CN102870245A - 功能设备的制造方法、铁电体材料层的制造方法、场效应晶体管的制造方法和薄膜晶体管、场效应晶体管以及压电式喷墨头 - Google Patents
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Abstract
本发明之一的功能设备的制造方法依次包括：功能固体材料前驱体层形成工序，通过在基材上涂布功能液体材料来形成功能固体材料的前驱体层；干燥工序，将前驱体层加热至80℃-250℃范围内的第一温度，以事先降低前驱体层的流动性；模压工序，在将前驱体层加热至80℃-300℃范围内的第二温度的状态下，对前驱体层施行模压加工，从而在前驱体层形成模压结构；功能固体材料层形成工序，将前驱体层以高于第二温度的第三温度进行热处理，由此从前驱体层形成功能固体材料层。
Description
技术领域
本发明涉及一种功能设备的制造方法、铁电体材料层的制造方法、场效应晶体管的制造方法和薄膜晶体管、场效应晶体管以及压电式喷墨头。
背景技术
图65是用于说明现有薄膜晶体管900的图。
现有薄膜晶体管900如图65所示，具备：源极950以及漏极960；沟道层940，其位于源极950与漏极960之间；栅极920，其用于控制沟道层940的导通状态；栅极绝缘层930，其形成于栅极920与沟道层940之间，并由铁电体材料构成。此外，于图65中，附图标记910是表示绝缘基板。
在现有薄膜晶体管900中，作为构成栅极绝缘层930的材料使用铁电体材料(例如BLT(Bi4-xLaxTi3O12)、PZT(Pb(ZrxTi1 -x)O3))。此外，作为构成沟道层940的材料使用氧化物导电性材料(例如，铟锡氧化物(ITO))。
若根据现有薄膜晶体管900，则由于作为构成沟道层的材料使用氧化物导电性材料，所以能够提高载流子浓度。此外，由于作为构成栅极绝缘层的材料使用铁电体材料，所以能以低驱动电压来快速地进行切换。其结果，能以低驱动电压来快速地控制大的电流。
现有薄膜晶体管能以图66所示的现有薄膜晶体管的制造方法来制造。图66是用于说明现有薄膜晶体管制造方法的图。图66(a)-图66(e)为各工序图。此外，图66(f)是薄膜晶体管900的俯视图。
首先，如图66(a)所示，在表面形成有SiO2层的由Si基板构成的绝缘基板910上，以电子束蒸发法来形成由Ti(10nm)和Pt(40nm)的层积膜所构成的栅极920。
其次，如图66(b)所示，在栅极920上方以溶胶凝胶法来形成由BLT(Bi3.25La0.75Ti3O12)或PZT(Pb(Zr0.4Ti0.6)O3)构成的栅极绝缘层930(200nm)。
其次，如图66(c)所示，在栅极绝缘层930上，通过RF溅射法来形成由ITO构成的沟道层940(5nm-15nm)。
其次，如图66(d)所示，在沟道层940上，将Ti(30nm)和Pt(30nm)以电子束蒸发法来成膜，由此形成源极950和漏极960。
其次，以RIE法以及湿式蚀刻法(HF：HCl混合液)将元件区域从其他元件区域分离。
由此，能够制造图66(e)和图66(f)所示的薄膜晶体管900。
图67是用于说明现有薄膜晶体管900的电性能的图。此外，图67中，附图标记940a是表示沟道，附图标记940b是表示耗尽层。
在现有薄膜晶体管900，如图67所示，当栅极电压为3V(VG＝3V)时得到导通电流约为10-4A、导通/断开电流比为1×104、场效应迁移率μFE为10cm2/Vs、内存窗口(memory window)约为2V的值。
现有技术文献
专利文献1：特开2006-121029号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，由于现有薄膜晶体管900是以上述方法所制造，在形成栅极920、沟道层940、源极950以及漏极960的过程中，需采用真空处理、光刻法处理，因此原材料、制造能量的使用效率低。此外，尚有制造需要长时间的问题。
此外，不仅在制造上述薄膜晶体管的方法中会出现这种问题，而且在制造驱动器、光学设备等功能设备的所有的方法中都会出现这种问题。而且，上述要求也是在功能设备一类如压电式喷墨头、电容器、其他利用铁电体材料层电性能的整个用途中存在的要求。
本发明是为了解决上述问题中至少一个而提出的。具体而言，本发明最大的贡献在于提供一种功能设备的制造方法，其能够以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且以相较于过去简短的工序来制造以上述优异的薄膜晶体管为首的各种功能设备。
解决课题的方法
本发明之一的功能设备的制造方法包括以下(1)-(4)的工序。
(1)功能固体材料前驱体层形成工序，通过在基材上涂布功能液体材料来形成功能固体材料的前驱体层。
(2)干燥工序，在所述功能固体材料前驱体层形成工序之后，将所述前驱体层以80℃-250℃范围内的第一温度加热。
(3)模压工序，在所述干燥工序之后，在将所述前驱体层加热至80℃-300℃范围内的第二温度的状态下，对该前驱体层施行模压加工，由此在该前驱体层形成模压结构。
(4)功能固体材料层形成工序，在所述模压处理工序之后，将所述前驱体层以高于所述第二温度的第三温度进行热处理，由此从该前驱体层形成功能固体材料层。
此外，在本申请中为便于说明起见，将在所述制造方法之前通过热处理来准备将来成为由金属氧化物陶瓷或金属构成的功能固体材料的所述功能液体材料的工序称为功能液体材料准备工序。此外，上述“前驱体层”有时也称为“前驱体组合物层”，而在本申请中以“前驱体层”表示。此外，并不妨碍在上述各工序间进行与本发明主旨无关的工序，如基板的移动、检查等。
根据该功能设备的制造方法，可在基材上涂布功能液体材料形成前驱体层，并对该前驱体层施行模压加工形成模压结构，进而对前驱体层以规定温度进行热处理，由此形成功能固体材料层。其结果，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造以上述优异的以薄膜晶体管为首的各种功能设备。
此外，根据上述功能设备的制造方法，可达成以下作用效果。首先，能够通过加热至80℃-250℃范围内的第一温度，使前驱体层的固化反应达到某种程度以事先降低前驱体层的流动性。进而，能够通过加热至80℃-300℃范围内的第二温度来降低该前驱体层的硬度，从而对获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工。其结果，能高精度地形成所希望的模压结构，并可制造具有所希望性能的功能设备。
然而，曾有如下报告例：不同于使用高分子材料进行模压加工的通常的模压加工技术，在通过热处理并使用将成为金属氧化物陶瓷或金属的功能液体材料来进行模压加工的模压加工技术的情况下，在室温下进行模压加工。但是，根据该报告，为了赋予规定的塑性变形能力仍需含有有机成分或溶剂等，因此因含有该有机成分或溶剂等引起的烧制时的形状恶化变得激烈。
但是，根据本发明发明人的研究，发现只要将前驱体层加热至80℃-300℃范围内的第二温度，则前驱体层的塑性变形能力就会变高。而且，发现可去除主溶剂。因此，在本发明之一的功能设备的制造方法中，加热至80℃-300℃范围内的第二温度来获得高塑性变形能力并对烧制时形状恶化小的前驱体层施行模压加工。
在此，将所述第二温度设定在“80℃-300℃”范围内是基于以下理由。首先，当该第二温度低于80℃时，由于前驱体层没有被充分软化，因此无法充分提高前驱体层的塑性变形能力。而且，当所述第二温度高于300℃时，前驱体层的固化反应过度进行导致前驱体层的塑性变形能力再次降低。
从上述观点出发，优选在将所述前驱体层加热至100℃-200℃范围内的温度的状态下对前驱体层施行模压加工。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，所述第二温度可以是恒温，也可以是在规定温度范围内变动的温度。此外，在本发明之一的功能设备的制造方法中，“模压加工”有时也被称为“纳米压印”(nanoimp rint)。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，在所述模压工序中，以1MPa-20MPa范围内的压力施行模压加工。
根据上述功能设备的制造方法，如上所述，对获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工。其结果，即使将施行模压加工时所施加的压力降低至1MPa-20MPa，前驱体层也能按模具表面形状来变形，因此能高精度地形成所希望的模压结构。此外，通过将施行模压加工时所施加的压力降低至1MPa-20MPa，能够使模具在施行模压加工时不易被损伤。
此处，将上述压力设定在“1MPa-20MPa”范围内是基于以下理由。首先，该压力小于1MPa时，由于压力过低有时无法模压前驱体组合物。并且，只要上述压力达到20MPa就能充分模压前驱体组合物，因此无须施加更高的压力。
从上述观点出发，优选地，在所述模压工序中，以2MPa-10MPa范围内的压力施行模压加工。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，在所述模压工序中，使用加热至80℃-300℃范围内的第四温度的模具来施行模压加工。
根据这种方法，在施行模压加工的过程中，前驱体层的塑性变形能力不会降低，因此能更高精度地形成所希望的模压结构。
此处，将所述第四温度设定在“80℃-300℃”范围内是基于以下理由。首先，当该第四温度低于80℃时，由于前驱体层温度降低，导致前驱体层的塑性变形能力降低。而且，当上述第四温度高于300℃时，由于前驱体层的固化反应过度进行，导致前驱体层的塑性变形能力降低。
从上述观点出发，优选地，在所述第四温度中使用加热至100℃-200℃范围内的温度的模具来施行模压加工。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，在所述模压工序中，至少对所述前驱体层表面施行脱模处理或对该模具的模压面施行脱模处理之后，再对该前驱体层施行模压加工。
通过采用这种方法，由于能够降低前驱体层与模具间的摩擦力，因此可对前驱体更高精度地施行模压加工。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选所述功能液体材料为含有选自：含有金属烷氧基化合物的溶液、含有金属有机酸盐的溶液、含有金属无机酸盐的溶液、含有金属卤化物的溶液、含有包含金属、氮、氢的无机化合物的溶液、含有金属氢化物的溶液、含有金属纳米粒子的溶液以及陶瓷微粒子中的至少一种的溶液。
通过采用这种方法，可对具有规定塑性变形能力的前驱体层施行模压加工，并能更高精度地形成模压结构。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选所述功能液体材料为选自含有金属烷氧基化合物的溶液、含有金属有机酸盐的溶液以及含有金属无机酸盐的溶液中的至少一种。此外，优选地，所述功能固体材料层形成工序中从模压工序后的前驱体层形成所述功能固体材料层时的体积收缩率在30％-90％范围内。
如上所述，在功能固体材料层形成工序中，以成为规定体积收缩率的方式从模压工序后的前驱体层形成功能固体材料层，由此能更高精度地形成所希望的模压结构。
此处，所述体积收缩率设定在“30％-90％”范围内是基于以下理由。首先，当体积收缩率小于30％时，由于前驱体层的固化反应过度进行，有时难以充份提高前驱体层的塑性变形能力。而且，当所述体积收缩率大于90％时，由于体积收缩率过高，有时在前驱体层收缩过程中模压结构变得容易崩溃。
从上述观点出发，优选地，功能固体材料层形成工序中从模压工序后的前驱体层形成功能固体材料层时的体积收缩率在40％-70％范围内，更优选在50％-60％范围内。
此外，所谓的体积收缩率是指“从模压工序后的收缩前体积减去功能固体材料层形成工序中收缩后体积的值”除以“模压工序后的收缩前体积”所得的值。即，体积收缩率越大则表示收缩得越好。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，所述功能液体材料为含有选自：所述含有金属卤化物的溶液、所述含有包含金属、氮与氢的无机化合物的溶液、所述含有金属氢化物的溶液、所述含有金属纳米粒子的溶液以及所述陶瓷微粒子中的至少一种的溶液，且所述功能固体材料层形成工序中从所述模压工序后的前驱体层形成所述功能固体材料层时的体积收缩率在1％-30％范围内。
此处，所述体积收缩率设定在“1％-30％”范围内是基于以下理由。首先，当该体积收缩率小于1％时，前驱体层的固化反应过度进行，有时难以充分提高前驱体层的塑性变形能力。而且，当为这些功能液体材料时，体积收缩率会自然地落在不超过30％的范围内。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，在所述功能固体材料层形成工序中，通过在含氧环境气氛下进行热处理来形成由金属氧化物陶瓷所所构成的功能固体材料层。
通过采用这种方法，如后所述，能够将功能固体材料层可作为“薄膜晶体管中的栅极层、栅极绝缘层、源极层、漏极层、沟道层或配线层”、“驱动器中的压电体层或电极层”、“光学设备中的晶格层”等，因此可制造各种功能设备。
此时，能够作为功能固体材料而使用的金属氧化物陶瓷能够举出各种顺电体(Paraelectrics)材料(例如BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7或BST(BaxSr1-x)Ti3O12)、SiO2、SrTiO3、LaAlO3、HfO2)、各种铁电体材料(例如PZT(Pb(Zrx Ti1-x)O3)、BLT(Bi4- xLaxTi3O12)、掺杂Nb的PZT，掺杂La的PZT，钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、BTO(Bi4Ti3O12)、SBT(SrBi2Ta2O9)、BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7)、铋铁氧体(BiFeO3))、各种半导体材料、或各种导电材料(例如铟锡氧化物(ITO)、氧化铟(In2O3)、掺杂锑的氧化锡(Sb-SnO2)、氧化锌(ZnO)、掺杂铝的氧化锌(Al-ZnO)、掺杂镓的氧化锌(Ga-ZnO)、氧化钌(RuO2)、氧化铱(IrO2)、氧化锡(SnO2)、一氧化锡(SnO)、掺杂铌的二氧化钛(Nb-TiO2)等氧化物导电材料、铟镓锌复合氧化物(IGZO)、掺杂镓的氧化铟(In-Ga-O(IGO))、掺杂铟的氧化锌(In-Zn-O(IZO))等无定形(amorphous)导电性氧化物材料、钛酸锶(SrTiO3)、掺杂铌的钛酸锶(Nb-SrTiO3)、锶钡复合氧化物(SrBaO2)、锶钙复合氧化物(SrCaO2)、钌酸锶(SrRuO3)、氧化镍镧(LaNiO3)、氧化钛镧(LaTiO3)、氧化铜镧(LaCuO3)、氧化镍钕(NdNiO3)、氧化镍钇(YNiO3)、氧化镧钙锰复合氧化物(LCMO)、铅酸钡(BaPbO3)、LSCO(LaxSr1-xCuO3)、LSMO(La1-xSrxMnO3)、YBCO(YBa2Cu3O7 -x)、LNTO(La(Ni1-xTix)O3)、LSTO((La1-xSrx)TiO3)、STRO(Sr(Ti1-xRux)O3)及其他钙钛矿型(perovskite-type)导电性氧化物或焦绿石型(pyrochlore-type)导电性氧化物)、其他材料(例如High-k材料(HfO2、Ta2O5、ZrO2、HfSixOy、ZrSixOy、LaAlO3、La2O3、(Ba1-xSrx)TiO3、Al2O3、(Bi2-xZnx)(ZnyNb2-y)O7、Y2O3、GeO2、Gd2O3等)、惠斯勒(Heusler)合金(Co、Co-Pt、Co-Fe、Mn-Pt、Ni-Fe、CoFeB等合金、Co-Cr-Fe-Al、Co2MnAl等)、MRAM用阻挡材料((La1- xSrx)MnO3等氧化物类半金属等MRAM用电极材料、AlAs、MgO、Al2O3等)、多铁性材料(钙钛矿型BiMnO3、BiFeO3、YbMnO3等石榴石型R3Fe2O12(R＝Dy、Ho、Er、Tm、Tb、Lu)、Y3Al5O12、Gd3Ga5O12、SGGG(Gd2.7Ca0.3)(Ga4.0Mg0.32Zr0.65Ca0.03)O12等)、PRAM材料(GexTe1-x、Ge2Sb2Te5等硫化物类(chalcogenide)、Sb-X合金(X＝Ge、Ga、In、Se、Te)等)、光催化用金红石型二氧化钛(TiO2))。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，在所述功能固体材料层形成工序中，通过在还原环境气氛下进行热处理来形成金属所构成的功能固体材料层。
通过采用这种方法，如后所述，由于能够将功能固体材料层作为“薄膜晶体管的栅极层或配线层”、“驱动器的电极层”、“光学设备的金属晶格层”等，因此可制造各种功能设备。
此时，能够作为功能固体材料而使用的金属例如可举出Au、Pt、Ag、Cu、Ti、Ge、In、Sn等。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，在所述模压工序中，通过所述功能固体材料层形成工序的热处理来形成在层厚最薄区域产生裂纹的模压结构。
通过采用这种方法，在所述功能固体材料层形成工序中，于前驱体层的层厚最薄区域产生裂纹，前驱体层可因该裂纹自然地朝面内方向收缩。其结果，能高精度地形成所希望的模压结构。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，在所述模压工序与所述功能固体材料层形成工序间，进一步包括如下工序：在已施行模压加工的所述前驱体层当中层厚最薄的区域，以该前驱体层被完全去除的条件对该前驱体层进行全面蚀刻。
通过采用这种方法，在功能固体材料层形成工序中，前驱体层被分割为多个区域的结果，前驱体层可自然地朝面内方向收缩。其结果，能高精度地形成所希望的模压结构。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，所述功能固体材料层由具有结晶结构的功能固体材料构成，所述基材或基材表面的结晶结构是与所述功能固体材料层的结晶结构相同或相类似的结晶结构。
通过采用这种方法，由于基材或基材表面与功能固体材料层的亲和性增加，所以前驱体层不易向面内方向收缩。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，在所述功能固体材料前驱体层形成工序中，作为所述基材使用在表面具有对所述前驱体层的亲和性互异的两个区域的基材。此外，优选地，在所述模压工序中，以如下方式在该前驱体层形成模压结构：在所述两个区域当中对该前驱体层的亲和性相对高的第一区域的层厚比所述两个区域当中对该前驱体层的亲和性相对低的第二区域的层厚厚。
根据这种方法，由于基材或基材表面与功能固体材料层的亲和性增加，因此前驱体层不易向面内方向收缩。此外，通过采用这种方法，可容易获得基材表面的图案与功能固体材料层的图案的匹配性。
本发明之一的功能设备的制造方法中，作为所述基材能够使用绝缘基板(例如石英玻璃基板、SiO2/Si基板、氧化铝(Al2O3)基板、STO(SrTiO3)基板、在Si基板表面通过SiO2层和Ti层形成有STO(SrTiO3)层的绝缘基板等)、半导体基板(例如Si基板、SiC基板、Ge基板等)、导电性基板(例如Pt基板、Au基板、Al基板、Ti基板、不锈钢基板、SRO(SrRuO3)基板等)，此外尚可使用各种基材。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，所述功能设备是薄膜晶体管，所述功能固体材料层是选自所述薄膜晶体管的栅极层、栅极绝缘层、源极层、漏极层、沟道层以及配线层中的至少一个层。
通过采用这种方法，对薄膜晶体管的至少一个层而言，能够以大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造。
此外，当所述功能固体材料层为栅极层或配线层时，作为功能固体材料能够使用上述金属氧化物陶瓷当中的各种导电材料或上述各种金属。
此外，当所述功能固体材料层为栅极绝缘层时，作为功能固体材料能够使用上述金属氧化物陶瓷当中的各种顺电体材料或各种铁电体材料。
此外，当所述功能固体材料层为源极层、漏极层或沟道层时，作为功能固体材料能够使用上述金属氧化物陶瓷当中的各种半导体材料或各种导电材料。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，所述功能设备是具有压电体层的驱动器，所述功能固体材料层是所述压电体层。
通过采用这种方法，至少对压电体层而言，能够以大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造。
此时，作为功能固体材料能够使用上述金属氧化物陶瓷当中的各种铁电体材料。
在本发明之一的功能设备的制造方法中，优选地，所述功能设备是基材上具有多个晶格层的光学设备，所述功能固体材料层为所述晶格层。
通过采用这种方法，对晶格层而言，能够以大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造。
此外，当晶格层由绝缘体构成时，作为所述功能固体材料能够使用上述金属氧化物陶瓷当中的各种绝缘材料。此外，当所述晶格层由金属构成时，作为功能固体材料能够使用上述各种金属。
本发明之一的薄膜晶体管具备：氧化物导电层，其包括源极区域、漏极区域以及沟道区域；栅极，其控制该沟道区域的导通状态；栅极绝缘层，其形成于该栅极与该沟道区域之间，由铁电体材料或顺电体材料构成。此外，该沟道区域的层厚比该源极区域的层厚和该漏极区域的层厚薄。而且，该薄膜晶体管中，所述沟道区域的层厚比所述源极区域的层厚和所述漏极区域的层厚薄的所述氧化物导电层是使用本发明之一的功能设备的制造方法而形成。
根据上述薄膜晶体管，由于作为构成沟道区域的材料使用氧化物导电性材料，因此能够提高载流子浓度。此外，由于作为构成栅极绝缘层的材料使用铁电体材料或顺电体材料，因此能以低驱动电压来快速地进行切换。其结果，与现有薄膜晶体管相同地，能以低驱动电压来快速地控制大电流。
此外，根据上述薄膜晶体管，仅需使用本发明之一的功能设备的制造方法来形成沟道区域的层厚比源极区域的层厚和漏极区域的层厚薄的氧化物导电层，就能制造薄膜晶体管。其结果，即使未如现有薄膜晶体管般以互异材料来形成沟道区域、源极区域以及漏极区域也可。如此一来，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
此外，根据本发明之一的薄膜晶体管，能够具备高精度形成模压结构的氧化物导电层，所述模压结构通过对以80℃-300℃范围内的第二温度进行热处理而获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工而形成。其结果，成为具有所希望性能的薄膜晶体管。
在本发明之一的薄膜晶体管中，优选地，所述氧化物导电层、所述栅极以及所述栅极绝缘层均使用所述功能液体材料而形成。
通过采用这种结构，从后述实施方案可知，可使用模压加工技术来制造薄膜晶体管。其结果，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
在本发明之一的薄膜晶体管中，优选地，所述氧化物导电层、所述栅极以及所述栅极绝缘层均未采用真空处理(包括减压下的处理)而形成。
通过采用这种结构，可在不采用真空处理的情况下制造薄膜晶体管。其结果，能以相较于过去大幅减少的制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
在本发明之一的薄膜晶体管中，优选地，所述氧化物导电层、所述栅极以及所述栅极绝缘层均由氧化物材料构成。
通过采用这种结构，氧化物导电层、栅极以及栅极绝缘层均能够使用液体材料，换言之均以液体材料为起始材料，采用模压加工技术来形成。此外，能够成为可靠性高的薄膜晶体管。
在本发明之一的薄膜晶体管中，优选地，所述栅极和所述栅极绝缘层均具有钙钛矿结构。
通过采用这种结构，使栅极与栅极绝缘层结晶结构相同，由此可制造晶格缺陷少、高质量的薄膜晶体管。
在本发明之一的薄膜晶体管中，优选地，所述沟道区域的载流子浓度和层厚设定为当所述薄膜晶体管处于断开状态时，所述沟道区域整体被耗尽的值。
通过采用这种结构，即便提高氧化物导电层的载流子浓度，也能够充分降低薄膜晶体管断开时所流通的电流量，因此可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流。
此时，在薄膜晶体管为增强型晶体管情况下，当对栅极施加0V的控制电压时薄膜晶体管会处于断开状态。从而，设定为此时沟道区域整体被耗尽的值即可。另一方面，在薄膜晶体管为耗尽型晶体管的情况下，当对栅极施加负的控制电压时薄膜晶体管会处于断开状态。从而，设定为此时沟道区域整体被耗尽的值即可。
在本发明之一的薄膜晶体管中，优选地，所述沟道区域的载流子浓度在1×1015cm-3-1×1021cm-3范围内，所述沟道区域的层厚在5nm-100nm范围内。
通过采用这种结构，可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流。
此外，在本发明之一的薄膜晶体管中，优选地，所述源极区域和所述漏极区域的层厚在50nm-1000nm范围内。
本发明之一的压电式喷墨头具备：空腔构件；振动板，其安装于所述空腔构件的一侧，并形成有压电体层；喷嘴板，其安装于该空腔构件的另一侧，并形成有喷嘴孔；墨盒，其被该空腔构件、所述振动板以及所述喷嘴板划分。而且，特征在于，所述压电体层和/或所述空腔构件是使用本发明之一的功能设备的制造方法而形成。
根据本发明之一的压电式喷墨头，由于压电体层和/或空腔构件是使用本发明之一的功能设备的制造方法而形成，因此能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造压电式喷墨头。
