KR100694947B1

KR100694947B1 - 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100694947B1
Application number: KR1020067001019A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 다케우치; 노리시게 나나이
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2007-03-14
Also published as: WO2005008785A1; US7564051B2; CN1823427A; US20060177972A1; CN100456499C; JPWO2005008785A1; JP4354953B2; EP1650809A1; KR20060034708A; EP1650809A4

Abstract

본 발명의 박막 트랜지스터는 반도체층(4)과, 해당 반도체층에 상호 분리하여 마련된 소스 영역(5)과 드레인 영역(6)과 게이트 영역(2)을 갖는 박막 트랜지스터(100)로서, 상기 반도체층이 복합 재료로 구성되어 있고, 상기 복합 재료가, 유기물 반도체 재료의 내부에 적어도 1종류의 무기물 재료의 입자가 복수개 분산된 복합 재료이다.

Description

박막 트랜지스터 및 그 제조 방법{THIN FILM TRANSISTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은, 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 유기 반도체 중에 무기 재료의 입자를 분산시켜 반도체층을 형성한 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

현재, 박막 트랜지스터(이하, TFT라 함)는 액티브 매트릭스형의 액정 디스플레이 등에서의 구동 소자로서 적합하게 사용되고 있다. 이 TFT의 구성으로서는 여러 구성이 제안되고 있지만, 기본적으로는, 반도체층에 접촉하여 마련된 소스 전극과 드레인 전극 사이에 흐르는 전류를, 반도체층에 대하여 절연층을 거쳐서 마련된 게이트 전극에 인가되는 전압(즉, 인가되는 전압으로 발생하는 전계)에 의해 제어하도록 구성되어 있다. 그리고, TFT를 구성하는 반도체층에 대하여, 현재 실용화되어 있는 반도체 재료로서는, 결정 실리콘에 비하여 특성면에서는 뒤떨어지지만, 비교적 저렴한 비정질 실리콘(amorphous silicon)이나 저온 폴리실리콘 등이라고 한 무기(無機)계 반도체가 있다. 또, 게이트 전극이 마련되는 절연층에 관하여, 현재 실용화되어 있는 절연 재료로서는, 산화 실리콘이나 질화 실리콘 등이 있다. 그러나, 이들의 반도체 재료 및 절연 재료를 이용하는 TFT의 제조 프로세스에서는 플라즈마 CVD법 등의 대규모의 장치나, 정밀 가공을 위한 고가의 박막 제어 장치를 필요로 한다. 그 때문에, TFT의 제조 비용은 고비용화된다. 또, 전술한 플라즈마 CVD법 등의 제조 프로세스는 일반적으로 350℃를 초과하는 처리 온도의 프로세스를 포함하기 때문에, 사용할 수 있는 기판 재료 등에는 제한이 있다.

그런데, 최근에는, TFT 용으로서 이용 가능한 반도체 재료로서, 유기 화합물로 구성되는 유기물 반도체가 주목받고 있다. 이 유기물 반도체에 의하면, 스핀 코팅, 잉크젯 인쇄, 및 침지(浸漬) 코팅 등의 저비용 프로세스에 의해서 TFT의 반도체층을 형성하는 것이 가능하기 때문에, 전술한 비정질 실리콘이나 저온 폴리실리콘 등의 무기계 반도체를 이용하는 경우와 비교해서, TFT의 제조 비용을 저비용화하는 것이 가능하다. 또, 그들의 저비용 프로세스는 저온 프로세스이기도 하기 때문에, 사용 가능한 기판 재료 등에 관한 제한을 해소하는 것도 가능하게 된다. 또한, 전술한 바와 같이, 유기물 반도체에 의한 반도체층의 형성에는 스핀 코팅 등의 저비용 프로세스(저온 프로세스)가 적용 가능하기 때문에, 플렉서블한 기판이나 큰 면적의 기판으로의 TFT의 형성을 실현할 수 있어, 이것에 의해서 큰 화면 디스플레이나 시트라이크, 혹은 페이퍼라이크의 디스플레이, 또는 무선 ID 태그 등으로의 용도 확대가 기대된다.

그러나, 현재 보고되어 있는 유기물 반도체는 그 캐리어 이동도가 전술한 비정질 실리콘이나 저온 폴리실리콘 등의 무기계 반도체에 비하여 낮다. 또, 유기물 반도체를 이용하여 비정질 실리콘 정도의 캐리어 이동도를 실현하기 위한 수단으로서는, 유일하게, 반도체층 내에서 유기물 반도체의 소(小)분자 또는 단쇄 올리고마를 고도로 배향 제어하는 수단이 있지만, 이것은 전술한 저비용 프로세스로는 달성할 수 없다.

그래서, 비정질 실리콘 정도의 캐리어 이동도와 저비용 프로세스의 실현을 동시에 구현화하기 위해서, 무기계 반도체와 유기 재료를 조합한 유기/무기 혼성 반도체 재료가 제안되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 공보: 특허 공개 2000-260999호 공보).

이 유기/무기 혼성 반도체 재료에서는 유기 재료(유기 성분 요소)와 무기계 반도체(무기 성분 요소)가 서로 분자 레벨로 혼합되어 있다. 그리고, 이 유기/무기 혼성 반도체 재료에서는 유기 성분 요소와 무기 성분 요소가 서로 자기 어셈블리(자기 결정화)한다는 성질을 이용하여, 그 내부에 반도체인 무기 성분 요소가 고도로 배향된 고체 결정 박막을 형성한다. 이것에 의해서, 유기/무기 혼성 반도체 재료는 높은 캐리어 이동도를 실현한다. 이 유기/무기 혼성 반도체 재료로 반도체층을 형성하는 구성으로 하면, 스핀 코팅 등의 저비용 프로세스(저온 프로세스)에 의해서 TFT를 형성할 수 있기 때문에, TFT의 제조 비용을 저비용화하는 것이 가능하게 됨과 아울러, 사용 가능한 기판 재료 등에 관한 제한 등을 해소하는 것이 가능해진다. 또, 반도체층이 고도로 배향한 무기계 반도체의 결정 고체를 갖고 있기 때문에, 캐리어 이동도가 높은 TFT를 구축하는 것이 가능하게 된다. 즉, 높은 캐리어 이동도와 저비용 프로세스의 실현을 동시에 구현화하는 것이 가능하게 된다.

그런데, 현재의 플랫 패널 디스플레이에 관한 기술 트렌드는 디스플레이의 대화면화와 아울러, 시크라이크화 혹은 페이퍼라이크화이다. 그리고, 그들 기술 트렌드를 실현하기 위해서, 디스플레이를 구성하는 기판에는 경량, 기계적 유연성 및 내(耐)충격성이 요구되고 있다. 따라서, 디스플레이를 구성하는 기판 상에 형성되는 TFT에 대해서도, 기판의 경우와 마찬가지로, 경량, 기계적 유연성 및 내충격성이 요구되고 있다. 또, 매우 저렴하게 제작할 수 있는 TFT는 RFID 태그 등으로의 응용도 기대되지만, 그 때에는 여러 형상, 소재로의 대응이 필요로 되기 때문에, 역시 경량, 기계적 유연성 및 내충격성이라는 특징이 필요하게 된다.

그러나, 전술한 유기/무기 혼성 반도체 재료를 이용하는 종래의 제안에서는, 높은 캐리어 이동도와 저비용 프로세스의 실현을 동시에 구현화한다고 하는 문제는 해결하지만, 소스 전극-드레인 전극간의 채널을 형성하는 반도체의 네트워크가 결정성의 무기계 반도체의 고체 박막만으로 형성되어 있기 때문에, 경량이기는 하지만, 기계적 유연성 및 내충격성에 대해서 신뢰성에 문제가 있었다. 즉, 플렉서블인 기판으로서의 플라스틱 기판 상에 유기/무기 혼성 반도체 재료를 이용하여 TFT를 형성한 경우, 유기물 반도체를 이용하여 TFT를 형성한 경우와 비교하면, TFT가 휨에 대한 내구성이 매우 낮았다.

발명의 개시

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 저비용 프로세스에 의해서 구성 가능한, 기계적 유연성 및 내충격성이 우수한 높은 캐리어 이동 도의 TFT와, 그 TFT의 제조 방법을 제공하는 것을 제 1 목적으로 하고 있다.

또, 본 발명은 상기 TFT를 복수개 배치한 액티브 매트릭스형의 디스플레이나, 상기 TFT를 집적 회로부에 이용한 무선 ID 태그나, 상기 TFT를 집적 회로부에 이용한 휴대 텔레비전, 통신 단말, PDA, 휴대용 의료 기기 등의 휴대용 기기를 제공하는 것을 제 2 목적으로 하고 있다.

그리고, 이들 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 TFT는 반도체층과, 해당 반도체층에 서로 분리하여 마련된 소스 영역과 드레인 영역과 게이트 영역을 갖는 박막 트랜지스터로서, 상기 반도체층이 복합 재료로 구성되어 있고, 상기 복합 재료가, 유기물 반도체 재료의 내부에 적어도 1종류의 무기물 재료의 입자가 복수 분산된 복합 재료인 구성을 채용한다. 여기서, 본 명세서에 있어서, 소스 영역 및 드레인 영역은 소스 전극 및 드레인 전극, 및, 소스 전극 및 드레인 전극을 반도체층에 접속하는 콘택트층 또는 고농도 불순물 영역(층) 등을 포함하는 개념을 말한다. 이러한 구성에 의해, 유기물 반도체 재료와 무기물 재료의 입자를 갖고 이루어지는 반도체층에 관하여, 무기물 재료로서 도전성의 재료를 이용한 경우, 반도체층의 내부에 전기 저항이 낮은 영역, 즉 캐리어 이동도가 높은 영역을 다수 마련할 수 있기 때문에, 유기물 반도체 재료 단체(單體)로 반도체층을 구성하는 경우보다도 반도체층 전체로서 높은 캐리어 이동도를 실현하는 것이 가능하게 된다.

