfate (SDS) that is solid (powder) at room temperature, sodium cholate (CAS), deoxycholate. Sodium (sodium deoxycholate, DOC), sodium taurodeoxycholate (TDOC), or the like can be used. In addition, as an anionic surfactant, for example, sodium dodecylbenzenesulfonate (DDBS) or dioctylsulfoccatenate, sodium salt (DIOCT) which is liquid at room temperature can be used. As the cationic surfactant, for example, cetyltrimethylammonium bromide (CTABr), cetylpyridinium chloride (CPCI), or the like can be used. Further, as the amphoteric surfactant, 3-[(3-Cholamidopropyl) dimethylamino] propansulfonate (CHAPS), 3-[(3-Chromadopropyl) dimethylamino] -2-hydroxypropansulfate (AP), etc. can be used. Furthermore, as the nonionic surfactant, Polyoxyethylene (20) Sorbitan Monolaurate (Tween (registered trademark of ICI Americas) 20), Polyoxyethylene (20) Soritan Monopalitate (Tween (registered trademark) 20) (Tween (registered trademark) 60), Polyoxyethylene (20) Sorbitan Monooleate (Tween (registered trademark) 80), polyvinylpyrrolidone (PVP), and the like can be used. These surfactants may be used alone or in combination of two or more.
このような界面活性剤のうち、好ましくは室温で固体の界面活性剤を用いる。室温で固体の界面活性剤は通常粉末のものが多いので、後述する薄膜トランジスタ1の製造方法において、半導体層7を形成するために用いる半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を調製する場合の取り扱いが容易であるからである。尚、本発明における室温とは、摂氏25度を意味する。さらに好ましくは、界面活性剤は、デオキシコール酸ナトリウム及びドデシル硫酸ナトリウムの少なくともいずれか一方を用いる。後述する薄膜トランジスタ1の製造方法において、シングルウォールカーボンナノチューブを界面活性剤の添加量が少量でも良好に半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液中に分散させることができるからである。
Among such surfactants, a surfactant that is solid at room temperature is preferably used. Surfactants that are solid at room temperature are usually in powder form. Therefore, in the method of manufacturing the
界面活性剤の添加量は、シングルウォールカーボンナノチューブを均一に分散させる量であればよく特に制限はないが、添加量は微量でよく分散液全重量の1wt%程度で機能的には十分である。さらに、界面活性剤は、製造過程において洗浄等の操作により除去することも可能であり、その場合、半導体層7には界面活性剤が含まれない。尚、機能的にはもっと少量でも効果を発揮することができる。例えば、0.001〜1wt%の界面活性剤が添加されていれば、カーボンナノチューブを分散させる効果は発揮できる。
The addition amount of the surfactant is not particularly limited as long as the single wall carbon nanotubes are uniformly dispersed, but the addition amount may be a minute amount and about 1 wt% of the total weight of the dispersion is functionally sufficient. . Further, the surfactant can be removed by an operation such as washing in the manufacturing process. In that case, the
一方、半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液に含ませるシングルウォールカーボンナノチューブとしては、半導体性のシングルウォールカーボンナノチューブを含むものであればよい。ただし、凝集していないシングルウォールカーボンナノチューブの割合が多い方が、凝集していないシングルウォールカーボンナノチューブの割合が少ない場合に比べ、スイッチング特性が優れている点で好ましい。また、半導体性のシングルウォールカーボンナノチューブの割合が多い方が、金属性のシングルウォールカーボンナノチューブの割合が多い場合に比べ、スイッチング特性が優れている点で好ましい。さらに、半導体層7に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブの長手方向は、ソース電極とドレイン電極とを結ぶ直線と平行となるように最短距離の方向に配列している方が、シングルウォールカーボンナノチューブがランダムに配置されている場合に比べ、スイッチング特性が優れている点で好ましい。
On the other hand, the single wall carbon nanotubes to be included in the carbon nanotube dispersion for forming the semiconductor layer may be those containing semiconducting single wall carbon nanotubes. However, a higher proportion of non-aggregated single-walled carbon nanotubes is preferable in terms of excellent switching characteristics than a case where the proportion of non-aggregated single-walled carbon nanotubes is smaller. In addition, it is preferable that the ratio of semiconducting single-walled carbon nanotubes is large in terms of excellent switching characteristics as compared with the case where the ratio of metallic single-walled carbon nanotubes is large. Furthermore, the single-walled carbon nanotubes are randomly distributed in the shortest distance direction so that the longitudinal direction of the single-walled carbon nanotubes included in the
また、半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液に含ませる乾燥防止剤は、カーボンナノチューブ分散液がインクジェットノズルの表面で短時間に乾燥しないことを目的として添加される。インクジェット用インクの乾燥防止剤として、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどが用いられる。添加量を多くすれば乾燥防止効果は大きくなるが、粘度も大きくなるため、通常インクジェットシステムの最適粘度に合わせた適当な分量が添加される。今回用いたインクジェットシステムに対して、グリセリンであれば、カーボンナノチューブ分散液とグリセリンの体積比が4:6、ジエチレングリコールであれば、同じく体積比が3:7の割合で混合した。ただし、インクジェットシステムの最適粘度はある程度の許容範囲を持っているため、この比率に限定されるものではない。 Moreover, the drying inhibitor contained in the carbon nanotube dispersion for forming the semiconductor layer is added for the purpose of preventing the carbon nanotube dispersion from drying on the surface of the inkjet nozzle in a short time. Glycerin, ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, or the like is used as an anti-drying agent for inkjet ink. If the amount added is increased, the effect of preventing drying is increased, but the viscosity is also increased. Therefore, an appropriate amount corresponding to the optimum viscosity of the ink jet system is usually added. In the case of glycerin, the volume ratio of the carbon nanotube dispersion and glycerin was 4: 6, and in the case of diethylene glycol, the volume ratio was 3: 7. However, the optimum viscosity of the ink jet system has a certain tolerance, and is not limited to this ratio.
