JP2008515654A - 導電性ポリマー及び半導体ナノワイヤに基づいてプラスチック電子部品を製造するための完全に集積化された有機層プロセス - Google Patents

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Abstract

本発明は導電性ポリマー層（１又は複数）中に組み込まれ且つ／又はその近くに配置されたナノワイヤ（又はナノリボン、ナノチューブなどのその他のナノ構造体）を用いた薄膜トランジスタ、及び任意の生産規模でこのようなトランジスタを製造する方法に関する。特に、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）又はポリピロール（ＰＰＹ）などの導電性ポリマー物質と、その中に組み込まれた１種又は複数種のナノワイヤとを含む複合材料を開示する。いくつかのナノワイヤ−ＴＦＴ製造方法も提示するが、その代表的な態様では、デバイス基板を設け；第１の導電性ポリマー物質層をデバイス基板上にデポジットし；１又は複数のゲートコンタクト領域を導電性ポリマー層中に形成し；動作電流レベルに達するのに十分なナノワイヤの密度にて複数のナノワイヤを導電性ポリマー層上にデポジットし；第２の導電性ポリマー物質層を前記複数のナノワイヤ上にデポジットし；ソース及びドレインコンタクト領域を第２の導電性ポリマー物質層中に形成して前記複数のナノワイヤと電気接続させ、それによりナノワイヤがソース領域及びドレイン領域上の夫々の領域間の長さを有するチャンネルを形成することを含む。

Description

関連出願のクロスレファレンス
この出願は米国仮特許出願第６０／６１７，８３０号（２００４年１０月１２日出願）の優先権を主張し、その全体をここに組み入れる。
連邦政府援助による研究に関する宣言
適用なし。
本発明は半導体デバイスに関するものであり、特に、ナノワイヤ（又は他のナノ構造体）を導電性ポリマー物質の中に及び／又は導電性ポリマー物質の上に組み込んだ該導電性ポリマー物質を用いて作られる新規の電子デバイスの製造及び使用法に関する。
電子部品の進歩は物理的な大きさの点で両極端に進んできている。Ｍｏｏｒｅの法則によりマイクロ電子部品の急速な小型化が計算能力の顕著な増強をもたらしたと共に、コストも削減可能にした。同時に、もう一方のあまり注意の払われていないマクロ電子部品の領域（大きさが平方メートルで測定される大面積基板上に集積化される電子デバイス）においても並外れて発展した。現在のマクロ電子部品は主にガラス上のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）又は多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に基づいており、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、太陽電池、スマートカード、無線周波識別タグ、画像センサーアレイ及びデジタルＸ線イメージャーを含めた分野において重要な用途を見いだしつつある。
現在の技術は多くの観点において成功しているが、それが取り扱うことのできる用途が限定されている。例えば、マクロ電子部品の基板としてプラスチックを使用することは、プラスチックの軽量性、柔軟性、耐衝撃性及び低コストゆえに興味が高まってきた。しかし、プラスチック上の高性能ＴＦＴの製造は、すべてのプロセス工程をプラスチックのガラス転移温度より下で実行しなければならないので非常に興味深いものであった。新規な物質（有機体及び有機体-無機体ハイブリッドなど）又はプラスチック上のＴＦＴに適した新規な製造戦略を探すかなりの努力がなされたが、限定的な成功のみであった。有機ＴＦＴは、約＜１ｃｍ２／Ｖ・ｓの限定的なキャリヤー移動度しか有さないが、プラスチック基板上のロールツーロール製造法の可能性をもつ。物質及び／又は基板（特にプラスチック上）のプロセス温度により課される制限により、デバイス性能が低下し、デバイスが低周波用途に限定されてしまう。したがって、適度な計算、制御又は通信機能を必要とする用途でさえ、既存のＴＦＴ技術では対応できない。
最高品質の単結晶物質の電子性能に匹敵し場合によってはそれを超える電子性能を有するナノスケールの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を製造するために、個別の半導体ナノワイヤ（ＮＷ）及び単壁カーボンナノチューブを使用できる。特に、ｐ−Ｓｉ ＮＷではキャリヤー移動度が３００ｃｍ２／Ｖ・ｓであり、ｎ−インジウムＩｎＰ ＮＷでは２０００〜４０００ｃｍ２／Ｖ・ｓであり、単壁カーボンナノチューブでは２０，０００ｃｍ２／Ｖ・ｓ以下であることが示された。これらのナノＦＥＴはＭｏｏｒｅの法則を空前の性能を有する極限（分子レベル）まで押し進めことを約束する。しかし、現在のところ、これらのナノＦＥＴはデバイス製造法の複雑で限定的な拡張性ゆえに、任意の生産規模でのナノ電子部品において実装するのは難しい。
公開国際特許出願第ＷＯ０２／１７３６２号 公開国際特許出願第ＷＯ０２／４８７０１号 公開国際特許出願第ＷＯ０１／０３２０８号 米国特許第６，８８２，０５１号 米国特許出願公開第２００２／０１３０３１１号 米国特許第６，８７２号
求められているのは、プラスチックや低いプロセス温度を必要とする他の基板に付加できる高性能ＴＦＴである。また、求められているのは、プラスチックや低いプロセス温度を必要とする他の基板上で高性能ＴＦＴとして使用できるナノスケールの半導体デバイスを製造するための生産規模拡張自在の方法である。
発明の概要
本発明はナノワイヤ、ナノリボン又は他の適当なナノ構造体（例えば、ナノロッド、ナノチューブなど）を用いた薄膜トランジスタ、及びマクロ電子部品の生産に有用な導電性ポリマー物質（例えば、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）又はポリピロール（ＰＰＹ））を用いたこのようなトランジスタを製造する生産規模拡張自在の方法に関する。特に、導電性ポリマー薄膜の中、上又は内に組み込まれた方向付き半導体ナノワイヤ、ナノリボンなど用いて、キャリヤー移動度が高くかつ導電チャンネルがワイヤ／リボン軸に平行な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造することによって、マクロ電子部品の全く新しい概念が発展してきた。導電性ポリマーは、金属又は半導体と同様の電気的、磁気的及び光学的特性を示す一方で、柔軟性、加工の容易さ、導電率の可変性はそのままであるので、ナノワイヤなどのナノ構造体を用いるマクロ電子部品の用途に特に魅力的である。これらのポリマーの導電率は絶縁体からほぼ金属状態まで変えることができ、その大きさはドーパントの種類及びレベルを制御することにより１０〜１５のオーダーだけ可逆的に調節できる。導電性ポリマーはまた、大型基板（例えば、プラスチック基板）上のデバイスの特徴（例えば、ゲート、ソース及び／又はドレインコンタクト領域）を相対的に低コストでパターン化できるように、例えば導電性ポリマーに光エネルギー（例えば深紫外線エネルギーなど）を当てることによって簡単にパターン化することができる。
ＮＷ−ＴＦＴ製造方法も提供され、該方法では、高温度活性半導体物質の合成法、すなわちＮＷ又はナノリボンの生成を、活性半導体物質をデバイス基板に付加する前に実行する。その後、ＮＷ−ＴＦＴを導電性ポリマー薄膜の中（又は上）に組み込み、溶液アセンブリ法又は機械的剪断、スピンコーティング、デポジションなどのような他の方法によりデバイス基板に付加する。例えば、単に導電性ポリマー薄膜（１又は複数）を深紫外線に当てることにより、電極及び相互接続部のすべてをパターン化することができる。電気的な絶縁だけでなく、すべての電気的な相互接続のための導電性経路を同一の基板層上に形成できる。すべての製造プロセスが追加的であり、このことは例えば、プラスチック基板を用いるロールツーロール処理に重要である。その結果、導電性ポリマー薄膜（１又は複数）の中及び／又は上のすべてのナノワイヤ（又は他のナノ構造要素）が整合的に接触し、これによりワイヤの積層が可能になり電流駆動能力が改善され電流の移動度が高められる。例えばマイクロコンタクト、インクジェット印刷技術及び／又はロールツーロール処理技術を含めて低コスト低温プロセスによって、ここに記載の態様のＮＷ−ＴＦＴを溶液から大型基板上にデポジットできる可能性がある。