이 경우, 박막 트랜지스터의 ON 동작시에서의 상기 무기물 재료의 전기 저항이, 상기 ON 동작시에서의 상기 유기물 반도체 재료의 전기 저항보다 낮은 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 유기물 반도체 재료와 무기물 재 료의 입자를 갖고 이루어지는 반도체층에 관하여, 무기물 재료로서 박막 트랜지스터의 ON 동작시에서의 전기 저항이 유기물 반도체 재료의 전기 저항보다 낮은 재료를 이용한 경우, 반도체층의 내부에 더욱 전기 저항이 낮은 영역, 즉 캐리어 이동도가 더욱 높은 영역을 다수 마련할 수 있기 때문에, 유기물 반도체 재료 단체로 반도체층을 구성하는 경우보다도 반도체층 전체로서 더욱 높은 캐리어 이동도를 실현하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 입자의 최대 입자 직경이 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역간의 거리보다 작은 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 무기물 재료가 도체인 경우라도, 소스 영역과 드레인 영역이 하나의 무기물 재료의 입자에 의해서 전기적으로 단락되는 것이 방지된다. 또, 무기물 재료가 반도체인 경우는, 소스 영역과 드레인 영역이 하나의 무기물 재료에 의해서 전기적으로 접속되더라도 TFT를 동작시키는 것은 가능하지만, 무기물 재료로서 반도체 단체를 이용하여 구성한 종래의 TFT의 경우와 같이, 기계적 유연성이나 내충격성 등이 유기물 반도체 재료를 이용한 경우의 TFT에 비해서 뒤떨어진다. 따라서, 상기 바람직한 구성에 의하면, 무기물 재료가 반도체인 경우이더라도 플렉서블성을 갖는 유기물 반도체 재료의 내부에 무기물 반도체 재료가 존재하는 구성으로 되기 때문에, 충분한 기계적 유연성, 내충격성 등을 구비하는 TFT를 실현하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 반도체층에서의 상기 입자의 함유율이, 상기 입자의 네트워크에 의해서 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역이 전기적으로 접속되지 않도록 제한되어 있는 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 무기물 재료가 도체인 경우에도, 소스 영역과 드레인 영역 사이가, 무기물 재료의 입자끼리가 서로 접촉하여 구성되는 네트워크에 의해서 전기적으로 단락되는 것이 방지된다. 또, 무기물 재료가 반도체인 경우는, 소스 영역과 드레인 영역이 무기물 재료의 입자끼리의 접촉에 의해서 구성되는 네트워크에 의해 전기적으로 접속되더라도 TFT를 동작시키는 것은 가능하지만, 상기 네트워크는 기계적 유연성, 내충격성 등이 뒤떨어지기 때문에, TFT의 안정한 특성을 얻을 수 없다. 따라서, 상기 바람직한 구성에 의하면, 무기물 재료가 반도체의 경우이더라도 플렉서블성을 갖는 유기물 반도체 재료의 내부에 무기물 반도체 재료가 존재하는 구성으로 되기 때문에, 충분한 기계적 유연성 및 내충격성 등을 구비하는 TFT를 실현하는 것이 가능하게 된다.

이 경우, 상기 함유율이 0체적%를 초과하고 60체적% 이하인 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 유기물 반도체 재료의 내부에 분산된 각각의 무기물 재료의 입자끼리의 접촉 확률을 유효하게 제한하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 복수 분산된 상기 입자의 군(群)이, 서로 평균 입자 직경이 다른 적어도 제 1 입자군 및 제 2 입자군의 2개의 입자군을 포함하여 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 유기물 반도체 재료의 내부에서의 무기물 재료의 입자의 충전율을 용이하게 높일 수 있기 때문에, 반도체층 전체로서 보다 한층 높은 캐리어 이동도를 실현하는 것이 가능하게 된다.

이 경우, 상기 제 1 입자군의 평균 입자 직경이 상기 제 2 입자군의 평균 입 자 직경의 0% 초과 15% 미만인 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 유기물 반도체 재료의 내부에서의 무기물 재료의 입자의 충전율을 보다 간단히 높일 수 있게 된다.

또, 본 발명에서는 상기 무기물 재료가 도체 재료인 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 무기물 재료가 도체 재료로 구성되는 경우는, TFT의 반도체 특성은 유기물 반도체 재료에 의해서만 발현하게 되지만, 반도체층의 내부에 도체 재료가 분산하여 있는 것에 의해 소스 영역과 드레인 영역간의 실효적인 채널 길이가 짧아지기 때문에, 반도체층 전체로서의 캐리어 이동도를 개선하는 것이 가능하게 된다. 또, 실효적인 채널 길이가 짧아지는 것에 의해, 차단 주파수를 향상시킬 수 있게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 무기물 재료가 반도체 재료인 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 무기물 재료가 반도체 재료로 구성되는 경우는, 무기물 재료의 입자의 충전율을 충분히 높인 경우이더라도 소스 영역과 드레인 영역이 도통 상태로 될 위험성이 없고, 이에 따라 캐리어 이동도가 높은 TFT를 안정하게 실현하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 무기물 재료가 도체 재료 및 반도체 재료를 함유하는 2종류 이상의 재료의 복합 재료인 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 무기물 재료가 도체 재료 및 반도체 재료를 포함하는 2종류 이상의 재료의 복합 재료로 구성되는 경우는, 무기물 재료가 반도체 재료만으로 구성되는 경우와 도체 재료만으로 구성되는 경우의 양쪽의 효과를 얻는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에 따른 TFT의 제조 방법은 반도체층과, 해당 반도체층에 서로 분리하여 마련된 소스 영역과 드레인 영역과 게이트 영역을 갖는 박막 트랜지스터의 제조 방법으로서, 유기물 반도체 재료의 내부에 적어도 1종류의 무기물 재료의 입자를 복수 분산시켜 복합 재료를 제조하는 제 1 제조 공정과, 상기 제 1 제조 공정에서 얻어진 상기 복합 재료를 이용하여 상기 반도체층을 형성하는 제 2 제조 공정을 구비하고 있는 구성을 채용한다. 이러한 구성에 의해, 유기물 반도체 재료와 무기물 재료의 입자를 갖고 이루어지는 반도체층에 관하여, 무기물 재료로서 도전성의 재료를 이용한 경우, 반도체층의 내부에 전기 저항이 낮은 영역, 즉 캐리어 이동도가 높은 영역을 다수 마련할 수 있기 때문에, 유기물 반도체 재료 단체로 반도체층을 구성하는 경우보다도 반도체층 전체로서 높은 캐리어 이동도를 구비하는 TFT를 제조하는 것이 가능하게 된다.

이 경우, 상기 무기물 재료로서, 박막 트랜지스터의 ON 동작시에서의 전기 저항이 상기 ON 동작시에서의 상기 유기물 반도체 재료의 전기 저항보다 낮은 무기물 재료를 이용하는 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 유기물 반도체 재료와 무기물 재료의 입자를 갖고 이루어지는 반도체층에 관하여, 무기물 재료로서 박막 트랜지스터의 ON 동작시에서의 전기 저항이 유기물 반도체 재료의 전기 저항보다 낮은 재료를 이용한 경우, 반도체층의 내부에 더욱 전기 저항이 낮은 영역, 즉 캐리어 이동도가 더욱 높은 영역을 다수 마련할 수 있기 때문에, 유기물 반도체 재료 단체로 반도체층을 구성하는 경우보다도 반도체층 전체로서 더욱 높은 캐리어 이동도를 구비하는 TFT를 제조하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 입자의 입도(粒度) 분포를 소정의 입도 분포로 하기 위한 입자 선별 공정을 더 구비하고 있는 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 유기물 반도체 재료의 내부에 분산시키는 무기물 재료의 입자의 입도 분포를 소정의 입도 분포로 되도록 제어할 수 있기 때문에, 특성 편차가 작은 TFT를 제조하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 입자의 상기 반도체층 내에서의 분산 상태를 소정의 분산 상태로 하기 위한 분산 제어 공정을 더 구비하고 있는 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 유기물 반도체 재료의 내부에 분산시키는 무기물 재료의 입자의 분산 상태를 소정의 분산 상태로 되도록 제어할 수 있기 때문에, 특성 편차가 작은 TFT를 제조하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 제 2 제조 공정이, 상기 복합 재료를 소정의 용액 중에 용해 혹은 비용해의 상태로 분산시켜 반도체층 형성용 재료를 얻는 제 1 준비 공정과, 상기 제 1 준비 공정에서 얻어진 상기 반도체층 형성용 재료를 소정의 위치에 분무, 도포 혹은 인쇄한 후에 건조시켜 상기 반도체층을 형성하는 제 2 준비 공정을 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 저비용 프로세스를 이용하여 TFT를 제조하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터를 이용한 액티브 매트릭스형 디스플레이는 청구의 범위 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 박막 트랜지스터가, 화소를 구동하기 위한 스위칭 소자로서 복수개 배치되어 이루어지는 구성을 채용한다. 이러한 구성에 의해, 저비용으로 특성이 양호한 시크라이크 혹은 페이퍼 라이크의 액티브 매트릭스형 디스플레이를 구현화하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터를 이용한 무선 ID 태그는 청구의 범위 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 박막 트랜지스터가, 집적 회로를 구성하기 위한 반도체 소자로서 이용되어 이루어지는 구성을 채용한다. 이러한 구성에 의해, 무선 ID 태그를 여러 형상의 물체, 혹은 소재로 접착하는 것이 가능해진다. 또, 임의의 형상으로 형성할 수 있는 무선 ID 태그를 구현화하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터를 이용한 휴대용 기기는 청구의 범위 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 박막 트랜지스터가, 집적 회로를 구성하기 위한 반도체 소자로서 이용되어 이루어지는 구성을 채용한다. 여기서, 휴대용 기기로서는, 예컨대, 휴대 텔레비전, 통신 단말, PDA, 휴대용 의료 기기 등을 들 수 있다. 그러나, 이들 휴대용 기기에 한정되는 일 없이, 예컨대, 휴대용 AV 기기, 휴대용 컴퓨터 등의 어떠한 휴대용 기기도 포함될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 휴대 텔레비전, 통신 단말, PDA, 휴대용 의료 기기 등의 휴대용 기기에, 저비용, 플렉서블, 내충격성, 임의 형상으로 형성 가능 등의 이점을 부가하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징, 및 이점은 첨부 도면 참조하여, 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 분명해진다.

