JP4354953B2 - 薄膜トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関し、特に、有機半導体中に無機材料の粒子を分散して半導体層を形成した薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。

現在、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）は、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ等における駆動素子として好適に使用されている。このＴＦＴの構成としては種々の構成が提案されているが、基本的には、半導体層に接触して設けられたソース電極とドレーン電極との間に流れる電流を、半導体層に対して絶縁層を介して設けられたゲート電極に印加される電圧（つまり、印加される電圧で発生する電界）により制御するように構成されている。そして、ＴＦＴを構成する半導体層に関し、現在実用化されている半導体材料としては、結晶シリコンと比して特性面では劣るものの、比較的安価であるアモルファスシリコンや低温ポリシリコン等といった無機系半導体がある。又、ゲート電極が設けられる絶縁層に関し、現在実用化されている絶縁材料としては、酸化シリコンや窒化シリコン等がある。しかし、これらの半導体材料及び絶縁材料を用いるＴＦＴの製造プロセスでは、プラズマＣＶＤ法等の大規模な装置や、精密加工のための高価な薄膜制御装置を必要とする。そのため、ＴＦＴの製造コストは高コスト化する。又、前述したプラズマＣＶＤ法等の製造プロセスは、一般に３５０℃を越えるような処理温度のプロセスを含むため、使用可能な基板材料等には制限がある。

ところで、近年では、ＴＦＴ用として利用可能な半導体材料として、有機化合物で構成される有機物半導体が注目されている。この有機物半導体によれば、スピンコーティング、インクジェット印刷、及び浸漬コーティング等の低コストプロセスによってＴＦＴの半導体層を形成することが可能であるため、前述したアモルファスシリコンや低温ポリシリコン等の無機系半導体を用いる場合と比べて、ＴＦＴの製造コストを低コスト化することが可能である。又、それらの低コストプロセスは低温プロセスでもあるため、使用可能な基板材料等に関する制限を解消することも可能になる。更に、前述したように、有機物半導体による半導体層の形成にはスピンコーティング等の低コストプロセス（低温プロセス）が適用可能であるため、フレキシブルな基板や大面積な基板へのＴＦＴの形成が実現でき、これによって大画面ディスプレイやシートライク、或いはペーパーライクなディスプレイ、又は無線ＩＤタグ等への用途拡大が期待される。

しかしながら、現在報告されている有機物半導体は、そのキャリア移動度が前述したアモルファスシリコンや低温ポリシリコン等の無機系半導体と比して低い。又、有機物半導体を用いてアモルファスシリコン並のキャリア移動度を実現するための手段としては、唯一、半導体層内で有機物半導体の小分子又は短鎖オリゴマーを高度に配向制御する手段があるが、これは前述した低コストプロセスでは達成できない。

そこで、アモルファスシリコン並のキャリア移動度と低コストプロセスの実現とを同時に具現化するために、無機系半導体と有機材料とを組み合わせた有機／無機混成半導体材料が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この有機／無機混成半導体材料では、有機材料（有機成分要素）と無機系半導体（無機成分要素）とが互いに分子レベルで混合されている。そして、この有機／無機混成半導体材料では、有機成分要素と無機成分要素とが互いに自己アセンブリ（自己結晶化）するという性質を利用して、その内部に半導体である無機成分要素が高度に配向した固体結晶薄膜を形成する。これによって、有機／無機混成半導体材料は高いキャリア移動度を実現する。この有機／無機混成半導体材料で半導体層を形成する構成とすれば、スピンコーティング等の低コストプロセス（低温プロセス）によってＴＦＴを形成することができるので、ＴＦＴの製造コストを低コスト化することが可能になると共に、使用可能な基板材料等に関する制限等を解消することが可能になる。又、半導体層が高度に配向した無機系半導体の結晶固体を有しているので、キャリア移動度の高いＴＦＴを構築することが可能になる。つまり、高いキャリア移動度と低コストプロセスの実現とを同時に具現化することが可能になる。
特開２０００−２６０９９９号公報

ところで、現在のフラットパネルディスプレイに関する技術トレンドは、ディスプレイの大画面化と共に、シートライク化、或いは、ペーパーライク化である。そして、それら技術トレンドを実現するため、ディスプレイを構成する基板には、軽量、機械的柔軟性、及び耐衝撃性が要求されている。従って、ディスプレイを構成する基板上に形成されるＴＦＴに対しても、基板の場合と同様、軽量、機械的柔軟性、及び耐衝撃性が要求されている。又、非常に安価に作製できるＴＦＴはＲＦＩＤタグ等への応用も期待されるが、その際には、様々な形状、素材への対応が必要とされるため、やはり、軽量、機械的柔軟性、及び耐衝撃性という特徴が必要となる。

しかしながら、前述した有機／無機混成半導体材料を用いる従来の提案では、高いキャリア移動度と低コストプロセスの実現とを同時に具現化するという問題は解決するが、ソース電極−ドレーン電極間のチャネルを形成する半導体のネットワークが結晶性の無機系半導体の固体薄膜のみで形成されているため、軽量ではあるものの、機械的柔軟性及び耐衝撃性に関して信頼性に課題があった。即ち、フレキシブルな基板としてのプラスティック基板上に有機／無機混成半導体材料を用いてＴＦＴを形成した場合、有機物半導体を用いてＴＦＴを形成した場合と比べると、ＴＦＴの曲げに対する耐久性は極めて低かった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、低コストプロセスによって構成可能な、機械的柔軟性、及び耐衝撃性が優れた高キャリア移動度のＴＦＴと、そのＴＦＴの製造方法を提供することを第１の目的としている。

又、本発明は、前記ＴＦＴを複数個配置したアクティブマトリクス型のディスプレイや、前記ＴＦＴを集積回路部に用いた無線ＩＤタグや、前記ＴＦＴを集積回路部に用いた携帯テレビ、通信端末、ＰＤＡ、携帯用医療機器等の携行用機器を提供することを第２の目的としている。

そして、これらの目的を達成するために、本発明に係るＴＦＴは、半導体層と、該半導体層に相互に分離して設けられたソース領域とドレーン領域とゲート領域とを有する薄膜トランジスタであって、前記半導体層が複合材料で構成されており、前記複合材料が、有機物半導体材料の内部に少なくとも１種類の無機物材料の粒子が複数分散された複合材料であり、前記半導体層における前記粒子の含有率が、０体積％を超え６０体積％以下である構成を採る。ここで、本明細書において、ソース領域及びドレーン領域とは、ソース電極及びドレーン電極、並びに、ソース電極及びドレーン電極を半導体層に接続するコンタクト層又は高濃度不純物領域（層）等を含む概念をいう。かかる構成により、有機物半導体材料と無機物材料の粒子とを有してなる半導体層に関し、無機物材料として導電性の材料を用いた場合、半導体層の内部に電気抵抗が低い領域、即ちキャリア移動度が高い領域を多数設けることができるので、有機物半導体材料単体で半導体層を構成する場合よりも半導体層全体として高いキャリア移動度を実現することが可能になる。
又、本態様によると、前記半導体層における前記粒子の含有率は、０体積％を超え６０体積％以下とされる。これにより、有機物半導体材料の内部に分散された各々の無機物材料の粒子同士の接触確率を有効に制限することが可能になる。その結果、半導体層の弾性が失われることを防止することができ、ＴＦＴの歩留まりを改善することが可能になる。

この場合、薄膜トランジスタのＯＮ動作時における前記無機物材料の電気抵抗が、前記ＯＮ動作時における前記有機物半導体材料の電気抵抗より低い構成を採ることが好ましい。かかる構成により、有機物半導体材料と無機物材料の粒子とを有してなる半導体層に関し、無機物材料として薄膜トランジスタのＯＮ動作時における電気抵抗が有機物半導体材料の電気抵抗より低い材料を用いた場合、半導体層の内部に更に電気抵抗が低い領域、即ちキャリア移動度が更に高い領域を多数設けることができるので、有機物半導体材料単体で半導体層を構成する場合よりも半導体層全体として更に高いキャリア移動度を実現することが可能になる。

