WO2005043639A1 - 導電性薄膜および薄膜トランジスタ - Google Patents

導電性薄膜および薄膜トランジスタ Download PDF

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WO2005043639A1
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conductive thin
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Naohide Wakita
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a conductive thin film formed by orienting a nanotube or an organic semiconductor conjugate, and a thin film transistor using the same as a semiconductor layer.
  • a thin film transistor (TFT) used in a flat panel display or the like has a source electrode and a drain electrode on one surface of a semiconductor layer constituting the thin film transistor, and a substantially central portion with respect to a channel on the other surface.
  • a gate electrode is provided at a position.
  • the semiconductor layer of the thin film transistor having the above-described configuration is formed by precisely controlling a semiconductor thin film formed on a substrate by a thin film control process.
  • a semiconductor layer of a thin film transistor formed by this thin film control process is required to have excellent carrier mobility for constituting a semiconductor device. Therefore, in a conventional thin film transistor, an inorganic semiconductor such as silicon or germanium having excellent carrier mobility is preferably used as a semiconductor material for forming a semiconductor layer.
  • the organic electronic functional material generally has flexibility. Therefore, by using this organic electronic functional material, it becomes possible to impart flexibility to the conductor layer and the semiconductor layer. Therefore, by forming a conductor layer or a semiconductor layer on the surface of a flexible plastic substrate resin film using an organic electronic functional material, flexible electrodes and thin film transistors can be easily manufactured. It becomes possible. Then, by using an electrode, a thin film transistor, or the like having flexibility, a sheet-like or paper-like display, an electronic device, or the like can be easily configured.
  • a thin film transistor using an organic electronic functional material for a semiconductor layer for example, a thin film transistor using oligothiophene, which is an organic semiconductor conjugate, for a semiconductor layer is known.
  • This thin film transistor is obtained by depositing oligothiophene, which is an organic semiconductor conjugate, on a substrate, or applying a solution of oligothiophene dissolved in an organic solvent onto the substrate. It has a thin film of oligothiophene deposited and formed as a semiconductor layer.
  • the semiconductor layer is formed by simply vapor-depositing or depositing oligothiophene, and the oligothiophene is not aligned, so that the carrier mobility of the channel uses silicon or the like.
  • the carrier mobility of a thin film transistor in which a semiconductor layer is formed by simply vapor-depositing or depositing this oligothiophene is approximately 0.001 cm 2 ZVs (for example, see Patent Document 1).
  • the conductor layer or the semiconductor layer using the organic electronic functional material has a remarkable carrier mobility in the conductor layer or the semiconductor layer as compared with the carrier mobility in the case of using the inorganic semiconductor.
  • the problem is that it is low.
  • the carrier mobility of silicon is about 10 3 cm 2 / Vs in single crystal, about 10 2 cm 2 / Vs in polycrystal, and about lcm 2 ZVs in amorphous.
  • the carrier mobility when an organic electronic functional material such as the above-described oligothiophene is used is about 0.001 to 0.01 cm 2 / Vs.
  • the molecular axis of the organic electronic functional material inside the conductive layer or the semiconductor layer is randomly arranged, so that the charge transfer between a plurality of organic electronic functional materials is smooth. This is because the electrical conductivity is reduced.
  • a conductive layer such as an electrode or a wiring
  • a semiconductor layer in a semiconductor device such as a thin film transistor or an organic electroluminescent element
  • a semiconductor layer in a high-definition image display device or a high-speed LSI or the like are provided with organic electronic functions. It was difficult to form with materials.
  • a crystalline low-molecular organic electronic functional material having a strength such as pentacene is used as an organic electronic functional material, and the low-molecular organic electronic functional material is oriented and aligned by a vapor deposition technique, thereby forming a semiconductor layer.
  • Such thin film transistors have been reported (for example, see Non-Patent Document 1).
  • pentacene an organic semiconductor compound
  • pentacene is deposited on a substrate, thereby forming a semiconductor layer of a thin film transistor.
  • pentacene is deposited at a deposition rate of lAZs on the surface of the substrate whose temperature is room temperature (27 ° C.).
  • a thin film transistor with a carrier mobility of about 0.6 cm Vs and a relatively high carrier mobility value when a semiconductor layer is formed using an organic electronic functional material is obtained. Is reported.
  • a semiconductor layer is composed of an organic semiconductor polymer having a liquid crystal substituent introduced into a side chain, and a direction of a skeleton chain of the organic semiconductor polymer is fixed. A thin film transistor arranged in a direction is disclosed (for example, see Patent Document 2).
  • a thiophene-like phenylcyclohexane (PCH) system is used at the third or fourth position.
  • a liquid crystal phase of a polythiophene derivative into which a liquid crystal substituent is introduced is used as a semiconductor layer.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional configuration of the thin film transistor disclosed in Patent Document 2.
  • a thin film transistor 100 has an organic semiconductor film 106 formed on a insulating substrate 101 on which a gate electrode 103 is formed, with a gate insulating film 102 interposed therebetween. I have. Further, between the insulating substrate 101 and the organic semiconductor film 106, a source electrode 104 and a drain electrode 105 are formed so as to be directly connected to the organic semiconductor film 106.
  • the organic semiconductor film 106 is obtained by polymerizing a PCH-based liquid crystal compound (PCH504) -thiophene by a catalytic polymerization method, and dissolving this polymer in a chloroform solvent to show a liquid crystal phase.
  • PCH504 PCH-based liquid crystal compound
  • the liquid crystalline substituent introduced into the organic semiconductor polymer constituting the organic semiconductor film 106 can be oriented in a direction parallel to the rubbing direction.
  • the skeleton chains of the organic semiconductor polymer are arranged in a certain direction with respect to the liquid crystal substituent as a side chain since the thickness of the organic semiconductor film 106 to be formed is small. That is, in the thin-film transistor 100, the alignment direction of the liquid crystal substituent is controlled by the alignment treatment, thereby controlling the alignment direction of the skeleton chain of the organic semiconductor polymer.
  • nanostructures have been used as semiconductor materials for forming conductor layers and semiconductor layers. Attention has also been drawn to nanotubes (NTs) made of carbon nanotubes, especially carbon nanotubes (CNTs), which are inorganic compounds made of carbon (C).
  • NTs nanotubes made of carbon nanotubes, especially carbon nanotubes (CNTs), which are inorganic compounds made of carbon (C).
  • Nanotubes (NT) and carbon nanotubes (CNT) have very good conductivity, high mechanical strength, and are also very chemically and thermally stable. Many studies have been conducted.
  • Carbon nanotubes have an extremely small diameter on the order of nanometers and a length on the order of microns, and are extremely close to an ideal one-dimensional system with an extremely large aspect ratio.
  • the carbon nanotube has a metallic property having high electrical conductivity or a semiconducting property having a band gap having a size inversely proportional to the diameter depending on the symmetry of the molecular structure.
  • carbon nanotubes are produced as a carbon nanotube mixture containing, for example, a carbon nanotube having a metallic property and a carbon nanotube having a semiconducting property in a ratio of about 1: 2, for example.
  • carbon nanotubes having metallic properties have high electric conductivity, there is a possibility that they can be used as a favorable wiring material or as a conductive member of other small-sized devices.
  • carbon nanotubes are used as a semiconductor layer of a thin film transistor, it is necessary to use carbon nanotubes having semiconductor properties.
  • a thin film transistor in which a semiconductor layer is formed using carbon nanotubes having semiconductor properties can obtain a very high carrier mobility of 1000 to 1500 cm 2 ZVs, which has a very large carrier mobility in the channel. is there.
  • a carbon nanotube having a diameter of about 1.4 nm is dispersed and arranged at an appropriate dispersion density to form a semiconductor layer having a thickness of about 1.4 nm.
  • Thin film transistors have been reported (for example, see Non-Patent Document 2).
  • FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a thin film transistor using a carbon nanotube for a semiconductor layer.
  • Non-Patent Document 2 As shown in FIG. 18, in the thin-film transistor 200, a 150-nm-thick gate insulating film 202 that also has a thermal oxidation silicon force is formed on a P + silicon substrate 201 also serving as a gate electrode. Formed on the gate insulating layer 202.
  • the carbon nanotubes are dispersed at an appropriate dispersion density to form a semiconductor layer 203 having a thickness of 1.4 nm.
  • titanium (Ti) or cobalt (Co) metal is deposited on the surface of the semiconductor layer 203, and a source electrode 204 and titanium source made of titanium carbide or cobalt are provided on contact portions 206 and 207 with the carbon nanotube.
  • a drain electrode 205 is formed.
  • a thin film transistor 200 is configured. With such a configuration, a nanotube-type thin film transistor having sufficiently large carrier mobility in the channel and excellent electric characteristics can be obtained.
  • Patent Document 1 JP-A-2000-029403
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-083040
  • Non-Patent Document 1 C. D. Dimitrakopoulos, 1 other, IBM J. RES. & DEV. VOL. 45 NO. 1 JAN. 2001 ppl9
  • Non-Patent Document 2 Phaedon Avouris, Chem. Phys. 281, pp. 429-445 (2002), Fig. 6 "Carbon nanotube electronics"
  • the carrier mobility is slightly improved as compared with the conventional semiconductor layer in which the organic electronic functional material is not aligned.
  • the degree of orientation of the organic electronic functional material is still low, the carrier mobility of the semiconductor layer is still lower than when the semiconductor layer is formed using an inorganic semiconductor such as silicon.
  • the degree of orientation is further improved while maintaining the characteristics of the organic electronic functional material, thereby improving the flowability of electrons and holes. It is necessary to further improve the carrier mobility of the semiconductor layer and the electric conductivity of the conductor layer. or
  • Non-Patent Document 1 pentacene, which is a low-molecular organic semiconductor compound, is formed by vapor deposition on a substrate so as to be oriented and aligned to form a semiconductor layer. Obtaining a product pentacene crystal is difficult in practice.
  • a thin film transistor in which a pentacene crystal close to a single crystal is formed as a semiconductor layer on a flexible substrate has a problem in that the semiconductor layer is destroyed depending on handling and a defect occurs in the semiconductor layer. Further, there is a problem that the manufacturing time is long because the deposition rate of pentacene when forming the semiconductor layer is low, and the manufacturing cost of the thin film transistor is high because the vapor deposition apparatus is expensive.
  • a liquid crystal polymer of a polythiophene derivative into which a liquid crystal substituent is introduced is used, and the main chain of the polythiophene derivative is oriented by aligning the liquid crystal substituent in a liquid crystal phase.
  • a PCH-based liquid crystal compound that does not contribute to charge transfer is chemically bonded to a polythiophene derivative with a low carrier mobility value as a side chain, so that an organic electronic functional material can be easily manufactured. While an oriented semiconductor layer can be formed, it does not have a good effect on the charge transfer and the negative viewpoint, and it is difficult to sufficiently improve the carrier mobility of the channel.
  • non-patent document 2 in which a conductive layer or a semiconductor layer is formed using nanotubes, a nanotube having a large carrier mobility value is used, and the nanotubes are dispersed at an appropriate dispersion density. They are arranged to form a semiconductor layer.
  • a nanotube having a large carrier mobility value is used, and the nanotubes are dispersed at an appropriate dispersion density. They are arranged to form a semiconductor layer.
  • a conductor layer or a semiconductor layer formed by dispersing and disposing nanotubes has poor bending resistance. Therefore, it is difficult to form a conductor layer or a semiconductor layer consisting of nanotubes only on a flexible substrate such as a plastic substrate. That is, with such a configuration, it is difficult to form a flexible electrode, a thin film transistor, or the like.
  • a composite material is prepared by mixing a nanotube having a high carrier mobility and an organic compound having flexibility, and a conductive layer or a semiconductor layer is formed using the composite material.
  • an electrode or a thin film transistor having a large carrier mobility value and having flexibility can be formed.
  • the conductor layer made of the composite material or In the formation of a semiconductor layer simply mixing an organic compound and a nanotube simply forms an approximately one-dimensional shape of the nanotube molecules sparsely in different directions.
  • a semiconductor layer cannot be obtained.
  • the electrical conductivity when a conductor layer is formed using the composite material is as low as about 10 ⁇ - ⁇ ⁇ 1 . Further, in this case, it is difficult to sufficiently orient the nanotubes using the existing alignment processing means.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and is an inexpensive and flexible carrier mobility formed by highly orienting nanotubes or organic electronic functional materials by simple means. And a conductive thin film having excellent electrical conductivity and a thin film transistor using the same.
  • a molecule of a nanotube-organic compound having high carrier mobility and electric conductivity is densely improved by a simple method by further improving the degree of orientation in a predetermined direction.
  • the mixed packing density of nanotubes and the density of electronic junctions between nanotube molecules can be further improved, and the flow of electrons and holes can be made smoother.
  • the conductive thin film according to the present invention comprises mixing a first material having conductivity or semi-conductivity and a second material, It is a conductive thin film formed by orienting the mixture using the above method.
  • At least a nanotube containing at least one kind of metallic or semiconducting material and a liquid crystalline organic compound are mixed at least, and the molecules of the liquid crystalline organic compound are oriented to thereby orient the molecules of the nanotube. It is a formed conductive thin film.
  • the nanotube is a carbon nanotube.
  • the liquid crystal organic compound is a liquid crystal organic compound having at least one of a nematic liquid crystal phase and a smectic liquid crystal phase.
  • the liquid crystalline organic compound is a liquid crystalline organic compound having a charge transport function.
  • the liquid crystalline organic compound has at least one of a 2-phenylnaphthalene ring, a biphenyl ring, a benzothiazole ring, and a t-thiophene ring, and has a substantially rod-like molecular structure. It is.
  • the organic semiconductor compound is obtained by mixing at least a non-liquid crystalline organic semiconductor conjugate and a non-liquid crystalline organic compound, and orienting the molecules of the mixed liquid crystalline organic semiconductor mixture. This is a conductive thin film formed by orienting the molecules.
  • the liquid crystalline organic semiconductor mixture is a liquid crystalline organic semiconductor mixture formed by hydrogen bonding of the organic semiconductor compound and the organic compound.
  • any one of the organic semiconductor conjugate or the organic compound may be nitrogen, oxygen or the like.
  • the organic semiconductor compound or one of the organic compounds having at least the element of the organic compound is a compound further having at least one of an unsaturated bond and a benzene ring.
  • the organic semiconductor compound is a derivative of at least one of an acene-based, a phthalocyanine-based, and a thiophene-based organic semiconductor compound.
  • the derivative comprising the acene-based organic semiconductor conjugate is a pentacene derivative.
  • the derivative comprising the phthalocyanine-based organic semiconductor conjugate is a copper phthalocyanine derivative.
  • the liquid crystalline organic semiconductor mixture is also a conductive thin film formed by removing the organic compound.
  • the liquid crystalline organic semiconductor mixture is a conductive thin film formed by removing the organic compound by at least one of heating and ultraviolet irradiation.
  • an organic semiconductor compound having a first liquid crystal phase having a crystallization temperature at which the crystallization from the liquid crystal phase is equal to or higher than room temperature and the first semiconductor compound in a temperature range higher than the crystallization temperature of the organic semiconductor compound.
  • At least an organic compound exhibiting a second liquid crystal phase having a lower orientational order than the liquid crystal phase of the above is mixed, and the resulting mixed composition is brought into a predetermined temperature range! Then, the conductive thin film is formed by developing and aligning the second liquid crystal phase to orient the molecules of the organic semiconductor compound.
  • the first liquid crystal phase is a smectic liquid crystal phase
  • the second liquid crystal phase is a nematic liquid crystal phase
  • the organic semiconductor compound is an organic semiconductor compound containing a low polymer organic semiconductor compound.
  • the mixed composition is a mixed composition containing 70 to 98% by weight of the organic semiconductor compound.
  • the mixed composition is a mixed composition containing the organic semiconductor compound in an amount of 90 to 95% by weight.
  • the organic semiconductor compound is an organic semiconductor compound containing an oligothiophene derivative.
  • the method for producing a conductive thin film according to the present invention comprises mixing a first material having conductivity or semi-conductivity and a second material, and utilizing the liquid crystallinity of the mixture to form the mixture.
  • the mixture is oriented to form a conductive thin film.
  • At least a nanotube containing at least one kind of metallic or semiconducting material and a liquid crystalline organic compound are mixed at least, and the molecules of the liquid crystalline organic compound are oriented to thereby orient the molecules of the nanotube.
  • Carbon nanotubes are used as the nanotubes.
  • liquid crystal organic compound a liquid crystal organic compound having at least one kind of a nematic liquid crystal phase or a smectic liquid crystal phase is used.
  • liquid crystal organic compound a liquid crystal organic compound having a charge transport function is used. Used.
  • the liquid crystalline organic compound has at least one of a 2-phenylnaphthalene ring, a biphenyl ring, a benzothiazole ring, and a t-thiophene ring, and has a substantially rod-like molecular structure. Use an organic compound.
  • At least a non-liquid crystalline organic semiconductor conjugate and a non-liquid crystalline organic compound are mixed at least, and molecules of the mixed liquid crystalline organic semiconductor mixture are oriented to form the organic semiconductor compound. Are oriented to form a conductive thin film.
  • liquid crystalline organic semiconductor mixture a liquid crystalline organic semiconductor mixture formed by hydrogen bonding between the organic semiconductor compound and the organic compound is used.
  • a compound having at least one of nitrogen, oxygen, sulfur, and halogen is used as the organic semiconductor compound or any one of the organic compounds, and the element is hydrogen-bonded to hydrogen.
  • organic semiconductor compound or one of the organic compounds having at least the element a conjugate having at least one of an unsaturated bond and a benzene ring is used.
  • organic semiconductor conjugate a derivative comprising at least one of an acene-based, a phthalocyanine-based, and a thiophene-based organic semiconductor conjugate is used.
  • a pentacene derivative is used as the derivative comprising the acene-based organic semiconductor conjugate.
  • a copper phthalocyanine derivative is used as a derivative comprising the phthalocyanine-based organic semiconductor conjugate.
  • the liquid crystalline organic semiconductor mixture is also formed by removing the organic compound.
  • the organic compound is heated or irradiated with ultraviolet light from the liquid crystalline organic semiconductor mixture. It is formed by removing at least one of them.
  • At least an organic compound exhibiting a second liquid crystal phase having a lower orientational order than the liquid crystal phase of the above is mixed, and the resulting mixed composition is brought into a predetermined temperature range! Then, the second liquid crystal phase is developed and aligned, whereby the molecules of the organic semiconductor compound are aligned to form a conductive thin film.
  • a smectic liquid crystal phase is used as the first liquid crystal phase
  • a nematic liquid crystal phase is used as the second liquid crystal phase.
  • organic semiconductor conjugate an organic semiconductor compound containing a low-polymer organic semiconductor compound is used.
  • the mixed composition a mixed composition containing 70 to 98% by weight of the organic semiconductor compound is used.
  • the mixed composition a mixed composition containing 90 to 95% by weight of the organic semiconductor compound is used.
  • organic semiconductor conjugate an organic semiconductor conjugate containing an oligothiophene derivative is used.
  • a thin film transistor according to the present invention is a thin film transistor including the conductive thin film according to claim 1 as a semiconductor layer constituting a channel layer.
  • the conductive thin film is obtained by mixing at least a nanotube containing at least one kind of metal or semiconductor and a liquid crystal organic compound, and orienting the molecules of the liquid crystal organic compound. It is a conductive thin film formed by orienting the nanotube molecules.
  • the conductive thin film may be obtained by mixing at least a non-liquid crystal organic semiconductor conjugate and a non-liquid crystal organic compound, and orienting the molecules of the liquid crystal organic semiconductor mixture obtained by the mixing.
  • An organic compound exhibiting a second liquid crystal phase having a lower orientation order than the first liquid crystal phase is mixed at least in a high temperature range, and a mixed composition obtained by mixing is mixed in a predetermined temperature range. It is a conductive thin film formed by developing and aligning a second liquid crystal phase to orient molecules of the organic semiconductor conjugate.
  • a method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention is a method for manufacturing a thin film transistor, comprising the method for manufacturing a conductive thin film according to claim 23 as a method for manufacturing a conductive thin film as a semiconductor layer constituting a channel layer. is there.
  • the method for producing a conductive thin film is characterized in that at least a nanotube containing at least one kind of metallic or semiconducting material and a liquid crystalline organic compound are mixed at least, and molecules of the liquid crystalline organic compound are oriented.
  • This is a method for producing a conductive thin film, which is a process force for orienting the nanotube molecules.
  • the method for producing a conductive thin film is characterized in that at least a non-liquid crystalline organic semiconductor compound and a non-liquid crystalline organic compound are mixed and molecules of the liquid crystalline organic semiconductor mixture obtained by the mixing are aligned.
  • the present invention provides a method for producing a conductive thin film, which is a process power for orienting the molecules of the organic semiconductor conjugate.
  • the method for producing a conductive thin film is characterized in that an organic semiconductor compound having a first liquid crystal phase whose crystallization temperature from a liquid crystal phase is room temperature or higher is a crystallization temperature of the organic semiconductor compound. In a higher temperature range, at least an organic compound exhibiting a second liquid crystal phase having a lower orientational order than the first liquid crystal phase is mixed, and a mixed composition obtained by mixing is mixed in a predetermined temperature range.
  • This is a method for producing a conductive thin film, which is a process for orienting molecules of the organic semiconductor compound by expressing and orienting the liquid crystal phase of (2).
  • an image display device includes the conductive thin film according to claim 1 as at least one of a conductor layer and a semiconductor layer constituting a channel layer of a thin film transistor. It is.
  • the conductive thin film is obtained by mixing at least a nanotube containing at least one kind of metal or semiconductor and a liquid crystal organic compound, and orienting the molecules of the liquid crystal organic compound. It is a conductive thin film formed by orienting the nanotube molecules.
  • the conductive thin film may include at least a mixture of a non-liquid crystalline organic semiconductor conjugate and a non-liquid crystalline organic compound, and orient the molecules of the mixed liquid crystalline organic semiconductor mixture. A conductive thin film formed by orienting the molecules of the organic semiconductor conjugate according to the above.
  • the conductive thin film has an organic semiconductor compound having a first liquid crystal phase in which the crystallization temperature at which the conductive thin film crystallizes from a liquid crystal phase is room temperature or higher, and a temperature region higher than the crystallization temperature of the organic semiconductor compound. At least an organic compound exhibiting a second liquid crystal phase having a lower orientational order than the first liquid crystal phase is mixed, and the mixed composition obtained by mixing is mixed in a predetermined temperature range. It is a conductive thin film formed by orienting a molecule of the organic semiconductor conjugate by expressing and orienting a phase.
  • an electronic device is an electronic device including the conductive thin film according to claim 1 as at least one of a conductor layer and a semiconductor layer constituting a channel layer of the thin-film transistor.
  • the conductive thin film is obtained by mixing at least a nanotube containing at least one kind of metal or semiconductor and a liquid crystal organic compound, and orienting the molecules of the liquid crystal organic compound. It is a conductive thin film formed by orienting the nanotube molecules.
  • the conductive thin film may be obtained by mixing at least a non-liquid crystalline organic semiconductor conjugate and a non-liquid crystalline organic compound, and orienting molecules of the mixed liquid crystalline organic semiconductor mixture.
  • an organic semiconductor compound having a first liquid crystal phase in which the conductive thin film is crystallized from a liquid crystal phase and having a crystallization temperature of room temperature or higher, and a temperature region higher than the crystallization temperature of the organic semiconductor compound At least an organic compound exhibiting a second liquid crystal phase having a lower orientational order than the first liquid crystal phase is mixed, and the mixed composition obtained by mixing is mixed in a predetermined temperature range. It is a conductive thin film formed by orienting a molecule of the organic semiconductor conjugate by expressing and orienting a phase.
  • the present invention is implemented by the solution described above, and is inexpensive and flexible, formed by highly orienting nanotubes or organic electronic functional materials by simple means. It is possible to provide a conductive thin film having excellent carrier mobility and electrical conductivity, and a thin film transistor using the same.
  • the conductive thin film is composed of a composite material in which a nanotube and a liquid crystal organic compound are mixed
  • the nanotube is highly oriented by utilizing the high orientation of the liquid crystal organic compound. Therefore, a conductive thin film having excellent carrier mobility and electric conductivity and a thin film transistor using the same can be manufactured by a simple method.
  • a conductive thin film is formed by a liquid crystal organic electronic functional material formed by hydrogen bonding between a non-liquid crystalline organic electronic functional material and a non-liquid crystalline organic compound
  • the conventional alignment technology can be used. Since the liquid crystal organic electronic functional material is highly oriented by utilizing the method, a conductive thin film having excellent carrier mobility and electric conductivity and a thin film transistor using the same can be manufactured by a simple method.
  • the hydrogen bond is cut to remove the non-liquid crystalline organic compound. Accordingly, it is possible to manufacture a conductive thin film inherently possessed by the organic electronic functional material and sufficiently exhibiting carrier mobility and a thin film transistor using the same by a simple method.
  • the organic electronic functional material is oriented in a predetermined direction by developing the second liquid crystal phase having a low order.
  • a conductive thin film having excellent electric conductivity and a thin film transistor using the same can be manufactured by a simple method.
  • an inexpensive and flexible conductive thin film having excellent carrier mobility and electrical conductivity and a thin film transistor using the same can be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a part of a step of forming a conductive thin film according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a part of a step of forming a composite semiconductor layer using a conductive thin film as a semiconductor layer according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a thin film transistor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a bottom-gate thin film transistor provided with a gate electrode on a substrate or a bottom according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram schematically showing an example of a configuration of an image display device using a semiconductor circuit device including a thin film transistor according to the present invention.
  • Fig. 6 shows the structure of 8-PNP-O, a molecular compound of 2-fluoronaphthalene derivative.
  • FIG. 4 is a structural view showing FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating a step of forming a conductive thin film according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of another conductive thin film according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a thin film transistor according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a step of producing a thin film transistor according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 11 (a) is a structural diagram showing the structure of a non-liquid crystalline pentacene derivative-based organic semiconductor conjugate material
  • FIG. 11 (b) shows the structure of a non-liquid crystalline organic compound material
  • FIG. 11 (c) is a structural diagram showing a state in which a pentacene derivative and a benzoic acid derivative are hydrogen-bonded
  • FIG. 11 (d) is a liquid crystal organic semiconductor mixed with a supramolecular structure. It is a structural diagram showing the structure of an object.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a step of forming a conductive thin film according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the organic semiconductor compound and the organic compound according to Embodiment 6 of the present invention. It is a conceptual diagram which shows the example of the phase diagram of a mixed composition.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a thin film transistor according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a step of producing a thin film transistor according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 16 is a structural diagram showing a structure of an oligothiophene derivative.
  • FIG. 17 is a structural diagram showing a structure of an organic compound material mixed with an oligothiophene derivative
  • FIGS. 17 (a) and 17 (b) show structures of a cyanobiphenyl-based organic compound material
  • Fig. 17 (c) shows the structure of a cyanoterphenyl-based (biphenyl-based) organic compound material.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional thin film transistor using a carbon nanotube for a semiconductor layer.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view schematically illustrating a cross-sectional configuration of a conventional thin film transistor in which a semiconductor layer is formed of an organic semiconductor polymer having a liquid crystal substituent introduced into a side chain.
  • the “conductive thin film” includes both a thin-film conductor forming an electrode, a wiring, and the like, and a thin-film semiconductor forming a thin-film transistor or an organic electroluminescent element.
  • a carbon nanotube is used as a conductor material or a semiconductor material, and the carbon nanotube and a liquid crystal organic compound are mixed to form a composite material.
  • a conductive thin film further improved in electrical conductivity and carrier mobility, formed by satisfactorily and densely orienting the molecules of carbon nanotubes by utilizing the good orientation of the liquid crystalline organic compound of A mode for realizing a thin film transistor using the conductive thin film will be described.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a part of the step of forming a conductive thin film according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the conductive thin film 1 is prepared as follows. That is, in FIG. 1 (a), two electrodes 3 opposed to each other by a material such as gold with a gap of about 5 m on the surface of a flexible substrate 2 such as a thin glass plate or a plastic substrate having a large force. And 4 provided Can be Then, the metallic carbon nanotubes 5 and the liquid crystalline organic compound 6, which will be described later, are mixed so as to cover the two opposed electrodes 3 and 4 and the substrate 2, or at least to cover the gap.
  • the composite compound 7 prepared as described above is applied in a state where the liquid crystal organic compound 6 in the composite compound 7 is in an isotropic phase. At this time, as shown in FIG. 1 (a), the molecules of the metallic carbon nanotubes 5 are in a state of being arranged sparsely and sparsely among the molecules of the isotropic liquid crystal organic compound 6.
  • the metallic carbon nanotubes 5 for example, having a high electrical conductivity of (1-5) ⁇ 10 3 ⁇ — ⁇ m- 1 , a diameter of 11 nm and a length of 11 nm Use a 5 m carbon nanotube.
