JPH10270712A - 薄膜トランジスタ・デバイスの構造 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 有機半導体材料を基材とした薄膜トランジス
タ(TFT)デバイスを提供する。 【解決手段】 TFTは、基板と、基板上に設けられた
ゲート電極と、ゲート電極を覆う高誘電率の絶縁体と、
絶縁体上の有機半導体層と、半導体層上のソース/ドレ
イン電極とを備えている。デバイス構造を被覆し保護す
るパシベーション層を任意に備えることができる。高誘
電率の絶縁体は、有機半導体の予期せぬゲート電圧依存
性を示し、非常に低い動作電圧で高い電界効果移動度を
実現する。絶縁体の材料の選択およびTFT構造に集積
化する手段の適切な組合せは、ガラスまたはプラスチッ
ク基板上への容易な製造およびこのようなデバイスをフ
ラットパネル表示装置に利用することを可能にする。
タ(TFT)デバイスを提供する。 【解決手段】 TFTは、基板と、基板上に設けられた
ゲート電極と、ゲート電極を覆う高誘電率の絶縁体と、
絶縁体上の有機半導体層と、半導体層上のソース/ドレ
イン電極とを備えている。デバイス構造を被覆し保護す
るパシベーション層を任意に備えることができる。高誘
電率の絶縁体は、有機半導体の予期せぬゲート電圧依存
性を示し、非常に低い動作電圧で高い電界効果移動度を
実現する。絶縁体の材料の選択およびTFT構造に集積
化する手段の適切な組合せは、ガラスまたはプラスチッ
ク基板上への容易な製造およびこのようなデバイスをフ
ラットパネル表示装置に利用することを可能にする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタン酸バリウム
ストロンチウム・クラスの化学溶液処理されたゲート誘
電体を有する有機薄膜電界効果トランジスタ(TFT)
の分野に関するものである。特に、このようなトランジ
スタを用いるフラットパネル液晶ディスプレイの分野に
関するものである。
ストロンチウム・クラスの化学溶液処理されたゲート誘
電体を有する有機薄膜電界効果トランジスタ(TFT)
の分野に関するものである。特に、このようなトランジ
スタを用いるフラットパネル液晶ディスプレイの分野に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶ディスプレイ(LCD)応用に用い
られる薄膜電界効果トランジスタ(TFT)は、典型的
に、半導体としてアモルファスシリコン(a−Si:
H)を用い、およびゲート絶縁体として酸化シリコンお
よび/または窒化シリコンを用いている。最近の材料の
発達は、薄膜電界効果トランジスタの半導体としてのア
モルファスシリコンに対する可能性のある代替物質とし
て、ヘキサチオフェンおよびその誘導体のような有機オ
リゴマー、およびペンタシンのような有機分子が探求さ
れている(G.Horowitz,D.Fichou,
X.Peng,Z.Xu,F.Garnier,Sol
id State Commun.Volume 7
2,pg.381,1989;F.Garnier,
G.Horowitz,D.Fichou,U.S.P
atent 5,347,144)。
られる薄膜電界効果トランジスタ(TFT)は、典型的
に、半導体としてアモルファスシリコン(a−Si:
H)を用い、およびゲート絶縁体として酸化シリコンお
よび/または窒化シリコンを用いている。最近の材料の
発達は、薄膜電界効果トランジスタの半導体としてのア
モルファスシリコンに対する可能性のある代替物質とし
て、ヘキサチオフェンおよびその誘導体のような有機オ
リゴマー、およびペンタシンのような有機分子が探求さ
れている(G.Horowitz,D.Fichou,
X.Peng,Z.Xu,F.Garnier,Sol
id State Commun.Volume 7
2,pg.381,1989;F.Garnier,
G.Horowitz,D.Fichou,U.S.P
atent 5,347,144)。
【0003】チオフェン・オリゴマーを基材とするTF
Tの最大の電界効果移動度は、通常、約0.06cm2
V-1sec-1(F.Garnier,R.Hajlao
ui,A.Yassar,P.Srivastava,
Science,Volume 265,pg.168
4,1994)である。これは、標準的なa−Si:H
のTFTの移動度よりもかなり小さい。有機絶縁体であ
るシアノエチルプルレンが用いられた場合にのみ、高い
電界効果移動度が測定された(0.4cm2 V-1sec
-1,F.Garnier,G.Horowitz,D.
Fichou,米国特許5,347,144)。しか
し、この絶縁体は、低い絶縁耐力,移動電荷(G.Ho
rowitz,F.Deloffre,F.Garni
er,R.Hajlaoui,M.Hmyene,A.
Yassar,SyntheticMetals,Vo
lume 54,pg.435,1993),および湿
度に対する感度のようないくつかの不所望な特性を示
す。したがって、シアノエチルプルレンは、実際のTF
Tデバイスの製造にゲート絶縁体として用いるには適し
ていない。
Tの最大の電界効果移動度は、通常、約0.06cm2
V-1sec-1(F.Garnier,R.Hajlao
ui,A.Yassar,P.Srivastava,
Science,Volume 265,pg.168
4,1994)である。これは、標準的なa−Si:H
のTFTの移動度よりもかなり小さい。有機絶縁体であ
るシアノエチルプルレンが用いられた場合にのみ、高い
電界効果移動度が測定された(0.4cm2 V-1sec
-1,F.Garnier,G.Horowitz,D.
Fichou,米国特許5,347,144)。しか
し、この絶縁体は、低い絶縁耐力,移動電荷(G.Ho
rowitz,F.Deloffre,F.Garni
er,R.Hajlaoui,M.Hmyene,A.
Yassar,SyntheticMetals,Vo
lume 54,pg.435,1993),および湿
度に対する感度のようないくつかの不所望な特性を示
す。したがって、シアノエチルプルレンは、実際のTF
Tデバイスの製造にゲート絶縁体として用いるには適し
ていない。
【0004】最近、ゲート絶縁体としてSiO2 を有す
るペンタセンを基材としたTFTにおいて、最大0.6
cm2 V-1sec-1の電界効果移動度が、実現された
(Y.Y.Lin,D.J.Gundlach,T.
N.Jackson,54thAnnual Devi
ce Research Conference Di
gest,1996 pg.80)。このことは、これ
らTFTをこのような応用に対し、可能性のある候補と
する。ペンタセンを基材とするこれらのTFTの主な欠
点は、高いスレショルド電圧、高い移動度を実現し同時
に高い電流変調を実現するのに要求される高い動作電圧
(0.4μm厚さのSiO2 絶縁体が用いられるときに
は、典型的に約100V)、および高いサブスレショル
ド傾斜Sである。サブスレショルド傾斜Sは、a−S
i:Hを基材とするTFTにおいて実現された1デケー
ド(10進桁単位)の電流変調あたり約0.3V(C.
−Y.Chen,J.Kanicki,54th An
nual Device Research Conf
erence Digest,1996,pg.68)
に比べて、1デケードの電流変調あたり約14Vである
(Y.Y.Lin,D.J.Gundlach,T.
N.Jackson,54th Annual Dev
ice Research Conference D
igest,1996,pg.80)。ゲート絶縁体の
厚さを小さくすることは、上述した特性を改善するが、
絶縁体の厚さを減少させることには限界がある。この限
界は、製造の容易性および信頼性の問題により課され
る。例えば、TFT LCDデバイスの電流生成におい
ては、TFTゲート絶縁体の厚さは、典型的に0.4μ
mである。
るペンタセンを基材としたTFTにおいて、最大0.6
cm2 V-1sec-1の電界効果移動度が、実現された
(Y.Y.Lin,D.J.Gundlach,T.
N.Jackson,54thAnnual Devi
ce Research Conference Di
gest,1996 pg.80)。このことは、これ
らTFTをこのような応用に対し、可能性のある候補と
する。ペンタセンを基材とするこれらのTFTの主な欠
点は、高いスレショルド電圧、高い移動度を実現し同時
に高い電流変調を実現するのに要求される高い動作電圧
(0.4μm厚さのSiO2 絶縁体が用いられるときに
は、典型的に約100V)、および高いサブスレショル
ド傾斜Sである。サブスレショルド傾斜Sは、a−S
i:Hを基材とするTFTにおいて実現された1デケー
ド(10進桁単位)の電流変調あたり約0.3V(C.
−Y.Chen,J.Kanicki,54th An
nual Device Research Conf
erence Digest,1996,pg.68)
に比べて、1デケードの電流変調あたり約14Vである
(Y.Y.Lin,D.J.Gundlach,T.
N.Jackson,54th Annual Dev
ice Research Conference D
igest,1996,pg.80)。ゲート絶縁体の
厚さを小さくすることは、上述した特性を改善するが、
絶縁体の厚さを減少させることには限界がある。この限
界は、製造の容易性および信頼性の問題により課され
る。例えば、TFT LCDデバイスの電流生成におい
ては、TFTゲート絶縁体の厚さは、典型的に0.4μ
mである。
【0005】半導体としてペンタセンを、ゲート電極と
して高ドープSiウェハを、ゲート絶縁体としてSiウ
ェハ上に熱成長されたSiO2 を、およびAuソース電
極とドレイン電極を有するTFTの電気特性は、標準の
電界効果トランジスタ方程式によって適切にモデル化さ
れる(S.M.Sze“Physics of Sem
iconductor Devices”,Wile
y,New York,1981,pg.442)as
shown previously(G.Horow
itz,D.Fichou,X.Peng,Z.Xu,
F.Garnier,Solid State Com
mun.Volume 72,pg.381,198
9;C.D.Dimitrakopoulos,A.
R.Brown,A.Pomp,J.Appl.Phy
s.Volume 80,pg.2501,199
6)。これらのデバイスに用いられるペンタセンは、p
形半導体としてふるまう。図1は、Y.Y.Lin,
D.J.Gundlach,T.N.Jackson,
54th Annual Device Resear
ch Conference Digest,199
6,pg.80から引用したものであり、図1は、ゲー
ト電極に与えられる個別の電圧(VG )で、ソース電極
とドレイン電極との間を流れる電流(ID )の、ドレイ
ン電極に与えられる電圧(VD )への依存性を示してい
る。ゲート電極が、接地されたソース電極に対して負に
バイアスされると、ペンタセンを基材とするTFTは、
蓄積モードで動作し、蓄積されるキャリアは正孔であ
る。低いVD では、ID はVD に対して直線状に増大し
(線形領域)、次式によりほぼ与えられる。
して高ドープSiウェハを、ゲート絶縁体としてSiウ
ェハ上に熱成長されたSiO2 を、およびAuソース電
極とドレイン電極を有するTFTの電気特性は、標準の
電界効果トランジスタ方程式によって適切にモデル化さ
れる(S.M.Sze“Physics of Sem
iconductor Devices”,Wile
y,New York,1981,pg.442)as
shown previously(G.Horow
itz,D.Fichou,X.Peng,Z.Xu,
F.Garnier,Solid State Com
mun.Volume 72,pg.381,198
9;C.D.Dimitrakopoulos,A.
R.Brown,A.Pomp,J.Appl.Phy
s.Volume 80,pg.2501,199
6)。これらのデバイスに用いられるペンタセンは、p
形半導体としてふるまう。図1は、Y.Y.Lin,
D.J.Gundlach,T.N.Jackson,
54th Annual Device Resear
ch Conference Digest,199
6,pg.80から引用したものであり、図1は、ゲー
ト電極に与えられる個別の電圧(VG )で、ソース電極
とドレイン電極との間を流れる電流(ID )の、ドレイ
ン電極に与えられる電圧(VD )への依存性を示してい
る。ゲート電極が、接地されたソース電極に対して負に
バイアスされると、ペンタセンを基材とするTFTは、
蓄積モードで動作し、蓄積されるキャリアは正孔であ
る。低いVD では、ID はVD に対して直線状に増大し
(線形領域)、次式によりほぼ与えられる。
【0006】
【数1】
【0007】ここにLはチャンネル長、Wはチャンネル
幅、Ci は絶縁層の単位面積あたりのキャパシタンスで
ある。電界効果移動度μは、相互コンダクタンス
幅、Ci は絶縁層の単位面積あたりのキャパシタンスで
ある。電界効果移動度μは、相互コンダクタンス
【0008】
【数2】
【0009】から、次のようにして与えられる。すなわ
ち、一定の低いVD でID 対VG をプロットし、このプ
ロットの傾きの値をgm とする。
ち、一定の低いVD でID 対VG をプロットし、このプ
ロットの傾きの値をgm とする。
【0010】ソース電極が接地されているときに(すな
わち、VS =0)、ドレイン電極が、ゲート電極より
も、より負にバイアスされると(すなわち、−VD ≧−
VG )、ソース電極とドレイン電極との間を流れる電流
(ID )は、蓄積層(飽和層)のピンチオフにより、飽
和しようとし(さらに増大しない)、次式によってモデ
ル化される。
わち、VS =0)、ドレイン電極が、ゲート電極より
も、より負にバイアスされると(すなわち、−VD ≧−
VG )、ソース電極とドレイン電極との間を流れる電流
(ID )は、蓄積層(飽和層)のピンチオフにより、飽
和しようとし(さらに増大しない)、次式によってモデ
ル化される。
【0011】
【数3】
【0012】図2は、飽和状態における、ID のVG に
対する依存性を示している(Y.Y.Lin,D.J.
Gundlach,T.N.Jackson,54th
Annual Device Research C
onference Digest,1996,pg.
80)。電界効果移動度は、|ID |の平方根対VGの
プロットの傾きから計算することができる。図3は、I
D の平方根対VG のプロットを示す。サブスレショルド
傾斜Sは、1デケードの電流変調あたり約14ボルトで
ある(Y.Y.Lin,D.J.Gundlach,
T.N.Jackson,54th Annual D
evice Research Confefence
Digest,1996,pg.80)。
対する依存性を示している(Y.Y.Lin,D.J.
Gundlach,T.N.Jackson,54th
Annual Device Research C
onference Digest,1996,pg.