又、本発明では、前記粒子の最大粒子径が、前記ソース領域と前記ドレーン領域との間の距離より小さい構成を採ることが好ましい。かかる構成により、無機物材料が導体の場合でも、ソース領域とドレーン領域とが１つの無機物材料の粒子によって電気的に短絡されることが防止される。又、無機物材料が半導体の場合は、ソース領域とドレーン領域とが１つの無機物材料によって電気的に接続されてもＴＦＴを動作させることは可能であるが、無機物材料として半導体単体を用いて構成した従来のＴＦＴの場合ように、機械的柔軟性や耐衝撃性等が有機物半導体材料を用いた場合のＴＦＴと比べて劣る。従って、上記の好ましい構成によれば、無機物材料が半導体の場合であってもフレキシブル性を有する有機物半導体材料の内部に無機物半導体材料が存在する構成となるので、十分な機械的柔軟性、耐衝撃性等を備えるＴＦＴを実現することが可能になる。

又、本発明では、前記半導体層における前記粒子の含有率が、前記粒子のネットワークによって前記ソース領域と前記ドレーン領域とが電気的に接続されないように制限されている構成を採ることが好ましい。かかる構成により、無機物材料が導体の場合でも、ソース領域とドレーン領域との間が、無機物材料の粒子同士が互いに接触して構成されるネットワークによって電気的に短絡されることが防止される。又、無機物材料が半導体の場合は、ソース領域とドレーン領域とが無機物材料の粒子同士の接触によって構成されるネットワークにより電気的に接続されてもＴＦＴを動作させることは可能であるが、前記ネットワークは機械的柔軟性、耐衝撃性等が劣るため、ＴＦＴの安定した特性を得ることができない。従って、上記の好ましい構成によれば、無機物材料が半導体の場合であってもフレキシブル性を有する有機物半導体材料の内部に無機物半導体材料が存在する構成となるので、十分な機械的柔軟性、及び耐衝撃性等を備えるＴＦＴを実現することが可能になる。

又、本発明では、前記複数分散された前記粒子の群が、互いに平均粒子径が異なる少なくとも第１の粒子群及び第２の粒子群の２つの粒子群を含んで構成されていることが好ましい。かかる構成により、有機物半導体材料の内部における無機物材料の粒子の充填率を容易に高めることができるので、半導体層全体としてより一層高いキャリア移動度を実現することが可能になる。

この場合、前記第１の粒子群の平均粒子径が、前記第２の粒子群の平均粒子径の０％を超え１５％未満である構成を採ることが好ましい。かかる構成により、有機物半導体材料の内部における無機物材料の粒子の充填率をより簡単に高めることが可能になる。

又、本発明では、前記無機物材料が、導体材料である構成を採ることが好ましい。かかる構成により、無機物材料が導体材料で構成される場合は、ＴＦＴの半導体特性は有機物半導体材料のみによって発現することになるが、半導体層の内部に導体材料が分散していることによりソース領域とドレーン領域との間の実効的なチャネル長が短くなるため、半導体層全体としてのキャリア移動度を改善することが可能になる。又、実効的なチャネル長が短くなることにより、遮断周波数を向上させることが可能になる。

又、本発明では、前記無機物材料が、半導体材料である構成を採ることが好ましい。かかる構成により、無機物材料が半導体材料で構成される場合は、無機物材料の粒子の充填率を十分に高めた場合であってもソース領域とドレーン領域とが導通状態になる危険性が無く、これによりキャリア移動度が高いＴＦＴを安定して実現することが可能になる。

又、本発明では、前記無機物材料が、導体材料及び半導体材料を含有する２種類以上の材料の複合材料である構成を採ることが好ましい。かかる構成により、無機物材料が導体材料及び半導体材料を含む２種類以上の材料の複合材料で構成される場合は、無機物材料が半導体材料のみで構成される場合と導体材料のみで構成される場合との双方の効果を得ることが可能になる。

又、本発明に係るＴＦＴの製造方法は、半導体層と、該半導体層に相互に分離して設けられたソース領域とドレーン領域とゲート領域とを有する薄膜トランジスタの製造方法であって、有機物半導体材料の内部に少なくとも１種類の無機物材料の粒子を複数分散させて、前記半導体層における前記粒子の含有率が０体積％を超え６０体積％以下である複合材料を製造する第１の製造工程と、前記第１の製造工程で得られた前記複合材料を用いて前記半導体層を形成する第２の製造工程と、を備えている構成を採る。かかる構成により、有機物半導体材料と無機物材料の粒子とを有してなる半導体層に関し、無機物材料として導電性の材料を用いた場合、半導体層の内部に電気抵抗が低い領域、即ちキャリア移動度が高い領域を多数設けることができるので、有機物半導体材料単体で半導体層を構成する場合よりも半導体層全体として高いキャリア移動度を備えるＴＦＴを製造することが可能になる。

この場合、前記無機物材料として、薄膜トランジスタのＯＮ動作時における電気抵抗が前記ＯＮ動作時における前記有機物半導体材料の電気抵抗より低い無機物材料を用いる構成を採ることが好ましい。かかる構成により、有機物半導体材料と無機物材料の粒子とを有してなる半導体層に関し、無機物材料として薄膜トランジスタのＯＮ動作時における電気抵抗が有機物半導体材料の電気抵抗より低い材料を用いた場合、半導体層の内部に更に電気抵抗が低い領域、即ちキャリア移動度が更に高い領域を多数設けることができるので、有機物半導体材料単体で半導体層を構成する場合よりも半導体層全体として更に高いキャリア移動度を備えるＴＦＴを製造することが可能になる。

又、本発明では、前記粒子の粒度分布を所定の粒度分布とするための粒子選別工程を更に備えている構成を採ることが好ましい。かかる構成により、有機物半導体材料の内部に分散させる無機物材料の粒子の粒度分布を所定の粒度分布となるように制御することができるので、特性ばらつきの小さいＴＦＴを製造することが可能になる。

又、本発明では、前記粒子の前記半導体層内における分散状態を所定の分散状態とするための分散制御工程を更に備えている構成を採ることが好ましい。かかる構成により、有機物半導体材料の内部に分散させる無機物材料の粒子の分散状態を所定の分散状態となるように制御することができるので、特性ばらつきの小さいＴＦＴを製造することが可能になる。

又、本発明では、前記第２の製造工程が、前記複合材料を所定の溶液中に溶解若しくは非溶解の状態で分散させて半導体層形成用材料を得る第１の準備工程と、前記第１の準備工程で得られた前記半導体層形成用材料を所定の位置に噴霧、塗布若しくは印刷した後に乾燥させて前記半導体層を形成する第２の準備工程と、を備えていることが好ましい。かかる構成により、低コストプロセスを用いてＴＦＴを製造することが可能になる。

又、本発明に係る薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型ディスプレイは、請求項１乃至９の何れか１つに記載の薄膜トランジスタが、画素を駆動するためのスイッチング素子として複数個配設されてなる構成を採る。かかる構成により、低コストで特性の良いシートライク、或いはペーパーライクなアクティブマトリクス型のディスプレイを具現化することが可能になる。

又、本発明に係る薄膜トランジスタを用いた無線ＩＤタグは、請求項１乃至９の何れか１つに記載の薄膜トランジスタが、集積回路を構成するための半導体素子として利用されてなる構成を採る。かかる構成により、無線ＩＤタグを様々な形状の物体、或いは素材へ貼り付けることが可能になる。又、任意の形状に形成可能な無線ＩＤタグを具現化することが可能になる。

又、本発明に係る薄膜トランジスタを用いた携行用機器は、請求項１乃至９の何れか１つに記載の薄膜トランジスタが、集積回路を構成するための半導体素子として利用されてなる構成を採る。ここで、携行用機器としては、例えば、携帯テレビ、通信端末、ＰＤＡ、携帯用医療機器等が挙げられる。しかし、これらの携行用機器に限定されることはなく、例えば、携帯用ＡＶ機器、携帯用コンピュータ等の如何なる携行用機器も含まれる。かかる構成により、携帯テレビ、通信端末、ＰＤＡ、携帯用医療機器等の携行用機器に、低コスト、フレキシブル、耐衝撃性、任意形状に形成可能等の利点を付加することが可能になる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明によれば、低コストプロセスによって構成可能な、機械的柔軟性、及び耐衝撃性が優れた高キャリア移動度のＴＦＴと、そのＴＦＴの製造方法を提供することが可能になる。

