KR20060093342A - 전자기능 재료의 배향 처리 방법, 전자기능 재료 박막의 제조 방법, 박막 트랜지스터의 제조 방법, 전자기능 재료 박막 및 박막 트랜지스터 - Google Patents
전자기능 재료의 배향 처리 방법, 전자기능 재료 박막의 제조 방법, 박막 트랜지스터의 제조 방법, 전자기능 재료 박막 및 박막 트랜지스터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 전자기능 재료의 배향 처리 방법은, 전자기능 재료와 상기 전자기능 재료를 배향시키기 위한 매트릭스 재료의 혼합 재료를 준비하는 혼합 재료 준비 공정(단계 S1)과, 상기 혼합 재료를 배향시키는 배향 처리 공정(단계 S2)과, 상기 배향된 상기 혼합 재료의 중의 상기 매트릭스 재료를 제거하는 매트릭스 재료 제거 공정(단계 S3)을 갖는다.
Description
본 발명은 유기 반도체나 나노튜브 등의 전자기능 재료를 배향시키는 배향 처리 방법 및 그 배향 처리 방법에 의해 형성한 반도체층을 갖는 박막 트랜지스터에 관한 것이다.
최근, 유기 반도체 등으로 이루어지는 유기계의 전자기능 재료를 이용함으로써 실리콘을 이용한 고온 프로세스에서 필요로 되는 고비용의 설비를 준비하는 일 없이, 실온이나 그에 가까운 저온에서의 프로세스로 박막 장치 등을 실현할 수 있을 가능성이 나왔다. 이러한 박막 장치로서, 반도체의 성질을 나타내는 유기 화합물로 이루어지는 유기 반도체를 이용한 유기 반도체 박막 트랜지스터(유기 TFT), 유기 전계발광 소자(유기 EL) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 박막 장치 등을 형성하는 기판으로서, 기계적 가요성(flexibility)이 있어, 부드러운 성질을 갖는 플라스틱 기판이나 수지 필름 등을 사용하면, 시트라이크 또는 페이퍼라이크 디스플레이나 전자기기 등을 실현할 수 있을 가능성이 있다.
종래의 유기계의 전자기능 재료 기술의 하나로서, 폴리티오펜계 등의 고분자계 유기 반도체 재료 등, 특히, 분자성 결정을 제외한 유기 화합물로 이루어지는 유기 반도체가 알려져 있다. 그러나, 이것은, 0.003~0.01㎠/Vs라는 여전히 낮은 캐리어 이동도밖에 갖지 않아, 실용적이지 않다. 또한, 펜타센 등의 저분자계 유기 반도체 재료 등에 있어서, 대략 0.3㎠/Vs라는 캐리어 이동도가 얻어지고 있지만, 이들 유기 반도체를 적어도 반도체층으로서 쓰는 박막 트랜지스터를 실현하기 위해서는, 또한 그 캐리어 이동도를 향상시킬 필요가 있다.
한편, 나노 구조로 이루어지는 나노튜브(NT), 특히 카본(C)으로 작성된 무기계의 전자기능 재료인 카본 나노튜브(CNT)는, 도전성이 매우 양호하고, 기계적 강도가 높아 화학적 및 열적으로도 매우 안정하고 있어, 작금 많은 연구가 이루어지고 있다. 카본 나노튜브는 나노미터 단위(order)의 극소의 직경과, 미크론 단위의 길이를 갖고 있어, 어스펙트비가 매우 크고, 이상적인 1차원 시스템에 한없이 가깝다. 카본 나노튜브는, 분자 구조의 대칭성에 의해 직경과 나선도에 따라서, 고전기 전도율을 갖는 금속성인 것과, 직경에 반비례하는 크기의 밴드갭을 갖는 반도체성의 성질을 갖는 것이 작성된다. 통상, 카본 나노튜브는, 그 합성시에 상기 금속성의 것과 반도체성의 것이, 예컨대 대략 1:2 등의 비율로 포함된 카본 나노튜브 혼합물로서 작성된다. 따라서, 카본 나노튜브를 상기 박막 트랜지스터의 반도체층으로서 이용하는 경우에는, 반도체성의 것을 사용해야 한다. 그 반도체성의 카본 나노튜브를 반도체층으로서 형성한 박막 트랜지스터는, 채널의 캐리어 이동도가 크고, 1000~1500㎠/Vs라는 매우 높은 값의 캐리어 이동도가 얻어지고 있다.
상기한 바와 같은 높은 값의 캐리어 이동도를 갖는 반도체성의 카본 나노튜브를 사용한 종래의 기술로서, 직경 대략 1.6nm의 카본 나노튜브를 배치하고, 대략 1.6nm의 두께의 반도체층을 형성하는 나노튜브형의 박막 트랜지스터의 연구가 보고되어 있다(예컨대, 비특허문헌 1 참조).
도 7은 카본 나노튜브를 반도체층으로서 사용한 종래의 박막 트랜지스터의 구성을 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 이 종래의 박막 트랜지스터(60)에서는, 게이트 전극을 겸하는 도핑된 실리콘 기판(61) 상에, 산화실리콘으로 이루어지는 두께 140㎚의 게이트 절연막(62)이 형성되고, 또한, 금(Au)으로 이루어지는 소스 전극(64) 및 드레인 전극(65)이 게이트 절연막(62) 상에 대향하도록 배치되어 있다. 그리고, 반도체층으로서, 게이트 절연막(62) 상에, 소스 전극(64) 및 드레인 전극(65)에 걸치도록, 카본 나노튜브(63)가 배치되어 있다. 이 카본 나노튜브(63)는 직경 1.6nm의 반도체성인 것이고, 이것이 원자간력 현미경(AFM)의 매니퓰레이터를 조작함으로써 배치되어 있다. 이렇게 하여, 이 박막 트랜지스터(60)는 무기계의 전자기능 재료인 카본 나노튜브(63)를 반도체층으로서 사용하고 있다.
또한, 카본 나노튜브를 배향시키는 다른 종래 기술이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이밖의 종래 기술에서는, 폴리올레핀이나 폴리에스테르 등의 고분자와 카본 나노튜브를 혼합하고, 혼합물을 연신(延伸)하여 카본 나노튜브를 배향시킴으로써, 이 고분자 재료를 강화하고 있다.
비특허문헌 1 : Ph.Avouris 외, Applied Surface Science 141(1999) p.201- 209
특허문헌 1 : 일본 특허 공표 2002-544356호 공보
그러나, 비특허문헌 1의 박막 트랜지스터(63)와 같이, 형상이 극히 작은 TFT 상에서, 원자간력 현미경의 매니퓰레이터를 조작함으로써, 무기계의 전자기능 재료인 나노 구조의 카본 나노튜브를 배열시켜 고정하는 것은, 제조 프로세스 상 실제로는 곤란하다. 또한, 플라스틱 기판과 같은 부드러운 플렉서블 기판 상에서, 나노튜브로 이루어지는 반도체층을 형성하는 프로세스를 진행시키는 것은 곤란하다.
이와 같이, 전자기능 재료의 배향 처리 방법으로서, 대략 일차원 형상의 나노튜브의 분자를, 원자간력 현미경 등의 배향 조작 수단에 의해, 기판 상에서 1개씩 배열시키는 것 같은 배향 처리 방법은 제조상, 실용적이지 않다.