以上詳述した第一の実施形態の薄膜トランジスタ1は、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層7を備え、半導体層7とソース電極3とは銀ナノインク9により接続(コンタクト)され、また、半導体層7とドレイン電極4とは銀ナノインク10により接続(コンタクト)されている。カーボンナノチューブを含む半導体層7を備えた薄膜トランジスタ1と、有機半導体層を備えた薄膜トランジスタとでは、前者の方がキャリア移動度の点で優れている。例えば、有機半導体層がポリチオフェン(溶液法)で形成された薄膜トランジスタのキャリア移動度は、9.4×10−3cm2/V・secであり、有機半導体層がペンタセン(真空蒸着法)で形成された薄膜トランジスタのキャリア移動度は、1cm2/V・secである。これに対し、カーボンナノチューブを含む半導体層を備えた薄膜トランジスタでは、3〜10cm2/V・secである。
The
また、半導体層7に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブは、柔軟性が高く、かつ、引張強度が高い糸状の材料であるため、フレキシブルデバイスにも適用可能であるという利点を有する。また、半導体層7には、シングルウォールカーボンナノチューブがほぼ均一に配置されているため、安定したトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。このため、薄膜トランジスタ1は、フレシキブルディスプレイ等の微細化したデバイスにも好適に用いることができる。
In addition, the single-walled carbon nanotube contained in the
次に、薄膜トランジスタ1の製造方法の一例を、図3〜図10を参照して説明する。図3は、薄膜トランジスタ1の製造工程のフローチャートであり、図4は、基板2の断面図であり、図5は、図4に示す基板2の上面にゲート電極6が形成された状態の断面図である。また図6は、図5に示す基板2の上面にゲート絶縁層5が形成された状態の断面図であり、図7は、図6に示すゲート絶縁層5の表面に、ソース電極3及びドレイン電極4が形成された状態の断面図である。また、図8は、図7に示すゲート絶縁層5の表面に、半導体層7が形成された状態を示す断面図であり、図9は、保護層21が形成された状態を示す断面図であり、図10は、半導体層形成工程において用いるインクジェット装置400の斜視図である。
Next, an example of a method for manufacturing the
薄膜トランジスタ1の製造方法では、図3の製造工程のフローチャートに示すように、まず、基板2の上面にゲート電極6を形成するゲート電極形成工程(S11)を行う。次いで、基板2の上面にゲート電極6を覆うようにしてゲート絶縁層5を形成するゲート絶縁層形成工程(S12)を行う。次いで、ゲート絶縁層5上にソース電極3及びドレイン電極4を各々形成するソース・ドレイン電極形成工程(S13)を行い、次いで、ソース電極3及びドレイン電極4間のゲート絶縁層5上に、当該ソース電極3及びドレイン電極4と各々一定距離離間して、半導体層7を形成する半導体層形成工程(S14)を行う。
In the method for manufacturing the
ここで、半導体層形成工程(S14)において用いられる、半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液は、シングルウォールカーボンナノチューブと界面活性剤と乾燥防止剤とを含む分散液を遠心分離する遠心分離工程(S1)において別途調製される。 Here, the carbon nanotube dispersion for semiconductor layer formation used in the semiconductor layer formation step (S14) is a centrifugal separation step (centrifugation of a dispersion containing single wall carbon nanotubes, a surfactant, and a drying inhibitor ( Prepared separately in S1).
半導体層形成工程(S14)の後には、半導体層7から界面活性剤と乾燥防止剤とを除去する洗浄工程(S15)を行う。その後、ソース電極3及び半導体層7間のゲート絶縁層5上に、当該ソース電極3の端部と半導体層7の端部とを覆うように銀ナノインクを塗布するとともに、ドレイン電極4及び半導体層7間のゲート絶縁層5上に、当該ドレイン電極4の端部と半導体層7の端部とを覆うように銀ナノインク10を塗布する導電性液体塗布工程(S17)を行う。最後に、導電性のシングルウォールカーボンナノチューブを焼き切るブレイクダウン工程(S20)を行う。尚、ブレイクダウン工程(S20)は、必ずしも行わなくても良く、必要に応じて行う。また、ブレイクダウン工程(S20)の後に、最上層に保護層を形成する保護層形成工程を行って、図9に示すように、薄膜トランジスタ1の最上層に保護層21を設けても良い。
After the semiconductor layer forming step (S14), a cleaning step (S15) for removing the surfactant and the drying inhibitor from the
次に、上記の製造工程の詳細について説明する。はじめに、ゲート電極形成工程(S11)について説明する。このゲート電極形成工程(S11)では、まず、図4に示す基板2をアセトンで5分間超音波をかけて十分に洗浄する。次に、基板2を脱ガスし、図5に示すように、マスク蒸着によってAlからなるゲート電極6を基板2上に形成する。尚、この時のマスク蒸着の条件は、真空度は3×10−4Paであり、基板2の加熱は不要である。第一の実施形態では、このゲート電極形成工程において、基板2の上面に膜厚が60nm,幅が100μmの帯状のゲート電極6が形成される。
Next, the detail of said manufacturing process is demonstrated. First, the gate electrode formation step (S11) will be described. In this gate electrode formation step (S11), first, the
次に、ゲート絶縁層形成工程(S12)を行う。ゲート絶縁層形成工程(S12)では、図6に示すように、ゲート電極6が形成された基板2の上面に、スピンコート法によってポリイミド(PI)を含むゲート絶縁層5を形成する。このスピンコート法では、基板2の上面に、高耐熱性ポリイミド樹脂(京セラケミカル株式会社製:商品名「CT4112」)の5wt%溶液を塗布した後に、基板2を水平に回転させる。その後180℃で1時間乾燥することによって、膜厚が350nmのゲート絶縁層5を形成できる。尚、スピンコート法のメリットとしては、ゲート絶縁層5の膜厚を精密に制御し易い点が挙げられる。
Next, a gate insulating layer forming step (S12) is performed. In the gate insulating layer forming step (S12), as shown in FIG. 6, the
次に、ソース・ドレイン電極形成工程(S13)を行う。このソース・ドレイン電極形成工程(S13)では、図7に示すように、マスク蒸着によって、一例として、Auからなるソース電極3と、ドレイン電極4とをゲート絶縁層5の表面に各々形成する。尚、この時のマスク蒸着の条件は、真空度は3×10−4Paであり、基板2の加熱は不要である。こうして、ゲート絶縁層5の表面に一例として、厚さ100nm,幅が150μm,長さが500μmの帯状のソース電極3及びドレイン電極4を各々形成することができる。
Next, a source / drain electrode formation step (S13) is performed. In this source / drain electrode formation step (S13), as shown in FIG. 7, for example, a
続いて、半導体層形成工程(S14)を行う。半導体層形成工程(S14)では、別途実行される遠心分離工程(S1)において作成した半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を、インクジェット装置を用いてソース電極3及びドレイン電極4間のゲート絶縁層5上にソース電極3及びドレイン電極4と一定距離(一例として25μm)各々離間する位置に吐出して半導体層7を形成する(図8参照)。その後、自然乾燥又は恒温槽で乾燥する。ここでは、一例として、恒温槽で120℃で10分程度の乾燥定着を行い、半導体層7の水分を飛ばして乾燥させて、カーボンナノチューブを定着させた。
Subsequently, a semiconductor layer forming step (S14) is performed. In the semiconductor layer forming step (S14), the carbon nanotube dispersion liquid for forming the semiconductor layer prepared in the centrifugal step (S1) that is separately executed is used to form a gate insulating layer between the
ここで、半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を調製する遠心分離工程(S1)について説明する。この遠心分離工程(S1)では、半導体層7を形成するために用いる半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を調製するための超遠心分離処理を行う。第一の実施形態では、半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を以下のように調製する。まず、シングルウォールカーボンナノチューブと界面活性剤と乾燥防止剤とを含む分散液を調製する。このとき用いる界面活性剤としては、前述のように、陰イオン性、陽イオン性、両性及び非イオン性のいずれの界面活性剤を用いてもよいし、1種の界面活性剤を用いる場合の他、2種以上の界面活性剤を組み合わせて用いてもよい。第一の実施形態では、純水100ml中に、シングルウォールカーボンナノチューブ(商品名「HiPco(登録商標)」、Carbon Nanotechnologies社製)を0.1wt%、SDS(和光純薬社製)を1wt%の割合で混合し、撹拌装置を用いて200rpmで1時間程度撹拌し、その後超音波洗浄装置で3時間程度加振した。この段階では、分散液に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブは、界面活性剤の作用により、分散液中に安定して分散されているが、シングルウォールカーボンナノチューブの凝集体が多数存在する。
