JP2611751B2 - 電界効果型トランジスタ - Google Patents

電界効果型トランジスタ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電界効果型トランジス
タに関する。特に、大容量スイッチング素子、あるいは
大面積のアクティブマトリクス型表示装置の画素駆動素
子として利用される電界効果型トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】電界効果型トランジスタは、アクティブ
マトリクス型表示素子の画素駆動素子として、あるい
は、電流開閉のための無接点スイッチング素子として
等、種々の電気回路の中で広く使われている。
【0003】これらの用途に使用されている従来の電界
効果型トランジスタは、ゲート電圧によって電気伝導度
を制御されるチャネル半導体部分の材料で分類すると、
大きく分けて次の2種類に分けられる。一つは、シリコ
ン、ガリウム砒素などの無機半導体結晶をチャネル半導
体としているもの、もう一つは、化学蒸着法等により成
膜したシリコン系材料の薄膜をチャネル半導体としてい
るものである。これら従来型の電界効果型トランジスタ
の基本構造概略図を図2に示す。
【0004】一方、ポリチオフェン、オリゴチオフェ
ン、ポリチエニレンビニレン等のπ−共役系重合体は半
導体的性質を示すことから、シリコンやガリウム砒素等
無機系半導体と同様に、電界効果型トランジスタ等の半
導体材料として利用可能なことが知られている。例とし
ては、特開昭62−085467号公報、特開平5−1
10069号公報、特公平6−38491、38492
号公報等がある。
【0005】実用化している従来の電界効果型トランジ
スタは、製造の都合上、平面型であることが多い。これ
は、曲面化が困難な無機半導体をチャネル半導体材料と
して用いているためである。
【0006】電界効果型トランジスタにおいては、ある
一定のゲート電圧、一定のソース・ドレイン間電圧を印
加したときにソース・ドレイン間のチャネル領域を流れ
る電流は、ソース・ドレイン電極間の距離(チャネル
長、L)に反比例し、チャネル領域の電流通路の幅(チ
ャネル幅、W)に比例することが知られている。このこ
とから、大きな動作電流を得るためには、チャネル幅W
をチャネル長Lで割った値(以下W/L比)、特にチャ
ネル幅Wを大きくすればよいことがわかる。
【0007】しかしながら、従来の電界効果型トランジ
スタの多くはチャネル領域が平面型であるために、チャ
ネル幅Wを大きくしようとするとそれだけ素子のサイズ
を大きくせざるを得なかった。
【0008】この問題に対し、チャネル領域を三次元方
向に展開することにより、素子のサイズを大きくせずに
W/L比を大きくする方法がこれまでにいくつか提案さ
れている。例えば特開昭62−128177号公報で
は、ソース・ドレイン間のチャネル領域に凹凸を設ける
ことにより、W/L比の微調節を行うことが記載されて
おり、特に実施例においてゲート絶縁膜を三角柱状に加
工した場合のみが開示されている。また、特開平3−2
93768号公報では、ドレイン、ソース、ゲート、さ
らにチャネル領域を円筒状とすることにより、小サイズ
で大電流を流せる電界効果型トランジスタを得ることが
記載されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の平面型の電界効果型トランジスタでは、動作電流を
大きくしようとすると、それだけ大きなサイズにする必
要があった。
【0010】前記特開昭62−128177号公報に開
示された方法では、W/L比を大きくするためにはチャ
ネル幅Wの方向に多数の深い凹凸を設けなければなら
ず、その困難さからそれほど飛躍的にはW/L比は大き
くできないという問題がある。
【0011】また前記特開平3−293768号公報に
開示された方法では、ゲート電極は円筒状であるためチ
ャネル幅Wはたかだか円筒の円周の長さにしかならず、
それほど飛躍的にはW/L比は大きくできないという問
題があった。
【0012】本発明はこの問題を解決するためになされ
たもので、W/L比が飛躍的に高く動作電流が大きく、
加えて従来の電界効果型トランジスタでは適用困難であ
った用途にも利用できる新規な構成の電界効果型トラン
ジスタを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明による電界効果型
トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、該ソ
ース電極とドレイン電極を結ぶ直線と平行に配置された
少なくとも一つの線状弁作用金属からなるゲート電極
と、該ゲート電極表面に形成された酸化皮膜と、該酸化
皮膜に密着して形成された半導体層とを具備することを
特徴とする。また前記半導体層として特にπ−共役系重
