JPWO2008155930A1 - スイッチング素子 - Google Patents

Abstract

低温で製造可能なカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）分散膜を活性層に用いたスイッチング素子において、ＣＮＴとゲート絶縁膜表面との相互作用が不十分であるために、チャネル領域に固定されるＣＮＴの量が不足し、十分な均一性が得られないという問題があった。本実施形態のスイッチング素子においてはゲート絶縁膜を主鎖に芳香族基と炭素数２以上の置換又は無置換アルキレン基、又はアルキレンオキシ基を繰り返し単位として含む非共役高分子材料で形成することにより、ゲート絶縁膜の柔軟性を保ちつつＣＮＴとゲート絶縁膜表面との相互作用が増強され、チャネル領域に固定されるＣＮＴの量を増加させることができる。それにより低温、簡便、安価なプロセスで良好かつ安定したトランジスタ特性を示すスイッチング素子が得られる。

Description

本実施形態はカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと表記する）を活性層に用いたスイッチング素子に関する。

薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと表記する）は液晶ディスプレイやＥＬディスプレイなどの表示装置用の画素スイッチング素子として広く用いられている。また、近年では同一基板上で画素アレイのドライバ回路もＴＦＴによって形成される例が増えている。従来、こうしたＴＦＴはアモルファスや多結晶のシリコンを用いてガラス基板上に作成されていた。しかしこうしたシリコンを用いたＴＦＴの作成に用いられるＣＶＤ装置は非常に高価であり、ＴＦＴを用いた表示装置などの大面積化は製造コストの大幅な増加を伴うという問題点があった。またアモルファスや多結晶のシリコンを成膜するプロセスは極めて高い温度で行われるため、基板として使用可能な材料が限られており、軽量な樹脂基板等が使用できないといった制限があった。

前記問題点を解決する手段として、半導体材料としてＣＮＴの分散膜を用いたＴＦＴが提唱されている。ＣＮＴ分散膜は通常塗布法などのウェットプロセスにより形成するが、このプロセスは大面積化が安価に実現可能であると共に、そのプロセス温度が低いことから基板として用いる材料を選択する際の制限が少ないといった利点を有している。そのため、ＣＮＴ分散膜を用いたＴＦＴの実用化が期待されている。実際、近年ＣＮＴ分散膜を用いたＴＦＴは盛んに報告されるようになり、非特許文献１〜４などの報告例がある。

Ｅ． Ｓ． Ｓｎｏｗ， Ｊ． Ｐ． Ｎｏｖａｋ， Ｐ． Ｍ． Ｃａｍｐｂｅｌｌ， Ｄ． Ｐａｒｋ 著、アプライド フィジックス レターズ （Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ） ８２巻， ２１４５頁、２００３年 Ｅ． Ａｒｔｕｋｏｖｉｃ， Ｍ． Ｋａｅｍｐｇｅｎ， Ｄ． Ｓ． Ｈｅｃｈｔ， Ｓ． Ｒｏｔｈ， Ｇ． Ｇｒｕｅｎｅｒ 著、ナノレターズ （Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、５巻、７５７頁、２００５年 Ｓ．−Ｈ． Ｈｕｒ， Ｏ． Ｏ． Ｐａｒｋ， Ｊ． Ａ． Ｒｏｇｅｒｓ 著、アプライド フィジックス レターズ、（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ） ８６巻、２４３５０２頁、２００５年 Ｔ． Ｔａｋｅｎｏｂｕａ， Ｔ． Ｔａｋａｈａｓｈｉ， Ｔ． Ｋａｎｂａｒａ， Ｋ． Ｔｓｕｋａｇｏｓｈｉ， Ｙ． Ａｏｙａｇｉ， Ｙ． Ｉｗａｓａ 著、 アプライド フィジックス レターズ （Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ） ８８巻， ３３５１１頁、２００６年

前記ＣＮＴを用いたＴＦＴは、図１に示したような支持基板上にゲート電極を有するボトムコンタクト構造の場合、その製造工程において分散液中のＣＮＴと絶縁膜表面との相互作用が不十分である。そのため、チャネル領域に固定されるＣＮＴの量が不足し、十分な均一性が得られないという問題点を有している。チャネル領域におけるＣＮＴ付着量の不均一性は素子のスイッチング特性のバラつきを引き起こし、アレイ化した際の歩留まりを大きく低下させる。これを解決する手段として、チャネル領域をメルカプトピリジン等による芳香族チオールで表面処理し、高い密度でＣＮＴを定着させることも行われている。しかし、余分な表面処理工程が必要となる上に、チャネル以外の場所への付着を抑えるためにはさらにパターニング工程が必要となるなど、製造プロセスが複雑化し、コストの上昇要因となることが知られている。

