JP4564094B2 - 薄膜トランジスタパネル - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜トランジスタパネルに関し、特にカーボンナノチューブを含む薄膜トランジスタパネルに関するものである。
薄膜トランジスタパネルは、絶縁基板、複数のゲート電極リード線、複数のソース電極リード線、複数の薄膜トランジスタ及び複数のピクセル電極を含む。前記複数のゲート電極リード線は、前記絶縁基板に設置される。前記複数のソース電極リード線は、前記絶縁基板に設置され、前記複数のゲート電極リード線と絶縁状態で交叉されている。前記複数のゲート電極リード線及び前記複数のソース電極リード線は、前記絶縁基板を複数の格子に分ける。前記薄膜トランジスタは、前記格子の内に設置され、それぞれ、前記ゲート電極リード線及び前記ソース電極リード線に電気的に接続される。前記ピクセル電極は、前記薄膜トランジスタに電気的に接続される。
前記薄膜トランジスタは、主に、ゲート電極、絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を含む。前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、分離して設置され、前記半導体層と電気的に接続される。前記ゲート電極は、前記絶縁層に設置され、該絶縁層により前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と分離して絶縁される。前記半導体層の、前記ソース電極とドレイン電極との間に位置される領域には、チャンネル領域が形成される。
前記薄膜トランジスタは、ソース電極が前記ソース電極リード線に電気的に接続され、ゲート電極がゲート電極リード線に電気的に接続され、ドレイン電極がピクセル電極に電気的に接続される。前記ゲート電極、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、導電材料からなる。該導電材料は、金属又は合金である。前記ゲート電極リード線により、前記ゲート電極に電圧を印加すると、前記絶縁層により該ゲート電極と分離して設置された前記半導体層におけるチャンネル領域で、キャリアが蓄積することができる。該キャリアが所定の程度に蓄積する場合、前記半導体層に電気的に接続される前記ソース電極及び前記ドレイン電極が電気的に接続されるので、前記ソース電極から前記ドレイン電極及び前記ピクセル電極に電流が流れる。
従来技術として、薄膜トランジスタの半導体層の材料は、アモルファスシリコン、多結晶シリコン又は有機半導体重合体である（非特許文献１を参照）。アモルファスシリコンを半導体層とする薄膜トランジスタにおいて、該半導体層で多くのダングリングボンド（Ｄａｎｇｌｉｎｇ Ｂｏｎｄ）を含むので、キャリアの移動度は、小さくなる。該キャリアの移動度が一般的に１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１より小さいので、前記薄膜トランジスタの応答速度は、遅い。多結晶シリコンを半導体層とする薄膜トランジスタにおいて、キャリアの移動度は、大きくなる。該キャリアの移動度が一般的に１０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１ほどであるので、前記薄膜トランジスタの応答速度は、速い。しかし、多結晶シリコンを半導体層とする薄膜トランジスタは、方法が複雑であり、コストが高く、大面積製造が難しく、オフ電流が大きく、強靭性が低く、曲がりにくい。従来の無機薄膜トランジスタと比べて、有機半導体重合体を半導体層とする有機薄膜トランジスタは、コストが低く、製造の温度が低く、高い強靭性を有する長所がある。しかし、有機薄膜トランジスタは、室温でジャンプ伝導するので、抵抗率が高く、キャリアの移動度が小さくなり、前記有機薄膜トランジスタの応答速度が遅い。
"Ｎｅｗ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｉｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ"、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ、２００２年、第２９９−３０２巻、第１１３４〜１３１０頁
従って、前記無機薄膜トランジスタで製造された薄膜トランジスタパネルは、強靭性が低く、新型の液晶表示装置に適しないという欠点がある。前記有機薄膜トランジスタで製造された薄膜トランジスタパネルは、応答速度が遅く、性能が良くないという欠点がある。
従って、本発明は、速い応答速度を有し、高い強靭性を有する薄膜トランジスタパネルを提供することを課題とする。