80)。電界効果移動度は、|ID |の平方根対VGの
プロットの傾きから計算することができる。図3は、I
D の平方根対VG のプロットを示す。サブスレショルド
傾斜Sは、1デケードの電流変調あたり約14ボルトで
ある(Y.Y.Lin,D.J.Gundlach,
T.N.Jackson,54th Annual D
evice Research Confefence
Digest,1996,pg.80)。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、有機
半導体(例えば、ペンタセン)と組合さって、無機の高
誘電率のゲート絶縁体層(例えば、チタン酸バリウムス
トロンチウム)を含むTFT構造を作製する方法を提供
することにある。
半導体(例えば、ペンタセン)と組合さって、無機の高
誘電率のゲート絶縁体層(例えば、チタン酸バリウムス
トロンチウム)を含むTFT構造を作製する方法を提供
することにある。
【0014】本発明の他の目的は、次のような有機TF
T構造を提供することにある。この構造では、高誘電率
のゲート絶縁体層を、化学溶液処理で付着し、続いて、
ガラス基板およびプラスチック基板に適合する温度(1
50〜400℃)で処理する。この温度は、これら材料
がメモリ応用(最大650℃)に用いられるときの材料
の処理温度よりもかなり低い。
T構造を提供することにある。この構造では、高誘電率
のゲート絶縁体層を、化学溶液処理で付着し、続いて、
ガラス基板およびプラスチック基板に適合する温度(1
50〜400℃)で処理する。この温度は、これら材料
がメモリ応用(最大650℃)に用いられるときの材料
の処理温度よりもかなり低い。
【0015】特に、本発明の他の目的は、次のような有
機TFT構造を提供することにある。この構造では、高
誘電率のゲート絶縁体が、金属酸化物薄膜、好ましくは
チタン酸バリウムストロンチウム,チタン酸バリウム,
チタン酸ビスマス,チタン酸ストロンチウム,ジルコニ
ウム酸チタン酸バリウム,チタン酸ストロンチウムビス
マス,タンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス,タ
ンタル酸ストロンチウムビスマスよりなる。この金属酸
化物は、アルコキシアルコキシド金属溶液、好ましくは
ブトキシエトキシド金属を用いる化学溶液処理によって
付着される。
機TFT構造を提供することにある。この構造では、高
誘電率のゲート絶縁体が、金属酸化物薄膜、好ましくは
チタン酸バリウムストロンチウム,チタン酸バリウム,
チタン酸ビスマス,チタン酸ストロンチウム,ジルコニ
ウム酸チタン酸バリウム,チタン酸ストロンチウムビス
マス,タンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス,タ
ンタル酸ストロンチウムビスマスよりなる。この金属酸
化物は、アルコキシアルコキシド金属溶液、好ましくは
ブトキシエトキシド金属を用いる化学溶液処理によって
付着される。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明が提案するTFT
構造および製造方法は、チタン酸バリウムストロンチウ
ム(BST)のような高誘電率の薄膜ゲート絶縁体と、
ペンタセンのような有機半導体と、ゲート,ソース,ド
レイン電極としての、金属,導電性ポリマ,高ドープ高
導電率材料,またはそれらの組合せを利用している。
構造および製造方法は、チタン酸バリウムストロンチウ
ム(BST)のような高誘電率の薄膜ゲート絶縁体と、
ペンタセンのような有機半導体と、ゲート,ソース,ド
レイン電極としての、金属,導電性ポリマ,高ドープ高
導電率材料,またはそれらの組合せを利用している。
【0017】上記構造においてゲート絶縁体層として用
いることのできる高誘電率の多くの候補材料が存在し、
これら材料は、Ta2 O5 、Y2 O3 、TiO2 、およ
びPbZrx Ti1-x O3 (PZT),Bi4 Ti3 O
12,BaMgF4 ,SrBi2 (Ta1-x Nbx )2 O
9 ,Ba(Zr1-x Tix )O3 (BZT),BaxS
r1-x TiO3 (BST),BaTiO3 ,SrTiO
3 ,Bi4 Ti3 O12を含む強誘電絶縁体の群を含む
が、これらに限定されるものではない。
いることのできる高誘電率の多くの候補材料が存在し、
これら材料は、Ta2 O5 、Y2 O3 、TiO2 、およ
びPbZrx Ti1-x O3 (PZT),Bi4 Ti3 O
12,BaMgF4 ,SrBi2 (Ta1-x Nbx )2 O
9 ,Ba(Zr1-x Tix )O3 (BZT),BaxS
r1-x TiO3 (BST),BaTiO3 ,SrTiO
3 ,Bi4 Ti3 O12を含む強誘電絶縁体の群を含む
が、これらに限定されるものではない。
【0018】一般に、本発明の構造は、TFT構造にお
いて、有機半導体(例えば、ペンタセン)と組合せて、
無機の高誘電率ゲート絶縁体を用いている。高誘電率ε
の絶縁体は、400℃でアニールされて、ε≧15を実
現する。これは、ガラスまたはプラスチックの基板を用
いることを可能にする。
いて、有機半導体(例えば、ペンタセン)と組合せて、
無機の高誘電率ゲート絶縁体を用いている。高誘電率ε
の絶縁体は、400℃でアニールされて、ε≧15を実
現する。これは、ガラスまたはプラスチックの基板を用
いることを可能にする。
【0019】本発明のTFT構造の製造に用いられる代
表的なシーケンスは、以下の工程を含んでいる。
表的なシーケンスは、以下の工程を含んでいる。
【0020】(1)ゲート電極を作製する。ゲート電極
は、基板自体(このような場合、高ドープシリコン)、
または基板上に付着されパターニングされた金属(また
は導電性ポリマまたは他の導電性材料)ゲートとするこ
とができる。
は、基板自体(このような場合、高ドープシリコン)、
または基板上に付着されパターニングされた金属(また
は導電性ポリマまたは他の導電性材料)ゲートとするこ
とができる。
【0021】(2)ゲート電極上に、ゾルゲル・スピン
コーティングによって、高誘電率のゲート絶縁体を付着
する。
コーティングによって、高誘電率のゲート絶縁体を付着
する。
【0022】(3)150〜400℃の範囲の適切な温
度で、誘電体膜を任意選択的にアニールして、膜品質を
改善し、誘電率を増大させる。
度で、誘電体膜を任意選択的にアニールして、膜品質を
改善し、誘電率を増大させる。
【0023】(4)蒸着,溶液によるスピンコーティン
グ,または溶液による層のセルフ・アセンブリ(これら
に限定されるものではない)を含む種々のプロセスの1
つによって、ゲート絶縁体の上に有機半導体を付着す
る。
グ,または溶液による層のセルフ・アセンブリ(これら
に限定されるものではない)を含む種々のプロセスの1
つによって、ゲート絶縁体の上に有機半導体を付着す
る。
【0024】(5)有機半導体上に、導電性のソース電
極およびドレイン電極を作製する。
極およびドレイン電極を作製する。
【0025】(6)化学的蒸着(CVD),物理的蒸
着,またはスピンコーティングおよび硬化によって、絶
縁体のパシベーション被覆を任意選択的に与える。
着,またはスピンコーティングおよび硬化によって、絶
縁体のパシベーション被覆を任意選択的に与える。
【0026】有機半導体の付着、およびソース/ドレイ
ン電極の作製を含む工程のシーケンスを逆にして、プロ
セスの互換性および製造の容易性を可能にできる。
ン電極の作製を含む工程のシーケンスを逆にして、プロ
セスの互換性および製造の容易性を可能にできる。
【0027】
【発明の実施の形態】図4は、半導体層としてペンタセ
ン(FLUKA Chemical Co.から購入し
た97+%純度のもの)と、ゲート電極として高ドープ
Siウェハと、ゲート絶縁体として120nm厚さの熱
成長したSiO2 と、Auのソースおよびドレイン電極
とを有するデバイスにおいて、ゲート電極に与えられる
個別の電圧(VG )で、ソース電極とドレイン電極との
間を流れる電流(ID )の、ドレイン電極に与えられる
電圧(VD )への依存性を示している。プロットの線形
領域(すなわち、低いVD )で、前述した数式1によっ
てモデル化することができる。
ン(FLUKA Chemical Co.から購入し
た97+%純度のもの)と、ゲート電極として高ドープ
Siウェハと、ゲート絶縁体として120nm厚さの熱
成長したSiO2 と、Auのソースおよびドレイン電極
とを有するデバイスにおいて、ゲート電極に与えられる
個別の電圧(VG )で、ソース電極とドレイン電極との
間を流れる電流(ID )の、ドレイン電極に与えられる
電圧(VD )への依存性を示している。プロットの線形
領域(すなわち、低いVD )で、前述した数式1によっ
てモデル化することができる。
【0028】図5および図6は、上記と同一のデバイス
において、飽和領域でID のVG への依存性を示してい
る。電界効果移動度μは、|ID |の平方根対VG プロ
ットの傾斜(図7)から、0.52cm2 V-1sec-1
と計算される。図6から求められるサブスレショルド傾
斜Sは、1デケード(10進桁単位)の電流変調あたり
13.7ボルトである。これらデータは、従来技術とし
て前述した同様のTFT構造のものに匹敵している。前
述したように、この移動度は、実際のTFT応用に対し
て受け入れることができるが、動作電圧およびサブスレ
ショルド傾斜は、a−Si:H TFTと比べて非常に
大きい。図4〜図7に対応するTFTデバイスのような
デバイスで測定された電界効果移動度は、ゲート電圧依
存性を示している。特に、高移動度が、高ゲート電圧で
得られる。このことは、許容できる移動度を得るのに、
これらデバイスにおいて実現できそうもない高い動作電
圧を用いることを必要とする。この問題を解決するため
に、図4〜図7に対応するようなTFTデバイスで測定
された電界効果移動度μの、与えられたゲート電圧VG
に対する依存性を詳細に調べた。図8は、種々のゲート
電圧揺動実験で用いられた最大VG に対するμの依存性
を示している。この場合、VD は−100ボルトに一定
に保たれ、VS は常に0ボルトにセットされた。
において、飽和領域でID のVG への依存性を示してい
る。電界効果移動度μは、|ID |の平方根対VG プロ
ットの傾斜(図7)から、0.52cm2 V-1sec-1
と計算される。図6から求められるサブスレショルド傾
斜Sは、1デケード(10進桁単位)の電流変調あたり
13.7ボルトである。これらデータは、従来技術とし
て前述した同様のTFT構造のものに匹敵している。前
述したように、この移動度は、実際のTFT応用に対し
て受け入れることができるが、動作電圧およびサブスレ
ショルド傾斜は、a−Si:H TFTと比べて非常に
大きい。図4〜図7に対応するTFTデバイスのような
デバイスで測定された電界効果移動度は、ゲート電圧依
存性を示している。特に、高移動度が、高ゲート電圧で
得られる。このことは、許容できる移動度を得るのに、
これらデバイスにおいて実現できそうもない高い動作電
圧を用いることを必要とする。この問題を解決するため
に、図4〜図7に対応するようなTFTデバイスで測定
された電界効果移動度μの、与えられたゲート電圧VG
に対する依存性を詳細に調べた。図8は、種々のゲート
電圧揺動実験で用いられた最大VG に対するμの依存性
を示している。この場合、VD は−100ボルトに一定
に保たれ、VS は常に0ボルトにセットされた。
【0029】観察されたふるまいは、ゲート電界Eへの
移動度の依存性として説明することができる。ここに、
E=dV/dyであり、yは絶縁体の厚さである。この
場合、高いゲート電界は、より薄いゲート絶縁層を用い
ることによって実現することができる。これは典型的に
無機半導体TFTデバイスについて従来技術で用いられ
ている方法であるが、薄い絶縁体がピンホール欠陥を生
じがちであり、低い破壊電圧および高い漏洩電流を示
す。したがって、この手法は、ペンタセンを基材とする
TFTのゲート電圧依存の移動度を利用する有利な手法
ではない。
移動度の依存性として説明することができる。ここに、
E=dV/dyであり、yは絶縁体の厚さである。この
場合、高いゲート電界は、より薄いゲート絶縁層を用い
ることによって実現することができる。これは典型的に
無機半導体TFTデバイスについて従来技術で用いられ
ている方法であるが、薄い絶縁体がピンホール欠陥を生
じがちであり、低い破壊電圧および高い漏洩電流を示
す。したがって、この手法は、ペンタセンを基材とする
TFTのゲート電圧依存の移動度を利用する有利な手法
ではない。
【0030】あるいはまた、予測されなかったことであ
るが、ゲート電圧依存性が、半導体/絶縁体界面での蓄
積電荷濃度の変化の表れであるとすることも可能であ
る。有機半導体では、電荷キャリアの余分な蓄積は、捕
獲状態の充てんを容易にし、これにより追加のキャリア
が、捕獲プロセスによって妨げられることなく、さらに
容易に移動できるようになる可能性がある。本願発明者
らは、SiO2 を、同様の厚さを有するが、かなり高い
誘電率を有する絶縁体で置き換えることによって、電荷
蓄積が容易になるものと考えた。この場合、同様の蓄積
されたキャリア濃度は、SiO2 におけるように実現さ
れるが、かなり小さいゲート電界、したがってゲート電
圧で実現され、他のすべてのパラメータは同一に保たれ
る。
るが、ゲート電圧依存性が、半導体/絶縁体界面での蓄
積電荷濃度の変化の表れであるとすることも可能であ
る。有機半導体では、電荷キャリアの余分な蓄積は、捕
獲状態の充てんを容易にし、これにより追加のキャリア
が、捕獲プロセスによって妨げられることなく、さらに
容易に移動できるようになる可能性がある。本願発明者
らは、SiO2 を、同様の厚さを有するが、かなり高い
誘電率を有する絶縁体で置き換えることによって、電荷
蓄積が容易になるものと考えた。この場合、同様の蓄積
されたキャリア濃度は、SiO2 におけるように実現さ
れるが、かなり小さいゲート電界、したがってゲート電
圧で実現され、他のすべてのパラメータは同一に保たれ
る。
【0031】この仮説が正しければ、匹敵する厚さのS
iO2 を用いるTFTに比べて、より低い電圧で、これ
らデバイスにおいて大きい移動度を実現できるであろ
う。逆の場合、言い換えれば、移動度が電界に依存する
が、キャリア濃度には依存しないならば、後者の試料の
場合に用いられる低いゲート電圧で、比較的低い移動度
が観察されるであろう。以下に説明するように、匹敵す
る厚さを有するが、異なる誘電率を有する2種類の異な
る絶縁体に基づくデバイスで測定された電界効果移動度
の比較は、発明者らの仮説を支持している。以下では、
ゲート絶縁体として高い誘電率の無機膜を用いるペンタ
センを基材とするTFTの製造、および低い動作電圧で
得られる高い電界効果移動度を詳しく述べる。
iO2 を用いるTFTに比べて、より低い電圧で、これ
らデバイスにおいて大きい移動度を実現できるであろ
う。逆の場合、言い換えれば、移動度が電界に依存する
が、キャリア濃度には依存しないならば、後者の試料の
場合に用いられる低いゲート電圧で、比較的低い移動度
が観察されるであろう。以下に説明するように、匹敵す
る厚さを有するが、異なる誘電率を有する2種類の異な
る絶縁体に基づくデバイスで測定された電界効果移動度
の比較は、発明者らの仮説を支持している。以下では、
ゲート絶縁体として高い誘電率の無機膜を用いるペンタ
センを基材とするTFTの製造、および低い動作電圧で