一方、図２に示したような活性層を挟んで支持基板と反対側にゲート電極が存在するトップコンタクト構造においては、ＣＮＴとゲート絶縁膜の相互作用の不足は活性層−ゲート絶縁膜界面の不安定化の原因となる。したがって、素子特性の経時変化をもたらす要因の一つとなっている。

本実施形態の目的はＣＮＴ分散膜を用い、低温、簡便、安価なプロセスで良好かつ安定したトランジスタ特性を示すスイッチング素子を提供することにある。

本発明者らは前述の課題解決のため鋭意検討を重ねた結果、主鎖に芳香族環と炭素数２以上の置換又は無置換アルキレン基、又はアルキレンオキシ基を繰り返し単位として含有する非共役高分子により形成されたゲート絶縁膜を見出した。これにより、ゲート絶縁膜表面とＣＮＴとの間の相互作用を増強させることができ、低温、簡便、安価なプロセスで良好かつ安定したトランジスタ特性を示すスイッチング素子が得られた。

すなわち、本実施形態は、支持基板上に互いに離間したソース電極、ドレイン電極とその両方に接する活性層、さらに前記２種の電極と離間しかつゲート絶縁膜を介して前記活性層に接するゲート電極を有するスイッチング素子において、前記活性層がカーボンナノチューブの分散膜で形成され、かつ前記ゲート絶縁膜が一般式［１］で表される主鎖からなる非共役高分子より形成される層を含むことを特徴とする。ここでＡｒは芳香族基、Ｘは単結合、酸素原子、エステル結合、アミド結合から選ばれる連結基、Ａは炭素数２〜８の置換又は無置換アルキレン基、又はアルキレンオキシ基、ｎは正の整数を表す。

本実施形態は、前記カーボンナノチューブの分散膜がカーボンナノチューブを液体分散媒中に分散させた分散液を塗布した後に分散媒を除去して形成された膜であることを特徴とする。

本実施形態は、前記ゲート絶縁膜が０．０１〜１μｍの膜厚を有することを特徴とする。

本実施形態は、前記ゲート絶縁膜が、前記非共役高分子材料の溶液を塗布後、溶媒を除去することにより形成された膜であることを特徴とする。

本実施形態は、前記ゲート絶縁膜が前記非共役高分子材料からなる単層膜であることを特徴とする。

本実施形態は、前記ゲート絶縁膜が、少なくとも前記非共役高分子材料からなり、活性層に接する第１のゲート絶縁膜と、これとは異なる材料で形成される第２のゲート絶縁膜の積層膜であることを特徴とする。

本実施形態は、前記一般式［１］で表される非共役高分子のＡｒが芳香族炭素環であることを特徴とする。

本実施形態は、ＣＮＴ分散膜を用い、低温、簡便、安価なプロセスで良好かつ安定したトランジスタ特性を示すスイッチング素子を提供することができる。

本実施形態のスイッチング素子の断面図の一例である。 本実施形態のスイッチング素子の断面図の別の一例である。

符号の説明

１・・・支持基板
２・・・ゲート電極
３・・・ゲート絶縁膜
４・・・ソース電極
５・・・ドレイン電極
６・・・活性層（ＣＮＴ分散膜）

［構成の説明］
以下、本実施形態のスイッチング素子の構成について述べる。

本実施形態のスイッチング素子の構造の一例を図１に示す。支持基板１上に形成されたゲート電極２に接するようにゲート絶縁膜３が形成される。さらにその上にチャネル長に応じた距離を隔てて互いに離間したソース電極４及びドレイン電極５が配置される。さらに活性層６としてこれらゲート絶縁膜３、ソース電極４、ドレイン電極５の全てに接するようにＣＮＴ分散膜が配置されて、ＣＮＴＴＦＴスイッチング素子が得られる。