  • the carbon nanotubes used are not limited to the carbon nanotubes having the above-mentioned electrical characteristics and shapes, and may be those having the above-mentioned shapes and electrical characteristics or those outside the ranges! / ⁇ .
  • 8-PNP—O which is a molecular compound of a 2-phenylnaphthalene derivative having a structure shown in FIG. 6, is used as the liquid crystal organic compound 6, and the liquid crystal phase
  • a liquid crystal phase in a SmA phase or a SmE phase which is a smectic phase, is used.
  • PNP-O shows an isotropic phase above 129 degrees Celsius and 125 degrees Celsius
  • the liquid crystal organic compound 6 was gradually reduced by gradually lowering the temperature of the composite compound 7 coated with the isotropic phase. Maintain the state of SmA phase or SmE phase.
  • the SmA phase and the SmE phase have a higher order of molecular orientation, which can be said to be a flexible crystal among smectic phases.
  • a shear stress shear stress
  • the 8-PNP-O molecules as the liquid crystalline organic compound 6 in the SmA phase or the SmE phase of the smectic phase having an excellent degree of molecular orientation are well and homogeneously oriented. This ensures good distribution
  • the conductive thin film 1 is formed by a simple method of improving the molecular alignment order by using the liquid crystallinity of the liquid crystalline organic compound 6 and densely aligning the carbon nanotubes 5. I do.
  • the molecules of the metallic carbon nanotubes 5 can be arranged with the arrangement direction substantially aligned in one direction, and the mixed packing density is improved to be more densely oriented. Thereby, the electronic junction density between the molecules of the carbon nanotube 5 can be increased.
  • a composite compound 7 formed by mixing the metallic carbon nanotubes 5 and the liquid crystal organic compound 6 formed by the above-described preparation method was used, and the molecule of the composite compound 7 was used.
  • the electrical conductivity of the conductive thin film 1 formed by improving the orientational order more than before was a very high value of about 5 ⁇ 10 2 ⁇ - ⁇ m- 1 .
  • the electrical conductivity of a conductive thin film having a low degree of orientation of a carbon nanotube formed using the same composite compound as described above and using the same composite compound as described above using the same carbon nanotube is as follows. The value was about 10 ⁇ — ⁇ m— 1 , which was very low.
  • the carbon nanotube mixed with the composite compound is formed by orienting the molecules of the liquid crystal organic compound in the composite compound forming the conductive thin film in a predetermined direction.
  • the molecules can also be well and densely oriented to increase their packing density. Therefore, the electronic junction density between the carbon nanotube molecules can be increased, and the electric conductivity of the conductive thin film can be significantly improved.
  • a conductive thin film with a powerful structure it is possible to realize a low-temperature process with excellent characteristics to realize components and wiring materials such as minute circuit devices and high-performance electronic devices. It is possible to provide a conductive thin film.
  • the force described in the embodiment using the SmA phase or the SmE phase of the smectic phase of the 2-furnaphthalene derivative, which is a liquid crystalline organic compound is not limited to this mode.
  • the same can be implemented by using a liquid crystal phase such as a SmB phase.
  • the force described in the embodiment using 8-phenylnaphthalene derivative 8-PNP-O as the liquid crystalline organic compound is not limited to this embodiment.
  • NAG has 8-PNP-O SmA phase or SmB phase smectic phase or 5-PNP-O
  • a form using a nematic phase may be used.
  • a 2-phenylnaphthalene derivative is used as the liquid crystalline organic compound.
  • the embodiment to be used has been described, it is not limited to this embodiment, and the molecular orientation order is high.
  • Any liquid crystal organic compound having a nematic phase or a smectic phase can be used by using any liquid crystal organic compound. I don't care.
  • nanotubes having semiconductor properties are mixed. Can use nanotubes
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a part of a step of forming a composite semiconductor layer using a conductive thin film as a semiconductor layer according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the composite semiconductor layer 15 as the semiconductor layer 10 is formed as follows. That is, at least a channel (not shown) is formed so as to cover at least a part of the source electrode 11 and the drain electrode 12 disposed so as to face each other on the substrate 2 and the upper surface of the substrate 2 in the gap therebetween.
  • An alignment film (not shown) such as a polyimide film or a monomolecular film formed on the surface of the portion where (1) is formed is subjected to an alignment treatment in a predetermined direction by an alignment means such as a rubbing method.
  • a composite compound 14 prepared by mixing the carbon nanotube 13 having a semiconductor property and the liquid crystalline organic semiconductor compound 16 is applied onto the substrate 2.
  • the composite compound 14 is poured into a region sandwiched between the source electrode 11 and the drain electrode 12, the substrate 2, and the gate insulating film 9 provided above the liquid crystal organic semiconductor conjugate 16.
  • the carrier mobility is about 1000 cm 2 ZVs
  • the diameter is about 15 nm
  • the length is about 1 / zm Is used.
  • the carbon nanotubes 13 having a semiconductor property are carbon nanotubes selected from mixed-type nanotubes in which carbon nanotubes having a metallic property and carbon nanotubes having a semiconductor property are mixed.
  • 8-PNP-O which is a 2-fluoronaphthalene derivative shown in FIG.
  • liquid crystal phase in the SmA or SmE phase which is a smectic phase, is used. ing.
  • a composite compound 14 prepared by mixing a liquid crystalline organic semiconductor compound 16 in an isotropic phase and a carbon nanotube 13 having a semiconducting property is applied onto the substrate 2, and then applied. By lowering the temperature of the composite compound 14, the liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16 is maintained in the SmA phase or the SmE phase.
  • the alignment film (not shown) formed on substrate 2 has been subjected to an alignment treatment in a predetermined direction in advance by an alignment means such as a rubbing method, so that the degree of molecular alignment order is excellent.
  • the 8-PNP-O molecules as the liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16 in the SmA phase or SmE phase of the smectic phase are well oriented. Also, its well oriented
  • the tubes 13 are also densely arranged to improve the degree of molecular orientation. Thereby, the composite semiconductor layer 15 as the semiconductor layer 10 is suitably formed.
  • the liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16 is composed of a compound having a charge transport function.
  • Liquid crystalline organic semiconductor ⁇ product 16 consisting of four phases by itself, the carrier mobility in the hole and electron both to obtain a value of 10- 2 cm 2 / Vs.
  • This carrier mobility value is comparable to that of a—Si: H with respect to the carrier mobility of holes, and is the largest value of the electron carrier mobility among organic compounds excluding molecular crystals. , Which means that it is a value.
  • the liquid crystalline organic semiconductor compound 16 is well-aligned, and the carbon nanotubes 13 having semiconductor properties are well and densely aligned to improve the mixed filling density. It is possible to increase the electronic junction density between nanotube molecules.
  • a simple compound compound 14 formed by mixing a carbon nanotube 13 having semiconductivity and a liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16 formed by the above-described method was used.
  • the carrier mobility of the composite semiconductor layer 15 as the semiconductor layer 10 in which the degree of molecular orientation was improved more than before by the method was about 350 cm 2 ZVs, which was a carrier mobility of a height and a value.
  • a semiconducting carbon nanotube having similar characteristics was used, and a conventional composite semiconductor material was used to form the same.
  • the carrier mobility of the composite semiconductor layer having a low degree of orientation was as low as about 0.6 cm 2 ZVs.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a thin film transistor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the thin film transistor 18a has a source electrode 11 and a drain electrode 12 formed by patterning an electrode material such as gold on the substrate 2. Further, a composite semiconductor layer 15 as a semiconductor layer 10 formed by a method described later is provided between the source electrode 11, the drain electrode 12, and a gate insulating film 9 described later. On the upper surface of the composite semiconductor layer 15, there is provided a gate insulating film 9 made of silicon oxide, a poly (vinylidene fluoride) -based organic compound, or the like. Further, a gate electrode 17 made of an electrode material such as gold is provided on the gate insulating film 9.
  • the source electrode 11 and the drain electrode 12, the gate insulating film 9, and the gate electrode 17 are sequentially patterned by a thin film forming technique, a photolithographic technique, a lift-off technique, and the like. Then, as shown in FIG. 3, a top-gate thin film transistor 18a in which the gate electrode 17 is disposed on the top is configured.
  • constituent members such as a protective film and a sealing film for sealing the semiconductor layer 10 are not shown for simplicity.
  • the composite semiconductor layer 15 as the semiconductor layer 10 is formed as follows. That is, at least a channel (not shown) is formed so as to cover at least a part of the source electrode 11 and the drain electrode 12 disposed so as to face each other on the substrate 2 and the upper surface of the substrate 2 in the gap therebetween.
  • An alignment film (not shown) such as a polyimide film or a monomolecular film formed on the surface of the portion where (1) is formed is subjected to an alignment treatment in a predetermined direction by an alignment means such as a rubbing method.
  • a composite compound 14 prepared by mixing a carbon nanotube 13 having a semiconducting property and a liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16 is applied on the source electrode 11 and the drain electrode 12 and on the substrate 2.
  • a gate insulating film 9 is provided on the semiconductor layer 10 between the source electrode 11 and the drain electrode 12 with the channel (not shown) of the thin film transistor 18a positioned at the center. Then, the composite compound 14 is injected between the substrate 2 and the gate insulating film 9.
  • the carbon nanotubes 13 having a semiconductor property for example, a carrier mobility of about 1000 cm, which is selected from a mixed carbon nanotube in which a carbon nanotube having a gold attribute and a carbon nanotube having a semiconductor property are mixed. Carbon nanotubes of 2 / Vs, 15 to 15 nm in diameter, and about 1 ⁇ m in length were used.
  • the liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16 is a molecular compound of a 2-phenylnaphthalene derivative having the structure shown in FIG. 6, as in the case of Embodiment 1.
  • 8 -PNP-0 of the liquid crystal phase, the smectic SmA phase or SmE phase
  • a composite compound 14 is prepared by mixing a liquid crystalline organic semiconductor compound 16 having an isotropic phase and a carbon nanotube 13 having semiconductor properties. Is applied on the substrate 2. Then, by lowering the temperature of the applied composite compound 14, the liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16 is maintained in the SmA phase or the SmE phase.
  • the SmA phase or the SmE phase has a higher molecular orientation order, which can be called a flexible crystal among smectic phases.
  • the degree of molecular alignment order is excellent. 8-PNP-O molecules as liquid crystalline organic semiconductor conjugates 16 in the SmA or SmE phase of the smectic phase are good
  • the carbon nanotubes 13 having a semiconducting property are also densely and satisfactorily arranged so as to improve the molecular orientation order.
  • the molecules of the liquid crystalline organic semiconductor compound 16 which is a compound having a function of charge transport are well oriented in the composite semiconductor layer 15, and the carbon nanotubes 13 having semiconductivity are more densely distributed.
  • the mixed packing density is improved, and the electronic junction density between the nanotube molecules is increased, whereby a favorable semiconductor layer 10 can be obtained. That is, the composite semiconductor layer 15 as the semiconductor layer 10 is suitably formed.
  • the carbon nanotube 13 having a semiconductivity and the liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16 were mixed.
  • the carrier mobility of the composite semiconductor layer 15 as the semiconductor layer 10 in which the molecular orientation order is improved more than before by using the composite compound 14 prepared in a simple manner is as high as about 350 cm 2 ZVs. Mobility.
  • a thin film transistor having a composite semiconductor layer with a low degree of orientation which is formed by a conventional technique using a conventional composite semiconductor material using a semiconductor carbon nanotube having similar characteristics, is used.
  • the carrier mobility of the channel was as low as about 0.6 cm Vs.
  • the composite semiconductor layer 15 is composed of the composite compound 14, the molecules of the liquid crystal organic semiconductor compound 16 are aligned and mixed in the composite semiconductor layer 15.
  • the carbon nanotubes 13 having a semiconducting property can also be better and densely oriented according to the orientation of the liquid crystalline organic semiconductor conjugates 16.
  • an alignment means which has conventionally been used can be applied, and therefore, the carbon nanotubes 13 can be oriented by a simple method.
  • the packing density of the carbon nanotubes 13 can be increased by a simple method, and the electronic junction density between the molecules can be increased. Therefore, the thin film transistor having the semiconductor layer 10 with improved carrier mobility can be obtained. 18a can be provided at low cost. Further, since the carrier mobility of the semiconductor layer 10 can be improved, the thin film transistor 18a can be applied to a minute circuit device, a high-performance electronic device, and the like.
  • the liquid crystalline organic compound and the carbon nanotube are combined.
  • the carrier mobility of the channel of the thin film transistor 18a can be further increased as compared with the case where the semiconductor layer is formed by mixing them. Specifically, when the thin film transistor 18a is turned on, the current in the composite semiconductor layer 15 flows through the liquid crystal organic semiconductor conjugate 16 and the semiconducting carbon nanotube 13. Further, between the molecules of the carbon nanotubes 13 arranged in close proximity, An electric current flows through the molecules of the surrounding liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16. Therefore, by using the liquid crystal organic semiconductor conjugate 16, it is possible to provide a thin film transistor 18a having excellent carrier mobility and ON characteristics as compared with the case where a liquid crystal organic compound is used.
  • the thin-film transistor according to the embodiment of the present invention is a top-gate thin-film transistor in which the gate electrode 17 shown in FIG. 3 is provided on the top of the gate insulating film 9 opposite to the substrate 2.
  • a bottom gate type thin film transistor having a gate electrode 17 provided on the substrate 2 or at the bottom, which is different from the configuration of FIG. 3 as shown in FIG. 4, may be used.
  • a bottom-gate thin film transistor according to this embodiment will be described.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a bottom-gate thin film transistor in which the gate electrode according to the present embodiment is provided on the substrate or at the bottom.
  • the gate electrode 17 is provided above the substrate 2 as compared with the top-gate thin film transistor 18a shown in FIG. Further, a gate insulating film 9 is provided so as to cover the exposed portion of the gate electrode 17 and the substrate 2. Then, the semiconductor layer 10, the source electrode 11, and the drain electrode 12 are disposed on the gate insulating film 9.
  • a gate electrode 17 is provided on the substrate 2 and then the gate electrode 17 and the exposed portion of the substrate 2 are covered. Then, a gate insulating film 9 is provided. Then, the source electrode 11 and the drain electrode 12 are disposed on the gate insulating film 9 so as to face each other. Next, at least over the gate insulating film 9 so as to straddle the two opposing source electrodes 11 and drain electrodes 12, or to cover the gap between at least two opposing source electrodes 11 and drain electrodes 12. Then, a composite compound 14 containing a mixture of a carbon nanotube 13 having a semiconductor property and a liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16 is applied.
  • the liquid crystalline organic semiconductor compound 16 exhibits a smectic phase
  • a shear stress shear stress
  • the layer in a substantially constant direction by a roll coater (not shown) or the like a shear stress (shear stress) is applied to the layer in a substantially constant direction by a roll coater (not shown) or the like.
  • the molecules of the liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16 are favorably aligned, and the carbon nanotubes 13 having a semiconductor property are more favorably and densely oriented and mixed.
  • the packing density can be improved.
  • the electronic junction density between the molecules of the carbon nanotube 13 can be increased.
  • the composite semiconductor layer 15 in which the molecular orientation order as the semiconductor layer 10 is improved more than before, the carrier mobility of the channel is improved even in the bottom-gate thin film transistor 18b. be able to.
  • the material that can be used for the gate electrode 17, the source electrode 11, and the drain electrode 12 is electrically conductive and the substrate 2 or the semiconductor layer 10 Any material can be used as long as it does not react with.
  • any material can be used as long as it does not react with.
  • noble metals such as gold, silver, platinum, platinum, and palladium
  • alkali metals or alkaline earth metals such as lithium, cesium, calcium, and magnesium
  • copper, nickel, aluminum, titanium Metals such as molybdenum or alloys thereof can also be used.
  • conductive organic compounds such as polypyrrole, polythiophene, polyarline, and polyphenylene bilen can also be used.
  • the thin film transistors 18a and 18b can operate even if the electric resistance of the gate electrode 17 is greater than the electric resistance of the other electrodes (the source electrode 11 and the drain electrode 12). Therefore, it is possible to use a material different from the source electrode 11 and the drain electrode 12 as a material for the gate electrode 17 in order to facilitate manufacture. These electrode materials are not particularly required, but a room temperature process of forming a film at or near room temperature can be applied.
  • any material can be used as long as it is electrically insulating and does not react with the substrate 2, each electrode, and the semiconductor layer 10.
  • a form in which a normal silicon oxide film is formed on silicon and used as a gate insulating film may be used. It is also possible to provide a thin layer of the above and function as a gate insulating film.
  • the gate insulating film 9 may be formed by depositing a compound composed of an element different from that of the substrate 2 or each electrode by CVD, vapor deposition, sputtering, or the like, or by applying, spraying, or electrolytically attaching as a solution.
  • a material having a high dielectric constant is used as a material for the gate insulating film 9 in order to lower the gate voltage of the thin film transistors 18a and 18b, but it is not a ferroelectric compound or a ferroelectric material.
  • the gate insulating film 9 may be formed using a compound having a large dielectric constant.
  • the material is not limited to an inorganic material, and may be an organic material having a large dielectric constant, such as a polyvinylidene fluoride-based material or a polycyanidani-biylidene-based material.
  • Embodiment 2-3 of the present invention the smectic SmA phase or SmE phase of the 2-phenylnaphthalene derivative conjugate was used as the liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16.
  • the present invention can be similarly performed in a liquid crystal phase such as an SmB phase.
  • As the liquid crystalline organic semiconductor compound 16 2-phenylnaphthalene derivative 8-PNP-O was used.
  • the smectic phase of PNP-O may be used.
  • liquid crystalline organic semiconductor conjugated compound 16 may be a nematic liquid crystal compound.
  • At least one kind of smectic liquid crystal compound having a 6 ⁇ -electron aromatic ring (1), a 10 ⁇ -electron aromatic ring (m), and a ⁇ or 14 ⁇ -electron aromatic ring ( ⁇ ) (
  • the 6 ⁇ -electron aromatic ring includes, for example, a benzene ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring, a pyridazine ring, a pyrazine ring, and a troborone ring.
  • the 10 ⁇ electron aromatic ring include a naphthalene ring, an azulene ring, a benzofuran ring, an indole ring, an indazole ring, a benzothiazole ring, a benzoxazole ring, a benzimidazole ring, a quinoline ring, an isoquinoline ring, and a quinazoline ring.
  • Quinoxaline ring examples of the 14 ⁇ electron aromatic ring include a phenanthrene ring and an anthracene ring.
  • a liquid crystalline organic compound having at least one of a 2-phenylnaphthalene ring, a biphenyl ring, a benzothiazole ring, and a t-thiophene ring in a core and having a rod-like molecular structure is preferable.
  • a liquid crystal organic compound or a liquid crystal organic semiconductor compound may be a liquid having a nematic phase having a higher degree of molecular alignment order or a liquid having the above-mentioned other smectic phase. Any crystalline organic compound or liquid crystalline organic semiconductor compound may be used.
  • the liquid crystal organic compound material or the liquid crystal organic semiconductor compound material and the nanotube material are mixed at an adjusted mixing ratio.
  • the mixing ratio of the carbon nanotubes is preferably 30 to 90% by volume relative to the whole, and more preferably 50 to 70%. Due to the mixing ratio of the carbon nanotubes, the formed conductive thin film, semiconductor layer, and thin film transistor exhibit better electric characteristics.
  • the optimum mixing ratio can be appropriately changed outside the above mixing ratio range depending on the materials used, process conditions and desired characteristics.
  • the structure according to Embodiment 13 is characterized in that a liquid crystal organic compound or a liquid crystal organic semiconductor conjugate is used as an organic electronic material that has at least the characteristics of an organic material.
  • a liquid crystal organic compound or a liquid crystal organic semiconductor conjugate is used as an organic electronic material that has at least the characteristics of an organic material.
  • the carrier mobility and electric conductivity are further improved.
  • a liquid crystalline organic semiconductor compound is mixed with a carbon nanotube material having a high carrier mobility and high electrical conductivity and having a high carrier mobility and electric conductivity.
  • the carrier mobility can be lowered, the carrier mobility can be further increased, and the degree of freedom in designing the channel shape and the like of the thin film transistor can be further increased.
  • a substrate such as a thin resin film or the like having a flexible property such as a polyimide film can be used.
  • a substrate such as a thin resin film or the like having a flexible property such as a polyimide film
  • a polyethylene film, a polystyrene film, a polyester film, a polycarbonate film, a polyimide film and the like can be used. These also make it possible to realize a flexible paper display or sheet display using a plastic resin film as a substrate.
  • the thin film transistors 18a and 18b of the present invention are composed of at least a composite semiconductor layer 15 formed by combining at least the liquid crystalline organic semiconductor conjugate compound 16 and the carbon nanotubes 13 to form the semiconductor layer with a good degree of orientation.
  • both the ON state and the OFF state have higher values than the conventional intermediate values of the characteristics in the case of only the liquid crystalline organic semiconductor conjugate 16 and the carbon nanotube 13 alone. Further improvement in the case where the characteristic of one of the off-states is insufficient becomes possible.
  • a gate width of about several hundreds of meters is required.
  • a thin film transistor in which a semiconductor layer is formed of carbon nanotubes having semiconductor properties with extremely high carrier mobility has a very small gate width of about 0.1 m, and neither is practical in design.
  • the carrier mobility in the composite semiconductor layer formed with good orientation by combining the liquid crystalline organic semiconductor conjugate and the carbon nanotubes is a higher value than the conventional intermediate value of both. Therefore, it can be designed and manufactured with a practical gate width of about several meters, and can be designed to have a long and wide channel area, so that the channel shape can be designed in accordance with the on and off conductivity.
  • the disadvantage of the liquid crystalline organic semiconductor compound is compensated for by the advantage of the carbon nanotube, while the disadvantage of the carbon nanotube is compensated by the liquid crystalline organic semiconductor compound. It can be said that this is a composite semiconductor layer in which the advantages of each are supplemented, and the advantages of each are further enhanced.
  • FIG. 5 is a configuration diagram schematically showing an example of a configuration of an image display device using a semiconductor circuit device including a thin film transistor according to the present invention.
  • an active matrix in which a plurality of thin film transistors (not shown) each having the composite semiconductor layer according to the third embodiment as a semiconductor layer are arranged as at least switching elements (not shown) of pixels.
  • Image display device 19 display
  • the information signal can be turned on and off with good characteristics. That is, a rewritable paper-like electronic display or sheet display, which is a high-definition image display device using a flexible substrate, can be configured.
  • the display panel 26 and the above-described circuit can be connected to each other by configuring the drive circuits 24a and 24b and the control circuit 25 (controller) disposed around the display using the above-described conductive thin film and thin-film transistor (not shown).
  • This makes it possible to display images such as rewritable paper-like electronic displays and sheet displays with improved mechanical reliability and flexibility compared to the case where conductive thin films and thin film transistors are composed of nanotubes alone.
  • the device can be configured.
  • liquid crystal display system an organic EL system, an electrochromic display system (ECD), an electrolytic deposition system,
  • ECD electrochromic display system
  • electrolytic deposition system A display panel method such as a powder fluid method or an interference type modulation (MEMS) method can be used.
  • MEMS interference type modulation
  • an ultra-small device composed of an IC for recording information and an antenna for wireless communication that is, use!
  • the conductive thin film or the thin film transistor may be integrally formed and applied to a drive circuit, a control circuit, or a storage circuit of an IC unit such as a discarded radio frequency IC tag (RFID tag).
  • RFID tag radio frequency IC tag
  • the semiconductor circuit device including the conductive thin film or the thin film transistor can be applied to a portable device, a disposable device, or other electronic devices.
  • a non-liquid crystalline organic semiconductor conjugate and an organic compound are bonded by hydrogen bonding to form a liquid crystalline organic semiconductor mixture exhibiting liquid crystallinity.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating a step of forming a conductive thin film according to Embodiment 4 of the present invention.
  • illustration of some of the steps is omitted to avoid complicating the description.
  • a non-liquid crystalline organic semiconductor compound material shown in FIG. 11A and a non-liquid crystalline organic compound material shown in FIG. Mix so that the ratio is about 1: 1.
  • the pentacene derivative compound shown in FIG. 11 (a) has at least one carbon atom of the benzene ring at the terminal of pentacene, which is an organic semiconductor compound material, having at least one carbon atom that is more electrically negative than a hydrogen atom. It is a compound which is substituted with nitrogen (N) which is an atom.
  • the non-liquid crystalline organic compound shown in FIG. 11 (b) is a benzoic acid derivative having a carboxy group.
  • the alkoxy group preferably has at least about 3 to 8 carbon atoms, but is not limited thereto.
  • the non-liquid crystalline organic compound is described as a benzoic acid derivative, but a biphenyl carboxylic acid derivative can also be used.
  • a liquid crystal organic semiconductor mixture which is a supramolecule showing a smectic liquid crystal can be spontaneously formed only by hydrogen bonding and mixing.
  • the supramolecule is a non-liquid crystalline compound which has neither molecular orientation nor liquid crystallinity when used alone with a pentacene derivative and a benzoic acid derivative, but is a mixture formed by mixing.
  • the liquid crystal organic semiconductor mixture has a structure that expresses a new property, liquid crystallinity.
  • the liquid crystalline organic semiconductor mixture is a mixture formed by hydrogen bonding, which has a weaker bonding force than covalent bonding. The force is close to room temperature, and is a stable material that can be handled in the process.
  • At least two electrodes 3 and 4 are provided to face each other on a substrate 2 such as a glass substrate or a plastic substrate. Then, in order to align the developed liquid crystal phase later, polyimide is formed into a film with a thickness of 100 nm by a spin coating method, baked, and distributed on the substrate 2. A facing film (not shown) is formed. Further, an alignment treatment is performed on at least the alignment film existing between the electrodes 3 and 4.
  • This alignment treatment is performed in the same manner as in the method used for aligning the liquid crystal material injected between the substrates in the liquid crystal display technology, by arranging the surface of the alignment film with a dust-free cloth in a predetermined direction, for example, by using an electrode 3, It is performed by rubbing in the direction of 4 (arrow direction).
  • FIG. 7 (b) by mixing a non-liquid crystalline pentacene derivative (see FIG. 11 (a)) and a non-liquid crystalline benzoic acid derivative (see FIG. 11 (b)), A liquid crystalline organic semiconductor mixture 27 having a supramolecular structure by hydrogen bonding is prepared. Then, the liquid crystal organic semiconductor mixture 27 is applied by a casting method to a thickness of about 1 ⁇ m on the alignment film on the substrate 2 that has been subjected to the alignment treatment in the step shown in FIG. 7A.
  • the molecular long axis direction of the supramolecular structure formed of the liquid crystalline organic semiconductor mixture 27 exhibiting a smectic liquid crystal phase is aligned in a predetermined direction.
  • the molecular long axis direction of the pentacene derivative, which is a constituent molecule thereof can be oriented in a desired direction. That is, since the thickness of the conductive thin film 28 to be formed is thin, the liquid crystal organic semiconductor mixture 27, which is oriented in a predetermined direction by the alignment treatment, has an organic semiconductor layer 27 as an internal constituent molecule.
  • the major axis direction of the pentacene derivative, which is an object, is also arranged in any desired desired direction, for example, in the direction of the electrodes 3 and 4. Therefore, by controlling the alignment direction of the mixed liquid crystalline organic semiconductor mixture 27 in a predetermined direction by the above-described alignment treatment, it is possible to control the alignment of the long axis direction of the organic semiconductor conjugate in an arbitrary direction. Becomes possible.
  • the predetermined direction and the arbitrary direction are substantially the same as the inter-electrode direction (the direction of the arrow). Note that, depending on the combination of the compounds used, the predetermined direction which is the orientation processing direction may be different from the arbitrary direction to be formed, so that the predetermined direction is adjusted so that a desired arbitrary directional force S can be obtained. You need to choose.
  • the conductive thin film 28 is arranged such that the molecular long axis direction of the pentacene derivative in the liquid crystalline organic semiconductor mixture 27 is oriented in a desired arbitrary direction, so that the movement of electric charge is performed between the electrodes.
  • a conductive thin film was formed smoothly and smoothly, the electrical conductivity and the carrier mobility were improved, and a value of about 0.3 cmVs was obtained as the carrier mobility of the conductive thin film or the organic semiconductor film. This value is relative to the vapor deposited conventional crystalline pentacene. Even at the same time, the carrier mobility is at the same level.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of another conductive thin film according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the difference between the conductive thin film 29 shown in Fig. 8 and the conductive thin film 28 shown in Fig. 7 is that at least the charge transfer from the liquid crystalline organic semiconductor mixture 27 forming the conductive thin film 28 shown in Fig. 7 (c) occurs.