したがって、本発明はナノワイヤ、ナノリボン、ナノチューブなどを導電性ポリマー薄膜に組み込んだトランジスタデバイスを容易に製造する技術を提供し、これが電子部品の全く新しいパラダイムを開き、マイクロ電子部品を単結晶基板からプラスチック基板に移すこと、マクロ電子部品、マイクロ電子部品及び潜在的にはナノ電子部品をデバイスレベルで集積化すること、並びに異なる半導体物質を１つの基板上に集積化することを含めて様々な新しい能力を可能にする。フラットパネルディスプレイから画像センサーアレイまでの広範囲にわたる既存の用途に影響を与えると共に、計算、記憶又は通信用の柔軟な、着用可能な、使い捨てできる全く新しい分野の汎用電子部品を可能にすることができる。
本発明の第１の代表的な態様では、導電性ポリマー物質とその中に組み込まれた１種又は複数種のナノワイヤとを含んだ複合材料が開示される。この複合材料は、例えば、スピンコーティング、キャスティング、印刷、ワイヤロッディング、吹き付け、ダイナミック・ブラシ・ペインティングなどを含めて様々なデポジション技術を用いてデバイス基板上にデポジットすることができる。導電性ポリマー物質の電気的性質は、例えば単に導電性ポリマーに深紫外線エネルギーなどの光エネルギーを当てることによって、絶縁体から金属導体までの導電率の全範囲にわたって可逆的に変えることができる（例えば、導電性ポリマー物質の抵抗率の大きさを１０倍以上、例えば約１５倍以上に増大させることができる）。導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン(polyacytelenes)、ポリジアセチレン(polydiacytelenes)、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリピロール（ＰＰＹ）、ポリチオフェン、ポリ（フェニル-キノリン）からなる群から選択されたポリマー物質や、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリフルオレン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリナフタレンなどを含んだ他の種類の導電性ポリマーが挙げられる。導電性ポリマーはドーピングされなくてもよく、あるいは、アクセプター若しくはｐ型ドーピング剤（例えば、ＡｓＦ５、Ｂｒ２、Ｉ２、ＨＣｌＯ４など）の添加、又は例えば、導電性ポリマーをアルカリ金属ナフタリドのＴＨＦ溶液中に浸すことによる、若しくは電気化学的方法によるドナー又はｎ型ドーピング剤の添加によってドーピングしてもよい。導電性ポリマーはそのままで使用することもできるし、他の導電性ポリマーとの混合物及び化合物として、又はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、軟質ＰＶＣ、ポリ（メチルメタクリレート）、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、エポキシ、及び熱可塑性エラストマーなどの商品ポリマーとの混合物及び化合物として使用することもできる。複合材料を組み込んだ新しいＬＥＤ、レーザー、導波路、又はＬＣＤバックプレーンデバイス用のトランジスタ構造を得るために、複合材料は、デバイス基板上へのデポジションの後、（例えば、紫外線エネルギーなどの光エネルギーに当てて）パターン化してゲート、ソース、及び／又はドレインコンタクト領域を形成することができる。随意に、例えばソース及びドレイン領域とナノワイヤとのオーム接触を改善し且つ／又はゲートコンタクト領域内にゲートコンタクト電極を形成するために、金属、ドープ半導体又は導電性ポリマーなどの導電性物質をゲート、ドレイン、及び／又はソースコンタクト領域の中又は上にデポジットしてもよい。
本発明の別の代表的な態様では、一般に基板と；前記基板上にデポジットされた導電性ポリマー層であって、動作電流レベルに達するのに十分なナノワイヤの密度にて複数のナノワイヤを含んだ前記導電性ポリマー層と；前記導電性ポリマー層中に形成されたソース及びドレインコンタクト領域と；前記導電性ポリマー層上に形成されたゲートコンタクトと；を備えたＮＷ-ＴＦＴデバイスが開示される。上記の複数のナノワイヤはそれらの縦軸に沿ってほぼ平行に方向付けてもよいし、整列させなくてもよい（例えば、ランダムに方向付けてもよい）。ナノワイヤは該ナノワイヤの少なくとも一部の上にデポジットさせた酸化物の層を備えてもよい。ナノワイヤとソース及びドレインコンタクト領域との間のオーム接触を改善するために、（例えば、エッチング又はレーザーアブレーションにより）ナノワイヤの両端の酸化物層を除去してもよい。例えばナノワイヤとのオーム接触を改善するために、随意に金属又はドープシリコンなどの導電性物質をゲート、ソース及び／又はドレインコンタクト領域中にデポジットしてもよい。ナノワイヤは単層薄膜、サブ単層薄膜、又は多層薄膜として形成できる。デバイス基板はガラス又はプラスチックなどの低温物質を含めて様々な物質から作ることができる。
本発明の別の態様では、デバイス基板を設け；前記デバイス基板上に第１の導電性ポリマー層をデポジットし；１又は複数のゲートコンタクト領域を前記導電性ポリマー層中に形成し；動作電流レベルに達するのに十分なナノワイヤの密度にて前記導電性ポリマー層上に複数のナノワイヤをデポジットし；前記複数のナノワイヤ上に第２の導電性ポリマー層をデポジットし；そして前記第２の導電性ポリマー層中にソース及びドレインコンタクト領域を形成することで前記複数のナノワイヤと電気的に接続し、それにより前記ナノワイヤが前記ソース及びドレイン領域の夫々の領域間の長さを有するチャンネルを形成する；ことをから一般になるトランジスタデバイスの製造方法が開示される。この方法は例えばナノワイヤをそれらの長軸にほぼ平行に整列させることを含んでもよい。１又は複数のゲートコンタクト領域を形成する工程は、例えば、第１の導電性ポリマー層の１又は複数の部分をマスクし、マスクしていない部分に紫外線エネルギーを当ててマスクしていない部分の抵抗性を高めることから成り得る。本方法は、第１の導電性ポリマー層上にゲート誘電体層を形成し、次いで、ゲート誘電体層上に複数のナノワイヤをデポジットさせることを更に含んでもよい。ソース及びドレインコンタクト領域を第２の導電性ポリマー層中に形成する上記工程は、例えば、第２の導電性ポリマー層の少なくとも２又はそれより多い部分をマスクし、マスクしていない部分に紫外線エネルギーを当ててマスクしていない部分の抵抗性を高めることから成り得る。第１の及び／又は第２の導電性ポリマー層をデポジットする上記工程は、例えばスピンコーティング、キャスティング、印刷（例えばインクジェット印刷）、ワイヤロッディング、吹き付け、又はブラシ塗装から選ばれた方法を用いることから成り得る。ナノワイヤとのオーム接触を向上させるため、随意に、金属又はドープシリコンなどの導電性物質をソース及びドレインコンタクト領域中にデポジットしてもよい。