Here, the centrifugation step (S1) for preparing the carbon nanotube dispersion for forming the semiconductor layer will be described. In this centrifugation step (S1), an ultracentrifugation process for preparing a carbon nanotube dispersion for forming a semiconductor layer used for forming the
尚、さらに、超遠心分離装置(日立ハイテク社製 超遠心分離装置CP80WX)を用い、調製した分散液を40,000rpm程度の回転数で90分超遠心分離処理しても良い。この40,000rpm程度の回転数で遠心分離処理することにより、およそ150,000×gの遠心力が分散液に加わることになる。超遠心分離処理後の分散液の上澄みを採集して半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液とした。このような超遠心処理により、凝集しているシングルウォールカーボンナノチューブは分散液中に沈降するので、分散液の上澄みである半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液は、超遠心分離処理前の分散液に比べ、凝集していないシングルウォールカーボンナノチューブの割合が多くなっている。尚、この遠心分離工程は、半導体層形成工程(S14)よりも前に行われればよい。 Furthermore, the prepared dispersion may be further subjected to ultracentrifugation for 90 minutes at a rotational speed of about 40,000 rpm using an ultracentrifugation device (Ultracentrifugation device CP80WX manufactured by Hitachi High-Tech). By centrifuging at a rotational speed of about 40,000 rpm, a centrifugal force of about 150,000 × g is applied to the dispersion. The supernatant of the dispersion after ultracentrifugation was collected to obtain a carbon nanotube dispersion for forming a semiconductor layer. As a result of such ultracentrifugation, the aggregated single-walled carbon nanotubes settle in the dispersion. Therefore, the carbon nanotube dispersion for forming the semiconductor layer, which is the supernatant of the dispersion, is dispersed before the ultracentrifugation. Compared with, the proportion of single-walled carbon nanotubes that are not aggregated is higher. In addition, this centrifugation process should just be performed before a semiconductor layer formation process (S14).
最後に、このようにして調整した分散液100mlにグリセリン150mlを混合し、攪拌装置を用いて200rpmで1時間程度攪拌して、所望の粘度の分散液が完成する。 Finally, 150 ml of glycerin is mixed with 100 ml of the dispersion thus prepared, and stirred for about 1 hour at 200 rpm using a stirrer to complete a dispersion with a desired viscosity.
次に、半導体層形成工程(S14)に用いるインクジェット装置の一例を、図10を参照して簡単に説明する。図10に示すように、インクジェット装置400は、所謂インクジェットプリンタであり、略正方形に形成されたベースフレーム402の後端部から保持フレーム441,442を立設し、当該保持フレーム441,442間にX軸枠404を架設して、当該X軸枠404上にX軸を構成するリニアスケール405が設けられている。リニアスケール405上には半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液が封入された印字ヘッド414を保持するキャリッジ406がリニアスケール405の長手方向に摺動可能に載置されている。また、X軸枠404の右端部には、X軸モータ407が設けられ、キャリッジ406をリニアスケール405に沿って往復移動させるようになっている。また、キャリッジ406には、4つの印字ヘッド414を各々駆動する駆動回路基板408が4枚設けられている。
Next, an example of an ink jet apparatus used in the semiconductor layer forming step (S14) will be briefly described with reference to FIG. As shown in FIG. 10, the
さらに、ベースフレーム402には、X軸枠404と直交する位置に、Y軸枠409が設けられ、Y軸枠409上には、略長方形の平面状のプラテン410がY軸枠409の長手方向に往復移動可能に設けられ、Y軸枠409の端部にはY軸モータ411が設けられ、プラテン410は、Y軸モータ411により、Y軸に沿って往復移動するようになっている。尚、ベースフレーム402の左端部には、印字ヘッド414の目詰まり解消等のために半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を吐出するフラッシング動作を行う場所であるフラッシングポジション412が設けられ、ベースフレーム402の右端部は、印字ヘッド414のノズル表面のふき取り動作及び印字ヘッドのノズル内の半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液の吸引動作(パージ動作)を行うメンテナンスユニット413が設けられている。
Further, the
次に、上述のインクジェット装置400を用いて、別途実行される遠心分離工程(S1)において作成した半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を、ソース電極3及びドレイン電極4間のゲート絶縁層5上にソース電極3及びドレイン電極4と一定距離各々離間する位置に吐出して、半導体層7を形成する方法を説明する。インクジェット装置400が備える制御部により、X軸モータ407及びY軸モータ411が駆動され、半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液が所定の位置に吐出される。
Next, the carbon nanotube dispersion for forming a semiconductor layer, which is prepared in the centrifugal separation step (S1) separately performed using the
第一の実施形態においてソース電極3及びドレイン電極4間は、150μmであり、その間に、幅、100μmとなるように、半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液滴を10μmピッチで吐出した。1度に吐出される半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液の吐出量は数plである。尚、インクジェット装置400を用いて半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液滴を滴下して塗布した後、自然乾燥又は恒温槽で120℃、10分程度の乾燥定着を行い、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層7を形成する。
In the first embodiment, the gap between the
次いで、洗浄工程(S15)を行う。この洗浄工程(S15)では、純水またはエタノールを用いて乾燥定着後の半導体層7から界面活性剤と乾燥防止剤等の不純物を除去する。乾燥防止剤として、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールを用いた場合には、これらの物質は、純水またはエタノールには、良く溶解するので、十分な洗浄ができる。この洗浄方法としては、純水またはエタノールを用いて超音波洗浄を一例として30分行っても良いし、純水またはエタノールへ数時間浸漬しても良い。
Next, a cleaning step (S15) is performed. In this cleaning step (S15), impurities such as a surfactant and a drying inhibitor are removed from the
次に、導電性液体塗布工程(S17)を行う。導電性液体塗布工程(S17)では、ソース電極3及び半導体層7間のゲート絶縁層5上に、当該ソース電極3の端部と半導体層7の端部とを覆うように導電性液体(一例として、銀ナノインク9)を滴下により塗布するとともに、ドレイン電極4及び半導体層7間のゲート絶縁層5上にも当該ドレイン電極4の端部と半導体層7の端部とを覆うように導電性液体(一例として、銀ナノインク10)を滴下により塗布する。このときに、銀ナノインク9と銀ナノインク10との間隔は、所定のチャネル長(一例として、数十μm)だけ離れるように銀ナノインクを滴下する。
Next, a conductive liquid application step (S17) is performed. In the conductive liquid application step (S17), a conductive liquid (one example) is formed on the