또한, 특허문헌 1의 종래 기술을 사용하여, 전자기능 재료인 카본 나노튜브와 고분자 재료 등의 배향 재료를 혼합하고, 그 고분자 재료를 배향 처리에 의해 배향시킴으로써 전자기능 재료인 나노튜브를 배향시키더라도, 배향 재료인 고분자 재료가 카본 나노튜브 분자의 사이에 찌꺼기로서 남은 채로 되어, 전자기능 재료로서의 특성이 저하한다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제에 비추어 이루어진 것이다. 이 문제를 해결하기 위해서는, 전자기능 재료인 유기 반도체나 나노튜브 등의 분자를, 간편한 배향 처리 방법에 의해서, 소정의 방향에 의해 배향시켜 정렬하고, 또한 그 전자기능 재료의 본래의 특성을 끌어내어 보다 향상시킴으로써, 전자나 홀의 흐름을 보다 원활하게 하여, 캐리어 이동도 등의 전기 특성을 보다 향상시킬 필요가 있다.
그래서, 본 발명은, 전자기능 재료 분자와 매트릭스 재료 분자를 혼합하여 보다 양호하게 배향시키고, 또한 전자기능 재료를 배향시키는 매트릭스 재료 분자를 제거함으로써, 특성을 더 향상시키는 전자기능 재료의 간편한 배향 처리 방법과, 그 배향 처리 방법을 이용하여 특성을 향상시킨 전자기능 재료 박막 및 그 제조 방법과, 이들을 반도체층으로서 이용한 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 전자기능 재료의 배향 처리 방법은, 전자기능 재료와 상기 전자기능 재료를 배향시키기 위한 매트릭스 재료의 혼합 재료를 준비하는 혼합 재료 준비 공정과, 상기 혼합 재료를 배향시키는 배향 처리 공정과, 상기 배향된 상기 혼합 재료의 중의 상기 매트릭스 재료를 제거하는 매트릭스 재료 제거 공정을 갖는다. 이에 따라, 전자기능 재료의 분자를 보다 양호하게 배향시키고, 또한 그 전자기능 재료 분자의 사이에 존재하는 매트릭스 재료 분자를 제거함으로써, 전자기능 재료가 본래 갖는 특성을 보다 향상시키는 것이 간편히 가능해진다.
상기 전자기능 재료는 유기 반도체 화합물을 포함하고 있더라도 좋다.
상기 전자기능 재료는 나노튜브를 포함하고 있더라도 좋다.
상기 혼합 재료 준비 공정은 상기 혼합 재료를 포함한 혼합 재료층을 형성하는 혼합 재료층 형성 공정을 갖더라도 좋다.
상기 배향 처리 공정에서는, 연신, 어긋남 변형 및 액정 배향의 적어도 하나에 의해 상기 혼합 재료를 배향시키더라도 좋다.
상기 매트릭스 재료 제거 공정에서는, 가열 및 에칭 중 적어도 하나에 의해 상기 매트릭스 재료를 제거하더라도 좋다.
상기 매트릭스 재료는 자외선에 노광되거나 또는 전자 빔을 조사된 후, 가열되는 것에 의해, 단량화하고 승화하여 현상(現像)되는 열 현상형의 레지스트 재료를 포함하고 있더라도 좋다.
상기 매트릭스 재료는 감광성의 폴리프탈알데히드계 재료를 포함하고 있더라도 좋다.
또한, 본 발명의 전자기능 재료 박막의 제조 방법은 청구항 1에 기재된 전자기능 재료의 배향 처리 방법을 이용하여 전자기능 재료 박막을 형성한다.
또한, 본 발명의 박막 트랜지스터의 제조 방법은 청구항 9에 기재된 전자기능 재료 박막의 제조 방법에 의해서 반도체층을 구성하는 상기 전자기능 재료 박막을 형성한다.
또한, 본 발명의 전자기능 재료 박막은 청구항 9에 기재된 전자기능 재료 박막의 제조 방법에 의해서 얻어진 것이다. 이에 따라, 전자기능 재료의 본래의 특성을 유지하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 박막 트랜지스터는, 청구항 11에 기재된 전자기능 재료 박막으로 반도체층이 구성되어 있다. 이에 따라, 반도체층이 전자기능 재료의 본래의 특성을 유지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징, 및 이점은 첨부 도면 아래, 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 분명해진다.
본 발명은 이상에 설명한 구성을 갖고, 또한 특성을 향상시키는 전자기능 재료의 간편한 배향 처리 방법과, 그 배향 처리 방법을 이용하여 특성을 향상시킨 전자기능 재료 박막 및 그 제조 방법과, 이들을 반도체층으로서 이용한 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 전자기능 재료의 배향 처리 방법의 과정을 나타내는 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 전자기능 재료 박막을 이용한 반도체 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도,
도 3(a)~도 3(d)는 본 발명의 실시예 1에 따른 전자기능 재료 박막의 제조 방법을 공정별로 개념적으로 나타내는 단면도,
도 4(a)~도 4(d)는 본 발명의 실시예 2에 따른 전자기능 재료 박막의 제조 방법을 공정별로 개념적으로 나타내는 단면도,
5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 실시예 3에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 개념적으로 나타내는 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른 화상 표시 장치의 구성을 개념적으로 나타내는 평면도,
도 7은 카본 나노튜브를 반도체층으로서 사용한 종래의 박막 트랜지스터의 구성을 개념적으로 나타내는 단면도이다.
부호의 설명
1, 11 : 전자기능 재료 박막 2, 61 : 기판
3, 13 : 혼합 재료층 4 : 매트릭스 재료
5 : 유기 반도체 화합물 6, 7 : 전극
9 : 롤코터 15 : 카본 나노튜브 재료
20, 60 : 박막 트랜지스터 21 : 유기 반도체층
23, 62 : 게이트 절연막 25 : 게이트 전극
26, 64 : 소스 전극 27, 65 : 드레인 전극
51 : 화상 표시 장치 52 : 플라스틱 기판
53 : 행 전극 54 : 열 전극
55 : 교차점 56a, 56b : 구동 회로
57 : 제어 회로 58 : 디스플레이 패널
63 : 반도체성의 카본 나노튜브 201 : 반도체 장치
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 또, 이하에 설명하는 도면에 있어서, 동일 또는 상당하는 요소에 대해서는 같은 번 호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
처음에 본 발명의 개념을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전자기능 재료의 배향 처리 방법의 과정을 나타내는 흐름도이다.
여기서는, 전자기능 재료로 이루어지는 박막(이하, 전자기능 재료 박막이라고 함)의 제조 방법에 있어서의 전자기능 재료의 배향 처리 방법을 예시한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 이 전자기능 재료의 배향 처리 방법에 있어서는, 우선, 혼합 재료 준비 공정을 수행한다(단계 S1). 이 혼합 재료 준비 공정에서는, 전자기능 재료와, 전자기능 재료를 배향시키기 위한 매트릭스 재료를 혼합하여 혼합 재료를 준비한다. 또는 미리 전자기능 재료와 매트릭스 재료를 혼합한 혼합 재료(이하, 간단히 혼합 재료라고 함)를 준비한다. 이 때, 이들 재료를 혼합하기 쉽게 물 또는 유기용매 등의 용매와 혼합하더라도 좋다.