得られる高い電界効果移動度を詳しく述べる。
【0032】本発明は、有機半導体と、ゲート絶縁体と
して、チタン酸バリウムストロンチウム,チタン酸ビス
マス,タンタル酸ストロンチウムビスマス,チタン酸バ
リウム,チタン酸ストロンチウムのような金属酸化物膜
とからなる薄膜電界効果トランジスタの製造方法を、広
く意図している。これらのゲート絶縁体は、アルコキシ
アルコキシド金属を溶液で用いて作製した。アルコキシ
アルコキシド金属溶液は、溶媒にアルコキシアルコキシ
ド金属を溶解することにより形成される。アルコキシア
ルコキシド金属溶液は、基板に供給されて加熱され、金
属酸化物膜を形成する。
して、チタン酸バリウムストロンチウム,チタン酸ビス
マス,タンタル酸ストロンチウムビスマス,チタン酸バ
リウム,チタン酸ストロンチウムのような金属酸化物膜
とからなる薄膜電界効果トランジスタの製造方法を、広
く意図している。これらのゲート絶縁体は、アルコキシ
アルコキシド金属を溶液で用いて作製した。アルコキシ
アルコキシド金属溶液は、溶媒にアルコキシアルコキシ
ド金属を溶解することにより形成される。アルコキシア
ルコキシド金属溶液は、基板に供給されて加熱され、金
属酸化物膜を形成する。
【0033】アルコキシアルコキシド金属は、式MLa
で表される化合物である。ここに、Mは金属であり、L
はアルコキシアルコキシド配位子であり、aは原子価の
要件を満たすのに必要なアルコキシアルコキシド配位子
のユニットの数を示す添字である。アルコキシアルコー
ルは、アルコキシアルコールの炭化水素バックボーン中
のエーテル結合C−O−Cの存在によって、アルコール
とは区別される。使用できる金属は、バリウム,ストロ
ンチウム,チタン,ビスマス,タンタル,マグネシウ
ム,鉛,イットリウム,ランタン,カルシウム,ジルコ
ニウム,ニオブ,および他の元素を含んでいる。使用で
きるアルコキシアルコールは、メトキシエタノール,エ
トキシエタノール,プロポキシエタノール,ブトキシエ
タノール,ペントキシエタノール,ヘプトキシエタノー
ル,メトキシプロパノール,エトキシプロパノール,プ
ロポキシプロパノール,ブトキシプロパノール,ペント
キシプロパノール,およびヘプトキシプロパノールを含
むが、ブトキシエタノールが好ましい。上記したアルコ
キシアルコールのいずれかと共に上記した金属のいずれ
かを用いて、アルコキシアルコキシド金属を形成するこ
とができる。アルコキシアルコキシド金属溶液は、混和
性溶媒を用いて合成される。用いることのできる混和性
溶媒は、キシレン、トルエン、クロロホルムのようなハ
ロゲン化溶媒、メタノール,エタノール,プロパノー
ル,イソプロパノール,ブタノール,イソブタノール,
メトキシエタノール,エトキシエタノール,プロポキシ
エタノール,ブトキシエタノール,ペントキシエタノー
ル,ヘプトキシエタノール,メトキシプロパノール,エ
トキシプロパノール,プロポキシプロパノール,ブトキ
シプロパノール,ペントキシプロパノール,ヘプトキシ
プロパノール,好ましくはブトキシエタノールのような
アルコールを含んでいる。
で表される化合物である。ここに、Mは金属であり、L
はアルコキシアルコキシド配位子であり、aは原子価の
要件を満たすのに必要なアルコキシアルコキシド配位子
のユニットの数を示す添字である。アルコキシアルコー
ルは、アルコキシアルコールの炭化水素バックボーン中
のエーテル結合C−O−Cの存在によって、アルコール
とは区別される。使用できる金属は、バリウム,ストロ
ンチウム,チタン,ビスマス,タンタル,マグネシウ
ム,鉛,イットリウム,ランタン,カルシウム,ジルコ
ニウム,ニオブ,および他の元素を含んでいる。使用で
きるアルコキシアルコールは、メトキシエタノール,エ
トキシエタノール,プロポキシエタノール,ブトキシエ
タノール,ペントキシエタノール,ヘプトキシエタノー
ル,メトキシプロパノール,エトキシプロパノール,プ
ロポキシプロパノール,ブトキシプロパノール,ペント
キシプロパノール,およびヘプトキシプロパノールを含
むが、ブトキシエタノールが好ましい。上記したアルコ
キシアルコールのいずれかと共に上記した金属のいずれ
かを用いて、アルコキシアルコキシド金属を形成するこ
とができる。アルコキシアルコキシド金属溶液は、混和
性溶媒を用いて合成される。用いることのできる混和性
溶媒は、キシレン、トルエン、クロロホルムのようなハ
ロゲン化溶媒、メタノール,エタノール,プロパノー
ル,イソプロパノール,ブタノール,イソブタノール,
メトキシエタノール,エトキシエタノール,プロポキシ
エタノール,ブトキシエタノール,ペントキシエタノー
ル,ヘプトキシエタノール,メトキシプロパノール,エ
トキシプロパノール,プロポキシプロパノール,ブトキ
シプロパノール,ペントキシプロパノール,ヘプトキシ
プロパノール,好ましくはブトキシエタノールのような
アルコールを含んでいる。
【0034】アルコキシアルコキシド金属は、金属を十
分なアルコキシアルコールと反応させることによって、
あるいはアルコキシド金属を十分なアルコキシアルコー
ルと反応させることによって、あるいはハロゲン化金属
塩を、アルコキシアルコールのリチウム,ナトリウム,
またはカリウムの塩と反応させることによって、合成さ
れる。
分なアルコキシアルコールと反応させることによって、
あるいはアルコキシド金属を十分なアルコキシアルコー
ルと反応させることによって、あるいはハロゲン化金属
塩を、アルコキシアルコールのリチウム,ナトリウム,
またはカリウムの塩と反応させることによって、合成さ
れる。
【0035】アルカリ金属(1A族;Li,Na,K,
Rb,Cs,Fr)またはアルカリ土類金属(2A族;
Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra)を、十分なアル
コキシアルコールに加えて、加熱すると、次の反応が生
じる。
Rb,Cs,Fr)またはアルカリ土類金属(2A族;
Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra)を、十分なアル
コキシアルコールに加えて、加熱すると、次の反応が生
じる。
【0036】
【化1】M+L → MLa +1/2H2
【0037】アルコキシド金属を、過剰なアルコキシア
ルコールに加えて、加熱すると、次の反応が生じる。
ルコールに加えて、加熱すると、次の反応が生じる。
【0038】
【化2】MAa +L → MLa +aA
【0039】ここに、Aはアルコキシドである。十分に
反応性のハロゲン化金属塩を、アルコキシアルコールの
アルカリ金属(1A族;Li,Na,K,Rb,Cs,
Fr)塩に加えて加熱すると、次の反応が生じる。
反応性のハロゲン化金属塩を、アルコキシアルコールの
アルカリ金属(1A族;Li,Na,K,Rb,Cs,
Fr)塩に加えて加熱すると、次の反応が生じる。
【0040】
【化3】MXa +aNL → MLa +aNX
【0041】ここにXはハロゲン化物、Nはアルカリ金
属(1A族;Li,Na,K,Rb,Cs,Fr)であ
る。上記反応式は、一般化され、発生する固有反応は、
用いられる金属,アルコキシド,アルコキシアルコール
に依存する。詳細な実施例を、以下に説明する。
属(1A族;Li,Na,K,Rb,Cs,Fr)であ
る。上記反応式は、一般化され、発生する固有反応は、
用いられる金属,アルコキシド,アルコキシアルコール
に依存する。詳細な実施例を、以下に説明する。
【0042】アルコキシアルコキシド金属が形成される
と、それは混和性溶媒に溶け、基板に供給される。被覆
された基板は、熱的に処理されて、膜を高密度化する。
被覆された基板を、アニールして、膜を結晶化すること
ができる。詳細な実施例を以下に示す。
と、それは混和性溶媒に溶け、基板に供給される。被覆
された基板は、熱的に処理されて、膜を高密度化する。
被覆された基板を、アニールして、膜を結晶化すること
ができる。詳細な実施例を以下に示す。
【0043】本発明による前駆物質の例、および前駆物
質を利用する本発明の方法は、以下に説明する。
質を利用する本発明の方法は、以下に説明する。
【0044】
【実施例1】 Ba(ブトキシエトキシド)2 の作成 窒素の下で、25.2gのバリウム金属を、123ml
のブトキシエタノールに加えた。スラリーを1時間還流
し、反応を完全にした。溶液を室温に冷却し、フィルタ
・ベッドを通して減圧ろ過した。フィルタ・ベッドは、
目詰まりを防止し3過性能を向上させるために、シリカ
または珪藻土などの粒状物質からなるろ過助剤(cel
ite)を用いたものが好ましい。ろ液は、1.42モ
ル/リットルまたは22.69重量%の濃度のバリウム
を含有するブトキシエトキシドバリウム貯蔵溶液であっ
た。
のブトキシエタノールに加えた。スラリーを1時間還流
し、反応を完全にした。溶液を室温に冷却し、フィルタ
・ベッドを通して減圧ろ過した。フィルタ・ベッドは、
目詰まりを防止し3過性能を向上させるために、シリカ
または珪藻土などの粒状物質からなるろ過助剤(cel
ite)を用いたものが好ましい。ろ液は、1.42モ
ル/リットルまたは22.69重量%の濃度のバリウム
を含有するブトキシエトキシドバリウム貯蔵溶液であっ
た。
【0045】
【実施例2】 Sr(ブトキシエトキシド)2 の作成 窒素の下で、26.1gのストロンチウム金属を、29
3gのブトキシエタノールに加えた。スラリーを1時間
還流し、反応を完全にした。溶液を室温に冷却し、フィ
ルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液は、0.91
9モル/リットルまたは8.92重量%の濃度のストロ
ンチウムを含有するブトキシエトキシドストロンチウム
貯蔵溶液であった。
3gのブトキシエタノールに加えた。スラリーを1時間
還流し、反応を完全にした。溶液を室温に冷却し、フィ
ルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液は、0.91
9モル/リットルまたは8.92重量%の濃度のストロ
ンチウムを含有するブトキシエトキシドストロンチウム
貯蔵溶液であった。
【0046】
【実施例3】 Ti(ブトキシエトキシド)4 の作成 窒素の下で、110gのイソプロポキシドチタン(I
V)を、100mlのブトキシエタノールに加えた。イ
ソプロパノールを蒸留で除去し、100mlのブトキシ
エタノールを加え、1時間還流した。溶液を室温に冷却
し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液は、
1.53モル/リットルまたは7.91重量%の最終濃
度のチタンを含有するブトキシエトキシドチタン貯蔵溶
液であった。
V)を、100mlのブトキシエタノールに加えた。イ
ソプロパノールを蒸留で除去し、100mlのブトキシ
エタノールを加え、1時間還流した。溶液を室温に冷却
し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液は、
1.53モル/リットルまたは7.91重量%の最終濃
度のチタンを含有するブトキシエトキシドチタン貯蔵溶
液であった。
【0047】
【実施例4】 Ba,Sr,Tiブトキシエトキシド溶液によるBa
0.7 Sr0.3 TiO3 膜の作製 窒素の下で、11.11g(0.0175モル)のブト
キシエトキシドバリウム貯蔵溶液(実施例1)、8.5
7g(0.0075モル)のブトキシエトキシドストロ
ンチウム貯蔵溶液(実施例2)、15.14g(0.0
25モル)のブトキシエトキシドチタン貯蔵溶液(実施
例3)を、ブトキシエタノールに溶解した。溶液を、室
温で夜通し撹拌し、ろ過し50mlに希釈した。得られ
た0.5M貯蔵溶液は、分解することなく、数箇月間、
窒素下で貯蔵することができる。400Å/層の膜を与
えるスピン溶液を、1部のBa0.7 Sr0.3 Ti貯蔵溶
液を3部のブトキシエタノールで希釈することによって
作成した。スピン溶液を、注入器に入れ、0.45μm
および0.2μm Whatman注入器フィルタを取
り付けた。溶液を、Pt/Ti/SiO2 /Si基板上
に注入した。これは、基板が完全に濡れるまで行った。
次に、基板を、2500rpmで60秒間スピンさせ
た。被覆された基板を、300℃のホットプレート上で
乾燥し、400℃で10分間、O2 内でアニールした。
同じ膜よりなる追加の層を付着させて、より厚い膜を作
製した。アニーリング後、Ptドットを膜上に蒸着し、
膜のキャパシタンスを測定した。得られた試料は、16
〜17の誘電率を有した。被覆された基板を、300℃
のホットプレート上で乾燥させ、続いて各層の付着の
後、700℃で2分間、急速熱処理によってアニールし
た。得られた3つおよび4つの層試料は、200〜34
0の誘電率を有した。
0.7 Sr0.3 TiO3 膜の作製 窒素の下で、11.11g(0.0175モル)のブト
キシエトキシドバリウム貯蔵溶液(実施例1)、8.5
7g(0.0075モル)のブトキシエトキシドストロ
ンチウム貯蔵溶液(実施例2)、15.14g(0.0
25モル)のブトキシエトキシドチタン貯蔵溶液(実施
例3)を、ブトキシエタノールに溶解した。溶液を、室
温で夜通し撹拌し、ろ過し50mlに希釈した。得られ
た0.5M貯蔵溶液は、分解することなく、数箇月間、
窒素下で貯蔵することができる。400Å/層の膜を与
えるスピン溶液を、1部のBa0.7 Sr0.3 Ti貯蔵溶
液を3部のブトキシエタノールで希釈することによって
作成した。スピン溶液を、注入器に入れ、0.45μm
および0.2μm Whatman注入器フィルタを取
り付けた。溶液を、Pt/Ti/SiO2 /Si基板上
に注入した。これは、基板が完全に濡れるまで行った。
次に、基板を、2500rpmで60秒間スピンさせ
た。被覆された基板を、300℃のホットプレート上で
乾燥し、400℃で10分間、O2 内でアニールした。
同じ膜よりなる追加の層を付着させて、より厚い膜を作
製した。アニーリング後、Ptドットを膜上に蒸着し、
膜のキャパシタンスを測定した。得られた試料は、16
〜17の誘電率を有した。被覆された基板を、300℃
のホットプレート上で乾燥させ、続いて各層の付着の
後、700℃で2分間、急速熱処理によってアニールし
た。得られた3つおよび4つの層試料は、200〜34
0の誘電率を有した。
【0048】
【実施例5】 Zr(ブトキシエトキシド)4 の作成 窒素の下で、110gのイソプロポキシドジルコニウム
(IV)を、100mlのブトキシエタノールに加え
た。イソプロパノールを蒸留で除去し、100mlのブ
トキシエタノールを加え、1時間還流した。溶液を室温
に冷却し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ
液は、ブトキシエトキシドジルコニウム貯蔵溶液であっ
た。
(IV)を、100mlのブトキシエタノールに加え
た。イソプロパノールを蒸留で除去し、100mlのブ
トキシエタノールを加え、1時間還流した。溶液を室温
に冷却し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ
液は、ブトキシエトキシドジルコニウム貯蔵溶液であっ
た。
【0049】
【実施例6】 Ba,Zr,Tiブトキシエトキシド溶液によるBa
(Zr0.5 Ti0.5 )O3膜の製造 窒素の下で、0.025モルのブトキシエトキシドバリ
ウム貯蔵溶液(実施例1)、0.0125モルのブトキ
シエトキシドジルコニウム貯蔵溶液(実施例4)、0.