本発明の別の態様では、基板を設け；複数のナノワイヤを組み込んだ導電性ポリマー層を前記基板上にデポジットし；ソース及びドレインコンタクト領域を前記導電性ポリマー層中に形成することで前記複数のナノワイヤと電気的に接続し、それにより前記ナノワイヤが前記ソース及びドレインコンタクト領域のそれぞれの領域間の長さを有するチャンネルを形成し；そしてゲートを前記導電性ポリマー層上に形成する；ことから一般に成るトランジスタデバイスの製造方法が開示される。ナノワイヤはそれらの長軸にほぼ平行に整列させてもよい。前記ソース及びドレインコンタクト領域を形成する上記工程は、例えば、第１の導電性ポリマー層の２又はそれより多くの部分をマスクし、マスクしていない部分に紫外線エネルギーを当てて該マスクしていない部分の抵抗性を高めることから成り得る。導電性ポリマー層をデポジットする上記工程は、例えば、スピンコーティング、キャスティング、印刷、ワイヤロッディング、吹き付け、又はブラシ塗装から選択されたコーティング方法を用いることから成り得る。ナノワイヤとのオーム接触を向上させるため、随意に例えば金属又はドープシリコンをソース及びドレインコンタクト領域中にデポジットしてもよい。ナノワイヤは該ナノワイヤの少なくとも一部の上にデポジットさせた酸化物の層を備えてもよく、また、本方法はナノワイヤとソース及びドレインコンタクト領域との間のオーム接触を向上させるため、デバイスのソース及びドレインコンタクト領域の近くにてナノワイヤの両端の酸化物層の一部を（例えば、エッチング又はレーザーアブレーションにより）除去することを更に含んでもよい。ナノワイヤは単層薄膜、サブ単層薄膜、又は多層薄膜として形成できる。デバイス基板はプラスチックなどの低温物質を含めて種々の物質から作ることができる。
本発明の別の態様では、基板を設け；前記基板上に第１の導電性ポリマー層をデポジットし；１又は複数のゲートコンタクト領域を前記第１の導電性ポリマー層中に形成し；複数のナノワイヤを中に組み込んだ第２の導電性ポリマー層を前記第１の導電性ポリマー層の上にデポジットし；そしてソース及びドレインコンタクト領域を前記第２の導電性ポリマー層中に形成することで前記複数のナノワイヤと電気的に接続し、それにより前記ナノワイヤが前記ソース及びドレイン領域のそれぞれの領域間の長さを有するチャンネルを形成すること；から一般に成るトランジスタデバイスの製造方法が開示される。本方法はナノワイヤをそれらの長軸にほぼ平行に整列させることを含んでもよい。ゲートコンタクト領域を形成する上記工程は、例えば、第１の導電性ポリマー層の１又は複数の部分をマスクし、マスクしていない部分に紫外線エネルギーを当てて該マスクしていない部分の抵抗性を高めることから成り得る。第１及び／又は第２の導電性ポリマー層をデポジットする上記工程は、例えば、スピンコーティング、キャスティング、印刷、ワイヤロッディング、吹き付け、又はブラシ塗装から選択されたコーティング方法を用いることから成り得る。ナノワイヤとのオーム接触を向上させるために、随意に、金属又はドープシリコンなどの導電性物質をゲート、ソース及び／又はドレインコンタクト領域中にデポジットしてもよい。ナノワイヤは該ナノワイヤの少なくとも一部の上にデポジットさせた酸化物の層を備えてもよく、また、ナノワイヤとソース及びドレインコンタクト領域との間のオーム接触を向上させるために、本方法はデバイスのソース及びドレインコンタクト領域の近くにてナノワイヤの両端の酸化物層の一部を除去することを更に含むことができる。
以下、本発明の様々な態様の構造及び動作だけでなく、本発明の別の態様、特徴、及び効果も添付図面に関して詳細に説明する。
図面の簡単な説明
添付図面に関して本発明を説明する。図中、同じ参照番号は同じ要素又は機能上類似の要素を示す。要素が最初に現れる図面は対応する参照番号中の最も左の数字により示される。
図１Ａはアモルファス又は多結晶Ｓｉ ＴＦＴの図である。
図１Ｂは本発明の態様によるＮＷ−ＴＦＴの図である。
図２Ａは本発明の態様によるＮＷ−ＴＦＴの製造方法において用いられるデバイス基板の略図である。
図２Ｂは図２Ａのデバイス基板上への導電性ポリマー層のデポジションを示す略図である。
図２Ｃは図２Ｂの導電性ポリマー層のパターニングを示し、導電性ポリマー層のうち選択した領域（１又は複数）（例えば、マスクされていない領域）に紫外線エネルギーを当てることを示す略図である。
図２Ｄは導電性ポリマー層のうち選択した領域（１又は複数）に紫外線エネルギーを当てた後における、導電性ポリマー層内のゲートコンタクト領域の形成を示す略図である。
図２Ｅは導電性ポリマー層上へのゲート誘電体層のデポジション及び誘電体層を通って下にあるゲートコンタクト領域までの小通路の形成の後の、図２Ｄのデバイス基板及び導電性ポリマー層の平面図である。
図２Ｆは図２Ｅのデバイス基板、導電性ポリマー層及びゲート誘電体層の側面図である。
図２Ｇは図２Ｆのゲート誘電体層上へのナノワイヤの薄膜のデポジションを示す略図である。
図２Ｈは図２Ｇの複数のナノワイヤ上への第２の導電性ポリマー層のデポジションを示す略図である。
図２Ｉは第２の導電性ポリマー層のうち選択した（マスクされていない）領域に紫外線エネルギーを当てた後における、第２の導電性ポリマー層中でのソース及びドレインコンタクト領域の形成を示す略図である。
図２Ｊは第２の導電性ポリマー層のうち選択した領域に紫外線エネルギーを当てた後、第２の導電性ポリマー層中にソース及びドレインコンタクト領域を形成した後のＮＷ−ＴＦＴデバイスを示す略図である。
図３Ａは本発明により作られたＮＷ−ＴＦＴデバイスの別の態様についての概略の側面図であり、複数のナノワイヤを埋め込んだ導電性ポリマー物質を含む複合膜が、デバイスの活性層を形成するのに用いられている。
図３Ｂは図３ＡのＮＷ−ＴＦＴデバイスの平面図である。
図３Ｃは導電性ポリマーのうち選択した（マスクされていない）領域に紫外線エネルギーを当てた後の、図３ＡのＮＷ−ＴＦＴデバイスの複合膜層中でのソース及びドレインコンタクト領域の形成を示す略図である。
図３Ｄは導電性ポリマーに紫外線エネルギーを当てた後、複合膜層中にソース及びドレインコンタクト領域を形成した後のＮＷ−ＴＦＴデバイスを示す略図である。
図４Ａは、本発明により作られたＮＷ−ＴＦＴデバイスの別の態様の略図であり、複数のナノワイヤが埋め込まれた導電性ポリマー物質を含んだ複合膜が、デバイス基板上に直接デポジットされてデバイスの活性層を形成する。
図４Ｂは図４Ａの複合膜層中に組み込まれた複数のコア−シェル型ナノワイヤの拡大図である。
図４Ｃは図４Ｂのコア−シェル型ナノワイヤの横断面図である。
図４Ｄは、導電性ポリマーのうち選択した（マスクされていない）領域に紫外線エネルギーを当てた後での、図４ＡのＮＷ−ＴＦＴデバイスの複合膜層中でのソース及びドレインコンタクト領域の形成を示す略図である。
図５Ａは導電性ポリマー薄膜に埋め込まれたナノワイヤを示す光学顕微鏡写真であり、これらのナノワイヤはワイヤ・ロッディング・デポジション法（wire roding deposition process）を用いてプラスチック基板上にコーティングされている。
図５Ｂは導電性ポリマー薄膜に埋め込まれたナノワイヤを示す光学顕微鏡写真であり、これらのナノワイヤはダイナミック・ペイント・ブラッシング・デポジション法（dynamic paint brushing deposition process）を用いてプラスチック基板上にコーティングされている。
発明の詳細な説明
ここに記載の特定の実装は本発明の例であり、本発明の範囲を決して限定するものではないことを理解すべきである。実際、簡潔さのために、従来の電子部品、製造、半導体デバイス並びにナノチューブ、ナノロッド、ナノワイヤ及びナノリボン技術や、システム（システムの個々の作業部品の構成要素）の他の機能面については、ここで詳細に説明しない。さらに、簡潔さのため、ここではしばしば本発明をナノワイヤを含んだ半導体トランジスタデバイスに属するものとして説明する。しかし、本発明はナノワイヤに限定されるものではなく、ナノチューブ、ナノロッド、ナノウィスカー、ナノリボンなどのその他のナノ構造体も使用できる。また、ここに記載の特定の実装についてナノワイヤの数及びそれらのナノワイヤの間隔が与えられているが、実装を限定するものではなく、広範囲のナノワイヤ数及び間隔が使用できる。ここに記載の製造技術を用いて任意の半導体デバイス型や他の電子コンポーネント型を作ることができることを理解すべきである。さらに、これらの技術は、電気システム、光学システム、コンシューマ用電子部品、産業用電子部品、無線システム、宇宙用途、又は他の任意の用途に適用するのに適している。