薄膜トランジスタパネルは、絶縁基板と、複数のソース電極リード線と、複数のゲート電極リード線と、複数のピクセル電極と、複数の薄膜トランジスタと、を含む。前記複数のソース電極リード線は互いに平行に設置され、前記複数のゲート電極リード線は互いに平行に設置され、前記複数のソース電極リード線及び前記複数のゲート電極リード線は交叉して、前記絶縁基板に複数の格子を形成する。各々の前記格子の内に、一つの前記薄膜トランジスタ及び一つの前記ピクセル電極が設置される。各々の前記薄膜トランジスタがソース電極と、前記ソース電極と分離して設置されるドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に電気的に接続される半導体層と、絶縁層と、前記絶縁層により前記半導体層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極と絶縁状態で設置されるゲート電極と、を含む。前記ソース電極が前記ソース電極リード線に電気的に接続され、前記ドレイン電極が前記ピクセル電極に電気的に接続され、前記ゲート電極が前記ゲート電極リード線に電気的に接続され、前記半導体層がカーボンナノチューブ構造体を含む。
前記カーボンナノチューブ構造体における一部のカーボンナノチューブの両端がそれぞれ、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に電気的に接続される。
前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム又は複数のカーボンナノチューブワイヤを含む。
前記カーボンナノチューブ構造体が、半導体型カーボンナノチューブを含む。
前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも二枚の積層されたカーボンナノチューブフィルムを含む。隣接する二枚のカーボンナノチューブフィルム間におけるカーボンナノチューブ同士の成す角度が０°〜９０°である。
前記薄膜トランジスタが、パッシベーション層を含み、該パッシベーション層が前記薄膜トランジスタを被覆し、かつスルーホールを有し、前記ピクセル電極が前記格子及び前記薄膜トランジスタを被覆し、前記スルーホールで前記ドレイン電極に電気的に接続される。
従来の薄膜トランジスタパネルと比べると、本発明の薄膜トランジスタパネルにおいて、前記半導体層に半導体型カーボンナノチューブを利用して、該カーボンナノチューブがキャリアの移動度が大きいので、前記薄膜トランジスタは、大きなキャリアの移動度を有する。従って、前記薄膜トランジスタを利用した前記薄膜トランジスタパネルは、速い応答速度を有する。
前記薄膜トランジスタの半導体層における前記カーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、該薄膜トランジスタは、優れた靭性と機械強度を有する。従って、前記薄膜トランジスタを利用した前記薄膜トランジスタパネルは、優れた靭性と機械強度を有する。
前記カーボンナノチューブ構造体を半導体層とする前記薄膜トランジスタは、サイズが小さくなり、前記薄膜トランジスタを利用した前記薄膜トランジスタパネルは、解像度が高くなる。
前記カーボンナノチューブが大きな熱伝導率を有するので、前記薄膜トランジスタパネルの作動において発生する熱量を放出することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１と図２を参照すると、本発明の実施例１は、薄膜トランジスタパネル１００を提供する。該薄膜トランジスタパネル１００は、複数の薄膜トランジスタ１１０、複数のピクセル電極１２０、複数のソース電極リード線１３０、複数のゲート電極リード線１４０及び一つの絶縁基板１５０を含む。
図１と図２を参照すると、本発明の実施例１は、薄膜トランジスタパネル１００を提供する。該薄膜トランジスタパネル１００は、複数の薄膜トランジスタ１１０、複数のピクセル電極１２０、複数のソース電極リード線１３０、複数のゲート電極リード線１４０及び一つの絶縁基板１５０を含む。
前記複数の薄膜トランジスタ１１０、前記複数のピクセル電極１２０、前記複数のソース電極リード線１３０、前記複数のゲート電極リード線１４０は、全て前記絶縁基板１５０の同じ表面に設置される。前記複数のソース電極リード線１３０は、平行し、等間隔に前記絶縁基板１５０に設置され、前記複数のゲート電極リード線１４０は、平行し、等間隔に前記絶縁基板１５０に設置される。該複数のソース電極リード線１３０と該複数のゲート電極リード線１４０は、交叉して前記絶縁基板１５０に設置されている。隣接する二つのソース電極リード線１３０と、隣接する二つのゲート電極リード線１４０とで、複数の格子を形成している。前記複数の薄膜トランジスタ１１０及び複数のピクセル電極１２０は、ぞれぞれ、前記格子の内に設置される。前記各々の薄膜トランジスタ１１０は、間隔を置いて設置され、前記各々のピクセル電極１２０は、間隔を置いて設置される。各々の格子の内に一つの薄膜トランジスタ１１０及び一つのピクセル電極１２０が設置され、該ピクセル電極１２０及び薄膜トランジスタ１１０は、間隔を置いて設置されてもよく、積層に設置されてもよい。本実施例において、前記薄膜トランジスタ１１０は、前記ピクセル電極１２０に被覆されている。
前記薄膜トランジスタ１１０は、トップゲート型(Ｔｏｐ Ｇａｔｅ Ｔｙｐｅ)薄膜トランジスタであり、絶縁基板１５０の一つの表面に形成される。該薄膜トランジスタ１１０は、ゲート電極１１２、絶縁層１１３、半導体層１１４、ソース電極１１５及びドレイン電極１１６を含む。