도 1(a)∼도 1(d)는 TFT의 제 1 대표적인 구성 각각을 모식적으로 나타내는 단면도,

도 2(a) 및 도 2(b)는 TFT의 제 2 대표적인 구성 각각을 모식적으로 나타내는 단면도,

도 3은 실시예 1에 따른 반도체 특성 평가용 시료(試料)의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도,

도 4(a)는 TFT을 구성하는 반도체층의 일부 단면을 모식적으로 나타내는 단면도이고, 도 4(b)는 화상 인식에 의해서 도출된 무기물 반도체 재료의 입자의 입자 직경 분포를 모식적으로 예시하는 분포도,

도 5는 실시예 1에서 이용한 P형 실리콘 결정의 입자의 종류와, 각각의 입자의 올리고티오펜 중에 있어서의 함유율과, 올리고티오펜 중의 입자 전체의 총 충전율을 나타내는 조합도,

도 6은 제 2 입자의 평균 입자 직경과 한계 총 충전율의 관계를 나타내는 상관 그래프,

도 7은 P형 실리콘 결정의 입자의 충전율과 TFT의 캐리어 이동도의 관계를 나타내는 상관 그래프,

도 8은 실시예 1에 따른 내굴곡성 평가를 하기 위한 시험 형태를 모식적으로 나타내는 형태도,

도 9는 P형 실리콘 결정의 입자의 충전율과 불량율의 관계를 나타내는 상관 그래프,

도 10은 실시예 2에서 이용한 Cu 입자의 종류와, 각각의 입자의 올리고티오펜 중에 있어서의 함유율과, 올리고티오펜 중의 입자 전체의 총 충전율을 나타내는 조합도,

도 11은 Cu 입자의 총 충전율과 TFT의 캐리어 이동도의 관계를 나타내는 상관 그래프,

도 12는 Cu 입자의 총 충전율과 TFT의 차단 주파수의 관계를 나타내는 상관 그래프,

도 13은 실시예 3에 따른 반도체층에 있어서의 무기물 반도체 재료 및 무기물 도체 재료의 종류와, 각각의 입자의 입자 직경 및 총 충전율, 또한 그들을 이용하여 제작한 TFT의 캐리어 이동도와 차단 주파수의 평균치에 대하여, 실시예 1에서 제작한 TFT의 경우와 비교한 결과를 나타내는 비교도,

도 14는 유기 EL을 표시부로 이용한 액티브 매트릭스형 디스플레이의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도,

도 15는 TFT 구동 회로부의 구성을 확대하여 나타낸 모식도,

도 16은 본 실시예에 따른 TFT를 이용한 무선 ID 태그의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도,

도 17은 본 실시예에 따른 TFT를 이용한 휴대 텔레비전의 구성을 모식적으로 나타낸 정면도,

도 18은 본 실시예에 따른 TFT를 이용한 휴대 전화의 구성을 모식적으로 나 타낸 정면도,

도 19는 본 실시예에 따른 TFT를 이용한 휴대용 의료 기기의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

(실시예 1)

본 발명의 실시예 1에서는, 반도체층이 무기물 반도체 재료의 입자를 그 내부에 복수개 함유하는 유기물 반도체 재료에 의해서 구성된 TFT에 관해서, 그 대표적인 구성, 제조 방법, 및 평가 결과 등에 대하여 설명한다.

도 1은 TFT의 제 1 대표적인 구성 각각을 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 1(a)~도 1(d)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 TFT(100)의 구성으로서는 다양한 구성이 고려된다. 어떤 구성에 있어서도, 그 구성요소로서, 기판(1)과, 게이트 전극(2)과, 게이트 절연층(3)과, 반도체층(4)과, 소스 전극(5)과, 드레인 전극(6)을 구비하고 있는 점에서는 공통적이다. 여기서, 일반적으로, 도 1(a) 및 도 1(b)는 보텀(bottom) 게이트 방식이라 부르고 있다. 또, 도 1(c) 및 도 1(d)는 톱(top) 게이트 방식이라 부르고 있다. 또한, 반도체층(4)과 소스 전극(5), 드레인 전극(6)의 위치 관계에 따라, 도 1(a) 및 도 1(c)은 톱 콘택트 방식이라고도 불리고 있다. 또, 도 1(b) 및 도 1(d)는 보텀 콘택트 방식이라고도 불리고 있다. 이들의 도 1(a)~도 1(d)에서 나타낸 TFT(100)는 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)이 단면(斷面)에서 보아 가로 방향으로 대향하도록 배치되어 있기 때문에, 가로형 TFT라고 부르고 있다.

한편, 도 1(a)∼도 1(d)에 나타낸 종래의 가로형 TFT에 대하여, 최근에는 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)이 단면에서 보아 세로 방향으로 대향하도록 배치된 세로형 TFT도 제안되어 있다.

도 2(a) 및 도 2(b)는 TFT의 제 2 대표적인 구성 각각을 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 2(a) 및 도 2(b)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 TFT(200)의 구성에서도, 그 구성요소로서, 기판(1)과, 게이트 전극(2)과, 게이트 절연층(3)과, 반도체층(4)과, 소스 전극(5)과, 드레인 전극(6)을 구비하고 있는 점에서는 도 1(a)∼도 1(d)에서 나타낸 TFT(100)와 기본적으로 마찬가지이다. 그러나, 본 실시예에 따른 TFT(200)에서는, 도 2(a) 및 도 2(b) 어디에 있어서도, 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)이 반도체층(4)을 그 막 두께 방향으로(세로 방향으로) 사이를 두고 대향하도록 배치되어 있다. 이 때문에, TFT(200)는 세로형 TFT라고 부르고 있다.

또한, 본 발명에 의해서 얻어지는 효과는 반도체층의 재료 구성에 관한 작용에 의해서 얻어지는 것이기 때문에, TFT 자체의 구성은 도 1 및 도 2에 나타낸 어떤 구성이라도 무방하며, 즉, 어떠한 구성에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 이후의 설명에서는, TFT의 구성의 대표예로서, 도 1(c)에 나타낸 탑 게이트 방식의 TFT(100)의 구성을 적용한 경우에 대하여 설명한다.

도 1(c)에 도시하는 바와 같이, 탑 게이트 방식이 채용된 TFT(100)는 기판(1)과, π 공역계 유기 반도체 분자로 이루어지는 반도체층(4)과, 소스 전극(5)과, 드레인 전극(6)과, 게이트 절연층(3)과, 게이트 전극(2)을 갖고 있다. 구체적으로는, 기판(1)의 주면(主面) 상에 반도체층(4)이 마련되어 있고, 이 반도체층(4) 위에 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)이 서로 분리되도록 마련되어 있다. 또, 이 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)과, 반도체층(4)의 노출면의 쌍방을 덮도록 게이트 절연층(3)이 마련되어 있다. 그리고, 이 게이트 절연층(3) 위에, 평면에서 보아 적어도 소스 전극(5)과 드레인 전극(6) 사이에 위치하도록 게이트 전극(2)이 마련되어 있다. 즉, 도 1(c)에 나타내는 탑 게이트 방식이 채용된 TFT(100)는 기판(1) 상에 반도체층(4), 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6), 게이트 절연층(3)이 적층되고, 이 게이트 절연층(3) 위에 게이트 전극(2)이 배치된 구성을 갖고 있다.

도 1(c)에 나타내는 TFT(100)에서는, 기판(1)으로서 폴리에틸렌계의 플라스틱 기판을 이용하고 있다. 또, 반도체층(4)을 구성하는 유기물 반도체 재료로서는, π 공역계 유기 반도체 분자 내의 하나인 올리고티오펜 유도체 분자(이하, 간단히 올리고티오펜이라 함)를 이용하고 있다. 그리고, 이 반도체층(4)에서 유기물 반도체 재료의 내부에 분산시키는 무기물 반도체 재료로서는, TFT의 ON 동작시에서의 전기 저항이 유기물 반도체 재료보다도 낮은 P형 실리콘 결정의 입자를 이용하고 있다. 또, 이 P형 실리콘 결정의 입자의 입자 직경을 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)간의 거리보다도 작은 입자 직경으로 하고 있다. 또한, 소스 전극(5), 드레인 전극(6), 및 게이트 전극(2)을 구성하는 재료로서는, PEDOT(폴리 3, 4-에틸렌 다이옥시티오펜)을 주성분으로 하는 전극 재료를 이용하고 있다. 또, 게이트 절연층(3)을 구성하는 재료로서는 폴리비닐페놀을 이용하고 있다.

상기 구성을 갖는 TFT(100)를 제조하는 경우, 먼저 유기물 반도체 재료의 내부에 분산시키는 P형 실리콘 결정의 입자를 소망하는 입자 직경마다 일정한 입도 분포에 수렴되도록 선별한다. 그리고, 그 후, 반도체층(4)의 형성 시에 소망하는 충전량으로 되도록, 올리고티오펜이 용해된 용액 중에 전술한 P형 실리콘 결정의 입자를 첨가한다. 이 때, 유기물 반도체 재료의 내부에서 P형 실리콘 결정의 입자의 응집이 발생하지 않도록, 또, 그 밀도 분포에 불균일이 발생하지 않도록 하기 위해서, 올리고티오펜이 용해된 용액중에 P형 실리콘 결정의 입자를 첨가한 후, 그 혼합액을 충분히 교반한다. 올리고티오펜이 용해된 용액 중에서의 P형 실리콘 결정의 입자의 분산 상태는, 예컨대, 눈으로 보는 것 또는 광학현미경 등에 의한 관찰에 의해서 확인된다. 이에 따라, 반도체층(4)을 형성했을 때의 P형 실리콘 결정의 입자의 분산 상태를 양호하게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 올리고티오펜이 용해된 용액 중에서 P형 실리콘 결정의 입자가 응집 또는 불균일하게 된 경우에는, 그들의 혼합액의 교반을 더욱 충분히 실시한다.