ここに使用されているように、一般に「ナノワイヤ」なる用語は、５００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍ未満の少なくとも１つの断面寸法を有すると共に、アスペクト比（長さ：幅）が１０より大、好ましくは５０より大、さらに好ましくは１００より大である任意の長細い導電性又は半導電性物質をいう。このようなナノワイヤの例としては、公開国際特許出願第ＷＯ０２／１７３６２、ＷＯ０２／４８７０１、及び０１／０３２０８号に記載の半導体ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、及び同様の寸法のその他の長細い導電性又は半導電性構造体が挙げられる。
ここに記載の実装例では主にＳｉを使用しているが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃ（ダイヤモンドを含む）、Ｐ、Ｂ−Ｃ、Ｂ−Ｐ（ＢＰ６）、Ｂ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｇｅ、Ｓｉ−Ｓｎ及びＧｅ−Ｓｎ、ＳｉＣ、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ、ＡｌＮ／ＡｌＰ／ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂ、ＧａＮ／ＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧａＳｂ、ＩｎＮ／ＩｎＰ／ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ、ＡｌＮ／ＡｌＰ／ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂ、ＧａＮ／ＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧａＳｂ、ＩｎＮ／ＩｎＰ／ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ、ＺｎＯ／ＺｎＳ／ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ、ＣｄＳ／ＣｄＳｅ／ＣｄＴｅ、ＨｇＳ／ＨｇＳｅ／ＨｇＴｅ、ＢｅＳ／ＢｅＳｅ／ＢｅＴｅ／ＭｇＳ／ＭｇＳｅ、ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｕＦ、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕＩ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩ、ＢｅＳｉＮ２、ＣａＣＮ２、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＳｎＡｓ２、ＺｎＳｎＳｂ２、ＣｕＧｅＰ３、ＣｕＳｉ２Ｐ３、（Ｃｕ、Ａｇ）（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｆｅ）（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）２（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）３、Ａｌ２ＣＯ、及びこれらの半導体の２種以上の適当な組み合わせから選択された半導体物質から成る半導電性ナノワイヤを含めて、他の種類のナノワイヤ（及びナノリボン、ナノチューブ、ナノロッドなどの他のナノ構造体）も使用できる。
特定の態様では、この半導体は、周期表の第ＩＩＩ族のｐ型ドーパント；周期表の第Ｖ族のｎ型ドーパント；Ｂ、Ａｌ及びＩｎからなる群から選ばれたｐ型ドーパント；Ｐ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選ばれたｎ型ドーパント；周期表の第ＩＩ族のｐ型ドーパント；Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ及びＨｇからなる群から選ばれたｐ型ドーパント；周期表の第ＩＶ族のｐ型ドーパント；Ｃ及びＳｉからなる群から選ばれたｐ型ドーパント；からなる群からのドーパントを含むことができ、あるいはｎ型はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅからなる群から選ばれる。
加えて、このナノワイヤはカーボンナノチューブ、又は導電性又は半導電性有機ポリマー物質、（例えば、ペンタセン及び遷移金属酸化物）を含み得る。
よって、明細書を通して「ナノワイヤ」なる用語を説明のために用いているが、ここでの記載はナノチューブの使用も包含しているものとする。ナノチューブは、明細書中にナノワイヤについて説明しているようにナノチューブの組み合わせ／薄膜にて形成するか、単独で形成するか又はナノワイヤを組み合わせて形成し、ここに記載の特性及び利点を得ることができる。
さらに、本発明のナノワイヤの薄膜は半導体ナノワイヤ及び／又はナノチューブ、及び／又は異なる組成及び／又は構造特性を有するそれらの任意の組み合わせを組み入れた「異種」薄膜とし得ることに留意されたい。例えば、「異種薄膜」としては、種々の直径と長さを有するナノワイヤ／ナノチューブ、及びコア-シェル型ナノワイヤ／ナノチューブ構造や例えば、米国特許第６，８８２，０５１号（その全内容を参考のためここに組み入れる）に記載のようなナノワイヤ／ナノチューブの長さに沿って組成が異なるナノワイヤ／ナノチューブを含めて種々の特徴を有する「ヘテロ構造体」であるナノワイヤ及び／又はナノチューブが挙げられる。
本発明についての詳細な説明の焦点はプラスチック基板上にナノワイヤ薄膜を使用することに当てられており、ナノワイヤを取り付ける基板は、限定するものではないが、一様な基板、例えばシリコン、ガラス、石英、ポリマーなどの固体物質のウェーハ；固体物質、例えばガラス、石英、プラスチック（ポリカーボネート、ポリスチレンなど）の大型硬質シートを含めてその他の物質から構成でき、あるいは、例えば構造、組成などに関して別の要素から構成できる。プラスチック（ポリオレフィン、ポリアミドなど）のロールなどの柔軟な基板、透明な基板、又はこれらの特徴の組み合わせを使用できる。加えて、この基板は、最終的に所望のデバイスの一部である他の回路又は構造要素を含んでもよい。このような要素の具体的な例としては、ナノワイヤや他のナノスケールの導電性要素を含めて電気接点、他のワイヤ又は導電性経路などの電気回路要素、光学及び／又は光学電気要素（例えば、レーザー、ＬＥＤなど）、並びに構造要素（例えば、マイクロ・カンチレバー、ピット、ウェル、ポストなど）が挙げられる。
ほぼ「整列された」又は「方向付けられた」なる表現は、ナノワイヤの集合又は集団中の大多数のナノワイヤの縦軸が単一方向の３０度以内に方向付けられていることを意味する。この大多数とは５０％より多くの数のナノワイヤであると考えられるが、種々の態様では、６０％、７５％、８０％、９０％、又はその他の割合のナノワイヤをそのように方向付けられた大多数であると考えることもできる。特定の好ましい態様では、大多数のナノワイヤが所望の方向の１０度以内に方向付けられる。別の態様では、大多数のナノワイヤが所望の方向のその他の度数又は範囲内に方向付けられ得る。
明細書中で行なった空間的な説明（例えば、「より上に」、「より下に」、「上に」、「下に」、「上部」、「下部」など）は説明のためであり、本発明のデバイスは任意の方向又はやり方にて空間的に配置できることを理解すべきである。
Ｉ．ナノワイヤ薄膜トランジスタ（ＮＷ−ＴＦＴ）