前記半導体層１１４は、前記絶縁基板１５０の表面に設置され、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６は、それぞれ前記半導体層１１４の表面に分離して設置され、該半導体層１１４に電気的に接続されている。前記絶縁層１１３は、前記半導体層１１４の表面に設置されている。前記ゲート電極１１２は、前記絶縁層１１３の表面に設置されている。該絶縁層１１３により、前記ゲート電極１１２を、前記半導体層１１４、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６と絶縁状態に設置する。前記半導体層１１４の、前記ソース電極１１５とドレイン電極１１６との間に位置する領域に、チャンネルが形成される。
前記ソース電極１１５と前記ドレイン電極１１６は、前記半導体層１１４の、前記絶縁基板１５０に隣接する表面の反対側に分離して設置され、前記絶縁層１１３と前記半導体層１１４との間に位置される。この場合、前記ソース電極１１５、前記ドレイン電極１１６及び前記ゲート電極１１２は、前記半導体層１１４の同一側に位置され、コープレーナー型（Ｃｏｐｌａｎａｒ Ｔｙｐｅ）薄膜トランジスタ１１０を形成する。或いは、前記ソース電極１１５と前記ドレイン電極１１６は、それぞれ前記絶縁基板１５０及び前記半導体層１１４の間に分離して設置される。この場合、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６と、前記ゲート電極１１２とは、前記半導体層１１４の異なる側に位置され、スタガード型（Ｓｔａｇｇｅｒｅｄ Ｔｙｐｅ）薄膜トランジスタ１１０を形成する。前記ソース電極１１５と前記ドレイン電極１１６は、位置が制限されず、該ソース電極１１５と該ドレイン電極１１６が分離して設置し、前記半導体層１１４と電気的に接続することができる。例えば、前記ソース電極１１５と前記ドレイン電極１１６は前記半導体層１１４と同じ平面に設置されることができる。
前記絶縁基板１５０の材料は、例えば、シリコン、石英、セラミック、ガラス及びダイヤモンドなどの硬性材料又は例えば、プラスチック及び樹脂などの柔らかな材料である。本実施例において、前記絶縁基板１５０の材料は、ガラスであることが好ましい。該絶縁基板１５０は、前記薄膜トランジスタ１１０を支持することに用いられる。
前記薄膜トランジスタ１１０のドレイン電極１１６は、前記ピクセル電極１２０に電気的に接続される。具体的には、前記薄膜トランジスタ１１０は、パッシベーション層１６０を含む。該パッシベーション層１６０は、前記薄膜トランジスタ１１０を被覆し、かつスルーホール１１８を有する。前記ピクセル電極１２０は、前記格子及び前記薄膜トランジスタ１１０を被覆し、前記スルーホール１１８で前記ドレイン電極１１６に電気的に接続される。前記パッシベーション層１６０の材料は、二酸化珪素又は窒化珪素などの絶縁材料である。該パッシベーション層１６０は、前記ピクセル電極１２０が前記薄膜トランジスタ１１０のドレイン電極１１６に電気的に接続され、該薄膜トランジスタ１１０の他の部分に絶縁されることを確保することができる。
前記薄膜トランジスタ１１０のソース電極１１５は、前記ソース電極リード線１３０に電気的に接続される。具体的には、各々の格子における薄膜トランジスタ１１０のソース電極１１５は、該格子が設置される行のソース電極リード線１３０に電気的に接続される。前記薄膜トランジスタ１１０のゲート電極１１２は、前記ゲート電極リード線１４０に電気的に接続される。具体的には、各々の格子における薄膜トランジスタ１１０のゲート電極１１２は、該格子が設置される列のゲート電極リード線１４０に電気的に接続される。
前記ピクセル電極１２０は、導電フィルムである。前記薄膜トランジスタ１１０が液晶表示装置に応用される場合、前記ピクセル電極１２０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルム、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）フィルム、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）フィルム又は金属型カーボンナノチューブフィルムなどの透明導電フィルムである。前記ピクセル電極１２０の面積は、１０μｍ２〜１．０×１０５μｍ２である。本実施例において、前記ピクセル電極１２０は、材料が酸化インジウムスズフィルムであり、その面積が０．０５ｍｍ２である。
前記ソース電極リード線１３０及び前記ゲート電極リード線１４０の材料は、金属、合金、導電重合体又は金属型カーボンナノチューブワイヤなどの導電材料である。前記金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウムなどである。前記合金は、前記金属の合金である。前記ソース電極リード線１３０及び前記ゲート電極リード線１４０の幅は、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。本実施例において、前記ソース電極リード線１３０及び前記ゲート電極リード線１４０は、材料がアルミニウムであり、幅が１０マイクロメートルである。