合体組成物を用いることを特徴としている。本発明の電
界効果型トランジスタの一例を、図1(A)、(B)に
模式的に示す。図において(A)はソース電極とドレイ
ン電極を結ぶ直線と平行な方向に切断した場合の断面図
であり、(B)はソース電極とドレイン電極を結ぶ直線
と垂直な方向に切断した場合の断面図である。
【0014】本発明の電界効果型トランジスタにおける
ゲート電極は、その材料が弁作用を持つこと(例えば、
ゲート電極材料としては、タンタル、アルミニウム、ニ
オブ等)、また構造として線状であるという条件(例え
ば円筒状、板状等)を満たしていれば特に限定されない
が、ゲート電極を束ねたときに隙間が多くでき、しかも
一方向に均一な隙間ができるような構造にすることが好
ましい。また、線状弁作用金属の数は、少なくとも1本
あればよいが、可能な限り多い方がよい。
【0015】本発明の電界効果型トランジスタにおける
ソース電極、ドレイン電極に用いる材料は、導電性材料
であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、ク
ロム、銅、鉄、錫、アンチモン、鉛、タンタル、インジ
ウム、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、およびこれ
らの合金や、インジウム・錫酸化物等の導電性金属酸化
物、カーボンペースト、銀ペースト、金ペースト、ある
いはドーピング等で導電率を向上させた無機および有機
半導体、例えばポリシリコン、アモルファスシリコン、
ゲルマニウム、グラファイト、ポリアセチレン、ポリパ
ラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリア
ニリン、ポリチエニレンビニレン、ポリパラフェニレン
ビニレン、ポリピリダジン、ポリナフチレン、ポリアズ
レン、ポリイソチアナフテン等が挙げられる。
【0016】また、ソース電極、ドレイン電極の数も特
に限定されず、複数のソース電極、ドレイン電極を用い
ることもできる。たとえば、図3に示したように、細長
いゲート電極上に両電極を互い違いに多数配置し、素子
の外部でソース電極同士、ドレイン電極同士を接続すれ
ば実効的なW/L比がさらに大きなものが得られる。ま
た図4で示したように、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半
導体層複合体ひとつに複数のソース電極・ドレイン電極
対を形成して、ゲート電極共通の複数素子として用いて
も良い。このような構成は、大面積アクティブマトリク
ス型表示装置の画素駆動素子として用いる場合に便利で
ある。
【0017】本発明の電界効果型トランジスタにおける
酸化皮膜の形成方法としては、ゲート電極として複数の
線状弁作用金属を用いる場合にはそれらを束ねた後に、
電解質溶液中にて電解酸化によって行う方法などが挙げ
られる。
【0018】本発明の電界効果型トランジスタにおける
半導体層材料は、弁作用金属表面の酸化皮膜に密着して
形成できる半導体材料であれば特に限定されないが、デ
ィッピング法、化学重合法などで容易に形成可能なπ−
共役系重合体組成物が最も好ましい。π−共役系重合体
組成物とは主鎖に連続した共役系を有する重合体組成物
であり、このような重合体としては例えば、ポリアセチ
レン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロ
ール、ポリアニリン、ポリチエニレンビニレン、ポリパ
ラフェニレンビニレン、ポリピリダジン、ポリナフチレ
ン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン等が挙げられ
る。また、これらに適当な置換基を導入したものや、オ
リゴマー体でもよい。さらに、これらのπ−共役系重合
体組成物中にドーパントを含んでいてもよい。また、高
分子バインダー中に前記重合体を分散させる、あるいは
前記π−共役系重合体を側鎖に持つ高分子といった構成
も可能である。
【0019】本発明の電界効果型トランジスタにおける
半導体層の作製法は細孔内に形成できれば特に限定しな
いが、例としては、ディッピング法、化学重合法などが
挙げられる。細孔内にπ−共役系重合体薄膜を形成する
技術は、機能性高分子コンデンサの分野において確立し
ており、この技術を利用すると容易に形成できる。ま
た、半導体層の膜厚も特に限定されず、酸化皮膜表面の
ごく薄い部分にのみ形成されていてもよいし、細孔を埋
めた状態でもよい。
【0020】本発明における電界効果型トランジスタの
大きさは特に限定されるものではなく、1ミリ四方以下
でもよいし、数メートルの長さでもよい。
【0021】
【実施例】以下に実施例を示すが、本発明は実施例に限
られるものではない。
【0022】(実施例1)図1(A)、(B)に本実施
例における電界効果型トランジスタの構造を示す。図に