図１Ａ及び１Ｂは高移動度ナノワイヤＴＦＴの基になる概念を示す。図１Ａはアモルファス又は多結晶Ｓｉ ＴＦＴを表す。図１Ａから分かるように、電気キャリヤーが複数の粒界を横断しなければならないので、キャリヤー移動度が低下する。キャリヤーが複数の粒界を横断しなければならないことで移動度が低下するＳｉ又はポリＳｉ ＴＦＴとは違って、本発明の態様によると、ＮＷ−ＴＦＴは、（丸木橋のように）平行な複数の単結晶ＮＷ経路により形成された導電チャンネルを有し、よって、ソース１０を横断してドレイン電極２０までずっと単結晶内を進ませるので、高いキャリヤー移動度を保証する。図１Ｂは代表的なＮＷ−ＴＦＴであり、ソース１０のコンタクト領域とドレイン２０のコンタクト領域との間のチャンネル長にわたって張られたナノワイヤ３０を示す。
ＩＩ．ＮＷ−ＴＦＴデバイス製造
図２Ａ−Ｊは本発明の態様によるＮＷ−ＴＦＴの製造方法を説明する。本方法は図２Ａに示されるデバイス基板１００から開始する。このデバイス基板１００は、様々な材料、例えば柔軟な基板や硬い基板、小面積の基板や大面積の基板を含めて、例えばプラスチック、セラミック、金属又は半金属、半導体、ガラス、石英などから作ることができる。図２Ｂに示された最初のプロセス工程では、導電性ポリマー層１０２を基板１００上にデポジットする。導電性ポリマー層は、例えば、スピンコーティング、キャスティング、印刷（例えばインクジェット印刷）、ワイヤロッディング、吹き付け、ダイナミック・ブラシ・ペインティングなどを含めた種々のデポジション技術を用い、例えばロールツーロール法などの技術を用いてデポジットさせることができる。
導電性ポリマーの電気的性質は、絶縁体から金属導体までの導電率の全範囲にわたって可逆的に変えることができ、例えば、導電性ポリマー物質の抵抗率は、約１０倍以上の大きさのオーダー、例えば、約１５倍以上の大きさのオーダーだけ増加させ得る。例えば、この導電性ポリマーは光電性の物質を含んでもよく、それにより、該物質の抵抗率を光化学反応により（例えば、該物質を紫外線エネルギーに当てることにより）変えることができ、又は該物質の導電率を物理的、化学的又は熱的手段（例えば、電子ビーム照射、プラズマ・イマージョン、イオンビーム照射、熱照射等）などの他の手段によって変えることができる。導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン(polyacytelenes)、ポリジアセチレン(polydiacytelenes)、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリピロール（ＰＰＹ）、ポリチオフェン、ポリ（フェニル-キノリン）からなる群から選択されたポリマー物質や、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリフルオレン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリナフタレンなどを含んだ他の種類の導電性ポリマーが挙げられる。現在のところ、ポリピロールとポリアニリンが好ましく、これらは相対的に安定性に優れているので導電性ポリマーとして最も一般に用いられている。ポリピロールは電気化学的手段により薄膜形にデポジットできる。ポリアニリンは、ポリマーバックボーン上のドーパントイオンと結合する可溶性の対イオンを用いることにより可溶性にされる。現在市販のものは、中間の導電率レベル約１０−２〜１０２Ｓ／ｃｍを利用する。
ポリアニリン及びポリピロールなどの半導電性共役ポリマーのドーピングにより、バンドギャップ中の状態（例えば、ホッピング状態）の存在が得られ、十分なドーパント濃度では、このバンドギャップは事実上消滅し、該ポリマーが導電率が高い金属として作用する。ＰＡＮＩ又はＰＰＶなどの物質の固有導電率は約１０−１２Ｓ／ｃｍのオーダーであるが、ドーピングされた共役ポリマーは＞１０５Ｓ／ｃｍの導電率に達し、これは銅の導電率に近い。導電性ポリマーはドーピングされなくてもよく、あるいは、アクセプター若しくはｐ型ドーピング剤（例えば、ＡｓＦ５、Ｂｒ２、Ｉ２、ＨＣｌＯ４など）の添加、又は例えば、導電性ポリマーをアルカリ金属ナフタリドのＴＨＦ溶液中に浸すことによる、若しくは電気化学的方法によるドナー又はｎ型ドーピング剤の添加によってドーピングしてもよい。導電性ポリマーはそのままで使用することもできるし、他の導電性ポリマーとの混合物及び化合物として、又はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、軟質ＰＶＣ、ポリ（メチルメタクリレート）、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、エポキシ、及び熱可塑性エラストマーなどの商品ポリマーとの混合物及び化合物として使用することもできる。
図２Ｃ−Ｄに示された次のプロセス工程では、ゲートマスク１０４を用いて導電性ポリマー層の選択された部分をマスクする一方、その他の部分には紫外線エネルギーソース（図示せず）からの紫外線エネルギーを照射（図２Ｃにおいて下向き矢印により示されている）することにより、導電性ポリマー層をパターン化する。マスキングプロセスは、高エネルギーの電子ビーム、イオンビーム、プラズマ・イマージョン、又は熱的若しくは化学的手段などのその他のプロセスを用いて実行することもできる。ＵＶ光エネルギー又はその他のエネルギーが照射される導電性ポリマー層の部分１０６は削られて抵抗性ポリマーになり（例えば、抵抗率の大きさが約１０若しくは１５のファクター増大するかそれより大きいオーダーになる）、ゲートコンタクト領域として機能する導電性ポリマー層のマスクされた部分１０８は、実質的に導電性のままである（例えば、ＰＡＮＩではＲｓがだいたい約１０−２〜約１０２Ｓ／ｃｍのオーダーである）。随意に、金属、ドープ半導体、又は導電性ポリマーなどの導電性物質をゲートコンタクト領域１０８中に形成し（デポジットし）ナノワイヤに対するオーム接触を改善することができる（後でさらに説明する）。
その後、図２Ｅ−Ｆに示されるように、誘電体層１１０を導電性ポリマー層に付加する。誘電体層１１０はゲート誘電体として機能し、窒化珪素、二酸化珪素、酸化アルミニウム、絶縁ポリマー薄膜などの有機又は無機物質を含めて任意の種類の誘電体とすることができ、スピンオン、スパッタ、又はインクジェット印刷又はマイクロコンタクト印刷方法を用いることを含めて本明細書中に記載の又はそれ以外の公知の任意の方法にて付加できる。一態様では、チャンネル領域において誘電体に凹所を作ってチャンネル領域におけるカップリング効率を改善することができる。別の態様では、図４Ａ−Ｃの態様に関して後に更に説明するように、誘電体層１１０をナノワイヤ１１２のシェル層とすることもできる。
誘電体コーティング層上にデポジットされたナノワイヤとの電気接続性を与えるために、誘電体コーティング層１１０を通って下のゲートコンタクト領域１０８まで小バイア１１１を形成することができる。このバイア１１１は、エッチング、レーザーアブレーション又は光化学反応などの従来のバイア処理技術により形成することができる。
別法として、図２Ｂ−Ｆに関して上記説明したプロセス工程は、第１の導電性ポリマー層１０２を、厚みが例えば約５００オングストローム〜１ミクロンの金属又は半導体ゲート電極を形成するために標準的なフォトリソグラフィ及び電子ビーム蒸着、スパッタリング、化学蒸着（ＣＶＤ）技術などの金属付着方法を用いてデバイス基板上に直接パターン化又は形成されるゲートコンタクト又は電極（例えば金属、半導体、合金などから作られる）と代えることによって代用できる。次に、適当な有機又は無機誘電体層でゲート電極をコーティングし、エッチング又はレーザーアブレーションなどの標準的なバイア処理技術を用いてこの誘電体を通るバイアを形成することができる。残りのプロセス工程は図２Ｇ-Ｊに関して下記説明するように進めることができる。