  • the point of view is that the components of the organic compounds, which are unnecessary constituent molecules, are removed. More specifically, the non-liquid crystalline pentacene derivative shown in FIG. 11 (a) and the non-liquid crystalline benzoic acid derivative shown in FIG. 11 (b) are mixed to form hydrogen bonds to form a supramolecular structure. From the liquid crystal organic semiconductor mixture 27, a benzoic acid derivative component that is an organic compound that inhibits charge transfer is removed.
  • the carrier mobility of the conductive thin film 29 made of the pentacene derivative organic semiconductor formed by the above simple method is further improved, and is as high as about 1.0 cm 2 ZVs.
  • the pentacene organic semiconductor compound can be formed by further improving the high carrier mobility of the pentacene organic semiconductor compound. This value is higher than the carrier mobility (about 0.6 cm 2 ZVs) of the pentacene organic semiconductor crystal phase formed by the conventional vapor deposition.
  • the conductive thin film 29 can be formed on a flexible plastic substrate over a large area of 100 ⁇ 100 mm in a substantially uniform and stable manner. It was confirmed that no problems occurred.
  • an unnecessary organic compound is heated by heating the liquid crystalline organic semiconductor mixture 27.
  • a conductive thin film is formed using a liquid crystal organic semiconductor compound that exhibits liquid crystallinity by mixing an organic compound having photosensitivity, and this is irradiated with ultraviolet light, or By heating this, the photosensitive organic compound may be volatilized or sublimated.
  • a non-liquid crystalline organic semiconductor compound and a non-liquid crystalline organic compound are mixed and hydrogen-bonded to form a liquid crystalline organic semiconductor mixture.
  • This is applied and oriented in a predetermined direction to form a conductive thin film so that at least the organic semiconductor compound is oriented in a predetermined direction!
  • the high carrier mobility of the material can be improved and the carrier can be formed stably.
  • the organic semiconductor compound has a high
  • the carrier mobility can be further improved and the carrier can be formed stably.
  • the pentacene derivative shown in FIG. 11 (a) is a nitrogen-substituted compound, but the mixing ratio of a pentacene derivative in which a plurality of carbons are substituted with nitrogen is also acceptable. It is not limited to the above.
  • a pentacene derivative molecule having two substituted nitrogen atoms can form a double hydrogen bond with two molecules of the benzoic acid derivative shown in FIG. 11 (b), as shown in FIG. 11 (d).
  • a liquid crystal organic semiconductor mixture having a supramolecular structure can be obtained.
  • a dropping method in addition to the above-described casting method, a dropping method, a spinner coating method, a dip coating method, or a screen printing method may be used.
  • a printing method, a roll coating method, an ink jet coating method, a spray coating method, or the like can be used.
  • the conductive thin film 28 Method of forming conductive thin film and organic semiconductor film, conductive thin film and organic semiconductor film And a method of applying a magnetic field to a conductive thin film or an organic semiconductor film.
  • These alignment treatment methods can be used in all embodiments according to the present invention.
  • examples of the alignment film include an inorganic alignment film such as silicon oxide, and an organic alignment film such as nylon, polyvinyl alcohol, polyimide, and a monomolecular film.
  • These alignment films are formed by oblique evaporation or rotary evaporation, orientated by using a polymer liquid crystal or LB film, or oriented in a magnetic field, by a spacer edge method, or by a rubbing method. Oriented.
  • This alignment film may be formed only for the function as an alignment film, or may be a film having various functions such as an insulating layer and a gate insulating film. You may apply!
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a thin film transistor according to Embodiment 5 of the present invention.
  • a thin film transistor 30 has a gate electrode 17 of a desired shape formed on an insulating substrate 2, and further forms a channel layer on the gate electrode 17 via a gate insulating film 9.
  • a semiconductor layer 31 is formed.
  • the source electrode 11 and the drain electrode 12 are formed between the insulating substrate 2 and the semiconductor layer 31 so as to be directly connected to the semiconductor layer 31.
  • a protective film is usually laminated on the gate electrode 17, the source electrode 11, the drain electrode 12, and the semiconductor layer 31. The drawing is omitted because the connection between the source electrode 11 and the drain electrode 12 is connected to the extraction electrode.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of the thin film transistor according to the present embodiment.
  • FIG. 10 some of the conventional elements required for manufacturing a thin film transistor are not shown because they are complicated.
  • an aluminum film is formed to a thickness of 300 nm on the surface of an insulating substrate 2 such as a plastic substrate or a glass substrate. . Then, the aluminum film was formed by photolithography and etching, thereby forming the gate electrode 17. Subsequently, a polyimide film was formed to a thickness of 100 nm by a spin coating method so as to cover the gate electrode 17 and the exposed portion of the substrate 2, thereby forming a gate insulating film 9.
  • an indium tin oxide film (ITO) was formed as a conductor film on the gate insulating film 9 at a substrate temperature of 100 ° C and a film thickness of 300 nm by EB evaporation, followed by photolithography and etching. Then, a source electrode 11 and a drain electrode 12 were formed. Further, an alignment treatment was performed on at least the gate insulating film 9 existing between the source electrode 11 and the drain electrode 12. Alternatively, the source electrode 11 and the drain electrode 12 may be formed on the alignment-treated polyimide gate insulating film 9.
  • ITO indium tin oxide film
  • the orientation treatment method is the same as the orientation treatment method used in the fourth embodiment, in which the surface of the gate insulating film 9 is oriented in a predetermined direction, for example, the direction of the source electrode 11 and the drain electrode 12 (the direction of the arrow). Rubbing in one direction with a dust-free cloth. This makes it possible to orient the liquid crystal organic semiconductor mixture 27 to be described later such that the major axis of the supramolecules is aligned parallel to the rubbing direction.
  • a semiconductor layer 31 which is an organic semiconductor film serving as a channel layer is formed on the gate insulating film 9.
  • the semiconductor layer 31 which is an organic semiconductor film is formed as described below, similarly to the case of forming the conductive thin film in the fourth embodiment.
  • the liquid crystalline organic semiconductor mixture 27 having the molecular structure shown in FIG. 11 (c) is formed so as to cover at least the source electrode 11 and the drain electrode 12 on the substrate 2 which has been subjected to the orientation treatment in the step shown in FIG. 10 (a). Then, it is applied to a thickness of about 1 ⁇ m by a casting method.
  • the liquid crystalline organic semiconductor mixture 27 exhibiting a smectic liquid crystal phase is oriented in such a manner that the molecular major axis direction of the formed supramolecular structure is oriented in a predetermined direction (the direction of the arrow), so that the pentacene derivative, which is an internal constituent molecule thereof, is formed. Can be oriented in a desired direction. That is, since the thickness of the formed conductive thin film 31 made of the liquid crystalline organic semiconductor mixture 27 is small, the internal structure of the liquid crystalline organic semiconductor mixture 27 which is oriented in a predetermined direction by the alignment treatment is reduced.
  • the major axis direction of the pentacene derivative as a molecule is also arranged in any desired substantially constant direction, here, the direction of the source electrode 11 and the drain electrode 12 (the direction of the arrow).
  • the predetermined direction and the arbitrary direction are substantially the same as the direction between the electrodes (the direction of the arrow). Same direction. Note that, depending on the combination of the compounds used, the predetermined direction as the alignment treatment direction may be different from an arbitrary direction to be formed. Therefore, it is necessary to select a predetermined direction so as to obtain a desired direction.
  • FIG. 10 (c) the non-liquid crystalline pentacene derivative shown in FIG. 11 (a) and the non-liquid crystalline benzoic acid derivative shown in FIG. 11 (b) were mixed and hydrogen-bonded.
  • a benzoic acid derivative component which is an organic compound that inhibits charge transfer, is removed from the liquid crystal organic semiconductor mixture 27 that has been configured. The removal of the benzoic acid derivative component destroys the hydrogen bond by heating at least the liquid crystalline organic semiconductor mixture 27, thereby causing the benzoic acid derivative to be scattered.
  • a thin film transistor 30 having a conductive thin film 31 having a pentacene derivative, which is an organic semiconductor conjugate, oriented in a predetermined direction was produced.
  • the pentacene derivative organic semiconductor film formed by the simple method according to the present embodiment has a high carrier mobility of about 1. Ocm 2 ZVs in the channel of the thin film transistor including the semiconductor layer which also has a function. That is, it was confirmed that according to this embodiment, a thin film transistor in which the high carrier mobility of the pentacene organic semiconductor conjugate was further improved could be formed. This value is higher than the carrier mobility (about 0.6 cm 2 ZVs) of the thin film transistor of the pentacene organic semiconductor crystal phase formed by the conventional vapor deposition.
  • a liquid crystal organic semiconductor mixture in which a non-liquid crystal organic semiconductor compound and a non-liquid crystal organic compound are mixed and hydrogen-bonded is oriented in a predetermined direction.
  • the organic compound that inhibits the transfer of electric charges is removed by simple means to form an organic semiconductor film! It is possible to provide a thin film transistor having good electrical characteristics with further improved degree. Further, the thin film transistor according to the present embodiment also has excellent electrical characteristics. Since it can be provided as a thin film transistor, it can be applied to minute circuit devices, high-performance electronic devices, and the like.
  • the thin film transistor according to the present invention includes a gate insulating layer, a semiconductor layer provided in contact with the gate insulating layer, and a side opposite to the semiconductor layer in contact with one side of the gate insulating layer. And a source electrode and a drain electrode that are provided in contact with at least one side of the semiconductor layer, are positioned with respect to the gate electrode, and sandwich the gate electrode.
  • the thin film transistor according to the present invention is a top gate in which the force gate electrode described above as a bottom gate type thin film transistor in which the gate electrode is provided on the bottom on the substrate is provided on the gate insulating film on the top opposite to the substrate. It may be configured as a thin film transistor of the type.
  • the materials that can be used for the gate electrode 17, the source electrode 11, and the drain electrode 12 are electrically conductive, and Any material that does not react may be used.
  • precious metals such as doped silicon, gold, silver, platinum, platinum, and palladium
  • alkali metals and alkaline earth metals such as lithium, cesium, calcium, and magnesium, copper, nickel, aluminum, titanium, and molybdenum And their alloys and their alloys can also be used.
  • conductive organic substances such as polypyrrole, polythiophene, polyarline, and polyphenylene bilen can also be used.
  • the gate electrode since the gate electrode can operate even if it has a higher electrical resistance than the other electrodes, the gate electrode should be made of a material different from the material forming the source and drain electrodes to facilitate manufacturing. Therefore, it may be formed.
  • the material of the gate insulating film 9 described above any material can be used as long as it is electrically insulating and does not react with the substrate 2, each electrode, and the semiconductor layer.
  • the form of the substrate 2 and the gate insulating film 9 may be such that a normal silicon oxide film is formed on silicon and used as a gate insulating film, or after the silicon oxide film is formed.
  • a mode in which a thin layer of resin or the like is provided to function as a gate insulating film may be employed.
  • the gate insulating film 9 may be formed by depositing a compound composed of an element different from that of the substrate 2 and each electrode by CVD, vapor deposition, sputtering, or the like, or by applying, spraying, or electrolytically adhering as a solution.
  • a thin film transistor It is also known to use a substance having a high dielectric constant and a material for the gate insulating film 9 in order to lower the gate voltage of the star 30, and it is not a ferroelectric compound or a ferroelectric substance but has a large dielectric constant.
  • the gate insulating film 9 may be formed using a suitable compound.
  • the material is not limited to an inorganic material, and may be an organic material having a large dielectric constant, such as a polyvinylidene fluoride-based material or a polycyanidi-bilidene-based material.
  • a conventional low-temperature thin film forming technique can be used in forming a thin film or a semiconductor layer.
  • a substrate such as a thin resin film having a flexible property such as a polyimide film can be used.
  • a polyethylene film, a polystyrene film, a polyester film, a polycarbonate film, a polyimide film, or the like can be used.
  • the liquid crystal organic semiconductor mixture in which the non-liquid crystal organic semiconductor compound and the non-liquid crystal organic compound are mixed and hydrogen-bonded by the method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention is used as the substrate.
  • a conductive thin film oriented in a desired direction can be easily formed.
  • at least an organic compound that inhibits charge transfer can be removed from the liquid crystalline organic semiconductor mixture by a simple method, so that the high carrier mobility inherent in the organic semiconductor conjugate is further improved. It is possible to manufacture a thin film transistor having a conductive thin film as a semiconductor layer at low cost.
  • the pentacene derivative and the benzoic acid derivative are hydrogen-bonded to form a liquid crystal organic semiconductor mixture.
  • Any organic semiconductor compound or organic compound may be used as long as it forms a liquid crystalline organic semiconductor mixture that exhibits liquid crystallinity by hydrogen bonding. Therefore, the organic semiconductor compound and the organic compound according to the present invention include at least one element selected from nitrogen, oxygen, sulfur, and a halogen element, which are more electronegative atoms than a hydrogen atom, for at least hydrogen bonding. Each have And a compound in which these elements are bonded to each other via hydrogen is preferable.
  • the organic semiconductor compound and the organic compound in the present invention each have at least one selected from an unsaturated bond and a benzene ring force, and one of the compounds is any one of the above-described nitrogen, oxygen, sulfur, and a halogen element.
  • Compounds that bind to the element via hydrogen are preferred.
  • a liquid crystal organic semiconductor mixture exhibiting liquid crystallinity is formed by mixing a non-liquid crystal organic semiconductor conjugate and a non-liquid crystal organic compound to form a hydrogen bond.
  • This supramolecular structure may be a substantially rod-like supermolecular structure such as a nematic liquid crystal or a smectic liquid crystal, or a disk-like supramolecular structure such as a discotic liquid crystal.
  • a mixed composition layer of an organic semiconductor conjugate having a first liquid crystal phase having a high order and an organic compound having a second liquid crystal phase having a low order is used.
  • a conductive thin film formed by orienting the organic semiconductor conjugate compound molecules in a predetermined direction by expressing a second liquid crystal phase having low conductivity, and further improving the electrical conductivity and the carrier mobility; and A mode for realizing a thin film transistor using a thin film will be described.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a step of forming a conductive thin film according to Embodiment 6 of the present invention.
  • illustration of some steps is omitted to avoid complication.
  • the organic semiconductor conjugate used in this embodiment has a high order at high temperature and a liquid crystal phase ( An organic semiconductor compound having a liquid crystal phase with low symmetry) or an organic semiconductor compound having a liquid crystal phase with a potentially high order.
  • an organic semiconductor compound having a first liquid crystal phase composed of a highly ordered liquid crystal phase such as a smectic liquid crystal phase at a high temperature, and more specifically, for example, a diagram having a smectic liquid crystal phase at a high temperature.
  • a material containing at least a low polymer organic semiconductor compound such as an oligothiophene derivative shown in 16 is used.
  • the organic semiconductor conjugate has a liquid crystal phase having a high order at a high temperature, which means that a crystallization temperature at which the crystallization from at least the liquid crystal phase having a high order exists at room temperature or higher and the liquid crystal having the high order It means that the phase exists in the temperature range above the crystallization temperature
  • the oligothiophene derivative shown in Fig. 16 is an organic semiconductor compound composed of Dec-5T-Dec (Dec is an alkyl group composed of 10 carbon molecules) in which five thiophene rings T are connected in reverse.
  • the Dec-5T-Dec has a smectic liquid crystal phase in the high temperature range of 100 to 170 degrees Celsius, and becomes a crystal below 100 degrees Celsius, as determined by differential scanning calorimetry (DSC). It can be said that the liquid becomes an isotropic liquid above 170 degrees Celsius.
  • the organic compound material to be mixed with the oligothiophene derivative of the organic semiconductor compound includes at least a second liquid crystal such as a nematic phase which is a liquid crystal phase with low order (a liquid crystal phase with high symmetry).
  • a second liquid crystal such as a nematic phase which is a liquid crystal phase with low order (a liquid crystal phase with high symmetry).
  • Organic compounds showing a phase for example, a cyano-biphenyl type shown in FIGS. 17 (a) and (b) or a cyano-terphenyl type shown in FIG. 17 (c) (hereinafter referred to as biphenyl type). ) Is used.
  • the alkyl groups R and Ra are linear or branched alkyl groups having at least 3 to 8 carbon atoms.
  • a mixed nematic liquid crystal compound in which another series of liquid crystal compounds are mixed with these nematic liquid crystal compounds may be used.
  • nematic liquid crystal compounds not substituted with a cyano group or a fluorine group can be used.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing an example of a phase diagram of a mixed composition of the organic semiconductor conjugate and the organic compound according to the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the weight (%) of the oligothiophene derivative, and the weight of the biphenyl-based liquid crystal compound increases as the weight of the oligothiophene derivative decreases.
  • the vertical axis indicates the phase transition temperature (° C.).
  • the oligothiophene derivative Dec-5T Dec which is the organic semiconductor conjugate, has a smectic liquid crystal phase (S) in the range of 100 to 170 degrees Celsius, Becomes an isotropic liquid (I) above 170 degrees.
  • S smectic liquid crystal phase
  • I isotropic liquid
  • the oligo Chio phen derivatives Dec- 5T- Dec 93 weight 0/0 is an organic semiconductor compound, and a bi Fueniru based liquid crystal compound 7 wt% of an organic compound It can be seen that the mixed composition exhibits a nematic phase (N) in a temperature range of 160 degrees Celsius and 167 degrees Celsius.
  • the mixing ratio between the organic semiconductor compound and the organic compound varies depending on the type of both materials used and the desired electrical characteristics, but the amount of the organic semiconductor compound in the mixed composition is preferably as large as possible. It is easy to obtain desired high characteristics.
  • the mixed composition contains 70 to 98% by weight of the organic semiconductor conjugate, and more preferably, 90 to 95% by weight of the organic semiconductor compound is contained in the mixed composition. I like it. Thereby, higher characteristics can be obtained.
  • the mixing ratio of the organic semiconductor compound is not limited to the above-mentioned value.
  • FIG. 12 (a) at least two electrodes 3 and 4 are provided facing each other on a substrate 2 such as a glass substrate or a plastic substrate.
  • a substrate 2 such as a glass substrate or a plastic substrate.
  • polyimide is formed into a film with a thickness of 100 nm by spin coating and baked to form an alignment film (not shown) on the substrate 2.
  • the alignment process is performed on the existing alignment film.
  • this alignment treatment is performed in the same manner as the method used for aligning the liquid crystal material injected between the substrates in the liquid crystal display technology, by arranging the surface of the alignment film with a dust-free cloth in any given direction, for example, by using an electrode. Perform rubbing in directions 3 and 4 (arrows).
  • a solution of the above-mentioned mixed composition is dropped from the dropping nozzle 32 by a dropping method over at least the electrodes 3 and 4 on the substrate 2 subjected to the alignment treatment. And apply to a thickness of about 1 / zm. Then, at least the solution portion of the mixed composition is heated, whereby the organic solvent is scattered from the solution of the mixed composition to form the mixed composition layer 33.
  • the mixed composition layer 33 applied to at least the gap between the electrodes 3 and 4 is placed in a predetermined temperature range.
  • the “predetermined temperature range” means a temperature range in which the nematic phase as the second liquid crystal phase having a low order including the oligothiophene derivative shown in FIG. 16 is developed from the mixed composition layer 33.
  • the mixed yarn layer 33 including a mixture of 93% by weight of the organic semiconductor compound and 7% by weight of the organic compound is exemplified in the present embodiment. In a temperature range of 160 degrees Celsius and 167 degrees Celsius, the order oriented in an arbitrary direction is low, and the nematic phase, which is the second liquid crystal phase, appears between the electrodes 3 and 4.
  • the nematic phase 34 developed at least in the gaps and boundaries between the electrodes 3 and 4 is gradually cooled and solidified by cooling, so that the organic semiconductor conjugate is obtained.
  • the mixed composition layer 93 containing 93% by weight of the compound composition was oriented in a predetermined direction to form a conductive thin film 35. It is clear from the conventional liquid crystal technology that the solid phase maintaining the mixed composition and orientation can be formed by gradually cooling and solidifying the nematic phase 34 by cooling.
  • the biphenyl-based liquid crystal compound which is oriented in an arbitrary direction by the alignment treatment, is mixed with the biphenyl-based liquid crystal compound to form an organic semiconductor compound oligo.
  • the skeletal chains to which the thiophene is linked in the thiophene derivative are arranged in a predetermined fixed direction, for example, in the direction of the electrodes 3 and 4. Therefore, by controlling the alignment direction of the organic compound, which is a mixed nematic liquid crystal phase, in a predetermined direction by this alignment treatment, the alignment direction of the skeleton chains of the organic semiconductor conjugate is controlled in a predetermined direction. It becomes possible.
  • the predetermined direction for orienting the organic compound by the alignment treatment is the same as the predetermined direction of the skeleton chain of the organic semiconductor conjugate compound arranged according to the orientation. It may also be different. That is, what is required in the present invention is that the organic semiconductor compounds are arranged in a predetermined direction.
  • the carrier mobility of the conductive thin film 35 formed in the present embodiment was as high as 10 " 2 cmVvs.
  • the oligothiophene derivative was oriented in a predetermined substantially constant direction. It was confirmed that the properties of the conductive thin film were improved, whereas the conductive thin film formed by vapor deposition using an oligothiophene derivative similar to the derivative used in the present embodiment was used. Once again low and 10- 3 cm 2 ZVs, it was value.
  • a mixed composition formed by mixing an organic semiconductor conjugate having a first liquid crystal phase with high order at a high temperature and an organic compound having a second liquid crystal phase with low order is formed Layer is placed in a predetermined temperature range, and a second liquid crystal phase having a low order including an organic semiconductor compound is developed from the mixed composition layer between the electrodes formed and arranged on the substrate in a predetermined direction. It has been found that, by performing the orientation, the molecules of the organic semiconductor conjugate are oriented in a predetermined direction, and the carrier mobility and the electric conductivity of the conductive thin film are further improved.
  • the first liquid crystal phase is a smectic liquid crystal phase and the second liquid crystal phase is a nematic liquid crystal phase, and the control of these liquid crystal phases is combined to easily form a conductive thin film.
  • the organic semiconductor compound contains a low-polymer organic semiconductor compound such as an oligothiophene derivative. By orienting the organic semiconductor compound substantially uniformly, carrier transport in a conductive thin film using the low-polymer organic semiconductor compound is performed. Electrical characteristics such as temperature and electrical conductivity can be further improved.
  • the oligothiophene derivative which is an organic semiconductor conjugate, is a derivative in which a plurality of thiophene rings are bonded, and a smectic is obtained by connecting at least 416 thiophene rings at a high temperature. Since they have a liquid crystal phase, they can be used.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a thin film transistor according to Embodiment 7 of the present invention.
  • a thin film transistor 37 has a desired shape on a substrate 2 having an insulating property.
  • a gate electrode 17 is formed, and a semiconductor layer 36 constituting a channel layer is formed on the gate electrode 17 with a gate insulating film 9 interposed therebetween.
  • the source electrode 11 and the drain electrode 12 are formed between the insulating substrate 2 and the semiconductor layer 36 so as to be directly connected to the semiconductor layer 36.
  • a protective film is usually laminated on the gate electrode 17, the source electrode 11, the drain electrode 12, and the semiconductor layer 36.
  • the power diagrams for connecting the extraction electrodes to the source electrode 11 and the drain electrode 12 are complicated, they are not shown here.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing step of the thin film transistor according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 15 some of the conventional elements required for manufacturing a thin film transistor are not shown because the drawing is complicated.
  • an aluminum film is formed to a thickness of 300 nm on the surface of a substrate 2 having a large insulating property such as a plastic substrate or a glass substrate.
  • a gate electrode 17 is formed by draWing and etching.
  • a polyimide film having a thickness of 100 nm is formed by a spin coating method so as to cover the gate electrode 17 and the exposed portion of the substrate 2, thereby forming the gate insulating film 9.
  • an indium tin oxide film (ITO) as a conductor film is formed at a substrate temperature of 100 ° C. and a film thickness of 300 nm on the gate insulating film 9 by an EB vapor deposition method.
  • the source electrode 11 and the drain electrode 12 are formed by performing photolithography and etching from the indium tin oxide film.
  • an alignment process is performed on at least the gate insulating film 9 existing between the source electrode 11 and the drain electrode 12. Note that this alignment treatment is performed by rubbing the surface of the gate insulating film 9 in one direction with a dust-free cloth in the same manner as the alignment treatment method used in the sixth embodiment. .
  • the present invention is not limited to this mode.
  • the source electrode 11 and the drain electrode 12 may be formed on the gate insulating film 9 made of polyimide.
  • an organic semiconductor serving as a channel layer is formed on the gate insulating film 9.
  • a semiconductor layer 36 as a film is formed. This semiconductor layer 36 is formed by a method similar to the method of forming a conductive thin film described in the sixth embodiment, as described below.
  • the organic semiconductor compound has a smectic phase which is a high-order liquid crystal phase composed of Dec-5T-Dec as shown in FIG.
  • a material containing at least a low-molecular organic semiconductor compound of an oligothiophene derivative is provided.
  • the oligothiophene derivative a material in which at least 416 thiophene rings are bonded can be used.
  • an organic compound having a low order and a second liquid crystal phase such as a nematic phase which is a liquid crystal phase (high symmetry, a liquid crystal phase), for example, as shown in FIG. Prepare the biphenyl-based liquid crystal compound shown in a). Then, 93% by weight of the oligothiophene derivative Dec-5T-Dec, which is an organic semiconductor conjugate, and at least 7% by weight of a biphenyl-based liquid crystal compound, which is the organic compound, are mixed at least. Make a mixed composition. Further, in order to facilitate application, an organic solvent such as benzene is mixed with the mixed composition.
  • a solution of the above-prepared mixed composition is applied by a dropping method so as to have a film thickness of about 1 ⁇ m.
  • the organic solvent is scattered from the solution of the mixed composition, whereby the mixed solution containing the organic semiconductor compound containing 93% by weight of the oligothiophene derivative is obtained.
  • a composition layer 38 is formed.
  • the mixing ratio between the organic semiconductor compound and the organic compound varies depending on the type of both materials used or the desired electrical characteristics, but the amount of the organic semiconductor compound in the mixed composition layer is as high as possible. It is suitable, and it is easy to obtain desired good electrical characteristics. Desirably, a composition containing 70-98% by weight of the organic semiconductor conjugate of the mixed composition layer 38 is preferable, and more preferably 90-95% by weight of the mixed composition layer 38. A configuration containing a compound is more preferable. This makes it possible to obtain better electric characteristics.
  • the mixing ratio of the organic semiconductor compound in the mixed composition layer 38 is not limited to the above-described mixing ratio, but can be appropriately adjusted according to the type of the organic semiconductor compound and the required electric characteristics. . Next, as shown in FIG.
  • the mixed composition layer 38 applied to at least the gap between the source electrode 11 and the drain electrode 12 is applied to the oligo thiol shown in FIG.
  • the liquid crystal is placed in a predetermined temperature range in which a nematic phase, which is a second liquid crystal phase having a low order including a chiral derivative, appears. Accordingly, from the mixed composition 38 obtained by mixing the organic semiconductor compound Dec-5T-Dec (93% by weight) and the organic compound (7% by weight) according to the present embodiment, according to the phase diagram shown in FIG. Nematic phase 39 develops at a temperature range of 160 degrees Celsius and 167 degrees Celsius.
  • the nematic phase 39 developed at least in the gaps and boundaries between the source electrode 11 and the drain electrode 12 is gradually cooled and solidified by cooling, thereby obtaining an organic semiconductor.
  • a semiconductor layer 36 as an organic semiconductor layer oriented in a predetermined direction is formed from a mixed composition layer 38 containing 93% by weight of the compound.
  • the semiconductor layer 36 of the thin film transistor 37 shown in FIG. 14 is completed.
  • the bithiol-based liquid crystal compound which is oriented in an arbitrary direction by the alignment treatment is mixed with the bithiol-based liquid crystal compound!
  • the derivative molecule, that is, the skeletal chain to which the thiophene in the oligothiophene derivative is connected is arranged side by side in a certain substantially constant direction (for example, the direction of the source electrode 11 and the drain electrode 12).
  • an organic semiconductor compound having a first liquid crystal phase with high order at high temperature and an organic compound having a second liquid crystal phase with low order are mixed.
  • the mixed composition formed by the above is applied between the source electrode and the drain electrode formed and arranged on the substrate to form a mixed composition layer, and then the order including the organic semiconductor compound from the mixed composition layer is low.
  • the temperature is set within a predetermined temperature range in which the second liquid crystal phase appears.
  • saw A second liquid crystal phase is developed between the two electrodes, the drain electrode and the drain electrode, and is oriented in an arbitrary direction. Thereby, the molecules of the organic semiconductor compound are oriented in a predetermined direction.
  • a conductive thin film with improved charge transport performance is formed by orienting the molecules of the organic semiconductor compound in a favorable manner, and the carrier mobility of the channel is further improved by using the conductive thin film as a semiconductor layer.
  • the formed thin film transistor is formed.