此外，根据本发明之一的压电式喷墨头，由于具备高精度形成模压结构的压电体层和/或空腔构件，该模压结构为通过对以80℃-300℃范围内的第二温度进行热处理而获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工而形成，因此成为具有所希望性能的压电式喷墨头。
在本发明之一的压电式喷墨头中，优选地，所述空腔构件、所述振动板以及所述压电体层均为使用所述功能液体材料而形成的。
通过采用这种结构，由于可使用模压加工技术来制造压电式喷墨头，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造上述优异的压电式喷墨头。
在本发明之一的压电式喷墨头中，优选地，所述空腔构件、所述振动板以及所述压电体层均未采用真空处理(包括减压下的处理)而形成。
通过采用这种结构，由于可在不采用真空处理的情况下制造压电式喷墨头，因此能以相较于过去大幅减少的制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的压电式喷墨头。
以下对上述本发明之一的功能设备或其要素技术一类型的本发明一方案的铁电体材料层的制造方法、薄膜晶体管以及压电式喷墨头进行说明。
本发明一方案可对提供一种能够进一步提高铁电体材料层电性能(例如高剩余极化特性、低漏电流特性等)的铁电体材料层的制造方法做出极大贡献。此外，本发明一方案还可对提供一种具备使用这些铁电体材料层的制造方法所形成的栅极绝缘层的高性能薄膜晶体管做出极大贡献。此外，本发明一方案还可对提供一种具备使用这些铁电体材料层的制造方法所形成的压电体层的高性能压电式喷墨头做出极大贡献。
具体而言，本发明一方案的铁电体材料层的制造方法是包括以下(1)-(4)的工序。
(1)铁电体材料前驱体层形成工序，通过在基材上涂布溶胶凝胶溶液来形成铁电体材料的前驱体层。
(2)干燥工序，在所述铁电体材料前驱体层形成工序之后，将所述前驱体层以120℃-250℃范围内的第一温度(但为铁电体材料层的制造用)进行加热。
(3)模压工序，在所述干燥工序之后，在所述前驱体层被加热至高于所述第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的150℃-300℃范围内的第二温度(但为铁电体材料层的制造用)的状态下，对该前驱体层施行模压加工，由此在该前驱体层形成模压结构。
(4)铁电体材料层形成工序，在所述模压处理工序之后，将所述前驱体层以高于所述第二温度(但为铁电体材料层的制造用)的第三温度(但为铁电体材料层的制造用)来进行热处理，由此从该前驱体层形成铁电体材料层。
此外，在本申请案中为便于说明起见，将在所述的制造方法之前通过热处理来准备将来成为铁电体材料的所述溶胶凝胶溶液的工序称为溶胶凝胶溶液准备工序。此外，如上文所述，并不妨碍在上述各工序间进行与本发明主旨无关的工序，如基板的移动、检查等。
根据本发明一方案的铁电体材料层的制造方法，将前驱体层以120℃-250℃范围内的第一温度(但为铁电体材料层的制造用)干燥，并在前驱体层被加热至高于该第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的150℃-300℃范围内的第二温度(但为铁电体材料层的制造用)的状态下，对所述前驱体层施行模压加工。其结果，从后述实施例3可知，可进一步提高铁电体材料层的剩余极化。
此处，将第一温度(但为铁电体材料层的制造用)设定在“120℃-250℃范围内”是基于以下理由。首先，若该第一温度(但为铁电体材料层的制造用)低于120℃时，由于无法充分干燥前驱体层，所以在模压工序中难以对前驱体层均匀地施行模压加工。另一方面，当该第一温度(但为铁电体材料层的制造用)高于250℃时，由于前驱体层的固化反应过度进行，所以在模压工序中无法充分软化前驱体层(无法充分提高前驱体层的塑性变形能力)。其结果，难以得到充分的模压加工效果。从上述观点出发，优选将第一温度(但为铁电体材料层的制造用)设定在120℃-250℃范围内。
此外，将第二温度(但为铁电体材料层的制造用)设定在“高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的150℃-300℃范围内”是基于以下理由。首先，当第二温度(但为铁电体材料层的制造用)低于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)时，将无法充分软化前驱体层(无法充分提高前驱体层的塑性变形能力)。其结果，难以获得充分的模压加工效果。而且，当第二温度(但为铁电体材料层的制造用)低于150℃时，也无法充分软化前驱体层(无法充份提高前驱体层的塑性变形能力)，因此难以获得充分的模压加工效果。另一方面，当第二温度(但为铁电体材料层的制造用)高于300℃时，由于前驱体层的固化反应过度进行使前驱体层变得过硬，导致前驱体层的塑性变形能力再次降低。从上述观点出发，优选将第二温度(但为铁电体材料层的制造用)设定在200℃-300℃范围内。
在本发明一方案的铁电体材料层的制造方法中，第一温度(但为铁电体材料层的制造用)和第二温度(但为铁电体材料层的制造用)可以为恒温，也可为在规定温度范围内变动的温度。在本发明一方案的铁电体材料层的制造方法中，“模压加工”包括使用凹凸模具对铁电体材料层的一部份施行模压加工的情况和使用平坦模具对铁电体材料层的整个面施行模压加工的情况这两者。此外，在本发明一方案的铁电体材料层的制造方法中，可使用将模具以垂直方向模压平板状基材的模压加工装置来对铁电体材料层施行模压加工。而且，在本发明一方案的铁电体材料层的制造方法中，也可使用将模具安装在辊子表面、旋转该辊子的同时模压平板状基材的模压加工装置来对铁电体材料层施行模压加工。而且，在本发明一方案的铁电体材料层的制造方法中，也可使用将基材安装在辊子表面、旋转该辊子的同时、使平面上的模具对基材进行模压的模压加工装置来对铁电体材料层施行模压加工。此外，在辊子表面上安装模具的情况下，以在辊子表面本身形成模具的方式来替代在辊子表面安装模具。
在本发明一方案的铁电体材料层的制造方法中，优选地，作为铁电体材料能够举出例如PZT(Pb(ZrxTi1-x)O3)、BLT(Bi4 -xLaxTi3O12)、掺杂Nb的PZT、掺杂La的PZT、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、BTO(Bi4Ti3O12)、SBT(SrBi2Ta2O9)、BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7)、铋铁氧体(BiFeO3)。
在本发明一方案的铁电体材料层的制造方法中，优选地，在所述模压工序中，使用被加热至高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的150℃-300℃范围内的第四温度(但为铁电体材料层的制造用)的模具来施行模压加工。
此处，将所述第四温度(但为铁电体材料层的制造用)设定在“高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的150℃-300℃范围内”是基于以下理由。首先，当该第四温度(但为铁电体材料层的制造用)低于该第一温度(但为铁电体材料层的制造用)时，虽与模具的热容量也有关，但在前驱体层与模具的接触面前驱体层的温度容易变低。而且，当该第四温度(但为铁电体材料层的制造用)低于150℃时，在前驱体层与模具的接触面前驱体层的温度仍然容易变低。另一方面，当该第四温度(但为铁电体材料层的制造用)高于300℃时，在前驱体层与模具的接触面前驱体层的固化反应过度进行使前驱体层变得过硬，导致前驱体层的塑性变形能力再次降低。从上述观点出发，优选地，将第四温度(但为铁电体材料层的制造用)设定在“高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的200℃-300℃范围内”。
在本发明一方案的铁电体材料层的制造方法中，优选地，所述第一温度(但为铁电体材料层的制造用)在120℃-200℃范围内，所述第二温度在(但为铁电体材料层的制造用)高于该第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的175℃-300℃范围内。
根据本发明一方案的铁电体材料层的制造方法，第一温度(但为铁电体材料层的制造用)在120℃-200℃范围内，第二温度(但为铁电体材料层的制造用)在高于该第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的175℃-300℃范围内。其结果，从后述实施例4中可知，可进一步降低铁电体材料层的漏电流。此外，从该实施例4中可知，更优选将第一温度(但为铁电体材料层的制造用)设定在150℃-175℃范围内，且将第二温度(但为铁电体材料层的制造用)设定在200℃-300℃范围内。
在本发明一方案的铁电体材料层的制造方法中，更优选在所述模压工序中，使用被加热至高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的175℃-300℃范围内的第四温度(但为铁电体材料层的制造用)的模具来施行模压加工。
此处，将所述第四温度(但为铁电体材料层的制造用)设定在“高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的175℃-300℃范围内”是基于以下理由。首先，当该第四温度(但为铁电体材料层的制造用)低于该第一温度(但为铁电体材料层的制造用)时，虽与模具的热容量也有关，但在前驱体层与模具的接触面前驱体层的温度容易变低。而且，当该第四温度(但为铁电体材料层的制造用)低于175℃时，在前驱体层与模具的接触面前驱体层的温度(但为铁电体材料层的制造用)仍然容易变低。另一方面，当该第四温度(但为铁电体材料层的制造用)高于300℃时，由于在驱体层与模具的接触面前驱体层的固化反应过度进行使前驱体层变得过硬，导致前驱体层的塑性变形能力再次降低。从上述观点出发，优选地，将第四温度(但为铁电体材料层的制造用)设定在“高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的200℃-300℃范围内”。
本发明的所述一方案的铁电体材料层的制造方法，优选地，在所述模压工序中，以1MPa-20MPa范围内的压力施行模压加工。
根据本发明的所述一方案的铁电体材料层的制造方法，如上所述，对前驱体层被充分软化(前驱体层的塑性变形能力已被充分提高的状态)的前驱体层施行模压加工。其结果，即便将施行模压加工时所施加的压力降低至1MPa-20MPa，也可得到所希望的电性能改善效果(提高剩余极化的效果和/或降低漏电流的效果)。
此处，将上述压力设定在“1MPa-20MPa”范围内是基于以下理由。首先，当上述压力小于1MPa时，由于压力过低有时无法充分模压前驱体组合物，导致无法得到所希望的电性能改善效果。另一方面，只要上述压力达20MPa就能充分模压前驱体组合物，因此无须施加更高的压力。
从上述观点出发，优选地，在所述模压工序中，以2MPa-10MPa范围内的压力来施行模压加工。
本发明的另一薄膜晶体管具备：源极和漏极；沟道层，其位于该源极与该漏极的间；栅极，其控制该沟道层的导通状态；栅极绝缘层，其形成于该栅极与该沟道区域之间，由铁电体材料构成。而且，特征在于，该薄膜晶体管的所述栅极绝缘层是使用本发明所述一方案的铁电体材料层的制造方法而形成的。
根据本发明的另一薄膜晶体管，由于具备以本发明所述一方案的铁电体材料层的制造方法所形成的具有优异电性能(例如高剩余极化特性、低漏电流特性等)的栅极绝缘层，因此成为比现有薄膜晶体管优异的薄膜晶体管。
本发明另一薄膜晶体管具备：氧化物导电层，其包括源极区域、漏极区域与沟道区域；栅极，其控制该沟道区域的导通状态；栅极绝缘层，其形成于该栅极与该沟道区域之间，由铁电体材料构成；该沟道区域的层厚比该源极区域的层厚和该漏极区域的层厚薄。而且，特征在于，该栅极绝缘层是使用本发明所述一方案的铁电体材料层的制造方法而形成的。
根据本发明另一薄膜晶体管，由于具备以本发明所述一方案的铁电体材料层的制造方法所形成的具有优异电性能(例如高剩余极化特性、低漏电流特性等)的栅极绝缘层，因此成为比现有薄膜晶体管优异的薄膜晶体管。
此外，根据本发明另一薄膜晶体管，由于作为构成沟道区域的材料使用氧化物导电性材料，因此能够提高载流子浓度，此外，由于作为构成栅极绝缘层的材料使用铁电体材料，因此能以低驱动电压来快速地进行切换。其结果，能与现有薄膜晶体管相同，以低驱动电压来快速地控制大电流。
在本发明另一薄膜晶体管中，优选地，所述沟道区域的层厚比所述源极区域的层厚和所述漏极区域的层厚薄的所述氧化物导电层是采用模压加工技术来形成的。
通过采用这种结构，仅需形成沟道区域的层厚比源极区域的层厚和漏极区域的层厚薄的氧化物导电层，就能制造薄膜晶体管。其结果，即使未如现有薄膜晶体管般以互异材料来形成沟道区域、源极区域以及漏极区域，也能够以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
在本发明另一薄膜晶体管中，优选地，所述氧化物导电层、所述栅极以及所述栅极绝缘层均以液体材料来形成。
通过采用这种结构，从后述实施方案可知，可使用模压加工技术来制造薄膜晶体管。其结果，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
在本发明另一薄膜晶体管中，优选地，所述氧化物导电层、所述栅极以及所述栅极绝缘层均未采用真空处理而形成。
通过采用这种结构，可在不采用真空处理的情况下制造薄膜晶体管。其结果，能以相较于过去大幅减少的制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
在本发明另一薄膜晶体管中，优选地，所述氧化物导电层、所述栅极以及所述栅极绝缘层均由氧化物材料构成。
通过采用这种结构，氧化物导电层、栅极以及栅极绝缘层均能够使用液体材料，换言之均以液体材料为起始材料，采用模压加工技术来形成。此外，能够成为可靠性高的薄膜晶体管。
在本发明另一薄膜晶体管中，优选地，所述氧化物导电层、所述栅极以及所述栅极绝缘层均具有钙钛矿结构。
通过采用这种结构，使栅极与栅极绝缘层结晶结构相同，由此可制造晶格缺陷少、高质量的薄膜晶体管。
在本发明另一薄膜晶体管中，优选地，所述沟道区域的载流子浓度和层厚设定为当所述薄膜晶体管处于断开状态时，所述沟道区域整体被耗尽的值。
通过采用这种结构，即便提高氧化物导电层的载流子浓度，也能够充分降低薄膜晶体管处于断开时所流通的电流量，因此可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流。
此时，例如，在薄膜晶体管为增强型晶体管的情况下，当对栅极施加0V的控制电压时薄膜晶体管会处于断开状态，因此设定为此时沟道区域整体被耗尽的值即可。此外，例如在薄膜晶体管为耗尽型晶体管的情况下，当对栅极施加负的控制电压时薄膜晶体管会处于断开状态，因此设定为此时沟道区域整体被耗尽的值即可。
在本发明另一薄膜晶体管中，优选地，所述沟道区域的载流子浓度在1×1015cm-3-1×1021cm-3范围内，所述沟道区域的层厚在5nm-100nm范围内。
通过采用这种结构，可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流。
此外，本发明另一薄膜晶体管，优选地，所述源极区域和所述漏极区域的层厚在50nm-1000nm范围内。
本发明另一压电式喷墨头具备：空腔构件；振动板，其安装于该空腔构件的一侧，并形成有压电体层；喷嘴板，其安装于该空腔构件的另一侧，并形成有喷嘴孔；墨盒，其被该空腔构件、该振动板以及该喷嘴板划分。而且，特征在于，该压电体层是以本发明所述一方案的铁电体材料层的制造方法来形成。
根据本发明另一压电式喷墨头，由于具备有以本发明所述一方案的铁电体材料层的制造方法所形成的具有优异电性能(例如高剩余极化特性、低漏电流特性等)的压电体层，因此成为比现有压电式喷墨头优异的压电式喷墨头。
在本发明另一压电式喷墨头中，优选地，所述空腔构件以及所述压电体层均使用液体材料而形成。
通过采用这种结构，可使用模压加工技术来制造压电式喷墨头。其结果，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造上述优异的压电式喷墨头。
在本发明另一压电式喷墨头中，优选地，所述空腔构件和所述压电体层均未采用真空处理而形成。
通过采用这种结构，可在不采用真空处理的情况下制造压电式喷墨头。其结果，能以相较于过去大幅减少的制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的压电式喷墨头。
而且，以下对上述本发明之一的功能设备或其要素技术一类型，即本发明一方案的场效应晶体管和其制造方法进行说明。
本发明一方案的场效应晶体管具备：氧化物导电层，其包括源极区域、漏极区域与沟道区域；栅极，其控制该沟道区域的导通状态；栅极绝缘层，其形成于该栅极与该沟道区域之间，由铁电体材料或顺电体材料构成。而且，该场效应晶体管的所述沟道区域的层厚比所述源极区域的层厚和所述漏极区域的层厚薄，且该沟道区域的层厚比该源极区域的层厚和该漏极区域的层厚薄的所述氧化物导电层是使用模压加工技术而形成。
根据上述场效应晶体管，由于作为构成沟道区域的材料使用氧化物导电性材料，因此能够提高载流子浓度。此外，由于作为构成栅极绝缘层的材料使用铁电体材料或顺电体材料，因此能以低驱动电压来快速地进行切换。其结果，能与现有场效应晶体管相同地以低驱动电压来快速地控制大电流。
此外，根据上述场效应晶体管，仅需形成沟道区域的层厚比源极区域的层厚和漏极区域的层厚薄的氧化物导电层就能制造场效应晶体管。因此，未如现有场效应晶体管般以互异的材料来形成沟道区域、源极区域与漏极区域也可。其结果，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造上述优异的场效应晶体管。
而且，通过采用上述结构，由后述实施方案可知，在实施模压加工之后，无须施行光刻法处理等所谓“后加工程序”，也能简便地制造场效应晶体管。因此，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造上述优异的场效应晶体管。
在本发明一方案的场效应晶体管中，优选地，所述氧化物导电层、所述栅极以及所述栅极绝缘层均使用液体材料而形成。
通过采用这种结构，从后述实施方案可知，可使用模压加工技术来制造场效应晶体管。因此，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造上述优异的场效应晶体管。
在本发明一方案的场效应晶体管中，优选地，所述氧化物导电层、所述栅极以及所述栅极绝缘层均由氧化物材料构成。
通过采用这种结构，氧化物导电层、栅极以及栅极绝缘层均能够使用液体材料来形成。此外，能够成为可靠性高的场效应晶体管。
在本发明一方案的场效应晶体管中，优选地，所述氧化物导电层、所述栅极以及所述栅极绝缘层均具有钙钛矿结构。
通过采用这种结构，从后述实施方案可知，使氧化物导电层、栅极以及栅极绝缘层结晶结构相同，可制造晶格缺陷少、高质量的场效应晶体管。
在本发明一方案的场效应晶体管中，优选地，所述氧化物导电层、所述栅极以及所述栅极绝缘层均未采用真空处理而形成。
通过采用这种结构，可在不采用真空处理的情况下制造场效应晶体管。因此，能以相较于过去大幅减少的制造能量来制造上述优异的场效应晶体管。
在本发明一方案的场效应晶体管中，优选地，所述沟道区域的载流子浓度和层厚设定为当所述场效应晶体管处于断开状态时，该沟道区域整体被耗尽的值。
通过采用这种结构，即便提高氧化物导电层的载流子浓度，也能够充分降低场效应晶体管断开时所流通的电流量。因此，可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流。
此时，在场效应晶体管为增强型晶体管的情况下，当对栅极施加0V的控制电压时场效应晶体管会处于断开状态。从而，设定为此时沟道区域整体被耗尽的值即可。另一方面，在场效应晶体管为耗尽型晶体管的情况下，当对栅极施加负的控制电压时，场效应晶体管会处于断开状态。从而，设定为此时沟道区域整体被耗尽的值即可。
在本发明一方案的场效应晶体管中，优选地，所述沟道区域的载流子浓度在1×1018cm-3-1×1021cm-3范围内，所述沟道区域的层厚在5nm-100nm范围内。
通过采用这种结构，可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流。
此外，在本发明一方案的场效应晶体管中，优选地，所述源极区域和所述漏极区域的层厚在50nm-1000nm范围内。
此外，在本发明一方案的场效应晶体管中，作为所述氧化物导电层能够使用铟锡氧化物(ITO)、氧化铟(In2O3)、掺杂锑的氧化锡(Sb-SnO2)、氧化锌(ZnO)、掺杂铝的氧化锌(Al-ZnO)、掺杂镓的氧化锌(Ga-ZnO)、氧化钌(RuO2)、氧化铱(IrO2)、氧化锡(SnO2)、一氧化锡SnO、掺杂铌的二氧化钛(Nb-TiO2)等氧化物导电材料。此外，在本发明一方案的场效应晶体管中，作为所述氧化物导电层能够使用铟镓锌复合氧化物(IGZO)、掺杂镓的氧化铟(In-Ga-O(IGO))、掺杂铟的氧化锌(In-Zn-O(IZO))等无定形导电性氧化物。此外，在本发明一方案的场效应晶体管中，作为所述氧化物导电层能够使用钛酸锶(SrTiO3)、掺杂铌的钛酸锶(Nb-SrTiO3)、锶钡复合氧化物(SrBaO2)、锶钙复合氧化物(SrCaO2)、钌酸锶(SrRuO3)、氧化镍镧(LaNiO3)、氧化钛镧(LaTiO3)、氧化铜镧(LaCuO3)、氧化镍钕(NdNiO3)、氧化镍钇(YNiO3)、氧化镧钙锰复合氧化物(LCMO)、铅酸钡(BaPbO3)、LSCO(LaxSr1-xCuO3)、LSMO(La1-xSrxMnO3)、YBCO(YBa2Cu3O7 -x)、LNTO(La(Ni1-xTix)O3)、LSTO((La1-xSrx)TiO3)、STRO(Sr(Ti1-xRux)O3)、其他钙钛矿型导电性氧化物、或焦绿石型导电性氧化物。
此外，在本发明一方案的场效应晶体管中，作为所述铁电体材料能够使用PZT(Pb(ZrxTi1-x)O3)、掺杂Nb的PZT、掺杂La的PZT、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(Pb TiO3)、BTO(Bi4Ti3O12)、BLT(Bi4-xLaxTi3O12)、SBT(SrBi2Ta2O9)、BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7)或铋铁氧体(BiFeO3)。
此外，本发明一方案的场效应晶体管，作为所述顺电体材料能够使用BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7)或是BST((BaxSr1-x)Ti3O12。
此外，本发明一方案的场效应晶体管，作为用于栅极的材料能够使用Pt、Au、Ag、Al、Ti、ITO、In2O3、Sb-In2O3、Nb-TiO2、ZnO、Al-ZnO、Ga-ZnO、IGZO、RuO2、IrO2、以及Nb-STO、SrRuO3、LaNiO3、BaPbO3、LSCO、LSMO、YBCO、其他钙钛矿型导电性氧化物。此外，在本发明一方案的场效应晶体管中，作为用于栅极的材料，能够使用焦绿石型导电性氧化物或无定形导电性氧化物。
本发明一方案的场效应晶体管能够形成在绝缘基板(例如石英玻璃(SiO2)基板、在Si基板表面通过SiO2层和Ti层形成有STO(SrTiO3)层的绝缘基板、SiO2/Si基板、氧化铝(Al2O3)基板、SRO(SrRuO3)基板、STO(SrTiO3)基板)或半导体基板(例如硅(Si)基板、碳化硅(SiC)基板)等固体基板上。
本发明一方案的场效应晶体管的制造方法，其中，场效应晶体管具备：氧化物导电层，其包括：源极区域、漏极区域与沟道区域；栅极，其控制所述沟道区域的导通状态；栅极绝缘层，其形成于所述栅极与所述沟道区域之间，由铁电体材料或顺电体材料构成。而且，该场效应晶体管的制造方法是用于制造该沟道区域的层厚比该源极区域的层厚和该漏极区域的层厚薄的场效应晶体管的制造方法；所述沟道区域的层厚比所述源极区域的层厚和所述漏极区域的层厚薄的所述氧化物导电层是采用模压加工技术来形成的。
因此，根据本发明一方案的场效应晶体管的制造方法，从后述实施方案可知，在实施模压加工之后，无须施行光刻法处理等所谓“后加工程序”也能简便地制造场效应晶体管。因此，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造。
优选地，本发明一方案的场效应晶体管的制造方法包括以下(1)-(3)的工序。
(1)第一工序，在固体基板的一侧表面上形成所述栅极。
(2)第二工序，在所述第一工序之后，将含有铁电体材料或顺电体材料原料的溶液至少涂布于所述固体基板的所述栅极上，从而形成含有铁电体材料或是顺电体材料原料的膜，之后施行热处理，由此形成所述栅极绝缘层。
(3)第三工序，在所述第二工序之后，将含有氧化物导电性材料原料的溶液涂布于所述栅极绝缘层上来形成含有氧化物导电性材料原料的膜，之后使用凹凸模具对所述含有氧化物导电性材料原料的膜进行模压加工，其中，所述凹凸模具以如下方式形成：其对应于所述沟道区域的区域比对应于所述源极区域的区域和对应于所述漏极区域的区域凸出。之后进一步施行热处理，由此形成该源极区域、该漏极区域以及该沟道区域。
此外，并不妨碍在上述各工序间进行与本发明主旨无关的工序，如基板的移动、检查等。
通过采用这种方法，可制造本发明一方案的场效应晶体管(底部栅极)。
在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选地，在所述第三工序中，以使与所述沟道区域相对应的区域的所述含有氧化物导电性材料原料的膜的层厚在5nm-100nm范围内规定层厚的方式进行模压加工。