また、本実施形態のスイッチング素子の構造の別の一例を図２に示す。支持基板１上にチャネル長に応じた距離を隔てて互いに離間したソース電極４及びドレイン電極５が配置される。これらに接するように活性層６としてＣＮＴ分散膜が形成される。その上にゲート絶縁膜３、さらにその上にゲート電極２が形成されてＣＮＴＴＦＴスイッチング素子が得られる。

ゲート絶縁膜３は、主鎖に芳香族基と炭素数２以上の置換又は無置換アルキレン基、又はアルキレンオキシ基を繰り返し単位として含む一般式［１］で表される非共役高分子から形成される。主鎖に含まれる芳香族基は、薄膜形成時に特定の確率で膜表面に露出する。この芳香族基の有するπ電子雲とＣＮＴ表面に露出するπ電子雲との相互作用による引力により、ＣＮＴがゲート絶縁膜表面に強く定着し、本実施形態の目的であるＣＮＴ分散膜からなる活性層とゲート絶縁膜との相互作用の増強が実現される。しかし、主鎖が共役構造を有していた場合、高分子膜全体の導電率の上昇を招くため、ゲート電極と他の電極との間のリーク電流を抑制するゲート絶縁膜本来の機能を十分に果たせなくなる。このため、主鎖骨格は非共役構造を有する必要がある。また芳香族基を有する主鎖骨格が炭素数２以上の置換又は無置換アルキレン基、又はアルキレンオキシ基を繰り返し単位として含まない場合、主鎖の構造自由度が小さくなるため、膜の弾性が失われ剛直な膜となる。このためフレキシブルな基板材料の適用が困難となり支持基板選択の自由度が大きく損なわれる。また、これを避けるために炭素数９以上の長鎖アルキル基などの主鎖どうしの距離を大きくする側鎖の導入による柔軟化を施すと、ゲート絶縁膜表面での芳香族の露出数が大きく減少するため、当初の目的であるＣＮＴ分散膜からなる活性層とゲート絶縁膜表面との相互作用の増強効果が得られない。上記の理由から本実施形態におけるゲート絶縁膜３は前述の通り、主鎖に芳香族基と炭素数２以上の置換又は無置換アルキレン基、又はアルキレンオキシ基を繰り返し単位として含む一般式［１］で表される非共役高分子によって形成される。

前記ゲート絶縁膜３はプロセス簡素化の観点から、前記非共役高分子材料からなる単層膜であることが望ましい。しかしながらスイッチング素子の低駆動電圧化が必要な用途においては、酸化チタンや酸化タングステンといった高誘電率材料からなる第２のゲート絶縁膜との積層構造によりゲート絶縁膜３を形成しても良い。ただしその場合、前記非共役高分子からなる第１のゲート絶縁膜が活性層６に接する位置に配置される必要がある。

またゲート絶縁膜３の膜厚は特に制限されるものではないが、薄すぎるとゲート電極と他の電極間のリーク電流を効果的に抑制することが困難となり、厚すぎるとゲートバイアス電圧による活性層のスイッチング現象を効果的に制御できなくなる。したがって、０．０１〜１μｍの範囲が好ましい。

上記のような構成とすることにより、ＣＮＴ分散膜を活性層に用いたスイッチング素子において低温、簡便、安価に良好かつ安定な特性を有するスイッチング素子が製造できる。

［製法の説明］
本実施形態に用いられる支持基板としては、その上にスイッチング素子を形成しうるものであればいかなるものでも用いることが出来る。例としてはガラス、石英、シリコンウェハなどの無機材料だけでなく、ポリエチレンスルフィド、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエチレン系樹脂の他、ポリアミド系、ポリカーボネート系などの高分子材料などが挙げられる。しかし、特にこれらに限定されるものではない。

本実施形態の活性層に用いられるＣＮＴは、分散膜で十分な半導体特性を示すものであれば特に限定されるものではない。ＣＮＴの製造方法も特に制限されるものではなく、アーク放電法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法など従来知られている製造方法により得られるＣＮＴはいずれも用いることが可能である。ＣＮＴには元来、単一の炭素層からなるシングルウォールナノチューブ（ＳＷＮＴ）と複数の炭素層からなるマルチウォールナノチューブ（ＭＷＮＴ）の２種が知られている。ＳＷＮＴは半導体特性を示すものと金属的性質を有するものが存在し、ＭＷＮＴはこれらがランダムに組み合わされて形成される。金属的性質を示すＣＮＴが分散膜中に存在した場合オフ電流を上昇させる要因となりうることから、低消費電力であることが求められる用途においては、分散膜中におけるその比率はなるべく低いほうが望ましいといえるが特に限定されるものではない。