  • the first liquid crystal phase is a smectic liquid crystal phase and the second liquid crystal phase is a nematic liquid crystal phase, and the control of these liquid crystal phases is combined to easily form a semiconductor layer. Becomes possible.
  • the organic semiconductor compound contains a low polymer of an organic semiconductor compound such as an oligothiophene derivative, and the low polymer of the organic semiconductor conjugate is substantially uniformly oriented to form a conductive thin film. Even if a semiconductor layer is formed using this conductive thin film, electrical characteristics such as carrier mobility of the channel of the thin film transistor can be further improved.
  • the expression temperature of the nematic liquid crystal phase as an organic compound may be lower or higher than the expression temperature of the smectic liquid crystal phase of the organic semiconductor conjugate. Good.
  • the oligothiophene derivative which is an organic semiconductor conjugate, may be any derivative as long as it is an oligothiophene derivative that develops a smectic liquid crystal phase. There is no need to limit the length of the groups.
  • the present invention is not limited to this mode.
  • the present invention can be carried out in the same manner by using a material exhibiting a smectic liquid crystal phase in the derivative of the low polymer organic semiconductor conjugate.
  • a cyanobiphenyl-based or cyano-terphenyl-based nematic liquid crystal compound is used as an organic compound, and the force-induced phenylcyclohexane (PCH) -based, Nematic liquid crystal compounds having a substantially rod-like molecular structure such as ester, phenylpyrimidine, phenyldioxane, and lanthanum, other types of nematic liquid crystal compounds, and mixed nematic liquid crystal compounds comprising a mixture of these. Form using It may be in a state.
  • the embodiment using the nematic liquid crystal compound as the organic compound has been described.
  • the present invention is not limited to this embodiment, and the embodiment using a concentration-transition type liquid crystal (lyotropic liquid crystal) may be used!
  • the organic semiconductor compound may be oriented by subjecting the film to an orientation treatment, but it is also possible to orient the organic semiconductor compound by an electric field generated by applying a voltage to the source electrode and the drain electrode.
  • the mixed composition only needs to contain at least the organic semiconductor compound and the organic compound, and also contains other materials such as a charge polarity-imparting agent. You may go out.
  • the type of the organic solvent can be appropriately selected depending on the type of the organic semiconductor compound to be selected.
  • an aromatic solvent such as chloroform and 1,2,4-trichlorobenzene in addition to the above-mentioned chlorobenzene.
  • an organic solvent such as tetrahydrofuran, getyldaricol, getyl ether and the like.
  • a printing method such as a casting method, a spinner coating method, a dip coating method, a screen printing method, or a roll method may be used in addition to the above-mentioned dropping method.
  • Coating methods such as a coating method, an inkjet coating method, and a spray coating method can be used.
  • examples of the alignment film include an inorganic alignment film such as silicon oxide or an organic alignment film such as nylon, polyvinyl alcohol, polyimide, and a monomolecular film.
  • These alignment films can be formed by oblique evaporation or rotary evaporation, and can be aligned using a polymer liquid crystal or LB film, alignment by a magnetic field, alignment by the spacer edge method, or alignment by the rubbing method. It is.
  • this alignment film is formed only for the function as an alignment film.
  • a film having various functions, such as an insulating layer and a gate insulating film may be used, or an insulating substrate surface may be applied.
  • an organic semiconductor layer formed from a mixed composition of an organic semiconductor compound and a liquid crystal organic compound is used as the semiconductor layer of the thin film transistor. It is not limited that a composite semiconductor layer formed by mixing a composite semiconductor material obtained by compounding an organic semiconductor compound and a semiconducting carbon nanotube with a liquid crystal organic compound may be used. Absent.
  • the thin film transistor according to the present invention includes a gate insulating layer, a semiconductor layer provided in contact with the gate insulating layer, and a side opposite to the semiconductor layer in contact with one side of the gate insulating layer. And a source electrode and a drain electrode that are provided in contact with at least one side of the semiconductor layer, are positioned with respect to the gate electrode, and sandwich the gate electrode.
  • the thin film transistor according to the present invention is a top gate in which the force gate electrode described above as a bottom gate type thin film transistor in which the gate electrode is provided on the bottom on the substrate is provided on the gate insulating film on the top opposite to the substrate. It may be configured as a thin film transistor of the type.
  • the material that can be used for the gate electrode 17, the source electrode 11, and the drain electrode 12 is electrically conductive, and Any material may be used as long as it does not react with the material.
  • any material may be used as long as it does not react with the material.
  • noble metals such as doped silicon, gold, silver, platinum, platinum and palladium
  • alkali metals and alkaline earth metals such as lithium, cesium, calcium and magnesium, copper, nickel, aluminum, titanium and molybdenum And their alloys and their alloys can also be used.
  • conductive organic substances such as polypyrrole, polythiophene, polyarline, and polyphenylene bilen can also be used.
  • the gate electrode since the gate electrode can operate even if it has a higher electrical resistance than the other electrodes, the gate electrode should be made of a material different from the material forming the source and drain electrodes to facilitate manufacturing. Therefore, it may be formed.
  • any material can be used as long as it is electrically insulating and does not react with the substrate 2, each electrode, and the semiconductor layer. or,
  • the form of the substrate 2 and the gate insulating film 9 may be such that an ordinary silicon oxide film is formed on silicon and used as a gate insulating film.
  • a layer may be provided to function as a gate insulating film.
  • the gate insulating film 9 may be formed by depositing a compound composed of an element different from that of the substrate 2 or each electrode by CVD, vapor deposition, sputtering, or the like, or by applying, spraying, or electrolytically attaching as a solution.
  • the gate insulating film 9 may be formed using a compound having a large dielectric constant.
  • it is not limited to an inorganic substance, and may be an organic substance having a large dielectric constant, such as a poly (vinylidene fluoride) -based substance or a polycyanidi-bilylidene-based substance.
  • a conventional low-temperature thin-film forming technique can be used in forming a thin film and a semiconductor layer.
  • a substrate such as a thin resin film having a flexible property such as a polyimide film can be used.
  • a polyethylene film, a polystyrene film, a polyester film, a polycarbonate film, a polyimide film, or the like can be used.
  • the conductive thin film and the thin film transistor according to the present invention and the method for manufacturing the same are used as the conductive thin film and the thin film transistor for miniaturizing and improving the performance of the semiconductor circuit device and the display device, and the method for manufacturing the same.
  • Useful paper-like or sheet-like image display devices, portable devices using small and high-performance semiconductor circuit devices, disposable devices such as wireless IC tags, other electronic devices, robots, micro medical devices, etc. It is useful as a conductive thin film and a thin film transistor for realizing the above, and a method for manufacturing the same.
  • the present invention is useful as a conductive thin film and a thin film transistor for manufacturing these semiconductor circuit devices and display devices at low cost, and a method for manufacturing them.

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Abstract

【課題】ナノチューブ又は有機電子機能材料を簡便な手段により高度に配向させて形成した、安価でかつ柔軟性を有するキャリア移動度や電気伝導率が優れた導電性薄膜、及びそれを用いた薄膜トランジスタを提供する。 【解決手段】導電性又は半導電性を有する第１の材料（５）と、第２の材料（６）とを混合し、前記混合物の液晶性を利用して該混合物を配向させて導電性薄膜（１）を形成する。

Description

明 細 書
導電性薄膜および薄膜トランジスタ
技術分野
[0001] 本発明は、ナノチューブ又は有機半導体ィ匕合物を配向させて形成する導電性薄膜 及びそれを半導体層として用いる薄膜トランジスタに関する。
背景技術
[0002] フラットパネルディスプレイ等で使用される薄膜トランジスタ (TFT)は、その薄膜トラ ンジスタを構成する半導体層の一方の面にソース電極及びドレイン電極が、その他 方の面のチャネルに対して略中央の位置にゲート電極が配設され構成されている。
[0003] 通常、上述した構成を有する薄膜トランジスタの半導体層は、基板上に成膜された 半導体薄膜を薄膜制御プロセスによって精密に制御加工して形成される。ここで、こ の薄膜制御プロセスによって形成される薄膜トランジスタの半導体層には、半導体デ バイスを構成するための優れたキャリア移動度が求められる。そのため、従来の薄膜 トランジスタでは、半導体層を形成するための半導体材料として、優れたキャリア移動 度を有するシリコンやゲルマニウム等の無機半導体が好適に用いられている。
[0004] 一方、近年では、 PDA等の携帯型情報端末機器の普及に伴って、高精細かつシ 一トライク或いはペーパーライクである安価なディスプレイや、超小型の安価な電子 機器等が望まれている。又、これらの要求に応じるために、柔軟性を有する安価な電 極及び配線や、柔軟性を有する微小かつ安価な薄膜トランジスタの実現が求められ ている。そして、これらの柔軟性を有しかつ安価な電極や薄膜トランジスタ等を形成 するためには、導体層や半導体層に安価な手段によって柔軟性を付与する必要が ある。そのため、上述した無機半導体に代わる、導体層や半導体層等に柔軟性を安 価に付与可能な導体材料及び半導体材料が求められている。
[0005] ところで、近年では、電極又は配線等の導体層を形成するための導体材料や、薄 膜トランジスタ又は有機電界発光素子 (有機 EL)等の半導体デバイスの半導体層を 形成するための半導体材料として、チォフェンやペンタセン等の有機半導体ィ匕合物 力 なる有機電子機能材料が注目されて ヽる。 [0006] この有機電子機能材料は、室温若しくは室温に近い温度での堆積が可能であると いう特徴を有している。従って、この有機電子機能材料を用いることにより、導体層や 半導体層を低温プロセスによって形成することが可能になる。そのため、シリコンゃゲ ルマニウム等の無機半導体を用いる場合と比べて、無機半導体を用いる場合に必要 となる高温プロセスのための高額な製造設備を準備する必要が無ぐ低温プロセスの ための比較的安価な製造設備により導体層や半導体層を形成することが可能になる 。つまり、導体層や半導体層を安価に形成することが可能になる。
[0007] 又、この有機電子機能材料は、一般的に、フレキシブル性を有して 、る。従って、こ の有機電子機能材料を用いることにより、導体層や半導体層にフレキシブル性を付 与することが可能になる。そのため、フレキシブル性を有するプラスチック基板ゃ榭脂 フィルムの表面に有機電子機能材料を用いて導体層や半導体層を形成することによ り、フレキシブル性を有する電極や薄膜トランジスタ等を容易に製造することが可能 になる。そして、フレキシブル性を有する電極や薄膜トランジスタ等を用いることにより 、シートライク或 、はペーパーライクなディスプレイや電子機器等を容易に構成するこ とが可能になる。
[0008] 有機電子機能材料を半導体層に用いる薄膜トランジスタとしては、例えば、有機半 導体ィ匕合物であるオリゴチォフェンを半導体層に用いる薄膜トランジスタが知られて いる。この薄膜トランジスタは、有機半導体ィ匕合物であるオリゴチォフェンを基板上に 蒸着、又は、オリゴチォフェンを有機溶媒に溶解した溶液を基板上に塗布すること〖こ よりオリゴチォフェンを基板上に堆積させ、これにより形成したオリゴチォフェンの薄 膜を半導体層として有している。しかし、この公知の薄膜トランジスタでは、半導体層 がオリゴチォフェンを単に蒸着又は堆積することにより形成されており、オリゴチオフ ェンが配向配列されて ヽな 、ので、チャネルのキャリア移動度はシリコン等を用いる 場合と比べて著しく低い。例えば、このオリゴチォフェンを単に蒸着又は堆積させて 半導体層を形成した薄膜トランジスタのキャリア移動度は、概ね 0. 001cm2ZVsで ある (例えば、特許文献 1参照)。
[0009] このように、有機電子機能材料を用いる導体層又は半導体層は、その導体層又は 半導体層のキャリア移動度が無機半導体を用いる場合のキャリア移動度と比べて著 しく低いという課題を有している。具体的には、シリコンのキャリア移動度が、単結晶 においては 103cm2/Vs程度であり、多結晶においては 102cm2/Vs程度であり、ァ モルファスにおいては lcm2ZVs程度であるのに対して、上述したオリゴチォフェン 等の有機電子機能材料を用いる場合のキャリア移動度は、 0. 001—0. 01cm 2/V s程度である。
[0010] 有機電子機能材料を用いて形成した導体層又は半導体層のキャリア移動度が無 機半導体を用いる場合のキャリア移動度と比べて著しく低いのは、有機電子機能材 料を単に蒸着又は堆積して形成した導体層又は半導体層では、その導体層又は半 導体層の内部における有機電子機能材料の分子軸が乱雑に配列しており、従って 複数の有機電子機能材料間での電荷移動が滑らかに起こらず、これにより電気伝導 率が低下するからである。そのため、従来の技術では、電極又は配線等の導体層や 、薄膜トランジスタ又は有機電界発光素子等の半導体デバイスにおける半導体層、 特に、高精細の画像表示装置や高速の LSI等における半導体層を有機電子機能材 料により形成することは困難であった。
[0011] そこで、従来から、有機電子機能材料を用いた導体層や半導体層のキャリア移動 度を改善するための様々な検討が行われて 、る。
[0012] 例えば、有機電子機能材料としてペンタセン等力 なる結晶性の低分子系有機電 子機能材料を用い、この低分子系有機電子機能材料を蒸着技術によって配向配列 させ、これにより半導体層を形成した薄膜トランジスタが報告されている（例えば、非 特許文献 1参照)。
[0013] この低分子系の有機電子機能材料を配向配列して半導体層を形成した薄膜トラン ジスタでは、有機半導体化合物であるペンタセンが基板上に蒸着され、これにより薄 膜トランジスタの半導体層が形成されている。ここで、ペンタセンは、その温度が室温 (27°C)である基板の表面に、蒸着レートが lAZsの割合で蒸着されている。この蒸 着により、ペンタセン分子を基板の法線方向に略配列させ、結晶粒界が少ない薄膜 相を出現させている。力かる構成により、半導体層のキャリア移動度が約 0. 6cm Vsという、有機電子機能材料を用いて半導体層を形成した場合としてはキャリア移動 度の値が比較的高!、値の薄膜トランジスタを得たことが報告されて 、る。 [0014] 又、他の技術としては、半導体層が、側鎖に液晶性置換基が導入された有機半導 体ポリマーによって構成されており、その有機半導体ポリマーの骨格鎖の方向が所 定の方向に配列されている薄膜トランジスタが開示されている（例えば、特許文献 2 参照)。
[0015] この側鎖に液晶性置換基が導入された有機半導体ポリマーを用いて半導体層を形 成した薄膜トランジスタでは、チォフェンの 3位或いは 4位にフエ-ルシクロへキサン（ PCH)系のような液晶性置換基が導入されたポリチォフェン誘導体の液晶相が半導 体層として用いられている。そして、液晶相における液晶性置換基の配向によってチ オフエンポリマーの主鎖方向を配向させることにより、チャネルのキャリア移動度が 6 X 10— 5cm2ZVsである薄膜トランジスタを得たことが開示されて 、る。
[0016] 図 19は、上記特許文献 2に示す薄膜トランジスタの断面構成を模式的に示す断面 図である。
[0017] 特許文献 2によれば、図 19に示すように、薄膜トランジスタ 100は、ゲート電極 103 を形成した絶縁性基板 101上に、ゲート絶縁膜 102を介して有機半導体膜 106が形 成されている。更に、絶縁性基板 101と有機半導体膜 106との間には、ソース電極 1 04及びドレイン電極 105が有機半導体膜 106と直接接続するように形成されて!、る 。有機半導体膜 106は、 PCH系液晶化合物（PCH504)-チォフェンを触媒重合法 により重合し、この重合体をクロ口ホルム溶媒に溶力して液晶相を示させ、これをキヤ スティング法により膜厚 1 μ mでゲート絶縁膜 102、ソース電極 104及びドレイン電極 105の各々の上部に塗布して形成されている。そして、ソース電極 104及びドレイン 電極 105に渡って、配向処理制御を行った有機半導体膜 106が形成されている。こ の有機半導体膜 106では、有機半導体膜 106を構成する有機半導体ポリマーに導 入された液晶性置換基を、ラビング方向に対して平行方向に配向させることができる 。この際、有機半導体ポリマーの骨格鎖は、作製される有機半導体膜 106の膜厚が 薄いため、側鎖である液晶性置換基に対してある一定の方向に配列する。つまり、こ の薄膜トランジスタ 100では、配向処理により液晶性置換基の配列方向を制御するこ とを通して、有機半導体ポリマーの骨格鎖の配列方向を制御する。
[0018] 一方、近年では、導体層や半導体層を形成するための半導体材料として、ナノ構 造からなるナノチューブ (NT)、特に、カーボン (C)からなる無機化合物であるカーボ ンナノチューブ（CNT)も注目されて!/、る。
[0019] ナノチューブ (NT)やカーボンナノチューブ (CNT)は、導電性が非常に良好であり かつ機械的強度が高ぐ更に化学的及び熱的にも非常に安定しているため、昨今に お！、て多くの研究が行われて 、る。
[0020] カーボンナノチューブは、ナノメーターオーダーである極小の直径とミクロンオーダ 一の長さとを有しており、アスペクト比が非常に大きぐ理想的な 1次元システムに限り なく近い。このカーボンナノチューブとしては、分子構造の対象性により直径と螺旋度 に応じて、高電気伝導率を有する金属性、又は、直径に反比例する大きさのバンドギ ヤップを有する半導体性の性質を有するものが作成される。通常、カーボンナノチュ ーブは、その合成の際、金属性を有するカーボンナノチューブと半導体性を有する カーボンナノチューブとが例えば約 1： 2の比率で含まれるカーボンナノチューブ混合 物として作成される。ここで、金属性を有するカーボンナノチューブは、高い電気伝導 率を有して ヽるので、良好な配線材料としてやその他の微小な形状のデバイスの導 電性部材として使用できる可能性がある。又、カーボンナノチューブを薄膜トランジス タの半導体層として利用する場合には、半導体性を有するカーボンナノチューブを 使用する必要がある。この場合、半導体性を有するカーボンナノチューブを用いて半 導体層を形成した薄膜トランジスタは、チャネルのキャリア移動度が非常に大きぐ 10 00— 1500cm2ZVsという非常に高いキャリア移動度を得ることが可能である。
[0021] カーボンナノチューブを用いて半導体層を形成した薄膜トランジスタとして、直径約 1. 4nmのカーボンナノチューブを適度の分散密度で分散配置し、約 1. 4nmの厚さ の半導体層を形成するナノチューブ型の薄膜トランジスタが報告されている（例えば 、非特許文献 2参照)。
[0022] 図 18は、半導体層にカーボンナノチューブを使用した薄膜トランジスタの構成を模 式的に示す断面図である。
[0023] 非特許文献 2によれば、図 18に示すように、薄膜トランジスタ 200では、ゲート電極 を兼ねる P+シリコン基板 201の上部に熱酸ィ匕シリコン力もなる厚さ 150nmのゲート絶 縁膜 202が形成され、そのゲート絶縁層 202の上に直径 1. 4nmの半導体系カーボ ンナノチューブが適度の分散密度で分散配置されて厚さ 1. 4nmの半導体層 203が 形成されている。又、半導体層 203の表面にはチタン (Ti)或いはコバルト (Co)金属 が蒸着されており、更に、カーボンナノチューブとのコンタクト部 206及び 207の上部 にチタンカーバイト或いはコバルトからなるソース電極 204及びドレイン電極 205が形 成されている。これにより、薄膜トランジスタ 200が構成されている。かかる構成により 、チャネルのキャリア移動度が十分に大きぐ良好な電気特性を有するナノチューブ 型の薄膜トランジスタを得て 、る。