次に、別の成長基板上で合成しておいた単結晶ＮＷ１１２を例えば溶液から誘電体層１１０上にデポジットする。一例では、パイロット生産規模の反応器において金のコロイド粒子（British Biocell International Ltd.から市販）を触媒として使用してＳｉＨ４及びＢ２Ｈ６を分解することにより、制御した直径を有するｐ型シリコンＮＷを合成した。一般に、温度４２０〜４８０℃、全圧３０トール、シラン分圧約２トールにて時間４０分間、成長を行なわせる。ドーピングレベルを制御するためにＳｉＨ４及びＢ２Ｈ６比を変えることができる。例えば、ＮＷを合成する際に６４００：１なる比を用いることができる。得られたＮＷは一般に５ｕｍ〜約１００ｕｍの長さと、Ａｕコロイド触媒粒子により決定される約５ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲のほぼ単分散の直径を有した。合成されたＮＷは、厚さが約２ｎｍ〜約２０ｎｍのアモルファスシリコン酸化物シェルにより包囲された単結晶シリコンコアをもったコアシェル構造を有する。
方向付けられたＮＷ薄膜を得るために例えば流体流方向付けアラインメント法を用いて、溶液（例えばエタノール）中に分散させた後のナノワイヤを誘電体コーティング層の上にアセンブルする。ＮＷ懸濁液はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）モールドと平らな基板表面との間に形成された流体チャンネル構造を通って送られて該表面上にＮＷアレイを得ることができる。薄膜中の平均ＮＷ空間は、溶液中のＮＷ濃度及び／又は全フロー時間を変えることによって制御できる。このアプローチでは、より長い又は大きいチャンネルモールドを使用することによってアラインメントを４インチウェーハ又はそれより大きな領域に容易に拡張できる。ナノワイヤはまた、Ｌｉｅｂｅｒ他の米国特許出願公開第２００２／０１３０３１１号（２００１年８月２２日出願）及び米国特許第６，８７２号〔それらの全内容をここに参考として組み込む〕に開示された手段などの他の様々な手段によって誘電体層上にデポジットし整列／方向付けすることもできる。図５Ａは光学顕微鏡写真であり、ワイヤ・ロッディング・デポジション法を用いてプラスチック基板上にコーティングされた導電性ポリマー薄膜中に埋め込まれたナノワイヤを示す。図５Ｂは光学顕微鏡写真であり、ダイナミック・ペイント・ブラッシング・デポジション法を用いてプラスチック基板上にコーティングされた導電性ポリマー薄膜中に埋め込まれたナノワイヤを示す。
ナノワイヤのデポジションに続いて、上記記載の任意のデポジション方法を用いて図２Ｈに示されるようにナノワイヤ１１２上に第２の導電性ポリマー層１１４をデポジットする。次に、図２１−Ｊに示されるように、導電性ポリマー層１１４中にソース及びドレインコンタクト領域１１６、１１８をそれぞれ形成するために第２の導電性ポリマー層１１４をパターン化する。これらのコンタクト領域は各々少なくとも１又は複数のナノワイヤ１１２と接触する。第１の導電性ポリマー層１０２におけるゲートコンタクト領域１０８の形成と同様に、ソース及びドレインコンタクトを形成すべく選ばれた第２の導電性ポリマー層の領域１１６、１１８をマスクし、導電性ポリマー層の非露光部分にＵＶ光エネルギーを当てて抵抗性を高める。ソース及びドレインコンタクト領域１１６、１１８は、ＵＶ光が当たらないよう保護されたマスク部分により定まり、よって導電性のまま残る。次に、ソース及びドレイン領域１１６、１１８に標準的なフォトリソグラフィ又は電子ビームリソグラフィ法を随意に適用して金属（例えば、金（Ａｕ））又は半導体コンタクト電極を形成して機能的なＴＦＴを作ることができる。このようなゲート、ドレイン、又はソースコンタクトは、塗装、電気メッキ、蒸着、スパッタ、スピンオン、印刷（例えばインクジェット印刷方法を用いる）で付加するか、又は明細書中に記載のように若しくは他で公知のように付加し得る。前の態様では１つのゲートコンタクトの形成を開示したが、別の態様では、１又は複数の追加のゲートコンタクト、グローバル又はローカルを１又は複数の導電性ポリマー層中に及び／又は１又は複数の導電性ポリマー層上に形成して性能を改善することができる。１又は複数の第２のゲート（図示せず）は、第１のゲートコンタクト領域１０８に接続することもできるし、第１のゲートコンタクト領域１０８から絶縁することもできる。
上述したＮＷ−ＴＦＴ製造方法の別の態様では、図３Ａ−Ｄに示されるようにナノワイヤを導電性ポリマー薄膜中に組み込むことによってナノワイヤデポジション工程を変更できる。ナノワイヤは単層薄膜、サブ単層薄膜、又は図３Ａに示されるように多層薄膜１２０として形成できる。次に、第１の導電性ポリマー層１０２’上に付加された誘電体コーティング層１１０’上に、ナノワイヤを組み込んだ導電性ポリマー薄膜１２０をデポジットする。その後、図３Ｃ−Ｄに示されるように、ソース及びドレインコンタクト領域１１６’、１１８’をそれぞれ導電性ポリマー層１２０中に形成するために、ナノワイヤ１１２’を埋め込んだ第２の導電性ポリマー層をパターン化する。第１の導電性ポリマー層１０２’におけるゲートコンタクト領域１０８’の形成と同様に、第２の導電性ポリマー層１２０のソース及びドレイン領域１１６’、１１８’をマスクし、導電性ポリマー層の非露光部分にＵＶ光エネルギーを当てて抵抗を高める。ソース及びドレインコンタクト領域１１６’、１１８’は、ＵＶ光が当たらないように保護されたマスク部分により定まり、よって導電性のまま残る。
ＮＷ−ＴＦＴの性能は、様々なＮＷコア−シェル型構造を利用するいくつかの方法にて更に改善できる。例えば、単結晶半導体コアと高品質ゲート誘電体シェルとからなるコア−シェル型ＮＷ構造により、Ｓｉと酸化物との界面の品質が非常に改善され、小さい漏れ、小さいサブ・スレッショルド・スイング、及び大きい表面キャリヤー移動度などのようにデバイスの性能が向上する。本来Ｓｉ ＮＷはコア−シェル型構造を有するが、薄いネイティブ酸化物層は高電場に耐えるほど十分な品質をもたない。このネーティブ酸化物は、制御された熱酸化又は化学蒸着によって生成した高品質シリコン酸化物シェルに代えることもできる。コア−シェル型ＮＷ構造は、半導体物質の合成及び高品質ゲート誘電体の形成を含めてすべての高温プロセスを最終的なデバイス基板から分離するので、高性能ＮＷ−ＴＦＴをプラスチック上に作るのに理想的に適していると思われる。加えて、このようなコア−シェル構造ではまた、表面トラッピング状態の不動態化が生じ得るので性能がさらに向上する。
第２に、現在のバックゲート付きＮＷ−ＴＦＴはジオメトリカル効果により性能が相対的に制限される。このジオメトリカル効果は、単結晶半導体のコア、ゲート誘電体の内側シェル、及び共形ゲートの外側シェルを含む更に複雑なＮＷコア-シェル型構造を開発することにより克服できる。これはＣＶＤ又は原子層デポジション（ＡＬＤ）によりデポジットされた高ドープアモルファスシリコン又は他の金属の層をＳｉ／ＳｉＯｘコア−シェル型構造（上記説明した）の周りに外側ゲートシェルとしてデポジットすることによって実現できる。
第３に、小径ＮＷにおける量子電子効果を利用することにより、ＮＷ−ＴＦＴの性能を単結晶物質の性能よりも更に改善できる可能性がある。従来の二次元半導体超格子及び２Ｄ電子／正孔ガスと同様に、マルチ・コア−シェル型ＮＷ構造も想定でき、ドーパントをアクティブ導電チャンネルから分離して超高移動度ＴＦＴを実現できる。