通过采用这种方法，具有当对栅极施加断开的控制电压时沟道区域被耗尽的构造。其结果，能制造可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流的场效应晶体管。
优选地，本发明一方案的场效应晶体管的制造方法包括以下(1)-(3)的工序。
(1)第一工序，在固体基板的一侧表面上形成所述栅极。
(2)第二工序，在所述第一工序之后，将含有铁电体材料或顺电体材料原料的溶液涂布于所述固体基板的一侧表面上，从而形成含有铁电体材料或顺电体材料原料的膜，之后使用凹凸模具对所述含有铁电体材料或顺电体材料原料的膜进行模压加工，其中所述凹凸模具以如下方式形成：其对应于所述源极区域的区域和对应于所述漏极区域的区域比对应于所述沟道区域的区域凸出。之后进一步施行热处理，由此形成具有对应于该沟道区域的区域比对应于该源极区域的区域和对应于该漏极区域的区域凸出的结构。
(3)第三工序，在所述第二工序之后，将含有氧化物导电性材料原料的溶液涂布于所述固体基板的一表面上，形成含有氧化物导电性材料原料的膜，之后使用平坦模具对所述含有氧化物导电性材料原料的膜进行模压加工。之后进一步施行热处理，由此形成所述源极区域、所述漏极区域以及沟道区域。
此外，并不妨碍在上述各工序间进行与本发明主旨无关的工序，如基板的移动、检查等。
采用这种方法，也能够制造本发明一方案的场效应晶体管(底部栅极)。
在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选地，在所述第三工序中，以使与所述沟道区域相对应的区域的所述含有氧化物导电性材料原料的膜的层厚在5nm-100nm范围内规定层厚的方式进行模压加工。
通过采用这种方法，具有当对栅极施加断开的控制电压时沟道区域被耗尽的结构。其结果，能制造可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流的场效应晶体管。
在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选地，在所述第二工序中，于所述固体基板的一表侧面上，形成所述含有铁电体材料或顺电体材料原料的膜，之后使用平坦模具对所述含有铁电体材料或顺电体材料原料的膜表面加以平坦化。
通过采用这种方法，栅极绝缘层的层厚和沟道区域的层厚变均匀。从而，可制造特性均匀的场效应晶体管。
在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选地，在所述第三工序中包括使用模压加工技术将所述含有氧化物导电性材料原料的膜的一部份去除以使元件分离的工序。
通过采用这种方法，可在同一基板内制造彼此独立的多个场效应晶体管。
在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选地，在所述第一工序中，采用接触印刷法在用于形成所述栅极的部分附着电镀催化物；之后，对附着有该电镀催化物的区域施行无电解电镀，由此形成所述栅极。
通过采用这种方法，可将构成栅极的材料可仅供给于应形成栅极的部位。
在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选地，在所述第一工序中，采用接触印刷法对用于形成所述栅极的部分施以亲液处理；之后，对该已施行亲液处理的区域供给含有栅极原料的墨水。之后进一步施行热处理，由此形成所述栅极。
采用这种方法，也能够将构成栅极的材料仅供给于应形成栅极的部位。
此外，在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选的另一方案是，在所述第一工序中，对所述固体基板的一侧表面通过热处理涂布将成为导电性氧化物材料的功能液体材料，形成导电性氧化物材料的前驱体层，并使用模压加工技术在该前驱体层形成模压结构，之后对前驱体层施以热处理，由此形成所述栅极。
采用这种方法，也能够将构成栅极的材料仅供给于应形成栅极的部位。
优选地，本发明一方案的场效应晶体管的制造方法包括以下(1)-(3)的工序。
(1)第一工序，在固体基板的一侧表面上涂布含有氧化物导电性材料原料的溶液，形成含有氧化物导电性材料原料的膜，之后使用凹凸模具对所述含有氧化物导电性材料原料的膜进行模压加工，其中，所述凹凸模具以如下方式形成：其对应于所述沟道区域的区域比对应于所述源极区域的区域和对应于所述漏极区域的区域凸出。之后进一步施行热处理，由此形成所述源极区域、所述漏极区域以及所述沟道区域。
(2)第二工序，在所述第一工序之后，将含有铁电体材料或顺电体材料原料的溶液至少涂布于所述沟道区域上，形成含有铁电体材料或顺电体材料原料的膜，之后使用平坦模具对所述含有铁电体材料或顺电体材料原料的膜进行模压加工；之后进一步施行热处理，由此形成所述栅极绝缘层。
(3)第三工序，在所述第二工序之后，在所述栅极绝缘层上形成所述栅极。
此外，并不妨碍在上述各工序间进行与本发明主旨无关的工序，如基板的移动、检查等。
通过采用这种方法，可制造本发明一方案的场效应晶体管(顶部栅极)。
在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选地，在所述第一工序中，以使与所述沟道区域相对应的区域的所述含有氧化物导电性材料原料的膜的层厚在5nm-100nm范围内的规定层厚的方式进行模压加工。
通过采用这种方法，具有当对栅极施加断开的控制电压时沟道区域被耗尽的结构。其结果，能制造可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流的场效应晶体管。
在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选地，在所述第一工序中包括使用模压加工技术将所述含有氧化物导电性材料原料的膜的一部份去除以使元件分离的工序。
通过采用这种方法，可在同一基板内制造彼此独立的多个场效应晶体管。
在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选地，在所述第三工序中，采用接触印刷法在用于形成所述栅极的部分附着电镀催化物，之后，对附着有该电镀催化物的区域施行无电解电镀，由此形成所述栅极。
通过采用这种方法，即使是顶部栅极，也能够将构成栅极的材料仅供给于应形成栅极的部位。
在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选地，在所述第三工序中，采用接触印刷法对用于形成所述栅极的部分来施以亲液处理。之后，对该已施行亲液处理的区域供给含栅极原料的墨水；之后进一步施行热处理，由此形成所述栅极。
采用这种方法，即便是顶部栅极，也能够将构成栅极的材料仅供给于应形成栅极的部位。
此外，在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选的另一方案是，在所述第三工序中，对所述固体基板的一侧表面以热处理涂布将成为导电性氧化物材料的功能液体材料，形成导电性氧化物材料的前驱体层，并使用模压加工技术在该前驱体层形成模压结构，之后，对前驱体层施以热处理，由此形成所述栅极。
采用这种方法，即使是顶部栅极，也能够将构成栅极的材料仅供给于应形成栅极的部位。
在本发明一方案的场效应晶体管的制造方法中，优选地，在含有氧化物导电性材料原料的溶液中添加有完成时以使所述沟道区域的载流子浓度处于1×1018cm-3-1×1021cm-3范围内的浓度的杂质。
通过采用这种方法，可制造可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流的场效应晶体管。
附图说明
图1是用于说明实施方案1的功能设备的制造方法而显示的图。
图2是用于说明实施方案2的功能设备的制造方法而显示的图。
图3是用于说明实施方案3的功能设备的制造方法而显示的图。
图4是用于说明实施方案4的功能设备的制造方法而显示的图。
图5是用于说明实施方案5的功能设备的制造方法而显示的图。
图6是用于说明实施方案6的薄膜晶体管100而显示的图。
图7是用于说明实施方案6的薄膜晶体管的制造方法而显示的图。
图8是用于说明实施方案6的薄膜晶体管的制造方法而显示的图。
图9是用于说明实施方案6的薄膜晶体管的制造方法而显示的图。
图10是用于说明实施方案7的薄膜晶体管200和实施方案11的薄膜晶体管200A而显示的图。
图11是用于说明实施方案7和实施方案11的薄膜晶体管的制造方法而显示的图。
图12是用于说明实施方案7和实施方案11的薄膜晶体管的制造方法而显示的图。
图13是用于说明实施方案8的压电式喷墨头300和实施方案12的压电式喷墨头300A而显示的图。
图14是用于说明实施方案8和实施方案12的压电式喷墨头的制造方法而显示的图。
图15是用于说明实施方案8和实施方案12的压电式喷墨头的制造方法而显示的图。
图16是用于说明实施方案8和实施方案12的压电式喷墨头的制造方法而显示的图。
图17是用于说明实施例1的薄膜晶体管的制造方法而显示的图。
图18是用于说明实施例1所使用的模压加工装置700而显示的图。
图19是用于说明实施例1所使用的凹凸模具M12而显示的图。
图20是用于说明实施例1所使用的凹凸模具M13而显示的图。
图21是表示测定实施例1的薄膜晶体管400的电性能情况的图。
图22是用于说明实施例1的薄膜晶体管400的电性能而显示的图。
图23是用于说明实施例1的薄膜晶体管400的电性能而显示的图。
图24是用于说明前驱体层的塑性变形能力而显示的图。
图25是用于说明实施方案9的电容器12A的制造方法而显示的图。
图26是用于说明模压加工装置700A而显示的图。
图27是用于说明凹凸模具M1A而显示的图。
图28是表示测定实施方案9的电容器12A和比较例的电容器14A的电性能情况的图。
图29是表示实施方案9的电容器12A和比较例的电容器14A的电性能(剩余极化特性)的图。
图30是表示实施方案9的电容器12A和比较例的电容器14A的电性能(剩余极化的疲劳特性)的图。
图31是表示实施方案9的电容器12A和比较例的电容器14A的电性能(漏电流特性)的图。
图32是表示实施方案9的铁电体材料层32A和比较例的铁电体材料层34A表面状态的图。
图33是表示实施方案9的铁电体材料层32A和比较例的铁电体材料层34A的X射线绕射结果的图。
图34是用于说明实施方案9的铁电体材料层和比较例的铁电体材料层的漏电流差异而显示的图。
图35是表示剩余极化与第一温度以及第二温度间关系的表。
图36是表示漏电流与第一温度以及第二温度之间关系的表。
图37是用于说明前驱体层的塑性变形能力而显示的图。
图38是用于说明实施方案10的薄膜晶体管100A而显示的图。
图39是表示实施方案10的薄膜晶体管的制造方法的图。
图40是表示实施方案10的薄膜晶体管的制造方法的图。
图41是表示实施方案10的薄膜晶体管的制造方法的图。
图42是用于说明实施方案13的场效应晶体管100B而显示的图。
图43是用于说明实施方案13的场效应晶体管的制造方法而显示的图。
图44是用于说明实施方案13的场效应晶体管的制造方法而显示的图。
图45是用于说明实施方案13的场效应晶体管的制造方法而显示的图。
图46是用于说明实施方案13的变形例1的场效应晶体管的制造方法而显示的图。
图47是用于说明实施方案13的变形例2的场效应晶体管的制造方法而显示的图。
图48是用于说明实施方案13的变形例3的场效应晶体管的制造方法而显示的图。
图49是用于说明实施方案13的变形例4的场效应晶体管的制造方法而显示的图。
图50是用于说明实施方案14的场效应晶体管200B而显示的图。
图51是用于说明实施方案14的场效应晶体管的制造方法而显示的图。
图52是用于说明实施方案14的场效应晶体管的制造方法而显示的图。
图53是用于说明实施方案15的场效应晶体管300B而显示的图。
图54是用于说明实施方案15的场效应晶体管的制造方法而显示的图。
图55是用于说明实施方案15的场效应晶体管的制造方法而显示的图。
图56是用于说明实施例5的场效应晶体管的制造方法而显示的图。
图57是用于说明实施例5所使用的凹凸模具M11B而显示的图。
图58是用于说明实施例5所使用的模压加工装置700B而显示的图。
图59是用于说明实施例5的场效应晶体管400B而显示的图。
图60是用于说明ITO层表面状态而显示的图。
图61是用于说明实施例5的场效应晶体管400B的电性能而显示的图。
图62是用于说明实施例6所使用的凹凸模具M12B而显示的图。
图63是用于说明ITO层表面状态而显示的图。
图64是用于说明实施例6的测定用场效应晶体管的电性能而显示的图。
图65是用于说明现有薄膜晶体管900而显示的图。
图66是用于说明现有薄膜晶体管的制造方法而显示的图。
图67是用于说明现有薄膜晶体管900的电性能而显示的图。
附图标记说明
10...基材
12A...电容器(中央部，实施方案9)
14A...电容器(周边部，比较例)
20、22...前驱体层
22A...绝缘基板
30...功能固体材料层
30a、30b、30c...前驱体层
30A...铁电体材料层
32A...铁电体材料层(中央部，实施方案9)
34A...铁电体材料层(周边部，比较例)
40、42、44、46、48...功能设备
42A、44A...上电极
100、100A、200、200A、400、900...薄膜晶体管
100B、200B、300B、400B、500B...场效应晶体管
110、110A、110B、210、210B、310B、410、410B、910...绝缘基板
120、120A、120B、220、220B、320B、420、420B、920...栅极
120’、120A’、220’、420’...前驱体层(栅极)
120B’...氧化镍镧前驱体层
130、130A、130B、230、230A、230B、330B、430、430B、930...栅极绝缘层
130’、130A’、230’、230A’、430’...前驱体层(栅极绝缘层)
130B’、230B’、330B’、430B’、530B’...含有铁电体材料原料的膜
140、140A、140B、240、240B、340B、440、440B...氧化物导电层
140’、140A、240’、440’、440B’...前驱体层(氧化物导电性层)
140B’、240B’、340B’、440B’...含氧化物导电性材料的膜
142、142A、142B、242、242B、342B、442、442B...沟道区域
144、144A、144B、244、244B、344B...源极区域
146、146A、146B、246、246B、346B...漏极区域
300、300A...压电式喷墨头
310、310A...仿真基板
320、320A...压电元件
322...第一电极层
322B...催化微粒
324、324A...压电体层
326...第二电极层
330...喷嘴板
332...喷嘴孔
340...空腔构件
350...振动板
352...墨水供给口
360...墨盒
412B...Si基板
414B...SiO2层
444...源极/漏极区域
444B...源极/漏极区域
940...沟道层
950...源极
960...漏极
M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M13、M1A、M2A、M3A、M4A、M1B、M1a、M3B、M5B、M7B、M8B、M10B、M11B、M12B...凹凸模具
M2B、M4B、M6B、M9B...平坦模具
具体实施方式
基于附图对本发明实施方案的功能设备的制造方法、薄膜晶体管以及压电式喷墨头进行详细说明。此外，在说明时，只要未特别提及，在所有图中对共同部分赋予共同的参照附图标记。此外，图中，本实施方案的要素未必彼此保持缩尺。而且，为便于观看各图式，有时省略一部分的附图标记。
[实施方案1]
图1是用于说明实施方案1的功能设备的制造方法而示出的图。图1(a)-图1(f)是各工序图。
实施方案1的功能设备的制造方法，如图1所示，包括以下(1)-(4)的工序。此外，在这些工序之前，可通过热处理来准备功能液体材料的功能液体材料准备工序，该功能液体材料将成为由金属氧化物陶瓷或金属构成的功能固体材料。此外，该功能设备的制造方法，是从序号小的开始进行，各工序不用必须在各自前一个工序后立即进行。例如，并不妨碍在上述各工序间进行与本实施方案主旨无关的工序，如基板的移动、检查等。
(1)功能固体材料前驱体层形成工序，于基材10上涂布功能液体材料来形成功能固体材料的前驱体层20(参照图1(a)和图1(b))。
(2)干燥工序，将前驱体层加热至80℃-250℃范围内的第一温度，以事先降低前驱体层20的流动性。
(3)模压工序，在将前驱体层20加热至80℃-300℃范围内的第二温度的状态下，对前驱体层20施行模压加工，以于前驱体层22形成模压结构(参照图1(c)-图1(e))。
(4)功能固体材料层形成工序，将前驱体层22以高于第二温度的第三温度进行热处理，以从前驱体层22形成功能固体材料层30(参照图1(f))。
实施方案1的功能设备的制造方法中，例如，将在含氧环境气氛下通过热处理来能形成由金属氧化物陶瓷(例如PZT(Pb(Zrx Ti1-x)O3))构成的功能固体材料层的、含有金属烷氧基化合物的溶液作为功能液体材料来使用。在这种情况下，功能固体材料层为由金属氧化物陶瓷(例如PZT(Pb(Zrx Ti1-x)O3))构成的功能固体材料层。
在实施方案1的功能设备的制造方法中，作为基材使用例如在Si基板表面经由SiO2层和Ti层而形成了STO(SrTiO3)层的绝缘基板。此外，使用例如长20mm×宽20mm×高2mm的直方体的基材的尺寸、形状。
在实施方案1的功能设备的制造方法中，作为模具使用凹凸模具M1。具体而言，例如凹凸模具M1在10mm×10mm的正方形状中央部具有2mm×2mm的图案区域。而且，凹凸模具M1在该图案区域中以长宽10μm间距配置多个长2μm×宽2μm×高低差200nm的正方形图案。
在实施方案1的功能设备的制造方法的功能固体材料前驱体层形成工序中，通过在基材10上涂布功能液体材料来形成功能固体材料的前驱体层20(厚度230nm)。此外，在实施方案1的功能设备的制造方法的模压工序中，通过对前驱体层施行模压加工，在前驱体层形成模压结构(凸部的厚度220nm、凹部的厚度20nm)。
在实施方案1的功能设备的制造方法的模压工序中，例如以4MPa的压力来施行模压加工。
在实施方案1的功能设备的制造方法中，作为第二温度例如采用150℃。此外，在模压工序中，使用加热至150℃的模具来施行模压加工。
在实施方案1的功能设备的制造方法的模压工序中，施行对所述前驱体层表面的脱模处理以及对模具模压面的脱模处理之后，对前驱体层施行模压加工。可用于脱模处理的脱模剂可例示的有表面活性剂(例如氟类表面活性剂、硅类表面活性剂、非离子类表面活性剂等)、含氟类钻碳等。
在实施方案1的功能设备的制造方法的功能固体材料层形成工序中，从模压工序后的前驱体层形成功能固体材料层时，体积收缩率例如为50％。
根据实施方案1的功能设备的制造方法，能够形成具有如下模压结构的功能固体材料层：在基材中央部具有2mm×2mm的图案区域，并在该图案区域中以长宽10μm间距配置多个长2μm×宽2μm×高低差100nm(凸部的厚度110nm、凹部的厚度10nm)的正方形图案。
根据实施方案1的功能设备的制造方法，可通过如下方式来形成功能固体材料层：在基材上涂布功能液体材料来形成前驱体层，再对该前驱体层施行模压加工来形成模压结构，进而对前驱体层以高温进行热处理。其结果，能够以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且以相较于过去简短的工序来制造以上述优异的薄膜晶体管为首的各种功能设备。
此外，根据本实施方案的功能设备的制造方法，由于对通过加热至80℃-300℃范围内的第二温度来获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工，因此能高精度地形成所希望的模压结构。其结果，可制造具有所希望性能的功能设备。
此外，根据本实施方案的功能设备的制造方法，如上所述，对获得了高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工。其结果，即使将施行模压加工时所施加的压力降低至1MPa-20MPa，前驱体层仍按照模具表面形状而变形，因此能以高精度形成所希望的模压结构。此外，将施行模压加工时所施加的压力降低至1MPa-20MPa，由此施行模压加工时模具不易被损伤。
此外，根据实施方案1的功能设备的制造方法，在模压工序中，使用被加热至80℃-300℃范围内的第四温度的模具来施行模压加工。其结果，由于在施行模压加工过程中，前驱体层的塑性变形能力不会降低，因此能以更高精度形成所希望的模压结构。
此外，根据实施方案1的功能设备的制造方法，在模压工序中，对前驱体层表面和模具模压面施行脱模处理之后，再对前驱体层施行模压加工。其结果，由于能够降低前驱体层与模具间的摩擦力，因此可对前驱体层以更高精度施行模压加工。
根据实施方案1的功能设备的制造方法，功能液体材料是含有金属烷氧基化合物的溶液，从模压工序后的前驱体层形成功能固体材料层时的体积收缩率在30％-90％范围内。其结果，能以更高精度形成所希望的模压结构。
实施方案1的功能设备的制造方法，可在形成选自薄膜晶体管的栅极层、栅极绝缘层、源极层、漏极层、沟道层以及配线层所构成的群中的至少一个层时适用。此时，当形成栅极层时，作为功能固体材料能够使用上述金属氧化物陶瓷当中的各种导电材料或上述各种金属。此外，当形成栅极绝缘层时，作为功能固体材料能够使用上述金属氧化物陶瓷当中的各种顺电体材料或各种铁电体材料。此外，当形成源极层、漏极层或沟道层时，作为功能固体材料能够使用上述金属氧化物陶瓷当中的各种半导体材料或各种导电材料。
此外，实施方案1的功能设备的制造方法在形成驱动器的压电体层时可适用。这种情况，作为功能固体材料可使用上述金属氧化物陶瓷当中的各种铁电体材料。
此外，实施方案1的功能设备的制造方法，还能够在形成具备多个晶格层的光学设备的晶格层时适用。这种情况，作为功能固体材料使用上述金属氧化物陶瓷当中的各种绝缘材料也可，使用上述各种金属也可。
[实施方案2]
图2是用于说明实施方案2的功能设备的制造方法而示出的图。图2(a)是表示在模压工序中刚对前驱体层20施行模压加工后的前驱体层22情况的图。此外，图2(b)是表示通过对前驱体层22进行热处理而从前驱体层22形成功能固体材料层30的途中的前驱体层22情况的图。此外，图2(c)是表示从前驱体层22形成功能固体材料层30的工序结束后的功能固体材料层30情况的图。
实施方案2的功能设备的制造方法，基本上具有与实施方案1的功能设备的制造方法相同的工序，但在功能固体材料前驱体层形成工序的内容上不同于实施方案1的功能设备的制造方法。即，在实施方案2的功能设备的制造方法中，如图2所示，在功能固体材料前驱体层形成工序中，形成厚度为220nm的前驱体层20。从而，在实施方案2的功能设备的制造方法的模压工序中，在前驱体层20形成模压结构(凸部的厚度为210nm、凹部的厚度为10nm)。由此，因模压工序的热处理在前驱体层的凹部(前驱体层的层厚最薄的区域)产生裂纹。
因此，根据实施方案2的功能设备的制造方法，在功能固体材料层形成工序中，在前驱体层的凹部(前驱体层的层厚最薄的区域)产生裂纹，前驱体层可因该裂纹而自然地朝面内方向收缩。其结果，能高精度地形成所希望的模压结构。
此外，实施方案2的功能设备的制造方法，由于除了功能固体材料前驱体层形成工序以外的内容与实施方案1的功能设备的制造方法的情况相同，因此具有实施方案1的功能设备的制造方法所具有的效果当中的相对应的效果。
[实施方案3]
图3是用于说明实施方案3的功能设备的制造方法而显示的图。图3(a)是表示在模压工序中刚对前驱体层20施行模压加工后的前驱体层22情况的图。此外，图3(b)是表示模压工序结束后全面蚀刻前驱体层22情况的图。此外，图3(c)是表示从前驱体层22形成功能固体材料层30的工序结束后的功能固体材料层30情况的图。
实施方案3的功能设备的制造方法，基本上具有与实施方案1的功能设备的制造方法相同的工序，但就在模压工序与功能固体材料层形成工序之间进一步包括全面蚀刻前驱体层22的工序(全面蚀刻工序)这点上不同于实施方案1的功能设备的制造方法。即，实施方案3的功能设备的制造方法，如图3所示，在模压工序与功能固体材料层形成工序之间，进一步包括将前驱体层22全面蚀刻成20nm的全面蚀刻工序。从而，在实施方案3的功能设备的制造方法的全面蚀刻工序结束后，形成模压结构(凸部的厚度200nm、凹部的厚度0nm)。
因此，根据实施方案3的功能设备的制造方法，在功能固体材料层形成工序中，前驱体层被分割为多个区域的结果，前驱体层可自然地朝面内方向收缩。其结果，能高精度地形成所希望的模压结构。
此外，实施方案3的功能设备的制造方法，由于除了在模压工序与功能固体材料层形成工序之间进一步包括全面蚀刻前驱体层22的全面蚀刻工序这点以外与实施方案1的功能设备的制造方法相同，因此具有实施方案1的功能设备的制造方法所具有的效果当中的相对应的效果。
[实施方案4]
图4是用于说明实施方案4的功能设备的制造方法而显示的图。图4(a)是表示在模压工序中刚对前驱体层20施行模压加工后的前驱体层22情况的图。此外，图4(b)是表示通过对前驱体层22进行热处理而从前驱体层22形成功能固体材料层30的途中的前驱体层22情况的图。此外，图4(c)是表示从前驱体层22形成功能固体材料层30的工序结束后的功能固体材料层30情况的图。
实施方案4的功能设备的制造方法，基本上具有与实施方案2的功能设备的制造方法相同的工序，但基材的结构方面不同于实施方案2的功能设备的制造方法。即，在实施方案4的功能设备的制造方法中，如图4所示，使用表面具有对前驱体层的亲和性互异的两个区域的基材。此外，据此，以如下方式于在所述前驱体层形成模压结构：使两个区域当中的对前驱体层的亲和性相对高的第一区域R1的层厚比两个区域当中的对前驱体层的亲和性相对低的第二区域R2的层厚要厚。
因此，根据实施方案4的功能设备的制造方法，由于基材或基材表面对功能固体材料层的亲和性增大，因此前驱体层不易向面内方向收缩。从而，可容易获得基材表面的图案与功能固体材料层的图案的匹配性。