特許文献 1：特開 2000— 029403号公報
特許文献 2：特開平 09-083040号公報
非特許文献 1 : C. D. Dimitrakopoulos、他 1名、 IBM J. RES. & DEV. VOL. 45 NO. 1 JAN. 2001 ppl9
非特許文献 2 : Phaedon Avouris、 Chem. phys. 281, pp. 429—445 (2002)、 Fig. 6 "Carbon nanotube electronics"
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0024] しかしながら、上述した有機電子機能材料を用いて導体層や半導体層を構成する 提案では、従来の有機電子機能材料を配向配列させない半導体層と比べた場合に は若干のキャリア移動度の改善は見られるものの、有機電子機能材料の配向度が依 然として低いため、シリコン等の無機半導体を用いて半導体層を構成した場合と比べ た場合、半導体層のキャリア移動度は依然として低い。つまり、有機電子機能材料を 用いて半導体デバイスや配線等を形成するためには、有機電子機能材料の特性を 保持しながら配向度を更に向上させて電子やホールの流れ性を改善し、これにより 半導体層のキャリア移動度や導体層の電気伝導率を更に向上させる必要がある。又
、近い将来に必要とされる、より一層高性能でありかつ微小な半導体デバイスへの応 用に対応する導体層及び半導体層を提供するためには、有機電子機能材料の配向 度をより一層向上させ、キャリア移動度をより一層改善する必要がある。
[0025] 又、非特許文献 1に示された提案では、低分子系の有機半導体化合物であるペン タセンを基板上に配向配列させるベく蒸着して半導体層を形成しているが、大きな面 積のペンタセン結晶を得るのは実際上困難である。又、シングル結晶に近いペンタ セン結晶を柔軟性のある基板上に半導体層として形成した薄膜トランジスタは、その 取り扱いによっては半導体層が破壊され、半導体層に欠陥が発生するという問題が ある。更に、半導体層を形成する際のペンタセンの蒸着レートが小さいために製造時 間が長くなることや、蒸着装置が高価格であることから、薄膜トランジスタの製造コスト が高くなるという問題がある。
[0026] 又、特許文献 2に示された提案では、液晶性置換基を導入したポリチォフェン誘導 体の液晶性ポリマーを用い、液晶相において液晶性置換基が配向することによりポリ チォフェン誘導体の主鎖を配向させて半導体層を形成する。しかし、この提案では、 キャリア移動度の値が低いポリチォフェン誘導体に対して電荷移動に寄与しない PC H系液晶化合物を側鎖として化学的に結合させているため、簡便な方法で有機電子 機能材料が配向した半導体層を形成することができる一方で、電荷移動と ヽぅ観点 では良い影響を与えず、チャネルのキャリア移動度を十分に改善することは困難であ る。
[0027] 一方、非特許文献 2に示されたナノチューブを用いて導体層や半導体層を構成す る提案では、キャリア移動度の値が大きいナノチューブを用い、このナノチューブを適 度の分散密度で分散配置して半導体層を形成している。しかし、この提案では、分散 密度が一定になるようにナノチューブを分散することは困難である。又、極小の薄膜ト ランジスタの半導体層を形成する場合、ナノ構造を有する多数本のナノチューブを重 ねずに並列配列させて固定することは、製造プロセス的に困難である。
[0028] 又、ナノチューブを分散配置して形成した導体層や半導体層は、耐屈曲性に乏し い。そのため、プラスチック基板のような柔軟性を有する基板上にナノチューブのみ からなる導体層や半導体層を形成することは難しい。つまり、かかる構成では、フレキ シブル性を有する電極や薄膜トランジスタ等を形成することは困難である。尚、この場 合、キャリア移動度が高 ヽナノチューブと柔軟性を有する有機化合物とを混合して複 合系材料を準備し、この複合系材料を用いて導体層又は半導体層を形成することに より、キャリア移動度の値が大きくかつ柔軟性を有する電極や薄膜トランジスタを形成 することが可能になると考えられる。しかし、上記複合系材料からなる導体層或いは 半導体層の形成において、有機化合物とナノチューブとを単に混合して形成するだ けでは、略一次元形状のナノチューブ分子が互いにバラバラな方向に疎に配列する だけで、高いキャリア移動度の導体層又は半導体層を得ることはできない。例えば、 上記複合系材料を用いて導体層を形成した場合の電気伝導率は、約 10 Ω—^π 1と 低い値である。又、この場合、既存の配向処理手段では、ナノチューブを十分に配向 させることは難しい。
[0029] つまり、力かる構成としても、ナノチューブ分子の混合充填密度やナノチューブ分 子間の電子的な接合点密度が低!、ので、導体層や半導体層の電気伝導率やキヤリ ァ移動度を向上させることは困難である。
[0030] 本発明はこのような事情に鑑みてなされてものであり、ナノチューブ又は有機電子 機能材料を簡便な手段により高度に配向させて形成した、安価でかつ柔軟性を有す るキャリア移動度や電気伝導率が優れた導電性薄膜、及びそれを用いた薄膜トラン ジスタを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0031] 上記課題を解決するためには、高いキャリア移動度や電気伝導率を有するナノチュ ーブゃ有機化合物の分子を、簡単な方法によって、所定の方向に配向度をより向上 させて密にかつ良好に配向させる必要がある。これにより、ナノチューブの混合充填 密度やナノチューブ分子間の電子的な接合点密度を更に向上させ、電子やホール の流れをより滑らかにすることが可能になる。
[0032] そして、上記課題を解決するために、本発明に係る導電性薄膜は、導電性又は半 導電性を有する第 1の材料と、第 2の材料とを混合し、前記混合物の液晶性を利用し て該混合物を配向させて形成した導電性薄膜である。
[0033] 又、金属性又は半導体性の少なくとも 1つの種を含むナノチューブと、液晶性有機 化合物とを少なくとも混合し、前記液晶性有機化合物の分子を配向させることにより 前記ナノチューブの分子を配向させて形成した導電性薄膜である。
[0034] 又、前記ナノチューブが、カーボンナノチューブである。
[0035] 又、前記液晶性有機化合物が、ネマチック液晶相又はスメクチック液晶相の少なく とも 1種を有する液晶性有機化合物である。 [0036] 又、前記液晶性有機化合物が、電荷輸送の機能を有する液晶性有機化合物であ る。
[0037] 又、前記液晶性有機化合物が、 1個の 6 π電子芳香族環又は m個の 10 π電子芳香 族環又は η個の 14 π電子芳香族環 (ただし、 l +m+n= l— 4、 1及び nは各々 0— 4 の整数)の少なくとも何れかを有する液晶性有機化合物である。
[0038] 又、前記液晶性有機化合物が、 2—フエ-ルナフタレン環、ビフエニル環、ベンゾチ ァゾール環、 tーチォフェン環の少なくとも何れかを有しかつ略棒状分子構造を有す る液晶性有機化合物である。
[0039] 又、非液晶性の有機半導体ィ匕合物と非液晶性の有機化合物とを少なくとも混合し、 該混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配向させることにより前記有機半 導体化合物の分子を配向させて形成した導電性薄膜である。
[0040] 又、前記液晶性有機半導体混合物が、前記有機半導体化合物と前記有機化合物 とが水素結合してなる液晶性有機半導体混合物である。
[0041] 又、前記有機半導体ィ匕合物又は前記有機化合物の何れかの化合物が窒素、酸素
、硫黄、ハロゲンの何れかの元素を少なくとも有する化合物であり、かつ前記元素と 水素とが水素結合している。
[0042] 又、前記有機半導体化合物又は前記有機化合物の前記元素を少なくとも有する一 方の化合物が、不飽和結合又はベンゼン環の少なくとも何れかを更に有する化合物 である。
[0043] 又、前記有機半導体化合物が、ァセン系、フタロシアニン系、チォフェン系の少なく とも何れかの系の有機半導体ィ匕合物力 なる誘導体である。
[0044] 又、前記ァセン系の有機半導体ィ匕合物からなる誘導体が、ペンタセン誘導体であ る。
[0045] 又、前記フタロシアニン系の有機半導体ィ匕合物からなる誘導体が、銅フタロシア- ン誘導体である。
[0046] 又、前記有機半導体化合物の分子を前記液晶性有機半導体混合物の分子の配 向により配向させた後、該液晶性有機半導体混合物力も前記有機化合物を除去して 形成した導電性薄膜である。 [0047] 又、前記液晶性有機半導体混合物力 前記有機化合物を加熱又は紫外線照射の 少なくとも何れかにより除去して形成した導電性薄膜である。
[0048] 又、液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上である第 1の液晶相を有する有 機半導体化合物と、前記有機半導体化合物の結晶化温度より高温の温度領域で前 記第 1の液晶相よりも配向秩序が低い第 2の液晶相を示す有機化合物とを少なくとも 混合し、該混合してなる混合組成物を所定の温度領域にお！ヽて前記第 2の液晶相を 発現させて配向することにより前記有機半導体化合物の分子を配向させて形成した 導電性薄膜である。
[0049] 又、前記第 1の液晶相がスメクチック液晶相であり、かつ前記第 2の液晶相がネマチ ック液晶相である。
[0050] 又、前記有機半導体化合物が、低重合体有機半導体化合物を含む有機半導体化 合物である。
[0051] 又、前記混合組成物が、前記有機半導体化合物を 70— 98重量％含有する混合 組成物である。
[0052] 又、前記混合組成物が、前記有機半導体化合物を 90— 95重量％含有する混合 組成物である。
[0053] 又、前記有機半導体化合物が、オリゴチォフェン誘導体を含む有機半導体化合物 である。
[0054] 又、本発明に係る導電性薄膜の製造方法は、導電性又は半導電性を有する第 1の 材料と、第 2の材料とを混合し、前記混合物の液晶性を利用して該混合物を配向さ せて導電性薄膜を形成する。
[0055] 又、金属性又は半導体性の少なくとも 1つの種を含むナノチューブと、液晶性有機 化合物とを少なくとも混合し、前記液晶性有機化合物の分子を配向させることにより 前記ナノチューブの分子を配向させて導電性薄膜を形成する。
[0056] 又、前記ナノチューブとして、カーボンナノチューブを用いる。
[0057] 又、前記液晶性有機化合物として、ネマチック液晶相又はスメクチック液晶相の少 なくとも 1種を有する液晶性有機化合物を用いる。
[0058] 又、前記液晶性有機化合物として、電荷輸送の機能を有する液晶性有機化合物を 用いる。
[0059] 又、前記液晶性有機化合物として、 1個の 6 π電子芳香族環又は m個の 10 π電子 芳香族環又は η個の 14 π電子芳香族環 (ただし、 l +m+n= l— 4、 1及び nは各々
0— 4の整数)の少なくとも何れかを有する液晶性有機化合物を用いる。
[0060] 又、前記液晶性有機化合物として、 2—フヱ-ルナフタレン環、ビフヱニル環、ベンゾ チアゾール環、 t -チオフ ン環の少なくとも何れかを有しかつ略棒状分子構造を有 する液晶性有機化合物を用いる。
[0061] 又、非液晶性の有機半導体ィ匕合物と非液晶性の有機化合物とを少なくとも混合し、 該混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配向させることにより前記有機半 導体化合物の分子を配向させて導電性薄膜を形成する。
[0062] 又、前記液晶性有機半導体混合物として、前記有機半導体化合物と前記有機化 合物とが水素結合してなる液晶性有機半導体混合物を用いる。
[0063] 又、前記有機半導体化合物又は前記有機化合物の何れかの化合物として窒素、 酸素、硫黄、ハロゲンの何れかの元素を少なくとも有する化合物を用い、かつ前記元 素と水素とを水素結合させる。
[0064] 又、前記有機半導体化合物又は前記有機化合物の前記元素を少なくとも有する一 方の化合物として、不飽和結合又はベンゼン環の少なくとも何れかを更に有するィ匕 合物を用いる。
[0065] 又、前記有機半導体ィ匕合物として、ァセン系、フタロシアニン系、チォフェン系の少 なくとも何れかの系の有機半導体ィ匕合物からなる誘導体を用いる。
[0066] 又、前記ァセン系の有機半導体ィ匕合物からなる誘導体として、ペンタセン誘導体を 用いる。
[0067] 又、前記フタロシアニン系の有機半導体ィ匕合物からなる誘導体として、銅フタロシア ニン誘導体を用いる。
[0068] 又、前記有機半導体化合物の分子を前記液晶性有機半導体混合物の分子の配 向により配向させた後、該液晶性有機半導体混合物力も前記有機化合物を除去して 形成する。
[0069] 又、前記液晶性有機半導体混合物から前記有機化合物を加熱又は紫外線照射の 少なくとも何れかにより除去して形成する。
[0070] 又、液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上である第 1の液晶相を有する有 機半導体化合物と、前記有機半導体化合物の結晶化温度より高温の温度領域で前 記第 1の液晶相よりも配向秩序が低い第 2の液晶相を示す有機化合物とを少なくとも 混合し、該混合してなる混合組成物を所定の温度領域にお！ヽて前記第 2の液晶相を 発現させて配向することにより前記有機半導体化合物の分子を配向させて導電性薄 膜を形成する。
[0071] 又、前記第 1の液晶相としてスメクチック液晶相を用い、かつ前記第 2の液晶相とし てネマチック液晶相を用いる。
[0072] 又、前記有機半導体ィ匕合物として、低重合体有機半導体化合物を含む有機半導 体化合物を用いる。
[0073] 又、前記混合組成物として、前記有機半導体化合物を 70— 98重量％含有する混 合組成物を用いる。
[0074] 又、前記混合組成物として、前記有機半導体化合物を 90— 95重量％含有する混 合組成物を用いる。
[0075] 又、前記有機半導体ィ匕合物として、オリゴチォフェン誘導体を含む有機半導体ィ匕 合物を用いる。
[0076] 又、本発明に係る薄膜トランジスタは、請求項 1記載の導電性薄膜を、チャネル層 を構成する半導体層として備えた薄膜トランジスタである。
[0077] 又、前記導電性薄膜が、金属性又は半導体性の少なくとも 1つの種を含むナノチュ ーブと、液晶性有機化合物とを少なくとも混合し、前記液晶性有機化合物の分子を 配向させることにより前記ナノチューブの分子を配向させて形成した導電性薄膜であ る。
[0078] 又、前記導電性薄膜が、非液晶性の有機半導体ィ匕合物と非液晶性の有機化合物 とを少なくとも混合し、該混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配向させる ことにより前記有機半導体ィ匕合物の分子を配向させて形成した導電性薄膜である。
[0079] 又、前記導電性薄膜が、液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上である第 1 の液晶相を有する有機半導体化合物と、前記有機半導体化合物の結晶化温度より 高温の温度領域で前記第 1の液晶相よりも配向秩序が低い第 2の液晶相を示す有 機化合物とを少なくとも混合し、該混合してなる混合組成物を所定の温度領域にお いて前記第 2の液晶相を発現させて配向することにより前記有機半導体ィ匕合物の分 子を配向させて形成した導電性薄膜である。
[0080] 又、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、請求項 23記載の導電性薄膜の 製造方法を、チャネル層を構成する半導体層としての導電性薄膜の製造方法として 含む薄膜トランジスタの製造方法である。
[0081] 又、前記導電性薄膜の製造方法が、金属性又は半導体性の少なくとも 1つの種を 含むナノチューブと、液晶性有機化合物とを少なくとも混合し、前記液晶性有機化合 物の分子を配向させることにより前記ナノチューブの分子を配向させる工程力 なる 導電性薄膜の製造方法である。
[0082] 又、前記導電性薄膜の製造方法が、非液晶性の有機半導体化合物と非液晶性の 有機化合物とを少なくとも混合し、該混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子 を配向させることにより前記有機半導体ィ匕合物の分子を配向させる工程力 なる導 電性薄膜の製造方法である。
[0083] 又、前記導電性薄膜の製造方法が、液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以 上である第 1の液晶相を有する有機半導体化合物と、前記有機半導体化合物の結 晶化温度より高温の温度領域で前記第 1の液晶相よりも配向秩序が低い第 2の液晶 相を示す有機化合物とを少なくとも混合し、該混合してなる混合組成物を所定の温 度領域において前記第 2の液晶相を発現させて配向することにより前記有機半導体 化合物の分子を配向させる工程力 なる導電性薄膜の製造方法である。
[0084] 又、本発明に係る画像表示装置は、請求項 1記載の導電性薄膜を、導体層又は薄 膜トランジスタのチャネル層を構成する半導体層の少なくとも何れカゝとして備えた画 像表示装置である。
[0085] 又、前記導電性薄膜が、金属性又は半導体性の少なくとも 1つの種を含むナノチュ ーブと、液晶性有機化合物とを少なくとも混合し、前記液晶性有機化合物の分子を 配向させることにより前記ナノチューブの分子を配向させて形成した導電性薄膜であ る。 [0086] 又、前記導電性薄膜が、非液晶性の有機半導体ィ匕合物と非液晶性の有機化合物 とを少なくとも混合し、該混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配向させる ことにより前記有機半導体ィ匕合物の分子を配向させて形成した導電性薄膜である。
[0087] 又、前記導電性薄膜が、液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上である第 1 の液晶相を有する有機半導体化合物と、前記有機半導体化合物の結晶化温度より 高温の温度領域で前記第 1の液晶相よりも配向秩序が低い第 2の液晶相を示す有 機化合物とを少なくとも混合し、該混合してなる混合組成物を所定の温度領域にお いて前記第 2の液晶相を発現させて配向することにより前記有機半導体ィ匕合物の分 子を配向させて形成した導電性薄膜である。
[0088] 又、本発明に係る電子機器は、請求項 1記載の導電性薄膜を、導体層又は薄膜ト ランジスタのチャネル層を構成する半導体層の少なくとも何れかとして備えた電子機 器である。
[0089] 又、前記導電性薄膜が、金属性又は半導体性の少なくとも 1つの種を含むナノチュ ーブと、液晶性有機化合物とを少なくとも混合し、前記液晶性有機化合物の分子を 配向させることにより前記ナノチューブの分子を配向させて形成した導電性薄膜であ る。
[0090] 又、前記導電性薄膜が、非液晶性の有機半導体ィ匕合物と非液晶性の有機化合物 とを少なくとも混合し、該混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配向させる ことにより前記有機半導体ィ匕合物の分子を配向させて形成した導電性薄膜である。
[0091] 又、前記導電性薄膜が、液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上である第 1 の液晶相を有する有機半導体化合物と、前記有機半導体化合物の結晶化温度より 高温の温度領域で前記第 1の液晶相よりも配向秩序が低い第 2の液晶相を示す有 機化合物とを少なくとも混合し、該混合してなる混合組成物を所定の温度領域にお いて前記第 2の液晶相を発現させて配向することにより前記有機半導体ィ匕合物の分 子を配向させて形成した導電性薄膜である。
発明の効果
[0092] 本発明は、以上に説明した解決手段によって実施され、ナノチューブ又は有機電 子機能材料を簡便な手段により高度に配向させて形成した、安価でかつ柔軟性を有 するキャリア移動度や電気伝導率が優れた導電性薄膜、及びそれを用いた薄膜トラ ンジスタを提供することが可能になる。
[0093] 又、ナノチューブと液晶性有機化合物とを混合した複合系材料により導電性薄膜を 構成する形態によれば、液晶性有機化合物が高度に配向することを利用してナノチ ユーブを高度に配向させるので、キャリア移動度や電気伝導率が優れた導電性薄膜 及びそれを用いた薄膜トランジスタを簡便な方法によって製造することが可能になる
[0094] 又、非液晶性の有機電子機能材料と非液晶性の有機化合物とを水素結合させて なる液晶性有機電子機能材料により導電性薄膜を構成する形態によれば、従来の 配向技術を利用して液晶性有機電子機能材料を高度に配向させるので、キャリア移 動度や電気伝導率が優れた導電性薄膜及びそれを用いた薄膜トランジスタを簡便な 方法によって製造することが可能になる。
[0095] 又、上記液晶性有機電子機能材料を用いる形態によれば、液晶性有機電子機能 材料を高度に配向させた後、水素結合を切断して非液晶性の有機化合物を除去す ることができるので、有機電子機能材料が本来有する高 、キャリア移動度が十分に 発揮される導電性薄膜及びそれを用いた薄膜トランジスタを簡便な方法によって製 造することが可能になる。
[0096] 又、高温で秩序が高い第 1の液晶相、或いは潜在的に秩序が高い第 1の液晶相を 有する有機電子機能材料と、秩序が低!ヽ第 2の液晶相を示す有機化合物とを混合し た混合組成物により導電性薄膜を構成する形態によれば、秩序が低い第 2の液晶相 を発現させることにより有機電子機能材料を所定の方向に配向させるので、キャリア 移動度や電気伝導率が優れた導電性薄膜及びそれを用いた薄膜トランジスタを簡 便な方法によって製造することが可能になる。
[0097] そして、本発明を実施することにより、安価でかつ柔軟性を有するキャリア移動度や 電気伝導率が優れた導電性薄膜、及びそれを用いた薄膜トランジスタを提供すること ができるので、安価でかつ高性能及び高精細な画像表示装置や、超小型の半導体 回路装置、及び超小型の電子機器を提供することが可能になる。
図面の簡単な説明 [図 1]図 1は、本発明の実施の形態 1に係る導電性薄膜の作成工程の一部を模式的 に示す断面図である。
[図 2]図 2は、本発明の実施の形態 2に係る導電性薄膜を半導体層として用いる複合 系半導体層の作成工程の一部を模式的に示す断面図である。
[図 3]図 3は、本発明の実施の形態 3に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す 断面図である。
[図 4]図 4は、本発明の実施の形態 3に係るゲート電極を基板上或いはボトムに設け たボトムゲート型の薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。
[図 5]図 5は、本発明に係る薄膜トランジスタを含む半導体回路装置を利用した画像 表示装置の構成の一例を模式的に示す構成図である。
[図 6]図 6は、 2—フヱ-ルナフタレン誘導体の分子化合物である 8— PNP— Oの構造
4 を示す構造図である。
[図 7]図 7は、本発明の実施の形態 4に係る導電性薄膜の作成工程を模式的に説明 する断面図である。
[図 8]図 8は、本発明の実施の形態 4に係る他の導電性薄膜の構成を模式的に示す 断面図である。
[図 9]図 9は、本発明の実施の形態 5に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す 断面図である。
[図 10]図 10は、本発明の実施の形態 5に係る薄膜トランジスタの作成工程を模式的 に示す断面図である。
[図 11]図 11 (a)は非液晶性のペンタセン誘導体力 なる有機半導体ィ匕合物材料の 構造を示す構造図であり、図 11 (b)は非液晶性の有機化合物材料の構造を示す構 造図であり、図 11 (c)はペンタセン誘導体と安息香酸誘導体とが水素結合している 状態を示す構造図であり、図 11 (d)は超分子構造を有する液晶性有機半導体混合 物の構造を示す構造図である。
[図 12]図 12は、本発明の実施の形態 6に係る導電性薄膜の作成工程を模式的に示 す断面図である。
[図 13]図 13は、本発明の実施の形態 6に係る有機半導体化合物と有機化合物との 混合組成物の相図の例を示す概念図である。
[図 14]図 14は、本発明の実施の形態 7に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示 す断面図である。
[図 15]図 15は、本発明の実施の形態 7に係る薄膜トランジスタの作成工程を模式的 に示す断面図である。
[図 16]図 16は、オリゴチォフェン誘導体の構造を示す構造図である。
[図 17]図 17は、オリゴチォフェン誘導体と混合させる有機化合物材料の構造を示す 構造図であり、図 17 (a)及び (b)はシァノビフエニール系の有機化合物材料の構造 を示しており、図 17 (c)はシァノターフェニール系（ビフエニール系）の有機化合物材 料の構造を示している。
[図 18]図 18は、半導体層にカーボンナノチューブを使用した従来の薄膜トランジスタ の構成を模式的に示す断面図である。
[図 19]図 19は、半導体層が側鎖に液晶性置換基が導入された有機半導体ポリマー で構成された従来の薄膜トランジスタの断面構成を模式的に示す断面図である。 符号の説明
1 導電性薄膜
2 基板
3, 4 電極
5 カーボンナノチューブ
6 液晶性有機化合物
7 複合系化合物
8 ローノレコーター
9 ゲート絶縁膜
10 半導体層
11 ソース電極
12 ドレイン電極
13 カーボンナノチューブ
14 複合系化合物 複合系半導体層 液晶性有機半導体化合物 ゲート電極
a, 18b 薄膜トランジスタ 画像表示装置
プラスチック基板
， 22 電極
交差点
a, 24b 駆動回路
制御装置
ディスプレイパネル 液晶性有機半導体化合物 導電性薄膜
導電性薄膜
薄膜トランジスタ 半導体層
滴下ノズル
混合組成物層
ネマチック相
導電性薄膜
半導体層
薄膜トランジスタ 混合組成物層
ネマチック相
0 薄膜トランジスタ1 絶縁性基板
2 ゲート絶縁膜
3 ゲート電極 104 ソース電極
105 ドレイン電極
106 有機半導体膜
200 薄膜トランジスタ
201 p+シリコン基板
202 ゲート絶縁層
203 半導体層
204 ソース電極
205 ドレイン電極
206, 207 コンタクト言
発明を実施するための最良の形態
[0100] 以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に 説明する。尚、以下の説明において参照する図面に関し、同一の構成要素について は、同一の符号を付している。又、本発明においては、「導電性薄膜」は、電極や配 線等を構成する薄膜状の導体と、薄膜トランジスタや有機電界発光素子を構成する 薄膜状の半導体との双方を含んでいる。
[0101] (実施の形態 1)
本発明の実施の形態 1一 3では、導体材料又は半導体材料としてカーボンナノチュ ーブを用い、このカーボンナノチューブと液晶性有機化合物とを混合して複合系材 料を構成し、この複合系材料の液晶性有機化合物が有する良好な配向性を利用し てカーボンナノチューブの分子を良好にかつ密に配向させることにより形成した、電 気伝導率やキャリア移動度を更に向上させた導電性薄膜、及びその導電性薄膜を 用いる薄膜トランジスタを実現する形態について説明する。
[0102] 図 1は、本発明の実施の形態 1に係る導電性薄膜の作成工程の一部を模式的に示 す断面図である。
[0103] 図 1において、導電性薄膜 1は以下のようにして作成される。即ち、図 1 (a)におい て、薄 、ガラス板やプラスチック基板等力もなるフレキシブル性を有する基板 2の表 面上に、間隙約 5 mを挟んで金等の材料により対向した 2つの電極 3及び 4が設け られる。そして、この 2つの対向する電極 3及び 4と基板 2とを覆うようにして、或いは、 少なくとも前記間隙を覆うようにして、後述する金属性のカーボンナノチューブ 5と液 晶性有機化合物 6とを混合して作成した複合系化合物 7が、その複合系化合物 7中 の液晶性有機化合物 6が等方相の状態において塗布される。この時、図 1 (a)に示す ように、金属性のカーボンナノチューブ 5の分子は、等方相の液晶性有機化合物 6の 分子間でバラバラにかつ疎に配列している状態にある。
[0104] 本実施の形態では、金属性のカーボンナノチューブ 5として、例えば、（1一 5) X 10 3 Ω— ^m— 1の高い電気伝導率を有する、直径 1一 10nm、長さ 1一 5 mのカーボンナ ノチューブを使用する。尚、使用するカーボンナノチューブは、上述した電気特性及 び形状を有するカーボンナノチューブに限定されず、上記形状や電気特性の範囲 内の物でも範囲外の物でも構わな!/ヽ。
[0105] 又、本実施の形態では、液晶性有機化合物 6として、図 6に示す構造を有する 2—フ ェニルナフタレン誘導体の分子化合物である 8— PNP— Oを使用し、その液晶相の
4
内、スメクチック相である SmA相或いは SmE相の状態の液晶相を使用する。尚、 8— PNP-Oは、摂氏 129度以上で等方相を示し、摂氏 125度
4 一摂氏 129度の間で S mA相を示し、摂氏 55度一摂氏 125度の間で SmE相を示す。
[0106] 次に、図 1 (b)に示す状態おいて、液晶性有機化合物 6が等方相で塗布された複 合系化合物 7の温度を徐々に下げることにより、液晶性有機化合物 6を SmA相、或 いは SmE相の状態に保持する。 SmA相、 SmE相は、スメクチック相の中でも柔軟性 結晶とも言える高次の分子配向秩序度を有する。そして、図 1 (b)に示すように、上記 複合系化合物 7を塗布した後、その複合系化合物 7の層上に、ロールコーター 8等に よって、略一定方向にずれ応力（剪断応力）を掛ける。すると、分子配向秩序度が優 れたスメタチック相の SmA相或いは SmE相の状態にある液晶性有機化合物 6として の 8— PNP— O分子は、良好にかつホモジ-ァスに配向する。これにより、良好に配
4
向した 8— PNP— O分子に沿って、これと混合された金属性のカーボンナノチューブ
4
5が複合系化合物 7の内部において良好に配向する。このように、カーボンナノチュ ーブ 5を、液晶性有機化合物 6の液晶性を利用することによって分子配向秩序度を 向上させて密に配列配向させるという簡便な方法により、導電性薄膜 1を形成する。 これにより、複合系化合物 7内において、金属性のカーボンナノチューブ 5の分子は 配列方向を略一方向に揃えて配列することができるようになり、その混合充填密度を 向上させてより密に配向することにより、カーボンナノチューブ 5の分子間の電子的な 接合点密度を高くすることができる。
[0107] 実験の結果、上述した作成方法により形成した、金属性のカーボンナノチューブ 5 と液晶性有機化合物 6とを混合して作成した複合系化合物 7を用い、この複合系化 合物 7の分子配向秩序度を従来以上に向上させて形成した導電性薄膜 1の電気導 電率は、約 5 Χ 102 Ω— ^m— 1という非常に高い値であった。尚、これに対して、同様の カーボンナノチューブを使用し、従来技術によって作成された、上記と同様の複合系 化合物を用いて形成したカーボンナノチューブの配向度が低い導電性薄膜の電気 伝導率は、約 10 Ω— ^m— 1と 、う低 、値であった。