図４Ａ−Ｄは本発明の別の態様を示し、ナノワイヤコア−シェル型構造を用いてＮＷ−ＴＦＴデバイスが製造されている。この態様では、複数のコア−シェル型ナノワイヤ２０４（図４Ｂ−Ｃに詳細に図示）を組み込んだ導電性ポリマー薄膜２０２をデバイス基板２００上にデポジットする。各ナノワイヤは、図４Ｃにおいて１つのナノワイヤの横断面図に示されるように、半導体（又は他の物質、例えば、金属、導電性ポリマー、セラミックなど）から作られたナノワイヤコア２０５を備え、このナノワイヤコア２０５が酸化物層などの誘電体シェル２０７により包囲されている。次に、上記説明したように導電性ポリマー層をパターン化し、図４Ｄに示すように導電性層中にソース及びドレインコンタクト領域２０６、２０８をそれぞれ形成する。次に、ソースコンタクトとドレインコンタクトとの間のチャンネル領域の上方の導電性層上に共形ゲート電極（図示せず）を形成できる。随意に、ナノワイヤの両端を覆う酸化物シェルは、デバイスのソース及びドレインコンタクト領域の両方に近接したところを除去し、コア−シェル型ナノワイヤとコンタクト導体（金属、ドープ半導体、又は導電性ポリマー物質自体から作ることができる）とのオーム接触を良くすることができる。酸化物シェル層はどんな方法でもナノワイヤから選択的にエッチングすることができる。必要なら、フォトレジスト物質をナノワイヤ上にパターン化して、除去すべきでないナノワイヤ上の酸化物層の部分を保護することもできる。例えば、フォトリソグラフィ法を使用できる。ナノワイヤをエッチングソース（例えば、化学エッチング物質、レーザー光など）にさらし又は処理し、保護されていない酸化物層の部分を除去できる。任意の種類の適当な物質除去法を使用できる。例えば、反応性イオンエッチング又は他のエッチング技術を使用できる。例えば、イオンビームがさらに直接表面に向かうように、プラズマ電力、圧力、及び／又は基板バイアスを調整することもできる。
上述したＮＷ薄膜の概念の重要な特徴は、デバイス製造とは分離しているＮＷ合成工程を除いて、全体のＮＷ−ＴＦＴ製造プロセスを本質的に室温で実行できることである。したがって、高性能ＮＷ−ＴＦＴのアセンブリを低コストのガラス及びプラスチック基板に容易に付加することができる。これらの態様では、任意数の（一種又は複数種の）ナノワイヤを有する電子デバイスを形成できることに留意されたい。例えば、複数のナノワイヤを薄膜に形成し、電子デバイス中に用いることができる。複数のナノワイヤを用いる場合には、ナノワイヤを整列させることもできるし、整列させないこともできる（例えば、ランダムに方向付ける）。
ＩＩ．応用例
ここに記載の態様は、ＮＷ−ＴＦＴ技術に適用された場合、非常に大きく柔軟な基板上に従来の単結晶シリコンから製造されたトランジスタの性能特性に匹敵するかそれを超える性能特性を有するトランジスタを製造できる。これにより、超大規模高密度の電気的集積化が可能になり、真のシリコン・オン・プラスチック技術が得られる。この技術の潜在的な用途は軍事用途を含めて非常に広い。ＮＷ−ＴＦＴ技術は、ＲＦ通信、太陽電池、スマートカード、無線周波識別タグ、検出器、センサーアレイ、Ｘ線イメージャー、柔軟な表示装置（例えば、アクティブマトリックス液晶ディスプレイ）、電子部品などを含めて様々なユニークな用途の開発を可能にする。
例えば、ＮＷ−ＴＦＴを広領域電子反射器（ＬＡＥＲ）に組み込むことにより、「任意の」表面を電子的に変形して指向性の高利得ＲＦ送信又は受信用のパラボラアンテナにすることができる。これは水から家を最適に保護する物理的な形状を有する屋根を作るのと同様であり、この場合には屋根の電子的な形状が大型の衛星放送受信アンテナとして動作することになる。複数の凸形状を電子的に凹面になるように作ることでトランシーバの効率を上げ、それにより動作に必要な電力を削減したり寿命又は範囲を拡大することができる。さらに、飛行船（小型軟式飛行船など）の袋を、超大型のモーフィング型アンテナアパーチャとして動作するように作ることもできる。このような飛行船は高高度電子監視装置／発信機を打ち上げる場合の低コストの解決策である。飛行船袋の表面上でＲＦ周波数にて動作する埋め込まれたＴＦＴにより、重量が低減され飛行船の性能が向上する。
本発明の代表的な態様を説明してきた。本発明はこれらの例に限定されるものではない。ここでは、説明のためにこれらの例を示したのであり、限定するためではない。代案（ここに記載のものの同等物、拡張、変形、変更などを含めて）も、ここに記載した事項に基づけば当業者には明らかであろう。このような代案も本発明の範囲内にある。
図１Ａはアモルファス又は多結晶Ｓｉ ＴＦＴの図である。図１Ｂは本発明の態様によるＮＷ−ＴＦＴの図である。 図２Ａは本発明の態様によるＮＷ−ＴＦＴの製造方法において用いられるデバイス基板の略図である。 図２Ｂは図２Ａのデバイス基板上への導電性ポリマー層のデポジションを示す略図である。 図２Ｃは図２Ｂの導電性ポリマー層のパターニングを示し、導電性ポリマー層のうち選択した領域（１又は複数）（例えば、マスクされていない領域）に紫外線エネルギーを当てている略図である。 図２Ｄは導電性ポリマー層のうち選択した領域（１又は複数）に紫外線エネルギーを当てた後における、導電性ポリマー層内のゲートコンタクト領域の形成を示す略図である。 図２Ｅは導電性ポリマー層上へのゲート誘電体層のデポジション及び誘電体層を通って下にあるゲートコンタクト領域までの小通路の形成の後の、図２Ｄのデバイス基板及び導電性ポリマー層の平面図である。 図２Ｆは図２Ｅのデバイス基板、導電性ポリマー層及びゲート誘電体層の側面図である。 図２Ｇは図２Ｆのゲート誘電体層上へのナノワイヤの薄膜のデポジションを示す略図である。 図２Ｈは図２Ｇの複数のナノワイヤ上への第２の導電性ポリマー層のデポジションを示す略図である。 図２Ｉは第２の導電性ポリマー層のうち選択した（マスクされていない）領域に紫外線エネルギーを当てた後における、第２の導電性ポリマー層中でのソース及びドレインコンタクト領域の形成を示す略図である。 図２Ｊは第２の導電性ポリマー層のうち選択した領域に紫外線エネルギーを当てた後、第２の導電性ポリマー層中にソース及びドレインコンタクト領域を形成した後のＮＷ−ＴＦＴデバイスを示す略図である。 図３Ａは本発明により作られたＮＷ−ＴＦＴデバイスの別の態様についての概略の側面図であり、複数のナノワイヤを埋め込んだ導電性ポリマー物質を含む複合膜が、デバイスの活性層を形成するのに用いられている。図３Ｂは図３ＡのＮＷ−ＴＦＴデバイスの平面図である。図３Ｃは導電性ポリマーのうち選択した（マスクされていない）領域に紫外線エネルギーを当てた後の、図３ＡのＮＷ−ＴＦＴデバイスの複合膜層中でのソース及びドレインコンタクト領域の形成を示す略図である。図３Ｄは導電性ポリマーに紫外線エネルギーを当てた後、複合膜層中にソース及びドレインコンタクト領域を形成した後のＮＷ−ＴＦＴデバイスを示す略図である。 図４Ａは、本発明により作られたＮＷ−ＴＦＴデバイスの別の態様の略図であり、複数のナノワイヤが埋め込まれた導電性ポリマー物質を含んだ複合膜が、デバイス基板上に直接デポジットされてデバイスの活性層を形成する。図４Ｂは図４Ａの複合膜層中に組み込まれた複数のコア−シェル型ナノワイヤの拡大図である。図４Ｃは図４Ｂのコア−シェル型ナノワイヤの横断面図である。図４Ｄは、導電性ポリマーのうち選択した（マスクされていない）領域に紫外線エネルギーを当てた後での、図４ＡのＮＷ−ＴＦＴデバイスの複合膜層中でのソース及びドレインコンタクト領域の形成を示す略図である。 図５Ａは導電性ポリマー薄膜に埋め込まれたナノワイヤを示す光学顕微鏡写真であり、これらのナノワイヤはワイヤ・ロッディング・デポジション法を用いてプラスチック基板上にコーティングされている。図５Ｂは導電性ポリマー薄膜に埋め込まれたナノワイヤを示す光学顕微鏡写真であり、これらのナノワイヤはダイナミック・ペイント・ブラッシング・デポジション法を用いてプラスチック基板上にコーティングされている。
符号の説明
１０ ソース
２０ ドレイン
３０ ナノワイヤ
１００ デバイス基板
１０２ 導電性ポリマー層
１０４ ゲートマスク
１０８ ゲートコンタクト領域
１１０ 誘電体層
１１１ バイア
１１２ ナノワイヤ
１１４ 第２の導電性ポリマー層
１１６ ソースコンタクト領域
１１８ ドレインコンタクト領域

Claims (39)

  1. 導電性ポリマー物質とその中に組み込まれた１又は複数のナノワイヤとを含んだ複合材料。
  2. 前記導電性ポリマー物質がポリアニリン（ＰＡＮＩ）又はポリピロール（ＰＰＹ）を含む請求項１に記載の複合材料。
  3. 請求項１に記載の複合材料を含んだＬＥＤ、レーザー、導波路、又はＬＣＤバックプレーン。