又、本発明によれば、前記ＴＦＴを複数個配置したアクティブマトリクス型のディスプレイや、前記ＴＦＴを集積回路部に用いた無線ＩＤタグや、前記ＴＦＴを集積回路部に用いた携帯テレビ、通信端末、ＰＤＡ、携帯用医療機器等の携行用機器を提供することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１では、半導体層が無機物半導体材料の粒子をその内部に複数含有する有機物半導体材料によって構成されたＴＦＴに関して、その代表的な構成、製造方法、及び評価結果等について説明する。

図１は、ＴＦＴの第１の代表的な構成の各々を模式的に示す断面図である。

図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、本実施の形態に係るＴＦＴ１００の構成としては、様々な構成が考えられる。何れの構成においても、その構成要素として、基板１と、ゲート電極２と、ゲート絶縁層３と、半導体層４と、ソース電極５と、ドレーン電極６とを備えていることでは共通している。ここで、一般に、図１（ａ）及び図１（ｂ）は、ボトムゲート方式と呼ばれている。又、図１（ｃ）及び図１（ｄ）は、トップゲート方式と呼ばれている。更に、半導体層４とソース電極５、ドレーン電極６との位置関係により、図１（ａ）及び図１（ｃ）は、トップコンタクト方式とも呼ばれている。又、図１（ｂ）及び図１（ｄ）は、ボトムコンタクト方式とも呼ばれている。これらの図１（ａ）〜図１（ｄ）で示したＴＦＴ１００は、ソース電極５とドレーン電極６とが断面視において横方向に対向するよう配置されているので、横型ＴＦＴと呼ばれている。

一方、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示した従来の横型ＴＦＴに対し、近年では、ソース電極５とドレーン電極６とが断面視において縦方向に対向するよう配置された縦型ＴＦＴも提案されている。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、ＴＦＴの第２の代表的な構成の各々を模式的に示す断面図である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、本実施の形態に係るＴＦＴ２００の構成でも、その構成要素として、基板１と、ゲート電極２と、ゲート絶縁層３と、半導体層４と、ソース電極５と、ドレーン電極６とを備えていることでは、図１（ａ）〜図１（ｄ）で示したＴＦＴ１００と基本的に同様である。しかし、本実施の形態に係るＴＦＴ２００では、図２（ａ）及び図２（ｂ）の何れにおいても、ソース電極５とドレーン電極６とが半導体層４をその膜厚方向に（縦方向に）挟んで対向するように配置されている。このため、ＴＦＴ２００は、縦型ＴＦＴと呼ばれている。

尚、本発明によって得られる効果は、半導体層の材料構成に係る作用によって得られるものであるので、ＴＦＴ自体の構成は図１及び図２に示した何れの構成でも良く、即ち、何れかの構成に限定されるものではない。従って、以降の説明では、ＴＦＴの構成の代表例として、図１（ｃ）に示したトップゲート方式のＴＦＴ１００の構成を適用した場合について説明する。

図１（ｃ）に示すように、トップゲート方式が採用されたＴＦＴ１００は、基板１と、π共役系有機半導体分子からなる半導体層４と、ソース電極５と、ドレーン電極６と、ゲート絶縁層３と、ゲート電極２とを有している。具体的には、基板１の主面上に半導体層４が設けられており、この半導体層４の上に、ソース電極５及びドレーン電極６が、互いに分離するように設けられている。又、このソース電極５及びドレーン電極６と、半導体層４の露出面との双方を覆うように、ゲート絶縁層３が設けられている。そして、このゲート絶縁層３の上に、平面視において少なくともソース電極５とドレーン電極６との間に位置するように、ゲート電極２が設けられている。即ち、図１（ｃ）に示すトップゲート方式が採用されたＴＦＴ１００は、基板１上に半導体層４、ソース電極５及びドレーン電極６、ゲート絶縁層３が積層され、このゲート絶縁層３の上にゲート電極２が配設された構成を有している。

図１（ｃ）に示すＴＦＴ１００では、基板１として、ポリエチレン系のプラスティック基板を用いている。又、半導体層４を構成する有機物半導体材料としては、π共役系有機半導体分子の内の１つであるオリゴチオフェン誘導体分子（以下、単にオリゴチオフェンという）を用いている。そして、この半導体層４において有機物半導体材料の内部に分散させる無機物半導体材料としては、ＴＦＴのＯＮ動作時における電気抵抗が有機物半導体材料よりも低いＰ型シリコン結晶の粒子を用いている。又、このＰ型シリコン結晶の粒子の粒子径を、ソース電極５とドレーン電極６との間の距離よりも小さい粒子径としている。尚、ソース電極５、ドレーン電極６、及びゲート電極２を構成する材料としては、ＰＥＤＯＴ（ポリ３，４−エチレンダイオキシチオフェン）を主成分とする電極材料を用いている。又、ゲート絶縁層３を構成する材料としては、ポリビニルフェノールを用いている。

上記構成を有するＴＦＴ１００を製造する場合、先ず、有機物半導体材料の内部に分散させるＰ型シリコン結晶の粒子を所望の粒子径毎に一定の粒度分布に収まるように選別する。そして、その後、半導体層４の形成時に所望の充填量となるように、オリゴチオフェンが溶解された溶液中に前述したＰ型シリコン結晶の粒子を添加する。この時、有機物半導体材料の内部においてＰ型シリコン結晶の粒子の凝集が発生しないように、又、その密度分布に不均一が発生しないようにするため、オリゴチオフェンが溶解された溶液中にＰ型シリコン結晶の粒子を添加した後、その混合液を十分に撹拌する。オリゴチオフェンが溶解された溶液中におけるＰ型シリコン結晶の粒子の分散状態は、例えば、目視、又は光学顕微鏡等による観察によって確認される。これにより、半導体層４を形成した際のＰ型シリコン結晶の粒子の分散状態を良好にすることが可能になる。尚、オリゴチオフェンが溶解された溶液中においてＰ型シリコン結晶の粒子が凝集又は不均一となった場合には、それらの混合液の撹拌を更に十分に実施する。

次に、このようにして準備した半導体層４を形成するための半導体層形成用材料を、プラスティック製の基板１上にスピンコーティング法によって塗布する。そして、その半導体層形成用材料が塗布された基板１を十分に乾燥させることにより、基板１上に半導体層形成用材料からなる半導体層４を形成する。

次に、半導体層形成用材料からなる半導体層４上にソース電極５とドレーン電極６とを形成するために、所定の電極材料を、所望の形状が得られるように予めパターニングされたスクリーン版を用いることによって印刷した後、十分に乾燥させる。これによって、半導体層４上には、所望の形状のソース電極５及びドレーン電極６が形成される。

その後、ゲート絶縁層３を形成するために、所定の絶縁材料を予めパターニングされたスクリーン版を用いることによって、ソース電極５、ドレーン電極６、及び半導体層４上に印刷した後、十分に乾燥させる。これにより、半導体層４、ソース電極５及びドレーン電極６上には、所望の形状のゲート絶縁層３が形成される。

そして、最後に、ゲート絶縁層３上にゲート電極２を形成するため、上記と同様にして、所定の電極材料を、所望の形状が得られるように予めパターニングされたスクリーン版を用いることによって印刷した後、これを十分に乾燥させる。これによって、ゲート絶縁層３上には所望の形状のゲート電極２が形成される。

このように、ＴＦＴ１００は、基板１上に半導体層４、ソース電極５及びドレーン電極６、ゲート絶縁層３、及びゲート電極２の各々がスクリーン版を用いる印刷法によって印刷され、その後十分に乾燥されることによって形成される。

本実施の形態では、ＴＦＴ１００の半導体特性（遮断周波数、キャリア移動度等）を評価するために、ＴＦＴ１００を複数個配設した半導体特性評価用試料を用いている。

図３は、実施の形態１に係る半導体特性評価用試料の構成を模式的に示す斜視図である。尚、図３では、半導体特性評価用試料の一部分を抜粋して示している。又、図３では、１つのＴＦＴを１つの平行四辺形によって模式的に示している。