此外，实施方案4的功能设备的制造方法，由于基材结构以外的内容与实施方案2的功能设备的制造方法相同，因此具有实施方案2的功能设备的制造方法所具有的效果当中的相对应的效果。
[实施方案5]
图5是用于说明实施方案5的功能设备的制造方法而显示的图。
图5(a)是表示在模压工序中刚对前驱体层20施行模压加工后的前驱体层22情况的图。此外，图5(b)是表示模压工序结束后全面蚀刻前驱体层22情况的图。此外，图5(c)是表示从前驱体层22形成功能固体材料层30的工序结束后的功能固体材料层30情况的图。
实施方案5的功能设备的制造方法，基本上具有与实施方案3的功能设备的制造方法相同的工序，但基材的结构方面不同于实施方案3的功能设备的制造方法。即，实施方案5的功能设备的制造方法，如图5所示，使用表面具有对前驱体层的亲和性互异的两个区域的基材。此外，据此，以如下方式于在所述前驱体层形成模压结构：使两个区域当中的对前驱体层的亲和性相对高的第一区域R1的层厚比两个区域当中的对前驱体层的亲和性相对低的第二区域R2的层厚要厚。
因此，根据实施方案5的功能设备的制造方法，由于基材或基材表面对功能固体材料层的亲和性增大，因此前驱体层变得不易向面内方向收缩。从而，可容易取得基材表面的图案与功能固体材料层的图案的匹配性。
此外，实施方案5的功能设备的制造方法，由于基材的结构以外的内容与实施方案3的功能设备的制造方法相同，因此具有实施方案3的功能设备的制造方法所具有效果当中的相对应的效果。
[实施方案6]
1.实施方案6的薄膜晶体管100
图6是用于说明实施方案6的薄膜晶体管100而显示的图。图6(a)是薄膜晶体管100的俯视图。此外，图6(b)是沿图6(a)的A1-A1线的剖面图。此外，图6(c)是沿图6(a)的A2-A2线的剖面图。
如图6(a)和图6(b)所示，实施方案6的薄膜晶体管100具备：氧化物导电层140，其包括源极区域144、漏极区域146以及沟道区域142；栅极120，其用于控制沟道区域142的导通状态；栅极绝缘层130，其形成在栅极120与沟道区域142之间，由铁电体材料构成。沟道区域142的层厚比源极区域144的层厚和漏极区域146的层厚要薄。沟道区域142的层厚优选在源极区域144的层厚和漏极区域146的层厚的1/2以下。如图6(a)和图6(c)所示，栅极120与通过贯通孔150露出于外部的栅极垫(gate pad)122连接。
在实施方案6的薄膜晶体管100中，沟道区域142的层厚比源极区域144的层厚和漏极区域146的层厚薄的氧化物导电层140是使用模压加工技术来形成的。
在实施方案6的薄膜晶体管100中，将沟道区域142的载流子浓度和层厚设定为对栅极120施加断开的控制电压时，沟道区域142被耗尽的值。具体而言，沟道区域142的载流子浓度在1×1015cm-3-1×1021cm-3的范围内。此外，沟道区域142的层厚在5nm-100nm的范围内。
此外，在实施方案6的薄膜晶体管100中，源极区域144和漏极区域146的层厚在50nm-1000nm的范围内。
氧化物导电层140例如由铟锡氧化物(ITO)构成，栅极绝缘层130例如由PZT(Pb(Zrx Ti1-x)O3)构成。此外，栅极120例如由氧化镍镧(LNO(LaNiO3))构成。此外，作为固体基板的绝缘基板110由例如在Si基板表面利用SiO2层和Ti层而形成了STO(SrTiO3)层的绝缘基板构成。
2.实施方案6的薄膜晶体管的制造方法
实施方案6的薄膜晶体管100能够通过以下所示的薄膜晶体管的制造方法(实施方案6的薄膜晶体管的制造方法)来制造。以下，依照工序顺序来说明实施方案6的薄膜晶体管100的制造方法。
图7-图9是用于说明实施方案6的薄膜晶体管的制造方法而示出的图。图7(a)-图7(e)、图8(a)-图8(e)以及图9(a)-图9(e)是各工序图。此外，在各工序图中，左侧所示的图是对应于图6(b)的图。此外，右侧所示的图是对应于图6(c)的图。
(1)栅极120的形成
首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(氧化镍镧)构成的功能固体材料的功能液体材料(功能液体材料准备工序)。具体而言，准备含有硝酸镧(六水合物)和醋酸镍(四水合物)的溶液(溶剂：2-甲氧基乙醇)作为金属盐。
其次，如图7(a)和图7(b)所示，在绝缘基板110的一侧表面上使用旋涂法来涂布功能液体材料(例如500rpm、25秒)。之后，将绝缘基板110置于加热板上以80℃干燥1分钟，由此形成功能固体材料(氧化镍镧)的前驱体层120’(层厚300nm)(功能固体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。
其次，如图7(c)和图7(d)所示，使用凹凸模具M2(高低差300nm)，在150℃下对前驱体层120’施行模压加工，该凹凸模具M2的对应于栅极120与栅极垫122的区域以凹状形成。通过该模压加工，在前驱体层120’形成模压结构(凸部的层厚300nm、凹部的层厚50nm)(模压工序)。此外，将此时施行模压加工时的压力设为5MPa。由此，由于对通过加热至80℃-300℃范围内的第二温来获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工，因此能高精度地形成所希望的模压结构。
其次，全面蚀刻前驱体层120’，由此从除了对应于栅极120的区域以外的区域完全去除前驱体层(全面蚀刻工序)。全面蚀刻工序使用未采用真空处理的湿式蚀刻技术来进行。
之后，使用RTA装置将前驱体层120’在第三温度的650℃下热处理10分钟。通过该热处理，如图7(e)所示，从前驱体层120’形成由功能固体材料层(氧化镍镧)构成的栅极120和栅极垫122(功能固体材料层形成工序)。
(2)栅极绝缘层130的形成
首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(PZT)构成的功能固体材料的功能液体材料。具体而言，作为功能液体材料准备含有金属烷氧基化合物的溶液(三菱材料股份有限公司制，PZT溶胶凝胶溶液)(功能液体材料准备工序)。
其次，重复三次如下操作：在绝缘基板110的一侧表面上，使用旋涂法涂布上述功能液体材料(例如2000rpm、25秒)，之后，将绝缘基板110置于加热板上以250℃干燥5分钟。由此形成功能固体材料(PZT)的前驱体层130’(层厚300nm)(功能固体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。
其次，如图8(b)和图8(c)所示，使用将对应于贯通孔150的区域以凸状形成的凹凸模具M3(高低差300nm)，在150℃下对前驱体层130’施行模压加工。通过该模压加工，在前驱体层130’形成与贯通孔150相对应的模压结构(模压工序)。此外，将此时施行模压加工时的压力设为5MPa。由此，由于对通过加热至80℃-300℃范围内的第二温度来获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工，因此能高精度地形成所希望的模压结构。
之后，使用RTA装置将前驱体层130’在第三温度的650℃下热处理10分钟，由此，如图8(d)所示，从前驱体层130’形成由功能固体材料层(PZT)构成的栅极绝缘层130(功能固体材料层形成工序)。
(3)氧化物导电层140的形成
首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(ITO)构成的功能固体材料的功能液体材料(功能液体材料准备工序)。具体而言，准备含有金属有机酸盐之一金属羧酸盐的溶液(股份有限公司高纯度化学研究所制的功能液体材料(商品名：ITO-05C)，原液∶稀释液＝1∶1.5)来作为功能液体材料。此外，在该功能液体材料添加有完成时以使沟道区域142的载流子浓度处于1×1015cm-3-1×1021cm-3范围内的浓度的杂质。
其次，如图8(e)所示，在绝缘基板110的一侧表面上，使用旋涂法涂布上述功能液体材料(例如2000rpm、25秒)。之后，将绝缘基板110置于加热板上，在150℃下干燥3分钟，由此形成功能固体材料(ITO)的前驱体层140’(层厚300nm)(功能固体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。
其次，如图9(a)-图9(c)所示，使用凹凸模具M4(高低差350nm)，对前驱体层140’施行模压加工，该凹凸模具M4以如下方式形成：其对应于沟道区域142的区域比对应于源极区域144的区域和对应于漏极区域146的区域凸出。通过该模压加工，在前驱体层140’形成模压结构(凸部的层厚350nm、凹部的层厚100nm)(模压工序)。由此，前驱体层140’当中的成为沟道区域142的部分的层厚比其他部分薄。
此时，在本实施方案的上述工序中，在前驱体层140’被加热至150℃的状态下，使用加热至150℃的模具来施行模压加工。此时，将施行模压加工时的压力设为4MPa左右。
此外，凹凸模具M4具有对应于元件分离区域160和贯通孔150的区域比对应于沟道区域142的区域凸出的结构。从而，通过对绝缘基板110的一侧表面全面施行湿式蚀刻，将成为沟道区域142的部分控制在规定厚度的同时，从对应于元件分离区域160和贯通孔150的区域完全去除前驱体层140’(参照图9(d))。此外，凹凸模具M4还可具有对应于元件分离区域的区域部分呈尖细状的形状。
之后，对前驱体层140’施行热处理(在加热板上以400℃、10分钟的条件进行前驱体层140’的烧制，之后，使用RTA装置以650℃、30分钟(前半个15分钟在氧环境气氛下，后半个15分钟在氮环境气氛下)的条件加热前驱体层140’)。通过该热处理，形成包括源极区域144、漏极区域146以及沟道区域142的氧化物导电层140(功能固体材料层形成工序)，能够制造具有图9(e)所示底部栅极结构的实施方案6的薄膜晶体管100。
3.实施方案6的薄膜晶体管100的效果
根据实施方案6的薄膜晶体管100，由于作为构成沟道区域142的材料使用氧化物导电性材料，因此能够提高载流子浓度。此外，由于作为构成栅极绝缘层130的材料使用铁电体材料，因此能以低驱动电压来快速地进行切换。其结果，与现有薄膜晶体管900相同，能以低驱动电压来快速地控制大电流。
此外，根据实施方案6的薄膜晶体管100，仅需形成沟道区域142的层厚比源极区域144的层厚和漏极区域146的层厚薄的氧化物导电层140就能制造薄膜晶体管。其结果，即使未如现有薄膜晶体管900般以互异材料来形成沟道区域、源极区域以及漏极区域，也能够以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
此外，根据实施方案6的薄膜晶体管100，由于氧化物导电层、栅极、栅极绝缘层均使用功能液体材料来形成，所以可使用模压加工技术来制造薄膜晶体管。其结果，能够以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
此外，根据实施方案6的薄膜晶体管100，由于氧化物导电层、栅极、栅极绝缘层均无需采用真空处理而形成，因此可在不采用真空处理的情况下制造薄膜晶体管。其结果，能够以相较于过去大幅减少的制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
此外，根据实施方案6的薄膜晶体管100，由于栅极与栅极绝缘层均具有钙钛矿结构，因此在栅极和栅极绝缘层的界面上晶格缺陷变少。其结果，可制造高质量的薄膜晶体管。
此外，根据实施方案6的薄膜晶体管100，沟道区域142的载流子浓度和层厚设定为对栅极120施加断开的控制电压时沟道区域142被耗尽的值。其结果，即便提高氧化物导电层的载流子浓度，也可充分降低断开时所流通的电流量，因此可维持必要的导通断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流。此时，在薄膜晶体管为增强型晶体管的情况下，当对栅极施加0V的控制电压时薄膜晶体管处于断开状态。从而，设定为此时沟道区域整体被耗尽的值即可。另一方面，在薄膜晶体管为耗尽型晶体管的情况下，当对栅极施加负的控制电压时薄膜晶体管处于断开状态。从而，设定为此时沟道区域整体被耗尽的值即可。
此外，根据实施方案6的薄膜晶体管100，沟道区域142的载流子浓度在1×1015cm-3-1×1021cm-3范围内，沟道区域142的层厚在5nm-100nm范围内。其结果，可在维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流。
[实施方案7]
1.实施方案7的薄膜晶体管200
图10是用于说明实施方案7的薄膜晶体管200而显示的图。图10(a)是薄膜晶体管200的俯视图。此外，图10(b)是沿图10(a)A1-A1的剖面图。此外，图10(c)是沿图10(a)A2-A2的剖面图。
实施方案7的薄膜晶体管200，基本上具有与实施方案6的薄膜晶体管100相同的结构，但在具有顶部栅极结构这点上不同于实施方案6的薄膜晶体管100。即，实施方案7的薄膜晶体管200，如图10所示，具有在绝缘基板210的上方依次形成氧化物导电层240、栅极绝缘层230以及栅极220的结构。此外，源极区域244以及漏极区域246如图10(a)和图10(b)所示，分别通过贯通孔250露出于外部。
如此地，实施方案7的薄膜晶体管200，在具有顶部栅极结构这点上不同于实施方案6的薄膜晶体管100，作为构成沟道区域242的材料使用氧化物导电性材料。其结果，能够提高载流子浓度。此外，由于作为构成栅极绝缘层220的材料使用了铁电体材料，因此能以低驱动电压来快速地进行切换。其结果，与实施方案6的薄膜晶体管相同，能以低驱动电压来快速地控制大电流。
此外，仅需形成沟道区域242的层厚比源极区域244的层厚和漏极区域246的层厚薄的氧化物导电层240就能制造薄膜晶体管。其结果，与实施方案6的薄膜晶体管相同，能够以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
此外，实施方案7的薄膜晶体管200具备高精度地形成的模压结构的氧化物导电层，所述模压结构通过对以80℃-300℃范围内的第二温度进行热处理而获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工所形成。其结果，成为具有所希望性能的薄膜晶体管。
此外，实施方案7的薄膜晶体管200可通过以下所示的薄膜晶体管的制造方法来制造。以下，依照工序顺序来说明实施方案7的薄膜晶体管200的制造方法。
图11和图12是用于说明实施方案2的薄膜晶体管的制造方法而显示的图。此外，图11(a)-图11(f)和图12(a)-图12(e)是各工序图。
(1)氧化物导电层240的形成
首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(ITO)构成的功能固体材料的功能液体材料(功能液体材料准备工序)。具体而言，作为功能液体材料准备含有金属有机酸盐之一金属羧酸盐的溶液(股份有限公司高纯度化学研究所制的功能液体材料(商品名：ITO-05C))。此外，在该功能液体材料添加有完成时以使沟道区域242的载流子浓度处于1×1015cm-3-1×1021cm-3范围内的浓度的杂质。
其次，如图11(a)所示，在绝缘基板210的一侧表面上，使用旋涂法涂布上述功能液体材料。之后，将绝缘基板210置于加热板上，在150℃下干燥3分钟，由此形成功能固体材料(ITO)的前驱体层240’(层厚300nm)(功能固体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。
其次，如图11(b)和图11(c)所示，使用凹凸模具M5(高低差350nm)对前驱体层240’施行模压加工，该凹凸模具M5以如下方式形成：其对应于沟道区域242的区域比对应于源极区域244的区域和对应于漏极区域246的区域凸出。通过该模压加工，在前驱体层240’形成模压结构(凸部的层厚350nm、凹部的层厚100nm)(模压工序)。由此，前驱体层240’当中的成为沟道区域242的部分的层厚比其他部分薄。
此时，在上述工序中，在前驱体层240’被加热至150℃的状态下，使用加热至150℃的模具来施行模压加工。此时，将施行模压加工时的压力设为4MPa左右。
此外，凹凸模具M5具有对应于元件分离区域的区域和对应于栅极垫222的区域比对应于沟道区域242的区域凸出的结构。从而，通过对绝缘基板210的一侧表面全面施行湿式蚀刻，在将成为沟道区域242的部分控制在规定厚度的同时，从对应于元件分离区域260和栅极垫222的区域完全去除前驱体层240’。此外，凹凸模具M5也可具有对应于元件分离区域的区域部分呈尖细状的形状。
最后，对前驱体层240’施行热处理，由此如图11(d)所示，形成具有源极区域244、漏极区域246以及沟道区域242的氧化物导电层240(功能固体材料层形成工序)。
(2)栅极绝缘层230的形成
首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(PZT)构成的功能固体材料的功能液体材料(功能液体材料准备工序)。具体而言，作为功能液体材料是准备含有金属烷氧基化合物的溶液(三菱材料股份有限公司制，PZT溶胶凝胶溶液)。
其次，如图11(e)所示，在绝缘基板210的一侧表面上，使用旋涂法涂布上述功能液体材料。之后，将绝缘基板210置于加热板上以150℃干燥5分钟，由此形成功能固体材料(PZT)的前驱体层230’(层厚300nm)(功能固体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。
其次，如图11(e)所示，使用将对应于贯通孔250的区域以凸状形成的凹凸模具M6(高低差300nm)，在150℃下对前驱体层230’施行模压加工。其结果，在前驱体层230’形成与贯通孔250相对应的模压结构(模压工序)。将本实施方案的施行模压加工时的压力设为5MPa。由此，由于对通过加热至80℃-300℃范围内的第二温度来获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工，因此能高精度地形成所希望的模压结构。
之后，使用RTA装置将前驱体层230’在第三温度的650℃下热处理10分钟。通过该热处理，如图11(f)所示，从前驱体层230’形成由功能固体材料层(PZT)构成的栅极绝缘层230(功能固体材料层形成工序)。
(3)栅极220的形成
首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(氧化镍镧)构成的功能固体材料的功能液体材料(功能液体材料准备工序)。具体而言，准备含有硝酸镧(六水合物)和醋酸镍(四水合物)的溶液(溶剂：2-甲氧基乙醇)作为金属盐。
其次，如图12(a)和图12(b)所示，在绝缘基板210的一侧表面，使用旋涂法涂布功能液体材料。之后，将绝缘基板210置于加热板上以80℃干燥1分钟，由此形成功能固体材料(氧化镍镧)的前驱体层220’(层厚300nm)(功能固体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。
其次，如图12(c)和图12(d)所示，使用凹凸模具M7(高低差300nm)，在150℃下对前驱体层220’施行模压加工，该凹凸模具M7的对应于栅极220的区域和对应于栅极垫222的区域以凹状形成。通过该模压加工，在前驱体层220’形成模压结构(凸部的层厚300nm、凹部的层厚50nm)(模压工序)。将本实施方案施行模压加工时的压力设为5MPa。由此，由于对通过加热至80℃-300℃范围内的第二温度来获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工，因此能更高精度地形成所希望的模压结构。
其次，全面蚀刻前驱体层220’，由此从除了对应于栅极220的区域和对应于栅极垫222的区域以外的区域完全去除前驱体层220’(全面蚀刻工序)。全面蚀刻工序是使用未采真空处理的湿式蚀刻技术来进行。
之后，使用RTA装置在第三温度的650℃下对前驱体层220’进行热处理10分钟。通过该热处理，从前驱体层220’形成由功能固体材料层(氧化镍镧)构成的栅极220和栅极垫222(功能固体材料层形成工序)，从而能够制造具有如图12(e)所示的顶部栅极结构的实施方案7的薄膜晶体管200。
[实施方案8]
图13是用于说明实施方案8的压电式喷墨头300而显示的图。此外，图13(a)是压电式喷墨头300的剖面图。此外，图13(b)和图13(c)是表示压电式喷墨头300吐出墨水时情况的图。
1.实施方案8的压电式喷墨头300的结构
实施方案8的压电式喷墨头300如图13(a)所示具备：空腔构件340；振动板350，其安装于空腔构件340的一侧，并形成有压电元件320；喷嘴板330，其安装于空腔构件340的另一侧，并形成有喷嘴孔332；墨盒360，其被空腔构件340、振动板350以及喷嘴板330划分。在振动板350设有墨水供给口352，其与墨盒360连通并用于向墨盒360供给墨水。
根据实施方案8的压电式喷墨头300，首先，如图13(b)和图13(c)所示，通过对压电元件320施加适当的电压，以使振动板350暂时向上弯曲而从未图示的贮器(reservoir)向墨盒360供给墨水。之后，将振动板350向下弯曲，由此将墨滴i通过喷嘴孔332从墨盒360吐出。由此，可对被印刷物进行鲜明的印刷。
2.实施方案8的压电式喷墨头的制造方法
具有这种结构的压电式喷墨头300的压电元件320(第一电极层322、压电体层324以及第二电极层326)和空腔构件340均使用本实施方案功能设备的制造方法而形成。以下，依照工序顺序说明实施方案8的压电式喷墨头300的制造方法。
图14-图16是用于说明实施方案8的压电式喷墨头的制造方法而显示的图。此外，图14(a)-图14(f)、图15(a)-图15(d)以及图16(a)-图16(e)是各工序图。
(1)压电元件320的形成
(1-1)第一电极层322的形成
首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(氧化镍镧)构成的功能固体材料的功能液体材料(功能液体材料准备工序)。具体而言，准备含有硝酸镧(六水合物)和醋酸镍(四水合物)的溶液(溶剂：2-甲氧基乙醇)作为金属盐。
其次，如图14(a)所示，在仿真基板310的一侧表面，使用旋涂法来涂布功能液体材料(例如500rpm、25秒)。之后，将仿真基板310置于加热板上80℃干燥1分钟，由此形成功能固体材料(氧化镍镧)的前驱体层322’(层厚300nm)(功能固体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。
其次，如图14(b)所示，使用凹凸模具M8(高低差300nm)，在150℃下对前驱体层322’施行模压加工，该凹凸模具M8的对应于第一电极层322的区域以凹状形成。通过该模压加工，在前驱体层322’形成模压结构(凸部的层厚300nm、凹部的层厚50nm)(模压工序)。此外，将此时施行模压加工时的压力设为5MPa。
其次，全面蚀刻前驱体层322’，由此从除了对应于第一电极层322的区域以外的区域完全去除前驱体层322’(全面蚀刻工序)。全面蚀刻工序使用未采用真空处理的湿式蚀刻技术来进行。
之后，使用RTA装置在第三温度的650℃下对前驱体层322’进行热处理10分钟，由此如图14(c)所示，从前驱体层326’形成由功能固体材料层(氧化镍镧)构成的第一电极层322(功能固体材料层形成工序)。
(1-2)压电体层324的形成
首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(PZT)构成的功能固体材料的功能液体材料(功能液体材料准备工序)。具体而言，作为功能液体材料准备含有金属烷氧基化合物的溶液(三菱材料股份有限公司制，PZT溶胶凝胶溶液)(功能液体材料准备工序)。
其次，如图14(d)所示，在仿真基板310的一侧表面上，使用旋涂法来涂布上述功能液体材料，之后，将仿真基板310置于加热板上250℃干燥5分钟，由此形成功能固体材料(PZT)的前驱体层324’(例如层厚1μm-10μm)(功能固体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。
其次，如图14(e)所示，使用凹凸模具M9(高低差500nm)，对前驱体层324’施行模压加工，该凹凸模具M9的对应于压电体层324的区域以凹状形成。通过该模压加工，在前驱体层324’形成模压结构(例如凸部的层厚1μm-10μm、凹部的层厚50nm)(模压工序)。
此时，在上述工序中，在前驱体层324’加热至150℃的状态下，使用加热至150℃的模具来施行模压加工。此外，将此时施行模压加工时的压力设为4MPa左右。
其次，全面蚀刻前驱体层324’，由此从除了对应于压电体层324的区域以外的区域完全去除前驱体层324’(全面蚀刻工序)。全面蚀刻工序使用未采用真空处理的湿式蚀刻技术来进行。
之后，使用RTA装置将前驱体层324’在第三温度的650℃下热处理10分钟。通过该热处理，如图14(f)所示，从前驱体层324’形成由功能固体材料层(PZT)构成的压电体层324(功能固体材料层形成工序)。
(1-3)第二电极层326的形成
首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(氧化镍镧)构成的功能固体材料的功能液体材料(功能液体材料准备工序)。具体而言，准备含有硝酸镧(六水合物)和醋酸镍(四水合物)的溶液(溶剂：2-甲氧基乙醇)作为金属盐。
其次，如图15(a)所示，在仿真基板310的一侧表面，使用旋涂法来涂布功能液体材料(例如500rpm、25秒)。之后，将仿真基板310置于加热板上以80℃干燥1分钟，由此形成功能固体材料(氧化镍镧)的前驱体层326’(层厚300nm)(功能固体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。