다음에, 이렇게 하여 준비한 반도체층(4)을 형성하기 위한 반도체층 형성용 재료를 플라스틱제의 기판(1) 상에 스핀 코팅법에 의해서 도포한다. 그리고, 그 반도체층 형성용 재료가 도포된 기판(1)을 충분히 건조시킴으로써, 기판(1) 상에 반도체층 형성용 재료로 이루어지는 반도체층(4)을 형성한다.

다음에, 반도체층 형성용 재료로 이루어지는 반도체층(4) 상에 소스 전극(5) 과 드레인 전극(6)을 형성하기 위해서, 소정의 전극 재료를, 소망하는 형상을 얻을 수 있도록 미리 패터닝된 스크린판을 이용하는 것에 의해 인쇄한 후에 충분히 건조시킨다. 이것에 의해서, 반도체층(4) 상에는 소망하는 형상의 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)이 형성된다.

그 후, 게이트 절연층(3)을 형성하기 위해서, 소정의 절연 재료를 미리 패터닝된 스크린판을 이용하는 것에 의해서, 소스 전극(5), 드레인 전극(6) 및 반도체층(4) 상에 인쇄한 후에 충분히 건조시킨다. 이에 따라, 반도체층(4), 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6) 상에는 소망하는 형상의 게이트 절연층(3)이 형성된다.

그리고, 마지막으로, 게이트 절연층(3) 상에 게이트 전극(2)을 형성하기 위해서, 상기와 마찬가지로 하여, 소정의 전극 재료를, 소망하는 형상을 얻을 수 있도록 미리 패터닝된 스크린판을 이용하는 것에 의해 인쇄한 후, 이것을 충분히 건조시킨다. 이것에 의해서, 게이트 절연층(3) 상에는 소망하는 형상의 게이트 전극(2)이 형성된다.

이와 같이, TFT(100)는 기판(1) 상에 반도체층(4), 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6), 게이트 절연층(3), 및 게이트 전극(2)의 각각이 스크린판을 이용하는 인쇄법에 의해서 인쇄되고, 그 후 충분히 건조됨으로써 형성된다.

본 실시예에서는, TFT(100)의 반도체 특성(차단 주파수, 캐리어 이동도 등)을 평가하기 위해서, TFT(100)를 복수개 배치한 반도체 특성 평가용 시료를 이용하고 있다.

도 3은 실시예 1에 따른 반도체 특성 평가용 시료의 구성을 모식적으로 나타 내는 사시도이다. 또한, 도 3에서는 반도체 특성 평가용 시료의 일부분을 발췌하여 나타내고 있다. 또, 도 3에서는, 하나의 TFT를 하나의 평행 사변형에 의해서 모식적으로 나타내고 있다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 반도체 특성 평가용 시료(300)는, 단면 구조가 도 1(c)와 같이 나타내어지는 TFT(100)를 1장의 플라스틱 기판(7) 상에서 8×8의 매트릭스 형상으로 갖고 있다. 여기서, 본 실시예에서는, 플라스틱 기판(7)의 크기를 70㎜×70㎜로 하고 있다. 또, 반도체 특성 평가용 시료(300)에는, 플라스틱 기판(7)의 위쪽으로부터 각 TFT(100)의 각 전극에 전기적으로 콘택트할 수 있도록 하기 위해서, 프로빙 패드부가 마련되어 있다. 또한, 각각의 TFT(100)에 있어서, 소스 전극과 드레인 전극간의 거리(채널 길이)는 각각 100㎛로 하고 있다.

또, 본 실시예에서는, 유기물 반도체 재료의 내부에 분산된 무기물 반도체 재료의 입자의 평균 입자 직경을 측정하는 방법으로서, 화상 인식을 이용한 평균 입자 직경 측정 방법을 이용하고 있다.

도 4(a)는 TFT를 구성하는 반도체층의 일부의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 여기서, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 상기 반도체층의 일부의 단면(400)을 관찰함으로써, 무기물 반도체 재료의 입자(8)가 유기물 반도체 재료(9)의 내부에 분산되어 있는 상태를 용이하게 확인할 수 있다. 무기물 반도체 재료의 입자(8)는 다양한 입자 직경의 입자로 구성되어 있다.

도 4(a)에 도시하는 바와 같이, TFT(100)를 구성하는 반도체층(4)의 단면 (400)을 광학현미경이나 전자현미경 등의 관찰 수단에 의해서 관찰하면, 색조(色調)의 차이(또는, 농담(農談)의 차이)에 의해서, 무기물 반도체 재료의 입자(8)와 유기물 반도체 재료(9)를 구별하여 인식하는 것이 가능하다. 예컨대, 도 4(a)에서는, 무기물 반도체 재료의 입자(8)는 백색체로서 인식 가능하다. 한편, 유기물 반도체 재료(9)는 흑색체로서 인식 가능하다. 이 경우, 도 4(a)에 나타낸 바와 같이 반드시 무기물 반도체 재료의 입자(8)가 백색이고, 유기물 반도체 재료(9)가 흑색으로서 관찰되는 것은 아니지만, 관찰한 화상에는 재료의 종류마다 색조의 차이(또는, 색의 농담)가 나타나기 때문에, 화상 처리에 의해서 임계값을 조정하는 등 함으로써 2치화하는 것에 의해, 무기물 반도체 재료의 입자(8)와 유기물 반도체 재료(9)를 구별하는 것이 가능하다. 그리고, 전술한 관찰 수단에 의해서 무기물 반도체 재료의 입자(8)와 유기물 반도체 재료(9)가 식별되면, 소정의 화상 인식 소프트웨어 및 데이터 처리 장치에 의해서 무기물 반도체 재료의 입자(8)의 면적이 산출된 후, 그 산출된 면적에 근거하여 무기물 반도체 재료의 입자(8)의 입자 직경이 산출된다. 그렇게 하면, 데이터 처리 장치에서는, 그 산출된 각각의 무기물 반도체 재료의 입자(8)의 입자 직경이 축적(蓄積)되어, 유기물 반도체 재료(9)의 내부에 분산된 무기물 반도체 재료의 입자(8)의 입자 직경 분포가 구해진다.

도 4(b)는 화상 인식에 의해서 도출된 무기물 반도체 재료의 입자의 입자 직경 분포를 모식적으로 예시하고 있다. 또한, 도 4(b)에서, 가로축은 화상 인식 수단에 의해서 구해진 무기물 반도체 재료의 입자(8)의 입자 직경을 나타내고 있으며, 세로축은 빈도(도수(度數))를 나타내고 있다.

도 4(b)에 예시하는 바와 같이, 화상 인식에 의해서 구해진 입자 직경 분포로부터, 유기물 반도체 재료(9)의 내부에 분산된 무기물 반도체 재료의 입자(8)의 평균 입자 직경이 구해진다. 예컨대, 도 4(b)에서의 피크 a는 무기물 반도체 재료의 입자(8)에 관한 제 1 입자군의 평균 입자 직경을 나타내고 있다. 또, 도 4(b)에서의 피크 b는 무기물 반도체 재료의 입자(8)에 관한 제 2 입자군의 평균 입자 직경을 나타내고 있다. 이들 피크 a 및 피크 b의 분리, 및 그것에 근거한 각각의 입자군에 관한 평균 입자 직경의 산출은 화상 인식 소프트웨어에 의해서 자동적으로 실행하는 것이 가능하다.

이와 같이, 본 실시예에서는, 유기물 반도체 재료(9)의 내부에 분산된 무기물 반도체 재료의 입자(8)의 평균 입자 직경을 화상 인식 수단을 이용하는 것에 의해 구하고 있다. 또한, 본 실시예에서 나타낸 화상 인식 수단을 이용한 평균 입자 직경의 산출 방법은 다양한 임의의 평균 입자 직경의 산출 방법의 일례이다. 따라서, 평균 입자 직경의 산출은 상술한 화상 인식 수단을 이용한 방법에 한정되지 않고, 어떠한 수단을 이용하더라도 무방하다.

도 5는 실시예 1에서 이용한 P형 실리콘 결정의 입자의 종류(여기서는, 평균 입자 직경의 종류)와, 각각의 입자의 올리고티오펜 중에 있어서의 함유율(체적%)과, 올리고티오펜 중의 입자 전체의 총 충전율(체적%)을 나타내고 있다. 여기서, 본 실시예에서는, P형 실리콘 결정의 입자로서, 그 평균 입자 직경이 20㎛인 제 1 입자(P형 실리콘 결정 1)와, 그 평균 입자 직경이 1.5㎛인 제 2 입자(P형 실리콘 결정 2)를 이용하고 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서는, 총 충전율이 40체적%까지는 평균 입자 직경이 20㎛인 제 1 입자의 1종류만으로 반도체층용 재료를 제작하였다. 또, 그 이상의 총 충전율에 대해서는, 평균 입자 직경이 1.5㎛인 제 2 입자를 더욱 부가해 가는 것에 의해 반도체층용 재료를 제작하였다. 그 이유는 단일 입자 직경의 입자에 의해서 충전율을 일정한 충전율 이상으로 높이기 위해서는, 반도체층의 성막 후에 프레스 공정을 마련하는 등의 프로세스 상의 고안이 필요하게 되어, 이 여분의 공정의 추가를 방지하기 위해서이다.

여기서, P형 실리콘 결정의 평균 입자 직경의 설정에 관하여, 상술한 제 2 입자의 입자 직경의 설정 근거에 대하여 설명한다.

도 6은 제 2 입자의 평균 입자 직경과 한계 총 충전율과의 관계를 나타내는 상관 그래프이다. 또한, 도 6에 있어서, 가로축은 제 2 입자의 평균 입자 직경(㎛)을 나타내고 있으며, 세로축은 한계 총 충전율(체적%)을 나타내고 있다.