[0108] 上記により、本発明に係る導電性薄膜によれば、これを形成する複合系化合物内 の液晶性有機化合物の分子を所定の方向に配向させることにより、複合系化合物に 混合したカーボンナノチューブ分子も良好にかつ密に配向されてその充填密度を向 上させることができる。そのため、カーボンナノチューブ分子間の電子的な接合点密 度を高くすることができるので、導電性薄膜の電気伝導率を飛躍的に改善することが 可能になる。そして、力かる構成を有する導電性薄膜を用いることにより、微小な回路 デバイスや高性能な電子デバイス等の部品や配線材料を実現するための、優れた 特性を有する低温プロセスが可能な有機系の導電性薄膜を提供することが可能にな る。
[0109] 尚、本実施の形態では、液晶性有機化合物である 2—フ 二ルナフタレン誘導体の スメクチック相の SmA相或いは SmE相を利用する形態について説明した力 この形 態に限定されることはなぐ SmB相等の液晶相を用いても同様に実施可能である。
[0110] 又、本実施の形態では、液晶性有機化合物として、 2—フエ二ルナフタレン誘導体で ある 8— PNP— Oを使用する形態について説明した力 この形態に限定されることは
4
なぐ 8-PNP-O の SmA相或いは SmB相のスメクチック相や、 5— PNP— Oが有
12 1 するネマチック相を使用する形態であっても構わない。
[0111] 又、本実施の形態では、液晶性有機化合物として、 2—フエ二ルナフタレン誘導体を 使用する形態について説明したが、この形態に限定されることはなぐ分子配向秩序 度が高!ヽネマチック相やスメクチック相を有する液晶性有機化合物であれば、如何な る液晶性有機化合物を用いても構わな 、。
[0112] 更に、本実施の形態では、ナノチューブとして、金属性のカーボンナノチューブの みを使用する形態について説明したが、この形態に限定されることはなぐ例えば、 半導体性を有するナノチューブが混合されているナノチューブを使用しても構わない
[0113] (実施の形態 2)
図 2は、本発明の実施の形態 2に係る導電性薄膜を半導体層として用いる複合系 半導体層の作成工程の一部を模式的に示す断面図である。
[0114] 図 2において、半導体層 10としての複合系半導体層 15は、以下のようにして形成さ れる。即ち、基板 2上において相互に対向するように配設されたソース電極 11及びド レイン電極 12の少なくとも一部とそれらの間隙にある基板 2の上面とを覆うようにして 、少なくともチャネル（図示省略)を形成する部分の表面に形成したポリイミド膜ゃ単 分子膜等の配向膜 (図示省略)を、ラビング法等の配向手段によって所定の方向に 配向処理する。そして、その後、半導体性を有するカーボンナノチューブ 13と液晶性 有機半導体化合物 16とを混合して準備した複合系化合物 14を、基板 2上に塗布す る。或いは、複合系化合物 14を、ソース電極 11及びドレイン電極 12及び基板 2と、 液晶性有機半導体ィ匕合物 16の上方に設けたゲート絶縁膜 9とで挟まれる領域に注 入する。
[0115] ここで、本実施の形態では、半導体性を有するカーボンナノチューブ 13として、例 えば、キャリア移動度が約 1000cm2ZVsであり、直径が 1一 5nmであり、長さが約 1 /z mであるカーボンナノチューブを使用している。尚、これらの半導体性を有する力 一ボンナノチューブ 13は、金属性を有するカーボンナノチューブと半導体性を有す るカーボンナノチューブとが混合した混合系のナノチューブから選別されたカーボン ナノチューブである。又、液晶性有機半導体ィ匕合物 16としては、実施の形態 1の場 合と同様、図 6に示す 2—フヱ-ルナフタレン誘導体である 8— PNP— Oを使用し、そ
4
の液晶相の内、スメクチック相である SmA相或いは SmE相の状態の液晶相を利用し ている。
[0116] 又、基板 2上に、等方相の状態の液晶性有機半導体化合物 16と、半導体性を有す るカーボンナノチューブ 13とを混合して作成した複合系化合物 14を塗布した後、そ の複合系化合物 14の温度を下げることにより、液晶性有機半導体ィ匕合物 16を SmA 相或いは SmE相の状態に保持する。
[0117] 本実施の形態では、少なくとも基板 2上に形成された配向膜 (図示省略)がラビング 法等の配向手段によって予め所定の方向に配向処理されているので、分子配向秩 序度が優れたスメクチック相の SmA相或いは SmE相の状態にある液晶性有機半導 体ィ匕合物 16としての 8— PNP— O分子が良好に配向する。又、その良好に配向した
4
8-PNP-O分子の配向に従って、これと混合された半導体性を有するカーボンナノ
4
チューブ 13も、その分子配向秩序度を向上させるように密に配列する。これにより、 半導体層 10としての複合系半導体層 15が好適に形成される。
[0118] 特に、本実施の形態では、液晶性有機半導体ィ匕合物 16が、電荷輸送の機能を有 する化合物で構成されている。具体的には、図 6に示す 8— PNP— Oの SmE
4 相から なる液晶性有機半導体ィ匕合物 16は、それ自体で、キャリア移動度がホール及び電 子共に、 10— 2cm2/Vsという値を得ている。このキャリア移動度の値は、ホールのキ ャリア移動度に関しては a— Si： Hのそれに匹敵する値であり、電子のキャリア移動度 に関しては分子性結晶を除 、た有機化合物中で最大の値に近 、値であることを意 味している。このように、複合系半導体層 15内において、液晶性有機半導体化合物 16が良好に配向すると共に、半導体性を有するカーボンナノチューブ 13が良好に かつ密に配向して混合充填密度が向上することにより、ナノチューブ分子間における 電子的な接合点密度を高くすることが可能になる。
[0119] 実験の結果、上述した作成方法により形成した、半導体性を有するカーボンナノチ ユーブ 13と液晶性有機半導体ィ匕合物 16とを混合して作成した複合系化合物 14を用 いる、簡便な方法によって分子配向秩序度を従来以上に向上させた半導体層 10と しての複合系半導体層 15のキャリア移動度は、約 350cm2ZVsと 、う高 、値のキヤリ ァ移動度であった。尚、これに対して、同様の特性を有する半導体性のカーボンナノ チューブを使用し、従来の複合系半導体材料を用いて従来技術によって形成された 、配向度が低い複合系半導体層のキャリア移動度は、約 0. 6cm2ZVsという低い値 であった。
[0120] (実施の形態 3)
図 3は、本発明の実施の形態 3に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面 図である。
[0121] 図 3に示すように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ 18aは、金等の電極材料を パターン形成してなるソース電極 11及びドレイン電極 12を基板 2上に有している。又 、後述する方法によって構成される半導体層 10としての複合系半導体層 15を、ソー ス電極 11及びドレイン電極 12及び後述するゲート絶縁膜 9との間に有している。又、 複合系半導体層 15の上面には、酸ィ匕シリコンやポリフッ化ビ-リデン系有機化合物 等により構成されるゲート絶縁膜 9を有している。更に、金等の電極材料により構成さ れるゲート電極 17を、ゲート絶縁膜 9の上部に有している。これらのソース電極 11及 びドレイン電極 12や、ゲート絶縁膜 9、及びゲート電極 17は、薄膜作成技術、フォトリ ソ技術、リフトオフ技術等によって、それぞれ順次パターン形成される。そして、図 3に 示すように、ゲート電極 17をトップに配置したトップゲート型の薄膜トランジスタ 18aが 構成されている。尚、図 3においては、保護膜や半導体層 10を封止するための封止 膜等の構成部材は、簡便のために図示していない。
[0122] 図 3において、半導体層 10としての複合系半導体層 15は、以下のようにして形成さ れる。即ち、基板 2上において相互に対向するように配設されたソース電極 11及びド レイン電極 12の少なくとも一部とそれらの間隙にある基板 2の上面とを覆うようにして 、少なくともチャネル（図示省略)を形成する部分の表面に形成したポリイミド膜ゃ単 分子膜等の配向膜 (図示省略)を、ラビング法等の配向手段によって所定の方向に 配向処理する。そして、その後、半導体性を有するカーボンナノチューブ 13と液晶性 有機半導体ィ匕合物 16とを混合して準備した複合系化合物 14を、ソース電極 11及び ドレイン電極 12と基板 2との上部に塗布する。又、薄膜トランジスタ 18aのチャネル（ 図示省略)の位置を中央にして、ソース電極 11とドレイン電極 12とに挟まれて、半導 体層 10の上にゲート絶縁膜 9を設ける。そして、基板 2と上記ゲート絶縁膜 9との間に 、上記複合系化合物 14を注入する。 [0123] 本実施の形態では、半導体性を有するカーボンナノチューブ 13として、例えば、金 属性のカーボンナノチューブ及び半導体性のカーボンナノチューブが混合した混合 系のカーボンナノチューブから選別された、キャリア移動度が約 1000cm2/Vsであ り、直径が 1一 5nmであり、長さが約 1 μ mであるカーボンナノチューブを使用した。
[0124] 又、本実施の形態では、液晶性有機半導体ィ匕合物 16として、実施の形態 1の場合 と同様、図 6に示す構造を有する 2 -フエ二ルナフタレン誘導体の分子化合物である 8 -PNP-0を使用し、その液晶相の内、スメクチック相である SmA相或いは SmE相
4
の状態の液晶相を使用する。尚、 8-PNP-Oは、摂氏 129度以上で等方相を示し、
4
摂氏 125度一摂氏 129度の間で SmA相を示し、摂氏 55度一摂氏 125度の間で Sm E相を示す。
[0125] 又、本実施の形態では、等方相の状態を有する液晶性有機半導体化合物 16と半 導体性を有するカーボンナノチューブ 13と混合して複合系化合物 14を準備し、この 複合系化合物 14を基板 2上に塗布する。そして、その塗布した複合系化合物 14の 温度を下げることにより、液晶性有機半導体ィ匕合物 16を SmA相或いは SmE相の状 態に保持する。
[0126] SmA相或いは SmE相は、スメクチック相の中でも柔軟性結晶とも言える高次の分 子配向秩序度を有している。そして、本実施の形態では、少なくとも基板 2上に形成 された配向膜 (図示省略)がラビング法等の配向手段によって予め所定の方向に配 向処理されて ヽるので、分子配向秩序度が優れたスメクチック相の SmA相或 、は S mE相の状態にある液晶性有機半導体ィ匕合物 16としての 8— PNP— O分子が良好
4
に配向する。又、その良好に配向した 8— PNP— O分子の配向に従って、これと混合
4
された半導体性を有するカーボンナノチューブ 13も、その分子配向秩序度を向上さ せるように密にかつ良好に配列する。これにより、複合系半導体層 15内において、電 荷輸送の機能を有する化合物である液晶性有機半導体化合物 16の分子を良好に 配向させると共に、半導体性を有するカーボンナノチューブ 13をより良好に密に配 向させてその混合充填密度を向上させ、ナノチューブ分子間における電子的な接合 点密度を高くして良好な半導体層 10とすることができる。つまり、半導体層 10として の複合系半導体層 15が好適に形成される。 [0127] 実験の結果、上述した作成方法により形成した複合系半導体層 15を備える薄膜ト ランジスタ 18aでは、半導体性を有するカーボンナノチューブ 13と液晶性有機半導 体ィ匕合物 16とを混合して作成した複合系化合物 14を用いる、簡便な方法によって 分子配向秩序度を従来以上に向上させた半導体層 10としての複合系半導体層 15 のキャリア移動度は、約 350cm2ZVsという高い値のキャリア移動度であった。尚、こ れに対して、同様の特性を有する半導体性のカーボンナノチューブを使用し、従来 の複合系半導体材料を用いて従来技術によって形成された、配向度が低い複合系 半導体層を有する薄膜トランジスタのチャネルのキャリア移動度は、約 0. 6cm Vs という低い値であった。
[0128] 本実施の形態に示す形態によれば、複合系化合物 14により複合系半導体層 15を 構成するので、複合系半導体層 15内で液晶性有機半導体化合物 16の分子を配向 させると共に、混合された半導体性を有するカーボンナノチューブ 13も液晶性有機 半導体ィ匕合物 16の配向に応じてより良好にかつ密に配向させることができる。又、液 晶性有機半導体ィ匕合物 16を配向させる手段としては、従来力も用いられている配向 手段を適用することができるので、簡便な方法によってカーボンナノチューブ 13を配 向させることができる。そして、簡便な方法により、カーボンナノチューブ 13の充填密 度を向上させ、その分子間の電子的な接合点密度を高くすることができるので、キヤ リア移動度が改善された半導体層 10を有する薄膜トランジスタ 18aを安価に提供す ることが可能になる。又、半導体層 10のキャリア移動度を改善することができるので、 薄膜トランジスタ 18aを微小な回路デバイスや高性能電子デバイス等に適用すること が可能になる。
[0129] 又、本実施の形態では、液晶性有機半導体化合物 16と半導体性を有するカーボ ンナノチューブ 13とを複合した複合系半導体層 15を用いて 、るので、液晶性有機 化合物とカーボンナノチューブとを混合して半導体層を構成する場合よりも、薄膜トラ ンジスタ 18aのチャネルのキャリア移動度をより一層高くすることができる。具体的に は、薄膜トランジスタ 18aのオン動作時において、複合系半導体層 15における電流 は、液晶性有機半導体ィ匕合物 16と半導体性を有するカーボンナノチューブ 13との 中を流れる。又、近接して配置されたカーボンナノチューブ 13の分子間においては、 周囲にある液晶性有機半導体ィ匕合物 16の分子の中を電流が流れる。従って、液晶 性有機半導体ィ匕合物 16を用いることにより、液晶性有機化合物を用いる場合と比べ て、キャリア移動度やオン特性が優れた薄膜トランジスタ 18aを提供することが可能に なる。
[0130] 尚、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタは、図 3に示すゲート電極 17をゲ ート絶縁膜 9上の基板 2とは反対側のトップに設けたトップゲート型の薄膜トランジスタ であってもよぐ又、図 4に示すような図 3の構成とは別の構成である、ゲート電極 17 を基板 2上、或いはボトムに設けたボトムゲート型の薄膜トランジスタであってもよい。 以下、本実施の形態に係るボトムゲート型の薄膜トランジスタについて説明する。
[0131] 図 4は、本実施の形態に係るゲート電極を基板上或いはボトムに設けたボトムゲート 型の薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。
[0132] 図 4に示すように、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ 18bでは、図 3に示したトップゲ ート型の薄膜トランジスタ 18aと比べて、ゲート電極 17が基板 2の上部に配設されて いる。又、このゲート電極 17と基板 2の露出する部分を覆うようにして、ゲート絶縁膜 9 が配設されている。そして、このゲート絶縁膜 9の上部に、半導体層 10とソース電極 1 1及びドレイン電極 12とが配設されて 、る。
[0133] 図 4に示す薄膜トランジスタ 18bを形成する際には、先ず、基板 2の上部にゲート電 極 17を配設した後、そのゲート電極 17と基板 2の露出する部分とを覆うようにして、ゲ ート絶縁膜 9を設ける。そして、ゲート絶縁膜 9の上部に、ソース電極 11及びドレイン 電極 12を対向させて配設する。次に、少なくともゲート絶縁膜 9の上部に、 2つの対 向するソース電極 11及びドレイン電極 12にまたがるようにして、或いは、少なくとも 2 つの対向するソース電極 11及びドレイン電極 12の間隙を覆うようにして、半導体性を 有するカーボンナノチューブ 13と液晶性有機半導体ィ匕合物 16とを混合した混合物 を含む複合系化合物 14を塗布する。そして、例えば、液晶性有機半導体化合物 16 がスメクチック相を呈する場合においては、その層上にロールコーター（図示省略)等 によって略一定方向にずれ応力（剪断応力）を掛ける。これにより、複合系半導体層 15内において、液晶性有機半導体ィ匕合物 16の分子を良好に配向させると共に、半 導体性を有するカーボンナノチューブ 13をより良好にかつ密に配向させてその混合 充填密度を向上させることができる。又、これにより、カーボンナノチューブ 13の分子 間における電子的な接合点密度を高めることができる。このように、半導体層 10とし ての分子配向秩序度を従来以上に向上させた複合系半導体層 15を形成することに より、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ 18bにおいてもチャネルのキャリア移動度を改 善することができる。
[0134] 尚、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ 18a又は 18bの作成においては、ゲート 電極 17、ソース電極 11、ドレイン電極 12に使用できる材料は、電気導電性でありか つ基板 2や半導体層 10と反応しな ヽ材料であれば、如何なる材料を用いてもょ ヽ。 例えば、ドープしたシリコンや、金、銀、白金、プラチナ、パラジウム等の貴金属や、リ チウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属 の他に、銅、ニッケル、アルミニウム、チタン、モリブデン等の金属又はそれらの合金 も使用することができる。又、その他として、ポリピロール、ポリチォフェン、ポリア-リン 、ポリフエ-レンビ-レン等の導電性の有機化合物も使用することができる。特に、ゲ ート電極 17につ!/、ては、ゲート電極 17の電気抵抗が他の電極（ソース電極 11及びド レイン電極 12)の電気抵抗より大きくても薄膜トランジスタ 18a及び 18bは動作可能で あるので、製造を容易にするために、ゲート電極 17の材料としてソース電極 11及びド レイン電極 12とは異なる材料を使用することも可能である。これらの電極材料は、特 に必要ではな 、が、室温或いは室温に近!、温度で被着形成する室温プロセスが適 用可能である。
[0135] 又、上述したゲート絶縁膜 9の材料としては、電気絶縁性であり、基板 2や各電極、 及び半導体層 10と反応しない材料であれば、如何なる材料も使用可能である。又、 基板 2及びゲート絶縁膜 9の形態としては、シリコン上に通常のシリコン酸ィ匕膜を成膜 してこれをゲート絶縁膜として用いる形態としてもよぐ又、酸化膜形成後に榭脂等の 薄層を設けてゲート絶縁膜として機能させる形態としてもよい。又、ゲート絶縁膜 9は 、基板 2や各電極と異なる元素で構成される化合物を CVDや蒸着、スパッタ等で堆 積、又は溶液として塗布、吹き付け、電解付着等して形成してもよい。又、薄膜トラン ジスタ 18a及び 18bのゲート電圧を下げるために、誘電率の高い物質をゲート絶縁膜 9の材料として用いることも知られており、強誘電性化合物や、強誘電体ではないが 誘電率の大きな化合物を用いてゲート絶縁膜 9を形成してもよい。更に、無機物に限 らず、ポリフッ化ビ-リデン系やポリシァニンィ匕ビユリデン系等の誘電率の大きな有機 物であってもよい。
[0136] 又、本発明の実施の形態 2— 3では、液晶性有機半導体ィ匕合物 16として 2 フエ- ルナフタレン誘導体ィ匕合物のスメクチック相の SmA相或いは SmE相を利用したが、 SmB相等の液晶相でも同様に実施することが可能である。又、液晶性有機半導体 化合物 16として、 2 フエ-ルナフタレン誘導体である 8— PNP—Oを使用したが、 8—
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PNP-O のスメクチック相を使用しても構わない。
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[0137] 又、液晶性有機半導体ィ匕合物 16として 2 フ 二ルナフタレン誘導体を例に挙げて 説明したが、これに限定されず、液晶性有機半導体ィ匕合物 16がネマチック液晶化合 物及びスメクチック液晶化合物の少なくとも 1種を有して 、て、 6 π電子芳香族環 (1個 )、 10 π電子芳香族環 (m個）及び Ζ又は 14 π電子芳香族環 (η個）（但し、 l +m+ n= l— 4、 1及び nはそれぞれ 0— 4の整数を表す)をコアに有し、上記の各芳香族が 、それぞれ同一又は異なる組み合わせで、直接、或いは炭素 -炭素二重結合又は炭 素 炭素三重結合を介して連結器で連結されて 、るものであれば構わな！/、。
[0138] ここで、 6 π電子系芳香環としては、例えば、ベンゼン環、ピリジン環、ピリミジン環、 ピリダジン環、ピラジン環、トロボロン環が挙げられる。又、 10 π電子系芳香環として は、例えば、ナフタレン環、ァズレン環、ベンゾフラン環、インドール環、インダゾール 環、ベンゾチアゾール環、ベンゾォキサゾール環、ベンゾイミダゾール環、キノリン環 、イソキノリン環、キナゾリン環、キノキサリン環が挙げられる。又、 14 π電子系芳香環 としては、例えば、フエナントレン環、アントラセン環等が挙げられる。中でも、 2—フエ 二ルナフタレン環、ビフエ-ル環、ベンゾチアゾール環、 tーチォフェン環の内の何れ 力 1種類又はそれ以上をコアに有し、かつ棒状分子構造を有する液晶性有機化合物 が好ましぐさらに 2—フエ-ルナフタレン環をコアに有し、ベンゼン環、及びナフタレ ン環の各々がアルキル基、アルコキシ基等の側鎖を有し、かつ棒状分子構造を有す る液晶性有機化合物が好まし ヽ。
[0139] 又、本発明を実施する場合、液晶性有機化合物や液晶性有機半導体化合物とし ては、分子配向秩序度がより高いネマチック相や上記他のスメクチック相を有する液 晶性有機化合物や液晶性有機半導体化合物であれば構わない。
[0140] 又、本発明の実施の形態 1一 3においては、液晶性有機化合物材料或いは液晶性 有機半導体化合物材料とナノチューブ材料とは混合比率が調整されて混合される。 例えば、カーボンナノチューブの混合比率は、全体に対して体積比で 30— 90%が 好ましぐ望ましくは 50— 70%であることが好ましい。このカーボンナノチューブの混 合比率により、形成された導電性薄膜、半導体層及び薄膜トランジスタは、更に良好 な電気特性を示す。又、その作成プロセスにおいて、扱いやすい材料とすることがで きる。尚、最適な混合比率は、使用材料や工程条件や所望の特性により、上記混合 比率範囲以外にも適宜変えることが可能である。
[0141] 又、本実施の形態 1一 3に係る構成は、少なくとも有機材料の特質を生カゝした有機 系の電子材料としての、液晶性有機化合物或 ヽは液晶性有機半導体ィ匕合物と無機 系材料であるカーボンナノチューブとを混合した複合系化合物によって導電性薄膜 或 ヽは半導体層を形成することにより、そのキャリア移動度や電気伝導率を更に向上 させる構成である。そして、液晶性有機半導体化合物とキャリア移動度や電気伝導 率が高!、値を有するカーボンナノチューブ材料とを混合し、これらの組成分子を良好 に配向させて複合化することによって、液晶性有機半導体化合物や有機半導体ィ匕 合物のみの場合における低 、キャリア移動度をより高 、キャリア移動度へ向上させる ことができ、薄膜トランジスタのチャネル形状等の設計自由度を更に高めることができ る。
[0142] 又、上述した基板 2としては、フレキシブル性を有する屈曲可能なプラスチック板や 薄 、ガラス基板の他に、厚さが薄 、ポリイミドフィルム等のしなやかな性質を有する榭 脂フィルム等の基板も使用することができる。例えば、ポリエチレンフィルム、ポリスチ レンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム等を 用いることが可能である。これらによっても、プラスチック板ゃ榭脂フィルムを基板とす るフレキシブル性を有するペーパーディスプレイ或いはシートディスプレイ等を実現 することができる。
[0143] 又、上述した説明では、ナノチューブとしてカーボンナノチューブを用いているが、 将来において、カーボンやその他の材料力もなる新規なナノチューブが開発される 可能性がある。そのような新規なナノチューブを用いても、本発明を実施することが可 能である。
[0144] 又、本発明の薄膜トランジスタ 18a及び 18bは、少なくとも液晶性有機半導体ィ匕合 物 16とカーボンナノチューブ 13とを複合して更にその配向度を良好に形成した複合 系半導体層 15で半導体層 10を形成していることにより、オン状態及びオフ状態共に 、液晶性有機半導体ィ匕合物 16のみとカーボンナノチューブ 13のみの場合における 特性の従来における中間値より更に高い値になるので、オン又はオフの片方の特性 が不十分な場合の改善が更に可能となる。例えば、キャリア移動度が低い液晶性有 機半導体ィ匕合物により半導体層が形成されている薄膜トランジスタの場合、そのゲー ト幅には約数百 mの形状が必要となる。又、キャリア移動度が極めて高い半導体性 を有するカーボンナノチューブにより半導体層が形成されている薄膜トランジスタで は、約 0. 1 mの極微のゲート幅となり、どちらも設計上実用的ではない。これに対し て、液晶性有機半導体ィ匕合物とカーボンナノチューブとを複合して配向性良く形成 した複合系半導体層におけるキャリア移動度は、両者の従来における中間値より更 に高い値であり、従って数 m程度の実用的なゲート幅で設計製作することができ、 かつ長く広 、チャネル領域も使えるので、オン及びオフ時の導電率に合わせてチヤ ネル形状を設計することができる。つまり、本発明に係る薄膜トランジスタの複合系半 導体層は、液晶性有機半導体ィ匕合物が有する欠点をカーボンナノチューブの利点 が補 、、その一方でカーボンナノチューブが有する欠点を液晶性有機半導体化合 物の利点が補うという、それぞれの長所をより強化した複合系半導体層であるといえ る。
[0145] 次に、本発明に係る薄膜トランジスタを画像表示装置の半導体デバイスに適用した 一例について説明する。
[0146] 図 5は、本発明に係る薄膜トランジスタを含む半導体回路装置を利用した画像表示 装置の構成の一例を模式的に示す構成図である。
[0147] 図 5において、実施の形態 3における複合系半導体層を半導体層として有する薄 膜トランジスタ（図示省略)を、少なくとも画素のスイッチング素子（図示省略)として複 数個配設して、アクティブマトリックス型の画像表示装置 19 (ディスプレイ)を構成する 。これにより、プラスチック基板 20等の上の、マトリックス型に配置した複数本の電極 2 1, 22の各交差点 23近傍に配置した微細な薄膜トランジスタ（図示省略)からなるス イッチング素子（図示省略)を用いて、情報信号を良好な特性で ONZOFFすること ができるようになる。つまり、しなやかな基板を使用した高精細な画像表示装置である 、リライタブルなペーパーライク電子ディスプレイやシートディスプレイを構成すること ができるようになる。又、上述した導電性薄膜や薄膜トランジスタ（図示省略)を用い てディスプレイの周辺に配設される駆動回路 24a及び 24bや制御回路 25 (コントロー ラ）を構成することにより、ディスプレイパネル 26と上記回路とを一体で製作すること になるので、ナノチューブのみで導電性薄膜や薄膜トランジスタを構成する場合より、 機械的信頼性を向上させた柔軟性を有するリライタブルなペーパーライク電子ディス プレイやシートディスプレイ等の画像表示装置を構成することができる。
[0148] 尚、上記において、アクティブマトリックス型のディスプレイパネルとして、ペーパー ライク或いはシート状のディスプレイパネルとして、液晶表示方式、有機 EL方式、ェ レクト口クロミック表示方式 (ECD)、電解析出方式、電子粉流体方式や干渉型変調（ MEMS)方式等によるディスプレイパネル方式を使うことができる。
[0149] 又、情報を記録する ICと無線通信用のアンテナとで構成する超小型装置、即ち、 使！、捨ての無線周波数 ICタグ (RFIDタグ)等の IC部の駆動回路や制御回路或 、は 記憶回路に、上記導電性薄膜や薄膜トランジスタを一体で形成して適用させることも 可能である。これにより、シリコンチップで構成された従来の無線周波数 ICタグより、 全体がしなやかで壊れにくい無線周波数 ICタグを構成することができる。又、上記導 電性薄膜や薄膜トランジスタを含んだ半導体回路装置を、携帯機器や使!ヽ捨て機器 、或いはその他の電子機器等に適用させることもできる。
[0150] (実施の形態 4)
本発明の実施の形態 4一 5では、非液晶性の有機半導体ィ匕合物及び有機化合物 を水素結合により結合させて液晶性を発現する液晶性有機半導体混合物を作成し、 その液晶性有機半導体混合物を所定の方向に配向させるという簡便かつ低コストな 手段により、有機半導体ィ匕合物の分子を所定の方向に配向させて形成した、電気伝 導率やキャリア移動度を更に向上させた導電性薄膜、及びその導電性薄膜を用いる 薄膜トランジスタを実現する形態について説明する。
[0151] 図 7は、本発明の実施の形態 4に係る導電性薄膜の作成工程を模式的に説明する 断面図である。尚、図 7において、説明が煩雑になることを避けるため、一部の工程 に関する図示は省略している。
[0152] 図 7を参照しながら、導電性薄膜の作成方法について説明する。
[0153] 本実施の形態では、先ず、図 11 (a)に示す非液晶性のペンタセン誘導体力 なる 有機半導体化合物材料と、図 11 (b)に示す非液晶性の有機化合物材料とをモル比 が約 1： 1となるように混合する。
[0154] ここで、図 11 (a)に示すペンタセン誘導体化合物は、有機半導体化合物材料であ るペンタセンの少なくとも末端にあるベンゼン環の炭素原子の少なくとも 1個を、水素 原子より電気的に陰性の原子である窒素 (N)に置換したィ匕合物である。
[0155] 又、図 11 (b)に示す非液晶性の有機化合物は、カルボキシ基を有する安息香酸誘 導体である。図 11 (b)の安息香酸誘導体において、アルコキシ基は少なくとも炭素数 3から 8程度のものであることが望ましいが、これらに限定するものではない。又、上記 において、非液晶性の有機化合物を安息香酸誘導体として説明したが、ビフエ-ル カルボン酸誘導体でも使用が可能である。
[0156] 図 11 (a)の非液晶性のペンタセン誘導体と、図 11 (b)の非液晶性の安息香酸誘導 体とを混合すると、図 11 (c)に示すように、ペンタセン誘導体と安息香酸誘導体とは 水素結合し、混合するだけで自発的にスメクチック液晶を示す超分子である液晶性 有機半導体混合物を形成することができる。尚、超分子とは、ペンタセン誘導体と安 息香酸誘導体とのそれぞれ単独では、分子配向もしな ヽし液晶性も示さな 、非液晶 性の化合物であるが、混合されて生成した混合物である液晶性有機半導体混合物 は、新しい性質である液晶性を発現する構造となっていることを意味する。又、上記 液晶性有機半導体混合物は、共有結合より更に結合力が弱い水素結合によって形 成された混合物である力 室温に近!、プロセスで扱える安定した材料となって ヽる。
[0157] 次に、図 7 (a)に示すように、ガラス基板やプラスチック基板などの基板 2上に少なく とも 2個の電極 3, 4を対向して設ける。そして、発現する液晶相を後に配向させるた めに、ポリイミドをスピンコート法により膜厚 lOOnmで成膜して焼成し、基板 2上に配 向膜 (図示省略)を形成する。又、少なくとも電極 3, 4間に存在する配向膜に対して 配向処理を行う。この配向処理は、液晶表示技術において基板間に注入される液晶 材料を配向させる場合に用いられる方法と同様に、配向膜表面を無塵布で所定の一 定の方向に、例えば、電極 3, 4の方向（矢印方向）にラビングすることにより行う。