ＣＮＴをチャネル領域に分散膜として配置させる手法として、液体分散媒中に分散させた後に分散液を塗布あるいは散布する湿式法、凝集を解いたＣＮＴを担体ガスの気流で運搬し配置面上に散布する乾式法などが挙げられる。しかし、特にこれらに限定されるものではない。しかしながら、このうち湿式法は乾式法に比べプロセスが容易なことや用いるＣＮＴのロスが少ないため、より好ましい。湿式法でＣＮＴを分散させる液体分散媒の例としては、水の他、アルコール類、エーテル類、エステル類、アルキルアミド類、脂肪族炭化水素、芳香族化合物等の一般的な有機溶媒が挙げられるがこれに限定されるものではない。分散法としては攪拌、ミリング等の混練法の他、超音波照射など一般的な顔料等の分散工程に用いられる手法であればいかなる手法でも用いることができる。分散の促進、保持のために適切な界面活性剤あるいはバインダを添加しても良い。ＣＮＴの分散液を塗布、散布する手法としてはスピンコート、ブレードコートなどの成膜法のほかディスペンサによる滴下やインクジェット法等の印刷法も用いることができる。

本実施形態のソース、ドレイン、ゲートの各電極に用いられる材料としては、十分な導電性を有するものであれば特に制限はないが、電荷注入電極として作用する電極はＣＮＴへの電荷注入特性に優れたものがより好ましい。例としては酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、金、銀、白金、銅、インジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等の金属や合金、あるいはこれらの酸化物の他、導電性ポリマーなどの有機材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

本実施形態のスイッチング素子のソース、ドレイン、ゲートの各電極の形成方法は特に限定されない。従来公知の真空蒸着法、スピンコーティング法、スパッタリング法、ＣＶＤ法の他、塗布法や塗布焼結法等、一般的な薄膜形成法を用いることが可能である。そのパターニング法も一般的なフォトリソグラフィー法の他、印刷法等が適用可能であるが、所望の電極パターンを実現できる方法であれば特に制限されるものではない。

本実施形態のゲート絶縁膜に用いられる非共役高分子は、主鎖が芳香族基と炭素数２以上の置換又は無置換アルキレン基、又はアルキレンオキシ基を含む非共役構造を有しており、その繰り返し単位は一般式［１］で表される。

ここでＡｒは芳香族基、Ｘは単結合、酸素原子、エステル結合、アミド結合から選ばれる連結基、Ａは炭素数２〜８の置換又は無置換アルキレン基、又はアルキレンオキシ基、ｎは正の整数を表す。

Ａｒで表される芳香族基の例としては、フェニレン基、ナフチレン基、アンスリレン基、フェナンスリレン基、ピレニレン基、テトラセニレン基、ペンタセニレン基、ペリレニレン基等の炭素数６〜２０の芳香族炭素環基とそれらの置換体が挙げられる。また、ピロリレン基、チオフェニレン基、ピリジニレン基、ピラジニレン基、インドリレン基、イソインドリレン基、フリレン基、ベンゾフラニレン基、イソベンゾフラニレン基、キノリレン基、イソキノリレン基、キノキサリニレン基、フェナンスリジニレン基、フェノキサジニレン基、オキサゾリレン基、等の炭素数４〜２０の芳香族複素環基とそれらの置換体が挙げられる。前記芳香族炭素環基又は芳香族複素環基の置換体の置換基としてはメチル基、エチル基、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、メルカプト基等が挙げられる。

前記Ａで表されるアルキレン基、又はアルキレンオキシ基は炭素数１以下ではゲート絶縁膜の十分な柔軟性をえることが難しい。また、９以上では芳香族基同士の距離が大きくなりすぎるためにゲート絶縁膜表面に露出する芳香族基の密度が小さくなり、ゲート絶縁膜表面とＣＮＴ分散膜からなる活性層との十分な相互作用が得られない。したがって炭素数２〜８のものから選ばれる必要がある。またＡで表されるアルキレン基、又はアルキレンオキシ基は直鎖構造の炭素原子数が２〜８であれば無置換体でも置換基を有していても良い。しかし立体障害効果の大きな置換基はアルキル鎖の構造自由度を下げ、得られるゲート絶縁膜の柔軟性を損なうことから、置換基を有する場合はメチル基やエチル基等の炭素数の少ないアルキル基やハロゲン原子、ヒドロキシル基等が望ましい。