본 실시예에서는, 제 1 입자(평균 입자 직경: 20㎛)의 함유율이 40체적%인 반도체층용 재료에 대하여, 제 2 입자의 평균 입자 직경을 변화시켜 부가한 경우의 한계 총 충전율을 확인하는 것에 의해 제 2 입자의 평균 입자 직경을 설정하고 있다. 구체적으로는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 제 2 입자의 평균 입자 직경을 3㎛(즉, 제 1 입자의 입자 직경의 15%)보다 작게 한 경우, 단일 입자 직경의 입자에 의한 경우의 한계 총 충전율(도 6에서 검은 원으로 표시)을 상회하는 총 충전율을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 한편, 도 6에 도시하는 바와 같이, 제 2 입자의 입자 직경이 제 1 입자의 입자 직경의 15%를 상회하는 경우에는, 총 충전율이 상기 한계 총 충전율을 하회하는 것을 알 수 있다. 즉, 프레스 공정 등의 성막 후의 추가 처리를 행하지 않는 경우, 제 1 입자보다 작은 입자 직경을 구비하는 제 2 입자를 혼합함으로써, P형 실리콘 결정의 입자의 충전율을 용이하게 높이는 것이 가능하다. 그리고, 본 실시예에서는, 이러한 조사 결과에 근거하여, 제 2 입자의 입자 직경을, 제 1 입자의 입자 직경의 0% 초과 15% 미만으로 하는 것으로 하고 있다. 구체적으로는, 여기서는 제 2 입자의 입자 직경을 1.5㎛로 설정하고 있다.

이하, 본 실시예에 있어서의 TFT의 반도체 특성에 관한 평가 결과에 대하여 설명한다.

도 7은 P형 실리콘 결정의 입자의 충전율과 TFT의 캐리어 이동도의 관계를 나타내는 상관 그래프이다. 또한, 도 7에 있어서, 가로축은 P형 실리콘 결정의 입자의 총 충전율(체적%)을 나타내고 있으며, 세로축은 TFT의 캐리어 이동도(㎠/Vs)의 평균치를 나타내고 있다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 도 5에서 나타낸 P형 실리콘 결정의 입자의 충전율이 다른 여러 반도체층용 재료를 이용하여 TFT를 제작하고, 이 TFT를 이용하여 캐리어 이동도의 평가를 행하였다. 그 결과, P형 실리콘 결정의 입자의 충전율이 상승함에 따라, TFT의 캐리어 이동도가 향상하는 것이 밝혀졌다.

다음에, 제작한 TFT의 휨에 대한 신뢰성의 평가를 행한 결과에 대하여 설명한다.

도 8은 실시예 1에 따른 내굴곡성 평가를 하기 위한 시험 형태를 모식적으로 나타내는 형태도이다.

본 내굴곡성 평가에서는, 도 3에 나타낸 플라스틱 기판(7) 상에 8×8의 매트릭스 형상으로 TFT(100)가 형성된 반도체 특성 평가용 시료(300)를, 도 8에 도시하는 바와 같이 그 중심 부분을 상하로 5㎜ 변위시키는 시험을 1 사이클로 하는 10사이클의 신뢰성 시험을 하였다. 그리고, 반도체 특성 평가용 시료(300)를 구성하는 모두 64 소자의 TFT(100) 중, 하나라도 동작하지 않은 TFT가 있었던 경우, 불량이라고 판정하는 것으로 하였다. 또한, 본 내굴곡성 평가는, P형 실리콘 결정의 입자의 각 충전량마다 10장의 시료를 준비하고, 그 시료를 이용하여 TFT의 불량률을 산출하였다.

도 9는 P형 실리콘 결정의 입자의 충전율과 불량률의 관계를 나타내는 상관 그래프이다. 또한, 도 9에 있어서, 가로축은 P형 실리콘 결정의 입자의 총 충전율(체적%)을 나타내고 있으며, 세로축은 TFT의 불량률(%)을 나타내고 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, P형 실리콘 결정의 입자의 충전율이 낮은 경우에는 TFT의 불량은 거의 발생하지 않지만, 충전율이 60체적%에서 40%의 불량이 발생하고, 충전율이 65체적%에서는 모든 시료가 휨 시험에 의해서 불량으로 되는 것이 밝혀졌다. 이것은 무기물 반도체 재료인 P형 실리콘 결정의 입자의 충전율이 높아짐에 따라서, 반도체층의 탄성을 잃기 때문이라고 생각된다. 이 평가 결과로부터, 반도체층에서의 무기물 반도체 재료의 입자의 함유율은 0체적% 초과 60체적% 이하인 것이 바람직하다고 밝혀졌다.

또한, 본 실시예에서는 유기물 반도체 재료로서 올리고티오펜을 이용하고, 유기물 반도체 재료의 내부에 분산시키는 무기물 반도체 재료로서 P형 실리콘 결정 의 입자를 이용하고 있지만, 본 발명의 효과는 이들 재료에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 유기물 반도체 재료로서, 펜타센, 테트라센, 올리고아센 등의 아센계의 유기물 반도체 재료나, 그들의 구조의 일부를 치환 또는 화학 수식(修飾)한 유도체를 이용하여도 된다. 또, 티오펜계 폴리머나 아센계 폴리머의 유도체에 한정되지 않고, 아세틸렌계, 피롤계, 또는 페닐렌계의 폴리머의 유도체를 이용하여도, 본 발명의 효과와 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다. 또한, 상기 재료의 어떤 것을 조합한 코폴리머의 유도체를 이용하여도, 본 발명의 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 무기물 반도체 재료로서, 게르마늄이나 금속간 화합물의 반도체 등을 이용하여도, 본 발명의 효과와 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다.

또, 유기물 반도체 재료의 내부에 분산시키는 무기물 반도체 재료의 입자의 입자 직경에 관해서도, 도 5에 나타낸 입자 직경에 한정되는 것이 아니다. 즉, 탄성이 우수한 유기물 반도체 재료의 내부에 전기 저항이 낮은 무기물 반도체 재료의 입자를 분산시킨다고 하는 본 발명의 사상에 따른 재료의 조합이면, 본 발명의 효과는 마찬가지로 얻어진다.

또, 본 실시예에서는 소스 전극, 드레인 전극, 및 게이트 전극의 각각의 전극 재료로서 PEDOT를 주성분으로 하는 전극 재료를 이용하고 있지만, 그 외의 도전성 고분자 재료를 이용하는 것도 가능하다. 또, ITO, Au, 또는 Cu 등의 무기 재료를 이용하는 것도 가능하다. 단, 기계적 유연성, 내충격성이 있는 TFT를 구성하기 위해서는 탄성이 있는 재료를 선택하거나, 혹은 휨의 영향을 받기 어려운 전극 구성을 선택하는 것이 바람직하다. 또, 게이트 절연층이나 기판도 본 실시예에서 이 용한 재료에 한정은 되지 않지만, 전극과 마찬가지로 탄성이 있는 재료를 선택하거나, 혹은 휨의 영향을 받기 어려운 재료를 이용하는 것이 바람직하다.

또, 상술한 바와 같이, 유기물 반도체 재료, 및 무기물 반도체 재료의 각 재료 요소는 각각이 단일 재료일 필요는 없으며, 2종류 이상의 재료가 혼합된 재료(무기물 반도체 재료에 대해서는 별도로 유기물 반도체 재료의 내부에 분산되더라도 되고, 혼합 입자로서 분산되더라도 됨)이더라도 무방하다. 이러한 구성으로서도, 본 발명의 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 용이하게 유추할 수 있다.

(실시예 2)

본 발명의 실시예 2에서는, 반도체층이 무기물 도체 재료의 입자를 그 내부에 복수개 함유하는 유기물 반도체 재료에 의해서 구성된 TFT에 대해서, 그 대표적인 구성, 제조 방법, 및 평가 결과 등에 대하여 설명한다.

본 실시예에서는, TFT 자체의 구성으로서는, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 도 1(c)에 나타내는 구성을 이용하고 있다. 그리고, 기판(1)을 구성하는 재료로서, 폴리에틸렌계의 플라스틱 기판을 이용하고 있다. 또, 반도체층(4)을 구성하는 재료로서는, 유기물 반도체 재료로서 치환계 올리고티오펜을 이용하고, 그 내부에 분산시키는 무기물 도체 재료로서 입자 형상의 Cu를 이용하고 있다. 또, 소스 전극(5), 드레인 전극(6), 및 게이트 전극(2)을 구성하는 재료로서는 PEDOT를 주성분으로 하는 전극 재료를 이용하고 있다. 또, 게이트 절연층(3)을 구성하는 재료로서는 폴리비닐페놀을 이용하고 있다.

또, 본 실시예에 따른 TFT의 제조 방법은 기본적으로 실시예 1의 경우와 동일한 제조 방법이다. 그 제조 방법의 개략을 설명하면, 먼저 유기물 반도체 재료의 내부에 분산시키는 Cu 입자를 소망하는 입자 직경마다 일정한 입도 분포에 수렴되도록 선별한다. 그 후, 반도체층 형성 시에 소망하는 충전량으로 되도록, 치환계 올리고티오펜이 용해된 용액 중에 Cu 입자를 첨가한다. 이 때, Cu 입자의 응집이나, 불균일한 밀도 분포가 발생하지 않도록 하기 위해서, 치환계 올리고티오펜과 Cu 입자를 갖는 용액을 충분히 혼합한다. 이에 따라, 반도체층을 형성했을 때의 Cu 입자의 분산 상태를 양호하게 하는 것이 가능해진다. 그리고, 이렇게 하여 준비한 반도체층(4)을 형성하기 위한 반도체층 형성용 재료를 플라스틱 기판(1) 상에 스핀 코팅법에 의해서 도포하여 건조시킴으로써 반도체층(4)을 형성한다. 그리고, 마지막으로 소스 전극(5), 드레인 전극(6), 게이트 전극(2), 및 게이트 절연층(3)을, 소망하는 형상을 얻을 수 있도록 스크린 인쇄에 의해서 형성한 후, 충분히 건조시킨다.