여기서, 전자기능 재료란, 전류 또는 전계의 작용에 의해 유용한 기능을 발현하는 것이 가능한 재료를 의미한다. 이러한 전자기능 재료로서는, 유기 재료계의 유기 반도체 화합물이나, 무기 재료계의 나노튜브 등의, 전자나 홀을 양호하게 수송할 수 있는 전자기능 재료를 사용할 수 있다. 또한, 유기 재료계의 유기 반도체 화합물과 무기 재료계의 나노튜브를 혼합한 복합계 전자기능 재료 등도 사용할 수 있다.
또한, 매트릭스 재료는, 이 매트릭스 재료와 혼합된 전자기능 재료를 소정의 방향으로 배향시킬 때에 필요한 재료이며, 전자기능 재료의 분자를 대략 매트릭스 적으로 얽히게 하여 배치시켜 정렬시킨다. 한편, 이 매트릭스 재료는, 이것이 잔존하면 전자기능 재료 박막의 특성을 저하시킨다.
다음에, 혼합 재료층 형성 공정에서, 상술한 바와 같이 준비된 혼합 재료를, 인쇄, 스핀코트, 사출, 주입, 잉크젯, 분사 방법 등에 의해, 예컨대 기판 상에 도공(塗工)하여, 혼합 재료를 포함한 혼합 재료층을 형성한다.
다음에, 배향 처리 공정(단계 S2)을 수행한다. 이 배향 처리 공정에서는, 혼합 재료 준비 공정에서 형성된 혼합 재료층을, 배향 처리에 의해서 소정의 거의 일정한 방향으로 배향시킨다. 이 혼합 재료층이 기판과 분리된 수지 필름과 같은 것인 경우에는, 이 혼합 재료층을 연신시키는, 즉 혼합 재료층의 중의 매트릭스 재료 분자를 거의 일정한 방향으로 평면내에서 연신시킨다. 그것에 의하여, 혼합 재료층 내부의 전자기능 재료의 분자는, 배향한 매트릭스 재료의 분자와 더불어 거의 소정의 방향으로 배향(배열)한다. 또한, 혼합 재료층이 기판상에 형성되어 있고, 기판에 밀착하고 있는 경우에는, 예컨대, 롤코터 등에 의해, 어긋남 변형을 걸면서 배향시키더라도 좋다. 또한, 혼합 재료층이 액체형인 것인 경우에는, 액정 배향 처리에 의해 혼합 재료층을 형성하고, 또한 배향시킨다. 이 액정 배향 처리의 경우, 매트릭스 재료로서 액정 재료를 이용하여, 기판 표면상에, 예컨대 폴리이미드 배향막과 같은 배향막을 형성하고, 이것을 배향 처리해 놓아야 한다.
다음에, 매트릭스 재료 제거 공정(단계 S3)을 수행한다. 이 매트릭스 재료 제거 공정에서는, 배향 처리 공정에서 배향 처리된 혼합 재료층의 중의 적어도 매트릭스 재료를 제거한다. 구체적으로는, 혼합 재료층을 가열(베이킹) 또는 에칭 등의 방법에 의해서, 매트릭스 재료를 승화 또는 용해시킴으로써 제거한다. 매트릭스 재료를 가열하여 승화시키는 경우에는, 열 현상이 가능한 매트릭스 재료인 것이 필요하다. 또, 매트릭스 재료를 에칭하여 용해 제거하는 경우에는, 매트릭스 재료를 용해하여 제거하는 것이 가능한 현상액이 필요하다. 이에 따라, 전자기능 재료를 배향시키지만 전자기능 재료 박막의 특성을 확보하기 위해서는 불필요한 재료인 매트릭스 재료를 혼합 재료층으로부터 제거할 수 있다.
이상의 공정을 거쳐, 매트릭스 재료를 제거하여, 전자기능 재료를 소정의 방향으로 배향시킨 전자기능 재료 박막이 형성된다(단계 S4).
또, 도 1의 전자기능 재료의 배향 처리 방법에 있어서, 각 공정의 순서나 시계열은 변경되더라도 좋고, 또한, 그 외에 필요한 공정이 부가되더라도 좋다.
이상에서 설명한 본 발명의 전자기능 재료의 배향 처리 방법에 의하면, 유기 반도체나 나노튜브 등을 포함하는 전자기능 재료의 분자를 매트릭스 재료에 의해 양호하게 배향시키고, 또한 배향시킨 전자기능 재료 분자의 사이에 존재하는 매트릭스 재료 분자를 제거한다고 하는 간편한 방법에 의해, 전자기능 재료로서의 특성을 거의 손상하는 일없이 전자기능 재료 박막을 간편히 얻는 것이 가능하다.
다음에, 본 발명을 구체화한 실시예를 순차적으로 설명한다.
(실시예 1)
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 전자기능 재료 박막을 이용한 반도체 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 이 반도체 장치(201)는 기판(2)을 갖고 있다. 기판(2) 상에는 한 쌍의 전극(6, 7)이 간격을 갖고 대향하도록 형성되고, 한 쌍의 전극(6, 7)과 한 쌍의 전극(6, 7) 사이의 기판(2)의 표면을 덮도록 전자기능 재료 박막(1)이 형성되어 있다. 본 실시예의 전자기능 재료 박막(1)은, 배향된 유기 반도체 화합물(5)로 실질적으로 구성되어 있다. 유기 반도체 화합물(5)은, 여기서는, 예컨대, 후술하는 펜타센으로 구성되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 전자기능 재료 박막(1)의 제조 방법을 설명한다.
도 3(a)~도 3(d)는 본 발명의 실시예 1의 전자기능 재료 박막의 제조 방법을 공정별로 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 1에 있어서, 우선 혼합 재료 준비 공정에서, 전자기능 재료로서의 유기 반도체 화합물인 펜타센과 매트릭스 재료를, 혼합비 대략 1:1로 혼합하여, 유기 반도체 화합물과 매트릭스 재료의 혼합 재료를 준비한다. 구체적으로는, 예컨대, 펜타센으로서, 하기 화학식(이하, 화학식 1이라고 함)에 있어서, 치환 알킬기를 갖고, 바람직하게는 적어도 n-=1~5의 치환 알킬기를 갖고, 유기용매에 용해하도록 된 것을 사용한다.
매트릭스 재료는, 시클로헥사논 중에 하기 화학식(이하, 화학식 2이라고 함) 으로 나타내는 폴리프탈알데히드계의 레지스트 재료인, PCPA(R=Cl) 또는 PBPA(R=Br)과, 감광성을 갖도록 예컨대 하기 화학식(이하, 화학식 3이라고 함)으로 나타내는 광 개시제인 트리페닐술포니움 헥사플루오로 안티몬산염을 수% 첨가하여 혼합한 것이다. 이 첨가제 이외에 필요에 따라 증감제 등을 혼합하더라도 좋다. 또한, 재료를 혼합하기 쉽도록, 다른 유기용매를 필요에 따라 첨가하더라도 좋다.
도 3(a)에 있어서, 혼합 재료층 형성 공정으로서, 혼합 재료 준비 공정에서 준비한 혼합 재료를, 한 쌍의 전극(6, 7)이 간격을 갖고 대향하도록 형성된 기판(2) 상에 스핀코트 등의 방법에 의해 대략 1㎛의 두께로 도포하고, 그 후, 이 기판(2)을 섭씨 대략 100도로 가(假)베이킹하여 유기용매를 증발시키며, 매트릭스 재료(4)와 유기 반도체 화합물(5)을 포함한 혼합 재료층(3)을 형성한다.