其次，如图15(b)所示，使用凹凸模具M10(高低差300nm)，在150℃下对前驱体层326’施行模压加工，该凹凸模具M10的对应于第二电极层326的区域以凹状形成。通过该模压加工，在前驱体层326’形成模压结构(凸部的层厚300nm、凹部的层厚50nm)(模压工序)。此外，将此时施行模压加工时的压力设为5MPa。
其次，全面蚀刻前驱体层326’，由此从除了对应于第二电极层326的区域以外的区域完全去除前驱体层326’(全面蚀刻工序)。全面蚀刻工序使用未采真空处理的湿式蚀刻技术来进行。
之后，使用RTA装置将前驱体层326’在第三温度的650℃下热处理10分钟。通过该热处理，如图15(c)所示，从前驱体层326’形成由功能固体材料层(氧化镍镧)构成的第二电极层326(功能固体材料层形成工序)。由此，完成具有第一电极层322、压电体层324以及第二电极层326的压电元件320的制作。
(2)振动板350与压电元件320的粘合
如图15(d)所示，用粘接剂粘合具有墨水供给口352的振动板350与压电元件320。
(3)空腔构件340的形成
首先，通过热处理来准备将成为金属氧化物陶瓷(石英玻璃)的功能液体材料(功能液体材料准备工序)。具体而言，作为功能液体材料准备含有金属烷氧基化合物(正硅酸异丙酯(Si(OC3H7)4)的溶液。
其次，如图16(a)所示，在振动板350的一侧表面上，使用旋涂法涂布上述功能液体材料。之后，将仿真基板310置于加热板上以150℃干燥5分钟，由此形成功能固体材料(石英玻璃)的前驱体层340’(例如层厚10μm-20μm)(功能固体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。
其次，如图16(b)所示，使用具有与墨盒360等对应的形状的凹凸模具M11，对前驱体层340’施行模压加工。通过该模压加工，在前驱体层340’形成模压结构(例如凸部的层厚10μm-20μm、凹部的层厚50nm)(模压工序)。
此时，在上述工序中，在前驱体层340’被加热至150℃的状态下，使用加热至150℃的模具来施行模压加工。此外，将此时施行模压加工时的压力设为4MPa左右。
之后，使用RTA装置将前驱体层340’在第三温度的650℃下热处理10分钟。通过该热处理，如图16(c)所示，从前驱体层340’形成由功能固体材料层(石英玻璃)构成的空腔构件340。
(4)空腔构件340与喷嘴板330的粘合
如图16(d)所示，用粘接剂来粘合空腔构件340与具有喷嘴孔332的喷嘴板330。
(5)仿真基板310的移除
如图16(e)所示，从压电元件320移除仿真基板310。由此，完成实施方案8的压电式喷墨头300的制作。
3.实施方案8的压电式喷墨头300的效果
根据实施方案8的压电式喷墨头300，由于压电元件320(第一电极层322、压电体层324以及第二电极层326)和空腔构件340是通过使用模压加工技术来形成的，因此能够以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造压电式喷墨头。
此外，根据实施方案8的压电式喷墨头300，由于具备通过如下方法来形成的具有高精度形成模压结构的第一电极层、压电体层、第二电极层以及空腔构件，因此成为具有所希望性能的压电式喷墨头：对通过在80℃-300℃范围内的第二温度进行热处理来获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工。
此外，根据实施方案8的压电式喷墨头300，由于压电元件320(第一电极层322、压电体层324以及第二电极层326)和空腔构件340均使用功能液体材料而形成，因此可使用模压加工技术来制造压电式喷墨头。而且，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造上述优异的压电式喷墨头。
此外，实施方案8的压电式喷墨头300，压电元件320(第一电极层322、压电体层324以及第二电极层326)和空腔构件340均未采用真空处理而形成。因此，能够以相较于过去大幅减少的制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的压电式喷墨头。
<实施例>
[实施例1]
实施例1是显示能够使用模压加工技术来制造本发明一方案的薄膜晶体管的实施例。
1.薄膜晶体管400的制作
图17是用于说明实施例1的薄膜晶体管的制造方法而显示的图。图17(a)-图17(d)是各工序图。此外，图17(e)是将图17(d)的附图标记R3所示部分朝横向伸展的图。
图18是用于说明实施例1所使用的模压加工装置700而显示的图。此外，图18中，附图标记710表示下模，附图标记712表示隔热板，附图标记714表示加热器，附图标记716表示载置部，附图标记718表示吸引部，附图标记720表示上模，附图标记722表示加热器，附图标记724表示固定部，附图标记726表示石英玻璃基材。
图19是用于说明实施例1所使用的凹凸模具M12而显示的图。图19(a)是凹凸模具M12的俯视图。此外，图19(b)是图19(a)的区域R5的放大俯视图。此外，图19(c)是沿图19(b)A3-A3的剖面图。图20是用于说明实施例1所使用的凹凸模具M13而显示的图。图20(a)是凹凸模具M13的俯视图。此外，图20(b)是图20(a)的区域R6的放大俯视图。此外，图20(c)是沿图20(b)A4-A4的剖面图。
如图17所示，通过依次实施以下所示的“栅极形成工序”、“栅极绝缘层形成工序”以及“氧化物导电层形成工序”来制造了实施例1的薄膜晶体管400(未图示)。
(1)栅极形成工序
通过采用与实施方案6的薄膜晶体管制造方法的栅极形成工序相同的方法来形成由氧化镍镧(LNO)构成的栅极420(参照图17(a)和图17(b))。栅极420的层厚为100nm。
此外，模压加工使用图18所示的模压加工机700(东芝机械制的模压加工装置ST50)。此外，作为凹凸模具M12使用了图19所示的凹凸模具M12。此外，凹凸模具M12如图19所示，在20mm×20mm正方形的中央部具有2mm×2mm的图案区域R4。在该图案区域R4中形成有对应于栅极420形状的凹凸图案(沿图19(b)的A3-A3线的间距300μm、宽度50μm、高度350nm)。凹凸模具M12通过双面胶带而固定于石英玻璃基材726。此时的模压加工是在150℃且4Mpa的压力下进行的。
(2)栅极绝缘层形成工序
通过采用与实施方案6的薄膜晶体管制造方法的栅极绝缘膜形成工序相同的方法来形成由PZT构成的栅极绝缘层430(参照图17(c))。栅极绝缘层430的层厚为140nm。
(3)氧化物导电层形成工序
通过采用与实施方案6的薄膜晶体管制造方法的氧化物导电层形成工序相同的方法来形成由ITO构成的氧化物导电层440(参照图17(d)和图17(e))。氧化物导电层440的层厚在沟道区域442为20nm，在源极/漏极区域444为100nm。
此外，模压加工与栅极形成工序的情况相同，使用图19所示的模压加工机700(东芝机械制的模压加工装置ST50)。此外，作为凹凸模具M13使用图20所示的凹凸模具M13。此外，凹凸模具M13如图20所示，在20mm×20mm正方形的中央部具有2mm×2mm的图案区域R4。在该图案区域R4中形成有对应于沟道区域442的晶格状凹凸图案(沿图20(b)A4-A4线的间距110μm、宽度10μm、高度350nm)。凹凸模具M13通过使用双面胶带来固定于石英玻璃基材726。
关于模压加工的压力，当该压力被加压至3Mpa时从70℃开始升温，在保持压力的状态下加热至180℃。保持时间设定为15分钟。之后，用水进行冷却，当温度变成70℃时进行脱模处理。
经以上工序，完成实施例1的薄膜晶体管400的制作。
2.薄膜晶体管400的评估
(1)薄膜晶体管400的结构
图21是用于说明实施例1的薄膜晶体管400而显示的图。图21(a)是显示配置有多个薄膜晶体管400情况的俯视图。此外，图21(b)是将图21(a)的附图标记R7所示区域放大显示的图。此外，图21(c)是将图21(a)的附图标记R8所示区域放大显示的图。
在实施例1的薄膜晶体管400中，使凹凸模具M12的凹凸图案沿A3-A3线的间距与凹凸模具M13的凹凸图案沿A4-A4线的间距略为不同。因此，在实施例1的薄膜晶体管400中，即便未进行栅极420的图案与氧化物导电层440的图案的对位，在基材上的某区域，栅极420与氧化物导电层440也会成为理想的第一位置关系(沟道区域442成为原来沟道区域的位置关系。参照图21(a)附图标记R7所示区域)。此外，在实施例1的薄膜晶体管400中，在某区域栅极420与氧化物导电层440会成为不同于第一位置关系的第二位置关系(源极/漏极区域444成为沟道区域，各探针成为源极/漏极的位置关系。参照图21(a)附图标记R8所示区域)。
并且，测定了当栅极420与氧化物导电层440成为第一位置关系时的电性能。此时，如图21(b)所示，将各探针接触于源极/漏极区域444的区域P1和区域P2。此外，也测定了当栅极420与氧化物导电层440成为第二位置关系时的电性能。此时，如图21(c)所示，将各探针接触于源极/漏极区域444的区域P3与区域P4。
(2)薄膜晶体管400的电性能
首先，用1％的氢氟酸对氧化物导电层440的端部进行湿式蚀刻，使下部栅极420露出并触碰栅极用探针。之后，如上所述，将各探针接触于区域P1与区域P2。而且，将各探针接触于区域P3与区域P4。由此，用半导体参数分析仪(Agilent制)来测定薄膜晶体管400的电性能(漏极电流ID与栅极电压VG间的ID-VG特性、漏极电流ID与漏极电压VD间的ID-VD特性)。
图22和图23是用于说明实施例1的薄膜晶体管400电性能而显示的图。图22是当栅极420与氧化物导电层440成为第一位置关系时的图。此外，图23是当栅极420与氧化物导电层440成为第二位置关系时的图。此外，图22(a)和图23(a)是显示ID-VG特性的图。此外，图22(b)和图23(b)是显示ID-VD特性的图。此外，当测定ID-VG特性时，在栅极420与氧化物导电层440成为第一位置关系的情况下，以将漏极电压VD固定于4.0V的状态在-5V-+5V的范围内对栅极电压VG进行了扫描。另一方面，当栅极420与氧化物导电层440成为第二位置关系时，以将漏极电压VD固定于2.5V的状态在-3V-+3V的范围内对栅极电压VG进行了扫描。
实施例1的薄膜晶体管400，在栅极420与氧化物导电层440成为第一位置关系的情况下，从图21(a)和图21(b)中可知：得到三位数左右的ON/OFF比，可确认体现出作为晶体管的作用。此外，在栅极420与氧化物导电层440成为第二位置关系的情况下，从图22(a)和图22(b)中可知：得到五位数左右的ON/OFF比，可确认作为晶体管而发挥了作用。
[实施例2]
实施例2是显示将前驱体层加热至80℃-300℃范围内的第二温度来提高前驱体层的塑性变形能力的实施例。
前驱体层的塑性变形能力是通过以下顺序来评估。
1.试样的准备
使用旋涂法，在基材上以100nm的层厚涂布(例如200rpm、25秒)功能液体材料。之后，将基材置于加热板上以150℃干燥30秒，由此形成100nm的层厚的前驱体层。作为基材使用“将硅基板表面氧化而形成SiO2层的基板”和“Pt基板”。作为功能液体材料使用“含有金属烷氧基化合物的溶液(三菱材料股份有限公司制，PZT溶胶凝胶溶液)”和“含有金属羧酸盐的溶液(丰岛制作所制，PZT溶胶凝胶溶液)”。
2.利用悬臂(cantilever)的压入
在SIInanotechnology股份有限公司制的探针显微镜“S-IMAGE”安装美国AnasysInstruments公司的悬臂组件“nano-TA2”而作为纳米热(nano thermal)显微镜。此外，在各种施加负载的条件、温度条件(室温、100℃、200℃、300℃、400℃)、脱模处理条件(有脱模处理、无脱模处理)下，将该纳米热显微镜的悬臂压入上述前驱体层。然后，在探针显微镜DFM模式下观察悬臂在前驱体层的压入状态。
3.结果
不论是使用“含有金属烷氧基化合物的溶液(三菱材料股份有限公司制，PZT溶胶凝胶溶液)”形成的前驱体层还是使用“含有金属羧酸盐的溶液(丰岛制作所制，PZT溶胶凝胶溶液)”形成的前驱体层，在任何施加负载的条件下，于室温和400℃悬臂没有被压入于前驱体层。另一方面，于100℃、200℃以及300℃，悬臂被压入于前驱体层会。
其结果，发现通过将前驱体层加热至100℃-300℃范围内的第二温度，可提高前驱体层的塑性变形能力。
图24是用于说明前驱体层的塑性变形能力而显示的图。
从图24中可知：当在基材上涂布功能液体材料而形成功能固体材料的前驱体层时，在形成该前驱体层的初期，前驱体层过度柔软、塑性变形能力差，因此无法实施良好的模压加工(参照附图标记S1)。相对于此，在加热该前驱体层使其干燥的情况下，由于前驱体层的固化反应已进行至某种程度，此外，由于主溶剂被去除，因此前驱体层的流动性变低，使得前驱体层硬度变得刚刚好(参照附图标记S2)。但是，在室温下模压加工该前驱体层，则前驱体层变得过硬，塑性变形能力再次降低(参照附图标记S3)。因此，才将固化反应进行至某种程度的前驱体层再次加热至100℃-300℃范围内的第二温度。由此，通过降低前驱体层的硬度再次提高前驱体层的塑性变形能力，从而可实施良好的模压加工(参照附图标记S4)。
之后，参考上述结果，对前驱体层以室温-400℃范围内的温度条件用4Ma的压力真正施行模压加工。其结果，确认了当将前驱体层加热至80℃-300℃范围内的温度时，能以1MPa-20MP的比较低的压力在前驱体层形成规定的模压结构。
以上，对本发明的几个实施方案的功能设备的制造方法和薄膜晶体管以及压电式喷墨头进行了说明，但本发明并不限于此，只要在不脱离主旨的范围内能够实施，例如可采用下述变形。
(1)在上述实施方案6和7中，作为氧化物导电材料使用了铟锡氧化物(ITO)，但本发明并不限于此。例如，亦可使用氧化铟(In2O3)、掺杂锑的氧化锡(Sb-SnO2)、氧化锌(ZnO)、掺杂铝的氧化锌(Al-ZnO)、掺杂镓的氧化锌(Ga-ZnO)、氧化钌(RuO2)、氧化铱(IrO2)、氧化锡(SnO2)、一氧化锡SnO、掺杂铌的二氧化钛(Nb-TiO2)等氧化物导电材料。此外，作为其他氧化物导电材料，可使用铟镓锌复合氧化物(IGZO)、掺杂镓的氧化铟(In-Ga-O(IGO))、掺杂铟的氧化锌(In-Zn-O(IZO))等无定形导电性氧化物。此外，作为其他氧化物导电材料，能够使用钛酸锶(SrTiO3)、掺杂铌的钛酸锶(Nb-SrTiO3)、锶钡复合氧化物(SrBaO2)、锶钙复合氧化物(SrCaO2)、钌酸锶(SrRuO3)、氧化镍镧(LaNiO3)、氧化钛镧(LaTiO3)、氧化铜镧(LaCuO3)、氧化镍钕(NdNiO3)、氧化镍钇(YNiO3)、氧化镧钙锰复合氧化物(LCMO)、铅酸钡(BaPbO3)、LSCO(LaxSr1-xCuO3)、LSMO(La1-xSrxMnO3)、YBCO(YBa2Cu3O7-x)、LNTO(La(Ni1-xTix)O3)、LSTO((La1-xSrx)TiO3)、STRO(Sr(Ti1-xRux)O3)及其他钙钛矿型导电性氧化物或焦绿石型导电性氧化物。
(2)在上述实施方案6和7中，作为铁电体材料使用了PZT(Pb(Zrx Ti1-x)O3)，但本发明并不限于此。例如，可使用掺杂Nb的PZT、掺杂La的PZT、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、BTO(Bi4Ti3O12)、BLT(Bi4-xLaxTi3O12)、SBT(SrBi2Ta2O9)、BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7)或铋铁氧体(BiFeO3)。
(3)在上述实施方案6和7中，使用了由铁电体材料构成的栅极绝缘层，但本发明并不限于此。例如，还能够使用由顺电体材料(例如BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7)或BST(BaxSr1-x)Ti3O12)构成的栅极绝缘层。
(4)在上述实施方案6和7中，作为用于栅极的材料使用了氧化镍镧(LaNiO3)，但本发明并不定于此。例如，能够使用Pt、Au、Ag、Al、Ti、ITO、In2O3、Sb-In2O3、Nb-TiO2、ZnO、Al-ZnO、Ga-ZnO、IGZO、RuO2、IrO2以及Nb-STO、SrRuO3、LaNiO3、BapbO3、LSCO、LSMO、YBCO及其他钙钛矿型导电性氧化物。此外，能够使用焦绿石型导电性氧化物和无定形导电性氧化物。
(5)在上述实施方案6和7中，作为绝缘基板使用了在Si基板表面通过SiO2层和Ti层形成了STO(SrTiO3)层的绝缘基板、石英玻璃(SiO2)基板，但本发明并不限于此。例如，亦可使用SiO2/Si基板、氧化铝(Al2O3)基板、STO(SrTiO3)基板或SRO(SrRuO3)基板。
(6)在上述实施方案6和7是以薄膜晶体管为例说明了本发明，上述实施方案8是以压电式喷墨头为例说明了本发明，但本发明并不限于此。例如，本发明的其他实施方案的功能设备的制造方法，可适用于制造反射型偏光板及其他各种光学设备的时候，该反射型偏光板具有在基材上以晶格状形成金属氧化物陶瓷层或金属层的结构。
(7)在本发明中，作为功能固体材料除了上述的材料之外，还可举出High-k材料(HfO2、Ta2O5、ZrO2、HfSixOy、ZrSixOy、LaAlO3、La2O3、(Ba1-xSrx)TiO3、Al2O3、(Bi2-xZnx)(ZnyNb2 -y)O7、Y2O3、GeO2、Gd2O3等)、惠斯勒型合金(Co、Co-Pt、Co-Fe、Mn-Pt、Ni-Fe、CoFeB等合金、Co-Cr-Fe-Al、Co2MnAl等)、MRAM用阻挡材料((La1-xSrx)MnO3等氧化物类半金属等MRAM用电极材料、AlAs、MgO、Al2O3等)、多铁性材料(Multiferroics)(钙钛矿型BiMnO3、BiFeO3、YbMnO3等、石榴石型R3Fe2O12(R＝Dy、Ho、Er、Tm、Tb、Lu)、Y3Al5O12、Gd3Ga5O12、SGGG(Gd2.7Ca0.3)(Ga4.0Mg0.32Zr0.65Ca0.03)O12等)、PRAM材料(GexTe1-x、Ge2Sb2Te5等硫化物类、Sb-X合金(X＝Ge、Ga、In、Se、Te)等)以及光催化用金红石型二氧化钛(TiO2)。
[实施方案9]
在实施方案9中，通过将铁电体材料层作为绝缘层的电容器来说明本实施方案的铁电体材料层的制造方法。
图25是用于说明实施方案9的电容器12A的制造方法而显示的图。图25(a)-图25(h)是各工序图。
图26是用于说明模压加工装置700A而显示的图。此外，图26中，附图标记710A表示下模，附图标记712A表示隔热板，附图标记714A表示加热器，附图标记716A表示载置部，附图标记718A表示吸引部，附图标记720A表示上模，附图标记722A表示加热器，附图标记724A表示固定部，附图标记M1A表示凹凸模具。
图27是用于说明凹凸模具M1A而显示的图。图27(a)是凹凸模具M1A的俯视图，图27(b)是凹凸模具M1A的剖面图。
如图25所示，根据以下所示的“基材准备工序”、“铁电体材料层形成工序”、“上电极形成工序”以及“下电极露出工序”的顺序实施，由此制造实施例3的电容器10A。
(1)基材准备工序
准备基材20A，其在由表面形成有SiO2层的Si基板构成的绝缘基板22A上形成了由“Ti(10nm)和Pt(40nm)的层积膜”构成的下电极24A(参照图25(a)。田中贵金属制)。基材的平面尺寸为20mm×20mm。
(2)铁电体材料层形成工序
通过热处理来准备成为铁电体材料层(PZT层)的溶胶凝胶溶液(三菱材料股份有限公司制/8重量％的金属烷氧基化合物类)(溶胶凝胶溶液准备工序)。
其次，重复三次如下操作：在基材20A的下电极24A上，使用旋涂法来涂布上述功能液体材料(例如2500rpm、25秒)，之后，将基材20A置于加热板上以150℃干燥5分钟。由此形成铁电体材料(PZT)的前驱体层30a(层厚300nm)(铁电体材料前驱体层形成工序-干燥工序，参照图25(b))。
其次，使用将中央部以凸状形成的凹凸模具M1A(高低差500μm)来对前驱体层30a施行模压加工(模压工序，参照图25(c)-图25(e))。模压加工使用图26所示的模压加工装置700A(东芝机械制，模压加工装置ST50)。此外，作为凹凸模具M1A使用图27所示的凹凸模具M1A。此外，凹凸模具M1A如图27所示，在20mm×20mm的正方形的中央部具有10mm×10mm的凸部(高度500μm)。将施行模压加工时的压力最大设为5MPa。由此，形成只有中央部的10mm×10mm区域被模压的前驱体层30b。此时，在上述工序中，在前驱体层30a被加热至225℃的状态下，使用被加热至225℃的凹凸模具M1A来施行模压加工。
之后，将前驱体层30b载置于表面温度为400℃的加热板上10分钟，之后，使用RTA装置在第三温度的650℃下热处理30分钟，由此，完成铁电体材料层(PZT层)30的制作(铁电体材料层形成工序，参照图25(f))。以下，将被已施行模压加工的部分的铁电体材料层称为实施方案9的铁电体材料层32A，将未被施行模压加工的部分的铁电体材料层称为比较例的铁电体材料层34A。
(3)上电极形成工序
分别在铁电体材料层(PZT层)30的中央部(铁电体材料层32A)和周边部(铁电体材料层34A)形成由金构成的上电极42A、44A(直径分别为400μm)。
(4)下电极露出工序
使用1％氢氟酸将铁电体材料层(PZT层)30的周边部(铁电体材料层34A)的一部份去除，使下电极24A露出。
经过以上工序，完成实施方案9的电容器12A和比较例的电容器14A的制作(参照后述图28(a))。此时，实施方案9的铁电体材料层32A(铁电体材料层30A的中央部)的厚度为170nm，比较例的铁电体材料层34A(铁电体材料层30A的周边部)的厚度为180nm。
2.电性能的测定
图28是表示测定实施方案9的电容器12A和比较例的电容器14A的电性能情况的图。图28(a)是表示测定实施方案9的电容器12A的电性能情况的图。此外，图28(b)是表示测定比较例的电容器14A的电性能情况的图。
图29是表示实施方案9的电容器12A和比较例的电容器14A的电性能(剩余极化特性)的图。图30是表示实施方案9的电容器12A和比较例的电容器14A的电性能(剩余极化的疲劳特性)的图。图31是表示实施方案9的电容器12A和比较例的电容器14A的电性能(漏电流特性)的图。
电性能的测定，如图28所示，使用实施方案9的电容器12A和比较例的电容器14A来进行。剩余极化特性和剩余极化的疲劳特性是通过铁电体体特性评估系统(股份有限公司东阳技术制，FCE)来进行。此外，泄漏特性是通过半导体参数分析仪(Agilenttechnology股份有限公司制，4155C)来进行。此外，剩余极化的疲劳特性的测定是在500MHz、±8V的条件下进行的。
其结果，从图29中可知：比较例的电容器14A的剩余极化为36μC/cm2，与此相比，实施方案9的电容器12A的剩余极化为48μC/cm2。从而，可知实施方案9的铁电体材料层32A具有较优异的剩余极化特性。
此外，从图30中可知：对比较例的电容器14A的剩余极化成为初期的80％的值的循环数而言，当为正数时是4×107循环，当为负数时是4×107循环，与此相比，对实施方案9的电容器12A的剩余极化成为初期的80％的循环数而言，当为正数时是4×108循环，当为负数时是2×109循环以上。从而，可知实施方案9的铁电体材料层32A具有较优异的剩余极化的疲劳特性。
此外，如图31所示，实施方案9的电容器12A的漏电流相较于比较例的电容器14A的漏电流低0.5位数-3位数，可知实施方案9的铁电体材料层32A具有较优异的低漏电流特性。此外，在实施方案9的电容器12A中，在0V-20V的范围并未见到比较例电容器14A中观测到的绝缘破坏现象(约17V)。从而，可知实施方案9的铁电体材料层32A具有较优异的绝缘特性。
此外，在相同条件下分别对实施方案9的电容器12A和比较例的电容器14A制作多个试样，图29的剩余极化特性的测定与图30的剩余极化的疲劳特性的测定使用其他试样来进行。因此，剩余极化特性的绝对值会些许不同。
3.铁电体材料层表面状态的观测
图32是表示实施方案9的铁电体材料层32A和比较例的铁电体材料层34A的表面状态的图。图32(a)是表示实施方案9的铁电体材料层32A的表面状态的图，图32(b)是表示比较例的铁电体材料层34A的表面状态的图。
表面状态的观测是通过扫描探针显微镜(SIInanotechnology股份有限公司制，S-image)来进行的。其结果，从图32中可知：在实施方案9的铁电体材料层32A中晶粒的大小为50nm-400nm，在比较例的铁电体材料层34A中晶粒的大小为30nm-200nm。从而，可知实施方案9的铁电体材料层32A的晶粒变得更大。
4.利用X射线绕射的结晶性评估
图33是表示实施方案9的铁电体材料层32A和比较例的铁电体材料层34A的X射线绕射结果的图。在图33中，实线表示实施方案9的铁电体材料层32A的X射线绕射结果，虚线表示比较例的铁电体材料层34A的X射线绕射结果。
X射线绕射的结晶性评估是利用X射线绕射装置(马克科学公司制，M18XHF)来进行的。其结果，若以PZT(111)(2θ＝39°)的波峰来比较，则实施方案9的铁电体材料层32A的波峰强度是比较例的铁电体材料层34A的1.5倍左右。从而，可知实施方案9的铁电体材料层32A具有高结晶性。
5.考察
图34是用于说明实施方案9的铁电体材料层32A和比较例的铁电体材料层34A的漏电流差异而显示的图。
从上述“3.铁电体材料层的表面状态的观测”和“4.利用X射线绕射的结晶性评估”可知：由于实施方案9的铁电体材料层32A相比于比较例的铁电体材料层34A其晶粒更大，因此推测晶界少。而且，由于实施方案9的铁电体材料层32A具有高结晶性，因此推测相较于比较例的铁电体材料层34A其泄漏通道(leak path)变少。据此，推测漏电流水平变低(参照图34)。