또, 본 실시예에서는, TFT의 반도체 특성 등의 평가를 할 때, 실시예 1과 마찬가지로, 그 치수가 70㎜×70㎜의 플라스틱 기판(7) 상에 TFT(100)를 8×8의 매트릭스 형상으로 구성한 반도체 특성 평가용 시료(300)를 이용하고 있다. 또, 유기물 반도체 재료의 내부로의 Cu 입자의 분산 방법으로서는, 도 5에서 나타낸 실시예 1에서의 P형 실리콘 결정의 입자의 마찬가지로, 도 10에 도시하는 바와 같이 Cu 입자의 총 충전율이 높은 경우에 대해서는 제 1 입자(Cu 입자 1; 평균 입자 직경 10㎛)와 제 2 입자(Cu 입자 2; 평균 입자 직경 1㎛)의 2종류의 입자를 혼합하는 것으 로 하고 있다.

도 11은 Cu 입자의 총 충전율과 TFT의 캐리어 이동도의 관계를 나타내는 상관 그래프이다. 또한, 도 11에 있어서, 가로축은 Cu 입자의 총 충전율(체적%)을 나타내고 있으며, 세로축은 TFT의 캐리어 이동도(㎠/Vs)의 평균치를 나타내고 있다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 도 10에서 나타낸 Cu 입자의 총 충전율이 다른 여러 반도체층용 재료를 이용하여 TFT를 제작하고, 이 TFT을 이용하여 캐리어 이동도를 평가하였다. 그 결과, Cu 입자의 충전율이 상승함에 따라, TFT의 캐리어 이동도가 향상되는 것이 밝혀졌다. 또한, 도 11에서는, Cu 입자의 총 충전율이 60체적%의 시료에서는 하나의 시료 내에서 소스 전극과 드레인 전극간이 단락되어 반도체 특성을 측정할 수 없는 시료가 반수 이상 있었기 때문에, 캐리어 이동도가 측정 가능하였던 TFT만의 평균치를 나타내고 있다. 또, 도 10에는 나타내고 있지 않지만, Cu 입자의 총 충전율을 60체적% 이상으로 높인 경우는, 모든 TFT에서 상기 단락이 발생하여 반도체 특성의 측정이 불가능하였다. 이와 같이, 유기물 반도체 재료의 내부에서의 Cu 입자의 총 충전율이 상승함에 따라서, TFT의 캐리어 이동도가 향상하는 것이 밝혀졌다.

도 12는 Cu 입자의 총 충전율과 TFT의 차단 주파수(이득이 1로 되는 주파수)의 관계를 나타내는 상관 그래프이다. 또한, 도 12에 있어서, 가로축은 Cu 입자의 총 충전율(체적%)을 나타내고 있으며, 세로축은 TFT의 차단 주파수(㎐)의 평균치를 나타내고 있다.

도 12에 도시하는 바와 같이, 유기물 반도체 재료의 내부에서의 Cu 입자의 총 충전율이 상승함에 따라, TFT의 차단 주파수도 상승하는 것을 알 수 있다. 즉, 유기물 반도체 재료를 이용하는 TFT의 차단 주파수의 개선에 대하여, 반도체층으로의 Cu 입자의 첨가의 유효성이 인정되었다.

또한, 본 실시예에서는, 유기물 반도체 재료로서 치환계 올리고티오펜을, 분산시키는 무기물 도체 재료로서 Cu 입자를 이용했지만, 본 발명의 효과는 이들 재료에 한정된 경우에 발현하는 것은 아니다. 또, 분산시키는 Cu 입자의 입자 직경에 대해서도, 도 10에 나타낸 입자 직경에 한정되는 것이 아니다. 즉, 탄성이 우수한 유기물 반도체 재료의 내부에 전기 저항이 낮은 무기물 도체 재료의 입자를 분산시킨다고 하는 본 발명의 사상에 따른 재료의 조합이면, 본 발명의 효과는 마찬가지로 얻어진다. 그 외의 점에 대해서는 실시예 1의 경우와 마찬가지이다.

(실시예 3)

본 발명의 실시예 3에서는, 반도체층이 무기물 반도체 재료의 입자와 무기물 도체 재료의 입자를 복수개 내부에 함유하는 유기물 반도체 재료에 의해서 구성된 TFT에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서는, TFT 자체의 구성, 반도체 특성 등을 평가하기 위한 시료의 구성, 및 TFT의 제조 방법 등은 실시예 1, 2의 경우와 마찬가지이다. 따라서, 여기서는 그 설명은 생략한다. 또, TFT를 구성하는 각 구 성요소의 적용 재료는 반도체층을 제외하고 실시예 1의 경우와 마찬가지로 하고 있다. 예컨대, 반도체층을 형성하기 위한 베이스로 되는 유기물 반도체 재료는 실시예 1의 경우와 동일한 올리고티오펜을 이용하고 있다.

도 13은 실시예 3에 따른 반도체층에 있어서의 무기물 반도체 재료 및 무기물 도체 재료의 종류와, 각각의 입자의 입자 직경 및 총 충전율, 또한 그것들을 이용하여 제작한 TFT의 캐리어 이동도와 차단 주파수의 평균치에 대하여, 실시예 1에서 제작한 TFT의 경우와 비교한 결과를 나타내는 비교도이다.

도 13에 도시하는 바와 같이, 무기물 반도체 재료의 입자로서 P형 실리콘 결정의 입자만을 유기물 반도체 재료의 내부에 분산시킨 실시예 1의 경우에 비해서, Cu 입자도 함께 분산시킨 실시예 3(도 13에 있어서, 실시예 3(1) 및 (2))의 경우 쪽이, 캐리어 이동도, 차단 주파수 모두 향상하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 유기물 반도체 재료를 이용하는 TFT의 캐리어 이동도 및 차단 주파수의 개선에 대하여, 반도체층으로의 P형 실리콘 결정 입자 및 Cu 입자의 2종류의 입자의 첨가가 유효한 것이 인정되었다.

또한, 본 실시예에서는, 유기물 반도체 재료로서 올리고티오펜을 이용하고, 분산시키는 무기물 반도체 재료로서 P형 실리콘 결정의 입자를, 분산시키는 무기물 도체 재료로서 Cu 입자를 이용하고 있지만, 본 발명의 효과는 이들 재료에 한정된 경우에 발현하는 것은 아니다. 또, 분산시키는 입자의 입자 직경에 관해서도, 도 13에 나타낸 입자 직경에 한정되는 것이 아니다. 즉, 탄성이 우수한 유기물 반도체 재료의 내부에 전기 저항이 낮은 무기물 반도체 재료의 입자와 무기물 도체 재료의 입자를 분산시킨다고 하는 본 발명의 사상에 따른 재료의 조합이면, 본 발명의 효과는 마찬가지로 얻어진다. 또한, 그 외의 점에 대해서는 실시예 1, 2의 경우와 마찬가지이다.

또, 실시예 1~3에 있어서, 유기물 반도체 재료의 내부에 분산시키는 무기물 재료의 입자의 형상은 어떠한 구상(球狀)으로 했지만, 본 발명의 효과는 이 구성에 한정된 경우에 발현되는 것은 아니며, 침 형상 입자나 비늘 조각 형상 입자 등의 비구상 입자를 이용하여도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또, 이들을 혼합한 것을 이용하여도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또, 실시예 1~3에 있어서의 TFT의 제조 방법에서는 반도체층을 형성하기 위해서 스핀 코팅법을 이용한 예를 설명하고 있지만, 본 발명의 구성을 실현하기 위한 반도체층의 형성 수단은 이것에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 잉크젯 인쇄, 침지(浸漬) 코팅, 또는 스크린 인쇄 등의 프로세스를 이용하여도, 실시예 1~3의 경우와 동등한 반도체층을 형성하는 것이 가능하여, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(실시예 4)

본 발명의 실시예 4에서는, 실시예 1~3에서 설명한 TFT를 이용한 애플리케이션예로서, 시트라이크의 플렉서블 디스플레이, 무선 ID 태그, 및, 휴대 텔레비전, 통신 단말, 휴대용 의료 기기 등의 휴대용 기기에 대하여 설명한다.

먼저, 시트라이크의 플렉서블 디스플레이로서 유기 EL을 표시부에 이용한 액티브 매트릭스형 디스플레이의 구성예에 대하여 설명한다.

도 14는 본 실시예에 따른 유기 EL을 표시부에 이용한 액티브 매트릭스형 디스플레이의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.

도 14에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 액티브 매트릭스형 디스플레이는 플라스틱 기판(101) 상에 화소 전극에 접속된 TFT 구동 회로(110)가 어레이 형상으로 배치되어 있고, 그 TFT 구동 회로(110) 위에 유기 EL층(102)과 보호 필름(104)이 배치되어 있다. 또한, 유기 EL층(102)의 상면(上面)에는 투명 전극(103)이 마련된다. 여기서, 유기 EL층(102)은 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층 등의 각 층이 적층되어 구성되고 있다. 그리고, 각각의 TFT의 소정의 전극으로부터 연장된 소스 전극선(105)과 게이트 전극선(106)은 각각 여기서는 도시하지 않은 제어 회로에 접속되어 있다. 여기서, TFT 구동 회로부(110)의 확대도를 도 15에 나타낸다. 또한, TFT 자체의 적층 구성은 기본적으로 실시예 1~3에서 나타낸 적층 구조와 마찬가지이다. 즉, 도 15에 나타내는 TFT는 반도체층(113)과, 소스 전극(114) 및 드레인 전극(115)과, 게이트 절연층(112)과, 게이트 전극(111)이 적층되어 이루어진다. 그리고, 도 15에 도시하는 바와 같이, 드레인 전극(115)은 유기 EL의 화소 전극(116)에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 게이트 전극(111)이 접속된 게이트 전극선(106)과, 소스 전극(114)이 접속된 소스 전극선(105)이 교차하는 부분에는 절연층(117)이 배치되어 있다.