前記半導体層１１４は、半導体型の複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ構造体である。該半導体層１１４における一部のカーボンナノチューブは、半導体型カーボンナノチューブであってもよい。好ましくは、前記半導体層における全てのカーボンナノチューブが、半導体型カーボンナノチューブである。該半導体型カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ又は二層カーボンナノチューブである。前記単層カーボンナノチューブの直径は、０．５ナノメートル〜５０ナノメートルであり、前記二層カーボンナノチューブの直径は、１．０ナノメートル〜５０ナノメートルである。好ましくは、前記カーボンナノチューブの直径は、１０ナノメートル以下である。
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。該カーボンナノチューブフィルムは、下記の五種がある。
図３を参照すると、第一のカーボンナノチューブフィルムは、配向せず配列され、互いに絡み合って半導体型カーボンナノチューブを含む。該カーボンナノチューブフィルムは、化学気相堆積法で生長する。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、半導体型カーボンナノチューブの数量は、全てのカーボンナノチューブの数量の２／３である。
第二のカーボンナノチューブフィルムは、前記複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけてカーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイが圧力で倒れ、シート状の自立構造を有するカーボンナノチューブ構造体が形成される。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
図４を参照すると、カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。
図５を参照すると、カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
図６を参照すると、第三のカーボンナノチューブフィルムは、長さが基本的に同じ、互いに平行する複数のカーボンナノチューブを含む。該カーボンナノチューブフィルムの長さとカーボンナノチューブの長さとが同じである。前記隣接するカーボンナノチューブは、分子間力で接続されている。
図７を参照すると、第四のカーボンナノチューブフィルムは、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムである。該綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムでは、互いに絡み合った複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブが分子間力で互いに引き付けあい、ネットワーク構造が形成されるので、該綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが良い靭性を有するようになる。前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムでは、複数のカーボンナノチューブが互いに絡み合って、微孔構造が形成される。該微孔の直径は、１０マイクロメートル以下であり、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さは０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。
図８を参照すると、第五のカーボンナノチューブフィルムは、端と端で接続され、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。該カーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブアレイから伸び出すことによって、形成される。図９を参照すると、具体的には、前記カーボンナノチューブフィルムは、端と端で接続され、基本的に同じ長さの複数のカーボンナノチューブセグメント１４３を含む。前記カーボンナノチューブセグメント１４３は、端と端が分子間力で連接される。各々のカーボンナノチューブセグメント１４３は、同じ方向に沿って、均一的に配列される複数のカーボンナノチューブ１４５からなり、各々の前記カーボンナノチューブ１４５は分子間力で緊密に接続される。
前記カーボンナノチューブ構造体が、一枚の前記カーボンナノチューブフィルムだけを含む場合、該カーボンナノチューブフィルムにおける一部のカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６に電気的に接続される。前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも二枚の積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、隣接するカーボンナノチューブフィルム間におけるカーボンナノチューブ同士の成す角度αは、０°〜９０°である。少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムにおける一部のカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６に電気的に接続される。