[0158] 次に、図 7 (b)において、非液晶性のペンタセン誘導体（図 11 (a)参照）と非液晶性 の安息香酸誘導体 (図 11 (b)参照）とを混合することにより、水素結合により超分子 構造となった液晶性有機半導体混合物 27を準備する。そして、この液晶性有機半導 体混合物 27を、図 7 (a)に示した工程において配向処理された基板 2上の配向膜の 上に、キャスティング法により約 1 μ mの厚みで塗布する。
[0159] 図 7 (c)にお 、て、導電性薄膜 28では、スメクチック液晶相を示す液晶性有機半導 体混合物 27で形成された超分子構造の分子長軸方向を、所定の方向である矢印方 向に向けて配向することで、その構成分子である上記ペンタセン誘導体の分子長軸 方向を所望の方向に配向させることができる。つまり、作成される導電性薄膜 28の膜 厚が薄いため、配向処理により所定の一定方向に配向させた液晶性有機半導体混 合物 27に対して、内部の構成分子である有機半導体ィ匕合物であるペンタセン誘導 体の長軸方向も、所望の任意の一定方向に、例えば、電極 3, 4の方向に配列するこ とになる。従って、上述した配向処理により、混合された液晶性有機半導体混合物 2 7の配列方向を所定の方向に制御することを通して、有機半導体ィ匕合物の長軸方向 を任意の方向に配列制御することが可能となる。図 7 (c)では、上記所定の方向と上 記任意の方向とは電極間方向（矢印方向）と略同じ方向としている。尚、使用する化 合物の組み合わせによっては、配向処理方向である所定の方向と形成される任意の 方向とは異なる場合があるので、所望の任意の方向力 S得られるように所定の方向を 選ぶ必要がある。
[0160] 本実施の形態によって、導電性薄膜 28は、液晶性有機半導体混合物 27中のペン タセン誘導体の分子長軸方向を所望の任意の方向に配向させることで、電荷の移動 が電極間方向に滑らかに行われる導電性薄膜となり、電気伝導率やキャリア移動度 が向上し、導電性薄膜或いは有機半導体膜のキャリア移動度として、約 0. 3cm V sという値を得ることができた。この値は、蒸着された従来の結晶性のペンタセンに比 ベても、同一レベルのキャリア移動度である。
[0161] 図 8は、本発明の実施の形態 4に係る他の導電性薄膜の構成を模式的に示す断面 図である。
[0162] 図 8における導電性薄膜 29が図 7に示す導電性薄膜 28と異なる点は、図 7 (c)に 示す導電性薄膜 28を形成する液晶性有機半導体混合物 27から、少なくとも電荷移 動の観点力 は余分な構成分子である有機化合物の成分を除去している点である。 より具体的には、図 11 (a)に示す非液晶性のペンタセン誘導体と図 11 (b)に示す非 液晶性の安息香酸誘導体とを混合することにより、水素結合をして超分子構造となつ た液晶性有機半導体混合物 27から、電荷の移動を阻害する有機化合物である安息 香酸誘導体成分を除去する。この場合、液晶性有機半導体混合物 27から安息香酸 誘導体成分を除去するために、液晶性有機半導体混合物 27を加熱することにより水 素結合を破壊し、これにより安息香酸誘導体成分を飛散させる。例えば、図 7 (c)の 液晶性有機半導体混合物 27を摂氏約 180度に加熱することにより、電荷移動の観 点からは余分な構成分子である図 11 (b)に示す安息香酸誘導体は昇華して飛散す る。これにより、所定の方向に配向させた有機半導体ィ匕合物である図 11 (a)に示す ペンタセン誘導体のみが残り、良好な特性を有する導電性薄膜 29を形成することが できた。
[0163] この本実施の形態に係る他の構成では、上記簡便な方法によって作成したペンタ セン誘導体有機半導体による導電性薄膜 29のキャリア移動度として、更に向上した 約 1. 0cm2ZVsという高い値を得ることができ、ペンタセン有機半導体化合物が有 する高いキャリア移動度を更に向上させて形成することができることが確認された。こ の値は、従来の蒸着で形成されたペンタセン有機半導体結晶相が有するキャリア移 動度 (約 0. 6cm2ZVs)よりも高い値である。又、導電性薄膜 29は、しなや力なプラス チック基板上に 100 X 100mmの大面積に渡って略均一に安定して作成することが でき、上記プラスチック基板を適度に曲げても、欠陥が生じることがないことが確認で きた。
[0164] 尚、上記において、液晶性有機半導体混合物 27から電荷の移動を阻害する有機 化合物を除去する方法として、液晶性有機半導体混合物 27を加熱して不要な有機 化合物を除去する構成を説明したが、この方法に限定されることはない。例えば、他 の方法としては、感光性を有する有機化合物を混合することにより液晶性を発現する 液晶性有機半導体化合物を用いて導電性薄膜を構成し、これに紫外線を照射する ことにより、或いは、これを加熱することにより、上記感光性の有機化合物を揮発或い は昇華させる構成としても構わな 、。
[0165] 以上、上述した構成により、本発明に係る導電性薄膜によれば、非液晶性の有機 半導体化合物と非液晶性の有機化合物とを混合して水素結合させて液晶性有機半 導体混合物を構成し、これを塗布して所定の方向に配向させ、少なくとも有機半導体 化合物が所定の方向に配向するように導電性薄膜を形成すると!、う簡便な方法によ つて、有機半導体ィ匕合物が有する高いキャリア移動度を向上させ、かつ安定に形成 することができる。
[0166] 又、本発明に係る他の導電性薄膜の構成として、液晶性有機半導体混合物から少 なくとも電荷の移動を阻害する有機化合物の成分を除去することにより、有機半導体 化合物が有する高 、キャリア移動度を更に向上させ、かつ安定に形成することができ る。
[0167] 尚、本実施の形態において、図 11 (a)に示すペンタセン誘導体は置換された窒素 力 個であるが、複数個の炭素を窒素に置換したペンタセン誘導体でもよぐその混 合比率は上記に限定するものではない。例えば、窒素原子が 2個置換されたペンタ セン誘導体分子は、図 11 (b)に示す安息香酸誘導体の 2分子と二重の水素結合を 形成することができ、図 11 (d)に示すような、超分子構造の液晶性有機半導体混合 物とすることができる。
[0168] 又、上記にお ヽて、液晶性有機半導体混合物 27を塗布する方法としては、上記キ ヤスティング法の他に、滴下法、スピンナー塗布法、浸漬塗布法、又はスクリーン印 刷等の印刷法や、ロール塗布法、インクジヱット塗布法、スプレイ塗布法等の方法を 用!/、ることができる。
[0169] 又、上記において、液晶性有機半導体混合物 27からなる導電性薄膜 28, 29や有 機半導体膜を所定の方向へ配向させる方法としては、配向処理が施された配向膜の 上に導電性薄膜や有機半導体膜を形成する方法や、導電性薄膜や有機半導体膜 に電界を印加する方法、導電性薄膜や有機半導体膜に磁界を印加する方法等が挙 げられる。これらの配向処理方法は、本発明に係る全ての実施の形態において利用 できる。
[0170] 又、上記において、配向膜としては、酸ィ匕ケィ素等の無機系配向膜、又はナイロン 、ポリビニルアルコール、ポリイミド、単分子膜等の有機系の配向膜が挙げられる。こ れらの配向膜は、斜め蒸着、回転蒸着により形成したり、高分子液晶、 LB膜を用い て配向させたり、磁場による配向、スぺーサエッジ法による配向、ラビング法等により 一定の方向に配向させられている。尚、この配向膜は、配向膜としての機能のみのた めに形成してもよいし、絶縁層、ゲート絶縁膜等の種々の機能を兼ねる膜としてもよ V、し、絶縁性基板表面を適用してもよ!、。
[0171] (実施の形態 5)
図 9は、本発明の実施の形態 5に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面 図である。
[0172] 図 9において、薄膜トランジスタ 30は、絶縁性の基板 2上に所望の形状のゲート電 極 17が形成されており、更にこのゲート電極 17上にゲート絶縁膜 9を介してチャネル 層を構成する半導体層 31が形成されている。又、絶縁性の基板 2と半導体層 31との 間には、ソース電極 11及びドレイン電極 12が半導体層 31と直接接続するように形成 されている。更に、これらゲート電極 17、ソース電極 11及びドレイン電極 12及び半導 体層 31の上には、通常、保護膜が積層される。そして、ソース電極 11及びドレイン電 極 12には引出し電極がそれぞれ接続される力 煩雑になるため図示を省略している
[0173] 図 10は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタの作成工程を模式的に示す断面図 である。尚、図 10において、薄膜トランジスタの作成に要する従来要素の一部につい ては、煩雑になるので図示を省略している。
[0174] 本実施の形態では、先ず、図 10 (a)に示したように、プラスチック基板やガラス基板 等の絶縁性を有する基板 2の表面上に、アルミニウム膜を膜厚 300nmで成膜する。 そして、このアルミニウム膜をフォトリソグラフィー及びエッチングによって成形し、これ によりゲート電極 17を形成した。 [0175] 続いて、ゲート電極 17及び基板 2の露出部分を覆うようにして、ポリイミドをスピンコ ート法により膜厚 lOOnmで成膜して、ゲート絶縁膜 9を形成した。
[0176] そして、ゲート絶縁膜 9上に、導電体膜としてインジユーム錫酸ィ匕膜 (ITO)を EB蒸 着法により基板温度 100°C、膜厚 300nmで成膜して、フォトリソグラフィー及びエッチ ングを行い、これによりソース電極 11及びドレイン電極 12を形成した。又、少なくとも ソース電極 11及びドレイン電極 12の間に存在するゲート絶縁膜 9上に、配向処理を 行った。又は、配向処理したポリイミドのゲート絶縁膜 9上に、ソース電極 11及びドレ イン電極 12を形成してもよい。ここで、配向処理の方法としては、実施の形態 4で用 いた配向処理方法と同じ、ゲート絶縁膜 9の表面を所定の方向に、例えばソース電 極 11及びドレイン電極 12の方向（矢印方向）に無塵布で一方向に擦る（ラビングする )ことにより行う方法を用いる。これにより、後述する液晶性有機半導体混合物 27の 超分子の長軸を、ラビング方向に対して平行方向に揃えて配向させることができる。
[0177] 次に、図 9に示したように、ゲート絶縁膜 9上にチャネル層となる有機半導体膜であ る半導体層 31を形成する。有機半導体膜である半導体層 31は、実施の形態 4にお ける導電性薄膜を形成する場合と同様、以下のようにして形成する。
[0178] 即ち、図 10 (b)において、図 11 (a)に示す非液晶性のペンタセン誘導体と図 11 (b )に示す非液晶性の安息香酸誘導体とを混合し、水素結合して超分子構造となった 図 11 (c)に示す液晶性有機半導体混合物 27を、図 10 (a)に示す工程において配 向処理された基板 2上のソース電極 11及びドレイン電極 12を少なくとも覆うようにして 、キャスティング法により約 1 μ mの厚みで塗布する。スメクチック液晶相を示す液晶 性有機半導体混合物 27は、形成された超分子構造の分子長軸方向を所定の方向（ 矢印方向）に向けて配向することで、その内部構成分子である上記ペンタセン誘導 体の分子長軸方向を所望の方向に配向させることができる。つまり、作成される液晶 性有機半導体混合物 27からなる導電性薄膜 31の膜厚が薄いため、配向処理により 所定の一定の方向に配向させた液晶性有機半導体混合物 27に対して、内部の構 成分子であるペンタセン誘導体の長軸方向も、所望の任意の略一定方向、ここでは ソース電極 11及びドレイン電極 12の方向（矢印方向）に配列することになる。図 10 ( b)においては、上記所定の方向と上記任意の方向とは電極間方向（矢印方向）と略 同じ方向としている。尚、使用する化合物の組み合わせによっては、配向処理方向 である所定の方向と形成される任意の方向とが異なる場合があるので、所望の方向 が得られるように所定の方向を選ぶ必要がある。
[0179] 次に、図 10 (c)において、図 11 (a)に示す非液晶性のペンタセン誘導体と図 11 (b )に示す非液晶性の安息香酸誘導体とを混合しかつ水素結合させて構成した液晶 性有機半導体混合物 27から、電荷の移動を阻害する有機化合物である安息香酸誘 導体成分を除去する。この安息香酸誘導体成分の除去は、少なくとも液晶性有機半 導体混合物 27を加熱することによって水素結合を破壊し、これにより安息香酸誘導 体を飛散させる。このようにして、所定の方向に配向した、有機半導体ィ匕合物である ペンタセン誘導体を残した導電性薄膜 31を有する薄膜トランジスタ 30を作成した。
[0180] 本実施の形態に係る簡便な方法によって作成したペンタセン誘導体有機半導体膜 力もなる半導体層を備える薄膜トランジスタのチャネルのキャリア移動度は、約 1. Oc m2ZVsという高い値であった。つまり、本実施の形態によれば、ペンタセン有機半導 体ィ匕合物が有する高いキャリア移動度を更に向上させた薄膜トランジスタを形成する ことができることが確認された。この値は、従来の蒸着によって形成したペンタセン有 機半導体結晶相が有する薄膜トランジスタのキャリア移動度 (約 0. 6cm2ZVs)よりも 高い値である。又、本実施の形態によれば、 100 X 100mmの形状の柔軟性を有す るプラスチック基板上に、有機化合物である安息香酸誘導体成分を除去した導電性 薄膜 31力もなる半導体層を有する薄膜トランジスタ 30を多数個安定して作成するこ とができ、上記プラスチック基板を適度に曲げても多数個作成した薄膜トランジスタ 3 0に欠陥が生じることがないことが確認できた。
[0181] 上記により、本実施の形態によれば、非液晶性の有機半導体化合物と非液晶性の 有機化合物とを混合して水素結合させた液晶性有機半導体混合物を所定の方向に 配向させることにより、有機半導体ィ匕合物を所定の方向に配向させることが可能にな る。又、本実施の形態では、電荷の移動を阻害する有機化合物を簡便な手段によつ て除去して有機半導体膜を形成して!/ヽるので、有機半導体化合物が本来有する高 いキャリア移動度を更に向上させた良好な電気特性を有する薄膜トランジスタを提供 することができる。又、本実施の形態に係る薄膜トランジスタも、優れた電気特性を有 する薄膜トランジスタとして提供することができるので、微小な回路デバイスや高性能 電子デバイス等に適用することができる。
[0182] 尚、上記において、本発明に係る薄膜トランジスタは、ゲート絶縁層と、ゲート絶縁 層と接触して設けた半導体層と、ゲート絶縁層の一方の側に接触して半導体層とは 反対側に設けたゲート電極と、半導体層の少なくとも一方の側に接触してゲート電極 に対して位置合わせしてゲート電極を挟むようにして設けたソース電極及びドレイン 電極とを含む薄膜トランジスタである。ここで、本発明に係る薄膜トランジスタは、ゲー ト電極を基板上のボトムに設けたボトムゲート型の薄膜トランジスタとして説明した力 ゲート電極をゲート絶縁膜上に基板とは反対側のトップに設けたトップゲート型の薄 膜トランジスタとして構成してもよ 、。
[0183] 又、本発明の実施の形態 5における薄膜トランジスタ 30の作成において、ゲート電 極 17、ソース電極 11、及びドレイン電極 12に使用できる材料は、電気導電性で、基 板 2や半導体層と反応しないものであれば、如何なる材料を用いてもよい。例えば、 ドープしたシリコン、金、銀、白金、プラチナ、パラジウム等の貴金属や、リチウム、セ シゥム、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属の他に、銅、 ニッケル、アルミニウム、チタン、モリブデン等の金属、又、それらの合金も使用するこ とができる。又、その他の材料としては、ポリピロール、ポリチォフェン、ポリア-リン、 ポリフエ-レンビ-レン等の導電性の有機物も使用することができる。特に、ゲート電 極は他の電極よりも電気抵抗が大きくても動作可能であるので、製造を容易にするた めに、ゲート電極を、ソース電極及びドレイン電極を構成する材料とは異なる材料に よって形成してもよ ヽ。
[0184] 又、上述したゲート絶縁膜 9の材料としては、電気絶縁性であり、基板 2や各電極、 及び半導体層と反応しない材料であれば、如何なる材料も使用可能である。又、基 板 2及びゲート絶縁膜 9の形態としては、シリコン上に通常のシリコン酸ィ匕膜を成膜し てこれをゲート絶縁膜として用いる形態としてもよぐ又、酸ィ匕膜形成後に榭脂等の薄 層を設けてゲート絶縁膜として機能させる形態としてもよい。又、ゲート絶縁膜 9は、 基板 2や各電極と異なる元素で構成される化合物を CVDや蒸着、スパッタ等で堆積 、又は溶液として塗布、吹き付け、電解付着等して形成してもよい。又、薄膜トランジ スタ 30のゲート電圧を下げるために、誘電率の高!、物質をゲート絶縁膜 9の材料とし て用いることも知られており、強誘電性化合物や、強誘電体ではないが誘電率の大き な化合物を用いてゲート絶縁膜 9を形成してもよい。更に、無機物に限らず、ポリフッ 化ビ-リデン系やポリシァニンィ匕ビユリデン系等の誘電率の大きな有機物であっても よい。
[0185] 又、本実施の形態によれば、薄膜形成や半導体層の形成において、従来の低温 の薄膜形成技術を使用することができるので、上述した基板 2として、フレキシブル性 を有する屈曲可能なプラスチック板ゃ薄 、ガラス基板の他に、厚さが薄 、ポリイミドフ イルム等のしなやかな性質を有する榭脂フィルム等の基板も使用することができる。 例えば、ポリエチレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカー ボネートフィルム、ポリイミドフィルム等を用いることが可能である。これらによっても、 プラスチック板ゃ榭脂フィルムを基板とするフレキシブル性を有するペーパーデイス プレイ或いはシートディスプレイ等を実現することができる。
[0186] 上記により、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法によって、非液晶性の有機 半導体ィヒ合物と非液晶性の有機化合物とを混合して水素結合させた液晶性有機半 導体混合物を基板上に塗布して所定の方向に配向させることで、所望の方向に配向 した導電性薄膜を簡便に形成することができる。又、簡便な方法により、上記液晶性 有機半導体混合物から少なくとも電荷の移動を阻害する有機化合物を除去すること ができるので、有機半導体ィ匕合物が本来有する高いキャリア移動度を更に向上させ た導電性薄膜を半導体層として有する薄膜トランジスタを、安価に製造することが可 會 になる。
[0187] 尚、実施の形態 4, 5においては、ペンタセン誘導体と安息香酸誘導体とが水素結 合して液晶性有機半導体混合物を形成する構成として説明したが、有機半導体ィ匕 合物及び有機化合物が水素結合することにより液晶性を発現する液晶性有機半導 体混合物を構成するのであれば、如何なる有機半導体化合物及び有機化合物を用 いても構わない。従って、本発明における有機半導体化合物及び有機化合物は、少 なくとも水素結合するために、水素原子より電気的に陰性の原子である窒素、酸素、 硫黄及びハロゲン元素から選択された少なくとも一種の元素をそれぞれ有しているこ とが必要であり、それらの元素同士が水素を介して結合する化合物が好適である。又 、本発明における有機半導体化合物及び有機化合物は、不飽和結合及びベンゼン 環力も選択された少なくとも一種をそれぞれ有していて、その一種が、上記の窒素、 酸素、硫黄及びハロゲン元素の何れかの元素と水素を介して結合する化合物が好 適である。
[0188] 又、上記において、有機半導体化合物としてペンタセン誘導体を使用する形態に ついて説明したが、ペンタセンの他に、ナフタセン、テトラセン等のァセン系の有機半 導体化合物誘導体や、銅フタロシアニン誘導体等のフタロシアニン系の有機半導体 化合物誘導体、或いは、チオフ ン系有機半導体ィ匕合物誘導体を用いる構成として も構わない。
[0189] 更に、上記にぉ 、て、非液晶性の有機半導体ィ匕合物と非液晶性の有機化合物を 混合して水素結合させることにより形成する、液晶性を発現する液晶性有機半導体 混合物の超分子構造は、ネマチック液晶又はスメクチック液晶のような略棒状の超分 子構造であってもよぐディスコチック液晶のような円盤状の超分子構造となっても構 わない。
[0190] 尚、その他の点については、実施の形態 1一 3の場合と同様である。
[0191] (実施の形態 6)
本発明の実施の形態 6— 7では、秩序が高い第 1の液晶相を有する有機半導体ィ匕 合物と秩序が低い第 2の液晶相を示す有機化合物との混合組成物層を用い、秩序 が低い第 2の液晶相を発現させることにより有機半導体ィ匕合物分子を所定の方向に 配向させて形成した、電気伝導率やキャリア移動度を更に向上させた導電性薄膜、 及びその導電性薄膜を用いる薄膜トランジスタを実現する形態について説明する。
[0192] 図 12は、本発明の実施の形態 6に係る導電性薄膜の作成工程を模式的に示す断 面図である。尚、図 12においては、煩雑を避けるために、一部の工程に関する図示 は省略している。
[0193] 以下、図 12を参照しながら、本実施の形態に係る導電性薄膜の作成工程について 詳細に説明する。
[0194] 本実施の形態にぉ 、て用いる有機半導体ィ匕合物は、高温で秩序が高 、液晶相（ 対称性が低い液晶相）を有する有機半導体化合物、或いは、潜在的に秩序が高い 液晶相を有する有機半導体化合物である。具体的には、スメクチック液晶相のような 秩序が高い液晶相からなる第 1の液晶相を高温で有する有機半導体ィヒ合物、更に 具体的には、例えば、高温でスメクチック液晶相を有する図 16に示すオリゴチォフエ ン誘導体のような低重合体有機半導体化合物を少なくとも含む材料を使用する。尚、 上記において、有機半導体ィ匕合物が高温で秩序が高い液晶相を有するとは、少なく とも秩序が高い液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上に存在し、上記秩序 が高い液晶相が上記結晶化温度より高温の温度範囲に存在することを意味している
[0195] 図 16に示すオリゴチォフェン誘導体は、チォフェン環 Tを正逆に 5個連結した Dec — 5T— Dec (Decは、炭素分子 10個からなるアルキル基)からなる有機半導体化合物 である。この Dec— 5T— Decは、示差走査熱分析法 (DSC)によって測定した結果か ら、摂氏 100度から 170度の高温の温度範囲においてスメクチック液晶相を有し、摂 氏 100度以下で結晶となり、摂氏 170度以上で等方性液体となることが分力つて 、る
[0196] 又、上記有機半導体化合物のオリゴチォフェン誘導体と混合させる有機化合物材 料としては、少なくとも、秩序が低い液晶相（対称性が高い液晶相）であるネマチック 相のような第 2の液晶相を示す有機化合物である、例えば、図 17の（a)及び (b)に示 すシァノビフエニール系、又は、図 17 (c)に示すシァノターフェニール系（以下、ビフ ェニール系という）を混合してなる液晶化合物を使用する。
[0197] 有機化合物である、図 17に示すビフ -一ル系液晶化合物において、アルキル基 R及び Raは少なくとも炭素数が 3— 8の直鎖状或いは分岐状のアルキル基であり、こ れら R及び Raが異なる複数成分を含むネマチック液晶化合物とする。又、これらのネ マチック液晶化合物に他の系列の液晶化合物を混合した、混合ネマチック液晶化合 物を用いてもよい。又、シァノ基やフッ素基で置換していないネマチック液晶化合物 ち使用することがでさる。
[0198] 上記にぉ 、て、有機化合物であるネマチック液晶相を発現させる温度範囲は、有 機半導体ィ匕合物のスメクチック液晶相を発現させる温度範囲より低くても高くてもよい [0199] 図 13は、本実施の形態に係る有機半導体ィ匕合物と有機化合物との混合組成物の 相図の例を示す概念図である。尚、図 13において、横軸はオリゴチォフェン誘導体 の重量（％)を示しており、オリゴチォフェン誘導体の重量が減少するに連れて、ビフ ェニール系液晶化合物の重量が増加する。又、図 13において、縦軸は相転移温度（ °C)を示している。
[0200] 図 13に示すように、上記有機半導体ィ匕合物であるオリゴチォフェン誘導体 Dec— 5 T Decは、摂氏 100度から 170度の範囲でスメクチック液晶相（S)を有し、摂氏 170 度以上で等方性液体 (I)となる。しかし、図 13の相図に示すように、有機半導体化合 物であるオリゴチォフェン誘導体 Dec— 5T— Decを 93重量0 /0と、有機化合物であるビ フエニール系液晶化合物を 7重量％とを混合した混合組成物は、摂氏 160度力 摂 氏 167度の温度範囲で、ネマチック相（N)を発現することがわかる。
[0201] 図 13に示す相図に基づき、例えば、高温で秩序が高い第 1の液晶相、或いは、潜 在的に秩序が高い第 1の液晶相を有する有機半導体ィ匕合物を 93重量％と、秩序が 低い液晶相としてネマチック液晶相のような第 2の液晶相を示す有機化合物を 7重量 %とを少なくとも混合した混合組成物を作成する。この際、必要に応じて、塗布しや す 、ように、クロ口ベンゼン等の有機溶媒を上記混合組成物に混ぜておくとよ 、。
[0202] 有機半導体化合物と有機化合物との混合比率は、使用する双方の材料種類或!、 は所望の電気特性によっても異なるが、混合組成物における有機半導体化合物の 量はできるだけ多い比率がよぐ所望の高い特性を得やすい。望ましくは、 70— 98 重量％の有機半導体ィ匕合物が混合組成物に含まれる構成が好ましいが、更に望ま しくは、 90— 95重量％の有機半導体化合物が混合組成物に含まれる構成が好まし い。これにより、更に高い特性が得られる。尚、本発明においては、有機半導体化合 物の混合比率は上述した値に限定するわけではない。
[0203] そして、図 12 (a)に示すように、ガラス基板やプラスチック基板等の基板 2上に、少 なくとも 2個の電極 3, 4を対向して設ける。又、発現した第 2の液晶相を配向させるた めに、ポリイミドをスピンコート法により膜厚 lOOnmで成膜しかつ焼成することにより、 基板 2上に配向膜 (図示省略)を形成する。又、その後、少なくとも電極 3, 4間に渡つ て存在する配向膜上に配向処理を行う。ここで、この配向処理は、液晶表示技術に おいて基板間に注入される液晶材料を配向させる場合に用いる方法と同様の、配向 膜表面を無塵布で任意の一定の方向に、例えば電極 3, 4の方向（矢印）にラビング する方法により行う。
[0204] 次に、図 12 (b)に示すように、配向処理された基板 2上の少なくとも電極 3, 4に渡る 範囲に、上記混合組成物の溶液を、滴下ノズル 32から滴下法により滴下して、約 1 /z mの厚さに塗布する。そして、少なくとも混合組成物の溶液部分を加温して、これによ り混合組成物の溶液から有機溶媒を飛散させて混合組成物層 33を形成する。
[0205] 次に、図 12 (c)に示すように、電極 3, 4間の少なくとも間隙部分に塗布した混合組 成物層 33を、所定の温度範囲下に置く。ここで、「所定の温度範囲」とは、混合組成 物層 33から、図 16に示すオリゴチォフェン誘導体を含んだ秩序が低い第 2の液晶相 であるネマチック相が発現する温度範囲を意味する。尚、本実施の形態で例示する 、 93重量％の有機半導体化合物と 7重量％の有機化合物とを混合した混合物を含 む混合糸且成物層 33では、図 13の相図に示す通り、摂氏 160度力 摂氏 167度の温 度範囲で、任意の方向に配向させた秩序が低 、第 2の液晶相であるネマチック相 34 力 電極 3, 4間に渡って発現した。
[0206] 次に、図 12 (d)に示すように、電極 3, 4間の少なくとも間隙部分や境界に発現した ネマチック相 34を徐冷して冷却固化することにより、有機半導体ィ匕合物を 93重量％ 含んだ混合組成物層 33を所定の方向に配向させた導電性薄膜 35を形成した。尚、 ネマチック相 34を徐冷して冷却固化することにより、その混合組成と配向性とを維持 した固相を形成することができることは、従来の液晶技術から明らかである。そして、 作成される混合組成物層 33の膜厚が薄いため、配向処理により任意の一定の方向 に配向させたビフヱニール系液晶化合物に対して、これと混合して 、る有機半導体 化合物であるオリゴチォフェン誘導体におけるチォフェンが連結した骨格鎖は、所定 の一定の方向に、例えば、電極 3, 4の方向に配列することになる。従って、この配向 処理により、混合されたネマチック液晶相である有機化合物の配列方向を所定の方 向に制御することを通して、有機半導体ィ匕合物の骨格鎖の配列方向を所定の方向 に制御することが可能となる。 [0207] 尚、上記において、配向処理して有機化合物を配向させる所定の方向と、その配 向に伴って配列する有機半導体ィ匕合物の骨格鎖の所定の方向とは、同じであっても よぐ又、異なっていてもよい。つまり、本発明において必要となる点は、有機半導体 化合物が所定の方向に配列することである。
[0208] 本実施の形態において作成した導電性薄膜 35のキャリア移動度は、 10"2cmVv sという高い値であった。これにより、オリゴチォフェン誘導体を所定の略一定の方向 に配向させた導電性薄膜の特性の向上が確認された。尚、これに対して、本実施の 形態で用いる誘導体と同様のオリゴチォフェン誘導体を使用し、蒸着によって作成し た導電性薄膜では、そのキャリア移動度は 10— 3cm2ZVsと低 、値であった。
[0209] 上記の結果から、高温で秩序が高い第 1の液晶相を有する有機半導体ィ匕合物と、 秩序が低い第 2の液晶相を示す有機化合物とを混合して形成した混合組成物層を 用い、これを所定の温度範囲下に置き、基板上に形成配置した電極間において混 合組成物層から有機半導体化合物を含む秩序が低い第 2の液晶相を発現させて所 定の方向に配向させることにより、有機半導体ィ匕合物の分子自体が所定の方向に配 向して、導電性薄膜のキャリア移動度や電気伝導率がより向上することが判明した。
[0210] 又、好ましくは、第 1の液晶相をスメクチック液晶相とし、第 2の液晶相をネマチック 液晶相として、これらの液晶相の制御を組み合わせることにより、導電性薄膜を容易 に形成することができる。又、有機半導体化合物は、オリゴチォフェン誘導体等の低 重合体有機半導体化合物を含んでおり、これを略均一に配向させることにより、低重 合体有機半導体化合物を使用した導電性薄膜において、キャリア移動度や電気伝 導率等の電気特性をより向上させることができる。
[0211] 尚、上記において、有機半導体ィ匕合物であるオリゴチォフェン誘導体はチォフェン 環を複数結合した誘導体であり、チオフ ン環を少なくとも 4一 6個連結して高温下に 置くことでスメクチック液晶相を有するので、これらを使用することができる。
[0212] (実施の形態 7)
図 14は、本発明の実施の形態 7に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断 面図である。
[0213] 図 14において、薄膜トランジスタ 37は、絶縁性を有する基板 2上に所望の形状の ゲート電極 17が形成されており、更にゲート電極 17上にゲート絶縁膜 9を介してチヤ ネル層を構成する半導体層 36が形成されている。又、絶縁性を有する基板 2と半導 体層 36との間には、ソース電極 11及びドレイン電極 12が半導体層 36と直接接続す るようにして形成されている。尚、これらゲート電極 17、ソース電極 11及びドレイン電 極 12、及び半導体層 36の上には、通常、保護膜が積層されている。又、ソース電極 11及びドレイン電極 12には引出し電極がそれぞれ接続される力 図が煩雑になるた め、ここではそれらの図示を省略している。