이어서, 도 3(b)에 있어서, 배향 처리 공정으로서, 혼합 재료층(3)을, 롤코터(9)에 의해 어긋남 응력(shear)을 걸어 소정의 방향으로 어긋남 변형시킨다. 그렇게 하면, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 화학식 2에 나타내는 폴리프탈알데히드 계 레지스트 재료로 이루어지는 매트릭스 재료(4)의 분자가, 소정의 방향으로 연신되어 배향(배열)됨과 동시에, 매트릭스 재료(4)가 배향된 분자에 둘러싸인, 화학식 1에 나타내는 펜타센으로 이루어지는 유기 반도체 화합물(5)도, 매트릭스 재료(4)의 분자와 거의 나란하게(따라) 소정의 방향으로 배향(배열)된다.
이어서, 도 3(c)에 있어서, 매트릭스 재료 제거 공정으로서, 배향된 혼합 재료층(3)에, 파장 254㎚, 0.38mJ/㎡의 약한 강도의 자외선(UV)을 조사하여, 이 혼합 재료층을 노광한다. 또는, 자외선 대신에 같은 레벨의 전자 빔 에너지를 조사하더라도 좋다. 또, 매트릭스 재료(4)로서, 본 실시예에서는, 자외선 조사하에서 자기현상(自己現像)이 발생하지 않는 재료를 이용하고 있지만, 약간의 자기현상이 발생하더라도 상관없다.
그 후, 도 3(d)에 있어서, 자외선 조사된 혼합 재료층(3)(정확하게는 기판(2))을, 섭씨 약 160도로 2분간, 가열베이킹한다. 그렇게 하면, 혼합 재료층(3) 중의 배향한 폴리프탈알데히드계 레지스트 재료로 이루어지는 매트릭스 재료(4)는, 이와 같이 자외선 조사되고 또한 가열되는 것에 의해, 단량화(단량체화)하여 단량체 알데히드에 되돌아가고, 그것에 의하여, 기판(2)으로부터 승화 휘발하는 열 현상을 일으킨다. 이에 따라, 유기 반도체 화합물(5)을 배향시키지만 막으로서의 특성 유지에는 불필요한 재료인 매트릭스 재료(4)가 혼합 재료층(3)중에서 제거되어, 기판(2)상에는, 소정의 방향으로 배향한 유기 반도체 화합물(5)의 층이 남는다. 이에 따라, 이 유기 반도체 화합물(5)의 유기 반도체층으로 이루어지는 전자기능 재료 박막(1)이 형성된다. 이 경우, 소정의 방향으로 배향한 유기 반도체 화합 물(5)의 분자는, 가열베이킹에 의해 서로 긴밀히 채워 넣어지고(패킹되고), 두께가 약 0.5㎛로 되어, 강고하고 거의 펜타센만으로 이루어지는 유기 반도체막인 전자기능 재료 박막(1)이 형성된다.
다음에, 이상과 같이 구성되어 제조된 전자기능 재료 박막(1)의 특성에 대하여 설명한다.
본건 발명자는, 종래 방법에 의해, 펜타센 유기 반도체 화합물을 사용하여 배향도가 낮아 찌꺼기가 남은 상태의 전자기능 재료 박막을 비교예 1로서 제조하여, 이것을 본 실시예에 따른 전자기능 재료 박막(1)과 비교했다. 이 비교에 있어서는 양자의 단면적을 대략 동일하게 하고 또한 전극간의 거리를 동일하게 하여, 도전도를 측정했다. 그 결과, 본 실시예에 따른 전자기능 재료 박막(1)의 도전도는 비교예 1의 약10배였다. 이것으로부터, 비교예 1의 캐리어 이동도는 약0.1㎠/Vs이기 때문에, 본 실시예에 따른 전자기능 재료 박막(1)의 캐리어 이동도로서, 약 1㎠/Vs라는 높은 값이 얻어진 것으로 추측된다. 이것은, 당해 유기 반도체 화합물(5)의 분자를 분자 레벨로 양호하게 배향시켜 전하 수송 상태를 향상시킨 재료와 거의 동일한 레벨이 높은 특성이었다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전자기능 재료 박막(1)은, 유기 반도체 화합물(5)의 분자를 보다 양호하게 배향시키고, 또한 그 유기 반도체 화합물(5) 분자의 사이에 존재하는 불필요한 매트릭스 재료(4)의 분자를 제거하도록 하여 형성하기 때문에, 당해 전자기능 재료를 사용한 반도체층으로서 높은 특성을 갖는다.
또한, 본 실시예의 전자기능 재료 박막의 제조 방법에 의하면, 매트릭스 재료(4)로서, 가열베이킹으로 승화 제거할 수 있는 열 현상형의 레지스트 재료를 사용하여 건식 에칭을 하기 때문에, 기판 상에 남은 전자기능 재료인 유기 반도체 화합물(5)의 분자의 배향성이 흐트러지는 것이 거의 없고, 양호한 특성을 갖는 반도체층을 얻는 것이 가능하다.
또, 상기에 있어서, 매트릭스 재료(4)는 단량체화하여 승화 휘발함으로써 기판(2)으로부터 제거되기 때문에, 현상 장치에는 제거된 매트릭스 재료(4)의 분자를 제거하는 기능을 부가해 놓은 것이 바람직하다.
또한, 상기에서는, 매트릭스 재료(4)로서, 광 개시제를 첨가함으로써 감광성을 갖도록 한 폴리프탈알데히드계 재료를 예시하여 설명했지만, 매트릭스 재료(4)는, 열 현상형으로 가열에 의해 단량체화하여 승화하는 형태의 감광성 레지스트 재료이면 좋고, 바람직하게는 거의 막대 형상의 화합물 분자로 이루어지는 승화성의 열 현상형 감광성 레지스트 재료인 것이 바람직하다.
또한, 상기에서는, 매트릭스 재료(4)로서, 자외선 조사에 의한 노광후, 가열베이킹함으로써 열 현상할 수 있는 것을 이용했지만, 폴리프탈알데히드에 오늄염을 첨가한 레지스트 등은 실온에서 해중합(解重合)을 일으키는 재료이기 때문에, 자외선 조사에 의한 노광후, 가열베이킹없이 현상할 수 있는 이들 자기현상 레지스트도 매트릭스 재료(4)로서 마찬가지로 사용할 수 있다.
또한, 상기에서는, 유기 반도체 화합물(5)과 매트릭스 재료(4)의 혼합 비율을 대략 1:1로 했지만, 소망의 특성에 따른 다른 혼합 비율이라도 좋다.
또한, 혼합 재료층(3)으로의 자외선 조사 조건이나 가열 조건은 상술의 조건에는 한정되지 않고, 상술의 재료에 대하여 적절한 조건이라면 좋다.
또한, 상기에서는, 유기 반도체 화합물(5)로서 펜타센을 사용했지만, 테트라센, 티오펜올리고마 유도체, 페닐렌 유도체, 프탈로시아닌 화합물, 폴리아세틸렌 유도체, 폴리티오펜 유도체, 시아닌 색소 등의 유기 반도체 화합물이라도 좋고, 또한 이들 재료에 한정되는 것이 아니다.