また、前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブワイヤを含み、一部のカーボンナノチューブワイヤの両端は、それぞれ、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６に電気的に接続される。前記カーボンナノチューブワイヤは、複数のカーボンナノチューブ束からなる束状構造のカーボンナノチューブワイヤ（図１０に示すように）又は複数のカーボンナノチューブ束からなるねじれたワイヤ構造のカーボンナノチューブワイヤ（図１１に示すように）である。隣接する前記カーボンナノチューブ束は、分子間力で接続される。一つのカーボンナノチューブ束は、端と端が接続され、所定の方向に配列され、半導体型複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブワイヤの設置方式が制限されず、一部のカーボンナノチューブワイヤの両端がそれぞれ、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６に電気的に接続されることを確保することに限り、前記カーボンナノチューブワイヤを平行に配列してもよく、交叉して配列してもよい。
図１０を参照すると、前記束状構造のカーボンナノチューブワイヤは、該カーボンナノチューブワイヤの長手方向に沿って、配列し、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。図１１を参照すると、前記ねじれたワイヤ構造のカーボンナノチューブワイヤは、該カーボンナノチューブワイヤの軸向に沿って、螺旋状に配列された複数のカーボンナノチューブを含む。図９を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３を含み、該複数のカーボンナノチューブセグメント１４３の端と端が長さ方向に沿って分子間力で接続される。各カーボンナノチューブセグメント１４３は、相互に平行に配列して分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブ１４５を含み、前記カーボンナノチューブセグメント１４３は、任意の長さ、厚さ、均一性及び形状を有する。前記カーボンナノチューブワイヤの長さは制限されず、直径は０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。
前記半導体層１１４は、長さが１．０マイクロメートル〜１００マイクロメートルであり、幅が１マイクロメートル〜１ミリメートルであり、厚さが０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。前記チャンネルは、長さが１マイクロメートル〜１００マイクロメートルであり、幅が１マイクロメートル〜１ミリメートルである。
本実施例において、前記半導体層１１４は、積層された五枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。隣接するカーボンナノチューブフィルム間におけるカーボンナノチューブの配列方向が同じである。図７を参照すると、各々のカーボンナノチューブフィルムは、端と端で接続され、同じ方向に沿って配列され、半導体型の複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、前記ソース電極１１５から前記ドレイン電極１１６への方向に沿って配列される。前記半導体層１１４は、長さが５０マイクロメートルであり、幅が３００マイクロメートルであり、厚さが２５ナノメートルである。前記チャンネルは、長さが４０マイクロメートルであり、幅が３００マイクロメートルである。
前記半導体層１１４におけるカーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブアレイから引き出すことによって、形成される。該カーボンナノチューブフィルムは、接着性を有するので、前記絶縁基板１５０の表面に直接接着することができる。具体的には、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６の前記半導体層１４０との位置によって、薄膜トランジスタを製造する工程が異なる。例えば、前記絶縁基板１５０の一つ表面にカーボンナノチューブフィルムを接着した後、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配列される方向に沿って、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６を該カーボンナノチューブフィルムの表面に分離して、設置してもよい。或いは、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６を前記絶縁基板１５０の表面に分離して設置した後、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを前記ソース電極１１５から前記ドレイン電極１１６への方向に沿って配列させ、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６を被覆させるように該絶縁基板１５０の一つ表面に設置させる。本実施例において、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６は、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配列された方向に沿って、該カーボンナノチューブフィルムの両端に分離して設置され、それぞれ、該カーボンナノチューブフィルムに電気的に接続される。