図３に示すように、本実施の形態に係る半導体特性評価用試料３００は、断面構造が図１（ｃ）の如く示されるＴＦＴ１００を１枚のプラスティック基板７上において８×８のマトリクス状に有している。ここで、本実施の形態では、プラスティック基板７の大きさを７０ｍｍ×７０ｍｍとしている。又、半導体特性評価用試料３００には、プラスティック基板７の上方から各ＴＦＴ１００の各電極に電気的にコンタクトできるようにするため、プロービングパッド部が設けられている。更に、個々のＴＦＴ１００において、ソース電極とドレーン電極との間の距離（チャネル長）は、各々１００μｍとしている。

又、本実施の形態では、有機物半導体材料の内部に分散された無機物半導体材料の粒子の平均粒子径を測定する方法として、画像認識を用いた平均粒子径測定方法を用いている。

図４（ａ）は、ＴＦＴを構成する半導体層の一部の断面を模式的に示している。ここで、図４（ａ）に示すように、前記半導体層の一部の断面４００を観察することにより、無機物半導体材料の粒子８が有機物半導体材料９の内部に分散されている状態が容易に確認できる。無機物半導体材料の粒子８は、様々な粒子径の粒子から構成されている。

図４（ａ）に示すように、ＴＦＴ１００を構成する半導体層４の断面４００を光学顕微鏡や電子顕微鏡等の観察手段によって観察すると、色調の違い（又は、濃淡の違い）によって、無機物半導体材料の粒子８と有機物半導体材料９とを区別して認識することが可能である。例えば、図４（ａ）では、無機物半導体材料の粒子８は白色体として認識可能である。一方、有機物半導体材料９は黒色体として認識可能である。この場合、図４（ａ）に示したように必ずしも無機物半導体材料の粒子８が白色であり、有機物半導体材料９が黒色として観察される訳ではないが、観察した画像には材料の種類毎に色調の違い（又は、色の濃淡）が現れるため、画像処理によって閾値を調整等して２値化することにより、無機物半導体材料の粒子８と有機物半導体材料９とを区別することが可能である。そして、前述した観察手段によって無機物半導体材料の粒子８と有機物半導体材料９とが識別されると、所定の画像認識ソフトウェア及びデータ処理装置によって無機物半導体材料の粒子８の面積が算出された後、その算出された面積に基づいて無機物半導体材料の粒子８の粒子径が算出される。すると、データ処理装置では、その算出された各々の無機物半導体材料の粒子８の粒子径が蓄積され、有機物半導体材料９の内部に分散された無機物半導体材料の粒子８の粒子径分布が求められる。

図４（ｂ）は、画像認識によって導出された無機物半導体材料の粒子の粒子径分布を模式的に例示している。尚、図４（ｂ）において、横軸は画像認識手段によって求められた無機物半導体材料の粒子８の粒子径を示しており、縦軸は頻度（度数）を示している。

図４（ｂ）に例示するように、画像認識によって求められた粒子径分布から、有機物半導体材料９の内部に分散された無機物半導体材料の粒子８の平均粒子径が求められる。例えば、図４（ｂ）におけるピークａは、無機物半導体材料の粒子８に係る第１の粒子群の平均粒子径を示している。又、図４（ｂ）におけるピークｂは、無機物半導体材料の粒子８に係る第２の粒子群の平均粒子径を示している。これらのピークａ及びピークｂの分離、及びそれに基づく各々の粒子群に係る平均粒子径の算出は、画像認識ソフトウェアによって自動で行うことが可能である。

このように、本実施の形態では、有機物半導体材料９の内部に分散された無機物半導体材料の粒子８の平均粒子径を、画像認識手段を利用することによって求めている。尚、本実施の形態で示した画像認識手段を利用した平均粒子径の算出方法は、種々ある平均粒子径の算出方法の一例である。従って、平均粒子径の算出は上述した画像認識手段を利用した方法に限定されず、如何なる手段を利用してもよい。

図５は、実施の形態１で用いたＰ型シリコン結晶の粒子の種類（ここでは、平均粒子径の種類）と、それぞれの粒子のオリゴチオフェン中における含有率（体積％）と、オリゴチオフェン中の粒子全体の総充填率（体積％）とを示している。ここで、本実施の形態では、Ｐ型シリコン結晶の粒子として、その平均粒子径が２０μｍである第１の粒子（Ｐ型シリコン結晶１）と、その平均粒子径が１．５μｍである第２の粒子（Ｐ型シリコン結晶２）とを用いている。

図５に示すように、本実施の形態では、総充填率が４０体積％までは平均粒子径が２０μｍである第１の粒子の１種類のみで半導体層用材料を作製した。又、それ以上の総充填率については、平均粒子径が１．５μｍである第２の粒子を更に加えていくことによって、半導体層用材料を作製した。その理由は、単一粒子径の粒子によって充填率を一定の充填率以上に高めるためには、半導体層の成膜後にプレス工程を設ける等のプロセス上の工夫が必要となり、この余分な工程の追加を防止するためである。

ここで、Ｐ型シリコン結晶の平均粒子径の設定に関し、上述した第２の粒子の粒子径の設定根拠について説明する。

図６は、第２の粒子の平均粒子径と限界総充填率との関係を示す相関グラフである。尚、図６において、横軸は第２の粒子の平均粒子径（μｍ）を示しており、縦軸は限界総充填率（体積％）を示している。

本実施の形態では、第１の粒子（平均粒子径：２０μｍ）の含有率が４０体積％である半導体層用材料に対して、第２の粒子の平均粒子径を変化させて加えた場合の限界総充填率を確認することにより、第２の粒子の平均粒子径を設定している。具体的には、図６に示すように、第２の粒子の平均粒子径を３μｍ（つまり、第１の粒子の粒子径の１５％）より小さくした場合、単一粒子径の粒子による場合の限界総充填率（図６において黒丸で表示）を上回る総充填率が得られることが分かる。一方、図６に示すように、第２の粒子の粒子径が第１の粒子の粒子径の１５％を上回る場合には、総充填率が前記限界総充填率を下回ることが分かる。つまり、プレス工程等の成膜後の追加処理を行わない場合、第１の粒子より小さい粒子径を備える第２の粒子を混合することにより、Ｐ型シリコン結晶の粒子の充填率を容易に高めることが可能である。そして、本実施の形態では、このような調査結果に基づいて、第２の粒子の粒子径を、第１の粒子の粒子径の０％を超え１５％未満とすることとしている。具体的には、ここでは、第２の粒子の粒子径を１．５μｍに設定している。

以下、本実施の形態におけるＴＦＴの半導体特性に関する評価結果について説明する。

図７は、Ｐ型シリコン結晶の粒子の充填率とＴＦＴのキャリア移動度との関係を示す相関グラフである。尚、図７において、横軸はＰ型シリコン結晶の粒子の総充填率（体積％）を示しており、縦軸はＴＦＴのキャリア移動度（ｃｍ²／Ｖｓ）の平均値を示している。

図７に示すように、図５で示したＰ型シリコン結晶の粒子の充填率が異なる種々の半導体層用材料を用いてＴＦＴを作製し、このＴＦＴを用いてキャリア移動度の評価を行った。その結果、Ｐ型シリコン結晶の粒子の充填率が上昇するに従って、ＴＦＴのキャリア移動度が向上することが判明した。

次に、作製したＴＦＴの曲げに対する信頼性の評価を行った結果について説明する。

図８は、実施の形態１に係る耐屈曲性評価を行うための試験形態を模式的に示す形態図である。

本耐屈曲性評価では、図３に示したプラスティック基板７上に８×８のマトリクス状にＴＦＴ１００が形成された半導体特性評価用試料３００を、図８に示すようにその中心部分を上下に５ｍｍ変位させる試験を１サイクルとする１０サイクルの信頼性試験を行った。そして、半導体特性評価用試料３００を構成する全６４素子のＴＦＴ１００の内、１つでも動作しないＴＦＴがあった場合、不良と判定することとした。尚、本耐屈曲性評価は、Ｐ型シリコン結晶の粒子の各充填量毎に１０枚の試料を用意し、その試料を用いてＴＦＴの不良率を算出した。

図９は、Ｐ型シリコン結晶の粒子の充填率と不良率との関係を示す相関グラフである。尚、図９において、横軸はＰ型シリコン結晶の粒子の総充填率（体積％）を示しており、縦軸はＴＦＴの不良率（％）を示している。

