JP5177695B2 - スイッチング素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
いといった利点も有している。このようなCNT分散膜を用いたTFTについては、下記の先行文献(1)〜(6)に開示されている:
(1)E.S. Snow, J. P. Novak, P. M. Campbell, D. Park, "Random networks of carbon nanotubes as an electronic material, Applied Physics Letters, vol. 82, No. 13, p.p. 2145-2147 (2003)
(2)E. Artukovic, M. Kaempgen, D. S. Hecht, S. Roth, G. Gruener, "Transparent and Flexible Carbon Nanotube Transistors", Nano Letters, vol. 5, No. 4, p. 757-760 (2005)
(3)S.-H. Hur, O. O. Park, J. A. Rogers, "Extreme bendability of single-walled carbon nanotube networks transferred from high-temperature growth substrates to plastic and their use in thin-film transistors", Applied Physics Letters, vol. 86, p. 243502 (2005)
(4)T. Takenobu, T. Takahashi, T. Kanbara, K. Tsukagoshi, Y. Aoyagi, Y. Iwasa, "High-performance transparent flexible transistors using carbon nanotube films", Applied Physics Letters, vol. 88, p. 33511 (2006)
(5)特開2005−347378号 公報
(6)特開2006−73774号 公報
で表される置換ポリエチレン骨格を繰り返し単位として含むことが好ましい。但し、式中、Xは連結基又は単結合、Arは芳香族環を有する芳香族基、nは正の整数を示す。このような置換ポリエチレン骨格を有する非共役高分子は、樹脂加工が行いやすく、安価である。したがって、所望の構造を有する非共役高分子を、安価に得る事ができる。
で表される置換ポリエチレン骨格を繰り返し単位として含むことが好ましい。但し、式中、Xは連結基又は単結合、Arは芳香族環を有する芳香族基、nは正の整数を示す。
以下、図面を参照しつつ、本発明の第1の実施形態に係るスイッチング素子10の構成について説明する。
式(1)中、R1は主鎖構造、Xは連結基又は単結合、Arは芳香族基、nは正の整数を示す。
上記構造式(1)で示されるように、側鎖(X−Ar)において、連結基Xの末端に芳香族基が位置することで、芳香族基が非共役高分子の表面に露出し易くなり、CNT−ゲート絶縁膜3間の相互作用を期待できる。
式中、Xは連結基、Arは芳香族環、nは正の整数を示す。
また、耐熱性及び耐電気耐性の観点からは、ポリアミド骨格を有するものがより好ましい。但し、主鎖が共役構造を持たないものであれば、上記の骨格に限定されるものではない。
式中、R2は主鎖構造、mは正の整数を示す。
R2の主鎖構造については、(X−Ar)基が側鎖として導入されていない他は、繰り返し単位Aの段で記載したのと同じ骨格を用いることができる。
続いて、本発明の第2の実施形態について説明する。図2Aは、本実施形態に係るスイッチング素子10の概略断面図である。図2Aに示されるように、本実施形態に係るスイッチング素子10は、支持基板1と、支持基板1上にチャネル長に応じた距離を隔てて配置されたソース電極4及びドレイン電極5と、これらに接するように形成された活性層6と、ソース電極4、ドレイン電極5、及び活性層6上に形成されたゲート絶縁膜3と、ゲート絶縁膜3上に形成されたゲート電極2と、を有している。すなわち、本実施形態に係るスイッチング素子10は、活性層6を挟んで支持基板1の反対側にゲート電極2が存在するトップコンタクト構造となっている。尚、支持基板1、ソース電極4、ドレイン電極5、活性層6、ゲート絶縁膜3、及びゲート電極2の材質自体は、第1の実施形態と同じものを使用することができるので、説明を省略する。
実施例1のスイッチング素子10の製造方法について説明する。この実施例1のスイッチング素子10の構造は、図1Aに示したものと同様である。まず、0.5mm厚のポリエチレンナフタレート基板を支持基板1とし、この基板上に、スパッタリング法によりシャドウマスクを通しアルミニウムをゲート電極2として100nm成膜した。次に、ゲート絶縁膜3として、ポリスチレン(側鎖に芳香族基を有する非共役高分子)のキシレン溶液をスピンコート法により塗布し、120℃で乾燥して100nmの膜厚に成膜した。その上にソース電極4、ドレイン電極5として金を真空蒸着法によりシャドウマスクを通して60nmの膜厚に形成した。ここで形成された電極構造のチャネル幅は200μm、チャネル長は50μmである。
実施例2のスイッチング素子10は、図2Aに示されるようなボトムコンタクト構造である。まず、0.5mm厚のポリエチレンナフタレート基板(支持基板1)上に、真空蒸着法によりシャドウマスクを通して金を60nmの膜厚に成膜し、ソース電極4、ドレイン電極5とした。ここで形成された電極構造のチャネル幅は100μm、チャネル長は50μmである。その上にSWNT(CNT)をジクロロエタン中1時間超音波処理して作成したCNT分散液をブレードコート法により塗布した。そして、100℃にて10分間加熱して溶媒を除去し、CNT分散膜による活性層6を形成した。さらにその上に、ポリスチレン(側鎖に芳香族基を有する非共役高分子)のキシレン溶液をスピンコート法により塗布した。その後、120℃で30分加熱し、溶媒を除去して120nmの膜厚に成膜しゲート絶縁膜3とした。この上にゲート電極2としてアルミニウムを真空蒸着法によりシャドウマスクを通して100nmの膜厚に成膜し、実施例2のスイッチング素子10を得た。