0125モルのブトキシエトキシドチタン貯蔵溶液(実
施例3)を、ブトキシエタノールに溶解した。溶液を、
室温で夜通し撹拌し、ろ過し50mlに希釈した。得ら
れた0.5M貯蔵溶液は、分解することなく、数箇月
間、窒素下で貯蔵することができる。スピンコーティン
グのための溶液を、1部のBaZrTi貯蔵溶液を3部
のブトキシエタノールで希釈することによって作成し
た。スピン溶液を、注入器に入れ、0.45μmおよび
0.2μm Whatman注入器フィルタを取り付け
た。溶液を、Pt/Ti/SiO2 /Si基板上に注入
した。これは、基板が完全に濡れるまで行った。次に、
基板を、2500rpmで60秒間スピンさせた。被覆
された基板を、300℃のホットプレート上で乾燥し、
400℃の酸素内で10分間アニールした。追加の層を
付着させて、より厚い膜を作製した。
(Zr0.5 Ti0.5 )O3膜の製造 窒素の下で、0.025モルのブトキシエトキシドバリ
ウム貯蔵溶液(実施例1)、0.0125モルのブトキ
シエトキシドジルコニウム貯蔵溶液(実施例4)、0.
0125モルのブトキシエトキシドチタン貯蔵溶液(実
施例3)を、ブトキシエタノールに溶解した。溶液を、
室温で夜通し撹拌し、ろ過し50mlに希釈した。得ら
れた0.5M貯蔵溶液は、分解することなく、数箇月
間、窒素下で貯蔵することができる。スピンコーティン
グのための溶液を、1部のBaZrTi貯蔵溶液を3部
のブトキシエタノールで希釈することによって作成し
た。スピン溶液を、注入器に入れ、0.45μmおよび
0.2μm Whatman注入器フィルタを取り付け
た。溶液を、Pt/Ti/SiO2 /Si基板上に注入
した。これは、基板が完全に濡れるまで行った。次に、
基板を、2500rpmで60秒間スピンさせた。被覆
された基板を、300℃のホットプレート上で乾燥し、
400℃の酸素内で10分間アニールした。追加の層を
付着させて、より厚い膜を作製した。
【0050】
【実施例7】 Ba(メトキシエトキシド)2 の作成 窒素の下で、25.1gのバリウム金属を、250ml
のメトキシエタノールに加えた。スラリーを1時間還流
し、反応を完全にした。溶液を室温に冷却し、フィルタ
・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液は、0.58モル
/lまたは8.27重量%の濃度のバリウムとの、バリ
ウムメトキシエトキシド貯蔵溶液であった。
のメトキシエタノールに加えた。スラリーを1時間還流
し、反応を完全にした。溶液を室温に冷却し、フィルタ
・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液は、0.58モル
/lまたは8.27重量%の濃度のバリウムとの、バリ
ウムメトキシエトキシド貯蔵溶液であった。
【0051】
【実施例8】 Sr(メトキシエトキシド)2 の作成 窒素の下で、25.4gのストロンチウム金属を、18
5gのメトキシエタノールに加えた。スラリーを1時間
還流し、反応を完全にした。溶液を室温に冷却し、フィ
ルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液は、1.51
モル/リットルまたは13.75重量%の濃度のストロ
ンチウムを含有するメトキシエトキシドストロンチウム
貯蔵溶液であった。
5gのメトキシエタノールに加えた。スラリーを1時間
還流し、反応を完全にした。溶液を室温に冷却し、フィ
ルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液は、1.51
モル/リットルまたは13.75重量%の濃度のストロ
ンチウムを含有するメトキシエトキシドストロンチウム
貯蔵溶液であった。
【0052】
【実施例9】 Ti(メトキシエトキシド)4 の作成 窒素の下で、71.06gのイソプロポキシドチタン
(IV)を、100mlのメトキシエタノールに加え
た。イソプロパノールを蒸留で除去し、100mlのメ
トキシエタノールを加え1時間還流した。溶液を室温に
冷却し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液
は、1.09モル/リットルまたは5.42重量%の最
終濃度のチタンを含有するメトキシエトキシドチタン貯
蔵溶液であった。
(IV)を、100mlのメトキシエタノールに加え
た。イソプロパノールを蒸留で除去し、100mlのメ
トキシエタノールを加え1時間還流した。溶液を室温に
冷却し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液
は、1.09モル/リットルまたは5.42重量%の最
終濃度のチタンを含有するメトキシエトキシドチタン貯
蔵溶液であった。
【0053】
【実施例10】 Ba,Sr,Tiメトキシエトキシド溶液によるBa
0.7 Sr0.3 TiO3 膜の製造 撹拌される窒素の下で、58.12g(0.035モ
ル)のメトキシエトキシドバリウム貯蔵溶液(実施例
7)、10.07g(0.015モル)のメトキシエト
キシドストロンチウム貯蔵溶液(実施例8)、44.1
9g(0.050モル)のメトキシエトキシドチタン貯
蔵溶液(実施例9)を、2−メトキシエタノールに共に
溶解した。溶液を、室温で夜通し撹拌し、ろ過し250
mlのメスフラスコ内でマークまで希釈した。0.2M
貯蔵溶液は、分解することなく、数箇月間、窒素下で貯
蔵することができる。200Å/層の膜を与えるスピン
溶液を、1部のメトキシエトキシドBa0.7 Sr0.3 T
i貯蔵溶液を1部のイソプロパノールで希釈することに
よって作成した。スピン溶液を、注入器に入れ、0.4
5μmおよび0.2μm Whatman注入器フィル
タを取り付けた。溶液を、Pt/Ti/SiO2 /Si
基板上に注入した。これは、基板が完全に濡れるまで行
った。次に、基板を、2500rpmで60秒間スピン
させた。被覆された基板を、200〜400℃のホット
プレート上で乾燥し、400℃の酸素内で10分間アニ
ールした。追加の層を付着させて、より厚い膜を作製し
た。
0.7 Sr0.3 TiO3 膜の製造 撹拌される窒素の下で、58.12g(0.035モ
ル)のメトキシエトキシドバリウム貯蔵溶液(実施例
7)、10.07g(0.015モル)のメトキシエト
キシドストロンチウム貯蔵溶液(実施例8)、44.1
9g(0.050モル)のメトキシエトキシドチタン貯
蔵溶液(実施例9)を、2−メトキシエタノールに共に
溶解した。溶液を、室温で夜通し撹拌し、ろ過し250
mlのメスフラスコ内でマークまで希釈した。0.2M
貯蔵溶液は、分解することなく、数箇月間、窒素下で貯
蔵することができる。200Å/層の膜を与えるスピン
溶液を、1部のメトキシエトキシドBa0.7 Sr0.3 T
i貯蔵溶液を1部のイソプロパノールで希釈することに
よって作成した。スピン溶液を、注入器に入れ、0.4
5μmおよび0.2μm Whatman注入器フィル
タを取り付けた。溶液を、Pt/Ti/SiO2 /Si
基板上に注入した。これは、基板が完全に濡れるまで行
った。次に、基板を、2500rpmで60秒間スピン
させた。被覆された基板を、200〜400℃のホット
プレート上で乾燥し、400℃の酸素内で10分間アニ
ールした。追加の層を付着させて、より厚い膜を作製し
た。
【0054】
【実施例11】 Ta(ブトキシエトキシド)5 の作成 撹拌される窒素の下で、53.13gのエトキシドタン
タル(V)を、150mlのブトキシエタノールに加え
た。エタノールを蒸留で除去し、50mlのブトキシエ
タノールを加え、1時間還流した。溶液を室温に冷却
し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液は、
ブトキシエトキシドタンタル貯蔵溶液であった。
タル(V)を、150mlのブトキシエタノールに加え
た。エタノールを蒸留で除去し、50mlのブトキシエ
タノールを加え、1時間還流した。溶液を室温に冷却
し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液は、
ブトキシエトキシドタンタル貯蔵溶液であった。
【0055】
【実施例12】 Ta(メトキシエトキシド)5 の作成 撹拌される窒素の下で、4.06gのエトキシドタンタ
ル(V)を、100mlのメトキシエタノールに加え
た。この溶液を、エタノールを蒸留で除去する前に、1
時間還流した。100mlのメトキシエタノールを加
え、シーケンスを2回以上繰り返した。溶液を室温に冷
却し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液
は、0.079モル/リットルまたは1.5重量%の最
終濃度のタンタルを含有するメトキシエトキシドタンタ
ル貯蔵溶液であった。
ル(V)を、100mlのメトキシエタノールに加え
た。この溶液を、エタノールを蒸留で除去する前に、1
時間還流した。100mlのメトキシエタノールを加
え、シーケンスを2回以上繰り返した。溶液を室温に冷
却し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液
は、0.079モル/リットルまたは1.5重量%の最
終濃度のタンタルを含有するメトキシエトキシドタンタ
ル貯蔵溶液であった。
【0056】
【実施例13】 Zr(メトキシエトキシド)5 の作成 撹拌される窒素の下で、96.92gのイソプロポキシ
ドジルコニウム(IV)を、100mlのメトキシエタ
ノールに加えた。エタノールを蒸留で除去する前に、溶
液を1時間還流した。100mlのメトキシエタノール
を加え、シーケンスを2回以上繰り返した。溶液を室温
に冷却し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ
液は、0.94モル/リットルまたは8.89重量%の
最終濃度のジルコニウムを含有するメトキシエトキシド
ジルコニウム貯蔵溶液であった。
ドジルコニウム(IV)を、100mlのメトキシエタ
ノールに加えた。エタノールを蒸留で除去する前に、溶
液を1時間還流した。100mlのメトキシエタノール
を加え、シーケンスを2回以上繰り返した。溶液を室温
に冷却し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ
液は、0.94モル/リットルまたは8.89重量%の
最終濃度のジルコニウムを含有するメトキシエトキシド
ジルコニウム貯蔵溶液であった。
【0057】
【実施例14】 メトキシエトキシドBa,Zr,Ti溶液によるBa
(Zr0.5 Ti0.5 )O3膜の作製 窒素の下で、0.02モルのメトキシエトキシドバリウ
ム貯蔵溶液(実施例1)、0.01モルのブトキシエト
キシドジルコニウム貯蔵溶液(実施例4)、0.01モ
ルのメトキシエトキシドチタン貯蔵溶液(実施例3)
を、メトキシエタノールに溶解した。溶液を、室温で夜
通し撹拌し、ろ過し100mlに希釈した。得られた
0.2M貯蔵溶液は、分解することなく、数箇月間、窒
素下で貯蔵することができる。スピン溶液を、1部のB
aZrTi貯蔵溶液を1部のメトキシエタノールで希釈
することによって作成した。スピン溶液を、注入器に入
れ、0.45μmおよび0.2μm Whatman注
入器フィルタを取り付けた。溶液を、Pt/Ti/Si
O2 /Si基板上に注入した。これは、基板が完全に濡
れるまで行った。次に、基板を、2500rpmで60
秒間スピンさせた。被覆された基板を、300℃のホッ
トプレート上で乾燥し、400℃の酸素内で10分間ア
ニールした。追加の層を付着させて、より厚い膜を作製
した。
(Zr0.5 Ti0.5 )O3膜の作製 窒素の下で、0.02モルのメトキシエトキシドバリウ
ム貯蔵溶液(実施例1)、0.01モルのブトキシエト
キシドジルコニウム貯蔵溶液(実施例4)、0.01モ
ルのメトキシエトキシドチタン貯蔵溶液(実施例3)
を、メトキシエタノールに溶解した。溶液を、室温で夜
通し撹拌し、ろ過し100mlに希釈した。得られた
0.2M貯蔵溶液は、分解することなく、数箇月間、窒
素下で貯蔵することができる。スピン溶液を、1部のB
aZrTi貯蔵溶液を1部のメトキシエタノールで希釈
することによって作成した。スピン溶液を、注入器に入
れ、0.45μmおよび0.2μm Whatman注
入器フィルタを取り付けた。溶液を、Pt/Ti/Si
O2 /Si基板上に注入した。これは、基板が完全に濡
れるまで行った。次に、基板を、2500rpmで60
秒間スピンさせた。被覆された基板を、300℃のホッ
トプレート上で乾燥し、400℃の酸素内で10分間ア
ニールした。追加の層を付着させて、より厚い膜を作製
した。
【0058】
【実施例15】 Bi(ブトキシエトキシド)3 の作成 不活性雰囲気下で、28.9g(0.244モル)のブ
トキシエタノールを、100mlのテトラヒドロフラン
に9.45g(0.394モル)の水素化ナトリウムを
含む撹拌懸濁液に、滴下した。30分間撹拌した後、ス
ラリーをフィルタ・ベッドでろ過した。ろ液に、100
mlのテトラヒドロフランに溶けた25.0g(0.0
793モル)のBiCl3 を加えた。12時間撹拌した
後、テトラヒドロフランを、真空中で除去すると、濁っ
た黄色のスラリーが得られ、これから250mlの無水
トルエンが抽出された。抽出物を、フィルタ・ベッドで
ろ過した。真空中で、トルエンをろ液から除去すると、
薄い黄色の油が得られ、これから500mlのペンタン
が抽出された。ペンタン抽出物を、フィルタ・ベッドで
ろ過し、真空中でろ液からペンタンを除去し、薄い黄色
の液体を得た。
トキシエタノールを、100mlのテトラヒドロフラン
に9.45g(0.394モル)の水素化ナトリウムを
含む撹拌懸濁液に、滴下した。30分間撹拌した後、ス
ラリーをフィルタ・ベッドでろ過した。ろ液に、100
mlのテトラヒドロフランに溶けた25.0g(0.0
793モル)のBiCl3 を加えた。12時間撹拌した
後、テトラヒドロフランを、真空中で除去すると、濁っ
た黄色のスラリーが得られ、これから250mlの無水
トルエンが抽出された。抽出物を、フィルタ・ベッドで
ろ過した。真空中で、トルエンをろ液から除去すると、
薄い黄色の油が得られ、これから500mlのペンタン
が抽出された。ペンタン抽出物を、フィルタ・ベッドで
ろ過し、真空中でろ液からペンタンを除去し、薄い黄色
の液体を得た。
【0059】
【実施例16】 Nb(ブトキシエトキシド)5 の作成 撹拌される窒素の下で、50.22gのエトキシドニオ
ブ(V)を、150mlのブトキシエタノールに加え
た。エタノールを蒸留で除去し、50mlのブトキシエ
タノールを加え、1時間還流した。溶液を室温に冷却
し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液は、
ブトキシエトキシドニオブ貯蔵溶液であった。
ブ(V)を、150mlのブトキシエタノールに加え
た。エタノールを蒸留で除去し、50mlのブトキシエ
タノールを加え、1時間還流した。溶液を室温に冷却
し、フィルタ・ベッドを通して減圧ろ過した。ろ液は、
ブトキシエトキシドニオブ貯蔵溶液であった。
【0060】
【実施例17】Sr,Bi,Taブトキシエトキシド溶
液によるSrBi2 Ta2 O9 膜の作製 窒素の下で、0.02モルのブトキシエトキシドストロ
ンチウム貯蔵溶液(実施例2)、0.04モルのブトキ
シエトキシドビスマス貯蔵溶液(実施例15)、0.0
4モルのブトキシエトキシドタンタル貯蔵溶液(実施例
11)を加えた。溶液を、室温で夜通し撹拌し、ろ過し
100mlに希釈した。スピンの溶液を、1部のSrB
i2 Ta2 の貯蔵溶液を1部のブトキシエタノールで希
釈することによって作成した。このスピン溶液を、注入
器に入れ、0.45μmおよび0.2μm Whatm
an注入器フィルタを取り付けた。溶液を、Pt/Ti
/SiO2 /Si基板上に注入した。これは、基板が完
全に濡れるまで行った。次に、基板を、2500rpm