図９に示すように、Ｐ型シリコン結晶の粒子の充填率が低い場合にはＴＦＴの不良は殆ど発生しないが、充填率が６０体積％で４０％の不良が発生し、充填率が６５体積％では全試料が曲げ試験によって不良となることが判明した。これは、無機物半導体材料であるＰ型シリコン結晶の粒子の充填率が高まるにつれて、半導体層の弾性が失われるためであると考えられる。この評価結果から、半導体層における無機物半導体材料の粒子の含有率は、０体積％を超え６０体積％以下であることが好ましいことが判明した。

尚、本実施の形態では、有機物半導体材料としてオリゴチオフェンを用い、有機物半導体材料の内部に分散させる無機物半導体材料としてＰ型シリコン結晶の粒子を用いているが、本発明の効果はこれらの材料に限定されるものではない。例えば、有機物半導体材料として、ペンタセン、テトラセン、オリゴアセン等のアセン系の有機物半導体材料や、それらの構造の一部を置換又は化学修飾した誘導体を用いてもよい。又、チオフェン系ポリマーやアセン系ポリマーの誘導体に限らず、アセチレン系、ピロール系、又はフェニレン系のポリマーの誘導体を用いても、本発明の効果と同様の効果を得ることが可能である。更に、前記材料の何れかを組み合わせたコポリマーの誘導体を用いても、本発明の効果と同様の効果が得られる。又、無機物半導体材料として、ゲルマニウムや金属間化合物の半導体等を用いても、本発明の効果と同様の効果を得ることが可能である。

又、有機物半導体材料の内部に分散させる無機物半導体材料の粒子の粒子径についても、図５に示した粒子径に限定されるものではない。即ち、弾性に優れる有機物半導体材料の内部に電気抵抗の低い無機物半導体材料の粒子を分散させるという本発明の思想に沿った材料の組み合わせであれば、本発明の効果は同様に得られる。

又、本実施の形態では、ソース電極、ドレーン電極、及びゲート電極の各々の電極材料としてＰＥＤＯＴを主成分とする電極材料を用いているが、その他の導電性高分子材料を用いることも可能である。又、ＩＴＯ、Ａｕ、又はＣｕ等の無機材料を用いることも可能である。但し、機械的柔軟性、耐衝撃性のあるＴＦＴを構成するためには弾性のある材料を選択するか、若しくは曲げの影響を受けにくい電極構成を選択することが好ましい。又、ゲート絶縁層や基板も本実施の形態で用いた材料に限定はされないが、電極と同様に弾性のある材料を選択するか、若しくは曲げの影響を受けにくい材料を用いることが好ましい。

又、上述したように、有機物半導体材料、及び無機物半導体材料の各材料要素は各々が単一材料である必要はなく、２種類以上の材料が混合された材料（無機物半導体材料については、別々に有機物半導体材料の内部に分散されてもよいし、混合粒子として分散されてもよい）であってもよい。かかる構成としても、本発明の効果と同様の効果が得られることは容易に類推できる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、半導体層が無機物導体材料の粒子をその内部に複数含有する有機物半導体材料によって構成されたＴＦＴに関し、その代表的な構成、製造方法、及び評価結果等について説明する。

本実施の形態では、ＴＦＴ自体の構成としては、実施の形態１の場合と同様、図１（ｃ）に示す構成を用いている。そして、基板１を構成する材料として、ポリエチレン系のプラスティック基板を用いている。又、半導体層４を構成する材料としては、有機物半導体材料として置換系オリゴチオフェンを用い、その内部に分散させる無機物導体材料として粒子状のＣｕを用いている。又、ソース電極５、ドレーン電極６、及びゲート電極２を構成する材料としては、ＰＥＤＯＴを主成分とする電極材料を用いている。又、ゲート絶縁層３を構成する材料としては、ポリビニルフェノールを用いている。

又、本実施の形態に係るＴＦＴの製造方法は、基本的に実施の形態１の場合と同様の製造方法である。その製造方法の概略を説明すると、先ず有機物半導体材料の内部に分散させるＣｕ粒子を所望の粒子径毎に一定の粒度分布に収まるように選別する。その後、半導体層形成時に所望の充填量となるように、置換系オリゴチオフェンが溶解された溶液中にＣｕ粒子を添加する。この時、Ｃｕ粒子の凝集や、不均一な密度分布が生じないようにするため、置換系オリゴチオフェンとＣｕ粒子とを有する溶液を十分に混合する。これにより、半導体層を形成した際のＣｕ粒子の分散状態を良好にすることが可能になる。そして、このようにして準備した半導体層４を形成するための半導体層形成用材料をプラスティック基板１上にスピンコーティング法によって塗布し、乾燥させることで半導体層４を形成する。そして、最後に、ソース電極５、ドレーン電極６、ゲート電極２、及びゲート絶縁層３を、所望の形状が得られるようにスクリーン印刷によって形成した後、十分に乾燥させる。

又、本実施の形態では、ＴＦＴの半導体特性等の評価を行う際、実施の形態１と同様、その寸法が７０ｍｍ×７０ｍｍのプラスティック基板７上にＴＦＴ１００を８×８のマトリクス状に構成した半導体特性評価用試料３００を用いている。又、有機物半導体材料の内部へのＣｕ粒子の分散方法としては、図５で示した実施の形態１におけるＰ型シリコン結晶の粒子の場合と同様、図１０に示すようにＣｕ粒子の総充填率の高いケースについては第１の粒子（Ｃｕ粒子１；平均粒子径１０μｍ）と第２の粒子（Ｃｕ粒子２；平均粒子径１μｍ）との２種類の粒子を混合することとしている。

以下、本実施の形態におけるＴＦＴの半導体特性に関する評価結果について説明する。

図１１は、Ｃｕ粒子の総充填率とＴＦＴのキャリア移動度との関係を示す相関グラフである。尚、図１１において、横軸はＣｕ粒子の総充填率（体積％）を示しており、縦軸はＴＦＴのキャリア移動度（ｃｍ²／Ｖｓ）の平均値を示している。

図１１に示すように、図１０で示したＣｕ粒子の総充填率が異なる種々の半導体層用材料を用いてＴＦＴを作製し、このＴＦＴを用いてキャリア移動度の評価を行った。その結果、Ｃｕ粒子の充填率が上昇するに従って、ＴＦＴのキャリア移動度が向上することが判明した。尚、図１１では、Ｃｕ粒子の総充填率が６０体積％の試料では１つの試料中でソース電極とドレーン電極との間が短絡して半導体特性が測定できない試料が半数以上あったため、キャリア移動度が測定可能であったＴＦＴのみの平均値を示している。又、図１０には示していないが、Ｃｕ粒子の総充填率を６０体積％以上に高めた場合は、全てのＴＦＴにおいて前記短絡が発生して半導体特性の測定が不能であった。このように、有機物半導体材料の内部におけるＣｕ粒子の総充填率が上昇するに従って、ＴＦＴのキャリア移動度が向上することが判明した。

図１２は、Ｃｕ粒子の総充填率とＴＦＴの遮断周波数（利得が１になる周波数）との関係を示す相関グラフである。尚、図１２において、横軸はＣｕ粒子の総充填率（体積％）を示しており、縦軸はＴＦＴの遮断周波数（Ｈｚ）の平均値を示している。

図１２に示すように、有機物半導体材料の内部におけるＣｕ粒子の総充填率が上昇するに従って、ＴＦＴの遮断周波数も上昇することが分かる。つまり、有機物半導体材料を用いるＴＦＴの遮断周波数の改善に対し、半導体層へのＣｕ粒子の添加の有効性が認められた。

尚、本実施の形態では、有機物半導体材料として置換系オリゴチオフェンを、分散させる無機物導体材料としてＣｕ粒子を用いたが、本発明の効果はこれらの材料に限定された場合に発現するものではない。又、分散させるＣｕ粒子の粒子径についても、図１０に示した粒子径に限定されるものではない。即ち、弾性に優れる有機物半導体材料の内部に電気抵抗の低い無機物導体材料の粒子を分散させるという本発明の思想に沿った材料の組み合わせであれば、本発明の効果は同様に得られる。その他の点については、実施の形態１の場合と同様である。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３では、半導体層が無機物半導体材料の粒子と無機物導体材料の粒子とを複数内部に含有する有機物半導体材料によって構成されたＴＦＴについて説明する。尚、本実施の形態では、ＴＦＴ自体の構成、半導体特性等を評価するための試料の構成、及びＴＦＴの製造方法等は、実施の形態１，２の場合と同様である。従って、ここでは、その説明は省略する。又、ＴＦＴを構成する各構成要素の適用材料は、半導体層を除いて実施の形態１の場合と同様としている。例えば、半導体層を形成するためのベースとなる有機物半導体材料は、実施の形態１の場合と同様のオリゴチオフェンを用いている。