[实施例3-4]
实施例3是从增加剩余极化的观点出发而明确将第一温度(但为铁电体材料层的制造用)与第二温度(但为铁电体材料层的制造用)设在何种温度范围则较为适合的实施例。实施例4是从降低漏电流的观点出发而明确将第一温度(但为铁电体材料层的制造用)与第二温度(但为铁电体材料层的制造用)设在何种温度范围则较为适合的实施例。实施例3、4中，在对第一温度(但为铁电体材料层的制造用)和第二温度(但为铁电体材料层的制造用)做各种温度变化的条件下，利用与实施方案9的电容器的制造方法相同的方法来制作电容器，并测定所得的电容器(铁电体材料层)的剩余极化和漏电流。
图35是表示剩余极化与第一温度(但为铁电体材料层的制造用)、第二温度(但为铁电体材料层的制造用)的关系的表格。图35中，当“由已施行模压加工的前驱体层所制造的铁电体材料层的剩余极化”大于“由未施行模压加工的前驱体层所制造的铁电体材料层的剩余极化”时，赋予“○(Good)”。此外，当“由已施行模压加工的前驱体层所制造的铁电体材料层的剩余极化”与“由未施行模压加工的前驱体层所制造的铁电体材料层的剩余极化”大致相同时，赋予「Δ(Not bad)」。而且，当“由已施行模压加工的前驱体层所制造的铁电体材料层的剩余极化”小于“由未施行模压加工的前驱体层所制造的铁电体材料层的剩余极化”时，赋予“×(Bad)”。此外，对未进行实验的情况保持空白栏。
其结果，在实施例3中，从图35中可知：若将第一温度(但为铁电体材料层的制造用)设定于120℃-250℃范围内，且使第二温度(但为铁电体材料层的制造用)高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)并在150℃-300℃范围内(更优选地为200℃-300℃)，则能够增加铁电体材料层的剩余极化。
图36是表示漏电流的第一温度(但为铁电体材料层的制造用)与第二温度(但为铁电体材料层的制造用)的关系的表。在图36中，当“由已施行模压加工的前驱体层所制造的铁电体材料层的漏电流”低于“由未施行模压加工的前驱体层所制造的铁电体材料层的漏电流”时，赋予“○(Good)”，当“由已施行模压加工的前驱体层所制造的铁电体材料层的漏电流”与“由未施行模压加工的前驱体层所制造的铁电体材料层的漏电流”大致相同时。赋予“Δ(Not bad)”，当“由已施行模压加工的前驱体层所制造的铁电体材料层的漏电流”小于“由未施行模压加工的前驱体层所制造的铁电体材料层的漏电流”时，赋予“×(Bad)”。此外，对未进行实验的情况保持空白栏。
其结果，在实施例4中，从图36中可知：若将第一温度(但为铁电体材料层的制造用)设定在120℃-200℃范围内，且使第二温度(但为铁电体材料层的制造用)高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)并在175℃-300℃范围内(更优选地200℃-300℃)，则能够降低铁电体材料层的漏电流。
图37是用于说明前驱体层的塑性变形能力而显示的图。
从图37中可知：当在基材上涂布溶胶凝胶溶液而形成铁电体材料层的前驱体层时，在形成该前驱体层的初期，前驱体层过度柔软、塑性变形能力差，因此无法实施良好的模压加工(参照附图标记S1)。相对于此，在加热该前驱体层使其干燥的情况下，由于前驱体层的固化反应已进行至某种程度，此外，由于主溶剂被去除，因此前驱体层的流动性变低，使得前驱体层硬度变得刚刚好(参照附图标记S2)。但是，在室温下模压加工该前驱体层，则前驱体层回到室温，前驱体层会变得过硬，从而塑性变形能力再次降低(参照附图标记S3)。因此，才将固化反应进行至某种程度的前驱体层再次加热至上述温度范围的第二温度(但为铁电体材料层的制造用)。通过该处理，由于能够通过充分软化前驱体层来再次提高前驱体层的塑性变形能力，因此可实施良好的模压加工(参照附图标记S4)。此时，从图37中可知：第二温度(但为铁电体材料层的制造用)过低(参照附图标记A1)或第二温度(但为铁电体材料层的制造用)过高(参照附图标记A3)均难以实施良好的模压加工。另一方面，当第二温度(但为铁电体材料层的制造用)位于上述温度范围时(参照附图标记A2)，可实施良好的模压加工，从而能够得到所希望的电性能改善效果(例如高剩余极化特性、低漏电流特性)。
之后，参考上述结果，在室温-400℃范围内的各种温度条件下，对前驱体层采用各种压力实际施行模压加工。其结果，确认了当将前驱体层加热至上述温度范围内时，能以1MPa-20MPa的比较低的压力在前驱体层形成规定的模压结构，获得电性能改善效果。
[实施方案10]
1.实施方案10的薄膜晶体管100A
图38是用于说明实施方案10的薄膜晶体管100A而显示的图。图38(a)是薄膜晶体管100A的俯视图。此外，图38(b)是沿图38(a)A1-A1的剖面图。此外，图38(c)是沿图38(a)A2-A2的剖面图。
实施方案10的薄膜晶体管100A，如图38(a)、图38(b)所示，具备：氧化物导电层140A，其包括源极区域144A、漏极区域146A以及沟道区域142A；栅极120A，其控制沟道区域142A的导通状态；栅极绝缘层130A，其形成于栅极120A与沟道区域142A之间，由铁电体材料构成。沟道区域142A的层厚比源极区域144A的层厚和漏极区域146A的层厚薄。沟道区域142A的层厚优选在源极区域144A的层厚和漏极区域146A的层厚的1/2以下。如图38(a)和图38(c)所示，栅极120A与通过贯通孔150A露出于外部的栅极垫122A连接。
在实施方案10的薄膜晶体管100A中，栅极绝缘层130A是使用本实施方案的铁电体材料层的制造方法来形成的。
在实施方案10的薄膜晶体管100A中，沟道区域142A的层厚比源极区域144A的层厚和漏极区域146A的层厚薄的氧化物导电层140A是使用本实施方案的模压加工技术来形成的。
在实施方案10的薄膜晶体管100A中，氧化物导电层140A、栅极120A以及栅极绝缘层130A均使用液体材料而形成。
在实施方案10的薄膜晶体管100A中，氧化物导电层140A、栅极120A以及栅极绝缘层130A均未采用真空处理而形成。
在实施方案10的薄膜晶体管100A中，氧化物导电层140A、栅极120A以及栅极绝缘层130A均由氧化物材料所构成。
在实施方案10的薄膜晶体管100A中，氧化物导电层140A、栅极120A以及栅极绝缘层130A均具有钙钛矿结构。
在实施方案10的薄膜晶体管100A中，沟道区域142A的载流子浓度和层厚设定为对栅极120A施加断开的控制电压时，沟道区域142A耗尽时的值。具体而言，沟道区域142A的载流子浓度在1×1015cm-3-1×1021em-3范围内。此外，沟道区域142A的层厚在5nm-100nm范围内。
此外，在实施方案10的薄膜晶体管100A中，源极区域144A和漏极区域146A的层厚在50nm-1000nm范围内。
氧化物导电层140A例如由铟锡氧化物(ITO)构成。此外，栅极绝缘层130A例如由PZT(Pb(Zrx Ti1-x)O3)构成。此外，栅极120A例如由氧化镍镧(LNO(LaNiO3))构成。此外，作为固体基板的绝缘基板110A由例如在Si基板表面利用SiO2层和Ti层而形成了STO(SrTiO)层的绝缘基板构成。
2.实施方案10的薄膜晶体管的制造方法
实施方案10的薄膜晶体管100A能够通过以下所示的薄膜晶体管的制造方法(实施方案9的薄膜晶体管的制造方法)来制造。以下，依照工序顺序来说明本实施方案的薄膜晶体管100A的制造方法。
图39-图41是用于说明实施方案10的薄膜晶体管的制造方法而示出的图。图39(a)-图39(e)、图40(a)-图40(e)以及图41(a)-图41(e)是各工序图。此外，在各工序图中，左侧所示的图是对应于图38(b)的图，右侧所示的图是对应于图38(c)的图。
(1)栅极120A的形成
首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(氧化镍镧)构成的功能固体材料的功能液体材料。具体而言，准备含有硝酸镧(六水合物)和醋酸镍(四水合物)的溶液(溶剂：2-甲氧基乙醇)作为金属盐。
其次，如图39(a)和图39(b)所示，在绝缘基板110A的一侧表面使用旋涂法来涂布功能液体材料(例如500rpm、25秒)。之后，将绝缘基板110A置于加热板上以80℃干燥1分钟，由此形成功能固体材料(氧化镍镧)的前驱体层120’(层厚300nm)。
其次，如图39(c)和图39(d)所示，使用凹凸模具M2A(高低差300nm)，在150℃下对前驱体层120’施行模压加工，该凹凸模具M2A的对应于栅极120A与栅极垫122A的区域以凹状形成。通过该模压加工，在前驱体层120’形成模压结构(凸部的层厚300nm、凹部的层厚50nm)。此外，将此时施行模压加工时的压力设为5MPa。由此，由于对通过加热至120℃-200℃范围内的第二温度(但为铁电体材料层的制造用)来获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工，因此能高精度地形成所希望的模压结构。
其次，全面蚀刻前驱体层120’，由此从除了对应于栅极120A的区域以外的区域完全去除前驱体层(全面蚀刻工序)。全面蚀刻工序使用未采用真空处理的湿式蚀刻技术来进行。
之后，使用RTA装置将前驱体层120’在第三温度的650℃下热处理10分钟。通过该热处理，如图39(e)所示，从前驱体层120’形成由功能固体材料层(氧化镍镧)构成的栅极120A和栅极垫122A。
(2)栅极绝缘层130A的形成
首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(PZT)构成的功能固体材料的功能液体材料。具体而言，作为功能液体材料准备含有金属烷氧基化合物的溶液(三菱材料股份有限公司制，溶胶凝胶溶液)(溶胶凝胶溶液准备工序)。
其次，重复三次如下操作：在绝缘基板110A的一侧表面上，使用旋涂法涂布上述功能液体材料(例如2500rpm、25秒)，之后，将绝缘基板110A置于加热板上以150℃干燥5分钟。由此如图40(a)所示，形成功能固体材料(PZT)的前驱体层130A’(层厚300nm)(铁电体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。
其次，如图40(b)和图40(c)所示，使用将对应于贯通孔150A的区域以凸状形成的凹凸模具M3A(高低差300nm)，在225℃下对前驱体层130A’施行模压加工。由此在前驱体层130A’形成与贯通孔150A相对应的模压结构(模压工序)。将施行模压加工时的压力设为5MPa。由此，由于对通过加热至150℃而获得高塑性变形能力的前驱体层在225℃下施行模压加工，因此可得到所希望的电性能改善效果(例如高剩余极化特性、低漏电流特性)。
之后，使用RTA装置将前驱体层130A’在第三温度的650℃下热处理10分钟。通过该热处理，如图40(d)所示，形成由功能固体材料层(PZT)构成的栅极绝缘层130A(铁电体材料层形成工序)。
(3)氧化物导电层140A的形成
首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(ITO)构成的功能固体材料的功能液体材料。具体而言，作为功能液体材料准备含有金属有机酸监之一金属羧酸盐的溶液(股份有限公司高纯度化学研究所制的功能液体材料(商品名：ITO-05C)，原液∶稀释液＝1∶1.5)。此外，在该功能液体材料添加有完成时以使沟道区域142A的载流子浓度处于1×1015cm-3-1×1021cm-3范围内的浓度的杂质。
其次，如图40(e)所示，在绝缘基板110A的一侧表面上，使用旋涂法涂布上述功能液体材料(例如2000rpm、25秒)。之后，将绝缘基板110A置于加热板上，在150℃下干燥3分钟，由此形成功能固体材料(ITO)的前驱体层140A’(层厚300nm)。
其次，如图41(a)-图41(c)所示，使用凹凸模具M4A(高低差350nm)对前驱体层140A’施行模压加工，在前驱体层140A’形成模压结构(凸部的层厚350nm、凹部的层厚100nm)，其中该凹凸模具M4A的对应于沟道区域142A的区域以比对应于源极区域144A的区域和对应于漏极区域146A的区域凸出的方式形成。由此，前驱体层140A’当中的成为沟道区域142A的部分的层厚比其他部分薄。
此时，在上述工序中，在前驱体层140A’被加热至150℃的状态下，使用加热至150℃的模具施行模压加工。此时，将施行模压加工时的压力设为4MPa左右。
此外，凹凸模具M4A具有对应于元件分离区域160A和贯通孔150A的区域比对应于沟道区域142A的区域凸出的结构，通过对绝缘基板110A的一侧表面全面施行湿式蚀刻，由此能够将成为沟道区域142A的部分控制在规定厚度的同时，从对应于元件分离区域160A和贯通孔150A的区域完全去除前驱体层140A’(参照图41(d))。凹凸模具M4A还可具有对应于分离元件区域的区域部分呈尖细状的形状。
最后，对前驱体层140A’施行热处理(在加热板上以400℃、10分钟的条件进行前驱体层140A’的烧制，之后，使用RTA装置以650℃、30分钟(前半个15分钟在氧环境气氛下，后半个15分钟在氮环境气氛下)的条件加热前驱体层140A’)，由此形成具有源极区域144A、漏极区域146A以及沟道区域142A的氧化物导电层140A。其结果，能够制造具有图41(e)所示底部栅极构造的实施方案10的薄膜晶体管100A。
3.实施方案10的薄膜晶体管100A的效果
根据实施方案10的薄膜晶体管100A，由于具备以如下方式形成的具有“优异电性能(例如高剩余极化特性、低漏电流特性等)”的栅极绝缘层，因此相较于现有薄膜晶体管成为优异的薄膜晶体管。即：将前驱体层在120℃-250℃范围内的第一温度(但为铁电体材料层的制造用)下干燥，且在被加热至高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的150℃-300℃范围内的第二温度(但为铁电体材料层的制造用)的状态下，对前驱体层施行模压加工。
此外，根据实施方案10的薄膜晶体管100A，由于仅需形成沟道区域的层厚比源极区域的层厚和漏极区域的层厚薄的氧化物导电层就能制造薄膜晶体管，因此即使未如现有薄膜晶体管900般以互异材料来形成沟道区域与源极区域以及漏极区域，也能够以相较于过去大幅减少的原材料和及制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
此外，根据实施方案10的薄膜晶体管100A，由于作为构成沟道区域142A的材料使用氧化物导电性材料，因此可提高载流子浓度。此外，由于作为构成栅极绝缘层130A的材料使用铁电体材料，因此能以低驱动电压来快速地进行切换。其结果，与现有薄膜晶体管900相同，能以低驱动电压来快速地控制大电流。
此外，根据实施方案10的薄膜晶体管100A，由于仅需形成沟道区域142A的层厚比源极区域144A的层厚和漏极区域146A的层厚薄的氧化物导电层140A就能制造薄膜晶体管，因此即使未如现有薄膜晶体管900般以互异材料来形成沟道区域、源极区域以及漏极区域，也能够以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
此外，根据实施方案10的薄膜晶体管100A，由于氧化物导电层、栅极记忆栅极绝缘层均使用功能液体材料来形成，因此可使用模压加工技术来制造薄膜晶体管。因此，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
此外，根据实施方案10的薄膜晶体管100A，由于氧化物导电层、栅极以及栅极绝缘层均未采用真空处理而形成。即，可在不采用真空处理的情况下制造薄膜晶体管，因此能以相较于过去大幅减少的制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的薄膜晶体管。
此外，根据实施方案10的薄膜晶体管100A，由于栅极与栅极绝缘层均具有钙钛矿结构，因此在栅极与栅极绝缘层的界面上晶格缺陷变少，可制造高质量的薄膜晶体管。
此外，根据实施方案10的薄膜晶体管100A，由于沟道区域142A的载流子浓度和层厚设定为对栅极120A施加断开的控制电压时沟道区域142A被耗尽的值，因此，即便提高氧化物导电层的载流子浓度，也可充分降低断开时所流通的电流量，并且可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流。此时，在薄膜晶体管为增强型晶体管的情况下，当对栅极施加0V的控制电压时薄膜晶体管处于断开状态，因此设定为此时沟道区域整体被耗尽的值即可。在薄膜晶体管为耗尽型晶体管的情况下，当对栅极施加负的控制电压时薄膜晶体管处于断开状态，因此设定为此时沟道区域整体被耗尽的值即可。
此外，根据实施方案10的薄膜晶体管100A，沟道区域142A的载流子浓度在1×1015cm-3-1×1021cm-3范围内，沟道区域142A的层厚在5nm-100nm范围内，因此可在维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流。
[实施方案11]
1.实施方案11的薄膜晶体管200A
图10是用于说明实施方案11的薄膜晶体管200A而显示的图。图10(a)是薄膜晶体管200A的俯视图。此外，图10(b)是沿图10(a)A1-A1的剖面图。此外，图10(c)是沿图10(a)A2-A2的剖面图。
此处，实施方案11的薄膜晶体管200A，在具有顶部栅极结构这点上不同于实施方案10的薄膜晶体管100A，但具备以如下方式形成的具有“优异电性能(例如高剩余极化特性、低漏电流特性等)”的栅极绝缘层，即：将前驱体层在120℃-250℃范围内的第一温度(但为铁电体材料层的制造用)下干燥，并在被加热至高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的150℃-300℃范围内的第二温度(但为铁电体材料层的制造用)的状态下，对前驱体层施行模压加工。因此，与实施方案10的薄膜晶体管100A相同，相较于现有薄膜晶体管成为优异的薄膜晶体管。
实施方案11的薄膜晶体管200A的制造方法，除了后述一部份工序之外，进行与上述实施方案7相同的处理。从而，省略与实施方案7成重复的说明。
图11和图12是用于说明实施方案11的薄膜晶体管200A的制造方法而显示的图。图11(a)-图11(f)和图12(a)-图12(e)是各工序图。
不同于实施方案7的点是栅极绝缘层230A的形成工序。具体而言，首先，通过热处理来准备将成为由金属氧化物陶瓷(PZT)构成的功能固体材料的功能液体材料(在本实施方案为溶胶凝胶溶液准备工序)。在本实施方案中，作为功能液体材料准备含有金属烷氧基化合物的溶液(三菱材料股份有限公司制，溶胶凝胶溶液)。
其次，重复三次如下操作：在绝缘基板210的一侧表面上，使用旋涂法涂布上述功能液体材料(例如2500rpm、25秒)，之后，将绝缘基板210置于加热板上150℃干燥5分钟。由此，形成功能固体材料(PZT)的前驱体层230A’(层厚300nm)(铁电体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。
其次，如图11(e)所示，使用将对应于贯通孔250的区域以凸状形成的凹凸模具M6(高低差300nm)，在225℃下对前驱体层230A’施行模压加工。通过该模压加工，在前驱体层230A’形成对应于贯通孔250的模压结构(模压工序)。此外，将此时施行模压加工时的压力设为5MPa。由此，能够对通过加热至225℃来获得高塑性变形能力的前驱体层施行模压加工，因此可得到所希望的电性能改善效果。
之后，使用RTA装置将前驱体层230A’在第三温度的650℃下热处理10分钟。通过该热处理，如图11(f)所示，形成由功能固体材料层(PZT)构成的栅极绝缘层230A(铁电体材料层形成工序)。
经过之后的工序，最后能够制得具有图12(e)所示顶部栅极结构的实施方案11的薄膜晶体管200A。
[实施方案12]
图13是用于说明实施方案12的压电式喷墨头300A而显示的图。图13(a)是压电式喷墨头300A的剖面图。此外，图13(b)和图13(c)是表示压电式喷墨头300A吐出墨水时情况的图。
1.实施方案12的压电式喷墨头300A的结构
实施方案12的压电式喷墨头300A，如图13(a)所示具备：空腔构件340；振动板350，其安装于空腔构件340的一侧，并形成有压电元件320A；喷嘴板330，其安装于空腔构件340的另一侧，并形成有喷嘴孔332；墨盒360，其被空腔构件340、振动板350以及喷嘴板330划分。在振动板350设有墨水供给352，其与墨盒360连通从而用于向墨盒360供给墨水。
根据实施方案12的压电式喷墨头300A，首先，如图13(b)和图13(c)所示，通过对压电元件320A施加适当的电压，以使振动板350暂时向上弯曲而从未图示的贮器向墨盒360供给墨水。之后，将振动板350向下弯曲，由此使墨滴i通过喷嘴孔332从墨盒360吐出。由此，可对被印刷物进行鲜明的印刷。
2.实施方案12的压电式喷墨头的制造方法
本实施方案的压电式喷墨头300A的制造方法除了后述一部份加热处理条件之外，进行与上述实施方案8相同的处理。从而，省略与实施方案8成重复的说明。此外，本实施方案的压电式喷墨头300A的压电元件320A(第一电极层322、压电体层324A以及第二电极层326)和空腔构件340均使用模压加工技术而形成。
图14-图16是用于说明实施方案12的压电式喷墨头300A的制造方法而显示的图。图14(a)-图14(f)、图15(a)-图15(d)以及图16(a)-图16(e)是各工序图。
与实施方案8不同之处之一是干燥工序的第一温度(但为铁电体材料层的制造用)和其处理方法。具体而言，重复多次如图14(d)所示的如下操作：在仿真基板310的一侧表面上，使用旋涂法来涂布上述功能液体材料，之后，将仿真基板310置于加热板上以150℃干燥5分钟。由此，形成功能固体材料(PZT)的前驱体层324A’(例如层厚1μm-10μm)(铁电体材料前驱体层形成工序-干燥工序)。此外，从具备后述“优异电性能(例如高剩余极化特性、低漏电流特性等)”的压电体层的观点出发，优选地，在本实施方案的干燥工序中以120℃-250℃范围内的第一温度(但为铁电体材料层的制造用)来进行干燥，
与实施方案8不同的另一之处是模压工序的第二温度(但为铁电体材料层的制造用)。具体而言，在本实施方案中，在前驱体层324A’被加热至225℃的状态下，使用加热至225℃的模具来施行模压加工。此外，将此时施行模压加工时的压力设为4MPa左右。此外，从具备后述“优异电性能(例如高剩余极化特性、低漏电流特性等)”的压电体层的观点出发，优选地，在本实施方案的模压工序中，将前驱体层324A’加热至高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的150℃-300℃范围内的第二温度(但为铁电体材料层的制造用)的状态下，对前驱体层324A’施行模压加工。
3.实施方案12的压电式喷墨头300A的效果
实施方案12的压电式喷墨头300A具备以如下方式形成的具有“优异电性能(例如高剩余极化特性、低漏电流特性等)”的压电体层：与前驱体层324A’同时，在将前驱体层324A’加热至高于第一温度(但为铁电体材料层的制造用)的150℃-300℃范围内的第二温度(但为铁电体材料层的制造用)的状态下，对前驱体层324A’施行模压加工。从而，实施方案12的压电式喷墨头300A相较于现有压电式喷墨头能够成为优异的压电式喷墨头。
此外，根据实施方案12的压电式喷墨头300A，第一电极层322、压电体层324A、第一电极层326以及空腔构件340均使用液体材料所形成。从而，可使用模压加工技术来制造压电式喷墨头，因此能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造上述优异的压电式喷墨头。
此外，根据实施方案12的压电式喷墨头300A，第一电极层322、压电体层324A、第一电极层326以及空腔构件340均未采用真空处理而形成。从而，能以相较于过去大幅减少的制造能量且相较于过去简短的工序来制造上述优异的压电式喷墨头。
以上，基于上述实施方案说明了本实施方案的铁电体材料层的制造方法、薄膜晶体管以及压电式喷墨头，但本发明并不限于此，只要在不脱离主旨的范围内能够实施，例如可采用下述变形。
(1)在上述实施方案9-12中，作为铁电体材料使用了PZT(Pb(ZrxTi1-x)O3)，但本发明并不限于此。例如，可使用掺杂Nb的PZT、掺杂La的PZT、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、BTO(Bi4Ti3O12)、BLT(Bi4-xLaxTi3O12)、SBT(SrBi2Ta2O9)、BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7)或是铋铁氧体(BiFeO3)。
(2)上述实施方案9-12的铁电体材料层的制造方法中，虽然使用将模具以垂直方向模压平板状基材的模压加工装置700A来对铁电体材料层施行模压加工，但本发明不限于此。例如，也可使用将模具安装在辊子表面、旋转该辊子的同时模压平板状基材的模压加工装置，或使用将基材安装在辊子表面、旋转该辊子的同时、使平面上的模具对基材进行模压的模压加工装置，来对铁电体材料层施行模压加工。在辊子表面上安装模具的情况下，以在辊子表面本身形成模具的方式来替代在辊子表面安装模具的方式。