前記ソース電極１１５、前記ドレイン電極１１６及び前記ゲート電極１１２は、導電材料からなる。前記ソース電極１１５、前記ドレイン電極１１６及び前記ゲート電極１１２は、導電フィルムであることが好ましい。該導電フィルムの厚さは、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。該導電フィルムの材料は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルム、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、銀ペースト、導電重合体又は金属型カーボンナノチューブなどである。前記金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウムなどである。前記合金は、前記金属の合金である。前記ゲート電極１１２の面積と前記チャンネルの面積が基本的に同じであることが好ましく、該チャンネルがキャリアを蓄積することに有利となる。
本実施例において、前記ソース電極１１５、前記ドレイン電極１１６及び前記ゲート電極１１２の材料は、金属型カーボンナノチューブ構造体を含み、該金属型カーボンナノチューブ構造体は、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブのいずれか一種又は複数種を含む。前記単層カーボンナノチューブの直径は、０．５ナノメートル〜５０ナノメートルであり、前記二層カーボンナノチューブの直径は、１．０ナノメートル〜５０ナノメートルである。前記多層カーボンナノチューブの直径は、１．５ナノメートル〜５０ナノメートルである。前記ソース電極１１５と前記ドレイン電極１１６との距離は、１マイクロメートル〜１００マイクロメートルである。前記ソース電極１１５、前記ドレイン電極１１６及び前記半導体層１１４がカーボンナノチューブを含むので、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６と、前記半導体層１１４との接続性がよくなり、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６と前記半導体層１１４との抵抗が小さくなり、電気的に接続することに有利となる。
前記絶縁層１１３の材料は、窒化珪素、酸化珪素などの硬性材料又はベンゾシクロブテン（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、アクリル酸樹脂などの柔らかな材料である。前記絶縁層１１３の厚さは、５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。本実施例において、前記絶縁層１１３は窒化珪素からなり、その厚さは２００ナノメートルである。勿論、前記半導体層１１４、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６と、ゲート電極１１２とを絶縁状態に設置する限り、前記絶縁層１１３は、完全に前記ソース電極１１５、前記ドレイン電極１１６及び半導体層１１４を被覆しないように設置してもよい。例えば、前記ソース電極１１５及び前記ドレイン電極１１６が、前記半導体層１１４の前記絶縁基板１５０と隣接する表面の反対側に設置される場合、前記絶縁層１１３は、前記ソース電極１１５と前記ドレイン電極１１６との間に設置し、前記半導体層１１４だけを被覆してもよい。
前記薄膜トランジスタパネル１００を、液晶表示装置の液晶ピクセルを駆動する素子とする場合、外部回路を利用して前記ソース電極リード線１３０に走査電圧を印加し、前記ゲート電極リード線１４０に制御電圧を印加することによって、前記液晶表示装置のピクセルユニットを制御する。前記ゲート電極１１２に制御電圧を印加すると、前記半導体層１１４におけるチャンネルに電界を形成させると同時に、該チャンネルの、前記ゲート電極１１２に隣接する領域においてキャリアが形成される。前記ゲート電極電圧の増加に伴って、前記チャンネルの、前記ゲート電極１１２に隣接する領域においてキャリアが蓄積される。該キャリアが所定の程度に蓄積される場合、前記ソース電極１１５とドレイン電極１１６との間に電流が流れる。該電流は、前記ドレイン電極１１６に電気的に接続されたピクセル電極１２０に電圧を提供する。前記液晶表示装置が作動する時、液晶の分子の方向が変化することによって、該液晶の分子を通る光線の偏光方向を制御し、前記液晶表示装置のピクセルユニットのオン／オフを制御することができる。