おいて(A)はソース電極とドレイン電極を結ぶ直線と
平行な方向に切断した場合の断面図であり、(B)はソ
ース電極とドレイン電極を結ぶ直線と垂直な方向に切断
した場合の断面図である。
【0023】太さ100ミクロン、長さ5ミリのタンタ
ル線1000本を、端を揃えて束ね、タンタル線で巻い
た。巻いたタンタル線の一方を外部に長く伸ばしてお
き、ゲート電極端子とした(巻いたタンタル線および外
部に長く伸ばしたゲート電極端子は図では省略してい
る)。タンタル線の束の端をヤスリがけし平坦にした
後、焼結させ、固化させた。続いてこれを陽極として希
薄な酸溶液中で電解酸化を行い、絶縁性酸化皮膜を表面
に形成させた。次にポリ(3−ヘキシルチオフェン)の
クロロホルム溶液にタンタル線束を浸漬し乾燥させるこ
とにより細孔内に半導体層を形成した。最後にカーボン
ペーストを用いてタンタル線束の両端にソース・ドレイ
ン電極端子を接着した。以上の様にして作製した電解効
果型トランジスタの相互コンダクタンスは、ゲート電圧
10Vにおいて、22ナノジーメンスであり、この値
と、電界効果移動度、酸化膜容量等から逆算したW/L
比推定値は40であった。
【0024】(実施例2)半導体層形成溶液としてポリ
(3−オクチルチオフェン)のキシレン溶液を用いる以
外は実施例1に準じて電界効果型トランジスタを作製し
た。この電界効果型トランジスタのゲート電圧10Vに
おける相互コンダクタンスは25ナノジーメンス、W/
L比推定値は41であった。
【0025】(実施例3)ゲート電極として用いるタン
タル線とその本数を、太さ500ミクロン、長さ5ミ
リ、50本とした以外は実施例1に準じて電界効果型ト
ランジスタを作製した。この電界効果型トランジスタの
ゲート電圧10Vにおける相互コンダクタンスは4.8
ナノジーメンス、W/L推定値は11であった。
【0026】(実施例4)太さ数十ミクロンのタンタル
線数百本を、長さ2メートル程度に揃えて束ね、実施例
1と同様に焼結、酸化膜形成、半導体層形成を行う。こ
の複合体に目的のディスプレイの横画素数だけ図4のよ
うにしてソース・ドレイン電極対を形成すれば、横2メ
ートルの大きさのアクティブマトリクス型ディスプレイ
のゲート線兼画素駆動素子群として利用できる。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、実効
的なW/L比が従来に比べ飛躍的に大きくなるため、素
子サイズを大きくすることなしに動作電流を大きくとれ
る効果を有する。また、無機半導体を用いた従来の電界
効果型トランジスタのように素子サイズがシリコンウエ
ハの大きさに限定されることもなく、真空装置の容積に
制限されることもなくなる。その上、ゲート電極を線状
の弁作用金属としているので、ゲート絶縁膜となる絶縁
膜皮膜を形成することが容易であり、細くして多数束ね
ることも容易である。さらに、π−共役系重合体薄膜は
形成が容易であることから、本発明の電界効果型トラン
ジスタは安価に製造することができる。
【0028】また、アクティブマトリクス式大型ディス
プレイの画素駆動素子など、ゲート電極を共通にした電
界効果型トランジスタを大面積に多数個形成しようとす
る際に、本発明の構成の電界効果型トランジスタは有利
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電界効果型トランジス
タを模式的に示す断面図である。
【図2】従来の電界効果型トランジスタの一例を模式的
に示す断面図である。
【図3】本発明の別の一実施例を示す電界効果型トラン
ジスタの模式図である。
【図4】本発明の別の一実施例を示す電界効果型トラン
ジスタの模式図である。
【符号の説明】
1 ゲート電極 2 酸化皮膜 3 半導体層 4 ソース電極 5 ドレイン電極 6 基板 7 ゲート電極 8 ゲート絶縁膜 9 ソース電極 10 ドレイン電極 11 半導体層 12 ゲート電極 13 酸化皮膜 14 半導体層 15 ソース電極端子 16 ドレイン電極端子 17 接続線 18 ゲート電極 19 酸化皮膜 20 半導体層 21 ソース電極 22 ドレイン電極

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ソース電極と、ドレイン電極と、該ソース
    電極とドレイン電極を結ぶ直線と平行に配置された少な
    くとも一つの線状弁作用金属からなるゲート電極と、該
    ゲート電極表面に形成された酸化皮膜と、該酸化皮膜に
    密着して形成された半導体層とを具備することを特徴と
    する電界効果型トランジスタ。
  2. 【請求項2】酸化皮膜に密着して形成された半導体層が
    π−共役系重合体組成物からなることを特徴とする請求
    項1記載の電界効果型トランジスタ。
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