(3)在上述实施方案10和11，作为氧化物导电材料使用了铟锡氧化物(ITO)，但本发明并不限于此。例如，可使用氧化铟(In2O3)、掺杂锑的氧化锡(Sb-SnO2)、氧化锌(ZnO)、掺杂铝的氧化锌(Al-ZnO)、掺杂镓的氧化锌(Ga-ZnO)、氧化钌(RuO2)、氧化铱(IrO2)、氧化锡(SnO2)、一氧化锡SnO、掺杂铌的二氧化钛(Nb-TiO2)等氧化物导电材料。此外，作为其他氧化物导电材料，可使用铟镓锌复合氧化物(IGZO)、掺杂镓的氧化铟(In-Ga-O(IGO))、掺杂铟的氧化锌(In-Zn-O(IZO))等无定形导电性氧化物。此外，作为其他氧化物导电材料，能够使用钛酸锶(SrTiO3)、掺杂铌的钛酸锶(Nb-SrTiO3)、锶钡复合氧化物(SrBaO2)、锶钙复合氧化物(SrC aO2)、钌酸锶(SrRuO3)、氧化镍镧(LaNiO3)、氧化钛镧(LaTiO3)、氧化铜镧(LaCuO3)、氧化镍钕(NdNiO3)、氧化镍钇(YNiO3)、氧化镧钙锰复合氧化物(LCMO)、铅酸钡(BaPbO3)、LSCO(LaxSr1-xCuO3)、LSMO(La1-xSrxMnO3)、YBCO(YBa2Cu3O7-x)、LNTO(La(Ni1-xTix)O3)、LSTO((La1-xSrx)TiO3)、STRO(Sr(Ti1-xRux)O3)及其他钙钛矿型导电性氧化物或焦绿石型导电性氧化物。
(4)在上述实施方案10和11中，作为用于栅极的材料使用了氧化镍镧(LaNiO3)，但本发明并不限于此。例如，可使用Pt、Au、Ag、Al、Ti、ITO、In2O3、Sb-In2O3、Nb-TiO2、ZnO、Al-ZnO、Ga-ZnO、IGZO、RuO2、IrO2以及Nb-STO、SrRuO3、LaNiO3、BaPbO3、LSCO、LSMO、YBCO及其他钙钛矿型导电性氧化物。此外、能够使用焦绿石型导电性氧化物和无定形导电性氧化物。
(5)在上述实施方案10和11中，作为绝缘基板使用了在Si基板表面通过SiO2层和Ti层形成了STO(SrTiO3)层的绝缘基板、石英玻璃(SiO2)基板，但本发明并不限于此。例如，亦可使用SiO2/Si基板、氧化铝(Al2O3)基板、STO(SrTiO3)基板或SRO(SrRuO3)基板。
(6)上述实施方案9以晶体管为例、实施方案10和11以薄膜晶体管为例、实施方案12以压电式喷墨头为例，对本发明进行了说明，但本发明并不限于此。例如，本发明的铁电体材料层的制造方法亦可适用于制造这些以外的各种功能设备的时候。
[实施方案13]
1.实施方案13的场效应晶体管100B
图42是用于说明实施方案13的场效应晶体管100B而显示的图。图42(a)是场效应晶体管100B的剖面图，图42(b)是场效应晶体管100B的俯视图。
实施方案13的场效应晶体管100B如图42所示备有：氧化物导电层140B，其包括源极区域144B、漏极区域146B以及沟道区域142B；栅极120B，其控制沟道区域142B的导通状态；栅极绝缘层130B，其形成在栅极120B与沟道区域142B之间，由铁电体材料构成。沟道区域142B的层厚比源极区域144B的层厚和漏极区域146B的层厚薄。沟道区域142B的层厚较优选在源极区域144B的层厚和漏极区域146B的层厚的1/2以下。
在实施方案13的场效应晶体管100B中，沟道区域142B的层厚比源极区域144B的层厚和漏极区域146B的层厚薄的氧化物导电层140B是使用本实施方案的模压加工技术来形成的。
在实施方案13的场效应晶体管100B中，将沟道区域142B的载流子浓度和层厚设定为对栅极120B施加断开的控制电压时，沟道区域142B被耗尽的值。具体而言，沟道区域142B的载流子浓度在1×1018cm-3-1×1021cm-3范围内。此外，沟道区域142B的层厚在5nm-100nm范围内。
此外，在实施方案13的场效应晶体管100B中，源极区域144B和漏极区域146B的层厚在50nm-1000nm的范围内。
氧化物导电层140B例如由铟锡氧化物(ITO)构成。此外，栅极绝缘层130B例如由PZT(Pb(Zrx Ti1-x)O3)构成。此外，栅极120B例如由铂(Pt)构成。此外，作为固体基板的绝缘基板110B例如由石英玻璃(SiO2)基板构成。
2.实施方案13的场效应晶体管100B的制造方法
实施方案13的场效应晶体管100B能够通过依次具有第一工序至第三工序的场效应晶体管的制造方法(实施方案13的场效应晶体管的制造方法)来制造。以下，依照工序顺序说明实施方案13的场效应晶体管100B的制造方法。
图43-图45是用于说明实施方案13的场效应晶体管的制造方法而显示的图。图43(a)-图43(c)、图44(a)-图44(d)以及图45(a)-图45(d)是各工序图。
(1)第一工序
第一工序是在绝缘基板110B的一侧表面上形成栅极120B的工序(参照图43)。
首先，如图43(a)所示，在绝缘基板110B的一侧表面按压凹凸模具(有时也称为凹凸模)M1B，该凹凸模具M1B至少在凸部分附着有作为电镀催化物的电镀催化微粒122B。由此，如图43(b)所示，在形成绝缘基板110B的栅极120B的部分附着电镀催化微粒122B。
其次，施行无电解电镀，在附着有电镀催化微粒122B的区域形成例如由铂(Pt)构成的栅极120B。
(2)第二工序
第二工序是在绝缘基板110B的一侧表面上形成栅极绝缘层130B的工序(参照图44(a)-图44(c))。
首先，如图44(a)和图44(b)所示，在绝缘基板110B的一侧表面上涂布含有铁电体材料原料的溶液(例如PZT溶胶凝胶溶液)，由此形成含铁电体材料原料的膜130B’。
其次，如图44(c)所示，在含有铁电体材料原料的膜130B’按压平坦模具(有时也称为平坦模)M2B。由此，使含有铁电体材料原料的膜130B’平坦化。
其次，对平坦化后的含有铁电体材料原料的膜130B’施行热处理，由此在绝缘基板110B的一侧表面上形成栅极绝缘层130B(未图示)。
(3)第三工序
第三工序是在栅极绝缘层130B上形成具有源极区域144B、漏极区域146B以及沟道区域142B的氧化物导电层140B的工序(参照图44(d)-图45(d))。
首先，如图44(d)所示，将含有氧化物导电性材料原料的溶液(例如ITO溶胶凝胶溶液)涂布于栅极绝缘层130B上，由此形成含有氧化物导电性材料原料的膜140B’。此外，在含有氧化物导电性材料原料的溶液中添加有完成时以使沟道区域142B的载流子浓度处于1×1018cm-3-1×1021cm-3范围内的浓度的杂质。
其次，如图45(a)-图45(c)所示，使用凹凸模具M3B对含有氧化物导电性材料原料的膜140B’进行模压加工，该凹凸模具M3B以如下方式形成：其对应于沟道区域142B的区域比对应于源极区域144B的区域和对应于漏极区域146B的区域凸出。此时，以使对应于沟道区域142B的区域的含有氧化物导电性材料原料的膜140B’的层厚在5nm-100nm范围内规定层厚的方式进行模压加工。由此，含有氧化物导电性材料原料的膜140B’当中的成为沟道区域142B的部分的层厚比其他部分薄。此外，凹凸模具M3B具有对应于元件分离区域的区域比对应于沟道区域142B的区域凸出的结构。由此，元件分离区域上去除含有氧化物导电性材料原料的膜140B’(参照图45(c))。凹凸模具M3B也可具有对应于元件分离区域的区域部分呈尖细状的形状。
其次，对含有氧化物导电性材料原料的膜140B’施行热处理，由此形成具有源极区域144B、漏极区域146B以及沟道区域142B的氧化物导电层140B。其结果，能够制造具有图45(d)所示底部栅极结构的实施方案13的场效应晶体管100B。
3.实施方案13的场效应晶体管100B的效果
根据以上述方式制造的实施方案13的场效应晶体管100B，由于作为构成沟道区域142B的材料使用氧化物导电性材料，因此能够提高载流子浓度。此外，由于作为构成栅极绝缘层130B的材料使用铁电体材料，因此能以低驱动电压来快速地进行切换。其结果，与现有的薄膜晶体管(场效应晶体管)900相同，能以低驱动电压来快速地控制大电流。
此外，根据实施方案13的场效应晶体管100B，仅需形成沟道区域142B的层厚比源极区域144B的层厚和漏极区域146B的层厚薄的氧化物导电层140B就能制造场效应晶体管。因此，即使未如现有场效应晶体管般以互异材料来形成沟道区域、源极区域以及漏极区域也可。其结果，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造上述优异的场效应晶体管。
此外，根据实施方案13的场效应晶体管100B，沟道区域的层厚比源极区域的层厚和漏极区域的层厚薄的氧化物导电层140B是使用模压加工技术来形成的。因此，在实施模压加工之后，无须实施光刻法处理等所谓“后加工处理”，也能简便地制造场效应晶体管，因此能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造场效应晶体管。
此外，根据实施方案13的场效应晶体管100B，将沟道区域142B的载流子浓度和层厚设定为对栅极120B施加断开的控制电压时沟道区域142B被耗尽的值。因此，即便提高了氧化物导电层的载流子浓度，也可充分降低断开时所流通的电流量，并且可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流。
此外，根据实施方案13的场效应晶体管100B，沟道区域142B的载流子浓度在1×1018cm-3-1×1021cm-3范围内，沟道区域142B的层厚在5nm-100nm范围内。因此，可在维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流。
4.实施方案13的场效应晶体管的制造方法的效果
根据实施方案13的场效应晶体管的制造方法，无需在模压加工实施后，施行光刻法处理等后加工处理，可简便地制造场效应晶体管。因此，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造上述优异的场效应晶体管。
此外，实施方案13的场效应晶体管的制造方法，如上所述，依次包括：形成栅极120B的第一工序，形成栅极绝缘层130B的第二工序，形成具有源极区域144B、漏极区域146B以及沟道区域142B的氧化物导电层140B的第三工序。因此，能制造由底部栅极构成的实施方案13的场效应晶体管100B。
此外，根据实施方案13的场效应晶体管的制造方法，在第三工序中，以使对应于沟道区域142B的区域的含有氧化物导电性材料原料的膜140B’的层厚在5nm-100nm范围内规定层厚的方式进行模压加工。因此，具有当对栅极120B施加断开的控制电压时，沟道区域142B被耗尽的结构。其结果，能制造可维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流的场效应晶体管。
此外，根据实施方案13的场效应晶体管的制造方法，在第三工序中包括如下工序：使用模压加工技术将含有氧化物导电性材料原料的膜140B’的一部分去除而使元件分离。因此，可在同一基板内制造彼此独立的多个场效应晶体管。
此外，根据实施方案13的场效应晶体管的制造方法，在第一工序中，使用接触印刷法将电镀催化微粒122B附着于形成栅极120B的部分。之后，对附着有该电镀催化微粒122B的区域施行无电解电镀以形成栅极120B。从而，可将构成栅极的材料仅供给于应形成栅极120B的部位。
此外，根据实施方案13的场效应晶体管的制造方法，在含有氧化物导电性材料原料的溶液中添加有完成时使沟道区域142B的载流子浓度处于1×1018cm-3-1×1021cm-3范围内的浓度的杂质。因此，可制造维持必要的导通/断开电流比的同时以低驱动电压来控制大电流的场效应晶体管。
[实施方案13的变形例1]
图46是用于说明实施方案13的变形例1的场效应晶体管的制造方法而显示的图。图46(a)-图46(c)是各工序图。
实施方案13的变形例1的场效应晶体管的制造方法，基本上具有与实施方案13的场效应晶体管的制造方法相同的工序，但在第一工序的内容上不同于实施方案13的场效应晶体管的制造方法。即，在实施方案13的变形例1的场效应晶体管的制造方法的第一工序中，如图46(a)和图46(b)所示，首先，对预定形成绝缘基板110B的栅极120B的部分采用接触印刷法来附着通过与无电解电镀用催化溶液(例如镍、钯、银或是铂的盐的溶液)接触而具有电镀催化能力的离子123B。之后，施行无电解电镀，如图46(c)所示，在附着有电镀催化能力的离子123B的区域形成由铂(Pt)构成的栅极120B。根据这种方法，也能够与实施方案13的场效应晶体管的制造方法相同地形成栅极120B。
[实施方案13的变形例2]
图47是用于说明实施方案13的变形例2的场效应晶体管的制造方法而显示的图。图47(a)-图47(c)是各工序图。
实施方案13的变形例2的场效应晶体管的制造方法，基本上具有与实施方案13的场效应晶体管的制造方法相同的工序，但在第一工序的内容上不同于实施方案13的场效应晶体管的制造方法。即，在实施方案13的变形例2的场效应晶体管的制造方法的第一工序中，首先，如图47(a)和图47(b)所示，对预定形成绝缘基板110B的栅极120B的部分采用接触印刷法来接触亲液剂(例如FAS17)以施行亲液处理。之后，对该已施行亲液处理的区域124B供给含栅极原料的墨水施行热处理，如图47(c)所示形成栅极120B。通过上述方法，也能够与实施方案13的场效应晶体管的制造方法相同地形成栅极120B。
[实施方案13的变形例3]
图48是用于说明实施方案13的变形例3的场效应晶体管的制造方法而显示的图。图48(a)-图48(e)是各工序图。
实施方案13的变形例3的场效应晶体管的制造方法，基本上具有与实施方案13的场效应晶体管的制造方法相同的工序，但在第一工序的内容上不同于实施方案13的场效应晶体管的制造方法。即，在实施方案13的变形例3的场效应晶体管的制造方法的第一工序中，首先，如图48(a)和图48(b)所示，对预定形成绝缘基板110B的栅极120B的部分采用接触印刷法来施行亲液处理。之后，如图48(c)和图48(d)所示，将基板浸渍于具有电镀催化能力的离子的溶液中，以使具电镀催化能力的离子126B附着于已施行该亲液处理的区域125B，之后，施行无电解电镀。通过这些工序，如图48(e)所示，在附着有该电镀催化能力的离子126B的区域形成由铂(Pt)构成的栅极120B。根据这种方法，也能够与实施方案13的场效应晶体管的制造方法相同地形成栅极120B。
[实施方案13的变形例4]
图49是用于说明实施方案13的变形例4的场效应晶体管的制造方法而显示的图。图49(a)-图49(e)是各工序图。
实施方案13的变形例4的场效应晶体管的制造方法，基本上具有与实施方案13的场效应晶体管的制造方法相同的工序，但在第一工序的内容上不同于实施方案13的场效应晶体管的制造方法。即，实施方案13的变形例4的场效应晶体管的制造方法的第一工序中，如以下所示，使用模压加工技术来形成栅极120B。
首先，通过热处理来准备成为氧化镍镧(LaNiO3)的功能液体材料。具体而言，准备含有金属无机盐(硝酸镧(六水合物)和醋酸镍(四水合物))的溶液(溶剂：2-甲氧基乙醇)。
其次，如图49(a)和图49(b)所示，在绝缘基板110B的一侧表面，使用旋涂法来涂布功能液体材料(例如500rpm、25秒)。之后，将绝缘基板110B置于加热板上以80℃干燥1分钟，形成氧化镍镧的前驱体层120B’(层厚300nm)。
其次，如图49(c)和图49(d)所示，使用将对应于栅极120B的区域以凹状形成的凹凸模具M1a(高低差300nm)，在150℃下对前驱体层120B’施行模压加工，由此在前驱体层120B’形成模压结构(凸部的层厚300nm、凹部的层厚50nm)。将施行模压加工时的压力设为5MPa。
其次，全面蚀刻前驱体层120B’，由此从除了对应于栅极120B的区域以外的区域将前驱体层完全去除(全面蚀刻工序)。全面蚀刻工序是使用湿式蚀刻技术(HF：HCl溶液)进行的而非采用真空处理而进行。
之后，使用RTA装置前驱体层120B’在第三温度的650℃下热处理10分钟。通过该热处理，如图49(e)所示，从前驱体层120B’形成氧化镍镧所构成的栅极120B。通过这种方法，也能够与实施方案13的场效应晶体管的制造方法相同地形成栅极120B。
因此，根据实施方案13的变形例1-4的场效应晶体管的制造方法，与实施方案13的场效应晶体管的制造方法相同，可将构成栅极的材料仅供给于应形成栅极120B的部位。
此外，实施方案13的变形例1-4的场效应晶体管的制造方法，除了第一工序以外具有与实施方案13的场效应晶体管的制造方法相同的工序。因此，仍可发挥实施方案13的场效应晶体管的制造方法所具有的效果当中的相对应的效果。
[实施方案14]
图50是用于说明实施方案14的场效应晶体管200B而显示的图。图50(a)是场效应晶体管200B的剖面图，图50(b)是场效应晶体管200B的俯视图。
实施方案14的场效应晶体管200B，基本上具有与实施方案13的场效应晶体管100B相同的结构，但栅极绝缘层的结构不同于实施方案13的场效应晶体管100B。即，在实施方案14的场效应晶体管200B中，如图50所示，具有栅极绝缘层230B覆盖栅极220B的区域呈凸状的结构。此外，伴随于此，氧化物导电层的结构也不同。
如上所述，实施方案14的场效应晶体管200B，栅极绝缘层和氧化物导电层的结构虽不同于实施方案13的场效应晶体管100B，但作为构成沟道区域242B的材料使用氧化物导电性材料。因此，能够提高载流子浓度，此外，由于作为构成栅极绝缘层230B的材料使用铁电体材料，因此能以低驱动电压来快速地进行切换。其结果，与实施方案13的场效应晶体管100B的情况相同，能以低驱动电压来快速地控制大电流。此外，仅需形成沟道区域242B的层厚比源极区域244B的层厚和漏极区域246B的层厚薄的氧化物导电层就能制造场效应晶体管。因此，与实施方案13的场效应晶体管100B的相同，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造上述优异的场效应晶体管。
此外，实施方案14的场效应晶体管200B能够通过依次具有第一工序至第三工序的场效应晶体管的制造方法(实施方案14的场效应晶体管的制造方法)来制造。以下，依照工序顺序来说明实施方案14的场效应晶体管200B的制造方法。
图51和图52是用于说明实施方案14的场效应晶体管的制造方法而显示的图。图51(a)-图51(d)和图52(a)-图52(d)是各工序图。
(1)第一工序
第一工序是在绝缘基板210B的一侧表面上形成栅极220B的工序(参照图51(a))。与实施方案13的场效应晶体管的制造方法相同。与实施方案13的变形例1-4的场效应晶体管的制造方法相同也可。
(2)第二工序
第二工序是在绝缘基板210B的一侧表面上形成具有如下结构的栅极绝缘层230B的工序(参照图51(b)-图51(d))：对应于沟道区域242B的区域比对应于源极区域244B的区域和对应于漏极区域246B的区域凸出
首先，如图51(b)所示，将含有铁电体材料原料的溶液涂布于绝缘基板210B的一侧表面上，由此形成含有铁电体材料原料的膜230B’。
其次，如图51(c)所示，在含有铁电体材料原料的膜230B’按压平坦模具M4B，以使含有铁电体材料原料的膜230B’平坦化。
其次，如图51(d)所示，使用凹凸模具M5B对含有铁电体材料原料的膜进行模压加工，该凹凸模具M5B以如下方式构成：其对应于源极区域244B的区域和对应于漏极区域146B的区域比对应于沟道区域242B的区域凸出。
其次，对已施行模压加工的含有铁电体材料原料的膜230B’施行热处理，由此在绝缘基板210B的一侧表面上形成栅极绝缘层230B(未图示)。
(3)第三工序
第三工序是在栅极绝缘层230B上形成具有源极区域244B、漏极区域246B以及沟道区域242B的氧化物导电层240B的工序(参照图52(a)-图52(d))。
首先，如图52(a)所示，将含有氧化物导电性材料原料的溶液涂布在绝缘基板210B的一侧表面上形成含有氧化物导电性材料原料的膜240B’。此外，在含有氧化物导电性材料原料的溶液中添加有完成时以使沟道区域242B的载流子浓度处于1×1018cm-3-1×1021cm-3范围内的浓度的杂质。
其次，如图52(b)所示，使用平坦模具M6B对含有氧化物导电性材料原料的膜240B’进行模压加工，以使含有氧化物导电性材料原料的膜240B’平坦化。此时，以使对应于沟道区域242B的区域的含有氧化物导电性材料原料的膜240B’的层厚在5nm-100nm范围内规定层厚的方式进行模压加工。
其次，如图52(c)所示，使用将对应于元件分离区域的区域以凸状形成的凹凸模具M7B，对含有氧化物导电性材料原料的膜240B’进一步施行模压。由此，从元件分离区域上将含有氧化物导电性材料原料的膜240B’去除。
其次，对含有氧化物导电性材料原料的膜240B’施行热处理，由此形成具有源极区域244B、漏极区域246B以及沟道区域242B的氧化物导电层240B。其结果，可制造具有图52(d)所示底部栅极结构的实施方案14的场效应晶体管100B。
[实施方案15]
图53是用于说明实施方案15的场效应晶体管300B而显示的图。图53(a)是场效应晶体管300B的剖面图，图53(b)是场效应晶体管300B的俯视图。
实施方案15的场效应晶体管300B，基本上具有与实施方案13的场效应晶体管100B相同的构成，但在具有顶部栅极结构这点上不同于实施方案13的场效应晶体管100B。即，在实施方案15的场效应晶体管300B中，如图53所示，在绝缘基板310B的上方具有依次形成氧化物导电层340B、栅极绝缘层330B、栅极320B的结构。
如此地，实施方案15的场效应晶体管300B在具有顶部栅极结构这点上不同于实施方案13的场效应晶体管100B，但作为构成沟道区域342B的材料使用氧化物导电性材料。因此，能够提高载流子浓度，此外，由于作为构成栅极绝缘层330B的材料使用铁电体材料，因此能以低驱动电压来快速地进行切换。其结果，与实施方案13的场效应晶体管相同地能以低驱动电压来快速地控制大电流。此外，仅需形成沟道区域342B的层厚比源极区域344B的层厚和漏极区域346B的层厚薄的氧化物导电层340B就能制造场效应晶体管。其结果，与实施方案13的场效应晶体管相同地，能以相较于过去大幅减少的原材料和制造能量来制造上述优异的场效应晶体管。
此外，实施方案15的场效应晶体管300B能通过依次具有第一工序至第三工序的场效应晶体管的制造方法(实施方案15的场效应晶体管的制造方法)来制造。以下，依照工序顺序说明实施方案15的场效应晶体管300B的制造方法。
图54和图55是用于说明实施方案15的场效应晶体管的制造方法而显示的图。图54(a)-图54(e)和图55(a)-图55(c)是各工序图。
(1)第一工序
第一工序是在绝缘基板310B的一侧表面上形成具有源极区域344B、漏极区域346B以及沟道区域342B的氧化物导电层340B的工序(参照图54(a)-图54(c))。
首先，如图54(a)和图54(b)所示，在绝缘基板310B的一侧表面上涂布含有氧化物导电性材料原料的溶液，形成含有氧化物导电性材料原料的膜340B’。
其次，如图54(c)所示，使用凹凸模具M8B对含有氧化物导电性材料原料的膜340B’进行模压加工，该凹凸模具M8B以如下方式构成：其对应于沟道区域342B的区域比对应于源极区域344B的区域和对应于漏极区域346B的区域凸出。此时，以使对应于沟道区域342B的区域的含有氧化物导电性材料原料的膜340B’的层厚成在5nm-100nm范围内规定层厚的方式进行模压加工。由此，含有氧化物导电性材料原料的膜340B’当中成为沟道区域342B的部分的层厚比其他部分薄。此外，凹凸模具M8B具有对应于元件分离区域的区域比对应于沟道区域342B的区域更凸的结构。从而，从元件分离区域上去除含有氧化物导电性材料原料的膜340B’(参照图54(c))。
其次，对含有氧化物导电性材料原料的膜340B’施行热处理以形成具有源极区域344B、漏极区域346B以及沟道区域342B的氧化物导电层340B(未图示)。
(2)第二工序
第二工序是在具有源极区域344B、漏极区域346B以及沟道区域342B的氧化物导电层340B上形成栅极绝缘层330B的工序(参照图54(d)和图52(e))。
首先，如图52(d)所示，将含有铁电体材料原料的溶液涂布于绝缘基板310B的一侧表面上以形成含有铁电体材料原料的膜330B’。
其次，使用平坦模具M9B对含有铁电体材料原料的膜330B’进行模压加工，以使含有铁电体材料原料的膜330B’平坦化。
其次，对平坦化后的含有铁电体材料原料的膜330B’施行热处理以形成栅极绝缘层330B(未图示)。
(3)第三工序
第三工序是在栅极绝缘层330B上形成栅极320B的工序(参照图55(a)-图55(c))。
首先，如图55(a)所示，将至少在凸部分附着有电镀催化微粒322B的凹凸模具M10B按压于栅极绝缘层330B上，从而如图55(b)所示，在栅极绝缘层330B的预定形成栅极320B的部分上附着电镀催化微粒322B。
其次，施行无电解电镀，在附着有电镀催化微粒322B的区域形成例如由铂(Pt)构成的栅极320B。
此外，第三工序也可适用实施方案13的变形例1-4的场效应晶体管的制造方法的第一工序的方法。
通过这种方法，可制造具有顶部栅极结构的实施方案15的场效应晶体管300B。
以下通过实施例来表示能够使用模压加工技术来制造本发明一场效应晶体管。
[实施例5]
1.场效应晶体管400B的制作
图56是用于说明实施例5的场效应晶体管的制造方法而显示的图。图56(a)-图56(e)是各工序图。图57是用于说明实施例5所使用的凹凸模具M11B而显示的图。图58是用于说明实施例5所使用的模压加工装置700B而显示的图。此外，在图58中，附图标记710B表示下模，附图标记712B表示隔热板，附图标记714B表示加热器，附图标记716B表示载置部，附图标记718B表示吸引部，附图标记720B表示上模，附图标记722B表示加热器，附图标记724B表示固定部，附图标记726B表示石英玻璃基材。
在本实施例中，通过依次实施以下所示的“基底Pt基板准备工序”、“PZT层形成工序”、“ITO层形成工序”、“模压加工工序”以及“ITO层烧制工序”来制造实施例5的场效应晶体管400B。以下，依照工序顺序说明实施方案4的场效应晶体管400B的制造方法。
(1)基底Pt基板准备工序
首先，如图56(a)所示，准备基底Pt基板(在Si基板412B上形成有SiO2层414B的绝缘基板410B的整个面上形成作为栅极420B的Pt层而制得/田中贵金属制)。此外，之所以在绝缘基板410B的整个面上形成栅极(Pt层)420，使为了在使用平坦模具进行模压时能够均匀地模压。
(2)栅极绝缘层形成工序