또한, 상기에서는, 전자기능 재료로서, 유기 재료계의 유기 반도체 화합물(5)을 사용했지만, 유기 재료계의 유기 반도체 화합물과 무기 재료계의 나노튜브를 혼합한 복합계 전자기능 재료 등도 사용할 수 있다.
또한, 혼합 재료 준비 공정에서의 혼합 재료층 형성 공정에서, 준비된 혼합 재료를 스핀코트하여 혼합 재료층(3)을 형성했지만, 인쇄, 사출, 주입, 잉크젯, 분사 방법 등의 도공 방법에 의해, 혼합 재료층(3)을 형성하더라도 좋다.
또한, 상기에서는, 기판(2) 상에 형성된 혼합 재료층(3)을 롤코터(9)에 의해 어긋남 변형시켜 매트릭스 재료(4)를 배향시켰지만, 혼합 재료층(3)을 기판(2)으로부터 박리하여, 이 박리한 혼합 재료층(3)의 양단을 수평으로 서로 반대 방향으로 거의 일정한 힘으로 잡아당기는 것에 의해, 매트릭스 재료(4)를 연신하여 배향시키더라도 좋다.
(실시예 2)
도 4(a)~도 4(d)는 본 발명의 실시예 2의 전자기능 재료 박막의 제조 방법을 공정별로 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 4(d)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 전자기능 재료 박막(11)에서는, 전자기능 재료가 카본 나노튜브 재료로 구성되어 있다. 그 밖의 점은 실시예 2와 마찬가지다.
구체적으로는, 카본 나노튜브는 반도체성의 카본 나노튜브이며, 길이 대략 1~3㎛, 직경 1~5nm인 것으로, 혼합계의 카본 나노튜브 재료로부터 선별된 것이다. 또, 사용하는 카본 나노튜브는 이 형태의 범위 외인 것이더라도 상관없다.
다음에, 본 실시예의 전자기능 재료 박막(11)의 제조 방법을 설명한다.
도 4(a)에 있어서, 혼합 재료 준비 공정으로서, 반도체성의 카본 나노튜브 재료(15)와, 화학식 3에 나타내는 광 개시제를 첨가하여 감광성을 갖도록 한, 화학식 2에 나타내는 폴리프탈알데히드계의 레지스트 재료로 이루어지는 매트릭스 재료(4)를, 혼합비 대략 0.5:1로 혼합한 혼합 재료를 준비한다. 필요하면 유기용매를 혼합하더라도 좋다.
이어서, 혼합 재료층 형성 공정에서, 간격을 갖고 대향하도록 전극(6, 7)이 형성되고 기판(2) 상에, 스핀코트 등의 방법에 의해 혼합 재료를 대략 0.5㎛의 두께로 도포하고, 섭씨 대략 100도로 가베이킹하여, 혼합 재료층(13)을 형성한다.
도 4(b)에 있어서, 배향 처리 공정으로서, 혼합 재료층(13)을, 롤코터(9)에 의해 어긋남 응력(shear)를 걸어 소정의 방향으로 어긋나게 변형시킨다. 그렇게 하면, 화학식 2에 나타내는 폴리프탈알데히드계 레지스트 재료의 매트릭스 재료(4)의 분자가, 소정의 방향으로 연신되어 배향함과 동시에, 매트릭스 재료(4)의 배향 한 분자에 둘러싸인 반도체성의 카본 나노튜브 재료(15)도, 매트릭스 재료(4)의 분자와 거의 나란히 소정의 방향으로 배향한다.
도 4(c)에 있어서, 매트릭스 재료 제거 공정으로서, 배향시킨 혼합 재료층(13)에, 파장 254㎚, 0.38mJ/㎡의 비교적 약한 강도의 자외선(UV)을 조사하여 혼합 재료층(13)을 노광한다.
이어서, 도 4(d)에 있어서, 자외선 조사된 혼합 재료층(13)을, 섭씨 대략 160도로 2분간 가열베이킹한다. 그렇게 하면, 혼합 재료층(13)의 중의 배향한 폴리프탈알데히드계 레지스트 재료로 이루어지는 매트릭스 재료(4)는, 자외선 조사되어 가열되는 것에 의해 단량화하여 단량체 알데히드에 되돌아가, 기판(2)으로부터 승화 휘발하는 열 현상을 일으킨다. 이에 따라, 카본 나노튜브 재료(15)를 배향시키지만 막으로서의 특성 유지에는 불필요한 재료인 매트릭스 재료(4)가 혼합 재료층(13) 중에서 제거되어, 기판(2) 상에는 소정의 방향으로 배향한 카본 나노튜브 재료(15)의 층이 남는다. 이에 따라, 이 카본 나노튜브 재료(15)의 무기 반도체층으로 이루어지는 전자기능 재료 박막(11)이 형성된다. 이 경우, 소정의 방향으로 배향한 카본 나노튜브 재료(15)의 분자는 가열베이킹에 의해 긴밀히 채워넣어지고, 양호한 특성을 갖는 나노튜브 반도체층인 전자기능 재료 박막(11)이 형성된다.
다음에, 이상과 같이 구성되어 제조된 전자기능 재료 박막(11)의 특성에 대하여 설명한다.
본건 발명자는, 종래 방법에 의해, 반도체성의 카본 나노튜브를 사용하여 배향도가 낮아 찌꺼기가 남은 상태의 전자기능 재료 박막을 비교예 2로서 제조하고, 이것을 본 실시예에 따른 전자기능 재료 박막(11)과 비교했다. 이 비교에 있어서는 양자의 단면적을 대략 동일하게 하고 또한 전극간의 거리를 동일하게 하여, 도전도를 측정했다. 그 결과, 본 실시예에 따른 전자기능 재료 박막(11)의 도전도는 비교예 2의 대략 5배였다. 이것으로부터, 비교예 2의 캐리어 이동도는 대략 200㎠/Vs이기 때문에, 본 실시예에 따른 전자기능 재료 박막(11)의 캐리어 이동도로서, 대략 1000㎠/Vs라는 높은 값이 얻어진 것으로 추측된다. 이것은, 당해 반도체성의 카본 나노튜브를 배향시켜 전하 수송 상태를 향상시킨 재료와 거의 동일한 레벨이 높은 특성이었다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전자기능 재료 박막(11)은, 반도체성의 카본 나노튜브(15)의 분자를 보다 양호하게 배향시키고, 또한 그 반도체성의 카본 나노튜브(15)의 분자의 사이에 존재하는 불필요한 매트릭스 재료(4)의 분자를 제거하기 때문에, 반도체성의 카본 나노튜브를 이용하여 형성한 본 발명의 전자기능 재료 박막은 당해 전자기능 재료를 사용한 반도체층으로서 높은 특성을 갖는다.
또, 상기에 있어서, 카본 나노튜브 재료(15)와 매트릭스 재료(4)의 혼합 비율을 대략 0.5:1로 했지만, 소망의 특성에 따른 다른 혼합 비율이라도 좋다.
또한, 혼합 재료(13)에의 자외선 조사 조건이나 가열 조건은 재료에 적절한 조건이라면 좋다.
또한, 매트릭스 재료(4)로서, 에칭현상액으로 현상할 수 있는 에칭현상형의 감광성 레지스트를 사용하더라도 좋다. 이 경우에는, 매트릭스 재료(4)는 에칭현 상액에 의해 용해 제거된다.