  4. 請求項１に記載の複合材料を含んだフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、太陽電池、画像センサーアレイ又はデジタルＸ線イメージャー。
  5. ａ．基板と；
    ｂ．前記基板上にデポジットされた導電性ポリマー層であって、動作電流レベルに達するのに十分なナノワイヤの密度にて複数のナノワイヤを含んだ前記導電性ポリマー層と；
    ｃ．前記導電性ポリマー層中に形成されたソース及びドレイン領域と；
    ｄ．前記導電性ポリマー層上に形成されたゲートと；
    を備えたトランジスタデバイス。
  6. 前記複数のナノワイヤがそれらの長軸にほぼ平行に方向付けられた請求項５に記載のデバイス。
  7. 前記ナノワイヤが該ナノワイヤの少なくとも一部の上にデポジットさせた酸化物の層を備える請求項５に記載のデバイス。
  8. 前記ナノワイヤと前記ソース及びドレイン領域との間のオーム接触を改善するためにナノワイヤの両端の上には実質的に酸化物層を有さない請求項７に記載のデバイス。
  9. 前記ナノワイヤが単層薄膜、サブ単層薄膜、又は多層薄膜として形成される請求項５に記載のデバイス。
  10. 前記基板がプラスチック物質から作られる請求項５に記載のデバイス。
  11. ａ．デバイス基板を設け；
    ｂ．前記デバイス基板上に第１の導電性ポリマー層をデポジットし；
    ｃ．１又は複数のゲートコンタクト領域を前記導電性ポリマー層中に形成し；
    ｄ．動作電流レベルに達するのに十分なナノワイヤの密度にて前記導電性ポリマー層上に複数のナノワイヤをデポジットし；
    ｅ．前記複数のナノワイヤ上に第２の導電性ポリマー層をデポジットし；そして
    ｆ．前記第２の導電性ポリマー層中にソース及びドレインコンタクト領域を形成することで前記複数のナノワイヤと電気的に接続し、それにより前記ナノワイヤが前記ソース及びドレイン領域の夫々の領域間の長さを有するチャンネルを形成する；
    ことをからなるトランジスタデバイスの製造方法。
  12. 前記ナノワイヤをそれらの長軸にほぼ平行に整列させることを更に含む請求項１１に記載の方法。
  13. １又は複数のゲートコンタクト領域を形成することが、前記第１の導電性ポリマー層の１又は複数の部分をマスクし、マスクしていない部分に紫外線エネルギーを当てて該マスクしていない部分の抵抗性を高めることから成る請求項１１に記載の方法。
  14. 前記第１の導電性ポリマー層上にゲート誘電体層を形成することを更に含む請求項１１に記載の方法。
  15. 前記複数のナノワイヤを前記ゲート誘電体層上にデポジットする請求項１４に記載の方法。
  16. 前記ソース及びドレイン領域を前記第２の導電性ポリマー層中に形成することが、前記第２の導電性ポリマー層の少なくとも２又はそれより多くの部分をマスクし、マスクしていない部分に紫外線エネルギーを当てて該マスクしていない部分の抵抗性を高めることから成る請求項１１に記載の方法。
  17. 前記第１及び／又は第２の導電性ポリマー層をデポジットすることが、スピンコーティング、キャスティング、印刷、ワイヤロッディング、吹き付け、又はブラシ塗装から選択した方法を用いることから成る請求項１１に記載の方法。
  18. 金属又はドープシリコンを前記ソース及びドレインコンタクト領域中にデポジットすることを更に含む請求項１１に記載の方法。
  19. ゲート電極を前記ゲートコンタクト領域中に形成することを更に含む請求項１１に記載の方法。
  20. ａ．基板を設け；
    ｂ．複数のナノワイヤを組み込んだ導電性ポリマー層を前記基板上にデポジットし；
    ｃ．ソース及びドレインコンタクト領域を前記導電性ポリマー層中に形成することで前記複数のナノワイヤと電気的に接続し、それにより前記ナノワイヤが前記ソース及びドレインコンタクト領域のそれぞれの領域間の長さを有するチャンネルを形成し；そして
    ｄ．ゲートを前記導電性ポリマー層上に形成する；
    ことから成るトランジスタデバイスの製造方法。
  21. 前記ナノワイヤをそれらの長軸にほぼ平行に整列させることを更に含む請求項２０に記載の方法。
  22. 前記ソース及びドレインコンタクト領域を形成することが、前記第１の導電性ポリマー層の２又はそれより多くの部分をマスクし、マスクしていない部分に紫外線エネルギーを当てて該マスクしていない部分の抵抗性を高めることから成る請求項２０に記載の方法。
  23. 前記導電性ポリマー層をデポジットすることが、スピンコーティング、キャスティング、印刷、ワイヤロッディング、吹き付け、又はブラシ塗装から選択されたコーティング方法を用いることから成る請求項２０に記載の方法。
  24. 金属又はドープシリコンを前記ソース及びドレインコンタクト領域中にデポジットすることを更に含む請求項２０に記載の方法。
  25. 前記ゲートを形成することが金属を前記導電性ポリマー層の一部の上にデポジットすることから成る請求項２０に記載の方法。
  26. 前記ナノワイヤが該ナノワイヤの少なくとも一部の上にデポジットさせた酸化物の層を備える請求項２０に記載の方法。
  27. 前記ナノワイヤと前記ソース及びドレインコンタクト領域との間のオーム接触を向上させるため、前記デバイスの前記ソース及びドレインコンタクト領域の近くにて前記ナノワイヤの両端の前記酸化物層の一部を除去することを更に含む請求項２６に記載の方法。
  28. 前記ナノワイヤを単層薄膜、サブ単層薄膜、又は多層薄膜として形成する請求項２０に記載の方法。
  29. 前記基板がプラスチック物質から作られる請求項２０に記載の方法。
  30. ａ．基板を設け；
    ｂ．前記基板上に第１の導電性ポリマー層をデポジットし；
    ｃ．１又は複数のゲートコンタクト領域を前記第１の導電性ポリマー層中に形成し；
    ｄ．複数のナノワイヤを中に組み込んだ第２の導電性ポリマー層を前記第１の導電性ポリマー層の上にデポジットし；そして
    ｅ．ソース及びドレインコンタクト領域を前記第２の導電性ポリマー層中に形成することで前記複数のナノワイヤと電気的に接続し、それにより前記ナノワイヤが前記ソース及びドレイン領域のそれぞれの領域間の長さを有するチャンネルを形成すること；
    から成るトランジスタデバイスの製造方法。
  31. 前記ナノワイヤをそれらの長軸にほぼ平行に整列させることを更に含む請求項３０に記載の方法。
  32. 前記ゲートコンタクト領域を形成することが、前記第１の導電性ポリマー層の１又は複数の部分をマスクし、マスクしていない部分に紫外線エネルギーを当てて該マスクしていない部分の抵抗性を高めることから成る請求項３０に記載の方法。
  33. 前記第１及び／又は第２の導電性ポリマー層をデポジットすることが、スピンコーティング、キャスティング、印刷、ワイヤロッディング、吹き付け、又はブラシ塗装から選択されたコーティング方法を用いることから成る請求項３０に記載の方法。
  34. 金属又はドープシリコンを前記ゲート、ソース及び／又はドレインコンタクト領域中にデポジットすることを更に含む請求項３０に記載の方法。
  35. ゲート電極を前記ゲートコンタクト領域中に形成することを更に含む請求項３０に記載の方法。
  36. 前記ナノワイヤが該ナノワイヤの少なくとも一部の上にデポジットさせた酸化物の層を備える請求項３０に記載の方法。
  37. 前記ナノワイヤと前記ソース及びドレインコンタクト領域との間のオーム接触を向上させるために、前記デバイスの前記ソース及びドレインコンタクト領域の近くにて前記ナノワイヤの両端の前記酸化物層の一部を除去することを更に含む請求項３６に記載の方法。
  38. 前記ナノワイヤを単層薄膜、サブ単層薄膜、又は多層薄膜として形成する請求項３０に記載の方法。
  39. 前記基板がプラスチック物質から作られる請求項３０に記載の方法。
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