前記非共役高分子材料をゲート絶縁膜として配置させる手法としては、蒸着後に重合する方法や、印刷、塗布などの湿式法などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。しかし、プロセスの簡便性の観点から、湿式法がより好ましい。

また本実施形態の第２のゲート絶縁膜に用いられる材料の例としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＮｘ、アルミナ等の汎用的に用いられる無機絶縁体の他、酸化チタンや酸化タングステン、酸化タンタルなどの高誘電率材料などが挙げられる。さらにポリエチレンナフタレートやポリエチレンテレフタレート等の絶縁性ポリマー等も使用が可能である。前記第２のゲート絶縁膜を配置させる手法としては、第１の絶縁膜の配置手法と同様の手法が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。しかし、第１の絶縁膜の作成プロセスが湿式法である場合には、積層膜を形成するために、第１、第２の絶縁膜材料はそれぞれ適切な耐溶媒性を有している事が必要となる。このため、これらの要請を満たす組み合わせが選択される。

（実施例１）
図１は本実施形態の実施例１のスイッチング素子の構造図である。以下、前記スイッチング素子作成工程について述べる。０．５ｍｍ厚のポリエチレンナフタレート支持基板上にスパッタリング法によりシャドウマスクを通しアルミニウムをゲート電極２として１００ｎｍ成膜した。この支持基板にゲート絶縁膜３としてパリレンを原料に用いポリ―p−キシリレンを蒸着重合法により１８０ｎｍ成膜した。その上にソース電極４、ドレイン電極５として金を真空蒸着法により蒸着して６０ｎｍの膜厚に形成し、リフトオフ法によりパターニングを行なった。ここで形成された電極構造のチャネル幅は２００μｍ、チャネル長は５０μｍである。さらにその上に、ＳＷＮＴをドデシルスルホン酸ナトリウムの０．０１％水溶液に加え、１時間超音波処理を施して分散させた分散液をスピンコート法にて塗布した。その後、１２０℃にて３０分加熱し溶媒を除去して活性層６であるＣＮＴ分散膜を形成し、スイッチング素子を得た。前記スイッチング素子を３０個作成し、得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定した。オン／オフ比（オン時：ゲート電圧＝−１０Ｖ、オフ時：ゲート電圧＝＋１０Ｖでのソースドレインバイアス−４Ｖの際のソース−ドレイン間電流の比とする。以下同様）はいずれもおよそ１０^３、オン時の電流値は最頻値が５５±５μＡであった。また、この値の５０％以下のオン電流値を示した素子は１個であった。

（比較例１）
ゲート絶縁膜３に用いる材料として膜厚１５０ｎｍのＳｉＯ_２のスパッタ膜を用いる他は、実施例１と同様の手法によりスイッチング素子を３０個作成した。得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところ、スイッチング特性を示したものは全体の４０％だった。スイッチング特性を有する素子のオン／オフ比はおよそ１０^３、オン時の電流値は最頻値が８±１μＡでこの５０％以下のオン電流値を示した素子は３個であった。

（比較例２）
活性層のＣＮＴ量を増やす事を目的として、活性層６の形成時にＣＮＴ分散液のスピンコート法による塗布工程を５回繰り返す他は比較例１と同様の手法によりスイッチング素子を３０個作成した。得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところスイッチング特性を示したものは全体の９０％だった。スイッチング特性を有する素子のオン／オフ比はおよそ１０^３、オン時の電流値は最頻値が４０±４μＡでこの値の５０％以下のオン電流値を示した素子は２個であった。

（比較例３）
ゲート絶縁膜３に用いる材料としてポリプロピレンのキシレン溶液をスピンコート法により塗布後、１２０℃にて乾燥させて得た膜厚２００ｎｍのポリプロピレン膜を用いる他は実施例１と同様の手法によりスイッチング素子を３０個作成した。得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところスイッチング特性を示したものは全体の５３％だった。スイッチング特性を有する素子のオン／オフ比はおよそ１０^３、オン時の電流値は最頻値が９±１μＡでこの５０％以下のオン電流値を示した素子は３個であった。