で60秒間スピンさせた。被覆された基板を、300℃
のホットプレート上で乾燥し、400℃また750℃で
30分間アニールした。追加の層を付着させて、より厚
い膜を作製した。
液によるSrBi2 Ta2 O9 膜の作製 窒素の下で、0.02モルのブトキシエトキシドストロ
ンチウム貯蔵溶液(実施例2)、0.04モルのブトキ
シエトキシドビスマス貯蔵溶液(実施例15)、0.0
4モルのブトキシエトキシドタンタル貯蔵溶液(実施例
11)を加えた。溶液を、室温で夜通し撹拌し、ろ過し
100mlに希釈した。スピンの溶液を、1部のSrB
i2 Ta2 の貯蔵溶液を1部のブトキシエタノールで希
釈することによって作成した。このスピン溶液を、注入
器に入れ、0.45μmおよび0.2μm Whatm
an注入器フィルタを取り付けた。溶液を、Pt/Ti
/SiO2 /Si基板上に注入した。これは、基板が完
全に濡れるまで行った。次に、基板を、2500rpm
で60秒間スピンさせた。被覆された基板を、300℃
のホットプレート上で乾燥し、400℃また750℃で
30分間アニールした。追加の層を付着させて、より厚
い膜を作製した。
【0061】
【実施例18】 ブトキシエトキシドSr,Bi,Ta溶液によるSr
0.8 Bi2.2 Ta2 O9 膜の作製 窒素の下で、0.016モルのブトキシエトキシドスト
ロンチウム貯蔵溶液(実施例2)、0.044モルのブ
トキシエトキシドビスマス貯蔵溶液(実施例15)、
0.04モルのブトキシエトキシドタンタル貯蔵溶液
(実施例11)を加えた。溶液を、室温で夜通し撹拌
し、ろ過し100mlに希釈した。スピン溶液を、1部
のSr0.8 Bi2.2 Ta2 貯蔵溶液を1部のブトキシエ
タノールで希釈することによって作成した。スピン溶液
を、注入器に入れ、0.45μmおよび0.2μm W
hatman注入器フィルタを取り付けた。溶液を、P
t/Ti/SiO2 /Si基板上に注入した。これは、
基板が完全に濡れるまで行った。次に、基板を、250
0rpmで60秒間スピンさせた。被覆された基板を、
300℃のホットプレート上で乾燥し、400℃または
750℃で30分間アニールした。追加の層を付着させ
て、より厚い膜を作製した。
0.8 Bi2.2 Ta2 O9 膜の作製 窒素の下で、0.016モルのブトキシエトキシドスト
ロンチウム貯蔵溶液(実施例2)、0.044モルのブ
トキシエトキシドビスマス貯蔵溶液(実施例15)、
0.04モルのブトキシエトキシドタンタル貯蔵溶液
(実施例11)を加えた。溶液を、室温で夜通し撹拌
し、ろ過し100mlに希釈した。スピン溶液を、1部
のSr0.8 Bi2.2 Ta2 貯蔵溶液を1部のブトキシエ
タノールで希釈することによって作成した。スピン溶液
を、注入器に入れ、0.45μmおよび0.2μm W
hatman注入器フィルタを取り付けた。溶液を、P
t/Ti/SiO2 /Si基板上に注入した。これは、
基板が完全に濡れるまで行った。次に、基板を、250
0rpmで60秒間スピンさせた。被覆された基板を、
300℃のホットプレート上で乾燥し、400℃または
750℃で30分間アニールした。追加の層を付着させ
て、より厚い膜を作製した。
【0062】
【実施例19】 ブトキシエトキシドSr,Bi,Ta,Nb溶液による
SrBi2 (Ta1.5 Nb0.5 )O9 膜の作製 窒素の下で、0.02モルのブトキシエトキシドストロ
ンチウム貯蔵溶液(実施例2)、0.04モルのブトキ
シエトキシドビスマス貯蔵溶液(実施例15)、0.0
3モルのブトキシエトキシドタンタル貯蔵溶液(実施例
11),0.01モルのブトキシエトキシドニオブ酸貯
蔵液(実施例16)を加えた。溶液を、室温で夜通し撹
拌し、ろ過し100mlに希釈した。スピン溶液を、1
部のSr0.8 Bi2.2 Ta2 貯蔵溶液を1部のブトキシ
エタノールで希釈することによって作成した。スピン溶
液を、注入器に入れ、0.45μmおよび0.2μm
Whatman注入器フィルタを取り付けた。溶液を、
Pt/Ti/SiO2 /Si基板上に注入した。これ
は、基板が完全に濡れるまで行った。次に、基板を、2
500rpmで60秒間スピンさせた。被覆された基板
を、300℃のホットプレート上で乾燥し、400℃ま
たは750℃で30分間アニールした。追加の層を付着
させて、より厚い膜を作製した。
SrBi2 (Ta1.5 Nb0.5 )O9 膜の作製 窒素の下で、0.02モルのブトキシエトキシドストロ
ンチウム貯蔵溶液(実施例2)、0.04モルのブトキ
シエトキシドビスマス貯蔵溶液(実施例15)、0.0
3モルのブトキシエトキシドタンタル貯蔵溶液(実施例
11),0.01モルのブトキシエトキシドニオブ酸貯
蔵液(実施例16)を加えた。溶液を、室温で夜通し撹
拌し、ろ過し100mlに希釈した。スピン溶液を、1
部のSr0.8 Bi2.2 Ta2 貯蔵溶液を1部のブトキシ
エタノールで希釈することによって作成した。スピン溶
液を、注入器に入れ、0.45μmおよび0.2μm
Whatman注入器フィルタを取り付けた。溶液を、
Pt/Ti/SiO2 /Si基板上に注入した。これ
は、基板が完全に濡れるまで行った。次に、基板を、2
500rpmで60秒間スピンさせた。被覆された基板
を、300℃のホットプレート上で乾燥し、400℃ま
たは750℃で30分間アニールした。追加の層を付着
させて、より厚い膜を作製した。
【0063】
【実施例20】 Ba,Tiブトキシエトキシド溶液によるBi4 Ti3
O12 膜の作製 窒素の下で、0.02モルのブトキシエトキシドビスマ
ス貯蔵溶液(実施例15)と、0.015モルのブトキ
シエトキシドチタン貯蔵溶液(実施例3)とを混合し、
室温で夜通し撹拌した。溶液をろ過し、ブトキシエタノ
ールで100mlに希釈した。溶液を、室温で夜通し撹
拌し、ろ過し100mlに希釈した。スピン溶液を、1
部のBi4 Ti3 貯蔵溶液を1部のブトキシエタノール
で希釈することによって作成した。スピン溶液を、注入
器に入れ、0.45μmおよび0.2μm Whatm
an注入器フィルタを取り付けた。溶液を、Pt/Ti
/SiO2 /Si基板上に注入した。これは、基板が完
全に濡れるまで行った。次に、基板を、2500rpm
で60秒間スピンさせた。被覆された基板を、300℃
のホットプレート上で乾燥し、400℃または700℃
で10分間アニールした。追加の層を付着させて、より
厚い膜を作製した。
O12 膜の作製 窒素の下で、0.02モルのブトキシエトキシドビスマ
ス貯蔵溶液(実施例15)と、0.015モルのブトキ
シエトキシドチタン貯蔵溶液(実施例3)とを混合し、
室温で夜通し撹拌した。溶液をろ過し、ブトキシエタノ
ールで100mlに希釈した。溶液を、室温で夜通し撹
拌し、ろ過し100mlに希釈した。スピン溶液を、1
部のBi4 Ti3 貯蔵溶液を1部のブトキシエタノール
で希釈することによって作成した。スピン溶液を、注入
器に入れ、0.45μmおよび0.2μm Whatm
an注入器フィルタを取り付けた。溶液を、Pt/Ti
/SiO2 /Si基板上に注入した。これは、基板が完
全に濡れるまで行った。次に、基板を、2500rpm
で60秒間スピンさせた。被覆された基板を、300℃
のホットプレート上で乾燥し、400℃または700℃
で10分間アニールした。追加の層を付着させて、より
厚い膜を作製した。
【0064】
【実施例21】 Ba,Sr,Tiイソプロパノール/酢酸溶液によるB
a0.7 Sr0.3 TiO3 膜の作製 グローブボックス内で、IPAに含まれる23.985
g(0.035モル)の20.04重量%BaIPA2
と、IPAに含まれる13.893g(0.015モ
ル)の9.46重量%SrIPA2 と、14.213g
(0.05モル)のTIPとを混合した。撹拌される窒
素の下で、200mlの無水IPAおよび50mlの氷
酢酸を加えた。撹拌で再溶解する白い沈殿物が生じた。
フィルタ・ベッドで減圧ろ過する前に、室温で夜通し撹
拌した。窒素の下で貯蔵し、バリウム種の析出が観察さ
れる前の約1箇月間は、貯蔵溶液は安定していた。スピ
ン溶液を、貯蔵溶液と同容積のIPAと1:1で希釈す
ることによって形成した。スピン溶液を、注入器に入
れ、0.45μmおよび0.2μm Whatman注
入器フィルタを取り付けた。溶液を、Pt/Ti/Si
O2 /Si基板上に注入した。これは、基板が完全に濡
れるまで行った。次に、基板を、2500rpmで60
秒間スピンさせた。被覆された基板を、350℃のホッ
トプレート上で乾燥し、400℃で10分間アニールし
た。追加の層を付着させて、より厚い膜を作製した。P
tドットを、アニールされた膜の上面に蒸着し、膜のキ
ャパシタンスを測定した。
a0.7 Sr0.3 TiO3 膜の作製 グローブボックス内で、IPAに含まれる23.985
g(0.035モル)の20.04重量%BaIPA2
と、IPAに含まれる13.893g(0.015モ
ル)の9.46重量%SrIPA2 と、14.213g
(0.05モル)のTIPとを混合した。撹拌される窒
素の下で、200mlの無水IPAおよび50mlの氷
酢酸を加えた。撹拌で再溶解する白い沈殿物が生じた。
フィルタ・ベッドで減圧ろ過する前に、室温で夜通し撹
拌した。窒素の下で貯蔵し、バリウム種の析出が観察さ
れる前の約1箇月間は、貯蔵溶液は安定していた。スピ
ン溶液を、貯蔵溶液と同容積のIPAと1:1で希釈す
ることによって形成した。スピン溶液を、注入器に入
れ、0.45μmおよび0.2μm Whatman注
入器フィルタを取り付けた。溶液を、Pt/Ti/Si
O2 /Si基板上に注入した。これは、基板が完全に濡
れるまで行った。次に、基板を、2500rpmで60
秒間スピンさせた。被覆された基板を、350℃のホッ
トプレート上で乾燥し、400℃で10分間アニールし
た。追加の層を付着させて、より厚い膜を作製した。P
tドットを、アニールされた膜の上面に蒸着し、膜のキ
ャパシタンスを測定した。
【0065】
【実施例22】 化学溶液から付着したゲート絶縁体を有する有機薄膜ト
ランジスタの製造 ゲート絶縁体としてチタン酸バリウムストロンチウムの
薄膜を有するTFTを製造した。この薄膜は、化学溶液
付着を用いて付着した。これらのデバイスで用いられた
有機半導体は、真空昇華によって付着されたペンタセン
であった。ゲート電極は、アルミニウムまたはPt/T
iの2層であり、ソース電極およびゲート電極は、Au
よりなっていた。用いた基板は、熱成長したSiO2 層
で被覆されたSiウェハまたは石英ディスクであった。
ランジスタの製造 ゲート絶縁体としてチタン酸バリウムストロンチウムの
薄膜を有するTFTを製造した。この薄膜は、化学溶液
付着を用いて付着した。これらのデバイスで用いられた
有機半導体は、真空昇華によって付着されたペンタセン
であった。ゲート電極は、アルミニウムまたはPt/T
iの2層であり、ソース電極およびゲート電極は、Au
よりなっていた。用いた基板は、熱成長したSiO2 層
で被覆されたSiウェハまたは石英ディスクであった。
【0066】酸化されたシリコンまたは石英の基板を、
超音波撹拌を用いてイソプロパノール浴内で洗浄し、窒
素で乾燥した。次に、これら基板を、ゲートラインに対
応する開口を有する金属マスクと組合せて、電子ビーム
蒸着装置内に置き、高真空に排気した。40nmのアル
ミニウム、または15nmのチタンと30nmのPtと
の2層のゲート・メタライゼーションを、電子ビーム蒸
着によって基板上に付着した。試料をアセンブリから取
り出して、前記した実施例で説明した化学溶液プロセス
により、高誘電率の絶縁体よりなる層で被覆した。
超音波撹拌を用いてイソプロパノール浴内で洗浄し、窒
素で乾燥した。次に、これら基板を、ゲートラインに対
応する開口を有する金属マスクと組合せて、電子ビーム
蒸着装置内に置き、高真空に排気した。40nmのアル
ミニウム、または15nmのチタンと30nmのPtと
の2層のゲート・メタライゼーションを、電子ビーム蒸
着によって基板上に付着した。試料をアセンブリから取
り出して、前記した実施例で説明した化学溶液プロセス
により、高誘電率の絶縁体よりなる層で被覆した。
【0067】このプロセスでは、イソプロポキシド金属
(これに限定されない)によって例示される短鎖アルコ
キシド金属、または他の種類の有機金属前駆物質溶液を
含む前駆物質を用いて、金属酸化物膜を作成した。溶液
を、液体付着(例えば、スピンコーティング)によっ
て、基板上に供給する。被覆された基板をベークして、
前駆物質を乾燥し、アニールする。具体的にいうと、ス
ピン溶液を、注入器に入れ、0.45μmおよび0.2
μm Whatman注入器フィルタを取り付けた。溶
液を、基板上に注入した。これは、基板が完全に濡れる
まで行った。次に、基板を、2500rpmで45秒間
スピンさせた。被覆された基板を、200〜400℃の
ホットプレート上で乾燥し、最大400℃の温度で10
〜20分間アニールした。このプロセスを繰り返し、連
続する被覆工程およびアニール工程によって、より厚い
膜を作製できる。膜を適当な温度(最大400℃)で意
図的にベークして、ガラス基板およびプラスチック基板
と適合できるようにした。その結果、アモルファス絶縁
体が得られる。この絶縁体は、膜が結晶化する650℃
で熱処理されたときに得られる300程度またはそれ以
上の値に比べ、約16の誘電率を有する。すぐにわかる
ように、これらのアモルファス膜を用いることによって
得られる誘電率の適度の増大は、有機TFT応用のため
には適切である。しかし、本発明の範囲は、このような
付着プロセスのみに限定されるものではない。BST
膜、および前述した高誘電率のゲート絶縁体の大半の膜
を、スパッタ付着法,レーザアブレーション,またはC
VD付着を用いて付着することもできる。これらの方法
は、本発明の趣旨から逸脱することなく用いることがで
きる。
(これに限定されない)によって例示される短鎖アルコ
キシド金属、または他の種類の有機金属前駆物質溶液を
含む前駆物質を用いて、金属酸化物膜を作成した。溶液
を、液体付着(例えば、スピンコーティング)によっ
て、基板上に供給する。被覆された基板をベークして、
前駆物質を乾燥し、アニールする。具体的にいうと、ス
ピン溶液を、注入器に入れ、0.45μmおよび0.2
μm Whatman注入器フィルタを取り付けた。溶
液を、基板上に注入した。これは、基板が完全に濡れる
まで行った。次に、基板を、2500rpmで45秒間
スピンさせた。被覆された基板を、200〜400℃の
ホットプレート上で乾燥し、最大400℃の温度で10
〜20分間アニールした。このプロセスを繰り返し、連
続する被覆工程およびアニール工程によって、より厚い
膜を作製できる。膜を適当な温度(最大400℃)で意
図的にベークして、ガラス基板およびプラスチック基板
と適合できるようにした。その結果、アモルファス絶縁
体が得られる。この絶縁体は、膜が結晶化する650℃
で熱処理されたときに得られる300程度またはそれ以
上の値に比べ、約16の誘電率を有する。すぐにわかる
ように、これらのアモルファス膜を用いることによって
得られる誘電率の適度の増大は、有機TFT応用のため
には適切である。しかし、本発明の範囲は、このような
付着プロセスのみに限定されるものではない。BST
膜、および前述した高誘電率のゲート絶縁体の大半の膜
を、スパッタ付着法,レーザアブレーション,またはC
VD付着を用いて付着することもできる。これらの方法
は、本発明の趣旨から逸脱することなく用いることがで
きる。
【0068】有機半導体層(ペンタセン)を、超高真空
(UHV)チャンバ内で、蒸着を用いて付着した。ま
た、安価な高真空チャンバ内での付着を用いて、この場
合、匹敵しうる結果が得られた。あるいはまた、この膜
は、ペンタセンの可溶性先駆物質を用いて付着させるこ
とができた。この可溶性先駆物質は、真空中で最大14
0℃まで加熱することによって、ペンタセンに変換され
る(A.R.Brown,A.Pomp,D.M.de
Leeuw,D.B.M.Klaassen,E.