前記半導体層１１４は、優れた半導体型カーボンナノチューブを含むので、該カーボンナノチューブは、キャリアの移動度が大きい。前記カーボンナノチューブの両端がそれぞれ前記ソース電極１１５及びドレイン電極１１６に電気的に接続されるので、前記薄膜トランジスタ１１０は、大きなキャリアの移動度を有する。従って、前記薄膜トランジスタ１１０を利用した前記薄膜トランジスタパネル１００は、速い応答速度を有する。
（実施例２）
図１２及び図１３を参照すると、本発明の実施例２は、薄膜トランジスタパネル２００を提供する。該薄膜トランジスタパネル２００は、複数の薄膜トランジスタ２１０、複数のピクセル電極２２０、複数のソース電極リード線２３０、複数のゲート電極リード線２４０及び一つの絶縁基板２５０を含む。該複数のソース電極リード線２３０と該複数のゲート電極リード線２４０は、交叉して前記絶縁基板２５０に設置されている。隣接する二つのソース電極リード線２３０と、隣接する二つのゲート電極リード線２４０とで、複数の格子を形成している。前記トランジスタ２１０及びピクセル電極２２０は、前記格子の内に設置される。前記トランジスタ２１０は、ゲート電極２１２、絶縁層２１３、半導体層２１４、ソース電極２１５、ドレイン電極２１６を含む。
図１２及び図１３を参照すると、本発明の実施例２は、薄膜トランジスタパネル２００を提供する。該薄膜トランジスタパネル２００は、複数の薄膜トランジスタ２１０、複数のピクセル電極２２０、複数のソース電極リード線２３０、複数のゲート電極リード線２４０及び一つの絶縁基板２５０を含む。該複数のソース電極リード線２３０と該複数のゲート電極リード線２４０は、交叉して前記絶縁基板２５０に設置されている。隣接する二つのソース電極リード線２３０と、隣接する二つのゲート電極リード線２４０とで、複数の格子を形成している。前記トランジスタ２１０及びピクセル電極２２０は、前記格子の内に設置される。前記トランジスタ２１０は、ゲート電極２１２、絶縁層２１３、半導体層２１４、ソース電極２１５、ドレイン電極２１６を含む。
本実施例の薄膜トランジスタ２１０の構造と実施例１の薄膜トランジスタ１１０の構造とは、基本的に同じである。本実施例と実施例１と異なる所は、前記薄膜トランジスタ２１０は、ボトムゲート型(Ｂｏｔｔｏｍ Ｇａｔｅ Ｔｙｐｅ)薄膜トランジスタであり、絶縁基板２５０の一つの表面に形成される。該薄膜トランジスタ２１０は、前記ゲート電極２１２が前記絶縁基板２５０の一つの表面に設置され、前記絶縁層２１３が前記ゲート電極２１２の、前記絶縁基板２５０に隣接する表面との反対側に設置され、前記半導体層２１４が前記絶縁層２１３の前記ゲート電極２１２に隣接する表面との反対側に設置される。該絶縁層２１３により、前記ゲート電極２１２と前記半導体層２１４とを絶縁させる。前記ソース電極２１５と前記ドレイン電極２１６とが前記半導体層２１４の前記絶縁層２１３に隣接する表面との反対側に分離して設置され、前記半導体層２１４に電気的に接続される。前記絶縁層２１３により、前記ソース電極２１５及び前記ドレイン電極２１６と、前記半導体層２１４と、を前記ゲート電極２１２から絶縁させるので、前記半導体層２１４の、前記ソース電極２１５と前記ドレイン電極２１６との間の領域にチャンネルが形成される。前記ゲート電極２１２は、前記絶縁基板２５０の、前記チャンネルに対向する領域に設置し、前記絶縁層２１３により、前記ソース電極２１５、前記ドレイン電極２１６及び前記半導体層２１４から絶縁させるることが好ましい。
本実施例の薄膜トランジスタパネル２００におけるゲート電極２１２、ソース電極２１５、ドレイン電極２１６及び絶縁層２１３の材料は、実施例１の薄膜トランジスタパネル１０におけるゲート電極１１２、ソース電極１１５、ドレイン電極１１６及び絶縁層１１３の材料と同じである。本実施例の薄膜トランジスタ２１０におけるチャンネル及び半導体層２１４の形状、面積は、実施例１の薄膜トランジスタ１１０におけるチャンネル及び半導体層１１４の形状、面積と同じである。
前記ソース電極２１５と前記ドレイン電極２１６は、前記半導体層２１４又は絶縁層２１３の表面に設置されることができる。さらに、前記ソース電極２１５と前記ドレイン電極２１６は、前記半導体層２１４の、前記絶縁層２１３に隣接する表面との反対側に分離して設置される場合、前記ソース電極２１５及び前記ドレイン電極２１６と、前記ゲート電極２１２とは、前記半導体層２１４の異なる側に位置され、インバーテッド・スタガード型（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｓｔａｇｇｅｒｅｄ Ｔｙｐｅ）薄膜トランジスタが形成される。或いは、前記ソース電極２１５と前記ドレイン電極２１６は、前記半導体層２１４の前記絶縁層２１３に隣接する表面に分離して設置され、即ち、前記絶縁層２１３と前記半導体層２１４との間に位置される場合、前記ソース電極２１５及び前記ドレイン電極２１６と、前記ゲート電極２１２とは、前記半導体層２１４の同じ側に位置され、インバーテッド・コープレーナー型（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｃｏｐｌａｎａｒ Ｔｙｐｅ）薄膜トランジスタが形成される。