其次，如图56(b)所示，在基底Pt基板上形成了作为栅极绝缘层430B的PZT层。在栅极绝缘层(PZT层)430的形成上重复四次如下操作：首先，在基底Pt基板上，以2500rpm、25秒的旋涂条件涂布作为含有铁电体材料原料的溶液的PZT溶胶凝胶溶液(三菱材料制)，在加热板上以220℃干燥5分钟。之后，在加热板上以350℃煅烧10分钟，进而使用RTA装置以650℃、20分钟的条件使PZT层结晶，由此形成栅极绝缘层430B。
(3)ITO层形成工序
其次，通过5分钟的UV清洗(λ＝254nm)，从PZT基板去除有机残渣，之后，如图56(c)所示，形成了作为含有氧化物导电性材料原料的膜的ITO层440B’。关于ITO层440B’的形成，首先，在栅极绝缘层(PZT层)430上，以2500rpm、25秒的旋涂条件涂布作为含有氧化物导电性材料原料的溶液的ITO溶胶凝胶溶液(高纯度化学制/原液∶稀释剂＝1∶1.5)。之后，通过在加热板上以150℃、5分钟的条件进行干燥来形成了ITO层440B’。此外，在ITO溶胶凝胶溶液添加有完成时以使沟道区域的载流子浓度在1×1018cm-3-1×1021cm-3范围内的浓度的杂质。
(4)模压加工工序
之后，基于提高ITO层440B’的脱模性的目的，在ITO层440B’上以旋涂涂布脱模剂HD-1101(大金化成制)之后，在加热板上以60℃、5分钟的条件进行干燥。此外，模具侧的脱模处理是通过浸涂型(dip coat)脱模剂ZH-1101(大金化成制)来进行。
其次，如图56(d)所示，使用凹凸模具M11B(参照图57)对ITO层440B’进行模压加工，该凹凸模具M11B以如下方式形成：其对应于沟道区域442B(参照图56(e))的区域比对应于源极区域/漏极区域444B(参照图56(e))的区域凸出。模压加工是使用模压加工装置700B(东芝机械制的模压加工装置ST50/参照图58)来进行。
此外，凹凸模具M11B如图57所示，在10mm×10mm的正方形的中央部具有2mm×2mm的图案区域，在该图案区域中形成有宽度1μm、高度150nm的晶格状图案。凹凸模具M11B通过双面胶带而固定于石英玻璃基材726B。
模压加工的按压力设定为0.3kN(3MPa、1cm□)，在施加按压力时从70℃开始升温，在保持按压力的状态下加热至180℃。并且，保持时间设定为15分钟。之后，用水进行冷却，当温度变成70℃时进行脱模处理。
(5)ITO层烧制工序
其次，在加热板上以400℃、10分钟的条件进行ITO层440B’的烧制。之后，使用RTA装置以650℃、30分钟(前半个15分钟在氧环境气氛下，后半个15分钟在氮环境气氛下)的条件加热ITO层440B’以使ITO层结晶化，由此形成结晶化ITO层440B。
经由以上工序，制得实施例5的场效应晶体管400B。
2.场效应晶体管400B的评估
(1)场效应晶体管400B的结构
图59是用于说明实施例5的场效应晶体管400B而显示的图。图59(a)是场效应晶体管400B的剖面图。此外，图59(b)是进行电气测定时场效应晶体管400B的俯视图。此外，图59(c)是进行电气测定时场效应晶体管400B的剖面图。
在实施例5的场效应晶体管400B中，如图59所示，被凹凸模具M11B的凸部模压的部分成为沟道区域442B。此外，被凹凸模具M11B的凹部模压的部分成为源极/漏极区域444B。
(2)场效应晶体管400B表面状态
使用激光显微镜OLS-3000(奥林巴斯制)和SPM(SIInanotechnology制)来观察所制得的场效应晶体管400B的ITO层烧制工序前的ITO层440B’和ITO层烧制工序后的ITO层440B的状态。
图60是用于说明ITO层表面状态而显示的图。图60(a)的左侧照片是ITO层烧制工序前的ITO层440B’的激光显微镜照片。此外，图60(a)的右侧照片是放大左侧照片中用虚线包围的区域的图。此外，图60(b)是ITO层烧制工序后的ITO层440B的SPM照片。此外，在图60(b)，中央部中凹陷的部分是对应于沟道区域442B的区域。
在实施例5的场效应晶体管400B中，从图60(a)中可知：可得到在整个图案区域上激光显微镜的深浅差异小(即高低差小)的均匀的结构。此外，从图60(b)中可知：在长度约1μm的沟道区域442B与源极/漏极区域444B之间形成有50nm-60nm的高低差。
(3)场效应晶体管400B的电性能
首先，用1％氢氟酸对ITO层440B的端部进行湿式蚀刻，使下部栅极420B露出之后触碰栅极用探针。之后，如图59(b)和图59(c)所示，对位于挟持沟道区域442B的位置的两个源极/漏极区域444B分别触碰源极用探针和漏极用探针(图59中，参照附图标记IV1)。
之后，使用半导体参数分析仪(Agilent制)来测定场效应晶体管400B的电性能(漏极电流ID与栅极电压VG间的ID-VG特性、漏极电流ID与漏极电压VD间的ID-VD特性)。
图61是用于说明实施例5的场效应晶体管400B的电性能而显示的图。图61(a)是表示ID-VG特性的图。此外，图61(b)是表示ID-VD特性的图。此外，当测定ID-VG特性时，在将漏极电压VD固定于2.5V的状态下以-3V-+3V的范围扫描栅极电压VG。
从图61(a)中可确认实施例5的场效应晶体管400B具有磁滞特性，从而体现出作为晶体管内存的作用(图中，参照附图标记IV1所示的特性曲线)。进而，得到4位数左右的ON/OFF比，并且得到0.5V的内存窗口特性。此外，从图61(b)中可确认实施例5的场效应晶体管400B体现出作为晶体管的作用。
[实施例6]
1.场效应晶体管500B的制作
图62是用于说明实施例6所使用的凹凸模具M12B而显示的图。
除了在实施模压加工工序时使用图62所示的凹凸模具M12B以外，与实施例5相同地进行处理，从而制造了实施例6的场效应晶体管500B。
此外，凹凸模具M12B如图62所示，在10mm×10mm的正方形的中央部具有4mm×4mm的图案区域。在该图案区域中形成有宽度10μm、高度350nm的晶格状图案。
2.场效应晶体管500B的评估
(1)场效应晶体管500B表面状态
使用激光显微镜OLS-3000(奥林巴斯制)和SEM(日立HT/S-4100)来观察所制得的场效应晶体管500B的ITO层烧制工序前的ITO层和ITO层烧制工序后的ITO层的状态。
图63是用于说明ITO层表面状态而显示的图。图63(a)的左侧照片是ITO层烧制工序前的ITO层的激光显微镜照片。此外，图63(a)的右侧照片是放大左侧照片中用虚线包围的区域的图。此外，图63(b)是ITO层烧制工序后的ITO层的剖面SEM照片。此外，若放大图63(b)中附图标记R所示的区域，则可观察到沟道区域R1与源极/漏极区域R2，若将其放大则可观察到Pt层、PZT层以及ITO层。
在实施例6的场效应晶体管500B中，从图63(a)中可知：与实施例5相同地可得到在整个图案区域上激光显微镜的深浅差异小(即高低差小)的均匀的结构。此外，从图63(b)中可知：在沟道区域中，于Pt层上形成有PZT层(130nm)和ITO层(20nm)。此外，在源极/漏极区域中，于Pt层上形成有PZT层(130nm)和ITO层(75nm)。
(2)场效应晶体管500B的电性能
与实施例5相同地，评估实施例6的场效应晶体管500B的电性能。但是，在实施例6中，由于实验上的原因，无法如图59(b)和图59(c)所示附图标记IV1般测定电性能。因此，以图59(b)和图59(c)所示附图标记IV2来测定电性能。即，在实施例6中作为被测定电性能对象的场效应晶体管并非使用场效应晶体管500B，而是使用图59(b)和图59(c)所示的以如下方式形成的测定用场效应晶体管(未图示)：对应于“源极/漏极区域”的区域(层厚75nm的ITO层)与沟道区域相对应，两个测定端子与源极和漏极相对应。
如此地，在实施例6中作为被测定电性能对象的测定用场效应晶体管不同于实施例6的场效应晶体管500B，正确而言不能说是本发明的场效应晶体管，但只要该测定用场效应晶体管能体现出作为晶体管的作用，就说明将层厚20nm的ITO层作为沟道区域的实施例6的场效应晶体管500B体现出作为晶体管的作用是不言而喻的。
图64是用于说明所述测定用场效应晶体管的电性能而显示的图。图64(a)是表示漏极电流ID与栅极电压VG间的ID-VG特性的图，图64(b)是表示漏极电流ID与漏极电压VD间的ID-VD特性的图。此外，当测定ID-VG特性时，在将漏极电压VD固定于2.5V的状态下以-6V-+6V的范围来扫描栅极电压VG。
从图64(a)能够确认本实施例的测定用场效应晶体管具有磁滞特性，从而体现出作为晶体管内存的作用。而且，可得到五位数的ON/OFF比，并且得到2V的内存窗口特性。此外，从图64(b)能够确认该测定用场效应晶体管体现出作为晶体管的作用。从而，将层厚20nm的ITO层作为沟道区域的实施例6的场效应晶体管500B体现出作为晶体管的作用是不言而喻的。
以上，虽说明了各实施方案的场效应晶体管及其制造方法，但本发明不限于此，可在不脱离其主旨的范围内实施，例如，可有如下变形。
(1)在上述各实施方案中，作为氧化物导电材料使用了铟锡氧化物(ITO)，但本发明不限于此。例如，作为氧化物导电材料能够使用氧化铟(In2O3)、掺杂锑的氧化锡(Sb-SnO2)、氧化锌(ZnO)、掺杂铝的氧化锌(Al-ZnO)、掺杂镓的氧化锌(Ga-ZnO)、氧化钌(RuO2)、氧化铱(IrO2)、氧化锡(SnO2)、一氧化锡SnO或掺杂铌的二氧化钛(Nb-TiO2)等。此外，作为其他氧化物导电材料，能够使用铟镓锌复合氧化物(IGZO)、掺杂镓的氧化铟(In-Ga-O(IGO))、掺杂铟的氧化锌(In-Zn-O(IZO))等无定形导电性氧化物。此外，作为其他氧化物导电材料能够使用钛酸锶(SrTiO3)、掺杂铌的钛酸锶(Nb-SrTiO3)、锶钡复合氧化物(SrBaO2)、锶钙复合氧化物(SrC aO2)、钌酸锶(SrRuO3)、氧化镍镧(LaNiO3)、氧化钛镧(LaTiO3)、氧化铜镧(LaCuO3)、氧化镍钕(NdNiO3)、氧化镍钇(YNiO3)、氧化镧钙锰复合氧化物(LCMO)、铅酸钡(BaPbO3)、LSCO(LaxSr1-xCuO3)、LSMO(La1-xSrxMnO3)、YBCO(YBa2Cu3O7-x)、LNTO(La(Ni1-xTix)O3)、LSTO((La1-xSrx)TiO3)、STRO(Sr(Ti1-xRux)O3)、其他钙钛矿型导电性氧化物或是焦绿石型导电性氧化物。
(2)在上述各实施方案中，作为铁电体材料使用了PZT(Pb(Zrx Ti1-x)O3)，但本发明不限于此。例如，作为铁电体材料能够使用掺杂Nb的PZT、掺杂La的PZT、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、BTO(Bi4Ti3O12)、BLT(Bi4-xLaxTi3O12)、SBT(SrBi2Ta2O9)、BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7)幽佑幽或铋铁氧体(BiFeO3)。
(3)在上述各实施方案中，虽使用由铁电体材料构成的栅极绝缘层，但本发明不限于此。例如，还能够使用顺电体材料(例如BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7、或BST(BaxSr1-x)Ti3O12)构成的栅极绝缘层。
(4)在上述各实施方案中，作为用于栅极的材料使用了Pt和氧化镍镧(LaNiO3)，但本发明不限于此。例如，在用于栅极的材料能够使用Au、Ag、Al、Ti、ITO、In2O3、Sb-In2O3、Nb-TiO2、ZnO、Al-ZnO、Ga-ZnO、IGZO、RuO2、IrO2、以及Nb-STO、SrRuO3、LaNiO3、BaPbO3、LSCO、LSMO、YBCO、其他钙钛矿型导电性氧化物。此外，作为用于其他栅极的材料还能够使用焦绿石型导电性氧化物和无定形导电性氧化物。
(5)在上述各实施方案中，作为绝缘基板使用了石英玻璃(SiO2)基板，但本发明不限于此。例如，作为绝缘基板能够使用在Si基板表面通过SiO2层和Ti层而形成有STO(SrTiO3)层的绝缘基板、SiO2/Si基板、氧化铝(Al2O3)基板、SRO(SrRuO3)基板或STO(SrTiO3)基板。
(6)在上述各实施方案中，作为固体基板使用了至少一侧面具有绝缘性的绝缘基板，但本发明不限于此。例如，还能够使用Si基板、SiC基板等半导体基板。
(7)在本发明的一场效应晶体管中，氧化物导电层、栅极及栅极绝缘层均可使用液体材料来形成。
(8)在本发明的一场效应晶体管中，氧化物导电层、栅极及栅极绝缘层均可具有钙钛矿结构。
(9)在本发明的一场效应晶体管中，氧化物导电层、栅极及栅极绝缘层均可不采用真空处理而形成。
从而，上述各实施方案是为了说明这些实施方案而记载，并非为了限定本发明而记载。而且，包括各实施方案的其他组合在内的本发明范围内的变形例也在权利要求书的范围内。
Claims (39)
1.一种功能设备的制造方法，其特征在于，包括：
功能固体材料前驱体层形成工序，通过在基材上涂布功能液体材料来形成功能固体材料的前驱体层；
干燥工序，将所述前驱体层以80℃-250℃范围内的第一温度加热；
模压工序，在将所述前驱体层加热至80℃-300℃范围内的第二温度的状态下，对所述前驱体层施行模压加工，由此在所述前驱体层形成模压结构；
功能固体材料层形成工序，将所述前驱体层以高于所述第二温度的第三温度进行热处理，由此从所述前驱体层形成所述功能固体材料层。
2.权利要求1所述的功能设备的制造方法，其特征在于，在所述模压工序中以1MPa-20MPa范围内的压力来施行模压加工。
3.权利要求1或2所述的功能设备的制造方法，其特征在于，在所述模压工序中使用被加热至80℃-300℃范围内的第四温度的模具来施行模压加工。
4.权利要求1或2所述的功能设备的制造方法，其特征在于，在所述模压工序中，至少对所述前驱体层表面施行脱模处理或对所述模具的模压面施行脱模处理之后，再对所述前驱体层施行模压加工。
5.权利要求1或2所述的功能设备的制造方法，其特征在于，所述功能液体材料是含有选自：含有金属烷氧基化合物的溶液、含有金属有机酸盐的溶液、含有金属无机酸盐的溶液、含有金属卤化物的溶液、含有包含金属、氮、氢的无机化合物的溶液、含有金属氢化物的溶液、含有金属纳米粒子的溶液以及陶瓷微粒子中的至少一种的溶液。
6.权利要求5所述的功能设备的制造方法，其特征在于，
所述功能液体材料是选自所述含有金属烷氧基化合物的溶液、所述含有金属有机酸盐的溶液以及所述含有金属无机酸盐的中的至少一种；
从所述模压工序的所述前驱体层形成所述功能固体材料层时的体积收缩率在30％-90％范围内。
7.权利要求5所述的功能设备的制造方法，其特征在于，
所述功能液体材料是含有选自：所述含有金属卤化物的溶液、所述含有包含金属、氮与氢的无机化合物的溶液、所述含有金属氢化物的溶液、所述含有金属纳米粒子的溶液以及所述陶瓷微粒子中的至少一种的溶液，
所述功能固体材料层形成工序中从所述前驱体层形成所述功能固体材料层时的体积收缩率在1％-30％范围内。
8.权利要求5所述的功能设备的制造方法，其特征在于，在所述功能固体材料层形成工序中，通过在含氧环境气氛下进行热处理来形成由金属氧化物陶瓷所构成的功能固体材料层。
9.权利要求5所述的功能设备的制造方法，其特征在于，在所述功能固体材料层形成工序中，通过在还原环境气氛下进行热处理来形成由金属所构成的功能固体材料层。
10.权利要求1或2所述的功能设备的制造方法，其特征在于，在所述模压工序中，通过所述功能固体材料层形成工序中的热处理来形成在层厚最薄区域产生裂纹的模压结构。
11.权利要求1或2所述的功能设备的制造方法，其特征在于，在所述模压工序与所述功能固体材料层形成工序之间，进一步包括如下工序：在已施行模压加工的所述前驱体层当中层厚最薄的区域，以所述前驱体层被完全去除的条件对所述前驱体层进行全面蚀刻。
12.权利要求10所述的功能设备的制造方法，其特征在于，
在所述功能固体材料前驱体层形成工序中，作为所述基材使用在表面具有对所述前驱体层的亲和性互异的两个区域的基材；
在所述模压工序中，以如下方式在所述前驱体层形成模压结构：所述两个区域当中对所述前驱体层的亲和性相对高的第一区域的层厚比所述两个区域当中对所述前驱体层的亲和性相对低的第二区域的层厚厚。
13.权利要求11所述的功能设备的制造方法，其特征在于，
在所述功能固体材料前驱体层形成工序中，作为所述基材使用在表面具有对所述前驱体层的亲和性互异的两个区域的基材；
在所述模压工序中，以如下方式在所述前驱体层形成模压结构：所述两个区域当中对所述前驱体层的亲和性相对高的第一区域的层厚比所述两个区域当中对所述前驱体层的亲和性相对低的第二区域的层厚厚。
14.权利要求1或2所述的功能设备的制造方法，其特征在于，
所述功能设备是薄膜晶体管；
所述功能固体材料层是选自所述薄膜晶体管的栅极层、栅极绝缘层、源极层、漏极层、沟道层以及配线层中的至少一个层。
15.权利要求1或2所述的功能设备的制造方法，其特征在于，
所述功能设备是具有压电体层的驱动器；
所述功能固体材料层是所述压电体层。
16.权利要求1或2所述的功能设备的制造方法，其特征在于，
所述功能设备是在基材上具有多个晶格层的光学设备；
所述功能固体材料层为所述晶格层。
17.一种薄膜晶体管，其特征在于，
其具备：氧化物导电层，其包括源极区域、漏极区域以及沟道区域；栅极，其控制所述沟道区域的导通状态；栅极绝缘层，其形成于所述栅极与所述沟道区域之间，由铁电体材料或顺电体材料构成，
所述沟道区域的层厚比所述源极区域的层厚和所述漏极区域的层厚薄，
所述沟道区域的层厚比所述源极区域的层厚和所述漏极区域的层厚薄的所述氧化物导电层是使用权利要求1或2所述的功能设备的制造方法而形成。
18.权利要求17所述的薄膜晶体管，其特征在于，
所述沟道区域的载流子浓度和层厚设定为当所述薄膜晶体管处于断开状态时所述沟道区域整体被耗尽的值；
且所述沟道区域的载流子浓度在1×1015cm-3-1×1021cm-3范围内；
所述沟道区域的层厚在5nm-100nm范围内。
19.一种压电式喷墨头，其具备：空腔构件；振动板，其安装于所述空腔构件的一侧，并形成有压电体层；喷嘴板，其安装于所述空腔构件的另一侧，并形成有喷嘴孔；墨盒，其被所述空腔构件、所述振动板以及所述喷嘴板划分；
所述压电式喷墨头的特征在于，所述压电体层和/或是所述空腔构件是使用权利要求1或2所述的功能设备的制造方法而形成。
20.权利要求1或2所述的功能设备的制造方法，其特征在于，
所述功能性固定材料前驱体层形成工序的所述功能液体材料是溶胶凝胶溶液，且所述功能固体材料是铁电体材料；
所述干燥工序的所述第一温度在120℃-250℃范围内；
所述模压工序的所述第二温度高于所述第一温度且在150℃-300℃范围内。
21.权利要求1或2所述的功能设备的制造方法，其特征在于，
所述第一温度在120℃-200℃范围内，
所述第二温度高于所述第一温度且在175℃-300℃范围内。
22.权利要求1或2所述的功能设备的制造方法，其特征在于，在所述模压工序中，以于1MPa-20MPa范围内的压力来施行模压加工。
23.一种薄膜晶体管，其具备：源极和漏极；沟道层，其位于所述源极与所述漏极之间；栅极，其控制所述沟道层的导通状态；栅极绝缘层，其形成于所述栅极与所述沟道区域之间，由铁电体材料构成；
所述薄膜晶体的特征在于，所述栅极绝缘层是使用权利要求20所述的功能设备的制造方法而形成。
24.一种薄膜晶体管，其具备：氧化物导电层，其包括源极区域、漏极区域与沟道区域；栅极，其控制所述沟道区域的导通状态；栅极绝缘层，其形成于所述栅极与所述沟道区域之间，由铁电体材料构成；
所述沟道区域的层厚比所述源极区域的层厚和所述漏极区域的层厚薄；
所述薄膜晶体管的特征在于，所述栅极绝缘层是使用权利要求20所述的功能设备的制造方法而形成。
25.权利要求24所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述沟道区域的层厚比所述源极区域的层厚和所述漏极区域的层厚薄的所述氧化物导电层是采用模压加工技术来形成的。
26.权利要求24所述的薄膜晶体管，其特征在于，
所述沟道区域的载流子浓度和层厚设定为当所述薄膜晶体管处于断开状态时所述沟道区域整体被耗尽的值；
且所述沟道区域的载流子浓度在1×1015cm-3-1×1021cm-3范围内；
所述沟道区域的层厚在5nm-100nm的范围内。
27.一种压电式喷墨头，其具备：空腔构件；振动板，其安装于所述空腔构件的一侧，并形成有压电体层；喷嘴板，其安装于所述空腔构件的另一侧，并形成有喷嘴孔；墨盒，其被所述空腔构件、所述振动板以及所述喷嘴板划分；
所述压电式喷墨头的特征在于，所述压电体层是以权利要求20所述的功能设备的制造方法来形成。
28.一种场效应晶体管，其特征在于，
具备：氧化物导电层，其包括源极区域、漏极区域与沟道区域；栅极，其控制所述沟道区域的导通状态；栅极绝缘层，其形成于所述栅极与所述沟道区域之间，由铁电体材料或顺电体材料构成；
所述沟道区域的层厚比所述源极区域的层厚和所述漏极区域的层厚薄；
且所述沟道区域的层厚比所述源极区域的层厚和所述漏极区域的层厚薄的所述氧化物导电层是采用模压加工技术来形成。
29.权利要求28所述的场效应晶体管，其特征在于，
所述沟道区域的载流子浓度和层厚设定为当所述场效应晶体管处于断开状态时所述沟道区域整体被耗尽的值；
且所述沟道区域的载流子浓度在1×1018cm-3-1×1021cm-3范围内；
所述沟道区域的层厚在5nm-100nm范围内。
30.一种场效应晶体管的制造方法，所述场效应晶体管具备：氧化物导电层，其包括有源极区域、漏极区域与沟道区域；栅极，其控制所述沟道区域的导通状态；栅极绝缘层，其形成于所述栅极与所述沟道区域之间，由铁电体材料或是顺电体材料构成；
所述场效应晶体管的制造方法的特征在于，所述沟道区域的层厚比所述源极区域的层厚和所述漏极区域的层厚薄的所述氧化物导电层是采用模压加工技术来形成的。
31.权利要求30所述的场效应晶体管的制造方法，其特征在于依次包括：
第一工序，在固体基板的一侧表面上形成所述栅极；
第二工序，将含有铁电体材料或顺电体材料原料的溶液至少涂布于所述固体基板的所述栅极上，从而形成含有铁电体材料或顺电体材料原料的膜，之后施行热处理，由此形成所述栅极绝缘层；
第三工序，将含有氧化物导电性材料原料的溶液涂布于所述栅极绝缘层上来形成所述含有氧化物导电性材料原料的膜，之后使用凹凸模具对所述含有氧化物导电性材料原料的膜进行模压加工，之后进一步施行热处理，由此形成所述源极区域、所述漏极区域以及所述沟道区域，其中，所述凹凸模具以如下方式形成：其对应于所述沟道区域的区域比对应于所述源极区域的区域和对应于所述漏极区域的区域凸出。
32.权利要求30所述的场效应晶体管的制造方法，其特征在于依次包括：
第一工序，在固体基板的一侧表面上形成所述栅极；
第二工序，将含有铁电体材料或顺电体材料原料的溶液涂布于所述固体基板的一侧表面上，从而形成含有铁电体材料或顺电体材料原料的膜，之后使用凹凸模具对所述含有铁电体材料或顺电体材料原料的膜进行模压加工，之后进一步施行热处理，由此形成具有对应于所述沟道区域的区域比对应于所述源极区域的区域和对应于所述漏极区域的区域凸出的结构的所述栅极绝缘层，其中所述凹凸模具以如下方式形成：其对应于所述源极区域的区域和对应于所述漏极区域的区域比对应于所述沟道区域的区域凸出；
第三工序，将含有氧化物导电性材料原料的溶液涂布于所述固体基板的一侧表面上，从而形成所述含有氧化物导电性材料原料的膜，之后使用平坦模具对所述含有氧化物导电性材料原料的膜进行模压加工，之后进一步施行热处理，由此形成所述源极区域、所述漏极区域以及所述沟道区域。
33.权利要求31或32所述的场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述第三工序包括使用模压加工技术将所述含有氧化物导电性材料原料的膜的一部份去除以使元件分离的工序。
34.权利要求31或32所述的场效应晶体管的制造方法，其特征在于，在所述第一工序中，采用接触印刷法在用于形成所述栅极的部分附着电镀催化物，之后对附着有该电镀催化物的区域施行无电解电镀，由此形成所述栅极。
35.权利要求31或32所述的场效应晶体管的制造方法，其特征在于，在所述第一工序中，采用接触印刷法对用于形成所述栅极的部分施以亲液处理，之后对该已施行亲液处理的区域供给含有栅极原料的墨水，之后进一步施行热处理，由此形成所述栅极。
36.权利要求30所述的场效应晶体管的制造方法，其特征在于依次包括：
第一工序，在固体基板的一侧表面上涂布含有氧化物导电性材料原料的溶液，形成所述含有氧化物导电性材料原料的膜，之后使用凹凸模具对所述含有氧化物导电性材料原料的膜进行模压加工，之后进一步施行热处理，由此形成所述源极区域、所述漏极区域以及所述沟道区域，其中，所述凹凸模具以如下方式形成：其对应于所述沟道区域的区域比对应于所述源极区域的区域和对应于所述漏极区域的区域凸出；
第二工序，将含有铁电体材料或顺电体材料原料的溶液至少涂布于所述沟道区域上，形成含有铁电体材料或顺电体材料原料的膜，之后使用平坦模具对所述含有铁电体材料或顺电体材料原料的膜进行模压加工，之后进一步施行热处理，由此形成所述栅极绝缘层；
第三工序，在所述栅极绝缘层上形成所述栅极。
37.权利要求36所述的场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述第一工序中包括使用模压加工技术将所述含有氧化物导电性材料原料的膜的一部份去除以使元件分离的工序。
38.权利要求36所述的场效应晶体管的制造方法，其特征在于，在所述第三工序中，采用接触印刷法在用于形成所述栅极的部分附着电镀催化物，之后对附着有所述电镀催化物的区域施行无电解电镀，由此形成所述栅极。
39.权利要求36所述的场效应晶体管的制造方法，其特征在于，在所述第三工序中，采用接触印刷法对用于形成所述栅极的部分施行亲液处理，之后对该已施行亲液处理的区域供给含有栅极原料的墨水，之后进一步施行热处理，由此形成所述栅极。
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