以下、本実施の形態におけるＴＦＴの半導体特性に関する評価結果について説明する。

図１３は、実施の形態３に係る半導体層における無機物半導体材料及び無機物導体材料の種類と、各々の粒子の粒子径及び総充填率、更にそれらを用いて作製したＴＦＴのキャリア移動度と遮断周波数との平均値について、実施の形態１において作製したＴＦＴの場合と比較した結果を示す比較図である。

図１３に示すように、無機物半導体材料の粒子としてＰ型シリコン結晶の粒子のみを有機物半導体材料の内部に分散させた実施の形態１の場合に比べて、Ｃｕ粒子も一緒に分散させた実施の形態３（図１３において、実施の形態３（１）及び（２））の場合の方が、キャリア移動度、遮断周波数共に向上していることが分かる。つまり、有機物半導体材料を用いるＴＦＴのキャリア移動度及び遮断周波数の改善に対し、半導体層へのＰ型シリコン結晶粒子及びＣｕ粒子の２種類の粒子の添加が有効であることが認められた。

尚、本実施の形態では、有機物半導体材料としてオリゴチオフェンを用い、分散させる無機物半導体材料としてＰ型シリコン結晶の粒子を、分散させる無機物導体材料としてＣｕ粒子を用いているが、本発明の効果はこれらの材料に限定された場合に発現するものではない。又、分散させる粒子の粒子径についても、図１３に示した粒子径に限定されるものではない。即ち、弾性に優れる有機物半導体材料の内部に電気抵抗の低い無機物半導体材料の粒子と無機物導体材料の粒子とを分散させるという本発明の思想に沿った材料の組み合わせであれば、本発明の効果は同様に得られる。尚、その他の点については、実施の形態１，２の場合と同様である。

又、実施の形態１〜３において、有機物半導体材料の内部に分散させる無機物材料の粒子の形状は何れも球状としたが、本発明の効果はこの構成に限定された場合に発現するものではなく、針状粒子や鱗片状粒子等の非球状粒子を用いても、同様の効果が得られる。又、これらを混合したものを用いても、同様の効果が得られる。

又、実施の形態１〜３におけるＴＦＴの製造方法では、半導体層を形成するためにスピンコーティング法を用いた例を説明しているが、本発明の構成を実現するための半導体層の形成手段は、これに限定されるものではない。例えば、インクジェット印刷、浸漬コーティング、又はスクリーン印刷等のプロセスを用いても、実施の形態１〜３の場合と同等の半導体層を形成することが可能であり、同様の効果が得られる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４では、実施の形態１〜３で説明したＴＦＴを用いたアプリケーション例として、シートライクなフレキシブルディスプレイ、無線ＩＤタグ、及び、携帯テレビ、通信端末、携帯用医療機器等の携行用機器について説明する。

先ず、シートライクなフレキシブルディスプレイとして有機ＥＬを表示部に用いたアクティブマトリクス型ディスプレイの構成例について説明する。

図１４は、本実施の形態に係る有機ＥＬを表示部に用いたアクティブマトリクス型ディスプレイの構成を模式的に示す斜視図である。

図１４に示すように、本実施の形態に係るアクティブマトリクス型ディスプレイは、プラスティック基板１０１上に画素電極に接続されたＴＦＴ駆動回路１１０がアレイ状に配置されており、そのＴＦＴ駆動回路１１０の上に有機ＥＬ層１０２と保護フィルム１０４とが配設されている。尚、有機ＥＬ層１０２の上面には、透明電極１０３が設けられる。ここで、有機ＥＬ層１０２は、電子輸送層、発光層、正孔輸送層等の各層が積層され構成されている。そして、各々のＴＦＴの所定の電極から延長されたソース電極線１０５とゲート電極線１０６とは、各々ここでは図示しない制御回路へ接続されている。ここで、ＴＦＴ駆動回路部１１０の拡大図を図１５に示す。尚、ＴＦＴ自体の積層構成は、基本的に実施の形態１〜３で示した積層構造と同様である。つまり、図１５に示すＴＦＴは、半導体層１１３と、ソース電極１１４及びドレーン電極１１５と、ゲート絶縁層１１２と、ゲート電極１１１とが積層されてなる。そして、図１５に示すように、ドレーン電極１１５は有機ＥＬの画素電極１１６に電気的に接続されている。又、ゲート電極１１１が接続されたゲート電極線１０６と、ソース電極１１４が接続されたソース電極線１０５とが交差する部分には、絶縁層１１７が配設されている。

このように、実施の形態１〜３で説明したＴＦＴを用いてアクティブマトリクス型のディスプレイを構成することにより、ＴＦＴ部分を低コストプロセスで作製できるため、ディスプレイ全体としても安価で、かつ機械的柔軟性及び耐衝撃性に優れたシートライクなディスプレイを実現することができる。又、表示速度（反応速度）の速いアクティブマトリクス型のディスプレイを提供することが可能になる。

尚、本実施の形態では、表示部に有機ＥＬを用いた場合について説明したが、本発明の効果はこの構成を有するアクティブマトリクス型のディスプレイに限定されるものではない。つまり、ＴＦＴ回路を必要とするアクティブマトリクス型のディスプレイであれば、その効果は同様に発揮される。

又、画素を駆動する駆動回路部の構成は、本実施の形態で示した構成に限定されるものではない。つまり、例えば、１つの画素を駆動するために電流駆動用のＴＦＴとそれを制御するためのスイッチング用ＴＦＴとを組み合わせた構成としても良い。又、更に複数個のＴＦＴを組み合わせた回路構成とすることも可能である。

次に、本発明に係るＴＦＴを無線ＩＤタグに応用した場合について説明する。

図１６は、本実施の形態に係るＴＦＴを用いた無線ＩＤタグの構成を模式的に示した斜視図である。

図１６に示すように、本実施の形態に係る無線ＩＤタグ１２０は、フィルム状のプラスティック基板１２１を基材として使用している。この基板１２１上には、アンテナ部１２２とメモリーＩＣ部１２３とが設けられている。ここで、メモリーＩＣ部１２３は、実施の形態１〜３において説明したＴＦＴを利用して構成することが可能である。そして、この無線ＩＤタグ１２０は、裏面に粘着効果を持たせることで、菓子袋やドリンク缶のような平坦でないものにも貼り付けて使用することが可能である。尚、無線ＩＤタグ１２０の表面には、必要に応じて保護膜が設けられる。

このように、実施の形態１，２で説明したＴＦＴを用いて無線ＩＤタグを構成することにより、様々な形状、又は素材へ貼り付けることが可能な無線ＩＤタグを具現化することが可能になる。又、反応速度（処理速度）の速い無線ＩＤタグを提供することが可能になる。

尚、本発明の効果は、図１６に示した無線ＩＤタグの構成に限定され得られるものではない。従って、アンテナ部、メモリーＩＣ部の配置や構成方法は、任意に設定可能である。又、例えば、倫理回路部を無線ＩＤタグに組み込むことも可能である。

又、本実施の形態では、プラスティック基板１２１上に予めアンテナ部１２２とメモリーＩＣ部１２３とを形成しておく形態について説明したが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、インクジェット印刷のような方法を用いて、直接対象物に無線ＩＤタグを形成することも可能である。そして、その際も、本発明に係るＴＦＴの構成を用いることにより、機械的柔軟性、耐衝撃性に優れた高性能な無線ＩＤタグを低コストで作製することが可能になる。

最後に、本発明に係るＴＦＴを携行用機器に応用した場合について説明する。図１７〜図１９では、本発明に係るＴＦＴを利用した携行用機器の幾つかの具体的な応用例を示している。