E.Havinga,P.Herwig,K.Mull
en Jouranl of Applied Phy
sics,Volume 79,pg.2136,19
96)。次に、試料を、ソースおよびドレイン・コンタ
クト電極のための開口が設けられたマスクと組合せて、
電子ビーム蒸着装置内に置き、排気し、60nmの金で
被覆して、ソース/ドレイン・コンタクトを作製した。
得られたTFT構造を、図9に略図的に示す。クロム,
チタン,銅,アルミニウム,モリブデン,タングステ
ン,ニッケル,金,白金,パラジウム,導電性ポリマ,
オリゴマー,有機分子のような他のソース・ドレイン・
コンタクト材料を、本発明の趣旨から逸脱することなく
用いることができる。
(UHV)チャンバ内で、蒸着を用いて付着した。ま
た、安価な高真空チャンバ内での付着を用いて、この場
合、匹敵しうる結果が得られた。あるいはまた、この膜
は、ペンタセンの可溶性先駆物質を用いて付着させるこ
とができた。この可溶性先駆物質は、真空中で最大14
0℃まで加熱することによって、ペンタセンに変換され
る(A.R.Brown,A.Pomp,D.M.de
Leeuw,D.B.M.Klaassen,E.
E.Havinga,P.Herwig,K.Mull
en Jouranl of Applied Phy
sics,Volume 79,pg.2136,19
96)。次に、試料を、ソースおよびドレイン・コンタ
クト電極のための開口が設けられたマスクと組合せて、
電子ビーム蒸着装置内に置き、排気し、60nmの金で
被覆して、ソース/ドレイン・コンタクトを作製した。
得られたTFT構造を、図9に略図的に示す。クロム,
チタン,銅,アルミニウム,モリブデン,タングステ
ン,ニッケル,金,白金,パラジウム,導電性ポリマ,
オリゴマー,有機分子のような他のソース・ドレイン・
コンタクト材料を、本発明の趣旨から逸脱することなく
用いることができる。
【0069】次に、完成したTFT試料を、Hewle
tt Packard Model4145B半導体パ
ラメータ分析器を用いて電気的にテストして、それらの
動作特性を調べた。
tt Packard Model4145B半導体パ
ラメータ分析器を用いて電気的にテストして、それらの
動作特性を調べた。
【0070】図10および図11は、図1のペンタセン
を基材としたTFTの代表的な動作特性である。BST
ゲート絶縁体の厚さは、約90nmであり、その誘電率
は、ε≒16である。絶縁体は、前述したイソプロポキ
シドを基材としたイソプロパノール溶液から付着した。
ソース・ドレイン分離(チャネル長L)は、83μmで
あり、チャネル幅Wは1500μmであった。図10お
よび図11は、飽和状態にあるVG に対するID の依存
性を示している。図12は、ID の平方根対VG のプロ
ットを示す。電界効果移動度μは、|ID |の平方根対
VG プロットの傾斜から、0.38cm2 V-1sec-1
と計算される。図11から求められる電流変調は、4ボ
ルトのゲート電圧変動に対して、3×105 より大き
い。図11から求められるサブスレショルド傾斜Sは、
1デケード(10進桁単位)の電流変調あたり約0.4
ボルトである。
を基材としたTFTの代表的な動作特性である。BST
ゲート絶縁体の厚さは、約90nmであり、その誘電率
は、ε≒16である。絶縁体は、前述したイソプロポキ
シドを基材としたイソプロパノール溶液から付着した。
ソース・ドレイン分離(チャネル長L)は、83μmで
あり、チャネル幅Wは1500μmであった。図10お
よび図11は、飽和状態にあるVG に対するID の依存
性を示している。図12は、ID の平方根対VG のプロ
ットを示す。電界効果移動度μは、|ID |の平方根対
VG プロットの傾斜から、0.38cm2 V-1sec-1
と計算される。図11から求められる電流変調は、4ボ
ルトのゲート電圧変動に対して、3×105 より大き
い。図11から求められるサブスレショルド傾斜Sは、
1デケード(10進桁単位)の電流変調あたり約0.4
ボルトである。
【0071】図13は、上記段落で説明したデバイスに
ついて、ゲート電極(VG )に与えられた個別の電圧に
ついて、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流
(ID )の、ドレイン電極に与えられた電圧(VD )に
対する依存性を示している。
ついて、ゲート電極(VG )に与えられた個別の電圧に
ついて、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流
(ID )の、ドレイン電極に与えられた電圧(VD )に
対する依存性を示している。
【0072】図14および図15は、図1に示したペン
タセンを基材としたTFTに関係している。BSTゲー
ト絶縁体層の単位面積あたりのキャパシタンスは、前述
したデバイスのBST膜とほぼ同じであった。BST層
は、実施例4で説明したように付着した。図14および
図15は、飽和状態のVG に対するID の依存性を示し
ている。図16は、ID の平方根対VG のプロットを示
す。電界効果移動度μは、|ID |の平方根対VG プロ
ットの傾斜から、0.62cm2 V-1sec-1と計算さ
れる。サブスレショルド傾斜Sは、1デケードの電流変
調あたり約0.4ボルトである。チャネル長は109μ
mであり、チャネル幅Wは250μmであった。
タセンを基材としたTFTに関係している。BSTゲー
ト絶縁体層の単位面積あたりのキャパシタンスは、前述
したデバイスのBST膜とほぼ同じであった。BST層
は、実施例4で説明したように付着した。図14および
図15は、飽和状態のVG に対するID の依存性を示し
ている。図16は、ID の平方根対VG のプロットを示
す。電界効果移動度μは、|ID |の平方根対VG プロ
ットの傾斜から、0.62cm2 V-1sec-1と計算さ
れる。サブスレショルド傾斜Sは、1デケードの電流変
調あたり約0.4ボルトである。チャネル長は109μ
mであり、チャネル幅Wは250μmであった。
【0073】したがって、ゲート絶縁体として高誘電率
の膜を用いるとき、ペンタセンを基材とするTFTにお
いて、高移動度および低サブスレショルド傾斜を実現で
きることは明らかである。このことは、与えられるゲー
ト電界が非常に低く保たれたので、これらデバイスにお
けるゲート電圧依存性が、これら絶縁体で実現された電
荷キャリアの高濃度の結果であるという仮説を立証して
いる。
の膜を用いるとき、ペンタセンを基材とするTFTにお
いて、高移動度および低サブスレショルド傾斜を実現で
きることは明らかである。このことは、与えられるゲー
ト電界が非常に低く保たれたので、これらデバイスにお
けるゲート電圧依存性が、これら絶縁体で実現された電
荷キャリアの高濃度の結果であるという仮説を立証して
いる。
【0074】いかにして特徴が実現されるかの特定のメ
カニズムにかかわらず、ペンタセンを基材とする有機T
FT構造において、高電界効果移動度,高電流変調,低
サブスレショルド傾斜を実現するTFT構造およびTF
Tを製造する方法を説明した。本発明を好適な実施例に
基づいて説明したが、本発明の趣旨と範囲から逸脱する
ことなく、当業者であれば、多くの変更,変形,改良が
可能である。
カニズムにかかわらず、ペンタセンを基材とする有機T
FT構造において、高電界効果移動度,高電流変調,低
サブスレショルド傾斜を実現するTFT構造およびTF
Tを製造する方法を説明した。本発明を好適な実施例に
基づいて説明したが、本発明の趣旨と範囲から逸脱する
ことなく、当業者であれば、多くの変更,変形,改良が
可能である。
【0075】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 (1)複数の導電性ゲート電極が設けられた基板と、前
記ゲート電極上に設けられた高誘電率のゲート絶縁体よ
りなる層と、前記絶縁体上に、かつ前記ゲート電極をほ
ぼ覆って設けられた有機半導体よりなる層と、前記複数
のゲート電極の各々に位置合わせして、前記有機半導体
上に設けられた、導電性のソース電極とドレイン電極と
からなる複数の組と、を備える、ことを特徴とする薄膜
トランジスタ・デバイス構造。 (2)前記構造上に設けられ、さらなる処理露光および
外部雰囲気から前記構造を保護する絶縁パシベーション
層をさらに備える、ことを特徴とする上記(1)に記載
の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (3)前記基板は、ガラス,プラスチック,石英,アン
ドープ・シリコン,高ドープ・シリコンよりなる群から
選択される、ことを特徴とする上記(1)に記載の薄膜
トランジスタ・デバイス構造。 (4)前記プラスチック基板は、ポリカーボネート,マ
イラー,ポリイミドを含む群から選択される、ことを特
徴とする上記(3)に記載の薄膜トランジスタ・デバイ
ス構造。 (5)前記ゲート電極の材料は、クロム,チタン,銅,
アルミニウム,モリブデン,タングステン,ニッケル,
金,白金,導電性ポリアニリン,導電性ポリピロール,
これらの組合せよりなる群から選択される、ことを特徴
とする上記(1)に記載の薄膜トランジスタ・デバイ
ス。 (6)前記ゲート電極は、30nm〜500nmの厚さ
を有し、蒸着,スパッタリング,化学蒸着,電着,スピ
ンコーティング,無電解メッキよりなる群から選択され
たプロセスで形成される、ことを特徴とする上記(1)
に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (7)前記高誘電率のゲート絶縁体は、チタン酸バリウ
ムストロンチウム,ジルコニウム酸チタン酸バリウム,
ジルコニウム酸チタン酸鉛,チタン酸鉛ランタン,チタ
ン酸ストロンチウム,チタン酸バリウム,フッ化バリウ
ムマグネシウム,チタン酸ビスマス,チタン酸ストロン
チウムビスマス,タンタル酸ストロンチウムビスマス,
タンタル酸ニオブ酸ビスマス,ペントオキサイドタンタ
ル,ジオキサイドチタン,トリオキサイドイットリウム
よりなる群から選択される、ことを特徴とする上記
(1)に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (8)前記絶縁体は、80nm〜1000nmの厚さを
有する、ことを特徴とする上記(7)に記載の薄膜トラ
ンジスタ・デバイス構造。 (9)前記金属酸化物ゲート絶縁体は、アルコキシアル
コキシド金属を含む前駆物質から作成される、ことを特
徴とする上記(7)に記載の薄膜トランジスタ・デバイ
ス構造。 (10)前記金属酸化物ゲート絶縁体は、アルコキシド
金属を含む前駆物質から作成される、ことを特徴とする
上記(7)に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (11)上記(9)に記載の前記前駆物質を溶媒に溶解
し、前記基板上に溶液を被覆して、熱処理することを含
む化学溶液処理によって、前記金属酸化物ゲート絶縁体
膜を作製する方法。 (12)上記(10)に記載の前記前駆物質を溶媒に溶
解し、前記基板上に溶液を被覆して、熱処理することを
含む化学溶液処理によって、前記金属酸化物ゲート絶縁
体膜を作製する方法。 (13)前記金属は、Ba,Sr,Ti,Bi,Ta,
Zr,Fe,Ni,Mn,Pb,La,Li,Na,
K,Rb,Cs,Fr,Be,Mg,Ca,Nb,T
l,Hg,Cu,Co,Rh,Sc,Yの群から選択さ
れる、ことを特徴とする上記(9)に記載の前駆物質。 (14)前記金属は、Ba,Sr,Ti,Bi,Ta,
Zr,Fe,Ni,Mn,Pb,La,Li,Na,
K,Rb,Cs,Fr,Be,Mg,Ca,Nb,T
l,Hg,Cu,Co,Rh,Sc,Yの群から選択さ
れる、ことを特徴とする上記(10)に記載の前駆物
質。 (15)前記アルコキシアルコキシドは、メトキシエタ
ノール,エトキシエタノール,プロポキシエタノール、
ブトキシエタノール,ペントキシエタノール,ヘプトキ
シエタノール,メトキシプロパノール,エトキシプロパ
ノール,プロポキシプロパノール,ブトキシプロパノー
ル,ペントキシプロパノール,ヘプトキシプロパノール
を含むアルコキシアルコールから誘導される、ことを特
徴とする上記(9)に記載の前駆物質。 (16)前記アルコキシドは、メタノール,エタノー
ル,プロパノール、イソプロパノール,ブタノール,イ
ソブタノールを含むアルコールから誘導される、ことを
特徴とする上記(10)に記載の前駆物質。 (17)金属と、上記(15)に記載された十分なアル
コキシアルコールとの反応を含み、金属は、Li,N
a,K,Rb,Cs,Fr,Be,Mg,Ca,Sr,
Ba,Raの群から選択される、ことを特徴とする上記
(9)に記載のアルコキシアルコキシド金属を作成する
方法。 (18)アルコキシド金属と、上記(15)に記載され
た十分なアルコキシアルコールとの反応を含み、金属は
上記(13)に記載された金属である、ことを特徴とす
る上記(9)に載のアルコキシアルコキシド金属を作成
する方法。 (19)ハロゲン化金属と、上記(15)に記載された
アルコキシアルコールのナトリウム塩との反応を含み、
金属は、遷移金属,ランタノイド,または主族元素から
選択される、ことを特徴とするアルコキシアルコキシド
金属を作成する方法。 (20)上記(11)に記載の膜を作製する前に、前記
溶媒に少量の所望のアルコキシアルコキシド金属を加え
ることによって、少量成分で、上記(11)に記載の金
属酸化物を均一にドーピングする、ことを特徴とする方
法。 (21)前記有機半導体は、ゲート電圧が増加するに従
って、電界効果移動度の増大を示すポリマ半導体または
オリゴマー半導体である、ことを特徴とする上記(1)
に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (22)前記有機半導体は、ナフタレン,アントラセ
ン,テトラセン,ペンタセン,ヘキサセン,およびその