또한, 상기에서는, 전자기능 재료(11)로서, 무기 재료계의 카본 나노튜브를 사용했지만, 전자기능 재료(11)로서, 다른 무기 재료계 반도체 재료를 이용하여도 상관없다.
또, 전자기능 재료(11)로서, 유기 재료계의 유기 반도체 화합물과 무기 재료계의 나노튜브를 혼합한 복합계 전자기능 재료 등을 이용하여도 좋다.
(실시예 3)
실시예 1, 2의 전자기능 재료 박막은, 이것을 구성하는 유기 반도체 화합물 또는 나노튜브 등의 전자기능 재료의 분자를 양호하게 친밀히 배향시켜 그 충전밀도를 향상시킴으로써, 전자기능 재료 분자간의 전자적인 접합점 밀도를 높게 할 수 있어, 전자기능 재료 박막의 전기 전도율이나 캐리어 이동도를 더 향상할 수 있다. 그 결과, 우수한 전기 특성을 가지는 전자기능 재료 박막인 도전성 박막 또는 반도체층으로서 이용할 수 있어, 박막 트랜지스터, 미소 회로 장치나 고성능 전자 장치 부품의 제작에 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예 3은 이 안의 실시예 1의 전자기능 재료 박막(1)을 반도체층으로서 사용한 박막 트랜지스터를 예시한다.
도 5(a) 및 도 5(b)은 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 박막 트랜지스터(20)는 기판(2) 을 갖고 있다. 기판(2) 상에는, 금 등으로 이루어지는 게이트 전극(25)이 형성되어 있다. 그리고, 게이트 전극(25)과 게이트 전극(25)이 형성된 부분 이외의 기판(2)의 표면을 덮도록 산화실리콘 등으로 이루어지는 게이트 절연막(23)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(23)의 위에는 평면에서 보아 게이트 전극(25)의 양측에 위치하도록, 각각 금 등으로 이루어지는 소스 전극(16)과 드레인 전극(27)이 형성되어 있다. 그리고, 소스 전극(16)과 드레인 전극(27) 사이의 게이트 절연막(23)과, 해당 소스 전극(16) 및 드레인 전극(27)을 덮도록, 유기 반도체층(21)이 형성되어 있다. 이 유기 반도체층(21)은 실시예 1의 전자기능 재료 박막(1)으로 구성되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 박막 트랜지스터(20)의 제조 방법을 설명한다.
도 5(a)에 있어서, 우선, 기판(2) 상에, 박막 작성 기술, 포토리소 기술, 리프트오프 기술 등에 의해서 밑바닥에 금 등의 전극 재료에 의해 패턴을 형성하여 게이트 전극(25)을 형성한다. 다음에, 게이트 전극(25) 상을 덮도록, 산화실리콘 등에 의한 게이트 절연막(23)을 형성한다. 다음에, 게이트 절연막(23)의 위에 평면에서 보아 게이트 전극(25)을 사이에 두고 대향하도록, 금 등의 전극 재료에 의해 패턴을 형성하여, 소스 전극(26), 드레인 전극(27)을 형성한다.
다음에, 실시예 2에서 설명한 전자기능 재료 박막(1)인 유기 반도체층(21)을, 소스 전극(26), 드레인 전극(27)을 덮도록 게이트 절연막(23)의 위에 이하와 같이 형성하고, 그것에 의하여 도 5(b)에 나타내는 바틈(bottom) 게이트형의 박막 트랜지스터(20)를 얻는다. 보호막 등은 간략화하기 위해서 도시되어 있지 않다.
도 5(a)에 있어서, 반도체층으로서의 전자기능 재료 박막(1)으로 이루어지는 유기 반도체층(21)은 실시예 1과 같이 형성된다.
즉, 소스 전극(26)과 드레인 전극(27) 사이의 게이트 절연막(23)의 표면과, 소스 전극(26) 및 드레인 전극(27)의 적어도 일부의 위에, 이하의 혼합 재료를 도포한다.
혼합 재료는, 전자기능 재료인 화학식 1에 나타내는 펜타센으로 이루어지는 유기 반도체 화합물(5)과, 화학식 3에 나타내는 광 개시제를 수% 첨가하여, 감광성을 갖도록 한 화학식 2에 나타내는 폴리프탈알데히드계의 레지스트 재료로 이루어지는 매트릭스 재료(4)를, 혼합비 대략 1:1로 혼합한 것이다. 그리고, 매트릭스 재료(4)와 유기 반도체 화합물(5)의 혼합 재료를, 스핀코트나 인쇄, 잉크젯 등의 도공 방법에 의해 대략 1㎛의 두께로, 소스 전극(26) 및 드레인 전극(27)의 적어도 일부에 걸쳐 게이트 절연막(23)의 표면에 도포하고, 그 후, 섭씨 대략 100도로 가베이킹하여 혼합 재료층(3)이 형성된다. 이어서, 이 혼합 재료층(3)을, 롤코터(도시하지 않음) 등에 의해 소정의 방향으로, 예컨대, 소스 전극(26)과 드레인 전극(27)을 잇는 방향으로, 어긋남 응력을 걸어 어긋남 변형시킨다. 그리고, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 혼합 재료층(3)에 자외선을 조사한다.
이어서, 도 5(b)에 있어서, 섭씨 대략 160도로 2분간 가열베이킹한다. 그렇게 하면, 혼합 재료층(3)의 중의 배향한 매트릭스 재료(4)는, 자외선 조사되어 가열되는 것에 의해 단량화하여 단량체로 되돌아가고, 열 현상에 의해 승화 휘발하여, 혼합 재료층(3)으로부터 제거된다. 즉, 이 매트릭스 재료 제거 공정에 의해, 매트릭스 재료(4)는 유기 반도체 화합물(5)을 배향시키지만, 유기 반도체층(21)으로서의 특성 유지에는 불필요한 재료로서 제거된다.
이에 따라, 소정의 방향으로 배향한 유기 반도체 화합물(5)의 분자층이 게이트 절연막(23), 소스 전극(26), 및 드레인 전극(27) 상에 잔존하고, 이것이 전자기능 재료 박막(11)인 유기 반도체층(21)을 구성한다. 이렇게 하여, 이 유기 반도체층(21)을 반도체층으로서 구비한 박막 트랜지스터(20)가 작성된다.
이 박막 트랜지스터(20)에 있어서는, 유기 반도체층(21)이, 유기 반도체 화합물(5)의 분자를 양호하게 배향시켜 전하 수송의 성능을 높이고 있고, 또한 배향시킨 유기 반도체 화합물(5)의 분자의 사이에 존재하는 불필요한 매트릭스 재료(4)의 분자를 제거되도록 하여 형성되어 있다. 이와 같이 형성된 유기 반도체층(21)은, 유기 반도체 재료로서 본래 갖는 특성이 더 향상하여, 반도체층으로서의 높은 특성을 갖고 있다.
실험의 결과, 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터(20)의 온 전류는, 동일한 특성의 유기 반도체 재료를 사용하여 종래 기술에 의해서 형성된, 배향도가 낮아 찌꺼기가 남은 유기 반도체층에 의한 박막 트랜지스터의 온 전류의 대략 10배였다.