先ず、本発明に係るＴＦＴを携帯テレビに応用した場合について説明する。

図１７は、本実施の形態に係るＴＦＴを用いた携帯テレビの構成を模式的に示した正面図である。

図１７に示すように、本実施の形態に係る携帯テレビ１３０は、テレビ映像を表示する液晶表示装置等からなる表示部１３１と、ここでは伸縮自在なロッドアンテナからなる放送電波を受信可能な受信部１３２と、携帯テレビ１３０電源のＯＮ／ＯＦＦを制御する電源スイッチ１３３と、後述する音声出力装置１３５から出力される音声出力の音量の調整や受信するテレビ放送のチャンネルの切り換えを行うための操作スイッチ１３４と、テレビ音声を出力するスピーカ等からなる音声出力部１３５と、音声信号や映像信号を携帯テレビ１３０に入力又は携帯テレビ１３０から出力する入出力端子１３６と、受信したテレビ放送等に係る音声信号及び映像信号が必要に応じて記録される記録メディアを挿入する記録メディア挿入部１３７とを備えている。

この携帯テレビ１３０は、図１７では特に図示しないが、その内部にＩＣやＬＳＩ等の集積回路を有している。そして、本発明に係るＴＦＴを利用した集積回路が、携帯テレビ１３０を構成する演算素子、記憶素子、スイッチング素子等として適宜使用されている。これにより、携帯テレビ１３０は、携帯型のテレビ放送受信機として機能する。

次に、本発明に係るＴＦＴを通信端末に応用した場合について説明する。尚、ここでは、通信端末として、携帯電話を例示している。

図１８は、本実施の形態に係るＴＦＴを用いた携帯電話の構成を模式的に示した正面図である。

図１８に示すように、本実施の形態に係る携帯電話１４０は、電話番号等を表示する液晶表示装置等からなる表示部１４１と、ここでは収納自在なホイップアンテナからなる通信電波を送受信可能な送受信部１４２と、通信音声を出力するスピーカ等からなる音声出力部１４３と、写真撮影可能なＣＣＤ素子等を有するカメラ部１４４と、携帯電話１４０を必要に応じて折り畳むための折り畳み用可動部１４５と、電話番号や文字を入力するための複数の操作スイッチ１４６と、通信音声を入力するコンデンサマイク等からなる音声入力部１４７とを備えている。

この携帯電話１４０は、図１８では特に図示しないが、その内部にＩＣやＬＳＩ等の集積回路を有している。そして、本発明に係るＴＦＴを利用した集積回路が、携帯電話１４０を構成する演算素子、記憶素子、スイッチング素子等として適宜使用されている。これにより、携帯電話１４０は、携帯型の通信端末として機能する。

次に、本発明に係るＴＦＴを携帯用医療機器に応用した場合について説明する。

図１９は、本実施の形態に係るＴＦＴを用いた携帯用医療機器の構成を模式的に示した斜視図である。尚、ここでは、携帯用医療機器の一例として、取得された生体情報に基づいて患者に対し薬物投与等の医療的処置を自動的に行う携帯用医療機器を例示している。又、図１９では、後述する患者の腕１５５を透視的に表している。

図１９に示すように、本実施の形態に係る携帯用医療機器１５０は、機器の動作状態や取得された生体情報等を表示する液晶表示装置等からなる表示部１５１と、携帯用医療機器１５０の動作に係る設定等を行うための操作スイッチ１５２と、後述する経皮コンタクト部１５４によって取得された生体情報を処理しかつその処理の結果に基づいて経皮コンタクト部１５４を介した患者に対する薬物投与等の医療的処置を行う医療的処置部１５３と、医療的処置のための患者の生体情報を逐次収集すると共に患者に対する医療的処置を実質的に行う経皮コンタクト部１５４とを備えている。

この携帯用医療機器１５０が用いられて患者に対する医療的処置が行われる場合、携帯用医療機器１５０は、例えば図１９に示すように患者の腕１５５に巻き付けられて携行される。この図１９に示す装着状態において、経皮コンタクト部１５４と患者の腕１５５の表面とは相互に密着している。そして、携帯用医療機器１５０は、この図１９に示す装着状態において、経皮コンタクト部１５４を介して腕１５５から医療的処置のための生体情報を取得する。患者の生体情報が取得されると、この取得された生体情報は医療的処置部１５３に入力される。医療的処置部１５３では、取得された生体情報の医療的処置のための所定の処理が行われる。そして、その処理の結果に基づいて、医療的処置部１５３によって経皮コンタクト部１５４を介した患者に対する薬物投与等の医療的処置が行われる。

この携帯用医療機器１５０は、図１９では特に図示しないが、その内部にＩＣやＬＳＩ等の集積回路を有している。そして、本発明に係るＴＦＴを利用した集積回路が、携帯用医療機器１５０を構成する演算素子、記憶素子、スイッチング素子等として適宜使用されている。これにより、携帯用医療機器１５０は、携帯型の医療機器として機能する。

このように、実施の形態１〜３で説明したＴＦＴが利用された集積回路を用いて携行用機器を構成することにより、以下に記す効果が得られる。即ち、上述した携行用機器において利用される集積回路としては演算素子、記憶素子、及びスイッチング素子等の半導体特性を使った素子が種々考えられるが、前記携行用機器において、機械的柔軟性、耐衝撃性、廃却する際の対環境性や軽量、安価等の有機材料の利点として挙げられる性能が要求される際にその一部を本発明に係るＴＦＴを利用して構成することにより、高性能な素子を安価に実現することが可能になる。又、その結果として、前記利点を備えた携行用機器を安価に製造することが可能になる。

実施の形態４では、本発明に係るＴＦＴを応用した携行用機器として幾つかの例を挙げて説明したが、これらの例示した機器の構成は上述した構成に限定されるものではない。又、本発明に係るＴＦＴを応用可能な携行用機器についても、上述した機器に限定されるものではない。例えば、ＰＤＡ端末、ウェアラブルなＡＶ機器、ポータブルなコンピュータ、腕時計タイプの通信機器等、機械的柔軟性、耐衝撃性、廃却する際の対環境性、軽量、安価等が要求される携行用機器に対して本発明に係るＴＦＴを好適に応用することが可能である。

尚、実施の形態１〜３では、図１（ｃ）の構成のＴＦＴに本発明を適用したが、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｄ）、図２（ａ）及び図２（ｂ）の構成のＴＦＴにも本発明を同様に適用することが可能である。ここで、図１（ａ）は、基板１上にゲート電極２、ゲート絶縁層３、及び半導体層４が積層され、この半導体層４の上にソース電極５及びドレーン電極６が積層され構成されている。又、図１（ｂ）は、基板１上にゲート電極２、ゲート絶縁層３、ソース電極５及びドレーン電極６が積層され、このソース電極５及びドレーン電極６とゲート絶縁層３との上に半導体層４が積層され構成されている。又、図１（ｄ）は、基板１上にソース電極５及びドレーン電極６、半導体層４、及びゲート絶縁層３が積層され、このゲート絶縁層３の上にゲート電極２が積層され構成されている。又、図２（ａ）は、基板１上にゲート電極２、ゲート絶縁層３、及びソース電極５が積層され、このソース電極５及びゲート絶縁層３の上に半導体層４が積層され、この半導体層４の上にドレーン電極６が積層され構成されている。更に、図２（ｂ）は、基板１上にソース電極５が積層され、このソース電極５の上に、その内部にゲート絶縁層３によって覆われた図２（ｂ）では円形の断面形状を有するゲート電極２を備えた半導体層４が積層され、この半導体層４の上にドレーン電極６が積層され構成されている。

本発明は以上に述べたような形態で実施され、低コストプロセスで構成可能な、機械的柔軟性、耐衝撃性が優れた高キャリア移動度の半導体層を使用したＴＦＴと、その製造方法を提供することができる。又、キャリア移動度が改善されたＴＦＴを複数個配置した、安価でかつ、機械的柔軟性、耐衝撃性の優れた、アクティブマトリクス型のディスプレイ、前記ＴＦＴを集積回路部に用いた無線ＩＤタグ、前記ＴＦＴを集積回路部に用いた携行用機器等を提供することができるという効果を奏する。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明に係るＴＦＴ及びその製造方法は、低コストプロセスによって構成可能な、機械的柔軟性、及び耐衝撃性が優れた高キャリア移動度のＴＦＴと、そのＴＦＴの製造方法として有用である。