この導電性液体塗布工程(S17)で用いる導電性液体としては、一例として、銀ナノインクを用いたが、銀ナノインクとしては、アルバックマテリアル社製低温焼成型銀インクL-Agシリーズ、日本ペイント社製ファインスフェア、Cabot社製AG−IJ−G−100−S1などがある。また、導電性液体として、導電性高分子材料を用いても良い。導電性高分子材料としては、PEDOT/PSS(3,4−ethylenedioxythiophene(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を高分子量ポリスチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマー)などがあり、一例として、スタルクヴイテック社のBaytron(商品名)、AGFA−GEVAERT社のOrgacon(商品名)などがある。さらに、導電性液体として金ナノインク等を用いても良い。尚、この導電性液体塗布工程(S17)では、導電性液体をインクジェット法、スクリーン印刷法、ディスペンサ法等の何れかにより塗布する。 As an example of the conductive liquid used in this conductive liquid coating step (S17), silver nano-ink was used. As the silver nano-ink, low-temperature firing type silver ink L-Ag series manufactured by ULVAC Materials, manufactured by Nippon Paint Co., Ltd. Fine spheres, CAbot AG-IJ-G-100-S1, etc. are available. Further, a conductive polymer material may be used as the conductive liquid. Examples of the conductive polymer material include PEDOT / PSS (3,4-ethylenedioxythiophene (3,4-ethylenedioxythiophene) polymerized in a high molecular weight polystyrene sulfonic acid). As an example, Examples include Baytron (trade name) of Starck Vitec, and Orgacon (trade name) of AGFA-GEVAERT. Furthermore, gold nano ink or the like may be used as the conductive liquid. In this conductive liquid application step (S17), the conductive liquid is applied by any one of an inkjet method, a screen printing method, a dispenser method, and the like.
尚、導電性液体塗布工程(S17)では、銀ナノインク9,10は滴下後150℃で10分間焼成して定着させた。
In the conductive liquid application step (S17), the
最後に好ましくは、ブレイクダウン工程(S20)を行う。半導体層7に含まれるシングルウォールカーボンナノチューブは、半導体性のものと導電性のものとを両方含んでいるので、このブレイクダウン工程(S20)において、通電によって導電性のナノチューブを焼き切って、半導体性のナノチューブだけを残すための処理を行う。具体的には、ソース電極3とドレイン電極4の間に電圧を印加することによって導電性のシングルウォールカーボンナノチューブを通電による発熱によって焼き切る。このようにして半導体性のシングルウォールカーボンナノチューブのみを残した所望の半導体層7が形成される。尚、このブレイクダウン工程は必要に応じて省略するようにしてもよい。
Finally, preferably, a breakdown step (S20) is performed. The single-wall carbon nanotubes included in the
上記第一の実施形態の製造方法で製造した薄膜トランジスタ1では、試作した素子10個中、9個でソース電極3とドレイン電極4との間で導通が確認できた。これに対して、従来の方法で製造した薄膜トランジスタでは、試作した素子中導通が確認できたものは50%程度であった。従って、第一の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法で製造された薄膜トランジスタ1では、ソース電極3と半導体層7との間の電気的接続(コンタクト)、及びドレイン電極4と半導体層7との間の電気的接続(コンタクト)が十分に確保でき、導通不良を低下させることができた。
In the
次に、第二の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法について、図11を参照して説明する。図11は、第二の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法のフローチャートである。この第二の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法では、洗浄工程(S18)の順番が第一の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法と異なるのみであるので、その点について説明する。この第二の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法では、第一の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法のゲート電極形成工程(S11)〜半導体層形成工程(S14)までは、同じである。そして、半導体層形成工程(S14)では、第一の実施形態と同様に、別途実行される遠心分離工程(S1)において作成した半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を、インクジェット装置を用いてソース電極3及びドレイン電極4間のゲート絶縁層5上にソース電極3及びドレイン電極4と一定距離(一例として25μm)各々離間する位置に吐出して半導体層7を形成する。その後、恒温槽で一例として、120℃で10分程度の乾燥定着を行い、半導体層7の水分を飛ばして乾燥させて、カーボンナノチューブを定着させる。
Next, a manufacturing method of the thin film transistor of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart of the method for manufacturing the thin film transistor of the second embodiment. In the thin film transistor manufacturing method of the second embodiment, the order of the cleaning step (S18) is only different from that of the thin film transistor manufacturing method of the first embodiment. In the thin film transistor manufacturing method of the second embodiment, the gate electrode forming step (S11) to the semiconductor layer forming step (S14) of the thin film transistor manufacturing method of the first embodiment are the same. Then, in the semiconductor layer forming step (S14), as in the first embodiment, the carbon nanotube dispersion liquid for forming the semiconductor layer created in the centrifugation step (S1) separately executed is sourced using an inkjet device. On the
その後、洗浄工程を行わずに、導電性液体塗布工程(S17)を行う。導電性液体塗布工程(S17)では、ソース電極3及び半導体層7間のゲート絶縁層5上に、当該ソース電極3の端部と半導体層7の端部とを覆うように導電性液体(一例として、銀ナノインク9)を滴下により塗布するとともに、ドレイン電極4及び半導体層7間のゲート絶縁層5上にも当該ドレイン電極4の端部と半導体層7の端部とを覆うように導電性液体(一例として、銀ナノインク10)を滴下により塗布する。このときに、銀ナノインク9と銀ナノインク10との間隔は、所定のチャネル長(一例として、数十μm)だけ離れるように銀ナノインクを滴下する。
Then, a conductive liquid application process (S17) is performed without performing a cleaning process. In the conductive liquid application step (S17), a conductive liquid (one example) is formed on the
導電性液体塗布工程(S17)では、銀ナノインク9,10の滴下後150℃で10分間焼成して定着させた。
In the conductive liquid coating step (S17), the
次いで、洗浄工程(S18)を行った。この洗浄工程(S18)では、純水またはエタノールを用いて乾燥定着後の半導体層7から界面活性剤と乾燥防止剤等の不純物を除去する。
Next, a cleaning step (S18) was performed. In this cleaning step (S18), impurities such as a surfactant and a drying inhibitor are removed from the
最後に、導電性のシングルウォールカーボンナノチューブを焼き切るブレイクダウン工程(S20)を行う。尚、ブレイクダウン工程(S20)は、必ずしも行わなくても良く、必要に応じて行う。また、ブレイクダウン工程(S20)の後に、最上層に保護層を形成する保護層形成工程を行って、図9に示すように、薄膜トランジスタ1の最上層に保護層21を設けても良い。
Finally, a breakdown process (S20) for burning out the conductive single wall carbon nanotubes is performed. The breakdown step (S20) is not necessarily performed, and is performed as necessary. Further, after the breakdown step (S20), a protective layer forming step of forming a protective layer on the uppermost layer may be performed to provide the
上記第二の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法では、洗浄前にカーボンナノチューブの膜が確認できるので、銀ナノインクを滴下する位置決めが容易になるという効果がある。 In the method of manufacturing the thin film transistor according to the second embodiment, since the carbon nanotube film can be confirmed before cleaning, there is an effect that the positioning of dropping the silver nano ink is facilitated.