이와 같이, 실시예 1~3에서 설명한 TFT를 이용하여 액티브 매트릭스형의 디 스플레이를 구성함으로써, TFT 부분을 저비용 프로세스로 제작할 수 있기 때문에, 디스플레이 전체로서도 저렴하고, 또한 기계적 유연성 및 내충격성이 우수한 시크라이크의 디스플레이를 실현할 수 있다. 또, 표시 속도(반응 속도)가 빠른 액티브 매트릭스의 디스플레이를 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시예에서는 표시부에 유기 EL을 이용한 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명의 효과는 이 구성을 갖는 액티브 매트릭스형의 디스플레이에 한정되는 것이 아니다. 즉, TFT 회로를 필요로 하는 액티브 매트릭스형의 디스플레이이면, 그 효과는 마찬가지로 발휘된다.

또, 화소를 구동하는 구동 회로부의 구성은, 본 실시예에서 나타낸 구성에 한정되는 것은 아니다. 즉, 예컨대, 하나의 화소를 구동하기 위해서 전류 구동용의 TFT와 그것을 제어하기 위한 스위칭용 TFT을 조합한 구성으로 하여도 된다. 또, 또한 복수개의 TFT를 조합시킨 회로 구성으로 하는 것도 가능하다.

다음에, 본 발명에 따른 TFT를 무선 ID 태그에 응용한 경우에 대하여 설명한다.

도 16은 본 실시예에 따른 TFT를 이용한 무선 ID 태그의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이다.

도 16에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 무선 ID 태그(120)는 필름 형상의 플라스틱 기판(121)을 기재로서 사용하고 있다. 이 기판(121) 상에는 안테나부(122)와 메모리 IC부(123)가 마련되어 있다. 여기서, 메모리 IC부(123)는 실시예 1~3에서 설명한 TFT를 이용하여 구성하는 것이 가능하다. 그리고, 이 무선 ID 태그(120)는 이면에 점착 효과를 갖게 함으로써, 과자 봉지나 음료캔과 같은 평탄하지 않는 것에도 붙여서 사용하는 것이 가능하다. 또한, 무선 ID 태그(120)의 표면에는, 필요에 따라 보호막이 마련된다.

이와 같이, 실시예 1, 2에서 설명한 TFT을 이용하여 무선 ID 태그를 구성함으로써, 여러 형상 또는 소재에 붙이는 것이 가능한 무선 ID 태그를 구현화하는 것이 가능하게 된다. 또, 반응 속도(처리 속도)가 빠른 무선 ID 태그를 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 효과는 도 16에 나타낸 무선 ID 태그의 구성에 한정될 수 있는 것은 아니다. 따라서, 안테나부, 메모리 IC부의 배치나 구성 방법은 임의로 설정 가능하다. 또, 예컨대, 논리 회로부를 무선 ID 태그에 내장하는 것도 가능하다.

또, 본 실시예에서는 플라스틱 기판(121) 상에 미리 안테나부(122)와 메모리 IC부(123)를 형성해 놓은 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이 형태에 한정되는 것이 아니라, 잉크젯 인쇄와 같은 방법을 이용하여 직접 대상물에 무선 ID 태그를 형성하는 것도 가능하다. 그리고, 그 때에도, 본 발명에 따른 TFT의 구성을 이용하는 것에 의해, 기계적 유연성, 내충격성이 우수한 고성능의 무선 ID 태그를 저비용으로 제작하는 것이 가능하게 된다.

마지막으로, 본 발명에 따른 TFT를 휴대용 기기에 응용한 경우에 대하여 설명한다. 도 17∼도 19에서는 본 발명에 따른 TFT를 이용한 휴대용 기기의 몇 개의 구체적인 응용예를 나타내고 있다.

먼저, 본 발명에 따른 TFT를 휴대 텔레비전에 응용한 경우에 대하여 설명한다.

도 17은 본 실시예에 따른 TFT를 이용한 휴대 텔레비전의 구성을 모식적으로 나타낸 정면도이다.

도 17에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 휴대 텔레비전(130)은 텔레비전 영상을 표시하는 액정 표시 장치 등으로 이루어지는 표시부(131)와, 여기서는 신축 자유자재인 로드 안테나로 이루어지는 방송 전파를 수신할 수 있는 수신부(132)와, 휴대 텔레비전(130) 전원의 ON/OFF를 제어하는 전원 스위치(133)와, 후술하는 음성 출력 장치(135)로부터 출력되는 음성 출력의 음량의 조정이나 수신하는 텔레비전 방송의 채널의 전환을 하기 위한 조작 스위치(134)와, 텔레비전 음성을 출력하는 스피커 등으로 이루어지는 음성 출력부(135)와, 음성 신호나 영상 신호를 휴대 텔레비전(130)에 입력 또는 휴대 텔레비전(130)으로부터 출력하는 입출력 단자(136)와, 수신한 텔레비전 방송 등에 관한 음성 신호 및 영상 신호가 필요에 따라 기록되는 기록 미디어를 삽입하는 기록 미디어 삽입부(137)를 구비하고 있다.

이 휴대 텔레비전(130)은, 도 17에서는 특별히 도시하지 않지만, 그 내부에 IC나 LSI 등의 집적 회로를 갖고 있다. 그리고, 본 발명에 따른 TFT를 이용한 집적 회로가, 휴대 텔레비전(130)을 구성하는 연산 소자, 기억 소자, 스위칭 소자 등으로서 적절히 사용되고 있다. 이에 따라, 휴대 텔레비전(130)은 휴대형의 텔레비전 방송 수신기로서 기능한다.

다음에, 본 발명에 따른 TFT를 통신 단말에 응용한 경우에 대하여 설명한다. 또, 여기서는 통신 단말로서, 휴대 전화를 예시하고 있다.

도 18은 본 실시예에 따른 TFT를 이용한 휴대 전화의 구성을 모식적으로 나타낸 정면도이다.

도 18에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 휴대 전화(140)는 전화번호 등을 표시하는 액정 표시 장치 등으로 이루어지는 표시부(141)와, 여기서는 수납 자유자재인 휩(whip) 안테나로 이루어지는 통신 전파를 송수신할 수 있는 송수신부(142)와, 통신 음성을 출력하는 스피커 등으로 이루어지는 음성 출력부(143)와, 사진 촬영 가능한 CCD 소자 등을 갖는 카메라부(144)와, 휴대 전화(140)를 필요에 따라 접기 위한 폴딩용 가동부(145)와, 전화번호나 문자를 입력하기 위한 복수의 조작 스위치(146)와, 통신 음성을 입력하는 콘덴서 마이크 등으로 이루어지는 음성 입력부(147)를 구비하고 있다.

이 휴대 전화(140)는, 도 18에서는 특별히 도시하지 않지만, 그 내부에 IC나 LSI 등의 집적 회로를 갖고 있다. 그리고, 본 발명에 따른 TFT를 이용한 집적 회로가, 휴대 전화(140)를 구성하는 연산 소자, 기억 소자, 스위칭 소자 등으로서 적절히 사용되고 있다. 이에 따라, 휴대 전화(140)는 휴대형의 통신 단말로서 기능한다.

다음에, 본 발명에 따른 TFT를 휴대용 의료 기기에 응용한 경우에 대하여 설명한다.

도 19는 본 실시예에 따른 TFT를 이용한 휴대용 의료 기기의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이다. 또한, 여기서는, 휴대용 의료 기기의 일례로서, 취득된 생체 정보에 근거하여 환자에 대해 약품 투여 등의 의료적 처치를 자동적으로 실행하는 휴대용 의료 기기를 예시하고 있다. 또, 도 19에서는, 후술하는 환자의 팔(155)을 투시적으로 나타내고 있다.

도 19에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 휴대용 의료 기기(150)는 기기의 동작 상태나 취득된 생체 정보 등을 표시하는 액정 표시 장치 등으로 이루어지는 표시부(151)와, 휴대용 의료 기기(150)의 동작에 관한 설정 등을 하기 위한 조작 스위치(152)와, 후술하는 경피 콘택트부(154)에 의해서 취득된 생체 정보를 처리하고 또한 그 처리의 결과에 근거하여 경피 콘택트부(154)를 거친 환자에 대한 약품 투여 등의 의료적 처치를 행하는 의료적 처치부(153)와, 의료적 처치를 위한 환자의 생체 정보를 점차적으로 수집함과 아울러 환자에 대한 의료적 처치를 실질적으로 실행하는 경피 콘택트부(154)를 구비하고 있다.

이 휴대용 의료 기기(150)가 이용되어 환자에 대한 의료적 처치가 행하여지는 경우, 휴대용 의료 기기(150)는, 예컨대 도 19에 도시하는 바와 같이 환자의 팔(155)에 감겨져 휴대된다. 이 도 19에 나타내는 장착 상태에 있어서, 경피 콘택트부(154)와 환자의 팔(155)의 표면은 서로 밀착하고 있다. 그리고, 휴대용 의료 기기(150)는, 이 도 19에 나타내는 장착 상태에 있어서, 경피 콘택트부(154)를 거쳐서 팔(155)로부터 의료적 처치를 위한 생체 정보를 취득한다. 환자의 생체 정보가 취득되면, 이 취득된 생체 정보는 의료적 처치부(153)에 입력된다. 의료적 처치부(153)에서는 취득된 생체 정보의 의료적 처치를 위한 소정의 처리가 행하여진다. 그리고, 그 처리의 결과에 근거하여, 의료적 처치부(153)에 의해서 경피 콘택트부 (154)를 거친 환자에 대한 약품 투여 등의 의료적 처치가 행하여진다.

이 휴대용 의료 기기(150)는, 도 19에서는 특별히 도시하지 않지만, 그 내부에 IC나 LSI 등의 집적 회로를 갖고 있다. 그리고, 본 발명에 따른 TFT를 이용한 집적 회로가, 휴대용 의료 기기(150)를 구성하는 연산 소자, 기억 소자, 스위칭 소자 등으로서 적절히 사용되고 있다. 이것에 의해, 휴대용 의료 기기(150)는 휴대형의 의료 기기로서 기능한다.