（実施例２）
図２は本実施形態の実施例２のスイッチング素子の構造図である。以下、前記スイッチング素子作成工程について述べる。０．５ｍｍ厚のポリエチレンナフタレート支持基板上に真空蒸着法により金を６０ｎｍの膜厚に成膜しリフトオフ法によりパターニングして、ソース電極４、ドレイン電極５とした。ここで形成された電極構造のチャネル幅は１００μｍ、チャネル長は５０μｍである。その上にＳＷＮＴをジクロロエタン中１時間超音波処理して作成したＣＮＴ分散液をディスペンス法により塗布した後、１００℃にて１０分間加熱して溶媒を除去し活性層６であるＣＮＴ分散膜を作成した。さらにその上にパリレンを原料としてポリ―ｐ−キシリレンを蒸着重合法により２５０ｎｍの膜厚に成膜しゲート絶縁膜３とした。この上にゲート電極２としてアルミニウムを真空蒸着法によりシャドウマスクを通して１００ｎｍの膜厚に成膜しスイッチング素子を得た。こうして得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところオン／オフ比はいずれもおよそ８．４×１０^２、オン時の電流値は１５μＡであった。素子特性の経時変化を観察するために、この素子を乾燥空気中に２０日間放置した後再度その特性を測定したところ、オン／オフ比は８．０×１０^２、オン時の電流値は１３μＡであった。

（比較例４）
ゲート絶縁膜３に用いる材料としてポリプロピレンを用いる他は実施例２と同様の手法によりスイッチング素子を作成した。得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところオン／オフ比は７．５×１０^２、オン時の電流値は１４μＡであった。この素子を乾燥空気中に２０日間放置した後再度その特性を測定したところオン／オフ比は２．７×１０^２、オン時の電流値は１０μＡであった。

（実施例３）
ゲート絶縁膜３を形成する材料として３−（４−アミノフェニル）プロピオン酸から合成したポリ−３−（４−アミノフェニル）プロピオン酸のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液をスピンコート法で塗布した。これを１８０ｎｍの膜厚に製膜した他は、実施例１と同様の手法によりスイッチング素子を３０個作成した。得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところオン／オフ比はおよそ１０^３、オン時の電流値は最頻値が４８±７μＡでこの値の５０％以下のオン電流値を示した素子はなかった。

（実施例４）
ゲート絶縁膜３を形成するのに用いる材料として前述のポリ−３−（４−アミノフェニル）プロピオン酸のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液をスピンコート法で塗布した。これを１８０ｎｍの膜厚に製膜した他は、実施例２と同様の手法によりスイッチング素子を作成した。こうして得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところオン／オフ比はおよそ８．０×１０^２、オン時の電流値は２１μＡであった。この素子を乾燥空気中に２０日間放置した後再度その特性を測定したところオン／オフ比は７．８×１０^２、オン時の電流値は１７μＡであった。

（実施例５）
ゲート絶縁膜３を形成する材料として４−（２−ヒドロキシエチル）安息香酸から合成したポリ−４−（２−ヒドロキシエチル）安息香酸のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液をスピンコート法で塗布した。これを１８０ｎｍの膜厚に製膜した他は、実施例１と同様の手法によりスイッチング素子を３０個作成した。得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところオン／オフ比はおよそ１０^３、オン時の電流値は最頻値が５２±１０μＡでこの値の５０％以下のオン電流値を示した素子は１個であった。

（実施例６）
ゲート絶縁膜３を形成するのに用いる材料として前述のポリ−４−（２−ヒドロキシエチル）安息香酸のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液をスピンコート法で塗布した。これを１８０ｎｍの膜厚に製膜した他は実施例２と同様の手法によりスイッチング素子を作成した。こうして得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところオン／オフ比はおよそ７．２×１０^２、オン時の電流値は１６μＡであった。この素子を乾燥空気中に２０日間放置した後再度その特性を測定したところオン／オフ比は７．０×１０^２、オン時の電流値は１０μＡであった。