次に、第三の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法について、図11のフローチャートを参照して説明する。第三の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法は、第二の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法と異なる点は、半導体層形成工程(S14)で、半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を、インクジェット装置を用いてソース電極3及びドレイン電極4間のゲート絶縁層5上にソース電極3及びドレイン電極4と一定距離(一例として25μm)各々離間する位置に吐出して半導体層7を形成するが、その後、乾燥定着を行わずに、導電性液体塗布工程(S17)を行う点である。半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液滴下後に乾燥定着をせず、銀ナノインクを滴下して、その後、恒温槽で、一例として、150℃で10分程度の乾燥定着を行い、半導体層7の水分を飛ばして乾燥させて、カーボンナノチューブを定着させることと、銀ナノインクの焼成とを同時に行う(S17)。その後、洗浄工程(S18)を行って、純水またはエタノールを用いて乾燥定着後の半導体層7から界面活性剤と乾燥防止剤等の不純物を除去する。他の工程については、第二の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法と同じである。
Next, a method for manufacturing the thin film transistor according to the third embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The thin-film transistor manufacturing method of the third embodiment is different from the thin-film transistor manufacturing method of the second embodiment in that in the semiconductor layer forming step (S14), the carbon nanotube dispersion for forming the semiconductor layer is used as an ink jet device. The
上記第三の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法では、カーボンナノチューブ分散液の滴下と銀ナノインクの滴下を同じ工程で行うことができ、その後の乾燥定着も同時にできるので、半導体層形成工程(S14)と導電性液体塗布工程(S17)をほぼ同時に行うことができ、製造効率が向上するという効果がある。 In the method of manufacturing the thin film transistor of the third embodiment, the carbon nanotube dispersion liquid and the silver nanoink can be dropped in the same step, and the subsequent drying and fixing can be performed simultaneously. Therefore, the semiconductor layer forming step (S14) and The conductive liquid application step (S17) can be performed almost simultaneously, and the manufacturing efficiency is improved.
次に、第四の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法について、図12のフローチャートと、図13乃至図15を参照して説明する。図12は、第四の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法のフローチャートであり、図13は、レジスト層8を塗布した状態を示す薄膜トランジスタ1の中心部の拡大平面図であり、図14は、レジスト層8を塗布した状態を示す薄膜トランジスタ1の断面図であり、図15は、レジスト層8を塗布した状態で銀ナノインク9及び10を塗布した状態の薄膜トランジスタ1の製造途中の断面図である。
Next, a method for manufacturing the thin film transistor according to the fourth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 12 and FIGS. FIG. 12 is a flowchart of the method of manufacturing the thin film transistor according to the fourth embodiment, FIG. 13 is an enlarged plan view of the central portion of the
この第四の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法では、半導体層7上にレジスト層8を形成し(S16)、その後、導電性液体塗布工程(S17)を行い、レジスト層8を剥離するレジスト剥離工程(S19)を設けた点が、上記第一乃至第三実施形態と異なる。この第四の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法では、第一乃至第三の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法のゲート電極形成工程(S11)〜半導体層形成工程(S14)までは、同じである。半導体層形成工程(S14)では、第一の実施形態と同様に、別途実行される遠心分離工程(S1)において作成した半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を、インクジェット装置を用いてソース電極3及びドレイン電極4間のゲート絶縁層5上にソース電極3及びドレイン電極4と一定距離(一例として25μm)各々離間する位置に吐出して半導体層7を形成する。その後、恒温槽で一例として、120℃で10分程度の乾燥定着を行い、半導体層7の水分を飛ばして乾燥させて、カーボンナノチューブを定着させる。
In the method of manufacturing the thin film transistor according to the fourth embodiment, a resist
次いで、洗浄せずにカーボンナノチューブ膜からなる半導体層7上に、感光性レジスト(例えば東京応化工業株式会社製、OFPR800(商品名)など)を0.5μm塗布する。その後、所望のチャネル長になるように露光して余分な部分を除去することによって、感光性レジストパターンからなるレジスト層8を形成する(S16)。この状態が、図14に示す断面図の構造となる。その後、図13に示すように銀ナノインク30をじゅうぶんな量滴下して、150℃で10分焼成する(S17)。この状態が、図15に示す断面図の構造である。この状態では、ソース電極3とドレイン電極4とは銀ナノインク30によって電気的に接続されている。
Next, a photosensitive resist (for example, OFPR800 (trade name) manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied to the
その後、レジスト層8を溶剤で剥離する(S19)と、レジスト層8の上部に載っている銀ナノインク30も同時に剥離され、図2に示す薄膜トランジスタ1の構造が形成できる。従って、ソース電極3とドレイン電極4との銀ナノインク30による電気的接続(コンタクト)は遮断され、ソース電極3と半導体層7との間、ドレイン電極4と半導体層7との間の電気的接続(コンタクト)が保持される。
After that, when the resist
その後、導電性のシングルウォールカーボンナノチューブを焼き切るブレイクダウン工程(S20)を行う。尚、ブレイクダウン工程(S20)は、必ずしも行わなくても良く、必要に応じて行う。また、ブレイクダウン工程(S20)の後に、最上層に保護層を形成する保護層形成工程を行って、図9に示すように、薄膜トランジスタ1の最上層に保護層21を設けても良い。
Thereafter, a breakdown process (S20) for burning out the conductive single wall carbon nanotubes is performed. The breakdown step (S20) is not necessarily performed, and is performed as necessary. Further, after the breakdown step (S20), a protective layer forming step of forming a protective layer on the uppermost layer may be performed to provide the