又、本発明に係るＴＦＴは、シートライク又はペーパーライクなアクティブマトリクス型のディスプレイや、無線ＩＤタグ、携帯テレビや携帯電話等の携行用機器等を製造するために有用である。

図１（ａ）〜図１（ｄ）は、ＴＦＴの第１の代表的な構成の各々を模式的に示す断面図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、ＴＦＴの第２の代表的な構成の各々を模式的に示す断面図である。 図３は、実施の形態１に係る半導体特性評価用試料の構成を模式的に示す斜視図である。 図４（ａ）はＴＦＴを構成する半導体層の一部の断面を模式的に示す断面図であり、図４（ｂ）は画像認識によって導出された無機物半導体材料の粒子の粒子径分布を模式的に例示する分布図である。 図５は、実施の形態１で用いたＰ型シリコン結晶の粒子の種類と、それぞれの粒子のオリゴチオフェン中における含有率と、オリゴチオフェン中の粒子全体の総充填率とを示す組み合わせ図である。 図６は、第２の粒子の平均粒子径と限界総充填率との関係を示す相関グラフである。 図７は、Ｐ型シリコン結晶の粒子の充填率とＴＦＴのキャリア移動度との関係を示す相関グラフである。 図８は、実施の形態１に係る耐屈曲性評価を行うための試験形態を模式的に示す形態図である。 図９は、Ｐ型シリコン結晶の粒子の充填率と不良率との関係を示す相関グラフである。 図１０は、実施の形態２で用いたＣｕ粒子の種類と、それぞれの粒子のオリゴチオフェン中における含有率と、オリゴチオフェン中の粒子全体の総充填率とを示す組み合わせ図である。 図１１は、Ｃｕ粒子の総充填率とＴＦＴのキャリア移動度との関係を示す相関グラフである。 図１２は、Ｃｕ粒子の総充填率とＴＦＴの遮断周波数との関係を示す相関グラフである。 図１３は、実施の形態３に係る半導体層における無機物半導体材料及び無機物導体材料の種類と、各々の粒子の粒子径及び総充填率、更にそれらを用いて作製したＴＦＴのキャリア移動度と遮断周波数との平均値について、実施の形態１において作製したＴＦＴの場合と比較した結果を示す比較図である。 図１４は、有機ＥＬを表示部に用いたアクティブマトリクス型ディスプレイの構成を模式的に示す斜視図である。 図１５は、ＴＦＴ駆動回路部の構成を拡大して示した模式図である。 図１６は、本実施の形態に係るＴＦＴを用いた無線ＩＤタグの構成を模式的に示した斜視図である。 図１７は、本実施の形態に係るＴＦＴを用いた携帯テレビの構成を模式的に示した正面図である。 図１８は、本実施の形態に係るＴＦＴを用いた携帯電話の構成を模式的に示した正面図である。 図１９は、本実施の形態に係るＴＦＴを用いた携帯用医療機器の構成を模式的に示した斜視図である。

符号の説明

１ 基板
２ ゲート電極
３ ゲート絶縁層
４ 半導体層
５ ソース電極
６ ドレーン電極
７ プラスティック基板
８ 粒子
９ 有機物半導体材料
１００ ＴＦＴ
１０１ プラスティック基板
１０２ 有機ＥＬ層
１０３ 透明電極
１０４ 保護フィルム
１０５ ソース電極線
１０６ ゲート電極線
１１０ ＴＦＴ駆動回路
１１１ ゲート電極
１１２ ゲート絶縁層
１１３ 半導体層
１１４ ソース電極
１１５ ドレーン電極
１１６ 画素電極
１１７ 絶縁層
１２０ 無線ＩＤタグ
１２１ プラスティック基板
１２２ アンテナ部
１２３ メモリーＩＣ部
１３０ 携帯テレビ
１３１ 表示部
１３２ 受信部
１３３ 電源スイッチ
１３４ 操作スイッチ
１３５ 音声出力装置
１３６ 入出力端子
１３７ 記録メディア挿入部
１４０ 携帯電話
１４１ 表示部
１４２ 送受信部
１４３ 音声出力部
１４４ カメラ部
１４５ 折り畳み用可動部
１４６ 操作スイッチ
１４７ 音声入力部
１５０ 携帯用医療機器
１５１ 表示部
１５２ 操作スイッチ
１５３ 医療的処置部
１５４ 経皮コンタクト部
１５５ 腕
２００ ＴＦＴ
３００ 半導体特性評価用試料
４００ 断面

Claims (17)

1. 半導体層と、該半導体層に相互に分離して設けられたソース領域とドレーン領域とゲート領域とを有する薄膜トランジスタであって、
   前記半導体層が複合材料で構成されており、
   前記複合材料が、有機物半導体材料の内部に少なくとも１種類の無機物材料の粒子が複数分散された複合材料であり、
   前記半導体層における前記粒子の含有率が、０体積％を超え６０体積％以下である、薄膜トランジスタ。
2. 薄膜トランジスタのＯＮ動作時における前記無機物材料の電気抵抗が、前記ＯＮ動作時における前記有機物半導体材料の電気抵抗より低い、請求項１記載の薄膜トランジスタ。
3. 前記粒子の最大粒子径が、前記ソース領域と前記ドレーン領域との間の距離より小さい、請求項１記載の薄膜トランジスタ。
4. 前記半導体層における前記粒子の含有率が、前記粒子のネットワークによって前記ソース領域と前記ドレーン領域とが電気的に接続されないように制限されている、請求項１記載の薄膜トランジスタ。
5. 前記複数分散された前記粒子の群が、互いに平均粒子径が異なる少なくとも第１の粒子群及び第２の粒子群の２つの粒子群を含んで構成されている、請求項１記載の薄膜トランジスタ。
6. 前記第１の粒子群の平均粒子径が、前記第２の粒子群の平均粒子径の０％を超え１５％未満である、請求項５記載の薄膜トランジスタ。
7. 前記無機物材料が、導体材料である、請求項１記載の薄膜トランジスタ。
8. 前記無機物材料が、半導体材料である、請求項１記載の薄膜トランジスタ。
9. 前記無機物材料が、導体材料及び半導体材料を含有する２種類以上の材料の複合材料である、請求項１記載の薄膜トランジスタ。
10. 半導体層と、該半導体層に相互に分離して設けられたソース領域とドレーン領域とゲート領域とを有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
    有機物半導体材料の内部に少なくとも１種類の無機物材料の粒子を複数分散させて、前記半導体層における前記粒子の含有率が０体積％を超え６０体積％以下である複合材料を製造する第１の製造工程と、
    前記第１の製造工程で得られた前記複合材料を用いて前記半導体層を形成する第２の製造工程と、
    を備えている、薄膜トランジスタの製造方法。
11. 前記無機物材料として、薄膜トランジスタのＯＮ動作時における電気抵抗が前記ＯＮ動作時における前記有機物半導体材料の電気抵抗より低い無機物材料を用いる、請求項１０記載の薄膜トランジスタの製造方法。
12. 前記粒子の粒度分布を所定の粒度分布とするための粒子選別工程を更に備えている、請求項１０記載の薄膜トランジスタの製造方法。
13. 前記粒子の前記半導体層内における分散状態を所定の分散状態とするための分散制御工程を更に備えている、請求項１０記載の薄膜トランジスタの製造方法。
14. 前記第２の製造工程が、
    前記複合材料を所定の溶液中に溶解若しくは非溶解の状態で分散させて半導体層形成用材料を得る第１の準備工程と、
    前記第１の準備工程で得られた前記半導体層形成用材料を所定の位置に噴霧、塗布若しくは印刷した後に乾燥させて前記半導体層を形成する第２の準備工程と、
    を備えている、請求項１０記載の薄膜トランジスタの製造方法。
15. 請求項１乃至９の何れか１つに記載の薄膜トランジスタが、画素を駆動するためのスイッチング素子として複数個配設されてなる、アクティブマトリクス型ディスプレイ。
16. 請求項１乃至９の何れか１つに記載の薄膜トランジスタが、集積回路を構成するための半導体素子として利用されてなる、無線ＩＤタグ。
17. 請求項１乃至９の何れか１つに記載の薄膜トランジスタが、集積回路を構成するための半導体素子として利用されてなる、携行用機器。

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