[0214] 図 15は、本発明の実施の形態 7に係る薄膜トランジスタの作成工程を模式的に示 す断面図である。尚、図 15において、薄膜トランジスタの作成に要する従来要素の 一部については、図が煩雑になるのでその図示を省略する。
[0215] 先ず、図 15 (a)に示すように、プラスチック基板やガラス基板等カゝらなる絶縁性を有 する基板 2の表面に、アルミニウム膜を膜厚 300nmで成膜して、その後フォトリソダラ フィー及びエッチングによってゲート電極 17を形成する。続いて、ゲート電極 17と基 板 2の露出する部分とを覆うようにして、ポリイミドをスピンコート法により膜厚 lOOnm で成膜して、これによりゲート絶縁膜 9を形成する。
[0216] 次に、ゲート絶縁膜 9の上部に、導電体膜としてのインジユーム錫酸ィ匕膜 (ITO)を EB蒸着法によって基板温度 100°C、膜厚 300nmで成膜する。そして、このインジュ ーム錫酸ィ匕膜から、フォトリソグラフィー及びエッチングを行うことにより、ソース電極 1 1及びドレイン電極 12を形成する。その後、少なくともソース電極 11及びドレイン電極 12の間に存在するゲート絶縁膜 9上に配向処理を行う。尚、この配向処理の方法は 、実施の形態 6で用いた配向処理方法と同様の、ゲート絶縁膜 9の表面を所定の方 向に無塵布で一方向に擦る（ラビングする）方法によって行う。これにより、後述する 混合組成物層に含まれる液晶性の有機化合物を、ラビング方向に対して平行方向に 配向させることが可能になる。又、上記においては、ソース電極 11及びドレイン電極 12を形成した後にゲート絶縁膜 9の表面に配向処理を行う形態について説明したが 、この形態に限定されることはなぐ例えば、配向処理を行ったポリイミドからなるゲー ト絶縁膜 9の上部にソース電極 11及びドレイン電極 12を形成する形態としてもよい。
[0217] 次に、図 14に示したように、ゲート絶縁膜 9の上部にチャネル層となる有機半導体 膜である半導体層 36を形成する。この半導体層 36は、以下に説明するように、実施 の形態 6で説明した導電性薄膜を形成する方法と同様の方法によって形成する。
[0218] 先ず、有機半導体化合物として、実施の形態 6の場合と同じように、例えば、図 16 に示す Dec— 5T— Decからなる高温で秩序が高い液晶相であるスメクチック相を有す る、オリゴチォフェン誘導体の低重合体有機半導体化合物を少なくとも含む材料を用 意する。ここで、オリゴチォフェン誘導体としては、チォフェン環を少なくとも 4一 6個結 合した材料を使用することができる。
[0219] 又、有機化合物として、秩序が低!、液晶相（対称性が高 、液晶相）であるネマチッ ク相のような第 2の液晶相を示す有機化合物である、例えば、図 17 (a)に示すビフエ ニール系液晶化合物を用意する。そして、有機半導体ィ匕合物であるオリゴチォフェン 誘導体 Dec— 5T— Decを 93重量％と、上記有機化合物であるビフエ-一ル系液晶化 合物を 7重量％とを少なくとも混合して、混合組成物を作成する。又、塗布し易くする ために、この混合組成物にクロ口ベンゼン等の有機溶媒を混ぜておく。
[0220] 次に、図 15 (b)に示すように、表面が所定の方向にラビング配向処理されたポリイミ ドカもなるゲート絶縁膜 9の露出部分と、ソース電極 11及びドレイン電極 12との上部 に、上記準備した混合組成物の溶液を滴下法によって膜厚が約 1 μ mとなるように塗 布する。そして、少なくとも混合組成物の溶液部分を加温することにより、混合組成物 の溶液から有機溶媒を飛散させ、これにより有機半導体化合物である 93重量％のォ リゴチォフェン誘導体を含む混合組成物を有する混合組成物層 38を形成する。
[0221] 有機半導体化合物と有機化合物との混合比率は、使用する双方の材料種類或い は所望の電気特性によっても異なるが、混合組成物層における有機半導体化合物 の量は可能な限り多い比率が好適であり、所望の良好な電気特性を得やすい。望ま しくは、混合組成物層 38の 70— 98重量％の有機半導体ィ匕合物を含む構成が好ま しいが、更に望ましくは、混合組成物層 38の 90— 95重量％の有機半導体ィ匕合物を 含む構成がより好ましい。これにより、更に良好な電気特性を得ることが可能になる。 尚、混合組成物層 38における有機半導体化合物の混合比率は、上述した混合比率 に限定されることはなぐ有機半導体化合物の種類や要求される電気特性に応じて、 適宜調整することが可能である。 [0222] 次に、図 15 (c)〖こ示すように、ソース電極 11及びドレイン電極 12の間の少なくとも 間隙部分に塗布した混合組成物層 38を、混合組成物力ゝら図 16に示すオリゴチオフ ン誘導体を含む秩序が低い第 2の液晶相であるネマチック相が発現する所定の温 度範囲下に置く。これにより、本実施の形態に係る有機半導体化合物 Dec— 5T— De c (93重量％)と有機化合物（7重量％)とを混合した混合組成物 38から、図 13に示 す相図に従って、摂氏 160度力も摂氏 167度の温度範囲でネマチック相 39が発現 する。
[0223] 次に、図 15 (d)に示すように、ソース電極 11及びドレイン電極 12の少なくとも間隙 部分や境界に発現したネマチック相 39を徐冷し、冷却固化することにより、有機半導 体ィ匕合物を 93重量％含む混合組成物層 38から所定の方向に配向させた有機半導 体層としての半導体層 36を形成する。これ〖こより、図 14に示す薄膜トランジスタ 37の 半導体層 36が完成する。薄膜トランジスタ 37の半導体層 36において、配向処理に より任意の一定の方向に配向させたビフ -一ル系液晶化合物に対して、これと混 合して!/ヽる有機半導体化合物であるオリゴチォフェン誘導体分子、即ちオリゴチオフ ン誘導体におけるチォフェンが連結した骨格鎖は、ある所定の略一定の方向（例 えば、ソース電極 11及びドレイン電極 12の方向）に並んで配列することになる。
[0224] 本実施の形態に示す構成によって作成した有機半導体層としての半導体層 36を 有する薄膜トランジスタ 37のチャネルのキャリア移動度は、 10— 2cm2ZVsと 、う高 ヽ 値であった。この結果から、オリゴチォフェン誘導体を所定の略一定方向に配向させ た半導体層 36の電気特性の向上が確認された。尚、これに対して、本実施の形態で 用いたオリゴチォフェン誘導体と同様の誘導体を使用し、このオリゴチォフェン誘導 体を単に蒸着して形成した半導体層を有する薄膜トランジスタのキャリア移動度は、 1 0— 3cm2ZVsと!ヽぅ低 、値であった。
[0225] 以上、説明したように、本実施の形態では、高温で秩序が高い第 1の液晶相を有す る有機半導体化合物と秩序が低い第 2の液晶相を示す有機化合物とを混合して作 成した混合組成物を用い、基板上に形成配置したソース電極及びドレイン電極の間 に塗布して混合組成物層を形成し、その後、混合組成物層から有機半導体化合物 を含む秩序が低い第 2の液晶相が発現する所定の温度範囲下に置く。そして、ソー ス電極及びドレイン電極の両電極間において、第 2の液晶相を発現し任意の方向に 配向させる。これにより、有機半導体化合物の分子自体が、所定の方向に配向する。 そして、これにより、有機半導体化合物の分子を良好に配向させて電荷輸送の性能 を高めた導電性薄膜を形成し、この導電性薄膜を半導体層として利用して、チャネル のキャリア移動度がより向上した薄膜トランジスタを形成する。
[0226] この場合、好ましくは、第 1の液晶相をスメクチック液晶相、第 2の液晶相をネマチッ ク液晶相として、これらの液晶相の制御を組み合わせることにより、半導体層を容易 に形成することが可能になる。
[0227] 又、有機半導体化合物は、オリゴチオフ ン系誘導体等の有機半導体化合物の低 重合体を含んでいて、この有機半導体ィ匕合物の低重合体を略均一に配向させること によって導電性薄膜を形成し、この導電性薄膜を用いて半導体層を形成しても、薄 膜トランジスタのチャネルのキャリア移動度等の電気特性をより向上させることができ る。
[0228] 尚、上記にぉ 、て、有機化合物であるネマチック液晶相の発現温度は、有機半導 体ィ匕合物のスメクチック液晶相の発現温度よりも低くてもよぐ又、高くてもよい。
[0229] 又、上記にぉ 、て、有機半導体ィ匕合物であるオリゴチォフェン誘導体は、スメクチッ ク液晶相を発現するオリゴチオフ ン誘導体であれば如何なる誘導体でもよぐチォ フェン環の個数やアルキル基の長さを限定する必要はない。
[0230] 又、上記において、有機半導体化合物としてオリゴチォフェン誘導体を使用する形 態について説明したが、この形態に限定されることはなぐペンタセン、テトラセン、フ ェニレン誘導体、フタロシアニン化合物、シァニン色素等の低重合体有機半導体ィ匕 合物における誘導体にお ヽてスメタチック液晶相を発現する材料を使用しても、同様 にして本発明を実施することが可能である。
[0231] 又、上記において、有機化合物としてシァノビフエニール系、シ了ノターフェニール 系ネマチック液晶化合物を使用する形態にっ 、て説明した力 フエ-ルシクロへキサ ン（PCH)系、フエ-ルエステル系、フエ-ルピリミジン系、フエ-ルジォキサン系、トラ ン系等の略棒状分子構造を有するネマチック液晶化合物や、その他の系列のネマ チック液晶化合物や、これらの混合系からなる混合ネマチック液晶化合物を用いる形 態であっても構わない。又、上記において、有機化合物としてネマチック液晶化合物 を用いる形態について説明したが、この形態に限定されることはなぐ濃度転移型液 晶（リオトロピック液晶）を使用する形態としても構わな!/、。
[0232] 又、有機化合物として、シァノビフエニール系又はシァノフエ-ルエステル系等の、 極性が強いシァノ基或いはフッ素基等を末端に有するネマチック液晶化合物を使用 する場合には、上述したように配向膜を配向処理することにより有機半導体化合物を 配向させてもよいが、ソース電極及びドレイン電極に電圧を印加することにより発生す る電界によって有機半導体ィ匕合物を配向させることも可能である。
[0233] 又、上記にぉ ヽて、混合組成物としては、上記有機半導体化合物と上記有機化合 物とを少なくとも含んでいればよぐこの他に、電荷極性付与剤等の他の材料を含ん でいてもよい。
[0234] 又、上記において、有機溶媒の種類は、選択する有機半導体化合物の種類によつ て適宜選択することが可能である。例えば、上述したクロ口ベンゼンの他に、クロロホ ルム、 1, 2, 4ートリクロ口ベンゼン等の芳香族溶媒を用いることも可能である。又、テト ラヒドロフラン、ジェチルダリコール、ジェチルエーテル等の有機溶媒を用いることも 可能である。
[0235] 又、上記にぉ 、て、混合組成物の溶液を塗布する方法としては、上記滴下法の他 に、キャスティング法、スピンナー塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷等の印刷法や 、ロール塗布法、インクジェット塗布法、スプレイ塗布法等の塗布方法を用いることが できる。
[0236] 又、上記において、液晶相を任意の所定の方向へ配向させる方法としては、配向 処理が施された配向膜の上に有機半導体膜を形成する方法の他、有機半導体膜に 電界を印加する方法や、有機半導体膜に磁界を印加する方法等が挙げられる。
[0237] 又、上記において、配向膜としては、酸ィ匕ケィ素等の無機系配向膜又はナイロン、 ポリビニルアルコール、ポリイミド、単分子膜等の有機系の配向膜が挙げられる。これ らの配向膜は、斜め蒸着や回転蒸着により形成することが可能であり、高分子液晶、 LB膜を用いる配向、磁場による配向、スぺーサエッジ法による配向、ラビング法によ る配向が可能である。尚、この配向膜は、配向膜としての機能のためだけに形成して もよいが、絶縁層やゲート絶縁膜等の種々の機能を兼ねる膜としてもよぐ又、絶縁 性基板表面を適用してもよい。
[0238] 又、上記においては、薄膜トランジスタの半導体層として、有機半導体化合物と液 晶性の有機化合物との混合組成物から形成した有機半導体層を利用する形態につ いて説明したが、この形態に限定されることはなぐ有機半導体化合物及び半導体 性のカーボンナノチューブを複合させた複合系半導体材料と液晶性の有機化合物と の混合組成物カゝら形成した複合系半導体層を利用する形態としても構わない。
[0239] 又、上記において、本発明に係る薄膜トランジスタは、ゲート絶縁層と、ゲート絶縁 層と接触して設けた半導体層と、ゲート絶縁層の一方の側に接触して半導体層とは 反対側に設けたゲート電極と、半導体層の少なくとも一方の側に接触してゲート電極 に対して位置合わせしてゲート電極を挟むようにして設けたソース電極及びドレイン 電極とを含む薄膜トランジスタである。ここで、本発明に係る薄膜トランジスタは、ゲー ト電極を基板上のボトムに設けたボトムゲート型の薄膜トランジスタとして説明した力 ゲート電極をゲート絶縁膜上に基板とは反対側のトップに設けたトップゲート型の薄 膜トランジスタとして構成してもよ 、。
[0240] 又、本発明の実施の形態 7における薄膜トランジスタ 37の作成において、ゲート電 極 17、ソース電極 11、及びドレイン電極 12に使用できる材料は、電気導電性で、基 板 2や半導体層 36と反応しないものであれば、如何なる材料を用いてもよい。例えば 、ドープしたシリコン、金、銀、白金、プラチナ、パラジウム等の貴金属や、リチウム、セ シゥム、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属の他に、銅、 ニッケル、アルミニウム、チタン、モリブデン等の金属、又、それらの合金も使用するこ とができる。又、その他の材料としては、ポリピロール、ポリチォフェン、ポリア-リン、 ポリフエ-レンビ-レン等の導電性の有機物も使用することができる。特に、ゲート電 極は他の電極よりも電気抵抗が大きくても動作可能であるので、製造を容易にするた めに、ゲート電極を、ソース電極及びドレイン電極を構成する材料とは異なる材料に よって形成してもよ ヽ。
[0241] 又、上述したゲート絶縁膜 9の材料としては、電気絶縁性であり、基板 2や各電極、 及び半導体層 36と反応しない材料であれば、如何なる材料も使用可能である。又、 基板 2及びゲート絶縁膜 9の形態としては、シリコン上に通常のシリコン酸ィ匕膜を成膜 してこれをゲート絶縁膜として用いる形態としてもよぐ又、酸化膜形成後に榭脂等の 薄層を設けてゲート絶縁膜として機能させる形態としてもよい。又、ゲート絶縁膜 9は 、基板 2や各電極と異なる元素で構成される化合物を CVDや蒸着、スパッタ等で堆 積、又は溶液として塗布、吹き付け、電解付着等して形成してもよい。又、薄膜トラン ジスタ 37のゲート電圧を下げるために、誘電率の高!、物質をゲート絶縁膜 9の材料と して用いることも知られており、強誘電性化合物や、強誘電体ではないが誘電率の大 きな化合物を用いてゲート絶縁膜 9を形成してもよい。更に、無機物に限らず、ポリフ ッ化ビユリデン系やポリシァニンィ匕ビユリデン系等の誘電率の大きな有機物であって ちょい。
[0242] 又、本実施の形態によれば、薄膜形成や半導体層の形成において、従来の低温 の薄膜形成技術を使用することができるので、上述した基板 2として、フレキシブル性 を有する屈曲可能なプラスチック板ゃ薄 、ガラス基板の他に、厚さが薄 、ポリイミドフ イルム等のしなやかな性質を有する榭脂フィルム等の基板も使用することができる。 例えば、ポリエチレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカー ボネートフィルム、ポリイミドフィルム等を用いることが可能である。これらによっても、 プラスチック板ゃ榭脂フィルムを基板とするフレキシブル性を有するペーパーデイス プレイ或いはシートディスプレイ等を実現することができる。
産業上の利用可能性
[0243] 本発明に係る導電性薄膜及び薄膜トランジスタとそれらの製造方法は、半導体回 路装置や表示装置を超小型化及び高性能化するための導電性薄膜及び薄膜トラン ジスタとそれらの製造方法として有用である。又、ペーパーライク或いはシート状の画 像表示装置や、小型でかつ高性能な半導体回路装置を使用した携帯機器、無線 IC タグ等の使い捨て機器、或いはその他の電子機器、ロボット、超小型医療器具等を 実現するための導電性薄膜及び薄膜トランジスタとそれらの製造方法として有用であ る。又、これらの半導体回路装置や表示装置等を安価に製造するための導電性薄 膜及び薄膜トランジスタとそれらの製造方法として有用である。

Claims

請求の範囲
[I] 導電性又は半導電性を有する第 1の材料と、第 2の材料とを混合し、前記混合物の 液晶性を利用して該混合物を配向させて形成した、導電性薄膜。
[2] 金属性又は半導体性の少なくとも 1つの種を含むナノチューブと、液晶性有機化合 物とを少なくとも混合し、前記液晶性有機化合物の分子を配向させることにより前記 ナノチューブの分子を配向させて形成した、請求項 1記載の導電性薄膜。
[3] 前記ナノチューブがカーボンナノチューブである、請求項 2記載の導電性薄膜。
[4] 前記液晶性有機化合物が、ネマチック液晶相又はスメクチック液晶相の少なくとも 1 種を有する液晶性有機化合物である、請求項 2記載の導電性薄膜。
[5] 前記液晶性有機化合物が、電荷輸送の機能を有する液晶性有機化合物である、 請求項 2記載の導電性薄膜。
[6] 前記液晶性有機化合物が、 1個の 6 π電子芳香族環又は m個の 10 π電子芳香族 環又は η個の 14 π電子芳香族環（ただし、 l +m+n= l— 4、 1及び nは各々 0— 4の 整数)の少なくとも何れかを有する液晶性有機化合物である、請求項 2記載の導電性 薄膜。
[7] 前記液晶性有機化合物が、 2—フヱ-ルナフタレン環、ビフヱニル環、ベンゾチアゾ ール環、 t -チオフ ン環の少なくとも何れかを有しかつ略棒状分子構造を有する液 晶性有機化合物である、請求項 6記載の導電性薄膜。
[8] 非液晶性の有機半導体ィ匕合物と非液晶性の有機化合物とを少なくとも混合し、該 混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配向させることにより前記有機半導 体化合物の分子を配向させて形成した、請求項 1記載の導電性薄膜。
[9] 前記液晶性有機半導体混合物が、前記有機半導体化合物と前記有機化合物とが 水素結合してなる液晶性有機半導体混合物である、請求項 8記載の導電性薄膜。
[10] 前記有機半導体ィ匕合物又は前記有機化合物の何れかの化合物が窒素、酸素、硫 黄、ハロゲンの何れかの元素を少なくとも有する化合物であり、かつ前記元素と水素 とが水素結合している、請求項 9記載の導電性薄膜。
[II] 前記有機半導体化合物又は前記有機化合物の前記元素を少なくとも有する一方 の化合物が、不飽和結合又はベンゼン環の少なくとも何れかを更に有する化合物で ある、請求項 10記載の導電性薄膜。
[12] 前記有機半導体化合物が、ァセン系、フタロシアニン系、チォフェン系の少なくとも 何れかの系の有機半導体ィ匕合物力もなる誘導体である、請求項 8記載の導電性薄 膜。
[13] 前記ァセン系の有機半導体ィ匕合物からなる誘導体がペンタセン誘導体である、請 求項 12記載の導電性薄膜。
[14] 前記フタロシアニン系の有機半導体ィ匕合物力 なる誘導体が銅フタロシアニン誘導 体である、請求項 12記載の導電性薄膜。
[15] 前記有機半導体化合物の分子を前記液晶性有機半導体混合物の分子の配向に より配向させた後、該液晶性有機半導体混合物力 前記有機化合物を除去して形 成した、請求項 8記載の導電性薄膜
[16] 前記液晶性有機半導体混合物力 前記有機化合物を加熱又は紫外線照射の少 なくとも何れかにより除去して形成した、請求項 15記載の導電性薄膜。
[17] 液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上である第 1の液晶相を有する有機半 導体化合物と、前記有機半導体化合物の結晶化温度より高温の温度領域で前記第
1の液晶相よりも配向秩序が低い第 2の液晶相を示す有機化合物とを少なくとも混合 し、該混合してなる混合組成物を所定の温度領域にお！ヽて前記第 2の液晶相を発現 させて配向することにより前記有機半導体化合物の分子を配向させて形成した、請 求項 1記載の導電性薄膜。
[18] 前記第 1の液晶相がスメクチック液晶相であり、かつ前記第 2の液晶相がネマチック 液晶相である、請求項 17記載の導電性薄膜。
[19] 前記有機半導体化合物が、低重合体有機半導体化合物を含む有機半導体化合 物である、請求項 17記載の導電性薄膜。
[20] 前記混合組成物が、前記有機半導体ィ匕合物を 70— 98重量％含有する混合組成 物である、請求項 17記載の導電性薄膜。
[21] 前記混合組成物が、前記有機半導体ィ匕合物を 90— 95重量％含有する混合組成 物である、請求項 20記載の導電性薄膜。
[22] 前記有機半導体化合物が、オリゴチォフェン誘導体を含む有機半導体ィヒ合物であ る、請求項 17記載の導電性薄膜。
[23] 導電性又は半導電性を有する第 1の材料と、第 2の材料とを混合し、前記混合物の 液晶性を利用して該混合物を配向させて形成する、導電性薄膜の製造方法。
[24] 金属性又は半導体性の少なくとも 1つの種を含むナノチューブと、液晶性有機化合 物とを少なくとも混合し、前記液晶性有機化合物の分子を配向させることにより前記 ナノチューブの分子を配向させて形成する、請求項 23記載の導電性薄膜の製造方 法。
[25] 前記ナノチューブとしてカーボンナノチューブを用いる、請求項 24記載の導電性薄 膜の製造方法。
[26] 前記液晶性有機化合物として、ネマチック液晶相又はスメクチック液晶相の少なくと も 1種を有する液晶性有機化合物を用いる、請求項 24記載の導電性薄膜の製造方 法。
[27] 前記液晶性有機化合物として、電荷輸送の機能を有する液晶性有機化合物を用 いる、請求項 24記載の導電性薄膜の製造方法。
[28] 前記液晶性有機化合物として、 1個の 6 π電子芳香族環又は m個の 10 π電子芳香 族環又は η個の 14 π電子芳香族環 (ただし、 l +m+n= l— 4、 1及び nは各々 0— 4 の整数)の少なくとも何れかを有する液晶性有機化合物を用いる、請求項 24記載の 導電性薄膜の製造方法。
[29] 前記液晶性有機化合物として、 2—フエ二ルナフタレン環、ビフヱ-ル環、ベンゾチ ァゾール環、 tーチォフェン環の少なくとも何れかを有しかつ略棒状分子構造を有す る液晶性有機化合物を用いる、請求項 28記載の導電性薄膜の製造方法。
[30] 非液晶性の有機半導体ィ匕合物と非液晶性の有機化合物とを少なくとも混合し、該 混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配向させることにより前記有機半導 体化合物の分子を配向させて形成する、請求項 23記載の導電性薄膜の製造方法。
[31] 前記液晶性有機半導体混合物として、前記有機半導体化合物と前記有機化合物 とが水素結合してなる液晶性有機半導体混合物を用いる、請求項 30記載の導電性 薄膜の製造方法。
[32] 前記有機半導体ィ匕合物又は前記有機化合物の何れかの化合物として窒素、酸素 、硫黄、ハロゲンの何れかの元素を少なくとも有する化合物を用い、かつ前記元素と 水素とを水素結合させる、請求項 31記載の導電性薄膜の製造方法。
[33] 前記有機半導体化合物又は前記有機化合物の前記元素を少なくとも有する一方 の化合物として、不飽和結合又はベンゼン環の少なくとも何れかを更に有する化合 物を用いる、請求項 32記載の導電性薄膜の製造方法。
[34] 前記有機半導体ィ匕合物として、ァセン系、フタロシアニン系、チォフェン系の少なく とも何れかの系の有機半導体ィ匕合物力もなる誘導体を用いる、請求項 30記載の導 電性薄膜の製造方法。
[35] 前記ァセン系の有機半導体ィ匕合物からなる誘導体としてペンタセン誘導体を用い る、請求項 34記載の導電性薄膜の製造方法。
[36] 前記フタロシアニン系の有機半導体ィ匕合物力 なる誘導体として銅フタロシアニン 誘導体を用いる、請求項 34記載の導電性薄膜の製造方法。
[37] 前記有機半導体化合物の分子を前記液晶性有機半導体混合物の分子の配向に より配向させた後、該液晶性有機半導体混合物力 前記有機化合物を除去して形 成する、請求項 30記載の導電性薄膜の製造方法。
[38] 前記液晶性有機半導体混合物力 前記有機化合物を加熱又は紫外線照射の少 なくとも何れかにより除去して形成する、請求項 37記載の導電性薄膜の製造方法。
[39] 液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上である第 1の液晶相を有する有機半 導体化合物と、前記有機半導体化合物の結晶化温度より高温の温度領域で前記第
1の液晶相よりも配向秩序が低い第 2の液晶相を示す有機化合物とを少なくとも混合 し、該混合してなる混合組成物を所定の温度領域にお！ヽて前記第 2の液晶相を発現 させて配向することにより前記有機半導体化合物の分子を配向させて形成する、請 求項 23記載の導電性薄膜の製造方法。
[40] 前記第 1の液晶相としてスメクチック液晶相を用い、かつ前記第 2の液晶相としてネ マチック液晶相を用いる、請求項 39記載の導電性薄膜の製造方法。
[41] 前記有機半導体化合物として、低重合体有機半導体化合物を含む有機半導体ィ匕 合物を用いる、請求項 39記載の導電性薄膜の製造方法。
[42] 前記混合組成物として、前記有機半導体ィ匕合物を 70— 98重量％含有する混合組 成物を用いる、請求項 41記載の導電性薄膜の製造方法。
[43] 前記混合組成物として、前記有機半導体ィ匕合物を 90— 95重量％含有する混合組 成物を用いる、請求項 42記載の導電性薄膜の製造方法。
[44] 前記有機半導体ィ匕合物として、オリゴチォフェン誘導体を含む有機半導体化合物 を用いる、請求項 39記載の導電性薄膜の製造方法。
[45] 請求項 1記載の導電性薄膜を、チャネル層を構成する半導体層として備えた、薄膜 トランジスタ。
[46] 前記導電性薄膜が、金属性又は半導体性の少なくとも 1つの種を含むナノチュー ブと、液晶性有機化合物とを少なくとも混合し、前記液晶性有機化合物の分子を配 向させることにより前記ナノチューブの分子を配向させて形成した導電性薄膜である 、請求項 45記載の薄膜トランジスタ。
[47] 前記導電性薄膜が、非液晶性の有機半導体ィ匕合物と非液晶性の有機化合物とを 少なくとも混合し、該混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配向させること により前記有機半導体ィ匕合物の分子を配向させて形成した導電性薄膜である、請求 項 45記載の薄膜トランジスタ。
[48] 前記導電性薄膜が、液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上である第 1の液 晶相を有する有機半導体化合物と、前記有機半導体化合物の結晶化温度より高温 の温度領域で前記第 1の液晶相よりも配向秩序が低い第 2の液晶相を示す有機化 合物とを少なくとも混合し、該混合してなる混合組成物を所定の温度領域にぉ ヽて 前記第 2の液晶相を発現させて配向することにより前記有機半導体化合物の分子を 配向させて形成した導電性薄膜である、請求項 45記載の薄膜トランジスタ。
[49] 請求項 23記載の導電性薄膜の製造方法を、チャネル層を構成する半導体層とし ての導電性薄膜の製造方法として含む、薄膜トランジスタの製造方法。
[50] 前記導電性薄膜の製造方法が、金属性又は半導体性の少なくとも 1つの種を含む ナノチューブと、液晶性有機化合物とを少なくとも混合し、前記液晶性有機化合物の 分子を配向させることにより前記ナノチューブの分子を配向させる工程力 なる導電 性薄膜の製造方法である、請求項 49記載の薄膜トランジスタの製造方法。
[51] 前記導電性薄膜の製造方法が、非液晶性の有機半導体ィ匕合物と非液晶性の有機 化合物とを少なくとも混合し、該混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配 向させることにより前記有機半導体ィ匕合物の分子を配向させる工程力 なる導電性 薄膜の製造方法である、請求項 49記載の薄膜トランジスタの製造方法。
[52] 前記導電性薄膜の製造方法が、液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上で ある第 1の液晶相を有する有機半導体化合物と、前記有機半導体化合物の結晶化 温度より高温の温度領域で前記第 1の液晶相よりも配向秩序が低い第 2の液晶相を 示す有機化合物とを少なくとも混合し、該混合してなる混合組成物を所定の温度領 域において前記第 2の液晶相を発現させて配向することにより前記有機半導体ィ匕合 物の分子を配向させる工程力もなる導電性薄膜の製造方法である、請求項 49記載 の薄膜トランジスタの製造方法。
[53] 請求項 1記載の導電性薄膜を、導体層又は薄膜トランジスタのチャネル層を構成す る半導体層の少なくとも何れかとして備えた、画像表示装置。
[54] 前記導電性薄膜が、金属性又は半導体性の少なくとも 1つの種を含むナノチュー ブと、液晶性有機化合物とを少なくとも混合し、前記液晶性有機化合物の分子を配 向させることにより前記ナノチューブの分子を配向させて形成した導電性薄膜である 、請求項 53記載の画像表示装置。
[55] 前記導電性薄膜が、非液晶性の有機半導体ィ匕合物と非液晶性の有機化合物とを 少なくとも混合し、該混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配向させること により前記有機半導体ィ匕合物の分子を配向させて形成した導電性薄膜である、請求 項 53記載の画像表示装置。
[56] 前記導電性薄膜が、液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上である第 1の液 晶相を有する有機半導体化合物と、前記有機半導体化合物の結晶化温度より高温 の温度領域で前記第 1の液晶相よりも配向秩序が低い第 2の液晶相を示す有機化 合物とを少なくとも混合し、該混合してなる混合組成物を所定の温度領域にぉ ヽて 前記第 2の液晶相を発現させて配向することにより前記有機半導体化合物の分子を 配向させて形成した導電性薄膜である、請求項 53記載の画像表示装置。
[57] 請求項 1記載の導電性薄膜を、導体層又は薄膜トランジスタのチャネル層を構成す る半導体層の少なくとも何れかとして備えた、電子機器。
[58] 前記導電性薄膜が、金属性又は半導体性の少なくとも 1つの種を含むナノチュー ブと、液晶性有機化合物とを少なくとも混合し、前記液晶性有機化合物の分子を配 向させることにより前記ナノチューブの分子を配向させて形成した導電性薄膜である 、請求項 57記載の電子機器。
[59] 前記導電性薄膜が、非液晶性の有機半導体ィ匕合物と非液晶性の有機化合物とを 少なくとも混合し、該混合してなる液晶性有機半導体混合物の分子を配向させること により前記有機半導体ィ匕合物の分子を配向させて形成した導電性薄膜である、請求 項 57記載の電子機器。
[60] 前記導電性薄膜が、液晶相から結晶化する結晶化温度が室温以上である第 1の液 晶相を有する有機半導体化合物と、前記有機半導体化合物の結晶化温度より高温 の温度領域で前記第 1の液晶相よりも配向秩序が低い第 2の液晶相を示す有機化 合物とを少なくとも混合し、該混合してなる混合組成物を所定の温度領域にぉ ヽて 前記第 2の液晶相を発現させて配向することにより前記有機半導体化合物の分子を 配向させて形成した導電性薄膜である、請求項 57記載の電子機器。
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