第四の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法では、感光性レジストのパターン形成によって、数μmといった微細なチャネル形成が可能となる。また、レジストとしては、撥水レジストや撥水コート剤(旭硝子株式会社製、サイトップ(商品名)等)を用いることもできる。撥水性のレジストを用いた場合には、図13において、銀ナノインク30が水溶性のものであれば、レジスト層8にはじかれて上部に残りにくいため、その後のレジスト層8の剥離工程が容易になる。
In the method of manufacturing the thin film transistor according to the fourth embodiment, a fine channel of several μm can be formed by pattern formation of the photosensitive resist. As the resist, a water-repellent resist or a water-repellent coating agent (Asahi Glass Co., Ltd., Cytop (trade name), etc.) can also be used. In the case where a water-repellent resist is used, in FIG. 13, if the silver nano-
尚、本発明は、以上詳述した第一乃至第四の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、薄膜トランジスタ1を構成する基板2,ゲート電極6,ソース電極3,ドレイン電極4,ゲート絶縁層5,半導体層7の材料、大きさ、形状及び配置は第一の実施形態の場合に限定されず、適宜変更可能である。
The present invention is not limited to the first to fourth embodiments described in detail above, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, the material, size, shape, and arrangement of the
また、半導体層7を形成するために用いる半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を調製するためのシングルウォールカーボンナノチューブ及び界面活性剤の添加量、シングルウォールカーボンナノチューブ及び界面活性剤を含む分散液の攪拌条件、超遠心分離処理等の条件は、適宜変更可能であり、第一の実施形態の場合に限定されない。例えば、シングルウォールカーボンナノチューブ及び界面活性剤を含む分散液を超遠心分離処理する際の条件は150,000×g以上であれば、分散液中に含まれる凝集したシングルウォールカーボンナノチューブを沈降させることができる。また、超遠心処理を省略して、半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を調製するようにしてもよい。
The addition amount of single wall carbon nanotubes and a surfactant for preparing a carbon nanotube dispersion for forming a semiconductor layer used for forming the
また第一乃至第四の実施形態では、半導体層形成工程(S14)において、インクジェット法を用いて半導体層7を形成していたが、スクリーン印刷法、ディスペンサ法等の他の塗布法を用いて半導体層7を形成してもよい。
In the first to fourth embodiments, the
次に、第五の実施形態として、ゲート電極16がソース電極13やドレイン電極14より上側に位置する所謂「トップゲート型」の薄膜トランジスタ11の製造方法について図16を参照して説明する。図16は、第五の実施形態の薄膜トランジスタ11の断面図である。
Next, as a fifth embodiment, a manufacturing method of a so-called “top gate type”
尚、薄膜トランジスタ11は、「ボトムゲート型」の薄膜トランジスタ1と構造が異なるが、各層の材質は同じである。したがって、第五の実施形態では、薄膜トランジスタ11の構造と、その製造方法とを中心に説明し、材質の説明については省略する。
The
はじめに、薄膜トランジスタ11の断面構造について説明する。図16に示す薄膜トランジスタ11は、板状の基板12と、基板12上にソース電極13及びドレイン電極14がそれぞれ設けられている。
First, the cross-sectional structure of the
また、ソース電極13及びドレイン電極14に挟まれる基板12の表面上には、ソース電極13及びドレイン電極14と所定距離(一例として25μm)離間して半導体層17が設けられている。そして、ソース電極13及び半導体層17間の基板12上と、ソース電極13の半導体層17の側の端部の上面及び側面と、半導体層17のソース電極13側の端部の上面及び側面とを銀ナノインク19が覆っている。また、ドレイン電極14及び半導体層17間の基板12上と、ドレイン電極14の半導体層17の側の端部の上面及び側面と、半導体層17のドレイン電極14側の端部の上面及び側面とを銀ナノインク20が覆っている。また、半導体層17の表面と、ソース電極13及びドレイン電極14の各表面と、銀ナノインク19及び銀ナノインク20の表面とを覆うようにゲート絶縁層15が設けられている。さらに、そのゲート絶縁層15の表面には、半導体層17に対向する位置に、ゲート電極16が設けられている。
Further, a
次に、薄膜トランジスタ11の製造方法について、図17〜図22を参照して説明する。図17は、第五の実施形態のトップゲート型薄膜トランジスタ11の製造工程のフローチャートである。また、図18は、基板12の断面図であり、図19は、図18に示す基板12の表面にソース電極13及びドレイン電極14が形成された状態の断面図であり、図20は、図19に示すソース電極13及びドレイン電極14間の基板12上に半導体層17が形成された状態の断面図である。また、図21は、図20に示す半導体層17とソース電極13及びドレイン電極14との間に銀ナノインク19及び銀ナノインク20が塗布された状態を示す断面図であり、図22は、図21に示す半導体層17の表面と、ソース電極13及びドレイン電極14の各表面と、銀ナノインク19及び銀ナノインク20の表面とを覆うようにゲート絶縁層15が設けられた状態を示す断面図である。
Next, a method for manufacturing the
薄膜トランジスタ11の製造方法では、図17に示すように、基板12の上面に、ソース電極13及びドレイン電極14を各々形成するソース・ドレイン電極形成工程(S31)が行われ、次いで、ソース電極13及びドレイン電極14に挟まれる基板12の表面に、ソース電極13及びドレイン電極14と所定距離離間して半導体層17を形成する半導体層形成工程(S32)が行われる。その後、半導体層17から界面活性剤と乾燥防止剤とを除去する洗浄工程(S33)を行う。次いで、導電性液体塗布工程(S35)を行い、その後、半導体層17の表面と、ソース電極13及びドレイン電極14の各表面と、銀ナノインク19,20の各表面とを覆うようにゲート絶縁層15を形成するゲート絶縁層形成工程(S36)を行い、ゲート絶縁層15の表面にゲート電極16を形成するゲート電極形成工程(S37)を行う。最後に、ブレイクダウン工程(S38)を行う。また、半導体層形成工程(S32)において用いられる半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液は、前記第一乃至第四の実施形態と同様に遠心分離工程(S1)において調整される。以下、各工程について具体的に説明する。
In the method of manufacturing the
第五の実施形態のトップゲート型薄膜トランジスタ11の製造工程では、まず、ソース・ドレイン電極形成工程(S31)を行う。このソース・ドレイン電極形成工程では、まず、図18に示す基板12を十分に洗浄する。次に、基板12を脱ガスし、図19に示すように、マスク蒸着によって、一例としてAuからなるソース電極13とドレイン電極14とを基板12の表面に各々形成する。尚、この時のマスク蒸着の条件は、真空度は3×10−4Paであり、基板12の加熱は不要である。こうして、基板12の表面に厚さ100nmのソース電極13及びドレイン電極14を各々形成することができる。
In the manufacturing process of the top-gate