実施例1と同様に、実施例3のスイッチング素子10を30個作製した。但し、ゲート絶縁膜3を形成するのに用いる材料として、ポリケイ皮酸ビニル(側鎖に芳香族基を有する非共役高分子)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液を用いた。
実施例2と同様に、実施例4のスイッチング素子10を作製した。但し、ゲート絶縁膜3を形成するのに用いる材料として、ポリケイ皮酸ビニル(側鎖に芳香族基を有する非共役高分子)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液を用いた。
実施例1と同様に、スイッチング素子10を作製した。但し、ゲート絶縁膜3を2層構造とした。すなわち、ゲート絶縁膜3を形成するに際し、ゲート電極2を形成した支持基板1上に、スパッタリング法により酸化タンタルを70nmの膜厚に形成して第2ゲート絶縁膜層32とした。その後、ポリスチレン(側鎖に芳香族基を有する非共役高分子)のキシレン溶液をスピンコート法により塗布、120℃で30分加熱して膜厚30nmの第1ゲート絶縁膜層31とした。
実施例2と同様に、スイッチング素子を作製した。但し、ゲート絶縁膜3を2層構造とした。すなわち、ゲート絶縁膜3を形成する際にポリスチレン(側鎖に芳香族基を有する非共役高分子)のキシレン溶液をスピンコート法により塗布、120℃で30分加熱して膜厚50nmの第1ゲート絶縁膜層31とした後、スパッタリング法により酸化タンタルを50nmの膜厚に形成して第2ゲート絶縁膜層32とした。
実施例1と同様に、比較例1のスイッチング素子を30個作製した。但し、ゲート絶縁膜3に用いる材料として、ポリプロピレン溶液を用いた。ポリプロピレンは、側鎖に芳香族基を有する非共役高分子ではない。
比較例1と同様に、比較例2のスイッチング素子を30個作製した。但し、活性層6の形成時に、CNT分散液のスピンコート法による塗布工程を5回繰り返した。
実施例2と同様に、比較例3のスイッチング素子を作製した。但し、ゲート絶縁膜3に用いる材料として、側鎖に芳香族基を有する非共役高分子ではないポリプロピレンを用いた。
実施例1、3、5のスイッチング素子10は、比較例1のスイッチング素子に比較して、オン時の電流値の最頻値が高く、最頻値の50%以下のオン電流値を示す素子の数も少なかった。この事から、実施例1及び3のスイッチング素子は、側鎖に芳香族基を有する非共役高分子をゲート絶縁膜として用いる事により、側鎖に芳香族基を有する非共役高分子をゲート絶縁膜として用いない場合(比較例1)よりも、安定したスイッチング特性を与える事がわかった。
Claims (8)
- ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に接して形成された活性層と、
を具備し、
前記活性層は、カーボンナノチューブを含み、
前記ゲート絶縁膜の膜厚が、0.01〜1.00μmであり、
前記ゲート絶縁膜は、ポリ桂皮酸ビニルの単層膜により形成されている
スイッチング素子。 - ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜と接する様に活性層を形成する工程と、
を具備し、
前記活性層は、カーボンナノチューブを含み、
前記ゲート絶縁膜の膜厚が、0.01〜1.00μmであり、
前記ゲート絶縁膜は、ポリ桂皮酸ビニルの単層膜により形成されている
スイッチング素子の製造方法。 - 請求項2に記載されたスイッチング素子の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜が基板の上に形成され、
前記活性層の形成は、前記ゲート絶縁膜の形成の後に行われる
スイッチング素子の製造方法。 - 請求項3に記載されたスイッチング素子の製造方法であって、
前記活性層を形成する工程は、
前記ゲート絶縁膜上に、カーボンナノチューブの分散したカーボンナノチューブ分散液を塗布する工程と、
塗布された前記カーボンナノチューブ分散液を乾燥させる工程と、を含む
スイッチング素子の製造方法。 - 請求項3又は4に記載されたスイッチング素子の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、
前記非共役高分子を含む溶液を前記基板上に塗布する工程と、
塗布された溶液を乾燥させる工程と、を含む
スイッチング素子の製造方法。 - 請求項2に記載されたスイッチング素子の製造方法であって、
前記活性層が基板の上に形成され、
前記ゲート絶縁膜の形成は、前記活性層の形成の後に行われる
スイッチング素子の製造方法。 - 請求項6に記載されたスイッチング素子の製造方法であって、
前記活性層を形成する工程は、
前記基板上に、カーボンナノチューブの分散したカーボンナノチューブ分散液を塗布する工程と、
塗布された前記カーボンナノチューブ分散液を乾燥させる工程と、を含む
スイッチング素子の製造方法。 - 請求項6又は7に記載されたスイッチング素子の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、
前記非共役高分子を含む溶液を前記基板上に塗布する工程と、
塗布された溶液を乾燥させる工程と、を含む
スイッチング素子の製造方法。
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