이와 같이, 실시예 1~3에서 설명한 TFT가 이용된 집적 회로를 이용하여 휴대용 기기를 구성함으로써, 이하에 설명하는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 상술한 휴대용 기기에서 이용되는 집적 회로로서는 연산 소자, 기억 소자, 및 스위칭 소자 등의 반도체 특성을 사용한 소자가 여러 가지 생각되지만, 상기 휴대용 기기에 있어서, 기계적 유연성, 내충격성, 발각 시의 대 환경성이나 경량, 염가 등의 유기 재료의 이점으로서 들 수 있는 성능이 요구될 때에 그 일부를 본 발명에 따른 TFT를 이용하여 구성함으로써, 고성능의 소자를 저렴하게 실현하는 것이 가능하게 된다. 또, 그 결과적으로, 상기 이점을 구비한 휴대용 기기를 저렴하게 제조하는 것이 가능하게 된다.

실시예 4에서는, 본 발명에 따른 TFT를 응용한 휴대용 기기로서 몇 개의 예를 들어 설명했지만, 이들 예시한 기기의 구성은 상술한 구성에 한정되는 것이 아니다. 또, 본 발명에 따른 TFT를 응용할 수 있는 휴대용 기기에 관해서도, 상술한 기기에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, PDA 단말, 웨어러블한 AV 기기, 포터블한 컴퓨터, 손목 시계 타입의 통신 기기 등, 기계적 유연성, 내충격성, 발각 시의 대 환경성, 경량, 염가 등이 요구되는 휴대용 기기에 대하여 본 발명에 따른 TFT를 적합하게 응용하는 것이 가능하다.

또한, 실시예 1~3에서는 도 1(c)의 구성의 TFT에 본 발명을 적용했지만, 도 1(a), 도 1(b), 도 1(d), 도 2(a) 및 도 2(b)의 구성의 TFT에도 본 발명을 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다. 여기서, 도 1(a)는 기판(1) 상에 게이트 전극(2), 게이트 절연층(3), 및 반도체층(4)이 적층되고, 이 반도체층(4) 위에 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)이 적층되어 구성되어 있다. 또, 도 1(b)는 기판(1) 상에 게이트 전극(2), 게이트 절연층(3), 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)이 적층되고, 이 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)과 게이트 절연층(3)의 위에 반도체층(4)이 적층되어 구성되어 있다. 또, 도 1(d)는 기판(1)상에 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6), 반도체층(4), 및 게이트 절연층(3)이 적층되고, 이 게이트 절연층(3)의 위에 게이트 전극(2)이 적층되어 구성되어 있다. 또, 도 2(a)는 기판(1) 상에 게이트 전극(2), 게이트 절연층(3), 및 소스 전극(5)이 적층되고, 이 소스 전극(5) 및 게이트 절연층(3) 위에 반도체층(4)이 적층되며, 이 반도체층(4) 위에 드레인 전극(6)이 적층되어 구성되어 있다. 또한, 도 2(b)는 기판(1) 상에 소스 전극(5)이 적층되고, 이 소스 전극(5) 위에, 그 내부에 게이트 절연층(3)에 의해서 덮여진 도 2(b)에서는 원형의 단면 형상을 갖는 게이트 전극(2)을 구비한 반도체층(4)이 적층되며, 이 반도체층(4) 위에 드레인 전극(6)이 적층되어 구성되어 있다.

본 발명은 이상에서 설명한 바와 같은 형태로 실시되어, 저비용 프로세스로 구성 가능한, 기계적 유연성, 내충격성이 우수한 고캐리어 이동도의 반도체층을 사 용한 TFT와, 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 또, 캐리어 이동도가 개선된 TFT를 복수개 배치한, 저렴하고 또한, 기계적 유연성, 내충격성이 우수한, 액티브 매트릭스형의 디스플레이, 상기 TFT를 집적 회로부에 이용한 무선 ID 태그, 상기 TFT를 집적 회로부에 이용한 휴대용 기기 등을 제공할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.

상기 설명으로부터, 당업자에게는 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시예가 명확하다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 당업자에 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하는 일 없이, 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.

본 발명에 따른 TFT 및 그 제조 방법은 저비용 프로세스에 의해서 구성 가능한, 기계적 유연성, 및 내충격성이 우수한 고캐리어 이동도의 TFT와, 그 TFT의 제조 방법으로서 유용하다. 또, 본 발명에 따른 TFT는 시트라이크 또는 페이퍼라이크의 액티브 매트릭스형의 디스플레이나, 무선 ID 태그, 휴대 텔레비전이나 휴대 전화 등의 휴대용 기기 등을 제조하기 위해서 유용하다.

참조부호의 일람표

1 : 기판

2 : 게이트 전극

3 : 게이트 절연층

4 : 반도체층

5 : 소스 전극

6 : 드레인 전극

7 : 플라스틱 기판

8 : 입자

9 : 유기물 반도체 재료

100 : TFT

101 : 플라스틱 기판

102 : 유기 EL층

103 : 투명 전극

104 : 보호 필름

105 : 소스 전극선

106 : 게이트 전극선

110 : TFT 구동 회로

111 : 게이트 전극

112 : 게이트 절연층

113 : 반도체층

114 : 소스 전극

115 : 드레인 전극

116 : 화소 전극

117 : 절연층

120 : 무선 ID 태그

121 : 플라스틱 기판

122 : 안테나부

123 : 메모리 IC부

130 : 휴대 텔레비전

131 : 표시부

132 : 수신부

133 : 전원 스위치

134 : 조작 스위치

135 : 음성 출력 장치

136 : 입출력 단자

137 : 기록 미디어 삽입부

140 : 휴대 전화

141 : 표시부

142 : 송수신부

143 : 음성 출력부

144 : 카메라부

145 : 폴딩용 가동부

146 : 조작 스위치

147 : 음성 입력부

150 : 휴대용 의료 기기

151 : 표시부

152 : 조작 스위치

153 : 의료적 처치부

154 : 경피 콘택트부

155 : 팔

200 : TFT

300 : 반도체 특성 평가용 시료

400 : 단면

Claims

반도체층과, 해당 반도체층에 서로 분리하여 마련된 소스 영역과 드레인 영역과 게이트 영역을 갖는 박막 트랜지스터로서,

상기 반도체층이 복합 재료로 구성되어 있고,

상기 복합 재료가, 유기물 반도체 재료의 내부에 적어도 1종류의 무기물 재료의 입자가 복수개 분산된 복합 재료인

박막 트랜지스터.
제 1 항에 있어서,

박막 트랜지스터의 ON 동작시에서의 상기 무기물 재료의 전기 저항이, 상기 ON 동작시에서의 상기 유기물 반도체 재료의 전기 저항보다 낮은 박막 트랜지스터.
제 1 항에 있어서,

상기 입자의 최대 입자 직경이, 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역 사이의 거리보다 작은 박막 트랜지스터.
제 1 항에 있어서,

상기 반도체층에서의 상기 입자의 함유율이, 상기 입자의 네트워크에 의해서 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역이 전기적으로 접속되지 않도록 제한되어 있는 박막 트랜지스터.
제 4 항에 있어서,

상기 함유율이 0체적% 초과 60체적% 이하인 박막 트랜지스터.
제 1 항에 있어서,

상기 복수 분산된 상기 입자군이 서로 평균 입자 직경이 상이한 적어도 제 1 입자군 및 제 2 입자군의 2개의 입자군을 포함하여 구성되어 있는 박막 트랜지스터.
제 6 항에 있어서,

상기 제 1 입자군의 평균 입자 직경이, 상기 제 2 입자군의 평균 입자 직경의 0% 초과 15% 미만인 박막 트랜지스터.
제 1 항에 있어서,

상기 무기물 재료가 도체 재료인 박막 트랜지스터.
제 1 항에 있어서,

상기 무기물 재료가 반도체 재료인 박막 트랜지스터.
제 1 항에 있어서,

상기 무기물 재료가 도체 재료 및 반도체 재료를 함유하는 2종류 이상의 재료의 복합 재료인 박막 트랜지스터.
반도체층과, 해당 반도체층에 서로 분리하여 마련된 소스 영역과 드레인 영역과 게이트 영역을 갖는 박막 트랜지스터의 제조 방법으로서,

유기물 반도체 재료의 내부에 적어도 1종류의 무기물 재료의 입자를 복수 분산시켜 복합 재료를 제조하는 제 1 제조 공정과,

상기 제 1 제조 공정에서 얻어진 상기 복합 재료를 이용하여 상기 반도체층을 형성하는 제 2 제조 공정

을 구비하고 있는 박막 트랜지스터의 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 무기물 재료로서, 박막 트랜지스터의 ON 동작시에서의 전기 저항이 상기 ON 동작시에서의 상기 유기물 반도체 재료의 전기 저항보다 낮은 무기물 재료를 이용하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 입자의 입도 분포를 소정의 입도 분포로 하기 위한 입자 선별 공정을 더 구비하고 있는 박막 트랜지스터의 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 입자의 상기 반도체층 내에서의 분산 상태를 소정의 분산 상태로 하기 위한 분산 제어 공정을 더 구비하고 있는 박막 트랜지스터의 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 제 2 제조 공정이,

상기 복합 재료를 소정의 용액 중에 용해 혹은 비용해 상태로 분산시켜 반도체층 형성용 재료를 얻는 제 1 준비 공정과,

상기 제 1 준비 공정에서 얻어진 상기 반도체층 형성용 재료를 소정의 위치에 분무, 도포 혹은 인쇄한 후에 건조시켜 상기 반도체층을 형성하는 제 2 준비 공정을 구비하고 있는

박막 트랜지스터의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 박막 트랜지스터가, 화소를 구동하기 위한 스위칭 소자로서 복수개 배치되어 이루어지는 액티브 매트릭스형 디스플레이.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 박막 트랜지스터가 집적 회로를 구성하기 위한 반도체 소자로서 이용되어 이루어지는 무선 ID 태그.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 박막 트랜지스터가 집적 회로를 구성하기 위한 반도체 소자로서 이용되어 이루어지는 휴대용 기기.