誘導体のうちの1種以上よりなる群から選択されたアセ
ン分子材料である、ことを特徴とする上記(21)に記
載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (23)前記アセンは、ペンタセンである、ことを特徴
とする上記(22)に記載の薄膜トランジスタ・デバイ
ス構造。 (24)前記有機半導体層は、1単分子層〜400nm
の厚さを有する、ことを特徴とする上記(21)に記載
の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (25)前記有機半導体層は、蒸着,化学蒸着,スピン
コーティングおよびベーキング,エレクトロポリマライ
ンゼーション,分子ビーム付着,溶液からのセルフ・ア
センブリ,これらの組合せよりなる群から選択されたプ
ロセスによって、付着される、ことを特徴とする上記
(21)に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (26)前記有機半導体層は、マスクを介した付着,ス
クリーン印刷,スタンピング,ブランケット膜のパター
ニングよりなる群から選択されたプロセスによって任意
にセグメント化され、隣接するTFTデバイス間の漏洩
および漂遊電流を最小にする、ことを特徴とする上記
(21)に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (27)前記ソース電極およびドレイン電極は、クロ
ム,チタン,銅,アルミニウム,モリブデン,タングス
テン,ニッケル,金,パラジウム,白金,導電性ポリ
マ,これらの組合せよりなる群から選択される材料で作
られる、ことを特徴とする上記(1)に記載の薄膜トラ
ンジスタ・デバイス構造。 (28)金,白金,パラジウム,導電性ポリマおよびオ
リゴマー,半導電性ポリマおよびオリゴマー,それらの
組合せよりなる群から選択された材料で作られた任意の
オーミック・コンタクト層が、前記ソース/ドレイン電
極と前記有機半導体層との間に付着される、ことを特徴
とする上記(27)に記載の薄膜トランジスタ・デバイ
ス構造。 (29)前記ソース電極およびドレイン電極の厚さは、
30nm〜500nmである、ことを特徴とする上記
(27)に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (30)前記ソース電極およびドレイン電極は、シャド
ウマスクによる付着およびリソグラフィ・パターニング
方法よりなる群から選択された方法によって、パターニ
ングされる、ことを特徴とする上記(27)に記載の薄
膜トランジスタ・デバイス構造。 (31)前記パシベーション層は、ポリイミド,パリレ
ン,アンドープポリアニリンよりなる群から選択された
ポリマである、ことを特徴とする上記(2)に記載の薄
膜トランジスタ・デバイス構造。
の事項を開示する。 (1)複数の導電性ゲート電極が設けられた基板と、前
記ゲート電極上に設けられた高誘電率のゲート絶縁体よ
りなる層と、前記絶縁体上に、かつ前記ゲート電極をほ
ぼ覆って設けられた有機半導体よりなる層と、前記複数
のゲート電極の各々に位置合わせして、前記有機半導体
上に設けられた、導電性のソース電極とドレイン電極と
からなる複数の組と、を備える、ことを特徴とする薄膜
トランジスタ・デバイス構造。 (2)前記構造上に設けられ、さらなる処理露光および
外部雰囲気から前記構造を保護する絶縁パシベーション
層をさらに備える、ことを特徴とする上記(1)に記載
の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (3)前記基板は、ガラス,プラスチック,石英,アン
ドープ・シリコン,高ドープ・シリコンよりなる群から
選択される、ことを特徴とする上記(1)に記載の薄膜
トランジスタ・デバイス構造。 (4)前記プラスチック基板は、ポリカーボネート,マ
イラー,ポリイミドを含む群から選択される、ことを特
徴とする上記(3)に記載の薄膜トランジスタ・デバイ
ス構造。 (5)前記ゲート電極の材料は、クロム,チタン,銅,
アルミニウム,モリブデン,タングステン,ニッケル,
金,白金,導電性ポリアニリン,導電性ポリピロール,
これらの組合せよりなる群から選択される、ことを特徴
とする上記(1)に記載の薄膜トランジスタ・デバイ
ス。 (6)前記ゲート電極は、30nm〜500nmの厚さ
を有し、蒸着,スパッタリング,化学蒸着,電着,スピ
ンコーティング,無電解メッキよりなる群から選択され
たプロセスで形成される、ことを特徴とする上記(1)
に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (7)前記高誘電率のゲート絶縁体は、チタン酸バリウ
ムストロンチウム,ジルコニウム酸チタン酸バリウム,
ジルコニウム酸チタン酸鉛,チタン酸鉛ランタン,チタ
ン酸ストロンチウム,チタン酸バリウム,フッ化バリウ
ムマグネシウム,チタン酸ビスマス,チタン酸ストロン
チウムビスマス,タンタル酸ストロンチウムビスマス,
タンタル酸ニオブ酸ビスマス,ペントオキサイドタンタ
ル,ジオキサイドチタン,トリオキサイドイットリウム
よりなる群から選択される、ことを特徴とする上記
(1)に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (8)前記絶縁体は、80nm〜1000nmの厚さを
有する、ことを特徴とする上記(7)に記載の薄膜トラ
ンジスタ・デバイス構造。 (9)前記金属酸化物ゲート絶縁体は、アルコキシアル
コキシド金属を含む前駆物質から作成される、ことを特
徴とする上記(7)に記載の薄膜トランジスタ・デバイ
ス構造。 (10)前記金属酸化物ゲート絶縁体は、アルコキシド
金属を含む前駆物質から作成される、ことを特徴とする
上記(7)に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (11)上記(9)に記載の前記前駆物質を溶媒に溶解
し、前記基板上に溶液を被覆して、熱処理することを含
む化学溶液処理によって、前記金属酸化物ゲート絶縁体
膜を作製する方法。 (12)上記(10)に記載の前記前駆物質を溶媒に溶
解し、前記基板上に溶液を被覆して、熱処理することを
含む化学溶液処理によって、前記金属酸化物ゲート絶縁
体膜を作製する方法。 (13)前記金属は、Ba,Sr,Ti,Bi,Ta,
Zr,Fe,Ni,Mn,Pb,La,Li,Na,
K,Rb,Cs,Fr,Be,Mg,Ca,Nb,T
l,Hg,Cu,Co,Rh,Sc,Yの群から選択さ
れる、ことを特徴とする上記(9)に記載の前駆物質。 (14)前記金属は、Ba,Sr,Ti,Bi,Ta,
Zr,Fe,Ni,Mn,Pb,La,Li,Na,
K,Rb,Cs,Fr,Be,Mg,Ca,Nb,T
l,Hg,Cu,Co,Rh,Sc,Yの群から選択さ
れる、ことを特徴とする上記(10)に記載の前駆物
質。 (15)前記アルコキシアルコキシドは、メトキシエタ
ノール,エトキシエタノール,プロポキシエタノール、
ブトキシエタノール,ペントキシエタノール,ヘプトキ
シエタノール,メトキシプロパノール,エトキシプロパ
ノール,プロポキシプロパノール,ブトキシプロパノー
ル,ペントキシプロパノール,ヘプトキシプロパノール
を含むアルコキシアルコールから誘導される、ことを特
徴とする上記(9)に記載の前駆物質。 (16)前記アルコキシドは、メタノール,エタノー
ル,プロパノール、イソプロパノール,ブタノール,イ
ソブタノールを含むアルコールから誘導される、ことを
特徴とする上記(10)に記載の前駆物質。 (17)金属と、上記(15)に記載された十分なアル
コキシアルコールとの反応を含み、金属は、Li,N
a,K,Rb,Cs,Fr,Be,Mg,Ca,Sr,
Ba,Raの群から選択される、ことを特徴とする上記
(9)に記載のアルコキシアルコキシド金属を作成する
方法。 (18)アルコキシド金属と、上記(15)に記載され
た十分なアルコキシアルコールとの反応を含み、金属は
上記(13)に記載された金属である、ことを特徴とす
る上記(9)に載のアルコキシアルコキシド金属を作成
する方法。 (19)ハロゲン化金属と、上記(15)に記載された
アルコキシアルコールのナトリウム塩との反応を含み、
金属は、遷移金属,ランタノイド,または主族元素から
選択される、ことを特徴とするアルコキシアルコキシド
金属を作成する方法。 (20)上記(11)に記載の膜を作製する前に、前記
溶媒に少量の所望のアルコキシアルコキシド金属を加え
ることによって、少量成分で、上記(11)に記載の金
属酸化物を均一にドーピングする、ことを特徴とする方
法。 (21)前記有機半導体は、ゲート電圧が増加するに従
って、電界効果移動度の増大を示すポリマ半導体または
オリゴマー半導体である、ことを特徴とする上記(1)
に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (22)前記有機半導体は、ナフタレン,アントラセ
ン,テトラセン,ペンタセン,ヘキサセン,およびその
誘導体のうちの1種以上よりなる群から選択されたアセ
ン分子材料である、ことを特徴とする上記(21)に記
載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (23)前記アセンは、ペンタセンである、ことを特徴
とする上記(22)に記載の薄膜トランジスタ・デバイ
ス構造。 (24)前記有機半導体層は、1単分子層〜400nm
の厚さを有する、ことを特徴とする上記(21)に記載
の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (25)前記有機半導体層は、蒸着,化学蒸着,スピン
コーティングおよびベーキング,エレクトロポリマライ
ンゼーション,分子ビーム付着,溶液からのセルフ・ア
センブリ,これらの組合せよりなる群から選択されたプ
ロセスによって、付着される、ことを特徴とする上記
(21)に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (26)前記有機半導体層は、マスクを介した付着,ス
クリーン印刷,スタンピング,ブランケット膜のパター
ニングよりなる群から選択されたプロセスによって任意
にセグメント化され、隣接するTFTデバイス間の漏洩
および漂遊電流を最小にする、ことを特徴とする上記
(21)に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (27)前記ソース電極およびドレイン電極は、クロ
ム,チタン,銅,アルミニウム,モリブデン,タングス
テン,ニッケル,金,パラジウム,白金,導電性ポリ
マ,これらの組合せよりなる群から選択される材料で作
られる、ことを特徴とする上記(1)に記載の薄膜トラ
ンジスタ・デバイス構造。 (28)金,白金,パラジウム,導電性ポリマおよびオ
リゴマー,半導電性ポリマおよびオリゴマー,それらの
組合せよりなる群から選択された材料で作られた任意の
オーミック・コンタクト層が、前記ソース/ドレイン電
極と前記有機半導体層との間に付着される、ことを特徴
とする上記(27)に記載の薄膜トランジスタ・デバイ
ス構造。 (29)前記ソース電極およびドレイン電極の厚さは、
30nm〜500nmである、ことを特徴とする上記
(27)に記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 (30)前記ソース電極およびドレイン電極は、シャド
ウマスクによる付着およびリソグラフィ・パターニング
方法よりなる群から選択された方法によって、パターニ
ングされる、ことを特徴とする上記(27)に記載の薄
膜トランジスタ・デバイス構造。 (31)前記パシベーション層は、ポリイミド,パリレ
ン,アンドープポリアニリンよりなる群から選択された
ポリマである、ことを特徴とする上記(2)に記載の薄
膜トランジスタ・デバイス構造。
【図1】SiO2 ゲート絶縁体を有する、ペンタセンを
基材とするTFTデバイスの動作特性を示す図であり、
ソース・ドレイン電圧の関数としてドレイン電流の依存
性を、ゲート電圧の個別の値に対して示している。
基材とするTFTデバイスの動作特性を示す図であり、
ソース・ドレイン電圧の関数としてドレイン電流の依存
性を、ゲート電圧の個別の値に対して示している。
【図2】図1と同じデータに基いて、飽和状態でのゲー
ト電圧の関数としてドレイン電流の依存性を示すように
再プロットしたグラフである。
ト電圧の関数としてドレイン電流の依存性を示すように
再プロットしたグラフである。
【図3】電界効果移動度を計算するために、飽和状態で
のゲート電圧の関数として、図2のドレイン電流の平方
根をプロットしたグラフである。
のゲート電圧の関数として、図2のドレイン電流の平方
根をプロットしたグラフである。
【図4】半導体として(97+%純度)ペンタセンを、
ゲート絶縁体として120nm厚さのSiO2 を用いる
TFTデバイスの測定された動作特性を示す図である。
ゲート絶縁体として120nm厚さのSiO2 を用いる
TFTデバイスの測定された動作特性を示す図である。
【図5】飽和領域でのゲート電圧に対するドレイン電流
の依存性を示すため図4のデータを再プロットした図で
ある。
の依存性を示すため図4のデータを再プロットした図で
ある。
【図6】電流変調およびサブスレショルド傾斜を計算す
るのに用いられる半対数スケールで図5のデータをプロ
ットした図である。
るのに用いられる半対数スケールで図5のデータをプロ
ットした図である。
【図7】電界効果移動度を計算するために、図5のドレ
イン電流の平方根のプロットを、飽和状態でのゲート電
圧の関数として示す図である。
イン電流の平方根のプロットを、飽和状態でのゲート電
圧の関数として示す図である。
【図8】ゲート電圧は異なるが、同一のソース・ドレイ
ン電圧(−1000V)で図4によって特徴づけられる