이것으로부터, 종래의 유기 반도체층에 의한 박막 트랜지스터의 채널의 캐리어 이동도는, 대략 0.1㎠/Vs이기 때문에, 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터(20)의 채널의 캐리어 이동도로서 대략 1㎠/Vs라는 높은 값이 얻어진 것으로 추측된다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시예 3에 의하면, 박막 트랜지스터(20)는, 그 반도체층(21)이, 이것을 형성하는 전자기능 재료 박막(1)의 내부의 전자기능 재 료 분자를 양호하게 친밀히 배향시켜 그 충전밀도를 향상시키고, 또한, 전자기능 재료 분자의 사이에 존재하는 불필요한 매트릭스 재료(4)의 분자를 제거하여 형성되어 있기 때문에, 전자기능 재료로서의 본래의 특성을 충분히 유지한, 채널에 있어서의 높은 캐리어 이동도를 갖고 있다. 따라서, 본 실시예의 박막 트랜지스터(20)는 미소한 회로 장치나 고성능 전자 장치 등에 적용할 수 있어, 우수한 특성을 가진 반도체층을 갖는 박막 트랜지스터로서 이용할 수 있다.
다음에, 본 실시예의 변형예를 설명한다.
본 변형예에 따른 박막 트랜지스터에서는, 혼합층(3)이, 액정성 유기 반도체 화합물, 예컨대 4'-n펜틸-4-시아노비페닐 5CB와 반도체성의 나노튜브, 예컨대 카본 나노튜브를 혼합하여 형성된다. 그리고, 이 혼합층(3)에 있어서의 액정성 유기 반도체 화합물을 소정의 방향으로 배향시키기 위해서, 소스 전극(26)과 드레인 전극(27) 사이의 게이트 절연막(23)과, 소스 전극(26) 및 드레인 전극(27)의 위에 예컨대 폴리이미드 배향막이 형성되어 있다. 이 폴리이미드 배향막이 배향 처리되어 있고, 이 배향 처리에 따라서, 액정성 유기 화합물과 함께 나노튜브도 배향한다. 그리고, 이 혼합층(3)이 1.013kPa(0.01 기압) 정도의 감압하에서 250℃까지 급가열되는 것에 의해, 5CB가 휘발하여, 혼합층(3)에 나노튜브만이 배향 상태를 거의 유지한 채로 남는다. 이 남겨진 반도체성 나노튜브에 의해서, 박막 트랜지스터의 반도체층이 구성된다.
또, 상기에서, 박막 트랜지스터(20)의 반도체층을 실시예 1의 전자기능 재료 박막(1)으로 구성했지만, 이것을 실시예 2의 전자기능 재료 박막(11)으로 구성하더 라도 상관없다.
또한, 전자기능 재료로서 유기 반도체 화합물과 반도체성의 카본 나노튜브를 복합시킨 복합계 반도체층을 형성하여 이용하더라도 상관없다.
또한, 상기에서, 매트릭스 재료(4)로서, 광 개시제를 첨가하여 감광성을 갖도록 한 폴리프탈알데히드계 재료를 사용했지만, 열 현상형으로 가열에 의해 단량체화하여 승화하는 형태의 감광성 레지스트 재료이면 상관없다.
또한, 매트릭스 재료(4)로서, 열 현상형으로 가열에 의해 단량체화하여 승화하는 형태의 감광성 레지스트 재료를 이용했지만, 매트릭스 재료(4)로서, 에칭현상액으로 현상할 수 있는 에칭현상형의 감광성 레지스트를 사용해도 좋다. 이 경우에는, 매트릭스 재료(4)는 에칭 용액에 의해 용해 제거된다.
또한, 유기 반도체 화합물(5)과 매트릭스 재료(4)의 혼합 비율을 대략 1:1로 했지만, 소망의 특성에 따른 다른 혼합 비율이라도 좋다. 또한, 혼합 재료에의 자외선 조사 조건이나 가열 조건은 재료에 대하여 적절한 조건이라면 좋다.
또한, 상기에서는, 본 발명을, 게이트 전극을 기판 상의 밑바닥에 마련한 바틈 게이트형의 박막 트랜지스터에 적용하는 경우를 설명했지만, 게이트 전극을 게이트 절연막상, 즉 기판 상의 최상부에 마련한 탑(top) 게이트형의 박막 트랜지스터에 있어서도 상기와 같이 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터에 있어서, 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극의 재료로서는, 도전성으로, 기판이나 반도체와 반응하지 않는 것이면 사용 가능하다. 예컨대, 도핑한 실리콘이나, 금, 은, 백금, 플래티나, 팔라듐 등의 귀금속이나, 리튬, 세슘, 칼슘, 마그네슘 등의 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속의 외에, 구리, 니켈, 알루미늄, 티탄, 몰리브덴 등의 금속, 또한, 그들의 합금도 사용할 수 있다. 기타, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리페닐렌비닐렌 등의 도전성의 유기물도 사용할 수 있다. 특히, 게이트 전극은 다른 전극보다도 전기 저항이 크더라도 동작 가능하기 때문에, 제조를 쉽게 하기 위해서 소스 전극, 드레인 전극과는 다른 재료를 사용하더라도 좋다.
또한, 게이트 절연막으로서는, 전기 절연성으로, 기판이나 전극, 반도체와 반응하지 않는 것이면 사용 가능하다. 또한, 기판으로서, 먼저 예시한 유연한 것 이외에, 실리콘 상에 통상의 실리콘 산화막이 형성된 기판을 이용하여, 이 실리콘 산화막을 게이트 절연막으로서 이용하더라도 좋다. 또한, 산화막 형성후에 수지 등의 박층을 마련하더라도 게이트 절연막으로서 기능한다. 또한, 게이트 절연막을, 기판이나 전극과 다른 원소로 구성되는 화합물을 CVD나 증착, 스퍼터 등으로 퇴적하거나, 용액으로서 도포, 분사하여, 전해에 의해 부착시키거나 하여 형성하더라도 좋다. 또한, 박막 트랜지스터의 게이트 전압을 내리기 위해서, 유전율이 높은 물질을 게이트 절연막의 재료로서 이용하는 것도 알려지고 있고, 강유전성 화합물이나 강유전체가 아니지만 유전율이 큰 화합물을 게이트 절연막의 재료로서 이용하더라도 좋다. 또한, 무기물에 한정되지 않고, 폴리불화비닐리덴계나 폴리시아닌화비닐리덴계 등의 유전율이 큰 유기물을 게이트 절연막의 재료로서 이용하더라도 좋다.
또한, 나노튜브는 장래에 카본 외의 재료로 이루어지는 나노튜브도 사용할 수 있을 가능성이 있다.
(실시예 4)
본 발명의 전자기능 재료 박막이나 박막 트랜지스터는, 박막 형성이나 반도체층의 형성에 있어서, 종래의 저온의 박막 형성 기술을 사용할 수 있기 때문에, 유연하게 구부리는 것이 가능한 플라스틱판이나 얇은 유리 기판의 외에, 두께가 얇은 폴리이미드 필름 등의 부드러운 성질을 갖는 수지 필름 등의 기판도 사용할 수 있다. 예컨대 폴리에틸렌 필름, 폴리스틸렌 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리이미드 필름 등으로 이루어지는 기판이 이용된다. 이에 따라, 플라스틱이나 수지 필름을 기판으로 한 부드러운(가요성의) 페이퍼 디스플레이 또는 시트 디스플레이 등에 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예 4는 본 발명의 전자기능 재료 박막이나 박막 트랜지스터를 이용한 페이퍼(시트)라이크 화상 표시 장치를 예시한다.