（実施例７）
ゲート絶縁膜３を形成する際にゲート電極２を形成した支持基板上にスパッタリング法により酸化タンタルを７０ｎｍの膜厚に形成して第２の絶縁膜とした。その後、ポリ−ｐ−キシリレンを蒸着重合法で１００ｎｍの膜厚に製膜して第１の絶縁膜とする他は実施例１と同様の手法によりスイッチング素子を３０個作成した。得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところオン／オフ比はおよそ８×１０^３、オン時の電流値は最頻値が１８０±１８μＡでこの値の５０％以下のオン電流値を示した素子はなかった。

（実施例８）
ゲート絶縁膜３を形成する際に前述のポリ−ｐ−キシリレンを蒸着重合法で１００ｎｍの膜厚に製膜して第１の絶縁膜とした。その後、スパッタリング法により酸化タンタルを５０ｎｍの膜厚に形成して第２の絶縁膜とする他は実施例２と同様の手法によりスイッチング素子を作成した。得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところオン／オフ比はおよそ８．７×１０^３、オン時の電流値は２１μＡであった。この素子を乾燥空気中に２０日間放置した後再度その特性を測定したところオン／オフ比は８．６×１０^３、オン時の電流値は２０μＡであった。

（実施例９）
ゲート絶縁膜３を形成する材料として２−（クロロメチル）オキシランとハイドロキノンから合成したポリ[オキシ（２−ヒドロキシプロパン−１，３−ジイル）オキシ−１，４−フェニレン]のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液をスピンコート法で塗布した。これを１８０ｎｍの膜厚に製膜した他は、実施例１と同様の手法によりスイッチング素子を３０個作成した。得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところオン／オフ比はおよそ１０^３、オン時の電流値は最頻値が５２±１０μＡでこの値の５０％以下のオン電流値を示した素子は１個であった。

（実施例１０）
ゲート絶縁膜３を形成するのに用いる材料として前述のポリ[オキシ（２−ヒドロキシプロパン−１，３−ジイル）オキシ−１，４−フェニレン]のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液をスピンコート法で塗布した。これを１８０ｎｍの膜厚に製膜した他は実施例２と同様の手法によりスイッチング素子を作成した。こうして得られたスイッチング素子のトランジスタ特性を測定したところオン／オフ比はおよそ７．２×１０^２、オン時の電流値は１６μＡであった。この素子を乾燥空気中に２０日間放置した後再度その特性を測定したところオン／オフ比は７．０×１０^２、オン時の電流値は１０μＡであった。

前記実施例、比較例での評価結果を表１に示す。

この出願は、２００７年６月２０日に出願された日本出願特願２００７−１６２４１６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

Claims (7)

1. 支持基板上に互いに離間したソース電極、ドレイン電極とその両方に接する活性層、さらに前記２種の電極と離間しかつゲート絶縁膜を介して前記活性層に接するゲート電極を有するスイッチング素子において、前記活性層がカーボンナノチューブの分散膜で形成され、かつ前記ゲート絶縁膜が一般式［１］で表される主鎖からなる非共役高分子より形成される層を含むことを特徴とするスイッチング素子。
   

   

   （Ａｒは芳香族基、Ｘは単結合、酸素原子、エステル結合、アミド結合から選ばれる連結基、Ａは炭素数２〜８の置換又は無置換アルキレン基、又はアルキレンオキシ基、ｎは正の整数を表す。）
2. 前記カーボンナノチューブの分散膜がカーボンナノチューブを液体分散媒中に分散させた分散液を塗布した後に、分散媒を除去して形成された膜であることを特徴とする請求項１記載のスイッチング素子。
3. 前記ゲート絶縁膜が０．０１〜１μｍの膜厚を有することを特徴とする請求項１又は２記載のスイッチング素子。
4. 前記ゲート絶縁膜が、前記非共役高分子材料の溶液を塗布後、溶媒を除去することにより形成された膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチング素子。
5. 前記ゲート絶縁膜が前記非共役高分子材料からなる単層膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスイッチング素子。
6. 前記ゲート絶縁膜が、少なくとも前記非共役高分子材料からなり、活性層に接する第１のゲート絶縁膜と、これとは異なる材料で形成される第２のゲート絶縁膜の積層膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスイッチング素子。
7. 前記一般式［１］で表される非共役高分子のＡｒが芳香族炭素環であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のスイッチング素子。

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