次に、半導体層形成工程(S32)を行う。半導体層形成工程では、図20に示すように、別途実行される遠心分離工程(S1)において作成した半導体層形成用のカーボンナノチューブ分散液を、インクジェット装置を用いてソース電極13及びドレイン電極14間の基板12上にソース電極13及びドレイン電極14と一定距離(一例として25μm)各々離間する位置に吐出して半導体層17を形成する。その後、自然乾燥又は恒温槽で乾燥する。ここでは、一例として、恒温槽で120℃で10分程度の乾燥定着を行い、半導体層17の水分を飛ばして乾燥させて、カーボンナノチューブを定着させた。インクジェット法及び遠心分離工程(S1)の詳細は第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
Next, a semiconductor layer forming step (S32) is performed. In the semiconductor layer forming step, as shown in FIG. 20, the carbon nanotube dispersion for forming the semiconductor layer prepared in the centrifugal separation step (S1) separately executed is used to form the gap between the
次いで、洗浄工程(S33)を行う。この洗浄工程(S33)では、純水またはエタノールを用いて乾燥定着後の半導体層17から界面活性剤と乾燥防止剤とを除去する。乾燥防止剤として、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールを用いた場合には、これらの物質は、純水またはエタノールには、良く溶解するので、十分な洗浄ができる。この洗浄方法としては、純水またはエタノールを用いて超音波洗浄を一例として30分行っても良いし、純水またはエタノールへ数時間浸漬しても良い。
Next, a cleaning step (S33) is performed. In this cleaning step (S33), the surfactant and the drying inhibitor are removed from the
次に、導電性液体塗布工程(S35)を行う。導電性液体塗布工程(S35)では、図21に示すように、ソース電極13及び半導体層17間の基板12上に、当該ソース電極13の端部と半導体層17の端部とを覆うように導電性液体(一例として、銀ナノインク19)を滴下により塗布するとともに、ドレイン電極14及び半導体層17間の基板12上にも当該ドレイン電極14の端部と半導体層17の端部とを覆うように導電性液体(一例として、銀ナノインク20)を滴下により塗布する。このときに、銀ナノインク19と銀ナノインク20との間隔は、所定のチャネル長(一例として、数十μm)だけ離れるように銀ナノインクを滴下する。
Next, a conductive liquid application step (S35) is performed. In the conductive liquid application step (S35), as shown in FIG. 21, the end of the
この導電性液体塗布工程(S35)で用いる導電性液体としては、第一実施形態と同じように銀ナノインクを用いることができる。銀ナノインクとしては、アルバックマテリアル社製低温焼成型銀インクL-Agシリーズ、日本ペイント社製ファインスフェア、Cabot社製AG−IJ−G−100−S1などがある。また、導電性液体として、導電性高分子材料を用いても良い。導電性高分子材料としては、PEDOT/PSS(3,4−ethylenedioxythiophene(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を高分子量ポリスチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマー)などがあり、一例としてスタルクヴイテック社のBaytron(商品名)、AGFA−GEVAERT社のOrgacon(商品名)などがある。さらに、導電性液体として金ナノインク等を用いても良い。尚、この導電性液体塗布工程(S35)では、導電性液体をインクジェット法、スクリーン印刷法、ディスペンサ法等の何れかにより塗布する。 As the conductive liquid used in this conductive liquid coating step (S35), silver nano ink can be used as in the first embodiment. Examples of the silver nano ink include a low-temperature firing type silver ink L-Ag series manufactured by ULVAC Materials, a fine sphere manufactured by Nippon Paint, and AG-IJ-G-100-S1 manufactured by Cabot. Further, a conductive polymer material may be used as the conductive liquid. Examples of the conductive polymer material include PEDOT / PSS (a conductive polymer obtained by polymerizing 3,4-ethylenedioxythiophene (3,4-ethylenedioxythiophene) in high molecular weight polystyrene sulfonic acid). Examples include Baytron (trade name) of Vitec, and Orgacon (trade name) of AGFA-GEVAERT. Furthermore, gold nano ink or the like may be used as the conductive liquid. In the conductive liquid application step (S35), the conductive liquid is applied by any one of an ink jet method, a screen printing method, a dispenser method, and the like.
尚、導電性液体塗布工程(S35)では、銀ナノインク19,20は滴下後150℃で10分間焼成して定着させた。ここで、銀ナノインク19,20が「導電部」に相当する。
In the conductive liquid coating step (S35), the
次いで、ゲート絶縁層形成工程(S36)を行う。ゲート絶縁層形成工程では、図22に示すように、半導体層17の表面、ソース電極13及びドレイン電極14の各表面、銀ナノインク19,20の表面を覆うように、スピンコート法によって、ポリイミド(PI)からなるゲート絶縁層15を形成する。このスピンコート法では、高耐熱性ポリイミド樹脂の5wt%溶液を塗布した後に、基板12を水平に回転させる。その後、180℃で約1時間乾燥することによって、膜厚が350nmのゲート絶縁層15を形成することができる。
Next, a gate insulating layer forming step (S36) is performed. In the gate insulating layer forming step, as shown in FIG. 22, polyimide (by a spin coat method is used so as to cover the surface of the
次に、ゲート電極形成工程を行う(S37)。ゲート電極形成工程では、マスク蒸着によってAlからなるゲート電極16を、ゲート絶縁層15の表面上における半導体層17と対向する位置に形成する。尚、この時のマスク蒸着の条件は、真空度は3×10−4Paであり、基板12の加熱は不要である。こうして、ゲート絶縁層15の表面に厚さ60nmのゲート電極16を形成することができ、図16に示す薄膜トランジスタ11を製造することができる。
Next, a gate electrode forming step is performed (S37). In the gate electrode forming step, the
最後に好ましくは、ブレイクダウン工程(S38)を行う。この工程は、通電によって導電性のナノチューブを焼き切って、半導体性のナノチューブだけを残すための工程であり、詳細は第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。尚、このブレイクダウン工程は必要に応じて省略するようにしてもよい。 Finally, preferably, a breakdown step (S38) is performed. This step is a step for burning out the conductive nanotubes by energization and leaving only the semiconducting nanotubes, and the details are the same as in the first embodiment, and the description thereof is omitted. Note that this breakdown step may be omitted if necessary.