前記薄膜トランジスタ２１０のドレイン電極２１６は、前記ピクセル電極２２０に電気的に接続される。具体的には、前記薄膜トランジスタ２１０は、パッシベーション層２６０を含む。該パッシベーション層２６０は、前記薄膜トランジスタ２１０を被覆し、かつスルーホール２１８を有する。前記ピクセル電極２２０は、前記格子及び前記薄膜トランジスタ２１０を被覆し、前記スルーホール２１８で前記ドレイン電極２１６に電気的に接続される。前記パッシベーション層２６０の材料は、二酸化珪素又は窒化珪素などの絶縁材料である。
前記薄膜トランジスタパネルにおいて、前記半導体層に半導体型カーボンナノチューブを利用して、該カーボンナノチューブがキャリアの移動度が大きいので、前記薄膜トランジスタは、大きなキャリアの移動度を有する。従って、前記薄膜トランジスタを利用した前記薄膜トランジスタパネルは、速い応答速度を有る。
前記薄膜トランジスタの半導体層における前記カーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、該薄膜トランジスタは、優れた靭性と機械強度を有する。従って、前記薄膜トランジスタを利用した前記薄膜トランジスタパネルは、優れた靭性と機械強度を有する。
前記カーボンナノチューブ構造体を半導体層とする前記薄膜トランジスタは、サイズが小さくなり、前記薄膜トランジスタを利用した前記薄膜トランジスタパネルは、解像度が高くなる。
前記カーボンナノチューブが大きな熱伝導率を有するので、前記薄膜トランジスタパネルの作動において発生する熱量を放出することができる。
１００、２００ 薄膜トランジスタパネル
１１０、２１０ 薄膜トランジスタ
１１２、２１２ ゲート電極
１１３、２１３ 絶縁層
１１４、２１４ 半導体層
１１５、２１５ ソース電極
１１６、２１６ ドレイン電極
１１８、２１８ スルーホール
１２０、２２０ ピクセル電極
１３０、２３０ ソース電極リード線
１４０、２４０ ゲート電極リード線
１５０、２５０ 絶縁基板
１６０、２６０ パッシベーション層
１１０、２１０ 薄膜トランジスタ
１１２、２１２ ゲート電極
１１３、２１３ 絶縁層
１１４、２１４ 半導体層
１１５、２１５ ソース電極
１１６、２１６ ドレイン電極
１１８、２１８ スルーホール
１２０、２２０ ピクセル電極
１３０、２３０ ソース電極リード線
１４０、２４０ ゲート電極リード線
１５０、２５０ 絶縁基板
１６０、２６０ パッシベーション層
Claims (3)
- 絶縁基板と、複数のソース電極リード線と、複数のゲート電極リード線と、複数のピクセル電極と、複数の薄膜トランジスタと、を含む薄膜トランジスタパネルにおいて、
前記複数のソース電極リード線が互いに平行に設置され、
前記複数のゲート電極リード線が互いに平行に設置され、
前記複数のソース電極リード線及び前記複数のゲート電極リード線が交叉して、前記絶縁基板に複数の格子を形成し、
各々の前記格子の内に、一つの前記薄膜トランジスタ及び一つの前記ピクセル電極が設置され、
各々の前記薄膜トランジスタがソース電極と、前記ソース電極と分離して設置されるドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に電気的に接続される半導体層と、絶縁層と、前記絶縁層により前記半導体層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極と絶縁状態で設置されるゲート電極と、を含み、
前記ソース電極が前記ソース電極リード線に電気的に接続され、
前記ドレイン電極が前記ピクセル電極に電気的に接続され、
前記ゲート電極が前記ゲート電極リード線に電気的に接続され、
前記半導体層がカーボンナノチューブ構造体を含み、
前記カーボンナノチューブ構造体が、半導体型カーボンナノチューブを含む少なくとも二枚の積層されたカーボンナノチューブフィルムを含み、
隣接するカーボンナノチューブフィルム間におけるカーボンナノチューブ同士の成す角度が０°〜９０°であり、
各々のカーボンナノチューブフィルムが端と端で接続され、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含み、一部の前記カーボンナノチューブの両端がそれぞれ、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に電気的に接続されることを特徴とする薄膜トランジスタパネル。 - 前記カーボンナノチューブフィルムが、カーボンナノチューブアレイから引き出すことによって形成されるものであることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜トランジスタパネル。
- 前記薄膜トランジスタが、パッシベーション層を含み、該パッシベーション層が前記薄膜トランジスタを被覆し、かつスルーホールを有し、前記ピクセル電極が前記格子及び前記薄膜トランジスタを被覆し、前記スルーホールで前記ドレイン電極に電気的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜トランジスタパネル。
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