도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른 화상 표시 장치의 구성을 개념적으로 나타내는 평면도이다.
도 6에 있어서, 액티브 매트릭스형의 화상 표시 장치(51)는 플라스틱 기판(52)을 갖고 있다. 이 플라스틱 기판(52)의 위에, 복수개의 행 전극(53)과 복수개의 열 전극(54)이 평면에서 보아 교차(실제로는 입체 교차)하도록 형성되어 있다. 그리고, 플라스틱 기판(52)과 소정의 간격을 갖고 대향하도록 디스플레이 패널(58)이 배치되고, 그 간극에, 예컨대, 광 기능 재료(광을 투과 및 차단하고, 또 는 발광 및 발광정지하는 재료)가 봉입되어 있다. 그리고, 평면에서 보아, 행 전극(53)과 열 전극(54)에 의해 매트릭스 형상으로 구획된 영역이 화소를 구성하고 있다. 행 전극(53)과 열 전극(54)의 교차점(55)의 근방에는 미세한 박막 트랜지스터(도시하지 않음)로 이루어지는 스위칭 소자가 배치되어 있고, 이 박막 트랜지스터가 실시예 3의 박막 트랜지스터로 구성되어 있다. 행 전극(53) 및 열 전극(54)은 각각 구동 회로(56a, 56b)에 접속되고, 구동 회로(56a, 56b)는 제어 회로(제어기)(57)에 의해서 제어되어 있다.
이 화상 표시 장치(51)에서는, 제어 회로(57)에 의해 제어되어 구동 회로(56a, 56b)가 행 전극(53) 및 열 전극(54)에 화상 신호에 따라 전압을 인가하고, 이 전압에 따라 각 화소의 광 기능 재료가 동작하여, 디스플레이 패널(58)의 화면에 화상 신호에 따른 화상이 표시된다. 그 때, 각 화소에 대응하는 스위칭 소자가 순차적으로 ON/OFF되는 것에 의해, 전체 화소를 순차적으로 주사하도록 하여 화상이 표시된다.
여기서, 본 실시예에서는, 스위칭 소자가 본 발명의 박막 트랜지스터로 구성되어 있기 때문에, 화상 신호를 양호한 특성으로 ON/OFF할 수 있다. 또한, 부드러운 기판을 사용한 고선명의 화상 표시 장치인, 재기록 가능한 페이퍼라이크 전자디스플레이나 시트 디스플레이를 실현할 수 있다. 또한, 전자기능 재료 박막이나 박막 트랜지스터를 포함하는 반도체 회로 장치로서, 디스플레이 패널(58)의 주변의 구동 회로(56a, 56b)나 제어 회로(57)를 구성함으로써, 디스플레이 패널(58)과 이들 회로(56a, 56b, 57)를 일체로 제작할 수 있기 때문에, 부드러운 재기록 가능한 페이퍼라이크 전자디스플레이나 시트 디스플레이 등의 화상 표시 장치를 얻을 수 있다.
화상 표시 장치(51)는, 구체적으로는, 액정 표시 방식, 유기 EL 방식, 일렉트로크로믹(Electrochromic) 표시 방식(ECD), 전해석출 방식, 전자 분류체(粉流體) 방식이나 간섭형변조(MEMS) 방식 등에 의한 화상 표시 장치로 구성된다.
또, 본 발명의 전기기능 재료 박막이나 박막 트랜지스터를 포함한 반도체 회로 장치는, 휴대기기나, 무선 IC tag(RFID tag) 등의 1회용 기기, 또는 그 밖의 전자기기, 로봇, 초소형 의료기구, 그 밖의 산업분야에 이용할 수 있다.
상기 설명으로부터, 당업자에 있어서는, 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시예가 분명해진다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 할 것이며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하지 않고, 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.
본 발명의 전자기능 재료의 배향 처리 방법은, 전자기능 재료의 특성을 거의 손상하는 일없이 양호한 캐리어 이동도를 갖는 전자기능 재료 박막 등을 간편히 얻는 것이 가능한 전자기능 재료의 배향 처리 방법으로서 유용하다.
본 발명의 전자기능 재료 박막의 제조 방법은, 전자기능 재료의 특성을 거의 손상하는 일없이 양호한 캐리어 이동도를 갖는 전자기능 재료 박막의 제조 방법으 로서 유용하다.
본 발명의 박막 트랜지스터의 제조 방법은, 전자기능 재료의 특성을 거의 손상하는 일없이 양호한 캐리어 이동도를 갖는 전자기능 재료 박막을 반도체층으로서 이용한 박막 트랜지스터의 제조 방법으로서 유용하다.
본 발명의 전자기능 재료 박막은, 전자기기 등에 이용되고, 유연하고 또한 양호한 캐리어 이동도를 갖는 박막으로서 유용하다.
본 발명의 박막 트랜지스터는, 페이퍼라이크 또는 시트 형상의 화상 표시 장치 등에 이용되고, 양호한 캐리어 이동도를 갖는 박막 트랜지스터로서 유용하다.
Claims (12)
- 전자기능 재료와 상기 전자기능 재료를 배향시키기 위한 매트릭스 재료의 혼합 재료를 준비하는 혼합 재료 준비 공정과,상기 혼합 재료를 배향시키는 배향 처리 공정과,상기 배향된 상기 혼합 재료 중의 상기 매트릭스 재료를 제거하는 매트릭스 재료 제거 공정을 갖는 전자기능 재료의 배향 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전자기능 재료는 유기 반도체 화합물을 포함하는 전자기능 재료의 배향 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전자기능 재료는 나노튜브를 포함하는 전자기능 재료의 배향 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 혼합 재료 준비 공정은 상기 혼합 재료를 포함한 혼합 재료층을 형성하는 혼합 재료층 형성 공정을 갖는 전자기능 재료의 배향 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 배향 처리 공정에서는, 연신(延伸), 어긋남 변형 및 액정 배향의 적어도 하나에 의해 상기 혼합 재료를 배향시키는 전자기능 재료의 배향 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 매트릭스 재료 제거 공정에서는, 가열 및 에칭 중 적어도 하나에 의해 상기 매트릭스 재료를 제거하는 전자기능 재료의 배향 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 매트릭스 재료는, 자외선에 노광시키거나 또는 전자 빔을 조사한 후, 가열하는 것에 의해, 단량화하고 승화하여 현상되는 열 현상형의 레지스트 재료를 포함하는 전자기능 재료의 배향 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 매트릭스 재료는 감광성의 폴리프탈알데히드계 재료를 포함하는 전자기능 재료의 배향 처리 방법.
- 청구항 1에 기재된 전자기능 재료의 배향 처리 방법을 이용하여 전자기능 재료 박막을 형성하는 전자기능 재료 박막의 제조 방법.
- 청구항 9에 기재된 전자기능 재료 박막의 제조 방법에 의해 반도체층을 구성하는 상기 전자기능 재료 박막을 형성하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 청구항 9에 기재된 전자기능 재료 박막의 제조 방법에 의해 얻어진 전자기능 재료 박막.
- 청구항 11에 기재된 전자기능 재료 박막으로 반도체층이 구성되어 있는 박막 트랜지스터.
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