デバイスに対し計算された電界効果移動度のプロットを
示す図であり、ゲート電圧への移動度の強い依存性を示
している。
ン電圧(−1000V)で図4によって特徴づけられる
デバイスに対し計算された電界効果移動度のプロットを
示す図であり、ゲート電圧への移動度の強い依存性を示
している。
【図9】本発明の提案に係る高誘電率のゲート絶縁体を
有する、ペンタセンを基材とするTFTデバイスの略図
である。
有する、ペンタセンを基材とするTFTデバイスの略図
である。
【図10】半導体として(97+%純度)ペンタセン
と、ゲート絶縁体としてチタン酸バリウムストロンチウ
ム膜(イソプロポキシドを基材とした前駆物質溶液から
ゾルゲル処理によって付着された)よりなる90nm厚
の層とを用いたTFTデバイスの測定された動作特性を
示す図であり、一定のソース・ドレイン電圧で、ゲート
電圧へのドレイン電流の依存性を示している。
と、ゲート絶縁体としてチタン酸バリウムストロンチウ
ム膜(イソプロポキシドを基材とした前駆物質溶液から
ゾルゲル処理によって付着された)よりなる90nm厚
の層とを用いたTFTデバイスの測定された動作特性を
示す図であり、一定のソース・ドレイン電圧で、ゲート
電圧へのドレイン電流の依存性を示している。
【図11】電流変調およびサブスレショルド傾斜を計算
するのに用いられる半対数スケールで図10のデータを
プロットした図である。
するのに用いられる半対数スケールで図10のデータを
プロットした図である。
【図12】電界効果移動度を計算するために、図10の
ドレイン電流の平方根のプロットを、飽和状態でのゲー
ト電圧の関数として示す図である。
ドレイン電流の平方根のプロットを、飽和状態でのゲー
ト電圧の関数として示す図である。
【図13】半導体として(97+%純度)ペンタセン
と、ゲート絶縁体としてチタン酸バリウムストロンチウ
ム膜(アルコキシドを基材とした前駆物質溶液からゾル
ゲル処理によって付着された)とを用いたTFTデバイ
スの測定された動作特性を示す図であり、異なるゲート
電圧で、ソース・ドレイン電圧へのドレイン電流の依存
性を示している。
と、ゲート絶縁体としてチタン酸バリウムストロンチウ
ム膜(アルコキシドを基材とした前駆物質溶液からゾル
ゲル処理によって付着された)とを用いたTFTデバイ
スの測定された動作特性を示す図であり、異なるゲート
電圧で、ソース・ドレイン電圧へのドレイン電流の依存
性を示している。
【図14】ペンタセン半導体層と、図10〜図13の試
料で用いられた溶液とは異なる溶液をスピン・コーティ
ングすることによって設けられたBSTゲート絶縁体層
とを有するTFTから、一定のソース・ドレイン電圧で
ゲート電圧の関数としてドレイン電流を示す図である。
料で用いられた溶液とは異なる溶液をスピン・コーティ
ングすることによって設けられたBSTゲート絶縁体層
とを有するTFTから、一定のソース・ドレイン電圧で
ゲート電圧の関数としてドレイン電流を示す図である。
【図15】電流変調およびサブスレショルド傾斜を計算
するのに用いられる半対数スケールで図14のデータを
プロットした図である。
するのに用いられる半対数スケールで図14のデータを
プロットした図である。
【図16】電界効果移動度を計算するために、図15の
ドレイン電流の平方根のプロットを、飽和状態でのゲー
ト電圧の関数として示す図である。
ドレイン電流の平方根のプロットを、飽和状態でのゲー
ト電圧の関数として示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/78 619B 626C 627C (72)発明者 クリストス・ディミトリオス・ディミトラ コポウラス アメリカ合衆国 10604−1606 ニューヨ ーク州ウエスト・ハリソン レイク・スト リート 791 (72)発明者 ピーター・リチャード・ダンコーム アメリカ合衆国 10566 ニューヨーク州 ピークスキル リングゴールド・ストリ ート 401 (72)発明者 ブルース・ケイ・ファーマン アメリカ合衆国 12508 ニューヨーク州 ビーコングリーンウッド・ドライブ 66 (72)発明者 ロバート・ビー・レイボウイッツ アメリカ合衆国 10566 ニューヨーク州 ピークスキル ファーネイス ドック・ ロード・407 (72)発明者 デボラ・アン・ヌーメイヤー アメリカ合衆国 06811 コネティカット 州 ダンベリー オーク・レーン 3 (72)発明者 サンパス・プルショサマン アメリカ合衆国 10598 ニューヨーク州 ヨークタウン・ハイツ ラヴォワイエ・ コート 2075
Claims (31)
- 【請求項1】複数の導電性ゲート電極が設けられた基板
と、 前記ゲート電極上に設けられた高誘電率のゲート絶縁体
よりなる層と、 前記絶縁体上に、かつ前記ゲート電極をほぼ覆って設け
られた有機半導体よりなる層と、 前記複数のゲート電極の各々に位置合わせして、前記有
機半導体上に設けられた、導電性のソース電極とドレイ
ン電極とからなる複数の組と、 を備える、ことを特徴とする薄膜トランジスタ・デバイ
ス構造。 - 【請求項2】前記構造上に設けられ、さらなる処理露光
および外部雰囲気から前記構造を保護する絶縁パシベー
ション層をさらに備える、ことを特徴とする請求項1記
載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 - 【請求項3】前記基板は、ガラス,プラスチック,石
英,アンドープ・シリコン,高ドープ・シリコンよりな
る群から選択される、ことを特徴とする請求項1記載の
薄膜トランジスタ・デバイス構造。 - 【請求項4】前記プラスチック基板は、ポリカーボネー
ト,マイラー,ポリイミドを含む群から選択される、こ
とを特徴とする請求項3記載の薄膜トランジスタ・デバ
イス構造。 - 【請求項5】前記ゲート電極の材料は、クロム,チタ
ン,銅,アルミニウム,モリブデン,タングステン,ニ
ッケル,金,白金,導電性ポリアニリン,導電性ポリピ
ロール,これらの組合せよりなる群から選択される、こ
とを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタ・デバ
イス。 - 【請求項6】前記ゲート電極は、30nm〜500nm
の厚さを有し、蒸着,スパッタリング,化学蒸着,電
着,スピンコーティング,無電解メッキよりなる群から
選択されたプロセスで形成される、ことを特徴とする請
求項1記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 - 【請求項7】前記高誘電率のゲート絶縁体は、チタン酸
バリウムストロンチウム,ジルコニウム酸チタン酸バリ
ウム,ジルコニウム酸チタン酸鉛,チタン酸鉛ランタ
ン,チタン酸ストロンチウム,チタン酸バリウム,フッ
化バリウムマグネシウム,チタン酸ビスマス,チタン酸
ストロンチウムビスマス,タンタル酸ストロンチウムビ
スマス,タンタル酸ニオブ酸ビスマス,ペントオキサイ
ドタンタル,ジオキサイドチタン,トリオキサイドイッ
トリウムよりなる群から選択される、ことを特徴とする
請求項1記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 - 【請求項8】前記絶縁体は、80nm〜1000nmの
厚さを有する、ことを特徴とする請求項7記載の薄膜ト
ランジスタ・デバイス構造。 - 【請求項9】前記金属酸化物ゲート絶縁体は、アルコキ
シアルコキシド金属を含む前駆物質から作成される、こ
とを特徴とする請求項7記載の薄膜トランジスタ・デバ
イス構造。 - 【請求項10】前記金属酸化物ゲート絶縁体は、アルコ
キシド金属を含む前駆物質から作成される、ことを特徴
とする請求項7記載の薄膜トランジスタ・デバイス構
造。 - 【請求項11】請求項9記載の前記前駆物質を溶媒に溶
解し、前記基板上に溶液を被覆して、熱処理することを
含む化学溶液処理によって、前記金属酸化物ゲート絶縁
体膜を作製する方法。 - 【請求項12】請求項10記載の前記前駆物質を溶媒に
溶解し、前記基板上に溶液を被覆して、熱処理すること
を含む化学溶液処理によって、前記金属酸化物ゲート絶
縁体膜を作製する方法。 - 【請求項13】前記金属は、Ba,Sr,Ti,Bi,
Ta,Zr,Fe,Ni,Mn,Pb,La,Li,N
a,K,Rb,Cs,Fr,Be,Mg,Ca,Nb,
Tl,Hg,Cu,Co,Rh,Sc,Yの群から選択
される、ことを特徴とする請求項9記載の前駆物質。 - 【請求項14】前記金属は、Ba,Sr,Ti,Bi,
Ta,Zr,Fe,Ni,Mn,Pb,La,Li,N
a,K,Rb,Cs,Fr,Be,Mg,Ca,Nb,
Tl,Hg,Cu,Co,Rh,Sc,Yの群から選択
される、ことを特徴とする請求項10記載の前駆物質。 - 【請求項15】前記アルコキシアルコキシドは、メトキ
シエタノール,エトキシエタノール,プロポキシエタノ
ール、ブトキシエタノール,ペントキシエタノール,ヘ
プトキシエタノール,メトキシプロパノール,エトキシ
プロパノール,プロポキシプロパノール,ブトキシプロ
パノール,ペントキシプロパノール,ヘプトキシプロパ
ノールを含むアルコキシアルコールから誘導される、こ
とを特徴とする請求項9記載の前駆物質。 - 【請求項16】前記アルコキシドは、メタノール,エタ
ノール,プロパノール、イソプロパノール,ブタノー
ル,イソブタノールを含むアルコールから誘導される、
ことを特徴とする請求項10記載の前駆物質。 - 【請求項17】金属と、請求項15に記載された十分な
アルコキシアルコールとの反応を含み、金属は、Li,
Na,K,Rb,Cs,Fr,Be,Mg,Ca,S
r,Ba,Raの群から選択される、ことを特徴とする
請求項9に記載のアルコキシアルコキシド金属を作成す
る方法。 - 【請求項18】アルコキシド金属と、請求項15に記載
された十分なアルコキシアルコールとの反応を含み、金
属は請求項13に記載された金属である、ことを特徴と
する請求項9記載のアルコキシアルコキシド金属を作成
する方法。 - 【請求項19】ハロゲン化金属と、請求項15に記載さ
れたアルコキシアルコールのナトリウム塩との反応を含
み、金属は、遷移金属,ランタノイド,または主族元素
から選択される、ことを特徴とするアルコキシアルコキ
シド金属を作成する方法。 - 【請求項20】請求項11に記載の膜を作製する前に、
前記溶媒に少量の所望のアルコキシアルコキシド金属を
加えることによって、少量成分で、請求項11に記載の
金属酸化物を均一にドーピングする、ことを特徴とする
方法。 - 【請求項21】前記有機半導体は、ゲート電圧が増加す
るに従って、電界効果移動度の増大を示すポリマ半導体
またはオリゴマー半導体である、ことを特徴とする請求
項1記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 - 【請求項22】前記有機半導体は、ナフタレン,アント
ラセン,テトラセン,ペンタセン,ヘキサセン,および
その誘導体のうちの1種以上よりなる群から選択された
アセン分子材料である、ことを特徴とする請求項21記
載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 - 【請求項23】前記アセンは、ペンタセンである、こと
を特徴とする請求項22記載の薄膜トランジスタ・デバ
イス構造。 - 【請求項24】前記有機半導体層は、1単分子層〜40
0nmの厚さを有する、ことを特徴とする請求項21記
載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 - 【請求項25】前記有機半導体層は、蒸着,化学蒸着,
スピンコーティングおよびベーキング,エレクトロポリ
マラインゼーション,分子ビーム付着,溶液からのセル
フ・アセンブリ,これらの組合せよりなる群から選択さ
れたプロセスによって、付着される、ことを特徴とする
請求項21記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 - 【請求項26】前記有機半導体層は、マスクを介した付
着,スクリーン印刷,スタンピング,ブランケット膜の
パターニングよりなる群から選択されたプロセスによっ
て任意にセグメント化され、隣接するTFTデバイス間
の漏洩および漂遊電流を最小にする、ことを特徴とする
請求項21記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 - 【請求項27】前記ソース電極およびドレイン電極は、
クロム,チタン,銅,アルミニウム,モリブデン,タン
グステン,ニッケル,金,パラジウム,白金,導電性ポ
リマ,これらの組合せよりなる群から選択される材料で
作られる、ことを特徴とする請求項1記載の薄膜トラン
ジスタ・デバイス構造。 - 【請求項28】金,白金,パラジウム,導電性ポリマお
よびオリゴマー,半導電性ポリマおよびオリゴマー,そ
れらの組合せよりなる群から選択された材料で作られた
任意のオーミック・コンタクト層が、前記ソース/ドレ
イン電極と前記有機半導体層との間に付着される、こと
を特徴とする請求項27記載の薄膜トランジスタ・デバ
イス構造。 - 【請求項29】前記ソース電極およびドレイン電極の厚
さは、30nm〜500nmである、ことを特徴とする
請求項27記載の薄膜トランジスタ・デバイス構造。 - 【請求項30】前記ソース電極およびドレイン電極は、
シャドウマスクによる付着およびリソグラフィ・パター
ニング方法よりなる群から選択された方法によって、パ
ターニングされる、ことを特徴とする請求項27記載の
薄膜トランジスタ・デバイス構造。 - 【請求項31】前記パシベーション層は、ポリイミド,
パリレン,アンドープポリアニリンよりなる群から選択
されたポリマである、ことを特徴とする請求項2記載の
薄膜トランジスタ・デバイス構造。
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