以上詳述した、第五の実施形態の薄膜トランジスタ11の製造方法によれば、第一の実施形態の場合と同様な効果が得られる。さらに、最も位置精度が必要なソース電極13とドレイン電極14を平坦な基板12上に形成するので、ゲート絶縁膜上にソース電極とドレイン電極を形成するボトムゲート型に比べて良好な位置精度で形成できる。また、第五の実施形態の薄膜トランジスタの製造方法で製造された薄膜トランジスタ11では、ソース電極13と半導体層17との間の電気的接続(コンタクト)、及びドレイン電極14と半導体層17との間の電気的接続(コンタクト)が十分に確保でき、導通不良を低下させることができる。
According to the manufacturing method of the
尚、本発明は、以上詳述した第五の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、薄膜トランジスタ11を構成する基板12,ゲート電極16,ソース電極13,ドレイン電極14,ゲート絶縁層15,半導体層17の材料、大きさ、形状及び配置は第一の実施形態の場合に限定されず、適宜変更可能である。
The present invention is not limited to the fifth embodiment described in detail above, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, the material, size, shape, and arrangement of the
また第五の実施形態では、半導体層形成工程(S32)において、インクジェット法を用いて半導体層17を形成していたが、スクリーン印刷法、ディスペンサ法等の他の塗布法を用いて半導体層17を形成してもよい。
In the fifth embodiment, in the semiconductor layer forming step (S32), the
また、上記実施形態の洗浄工程(S15,S18,S33)では、純水又はエタノールを用いて界面活性剤及び乾燥防止剤を除去したが、基板2,12を構成する基材フィルムの耐熱温度以下の加熱を行って、界面活性剤及び乾燥防止剤を焼却除去しても良い。さらに、減圧加熱を行って比較的低温で界面活性剤及び乾燥防止剤を蒸発させても良い。即ち、使用する界面活性剤及び乾燥防止剤の除去に適した方法を用いれば良い。
Moreover, in the washing | cleaning process (S15, S18, S33) of the said embodiment, although surfactant and the drying inhibitor were removed using pure water or ethanol, it is below the heat-resistant temperature of the base film which comprises the board |
また、上記第五の実施形態の工程の一部を上記第二乃至第四実施形態のように変更しても良い。 Moreover, you may change a part of process of the said 5th embodiment like the said 2nd thru | or 4th embodiment.
本発明の薄膜トランジスタの製造方法及び薄膜トランジスタは、所謂ボトムゲート型又はトップゲート型の薄膜トランジスタ及びその製造方法に適用可能である。 The thin film transistor manufacturing method and the thin film transistor of the present invention can be applied to a so-called bottom gate type or top gate type thin film transistor and a method for manufacturing the same.
1 薄膜トランジスタ
2 基板
3 ソース電極
4 ドレイン電極
5 ゲート絶縁層
6 ゲート電極
7 半導体層
9 銀ナノインク
10 銀ナノインク
11 薄膜トランジスタ
12 基板
13 ソース電極
14 ドレイン電極
15 ゲート絶縁層
16 ゲート電極
17 半導体層
19 銀ナノインク
20 銀ナノインク
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記ゲート電極を覆うように前記基板上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、
前記ゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を互いに離間して形成するソース・ドレイン電極形成工程と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極間の前記ゲート絶縁層上に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と離間して、少なくともカーボンナノチューブを含む水溶液からなる分散液を塗布してカーボンナノチューブからなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層と前記ソース電極との間及び前記半導体層と前記ドレイン電極との間に各々導電性液体を塗布して導電部を形成する導電性液体塗布工程と
を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 A gate electrode forming step of forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating layer on the substrate so as to cover the gate electrode; and
A source / drain electrode forming step of forming a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other on the gate insulating layer;
On the gate insulating layer between the source electrode and the drain electrode, a dispersion layer made of an aqueous solution containing at least carbon nanotubes is applied apart from the source electrode and the drain electrode to form a semiconductor layer made of carbon nanotubes. A semiconductor layer forming step,
A thin film transistor comprising: a conductive liquid application step of forming a conductive portion by applying a conductive liquid between the semiconductor layer and the source electrode and between the semiconductor layer and the drain electrode. Manufacturing method.
前記ソース電極及び前記ドレイン電極間の前記基板上に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と離間して、少なくともカーボンナノチューブを含む水溶液からなる分散液を塗布してカーボンナノチューブからなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層と前記ソース電極との間及び前記半導体層と前記ドレイン電極との間に各々導電性液体を塗布して導電部を形成する導電性液体塗布工程と、
前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記導電部を覆うようにゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、
前記ゲート絶縁層形成工程で形成された前記ゲート絶縁層上に、ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 A source / drain electrode forming step of forming a source electrode and a drain electrode on a substrate apart from each other;
A semiconductor in which a semiconductor layer made of carbon nanotubes is formed on the substrate between the source electrode and the drain electrode by applying a dispersion made of an aqueous solution containing at least carbon nanotubes apart from the source electrode and the drain electrode. A layer forming step;
A conductive liquid applying step of forming a conductive portion by applying a conductive liquid between the semiconductor layer and the source electrode and between the semiconductor layer and the drain electrode;
A gate insulating layer forming step of forming a gate insulating layer so as to cover the source electrode, the drain electrode, and the conductive portion;
Forming a gate electrode on the gate insulating layer formed in the gate insulating layer forming step; and
A method for producing a thin film transistor, comprising:
当該レジスト層を形成後に前記導電性液体塗布工程を行い、
その後、前記レジスト層を剥離する剥離工程を行うことを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。 Forming a resist layer for preventing the adhesion of conductive liquid on a part of the semiconductor layer, and comprising a resist coating process for controlling a channel length;
The conductive liquid application step is performed after the resist layer is formed,
6. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein a peeling step for peeling the resist layer is performed thereafter.
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